(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体単結晶基板の主表面をベース面として、該ベース面上に半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長させた半導体エピタキシャルウェーハの測定方法であって、
前記半導体単結晶薄膜の薄膜主表面の全面に渡って複数の膜厚測定点を定め、個々の膜厚測定点において前記半導体単結晶薄膜の膜厚を測定する膜厚測定工程と、
前記薄膜主表面を、各々複数の膜厚測定点を包含する複数のサイトに区画し、それらサイト毎に、当該サイトに含まれる膜厚測定点の膜厚測定値に基づき、個々のサイトに固有の半導体単結晶薄膜の評価情報であるサイト別薄膜評価情報を、各サイトの平坦度情報を含むものとして作成するサイト別薄膜評価情報作成工程と、
作成された各サイトの平坦度情報を含む前記サイト別薄膜評価情報を出力するサイト別薄膜評価情報出力工程とを含み、
前記膜厚測定値を前記薄膜主表面の前記ベース面からの法線方向距離であるとみなして、前記各膜厚測定点の座標と対応する膜厚測定値とに基づいて前記薄膜主表面のプロファイル点を求め、それらプロファイル点を用いて前記サイト平坦度を算出するための基準面を定めることを特徴とする半導体エピタキシャルウェーハの測定方法。
【請求項２】
前記サイト別薄膜評価情報出力工程は、作成された前記サイト別薄膜評価情報を、サイト配列に対応させた形で二次元的に出力することを特徴とする請求項１記載の半導体エピタキシャルウェーハの測定方法。
【請求項３】
前記膜厚測定工程は、前記薄膜主表面に赤外線ビームを二次元的に走査しつつ入射して、前記膜厚測定点毎に赤外線吸収スペクトル法による膜厚測定を行なうものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体エピタキシャルウェーハの測定方法。
【請求項４】
前記各サイトについて前記プロファイル点を４点以上定め、前記基準面をそれらプロファイル点の最小二乗回帰平面として決定し、前記サイト平坦度をＳＦＱＲ又はＳＦＱＤとして算出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体エピタキシャルウェーハの測定方法。
【請求項５】
前記サイト別薄膜評価情報は、前記サイト内の膜厚分布情報であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体エピタキシャルウェーハの測定方法。
【請求項６】
前記サイト別薄膜評価情報は、前記サイト内における前記薄膜主表面の凹凸形状に関する情報であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体エピタキシャルウェーハの測定方法。
【請求項７】
前記膜厚測定値に基づき前記薄膜主表面のプロファイル点を各サイト毎にそれぞれ４点以上求め、それらプロファイル点に基づいて各サイトの基準面を設定する一方、各サイト内に予め定められた凹凸判定位置において前記膜厚測定値により直接決定されたプロファイル点又は他のプロファイル点からの補間推定により求めた推定プロファイル点のいずれかを凹凸判定点として用い、該凹凸判定点が前記基準面よりも一定距離以上突出している場合に、当該サイトの薄膜主表面の形状が凸であると判定し、逆に一定距離以上引っ込んでいる場合に当該サイトの薄膜主表面の形状が凹であると判定することを特徴とする請求項６記載の半導体エピタキシャルウェーハの測定方法。
【請求項８】
前記膜厚測定点を、前記薄膜主表面の内部よりも周辺部の方が、間隔が密となるように設定することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の半導体エピタキシャルウェーハの測定方法。
【請求項９】
前記膜厚測定工程を請求項２に記載の方法により行なうとともに、前記赤外線ビームの二次元的な走査を、前記薄膜主表面の中心を原点とした面内半径方向Ｒと面内周方向θとの２方向によるＲ−θ走査により行なうことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の半導体エピタキシャルウェーハの測定方法。
【請求項１０】
前記サイト別薄膜評価情報を基準情報と比較して、前記半導体単結晶薄膜のサイト別の良否判定を行い、前記サイト別薄膜評価情報をその判定結果を含むのとして出力することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の半導体エピタキシャルウェーハの測定方法。
【請求項１１】
前記半導体単結晶薄膜のサイト別の良否判定結果において、良好と判定されたサイトと不良と判定されたサイトとを互いに識別可能に出力することを特徴とする請求項１０記載の半導体エピタキシャルウェーハの測定方法。
【請求項１２】
半導体単結晶基板の主表面に半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長させた半導体エピタキシャルウェーハの、前記半導体単結晶薄膜の膜厚を、薄膜主表面の全面に渡って定められた複数の膜厚測定点においてＦＴ−ＩＲ法により測定する膜厚測定工程と、
前記薄膜主表面を、各々複数の膜厚測定点を包含する複数のサイトに区画し、それらサイト毎に、前記膜厚の測定値を用いてサイト平坦度を算出するサイト平坦度算出工程と、
算出された前記サイト平坦度を、サイト配列に対応させた形で出力装置に二次元的に出力するサイト平坦度出力工程と、
を含むことを特徴とする半導体エピタキシャルウェーハの測定方法。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の半導体エピタキシャルウェーハの測定方法により、評価対象となる半導体エピタキシャルウェーハに対し前記サイト別薄膜評価情報を作成し、その情報に基づいて各半導体エピタキシャルウェーハの評価を行なう評価工程と、
その評価結果に基づいて前記半導体エピタキシャルウェーハを選別する選別工程と、
を有することを特徴とする半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１４】
半導体単結晶基板の主表面をベース面として、該ベース面上に半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる薄膜成長工程と、
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の半導体エピタキシャルウェーハの測定方法により、得られた半導体エピタキシャルウェーハに対し前記サイト別薄膜評価情報を作成し、その情報に基づいて各半導体エピタキシャルウェーハの評価を行なう評価工程と、
その評価結果に基づいて、次に半導体エピタキシャルウェーハを製造するための、前記薄膜成長工程の実施条件の調整を行なうことを特徴とする半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１５】
半導体単結晶基板の主表面をベース面として、該ベース面上に半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長させた半導体エピタキシャルウェーハの測定装置であって、
前記半導体単結晶薄膜の薄膜主表面の全面に渡って複数の膜厚測定点を定め、個々の膜厚測定点において前記半導体単結晶薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置と、
前記半導体単結晶薄膜の、薄膜主表面全面に渡る複数の膜厚測定点にて前記膜厚測定装置により測定された膜厚測定値を取得する膜厚測定値取得手段；前記薄膜主表面を、各々複数の膜厚測定点を包含する複数のサイトに区画し、それらサイト毎に、当該サイトに含まれる膜厚測定点の膜厚測定値に基づき、個々のサイトに固有の半導体単結晶薄膜の評価情報であるサイト別薄膜評価情報を、各サイトの平坦度情報を含むものとして作成するサイト別薄膜評価情報作成手段；及び、作成された各サイトの平坦度情報を含む前記サイト別薄膜評価情報を出力するサイト別薄膜評価情報出力手段を有し、前記膜厚測定値を前記薄膜主表面の前記ベース面からの法線方向距離であるとみなして、前記各膜厚測定点の座標と対応する膜厚測定値とに基づいて前記薄膜主表面のプロファイル点を求め、それらプロファイル点を用いて前記サイト平坦度を算出するための基準面を定めるようにした半導体エピタキシャルウェーハの評価装置と、
を含むことを特徴とする半導体エピタキシャルウェーハの測定装置。
【請求項１６】
前記出力するサイト別薄膜評価情報出力手段は、作成された前記サイト別薄膜評価情報を、サイト配列に対応させた形で二次元的に出力することを特徴とする請求項１５記載の半導体エピタキシャルウェーハの測定装置。
