特許 7546316 ウェハ測定装置、およびそれを備えた半導体製造システム

(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】2024-08-29

(45)【発行日】2024-09-06

(54)【発明の名称】ウェハ測定装置、およびそれを備えた半導体製造システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20240830BHJP

   G01B 11/06 20060101ALI20240830BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 P

G01B11/06 H

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023109286

(22)【出願日】2023-07-03

【審査請求日】2023-09-04

(73)【特許権者】

【識別番号】591114641

【氏名又は名称】株式会社ヒューテック

(74)【代理人】

【識別番号】110001704

【氏名又は名称】弁理士法人山内特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田村 淳二

(72)【発明者】

【氏名】花田 英人

(72)【発明者】

【氏名】平田 健一郎

(72)【発明者】

【氏名】井関 紗千子

【審査官】金田 孝之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１０３０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４６２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１７８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１１１７４７１６（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウェハにライン状測定光を照射する光源と、
前記ウェハで反射した前記ライン状測定光を受光する撮像装置と、
該撮像装置から得られる前記ライン状測定光の分光特性データから、前記ウェハに設けられた膜の厚み、またはウェハ自体の厚みを算出する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記膜の厚みまたはウェハ自体の厚みを算出する際に用いられる厚み算出用ライン状測定光のうち、
前記ウェハで反射したもののライン状方向への長さデータを取得し、
前記長さデータに基づいて、前記厚み算出用ライン状測定光の前記ウェハの動作方向の座標位置を算出する、
ことを特徴とするウェハ測定装置。

【請求項2】

前記制御装置が、
前記長さデータに基づいて、前記厚み算出用ライン状測定光の前記ウェハの動作方向の座標位置を算出する際に、
前記制御装置は、
前記長さデータの前記ライン状方向への中心に位置する画素をライン状方向中心点とし、
前記厚み算出用ライン状測定光ごとに前記ライン状方向中心点を取得し、
これらのライン状方向中心点に基づき、前記ウェハの動作方向に平行であるウェハの中心線を算出し、
該中心線から前記長さデータの端部までの長さのうち長い方を、前記長さデータを取得した際の算出長さとし、
該算出長さに基づいて、前記厚み算出用ライン状測定光の前記ウェハの動作方向の座標位置を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のウェハ測定装置。

【請求項3】

前記制御装置は、
前記膜の厚みまたはウェハ自体の厚みに基づいて欠点を抽出し、
前記ウェハの動作方向の座標位置の情報に基づいて前記欠点の大きさを算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のウェハ測定装置。

【請求項4】

前記制御装置で算出された前記膜の厚みまたは前記ウェハ自体の厚みを表示する表示装置を備え、
該表示装置は、前記膜の厚みまたはウェハ自体の厚みを二次元マップで表す、
ことを特徴とする請求項１に記載のウェハ測定装置。

【請求項5】

半導体処理装置と、該半導体処理装置へウェハを出し入れするための搬送ロボットと、を備え、
前記搬送ロボットが搬送している状態の前記ウェハに設けられた膜の厚みまたはウェハ自体の厚みを測定する請求項１に記載のウェハ測定装置を備えた、
ことを特徴とする半導体製造システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウェハ測定装置、およびそれを備えた半導体製造システムに関する。さらに詳しくは、本発明は、測定光の分光特性データから、ウェハに設けられた膜の厚み、またはウェハ自体の厚みを測定するウェハ測定装置、およびそれを備えた半導体製造システムに関する。

【背景技術】

【0002】

多くの半導体製造システムは、クリーンルーム内に配置される。このクリーンルームを、所定のクリーンな状況（例えばクラス１００またはクラス１０）に保持するためには多額のランニングコストが発生するため、クリーンルーム内では、必要となる製造装置を無駄のないように配置し、かつ、その内容積をできるだけ小さくすることが望まれる。特許文献１では、半導体製造システムの一部を構成する半導体ウェハの厚み分布測定システムが開示されている。この文献の図２に示すように、例えば半導体ウェハは、ロボットにより搬入部から多関節ロボットにより測定部に搬送され、測定を終えた半導体ウェハは他のロボットにより保管部または研磨部に再度搬送される。

【0003】

半導体ウェハは、特許文献１に示すように、その厚み自体が検査の項目となるとともに、特許文献２に示すように、半導体ウェハ上に設けられた膜厚が検査の項目となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－１１２３１６号公報

【文献】特開２０２０－１６５８６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

半導体製造装置が配置されるクリーンルームは、前記したようにその内容積をできるだけ小さくすることが望まれる。しかるに、新たに検査装置を導入しようとする場合、ロボットなどの搬送装置を併せた形で検討する必要があり、その場合、クリーンルームの内容積が大きくならざるを得ないという問題がある。
また、製造される半導体の種類またはグレードによって、測定装置を増やしたいと考えた場合、搬送装置を含めると、既存のクリーンルーム内への設置が困難になるという問題がある。
加えて、製造装置内に検査装置を設置する場合、検査装置のプローブ等の速度または位置を測定するセンサおよびその配線が増えるほどコスト増加と配線レイアウトが複雑となるという問題がある。

