JP2019203694A

JP2019203694A - 半導体ウエーハのｘ線測定方法

Info

Publication number: JP2019203694A
Application number: JP2018096763A
Authority: JP
Inventors: 敦徳禧久; Atsunori Kiku
Original assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Current assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Priority date: 2018-05-21
Filing date: 2018-05-21
Publication date: 2019-11-28

Abstract

【課題】Ｘ線測定装置の仕様によりあらかじめ規定された測定可能サイズよりも大きい規格外大形半導体ウエーハに対してＸ線測定が可能なＸ線測定方法を提供する。【解決手段】規格外大形半導体ウエーハＷを移動できる範囲で試料ステージ４０を移動又は面内回転させることにより、当該規格外大形半導体ウエーハの被測定部位を変更し、その変更した被測定部位にＸ線を照射してＸ線測定を実施する。その後、搬送装置６０により、規格外大形半導体ウエーハを試料ステージから方向調整装置５０まで搬送し、方向調整装置によって、規格外大形半導体ウエーハをあらかじめ設定した回転角度だけ回転する。そして、搬送装置により、規格外大形半導体ウエーハを再び試料ステージへ搬送して、あらかじめ設定した回転角度だけ回転した状態で当該試料ステージへ配置し、同様にＸ線測定を実施する。【選択図】図１

Description

この発明は、Ｘ線を用いた半導体ウエーハの測定方法に関し、特に測定対象となる半導体ウエーハの測定可能サイズが仕様によりあらかじめ規定されたＸ線測定装置を利用して実施するＸ線測定方法の改良に関する。

Ｘ線を用いて半導体ウエーハを測定するＸ線測定装置は、従来から広く知られている（例えば、特許文献１参照）。それらのＸ線測定装置は、あらかじめ測定対象となる半導体ウエーハのサイズが仕様によって規定されている。したがって、既存のＸ線測定装置に規定されたサイズを超える半導体ウエーハを測定対象としたい場合は、その半導体ウエーハを測定できるＸ線測定装置を新たに導入する必要があった。

しかし、Ｘ線測定装置は高価格であり、設備コストの観点から簡単に新規の装置を導入できない事情もあり、既存のＸ線測定装置で、あらかじめ規定された測定可能サイズよりも大きい規格外大形半導体ウエーハを測定することができる方法の開発が望まれていた。

特開２０１２−２６７９７号公報

本発明は上述した事情に鑑みなされたもので、Ｘ線測定装置の仕様によりあらかじめ規定された測定可能サイズよりも大きい規格外大形半導体ウエーハを測定することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のＸ線測定方法は、
測定対象となる半導体ウエーハの向きを回転調整する方向調整装置と、方向調整装置から半導体ウエーハを搬出して試料ステージへ配置する搬送装置と、試料ステージに配置された半導体ウエーハの表面にＸ線を照射するＸ線源と、半導体ウエーハから現れたＸ線を検出するＸ線検出器と、を備えたＸ線測定装置を利用し、
Ｘ線測定装置の仕様によりあらかじめ規定された測定可能サイズよりも大きい規格外大形半導体ウエーハを、試料ステージに配置して、Ｘ線測定を実施することを特徴とする。

また、本発明のＸ線測定方法は、
規格外大形半導体ウエーハのあらかじめ設定した被測定部位に対し、Ｘ線を照射してＸ線測定を実施し、
次いで、規格外大形半導体ウエーハを移動できる範囲で試料ステージを移動又は面内回転させることにより、当該規格外大形半導体ウエーハの被測定部位を変更し、その変更した被測定部位にＸ線を照射してＸ線測定を実施する方法とすることもできる。

さらに、本発明のＸ線測定方法は、
規格外大形半導体ウエーハを移動できる範囲で試料ステージを移動又は面内回転させることにより、当該規格外大形半導体ウエーハの被測定部位を変更し、その変更した被測定部位にＸ線を照射してＸ線測定を実施し、
その後、搬送装置により、規格外大形半導体ウエーハを試料ステージから方向調整装置まで搬送し、
方向調整装置によって、規格外大形半導体ウエーハをあらかじめ設定した回転角度だけ回転し、
次に、搬送装置により、規格外大形半導体ウエーハを再び試料ステージへ搬送して、あらかじめ設定した回転角度だけ回転した状態で当該試料ステージへ配置し、
続いて、規格外大形半導体ウエーハを移動できる範囲で試料ステージを移動又は面内回転させることにより、当該規格外大形半導体ウエーハの被測定部位を変更し、その変更した被測定部位にＸ線を照射してＸ線測定を実施する方法とすることもできる。