【請求項１７】
半導体単結晶基板の主表面をベース面として、該ベース面上に半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長させた半導体エピタキシャルウェーハの評価用コンピュータプログラムであって、コンピュータにインストールすることにより該コンピュータを、
前記半導体単結晶薄膜の、薄膜主表面全面に渡る複数の膜厚測定点にて測定された膜厚測定値を取得する膜厚測定値取得手段と、
前記薄膜主表面を、各々複数の膜厚測定点を包含する複数のサイトに区画し、それらサイト毎に、当該サイトに含まれる膜厚測定点の膜厚測定値に基づき、個々のサイトに固有の半導体単結晶薄膜の評価情報であるサイト別薄膜評価情報を、各サイトの平坦度情報を含むものとして作成するサイト別薄膜評価情報作成手段と、
作成された各サイトの平坦度情報を含む前記サイト別薄膜評価情報を出力するサイト別薄膜評価情報出力手段とを備え、前記膜厚測定値を前記薄膜主表面の前記ベース面からの法線方向距離であるとみなして、前記各膜厚測定点の座標と対応する膜厚測定値とに基づいて前記薄膜主表面のプロファイル点を求め、それらプロファイル点を用いて前記サイト平坦度を算出するための基準面を定める半導体エピタキシャルウェーハの評価装置として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１８】
前記サイト別薄膜評価情報出力手段は、作成された前記サイト別薄膜評価情報を、サイト配列に対応させた形で二次元的に出力することを特徴とする請求項１７記載のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体エピタキシャルウェーハの測定方法、半導体エピタキシャルウェーハの測定装置、半導体エピタキシャルウェーハの製造方法及びコンピュータプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン単結晶基板（以下、単に「基板」と略称する）の表面に、気相成長法によりシリコン単結晶薄膜（以下、単に「薄膜」と略称する）を形成したシリコンエピタキシャルウェーハは、バイポーラＩＣやＭＯＳ−ＩＣ等の電子デバイスに広く使用されている。シリコンエピタキシャルウェーハを用いてＩＣを製造する場合、周知のフォトリソグラフィー技術が採用される。フォトリソグラフィー技術においては、マスクに形成されたパターンを、露光装置の縮小投影光学系を介してウェーハ主表面上に形成されたフォトレジスト層に露光し転写する。転写精度を確保するには露光の合焦精度が重要である。
【０００３】
例えば、エピタキシャルウェーハの主表面が理想的な平面に形成されていれば、露光ビームの焦点をその平面に合わせこむことで、主表面全面に渡ってボケのない縮小パターンを結像させることができる。しかし、実際のエピタキシャルウェーハの主表面は、後述の種々の要因により、理想平面からのずれを必ず生じている。こうした主表面の理想平面からのずれは、平坦度（フラットネス）により定量評価される。平坦度は、ある基準平面を定めたとき、被評価面の該基準平面からの幾何学的な偏差を表すパラメータであり、偏差の定義（例えば最高位点と最低位点との差や、絶対値平均あるいは二乗平均平方根値など）や基準平面の定め方により種々のものが存在し、目的に応じて使い分けられている。
【０００４】
例えば、基準平面にビームを合焦させたとき、その基準平面からの偏差の小さい主表面領域では焦点ずれによるボケは少なくて済むが、偏差の大きい主表面領域では焦点ずれによりボケの影響が大きく現われる。平坦度の悪い主表面は、こうした焦点ずれを生ずる領域の比率が大きくなるので、パターン転写の精度も悪くなる。従って、パターン転写の精度を高めるには、ウェーハ主表面の平坦度を小さくすることが一つの需要な因子となる。
【０００５】
エピタキシャルウェーハの直径が小さい場合や、転写すべきパターンがそれほど微細でない場合（例えばディスクリートデバイスの製造など）は、主表面の全面に対して単一の基準面を定める一括露光方式が採用されることもある。しかし、この方法は基準面からの逸脱の大きい主表面領域が多くなるので、微細なパターンを高精度で転写しなければならない場合には適用できない。そこで、この場合は主表面を、サイトと称される一定形状の単位領域に分割し、そのサイト毎に基準面を定めて焦点合わせを行なう、部分露光方式（ステッパ方式）が採用される。この場合、各サイトの平坦度がどうなっているか、がエピタキシャルウェーハの非常に重要な品質評価項目となる。サイト別の平坦度を測定する場合、サイト別に表面の高さ分布測定を行なってそれぞれ固有の基準面を定め、サイト内高さ分布の該基準面からの偏差を計算して平坦度のデータを得るようにする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
エピタキシャルウェーハの主表面の平坦度を悪化させる原因は、大別して、基板の厚さ不均一や研磨精度といった基板の問題に由来するものと、単結晶薄膜の膜厚分布など、薄膜成長工程の問題に由来するものとの２つがある。しかし、ウェーハ加工精度が飛躍的に向上した今日では、サイト平坦度の悪化は、成長した単結晶薄膜の膜厚が、種々の要因により主表面内の位置に応じて不均一化することによりもたらされるケースが圧倒的に多い。
【０００７】
それにもかかわらず、エピタキシャルウェーハの製造現場においては従来、サイト平坦度の測定と、単結晶薄膜の膜厚測定とを有機的に結びつけた工程管理は、意外にもあまりなされてこなかった。例えば、シリコンエピタキシャルウェーハの場合、膜厚測定に関しては、サイトとは無関係に定められた数点程度の測定点において周知のＦＴ−ＩＲ法によりなされる一方、平坦度は、膜厚測定とは全く無関係なウェーハ主表面の３次元形状測定（例えば、静電容量方式、レーザー干渉方式、超音波方式あるいはオプトマイクロメータ方式等による）によりなされてきた。しかし、この手法は、サイト平坦度と膜厚との関連を精密に把握するには、１枚のウェーハにおいて測定される膜厚データ数があまりに乏しい上、膜厚と平坦度との測定を別々に行なわなければならない不便がある。他方、単結晶薄膜の成長前後にそれぞれウェーハ主表面の３次元形状を測定し、その差分から膜厚分布を求める方法も考えられるが、３次元形状測定を２度行なわなければならないので、能率上の問題は解消されない。
【０００８】
本発明の課題は、サイト平坦度をはじめとする単結晶薄膜のサイト別の評価情報を、従来の３次元形状測定による手法よりもはるかに簡便に測定することが可能であり、例えばサイト平坦度と単結晶薄膜の膜厚分布との関係を互いに関連付けて把握でき、ひいてはサイト平坦度の悪化要因等を容易に推定することができる半導体エピタキシャルウェーハの測定方法及び半導体エピタキシャルウェーハの測定装置と、それを用いた半導体エピタキシャルウェーハの製造方法、さらには、上記の測定装置の機能をコンピュータ上にて実現するためのコンピュータプログラムとを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明の半導体エピタキシャルウェーハの測定方法は、半導体単結晶基板の主表面をベース面として、該ベース面上に半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長させた半導体エピタキシャルウェーハの測定方法に関するものであり、上記の課題を解決するために、
半導体単結晶薄膜の薄膜主表面の全面に渡って複数の膜厚測定点を定め、個々の膜厚測定点において半導体単結晶薄膜の膜厚を測定する膜厚測定工程と、
薄膜主表面を、各々複数の膜厚測定点を包含する複数のサイトに区画し、それらサイト毎に、当該サイトに含まれる膜厚測定点の膜厚測定値に基づき、個々のサイトに固有の半導体単結晶薄膜の評価情報であるサイト別薄膜評価情報を作成するサイト別薄膜評価情報作成工程と、
作成されたサイト別薄膜評価情報を出力するサイト別薄膜評価情報出力工程と、
を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の半導体エピタキシャルウェーハの測定装置は、半導体単結晶基板の主表面をベース面として、該ベース面上に半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長させた半導体エピタキシャルウェーハの測定装置であって、上記の課題を解決するために、
半導体単結晶薄膜の薄膜主表面の全面に渡って複数の膜厚測定点を定め、個々の膜厚測定点において半導体単結晶薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置と、
