JP3884163B2

JP3884163B2 - Semiconductor substrate surface shape measuring apparatus and semiconductor substrate surface shape determining method

Info

Publication number: JP3884163B2
Application number: JP08777598A
Authority: JP
Inventors: 憲章久保田; 啓一岡部
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JPH11287630A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハに代表される半導体基板の表面形状計測装置及び半導体基板の表面形状判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基盤材料として用いられるシリコンウェーハは、シリコン単結晶インゴットを内周刃、或いはワイヤーソーによってスライシングすることにより切り出されている。
近年、半導体デバイス技術の飛躍的な進歩による半導体デバイスの高集積化が著しく、この進歩に伴い、シリコンウェーハ等に対する品質要求もより厳しくなっている。
かかるシリコンウェーハに要求される重要品質特性の一つとして、シリコンウェーハの表面形状の問題がある。なぜなら、半導体デバイスの高集積化は、デバイス寸法の縮小化を招来し、例えば、シリコンウェーハにわずかなうねり等があった場合に、フォトリソグラフィ工程等においてデバイスパターンに誤差が生じてしまうからである。
【０００３】
ところで、一口にシリコンウェーハの形状品質といっても、直径、厚さ、平行度、平坦度、そり、うねり、表面粗度といった様々なパラメータがあるが、これらの中で、デバイス製造時における歩留まりに大きな影響を与えるものが、平坦度、そり、うねりといった巨視的ラフネスと、表面粗さといった微視的ラフネスである。
従来、この巨視的ラフネスの評価方法としては、例えば、図４に示すボウなどが知られている。
【０００４】
ボウは、シリコンウェーハ１００を基準点で支え、基準面からシリコンウェーハ１００の中央面までの距離を測定し、次いでシリコンウェーハ１００を裏返して同様に距離を測定して、（ａ−ｂ）／２で定義される値である。
【０００５】
また、微視的ラフネスは、例えば、次式で定義されるＲ_ms（root-mean-squareroughness ）が知られている。
【数１】

