KR100967470B1 - 표면 형상 측정 장치 및 응력 측정 장치, 및 표면 형상측정 방법 및 응력 측정 방법 - Google Patents

표면 형상 측정 장치 및 응력 측정 장치, 및 표면 형상측정 방법 및 응력 측정 방법 Download PDF

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Abstract

응력 측정 장치(1)에서는, 대물 렌즈(457)를 통해 기판(9)에 조사한 광의 반사광을 차광 패턴 촬상부(43)에 의해 수광함으로써, 광학계(45)의 개구 조리개부(453)에 배치된 차광 패턴(453a)의 상이 취득된다. 제어부(5)에서는, 차광 패턴 촬상부(43)로부터의 출력에 의거하여, 복수의 경사 벡터 측정 영역에 있어서의 기판(9)의 경사 벡터, 및, 기판(9)의 표면 형상이 구해지고, 표면 형상에 의거하여 구해진 곡률 반경, 막두께 및 기판(9)의 두께에 의거하여 막 내의 응력이 구해진다. 응력 측정 장치(1)에서는, 대물 렌즈(457)로부터의 광이 기판(9) 상에 있어서 거의 평행광으로 되어 있으므로, 기판(9) 상의 각 경사 벡터 측정 영역에 있어서 포커스 조정 없이 측정을 행할 수 있고, 기판(9)의 표면 형상을 용이하고 신속하게 구할 수 있다. 그 결과, 기판(9) 상의 막 내의 응력을 용이하고 신속하게 구할 수 있다.

Description

표면 형상 측정 장치 및 응력 측정 장치, 및 표면 형상 측정 방법 및 응력 측정 방법{SURFACE FORM MEASURING APPARATUS AND STRESS MEASURING APPARATUS AND SURFACE FORM MEASURING METHOD AND STRESS MEASURING METHOD}
본 발명은, 대상물의 표면 형상을 측정하는 기술에 관한 것이고, 또, 측정된 표면 형상을 이용하여 대상물 상의 막 내의 응력을 측정하는 기술에 관한 것이다.
종래로부터, 반도체 소자의 제조에 있어서는, 반도체 기판(이하, 간단히 「기판」이라고 한다) 상으로의 성막이나 어닐링 등의 다양한 처리가 행해지고 있고, 이러한 처리에 의해, 기판 상의 박막 내에 잔류 응력이 생긴다. 최근, 반도체 소자의 고정밀화에 따라, 반도체 소자의 품질에 대한 당해 잔류 응력의 영향이 커지고 있고, 박막 내의 응력 측정의 필요성이 높아지고 있다.
박막 내의 응력을 비접촉으로 측정하는 장치의 하나로서, 일본 공개특허공보 2000-9553호 공보(문헌 1)에서는, 광 지렛데법(optical lever detection method)에 의해 기판의 곡률 반경을 측정하고, 얻어진 곡률 반경을 이용하여 박막 내의 응력을 구하는 박막 평가 장치가 개시되어 있다. 문헌 1의 박막 평가 장치에서는, 레이저 광원에서 출사된 레이저광을 기판 상에서 주사하고, 박막으로부터의 반사광의 검출기 상에 있어서의 수광 위치에 의거하여, 박막 상의 복수의 위치에 있어서의 반사각이 산출되어 곡률 반경이 구해진다.
한편, 일본 공개특허공보 2004-138519호 공보(문헌 2)에서는, 대상물 상의 막두께를 측정하는 막두께 측정 장치에 있어서, 광원에서 기판으로 향하는 조명광의 광로 상에 차광 패턴을 배치하고, 대상물로부터의 반사광의 광로 상에 있어서 결상된 차광 패턴의 상에 의거하여 대상물의 경사각을 구하는 기술이 개시되어 있다. 문헌 2의 막두께 측정 장치에서는, 얻어진 경사각을 이용하여 대상물 상의 막의 두께를 구함으로써, 고정밀한 막두께 측정이 가능하게 되어 있다.
그런데, 문헌 1의 박막 평가 장치에서는, 곡률 반경의 계측에 레이저광을 이용하므로, 측정 대상이 당해 레이저광의 파장에 대해 반사율이 낮은 것인 경우에는, 곡률 반경의 측정 오차가 커져 버려, 막 내의 응력을 고정밀도로 구할 수 없다. 또, 기판 상에 패턴이 형성되어 있는 경우에는, 당해 패턴에 의해 레이저광이 산란되어 버려, 곡률 반경을 고정밀도로 측정할 수 없으므로, 패턴이 형성된 기판의 응력 측정에는 그다지 적합하지 않다.
또한, 당해 장치에서는, 복수의 측정 위치에 있어서의 반사광의 검출기 상에 있어서의 수광 위치의 어긋남에 의거하여 곡률 반경이 구해지고 있고, 각 측정 위치에 있어서의 포커스 위치가 측정 결과에 미치는 영향이 크므로, 각 측정 위치에 있어서 고정밀한 포커스 조정을 행할 필요가 있다. 이 때문에, 장치의 구성이 복잡화되어 버리고, 또, 응력 측정에 요하는 시간도 증대해 버린다.
본 발명은, 대상물의 표면 형상을 측정하는 표면 형상 측정 장치에 적합하고, 대상물의 표면 형상을 용이하고 신속하게 구하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 또, 대상물 상의 막 내의 응력을 측정하는 응력 측정 장치에도 적합하고, 대상물의 표면 형상에 의거하여 대상물 상의 막 내의 응력을 용이하고 신속하게 구하는 것을 목적으로 한다.
표면 형상 측정 장치는, 광을 출사하는 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 대물 렌즈를 통해 대상물 상의 조사 영역으로 인도함과 함께 상기 조사 영역으로부터의 반사광을 상기 대물 렌즈를 통해 소정의 위치로 인도하는 광학계와, 상기 광원에서 상기 조사 영역에 이르는 광로 상에 있어서, 개구 조리개 위치와 광학적으로 거의 공역(共役)인 위치에 배치된 차광 패턴과, 상기 소정의 위치에 결상된 상기 차광 패턴의 상을 취득하는 촬상부와, 상기 촬상부로부터의 출력에 의거하여 상기 조사 영역의 법선 방향을 나타내는 경사 벡터를 구하는 경사 벡터 산출부와, 상기 조사 영역을 상기 대상물에 대해 상대적으로 이동하는 이동 기구와, 상기 경사 벡터 산출부에 의해 구해진 상기 대상물 상의 복수의 영역에 있어서의 경사 벡터에 의거하여 상기 대상물의 표면 형상을 구하는 표면 형상 산출부를 구비한다. 표면 형상 측정 장치에서는, 대상물의 표면 형상을 용이하고 신속하게 구할 수 있다.
응력 측정 장치는, 광을 출사하는 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 대물 렌즈를 통해 대상물 상의 조사 영역으로 인도함과 함께 상기 조사 영역으로부터의 반사광을 상기 대물 렌즈를 통해 소정의 위치로 인도하는 광학계와, 상기 광원에서 상기 조사 영역에 이르는 광로 상에 있어서, 개구 조리개 위치와 광학적으로 거의 공역인 위치에 배치된 차광 패턴과, 상기 소정의 위치에 결상된 상기 차광 패턴의 상을 취득하는 촬상부와, 상기 촬상부로부터의 출력에 의거하여 상기 조사 영역의 법선 방향을 나타내는 경사 벡터를 구하는 경사 벡터 산출부와, 상기 조사 영역을 상기 대상물에 대해 상대적으로 이동하는 이동 기구와, 상기 경사 벡터 산출부에 의해 구해진 상기 대상물 상의 복수의 영역에 있어서의 경사 벡터에 의거하여 상기 대상물의 표면 형상을 구하는 표면 형상 산출부와, 상기 표면 형상 산출부에 의해 구해진 상기 표면 형상에 의거하여 응력 측정 영역의 곡률 반경을 구하는 곡률 반경 산출부와, 상기 대상물 상의 막의 두께를 광학적으로 측정하는 막두께 측정부와, 상기 곡률 반경 산출부 및 상기 막두께 측정부에 의해 구해진 상기 응력 측정 영역에 있어서의 곡률 반경 및 막두께에 의거하여 상기 응력 측정 영역에 있어서의 상기 막 내의 응력을 구하는 응력 산출부를 구비한다. 응력 측정 장치에서는, 대상물 상의 막 내의 응력을 용이하고 신속하게 구할 수 있다.
본 발명의 한 바람직한 실시 형태에서는, 상기 막두께 측정부가, 상기 광원으로부터의 광의 상기 조사 영역으로부터의 반사광을 수광하는 수광부와, 상기 수광부로부터의 출력에 의거하여 광 간섭법에 의해 상기 조사 영역에 있어서의 상기 막의 두께를 구하는 막두께 산출부를 구비한다.
다른 바람직한 실시 형태에서는, 상기 막두께 측정부가, 또 하나의 광원을 갖고, 편광한 광을 상기 대상물을 향해 출사하는 광원 유닛과, 상기 대상물로부터의 상기 편광한 광의 반사광을 수광하여 상기 반사광의 편광 상태를 취득하는 수광 유닛과, 상기 수광 유닛에서 취득된 편광 상태에 의거하여 상기 대상물 상의 상기 막의 두께를 구하는 막두께 산출부를 구비한다.
또 다른 실시 형태에서는, 응력 측정 장치는, 상기 대상물을 유지하는 유지부와, 상기 대물 렌즈에서 출사되는 광을 이용하여, 상기 대물 렌즈와 상기 유지부 또는 상기 유지부에 유지된 상기 대상물 사이의 거리를 검출하는 거리 검출부와, 상기 거리 검출부에서 검출된 상기 대물 렌즈와 상기 대상물 사이의 거리, 및, 대상물을 유지하고 있지 않은 상태에 있어서의 상기 대물 렌즈와 상기 유지부 사이의 거리에 의거하여, 상기 응력 산출부에 의한 상기 막 내의 응력의 산출에 이용되는 상기 대상물의 두께를 구하는 대상물 두께 산출부를 더 구비한다.
