特許 7496168 膜厚分布測定装置及び膜厚分布測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-29

(45)【発行日】2024-06-06

(54)【発明の名称】膜厚分布測定装置及び膜厚分布測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/06 20060101AFI20240530BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20240530BHJP

【ＦＩ】

G01B11/06 Z

H01L21/66 P

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023182131

(22)【出願日】2023-10-23

【審査請求日】2023-11-22

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】300072587

【氏名又は名称】株式会社多聞

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(74)【代理人】

【識別番号】100215142

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 徹

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 翔太

(72)【発明者】

【氏名】堀江 祥仙

(72)【発明者】

【氏名】関根 大輔

(72)【発明者】

【氏名】桑原 登

【審査官】國田 正久

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－２５４７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１２９４５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１０－７６４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３０９１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－９９４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２９２１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１７８０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／０６

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウェーハの表面に形成された膜の膜厚分布を測定するための膜厚分布測定装置であって、
前記膜厚分布測定装置は、前記ウェーハの表面の全面にわたって膜厚分布を測定するウェーハ全面測定系と、前記ウェーハの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布を測定するウェーハ外周部測定系とを備え、
前記ウェーハ外周部測定系と前記ウェーハ全面測定系は、互いに異なる空間分解能に設定可能なものであり、
前記空間分解能は測定セルサイズの大きさで定義されるものであることを特徴とする膜厚分布測定装置。

【請求項2】

前記ウェーハ全面測定系と前記ウェーハとを、前記ウェーハの表面方向に相対的に平行移動させる平行方向駆動部を備えるものであることを特徴とする請求項１に記載の膜厚分布測定装置。

【請求項3】

前記ウェーハ外周部測定系と前記ウェーハとを、前記ウェーハの中心を軸として相対的に回転移動させる回転方向駆動部を備えるものであることを特徴とする請求項１に記載の膜厚分布測定装置。

【請求項4】

前記ウェーハを載置する回転自在のウェーハ載置部を備えるものであることを特徴とする請求項１に記載の膜厚分布測定装置。

【請求項5】

前記ウェーハ全面測定系及び前記ウェーハ外周部測定系は、ライン光学系を備えるものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の膜厚分布測定装置。

【請求項6】

ウェーハの表面の全面にわたって膜厚分布を測定するウェーハ全面測定系と、ウェーハの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布を測定するウェーハ外周部測定系とを備え、前記ウェーハ外周部測定系と前記ウェーハ全面測定系を異なる空間分解能に設定可能な膜厚分布測定装置を用いて、ウェーハの表面に形成された膜の膜厚分布を測定する膜厚分布測定方法であって、
前記空間分解能は測定セルサイズの大きさで定義されるものであり、
前記ウェーハ全面測定系を用いて前記ウェーハの表面の全面にわたり膜厚分布を測定するとともに、
前記ウェーハ外周部測定系を用いて前記ウェーハ全面測定系よりも高い空間分解能で前記ウェーハの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布を測定することを特徴とする膜厚分布測定方法。

【請求項7】

前記ウェーハ全面測定系と前記ウェーハとを、前記ウェーハの表面方向に相対的に平行移動させながら、前記ウェーハの表面の全面にわたり膜厚分布の測定を行うことを特徴とする請求項６に記載の膜厚分布測定方法。

【請求項8】

前記ウェーハ外周部測定系と前記ウェーハとを、前記ウェーハの中心を軸として相対的に回転させながら、前記ウェーハの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布の測定を行うことを特徴とする請求項６に記載の膜厚分布測定方法。

【請求項9】

前記ウェーハ全面測定系及び前記ウェーハ外周部測定系による膜厚分布の測定を、前記ウェーハを回転させながら行うことを特徴とする請求項６に記載の膜厚分布測定方法。

【請求項10】

前記ウェーハ全面測定系及び前記ウェーハ外周部測定系としてライン光学系を備えたものを用いることを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載の膜厚分布測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、膜厚分布測定装置及び膜厚分布測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

集積回路装置などの半導体装置の製造においては、半導体基板（ウェーハ）上に複数のチップ（ＤＩＥ）を形成する。１枚のウェーハから得られるチップの数が多いほど歩留まりが高くなりコストダウンにつながる。１枚のウェーハから得られるチップの数に影響を与える要因の一つに、ウェーハ外周部の有効チップ数がある。ウェーハ外周では、ウェーハ上に設けられた膜の膜厚不均一などの不良要因が存在するため、不良チップになりやすい傾向がある（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－２０８２１２号公報

