(57)【要約】【課題】ウエーハの形状品質を従来のＳＦＱＲ等とは異なる観点から、半導体ウエーハの形状、特にウエーハ外周部の形状を定量的に評価でき、かつ厳しいデザインルールの仕様に対しても的確に評価することができる半導体ウエーハの形状評価方法及び形状評価装置を提供する。【解決手段】半導体ウエーハの形状を評価する半導体ウエーハの形状評価方法であって、半導体ウエーハの表面及び／または裏面を走査して半導体ウエーハの形状データを測定し、測定した形状データを微分処理して微分プロファイルを算出し、得られた微分プロファイルの解析を行ってウエーハの表面特性を求めることにより半導体ウエーハの形状を評価することを特徴とする半導体ウエーハの形状評価方法。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエーハの形状を評価する半導体ウエーハの形状評価方法であって、半導体ウエーハの表面及び／または裏面を走査して半導体ウエーハの形状データを測定し、測定した形状データを微分処理して微分プロファイルを算出し、得られた微分プロファイルの解析を行ってウエーハの表面特性を求めることにより半導体ウエーハの形状を評価することを特徴とする半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項２】
前記半導体ウエーハの表面特性を、少なくとも、半導体ウエーハの外周部について求めることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項３】
前記半導体ウエーハの形状データを、半導体ウエーハの表面及び／または裏面を１ｍｍ間隔以下で走査することによって測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項４】
前記半導体ウエーハの形状データを、半導体ウエーハ面の変位データ及び／または半導体ウエーハの厚さデータとすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項５】
前記半導体ウエーハ面の変位データを、半導体ウエーハを非吸着で載置した際のウエーハ表面または裏面の厚さ方向の面の変位とすることを特徴とする請求項４に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項６】
前記半導体ウエーハの厚さデータを、半導体ウエーハの一主表面全体を吸着した際のウエーハの他方の主表面の厚さ方向の面の変位とすることを特徴とする請求項４に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項７】
前記半導体ウエーハ面の変位データを、半導体ウエーハの一部をウエーハ支持具で吸着した際のウエーハ表面及び裏面の厚さ方向の面の変位とし、また前記半導体ウエーハの厚さデータを、半導体ウエーハの一部を吸着した際のウエーハ表面と裏面の面の変位データの差とすることを特徴とする請求項４に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項８】
前記測定した形状データの微分処理は、先ず前記測定した形状データから半径方向に沿った形状プロファイルを作成し、該形状プロファイルを任意の位置を基準として一定間隔で微分して微分プロファイルを算出することによって行われることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項９】
前記微分プロファイルとして、前記形状プロファイルを任意の位置を基準として一定間隔で微分して１階微分プロファイルを算出した後、さらに該１階微分プロファイルを一定間隔で微分して算出した２階微分プロファイルを用いることを特徴とする請求項８に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１０】
前記形状プロファイルの微分を１ｍｍ間隔で行うことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１１】
前記１階微分プロファイルの微分を１ｍｍ間隔で行うことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１２】
前記微分プロファイルを算出する際に、長波長成分及び／または測定ノイズの除去を行うことを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１３】
前記長波長成分の除去を、最小自乗法近似またはハイパスフィルターを施すことによって行うことを特徴とする請求項１２に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１４】
前記測定ノイズの除去を、移動平均またはローバスフィルターを施すことによって行うことを特徴とする請求項１２に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１５】
前記半導体ウエーハの表面特性を、前記算出した微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ１とし、該最外データポイントＡ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をロールオフ（Ｒｏｌｌ　Ｏｆｆ）開始点Ｂ１として検出し、該ロールオフ開始点Ｂ１を基準に解析を行うことによって求めることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１６】
前記半導体ウエーハの表面特性を、前記算出した微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ１とし、該最外データポイントＡ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最大値となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ１として検出し、該フリップアップ最大スロープ位置Ｃ１を基準に解析を行うことによって求めることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１７】
前記半導体ウエーハの表面特性を、前記算出したフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）開始点Ｄ１として検出し、該フリップアップ開始点Ｄ１を基準に解析を行うことによって求めることを特徴とする請求項１６に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１８】
前記半導体ウエーハの表面特性を、前記微分プロファイルとして算出した２階微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ２とし、該最外データポイントＡ２からウエーハ中心方向に２階微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ２として検出し、該フリップアップ最大スロープ位置Ｃ２を基準に解析を行うことによって求めることを特徴とする請求項９ないし請求項１７のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１９】
前記微分プロファイルに、しきい値を設定してウエーハ形状の局所的異常値を検出することを特徴とする請求項１ないし請求項１８のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項２０】
前記しきい値を±０．０１μｍ／ｍｍに設定することを特徴とする請求項１９に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項２１】
前記半径方向に沿って求めた半導体ウエーハの表面特性を、ウエーハ全周に渡って求めることを特徴とする請求項８ないし請求項２０のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項２２】
前記半導体ウエーハ全周に渡る表面特性を、ウエーハ中心角が１°以下の間隔で求めることを特徴とする請求項２１に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項２３】
半導体ウエーハの形状を評価する半導体ウエーハの形状評価装置であって、少なくとも、半導体ウエーハの形状データを測定する形状測定手段と、該測定された形状データを保存する記憶手段と、該保存した形状データを微分処理して微分プロファイルを算出する微分処理手段と、該算出した微分プロファイルを解析することによりウエーハの表面特性を求める表面特性算出手段を有することを特徴とする半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項２４】
前記形状測定手段が、前記形状データとして、非吸着で載置された半導体ウエーハの表面又は裏面の厚さ方向の面の変位を測定することによって、面の変位データを求めるものであることを特徴とする請求項２３に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項２５】
前記形状測定手段が、前記形状データとして、一主表面全体が吸着された半導体ウエーハの他方の主表面の厚さ方向の面の変位を測定することによって、厚さデータを求めるものであることを特徴とする請求項２３に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項２６】
前記形状測定手段が、前記形状データとして、ウエーハ支持具により半導体ウエーハの一部が吸着された半導体ウエーハの表面と裏面の厚さ方向の面の変位を測定することによって面の変位データを求め、求めたウエーハ表面と裏面の面の変位データの差を測定することによって厚さデータを求めるものであることを特徴とする請求項２３に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項２７】
前記微分処理手段が、前記形状データから半径方向に沿った形状プロファイルを作成し、該形状プロファイルを任意の位置を基準として一定間隔で微分して微分プロファイルを算出するものであることを特徴とする請求項２３ないし請求項２６のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項２８】
前記微分処理手段が、前記形状プロファイルを任意の位置を基準として一定間隔で微分して１階微分プロファイルを算出した後、さらに該１階微分プロファイルを一定間隔で微分して２階微分プロファイルを算出するものであることを特徴とする請求項２７に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項２９】
前記微分処理手段が、長波長成分及び／または測定ノイズの除去を行うものであることを特徴とする請求項２３ないし請求項２８のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項３０】
前記表面特性算出手段が、前記微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ１とし、該最外データポイントＡ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をロールオフ（Ｒｏｌｌ　Ｏｆｆ）開始点Ｂ１として検出し、該ロールオフ開始点Ｂ１を基準に解析を行うことによってウエーハの表面特性を求めるものであることを特徴とする請求項２３ないし請求項２９のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項３１】
