(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凹凸を有する基板に対して所定の測定を行う基板計測装置であって、
前記基板上の第１の測定位置において、前記第１の測定位置の近傍領域の平坦度に関係する測定値が得られる第１の測定を行う第１の測定部と、
前記第１の測定位置における前記測定値に応じて得られる平坦度の指標値が所定の範囲内の値となるときに、前記第１の測定位置を第２の測定に適した第２の測定位置として決定する測定位置決定部と、
前記第２の測定位置において前記第２の測定を行う第２の測定部と、
を備えることを特徴とする基板計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の基板計測装置であって、
前記第２の測定位置の近傍領域は、凹凸を含む領域であり、
前記第２の測定部において行われる前記第２の測定は、前記凹凸に関する測定である、基板計測装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の基板計測装置であって、
前記第１の測定部は、前記第１の測定位置に第１の光スポットを照射し、前記第１の光スポットからの反射光を前記第１の測定位置の近傍領域の平坦度に関係する前記測定値として得る、基板計測装置。
【請求項４】
請求項３記載の基板計測装置であって、
前記第１の測定部は、前記基板上に形成された薄膜の膜厚値に関する測定を行う膜厚測定部であり、
前記測定位置決定部は、前記薄膜の膜厚値から予測される反射光のスペクトルの予測値と前記測定値との一致度を前記指標値として求め、前記指標値が所定の閾値以下となるときに前記第１の測定位置を前記第２の測定位置として決定する、基板計測装置。
【請求項５】
請求項４記載の基板計測装置であって、
前記測定位置決定部は、前記薄膜の複数の異なる膜厚値から予測される反射光のスペクトルの複数の前記予測値を予め準備し、複数の前記予測値と前記測定値との一致度の最大値を前記指標値として求める、基板計測装置。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれかに記載の基板計測装置であって、
前記第２の測定部は、前記第２の測定位置に第２の光スポットを照射し、前記第２の光スポットからの反射光を分析することによって前記第２の測定を実行する測定部であり、
前記第２の光スポットは、前記第１の光スポットよりも小さい、基板計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェハや、液晶パネル用のガラス基板、半導体製造用のフォトマスク基板等の基板に関して、基板表面の平坦度によって測定位置を決定し、その測定位置において所定の測定を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程においては、半導体基板上に種々の処理が施される。基板にはパターンや窪み、溝などが形成され、その表面に凹凸が生じる場合がある。基板の凹凸に関係する測定を行う場合には、基板上の凹凸部分を含む領域と凹凸部分を含まない平坦な領域とを区別して測定を行う必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
基板の凹凸に関する測定を行う際には、従来は、画像処理装置によって凹凸部分を含む領域と凹凸部分を含まない平坦な領域とを区別していた。
【０００４】
しかし、このような画像処理装置は、測定装置のコストアップにつながるという問題があった。
【０００５】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、複雑な画像処理を行わずに、凹凸部分を含む領域と凹凸部分を含まない平坦な領域とを区別して認識し、これに基づいて測定位置を決定するとともに、その測定位置において所定の測定を行うことができる技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装置は、表面に凹凸を有する基板に対して所定の測定を行う基板計測装置であって、前記基板上の第１の測定位置において、前記第１の測定位置の近傍領域の平坦度に関係する測定値が得られる第１の測定を行う第１の測定部と、前記第１の測定位置における前記測定値に応じて得られる平坦度の指標値が所定の範囲内の値となるときに、前記第１の測定位置を第２の測定に適した第２の測定位置として決定する測定位置決定部と、前記第２の測定位置において前記第２の測定を行う第２の測定部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