본 발명의 한 국면에서는, 대상물의 표면 형상을 측정하는 표면 형상 측정 방법이, a) 광원으로부터의 광을, 대물 렌즈를 갖는 광학계를 통해 대상물 상의 조사 영역으로 조사하는 공정과, b) 상기 광원에서 상기 대상물에 이르는 광로 상에 있어서 개구 조리개 위치와 광학적으로 거의 공역인 위치에 차광 패턴이 배치되어 있고, 상기 조사 영역으로부터의 상기 광의 반사광을 상기 대물 렌즈를 통해 소정의 위치로 인도하여, 상기 소정의 위치에 결상된 상기 차광 패턴의 상을 촬상부에 의해 취득하는 공정과, c) 상기 조사 영역을 상기 대상물에 대해 상대적으로 이동하면서 상기 a) 공정 및 상기 b) 공정을 반복하여, 상기 촬상부로부터의 출력에 의거하여 상기 대상물 상의 복수의 영역의 법선 방향을 나타내는 경사 벡터를 구하는 공정과, d) 상기 복수의 영역에 있어서의 경사 벡터에 의거하여 상기 대상물의 표면 형상을 구하는 공정을 구비한다.
표면 형상 측정 방법에서는, 상기 c) 공정에 있어서, 상기 조사 영역의 상기 대상물에 대한 상대적인 이동이 연속적으로 행해지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 국면에서는, 대상물 상의 막 내의 응력을 측정하는 응력 측정 방법이, a) 광원으로부터의 광을, 대물 렌즈를 갖는 광학계를 통해 대상물 상의 조사 영역으로 조사하는 공정과, b) 상기 광원에서 상기 대상물에 이르는 광로 상에 있어서 개구 조리개 위치와 광학적으로 거의 공역인 위치에 차광 패턴이 배치되어 있고, 상기 조사 영역으로부터의 상기 광의 반사광을 상기 대물 렌즈를 통해 소정의 위치로 인도하여, 상기 소정의 위치에 결상된 상기 차광 패턴의 상을 촬상부에 의해 취득하는 공정과, c) 상기 조사 영역을 상기 대상물에 대해 상대적으로 이동하면서 상기 a) 공정 및 상기 b) 공정을 반복하여, 상기 촬상부로부터의 출력에 의거하여 상기 대상물 상의 복수의 영역의 법선 방향을 나타내는 경사 벡터를 구하는 공정과, d) 상기 복수의 영역에 있어서의 경사 벡터에 의거하여 상기 대상물의 표면 형상을 구하는 공정과, e) 상기 표면 형상에 의거하여 응력 측정 영역의 곡률 반경을 구하는 공정과, f) 상기 응력 측정 영역에 있어서의 막두께를 광학적으로 측정하는 공정과, g) 상기 응력 측정 영역에 있어서의 상기 곡률 반경 및 상기 막두께에 의거하여 상기 응력 측정 영역에 있어서의 상기 막 내의 응력을 구하는 공정을 구비한다.
응력 측정 방법에서는, 상기 c) 공정에 있어서, 상기 조사 영역의 상기 대상 물에 대한 상대적인 이동이 연속적으로 행해지는 것이 바람직하다.
상술한 목적 및 다른 목적, 특징, 양태 및 이점은, 첨부한 도면을 참조하여 이하에 행하는 이 발명의 상세한 설명에 의해 명확해진다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 응력 측정 장치(1)의 구성을 도시한 도면이다. 응력 측정 장치(1)는, 반도체 기판(9)(이하, 간단히 「기판(9)」이라고 한다)의 주면 상에 형성된 막 내의 응력을 측정하는 장치이다. 막은, 단층막이어도 되고, 다층막이어도 된다. 본 실시 형태에서는, 기판(9) 상에는 배선 패턴 등의 패턴은 형성되어 있지 않다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 응력 측정 장치(1)는, 기판(9)을 유지하는 기판 유지부인 스테이지(2), 스테이지(2)를 도 1 중의 X방향 및 Y방향으로 이동하는 스테이지 이동 기구(21), 스테이지(2)를 도 1 중의 Z방향으로 승강하는 스테이지 승강 기구(24), 기판(9) 상의 막에 대한 편광 해석(ellipsometry)에 이용되는 정보를 취득하는 엘립소미터(3, ellipsometer), 기판(9)으로부터의 반사광의 분광 강도(spectral intensity)를 취득하는 광 간섭 유닛(4), 및, 이러한 구성을 제어하는 제어부(5)를 구비한다.
도 2는, 제어부(5)의 구성을 도시한 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 제어부(5)는, 통상의 컴퓨터와 동일하게, 각종 연산 처리를 행하는 CPU(51), 실행되는 프로그램을 기억하거나 연산 처리의 작업 영역이 되는 RAM(52), 기본 프로그램을 기억하는 ROM(53), 각종 정보를 기억하는 고정 디스크(54), 작업자에게 각종 정보를 표시하는 디스플레이(55), 및, 키보드나 마우스 등의 입력부(56) 등을 접속한 구성으로 되어 있다.
도 3은, 제어부(5)의 CPU(51)(도 2 참조) 등이 프로그램에 따라 연산 처리를 행함으로써 실현되는 기능을 다른 구성과 함께 도시한 블록도이고, 도 3 중의 경사 벡터 산출부(511), 표면 형상 산출부(512), 곡률 반경 산출부(513), 응력 산출부(514), 제1 막두께 산출부(515) 및 제2 막두께 산출부(516)가, CPU(51) 등에 의해 실현되는 기능에 상당한다. 또한, 이러한 기능은 복수대의 컴퓨터에 의해 실현되어도 된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 스테이지 이동 기구(21)는, 스테이지(2)를 도 1 중의 X방향으로 이동하는 X방향 이동 기구(22), 및, Y방향으로 이동하는 Y방향 이동 기구(23)를 갖는다. X방향 이동 기구(22)는 모터(221)에 볼나사(도시 생략)가 접속되어, 모터(221)가 회전함으로써, Y방향 이동 기구(23)가 가이드 레일(222)을 따라 도 1 중의 X방향으로 이동한다. Y방향 이동 기구(23)도 X방향 이동 기구(22)와 동일한 구성으로 되어 있고, 모터(231)가 회전하면 볼나사(도시 생략)에 의해 스테이지(2)가 가이드 레일(232)을 따라 Y방향으로 이동한다. 응력 측정 장치(1)에서는, 스테이지 이동 기구(21)에 의해, 엘립소미터(3) 및 광 간섭 유닛(4)에서 기판(9) 상으로 조사되는 광의 조사 영역이 기판(9)에 대해 상대적으로 이동된다.
엘립소미터(3)는, 편광한 광(이하, 「편광광」이라고 한다)을 기판(9)을 향해 출사하는 광원 유닛(31), 및, 기판(9)으로부터의 편광광의 반사광을 수광하여 반사광의 편광 상태를 취득하는 수광 유닛(32)을 구비하고, 취득된 편광 상태를 나 타내는 데이터는 제어부(5)로 출력된다.
광원 유닛(31)은, 광 빔을 출사하는 광원인 반도체 레이저(LD)(312), 반도체 레이저(312)의 출력을 제어하는 LD 구동 제어부(311), 편광 필터(313), 및, 파장판(이하, 「λ/4판」이라고 한다)(314)을 구비한다. 엘립소미터에서는, 광원 유닛(31)의 반도체 레이저(312)에서 출사된 광 빔이 편광 필터(313)에 입사하고, 편광 필터(313)에 의해 직선 편광한 광이 취출된다. 편광 필터(313)로부터의 광은 λ/4판(314)에 입사하고, λ/4판(314)에 의해 원편광의 광으로 변환되어 렌즈(331)를 통해 소정의 입사각(예를 들면, 72°∼80°)으로 스테이지(2) 상의 기판(9) 표면으로 인도된다. 또한, 광원 유닛(31)에는(구체적으로는, 반도체 레이저(312)와 편광 필터(313)의 사이의 광로 상에는), 광 빔을 차단하는 전자 셔터(315)가 설치되고, 전자 셔터(315)에 의해 기판(9)으로의 광의 조사가 ON/OFF 제어된다.
수광 유닛(32)은, 회전 검광자(321) 및 포토다이오드(322)를 구비한다. 엘립소미터(3)에서는, 광원 유닛(31)에서 기판(9)으로 출사된 광의 반사광이, 렌즈(332)를 통해 회전 검광자(檢光子)(321)로 인도되고, 광축에 평행한 축을 중심으로 하여 회전하는 회전 검광자(321)를 투과하여 포토다이오드(322)에 의해 수광된다. 포토다이오드(322)에 의해 수광된 광의 강도를 나타내는 신호는, AD 컨버터(34)를 통해 제어부(5)의 제1 막두께 산출부(515)(도 3 참조)로 출력되고, 포토다이오드(322)의 출력이 회전 검광자(321)의 회전각에 대응됨으로써 반사광의 편광 상태가 취득된다.
응력 측정 장치(1)에서는, 엘립소미터(3)의 광원 유닛(31)으로부터의 광의 파장의 확인에 이용되는 미러(25)가 스테이지(2) 상에 배치되어 있고, 미러(25)는 광원 유닛(31)에서 조사되는 소정의 입사각의 광을 연직 방향의 위쪽으로 반사하도록 경사져 설치되어 있다.
광 간섭 유닛(4)은, 백색광을 조명광으로서 출사하는 광원(41), 기판(9)으로부터의 반사광을 분광하는 분광기(42), 후술하는 차광 패턴의 상을 취득하는 차광 패턴 촬상부(43), 기판(9) 상의 조명광의 조사 위치를 촬상하는 기판 촬상부(44), 및, 광학계(45)를 갖고, 광학계(45)에 의해 광원(41)으로부터의 조명광이 기판(9) 상의 조사 영역으로 인도됨과 함께 당해 조사 영역으로부터의 반사광이 분광기(42), 차광 패턴 촬상부(43) 및 기판 촬상부(44)로 인도된다.
