JP2016095275A - 評価方法及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハの膜厚測定器の微小な測定位置ズレを評価できる方法及び膜厚測定の位置精度を向上できる膜厚測定方法を提供する。【解決手段】外周部の膜厚分布が０．１％以上で、膜厚が０．３μｍ以上、好ましくは１μｍ以上、かつ１００μｍ以下のエピタキシャルウェーハを準備するＳ１。そのエピタキシャルウェーハを、ノッチが１２時方向の位置となるよう測定器に仕込み（通常仕込み）、ノッチを０°として０°方向及び９０°方向の２方向の膜厚を測定するＳ２。エピタキシャルウェーハを、通常仕込みから１８０°回転させて測定器に仕込み（反転仕込み）、通常仕込みと同一の測定点の膜厚を測定するＳ３。得られた膜厚の同一測定点での差分をとりＳ４、その差分に基づいて測定位置ズレを評価するＳ５。その評価結果に基づき測定器の測定位置を補正しＳ６、以降は、補正後の測定器を用いて、ウェーハの膜厚測定を行うＳ７。【選択図】図２

Description

本発明は、ウェーハの表面に形成された膜の厚さ等の特性を測定する測定器の測定位置ズレを評価する方法、及びその測定器を用いた膜特性の測定方法に関する。

シリコン半導体デバイスの高集積化は、著しく進んでおり、デバイスを形成する基板のシリコンウェーハ自体の高品質化が一層厳しく要求されている。すなわち、高集積化とともに回路パターンがますます微細化されるため、ウェーハ上のデバイスが形成されるデバイス活性領域では、リーク電流の増大やキャリアのライフタイムの低下原因となる転位等の結晶欠陥および金属系不純物の低減、除去が従来に増して厳しく求められている。かかる要請から結晶欠陥を含まないエピタキシャル層をウェーハ上に成長させたエピタキシャルウェーハが開発され、高集積化デバイスの製造に多く使用されている。

シリコンウェーハのエピタキシャル層の膜厚は、一般的に、ＦＴＩＲ（Fourier Transform Infrared、フーリエ変換赤外分光）法によって測定される（例えば特許文献１参照）。これは、ウェーハ表面に照射した赤外光によって、ウェーハとエピタキシャル層との不純物濃度の差からエピタキシャル層の膜厚を測定するものである。

特開２００９−３０２１３３号公報

従来、エピタキシャルウェーハの品質規格により、エピタキシャルウェーハの外周縁から５ｍｍ以内の領域は、外周除外領域として半導体デバイスの製造には用いられなかったが、最近では、品質規格が定める平坦度は厳しくなり、外周部まで平坦で凹凸のないエピタキシャルウェーハが要求される。

さらに、品質規格において外周除外領域への要求が厳しくなり、外周除外領域も徐々に縮小されている。その結果、外周除外領域を外周縁から２ｍｍ以内の領域とするのが主流となり、その外周除外領域以外の外周部についても要求される平坦度を満たす必要が生じている。それに伴い、測定器もよりタイトな測定位置精度が要求される。

ＦＴＩＲ測定器の測定管理法としてウェーハの面内数点の反射されたレーザー強度値により校正を行っている。これは測定器とウェーハの傾き有無の評価・校正する場合には適しているが、測定器の微小な測定位置ズレを評価、校正するには不十分であった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、膜厚等の膜特性を測定する測定器の微小な測定位置ズレを評価できる方法、及び膜特性の測定位置の精度を向上できる膜特性の測定方法を提供することを課題とする。

本発明者は、上記課題を解決するため、種々の試験を行い、鋭意検討を重ねた結果、ウェーハを通常仕込み、１８０°反転仕込みのそれぞれで所定の角度方向の膜厚測定を行い、同一測定点の膜厚の差分をとることで測定器の測定位置ズレを簡便に検出できることを見出した。さらに、ウェーハ外周部における膜厚分布と、測定器の測定位置ズレの検出感度とに一定の相関があることを見出した。

本発明は、上記の知見に基づいて完成したものである。すなわち、本発明の評価方法は、表面に膜が形成されたウェーハの面内の点から測定点を選択して、その測定点における前記膜の特性を測定器で測定する第１の測定工程と、
前記ウェーハを、前記ウェーハの表面に垂直な回転軸線周りに、前記第１の測定工程の時とは異なる角度に回転させた後、前記測定器で、前記第１の測定工程と同一の測定点における前記特性を測定する第２の測定工程と、
前記第１の測定工程で得られた測定値と前記第２の測定工程で得られた測定値との比較に基づき、前記測定器の測定位置ズレを評価する評価工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、第１の測定工程と第２の測定工程との２つの測定工程を実施し、それら２つの測定工程では、互いに同一の測定点を測定しつつ、ウェーハの円周方向の角度（ウェーハ表面に垂直な回転軸線周りの角度）を異ならせる。このとき、測定器の測定位置ズレが無ければ２つの測定工程で得られた測定値は同じとなる。一方、測定器の測定位置ズレが有る場合には、測定器としては同一測定点を測定しているつもりが、実際は、第２の測定工程では、第１の測定工程の測定点からずれた測定点を測定することになる。つまり、測定器の測定位置ズレが有る場合には、第１の測定工程で得られた測定値と、第２の測定工程で得られた測定値とにズレが発生する。よって、評価工程では、それら２つの測定値を比較することで、測定器の微小な測定位置ズレを評価できる。

