JP2001313279A - 厚み計測装置、及びそれを用いたウエットエッチング装置、ウエットエッチング方法 - Google Patents

厚み計測装置、及びそれを用いたウエットエッチング装置、ウエットエッチング方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエットエッチングの実行中に半導体ウエハ
の厚みを計測することが可能な厚み計測装置、及びそれ
を用いたウエットエッチング装置、ウエットエッチング
方法を提供する。 【解決手段】 計測時刻のそれぞれにおいて、計測光源
11からの計測光による半導体ウエハW等からの反射光
と、参照光生成部14からの参照光とを結合して、光検
出器15で干渉光を検出する。そして、生厚み値算出部
16bにおいて、干渉光強度と参照光路長との光強度分
布からウエハWの上面及び下面に対応する2本の光強度
ピークを特定して生厚み値を算出するとともに、統計厚
み値算出部16cで、データ選別、生厚み値の許容数値
範囲内外の判定、及び厚み変化直線の決定などを含む統
計処理を行って、各計測時刻における統計厚み値を求め
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウエットエッチン
グの実行中に半導体ウエハの厚みを計測するための厚み
計測装置、及びそれを用いたウエットエッチング装置、
ウエットエッチング方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造において、近年、パタ
ーン付などの半導体ウエハの厚みをより薄くするエッチ
ング工程の必要性が増大している。
【0003】そのようなエッチング工程においては、エ
ッチング液を供給して半導体ウエハのエッチングを行う
ウエットエッチング装置が使用される。従来のウエット
エッチング方法では、あらかじめダミーウエハのエッチ
ングを行ってエッチングレートを確認しておき、そのエ
ッチングレートに基づいてエッチングの終了時刻を決定
している。
【0004】しかしながら、このようなエッチング時間
の管理方法を用いた場合、ダミーウエハのエッチングと
いう実際のエッチング工程とは別の工程が余計に必要と
なるという問題がある。また、エッチングレートは必ず
しもエッチング工程ごとに一定ではなく、そのため、一
定のエッチングレートを仮定した時間管理では得られる
半導体ウエハの厚みにばらつきを生じてしまう。
【0005】このようなエッチング工程におけるエッチ
ング精度や作業効率を向上させるには、半導体ウエハ部
分の厚みを、インサイチュ(In-Situ)でエッチング中
に計測する必要がある。このような計測を行うことによ
って、エッチング中での厚みの時間変化のデータを得る
ことができ、これによって終了時刻をそれぞれのエッチ
ング工程ごとに求めることができるなど、様々なエッチ
ング工程の管理及び制御が可能となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体ウエハの
厚み計測装置としては、接触式の厚み計や、マイケルソ
ン干渉計型の厚み計などがある。これらの厚み計のう
ち、接触式の厚み計は、インサイチュでの計測に適用す
ることができない。また、接触するためにウエハに傷が
つく場合があり、高速での計測ができず、あるいは、保
持基板やフィルムなどがついている場合にはウエハのみ
での厚みの計測ができないなどの問題点がある。
【0007】一方、マイケルソン干渉計型の厚み計は、
非接触で半導体ウエハの厚みを計測する厚み計である。
このような厚み計としては、特開平5−248817号
公報に示されている装置があるが、この装置では、半導
体ウエハに計測光を照射し、ウエハ表面からの反射光の
反射タイミング変化によって厚みの時間変化を計測して
いる。しかしながら、この場合には、表面の位置のみを
計測していることになるので、厚みを求めるために裏面
の位置などの厚みの初期条件を与えてやる必要がある。
また、エッチング液を用いたウエットエッチング工程で
は、ウエハ表面上にあるエッチング液で計測光が反射さ
れてしまうため、半導体ウエハの厚みを計測することが
できない。
【0008】本発明は、以上の問題点に鑑みてなされた
ものであり、ウエットエッチングの実行中に半導体ウエ
ハの厚みを計測することが可能な厚み計測装置、及びそ
れを用いたウエットエッチング装置、ウエットエッチン
グ方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による厚み計測装置は、エッチング液
を用いたウエットエッチングの実行中に半導体ウエハの
厚みを計測するための厚み計測装置であって、(1)所
定の時間間隔をおいた複数の計測時刻のそれぞれに、計
測光を供給する計測光源と、(2)計測光源からの計測
光を分岐させる光分岐手段と、(3)光分岐手段で分岐
された計測光の一方を、計測対象である半導体ウエハに
対して出力させて、エッチング液が供給されているエッ
チング面側から照射する光出力手段と、(4)光出力手
段から照射された計測光がエッチング液または半導体ウ
エハによって反射された反射光を入力させる光入力手段
と、(5)光分岐手段で分岐された計測光の他方を、光
路長が可変に構成された参照用光路を通過させて、参照
光路長が設定された参照光を生成する参照光生成手段
と、(6)光入力手段からの反射光と、参照光生成手段
からの参照光とを結合させて干渉光とする光結合手段
と、(7)光結合手段からの干渉光を検出する光検出手
段と、(8)計測時刻のそれぞれにおいて、参照光生成
手段で設定された参照光路長と、光検出手段で検出され
た干渉光の光強度との相関を示す光強度分布を用い、設
定された閾値よりも大きい光強度を有する複数の光強度
ピークから選択された2本の光強度ピーク間での参照光
路長の光路長差に基づいて、半導体ウエハの生厚み値を
算出する生厚み値算出手段と、(9)最初の計測時刻か
ら規定時間が経過した後の計測時刻のそれぞれにおい
て、設定された許容数値範囲内にあって有効とされてい
る複数の生厚み値の時間変化に対して、直線近似計算に
よる厚み変化直線の決定を行って、厚み変化直線から統
計厚み値を算出する統計厚み値算出手段と、を備え、
(10)統計厚み値算出手段は、最初の計測時刻から規
定時間が経過した後の1回目の計測時刻において、その
計測時刻までの有効な生厚み値の時間変化に対して、直
線近似計算による選別用の厚み変化直線の決定と、選別
用の厚み変化直線からの選別数値範囲の設定と、選別数
値範囲外にある生厚み値を無効とするデータの選別とを
含むデータ選別計算を行った後、選別後に有効とされて
いる生厚み値の時間変化に対して、直線近似計算による
厚み変化直線の決定を行うとともに、厚み変化直線から
の許容数値範囲を設定することを特徴とする。
【0010】上記した厚み計測装置は、半導体ウエハに
計測光を照射して反射されてきた反射光と、計測光から
分岐され所定の光路を通過して反射光の光路長に対して
参照光路長が設定された参照光とを結合し、生成された
干渉光を検出する。そして、その干渉光の光強度分布に
おいて生じる複数の光強度ピークから、ウエットエッチ
ング中の半導体ウエハの厚みを計測している。
【0011】このとき、半導体ウエハに照射した計測光
は、エッチング液表面、半導体ウエハの上面(エッチン
グ面)、及び下面などで反射され、光強度分布では、そ
れらの面にそれぞれ対応した光強度ピークが得られる。
したがって、所定の選択基準によって選択された半導体
ウエハの上面及び下面に対応する2本の光強度ピークを
利用することによって、エッチング液の存在にかかわら
ず、ウエットエッチング中に半導体ウエハの厚み、ある
いはその時間変化を計測することが可能となる。また、
ウエハ上面からの反射光と基準となる初期条件とから厚
みを求めるのではなく、ウエハ上面及び下面の両方から
の反射光を用いているので、半導体ウエハやエッチング
液の状態が変化しても、常に正しく半導体ウエハの厚み
を計測することができる。
【0012】また、あらかじめ与えられた規定時間が経
過して充分なデータ数の生厚み値が得られた後の厚み計
測においては、その時間変化を直線近似するフィッティ
ング計算を行い、得られた厚み変化直線から統計厚み値
を算出している。これによって、生厚み値の持つ統計的
ばらつきの影響を低減することができる。また、厚みの
計測においては、統計的ばらつきとは別に、エッチング
液面からの光強度ピークが検出されないなどの計測エラ
ーによるばらつきを生じる場合がある。これに対して、
厚み変化直線の決定に用いる生厚み値を所定の許容数値
範囲内の生厚み値に限定することによって、計測エラー
を生じた生厚み値を除外して、エラーばらつきの影響を
低減することができる。
【0013】さらに、規定時間経過後、最初に厚み変化
直線を決定するときに、データ選別のためのフィッティ
ング計算と、厚み変化直線の決定のためのフィッティン
グ計算とによる生厚み値データの統計処理を実行してい
る。ここで、この規定時間経過後1回目の計測時刻での
統計処理によって選別される生厚み値と、決定される厚
み変化直線とは、2回目以降の計測時刻においては、そ
れぞれでの統計処理の初期条件となる。
【0014】したがって、上記のようにデータ選別のた
めの予備的な直線近似計算を行って、選別用の厚み変化
直線及び選別数値範囲を用いて計測エラーを生じた生厚
