(57)【要約】  本開示の一態様による膜厚測定装置は、膜厚が既知の第１ウェハの基準位置における基準反射スペクトル信号と、基準位置以外の各位置における反射スペクトル信号と、の各相対反射率を算出する第１算出部と、前記第１算出部により算出された各相対反射率と、前記第１ウェハの各位置と前記集光プローブとの間の各距離データと、の関係を特定する特定部と、前記特定部により特定された関係に基づき、測定対象の第２ウェハの各位置と前記集光プローブとの間の各距離データに対応する各相対反射率を算出する第２算出部と、前記第２ウェハの各位置における膜厚を算出する際に、前記第２算出部により算出された各相対反射率に基づき、前記基準反射スペクトル信号を補正する補正部とを有する。
2020004142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜厚が既知の第１ウェハの基準位置において、集光プローブにより検出された反射光の基準反射スペクトル信号と、基準位置以外の各位置において、該集光プローブにより検出された反射光の各反射スペクトル信号と、の各相対反射率を算出する第１算出部と、
前記第１算出部により算出された各相対反射率と、前記第１ウェハの各位置と前記集光プローブとの間の距離を示す各距離データと、の関係を特定する特定部と、
前記特定部により特定された関係に基づき、測定対象の第２ウェハの各位置と前記集光プローブとの間の距離を示す各距離データに対応する各相対反射率を算出する第２算出部と、
前記第２ウェハの各位置における膜厚を算出する際に、前記第２算出部により算出された各相対反射率に基づき、前記基準反射スペクトル信号を補正する補正部と
を有する膜厚測定装置。
【請求項２】
前記第１算出部は、
前記第１ウェハの基準位置において、集光プローブにより検出された反射光の基準反射スペクトル信号から抽出したピーク値と、前記基準位置以外の各位置において、前記集光プローブにより検出された反射光の反射スペクトル信号から抽出したピーク値と、を用いて前記各相対反射率を算出する、請求項１に記載の膜厚測定装置。
【請求項３】
前記特定部は、
前記第１算出部により算出された各相対反射率と、前記第１ウェハの各位置の前記集光プローブとの間の距離を示す各距離データとの関係を、一次式で近似する、請求項２に記載の膜厚測定装置。
【請求項４】
前記補正部は、
前記基準反射スペクトル信号に、算出した前記各相対反射率を乗算することで、各補正済み基準反射スペクトル信号を算出し、
前記第２ウェハの各位置において、前記集光プローブにより検出された反射光の各対象反射スペクトル信号と、前記各補正済み基準反射スペクトル信号とを対比することで対比結果を算出し、前記第２ウェハの各位置における膜厚を算出する際に用いる、請求項１に記載の膜厚測定装置。
【請求項５】
さらに、ウェハ上の所望の点と前記集光プローブとの間の距離を測定するための距離センサを有し、
前記第１ウェハの各位置と前記集光プローブとの間の距離を示す各距離データと、前記第２ウェハの各位置と前記集光プローブとの間の距離を示す各距離データは、前記距離センサによって取得される、
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の膜厚測定装置。
【請求項６】
前記集光プローブによる反射光の検出と前記距離センサによる距離の測定は並行して実行される、
請求項５に記載の膜厚測定装置。
【請求項７】
膜厚が既知の第１ウェハの基準位置において、集光プローブにより検出された反射光の基準反射スペクトル信号と、基準位置以外の各位置において、該集光プローブにより検出された反射光の各反射スペクトル信号と、の各相対反射率を算出する第１算出工程と、
前記第１算出工程において算出された各相対反射率と、前記第１ウェハの各位置と前記集光プローブとの間の距離を示す各距離データと、の関係を特定する特定工程と、
前記特定工程において特定された関係に基づき、測定対象の第２ウェハの各位置と前記集光プローブとの間の距離を示す各距離データに対応する各相対反射率を算出する第２算出工程と、
前記第２ウェハの各位置における膜厚を算出する際に、前記第２算出工程において算出された各相対反射率に基づき、前記基準反射スペクトル信号を補正する補正工程と
を有する補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、膜厚測定装置及び補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ウェハの膜厚測定を行う膜厚測定装置として種々の装置が提案されている。例えば、下記特許文献には、ウェハ表面に可視光を照射し、集光プローブにて検出した反射光の反射スペクトル信号を用いて膜厚測定を行う膜厚測定装置が開示されている。【０００３】
かかる膜厚測定装置では、測定対象のウェハが変形していないことを前提として、膜厚が既知の基準ウェハ（例えば、ＢａｒｅＳｉウェハ）から取得した基準反射スペクトル信号と対比することで、測定対象のウェハについて膜厚の算出を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−４２７２２号公報
【特許文献２】特開２００９−１９２３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、測定対象のウェハが変形している場合でも、膜厚の算出が可能な膜厚測定装置及び補正方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様による膜厚測定装置は、例えば、以下のような構成を有する。即ち、
膜厚が既知の第１ウェハの基準位置において、集光プローブにより検出された反射光の基準反射スペクトル信号と、基準位置以外の各位置において、該集光プローブにより検出された反射光の各反射スペクトル信号と、の各相対反射率を算出する第１算出部と、
前記第１算出部により算出された各相対反射率と、前記第１ウェハの各位置と前記集光プローブとの間の距離を示す各距離データと、の関係を特定する特定部と、