また、本発明において、前記第２の測定工程では、前記ウェーハを、前記回転軸線周りに前記第１の測定工程の時から１８０°回転させた状態に仕込むとするのが好ましい。このように、第２の測定工程では、第１の測定工程の時からウェーハを反転仕込みすることで、測定器の測定位置ズレを、第２の測定工程の測定値に反映しやすくできる。よって、測定器の測定位置ズレを高感度に評価できる。

また、本発明において、前記特性は膜厚であり、
前記第１の測定工程及び前記第２の測定工程では、前記ウェーハの外周部における膜厚を少なくとも測定し、
前記評価工程では、前記第１の測定工程で得られた前記外周部における測定値と、前記第２の測定工程で得られた前記外周部における測定値との比較に基づき、前記測定器の測定位置ズレを評価するのが好ましい。このとき、前記膜の外周縁から３ｍｍ〜５ｍｍの範囲における平均膜厚をｄ、その範囲における膜厚の変化量をΔｄとしたとき、Δｄ／ｄが０．１％以上であるとするのが好ましい。

これによれば、通常、ウェーハ外周部では、ウェーハ内側部に比べて膜厚変化が大きくなっているので、外周部の膜厚を少なくとも測定することで、測定器の測定位置ズレを、第１、第２の測定工程の測定値に反映しやすくできる。よって、測定器の測定位置ズレを高感度に検出できる。特に、外周部における膜厚分布Δｄ／ｄが０．１％以上のウェーハを用いることで、微小な測定位置ズレであっても高感度に検出できる。

また、本発明において、前記第１の測定工程及び前記第２の測定工程では、それぞれ、前記ウェーハの面内を通る直線のうち直交する２つの直線の一方に沿った第１方向及び他方に沿った第２方向の少なくとも２方向における前記特性の面内分布を測定し、
前記評価工程では、
前記第１の測定工程で得られた前記第１方向における測定値と前記第２の測定工程で得られた前記第１方向における測定値との比較に基づき、前記測定器の前記第１方向における測定位置ズレを評価し、かつ、
前記第１の測定工程で得られた前記第２方向における測定値と前記第２の測定工程で得られた前記第２方向における測定値との比較に基づき、前記測定器の前記第２方向における測定位置ズレを評価するのが好ましい。このとき、前記第１方向と前記第２方向の一方は前記ウェーハのノッチを通る直線に沿った方向とすることができる。

これによれば、直交する２方向のそれぞれの測定位置ズレを評価するので、２次元平面のどの方向に測定位置ズレが生じたとしても、その測定位置ズレを評価できる。

また、本発明において、前記特性は膜厚であり、前記評価工程では、前記第１の測定工程で得られた前記ウェーハの外周部における測定値と前記第２の測定工程で得られた前記外周部における測定値の差分を求め、その差分に基づいて前記測定器の測定位置ズレの方向及び量を評価することができる。これによれば、測定位置ズレの方向及び量を得ているので、測定器の測定位置を簡便に補正することができる。

また、本発明において、前記特性は膜厚であり、前記測定器はＦＴＩＲ法に基づく膜厚測定器である。これによって、膜厚測定器の測定位置ズレを評価できる。

このとき、前記膜の膜厚は０．３μｍ以上、かつ１００μｍ以下とするのが好ましく、より好ましくは１μｍ以上、かつ１００μｍ以下とするのが好ましい。これはＦＴＩＲ法では０．３μｍの深さまで、最外表面からの反射によって、内部での測定結果が影響を受ける。結果的に、不純物濃度差の存在する界面位置を正確に検出することができない。したがって、ＦＴＩＲ法による膜厚の検出限界は０．３μｍ程度となる。さらに、不純物濃度の界面位置を正確に検出するにはウェーハの膜厚は１μｍ以上が好ましい。また、エピタキシャルウェーハの膜厚を１００μｍ以上作製しようとすると、サセプタとウェーハの間に副生成物が堆積し、サセプタ上にウェーハが貼り付いて、ウェーハが取り出せなくなる現象が頻発する。そのため、ウェーハの膜厚は１００μｍ以下が好ましい。

本発明の測定方法は、本発明の評価方法と、前記評価工程の評価結果に基づき前記測定器の測定位置を補正する補正工程と、その補正工程で測定位置が補正された前記測定器を用いてウェーハの特性を測定する補正後測定工程と、を含むことを特徴とする。これによれば、測定位置の精度を向上した膜特性測定が可能となる。

膜厚測定器の概略構成を示した図である。 本発明の測定器の測定位置ズレの評価及び膜厚測定の方法の手順を示したフローチャートである。 通常仕込みにおけるＸ方向の膜厚測定の様子を示した図である。 通常仕込みにおけるＹ方向の膜厚測定の様子を示した図である。 反転仕込みにおけるＸ方向の膜厚測定の様子を示した図である。 反転仕込みにおけるＹ方向の膜厚測定の様子を示した図である。 ノッチを下にしてＸ方向の１）通常仕込みの膜厚、２）反転仕込みの膜厚、３）それら膜厚の差分を示した図である。 ノッチを下にしてＹ方向の１）通常仕込みの膜厚、２）反転仕込みの膜厚、３）それら膜厚の差分を示した図である。 測定器位置調整後におけるノッチを下にしてＸ方向の１）通常仕込みの膜厚、２）反転仕込みの膜厚、３）それら膜厚の差分を示した図である。 測定器位置調整後におけるノッチを下にしてＹ方向の１）通常仕込みの膜厚、２）反転仕込みの膜厚、３）それら膜厚の差分を示した図である。 各膜厚分布ごとに、測定器の位置ズレ量に対する外周部における膜厚差分の変化量を示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。本実施形態では、シリコン基板の表面に、シリコン単結晶薄膜（エピタキシャル層）が気相成長により形成されたシリコンエピタキシャルウェーハ（以下、単にウェーハということもある）の膜厚測定に本発明を適用した例を説明する。図１は、本発明で用いられる膜厚測定器１（以下、単に測定器という）の概略構成を示している。測定器１は、ロードポート２とロボットハンド３とアライナー４と測定部５とを備えている。