み値を無効として統計処理から除外した後に、再び直線
近似計算を含む統計処理を行って厚み変化直線及び許容
数値範囲を設定する構成とすることによって、規定時間
経過後の各計測時刻において、エラーばらつきなどの影
響を効率的に低減することが可能となる。なお、選別用
の厚み変化直線を用いたデータ選別計算については、1
回に限らず、複数回繰り返し行って、計測エラーを生じ
た生厚み値などの余分な生厚み値データの除外を、さら
に確実に行っても良い。
【0015】また、統計厚み値算出手段は、最初の計測
時刻から規定時間が経過した後の2回目以降の計測時刻
のそれぞれにおいて、その計測時刻で算出された生厚み
値が、前回の計測時刻で決定された厚み変化直線から許
容数値範囲の範囲内または範囲外にあるかによって、そ
の生厚み値の有効または無効を判定するとともに、生厚
み値が許容数値範囲内にあって有効とされた場合には、
その生厚み値を含む有効な複数の生厚み値の時間変化に
対して、直線近似計算による厚み変化直線の決定を行っ
て、厚み変化直線から統計厚み値を算出し、生厚み値が
許容数値範囲外にあって無効とされた場合には、前回の
計測時刻で決定された厚み変化直線を、そのまま今回の
厚み変化直線に決定して、厚み変化直線から統計厚み値
を算出することを特徴とする。
【0016】このように、前回の厚み変化直線及び許容
数値範囲から生厚み値を用いるか除外するかを判定し、
許容数値範囲内にあるときのみ新たな直線近似計算を行
うことによって、2回目以降での厚み変化直線の決定及
び統計厚み値の算出を効率的に実行することができる。
【0017】各数値範囲の設定については、統計厚み値
算出手段は、最初の計測時刻から規定時間が経過した後
の1回目の計測時刻において、許容数値範囲を、選別数
値範囲よりも狭い数値範囲に設定することが好ましい。
【0018】選別数値範囲を適用したデータ選別後に有
効となっている生厚み値では、計測エラーを生じた生厚
み値等が除外されているために、その厚み値のばらつき
が小さくなっている。したがって、生厚み値のデータ選
別後に設定される許容数値範囲を、データ選別に用いた
選別数値範囲よりも狭い数値範囲とすることによって、
直線近似計算に用いる生厚み値として好適な数値範囲を
設定することができる。
【0019】また、統計厚み値算出手段は、最初の計測
時刻から規定時間が経過した後の1回目の計測時刻にお
いて、選別数値範囲を、選別の対象となっている生厚み
値の選別用の厚み変化直線からのばらつき値と、あらか
じめ決められた選別定数とに基づいて設定するととも
に、許容数値範囲を、選別後に有効とされている生厚み
値の厚み変化直線からのばらつき値と、あらかじめ決め
られた許容定数とに基づいて設定することを特徴とす
る。
【0020】これによって、選別数値範囲及び許容数値
範囲に対して生厚み値の統計的ばらつきを反映させるこ
とができ、厚み計測で実際に得られている生厚み値のデ
ータに適した数値範囲を設定することが可能となる。
【0021】また、統計厚み値算出手段は、計測時刻の
それぞれにおいて、光強度ピークの数が3本未満であっ
た場合に、その生厚み値を無効とすることを特徴として
も良い。
【0022】これによって、エッチング液面からの光強
度ピークが検出されないなどの計測エラーの影響を、統
計処理前のデータ処理の段階でも除外することができ
る。
【0023】また、統計厚み値算出手段は、最初の計測
時刻から規定時間が経過した後の2回目以降の計測時刻
のそれぞれにおいて、その計測時刻から規定時間の範囲
外にある生厚み値を無効とすることを特徴とする。
【0024】ウエットエッチングのエッチングレート
は、各エッチング工程において時間経過とともに変化し
てしまう場合がある。これに対して、2回目以降の直線
近似計算においても、最初の直線近似計算と同様の規定
時間を、厚み変化直線の決定に用いる生厚み値の時間範
囲とすることによって、厚み変化直線を決定するための
充分な生厚み値データの統計点数を確保しつつ、規定時
間以上前の生厚み値を直線近似計算から除外して、エッ
チングレートの変化などに対応することが可能となる。
【0025】また、本発明によるウエットエッチング装
置は、上記した厚み計測装置を備えるウエットエッチン
グ装置であって、ウエットエッチングの対象となる半導
体ウエハのエッチング面に、エッチング液を供給するエ
ッチング液供給手段と、エッチング液供給手段によるエ
ッチング液の供給を制御するエッチング制御手段とを備
えることを特徴とする。
【0026】また、本発明によるウエットエッチング方
法は、上記した厚み計測装置を用いたウエットエッチン
グ方法であって、ウエットエッチングの対象となる半導
体ウエハのエッチング面に、エッチング液を供給してウ
エットエッチングを開始するエッチング開始ステップ
と、エッチング開始ステップで開始されたウエットエッ
チングの実行中に、時間間隔をおいた複数の計測時刻の
それぞれに、厚み計測装置を用いて半導体ウエハの厚み
を計測する厚み計測ステップと、エッチング液の供給を
停止してウエットエッチングを終了するエッチング終了
ステップとを有することを特徴とする。
【0027】このようなウエットエッチング装置及び方
法によれば、上記した厚み計測装置を用いてウエットエ
ッチング中の半導体ウエハに対して得られた厚み変化直
線及び統計厚み値に基づいて、エッチング制御手段を介
して、エッチング液の供給の停止によるウエットエッチ
ングの終了、あるいはエッチングレートの変更などを適
宜制御することが可能である。
【0028】また、ウエットエッチング装置は、厚み計
測装置の統計厚み値算出手段が、決定された厚み変化直
線から、あらかじめ設定された終点厚みに基づいてウエ
ットエッチングの終了時刻を求めて、終了時刻を指示す
る終了指示信号を出力し、エッチング制御手段は、終了
指示信号に基づいて、エッチング液供給手段によるエッ
チング液の供給を停止させることを特徴とする。
【0029】エッチングの終了時刻としては、例えば、
厚み変化直線などから操作者が判断してエッチング制御
手段に指示することも可能であるが、上記のように統計
厚み値算出手段からの終了指示信号によってエッチング
を終了させる構成とすることによって、設定された終点
厚みが得られるように自動的にエッチングの終了が制御
されるウエットエッチング装置が実現される。
【0030】また、ウエットエッチング方法は、厚み計
測ステップで決定された厚み変化直線から、あらかじめ
設定された終点厚みに基づいてウエットエッチングの終
了時刻を求める終了時刻算出ステップをさらに有し、エ
ッチング終了ステップにおいて、終了時刻算出ステップ
で求められた終了時刻に基づいてエッチング液の供給を
停止することを特徴とする。
【0031】このように、厚み計測装置で求められた厚
み変化直線に基づいて終了時刻を求めることによって、
ウエットエッチングの終了後に得られる半導体ウエハの
厚みにおいて、設定されている終点厚みからのばらつき
を抑制することができ、半導体装置製造の効率化と歩留
まりの向上を実現することができる。
【0032】終了時刻を求める方法については、終了時
刻算出ステップにおいて、厚み変化直線から算出された
統計厚み値が終点厚み以下となった計測時刻を終了時刻
とする構成が可能である。
【0033】あるいは、終了時刻算出ステップにおい
て、厚み変化直線を用いて終了時刻を予測する構成が可
能である。
【0034】
【発明の実施の形態】以下、図面とともに本発明による
厚み計測装置、及びそれを用いたウエットエッチング装
置、ウエットエッチング方法の好適な実施形態について
詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素
には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、
図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していな
い。
【0035】最初に、本発明による厚み計測装置及びウ
エットエッチング装置の構成について説明する。図1
は、厚み計測装置、及びそれを備えるウエットエッチン
グ装置の一実施形態を示す構成図である。このウエット
エッチング装置は、厚み計測装置Aと、厚み計測装置A
を除く通常のウエットエッチング装置B(以下、この装
置部分を単にウエットエッチング装置Bという)とを備
えて構成されている。
【0036】厚み計測装置Aは、計測対象である半導体
ウエハWに計測光を照射し、半導体ウエハWからの反射
光及び参照光の干渉光の光強度変化を利用して半導体ウ
エハWの厚みを計測するように構成された非接触式の厚
み計である。厚み計測に用いる計測光は、所定の時間間
隔をおいた複数の計測時刻のそれぞれにおいて、計測光
源11によって供給され、計測光源11から出力された
計測光は、入力用光ファイバ11aを介してファイバカ
プラからなる光カプラ12に入力される。計測光源11
としては、低コヒーレンス光源(例えば波長1.3μm
の光を発生させるSLDなど)を用いることが好まし
い。計測光の波長としては、半導体ウエハWやエッチン
グ液などを充分に透過する波長を選択する。
【0037】光カプラ12は、計測光源11からの計測
光を分岐させる光分岐手段として機能し、光カプラ12
に入力された計測光は、計測用光路に向かう計測用光フ
ァイバ13a、及び参照用光路に向かう参照用光ファイ