【文献】特開２０１７－１４６２８８号公報

【文献】特開２０１５－０１７８０４号公報

【文献】特開２０１３－１３７２０５号公報

【文献】特開２０００－３１４６１２号公報

【非特許文献】

【0004】

【文献】Ｋ． Ｎａｋａｚａｗａ ｅｔ． ａｌ．， ３Ｄ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＣＭＯＳ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ， ２０２１ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｍｅｅｔｉｎｇ （ＩＥＤＭ）， ６５３－６５６， ０９ Ｍａｒｃｈ ２０２２

【文献】Ｅｒｉｃ Ｂｅｙｎｅ ｅｔ． ａｌ．， Ｎａｎｏ－Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａｓ （ｎＴＳＶ） ｆｏｒ Ｂａｃｋｓｉｄｅ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ （ＢＳＰＤＮ）， ２０２３ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ ＶＬＳＩ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ， １－２， ２４ Ｊｕｌｙ ２０２３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

高品質のデバイスを高歩留まりで製造する上では、ウェーハ上に設けられた膜の膜厚分布を全面に渡って測定・評価することが必要である。デバイスの製造工程において、ウェーハ外周部の膜厚の変化による、デバイスの歩留まりの低下（特許文献１）を抑制するためには、このような領域の膜厚調整をより正確に行うことが特に重要である。そして、このようなウェーハ外周部領域の膜厚調整を行うためには、ウェーハ外周部の膜厚分布を高い空間分解能で高精度に測定して膜厚分布を把握する必要がある。特に、ウェーハボンディング等の積層により形成する３Ｄデバイス、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサー（非特許文献１参照）、近年注目されているトランジスタへの裏面電源供給ネットワーク（ＢＳＰＤＮ：Ｂａｃｋｓｉｄｅ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｎｅｔｗｏｒｋ、非特許文献２参照）におけるＳｉ層など、ウェーハの外周部のチップ（ＤＩＥ）の不良を抑制して歩留まりを向上するために、外周部の高精度な膜厚分布測定がますます重要となっている。

【0006】

ウェーハ上に設けられた膜の膜厚分布を測定する装置、方法は、これまでに数多く提案されている（例えば、特許文献２－５）。しかしながら、従来の測定装置を用いてウェーハ全面を高い空間分解能で測定する場合、スループットが低下したり、データが大きくなり扱いにくくなったりするなどの問題がある。

【0007】

そこで、ウェーハ全面の膜厚分布を測定するに際し、スループットの低下や測定データが大きくなることを抑制可能であり、膜厚の変化が大きい外周部の膜厚分布を高い空間分解能で高精度に測定することが可能な膜厚分布測定装置及び膜厚分布測定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、ウェーハの表面に形成された膜の膜厚分布を測定するための膜厚分布測定装置であって、前記膜厚分布測定装置は、前記ウェーハの表面の全面にわたって膜厚分布を測定するウェーハ全面測定系と、前記ウェーハの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布を測定するウェーハ外周部測定系とを備え、前記ウェーハ外周部測定系と前記ウェーハ全面測定系は、互いに異なる空間分解能に設定可能なものである膜厚分布測定装置を提供する。

【0009】

このような膜厚分布測定装置によれば、ウェーハの全面及び外周部の領域に応じて分解能を変えた測定が可能なものであるため、ウェーハ全面の膜厚分布を測定するに際し、膜厚の変化が大きいウェーハ外周部の膜厚測定を高い空間分解能で高精度に行うことが可能なものであり、スループットの低下や測定データが大きくなることを抑制することができる膜厚分布測定装置となる。また、膜厚分布測定装置のフットプリント（装置設置に係る占有面積）を増大させることもない。

【0010】

このとき、前記ウェーハ全面測定系と前記ウェーハとを、前記ウェーハの表面方向に相対的に平行移動させる平行方向駆動部を備えるものである膜厚分布測定装置とすることができる。

【0011】

これにより、より簡便なＸＹ座標系での全面の膜厚分布測定を行うことができ、測定データ量を少なくすることができる。

【0012】

このとき、前記ウェーハ外周部測定系と前記ウェーハとを、前記ウェーハの中心を軸として相対的に回転移動させる回転方向駆動部を備えるものである膜厚分布測定装置とすることができる。

【0013】

これにより、より簡便に必要なウェーハ外周部のみの膜厚分布測定を行うことができるものとなる。

【0014】

このとき、前記ウェーハを載置する回転自在のウェーハ載置部を備えるものである膜厚分布測定装置とすることができる。

【0015】

これにより、より容易に全面及びウェーハ外周部のみの測定を同時に行うことができ、スループットを上げることが可能になる。また、回転駆動系のみで測定が行えるため装置の構造を簡略化できる。

