TWI748500B - 半導體晶圓的厚度測定方法及半導體晶圓的厚度測定系統 - Google Patents

半導體晶圓的厚度測定方法及半導體晶圓的厚度測定系統 Download PDF

Info

Publication number
TWI748500B
TWI748500B TW109118777A TW109118777A TWI748500B TW I748500 B TWI748500 B TW I748500B TW 109118777 A TW109118777 A TW 109118777A TW 109118777 A TW109118777 A TW 109118777A TW I748500 B TWI748500 B TW I748500B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
semiconductor wafer
thickness
temperature
refractive index
silicon wafer
Prior art date
Application number
TW109118777A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202117272A (zh
Inventor
宮崎裕司
木原誉之
高梨啓一
Original Assignee
日商Ｓｕｍｃｏ股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商Ｓｕｍｃｏ股份有限公司 filed Critical 日商Ｓｕｍｃｏ股份有限公司
Publication of TW202117272A publication Critical patent/TW202117272A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI748500B publication Critical patent/TWI748500B/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

提供半導體晶圓的厚度測定方法，在面內複數點以光譜干擾方式短時間測量半導體晶圓的厚度之際，可以抑制面內溫度變動引起的厚度測量值變動。本揭示中，在面內複數點以光譜干擾方式測量半導體晶圓的厚度之際，預先求得關於半導體晶圓的溫度影響半導體晶圓折射率的資訊，測量各測量位置的半導體晶圓溫度，根據上述資訊與測量的半導體晶圓溫度，決定在各測量位置算出厚度測量值使用的半導體晶圓的折射率值。

Description

半導體晶圓的厚度測定方法及半導體晶圓的厚度測定系統
本發明，係有關於利用光譜干擾方式的半導體晶圓的厚度測定方法及半導體晶圓的厚度測定系統。
例如，利用如專利文獻1中記載的光譜干擾方式的厚度測定裝置，測量矽晶圓等半導體晶圓的厚度的技術係一直以來眾所周知的。參照圖1，說明根據一般光譜干擾方式的厚度測定裝置10的矽晶圓厚度測量原理。厚度測定裝置10，具有光學單元12、檢出單元14以及演算部16。光學單元12，例如具有波長可變雷射，對矽晶圓表面上照射具有既定頻寬(圖1所示的例中，波長1260〜1360nm(毫微米))的紅外線。反射光，包含紅外線在矽晶圓表面反射形成的第1反射光以及紅外線透過矽晶圓在矽晶圓裏面反射形成的第2反射光。包含CCD等受光元件的檢出單元14，檢出此第1反射光與第2反射光的干擾光。又，以矽晶圓厚度為t時，第2反射光的光程為2nt(n：折射率)。演算部16，傅利葉轉換此干擾光的光譜(圖1左側的圖表)，得到橫軸是光程nd(n：折射率，d：距離)、縱軸是光強度的圖表。將此圖表的橫軸「光程nd」除以矽晶圓折射率n的設定值(例如，3.86223)得到的「距離d」作為橫軸，係圖1右側的圖表。此圖表中的鄰接峰值間的距離，為矽晶圓的厚度測量值。即，將相當於光譜干擾方式測量的矽晶圓厚度之光程nt，透過除以矽晶圓折射率n，可以得到矽晶圓的厚度測量值t。通常，演算部16，如上述使用一定值作為折射率n的設定值，算出矽晶圓的厚度測量值t。 [先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第2004–294155號公開公報
[發明所欲解決的課題]
在此，折射率n中有溫度相依性。因此，相當於以光譜干擾方式測量的矽晶圓厚度之光程nt，依從測量時的矽晶圓溫度，成為不同的值。因此，使用一定值作為折射率n的設定值，算出矽晶圓的厚度測量值t時，上述厚度測量值t，也依從測量時的矽晶圓溫度成為不同的值。
這樣，起因於依從矽晶圓溫度的折射率不同，為了防止厚度測量值變動，維持測量環境的溫度一定，極力維持作為測量對象物的矽晶圓的溫度一定是一個方案。但是，本發明者們，根據厚度測量的精確度與厚度測量結束為止所需時間的觀點，看出存在這樣設法並非有效的狀況。
這是在矽晶圓面內的複數點依序進行光譜干擾方式的厚度測量的情況。保持某溫度的矽晶圓，放置在與其不同溫度的測量環境中時，因為矽晶圓溫度在面內各個位置經過時間複雜變化，矽晶圓的面內溫度分布不均等。直到此面內溫度變得均等，且各位置中的溫度穩定為止，需要相當的時間。