前記特定部により特定された関係に基づき、測定対象の第２ウェハの各位置と前記集光プローブとの間の距離を示す各距離データに対応する各相対反射率を算出する第２算出部と、
前記第２ウェハの各位置における膜厚を算出する際に、前記第２算出部により算出された各相対反射率に基づき、前記基準反射スペクトル信号を補正する補正部とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、測定対象のウェハが変形している場合でも、膜厚の算出が可能な膜厚測定装置及び補正方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】膜厚測定装置の構成を示す模式図である。
【図２】膜厚測定装置の制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図３】反射スペクトル補正部の機能構成の一例を示す図である。
【図４】反射スペクトル補正部による反射スペクトル補正処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】校正フェーズにおけるスペクトル分布取得部の処理の具体例を示す図である。
【図６】校正フェーズにおける距離分布取得部の処理の具体例を示す図である。
【図７】校正フェーズにおける関係算出部の処理の具体例を示す図である。
【図８】測定フェーズにおける各部の処理の具体例を示す図である。
【図９】膜厚の測定精度が向上したことを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
はじめに、以下の各実施形態において用いられる用語の定義について説明するとともに、以下の各実施形態に係る膜厚測定装置の概要について、一般的な膜厚測定装置と比較しながら説明する。
【００１０】
以下の各実施形態において、「測定対象のウェハ」（第２ウェハ）とは、膜厚が未知のウェハを指し、「基準ウェハ」（第１ウェハ）とは、膜厚が既知のウェハを指す。
【００１１】
ここで、一般的な膜厚測定装置では、測定対象のウェハが変形していないことを前提としており、校正の際、変形していない基準ウェハを用いる。つまり、一般的な膜厚測定装置では、反射光を検出する集光プローブと測定対象のウェハの各位置との間の距離を示す各「距離データ」が一定であり、かつ、集光プローブと基準ウェハとの間の距離を示す「距離データ」と一致していることが前提となっている。
【００１２】
かかる前提のもとでは、測定対象のウェハと基準ウェハとの反射スペクトル信号の違いは、膜厚の違いに依存する。このため、一般的な膜厚測定装置では、
・測定対象のウェハの各位置における反射スペクトル信号（「対象反射スペクトル信号」）と、
・基準ウェハの反射スペクトル信号（「基準反射スペクトル信号」）と
を対比することで、各位置における膜厚を算出している。ここで、一般的な膜厚測定装置の場合、例えば、基準ウェハの中央の１点を代表値として取得し、当該点の膜厚が既知であることが前提となる。
【００１３】
しかしながら、実際のところ、測定対象のウェハには種々の要因により変形が生じており、測定対象の各位置によって距離データは変動する。このため、測定対象のウェハと基準ウェハとの反射スペクトル信号の違いには、膜厚の違いだけでなく、距離データの違いも含まれる。この結果、一般的な膜厚測定装置では、測定対象のウェハが変形していた場合に、膜厚測定の測定精度が低下することになる。
【００１４】
このようなことから、以下の各実施形態に係る膜厚測定装置では、測定対象のウェハが変形していた場合でも、膜厚の算出を適切に行うべく、距離データの変動に起因する反射スペクトル信号への影響を排除するよう構成する。
【００１５】
具体的には、以下の各実施形態に係る膜厚測定装置では、まず、校正の際に、変形している基準ウェハを用いる（なお、好ましくは膜厚が均一の基準ウェハを用いる）。そして、基準ウェハの特定の位置（「基準位置」）と、基準位置以外の各位置とで、距離データが変動することに伴って、反射スペクトル信号が変動する関係を、一次式を用いて近似する。なお、反射スペクトル信号の変動を示す値として、以下の各実施形態に係る膜厚測定装置では、基準位置における基準反射スペクトル信号と、基準位置以外の各位置における反射スペクトル信号との「相対反射率」を用いる。
【００１６】
更に、以下の各実施形態に係る膜厚測定装置では、近似した一次式に基づいて、測定対象のウェハの各位置の距離データに対応する各相対反射率を算出し、膜厚の算出に用いる基準反射スペクトル信号を、算出した各相対反射率を用いて補正する。これにより、補正後の基準反射スペクトル信号（「補正済み基準反射スペクトル信号」）が算出される。
【００１７】
そして、以下の各実施形態に係る膜厚測定装置では、
・測定対象のウェハの各位置における反射スペクトル信号（「対象反射スペクトル信号」）と、
・測定対象のウェハの各位置の距離データに対応する各補正済み基準反射スペクトル信号と
を対比することで、各位置における膜厚を算出する。
【００１８】
これにより、以下の各実施形態に係る膜厚測定装置によれば、測定対象のウェハが変形していた場合でも、膜厚の算出を適切に行うことが可能となり、膜厚測定の測定精度の低下を回避することができる。
【００１９】
以下、各実施形態の詳細について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する。
【００２０】
［第１の実施形態］
＜膜厚測定装置の構成＞
図１は、膜厚測定装置の構成を示す模式図であり、膜厚測定装置が有する各構成のうちの一部の構成を抜粋して示している。図１に示すように、膜厚測定装置１００は、少なくとも、光源部１１０と、集光プローブ１２０と、距離センサ１３０と、制御部１４０と、ウェハチャックヘッド１７０とを有する。
【００２１】
光源部１１０は、ウェハチャックヘッド１７０に載置されたウェハＷに対して、集光プローブ１２０を介して、可視光を照射する。
【００２２】
集光プローブ１２０は、可視光を出射する出射部と、ウェハＷ表面で反射した反射光が入射する入射部とを有する。入射部に入射した反射光は、反射光信号として、制御部１４０に伝送される。
【００２３】
