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TWI807057B - 膜厚測定裝置及修正方法 - Google Patents

膜厚測定裝置及修正方法 Download PDF

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TWI807057B
TWI807057B TW108121969A TW108121969A TWI807057B TW I807057 B TWI807057 B TW I807057B TW 108121969 A TW108121969 A TW 108121969A TW 108121969 A TW108121969 A TW 108121969A TW I807057 B TWI807057 B TW I807057B
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Inventor
梅原康敏
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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種即便於測定對象之晶圓變形之情形時，亦能夠算出膜厚之膜厚測定裝置。 本發明之膜厚測定裝置具有：第1算出部，其算出膜厚已知之第1晶圓之基準位置之基準反射光譜信號與基準位置以外之各位置之反射光譜信號之各相對反射率；特定部，其特定出藉由上述第1算出部算出之各相對反射率、與上述第1晶圓之各位置和上述聚光探測器之間之各距離資料的關係；第2算出部，其基於藉由上述特定部所特定出之關係，算出與測定對象之第2晶圓之各位置和上述聚光探測器之間之各距離資料對應的各相對反射率；及修正部，其於算出上述第2晶圓之各位置之膜厚時，基於藉由上述第2算出部算出之各相對反射率，對上述基準反射光譜信號進行修正。

Description

膜厚測定裝置及修正方法
本發明係關於一種膜厚測定裝置及修正方法。
先前以來，作為進行晶圓之膜厚測定之膜厚測定裝置，提出有各種裝置。例如，於下述專利文獻中揭示有一種膜厚測定裝置，其向晶圓表面照射可見光，使用由聚光探測器所檢測出之反射光之反射光譜信號進行膜厚測定。
於該膜厚測定裝置中，以測定對象之晶圓未變形為前提，藉由與自膜厚已知之基準晶圓(例如裸矽(BareSi)晶圓)獲取之基準反射光譜信號進行對比，而關於測定對象之晶圓算出膜厚。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2003-42722號公報
[專利文獻2]日本專利特開2009-192331號公報
本發明提供一種即便於測定對象之晶圓變形之情形時，亦能夠算出膜厚之膜厚測定裝置及修正方法。
本發明之一態樣之膜厚測定裝置例如具有如下構成。即，具有：第1算出部，其算出於膜厚已知之第1晶圓之基準位置藉由聚光探測器所檢測出之反射光之基準反射光譜信號、與於基準位置以外之各位置藉由該聚光探測器所檢測出之反射光之各反射光譜信號的各相對反射率；特定部，其特定出藉由上述第1算出部算出之各相對反射率、與表示上述第1晶圓之各位置和上述聚光探測器之間之距離之各距離資料的關係；第2算出部，其基於藉由上述特定部所特定出之關係，算出與表示測定對象之第2晶圓之各位置與上述聚光探測器之間的距離之各距離資料對應之各相對反射率；及修正部，其於算出上述第2晶圓之各位置之膜厚時，基於藉由上述第2算出部算出之各相對反射率，對上述基準反射光譜信號進行修正。
根據本發明，能夠提供一種即便於測定對象之晶圓變形之情形時，亦能夠算出膜厚之膜厚測定裝置及修正方法。
100:膜厚測定裝置
110:光源部
120:聚光探測器
130:距離感測器
140:控制部
150:反射光譜修正部
160:膜厚算出部
170:晶圓夾頭
201:CPU
202:ROM
203:RAM
204:輔助記憶裝置
205:顯示裝置
206:操作裝置
207:I/F裝置
210:匯流排
301:光譜分佈獲取部
302:距離分佈獲取部
303:關係算出部
304:參數算出部
305:修正部
310:基準反射光譜信號儲存部
W:晶圓
圖1係表示膜厚測定裝置之構成之模式圖。
圖2係表示膜厚測定裝置之控制部之硬體構成之一例的圖。
圖3係表示反射光譜修正部之功能構成之一例之圖。
圖4係表示利用反射光譜修正部進行之反射光譜修正處理之流程之流程圖。
圖5係表示校正階段之光譜分佈獲取部之處理之具體例的圖。
