特許 7363127 半導体ウェーハの厚み測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-10

(45)【発行日】2023-10-18

(54)【発明の名称】半導体ウェーハの厚み測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/06 20060101AFI20231011BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20231011BHJP

【ＦＩ】

G01B11/06 G

H01L21/66 P

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019118692

(22)【出願日】2019-06-26

(65)【公開番号】P2021004795

(43)【公開日】2021-01-14

【審査請求日】2021-06-28

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】302006854

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100165696

【弁理士】

【氏名又は名称】川原 敬祐

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 裕司

(72)【発明者】

【氏名】木原 誉之

(72)【発明者】

【氏名】高梨 啓一

【審査官】眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－２０９９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２７７２１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４６４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０１４８００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１７２９７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体ウェーハの両面研磨工程以降で、かつ、最終仕上げ片面研磨を行う直前又は前記半導体ウェーハにエピタキシャル層を形成する直前で、所定温度に保持された前記半導体ウェーハが、前記所定温度とは異なる温度の測定環境に置かれた状態において、前記半導体ウェーハの面内の複数点において順次、前記半導体ウェーハの厚みを測定することを含む、半導体ウェーハの厚み測定方法であって、
各点における前記半導体ウェーハの厚みの測定は、
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所定位置に照射する第１工程と、
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工程と、
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、
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、
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第５工程と、
を含み、
前記半導体ウェーハの温度が前記半導体ウェーハの屈折率に与える影響に関する情報を予め求め、
各点における前記半導体ウェーハの厚みの測定では、前記所定位置での前記半導体ウェーハの温度を測定し、
前記情報と、測定した前記半導体ウェーハの温度とに基づいて、前記第５工程で用いる前記半導体ウェーハの屈折率の値を決定し、
前記情報は、テスト用半導体ウェーハを種々の温度に設定して求めた、前記テスト用半導体ウェーハの温度と、前記テスト用半導体ウェーハの屈折率との関係であり、当該関係は、
［１］屈折率に依存しない方法で、ある温度における前記テスト用半導体ウェーハの厚みｔ _０ を測定し、
［２］前記第１工程から前記第５工程からなる分光干渉方式を用いて、ある基準温度で前記テスト用半導体ウェーハの厚みを測定し、その際、前記分光干渉方式による前記基準温度での厚み測定値が、前記厚みｔ _０ と等しくなるように、前記第５工程で用いる屈折率の値ｎ _０ を設定し、
［３］前記第１工程から前記第５工程からなる分光干渉方式を用いて、前記基準温度＋Ａ（℃）で前記テスト用半導体ウェーハの厚みを測定し、その際、前記分光干渉方式による前記基準温度＋Ａ（℃）での厚み測定値が、「前記厚みｔ _０ ＋熱膨張係数を考慮した厚み差分（Ａ＞０の場合には厚み増加分、Ａ＜０の場合には厚み減少分）」と等しくなるように、前記第５工程で用いる屈折率の値ｎ _１ を設定し、
［４］前記Ａを種々の値に設定して、種々の温度における前記第５工程で用いる前記屈折率の値ｎ _ｉ を決定し、
［５］前記［２］～［４］で得られた種々の温度における前記屈折率の値ｎ _ｉ （ｉはゼロ以上の自然数）に基づいて、前記テスト用半導体ウェーハの温度と屈折率の関係式を求める
ことにより求めることを特徴とする半導体ウェーハの厚み測定方法。

【請求項2】

前記決定は、前記半導体ウェーハの面内での温度の差異に起因する前記半導体ウェーハの厚み測定値のばらつきを補償する、請求項１に記載の半導体ウェーハの厚み測定方法。

【請求項3】

前記情報は、前記テスト用半導体ウェーハの温度と、前記テスト用半導体ウェーハの屈折率との関係から求めた、単位温度あたりの屈折率の変動量である、請求項１又は２に記載の半導体ウェーハの厚み測定方法。

【請求項4】

前記テスト用半導体ウェーハは、前記半導体ウェーハと同一であるか、前記半導体ウェーハと同じ抵抗率を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの厚み測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－２９４１５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【0005】