なお、ウェハチャックヘッド１７０は、矢印１７２のいずれかの方向に回転しながら、矢印１７１の方向に往復動作するよう制御される。これにより、集光プローブ１２０は、ウェハＷの各位置において、反射光を検出することができる。
【００２４】
距離センサ１３０は、集光プローブ１２０（たとえば集光プローブ１２０の先端位置）とウェハＷ上の所望の点（位置）との間の距離を測定し、測定された距離の情報（距離データ）を出力する。ウェハＷの各位置において測定された距離データは、制御部１４０に送信される。距離センサ１３０は、集光プローブ１２０によって反射光の検出が行われる、ウェハＷ上の全ての位置について、集光プローブ１２０との間の距離を測定可能である。
【００２５】
制御部１４０には、反射スペクトル補正プログラムと、膜厚算出プログラムとがインストールされており、当該プログラムが実行されることで、制御部１４０は、反射スペクトル補正部１５０、及び、膜厚算出部１６０として機能する。
【００２６】
反射スペクトル補正部１５０は、校正フェーズと測定フェーズとで異なる処理を実行する。校正フェーズとは、反射スペクトル信号と膜厚との関係が、距離データの変動の影響を受けることに鑑みて、距離データの変動に伴って、反射スペクトル信号が変動する関係を、一次式を用いて近似するフェーズである。
【００２７】
なお、ウェハＷの各位置の距離データは、ウェハＷの変形に起因して変動する。具体的には、ウェハＷが成膜されていた場合にあっては、膜ストレスによって生じるウェハの“反り”に起因して変動する。
【００２８】
また、ウェハＷの各位置の距離データは、図１のように、ウェハＷの径が、ウェハチャックヘッド１７０の径よりも大きい場合に、ウェハＷの外周部分が自重によって垂れること（“垂れ”）に起因して変動する。
【００２９】
このように、ウェハＷの反りや垂れによって距離データが変動すると、反射スペクトル信号が影響を受けるため、ウェハＷ表面の膜厚を算出した際に誤差の原因となる。そこで、校正フェーズでは、膜厚が既知の基準ウェハであって、反りや垂れを有する基準ウェハを用いて、距離データの変動に伴って反射スペクトル信号が変動する関係を、予め一次式を用いて近似しておく。なお、本実施形態において用いる基準ウェハの具体例としては、ミラー石英ガラス製の高反射用鏡面板が挙げられる。あるいは、ＢａｒｅＳｉ上に自然酸化膜（厚み１０ｎｍ程度）が形成されたものや、ＢａｒｅＳｉ上にＡｌ２Ｏ３膜（厚み３０ｎｍ程度）が形成されたもの（以下、ＢａｒｅＳｉウェハと称す）等が挙げられる。
【００３０】
一方、測定フェーズとは、ウェハＷ（測定対象のウェハ）の各位置の距離データを上記一次式に入力し、測定対象のウェハの各位置の距離データに応じた各相対反射率を算出することで、補正済み基準反射スペクトル信号を算出するフェーズである。反射スペクトル補正部１５０では、算出した補正済み基準反射スペクトル信号、または、対象反射スペクトル信号と補正済み基準反射スペクトル信号との対比結果を、膜厚算出部１６０に通知する。
【００３１】
つまり、本実施形態で用いる補正済み基準反射スペクトル信号とは、基準ウェハにおける現在の位置の距離データが基準位置に対して変動していることに鑑みて、基準位置の距離データに対して変動した分の反射率変化分を補正した、基準反射スペクトル信号を指す。
【００３２】
また、対象反射スペクトル信号とは、測定対象のウェハにおける現在の位置の反射スペクトル信号を指す。
【００３３】
膜厚算出部１６０は、反射スペクトル補正部１５０より通知された、ウェハＷ（測定対象のウェハ）の各位置の距離データに対応する補正済み基準反射スペクトル信号を用いて、ウェハＷ（測定対象のウェハ）の各位置における膜厚を算出する。あるいは、膜厚算出部１６０は、反射スペクトル補正部１５０より通知された、ウェハＷ（測定対象のウェハ）の各位置における対比結果を用いて、ウェハＷ（測定対象のウェハ）の各位置における膜厚を算出する。
【００３４】
このように、第１の実施形態に係る膜厚測定装置１００によれば、ウェハＷの各位置の距離データが変動することに応じて、基準反射スペクトル信号を補正する。これにより、反射スペクトル補正部１５０では、距離データの変動による影響を排除した補正済み基準反射スペクトル信号を算出することが可能となる。
【００３５】
この結果、第１の実施形態に係る膜厚測定装置１００によれば、測定対象のウェハが変形していた場合でも、補正済み基準反射スペクトル信号を用いて膜厚の算出を適切に行うことが可能となり、膜厚測定の測定精度の低下を回避することができる。
【００３６】
＜制御部のハードウェア構成＞
次に、制御部１４０のハードウェア構成について説明する。図２は、制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。図２に示すように、制御部１４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０３を有する。ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３は、いわゆるコンピュータを形成する。
【００３７】
また、制御部１４０は、補助記憶装置２０４、表示装置２０５、操作装置２０６、Ｉ／Ｆ（Interface）装置２０７を有する。なお、制御部１４０の各ハードウェアは、バス２１０を介して相互に接続されている。
【００３８】
ＣＰＵ２０１は、補助記憶装置２０４にインストールされている各種プログラム（例えば、反射スペクトル補正プログラム、膜厚算出プログラム等）を実行する演算デバイスである。
【００３９】
ＲＯＭ２０２は、不揮発性メモリである。ＲＯＭ２０２は、補助記憶装置２０４にインストールされている各種プログラムをＣＰＵ２０１が実行するために必要な各種プログラム、データ等を格納する、主記憶デバイスとして機能する。具体的には、ＲＯＭ２０２はＢＩＯＳ（Basic Input/Output System）やＥＦＩ（Extensible Firmware Interface）等のブートプログラム等を格納する、主記憶デバイスとして機能する。
【００４０】