前記表面特性算出手段が、前記微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ１とし、該最外データポイントＡ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最大値となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ１として検出し、該フリップアップ最大スロープ位置Ｃ１を基準に解析を行うことによってウエーハの表面特性を求めるものであることを特徴とする請求項２３ないし請求項３０のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項３２】
前記表面特性算出手段が、前記算出したフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）開始点Ｄ１として検出し、該フリップアップ開始点Ｄ１を基準に解析を行うことによってウエーハの表面特性を求めるものであることを特徴とする請求項３１に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項３３】
前記表面特性算出手段が、前記微分プロファイルとして算出した２階微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ２とし、該最外データポイントＡ２からウエーハ中心方向に２階微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ２として検出し、該フリップアップ最大スロープ位置Ｃ２を基準に解析を行うことによって求めるものであることを特徴とする請求項２８ないし請求項３２のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項３４】
前記表面特性算出手段が、前記微分プロファイルにしきい値を設定してウエーハ形状の局所的異常値を検出するものであることを特徴とする請求項２３ないし請求項３３のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエーハに代表される半導体ウエーハの形状を評価するための半導体ウエーハの形状評価方法及び形状評価装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基板材料として用いられるシリコンウエーハの製造は、一般的に、チョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ；ＣＺ）法や浮遊帯域溶融（Ｆｌｏａｔｉｎｇ　Ｚｏｎｅ；ＦＺ）法等により円筒状の半導体単結晶インゴットを育成し、育成した半導体単結晶インゴットを薄板状に切断（スライシング）してウエーハを作製した後、得られたウエーハに、ウエーハの割れ・欠けを防止するためにウエーハ外周部を面取りする面取り工程、ウエーハの厚さ及び平坦度を整えるために行うラッピング工程、ウエーハの加工歪みを除去するためにウエーハをエッチングするエッチング工程、エッチング処理されたウエーハの表面粗さ及び平坦度を一層向上させて鏡面とする研磨工程、ウエーハに付着した研磨剤や異物を除去する洗浄工程等が行われ、半導体ウエーハが製造される。この半導体ウエーハの製造工程は、主な工程を示したもので、他に熱処理工程等の工程を加えたり、工程順を入れ換えたりすることができる。
【０００３】
近年、半導体デバイス技術の飛躍的な進歩による半導体デバイスの高集積化が著しく、それに伴い半導体デバイス用基板となる半導体ウエーハに対する品質要求もより厳しくなってきている。例えば、半導体デバイスの製造において、上記のように製造された半導体ウエーハに光源として紫外線であるＫｒＦエキシマレーザ光（波長＝０．２４８μｍ）等を用いてレジストパターンを形成する工程は、通常、２０回〜３０回程度行われており、ＤＲＡＭ（ｄｙｎａｍｉｃ　ｒａｎｄｏｍ　ａｃｃｅｓｓ　ｍｅｍｏｒｙ）を例に挙げると、現在量産が行われている６４ＭビットＤＲＡＭでは、０．２５μｍ〜０．２０μｍのレジストパターンが描かれている。このような近年の半導体集積回路の高集積化・高性能化に伴うデバイスパターンの一層の微細化が進むにつれて、レジストパターンの寸法精度及び重ね合わせ精度の更なる向上が望まれており、回路パターンが形成される半導体ウエーハに対する品質要求もより厳しくなってきている。
【０００４】
例えば、上記のようにデバイスパターンの微細化が進むにつれ、半導体ウエーハに極小さなうねり等が存在する場合であっても、フォトリソグラフィ工程等においてデバイスパターンに誤差が生じてしまい、半導体デバイスの歩留りの低下を招くという問題が生じた。また一方で、半導体ウエーハの有効利用による製造コストの低下を図るため、ウエーハ上の広範囲にデバイスが形成できるようにウエーハ主表面の最外周付近（面取り部ぎりぎり）まで平坦な半導体ウエーハの製造が望まれている。
【０００５】
このような半導体デバイス用基板となる半導体ウエーハに要求される重要な特性の一つとして、半導体ウエーハの形状品質がある。半導体ウエーハの形状品質としては、一般に、直径、厚さ、平行度、平坦度、そり、及びバウ、ワープ等といわれる比較的長周期な凹凸や数ｍｍ周期の凹凸であるうねり、表面粗度といった様々なパラメータがある。最近では、このような形状品質に関するパラメータの中で、平坦度の指標として裏面基準又は表面基準のグローバルフラットネスまたはサイトフラットネスと言われる品質が重要視されるケースが多くなっている。
【０００６】
特に平坦度の指標として、裏面基準のグローバルフラットネスは、ＧＢＩＲ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｂａｃｋ　Ｉｄｅａｌ　Ｒａｎｇｅ）と言われ、ウエーハ面内に１つの基準面を持ち、この基準面に対する最大、最小の位置変位の幅と定義されるのが普通で、従来からの慣例の仕様であるＴＴＶ（全厚さ偏差）に相当する。
【０００７】
また、裏面基準のサイトフラットネスは、ＳＢＩＲ（Ｓｉｔｅ　Ｂａｃｋ　Ｉｄｅａｌ　Ｒａｎｇｅ）と言われ、過去においてかなり頻繁に使用されたＬＴＶに相当するものである。このＳＢＩＲは、ウエーハ裏面を基準面とし、更に各サイトにおいて、サイト中心点を含む平面を焦点平面とした時、サイト内の焦点平面から＋側、−側の各々最大変位量の絶対値の和によって各サイト毎に評価される。通常、８インチウエーハ（直径２００ｍｍ）等ではサイトの大きさが２０ｍｍ×２０ｍｍ程度の領域で評価される。このサイトの大ききは、ウエーハの直径又は仕様により変化させることができる。
【０００８】
その他にも表面基準のサイトフラットネスは、ＳＦＱＲ（Ｓｉｔｅ　Ｆｒｏｎｔ　Ｌｅａｓｔ　Ｓｑｕａｒｅｓ　Ｒａｎｇｅ）と言われ、設定されたサイト内でデータを最小二乗法にて算出したサイト内平面を基準平面とし、この平面からの＋側、−側の各々の最大変位量の絶対値の和によって各サイト毎に評価される。
【０００９】
更には、ナノトポグラフィーと言われる品質も重要視されている。ナノトポグラフィー（ナノトポロジーとも言われる）は、波長が０．２ｍｍから２０ｍｍ程度で振幅が数ｎｍから１００ｎｍ程度の凹凸のことであり、その評価方法は、１辺が０．１ｍｍから１０ｍｍ程度の正方形、または直径が０．１ｍｍから１０ｍｍ程度の円形のブロック範囲（この範囲はＷＩＮＤＯＷ　ＳＩＺＥなどと呼ばれる）の領域で、ウエーハ表面の凹凸の高低差（ＰＶ値；ｐｅａｋ　ｔｏ　ｖａｌｌｅｙ）を評価するものである。このＰＶ値は、ＮａｎｏｔｏｐｏｇｒａｐｈｙＨｅｉｇｈｔ等とも呼ばれる。ナノトポグラフィーによる半導体ウエーハの評価においては、特にウエーハ面内に存在する凹凸の最大値が小さいことが望まれている。通常、２ｍｍ×２ｍｍの正方形で複数のブロック範囲に対して測定が行われ、そのＰＶ値の最大値で評価し、このＰＶ値の最大値が小さければ小さいほど、より品質の優れたウエーハとして評価される。また、許容値超の領域がＦＱＡ（Ｆｉｘｅｄ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ａｒｅａ；ウエーハ有効領域）の面積のどれくらいを占めるかにより、ウエーハの形状品質を評価する場合もある。
【００１０】
しかしながら、上記に示したような指標を用いて半導体ウエーハの形状品質を評価する場合、デバイス製造工程におけるデザインルールが０．１８μｍまでであれば、その規格を満足することで十分な形状品質を有する半導体ウエーハとすることができたが、近年の半導体デバイスの高集積化により、デザインルールが０．１５μｍや更に０．１３μｍとその仕様が厳しくなるにつれ、上記のような指標を満足した半導体ウエーハであっても、実際にウエーハ上にデバイスを形成してみるとレジストパターンを正確に形成することができない等の問題が生じ、歩留りの低下を招いていた。
【００１１】
また、デバイス製造工程では露光機等の多くの処理装置が用いられているが、デバイスパターンの微細化に伴い、各処理装置に用いられているウエーハ保持用のチャックとウエーハ形状との相性が問題視されるようになってきた。このようなウエーハチャックとウエーハ形状の相性に関しては、ウエーハチャックの形状とウエーハのうねりや外周部形状のマッチングが重要である。特に、ウエーハ外周部において、形状変化の割合が大きくなる変極点が問題となることが多く、ウエーハ形状が変化する位置及びその度合いを正確に把握する必要が出てきた。
【００１２】
しかしながら、上記のようなＧＢＩＲやＳＢＩＲ、ＳＦＱＲ等の指標では、ウエーハ中心部の平坦度は精度良く評価することができるものの、ウエーハ外周部、特にウエーハ主表面と面取り部の境界付近の形状を正確に評価することができない。またナノトポグラフィーも同様に、ウエーハエッジ部の外側にデータがないために正確なフィルター処理が行えず、ウエーハ外周部について正確な評価を行うことが出来なかった。
【００１３】
すなわち、マスクパターン（レチクルパターン）の投影像に対しウエーハを繰り返しステップし露光するステッパ（ステップ式投影露光機の通称）やスキャンニング式の露光機等で使用するのに好ましい半導体ウエーハを、上記のようなＳＦＱＲ等の指標で正確に判定する事ができなかった。
【００１４】
したがって、各デバイス製造工程、更に細かくは各処理装置のウエーハチャックとウエーハ形状の相性等を正確に判定するために、ウエーハ外周部の形状を正確に評価でき、さらにウエーハ表面及び裏面の形状を別々に評価できるような指標が必要となってきた。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ウエーハの形状品質を従来のＳＦＱＲ等とは異なる観点から、半導体ウエーハの形状、特にウエーハ外周部の形状を定量的に評価でき、かつ厳しいデザインルールの仕様に対しても的確に評価することができる半導体ウエーハの形状評価方法及び形状評価装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、半導体ウエーハの形状を評価する半導体ウエーハの形状評価方法であって、半導体ウエーハの表面及び／または裏面を走査して半導体ウエーハの形状データを測定し、測定した形状データを微分処理して微分プロファイルを算出し、得られた微分プロファイルの解析を行ってウエーハの表面特性を求めることにより半導体ウエーハの形状を評価することを特徴とする半導体ウエーハの形状評価方法が提供される（請求項１）。