上述した本発明のＸ線測定方法によれば、Ｘ線測定装置の仕様によりあらかじめ規定された測定可能サイズよりも大きい規格外大形半導体ウエーハを測定することが可能となる。

本発明の各実施形態に係るＸ線測定方法の実施に用いられるＸ線測定装置の概要を示す平面図である。本発明の第１実施形態に係るＸ線測定方法を説明するための平面図である。図２に続く、本発明の第１実施形態に係るＸ線測定方法を説明するための平面図である。本発明の第２実施形態に係るＸ線測定方法を説明するための平面図である。図４に続く、本発明の第２実施形態に係るＸ線測定方法を説明するための平面図である。図５に続く、本発明の第２実施形態に係るＸ線測定方法を説明するための平面図である。図６に続く、本発明の第２実施形態に係るＸ線測定方法を説明するための平面図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１は本発明の各実施形態に係るＸ線測定方法の実施に用いられるＸ線測定装置の概要を示す平面図である。
Ｘ線測定装置は、ゴニオメータ１０の第１旋回アーム１１に搭載されたＸ線源２０と、第２旋回アーム１２に搭載されたＸ線検出器３０を備えている。Ｘ線源２０とＸ線検出器３０に挟まれた位置には試料ステージ４０が設けてあり、この試料ステージ４０の上面に測定対象となる半導体ウエーハＷが配置される。測定点Ｐは、試料ステージ４０の上面における所定位置にあらかじめ設定してあり、試料ステージ４０の上面に配置された半導体ウエーハＷに対し、その測定点ＰにＸ線源２０からＸ線を照射するとともに、半導体ウエーハＷの表面から反射してきたＸ線をＸ線検出器３０で検出する構成となっている。

半導体ウエーハＷに対するＸ線測定の種類には、例えば、Ｘ線回折測定、蛍光Ｘ線測定、Ｘ線反射率測定、ロッキングカーブ測定、逆格子マップ測定などがある。

半導体ウエーハＷは、方向調整装置５０（アライナともいう）によりオリフラ又はノッチを基準とする向きが回転調整され、その後に搬送装置６０により搬送されて、試料ステージ４０の上面に配置される。
試料ステージ４０は、水平面上で横方向（Ｘ方向）と前後方向（Ｙ方向）へ移動できるとともに、面内回転（φ回転）もできる構成となっている。これらの移動や面内回転により、上面に配置された半導体ウエーハＷにおける任意の部位（被測定部位）を測定点Ｐに位置決めして、その被測定部位に対するＸ線測定が実施される。

しかし、Ｘ線測定装置の仕様によりあらかじめ規定された測定可能サイズよりも大きい規格外大形半導体ウエーハＷを試料ステージ４０に配置した場合は、当該半導体ウエーハＷの一部が試料ステージ４０からはみ出してしまい、試料ステージ４０の水平移動や面内回転に伴い、その周囲にある各種の部材と衝突（干渉）するおそれがある。

そこで、本実施形態に係るＸ線測定方法は、次の手順をもって規格外大形半導体ウエーハＷに対するＸ線測定を実現している。
図２及び図３（ａ）（ｂ）は本実施形態に係るＸ線測定方法を説明するための平面図である。
本実施形態に係るＸ線測定方法によれば、例えば、６インチまでの半導体ウエーハＷを測定できるＸ線測定装置を利用して、８インチの半導体ウエーハＷに対しＸ線測定を実施することが可能となる。

本実施形態では、例えば、図２に示すように、規格外大形半導体ウエーハＷの表面における９箇所の被測定部位Ｓ１〜Ｓ９に対してＸ線測定を実施する。

そのために、図３（ａ）に示すように、規格外大形半導体ウエーハＷの表面を適宜の領域に分割し、試料ステージ４０の移動をもって測定可能な測定領域を決めておく。同図（ａ）では、規格外大形半導体ウエーハＷの表面を４分割し、そのうちの１／４を測定領域Ｈ１としてある。この測定領域Ｈ１の境界線上に被測定部位Ｓ１〜Ｓ５が存在する。

