(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験台に載置された半導体基板表面の試験台表面に対して垂直な方向の変位を、水平方向に所定の測定間隔で測定する変位測定手段と、前記変位測定手段により測定された変位を順次入力して、測定された一の変位と当該一の変位の直前に測定された変位との差を前記所定の測定間隔で除した値を１回微分値として順次算出し、次いで、算出された一の１回微分値と当該一の１回微分値の直前に算出された１回微分値との差を前記所定の測定間隔で除した値を２回微分値として順次算出した後、前記２回微分値の標準偏差を平滑度として算出する平滑度算出手段と、を備え、
前記所定の測定間隔は、前記半導体基板の直径の１／１００〜１／１０の大きさであることを特徴とする半導体基板の表面形状計測装置。
【請求項２】
試験台に載置された半導体基板表面の試験台表面に対して垂直な方向の変位を、水平方向に所定の測定間隔で測定し、次いで、測定された一の変位と当該一の変位の直前に測定された変位との差を前記所定の測定間隔で除した値を１回微分値として算出し、次いで、算出された一の１回微分値と当該一の１回微分値の直前に算出された１回微分値との差を前記所定の測定間隔で除した値を２回微分値として算出した後、前記２回微分値の標準偏差を平滑度として算出し、次いで、前記平滑度と予め用意された判別値とを比較して所定の判定を行う半導体基板の表面形状判定方法であって、
前記所定の測定間隔は、前記半導体基板の直径の１／１００〜１／１０の大きさであることを特徴とする半導体基板の表面形状判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハに代表される半導体基板の表面形状計測装置及び半導体基板の表面形状判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基盤材料として用いられるシリコンウェーハは、シリコン単結晶インゴットを内周刃、或いはワイヤーソーによってスライシングすることにより切り出されている。
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、この進歩に伴い、シリコンウェーハ等に対する品質要求もより厳しくなっている。
かかるシリコンウェーハに要求される重要品質特性の一つとして、シリコンウェーハの表面形状の問題がある。なぜなら、半導体デバイスの高集積化は、デバイス寸法の縮小化を招来し、例えば、シリコンウェーハにわずかなうねり等があった場合に、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うからである。
【０００３】
ところで、一口にシリコンウェーハの形状品質といっても、直径、厚さ、平行度、平坦度、そり、うねり、表面粗度といった様々なパラメータがあるが、これらの中で、デバイス製造時における歩留まりに大きな影響を与えるものが、平坦度、そり、うねりといった巨視的ラフネスと、表面粗さといった微視的ラフネスである。
従来、この巨視的ラフネスの評価方法としては、例えば、図４に示すボウなどが知られている。
【０００４】
ボウは、シリコンウェーハ１００を基準点で支え、基準面からシリコンウェーハ１００の中央面までの距離を測定し、次いでシリコンウェーハ１００を裏返して同様に距離を測定して、（ａ−ｂ）／２で定義される値である。
【０００５】
また、微視的ラフネスは、例えば、次式で定義されるＲms（root-mean-squareroughness ）が知られている。
【数１】
0003884163.tif 000002
ここで、  ｎ：測定点数、Ｚi ：ｉ番目の測定点の平均表面レベルからの距離を示す。
従来はこのような評価パラメータを用いて、シリコンウェーハの表面形状品質の評価を行っていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スライシング工程に続くラッピング工程においては、図５に示すように、シリコンウェーハ１００は、互いに平行に保たれたラップ定盤１０１，１０１に置かれ、この状態でシリコンウェーハ１００の表裏面が削られて微視的ラフネスとなる凹凸層が取り除かれる。