【００１７】
このように、半導体ウエーハの表面及び／または裏面を走査して半導体ウエーハの形状データを測定し、測定した形状データを少なくとも１度微分処理して微分プロファイルを算出し、得られた微分プロファイルの解析を行ってウエーハの表面特性を求めることによって半導体ウエーハの形状を評価すれば、ウエーハの形状、例えば、ウエーハ面内の局所的な変極点等をナノトポグラフィーに相当する測定レベルで正確に定量化することができる。さらにウエーハ表面及び裏面の形状を別々に評価することも可能となるため、ウエーハ形状をより正確に評価することができる。その結果、デバイス工程におけるデザインルールが厳しくなっても、レジストパターンを正確に形成できる半導体ウエーハを判定することが可能となり、歩留りの低下を抑制することができる。
【００１８】
このとき、前記半導体ウエーハの表面特性を、少なくとも、半導体ウエーハの外周部について求めることが好ましい（請求項２）。
このように、本発明における半導体ウエーハの形状評価方法によれば、従来では評価することができなかった半導体ウエーハの外周部形状の表面特性を求めることができ、ウエーハ外周部の形状、例えばウエーハ外周部の形状ダレ等について定量的に正確に評価できる。そして、このようにウエーハ外周部の形状を正確に評価できることによって、ウエーハチャックとウエーハ形状の相性等も正確に判定することが可能となる。
【００１９】
このとき、前記半導体ウエーハの形状データを、半導体ウエーハの表面及び／または裏面を１ｍｍ間隔以下で走査することが好ましい（請求項３）。
半導体ウエーハの表面及び／または裏面を走査する間隔は細かければ細かいほど精度の優れた評価を行うことができるため、このように半導体ウエーハの表面及び／または裏面を１ｍｍ間隔以下で走査することによって、十分に優れた測定精度で半導体ウエーハ形状の評価を行うことができる。
【００２０】
この場合、前記半導体ウエーハの形状データを、半導体ウエーハ面の変位データ及び／または半導体ウエーハの厚さデータとすることが好ましい（請求項４）。このとき、前記半導体ウエーハ面の変位データを、半導体ウエーハを非吸着で載置した際のウエーハ表面または裏面の厚さ方向の面の変位とすることができ（請求項５）、また、前記半導体ウエーハの厚さデータを、半導体ウエーハの一主表面全体を吸着した際のウエーハの他方の主表面の厚さ方向の面の変位とすることができる（請求項６）。さらに、前記半導体ウエーハ面の変位データを、半導体ウエーハの一部をウエーハ支持具で吸着した際のウエーハ表面及び裏面の厚さ方向の面の変位とし、また前記半導体ウエーハの厚さデータを、半導体ウエーハの一部を吸着した際のウエーハ表面と裏面の面の変位データの差とすることができる（請求項７）。
【００２１】
このように、半導体ウエーハの形状データを半導体ウエーハ面の変位データ及び／または半導体ウエーハの厚さデータとすることにより、半導体ウエーハの形状を正確に評価することができる。このとき、半導体ウエーハ面の変位データ及び／または半導体ウエーハの厚さデータについては、例えば、上記のように、半導体ウエーハ面の変位データをウエーハを非吸着で載置した際の厚さ方向の面の変位としたり、または、厚さデータをウエーハの一主表面全体を吸着した際の厚さ方向の面の変位としたり、あるいは、半導体ウエーハ面の変位データをウエーハの一部を吸着した際の厚さ方向の面の変位とし、厚さデータをこのウエーハ表面と裏面の面の変位データの差とすることによって、半導体ウエーハの形状データを容易にかつ正確に測定することができる。
【００２２】
また、前記測定した形状データの微分処理は、先ず前記測定した形状データから半径方向に沿った形状プロファイルを作成し、該形状プロファイルを任意の位置を基準として一定間隔で微分して微分プロファイルを算出することによって行われることが好ましい（請求項８）。
【００２３】
このように、先ず測定した形状データから半径方向に沿った形状プロファイルを作成し、この形状プロファイルを任意の位置を基準として一定間隔で微分して微分プロファイルを算出することによって、半導体ウエーハの半径方向、特には周辺部での半導体ウエーハの形状を高精度で評価することができる。
【００２４】
このとき、前記微分プロファイルとして、前記形状プロファイルを任意の位置を基準として一定間隔で微分して１階微分プロファイルを算出した後、さらに該１階微分プロファイルを一定間隔で微分して算出した２階微分プロファイルを用いることができる（請求項９）。
このように、微分プロファイルとして、形状プロファイルを微分して１階微分プロファイルを算出した後、さらにこの１階微分プロファイルを微分した２階微分プロファイルを用いることによって、半導体ウエーハの形状をさらに詳細に評価することができる。
【００２５】
このとき、前記形状プロファイルの微分を１ｍｍ間隔で行うことが好ましく（請求項１０）、また前記１階微分プロファイルの微分を１ｍｍ間隔で行うことが好ましい（請求項１１）。
形状プロファイルの微分を行う間隔は、評価対象となる半導体ウエーハの形状に応じて任意に選択することができるが、上記のように形状プロファイルの微分、また１階微分プロファイルの微分を１ｍｍ間隔で行うことによって、優れた精度で半導体ウエーハの形状を評価することができる。例えば、形状プロファイルの微分を１ｍｍ間隔で行うことにより、２ｍｍ×２ｍｍ角で評価したナノトポグラフィーに相当する測定レベルで半導体ウエーハ形状の評価を行うことができる。
【００２６】
さらに、前記微分プロファイルを算出する際に、長波長成分及び／または測定ノイズの除去を行うことが好ましく（請求項１２）、このとき、前記長波長成分の除去を、最小自乗法近似またはハイパスフィルターを施すことによって行うことができ（請求項１３）、また前記測定ノイズの除去を、移動平均またはローバスフィルターを施すことによって行うことができる（請求項１４）。
【００２７】
このように、微分プロファイルを算出する際に、長波長成分及び／または測定ノイズの除去を行うことにより、半導体ウエーハに長周期のうねり等が存在していても、ウエーハ形状の局所的な変化を正確に測定することができるため、半導体ウエーハ形状の評価を正確に行うことができる。このとき、長波長成分の除去は、最小自乗法近似またはハイパスフィルター施すことにより、また測定ノイズの除去は、移動平均またはローバスフィルター施すことにより、容易に行うことができる。
【００２８】
また、前記半導体ウエーハの表面特性を、前記算出した微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ１とし、該最外データポイントＡ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をロールオフ（Ｒｏｌｌ　Ｏｆｆ）開始点Ｂ１として検出し、該ロールオフ開始点Ｂ１を基準に解析を行うことによって求めることができる（請求項１５）。
【００２９】
このように、半導体ウエーハの表面特性を、微分プロファイルからロールオフ開始点Ｂ１を検出し、このロールオフ開始点Ｂ１を基準に解析を行って求めることにより、半導体ウエーハにおけるロールオフ（傾きがプラスからマイナスに変化する位置）の開始位置や程度を半導体ウエーハの表面特性として評価することができる。すなわち、ウエーハ外周部におけるウエーハ面のダレやハネ、特に面取り部につながるダレの開始位置や程度等を定量化することができ、ウエーハ形状、特にウエーハ外周部の形状を正確に評価することができる。
【００３０】
また、前記半導体ウエーハの表面特性を、前記算出した微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ１とし、該最外データポイントＡ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最大値となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ１として検出し、該フリップアップ最大スロープ位置Ｃ１を基準に解析を行うことによって求めることができ（請求項１６）、さらにこのとき、前記半導体ウエーハの表面特性を、前記算出したフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）開始点Ｄ１として検出し、該フリップアップ開始点Ｄ１を基準に解析を行うことによって求めることができる（請求項１７）。
【００３１】
このように、半導体ウエーハの表面特性を、微分プロファイルからフリップアップ最大スロープ位置Ｃ１及びフリップアップ開始点Ｄ１を検出し、これらを基準に解析を行って求めることにより、フリップアップの程度や位置あるいは状態を半導体ウエーハの表面特性として評価することが可能となる。例えば、ウエーハ中心からフリップアップ最大スロープ位置Ｃ１またはフリップアップ開始点Ｄ１までの距離やＣ１からＤ１までの距離、及びＣ１地点の最大スロープの大きさ等を表面特性として定量化することにより、従来とは異なる観点からウエーハ形状、特にウエーハ外周部の形状を一定の基準で確実に評価することができる。
【００３２】
さらに、前記半導体ウエーハの表面特性を、前記微分プロファイルとして算出した２階微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ２とし、該最外データポイントＡ２からウエーハ中心方向に２階微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ２として検出し、該フリップアップ最大スロープ位置Ｃ２を基準に解析を行うことによって求めることができる（請求項１８）。
【００３３】
このように微分プロファイルとして算出した２階微分プロファイルを走査して最初に零となる位置として検出されたフリップアップ最大スロープ位置Ｃ２は、例えば上記で検出したフリップアップ最大スロープ位置Ｃ１のウエーハ中心からの距離と略一致し、このようなフリップアップ最大スロープ位置Ｃ２を基準に解析を行うことによって、形状プロファイルの変位の大きい部分（傾斜のある部分）を正確に解析でき、ウエーハの外周部形状をより詳細に評価することができる。
【００３４】
このとき、前記微分プロファイルに、しきい値を設定してウエーハ形状の局所的異常値を検出することが好ましく（請求項１９）、前記しきい値を±０．０１μｍ／ｍｍに設定することが好ましい（請求項２０）。
このように、微分処理にて算出した微分プロファイルにしきい値を設定することによって、ウエーハ形状の局所的異常値（傾きの異常値や曲率の異常値）を検出することができる。このとき、しきい値を±０．０１μｍ／ｍｍに設定することによって、ウエーハ形状の局所的異常値を高精度に検出することができる。例えば、１階微分で算出された微分プロファイル（１階微分プロファイル）に±０．０１μｍ／ｍｍでしきい値を設定することによって、ウエーハ形状の局所的な傾きをナノトポグラフィーにより２ｍｍ×２ｍｍ角で評価する場合に相当する測定レベルで検出することができる。
【００３５】
そして、前記半径方向に沿って求めた半導体ウエーハの表面特性を、ウエーハ全周に渡って求めることが好ましく（請求項２１）、このとき、前記半導体ウエーハ全周に渡る表面特性を、ウエーハ中心角が１°以下の間隔で求めることが好ましい（請求項２２）。
【００３６】