【0016】

このとき、前記ウェーハ全面測定系及び前記ウェーハ外周部測定系は、ライン光学系を備えるものである膜厚分布測定装置とすることができる。

【0017】

これにより、より高密度かつより精度良く、より短時間、高スループットで、全面及びウェーハ外周部の膜厚分布測定を行うことができる。

【0018】

本発明は、また、ウェーハの表面の全面にわたって膜厚分布を測定するウェーハ全面測定系と、ウェーハの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布を測定するウェーハ外周部測定系とを備え、前記ウェーハ外周部測定系と前記ウェーハ全面測定系を異なる空間分解能に設定可能な膜厚分布測定装置を用いて、ウェーハの表面に形成された膜の膜厚分布を測定する膜厚分布測定方法であって、前記ウェーハ全面測定系を用いて前記ウェーハの表面の全面にわたり膜厚分布を測定するとともに、前記ウェーハ外周部測定系を用いて前記ウェーハ全面測定系よりも高い空間分解能で前記ウェーハの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布を測定する膜厚分布測定方法を提供する。

【0019】

このような膜厚分布測定方法によれば、ウェーハ全面の膜厚分布を測定するに際し、スループットの低下や測定データが大きくなることを抑制しながら、膜厚の変化が大きいウェーハ外周部の膜厚分布測定を高い空間分解能で高精度に行うことができる。

【0020】

このとき、前記ウェーハ全面測定系と前記ウェーハとを、前記ウェーハの表面方向に相対的に平行移動させながら、前記ウェーハの表面の全面にわたり膜厚分布の測定を行う膜厚分布測定方法とすることができる。

【0021】

これにより、より簡便なＸＹ座標系での全面の膜厚分布測定を行うことができ、測定データ量を少なくすることができる

【0022】

このとき、前記ウェーハ外周部測定系と前記ウェーハとを、前記ウェーハの中心を軸として相対的に回転させながら、前記ウェーハの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布の測定を行う膜厚分布測定方法とすることができる。

【0023】

これにより、より簡便に必要なウェーハ外周部のみの膜厚分布測定を行うことができる。

【0024】

このとき、前記ウェーハ全面測定系及び前記ウェーハ外周部測定系による膜厚分布の測定を、前記ウェーハを回転させながら行う膜厚分布測定方法とすることができる。

【0025】

これにより、より容易に全面及びウェーハ外周部のみの測定を同時に行うことができ、スループットを上げることが可能になる。また、回転駆動系のみで測定が行えるため装置の構造を簡略化できる。

【0026】

このとき、前記ウェーハ全面測定系及び前記ウェーハ外周部測定系としてライン光学系を備えたものを用いる膜厚分布測定方法とすることができる。

【0027】

これにより、より高密度かつより精度良く、より短時間、高スループットで、全面及びウェーハ外周部の膜厚分布測定を行うことができる。

【発明の効果】

【0028】

以上のように、本発明の膜厚分布測定装置によれば、ウェーハの全面及び外周部の領域に応じて分解能を変えた測定が可能なものであるため、ウェーハ全面の膜厚分布を測定するに際し、膜厚の変化が大きいウェーハ外周部の膜厚測定を高い空間分解能で高精度に行うことが可能なものであり、スループットの低下や測定データが大きくなることを抑制することができる膜厚分布測定装置となる。また、膜厚分布測定装置のフットプリントを増大させることもない。

【0029】

本発明の膜厚分布測定方法によれば、ウェーハ全面の膜厚分布を測定するに際し、スループットの低下や測定データが大きくなることを抑制しながら、膜厚の変化が大きいウェーハ外周部のみについては、必要な高い空間分解能で高精度に膜厚分布測定を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明に係る膜厚分布測定装置の一例を示す概念図を示す。

【図2】ライン光学系を説明する図である。

【図3】本発明に係る膜厚分布測定装置におけるウェーハ全面測定系及びウェーハ外周部測定系を用いた膜厚分布測定の具体例を示す。

【図4】比較例の膜厚分布測定結果を説明する図である。

【図5】実施例の膜厚分布測定結果を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0032】

上述のように、ウェーハ全面の膜厚分布を測定するに際し、スループットの低下や測定データが大きくなることを抑制可能であり、膜厚の変化が大きい外周部の膜厚分布を高い空間分解能で高精度に測定することが可能な膜厚分布測定装置及び膜厚分布測定方法が求められていた。

【0033】

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、ウェーハの表面に形成された膜の膜厚分布を測定するための膜厚分布測定装置であって、前記膜厚分布測定装置は、前記ウェーハの表面の全面にわたって膜厚分布を測定するウェーハ全面測定系と、前記ウェーハの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布を測定するウェーハ外周部測定系とを備え、前記ウェーハ外周部測定系と前記ウェーハ全面測定系は、互いに異なる空間分解能に設定可能なものである膜厚分布測定装置により、膜厚分布測定装置のフットプリントを増大させることなく、ウェーハの全面及び外周部の領域に応じて分解能を変えた測定が可能なものであるため、ウェーハ全面の膜厚分布を測定するに際し、膜厚の変化が大きいウェーハ外周部の膜厚測定を高い空間分解能で高精度に行うことが可能なものであり、スループットの低下や測定データが大きくなることや、フットプリントの増加を抑制することができる膜厚分布測定装置となることを見出し、本発明を完成した。