このとき、図５（ａ）に示すような巨視的ラフネスとしての反りがある場合には、上下の定盤１０１，１０１に密着させることが出来るが、図５（ｂ）に示すような微視的ラフネスと巨視的ラフネスの間の中間的ラフネスがある場合には、ラップ定盤１０１，１０１とシリコンウェーハ１００の間に隙間１０２が生じ、ラッピング時の上下方向からの押付力によってシリコンウェーハ１００が割れてしまったり、ラッピングでは取りきれなかったりして、歩留まりが低下するという問題点があった。
特に、ワイヤーソーは、スラリーの磨耗等による影響が内周刃に比べて大きく、このような中間的ラフネスのバラツキが起こりやすく、一定レベル以上の品質を維持させることが難しかった。
【０００７】
しかしながら、従来は、このような中間的ラフネスを測定し、定量的に評価しようとする試みはなされておらず、このような中間的ラフネスについては専ら人間の官能による判定を行ってきた。
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑みなされたものであって、半導体基板の表面形状品質をより的確に評価して次工程以降の生産効率を高めることが可能な半導体基板の表面形状計測装置及び半導体基板の表面形状判定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】
上記課題を解決するため、
請求項１記載の発明は、半導体基板の表面形状計測装置において、
試験台に載置された半導体基板表面の試験台表面に対して垂直な方向の変位を、水平方向に所定の測定間隔で測定する変位測定手段と、
前記変位測定手段により測定された変位を順次入力して、測定された一の変位と当該一の変位の直前に測定された変位との差を前記所定の測定間隔で除した値を１回微分値として順次算出し、次いで、算出された一の１回微分値と当該一の１回微分値の直前に算出された１回微分値との差を前記所定の測定間隔で除した値を２回微分値として順次算出した後、前記算出された２回微分値の標準偏差を平滑度として算出する平滑度算出手段と、を備え、
前記所定の測定間隔は、前記半導体基板の直径の１／１００〜１／１０の大きさであることを特徴とする。
【００１０】
この請求項１記載の発明によれば、変位測定手段によって所定の間隔で測定された変位は、平滑度算出手段によって、１回微分値と２回微分値が順次算出されるとともに、この２回微分値の標準偏差を算出することにより平滑度が算出される。
従って、従来の表面粗さのような微視的ラフネスと、反りやうねりのような巨視的ラフネスとの間の中間的なラフネスを定量的に評価することが出来ることとなって、このような中間的ラフネスを人間が官能的に判定していた場合に比べて、一定した基準で確実に判定することが出来る。
即ち、平滑度は、半導体基板の表面の任意領域を曲面と考え、曲面の勾配の変化率の絶対値のバラツキを示したパラメータであって、巨視的ラフネスと微視的ラフネスの中間のラフネスを評価するパラメータとして使用可能であり、この平滑度を表面形状評価として追加することによって、従来の表面粗さと反りのみによる半導体基板の表面形状評価よりもより確実な評価をすることができることとなって、次工程以降の歩留向上が図れる。
また、これらデータの蓄積によってスライシングの刃替えのタイミングも容易に把握することが出来ることとなって、加工精度のバラツキが大きいワイヤーソーの場合でも表面形状管理をより確実に行うことが出来る。
また、２回微分した値を用いるので、反りなどの周波数の大きな表面形状の変化などの外乱の影響を消すことが出来る。
【００１１】
ここで、変位は、試験台表面から半導体基板の表面までの垂直方向の距離で定義されるものである。
この変位の測定方法は、本発明の測定範囲が広いので、触針式の場合、値が振り切れる可能性があるので、原則として光学式のものを使用するが、特に限定するものではない。
【００１３】
また、請求項１記載の発明によれば、測定間隔が１／１００〜１／１０の範囲とされているので、適正な測定が出来ることとなって、上記した発明の効果を確実に得ることが可能となる。
ここで、測定間隔は、半導体基板の大きさによって決定されるものであり、実際の値としては、２ｍｍ〜４０ｍｍ程度が適正範囲である。
