JPH0287006A - 試料形状測定装置及びその測定方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は干渉計を利用して試料の表面形状を測定する表
面形状測定装置及び測定方法に関する。

［従来技術］ 薄板状試料である半導体ウェーハは全体的反りや傾斜と
部分的な凹凸とを合せ持っており、ウェハの表面や裏面
はこれらが合成された形状をなしている。

微細パターンの焼付けを行う半導体製造工程においては
、ウェーハを基準平面に吸着固定したときのウェーハ表
面の凹凸量が露光装置の焦点深度内にあることか必要で
あり、吸着基準平面に吸着されたウェーハ表面の凹凸量
の検査か重要となっている。

従来、干渉計を利用してこの検査を行う場合には、干渉
計の参照平面に対して、ウェーハ吸着基準面を予め既知
の位置関係とすることか必要であった。即ち、ウェーハ
表面の干渉縞状態のみからは、ウェーハを吸着固定して
いる基準平面の傾き状態が判らないので、吸着基準平面
に対するつ■凸表面の凹凸量を得るには、基準面の傾き
を調整する必要があった。

この点を改善するために本願出願人は特願昭６２−１５
６２１２号において、参照平面と試料吸着基準面との位
置関係にかかわりなく測定できるよう、参照平面と基準
平面上に干渉縞を形成する手段を設け、両干渉縞情報に
基づき縞解析を行う技術を提案している。

しかしながら、この技術もウェーハ吸着基準平面を完全
平面と仮定しているので、この仮定を保証できない場合
には十分な効果か期待できない。

また、現在におけるウェーハの大口径化、バタン線幅の
微細化は極めて高い精度の測定を要求する。

測定精度の高度化に応える技術として、縞走査干渉法（
ｒｒｉｎｇ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍ
ｅｔｒｙ　）が知られている。この方法は測定中に参照
光の光路長を変化ざぜ相対的に基準位相の異なる干渉縞
をコンピュータに読込み、参照用の基準位相を基に位相
分布を算出するものである。この方法によれば、１／１
００波長程度の精度が可能となる。

しかしながら、この精度も干渉計自体の精度誤差がそれ
以下でなければ意味が薄れる。

［発明の課題］ 本発明の目的は上記従来技術の欠点に鑑み、干渉計の参
照平面と試料吸着基準面の位置関係、試料吸着基準平面
および干渉計の精度の影響を受けることなく、試料吸着
基準平面に対する試料表面の凹凸量を精度良く簡単に測
定できる装置と方法を提供することにある。

［発明の構成］ 上記目的を達成するために、本発明は高精度に平面研磨
され測定試料より大きい面積の基準平面を有する試料吸
着手段と、試料吸着時には試料表面及び少なくとも試料
外周の基準平面の一部に。

更には試料を載置していない時には試料載置時の試料裏
面及び前記試料の外周相当部の基準平面に干渉縞を形成
する手段と、干渉縞を検出する干渉縞検出手段と、検出
された各干渉縞情報に基づき被測定面の形状を算出する
干渉縞解析手段と、両者に共通する基準平面情報から両
者の位置関係を検出する手段と、前記の試料表面の表面
形状から試料裏面の基準平面の微細形状の差を演算する
手段とを有することを特徴としている。

また、測定試料より大きい面積の基準平面を有する試料
吸着手段の基準平面上に干渉縞を形成するステップと、
該干渉縞を検出するステップと、検出した干渉縞より基
準平面の形状を解析し記憶するステップと、試料吸着手
段に試料を吸着するステップと、試料表面及び基準平面
上に干渉縞を形成するステップと、該干渉縞を検出する
ステップと、検出した干渉縞より試料表面及び基準平面
の形状を解析し記憶するステップと、両者に共通する基
準平面の形状から両者の位置関係を検出するステップと
、平面の微細形状の差を演拝するステップからなること
を特徴としている。

本発明の詳細な説明を行う。

第２図は試料吸着台の断面形状が示されており、その表
面はやや凸状になっている。試料吸着台はもともと高精
度に仕上げられているので、試料吸着した時にその基準
平面の精度が問題となるのは極めて微細な平面誤差であ
る。。

そこでまず、試料を基準平面に吸着しない状態（第２図
）で基準平面２″の表面形状の測定を行い、次に試料を
吸着した状態（第３図）で試料表面及び基準平面の表面
形状の測定を行う。その後、両者の共通部分の表面形状
に基づき、これを重ね合せ、試料表面と基準平面の差ａ
を得ることができる。この値は従来装置による測定値す
に対して、第５図に示すように試料を完全平面に吸着し
た場合の凹凸量Ｇ（第５図）に、より近似した値でおる
。

［発明の実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明を斜入射干渉計に応用した場合の一光学
系の基本配置図である。

１は試料で具体的にはウェーハである。２は試料１より
大きい面積の基準平面２−を有する試料吸着台、３はピ
エゾ素子で参照平面７−と被測定面との距離を変え参照
光の位相を変化させる。

４〜８は斜入射干渉法による干渉縞を形成する光学系で
ある。

４は参照光の光源で、）−１ｅ−Ｎｅレーザ装置を用い
ている。光ｍ４から射出された光束はイクスパンダ５に
よって必要な大きさの光束に拡げられ、前側焦点位置に
イクスパンダ５がくるように配置されたコリメータレン
ズ６により平行光束となる。

