(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエーハが載置される円盤状測定ステージと、
前記円盤状測定ステージを回転させる回転駆動部と、
前記円盤状測定ステージに載置された半導体ウエーハの上面に接触して当該半導体ウエーハの抵抗率を測定する４探針プローブと、
前記４探針プローブを上下方向に移動させるプローブ上下駆動部と、
前記円盤状測定ステージに載置された半導体ウエーハの上面に形成された薄膜の膜厚を測定する膜厚センサヘッドと、
前記プローブ上下駆動部と前記４探針プローブと前記膜厚センサヘッドを前記円盤状測定ステージの半径方向に移動させる水平駆動部と、
前記水平駆動部の駆動方向と直角に配置されたプローブ上下駆動部取付アーム及び膜厚センサヘッド取付アームと、
測定点の位置と、前記４探針プローブと前記膜厚センサヘッドのうちの選択すべき一方又は両方を指定する制御情報を入力する操作部と、
前記測定点の位置と、前記選択すべき４探針プローブと膜厚センサヘッドの一方又はその両方を表示する表示部と、
前記制御情報に従って前記回転駆動部と前記プローブ上下駆動部と前記水平駆動部を駆動し、前記半導体ウエーハの上面の指定された位置に前記４探針プローブを接触させると共に、前記半導体ウエーハの上面の指定された位置の真上に前記膜厚センサヘッドを移動させる制御部と、
抵抗率を測定するために前記４探針プローブに接続される抵抗率測定部と、
膜厚を測定するために前記膜厚センサヘッドに接続される膜厚計測部と
を備えた半導体ウエーハ測定器であって、
前記プローブ上下駆動部取付アーム及び膜厚センサヘッド取付アームを前記円盤状測定ステージの半径方向に移動させることにより、最小の専有面積を有する筐体形状を得ると共に、前記水平駆動部が前記測定ステージよりも下方に配置されることを特徴とする半導体ウエーハ測定器。
【請求項２】
前記水平駆動部は、前記円盤状測定ステージの半径方向に移動する取付金具を有し、
前記４探針プローブ及び前記膜厚センサヘッドはそれぞれ、前記プローブ上下駆動部取付アーム及び前記膜厚センサヘッド取付アームを介して同一の取付金具に取り付けられ、前記円盤状測定ステージの半径方向に一体に移動することを特徴とする請求項１記載の半導体ウエーハ測定器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置に用いる半導体ウェーハ測定装置に関し、特に、４探針法による抵抗率測定および光学式膜厚測定に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハの測定装置のうち４探針法による抵抗率測定器は、シリコンウェーハの抵抗率、ウェーハ表面に形成したエピタキシャル成長膜の抵抗率、及び表面から不純物を拡散又は注入した場合の拡散層又は注入層のシート抵抗及び表面に生成した金属膜のシート抵抗などを測定する装置であり、測定結果は各半導体製造装置のプロセス条件へフィードバックされ、半導体デバイスの品質を均一に保つための重要な測定装置の１つである（特許第３１４９４００号参照）。
【０００３】
図１２は、特許第３１４９４００号により提案された半導体ウェーハ抵抗率測定装置の構造概要を示すブロック図である。測定ステージ１上に置かれた半導体ウェーハ２の上面に、操作部３からの制御情報に基づき制御された４探針プローブ４が接触し、抵抗率計測部５からの電気信号により抵抗率の測定が行われる。
プローブ上下駆動部６は、操作部からの制御情報に基づき４探針プローブ４を降下させ半導体ウェーハ２に接触させる役割をもつ。
プローブ水平駆動部７は、プローブ上下駆動部６と、４探針プローブ４を半導体ウェーハ２の直径方向に移動させ、また回転駆動部８は、半導体ウェーハ２を載置した測定ステージ１を回転させ、両者７，８の動作により、半導体ウェーハ２上の所望の位置における測定を可能にする機能を持つ。
電源部９は制御部１０に電力を供給し、表示部１１は測定位置情報，測定結果ほかのデータを表示する。
本提案は半導体ウェーハ上の任意の点を測定するための手段として、４探針プローブを移動させ半導体ウェーハを回転させる方式を使用しているが、このほかに、４探針プローブを固定し半導体ウェーハを移動させる方式もある。