圖6係表示校正階段之距離分佈獲取部之處理之具體例的圖。
圖7係表示校正階段之關係算出部之處理之具體例的圖。
圖8係表示測定階段之各部之處理之具體例的圖。
圖9係表示膜厚之測定精度提高之圖。
首先，對以下各實施形態中所使用之用語之定義進行說明，並且關於以下各實施形態之膜厚測定裝置之概要，一面與通常之膜厚測定裝置加以比較一面進行說明。
以下各實施形態中，所謂「測定對象之晶圓」(第2晶圓)係指膜厚未知之晶圓，所謂「基準晶圓」(第1晶圓)係指膜厚已知之晶圓。
此處，於通常之膜厚測定裝置中，以測定對象之晶圓未變形為前提，於校正時使用未變形之基準晶圓。即，於通常之膜厚測定裝置中，以表示檢測反射光之聚光探測器與測定對象之晶圓之各位置之間之距離的各「距離資料」固定，且與表示聚光探測器和基準晶圓之間之距離的「距離 資料」一致為前提。
於該前提之下，測定對象之晶圓與基準晶圓之反射光譜信號之差異依存於膜厚之差異。因此，於通常之膜厚測定裝置中，藉由將如下兩者進行對比而算出各位置之膜厚，即：‧測定對象之晶圓之各位置之反射光譜信號(「對象反射光譜信號」)、與‧基準晶圓之反射光譜信號(「基準反射光譜信號」)
此處，於通常之膜厚測定裝置之情形時，例如以獲取基準晶圓之中央之1點作為代表值，且該點之膜厚已知為前提。
然而，實際上，測定對象之晶圓因各種因素而產生變形，距離資料根據測定對象之各位置而發生變動。因此，測定對象之晶圓與基準晶圓之反射光譜信號之差異不僅包含膜厚之差異，亦包含距離資料之差異。結果，於通常之膜厚測定裝置中，在測定對象之晶圓變形之情形時，膜厚測定之測定精度會降低。
鑒於此，於以下各實施形態之膜厚測定裝置中，構成為即便於測定對象之晶圓變形之情形時，亦將排除因距離資料之變動所造成之對反射光譜信號之影響，以便適當地算出膜厚。
具體而言，於以下各實施形態之膜厚測定裝置中，首先，於校正時，使用變形之基準晶圓(再者，較佳為使用膜厚均勻之基準晶圓)。繼 而，利用一次式對反射光譜信號伴隨距離資料於基準晶圓之特定之位置(「基準位置」)與除基準位置以外之各位置發生變動而變動之關係進行近似。再者，作為表示反射光譜信號之變動之值，於以下各實施形態之膜厚測定裝置中，使用基準位置之基準反射光譜信號與除基準位置以外之各位置之反射光譜信號的「相對反射率」。
進而，於以下各實施形態之膜厚測定裝置中，根據近似所得之一次式，算出與測定對象之晶圓之各位置之距離資料對應之各相對反射率，使用所算出之各相對反射率對用於膜厚之算出之基準反射光譜信號進行修正。藉此，算出修正後之基準反射光譜信號(「修正過之基準反射光譜信號」)。
繼而，於以下各實施形態之膜厚測定裝置中，藉由將如下兩者進行對比而算出各位置之膜厚，即：‧測定對象之晶圓之各位置之反射光譜信號(「對象反射光譜信號」)、與‧與測定對象之晶圓之各位置之距離資料對應之各修正過之基準反射光譜信號。
藉此，根據以下各實施形態之膜厚測定裝置，即便於測定對象之晶圓變形之情形時，亦能夠適當地算出膜厚，能夠避免膜厚測定之測定精度降低。
以下，參照隨附圖式對各實施形態之詳細情況進行說明。再者，於本說明書及圖式中，對實質上具有相同功能構成之構成要素，藉由附上相同之符號而省略重複之說明。
[第1實施形態] <膜厚測定裝置之構成>
圖1係表示膜厚測定裝置之構成之模式圖，抽選並示出膜厚測定裝置所具有之各構成中之一部分構成。如圖1所示，膜厚測定裝置100至少具有光源部110、聚光探測器120、距離感測器130、控制部140及晶圓夾頭170。
光源部110經由聚光探測器120對載置於晶圓夾頭170之晶圓W照射可見光。
聚光探測器120具有出射可見光之出射部、及供於晶圓W表面反射之反射光入射之入射部。入射至入射部之反射光以反射光信號之形式被傳送至控制部140。
再者，晶圓夾頭170被控制為一面向箭頭172之任一方向旋轉，一面於箭頭171之方向上往復動作。藉此，聚光探測器120可於晶圓W之各位置檢測反射光。
距離感測器130測定聚光探測器120(例如聚光探測器120之前端位置) 與晶圓W上之所期望之點(位置)之間的距離，並輸出所測定出之距離之資訊。於晶圓W之各位置所測定出之距離資料被發送至控制部140。距離感測器130能夠關於藉由聚光探測器120進行反射光之檢測之晶圓W上之全部位置，測定與聚光探測器120之間之距離。
於控制部140，安裝有反射光譜修正程式及膜厚算出程式，藉由執行該程式，控制部140作為反射光譜修正部150及膜厚算出部160發揮功能。
反射光譜修正部150於校正階段與測定階段執行不同之處理。所謂校正階段係指如下階段：鑒於反射光譜信號與膜厚之關係受到距離資料之變動之影響，使用一次式對反射光譜信號伴隨距離資料之變動而發生變動之關係進行近似。