【００１４】
請求項２記載の発明は、
試験台に載置された半導体基板表面の試験台表面に対して垂直な方向の変位を、水平方向に所定の測定間隔で測定し、
次いで、測定された一の変位と当該一の変位の直前に測定された変位との差を前記所定の測定間隔で除した値を１回微分値として算出し、次いで、算出された一の１回微分値と当該一の１回微分値の直前に算出された１回微分値との差を前記所定の測定間隔で除した値を２回微分値として算出した後、前記２回微分値の標準偏差を平滑度として算出し、次いで、前記平滑度と予め用意された判別値とを比較して所定の判定を行う半導体基板の表面形状判定方法であって、
前記所定の測定間隔は、前記半導体基板の直径の１／１００〜１／１０の大きさであることを特徴とする。
【００１５】
この請求項２記載の発明によれば、試験台に載置された半導体基板表面の試験台表面に対して垂直な方向の変位が水平方向に所定の測定間隔で測定され、次いで、測定された一の変位と当該一の変位の直前に測定された変位との差を所定の測定間隔で除した値が１回微分値として算出され、次いで、算出された一の１回微分値と当該一の１回微分値の直前に算出された１回微分値との差を前記所定の測定間隔で除した値が２回微分値として算出された後、２回微分値の標準偏差が平滑度として算出され、次いで、平滑度と予め用意された判別値とが比較されて所定の判定が行われる。従って、従来の表面粗さのような微視的ラフネスと、反りやうねりのような巨視的ラフネスとの間の中間的なラフネスを定量的に評価することが出来ることとなって、このような中間的ラフネスを人間が官能的に判定していた場合に比べて、一定した基準で確実に判定することが出来るとともに、これらデータの蓄積によってスライシングの刃替えのタイミングも容易に把握することが出来る。即ち、平滑度は、半導体基板の表面の任意領域を曲面と考え、曲面の勾配の変化率の絶対値のバラツキを示したパラメータであって、巨視的ラフネスと微視的ラフネスの中間のラフネスを評価するパラメータとして使用可能であり、この平滑度を利用することによって、従来の半導体基板の表面形状評価よりもより確実な評価をすることができることとなって、次工程以降の歩留向上が図れる。
【００１７】
また、この請求項２記載の発明によれば、測定間隔が１／１００〜１／１０の範囲とされているので、適正な測定が出来ることとなって、上記した発明の効果を確実に得ることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明に係る半導体基板の表面形状計測装置及びこの装置を使用した半導体基板の表面形状判定方法の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る半導体基板の表面形状計測装置の要部構成を示したブロック図である。
図１に示した表面形状計測装置１は、光学式のものであって、試験台２と、レーザー発振器３と、自動焦点機構４と、変位計５と、パーソナルコンピュータ６などにより構成され、図２に示すように、予め校正された基準点からの距離のずれ（ｙ）を変位として光学的に測定する。
【００１９】
前記試験台２は、非測定対象物であるシリコンウェーハ１０を載せる台である。
前記レーザー発振器３は、前記試験台２に載置されたシリコンウェーハ１０の表面に所定の間隔でレーザー光を照射させる装置であり、レーザー光としては、例えば、ＨｅＮｅレーザー等を用いる。
前記自動焦点機構４は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）カメラ（図示省略）、自動焦点回路（図示省略）などを備え、前記レーザー発振器２により照射されたレーザー光のシリコンウェーハ１０からの反射像の焦点を自動的に合わせることが出来るようになっている。
前記変位計５は、前記自動焦点機構４によって焦点を合わせたときの基準点からの変位を変位として測定し、前記パーソナルコンピュータ６に入力する。
【００２０】
前記パーソナルコンピュータ６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）６１、ＲＡＭ（Randum Access Memory）６２、ＲＯＭ（Read Only Memory）６３などを備えている。