【0006】

本発明は上記事情に鑑み、クリーンルームの内容積を抑制するために、クリーンルーム内の既存の半導体製造システムに追加することができ、加えて、半導体製造システム内部に設置する機材を極力少なくすることができるウェハ測定装置、およびそれを備えた半導体製造システム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】

【0007】

第１発明のウェハ測定装置は、ウェハにライン状測定光を照射する光源と、前記ウェハで反射した前記ライン状測定光を受光する撮像装置と、該撮像装置から得られる前記ライン状測定光の分光特性データから、前記ウェハに設けられた膜の厚み、またはウェハ自体の厚みを算出する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記膜の厚みまたはウェハ自体の厚みを算出する際に用いられる厚み算出用ライン状測定光のうち、前記ウェハで反射したもののライン状方向への長さデータを取得し、前記長さデータに基づいて、前記厚み算出用ライン状測定光の前記ウェハの動作方向の座標位置を算出することを特徴とする。
第２発明のウェハ測定装置は、第１発明において、前記制御装置が、前記長さデータに基づいて、前記厚み算出用ライン状測定光の前記ウェハの動作方向の座標位置を算出する際に、前記制御装置は、前記長さデータの前記ライン状方向への中心に位置する画素をライン状方向中心点とし、前記厚み算出用ライン状測定光ごとに前記ライン状方向中心点を取得し、これらのライン状方向中心点に基づき、前記ウェハの動作方向に平行であるウェハの中心線を算出し、該中心線から前記長さデータの端部までの長さのうち長い方を、前記長さデータを取得した際の算出長さとし、該算出長さに基づいて、前記厚み算出用ライン状測定光の前記ウェハの動作方向の座標位置を算出することを特徴とする。
第３発明のウェハ測定装置は、第１発明において、前記制御装置は、前記膜の厚みまたはウェハ自体の厚みに基づいて欠点を抽出し、前記ウェハの動作方向の座標位置の情報に基づいて前記欠点の大きさを算出することを特徴とする。
第４発明のウェハ測定装置は、第１発明において、前記制御装置で算出された前記膜の厚みまたは前記ウェハ自体の厚みを表示する表示装置を備え、該表示装置は、前記膜の厚みまたはウェハ自体の厚みを二次元マップで表すことを特徴とする。
第５発明の半導体製造システムは、半導体処理装置と、該半導体処理装置へウェハを出し入れするための搬送ロボットと、を備え、前記搬送ロボットが搬送している状態の前記ウェハに設けられた膜の厚みまたはウェハ自体の厚みを測定する請求項１に記載のウェハ測定装置を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

第１発明によれば、所定の厚みを算出する際に用いられる厚み算出用ライン状測定光のライン状方向への長さデータを取得し、この長さデータに基づいて、厚みデータのウェハの動作方向の座標位置を算出することにより、ウェハの動作方向の座標位置を特定するための測定器を用いないで、ウェハに設けられた膜の厚み等を測定できる。よって、従来よりも構成のシンプルなウェハ測定装置を提供できるので、クリーンルームを大きくすることなく、既存の半導体製造システムにそのウェハ測定装置を追加することができる。また、高精度に制御されたウェハの搬送装置を用いる必要がなくなったり、半導体製造システム内部に設置する機材を極力少なくすることができたりするため、安価に装置が提供できる。
第２発明によれば、所定の方法でウェハの動作方向と平行な中心線を求めて、これにより厚み算出用ライン状測定光のウェハ動作方向の座標位置を特定することにより、ウェハにはノッチまたはオリエンテーションフラットが存在するところ、それらが存在した場合でもそれらの情報を入力することなく、厚み算出用ライン状測定光の座標位置を特定できる。
第３発明によれば、所定の方法で欠点を抽出し、その大きさを求めることにより、装置の使用者が欠点の大きさを容易に認識できる。
第４発明によれば、表示装置が厚みを二次元マップで示すことにより、装置の使用者が容易に厚みの分布を把握できる。
第５発明によれば、搬送ロボットが搬送している状態のウェハの膜の厚み等を測定するウェハ測定装置を有していることにより、装置単独で大きなスペースを確保する必要がなくなり、省スペースでシンプルであり低コストである半導体製造システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係るウェハ測定装置における、第１のウェハ動作方向の座標位置算出方法の説明図である。

