JPH09172047A - 半導体ウェーハ測定装置及び方法 - Google Patents
半導体ウェーハ測定装置及び方法Info
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- JPH09172047A JPH09172047A JP33231695A JP33231695A JPH09172047A JP H09172047 A JPH09172047 A JP H09172047A JP 33231695 A JP33231695 A JP 33231695A JP 33231695 A JP33231695 A JP 33231695A JP H09172047 A JPH09172047 A JP H09172047A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 危険性の伴うＸ線源を用いることなく安全に
オフアングルを測定でき、測定経験を必要としない操作
で短時間でオフアングルを測定できる半導体ウェーハ測
定装置及び方法を提供する。 【解決手段】 半導体ウェーハ（１）の表面（１ａ）の
結晶格子配列方向の法線方向に対するオフアングル
（θ）を測定する半導体ウェーハ測定装置において、半
導体ウェーハを回転させる回転手段（３）と、回転手段
上の半導体ウェーハの表面に所定波長の光線（６）を所
定入射角で照射する照射光源（７）と、半導体ウェーハ
の表面から所定方向へ散乱される散乱光（８）を検出す
る光検出手段（９）とを備えることを特徴とする。
オフアングルを測定でき、測定経験を必要としない操作
で短時間でオフアングルを測定できる半導体ウェーハ測
定装置及び方法を提供する。 【解決手段】 半導体ウェーハ（１）の表面（１ａ）の
結晶格子配列方向の法線方向に対するオフアングル
（θ）を測定する半導体ウェーハ測定装置において、半
導体ウェーハを回転させる回転手段（３）と、回転手段
上の半導体ウェーハの表面に所定波長の光線（６）を所
定入射角で照射する照射光源（７）と、半導体ウェーハ
の表面から所定方向へ散乱される散乱光（８）を検出す
る光検出手段（９）とを備えることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウェーハ測定
装置及び方法に係り、特に半導体ウェーハのオフアング
ルの測定装置及び方法に関する。
装置及び方法に係り、特に半導体ウェーハのオフアング
ルの測定装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のオフアングルの測定原理を図１１
を参照して説明する。図１１において、Ｘ線源から出射
された入射Ｘ線１００は角度φ１で被測定ウェーハ１０
１の表面に照射され、ブラッグ反射により回折Ｘ線１０
２として角度φ２で回折される。回折Ｘ線１０２は散乱
光検出器１０３によって検出される。ここで角度φ１と
角度φ２との関係は結晶構造によって定まる。
を参照して説明する。図１１において、Ｘ線源から出射
された入射Ｘ線１００は角度φ１で被測定ウェーハ１０
１の表面に照射され、ブラッグ反射により回折Ｘ線１０
２として角度φ２で回折される。回折Ｘ線１０２は散乱
光検出器１０３によって検出される。ここで角度φ１と
角度φ２との関係は結晶構造によって定まる。
【０００３】角度φ１と角度φ２との角度差はオフアン
グル（ずれ角）と称され、半導体ウェーハの表面の結晶
構造によって定まる。また通常、オフアングルは図１２
に示す様に半導体ウェーハに対してＸ方向とＹ方向の２
方向で測定され、Ｘ方向とＹ方向との２方向における測
定結果から演算により、オフアングルの大きさとオフア
ングルを生じさせる回転方向とが求められる。
グル（ずれ角）と称され、半導体ウェーハの表面の結晶
構造によって定まる。また通常、オフアングルは図１２
に示す様に半導体ウェーハに対してＸ方向とＹ方向の２
方向で測定され、Ｘ方向とＹ方向との２方向における測
定結果から演算により、オフアングルの大きさとオフア
ングルを生じさせる回転方向とが求められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来ではオフアングル
の測定は、Ｘ線を用いブラック反射と呼ばれる回折Ｘ線
を検出して行われていた。Ｘ線を使用するため、常に被
爆の危険性が伴い、取扱いに注意を要するという問題が
あった。
の測定は、Ｘ線を用いブラック反射と呼ばれる回折Ｘ線
を検出して行われていた。Ｘ線を使用するため、常に被
爆の危険性が伴い、取扱いに注意を要するという問題が
あった。
【０００５】また、オフアングルは通常非常に小さい。
このため、被測定ウェーハのわずかなオフアングルをブ
ラック反射によって検出するのはかなりの経験を要し、
熟練者が多大な時間をかけてはじめて正確な値を得るこ
とができるというように非効率的である、という問題が
あった。
このため、被測定ウェーハのわずかなオフアングルをブ
ラック反射によって検出するのはかなりの経験を要し、
熟練者が多大な時間をかけてはじめて正確な値を得るこ
とができるというように非効率的である、という問題が
あった。
【０００６】そこで、本本発明の目的は、上記従来技術
の有する問題を解消し、危険性の伴うＸ線源を用いるこ
となく安全にオフアングルを測定でき、測定経験を必要
としない操作で短時間でオフアングルを測定できる半導
体ウェーハ測定装置及び方法を提供することである。
の有する問題を解消し、危険性の伴うＸ線源を用いるこ
となく安全にオフアングルを測定でき、測定経験を必要
としない操作で短時間でオフアングルを測定できる半導
体ウェーハ測定装置及び方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による半導体ウェーハ測定装置は、半導体ウ
