JPS60166834A - 板状物体の内部応力測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体基板のような板状物体の内部応力値を
正確に得るためなされた測定装置に関するものである。

各枕半導体装置を構成する半導体基板の表面には、保護
膜等の各種の膜が設けられることｈ−多い。

第１図１ａ）はこの様子を示すものでＳｉ（シリコン）
等の半導体基板工表面には５ｉ０２　（二酸化シリコン
）等の膜２が形成され、この膜２はこの後目的に応じて
各種の処理が施される。

ところでこのように半導体基板等のような板状物体に膜
を形成した場合、膜によって板状物体（以下基板と称す
る）に対し応力が加わるようになる。この応力は一般に
熱応力としての外部応力と基板の結晶中の転位、欠陥等
によるイントリンシックな内部応力とに大別して考える
ことができる。

上記基板が硬質材料から成っている時は外観上顕著な変
形は認められないものの、猜＠な観察乞行なうと上記膜
による微かな変形が認められ、例えは第１図開のように
一部に形成された膜２によって基板ｌは湾曲している状
態が観察される。

この時基＆ｌ内に生じたモーメントと膜２内に生じたモ
ーメントとはつり合っていると考えられ。

特に膜２にモーメントン生じさセているカン内部応力と
称しているがいわゆる応力の総称である。

この内部応力の値ン把握することは半導体装置等を設計
１−る上で心太な手項であり、その測定法は片持ち染法
、円板法、回折法等のいくつかの方法が知られ℃いる。

以下−例として円板法について述べると２基板工に形成
された前記湾曲部を球の一部とみなしてその曲率半径ｗ
Ｒとした場合上記内部応力σは。

で衣わ丁ことができる。

ただし、、Ｅ：基板１０弾性定数 ｔ８：基板ｌの厚さ ｔｆ二層膜２厚さ ここで特に曲率半径Ｒは第２図に示すようなニュートン
リング法による干渉法によってめることができる。第２
図において、３は光源、４，９はレンズ、５はフィルタ
、６は光学定盤、７はミラー、８はハーフミラ−１ｌＯ
はカメラである。

以上の楢成において光源３からレンズ４．フィルタ５．
ハーフミラ−８を介して基板１表面に九ン照射すると、
基板１表面からはそれに形成されている湾曲部の頂点乞
中心として描かれた規則正しい明暗縞から成る干渉縞が
観察される。

この干渉縞を上記カメラ■０によって撮影しこの影像を
基に下記の式乞利用することにより曲率半径Ｒビ求める
ことができる。

（ｒ／ｌ）＋１ Ｒ＝　□　・・・（２） ま ただし、ｒ：明暗縞の中心から平面に沿った距離（中径
） ｌ：その点におけるすき間１法 ところでこのような従来法によって内部応力ｔ６１１定
する場合には、第２図の光学系に示されるように基板１
表面の湾曲部のそり量χ干渉縞に基いて検出するための
装置およびその干渉縞を観察するためのカメラ又はディ
スプレイ装置を必要とする。さらにこれらの装置から得
られたデータを人的に処理し計ｘＢＡケ利用して演算す
る必要があった。このため測定経略が抜雑になることは
避けられず、内部応力算出手段にめるのは困難であった
。

本つ６明は以上の観点からなされたもので、特に基板の
湾曲部のそり量１曲率半径および内部応力のｆｌｌ１１
定が目動的に行われるようになされた内部応力ｄ１１１
定装置乞提供することン目的とするものであり、その特
徴とするところは、 （Ａｌ　板状物体に関する諸データを人力する手段と。

［Ｆ］）　上記板状物体の干渉縞を検出する手段と、Ｉ
Ｃ）　上記板状物体の干渉縞の本数ン検出する手段と、 −上記人力手段および干渉縞本数検出手段からの出力デ
ータン記憶する手段と、 ｆＥｌ　上記記憶手段から出力された干渉稿本数に関す
るデータに基いて上記板状物体板面に形成されている湾
曲部のそり量ヲ算出する手段と、（杓　上記そり量算出
手段からの出力データに基いて上記湾曲部の曲率中径ン
算出する手段と、ｆＧｌ　上記記憶手段および曲率半径
算出手段からの出力データに基いて上記版状物体の内部
応力を鏝４出する手段と、 ａ−υ　上記内部応力算出手段からの出力データを外部
へ出力する手段と。

