WO2020261745A1 - 半導体ウェーハの厚み測定方法及び半導体ウェーハの厚み測定システム - Google Patents
半導体ウェーハの厚み測定方法及び半導体ウェーハの厚み測定システム Download PDFInfo
- Publication number
- WO2020261745A1 WO2020261745A1 PCT/JP2020/017836 JP2020017836W WO2020261745A1 WO 2020261745 A1 WO2020261745 A1 WO 2020261745A1 JP 2020017836 W JP2020017836 W JP 2020017836W WO 2020261745 A1 WO2020261745 A1 WO 2020261745A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- semiconductor wafer
- thickness
- refractive index
- predetermined position
- measuring
- Prior art date
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
Definitions
- the present invention relates to a semiconductor wafer thickness measuring method and a semiconductor wafer thickness measuring system using a spectroscopic interference method.
- the thickness measuring device 10 includes an optical unit 12, a detection unit 14, and a calculation unit 16.
- the optical unit 12 has, for example, a tunable laser, and irradiates the surface of the silicon wafer with infrared light having a predetermined bandwidth (wavelength 1260 to 1360 nm in the example shown in FIG. 1).
- the reflected light includes a first reflected light in which infrared light is reflected on the front surface of the silicon wafer and a second reflected light in which infrared light is transmitted through the silicon wafer and reflected on the back surface of the silicon wafer.
- the detection unit 14 including a light receiving element such as a CCD detects the interference light between the first reflected light and the second reflected light.
- the optical path length of the second reflected light is 2 nt (n: refractive index).
- the spectral spectrum of the interference light (graph on the left side of FIG.
- the measured value t of the thickness of the silicon wafer can be obtained by dividing the optical path length nt corresponding to the thickness of the silicon wafer measured by the spectral interference method by the refractive index n of the silicon wafer.
- the calculation unit 16 calculates the thickness measurement value t of the silicon wafer by using a constant value as the set value of the refractive index n as described above.
- the refractive index n has a temperature dependence. Therefore, the optical path length nt corresponding to the thickness of the silicon wafer measured by the spectroscopic interference method has a different value depending on the temperature of the silicon wafer at the time of measurement. Therefore, when the thickness measurement value t of the silicon wafer is calculated using a constant value as the set value of the refractive index n, the thickness measurement value t also becomes a different value depending on the temperature of the silicon wafer at the time of measurement. ..
- the temperature of the measurement environment is kept constant and the silicon wafer as the object to be measured is used.
- One idea is to keep the temperature as constant as possible.
- the present inventors have found that such a device is not effective from the viewpoint of the accuracy of the thickness measurement and the time required to complete the thickness measurement.
- the thickness measurement by the spectral interference method is sequentially performed at a plurality of points in the plane of the silicon wafer.
- the temperature of the silicon wafer changes in a complicated manner over time at each position in the plane, so that the in-plane temperature distribution of the silicon wafer Becomes non-uniform. It takes a considerable amount of time for the in-plane temperature distribution to become uniform and for the temperature at each position to stabilize.
- the thickness measurement When the thickness measurement is started when the in-plane temperature variation remains, the thickness measurement value at one measurement point measured at a certain time and the thickness measurement value at another measurement point measured at another time are displayed. There will be variations in the measured values due to the difference in refractive index. That is, the relative accuracy of the thickness measurement value between a plurality of measurement points cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the thickness measurement is started after the temperature of the silicon wafer stabilizes, it takes a long time to complete the measurement, and the productivity of the silicon wafer cannot be improved. Such a problem is not limited to silicon wafers, but applies to all semiconductor wafers that have a temperature-dependent refractive index and can measure thickness by a spectral interference method.
- the present inventors have verified the effect of the temperature of the silicon wafer on the measured value of the thickness of the silicon wafer.
- An example of an experiment by the present inventors is shown below.
- the thickness of the in-plane center point of a silicon wafer (target thickness: 775 ⁇ m, diameter: 300 mm, dopant: boron, resistivity: p-) polished on both sides is measured over time under the following conditions using a spectral interference type thickness measuring device. Measured. At that time, the temperature was intentionally changed by blowing hot air onto the silicon wafer. The temperature of the silicon wafer was measured by a thermocouple attached to the surface. The set value of the refractive index was 3.86223.
- FIG. 2 shows fluctuations in the measured values of temperature and thickness of the silicon wafer by the above experiment.
- the thickness measurement value also fluctuates in synchronization with the fluctuation of the temperature of the silicon wafer.
- FIG. 3 is a graph showing the relationship between the temperature of the silicon wafer and the measured thickness, which was created based on the graph of FIG. From FIG. 3, it can be seen that there is a strong positive correlation between the temperature of the silicon wafer and the measured thickness.
- the thickness measurement value is 0.0695 ⁇ m (69) per 1 ° C. fluctuation of the silicon wafer temperature.
- the fluctuation of the thickness measurement value does not reflect only the fluctuation of the actual thickness, but the measurement due to the temperature fluctuation. It is considered to be an error. That is, it is considered that the fluctuation of the thickness measurement value is due to the temperature dependence of the refractive index.
- in-plane thickness measurement is performed. It is necessary to suppress the variation in the thickness measurement value due to the temperature variation.
- This problem is not limited to silicon wafers, but also applies to semiconductor wafers in which the temperature dependence of the refractive index is a problem.
- the present inventors have recognized this temperature-dependent problem as a new problem when determining the thickness of a semiconductor wafer at a plurality of points in a plane by a spectral interference method.
- the present invention can suppress variations in thickness measurement values due to in-plane temperature variations when measuring the thickness of a semiconductor wafer at a plurality of points in a plane by a spectral interference method in a short time. It is an object of the present invention to provide a possible semiconductor wafer thickness measuring method and a semiconductor wafer thickness measuring system.
- the present inventors have carried out diligent research.
- the reason why the temperature of the semiconductor wafer affects the measured value of the thickness of the semiconductor wafer when the conventionally known spectroscopic interference method is used is that the refractive index is calculated as a constant value even though the refractive index shows temperature dependence. Is. Therefore, the present inventors have conceived to obtain a refractive index indicating the temperature dependence of the semiconductor wafer at a predetermined position, and to use the refractive index to obtain a thickness measurement value from an optical path length corresponding to the thickness at the predetermined position. By doing so, the present inventors have found that the relative fluctuation of the thickness measurement value between a plurality of measurement points due to the temperature variation in the plane can be suppressed.
- the (B) optical path length measuring step is (I) The first step of irradiating the predetermined position on the surface of the semiconductor wafer with infrared light having a predetermined bandwidth. (Ii) The first reflected light formed by reflecting the infrared light on the front surface of the semiconductor wafer and the second reflected light formed by the infrared light transmitted through the semiconductor wafer and reflected on the back surface of the semiconductor wafer. The second step of detecting the interference light with (Iii) A third step of obtaining a spectral spectrum of the interference light detected in the second step, and (Iv) A fourth step of waveform-analyzing the spectral spectrum to obtain an optical path length corresponding to the thickness of the semiconductor wafer at the predetermined position.
- Including A method for measuring the thickness of a semiconductor wafer which comprises performing the (A) refractive index acquisition step, the (B) optical path length measuring step, and the (C) thickness measuring step at a plurality of points in the plane of the semiconductor wafer.
- the (A) refractive index acquisition step includes a reflectance measurement step of measuring the reflectance of the surface of the semiconductor wafer at the predetermined position using a reflectance measuring device, and the predetermined position based on the reflectance.
- the method for measuring the thickness of a semiconductor wafer according to the above (1) which includes a refractive index calculation step for calculating the refractive index in the above.
