JPS629217B2 - - Google Patents

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JPS629217B2
JPS629217B2 JP15775781A JP15775781A JPS629217B2 JP S629217 B2 JPS629217 B2 JP S629217B2 JP 15775781 A JP15775781 A JP 15775781A JP 15775781 A JP15775781 A JP 15775781A JP S629217 B2 JPS629217 B2 JP S629217B2
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JP
Japan
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semiconductor wafer
reference plate
objective lens
pattern
warpage
Prior art date
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Application number
JP15775781A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5858740A (en
Inventor
Sunao Nishioka
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPS5858740A publication Critical patent/JPS5858740A/en
Publication of JPS629217B2 publication Critical patent/JPS629217B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は集積回路等のパターンを有する半導体
ウエハに用いられる顕微鏡焦点深度法によるそり
測定装置に関する。近年の集積回路等の製造に於
いては、歩留り向上のため大口径の半導体ウエハ
を用い、微細パターンによる高集積化が図られて
いる。しかしその反面、大口径化は高温熱処理工
程等によるそりの発生・増大、それに伴う写真製
版工程におけるパターン重ね合わせ精度の低下等
の問題が起る。従つて歩留り向上を確保するには
製造工程中の半導体ウエハのそりへの対策、その
ためのそり測定装置が必要となつてくる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a warpage measuring device using a microscope depth of focus method used for semiconductor wafers having patterns such as integrated circuits. In recent years, in the manufacture of integrated circuits and the like, large-diameter semiconductor wafers are used and fine patterns are used to achieve high integration in order to improve yields. On the other hand, however, increasing the diameter causes problems such as the occurrence and increase of warpage due to high-temperature heat treatment processes, etc., and a corresponding decrease in pattern overlay accuracy in the photolithography process. Therefore, in order to ensure an improvement in yield, it is necessary to take measures against warping of semiconductor wafers during the manufacturing process, and to provide a warpage measuring device for this purpose.

こうしたそり測定装置として、現在、その計測
方式からいえば機械式(ダイアルゲージ等)、電
気式(キヤパシタンス・メータ等)、光学式(オ
プトマイクロメータ、モワレ縞法、各種干渉計、
顕微鏡集点深度法等)がある。だが集積回路等の
微細なパターン、製造工程の進行とともに種類が
増加し濃密になつてくるパターンを有する半導体
ウエハのそり測定方法としては光学顕微鏡焦点深
度法が優れている。すなわち顕微鏡焦点深度法
は、計測端が試料と非接触であること、拡大倍率
を大きくすれば2次元分解能が小さくなつて微細
複雑なパターンを有する半導体ウエハの適用が容
易となり、且つ焦点深度も深くなつて感度が向上
する利点がある。
Currently, such warpage measurement devices are mechanical (dial gauge, etc.), electrical (capacitance meter, etc.), optical (optomicrometer, Moire fringe method, various interferometers,
(microscopic focus depth method, etc.). However, the optical microscope depth of focus method is an excellent method for measuring warpage of semiconductor wafers that have fine patterns such as integrated circuits, patterns that increase in variety and become denser as the manufacturing process progresses. In other words, the microscope depth of focus method requires that the measurement end is not in contact with the sample, that increasing the magnification reduces the two-dimensional resolution, making it easier to apply to semiconductor wafers with fine and complex patterns, and that the depth of focus is deep. This has the advantage of improving sensitivity.