ここで、ｎ：測定点数、Ｚ_i：ｉ番目の測定点の平均表面レベルからの距離を示す。
従来はこのような評価パラメータを用いて、シリコンウェーハの表面形状品質の評価を行っていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スライシング工程に続くラッピング工程においては、図５に示すように、シリコンウェーハ１００は、互いに平行に保たれたラップ定盤１０１，１０１に置かれ、この状態でシリコンウェーハ１００の表裏面が削られて微視的ラフネスとなる凹凸層が取り除かれる。
このとき、図５（ａ）に示すような巨視的ラフネスとしての反りがある場合には、上下の定盤１０１，１０１に密着させることが出来るが、図５（ｂ）に示すような微視的ラフネスと巨視的ラフネスの間の中間的ラフネスがある場合には、ラップ定盤１０１，１０１とシリコンウェーハ１００の間に隙間１０２が生じ、ラッピング時の上下方向からの押付力によってシリコンウェーハ１００が割れてしまったり、ラッピングでは取りきれなかったりして、歩留まりが低下するという問題点があった。
特に、ワイヤーソーは、スラリーの磨耗等による影響が内周刃に比べて大きく、このような中間的ラフネスのバラツキが起こりやすく、一定レベル以上の品質を維持させることが難しかった。
【０００７】
しかしながら、従来は、このような中間的ラフネスを測定し、定量的に評価しようとする試みはなされておらず、このような中間的ラフネスについては専ら人間の官能による判定を行ってきた。
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑みなされたものであって、半導体基板の表面形状品質をより的確に評価して次工程以降の生産効率を高めることが可能な半導体基板の表面形状計測装置及び半導体基板の表面形状判定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】
上記課題を解決するため、
請求項１記載の発明は、半導体基板の表面形状計測装置において、
試験台に載置された半導体基板表面の試験台表面に対して垂直な方向の変位を、水平方向に所定の測定間隔で測定する変位測定手段と、
前記変位測定手段により測定された変位を順次入力して、測定された一の変位と当該一の変位の直前に測定された変位との差を前記所定の測定間隔で除した値を１回微分値として順次算出し、次いで、算出された一の１回微分値と当該一の１回微分値の直前に算出された１回微分値との差を前記所定の測定間隔で除した値を２回微分値として順次算出した後、前記算出された２回微分値の標準偏差を平滑度として算出する平滑度算出手段と、を備え、
前記所定の測定間隔は、前記半導体基板の直径の１／１００〜１／１０の大きさであることを特徴とする。
【００１０】
この請求項１記載の発明によれば、変位測定手段によって所定の間隔で測定された変位は、平滑度算出手段によって、１回微分値と２回微分値が順次算出されるとともに、この２回微分値の標準偏差を算出することにより平滑度が算出される。
従って、従来の表面粗さのような微視的ラフネスと、反りやうねりのような巨視的ラフネスとの間の中間的なラフネスを定量的に評価することが出来ることとなって、このような中間的ラフネスを人間が官能的に判定していた場合に比べて、一定した基準で確実に判定することが出来る。
即ち、平滑度は、半導体基板の表面の任意領域を曲面と考え、曲面の勾配の変化率の絶対値のバラツキを示したパラメータであって、巨視的ラフネスと微視的ラフネスの中間のラフネスを評価するパラメータとして使用可能であり、この平滑度を表面形状評価として追加することによって、従来の表面粗さと反りのみによる半導体基板の表面形状評価よりもより確実な評価をすることができることとなって、次工程以降の歩留向上が図れる。
また、これらデータの蓄積によってスライシングの刃替えのタイミングも容易に把握することが出来ることとなって、加工精度のバラツキが大きいワイヤーソーの場合でも表面形状管理をより確実に行うことが出来る。
また、２回微分した値を用いるので、反りなどの周波数の大きな表面形状の変化などの外乱の影響を消すことが出来る。
【００１１】
ここで、変位は、試験台表面から半導体基板の表面までの垂直方向の距離で定義されるものである。
この変位の測定方法は、本発明の測定範囲が広いので、触針式の場合、値が振り切れる可能性があるので、原則として光学式のものを使用するが、特に限定するものではない。
【００１３】
また、請求項１記載の発明によれば、測定間隔が１／１００〜１／１０の範囲とされているので、適正な測定が出来ることとなって、上記した発明の効果を確実に得ることが可能となる。
ここで、測定間隔は、半導体基板の大きさによって決定されるものであり、実際の値としては、２ｍｍ〜４０ｍｍ程度が適正範囲である。
【００１４】
請求項２記載の発明は、