バ14aに分岐される。分岐された計測光は、それぞれ
厚みを計測するためのプローブヘッド13、及び参照光
を生成するための参照光生成部14に入力される。
【0038】プローブヘッド13は、計測光を半導体ウ
エハWへと照射するための光出力手段、及び半導体ウエ
ハWまたはエッチング液などによって計測光が反射され
た反射光を再び入力するための光入力手段として機能す
る光入出力手段である。光カプラ12で分岐された光の
うち、光ファイバ13a側に分岐された計測光は、プロ
ーブヘッド13から半導体ウエハWへと出力され、半導
体ウエハWに対して上面側のエッチング面から照射され
る。この計測光には、上記したように半導体ウエハWな
どを充分に透過する波長の光が用いられているが、その
一部は各界面において反射されて、その反射光が再びプ
ローブヘッド13に到達する。プローブヘッド13に到
達して再入力された反射光は、光ファイバ13aを介し
て光カプラ12に入力される。
【0039】一方、参照光生成部14においては、半導
体ウエハWなどからの反射光との干渉光によって厚み
(光路長)を測定するための参照光が生成される。光カ
プラ12で光ファイバ14a側に分岐された計測光は、
光ファイバ14aの出力端と、反射ミラー14cとの間
に配置された光路長変調光学系からなる参照用光路14
bを通過して、半導体ウエハWなどからの反射光の光路
長(反射光路長)に対する参照光の光路長(参照光路
長)が設定された参照光となる。
【0040】本実施形態においては、光ファイバ14a
の出力端から出力された計測光は、平行平面ガラス基板
14dを透過し、反射ミラー14cに到達して反射され
る。反射ミラー14cからの反射光は、再びガラス基板
14dを逆方向に透過して、適当な参照光路長が設定さ
れた参照光として、光ファイバ14aを介して光カプラ
12に入力される。
【0041】上記の参照光生成部14は、参照用光路1
4bの光路長が可変に構成されている。すなわち、参照
用光路14b上にあるガラス基板14dは、ガルバノメ
ータ14eに取り付けられている。ガルバノメータ14
eは、参照光路長制御部17からの周期的な信号に基づ
いて動作し、これによって、参照用光路14bに対する
ガラス基板14dの傾きが周期的に変化する。このと
き、参照用光路14bの方向で見たガラス基板14dの
厚さが変化するので、これによって、参照用光路14b
の光路長が周期的に変化して、反射光路長に対する参照
光路長(反射光に対する参照光のタイミング)が周期的
にスキャンされる。
【0042】光カプラ12は、上記したように計測光源
11からの計測光を分岐させる光分岐手段であるととも
に、プローブヘッド13からの反射光、及び参照光生成
部14からの参照光を結合させる光結合手段としても機
能する。半導体ウエハWなどで反射されてプローブヘッ
ド13に戻って入力された反射光、及び参照光生成部1
4において参照光路長が設定された参照光は、光カプラ
12で結合されて干渉光となり、出力用光ファイバ15
aを介してフォトダイオード(PD)などの光検出器1
5に入力されて検出される。
【0043】計測時刻のそれぞれにおいて、光検出器1
5で検出された干渉光のデータ等は、厚み算出部16に
おいて処理され、それらのデータに基づいて半導体ウエ
ハWの厚みが算出される。光検出器15によって干渉光
を検出して得られた検出信号は、厚み算出部16の信号
処理回路16aを介して生厚み値算出部16bに入力さ
れる。この光検出器15からの検出信号によって、干渉
光の光強度のデータが得られる。また、参照光路長制御
部17からのガルバノメータ14e(ガラス基板14
d)の角度信号も、同様に信号処理回路16aを介して
生厚み値算出部16bに入力されている。この角度信号
から、参照用光路14bにおける参照光路長、またはそ
の光路長変化量のデータが得られる。
【0044】生厚み値算出部16bにおいては、これら
の光強度データ、及び参照光路長データから、干渉光の
光強度の参照光路長による変化(相関)を示す光強度分
布が作成される。そして、得られた光強度分布におい
て、そのピーク強度が設定されている閾値強度を超える
ものとして複数の光強度ピークが特定され、それらの光
強度ピークから選択された2本の光強度ピークを用い
て、半導体ウエハWの生厚み値が算出される。
【0045】生厚み値算出部16bで算出された生厚み
値は、さらに、統計厚み値算出部16cに入力される。
統計厚み値算出部16cにおいては、複数の生厚み値の
時間変化に対して、直線近似計算によって厚み変化直線
が決定されて、統計厚み値が算出される。なお、半導体
ウエハWなどからの反射光、それに対応して生成される
光強度分布の光強度ピーク、及び生厚み値、統計厚み値
の算出方法の詳細については、後述する。
【0046】ウエットエッチング装置Bは、エッチング
処理の対象(厚み計測装置Aの計測対象)である半導体
ウエハWの一方の表面(以下、エッチング面という)
を、エッチング液によってウエットエッチングするよう
に構成されている。半導体ウエハWは、エッチング面と
は反対の面側に配置されたガラス基板などからなる保持
基板21によって保持された状態で、回転台22上に固
定される。回転台22は、回転駆動部23によって回転
駆動され、これによって、ウエットエッチング中に半導
体ウエハWが回転される。半導体ウエハWがパターン付
である場合には、パターンのある面が保持基板21側と
され、パターンとは反対側の面をエッチング面としてウ
エットエッチングが行われる。
【0047】半導体ウエハWのエッチング面へのエッチ
ング液の供給は、エッチング液供給部24によって行わ
れる。エッチング液供給部24は、半導体ウエハWに対
するエッチング液の供給及び停止、または洗浄水の供給
などを行う。このエッチング液供給部24によって、回
転している半導体ウエハWのエッチング面にノズル24
aからエッチング液が供給されると、供給されたエッチ
ング液は半導体ウエハWの表面上で薄いエッチング液層
Eを形成し、このエッチング液層Eによって、半導体ウ
エハWの表面がウエットエッチングされる。
【0048】回転台22及び回転台22上に載置された
保持基板21、半導体ウエハWの回転駆動部23による
回転と、エッチング液供給部24による半導体ウエハW
のエッチング面へのエッチング液または洗浄液の供給及
び停止は、エッチング制御部25によって制御される。
【0049】厚み計測装置Aのプローブヘッド13は、
回転台22上に保持基板21とともに載置された半導体
ウエハWのエッチング面の所定部位に対向する位置に、
エッチング面に向けて照射される計測光の光路がエッチ
ング面に対して略垂直になるように設置される。このと
き、垂直に照射された計測光が半導体ウエハWなどによ
って反射された反射光が、効率的にプローブヘッド13
に再入力される。なお、飛散したエッチング液によるレ
ンズ等の腐食を防止するため、プローブヘッド13には
エッチング液に耐性のある塩化ビニルなどの透明シート
を保護膜として設けておくことが好ましい。または、プ
ローブヘッド13の先端に円筒を取り付け、その内部を
加圧することによってエッチング液の付着を防いでも良
い。
【0050】ここで、厚み計測装置A及びウエットエッ
チング装置Bからなる図1のウエットエッチング装置を
用いた半導体ウエハWのウエットエッチング方法につい
て、一例をあげて説明しておく。
【0051】まず、保持基板21に保持された半導体ウ
エハWを、回転台22上に載置する。そして、エッチン
グ制御部25からの指示信号に基づいて回転台22の回
転駆動が開始される。続いて、エッチング液供給部24
に対して半導体ウエハWのエッチング面へのエッチング
液の供給が指示されて、半導体ウエハWのウエットエッ
チングが開始される(エッチング開始ステップ)。
【0052】ウエットエッチングが開始されたら、厚み
計測装置Aによって半導体ウエハWの厚みが計測される
(厚み計測ステップ)。厚み計測は、操作者から所定の
時間間隔で指示された計測時刻により、または設定され
ている時間間隔の計測時刻で自動的に行われて、それぞ
れ生厚み値が算出される。また、規定時間が経過して充
分な回数の厚み計測が実行された以降の厚み計測では、
各計測時刻で算出された生厚み値から、厚みの時間変化
を示す厚み変化直線、及び統計処理がされた統計厚み値
が算出される。
【0053】そして、これらの厚み変化直線及び統計厚
み値から、実行中のウエットエッチング工程における半
導体ウエハWの厚み及びその時間変化が評価される。厚
みの評価については、例えば厚み計測装置Aの厚み算出
部16において自動的に評価を行うことが可能である。
または、厚み算出部16に表示装置(ディスプレイ)を
接続しておき、この表示装置に厚みデータを表示させ
て、表示されたデータに基づいて操作者が評価する構成
としても良い。
【0054】ウエットエッチングの終了時刻となった
ら、エッチング制御部25からの指示信号によって、エ
ッチング液供給部24によるエッチング液の供給が停止
される。続いて、所定時間にわたって洗浄水が半導体ウ
エハWのエッチング面に供給されて、半導体ウエハWが
洗浄される。洗浄水の供給を停止して半導体ウエハWの
洗浄が終了した後、さらに所定時間、回転台22を回転
駆動して半導体ウエハWのエッチング面から洗浄水を除
去する。そして、洗浄水の除去が終了したら、回転駆動