- An optical unit that performs a first step of irradiating the predetermined position with infrared light having a predetermined bandwidth on the surface of the semiconductor wafer. Interference between the first reflected light that the infrared light is reflected on the surface of the semiconductor wafer and the second reflected light that the infrared light passes through the semiconductor wafer and is reflected on the back surface of the semiconductor wafer.
- a detection unit that performs the second step of detecting light, (A) A third step of obtaining a spectral spectrum of the interference light detected by the detection unit, and (B) A first calculation unit that performs a fourth step of performing waveform analysis of the spectral spectrum to obtain an optical path length corresponding to the thickness of the semiconductor wafer at the predetermined position.
- a memory that stores the refractive index and the optical path length corresponding to the thickness at the predetermined position
- a thickness measurement step of obtaining a thickness measurement value of the semiconductor wafer at a predetermined position is performed by dividing the optical path length corresponding to the thickness of the semiconductor wafer stored in the memory by the refractive index of the semiconductor wafer.
- the second calculation unit and A movable mechanism for a relative position between the optical unit and the semiconductor wafer which can set the predetermined position at a plurality of points in the plane of the semiconductor wafer.
- a semiconductor wafer thickness measuring system wherein the refractive index acquisition step, the first step to the fourth step, and the thickness measuring step are performed at a plurality of points in the plane of the semiconductor wafer.
- the refractive index acquisition unit includes a reflectance measuring device that measures the reflectance at the predetermined position on the surface of the semiconductor wafer, and a third calculation unit that calculates the refractive index at the predetermined position based on the reflectance.
- the semiconductor wafer thickness measuring system according to (4) above.
- the semiconductor wafer thickness measuring method and the semiconductor wafer thickness measuring system of the present invention when the thickness of a semiconductor wafer is measured at a plurality of points in a plane by a spectral interference method in a short time, it is caused by in-plane temperature variation. It is possible to suppress variations in the measured thickness values.
- the silicon wafer thickness measuring method of the present embodiment measures the refractive index acquisition step (S10) for obtaining the refractive index at a predetermined position on the surface of the silicon wafer and the optical path length corresponding to the thickness of the surface of the silicon wafer at the predetermined position.
- the measurement step (S30) is included.
- the refractive index at a predetermined position of the silicon wafer may be obtained by a known method.
- a reflectance measurement step is performed in which the reflectance at a predetermined position on the surface of the silicon wafer is measured using a reflectance measuring device, and then the refractive index at the predetermined position is calculated based on the reflectance.
- the rate calculation step the refractive index at the predetermined position can be obtained.
- the reflectance measuring device a commercially available indirect measuring method reflectance meter, a direct measuring method total reflectance meter, a reflectance sensor and the like can be used.
- the refractive index itself at a predetermined position on the surface of the silicon wafer may be directly measured using a refractive index measuring device.
- a refractive index measuring device a commercially available Abbe refractometer, a spectroscopic ellipsometer, a refractive index sensor, or the like can be used.
- the optical path length measurement step (S20) can be performed using the spectroscopic interference method, and this step includes the following first steps to fourth steps.
- ⁇ First step Infrared light having a predetermined bandwidth is irradiated to a predetermined position (measurement point) on the surface of the silicon wafer (S21).
- ⁇ Second step Detects interference light between the first reflected light, which is the infrared light reflected on the front surface of the silicon wafer, and the second reflected light, which is the infrared light that passes through the silicon wafer and is reflected on the back surface of the silicon wafer. S22).
- ⁇ Third step >> The spectral spectrum of the interference light detected in the second step is obtained (S23).
- ⁇ Fourth step The spectral spectrum is waveform-analyzed to obtain an optical path length corresponding to the thickness of the silicon wafer at the predetermined position (S24).
- the thickness measuring device 10 includes an optical unit 12, a detection unit 14, and a calculation unit 16.
- the optical unit 12 performs the first step of irradiating a predetermined position (measurement point) on the surface of the silicon wafer W with infrared light having a predetermined bandwidth.
- FIG. 1 shows an example of irradiating infrared light having a bandwidth of 100 nm in the wavelength range of 1260 to 1360 nm, but the present invention is not limited to this, and for example, the bandwidth is 50 in the wavelength range of 1200 to 1600 nm. Infrared light in the range of about 200 nm may be irradiated.
- a tunable laser can be preferably mentioned as such an optical unit 12, but the optical unit 12 is not limited to this, and is an SLD (Super Luminate Directory) capable of irradiating infrared light in a wide wavelength band at one time. May be good.
- SLD Super Luminate Directory
- the detection unit 14 includes a light receiving element such as a CCD, and performs the second step of detecting the interference light between the first reflected light and the second reflected light.
- a light receiving element such as a CCD
- the calculation unit 16 starts from the difference in the optical path length between the first reflected light and the second reflected light in the detected interference light (when the thickness of the silicon wafer is t, the optical path length difference is 2 nt (n: refractive index)). , Calculate the thickness measurement value of the silicon wafer W at the measurement point. First, the calculation unit 16 obtains a spectral spectrum of the interference light detected by the detection unit 14 illustrated in the graph on the left side of FIG. 1 (third step). Next, the calculation unit 16 performs waveform analysis of the spectral spectrum to obtain an optical path length nt corresponding to the thickness of the silicon wafer at the measurement point (fourth step).
- the thickness measuring device using the known spectral interference method has a refractive index of a constant value for the optical path length nt corresponding to the thickness (as described above, the refractive index of the silicon wafer is, for example, 3.86223.
- the thickness t of the silicon wafer is obtained by dividing by (set).
- the refractive index acquisition step (S10) instead of dividing the optical path length nt corresponding to the thickness by a constant value of refractive index, it is obtained for each measurement point by the refractive index acquisition step (S10).
- the thickness t is obtained by dividing the optical path length nt corresponding to the thickness by the refractive index n.
- the refractive index is set to the optical path length corresponding to the thickness obtained in the above-mentioned fourth step (S24) by the thickness measurement step (S30). Divide by the refractive index obtained in the acquisition step (S10). In this way, the thickness measurement value of the silicon wafer at the predetermined position can be obtained, and the thickness measurement value of the silicon wafer is a value in consideration of the temperature dependence of the refractive index at the time of thickness measurement.
- the above (A) refractive index acquisition step, (B) optical path length measurement step including the first to fourth steps, and (C) thickness measurement step are performed at a plurality of points in the plane of the silicon wafer. Do it with. By doing so, for example, an in-plane thickness distribution of a silicon wafer can be obtained.
- the refractive index indicating temperature dependence (when measuring a plurality of points, the refractive index at each measurement point is not a constant value because the temperature varies within the wafer surface) is obtained.
- the measured value of the thickness of the silicon wafer is obtained from the optical path length corresponding to the thickness using the refractive index.
- the method for measuring the thickness of a silicon wafer according to the present embodiment is to obtain the above-mentioned thickness measurement values at a plurality of points in the plane of the semiconductor wafer. Therefore, in addition to applying this measurement method to the in-plane thickness distribution, this measurement method is also applied when determining the relative change in in-wafer thickness such as GBIR and WARP, which are indicators of flatness of silicon wafers. Can be done.
- the order of the steps of the refractive index acquisition step (S10) and the optical path length measurement step (S20) does not matter. It is preferable to perform both steps substantially simultaneously (for example, within 5 seconds, preferably within 1 second) so as to suppress fluctuations in the refractive index due to temperature changes at the predetermined positions of the silicon wafer.
- the thickness measuring system 100 includes a thickness measuring device 10, a rotary pedestal 20, a chuck 22, a sensor support portion 24, and a guide rail 26.