試験台に載置された半導体基板表面の試験台表面に対して垂直な方向の変位を、水平方向に所定の測定間隔で測定し、
次いで、測定された一の変位と当該一の変位の直前に測定された変位との差を前記所定の測定間隔で除した値を１回微分値として算出し、次いで、算出された一の１回微分値と当該一の１回微分値の直前に算出された１回微分値との差を前記所定の測定間隔で除した値を２回微分値として算出した後、前記２回微分値の標準偏差を平滑度として算出し、次いで、前記平滑度と予め用意された判別値とを比較して所定の判定を行う半導体基板の表面形状判定方法であって、
前記所定の測定間隔は、前記半導体基板の直径の１／１００〜１／１０の大きさであることを特徴とする。
【００１５】
この請求項２記載の発明によれば、試験台に載置された半導体基板表面の試験台表面に対して垂直な方向の変位が水平方向に所定の測定間隔で測定され、次いで、測定された一の変位と当該一の変位の直前に測定された変位との差を所定の測定間隔で除した値が１回微分値として算出され、次いで、算出された一の１回微分値と当該一の１回微分値の直前に算出された１回微分値との差を前記所定の測定間隔で除した値が２回微分値として算出された後、２回微分値の標準偏差が平滑度として算出され、次いで、平滑度と予め用意された判別値とが比較されて所定の判定が行われる。従って、従来の表面粗さのような微視的ラフネスと、反りやうねりのような巨視的ラフネスとの間の中間的なラフネスを定量的に評価することが出来ることとなって、このような中間的ラフネスを人間が官能的に判定していた場合に比べて、一定した基準で確実に判定することが出来るとともに、これらデータの蓄積によってスライシングの刃替えのタイミングも容易に把握することが出来る。即ち、平滑度は、半導体基板の表面の任意領域を曲面と考え、曲面の勾配の変化率の絶対値のバラツキを示したパラメータであって、巨視的ラフネスと微視的ラフネスの中間のラフネスを評価するパラメータとして使用可能であり、この平滑度を利用することによって、従来の半導体基板の表面形状評価よりもより確実な評価をすることができることとなって、次工程以降の歩留向上が図れる。
【００１７】
また、この請求項２記載の発明によれば、測定間隔が１／１００〜１／１０の範囲とされているので、適正な測定が出来ることとなって、上記した発明の効果を確実に得ることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明に係る半導体基板の表面形状計測装置及びこの装置を使用した半導体基板の表面形状判定方法の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る半導体基板の表面形状計測装置の要部構成を示したブロック図である。
図１に示した表面形状計測装置１は、光学式のものであって、試験台２と、レーザー発振器３と、自動焦点機構４と、変位計５と、パーソナルコンピュータ６などにより構成され、図２に示すように、予め校正された基準点からの距離のずれ（ｙ）を変位として光学的に測定する。
【００１９】
前記試験台２は、非測定対象物であるシリコンウェーハ１０を載せる台である。
前記レーザー発振器３は、前記試験台２に載置されたシリコンウェーハ１０の表面に所定の間隔でレーザー光を照射させる装置であり、レーザー光としては、例えば、ＨｅＮｅレーザー等を用いる。
前記自動焦点機構４は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）カメラ（図示省略）、自動焦点回路（図示省略）などを備え、前記レーザー発振器２により照射されたレーザー光のシリコンウェーハ１０からの反射像の焦点を自動的に合わせることが出来るようになっている。
前記変位計５は、前記自動焦点機構４によって焦点を合わせたときの基準点からの変位を変位として測定し、前記パーソナルコンピュータ６に入力する。
【００２０】
前記パーソナルコンピュータ６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）６１、ＲＡＭ（Randum Access Memory）６２、ＲＯＭ（Read Only Memory）６３などを備えている。
そして、前記パーソナルコンピュータ６は、前記変位計４から出力された変位データを入力し、ＲＡＭ６２を作業領域として、ＲＯＭ６３に内蔵された所定の解析プログラムを読み出して入力された前記変位データから中間的なラフネスである平滑度をＣＰＵ６１にて算出する。
この平滑度は、図５に示したような、シリコンウェーハ１０の表面の微視的なラフネスと、そりなどの巨視的なラフネスの中間のラフネスを評価するパラメータであり、前記シリコンウェーハ１０の表面の任意領域を曲面と考え、曲面の勾配の変化率の絶対値の標準偏差値をもって定義されるものである。
【００２１】
具体的には、平滑度ｓは（１）式〜（３）式によって算出される。
【数２】

