(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチング液を用いたウエットエッチングの実行中に半導体ウエハの厚みを計測するための厚み計測装置であって、
所定の時間間隔をおいた複数の計測時刻のそれぞれに、計測光を供給する計測光源と、
前記計測光源からの前記計測光を分岐させる光分岐手段と、
前記光分岐手段で分岐された前記計測光の一方を、計測対象である前記半導体ウエハに対して出力させて、前記エッチング液が供給されているエッチング面側から照射する光出力手段と、
前記光出力手段から照射された前記計測光が前記エッチング液または前記半導体ウエハによって反射された反射光を入力させる光入力手段と、
前記光分岐手段で分岐された前記計測光の他方を、光路長が可変に構成された参照用光路を通過させて、参照光路長が設定された参照光を生成する参照光生成手段と、
前記光入力手段からの前記反射光と、前記参照光生成手段からの前記参照光とを結合させて干渉光とする光結合手段と、
前記光結合手段からの前記干渉光を検出する光検出手段と、
前記計測時刻のそれぞれにおいて、前記参照光生成手段で設定された前記参照光路長と、前記光検出手段で検出された前記干渉光の光強度との相関を示す光強度分布を用い、設定された閾値よりも大きい光強度を有する複数の光強度ピークから選択された２本の前記光強度ピーク間での前記参照光路長の光路長差に基づいて、前記半導体ウエハの生厚み値を算出する生厚み値算出手段と、
最初の前記計測時刻から規定時間が経過した後の前記計測時刻のそれぞれにおいて、設定された許容数値範囲内にあって有効とされている複数の前記生厚み値の時間変化に対して、直線近似計算による厚み変化直線の決定を行って、前記厚み変化直線から統計厚み値を算出する統計厚み値算出手段と、を備え、
前記統計厚み値算出手段は、最初の前記計測時刻から前記規定時間が経過した後の１回目の前記計測時刻において、
その前記計測時刻までの有効な前記生厚み値の時間変化に対して、直線近似計算による選別用の厚み変化直線の決定と、前記選別用の厚み変化直線からの選別数値範囲の設定と、前記選別数値範囲外にある前記生厚み値を無効とするデータの選別とを含むデータ選別計算を行った後、選別後に有効とされている前記生厚み値の時間変化に対して、前記直線近似計算による前記厚み変化直線の決定を行うとともに、前記厚み変化直線からの前記許容数値範囲を設定することを特徴とする厚み計測装置。
【請求項２】
前記統計厚み値算出手段は、最初の前記計測時刻から前記規定時間が経過した後の２回目以降の前記計測時刻のそれぞれにおいて、
その前記計測時刻で算出された前記生厚み値が、前回の前記計測時刻で決定された前記厚み変化直線から前記許容数値範囲の範囲内または範囲外にあるかによって、その生厚み値の有効または無効を判定するとともに、
前記生厚み値が前記許容数値範囲内にあって有効とされた場合には、その前記生厚み値を含む有効な複数の前記生厚み値の時間変化に対して、前記直線近似計算による前記厚み変化直線の決定を行って、前記厚み変化直線から前記統計厚み値を算出し、
前記生厚み値が前記許容数値範囲外にあって無効とされた場合には、前回の前記計測時刻で決定された前記厚み変化直線を、そのまま今回の前記厚み変化直線に決定して、前記厚み変化直線から前記統計厚み値を算出することを特徴とする請求項１記載の厚み計測装置。
【請求項３】
前記統計厚み値算出手段は、最初の前記計測時刻から前記規定時間が経過した後の１回目の前記計測時刻において、
前記許容数値範囲を、前記選別数値範囲よりも狭い数値範囲に設定することを特徴とする請求項１または２記載の厚み計測装置。
【請求項４】
前記統計厚み値算出手段は、最初の前記計測時刻から前記規定時間が経過した後の１回目の前記計測時刻において、
前記選別数値範囲を、選別の対象となっている前記生厚み値の前記選別用の厚み変化直線からのばらつき値と、あらかじめ決められた選別定数とに基づいて設定するとともに、
前記許容数値範囲を、選別後に有効とされている前記生厚み値の前記厚み変化直線からのばらつき値と、あらかじめ決められた許容定数とに基づいて設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の厚み計測装置。
【請求項５】
前記統計厚み値算出手段は、前記計測時刻のそれぞれにおいて、前記光強度ピークの数が３本未満であった場合に、その前記生厚み値を無効とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の厚み計測装置。
【請求項６】
前記統計厚み値算出手段は、最初の前記計測時刻から前記規定時間が経過した後の２回目以降の前記計測時刻のそれぞれにおいて、
その前記計測時刻から前記規定時間の範囲外にある前記生厚み値を無効とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の厚み計測装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項記載の厚み計測装置を備えるウエットエッチング装置であって、
前記ウエットエッチングの対象となる前記半導体ウエハの前記エッチング面に、前記エッチング液を供給するエッチング液供給手段と、
前記エッチング液供給手段による前記エッチング液の供給を制御するエッチング制御手段と
を備えることを特徴とするウエットエッチング装置。
【請求項８】
前記厚み計測装置の前記統計厚み値算出手段は、決定された前記厚み変化直線から、あらかじめ設定された終点厚みに基づいて前記ウエットエッチングの終了時刻を求めて、前記終了時刻を指示する終了指示信号を出力し、
前記エッチング制御手段は、前記終了指示信号に基づいて、前記エッチング液供給手段による前記エッチング液の供給を停止させることを特徴とする請求項７記載のウエットエッチング装置。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか一項記載の厚み計測装置を用いたウエットエッチング方法であって、
前記ウエットエッチングの対象となる前記半導体ウエハの前記エッチング面に、前記エッチング液を供給して前記ウエットエッチングを開始するエッチング開始ステップと、
前記エッチング開始ステップで開始された前記ウエットエッチングの実行中に、前記時間間隔をおいた複数の前記計測時刻のそれぞれに、前記厚み計測装置を用いて前記半導体ウエハの厚みを計測する厚み計測ステップと、
前記エッチング液の供給を停止して前記ウエットエッチングを終了するエッチング終了ステップと
を有することを特徴とするウエットエッチング方法。
【請求項１０】
前記厚み計測ステップで決定された前記厚み変化直線から、あらかじめ設定された終点厚みに基づいて前記ウエットエッチングの終了時刻を求める終了時刻算出ステップをさらに有し、
前記エッチング終了ステップにおいて、前記終了時刻算出ステップで求められた前記終了時刻に基づいて前記エッチング液の供給を停止することを特徴とする請求項９記載のウエットエッチング方法。
【請求項１１】
前記終了時刻算出ステップにおいて、前記厚み変化直線から算出された前記統計厚み値が前記終点厚み以下となった前記計測時刻を前記終了時刻とすることを特徴とする請求項１０記載のウエットエッチング方法。
【請求項１２】
前記終了時刻算出ステップにおいて、前記厚み変化直線を用いて前記終了時刻を予測することを特徴とする請求項１０記載のウエットエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエットエッチングの実行中に半導体ウエハの厚みを計測するための厚み計測装置、及びそれを用いたウエットエッチング装置、ウエットエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造において、近年、パターン付などの半導体ウエハの厚みをより薄くするエッチング工程の必要性が増大している。
【０００３】
そのようなエッチング工程においては、エッチング液を供給して半導体ウエハのエッチングを行うウエットエッチング装置が使用される。従来のウエットエッチング方法では、あらかじめダミーウエハのエッチングを行ってエッチングレートを確認しておき、そのエッチングレートに基づいてエッチングの終了時刻を決定している。
【０００４】
しかしながら、このようなエッチング時間の管理方法を用いた場合、ダミーウエハのエッチングという実際のエッチング工程とは別の工程が余計に必要となるという問題がある。また、エッチングレートは必ずしもエッチング工程ごとに一定ではなく、そのため、一定のエッチングレートを仮定した時間管理では得られる半導体ウエハの厚みにばらつきを生じてしまう。
【０００５】