面內溫度變動殘留的階段開始厚度測量時，某時刻測量的某測量點的厚度測量值與其他時刻測量的其他測量點的厚度測量值之間，會存在起因於折射率差異的測量值變動。即，未充分得到複數測量點間的厚度測量值的相對精確度。另一方面，矽晶圓的溫度穩定後，開始測量厚度時，直到測量結束為止需要長時間，不能提高矽晶圓的生產性。這樣的課題，不限於矽晶圓，對折射率中有溫度相依性，而且可以以光譜干擾方式測量厚度的半導體晶圓全面適用。
鑑於上述課題，本發明的目的在於提供半導體晶圓的厚度測定方法及半導體晶圓的厚度測定系統，在面內複數點以光譜干擾方式短時間測量半導體晶圓的厚度之際，可以抑制面內溫度變動引起的厚度測量值變動。 [用以解決課題的手段]
為了解決上述課題，本發明者們專心進行研究，得到以下的見解。即，構思預先求得關於半導體晶圓的溫度影響半導體晶圓折射率的資訊。於是發現，在面內複數點以光譜干擾方式測量半導體晶圓的厚度之際，測量各測量位置中的半導體晶圓溫度，根據上述資訊與測量的半導體晶圓溫度，只要決定在各測量位置算出厚度測量值使用的半導體晶圓的折射率值，就可以抑制面內溫度變動引起的厚度測量值變動。
根據上述見解完成的本發明主旨構成如下。 (1)半導體晶圓的厚度測定方法，其特徵在於： 在上述半導體晶圓面內的複數點實行： 第1步驟，對半導體晶圓表面的既定位置照射具有既定頻寬的紅外線； 第2步驟，檢出上述紅外線在上述半導體晶圓表面反射形成的第1反射光與上述紅外線透過上述半導體晶圓在上述半導體晶圓裏面反射形成的第2反射光的干擾光； 第3步驟，得到上述第2步驟檢出的上述干擾光的光譜； 第4步驟，波形解析上述光譜，求出在上述既定位置相當於上述半導體晶圓厚度的光程；以及 第5步驟，將相當於上述半導體晶圓厚度的光程，透過除以上述半導體晶圓的折射率，得到上述既定位置中的上述半導體晶圓厚度測量值； 預先求得關於上述半導體晶圓的溫度影響上述半導體晶圓折射率的資訊； 測量在上述既定位置的上述半導體晶圓溫度； 根據上述資訊與測量的上述半導體晶圓溫度，決定上述第5步驟中使用的上述半導體晶圓的折射率值。
(2) 上述(1)所記載的半導體晶圓的厚度測定方法，其中，上述決定，補償上述半導體晶圓面內的溫度差異引起的上述半導體晶圓的厚度測量值變動。
(3) 上述(1)或(2)所記載的半導體晶圓的厚度測定方法，其中，上述資訊，係設定測試半導體晶圓至各種溫度求出的上述測試半導體晶圓溫度與上述測試半導體晶圓折射率的關係。
(4) 上述(3)所記載的半導體晶圓的厚度測定方法，其中，上述資訊，係根據上述測試半導體晶圓溫度與上述測試半導體晶圓折射率的關係求出的每單位溫度的折射率變動量。
(5)上述(3)或(4)所記載的半導體晶圓的厚度測定方法，其中，上述測試半導體晶圓，是否與上述半導體晶圓相同，係具有與上述半導體晶圓相同的電阻率。
(6) 半導體晶圓的厚度測定系統，其特徵在於： 具有： 基座，裝載半導體晶圓； 光學單元，實行第1步驟，對上述半導體晶圓的表面上既定位置照射具有既定頻寬的紅外線； 檢出單元，實行第2步驟，檢出上述紅外線在上述半導體晶圓表面反射形成的第1反射光與上述紅外線透過上述半導體晶圓在上述半導體晶圓裏面反射形成的第2反射光的干擾光； 演算部，實行： 第3步驟，得到以上述檢出單元檢出的上述干擾光的光譜； 第4步驟，波形解析上述光譜，求出相當於上述既定位置中上述半導體晶圓厚度的光程；以及 第5步驟，將相當於上述半導體晶圓厚度的光程，透過除以上述半導體晶圓的折射率，得到上述既定位置中的上述半導體晶圓厚度測量值；以及 上述光學單元與上述半導體晶圓的相對位置可動機構，可設定上述既定位置至上述半導體晶圓面內的複數點； 上述半導體晶圓的厚度測定系統，在上述半導體晶圓面內的複數點實行上述第1步驟到上述第5步驟； 更包括： 記憶體，記憶上述半導體晶圓溫度影響上述半導體晶圓折射率的資訊；以及 溫度感應器，測量上述既定位置中的上述半導體晶圓溫度； 其中，上述演算部，根據上述記憶體內記憶的上述資訊以及上述溫度感應器測量的上述半導體晶圓溫度，決定上述第5步驟使用的上述半導體晶圓折射率值。
(7) 上述(6)所記載的半導體晶圓的厚度測定系統，其中，上述決定，補償上述半導體晶圓面內的溫度差異引起的上述半導體晶圓的厚度測量值變動。
(8) 上述(6)或(7)所記載的半導體晶圓的厚度測定系統，其中，上述資訊，係設定測試半導體晶圓至各種溫度求出的上述測試半導體晶圓溫度與上述測試半導體晶圓折射率的關係。
(9) 上述(8)所記載的半導體晶圓的厚度測定系統，其中，上述資訊，係根據上述測試半導體晶圓溫度與上述測試半導體晶圓折射率的關係求出的每單位溫度的折射率變動量。
(10) 上述(8)或(9)所記載的半導體晶圓的厚度測定系統，其中，上述測試半導體晶圓，是否與上述半導體晶圓相同，係具有與上述半導體晶圓相同的電阻率。 [發明效果]
根據本發明的半導體晶圓的厚度測定方法及半導體晶圓的厚度測定系統，在面內複數點以光譜干擾方式短時間測量半導體晶圓的厚度之際，可以抑制面內溫度變動引起的厚度測量值變動。