ェーハの表面の結晶格子配列方向の法線方向に対するオ
フアングルを測定する半導体ウェーハ測定装置におい
て、半導体ウェーハを回転させる回転手段と、前記回転
手段上の半導体ウェーハの表面に所定波長の光線を所定
入射角で照射する照射光源と、半導体ウェーハの表面か
ら所定方向へ散乱される散乱光を検出する光検出手段と
を備えることを特徴とする。
に、本発明による半導体ウェーハ測定装置は、半導体ウ
ェーハの表面の結晶格子配列方向の法線方向に対するオ
フアングルを測定する半導体ウェーハ測定装置におい
て、半導体ウェーハを回転させる回転手段と、前記回転
手段上の半導体ウェーハの表面に所定波長の光線を所定
入射角で照射する照射光源と、半導体ウェーハの表面か
ら所定方向へ散乱される散乱光を検出する光検出手段と
を備えることを特徴とする。
【０００８】また、好適には、前記所定入射角は半導体
ウェーハの表面に垂直である。
ウェーハの表面に垂直である。
【０００９】また、前記回転手段は、半導体ウェーハを
この表面の法線方向に向く回転軸の回りに回転させる。
この表面の法線方向に向く回転軸の回りに回転させる。
【００１０】また、前記光検出手段は、異なる方向から
散乱光を検出するために複数個配設されている。
散乱光を検出するために複数個配設されている。
【００１１】また、本発明による半導体ウェーハ測定方
法は、半導体ウェーハの表面の結晶格子配列方向の法線
方向に対するオフアングルを測定する半導体ウェーハ測
定方法において、半導体ウェーハを回転させ、半導体ウ
ェーハの表面に所定波長の光線を所定入射角で照射し、
回転角位置毎に半導体ウェーハの表面から所定方向へ散
乱される散乱光を検出し、検出される散乱光の強度の回
転角位置への依存性からオフアングルを測定することを
特徴とする。
法は、半導体ウェーハの表面の結晶格子配列方向の法線
方向に対するオフアングルを測定する半導体ウェーハ測
定方法において、半導体ウェーハを回転させ、半導体ウ
ェーハの表面に所定波長の光線を所定入射角で照射し、
回転角位置毎に半導体ウェーハの表面から所定方向へ散
乱される散乱光を検出し、検出される散乱光の強度の回
転角位置への依存性からオフアングルを測定することを
特徴とする。
【００１２】また、半導体ウェーハの表面の結晶格子配
列方向の法線方向に対するオフアングルを測定する半導
体ウェーハ測定方法において、半導体ウェーハを所定温
度以上の非酸化性または還元性雰囲気中にて加熱した後
に冷却させ、その半導体ウェーハを回転させ、半導体ウ
ェーハの表面に所定波長の光線を所定入射角で照射し、
回転角位置毎に半導体ウェーハの表面から所定方向へ散
乱される散乱光を検出し、検出される散乱光の強度の回
転角位置への依存性からオフアングルを測定することを
特徴とする。
列方向の法線方向に対するオフアングルを測定する半導
体ウェーハ測定方法において、半導体ウェーハを所定温
度以上の非酸化性または還元性雰囲気中にて加熱した後
に冷却させ、その半導体ウェーハを回転させ、半導体ウ
ェーハの表面に所定波長の光線を所定入射角で照射し、
回転角位置毎に半導体ウェーハの表面から所定方向へ散
乱される散乱光を検出し、検出される散乱光の強度の回
転角位置への依存性からオフアングルを測定することを
特徴とする。
【００１３】また、好適には、前記所定入射角は半導体
ウェーハの表面に垂直である。
ウェーハの表面に垂直である。
【００１４】また、回転角位置に対する極大値あるいは
極小値を求めて、オフアングルを測定する。
極小値を求めて、オフアングルを測定する。
【００１５】次に、以下に本発明の測定原理の概要を説
明する。図２は半導体ウェーハ１のオフアングルφを説
明するための図である。図２（ａ）において、Ｄ−Ｄか
ら見た半導体ウェーハ１の断面の一部を図２（ｂ）に示
す。
明する。図２は半導体ウェーハ１のオフアングルφを説
明するための図である。図２（ａ）において、Ｄ−Ｄか
ら見た半導体ウェーハ１の断面の一部を図２（ｂ）に示
す。
【００１６】図２（ｂ）では、符号２によって模式的に
Ｓｉ原子の結晶配列が示されており、オフアングル角度
量θは半導体ウェーハ１の表面１ａの法線方向１ｂに対
する結晶配列方向１ｃの角度として与えられる。半導体
ウェーハ１の表面には、格子間隔がｄでＳｉ原子が規則
的に配列されている。この原子配列は、格子間隔ｄの回
折格子と見ることが可能である。なお、図２（ｂ）にお
いて、結晶配列方向１ｃの間の格子間隔はｄ0 で表示さ
れている。なお、図２（ｃ）に、比較のために、オフア
ングルがゼロの半導体ウェーハ１を示す。
Ｓｉ原子の結晶配列が示されており、オフアングル角度
量θは半導体ウェーハ１の表面１ａの法線方向１ｂに対
する結晶配列方向１ｃの角度として与えられる。半導体
ウェーハ１の表面には、格子間隔がｄでＳｉ原子が規則
的に配列されている。この原子配列は、格子間隔ｄの回
折格子と見ることが可能である。なお、図２（ｂ）にお
いて、結晶配列方向１ｃの間の格子間隔はｄ0 で表示さ
れている。なお、図２（ｃ）に、比較のために、オフア
ングルがゼロの半導体ウェーハ１を示す。
【００１７】図２（ａ）において、オフアングルの回転
軸Ｃが表示されている。図２（ｂ）に示すオフアングル
θの半導体ウェーハ１は、図２（ｃ）に示す半導体ウェ
ーハ１をオフアングルの回転軸Ｃの回りにオフアングル
θだけ回転させた半導体ウェーハ１を水平にスライスし
て得られる。
軸Ｃが表示されている。図２（ｂ）に示すオフアングル
θの半導体ウェーハ１は、図２（ｃ）に示す半導体ウェ
ーハ１をオフアングルの回転軸Ｃの回りにオフアングル
θだけ回転させた半導体ウェーハ１を水平にスライスし
て得られる。
【００１８】散乱光の検出は、この原子配列による回折
