JP2017146288A - Film thickness distribution measuring method - Google Patents
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Abstract
【課題】薄膜付ウェーハの膜厚分布をライン光源を用いた反射分光法によって測定する際に、安定かつ高精度に膜厚分布測定を行うことができる膜厚分布測定方法を提供する。
【解決手段】基板の表面上に形成された少なくとも1層の薄膜を有する薄膜付ウェーハ3の薄膜の膜厚分布をライン光源1を用いた反射分光法によって測定する膜厚分布測定方法であって、ライン光源として、薄膜付ウェーハの直径より長い光源を有するライン光源を用い、ライン光源から照射される線状の光で薄膜付ウェーハの表面を走査して反射光を検出する際に、同時に、リファレンス2に線状の光4の一部を照射し、その反射光も検出する工程と、リファレンスからの反射光強度を用いて薄膜付ウェーハからの反射光強度を補正する工程と、補正された薄膜付ウェーハの反射光強度から、膜厚分布を算出する工程とを含む。
【選択図】図1The present invention provides a film thickness distribution measuring method capable of performing film thickness distribution measurement stably and with high accuracy when measuring the film thickness distribution of a wafer with a thin film by reflection spectroscopy using a line light source.
A film thickness distribution measuring method for measuring a film thickness distribution of a thin film with a thin film having at least one thin film formed on a surface of a substrate by reflection spectroscopy using a line light source. When using a line light source having a light source longer than the diameter of the wafer with a thin film as the line light source and detecting the reflected light by scanning the surface of the wafer with the thin film with linear light emitted from the line light source, A step of irradiating the reference 2 with a part of the linear light 4 and detecting the reflected light, a step of correcting the reflected light intensity from the wafer with a thin film using the reflected light intensity from the reference, and the correction And a step of calculating a film thickness distribution from the reflected light intensity of the wafer with a thin film.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、少なくとも1層の薄膜を有する薄膜付ウェーハの薄膜の膜厚分布を測定する膜厚分布測定方法に関する。 The present invention relates to a film thickness distribution measuring method for measuring a film thickness distribution of a thin film of a wafer with a thin film having at least one thin film.
近年、デザインルールの微細化に伴って、FD−SOI(Fully Depleted SOI)デバイス、FinFETデバイス、SiナノワイヤートランジスタなどのSOIデバイスに用いられる、特に高い膜厚均一性を要求される極薄膜のSOI層を有するSOIウェーハが使われ始めている。これらデバイスにおいて、SOI層の膜厚及び埋め込み酸化膜(以下、BOX膜と言う)の膜厚の均一性がトランジスターの特性を決める上で重要な項目となっている。 In recent years, with the miniaturization of design rules, an ultra-thin SOI that is used for SOI devices such as FD-SOI (Fully Depleted SOI) devices, FinFET devices, Si nanowire transistors and the like, and particularly requires high film thickness uniformity. SOI wafers with layers have begun to be used. In these devices, the uniformity of the thickness of the SOI layer and the thickness of the buried oxide film (hereinafter referred to as a BOX film) are important items in determining the characteristics of the transistor.
SOIウェーハのような、薄膜付ウェーハの薄膜の膜厚を測定する方法として、反射分光法がある。従来の反射分光法では、薄膜付ウェーハの薄膜に光を照射し、その反射光を分光器で分光して反射光のスペクトルを求めている。そして、薄膜の表面と裏面からの反射光の干渉具合が、波長と薄膜の厚さによる光路差に依存して変化することを利用し、スペクトル内のピーク波長や薄膜の屈折率の値等を用いて、その薄膜の厚さを算出している。しかしながら、このような反射分光法では、ウェーハ全面を高精度に測定しようとすると、測定点数が極端に増えるため、膨大な計算量と時間が必要であり、現実的には全面を測定することは不可能となっていた。 As a method for measuring the thickness of a thin film of a wafer with a thin film, such as an SOI wafer, there is reflection spectroscopy. In the conventional reflection spectroscopy, the thin film of the wafer with a thin film is irradiated with light, and the reflected light is dispersed by a spectroscope to obtain the spectrum of the reflected light. Using the fact that the interference of reflected light from the front and back surfaces of the thin film changes depending on the optical path difference depending on the wavelength and the thickness of the thin film, the peak wavelength in the spectrum, the refractive index value of the thin film, etc. To calculate the thickness of the thin film. However, in such reflection spectroscopy, when the whole wafer surface is measured with high accuracy, the number of measurement points increases extremely, so a huge amount of calculation and time are required. It was impossible.