再者，晶圓W之各位置之距離資料因晶圓W之變形而發生變動。具體而言，於將晶圓W成膜之情形時，由因膜應力而產生之晶圓之“翹曲”導致發生變動。
又，當如圖1般，晶圓W之直徑大於晶圓夾頭170之直徑時，晶圓W之各位置之距離資料由於晶圓W之外周部分因自重下垂(“懸垂”)而發生變動。
如此，當距離資料因晶圓W之翹曲或下垂而發生變動時，反射光譜信號受到影響，故而會導致於算出晶圓W表面之膜厚時產生誤差。因此， 於校正階段，使用膜厚已知之基準晶圓且具有翹曲或下垂之基準晶圓，預先使用一次式對反射光譜信號伴隨距離資料之變動而發生變動之關係進行近似。再者，作為本實施形態中所使用之基準晶圓之具體例，可列舉鏡面石英玻璃製之高反射用鏡面板。或者，可列舉於裸矽上形成有自然氧化膜(厚度10nm左右)者，或於裸矽上形成有Al2O3膜(厚度30nm左右)者(以下稱為裸矽晶圓)等。
另一方面，所謂測定階段係指如下階段：將晶圓W(測定對象之晶圓)之各位置之距離資料輸入至上述一次式，算出與測定對象之晶圓之各位置之距離資料相應的各相對反射率，藉此算出修正過之基準反射光譜信號。於反射光譜修正部150中，將已算出之修正過之基準反射光譜信號、或對象反射光譜信號與修正過之基準反射光譜信號之對比結果通知至膜厚算出部160。
即，本實施形態中所使用之所謂修正過之基準反射光譜信號係指鑒於基準晶圓之當前位置之距離資料相對於基準位置發生變動之情況，對相對於基準位置之距離資料發生變動之量之反射率變化量進行修正所得之基準反射光譜信號。
又，所謂對象反射光譜信號係指測定對象之晶圓之當前位置之反射光譜信號。
膜厚算出部160使用由反射光譜修正部150通知之與晶圓W(測定對象 之晶圓)之各位置之距離資料對應之修正過之基準反射光譜信號，算出晶圓W(測定對象之晶圓)之各位置之膜厚。或者，膜厚算出部160使用由反射光譜修正部150通知之晶圓W(測定對象之晶圓)之各位置之對比結果，算出晶圓W(測定對象之晶圓)之各位置之膜厚。
如此，根據第1實施形態之膜厚測定裝置100，相應於晶圓W之各位置之距離資料發生變動，對基準反射光譜信號進行修正。藉此，於反射光譜修正部150中，能夠算出已排除由距離資料之變動所致之影響之修正過之基準反射光譜信號。
其結果，根據第1實施形態之膜厚測定裝置100，即便於測定對象之晶圓變形之情形時，亦能夠使用修正過之基準反射光譜信號適當地算出膜厚，能夠避免膜厚測定之測定精度降低。
<控制部之硬體構成>
其次，對控制部140之硬體構成進行說明。圖2係表示控制部之硬體構成之一例之圖。如圖2所示，控制部140具有CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)201、ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)202及RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)203。CPU201、ROM202及RAM203形成所謂之電腦。
又，控制部140具有輔助記憶裝置204、顯示裝置205、操作裝置206及I/F(Interface，介面)裝置207。再者，控制部140之各硬體經由匯流排 210相互連接。
CPU201係執行輔助記憶裝置204中所安裝之各種程式(例如反射光譜修正程式、膜厚算出程式等)之運算器件。
ROM202係非揮發性記憶體。ROM202作為儲存CPU201執行輔助記憶裝置204中所安裝之各種程式所需之各種程式及資料等之主記憶器件發揮功能。具體而言，ROM202作為儲存BIOS(Basic Input/Output System，基本輸入輸出系統)或EFI(Extensible Firmware Interface，可延伸韌體介面)等啟動程式等之主記憶器件發揮功能。
RAM203係DRAM(Dynamic Random Access Memory，動態隨機存取記憶體)或SRAM(Static Random Access Memory，靜態隨機存取記憶體)等揮發性記憶體。RAM203作為主記憶器件發揮功能，即，提供當利用CPU201執行輔助記憶裝置中所安裝204之各種程式時，供該等程式展開之作業區域。
輔助記憶裝置204係儲存各種程式或藉由執行各種程式而產生之資訊之輔助記憶器件。
顯示裝置205係顯示控制部140之內部狀態之顯示器件。操作裝置206係用以供膜厚測定裝置100之操作員對膜厚測定裝置100輸入各種指示之輸入器件。