そして、前記パーソナルコンピュータ６は、前記変位計４から出力された変位データを入力し、ＲＡＭ６２を作業領域として、ＲＯＭ６３に内蔵された所定の解析プログラムを読み出して入力された前記変位データから中間的なラフネスである平滑度をＣＰＵ６１にて算出する。
この平滑度は、図５に示したような、シリコンウェーハ１０の表面の微視的なラフネスと、そりなどの巨視的なラフネスの中間のラフネスを評価するパラメータであり、前記シリコンウェーハ１０の表面の任意領域を曲面と考え、曲面の勾配の変化率の絶対値の標準偏差値をもって定義されるものである。
【００２１】
具体的には、平滑度ｓは（１）式〜（３）式によって算出される。
【数２】
0003884163.tif 000003
【００２２】
即ち、図２に示すように、前記変位計５から順次入力される変位データのうち、ｉ＋１番目の変位データ（ｙi+1 ）と、このｙi+1 の直前のｉ番目の変位データ（ｙi ）との差を前記所定の測定間隔（ｘi+1 −ｘi ）で除した値を１回微分値（ｄｙi ）として求める。
次に、順次算出された前記１回微分値（ｄｙi ）のうち、ｉ＋１番目の１回微分値（ｄｙi+1 ）と、このｄｙi+1 の直前のｉ番目の変位データ（ｄｙi ）との差を前記所定の測定間隔（ｘi+1 −ｘi ）で除した値を２回微分値（ｄ2ｙi）として求める。
そして、この２回微分値（ｄ2ｙi）の標準偏差（ｓ）を求め、この値を平滑度ｓとしている。
【００２３】
前記算出された平滑度ｓは、予め、設定された判定値と比較され、平滑度ｓの値が判定値よりも大きい場合には、不良として判定されるようになっている。
ここで、平滑度ｓとして、変位の変化を２回微分した値を用いるのは、反りなどの周波数の大きな表面形状の変化などの外乱の影響を消すためである。
ここで、変位データ（ｙi ）を測定する所定の測定間隔（ｘi ）は半導体基板の大きさによって決定されるものであり、半導体基板の直径の１／１００〜１／１０の大きさであることが望ましい。
その理由は、測定間隔を狭く取りすぎると粗さの成分となり、反対に広くしすぎるとうねり（そり）を表してしまうからである。また、ワイヤソーを切断したウェーハの表面形状の凹凸の表される周期（切れ味が悪い時）が今までの経験上、上記の範囲となっているためである。
具体的には、２ｍｍ〜４０ｍｍ程度が適正範囲である。
【００２４】
次に、上記説明した表面形状計測装置１により実際に算出した平滑度ｓを用いた表面形状評価について説明する。
図３は、所定のロット時における平滑度ｓの値と、このときの切断面の表面形状プロファイルを示した図表である。
図３に示した平滑度ｓは、ワイヤーソー（図示省略）を用いてシリコン単結晶インゴット（図示省略）から切り出したシリコンウェーハ１０の切断方向に５ｍｍ間隔で前記シリコンウェーハ１０の表面の変位を測定し、次いで、この変位を用い、前記（１）式による１回微分値を算出し、次いで、この１回微分値を用い、前記（２）式による２回微分値を算出し、次いで、この２回微分値の標準偏差を算出して求めた。
【００２５】
そして、図３において、例えば、ロットナンバー＃１の場合には、平滑度ｓが約１．０程度であり、このときのシリコンウェーハ１０の表面形状プロファイルは図３に示す通り滑らかである。
さらに、同一ワイヤーソーでスライシングを行ったロットナンバー＃２の場合には、平滑度ｓが約３．０程度であり、このときのシリコンウェーハ１０の表面形状プロファイルは図３に示すように、ロットナンバー＃１の表面形状プロファイルに比べて多少の凹凸が見られるが、表面形状としては許容範囲内である。
続いて、更に同一ワイヤーソーでスライシングを行ったロットナンバー＃３の場合には、平滑度ｓが約６．０程度であり、このときのシリコンウェーハ１０の表面形状プロファイルは、図３に示すように、細かい凹凸（微視的ラフネス）の他に、それよりも周期の長い中間的ラフネスが見られた。この状態は、ラッピング時に割れる可能性があるレベルである。
そして、この段階で、ワイヤーソーの刃替えを実施し、ワイヤーソーの刃替え直後のロットナンバー＃４の場合、再び平滑度ｓは、約１．０程度となって、表面プロファイルも滑らかになった。