- the rotary pedestal 20 has a turntable at the center of the upper surface of the pedestal, and the silicon wafer W can be placed on the turntable. At least three chucks 22 are provided on the turntable, and the silicon wafer W placed on the turntable is fixed by the chucks 22.
- the sensor support portion 24 includes a pair of leg portions 24A connected to the rotary pedestal 20 and extending in the vertical direction, and an arm portion 24B connected between the legs and extending in the horizontal direction.
- the arm portion 24B is a columnar structure having a rectangular cross section perpendicular to the extending direction, and a guide rail 26 is provided on a side surface thereof.
- the thickness measuring device 10 is a spectroscopic interference type thickness measuring device having the configuration shown in FIG. 1, and the thickness measuring device 10 is attached to the guide rail 26 so that the sensor head faces downward. , The infrared light emitted from the sensor head is irradiated perpendicularly to the surface of the silicon wafer W. As a result, the interference light between the first reflected light and the second reflected light enters the sensor head and is guided to the detection unit 14 in the thickness measuring device 10. By moving the thickness measuring device 10 in parallel along the guide rail 26 in one axis, the infrared light irradiation position (measurement point) from the thickness measuring device 10 to the silicon wafer W passes through the in-plane center of the silicon wafer W. It can be scanned over the diameter.
- the measurement point can be arbitrarily set in the plane of the silicon wafer W.
- FIG. 6 shows an example of the in-plane thickness distribution to be acquired.
- the graph on the left side of FIG. 6 is a graph in which the thickness measurement values are plotted in four radial directions (0 °, 90 °, 180 °, 270 °) from the in-plane center, and such an in-plane thickness distribution can be obtained. Can be done.
- the graph on the right side of FIG. 6 is a graph obtained by averaging the four levels of the graph on the left side of FIG.
- the thickness measuring system 100 is not limited to a silicon wafer having a diameter of 300 mm, and can measure the thickness at a plurality of points of a silicon wafer having an arbitrary diameter.
- the thickness measuring system 200 has a thickness measuring device 40 instead of the thickness measuring device 10 of the thickness measuring system 100 according to the above comparative example. Further, the thickness measuring system 200 also has the configuration described below. Other configurations of the thickness measuring system 200 are the same as those of the thickness measuring system 100 according to the above comparative example.
- the thickness measuring system 200 has a thickness measuring device 40 that measures an optical path length corresponding to the thickness of the silicon wafer W at the measuring point.
- the calculation unit 16 of the thickness measuring device 10 calculates the optical path length corresponding to the thickness from the first step to the fourth step described above, and further uses a constant value of the refractive index (for example, 3.86223). Whereas the thickness measurement value of the silicon wafer was obtained from the optical path length corresponding to the thickness, the thickness measuring device 40 calculates the optical path length corresponding to the thickness from the first step to the fourth step described above. It differs in that it has one arithmetic unit (not shown).
- the thickness measuring system 200 has a refractive index acquisition unit 50 for obtaining the refractive index of the silicon wafer W at the measurement point.
- the refractive index acquisition unit 50 include the above-mentioned reflectance measuring device and refractive index measuring device, and a reflectance sensor, a refractive index sensor, and the like can be used.
- the refractive index acquisition unit 50 is attached to the guide rail 26 adjacent to the thickness measuring device 40 so that the refractive index at the measurement point of the silicon wafer W can be obtained.
- the present invention is not limited to such an aspect, and for example, a reflectance sensor or a refractive index sensor may be built in the sensor head of the thickness measuring device 40.
- the thickness measuring system 200 has a memory (not shown) for storing the refractive index at the measurement point and the optical path length of the thickness.
- the thickness measurement system 200 has a second calculation unit (not shown).
- the second calculation unit obtains the thickness measurement value of the silicon wafer W at the measurement point by dividing the optical path length corresponding to the thickness of the silicon wafer W stored in the memory by the refractive index of the silicon wafer W. In the present embodiment, by doing so, it is possible to obtain a thickness measurement value using a refractive index indicating temperature dependence at a plurality of points in the plane. Therefore, it is possible to suppress the variation in the thickness measurement value due to the in-plane temperature variation.
- the thickness measuring system 200 calculates the refractive index at the measuring point based on the reflectance. It may have 3 arithmetic units.
- the present invention is not limited to this, and the refractive index is temperature-dependent, and the optical path length corresponding to the thickness is measured by the spectral interference method. It also includes the case where a semiconductor wafer such as SiC or GaAs, which is capable of measuring, is targeted for measurement. Further, the diameter, thickness, conductivity type, resistivity, etc. of the semiconductor wafer to be measured in the present invention are arbitrary and are not limited at all.
- the semiconductor wafer thickness measuring method and the semiconductor wafer thickness measuring system of the present embodiment can be appropriately applied to the steps after the double-sided polishing step of the semiconductor wafer. For example, immediately before the final finish single-sided polishing of a double-sided polished wafer, the thickness of the wafer is measured at a plurality of in-plane points according to the present embodiment, and the amount of relative change in the in-plane thickness of the wafer such as GBIR is obtained.
- the conditions for single-sided polishing can be set based on the relative amount of change in the inner thickness.
- the thickness of the wafer is measured at a plurality of in-plane points according to the present embodiment, the amount of relative change in wafer in-plane thickness such as GBIR is obtained, and the relative in-plane thickness change is obtained.
- Epitaxial growth conditions can be set based on the quantity.
- the semiconductor wafer thickness measuring method and the semiconductor wafer thickness measuring system of the present invention when the thickness of a semiconductor wafer is measured at a plurality of points in a plane by a spectral interference method in a short time, it is caused by in-plane temperature variation. It is possible to suppress variations in the measured thickness values.