しかし従来の顕微鏡焦点深度法によるそり測定
装置には、測定の自動化が困難であるという欠点
があつた。この欠点のひとつの原因は被測定試料
面と対物レンズの焦点位置の合致の自動化、すな
わち焦点合わせの自動化が困難であつたことであ
る。この困難は顕微鏡焦点深度法のそり測定装置
の計測モードが主として手動の一点計測型という
弱点となつて現われている。焦点合わせの自動化
としてエア・マイクロメータを用いる方法もある
が、吹きつける空気圧力によつて被測定試料の半
導体ウエハが変形しそりを計測できない。測定自
動化の困難性の他の原因は、半導体ウエハを載置
する試料台表面の確実な水平面の設定、傾斜角に
よる補正が繁雑なことであつた。すなわち被測定
試料の半導体ウエハの裏面と接触する試料台表面
が平坦であつても、水平面より傾斜していると、
焦点位置をこの傾斜角で補正しなければそり値を
知ることができない。この補正を不必要とするた
めには試料台表面を確実な水平面としなければな
らないが、大口径ウエハに対して満足できるそり
測定を行おうとするにはこの水平化の調整は極め
て繁雑である。また傾斜角で補正する場合には傾
斜角の計測を要し、この計測に顕微鏡焦点深度法
を準用するならば前記弱点が現われ、他の計測法
を用いるならばこの計測のための傾斜角度測定装
置が更に必要となる。
However, the conventional warpage measuring device using the microscope depth of focus method has the drawback that it is difficult to automate the measurement. One reason for this drawback is that it is difficult to automate the alignment of the focal position of the objective lens with the surface of the sample to be measured, that is, to automate focusing. This difficulty is manifested as a weakness in that the measurement mode of the warpage measuring device using the microscope depth of focus method is mainly a manual single point measurement type. There is also a method of using an air micrometer to automate focusing, but the semiconductor wafer to be measured is deformed by the air pressure, making it impossible to measure warping. Another reason for the difficulty in automating measurement is that it is complicated to ensure that the surface of the sample stage on which the semiconductor wafer is placed is horizontal, and to make corrections based on the angle of inclination. In other words, even if the surface of the sample stage that comes into contact with the back surface of the semiconductor wafer of the sample to be measured is flat, if it is tilted from the horizontal plane,
The warpage value cannot be determined unless the focal point position is corrected using this inclination angle. In order to eliminate the need for this correction, the surface of the sample stage must be made a reliably horizontal plane, but this leveling adjustment is extremely complicated in order to perform satisfactory warpage measurements on large-diameter wafers. In addition, when correcting by tilt angle, it is necessary to measure the tilt angle, and if the microscope depth of focus method is applied to this measurement, the above-mentioned weak point will appear, and if other measurement methods are used, the tilt angle measurement for this measurement More equipment is required.

本発明上記の点に鑑み、焦点合わせ自動化のた
めの画像処理部、傾斜角の補正を自動化するため
の基準板等を組合せることにより、従来の装置よ
り正確かつ容易に半導体ウエハのそりを測定し得
る装置を提供しようとするものである。
In view of the above points, the present invention measures the warpage of semiconductor wafers more accurately and easily than conventional devices by combining an image processing unit for automating focusing, a reference plate for automating tilt angle correction, etc. The aim is to provide a device that can do this.

以下図面を参照しながら、本発明の半導体ウエ
ハのそり測定装置について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor wafer warpage measuring apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図aは本発明の半導体ウエハのそり測定装
置の構成概略図、同図bは作用・動作の説明のた
めの部分斜視図、同図c部分断面図である。
FIG. 1a is a schematic diagram of the configuration of a semiconductor wafer warp measuring apparatus according to the present invention, FIG. 1b is a partial perspective view for explaining the function and operation, and FIG. 1c is a partial sectional view.

図において、半導体ウエハ1は基準板2の上に
載置され、基準板2はスキンヤニング・ステージ
機構3に載置または固定されている。半導体ウエ
ハ1の上部には光学顕微鏡4があり、その接眼部
13にはテレビ・カメラ5が取付けられている。
テレビ・カメラ5の映像信号は像信号は映像処理
部9へ送られる。画像処理部9における画像処理
は、コントロール部10で決められた種類・条件
で行われ、画像処理されたデータはコントロール
部10へ取り込まれる。またコントロール部10
は、光学顕微鏡4の1部である対物レンズ6の位
置を上下移動させる対物レンズ駆動機構7、半導
体ウエハ1及び基準板2をX―Y移動させるスキ
ヤンニング・ステージ機構3を駆動・制御する。
スキヤンニング・ステージ機構3及び対物レンズ
駆動機構7には、いずれも図示していないが、ス
テツピング・モータがあり、歯車、ピニオン、ラ
ツク等の機械的伝達によつて、半導体ウエハ1及
び基準板2をX―Y方向に、対物レンズ6を上下
のZ方向へ段階的に微小距離の繰り返して移動で
きるようになつている。対物レンズ駆動機構7
は、対物レンズ6が最上端まで移動したときその
移動を停止させるストツパ8を有している。コン
トロール部10からスキヤンニング・ステージ機
構3及び対物レンズ駆動機構7のステツピング・
モータへ送つた駆動パルス数は、それぞれ半導体
ウエハ1のX―Y移動距離及び対物レンズ6の上
下移動距離の情報に対応する。この情報はコント
ロール部10からデータ処理部11へ送られ、こ
こで上下移動に関する情報はそり値に、またX―
Y移動に関する情報はそり値を測定した箇所の半
導体ウエハ1面上の位置座標に変換される。
In the figure, a semiconductor wafer 1 is placed on a reference plate 2, and the reference plate 2 is placed on or fixed to a skinning stage mechanism 3. An optical microscope 4 is provided above the semiconductor wafer 1, and a television camera 5 is attached to its eyepiece 13.
The image signal of the television camera 5 is sent to a video processing section 9. Image processing in the image processing section 9 is performed under the type and conditions determined by the control section 10, and the image-processed data is taken into the control section 10. Also, the control section 10
drives and controls an objective lens drive mechanism 7 that moves the objective lens 6, which is a part of the optical microscope 4, up and down, and a scanning stage mechanism 3 that moves the semiconductor wafer 1 and the reference plate 2 in XY.
The scanning stage mechanism 3 and the objective lens drive mechanism 7 each include a stepping motor (not shown), which moves the semiconductor wafer 1 and the reference plate 2 through mechanical transmission such as gears, pinions, racks, etc. in the XY direction, and the objective lens 6 can be moved stepwise and repeatedly over small distances in the up and down Z direction. Objective lens drive mechanism 7
has a stopper 8 that stops the movement of the objective lens 6 when it moves to the uppermost end. Stepping and control of the scanning stage mechanism 3 and objective lens drive mechanism 7 from the control unit 10
The number of drive pulses sent to the motor corresponds to information on the XY movement distance of the semiconductor wafer 1 and the vertical movement distance of the objective lens 6, respectively. This information is sent from the control unit 10 to the data processing unit 11, where information regarding vertical movement is added to the warpage value and
Information regarding the Y movement is converted into positional coordinates on the surface of the semiconductor wafer at the location where the warpage value was measured.