ロードポート２は、膜厚の測定対象となるウェーハが収容された容器が取り付けられて、その容器からウェーハを測定器１内に取り込むための装置である。ロボットハンド３は、ウェーハを吸着により把持するハンド部３１及びそのハンド部３１を先端に接続して測定器１内の各部に移動可能なアーム部３２を備える。また、ロボットハンド３（ハンド部３１）は測定部５での膜厚測定の際にウェーハが載置される測定ステージも兼ねている。

アライナー４は、ウェーハを測定部５に搬送する前にウェーハの位置決めを行うものである。詳しくは、アライナー４は、例えばウェーハに赤外レーザーを当てながらウェーハを回転させ、ノッチ位置を基準にしてウェーハが何度ずれているか、Ｘ、Ｙ方向にどれくらいずれているかを測定し、補正することができる。なお、ウェーハにオリエンテーションフラット（オリフラ）が形成されている場合には、オリフラを基準にして位置決めを行うことができる。ウェーハを搬送する際、このようなアライナー４を介することで、ウェーハをロボットハンド３上の同じ位置かつ同じ向きに載せて搬送することができる。

測定部５は、ＦＴＩＲ法によりウェーハの表面に形成されたエピタキシャル層の膜厚を測定する部分である。ここで、ＦＴＩＲ法とは、ウェーハの主表面に赤外光を照射し、エピタキシャル層の表面で反射される反射光と、エピタキシャル層と基板との界面で反射される反射光とを検出し、それら反射光の光路差を測定してエピタキシャル層の膜厚を算出する方法である。そのため、測定部５は、ウェーハが配置される空間部、赤外光をウェーハに照射する照射部、各反射光を検出する検出器、反射光の光路差を測定して膜厚を算出する算出部などから構成されている。

測定器１による膜厚測定の従来の手順を説明すると、先ず、ロボットハンド３により、ロードポート２からウェーハが水平に把持されて、そのウェーハがアライナー４まで搬送される。次に、アライナー４により、ウェーハの位置決めが行われる。このとき、例えばウェーハの中心から見てノッチが１２時の方向に位置するように、ウェーハの位置が補正される。

次に、ロボットハンド３により、位置決めされたウェーハが把持されて、位置決めされた状態を保持しながら測定部５まで搬送される。このとき、アライナー４でノッチの位置が１２時方向に補正された場合には、その１２時方向にノッチの位置が保持されるように、ウェーハが搬送される。以下では、ノッチが１２時方向に位置した状態で測定部５に搬送する（仕込む）ことを、通常仕込みという。また、例えばウェーハの中心が測定部５に予め設定された原点に位置するように、測定部５におけるウェーハの初期搬送位置が定められる。このため、ロボットハンド３は、数値制御により、その初期搬送位置にウェーハを搬送する。

次に、ウェーハの面内の点から膜厚測定を行う測定点を選択して、その測定点における膜厚が測定部５により測定される。例えば、外周除外領域（例えばウェーハの外周縁から２ｍｍ以内の領域）を除く、ウェーハの直径方向に沿った複数の測定点を選択する。例えば、ウェーハの直径が２００ｍｍ、ウェーハ中心の座標をゼロとすると、外周除外領域を除く−９８ｍｍから＋９８ｍｍの座標範囲に亘って、膜厚測定が行われる。また、上述したようにロボットハンド３は、測定部５においてウェーハが載置される測定ステージも兼ねているので、膜厚測定の際にはウェーハはロボットハンド３に載せられたまま、ロボットハンド３がＸ方向、Ｙ方向に移動することで、任意の測定点における膜厚測定が可能となっている。

ところで、ロボットハンド３による測定部５へのウェーハ搬送位置がずれることがある。例えば測定部５におけるウェーハの初期搬送位置がずれると、図３に示すように、測定部５に設定される座標系における原点Ｏと、ウェーハＷの中心Ｏ’とにズレが生じる。このズレにより、膜厚の測定位置にもズレが生じる。すなわち、図３に示すように、実際の膜厚測定範囲１０２（例えば、測定部５の座標系における−９８ｍｍから＋９８ｍｍの座標範囲）と、所望する膜厚測定範囲１０１（例えば、ウェーハ面内の−９８ｍｍから＋９８ｍｍの範囲）とにズレ（図３の場合はＸ方向のズレΔｘ）が生じる。

そこで、本発明では、測定器１の測定位置ズレの有無、ズレ量、ズレ方向を評価するとともに、その評価結果に基づいて測定器１の測定位置を補正し、補正後の測定器１を用いて膜厚測定を行う。以下、測定器１の測定位置ズレの評価及び膜厚測定の方法の詳細を説明する。図２は、その方法の手順を示したフローチャートである。