【０００４】
一方、半導体ウェーハ膜厚測定器は、表面に形成した酸化膜，窒化膜，レジスト膜，ポリシリコン膜ほか、その他の膜の膜厚，屈折率などの光学定数を非接触で測定する装置であって、それらの測定結果は各半導体製造装置のプロセス条件へフィードバックされ、半導体デバイスの品質を均一に保つための重要な役割を果たしている。
【０００５】
図１３は従来の半導体ウェーハ膜厚測定器の構造概要を示すブロック図である。測定ステージ１上に置かれた半導体ウェーハ２の上面に、操作部３からの制御情報に基づき制御された膜厚センサヘッド１４が移動し、膜厚計測部１５により膜厚の測定が行われる。水平駆動部１６は、膜厚センサヘッド１４を半導体ウェーハ２の直径方向に移動させ、また回転駆動部８は、半導体ウェーハ２を載置した測定ステージ１を回転させ、両者１６，８の動作により、半導体ウェーハ２上の所望の位置における測定を可能にする機能を持つ。
電源部９は制御部１０に電力を供給し、表示部１１は測定位置情報，測定結果ほかのデータを表示する。
なお、膜厚測定方式が光干渉方式の場合、膜厚センサヘッド１４は投光および受光用の光ファイバからなる場合と、投光器又は投光用の光ファイバ，顕微鏡，受光用光ファイバからなる場合と、投光器又は投光用光ファイバ，顕微鏡，分光器，受光器からなる場合とがある。
図１３は半導体ウェーハ上の任意の点の膜厚を測定するための手段として膜厚センサヘッドを移動させ半導体ウェーハを回転させる方式を使用しているが、このほかに膜厚センサヘッドを固定し半導体ウェーハを移動させる方式もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来、半導体ウェーハ上の任意の点を測定するための手段として、４探針プローブまたは膜厚センサヘッドを移動させ半導体ウェーハを回転させる方式を使用する場合、図１１（ａ）に示すように、４探針プローブまたは膜厚センサヘッド取付アームが４探針プローブまたは膜厚センサヘッドの移動方向と同じ方向に配置されており、４探針プローブまたは膜厚センサヘッドはこの図では上下に移動する。
図１１（ａ）の左側の図は４探針プローブまたは膜厚センサヘッドが半導体ウェーハの中央に移動した様子を示し、図１１（ａ）の右側の図は４探針プローブまたは膜厚センサヘッドが半導体ウェーハの上辺に移動した様子を示している。この図から明らかなように、おおよその最小専有面積はウェーハの直径をＤとしたとき、１．５（Ｄ＋α）2 となる。（α≒５ｃｍ）
また、従来、半導体ウェーハ上の任意の点を測定するための手段として、４探針プローブまたは膜厚センサヘッドを固定し、ウェーハを移動させる方式を使用している場合には、ウェーハを移動させる方式として円盤状回転ステージ上にウェーハを載せ、その円盤状回転ステージをウェーハの半径方向に移動させる方法がとられる。また、Ｘ−Ｙステージ上にウェーハを載せ移動させる方法もある。
ウェーハを移動させるため測定器筐体形状が大きくなり、設置に必要なスペースも大きくなる。以下、図１１（ｂ）と（ｃ）を参照して説明する。おおよその最少専有面積は、Ｒ−θステージの場合、ウェーハの直径をＤとしたとき、１．５（Ｄ＋α）2 となり、Ｘ−Ｙステージの場合、４（Ｄ＋α）2 となる（α≒５ｃｍ）。特に、インラインモニタとして半導体プロセス処理装置に測定器を組み込む際に、筐体形状が大きいことは大いに問題となる。
【０００７】
さらに上述したように、半導体ウェーハ抵抗率測定器と膜厚測定器は、半導体ウェーハ上に形成された各種の薄膜、各種の層の抵抗率または膜厚の測定に広く使用されている。半導体ウェーハの研究開発部門，試作ライン，製造ラインでは、同じフロアに上記の２種の測定器の両方が設置されている場合が多い。
これらの測定器は測定原理が異なることから、異種の独立した測定器として開発され使用されてきた。
それぞれ、個別に購入し、個別の床面積を専有し、個別に使用し、個別に管理してきた。当該費用も個別に発生する。
【０００８】
本発明は、従来技術のこのような欠点を解消し、従来装置に比較して、効果的に装置寸法を小型化し、装置の多機能化を容易に実現することができる半導体ウェーハ測定器を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明による半導体ウエーハ測定器は、半導体ウエーハが載置される円盤状測定ステージと、前記円盤状測定ステージを回転させる回転駆動部と、