第１の測定部は、第１の測定位置の近傍領域において基板の平坦度に関係する測定値を測定し、測定位置決定部はその測定値から平坦度の指標値を求める。この指標値から、第１の測定位置の近傍領域内に凹凸部分がどの程度含まれるかを知ることができる。これにより、凹凸部分を含む領域と凹凸部分を含まない平坦な領域とを区別することができるので、第２の測定位置を平坦度の指標値に基づいて容易に決定し、所定の測定を行うことが可能となる。
【０００８】
上記基板計測装置において、前記第２の測定位置の近傍領域は、凹凸を含む領域であり、前記第２の測定部において行われる前記第２の測定は、前記凹凸に関する測定であるようにしてもよい。
【０００９】
また、上記基板計測装置において、前記第１の測定部は、前記第１の測定位置に第１の光スポットを照射し、前記第１の光スポットからの反射光を前記第１の測定位置の近傍領域の平坦度に関係する前記測定値として得ることが好ましい。
【００１０】
第１の光スポットからの反射光は、第１の測定位置の近傍領域内の基板の平坦度に関係する。すなわち、第１の測定位置の近傍領域に凹凸部分を含む場合には、凹凸部分による乱反射などにより、凹凸部分を含まない平坦な場合の反射光とは異なるものとなる。したがって、反射光を測定することにより、第１の測定位置の近傍領域内の基板の平坦度を知ることができる。
【００１１】
上記基板計測装置において、前記第１の測定部は、前記基板上に形成された薄膜の膜厚値に関する測定を行う膜厚測定部であり、前記測定位置決定部は、前記薄膜の膜厚値から予測される反射光のスペクトルの予測値と前記測定値との一致度を前記指標値として求め、前記指標値が所定の閾値以下となるときに前記第１の測定位置を前記第２の測定位置として決定するようにしてもよい。
【００１２】
第１の測定部として膜厚測定部を用いれば、基板上に形成された薄膜の膜厚値から、基板が平坦である場合の反射光スペクトルを予測することができる。したがって、反射光スペクトルの予測値と測定値との一致度を平坦度の指標値として求めれば、その指標値が所定の閾値以下となる場合に、第１の測定位置を第２の測定位置として決定することができる。
【００１３】
また、上記基板計測装置において、前記測定位置決定部は、前記薄膜の複数の異なる膜厚値から予測される反射光のスペクトルの複数の前記予測値を予め準備し、複数の前記予測値と前記測定値との一致度の最大値を前記指標値として求めることが好ましい。
【００１４】
薄膜の膜厚値が既知でない場合でも、膜厚値の取りうる範囲が予想できれば、その範囲の膜厚値に応じて複数の予測値を準備することができる。したがって、薄膜の膜厚値が既知でない場合でも、複数の予測値と測定値との一致度の最大値を指標値とすることによって、第１の測定位置の近傍領域内の基板の平坦度を知ることができる。
【００１５】
上記基板計測装置において、前記第２の測定部は、前記第２の測定位置に第２の光スポットを照射し、前記第２の光スポットからの反射光を分析することによって前記第２の測定を実行する測定部であり、前記第２の光スポットは、前記第１の光スポットよりも小さくすることが好ましい。
【００１６】
こうすれば、第２の光スポットは、第１の光スポットに含まれるため、第２の測定部による測定を精度良く行うことが可能となる。
【００１７】
【発明の他の態様】
この発明は、以下のような他の態様も含んでいる。第１の態様は、表面に凹凸を有する基板に対して所定の測定を行う基板計測方法であって、
（ａ）前記基板上の第１の測定位置において、前記第１の測定位置の近傍領域の平坦度に関係する測定値が得られる第１の測定を行う工程と、
（ｂ）前記第１の測定位置における前記測定値に応じて得られる平坦度の指標値が所定の範囲内の値となるときに、前記第１の測定位置を第２の測定に適した第２の測定位置として決定する工程と、