これに対し、表面に被膜(薄膜)を有する測定対象物の被膜膜厚をより高スループットで2次元的に測定する方法として、特許文献1に記載された方法がある。その方法では、測定対象物の表面に線状の光を照射し、その線状の光の照射領域からの反射光を、位置情報を保持したまま分光できる分光器(イメージング分光器)を用いて分光することにより、その線状の光の照射領域内の被膜膜厚を一括して算出している。そして、線状の光の照射領域と垂直な方向に、その照射領域を移動しつつ、その照射領域内の被膜膜厚を一括して算出する操作を繰り返し行うことで、測定対象物上の被膜膜厚を2次元的に測定している。 On the other hand, there is a method described in Patent Document 1 as a method for two-dimensionally measuring the film thickness of a measurement object having a film (thin film) on the surface with higher throughput. The method uses a spectroscope (imaging spectroscope) that irradiates the surface of the measurement object with linear light, and can spectroscopically reflect the reflected light from the irradiation area of the linear light while maintaining the position information. The film thickness in the irradiation region of the linear light is collectively calculated by performing the spectroscopy. Then, by repeatedly performing the operation of collectively calculating the film thickness in the irradiation region while moving the irradiation region in the direction perpendicular to the linear light irradiation region, the film on the measurement object The film thickness is measured two-dimensionally.
さらに、SOIウェーハのような薄膜付ウェーハの全面の膜厚分布を精度良く、高いスループットで測定できる膜厚分布測定方法として、ウェーハ全面の膜厚分布をライン光源を用いた反射分光法によって測定する膜厚分布測定方法が提案されている(特許文献2)。 Furthermore, as a film thickness distribution measuring method capable of measuring the film thickness distribution on the entire surface of a wafer with a thin film such as an SOI wafer with high accuracy and high throughput, the film thickness distribution on the entire surface of the wafer is measured by reflection spectroscopy using a line light source. A film thickness distribution measuring method has been proposed (Patent Document 2).
特許文献2の方法によれば、図8に示すような膜厚分布測定装置10において、ライン光源11からの入射光が薄膜で反射して検出器13で検出される際の入射角の幾何学的なズレを補正することによって、薄膜付ウェーハ3の全面の膜厚分布を精度良く、高いスループットで測定することができる。
According to the method of
しかし、特許文献2のようなライン光源を用いた反射分光法による膜厚分布測定方法を用いた場合でも、光源、検出系、光学系など(以下ではこれらをまとめて測定系と呼ぶことがある)に起因した総合的な反射光強度の時間変動があり、膜厚測定の安定性、再現性、繰り返し測定精度が、十分ではなかった。特に、最先端のデバイス作製のための極薄膜のSOIウェーハのSOI層、BOX層については、従来に比べ極めて高い膜厚測定精度が要求されており、従来の膜厚分布測定方法ではこれらの要求に対して必ずしも十分に対応できていなかった。
However, even when the film thickness distribution measurement method by reflection spectroscopy using a line light source as in
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、薄膜付ウェーハの膜厚分布をライン光源を用いた反射分光法によって測定する際に、安定かつ高精度に膜厚分布測定を行うことができる膜厚分布測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and when measuring the film thickness distribution of a wafer with a thin film by reflection spectroscopy using a line light source, the film thickness distribution is measured stably and with high accuracy. An object of the present invention is to provide a film thickness distribution measuring method that can be used.
上記目的を達成するために、本発明は、基板の表面上に形成された少なくとも1層の薄膜を有する薄膜付ウェーハの前記薄膜の膜厚分布をライン光源を用いた反射分光法によって測定する膜厚分布測定方法であって、
前記ライン光源として、前記薄膜付ウェーハの直径より長い光源を有するライン光源を用い、
前記ライン光源から照射される線状の光で前記薄膜付ウェーハの表面を走査して反射光を検出する際に、同時に、リファレンスに前記線状の光の一部を照射し、その反射光も検出する工程と、
該リファレンスからの反射光強度を用いて前記薄膜付ウェーハからの反射光強度を補正する工程と、
該補正された薄膜付ウェーハの反射光強度から、前記膜厚分布を算出する工程とを含むことを特徴とする膜厚分布測定方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a film for measuring a film thickness distribution of a thin film of a wafer with a thin film having at least one thin film formed on a surface of a substrate by reflection spectroscopy using a line light source. A thickness distribution measuring method,
As the line light source, using a line light source having a light source longer than the diameter of the wafer with the thin film,
When detecting the reflected light by scanning the surface of the wafer with thin film with the linear light emitted from the line light source, simultaneously irradiating a part of the linear light to the reference, the reflected light also Detecting step;
Correcting the reflected light intensity from the wafer with the thin film using the reflected light intensity from the reference;
And a step of calculating the film thickness distribution from the corrected reflected light intensity of the wafer with a thin film.