先ず、測定位置ズレの評価用のエピタキシャルウェーハを準備する（Ｓ１）。この際、ＦＴＩＲ法では基板とエピタキシャル層との界面で光線を反射させる必要があるため、基板とエピタキシャル層との間にはＦＴＩＲ法によって検出可能な不純物の濃度差を有することが必要である。具体的には、基板はｐ＋＋タイプ又はｐ＋タイプ、エピタキシャル層はｐ−タイプとするのが好ましい。ここで、ｐ＋＋タイプとは不純物濃度が１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度で、抵抗値が１０（ｍΩ・ｃｍ）以下の低抵抗のものをいう。また、ｐ＋タイプとは不純物濃度が１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度で、抵抗値が１０〜１００（ｍΩ・ｃｍ）程度のものをいう。また、ｐ−タイプとは不純物濃度が１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度で、抵抗値が０．１（Ω・ｃｍ）以上のものをいう。なお、基板、エピタキシャル層にドーピングする不純物はホウ素（Ｂ）等である。また、ウェーハの直径は特に限定されないが、ここでは直径が２００ｍｍのウェーハを準備するものとする。

また、ウェーハの外周部における膜厚変化が大きいほど測定器１の測定位置ズレの検出に有効である。具体的には、ウェーハの外周部（外周縁から３ｍｍ〜５ｍｍの範囲）における平均膜厚をｄ、その範囲における膜厚変化量をΔｄとしたとき、外周部の膜厚分布Δｄ／ｄが０．１％以上のエピタキシャル層が形成されたウェーハを準備するのが好ましい。膜厚分布が０．１％以上の場合には、後述する通常仕込み、反転仕込みで得られた膜厚の測定値を、同一測定点で差分をとったときに、測定位置のズレ量に対するその差分の変化量が大きくなり、結果、微小な測定位置ズレも感度良く検出できる。反対に、膜厚分布が０．１％未満の場合には、同一測定点での膜厚差分の変化量が小さくなり、微小な測定位置ズレが検出しにくくなる。

さらに、エピタキシャル層の膜厚は０．３μｍ以上、できれば１μｍ以上、かつ１００μｍ以下とするのが好ましい。これは、上述したように、ＦＴＩＲ法による膜厚の検出限界は０．３μｍ程度であること、及び、１００μｍ以上の膜厚ではサセプタとウェーハの間に堆積する副生成物によりサセプタ上にウェーハが貼り付いてしまうことを考慮したものである。

次に、Ｓ１で準備したウェーハをアライナー４にて通常仕込み（ノッチを１２時の方向）にセットし、ロボットハンド３により、そのウェーハを測定部５における予め定められた初期搬送位置にセットする（Ｓ２）。そして、ウェーハを上側から見た紙面において、ノッチを下にして見たときに左側から右側にいくほど座標値が大きくなる、原点を通る左右に伸びた座標軸であるＸ軸と、下側から上側にいくほど座標値が大きくなる、原点を通る上下に伸びた座標軸であるＹ軸とで定まる座標系を設定する。そして、その座標系におけるＸ軸に沿った方向（Ｘ方向）及びＹ軸に沿った方向（Ｙ方向）の膜厚測定を測定部５により行う（Ｓ２）。なお、ノッチの位置を０°としたとき、Ｙ方向は０°方向、Ｘ方向は９０°方向となる。

ここで、図３は、通常仕込みにおけるＸ方向の膜厚測定の様子（測定範囲など）を示している。図３では、ノッチ１０が１２時方向にセットされたウェーハＷと、図３の左側にいくほど座標値が大きくなるＸ軸（図３の左方向に向いた座標軸）とを示している。Ｓ２では、Ｘ方向の膜厚測定として、Ｘ軸に沿って例えば−９８ｍｍ≦Ｘ座標≦＋９８ｍｍの座標範囲に亘って所定間隔おきに膜厚測定を行う。図７には、通常仕込みにおけるＸ方向の膜厚測定の結果（Ｘ座標に対する膜厚変化）を菱形のプロット線で例示している。

上述したように、ウェーハの初期搬送位置のズレにより測定部５の原点ＯとウェーハＷの中心Ｏ’との間でＸ方向にズレが生じると、実際の膜厚測定範囲１０２は、想定している膜厚測定範囲１０１からΔｘだけずれてしまう。図３では、Ｘ方向のプラス側にズレΔｘが生じている例を示している。

また、図４は、通常仕込みにおけるＹ方向の膜厚測定の様子（測定範囲など）を示している。図４では、ノッチ１０が１２時方向にセットされたウェーハＷと、図４の下側にいくほど座標値が大きくなるＹ軸（図４の下方向に向いた座標軸）とを示している。Ｓ２では、Ｙ方向の膜厚測定として、Ｙ軸に沿って例えば−９８ｍｍ≦Ｙ座標≦＋９８ｍｍの座標範囲に亘って所定間隔おきに膜厚測定を行う。図８には、通常仕込みにおけるＹ方向の膜厚測定の結果（Ｙ座標に対する膜厚変化）を菱形のプロット線で例示している。

図４においても、測定部５の原点ＯとウェーハＷの中心Ｏ’との間でＹ方向にズレが生じることで、実際の膜厚測定範囲１０４が、想定している膜厚測定範囲１０３からΔｙだけずれていることを示している。図４では、Ｙ方向のマイナス側にズレΔｙが生じている例を示している。なお、Ｓ２の工程が本発明の第１の測定工程に相当する。