格子からの回折光の検出と考えることができる。回折光
は、照射波長をλ、入射角度θｉ、散乱回折角度をθｓ
とすると、次の格子条件 ｍλ＝ｄ（ｓｉｎθｓ−ｓｉｎθｉ） ｍ＝０、±１、±２・・（１） を満たす散乱回折角度θｓの方向に最も強く放出され
る。
格子からの回折光の検出と考えることができる。回折光
は、照射波長をλ、入射角度θｉ、散乱回折角度をθｓ
とすると、次の格子条件 ｍλ＝ｄ（ｓｉｎθｓ−ｓｉｎθｉ） ｍ＝０、±１、±２・・（１） を満たす散乱回折角度θｓの方向に最も強く放出され
る。
【００１９】図２（ｂ）に示す半導体ウェーハ１を回転
台に載せて回転させ、表面１ａを照射波長λの照射光線
で照射すると、上述の条件を満たす方向に回折光が強く
出射されるのであるから、半導体ウェーハ１の回転に伴
い散乱光の出射方向も回転する。
台に載せて回転させ、表面１ａを照射波長λの照射光線
で照射すると、上述の条件を満たす方向に回折光が強く
出射されるのであるから、半導体ウェーハ１の回転に伴
い散乱光の出射方向も回転する。
【００２０】この結果、固定設置されている光検出手段
には、半導体ウェーハ１の回転角度に依存して増減する
散乱光が検出される。
には、半導体ウェーハ１の回転角度に依存して増減する
散乱光が検出される。
【００２１】オフアングルθが大きいと表面１ａ上に形
成される回折格子の格子間隔ｄは大きくなる。入射角度
θｉと照射波長λの値を固定したときに、散乱回折角度
θｓの値は、格子間隔ｄによって依存し従ってオフアン
グルθの値に依存する。
成される回折格子の格子間隔ｄは大きくなる。入射角度
θｉと照射波長λの値を固定したときに、散乱回折角度
θｓの値は、格子間隔ｄによって依存し従ってオフアン
グルθの値に依存する。
【００２２】従って、光検出手段に検出される散乱光の
強度は、オフアングルθに依存する。オフアングルθが
既知の半導体ウェーハに対して散乱光の強度を測定して
おくことにより、散乱光の強度から未知のオフアングル
θを得ることができる。
強度は、オフアングルθに依存する。オフアングルθが
既知の半導体ウェーハに対して散乱光の強度を測定して
おくことにより、散乱光の強度から未知のオフアングル
θを得ることができる。
【００２３】このようにして、検出される散乱光の強度
の回転角位置への依存性からオフアングルを測定するこ
とが可能になる。
の回転角位置への依存性からオフアングルを測定するこ
とが可能になる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本願発
明の半導体ウェーハ測定装置及び方法の実施形態例につ
いて説明する。
明の半導体ウェーハ測定装置及び方法の実施形態例につ
いて説明する。
【００２５】図１を参照して、本発明の半導体ウェーハ
測定装置の第１実施形態例について説明する。
測定装置の第１実施形態例について説明する。
【００２６】図１において、半導体ウェーハ１は回転台
３上に載置されて固定されている。回転台３は半導体ウ
ェーハ１の法線方向に向く回転軸３ａの回りに０〜３６
０°にわたって回転する。回転台３は半導体ウェーハ１
の表面１ａの法線方向に向く回転軸３ａの回りに回転
し、回転台３上の半導体ウェーハ１はその平面内で回転
させられる。また、回転台３は、移動手段４により半導
体ウェーハ１の表面１ａに平行な平面内で移動できるよ
うになっており、所望の測定点１０を照射光線６の下に
移動できるようになっている。
３上に載置されて固定されている。回転台３は半導体ウ
ェーハ１の法線方向に向く回転軸３ａの回りに０〜３６
０°にわたって回転する。回転台３は半導体ウェーハ１
の表面１ａの法線方向に向く回転軸３ａの回りに回転
し、回転台３上の半導体ウェーハ１はその平面内で回転
させられる。また、回転台３は、移動手段４により半導
体ウェーハ１の表面１ａに平行な平面内で移動できるよ
うになっており、所望の測定点１０を照射光線６の下に
移動できるようになっている。
【００２７】回転台３上の半導体ウェーハ１の上方周囲
には、集光ミラー５が配設されている。集光ミラー５の
上部には、照射光線６が通過するための通過孔５ａが形
成されている。集光ミラー５の内面には反射面５ｂが形
成されており、反射面５ｂは図１において断面が円形で
紙面に垂直な円筒形状を有する。従って、反射面５ｂで
反射されて散乱光検出器９によって検出される散乱光
は、半導体ウェーハ１の表面１ａからある限られた角度
範囲で散乱された散乱光のみである。
には、集光ミラー５が配設されている。集光ミラー５の
上部には、照射光線６が通過するための通過孔５ａが形
成されている。集光ミラー５の内面には反射面５ｂが形
成されており、反射面５ｂは図１において断面が円形で
紙面に垂直な円筒形状を有する。従って、反射面５ｂで
反射されて散乱光検出器９によって検出される散乱光
は、半導体ウェーハ１の表面１ａからある限られた角度
範囲で散乱された散乱光のみである。
【００２８】照射光線６はレーザ光源７によって生成さ
れる波長４８８ｎｍの光線であり、通過孔５ａを通っ
て、半導体ウェーハ１の表面１ａへ法線方向から照射さ
れる。
れる波長４８８ｎｍの光線であり、通過孔５ａを通っ
て、半導体ウェーハ１の表面１ａへ法線方向から照射さ
れる。
【００２９】半導体ウェーハ１の表面で散乱された散乱
光８の散乱点は集光ミラー５の反射面５ｂで反射し集光
された散乱光は、半導体ウェーハ１の近傍に配設された
散乱光検出器９によって検出されるようになっている。
光８の散乱点は集光ミラー５の反射面５ｂで反射し集光
された散乱光は、半導体ウェーハ１の近傍に配設された
散乱光検出器９によって検出されるようになっている。
【００３０】回転台３に載置されて回転される半導体ウ
ェーハ１は、所定温度以上例えば６００℃以上の温度の