半導体単結晶薄膜の、薄膜主表面全面に渡る複数の膜厚測定点にて膜厚測定装置により測定された膜厚測定値を取得する膜厚測定値取得手段；薄膜主表面を、各々複数の膜厚測定点を包含する複数のサイトに区画し、それらサイト毎に、当該サイトに含まれる膜厚測定点の膜厚測定値に基づき、個々のサイトに固有の半導体単結晶薄膜の評価情報であるサイト別薄膜評価情報を作成するサイト別薄膜評価情報作成手段；及び、作成されたサイト別薄膜評価情報を出力するサイト別薄膜評価情報出力装置、を有する半導体エピタキシャルウェーハの評価装置と、
を含むことを特徴とする。
【００１１】
上記本発明の半導体エピタキシャルウェーハの評価方法及び装置においては、薄膜主表面をサイトに区画して、その各々のサイトにて互いに異なる複数点にて膜厚測定を行い、その膜厚測定値を用いてサイト別薄膜評価情報を作成するとともに、サイト配列に対応させた形で二次元的に出力する。すなわち、多数点の膜厚測定をサイトと関連付けた形で行い、その膜厚測定情報に基づいてサイト別薄膜評価情報を作成・出力するようにしたから、単結晶薄膜の成長前後にウェーハ主表面の３次元形状を測定する従来の方法等と比較して簡便であり、しかも膜厚分布とサイト毎の薄膜品質（例えば後述する平坦度）との関連把握も簡便かつ精密に行なうことができる。
【００１２】
また、本発明のコンピュータプログラムは、
半導体単結晶基板の主表面をベース面として、該ベース面上に半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長させた半導体エピタキシャルウェーハの評価用コンピュータプログラムであって、コンピュータにインストールすることにより該コンピュータを、
半導体単結晶薄膜の、薄膜主表面全面に渡る複数の膜厚測定点にて測定された膜厚測定値を取得する膜厚測定値取得手段と、
薄膜主表面を、各々複数の膜厚測定点を包含する複数のサイトに区画し、それらサイト毎に、当該サイトに含まれる膜厚測定点の膜厚測定値に基づき、個々のサイトに固有の半導体単結晶薄膜の評価情報であるサイト別薄膜評価情報を作成するサイト別薄膜評価情報作成手段と、
作成されたサイト別薄膜評価情報を、サイト配列に対応させた形で二次元的に出力するサイト別薄膜評価情報出力手段と、
を備えた半導体エピタキシャルウェーハの評価装置として機能させることを特徴とする。
【００１３】
すなわち、膜厚測定装置により薄膜主表面上の複数点にて測定された膜厚測定値のデータを取得し、該データに基づいてサイト別薄膜評価情報を作成し、出力する半導体エピタキシャルウェーハ評価装置の機能を、上記のプログラムのコンピュータへのインストールにより、該コンピュータ上にて簡単に実現することができる。
【００１４】
さらに、本発明の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法の第一は、上記本発明の半導体エピタキシャルウェーハの測定方法により、評価対象となる半導体エピタキシャルウェーハに対しサイト別薄膜評価情報を作成し、その情報に基づいて各半導体エピタキシャルウェーハの評価を行う評価工程と、
その評価結果に基づいて半導体エピタキシャルウェーハを選別する選別工程と、
を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法の第二は、半導体単結晶基板の主表面をベース面として、該ベース面上に半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる薄膜成長工程と、
前記本発明の半導体エピタキシャルウェーハの測定方法により、得られた半導体エピタキシャルウェーハに対しサイト別薄膜評価情報を作成し、その情報に基づいて各半導体エピタキシャルウェーハの評価を行なう評価工程と、
その評価結果に基づいて、次に半導体エピタキシャルウェーハを製造するための、薄膜成長工程の実施条件の調整を行なうことを特徴とする。
【００１６】
本発明の半導体エピタキシャルウェーハの測定方法を用いることにより、サイト別薄膜評価情報を各サイトにおける複数点の膜厚測定により簡便に得ることができ、平坦度などの、サイト別の単結晶薄膜の品質評価を簡単かつ正確に行なうことができる。また、その評価結果に基づいて、単結晶薄膜の品質、例えば平均膜厚や膜厚分布状態に不具合のあるサイトを簡単に識別することができる。そして、本発明の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法の第一によると、その評価結果に基づいて半導体エピタキシャルウェーハの選別を行なうので、出荷されるエピタキシャルウェーハの品質が向上するとともに、不良率を低減することができる。他方、本発明の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法の第二によると、サイト別薄膜評価情報により、どのサイトで単結晶薄膜の品質不具合が発生したかを簡単かつわかりやすく把握でき、また、不具合の発生状況（例えば不具合を発生したサイトの位置と、不具合の種別）から、原因特定を容易に行なうことができる。そして、その結果を利用して、次に半導体エピタキシャルウェーハを製造する際の薄膜成長工程の実施条件を、発見された不具合が解消されるように調整することで、不良等の発生を未然に防止ないし抑制することができる。
【００１７】
以下、本発明の半導体エピタキシャルウェーハの測定方法について、さらに付加可能な要件につき、詳しく説明する。まず、サイト別薄膜評価情報出力工程において、作成されたサイト別薄膜評価情報を、サイト配列に対応させた形で二次元的に出力することができる。このようにすると、サイト別薄膜評価情報を、実際のサイト配列と対応付けて直感的に把握することが容易となり、特に、不具合を発生したサイトがあれば、その位置把握を極めて簡単に行なうことができる。その結果、不具合発生の原因特定等もより容易に行なうことができる。この出力は、モニタ画面上に表示出力してもよいし、印刷装置により紙等の媒体に印刷出力しても、いずれでもよい。
【００１８】
膜厚測定工程は、主表面に赤外線ビームを二次元的に走査しつつ入射して、膜厚測定点毎に赤外線吸収スペクトル法による膜厚測定を行なうものとすることができる。赤外線吸収スペクトル法による膜厚測定は、特に、フーリエ変換赤外分光光度計（Fourier Transformation InfraRed spectrophotometer）を用いた測定方法（以下、ＦＴ−ＩＲ法という）が、例えばシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層（シリコン単結晶薄膜）の膜厚測定方法として幅広い実績があることから、本発明に好適に使用できる。この方法は、マイケルソン型干渉計によりインターフェログラムを測定し、そのインターフェログラム波形をフーリエ変換することにより通常の赤外吸収スペクトル波形を得、そのスペクトル波形から膜厚を算出するものである。測定プローブとなる赤外線ビームを、被測定面である薄膜主表面上にて２次元的に走査しながらＦＴ−ＩＲ法による膜厚測定を行なうことにより、サイト別の膜厚分布を測定する上で好都合な多点の膜厚測定を簡便に行なうことができる。特に近年では、演算装置の高性能化により、フーリエ変換演算の処理速度が大幅に向上した背景もあり、現実的な処理時間（例えば３０秒〜１０分）の範囲内で、一つのウェーハに対して例えば１００〜１０００点の膜厚測定を行なうことが可能である。
【００１９】
サイト別薄膜評価情報は、膜厚測定値を用いて算出されたサイト平坦度情報としておくと、ＩＣ製造用等のエピタキシャルウェーハの品質評価項目として直接これを活用できる。また、膜厚測定を行なうだけで平坦度の情報も得ることができるから、三次元形状測定装置等により別途平坦度を測定する必要がなくなるので、より能率的である。
【００２０】
この場合、本発明の半導体エピタキシャルウェーハの測定方法は、例えば、以下のような工程を含むものとして実施すると、特に効果的である。
▲１▼膜厚測定工程：半導体単結晶基板の主表面に半導体単結晶薄膜をエピタキシャル成長させた半導体エピタキシャルウェーハの、半導体単結晶薄膜の膜厚を、薄膜主表面の全面に渡って定められた複数の膜厚測定点においてＦＴ−ＩＲ法により測定する。
▲２▼サイト平坦度算出工程：薄膜主表面を、各々複数の膜厚測定点を包含する複数のサイトに区画し、それらサイト毎に、膜厚の測定値を用いてサイト平坦度を算出する。
▲３▼サイト平坦度出力工程：算出されたサイト平坦度を、サイト配列に対応させた形で出力装置に二次元的に出力する。
【００２１】