【図2】本発明の実施形態に係るウェハ測定装置を備えた半導体製造システムの平面方向の断面図である。

【図3】本発明の実施形態に係るウェハ測定装置の平面図である。

【図4】図３のウェハ測定装置の正面図である。

【図5】図３のウェハ測定装置の斜視図である。

【図6】図３のウェハ測定装置を構成する撮像装置の説明図である。

【図7】図３のウェハ測定装置の制御ブロック構成図である。

【図8】図３のウェハ測定装置の表示装置における表示画面の説明図である。

【図9】本発明の実施形態に係るウェハ測定装置における、第２のウェハ動作方向の座標位置算出方法の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのウェハ測定装置および半導体製造システムを例示するものであって、本発明はウェハ測定装置および半導体製造システムを以下のものに特定しない。なお、各図面が示す部材の大きさまたは位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。また、本明細書での「垂直」、「平行」と言う記載は、厳密に垂直、または平行である必要はなく、この言葉が用いられている部分で、その部分の機能を十分満たし得る程度に垂直、または平行すなわち、「実質的に垂直」、「実質的に平行」な範囲を含む意味である。加えてウェハには、ノッチもしくはオリエンテーションフラットが設けられるが、明細書では、それらを区別する必要がない場合は、ウェハを符号Ｗと表示し、区別する必要がある場合にノッチ付きウェハを符号Ｗ１、オリエンテーションフラット付きウェハをＷ２として表示する。

【0011】

（半導体製造システム３０）
図２には、本発明の実施形態に係るウェハ測定装置を備えた半導体製造システム３０の平面方向の断面図を示す。この半導体製造システム３０は、水平多関節型の搬送ロボット３２を備えたシステムである。この半導体製造システム３０は、搬送ロボット３２と、この搬送ロボット３２を略中央に備えた搬送室３４と、この搬送室３４と接続する複数の処理用チャンバ３１およびキャリア用チャンバ３３と、を含んで構成されている。ここで、処理用チャンバ３１は、半導体処理装置であり、ウェハＷに対して何らかの加工を行う半導体製造装置である場合と、加工後のウェハＷの性状を測定する測定装置である場合がある。そしてこの半導体製造システム３０は、搬送ロボット３２によりウェハＷを１枚ごと出し入れし、処理（加工または測定）を行う。

【0012】

図２に示すように、搬送室３４は、上から見た形状が六角形の形状であり、その中央に搬送ロボット３２が配置されている。搬送室３４の周囲には、六角形の辺ごとに処理用チャンバ３１もしくは、キャリア用チャンバ３３が接続されている。処理用チャンバ３１ではウェハＷに対して所定の処理が行われ、キャリア用チャンバ３３では、キャリアにウェハＷが積載されている。ウェハＷは、そのキャリアに積載されたまま、他のシステムから半導体製造システム３０へ搬送されたり、半導体製造システム３０から他のシステムへ搬送されたりする。搬送室３４、処理用チャンバ３１、キャリア用チャンバ３３のそれぞれの接続口には、ゲートバルブが設けられており、このゲートバルブにより搬送室３４、処理用チャンバ３１、キャリア用チャンバ３３は、互いに気密を保持することが可能となっている。

【0013】

上記の半導体製造システム３０では、搬送室３４内に本実施形態に係るウェハ測定装置１０の一部が備えられている。例えば、搬送室３４内に、光源１１と、撮像装置２０とが配置される場合がある。また、光源１１と撮像装置２０とが測定専用の処理用チャンバ３１内に、またはキャリア用チャンバ３３内に配置される場合がある。

【0014】

なお、上記の半導体製造システム３０の構成は一例であり、上記の内容に限定されるものではない。例えば、搬送室３４の形状は六角形以外の多角形（例えば三角形、四角形、五角形、八角形等）または円形でもよい。この場合、処理用チャンバ３１またはキャリア用チャンバ３３の数、形状または配置は、搬送室３４の形状に応じて適宜変更される。

【0015】

（ウェハ測定装置１０の構成）
図３には、本発明の実施形態に係るウェハ測定装置１０の平面図を、図４にはその側面図を、図５にはその斜視図を示す。理解を容易にするために図３および図４ではウェハ測定装置１０の主要部材のみを記載している。本発明に係るウェハ測定装置１０は、ウェハＷで反射したライン状測定光の分光特性データから、ウェハＷに設けられた膜の厚み、またはウェハＷ自体の厚みを測定することができる測定装置である。この分光特性データから、ウェハＷに設けられた膜の厚み等を測定する測定装置では、白色干渉方式、分光干渉方式の他、共焦点による方式を含む。

【0016】

本実施形態に係るウェハ測定装置１０の被測定対象はウェハＷである。「ウェハ」とは、「ＩＣチップ（半導体集積回路）の材料となる、半導体物質の結晶でできた円形の薄い板。」である。このウェハＷには、工程中でウェハＷの向きを合わせるため、周上にノッチとよばれる切り欠き、またはオリエンテーションフラットと呼ばれる直線部が設けられている。