以下，說明根據本發明一實施形態的矽晶圓的厚度測定方法及矽晶圓的厚度測定系統。
本實施形態的矽晶圓的厚度測定方法，係使用光譜干擾方式，具有以下的步驟。 (第1步驟) 對矽晶圓表面的既定位置(測量點)照射具有既定頻寬的紅外線。 (第2步驟) 檢出紅外線在矽晶圓表面反射形成的第1反射光與紅外線透過矽晶圓在矽晶圓裏面反射形成的第2反射光的干擾光。 (第3步驟) 得到第2步驟檢出的干擾光的光譜。 (第4步驟) 波形解析光譜，求出在上述既定位置相當於矽晶圓厚度的光程。 (第5步驟) 將相當於矽晶圓厚度的光程，透過除以矽晶圓的折射率，得到上述既定位置中的矽晶圓厚度測量值。
在矽晶圓面內的複數點實行以上第1步驟到第5步驟。
參照圖1，說明本實施形態的矽晶圓的厚度測定方法及矽晶圓的厚度測定系統中使用的光譜干擾方式的厚度測定裝置10構成。厚度測定裝置10，具有光學單元12、檢出單元14以及演算部16。
光學單元12，實行第1步驟，對矽晶圓W表面的既定位置(測量點)照射具有既定頻寬的紅外線。圖1中，例示照射波長1260〜1360nm範圍內的頻寬100nm的紅外線，但不限於此，例如波長1200〜1600nm範圍內，只要照射頻寬在50〜200nm範圍內的紅外線即可。作為這樣的光學單元12，可以舉出適當波長可變雷射，但不限定於此，可暫時照射寬波長頻帶紅外線的SLD(高度發光二極體)也可以。
檢出單元14，包含CCD等受光元件，實行上述第2步驟，檢出上述第1反射光與第2反射光的干擾光。
演算部16，根據檢出的干擾光中的第1反射光與第2反射光的光程差(矽晶圓的厚度為t時，上述光程差是2nt(n：折射率))，算出測量點中的矽晶圓W厚度測量值。首先，演算部16，得到圖1左側圖表所例示以檢出單元14檢出的干擾光的光譜(第3步驟)。其次，演算部16，波形解析光譜，求出相當於上述測量點中矽晶圓厚度的光程nt(第4步驟)。於是，將相當於矽晶圓厚度的光程nt，透過除以矽晶圓的折射率n，得到上述既定點中的矽晶圓厚度測量值t(第5步驟)。
作為具體例，演算部16，傅利葉轉換干擾光的光譜(圖1左側的圖表)，得到橫軸是光程nd(n：折射率，d：距離)、縱軸是光強度的圖表。將此圖表的橫軸「光程nd」除以矽晶圓折射率n的設定值(例如，3.86223)得到的「距離d」作為橫軸，係圖1右側的圖表。此圖表中的鄰接峰值間距離，為矽晶圓的厚度測量值。即，將相當於以光譜干擾方式測量的矽晶圓厚度之光程nt，透過除以矽晶圓折射率n，可以得到矽晶圓的厚度測量值t。通常，演算部16，如上述使用一定值作為折射率n的設定值，算出矽晶圓的厚度測量值t。
本發明者們，成功掌握矽晶圓溫度給予矽晶圓厚度測量值的影響。以下，顯示實驗例。兩面研磨的矽晶圓(目標厚度：775μm(微米)、直徑300mm(毫米)、摻雜物：硼、電阻率：p-)面內中心點厚度，使用光譜干擾方式的厚度測定裝置，利用以下條件經過時間測量。在當時，透過對矽晶圓吹熱風，不企圖變動溫度。又，透過表面上黏貼的熱電對，測量矽晶圓的溫度。又，折射率的設定值設為3.86223。
圖2中，顯示矽晶圓的溫度及厚度測量值的變動。根據圖2，很清楚地，與矽晶圓的溫度變動同步，厚度測量值也變動。圖3顯示根據圖2的圖表作成之矽晶圓的溫度與厚度測量值的關係圖表。根據圖3，明白矽晶圓的溫度與厚度測量值有強烈正相關。以橫軸x：晶圓溫度、縱軸y：晶圓厚度測量值，成為y=0.0695x+757.53，根據此實驗例，明白矽晶圓的每溫度1℃的變動，厚度測量值只變動0.0695μm(69.5nm)。矽晶圓的熱膨脹引起的厚度增加部分，因為每溫度1℃10 nm左右，此厚度測量值的變動，不是只反映實際厚度的變動，認為是起因於溫度變動的測量誤差。即，此厚度測量值的變動，認為是起因於折射率的溫度相依性。
於是，本發明者們，試著求出矽晶圓的溫度與折射率的關係。於是，以下的方法，成功求出矽晶圓的溫度與折射率的關係。 [1]首先，以不依從折射率的方法，測量某溫度的矽晶圓厚度t0 。作為不依從折射率的方法，例如，舉出使用KLA-Tencor公司製Wafer Sight測量矽晶圓厚度。 [2]其次，利用上述第1步驟到第5步驟形成的光譜干擾方式，以某基準溫度(例如30℃)測量矽晶圓的厚度。在當時，為了使光譜干擾方式在上述基準溫度下的厚度測量值等於不依從折射率的方法產生的上述厚度測量值t0 ，設定第5步驟中使用的折射率值n0 。 [3]其次，關於基準溫度+A(℃)的折射率，如以下求出。即，利用上述第1步驟到第5步驟形成的光譜干擾方式，以基準溫度+A(℃) 測量矽晶圓的厚度。在當時，為了使根據光譜干擾方式在基準溫度+A(℃)下的厚度測量值，等於「不依從折射率的方法產生的上述厚度測量值t0 ＋考慮熱膨脹係數的厚度差(A＞0時厚度增加部分，A＜0時厚度減少部分)」，設定第5步驟使用的折射率值n1 。 [4]設定A為各種值，決定各種溫度下第5步驟使用的折射率值ni 。 [5]根據上述[2]〜[4]得到的各種溫度下的折射率值ni (i是零以上的自然數)，求出矽晶圓的溫度與折射率的關係式。 在圖4顯示這樣求出之上述實驗例中使用的矽晶圓的溫度與折射率的關係。圖4中的矽晶圓的溫度與折射率的關係式，以橫軸x：晶圓溫度、縱軸y：晶圓的折射率，成為y＝0.00035x＋3.85173。又，以不依從折射率的方法測量矽晶圓厚度之際的矽晶圓溫度，與上述基準溫度相同也可以，任意溫度也可以。原因是，本發明，求出某溫度下的真實折射率不是目的，求出折射率的相對溫度相依性，用此抑制複數測量點間厚度測量值的相對變動才是目的。