- Thickness measurement system 100 Thickness measurement system 200 Thickness measurement system 10 Thickness measurement device 12 Optical unit 14 Detection unit 16 Calculation unit 20 Rotating pedestal 22 Chuck 24 Sensor support part 24A Leg part 24B Arm part 26 Guide rail 40 Thickness measurement device 50 Refractive index measurement unit W Silicon Wafer
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
半導体ウェーハの厚みを面内の複数点において分光干渉方式で短時間に測定する際に、面内の温度ばらつきに起因する厚み測定値のばらつきを抑制することが可能な半導体ウェーハの厚み測定方法を提供する。半導体ウェーハの厚みを面内の複数点において分光干渉方式で測定する際に、半導体ウェーハ表面の所定位置における屈折率及び厚みの光路長を求め、当該光路長を屈折率で除することによって、所定位置での半導体ウェーハの厚み測定値を求め、これを半導体ウェーハの面内の複数点で行う。
Description
本発明は、分光干渉方式を用いた、半導体ウェーハの厚み測定方法及び半導体ウェーハの厚み測定システムに関する。
例えば特許文献１に記載されるような分光干渉方式の厚み測定装置を用いて、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハの厚みを測定する技術が従来から知られている。図１を参照して、一般的な分光干渉方式の厚み測定装置１０によるシリコンウェーハの厚み測定の原理を説明する。厚み測定装置１０は、光学ユニット１２、検出ユニット１４、及び演算部１６を有する。光学ユニット１２は、例えば波長可変レーザを有し、所定の帯域幅（図１に示した例では、波長１２６０～１３６０ｎｍ）を有する赤外光をシリコンウェーハの表面に照射する。反射光は、赤外光がシリコンウェーハの表面で反射してなる第１反射光と、赤外光がシリコンウェーハを透過してシリコンウェーハの裏面で反射してなる第２反射光とを含む。ＣＣＤ等の受光素子を含む検出ユニット１４では、この第１反射光と第２反射光との干渉光を検出する。なお、シリコンウェーハの厚みをｔとした場合、第２反射光の光路長は２ｎｔ（ｎ：屈折率）となる。演算部１６では、この干渉光の分光スペクトル（図１の左側のグラフ）をフーリエ変換して、横軸が光路長ｎｄ（ｎ：屈折率、ｄ：距離）、縦軸が光強度のグラフを得る。このグラフの横軸「光路長ｎｄ」を、シリコンウェーハの屈折率ｎの設定値（例えば、３．８６２２３）で除して得た「距離ｄ」を横軸としたのが、図１の右側のグラフである。このグラフにおける隣接するピーク間の距離が、シリコンウェーハの厚み測定値となる。つまり、分光干渉方式で測定されたシリコンウェーハの厚みに相当する光路長ｎｔを、シリコンウェーハの屈折率ｎで除することによって、シリコンウェーハの厚み測定値ｔを得ることができる。通常、演算部１６では、上記のとおり屈折率ｎの設定値として一定の値を用いて、シリコンウェーハの厚み測定値ｔを算出している。
ここで、屈折率ｎには温度依存性がある。そのため、分光干渉方式で測定されるシリコンウェーハの厚みに相当する光路長ｎｔは、測定時のシリコンウェーハの温度に依存して異なった値となる。そのため、屈折率ｎの設定値として一定の値を用いて、シリコンウェーハの厚み測定値ｔを算出すると、当該厚み測定値ｔも、測定時のシリコンウェーハの温度に依存して異なった値となる。
このように、シリコンウェーハの温度に依存した屈折率の違いに起因して、厚み測定値がばらつくことを防ぐためには、測定環境の温度を一定に維持して、測定対象物としてのシリコンウェーハの温度を極力一定に維持することが一案である。しかしながら、本発明者らは、厚み測定の精度と厚み測定完了までに要する時間の観点から、このような工夫が有効ではない状況があることを見出した。
それは、分光干渉方式による厚み測定をシリコンウェーハの面内の複数点で順次行う場合である。ある温度に保持されたシリコンウェーハが、それとは異なる温度の測定環境に置かれると、シリコンウェーハの温度は面内のそれぞれの位置で経時的に複雑に変化するため、シリコンウェーハの面内温度分布は不均一となる。この面内温度分布が均一になって、しかも各位置での温度が安定するまでには、かなりの時間を要する。
面内の温度ばらつきが残っている段階で厚み測定を始めると、ある時刻で測定されたある測定点での厚み測定値と、別の時刻で測定された別の測定点での厚み測定値との間には、屈折率の差異に起因した測定値のばらつきが存在することになる。すなわち、複数の測定点間での厚み測定値の相対的な精度が十分に得られない。他方で、シリコンウェーハの温度が安定してから厚み測定を始めると、測定完了までに長時間を要し、シリコンウェーハの生産性を向上させることができない。このような課題は、シリコンウェーハに限らず、屈折率に温度依存性があり、かつ、分光干渉方式で厚み測定が可能な半導体ウェーハ全般に当てはまる。
本発明者らは、シリコンウェーハの温度がシリコンウェーハの厚み測定値に与える影響を検証した。以下に、本発明者らによる実験例を示す。両面研磨されたシリコンウェーハ（狙い厚み：７７５μｍ、直径：３００ｍｍ、ドーパント：ボロン、抵抗率：ｐ－）の面内中心点の厚みを、分光干渉方式の厚み測定装置を用いて以下の条件で経時的に測定した。その際、シリコンウェーハに熱風を吹き付けることによって、温度を意図的に変動させた。なお、シリコンウェーハの温度は、表面に貼り付けた熱電対によって測定した。なお、屈折率の設定値は３．８６２２３とした。
図２に、上記実験によるシリコンウェーハの温度及び厚み測定値の変動を示す。図２から明らかなように、シリコンウェーハの温度の変動に同期して、厚み測定値も変動している。図３は、図２のグラフに基づいて作成した、シリコンウェーハの温度と厚み測定値との関係を示すグラフである。図３からは、シリコンウェーハの温度と厚み測定値には強い正の相関があることが分かる。横軸ｘ：ウェーハ温度、縦軸ｙ：ウェーハ厚み測定値として、ｙ＝０．０６９５＋７５７．５３となり、この実験例では、シリコンウェーハの温度１℃の変動あたり、厚み測定値は０．０６９５μｍ（６９．５ｎｍ）だけ変動することが分かった。シリコンウェーハの熱膨張による厚みの増加分は、温度１℃あたり１０ｎｍ程度であることから、この厚み測定値の変動は、実際の厚みの変動のみを反映するものではなく、温度変動に起因した測定誤差であると考えられる。すなわち、この厚み測定値の変動は、屈折率の温度依存性に起因するものであると考えられる。
この実験結果を踏まえると、分光干渉方式による厚み測定をシリコンウェーハの面内の複数点で順次行って、シリコンウェーハの面内の複数の測定点で厚み測定値を得るためには、面内の温度ばらつきに起因する厚み測定値のばらつきを抑制する必要がある。そして、この課題はシリコンウェーハに限られず、屈折率の温度依存性が問題となる半導体ウェーハおいても当てはまる。本発明者らはこの温度依存の問題を、半導体ウェーハの厚みを面内の複数点において分光干渉方式で求める際の新規な課題として認識した。
上記課題に鑑み、本発明は、半導体ウェーハの厚みを面内の複数点において分光干渉方式で短時間に測定する際に、面内の温度ばらつきに起因する厚み測定値のばらつきを抑制することが可能な半導体ウェーハの厚み測定方法及び半導体ウェーハの厚み測定システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決すべく、本発明者らは鋭意研究を進めた。従来公知の分光干渉方式を用いる場合に半導体ウェーハの温度が半導体ウェーハの厚み測定値に影響を及ぼす理由は、屈折率が温度依存性を示すにも関わらず、屈折率を一定値として計算するためである。そこで、半導体ウェーハの所定位置における温度依存性を示す屈折率を求め、その屈折率を用いて当該所定位置における厚みに相当する光路長から厚み測定値を求めることを本発明者らは着想した。こうすることで面内の温度ばらつきに起因する複数の測定点間での厚み測定値の相対的な変動を抑制することができることを本発明者らは見出した。
