JP7363127B2 - How to measure the thickness of semiconductor wafers - Google Patents
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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。 The present invention relates to a semiconductor wafer thickness measurement method and a semiconductor wafer thickness measurement system using a spectral interference method.
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。
For example, a technique for measuring the thickness of a semiconductor wafer such as a silicon wafer using a spectral interference type thickness measuring device as described in Patent Document 1 is conventionally known. Referring to FIG. 1, the principle of measuring the thickness of a silicon wafer using a general spectral interference type
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。 Here, the refractive index n has temperature dependence. Therefore, the optical path length nt corresponding to the thickness of the silicon wafer measured by the spectral interference method takes different values depending on the temperature of the silicon wafer at the time of measurement. Therefore, if the measured thickness t of a silicon wafer is calculated using a fixed value as the set value of the refractive index n, the measured thickness t will also vary depending on the temperature of the silicon wafer at the time of measurement. .
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。 In this way, in order to prevent the thickness measurement value from varying due to the difference in refractive index depending on the temperature of the silicon wafer, it is necessary to maintain the temperature of the measurement environment constant and to One idea is to keep the temperature as constant as possible. However, the present inventors have found that there are situations in which such measures are not effective in terms of the accuracy of thickness measurement and the time required to complete thickness measurement.
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。 This is a case where thickness measurement using a spectral interference method is performed sequentially at multiple points within the plane of a silicon wafer. When a silicon wafer held at a certain temperature is placed in a measurement environment with a different temperature, the temperature of the silicon wafer changes in a complicated manner over time at each position within the plane, so the in-plane temperature distribution of the silicon wafer becomes non-uniform. It takes a considerable amount of time until this in-plane temperature distribution becomes uniform and the temperature at each position becomes stable.
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。 If you start thickness measurement when there are still temperature variations within the surface, the thickness measurement value at a certain measurement point measured at a certain time and the thickness measurement value at another measurement point measured at a different time may differ. There will be variations in measured values between them due to differences in refractive index. That is, sufficient relative accuracy of thickness measurements between multiple measurement points cannot be obtained. On the other hand, if thickness measurement is started after the temperature of the silicon wafer has stabilized, it will take a long time to complete the measurement, making it impossible to improve the productivity of the silicon wafer. Such a problem applies not only to silicon wafers but also to semiconductor wafers in general whose refractive index has temperature dependence and whose thickness can be measured using a spectral interference method.
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。 In view of the above-mentioned problems, the present invention is capable of suppressing variations in thickness measurement values due to in-plane temperature variations when measuring the thickness of a semiconductor wafer at multiple points in a plane using a spectral interference method in a short time. An object of the present invention is to provide a method for measuring the thickness of a semiconductor wafer and a system for measuring the thickness of a semiconductor wafer.
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。 In order to solve the above problems, the present inventors conducted extensive research and obtained the following knowledge. That is, the idea was to obtain information about the influence of the temperature of the semiconductor wafer on the refractive index of the semiconductor wafer in advance. Then, when measuring the thickness of the semiconductor wafer at multiple points in the plane using the spectral interference method, the temperature of the semiconductor wafer at each measurement position is measured, and based on the above information and the measured temperature of the semiconductor wafer, It has been found that by determining the refractive index value of the semiconductor wafer used to calculate the thickness measurement value at each measurement position, it is possible to suppress variations in the thickness measurement value due to in-plane temperature variation.
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。
The gist of the present invention, which was completed based on the above knowledge, is as follows.