【0034】

本発明者らは、また、ウェーハの表面の全面にわたって膜厚分布を測定するウェーハ全面測定系と、ウェーハの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布を測定するウェーハ外周部測定系とを備え、前記ウェーハ外周部測定系と前記ウェーハ全面測定系を異なる空間分解能に設定可能な膜厚分布測定装置を用いて、ウェーハの表面に形成された膜の膜厚分布を測定する膜厚分布測定方法であって、前記ウェーハ全面測定系を用いて前記ウェーハの表面の全面にわたり膜厚分布を測定するとともに、前記ウェーハ外周部測定系を用いて前記ウェーハ全面測定系よりも高い空間分解能で前記ウェーハの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布を測定する膜厚分布測定方法により、ウェーハ全面の膜厚分布を測定するに際し、スループットの低下や測定データが大きくなることを抑制しながら、膜厚の変化が大きいウェーハ外周部の膜厚測定を高い空間分解能で高精度に行うことができることを見出し、本発明を完成した。

【0035】

以下、図面を参照して説明する。

【0036】

［膜厚分布測定装置］
まず、本発明に係る膜厚分布測定装置について説明する。図１は本発明に係る膜厚分布測定装置の一例を示す概念図である。本発明に係る膜厚分布測定装置１００はウェーハＷの表面に形成された膜Ｆの膜厚分布を測定するためのものであり、図１に示されるように、ウェーハＷの表面の全面にわたって膜厚分布を測定するウェーハ全面測定系１と、ウェーハＷの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布を測定するウェーハ外周部測定系２とを備えている。なお、ウェーハＷの表面に形成された膜Ｆは１層（単層膜）でも、２層以上の多層膜であってもよい。また、ウェーハＷの表面の中央部を除いた外周部の範囲は特に限定されず、ウェーハＷの直径や膜Ｆの膜厚分布特性に応じて適宜設定できるが、例えば、ウェーハのエッジ（外周端）部から半径方向内方に１０ｍｍ、２０ｍｍ又は３０ｍｍの領域とすることができる。

【0037】

また、ウェーハ外周部測定系２とウェーハ全面測定系１は、互いに異なる空間分解能に設定可能なものである。このようなものとしては、ウェーハ外周部測定系２とウェーハ全面測定系１の少なくとも一方が、他方と独立して空間分解能を調整して設定可能なものであってもよい。

【0038】

このような本発明に係る膜厚分布測定装置１００は、ウェーハＷの全面及び外周部の領域に応じて空間分解能（精度）を変えることが可能なものであるため、ウェーハ全面の膜厚分布を測定するに際し、膜厚の変化が大きいウェーハ外周部の膜厚測定を高い空間分解能で高精度に行うように空間分解能を設定することで、スループットの低下や測定データが大きくなることを抑制することができる膜厚分布測定装置である。また、本発明に係る膜厚分布測定装置は一つの膜厚分布測定装置に２つの測定系を備えているため、測定装置のフットプリントを増大させることがない。

【0039】

膜厚分布測定装置１００において、図１に示すようにウェーハ全面測定系１とウェーハ外周部測定系２を１つの測定室の中でウェーハ載置部５の上方に配置し、ウェーハ載置部５上に載置されたウェーハＷに対してウェーハ全面測定とウェーハ外周部測定とを順次又は同時に行うものであってもよい。

【0040】

また、１つの測定室の中にウェーハ載置部５を複数設け、一のウェーハ載置部に対してウェーハ全面測定系１のみを配置し、他のウェーハ載置部に対してウェーハ外周部測定系２のみを配置したものとしてもよい。さらに、１つの測定室の中にウェーハ載置部５とウェーハの位置決めを行うアライナーを設け、ウェーハ載置部５でウェーハ全面測定系１による測定、アライナーでウェーハ外周部測定系２による測定を行うように構成してもよい。このようなものであれば、複数のウェーハを同時並行して測定可能なものとなる。

【0041】

さらに、本発明に係る膜厚分布測定装置では、測定室を複数設け、一の測定室にウェーハ全面測定系１のみを配置し、他の測定室にウェーハ外周部測定系２のみを配置し、搬送系を共通としてもよい。このようなものでも、複数のウェーハを同時並行して測定可能なものとなる。

【0042】

（ウェーハ全面測定系）
次に、ウェーハ全面測定系１について説明する。本発明に係るウェーハ全面測定系１は、ウェーハ全面の膜厚分布を測定するものであれば特に限定されない。分光エリプソメトリー法や、反射分光法など、測定方法(測定手段)も特に限定されない。本発明に係るウェーハ全面測定系１は、特に、ライン光学系を備えるものであることが好ましい。このようなものであれば、より高密度かつより精度良い測定を、より短時間で行うことができるものとなる。ライン光学系の詳細については後述する。