구체적으로는, 광 파이버(451)의 일단에 광원(41)으로부터의 조명광이 도입되고, 타단에 설치된 렌즈(452)에서 조명광이 도출된다. 도출된 조명광은 렌즈(450a)를 통해 개구 조리개부(453)로 인도된다. 개구 조리개부(453)에는 소정의 차광 패턴(453a)(예를 들면, 십자로 형성된 표선(標線))이 설치되어 있고, 조명광은 차광 패턴(453a)에 대응하는 부분이 차단되면서 렌즈(450b)를 통해 시야 조리개부(454)로 인도된다.
시야 조리개부(454)에서 시야가 제한된 조명광은 렌즈(450c)를 통해 하프 미러(455)로 인도되고, 하프 미러(455)를 투과하여 하프미러(456)로 인도된다. 하프 미러(456)에서 반사된 조명광은, 대물 렌즈(457)를 통해 기판(9) 상의 조사 영역에 조사된다. 이 때, 기판(9) 상에 있어서의 조명광의 조사 영역의 넓이는, 시야 조리개부(454)에 의한 시야의 제한에 대응하지만, 개구 조리개부(453)의 차광 패 턴(453a)의 상은 기판(9) 상에는 결상되지 않는다. 응력 측정 장치(1)에서는, 대물 렌즈(457)로서 저배율(본 실시 형태에서는, 10배)의 것이 사용되고, 당해 대물 렌즈(457)의 초점 심도(depth of focus)가 약 4μm로 비교적 크므로, 대물 렌즈(457)로부터 기판(9)으로의 광은, 기판(9) 상에 있어서 거의 평행광으로 되어 있다.
기판(9)으로부터의 반사광은, 대물 렌즈(457)를 통해 하프 미러(456)로 인도되고, 일부의 광이 하프 미러(455)를 향해 반사된다. 반사된 광은, 하프 미러(455)에서 더 반사되어, 렌즈(450d)를 통해 차광 패턴 촬상부(43)에서 수광된다. 차광 패턴(453a)에서 기판(9)의 표면을 경유하여 차광 패턴 촬상부(43)에 이르는 광학계에 있어서, 차광 패턴 촬상부(43)의 위치는 차광 패턴(453a)과 광학적으로 공역이 되고, 차광 패턴 촬상부(43)에 차광 패턴(453a)의 상이 결상되고, 차광 패턴(453a)의 화상 데이터는 제어부(5)의 경사 벡터 산출부(511)(도 3 참조)로 출력된다.
하프 미러(456)를 투과한 반사광은 하프 미러(458)를 투과하여 하프 미러(459)로 인도되고, 일부의 광이 반사된다. 반사된 광은 렌즈(450e)를 통해 기판 촬상부(44)로 인되되어 수광된다. 기판 촬상부(44)의 위치는 시야 조리개부(454) 및 기판(9)의 표면의 위치와 광학적으로 공역이 되므로, 기판 촬상부(44)에 의해 기판(9) 상의 조명광의 조사 위치의 상이 촬상되고, 취득된 화상 데이터는 제어부(5)로 출력된다.
하프 미러(459)를 투과한 광은 렌즈(450f)를 통해 분광기(42)로 인도된다. 광 간섭 유닛(4)에서는, 광원(41)으로부터의 광의 기판(9) 상에 있어서의 조사 영역으로부터의 반사광이, 수광부인 분광기(42)에 의해 수광되어 반사광의 분광 강도가 취득되고, 당해 분광 강도의 데이터는 제어부(5)의 제2 막두께 산출부(516)(도 3 참조)로 출력된다. 광 간섭 유닛(4)에서는, 렌즈(450a∼450f, 452), 광 파이버(451), 개구 조리개부(453), 시야 조리개부(454), 하프 미러(455, 456, 458, 459) 및 대물 렌즈(457)에 의해 광학계(45)가 구성된다.
다음으로, 응력 측정 장치(1)에 의한 기판(9) 상의 막 내의 응력 측정의 흐름에 대해 설명한다. 응력 측정 장치(1)에서는, 광 간섭 유닛(4)에 의해 기판(9) 상의 응력 측정 영역의 곡률 반경이 구해지고, 엘립소미터(3) 또는 광 간섭 유닛(4)에 의해, 당해 응력 측정 영역에 있어서의 막두께가 구해지며, 이러한 곡률 반경, 막두께 및 기판(9)의 두께에 의거하여 응력 측정 영역에 있어서의 응력이 구해진다.
응력 측정 장치(1)에서는, 엘립소미터(3) 및 제어부(5)의 제1 막두께 산출부(515)가, 기판(9) 상의 막의 두께를 광학적으로 측정하는 막두께 측정부로 되어 있고, 광 간섭 유닛(4) 및 제2 막두께 산출부(516)가, 기판(9) 상의 막의 두께를 광학적으로 측정하는 또 하나의 막두께 측정부로 되어 있다. 기판(9) 상의 막이 비교적 얇은 경우에는, 엘립소미터(3)로부터의 편광 상태를 나타내는 출력에 의거하여 편광 해석 방식에 의한 막두께 측정이 제1 막두께 산출부(515)에 있어서 행해지고, 막이 비교적 두꺼운, 혹은, 다층막인 경우에는, 제2 막두께 산출부(516)에 의해, 광 간섭 유닛(4)으로부터의 분광 강도를 나타내는 출력에 의거하여 분광 반 사율(spectral reflectance)을 구하면서 광 간섭법에 의해 막두께가 산출된다.
도 4는, 응력 측정 장치(1)에 의한 응력 측정의 흐름을 도시한 도면이다. 도 1에 나타낸 응력 측정 장치(1)에 의해 기판(9) 상의 막 내의 응력이 측정될 때에는, 우선, 기판(9)이 스테이지(2) 상에 놓여지고, 기판(9)의 표면 상에 설정된 기준 영역(즉, 기판(9)의 표면 형상의 측정에 있어서 기준이 되는 영역)이 대물 렌즈(457)의 초점 심도 내에 위치하도록 포커스 조정이 행해진다. 본 실시 형태에서는, 광학계(45)를 통해 눈으로 기판(9)의 기준 영역의 상을 확인하면서, 수동에 의해 스테이지 승강 기구(24)가 조작되어 기판(9)의 포커스 조정이 행해진다. 포커스의 조정이 종료하면, 스테이지 이동 기구(21)에 의한 스테이지(2) 및 기판(9)의 이동이 개시된다(단계 S11).
계속해서, 광 간섭 유닛(4)의 광원(41)으로부터의 광이, 대물 렌즈(457)를 갖는 광학계(45)를 통해 기판(9) 상의 조사 영역(도 4에서는, 「경사 벡터 측정 영역」이라고 기재하고 있다)으로 조사되고(단계 S12), 조사 영역으로부터의 반사광이, 대물 렌즈(457)를 통해 차광 패턴 촬상부(43)로 인도되어 차광 패턴(453a)의 상이 취득된다(단계 S13). 차광 패턴 촬상부(43)에 의해 취득된 차광 패턴(453a)의 화상 데이터는, 제어부(5)의 경사 벡터 산출부(511)(도 3 참조)로 출력된다.
전술한 바와 같이, 차광 패턴 촬상부(43)의 위치는, 차광 패턴(453a)에 대해 기판(9)의 표면을 경유하여 광학적으로 공역이 되는 위치(차광 패턴(453a)이 거의 개구 조리개 위치에 위치하므로, 차광 패턴 촬상부(43)는, 이른바 , 대물 눈동자 위치에 거의 위치한다)이고, 차광 패턴 촬상부(43)에서 취득되는 화상 중의 차광 패턴의 위치는, 기판(9)의 조명광의 조사 영역의 법선 방향(이하, 「경사 벡터」라고 부른다)에 대응한 위치가 된다.
경사 벡터 산출부(511)에서는, 경사 벡터가 연직 방향(즉, Z방향)을 향할 때의 화상 중의 차광 패턴의 중심 위치(이하, 「기준 위치」라고 한다)가 미리 기억되어 있고, 기준 위치를 시점으로 하여, 취득된 화상 중의 차광 패턴의 중심 위치에 이르는 벡터를 산출함으로써, 기판(9)의 조사 영역에 있어서의 경사 벡터가 구해진다.
구체적으로는, 대물 렌즈(457)와 기판(9)의 표면 사이의 거리를 f, 연직 방향과 경사 벡터가 이루는 각(이하, 「경사각」이라고 한다)을 θ로 하고, 대물 렌즈(457)의 위치에서 기판(9)으로부터의 반사광을 수광하여, 차광 패턴(453a)의 상을 취득한다고 가정하면, 취득된 화상에 있어서, 차광 패턴의 위치는 기판(9)의 경사각이 0°일 때로부터 경사에 대응하는 방향으로 (f×tan(2θ))만큼 이동한다. 따라서, 차광 패턴 촬상부(43)에 의해 취득되는 화상에 있어서는, (f×tan(2θ))에 대물 렌즈(457)의 위치에 대한 배율을 곱한 거리만큼 경사에 대응하는 방향으로 이동하게 되고, 이 거리 및 방향이 전술한 기준 위치와 검출되는 중심 위치 사이의 거리 및 방향이 된다. 경사 벡터 산출부(511)에서는, 차광 패턴 촬상부(43)로부터의 출력에 의거하여 구해지는 기준 위치에서 당해 중심 위치에 이르는 벡터, 및, 대물 렌즈(457)와 기판(9) 표면 사이의 거리(f)에 의해, 기판(9)의 경사 벡터가 정확하게 구해진다(단계 S14).