I/F裝置207係用以與膜厚測定裝置100內之各裝置連接並與各裝置之間進行通信之連接器件。
<反射光譜修正部之功能構成>
其次，對藉由執行反射光譜修正程式而實現之反射光譜修正部150之功能構成之詳細情況進行說明。
圖3係表示反射光譜修正部之功能構成之一例之圖。如圖3所示，反射光譜修正部150具有光譜分佈獲取部301、距離分佈獲取部302、關係算出部303、參數算出部304及修正部305。再者，於圖3中，實線箭頭表示校正階段之資料之流向，虛線箭頭表示測定階段之資料之流向。
光譜分佈獲取部301係第1算出部之一例。光譜分佈獲取部301於校正階段獲取藉由聚光探測器120所檢測出之晶圓W(校正階段之情形時為基準晶圓(裸矽晶圓))之各位置之反射光信號。
又，光譜分佈獲取部301基於各位置之反射光信號產生各反射光譜信號。於光譜分佈獲取部301中，將其中之基準位置(晶圓W之中心位置)之反射光譜信號作為基準反射光譜信號儲存於基準反射光譜信號儲存部310。
又，光譜分佈獲取部301自各位置之反射光譜信號中提取峰值，算出 相對於自基準反射光譜信號中提取之峰值之相對值(相對反射率(K))。進而，光譜分佈獲取部301將各位置之相對反射率(K)設為“資料D1”而通知至關係算出部303。
又，光譜分佈獲取部301於測定階段獲取藉由聚光探測器120所檢測出之晶圓W(測定階段之情形時為測定對象之晶圓)之各位置之反射光信號。又，光譜分佈獲取部301基於各位置之反射光信號產生各對象反射光譜信號，並通知至修正部305。
距離分佈獲取部302於校正階段獲取距離資料(G)，該距離資料(G)係自距離感測器130發送且表示反射光檢測時之晶圓W(基準晶圓(裸矽晶圓))之各位置與聚光探測器120之間之距離。又，距離分佈獲取部302將晶圓W(基準晶圓(裸矽晶圓))之各位置之距離資料(G)設為“資料D2”而通知至關係算出部303。
又，距離分佈獲取部302於測定階段獲取距離資料(G)，該距離資料(G)係自距離感測器130發送且表示反射光檢測時之晶圓W(測定對象之晶圓)之各位置與聚光探測器120之間之距離。又，距離分佈獲取部302將晶圓W(測定對象之晶圓)之各位置之距離資料(G)通知至參數算出部304。
關係算出部303係特定部之一例。關係算出部303於校正階段，基於資料D1與資料D2算出表示基準晶圓(裸矽晶圓)之距離資料(G)與相對反射率(K)之關係之關係式。關係算出部303將所算出之表示距離資料(G)與相 對反射率(K)之關係之關係式設為“資料D3”而通知至參數算出部304。
參數算出部304係第2算出部之一例。參數算出部304於校正階段，保持由關係算出部303通知之資料D3。又，參數算出部304於測定階段，使用所保持之資料D3，算出由距離分佈獲取部302通知之與晶圓W(測定對象之晶圓)之各位置之距離資料(G)對應之各相對反射率(K)。
又，參數算出部304將所算出之各相對反射率(K)通知至修正部305。
修正部305於測定階段，自基準反射光譜信號儲存部310讀出基準反射光譜信號，使用與晶圓W(測定對象之晶圓)之各位置之距離資料對應之相對反射率(K)，對已讀出之基準反射光譜信號進行修正。藉此，產生晶圓(測定對象之晶圓)之各位置之修正過之基準反射光譜信號。又，修正部305將修正過之基準反射光譜信號通知至膜厚算出部160。或者，修正部305將晶圓W(測定對象之晶圓)之各位置之對象反射光譜信號和與晶圓W(測定對象之晶圓)之各位置之距離資料對應之各修正過之基準反射光譜信號進行對比，將對比結果通知至膜厚算出部160。
<反射光譜修正處理之流程>
其次，對藉由反射光譜修正部150所執行之反射光譜修正處理之流程進行說明。圖4係表示藉由反射光譜修正部所執行之反射光譜修正處理之流程之流程圖。再者，當開始圖4所示之反射光譜修正處理時，於反射光譜修正部150中，絕對反射率之修正係數(Rk)之算出完成。絕對反射率之 修正係數(Rk)係例如使用石英玻璃等標準樣品，基於由NIST(美國國家標準與技術研究院)等發佈之絕對光譜之資料而進行。
於步驟S401中，膜厚測定裝置100之操作員將晶圓W(基準晶圓(裸矽晶圓))設置於晶圓夾頭170。
於步驟S402中，膜厚測定裝置100使晶圓夾頭170一面向箭頭172之任一方向旋轉，一面於箭頭171之方向上往復動作。此時，聚光探測器120於基準晶圓(裸矽晶圓)之各位置檢測反射光。進而，光譜分佈獲取部301基於基準晶圓(裸矽晶圓)之各位置之反射光譜信號之峰值算出相對反射率(K)，設為資料D1輸出。