作為矽晶圓的溫度與折射率間關係的求出方法，也可以舉出以下方法。 [1]首先，以不依從折射率的方法，測量各種溫度下的矽晶圓厚度。作為不依從折射率的方法，例如，舉出使用KLA-Tencor公司製Wafer Sight測量矽晶圓厚度。 [2]其次，利用上述第1步驟到第5步驟形成的光譜干擾方式，以各種溫度測量矽晶圓的厚度。在當時，為了使光譜干擾方式在各溫度下的厚度測量值等於不依從折射率的方法產生在各溫度下的厚度測量值，設定第5步驟中使用的折射率值ni 。以這樣的方式，決定各種溫度下在第5步驟中使用的折射率值ni 。 [3]根據上述[2]中得到的各種溫度下的折射率值ni ，求出矽晶圓的溫度與折射率的關係式。
作為矽晶圓的溫度與折射率的關係式的求出方法，也可以舉出以下的方法。 [1]首先，設定作為基準的折射率值n0 (例如，與習知的設定值同樣設定3.86223)。 [2]其次，利用上述第1步驟到第5步驟形成的光譜干擾方式，以各種溫度測量矽晶圓的厚度ti 。在當時，第5步驟中使用的折射率值為上述基準值n0 。藉此，可以求出矽晶圓的溫度與厚度測量值的關係式(即，圖3的檢量線) [3]測量的各種厚度測量值ti 之中，以某基準溫度(例如30℃)下的厚度測量值為基準厚度t0 。 [4] 為了使基準厚度t0 與各溫度下的厚度測量值ti 一致，求出需要的折射率值，以此作為各溫度下的折射率值ni 。以這樣的方式，決定各種溫度下在第5步驟中使用的折射率值ni 。 [5] 根據上述[4]中得到的各種溫度下的折射率值ni ，求出矽晶圓的溫度與折射率的關係式。
於是，本實施形態的矽晶圓的厚度測定方法，其特徵在於：在矽晶圓面內的複數測量點得到厚度測量值之際，在各測量點測量矽晶圓溫度，根據圖4所示的資訊以及測量的矽晶圓溫度，決定第5步驟中使用的矽晶圓的折射率。具體地，舉出如下的決定方法。
作為第1方法，圖4中矽晶圓的溫度與折射率的關係，以橫軸x：晶圓溫度、縱軸y：晶圓的折射率，成為y＝0.00035x＋3.85173。於是，某測量點的矽晶圓溫度是T時，使用代入x＝T的折射率y的值，算出厚度測量值。以這樣的方式，可補償矽晶圓面內的溫度差異引起的矽晶圓厚度測量值變動。即，以這樣的方式，透過在面內複數點測量矽晶圓厚度，可以抑制面內的溫度變動引起的厚度測量值變動。
作為第2方法，也可以只使用圖4中每單位溫度的折射率變動量(0.00035/℃)。設定某基準溫度(例如30℃)下的矽晶圓折射率成任意值(例如，與習知的設定值同樣3.86223)作為基準值。其次，如下決定與此基準溫度的溫度差ΔT＝A(℃)中的矽晶圓折射率。 A(℃)中的折射率＝基準值＋0.00035(/℃)×A(℃) 即，ΔT＝1℃(例如31℃)下的折射率，成為基準值加上0.00035的值，ΔT＝–1℃(例如29℃)下的折射率，成為從基準值減去0.00035的值。此方法，也可以抑制折射率的溫度相依性引起的複數測量點間的厚度測量值相對變動。
即，本發明，其特徵在於：預先求出關於矽晶圓溫度影響矽晶圓折射率的資訊，測量在各測量點的矽晶圓溫度，根據上述資訊與測量的矽晶圓溫度，決定第5步驟中使用的矽晶圓折射率。以這樣的方式，可補償矽晶圓面內的溫度差異引起的矽晶圓厚度測量值變動。即，以這樣的方式，透過在面內複數點測量矽晶圓厚度，可以抑制面內的溫度變動引起的厚度測量值變動。
在此，「關於矽晶圓溫度影響矽晶圓折射率的資訊」，理想是如圖4所示，設定測試矽晶圓至各種溫度求出的測試矽晶圓溫度與測試矽晶圓折射率間的關係，還有，理想是根據此關係求出的每單位溫度的折射率變動量(上述例的話，0.00035/℃)。
又，圖4的關係中，傾斜度「0.00035/℃」依從使用的測試矽晶圓電阻率。因此，根據充分得到測量精確度的觀點，測試矽晶圓，與要在複數點進行厚度測量的矽晶圓(以下，稱作「測量對象矽晶圓」)是否相同，理想是具有與上述測量對象矽晶圓相同的電阻率。即，使用測量對象矽晶圓，預先求出圖4所示的關係也可以，使用具有與上述測量對象矽晶圓相同的電阻率之測試矽晶圓求出圖4所示的關係也可以。
又，測試矽晶圓的電阻率，不限定於與測量對象矽晶圓相同的電阻率。但是，測量對象矽晶圓的電阻率是p–(1Ωcm以上)時，測試矽晶圓的電阻率理想也在p–的範圍。又，p＋(0.01Ωcm以上，未達0.1Ωcm)、p＋＋(0.001Ωcm以上，未達0.01Ωcm)時，每5mΩcm區分電阻率的範圍後，測試矽晶圓的電阻率與測量對象矽晶圓的電阻率，理想是屬於相同區分。又，測試矽晶圓與測量對象矽晶圓，理想是相同的傳導型(p型或n型)。