(1) A first step of irradiating a predetermined position on the surface of a semiconductor wafer with infrared light having a predetermined bandwidth;
Interference between a first reflected light produced by the infrared light reflected on the front surface of the semiconductor wafer and a second reflected light produced by the infrared light transmitted through the semiconductor wafer and reflected by the back surface of the semiconductor wafer. a second step of detecting light;
a third step of obtaining a spectroscopic spectrum of the interference light detected in the second step;
a fourth step of performing waveform analysis on the optical spectrum to obtain an optical path length corresponding to the thickness of the semiconductor wafer at the predetermined position;
a fifth step of obtaining a thickness measurement value of the semiconductor wafer at the predetermined position by dividing an optical path length corresponding to the thickness of the semiconductor wafer by a refractive index of the semiconductor wafer;
A method for measuring the thickness of a semiconductor wafer at multiple points within the plane of the semiconductor wafer, the method comprising:
Obtaining information regarding the influence of the temperature of the semiconductor wafer on the refractive index of the semiconductor wafer in advance,
measuring the temperature of the semiconductor wafer at the predetermined position;
A method for measuring the thickness of a semiconductor wafer, characterized in that a value of the refractive index of the semiconductor wafer used in the fifth step is determined based on the information and the measured temperature of the semiconductor wafer.
（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。 (2) The method for measuring the thickness of a semiconductor wafer according to (1) above, wherein the determination compensates for variations in the measured thickness of the semiconductor wafer due to differences in temperature within the plane of the semiconductor wafer.
（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。 (3) The information is the relationship between the temperature of the test semiconductor wafer and the refractive index of the test semiconductor wafer, which is obtained by setting the test semiconductor wafer at various temperatures, or The method for measuring the thickness of a semiconductor wafer according to (2).
（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。 (4) The information described in (3) above is the amount of variation in the refractive index per unit temperature obtained from the relationship between the temperature of the test semiconductor wafer and the refractive index of the test semiconductor wafer. A method for measuring the thickness of semiconductor wafers.
（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。 (5) The method for measuring the thickness of a semiconductor wafer according to (3) or (4), wherein the test semiconductor wafer is the same as the semiconductor wafer or has the same resistivity as the semiconductor wafer.
（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。
(6) a pedestal on which a semiconductor wafer is placed;
an optical unit that performs a first step of irradiating infrared light having a predetermined bandwidth to a predetermined position on the surface of the semiconductor wafer;
Interference between a first reflected light produced by the infrared light reflected on the front surface of the semiconductor wafer and a second reflected light produced by the infrared light transmitted through the semiconductor wafer and reflected by the back surface of the semiconductor wafer. a detection unit that performs a second step of detecting light;
a third step of obtaining a spectroscopic spectrum of the interference light detected by the detection unit;
a fourth step of performing waveform analysis on the optical spectrum to obtain an optical path length corresponding to the thickness of the semiconductor wafer at the predetermined position;
a fifth step of obtaining a thickness measurement value of the semiconductor wafer at the predetermined position by dividing an optical path length corresponding to the thickness of the semiconductor wafer by a refractive index of the semiconductor wafer;
an arithmetic unit that performs
a mechanism for moving the relative position of the optical unit and the semiconductor wafer, wherein the predetermined position can be set at a plurality of points within the plane of the semiconductor wafer;
A semiconductor wafer thickness measurement system that performs the first step to the fifth step at multiple points within the surface of the semiconductor wafer,
a memory storing information regarding the influence of the temperature of the semiconductor wafer on the refractive index of the semiconductor wafer;
a temperature sensor that measures the temperature of the semiconductor wafer at the predetermined position;
It further has
The calculation unit determines a value of the refractive index of the semiconductor wafer used in the fifth step based on the information stored in the memory and the temperature of the semiconductor wafer measured by the temperature sensor. A semiconductor wafer thickness measurement system featuring:
（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。 (7) The semiconductor wafer thickness measurement system according to (6), wherein the determination compensates for variations in the thickness measurement values of the semiconductor wafer due to differences in temperature within the plane of the semiconductor wafer.
（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。 (8) The information is the relationship between the temperature of the test semiconductor wafer and the refractive index of the test semiconductor wafer, which is obtained by setting the test semiconductor wafer at various temperatures, or The semiconductor wafer thickness measurement system according to (7).