前記円盤状測定ステージに載置された半導体ウエーハの上面に接触して当該半導体ウエーハの抵抗率を測定する４探針プローブと、前記４探針プローブを上下方向に移動させるプローブ上下駆動部と、前記円盤状測定ステージに載置された半導体ウエーハの上面に形成された薄膜の膜厚を測定する膜厚センサヘッドと、前記プローブ上下駆動部と前記４探針プローブと前記膜厚センサヘッドを前記円盤状測定ステージの半径方向に移動させる水平駆動部と、前記水平駆動部の駆動方向と直角に配置されたプローブ上下駆動部取付アーム及び膜厚センサヘッド取付アームと、測定点の位置と、前記４探針プローブと前記膜厚センサヘッドのうちの選択すべき一方又は両方を指定する制御情報を入力する操作部と、前記測定点の位置と、前記選択すべき４探針プローブと膜厚センサヘッドの一方又はその両方を表示する表示部と、前記制御情報に従って前記回転駆動部と前記プローブ上下駆動部と前記水平駆動部を駆動し、前記半導体ウエーハの上面の指定された位置に前記４探針プローブを接触させると共に、前記半導体ウエーハの上面の指定された位置の真上に前記膜厚センサヘッドを移動させる制御部と、抵抗率を測定するために前記４探針プローブに接続される抵抗率測定部と、膜厚を測定するために前記膜厚センサヘッドに接続される膜厚計測部とを備えた半導体ウエーハ測定器であって、
前記プローブ上下駆動部取付アーム及び膜厚センサヘッド取付アームを前記円盤状測定ステージの半径方向に移動させることにより、最小の専有面積を有する筐体形状を得ると共に、前記水平駆動部が前記測定ステージよりも下方に配置されることを特徴とする。
また、前記水平駆動部は、前記円盤状測定ステージの半径方向に移動する取付金具を有し、前記４探針プローブ及び前記膜厚センサヘッドはそれぞれ、前記プローブ上下駆動部取付アーム及び前記膜厚センサヘッド取付アームを介して同一の取付金具に取り付けられ、前記円盤状測定ステージの半径方向に一体に移動することも特徴とする。
【００１０】
筐体形状が大きいという従来の技術の問題点を解決するため、本発明では具体的には次の手段を設けている。
（１）ウェーハを円盤状回転ステージに載せて回転させ、かつ４探針プローブまたは膜厚センサヘッドをウェーハの半径方向に移動させる。その際、プローブ上下駆動部取付アームと膜厚センサヘッド取付アームを水平駆動部の駆動方向と直角に配置し、装置の専有面積を最小にならしめている。
（２）おおよその最小専有面積はウェーハの直径をＤとしたとき、（Ｄ＋α）2 となり、従来の方法に比べて小さい。（α≒５ｃｍ）
（３）具体的な方法は次のとおりである。
ａ．円盤状回転ステージを回転させる方法として、ステージの軸とモータをベルトで結び、回転させる。このほか、いわゆるダイレクトモニタを用いることもできる。
ｂ．４探針プローブまたは膜厚センサをウェーハの半径方向に移動させる方法として電動モータでボールネジを回転させ、その回転によりボールネジとガイドレールに取り付けられた取付金具とアームと、さらに、その先端の４探針プローブまたは膜厚センサヘッドを移動させる。
【００１１】
さらに、本発明は、抵抗率測定と膜厚測定の両方の機能を持ち、半導体ウェーハ上に形成された各種の薄膜、各種の層を１台の測定器で測定し、測定器購入費用と管理費用および専有面積の低減および半導体ウェーハ試作ライン，製造ラインにおける測定工程の簡単化を可能とし、さらに、特に抵抗率測定と膜厚測定の両方を必要とするポリシリコン膜などの半導体プロセスにおいて、抵抗率測定と膜厚測定の同時測定を可能とし、測定工程と測定時間の短縮を可能とする半導体ウェーハ測定器を実現するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明による半導体ウェーハ測定器は、図１に示すように、被測定の半導体ウェーハ２を載置する円盤状測定ステージ１と、
測定ステージ１を回転させる回転駆動部８とを備え、
測定ステージ１上に載置された半導体ウェーハ２の上面に接触して半導体ウェーハ２の抵抗率を測定するための４探針プローブ４、および、４探針プローブ４を上下方向に移動させるプローブ上下駆動部６の組合せと、