このようなエッチング工程におけるエッチング精度や作業効率を向上させるには、半導体ウエハ部分の厚みを、インサイチュ（In-Situ）でエッチング中に計測する必要がある。このような計測を行うことによって、エッチング中での厚みの時間変化のデータを得ることができ、これによって終了時刻をそれぞれのエッチング工程ごとに求めることができるなど、様々なエッチング工程の管理及び制御が可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体ウエハの厚み計測装置としては、接触式の厚み計や、マイケルソン干渉計型の厚み計などがある。これらの厚み計のうち、接触式の厚み計は、インサイチュでの計測に適用することができない。また、接触するためにウエハに傷がつく場合があり、高速での計測ができず、あるいは、保持基板やフィルムなどがついている場合にはウエハのみでの厚みの計測ができないなどの問題点がある。
【０００７】
一方、マイケルソン干渉計型の厚み計は、非接触で半導体ウエハの厚みを計測する厚み計である。このような厚み計としては、特開平５−２４８８１７号公報に示されている装置があるが、この装置では、半導体ウエハに計測光を照射し、ウエハ表面からの反射光の反射タイミング変化によって厚みの時間変化を計測している。しかしながら、この場合には、表面の位置のみを計測していることになるので、厚みを求めるために裏面の位置などの厚みの初期条件を与えてやる必要がある。また、エッチング液を用いたウエットエッチング工程では、ウエハ表面上にあるエッチング液で計測光が反射されてしまうため、半導体ウエハの厚みを計測することができない。
【０００８】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、ウエットエッチングの実行中に半導体ウエハの厚みを計測することが可能な厚み計測装置、及びそれを用いたウエットエッチング装置、ウエットエッチング方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による厚み計測装置は、エッチング液を用いたウエットエッチングの実行中に半導体ウエハの厚みを計測するための厚み計測装置であって、（１）所定の時間間隔をおいた複数の計測時刻のそれぞれに、計測光を供給する計測光源と、（２）計測光源からの計測光を分岐させる光分岐手段と、（３）光分岐手段で分岐された計測光の一方を、計測対象である半導体ウエハに対して出力させて、エッチング液が供給されているエッチング面側から照射する光出力手段と、（４）光出力手段から照射された計測光がエッチング液または半導体ウエハによって反射された反射光を入力させる光入力手段と、（５）光分岐手段で分岐された計測光の他方を、光路長が可変に構成された参照用光路を通過させて、参照光路長が設定された参照光を生成する参照光生成手段と、（６）光入力手段からの反射光と、参照光生成手段からの参照光とを結合させて干渉光とする光結合手段と、（７）光結合手段からの干渉光を検出する光検出手段と、（８）計測時刻のそれぞれにおいて、参照光生成手段で設定された参照光路長と、光検出手段で検出された干渉光の光強度との相関を示す光強度分布を用い、設定された閾値よりも大きい光強度を有する複数の光強度ピークから選択された２本の光強度ピーク間での参照光路長の光路長差に基づいて、半導体ウエハの生厚み値を算出する生厚み値算出手段と、（９）最初の計測時刻から規定時間が経過した後の計測時刻のそれぞれにおいて、設定された許容数値範囲内にあって有効とされている複数の生厚み値の時間変化に対して、直線近似計算による厚み変化直線の決定を行って、厚み変化直線から統計厚み値を算出する統計厚み値算出手段と、を備え、（１０）統計厚み値算出手段は、最初の計測時刻から規定時間が経過した後の１回目の計測時刻において、その計測時刻までの有効な生厚み値の時間変化に対して、直線近似計算による選別用の厚み変化直線の決定と、選別用の厚み変化直線からの選別数値範囲の設定と、選別数値範囲外にある生厚み値を無効とするデータの選別とを含むデータ選別計算を行った後、選別後に有効とされている生厚み値の時間変化に対して、直線近似計算による厚み変化直線の決定を行うとともに、厚み変化直線からの許容数値範囲を設定することを特徴とする。
【００１０】
上記した厚み計測装置は、半導体ウエハに計測光を照射して反射されてきた反射光と、計測光から分岐され所定の光路を通過して反射光の光路長に対して参照光路長が設定された参照光とを結合し、生成された干渉光を検出する。そして、その干渉光の光強度分布において生じる複数の光強度ピークから、ウエットエッチング中の半導体ウエハの厚みを計測している。
【００１１】
このとき、半導体ウエハに照射した計測光は、エッチング液表面、半導体ウエハの上面（エッチング面）、及び下面などで反射され、光強度分布では、それらの面にそれぞれ対応した光強度ピークが得られる。したがって、所定の選択基準によって選択された半導体ウエハの上面及び下面に対応する２本の光強度ピークを利用することによって、エッチング液の存在にかかわらず、ウエットエッチング中に半導体ウエハの厚み、あるいはその時間変化を計測することが可能となる。また、ウエハ上面からの反射光と基準となる初期条件とから厚みを求めるのではなく、ウエハ上面及び下面の両方からの反射光を用いているので、半導体ウエハやエッチング液の状態が変化しても、常に正しく半導体ウエハの厚みを計測することができる。
【００１２】
また、あらかじめ与えられた規定時間が経過して充分なデータ数の生厚み値が得られた後の厚み計測においては、その時間変化を直線近似するフィッティング計算を行い、得られた厚み変化直線から統計厚み値を算出している。これによって、生厚み値の持つ統計的ばらつきの影響を低減することができる。また、厚みの計測においては、統計的ばらつきとは別に、エッチング液面からの光強度ピークが検出されないなどの計測エラーによるばらつきを生じる場合がある。これに対して、厚み変化直線の決定に用いる生厚み値を所定の許容数値範囲内の生厚み値に限定することによって、計測エラーを生じた生厚み値を除外して、エラーばらつきの影響を低減することができる。
【００１３】
さらに、規定時間経過後、最初に厚み変化直線を決定するときに、データ選別のためのフィッティング計算と、厚み変化直線の決定のためのフィッティング計算とによる生厚み値データの統計処理を実行している。ここで、この規定時間経過後１回目の計測時刻での統計処理によって選別される生厚み値と、決定される厚み変化直線とは、２回目以降の計測時刻においては、それぞれでの統計処理の初期条件となる。
【００１４】
したがって、上記のようにデータ選別のための予備的な直線近似計算を行って、選別用の厚み変化直線及び選別数値範囲を用いて計測エラーを生じた生厚み値を無効として統計処理から除外した後に、再び直線近似計算を含む統計処理を行って厚み変化直線及び許容数値範囲を設定する構成とすることによって、規定時間経過後の各計測時刻において、エラーばらつきなどの影響を効率的に低減することが可能となる。なお、選別用の厚み変化直線を用いたデータ選別計算については、１回に限らず、複数回繰り返し行って、計測エラーを生じた生厚み値などの余分な生厚み値データの除外を、さらに確実に行っても良い。
【００１５】
また、統計厚み値算出手段は、最初の計測時刻から規定時間が経過した後の２回目以降の計測時刻のそれぞれにおいて、その計測時刻で算出された生厚み値が、前回の計測時刻で決定された厚み変化直線から許容数値範囲の範囲内または範囲外にあるかによって、その生厚み値の有効または無効を判定するとともに、生厚み値が許容数値範囲内にあって有効とされた場合には、その生厚み値を含む有効な複数の生厚み値の時間変化に対して、直線近似計算による厚み変化直線の決定を行って、厚み変化直線から統計厚み値を算出し、生厚み値が許容数値範囲外にあって無効とされた場合には、前回の計測時刻で決定された厚み変化直線を、そのまま今回の厚み変化直線に決定して、厚み変化直線から統計厚み値を算出することを特徴とする。
【００１６】
このように、前回の厚み変化直線及び許容数値範囲から生厚み値を用いるか除外するかを判定し、許容数値範囲内にあるときのみ新たな直線近似計算を行うことによって、２回目以降での厚み変化直線の決定及び統計厚み値の算出を効率的に実行することができる。
【００１７】
各数値範囲の設定については、統計厚み値算出手段は、最初の計測時刻から規定時間が経過した後の１回目の計測時刻において、許容数値範囲を、選別数値範囲よりも狭い数値範囲に設定することが好ましい。
【００１８】
選別数値範囲を適用したデータ選別後に有効となっている生厚み値では、計測エラーを生じた生厚み値等が除外されているために、その厚み値のばらつきが小さくなっている。したがって、生厚み値のデータ選別後に設定される許容数値範囲を、データ選別に用いた選別数値範囲よりも狭い数値範囲とすることによって、直線近似計算に用いる生厚み値として好適な数値範囲を設定することができる。
【００１９】