其次，說明可測量矽晶圓的面內厚度分布之半導體晶圓的厚度測定系統構成。首先，參照圖5，說明比較例的厚度測定系統100的構成。厚度測定系統100，具有厚度測量裝置10、旋轉基座20、夾盤22、感應器支撐部24以及導軌26。
旋轉基座20，在基座的上面中心部具有轉盤，此轉盤上可裝載矽晶圓W。轉盤上至少設置3個夾盤22，轉盤上裝載的矽晶圓W以夾盤22固定。
感應器支撐部24，由與旋轉基座20連結往鉛直方向延伸的一對腳部24A以及連結上述腳部間往水平方向延伸的腕部24B構成。腕部24B，對延伸方向垂直的剖面是矩形的柱狀構造體，其側面設置導軌26。
厚度測定裝置10，如已述，係具有圖1所示的構成之光譜干擾方式的厚度測定裝置，厚度測定裝置10，感應器頭朝下，安裝至導軌26，從感應器頭射出的紅外線對矽晶圓W表面垂直照射。結果，上述第1反射光與第2反射光的干擾光，入射至感應器頭，被引導至厚度測定裝置10內的檢出單元14。沿著導軌26，透過在一軸平行移動厚度測定裝置10，從厚度測定裝置10往矽晶圓W的紅外線照射位置(測量點)，可以掃描通過矽晶圓W面內中心的直徑上。
於是，透過組合沿著導軌26的厚度測定裝置10的一軸移動以及伴隨旋轉基座20的轉盤旋轉的矽晶圓W旋轉，可以設定測量點至矽晶圓W面內的任意位置。即，光學單元12(厚度測定裝置10)與矽晶圓W的相對位置可動機構，以旋轉基座20及導軌26構成。
根據這樣的相對位置可動機構，例如圖6所示，以矽晶圓W的面內中心為起點，螺旋狀依序設定複數測量點，可以進行厚度測量。圖6中，也顯示取得的面內厚度分布例。圖6左側的圖表，係從面內中心往4個半徑方向(0、90、180、270)描繪厚度測量值的圖表，可以取得這樣的面內厚度分布。還有，圖6右側的圖表，係平均圖6左側圖表的4水準之圖表，也可以取得這樣的面內厚度分布。根據這樣的面內厚度分布(在複數點的厚度測量結果)，也可以求出GBIR(總體背面理想範圍)等的晶圓面內厚度相對變化量。又，厚度測定系統100，不限於直徑300mm的矽晶圓，可以測量任意直徑的矽晶圓在複數點的厚度。
其次，參照圖7，說明關於本發明的一實施形態的厚度測定系統200。厚度測定系統200，除了具有上述比較例的厚度測定系統100的構成，還有以下的構成。
首先，厚度測定系統200，具有測量在測量點的矽晶圓W溫度的溫度感應器30。作為溫度感應器30，例如可以舉出放射溫度計，只要可以測量在測量點的矽晶圓W溫度的話，不特別限定，例如也可以採用根據半導體的吸收端溫度相依性測量溫度的方法。本實施形態中，為了可以測量測量點即紅外線的照射位置溫度，溫度感應器30，與厚度測定裝置10鄰接安裝至導軌26。但是，本發明不限定於這樣的形態，例如厚度測定裝置10的感應器頭內內建溫度感應器的構成也可以。
還有，厚度測定系統200，具有記憶預先求出的圖4的關係式、每單位溫度的折射率變動量等關於矽晶圓溫度影響矽晶圓折射率的資訊之記憶體(未圖示)。
於是，厚度測定裝置10的演算部16，根據記憶體內記憶的資訊以及溫度感應器30測量的矽晶圓W溫度，決定第5步驟使用的矽晶圓折射率值。本實施形態中，透過以這樣的方式在面內複數點測量矽晶圓厚度，可以抑制面內溫度變動引起的厚度測量值變動。
上述中，說明以厚度測量對象為矽晶圓的實施形態，但本發明不限於此，也包含折射率中有溫度相依性，而且以可以利用光譜干擾方式測量厚度的SiC、GaAs等的半導體晶圓作為測量對象的情況。
本實施形態的半導體晶圓的厚度測定方法及半導體晶圓的厚度測定系統，可以適當應用於半導體晶圓的兩面研磨步驟之後的步驟。例如，進行兩面研磨晶圓最後完成單面研磨之前，根據本實施例在面內複數點測量晶圓厚度，求出GBIR等的晶圓面內厚度相對變化量，根據上述晶圓面內厚度相對變化量，可以設定單面研磨的條件。又，半導體晶圓上形成磊晶層之前，根據本實施形態在面內複數點測量晶圓厚度，求出GBIR等的晶圓面內厚度相對變化量，根據上述晶圓面內厚度相對變化量，可以設定磊晶成長條件。 [產業上的利用可能性]
根據本發明的半導體晶圓的厚度測定方法及半導體晶圓的厚度測定系統，在面內複數點以光譜干擾方式短時間測量半導體晶圓的厚度之際，可以抑制面內溫度變動引起的厚度測量值變動。
10:厚度測定裝置 12:光學單元 14:檢出單元 16:演算部 20:旋轉基座 22:夾盤 24:感應器支撐部 24A:腳部 24B:腕部 26:導軌 30:溫度感應器 100:厚度測定系統 200:厚度測定系統 W:矽晶圓
[圖1]係顯示光譜干擾方式的厚度測定裝置10的構成模式圖； [圖2]係顯示使矽晶圓溫度經過時間變動時，光譜干擾方式的厚度測定裝置10的矽晶圓厚度測量值變動圖表； [圖3]係顯示根據圖2的圖表作成的矽晶圓溫度與厚度測量值的關係圖表； [圖4]係顯示關於圖2的試驗中使用的矽晶圓求出的矽晶圓溫度與矽晶圓折射率的關係圖表； [圖5]係顯示比較例的厚度測定系統100構成的模式圖； [圖6]係顯示矽晶圓面內厚度分布的一測定方法例圖；以及 [圖7]係顯示本發明的一實施形態的厚度測定系統200的構成模式圖。

Claims (12)