上記知見に基づき完成した本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）（Ａ）半導体ウェーハの表面の所定位置における屈折率を求める屈折率取得工程と、
（Ｂ）前記半導体ウェーハの表面の前記所定位置における厚みに相当する光路長を測定する光路長測定工程と、
（Ｃ）前記半導体ウェーハの前記厚みに相当する光路長を、前記屈折率取得工程において求めた前記屈折率で除することによって、前記所定位置での前記半導体ウェーハの厚み測定値を得る厚み測定工程と、
を含み、
前記（Ｂ）光路長測定工程は、
（ｉ）所定の帯域幅を有する赤外光を前記半導体ウェーハの表面の前記所定位置に照射する第１工程と、
（ｉｉ）前記赤外光が前記半導体ウェーハの表面で反射してなる第１反射光と、前記赤外光が前記半導体ウェーハを透過して該半導体ウェーハの裏面で反射してなる第２反射光との干渉光を検出する第２工程と、
（ｉｉｉ）前記第２工程で検出した前記干渉光の分光スペクトルを得る第３工程と、
（ｉｖ）前記分光スペクトルを波形解析して、前記所定位置での前記半導体ウェーハの厚みに相当する光路長を求める第４工程と、
を含み、
前記（Ａ）屈折率取得工程、前記（Ｂ）光路長測定工程、及び前記（Ｃ）厚み測定工程を前記半導体ウェーハの面内の複数点で行うことを特徴とする半導体ウェーハの厚み測定方法。
（１）（Ａ）半導体ウェーハの表面の所定位置における屈折率を求める屈折率取得工程と、
（Ｂ）前記半導体ウェーハの表面の前記所定位置における厚みに相当する光路長を測定する光路長測定工程と、
（Ｃ）前記半導体ウェーハの前記厚みに相当する光路長を、前記屈折率取得工程において求めた前記屈折率で除することによって、前記所定位置での前記半導体ウェーハの厚み測定値を得る厚み測定工程と、
を含み、
前記（Ｂ）光路長測定工程は、
（ｉ）所定の帯域幅を有する赤外光を前記半導体ウェーハの表面の前記所定位置に照射する第１工程と、
（ｉｉ）前記赤外光が前記半導体ウェーハの表面で反射してなる第１反射光と、前記赤外光が前記半導体ウェーハを透過して該半導体ウェーハの裏面で反射してなる第２反射光との干渉光を検出する第２工程と、
（ｉｉｉ）前記第２工程で検出した前記干渉光の分光スペクトルを得る第３工程と、
（ｉｖ）前記分光スペクトルを波形解析して、前記所定位置での前記半導体ウェーハの厚みに相当する光路長を求める第４工程と、
を含み、
前記（Ａ）屈折率取得工程、前記（Ｂ）光路長測定工程、及び前記（Ｃ）厚み測定工程を前記半導体ウェーハの面内の複数点で行うことを特徴とする半導体ウェーハの厚み測定方法。
（２）前記（Ａ）屈折率取得工程は、前記半導体ウェーハの表面の前記所定位置における反射率を、反射率測定器を用いて測定する反射率測定工程と、前記反射率に基づき前記所定位置における前記屈折率を算出する屈折率算出工程と、を含む、上記（１）に記載の半導体ウェーハの厚み測定方法。
（３）前記（Ａ）屈折率取得工程において、前記半導体ウェーハの表面の前記所定位置における前記屈折率を、屈折率測定器を用いて測定する、上記（１）に記載の半導体ウェーハの厚み測定方法。
（４）半導体ウェーハを載置する台座と、
前記半導体ウェーハの表面の所定位置における屈折率を求める屈折率取得工程を行う屈折率取得ユニットと、
所定の帯域幅を有する赤外光を前記半導体ウェーハの表面の前記所定位置に照射する第１工程を行う光学ユニットと、
前記赤外光が前記半導体ウェーハの表面で反射してなる第１反射光と、前記赤外光が前記半導体ウェーハを透過して該半導体ウェーハの裏面で反射してなる第２反射光との干渉光を検出する第２工程を行う検出ユニットと、
（ａ）前記検出ユニットで検出した前記干渉光の分光スペクトルを得る第３工程と、
（ｂ）前記分光スペクトルを波形解析して、前記所定位置での前記半導体ウェーハの厚みに相当する光路長を求める第４工程と、を行う第１演算部と、
前記所定位置における前記屈折率及び前記厚みに相当する光路長を記憶するメモリと、
前記メモリに記憶された前記半導体ウェーハの厚みに相当する光路長を、前記半導体ウェーハの前記屈折率で除することによって、前記所定位置での前記半導体ウェーハの厚み測定値を得る厚み測定工程を行う第２演算部と、
前記所定位置を、前記半導体ウェーハの面内の複数点に設定可能な、前記光学ユニットと前記半導体ウェーハとの相対位置の可動機構と、
を有し、
前記屈折率取得工程、前記第１工程から前記第４工程、及び前記厚み測定工程を前記半導体ウェーハの面内の複数点で行ことを特徴とする半導体ウェーハの厚み測定システム。
前記半導体ウェーハの表面の所定位置における屈折率を求める屈折率取得工程を行う屈折率取得ユニットと、
所定の帯域幅を有する赤外光を前記半導体ウェーハの表面の前記所定位置に照射する第１工程を行う光学ユニットと、
前記赤外光が前記半導体ウェーハの表面で反射してなる第１反射光と、前記赤外光が前記半導体ウェーハを透過して該半導体ウェーハの裏面で反射してなる第２反射光との干渉光を検出する第２工程を行う検出ユニットと、
（ａ）前記検出ユニットで検出した前記干渉光の分光スペクトルを得る第３工程と、
（ｂ）前記分光スペクトルを波形解析して、前記所定位置での前記半導体ウェーハの厚みに相当する光路長を求める第４工程と、を行う第１演算部と、
前記所定位置における前記屈折率及び前記厚みに相当する光路長を記憶するメモリと、
前記メモリに記憶された前記半導体ウェーハの厚みに相当する光路長を、前記半導体ウェーハの前記屈折率で除することによって、前記所定位置での前記半導体ウェーハの厚み測定値を得る厚み測定工程を行う第２演算部と、
前記所定位置を、前記半導体ウェーハの面内の複数点に設定可能な、前記光学ユニットと前記半導体ウェーハとの相対位置の可動機構と、
を有し、
前記屈折率取得工程、前記第１工程から前記第４工程、及び前記厚み測定工程を前記半導体ウェーハの面内の複数点で行ことを特徴とする半導体ウェーハの厚み測定システム。
（５）前記屈折率取得ユニットは、前記半導体ウェーハの表面の前記所定位置における反射率を測定する反射率測定器と、前記反射率に基づき前記所定位置における前記屈折率を算出する第３演算部と、を有する、上記（４）に記載の半導体ウェーハの厚み測定システム。
（６）前記屈折率取得ユニットは、前記半導体ウェーハの表面の前記所定位置における前記屈折率を測定する屈折率測定器を有する、上記（４）に記載の半導体ウェーハの厚み測定システム。
本発明の半導体ウェーハの厚み測定方法及び半導体ウェーハの厚み測定システムによれば、半導体ウェーハの厚みを面内の複数点において分光干渉方式で短時間に測定する際に、面内の温度ばらつきに起因する厚み測定値のばらつきを抑制することができる。
以下、本発明の一実施形態によるシリコンウェーハの厚み測定方法及びシリコンウェーハの厚み測定システムを説明する。
図４のフローチャートを参照する。本実施形態のシリコンウェーハの厚み測定方法は、シリコンウェーハの表面の所定位置における屈折率を求める屈折率取得工程（Ｓ１０）と、シリコンウェーハの表面の上記所定位置における厚みに相当する光路長を測定する光路長測定工程（Ｓ２０）と、シリコンウェーハの厚みに相当する光路長を、屈折率取得工程において求めた屈折率で除することによって、上記所定位置でのシリコンウェーハの厚み測定値を得る厚み測定工程（Ｓ３０）と、を含む。
＜屈折率取得工程＞
上記屈折率取得工程（Ｓ１０）において、公知の手法によりシリコンウェーハの所定位置における屈折率を求めればよい。
上記屈折率取得工程（Ｓ１０）において、公知の手法によりシリコンウェーハの所定位置における屈折率を求めればよい。
例えば、空気中において、被測定物の片面反射率Ｒ０と被測定物の屈折率ｎｓとの関係が下記式（１）に従うことは公知である。
そこで、本工程において、シリコンウェーハの表面の所定位置における反射率を、反射率測定器を用いて測定する反射率測定工程を行い、次いで、当該反射率に基づき所定位置における屈折率を算出する屈折率算出工程を行うことにより、上記所定位置での屈折率を求めることができる。反射率測定器は、市販の間接測定法反射率計、直接測定法全反射率計、反射率センサ等を用いることができる。
また、本工程において、シリコンウェーハの表面の所定位置における屈折率そのものを、屈折率測定器を用いて直接的に測定してもよい。屈折率測定器は、市販のアッベ屈折計、分光エリプソメータ、屈折率センサ等を用いることができる。