기판(9) 상에는, 경사 벡터가 구해져야 할 복수의 영역(이하, 「경사 벡터 측정 영역」이라고 한다)이 설정되어 있고, 광원(41)으로부터의 광의 조사 영역은, 스테이지 이동 기구(21)에 의해 기판(9)에 대해 상대적으로 이동되어 다음의 경사 벡터 측정 영역으로 향한다(단계 S15). 응력 측정 장치(1)에서는, 광원(41)으로부터의 광의 조사 영역의 기판(9)에 대한 상대적인 이동이 연속적으로 행해지고 있고, 기판(9) 상의 복수의 경사 벡터 측정 영역에 대해, 광의 조사, 차광 패턴(453a)의 취득, 및, 기판(9)의 경사 벡터의 산출(단계 S12∼S15)이 차례차례 반복된다.
모든 경사 벡터 측정 영역에 있어서의 경사 벡터의 산출이 종료하여 다음의 경사 벡터 측정 영역이 없다고 판단되면, 스테이지 이동 기구(21)에 의한 기판(9)의 이동이 정지된다(단계 S16). 그리고, 제어부(5)의 표면 형상 산출부(512)에 의해, 경사 벡터 산출부(511)에 의해 구해진 기판(9) 상의 복수의 경사 벡터 측정 영역에 있어서의 기판(9)의 경사 벡터에 의거하여, 기판(9)의 표면 형상이 구해진다(단계 S17).
구체적으로는, 복수의 경사 벡터 측정 영역 중 하나인 기준 영역의 높이(즉, 도 1 중의 Z방향의 좌표치)를 Za로 하고, 기준 영역과 기준 영역에 X방향에 있어서 인접하는 하나의 경사 벡터 측정 영역(이하, 「인접 영역」이라고 한다) 사이의 수평 방향의 거리(즉, X방향의 거리)를 L로 하고, 기준 영역 및 인접 영역의 각각에 있어서의 기판(9)의 경사 벡터를 ZX면에 투영한 것과 Z방향이 이루는 각 각각 θa 및 θb로 하면, 인접 영역의 높이(Zb)는 수학식 1에 의해 구해진다.
(수학식 1)
Zb=Za+(tanθa+tanθb) L/2
표면 형상 산출부(512)에서는, 각 경사 벡터 측정 영역의 높이가, 당해 경사 벡터 측정 영역에 있어서의 기판(9)의 경사 벡터, 및, 당해 경사 벡터 측정 영역에 인접하는 경사 벡터 측정 영역의 높이 및 경사 벡터에 의거하여 기준 영역에서 가까운 순서대로 차례차례 산출된다. 또한, 한 경사 벡터 측정 영역의 높이는, 복수 종류의 경로에서 구해진 높이의 평균치로 되어도 된다. 예를 들면, 한 경사 벡터 측정 영역을 지나 X방향으로 신장되는 직선 상에 설정된 복수의 경사 벡터 측정 영역의 경사 벡터에 의거하여 구해진 높이와, 당해 경사 벡터 측정 영역을 지나 Y방향으로 신장되는 직선 상에 설정된 복수의 경사 벡터 측정 영역의 경사 벡터에 의거하여 구해진 높이의 평균치가, 당해 경사 벡터 측정 영역의 경사 벡터로 되어도 된다.
응력 측정 장치(1)에서는, 표면 형상이 평탄한 기준 기판(본 실시 형태에서는, 표면에 막이 형성되어 있지 않은 기판이 이용된다)에 대해, 상기와 동일한 표면 형상 측정 공정(단계 S11∼S17)이 미리 행해져 있고, 기판(9)의 각 경사 벡터 측정 영역에 대응하는 영역의 높이가 구해져 표면 형상 산출부(512)에 기억되어 있다.
표면 형상 산출부(512)에서는, 기판(9)의 복수의 경사 벡터 측정 영역의 높이에서, 미리 기억되어 있는 기준 기판의 복수의 경사 벡터 측정 영역의 높이가 감 산된 후, 기판(9)의 복수의 경사 벡터 측정 영역 사이의 영역의 높이가 스플라인 보간(spline interpolation)이나 베지어 보간(Bezier curve) 등에 의해 보간되어 기판(9)의 표면 형상이 구해진다. 이와 같이, 기판(9)의 경사 벡터 측정 영역의 높이를 기준 기판의 측정 결과를 이용하여 보정함으로써, 응력 측정 장치(1)의 계통 오차(systematic error)를 보정하여 기판(9)의 표면 형상을 고정밀도로 구할 수 있다.
도 5a는, 기판(9)의 표면 형상을 도시한 도면이다. 도 5a에서는, 원판 형상의 기판(9)의 직경 상에 설정된 복수의 경사 벡터 측정 영역의 높이, 및, 당해 복수의 경사 벡터 측정 영역의 높이에서 구해진 표면 형상을 나타내고 있다. 도 5a에 나타낸 바와 같이, 기판(9)은, 측정 대상이 된 직경 방향의 한 쪽(즉, 도 5a 중의 좌측)의 부위에 있어서 아래 방향으로 휘어져 있고, 다른 쪽의 부위에 있어서 위쪽 방향으로 휘어져 있다.
도 5a 중에서는, 응력 측정 장치(1)에 의해 구해진 기판(9)의 표면 형상을 실선(901)으로 나타낸다. 또, 도 5a에서는, 비교예의 다른 측정 장치에 의한 기판(9)의 표면 형상의 측정 결과를 파선(902)으로 나타낸다. 비교예의 측정 장치에서는, 오토 포커스 기구를 구비한 스테이지 상에 기판이 놓여지고, 스테이지를 승강함으로써 기판 상의 복수의 위치에 있어서 포커스 조정이 행해진 후, 당해 복수의 위치에 있어서의 포커스 조정 후의 스테이지 높이에 의거하여 기판의 표면 형상이 구해진다.
도 5a에 나타낸 바와 같이, 비교예의 측정 장치에 의한 측정 결과에서는, 표 면이 실제로는 평탄한 기판(9)의 중앙 근방의 부위에 있어서도, 오토 포커스 기구의 백래시(backlash)에 의해 비교적 큰 요철이 생기지만, 응력 측정 장치(1)에서는, 기판(9)의 실제의 형상에 대응하는 표면 형상이 고정밀도로 측정된다.
도 5b는, 응력 측정 장치(1) 및 비교예의 측정 장치에 의한 다른 기판의 표면 형상의 측정 결과를 도시한 도면이다. 당해 기판의 표면에는, 배선 패턴 등의 패턴이 형성되어 있고, 당해 패턴 상으로부터 막이 형성되어 있다. 도 5b에 나타낸 기판에서는, 기판의 직경 방향의 양측의 부분이 위쪽 방향으로 휘어져 있다.
도 5b에서는, 응력 측정 장치(1)에 의한 측정 결과를 실선(903)으로 나타내고, 비교예의 측정 장치에 의한 측정 결과를 파선(904)으로 나타낸다. 도 5b에 나타낸 바와 같이, 패턴이 형성된 기판에 대한 측정에 있어서도, 응력 측정 장치(1)는, 비교예의 측정 장치에 비해 고정밀도로 표면 형상을 측정할 수 있다.
기판(9)의 표면 형상이 측정되면, 제어부(5)의 곡률 반경 산출부(513)(도 3 참조)에 의해, 기판(9) 상에 설정된 응력 측정 영역 근방의 표면 형상에 의거하여(예를 들면, 응력 측정 영역의 높이, 및, 응력 측정 영역의 주위의 4점의 높이에 의거하여), 당해 응력 측정 영역의 곡률 반경이 구해진다(단계 S18). 응력 측정 영역 근방의 부위를 ZX면으로 절단한 단면에 있어서의 당해 부위의 곡률이, ZY면으로 절단한 단면에 있어서의 당해 부위의 곡률과 거의 같은 것을 미리 알 수 있는 경우에는, 응력 측정 영역의 곡률 반경은, 예를 들면, 응력 측정 영역의 높이, 및, 당해 응력 측정 영역의 X방향의 양측에 위치하는 2점의 높이에 의거하여 구해져도 된다. 또한, 응력 측정 영역은, 기판(9) 상의 복수의 경사 벡터 측정 영역과 일치 하고 있어도 되고, 복수의 경사 벡터 측정 영역의 사이에 설정되어도 된다. 또, 기판(9) 상에 복수의 응력 측정 영역이 설정되어도 된다.
응력 측정 영역의 곡률 반경이 구해지면, 엘립소미터(3) 및 제1 막두께 산출부(515), 또는, 광 간섭 유닛(4) 및 제2 막두께 산출부(516)에 의해(즉, 응력 측정 장치(1)의 막두께 측정부에 의해), 당해 응력 측정 영역에 있어서의 기판(9) 상의 막두께가 광학적으로 측정된다(단계 S19). 이하, 엘립소미터(3)에 의한 막두께 측정에 대해 설명하고, 그 후, 광 간섭 유닛(4)에 의한 막두께 측정에 대해 설명한다.
엘립소미터(3)에 의해 막두께가 측정될 때에는 우선, 스테이지 이동 기구(21)에 의해, 스테이지(2) 상의 미러(25)가, 광원 유닛(31)으로부터의 레이저광의 조사 위치로 이동하고, 광원 유닛(31)으로부터의 레이저광이 미러(25)에서 반사되어, 광 간섭 유닛(4)의 분광기(42)로 인도된다. 분광기(42)에서는, 수광한 광의 분광 강도가 취득되고, 그 결과, 실질적으로, 반도체 레이저(312)가 출사되는 레이저광의 파장의 확인(이하, 「레이저 파장 캘리브레이션」이라고 한다)이 행해진다. 취득된 레이저광의 파장은, 제어부(5)의 제1 막두께 산출부(515)(도 3 참조)로 출력되어, 엘립소미터(3)에 의한 막두께 측정시에 이용된다.