このように、半導体ウエーハの表面特性をウエーハ全周に渡って求めることにより、半導体ウエーハの形状を全面あるいは全周に渡り正確に把握することができる。その結果、例えば、ウエーハチャックとウエーハ形状の相性等についても正確な判定を行うことが可能となる。このとき、半導体ウエーハの表面特性をウエーハ中心角が１°以下の間隔で放射状に求めることにより、極めて高精度に評価することができる。
【００３７】
さらに、本発明によれば、半導体ウエーハの形状を評価する半導体ウエーハの形状評価装置であって、少なくとも、半導体ウエーハの形状データを測定する形状測定手段と、該測定された形状データを保存する記憶手段と、該保存した形状データを微分処理して微分プロファイルを算出する微分処理手段と、該算出した微分プロファイルを解析することによりウエーハの表面特性を求める表面特性算出手段を有することを特徴とする半導体ウエーハの形状評価装置が提供される（請求項２３）。
【００３８】
このように、少なくとも、形状データを測定する形状測定手段と、形状データを保存する記憶手段と、形状データを微分処理して微分プロファイルを算出する微分処理手段と、微分プロファイルを解析してウエーハの表面特性を求める表面特性算出手段を有する半導体ウエーハの形状評価装置であれば、ウエーハの形状、例えばウエーハ面内の局所的な変極点等をナノトポグラフィーに相当する測定レベルで定量化でき、さらに、ウエーハ表面及び裏面の形状を別々に評価することや、従来では評価できなかった半導体ウエーハの外周部の表面特性を求めることができるため、ウエーハ形状をより正確に評価できる半導体ウエーハの形状評価装置となる。
【００３９】
このとき、前記形状測定手段が、前記形状データとして、非吸着で載置された半導体ウエーハの表面又は裏面の厚さ方向の面の変位を測定することによって、面の変位データを求めるものとすることができ（請求項２４）、または、前記形状測定手段が、前記形状データとして、一主表面全体が吸着された半導体ウエーハの他方の主表面の厚さ方向の面の変位を測定することによって、厚さデータを求めるものとすることができ（請求項２５）、あるいは、前記形状測定手段が、前記形状データとして、ウエーハ支持具により半導体ウエーハの一部が吸着された半導体ウエーハの表面と裏面の厚さ方向の面の変位を測定することによって面の変位データを求め、求めたウエーハ表面と裏面の面の変位データの差を測定することによって厚さデータを求めるものとすることができる（請求項２６）。
【００４０】
このような形状測定手段とすれば、半導体ウエーハの形状データを容易かつ正確に測定することができ、半導体ウエーハ形状を正確に評価できる。
【００４１】
また、前記微分処理手段が、前記形状データから半径方向に沿った形状プロファイルを作成し、該形状プロファイルを任意の位置を基準として一定間隔で微分して微分プロファイルを算出するものであることが好ましい（請求項２７）。
このように、微分処理手段が形状データから形状プロファイルを作成し、この形状プロファイルを任意の位置を基準として一定間隔で微分して微分プロファイルを算出するものであれば、半導体ウエーハの径方向、特に周辺部の形状を高精度で評価できる装置となる。
【００４２】
このとき、前記微分処理手段が、前記形状プロファイルを任意の位置を基準として一定間隔で微分して１階微分プロファイルを算出した後、さらに該１階微分プロファイルを一定間隔で微分して２階微分プロファイルを算出するものであることが好ましい（請求項２８）。
このように、微分処理手段が形状プロファイルを微分して１階微分プロファイルを算出した後、さらにこの１階微分プロファイルを微分した２階微分プロファイルを算出するものであれば、半導体ウエーハの形状をより高精度で評価できる形状評価装置とすることができる。
【００４３】
このとき、前記微分処理手段が、長波長成分及び／または測定ノイズの除去を行うものであることが好ましい（請求項２９）。
このように、微分処理手段が長波長成分及び／または測定ノイズの除去を行うものであれば、半導体ウエーハに長周期のうねり等が存在していても、ウエーハ形状の局所的な変化を正確に測定することができ、半導体ウエーハ形状の正確な評価を行うことができるものとなる。
【００４４】
また、前記表面特性算出手段が、前記微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ１とし、該最外データポイントＡ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をロールオフ（Ｒｏｌｌ　Ｏｆｆ）開始点Ｂ１として検出し、該ロールオフ開始点Ｂ１を基準に解析を行うことによってウエーハの表面特性を求めるものとすることができる（請求項３０）。
【００４５】
このように、表面特性算出手段が、微分プロファイルからロールオフ開始点Ｂ１を検出し、このロールオフ開始点Ｂ１を基準に解析を行うことによってウエーハの表面特性を求めるものであれば、半導体ウエーハのロールオフ（傾きがプラスからマイナスに変化する位置）の開始位置や程度を半導体ウエーハの表面特性として評価することができる。すなわち、ウエーハ外周部におけるウエーハ面のダレやハネ、特に面取り部につながるダレの開始位置や程度等を定量化することができ、ウエーハ形状、特にウエーハ外周部の形状を正確に評価することができるものとなる。
【００４６】
また、前記表面特性算出手段が、前記微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ１とし、該最外データポイントＡ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最大値となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ１として検出し、該フリップアップ最大スロープ位置Ｃ１を基準に解析を行うことによってウエーハの表面特性を求めるものとすることができ（請求項３１）、さらにこのとき、前記表面特性算出手段が、前記算出したフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）開始点Ｄ１として検出し、該フリップアップ開始点Ｄ１を基準に解析を行うことによってウエーハの表面特性を求めるものとすることができる（請求項３２）。
【００４７】
このように、表面特性算出手段が、微分プロファイルからフリップアップ最大スロープ位置Ｃ１及びフリップアップ開始点Ｄ１を検出し、これらを基準に解析を行うことによってウエーハの表面特性を求めるものであれば、フリップアップの程度や位置あるいは状態を半導体ウエーハの表面特性として評価することが可能となる。例えば、ウエーハ中心からフリップアップ最大スロープ位置Ｃ１またはフリップアップ開始点Ｄ１までの距離やＣ１からＤ１までの距離、及びＣ１地点の最大スロープの大きさ等を表面特性として定量化することにより、従来とは異なる観点からウエーハ形状、特にウエーハ外周部の形状を一定の基準で確実に評価することができるものとなる。
【００４８】
さらに、前記表面特性算出手段が、前記微分プロファイルとして算出した２階微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ２とし、該最外データポイントＡ２からウエーハ中心方向に２階微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ２として検出し、該フリップアップ最大スロープ位置Ｃ２を基準に解析を行うことによって求めるものとすることができる（請求項３３）。
【００４９】
このように、表面特性算出手段が、２階微分プロファイルからフリップアップ最大スロープ位置Ｃ２を検出し、これを基準に解析を行うことによってウエーハの表面特性を求めるものであれば、フリップアップ最大スロープ位置Ｃ２は、例えば上記で検出したフリップアップ最大スロープ位置Ｃ１のウエーハ中心からの距離と略一致するため、形状プロファイルの変位の大きい部分（傾斜のある部分）を正確に解析でき、ウエーハの外周部形状をより詳細に評価することができる。
【００５０】
また、前記表面特性算出手段が、前記微分プロファイルにしきい値を設定してウエーハ形状の局所的異常値を検出するものであることが好ましい（請求項３４）。
【００５１】
このように、表面特性算出手段が、微分プロファイルにしきい値を設定するものであれば、ウエーハ形状の局所的異常値（傾きの異常値や曲率の異常値）を検出することができる。例えば、１階微分で算出された微分プロファイルにしきい値を±０．０１μｍ／ｍｍに設定することによって、ウエーハ形状の局所的な傾きを、ナノトポグラフィーにより２ｍｍ×２ｍｍ角で評価する場合に相当する測定レベルで検出することができる装置となる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者等は、半導体ウエーハの形状を従来のＳＦＱＲ等の指標とは異なる観点から評価するために、半導体ウエーハ上を走査してその形状データを測定し、測定した形状データに微分処理及び一定の解析を行ってウエーハの表面特性を求めることによって、半導体ウエーハの形状、特にウエーハ外周部の形状を定量的に評価し、かつ厳しいデザインルールでの使用に対しても的確に半導体ウエーハ形状を評価することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００５３】
先ず、本発明に係る半導体ウエーハの形状評価装置について、図面を参照しながら説明する。図７は本発明に係る半導体ウエーハの形状評価装置の一例について、その要部構成を示す概略説明図であり、また、図９は本発明に係る半導体ウエーハの形状評価装置の別の例の要部構成を示す概略説明図である。
【００５４】
本発明の半導体ウエーハの形状評価装置１１は、半導体ウエーハの形状データを測定し、微分処理及び解析を行う装置であり、少なくとも、半導体ウエーハの形状データを測定する形状測定手段１と、測定された形状データを保存する記憶手段２と、保存した形状データを微分処理して微分プロファイルを算出する微分処理手段３と、算出した微分プロファイルを解析することによりウエーハの表面特性を求める表面特性算出手段４を有している。
【００５５】
ここで、形状測定手段１は、例えば、被測定対象物を載せる試料台７上に半導体ウエーハ６を非吸着で載置し、変位計８によって半導体ウエーハの表面又は裏面における厚さ方向の面の変位を測定することによって、例えば図８に示すように、形状データとして面の変位データを求めることができる。
【００５６】
また、例えば、試料台７上に半導体ウエーハ６を一主表面全体を吸着することによりウエーハの吸着された一主表面を強制的に平らな状態で保持し、変位計８によって半導体ウエーハの他方の主表面における厚さ方向の面の変位を測定することによって、形状データとして厚さデータを求めるようにしても良い。
【００５７】
形状測定手段１のさらに別の形態としては、例えば図９に示した半導体ウエーハの形状評価装置１２のように、ウエーハ支持具９により半導体ウエーハ６の一部を吸着して保持し、ウエーハの上下から表裏２本の変位計１０により、半導体ウエーハの表面と裏面におけるそれぞれの厚さ方向の面の変位を測定することによって、例えば図１０に示すようにそれぞれの面の変位データを求めることができ、また求めたウエーハ表面と裏面の面の変位データの差を測定することによって厚さデータを求めることができる。ウエーハ支持具９は測定の妨げにならない位置で保持すれば良く、ウエーハ主面の一部又はウエーハ外周部を支持するようにすれば良い。
【００５８】