また、統計厚み値算出手段は、最初の計測時刻から規定時間が経過した後の１回目の計測時刻において、選別数値範囲を、選別の対象となっている生厚み値の選別用の厚み変化直線からのばらつき値と、あらかじめ決められた選別定数とに基づいて設定するとともに、許容数値範囲を、選別後に有効とされている生厚み値の厚み変化直線からのばらつき値と、あらかじめ決められた許容定数とに基づいて設定することを特徴とする。
【００２０】
これによって、選別数値範囲及び許容数値範囲に対して生厚み値の統計的ばらつきを反映させることができ、厚み計測で実際に得られている生厚み値のデータに適した数値範囲を設定することが可能となる。
【００２１】
また、統計厚み値算出手段は、計測時刻のそれぞれにおいて、光強度ピークの数が３本未満であった場合に、その生厚み値を無効とすることを特徴としても良い。
【００２２】
これによって、エッチング液面からの光強度ピークが検出されないなどの計測エラーの影響を、統計処理前のデータ処理の段階でも除外することができる。
【００２３】
また、統計厚み値算出手段は、最初の計測時刻から規定時間が経過した後の２回目以降の計測時刻のそれぞれにおいて、その計測時刻から規定時間の範囲外にある生厚み値を無効とすることを特徴とする。
【００２４】
ウエットエッチングのエッチングレートは、各エッチング工程において時間経過とともに変化してしまう場合がある。これに対して、２回目以降の直線近似計算においても、最初の直線近似計算と同様の規定時間を、厚み変化直線の決定に用いる生厚み値の時間範囲とすることによって、厚み変化直線を決定するための充分な生厚み値データの統計点数を確保しつつ、規定時間以上前の生厚み値を直線近似計算から除外して、エッチングレートの変化などに対応することが可能となる。
【００２５】
また、本発明によるウエットエッチング装置は、上記した厚み計測装置を備えるウエットエッチング装置であって、ウエットエッチングの対象となる半導体ウエハのエッチング面に、エッチング液を供給するエッチング液供給手段と、エッチング液供給手段によるエッチング液の供給を制御するエッチング制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明によるウエットエッチング方法は、上記した厚み計測装置を用いたウエットエッチング方法であって、ウエットエッチングの対象となる半導体ウエハのエッチング面に、エッチング液を供給してウエットエッチングを開始するエッチング開始ステップと、エッチング開始ステップで開始されたウエットエッチングの実行中に、時間間隔をおいた複数の計測時刻のそれぞれに、厚み計測装置を用いて半導体ウエハの厚みを計測する厚み計測ステップと、エッチング液の供給を停止してウエットエッチングを終了するエッチング終了ステップとを有することを特徴とする。
【００２７】
このようなウエットエッチング装置及び方法によれば、上記した厚み計測装置を用いてウエットエッチング中の半導体ウエハに対して得られた厚み変化直線及び統計厚み値に基づいて、エッチング制御手段を介して、エッチング液の供給の停止によるウエットエッチングの終了、あるいはエッチングレートの変更などを適宜制御することが可能である。
【００２８】
また、ウエットエッチング装置は、厚み計測装置の統計厚み値算出手段が、決定された厚み変化直線から、あらかじめ設定された終点厚みに基づいてウエットエッチングの終了時刻を求めて、終了時刻を指示する終了指示信号を出力し、エッチング制御手段は、終了指示信号に基づいて、エッチング液供給手段によるエッチング液の供給を停止させることを特徴とする。
【００２９】
エッチングの終了時刻としては、例えば、厚み変化直線などから操作者が判断してエッチング制御手段に指示することも可能であるが、上記のように統計厚み値算出手段からの終了指示信号によってエッチングを終了させる構成とすることによって、設定された終点厚みが得られるように自動的にエッチングの終了が制御されるウエットエッチング装置が実現される。
【００３０】
また、ウエットエッチング方法は、厚み計測ステップで決定された厚み変化直線から、あらかじめ設定された終点厚みに基づいてウエットエッチングの終了時刻を求める終了時刻算出ステップをさらに有し、エッチング終了ステップにおいて、終了時刻算出ステップで求められた終了時刻に基づいてエッチング液の供給を停止することを特徴とする。
【００３１】
このように、厚み計測装置で求められた厚み変化直線に基づいて終了時刻を求めることによって、ウエットエッチングの終了後に得られる半導体ウエハの厚みにおいて、設定されている終点厚みからのばらつきを抑制することができ、半導体装置製造の効率化と歩留まりの向上を実現することができる。
【００３２】
終了時刻を求める方法については、終了時刻算出ステップにおいて、厚み変化直線から算出された統計厚み値が終点厚み以下となった計測時刻を終了時刻とする構成が可能である。
【００３３】
あるいは、終了時刻算出ステップにおいて、厚み変化直線を用いて終了時刻を予測する構成が可能である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による厚み計測装置、及びそれを用いたウエットエッチング装置、ウエットエッチング方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００３５】
最初に、本発明による厚み計測装置及びウエットエッチング装置の構成について説明する。図１は、厚み計測装置、及びそれを備えるウエットエッチング装置の一実施形態を示す構成図である。このウエットエッチング装置は、厚み計測装置Ａと、厚み計測装置Ａを除く通常のウエットエッチング装置Ｂ（以下、この装置部分を単にウエットエッチング装置Ｂという）とを備えて構成されている。
【００３６】
厚み計測装置Ａは、計測対象である半導体ウエハＷに計測光を照射し、半導体ウエハＷからの反射光及び参照光の干渉光の光強度変化を利用して半導体ウエハＷの厚みを計測するように構成された非接触式の厚み計である。厚み計測に用いる計測光は、所定の時間間隔をおいた複数の計測時刻のそれぞれにおいて、計測光源１１によって供給され、計測光源１１から出力された計測光は、入力用光ファイバ１１ａを介してファイバカプラからなる光カプラ１２に入力される。計測光源１１としては、低コヒーレンス光源（例えば波長１．３μｍの光を発生させるＳＬＤなど）を用いることが好ましい。計測光の波長としては、半導体ウエハＷやエッチング液などを充分に透過する波長を選択する。
【００３７】
光カプラ１２は、計測光源１１からの計測光を分岐させる光分岐手段として機能し、光カプラ１２に入力された計測光は、計測用光路に向かう計測用光ファイバ１３ａ、及び参照用光路に向かう参照用光ファイバ１４ａに分岐される。分岐された計測光は、それぞれ厚みを計測するためのプローブヘッド１３、及び参照光を生成するための参照光生成部１４に入力される。
【００３８】
プローブヘッド１３は、計測光を半導体ウエハＷへと照射するための光出力手段、及び半導体ウエハＷまたはエッチング液などによって計測光が反射された反射光を再び入力するための光入力手段として機能する光入出力手段である。光カプラ１２で分岐された光のうち、光ファイバ１３ａ側に分岐された計測光は、プローブヘッド１３から半導体ウエハＷへと出力され、半導体ウエハＷに対して上面側のエッチング面から照射される。この計測光には、上記したように半導体ウエハＷなどを充分に透過する波長の光が用いられているが、その一部は各界面において反射されて、その反射光が再びプローブヘッド１３に到達する。プローブヘッド１３に到達して再入力された反射光は、光ファイバ１３ａを介して光カプラ１２に入力される。
【００３９】
一方、参照光生成部１４においては、半導体ウエハＷなどからの反射光との干渉光によって厚み（光路長）を測定するための参照光が生成される。光カプラ１２で光ファイバ１４ａ側に分岐された計測光は、光ファイバ１４ａの出力端と、反射ミラー１４ｃとの間に配置された光路長変調光学系からなる参照用光路１４ｂを通過して、半導体ウエハＷなどからの反射光の光路長（反射光路長）に対する参照光の光路長（参照光路長）が設定された参照光となる。
【００４０】
本実施形態においては、光ファイバ１４ａの出力端から出力された計測光は、平行平面ガラス基板１４ｄを透過し、反射ミラー１４ｃに到達して反射される。反射ミラー１４ｃからの反射光は、再びガラス基板１４ｄを逆方向に透過して、適当な参照光路長が設定された参照光として、光ファイバ１４ａを介して光カプラ１２に入力される。
【００４１】