測定ステージ１上に載置された半導体ウェーハ２の上面に形成された薄膜の膜厚を測定するための膜厚センサヘッド１４との少なくとも一方を備え、
プローブ上下駆動部６と４探針プローブ４と膜厚センサヘッド１４とを測定ステージ１の半径方向に移動させる水平駆動部１６と、水平駆動部１６の駆動方向に直角に配置したプローブ上下駆動部取付アーム１６−６（図３に示す）と膜厚センサ取付アーム１６−７（図３に示す）とを備え、
測定点の位置と４探針プロ−ブ４と膜厚センサヘッド１４のうちの選択すべき一方または両方を指定する制御情報を入力する操作部３と、
測定点の位置と選択すべきプローブまたは膜厚センサヘッドまたはその両方を表示する表示部１１と、
該制御情報に従って回転駆動部８と水平駆動部１６とプローブ上下駆動部６を駆動し、半導体ウェーハ２の上面の指定された位置に前記プローブを接触させ、半導体ウェーハ２の上面の指定された位置の直上に膜厚センサヘッド１４を移動させる制御部１０と、
抵抗率を測定する抵抗率計測部５と膜厚を測定する膜厚計測部１５とを備えた半導体ウェーハ測定器であって、
水平駆動部１６の駆動方向と直角に配置したプローブ上下駆動部取付アーム１６−６と膜厚センサヘッド取付アーム１６−７を円盤状測定ステージ１の半径方向に移動することにより、最小の専有面積を有する筐体形状を得るとともに、
半導体ウェーハ２の種類に対応して４探針プローブ４または膜厚センサヘッド１４またはその両方を選択し、その選択された４探針プローブ４または膜厚センサヘッド１４またはその両方により、半導体ウェーハ２の抵抗率または膜厚またはその両方を測定するように構成されている。
【００１３】
図２はプローブ上下駆動部６の一例を示す図である。このプローブ上下駆動部６は、プローブ取付金具６−１と、プローブ取付金具６−１に取付けられたカムフォロワ６−２と、直線状カム６−３及び直線状カム６−３と連結し直線状カム６−３を水平に動かすエアシリンダ６−４により構成される。エアシリンダ６−４により駆動される直線状カム６−３が水平に移動することによりカムフォロワ６−２が上下し、カムフォロワ６−２と連結したプローブ取付金具６−１及び４探針プローブ４が上下制御される。
本例では、カムフォロワ６−２とプローブ取付金具６−１を上下に移動させる手段として直線状カム６−３を使用しているが、その代わりに、例えば、楕円形カム又は円形偏心カムを使用し、また、その楕円形カム又は円形偏心カムを回転させる手段として電動モータを用いることができる。
【００１４】
図３は水平駆動部１６の平面図である。図３を用いて、水平駆動部１６の動作を説明する。水平駆動部１６には、プローブ上下駆動部取付アーム１６−６を介して図２に示したプローブ上下駆動部６と４探針プローブ４が、また、膜厚センサヘッド取付アーム１６−７を介して膜厚センサヘッド１４が取付けられる。プローブ上下駆動部取付アーム１６−６と膜厚センサヘッド取付アーム１６−７はボールネジ１６−３による駆動方向（図３では左右方向）とは直角の方向にプローブ・膜厚センサヘッド取付金具１６−１に取付けられる。水平駆動部１６は、電動モータ１６−２，ボールネジ１６−３，ガイドレール１６−４，ベルト１６−５，プローブ・膜厚センサヘッド取付金具１６−１より構成される。電動モータ１６−２を駆動し、ベルト１６−５を介してボールネジ１６−３を回転させることにより、プローブ・膜厚センサヘッド取付金具１６−１とプローブ上下駆動部取付アーム１６−６とプローブ上下駆動部６と４探針プローブ４および膜厚センサヘッド取付アーム１６−７と膜厚センサヘッド１４を水平に、この図３では左右に移動させる。なお電動モータ１６−２が発生する駆動力をボールネジ１６−３に伝えるのにベルトの代わりに電動モータ１６−２とボールネジ１６−３を同軸上で接続するカップリングを用いることもできる。さらに、プローブ４と膜厚センサヘッド１４を水平方向に移動させる手段としていわゆるリニアモータを使用することも可能である。
【００１５】
図４に回転駆動部８の平面図を示す。電動モータ８−１が回転すると、ベルト８−２を介して、プーリー８−３に回転動作が伝達され、プーリー８−３に固定された円盤状測定ステージ１を回転させる。なお、ベルト８−２を使用せずに、円盤状回転ステージ１に直結するいわゆるダイレクトドライブの電動モータを使用することもできる。