半導体エピタキシャルウェーハの半導体単結晶薄膜の膜厚は、ＦＴ−ＩＲ法を用いれば、薄膜主表面の全面に渡る多数点の膜厚測定を比較的短時間に行うことができる。こうして得られた膜厚測定値を、薄膜主表面上に区画設定されたサイトに割り振れば、各サイトの平坦度を、そのサイトに属する膜厚測定値を用いて簡単に計算することができる。これにより、三次元形状測定装置等により別途平坦度を測定することなく、膜厚測定の一環としてウェーハのサイト別平坦度測定を一挙に、かつ短時間に行うことができる。そして、そのサイト平坦度を、サイト配列に対応させて二次元出力（表示又は印刷）すれば、ウェーハ主表面のサイト平坦度分布を一目で容易に把握することができる。特に、ＩＣ等のデバイス製造工程では、サイトの良不良判定や、露光時のサイト別の合焦条件把握の迅速化に大きく貢献することができる。
【００２２】
サイト内の膜厚測定値をサイト平坦度に変換するには、以下のような方法を採用できる。すなわち、図１３に示すように、基板ＷＢ上にエピタキシャル成長した半導体単結晶薄膜ＥＰの、各サイト（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４‥）の膜厚測定値（ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４‥）を、薄膜主表面ＤＰの、ベース面ＢＰからの法線方向距離であるとみなして、各膜厚測定点の座標（（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），（ｘ３，ｙ３），（ｘ４，ｙ４）：後述の膜厚方向座標と区別するため、以下、これを面内方向座標という）と、これに対応する膜厚測定値（ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４‥）とに基づいて薄膜主表面のプロファイル点（π１，π２，π３，π４‥）を求め、それらプロファイル点（π１，π２，π３，π４‥）を用いてサイト平坦度を算出するための基準面（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４‥）を定める。
【００２３】
エピタキシャルウェーハの製造に使用する基板ＷＢのベース面ＢＰは通常、化学的機械的研磨により得られる鏡面研磨面であり、その面粗さレベルは、エピタキシャル成長する単結晶薄膜の膜厚よりもはるかに小さい（例えば、シリコンエピタキシャルウェーハに用いる基板の、鏡面研磨された主表面の二乗平均平方根粗さは、単結晶薄膜の膜厚オーダーの１／１００〜１／１００００程度である）。従って、ベース面ＢＰの面粗さを単結晶薄膜ＤＰの厚さに対して無視すれば、該ベース面ＢＰはサイト単位では実質的に平面であるとみなしうる。従って、ベース面ＢＰは、膜厚方向位置の基準点（つまり原点）として使用でき、薄膜主表面ＤＰの各プロファイル点の膜厚方向座標を、膜厚測定値（ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４‥）にて代用することが可能となる。これにより、膜厚測定値（ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４‥）を直接、単結晶薄膜の主表面のプロファイル点の膜厚方向座標として使用できる。この考え方は、後述のＳＦＱＲあるいはＳＦＱＤを平坦度の定義として用いる場合に特に有効である。
【００２４】
形状プロファイルデータが得られてしまえば、平坦度自体は周知の定義が採用できる。以下、本発明に採用可能な定義を、図１４を参照して説明する。
▲１▼各サイトについてプロファイル点を４点以上定め、基準面ＳＰをそれらプロファイル点の最小二乗回帰平面として決定する。この場合、サイト平坦度として、次の２種を定義可能である：
ＳＦＱＲ（Site Front Least sQares ＜site＞ Range）
上記基準面ＳＰから見た最大高さと最低高さとの差である；
ＳＦＱＤ（Site Front Least sQares ＜site＞ Deviation）
上記基準面ＳＰから見た高さ変位（絶対値）の最大値にて表す。
【００２５】
これらの定義は、サイト毎の傾斜した基準面に対して、光軸を傾けることにより、個々に垂直入射させる方式（表面サイトアライメント方式）の露光装置に有効である。サイト表面の形状が平坦であれば算出される平坦度も小さくなる（つまり、サイト表面の傾斜や高さ方向位置は平坦度に影響しない）。そして、サイトの形状プロファイル自体を個別の基準面設定に用いるため、基板に反りや厚さ分布が生じていても影響がなく、膜厚測定値の精度さえ確保できていれば、十分信頼性の高い平坦度のデータが得られる利点がある。すなわち、基板厚さがサイト間でばらついていたとしても、同一サイト内ではほぼ同じ基板厚さとみなしうる。従って、サイト間の基板厚さの相違あるいは反りによる影響は、個々のサイト面を基準面とともに平行移動ないし回転移動させるだけであり、平坦度の算出値には影響しない。なお、プロファイル点（つまり、膜厚測定点）をサイト毎に４点以上定めるのは、基準面決定に３点が最低必要であり、高さ偏差をゼロでない有限の値として得るために、さらに１点以上の自由度が必要となる事情による（後述のＳＦＬＲ及びＳＦＬＤについても同じ）。
【００２６】
▲２▼サイトと無関係に、薄膜主表面の全面に渡ってプロファイル点を３点又は４点以上抽出し、その抽出されたプロファイル点を用いて基準面を定める。この場合、サイト平坦度として、次の４種を定義可能である：
ＳＦ３Ｒ（Site Front 3points ＜global＞ Range）
薄膜主表面上の同一直線状にない３つのプロファイル点を用いて各サイトに共通の基準面ＳＰ（３点基準面）を定め、その基準面ＳＰから見た最大高さと最低高さとの差である；
ＳＦ３Ｄ（Site Front 3points ＜global＞ Deviation）
ＳＦ３Ｒと同様の基準面ＳＰを用い、基準面ＳＰから見た高さ変位（絶対値）の最大値にて表す；
ＳＦＬＲ（Site Front Least sqares ＜global＞ Range）
薄膜主表面上の４点以上のプロファイル点を用いた最小二乗回帰平面として各サイトに共通の基準面ＳＰ（プロファイル点の全てを用いればベストフィット基準面となる）を定め、その基準面ＳＰから見た最大高さと最低高さとの差である；ＳＦＬＤ（Site Front Least sqares ＜global＞ Deviation）
ＳＦＬＲと同様の基準面ＳＰを用い、基準面ＳＰから見た高さ変位（絶対値）の最大値にて表す。
【００２７】
これらの定義は、薄膜主表面の全面において複数サイトにまたがる形で基準面が設定される。従って、基板の厚さがサイト間で大きく異なっていたり、基板が大きく反っている場合は、同じ膜厚測定値分布を有するウェーハでも、平坦度の算出結果は異なってくることになる。これは、共通基準面に対して光軸調整及び合焦を１回のみ行なう簡易な露光方式（表面グローバルアライメント方式）に整合するものとして、これらの定義が考案された事情による。従って、本定義を使用できるのは、厚さがほぼ一定であり、かつ反りの小さい基板を有するエピタキシャルウェーハか、あるいは基板の厚さ分布及び反りの状況が前もって測定されたエピタキシャルウェーハに限られることになる。後者の場合、プロファイル点のデータを、膜厚測定点の面内方向座標（ｘｉ，ｙｉ）に、膜厚測定値ｔｉに基板厚さｔ及び反り変位δを加算した値ｚｉ（＝ｔｉ＋ｔ＋δ）をｚ座標として組み込んだ３次元座標点（（ｘ１，ｙ１，ｚ１），（ｘ２，ｙ２，ｚ２），（ｘ３，ｙ３，ｚ３），（ｘ４，ｙ４，ｚ４）‥）の組として表すことにより、平坦度を計算できる。
【００２８】
▲３▼半導体単結晶基板の主裏面を基準面とし、膜厚測定値と半導体単結晶基板の厚さとの合計を、薄膜主表面の基準面からの法線方向距離であるとみなすことにより、各膜厚測定点の座標と対応する膜厚測定値とに基づいて薄膜主表面のプロファイル点を各サイトについて３点以上求める。この場合、それらプロファイル点を用いてサイト平坦度を、次の２種のいずれかとして定義可能である：
ＳＢＩＲ（Site Back-side Ideal Range）
ウェーハ裏面をチャックにより吸着固定して反りを平坦化し、その平坦化された裏面を基準面ＳＰとして、該基準面ＳＰから見た最大高さと最低高さとの差である；
ＳＢＩＤ（Site Back-side Ideal Deviation）
ＳＢＩＲと同様の基準面ＳＰを定め、サイト毎に基準面ＳＰと平行で、かつプロファイル点からの距離の合計を最小化する焦点面ＦＰを定め、その焦点面ＦＰから見た高さ変位（絶対値）の最大値にて表す。
【００２９】
この定義においては、基板裏面のチャックにより、反りの影響は無視することができる。ただし、基板の厚さがサイト間で大きく異なっている場合は、▲２▼と同様に、厚さがほぼ一定のエピタキシャルウェーハか、あるいは基板の厚さ分布が前もって測定されたエピタキシャルウェーハに限られることになる。後者の場合、プロファイル点のデータを、膜厚測定点の面内方向座標（ｘｉ，ｙｉ）に、膜厚測定値ｔｉに基板厚さｔを加算した値ｚｉ（＝ｔｉ＋ｔ）をｚ座標として組み込んだ３次元座標点（（ｘ１，ｙ１，ｚ１），（ｘ２，ｙ２，ｚ２），（ｘ３，ｙ３，ｚ３），（ｘ４，ｙ４，ｚ４）‥）の組として表すことにより、平坦度を計算できる。