ＲＡＭ２０３は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）等の揮発性メモリである。ＲＡＭ２０３は、補助記憶装置２０４にインストールされている各種プログラムがＣＰＵ２０１によって実行される際に展開される作業領域を提供する、主記憶デバイスとして機能する。
【００４１】
補助記憶装置２０４は、各種プログラムや、各種プログラムが実行されることで生成される情報を格納する補助記憶デバイスである。
【００４２】
表示装置２０５は制御部１４０の内部状態を表示する表示デバイスである。操作装置２０６は、膜厚測定装置１００のオペレータが膜厚測定装置１００に対して各種指示を入力するための入力デバイスである。
【００４３】
Ｉ／Ｆ装置２０７は、膜厚測定装置１００内の各装置と接続し、各装置との間で通信を行うための接続デバイスである。
【００４４】
＜反射スペクトル補正部の機能構成＞
次に、反射スペクトル補正プログラムが実行されることで実現される、反射スペクトル補正部１５０の機能構成の詳細について説明する。
【００４５】
図３は、反射スペクトル補正部の機能構成の一例を示す図である。図３に示すように、反射スペクトル補正部１５０は、スペクトル分布取得部３０１、距離分布取得部３０２、関係算出部３０３、パラメータ算出部３０４、補正部３０５を有する。なお、図３において実線矢印は、校正フェーズにおけるデータの流れを示しており、点線矢印は、測定フェーズにおけるデータの流れを示している。
【００４６】
スペクトル分布取得部３０１は第１算出部の一例である。スペクトル分布取得部３０１は、校正フェーズにおいて、集光プローブ１２０によって検出された、ウェハＷ（校正フェーズの場合は基準ウェハ（ＢａｒｅＳｉウェハ））の各位置での反射光信号を取得する。
【００４７】
また、スペクトル分布取得部３０１は、各位置での反射光信号に基づいて各反射スペクトル信号を生成する。スペクトル分布取得部３０１では、このうち、基準位置（ウェハＷの中心位置）での反射スペクトル信号を、基準反射スペクトル信号として、基準反射スペクトル信号格納部３１０に格納する。
【００４８】
また、スペクトル分布取得部３０１は、各位置における反射スペクトル信号からピーク値を抽出し、基準反射スペクトル信号から抽出したピーク値に対する相対値（相対反射率（Ｋ））を算出する。更に、スペクトル分布取得部３０１は、各位置における相対反射率（Ｋ）を、“データＤ１”として、関係算出部３０３に通知する。
【００４９】
また、スペクトル分布取得部３０１は、測定フェーズにおいて、集光プローブ１２０によって検出された、ウェハＷ（測定フェーズの場合は測定対象のウェハ）の各位置での反射光信号を取得する。また、スペクトル分布取得部３０１は、各位置での反射光信号に基づいて各対象反射スペクトル信号を生成し、補正部３０５に通知する。
【００５０】
距離分布取得部３０２は、校正フェーズにおいて、距離センサ１３０より送信された、反射光検出時のウェハＷ（基準ウェハ（ＢａｒｅＳｉウェハ））の各位置と集光プローブ１２０との間の距離を示す距離データ（Ｇ）を取得する。また、距離分布取得部３０２は、ウェハＷ（基準ウェハ（ＢａｒｅＳｉウェハ））の各位置の距離データ（Ｇ）を、“データＤ２”として、関係算出部３０３に通知する。
【００５１】
また、距離分布取得部３０２は、測定フェーズにおいて、距離センサ１３０より送信された、反射光検出時のウェハＷ（測定対象のウェハ）の各位置と集光プローブ１２０との間の距離を示す距離データ（Ｇ）を取得する。また、距離分布取得部３０２は、ウェハＷ（測定対象のウェハ）の各位置の距離データ（Ｇ）を、パラメータ算出部３０４に通知する。
【００５２】
関係算出部３０３は特定部の一例である。関係算出部３０３は、校正フェーズにおいて、データＤ１とデータＤ２とに基づいて、基準ウェハ（ＢａｒｅＳｉウェハ）の距離データ（Ｇ）と相対反射率（Ｋ）との関係を示す関係式を算出する。関係算出部３０３は、算出した距離データ（Ｇ）と相対反射率（Ｋ）との関係を示す関係式を、“データＤ３”として、パラメータ算出部３０４に通知する。
【００５３】
パラメータ算出部３０４は第２算出部の一例である。パラメータ算出部３０４は、校正フェーズにおいて、関係算出部３０３より通知されたデータＤ３を保持する。また、パラメータ算出部３０４は、測定フェーズにおいて、保持したデータＤ３を用いて、距離分布取得部３０２より通知された、ウェハＷ（測定対象のウェハ）の各位置の距離データ（Ｇ）に対応する各相対反射率（Ｋ）を算出する。
【００５４】
また、パラメータ算出部３０４は、算出した各相対反射率（Ｋ）を、補正部３０５に通知する。
【００５５】
補正部３０５は、測定フェーズにおいて、基準反射スペクトル信号格納部３１０より基準反射スペクトル信号を読み出し、ウェハＷ（測定対象のウェハ）の各位置の距離データに対応する相対反射率（Ｋ）を用いて、読み出した基準反射スペクトル信号を補正する。これにより、ウェハ（測定対象のウェハ）の各位置での補正済み基準反射スペクトル信号が生成される。また、補正部３０５は、補正済み基準反射スペクトル信号を、膜厚算出部１６０に通知する。あるいは、補正部３０５は、ウェハＷ（測定対象のウェハ）の各位置における対象反射スペクトル信号と、ウェハＷ（測定対象のウェハ）の各位置の距離データに対応する各補正済み基準反射スペクトル信号とを対比し、対比結果を膜厚算出部１６０に通知する。
【００５６】
＜反射スペクトル補正処理の流れ＞
次に、反射スペクトル補正部１５０による反射スペクトル補正処理の流れについて説明する。図４は、反射スペクトル補正部による反射スペクトル補正処理の流れを示すフローチャートである。なお、図４に示す反射スペクトル補正処理を開始するにあたり、反射スペクトル補正部１５０では、絶対反射率の補正係数（Ｒｋ）の算出が完了しているものとする。絶対反射率の補正係数（Ｒｋ）は、例えば、石英ガラスなどの標準サンプルを用いて、ＮＩＳＴ（アメリカ国立標準技術研究所）等で発行された絶対スペクトルのデータをもとに行われる。
【００５７】
ステップＳ４０１において、膜厚測定装置１００のオペレータは、ウェハＷ（基準ウェハ（ＢａｒｅＳｉウェハ））を、ウェハチャックヘッド１７０にセットする。
