JPS644141B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、例えば半導体のアルミ蒸着膜の蒸着
状態の良否を評価するための表面状態評価装置に
関する。

〔発明の技術的背景〕

半導体製品の製造においてアルミニウム蒸着膜
の形成は、必須不可欠の工程である。すなわち、
個別デバイスと外部端子との接続のためにアルミ
ニウム又は金の細線が用いられるが、これらの細
線がボンデイングされる薄膜としてアルミニウム
蒸着膜が用いられている。したがつて、アルミニ
ウム蒸着膜は、常に安定したボンデイング性が要
求されるので、蒸着後、ボンデイング性の良否を
知るために蒸着状態の評価を行う必要がある。本
出願人は、先願である特願昭56−209509号「表面
状態評価装置」において、アルミニウム蒸着面の
表面状態の良否の判定を自動的に行う装置を開示
した。この装置は、暗箱中にて、アルミニウム蒸
着膜を被着したウエハに垂直光を投射し、その反
射光を受光素子にて受光して光電変換し、光電変
換された電気信号により反射分布曲線を求め、こ
の反射分布曲線の形状に基づいて、表面状態の評
価を行うようにしたものである。そうして、この
装置には、蒸着状態の良否の判定精度向上を目的
として、蒸着状態評価前にその表面がほぼ100％
拡散反射する「100％校正用試料」及びその表面
が鏡面をなし正反射のみで乱反射成分の極めて少
ない「０％校正用試料」からの反射光を実測し、
この実測値と基準となる測定条件下における同一
の校正用試料からの反射光の受光量とに基づいて
光源、筐体、増幅部等の経時変化による誤差を補
正するようにしたもので、上記誤差が補正された
基準となる測定条件下における反射分布曲線を得
ることができるようになつている。

〔背景技術の問題点〕

蒸着状態の良否の判定精度を一層向上させるた
めには、一個の被測定物ごとに、前述した校正を
行う必要があるが、筐体中に上記校正用試料を逐
一出し入れする作業は、きわめて煩雑かつ手間が
かかるので、生産能率の点からみて実際の生産工
程に適用することはできない。

〔発明の目的〕

本発明は、アルミニウム蒸着膜の良否の判定
を、迅速かつ正確に行うことのできる表面状態評
価装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

同一平面上に被測定物及び校正用の標準反射板
を配設し、これら被測定物及び標準反射板を入射
光位置に移動自在とし、被測定物の拡散反射光測
定前に逐一上記標準反射板からの反射光を実測
し、この実測値とあらかじめ求められている基準
となる測定条件下における同一の標準反射板から
の反射光の受光量とに基づいて経時変化による誤
差を補正し、基準となる測定条件下における反射
分布曲線を得、この反射分布曲線により表面状態
の評価を行うようにしたものである。