非酸化性もしくは還元性雰囲気中に一定の時間置かれ、
その後冷却されたものである。半導体ウェーハ１を非酸
化性もしくは還元性雰囲気中で熱処理することにより半
導体ウェーハ１の表面１ａを円滑にすることができる。
このようにオフアングルを測定する前に半導体ウェーハ
１を非酸化性もしくは還元性雰囲気中で熱処理するは、
本願発明者の知見に基づくものである。
ェーハ１は、所定温度以上例えば６００℃以上の温度の
非酸化性もしくは還元性雰囲気中に一定の時間置かれ、
その後冷却されたものである。半導体ウェーハ１を非酸
化性もしくは還元性雰囲気中で熱処理することにより半
導体ウェーハ１の表面１ａを円滑にすることができる。
このようにオフアングルを測定する前に半導体ウェーハ
１を非酸化性もしくは還元性雰囲気中で熱処理するは、
本願発明者の知見に基づくものである。
【００３１】これによって、半導体ウェーハ１の表面１
ａは、例えば図２（ｂ）に示す場合では、より理想的な
格子間隔ｄの回折格子とみなすことが可能になる。
ａは、例えば図２（ｂ）に示す場合では、より理想的な
格子間隔ｄの回折格子とみなすことが可能になる。
【００３２】具体的には、半導体ウェーハ１を１２００
℃の水素雰囲気中に１時間保持した後冷却する。この半
導体ウェーハ１を回転台３上に載せて固定する。回転台
３を回転させながら、半導体ウェーハ１の表面１ａに波
長４８８ｎｍの単一波長の光線６を照射する。半導体ウ
ェーハ１の表面１ａからの散乱光は、散乱光検出器９に
よって検出される。
℃の水素雰囲気中に１時間保持した後冷却する。この半
導体ウェーハ１を回転台３上に載せて固定する。回転台
３を回転させながら、半導体ウェーハ１の表面１ａに波
長４８８ｎｍの単一波長の光線６を照射する。半導体ウ
ェーハ１の表面１ａからの散乱光は、散乱光検出器９に
よって検出される。
【００３３】回転台の回転角度φに対して、散乱光検出
器９で検出された散乱光強度Ｉとφとの関数 Ｉ＝ｆ（φ） をφ＝０〜３６０°の間で測定する。
器９で検出された散乱光強度Ｉとφとの関数 Ｉ＝ｆ（φ） をφ＝０〜３６０°の間で測定する。
【００３４】この測定は、図３に示すように複数の測定
点で半導体ウェーハ１を回転させて測定が行われる。図
３（ａ）には複数の測定点が示されている。例えば、測
定点として、中心点１０ａでまず測定する。図３（ａ）
は回転角度φ＝０°の状態を示す。図３（ｂ）は、測定
点１０ａを中心として回転角度ステップΔφだけ回転さ
せ、各々の角度位置で散乱光強度Ｉを測定する。回転角
度φは φ＝φ０＋ｎΔφ （ｎ＝０、１、２、３・・） で表される。測定結果を図４にプロットする。
点で半導体ウェーハ１を回転させて測定が行われる。図
３（ａ）には複数の測定点が示されている。例えば、測
定点として、中心点１０ａでまず測定する。図３（ａ）
は回転角度φ＝０°の状態を示す。図３（ｂ）は、測定
点１０ａを中心として回転角度ステップΔφだけ回転さ
せ、各々の角度位置で散乱光強度Ｉを測定する。回転角
度φは φ＝φ０＋ｎΔφ （ｎ＝０、１、２、３・・） で表される。測定結果を図４にプロットする。
【００３５】同様にして、他の測定点についても測定す
る。例えば、測定点１０ｂについては、移動手段４によ
って、半導体ウェーハ１上の測定点１０ｂの位置が照射
光線６の真下に位置するように回転台３を移動させ、そ
の後に、各回転角度φ＝φ０＋ｎΔφ （ｎ＝０、１、
２、３・・）に対して散乱光強度Ｉを測定し、図４にプ
ロットする。他の測定点についても同様である。
る。例えば、測定点１０ｂについては、移動手段４によ
って、半導体ウェーハ１上の測定点１０ｂの位置が照射
光線６の真下に位置するように回転台３を移動させ、そ
の後に、各回転角度φ＝φ０＋ｎΔφ （ｎ＝０、１、
２、３・・）に対して散乱光強度Ｉを測定し、図４にプ
ロットする。他の測定点についても同様である。
【００３６】図４には、同一の半導体ウェーハ１の複数
の測定点で得られた測定結果を（ａ）に示してあり、他
の半導体ウェーハ１を試料とした場合の測定結果を
（ｂ）に示してある。
の測定点で得られた測定結果を（ａ）に示してあり、他
の半導体ウェーハ１を試料とした場合の測定結果を
（ｂ）に示してある。
【００３７】図４から、散乱光強度Ｉは回転角度φに対
して１８０°周期で増減することがわかる。すなわち散
乱光強度Ｉと半導体ウェーハの回転角度φとの間で、 Ｉ＝ｆ（φ） なる関係式が導き出される。
して１８０°周期で増減することがわかる。すなわち散
乱光強度Ｉと半導体ウェーハの回転角度φとの間で、 Ｉ＝ｆ（φ） なる関係式が導き出される。
【００３８】図５において、オフアングルを形成するた
めの回転軸をＣとすると、回転軸Ｃの直交する矢印Ａ方
向に散乱される散乱光強度が強くなり、矢印Ａに直交す
る方向の矢印Ｂ方向の散乱光強度は弱くなる。
めの回転軸をＣとすると、回転軸Ｃの直交する矢印Ａ方
向に散乱される散乱光強度が強くなり、矢印Ａに直交す
る方向の矢印Ｂ方向の散乱光強度は弱くなる。
【００３９】このことから、オフアングルの角度量θと
オフアングルの方位角φａは次のように得られる。
オフアングルの方位角φａは次のように得られる。
【００４０】 オフアングル： θ＝ｋ（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ） （２） ｋは比例定数 オフアングルの方位角：φａ＝φｍａｘあるいはφｍｉｎ （３） ここで、Ｉｍａｘ、Ｉｍｉｎは各々、振幅Ｉの最大値あ
るいは最小値である。φｍａｘ、φｍｉｎは各々、Ｉｍ
ａｘ、Ｉｍｉｎを生ずる回転角度φの角度位置をいう。
なお、最大値、最小値を着目する代りに、極大値、極小
値を着目してもよい。
るいは最小値である。φｍａｘ、φｍｉｎは各々、Ｉｍ
ａｘ、Ｉｍｉｎを生ずる回転角度φの角度位置をいう。