（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。 (9) The information described in (8) above is the amount of variation in the refractive index per unit temperature, determined from the relationship between the temperature of the test semiconductor wafer and the refractive index of the test semiconductor wafer. Semiconductor wafer thickness measurement system.
（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。 (10) The semiconductor wafer thickness measurement system according to (8) or (9), wherein the test semiconductor wafer is the same as the semiconductor wafer or has the same resistivity as the semiconductor wafer.
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。 According to the semiconductor wafer thickness measurement method and semiconductor wafer thickness measurement system of the present invention, when the thickness of a semiconductor wafer is measured at multiple points in a plane using a spectral interference method in a short time, It is possible to suppress variations in thickness measurement values.
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。 Hereinafter, a silicon wafer thickness measuring method and a silicon wafer thickness measuring system according to an embodiment of the present invention will be described.
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。
The silicon wafer thickness measuring method of this embodiment uses a spectral interference method and includes the following steps.
(1st step)
Infrared light having a predetermined bandwidth is irradiated onto a predetermined position (measurement point) on the surface of a silicon wafer.
(Second process)
Interference light between a first reflected light resulting from infrared light reflected on the front surface of the silicon wafer and a second reflected light resulting from infrared light transmitted through the silicon wafer and reflected from the back surface of the silicon wafer is detected.
(Third step)
A spectrum of the interference light detected in the second step is obtained.
(4th step)
A waveform analysis of the optical spectrum is performed to obtain an optical path length corresponding to the thickness of the silicon wafer at the predetermined position.
(5th step)
By dividing the optical path length corresponding to the thickness of the silicon wafer by the refractive index of the silicon wafer, a measured value of the thickness of the silicon wafer at the predetermined position is obtained.
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。 The above first to fifth steps are performed at multiple points within the plane of the silicon wafer.
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。
Referring to FIG. 1, the configuration of a spectral interference type
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。 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. Although FIG. 1 shows an example of irradiating infrared light with a wavelength of 1260 to 1360 nm and a bandwidth of 100 nm, the invention is not limited to this. Infrared light within a range of ~200 nm may be irradiated. Such an optical unit 12 may preferably include a wavelength tunable laser, but is not limited to this, and may also be an SLD (Super Luminescent Diode) that can simultaneously irradiate infrared light in a wide wavelength band. Good too.
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。 The detection unit 14 includes a light receiving element such as a CCD, and performs the second step of detecting interference light between the first reflected light and the second reflected light.
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）。 The calculation unit 16 calculates the difference in 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 the spectrum of the interference light detected by the detection unit 14, which is illustrated in the graph on the left side of FIG. 1 (third step). Next, the calculation unit 16 performs waveform analysis of the spectroscopic spectrum to determine the optical path length nt corresponding to the thickness of the silicon wafer at the measurement point (fourth step). Then, by dividing the optical path length nt corresponding to the thickness of the silicon wafer by the refractive index n of the silicon wafer, a measured value t of the thickness of the silicon wafer at the measurement point is obtained (fifth step).
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。 As a specific example, the calculation unit 16 performs a Fourier transform on the spectrum of the interference light (graph on the left side of FIG. 1), and the horizontal axis represents the optical path length nd (n: refractive index, d: distance), and the vertical axis represents the optical intensity. get the graph of The horizontal axis of this graph is the "distance d" obtained by dividing the horizontal axis "optical path length nd" by the set value of the refractive index n of the silicon wafer (for example, 3.86223). This is a graph of The distance between adjacent peaks in this graph is the measured thickness of the silicon wafer. That is, 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 measured thickness t of the silicon wafer can be obtained. Normally, the calculation unit 16 calculates the measured thickness t of the silicon wafer using a constant value as the set value of the refractive index n as described above.