계속해서, 광 간섭 유닛(4)의 광원(41)에서 조명광이 출사됨과 함께 기판 촬상부(44)에서 기판(9)의 화상이 취득되고, 당해 화상에 의거하여 스테이지 이동 기구(21)가 기판(9)을 스테이지(2)와 함께 이동함으로써, 엘립소미터(3)의 광원 유닛(31)으로부터의 편광광의 조사 위치가 기판(9) 상의 응력 측정 영역에 맞춰진다. 위치 조정이 종료하면, 광원 유닛(31)으로부터 편광광이 기판(9)으로 출사되고, 수광 유닛(32)에서 반사광의 편광 상태가 취득된다.
제어부(5)의 제1 막두께 산출부(515)(도 3 참조)에서는, 표면 형상 산출부(512)에 의해 구해진 기판(9)의 표면 형상으로부터, 응력 측정 영역의 경사 벡터가 산출되고, 편광광의 응력 측정 영역에 대한 정확한 입사각이 구해진다. 그리고, 당해 편광광의 입사각, 및, 레이저 파장 캘리브레이션에 의해 취득된 광원 유닛(31)으로부터의 편광광의 파장을 이용하면서, 수광 유닛(32)에 의해 취득된 편광 상태에 의거하여(정확하게는, 광원 유닛(31)으로부터의 광의 편광 상태도 이용된다), 기판(9) 상의 응력 측정 영역에 있어서의 막의 두께가 구해진다. 또한, 응력 측정 영역이 복수의 경사 벡터 측정 영역 중 어느 하나와 일치하고 있는 경우에는, 경사 벡터의 측정 중에 기판(9)으로부터의 반사광의 편광 상태가 취득되어도 된다.
응력 측정 장치(1)에서는, 엘립소미터(3)의 레이저 파장 캘리브레이션이 막두께 측정 전에 행해짐으로써, 주위의 온도 변화나 광원 유닛(31)의 각 구성의 특성 변화 등에 의해 광원 유닛(31)으로부터의 광의 파장이 변화한 경우여도, 막두께를 정밀도 좋게 구할 수 있다. 또, 표면 형상 산출부(512)에 의해 구해진 기판(9)의 표면 형상을 이용하여 기판(9)의 기울기를 보정함으로써, 응력 측정 영역에 있어서의 막두께를 정밀도 좋게 구할 수 있다.
다음으로, 광 간섭 유닛(4)에 의한 막두께 측정에 대해 설명한다. 광 간섭 유닛(4)에 의해 막두께가 측정될 때에는, 우선, 광 간섭 유닛(4)에 있어서, 광원(41)으로부터의 조명광이 광학계(45)를 통해 기판(9)의 응력 측정 영역으로 인도 되고, 기판(9)으로부터의 반사광이 분광기(42)로 인도된다. 그리고, 분광기(42)에서 반사광의 분광 강도가 취득되고, 기판(9)의 분광 강도 데이터가 제어부(5)의 제2 막두께 산출부(516)로 출력된다.
응력 측정 장치(1)에서는, 광 간섭 유닛(4)에 의해, 참조되는 기판(본 실시 형태에서는 실리콘 기판이고, 이하, 「참조 기판」이라고 한다)의 분광 강도가 미리 취득되어 제2 막두께 산출부(516)에 기억되어 있다. 또, 참조 기판 상에 생긴 이산화규소(SiO2)의 자연 산화막의 막두께가, 엘립소미터(3) 및 제1 막두께 산출부(515)에 의해 미리 측정되어 제2 막두께 산출부(516)에 기억되어 있다. 제2 막두께 산출부(516)에서는, 엘립소미터(3)에 의해 측정된 자연 산화막의 막두께로부터, 참조 기판의 (수직)분광 반사율이 이론적 연산에 의해 산출되고, 「이론 분광 반사율」로서 미리 기억되어 있다.
제2 막두께 산출부(516)에서는, 참조 기판의 이론 분광 반사율에 의거하여 참조 기판 및 기판(9)의 분광 강도로부터 기판(9)의 분광 반사율이 구해진다. 여기에서, 참조 기판의 이론 분광 반사율을 Rc(λ), 참조 기판의 분광 강도를 Ic(λ), 기판(9)의 분광 강도를 Im(λ)으로 하고, 기판(9)의 분광 반사율을 Rm(λ)으로 하면, 기판(9)의 분광 반사율 Rm(λ)은 수학식 2에 의해 구해진다.
(수학식 2)
Rm(λ)=(Im(λ)/Ic(λ))×Rc(λ)
즉, 기판(9)의 분광 반사율은 광 간섭 유닛(4)에 의해 구해진 기판(9)의 분 광 강도에 대해 참조 기판의 이론 분광 반사율과 참조 기판의 분광 강도의 비를 곱함으로써 구해진다. 제2 막두께 산출부(516)에서는, 또한, 기판(9)의 분광 반사율로부터 기판(9) 상의 응력 측정 영역에 있어서의 막두께가 정밀도 좋게 구해진다. 또한, 응력 측정 영역이 복수의 경사 벡터 측정 영역 중 어느 하나와 일치하고 있는 경우에는, 경사 벡터의 측정 중에 기판(9)으로부터의 반사광의 분광 강도가 취득되어도 된다.
상술한 바와 같이, 막두께 측정이 종료하면, 단계 S18, S19에 있어서 곡률 반경 산출부(513) 및 막두께 측정부(즉, 엘립소미터(3) 및 제1 막두께 산출부(515), 또는, 광 간섭 유닛(4) 및 제2 막두께 산출부(516))에 의해 구해진 응력 측정 영역의 곡률 반경 및 막두께, 및, 제어부(5)의 입력부(56)(도 2 참조)를 통해 미리 입력되어 있는 기판(9)의 두께에 의거하여, 제어부(5)의 응력 산출부(514)에 의해, 응력 측정 영역에 있어서의 막 내의 응력이 구해진다(단계 S20). 여기에서, 응력 측정 영역에 있어서의 곡률 반경 및 막두께를 각각 R 및 hf로 하고, 기판(9)의 두께를 h로 하고, 기판(9)의 영률(Young's modulus) 및 푸아송비(Poisson's ratio)를 각각 E 및 ν로 하면, 응력 측정 영역에 있어서의 막 내의 응력(σ)은 수학식 3에 의해 구해진다.
(수학식 3)
σ=(E/(1-ν))×(h2/(6Rhf))
이상에 설명한 바와 같이, 응력 측정 장치(1)에서는, 개구 조리개부(453)에 배치된 차광 패턴(453a)의 상을 차광 패턴 촬상부(43)에 의해 취득함으로써, 기판(9) 상의 복수의 경사 벡터 측정 영역에 있어서의 기판(9)의 경사 벡터가 구해지고, 당해 복수의 경사 벡터에 의거하여 기판(9)의 표면 형상이 구해진다. 그리고, 당해 표면 형상에 의거하여 구해진 응력 측정 영역의 곡률 반경과, 엘립소미터(3) 또는 광 간섭 유닛(4)을 이용하여 구해진 당해 응력 측정 영역에 있어서의 막두께와, 기판(9)의 두께에 의거하여 응력 측정 영역에 있어서의 막 내의 응력이 구해진다.
응력 측정 장치(1)에서는, 기판(9) 상의 경사 벡터 측정 영역의 경사 벡터를 구할 때, 비교적 저배율의 대물 렌즈(457)를 통해 기판(9)에 광을 조사하고, 기판(9)으로부터의 반사광을 차광 패턴 촬상부(43)에 의해 수광함으로써 차광 패턴(453a)의 상을 취득한다. 상술한 바와 같이, 대물 렌즈(457)의 초점 심도는 비교적 크므로, 기판(9) 상의 경사 벡터 측정 영역이, 상하 방향(즉, 도 1 중의 Z방향)에 관해 기준 영역(즉, 포커스 조정이 행해진 영역)에서 다소 어긋나 있는 경우여도, 대물 렌즈(457)의 초점 심도의 범위 내에 위치하고 있으면, 차광 패턴(453a)과 차광 패턴 촬상부(43)의 결상 관계에 영향을 미치지 않고, 차광 패턴(453a)의 상을 고정밀도로 취득할 수 있다.
또, 대물 렌즈(457)에서 기판(9)으로 인도되는 광은, 기판(9) 상에 있어서 거의 평행광으로 되므로, 경사 벡터 측정 영역이 초점 심도의 범위에서 다소 어긋나 있는 경우여도, 차광 패턴(453a)의 상을 정밀도 좋게 취득할 수 있다. 이에 따라, 기판(9) 상의 복수의 경사 벡터 측정 영역의 각각에 있어서 경사 벡터를 측정 할 때에, 각 경사 벡터 측정 영역에 있어서 포커스 조정을 행하는 일 없이, 신속하게 고정밀도로 측정을 행할 수 있고, 기판(9)의 표면 형상을 신속하게 고정밀도로 구할 수 있다.
응력 측정 장치(1)의 광 간섭 유닛(4)에서는, 광원(41)에서 출사되는 백색광에 의해 차광 패턴(453a)의 상이 결상된다. 이 때문에, 기판(9)이나 기판(9) 상의 막이 특정한 파장대의 광을 흡수하는 재료에 의해 형성되어 있는 경우여도, 기판(9) 등에 의해 흡수되는 파장대 이외의 파장대의 광에 의해, 차광 패턴(453a)의 상을 차광 패턴 촬상부(43) 상에 결상할 수 있다. 그 결과, 기판(9)이나 막의 재료에 관계없이, 다양한 종류의 막이 형성된 다양한 종류의 기판의 경사 벡터 및 표면 형상을 용이하게 고정밀도로 구할 수 있다.
또한, 광 간섭 유닛(4)에서는, 차광 패턴(453a)과 차광 패턴 촬상부(43)는 광학적으로 공역이 되어 있지만, 차광 패턴(453a)과 기판(9)은 공역으로 되어 있지 않고, 차광 패턴(453a)의 상은 기판(9) 상에는 결상되지 않는다. 이 때문에, 기판(9) 상에 패턴이 형성되어 있는 경우여도, 차광 패턴 촬상부(43)에 의해 취득되는 차광 패턴(453a)의 상은, 기판(9) 상의 패턴의 영향을 받지 않는다. 이 때문에, 기판(9) 상의 패턴의 유무에 관계없이, 다양한 종류의 기판의 경사 벡터 및 표면 형상을 용이하게 고정밀도로 구할 수 있다.