部23による回転台22の回転が停止されて、半導体ウ
エハWのウエットエッチングの全工程を終了する(エッ
チング終了ステップ)。
【0055】このとき、ウエットエッチングの終了時刻
としては、あらかじめ与えられたエッチング時間やエッ
チングレートのデータに基づいて決定しても良いが、厚
み計測装置Aによって計測された生厚み値のデータから
得られた厚み変化直線から、設定されている終点厚みに
なる終了時刻を算出して用いることが好ましい(終了時
刻算出ステップ)。
【0056】この終了時刻の算出については、統計厚み
値算出部16cで自動的に求める構成としても良いし、
表示装置に表示されたデータから操作者が判断すること
も可能である。なお、統計厚み値算出部16cにおいて
終了時刻が求められる場合には、終了時刻を指示する終
了指示信号を厚み算出部16の統計厚み値算出部16c
から出力し、その終了指示信号に基づいてエッチング制
御部25がウエットエッチングの終了制御を行う構成と
することができる。
【0057】各計測時刻での半導体ウエハWの生厚み値
の、厚み計測装置Aによる計測及び算出方法について具
体的に説明する。図2は、図1に示したウエットエッチ
ング装置における半導体ウエハWの厚みの計測方法につ
いて模式的に示した図であり、図2(a)は、半導体ウ
エハWへの計測光の照射、及びプローブヘッド13への
反射光の再入力について示す断面図、図2(b)は、光
検出器15において得られる干渉光の光強度分布を示す
グラフである。なお、図2(a)においては、図の見易
さのため、半導体ウエハWに照射される計測光の光路、
及びプローブヘッド13への反射光の光路を、それぞれ
位置をずらして示してある。
【0058】光カプラ12で分岐されてプローブヘッド
13から出力された計測光L0は、エッチング液層E、
半導体ウエハW、及び保持基板21を順次透過していく
とともに、それらの隣接する層の各界面において計測光
L0の一部がそれぞれ反射される。すなわち、エッチン
グ液層Eの表面から反射光L1が、半導体ウエハWの上
面から反射光L2が、半導体ウエハWの下面から反射光
L3が、また、保持基板21の下面から反射光L4がそ
れぞれ反射され、プローブヘッド13へと戻って再入力
される。
【0059】再入力された反射光L1〜L4は、図2
(a)に示されているように反射された界面によってそ
れぞれ異なる反射光路長を通過しており、プローブヘッ
ド13から光カプラ12を介して光検出器15に入力さ
れるタイミングが異なる。これに対して、参照光生成部
14において参照用光路14bの光路長を上述したよう
に周期的に変化させて、参照光路長(参照光の反射光に
対するタイミング)をスキャンする。このとき、光カプ
ラ12から反射光L1〜L4が反射された各界面までの
光路長と、光カプラ12から反射ミラー14cまでの光
路長とが一致すると、光路長及びタイミングが一致した
反射光と参照光とが干渉によって強め合い、光検出器1
5において大きい光強度の干渉光が検出される。
【0060】このように光路長をスキャンして得られる
参照光路長(光路長変化量)と干渉光強度の相関を示す
光強度分布を、図2(a)の断面図と対応させて図2
(b)に示す。このグラフにおいて、一方の軸はスキャ
ンされた参照用光路14bの光路長変化量、他方の軸は
光検出器15によって検出された干渉光の光強度を示し
ている。なお、参照光路長(光路長変化量)及び光路長
差は、エッチング液層E、半導体ウエハW、及び保持基
板21のそれぞれにおける屈折率の違いによって必ずし
もそれぞれの厚みにはそのままは対応しないが、図2に
おいては、説明のために屈折率の違いがないものとし
て、断面図及びグラフを対応させて図示している。
【0061】このグラフに示されているように、光路長
変化量を小さい方から大きくする(参照光路長を大きく
する)方向にスキャンしていくと、エッチング液層E表
面からの反射光L1に対応する光強度ピークP1(液面
ピークP1)、半導体ウエハWの上面(エッチング面)
からの反射光L2に対応する光強度ピークP2(ウエハ
上面ピークP2)、半導体ウエハWの下面からの反射光
L3に対応する光強度ピークP3(ウエハ下面ピークP
3)、及び保持基板21の下面からの反射光L4に対応
する光強度ピークP4(基板下面ピークP4)が順次得
られる。
【0062】これらの光強度ピークP1〜P4は、光強
度分布に対して適当な光強度の閾値(スレッショルド)
を設定しておき、ノイズ信号による小さい光強度ピーク
などの余分なピークを除外して特定される。図2(b)
においては、そのような閾値強度として、光強度Ptを
点線で示してある。
【0063】また、光強度ピークがスキャンされる光路
長範囲は、参照光生成部14における参照用光路14b
での光路長のスキャン範囲によって設定することができ
るが、必要があれば、さらにスキャンされた光路長範囲
から光強度ピークの特定に用いる光路長範囲を選択して
設定しても良い。このような光路長範囲の選択は、厚み
算出部16にあらかじめ与えておいても良いし、また
は、厚み算出部16に接続された表示装置に表示された
光強度分布から、操作者がマウスカーソルの操作などに
よって選択して指示することも可能である。
【0064】厚み計測においては、得られた光強度分布
に対して、上記した閾値光強度の条件、あるいはさらに
光路長範囲の条件等を適用して、複数の光強度ピークを
特定する。そして、それらの光強度ピークから、所定の
選択基準でウエハ上面及び下面からの反射光に対応する
2本の光強度ピークを選択する。
【0065】ここで、上記した光強度ピークP1〜P4
については、それぞれの光強度比等は半導体ウエハWや
エッチング液層Eなどの状態によって変化するが、その
光路長変化量に対する順番は変化しない。例えば、エッ
チング液層Eの状態はノズル24aから流出されている
エッチング液のエッチング面上での流れ方によって変化
するが、このとき、計測光の光路に対するエッチング液
層E表面の角度が変わるので、エッチング液層E表面か
らプローブヘッド13に到達する反射光L1の光強度も
変化する。また、半導体ウエハWとして用いられている
物質(Si、GaAs、Doped Siなど)や、保
持基板21の材質などによっても光強度比は異なってく
る。
【0066】一方で、光路長については、上記のように
光強度などの状態が変化した場合でも、光強度ピークP
1〜P4の光路長に対する順番は変わらない。したがっ
て、得られた複数の光強度ピークに対して、光強度ピー
クの順番などを選択基準に用いて2本の光強度ピークを
選択することによって、ウエハ上面及び下面に対応する
光強度ピークP2、P3を選択することができる。
【0067】そして、図2(b)に示す光強度分布にお
いて、参照光路長が小さい方から2番目の光強度ピーク
P2と、3番目の光強度ピークP3との間の光路長差
は、半導体ウエハWの上面から下面までの光路長差に相
当している。したがって、この2本の光強度ピークP
2、P3の間の光路長差から、半導体ウエハWの厚みの
生厚み値を算出することができる。
【0068】特に、1つの光強度ピークに対する光路長
とその時間変化を計測するのではなく、上記のように2
本の光強度ピークP2、P3を用いる計測方法によっ
て、半導体ウエハWの厚みをより直接的に正しく計測で
きる。さらに、半導体ウエハWのエッチング面上にエッ
チング液が流れているウエットエッチングの実行中での
厚み計測が、エッチング液の存在にかかわらず可能とな
る。
【0069】上記した光強度ピークP2、P3の光路長
差は、半導体ウエハWの光学的厚みに相当する。したが
って、最終的な生厚み値は、得られた光路長差を半導体
ウエハの屈折率で割ることによって求められる。この生
厚み値の算出に用いられる半導体ウエハWの屈折率の値
は、屈折率が既知のものであれば、その値を用いれば良
い。また、必要があれば、マイクロゲージや顕微鏡など
を用いた他の方法で厚みが計測されたウエハであらかじ
め屈折率を測定しておき、その値を用いることが好まし
い。
【0070】ウエハ上面及び下面に対応する2本の光強
度ピークP2、P3を選択するための所定の選択基準と
しては、具体的にはいくつかの選択方法が適用可能であ
る。例えば、生厚み値の算出に用いる光路長範囲を範囲
R1またはR2(図2(b))に設定するとともに、上
から2番目及び3番目の光強度ピークを選択する方法が
ある。あるいは、光路長範囲を範囲R1(範囲R2)に
設定するとともに、下から1番目及び2番目(下から2
番目及び3番目)を選択する方法がある。
【0071】なお、基板下面に対応する光強度ピークP
4については、保持基板21の厚み等によって、光路長
が長くなって反射光L4が充分な強度で検出されないこ
とがある。このような場合には、安定して光強度ピーク
の特定を行うため、光強度ピークP4が検出される光路
長範囲が除外された光路長範囲R1を、光強度ピークの
選択のために設定することが好ましい。また、保持基板
21が用いられていない場合にも、同様に光路長範囲R
1が設定される。
【0072】以上により、ウエットエッチングの実行中
において半導体ウエハWの厚みの計測が可能な非接触式
の厚み計測装置、及びそれを備えるウエットエッチング
装置、ウエットエッチング方法が得られる。
【0073】なお、エッチング液層Eの状態は上記した
ように変化し、その厚みも表面の角度と同様に時間とと
もに変動する。これによって、光強度ピークP1、P2