【００１６】
図５に、円盤状測定ステージ１，半導体ウェーハ２，水平駆動部１６，回転駆動部８，プローブ上下駆動部６，膜厚センサヘッド１４と４探針プローブ４の配置を示す。
【００１７】
図５，図６，図７及び図８を参照して、本発明装置における円盤状測定ステージ１上に配置された半導体ウェーハ２の測定点に対する４探針プローブ４の位置決め方法を説明する。図５に示すとおり、プローブ・膜厚センサヘッド取付金具１６−１の図示の右側に４探針プローブ４が、左側に膜厚センサヘッド１４が取付けられているものとする。ただし、これらが逆に、すなわちプローブ・膜厚センサヘッド取付金具１６−１の図示の左側に４探針プローブ４が、右側に膜厚センサヘッド１４が取付けられていても、基本的な位置決め方法は変わらない。
【００１８】
図６は半導体ウェーハ２が円盤状測定ステージ１上に置かれた位置決め前の状態を示す。水平駆動部１６によりプローブ４が移動する方向Ｌ−Ｌ’を基準方向とする。通常、半導体ウェーハ２のノッチ又はオリエンテーションフラット２−１は、基準方向Ｌ−Ｌ’に一致して置かれる。円盤状測定ステージ１の回転中心をＯとし、所望の測定点の位置をＰとする。円盤状測定ステージ１の回転中心Ｏと測定点Ｐとの距離をＲとし、線分ＯＰが基準方向Ｌ−Ｌ’となす角をθとする。
【００１９】
図７は位置決め後の状態を示す。測定点の位置決めは、次の二つの動作により行う。
（１）４探針プローブ４を水平駆動部１６により、円盤状測定ステージ１の回転中心ＯよりＬ’方向にＲだけ離れた位置に移動させる。
（２）円盤状回転ステージ１を回転駆動部８により基準方向Ｌ−Ｌ’よりθだけ時計方向に回転させる。この二つの動作により半導体ウェーハ２上の所望の測定点の直上に４探針プローブ４が移動する。膜厚センサヘッド１４に関しても詳細な図示は省くが４探針プローブ４と同様に、膜厚センサヘッド１４を水平駆動部１６により円盤状測定ステージ１の回転中心ＯよりＬ方向にＲだけ離れた位置に移動させ、円盤状回転ステージ１を回転駆動部８により基準方向Ｌ−Ｌ’より１８０°−θだけ反時計方向に回転させることにより、半導体ウェーハ２上の所望の測定点の直上に膜厚センサヘッド１４を移動することができる。
【００２０】
４探針プローブ４と膜厚センサヘッド１４を水平駆動部１６により円盤状測定ステージ１の回転中心ＯよりＲだけ離れた位置に移動させるに当たっては、水平駆動部１６上における４探針プローブ４と膜厚センサヘッド１４の取付位置を勘案して移動量が制御される。
ここで、図８により各４探針プローブ４と膜厚センサヘッド１４の移動量の制御について説明する。
まず、抵抗率測定の場合、すなわち、４探針プローブを使用する場合（ａ）、４探針プローブ４を水平駆動部１６により円盤状回転ステージ１の回転中心ＯよりＲだけ離れた位置に移動させる。また、膜厚測定の場合、すなわち膜厚センサヘッドを使用する場合（ｂ）、膜厚センサヘッド１４を水平駆動部１６により円盤状回転ステージ１の回転中心ＯよりＲだけ離れた位置に移動させる。上記の動作により、４探針プローブまたは膜厚センサヘッドのいずれを使用する場合でも、４探針プローブまたは膜厚センサヘッドを半導体ウェーハ２上の所望の点の直上に移動させることができる。
次に抵抗率測定と膜厚測定の両方を同時に行う場合、すなわち４探針プローブと膜厚センサヘッドの両方を同時に使用する場合（ｃ）について説明する。４探針プローブ４の位置をＰ，膜厚センサヘッド１４の位置をＰ’とする。ＰとＰ’の距離をＬとし、Ｌは調整できるようにしておく。Ｐ’は、Ｐと円盤状測定ステージ１の回転中心Ｏを通る直線上にあり、かつＯに関しＰと反対側で、ＯよりＲ’＝Ｌ−Ｒだけ離れた点にある。Ｐの位置を設定すると、上記のＰとＰ’の位置関係をもとにＰ’の位置も定まる。
【００２１】
図９は、図５の配置形式による構成例を示す側面図である。図８までに示したものと同一構造部分には、対応する同一の参照符号を付して示している。
円盤状測定ステージ１上に置かれた半導体ウェーハ２の上面の所定の位置に４探針プローブ４が接触し抵抗率計測部５（図１に示す）からの電気信号により抵抗率の測定が行われる。