焦点合わせの自動化は次のようにして行われ
る。光学顕微鏡4による半導体ウエハ1のパター
ン1aの拡大光学像をテレビ・カメラ5で光電変
換して得られた電気的画像を画像処理部9で2値
化画像とする。この2値化は、半導体ウエハ1面
に対物レンズ6の焦点12を結ばせたとき、半導
体ウエハ1のパターン1aのエツジのみが“1”
レベルもしくは“0”レベルとなるような明暗レ
ベル範囲を決める上限、下限の2つのしきい値で
行われる。このしきい値は一度設定するだけでよ
い。そして同じ画像処理部9で2値化画像面積中
に“1”レベルもしくは“0”レベルの占める相
対面積(面積率)を計測できるようにしてある。
Automation of focusing is performed as follows. An electrical image obtained by photoelectrically converting an enlarged optical image of the pattern 1a of the semiconductor wafer 1 by the optical microscope 4 by the television camera 5 is converted into a binarized image by the image processing section 9. In this binarization, when the focal point 12 of the objective lens 6 is focused on the surface of the semiconductor wafer 1, only the edge of the pattern 1a of the semiconductor wafer 1 becomes "1".
This is done using two threshold values, an upper limit and a lower limit, which determine the range of light and dark levels that will be the level or "0" level. This threshold only needs to be set once. The same image processing section 9 is configured to be able to measure the relative area (area ratio) occupied by the "1" level or the "0" level in the binarized image area.

ここで、第5図を用いて焦点合わせの原理につ
いて説明する。第5図aは光学顕微鏡4の対物レ
ンズ6の焦点12が半導体ウエハ1の表面よりも
下にある場合を、同図bは焦点12が半導体ウエ
ハ1の表面に結ばれた場合を、同図cは焦点12
が半導体ウエハ1の表面よりも上にあうる場合を
それぞれ示す側面図である。また、同図d〜fは
それぞれ同図a〜cに対応する平面図である。
Here, the principle of focusing will be explained using FIG. 5. 5a shows the case where the focal point 12 of the objective lens 6 of the optical microscope 4 is below the surface of the semiconductor wafer 1, and FIG. c is focal point 12
2A and 2B are side views respectively showing cases in which the semiconductor wafer 1 is located above the surface of the semiconductor wafer 1. FIG. Further, d to f in the same figure are plan views corresponding to a to c in the same figure, respectively.