이와 같이, 응력 측정 장치(1)에서는, 기판(9)의 표면 형상을 용이하고 신속하게 정밀도 좋게 구할 수 있으므로, 당해 표면 형상에 의거하여 구해지는 응력 측정 영역의 곡률 반경, 응력 측정 영역에 있어서의 막두께, 및, 기판(9)의 두께에 의거하여, 응력 측정 영역에 있어서의 막 내의 응력을 용이하고 신속하게 정밀도 좋게 구할 수 있다.
응력 측정 장치(1)에 있어서의 경사 벡터의 측정에서는, 광 간섭 유닛(4)에 의한 조명광의 조사 영역을 기판(9)에 대해 연속적으로 상대 이동함으로써, 복수의 경사 벡터 측정 영역에 있어서의 기판(9)의 경사를 보다 신속하게 취득할 수 있다. 그 결과, 기판(9)의 표면 형상, 및, 응력 측정 영역에 있어서의 막 내의 응력을 더 신속하게 구할 수 있다.
응력 측정 장치(1)에 있어서의 막두께 측정에서는, 엘립소미터(3)를 이용함으로써, 비교적 얇은 막의 막두께를 고정밀도로 측정할 수 있다. 또, 막두께 측정에 광 간섭 유닛(4)을 이용함으로써, 비교적 두꺼운 막이나 다층막의 막두께를 고정밀도로 측정할 수 있다. 광 간섭 유닛(4)에서는, 기판(9)의 표면 형상의 측정에 이용되는 광학계(45)를 이용하여 막두께의 측정을 행할 수 있으므로, 응력 측정 장치(1)의 구조를 간소화할 수 있다.
응력 측정 장치(1)는, 기판(9)을 유지하는 스테이지(2), 스테이지 이동 기구(21), 광 간섭 유닛(4)의 광원(41), 광학계(45), 차광 패턴(453a) 및 차광 패턴 촬상부(43), 및, 제어부(5)의 경사 벡터 산출부(511) 및 표면 형상 산출부(512)만을 이용하여, 응력 측정을 행하지 않고, 기판(9)의 표면 형상을 측정하는 표면 형상 측정 장치로서 이용할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 응력 측정 장치(1)에서는, 복수의 경사 벡터 측정 영역에 대해 포커스 조정을 반복하는 일 없이 차광 패턴(453a)의 상을 취득하여 기판(9)의 경사 벡터를 신속하게 고정밀도로 구할 수 있고, 또, 기판(9)이나 막의 재료, 및, 기판(9) 상의 패턴의 유무에 관계없이 다양한 종류의 기판의 경사 벡터를 용이하고 신속하게 고정밀도로 구할 수 있다. 따라서, 응력 측정 장치(1)를 표면 형상 측정 장치로서 이용한 경우도, 동일하게 기판(9)의 경사 벡터에 의거하여 기판(9)의 표면 형상을 용이하고 신속하게 고정밀도로 구할 수 있다.
또, 상술한 바와 같이, 응력 측정 장치(1)에 있어서의 경사 벡터의 측정에서는, 광 간섭 유닛(4)에 의한 조명광의 조사 영역을 기판(9)에 대해 연속적으로 상대 이동함으로써, 복수의 경사 벡터 측정 영역에 있어서의 기판(9)의 경사를 보다 신속하게 취득할 수 있다. 그 결과, 기판(9)의 표면 형상을 더 신속하게 구할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 응력 측정 장치에 대해 설명한다. 도 6은, 제2 실시 형태에 따른 응력 측정 장치(1a)의 구성을 도시한 도면이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 응력 측정 장치(1a)는, 도 1에 나타낸 응력 측정 장치(1)의 구성에 더하여, 광 간섭 유닛(4)의 대물 렌즈(457)와 스테이지(2)의 사이의 상하 방향(즉, 도 6 중의 Z방향)의 거리, 또는, 대물 렌즈(457)와 스테이지(2) 상에 유지된 기판(9) 표면 사이의 상하 방향의 거리를 검출하는 거리 검출부인 오토 포커스 검출 유닛(이하, 「AF 검출 유닛」이라고 한다)(46)을 구비한다. 그 밖의 구성은, 도 1에 나타낸 응력 측정 장치(1)와 거의 동일하고, 이하의 설명에 있어서 동일 부호를 붙인다. 또, 응력 측정 장치(1a)에 의한 기판(9) 상의 막 내의 응력 측정의 흐름도, 제1 실시 형태와 거의 동일하다. 또한, 도 6에서는, 도 면의 간소화를 위해서 제어부(5)의 도시를 생략한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, AF 검출 유닛(46)은, 광 빔을 출사하는 반도체 레이저(461), 실린드리컬 렌즈(462), 및, 수광하는 광의 위치를 PSD(Position Sensitive Detector) 소자에 의해 검출하는 AF 검출부(463)를 구비한다. 스테이지(2) 상에 기판(9)이 놓여져 있는 상태에서는, 반도체 레이저(461)에서 출사된 광 빔은 광학계(45)의 대물 렌즈(457)를 통해 기판(9)의 표면으로 조사된다. 기판(9)으로부터의 광 빔의 반사광은 대물 렌즈(457)를 통해 AF 검출 유닛(46)의 실린드리컬 렌즈(462)로 인도되고, 또한, AF 검출부(463)로 인도된다. AF 검출부(463)에서는, 기판(9)으로부터의 반사광의 수광 위치에 의해 대물 렌즈(457)와 기판(9)의 표면 사이의 거리가 검출된다. 또, 스테이지(2) 상에 기판(9)이 놓여져 있지 않은 상태에서는, 대물 렌즈(457)와 스테이지(2)의 표면 사이의 거리가 검출된다.
도 7은, 응력 측정 장치(1a)의 제어부(5)의 기능을 다른 구성과 함께 도시한 블록도이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 응력 측정 장치(1a)의 제어부(5)는, 기판(9)의 두께를 구하는 기판 두께 산출부(517)(즉, 대상물 두께 산출부)를 더 구비한다. 그 밖의 구성은 도 3과 동일하다.
응력 측정 장치(1a)에서는, AF 검출 유닛(46)의 AF 검출부(463)에 있어서, 대물 렌즈(457)와 기판(9)의 사이의 거리, 및, 기판(9)을 유지하고 있지 않은 상태에 있어서의 대물 렌즈(457)와 스테이지(2)의 사이의 거리가 검출되어 제어부(5)의 기판 두께 산출부(517)에 출력된다. 그리고, 기판 두께 산출부(517)에서는, 당해 2개의 거리에 의거하여 기판(9)의 두께가 구해진다. 본 실시 형태에서는, 당해 2 개의 거리의 차가 기판(9)의 두께로서 구해진다.
기판 두께 산출부(517)에서 구해진 기판(9)의 두께는, 응력 측정 장치(1a)에 의한 기판(9) 상의 막 내의 응력 측정에 있어서, 도 4의 단계 S20에 나타낸 응력 산출부(514)에 의한 응력의 산출에 이용된다. 이 경우, 제어부(5)의 입력부(56)로부터의 기판(9)의 두께의 입력은 생략된다.
제2 실시 형태에 따른 응력 측정 장치(1a)에서는, 제1 실시 형태와 동일하게, 기판(9) 상의 응력 측정 영역에 있어서의 막 내의 응력을 용이하고 신속하게 정밀도 좋게 구할 수 있다. 응력 측정 장치(1a)에서는, 특히, AF 검출 유닛(46)에 의해 기판(9)의 두께를 고정밀도로 구할 수 있으므로, 응력 측정 영역에 있어서의 막 내의 응력을 보다 정밀도 좋게 구할 수 있다.
응력 측정 장치(1a)에서는, 기판(9)의 이동 개시(도 4 : 단계 S11)보다 전에 행해지는 포커스 조정에도 AF 검출 유닛(46)이 이용된다. 기판(9)에 대한 포커스 조정에서는, AF 검출 유닛(46)에 의해 검출된 대물 렌즈(457)와 기판(9)의 표면 사이의 거리에 의거하여, 기판(9)이 스테이지(2)와 함께 스테이지 승강 기구(24)에 의해 상하 방향으로 이동되고, 기판(9)의 표면이 대물 렌즈(457)의 초점 심도의 범위 내에 위치한다.
응력 측정 장치(1a)에서는, 기판(9) 상의 각 경사 벡터 측정 영역에 있어서의 경사 벡터의 측정시에, 스테이지 이동 기구(21)에 의한 기판(9)의 이동이 정지되고, AF 검출 유닛(46) 및 스테이지 승강 기구(24)에 의한 포커스 조정이 행해져도 된다. 이 경우에도, 대물 렌즈(457)의 초점 심도가 비교적 크고, 또, 대물 렌 즈(457)에서 기판(9)으로 인도되는 광이 거의 평행광으로 되어 있으므로, 포커스 조정에 대해 요구되는 정밀도를 비교적 낮게 억제할 수 있고, 고정밀도의 포커스 조정이 요구되는 광 지렛대법에 의해 기판의 곡률 반경을 구하는 측정 장치 등에 비해, 포커스 조정에 요하는 시간을 단축할 수 있다. 그 결과, 기판(9)의 표면 형상의 측정, 및, 기판(9) 상의 막 내의 응력 측정에 요하는 시간을 단축할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명해 왔지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 다양한 변경이 가능하다.
예를 들면, 상기 실시 형태에 따른 응력 측정 장치에서는, 스테이지(2)가 고정된 상태로, 광 간섭 유닛(4)의 광원(41)으로부터의 광, 및, 엘립소미터(3)의 광원 유닛(31)으로부터의 광의 기판(9) 상에 있어서의 조사 영역이 기판(9)에 대해 이동되어도 된다.