なお、最大値、最小値を着目する代りに、極大値、極小
値を着目してもよい。
【００４１】式（２）について説明する。式（２）は、
ＩｍａｘとＩｍｉｎの差はオフアングルの角度量θに比
例することを示す。
ＩｍａｘとＩｍｉｎの差はオフアングルの角度量θに比
例することを示す。
【００４２】オフアングルθが大きいと表面１ａ上に形
成される回折格子の格子間隔ｄは大きくなるというよう
に、オフアングルθは格子間隔ｄと対応する。入射角度
θｉ（ここでは０°）と照射波長λ（ここでは４８８ｎ
ｍ）の値を固定したときに、散乱回折角度θｓの値は、
格子定数ｄ、従ってオフアングルθの値に依存する。あ
るオフアングルθの半導体ウェーハ１から散乱される散
乱回折光は対応する散乱回折角度θｓで散乱される。こ
のとき、反射面５ｂで集光されて散乱光検出器９によっ
て最も効率的に検出されるのは、ある特定の散乱回折角
度θｓであり、この特定の散乱回折角度θｓは散乱光検
出器９の配設位置や反射面５ｂの形状や半導体ウェーハ
１の位置等によって定まる。
成される回折格子の格子間隔ｄは大きくなるというよう
に、オフアングルθは格子間隔ｄと対応する。入射角度
θｉ（ここでは０°）と照射波長λ（ここでは４８８ｎ
ｍ）の値を固定したときに、散乱回折角度θｓの値は、
格子定数ｄ、従ってオフアングルθの値に依存する。あ
るオフアングルθの半導体ウェーハ１から散乱される散
乱回折光は対応する散乱回折角度θｓで散乱される。こ
のとき、反射面５ｂで集光されて散乱光検出器９によっ
て最も効率的に検出されるのは、ある特定の散乱回折角
度θｓであり、この特定の散乱回折角度θｓは散乱光検
出器９の配設位置や反射面５ｂの形状や半導体ウェーハ
１の位置等によって定まる。
【００４３】散乱回折角度θｓがこの特定の値からずれ
るほど、散乱光は固定設定された散乱光検出器９によっ
て検出されにくくなる。このことによって、あるオフア
ングルθの範囲においては、式（２）に示すように、Ｉ
ｍａｘとＩｍｉｎの差はオフアングルの角度量θに比例
することになる。
るほど、散乱光は固定設定された散乱光検出器９によっ
て検出されにくくなる。このことによって、あるオフア
ングルθの範囲においては、式（２）に示すように、Ｉ
ｍａｘとＩｍｉｎの差はオフアングルの角度量θに比例
することになる。
【００４４】図７に、種々のオフアングルの角度量θを
有する複数の半導体ウェーハ１について、（Ｉｍａｘ−
Ｉｍｉｎ）とオフアングルθとの関係の測定結果を示
す。比例係数ｋは、オフアングルの角度量θの既知の半
導体ウェーハ１に対して同様の測定を行うことにより、
得ることができる。例えば、図４において（ｂ）に示す
測定対象の半導体ウェーハ１のオフアングルの角度量θ
が既知である場合に、測定結果（ｂ）より比例係数ｋを
得ることができる。この比例係数ｋが得られると、（Ｉ
ｍａｘ−Ｉｍｉｎ）の測定結果から、未知のオフアング
ルθを求めることができる。
有する複数の半導体ウェーハ１について、（Ｉｍａｘ−
Ｉｍｉｎ）とオフアングルθとの関係の測定結果を示
す。比例係数ｋは、オフアングルの角度量θの既知の半
導体ウェーハ１に対して同様の測定を行うことにより、
得ることができる。例えば、図４において（ｂ）に示す
測定対象の半導体ウェーハ１のオフアングルの角度量θ
が既知である場合に、測定結果（ｂ）より比例係数ｋを
得ることができる。この比例係数ｋが得られると、（Ｉ
ｍａｘ−Ｉｍｉｎ）の測定結果から、未知のオフアング
ルθを求めることができる。
【００４５】次に式（３）について説明する。図５にお
いて、矢印Ａ方向に散乱される散乱光強度が強く、矢印
Ａ方向に直交する矢印Ｂ方向の散乱光強度は弱い。矢印
Ａ方向が図１に示す反射面５ｂに対面するときあるいは
散乱光検出器９に直接向うときに散乱光検出器９にはＩ
ｍａｘが検出され、また矢印Ｂ方向が図１に示す反射面
５ｂに対面するときあるいは散乱光検出器９に直接向う
ときに散乱光検出器９にはＩｍｉｎが検出される。した
がって、矢印Ａ方向または矢印Ｂ方向を特定することに
より、オフアングルの方位角φａが得られる。
いて、矢印Ａ方向に散乱される散乱光強度が強く、矢印
Ａ方向に直交する矢印Ｂ方向の散乱光強度は弱い。矢印
Ａ方向が図１に示す反射面５ｂに対面するときあるいは
散乱光検出器９に直接向うときに散乱光検出器９にはＩ
ｍａｘが検出され、また矢印Ｂ方向が図１に示す反射面
５ｂに対面するときあるいは散乱光検出器９に直接向う
ときに散乱光検出器９にはＩｍｉｎが検出される。した
がって、矢印Ａ方向または矢印Ｂ方向を特定することに
より、オフアングルの方位角φａが得られる。
【００４６】以上説明したように、本実施形態例によれ
ば、危険性の伴うＸ線源を用いることなくレーザ光線を
用いて安全にオフアングルの角度量θとオフアングルの
方位角φａを測定でき、また、測定経験を必要としない
で短時間でこれらの量を測定することができる。
ば、危険性の伴うＸ線源を用いることなくレーザ光線を
用いて安全にオフアングルの角度量θとオフアングルの
方位角φａを測定でき、また、測定経験を必要としない
で短時間でこれらの量を測定することができる。
【００４７】また、オフアングルを測定する前に、半導
体ウェーハ１は所定温度以上の温度の非酸化性もしくは
還元性雰囲気中に一定の時間置かれその後冷却されたの
で、半導体ウェーハ１の表面１ａを円滑にすることがで
き、高精度にオフアングルの測定が可能になった。
体ウェーハ１は所定温度以上の温度の非酸化性もしくは
還元性雰囲気中に一定の時間置かれその後冷却されたの
で、半導体ウェーハ１の表面１ａを円滑にすることがで
き、高精度にオフアングルの測定が可能になった。
【００４８】次に、図８を参照して本発明の第２実施形
態例について説明する。
態例について説明する。