次に、ロボットハンド３により、Ｓ２で膜厚測定したウェーハを測定部５からアライナー４に搬送する（Ｓ３）。そして、アライナー４においてウェーハの向きを反転させる。すなわち、ウェーハを、ウェーハの表面に垂直な回転軸線周りに１８０°回転させることで、ノッチが６時方向の位置するようにウェーハの位置決め（ノッチのアライメント）を行う。その後、ロボットハンド３により、ウェーハをアライナー４から測定部５の初期搬送位置（Ｓ２の初期搬送位置と同じ位置）にセット（反転仕込み）する。そして、Ｓ２と同様の座標系、つまりノッチを下にして見たときに右側にいくほど座標値が大きくなる左右に伸びたＸ軸と上側にいくほど座標値が大きくなる上下に伸びたＹ軸とで定まる座標系を設定する。この座標系は、Ｓ２の座標系を原点回りに１８０°回転させた座標系であり、言い換えると、Ｓ２の座標系の各座標値のプラスマイナスを逆にした座標系である。その座標系において、Ｓ２と同一の座標点（測定点）における膜厚測定を行う（Ｓ３）。つまり、ノッチを０°として、９０°方向（Ｘ方向）、０°方向（Ｙ方向）の膜厚測定を行う。

ここで、図５、図６は、反転仕込みにおける膜厚測定の様子（測定範囲など）を示しており、図５はＸ方向の膜厚測定を、図６はＹ方向の膜厚測定を示している。図５、図６では、ウェーハＷが反転仕込みされているので、ノッチ１０は通常仕込みから反転した位置（６時方向の位置）にセットされている。そのノッチ１０の位置を基準にＸ方向、Ｙ方向が設定されるので、図５のＸ方向は図３のＸ方向と反対方向となっており、図６のＹ方向は図４のＹ方向と反対方向となっている。

通常仕込みと反転仕込みとで、ウェーハの搬送位置が同じ方向、同じ量だけズレがあるとすると、反転仕込みでの膜厚測定では、通常仕込みにおける測定位置のズレ方向と反対方向に測定位置ズレが発生する。つまり、図５のＸ方向の膜厚測定では、実際の膜厚測定範囲１０５が、想定している膜厚測定範囲１０１からΔｘだけずれていることを示しているが、図３ではズレΔｘがＸ方向のプラス側に発生しているのに対し、図５ではズレΔｘがＸ方向のマイナス側に発生している。同様に、図６のＹ方向の膜厚測定では、実際の膜厚測定範囲１０６が、想定している膜厚測定範囲１０３からΔｙだけずれていることを示しているが、図４ではズレΔｙはＹ方向のマイナス側に発生しているのに対し、図６ではズレΔｙはＹ方向のプラス側に発生している。

このように、測定位置ズレがあると、通常仕込みの膜厚測定と反転仕込みの膜厚測定とで、測定器１の座標としては同一であるにもかかわらず、実際は、ウェーハ上の異なる測定点の膜厚を測定してしまう。図７、図８には、反転仕込みにおけるＸ方向、Ｙ方向の膜厚測定の結果を△のプロット線で例示している。図７、図８に示すように、測定位置ズレがあると、通常仕込みにおける膜厚の測定値ＴＨＫと、反転仕込みにおける膜厚の測定値ＴＨＫとで差異が生じ、特に、位置変化に対する膜厚変化が大きいウェーハ外周部でその差異が大きくなっている。なお、Ｓ３の工程が本発明の第２の測定工程に相当する。

次に、Ｓ２で得られた測定値ＴＨＫ１と、Ｓ３で得られた測定値ＴＨＫ２の同一測定点（同一座標）での差分ΔＴＨＫを求める（Ｓ４）。このとき、Ｓ２の測定値ＴＨＫ１からＳ３の測定値ＴＨＫ２を引くことで差分ΔＴＨＫを求めても良いし、Ｓ３の測定値ＴＨＫ２からＳ２の測定値ＴＨＫ１を引くことで差分ΔＴＨＫを求めても良い。図７、図８では、菱形のプロット線と△のプロット線との膜厚差分ΔＴＨＫを求める。図７、図８には、その膜厚差分ΔＴＨＫ（Ｓ２の測定値ＴＨＫ１からＳ３の測定値ＴＨＫ２を引いた値）を○のプロット線で示している。このプロット線で示されるように、測定位置ズレがあると、ウェーハ外周部（Ｘ座標、Ｙ座標が±９５ｍｍ〜９８ｍｍ程度の範囲）で膜厚差分ΔＴＨＫが大きくなる。また、ウェーハの内側部では、位置変化に対する膜厚変化が小さいので、測定位置ズレがあったとしても膜厚差分ΔＴＨＫは小さい。

次に、Ｓ４で求めた膜厚差分ΔＴＨＫに基づいて測定位置ズレを評価する（Ｓ５）。具体的には、図７の膜厚差分ＴＨＫに基づいてＸ方向の測定位置ズレを評価し、図８の膜厚差分ＴＨＫに基づいてＹ方向の測定位置ズレを評価する。より具体的には、例えば、全ての測定点で膜厚差分ΔＴＨＫの絶対値が所定の閾値より小さければ測定位置ズレは無いと評価し、一つでも閾値より大きい測定点があれば測定位置ズレが有ると評価する。図７、図８の場合では、どちらも外周部における膜厚差分ΔＴＨＫが大きくなっているので、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれに測定位置ズレが有ると評価する。

また、図７では、Ｘ座標がプラス側の外周部（Ｘ＝＋１００ｍｍ付近）における膜厚差分ΔＴＨＫはマイナス側に大きい値となっているのに対し、Ｘ座標がマイナス側の外周部（Ｘ＝−１００ｍｍ付近）における膜厚差分ΔＴＨＫはプラス側に大きい値となっている。図８では、Ｙ座標がプラス側の外周部（Ｙ＝＋１００ｍｍ付近）における膜厚差分ΔＴＨＫはプラス側に大きい値となっているのに対し、Ｙ座標がマイナス側の外周部（Ｙ＝−１００ｍｍ付近）における膜厚差分ΔＴＨＫはマイナス側に大きい値となっている。Ｓ５では、外周部における膜厚差分ΔＴＨＫのプラス、マイナスの傾向に基づいて、測定位置ズレの方向を評価する。