（ｃ）前記第２の測定位置において前記第２の測定を行う工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１８】
第２の態様は、上記の発明の各工程または各部の機能をコンピュータに実現させるためのコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【００１９】
第３の態様は、コンピュータに上記の発明の各工程または各部の機能を実現させるコンピュータプログラムを通信経路を介して供給するプログラム供給装置としての態様である。こうした態様では、プログラムをネットワーク上のサーバなどに置き、通信経路を介して、必要なプログラムをコンピュータにダウンロードし、これを実行することで、上記の方法や装置を実現することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例：
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施例としての基板計測装置の構成を示す説明図である。この基板計測装置には、測定対象となる半導体ウェハＷを収納する収納容器１０と、ウェハＷ上に形成された薄膜（絶縁膜）の膜厚を測定する機能を有する膜厚測定部１００と、ウェハＷに入射した光のラマン効果による散乱光を測定する機能を有するラマン分光測定部２００とが備えられている。なお、本実施例における膜厚測定部１００が本発明の第１の測定部に相当し、ラマン分光測定部２００が本発明の第２の測定部に相当する。
【００２１】
収納容器１０は、その底部に水平面内で移動可能なステージ１２を備えている。ウェハＷは、ステージ１２上に載置される。また、収納容器１０の上面の中央付近には、透光性のガラス板１４がはめ込まれている。ステージ１２を水平面内で移動させることにより、ウェハＷ上の任意の位置をガラス板１４の下方に移動させることができる。
【００２２】
収納容器１０の上には、２つの支持柱５０，６０が立設されている。支持柱５０には、後述する膜厚測定部１００の光出射器１５０が第１の調整ステージ５２とブラケット５４とを介して取り付けられている。他の支持柱６０には、後述するラマン分光測定部２００の光出射器２５０が第２の調整ステージ６２とブラケット６４とを介して取り付けられている。また、支持柱６０には、２つの光出射器１５０，２５０から射出された光束をウェハＷへ導くためのハーフミラー２０と集光レンズ２２とが取り付けられている。なお、ハーフミラー２０は、ブラケット６６を介して支持柱６０に取り付けられており、集光レンズ２２は、第３の調整ステージ６８とブラケット７０とを介して支持柱６０に取り付けられている。
【００２３】
第１の調整ステージ５２は、光出射器１５０をブラケット５４と共に水平方向に移動させることができる。同様に、第２および第３の調整ステージ６２，６８は、それぞれ光出射器２５０、集光レンズ２２を上下方向に移動させることができる。したがって、これらの調整ステージ５２，６２，６８によって、光出射器１５０，２５０と、集光レンズ２２と、ウェハＷとの位置関係をうまく調整することができる。
【００２４】
膜厚測定部１００は、信号処理部１１０と、光源部１３２と、分光器１３４と、光ファイバ１４１，１４２と、光出射器１５０とを備えている。この膜厚測定部１００は、ウェハＷの基板上に形成された絶縁膜の膜厚を測定する機能を有するとともに、その膜厚測定の機能を利用することによりウェハＷ表面の平坦度を示す指標値を決定する機能を有している。
【００２５】
光源部１３２から射出された入射光束は、第１の光ファイバ１４１を介して光出射器１５０に導かれる。光出射器１５０は、入射光束を適切な角度で発散させつつハーフミラー２０に向けて射出する。入射光束は、ハーフミラー２０で反射された後、集光レンズ２２とガラス板１４とを通過してウェハＷにほぼ垂直に入射する。ウェハＷで反射された反射光束は、ガラス板１４と集光レンズ２２とを通過して、ハーフミラー２０で反射された後、光出射器１５０に戻る。光出射器１５０に入射した反射光束は、第２の光ファイバ１４２を介して分光器１３４に導かれる。
【００２６】