【００３０】
サイト別薄膜評価情報は、例えば複数点の膜厚測定値をサイト別に出力するだけでも、各サイトの膜厚分布情報として有効に使用することができる。すなわち、サイト別薄膜評価情報は、サイト内の膜厚分布情報とすることもできる。
【００３１】
また、サイト別薄膜評価情報は、サイト内における薄膜主表面の凹凸形状に関する情報とすることができる。凹凸の激しい湾曲したサイト面が形成されていると、そのサイト内にて露光時に焦点ずれとなる領域（つまり、ピンボケとなる領域）が増え、ＩＣ製造時に不良となる確率が高くなる。そこで、この凹凸に関する情報をサイト別薄膜評価情報として出力すれば、不良予測や不良防止のための工程改善等を容易に行なうことができる。前記した平坦度との関係では、ＳＦＱＤ及びＳＦＱＲを平坦度の定義として用いた場合、この凹凸の度合いが大きいほど値が大きくなり、逆に凹凸の度合いが小さければ、面の位置自体がどんなに異なろうとも、平坦度の値は小さくなる。従って、平坦度評価との関係も把握しやすい利点がある。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１１は、本発明の適用対象となるシリコンエピタキシャルウェーハ（以下、単にウェーハともいう）の断面構造を概念的に示すものである。該ウェーハＷは、シリコン単結晶基板ＷＢの一方の主表面に、シリコン単結晶薄膜ＥＰを周知の気相成長法によりエピタキシャル成長させたものである。このシリコン単結晶薄膜ＥＰの主表面は、図１２に示すように、複数の正方形状のサイトＳF及びＳPにより碁盤目状に仮想分割されている。なお、ウェーハＷの主表面の周辺部は、研磨時の面ダレや、エピタキシャル成長されるシリコン単結晶薄膜ＥＰの膜厚不均一等により平坦度が悪化しやすい領域であり、平坦度規格が適用されない周辺部除外領域ＥＥとされ、その内側の平坦度適用領域ＦＱＡと区別されている。そして、本実施形態では、サイトＳF及びＳPのうち、この平坦度適用領域ＦＱＡに全体が属するサイトＳFのみ、平坦度の評価がなされる。
【００３３】
図１は、本発明の一実施例に係る半導体ウェーハの測定装置（以下、単に測定装置ともいう）１００の電気的構成を示すブロック図である。測定装置１００は、大きく分けて、ウェーハＷのシリコン単結晶薄膜ＥＰの膜厚を測定する膜厚測定装置１５０と、その膜厚測定装置１５０から測定された膜厚測定値を取得して、これをサイト別薄膜評価情報に加工し、出力するための評価装置２００との２つの要素から成り立っている。
【００３４】
膜厚測定装置１５０は、制御用コンピュータ１１１とこれに接続された測定系１０１とを有する。制御用コンピュータ１１１はＩ／Ｏポート１０８とこれに接続されたＣＰＵ１０４、ＲＯＭ１０５、ＲＡＭ１０６、記憶装置としてのハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤと略記する）１０７、さらに入力装置としてキーボード１０９及びマウス１１０が接続されている。ＨＤＤ１０７には、膜厚測定装置の動作を司る制御プログラム１０７ａ、後述する波形測定部１１からのインターフェログラムのデータを取り込み、これにフーリエ変換を施して赤外吸収スペクトル波形を得るとともに、そのスペクトル波形から周知の手法に基づきシリコン単結晶薄膜ＥＰの膜厚を算出するデータ取込み／膜厚解析プログラム１０７ｂ、及び得られた膜厚算出値を測定位置座標と対応付けて記憶した膜厚分布データファイル１０７ｃが記憶されている。また、ＲＡＭ１０６には、制御プログラム１０７ａ及びデータ取込み／膜厚解析プログラム１０７ｂのワークエリア１０６ａ，１０６ｂと、膜厚分布データファイルの格納エリア１０６ｃとが形成されている。
【００３５】
次に、測定系１０１は、波形測定部１１と、該波形測定部１１をウェーハＷの主表面上にて走査するための駆動部とを有する。図２に示すように、波形測定部１１は、赤外線光源と、該赤外線光源からの赤外線ビームを光路差の異なる２つの入射ビームに分離して照出するマイケルソン型干渉計とを有する投光系１４と、それら２つの入射ビームの反射光同士が形成する干渉信号を検出する検出部１５とを有する。他方、駆動部は、波形測定部１１をウェーハ主表面に沿って２次元的に走査駆動するものである。この走査方式は、直角座標系によるＸ−Ｙ走査方式を採用することも可能であるが、本実施形態では、赤外線ビームの二次元的な走査を、薄膜主表面の中心を原点とした面内半径方向Ｒと面内周方向θとの２方向によるＲ−θ走査により行なうようにしている。
【００３６】
近年主流となりつつある枚葉式気相成長装置により製造されたシリコンエピタキシャルウェーハは、サセプタ上にてウェーハを回転させながらシリコン単結晶薄膜を成長させることから、膜厚分布は基本的に、ウェーハ周方向には揃ったものとなりやすい反面、半径方向には温度や原料ガス流の分布、さらには研磨された基板主表面の面ダレ等の影響を受けて変動しやすい傾向にある。こうした傾向を的確かつ効率的に把握するには、膜厚バラツキの問題を生じやすい領域では膜厚測定点の間隔を密にするなど、半径方向位置に応じて周方向の膜厚測定点の間隔を変化させることが有効である。この場合、測定点の配列は当然、ウェーハ半径方向（Ｒ）と周方向（θ）とにそれぞれ規則性を有したものとなる。そこで、ウェーハ主表面上に設定されたＲ−θ極座標を用いると、測定点の設定をより直感的かつ簡便に行なうことが可能となる。そして、これに対応して、赤外線ビームを上記のようにＲ−θ走査することで、設定される測定点の座標情報を駆動部の制御データに直接使用することができ、走査駆動制御のプログラミングが容易になるばかりでなく、処理速度向上の観点においても有利となる。また、走査駆動される波形測定部１１の無駄な動きが少なくなり、ウェーハ１枚の膜厚分布測定に要するサイクルタイムを短縮することができる。
【００３７】
図２に示すように、本実施形態において駆動部は、Ｒ駆動モータ１３とθ駆動モータ１７とを含む。波形測定部１１は、ねじ軸１２が螺合するベース１１ｂに取り付けられ、Ｒ駆動モータ１３によるねじ軸１２の回転駆動・停止により、図３に示すように、波形測定部１１は該ベース１１ｂとともに、Ｒ方向上にて任意に位置決め可能となるように、ガイド１０に沿って直線移動する。また、ウェーハＷはウェーハ支持テーブル１６上に載置され、このウェーハ支持テーブル１６をθ駆動モータ１７により逆θ方向に回転駆動することにより、波形測定部１１は、ウェーハＷに対し任意の角度θに位置決め可能に相対回転駆動される。
【００３８】
上記Ｒ駆動モータ１３とθサーボ制御及び回転角度位置を検出するためのパルスジェネレータ（以下、Ｒ−ＰＧという）１１４及びパルスジェネレータ（以下、θ−ＰＧという）１１６を含む。Ｒ駆動モータ１３とθ駆動モータ１７とは、それぞれ図示しないモータドライバを介して制御コンピュータ１１１のＩ／Ｏポート１０８に接続され、制御プログラム１０７ａの実行により駆動制御される。
【００３９】
入射ビームのウェーハ表面での反射光同士が形成する干渉信号は、前述の通り検出部１５で検出される。投光部１４に設けられたマイケルソン型干渉計の移動鏡の位置を経時的に変化させることで、２つの赤外線ビームは光路差が連続的に変化しつつウェーハ主表面に入射する。入射赤外線が単色光であれば、光路差が波長の整数倍となるとき干渉強度が最大、同じくそこから半波長位相がずれるとき干渉強度が最小となるから、反射干渉光の検出波形は、入射赤外線の波長を１周期とする正弦波状のものとなる。実際の測定では、入射赤外線として一定波長範囲の連続スペクトル形態ものが使用されるので、反射干渉光の検出波形であるインターフェログラムは、種々の波長の単色光干渉波形が、測定対象物の赤外線吸収挙動を反映した強度分布にて重ね合わされたものとなる。従って、インターフェログラムをフーリエ変換することにより、測定対象物の赤外線吸収スペクトルを得ることができる。シリコンエピタキシャルウェーハのＦＴ−ＩＲによる赤外線吸収スペクトルは、ある波数において赤外線反射率の振幅が最大となり、そこから波数が増加するにつれて振幅が漸減する減衰正弦波状波形となることが知られており、その波数周期からシリコン単結晶薄膜の膜厚を算出することができる。
【００４０】
図１において、波形測定部１１からの入力信号は、図２の受光部１５からのインターフェログラム波形信号であり、制御コンピュータ１１１のＣＰＵ１０４は、データ取り込み／膜厚解析プログラム１０７ｂの実行により、図示しないＤ／Ａ変換器を介してデジタル波形データとしてこれを取り込む。そして、その波形データにフーリエ変換を施して赤外線吸収スペクトルとなし、その減衰波形の周期からシリコン単結晶薄膜の膜厚を算出し、測定点座標と対応付けて膜厚分布データファイル１０７ｃに書き込み、記憶する。
【００４１】
