シリコンウエハーの厚さ測定に新技術―レーザー干渉計使い高精度化：産業技術総合研究所
(2018年9月4日発表)
産業技術総合研究所は9月4日、集積回路の高密度化に伴い重要度が高まっているシリコンウエハーの厚さの高精度測定技術を開発したと発表した。レーザー光干渉計を2台組み合わせて試料の両面の凹凸形状を同時に調べて厚さを測定する。試料表面からの反射光を利用するため、試料の屈折率に影響される透過光を使う従来技術より高精度で 信頼性が高いという。半導体素子の品質管理や性能向上に役立てたいとしている。
新技術は、長さの国家標準と比較検証できる安定した波長（周波数）を持つレーザーを光源に使うため、シリコンウエハーの厚さの測定結果も国家標準に基づく精度がいつでも実現できるのが特長。
新技術は、測定試料の両側に置いた2台のレーザー干渉計で構成した。試料の左面と右面のそれぞれについて、レーザー干渉計を用いて試料表面からの反射光と参照光が作る干渉縞画像をCCD（固体撮像素子）カメラで写す。反射光と参照光が通って来た距離のわずかな違い「光路差」によってできる干渉縞の画像を調べることで、試料表面の凹凸を高精度に測定できる。2台のレーザー干渉計で左右両面の画像が得られるので、試料の厚さも高精度に計算できる仕組みだ。
新技術によって正確な厚さ測定が可能かどうかを検証するため、代表的な実用長さ標準器の一つであるブロックゲージの厚さ測定を試みた。厚さ1～30mmのブロックゲージを用いて測定を試みた結果、プラスマイナス10nm（ナノメートル、1nmは10億分の1m）以内で一致した。また、縦3cm、横10cmほどの長方形に切り出したシリコンウエハーを用いた測定実験では、ウエハー両面の凹凸からウエハーの厚さ分布が得られた。
半導体製造技術では、素子の高密度化が一段と求められるようになっており、ウエハーの厚さ管理は一段と重要になっていた。ウエハー上に形成する電子回路パターンの微細化が進んでいるだけでなく、従来よりも薄いウエハーを用いて厚さ方向に回路を積層する三次元積層化の試みも進んでいるため、ウエハーの厚さ管理は一段と重要になっていた。