又，距離感測器130對基準晶圓(裸矽晶圓)之上述各位置測定與聚光探測器120之間的距離，將距離資料輸出至控制部140(反射光譜修正部150)。進而，反射光譜修正部150之距離分佈獲取部302將各位置之距離資料(G)設為資料D2輸出。
於步驟S403中，關係算出部303算出表示距離資料(G)與相對反射率(K)之關係之關係式，並將所算出之關係式設為資料D3通知至參數算出部304。以上，步驟S401至步驟S403係於校正階段執行。
繼而，於步驟S404中，膜厚測定裝置100之操作員將測定對象之晶圓設置於晶圓夾頭170。
於步驟S405中，膜厚測定裝置100使晶圓夾頭170一面向箭頭172之任一方向旋轉，一面於箭頭171之方向上往復動作。此時，聚光探測器120於測定對象之晶圓之各位置檢測反射光。進而，光譜分佈獲取部301將測定對象之晶圓之各位置之對象反射光譜信號通知至修正部305。
又，距離感測器130關於測定對象之晶圓之上述各位置測定與聚光探測器120之間之距離，將距離資料輸出至控制部140(反射光譜修正部150)。進而，反射光譜修正部150之距離分佈獲取部302將各位置之距離資料(G)通知至參數算出部304。
於步驟S406中，參數算出部304係使用於校正階段由關係算出部303通知之資料D3，算出由距離分佈獲取部302通知之與測定對象之晶圓之各位置之距離資料對應的各相對反射率(K)。進而，參數算出部304將各位置之相對反射率(K)通知至修正部305。
於步驟S407中，修正部305使用由光譜分佈獲取部301通知之與測定對象之晶圓之各位置之距離資料對應的相對反射率(K)，對基準反射光譜信號進行修正。又，修正部305將修正過之基準反射光譜信號通知至膜厚算出部160。以上，步驟S404至步驟S407係於測定階段執行。
再者，於步驟S402或步驟S405中進行之利用聚光探測器120之反射光之檢測與利用距離感測器130之距離之測定係同步進行。具體而言，當 聚光探測器120檢測出自晶圓上之某點(位置)反射之反射光時，距離感測器130與此同時地測定該點(位置)與聚光探測器120之間的距離，並輸出所測定出之距離之距離資料。但，利用聚光探測器120之反射光之檢測與利用距離感測器130之距離之測定無需完全同時進行。例如於聚光探測器120檢測出自晶圓上之第1點(位置)反射之反射光之後，檢測自晶圓上之第2點(位置)反射之反射光時，距離感測器130亦可測定第1點與聚光探測器120之間之距離。
或者，利用聚光探測器120之反射光之檢測與利用距離感測器130之距離之測定亦可於互不相同之期間實施。例如於聚光探測器120對晶圓上之複數個點(位置)進行檢測自該等位置反射之反射光之處理之後，距離感測器130亦可對該等複數個點(位置)測定與聚光探測器120之間的距離。但，同步執行利用距離感測器130之距離之測定與利用聚光探測器120之反射光之檢測由於可縮短反射光譜修正處理之處理時間，故而較佳。
又，藉由光譜分佈獲取部301進行之處理與藉由距離分佈獲取部302進行之處理亦同步進行，但該等2個處理亦可分別於不同之時段執行。
<反射光譜修正部之各部之校正階段之處理的具體例>
其次，對反射光譜修正部150之各部(光譜分佈獲取部301、距離分佈獲取部302及關係算出部303)之校正階段之處理之具體例進行說明。
(1)光譜分佈獲取部之校正階段之處理之具體例
首先，對光譜分佈獲取部301之校正階段之處理之具體例進行說明。圖5係表示校正階段之反射光譜分佈獲取部之處理之具體例的圖。
圖5中，符號510表示自正面(自正上方)觀察到載置於晶圓夾頭170之基準晶圓(裸矽晶圓)之情況。於符號510處，呈同心圓狀配置之點表示藉由聚光探測器120檢測反射光之裸矽晶圓之各位置。再者，裸矽晶圓之各位置中之裸矽晶圓之中心位置係基準位置。
於圖5之例之情形時，聚光探測器120於49處之各位置檢測反射光。此處，將49處之各位置稱為測定點P1~P49。再者，聚光探測器120檢測反射光之各位置之數目並不限定於49處。又，聚光探測器120檢測反射光之各位置之配置並不限定於同心圓狀。
如圖5所示，藉由聚光探測器120檢測反射光，於光譜分佈獲取部301中獲取測定點P1~P49之各位置之裸矽反射光譜信號520_1~520_49。
又，如圖5所示，於光譜分佈獲取部301中，自測定點P1~P49之各位置之裸矽反射光譜信號520_1~520_49分別提取峰值。進而，於光譜分佈獲取部301中，分別算出相對於自基準位置(測定點P1)之裸矽反射光譜信號520_1提取之峰值之相對值即相對反射率，產生資料D1。