【0017】

本実施形態では図３、図４に示すように、ノッチ付きウェハＷ１は矢印の示す方向、すなわち図３においては、図３の紙面において下から上に、図４においては、図４の紙面において右から左に、搬送ロボット３２により動作させられる。図３では、矢印の示す方向と垂直な方向がライン状測定光のライン状方向となる。ノッチ付きウェハＷ１は、ウェハ測定装置１０により厚みが測定される部分では、矢印に示すように移動している。すなわち本実施形態では、被測定対象であるノッチ付きウェハＷ１の、光源１１のライン状方向に垂直な方向の動作に合わせて、ノッチ付きウェハＷ１に設けられた膜等の厚みが測定される。

【0018】

本実施形態に係るウェハ測定装置１０は、装置本体を有する。装置本体は、ライン状測定光を照射する光源１１、およびノッチ付きウェハＷ１で反射したライン状測定光を受光する撮像装置２０と、を含んで構成されている。ライン状測定光を照射する光源１１は、図３においては左右方向、図４においては奥行き方向がライン状方向である。

【0019】

本実施形態において、ライン状測定光を照射する光源１１は、ＬＥＤであることが好ましい。光源１１がＬＥＤであることにより、光源１１のサイズを大きくすること、光量を高くすること、製造コストを安価にすることが容易となる。ただし光源１１は、これに限定されない。例えば、ライン状測定光を照射するものであれば、蛍光灯、ハロゲン光源、メタルハライドランプであっても問題ない。なお、光源１１がハロゲン光源である場合は、発する測定光の波長が広く、なおかつ波長ごとの強度が他の光源に比べ比較的均一である点で、厚み測定に適している。なお光源１１の先端にシリンドリカルレンズもしくはロッドレンズを用いることが好ましい。撮像装置２０に受光される光量が増量されるからである。また、光源１１とノッチ付きウェハＷ１の間にディフューザーまたは拡散板など光拡散性のある板材を設置することで、均一な光を照射させることが好ましい。照射される光が均一になることで、安定した測定結果を得ることが可能になるからである。ここで図３において、光源１１から撮像装置２０へ向けて描かれている一点鎖線は、光源１１から発せられる測定光のうち、ノッチ付きウェハＷ１が十分な大きさを有する場合、撮像装置２０で受光される測定光を描いたものであり、実際に光源１１から発せられる測定光はこれらの一点鎖線の外側まで発せられている。なお、光源１１から照射される測定光は、可視光であることが好ましい。

【0020】

図６には、本実施形態に係る撮像装置２０の構成図を示す。図６は撮像装置２０を側面方向から見た断面図である。図６では測定光を一点鎖線で示している。撮像装置２０は、光源１１から照射される測定光を、ノッチ付きウェハＷ１で反射して受光する。受光は、測定光を分光して行われる。図６に示すように、撮像装置２０は、被測定対象を経由した測定光を集光する第１レンズ２１と、この集光された測定光のうち不要分をカットして分光精度を向上させるスリット２２と、このスリット２２を通過した測定光を、グレーティング素子２４に入射させるのに適した向きに修正する第２レンズ２３と、測定光を波長ごとに分光するグレーティング素子２４と、分光後の測定光を二次元センサ２６に集光させるための第３レンズ２５と、分光された測定光を受光する二次元センサ２６と、を筐体２７の中に備えている。

【0021】

二次元センサ２６は、図６の紙面において左右方向と奥行き方向とに所定の長さを有する構成であり、本実施形態では素子としてＣＭＯＳが用いられている。ただし素子はＣＭＯＳに限定されない。例えばＣＣＤ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、ＭＣＴ、ＱＷＩＰなどを用いることも可能である。二次元センサ２６の素子として、ＣＣＤまたはＣＭＯＳが用いられる場合、二次元センサ２６の冷却が不要となり、ウェハ測定装置１０の製造コストを抑えることが可能になる。特にＣＭＯＳが用いられる場合は、左右、奥行きいずれの方向にもＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ Ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）を行うことが可能であり、必要なセンサ領域に絞ることで撮像の高速化をすることが可能になる。

【0022】

撮像装置２０に用いられている第１レンズ２１、第２レンズ２３、第３レンズ２５は測定光を集光・操作できるものであれば問題ない。なおこれらのレンズの代わりに、曲面ミラーを用いることも可能である。曲面ミラーが用いられることで設計の自由度が上がり、撮像装置２０を小型化することが可能になる。

【0023】

本実施形態では、グレーティング素子２４は透過型である。グレーティング素子２４が透過型である場合、撮像装置２０は広い波長に対応可能となるとともに、その構造がシンプルになる。ただしこれに限定されるものではなく、反射型グレーティング素子を採用することも可能である。この反射型グレーティング素子には、ブレーズド回折格子、ホログラフィック回折格子がある。反射型グレーティング素子の採用により、設計の自由度が上がり、撮像装置２０を小型化することが可能になる。