次に、評価装置２００は、Ｉ／Ｏポート２０８とこれに接続されたＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、記憶装置としてのＨＤＤ２０４、入力装置としてのマウス２０６及びキーボード２０７、及び表示装置としてのモニタ２０５を有するコンピュータとして構成されており、通信インタフェース２０９，１１２を介して通信線（あるいは、ＬＡＮ等の通信ネットワーク）２２０により、膜厚測定装置１５０の制御コンピュータ１１１に接続されている。
【００４２】
ＨＤＤ２０４には、膜厚測定装置１５０側から通信線２２０を介して取得した膜厚分布データファイル２０４ｂ、その取得した膜厚分布データファイルに評価処理を行ない、モニタ１０５にその結果を表示するためのデータ処理・表示プログラム２０４ａ、さらに、その処理により得られた評価結果を示す評価結果データファイル２０４ｃが記憶されている。また、ＲＡＭ２０３には、データ処理・表示プログラム２０４ａのワークエリア２０３ａ、膜厚分布データの格納エリア２０３ｂ、評価結果をサイトマップの形で表示するための表示メモリ２０３ｃ、さらには評価結果データの格納エリア２０３ｄが形成されている。このように、評価装置２００は、データ処理・表示プログラム２０４ａの実行により、特許請求の範囲における膜厚測定値取得手段、サイト別薄膜評価情報作成手段及びサイト別薄膜評価情報出力手段の３つの手段として機能する。また、データ処理・表示プログラム２０４ａは、ＣＤ−ＲＯＭ２０９ａ等の記憶媒体に記録され、ＣＤ−ＲＯＭドライブ２０９を介して読み出されることにより評価装置２００のコンピュータにインストールされる。また、通信回線を介したダウンロードによりインストールしてもよい。いずれも、該インストールによりコンピュータを評価装置２００として機能させることができる。つまり、本発明のコンピュータプログラムの実施形態に相当するものである。
【００４３】
なお、膜厚測定装置１５０から評価装置２００への膜厚分布データの転送は、フロッピーディスク（登録商標）などの外部記憶媒体を介して行ってもよいことはもちろんである。また、評価装置２００の機能を膜厚測定装置１５０の制御コンピュータ１１１に統合させることもできる。
【００４４】
以下、測定装置１００の動作の流れについてフローチャートを用いて説明する。図５は膜厚測定装置１５０における処理の流れである。この処理は、制御コンピュータ１１１のＣＰＵ１０４が、ＲＡＭ１０６のワークエリア１０６ａ及び１０６ｂを用いて、測定装置制御プログラム１０７ａ及びデータ取込／解析プログラム１０７ｂを実行することにより行なうものである。まず、Ｓ１において測定するべきウェーハの品番やロット番号、製造日付などのウェーハ特定データを入力する。次に、Ｓ２及びＳ３において装置のホルダにウェーハを装着し、装着が正常に完了すれば、Ｓ４に進んで、Ｒ駆動モータ１３及びθ駆動モータ１７を作動させ、波形測定部１１を原点Ｏに移動させる。図４（ａ）に示すように、本実施形態では、この原点Ｏをウェーハ主表面の中心に定め、ウェーハ半径方向をＲ方向とし、原点Ｏを通る基準線（図ではｘ軸に一致させてある）からの動径Ｒのなす角度をθとして定める。
【００４５】
図５のＳ５において、波形測定部１１を、Ｒ方向位置Ｒｋを最初の測定位置Ｒ１に移動させる。また、Ｓ６において波形測定部１１のθ方向位置θｋを最初の測定位置（膜厚測定点のθ座標）θ１に設定する。図４（ｂ）に示すように、測定位置２１１は、ウェーハ主表面２１２上において、原点Ｏを共通の中心とする同心円状の経路ＣＬに沿って、それぞれ周方向に等間隔に設定されている。この場合、原点Ｏから各円状経路ＣＬまでの距離がＲｋによって与えられ、Ｒ１は最も外側の経路位置か、最も内側の経路位置のいずれかとされる。例えば本実施形態では、最も内側の経路から順次外側の経路へ波形測定部１１を移動させる。
【００４６】
Ｒの値により円状経路ＣＬの位置が指定されれば、その経路ＣＬに沿う周方向、つまりθ方向に、波形測定部１１を等角度間隔Δθ（図４（ａ）参照）にて移動・停止させながら、順次ＦＴ−ＩＲプロファイルを測定してゆく。具体的には、Ｓ６において、最初の測定位置θ１に波形測定部１１を移動させ、Ｓ７でＦＴ−ＩＲプロファイル測定を行なう。この処理は、前述の通り、赤外線ビーム照射によるインターフェログラムの検出と、その検出波形のフーリエ変換処理を含む。そして、Ｓ８では、得られたＦＴ−ＩＲプロファイルの減衰波形周期を読み取り、例えばＨＤＤ１０７（ハードウェア構成要件については図１を参照のこと：以下、同様）に格納されている膜厚−波形周期の関係を示すテーブルあるいは関数を参照して、膜厚を算出する。算出された膜厚は、Ｓ９において、膜厚測定点座標（Ｒ，θ）と対応付けて膜厚分布データ格納エリア１０６ｃに記憶する。
【００４７】
１つの測定点での測定が終了すれば、Ｓ１１においてθ方向位置を現在の膜厚測定点位置θｋから次の膜厚測定点位置θｋ＋１に移動させ、Ｓ７以下の処理、すなわちＦＴ−ＩＲ測定と得られた膜厚データの格納とを繰り返す。ただし、Ｓ１０においてθｋが既に最後の測定位置θＮに到達していれば、次の円状経路ＣＬ上の測定に移るためにＲ方向位置を現在位置Ｒｋから次の測定位置（膜厚測定点のＲ座標）Ｒｋ＋１に移動させ、Ｓ６に戻ってθ方向位置を初期位置θ１とし、Ｓ７以下の処理を繰り返す。そして、Ｓ１２においてθｋが最後の測定点位置ＲＮに到達していれば測定終了となり、Ｓ１４に進んで、ＲＡＭ１０６に記憶されている膜厚測定点座標（Ｒ，θ）と膜厚データとの組、つまり膜厚分布データ１０６ｃを、ウェーハ特定データと対応付けて、ＨＤＤ１０７に、図８に示す膜厚分布データファイル１０７ｃとして記憶する。
【００４８】
ウェーハ主表面の領域によって、膜厚分布や異常発生頻度の傾向に差異を生じにくい場合は、ウェーハの全面に膜厚測定点を一様な密度で設定することが望ましい。具体的には、上記のようなＲ−θ走査により測定を行なう場合は、θ方向の膜厚測定点の間隔（＝ＲΔθ（角度単位：ラジアン））は、例えば全ての円状経路ＣＬについて同じに設定することができる。また、円状経路ＣＬのＲ方向の配列間隔も、ほぼ均等に設定することができる。さらに、Ｒ−θ走査に代え、等間隔のｘ−ｙ走査方式を用いてもよい。
【００４９】
しかし、エピタキシャルウェーハの製造に使用する気相成長装置の方式によっては、ウェーハ主表面の領域によって、膜厚分布幅や異常発生頻度に顕著な差が生ずることもある。この場合は、領域に応じて膜厚測定点の設定密度を変えることが可能である。具体的には、膜厚分布幅が大きいか、あるいは膜厚異常の発生頻度が比較的高いと予想される領域について、膜厚測定点の設定密度を高くすることが、的確な評価を行なう上で有効である。例えば枚葉式気相成長炉など、ウェーハ主表面の外周領域において、膜厚分布幅が大きくなったり、膜厚異常や欠陥等の発生頻度が高くなりやすい設備を採用する場合は、図４（ｂ）に示すように、膜厚測定点２１１を、薄膜主表面の内部よりも周辺部の方が、間隔が密となるように設定するが望ましい。特に、Ｒ−θ走査方式を採用すると、周辺部の膜厚測定点２１１の間隔は、θ方向の間隔を密に設定する形で簡単に対応できる利点がある。なお、図４（ｂ）において、周辺部の膜厚測定点２１１の間隔は、Ｒ方向においても周辺部において密となるように設定されている。このような間隔の設定であるが、例えば図７に示すような間隔設定データ２０１を参照して容易に決定することができる。該データ２０１は、円状経路ＣＬをＲ方向位置Ｒ１，Ｒ２，‥，Ｒｆで特定し、各々対応するθ方向の間隔を、θ駆動モータ１７の回転角度に換算した値Δθ１，Δθ２，‥，θｆで与えるようにしている。
【００５０】
上記の膜厚分布データファイル１０７ｃは、通信インタフェース２０９，１１２を介して通信線２２０により、データ処理用コンピュータ２００に送信され、ＨＤＤ２０４に一端格納される。そして、必要に応じて随時読み出されて平坦度等が解析され、結果がサイトマップ形式でモニタ２０５に表示される。また、該結果はプリンタ２１０から出力することもできる。図６は、その処理の流れの一例を示すものである。この処理は、評価装置２００のＣＰＵ２０１が、ＲＡＭ２０３のワークエリア２０３ａを用いて、データ処理／表示プログラム２０４ａを実行することにより行われるものである。
【００５１】
Ｓ１０１において、キーボード２０７あるいはマウス２０６によりウェーハ特定データを入力する。Ｓ１０２において、この入力されたウェーハ特定データに対応する膜厚分布データを、ＨＤＤ２０４内にて検索することにより読み出す。読み出した膜厚分布データは、図８に示すように、膜厚測定値ｔ１’，ｔ２’，‥，ｔｎ’が、Ｒ−θ座標系にて表示された測定点座標と対応付けた形で記憶されている。該測定点座標は、Ｓ１０３において、図４（ａ）に示すように、Ｒ−θ座標系から、サイトマップ表示に好都合なｘ−ｙ直角座標系に変換され、さらにｘ−ｙ二次元配列に膜厚測定値をソートする（ソート後の膜厚測定値をｔ１，ｔ２，‥，ｔｎで表す）。