【0043】

（ウェーハ外周部測定系）
次に、ウェーハ外周部測定系２について説明する。本発明に係るウェーハ外周部測定系２は、ウェーハ外周部の膜厚分布を測定するものであれば特に限定されない。分光エリプソメトリー法や、反射分光法など、測定方法(測定手段)も特に限定されない。また、ウェーハ外周部測定系２は１つに限らず、複数個備えていてもよい。また、本発明に係るウェーハ外周部測定系２はライン光学系を備えるものであることが好ましい。このようなものであれば、より高密度かつより精度良い測定を、より短時間で行うことができるものとなる。ライン光学系の詳細については後述する。

【0044】

（平行方向駆動部）
本発明に係る膜厚分布測定装置１００は、平行方向駆動部３を備えたものとすることができる。平行方向駆動部３は、ウェーハ全面測定系１とウェーハＷとを、ウェーハＷの表面方向に相対的に平行移動させるものである。これにより、より簡便にウェーハ全面の膜厚分布測定を行うことができるものとなる。図１では、平行方向駆動部３がウェーハ全面測定系１をウェーハＷに対して平行移動させる形態を示しているが、平行方向駆動部３がウェーハＷをウェーハ全面測定系１に対して平行移動させるものであってもよく、ウェーハＷとウェーハ全面測定系１のそれぞれ（両方）を移動可能とするものであってもよい。

【0045】

（回転方向駆動部）
本発明に係る膜厚分布測定装置１００は、回転方向駆動部４を備えたものとすることができる。回転方向駆動部４は、ウェーハ外周部測定系２とウェーハＷとを、ウェーハＷの中心を軸として相対的に回転移動させるものである。これにより、より簡便にウェーハ外周部の膜厚分布測定を行うことができるものとなる。図１ではウェーハ外周部測定系２をウェーハＷに対して回転移動させる形態を示しているが、ウェーハＷをウェーハ外周部測定系２に対して回転移動させる回転方向駆動部４’であってもよく、ウェーハＷとウェーハ外周部測定系２のそれぞれ（両方）を回転可能とするものであってもよい。

【0046】

（ウェーハ載置部）
本発明に係る膜厚分布測定装置１００は、ウェーハＷを載置する回転自在のウェーハ載置部５を備えるものとすることができる。このようなウェーハ載置部５を備えた膜厚分布測定装置１００を用いれば、ウェーハを回転させることで、ウェーハ全面測定系１とウェーハ外周部測定系２とによる膜厚分布の測定を同時に行うこともできる。したがって、より短時間で膜厚分布を測定できる膜厚分布測定装置となる。なお、本発明に係るウェーハ載置部５は、上述の回転方向駆動部４’を具備することも可能である。

【0047】

（ライン光学系）
本発明に係るウェーハ全面測定系１及びウェーハ外周部測定系２は、上述のようにライン光学系を備えるものであることが好ましい。

【0048】

ライン光学系の例を図２を用いて説明する。図２はウェーハ全面測定系のライン光学系を説明する図である。図２に示すように、ライン光学系６は、ライン光源１０からウェーハＷ上の膜に入射角度θでライン状の光Ｌ１を照射する。そして、ウェーハＷ表面で反射したライン状の光を検出器１３で検出しスペクトル解析することで、１ライン上の膜厚（分布）を測定することができる。なお、図２はウェーハ全面測定系１のライン光学系を例として説明する図であるが、ウェーハ外周部測定系２に備えられる場合であっても測定原理は同様である。

【0049】

ウェーハ全面測定系１及びウェーハ外周部測定系２がライン光学系を備えたものであれば、より高密度でより精度良い膜厚分布の測定を、より短時間でできるものとなる。

【0050】

特に、ウェーハ全面測定系１及びウェーハ外周部測定系２がライン光学系６を備えるものとし、平行方向駆動部３及び／又は回転方向駆動部４を備えたものや、回転方向駆動部４’により回転自在のウェーハ載置部５を備えたものとすれば、ライン光学系６を用いたより高密度でより精度の良い膜厚分布の測定を、より短時間でできるという効果と、より簡便にウェーハ全面及び外周部の膜厚分布測定を行うことができるという効果とにより、より高密度でより高精度の膜厚分布の測定を、より簡便に短時間でできるものとなる。

【0051】

（その他）
なお、本発明に係る膜厚分布測定装置は、図示しない制御部によって各部及び／又は全体の制御が行われるものであってもよい。また、ウェーハ全面測定系及びウェーハ外周部測定系においては、カメラと測定対象に合わせて適切なレンズを選択して使用することができる。