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。 The present inventors succeeded in understanding the influence of the temperature of a silicon wafer on the measured thickness of the silicon wafer. An experimental example is shown below. The thickness at the in-plane center point of a double-sided polished silicon wafer (target thickness: 775 μm, diameter: 300 mm, dopant: boron, resistivity: p-) was measured over time under the following conditions using a spectroscopic interference thickness measuring device. was measured. At that time, the temperature was intentionally varied by blowing hot air onto the silicon wafer. Note that the temperature of the silicon wafer was measured with a thermocouple attached to the surface. Note that the set value of the refractive index was 3.86223.
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。 FIG. 2 shows the variation in temperature and thickness measurements of a silicon wafer. As is clear from FIG. 2, the measured thickness values also fluctuate in synchronization with the fluctuations in the temperature of the silicon wafer. FIG. 3 is a graph created based on the graph of FIG. 2 showing the relationship between the temperature and the measured thickness of a silicon wafer. It can be seen from FIG. 3 that there is a strong positive correlation between the temperature and the measured thickness of the silicon wafer. Horizontal axis x: wafer temperature, vertical axis y: wafer thickness measurement value, y = 0.0695x + 757.53, and in this experimental example, the thickness measurement value is 0.0695 μm (69 .5 nm). Since the increase in thickness due to thermal expansion of a silicon wafer is about 10 nm per 1°C of temperature, this variation in the measured thickness does not reflect only the actual thickness variation, but is due to temperature variation. This is considered to be an error. In other words, this variation in the thickness measurement value is considered to be due to the temperature dependence of the refractive index.
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ｎi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ｎi（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。
Therefore, the present inventors attempted to determine the relationship between the temperature and refractive index of a silicon wafer. They succeeded in determining the relationship between the temperature and refractive index of a silicon wafer using the following method.
[1] First, the thickness t 0 of a silicon wafer at a certain temperature is measured by a method that does not depend on the refractive index. An example of a method that does not depend on the refractive index is to measure the thickness of a silicon wafer using Wafer Sight manufactured by KLA-Tencor.
[2] Next, the thickness of the silicon wafer is measured at a certain reference temperature (for example, 30° C.) using a spectral interference method consisting of the first to fifth steps described above. At that time, the refractive index value n 0 used in the fifth step is set so that the thickness measurement value at the reference temperature by the spectral interference method is equal to the thickness measurement value t 0 by the method independent of the refractive index. .
[3] Next, the refractive index at reference temperature + A (° C.) is determined as follows. That is, the thickness of the silicon wafer is measured at a reference temperature + A (° C.) using a spectral interference method consisting of the first to fifth steps described above. At that time, the thickness measurement value at the reference temperature + A (℃) by the spectral interference method is calculated as "the above thickness measurement value t 0 by a method that does not depend on the refractive index + the thickness difference considering the coefficient of thermal expansion (if A >0)" The value n 1 of the refractive index used in the fifth step is set so that it is equal to the increase in thickness and the decrease in thickness if A<0).
[4] Setting A to various values, determine the refractive index value n i to be used in the fifth step at various temperatures.
[5] Based on the refractive index values n i (i is a natural number greater than or equal to zero) at various temperatures obtained in [2] to [4] above, determine the relational expression between the temperature and refractive index of the silicon wafer.
The relationship between the temperature and refractive index of the silicon wafer used in the above experimental example, determined in this way, is shown in FIG. The relational expression between the temperature of the silicon wafer and the refractive index in FIG. 4 is y=0.00035x+3.85173, where the horizontal axis x is the wafer temperature and the vertical axis y is the refractive index of the wafer. Note that the temperature of the silicon wafer when measuring the thickness of the silicon wafer by a method that does not depend on the refractive index may be the same as the reference temperature, or may be any temperature. This is because the purpose of the present invention is not to determine the true refractive index at a certain temperature, but to determine the relative temperature dependence of the refractive index and use this to determine the thickness measurement values between multiple measurement points. This is because the purpose is to suppress the relative dispersion of.
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ｎi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ｎi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ｎi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。
The following method can also be used to determine the relationship between the temperature and refractive index of a silicon wafer.