この測定領域Ｈ１を、試料ステージ４０の水平面上での移動可能範囲Ｍ内に配置する。図３（ａ）では、試料ステージ４０の水平面上での移動可能範囲Ｍにおける中心（移動原点Ｏｓ）に測定点Ｐを位置決めしてある。試料ステージ４０は、移動原点Ｏｓを中心として、左右方向にそれぞれＸ_０の距離を移動でき、前後方向にもそれぞれＹ_０の距離だけ移動することができる。

この状態で、試料ステージ４０を移動させて、測定領域Ｈ１の境界線上にある被測定部位Ｓ１〜Ｓ５を、順番に測定点Ｐへ位置決めし、各々の被測定部位Ｓ１〜Ｓ５に対して、Ｘ線測定を実施していく。

次に、試料ステージ４０に配置してある規格外大形半導体ウエーハＷを、搬送装置６０によって取り出し、方向調整装置５０まで搬送して同装置に装填する。そして、方向調整装置５０によって、規格外大形半導体ウエーハＷをあらかじめ設定した回転角度だけ回転して、向きを変更する。その後に、搬送装置６０により、規格外大形半導体ウエーハＷを再び試料ステージ４０へ搬送して、あらかじめ設定した回転角度だけ回転した状態で試料ステージ４０へ配置する。

例えば、方向調整装置５０により規格外大形半導体ウエーハＷを１８０゜回転して、図３（ｂ）に示すように、測定領域Ｈ１の対角線上にある別の測定領域Ｈ２を、試料ステージ４０の水平面上での移動可能範囲Ｍ内に配置する。この測定領域Ｈ２の境界線上に被測定部位Ｓ６〜Ｓ９が存在する。

この状態で、試料ステージ４０を移動させて、測定領域Ｈ２の境界線上にある被測定部位Ｓ６〜Ｓ９を、順番に測定点Ｐへ位置決めし、各々の被測定部位Ｓ６〜Ｓ９に対して、Ｘ線測定を実施していく。
このようにして、図２に示した規格外大形半導体ウエーハＷの表面における９箇所の被測定部位Ｓ１〜Ｓ９に対し、Ｘ線測定が完了する。
なお、上述したＳ１〜Ｓ９以外であっても、各測定領域Ｈ１、Ｈ２の内部にある任意の部位を被測定部位に設定して、Ｘ線測定を実施することができる。ただし、試料ステージ４０の周囲に存在する各種部材と干渉しないことが条件となる。

〔第２実施形態〕
図４〜図７は本発明の第２実施形態に係るＸ線測定方法を説明するための平面図である。
試料ステージ４０の周囲にある各種部材との距離が近く、試料ステージ４０を大きく移動できない場合は、測定領域をさらに細かく分割して、試料ステージ４０の少ない移動で、あらかじめ設定した被測定部位に対するＸ線測定を実施できるようにする。

例えば、図４〜図６に示すように、測定領域Ｈ１をさらに小さな測定領域Ｈ１ａ（長さＬａ、幅Ｄａの矩形領域）、測定領域Ｈ１ｂ（長さＬｂ、幅Ｄｂの矩形領域）、Ｈ１ｃ（長さＬｃ、幅Ｄｃの矩形領域）に分割する。
そして、試料ステージ４０を移動させて、まず測定領域Ｈ１ａの境界線上にある被測定部位Ｓ１〜Ｓ３を、順番に測定点Ｐへ位置決めし、各々の被測定部位Ｓ１〜Ｓ３に対して、Ｘ線測定を実施していく。

次に、試料ステージ４０を９０゜の角度だけ図５の時計方向に面内回転（φ回転）させ、同図に示す向きに規格外大形半導体ウエーハＷを配置する。
そして、試料ステージ４０を移動させて、測定領域Ｈ１ｂの境界線上にある被測定部位Ｓ４とＳ５を、順番に測定点Ｐへ位置決めし、各々の被測定部位Ｓ４とＳ５に対して、Ｘ線測定を実施していく。