【００５２】
次に、図６においてＳ１０４に進み、ｘ−ｙ座標上にサイトを設定する。ウェーハの中心を原点として、複数の正方形状のサイトＳFを、平坦度適用領域ＦＱＡ内に碁盤目状に配置設定する。各サイトは、正方形の４つの頂点の座標（ｘａ，ｙａ）、（ｘｂ，ｙａ）、（ｘａ，ｙｂ）、（ｘｂ，ｙｂ）（ただし、ａ＜ｂ）にて規定することができる。そして、Ｓ１０４において、ｘ−ｙ二次元配列に変換された膜厚分布データの各測定点座標（ｘ，ｙ）が、設定された各サイトのいずれに属するかを判定し、図９に示すように、測定点座標（ｘｉ，ｙｉ）、膜厚測定値ｔｉ（ｉ＝１，２，‥，ｎ）、及びサイト番号Ｓｊ（ｉ＝１，２，‥，ｍ）を相互に対応付けた膜厚分布データファイル２０４ｂを作成する。測定点座標（ｘｉ，ｙｉ）があるサイトに属しているか否かは、そのサイトの４つの頂点を（ｘａ，ｙａ）、（ｘｂ，ｙａ）、（ｘａ，ｙｂ）、（ｘｂ，ｙｂ）としたとき、ｘａ＜ｘｉ＜ｘｂ及びｙａ＜ｙｉ＜ｙｂを満たしているかどうかにより、簡単に判別することができる。なお、隣接する２つのサイトの境界は、それらサイトのいずれか一方に属するものと定めておき、測定点座標（ｘｉ，ｙｉ）が境界上に位置している場合は、該境界の帰属するサイト内に位置するものとして取り扱う。
【００５３】
以下、Ｓ１０５からＳ１２５までが、サイト別薄膜評価情報の作成処理、具体的にはサイト毎の平坦度解析処理となる。本実施形態では、サイト別薄膜評価情報の作成処理として、既に説明したＳＦＱＲとＳＦＱＤの２つの平坦度パラメータを算出し、さらに、サイト内における薄膜主表面の凹凸形状に関する情報を作成するとともに、その結果に応じてサイト別の判定を行なう。Ｓ１０５ではサイトの番号Ｓｊを最初の値Ｓ１とする。これは、解析の対象となるサイトを選択・指定するステップであり、Ｓ１０６〜Ｓ１２３までが選択したサイトの解析を行なうループである。Ｓ１２５でＳｊを次の番号に設定し、Ｓ１０６に返ることで、サイトの平坦度解析が番号順に進んでいき、Ｓ１２４で最後のサイト（番号Ｓｍ）の処理が終了していることを確認してループを脱出するようになっている。
【００５４】
ループ内の処理は以下の通りである。Ｓ１０６で、図９の膜厚分布データから、選択されたサイト内の膜厚データを読み出す。Ｓ１０７では、周知の最大最小判定アルゴリズムにより、最大膜厚値ｔmaxと最小膜厚値ｔminを求める。Ｓ１０８では、各膜厚データを、膜厚測定点の（ｘ，ｙ）座標に、膜厚測定値ｔをｚ座標値として結合した（ｘ，ｙ，ｔ）３次元データ点（以下、薄膜主表面のプロファイル点あるいは単にプロファイル点ともいう：位置ベクトルをπとする）として取り扱い、各膜厚データ点に周知の３次元最小二乗回帰を行って、図９に示すサイト基準面ＳＰを決定する（単位法線ベクトルνを算出しておく）。そして、Ｓ１０９では、そのサイト基準面ＳＰの法線方向における主表面高さの最大高さと最小高さとの差を、ＳＦＱＲとして算出する。最大高さと最小高さを与える主表面上の真の位置は別に存在するが、本実施形態では、既に求めた最大膜厚値ｔmaxと最小膜厚値ｔminとの測定点位置をこれに代用し、それらｔmaxとｔminの前記法線方向への座標正射影値の差として算出する。この場合、ｔmaxとｔminを与えるプロファイル点の位置ベクトルをそれぞれπmax及びπminとすれば、ＳＦＱＲは、前記した法線ベクトルνとのスカラー積（記号「・」で表す）を用いて、
ＳＦＱＲ＝ν・πmax−ν・πmin  ‥‥‥▲１▼
により計算することができる。
【００５５】
他方、Ｓ１１０では、サイト内の各プロファイル点（ｘ，ｙ，ｔ）とサイト基準面ＳＰとの距離を求め、その距離の最大値をＳＦＱＤとして決定する。算出のアルゴリズムとしては、以下のものを使用できる。ＳＰの方程式を、
ｌｘ＋ｍｙ＋ｎｚ＋ｑ＝０  ‥‥‥▲２▼
にて表したとき、これをｚ方向に−ｑ／ｎ平行移動させ、座標原点を通る平面ＳＰ’（ｌｘ＋ｍｙ＋ｎｚ＝０）を考える。すると、各プロファイル点πを−ｑ／ｎだけｚ方向に平行移動させた点π’：（ｘ，ｙ，ｔ−ｑ／ｎ）とＳＰ’との距離は、求めるべき移動前の平面ＳＰと膜厚データ点πとの距離に等しい。平行移動なのでＳＰとＳＰ’の法線ベクトルはνのままであるから、該距離ｄは、
ｄ＝｜π’・ν｜  ‥‥‥▲３▼
により算出される。このｄの最大値ｄmaxがＳＦＱＤである。
【００５６】
次に、Ｓ１１１〜Ｓ１１３は、薄膜主表面の凹凸形状に関する情報を作成する処理である。本実施形態では、凹凸判別を簡便に行なうアルゴリズムとして、以下の処理を採用する。まず、図１５（ａ）に示すように、膜厚測定値に基づく薄膜主表面のプロファイル点を各サイト毎にそれぞれ４点以上（同一直線上にないものとする）求め、それらプロファイル点に基づいて各サイトの基準面ＳＰを設定する（ここまでの処理で既に決定済みである）。次に、各サイト内に予め定められた凹凸判定位置ｋにおいて、膜厚測定値により直接決定されたプロファイル点又は他のプロファイル点からの補間推定により求めた推定プロファイル点ｋ’のいずれかを凹凸判定点として用いる。そして、図１５（ｂ）に示すように、該凹凸判定点が基準面よりも一定距離γ以上突出している場合に、当該サイトの薄膜主表面の形状が凸（「∩」と表示する）であると判定する。また、図１５（ｃ）に示すように、一定距離α以上引っ込んでいる場合に当該サイトの薄膜主表面の形状が凹（「∪」と表示する）であると判定する。
【００５７】
本実施形態においては、Ｓ１１１において、図１５（ａ）に示すように、サイトの中心Ｊ（（ｘａ＋ｘｂ）／２，（ｙａ＋ｙｂ）／ｓ，０）に対応する基準面ＳＰ上の点、つまりＪのＳＰに対するｚ方向射影点を凹凸判定基準点ｋとして求める。次に、Ｓ１１２において、ｋに最も近い３つのプロファイル点Ａ，Ｂ，Ｃを決定し、その３点が決定する平面への凹凸判定基準点ｋのｚ方向射影点を凹凸判定点ｋ’とする。もし、Ａ，Ｂ，Ｃのどれかが凹凸判定点ｋ’と一致していれば、その一致点すなわち膜厚測定により求められたプロファイル点自体が凹凸判定点である。他方、一致していなければ、凹凸判定点ｋ’はＡ，Ｂ，Ｃから求められる推定プロファイル点である。
【００５８】
次に、Ｓ１１３では、凹凸判定点ｋ’と凹凸判定基準点ｋとのｚ座標値の差
Δｚ≡ｚｋ’−ｚｋ  ‥‥  ▲４▼
を算出する。Ｓ１１４以下は判定処理であり、Ｓ１１４にてΔｚが＋γ以上であれば、Ｓ１１５において凹凸表示種別の値Ｃｉ（図１０参照）を２（凸）に設定する。また、Ｓ１１６においてΔｚが−α以下であればＳ１１７において凹凸判定フラグＣｉを１（凹）に設定する。また、−α＜Δｚ＜＋γであればＳ１１８においてＣｉを０（平坦）に設定する。
【００５９】
また、Ｓ１１９以下は平坦度の判定である。Ｓ１１９では、ＳＦＱＲ（あるいはＳＦＱＤ）の算出値を、予め記憶されている基準値と比較し、その基準値以上であれば不良判定となる。この場合はＳ１２２において平坦度判定フラグＦｉを０（良）とし、また、後述のサイト表示のため、そのサイトの表示色ＳＣｉを０（標準色）に設定する。他方、基準値未満であれば不良判定となる。この場合はＳ１２２において平坦度判定フラグＦｉを１（不良）とし、そのサイトの表示色ＳＣｉを０（警報色）に設定する。
【００６０】
以上の処理にて得られた結果は、、評価結果データファイル２０４ｃにおいて、図１０に示すように、サイト別薄膜評価情報としてサイト番号と対応付けた形でまとめられ、記憶される。なお、サイト別薄膜評価情報の内容はこれに限定されるものではない。例えば、ＳＦＱＲとＳＦＱＤのいずれかのみを算出するようにしてもよいし、他の平坦度パラメータを用いてもよい。また、凹凸判定は、特に行なわない処理としてもよい。
【００６１】
図６に戻り、Ｓ１２６以下は出力処理となる。図１６に示すように、モニタ２０５の画面上に表示ウィンドウＤＷを開き、該表示ウィンドウＤＷ内に膜厚分布表示領域を確保して、各測定点位置の膜厚マップ２１０を表示する。具体的には、膜厚分布表示領域内に表示座標系を設定し、その表示座標系において測定点位置を表す位置に、膜厚の大小が把握可能な形で膜厚表示図形を表示させる。本実施形態では、円状の膜厚表示図形を用い、膜厚表示図形の半径の値で膜厚の大小を表すようにしている。具体的には、図６のＳ１２６に示すように、測定点位置に膜厚表示図形の中心を定め、膜厚値ｔに比例した半径ｒ0を定めて円を描画し、内部を塗りつぶす。このようにすると、図１６に示すように、ウェーハの主表面上にて膜厚の大きい領域と、小さい領域とを、膜厚表示図形の大小により一目で把握でき、膜厚分布把握を直感的に行なうことができる。
【００６２】