【0052】

次に、本発明に係る膜厚分布測定装置について、ウェーハ全面測定系１とウェーハ外周部測定系２の組み合わせ例について、図３を用いて説明する。

【0053】

図３（Ａ）の例では、ウェーハ全面測定系は、ウェーハＷの直径方向の全範囲をカバーするライン状の光Ｌ１を照射してウェーハ全面の膜厚分布を測定する。また、ウェーハ外周部測定系は、ウェーハＷの外周部をカバーするライン状の光Ｌ２を照射してウェーハ外周部の膜厚分布をウェーハ全面測定系による測定より高空間分解能（高精度）で測定する。ウェーハＷを回転させることで、ウェーハ全面測定系とウェーハ外周部測定系とによりウェーハＷ全面及び外周部の膜厚分布の測定を行う。図３（Ａ）に示す例では膜厚分布測定装置がウェーハ外周部測定系を２つ備えたものとして異なる２カ所にライン状の光Ｌ２を照射するよう構成されており、ウェーハＷを半回転するだけでウェーハＷ全面の膜厚分布全面の膜厚部を測定することができる。

【0054】

図３（Ｂ）の例では、ウェーハ全面測定系は、ウェーハＷの半径に相当する範囲をカバーするライン状の光Ｌ１を照射してウェーハ全面の膜厚分布を測定する。また、ウェーハ外周部測定系は、ウェーハＷの外周部をカバーするライン状の光Ｌ２を照射してウェーハ外周部の膜厚分布をウェーハ全面測定系による測定より高空間分解能（高精度）で測定する。図３（Ｂ）に示す例では、ウェーハＷを１回転することでウェーハＷ全面の膜厚分布全面の膜厚部を測定することができる。

【0055】

図３（Ｃ）の例では、ウェーハ全面測定系は、ウェーハＷの直径方向の全範囲をカバーするライン状の光Ｌ１を照射してウェーハ全面の膜厚分布を測定する。また、ウェーハ外周部測定系としてウェーハＷの外周部をカバーするライン状の光Ｌ２を照射してウェーハ外周部の膜厚分布をウェーハ全面測定系による測定より高空間分解能（高精度）で測定する。ウェーハＷをウェーハ全面測定系に対して相対的に平行移動（直線的に移動）させることで、ウェーハＷ全面の膜厚分布の測定を行う。また、ウェーハＷを回転させることで、ウェーハ外周部測定系によりウェーハＷの外周部の膜厚分布の測定を行う。

【0056】

また、上述のようにウェーハ全面測定系による測定とウェーハ外周部測定系による測定とを、別の場所で行うことも可能である。この場合、ウェーハ全面測定系による測定における駆動とウェーハ外周部測定系による測定における駆動については、上述の平行方向駆動部、回転方向駆動部を適宜組み合わせて適用することが可能である。

【0057】

上述の例のほかに、ウェーハ全面測定系を斜入射の測定光を用いるものとし、ウェーハ外周部測定系を垂直入射の測定光を用いるものとしてもよい。

【0058】

［膜厚分布測定方法］
次に、本発明に係る膜厚分布測定方法について説明する。なお、本発明に係る膜厚分布測定装置について説明した事項については、適宜説明を省略することがある。

【0059】

本発明に係る膜厚分布測定方法は、上述の本発明に係る膜厚分布測定装置を用いてウェーハＷの表面に形成された膜Ｆの膜厚分布を測定する膜厚分布測定方法である。そして、ウェーハ全面測定系１を用いてウェーハＷの表面の全面にわたり膜厚分布を測定するとともに、ウェーハ外周部測定系２を用いてウェーハ全面測定系１よりも高い空間分解能でウェーハＷの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布を測定する。本発明に係る膜厚分布測定方法によれば、ウェーハ全面の膜厚分布を測定するに際し、スループットの低下や測定データが大きくなることを抑制しながら、膜厚の変化が大きいウェーハ外周部の膜厚測定を高い空間分解能で高精度に行うことができる。膜厚のバラツキが比較的小さいウェーハの中央部の膜厚分布データはウェーハ全面測定系１を用いた膜厚分布測定結果を使用し、膜厚分布が急激に変化する傾向があり、より高精度に測定を行う必要のあるウェーハの外周部の膜厚分布データについてはウェーハ外周部測定系２を用いた膜厚分布測定結果を使用して、ウェーハ上に形成された膜の膜厚分布の評価を行うことができる。

【0060】

本発明に係る膜厚分布測定方法が測定対象とするウェーハＷの表面に形成された膜Ｆは、特に限定されない。ウェーハＷ上に気相反応などにより成膜された膜、レジスト層などの塗布により形成された膜、ウェーハＷの表面が酸化、窒化等により化学的に変換された膜、ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層、ＢＯＸ層など、どのような膜であってもよい。また、測定対象のウェーハＷは、単層の膜だけでなく、２層以上の多層膜が形成されたものであってもよい。