[1] First, the thickness of a silicon wafer is measured at various temperatures using a method that does not depend on the refractive index. An example of a method that does not depend on the refractive index is to measure the thickness of a silicon wafer using Wafer Sight manufactured by KLA-Tencor.
[2] Next, the thickness of the silicon wafer is measured at the various temperatures described above using a spectral interference method consisting of the first to fifth steps. At that time, the refractive index value n i used in the fifth step is set so that the thickness measured at each temperature using the spectral interference method is equal to the thickness measured at each temperature using a method that does not depend on the refractive index. . In this way, the refractive index values n i used in the fifth step at various temperatures are determined.
[3] Based on the refractive index values n i at various temperatures obtained in [2] above, a relational expression between the temperature and refractive index of the silicon wafer is determined.
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ｔi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ｔi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ｔi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ｎi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ｎi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ｎi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。
The following method can also be used to determine the relationship between the temperature and refractive index of a silicon wafer.
[1] First, a reference refractive index n 0 (for example, 3.86223 like the conventional setting value) is set.
[2] Next, the thickness t i of the silicon wafer is measured at various temperatures using a spectral interference method consisting of the first to fifth steps described above. At that time, the value of the refractive index used in the fifth step is set to the above reference value n 0 . Thereby, the relational expression between the temperature of the silicon wafer and the measured thickness value (that is, the calibration curve in FIG. 3) can be determined.
[3] Among the various thickness measurements t i , a thickness measurement value at a certain reference temperature (for example, 30° C.) is defined as a reference thickness t 0 .
[4] Find the refractive index value necessary to match the reference thickness t 0 with the thickness measurement value t i at each temperature, and use this as the refractive index value n i at each temperature. In this way, the refractive index values n i used in the fifth step at various temperatures are determined.
[5] Based on the refractive index values n i at various temperatures obtained in [4] above, a relational expression between the temperature and refractive index of the silicon wafer is determined.
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。 Therefore, in the silicon wafer thickness measurement method of the present embodiment, when obtaining thickness measurement values at multiple measurement points within the plane of the silicon wafer, the temperature of the silicon wafer at each measurement point is measured, as shown in FIG. The feature is that the refractive index of the silicon wafer used in the fifth step is determined based on the information and the measured temperature of the silicon wafer. Specifically, the following determination methods can be used.
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。 As a first method, the relationship between the temperature and the refractive index of the silicon wafer in FIG. 4 is y=0.00035x+3.85173, where the horizontal axis x is the wafer temperature and the vertical axis y is the refractive index of the wafer. Therefore, when the temperature of the silicon wafer at a certain measurement point is T, the thickness measurement value is calculated using the value of the refractive index y by substituting x=T. In this way, it is possible to compensate for variations in the measured thickness of the silicon wafer due to differences in temperature within the plane of the silicon wafer. That is, by measuring the thickness of the silicon wafer at multiple points within the plane in this manner, it is possible to suppress variations in the measured thickness values due to variations in temperature within the plane.
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。
As a second method, only the variation amount of the refractive index per unit temperature (0.00035/° C.) in FIG. 4 can be used. The refractive index of a silicon wafer at a certain reference temperature (for example, 30° C.) is set to an arbitrary value (for example, 3.86223 like the conventional setting value) as a reference value. Next, the refractive index of the silicon wafer at the temperature difference ΔT=A (° C.) from this reference temperature is determined as follows.
Refractive index at A (°C) = reference value + 0.00035 (/°C) × A (°C)
In other words, the refractive index at ΔT = 1°C (for example, 31°C) is the reference value plus 0.00035, and the refractive index at ΔT = -1°C (for example, 29°C) is 0.00035 from the reference value. It is the value after subtracting it. With this method as well, it is possible to suppress relative variations in thickness measurement values between a plurality of measurement points due to the temperature dependence of the refractive index.