具体的には、図７の場合では、Ｘ座標がプラス側の外周部における膜厚差分ΔＴＨＫがマイナスの値となっているので、通常仕込みの時のほうが反転仕込みの時よりも、Ｘ方向のプラス側に寄って膜厚測定をしていることになる（図３、図５参照）。これを、図３の通常仕込み時における想定している膜厚測定範囲１０１に対する実際の膜厚測定範囲１０２のズレ方向で考えると、そのズレ方向はＸ軸のプラス側の方向であると評価することができる。つまり、ロボットハンド３によって、ウェーハは、通常仕込み時におけるＸ方向のプラス側に寄った位置に初期搬送されていると評価できる。

また、図８の場合では、Ｙ座標がプラス側の外周部における膜厚差分ΔＴＨＫがプラスの値となっているので、通常仕込みの時のほうが反転仕込みの時よりもＹ方向のマイナス側に寄って膜厚測定をしていることになる（図４、図６参照）。これを、図４の通常仕込み時における想定している膜厚測定範囲１０３に対する実際の膜厚測定範囲１０４のズレ方向で考えると、そのズレ方向はＹ軸のマイナス側の方向であると評価することができる。つまり、ロボットハンド３によって、ウェーハは、通常仕込み時におけるＹ方向のマイナス側に寄った位置に初期搬送されていると評価できる。

以上のズレ方向評価をまとめると、例えば膜厚差分ΔＴＨＫがマイナスの値になる外周部がＸ座標、Ｙ座標のプラス側の場合（図７の場合）には、想定している初期搬送位置に対してＸ方向又はＹ方向のプラス側に寄った位置にウェーハが初期搬送されていると評価する。反対に、膜厚差分ΔＴＨＫがマイナスの値になる外周部がＸ座標、Ｙ座標のマイナス側の場合（図８の場合）には、想定している初期搬送位置に対してＸ方向又はＹ方向のマイナス側に寄った位置にウェーハが初期搬送されていると評価する。これは、Ｘ座標又はＹ座標がプラス側の外周部（Ｘ、Ｙ＝＋１００ｍｍ付近）における膜厚差分ΔＴＨＫがマイナスの値の場合には、Ｘ方向又はＹ方向のプラス側に寄った位置にウェーハが初期搬送されており、その膜厚差分ΔＴＨＫがプラスの値の場合には、Ｘ方向又はＹ方向のマイナス側に寄った位置にウェーハが初期搬送されていると評価することと同義である。

さらに、測定位置のズレ量が大きいほど膜厚差分ΔＴＨＫが大きくなるので、Ｓ５では、膜厚差分ΔＴＨＫの大きさに基づいて測定位置のズレ量を評価する。具体的には、図７に示すＸ方向の膜厚差分ΔＴＨＫに基づいてＸ方向の測定位置のズレ量を評価する。より具体的には、例えば、図７の膜厚差分ΔＴＨＫの外周部における変化量を求める。この変化量は、測定点の中で端に位置する点２０１、２０２での膜厚差分の値に相当する。この場合、変化量は約０．０６μｍとなる。そして、得られた変化量に基づいてＸ方向のズレ量を評価する。例えば、その膜厚差分の変化量（約０．０６μｍ）を０にするためには、通常仕込みにおける外周部の測定点（図７の菱形の点）と、反転仕込みにおける外周部の測定点（図７の△の点）とをＸ方向に何点ずらせばよいかを評価する。そして、得られた測定点のズレ数と、外周部における測定点のピッチ（間隔）とを乗算することで、Ｘ方向の測定位置のズレ量が得られる。例えば、測定点のズレ数が約２．５、外周部における測定点のピッチが１ｍｍとすると、ズレ量は約２．５ｍｍとなる。

Ｙ方向の測定位置のズレ量についても、Ｘ方向のズレ量の評価と同様に評価する。すなわち、図８の膜厚差分ΔＴＨＫの外周部における変化量（端の測定点２０３、２０４での膜厚差分の値に相当）に基づいて、Ｙ方向のズレ量を評価する。具体的には、通常仕込みにおける外周部の測定点と、反転仕込みにおける外周部の測定点とをＹ方向に何点ずらせば膜厚差分が０になるかを評価し、そのズレ数と、外周部における測定点のピッチとを乗算することで、Ｙ方向のズレ量が得られる。例えば、測定点のズレ数が約１、外周部における測定点のピッチが１ｍｍとすると、ズレ量は約１ｍｍとなる。結局、図２、図３に基づいて測定位置ズレを評価すると、Ｘ方向に約＋２．５ｍｍ、Ｙ方向に約−１ｍｍの測定位置ズレが有ると評価できる。

なお、膜厚差分ΔＴＨＫの外周部における変化量と、測定位置のズレ量との関係を予め調べておき、その関係に基づいて、ズレ量を評価しても良い。Ｓ４及びＳ５の工程が本発明の評価工程に相当する。