如圖5所示，資料D1包含“測定點”、“裸矽反射光譜峰值”及“裸矽相對反射率(K)”作為資訊之項目。“測定點”中儲存有表示檢測反射 光之各位置之資訊。又，“裸矽反射光譜峰值”中儲存有自於對應之測定點檢測出之反射光之裸矽反射光譜信號中提取之峰值。進而，“裸矽相對反射率(K)”中儲存有自於對應之測定點檢測出之反射光之裸矽反射光譜信號中提取之峰值相對於自裸矽反射光譜信號520_1中提取之峰值的相對反射率。
(2)距離分佈獲取部之校正階段之處理之具體例
其次，對距離分佈獲取部302之校正階段之處理之具體例進行說明。圖6係表示校正階段之距離分佈獲取部之處理之具體例的圖。
圖6中，符號510表示自正面(自正上方)觀察到載置於晶圓夾頭170之基準晶圓(裸矽晶圓)之情況。呈同心圓狀配置之點表示供利用距離感測器130測定表示與聚光探測器120之間之距離之距離資料的裸矽晶圓之各位置。
於圖6之例之情形時，距離感測器130於49處之各位置測定表示與聚光探測器120之間之距離之距離資料。再者，距離感測器130測定距離資料之各位置之數目並不限定於49處。又，距離感測器130測定距離資料之各位置之配置並不限定於同心圓狀。
但，各位置之數目及各位置之配置係設為與聚光探測器120檢測反射光之各位置之數目及各位置之配置相同。
如圖6所示，藉由距離感測器130測定距離資料，於距離分佈獲取部302中獲取聚光探測器120與測定點P1~P49之各位置之間之距離資料，產生資料D2。如圖6所示，資料D2包含“測定點”及“裸矽距離資料(G)”作為資訊之項目。“測定點”中儲存有表示測定距離資料之各位置之資訊。又，“裸矽距離資料(G)”中儲存有於對應之測定點所測定出之距離資料。
(3)關係算出部之校正階段之處理之具體例
其次，對關係算出部303之校正階段之處理之具體例進行說明。圖7係表示校正階段關係算出部之處理之具體例之圖。
於圖7之散點圖700中，橫軸表示藉由距離分佈獲取部302所獲取之裸矽距離資料(G)，縱軸表示藉由光譜分佈獲取部301所獲取之裸矽相對反射率(K)。
如圖7所示，於關係算出部303中，獲取資料D1與資料D2，於與在各測定點P1~P49測定出之裸矽距離資料(G)與裸矽相對反射率(K)之組對應之位置繪製標記。藉此，形成散點圖700。
又，如圖7所示，於關係算出部303中，基於所產生之散點圖700，算出表示裸矽距離資料(G)與裸矽相對反射率(K)之關係之一次式。如圖7所示，裸矽距離資料(G)與裸矽相對反射率(K)之關係可藉由一次式：K=a×G+b(其中a、b為係數)進行近似。再者，關係算出部303將近似所得 之一次式設為資料D3通知至參數算出部304。
<反射光譜修正部之各部之測定階段之處理的具體例>
其次，對反射光譜修正部150之各部之測定階段之處理的具體例進行說明。圖8係表示測定階段之各部之處理之具體例的圖。
如圖8所示，於測定階段，光譜分佈獲取部301獲取聚光探測器120於測定對象之晶圓之各個測定點P1~P49所檢測出之反射光之對象反射光譜信號810_1~810_49。又，光譜分佈獲取部301將所獲取之對象反射光譜信號810_1~810_49通知至修正部305。
又，如圖8所示，於測定階段，距離分佈獲取部302將距離感測器130於測定對象之晶圓之各個測定點P1~P49測定出之與聚光探測器120之間的對象距離資料(G)設為距離資料820通知至參數算出部304。
又，如圖8所示，於測定階段，參數算出部304將距離資料820之各個測定點P1~P49之對象距離資料(G)輸入至資料D3所示之一次式：K=a×G+b。藉此，參數算出部304能夠針對所輸入之每一對象距離資料(G)，輸出相對反射率(K1)~相對反射率(K49)。
於修正部305中，針對於由光譜分佈獲取部301通知之各個測定點P1~P49檢測出的測定對象之晶圓之各位置之對象反射光譜信號810_1~810_49，減去暗信號量。又，藉由對減法結果乘以絕對反射率之 修正係數(Rk)，而獲得第1算出結果。再者，於圖8之例中，將對象反射光譜信號之強度設為“Spectrum_sample”，將暗信號之強度設為“Spectrum_dark”。所謂暗信號係指於光源部110未照射可見光之狀態下由聚光探測器120檢測出之信號。
又，於修正部305中，對基準晶圓(裸矽晶圓)之基準位置之基準反射光譜信號830乘以對應之相對反射率(K)之後，減去暗信號量，獲得第2算出結果(修正過之基準反射光譜信號)。再者，於圖8之例中，將基準反射光譜信號之強度設為“Spectrum_BareSi”，將暗信號之強度設為“Spectrum_dark”。