図２は、光出射器１５０内における光ファイバの先端部の構成を示す説明図である。図２に示すように、光ファイバの先端部では、第１と第２のファイバ１４１，１４２の分布がほぼ均一になるように円形にまとめられている。このような構成により、光出射器１５０の先端部から入射光束を射出できるとともに、反射光束を入射させることができる。なお、ウェハＷ上には、第１の光ファイバ１４１から射出される入射光束の像が形成されるので、ウェハＷ上に形成される光スポットはほぼ円形となる。
【００２７】
信号処理部１１０（図１）は、図示しないメインメモリとＣＰＵと入力装置と表示装置とを備えたコンピュータであり、そのメインメモリには、スペクトル分析部１２０としての機能を実現するためのコンピュータプログラムが格納されている。信号処理部１１０には、ウェハＷによって反射される光のスペクトルの予測値Ｉｃを格納するハードディスク装置１２２が電気的に接続されている。スペクトル分析部１２０は、反射光スペクトルの予測値Ｉｃと、分光器１３４で測定された反射光束のスペクトルの測定値とを解析して、予測値Ｉｃと測定値との一致度から膜厚を決定することができる。本実施例においては、後述するように、この一致度をウェハＷの平坦度の指標値として利用し、ラマン分光測定部２００における測定位置を決定する。この説明から分かるように、スペクトル分析部１２０が本発明における測定位置決定部に相当する。
【００２８】
さらに、信号処理部１１０には、収納容器１０内のステージ１２や、３つの調整ステージ５２，６２，６８を駆動するための駆動系コントロール部３６が電気的に接続されている。したがって、駆動系コントロール部３６によってステージ１２や３つの調整ステージ５２，６２，６８を制御することにより、ウェハＷ上の測定位置を決定することができるとともに、測定系の光学的アライメントを調整することができる。
【００２９】
ラマン分光測定部２００は、光源部２３２と、ラマン分光計２３４と、光ファイバ２４１，２４２と、光出射器２５０とを備えている。ラマン分光測定部２００は、周知のラマン分光法を実現する機能を有しており、この測定により結晶の歪みによる応力等を測定することができる。なお、本実施例においては、ラマン分光測定部２００は、ウェハＷ上に存在する凹凸部分を測定対象領域としている。この測定対象領域の位置は、前述のように、スペクトル分析部１２０によって求められるウェハＷ上の平坦度の指標値に基づいて決定される。
【００３０】
光出射器２５０から射出された入射光束は、ハーフミラー２０を通過した後、集光レンズ２２とガラス板１４とを通過してウェハＷに到達する。ウェハＷで反射された反射光束は、ガラス板１４と集光レンズ２２とハーフミラー２０とを通過して光出射器１５０に戻る。光出射器２５０に入射した反射光束は、光ファイバ２４２を介してラマン分光計２３４に導かれ、ラマン分光測定が行われる。なお、光出射器２５０内における光ファイバ２４１，２４２の先端部は、図２と同様に構成されている。したがって、第１のファイバ２４１から射出される入射光束によってウェハＷ上に形成される光スポットもほぼ円形となる。
【００３１】
なお、上述のスペクトル分析部１２０の機能を実現するコンピュータプログラムは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で提供される。コンピュータは、その記録媒体からコンピュータプログラムを読み取って内部記憶装置または外部記憶装置に転送する。あるいは、通信経路を介してコンピュータにコンピュータプログラムを供給するようにしてもよい。コンピュータプログラムの機能を実現する時には、内部記憶装置に格納されたコンピュータプログラムがコンピュータのマイクロプロセッサによって実行される。また、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムをコンピュータが読み取って直接実行するようにしてもよい。
【００３２】
この明細書において、コンピュータとは、ハードウェア装置とオペレーションシステムとを含む概念であり、オペレーションシステムの制御の下で動作するハードウェア装置を意味している。また、オペレーションシステムが不要でアプリケーションプログラム単独でハードウェア装置を動作させるような場合には、そのハードウェア装置自体がコンピュータに相当する。ハードウェア装置は、ＣＰＵ等のマイクロプロセッサと、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムを読み取るための手段とを少なくとも備えている。コンピュータプログラムは、このようなコンピュータに、上述の各手段の機能を実現させるプログラムコードを含んでいる。なお、上述の機能の一部は、アプリケーションプログラムでなく、オペレーションシステムによって実現されていても良い。