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。 That is, in the present invention, information regarding the influence of the temperature of the silicon wafer on the refractive index of the silicon wafer is obtained in advance, the temperature of the silicon wafer at each measurement point is measured, and the above information and the measured temperature of the silicon wafer are used. Based on this, the refractive index of the silicon wafer used in the fifth step is determined. In this way, it is possible to compensate for variations in the measured thickness of the silicon wafer due to differences in temperature within the plane of the silicon wafer. That is, by measuring the thickness of the silicon wafer at multiple points within the plane in this manner, it is possible to suppress variations in the measured thickness values due to variations in temperature within the plane.
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。 Here, "information regarding the influence of the temperature of the silicon wafer on the refractive index of the silicon wafer" is obtained by setting the test silicon wafer at various temperatures, as shown in Figure 4. It is preferable that the relationship is between temperature and the refractive index of the test silicon wafer, and further, the amount of variation in the refractive index per unit temperature determined from this relationship (0.00035/°C in the above example) It is preferable that
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。 Note that the slope "0.00035/°C" in the relationship shown in FIG. 4 depends on the resistivity of the test silicon wafer used. Therefore, from the perspective of obtaining sufficient measurement accuracy, the test silicon wafer must be the same as the silicon wafer whose thickness is to be measured at multiple points (hereinafter referred to as the "silicon wafer to be measured"), or whether the test silicon wafer is Preferably, it has the same resistivity as the target silicon wafer. In other words, the relationship shown in FIG. 4 may be obtained in advance using a silicon wafer to be measured, or the relationship shown in FIG. 4 may be obtained by using a test silicon wafer having the same resistivity as the silicon wafer to be measured. You can ask for it.
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。 Note that the resistivity of the test silicon wafer is not limited to being the same as the resistivity of the silicon wafer to be measured. However, if the resistivity of the silicon wafer to be measured is p- (1 Ωcm or more), it is preferable that the resistivity of the test silicon wafer also be in the p- range. In addition, in the case of p+ (0.01 Ωcm or more and less than 1 Ωcm) and p++ (0.001 Ωcm or more and less than 0.01 Ωcm), the resistivity range is divided into 5 mΩcm increments and the resistivity of the test silicon wafer is measured. It is preferable that the resistivities of the target silicon wafers belong to the same category. Further, it is preferable that the test silicon wafer and the measurement target silicon wafer are of the same conductivity type (p type or n type).
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。
Next, the configuration of a silicon wafer thickness measurement system that can measure the in-plane thickness distribution of a silicon wafer will be described. First, with reference to FIG. 5, the configuration of a
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。
The rotating
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。
The
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。
As described above, the
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。
By combining the uniaxial movement of the
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。
According to such a relative position movable mechanism, for example, as shown in FIG. 6, it is possible to measure the thickness by sequentially setting a plurality of measurement points in a spiral shape starting from the in-plane center of the silicon wafer W. can. FIG. 6 also shows an example of the obtained in-plane thickness distribution. The graph on the left side of Figure 6 is a graph in which thickness measurements are plotted in four radial directions (0°, 90°, 180°, 270°) from the in-plane center, and it is difficult to obtain such an in-plane thickness distribution. I can do it. Further, 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. 6, and such an in-plane thickness distribution can also be obtained. From such in-plane thickness distribution (thickness measurement results at a plurality of points), it is also possible to obtain a relative change in the wafer in-plane thickness such as GBIR (Global Backside Ideal Range). Note that the
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。
Next, with reference to FIG. 7, the configuration of a
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。
First, the
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。
Furthermore, the
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。
Then, the calculation unit 16 of the
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。 Although the embodiment in which the thickness measurement target is a silicon wafer has been described above, the present invention is not limited to this. This also includes cases where a semiconductor wafer such as GaAs is the object of measurement.