【００２２】
即ち、図２に示すように、前記変位計５から順次入力される変位データのうち、ｉ＋１番目の変位データ（ｙ_i+1 ）と、このｙ_i+1 の直前のｉ番目の変位データ（ｙ_i ）との差を前記所定の測定間隔（ｘ_i+1 −ｘ_i）で除した値を１回微分値（ｄｙ_i ）として求める。
次に、順次算出された前記１回微分値（ｄｙ_i ）のうち、ｉ＋１番目の１回微分値（ｄｙ_i+1 ）と、このｄｙ_i+1 の直前のｉ番目の変位データ（ｄｙ_i ）との差を前記所定の測定間隔（ｘ_i+1 −ｘ_i）で除した値を２回微分値（ｄ²ｙ_i）として求める。
そして、この２回微分値（ｄ²ｙ_i）の標準偏差（ｓ）を求め、この値を平滑度ｓとしている。
【００２３】
前記算出された平滑度ｓは、予め、設定された判定値と比較され、平滑度ｓの値が判定値よりも大きい場合には、不良として判定されるようになっている。
ここで、平滑度ｓとして、変位の変化を２回微分した値を用いるのは、反りなどの周波数の大きな表面形状の変化などの外乱の影響を消すためである。
ここで、変位データ（ｙ_i ）を測定する所定の測定間隔（ｘ_i）は半導体基板の大きさによって決定されるものであり、半導体基板の直径の１／１００〜１／１０の大きさであることが望ましい。
その理由は、測定間隔を狭く取りすぎると粗さの成分となり、反対に広くしすぎるとうねり（そり）を表してしまうからである。また、ワイヤソーを切断したウェーハの表面形状の凹凸の表される周期（切れ味が悪い時）が今までの経験上、上記の範囲となっているためである。
具体的には、２ｍｍ〜４０ｍｍ程度が適正範囲である。
【００２４】
次に、上記説明した表面形状計測装置１により実際に算出した平滑度ｓを用いた表面形状評価について説明する。
図３は、所定のロット時における平滑度ｓの値と、このときの切断面の表面形状プロファイルを示した図表である。
図３に示した平滑度ｓは、ワイヤーソー（図示省略）を用いてシリコン単結晶インゴット（図示省略）から切り出したシリコンウェーハ１０の切断方向に５ｍｍ間隔で前記シリコンウェーハ１０の表面の変位を測定し、次いで、この変位を用い、前記（１）式による１回微分値を算出し、次いで、この１回微分値を用い、前記（２）式による２回微分値を算出し、次いで、この２回微分値の標準偏差を算出して求めた。
【００２５】
そして、図３において、例えば、ロットナンバー＃１の場合には、平滑度ｓが約１．０程度であり、このときのシリコンウェーハ１０の表面形状プロファイルは図３に示す通り滑らかである。
さらに、同一ワイヤーソーでスライシングを行ったロットナンバー＃２の場合には、平滑度ｓが約３．０程度であり、このときのシリコンウェーハ１０の表面形状プロファイルは図３に示すように、ロットナンバー＃１の表面形状プロファイルに比べて多少の凹凸が見られるが、表面形状としては許容範囲内である。
続いて、更に同一ワイヤーソーでスライシングを行ったロットナンバー＃３の場合には、平滑度ｓが約６．０程度であり、このときのシリコンウェーハ１０の表面形状プロファイルは、図３に示すように、細かい凹凸（微視的ラフネス）の他に、それよりも周期の長い中間的ラフネスが見られた。この状態は、ラッピング時に割れる可能性があるレベルである。
そして、この段階で、ワイヤーソーの刃替えを実施し、ワイヤーソーの刃替え直後のロットナンバー＃４の場合、再び平滑度ｓは、約１．０程度となって、表面プロファイルも滑らかになった。
【００２６】
以上説明した本発明に係る表面形状計測装置１によれば、レーザー光を用いて測定した変位は、パーソナルコンピュータ６によって、１回微分値と２回微分値が順次算出されるとともに、この２回微分値の標準偏差を算出することにより平滑度ｓが算出される。
従って、従来の変位のような微視的ラフネスと、反りやうねりのような巨視的ラフネスとの間の中間的なラフネスを定量的に評価することが出来ることとなって、このような中間的ラフネスを人間が官能的に判定していた場合に比べて、一定した基準で確実に判定することが出来る。
また、従来の半導体基板の表面形状評価よりもより確実な評価をすることができることとなって、次工程以降の歩留向上も図れる。
また、これらデータの蓄積によってスライシングの刃替えのタイミングも容易に把握することが出来ることとなって、加工精度のバラツキが大きいワイヤーソーの場合でも表面形状管理をより確実に行うことが出来る。
また、この平滑度は、種々の実験データの解析用のパラメータとしても活用出来る。
【００２７】
なお、シリコンウェーハの表面形状を評価する際には、本平滑度の他、表面粗さやうねりといった他の評価パラメータと組み合わせることにより、より完全なシリコンウェーハの表面形状評価が出来る。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の代表的なものの効果について説明すれば、変位測定手段によって所定の間隔で測定された変位は、平滑度算出手段によって、１回微分値と２回微分値が順次算出されるとともに、この２回微分値の標準偏差を算出することにより平滑度が算出されることから、従来の変位のような微視的ラフネスと、反りやうねりのような巨視的ラフネスとの間の中間的なラフネスを定量的に評価することが出来ることとなって、このような中間的ラフネスを人間が官能的に判定していた場合に比べて、一定した基準で確実に判定することが出来る。即ち、平滑度は、半導体基板の表面の任意領域を曲面と考え、曲面の勾配の変化率の絶対値のバラツキを示したパラメータであって、巨視的ラフネスと微視的ラフネスの中間のラフネスを評価するパラメータとして使用可能であり、この平滑度を利用することによって、従来の半導体基板の表面形状評価よりもより確実な評価をすることができることとなって、次工程以降の歩留向上が図れる。また、これらデータの蓄積によってスライシングの刃替えのタイミングも容易に把握することが出来ることとなって、加工精度のバラツキが大きいワイヤーソーの場合でも表面形状管理をより確実に行うことが出来る。また、２回微分した値を用いるので、反りなどの周波数の大きな表面形状の変化などの外乱の影響を消すことが出来る。
また、測定間隔が１／１００〜１／１０の範囲とされているので、適正な測定が出来ることとなって、上記した発明の効果を確実に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体基板の表面形状計測装置の要部構成を示したブロック図である。
【図２】本発明に係る平滑度を算出する方法を説明するための図である。
【図３】所定のロットにおける平滑度と、このときのシリコンウェーハ切断面の表面形状プロファイルを示した図表である。
【図４】従来のボウを算出する方法を説明するための図である。
【図５】ラッピング時におけるシリコンウェーハの表面形状の及ぼす影響を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１表面形状計測装置
２試験台
３レーザー発振器（変位測定手段）
４自動焦点機構（変位測定手段）
５変位計（変位測定手段）
６パーソナルコンピュータ（平滑度算出手段）
６１ＣＰＵ
６２ＲＡＭ
６３ＲＯＭ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor substrate surface shape measuring device typified by a silicon wafer and a semiconductor substrate surface shape determination method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a silicon wafer used as a semiconductor substrate material is cut out by slicing a silicon single crystal ingot with an inner peripheral blade or a wire saw.
In recent years, semiconductor devices have been highly integrated due to dramatic progress in semiconductor device technology, and with this progress, quality requirements for silicon wafers and the like have become more severe.
One of the important quality characteristics required for such a silicon wafer is the problem of the surface shape of the silicon wafer. This is because high integration of semiconductor devices leads to reduction in device dimensions. For example, when a silicon wafer has a slight undulation, an error occurs in a device pattern in a photolithography process or the like. .
[0003]
By the way, there are various parameters such as diameter, thickness, parallelism, flatness, warpage, waviness, and surface roughness, even though the shape quality of silicon wafers is a bit, among these, the yield at the time of device manufacturing It is macroscopic roughness such as flatness, warpage, and swell, and microscopic roughness such as surface roughness that have a great influence on the surface roughness.
Conventionally, as a method for evaluating the macroscopic roughness, for example, a bow shown in FIG. 4 is known.
[0004]
Bow supports the silicon wafer 100 at a reference point, measures the distance from the reference surface to the center surface of the silicon wafer 100, then turns the silicon wafer 100 over and measures the distance in the same manner, and (a−b) / 2 It is a value defined by.
[0005]
For example, R _ms (root-mean-squareroughness) defined by the following equation is known as the microscopic roughness.
[Expression 1]