プローブ上下駆動部６は４探針プローブ４をウェーハ上に降下させ、ウェーハに接触させる役割を持つ。
水平駆動部１６は、４探針プローブ４を半導体ウェーハ２の直径方向に移動させ、また回転駆動部８は半導体ウェーハ２を回転させ、両者の動作により半導体ウェーハ２上の所望の位置における測定を可能とする。
また同様に、円盤状測定ステージ１上に置かれた半導体ウェーハ２上の所定の位置の上部に膜厚センサヘッド１４を移動させ、光学的に接続された膜厚計測部１５（図１に示す）により膜厚の測定が行われる。
膜厚測定における水平駆動部１６と回転駆動部８の役割は、抵抗率測定におけるそれと同じである。
【００２２】
図９では１台の水平駆動部１６にプローブ上下駆動部６、４探針プローブ４、膜厚センサヘッド１４が取付けられているが、２台の水平駆動部を持ち、そのうちの１台にプローブ上下駆動部と４探針プローブ、他の１台に膜厚センサヘッドを取付けることは、、抵抗率と膜厚の同時測定を行う場合、それぞれの測定位置の自由度を上げるうえで、有効である。既に述べたように、膜厚測定方式が光干渉方式の場合、膜厚センサヘッドは投光および受光用光ファイバからなる場合と、投光器又は採光用の光ファイバ，顕微鏡，受光用光ファイバからなる場合と投光器又は投光用の光ファイバ，顕微鏡，分光器，受光器からなる場合とがあり、図９は膜厚センサヘッドが投光および受光用の光ファイバからなる場合を示している。膜厚センサヘッドが上記のその他の場合においても本発明が適用されることは言うまでもない。
【００２３】
図１０に測定項目を指定する構成の一例を示す。
制御部１０に接続された表示部１１に測定項目指定画面を表示し、同じく制御部１０に接続された操作部３により測定項目を指定する。
図１０の表示部では、抵抗率測定と膜厚測定の両方を指定した例を示している。
【００２４】
【発明の効果】
以上の詳細な説明から理解されるように、本発明は従来装置に比較して効果的に装置寸法を小型化し、かつ、抵抗率と膜厚の両方を測定するという装置の多機能化を実現するものである。通常半導体製造のためのクリーンルーム内に設置するいわゆるスタンドアロン式の測定器において、その装置寸法を小型化し専有面積を小さくすることは、高額なクリーンルームの建設・維持コストの削減につながり、経済的効果がはなはだ大きい。また、抵抗率と膜厚の両方を１台の測定器で測定することにより測定工程と測定時間を短縮することができ、生産効率を高め製造コストを低減する上で多大の効果を発揮する。
【００２５】
本発明は上述のスタンドアロン式測定器のみにとどまらず、次に述べるインプロセスモニタリングの分野において十分にその効果を発揮する。
すなわち、現在半導体製造工場では、ＦＡ（ファクトリーオートメーション）の一環として各プロセス処理装置の内部に測定器を組み込み、プロセス処理前後に半導体ウェーハの特性を測定するいわゆるインプロセスモニタリングが行われようとしている。その主要な目的の一つは、あるロットのウェーハのプロセス処理直後に処理されたウェーハの特性を測ることにより装置のプロセス処理特性の何らかの原因による変動を検知し、以後のプロセス処理に対し、すみやかに、プロセス処理条件を修正・変更して最適なものとすることである。装置外に置かれたスタンドアロン式の測定器で同様なことを行おうとしても、プロセス処理後にウェーハを測定器の場所まで搬送し、一定の時間経過後に測定を行うことになるため、その段階ではすでに後続のロットのプロセス処理が行われているということも有り得る。万一、プロセス処理特性の変動が非常に大きかった場合には、ロット不良を来す可能性があり、高価な半導体ウェーハの滅失という大きな損害をもたらす恐れがある。
【００２６】
このような意味で測定器をプロセス処理装置に組込むのであるが、プロセス処理装置はもともと測定器を組込むことを考慮して設計されていない場合があり、その場合、現存のスペースになんとか組込むための方策をとることになる。
また、新たに設計するプロセス処理装置にあっても、本来プロセス処理を行うための機構部の動作の妨げにならならないようにするため測定器の組込みが困難となる場合が生じる。
いずれの場合でも、測定器の装置寸法が小さいことが組込みの可否を左右する最も重要なファクターとなる。
本発明は最小寸法の測定器を提供するものであり、その意義ははなはだ大きい。