【００４９】本実施形態例では、図７に示すように、照
射光線６に対して対称な位置に２個の散乱光検出器１
１、１２が配設されている。散乱光検出器１１、１２
は、前方散乱光、後方散乱光を検出するものである。
射光線６に対して対称な位置に２個の散乱光検出器１
１、１２が配設されている。散乱光検出器１１、１２
は、前方散乱光、後方散乱光を検出するものである。
【００５０】式（１）の回折条件は、１８０°対称な位
置にある２方向のいずれかの方向で満たされるので、対
称な位置に２個の散乱光検出器１１、１２を設けたもの
である。
置にある２方向のいずれかの方向で満たされるので、対
称な位置に２個の散乱光検出器１１、１２を設けたもの
である。
【００５１】本実施形態例によれば、照射光線６に対し
て対称な位置に２個の散乱光検出器１１、１２を配設し
たので、半導体ウェーハ１を回転台３上で回転させ散乱
光強度Ｉの回転角度φ依存性を検出しＩｍａｘ、Ｉｍｉ
ｎを特定するに際し、速やかに且つ容易に作業を行うこ
とができる。
て対称な位置に２個の散乱光検出器１１、１２を配設し
たので、半導体ウェーハ１を回転台３上で回転させ散乱
光強度Ｉの回転角度φ依存性を検出しＩｍａｘ、Ｉｍｉ
ｎを特定するに際し、速やかに且つ容易に作業を行うこ
とができる。
【００５２】次に、図９を参照して本発明の第３実施形
態例について説明する。
態例について説明する。
【００５３】本実施形態例では、図９に示すように、照
射光線６に対して対称な位置に２組の散乱光検出器群１
３、１４が配設されている。散乱光検出器群１３、１４
は各々、同一平面内にある３個の散乱光検出器１３ａ，
１３ｂ，１３ｃと３個の散乱光検出器１４ａ，１４ｂ，
１４ｃとからなる。散乱光検出器群１３、１４は、前方
散乱光、後方散乱光を検出するものである。
射光線６に対して対称な位置に２組の散乱光検出器群１
３、１４が配設されている。散乱光検出器群１３、１４
は各々、同一平面内にある３個の散乱光検出器１３ａ，
１３ｂ，１３ｃと３個の散乱光検出器１４ａ，１４ｂ，
１４ｃとからなる。散乱光検出器群１３、１４は、前方
散乱光、後方散乱光を検出するものである。
【００５４】式（１）に示されるように、オフアングル
θあるいは格子定数ｄに依存して散乱回折角度θｓは異
なる値になる。散乱光検出器群１３、１４を同一平面内
にある複数の散乱光検出器で構成することにより、オフ
アングルθが異なり散乱回折角度θｓが異なる値となる
場合にでも、いずれかの散乱光検出器で散乱光を検出す
ることができる。
θあるいは格子定数ｄに依存して散乱回折角度θｓは異
なる値になる。散乱光検出器群１３、１４を同一平面内
にある複数の散乱光検出器で構成することにより、オフ
アングルθが異なり散乱回折角度θｓが異なる値となる
場合にでも、いずれかの散乱光検出器で散乱光を検出す
ることができる。
【００５５】散乱光検出器群１３で検出された信号は構
成する散乱光検出器１３ａ，１３ｂ，１３ｃに渡って加
算され、散乱光検出器群１３による信号が形成される。
散乱光検出器群１４についても、構成する散乱光検出器
１４ａ，１４ｂ，１４ｃによる各信号が加算される。
成する散乱光検出器１３ａ，１３ｂ，１３ｃに渡って加
算され、散乱光検出器群１３による信号が形成される。
散乱光検出器群１４についても、構成する散乱光検出器
１４ａ，１４ｂ，１４ｃによる各信号が加算される。
【００５６】本実施形態例によれば、照射光線６に対し
て対称な位置に３個の散乱光検出器からなる２個の散乱
光検出器群１３、１４を配設したので、半導体ウェーハ
１を回転台３上で回転させ散乱光強度Ｉの回転角度φ依
存性を検出しＩｍａｘ、Ｉｍｉｎを特定するに際し、高
精度に確実に検出測定を行うことができる。
て対称な位置に３個の散乱光検出器からなる２個の散乱
光検出器群１３、１４を配設したので、半導体ウェーハ
１を回転台３上で回転させ散乱光強度Ｉの回転角度φ依
存性を検出しＩｍａｘ、Ｉｍｉｎを特定するに際し、高
精度に確実に検出測定を行うことができる。
【００５７】次に、図１０を参照して本発明の第４実施
形態例について説明する。
形態例について説明する。
【００５８】本実施形態例では、図１０に示すように、
レーザ光源７から出射した光線６はビーム拡大器１５で
ビーム径が拡大された平行拡大ビーム１６となり、半導
体ウェーハ１に照射されるようになっている。
レーザ光源７から出射した光線６はビーム拡大器１５で
ビーム径が拡大された平行拡大ビーム１６となり、半導
体ウェーハ１に照射されるようになっている。
【００５９】また、照射光線６に対して対称な位置に、
前方散乱光、後方散乱光を検出する２個の散乱光検出器
１１、１２が配設されている。
前方散乱光、後方散乱光を検出する２個の散乱光検出器
１１、１２が配設されている。
【００６０】本実施形態例によれば、半導体ウェーハ１
の広い面積に渡って一括に照射することができ、迅速に
測定結果を得ることが可能になる。
の広い面積に渡って一括に照射することができ、迅速に
測定結果を得ることが可能になる。
【００６１】以上説明した複数の実施形態例において、
互いに両立する範囲で組み合わせることも可能である。
互いに両立する範囲で組み合わせることも可能である。
【００６２】また、当然のことながら、本発明において
は、高温アニールしただけの半導体ウェーハに限らず、
例えばエピタキシャルウェーハのようなデポジッション
工程や半導体デバイス製造におけるアニール工程を通っ
た半導体ウェーハに対しても有効であり、いわゆる通常
のＣＺウェーハに対しても上述のような熱処理を加える
ことにより本発明の測定方法を適用できることは言うま
でもない。
は、高温アニールしただけの半導体ウェーハに限らず、
例えばエピタキシャルウェーハのようなデポジッション