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。

【0006】

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。

【0007】

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。

【0008】

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。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決すべく、本発明者らは鋭意研究を進め、以下の知見を得た。すなわち、半導体ウェーハの温度が半導体ウェーハの屈折率に与える影響に関する情報を予め求めておくことを着想した。そして、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、各測定位置での半導体ウェーハの温度を測定し、前記情報と、測定した半導体ウェーハの温度とに基づいて、各測定位置での厚み測定値の算出に用いる半導体ウェーハの屈折率の値を決定すれば、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ことを見出した。

【0010】

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）所定の帯域幅を有する赤外光を半導体ウェーハの表面の所定位置に照射する第１工程と、
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工程と、
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、
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、
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第５工程と、
を前記半導体ウェーハの面内の複数点で行う半導体ウェーハの厚み測定方法であって、
前記半導体ウェーハの温度が前記半導体ウェーハの屈折率に与える影響に関する情報を予め求め、
前記所定位置での前記半導体ウェーハの温度を測定し、
前記情報と、測定した前記半導体ウェーハの温度とに基づいて、前記第５工程で用いる前記半導体ウェーハの屈折率の値を決定することを特徴とする半導体ウェーハの厚み測定方法。

【0011】

（２）前記決定は、前記半導体ウェーハの面内での温度の差異に起因する前記半導体ウェーハの厚み測定値のばらつきを補償する、上記（１）に記載の半導体ウェーハの厚み測定方法。

【0012】

（３）前記情報は、テスト用半導体ウェーハを種々の温度に設定して求めた、前記テスト用半導体ウェーハの温度と、前記テスト用半導体ウェーハの屈折率との関係である、上記（１）又は（２）に記載の半導体ウェーハの厚み測定方法。

【0013】

（４）前記情報は、前記テスト用半導体ウェーハの温度と、前記テスト用半導体ウェーハの屈折率との関係から求めた、単位温度あたりの屈折率の変動量である、上記（３）に記載の半導体ウェーハの厚み測定方法。

【0014】

（５）前記テスト用半導体ウェーハは、前記半導体ウェーハと同一であるか、前記半導体ウェーハと同じ抵抗率を有する、上記（３）又は（４）に記載の半導体ウェーハの厚み測定方法。

【0015】

（６）半導体ウェーハを載置する台座と、
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、
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、
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、
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第５工程と、
を行う演算部と、
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、前記第１工程から前記第５工程を前記半導体ウェーハの面内の複数点で行う半導体ウェーハの厚み測定システムであって、
前記半導体ウェーハの温度が前記半導体ウェーハの屈折率に与える影響に関する情報を記憶したメモリと、
前記所定位置での前記半導体ウェーハの温度を測定する温度センサと、
をさらに有し、
前記演算部は、前記メモリに記憶された前記情報と、前記温度センサにより測定された前記半導体ウェーハの温度とに基づいて、前記第５工程で用いる前記半導体ウェーハの屈折率の値を決定することを特徴とする半導体ウェーハの厚み測定システム。

【0016】

（７）前記決定は、前記半導体ウェーハの面内での温度の差異に起因する前記半導体ウェーハの厚み測定値のばらつきを補償する、上記（６）に記載の半導体ウェーハの厚み測定システム。

【0017】

（８）前記情報は、テスト用半導体ウェーハを種々の温度に設定して求めた、前記テスト用半導体ウェーハの温度と、前記テスト用半導体ウェーハの屈折率との関係である、上記（６）又は（７）に記載の半導体ウェーハの厚み測定システム。

【0018】

（９）前記情報は、前記テスト用半導体ウェーハの温度と、前記テスト用半導体ウェーハの屈折率との関係から求めた、単位温度あたりの屈折率の変動量である、上記（８）に記載の半導体ウェーハの厚み測定システム。

【0019】

（１０）前記テスト用半導体ウェーハは、前記半導体ウェーハと同一であるか、前記半導体ウェーハと同じ抵抗率を有する、上記（８）又は（９）に記載の半導体ウェーハの厚み測定システム。