＜光路長測定工程＞
分光干渉方式を用いて上記光路長測定工程（Ｓ２０）を行うことができ、この工程は、以下の第１工程～第４工程を有する。
＜＜第１工程＞＞
所定の帯域幅を有する赤外光をシリコンウェーハの表面の所定位置（測定点）に照射する（Ｓ２１）。
＜＜第２工程＞＞
赤外光がシリコンウェーハの表面で反射してなる第１反射光と、赤外光がシリコンウェーハを透過してシリコンウェーハの裏面で反射してなる第２反射光との干渉光を検出する（Ｓ２２）。
＜＜第３工程＞＞
第２工程で検出した干渉光の分光スペクトルを得る（Ｓ２３）。
＜＜第４工程＞＞
分光スペクトルを波形解析して、前記所定位置でのシリコンウェーハの厚みに相当する光路長を求める（Ｓ２４）。
分光干渉方式を用いて上記光路長測定工程（Ｓ２０）を行うことができ、この工程は、以下の第１工程～第４工程を有する。
＜＜第１工程＞＞
所定の帯域幅を有する赤外光をシリコンウェーハの表面の所定位置（測定点）に照射する（Ｓ２１）。
＜＜第２工程＞＞
赤外光がシリコンウェーハの表面で反射してなる第１反射光と、赤外光がシリコンウェーハを透過してシリコンウェーハの裏面で反射してなる第２反射光との干渉光を検出する（Ｓ２２）。
＜＜第３工程＞＞
第２工程で検出した干渉光の分光スペクトルを得る（Ｓ２３）。
＜＜第４工程＞＞
分光スペクトルを波形解析して、前記所定位置でのシリコンウェーハの厚みに相当する光路長を求める（Ｓ２４）。
図１の厚み測定装置１０を再度参照しつつ、分光干渉方式を用いた所定位置でのシリコンウェーハの厚みに相当する光路長の取得態様を説明する。この厚み測定装置１０は、光学ユニット１２、検出ユニット１４、及び演算部１６を有する。
光学ユニット１２は、所定の帯域幅を有する赤外光をシリコンウェーハＷの表面の所定位置（測定点）に照射する上記第１工程を行う。図１では、波長１２６０～１３６０ｎｍの範囲内の帯域幅１００ｎｍの赤外光を照射する例を示したが、これには限定されず、例えば波長１２００～１６００ｎｍの範囲内で、帯域幅としては５０～２００ｎｍの範囲内の赤外光を照射すればよい。このような光学ユニット１２としては、好適には波長可変レーザを挙げることができるが、これに限定されず、広波長帯域の赤外光を一時に照射可能なＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）であってもよい。
検出ユニット１４は、ＣＣＤ等の受光素子を含み、上記第１反射光と第２反射光との干渉光を検出する上記第２工程を行う。
演算部１６は、検出した干渉光における第１反射光と第２反射光との光路長の差（シリコンウェーハの厚みをｔとした場合、当該光路長差は２ｎｔ（ｎ：屈折率））から、測定点でのシリコンウェーハＷの厚み測定値を算出する。まず、演算部１６は、図１の左側のグラフに例示される、検出ユニット１４で検出した干渉光の分光スペクトルを得る（第３工程）。次に、演算部１６は、分光スペクトルを波形解析して、前記測定点でのシリコンウェーハの厚みに相当する光路長ｎｔを求める（第４工程）。
公知の分光干渉方式を用いた厚み測定装置は、この第４工程に続けて、厚みに相当する光路長ｎｔを一定値の屈折率（前述のとおり、シリコンウェーハの屈折率は例えば３．８６２２３で設定される）で除することでシリコンウェーハの厚みｔを求める。しかしながら本実施形態では、後記の厚み測定工程に述べるとおり、一定値の屈折率で厚みに相当する光路長ｎｔを除することに代えて、屈折率取得工程（Ｓ１０）により測定点毎に求めた屈折率ｎで厚みに相当する光路長ｎｔを除することにより、厚みｔを得る。
＜厚み測定工程＞
上述した屈折率取得工程（Ｓ１０）及び光路長測定工程（Ｓ２０）を行った後、厚み測定工程（Ｓ３０）により、上記第４工程（Ｓ２４）により求めた厚みに相当する光路長を、屈折率取得工程（Ｓ１０）において求めた屈折率で除する。こうして、上記所定位置でのシリコンウェーハの厚み測定値を得ることができ、このシリコンウェーハの厚み測定値は、厚み測定時の屈折率の温度依存性が考慮された値となる。
上述した屈折率取得工程（Ｓ１０）及び光路長測定工程（Ｓ２０）を行った後、厚み測定工程（Ｓ３０）により、上記第４工程（Ｓ２４）により求めた厚みに相当する光路長を、屈折率取得工程（Ｓ１０）において求めた屈折率で除する。こうして、上記所定位置でのシリコンウェーハの厚み測定値を得ることができ、このシリコンウェーハの厚み測定値は、厚み測定時の屈折率の温度依存性が考慮された値となる。
そして、本実施形態では以上の（Ａ）屈折率取得工程、第１工程から第４工程を含む（Ｂ）光路長測定工程、及び（Ｃ）厚み測定工程を、シリコンウェーハの面内の複数点で行う。こうすることで、例えばシリコンウェーハの面内厚み分布を得ることができる。本実施形態に従うシリコンウェーハの厚み測定方法は、温度依存性を示す屈折率（複数点測定する際にはウェーハ面内で温度がばらつくため各測定点での屈折率は一定値ではない）を求め、当該屈折率を用いて厚みに相当する光路長からシリコンウェーハの厚み測定値を求める。したがって、シリコンウェーハの厚みを面内の複数点において分光干渉方式で短時間に求める際に、面内の温度ばらつきに起因する厚み測定値のばらつきを抑制することが可能である。また、本実施形態に従うシリコンウェーハの厚み測定方法は半導体ウェーハの面内の複数点で上記厚み測定値を得るものである。そのため、上記面内厚み分布への本測定方法の適用のほか、シリコンウェーハの平坦度指標であるＧＢＩＲ、ＷＡＲＰなどのウェーハ面内の厚みの相対変化量を求める際にも本測定方法を適用することはできる。
なお、図４のフローチャートに示すとおり、屈折率取得工程（Ｓ１０）及び光路長測定工程（Ｓ２０）の工程の順序は問われない。シリコンウェーハの上記所定位置における温度変化に伴う屈折率の変動を抑制するよう、両工程を実質的に同時（例えば５秒以内、好ましくは１秒以内）に行うことが好ましい。
次に、シリコンウェーハの面内の複数点で厚みを測定することが可能なシリコンウェーハの厚み測定システムの構成を説明する。まず、図５を参照して、比較例による厚み測定システム１００の構成を説明する。厚み測定システム１００は、厚み測定装置１０、回転台座２０、チャック２２、センサ支持部２４、及びガイドレール２６を有する。
回転台座２０は、台座の上面中心部にターンテーブルを有し、このターンテーブル上にシリコンウェーハＷを載置可能である。ターンテーブル上には少なくとも３つのチャック２２が設けられており、ターンテーブル上に載置されたシリコンウェーハＷは、チャック２２によって固定される。
センサ支持部２４は、回転台座２０と連結して鉛直方向に延在する一対の脚部２４Ａと、該脚部間を連結して水平方向に延在する腕部２４Ｂとからなる。腕部２４Ｂは、延在方向に垂直な断面が矩形の柱状構造体であり、その側面にガイドレール２６が設けられる。
厚み測定装置１０は、既述のとおり、図１に示す構成を有する分光干渉方式の厚み測定装置であり、厚み測定装置１０は、センサヘッドが下向きとなるようにガイドレール２６に取り付けられており、センサヘッドから出射された赤外光がシリコンウェーハＷの表面に対して垂直に照射される。その結果、上記第１反射光と第２反射光との干渉光は、センサヘッドに入射して、厚み測定装置１０内の検出ユニット１４に導かれる。ガイドレール２６に沿って厚み測定装置１０を一軸で並行移動することによって、厚み測定装置１０からシリコンウェーハＷへの赤外光の照射位置（測定点）は、シリコンウェーハＷの面内中心を通る直径上を走査させることができる。
そして、ガイドレール２６に沿った厚み測定装置１０の一軸移動と、回転台座２０のターンテーブルを回転に伴うシリコンウェーハＷの回転とを組み合わせることによって、測定点をシリコンウェーハＷの面内の任意に位置に設定することができる。すなわち、光学ユニット１２（厚み測定装置１０）とシリコンウェーハＷとの相対位置の可動機構は、回転台座２０及びガイドレール２６によって構成される。
このような相対位置の可動機構によれば、例えば図６に示すように、シリコンウェーハＷの面内中心を始点として、らせん状に複数の測定点を順次設定して、厚み測定を行うことができる。図５には、取得する面内厚み分布の例も示す。図６左側のグラフは、面内中心から４つの半径方向（０°、９０°、１８０°、２７０°）に厚み測定値をプロットしたグラフであり、このような面内厚み分布を取得することができる。さらに、図６右側のグラフは、図６左側のグラフの４水準を平均したグラフであり、このような面内厚み分布を取得することもできる。このような面内厚み分布（複数点での厚み測定結果）から、ＧＢＩＲ（Ｇｌｏｂａｌ Ｂａｃｋｓｉｄｅ Ｉｄｅａｌ Ｒａｎｇｅ）等のウェーハ面内厚み相対変化量を求めることもできる。なお、厚み測定システム１００は、直径３００ｍｍのシリコンウェーハに限らず、任意の直径のシリコンウェーハの複数点における厚みを測定可能である。
