半導体ウェハの厚さに関する高精度非接触測定の問題と要求に対し、レーザー共焦点に基づく高精度ウェハ厚さ測定方法を提案した。この方法は、高分解能音響コイルナノ変位台を用いてレーザー共焦点光プローブの軸方向移動走査を駆動し、レーザー共焦点の軸方向応答曲線のピーク点が対物レンズの焦点に対応する特性を利用し、被測定ウェハの上下表面を高精度に狙い定めて位置決めを行う。光線追跡アルゴリズムによりウェハ表面の各サンプリング点の物理座標を正確に計算し、ウェハ厚さの高精度非接触測定を実現した。本方法に基づきレーザー共焦点半導体ウェハ厚さ測定センサーを構築し、実験および解析により、本センサーの軸方向分解能は5 nm以下、軸方向走査範囲は5.7 mmに達し、6種類のウェハ厚さ測定の再現性は100 nm以下、単回測定時間は400 ms未満であることを示した。共焦点定焦技術を半導体測定分野に効果的に適用し、ウェハ厚さの高精度かつ非破壊オンライン測定の新技術を提供した。

レーザー共焦点;厚さ測定;半導体ウェハ;光線追跡;高精度;非破壊測定