なお、図１７、図１８及び図２１に示すように、膜厚マップ２１０は、膜厚の大小を色や濃淡の相違にて表すこともできる。図２１においては、膜厚マップ２１０’において、補間推定した等膜厚線ＧＬを表示し、等膜厚線間の領域を色や濃淡により塗り分けして、膜厚分布をさらに把握しやすくしている。また、表示ウィンドウＤＷ内には、ウェーハ主表面上に定められたプロファイル設定ラインに沿う膜厚分布プロファイル２１３，２１４も合わせて表示している。本実施形態では、プロファイル設定ラインを、ウェーハ中心を通るラインＡ−Ａと、ウェーハ主表面の外周縁に沿うラインとに定め、いずれもライン上の（あるいはラインに最も近接した）膜厚測定データを用いてプロファイル曲線を生成・表示している。また、図１７、図１８においては、膜厚マップ２１０を３次元立体表示としている。
【００６３】
また、図１６に示すように、膜厚値を数字により表示してもよい。本実施形態では、ウェーハ主表面の要所位置、すなわち中心、半径方向中間及び外周のそれぞれにおいて、対応する位置の膜厚値を数字により表示している。この方法によると、膜厚の絶対値を正確に把握することができ、図１６のように、膜厚表示図形による表示と併用すれば、膜厚の相対的な分布状況だけでなく、絶対値レベルも視野に入れたより正確な把握が可能となる。
【００６４】
図６に戻り、Ｓ１２７においてはサイトマップ表示処理が行われる。すなわち、作成されたサイト別薄膜評価情報を、サイト配列に対応させた形で二次元的に出力する。具体的には、表示ウィンドウＤＷ内に設定されたサイトマップ表示領域内に、各番号に対応するサイト図形２２１を碁盤目状に配列したサイトマップ２２０を表示する。図１０に示すように、サイト別に平坦度判定結果（フラグＦｉ）、凹凸判定結果（フラグＣｉ）など、そのサイトに関する種々の測定結果や判定結果などが、サイト別薄膜評価情報として記憶されているから、このサイト別薄膜評価情報の中から、予め定められたものを宜選択して、各サイト図形２２１内に表示する。本実施形態では、平坦度の算出結果（ＳＦＱＲあるいはＳＦＱＤ）２２２と、サイト内のデータ点数２２３を表示しているが、これに限られるものではなく、例えば、図１９に示すように、サイト内の膜厚の最大・最小値（ｔmax及びｔmin）、範囲ΔｔR（≡ｔmax−ｔmin）を表示してもよいし、図２０に示すように、サイト内の膜厚の平均値ｔAVE及び標準偏差σtを算出・表示するようにしてもよい。
【００６５】
また、本実施形態においては、サイト別薄膜評価情報を基準情報と比較して、半導体単結晶薄膜のサイト別の良否判定を行い、サイト別薄膜評価情報（具体的には平坦度や凹凸である）をその判定結果を含むのとして出力するようにしている。平坦度や凹凸の良否の判定結果を出力すれば、どのサイトに異常等が生じているかが一目で把握でき、異常発生の原因等も特定しやすくなる。この出力の形式としては、半導体単結晶薄膜のサイト別の良否判定結果において、良好と判定されたサイトと不良と判定されたサイトとを互いに識別可能に出力する方法が、異常サイトの位置、数及び分布の把握を行なう上で最も合理的である。以下、具体例を説明する。
【００６６】
すなわち、本実施形態では、図１０の平坦度判定フラグＦｉ及び凹凸判定フラグＣｉの内容を参照すれば、平坦度に異常があったかどうか、あるいは凹凸状態がどうなっているかが直ちに識別できる。また、平坦度判定結果については、サイト表示色ＳＣｉを既に決定してある。そこで、ＳＣｉを参照して、図１６に示すように、平坦度が異常だったサイト２２５は警報色設定とし、正常だったサイトと色あるいは濃淡（あるいは塗りつぶしパターン）を異ならせた表示とする。また、「凹」あるいは「凸」と判定されたサイトには、「∪」あるいは「∩」の表示を行なう（図６：Ｓ１２７参照）。つまり、異常の種別に応じて個別に設定された表示状態を組み合わせて出力することにより、どのような異常が生じているかを一目で把握できるようにしている。なお、「表示状態の相違」は、視覚的に識別できるものであれば、上記態様に限定されるものではなく、例えば「平坦度異常」等の異常内容を示す文字情報や、「×」等の異常を意味する記号、さらには異常のあったサイト領域を太さや色の異なる枠線の強調表示するなど、種々可能である。
【００６７】
また、図６のＳ１２８及びＳ１２９に示すように、サイトのより詳しい情報を知りたい場合は、そのサイトを選択する入力を行なうことにより、図１０に示す詳細なサイト別薄膜評価情報を一覧表示させることも可能である。本実施形態においては、図１６に示すように、画面上のポインタＰをマウス２０６（図１）により選択してクリックすることにより、詳細情報の表示を行なうようにしている。
【００６８】
図１７及び図１８は、三次元膜厚分布マップ２１０とサイトマップ２２０とをあわせて表示した例を示している。例えば膜厚分布を示すマップ２１０は、ウェーハ主表面内の膜厚分布を確かに的確に把握することができる。しかし、ウェーハからＩＣやＬＳＩ等のデバイスを製造する際には、サイト別の情報がより重要であり、上記のようなマップ２１０を見ただけでは、どのサイトに異常が生じているかは全く把握することができない。しかし、本発明のようにサイトマップ２２０を表示すると、異常サイト等の把握を極めて直感的かつ正確に把握することができる。
【００６９】
このようにして得られた評価結果は、以下のようにしてシリコンエピタキシャルウェーハの製造に反映させることができる。まず、評価結果に基づいて半導体エピタキシャルウェーハを選別する選別工程を実施できる。例えば不良サイトの個数や形成位置が、予め定められた許容条件を満たしていない場合（例えば不良サイト個数が規定数を超えた場合）は、そのエピタキシャルウェーハを不良ウェーハとして除外する。なお、こうした検査を抜き取りで行なう場合は、不良判定となったウェーハロットの全体を除外することもできる。また、不良サイト個数が許容数内に収まっているものについても、デバイス製造者に製品ウェーハを引き渡す際に、図１６に示すような評価結果を印刷出力して添付するようにすると、そのウェーハをデバイス製造に供する際に非常に有効である。
【００７０】
他方、評価結果に基づいて、次に半導体エピタキシャルウェーハを製造するための、薄膜成長工程の実施条件の調整を行なうことも可能である。例えば、ウェーハの特定のサイトに繰り返し平坦度や凹凸の異常、あるいは膜厚の異常が表れる場合、気相成長装置内での原料ガスの流量分布や、温度分布に以上があるケースも多い。そこで、該特定位置サイトの異常が解消されるように、原料ガスの流量や装置内での分布を調整することができる。例えば、ウェーハ主表面の外周部での膜厚が過剰になる場合、ガスの整流板や仕切り板により、ウェーハ中央部にむかうガス流量を多くし、ウェーハ外周部と中央部との膜厚の差を縮小することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体エピタキシャルウェーハの測定装置の電気的構成の一例を示すブロック図。
【図２】波形測定部とその駆動系の構成例を示す側面模式図。
【図３】図２の平面模式図。
【図４】波形測定部のＲ−θ走査の概念と、膜厚測定点の設定例を示す図。
【図５】測定装置における処理の流れの一例を示すフローチャート。
【図６】評価装置における処理の流れの一例を示すフローチャート。
【図７】Ｒ−θ走査における膜厚測定点の設定間隔を与えるデータ構造の例を示す概念図。
【図８】Ｒ−θ走査により得られる膜厚分布データ構造の例を示す概念図。
【図９】図８のる膜厚分布データをｘ−ｙ座標変換後、サイト別の配分を行った膜厚分布データ構造の例を示す概念図。
【図１０】あるサイトの、サイト別薄膜評価情報のデータ構造例を示す概念図。
【図１１】シリコンエピタキシャルウェーハの断面構造を示す模式図。
【図１２】サイトの設定例を示す模式図。
【図１３】シリコン単結晶薄膜の膜厚分布と平坦度との関係を模式的に説明する断面図。
【図１４】種々の平坦度の定義を説明する断面図。
【図１５】サイト内の凹凸判定の処理を説明する図。
【図１６】評価装置におけるサイトマップの第一の表示例を示す面図。
【図１７】サイトマップの第二の表示例を示す面図。
【図１８】サイトマップの第三の表示例を示す面図。
【図１９】サイト図形内の情報表示の変形例を示す図。
【図２０】サイト図形内の情報表示の別の変形例を示す図。
【図２１】評価装置におけるサイトマップの第四の表示例を示す面図。
【符号の説明】
１００  半導体エピタキシャルウェーハの測定装置
ＷＢ  半導体単結晶基板
ＥＰ  半導体単結晶薄膜
ＳＦ  サイト
２１１  膜厚測定点
１５０  膜厚測定装置
２００  評価装置
２０９  通信インターフェース（膜厚測定値取得手段）
２２０  通信線（膜厚測定値取得手段）
２０１  ＣＰＵ（サイト別薄膜評価情報作成手段）
２０５  モニタ（サイト別薄膜評価情報出力手段）
２１０  プリンタ（サイト別薄膜評価情報出力手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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