【００３３】
なお、この発明における「記録媒体」としては、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＲＯＭカートリッジ、パンチカード、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピュータの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリ）および外部記憶装置等の、コンピュータが読取り可能な種々の媒体を利用できる。
【００３４】
図３は、本実施例の基板計測装置の処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０１においては、膜厚測定部１００の光出射器１５０から射出された入射光束の光スポットをウェハＷ上の第１の測定位置に位置決めする。なお、光スポットの位置決めは、駆動系コントロール部３６がステージ１２を制御することによって行われる。
【００３５】
図４は、測定対象となる半導体ウェハＷを示す説明図である。ウェハＷ上には、多数のチップＣＰが形成されており、スクライブラインＳＬによって区分されている。各チップＣＰには所定の回路パターンが形成されている。
【００３６】
図５は、図４の破線で囲まれた領域を拡大して示す説明図である。図に示すように、チップＣＰは、表面にパターンや窪みなどの凹凸を有する凹凸部ＵＡを含んでいる。各チップＣＰ上の凹凸部ＵＡ以外の他の領域は、凹凸のない平坦な領域である。なお、本実施例においては、凹凸部ＵＡを含む領域が後述するステップＳ１０５におけるラマン分光測定の測定対象領域となる。
【００３７】
ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１において位置決めされた光スポットからの反射光のスペクトルを測定する。すなわち、この光スポットが膜厚測定部１００の測定領域となる。
【００３８】
ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２において測定された反射光スペクトルの測定値と、反射光スペクトルの予測値Ｉｃとの一致度（ＧＯＦ値）を求める。なお、反射光スペクトルの予測値Ｉｃは、基板の物性値（光学定数）と、薄膜の厚みおよび物性値（光学定数）とに基づいて決定される。本実施例においては、複数の膜厚値に応じた複数の予測値Ｉｃが予め準備されている。複数の膜厚値の範囲は、絶縁膜の膜厚値が取りうる範囲を少なくとも含むように設定され、また、膜厚値の差分は十分な測定精度が得られる程度に決定される。なお、絶縁膜の膜厚値が取りうる範囲は、通常、絶縁膜の成膜条件などから容易に推定することができる。
【００３９】
絶縁膜の膜厚は、反射光スペクトルの測定値と反射光スペクトルの予測値Ｉｃとの一致度から決定することができる。すなわち、予測値Ｉｃと測定値との一致度が十分大きいときには、その予測値Ｉｃを計算する基礎となった膜厚値が絶縁膜の膜厚として決定される。
【００４０】
本実施例では、上記の一致度は、ウェハＷの平坦度の指標値として利用される。すなわち、光スポット内の領域に凹凸部分が存在する場合には、ウェハＷに入射した光は凹凸部分によって乱反射されるので、反射光スペクトルの測定値は、光スポット内の領域に凹凸部分を含まない場合に予測される反射光スペクトルの予測値Ｉｃとは異なった値となる。したがって、反射光スペクトルの予測値Ｉｃと測定値との一致度から、光スポット内の領域の平坦度を知ることが可能である。
【００４１】
図６は、測定領域Ｍ１と凹凸部ＵＡとの位置関係、および、その位置関係での反射光スペクトルの測定値Ｉｍを示す説明図である。図６（Ａ−１），（Ｂ−１），（Ｃ−１）に示すように、測定領域Ｍ１（光スポット）は、ほぼ円形の形状を有している。
【００４２】