〔発明の実施例〕

第１図に示す暗箱となる筐体１は、開閉自在な
図示せぬ扉を有していて、脚部２を介して基台３
に固定されている。上記筐体１の内部底面には、
支持体４が固定されている。この支持体４は、上
記軸支部５及び下部軸支部６を有していて、これ
ら上部軸支部５及び下部軸支部６のそれぞれに
は、軸心が基台３の上面３ａに垂直な回転軸７を
軸支するジヤーナル軸受８，９が嵌設されてい
る。上記回転軸７の上端部は鍔部１０となつてい
て、この鍔部１０の上面には、円板状の載物台１
１が上記回転軸７と同軸に一体的に固定されてい
る。そうして、載物台１１と回転軸７とは、鍔部
１０の下面とジヤーナル軸受８の上端面との間に
設けられたスラスト軸受１２を介して、支持体４
により支持されている。また、回転軸７の下部
は、軸継手１３を介して、筐体１の外側下部に取
付けられた位置検出器としてのロータリエンコー
ダ１４の回転軸に連結されている。上部軸支部５
と下部軸支部６との間にある回転軸７部分には、
プーリ１５が環装されている。筐体１内部底面に
は、その回転軸１６の軸心が、回転軸７の軸心と
平行になるように電動機１７が支持体１８により
固定されている。この電動機１７の回転軸１６の
先端にはプーリ１９が環装され、このプーリ１９
とプーリ１５との間には、ベルト２０が張着され
ている。上記支持体４、回転軸７、電動機１７、
ベルト２０は載物台駆動機構を構成している。第
２図は、載物台１１の平面図を示すもので、載物
台１１の回転中心２１は、筐体１の中心より左側
にずれている。そうして、載物台１１上には、円
周２２に沿つて配設される前記「100％校正用試
料」である例えば硫酸バリウム（BaSO₄）の粉
末が被着され、外観が白色の第１の標準反射板２
３、前記「０％校正用試料」である第２の標準反
射板２４及び被測定物であるウエハ２５を位置決
めするための位置決めピン２６…が立設されてい
る。なお、第１及び第２の標準反射板２３の厚さ
は、これらの上面が載物台１１上に載置されたと
き、ウエハ２５の上面と同一平面上になるように
設定されている。さらに、第１図に示すように、
筐体１の外側上部には、筐体１の上板に穿設され
た貫通孔２７を介して、第２図に示す載物台１１
上の円周２２上にあるウエハ２５の中央部分の領
域２８に光を投射するための投光部２９が設けれ
ている。この投光部２９は、両端が密閉されて外
光を完全に遮断する円筒状に形成され、一端部側
下部に開口部分が設けられこの開口部分が貫通孔
２７に連通する光路体３０、この光路体３０の他
端部内側に設けられた光源３１、光路体３０の上
記開口部分と上記光源３１との間に設けられ光源
３１からの光を断面が円形をなす平行光線にする
ための２個のレンズ３２，３２及び光路体３０の
開口部分に一定角度傾斜して設けられ、レンズ３
２，３２を通過した平行光線を貫通孔２７から載
物台１１に対して垂直に入射させるミラー３３か
ら構成されている。さらに、筐体１の内側上部に
は、光源３１から投射された断面が円形の光線束
３４の中心軸Ｐを中心に、45゜間隔で等配され、
法線Ｓとウエハ２５の上面との交点（第１図参
照）である中心３５を中心とする円弧に形成され
た８個の棒状の支持体３６ａ，３６ｂ，…，３６
ｈが取付けられている。第３図は、中心３５から
筐体１内側上部を見た図であるが、支持体３６
ａ，３６ｂはＸ方向に、支持体３６ｃ，３６ｄは
Ｙ方向に、支持体３６ｅ，３６ｆはR₁方向に、
支持体３６ｇ，３６ｈはR₂方向になるように配
置され、これら支持体３６ａ，３６ｂ，…，３６
ｈのウエハ２５に対向する面は、中心３５を中心
とする同一の球面上にのるように配置されてい
る。したがつて、各支持体３６ａ，３６ｂ，…，
３６ｈのウエハ２５に対向する面は、中心３５を
中心とする球の大円の一部をなしている。上記各
支持体３６ａ，３６ｂ，…，３６ｈのウエハ２５
に対向する面側には、上記法線Ｐを0゜として10゜
おきに、例えば太陽電池やフオト・ダイオードな
どの受光素子３７−ｉ（ただし、ｉは受光素子の
特定のためのもので、ｉ＝１、２、…、40であ
る。以下同じ。）が、ウエハ２５からの拡散反射
光を受光する受光面が中心３５を中心とする同一
球面上にのるように嵌設されている。したがつ
て、ある受光素子３７を特定することにより、法
線Ｐからの反射角θが明らかになるようになつて
いる。しかして、上記支持体３６ａ，３６ｂ，…
３６ｈ及び受光素子３７−ｉは受光部３８を構成
している。第４図は、本発明の表面状態評価装置
の電気回路系統を示すもので、各受光素子３７−
ｉは、増幅器３９…を介して、例えばマルチプレ
クサなどのような電気的に切換操作を行う切換ス
イツチ４０の入力側に接続されている。この切換
スイツチ４０の出力側は、増幅器４１を介して、
アナログ−デイジタル変換器４２の入力側に接続
されている。このアナログ−デイジタル変換器４
２の出力側は、入出力インターフエイス４３に接
続されている。この入出力インターフエイス４３
は、システムバス４４を介して、CPU（Central
Processing Unit；中央処理装置）４５に接続さ
れている。また、CPU４５には、システムバス
４４を介して、各種測定データが格納される
RAM（Random Access Memory）４６及び表
面状態評価のための基本プログラム及び各種設定
値が格納されたROM（Read Only Memory）47
に接続されている。さらに、上記入出力インター
フエイス）43には、前記電動機１８及びエンコー
ダ１４が電気的に接続されている。さらに、シス
テムバスには、入出力インターフエイス４３を介
して、例えばCRT（Cathode−Ray Tube）又は
プリンタなどの表示部４８が接続されている。し
かして、入出力インターフエイス４３，システム
バス４４、CPU４５、RAM４６及びROM４７
は、例えば、マイクロコンピユーターなどの演算
制御部４９を構成している。