上記の参照光生成部１４は、参照用光路１４ｂの光路長が可変に構成されている。すなわち、参照用光路１４ｂ上にあるガラス基板１４ｄは、ガルバノメータ１４ｅに取り付けられている。ガルバノメータ１４ｅは、参照光路長制御部１７からの周期的な信号に基づいて動作し、これによって、参照用光路１４ｂに対するガラス基板１４ｄの傾きが周期的に変化する。このとき、参照用光路１４ｂの方向で見たガラス基板１４ｄの厚さが変化するので、これによって、参照用光路１４ｂの光路長が周期的に変化して、反射光路長に対する参照光路長（反射光に対する参照光のタイミング）が周期的にスキャンされる。
【００４２】
光カプラ１２は、上記したように計測光源１１からの計測光を分岐させる光分岐手段であるとともに、プローブヘッド１３からの反射光、及び参照光生成部１４からの参照光を結合させる光結合手段としても機能する。半導体ウエハＷなどで反射されてプローブヘッド１３に戻って入力された反射光、及び参照光生成部１４において参照光路長が設定された参照光は、光カプラ１２で結合されて干渉光となり、出力用光ファイバ１５ａを介してフォトダイオード（ＰＤ）などの光検出器１５に入力されて検出される。
【００４３】
計測時刻のそれぞれにおいて、光検出器１５で検出された干渉光のデータ等は、厚み算出部１６において処理され、それらのデータに基づいて半導体ウエハＷの厚みが算出される。光検出器１５によって干渉光を検出して得られた検出信号は、厚み算出部１６の信号処理回路１６ａを介して生厚み値算出部１６ｂに入力される。この光検出器１５からの検出信号によって、干渉光の光強度のデータが得られる。また、参照光路長制御部１７からのガルバノメータ１４ｅ（ガラス基板１４ｄ）の角度信号も、同様に信号処理回路１６ａを介して生厚み値算出部１６ｂに入力されている。この角度信号から、参照用光路１４ｂにおける参照光路長、またはその光路長変化量のデータが得られる。
【００４４】
生厚み値算出部１６ｂにおいては、これらの光強度データ、及び参照光路長データから、干渉光の光強度の参照光路長による変化（相関）を示す光強度分布が作成される。そして、得られた光強度分布において、そのピーク強度が設定されている閾値強度を超えるものとして複数の光強度ピークが特定され、それらの光強度ピークから選択された２本の光強度ピークを用いて、半導体ウエハＷの生厚み値が算出される。
【００４５】
生厚み値算出部１６ｂで算出された生厚み値は、さらに、統計厚み値算出部１６ｃに入力される。統計厚み値算出部１６ｃにおいては、複数の生厚み値の時間変化に対して、直線近似計算によって厚み変化直線が決定されて、統計厚み値が算出される。なお、半導体ウエハＷなどからの反射光、それに対応して生成される光強度分布の光強度ピーク、及び生厚み値、統計厚み値の算出方法の詳細については、後述する。
【００４６】
ウエットエッチング装置Ｂは、エッチング処理の対象（厚み計測装置Ａの計測対象）である半導体ウエハＷの一方の表面（以下、エッチング面という）を、エッチング液によってウエットエッチングするように構成されている。半導体ウエハＷは、エッチング面とは反対の面側に配置されたガラス基板などからなる保持基板２１によって保持された状態で、回転台２２上に固定される。回転台２２は、回転駆動部２３によって回転駆動され、これによって、ウエットエッチング中に半導体ウエハＷが回転される。半導体ウエハＷがパターン付である場合には、パターンのある面が保持基板２１側とされ、パターンとは反対側の面をエッチング面としてウエットエッチングが行われる。
【００４７】
半導体ウエハＷのエッチング面へのエッチング液の供給は、エッチング液供給部２４によって行われる。エッチング液供給部２４は、半導体ウエハＷに対するエッチング液の供給及び停止、または洗浄水の供給などを行う。このエッチング液供給部２４によって、回転している半導体ウエハＷのエッチング面にノズル２４ａからエッチング液が供給されると、供給されたエッチング液は半導体ウエハＷの表面上で薄いエッチング液層Ｅを形成し、このエッチング液層Ｅによって、半導体ウエハＷの表面がウエットエッチングされる。
【００４８】
回転台２２及び回転台２２上に載置された保持基板２１、半導体ウエハＷの回転駆動部２３による回転と、エッチング液供給部２４による半導体ウエハＷのエッチング面へのエッチング液または洗浄液の供給及び停止は、エッチング制御部２５によって制御される。
【００４９】
厚み計測装置Ａのプローブヘッド１３は、回転台２２上に保持基板２１とともに載置された半導体ウエハＷのエッチング面の所定部位に対向する位置に、エッチング面に向けて照射される計測光の光路がエッチング面に対して略垂直になるように設置される。このとき、垂直に照射された計測光が半導体ウエハＷなどによって反射された反射光が、効率的にプローブヘッド１３に再入力される。なお、飛散したエッチング液によるレンズ等の腐食を防止するため、プローブヘッド１３にはエッチング液に耐性のある塩化ビニルなどの透明シートを保護膜として設けておくことが好ましい。または、プローブヘッド１３の先端に円筒を取り付け、その内部を加圧することによってエッチング液の付着を防いでも良い。
【００５０】
ここで、厚み計測装置Ａ及びウエットエッチング装置Ｂからなる図１のウエットエッチング装置を用いた半導体ウエハＷのウエットエッチング方法について、一例をあげて説明しておく。
【００５１】
まず、保持基板２１に保持された半導体ウエハＷを、回転台２２上に載置する。そして、エッチング制御部２５からの指示信号に基づいて回転台２２の回転駆動が開始される。続いて、エッチング液供給部２４に対して半導体ウエハＷのエッチング面へのエッチング液の供給が指示されて、半導体ウエハＷのウエットエッチングが開始される（エッチング開始ステップ）。
【００５２】
ウエットエッチングが開始されたら、厚み計測装置Ａによって半導体ウエハＷの厚みが計測される（厚み計測ステップ）。厚み計測は、操作者から所定の時間間隔で指示された計測時刻により、または設定されている時間間隔の計測時刻で自動的に行われて、それぞれ生厚み値が算出される。また、規定時間が経過して充分な回数の厚み計測が実行された以降の厚み計測では、各計測時刻で算出された生厚み値から、厚みの時間変化を示す厚み変化直線、及び統計処理がされた統計厚み値が算出される。
【００５３】
そして、これらの厚み変化直線及び統計厚み値から、実行中のウエットエッチング工程における半導体ウエハＷの厚み及びその時間変化が評価される。厚みの評価については、例えば厚み計測装置Ａの厚み算出部１６において自動的に評価を行うことが可能である。または、厚み算出部１６に表示装置（ディスプレイ）を接続しておき、この表示装置に厚みデータを表示させて、表示されたデータに基づいて操作者が評価する構成としても良い。
【００５４】
ウエットエッチングの終了時刻となったら、エッチング制御部２５からの指示信号によって、エッチング液供給部２４によるエッチング液の供給が停止される。続いて、所定時間にわたって洗浄水が半導体ウエハＷのエッチング面に供給されて、半導体ウエハＷが洗浄される。洗浄水の供給を停止して半導体ウエハＷの洗浄が終了した後、さらに所定時間、回転台２２を回転駆動して半導体ウエハＷのエッチング面から洗浄水を除去する。そして、洗浄水の除去が終了したら、回転駆動部２３による回転台２２の回転が停止されて、半導体ウエハＷのウエットエッチングの全工程を終了する（エッチング終了ステップ）。
【００５５】
このとき、ウエットエッチングの終了時刻としては、あらかじめ与えられたエッチング時間やエッチングレートのデータに基づいて決定しても良いが、厚み計測装置Ａによって計測された生厚み値のデータから得られた厚み変化直線から、設定されている終点厚みになる終了時刻を算出して用いることが好ましい（終了時刻算出ステップ）。
【００５６】
この終了時刻の算出については、統計厚み値算出部１６ｃで自動的に求める構成としても良いし、表示装置に表示されたデータから操作者が判断することも可能である。なお、統計厚み値算出部１６ｃにおいて終了時刻が求められる場合には、終了時刻を指示する終了指示信号を厚み算出部１６の統計厚み値算出部１６ｃから出力し、その終了指示信号に基づいてエッチング制御部２５がウエットエッチングの終了制御を行う構成とすることができる。
【００５７】
各計測時刻での半導体ウエハＷの生厚み値の、厚み計測装置Ａによる計測及び算出方法について具体的に説明する。図２は、図１に示したウエットエッチング装置における半導体ウエハＷの厚みの計測方法について模式的に示した図であり、図２（ａ）は、半導体ウエハＷへの計測光の照射、及びプローブヘッド１３への反射光の再入力について示す断面図、図２（ｂ）は、光検出器１５において得られる干渉光の光強度分布を示すグラフである。なお、図２（ａ）においては、図の見易さのため、半導体ウエハＷに照射される計測光の光路、及びプローブヘッド１３への反射光の光路を、それぞれ位置をずらして示してある。
【００５８】