【発明の効果】

【0020】

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。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】分光干渉方式の厚み測定装置１０の構成を示す模式図である。

【図2】シリコンウェーハの温度を経時的に変動させた場合の、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値の変動を示すグラフである。

【図3】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4】図２の試験で用いたシリコンウェーハについて求めた、シリコンウェーハの温度とシリコンウェーハの屈折率との関係を示すグラフである。

【図5】比較例による厚み測定システム１００の構成を示す模式図である。

【図6】シリコンウェーハの面内厚み分布の測定方法の一例を示す図である。

【図7】本発明の一実施形態による厚み測定システム２００の構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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。

【0023】

本実施形態のシリコンウェーハの厚み測定方法は、分光干渉方式を用いるものであり、以下の工程を有する。
（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。
（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。
（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。
（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。
（第５工程）
シリコンウェーハの厚みに相当する光路長を、シリコンウェーハの屈折率で除することによって、前記所定位置でのシリコンウェーハの厚み測定値を得る。

【0024】

以上の第１工程から第５工程をシリコンウェーハの面内の複数点で行う。

【0025】

図１を参照して、本実施形態の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で用いる分光干渉方式の厚み測定装置１０の構成を説明する。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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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）。そして、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、前記測定点でのシリコンウェーハの厚み測定値ｔを得る（第５工程）。

【0029】

具体例として、演算部１６では、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を算出する。

【0030】

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把握することに成功した。以下に、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。

【0031】

図２に、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＝０．０６９５ｘ＋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。

【0032】

そこで本発明者らは、シリコンウェーハの温度と屈折率との関係を求めることを試みた。そして、以下の方法で、シリコンウェーハの温度と屈折率との関係を求めることに成功した。
［１］まず、屈折率に依存しない方法で、ある温度のシリコンウェーハの厚みｔ₀を測定する。屈折率に依存しない方法としては、例えば、ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ社製 Ｗａｆｅｒ Ｓｉｇｈｔを用いてシリコンウェーハの厚みを測定することが挙げられる。
［２］次に、上記第１工程から第５工程からなる分光干渉方式を用いて、ある基準温度（例えば３０℃）でシリコンウェーハの厚みを測定する。その際、分光干渉方式による当該基準温度での厚み測定値が、屈折率に依存しない方法による上記厚み測定値ｔ₀と等しくなるように、第５工程で用いる屈折率の値ｎ₀を設定する。
［３］次に、基準温度＋Ａ（℃）の屈折率については、以下のようにして求める。すなわち、上記第１工程から第５工程からなる分光干渉方式を用いて、基準温度＋Ａ（℃）でシリコンウェーハの厚みを測定する。その際、分光干渉方式による基準温度＋Ａ（℃）での厚み測定値が、「屈折率に依存しない方法による上記厚み測定値ｔ₀＋熱膨張係数を考慮した厚み差分（Ａ＞０の場合には厚み増加分、Ａ＜０の場合には厚み減少分）」と等しくなるように、第５工程で用いる屈折率の値ｎ₁を設定する。
［４］Ａを種々の値に設定して、種々の温度における第５工程で用いる屈折率の値ｎ_iを決定する。
［５］上記［２］～［４］で得られた種々の温度における屈折率の値ｎ_i（ｉはゼロ以上の自然数）に基づいて、シリコンウェーハの温度と屈折率の関係式を求める。
このようにして求めた、上記実験例で用いたシリコンウェーハの温度と屈折率の関係を、図４に示す。図４におけるシリコンウェーハの温度と屈折率の関係式は、横軸ｘ：ウェーハ温度、縦軸ｙ：ウェーハの屈折率として、ｙ＝０．０００３５ｘ＋３．８５１７３となった。なお、屈折率に依存しない方法でシリコンウェーハの厚みを測定する際のシリコンウェーハの温度は、上記基準温度と同じでもよいし、任意の温度でもよい。なぜならば、本発明は、ある温度での真の屈折率を求めることが目的ではなく、屈折率の相対的な温度依存性を求めて、これを用いて複数の測定点間での厚み測定値の相対的なばらつきを抑制することが目的だからである。