  1. 一種半導體晶圓的厚度測定方法，其特徵在於：在半導體晶圓面內的複數點實行：第1步驟，對上述半導體晶圓表面的既定位置照射具有既定頻寬的紅外線；第2步驟，檢出上述紅外線在上述半導體晶圓表面反射形成的第1反射光與上述紅外線透過上述半導體晶圓在上述半導體晶圓裏面反射形成的第2反射光的干擾光；第3步驟，得到上述第2步驟檢出的上述干擾光的光譜；第4步驟，波形解析上述光譜，求出在上述既定位置相當於上述半導體晶圓厚度的光程；以及第5步驟，將相當於上述半導體晶圓厚度的光程，透過除以上述半導體晶圓的折射率，得到上述既定位置中的上述半導體晶圓厚度測量值；其中，預先求得關於上述半導體晶圓的溫度影響上述半導體晶圓折射率的資訊；測量在上述既定位置的上述半導體晶圓溫度；根據上述資訊與測量的上述半導體晶圓溫度，決定上述第5步驟中使用的上述半導體晶圓的折射率值；其中，預先求得關於上述半導體晶圓的溫度影響上述半導體晶圓折射率的資訊，包括：步驟[1]，以不依從折射率的方法，測量第1溫度的上述半導體晶圓的厚度t0；步驟[2]，利用上述第1步驟到上述第5步驟測量在基準溫度的上述半導體晶圓的厚度時，設定上述第5步驟中使用的折射率值n0，使在上述基準溫度測量的上述半導體晶圓的厚度測量值等於t0；步驟[3]，利用上述第1步驟到上述第5步驟測量在上述基準溫度+A(℃)的上 述半導體晶圓的厚度時，設定上述第5步驟中使用的折射率值n1，使在上述基準溫度+A(℃)測量的上述半導體晶圓的厚度測量值等於t0+考慮熱膨脹係數的厚度差(A>0時厚度增加部分，A<0時厚度減少部分)，以n1作為上述基準溫度+A(℃)的折射率；步驟[4]，設定A為各種值，決定各種溫度下上述第5步驟使用的折射率值ni(i是零以上的自然數)；及步驟[5]，根據上述步驟[2]至上述步驟[4]得到的各種溫度下的折射率值ni，求出上述半導體晶圓的溫度與折射率的關係式。
  2. 如請求項1之半導體晶圓的厚度測定方法，其中，上述決定，補償上述半導體晶圓面內的溫度差異引起的上述半導體晶圓的厚度測量值變動。
  3. 如請求項1或2之半導體晶圓的厚度測定方法，其中，上述資訊，係設定測試半導體晶圓至各種溫度求出的上述測試半導體晶圓溫度與上述測試半導體晶圓折射率的關係。
  4. 如請求項3之半導體晶圓的厚度測定方法，其中，上述資訊，係根據上述測試半導體晶圓溫度與上述測試半導體晶圓折射率的關係求出的每單位溫度的折射率變動量。
  5. 如請求項3之半導體晶圓的厚度測定方法，其中，上述測試半導體晶圓，是否與上述半導體晶圓相同，係具有與上述半導體晶圓相同的電阻率。
  6. 如請求項4之半導體晶圓的厚度測定方法，其中，上述測試半導體晶圓，是否與上述半導體晶圓相同，係具有與上述半導體晶圓相同的電阻率。
  7. 一種半導體晶圓的厚度測定系統，其特徵在於： 包括：基座，裝載半導體晶圓；光學單元，實行第1步驟，對上述半導體晶圓的表面上既定位置照射具有既定頻寬的紅外線；檢出單元，實行第2步驟，檢出上述紅外線在上述半導體晶圓表面反射形成的第1反射光與上述紅外線透過上述半導體晶圓在上述半導體晶圓裏面反射形成的第2反射光的干擾光；演算部，實行：第3步驟，得到以上述檢出單元檢出的上述干擾光的光譜；第4步驟，波形解析上述光譜，求出相當於上述既定位置中上述半導體晶圓厚度的光程；以及第5步驟，將相當於上述半導體晶圓厚度的光程，透過除以上述半導體晶圓的折射率，得到上述既定位置中的上述半導體晶圓厚度測量值；以及上述光學單元與上述半導體晶圓的相對位置可動機構，可設定上述既定位置至上述半導體晶圓面內的複數點；上述半導體晶圓的厚度測定系統，在上述半導體晶圓面內的複數點實行上述第1步驟到上述第5步驟；更包括：記憶體，記憶上述半導體晶圓溫度影響上述半導體晶圓折射率的資訊；以及溫度感應器，測量上述既定位置中的上述半導體晶圓溫度；其中，上述演算部，根據上述記憶體內記憶的上述資訊以及上述溫度感應器測量的上述半導體晶圓溫度，決定上述第5步驟使用的上述半導體晶圓折射率值。
  8. 如請求項7之半導體晶圓的厚度測定系統，其中，上述決定，補償上述半導體晶圓面內的溫度差異引起的上述半導體晶圓的厚度測量值變動。
  9. 如請求項7或8之半導體晶圓的厚度測定系統，其中，上述資訊，係設定測試半導體晶圓至各種溫度求出的上述測試半導體晶圓溫度與上述測試半導體晶圓折射率的關係。
  10. 如請求項9之半導體晶圓的厚度測定系統，其中，上述資訊，係根據上述測試半導體晶圓溫度與上述測試半導體晶圓折射率的關係求出的每單位溫度的折射率變動量。
  11. 如請求項9之半導體晶圓的厚度測定系統，其中，上述測試半導體晶圓，是否與上述半導體晶圓相同，係具有與上述半導體晶圓相同的電阻率。
  12. 如請求項10之半導體晶圓的厚度測定系統，其中，上述測試半導體晶圓，是否與上述半導體晶圓相同，係具有與上述半導體晶圓相同的電阻率。
TW109118777A 2019-06-26 2020-06-04 半導體晶圓的厚度測定方法及半導體晶圓的厚度測定系統 TWI748500B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-118692 2019-06-26
