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ウェーハエッジの欠落について

発行：エスオーエル株式会社
https://www.sol-j.co.jp/

連載「知って得する干渉計測定技術！」
2023年01月18号　VOL.190

平素は格別のお引き立てを賜り、厚く御礼申し上げます。
干渉計による精密測定やアプリケーション例などをテーマに、
無料にてメールマガジンとして配信いたします。

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こんにちは、営業技術グループの佐々木です。

今回は、ウェーハの直径やエッジの欠落ついて話していこうと思います。


FMシリーズはウェーハの平坦度を高精度に測定することができますが、
ウェーハのエッジを取得することは平坦度と比較すると苦手としています。
従って、ウェーハ直径（X方向のLength）を算出することも苦手で、
こちらについては精度の保証をしておりません。

そのため、ソフトウェアUMSによる測定結果の表示では、
PlotのXLengthには、ばらつきが発生します。
試しに150mmウェーハを繰り返し測定したところ、
Xlength最大と最小の差が0.66mmでした。

150mmウェーハの直径の規格が“150mm±0.2mm”なので、
公差より大きなばらつきが発生していますが、
私は妥当な大きさだと思いました。
なぜ、このばらつきが発生するかについて考えてみたいと思います。


まずは、Lengthの算出の仕方から辿っていきます。

LengthはUMSが何個のピクセルを読み取ることが出来たか
でその値が決まります。
なので以下のように算出しています。

Length = ピクセルサイズ[mm/pixel] × 取得できたピクセル数

またピクセルサイズは、
CCDカメラの測定範囲であるフィールドサイズを
有効画素数で割ったものとしますので、
以下のように算出しています。

ピクセルサイズ[mm/pixel] = フィールドサイズ [mm] / 有効画素数[pixel] 

今回、150mmウェーハを測定した場合の実際の計算は以下の通りです。
（測定条件　Sensitivity：2μm/frg　厚み 625μm のシリコンウェーハです）

フィールドサイズ:170 mm
有効画素数:512 pixel
ピクセルサイズ:0.33 mm/pixel (フィールドサイズ [mm] / 有効画素数[pixel] )

そして、取得できたピクセル数ですが、
今回、繰り返し測定で取得できたピクセル数は以下のパターンがあり、
それぞれのXlengthは以下となりました。

パターン(1)　ピクセル数:453個
パターン(2)　ピクセル数:452個
パターン(3)　ピクセル数:451個

パターン(1)　Xlength:150.40 mm
パターン(2)　Xlength:150.06 mm
パターン(3)　Xlength:149.73 mm

パターン(1) は、X方向の両端のピクセルが欠落せず取得できた場合、
パターン(2) は、X方向の一方の端のピクセルが欠落せず取得できた場合、
パターン(3) は、X方向の両端のピクセルが欠落した場合、が考えられます。

ピクセルが一つ欠落すると0.33mm直径が小さくなり、
両端が1ピクセルずつなくなると0.66mm小さくなります。

つまり、150mmウェーハ直径の公差が0.2mmだとしても、
FMのピクセルサイズは決まっているので、
ピクセルが一つでも欠落すると
0.33mmの誤差が発生するということになるため、
公差より大きなばらつきが発生するのです。


またウェーハエッジのプロファイル規格を見ると、
ウェーハの端からX方向約 0.5μm に対して T/3μm の勾配があります。
FMが許容している局所勾配であるLSLを考えると
1pixelの欠落十分に発生する条件ですので、
この結果には納得がいきます。

※この結果は弊社ウェハでの値です。
　LSL以外にもサンプルのエッジの処理や表面状態による反射率の変化でも、
　欠落は発生するため取得できるピクセル数はもう少し変化します。

計算は以上です。

FMが算出する直径（XLength）の誤差の理由と
Lengthの算出方法について理解いただけましたら幸いです。

冒頭でお話ししたように
ウェーハ直径の精度については保証はできていませんが、
ばらつきが大きいと不安や疑問に感じることもあるかと思います。

自社で扱う装置についてはどんな疑問点でも
納得できる説明ができるよう努めています。

今回は以上です。
最後までお付き合いいただきありがとうございました。


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H.S