Here, n is the number of measurement points, Z _{i is} the distance from the average surface level of the i-th measurement point.
Conventionally, the evaluation of the surface shape quality of a silicon wafer has been performed using such evaluation parameters.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the lapping process following the slicing process, as shown in FIG. 5, the silicon wafer 100 is placed on the

lapping surface plates

101, 101 held parallel to each other, and in this state, the front and back surfaces of the silicon wafer 100 are ground. As a result, the uneven layer which becomes microscopic roughness is removed.
At this time, if there is a warp as macroscopic roughness as shown in FIG. 5A, it can be brought into close contact with the upper and

lower surface plates

101, 101, but the microscopic view as shown in FIG. When there is an intermediate roughness between the mechanical roughness and the macroscopic roughness, a gap 102 is generated between the

lapping surface plates

101, 101 and the silicon wafer 100, and the silicon wafer 100 is moved by the pressing force from above and below during lapping. There was a problem that the yield was lowered because it was broken or could not be removed by wrapping.
In particular, wire saws are more affected by slurry wear and the like than inner peripheral blades, and such intermediate roughness tends to vary, making it difficult to maintain quality above a certain level.
[0007]
Conventionally, however, no attempt has been made to measure and quantitatively evaluate such intermediate roughness, and such intermediate roughness has been determined exclusively by human sensation.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and a semiconductor substrate surface shape measuring apparatus and semiconductor substrate capable of more accurately evaluating the surface shape quality of a semiconductor substrate and enhancing the production efficiency after the next process. An object of the present invention is to provide a surface shape determination method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
To solve the above problem,
The invention according to claim 1 is a surface shape measuring device for a semiconductor substrate.
A displacement measuring means for measuring a displacement in a direction perpendicular to the surface of the test table on the surface of the semiconductor substrate placed on the test table, at a predetermined measurement interval in the horizontal direction;
The displacement measured by the displacement measuring means is sequentially input, and a value obtained by dividing the difference between the measured displacement and the displacement measured immediately before the displacement by the predetermined measurement interval is differentiated once. Next, a value obtained by dividing the difference between the calculated one-time differential value and the one-time differential value calculated immediately before the one-time differential value by the predetermined measurement interval is 2 Smoothness calculating means for calculating the standard deviation of the calculated two-time differential value as the smoothness after sequentially calculating the second-differential value ,
The predetermined measurement interval is 1/100 to 1/10 of the diameter of the semiconductor substrate.
[0010]
According to the first aspect of the present invention, the displacement measured at predetermined intervals by the displacement measuring means is sequentially calculated as a first differential value and a second differential value by the smoothness calculating means, and the two times The smoothness is calculated by calculating the standard deviation of the differential value.
Therefore, it is possible to quantitatively evaluate the intermediate roughness between the microscopic roughness such as the conventional surface roughness and the macroscopic roughness such as warpage and waviness. Compared to the case where the human has sensuously determined the intermediate roughness, it can be reliably determined based on a constant standard.
In other words, smoothness is a parameter that shows variation in the absolute value of the rate of change in the slope of a curved surface, assuming an arbitrary region on the surface of the semiconductor substrate as a curved surface, and has a roughness intermediate between macroscopic roughness and microscopic roughness. It can be used as a parameter to evaluate, and by adding this smoothness as a surface shape evaluation, it is possible to perform a more reliable evaluation than the conventional surface shape evaluation of a semiconductor substrate by only surface roughness and warpage. Therefore, the yield can be improved after the next process.
In addition, the accumulation of these data makes it possible to easily grasp the timing of slicing blade replacement, so that the surface shape can be managed more reliably even in the case of a wire saw with a large variation in processing accuracy.
Moreover, since the value obtained by differentiating twice is used, it is possible to eliminate the influence of disturbance such as a change in surface shape having a large frequency such as warping.
[0011]
Here, the displacement is defined by a vertical distance from the surface of the test table to the surface of the semiconductor substrate.
Since the measurement range of the present invention is wide as this displacement measuring method, in the case of a stylus type, there is a possibility that the value may be shaken out. Therefore, in principle, an optical type is used, but there is no particular limitation.
[0013]
In addition, according to the first aspect of the invention , since the measurement interval is in the range of 1/100 to 1/10, appropriate measurement can be performed and the above-described effects of the invention can be reliably obtained. Is possible.
Here, the measurement interval is determined by the size of the semiconductor substrate, and an actual value is about 2 mm to 40 mm.