光カプラ１２で分岐されてプローブヘッド１３から出力された計測光Ｌ０は、エッチング液層Ｅ、半導体ウエハＷ、及び保持基板２１を順次透過していくとともに、それらの隣接する層の各界面において計測光Ｌ０の一部がそれぞれ反射される。すなわち、エッチング液層Ｅの表面から反射光Ｌ１が、半導体ウエハＷの上面から反射光Ｌ２が、半導体ウエハＷの下面から反射光Ｌ３が、また、保持基板２１の下面から反射光Ｌ４がそれぞれ反射され、プローブヘッド１３へと戻って再入力される。
【００５９】
再入力された反射光Ｌ１〜Ｌ４は、図２（ａ）に示されているように反射された界面によってそれぞれ異なる反射光路長を通過しており、プローブヘッド１３から光カプラ１２を介して光検出器１５に入力されるタイミングが異なる。これに対して、参照光生成部１４において参照用光路１４ｂの光路長を上述したように周期的に変化させて、参照光路長（参照光の反射光に対するタイミング）をスキャンする。このとき、光カプラ１２から反射光Ｌ１〜Ｌ４が反射された各界面までの光路長と、光カプラ１２から反射ミラー１４ｃまでの光路長とが一致すると、光路長及びタイミングが一致した反射光と参照光とが干渉によって強め合い、光検出器１５において大きい光強度の干渉光が検出される。
【００６０】
このように光路長をスキャンして得られる参照光路長（光路長変化量）と干渉光強度の相関を示す光強度分布を、図２（ａ）の断面図と対応させて図２（ｂ）に示す。このグラフにおいて、一方の軸はスキャンされた参照用光路１４ｂの光路長変化量、他方の軸は光検出器１５によって検出された干渉光の光強度を示している。なお、参照光路長（光路長変化量）及び光路長差は、エッチング液層Ｅ、半導体ウエハＷ、及び保持基板２１のそれぞれにおける屈折率の違いによって必ずしもそれぞれの厚みにはそのままは対応しないが、図２においては、説明のために屈折率の違いがないものとして、断面図及びグラフを対応させて図示している。
【００６１】
このグラフに示されているように、光路長変化量を小さい方から大きくする（参照光路長を大きくする）方向にスキャンしていくと、エッチング液層Ｅ表面からの反射光Ｌ１に対応する光強度ピークＰ１（液面ピークＰ１）、半導体ウエハＷの上面（エッチング面）からの反射光Ｌ２に対応する光強度ピークＰ２（ウエハ上面ピークＰ２）、半導体ウエハＷの下面からの反射光Ｌ３に対応する光強度ピークＰ３（ウエハ下面ピークＰ３）、及び保持基板２１の下面からの反射光Ｌ４に対応する光強度ピークＰ４（基板下面ピークＰ４）が順次得られる。
【００６２】
これらの光強度ピークＰ１〜Ｐ４は、光強度分布に対して適当な光強度の閾値（スレッショルド）を設定しておき、ノイズ信号による小さい光強度ピークなどの余分なピークを除外して特定される。図２（ｂ）においては、そのような閾値強度として、光強度Ｐｔを点線で示してある。
【００６３】
また、光強度ピークがスキャンされる光路長範囲は、参照光生成部１４における参照用光路１４ｂでの光路長のスキャン範囲によって設定することができるが、必要があれば、さらにスキャンされた光路長範囲から光強度ピークの特定に用いる光路長範囲を選択して設定しても良い。このような光路長範囲の選択は、厚み算出部１６にあらかじめ与えておいても良いし、または、厚み算出部１６に接続された表示装置に表示された光強度分布から、操作者がマウスカーソルの操作などによって選択して指示することも可能である。
【００６４】
厚み計測においては、得られた光強度分布に対して、上記した閾値光強度の条件、あるいはさらに光路長範囲の条件等を適用して、複数の光強度ピークを特定する。そして、それらの光強度ピークから、所定の選択基準でウエハ上面及び下面からの反射光に対応する２本の光強度ピークを選択する。
【００６５】
ここで、上記した光強度ピークＰ１〜Ｐ４については、それぞれの光強度比等は半導体ウエハＷやエッチング液層Ｅなどの状態によって変化するが、その光路長変化量に対する順番は変化しない。例えば、エッチング液層Ｅの状態はノズル２４ａから流出されているエッチング液のエッチング面上での流れ方によって変化するが、このとき、計測光の光路に対するエッチング液層Ｅ表面の角度が変わるので、エッチング液層Ｅ表面からプローブヘッド１３に到達する反射光Ｌ１の光強度も変化する。また、半導体ウエハＷとして用いられている物質（Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｄｏｐｅｄ Ｓｉなど）や、保持基板２１の材質などによっても光強度比は異なってくる。
【００６６】
一方で、光路長については、上記のように光強度などの状態が変化した場合でも、光強度ピークＰ１〜Ｐ４の光路長に対する順番は変わらない。したがって、得られた複数の光強度ピークに対して、光強度ピークの順番などを選択基準に用いて２本の光強度ピークを選択することによって、ウエハ上面及び下面に対応する光強度ピークＰ２、Ｐ３を選択することができる。
【００６７】
そして、図２（ｂ）に示す光強度分布において、参照光路長が小さい方から２番目の光強度ピークＰ２と、３番目の光強度ピークＰ３との間の光路長差は、半導体ウエハＷの上面から下面までの光路長差に相当している。したがって、この２本の光強度ピークＰ２、Ｐ３の間の光路長差から、半導体ウエハＷの厚みの生厚み値を算出することができる。
【００６８】
特に、１つの光強度ピークに対する光路長とその時間変化を計測するのではなく、上記のように２本の光強度ピークＰ２、Ｐ３を用いる計測方法によって、半導体ウエハＷの厚みをより直接的に正しく計測できる。さらに、半導体ウエハＷのエッチング面上にエッチング液が流れているウエットエッチングの実行中での厚み計測が、エッチング液の存在にかかわらず可能となる。
【００６９】
上記した光強度ピークＰ２、Ｐ３の光路長差は、半導体ウエハＷの光学的厚みに相当する。したがって、最終的な生厚み値は、得られた光路長差を半導体ウエハの屈折率で割ることによって求められる。この生厚み値の算出に用いられる半導体ウエハＷの屈折率の値は、屈折率が既知のものであれば、その値を用いれば良い。また、必要があれば、マイクロゲージや顕微鏡などを用いた他の方法で厚みが計測されたウエハであらかじめ屈折率を測定しておき、その値を用いることが好ましい。
【００７０】
ウエハ上面及び下面に対応する２本の光強度ピークＰ２、Ｐ３を選択するための所定の選択基準としては、具体的にはいくつかの選択方法が適用可能である。例えば、生厚み値の算出に用いる光路長範囲を範囲Ｒ１またはＲ２（図２（ｂ））に設定するとともに、上から２番目及び３番目の光強度ピークを選択する方法がある。あるいは、光路長範囲を範囲Ｒ１（範囲Ｒ２）に設定するとともに、下から１番目及び２番目（下から２番目及び３番目）を選択する方法がある。
【００７１】
なお、基板下面に対応する光強度ピークＰ４については、保持基板２１の厚み等によって、光路長が長くなって反射光Ｌ４が充分な強度で検出されないことがある。このような場合には、安定して光強度ピークの特定を行うため、光強度ピークＰ４が検出される光路長範囲が除外された光路長範囲Ｒ１を、光強度ピークの選択のために設定することが好ましい。また、保持基板２１が用いられていない場合にも、同様に光路長範囲Ｒ１が設定される。
【００７２】
以上により、ウエットエッチングの実行中において半導体ウエハＷの厚みの計測が可能な非接触式の厚み計測装置、及びそれを備えるウエットエッチング装置、ウエットエッチング方法が得られる。
【００７３】
なお、エッチング液層Ｅの状態は上記したように変化し、その厚みも表面の角度と同様に時間とともに変動する。これによって、光強度ピークＰ１、Ｐ２の光路長差が変化するが、このとき、光強度ピークＰ１のピーク位置がシフトするだけでなく、エッチング液層Ｅが持つ屈折率のため、プローブヘッド１３から半導体ウエハＷまでの光路長が変化する。したがって、光強度ピークＰ２、Ｐ３なども同様にそのピーク位置がシフトする。この場合においても、半導体ウエハＷの上面よりも下方（半導体ウエハＷ及び保持基板２１）に相当する光強度分布は全体として同じだけシフトするので、光強度ピークＰ２、Ｐ３の光路長差などの各光路長差は、ピーク位置のシフトには影響されない。
【００７４】
また、半導体ウエハＷのエッチング面とは反対の面にパターンが付いている場合には、パターンよりも計測光のビーム径が小さければ各パターン部位での厚みが、また、パターンよりもビーム径が大きければビーム範囲内での平均的な厚みが求められる。また、図１に示したウエットエッチング装置では、エッチング中には半導体ウエハＷが回転されているため、この場合、厚み計測では平均的な厚みを計測することになる。
【００７５】
上記した厚みの計測方法及び生厚み値の算出方法によって得られた生厚み値のデータに対する統計処理等について説明する。所定の時間間隔をおいた複数の計測時刻のそれぞれでの厚み計測で算出された半導体ウエハＷの厚みの値（生厚み値）は、（１）統計的なばらつき（統計ばらつき）、及び（２）計測エラーによるばらつき（エラーばらつき）の２つの原因による値のばらつきを有する。このうち、（１）統計ばらつきは正しく行われた厚み計測においても必然的に生じるものであり、この生厚み値のばらつきはデータとして許容される範囲である。