の光路長差が変化するが、このとき、光強度ピークP1
のピーク位置がシフトするだけでなく、エッチング液層
Eが持つ屈折率のため、プローブヘッド13から半導体
ウエハWまでの光路長が変化する。したがって、光強度
ピークP2、P3なども同様にそのピーク位置がシフト
する。この場合においても、半導体ウエハWの上面より
も下方(半導体ウエハW及び保持基板21)に相当する
光強度分布は全体として同じだけシフトするので、光強
度ピークP2、P3の光路長差などの各光路長差は、ピ
ーク位置のシフトには影響されない。
【0074】また、半導体ウエハWのエッチング面とは
反対の面にパターンが付いている場合には、パターンよ
りも計測光のビーム径が小さければ各パターン部位での
厚みが、また、パターンよりもビーム径が大きければビ
ーム範囲内での平均的な厚みが求められる。また、図1
に示したウエットエッチング装置では、エッチング中に
は半導体ウエハWが回転されているため、この場合、厚
み計測では平均的な厚みを計測することになる。
【0075】上記した厚みの計測方法及び生厚み値の算
出方法によって得られた生厚み値のデータに対する統計
処理等について説明する。所定の時間間隔をおいた複数
の計測時刻のそれぞれでの厚み計測で算出された半導体
ウエハWの厚みの値(生厚み値)は、(1)統計的なば
らつき(統計ばらつき)、及び(2)計測エラーによる
ばらつき(エラーばらつき)の2つの原因による値のば
らつきを有する。このうち、(1)統計ばらつきは正し
く行われた厚み計測においても必然的に生じるものであ
り、この生厚み値のばらつきはデータとして許容される
範囲である。
【0076】一方、(2)エラーばらつきは、例えば次
のような原因によって発生する。すなわち、エッチング
液層E表面の計測光に対する角度は、上記したようにエ
ッチング液の流れ方によって変化し、それによってエッ
チング液層Eの表面からの反射光L1の光強度が変化す
る。特に、その表面の波立ちによって液面の傾きが大き
くなってくると、反射光L1の計測光に対する角度が大
きくなって、プローブヘッド13に入力されなくなる。
【0077】このとき、図2(b)の光強度分布におい
て、液面ピークP1の光強度が閾値Ptよりも小さくな
って、光強度ピークとして特定されない。また、計測条
件によっては、ウエハ上面ピークP2、ウエハ下面ピー
クP3についても、同様に光強度ピークとして特定され
ないことがあり得る。
【0078】このような場合には、各光強度ピークが各
面に誤って割り当てられることとなるので、生厚み値が
誤って算出される。例えば、光路長範囲R2で上から2
番目及び3番目の光強度ピークを選択する場合には、保
持基板21の厚みが生厚み値として算出される計測エラ
ーが生じる。また、光路長範囲R1で下から1番目及び
2番目の光強度ピークを選択する場合には、エッチング
液層Eの厚み、またはエッチング液層E及び半導体ウエ
ハWを合わせた厚みが生厚み値として算出される計測エ
ラーが生じる。また、各光強度ピークP1〜P4の間に
閾値レベルPtを超えるノイズ信号によるピークが発生
した場合にも、そのノイズピークが上記した光強度ピー
クとされてしまい、誤った厚みが求められる。
【0079】これらの統計ばらつき及びエラーばらつき
による生厚み値のばらつきに対して、図1に示したウエ
ットエッチング装置における厚み計測方法及びウエット
エッチング方法では、以下に述べるように、生厚み値の
データに対する許容範囲の適用によるデータ選択と、選
択された生厚み値のデータに対して直線近似計算を行う
ことによる厚み変化直線の決定とによって、それぞれの
値ばらつきの影響を除去または低減している。すなわ
ち、生厚み値データの選択によってエラーばらつきの影
響を除去するとともに、直線近似計算によって統計ばら
つきの影響を低減している。
【0080】以下、計測時刻のそれぞれで算出された生
厚み値からの厚み変化直線の決定方法、統計厚み値の算
出方法、及びウエットエッチングの終了時刻の決定方法
について具体的に説明する。図3は、図1に示したウエ
ットエッチング装置における厚み計測方法及びウエット
エッチング方法の一実施形態を示すフローチャートであ
る。
【0081】本ウエットエッチング装置においては、ウ
エットエッチング装置Bで半導体ウエハWに対するウエ
ットエッチングが開始されたら、所定の時間間隔をおい
た複数の計測時刻tのそれぞれで、厚み計測が行われる
(ステップS101)。計測時刻を指示する時間間隔と
しては、例えば、全体のエッチング時間1〜2分に対し
て5Hzの時間間隔など、エッチング時間やエッチング
レートに応じて適宜設定して、その各計測時刻で自動的
に厚み計測を実行することが好ましい。また、エッチン
グ時間の全体に対して一定の時間間隔でも良いし、異な
る時間間隔としても良い。
【0082】計測光源11から計測光が供給されて、厚
み計測が実行されたら、光検出器15及び参照光路長制
御部17からの各データが、厚み算出部16の信号処理
回路16aを介して生厚み値算出部16bに入力され
る。
【0083】次に、生厚み値算出部16bにおいて、光
強度分布(図2参照)が作成されるとともに、選択され
た2本の光強度ピークを用いて、その計測時刻tにおけ
る生厚み値RTh(t)が算出される(S102)。こ
こで、光強度分布で特定された光強度ピークが2本未満
の場合は、生厚み値を算出できないので、RTh(t)
=0μmとして、その生厚み値を無効とする。
【0084】さらに、算出された生厚み値に対して、特
定された光強度ピークのピーク数による分類がONにな
っているかどうかを判断し(S103)、ONの場合の
み、ピーク数による分類を行う(S104)。このピー
ク数による分類では、算出された生厚み値RTh(t)
のデータのうち、光強度分布に対して設定された光路長
範囲内で閾値より大きい光強度を有するピークとして特
定された光強度ピークの数が3本未満であった場合に、
その生厚み値を無効とする。
【0085】特定されたピーク数が3本未満である場合
のデータは、液面、ウエハ上面、及びウエハ下面の光強
度ピークP1、P2、及びP3のうちのいずれかが検出
されない計測エラーが発生した場合に相当し、誤った生
厚み値が得られている可能性が高いデータである。した
がって、上記したピーク数による分類を行うことによっ
て、計測エラーを伴う生厚み値の少なくとも一部を除外
して、エラーばらつきの影響を低減することができる。
このようなピーク数による分類は、液層E及びウエハW
の厚みが同程度で、後述する選別数値範囲や許容数値範
囲の適用によっては計測エラー発生の判定が難しい場合
に、特に効果がある。
【0086】ただし、ウエハWの厚みが液層Eよりも充
分に厚いときなど、後述するデータ選別などの統計処理
で充分な効果が得られる場合には、このようなピーク数
による分類は行わなくても良い。この場合、光強度ピー
クの数が2本未満で、生厚み値の算出が不可能なデータ
以外の生厚み値は、すべて有効とされる。
【0087】次に、最初の計測時刻から経過した時間が
規定時間以上となったかどうかを判断し(S105)、
規定時間未満であれば、厚み計測の実行及び生厚み値の
算出を繰り返す。一方、規定時間に到達していれば、生
厚み値に対する統計処理を開始する。この規定時間は、
半導体ウエハWの厚み評価に充分な生厚み値データの統
計点数が得られたかどうかを判断するための時間であ
り、最初の計測時刻からの経過時間(時間幅)によって
指定しておくことが好ましい。あるいは、厚み計測が行
われた統計点数によって規定時間を指定することも可能
である。以下においては、規定時間を統計点数によらず
時間幅によって指定することとし、最初の計測時刻から
の時間幅Tcを規定時間とする。
【0088】厚み計測の開始からの時間が規定時間Tc
に到達していると判断されたら、続いて、生厚み値に対
する許容数値範囲が設定済みであるかどうかを判断する
(S106)。許容数値範囲が設定されていなければ、
最初の計測時刻から規定時間Tcが経過した後の1回目
の計測時刻であるので、許容数値範囲の設定を実行す
る。
【0089】上記した1回目の計測時刻での許容数値範
囲の設定方法(S107〜S109)について、図4〜
図7に模式的に示すグラフを参照しつつ説明する。ここ
で、以下に示す図4〜図9のグラフにおいては、それぞ
れ横軸はエッチング時間t(=計測時刻t)を示し、縦
軸は各時刻での半導体ウエハWの厚みThを示してい
る。
【0090】また、各グラフ中に示す計測時刻tのそれ
ぞれで算出された生厚み値RTh(t)については、そ
れぞれのグラフの段階で有効となっているものを黒丸で
図示している。一方、無効となっているものについて
は、白丸で図示するか、あるいはグラフの見易さのため
図示を省略している。また、ウエットエッチングの目標
としてあらかじめ設定された半導体ウエハWの終点厚み
Th0を、それぞれ横軸に平行な点線によって示してあ
る。
【0091】図4は、tn=Tcとなって規定時間Tc
に到達した1回目の計測時刻tnに対して、その計測時
刻tnまでに計測及び算出が行われた生厚み値の分布及
び時間変化の一例を示すグラフである。各計測時刻での
生厚み値のデータのうち、RTh(t)=0μmとなっ
ている3データ点の生厚み値は、特定された光強度ピー
クが2本未満で無効とされているデータ(白丸)であ
る。許容数値範囲の設定は、それ以外の有効とされてい