次に、図７を参照して、本発明の一実施形態による厚み測定システム２００の構成を説明する。厚み測定システム２００は、上記の比較例による厚み測定システム１００の厚み測定装置１０に代えて厚み測定装置４０を有する。さらに、厚み測定システム２００は、以下に述べる構成も有する。厚み測定システム２００のその他の構成は、上記の比較例による厚み測定システム１００と同様である。
まず、厚み測定システム２００は、測定点でのシリコンウェーハＷの厚みに相当する光路長を測定する厚み測定装置４０を有する。厚み測定装置１０の演算部１６が、既述の第１工程から第４工程までの厚みに相当する光路長の演算を行い、かつ、さらに一定値の屈折率（例えば３．８６２２３）を用いて厚みに相当する光路長からシリコンウェーハの厚み測定値を求めていたのに対して、厚み測定装置４０は既述の第１工程から第４工程までの厚みに相当する光路長の演算を行う第１の演算部（図示せず）を有する点で異なる。
また、厚み測定システム２００は、測定点でのシリコンウェーハＷの屈折率を求める屈折率取得ユニット５０を有する。屈折率取得ユニット５０としては、既述の反射率測定器及び屈折率測定器を挙げることができ、反射率センサ、屈折率センサ等を用いることができる。本実施形態では、シリコンウェーハＷの測定点での屈折率を求めることができるように、屈折率取得ユニット５０は、厚み測定装置４０と隣接してガイドレール２６に取り付けられている。ただし、本発明はこのような態様に限定されず、例えば厚み測定装置４０のセンサヘッド内に反射率センサ又は屈折率センサを内蔵する構成でもよい。
さらに、厚み測定システム２００は、測定点での屈折率及び厚みの光路長を記憶するメモリ（図示せず）を有する。
そして、厚み測定システム２００は、第２の演算部（図示せず）を有する。第２の演算部は、メモリに記憶されたシリコンウェーハＷの厚みに相当する光路長を、シリコンウェーハＷの屈折率で除することによって、測定点でのシリコンウェーハＷの厚み測定値を得る。本実施形態では、こうすることで、面内の複数点において、温度依存性を示す屈折率を用いた厚み測定値を得ることができる。したがって、面内の温度ばらつきに起因する厚み測定値のばらつきを抑制することができる。
なお、屈折率取得ユニット５０が、シリコンウェーハＷの測定点における反射率を測定する反射率測定器を有する場合、厚み測定システム２００は、この反射率に基づき当該測定点における屈折率を算出する第３演算部を有してもよい。
上記では、厚みの測定対象をシリコンウェーハとした実施形態を説明したが、本発明はこれに限らず、屈折率に温度依存性があり、かつ、分光干渉方式で厚みに相当する光路長の測定が可能な、ＳｉＣ、ＧａＡｓなどの半導体ウェーハを測定対象とする場合も包含する。さらに、本発明において測定対象となる半導体ウェーハの直径、厚み、導電型、抵抗率などは任意であり、何ら制限されない。
本実施形態の半導体ウェーハの厚み測定方法及び半導体ウェーハの厚み測定システムは、半導体ウェーハの両面研磨工程以降の工程に適宜適用することができる。例えば、両面研磨されたウェーハの最終仕上げ片面研磨を行う直前に、本実施形態に従ってウェーハの厚みを面内の複数点において測定し、ＧＢＩＲ等のウェーハ面内厚み相対変化量を求め、当該ウェーハ面内厚み相対変化量に基づいて、片面研磨の条件を設定することができる。また、半導体ウェーハにエピタキシャル層を形成する直前に、本実施形態に従ってウェーハの厚みを面内の複数点において測定し、ＧＢＩＲ等のウェーハ面内厚み相対変化量を求め、当該ウェーハ面内厚み相対変化量に基づいて、エピタキシャル成長条件を設定することができる。
本発明の半導体ウェーハの厚み測定方法及び半導体ウェーハの厚み測定システムによれば、半導体ウェーハの厚みを面内の複数点において分光干渉方式で短時間に測定する際に、面内の温度ばらつきに起因する厚み測定値のばらつきを抑制することができる。
１００ 厚み測定システム
２００ 厚み測定システム
１０ 厚み測定装置
１２ 光学ユニット
１４ 検出ユニット
１６ 演算部
２０ 回転台座
２２ チャック
２４ センサ支持部
２４Ａ 脚部
２４Ｂ 腕部
２６ ガイドレール
４０ 厚み測定装置
５０ 屈折率測定ユニット
Ｗ シリコンウェーハ
２００ 厚み測定システム
１０ 厚み測定装置
１２ 光学ユニット
１４ 検出ユニット
１６ 演算部
２０ 回転台座
２２ チャック
２４ センサ支持部
２４Ａ 脚部
２４Ｂ 腕部
２６ ガイドレール
４０ 厚み測定装置
５０ 屈折率測定ユニット
Ｗ シリコンウェーハ
Claims (6)
- （Ａ）半導体ウェーハの表面の所定位置における屈折率を求める屈折率取得工程と、
（Ｂ）前記半導体ウェーハの表面の前記所定位置における厚みに相当する光路長を測定する光路長測定工程と、
（Ｃ）前記半導体ウェーハの前記厚みに相当する光路長を、前記屈折率取得工程において求めた前記屈折率で除することによって、前記所定位置での前記半導体ウェーハの厚み測定値を得る厚み測定工程と、
を含み、
前記（Ｂ）光路長測定工程は、
（ｉ）所定の帯域幅を有する赤外光を前記半導体ウェーハの表面の前記所定位置に照射する第１工程と、
（ｉｉ）前記赤外光が前記半導体ウェーハの表面で反射してなる第１反射光と、前記赤外光が前記半導体ウェーハを透過して該半導体ウェーハの裏面で反射してなる第２反射光との干渉光を検出する第２工程と、
（ｉｉｉ）前記第２工程で検出した前記干渉光の分光スペクトルを得る第３工程と、
（ｉｖ）前記分光スペクトルを波形解析して、前記所定位置での前記半導体ウェーハの厚みに相当する光路長を求める第４工程と、
を含み、
前記（Ａ）屈折率取得工程、前記（Ｂ）光路長測定工程、及び前記（Ｃ）厚み測定工程を前記半導体ウェーハの面内の複数点で行うことを特徴とする半導体ウェーハの厚み測定方法。 - 前記（Ａ）屈折率取得工程は、前記半導体ウェーハの表面の前記所定位置における反射率を、反射率測定器を用いて測定する反射率測定工程と、前記反射率に基づき前記所定位置における前記屈折率を算出する屈折率算出工程と、を含む、請求項１に記載の半導体ウェーハの厚み測定方法。
- 前記（Ａ）屈折率取得工程において、前記半導体ウェーハの表面の前記所定位置における前記屈折率を、屈折率測定器を用いて測定する、請求項１に記載の半導体ウェーハの厚み測定方法。
- 半導体ウェーハを載置する台座と、
前記半導体ウェーハの表面の所定位置における屈折率を求める屈折率取得工程を行う屈折率取得ユニットと、
所定の帯域幅を有する赤外光を前記半導体ウェーハの表面の前記所定位置に照射する第１工程を行う光学ユニットと、
前記赤外光が前記半導体ウェーハの表面で反射してなる第１反射光と、前記赤外光が前記半導体ウェーハを透過して該半導体ウェーハの裏面で反射してなる第２反射光との干渉光を検出する第２工程を行う検出ユニットと、
（ａ）前記検出ユニットで検出した前記干渉光の分光スペクトルを得る第３工程と、
（ｂ）前記分光スペクトルを波形解析して、前記所定位置での前記半導体ウェーハの厚みに相当する光路長を求める第４工程と、を行う第１演算部と、
前記所定位置における前記屈折率及び前記厚みに相当する光路長を記憶するメモリと、
前記メモリに記憶された前記半導体ウェーハの厚みに相当する光路長を、前記半導体ウェーハの前記屈折率で除することによって、前記所定位置での前記半導体ウェーハの厚み測定値を得る厚み測定工程を行う第２演算部と、
前記所定位置を、前記半導体ウェーハの面内の複数点に設定可能な、前記光学ユニットと前記半導体ウェーハとの相対位置の可動機構と、
を有し、
前記屈折率取得工程、前記第１工程から前記第４工程、及び前記厚み測定工程を前記半導体ウェーハの面内の複数点で行うことを特徴とする半導体ウェーハの厚み測定システム。 - 前記屈折率取得ユニットは、前記半導体ウェーハの表面の前記所定位置における反射率を測定する反射率測定器と、前記反射率に基づき前記所定位置における前記屈折率を算出する第３演算部と、を有する、請求項４に記載の半導体ウェーハの厚み測定システム。