このように、Ｓ１〜Ｓ５の工程を実施することで、測定器１の測定位置のズレ量及びズレ方向が簡便に評価できる。

次に、Ｓ５で得られた測定位置ズレの評価結果（測定位置のズレ量及びズレ方向）に基づいて、測定器１の測定位置を補正する（Ｓ６）。具体的には、例えばロボットハンド３によるウェーハの初期搬送位置を、得られた測定位置のズレ方向と逆方向に、得られた測定位置のズレ量の分だけ補正する。これによって、測定部５の原点とウェーハの中心とが一致した位置にウェーハを搬送できる。なお、Ｓ６の工程が本発明の補正工程に相当する。

以降、補正後の測定器１を用いて、ウェーハの膜厚測定を行う（Ｓ７）。この膜厚測定は、Ｓ２の通常仕込みの膜厚測定と同様である。これによって、測定位置の精度が良好な膜厚の測定値を得ることができ、エピタキシャルウェーハの外周部の形状をより正確に評価できる。なお、Ｓ７の工程が本発明の補正後測定工程に相当する。

以下、本発明の実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
直径２００ｍｍのエピタキシャルウェーハを用いて、図２のＳ１〜Ｓ４の工程を実施、つまり１）通常仕込み、２）１８０°反転仕込みでＸ方向、Ｙ方向の膜厚を測定し、同一測定点の差分を求めた。測定の際、外周９５ｍｍから９８ｍｍまでは１ｍｍピッチで測定を行った。その結果を図７及び図８に示す。図７、図８の結果に基づいて、図２のＳ５の工程を実施して測定位置ズレを評価したところ、ノッチを下にして、Ｘ方向では約２．５ｍｍ、Ｙ方向では約−１ｍｍ程度の測定位置ズレがあった。

次に、得られた測定器の位置ズレ量及び位置ズレ方向を元にそれぞれの測定位置を調整した後に再度上記と同じ条件で測定器の位置ズレ量及びズレ方向を求めた。図９は、Ｘ方向における通常仕込みの膜厚、反転仕込みの膜厚、及び、それら膜厚の差分ΔＴＨＫを示している。図１０は、Ｙ方向における通常仕込みの膜厚、反転仕込みの膜厚、及び、それら膜厚の差分ΔＴＨＫを示している。図９、図１０に示すように、ノッチを下にしてＸ、Ｙ方向それぞれほぼ位置ズレ無し（膜厚差分ΔＴＨＫがほぼゼロ）に改善された。

（実施例２）
ウェーハの外周部における膜厚分布が、測定位置ズレの検出にどのように影響するかを調べるため、以下の実験を行った。

Ｐ＋＋基板上に膜厚４μｍでその外周縁から５ｍｍ〜３ｍｍの膜厚分布が０．４０％、０．１８％、０．１０％、０．０３％となるよう調整したエピタキシャルウェーハを準備した。測定器の位置を０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍずらし、各々のエピタキシャルウェーハを図２の手順で測定器の位置ズレ評価を行い、位置ズレ検出有無を評価した。表１及び図１１はその評価結果を示している。詳しくは、表１は、各位置ズレ量、各膜厚分布ごとに、位置ズレ検出の有無を○、×で示している。図１１は、各膜厚分布ごとに、測定器の位置ズレ量に対する外周部における膜厚差分の変化量を示している。

表１に示すように、外周部の膜厚分布が０．１％以上のエピタキシャルウェーハでは、０．３ｍｍ〜２ｍｍの位置ズレ量の範囲内でいずれも位置ズレ量を検出できた。これは、外周部膜厚分布が０．１％以上（実施例２−１、２−２、２−３）では、図１１に示すように、外周部の膜厚差分の変化量が、いずれの位置ズレ量であっても、ある程度大きい値となるためである。これに対し、外周部の膜厚分布が０．０３％のエピタキシャルウェーハ（実施例２−４）では、外周部の膜厚変化が小さいため、０．５ｍｍ以下の位置ズレをうまく検出できなかった。

実施例１（図７〜図１０）の結果から、本発明は測定器の位置ズレの評価に有効であることが確認された。また、実施例２（表１及び図１１）の結果から、本発明の測定器の位置ズレ評価には、外周部の膜厚分布が０．１％以上のエピタキシャルウェーハが有効であることが分かった。

以上説明したように、本実施形態によれば、通常仕込みと反転仕込みの膜厚を比較することで測定位置ズレを評価するので、微小な測定位置ズレも正確に検出できる。また、反転仕込みの膜厚測定では、ウェーハを通常仕込みから１８０°反転させるので、通常仕込みにおける位置ズレ方向と反対方向の位置ズレを反映させた膜厚を得ることができる。これにより、通常仕込みと反転仕込みの膜厚差分を大きくすることができ、測定方向（Ｘ方向又はＹ方向）の測定位置ズレを簡便に検出できる。

また、本実施形態では、直交する２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）の測定位置ズレを評価するので、２次元平面のどの方向に測定位置ズレが生じたとしても、その測定位置ズレを検出できる。また、本実施形態では、ノッチを基準として、Ｘ方向、Ｙ方向を定めているので、通常仕込み、反転仕込みで同一の測定点を簡便に測定することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。例えば、上記実施形態では、シリコンエピタキシャルウェーハを用いて測定器の測定位置ズレを評価していたが、シリコン以外のエピタキシャルウェーハを用いてその評価を行っても良い。

また、上記実施形態では、Ｘ方向、Ｙ方向の２方向の膜厚差分を測定することで２方向の測定位置ズレを評価した例を説明したが、Ｘ方向、Ｙ方向に加えて又は代えて他の方向（例えば、ノッチを０°として４５°の方向や１３５°の方向など）の膜厚差分を測定しても良い。Ｘ方向、Ｙ方向に加えて他の方向の膜厚差分も測定することで、測定位置ズレの検出精度を向上できる。