[0014]
The invention according to claim 2
The displacement in the direction perpendicular to the test stand surface of the test stand in mounted semiconductor substrate surface was measured at predetermined measurement intervals in the horizontal direction,
Next, a value obtained by dividing the difference between the measured one displacement and the displacement measured immediately before the one displacement by the predetermined measurement interval is calculated as a differential value, and then the calculated one 1 After calculating the value obtained by dividing the difference between the one-time differential value and the one-time differential value calculated immediately before the one-time differential value by the predetermined measurement interval as the two-time differential value, A method of determining a surface shape of a semiconductor substrate , wherein a standard deviation is calculated as a smoothness, and then a predetermined determination is made by comparing the smoothness with a prepared discrimination value ,
The predetermined measurement interval is 1/100 to 1/10 of the diameter of the semiconductor substrate.
[0015]
According to the second aspect of the present invention , the displacement of the surface of the semiconductor substrate placed on the test table in the direction perpendicular to the test table surface is measured in the horizontal direction at a predetermined measurement interval, and then measured. A value obtained by dividing a difference between one displacement and the displacement measured immediately before the one displacement by a predetermined measurement interval is calculated as a one-time differential value, and then the calculated one-time differential value and the one-time differential value are calculated. After the value obtained by dividing the difference from the first differential value calculated immediately before the first differential value by the predetermined measurement interval is calculated as the second differential value, the standard deviation of the second differential value is the smoothness. Then, the smoothness and the discriminant value prepared in advance are compared to make a predetermined determination. Therefore, it is possible to quantitatively evaluate the intermediate roughness between the microscopic roughness such as the conventional surface roughness and the macroscopic roughness such as warpage and waviness. Compared to the case where humans have sensuously determined intermediate roughness, it is possible to make a reliable determination based on a fixed standard, and it is also possible to easily grasp the timing of slicing blade replacement by accumulating these data. . In other words, smoothness is a parameter that shows variation in the absolute value of the rate of change in the slope of a curved surface, assuming an arbitrary region on the surface of the semiconductor substrate as a curved surface, and has a roughness intermediate between macroscopic roughness and microscopic roughness. It can be used as a parameter to be evaluated, and by utilizing this smoothness, it is possible to perform more reliable evaluation than the conventional surface shape evaluation of a semiconductor substrate, and the yield can be improved after the next process. .
[0017]
Further , according to the second aspect of the invention, since the measurement interval is in the range of 1/100 to 1/10, appropriate measurement can be performed, and the above-described effects of the invention can be reliably obtained. It becomes possible.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a semiconductor substrate surface shape measuring apparatus and a semiconductor substrate surface shape determining method using the apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a semiconductor substrate surface shape measuring apparatus according to the present invention.
The surface shape measuring apparatus 1 shown in FIG. 1 is of an optical type and includes a test table 2, a laser oscillator 3, an automatic focusing mechanism 4, a displacement meter 5, a personal computer 6, and the like. As shown in FIG. 2, a distance deviation (y) from a reference point calibrated in advance is optically measured as a displacement.
[0019]
The test table 2 is a table on which a silicon wafer 10 that is a non-measurement object is placed.
The laser oscillator 3 is a device that irradiates the surface of the silicon wafer 10 placed on the test table 2 with laser light at a predetermined interval. As the laser light, for example, a HeNe laser or the like is used.
The autofocus mechanism 4 includes, for example, a CCD (Charge Coupled Device) camera (not shown), an autofocus circuit (not shown), and the like, and a reflected image of the laser light emitted from the laser oscillator 2 from the silicon wafer 10. The focus can be adjusted automatically.
The displacement meter 5 measures the displacement from the reference point when the focus is achieved by the automatic focusing mechanism 4 as a displacement, and inputs the displacement to the personal computer 6.
[0020]
The personal computer 6 includes a central processing unit (CPU) 61, a random access memory (RAM) 62, a read only memory (ROM) 63, and the like.
Then, the personal computer 6 inputs the displacement data output from the displacement meter 4, reads out a predetermined analysis program built in the ROM 63 using the RAM 62 as a work area, and intermediates from the input displacement data. The smoothness that is roughness is calculated by the CPU 61.
The smoothness is a parameter for evaluating the roughness between the microscopic roughness of the surface of the silicon wafer 10 and the macroscopic roughness such as warpage as shown in FIG. Is defined as a standard deviation value of the absolute value of the rate of change of the slope of the curved surface.
[0021]
Specifically, the smoothness s is calculated by the equations (1) to (3).
[Expression 2]

