JPH10199947A - 薄板の反り測定方法および装置 - Google Patents

薄板の反り測定方法および装置

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JPH10199947A
JPH10199947A JP9003978A JP397897A JPH10199947A JP H10199947 A JPH10199947 A JP H10199947A JP 9003978 A JP9003978 A JP 9003978A JP 397897 A JP397897 A JP 397897A JP H10199947 A JPH10199947 A JP H10199947A
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JP
Japan
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thin plate
wafer
measured
exposure
warpage
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Pending
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JP9003978A
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English (en)
Inventor
Tadashige Fujita
忠重 藤田
Akira Miura
明 三浦
Takeshi Yagihara
剛 八木原
Shinji Kobayashi
信治 小林
Sadaji Oka
貞治 岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TERA TEC KK
Original Assignee
TERA TEC KK
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェハのような薄板の応力分布を求め
るため、通常の半導体製造ラインで用いられている装置
を利用してその反りを測定する。 【解決手段】 ステッパのオートフォーカス機能を利用
し、通常はウェハを平坦に保つ手段を被測定薄板に作用
させずに焦点位置を測定することで、被測定薄板の反り
量を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は薄板の反り量を測定
して応力分布を求める技術に関する。本発明は、特に、
半導体素子の製造プロセス評価に利用するに適する。
【0002】
【従来の技術】半導体ウェハそのものは反りのない状態
で提供されているが、それに膜形成などの加工を行うこ
とで、反りが生じて応力が発生することがある。このよ
うな応力は最終製品の素子特性に影響することがあるの
で、そのような半導体ウェハの反りを測定して応力分布
を評価することが必要となる。
【0003】半導体ウェハの反りの測定には、従来か
ら、探針式段差測定装置あるいは光干渉式歪測定装置が
用いられている。探針式段差測定装置では、探針を半導
体ウェハに接触させて走査し、その表面の高低差を測定
する。この高低差から半導体ウェハの反りを求めること
ができる。光干渉式歪測定装置では、半導体ウェハにニ
ュートンリングを重ねて干渉縞を測定する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、探針式段差測
定装置では、走査量が20mm程度なので狭い範囲の反
りしか測定できず、また、二次元分布を把握することは
できない。光干渉式歪測定装置は通常の半導体プロセス
では使用されない装置であり、その測定のためだけに別
途用意する必要がある。
【0005】本発明は、このような課題を解決し、通常
の半導体製造ラインで用いられている装置を利用して半
導体ウェハのような薄板の反りを測定することのできる
方法および装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点は薄
板に生じた応力分布を求めるためにその薄板の反り量を
測定する方法であり、ウェハステージに載置された露光
用ウェハの小さい領域毎に順に自動焦点合わせおよび露
光を行うステッパ露光装置を利用し、このステッパ露光
装置のウェハステージに測定対象の薄板を配置し、露光
時には前記ウェハステージに配置された露光用ウェハを
平坦に保つ手段を測定対象の薄板に作用させることなく
自動焦点合わせを行い、この自動焦点合わせにより測定
対象の薄板の小さい領域毎に得られた焦点位置のデータ
からその薄板の反り量を求めることを特徴とする。測定
対象の薄板としては、半導体ウェハが用いられる。
【0007】ステッパ露光装置の本来の機能は露光用ウ
ェハ上にパターンを焼き付けるものであり、露光用ウェ
ハをウェハステージに真空チャックすることで露光用ウ
ェハの反りを防止している。このため、ステッパ露光装
置に従来から設けられている測定機能も、露光用ウェハ
の平面性が維持されていることを前提とし、ウェハ上に
焼き付けたパターンの面内方向の分布評価に限定されて
いる。一方、ステッパ露光装置には、露光のために自動
焦点合わせを行うオートフォーカス機能が設けられてい
る。そこで本発明では、真空チャック(露光用ウェハを
平坦に保つ手段)の動作を停止させることで測定対象の
反りを残し、その状態でオートフォーカス機能により自
動焦点合わせを行ってその焦点位置を測定する。さら