つぎに、本実施例における表面状態評価装置の
作動について述べる。

まず、光源３１の光量、増幅器３９…，４１、
載物台１１の受光部３８の傾斜角等を理想的な状
態に調整する（これを以下「基準測定条件」とよ
ぶ。）。つぎに、この基準測定条件下において、筐
体１中に第１及び第２の標準反射板２３，２４を
載物台１１上に載置するとともに、位置決めピン
２６…により所定位置に位置決めする。しかし
て、領域５０，５１に各別に光線束３４を垂直に
投射し、このときの反射光を受光素子３７−ｉに
て、受光量に対応した大きさの電気信号に光電変
換する。この光電変換された電気信号に対応した
デイジタル値は、図示せぬPROMライターを用
いて、ROM４７のあらかじめ各受光素子３７−
ｉに対応して設けられた番地に、第１の反射板２
３に関しては、１００％拡散反射した場合の基準
受光量x_i（100）（ただし、ｉ＝１、２、…、40で
あり、各受光素子３７−ｉの「ｉ」に対応してい
る。）、第２の反射板２４に関しては、すべて正反
射した場合の基準受光量x_i（０）（ただし、ｉ＝
１、２、…、40であり、各受光素子３７−ｉの
「ｉ」に対応している。）として格納しておく。つ
ぎに、上記基準測定条件にある時点から一定時間
経過した実際の測定においては、まず、筐体１の
扉を開いて、載物台１１上にウエハ２５を載置す
るとともに、位置決めピン２６…により、所定位
置に位置決めする。しかして、筐体１の扉を閉
じ、筐体１内部を暗箱状態にするとともに、光源
３１から光線束３４を投射し、測定開始信号を入
出力インターフエイス４３を介してCPU４５に
出力すると、CPU４５から入出力インターフエ
イス４３を介して制御信号SAが、電動機１７に
出力され、電動機１７が回転する。電動機１７の
回転は、ベルト２０を介して、回転軸７に伝えら
れ、載物台１１は、第２図矢印５２方向に回転中
心２１を中心として回転する。回転軸７の回転と
ともに、ロータリエンコーダ１４から回転位置検
出信号SBが、入出力インターフエイス４３を介
して、CPU４５に出力される。ROM４７にて
は、第１の標準反射板２３の領域５０、第２の標
準反射板２４の領域５１及びウエハ２５の領域２
８が、光線束３４位置にあるときの、基準位置デ
ータがあらかじめ各別に格納されていて、CPU
４５にては、これら基準位置データと上記回転位
置検出信号SBが逐次比較され、両者が一致した
時点で、ストローブ信号SCが、切換スイツチ４
０へ出力され、切換スイツチ４０を作動させる。
一方、このストローブ信号SCが、切換スイツチ
４０へ出力された時点においては、上記領域２
８，５０，５１における反射光を受光素子３７−
ｉが受光し、これら受光素子３７−ｉは、受光量
に対応した大きさの電気信号SD−ｉ（ただし、ｉ
＝１、２、…、40であり、各受光素子３７−ｉの
「ｉ」に対応している。）に変換され、この電気信
号SD−ｉは、増幅器３９…により増幅されて、
切換スイツチ４０に並列に入力している。したが
つて、ストローブ信号SCを入力した切換スイツ
チ４０からは、領域２８，５０，５１における反
射光に基因する電気信号SD−ｉが、順次、増幅
器４１を介して、アナログ−デイジタル変換器４
２に出力する。このアナログ−デイジタル変換器
４２にて、増幅された電気信号SD−ｉは、デイ
ジタル値に変換され、デイジタル化された電気信
号SD−ｉは、入出力インターフエイス４３、
CPU４５を介して、RAM４６に転送され、
RAM４６中にては、ウエハ２５及び第１、第２
の標準反射板２３，２４ごとに、各受光素子３７
−ｉに対応して設けられた番地に、ウエハ２５の
領域２８における反射光の受光量y_i（ただし、ｉ
＝１、２、…、40であり、各受光素子３７−ｉの
「ｉ」に対応している。）、第１の標準反射板２３
の領域５０における反射光の受光量y_i（100）（た
だし、ｉ＝１、２、…、40であり、各受光素子３
７−ｉの「ｉ」に対応している。）及び第２の標
準反射板２４の領域５１における反射光の受光量
y_i（０）（ただし、ｉ＝１、２、…、40であり、各
受光素子３７−ｉの「ｉ」に対応している。）と
して格納される。しかして、これらデータの
RAM４６への格納が完了すると、電動機１７の
回転停止のための制御信号SA′が電動機１７に出
力され、載物台１１の回転は停止する。ところ
で、この実際の測定における測定条件は、経時的
な影響により例えば光源３１の光量変化、増幅器
３９…，４１のゲインの変化、載物台１１の傾斜
角の変化等が生じている。そこで、受光量y_iを基
準測定条件下における受光量x_iに修正するため
に、CPU４５にて、各受光素子３７−ｉごとに、
ROM４７にあらかじめ格納されている次式に、
同じくROM４７に格納されている受光量x_i（０）、
x_i（100）、及びRAM４６に格納されているy_i
（０）、y_i（100）、y_iを代入し、目的とする基準測定
条件下の受光量x_iを求める。