【0061】

このとき、ウェーハ全面測定系１とウェーハＷとを、ウェーハＷの表面方向に相対的に平行移動させながら、ウェーハＷの表面の全面にわたり膜厚分布の測定を行うことが好ましい。これにより、より容易にウェーハ全面の膜厚分布の測定ができる。

【0062】

また、ウェーハ外周部測定系２とウェーハＷとを、ウェーハＷの中心を軸として相対的に回転させながら、ウェーハＷの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布の測定を行うことが好ましい。これにより、より容易にウェーハ外周部の膜厚分布の測定ができる。

【0063】

また、ウェーハ全面測定系１及びウェーハ外周部測定系２による膜厚分布の測定を、ウェーハＷを回転させながら行うことが好ましい。これにより、より短時間でウェーハ全面及び外周部の膜厚分布を測定することができる。

【0064】

また、ウェーハ全面測定系１及びウェーハ外周部測定系２としてライン光学系６を備えたものを用いることが好ましい。より高密度かつより精度良い測定を、より短時間で行うことができる。

【0065】

特に、ウェーハ全面測定系１及びウェーハ外周部測定系２がライン光学系６を備えるものを用いるとともに、ウェーハ全面測定系１とウェーハＷとをウェーハＷの表面方向に相対的に平行移動させながらウェーハＷの表面の全面にわたり膜厚分布の測定を行い、及び／又は、ウェーハ外周部測定系２とウェーハＷとを、ウェーハＷの中心を軸として相対的に回転させながら、ウェーハＷの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布の測定を行ったり、ウェーハ全面測定系１及びウェーハ外周部測定系２による膜厚分布の測定をウェーハＷを回転させながら行ったりすれば、ライン光学系６を用いたときのより高密度かつより精度良い膜厚分布の測定を、より短時間でできるという効果と、より簡便にウェーハ全面及び／又は外周部の膜厚分布測定を行うことができるという効果とにより、より高密度かつより精度良い膜厚分布の測定を、より簡便に短時間でできる。

【実施例】

【0066】

以下、実施例を挙げて本発明について具体的に説明するが、これは本発明を限定するものではない。

【0067】

（実施例）
直径３００ｍｍのシリコンウェーハ上に形成したＳｉ膜の膜厚分布の評価を行った。図１に示す膜厚分布測定装置を用い、ウェーハ全面測定系１を用いてウェーハＷの表面の全面にわたり膜厚分布を測定するとともに、ウェーハ外周部測定系２を用いてウェーハ全面測定系１よりも高い空間分解能で、ウェーハＷの最外周から半径方向内方に３０ｍｍ（外周３０ｍｍ）の範囲の外周部のみの膜厚分布を測定した。空間分解能（１つの測定セルサイズ）は、ウェーハ全面測定系１で２００μｍ×７６９μｍ□、ウェーハ外周部測定系２で３０μｍ×１１５μｍ□に設定した。この時、カメラと測定対象に合わせた適切なレンズをそれぞれの光学系に使用した。なお、長手方向のセルサイズがスキャンスピードを変えることで、必要な空間分解能に設定可能であり、短手方向は使用するカメラのピクセル数によって空間分解能を変えることができる。

【0068】

（比較例）
ウェーハ全面測定系１のみを備えた膜厚分布測定装置を用い、空間分解能を２００μｍ×７６９μｍ□に設定（実施例のウェーハ全面測定系１と同じ）して、ウェーハＷの表面の全面にわたり膜厚分布を測定した。

【0069】

膜厚のバラツキが比較的小さいウェーハの中央部の膜厚分布データはウェーハ全面測定系１を用いた膜厚分布測定結果を使用し、膜厚分布が急激に変化する傾向があり、より高精度に測定を行う必要のあるウェーハの外周部の膜厚分布データについてはウェーハ外周部測定系２を用いた膜厚分布測定結果を使用して、ウェーハ上に形成された膜の膜厚分布の評価を行った。評価結果を図４、５に示す。図４（Ａ）、（Ｂ）は比較例の結果を示し、図４（Ａ）はウェーハ全面の膜厚分布マップ、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の外周部（黒線で囲った矩形領域）を拡大した膜厚分布マップ（上図）及び断面膜厚分布（下図）である。図５は実施例の結果を示し、図４（Ｂ）と同じ領域の膜厚分布マップ（上図）及び断面膜厚分布（下図）である。なお、実施例におけるウェーハ全面測定系１を用いた測定によるウェーハ全面の膜厚分布マップは図４（Ａ）と同様であった。