図６（Ａ−１）は、測定領域Ｍ１内に凹凸部ＵＡを全く含まない場合を示している。図６（Ａ−２）は、図６（Ａ−１）の状態で測定領域Ｍ１から反射された光の反射光スペクトルの測定値Ｉｍと、複数の予測値Ｉｃのうち測定値Ｉｍと最も一致する予測値Ｉｃとを示している。なお、この予測値Ｉｃは、絶縁膜（ＳｉＮ膜）の膜厚値を「２１４．５ｎｍ」と仮定したときの値である。このように、ウェハＷの平坦な部分のみ含む領域を測定領域Ｍ１として反射光スペクトルを測定した場合には、測定値Ｉｍとほぼ一致する予測値Ｉｃを得ることができる。
【００４３】
反射光スペクトルの予測値Ｉｃと測定値Ｉｍとの一致度（ＧＯＦ値）は、以下の式（１）によって求められる。
【００４４】
【数１】
0003602966.tif 000002
【００４５】
ここで、反射光スペクトルの予測値Ｉｃ（ｋ）と測定値Ｉｍ（ｋ）は、それぞれＮ個の離散的な波長値に関して得られているものと仮定している。なお、一致度の計算式としては、式（１）以外の計算式を用いることも可能である。
【００４６】
測定領域Ｍ１と凹凸部ＵＡとが図６（Ａ−１）に示す位置関係を有する場合には、図６（Ａ−２）に示すようにＧＯＦ値の最大値ＧＯＦｍａｘは「９６０」となる。なお、このように高いＧＯＦ値（１０００に近い値）が得られたときには、絶縁膜の膜厚値を「２１４．５ｎｍ」に等しいと決定することができる。
【００４７】
図６（Ｂ−１）は、測定領域Ｍ１のほぼ５０％の領域に凹凸部ＵＡを含む場合を示している。図６（Ｂ−２）は、図６（Ｂ−１）の状態での反射光スペクトルの測定値Ｉｍと、複数の予測値Ｉｃのうち測定値Ｉｍと最も一致する予測値Ｉｃとを示している。なお、この予測値Ｉｃは、絶縁膜の膜厚値を「１９６．５ｎｍ」と仮定したときの値である。図６（Ｂ−２）に示すように、ウェハＷの凹凸部ＵＡを含む領域を測定領域Ｍ１として反射光スペクトルを測定した場合には、反射光スペクトルの予測値Ｉｃと測定値Ｉｍとはあまり一致しない。このときＧＯＦ値の最大値ＧＯＦｍａｘは「７９０」となっている。
【００４８】
図６（Ｃ−１）は、測定領域Ｍ１内に凹凸部ＵＡのみを含む場合を示している。図６（Ｃ−２）は、図６（Ｃ−１）の状態での反射光スペクトルの測定値Ｉｍと、複数の予測値Ｉｃのうち測定値Ｉｍと最も一致する予測値Ｉｃとを示している。なお、この予測値Ｉｃは、絶縁膜の膜厚値を「１９２．５ｎｍ」と仮定したときの値である。図６（Ｃ−２）に示すように、測定領域Ｍ１内において凹凸部ＵＡを含む領域が増加すると、反射光スペクトルの予測値Ｉｃと測定値Ｉｍとはかなりずれる。このときＧＯＦ値の最大値ＧＯＦｍａｘはさらに小さくなり、「７４０」となっている。
【００４９】
上記のように、反射光スペクトルの複数の予測値Ｉｃと測定値ＩｍとのＧＯＦ値の最大値ＧＯＦｍａｘは、測定領域Ｍ１内に含まれる凹凸部ＵＡの面積によって変化する。すなわち、測定領域Ｍ１内に凹凸部ＵＡを多く含む場合には最大値ＧＯＦｍａｘは小さくなり、凹凸部ＵＡをあまり含まない場合には最大値ＧＯＦｍａｘは大きくなる。したがって、ＧＯＦ値の最大値ＧＯＦｍａｘをウェハの平坦度の指標値として用いれば、測定領域Ｍ１に含まれる凹凸部ＵＡの領域を見積もることができる。
【００５０】
ステップＳ１０４（図３）では、ステップＳ１０３で求められたＧＯＦ値の最大値ＧＯＦｍａｘが所定の閾値以下となるか否かを判断する。本実施例においては、ＧＯＦ値の最大値ＧＯＦｍａｘが「７６０」以下である場合には、膜厚測定部１００の測定対象領域となった測定領域Ｍ１の位置を、ラマン分光測定の測定領域Ｍ２の位置として決定する。なお、本実施例においては、最大値ＧＯＦｍａｘが「７６０」以下となる場合には、測定領域Ｍ１内に凹凸部ＵＡをほぼ８０％以上含んでいる。一方、ＧＯＦ値の最大値ＧＯＦｍａｘが「７６０」を超える場合には、測定領域Ｍ１には、凹凸部ＵＡをあまり含まないので、その測定領域Ｍ１はラマン分光測定の測定領域として不適当と判断される。この場合には、ステップＳ１０１に戻って、次の測定領域Ｍ１’に光スポットを位置決めして再度、一致度を調べる。このようにステップＳ１０１〜Ｓ１０４までの処理を繰り返し行い、ＧＯＦ値の最大値ＧＯＦｍａｘが所定の閾値以下となる測定位置を決定する。
【００５１】