【００２６】
以上説明した本発明に係る表面形状計測装置１によれば、レーザー光を用いて測定した変位は、パーソナルコンピュータ６によって、１回微分値と２回微分値が順次算出されるとともに、この２回微分値の標準偏差を算出することにより平滑度ｓが算出される。
従って、従来の変位のような微視的ラフネスと、反りやうねりのような巨視的ラフネスとの間の中間的なラフネスを定量的に評価することが出来ることとなって、このような中間的ラフネスを人間が官能的に判定していた場合に比べて、一定した基準で確実に判定することが出来る。
また、従来の半導体基板の表面形状評価よりもより確実な評価をすることができることとなって、次工程以降の歩留向上も図れる。
また、これらデータの蓄積によってスライシングの刃替えのタイミングも容易に把握することが出来ることとなって、加工精度のバラツキが大きいワイヤーソーの場合でも表面形状管理をより確実に行うことが出来る。
また、この平滑度は、種々の実験データの解析用のパラメータとしても活用出来る。
【００２７】
なお、シリコンウェーハの表面形状を評価する際には、本平滑度の他、表面粗さやうねり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、より完全なシリコンウェーハの表面形状評価が出来る。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の代表的なものの効果について説明すれば、変位測定手段によって所定の間隔で測定された変位は、平滑度算出手段によって、１回微分値と２回微分値が順次算出されるとともに、この２回微分値の標準偏差を算出することにより平滑度が算出されることから、従来の変位のような微視的ラフネスと、反りやうねりのような巨視的ラフネスとの間の中間的なラフネスを定量的に評価することが出来ることとなって、このような中間的ラフネスを人間が官能的に判定していた場合に比べて、一定した基準で確実に判定することが出来る。即ち、平滑度は、半導体基板の表面の任意領域を曲面と考え、曲面の勾配の変化率の絶対値のバラツキを示したパラメータであって、巨視的ラフネスと微視的ラフネスの中間のラフネスを評価するパラメータとして使用可能であり、この平滑度を利用することによって、従来の半導体基板の表面形状評価よりもより確実な評価をすることができることとなって、次工程以降の歩留向上が図れる。また、これらデータの蓄積によってスライシングの刃替えのタイミングも容易に把握することが出来ることとなって、加工精度のバラツキが大きいワイヤーソーの場合でも表面形状管理をより確実に行うことが出来る。また、２回微分した値を用いるので、反りなどの周波数の大きな表面形状の変化などの外乱の影響を消すことが出来る。
また、測定間隔が１／１００〜１／１０の範囲とされているので、適正な測定が出来ることとなって、上記した発明の効果を確実に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体基板の表面形状計測装置の要部構成を示したブロック図である。
【図２】本発明に係る平滑度を算出する方法を説明するための図である。
【図３】所定のロットにおける平滑度と、このときのシリコンウェーハ切断面の表面形状プロファイルを示した図表である。
【図４】従来のボウを算出する方法を説明するための図である。
【図５】ラッピング時におけるシリコンウェーハの表面形状の及ぼす影響を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１    表面形状計測装置
２    試験台
３    レーザー発振器（変位測定手段）
４    自動焦点機構（変位測定手段）
５    変位計（変位測定手段）
６    パーソナルコンピュータ（平滑度算出手段）
６１    ＣＰＵ
６２    ＲＡＭ
６３    ＲＯＭ
【図１】
0003884163.tif 000004
【図２】
0003884163.tif 000005
【図３】
0003884163.tif 000006
【図４】
0003884163.tif 000007
【図５】
0003884163.tif 000008