７は被測定試料表面及び基準平面２′の干渉縞を発生さ
せる参照平面７′を有するプリズムであり、８は干渉縞
像が形成されるスクリーンである。

スクリーン８上の干渉縞はレンズ９を介しテレビカメラ
１０撮像面上に結像される。なお、本実施例では干渉縞
をスクリーン８に一旦投影し、スクリーン像をテレビカ
メラにより搬像するという方法を用いているが、スクリ
ーン８を取り除き空中像を直接テレビカメラにより撮影
する方法でもよい。

１１は演算処理部で、テレビカメラを介し画像データを
取り組み、処理して被測定面の解析を行う。

１２はテレビカメラで撮影した像や解析結果を表示する
モニタである。また、］３は印字手段である。

以上のような実施例において、以下その動作を説明する
。

試料吸着台２をその基準平面２−上に試料１を載せずに
、所定の測定位置に移動する。

光源４から出射されたレーザ光はイクスパンダ５により
光束を拡げられ、コリメータレンズ５により平行光束と
なり、プリズム７に入射する。プリズム７に入射した光
の一部はその参照平面を透過して、試料吸着台２の基準
平面２−で反射し、再度プリズム７を通り、スクリーン
８に向かう。

プリズム７に入射したその伯の光はその参照平面で反射
してスクリーン８に向かい、基準平面２−で反射した光
と干渉現象を引き起こし、スクリン８に投影される。ス
クリーン８に投影された干渉縞をレンズ９を介し、テレ
ビカメラ１０の撮像面に結像させ、映像信号として取り
出す。その映像信号を演算処理部］１に送り、解析し記
憶する。

この場合、振動や空気の揺ぎ等の影響を廃除するために
、異常な値をキャンセルしたり平均化する等公知の処理
方法を併用することは一層信頼度を高めることになる。

なお、本実施例では、ピエゾ素子３に電圧を印加し参照
面の位相を変化させ、複数の映像データを得ることによ
り、高精度の干渉縞計測を行っているが、これ自体は多
くの文献に示されているものなので、その説明は省略す
る（例えば、ＡＩ）ｐｌ、Ｏｐｔ、、’１３．Ｐ２６９
３　）。

その後、試料吸着台２は試料受渡位置まで図示なき駆動
手段にて移動し、試料吸着台の基準平面２−上に試料１
を載せ、真空強制吸着した後、再度無定位置に移動する
。移動後、同様にして干渉縞を解析して基準平面２−及
び試料表面の凹凸情報を得る。

このようにして得られた２種類の情報に共通する基準平
面の情報に基づいて、情報の位置合わせを行い、両者の
差をとることにより、試料表面の凹凸量を得る。

この結果はモニタ１２に表示され、印字手段１３に印字
される。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、試料吸着基準平
面の平面測定を行った後に、基準面に吸着された試料表
面の凹凸測定を行い、試料の表面形状から吸着基準面の
形状を除去するため、吸着基準平面の微細な平面誤差の
影響を受けることなく、精度の高い測定を行うことがで
きる。

同様にして、干渉計固有の誤差も除去されることになる
。

また、装置を使用する環境の温度変化による装置の熱変
形や長年の使用による吸着基準平面の摩耗の影響も受け
ることなく、精度の高い測定を安定的に行うことができ
る。

更に、試料より大きい面積の試料基準平面を使用し試料
外周部の測定結果を得ることにより、干渉計の参照基準
面に対する試料基準面の正確な傾斜量が解るので、測定
の都度高精度の平面合せをする必要が無くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を斜入射干渉計に応用した場合の光学系
の一基本配置図、第２図〜第４図は本発明の詳細な説明
する図である。 １・・・・・・試料　　　　　２・・・・・・試料吸着
台２′・・・・・・基準平面　　３・・・・・・ピエゾ
素子４・・・・・・）−１ｅ−Ｎｅレーザ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）高精度に平面研磨され測定試料より大きい面積の
   基準平面を有する試料吸着手段と、 試料吸着時には試料表面及び少なくとも試料外周の基準
   平面の一部に、更には試料を載置していない時には試料
   載置時の試料裏面及び前記試料の外周相当部の基準平面
   に干渉縞を形成する手段と、干渉縞を検出する干渉縞検
   出手段と、 検出された各干渉縞情報に基づき被測定面の形状を算出
   する干渉縞解析手段と、 両者に共通する基準平面情報から両者の位置関係を検出
   する手段と、 前記の試料表面の表面形状から試料裏面の基準平面の微
   細形状の差を演算する手段とを有することを特徴とする
   試料形状測定装置。
2. （２）第１項の干渉縞を検出する干渉縞検出手段とは二
   次元イメージセンサであることを特徴とする試料形状測
   定装置。
3. （３）第１項の干渉縞解析手段とは縞走査干渉法に基づ
   くものであることを特徴とする試料形状測定装置。
4. （４）測定試料より大きい面積の基準平面を有する試料
   吸着手段の基準平面上に干渉縞を形成するステップと、 該干渉縞を検出するステップと、 検出した干渉縞より基準平面の形状を解析し記憶するス
   テップと、 試料吸着手段に試料を吸着するステップと、試料表面及
   び基準平面上に干渉縞を形成するステップと、 該干渉縞を検出するステップと、 検出した干渉縞より試料表面及び基準平面の形状を解析
   し記憶するステップと、 両者に共通する基準平面の形状から両者の位置関係を検
   出するステップと、 前記の試料表面の表面形状から試料裏面の基準平面の微
   細形状の差を演算するステップからなることを特徴とす
   る試料形状測定方法。
5. （５）第４項の干渉縞より形状を解析するステップとは
   縞走査干渉法に基づくものであることを特徴とする試料
   形状測定方法。