るデータ(黒丸)を用いて実行される。
【0092】図4に黒丸で示された有効な生厚み値RT
h(t)の時間変化に対して、図5に示すように、1回
目のデータ選別計算を行う(S107)。まず、それら
の生厚み値RTh(t)のデータに対して直線近似計算
(例えば最小二乗法などのフィッティング計算)を実行
して、近似直線である1回目の厚み変化直線FTh1
(t)を決定する。この厚み変化直線FTh1(t)
は、データ選別用の直線である。
【0093】続いて、この選別用の厚み変化直線FTh
1(t)からの1回目の選別数値範囲DTh1を設定す
る。本実施形態においては、まず、厚み変化直線FTh
1(t)に対して、生厚み値RTh(t)のばらつき値
σ1を算出する。一方、選別数値範囲DTh1を求める
ための選別定数DThc1があらかじめ設定されてい
る。これらの数値から選別数値範囲DTh1は、DTh
1=σ1×DThc1として設定される。なお、生厚み
値のばらつき値σ1としては、例えば生厚み値データの
選別用の厚み変化直線からの標準偏差の値を用いること
ができる。
【0094】設定された選別数値範囲DTh1によっ
て、生厚み値に対する1回目のデータ選別を行う。すな
わち、厚み変化直線FTh1(t)から±DTh1の範
囲(図5中、選別用の厚み変化直線FTh1(t)を上
下から挟む2本の破線で示されている)内にある生厚み
値のデータについては、引き続き有効とするとともに、
この範囲外にある生厚み値のデータ(図5中に白丸で示
されている5データ点)を無効とする。
【0095】次に、図5に黒丸で示された有効な生厚み
値RTh(t)の時間変化に対して、図6に示すよう
に、2回目のデータ選別計算を行う(S108)。デー
タ選別計算の方法については、1回目とほぼ同様であ
る。すなわち、生厚み値RTh(t)のデータに対して
直線近似計算を実行して、近似直線である2回目の選別
用の厚み変化直線FTh2(t)を決定する。
【0096】続いて、この選別用の厚み変化直線FTh
2(t)からの2回目の選別数値範囲DTh2を、同様
にばらつき値σ2及び選別定数DThc2から、DTh
2=σ2×DThc2として設定する。そして、厚み変
化直線FTh2(t)から±DTh2の範囲内にある生
厚み値のデータを引き続き有効とし、この範囲外にある
生厚み値のデータ(図6中に白丸で示されている3デー
タ点)を無効とする。以上で、本実施形態における生厚
み値のデータ選別計算を終了する。
【0097】次に、上記したデータ選別計算によって選
別されて有効となっている生厚み値RTh(t)のデー
タの時間変化から、図7に示すように、許容数値範囲D
Thの設定を行う(S109)。まず、1回目及び2回
目のデータ選別計算で有効とされた生厚み値のデータ
(図6及び図7に黒丸で示されている8データ点)に対
して直線近似計算を実行して、生厚み値の時間変化を示
す近似直線である厚み変化直線FThtn(t)を決定す
る。ここで、下付添字tnは、その厚み変化直線が計測
時刻tnで決定された厚み変化直線であることを示して
いる。
【0098】続いて、この厚み変化直線FThtn(t)
からの許容数値範囲DThを設定する。本実施形態にお
ける許容数値範囲DThの設定方法は、上記した選別数
値範囲DTh1、DTh2の設定方法とほぼ同様であ
る。すなわち、まず、厚み変化直線FThtn(t)に対
して、この段階で有効とされている生厚み値RTh
(t)の標準偏差などのばらつき値σを算出する。一
方、許容数値範囲DThを求めるための許容定数DTh
cがあらかじめ設定されている。これらの数値から許容
数値範囲DThは、DTh=σ×DThcとして設定さ
れる。
【0099】ここで設定された許容数値範囲DThは、
以後の各計測時刻(最初の計測時刻から規定時間Tcが
経過した後の2回目以降の計測時刻)における生厚み値
の有効または無効の判定に用いられる。計測時刻tnで
の厚み変化直線FThtn(t)の決定、及び許容数値範
囲DThの設定が終了したら、次の厚み計測の実行及び
生厚み値の算出に移行する。
【0100】最初の計測時刻から規定時間Tcが経過し
た後の2回目以降の計測時刻では、許容数値範囲が設定
済みであるので、上記したデータ選別及び許容数値範囲
の(再)設定を行わず、許容範囲内外の判定等を実行す
る。この2回目以降の計測時刻での許容範囲内外の判定
方法等(S110〜S112)について、図8、図9に
模式的に示すグラフを参照しつつ説明する。
【0101】2回目以降の計測時刻tmで算出された生
厚み値RTh(tm)について、図8に示すように、許
容範囲内外の判定を行う(S110)。許容範囲内また
は範囲外のいずれにあるかは、具体的には、前回の計測
時刻(ここでは、計測時刻tnとする)で決定された厚
み変化直線FThtn(t)から許容数値範囲DTh内に
あるかどうかによって判定される。
【0102】すなわち、前回の計測時刻tnで決定され
た厚み変化直線FThtn(t)を外挿(点線)して、今
回の計測時刻tmでの厚みの期待値FThtn(tm)を
求める。そして、この計測時刻tmで実行された厚み計
測による生厚み値RTh(tm)が、FThtn(tm)
から±DThの範囲(図8中、厚み変化直線FTh
tn(t)を上下から挟む2本の破線で示されている)内
にあれば、その生厚み値RTh(tm)のデータを有効
とする。一方、範囲外であれば、その生厚み値のデータ
を無効とする。そして、その判定結果に基づいて、今回
の計測時刻tmに対する厚み変化直線FThtm(t)の
決定を行う(S111)。
【0103】図8のグラフにおいては、生厚み値RTh
(tm)が、前回の厚み変化直線FThtn(t)から許
容数値範囲DThの範囲内にある場合を示している。こ
のとき、生厚み値RTh(tm)は有効とされる。そし
て、図9に示すように、この生厚み値RTh(tm)を
含み、計測時刻tmから規定時間Tcの時間範囲内にあ
る有効な生厚み値のデータ(黒丸)に対して、直線近似
計算を実行して、新たな厚み変化直線FThtm(t)を
決定する。
【0104】一方、生厚み値RTh(tm)が、前回の
厚み変化直線FThtn(t)から許容数値範囲DThの
範囲外であった場合には、生厚み値RTh(tm)は無
効とされる。このとき、直線近似計算を実行せず、前回
の厚み変化直線をそのまま、今回の計測時刻tmでの厚
み変化直線FThtm(t)=FThtn(t)に決定す
る。
【0105】厚み変化直線FThtm(t)が決定された
ら、計測時刻tmでの統計厚み値STh(tm)を、S
Th(tm)=FThtm(tm)によって算出して(S
112)、その計測時刻tmにおけるデータの統計処理
を終了する。そして、算出された統計厚み値STh(t
m)が終点厚みTh0に到達しているかどうかを判断す
る(S113)。統計厚み値STh(tm)があらかじ
め設定されているウエットエッチングの終点厚みTh0
以下となっていたら、厚み算出部16(統計厚み値算出
部16c)からエッチング制御部25に終了指示信号を
出力して、ウエットエッチングを終了する。一方、図9
に示すように、終点厚みTh0に到達していなければ、
ウエットエッチング工程を継続するとともに、次の厚み
計測を実行する。
【0106】上記した厚み計測装置、及びそれを用いた
ウエットエッチング装置、ウエットエッチング方法にお
いては、計測光からそれぞれ生成された反射光及び参照
光の干渉光を検出し、光路長変化に対する光強度分布で
半導体ウエハの上面及び下面に相当する光強度ピークを
特定、選択して、それらの光路長差から生厚み値を算出
する。これによって、エッチング液の存在にかかわら
ず、ウエットエッチングの実行中に半導体ウエハの厚み
を計測することができる。また、ウエハ上面及び下面の
両方からの2本の光強度ピークを用いているため、エッ
チング液層の状態などが変化しても、正しく半導体ウエ
ハの厚みを計測することが可能である。
【0107】また、規定時間経過後で充分な生厚み値デ
ータの統計点数がある計測時刻において、許容数値範囲
内外の判定、及び直線近似計算による厚み変化直線の決
定を含む統計処理を行っている。これによって、エラー
ばらつき及び統計ばらつきの影響が充分に低減された統
計厚み値を、その計測時刻における半導体ウエハWの厚
みとして算出することができる。
【0108】特に、規定時間経過後で1回目の計測時刻
では、厚み変化直線を決定する前に、データ選別のため
の予備的な直線近似計算、選別数値範囲の設定、及びデ
ータの選別を含むデータ選別計算を実行した後、データ
選別計算の終了後に有効とされている生厚み値によっ
て、厚み変化直線の決定及び許容数値範囲の設定を行っ
ている。これによって、厚み変化直線及び統計厚み値か
らエラーばらつき等の影響を充分かつ効率的に除外し
て、より正確に半導体ウエハWの厚みを得ることが可能
となる。また、2回目以降の計測時刻では、設定されて
いる許容数値範囲及び前回の厚み変化直線から、生厚み
値について判定を行い、生厚み値が有効とされた場合の
み新たな直線近似計算を行うこととすることによって、
効率的な統計厚み値の算出を実現している。
【0109】規定時間経過後で1回目の計測時刻におけ
る許容数値範囲及び選別数値範囲の設定については、い
ずれも、その段階で有効な生厚み値の厚み変化直線から
のばらつき値と、あらかじめ決められた許容定数及び選
別定数とに基づいて設定している。これによって、許容