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。 The semiconductor wafer thickness measurement method and semiconductor wafer thickness measurement system of the present embodiment can be appropriately applied to processes subsequent to the double-sided polishing process of semiconductor wafers. For example, just before performing the final single-sided polishing of a wafer that has been polished on both sides, the thickness of the wafer is measured at multiple points in the plane according to this embodiment, the relative change in the thickness in the wafer plane such as GBIR is determined, and The conditions for single-sided polishing can be set based on the relative change amount of the inner thickness. Further, immediately before forming an epitaxial layer on a semiconductor wafer, the thickness of the wafer is measured at multiple points in the plane according to this embodiment, and the relative change in the in-plane thickness of the wafer such as GBIR is determined. Based on the amount, epitaxial growth conditions can be set.
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。 According to the semiconductor wafer thickness measurement method and semiconductor wafer thickness measurement system of the present invention, when the thickness of a semiconductor wafer is measured at multiple points in a plane using a spectral interference method in a short time, It is possible to suppress variations in thickness measurement values.
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
200
Claims (4)
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。 After the double-sided polishing process of the semiconductor wafer, and immediately before final single-sided polishing or just before forming an epitaxial layer on the semiconductor wafer, the semiconductor wafer held at a predetermined temperature is heated to a temperature different from the predetermined temperature. A method for measuring the thickness of a semiconductor wafer , the method comprising sequentially measuring the thickness of the semiconductor wafer at a plurality of points within the surface of the semiconductor wafer while placed in a measurement environment ,
The measurement of the thickness of the semiconductor wafer at each point is
a first step of irradiating a predetermined position on the surface of the semiconductor wafer with infrared light having a predetermined bandwidth;
Interference between a first reflected light produced by the infrared light reflected on the front surface of the semiconductor wafer and a second reflected light produced by the infrared light transmitted through the semiconductor wafer and reflected by the back surface of the semiconductor wafer. a second step of detecting light;
a third step of obtaining a spectroscopic spectrum of the interference light detected in the second step;
a fourth step of performing waveform analysis on the optical spectrum to obtain an optical path length corresponding to the thickness of the semiconductor wafer at the predetermined position;
a fifth step of obtaining a thickness measurement value of the semiconductor wafer at the predetermined position by dividing an optical path length corresponding to the thickness of the semiconductor wafer by a refractive index of the semiconductor wafer;
including;
Obtaining information regarding the influence of the temperature of the semiconductor wafer on the refractive index of the semiconductor wafer in advance,
In measuring the thickness of the semiconductor wafer at each point, the temperature of the semiconductor wafer at the predetermined position is measured;
Determining the value of the refractive index of the semiconductor wafer used in the fifth step based on the information and the measured temperature of the semiconductor wafer ,
The information is the relationship between the temperature of the test semiconductor wafer and the refractive index of the test semiconductor wafer, which is obtained by setting the test semiconductor wafer at various temperatures, and the relationship is:
[1] Measuring the thickness t0 of the test semiconductor wafer at a certain temperature by a method that does not depend on the refractive index ,
[2] Using a spectral interference method consisting of the first step to the fifth step, measure the thickness of the test semiconductor wafer at a certain reference temperature; Setting the refractive index value n 0 used in the fifth step so that the measured value is equal to the thickness t 0 ,
[3] Using a spectral interference method consisting of the first step to the fifth step, measure the thickness of the test semiconductor wafer at the reference temperature + A (° C.); The thickness measurement value at temperature + A (°C) is "the thickness t 0 + the thickness difference considering the coefficient of thermal expansion (if A>0, the thickness increases; if A<0, the thickness decreases)" Set the refractive index value n 1 used in the fifth step so that it is equal to
[4] Setting the A to various values and determining the refractive index value n i used in the fifth step at various temperatures,
[5] Based on the refractive index values n i (i is a natural number of zero or more) at various temperatures obtained in [2] to [4] above , determine the relationship between the temperature and refractive index of the test semiconductor wafer. find the formula
A method for measuring the thickness of a semiconductor wafer.
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