ところで、半導体ウエハ1表面へ垂直に光が入
射すると、一般にパターン1aの部分とパターン
1a以外の部分とは材質、寸法、形状等が異なる
ので、パターン1aのエツジ1bで入射光が散乱
され、対物レンズ6へ戻る反射光量は少ない。そ
して、同図bの如く焦点12半導体ウエハ1表面
に結ばれた場合には、光学係の結像条件を満たし
ているから、同図eで示すように、エツジ1bが
最も暗くかつ鮮明なイメージ(実線)となる。し
かし、同図a,cの如く焦点12が半導体ウエハ
1表面の上下部にある場合には、結像条件を満た
していないから同図d,fで示すようにエツジ部
1bは同図eに示すエツジ部1bよりも明るく不
鮮明なイメージ(斜交線)となる。この現象は、
光学顕微鏡を使用するとき、焦点が試料面から外
れると像がぼけることでよく経験することであ
る。
By the way, when light enters the surface of the semiconductor wafer 1 perpendicularly, the pattern 1a and the parts other than the pattern 1a are generally different in material, size, shape, etc., so the incident light is scattered by the edge 1b of the pattern 1a and The amount of reflected light returning to the lens 6 is small. When the focal point 12 is focused on the surface of the semiconductor wafer 1 as shown in figure b, the optical imaging conditions are satisfied, so the edge 1b is the darkest and clearest image, as shown in figure e. (solid line). However, when the focal point 12 is located above and below the surface of the semiconductor wafer 1 as shown in a and c in the figure, the imaging conditions are not satisfied, so the edge portion 1b is shifted to the position e in the figure as shown in d and f in the figure. The resulting image (diagonal lines) is brighter and less clear than the edge portion 1b shown. This phenomenon is
When using an optical microscope, it is common to experience that the image becomes blurred when the focus moves away from the sample surface.

つぎに、パターン1a内の明暗レベルの最大値
をLmaxとし、Lmaxをn等分したレベル幅をΔ
Lとし、明暗レベルが(i−1)ΔLとiΔL
(i=1,…n)との間にある画像の面積をパタ
ーン1aの2値画像面積中に占める相対面積(面
積率)としてSi−で表したとき、面積率Sと明
暗レベルLの関係は、焦点12を適当な上下位置
に固定してあるとして同図gのような分布にな
る。この分布形状は、焦点12の半導体ウエハ1
表面からのずれfによつて異なる。
Next, let the maximum value of the brightness level in pattern 1a be Lmax, and the level width obtained by dividing Lmax into n equal parts is Δ
L, and the brightness and darkness levels are (i-1)ΔL and iΔL
When the area of the image between (i=1,...n) is expressed as Si- 1 as the relative area (area ratio) occupied in the binary image area of pattern 1a, the area ratio S and the brightness level L are Assuming that the focal point 12 is fixed at an appropriate vertical position, the relationship is distributed as shown in g in the figure. This distribution shape is based on the semiconductor wafer 1 at the focal point 12.
It varies depending on the deviation f from the surface.

同図hは、この様子を示す実測データであり、
ここでは明暗レベルLをLmaxで正規化してあ
る。この図からわかるように、ずれfが±1ミク
ロンのときはいずれも、焦点12が半導体ウエハ
1表面と一致したときよりも大きい明暗レベルの
方へずれている。この現象は、光学顕微鏡が章程
12の位置により濃炎、コントラスト、鮮明度が
変化する現象に対応している。したがつて、半導
体ウエハ1の表面に焦点12を結ばせてパターン
1aのエツジ1bのみが“1”もしくは“0”レ
ベルとなるようなレベル値(第5図hではレベル
35)およびレベル範囲(レベル幅、上下限のし
きい値、第5図hではレベル幅30〜40)を設
定し、焦点12を変位させつつ相対面積(面積
率)を測定すれば、相対面積は、焦点12が半導
体ウエハ1面に結ばれたとき最大となる。焦点1
2が半導体ウエハ1面の上方または下方へはずれ
ているときは、パターン・エツジの明暗レベルが
より明るい方へ移るので前記2つのしきい値の間
の明暗レベル範囲の“1”レベルもしくは“0”
レベルの占める相対面積が小さくなる。したがつ
てコントロール部10により、画像処理部9によ
る相対面積の計測と、対物レンズ駆動部7を通じ
て対物レンズ6の上方より下方への移動を同時に
動作させ、相対面積が最大となるときの対物レン
ズ6の位置で対物レンズ6の移動を停止してやれ
ば焦点12は自動的に半導体ウエハ1面に結ばれ
る。対物レンズ6が最上端に移動したとき動作す
るストツパ8は、この最上端を対物レンズ6の位
置Ziの原点に設定するものである。従つて対物レ
ンズ6を最上端へ移動させてから焦点12が半導
体ウエハ1面に合致するまでに、対物レンズ6を
下方へ移動させるに要した対物レンズ駆動部7の
ステツピングモータへのパルス数を計数すれば、
焦点合わせ終了時の対物レンズ6の位置(Zsi)
を定量的に知ることができる。
Figure h is actual measurement data showing this situation.
Here, the brightness level L is normalized by Lmax. As can be seen from this figure, in all cases where the deviation f is ±1 micron, the focus 12 deviates to a greater brightness level than when it coincides with the surface of the semiconductor wafer 1. This phenomenon corresponds to the phenomenon in which the intensity, contrast, and sharpness of an optical microscope change depending on the position of the section 12. Therefore, the level value (level 35 in FIG. 5 h) and level range ( By setting the level width, upper and lower thresholds (level width 30 to 40 in Fig. 5h), and measuring the relative area (area ratio) while displacing the focal point 12, the relative area can be calculated as follows: It is maximum when tied to one surface of the wafer. focus 1
2 is shifted above or below the surface of the semiconductor wafer, the brightness level of the pattern edge shifts to the brighter side, so that the brightness level range between the two thresholds is "1" or "0". ”
The relative area occupied by the level becomes smaller. Therefore, the control section 10 causes the image processing section 9 to measure the relative area and moves the objective lens 6 from above to below through the objective lens drive section 7 at the same time. If the movement of the objective lens 6 is stopped at position 6, the focal point 12 will be automatically focused on the surface of the semiconductor wafer. The stopper 8, which operates when the objective lens 6 moves to the uppermost end, sets this uppermost end as the origin of the position Zi of the objective lens 6. Therefore, the number of pulses to the stepping motor of the objective lens driving unit 7 required to move the objective lens 6 downward until the focal point 12 coincides with the surface of the semiconductor wafer after the objective lens 6 is moved to the uppermost end. If you count
Position of objective lens 6 at the end of focusing (Zsi)
can be known quantitatively.