工程や半導体デバイス製造におけるアニール工程を通っ
た半導体ウェーハに対しても有効であり、いわゆる通常
のＣＺウェーハに対しても上述のような熱処理を加える
ことにより本発明の測定方法を適用できることは言うま
でもない。
【００６３】また、上記エピタキシャルウェーハ製造工
程中に含まれる１１００℃、５分の水素中のアニール工
程でも、また６００℃、１０分での水素中のアニールと
いったＣＺウェーハに対する付加的なアニールでも本測
定を行うことが可能であった。さらに、１２００℃、１
時間のＡｒ中でのアニールでも同様の測定ができた。
程中に含まれる１１００℃、５分の水素中のアニール工
程でも、また６００℃、１０分での水素中のアニールと
いったＣＺウェーハに対する付加的なアニールでも本測
定を行うことが可能であった。さらに、１２００℃、１
時間のＡｒ中でのアニールでも同様の測定ができた。
【００６４】また、光源は上述のように波長や強度を選
ばないが、可視から真空紫外に相当する波長の光源が特
に有効である。ただし、２５０ｎｍ以下の波長を用いる
場合、測定雰囲気は窒素やＡｒのような前記光に対して
不活性なものに置換することが望ましい。
ばないが、可視から真空紫外に相当する波長の光源が特
に有効である。ただし、２５０ｎｍ以下の波長を用いる
場合、測定雰囲気は窒素やＡｒのような前記光に対して
不活性なものに置換することが望ましい。
【００６５】また、上述の説明においては、照射光線を
半導体ウェーハの法線方向から照射した場合を示した
が、法線方向以外の方向から照射してもよい。
半導体ウェーハの法線方向から照射した場合を示した
が、法線方向以外の方向から照射してもよい。
【００６６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、危険性の伴うＸ線源を用いることなく可視光線や
紫外光線等の光線を用いて安全にオフアングルを測定で
き、また、測定経験を必要としないで短時間でこれらの
量を測定することができる。
れば、危険性の伴うＸ線源を用いることなく可視光線や
紫外光線等の光線を用いて安全にオフアングルを測定で
き、また、測定経験を必要としないで短時間でこれらの
量を測定することができる。
【００６７】また、半導体ウェーハを所定温度以上の温
度の非酸化性もしくは還元性雰囲気中に一定の時間置き
その後冷却し、その後にオフアングルを測定するように
するので、半導体ウェーハの表面が円滑になり、高精度
にオフアングルの測定が可能になる。
度の非酸化性もしくは還元性雰囲気中に一定の時間置き
その後冷却し、その後にオフアングルを測定するように
するので、半導体ウェーハの表面が円滑になり、高精度
にオフアングルの測定が可能になる。
【図１】オフアングルを測定する本願発明の半導体ウェ
ーハ測定の概略構成を示す断面図。
ーハ測定の概略構成を示す断面図。
【図２】半導体ウェーハのオフアングルの回転軸Ｃとオ
フアングルの方向を説明する図（ａ）と、オフアングル
がθの場合において半導体ウェーハの表面の原子配列に
よって回折格子が形成されることを示す図（ｂ）と、オ
フアングルがゼロの場合を示す図（ｃ）。
フアングルの方向を説明する図（ａ）と、オフアングル
がθの場合において半導体ウェーハの表面の原子配列に
よって回折格子が形成されることを示す図（ｂ）と、オ
フアングルがゼロの場合を示す図（ｃ）。
【図３】半導体ウェーハ上の複数の測定点を示す回転角
度φがφ０の場合（ａ）と、回転角度φを変化させるこ
とを示す図（ｂ）。
度φがφ０の場合（ａ）と、回転角度φを変化させるこ
とを示す図（ｂ）。
【図４】測定結果の一例を示す図であり、（ａ）はある
値のオフアングルを有する半導体ウェーハについての測
定結果を示し、（ｂ）は他の半導体ウェーハの測定結果
を示す。
値のオフアングルを有する半導体ウェーハについての測
定結果を示し、（ｂ）は他の半導体ウェーハの測定結果
を示す。
【図５】オフアングルの回転軸Ｃと、散乱光の強い方向
Ａと弱い方向Ｂを説明する図。
Ａと弱い方向Ｂを説明する図。
【図６】散乱光強度Ｉの回転角度φ依存性からオフアン
グルθとオフアングルの方位角φａを求めることを説明
する図。
グルθとオフアングルの方位角φａを求めることを説明
する図。
【図７】種々の半導体ウェーハに対して測定したオフア
ングルθと（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）の測定結果を示す
図。
ングルθと（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）の測定結果を示す
図。
【図８】本発明の測定装置の他の実施形態例を示す概略
図。
図。
【図９】本発明の測定装置のさらに他の実施形態例を示
す概略図。
す概略図。
【図１０】本発明の測定装置の他の実施形態例を示す概
略図。
略図。
【図１１】従来のオフアングルの測定装置を示す概略
図。
図。
【図１２】従来のオフアングル測定が半導体ウェーハ飢
えのＸ方向とＹ方法の２方向を行われていたことを説明
する図。
えのＸ方向とＹ方法の２方向を行われていたことを説明
する図。
１ 半導体ウェーハ １ａ 表面 ３ 回転台 ３ａ 回転軸 ４ 移動手段 ５ 集光ミラー ５ａ 通過孔 ５ｂ 反射面 ６ 照射光線 ７ レーザ光源 ８ 散乱光 ９ 散乱光検出器 １０ 測定点 １１、１２ 散乱光検出器 １３、１４ 散乱光検出器群 １５ ビーム拡大器 １６ 平行拡大ビーム
Claims (8)
- 【請求項１】半導体ウェーハの表面の結晶格子配列方向
の法線方向に対するオフアングルを測定する半導体ウェ
ーハ測定装置において、 半導体ウェーハを回転させる回転手段と、 前記回転手段上の半導体ウェーハの表面に所定波長の光
線を所定入射角で照射する照射光源と、 半導体ウェーハの表面から所定方向へ散乱される散乱光