乞含む板状物体の内部応力測定装置にあるものである。

以−ト図面を参照して本発明実施例〉説明する。

第３図は本発明実施例による板状物体の内部応力測定装
置を示すブロック図で、１１はデータ人力手段、１２は
干渉縞検出手段、１３は干渉稿本数検出弓・段、１４は
データ記憶手段、１５はそり鉦算出手段。

１６は曲率半径算出手段、　１７は内部応力算出手段。

１８はデータ出力手段である。

以上の構成において上記データ人力手段１１には被測走
体である基板に関する諸データ、すなわち弾性庫数Ｅ、
ポアソン比ν、基板直径し、基板の厚さｔｓ、ｎ板の厚
さｔ、の６値が人力される。これらのデータはそのまま
ＲＡＭ等のマイクロコンピュータで構成される記憶手段
１４に記憶される。

次に上記干渉縞検出手段１２においては例えば第４図に
示すような＠浮子渉縞法によって干渉縞が検出される。

第４図において１９は光源、２０は入射角調整プリズム
、２１はプリズム、２２はレンズ、２３はミラー、冴は
カメラである。上記光源１９から発生された元は入射角
１４整プリズム加によって平行光線（元来）に調整され
た後プリズム２１ケ介して基板ｌに照射される。

基板五で反射された元はレンズρ、ミラー２３ヲ介して
カメラスに主り、干渉縞が撮影される。

第５図はカメラスによる干渉縞の影像を示すもので、明
暗縞が同心円状に配されたパターンが観察される。

第６図はプリズム２１と基板１との対向部の拡大図を示
すもので、　Ｘ、　、　Ｘ２は光路、ａ、ｂは光路長、
Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは九の通過点、ｈは両者間の間隔である
。光路擾２日および光路長すでの波数”２　ａ　ｅ　ｍ
ｂは各々次のように懺わ丁ことができる。

ａ ｍ２ａ　＝　７　（光路Ａ→Ｃ→Ｂ　）　−＋３１２８
．２ ｍｂ　＝　−５ｉｌｌ　ｙ　（光路ｐ−ｅ１３　）　−
（４）λ ここで第５図のような明暗縞が現われる条件は［１ｎ２
ａ−ｍｂが整数値＋ｒ／２Ｊｖｃなる場合であるから１
次のようになる。

ｒｎ２ａ　ｒｎｂ　”’　Ｗ　”　Δｈ　−・・部）し
たがってΔｈがλ／２ｃｏｓｙだけ変化することによつ
工、縞が一本分変化することになる。これは逆にみれば
縞の本数ン既知のΔｈｌＣ乗することで基板のそり量を
測定することができることを意味している。このような
測定原理は既知のものンそのまま応用することができる
。

次に上記干渉縞本数検出手段１３におい℃は、第５図の
ような干渉縞の影像ヲ認識できるような既知の方法を利
用することＫよって容易に本数ン検出することができる
。例えは上記干渉縞を一般のＣＲＴ（ブラウン管）に映
像として写し出し、画面の明暗（白黒のコントラストン
鮮明にして）暑亀気的に二値化してやることによって本
数？数えることができる。これにより得られたデータは
記憶手段１４に人力されて記憶される。

次にそり値検出手段１５では記憶手段１４から出力され
たデータのうち上記干渉稿本数に関するデータに基いて
恭板のそり量の検出が行われる。

この１こめには、検出手段１５をＣＰＵ、ＲＯＭ。

ＥＰＲＯＭ、ＦＲＯＭ等によって構成し、予め心太なプ
ログラムン組んでおいて人力データに基いてそり値ン演
算させるようにする。

続いて上記曲率半径算出手段１６において上記上り値検
出手段１５からの出力データに基いて曲率半径を算出す
る。このためには以下で示すような計算式ン利用するこ
とができる。

先ず第７図のように曲率半径Ｒにより弧Ｌ−ｉ描いた場
合。

（第１の例式） ％式％（６） で表わすことができる。ただしＬ′：弧の長さく基板の
直径しで代用することができる） （第２の例式） ％式％ （第３の例式） ｆ（Ｒ）＝Ｒｓｉｎ（Ｌ／２Ｒ）　ＺＪＲ＋ｊ！！　−
（８）ここで上記（７）、（８）式は超越関数であるた
めに近似計算させる必要がある。向えはニュートンの逐
似近似法によって次のような一般式が表わせるので、こ
の式ン用いて曲率牛後ＲＹ求めることができる。

Ｒｎ＋２　＝ＲＨ’　（Ｒｎ　）　／　”（Ｒｎ　）　
・・・（９１以上の三つの計算式＋６１．　ｆ７Ｌ　（
８１式乞比較した場合、精度的には（７）、（８）式の
方が（６）式よりも有利である。また演算のスピードは
ニュートン法よりもニュートンーラフオソン（Ｒａｐｈ
ｓｏｎ　）法の方が大である。