半導体ウエハ1面上の1箇所で焦点合わせが行
われて得られた対物レンズ6の位置(Zsi)の位
置情報はデータ処理部11へ送られる。そして、
コントロール部10からスキヤンニング・ステー
ジ機構3へX―Y移動のパルス信号を送り、基準
板2とともに半導体ウエハ1を移動させ、半導体
ウエハ1面の他の箇所で同様な操作を行う。X―
Y移動は2次元平面上での移動であつて、そりの
測定箇所すなわち焦点合わせ箇所への移動は、コ
ントロール部10で設定されているその箇所の位
置座標(Xi,Yi)に対応するパルス数をスキヤ
ンニング・ステージ機構3のX用及びY用のステ
ツピング・モータへ送ることで行われる。そりの
測定箇所は、半導体ウエハ1上の任意箇所でよ
く、その位置座標値は予めコントロール部10で
設定しておくとともに、この位置情報をデータ処
理部11へ送つておく。
Position information on the position (Zsi) of the objective lens 6 obtained by focusing at one location on the surface of the semiconductor wafer 1 is sent to the data processing section 11. and,
A pulse signal for XY movement is sent from the control unit 10 to the scanning stage mechanism 3 to move the semiconductor wafer 1 together with the reference plate 2, and similar operations are performed at other locations on the surface of the semiconductor wafer 1. X-
Y movement is movement on a two-dimensional plane, and movement to the measurement point of the warp, that is, the focusing point, is performed by the number of pulses corresponding to the position coordinates (Xi, Yi) of that point set in the control unit 10. This is done by sending the X and Y stepping motors of the scanning stage mechanism 3. The warpage measurement point may be any arbitrary point on the semiconductor wafer 1, and its position coordinate values are set in advance by the control section 10, and this position information is sent to the data processing section 11.

次に半導体ウエハ1を取り除いて、基準板2に
対し同様な操作を行う。
Next, the semiconductor wafer 1 is removed and the same operation is performed on the reference plate 2.