に、ステッパ露光装置では露光用ウェハの露光を小さい
領域毎に順に行うことを利用し、測定対象の個々の領域
に対して順に焦点位置を順に測定する。これらの測定結
果から、測定対象の反り量がわかる。
【0008】自動焦点合わせを行う領域を移動するとき
には平坦に保つ手段を測定対象の薄板に作用させ、領域
の移動が終了した後には平坦に保つ手段の動作を停止さ
せることがよい。また、測定対象の薄板を平坦に保つ手
段とは別の手段により保持し、平坦に保つ手段をこの別
の手段に作用させてもよい。
【0009】本発明の第二の観点は以上の方法を実行す
る装置であり、薄板に生じた応力分布を求めるためにそ
の薄板の反り量を測定する装置において、ウェハステー
ジに載置された露光用ウェハの小さい領域毎に順に自動
焦点合わせおよび露光を行うステッパ露光装置のウェハ
ステージに、測定対象の薄板をその反りを保ったまま配
置する手段と、ステッパ露光装置の自動焦点合わせによ
り測定対象の薄板の小さい領域毎に得られた焦点位置の
データを収集してその薄板の反り量を求めるデータ処理
手段とを備えたことを特徴とする。
【0010】配置する手段は、ステッパ露光装置内に設
けられウェハステージに載置された露光用ウェハを平坦
に保つ手段の動作を停止させる手段を備えることがよ
い。また、これとは別に、平坦に保つ手段に保持されて
測定対象の薄板を保持する手段を備えてもよい。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施形態を示す図
であり、ステッパ露光装置の構成を示す。このステッパ
露光装置は、露光用ウェハを真空チャックにより保持す
るウェハステージ2と、このウェハステージ2を露光用
ウェハの面に沿ったx方向およびy方向ならびに露光用
ウェハの面に垂直なz方向に移動させるウェハステージ
駆動部3と、ウェハステージ2の真空チャックを駆動す
る真空チャック駆動部4と、ウェハステージ2に保持さ
れた露光用ウェハ上へのフォーカス状態を測定するフォ
ーカスセンサ5と、このフォーカスセンサ5の測定値か
ら最適焦点状態を検出する焦点検出回路6と、ウェハス
テージ駆動部3および真空チャック駆動部4の制御、な
らびに焦点検出回路6からの最適焦点検出出力による露
光開始の制御など、このステッパ露光装置の全体の制御
を行うデータ処理部7とを備える。
【0012】本発明は、本来は露光の制御を行うデータ
処理部7のソフトウェアに、反り測定のための処理を付
け加えることにより実施できる。すなわち、ウェハステ
ージ2上に被測定ウェハ1を配置し、通常の露光時には
露光する領域を設定するためにウェハステージ2をx、
y方向に移動させる機能を利用して測定点を設定し、真
空チャックが被測定ウェハ1に作用しないようにして、
ウェハステージ2をz方向に動かして最適焦点を検出す
る。このときのz方向の位置データ、すなわち被測定ウ
ェハ1の小さい領域毎に得られた焦点位置のデータか
ら、各点の反り量が求められる。ウェハステージ2の
x、y方向の移動を繰り返して同じ測定を行い、得られ
るデータをデータ処理装置7で収集して処理すること
で、被測定ウェハ1の全体の反り量およびその応力分布
を求めることができる。
【0013】図2は測定点の配置例を示す。個々の測定
点は、ステッパ露光装置が1ステップで露光する領域に
一致している。反りの測定は、これらの測定点のすべ
て、または任意の間隔の測定点、あるいは任意に選択し
た測定点で行う。
【0014】図3は真空チャックが被測定ウェハに作用
しないようにするための構造例を示す。真空チャックが
被測定ウェハに作用しないようにするには、単純には真
空チャックを解除すればよい。しかし、被測定ウェハが
搬送系のサイズより小さい場合や被測定ウェハを直接に
チャックしたくない場合には、図3に示すような専用プ
レート11を使用する。すなわち、専用プレート11の
上に被測定ウェハ10を配置し、押さえピン12により
保持する。これにより、被測定ウェハ10をその反りを
保ったまま配置することができる。この場合には真空チ
ャックの操作は不要であり、通常の露光の場合と同様
に、常時チャック状態で動作させることができる。
【0015】図4は測定処理の流れを示す。この処理に
ついて、図1を参照しながら説明する。被測定ウェハ1
の反りを測定するためには、まず、搬送ユニットにより
被測定ウェハ1をウェハステージ2上にセットする。図
3に示した専用プレート11を用いる場合には、これを
ウェハステージ2上にセットする。このとき、測定位置
を設定するために被測定ウェハ1をウェハステージ2に
固定しておく必要があり、通常の露光の場合と同様に真
空チャックを動作させる。続いて、あらかじめ用意した
被測定ウェハ1上の測定レイアウト(図2)により、被
測定ウェハ1をx、y方向に移動させて測定位置を設定
する。測定位置が設定されたなら、真空チャックを解除
して被測定ウェハ1に作用しない状態とする。専用プレ
ート11を用いている場合には、真空チャックの解除は
不要である。この状態で、最適焦点が得られるようにウ
ェハステージ2をz方向に移動させ、その移動量をデー
タ処理装置7で収集する。以上の動作を設定されたすべ
ての測定点について繰り返す。すでの測定点についての
測定が完了したなら、被測定ウェハ1をウェハステージ
2から取り出し、データ処理装置7では収集したデータ
を処理してその結果を画面表示あるいは印刷する。
【0016】データの処理結果は、焦点面の2次元
(x、y)分布を数値またはグラフとして出力すること
がよい。被測定ウェハに膜を形成している場合には、そ