なお、次の測定領域Ｍ１’の位置は、測定領域Ｍ１において得られたＧＯＦ値の最大値ＧＯＦｍａｘに基づいて決定することが好ましい。例えば、得られたＧＯＦ値の最大値ＧＯＦｍａｘから図６（Ａ−１）に示すような状態が予想される場合には、測定領域Ｍ１から光スポットの直径程度離れたところに次の測定領域Ｍ１’を位置決めする。また、図６（Ｂ−１）に示すような状態が予想される場合には、光スポットの半径程度離れたところに次の測定領域Ｍ１’を位置決めする。このようにすれば、ＧＯＦ値の最大値ＧＯＦｍａｘが所定の閾値以下となる測定領域を早く決定することができる。
【００５２】
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で決定されたＧＯＦ値の最大値ＧＯＦｍａｘが所定の閾値以下となる測定位置において、ラマン分光測定を行う。図７は、ラマン分光測定の測定領域Ｍ２（光スポット）と膜厚測定の測定領域Ｍ１（光スポット）との関係を示す説明図である。図７中、実線で示された領域は、ＧＯＦ値の最大値がほぼ「７６０」となる場合の第１の測定領域Ｍ１を示している。また、破線で示されたラマン分光測定の第２の測定領域Ｍ２は、第１の測定領域Ｍ１とほぼ同じ大きさの領域で設定されている。こうすれば、凹凸部ＵＡを多く含む測定領域Ｍ２をラマン分光測定の測定対象領域とすることができる。
【００５３】
図８は、ラマン分光測定の測定領域Ｍ２と膜厚測定の測定領域Ｍ１との他の関係を示す説明図である。図８中、実線で示された領域は、ＧＯＦ値の最大値がほぼ「７６０」となる場合の測定領域Ｍ１であり、図７に示す測定領域Ｍ１と同じである。一方、破線で示されたラマン分光測定の測定領域Ｍ２は、測定領域Ｍ１より小さく設定されている。このとき、測定領域Ｍ２内には凹凸部ＵＡのみが含まれる。図８に示すように、第２の測定領域Ｍ２を第１の測定領域Ｍ１より小さく設定すれば、より確実に第２の測定領域Ｍ２を決定できるとともに、精度のよい（Ｓ／Ｎ比の高い）測定が可能となる。なお、このような第２の測定領域Ｍ２の大きさの調整は、図１の光出射器２５０と集光レンズ２２とウェハＷとの位置関係を調整することによって行うことができる。
【００５４】
Ｂ．第２実施例：
図９は、本発明の第２実施例としての基板計測装置の構成を示す説明図である。この基板計測装置は、第１実施例の基板計測装置（図１）とほぼ同様の構成であるため詳細な説明は省略する。
【００５５】
本実施例においては、膜厚測定部１００の光出射器１５０とラマン分光測定部２００の光出射器２５０とが平行に並べられており、２つの調整ステージ６２，８０とブラケット６４とを介して支持柱６０取り付けられている。２つの光出射器１５０，２５０の光出射口は距離Ｌだけ離れている。この装置では、ラマン分光測定を行う際には、図に示すようにラマン分光測定用の光出射器２５０からの入射光束が集光レンズ２２の中央付近に入射するように設定される。また、膜厚測定を行う際には、膜厚測定用の光出射器１５０を距離Ｌだけ左方に移動させて、光出射器１５０からの入射光束が集光レンズ２２の中央付近に入射するように設定される。この光出射器１５０，２５０の移動は、調整ステージ８０を水平方向に移動させることによって行われる。
【００５６】
この装置では、上記のように２つの測定系の交換が行われるので、図１に示すハーフミラー２０は備えられていない。このとき、２つの光出射器１５０，２５０から出射される入射光束は、ハーフミラーを通過あるいは反射せずにウェハＷに到達するため、ハーフミラーを使用した場合に比べ、ウェハＷを照射する光の強度を大きくすることが可能である。また、ウェハＷからの反射光束もハーフミラーを透過あるいは反射せずにそれぞれの光出射器１５０，２５０に戻るので、反射光の強度も大きくすることが可能である。したがって、このような構成を採用すれば、より精度のよい（Ｓ／Ｎ比の高い）測定を行うことが可能である。
【００５７】
以上、説明したように、上記実施例においては、第１の測定部として膜厚測定部１００を用いて、ウェハＷ上の第１の測定領域Ｍ１からの反射光スペクトルを測定する。スペクトル分析部１２０は、反射光スペクトルの予測値と測定値との一致度（ＧＯＦ値）を求める。この一致度は、第１の測定領域Ｍ１が凹凸部分をあまり含まない場合には大きい値を示し、凹凸部分を多く含む場合には小さい値を示す。したがって、この一致度を、第１の測定領域Ｍ１の基板の平坦度の指標値として用いれば、第２の測定部の第２の測定領域Ｍ２の位置を容易に決定して、所定の測定を行うことが可能となる。