【0024】

本実施形態では、撮像装置２０の筐体２７はアルミニウムである。筐体２７がアルミニウムであることにより、良好な放熱性、加工性を得ることができる。また費用を抑えることが可能になる。ただしこれに限定されるものではなく、樹脂、ステンレス、などを用いることも可能である。

【0025】

図７には、本実施形態に係るウェハ測定装置１０の制御ブロック図を示す。本実施形態のウェハ測定装置１０は、制御装置１２を有する。この制御装置１２は、ＣＰＵなどから構成されている。制御装置１２は、光源１１、撮像装置２０、表示装置１３、データ蓄積装置１４、入力装置１５と電気的に接続されている。制御装置１２は、撮像装置２０の二次元センサ２６により測定された測定光の分光特性データを解析することで、被測定対象の厚みを算出することができる。また、制御装置１２には、膜の厚みデータ、膜厚の平均値、最大値、最小値、膜厚異常部分の大きさ、形状、位置の情報等をウェハ測定装置１０以外の装置に出力するための出力部（不図示）が設けられていることが好ましい。

【0026】

本実施形態で表示装置１３は、液晶ディスプレイであり、制御装置１２からの信号により、被測定対象の厚みデータを二次元的に、または三次元的に表示することが可能である。ただし表示装置１３は液晶ディスプレイに限定されない。例えば有機ＥＬディスプレイなどが該当する。

【0027】

本実施形態でデータ蓄積装置１４は、ハードディスクであり、制御装置１２で算出された被測定対象の厚みデータの圧縮データを蓄積することが可能である。ただしデータ蓄積装置１４は、ハードディスクに限定されない。例えばブルーレイディスクドライブ、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）などが該当する。

【0028】

本実施形態で入力装置１５は、タッチパネルであり、ウェハ測定装置１０の使用者が、この入力装置１５により指令を行うことで、制御装置１２は光源１１、撮像装置２０、動作装置の制御を行う。ただし、入力装置１５はタッチパネルに限定されない。例えばキーボードとマウスなどが該当する。

【0029】

（ウェハ測定装置１０の第１のウェハ動作方向の座標位置算出方法）
図１には、本実施形態に係るウェハ測定装置１０における、第１のウェハ動作方向の座標位置算出方法の説明図を示す。図１には、ノッチ付きウェハＷ１の表面に、光源１１からのライン状測定光が照射され、そのライン状測定光の厚み算出用ライン状測定光Ｌが存在している状態が示されている。図１では、ノッチ付きウェハＷ１は、Ｙ方向（図１の上下方向）に動作し、ライン状測定光は、この動作する方向に垂直であるＸ方向（図１の左右方向）にライン状となる。また、このノッチ付きウェハＷ１の中心を通る座標軸Ｃｘ、Ｃｙを定義する。

【0030】

制御装置１２は、撮像装置２０から得られるライン状測定光の分光特性データから、ノッチ付きウェハＷ１に設けられた膜の厚みを算出する。ここで、本実施形態に係るウェハ測定装置１０は、算出された厚みが、ノッチ付きウェハＷ１の動作方向の座標のどの位置に存在するかを直接的に検出するための検出器を有していない場合がある。このため、算出された厚みが、ノッチ付きウェハＷ１の動作方向の座標のどの位置に存在するかを厳密に知ることはできないという問題がある。例えば、制御装置１２は、撮像装置２０からの分光特性データを、あらかじめ定められた時間ごとに算出する。ノッチ付きウェハＷ１は、水平多関節型の搬送ロボット３２で搬送されているため、ノッチ付きウェハＷ１の水平移動の速度は一定でない。このような場合に、ノッチ付きウェハＷ１の外周は、円形であるところ、その外周の円形が、ひずんだ形で表示されるという問題がある。

【0031】

本実施形態のウェハ測定装置１０では、制御装置１２は、ライン状測定光のうち、ノッチ付きウェハＷ１上に設けられた膜の厚みを算出する際に用いられた厚み算出用ライン状測定光Ｌ（図１のｌ１は全体の長さを示す）のうち、ノッチ付きウェハＷ１で反射したもののライン状方向への長さデータｌ２を取得し、この長さデータｌ２に基づいて、厚み算出用ライン状測定光のノッチ付きウェハＷ１の動作方向の座標位置を算出する。ここで、長さデータｌ２は、例えば、光量が特定の値よりも大きい領域（画素）を長さデータｌ２として取得できる。しかし、長さデータｌ２の取得はこれに限定されない。例えば、周辺の外乱光を拾わないために、撮像装置２０の視野中心から左右に光量を評価していき、特定の値よりも光量が小さくなる領域（画素）を長さデータｌ２とすることもできる。また、これらのデータにメディアンなどの数値処理を行い、ノイズを除したうえで長さデータｌ２とすることも可能である。さらに、精度を上げるためにサブピクセル処理や補間処理を行うこともできる。この長さデータｌ２などは画素(ｐｉｘｅｌ)、長さの単位(ｎｍ、μｍ、ｍｍなど)で表示することができる。長さの単位に変換するために、ウェハ測定装置１０に撮像装置２０の視野の情報（例えば４００ｍｍ）を入力することも可能である。