[0022]
That is, as shown in FIG. 2, of the displacement data sequentially input from the displacement meter 5, the i + 1th displacement data (y _{i + 1} ) and the i th displacement data immediately before y _{i + 1} ( A value obtained by dividing the difference from y _i ) by the predetermined measurement interval (x _{i + 1} −x _i ) is obtained as a differential value (dy _i ).
Then, out of the first derivative values are sequentially calculated (dy _i), i + 1 th first derivative value (dy _{i + 1),} the dy _{i + 1} immediately before the i-th displacement data (dy _i ) Is divided by the predetermined measurement interval (x _{i + 1} −x _i ) to obtain a differential value (d ² y _i ) twice.
Then, the standard deviation (s) of the twice differential value (d ² y _i ) is obtained, and this value is used as the smoothness s.
[0023]
The calculated smoothness s is compared with a predetermined determination value, and when the value of the smoothness s is larger than the determination value, it is determined as defective.
Here, the value obtained by differentiating the change in displacement twice is used as the smoothness s in order to eliminate the influence of disturbance such as a change in surface shape having a large frequency such as warpage.
Here, the predetermined measurement interval for measuring the displacement data (y _{_i)} (x _i) are those determined by the size of the semiconductor substrate, a size of 1 / 100-1 / 10 of the diameter of the semiconductor substrate It is desirable to be.
The reason is that if the measurement interval is too narrow, it becomes a component of roughness, and conversely, if it is too wide, undulation (sledge) is expressed. Moreover, this is because the period (when the sharpness) of the surface shape irregularities of the wafer cut from the wire saw is within the above range based on experience.
Specifically, an appropriate range is about 2 mm to 40 mm.
[0024]
Next, surface shape evaluation using the smoothness s actually calculated by the surface shape measuring apparatus 1 described above will be described.
FIG. 3 is a chart showing the value of the smoothness s in a predetermined lot and the surface shape profile of the cut surface at this time.
The smoothness s shown in FIG. 3 is obtained by measuring the displacement of the surface of the silicon wafer 10 at intervals of 5 mm in the cutting direction of the silicon wafer 10 cut out from the silicon single crystal ingot (not shown) using a wire saw (not shown). Then, using this displacement, the first differential value according to the above equation (1) is calculated, then, using this single differential value, the second differential value according to the above equation (2) is calculated, The standard deviation of the differential value was calculated twice.
[0025]
In FIG. 3, for example, in the case of lot number # 1, the smoothness s is about 1.0, and the surface shape profile of the silicon wafer 10 at this time is smooth as shown in FIG.
Furthermore, in the case of lot number # 2 sliced with the same wire saw, the smoothness s is about 3.0, and the surface shape profile of the silicon wafer 10 at this time is as shown in FIG. Some unevenness is seen compared to the surface shape profile of number # 1, but the surface shape is within an allowable range.
Subsequently, in the case of lot number # 3 which is further sliced with the same wire saw, the smoothness s is about 6.0, and the surface shape profile of the silicon wafer 10 at this time is as shown in FIG. In addition to the fine irregularities (microscopic roughness), intermediate roughness having a longer period was observed. This state is a level that may break during wrapping.
At this stage, the wire saw is replaced, and in the case of lot number # 4 immediately after the wire saw is replaced, the smoothness s becomes about 1.0 again, and the surface profile becomes smooth. It was.
[0026]
According to the surface shape measuring apparatus 1 according to the present invention described above, the displacement measured by using the laser light is sequentially calculated by the personal computer 6 with the first differential value and the second differential value. The smoothness s is calculated by calculating the standard deviation of the differential value.
Therefore, it is possible to quantitatively evaluate the intermediate roughness between the microscopic roughness such as the conventional displacement and the macroscopic roughness such as warpage and waviness. Compared to the case where the human being sensuously determines the roughness, the determination can be made with a certain standard.
In addition, since it is possible to perform more reliable evaluation than the conventional surface shape evaluation of a semiconductor substrate, the yield after the next process can be improved.
In addition, the accumulation of these data makes it possible to easily grasp the timing of slicing blade replacement, so that the surface shape can be managed more reliably even in the case of a wire saw with a large variation in processing accuracy.
The smoothness can also be used as a parameter for analyzing various experimental data.
[0027]
When evaluating the surface shape of the silicon wafer, a more complete evaluation of the surface shape of the silicon wafer can be performed by combining with other evaluation parameters such as surface roughness and waviness in addition to the smoothness.
[0028]
【The invention's effect】
The effect of the representative one of the present invention will be described. For the displacement measured at a predetermined interval by the displacement measuring means, the first derivative value and the twice differentiated value are sequentially calculated by the smoothness calculating means. Since the smoothness is calculated by calculating the standard deviation of the differential value twice, an intermediate roughness between the microscopic roughness such as conventional displacement and the macroscopic roughness such as warpage and swell. Can be quantitatively evaluated, and it is possible to reliably determine such intermediate roughness on a constant basis as compared with the case where such intermediate roughness is determined sensuously by humans. In other words, smoothness is a parameter that shows variation in the absolute value of the rate of change in the slope of a curved surface, assuming an arbitrary region on the surface of the semiconductor substrate as a curved surface, and has a roughness intermediate between macroscopic roughness and microscopic roughness. It can be used as a parameter to be evaluated, and by utilizing this smoothness, it is possible to perform more reliable evaluation than the conventional surface shape evaluation of a semiconductor substrate, and the yield can be improved after the next process. . In addition, the accumulation of these data makes it possible to easily grasp the timing of slicing blade replacement, so that the surface shape can be managed more reliably even in the case of a wire saw with a large variation in processing accuracy. Moreover, since the value obtained by differentiating twice is used, it is possible to eliminate the influence of disturbance such as a change in surface shape having a large frequency such as warping.
In addition, since the measurement interval is in the range of 1/100 to 1/10, appropriate measurement can be performed, and the above-described effects of the invention can be reliably obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a surface shape measuring apparatus for a semiconductor substrate according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a method of calculating smoothness according to the present invention.
FIG. 3 is a chart showing the smoothness in a predetermined lot and the surface shape profile of the cut surface of the silicon wafer at this time.
FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional method of calculating a bow.
FIG. 5 is a diagram schematically showing the influence of the surface shape of a silicon wafer during lapping.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Surface shape measuring device 2 Test stand 3 Laser oscillator (displacement measuring means)
4 Automatic focus mechanism (displacement measuring means)
5 Displacement meter (displacement measuring means)
6 Personal computer (smoothness calculation means)
61 CPU
62 RAM
63 ROM