【0033】

シリコンウェーハの温度と屈折率との関係の求め方としては、以下の方法も挙げることができる。
［１］まず、屈折率に依存しない方法で、種々の温度でのシリコンウェーハの厚みを測定する。屈折率に依存しない方法としては、例えば、ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ社製 Ｗａｆｅｒ Ｓｉｇｈｔを用いてシリコンウェーハの厚みを測定することが挙げられる。
［２］次に、上記第１工程から第５工程からなる分光干渉方式を用いて、上記種々の温度でシリコンウェーハの厚みを測定する。その際、分光干渉方式による各温度での厚み測定値が、屈折率に依存しない方法による各温度での厚み測定値と等しくなるように、第５工程で用いる屈折率の値ｎ_iを設定する。このようにして、種々の温度における第５工程で用いる屈折率の値ｎ_iを決定する。
［３］上記［２］で得られた種々の温度における屈折率の値ｎ_iに基づいて、シリコンウェーハの温度と屈折率の関係式を求める。

【0034】

シリコンウェーハの温度と屈折率との関係の求め方としては、以下の方法も挙げることができる。
［１］まず、基準となる屈折率ｎ₀（例えば、従来の設定値と同様に３．８６２２３）を設定する。
［２］次に、上記第１工程から第５工程からなる分光干渉方式を用いて、種々の温度でシリコンウェーハの厚みｔ_iを測定する。その際、第５工程で用いる屈折率の値は、上記基準値ｎ₀とする。これにより、シリコンウェーハの温度と厚み測定値との関係式（つまり、図３の検量線）を求めることができる。
［３］測定された種々の厚み測定値ｔ_iの中で、ある基準温度（例えば３０℃）における厚み測定値を基準厚みｔ₀とする。
［４］基準厚みｔ₀を各温度での厚み測定値ｔ_iと一致させるために必要な屈折率の値を求め、これを各温度における屈折率の値ｎ_iとする。このようにして、種々の温度における第５工程で用いる屈折率の値ｎ_iを決定する。
［５］上記［４］で得られた種々の温度における屈折率の値ｎ_iに基づいて、シリコンウェーハの温度と屈折率の関係式を求める。

【0035】

そこで、本実施形態のシリコンウェーハの厚み測定方法では、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際に、各測定点でのシリコンウェーハの温度を測定し、図４に示す情報と、測定したシリコンウェーハの温度とに基づいて、第５工程で用いるシリコンウェーハの屈折率を決定することが特徴である。具体的には、以下のような決定方法が挙げられる。

【0036】

第１の方法として、図４におけるシリコンウェーハの温度と屈折率の関係は、横軸ｘ：ウェーハ温度、縦軸ｙ：ウェーハの屈折率として、ｙ＝０．０００３５ｘ＋３．８５１７３となる。そこで、ある測定点のシリコンウェーハの温度がＴの場合、ｘ＝Ｔを代入した屈折率ｙの値を用いて、厚み測定値を算出する。このようにすれば、シリコンウェーハの面内での温度の差異に起因するシリコンウェーハの厚み測定値のばらつきを補償することができる。つまり、このようにしてシリコンウェーハの厚みを面内の複数点において測定することによって、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。

【0037】

第２の方法として、図４における単位温度あたりの屈折率の変動量（０．０００３５／℃）のみを用いることもできる。ある基準温度（例えば３０℃）におけるシリコンウェーハの屈折率を、基準値として任意の値（例えば、従来の設定値と同様に３．８６２２３）に設定する。次に、この基準温度との温度差ΔＴ＝Ａ（℃）におけるシリコンウェーハの屈折率を、以下のように決定する。
Ａ（℃）における屈折率＝基準値＋０．０００３５（／℃）×Ａ（℃）
つまり、ΔＴ＝１℃（例えば３１℃）における屈折率は、基準値に０．０００３５を加えた値とし、ΔＴ＝－１℃（例えば２９℃）における屈折率は、基準値から０．０００３５を引いた値とする。この方法でも、屈折率の温度依存性に起因する複数の測定点間での厚み測定値の相対的なばらつきを抑制することができる。