【0032】

図１では、ノッチ付きウェハＷ１は、ノッチ部分を除き正確な円形である。このノッチ付きウェハＷ１の直径または半径は、ウェハ測定装置１０の使用者が、事前に入力装置１５から入力し、データ蓄積装置１４で蓄積されている。ここで、制御装置１２は、厚み算出用ライン状測定光Ｌのうち、実際にノッチ付きウェハＷ１で反射したもののライン状方向への長さの長さデータｌ２を取得することができる。これにより制御装置１２は、ノッチ付きウェハＷ１の半径および長さデータｌ２の１／２の値から、三平方の定理により、厚み算出用ライン状測定光Ｌのウェハの動作方向の座標位置（例えば、図１におけるｙ１の値）を算出することができる。なお、算出された座標位置については、座標軸Ｃｙを対称軸として２か所該当する箇所があるが、制御装置１２は、その前後の長さデータｌ２と比較することにより、２箇所ある座標位置のいずれかの座標位置を特定することが可能である。また、ノッチ部分については、正確な円形ではないため、例えば本実施形態に係るウェハ測定装置１０の使用者が、入力装置１５からノッチ部分の形状をデータ蓄積装置１４に蓄積し、そのデータと比較することで、厚み算出用ライン状測定光Ｌのウェハの動作方向の座標位置を算出したり、後述するオリエンテーションフラットの場合と同様な方法で座標位置を算出したりすることが可能である。

【0033】

なお、厚み算出用ライン状測定光Ｌのウェハ動作方向の座標位置の算出方法は上記の方法に限定されない。例えば、座標軸Ｃｙと平行で、ｙ１だけ離れた位置におけるノッチ付きウェハＷ１の長さ、すなわちノッチ付きウェハＷ１のライン状方向への長さは、一義的に定まるため、これを利用して、この長さデータｌ２と長さが等しくなる、ノッチ付きウェハＷ１のＹ方向の座標位置を特定する場合もある。また、制御装置１２は、実際にノッチ付きウェハＷ１で反射したもののライン状方向への長さの長さデータｌ２を取得するが、ノッチ付きウェハＷ１の動作が遅い場合などに、制御装置１２が取得した長さデータｌ２の値が、数回にわたり同じである場合がある。このような場合、制御装置１２は、これらの同じ値となった長さデータｌ２を取得したタイミングの前後のタイミングで取得した長さデータｌ２に基づいて、長さデータｌ２を補正し、その補正された長さデータｌ２を用いてＹ方向の座標位置を特定することも可能である。

【0034】

所定の厚みを算出する際に用いられた厚み算出用ライン状測定光Ｌのライン状方向への長さデータｌ２を取得し、この長さデータｌ２に基づいて、厚みデータのウェハＷの動作方向の座標位置を算出することにより、ウェハＷの動作方向の座標位置を特定するための測定器を用いないで、ウェハＷに設けられた膜の厚み等を測定できる。よって、従来よりも構成のシンプルなウェハ測定装置１０を提供できるので、クリーンルームを大きくすることなく、既存のシステムにそのウェハ測定装置１０を追加することができる。

【0035】

図８には、本実施形態のウェハ測定装置１０の表示装置１３における表示画面１３ａの説明図を示す。表示画面１３ａは、複数の画面から構成されている。第１画面１３ｂは、例えば測定しているウェハＷの番号を表示する画面、第２画面１３ｃは、ウェハＷに設けられている膜の厚みの分布を表示する画面、第３画面１３ｄは、測定したウェハＷの膜厚分布の膜厚異常、欠点を表示する画面、第４画面１３ｅは、第２画面１３ｃに示された横線が存在する位置での膜厚を表示する画面、第５画面１３ｆは、第２画面１３ｃに示された縦線が存在する位置での膜厚を表示する画面である。

【0036】

第２画面１３ｃではウェハＷに設けられている膜の厚みを、ウェハＷとして表された形状の上に色違いで表示する、いわゆる二次元マップと呼ばれる方式で表している。制御装置１２は、厚み算出用ライン状測定光Ｌの、ウェハ動作方向の座標位置を算出し、この座標位置に対応した位置にウェハＷに設けられた膜の厚みを、色違いにより表示する。また、表示方法は色違いに限らず、モノクロ表示、特定色の濃淡表示、３次元表示も含まれ、測定された各点上に数値を表示する方法も可能である。本実施形態に係るウェハ測定装置１０では、測定された各ポイントで厚みデータを表示した場合、ウェハＷの速度が速いところでは、厚みの表示点が希薄になり、ウェハＷの速度が遅いところでは、厚みの表示点が濃密になる。本実施形態の制御装置１２は、第２画面１３ｃの二次元マップにおいて、厚みデータをウェハＷの動作方向に補間または平均することで均等間隔の厚みデータとして出力する場合がある。