次に上記内部応力３＋Ｌ出手段１７において目的の内部
応力値ン算出する。このためには上記記憶手段１４およ
び曲率半径算出手段１６からの出力データに基いて、前
記ｉｌ１式ン用いて行なう。計算に必要なプログラムは
前述のようにＣ１’Ｕ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＲＯＭ
等に予め組んでお（ようにする。これは上記曲率半径算
出手段においても同様である。

このようにして祷られた内部応力値はデータとしてデー
タ出力手段に供給され、こごでディスプレイやラインプ
リンタ等の外部機器に出力される。

第８図は本発明の測定装置を構成するマイクロコンピュ
ータのソフトウェアを示すフローチャートで、被測定体
である基板に関する諸データが入力されたブロックＡお
よびＲＯＭ等で制御、検出されることにより測定糸で干
渉縞の本数が得られたブロックＢかものデータはブロッ
クＣに記憶される。

次にこのブロックＣからのデータに基いてブロックＤに
おいて基板のそり量が計算され、続いてそのそり量に基
いてブロックＥにおいて曲率半径の近似計算が行われる
。さらに曲率半径に基いてブロックＦにおいて内部応力
が割算され、ブロックＧへと出力される。

以上においてそり貝の計算、曲率半径の計算および内部
応力の計算は自動的に行われる。

データ処理数が増加した場合等に対応してソフトウェア
の変更は種々工夫することができる。

以上説明して明らかなように本発明によれは。

被測定体に関する諸データおよび検出された干渉稿本＆
ｉｖ記憶手段に記憶させ、この記憶手段からのデータに
基いて被測定体のそり量、曲率半径および内部応力の測
定ン自動的に行なうように構成したものであるから、測
定径路ン簡単にすることができるので内部応カン正確に
測定することができる。すなわち測定装置を一台で構成
することができ従来のように付加装ＭＹ必侠としないの
で、また専用あるいは兼用の装置乞用いて人的手段によ
ってデータ処理ン行なうごとが不要となるので測定径路
乞簡単化１−ることができる。

特にマイクロコンピュータン組み込むことにより小型、
軸蓋化馨計ることができるので、牛専体工菓分野等に適
用して効果的である。

なお実施向では干渉縞検出手段として等浮子渉縞法γ用
いた同について説明したが、ニュートンリング法等の他
の手段ン用いることもでさる。丈だ適用分野も基板が板
状あるいは円板状から構成されるものなら特定物体に限
ることなく広範囲の分野に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、市）は共に本発明を説明するだめの断面
図、第２図は従来例の九字糸ン示す構成図、第３図は本
光明実＃例ンポ丁ブロック図、第４図は本発明における
光学糸ン示すイ、′す成製、第５図は本発明を説明する
ための干渉縞パターン、第６図および第７図は共に本発
明を説明するための概略図。 ＭＪＪｓ図は本発明な説明するためのフローチャートで
ある。 Ｌ・・・板状物体（基板）、２・・・膜、１１・・・デ
ータ人力手段、　１２・・・干渉縞検出手段、１３・・
・干渉縞本数検出＋段、　１４・・・記憶手段、１５・
・・そり量算出手段、１６゛°゛曲皐牛径其出手段、１
７−°゛内部応力舞、出手段、１８・・・出力手段。 特許出願人　クラリオン株式会社 乍１図 （ａ）　（ｂ） 学２胆 第３図 年４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （５）板状物体に関する諸データケ人力する手段と。 ＩＢＩ　上記版状物体の干渉縞を検出する手段と。 （Ｑ　上記板状物体の干渉縞の本数を検出する手段と。 （ＤＪ　上記入力手段および干渉縞本数検出手段からの
   出力データを記憶する手段と。 （Ｅｌ　上記記憶手段から出力された干渉稿本数に関す
   るデータに基いて上記板状物体赤面に形成されている湾
   曲部のそり量を算出する手段と。 （Ｆ）　上記そり量算出手段からの出力データに基いて
   上記湾曲部の曲率半径を算出する手段と。 向　上記記憶手段および曲率中径算出手段からの出力デ
   ータに基いて上記版状物体の内部応力を算出する手段と
   。 ０　上記内部応力算出手段からの出力データを外部へ出
   力する手段と。 χ含むことχ特徴とする板状物体の内部応力測定装置。