【００７６】
一方、（２）エラーばらつきは、例えば次のような原因によって発生する。すなわち、エッチング液層Ｅ表面の計測光に対する角度は、上記したようにエッチング液の流れ方によって変化し、それによってエッチング液層Ｅの表面からの反射光Ｌ１の光強度が変化する。特に、その表面の波立ちによって液面の傾きが大きくなってくると、反射光Ｌ１の計測光に対する角度が大きくなって、プローブヘッド１３に入力されなくなる。
【００７７】
このとき、図２（ｂ）の光強度分布において、液面ピークＰ１の光強度が閾値Ｐｔよりも小さくなって、光強度ピークとして特定されない。また、計測条件によっては、ウエハ上面ピークＰ２、ウエハ下面ピークＰ３についても、同様に光強度ピークとして特定されないことがあり得る。
【００７８】
このような場合には、各光強度ピークが各面に誤って割り当てられることとなるので、生厚み値が誤って算出される。例えば、光路長範囲Ｒ２で上から２番目及び３番目の光強度ピークを選択する場合には、保持基板２１の厚みが生厚み値として算出される計測エラーが生じる。また、光路長範囲Ｒ１で下から１番目及び２番目の光強度ピークを選択する場合には、エッチング液層Ｅの厚み、またはエッチング液層Ｅ及び半導体ウエハＷを合わせた厚みが生厚み値として算出される計測エラーが生じる。また、各光強度ピークＰ１〜Ｐ４の間に閾値レベルＰｔを超えるノイズ信号によるピークが発生した場合にも、そのノイズピークが上記した光強度ピークとされてしまい、誤った厚みが求められる。
【００７９】
これらの統計ばらつき及びエラーばらつきによる生厚み値のばらつきに対して、図１に示したウエットエッチング装置における厚み計測方法及びウエットエッチング方法では、以下に述べるように、生厚み値のデータに対する許容範囲の適用によるデータ選択と、選択された生厚み値のデータに対して直線近似計算を行うことによる厚み変化直線の決定とによって、それぞれの値ばらつきの影響を除去または低減している。すなわち、生厚み値データの選択によってエラーばらつきの影響を除去するとともに、直線近似計算によって統計ばらつきの影響を低減している。
【００８０】
以下、計測時刻のそれぞれで算出された生厚み値からの厚み変化直線の決定方法、統計厚み値の算出方法、及びウエットエッチングの終了時刻の決定方法について具体的に説明する。図３は、図１に示したウエットエッチング装置における厚み計測方法及びウエットエッチング方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【００８１】
本ウエットエッチング装置においては、ウエットエッチング装置Ｂで半導体ウエハＷに対するウエットエッチングが開始されたら、所定の時間間隔をおいた複数の計測時刻ｔのそれぞれで、厚み計測が行われる（ステップＳ１０１）。計測時刻を指示する時間間隔としては、例えば、全体のエッチング時間１〜２分に対して５Ｈｚの時間間隔など、エッチング時間やエッチングレートに応じて適宜設定して、その各計測時刻で自動的に厚み計測を実行することが好ましい。また、エッチング時間の全体に対して一定の時間間隔でも良いし、異なる時間間隔としても良い。
【００８２】
計測光源１１から計測光が供給されて、厚み計測が実行されたら、光検出器１５及び参照光路長制御部１７からの各データが、厚み算出部１６の信号処理回路１６ａを介して生厚み値算出部１６ｂに入力される。
【００８３】
次に、生厚み値算出部１６ｂにおいて、光強度分布（図２参照）が作成されるとともに、選択された２本の光強度ピークを用いて、その計測時刻ｔにおける生厚み値ＲＴｈ（ｔ）が算出される（Ｓ１０２）。ここで、光強度分布で特定された光強度ピークが２本未満の場合は、生厚み値を算出できないので、ＲＴｈ（ｔ）＝０μｍとして、その生厚み値を無効とする。
【００８４】
さらに、算出された生厚み値に対して、特定された光強度ピークのピーク数による分類がＯＮになっているかどうかを判断し（Ｓ１０３）、ＯＮの場合のみ、ピーク数による分類を行う（Ｓ１０４）。このピーク数による分類では、算出された生厚み値ＲＴｈ（ｔ）のデータのうち、光強度分布に対して設定された光路長範囲内で閾値より大きい光強度を有するピークとして特定された光強度ピークの数が３本未満であった場合に、その生厚み値を無効とする。
【００８５】
特定されたピーク数が３本未満である場合のデータは、液面、ウエハ上面、及びウエハ下面の光強度ピークＰ１、Ｐ２、及びＰ３のうちのいずれかが検出されない計測エラーが発生した場合に相当し、誤った生厚み値が得られている可能性が高いデータである。したがって、上記したピーク数による分類を行うことによって、計測エラーを伴う生厚み値の少なくとも一部を除外して、エラーばらつきの影響を低減することができる。このようなピーク数による分類は、液層Ｅ及びウエハＷの厚みが同程度で、後述する選別数値範囲や許容数値範囲の適用によっては計測エラー発生の判定が難しい場合に、特に効果がある。
【００８６】
ただし、ウエハＷの厚みが液層Ｅよりも充分に厚いときなど、後述するデータ選別などの統計処理で充分な効果が得られる場合には、このようなピーク数による分類は行わなくても良い。この場合、光強度ピークの数が２本未満で、生厚み値の算出が不可能なデータ以外の生厚み値は、すべて有効とされる。
【００８７】
次に、最初の計測時刻から経過した時間が規定時間以上となったかどうかを判断し（Ｓ１０５）、規定時間未満であれば、厚み計測の実行及び生厚み値の算出を繰り返す。一方、規定時間に到達していれば、生厚み値に対する統計処理を開始する。この規定時間は、半導体ウエハＷの厚み評価に充分な生厚み値データの統計点数が得られたかどうかを判断するための時間であり、最初の計測時刻からの経過時間（時間幅）によって指定しておくことが好ましい。あるいは、厚み計測が行われた統計点数によって規定時間を指定することも可能である。以下においては、規定時間を統計点数によらず時間幅によって指定することとし、最初の計測時刻からの時間幅Ｔｃを規定時間とする。
【００８８】
厚み計測の開始からの時間が規定時間Ｔｃに到達していると判断されたら、続いて、生厚み値に対する許容数値範囲が設定済みであるかどうかを判断する（Ｓ１０６）。許容数値範囲が設定されていなければ、最初の計測時刻から規定時間Ｔｃが経過した後の１回目の計測時刻であるので、許容数値範囲の設定を実行する。
【００８９】
上記した１回目の計測時刻での許容数値範囲の設定方法（Ｓ１０７〜Ｓ１０９）について、図４〜図７に模式的に示すグラフを参照しつつ説明する。ここで、以下に示す図４〜図９のグラフにおいては、それぞれ横軸はエッチング時間ｔ（＝計測時刻ｔ）を示し、縦軸は各時刻での半導体ウエハＷの厚みＴｈを示している。
【００９０】
また、各グラフ中に示す計測時刻ｔのそれぞれで算出された生厚み値ＲＴｈ（ｔ）については、それぞれのグラフの段階で有効となっているものを黒丸で図示している。一方、無効となっているものについては、白丸で図示するか、あるいはグラフの見易さのため図示を省略している。また、ウエットエッチングの目標としてあらかじめ設定された半導体ウエハＷの終点厚みＴｈ０を、それぞれ横軸に平行な点線によって示してある。
【００９１】
図４は、ｔｎ＝Ｔｃとなって規定時間Ｔｃに到達した１回目の計測時刻ｔｎに対して、その計測時刻ｔｎまでに計測及び算出が行われた生厚み値の分布及び時間変化の一例を示すグラフである。各計測時刻での生厚み値のデータのうち、ＲＴｈ（ｔ）＝０μｍとなっている３データ点の生厚み値は、特定された光強度ピークが２本未満で無効とされているデータ（白丸）である。許容数値範囲の設定は、それ以外の有効とされているデータ（黒丸）を用いて実行される。
【００９２】
図４に黒丸で示された有効な生厚み値ＲＴｈ（ｔ）の時間変化に対して、図５に示すように、１回目のデータ選別計算を行う（Ｓ１０７）。まず、それらの生厚み値ＲＴｈ（ｔ）のデータに対して直線近似計算（例えば最小二乗法などのフィッティング計算）を実行して、近似直線である１回目の厚み変化直線ＦＴｈ１（ｔ）を決定する。この厚み変化直線ＦＴｈ１（ｔ）は、データ選別用の直線である。
【００９３】
続いて、この選別用の厚み変化直線ＦＴｈ１（ｔ）からの１回目の選別数値範囲ＤＴｈ１を設定する。本実施形態においては、まず、厚み変化直線ＦＴｈ１（ｔ）に対して、生厚み値ＲＴｈ（ｔ）のばらつき値σ１を算出する。一方、選別数値範囲ＤＴｈ１を求めるための選別定数ＤＴｈｃ１があらかじめ設定されている。これらの数値から選別数値範囲ＤＴｈ１は、ＤＴｈ１＝σ１×ＤＴｈｃ１として設定される。なお、生厚み値のばらつき値σ１としては、例えば生厚み値データの選別用の厚み変化直線からの標準偏差の値を用いることができる。
【００９４】