【0037】

二次元マップは、上記したように、厚みデータをノッチ付きウェハＷ１の形状に補正したマップである。表示装置１３が厚みを二次元マップで示すことにより、装置の使用者が容易に厚みの分布を把握できる。

【0038】

また、制御装置１２は、以下のようなフローで欠点を検出し、その欠点を第３画面１３ｄに表示する。まず制御装置１２は、１）いわゆる空間フィルタ処理を行う。この空間フィルタ処理により、厚みデータに対して平滑化、差分、鮮鋭化を実施する。この厚みデータは、厚み算出用ライン状測定光のウェハＷの動作方向の座標位置が特定された厚みデータである。次に制御装置１２は、２）欠点候補を抽出する。制御装置１２は、空間フィルタ処理後の厚みデータに対して、基準値としての厚さの閾値に基づいて、その厚みデータが欠点候補であるか否かを判断する。例えば、その閾値以下または閾値以上の厚みデータを欠点候補とする。次に制御装置１２は、３）欠点判定を行う。具体的に制御装置１２は、欠点候補とされた複数の画素により形成される形状から、その複数の画素に該当する部分が欠点に該当するかどうかを判断する。さらに詳しく説明すると、制御装置１２は、複数の画素から形成される形状に対して、外接幅、外接長さ、閾値よりも厚い厚みデータの面積、閾値よりも薄い厚みデータの面積、これらの合計面積、厚みデータの最大値および最小値などに基づいて、その複数の画素が欠点に該当するかどうかを判断する。この際に制御装置１２は、ノッチ付きウェハＷ１の動作方向の座標位置の情報に基づいて欠点の大きさを算出する。例えば、この欠点判定において、制御装置１２は、（ａ）欠点が１画素であった場合、Ｘ方向の座標は上記の段落００３１で説明した方法によって、撮像装置２０の１画素の長さを特定し、Ｙ方向の座標については、欠点を構成する最前の座標Ｙ１とその次の座標Ｙ２の差分値から長さを算出することで、欠点の大きさを算出することができる。また、（ｂ）欠点が２画素以上で構成されている場合、制御装置１２は、欠点を構成する２点間の距離が最も長いものについて、その長さを、欠点の大きさとすることができる。なお、欠点が２画素以上で構成されている場合、外接矩形の幅・長さ・対角線の長さなどを欠点の大きさとして算出することも可能である。また、あらかじめ定められた基準を設定し、その基準からの長さから欠点の大きさを算出することも可能である。この場合の基準はＸ方向、またはＹ方向に平行な軸線でも問題なく、またウェハのノッチやオリエンテーションフラットから設定することも可能である。加えて基準点を設定して、その基準点からの座標と長さと欠点の分布方向から欠点の大きさを算出することも可能である。４）欠点を二次元マップに示す。この欠点は、厚みデータの、厚み算出用ライン状測定光のウェハＷの動作方向の座標位置が特定されているので、その大きさは、実際の欠点の大きさを表すことができている。

【0039】

所定の方法で欠点を抽出し、その大きさを求めることにより、装置の使用者が欠点の大きさを容易に認識できる。

【0040】

（ウェハ測定装置１０の第２のウェハ動作方向の座標位置算出方法）
図９には、本実施形態に係るウェハ測定装置１０における、第２のウェハ動作方向の座標位置算出方法の説明図を示す。図９には、オリエンテーションフラット付きウェハＷ２の表面に、光源１１からのライン状測定光が照射され、そのライン状測定光の厚み算出用ライン状測定光Ｌが存在している状態が示されている。図９では、オリエンテーションフラット付きウェハＷ２は、Ｙ方向（図９の上下方向）に動作し、ライン状測定光は、この動作する方向に垂直であるＸ方向（図９の左右方向）にライン状となる。また、このオリエンテーションフラット付きウェハＷ２の中心を通る座標軸Ｃｘ、Ｃｙを定義する。

【0041】

図９では、オリエンテーションフラット付きウェハＷ２は、オリエンテーションフラット部を除き正確な円形である。このオリエンテーションフラット付きウェハＷ２の直径または半径は、ウェハ測定装置１０の使用者が、事前に入力装置１５から入力し、データ蓄積装置１４で蓄積されている。ここで、制御装置１２は、厚み算出用ライン状測定光Ｌのうち、実際にウェハで反射したもののライン状方向への長さの長さデータｌ２を取得することができる。なお上記の説明では、ウェハ測定装置１０の使用者が、事前に入力装置１５からオリエンテーションフラット付きウェハＷ２の直径または半径を入力すると説明したが、これに限定されない。例えば、実際にオリエンテーションフラット付きウェハＷ２で反射したもののライン状方向への長さデータｌ２の最大値からそのサイズを算出することも可能である。