第2図は基準板2の一例を示めす部分斜視図で
ある。基準板2の主面2aは平坦であり、この主
面2aの上に半導体ウエハ1が載置される。主面
2aには凹の格子状のパターン2bが形成されて
おり、凹の段差dは、第1図における対物レンズ
駆動機構7による対物レンズ6の一定の微小移動
距離、(いいかえれば対物レンズ駆動機構7のス
テツピング・モータを1パルスで駆動したときの
対物レンズ6の移動単位)よりも小さくしてあ
る。パターン2bの寸法a,b,cは、光学顕微
鏡4のとり得る最大の拡大倍率のときでもパター
ン2bの一部がテレビ・カメラ5の視野内に常に
入るような値としておく。基準板2の材質は光学
的に不透明であり、大きい硬さのものが望まし
い。こうした基準板2のパターン2bの段差部、
すなわちパターン・エツジは、半導体ウエハ1の
パターン・エツジと光学的に同等であるから、基
準板2に対しても第1図でもつて説明したような
焦点合わせの自動化が可能であり、この基準板2
に対する焦点合わせ終了時の対物レンズ6の位置
(Zoi)を半導体ウエハ1の測定箇所と同じ位置座
標(Xi,Yi)で知ることができる。そしてこの
基準板2の場合の対物レンズ6の位置(Zoi)の
データ群は、半導体ウエハ1の裏面と接触する主
面2aが平坦であるから、主面2aの水平面より
の傾斜角(θ)に関する情報を含んでいることと
なる。したがつて、基準板2に対する対物レンズ
6の位置(Zoi)情報をデータ処理部11へ送
り、これとすでに送り済みの半導体ウエハ1に対
する対物レンズ6の位置(Zsi)情報を各測定箇
所の位置(Xi,Yi)で比較すれば、傾斜角θを
考慮した半導体ウエハ1のそり値を各測定箇所で
求めることができる。すなわち、データ処理部分
11において、各ステツピング・モータへのパル
ス数を、対物レンズ6の位置の絶対値(Zsi,
Zoi)、測定箇所の位置座標の絶対値(Xi,Yi)へ
変換し各位置座標(Xi,Yi)における対物レン
ズ6の位置の差δi(lZsi―Zoil)を求め、差δ
iの最小値δminを調べたのち(Δi=δi−δ
min)を算出すればこのΔiが半導体ウエハ1面
上の位置(Xi,Yi)の測定箇所のそり値とな
る。なおデータ処理部11におけるデータ処理の
とき、少なくとも3点の測定箇所の位置座標
(Xi,Yi)における基準板2の主面2aに対する
対物レンズ6の位置(Zoi)から、立体幾何学的
に主面2aの傾斜角θが求められるので、これで
そり値Δiをより正確に求めることができる。ま
た(Xi,Yi,Δi)の値で3次元曲面を描かせ
ば半導体ウエハのそり状態がよくわかるようにな
る。
FIG. 2 is a partial perspective view showing an example of the reference plate 2. FIG. The main surface 2a of the reference plate 2 is flat, and the semiconductor wafer 1 is placed on this main surface 2a. A concave lattice pattern 2b is formed on the main surface 2a, and the concave step d corresponds to a certain minute movement distance of the objective lens 6 by the objective lens drive mechanism 7 in FIG. The unit of movement of the objective lens 6 is made smaller than the unit of movement of the objective lens 6 when the stepping motor of the mechanism 7 is driven by one pulse. Dimensions a, b, and c of the pattern 2b are set to such values that a portion of the pattern 2b is always within the field of view of the television camera 5 even when the optical microscope 4 is at the maximum possible magnification. The material of the reference plate 2 is preferably optically opaque and has high hardness. Such a stepped portion of the pattern 2b of the reference plate 2,
In other words, since the pattern edge is optically equivalent to the pattern edge of the semiconductor wafer 1, it is possible to automate the focusing with respect to the reference plate 2 as explained in FIG. 2
The position (Zoi) of the objective lens 6 at the end of focusing can be known from the same position coordinates (Xi, Yi) as the measurement location on the semiconductor wafer 1. The data group of the position (Zoi) of the objective lens 6 in the case of this reference plate 2 is based on the inclination angle (θ) of the main surface 2a from the horizontal plane, since the main surface 2a in contact with the back surface of the semiconductor wafer 1 is flat. It contains information about. Therefore, the position (Zoi) information of the objective lens 6 with respect to the reference plate 2 is sent to the data processing unit 11, and this and the position (Zsi) information of the objective lens 6 with respect to the already sent semiconductor wafer 1 are sent to the position of each measurement point. By comparing (Xi, Yi), it is possible to determine the warpage value of the semiconductor wafer 1 at each measurement location, taking into account the inclination angle θ. That is, in the data processing section 11, the number of pulses to each stepping motor is determined by the absolute value of the position of the objective lens 6 (Zsi,
Zoi), convert it into the absolute value (Xi, Yi) of the position coordinates of the measurement point, find the difference δi (lZsi−Zoil) in the position of the objective lens 6 at each position coordinate (Xi, Yi), and calculate the difference δi (lZsi−Zoil).
After checking the minimum value δmin of i, (Δi=δi−δ
min), this Δi becomes the warpage value of the measurement point at the position (Xi, Yi) on the surface of the semiconductor wafer. Note that during data processing in the data processing unit 11, from the position (Zoi) of the objective lens 6 with respect to the main surface 2a of the reference plate 2 at the position coordinates (Xi, Yi) of at least three measurement points, the main Since the inclination angle θ of the surface 2a is determined, the warp value Δi can be determined more accurately. Furthermore, by drawing a three-dimensional curved surface using the values of (Xi, Yi, Δi), the warpage state of the semiconductor wafer can be clearly seen.