JP2019118692A JP7363127B2 (ja) 2019-06-26 2019-06-26 半導体ウェーハの厚み測定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202117272A TW202117272A (zh) 2021-05-01
TWI748500B true TWI748500B (zh) 2021-12-01

Family

ID=74060270

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109118777A TWI748500B (zh) 2019-06-26 2020-06-04 半導體晶圓的厚度測定方法及半導體晶圓的厚度測定系統

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP7363127B2 (zh)
TW (1) TWI748500B (zh)
WO (1) WO2020261859A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117739837B (zh) * 2024-02-19 2024-05-07 法博思(宁波)半导体设备有限公司 一种基于衍射元件的对射光谱共焦测厚系统及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004294155A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Oyokoden Lab Co Ltd 屈折率及び厚さの測定装置ならびに測定方法
US20060176490A1 (en) * 2005-02-08 2006-08-10 Tokyo Electron Limited Temperature/thickness measuring apparatus, temperature/thickness measuring method, temperature/thickness measuring system, control system and control method
TW201118334A (en) * 2009-10-13 2011-06-01 Hamamatsu Photonics Kk Film thickness measurement device and film thickness measurement method
JP2016209951A (ja) * 2015-05-08 2016-12-15 株式会社ディスコ 乾式研磨装置
CN108700738A (zh) * 2015-12-12 2018-10-23 印度电子与信息技术部（Deity) 用于薄膜中的表面轮廓和厚度测量的监测的系统、装置和方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3482982B2 (ja) * 1996-12-12 2004-01-06 三菱住友シリコン株式会社 Ｅｇ層付きエピタキシャルウェーハの製造方法
JP2002277217A (ja) * 2001-03-16 2002-09-25 Toray Ind Inc ウェブの厚さ測定装置及び該ウェブの製造方法
JP2011014800A (ja) * 2009-07-03 2011-01-20 Sumco Corp エピタキシャル層の膜厚測定方法、エピタキシャルウェーハの製造方法およびエピタキシャルウェーハの製造工程管理方法
JP6101175B2 (ja) * 2013-08-28 2017-03-22 Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 半導体ウェーハの研磨方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004294155A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Oyokoden Lab Co Ltd 屈折率及び厚さの測定装置ならびに測定方法
US20060176490A1 (en) * 2005-02-08 2006-08-10 Tokyo Electron Limited Temperature/thickness measuring apparatus, temperature/thickness measuring method, temperature/thickness measuring system, control system and control method
TW201118334A (en) * 2009-10-13 2011-06-01 Hamamatsu Photonics Kk Film thickness measurement device and film thickness measurement method