【００２７】
また、半導体ウェーハのプロセス処理装置の処理対象薄膜としては酸化膜，窒化膜，レジスト膜，ポリシリコン膜，チタンナイトライド膜ほかがあるが、、このうちポリシリコン膜，チタンナイトライド膜などの導電性薄膜は抵抗率（薄膜を測定する場合は、ある式で換算し、シート抵抗と称する）と膜厚の両方を測定することが多い。この場合、抵抗率と膜厚のどちらか片方のみを測定する機能を有する従来の測定器においては、まず、装置に組込まれた測定器でどちらか一方の測定項目を測定し、その後、装置外にウェーハを搬出し、他の測定器で残された他方の測定項目を測定するという別の測定工程が必要となり、インプロセスモニタリングとしての本来の機能を果たせないことになる。
抵抗率測定と膜厚測定の両方又はいずれか一方の測定を選択して可能とする本発明においては、プロセス処理装置に組込まれた１台の測定器で、両方の測定項目を測定することができ、測定工程と測定時間の短縮を図るとともに、本来のインプロセスモニタリングの機能を十分に果たすことが可能になる。
【００２８】
以上述べたように、本発明は一般のスタンドアロン式測定器、および、プロセス処理装置に組込みインプロセスモニタリングに使用する組込み式測定器のいずれの場合においても十分にその特長を発揮し、多大の技術的・経済的効果をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体ウェーハ抵抗率測定器の構成系統例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例におけるプローブ上下駆動部の構造概要を示す側面図である。
【図３】本発明の実施例におけるプローブ水平駆動部の構造概要を示す平面図である。
【図４】本発明装置の実施例における回転駆動部の構造例を示す平面図である。
【図５】本発明装置の第１の実施例における４探針プローブ，プローブ上下駆動部，膜厚センサヘッド，水平駆動部，回転駆動部，半導体ウェーハ及び円盤状測定ステージの配置構成例を示す平面図である。
【図６】本発明装置の実施例における円盤状測定ステージ上に配置された半導体ウェーハに対する４探針プローブの位置決め前と位置決め後の状態を説明するための平面略図である。
【図７】本発明装置の実施例における円盤状測定ステージ上に配置された半導体ウェーハに対する４探針プローブの位置決め前と位置決め後の状態を説明するための平面略図である。
【図８】本発明装置の実施例における円盤状測定ステージ上に配置された半導体ウェーハに対する４探針プローブの位置決めのための４探針プローブの移動量の制御を説明するための平面略図（ａ）（ｂ）（ｃ）である。
【図９】図５の配置形式による構成例を示す側面図である。
【図１０】本発明装置における測定項目の指定機構を説明するためのブロック図である。
【図１１】従来の半導体ウェーハ測定器の基本的構造と専有面積を説明する略図である。
【図１２】従来の半導体ウェーハ抵抗率測定器の構成系統を示すブロック図である。
【図１３】従来の半導体ウェーハ膜厚測定器の構成系統を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  測定ステージ
２  半導体ウェーハ
２ー１  ノッチ又はオリエンーションフラット
３  操作部
４  ４探針プローブ
５  抵抗率計測部
６  プローブ上下駆動部
６−１  プローブ取付金具
６−２  カムフォロワ
６−３  直線状カム
６−４  エアシリンダ
７  プローブ水平駆動部
８  回転駆動部
８−１  電動モータ
８−２  ベルト
８−３  プーリー
９  電源部
１０  制御部
１１  表示部
１４  膜厚センサヘッド
１５  膜厚計測部
１６  水平駆動部
１６−１  プローブ・膜厚センサヘッド取付金具
１６−２  電動モータ
１６−３  ボールネジ
１６−４  ガイドレール
１６−５  ベルト
１６−６  プローブ上下駆動部
１６−７  膜厚センサヘッド取付アーム
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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