設定された選別数値範囲ＤＴｈ１によって、生厚み値に対する１回目のデータ選別を行う。すなわち、厚み変化直線ＦＴｈ１（ｔ）から±ＤＴｈ１の範囲（図５中、選別用の厚み変化直線ＦＴｈ１（ｔ）を上下から挟む２本の破線で示されている）内にある生厚み値のデータについては、引き続き有効とするとともに、この範囲外にある生厚み値のデータ（図５中に白丸で示されている５データ点）を無効とする。
【００９５】
次に、図５に黒丸で示された有効な生厚み値ＲＴｈ（ｔ）の時間変化に対して、図６に示すように、２回目のデータ選別計算を行う（Ｓ１０８）。データ選別計算の方法については、１回目とほぼ同様である。すなわち、生厚み値ＲＴｈ（ｔ）のデータに対して直線近似計算を実行して、近似直線である２回目の選別用の厚み変化直線ＦＴｈ２（ｔ）を決定する。
【００９６】
続いて、この選別用の厚み変化直線ＦＴｈ２（ｔ）からの２回目の選別数値範囲ＤＴｈ２を、同様にばらつき値σ２及び選別定数ＤＴｈｃ２から、ＤＴｈ２＝σ２×ＤＴｈｃ２として設定する。そして、厚み変化直線ＦＴｈ２（ｔ）から±ＤＴｈ２の範囲内にある生厚み値のデータを引き続き有効とし、この範囲外にある生厚み値のデータ（図６中に白丸で示されている３データ点）を無効とする。以上で、本実施形態における生厚み値のデータ選別計算を終了する。
【００９７】
次に、上記したデータ選別計算によって選別されて有効となっている生厚み値ＲＴｈ（ｔ）のデータの時間変化から、図７に示すように、許容数値範囲ＤＴｈの設定を行う（Ｓ１０９）。まず、１回目及び２回目のデータ選別計算で有効とされた生厚み値のデータ（図６及び図７に黒丸で示されている８データ点）に対して直線近似計算を実行して、生厚み値の時間変化を示す近似直線である厚み変化直線ＦＴｈtn（ｔ）を決定する。ここで、下付添字ｔｎは、その厚み変化直線が計測時刻ｔｎで決定された厚み変化直線であることを示している。
【００９８】
続いて、この厚み変化直線ＦＴｈtn（ｔ）からの許容数値範囲ＤＴｈを設定する。本実施形態における許容数値範囲ＤＴｈの設定方法は、上記した選別数値範囲ＤＴｈ１、ＤＴｈ２の設定方法とほぼ同様である。すなわち、まず、厚み変化直線ＦＴｈtn（ｔ）に対して、この段階で有効とされている生厚み値ＲＴｈ（ｔ）の標準偏差などのばらつき値σを算出する。一方、許容数値範囲ＤＴｈを求めるための許容定数ＤＴｈｃがあらかじめ設定されている。これらの数値から許容数値範囲ＤＴｈは、ＤＴｈ＝σ×ＤＴｈｃとして設定される。
【００９９】
ここで設定された許容数値範囲ＤＴｈは、以後の各計測時刻（最初の計測時刻から規定時間Ｔｃが経過した後の２回目以降の計測時刻）における生厚み値の有効または無効の判定に用いられる。計測時刻ｔｎでの厚み変化直線ＦＴｈtn（ｔ）の決定、及び許容数値範囲ＤＴｈの設定が終了したら、次の厚み計測の実行及び生厚み値の算出に移行する。
【０１００】
最初の計測時刻から規定時間Ｔｃが経過した後の２回目以降の計測時刻では、許容数値範囲が設定済みであるので、上記したデータ選別及び許容数値範囲の（再）設定を行わず、許容範囲内外の判定等を実行する。この２回目以降の計測時刻での許容範囲内外の判定方法等（Ｓ１１０〜Ｓ１１２）について、図８、図９に模式的に示すグラフを参照しつつ説明する。
【０１０１】
２回目以降の計測時刻ｔｍで算出された生厚み値ＲＴｈ（ｔｍ）について、図８に示すように、許容範囲内外の判定を行う（Ｓ１１０）。許容範囲内または範囲外のいずれにあるかは、具体的には、前回の計測時刻（ここでは、計測時刻ｔｎとする）で決定された厚み変化直線ＦＴｈtn（ｔ）から許容数値範囲ＤＴｈ内にあるかどうかによって判定される。
【０１０２】
すなわち、前回の計測時刻ｔｎで決定された厚み変化直線ＦＴｈtn（ｔ）を外挿（点線）して、今回の計測時刻ｔｍでの厚みの期待値ＦＴｈtn（ｔｍ）を求める。そして、この計測時刻ｔｍで実行された厚み計測による生厚み値ＲＴｈ（ｔｍ）が、ＦＴｈtn（ｔｍ）から±ＤＴｈの範囲（図８中、厚み変化直線ＦＴｈtn（ｔ）を上下から挟む２本の破線で示されている）内にあれば、その生厚み値ＲＴｈ（ｔｍ）のデータを有効とする。一方、範囲外であれば、その生厚み値のデータを無効とする。そして、その判定結果に基づいて、今回の計測時刻ｔｍに対する厚み変化直線ＦＴｈtm（ｔ）の決定を行う（Ｓ１１１）。
【０１０３】
図８のグラフにおいては、生厚み値ＲＴｈ（ｔｍ）が、前回の厚み変化直線ＦＴｈtn（ｔ）から許容数値範囲ＤＴｈの範囲内にある場合を示している。このとき、生厚み値ＲＴｈ（ｔｍ）は有効とされる。そして、図９に示すように、この生厚み値ＲＴｈ（ｔｍ）を含み、計測時刻ｔｍから規定時間Ｔｃの時間範囲内にある有効な生厚み値のデータ（黒丸）に対して、直線近似計算を実行して、新たな厚み変化直線ＦＴｈtm（ｔ）を決定する。
【０１０４】
一方、生厚み値ＲＴｈ（ｔｍ）が、前回の厚み変化直線ＦＴｈtn（ｔ）から許容数値範囲ＤＴｈの範囲外であった場合には、生厚み値ＲＴｈ（ｔｍ）は無効とされる。このとき、直線近似計算を実行せず、前回の厚み変化直線をそのまま、今回の計測時刻ｔｍでの厚み変化直線ＦＴｈtm（ｔ）＝ＦＴｈtn（ｔ）に決定する。
【０１０５】
厚み変化直線ＦＴｈtm（ｔ）が決定されたら、計測時刻ｔｍでの統計厚み値ＳＴｈ（ｔｍ）を、ＳＴｈ（ｔｍ）＝ＦＴｈtm（ｔｍ）によって算出して（Ｓ１１２）、その計測時刻ｔｍにおけるデータの統計処理を終了する。そして、算出された統計厚み値ＳＴｈ（ｔｍ）が終点厚みＴｈ０に到達しているかどうかを判断する（Ｓ１１３）。統計厚み値ＳＴｈ（ｔｍ）があらかじめ設定されているウエットエッチングの終点厚みＴｈ０以下となっていたら、厚み算出部１６（統計厚み値算出部１６ｃ）からエッチング制御部２５に終了指示信号を出力して、ウエットエッチングを終了する。一方、図９に示すように、終点厚みＴｈ０に到達していなければ、ウエットエッチング工程を継続するとともに、次の厚み計測を実行する。
【０１０６】
上記した厚み計測装置、及びそれを用いたウエットエッチング装置、ウエットエッチング方法においては、計測光からそれぞれ生成された反射光及び参照光の干渉光を検出し、光路長変化に対する光強度分布で半導体ウエハの上面及び下面に相当する光強度ピークを特定、選択して、それらの光路長差から生厚み値を算出する。これによって、エッチング液の存在にかかわらず、ウエットエッチングの実行中に半導体ウエハの厚みを計測することができる。また、ウエハ上面及び下面の両方からの２本の光強度ピークを用いているため、エッチング液層の状態などが変化しても、正しく半導体ウエハの厚みを計測することが可能である。
【０１０７】
また、規定時間経過後で充分な生厚み値データの統計点数がある計測時刻において、許容数値範囲内外の判定、及び直線近似計算による厚み変化直線の決定を含む統計処理を行っている。これによって、エラーばらつき及び統計ばらつきの影響が充分に低減された統計厚み値を、その計測時刻における半導体ウエハＷの厚みとして算出することができる。
【０１０８】
特に、規定時間経過後で１回目の計測時刻では、厚み変化直線を決定する前に、データ選別のための予備的な直線近似計算、選別数値範囲の設定、及びデータの選別を含むデータ選別計算を実行した後、データ選別計算の終了後に有効とされている生厚み値によって、厚み変化直線の決定及び許容数値範囲の設定を行っている。これによって、厚み変化直線及び統計厚み値からエラーばらつき等の影響を充分かつ効率的に除外して、より正確に半導体ウエハＷの厚みを得ることが可能となる。また、２回目以降の計測時刻では、設定されている許容数値範囲及び前回の厚み変化直線から、生厚み値について判定を行い、生厚み値が有効とされた場合のみ新たな直線近似計算を行うこととすることによって、効率的な統計厚み値の算出を実現している。
【０１０９】
規定時間経過後で１回目の計測時刻における許容数値範囲及び選別数値範囲の設定については、いずれも、その段階で有効な生厚み値の厚み変化直線からのばらつき値と、あらかじめ決められた許容定数及び選別定数とに基づいて設定している。これによって、許容数値範囲及び選別数値範囲の設定において、対象となっている実際の生厚み値のデータの状態が反映されるので、そのデータに適した数値範囲を設定することができる。
【０１１０】
ここで、データ選別を行うごとに生厚み値のデータのばらつきは小さくなっていくため、許容数値範囲は、通常は選別数値範囲よりも狭い数値範囲に設定される。すなわち、上記した例においては、１回目の選別数値範囲ＤＴｈ１、２回目の選別数値範囲ＤＴｈ２、及び許容数値範囲ＤＴｈは、通常はＤＴｈ１＞ＤＴｈ２＞ＤＴｈとなる。ただし、このような数値範囲の大小関係は主にばらつき値によって決まるので、ばらつき値を除いた許容定数、選別定数では、必ずしもこのような大小関係とはならない。
【０１１１】