JP2016209951A (ja) * 2015-05-08 2016-12-15 株式会社ディスコ 乾式研磨装置
CN108700738A (zh) * 2015-12-12 2018-10-23 印度电子与信息技术部（Deity) 用于薄膜中的表面轮廓和厚度测量的监测的系统、装置和方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020261859A1 (ja) 2020-12-30
TW202117272A (zh) 2021-05-01
JP2021004795A (ja) 2021-01-14
JP7363127B2 (ja) 2023-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101519527B1 (ko) 웨이퍼 온도를 결정하는 방법
US8282272B2 (en) Calibration substrate and method of calibration therefor
US5102231A (en) Semiconductor wafer temperature measurement system and method
JP4368792B2 (ja) 熱処理チャンバ内で温度測定装置を較正するシステムおよび方法
US9360302B2 (en) Film thickness monitor
US5229303A (en) Device processing involving an optical interferometric thermometry using the change in refractive index to measure semiconductor wafer temperature
KR20100122465A (ko) 고온계의 교정방법, 반도체 웨이퍼의 온도 결정방법과 반도체 웨이퍼의 온도 결정을 위한 시스템
WO2015081727A1 (zh) 一种mocvd设备实时测温系统自校准装置及方法
US20120327970A1 (en) Compensation of Stray Light Interference in Substrate Temperature Measurement
US5467732A (en) Device processing involving an optical interferometric thermometry
TWI748500B (zh) 半導體晶圓的厚度測定方法及半導體晶圓的厚度測定系統
TWI557399B (zh) Temperature measurement method and temperature measuring device for semiconductor layer
JP2023116440A (ja) 温度を測定するための方法及び装置
US11280686B2 (en) Temperature measurement using etalons
CN104807754B (zh) 一种监测晶片生长薄膜特性的装置
Pearsall et al. Precision of noninvasive temperature measurement by diffuse reflectance spectroscopy
TW202115362A (zh) 半導體晶圓的厚度測定方法及半導體晶圓的厚度測定系統
US20130120737A1 (en) Apparatus and method to measure temperature of 3d semiconductor structures via laser diffraction
CN104303275B (zh) 在脉冲激光退火中使用红外干涉技术的熔化深度测定
US10731973B2 (en) Apparatus for automatically and quickly detecting two-dimensional morphology for wafer substrate in real time
TW202100946A (zh) 半導體晶圓的厚度測定方法及半導體晶圓的厚度測定系統
JPS5950217B2 (ja) 半導体の不純物ド−ピング量評価法
Yamada et al. In situ silicon-wafer surface-temperature measurements utilizing polarized light
Volkov et al. Optical monitoring of technological parameters in metal-organic vapor-phase epitaxy
US20180226282A1 (en) Non-contact substrate temperature measurement technique based on spectral inteferometry