このとき、変位計８または変位計１０は、レーザー発振器、及びＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ、自動焦点回路等からなる自動焦点機構を備えている。そして、このような変位計８または変位計１０は、半導体ウエーハの表面及び／または裏面に対して垂直に所定の間隔でレーザー光（例えば、ＨｅＮｅレーザー等）を照射させ、自動焦点機構によって照射されたレーザー光の半導体ウエーハからの反射像の焦点を自動的に合わせて予め校正された基準点からの距離のずれを測ることによって、半導体ウエーハの表面及び／または裏面の厚さ方向の面の変位を測定することができる。
【００５９】
しかしながら、半導体ウエーハの形状データを測定する形状測定手段１における変位計は、上記に説明したレーザー光を用いて測定する変位計に限られるものではなく、例えば、静電容量式の変位計（厚さ計）センサーである静電容量式のフラットネス測定器によって、半導体ウエーハの形状データを測定しても良い。このような静電容量式のフラットネス測定器としては、市販の非接触ウエーハ厚み、平坦度、ＢＯＷ／ＷＡＲＰ測定装置、例えばＡＤＥ社製ウルトラゲージ９９００等を使用することができる。すなわち、半導体ウエーハの形状データとして、半導体ウエーハの形状を示すパラメータ、すなわち半導体ウエーハ面の変位データや半導体ウエーハの厚さデータ等を精度良く測定できるものであれば、形状測定手段１として使用することができる。
【００６０】
また、本発明の半導体ウエーハの形状評価装置１１または１２は、記憶手段２、微分処理手段３、及び表面特性算出手段４を、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）等を備えたコンピュータ５に組み込むことができる。このコンピュータ５は、例えば変位計８から出力された半導体ウエーハの形状データを入力して記憶手段２に保存し、ＲＡＭを作業領域として、ＲＯＭに内蔵された所定の解析プログラム、すなわち微分処理手段３及び表面特性算出手段４を読み出して、ＣＰＵにて先に保存した形状データから表面特性を求めることができるものである。
【００６１】
次に、上記のような本発明の半導体ウエーハの形状評価装置を用いて、半導体ウエーハの形状を評価する方法を説明する。
本発明による半導体ウエーハの形状評価方法は、半導体ウエーハの表面及び／または裏面を走査して半導体ウエーハの形状データを測定し、測定した形状データを微分処理して微分プロファイルを算出し、得られた微分プロファイルの解析を行ってウエーハの表面特性を求めることにより半導体ウエーハの形状を評価することを特徴とする。このとき、微分プロファイルとして、形状データを１階微分して算出した１階微分の微分プロファイルを用いても良いし、またこの１階微分の微分プロファイルを更に微分して算出した２階微分の微分プロファイルを用いても良い。
【００６２】
このような本発明の半導体ウエーハの形状評価方法によれば、半導体ウエーハの中心部における表面特性はもちろんのこと、従来では評価が困難であった半導体ウエーハの外周部についてウエーハの表面特性を求めることができ、正確にかつ優れた測定精度でウエーハ形状の評価を行うことができる。
【００６３】
このような本発明の形状評価方法において、半導体ウエーハの形状の評価は、半導体ウエーハの最外周から１ｍｍ〜２ｍｍ以内の領域を除外して行われることが好ましい。現状、デバイスを形成する領域の平坦度等の保証は、周辺３ｍｍを除いた領域で行われており、本発明の半導体ウエーハの形状評価方法では、この保証領域と同じ範囲内またはこの領域より更に外側まで評価することが好ましい。例えば、ウエーハの最外周から１ｍｍ〜２ｍｍ以内の領域を除外して評価すれば、今後要求される周辺２ｍｍを除いた領域の平坦度の保証や周辺１ｍｍを除いた領域の保証に対しても使用できる。但し、一般に、半導体ウエーハの外周部にはウエーハのカケ等を防止するため面取り工程が施されるため、図１１に示すような面取り部が形成されている。この面取り部の幅はウエーハの製造方法によって異なるが、通常およそ３００〜５００μｍ程度である。近年、ウエーハ形状の評価は、ウエーハ主表面と面取り部の境界近傍まで行われることが望まれているものの、測定精度等を考慮に入れると、面取り部を含む半導体ウエーハの最外周から１ｍｍ以内の領域を除外すること（測定除外領域）により、さらに測定精度の優れた半導体ウエーハの形状の評価を行うことができる。
【００６４】
以下、本発明の半導体ウエーハの形状評価方法について、図面を参照しながらより詳細に説明する。
先ず、形状測定手段により、測定対象となる半導体ウエーハの表面及び／または裏面を走査して半導体ウエーハの形状データを測定する。このとき、半導体ウエーハの形状データとして、半導体ウエーハ面の変位データ及び／または半導体ウエーハの厚さデータを求めることができる。
【００６５】
例えば、上述のように、半導体ウエーハの形状データとして、半導体ウエーハを非吸着で載置した際のウエーハ表面または裏面における厚さ方向の面の変位を測定することによって、半導体ウエーハ面の変位データを求めることができる。あるいは、半導体ウエーハの形状データとして、半導体ウエーハの一主表面全体を吸着した際のウエーハの他方の主表面における厚さ方向の面の変位を測定することによって、半導体ウエーハの厚さデータを求めることができる。また、半導体ウエーハの形状データとして、半導体ウエーハの一部をウエーハ支持具で吸着した際のウエーハ表面及び裏面における厚さ方向の面の変位を測定することによって半導体ウエーハ面の変位データを求めることができ、これらのウエーハ表面と裏面の面の変位データの差を測定することによって、半導体ウエーハの厚さデータを求めるようにしても良い。
【００６６】
このように、半導体ウエーハの形状データとして、半導体ウエーハ面の変位データ及び／または半導体ウエーハの厚さデータを求めることによって、半導体ウエーハの形状データを容易に測定することができる。
その後、測定した形状データは、上記コンピュータの記憶手段に順次保存される。
【００６７】
このとき、半導体ウエーハの形状データは、半導体ウエーハの表面及び／または裏面を細かい測定間隔で走査することによって、優れた精度で半導体ウエーハの形状評価を行うことができる。例えば、半導体ウエーハを走査する間隔を１ｍｍ間隔以下、特に０．０５ｍｍ間隔程度とすることにより、優れた測定精度で半導体ウエーハ形状の評価を行うことができる。
【００６８】
このように形状測定手段を用いて半導体ウエーハの表面及び／または裏面を走査することによって、例えば、図２に示すような半導体ウエーハの形状データを測定することができる。この図２は、直径３００ｍｍの半導体ウエーハを非吸着で載置し、変位計を用いてウエーハ表面における厚さ方向の面の変位を０．０５ｍｍ程度の測定間隔で測定することによって求めた半導体ウエーハ面の変位データであり、ウエーハ中心を基準に径方向に−１５０ｍｍから１５０ｍｍの範囲における変位を二次元的に示したものである。この図２の形状データでは、長周期のうねりや測定ノイズが見られ、また面取り部としてウエーハ最外周から０．５ｍｍ程度の位置において形状データが急激に変化していることがわかる。
【００６９】
このとき、形状データの符号（プラス・マイナス）は、ウエーハの一主表面を表面または裏面をどちらにするかによってプラスまたはマイナスに変化するため、ウエーハ表面（または裏面）の形状データをどちらの符号で表すかは任意であり、ウエーハ形状を評価する際にウエーハの外周部におけるウエーハ面のハネまたはダレ方向を間違えることなく評価することができれば良い。
【００７０】
次に、上記形状測定手段で測定して記憶手段に保存した形状データは、上記微分処理手段によって形状データの微分処理が行われ、微分プロファイルが算出される。
先ず、測定した形状データから半径方向に沿った形状プロファイルを作成する。例えば、図２の形状データから半径方向に沿って、ウエーハ中心から１２０〜１４８ｍｍの範囲（ウエーハ最外周から２ｍｍは測定除外領域とした）の形状プロファイルを作成することによって、図３に示す形状プロファイルを得ることができる。
【００７１】
尚、この図３の形状プロファイルは、図２の形状データから形状プロファイルを作成した後に、長波長成分を除去するために最小自乗法近似を施し、さらに測定ノイズを除去するために１〜２ｍｍ程度の移動平均の操作を行ったものである。このように、形状プロファイルを作成した後に、ワープ等の長波長成分及び／または測定ノイズの除去を行うことによって、ウエーハ形状の局所的な変化を正確に測定することができ、半導体ウエーハ形状の評価を優れた測定精度で行うことができる。
【００７２】
このとき、長波長成分または測定ノイズを除去する方法は上記に限定されるものではない。例えば、長波長成分の除去は、最小自乗法近似のほかハイパスフィルター等を施すことによって容易に行うことができる。また、測定ノイズの除去も、移動平均のほかローバスフィルター等を施すことによって容易に行うことができるが、このような測定ノイズの除去は必ずしも行われる必要はない。
尚、長波長成分の除去は、この形状プロファイルの状態では行わず、その後の微分処理により微分プロファイルを算出した後に行うこともできる。
【００７３】
続いて、作成した形状プロファイル（図３）を、任意の位置を基準として一定間隔で差分を取り、その中点にデータをプロットすることで微分プロファイルを算出する。例えば、図６に示すような形状プロファイルが得られた場合、任意の位置Ｘｉ（ｍｍ）を基準として、Ｘｉ＋１（ｍｍ）における形状プロファイルの大きさＹｉ＋１（μｍ）と、Ｘｉ（ｍｍ）における形状プロファイルの大きさＹｉ（μｍ）との差を一定間隔（Ｘｉ＋１−Ｘｉ）で除した値を微分値（ｄｙｉ）として求めた後、間隔（Ｘｉ＋１−Ｘｉ）の中間点にデータをプロットすることによって微分プロファイルを算出することができる。
【００７４】
またこのとき、微分プロファイルとして、微分処理手段によって形状プロファイルを任意の位置を基準として一定間隔で微分して１階微分プロファイルを算出した後、さらに該１階微分プロファイルを一定間隔で微分して算出した２階微分プロファイルを用いることができる。このように、微分プロファイルとして２階微分プロファイルを算出すれば、半導体ウエーハの形状をさらに高精度で評価することができる。
【００７５】
このとき、形状プロファイルの微分を行う間隔（Ｘｉ＋１−Ｘｉ）、さらに１階微分プロファイルの微分を行う間隔は、評価対象となる半導体ウエーハの形状に応じて任意に選択することができるが、これらの間隔を１ｍｍ間隔で行うことにより、半導体ウエーハの形状を高精度に評価することができる。例えば、形状プロファイルの微分を１ｍｍ間隔で行うことによって、２ｍｍ×２ｍｍ角で評価したナノトポグラフィーに相当する優れた測定レベルで半導体ウエーハ形状の評価を行うことができる。
【００７６】
このように微分処理手段により形状データの微分処理を行うことによって、形状データから一定の基準で微分プロファイルを算出することができ、例えば上記図３の形状プロファイルを微分（１階微分）することによって、図１に示す微分プロファイルを算出することができる。縦軸は微分値であり、凹凸の傾きの大きさに相当する。このように算出した微分プロファイル（図１）を表面特性算出手段により解析することにより、ウエーハの表面特性を求めることができ、ウエーハ形状に関する十分に有益な情報を得ることができる。以下、微分プロファイルを解析して表面特性を求める方法について説明する。
【００７７】