차광 패턴(453a)은 반드시 개구 조리개부(453)의 위치에 배치될 필요는 없고, 광 간섭 유닛(4)의 광원(41)에서 기판(9)에 이르는 광로 상에 있어서, 개구 조리개 위치와 광학적으로 거의 공역인 위치에 배치되어 있으면 된다. 또, 차광 패턴(453a)은 특정한 파장의 광만을 차광하는 패턴이어도 되고, 그 경우, 차광 패턴 촬상부(43)에는 특정한 파장의 광만을 투과하는 필터가 배치되어도 된다.
엘립소미터(3)의 광원 유닛(31)에서 기판(9)을 향해 출사되는 편광광은, 원편광의 광에 한정되지 않고, 필요에 따라 적절히 다른 양태의 편광광(예를 들면, 45°의 직선 편광)이 이용되어도 된다. 또한, 광원 유닛(31)에서 출사되는 광은, 반도체 레이저를 광원으로 하는 광 빔에는 한정되지 않고, 예를 들면, 광원 유 닛(31)에서 백색광이 출사되고, 수광 유닛(32)에 있어서 포토다이오드(322) 대신에 설치된 분광기에 의해 당해 백색광의 반사광이 수광되어도 된다.
제2 실시 형태에 따른 응력 측정 장치(1a)에서는, AF 검출 유닛(46)에 있어서 대물 렌즈(457)와 기판(9) 또는 스테이지(2) 사이의 거리의 검출에 이용되는 광은, 반드시, AF 검출 유닛(46)에서 출사될 필요는 없고, 예를 들면, 광 간섭 유닛(4)의 광원(41)으로부터의 광이, 기판(9) 또는 스테이지(2)에서 반사되고, 대물 렌즈(457)를 통해 AF 검출부(463)에 인도되어 대상의 화상이 취득되고, 화상의 샤프니스에 의거하여 오토 포커스가 행해져도 된다. 이와 같이, AF 검출 유닛(46)에서는, 대물 렌즈(457)에서 출사된 광을 이용하여, 대물 렌즈(457)와 기판(9) 또는 스테이지(2)의 사이의 거리가 검출됨으로써, 구조의 간소화가 실현된다.
기판(9)은, 반도체 기판에 한정되지 않고, 예를 들면, 액정 표시 장치나 그 밖의 플랫 패널 표시 장치 등에 사용되는 유리 기판이어도 된다. 상기 실시 형태에 따른 응력 측정 장치는, 기판 이외의 다양한 대상물의 표면 형상의 측정, 및, 당해 대상물 상의 막 내의 응력 측정에 이용되어도 된다.
본 발명을 상세하게 묘사하여 설명하였지만, 전술한 설명은 예시적으로서 한정적인 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한, 다수의 변형이나 양태가 가능한 것이 이해된다.
도 1은, 제1 실시 형태에 따른 응력 측정 장치의 구성을 도시한 도면,
도 2는, 제어부의 구성을 도시한 도면,
도 3은, 제어부의 기능을 도시한 블록도,
도 4는, 응력 측정의 흐름을 도시한 도면,
도 5a 및 도 5b는, 기판의 표면 형상을 도시한 도면,
도 6은, 제2 실시 형태에 따른 응력 측정 장치의 구성을 도시한 도면,
도 7은, 제어부의 기능을 도시한 블록도이다.

Claims (15)

  1. 대상물의 표면 형상을 측정하는 표면 형상 측정 장치로서,
    광을 출사하는 광원과,
    상기 광원으로부터의 광을 대물 렌즈를 통해 대상물 상의 조사 영역으로 인도함과 함께 상기 조사 영역으로부터의 반사광을 상기 대물 렌즈를 통해 소정의 위치로 인도하는 광학계와,
    상기 광원에서 상기 조사 영역에 이르는 광로 상에 있어서, 개구 조리개 위치와 광학적으로 공역인 위치에 배치된 차광 패턴과,
    상기 소정의 위치에 결상된 상기 차광 패턴의 상을 취득하는 촬상부와,
    상기 촬상부로부터의 출력에 의거하여 상기 조사 영역의 법선 방향을 나타내는 경사 벡터를 구하는 경사 벡터 산출부와,
    상기 조사 영역을 상기 대상물에 대해 상대적으로 이동하는 이동 기구와,
    상기 경사 벡터 산출부에 의해 구해진 상기 대상물 상의 복수의 영역에 있어서의 경사 벡터에 의거하여 상기 대상물의 표면 형상을 구하는 표면 형상 산출부를 구비하고,
    상기 표면 형상 산출부는, 상기 복수의 영역 중 하나의 영역을 기준 영역으로 해서, 상기 복수의 영역의 각 영역의 높이를, 상기 기준 영역의 높이, 및, 상기 복수의 영역 중 상기 각 영역 및 상기 기준 영역을 포함하는 영역군의 각각에 있어서의 경사 벡터에 근거해 구함으로써 상기 표면 형상을 구하는 표면 형상 측정 장치.
  2. 대상물 상의 막 내의 응력을 측정하는 응력 측정 장치로서,
    광을 출사하는 광원과,
    상기 광원으로부터의 광을 대물 렌즈를 통해 대상물 상의 조사 영역으로 인도함과 함께 상기 조사 영역으로부터의 반사광을 상기 대물 렌즈를 통해 소정의 위치로 인도하는 광학계와,
    상기 광원에서 상기 조사 영역에 이르는 광로 상에 있어서, 개구 조리개 위치와 광학적으로 공역인 위치에 배치된 차광 패턴과,
    상기 소정의 위치에 결상된 상기 차광 패턴의 상을 취득하는 촬상부와,
    상기 촬상부로부터의 출력에 의거하여 상기 조사 영역의 법선 방향을 나타내는 경사 벡터를 구하는 경사 벡터 산출부와,
    상기 조사 영역을 상기 대상물에 대해 상대적으로 이동하는 이동 기구와,
    상기 경사 벡터 산출부에 의해 구해진 상기 대상물 상의 복수의 영역에 있어서의 경사 벡터에 의거하여 상기 대상물의 표면 형상을 구하는 표면 형상 산출부와,
    상기 표면 형상 산출부에 의해 구해진 상기 표면 형상에 의거하여 상기 대상물 상의 응력 측정 영역의 곡률 반경을 구하는 곡률 반경 산출부와,
    상기 대상물 상의 막의 두께를 광학적으로 측정하는 막두께 측정부와,
    상기 곡률 반경 산출부 및 상기 막두께 측정부에 의해 구해진 상기 응력 측정 영역에 있어서의 곡률 반경 및 막두께에 의거하여 상기 응력 측정 영역에 있어서의 상기 막 내의 응력을 구하는 응력 산출부를 구비하고,
    상기 표면 형상 산출부는, 상기 복수의 영역 중 하나의 영역을 기준 영역으로 해서, 상기 복수의 영역의 각 영역의 높이를, 상기 기준 영역의 높이, 및, 상기 복수의 영역 중 상기 각 영역 및 상기 기준 영역을 포함하는 영역군의 각각에 있어서의 경사 벡터에 근거해 구함으로써 상기 표면 형상을 구하는 응력 측정 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 막두께 측정부가,
    상기 광원으로부터의 광의 상기 조사 영역으로부터의 반사광을 수광하는 수광부와,
    상기 수광부로부터의 출력에 의거하여 광 간섭법(spectroscopic reflectometry)에 의해 상기 조사 영역에 있어서의 상기 막의 두께를 구하는 막두께 산출부를 구비한 응력 측정 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 막두께 측정부가,
    또 하나의 광원을 갖고, 편광한 광을 상기 대상물을 향해 출사하는 광원 유닛과,
    상기 대상물로부터의 상기 편광한 광의 반사광을 수광하여 상기 반사광의 편광 상태를 취득하는 수광 유닛과,
    상기 수광 유닛에서 취득된 편광 상태에 의거하여 상기 대상물 상의 상기 막의 두께를 구하는 막두께 산출부를 더 구비한 응력 측정 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 막두께 측정부가,
    또 하나의 광원을 갖고, 편광한 광을 상기 대상물을 향해 출사하는 광원 유닛과,
    상기 대상물로부터의 상기 편광한 광의 반사광을 수광하여 상기 반사광의 편 광 상태를 취득하는 수광 유닛과,
    상기 수광 유닛에서 취득된 편광 상태에 의거하여 상기 대상물 상의 상기 막의 두께를 구하는 막두께 산출부를 구비한 응력 측정 장치.
  6. 청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대상물을 유지하는 유지부와,
    상기 대물 렌즈에서 출사되는 광을 이용하여, 대상물을 유지하고 있지 않은 상태에 있어서의 상기 대물 렌즈와 상기 유지부 사이의 거리, 및, 상기 대물 렌즈와 상기 유지부에 유지된 상기 대상물 사이의 거리를 검출하는 거리 검출부와,
    상기 거리 검출부에서 검출된 상기 대물 렌즈와 상기 대상물 사이의 거리, 및, 상기 대물 렌즈와 상기 유지부 사이의 거리에 의거하여, 상기 응력 산출부에 의한 상기 막 내의 응력의 산출에 이용되는 상기 대상물의 두께를 구하는 대상물 두께 산출부를 더 구비한 응력 측정 장치.