x_i＝x_i（０）＋x_i（100）−x_i（０）／y_i（100）−y_i
（０）（y_i−y_i（０）） しかして、CPU４５にて演算された受光量x_iの
値は、RAM４６に格納されるとともに、表示部
４８にては、Ｘ，Ｙ，R₁，R₂の各方向ごとに、
経時的な影響が解消された反射分布曲線としてプ
ロツト表示される。ROM４７には、あらかじめ
基準測定条件下における蒸着状態が「正常」の場
合のウエハからの反射光の受光量に基づく、蒸着
状態評価基準となる反射分布曲線が格納されてい
て、表示部４８にては、上記実測による反射分布
曲線と同時に表示され、検査員は、両者の形状や
レベルの比較により、容易かつ正確に、実測され
た反射分布曲線が「正常」か、「異常」かを峻別
できる。ちなみに、Siウエハに被着されたアルミ
ニウム蒸着膜の場合、第５図に示すように、蒸着
膜が鏡面状態でボンデイング性が「良」の場合の
反射分布曲線５３と、蒸着時、残留ガス（CO₂）
等の混入により白濁しボンデイング性が「不良」
となつた場合の反射分布曲線５４と、過熱により
蒸着膜が結晶成長して、白濁したもののボンデイ
ング性には問題がない場合の反射分布曲線５５と
を明瞭に区別することができる。

このように、本実施例の表面状態評価装置は、
複数の標準反射板と被測定物を同一平面上に保持
し、かつ入射光位置に対して移動自在としたの
で、毎回の測定に於いて基準条件下における経時
的変動の影響が解消された受光量に補正すること
が可能になり、この補正された受光量に基づき基
準測定条件下における反射分布曲線を得てこの反
射分布曲線と同一の基準測定条件下において得ら
れた評価基準となる反射分布曲線と比較すること
により表面状態の評価を精確かつ迅速に行うこと
ができる。