本発明の半導体ウエーハの表面特性は、表面特性算出手段を用いることにより、算出した微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ１とし、該最外データポイントＡ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をロールオフ（Ｒｏｌｌ　Ｏｆｆ）開始点Ｂ１として検出し、該ロールオフ開始点Ｂ１を基準に解析を行うことによって求めることができる。
【００７８】
すなわち、ロールオフ開始点Ｂ１を基準に、例えば、Ａ１−Ｂ１間の任意地点の大きさを調べることによりロールオフの強度を求めることができ、この値の絶対値の大きさが大きい程ロールオフの強度は大きくなる。またウエーハ中心からロールオフ開始点Ｂ１までの距離（または、Ｂ１からウエーハ最外周までの距離）を調べることにより、ロールオフの開始位置を求めることができる。その結果、ウエーハ外周部におけるウエーハの面ダレやハネの開始位置やその程度等を正確に定量化することが可能となり、半導体ウエーハ形状、特にウエーハ外周部の形状を正確に評価することができる。
【００７９】
また、本発明の半導体ウエーハの表面特性は、表面特性算出手段を用いることにより、算出した微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ１とし、該最外データポイントＡ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最大値となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ１として検出し、さらに該フリップアップ最大スロープ位置Ｃ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をフリップアップ（ＦｌｉｐＵｐ）開始点Ｄ１として検出し、前記フリップアップ最大スロープ位置Ｃ１及びフリップアップ開始点Ｄ１を基準に解析を行うことによっても求めることができる。
【００８０】
すなわち、フリップアップ最大スロープ位置Ｃ１及びフリップアップ開始点Ｄ１を基準に解析を行うことにより、フリップアップ最大スロープ位置Ｃ１の大きさからフリップアップの強度を求めることができ、さらに、例えばウエーハ中心からフリップアップ最大スロープ位置Ｃ１、及びフリップアップ開始点Ｄ１までの距離、またはＣ１からＤ１までの距離を表面特性として定量化することにより、従来のＳＦＱＲ等とは異なる観点からウエーハ形状、特にウエーハ外周部の形状を一定の基準で確実に評価することができる。
【００８１】
さらに、本発明の半導体ウエーハの表面特性は、微分プロファイルとして２階微分プロファイルを用いる場合、表面特性算出手段を用いることにより、算出した２階微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ２とし、該最外データポイントＡ２からウエーハ中心方向に２階微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ２として検出し、該フリップアップ最大スロープ位置Ｃ２を基準に解析を行うことによって求めることができる。
【００８２】
このように検出されたフリップアップ最大スロープ位置Ｃ２は、例えば上記で検出したフリップアップ最大スロープ位置Ｃ１のウエーハ中心からの距離と略一致する。したがって、このようなフリップアップ最大スロープ位置Ｃ２を基準に解析を行うことによって、形状プロファイルの変位の大きい部分（傾斜のある部分）を正確に解析してウエーハのフリップアップの位置を高精度に検出でき、ウエーハの外周部形状をより詳細に評価することができる。
【００８３】
このような表面特性を求めることによって、従来のウエーハ形状の評価方法では得ることのできない有効な情報を得ることができるため、デバイス製造工程等におけるウエーハチャックとウエーハ形状の相性の問題等を定量的に評価解析に資することにより、デバイス工程の歩留りの向上を図ることができ、さらに種々の実験データの解析用パラメータとして活用することもできる。
【００８４】
また、算出した微分プロファイルに、表面特性算出手段によりしきい値を設定することによって、ウエーハ形状の局所的異常値、例えば傾きの異常値や曲率の異常値を自動的に検出することができる。このとき、しきい値を±０．０１μｍ／ｍｍに設定することによって、ウエーハ形状の局所的異常値を高精度で検出することができる。例えば、１階微分で算出された微分プロファイル（１階微分プロファイル）にしきい値を±０．０１μｍ／ｍｍに設定することによって、ナノトポグラフィーによりウエーハ形状を２ｍｍ×２ｍｍ角で評価する場合に相当する測定レベルで、ウエーハ形状の局所的な傾きを検出することができる。
【００８５】
このとき、上記のように半径方向に沿って求めた半導体ウエーハの表面特性を、ウエーハ全周に渡って求めることにより、半導体ウエーハの全周の形状を正確に把握することができる。このように半導体ウエーハ全周の形状を評価することにより、例えば、ウエーハチャックとウエーハ形状の相性等についても正確に判定することが可能となる。このとき、半導体ウエーハの表面特性をウエーハ中心角が１°以下の間隔で、例えばウエーハ面内で３６０〜４００本程度放射状に求めることにより、半導体ウエーハの全周の形状を高精度に評価することができる。
【００８６】
このように、本発明の半導体ウエーハの形状評価方法によれば、従来の指標であるＳＦＱＲ等とは違った観点からウエーハの形状、例えば局所的な変極点等をナノトポグラフィーに相当する測定レベルで定量化でき、またウエーハ表面及び裏面の形状を別々に評価することも可能となるため、ウエーハ形状を正確に評価することができる。
【００８７】
尚、半導体ウエーハの形状を評価する際には、上記に示したような本発明の表面特性の他、従来用いられているようなＳＦＱＲ等の平坦度、表面粗さといった他の評価パラメータと組み合わせることにより、より詳細な半導体ウエーハの形状を評価することができる。
【００８８】
さらに、本発明は、従来のウエーハ形状の評価方法では得ることのできない有効な情報を得ることができることから、例えばリソグラフィーや化学機械的研磨（ＣＭＰ）等の処理装置に好適な半導体ウエーハを判定することや、また求めた表面特性に基づいて更にプラズマエッチング等でウエーハを局部的に加工してより高品質のウエーハを作製すること等に応用することが可能となり、その結果、デバイス製造工程における品質および歩留りの向上を図ることができる。
【００８９】
さらに、本発明により求められる表面特性は、種々の実験データの解析用パラメータとして活用することもできるとともに、これらのデータの蓄積によって、製造工程の能力等を容易に把握することが可能となり、安定した半導体ウエーハの供給を行うことが可能となる。
【００９０】
【実施例】
以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
まず、ＣＺ法により直径３００ｍｍのシリコン単結晶を引き上げ、得られた単結晶をスライスし、面取り、ラッピング、研磨を施してシリコンウエーハを作製した。その後、図７に示すような形状評価装置１１を用いて、作製した直径３００ｍｍのシリコンウエーハを試料台７に非吸着で載置し、変位計８でウエーハ表面を走査することによって、形状データとして図２に示すようなウエーハ表面の変位データを求め、コンピュータ５の記憶手段２に保存した。
【００９１】
次に、図２の形状データから半径方向に沿って、ウエーハ中心から１２０〜１４８ｍｍの範囲の形状プロファイルを作成した後、２ｍｍの移動平均を施して測定ノイズを除去し、また最小自乗法近似により長波長成分を除去することによって、図３に示すような長波長成分及び測定ノイズが除去された外周部形状プロファイルを作成した。その後、この作成した形状プロファイル（図３）に１ｍｍ間隔で微分を行って、図１に示すような微分プロファイルを算出した。
【００９２】
続いて、得られた微分プロファイル（図１）から最外データポイントＡ１、ロールオフ開始点Ｂ１、フリップアップ最大スロープ位置Ｃ１、及びフリップアップ開始点Ｄ１を検出して、これらのパラメータを基準にして、ウエーハ中心からロールオフ開始点Ｂ１までの距離を表面特性Ｂとして、フリップアップ最大スロープ位置Ｃ１での傾きの大きさを表面特性Ｃとして、またウエーハ中心からフリップアップ開始点Ｄ１までの距離を表面特性Ｄとして解析を行った。また、しきい値を±０．０１μｍ／ｍｍに設定してウエーハ形状の局所的異常値（傾きの異常値）について評価を行った。
【００９３】
その結果、実施例１で作製したシリコンウエーハの形状は、表面特性Ｂ＝１４６．８ｍｍ、表面特性Ｃ＝０．０３９μｍ／ｍｍ、表面特性Ｄ＝１４２．８ｍｍとして評価することができた。また、しきい値を設定したことによって、ウエーハ中心から１３９．５ｍｍ付近にウエーハ形状の局所的な傾きを検出することができた。
【００９４】
（実施例２）
まず、ＣＺ法により直径３００ｍｍのシリコン単結晶を引き上げ、得られた単結晶をスライスし、面取り、ラッピング、研磨を施してシリコンウエーハを作製した。このとき、ウエーハの研磨条件については実施例１とは異なる条件とし、その他に関しては、ほぼ同様にしてシリコンウエーハを作製した。
【００９５】
その後、図９に示すような表裏両面から測定する形状評価装置１２を用いて、作製した直径３００ｍｍのシリコンウエーハの外周部をウエーハ支持具で保持し、形状データとして、変位計１０により半導体ウエーハの表面及び裏面の面の変位データを測定し、また測定したウエーハ表面と裏面の面の変位データの差を求めることによって厚さデータを求め、コンピュータ５の記憶手段２に保存した。このとき、変位計１０として、非接触レーザー変位計（２ヘッド方式）の測定器ナノメトロ（登録商標）３００ＴＴ（黒田精工社製）を用いて測定を行った。
【００９６】
次に、得られた形状データ、すなわち、ウエーハ表面及び裏面の面の変位データと厚さデータのそれぞれから、半径方向に沿ってウエーハ中心から１２０〜１４８ｍｍの範囲の形状プロファイルを作成した。このように作成したウエーハ表面の面の変位、ウエーハ裏面の面の変位、及びウエーハの厚さの３つの形状プロファイルを図４に示す。
【００９７】
続いて、この図４のそれぞれの形状プロファイルに２ｍｍの移動平均を施して測定ノイズを除去した後、１ｍｍ間隔で微分処理を行って微分プロファイルを算出し、最小自乗法近似により長波長成分を除去することによって、図５に示すようなウエーハ表面の面の変位、ウエーハ裏面の面の変位、及びウエーハの厚さの３つの微分プロファイルを得た。
【００９８】
その後、この図５の微分プロファイルのそれぞれに、実施例１と同様の解析を行って、表面特性Ｂ，Ｃ，Ｄを求め、またしきい値を±０．０１μｍ／ｍｍに設定してウエーハ形状の局所的異常値（傾きの異常値）について評価を行った。
【００９９】
その結果、実施例２で作製したシリコンウエーハの形状は、ウエーハ表面形状においては表面特性Ｂ＝１４７．５ｍｍ、表面特性Ｃ＝０．０１１μｍ／ｍｍ、表面特性Ｄ＝１４１．４ｍｍであり、またウエーハ裏面形状においては表面特性Ｂ＝１４０．３ｍｍ、表面特性Ｃ＝０．０３３μｍ／ｍｍ、表面特性Ｄ＝１４０．０ｍｍであり、ウエーハの厚さにおいては表面特性Ｂ＝１４２．９ｍｍ、表面特性Ｃ＝０．００μｍ／ｍｍ、表面特性Ｄ＝１４０．０ｍｍとして評価することができた。また、しきい値を設定したが、実施例２のシリコンウエーハでは、ウエーハ中心から１２０〜１４４．２ｍｍの範囲において、ウエーハ表裏両面に局所的な傾きがないことがわかった。
【０１００】
上記のように、実施例２のシリコンウエーハには大きなうねりがあるため、従来用いられているＳＦＱＲ等の指標では局所的なウエーハ形状の変化等を評価することは困難であるが、本発明によれば、どのようなウエーハ形状であってもその表面特性を求めることができ、正確に評価を行うことができる。