【００５８】
ステップＳ４０２において、膜厚測定装置１００は、ウェハチャックヘッド１７０を矢印１７２のいずれかの方向に回転させながら、矢印１７１の方向に往復動作させる。このとき、集光プローブ１２０は、基準ウェハ（ＢａｒｅＳｉウェハ）の各位置において、反射光を検出する。更に、スペクトル分布取得部３０１は、基準ウェハ（ＢａｒｅＳｉウェハ）の各位置での反射スペクトル信号のピーク値に基づき相対反射率（Ｋ）を算出し、データＤ１として出力する。
【００５９】
また、距離センサ１３０は、基準ウェハ（ＢａｒｅＳｉウェハ）の前記各位置について、集光プローブ１２０との間の距離を測定し、距離データを制御部１４０（反射スペクトル補正部１５０）に出力する。更に、反射スペクトル補正部１５０の距離分布取得部３０２は、各位置の距離データ（Ｇ）を、データＤ２として出力する。
【００６０】
ステップＳ４０３において、関係算出部３０３は、距離データ（Ｇ）と相対反射率（Ｋ）との関係を示す関係式を算出し、算出した関係式を、データＤ３としてパラメータ算出部３０４に通知する。以上、ステップＳ４０１からステップＳ４０３は、校正フェーズにおいて実行される。
【００６１】
続いて、ステップＳ４０４において、膜厚測定装置１００のオペレータは、測定対象のウェハを、ウェハチャックヘッド１７０にセットする。
【００６２】
ステップＳ４０５において、膜厚測定装置１００は、ウェハチャックヘッド１７０を矢印１７２のいずれかの方向に回転させながら、矢印１７１の方向に往復動作させる。このとき、集光プローブ１２０は、測定対象のウェハの各位置において、反射光を検出する。更に、スペクトル分布取得部３０１は、測定対象のウェハの各位置での対象反射スペクトル信号を、補正部３０５に通知する。
【００６３】
また、距離センサ１３０は、測定対象のウェハの前記各位置について、集光プローブ１２０との間の距離を測定し、距離データを制御部１４０（反射スペクトル補正部１５０）に出力する。更に、反射スペクトル補正部１５０の距離分布取得部３０２は、各位置の距離データ（Ｇ）を、パラメータ算出部３０４に通知する。
【００６４】
ステップＳ４０６において、パラメータ算出部３０４は、校正フェーズにおいて関係算出部３０３より通知されたデータＤ３を用いて、距離分布取得部３０２より通知された、測定対象のウェハの各位置の距離データに対応する各相対反射率（Ｋ）を算出する。更に、パラメータ算出部３０４は、各位置での相対反射率（Ｋ）を補正部３０５に通知する。
【００６５】
ステップＳ４０７において、補正部３０５は、スペクトル分布取得部３０１より通知された、測定対象のウェハの各位置の距離データに対応する相対反射率（Ｋ）を用いて、基準反射スペクトル信号を補正する。また、補正部３０５は、補正済み基準反射スペクトル信号を膜厚算出部１６０に通知する。以上、ステップＳ４０４からステップＳ４０７は、測定フェーズにおいて実行される。
【００６６】
なお、ステップＳ４０２やステップＳ４０５で行われる、集光プローブ１２０による反射光の検出と距離センサ１３０による距離の測定とは、並行して行われる。具体的には、集光プローブ１２０が、ウェハ上のある点（位置）から反射される反射光を検出するとき、同時に距離センサ１３０はその点（位置）と集光プローブ１２０との間の距離を測定し、測定された距離の距離データを出力する。ただし、集光プローブ１２０による反射光の検出と距離センサ１３０による距離の測定とは、必ずしも完全に同時に行われる必要はない。たとえば集光プローブ１２０がウェハ上の第１の点（位置）から反射される反射光を検出した後、ウェハ上の第２の点（位置）から反射される反射光を検出しているときに、距離センサ１３０は第１の点と集光プローブ１２０との間の距離を測定してもよい。
【００６７】
あるいは、集光プローブ１２０による反射光の検出と距離センサ１３０による距離の測定とは、互いに異なる期間に実施されてもよい。たとえば集光プローブ１２０がウェハ上の複数の点（位置）について、これらの位置から反射される反射光を検出する処理を行った後に、距離センサ１３０はこれら複数の点（位置）について、集光プローブ１２０との間の距離を測定してもよい。ただし、距離センサ１３０による距離の測定と集光プローブ１２０による反射光の検出が並行して実行されるほうが、反射スペクトル補正処理の処理時間を短くすることができるため、好ましい。
【００６８】
また、スペクトル分布取得部３０１により行われる処理と、距離分布取得部３０２により行われる処理も、並行して行われるが、この２つの処理もそれぞれ異なる時間帯に実行されてもよい。
【００６９】
＜反射スペクトル補正部の各部の校正フェーズでの処理の具体例＞
次に、反射スペクトル補正部１５０の各部（スペクトル分布取得部３０１、距離分布取得部３０２、関係算出部３０３）の校正フェーズでの処理の具体例について説明する。
【００７０】
（１）スペクトル分布取得部の校正フェーズでの処理の具体例
はじめに、スペクトル分布取得部３０１の校正フェーズでの処理の具体例について説明する。図５は、校正フェーズにおける反射スペクトル分布取得部の処理の具体例を示す図である。
【００７１】
図５において、符号５１０は、ウェハチャックヘッド１７０に載置された基準ウェハ（ＢａｒｅＳｉウェハ）を正面から（真上から）見た様子を示している。符号５１０において、同心円状に配置された点は、集光プローブ１２０により反射光が検出される、ＢａｒｅＳｉウェハの各位置を示している。なお、ＢａｒｅＳｉウェハの各位置のうち、ＢａｒｅＳｉウェハの中心位置は、基準位置である。
【００７２】
図５の例の場合、集光プローブ１２０は、４９箇所の各位置において、反射光を検出する。ここでは、４９箇所の各位置を、測定点Ｐ１〜Ｐ４９と称す。なお、集光プローブ１２０が反射光を検出する各位置の数は、４９箇所に限定されない。また、集光プローブ１２０が反射光を検出する各位置の配置は、同心円状に限定されない。
【００７３】
図５に示すように、集光プローブ１２０が反射光を検出することで、スペクトル分布取得部３０１では、測定点Ｐ１〜Ｐ４９の各位置でのＢａｒｅＳｉ反射スペクトル信号５２０＿１〜５２０＿４９を取得する。
【００７４】