また、上記実施形態では、通常仕込みの膜厚測定に続いて実施される第２の測定工程では、ウェーハを通常仕込みから１８０°回転させた反転仕込みで膜厚測定を実施したが、１８０°以外の角度（例えば９０°）にウェーハを回転させた状態で通常仕込みと同一測定点の膜厚測定を実施しても良い。これによっても、測定位置ズレが有る場合には、第２の測定工程で得られる膜厚と、通常仕込みの膜厚とに差異が生じるので、その差異に基づき測定位置ズレを検出できる。

また、上記実施形態では、通常仕込み、反転仕込みの膜厚測定では、ウェーハの外周部に加えてウェーハ内側部の膜厚も測定していたが、ウェーハ内側部では測定位置ズレが有ったとしても通常仕込みと反転仕込みとの間で膜厚差分が出にくいので、外周部のみ膜厚測定をして外周部のみの膜厚差分を得るようにしても良い。これによって、より簡便に測定位置ズレを評価できる。また、外周部のうちの一点（例えば、Ｘ＝９８ｍｍの点、Ｙ＝９８ｍｍの点）のみ、膜厚測定をしても良い。これによって、より簡便に測定位置ズレを評価できる。

また、上記実施形態では、測定部におけるウェーハの載置部である測定ステージをロボットハンドが兼ねた例を説明したが、ロボットハンドとは別に測定ステージを備えた測定器の測定位置ズレ評価に本発明を適用しても良い。

また、上記実施形態では、ＦＴＩＲ法に基づく膜厚測定器の位置ズレ評価に本発明を適用した例を説明したが、ＦＴＩＲ法以外の方式に基づく膜厚測定器に本発明を適用しても良い。また、膜厚以外のエピタキシャル層の特性（例えばエピタキシャル層の表面凹凸に相関する指標（例えばＦｒｏｎｔ−ＺＤＤ）など）を測定する測定器の測定位置ズレ評価に本発明を適用しても良い。

１ 膜厚測定器
２ ロードポート
３ ロボットハンド
４ アライナー
５ 測定部
１０ ノッチ

Claims (11)

1. 表面に膜が形成されたウェーハの面内の点から測定点を選択して、その測定点における前記膜の特性を測定器で測定する第１の測定工程と、
   前記ウェーハを、前記ウェーハの表面に垂直な回転軸線周りに、前記第１の測定工程の時とは異なる角度に回転させた後、前記測定器で、前記第１の測定工程と同一の測定点における前記特性を測定する第２の測定工程と、
   前記第１の測定工程で得られた測定値と前記第２の測定工程で得られた測定値との比較に基づき、前記測定器の測定位置ズレを評価する評価工程と、
   を含むことを特徴とする評価方法。
2. 前記第２の測定工程では、前記ウェーハを、前記回転軸線周りに前記第１の測定工程の時から１８０°回転させた状態に仕込むことを特徴とする請求項１に記載の評価方法。
3. 前記特性は膜厚であり、
   前記第１の測定工程及び前記第２の測定工程では、前記ウェーハの外周部における膜厚を少なくとも測定し、
   前記評価工程では、前記第１の測定工程で得られた前記外周部における測定値と、前記第２の測定工程で得られた前記外周部における測定値との比較に基づき、前記測定器の測定位置ズレを評価することを特徴とする請求項１又は２に記載の評価方法。
4. 前記膜の外周縁から３ｍｍ〜５ｍｍの範囲における平均膜厚をｄ、その範囲における膜厚の変化量をΔｄとしたとき、Δｄ／ｄが０．１％以上であることを特徴とする請求項３に記載の評価方法。
5. 前記第１の測定工程及び前記第２の測定工程では、それぞれ、前記ウェーハの面内を通る直線のうち直交する２つの直線の一方に沿った第１方向及び他方に沿った第２方向の少なくとも２方向における前記特性の面内分布を測定し、
   前記評価工程では、
   前記第１の測定工程で得られた前記第１方向における測定値と前記第２の測定工程で得られた前記第１方向における測定値との比較に基づき、前記測定器の前記第１方向における測定位置ズレを評価し、かつ、
   前記第１の測定工程で得られた前記第２方向における測定値と前記第２の測定工程で得られた前記第２方向における測定値との比較に基づき、前記測定器の前記第２方向における測定位置ズレを評価することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の評価方法。
6. 前記第１方向と前記第２方向の一方は前記ウェーハのノッチを通る直線に沿った方向であることを特徴とする請求項５に記載の評価方法。
7. 前記特性は膜厚であり、
   前記評価工程では、前記第１の測定工程で得られた前記ウェーハの外周部における測定値と前記第２の測定工程で得られた前記外周部における測定値の差分を求め、その差分に基づいて前記測定器の測定位置ズレの方向及び量を評価することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の評価方法。
8. 前記特性は膜厚であり、
   前記測定器はＦＴＩＲ法に基づく膜厚測定器であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の評価方法。
9. 前記膜の膜厚は０．３μｍ以上、かつ１００μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の評価方法。
10. 前記膜の膜厚は１μｍ以上、かつ１００μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の評価方法。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の評価方法と、
    前記評価工程の評価結果に基づき前記測定器の測定位置を補正する補正工程と、
    その補正工程で測定位置が補正された前記測定器を用いてウェーハの特性を測定する補正後測定工程と、
    を含むことを特徴とする測定方法。

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