  7. 대상물의 표면 형상을 측정하는 표면 형상 측정 방법으로서,
    a) 광원으로부터의 광을, 대물 렌즈를 갖는 광학계를 통해 대상물 상의 조사 영역으로 조사하는 공정과,
    b) 상기 광원에서 상기 대상물에 이르는 광로 상에 있어서 개구 조리개 위치와 광학적으로 공역인 위치에 차광 패턴이 배치되어 있고, 상기 조사 영역으로부터의 상기 광의 반사광을 상기 대물 렌즈를 통해 소정의 위치로 인도하여, 상기 소정의 위치에 결상된 상기 차광 패턴의 상을 촬상부에 의해 취득하는 공정과,
    c) 상기 조사 영역을 상기 대상물에 대해 상대적으로 이동하면서 상기 a) 공정 및 상기 b) 공정을 반복하여, 상기 촬상부로부터의 출력에 의거하여 상기 대상물 상의 복수의 영역의 법선 방향을 나타내는 경사 벡터를 구하는 공정과,
    d) 상기 복수의 영역에 있어서의 경사 벡터에 의거하여 상기 대상물의 표면 형상을 구하는 공정을 구비하고,
    상기 d) 공정에서, 상기 복수의 영역 중 하나의 영역을 기준 영역으로 해서, 상기 복수의 영역의 각 영역의 높이를, 상기 기준 영역의 높이, 및, 상기 복수의 영역 중 상기 각 영역 및 상기 기준 영역을 포함하는 영역군의 각각에 있어서의 경사 벡터에 근거해 구함으로써 상기 표면 형상을 구하는 표면 형상 측정 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 c) 공정에 있어서, 상기 조사 영역의 상기 대상물에 대한 상대적인 이동이 연속적으로 행해지는 표면 형상 측정 방법.
  9. 대상물 상의 막 내의 응력을 측정하는 응력 측정 방법으로서,
    a) 광원으로부터의 광을, 대물 렌즈를 갖는 광학계를 통해 대상물 상의 조사 영역으로 조사하는 공정과,
    b) 상기 광원에서 상기 대상물에 이르는 광로 상에 있어서 개구 조리개 위치와 광학적으로 공역인 위치에 차광 패턴이 배치되어 있고, 상기 조사 영역으로부터의 상기 광의 반사광을 상기 대물 렌즈를 통해 소정의 위치로 인도하여, 상기 소정의 위치에 결상된 상기 차광 패턴의 상을 촬상부에 의해 취득하는 공정과,
    c) 상기 조사 영역을 상기 대상물에 대해 상대적으로 이동하면서 상기 a) 공정 및 상기 b) 공정을 반복하여, 상기 촬상부로부터의 출력에 의거하여 상기 대상물 상의 복수의 영역의 법선 방향을 나타내는 경사 벡터를 구하는 공정과,
    d) 상기 복수의 영역에 있어서의 경사 벡터에 의거하여 상기 대상물의 표면 형상을 구하는 공정과,
    e) 상기 표면 형상에 의거하여 상기 대상물 상의 응력 측정 영역의 곡률 반경을 구하는 공정과,
    f) 상기 응력 측정 영역에 있어서의 막두께를 광학적으로 측정하는 공정과,
    g) 상기 응력 측정 영역에 있어서의 상기 곡률 반경 및 상기 막두께에 의거하여 상기 응력 측정 영역에 있어서의 상기 막 내의 응력을 구하는 공정을 구비하고,
    상기 d) 공정에서, 상기 복수의 영역 중 하나의 영역을 기준 영역으로 해서, 상기 복수의 영역의 각 영역의 높이를, 상기 기준 영역의 높이, 및, 상기 복수의 영역 중 상기 각 영역 및 상기 기준 영역을 포함하는 영역군의 각각에 있어서의 경사 벡터에 근거해 구함으로써 상기 표면 형상을 구하는 응력 측정 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 c) 공정에 있어서, 상기 조사 영역의 상기 대상물에 대한 상대적인 이동이 연속적으로 행해지는 응력 측정 방법.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 f) 공정이,
    h) 상기 광원으로부터의 광을 상기 응력 측정 영역으로 조사하는 공정과,
    i) 상기 응력 측정 영역으로부터의 상기 광의 반사광을 수광하여 상기 반사광의 분광 강도를 취득하는 공정과,
    j) 상기 i) 공정에서 취득된 상기 반사광의 분광 강도에 의거하여 광 간섭법 에 의해 상기 응력 측정 영역에 있어서의 상기 막의 두께를 구하는 공정을 구비한 응력 측정 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 g) 공정보다 전에,
    k) 상기 대물 렌즈에서 출사되는 광을 이용하여, 상기 대물 렌즈와 상기 대상물을 유지하는 유지부 사이의 거리를 검출하는 공정과,
    l) 상기 대물 렌즈에서 출사되는 광을 이용하여, 상기 대물 렌즈와 상기 유지부에 유지된 상기 대상물 사이의 거리를 검출하는 공정과,
    m) 상기 k) 공정 및 상기 l) 공정에서 검출된 2개의 거리에 의거하여, 상기 g) 공정에 있어서의 상기 막 내의 응력의 산출에 이용되는 상기 대상물의 두께를 구하는 공정을 더 구비한 응력 측정 방법.
  13. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 f) 공정이,
    n) 또 하나의 광원으로부터의 편광한 광을 상기 응력 측정 영역으로 조사하는 공정과,
    o) 상기 응력 측정 영역으로부터의 상기 편광한 광의 반사광을 수광하여 상기 반사광의 편광 상태를 취득하는 공정과,
    p) 상기 o) 공정에서 취득된 상기 반사광의 편광 상태에 의거하여 상기 응력 측정 영역에 있어서의 상기 막의 두께를 구하는 공정을 구비한 응력 측정 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 g) 공정보다 전에,
    k) 상기 대물 렌즈에서 출사되는 광을 이용하여, 상기 대물 렌즈와 상기 대상물을 유지하는 유지부 사이의 거리를 검출하는 공정과,
    l) 상기 대물 렌즈에서 출사되는 광을 이용하여, 상기 대물 렌즈와 상기 유지부에 유지된 상기 대상물 사이의 거리를 검출하는 공정과,
    m) 상기 k) 공정 및 상기 l) 공정에서 검출된 2개의 거리에 의거하여,
    상기 g) 공정에 있어서의 상기 막 내의 응력의 산출에 이용되는 상기 대상물의 두께를 구하는 공정을 더 구비한 응력 측정 방법.
  15. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 g) 공정보다 전에,
    k) 상기 대물 렌즈에서 출사되는 광을 이용하여, 상기 대물 렌즈와 상기 대상물을 유지하는 유지부 사이의 거리를 검출하는 공정과,
    l) 상기 대물 렌즈에서 출사되는 광을 이용하여, 상기 대물 렌즈와 상기 유지부에 유지된 상기 대상물 사이의 거리를 검출하는 공정과,
    m) 상기 k) 공정 및 상기 l) 공정에서 검출된 2개의 거리에 의거하여, 상기 g) 공정에 있어서의 상기 막 내의 응력의 산출에 이용되는 상기 대상물의 두께를 구하는 공정을 더 구비한 응력 측정 방법.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7964858B2 (en) * 2008-10-21 2011-06-21 Applied Materials, Inc. Ultraviolet reflector with coolant gas holes and method
WO2015030176A1 (ja) * 2013-08-30 2015-03-05 富士フイルム株式会社 応力表示部材および応力表示部材を用いたひずみ測定方法
KR101510143B1 (ko) * 2013-11-06 2015-04-08 주식회사 고영테크놀러지 기판 검사 시의 측정영역 보상 방법
JP6363382B2 (ja) * 2014-04-14 2018-07-25 大塚電子株式会社 膜厚測定装置及び方法
CN104062049B (zh) * 2014-06-13 2016-02-03 京东方科技集团股份有限公司 一种基板检测方法和装置
TWI502177B (zh) * 2014-12-12 2015-10-01 Univ Nan Kai Technology 利用光波加減量測橢圓角之外差干涉架構
CN108827514A (zh) * 2018-07-19 2018-11-16 天津大学 一种激光无损表征二氧化硅薄膜残余应力的方法
JP7457572B2 (ja) * 2019-05-27 2024-03-28 住友化学株式会社 光学フィルムの反りの測定方法、及び、測定装置
CN113295106B (zh) * 2021-05-26 2022-07-15 清华大学 一种双光梳散斑干涉测量系统及测量方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000009553A (ja) * 1998-06-26 2000-01-14 Toshiba Corp 薄膜評価装置、薄膜評価方法、半導体シミュレーション装置、半導体シミュレーション方法、薄膜評価プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、及びシミュレーションプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
KR20040034375A (ko) * 2002-10-18 2004-04-28 다이닛뽕스크린 세이조오 가부시키가이샤 대상물의 막 두께를 측정하는 장치, 대상물의분광반사율을 측정하는 장치 및 방법과, 대상물상의이물을 검사하는 장치 및 방법

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59203906A (ja) * 1983-05-04 1984-11-19 Mitsubishi Electric Corp 平面の傾斜検出装置
JPS63223508A (ja) * 1987-03-13 1988-09-19 Canon Inc 傾斜角測定方法
JP4027605B2 (ja) * 2001-01-26 2007-12-26 株式会社リコー 光学面の形状測定方法および装置および記録媒体
JP2003148925A (ja) * 2001-11-12 2003-05-21 Lasertec Corp 深さ測定装置及び膜厚測定装置
US6678055B2 (en) * 2001-11-26 2004-01-13 Tevet Process Control Technologies Ltd. Method and apparatus for measuring stress in semiconductor wafers
JP4547669B2 (ja) * 2004-12-14 2010-09-22 株式会社ニコン 高さ測定装置
JP2007127566A (ja) * 2005-11-07 2007-05-24 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 基板測定装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000009553A (ja) * 1998-06-26 2000-01-14 Toshiba Corp 薄膜評価装置、薄膜評価方法、半導体シミュレーション装置、半導体シミュレーション方法、薄膜評価プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、及びシミュレーションプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
KR20040034375A (ko) * 2002-10-18 2004-04-28 다이닛뽕스크린 세이조오 가부시키가이샤 대상물의 막 두께를 측정하는 장치, 대상물의분광반사율을 측정하는 장치 및 방법과, 대상물상의이물을 검사하는 장치 및 방법

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