また、図５に示すように、スペクトル分布取得部３０１では、測定点Ｐ１〜Ｐ４９の各位置でのＢａｒｅＳｉ反射スペクトル信号５２０＿１〜５２０＿４９それぞれからピーク値を抽出する。更に、スペクトル分布取得部３０１では、基準位置（測定点Ｐ１）でのＢａｒｅＳｉ反射スペクトル信号５２０＿１から抽出したピーク値に対する相対値である、相対反射率をそれぞれ算出し、データＤ１を生成する。
【００７５】
図５に示すように、データＤ１は、情報の項目として、“測定点”と“ＢａｒｅＳｉ反射スペクトルピーク値”と、“ＢａｒｅＳｉ相対反射率（Ｋ）”とを含む。“測定点”には、反射光を検出する各位置を示す情報が格納される。また、“ＢａｒｅＳｉ反射スペクトルピーク値”には、対応する測定点で検出された反射光のＢａｒｅＳｉ反射スペクトル信号から抽出したピーク値が格納される。更に、“ＢａｒｅＳｉ相対反射率（Ｋ）”には、対応する測定点で検出された反射光のＢａｒｅＳｉ反射スペクトル信号から抽出したピーク値の、ＢａｒｅＳｉ反射スペクトル信号５２０＿１から抽出したピーク値に対する相対反射率が格納される。
【００７６】
（２）距離分布取得部の校正フェーズでの処理の具体例
次に、距離分布取得部３０２の校正フェーズでの処理の具体例について説明する。図６は、校正フェーズにおける距離分布取得部の処理の具体例を示す図である。
【００７７】
図６において、符号５１０は、ウェハチャックヘッド１７０に載置された基準ウェハ（ＢａｒｅＳｉウェハ）を正面から（真上から）見た様子を示している。同心円状に配置された点は、距離センサ１３０により集光プローブ１２０との間の距離を示す距離データが測定される、ＢａｒｅＳｉウェハの各位置を示している。
【００７８】
図６の例の場合、距離センサ１３０は、４９箇所の各位置において、集光プローブ１２０との間の距離を示す距離データを測定する。なお、距離センサ１３０が距離データを測定する各位置の数は、４９箇所に限定されない。また、距離センサ１３０が距離データを測定する各位置の配置は、同心円状に限定されない。
【００７９】
ただし、各位置の数及び各位置の配置は、集光プローブ１２０が反射光を検出する各位置の数、各位置の配置と同じであるとする。
【００８０】
図６に示すように、距離センサ１３０が距離データを測定することで、距離分布取得部３０２では、集光プローブ１２０と測定点Ｐ１〜Ｐ４９の各位置との間の距離データを取得し、データＤ２を生成する。図６に示すように、データＤ２は、情報の項目として、“測定点”と“ＢａｒｅＳｉ距離データ（Ｇ）”とを含む。“測定点”には、距離データを測定する各位置を示す情報が格納される。また、“ＢａｒｅＳｉ距離データ（Ｇ）”には、対応する測定点で測定された距離データが格納される。
【００８１】
（３）関係算出部の校正フェーズでの処理の具体例
次に、関係算出部３０３の校正フェーズでの処理の具体例について説明する。図７は、校正フェーズにおける関係算出部の処理の具体例を示す図である。
【００８２】
図７のグラフ７００において、横軸は、距離分布取得部３０２により取得されるＢａｒｅＳｉ距離データ（Ｇ）を示しており、縦軸は、スペクトル分布取得部３０１により取得されるＢａｒｅＳｉ相対反射率（Ｋ）を示している。
【００８３】
図７に示すように、関係算出部３０３では、データＤ１とデータＤ２とを取得し、測定点Ｐ１〜Ｐ４９それぞれにおいて測定されたＢａｒｅＳｉ距離データ（Ｇ）とＢａｒｅＳｉ相対反射率（Ｋ）との組に応じた位置に、マーカをプロットしていく。これにより、グラフ７００が生成される。
【００８４】
また、図７に示すように、関係算出部３０３では、生成したグラフ７００に基づいて、ＢａｒｅＳｉ距離データ（Ｇ）とＢａｒｅＳｉ相対反射率（Ｋ）との関係を示す一次式を算出する。図７に示すように、ＢａｒｅＳｉ距離データ（Ｇ）とＢａｒｅＳｉ相対反射率（Ｋ）との関係は、一次式：Ｋ＝ａ×Ｇ＋ｂ（ただし、ａ、ｂは係数）で近似することができる。なお、関係算出部３０３は、近似した一次式を、データＤ３として、パラメータ算出部３０４に通知する。
【００８５】
＜反射スペクトル補正部の各部の測定フェーズでの処理の具体例＞
次に、反射スペクトル補正部１５０の各部の測定フェーズでの処理の具体例について説明する。図８は、測定フェーズにおける各部の処理の具体例を示す図である。
【００８６】
図８に示すように、測定フェーズにおいて、スペクトル分布取得部３０１は、集光プローブ１２０が測定対象のウェハの測定点Ｐ１〜Ｐ４９それぞれにおいて検出した反射光の対象反射スペクトル信号８１０＿１〜８１０＿４９を取得する。また、スペクトル分布取得部３０１は、取得した対象反射スペクトル信号８１０＿１〜８１０＿４９を、補正部３０５に通知する。
【００８７】
また、図８に示すように、測定フェーズにおいて、距離分布取得部３０２は、距離センサ１３０が測定対象のウェハの測定点Ｐ１〜Ｐ４９それぞれにおいて測定した集光プローブ１２０との間の対象距離データ（Ｇ）を、距離データ８２０として、パラメータ算出部３０４に通知する。
【００８８】
また、図８に示すように、測定フェーズにおいて、パラメータ算出部３０４は、データＤ３に示す一次式：Ｋ＝ａ×Ｇ＋ｂに、距離データ８２０の測定点Ｐ１〜Ｐ４９それぞれの対象距離データ（Ｇ）を入力する。これにより、パラメータ算出部３０４は、入力した対象距離データ（Ｇ）ごとに、相対反射率（Ｋ１）〜相対反射率（Ｋ４９）を出力することができる。
【００８９】
補正部３０５では、スペクトル分布取得部３０１より通知された測定点Ｐ１〜Ｐ４９それぞれにおいて検出した、測定対象のウェハの各位置における対象反射スペクトル信号８１０＿１〜８１０＿４９について、ダーク信号分を減算する。また、減算結果に、絶対反射率補正係数Ｒｋを乗算することで、第１の算出結果を得る。なお、図８の例では、対象反射スペクトル信号の強度を“Spectrum_sample”、ダーク信号の強度を“Spectrum_dark”としている。ダーク信号とは、光源部１１０が可視光を照射していない状態で、集光プローブ１２０により検出される信号である。
【００９０】