数値範囲及び選別数値範囲の設定において、対象となっ
ている実際の生厚み値のデータの状態が反映されるの
で、そのデータに適した数値範囲を設定することができ
る。
【0110】ここで、データ選別を行うごとに生厚み値
のデータのばらつきは小さくなっていくため、許容数値
範囲は、通常は選別数値範囲よりも狭い数値範囲に設定
される。すなわち、上記した例においては、1回目の選
別数値範囲DTh1、2回目の選別数値範囲DTh2、
及び許容数値範囲DThは、通常はDTh1>DTh2
>DThとなる。ただし、このような数値範囲の大小関
係は主にばらつき値によって決まるので、ばらつき値を
除いた許容定数、選別定数では、必ずしもこのような大
小関係とはならない。
【0111】なお、許容数値範囲及び選別数値範囲につ
いては、データのばらつき値があらかじめ予測されてい
る場合には、許容定数、選別定数を指定することなく、
操作者等が直接に数値範囲を設定しても良い。この場合
でも、それぞれの数値範囲は、上記した大小関係を満た
すように設定しておくことが好ましい。また、必要があ
れば、いくつかの数値範囲(例えば2回目の選別数値範
囲と最終的な許容数値範囲)を等しく設定したり、許容
数値範囲を選別数値範囲よりもやや広く設定しても良
い。
【0112】規定時間経過後で2回目以降の計測時刻で
の直線近似計算においては、その計測時刻から規定時間
の範囲よりも前にある生厚み値を無効として、直線決定
に用いないこととしている。このような範囲設定は、エ
ッチングレートがウエットエッチング中に時間とともに
変化していく場合などに、その時間変化に対応する上で
有効であり、充分な統計点数を確保しつつ、より正確な
厚み変化直線及び統計厚み値を得ることができる。ただ
し、エッチングレートの変化等が問題とならない場合に
は、常に最初の計測時刻からの生厚み値を使用するよう
にしても良い。この場合、時間の経過とともに、統計処
理に用いる生厚み値データの統計点数が増加する。
【0113】上記した厚み計測装置を適用した図1のウ
エットエッチング装置及びウエットエッチング方法で
は、統計厚み値算出部16cで得られた厚み変化直線及
び統計厚み値に基づき、エッチング制御部25を介し
て、エッチング液供給部24によるエッチング液の供給
の停止によるウエットエッチングの終了、あるいはエッ
チングレートの変更などを適宜制御することが可能であ
る。特に、ウエットエッチング終了後に得られる半導体
ウエハの厚みについては、厚み変化直線及び統計厚み値
と、あらかじめ設定された終点厚みとに基づいて終了時
刻を求めることとしておくことによって、終点厚みから
のばらつきを抑制することができ、半導体装置製造の効
率化と歩留まりの向上を実現することができる。
【0114】より具体的には、上記の例では、算出され
た統計厚み値が終点厚み以下となっていたら、その計測
時刻を終了時刻とするとともに、厚み算出部16(統計
厚み値算出部16c)からエッチング制御部25に終了
指示信号を出力して、ウエットエッチングを終了してい
る。
【0115】また、上記以外にも、厚み変化直線を用い
て終了時刻を予測する構成が可能である。すなわち、図
9に示すように、厚み変化直線FThtm(t)を外挿
(延長)して、終点厚みを示す直線との交点を求め、そ
の交点での時刻teを終了時刻として予測することがで
きる。このように終了時刻をあらかじめ予測した場合に
は、その予測された終了時刻に基づいてウエットエッチ
ングの終了制御を行うことが可能である。
【0116】例えば、終了指示信号によってエッチング
液供給部24からのエッチング液の供給が停止されてか
ら、洗浄水によってエッチング面上のエッチング液が除
去されるまでには、ある程度のタイムラグがある。その
ため、終点厚み以下となった時刻を終了時刻とする制御
方法では、オーバーエッチを起こす可能性がある。これ
に対して、厚み変化直線によってあらかじめ予測された
終了時刻を用い、その終了時刻よりもタイムラグの分だ
け早い時刻にエッチング液の供給を停止すれば、オーバ
ーエッチを起こすことがなくなり、半導体ウエハWの終
点厚みを正確に制御することができる。
【0117】本発明による厚み計測装置、及びそれを用
いたウエットエッチング装置、ウエットエッチング方法
は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な
構成の変形や工程の変更が可能である。例えば、保持基
板21は、薄くエッチングされる半導体ウエハWの機械
的強度を維持するためのものであり、半導体ウエハWの
厚みによっては保持基板を用いずにエッチングを行うこ
とも可能である。
【0118】また、半導体ウエハWからの反射光を取り
込む光入力手段については、上記した実施形態では光出
力手段であるプローブヘッド13を共用しているが、光
出力手段とは別に光入力手段を設置する構成としても良
い。この場合、反射光はプローブヘッド13への光ファ
イバ13aとは別の光ファイバに入力されるので、光カ
プラ12に加えて設けられた他の光カプラなどを光結合
手段として、反射光と参照光の結合が行われる。また、
光入力/出力手段あるいは光分岐/結合手段の一方のみ
を単一の光入出力手段あるいは光カプラとし、他方は別
々とする構成も可能である。
【0119】ウエットエッチングのエッチングレートに
ついては、必ずしも一定のレートとしなくても良い。例
えば、厚み計測によって得られた半導体ウエハWの厚み
の時間変化に基づいて、終点厚み(エッチングの終了時
刻)が近づくにつれてエッチングレートが遅くなるよう
にエッチングを制御すれば、さらに細かい厚みの制御が
可能となる。この場合、厚みの時間変化を求める生厚み
値のデータの時間範囲を区分して、エッチングレートを
変更した時刻の前後で別々に厚み変化直線を求めること
も可能である。
【0120】また、厚み変化直線及び統計厚み値を算出
するための統計処理の各計算についても、上記した実施
形態以外にも様々に変形して良い。例えば、規定時間経
過後の1回目の計測時刻において、厚み変化直線の決定
前に行われるデータ選別計算については、上記の実施形
態では2回のデータ選別を行っているが、このデータ選
別については、1回のみ、または3回以上としても良
い。
【0121】
【発明の効果】本発明による厚み計測装置、及びそれを
用いたウエットエッチング装置、ウエットエッチング方
法は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得
る。すなわち、反射光と参照光とを結合させた干渉光の
光強度分布から特定、選択された2本の光強度ピークの
光路長差から、半導体ウエハWの生厚み値を算出すると
ともに、規定時間経過後で充分な生厚み値データの統計
点数がある計測時刻において、許容数値範囲内外の判
定、及び直線近似計算による厚み変化直線の決定を含む
統計処理、特に規定時間経過後で1回目の計測時刻で
は、1回または複数回のデータ選別計算、及び直線近似
計算による厚み変化直線の決定を含む統計処理を行う。
これによって、エッチング液の存在にかかわらず、半導
体ウエハの厚みを計測することが可能となるとともに、
エラーばらつき及び統計ばらつきの影響が充分に低減さ
れた統計厚み値を得ることができる。
【0122】このような厚み計測を利用すれば、それぞ
れのウエットエッチング工程での現実のエッチングレー
トやその時間変化などのエッチング条件を実測によって
知ることが可能となる。したがって、ウエットエッチン
グの終了後に、得られた半導体ウエハの厚みを計測する
検査段階でウエットエッチングの良否を判断するのでは
なく、エッチング中に厚みの時間変化を判断しつつウエ
ットエッチングを制御することができ、半導体装置製造
の効率化やその歩留まりの向上が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】厚み計測装置、及び厚み計測装置を備えるウエ
ットエッチング装置の一実施形態を示す構成図である。
【図2】図1に示したウエットエッチング装置における
半導体ウエハの厚みの計測方法について示す図である。
【図3】厚み計測方法及びウエットエッチング方法の一
実施形態を示すフローチャートである。
【図4】規定時間までに算出された生厚み値の一例を模
式的に示すグラフである。
【図5】1回目のデータ選別計算について示すグラフで
ある。
【図6】2回目のデータ選別計算について示すグラフで
ある。
【図7】許容数値範囲の設定について示すグラフであ
る。
【図8】生厚み値の許容数値範囲内外の判定について示
すグラフである。
【図9】厚み変化直線の決定及び統計厚み値の算出につ
いて示すグラフである。
【符号の説明】
A…厚み計測装置、11…計測光源、11a…入力用光
ファイバ、12…光カプラ、13…プローブヘッド、1
3a…計測用光ファイバ、14…参照光生成部、14a
…参照用光ファイバ、14b…参照用光路、14c…反
射ミラー、14d…ガラス基板、14e…ガルバノメー
タ、15…光検出器、15a…出力用光ファイバ、16
…厚み算出部、16a…信号処理回路、16b…生厚み
値算出部、16c…統計厚み値算出部、17…参照光路
長制御部、B…ウエットエッチング装置、21…保持基
板、22…回転台、23…回転駆動部、24…エッチン
グ液供給部、24a…ノズル、25…エッチング制御