このように、薄膜付ウェーハの直径より長い光源を有するライン光源を用い、薄膜付ウェーハとリファレンスからの反射光を同時に検出し、測定装置の測定系に起因した総合的な反射光強度の変動を補正して薄膜の膜厚分布を算出することにより、薄膜付ウェーハの膜厚分布測定を、安定かつ高精度で行うことができる。 In this way, using a line light source with a light source longer than the diameter of the wafer with thin film, the reflected light from the wafer with thin film and the reference is detected at the same time, and the fluctuation of the total reflected light intensity caused by the measurement system of the measuring device is detected. By correcting and calculating the film thickness distribution of the thin film, the film thickness distribution measurement of the wafer with the thin film can be performed stably and with high accuracy.
このとき、前記リファレンスとして、鏡面研磨されたシリコン単結晶ウェーハを用いることが好ましい。 At this time, it is preferable to use a mirror-polished silicon single crystal wafer as the reference.
このような鏡面研磨されたシリコン単結晶ウェーハであれば、極めて平坦な表面を有しており、面内の反射率の均一性が極めて高いので、リファレンスとして好適に用いることができる。 Such a mirror-polished silicon single crystal wafer has a very flat surface and has a very high uniformity of in-plane reflectivity, and thus can be suitably used as a reference.
このとき、前記リファレンスを、前記ライン光源の線状の照射領域内の両側に1個ずつ離間させて固定配置し、前記薄膜付ウェーハが、前記離間させた両リファレンスの間を通過するように移動させて、前記線状の光で前記薄膜付ウェーハの表面を走査することが好ましい。 At this time, the reference is fixedly arranged one by one on both sides in the linear irradiation region of the line light source, and the wafer with a thin film is moved so as to pass between the two separated references. It is preferable to scan the surface of the wafer with the thin film with the linear light.
このように、薄膜付ウェーハの両側にリファレンスを配置して、両側のリファレンスからの反射光強度を用いて、薄膜付ウェーハからの反射光強度を補正することによって、測定装置の測定系に起因した総合的な反射光強度の変動の影響をより確実に抑制することが可能となる。それにより薄膜付ウェーハの膜厚分布測定を、より安定かつより高精度で行うことができる。 In this way, the reference was placed on both sides of the thin film wafer, and the reflected light intensity from the reference on both sides was used to correct the reflected light intensity from the thin film wafer, resulting in the measurement system of the measuring device. It is possible to more reliably suppress the influence of fluctuations in the overall reflected light intensity. Thereby, the film thickness distribution measurement of the wafer with a thin film can be performed more stably and with higher accuracy.
このとき、前記リファレンスを、前記ライン光源の線状の照射領域内の両側に1個ずつ離間させて固定配置し、前記離間させた両リファレンスの間に、前記線状の光と前記薄膜付ウェーハの直径が重なる位置に前記薄膜付ウェーハを配置し、前記薄膜付ウェーハをその中心を軸に回転させることによって、前記線状の光で前記薄膜付ウェーハの表面を走査することが好ましい。 At this time, the reference is fixedly arranged separately on both sides in the linear irradiation region of the line light source, and the linear light and the thin film-attached wafer are placed between the separated references. It is preferable that the surface of the wafer with a thin film is scanned with the linear light by disposing the wafer with a thin film at a position where the diameters overlap, and rotating the wafer with a thin film around its center.
このように、離間させた両リファレンスの間に配置した薄膜付ウェーハを、その中心を軸に回転させることによって表面を走査すれば、離間させた両リファレンスの間を通過するように移動させた場合と同一の測定精度を維持しながら、膜厚分布測定を行うための占有面積をほぼ半分にすることができる。また、このようにウェーハ回転機構を使った走査方式を採用することによって、アライナーなどのウェーハ回転機構を有する他の装置に、ライン光源を用いた膜厚分布測定機能を容易に組み込むことが可能になる。それによって、クリーンルーム内の装置の設置面積を低減でき、クリーンルームを有効に使うことができる。 In this way, when the surface of the wafer with a thin film placed between the two separated references is rotated about its center, the surface is scanned so that it passes between the two separated references. The area occupied for film thickness distribution measurement can be almost halved while maintaining the same measurement accuracy. In addition, by adopting a scanning method using a wafer rotation mechanism in this way, it is possible to easily incorporate a film thickness distribution measurement function using a line light source into another apparatus having a wafer rotation mechanism such as an aligner. Become. Thereby, the installation area of the device in the clean room can be reduced, and the clean room can be used effectively.
このとき、前記反射光強度の補正を、前記膜厚分布を算出する際に用いる反射光の波長ごとに行うことが好ましい。 At this time, it is preferable to correct the reflected light intensity for each wavelength of the reflected light used when calculating the film thickness distribution.