【0042】

オリエンテーションフラット付きウェハＷ２の場合、オリエンテーションフラット部では、厚み算出用ライン状測定光Ｌの長さデータｌ２は、オリエンテーションフラット部により、オリエンテーションフラットがない場合と比較して短くなる。そのため、制御装置１２は、まずオリエンテーションフラット付きウェハＷ２の中心線（図９においてＣｙと表示される線）を求める。制御装置１２は、厚み算出用ライン状測定光Ｌの長さデータｌ２から、ライン状方向への中心に位置する画素を、ライン状方向中心点とする。制御装置１２は、オリエンテーションフラット付きウェハＷ２の全面に亘り、厚み算出用ライン状測定光Ｌごとに、このライン状方向中心点を求める。例えば、制御装置１２は、これらのライン状方向中心点の全てのデータの中の最頻値を通り、かつオリエンテーションフラット付きウェハＷ２の動作方向に垂直な直線を、オリエンテーションフラット付きウェハＷ２の中心線とする。そして制御装置１２は、この中心線から長さデータｌ２の端部までの長さのうち長い方を、長さデータｌ２を取得した際の算出長さとする。これにより制御装置１２は、オリエンテーションフラット付きウェハＷ２の半径および算出長さの値から、三平方の定理により、厚み算出用ライン状測定光Ｌのウェハの動作方向の座標位置（例えば、図９におけるｙ２の値）を算出する。なお、算出された座標位置については、座標軸Ｃｙを対称軸として２か所該当する箇所があるが、制御装置１２は、その前後の長さデータｌ２と比較することにより、２箇所ある座標位置のいずれかの座標位置を特定することが可能である。なおオリエンテーションフラット付きウェハＷ２の中心線の求め方として最頻値を用いた方法を説明したが、中心線の求め方はこれに限定されない。例えば、平均値、もしくはあらかじめ定められた範囲内に限定した平均値（異常なデータやフラット部分でズレてしまった中心点のデータを除去した範囲）、ライン状中心点が特定の分布（ガウス分布等）をすると仮定し、その頂点をフィッティングで求めたものを中心線とすることも可能である。

【0043】

所定の方法でウェハＷの動作方向と平行な中心線を求めて、これにより厚み算出用ライン状測定光Ｌのウェハ動作方向の座標位置を特定することにより、ウェハにはノッチまたはオリエンテーションフラットが存在するが、それらが存在した場合でもそれらの情報を入力することなく、厚み算出用ライン状測定光Ｌの座標位置を特定できる。

【0044】

（その他）
なお、上記の座標位置算出方法では、ウェハＷに設けられた膜の厚みを算出する場合について説明したが、これに限定されない。光源１１が近赤外線である場合、ウェハＷ自体の厚みを算出する場合も、本発明に係るウェハ測定装置１０に含まれる。

【0045】

また図８により、ウェハ測定装置１０の第１のウェハ動作方向の座標位置算出方法での表示画面１３ａを説明したが、第２のウェハ動作方向の座標位置算出方法での表示画面１３ａについても、同様のものを使用することができる。

【0046】

また、ウェハ動作方向の座標位置算出方法では、図１ではノッチが図１の紙面の右端に、図９ではオリエンテーションフラットがＣｘと平行になるように配置されているが、特にこの位置は限定されない。これらが任意の位置にあっても座標位置算出方法は問題なく実施することができる。

【符号の説明】

【0047】

１０ ウェハ測定装置
１１ 光源
１２ 制御装置
１３ 表示装置
２０ 撮像装置
３０ 半導体製造システム
３２ 搬送ロボット
Ｌ 厚み算出用ライン状測定光
Ｗ ウェハ
ｌ２ 長さデータ

【要約】

【課題】クリーンルームの内容積を抑制するために、クリーンルーム内の既存の半導体製造システムに追加することができるウェハ測定装置を提供する。
【解決手段】ウェハ測定装置１０は、光源１１と、撮像装置２０と、撮像装置２０から得られる測定光の分光特性データから、ウェハＷに設けられた膜の厚み等を算出する制御装置１２と、を備えている。制御装置１２は、膜の厚み等を算出する際に用いられた厚み算出用ライン状測定光のうち、ウェハＷで反射したもののライン状方向への長さデータを取得し、長さデータに基づいて、厚み算出用ライン状測定光のウェハの動作方向の座標位置を算出する。この構成により、従来よりも構成のシンプルなウェハ測定装置を提供できるので、クリーンルームを大きくすることなく、既存の半導体製造システムにそのウェハ測定装置を追加することができる。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】