こうしたデータ処理、焦点合わせ、X―Y移動
は、画像処理部9、コントロール部10、データ
処理部11の電算機機能により自動的に迅速に行
える。
Such data processing, focusing, and XY movement can be automatically and quickly performed by the computer functions of the image processing section 9, the control section 10, and the data processing section 11.

対物レンズ6の微小移動距離は、対物レンズ駆
動機構7の歯車の組合わせで、極めて小さい単位
とすることができ、基準板2のパターンの段差d
は光学的にパターンを識別できればよいから小さ
くできる。また最近の研磨技術によれば半導体ウ
エハ1の素材ウエハの厚みのバラツキは小さく、
そりの問題となる高温熱処理工程、成膜工程で発
生するそりが厚みのバラツキより大きい。また半
導体ウエハ1に形成されている多数の集積回路等
のパターン1aのうち、集積回路等は違つていて
も同じパターン部分のみを測定箇所とするように
コントロール部10へその位置座標情報を設定し
ておけば、半導体ウエハ1表面の凹凸段差による
そり値への影響を無くすことができる。したがつ
て本装置によれば、集積回路等の製造歩留りの向
上の対策を溝じるに十分な精度のそり値を知るこ
とができる。
The minute movement distance of the objective lens 6 can be made into an extremely small unit by a combination of gears of the objective lens drive mechanism 7, and the step d of the pattern of the reference plate 2
can be made small as long as the pattern can be identified optically. Furthermore, according to recent polishing technology, the variation in the thickness of the raw material wafer of the semiconductor wafer 1 is small;
The warpage that occurs during the high-temperature heat treatment process and film formation process that causes warpage is larger than the variation in thickness. Also, among the patterns 1a of a large number of integrated circuits etc. formed on the semiconductor wafer 1, position coordinate information is set in the control unit 10 so that only the same pattern part is measured even if the integrated circuits etc. are different. By doing so, it is possible to eliminate the influence of uneven steps on the surface of the semiconductor wafer 1 on the warpage value. Therefore, according to the present device, it is possible to know the warpage value with sufficient accuracy to take measures to improve the manufacturing yield of integrated circuits and the like.

第3図は基準板2の他の例を示す部分斜視図で
ある。この基準板21は金属製であつて平坦な主
面21aに対し、腐蝕処理を施し結晶粒界21b
を露呈させてある。結晶粒界21bは寸法が小さ
く、周知の如く通常の金属顕微鏡で容易に観察で
きるものであるから、第2図で説明した基準板2
と同等の効果を有する。
FIG. 3 is a partial perspective view showing another example of the reference plate 2. FIG. This reference plate 21 is made of metal, and has a flat main surface 21a subjected to corrosion treatment to form grain boundaries 21b.
has been exposed. Since the grain boundaries 21b are small in size and can be easily observed with an ordinary metallurgical microscope as is well known, the reference plate 2 illustrated in FIG.
It has the same effect as.