なお、許容数値範囲及び選別数値範囲については、データのばらつき値があらかじめ予測されている場合には、許容定数、選別定数を指定することなく、操作者等が直接に数値範囲を設定しても良い。この場合でも、それぞれの数値範囲は、上記した大小関係を満たすように設定しておくことが好ましい。また、必要があれば、いくつかの数値範囲（例えば２回目の選別数値範囲と最終的な許容数値範囲）を等しく設定したり、許容数値範囲を選別数値範囲よりもやや広く設定しても良い。
【０１１２】
規定時間経過後で２回目以降の計測時刻での直線近似計算においては、その計測時刻から規定時間の範囲よりも前にある生厚み値を無効として、直線決定に用いないこととしている。このような範囲設定は、エッチングレートがウエットエッチング中に時間とともに変化していく場合などに、その時間変化に対応する上で有効であり、充分な統計点数を確保しつつ、より正確な厚み変化直線及び統計厚み値を得ることができる。ただし、エッチングレートの変化等が問題とならない場合には、常に最初の計測時刻からの生厚み値を使用するようにしても良い。この場合、時間の経過とともに、統計処理に用いる生厚み値データの統計点数が増加する。
【０１１３】
上記した厚み計測装置を適用した図１のウエットエッチング装置及びウエットエッチング方法では、統計厚み値算出部１６ｃで得られた厚み変化直線及び統計厚み値に基づき、エッチング制御部２５を介して、エッチング液供給部２４によるエッチング液の供給の停止によるウエットエッチングの終了、あるいはエッチングレートの変更などを適宜制御することが可能である。特に、ウエットエッチング終了後に得られる半導体ウエハの厚みについては、厚み変化直線及び統計厚み値と、あらかじめ設定された終点厚みとに基づいて終了時刻を求めることとしておくことによって、終点厚みからのばらつきを抑制することができ、半導体装置製造の効率化と歩留まりの向上を実現することができる。
【０１１４】
より具体的には、上記の例では、算出された統計厚み値が終点厚み以下となっていたら、その計測時刻を終了時刻とするとともに、厚み算出部１６（統計厚み値算出部１６ｃ）からエッチング制御部２５に終了指示信号を出力して、ウエットエッチングを終了している。
【０１１５】
また、上記以外にも、厚み変化直線を用いて終了時刻を予測する構成が可能である。すなわち、図９に示すように、厚み変化直線ＦＴｈtm（ｔ）を外挿（延長）して、終点厚みを示す直線との交点を求め、その交点での時刻ｔｅを終了時刻として予測することができる。このように終了時刻をあらかじめ予測した場合には、その予測された終了時刻に基づいてウエットエッチングの終了制御を行うことが可能である。
【０１１６】
例えば、終了指示信号によってエッチング液供給部２４からのエッチング液の供給が停止されてから、洗浄水によってエッチング面上のエッチング液が除去されるまでには、ある程度のタイムラグがある。そのため、終点厚み以下となった時刻を終了時刻とする制御方法では、オーバーエッチを起こす可能性がある。これに対して、厚み変化直線によってあらかじめ予測された終了時刻を用い、その終了時刻よりもタイムラグの分だけ早い時刻にエッチング液の供給を停止すれば、オーバーエッチを起こすことがなくなり、半導体ウエハＷの終点厚みを正確に制御することができる。
【０１１７】
本発明による厚み計測装置、及びそれを用いたウエットエッチング装置、ウエットエッチング方法は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な構成の変形や工程の変更が可能である。例えば、保持基板２１は、薄くエッチングされる半導体ウエハＷの機械的強度を維持するためのものであり、半導体ウエハＷの厚みによっては保持基板を用いずにエッチングを行うことも可能である。
【０１１８】
また、半導体ウエハＷからの反射光を取り込む光入力手段については、上記した実施形態では光出力手段であるプローブヘッド１３を共用しているが、光出力手段とは別に光入力手段を設置する構成としても良い。この場合、反射光はプローブヘッド１３への光ファイバ１３ａとは別の光ファイバに入力されるので、光カプラ１２に加えて設けられた他の光カプラなどを光結合手段として、反射光と参照光の結合が行われる。また、光入力／出力手段あるいは光分岐／結合手段の一方のみを単一の光入出力手段あるいは光カプラとし、他方は別々とする構成も可能である。
【０１１９】
ウエットエッチングのエッチングレートについては、必ずしも一定のレートとしなくても良い。例えば、厚み計測によって得られた半導体ウエハＷの厚みの時間変化に基づいて、終点厚み（エッチングの終了時刻）が近づくにつれてエッチングレートが遅くなるようにエッチングを制御すれば、さらに細かい厚みの制御が可能となる。この場合、厚みの時間変化を求める生厚み値のデータの時間範囲を区分して、エッチングレートを変更した時刻の前後で別々に厚み変化直線を求めることも可能である。
【０１２０】
また、厚み変化直線及び統計厚み値を算出するための統計処理の各計算についても、上記した実施形態以外にも様々に変形して良い。例えば、規定時間経過後の１回目の計測時刻において、厚み変化直線の決定前に行われるデータ選別計算については、上記の実施形態では２回のデータ選別を行っているが、このデータ選別については、１回のみ、または３回以上としても良い。
【０１２１】
【発明の効果】
本発明による厚み計測装置、及びそれを用いたウエットエッチング装置、ウエットエッチング方法は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、反射光と参照光とを結合させた干渉光の光強度分布から特定、選択された２本の光強度ピークの光路長差から、半導体ウエハＷの生厚み値を算出するとともに、規定時間経過後で充分な生厚み値データの統計点数がある計測時刻において、許容数値範囲内外の判定、及び直線近似計算による厚み変化直線の決定を含む統計処理、特に規定時間経過後で１回目の計測時刻では、１回または複数回のデータ選別計算、及び直線近似計算による厚み変化直線の決定を含む統計処理を行う。これによって、エッチング液の存在にかかわらず、半導体ウエハの厚みを計測することが可能となるとともに、エラーばらつき及び統計ばらつきの影響が充分に低減された統計厚み値を得ることができる。
【０１２２】
このような厚み計測を利用すれば、それぞれのウエットエッチング工程での現実のエッチングレートやその時間変化などのエッチング条件を実測によって知ることが可能となる。したがって、ウエットエッチングの終了後に、得られた半導体ウエハの厚みを計測する検査段階でウエットエッチングの良否を判断するのではなく、エッチング中に厚みの時間変化を判断しつつウエットエッチングを制御することができ、半導体装置製造の効率化やその歩留まりの向上が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】厚み計測装置、及び厚み計測装置を備えるウエットエッチング装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示したウエットエッチング装置における半導体ウエハの厚みの計測方法について示す図である。
【図３】厚み計測方法及びウエットエッチング方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図４】規定時間までに算出された生厚み値の一例を模式的に示すグラフである。
【図５】１回目のデータ選別計算について示すグラフである。
【図６】２回目のデータ選別計算について示すグラフである。
【図７】許容数値範囲の設定について示すグラフである。
【図８】生厚み値の許容数値範囲内外の判定について示すグラフである。
【図９】厚み変化直線の決定及び統計厚み値の算出について示すグラフである。
【符号の説明】
Ａ…厚み計測装置、１１…計測光源、１１ａ…入力用光ファイバ、１２…光カプラ、１３…プローブヘッド、１３ａ…計測用光ファイバ、１４…参照光生成部、１４ａ…参照用光ファイバ、１４ｂ…参照用光路、１４ｃ…反射ミラー、１４ｄ…ガラス基板、１４ｅ…ガルバノメータ、１５…光検出器、１５ａ…出力用光ファイバ、１６…厚み算出部、１６ａ…信号処理回路、１６ｂ…生厚み値算出部、１６ｃ…統計厚み値算出部、１７…参照光路長制御部、
Ｂ…ウエットエッチング装置、２１…保持基板、２２…回転台、２３…回転駆動部、２４…エッチング液供給部、２４ａ…ノズル、２５…エッチング制御部、
Ｗ…半導体ウエハ、Ｅ…エッチング液層。
【図１】
0004486217.tif 000002
【図２】
0004486217.tif 000003
【図３】
0004486217.tif 000004
【図４】
0004486217.tif 000005
【図５】
0004486217.tif 000006
【図６】
0004486217.tif 000007
【図７】
0004486217.tif 000008
【図８】
0004486217.tif 000009
【図９】
0004486217.tif 000010