なお、上記実施例においては、Siウエハへのア
ルミニウム蒸着膜の評価について例示している
が、これに制約されることなく、加工面その他の
物体の表面の微細な形状評価が可能である。ま
た、上記実施例においては、載物台１１は回転駆
動されるようになつているが、直線的に移動する
ようにしてもよい。また、標準反射板は、「０％」
及び「100％」反射板に限らず、例えば「20％」
や「80％」反射板を用いてもよく、これらを３個
以上組合せ、最小自乗法により、補正式を算出す
るようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明の表面状態評価装置は、載物台上に、複
数の標準反射板及び被測定物を反射位置が同一平
面上になるように保持させ、かつ載物台駆動機構
により、上記標準反射板及び被測定物からの反射
光をほぼ同時に受光部にて受光するようにしたの
で、一個の被測定物ごとに、実測した受光量を経
時的変動の影響が解消された基準測定条件下にお
ける受光量に補正することが可能となり、この補
正された受光量に基づいて基準測定条件下におけ
る反射分布曲線を得ることができるので、この反
射分布曲線と同一の基準測定条件下において得ら
れた評価基準となる反射分布曲線と比較すること
により判定精度が向上し、被測定物の品質向上に
寄与するところ大である。また、省力化に寄与す
るとともに、検査員の大幅な負担軽減が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の表面状態評価装置
の要部断面図、第２図は、第１図の表面状態評価
装置の載物台における被測定物と標準反射板の配
設を示す図、第３図は、第１図の表面状態評価装
置の受光部を示す図、第４図は、第１の表面状態
評価装置の電気回路系統を示す図、第５図は、Si
ウエハに被着されたアルミニウム蒸着膜の各種反
射曲線を示す図である。 １：筐体、１１：載物台、１４：ロータリエン
コーダ（位置検出器）、１７：電動機（載物台駆
動機構）、２３：第１の標準反射板、２４：第２
の標準反射板、２５：ウエハ（被測定物）、２
９：投光部、３７−ｉ：受光素子、３８：受光
部、４２：アナログ−デイジタル変換器、４９：
演算制御部、４８：表示部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下記構成を具備することを特徴とする表面状
   態評価装置。 (イ) 外光を遮断し被測定物を収納する筐体 (ロ) 表面状態が評価される被測定物及び反射率が
   既知かつそれぞれ異なる反射率を有する複数の
   標準反射板を載置して上記筐体中にて位置決め
   するとともに上記被測定物及び上記標準反射板
   の反射量測定面を同一平面上に保持する載置台 (ハ) 上記筐体に付設され上記同一平面に垂直な平
   行光線を投射する投光部 (ニ) 上記載置台を駆動して上記同一平面と上記平
   行光線との交差位置に対して上記被測定物及び
   上記標準反射板のそれぞれの反射量測定面を順
   次通過させる載置台駆動機構 (ホ) 上記載置台駆動機構により駆動された載置台
   の位置を検出する位置検出器 (ヘ) 上記同一平面と上記平行光線との交差位置を
   中心とする同一球面上に一定間隔で配設された
   複数の受光素子を有し、少なくとも上記球面上
   における上記交差位置を中心とする１個の大円
   に沿つて上記平行光線を入射した上記被測定物
   及び上記標準反射板からの反射光を受光し受光
   量を示す電気信号に変換する受光部 (ト) 上記受光部からの電気信号をデイジタル値の
   電気信号に変換するアナログ−デイジタル変換
   器 (チ) 上記位置検出器、上記載物台駆動機構及び上
   記アナログ−デイジタル変換器に電気的に接続
   され、上記載物台駆動機構に電気信号を出力し
   て上記載物台を駆動させかつ上記位置検出器か
   らの電気信号に基づいて駆動中の載物台に載置
   されている上記被測定物及び上記標準反射板の
   それぞれの反射量測定面の特定部分の上記交差
   位置への到達を順次検出し、これらの検出時点
   において上記アナログ−デイジタル変換器から
   出力された電気信号を入力して上記大円に沿つ
   た各受光素子における上記被測定物及び上記標
   準反射板からの反射光の受光量として記憶し、
   上記複数の受光素子のｉ番目の受光素子の上記
   被測定物からの反射光の受光量とともに記憶さ
   れた上記標準反射板から測定された受光量Yi
   と、この測定された受光量より100％拡散反射
   したときの上記標準反射板からの反射光の受光
   量Xi（０）と100％正反射したときの上記標準
   反射板からの反射光の受光量Xi（100）および
   予め記憶された基準測定条件下における100％
   拡散反射したときYi（０）および100％正反射
   したときの上記標準反射板からの反射光の受光
   量Yi（100）とより、上記基準測定条件下にお
   けるに受光量Xiを、 Xi＝Xi（０）＋Xi（100）−Xi（０）／Yi（100）−Yi（
   ０）（Yi−Yi（０）） として各受光素子ごとに補正演算する演算制御
   装置。 (リ) 上記演算制御装置に電気的に接続され、上記
   演算制御装置にて補正された受光量に基づいて
   上記被測定物の上記基準となる測定条件下にお
   ける反射分布曲線を表示する表示部