部、W…半導体ウエハ、E…エッチング液層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F064 AA01 EE09 GG00 GG02 GG12 GG24 GG52 HH01 HH05 2F065 AA02 AA30 BB03 CC19 CC32 FF42 FF51 GG01 HH04 HH13 JJ11 JJ18 LL00 LL02 LL12 LL65 MM04 PP13 QQ17 QQ29 4M106 AA01 BA04 CA48 DH03 DH12 DH31 DH55 DJ20 5F043 AA02 DD30 EE07 EE08 EE27 EE40 GG10

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エッチング液を用いたウエットエッチン
    グの実行中に半導体ウエハの厚みを計測するための厚み
    計測装置であって、 所定の時間間隔をおいた複数の計測時刻のそれぞれに、
    計測光を供給する計測光源と、 前記計測光源からの前記計測光を分岐させる光分岐手段
    と、 前記光分岐手段で分岐された前記計測光の一方を、計測
    対象である前記半導体ウエハに対して出力させて、前記
    エッチング液が供給されているエッチング面側から照射
    する光出力手段と、 前記光出力手段から照射された前記計測光が前記エッチ
    ング液または前記半導体ウエハによって反射された反射
    光を入力させる光入力手段と、 前記光分岐手段で分岐された前記計測光の他方を、光路
    長が可変に構成された参照用光路を通過させて、参照光
    路長が設定された参照光を生成する参照光生成手段と、 前記光入力手段からの前記反射光と、前記参照光生成手
    段からの前記参照光とを結合させて干渉光とする光結合
    手段と、 前記光結合手段からの前記干渉光を検出する光検出手段
    と、 前記計測時刻のそれぞれにおいて、前記参照光生成手段
    で設定された前記参照光路長と、前記光検出手段で検出
    された前記干渉光の光強度との相関を示す光強度分布を
    用い、設定された閾値よりも大きい光強度を有する複数
    の光強度ピークから選択された2本の前記光強度ピーク
    間での前記参照光路長の光路長差に基づいて、前記半導
    体ウエハの生厚み値を算出する生厚み値算出手段と、 最初の前記計測時刻から規定時間が経過した後の前記計
    測時刻のそれぞれにおいて、設定された許容数値範囲内
    にあって有効とされている複数の前記生厚み値の時間変
    化に対して、直線近似計算による厚み変化直線の決定を
    行って、前記厚み変化直線から統計厚み値を算出する統
    計厚み値算出手段と、を備え、 前記統計厚み値算出手段は、最初の前記計測時刻から前
    記規定時間が経過した後の1回目の前記計測時刻におい
    て、 その前記計測時刻までの有効な前記生厚み値の時間変化
    に対して、直線近似計算による選別用の厚み変化直線の
    決定と、前記選別用の厚み変化直線からの選別数値範囲
    の設定と、前記選別数値範囲外にある前記生厚み値を無
    効とするデータの選別とを含むデータ選別計算を行った
    後、選別後に有効とされている前記生厚み値の時間変化
    に対して、前記直線近似計算による前記厚み変化直線の
    決定を行うとともに、前記厚み変化直線からの前記許容
    数値範囲を設定することを特徴とする厚み計測装置。
  2. 【請求項2】 前記統計厚み値算出手段は、最初の前記
    計測時刻から前記規定時間が経過した後の2回目以降の
    前記計測時刻のそれぞれにおいて、 その前記計測時刻で算出された前記生厚み値が、前回の
    前記計測時刻で決定された前記厚み変化直線から前記許
    容数値範囲の範囲内または範囲外にあるかによって、そ
    の生厚み値の有効または無効を判定するとともに、 前記生厚み値が前記許容数値範囲内にあって有効とされ
    た場合には、その前記生厚み値を含む有効な複数の前記
    生厚み値の時間変化に対して、前記直線近似計算による
    前記厚み変化直線の決定を行って、前記厚み変化直線か
    ら前記統計厚み値を算出し、 前記生厚み値が前記許容数値範囲外にあって無効とされ
    た場合には、前回の前記計測時刻で決定された前記厚み
    変化直線を、そのまま今回の前記厚み変化直線に決定し
    て、前記厚み変化直線から前記統計厚み値を算出するこ
    とを特徴とする請求項1記載の厚み計測装置。
  3. 【請求項3】 前記統計厚み値算出手段は、最初の前記
    計測時刻から前記規定時間が経過した後の1回目の前記
    計測時刻において、 前記許容数値範囲を、前記選別数値範囲よりも狭い数値
    範囲に設定することを特徴とする請求項1または2記載
    の厚み計測装置。
  4. 【請求項4】 前記統計厚み値算出手段は、最初の前記
    計測時刻から前記規定時間が経過した後の1回目の前記
    計測時刻において、 前記選別数値範囲を、選別の対象となっている前記生厚
    み値の前記選別用の厚み変化直線からのばらつき値と、
    あらかじめ決められた選別定数とに基づいて設定すると
    ともに、 前記許容数値範囲を、選別後に有効とされている前記生
    厚み値の前記厚み変化直線からのばらつき値と、あらか
    じめ決められた許容定数とに基づいて設定することを特
    徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の厚み計測装
    置。
  5. 【請求項5】 前記統計厚み値算出手段は、前記計測時
    刻のそれぞれにおいて、前記光強度ピークの数が3本未
    満であった場合に、その前記生厚み値を無効とすること
    を特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載の厚み計
    測装置。
  6. 【請求項6】 前記統計厚み値算出手段は、最初の前記
    計測時刻から前記規定時間が経過した後の2回目以降の
    前記計測時刻のそれぞれにおいて、 その前記計測時刻から前記規定時間の範囲外にある前記
    生厚み値を無効とすることを特徴とする請求項1〜5の
    いずれか一項記載の厚み計測装置。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれか一項記載の厚み
    計測装置を備えるウエットエッチング装置であって、 前記ウエットエッチングの対象となる前記半導体ウエハ
    の前記エッチング面に、前記エッチング液を供給するエ
    ッチング液供給手段と、 前記エッチング液供給手段による前記エッチング液の供
    給を制御するエッチング制御手段とを備えることを特徴
    とするウエットエッチング装置。
  8. 【請求項8】 前記厚み計測装置の前記統計厚み値算出
    手段は、決定された前記厚み変化直線から、あらかじめ
    設定された終点厚みに基づいて前記ウエットエッチング
    の終了時刻を求めて、前記終了時刻を指示する終了指示
    信号を出力し、 前記エッチング制御手段は、前記終了指示信号に基づい
    て、前記エッチング液供給手段による前記エッチング液
    の供給を停止させることを特徴とする請求項7記載のウ
    エットエッチング装置。
  9. 【請求項9】 請求項1〜6のいずれか一項記載の厚み
    計測装置を用いたウエットエッチング方法であって、 前記ウエットエッチングの対象となる前記半導体ウエハ
    の前記エッチング面に、前記エッチング液を供給して前
    記ウエットエッチングを開始するエッチング開始ステッ
    プと、 前記エッチング開始ステップで開始された前記ウエット
    エッチングの実行中に、前記時間間隔をおいた複数の前
    記計測時刻のそれぞれに、前記厚み計測装置を用いて前
    記半導体ウエハの厚みを計測する厚み計測ステップと、 前記エッチング液の供給を停止して前記ウエットエッチ
    ングを終了するエッチング終了ステップとを有すること
    を特徴とするウエットエッチング方法。
  10. 【請求項10】 前記厚み計測ステップで決定された前
    記厚み変化直線から、あらかじめ設定された終点厚みに
    基づいて前記ウエットエッチングの終了時刻を求める終
    了時刻算出ステップをさらに有し、 前記エッチング終了ステップにおいて、前記終了時刻算
    出ステップで求められた前記終了時刻に基づいて前記エ
    ッチング液の供給を停止することを特徴とする請求項9
    記載のウエットエッチング方法。
  11. 【請求項11】 前記終了時刻算出ステップにおいて、
    前記厚み変化直線から算出された前記統計厚み値が前記
    終点厚み以下となった前記計測時刻を前記終了時刻とす
    ることを特徴とする請求項10記載のウエットエッチン
    グ方法。
  12. 【請求項12】 前記終了時刻算出ステップにおいて、
    前記厚み変化直線を用いて前記終了時刻を予測すること
    を特徴とする請求項10記載のウエットエッチング方
    法。
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