【００５８】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５９】
（１）上記実施例においては、ウェハの絶縁膜の膜厚値が未知であるとして、反射光のスペクトルとして複数の膜厚値に応じた複数の予測値Ｉｃを準備しているが、膜厚値が既知であれば反射光スペクトルの予測値は１つのみ準備すればよい。この場合には、１つの予測値に対してＧＯＦ値を求めればよいので、全体としての処理を早く行うことが可能となる。
【００６０】
（２）上記実施例においては、第１の測定部として膜厚測定部１００（図１，図９）を用いて反射光のスペクトルを測定しているが、他の測定装置を用いてもよい。第１の測定部としては、第１の測定領域Ｍ１内の平坦度に関係する値が得られればよく、例えば、反射率を測定する装置を用いてもよい。すなわち、第１の測定領域Ｍ１内に凹凸部分がある場合には、乱反射により反射率が小さくなることが予想されるので、これによっても基板の平坦度を知ることができる。なお、この場合には、測定位置決定部は反射率の大きさによって第２の測定領域Ｍ２の位置を決定すればよい。
【００６１】
（３）上記実施例においては、第２の測定部としてラマン分光測定部２００（図１，図９）を用いているが、他の測定装置を用いてもよい。第２の測定部としては、凹凸部分によって測定領域が制限されるような測定装置を適用することが好ましい。例えば、Ｘ線を用いた銅膜配線パターンの膜厚を測定する装置などを適用することが可能である。なお、第２の測定部によって行われる測定が、ウェハの損傷を伴う場合にも、本発明の基板計測装置を適用できる。
【００６２】
（４）上記実施例においては、スペクトル分析部１２０（図１，図９）は、第２の測定部であるラマン分光測定部２００の測定領域Ｍ２として、ＧＯＦ値の最大値が所定の閾値以下となる凹凸部分を多く含む領域を決定しているが、ＧＯＦ値の最大値が所定の閾値以上となる凹凸部分をあまり含まない領域を第２の測定領域Ｍ２として決定してもよい。すなわち、本発明の測定位置決定部は、第２の測定部の測定に適合するような条件を設定すればよい。
【００６３】
（５）上記実施例では、光スポットを形成するための入射光束がウェハＷにほぼ垂直に入射するものとしていたが、本発明は、入射光束がウェハＷに対して斜めに入射する場合にも適用可能である。
【００６４】
（６）上記実施例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としての基板計測装置の構成を示す説明図。
【図２】光出射器１５０内における光ファイバの先端部の構成を示す説明図。
【図３】本実施例の基板計測装置の処理手順を示すフローチャート。
【図４】測定対象となる半導体ウェハＷを示す説明図。
【図５】図４の破線で囲まれた領域を拡大して示す説明図。
【図６】測定領域Ｍ１と凹凸部ＵＡとの位置関係、および、その位置関係での反射光スペクトルの測定値Ｉｍを示す説明図。
【図７】ラマン分光測定の測定領域Ｍ２と膜厚測定の測定領域Ｍ１との関係を示す説明図。
【図８】ラマン分光測定の測定領域Ｍ２と膜厚測定の測定領域Ｍ１との他の関係を示す説明図。
【図９】本発明の第２実施例としての基板計測装置の構成を示す説明図。
【符号の説明】
１０…収納容器
１２…ステージ
１４…ガラス板
２０…ハーフミラー
２２…集光レンズ
３６…駆動系コントロール部
５０，６０…支持柱
５２，６２，６８…調整ステージ
５４，６４，６６，７０…ブラケット
８０…調整ステージ
１００…膜厚測定部
１１０…信号処理部
１２０…スペクトル分析部
１２２…ハードディスク装置
１３２…光源部
１３４…分光器
１４１，１４２，２４１，２４２…光ファイバ
１５０，２５０…光出射器
２００…ラマン分光測定部
２３２…光源部
２３４…ラマン分光計
ＣＰ…チップ
Ｍ１，Ｍ２…測定領域
ＳＬ…スクライブライン
ＵＡ…凹凸部
Ｗ…半導体ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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