【0070】

図４（Ｂ）、図５を比較するとわかるように、実施例では膜厚分布が高精度に測定できたことがわかる。比較例では、図４（Ａ）上図に見られる最外周近傍のスパイク状の膜厚分布や下図に示す外周３ｍｍの範囲での膜厚値の上昇のように、ノイズによる影響がみられたが、実施例では最外周に至るまで精度高く膜厚分布が測定できた。また、実施例では外周３０ｍｍの範囲のみ高い空間分解能での測定を行っているため、高精度の測定を行いながらも測定時間の増大（スループットの低下）を抑制することができた。

【0071】

本明細書は、以下の態様を包含する。
［１］：ウェーハの表面に形成された膜の膜厚分布を測定するための膜厚分布測定装置であって、前記膜厚分布測定装置は、前記ウェーハの表面の全面にわたって膜厚分布を測定するウェーハ全面測定系と、前記ウェーハの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布を測定するウェーハ外周部測定系とを備え、前記ウェーハ外周部測定系と前記ウェーハ全面測定系は、互いに異なる空間分解能に設定可能なものである膜厚分布測定装置。
［２］：前記ウェーハ全面測定系と前記ウェーハとを、前記ウェーハの表面方向に相対的に平行移動させる平行方向駆動部を備えるものである上記［１］の膜厚分布測定装置。
［３］：前記ウェーハ外周部測定系と前記ウェーハとを、前記ウェーハの中心を軸として相対的に回転移動させる回転方向駆動部を備えるものである上記［１］又は上記［２］の膜厚分布測定装置。
［４］：前記ウェーハを載置する回転自在のウェーハ載置部を備えるものである上記［１］、上記［２］又は上記［３］の膜厚分布測定装置。
［５］：前記ウェーハ全面測定系及び前記ウェーハ外周部測定系は、ライン光学系を備えるものである上記［１］、上記［２］、上記［３］又は上記［４］の膜厚分布測定装置。
［６］：ウェーハの表面の全面にわたって膜厚分布を測定するウェーハ全面測定系と、ウェーハの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布を測定するウェーハ外周部測定系とを備え、前記ウェーハ外周部測定系と前記ウェーハ全面測定系を異なる空間分解能に設定可能な膜厚分布測定装置を用いて、ウェーハの表面に形成された膜の膜厚分布を測定する膜厚分布測定方法であって、前記ウェーハ全面測定系を用いて前記ウェーハの表面の全面にわたり膜厚分布を測定するとともに、前記ウェーハ外周部測定系を用いて前記ウェーハ全面測定系よりも高い空間分解能で前記ウェーハの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布を測定する膜厚分布測定方法。
［７］：前記ウェーハ全面測定系と前記ウェーハとを、前記ウェーハの表面方向に相対的に平行移動させながら、前記ウェーハの表面の全面にわたり膜厚分布の測定を行う上記［６］の膜厚分布測定方法。
［８］：前記ウェーハ外周部測定系と前記ウェーハとを、前記ウェーハの中心を軸として相対的に回転させながら、前記ウェーハの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布の測定を行う上記［６］又は上記［７］の膜厚分布測定方法。
［９］：前記ウェーハ全面測定系及び前記ウェーハ外周部測定系による膜厚分布の測定を、前記ウェーハを回転させながら行う上記［６］、上記［７］又は上記［８］の膜厚分布測定方法。
［１０］：前記ウェーハ全面測定系及び前記ウェーハ外周部測定系としてライン光学系を備えたものを用いる上記［６］、上記［７］、上記［８］又は上記［９］の膜厚分布測定方法。

【0072】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【符号の説明】

【0073】

１…ウェーハ全面測定系、 ２…ウェーハ外周部測定系、 ３…平行方向駆動部、
４、４’…回転方向駆動部、 ５…ウェーハ載置部、 ６…ライン光学系、
１０…ライン光源、 １３…検出器、 １００…膜厚分布測定装置。
Ｌ１、Ｌ２…ライン状の光、 Ｆ…膜（多層膜）、 Ｗ…ウェーハ。

【要約】

【課題】
ウェーハ全面の膜厚分布を測定するに際し、スループットの低下や測定データが大きくなることを抑制しつつ、膜厚の変化が大きい外周部の膜厚分布を高い空間分解能で高精度に測定することが可能な膜厚分布測定装置及び膜厚分布測定方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
ウェーハの表面に形成された膜の膜厚分布を測定するための膜厚分布測定装置であって、前記膜厚分布測定装置は、前記ウェーハの表面の全面にわたって膜厚分布を測定するウェーハ全面測定系と、前記ウェーハの表面の中央部を除いた外周部のみの膜厚分布を測定するウェーハ外周部測定系とを備え、前記ウェーハ外周部測定系と前記ウェーハ全面測定系は、互いに異なる空間分解能に設定可能なものである膜厚分布測定装置及びこれを用いた測定方法。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】