また、補正部３０５では、基準ウェハ（ＢａｒｅＳｉウェハ）の基準位置における基準反射スペクトル信号８３０に対して、対応する相対反射率（Ｋ）を乗算したうえで、ダーク信号分を減算し、第２の算出結果（補正済み基準反射スペクトル信号）を得る。なお、図８の例では、基準反射スペクトル信号の強度を“Spectrum_BareSi”、ダーク信号の強度を“Spectrum_dark”としている。
【００９１】
更に、補正部３０５では、第１の算出結果を第２の算出結果で除算することで、それぞれの測定点Ｐ１〜Ｐ４９において測定した対象反射スペクトル信号８１０＿１〜８１０＿４９の強度と、対応する補正済み基準反射スペクトル信号の強度との対比結果を得る。なお、図８の例では、対比結果を“Spectrum_Cal”としている。
【００９２】
なお、補正部３０５では、補正済み基準反射スペクトル信号の強度（“K*Spectrum_BareSi”）または対比結果（“Spectrum_Cal”）を膜厚算出部１６０に通知する。
【００９３】
＜膜厚の算出結果＞
次に、補正済み基準反射スペクトル信号を用いて膜厚を算出した場合の効果について、図９を用いて説明する。図９は、膜厚の測定精度が向上したことを示す図であり、一般的なエリプソメトリを使用して計測した結果を示している。
【００９４】
図９において、膜厚測定結果９０１は、測定対象のウェハの外周部分が垂れた状態で、反射光を検出し、検出した反射光の対象反射スペクトル信号を基準反射スペクトル信号と対比することで、膜厚を算出した結果を示している。
【００９５】
一方、図９において、膜厚測定結果９０２は、測定対象のウェハの外周部分が垂れていない状態で反射光を検出し、検出した反射光の対象反射スペクトル信号を基準反射スペクトル信号と対比することで、膜厚を算出した結果を示している。測定対象のウェハに反りや垂れがない状態に保持することで膜厚測定結果９０２が得られる。
【００９６】
更に、図９において、差分分布９０３は、膜厚測定結果９０１と膜厚測定結果９０２との差分値（膜厚測定の誤差）を示している。具体的には、図９において、濃い色ほど差分値が小さく、薄い色ほど差分値が大きいことを示している。差分分布９０３の場合、測定対象のウェハの外周部分が垂れている影響が膜厚測定の誤差として表われている（差分値が大きい）。
【００９７】
一方、図９において、膜厚測定結果９１１は、測定対象のウェハの外周部分が垂れた状態で反射光を検出し、検出した反射光の対象反射スペクトル信号を補正済み基準反射スペクトル信号と対比することで、膜厚を算出した結果を示している。
【００９８】
また、図９において、膜厚測定結果９１２は、測定対象のウェハの外周部分が垂れていない状態で、反射光を検出し、検出した反射光の対象反射スペクトル信号を基準反射スペクトル信号と対比することで、膜厚を算出した結果を示している。
【００９９】
更に、図９において、差分分布９１３は、膜厚測定結果９１１と膜厚測定結果９１２との差分値（膜厚測定の誤差）を示している。具体的には、図９において、濃い色ほど差分値が小さく、薄い色ほど差分値が大きいことを示している。差分分布９１３の場合、測定対象のウェハの外周部分が垂れている影響が排除され、差分分布９０３と比較して、全体的に差分値が小さくなっている（膜厚測定の誤差が小さくなっている）。
【０１００】
このように、膜厚を算出する際、補正済み基準反射スペクトル信号を用いることにより、測定対象のウェハの外周部分に垂れが生じている場合でも、膜厚の算出を適切に行うことが可能となり、膜厚測定の測定精度の低下を回避することができる。
【０１０１】
＜まとめ＞
以上の説明から明らかなように、第１の実施形態に係る膜厚測定装置は、反射スペクトル補正部を有しており、当該反射スペクトル補正部は、
・膜厚が既知の基準ウェハの基準位置において、集光プローブにより検出された反射光の基準反射スペクトル信号と、基準位置以外の各位置において、該集光プローブにより検出された反射光の各反射スペクトル信号と、の各相対反射率を算出する。
・各相対反射率と、基準ウェハの各位置と集光プローブとの間の距離を示す各距離データとの関係を特定し、一次式を算出する。
・一次式に基づき、測定対象のウェハの各位置と集光プローブとの間の距離を示す各距離データに対応する各相対反射率を算出する。
・測定対象のウェハの各位置における膜厚を算出する際に、一次式に基づいて算出された各相対反射率に基づき、基準反射スペクトル信号を補正する。
【０１０２】
これにより、第１の実施形態に係る膜厚測定装置によれば、測定対象のウェハが変形していた場合でも、膜厚の算出を適切に行うことが可能となり、膜厚測定の測定精度の低下を回避することができる。
【０１０３】
［第２の実施形態］
上記第１の実施形態では、基準ウェハの反りや垂れに伴う４９点分の距離データの変動範囲から得られた、反射スペクトル信号のピーク値に基づいて各相対反射率を算出し、算出した各相対反射率を用いて、関係式を算出するものとして説明した。
【０１０４】
しかしながら、関係式の算出方法はこれに限定されない。例えば、基準ウェハの反りや垂れに伴う距離データの変動範囲外において、反射スペクトル信号のピーク値を予測し、当該予測したピーク値に基づいて算出した相対反射率も含めて、関係式を算出するように構成してもよい。
【０１０５】
また、上記第１の実施形態では、変形している基準ウェハを用いて、反射光を検出する構成とした。しかしながら、反射光の検出方法はこれに限定されず、例えば、集光プローブ１２０と基準ウェハとの間の距離を変えながら、反射光を検出する構成としてもよい。これにより、変形している基準ウェハを用いる場合と比較して、距離データの変動範囲を拡げることができる。
【０１０６】
また、上記第１の実施形態では、校正フェーズにおいて、基準反射スペクトル信号を予め用意し、測定フェーズにおいて、測定対象のウェハの各位置の距離データが測定されるごとに、対応する相対反射率を算出し、基準反射スペクトル信号に乗算する構成とした。しかしながら、各距離データに対応する相対反射率を基準反射スペクトル信号に予め乗算した複数の補正済み基準反射スペクトル信号を、校正フェーズにおいて用意してもよい。そして、測定フェーズにおいて、距離データが測定されるごとに、対応する補正済み基準反射スペクトル信号を読み出す構成としてもよい。