【0038】

すなわち、本発明では、シリコンウェーハの温度がシリコンウェーハの屈折率に与える影響に関する情報を予め求め、各測定点でのシリコンウェーハの温度を測定し、前記情報と、測定したシリコンウェーハの温度とに基づいて、第５工程で用いるシリコンウェーハの屈折率を決定することを特徴とする。このようにすれば、シリコンウェーハの面内での温度の差異に起因するシリコンウェーハの厚み測定値のばらつきを補償することができる。つまり、このようにしてシリコンウェーハの厚みを面内の複数点において測定することによって、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。

【0039】

ここで、「シリコンウェーハの温度がシリコンウェーハの屈折率に与える影響に関する情報」は、図４に示したように、テスト用シリコンウェーハを種々の温度に設定して求めた、テスト用シリコンウェーハの温度と、テスト用シリコンウェーハの屈折率との関係であることが好ましく、さらに、この関係から求めた、単位温度あたりの屈折率の変動量（上記の例であれば、０．０００３５／℃）であることが好ましい。

【0040】

なお、図４の関係における、傾き「０．０００３５／℃」は、用いるテスト用シリコンウェーハの抵抗率に依存する。そのため、測定の精度を十分に得る観点から、テスト用シリコンウェーハは、複数点で厚み測定を行おうとするシリコンウェーハ（以下、「測定対象シリコンウェーハ」と称する。）と同一であるか、当該測定対象シリコンウェーハと同じ抵抗率を有するものとすることが好ましい。つまり、測定対象シリコンウェーハを用いて、予め図４に示す関係を求めておいてもよいし、当該測定対象シリコンウェーハと同じ抵抗率を有するテスト用シリコンウェーハを用いて、図４に示す関係を求めてもよい。

【0041】

なお、テスト用シリコンウェーハの抵抗率は、測定対象シリコンウェーハの抵抗率と同一であることには限定されない。ただし、測定対象シリコンウェーハの抵抗率がｐ－（１Ωｃｍ以上）である場合には、テスト用シリコンウェーハの抵抗率もｐ－の範囲であることが好ましい。また、ｐ＋（０．０１Ωｃｍ以上１Ωｃｍ未満）、ｐ＋＋（０．００１Ωｃｍ以上０．０１Ωｃｍ未満）の場合には、５ｍΩｃｍごとに抵抗率の範囲を区分した上で、テスト用シリコンウェーハの抵抗率と測定対象シリコンウェーハの抵抗率が、同一区分に属するようにすることが好ましい。また、テスト用シリコンウェーハと測定対象シリコンウェーハは、同一の伝導型（ｐ型又はｎ型）であることが好ましい。

【0042】

次に、シリコンウェーハの面内厚み分布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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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のターンテーブルの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の面内の任意の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。

【0047】

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６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。

【0048】

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の構成を有することに加えて、以下の構成を有する。

【0049】

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の温度を測定する温度センサ３０を有する。温度センサ３０としては、例えば放射温度計を挙げることができるが、測定点でのシリコンウェーハＷの温度を測定することができるものであれば、特に限定されず、例えば半導体の吸収端の温度依存性から温度を測定する方法を採用することもできる。本実施形態では、測定点、すなわち、赤外線の照射位置の温度を測定できるように、温度センサ３０は、厚み測定装置１０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１０のセンサヘッド内に温度センサを内蔵する構成でもよい。

【0050】

さらに、厚み測定システム２００は、予め求めた図４の関係式や、単位温度あたりの屈折率の変動量など、シリコンウェーハの温度がシリコンウェーハの屈折率に与える影響に関する情報を記憶したメモリ（図示せず）を有する。

【0051】

そして、厚み測定装置１０の演算部１６は、メモリに記憶された情報と、温度センサ３０により測定されたシリコンウェーハＷの温度とに基づいて、第５工程で用いるシリコンウェーハの屈折率の値を決定する。本実施形態では、このようにしてシリコンウェーハの厚みを面内の複数点において測定することによって、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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【産業上の利用可能性】

【0054】

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。

【符号の説明】

【0055】

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
３０ 温度センサ
Ｗ シリコンウェーハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】