進而，於修正部305中，藉由將第1算出結果除以第2算出結果，而獲得於各個測定點P1~P49測定出之對象反射光譜信號810_1~810_49之強度與對應之修正過之基準反射光譜信號之強度的對比結果。再者，於圖8之例中，將對比結果設為“Spectrum_Cal”。
再者，於修正部305中，將修正過之基準反射光譜信號之強度(“K*Spectrum_BareSi”)或對比結果(“Spectrum_Cal”)通知至膜厚算出部160。
<膜厚之算出結果>
其次，使用圖9對利用修正過之基準反射光譜信號算出膜厚之情形時之效果進行說明。圖9係表示膜厚之測定精度提高之圖，且表示使用通常 之橢圓偏光法計測所得之結果。
於圖9中，膜厚測定結果901表示藉由如下方法算出膜厚之結果，即，於測定對象之晶圓之外周部分下垂之狀態下檢測反射光，並將所檢測出之反射光之對象反射光譜信號與基準反射光譜信號進行對比。
另一方面，於圖9中，膜厚測定結果902表示藉由如下方法算出膜厚之結果，即，於測定對象之晶圓之外周部分未下垂之狀態下檢測反射光，並將所檢測出之反射光之對象反射光譜信號與基準反射光譜信號進行對比。藉由將測定對象之晶圓保持為無翹曲或下垂之狀態，而獲得膜厚測定結果902。
進而，於圖9中，差分分佈903表示膜厚測定結果901與膜厚測定結果902之差分值(膜厚測定之誤差)。具體而言，於圖9中，表示顏色越深則差分值越小，顏色越淺則差分值越大。於差分分佈903之情形時，測定對象之晶圓之外周部分下垂之影響表現為膜厚測定之誤差(差分值較大)。
另一方面，於圖9中，膜厚測定結果911表示藉由如下方法算出膜厚之結果，即，於測定對象之晶圓之外周部分下垂之狀態下檢測反射光，並將所檢測出之反射光之對象反射光譜信號與修正過之基準反射光譜信號進行對比。
又，於圖9中，膜厚測定結果912表示藉由如下方法算出膜厚之結 果，即，於測定對象之晶圓之外周部分未下垂之狀態下檢測反射光，並將所檢測出之反射光之對象反射光譜信號與基準反射光譜信號進行對比。
進而，於圖9中，差分分佈913表示膜厚測定結果911與膜厚測定結果912之差分值(膜厚測定之誤差)。具體而言，於圖9中，表示顏色越深則差分值越小，顏色越淺則差分值越大。於差分分佈913之情形時，排除測定對象之晶圓之外周部分下垂之影響，與差分分佈903進行比較，差分值整體上變小(膜厚測定之誤差變小)。
藉由如此於算出膜厚時使用修正過之基準反射光譜信號，即便於測定對象之晶圓之外周部分產生下垂之情形時，亦能夠適當地算出膜厚，能夠避免膜厚測定之測定精度降低。
<總結>
由以上說明可知，第1實施形態之膜厚測定裝置具有反射光譜修正部，該反射光譜修正部進行如下處理：
‧算出於膜厚已知之基準晶圓之基準位置藉由聚光探測器所檢測出之反射光之基準反射光譜信號、與於基準位置以外之各位置藉由該聚光探測器所檢測出之反射光之各反射光譜信號的各相對反射率。
‧特定出各相對反射率、與表示基準晶圓之各位置和聚光探測器之間之距離之各距離資料的關係，算出一次式。
‧基於一次式，算出與表示測定對象之晶圓之各位置和聚光探測器之間之距離之各距離資料對應的各相對反射率。
‧於算出測定對象之晶圓之各位置之膜厚時，基於根據一次式算出之各相對反射率，對基準反射光譜信號進行修正。
藉此，根據第1實施形態之膜厚測定裝置，即便於測定對象之晶圓變形之情形時，亦能夠適當地算出膜厚，能夠避免膜厚測定之測定精度降低。
[第2實施形態]
於上述第1實施形態中，說明了基於自伴隨基準晶圓之翹曲或下垂之相當於49點之距離資料之變動範圍獲得之反射光譜信號之峰值，算出各相對反射率，使用所算出之各相對反射率，算出關係式。
然而，關係式之算出方法並不限定於此。例如，亦可構成為於伴隨基準晶圓之翹曲或下垂之距離資料之變動範圍外，預測反射光譜信號之峰值，將基於該所預測之峰值算出之相對反射率亦包含在內，算出關係式。
又，於上述第1實施形態中，設為使用變形之基準晶圓檢測反射光之構成。然而，反射光之檢測方法並不限定於此，例如，亦可構成為一面改變聚光探測器120與基準晶圓之間之距離，一面檢測反射光。藉此，與使用變形之基準晶圓之情形相比，能夠擴大距離資料之變動範圍。
又，於上述第1實施形態中，設為如下構成：於校正階段，預先準備基準反射光譜信號，於測定階段，每次測定出測定對象之晶圓之各位置之 距離資料時，算出對應之相對反射率，並乘上基準反射光譜信號。然而，亦可為於校正階段準備預先將基準反射光譜信號乘以與各距離資料對應之相對反射率所得之複數個修正過之基準反射光譜信號。而且，亦可設為如下構成：於測定階段，每次測定出距離資料時，讀出對應之修正過之基準反射光譜信號。
又，於上述第1實施形態中，在圖8中示出了修正部305將對象反射光譜信號與修正過之基準反射光譜信號之對比結果通知至膜厚算出部160之情形。然而，修正部305亦可構成為將修正過之基準反射光譜信號通知至膜厚算出部160，並於膜厚算出部160中與對象反射光譜信號進行對比。
再者，本發明並不限定於上述實施形態中所列舉之構成等，且不限定於與其他要素之組合等此處所示之構成。關於該等方面，可於不脫離本發明之主旨之範圍內可進行變更，可根據其應用形態適當地決定。
本申請案係主張於2018年6月27日向日本特許廳提出申請之日本專利特願2018-122148號之優先權者，藉由參照而將其全部內容引用於此。
150:反射光譜修正部
301:光譜分佈獲取部
302:距離分佈獲取部
303:關係算出部
304:參數算出部
305:修正部
310:基準反射光譜信號儲存部

Claims (9)

  1. 一種膜厚測定裝置，其具有：第1算出部，其算出於膜厚已知之第1晶圓之基準位置藉由聚光探測器所檢測出之反射光之基準反射光譜信號、與於基準位置以外之各位置藉由該聚光探測器所檢測出之反射光之各反射光譜信號的各相對反射率；距離分佈獲取部，其獲取表示上述第1晶圓之各位置與上述聚光探測器之間的距離之各距離資料；特定部，其特定出藉由上述第1算出部算出之各相對反射率、與表示上述第1晶圓之各位置和上述聚光探測器之間之距離之各距離資料的關係；第2算出部，其基於藉由上述特定部所特定出之關係，算出與表示測定對象之第2晶圓之各位置和上述聚光探測器之間之距離之各距離資料對應的各相對反射率；及修正部，其於算出上述第2晶圓之各位置之膜厚時，基於藉由上述第2算出部算出之各相對反射率，對上述基準反射光譜信號進行修正。
  2. 如請求項1之膜厚測定裝置，其中上述第1算出部係：使用自於上述第1晶圓之基準位置藉由聚光探測器所檢測出之反射光之基準反射光譜信號中提取之峰值、及自於上述基準位置以外之各位置藉由上述聚光探測器所檢測出之反射光之反射光譜信號中提取之峰值，算出上述各相對反射率。
  3. 如請求項2之膜厚測定裝置，其中上述特定部係：利用一次式對藉由上述第1算出部算出之各相對反射率、與表示上述第1晶圓之各位置和上述聚光探測器之間之距離之各距離資料的關係進行近似。
  4. 如請求項1之膜厚測定裝置，其中上述修正部係：藉由將上述基準反射光譜信號乘以所算出之上述各相對反射率，而算出各修正過之基準反射光譜信號，藉由將於上述第2晶圓之各位置藉由上述聚光探測器所檢測出之反射光之各對象反射光譜信號與上述各修正過之基準反射光譜信號進行對比而算出對比結果，並於算出上述第2晶圓之各位置之膜厚時使用該對比結果。
  5. 如請求項1至4中之任一項之膜厚測定裝置，其進而具有：膜厚算出部，其根據由上述修正部修正過之基準反射光譜信號、上述第1晶圓之絕對反射率及上述第2晶圓之各位置之反射光譜信號，算出上述第2晶圓之各位置之膜厚。
  6. 如請求項1至4中之任一項之膜厚測定裝置，其進而具有距離感測器，該距離感測器係用以測定晶圓上之所期望之點與上述聚光探測器之間之距離，表示上述第1晶圓之各位置與上述聚光探測器之間的距離之各距離資 料、及表示上述第2晶圓之各位置與上述聚光探測器之間的距離之各距離資料係藉由上述距離感測器獲取。
  7. 如請求項6之膜厚測定裝置，其中利用上述聚光探測器之反射光之檢測與利用上述距離感測器之距離之測定係同步執行。
  8. 一種修正方法，其包括：第1算出步驟，其係算出於膜厚已知之第1晶圓之基準位置藉由聚光探測器所檢測出之反射光之基準反射光譜信號、與於基準位置以外之各位置藉由該聚光探測器所檢測出之反射光之各反射光譜信號的各相對反射率；距離分佈獲取步驟，其係獲取表示上述第1晶圓之各位置與上述聚光探測器之間的距離之各距離資料；特定步驟，其係特定出上述第1算出步驟中所算出之各相對反射率、與表示上述第1晶圓之各位置和上述聚光探測器之間之距離之各距離資料的關係；第2算出步驟，其係基於上述特定步驟中所特定出之關係，算出與表示測定對象之第2晶圓之各位置與上述聚光探測器之間之距離之各距離資料對應的各相對反射率；及修正步驟，其係於算出上述第2晶圓之各位置之膜厚時，基於上述第2算出步驟中所算出之各相對反射率對上述基準反射光譜信號進行修正。
  9. 如請求項8之修正方法，其進而具有：膜厚算出步驟，其係根據藉由上述修正步驟修正過之基準反射光譜信號、上述第1晶圓之絕對反射率及上述第2晶圓之各位置之反射光譜信號，算出上述第2晶圓之各位置之膜厚。
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