【０１０７】
また、上記第１の実施形態において、図８では、補正部３０５が、対象反射スペクトル信号と補正済み基準反射スペクトル信号との対比結果を膜厚算出部１６０に通知する場合について示した。しかしながら、補正部３０５は、補正済み基準反射スペクトル信号を膜厚算出部１６０に通知し、膜厚算出部１６０において対象反射スペクトル信号と対比するように構成してもよい。
【０１０８】
なお、上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせ等、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【０１０９】
本願は、日本特許庁に２０１８年６月２７日に出願された特願２０１８−１２２１４８号の優先権を主張するものであり、その全内容を参照によりここに援用する。
【符号の説明】
【０１１０】
１００      ：膜厚測定装置
１１０      ：光源部
１２０      ：集光プローブ
１３０      ：距離センサ
１４０      ：制御部
１５０      ：反射スペクトル補正部
１６０      ：膜厚算出部
１７０      ：ウェハチャックヘッド
３０１      ：スペクトル分布取得部
３０２      ：距離分布取得部
３０３      ：関係算出部
３０４      ：パラメータ算出部
３０５      ：補正部
【図１】
2020004142.tif 000003
【図２】
2020004142.tif 000004
【図３】
2020004142.tif 000005
【図４】
2020004142.tif 000006
【図５】
2020004142.tif 000007
【図６】
2020004142.tif 000008
【図７】
2020004142.tif 000009
【図８】
2020004142.tif 000010
【図９】
2020004142.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和2年12月15日(2020.12.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜厚が既知の第１ウェハの基準位置において、集光プローブにより検出された反射光の基準反射スペクトル信号と、基準位置以外の各位置において、該集光プローブにより検出された反射光の各反射スペクトル信号と、の各相対反射率を算出する第１算出部と、
前記第１算出部により算出された各相対反射率と、前記第１ウェハの各位置と前記集光プローブとの間の距離を示す各距離データと、の関係を特定する特定部と、
前記特定部により特定された関係に基づき、測定対象の第２ウェハの各位置と前記集光プローブとの間の距離を示す各距離データに対応する各相対反射率を算出する第２算出部と、
前記第２算出部により算出された各相対反射率に基づき、前記基準反射スペクトル信号を補正する補正部と、
前記補正部で補正された基準反射スペクトルと前記第１ウェハの絶対反射率と前記第２ウェハの各位置における反射スペクトルとに基づき、前記第２ウェハの各位置における膜厚を算出する膜厚算出部と、
を有する膜厚測定装置。
【請求項２】
前記第１算出部は、
前記第１ウェハの基準位置において、集光プローブにより検出された反射光の基準反射スペクトル信号から抽出したピーク値と、前記基準位置以外の各位置において、前記集光プローブにより検出された反射光の反射スペクトル信号から抽出したピーク値と、を用いて前記各相対反射率を算出する、請求項１に記載の膜厚測定装置。
【請求項３】
前記特定部は、
前記第１算出部により算出された各相対反射率と、前記第１ウェハの各位置の前記集光プローブとの間の距離を示す各距離データとの関係を、一次式で近似する、請求項２に記載の膜厚測定装置。
【請求項４】
前記補正部は、
前記基準反射スペクトル信号に、算出した前記各相対反射率を乗算することで、各補正済み基準反射スペクトル信号を算出し、
前記第２ウェハの各位置において、前記集光プローブにより検出された反射光の各対象反射スペクトル信号と、前記各補正済み基準反射スペクトル信号とを対比することで対比結果を算出し、前記第２ウェハの各位置における膜厚を算出する際に用いる、請求項１に記載の膜厚測定装置。
【請求項５】
さらに、ウェハ上の所望の点と前記集光プローブとの間の距離を測定するための距離センサを有し、
前記第１ウェハの各位置と前記集光プローブとの間の距離を示す各距離データと、前記第２ウェハの各位置と前記集光プローブとの間の距離を示す各距離データは、前記距離センサによって取得される、
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の膜厚測定装置。
【請求項６】
前記集光プローブによる反射光の検出と前記距離センサによる距離の測定は並行して実行される、
請求項５に記載の膜厚測定装置。
【請求項７】
膜厚が既知の第１ウェハの基準位置において、集光プローブにより検出された反射光の基準反射スペクトル信号と、基準位置以外の各位置において、該集光プローブにより検出された反射光の各反射スペクトル信号と、の各相対反射率を算出する第１算出工程と、
前記第１算出工程において算出された各相対反射率と、前記第１ウェハの各位置と前記集光プローブとの間の距離を示す各距離データと、の関係を特定する特定工程と、
前記特定工程において特定された関係に基づき、測定対象の第２ウェハの各位置と前記集光プローブとの間の距離を示す各距離データに対応する各相対反射率を算出する第２算出工程と、
前記第２算出工程において算出された各相対反射率に基づき、前記基準反射スペクトル信号を補正する補正工程と、
前記補正工程において補正された基準反射スペクトルと前記第１ウェハの絶対反射率と前記第２ウェハの各位置における反射スペクトルとに基づき、前記第２ウェハの各位置における膜厚を算出する膜厚算出工程と、
を有する補正方法。
【国際調査報告】
2020004142.tif 000012
2020004142.tif 000013
2020004142.tif 000014