続いて、試料ステージ４０を４５゜の角度だけ図６の反時計方向に面内回転（φ回転）させ、同図に示す向きに規格外大形半導体ウエーハＷを配置する。
そして、試料ステージ４０を移動させて、測定領域Ｈ１ｃの内部にある被測定部位Ｓ６とＳ７を、順番に測定点Ｐへ位置決めし、各々の被測定部位Ｓ６とＳ７に対して、Ｘ線測定を実施していく。
このようにして、規格外大形半導体ウエーハＷの表面における７箇所の被測定部位Ｓ１〜Ｓ７に対し、Ｘ線測定が完了する。
なお、被測定部位Ｓ７は、測定領域Ｈ１ａ又はＨ１ｂの内部にも含まれるため、それらの測定領域Ｈ１ａ又はＨ１ｂにおいて、Ｘ線測定を実施することもできる。
また、上述したＳ１〜Ｓ７以外であっても、各測定領域Ｈ１ａ、Ｈ１ｂ、Ｈ１ｃの内部にある任意の部位を被測定部位に設定して、Ｘ線測定を実施することができる。ただし、試料ステージ４０の周囲に存在する各種部材と干渉しないことが条件となる。

また、試料ステージ４０に配置してある規格外大形半導体ウエーハＷを、搬送装置６０によって方向調整装置５０まで搬送し、方向調整装置５０によって向きを変更して、その向きで再び試料ステージ４０へ配置することで、例えば、図７に示す新たな測定領域Ｈ２に対して、上述したと同様に小さな測定領域に分割してＸ線測定を実施することも可能である。この手順を繰り返すことで、規格外大形半導体ウエーハＷの全領域に対してＸ線測定を実施することも可能となる。

１０：ゴニオメータ、
１１：第１旋回アーム、
１２：第２旋回アーム、
２０：Ｘ線源、
３０：Ｘ線検出器、
４０：試料ステージ、
５０：方向調整装置、
６０：搬送装置

Claims

測定対象となる半導体ウエーハの向きを回転調整する方向調整装置と、方向調整装置から前記半導体ウエーハを搬出して試料ステージへ配置する搬送装置と、前記試料ステージに配置された半導体ウエーハの表面にＸ線を照射するＸ線源と、前記半導体ウエーハから現れたＸ線を検出するＸ線検出器と、を備えたＸ線測定装置を利用し、
前記Ｘ線測定装置の仕様によりあらかじめ規定された測定可能サイズよりも大きい規格外大形半導体ウエーハを、前記試料ステージに配置して、Ｘ線測定を実施する半導体ウエーハのＸ線測定方法。
前記規格外大形半導体ウエーハのあらかじめ設定した被測定部位に対し、Ｘ線を照射してＸ線測定を実施し、
次いで、前記規格外大形半導体ウエーハを移動できる範囲で前記試料ステージを移動又は面内回転させることにより、当該規格外大形半導体ウエーハの被測定部位を変更し、その変更した被測定部位にＸ線を照射してＸ線測定を実施する請求項１に記載した半導体ウエーハのＸ線測定方法。
前記規格外大形半導体ウエーハを移動できる範囲で前記試料ステージを移動又は面内回転させることにより、当該規格外大形半導体ウエーハの被測定部位を変更し、その変更した被測定部位にＸ線を照射してＸ線測定を実施し、
その後、前記搬送装置により、前記規格外大形半導体ウエーハを前記試料ステージから前記方向調整装置まで搬送し、
前記方向調整装置によって、前記規格外大形半導体ウエーハをあらかじめ設定した回転角度だけ回転し、
次に、前記搬送装置により、前記規格外大形半導体ウエーハを再び前記試料ステージへ搬送して、前記あらかじめ設定した回転角度だけ回転した状態で当該試料ステージへ配置し、
続いて、前記規格外大形半導体ウエーハを移動できる範囲で前記試料ステージを移動又は面内回転させることにより、当該規格外大形半導体ウエーハの被測定部位を変更し、その変更した被測定部位にＸ線を照射してＸ線測定を実施する請求項１に記載した半導体ウエーハのＸ線測定方法。