【０１０１】
また、比較のため、実施例１及び実施例２で作製した両方のシリコンウエーハの表面形状をＳＦＱＲで評価した結果、両ウエーハとも０．１３μｍ程度とほぼ同様の値を示し、本発明のようにウエーハ形状の違いを正確に評価することはできなかった。
【０１０２】
（実施例３）
実施例１と同様に直径３００ｍｍの鏡面研磨されたシリコンウエーハを準備し、図７に示すような形状評価装置１１を用いてウエーハ表面を走査することによって、形状データとしてウエーハ表面の変位データを求めた。次に、得られたウエーハ表面の形状データから半径方向に沿ってウエーハ中心から１２０〜１４９ｍｍの範囲の形状プロファイルをウエーハ中心角が１°の間隔で３６０本作成した。続いて、得られた各形状プロファイルを２ｍｍの平均移動を施して測定ノイズを除去した後、１ｍｍ間隔で微分を行って微分プロファイルを算出した。
【０１０３】
算出したウエーハ全周に渡る３６０本の微分プロファイルを９０°間隔で４つのエリアに分け、各エリア毎の９０本の微分プロファイルの平均を取って平均微分プロファイルを作成した。つまり、ノッチ位置を基準に０〜８９°の範囲の微分プロファイルから平均微分プロファイルＲ１１を作成し、同様に、９０〜１７９°の範囲から平均微分プロファイルＲ２１を、１８０〜２６９°の範囲から平均微分プロファイルＲ３１を、２７０〜３５９°の範囲から平均微分プロファイルＲ４１をそれぞれ作成した。その後、得られた各平均微分プロファイルに対して最小自乗近似により長波長成分の除去を行って、図１２に示すような微分プロファイルを算出した。
【０１０４】
図１２のように得られた平均微分プロファイルのそれぞれに、実施例１と同様の解析を行って、表面特性Ｂ，Ｃ，Ｄを求めた。その結果、平均微分プロファイルＲ１１では表面特性Ｂ＝１４８．０ｍｍ、表面特性Ｃ＝３８ｎｍ／ｍｍ、表面特性Ｄ＝１４１．５ｍｍであり、平均微分プロファイルＲ２１では表面特性Ｂ＝１４６．８ｍｍ、表面特性Ｃ＝１７ｎｍ／ｍｍ、表面特性Ｄ＝１４４．０ｍｍであり、平均微分プロファイルＲ３１では表面特性Ｂ＝１３６．０ｍｍ、表面特性Ｃ＝８ｎｍ／ｍｍ、表面特性Ｄ＝１２５．０ｍｍであり、平均微分プロファイルＲ４１では表面特性Ｂ＝１４５．９ｍｍ、表面特性Ｃ＝７ｎｍ／ｍｍ、表面特性Ｄ＝１４３．０ｍｍであり、このようにしてシリコンウエーハの表面形状を評価することができた。
【０１０５】
次に、上記の各平均微分プロファイルを更に１ｍｍ間隔で微分して２階微分プロファイルを算出した後、最小自乗近似により長波長成分の除去を行った。このとき、平均微分プロファイルＲ１１を微分して算出したものを平均２階微分プロファイルＲ１２とし、同様に、平均微分プロファイルＲ２１、Ｒ３１、Ｒ４１を微分して算出したものを、それぞれ平均２階微分プロファイルＲ２２、Ｒ３２、Ｒ４２とした。その結果を図１３に示す。図１３の縦軸は（２階）微分値であり、曲率の大きさに相当する。
【０１０６】
得られた各平均２階微分プロファイルを、最外データポイントからウエーハ中心方向に走査して最初に零となる位置をフリップアップ最大スロープ位置Ｃ２として検出して、ウエーハ中心からフリップアップ最大スロープ位置Ｃ２までの距離を表面特性Ｅとして解析を行った。
【０１０７】
その結果、平均２階微分プロファイルＲ１２の表面特性Ｅは１４６．５ｍｍ、平均２階微分プロファイルＲ２２の表面特性Ｅは１４６．０ｍｍ、平均２階微分プロファイルＲ３２の表面特性Ｅは１４４．８ｍｍ、平均２階微分プロファイルＲ４２の表面特性Ｅは１４５．０ｍｍであり、シリコンウエーハの形状をより詳細に評価することができた。
【０１０８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【０１０９】
例えば、上記実施の形態においては、主に半導体ウエーハの外周部形状の評価について説明しているが、本発明はこれには限定されず、ウエーハ中心からウエーハ最外周までのウエーハ全面の形状についても評価できることは言うまでもない。例えば、ウエーハ表面全面をマップ図的に表して評価することによって、ウエーハ面内の異常値や変極点のある部分を正確に把握することができる。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来の指標であるＳＦＱＲ等とは違った観点からウエーハの形状、例えば局所的な変極点等をナノトポグラフィーに相当する測定レベルで定量化でき、またウエーハ表面及び裏面の形状を別々に評価することも可能となるため、ウエーハ形状を正確に評価することができる。
【０１１１】
また、本発明によれば、半導体ウエーハの外周部の表面特性を正確に求めることができるため、従来では困難であったウエーハ外周部の形状、例えばウエーハ外周部の表面ダレ等を定量的に正確に評価することができる。
【０１１２】
さらに、本発明は、従来のウエーハ形状の評価方法では得ることのできない有効な情報を得ることができることから、例えばリソグラフィーや化学機械的研磨（ＣＭＰ）の処理装置に好適な半導体ウエーハを判定すること等が可能となり、デバイス製造工程における歩留りの向上を図ることができる。また、本発明により求められる表面特性は、種々の実験データの解析用パラメータとして活用することもできるとともに、これらのデータの蓄積によって、製造工程の能力等を容易に把握することが可能となり、安定した半導体ウエーハの供給を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の微分処理手段によって算出した微分プロファイルを示したグラフである。
【図２】半導体ウエーハ表面の変位データを測定して得られた形状データを示したグラフである。
【図３】半導体ウエーハのウエーハ中心から１２０〜１４８ｍｍの範囲の形状プロファイルを示したグラフである。
【図４】実施例２において作成したウエーハ表面の面の変位、ウエーハ裏面の面の変位、及びウエーハの厚さの３つの形状プロファイルを示したグラフである。
【図５】実施例２において算出したウエーハ表面の面の変位、ウエーハ裏面の面の変位、及びウエーハの厚さの３つの微分プロファイルを示したグラフである。
【図６】微分処理の際の差分について説明するグラフである。
【図７】本発明による半導体ウエーハの形状評価装置の一例を示す概略説明図である。
【図８】図７の半導体ウエーハの形状評価装置の変位計による半導体ウエーハの形状データの測定について説明した説明図である。
【図９】本発明による半導体ウエーハの形状評価装置の別の一例を示す概略説明図である。
【図１０】図９の半導体ウエーハの形状評価装置の変位計による半導体ウエーハの形状データの測定について説明した説明図である。
【図１１】半導体ウエーハの外周部の形状を概略的に表した概略説明図である。
【図１２】実施例３において算出した平均微分プロファイルを示したグラフである。
【図１３】実施例３において、図１２の平均微分プロファイルをさらに微分して算出した平均２階微分プロファイルを示したグラフである。
【符号の説明】
１…形状測定手段、　２…記憶手段、　３…微分処理手段、
４…表面特性算出手段、　５…コンピュータ、
６…半導体ウエーハ、　７…試料台、
８…変位計、　９…ウエーハ支持具、
１０…変位計、　１１、１２…半導体ウエーハの形状評価装置。
【図１】
2004020286.tif 000003
【図２】
2004020286.tif 000004
【図３】
2004020286.tif 000005
【図４】
2004020286.tif 000006
【図５】
2004020286.tif 000007
【図６】
2004020286.tif 000008
【図７】
2004020286.tif 000009
【図８】
2004020286.tif 000010
【図９】
2004020286.tif 000011
【図１０】
2004020286.tif 000012
【図１１】
2004020286.tif 000013
【図１２】
2004020286.tif 000014
【図１３】
2004020286.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月11日(2003.6.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエーハの形状を評価する半導体ウエーハの形状評価方法であって、半導体ウエーハの表面及び／または裏面を走査して半導体ウエーハの形状データを測定し、測定した形状データを微分処理して微分プロファイルを算出し、得られた微分プロファイルの解析を行ってウエーハの表面特性を求めることにより半導体ウエーハの形状を評価することを特徴とする半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項２】
前記半導体ウエーハの表面特性を、少なくとも、半導体ウエーハの外周部について求めることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項３】
前記半導体ウエーハの形状データを、半導体ウエーハの表面及び／または裏面を１ｍｍ間隔以下で走査することによって測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項４】
前記半導体ウエーハの形状データを、半導体ウエーハ面の変位データ及び／または半導体ウエーハの厚さデータとすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項５】
前記半導体ウエーハ面の変位データを、半導体ウエーハを非吸着で載置した際のウエーハ表面または裏面の厚さ方向の面の変位とすることを特徴とする請求項４に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項６】
前記半導体ウエーハの厚さデータを、半導体ウエーハの一主表面全体を吸着した際のウエーハの他方の主表面の厚さ方向の面の変位とすることを特徴とする請求項４に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項７】
前記半導体ウエーハ面の変位データを、半導体ウエーハの一部をウエーハ支持具で吸着した際のウエーハ表面及び裏面の厚さ方向の面の変位とし、また前記半導体ウエーハの厚さデータを、半導体ウエーハの一部を吸着した際のウエーハ表面と裏面の面の変位データの差とすることを特徴とする請求項４に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項８】
前記測定した形状データの微分処理は、先ず前記測定した形状データから半径方向に沿った形状プロファイルを作成し、該形状プロファイルを任意の位置を基準として一定間隔で微分して微分プロファイルを算出することによって行われることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項９】
前記微分プロファイルとして、前記形状プロファイルを任意の位置を基準として一定間隔で微分して１階微分プロファイルを算出した後、さらに該１階微分プロファイルを一定間隔で微分して算出した２階微分プロファイルを用いることを特徴とする請求項８に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１０】
前記形状プロファイルの微分を１ｍｍ間隔で行うことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１１】