第4図もまた基準板2の他の例を示す部分斜視
図である。この基準板22は、半導体ウエハ1を
製造するために用いたマスクまたは同種のマスク
である。製造に多種類のマスクを要していた場合
には、そのうちの1種類のマスクでよい。この基
準板22の主面22aは勿論、平坦であり、半導
体ウエハ1の集積回路等のパターン1aのうちの
どれか1種類に対応するパターン22bが例えば
クロム簿膜等で形成されているので第2図で説明
した基準板2と同等の効果を有する。
FIG. 4 is also a partial perspective view showing another example of the reference plate 2. As shown in FIG. This reference plate 22 is a mask used to manufacture the semiconductor wafer 1 or a similar type of mask. If many types of masks are required for manufacturing, only one type of mask is sufficient. The main surface 22a of the reference plate 22 is, of course, flat, and the pattern 22b corresponding to one of the patterns 1a of the integrated circuits, etc. of the semiconductor wafer 1 is formed of, for example, a chrome film. It has the same effect as the reference plate 2 explained in FIG.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図a,b,cはそれぞれ本発明のそり測定
装置を説明するための概略構成図、部分斜視図、
部分断面図であり、第2図、第3図および第4図
はそれぞれ本発明に用いる基準板の例を示す部分
斜視図、第5図は本発明における焦点合わせの原
理の説明図である。 1は半導体ウエハ、2は基準板、3はスキヤン
ニング・ステージ機構、4は光学顕微鏡、5はテ
レビ・カメラ、6は対物レンズ、7は対物レンズ
駆動機構、8はストツパ、9は画像処理部、10
はコントロール部、11はデータ処理部である。
なお図中、同一符号は同一または相当部分を示
す。
Figures 1a, b, and c are a schematic configuration diagram, a partial perspective view, and a partial perspective view, respectively, for explaining the warp measuring device of the present invention.
FIG. 2, FIG. 3, and FIG. 4 are partial perspective views showing examples of reference plates used in the present invention, and FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of focusing in the present invention. 1 is a semiconductor wafer, 2 is a reference plate, 3 is a scanning stage mechanism, 4 is an optical microscope, 5 is a television camera, 6 is an objective lens, 7 is an objective lens drive mechanism, 8 is a stopper, 9 is an image processing section , 10
1 is a control section, and 11 is a data processing section.
In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 同一の集積回路等のパターンが繰り返し配
置・形成されている半導体ウエハのパターン・エ
ツジ部の拡大光学像を利用した半導体ウエハのそ
り測定装置において、光学的に不透明であると共
にその上面が平坦で全体にわたつてパターンが形
成されており半導体ウエハがその上に載置される
基準板、上記半導体ウエハ及び基準板を二次元移
動させるスキヤニング・ステージ機構、上記パタ
ーンの光学像の一部を拡大する光学顕微鏡、上記
拡大光学像を光電変換するテレビ・カメラ、テレ
ビ・カメラの映像信号の2値化及び2値化画像面
内の“1”または“0”レベル領域の相対的な全
面積の計測が可能な画像処理部、上記光学顕微鏡
の対物レンズ位置を階段的に一定の微小移動距離
の繰り返しで上方または下方へ移動でき、かつ対
物レンズ位置の最上端を設定するストツパを有す
る対物レンズ駆動機構、上記スキヤニング・ステ
ージ機構、画像処理部及び対物レンズ駆動機構を
作動・制御するコントロール部、上部基準板およ
び上記半導体ウエハに対する上記対物レンズの位
置情報を該位置情報を取得した上記基準板面上及
び上記半導体ウエハ面上の平面位置座標で比較す
る機能を具備し、上記半導体ウエハ面上の位置座
標、そり量等を算出し表示するデータ処理部より
構成されていることを特徴とする半導体ウエハの
そり測定装置。 2 基準板は、平坦なその主面に格子状等のパタ
ーンが付与されていることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の半導体ウエハのそり測定装
置。 3 基準板が、金属性であつてその平坦な主面は
腐食等により結晶粒界を露出していることを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の半導体ウエハ
のそり測定装置。 4 基準板が、被測定試料の半導体ウエハを製造
するために用いたマスクまたは同種のマスクであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
半導体ウエハのそり測定装置。
[Scope of Claims] 1. In a semiconductor wafer warpage measurement device that uses an enlarged optical image of a pattern/edge portion of a semiconductor wafer on which patterns of the same integrated circuit, etc. are repeatedly arranged/formed, an optically opaque device is used. a reference plate on which the semiconductor wafer is placed; a scanning stage mechanism for two-dimensionally moving the semiconductor wafer and the reference plate; and an optical image of the pattern. An optical microscope that magnifies a part of the image, a television camera that photoelectrically converts the expanded optical image, binarization of the video signal of the television camera, and relative measurement of the "1" or "0" level area within the binarized image plane. an image processing unit capable of measuring the total area of the optical microscope; the scanning stage mechanism, the image processing section and the control section for operating and controlling the objective lens drive mechanism, the upper reference plate, and the position information of the objective lens relative to the semiconductor wafer. It is comprised of a data processing section that has a function of comparing the plane position coordinates on the reference plate surface and the semiconductor wafer surface, and calculates and displays the position coordinates on the semiconductor wafer surface, the amount of warpage, etc. Features: Semiconductor wafer warpage measuring device. 2. The semiconductor wafer warpage measuring device according to claim 1, wherein the reference plate has a pattern such as a grid pattern on its flat main surface. 3. The semiconductor wafer warpage measuring device according to claim 1, wherein the reference plate is made of metal and has a flat main surface with grain boundaries exposed due to corrosion or the like. 4. The semiconductor wafer warpage measuring device according to claim 1, wherein the reference plate is a mask used to manufacture a semiconductor wafer as a sample to be measured or a mask of the same type.
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