Claims

Displacement measuring means for measuring the displacement of the surface of the semiconductor substrate placed on the test bench in a direction perpendicular to the surface of the test bench in the horizontal direction at predetermined measurement intervals, and the displacement measured by the displacement measuring means in order. The value obtained by dividing the difference between the measured one displacement and the displacement measured immediately before the one displacement by the predetermined measurement interval is sequentially calculated as a differential value, and then calculated. A value obtained by dividing the difference between the one-time differential value and the one-time differential value calculated immediately before the one-time differential value by the predetermined measurement interval is sequentially calculated as a twice-differential value, and then the 2 Smoothness calculating means for calculating the standard deviation of the differential value as the smoothness ,
The apparatus for measuring a surface shape of a semiconductor substrate, wherein the predetermined measurement interval is 1/100 to 1/10 of the diameter of the semiconductor substrate.

The displacement of the surface of the semiconductor substrate placed on the test table in the direction perpendicular to the test table surface is measured at a predetermined measurement interval in the horizontal direction, and then the measured one displacement and immediately before the one displacement. A value obtained by dividing the difference from the measured displacement by the predetermined measurement interval is calculated as a single differential value, and then calculated immediately before the calculated single differential value and the single differential value. After calculating a value obtained by dividing the difference from the determined differential value by the predetermined measurement interval as a second differential value, a standard deviation of the second differential value is calculated as a smoothness, and then the smoothness and A method for determining a surface shape of a semiconductor substrate for performing a predetermined determination by comparing with a determination value prepared in advance ,
The method for determining a surface shape of a semiconductor substrate, wherein the predetermined measurement interval is 1/100 to 1/10 of the diameter of the semiconductor substrate.