前記１階微分プロファイルの微分を１ｍｍ間隔で行うことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１２】
前記微分プロファイルを算出する際に、長波長成分及び／または測定ノイズの除去を行うことを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１３】
前記長波長成分の除去を、最小自乗法近似またはハイパスフィルターを施すことによって行うことを特徴とする請求項１２に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１４】
前記測定ノイズの除去を、移動平均またはローバスフィルターを施すことによって行うことを特徴とする請求項１２に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１５】
前記半導体ウエーハの表面特性を、前記算出した微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ１とし、該最外データポイントＡ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をロールオフ（Ｒｏｌｌ　Ｏｆｆ）開始点Ｂ１として検出し、該ロールオフ開始点Ｂ１を基準に解析を行うことによって求めることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１６】
前記半導体ウエーハの表面特性を、前記算出した微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ１とし、該最外データポイントＡ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最大値となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ１として検出し、該フリップアップ最大スロープ位置Ｃ１を基準に解析を行うことによって求めることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１７】
前記半導体ウエーハの表面特性を、前記算出したフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）開始点Ｄ１として検出し、該フリップアップ開始点Ｄ１を基準に解析を行うことによって求めることを特徴とする請求項１６に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１８】
前記半導体ウエーハの表面特性を、前記微分プロファイルとして算出した２階微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ２とし、該最外データポイントＡ２からウエーハ中心方向に２階微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ２として検出し、該フリップアップ最大スロープ位置Ｃ２を基準に解析を行うことによって求めることを特徴とする請求項９ないし請求項１７のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項１９】
前記微分プロファイルに、しきい値を設定してウエーハ形状の局所的異常値を検出することを特徴とする請求項１ないし請求項１８のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項２０】
前記しきい値を±０．０１μｍ／ｍｍに設定することを特徴とする請求項１９に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項２１】
前記半径方向に沿って求めた半導体ウエーハの表面特性を、ウエーハ全周に渡って求めることを特徴とする請求項８ないし請求項２０のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項２２】
前記半導体ウエーハ全周に渡る表面特性を、ウエーハ中心角が１°以下の間隔で求めることを特徴とする請求項２１に記載の半導体ウエーハの形状評価方法。
【請求項２３】
半導体ウエーハの形状を評価する半導体ウエーハの形状評価装置であって、少なくとも、半導体ウエーハの形状データを測定する形状測定手段と、該測定された形状データを保存する記憶手段と、該保存した形状データを微分処理して微分プロファイルを算出する微分処理手段と、該算出した微分プロファイルを解析することによりウエーハの表面特性を求める表面特性算出手段を有することを特徴とする半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項２４】
前記形状測定手段が、前記形状データとして、非吸着で載置された半導体ウエーハの表面又は裏面の厚さ方向の面の変位を測定することによって、面の変位データを求めるものであることを特徴とする請求項２３に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項２５】
前記形状測定手段が、前記形状データとして、一主表面全体が吸着された半導体ウエーハの他方の主表面の厚さ方向の面の変位を測定することによって、厚さデータを求めるものであることを特徴とする請求項２３に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項２６】
前記形状測定手段が、前記形状データとして、ウエーハ支持具により半導体ウエーハの一部が吸着された半導体ウエーハの表面と裏面の厚さ方向の面の変位を測定することによって面の変位データを求め、求めたウエーハ表面と裏面の面の変位データの差を測定することによって厚さデータを求めるものであることを特徴とする請求項２３に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項２７】
前記微分処理手段が、前記形状データから半径方向に沿った形状プロファイルを作成し、該形状プロファイルを任意の位置を基準として一定間隔で微分して微分プロファイルを算出するものであることを特徴とする請求項２３ないし請求項２６のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項２８】
前記微分処理手段が、前記形状プロファイルを任意の位置を基準として一定間隔で微分して１階微分プロファイルを算出した後、さらに該１階微分プロファイルを一定間隔で微分して２階微分プロファイルを算出するものであることを特徴とする請求項２７に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項２９】
前記微分処理手段が、長波長成分及び／または測定ノイズの除去を行うものであることを特徴とする請求項２３ないし請求項２８のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項３０】
前記表面特性算出手段が、前記微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ１とし、該最外データポイントＡ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をロールオフ（Ｒｏｌｌ　Ｏｆｆ）開始点Ｂ１として検出し、該ロールオフ開始点Ｂ１を基準に解析を行うことによってウエーハの表面特性を求めるものであることを特徴とする請求項２３ないし請求項２９のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項３１】
前記表面特性算出手段が、前記微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ１とし、該最外データポイントＡ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最大値となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ１として検出し、該フリップアップ最大スロープ位置Ｃ１を基準に解析を行うことによってウエーハの表面特性を求めるものであることを特徴とする請求項２３ないし請求項３０のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項３２】
前記表面特性算出手段が、前記算出したフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ１からウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）開始点Ｄ１として検出し、該フリップアップ開始点Ｄ１を基準に解析を行うことによってウエーハの表面特性を求めるものであることを特徴とする請求項３１に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項３３】
前記表面特性算出手段が、前記微分プロファイルとして算出した２階微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ２とし、該最外データポイントＡ２からウエーハ中心方向に２階微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ２として検出し、該フリップアップ最大スロープ位置Ｃ２を基準に解析を行うことによってウエーハの表面特性を求めるものであることを特徴とする請求項２８ないし請求項３２のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【請求項３４】
前記表面特性算出手段が、前記微分プロファイルにしきい値を設定してウエーハ形状の局所的異常値を検出するものであることを特徴とする請求項２３ないし請求項３３のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの形状評価装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
また、裏面基準のサイトフラットネスは、ＳＢＩＲ（Ｓｉｔｅ　Ｂａｃｋ　Ｉｄｅａｌ　Ｒａｎｇｅ）と言われ、過去においてかなり頻繁に使用されたＬＴＶに相当するものである。このＳＢＩＲは、ウエーハ裏面を基準面とし、更に各サイトにおいて、サイト中心点を含む平面を焦点平面とした時、サイト内の焦点平面から＋側、−側の各々最大変位量の絶対値の和によって各サイト毎に評価される。通常、８インチウエーハ（直径２００ｍｍ）等ではサイトの大きさが２０ｍｍ×２０ｍｍ程度の領域で評価される。このサイトの大きさは、ウエーハの直径又は仕様により変化させることができる。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
さらに、前記表面特性算出手段が、前記微分プロファイルとして算出した２階微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡ２とし、該最外データポイントＡ２からウエーハ中心方向に２階微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）最大スロープ位置Ｃ２として検出し、該フリップアップ最大スロープ位置Ｃ２を基準に解析を行うことによってウエーハの表面特性を求めるものとすることができる（請求項３３）。