の膜厚を別途入力することで膜応力を計算し、その結果
を出力する。あるプロセスの前後、またはある膜を剥離
する前後の変化をとらえるため、メモリにデータを取り
込み、データ間の演算処理を行って出力することもでき
る。
【0017】
【実施例】図5ないし図11は実際の測定結果の一例を
示す。図5は半導体ウェハに白金Ptおよびタングステ
ンWの膜を形成したときの反り量のデータを測定点に対
応して示し、図6はW膜を剥離した後の反り量を同様に
示す。図7は図5のデータを三次元グラフとして表示し
た例を示し、図8は図6のデータを三次元グラフとして
表示した例を示す。図9は図5のデータと図6のデータ
との変化分を三次元グラフとして示す図であり、W膜に
よる反りの分布を示す。図10は図9に示した分布のオ
リフラに平行な方向の分布を示し、図11は図9に示し
た分布のオリフラに垂直な方向の分布を示す。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体製造プロセスに不可欠なステッパ露光装置のオー
トフォーカス機能を利用して、ウェハの反りをインライ
ンで測定できる。このため、別途に歪測定装置を用意す
る必要がない。また、測定時間がウェハの露光時間程度
であり、被測定ウェハのセットアップに特別な手段も必
要ないため、省力化が可能である。さらに、実際のプロ
セスに使用しているステッパ露光装置を利用しているた
め、測定精度、ウェハのインチ径などについて、最適な
設定値で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す図。
【図2】測定点の配置例を示す図。
【図3】真空チャックが被測定ウェハに作用しないよう
にするための専用プレートの構造例を示す図。
【図4】測定処理の流れを示す図。
【図5】測定された反り量のデータ例を示す図。
【図6】測定された反り量のデータ例を示す図。
【図7】図5のデータを三次元グラフとして示す図。
【図8】図6のデータを三次元グラフとして示す図。
【図9】図5のデータと図6のデータとの変化分を三次
元グラフとして示す図。
【図10】図9に示した分布のオリフラに平行な方向の
分布を示す図。
【図11】図9に示した分布のオリフラに垂直な方向の
分布を示す図。
【符号の説明】
1、10 被測定ウェハ 2 ウェハステージ 3 ウェハステージ駆動部 4 真空チャック駆動部 5 フォーカスセンサ 6 焦点検出回路 7 データ処理装置 11 専用プレート 12 押さえピン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 信治 東京都武蔵野市中町二丁目11番13号 株式 会社テラテック内 (72)発明者 岡 貞治 東京都武蔵野市中町二丁目11番13号 株式 会社テラテック内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 薄板に生じた応力分布を求めるためにそ
    の薄板の反り量を測定する方法において、 ウェハステージに載置された露光用ウェハの小さい領域
    毎に順に自動焦点合わせおよび露光を行うステッパ露光
    装置を利用し、 このステッパ露光装置のウェハステージに測定対象の薄
    板を配置し、 露光時には前記ウェハステージに配置された露光用ウェ
    ハを平坦に保つ手段を前記測定対象の薄板に作用させる
    ことなく自動焦点合わせを行い、 この自動焦点合わせにより前記測定対象の薄板の小さい
    領域毎に得られた焦点位置のデータからその薄板の反り
    量を求めることを特徴とする薄板の反り測定方法。
  2. 【請求項2】 測定対象の薄板は半導体ウェハである請
    求項1記載の薄板の反り測定方法。
  3. 【請求項3】 自動焦点合わせを行う領域を移動すると
    きには前記平坦に保つ手段を前記測定対象の薄板に作用
    させ、領域の移動が終了した後には前記平坦に保つ手段
    の動作を停止させる請求項1記載の薄板の反り測定方
    法。
  4. 【請求項4】 前記測定対象の薄板を前記平坦に保つ手
    段とは別の手段により保持し、前記平坦に保つ手段をこ
    の別の手段に作用させる請求項1記載の薄板の反り測定
    方法。
  5. 【請求項5】 薄板に生じた応力分布を求めるためにそ
    の薄板の反り量を測定する装置において、 ウェハステージに載置された露光用ウェハの小さい領域
    毎に順に自動焦点合わせおよび露光を行うステッパ露光
    装置の前記ウェハステージに、測定対象の薄板をその反
    りを保ったまま配置する手段と、 前記ステッパ露光装置の自動焦点合わせにより前記測定
    対象の薄板の小さい領域毎に得られた焦点位置のデータ
    を収集してその薄板の反り量を求めるデータ処理手段と
    を備えたことを特徴とする薄板の反り測定装置。
  6. 【請求項6】 前記配置する手段は、前記ステッパ露光
    装置内に設けられ前記ウェハステージに載置された露光
    用ウェハを平坦に保つ手段の動作を停止させる手段を含
    む請求項5記載の薄板の反り測定装置。
  7. 【請求項7】 前記配置する手段は、前記ステッパ露光
    装置内に設けられ前記ウェハステージに載置された露光
    用ウェハを平坦に保つ手段に保持されて測定対象の薄板
    を保持する手段を含む請求項5記載の薄板の反り測定装
    置。
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