- 前記屈折率取得ユニットは、前記半導体ウェーハの表面の前記所定位置における前記屈折率を測定する屈折率測定器を有する、請求項４に記載の半導体ウェーハの厚み測定システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019118686A JP2021004794A (ja) | 2019-06-26 | 2019-06-26 | 半導体ウェーハの厚み測定方法及び半導体ウェーハの厚み測定システム |
| JP2019-118686 | 2019-06-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2020261745A1 true WO2020261745A1 (ja) | 2020-12-30 |
Family
ID=74061551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2020/017836 WO2020261745A1 (ja) | 2019-06-26 | 2020-04-24 | 半導体ウェーハの厚み測定方法及び半導体ウェーハの厚み測定システム |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2021004794A (ja) |
| TW (1) | TW202100946A (ja) |
| WO (1) | WO2020261745A1 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JP2011180113A (ja) * | 2010-03-03 | 2011-09-15 | Opto-Electronics Laboratory Inc | ダイアモンド状カーボン薄膜の膜厚と屈折率の計測 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11274259A (ja) * | 1998-03-26 | 1999-10-08 | Hitachi Ltd | 厚さ測定装置および厚さ制御装置 |
| JP6487767B2 (ja) * | 2015-05-08 | 2019-03-20 | 株式会社ディスコ | 乾式研磨装置 |
-
2019
- 2019-06-26 JP JP2019118686A patent/JP2021004794A/ja active Pending
-
2020
- 2020-04-23 TW TW109113581A patent/TW202100946A/zh unknown
- 2020-04-24 WO PCT/JP2020/017836 patent/WO2020261745A1/ja active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JP2011180113A (ja) * | 2010-03-03 | 2011-09-15 | Opto-Electronics Laboratory Inc | ダイアモンド状カーボン薄膜の膜厚と屈折率の計測 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021004794A (ja) | 2021-01-14 |
| TW202100946A (zh) | 2021-01-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5102231A (en) | Semiconductor wafer temperature measurement system and method | |
| US8334986B2 (en) | Methods and apparatus for the measurement of film thickness | |
| JP5575600B2 (ja) | 温度測定方法、記憶媒体、プログラム | |
| CN103003661A (zh) | 用于测量膜厚度的方法和设备 | |
| US20030210394A1 (en) | Combination thin-film stress and thickness measurement device | |
| US20210164777A1 (en) | Systems and methods for real time measurement of surface curvature and thermal expansion of small samples | |
| KR20130113923A (ko) | 박막 웨이퍼의 막두께 분포 측정 방법 | |
| JP2009302133A (ja) | 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 | |
| US20180283957A1 (en) | Apparatus and method to measure temperature of 3d semiconductor structures via laser diffraction | |
| US20210102847A1 (en) | Temperature measurement system and temperature measurement method | |
| Park et al. | A novel method for simultaneous measurement of thickness, refractive index, bow, and warp of a large silicon wafer using a spectral-domain interferometer | |
| US20160033431A1 (en) | Thermal diffusivity measuring device | |
| JP2013152191A (ja) | 多波長干渉計 | |
| WO2020261859A1 (ja) | 半導体ウェーハの厚み測定方法及び半導体ウェーハの厚み測定システム | |
| WO2020261860A1 (ja) | 半導体ウェーハの厚み測定方法及び半導体ウェーハの厚み測定システム | |
| WO2020261745A1 (ja) | 半導体ウェーハの厚み測定方法及び半導体ウェーハの厚み測定システム | |
| JP2017125782A (ja) | 薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法 | |
| JP2010028011A (ja) | 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製造工程管理方法 | |
| US9041937B2 (en) | Interference measurement device and measurement method | |
| JP2011014800A (ja) | 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 | |
| JP3654571B2 (ja) | 顕微ラマン分光光度計を用いた温度測定方法 | |
| US7280209B2 (en) | Method and apparatus for improved ellipsometric measurement of ultrathin films | |
| US20160238544A1 (en) | Method of measuring depth of damage of wafer | |
| Watkins | A phase-stepped spectroscopic ellipsometer | |
| JP4260683B2 (ja) | エリプソメータ、偏光状態取得方法および光強度取得方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 20831557 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20831557 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |