JPS6383634A - 汚染膜測定方法およびその装置 - Google Patents
汚染膜測定方法およびその装置Info
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- JPS6383634A JPS6383634A JP22830386A JP22830386A JPS6383634A JP S6383634 A JPS6383634 A JP S6383634A JP 22830386 A JP22830386 A JP 22830386A JP 22830386 A JP22830386 A JP 22830386A JP S6383634 A JPS6383634 A JP S6383634A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/171—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with calorimetric detection, e.g. with thermal lens detection
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は汚染膜の測定方法とその装置に係り、特に半導
体ウェハ乾燥時に発生する汚染酸化膜測定に好適な汚染
膜測定方法とその装置に関する。
体ウェハ乾燥時に発生する汚染酸化膜測定に好適な汚染
膜測定方法とその装置に関する。
従来汚染膜の検査については各種の膜厚測定方法が用い
られ、このうち非接触測定法にはエリプソメータや光干
渉法が用いられてきた。これらの方法は例えばセミコン
ダクタ・メジャーメント・アンド・インストラメンテー
ションＰ１８５〜１７５マクグロウヒル好学社版（１９
７５年） （ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＭｅａｓｕｒ
ｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏ
ｎ）において説明されている。
られ、このうち非接触測定法にはエリプソメータや光干
渉法が用いられてきた。これらの方法は例えばセミコン
ダクタ・メジャーメント・アンド・インストラメンテー
ションＰ１８５〜１７５マクグロウヒル好学社版（１９
７５年） （ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＭｅａｓｕｒ
ｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏ
ｎ）において説明されている。
すなわち、上記エリプソメータ法では、試料に照射した
偏光の反射光強度の偏光角依存性から解析計算により膜
厚を計算するものであり、上記光干渉法は光の波長を走
査して試料に走査したときの反射光強度の波長依存性か
ら膜厚を計算するものである。
偏光の反射光強度の偏光角依存性から解析計算により膜
厚を計算するものであり、上記光干渉法は光の波長を走
査して試料に走査したときの反射光強度の波長依存性か
ら膜厚を計算するものである。
上記従来技術のうちエリプソメータによる方法は下表に
示す様に各測定点ごとに偏光角を回転走査するために１
点に対し数秒以上の走査時間を必要とし、かつ顕微集光
系が使えないためレーザ光を用いても測定スポットが１
ｎｕａφ程度になってしまうという問題があった。
示す様に各測定点ごとに偏光角を回転走査するために１
点に対し数秒以上の走査時間を必要とし、かつ顕微集光
系が使えないためレーザ光を用いても測定スポットが１
ｎｕａφ程度になってしまうという問題があった。
また光干渉法については、下表に示す様に顕微集光系に
より数μｍ程度の微小集光ができるが、その一方で各測
定点ごとに光の波長を走査する必要があり、各測定点ご
とに１０秒以上の測定時間を要し、試料全体の測定時間
が長くなるという問題があった。
より数μｍ程度の微小集光ができるが、その一方で各測
定点ごとに光の波長を走査する必要があり、各測定点ご
とに１０秒以上の測定時間を要し、試料全体の測定時間
が長くなるという問題があった。
本発明の目的は上記従来技術に代わり、半導体ウェハ上
に点在する汚染膜を迅速に測定する方法と装置を提供す
ることにある。
に点在する汚染膜を迅速に測定する方法と装置を提供す
ることにある。
励起光源と、この励起光源からの励起光を一定周波数で
強度変調させる光強度変調手段と、この光強度変調手段
からの強度変調された励起光を微小に集光して半導体ウ
ェハの一部に照射する集光系とからなる光学系を設け、
かつ前記半導体ウェハの励起光の照射中心より外れたス
ロープが周期的に発生する位置にプローブ光を照射する
プローブレーザと、このプローブ光が熱膨張のない時点
で前記半導体ウェハから反射した角度と、前記励起光の
照射による熱膨張により周期的変位を発生した時点で前
記半導体ウェハから反射した角度とを検出する位置検出
器と、反射光の光強度変調周波数の反射角の周期変動を
光位置の周期的変動として測定する位相検波器よりなる
装置と、これを用いて汚染膜を測定することにより達成
される。
強度変調させる光強度変調手段と、この光強度変調手段
からの強度変調された励起光を微小に集光して半導体ウ
ェハの一部に照射する集光系とからなる光学系を設け、
かつ前記半導体ウェハの励起光の照射中心より外れたス
ロープが周期的に発生する位置にプローブ光を照射する
プローブレーザと、このプローブ光が熱膨張のない時点
で前記半導体ウェハから反射した角度と、前記励起光の
照射による熱膨張により周期的変位を発生した時点で前
記半導体ウェハから反射した角度とを検出する位置検出
器と、反射光の光強度変調周波数の反射角の周期変動を
光位置の周期的変動として測定する位相検波器よりなる
装置と、これを用いて汚染膜を測定することにより達成
される。
被測定半導体ウェハは光強度変調手段により一定周波数
で強度変調された断続光により照射され、照射域は光エ
ネルギを吸収し熱に変換し、周期的な熱膨張により伸縮
し照射域表面が変位をくり返す。変位は照射域中心で最
大になるため照射域中心の周囲にはわずかなスロープが
周期的に生じ、該スロープ部分に一定角度でプローブ光
を照射すると、プローブ光の反射角は表面変位に応じて
わずかに変化する。反射角のわずかな変化は反射光の位
置を光位置検出器で正確に検出され、かつ位相検波器に
より光強度変調周波数と同一周波数の周期的変位のみ測
定することにより良好な信号雑音比で変位の高感度測定
ができる。半導体表面に点在する汚染膜の部分では光吸
収係数発熱時の熱伝専が正常部と異なり、変位の大きさ
が正常部と比べ変化するため、試料ウェハ面上の照射域
を走査することで容易に汚染膜を検出できる。
で強度変調された断続光により照射され、照射域は光エ
ネルギを吸収し熱に変換し、周期的な熱膨張により伸縮
し照射域表面が変位をくり返す。変位は照射域中心で最
大になるため照射域中心の周囲にはわずかなスロープが
周期的に生じ、該スロープ部分に一定角度でプローブ光
を照射すると、プローブ光の反射角は表面変位に応じて
わずかに変化する。反射角のわずかな変化は反射光の位
置を光位置検出器で正確に検出され、かつ位相検波器に
より光強度変調周波数と同一周波数の周期的変位のみ測
定することにより良好な信号雑音比で変位の高感度測定
ができる。半導体表面に点在する汚染膜の部分では光吸
収係数発熱時の熱伝専が正常部と異なり、変位の大きさ
が正常部と比べ変化するため、試料ウェハ面上の照射域
を走査することで容易に汚染膜を検出できる。
ここで上記発熱過程による汚染膜の検出について詳しく
述べろ。励起光源としてはＸＱクランプハロゲンランプ
、レーザなどがあるが、１故小部検出のためビームを絞
るのでコヒーレントなレーザが優れている。励起光源の
変３周手段には音響光学変調器、電子光学変調器３機械
式チョッパなどがあるが、電子光学変調器は値段が高く
、また機械式チョッパはＩＫＨｚ程度の低周波変調にな
るので汚染膜が薄い場合に汚染と周囲の区別がつきにく
くなるので、価格、取扱い、数Ｈｚ〜数ＭＨｚと変言周
周波数の広い音響光学変調器が優れている。
述べろ。励起光源としてはＸＱクランプハロゲンランプ
、レーザなどがあるが、１故小部検出のためビームを絞
るのでコヒーレントなレーザが優れている。励起光源の
変３周手段には音響光学変調器、電子光学変調器３機械
式チョッパなどがあるが、電子光学変調器は値段が高く
、また機械式チョッパはＩＫＨｚ程度の低周波変調にな
るので汚染膜が薄い場合に汚染と周囲の区別がつきにく
くなるので、価格、取扱い、数Ｈｚ〜数ＭＨｚと変言周
周波数の広い音響光学変調器が優れている。
また発熱過程の測定方法としては■の試料を干渉計の反
射鏡として用い表面の変位を測定する。
射鏡として用い表面の変位を測定する。
■熱発生に伴う照射域近傍の雰囲気の屈折率測定を行う
方法、■熱発生に伴う試料表面の局部歪みにより発生す
る音響波を圧電素子で測定する。などの方法があるが■
の光の干渉に基く方法は試料の設置が誤差を生じ易（難
しい。また■の屈折率測定による方法は周囲の雰囲気の
流れに影響される上、悪魔も後述の実施例より低い。更
に■の音響波による方法は試料と検出器の音Ｕ接合を得
るためグリースなどの接合剤が必要で試料を汚し易い。
方法、■熱発生に伴う試料表面の局部歪みにより発生す
る音響波を圧電素子で測定する。などの方法があるが■
の光の干渉に基く方法は試料の設置が誤差を生じ易（難
しい。また■の屈折率測定による方法は周囲の雰囲気の
流れに影響される上、悪魔も後述の実施例より低い。更
に■の音響波による方法は試料と検出器の音Ｕ接合を得
るためグリースなどの接合剤が必要で試料を汚し易い。
したがって、本発明においては、迅速に汚染膜を高感度
で測定することができる。
で測定することができる。
以下、本発明の一実施例を示す第１図および第２図につ
いて説明する。第１図は本発明による汚染膜測定装置の
要部を示す説明図、第２図は汚染膜に励起光およびプロ
ーブ光を照射したときの状態を示す説明図である。
いて説明する。第１図は本発明による汚染膜測定装置の
要部を示す説明図、第２図は汚染膜に励起光およびプロ
ーブ光を照射したときの状態を示す説明図である。
第１図、第２図において、上は光学系、叢は測定系であ
る。前記光学系上は励起光源３と、この励起光源３とか
らの励起光Ａを一定の周波数で強度変調させる音響光学
変調器などからなる光変調器４と、ミラー５と、励起光
Ａを試料たる半導体ウェハ１５の表面に向って微小に集
光照射させる集光レンズ系６とから構成されている。前
記測定系童は前記半導体ウェハ１５の表面に対して所定
角度θだけ傾斜した位置から前記励起光Ａの照射域中心
かられずかにはずれたスロープ１４が周期的に発生する
位置に向ってプローブ光Ｂを照射するプローブレーザ７
と、前記半導体ウェハ１５の表面から角度θ、θ′で反
射したプローブ光Ｂの位置を検出する位置検出器８と、
この位置検出器８からの検出信号Ｐを増幅する前置増幅
器９と、この前置増幅器９からの増幅された検出信号Ｐ
から光強度変調周波数と同一周波数の周期的変位のみを
測定する位相検波器１０と、この位相検波器１０からイ
ンターフェイス１１を介して入力した表面変位測定デー
タＤを演算処理するとともに半導体ウェハ１５を載置す
る走査ステージ１６をインターフェイス１３を介してＸ
、Ｙ、ｒθ力方向走査して汚染膜の分布図などを作成す
るデータ処理演算表示部１２とから構成されている。１
７は除振台である。本発明による汚染膜測定装置は前記
の如く構成されているから、つぎにその汚染膜測定方法
について述べる。
る。前記光学系上は励起光源３と、この励起光源３とか
らの励起光Ａを一定の周波数で強度変調させる音響光学
変調器などからなる光変調器４と、ミラー５と、励起光
Ａを試料たる半導体ウェハ１５の表面に向って微小に集
光照射させる集光レンズ系６とから構成されている。前
記測定系童は前記半導体ウェハ１５の表面に対して所定
角度θだけ傾斜した位置から前記励起光Ａの照射域中心
かられずかにはずれたスロープ１４が周期的に発生する
位置に向ってプローブ光Ｂを照射するプローブレーザ７
と、前記半導体ウェハ１５の表面から角度θ、θ′で反
射したプローブ光Ｂの位置を検出する位置検出器８と、
この位置検出器８からの検出信号Ｐを増幅する前置増幅
器９と、この前置増幅器９からの増幅された検出信号Ｐ
から光強度変調周波数と同一周波数の周期的変位のみを
測定する位相検波器１０と、この位相検波器１０からイ
ンターフェイス１１を介して入力した表面変位測定デー
タＤを演算処理するとともに半導体ウェハ１５を載置す
る走査ステージ１６をインターフェイス１３を介してＸ
、Ｙ、ｒθ力方向走査して汚染膜の分布図などを作成す
るデータ処理演算表示部１２とから構成されている。１
７は除振台である。本発明による汚染膜測定装置は前記
の如く構成されているから、つぎにその汚染膜測定方法
について述べる。
半導体ウニハエ５の表面上に集光レンズ系６から微小に
集光された励起光Ａを照射すると、半導体ウェハ１５の
表面には励起光Ａの吸収により周期的に加熱され、熱膨
張によって励起光Ａの照射域中心を頂点としてスロープ
１４が周期的に発生する。
集光された励起光Ａを照射すると、半導体ウェハ１５の
表面には励起光Ａの吸収により周期的に加熱され、熱膨
張によって励起光Ａの照射域中心を頂点としてスロープ
１４が周期的に発生する。
一方ブローブレーザ７からのプローブ光Ｂを前記励起光
Ａの照射域中心かられずかにずれたスロープ１４が周期
的に発生する位置に向って角度θで照射すると、プロー
ブ光Ｂは熱膨張のない時点すなわちスロープ１４が発生
しない時点では半導体ウェハ１５の表面の前記励起光Ａ
の照射位置から角度θでｔｉ線Ｃにて示す位置を反射す
るのに対して、熱膨張によりスロープ１４を発生してい
る時点では、スロープ１４上を角度θ′で実線Ｃ′にて
示す位置を反射する。
Ａの照射域中心かられずかにずれたスロープ１４が周期
的に発生する位置に向って角度θで照射すると、プロー
ブ光Ｂは熱膨張のない時点すなわちスロープ１４が発生
しない時点では半導体ウェハ１５の表面の前記励起光Ａ
の照射位置から角度θでｔｉ線Ｃにて示す位置を反射す
るのに対して、熱膨張によりスロープ１４を発生してい
る時点では、スロープ１４上を角度θ′で実線Ｃ′にて
示す位置を反射する。
そこで、これらの反射光ｃ、ｃ’の位置を位置検出器８
により検出し、この検出信号Ｐを前置増幅器９で増幅し
て位相検波器１０で光強度変調周波数と同一の反射角の
周波変動を光位置の周波数変動として測定する。この測
定された反射角の変動すなわち、半導体ウェハ１５の表
面の周期的変動は半導体ウェハ１５の表面の汚染膜の有
無によって変化するので、走査ステージ１４をＸＹある
いはｒθ力方向走査すれば汚染膜の存在により表面変位
信号が変動して汚染膜の存在を迅速に測定することがで
きる。
により検出し、この検出信号Ｐを前置増幅器９で増幅し
て位相検波器１０で光強度変調周波数と同一の反射角の
周波変動を光位置の周波数変動として測定する。この測
定された反射角の変動すなわち、半導体ウェハ１５の表
面の周期的変動は半導体ウェハ１５の表面の汚染膜の有
無によって変化するので、走査ステージ１４をＸＹある
いはｒθ力方向走査すれば汚染膜の存在により表面変位
信号が変動して汚染膜の存在を迅速に測定することがで
きる。
ついで位相検波器１０の表面変位測定データＤがインタ
ーフェイス１１を介してデータ処理演算表示部１２に送
られると、データ処理演算表示部１２は表面変位測定デ
ータＤを演算処理するとともに走査ステージエ６を走査
制御することにより汚染膜の分布図などを作成する。
ーフェイス１１を介してデータ処理演算表示部１２に送
られると、データ処理演算表示部１２は表面変位測定デ
ータＤを演算処理するとともに走査ステージエ６を走査
制御することにより汚染膜の分布図などを作成する。
したがって半導体ウェハ１５を洗浄したのちの乾燥時に
発生する汚染膜を数分以内で迅速に検査することができ
る。
発生する汚染膜を数分以内で迅速に検査することができ
る。
また、除振台１７上に光学系上および測定先主を搭載し
ているから高精度な検査を行なうことができる。
ているから高精度な検査を行なうことができる。
本発明によれば半導体ウェハを洗浄したのちの乾燥時に
発生する汚染膜を迅速にかつ高精度に測定することがで
きる。
発生する汚染膜を迅速にかつ高精度に測定することがで
きる。
第１図は本発明による汚染膜測定装置の要部を示す説明
図、第２図は汚染膜に励起光およびプローブ光を照射し
たときの状態を示す説明図である。 １−・・光学系、１・・・測定系、３・・・励起光源、
４・・・光変調器、５・・・ミラー、６・・・集光レン
ズ系、７・・・プローブレーザ、８・・・位置検出器、
９・・・前置増幅器、１０・・・位相検波器、１１．１
３・・・インターフェイス、１２・・・データ処理演算
表示部、１４・・・スロープ、１５・・・半導体ウェハ
、１６・・・走査ステージ、１７・・・除振台。 代理人 弁理士 秋 本 正 実 工躬 Ｉ 区 ／７−−−− 除振台 箒 Ｚ 図
図、第２図は汚染膜に励起光およびプローブ光を照射し
たときの状態を示す説明図である。 １−・・光学系、１・・・測定系、３・・・励起光源、
４・・・光変調器、５・・・ミラー、６・・・集光レン
ズ系、７・・・プローブレーザ、８・・・位置検出器、
９・・・前置増幅器、１０・・・位相検波器、１１．１
３・・・インターフェイス、１２・・・データ処理演算
表示部、１４・・・スロープ、１５・・・半導体ウェハ
、１６・・・走査ステージ、１７・・・除振台。 代理人 弁理士 秋 本 正 実 工躬 Ｉ 区 ／７−−−− 除振台 箒 Ｚ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、励起光源からの励起光を一定周波数で強度変調させ
、これを微小に集光させて被測定部に照射させ、この光
エネルギーの吸収により該被測定部の表面に熱膨張によ
る変位を発生させ、この変位を一定角度で発熱域に照射
したプローブ光の反射角の変化により測定して該被測定
部の表面の汚染膜を測定することを特徴とする汚染膜測
定方法。 ２、励起光源と、この励起光源からの励起光を一定周波
数で強度変調させる光強度変調手段と、この光強度変調
手段からの強度変調された励起光に微小に集光させ被測
定部に照射させて該被測定部の表面に熱膨張による変位
を発生させる集光系とからなる光学系を設け、かつ前記
被測定部の照射域にプローブ光を一定角度で照射させる
プローブレーザと、前記被測定部の表面から反射したプ
ローブ光の位置を測定する位置検出器とからなる測定系
を設け、前記被測定部の汚染膜を測定しうるように構成
したことを特徴とする汚染膜測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22830386A JPS6383634A (ja) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | 汚染膜測定方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22830386A JPS6383634A (ja) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | 汚染膜測定方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6383634A true JPS6383634A (ja) | 1988-04-14 |
Family
ID=16874333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22830386A Pending JPS6383634A (ja) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | 汚染膜測定方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6383634A (ja) |
-
1986
- 1986-09-29 JP JP22830386A patent/JPS6383634A/ja active Pending
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