を検出する光検出手段とを備えることを特徴とする半導
体ウェーハ測定装置。 - 【請求項２】前記所定入射角は半導体ウェーハの表面に
垂直であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウ
ェーハ測定装置。 - 【請求項３】前記回転手段は、半導体ウェーハをこの表
面の法線方向に向く回転軸の回りに回転させることを特
徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハ測定装置。 - 【請求項４】前記光検出手段は、異なる方向から散乱光
を検出するために複数個配設されていることを特徴とす
る請求項１に記載の半導体ウェーハ測定装置。 - 【請求項５】半導体ウェーハの表面の結晶格子配列方向
の法線方向に対するオフアングルを測定する半導体ウェ
ーハ測定方法において、 半導体ウェーハを回転させ、半導体ウェーハの表面に所
定波長の光線を所定入射角で照射し、回転角位置毎に半
導体ウェーハの表面から所定方向へ散乱される散乱光を
検出し、検出される散乱光の強度の回転角位置への依存
性からオフアングルを測定することを特徴とする半導体
ウェーハ測定方法。 - 【請求項６】半導体ウェーハの表面の結晶格子配列方向
の法線方向に対するオフアングルを測定する半導体ウェ
ーハ測定方法において、 半導体ウェーハを所定温度以上の非酸化性または還元性
雰囲気中にて加熱した後に冷却させ、その半導体ウェー
ハを回転させ、半導体ウェーハの表面に所定波長の光線
を所定入射角で照射し、回転角位置毎に半導体ウェーハ
の表面から所定方向へ散乱される散乱光を検出し、検出
される散乱光の強度の回転角位置への依存性からオフア
ングルを測定することを特徴とする半導体ウェーハ測定
方法。 - 【請求項７】前記所定入射角は半導体ウェーハの表面に
垂直であることを特徴とする請求項５または請求項６に
記載の半導体ウェーハ測定方法。 - 【請求項８】回転角位置に対する極大値あるいは極小値
を求めて、オフアングルを測定することを特徴とする請
求項５または請求項６に記載の半導体ウェーハ測定方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33231695A JPH09172047A (ja) | 1995-12-20 | 1995-12-20 | 半導体ウェーハ測定装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33231695A JPH09172047A (ja) | 1995-12-20 | 1995-12-20 | 半導体ウェーハ測定装置及び方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09172047A true JPH09172047A (ja) | 1997-06-30 |
Family
ID=18253604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33231695A Withdrawn JPH09172047A (ja) | 1995-12-20 | 1995-12-20 | 半導体ウェーハ測定装置及び方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09172047A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6453002B1 (en) * | 2000-04-18 | 2002-09-17 | Jordan Valley Applied Radiation Ltd. | Differential measurement of X-ray microfluorescence |
| US10541182B2 (en) | 2017-09-28 | 2020-01-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of inspecting semiconductor substrate and method of manufacturing semiconductor device |
| JP2021106207A (ja) * | 2019-12-26 | 2021-07-26 | 株式会社Sumco | シリコンウェーハの欠陥検査方法 |
-
1995
- 1995-12-20 JP JP33231695A patent/JPH09172047A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6453002B1 (en) * | 2000-04-18 | 2002-09-17 | Jordan Valley Applied Radiation Ltd. | Differential measurement of X-ray microfluorescence |
| US10541182B2 (en) | 2017-09-28 | 2020-01-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of inspecting semiconductor substrate and method of manufacturing semiconductor device |
| JP2021106207A (ja) * | 2019-12-26 | 2021-07-26 | 株式会社Sumco | シリコンウェーハの欠陥検査方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030304 |