このように、反射光強度の補正を、膜厚分布を算出する際に用いる反射光の波長ごとに行うことにより、より精度の高い膜厚分布測定を行うことができる。 In this way, by performing the correction of the reflected light intensity for each wavelength of the reflected light used when calculating the film thickness distribution, the film thickness distribution can be measured with higher accuracy.
以上のように、本発明の膜厚分布測定方法によれば、薄膜付ウェーハの直径より長い光源を有するライン光源からの反射光強度をリファレンスで検出し、薄膜付ウェーハからの反射光強度をリファレンスからの反射光強度を用いて補正することで、薄膜付ウェーハの薄膜の膜厚分布測定を、安定かつ高精度で行うことができる。 As described above, according to the film thickness distribution measuring method of the present invention, the reflected light intensity from the line light source having a light source longer than the diameter of the wafer with the thin film is detected by the reference, and the reflected light intensity from the wafer with the thin film is referred to. By correcting using the reflected light intensity from, the film thickness distribution measurement of the thin film of the wafer with the thin film can be performed stably and with high accuracy.
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail as an example of an embodiment with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
まず、本発明の膜厚分布測定方法について、図1及び図2を参照して説明する。 First, the film thickness distribution measuring method of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は本発明の膜厚分布測定方法の実施態様の一例を示す模式図(略上方から見た図)であり、図2は本発明の膜厚分布測定方法の工程フローを示す図である。本発明の膜厚分布測定方法では、基板の表面上に形成された少なくとも1層の薄膜を有する薄膜付ウェーハの薄膜の膜厚分布をライン光源を用いた反射分光法によって測定する。ライン光源としては、直線状の光を照射できるものであれば種々のものを使用することができる。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an embodiment of the film thickness distribution measuring method of the present invention (viewed from substantially above), and FIG. 2 is a diagram showing a process flow of the film thickness measuring method of the present invention. . In the film thickness distribution measuring method of the present invention, the film thickness distribution of the thin film of the wafer with a thin film having at least one thin film formed on the surface of the substrate is measured by reflection spectroscopy using a line light source. Any line light source can be used as long as it can irradiate linear light.
本発明の膜厚分布測定方法では、図1に示すようにライン光源として、薄膜付ウェーハ3の直径より長い光源を有するライン光源1を用いる(図2のA)。さらに、本発明の膜厚分布測定方法は、ライン光源1から照射される線状の光4で薄膜付ウェーハ3の表面を走査して反射光を検出する際に、同時に、リファレンス2に線状の光4の一部を照射し、その反射光も検出する工程と(図2のB)、該リファレンス2からの反射光強度を用いて薄膜付ウェーハ3からの反射光強度を補正する工程と(図2のC)、該補正された薄膜付ウェーハ3の反射光強度から、膜厚分布を算出する工程(図2のD)とを含む。
In the film thickness distribution measuring method of the present invention, as shown in FIG. 1, a line light source 1 having a light source longer than the diameter of the
ここで、ライン光源1から照射される線状の光4で薄膜付ウェーハ3の表面を走査する場合、図1ではライン光源1とリファレンス2を固定し、薄膜付ウェーハ3をライン光源1とリファレンス2に対して移動させることで線状の光4の走査を行っている。しかしながら、薄膜付ウェーハ3を固定し、ライン光源1とリファレンス2を薄膜付ウェーハ3に対して移動させて、線状の光4を走査してもよい。
Here, when the surface of the wafer with
このように、薄膜付ウェーハ3の直径より長い光源を有するライン光源1を用い、薄膜付ウェーハ3とリファレンス2からの反射光を同時に検出し、薄膜付ウェーハ3からの反射光強度の変動を補正して薄膜の膜厚分布を算出することにより、薄膜付ウェーハ3の膜厚分布測定を、安定かつ高精度で行うことができる。また、本発明の方法では、薄膜付ウェーハ3のウェーハ全面の膜厚分布を測定することができる。
In this way, by using the line light source 1 having a light source longer than the diameter of the wafer with
また、リファレンス2として、鏡面研磨されたシリコン単結晶ウェーハを用いることが好ましい。半導体デバイスを製造するために作製された鏡面研磨されたシリコン単結晶ウェーハは、極めて平坦な表面を有しており、面内の反射率の均一性が極めて高いので、リファレンス2として好適である。具体的には、例えば、直径125mmの鏡面研磨されたシリコン単結晶ウェーハをリファレンス2として用いることができる。
Moreover, it is preferable to use a mirror-polished silicon single crystal wafer as the
また、リファレンス2としては、表面の反射率が均一なものが好ましく、面内の反射率のバラツキが1%以内のものがより好ましい。表面の反射率が均一であれば、リファレンス2とライン光源1の位置関係に若干のずれが生じたような場合でも、リファレンス2からの反射光強度はほとんど変化しないので、薄膜付ウェーハ3の反射光強度の補正を常に極めて正確に行うことができる。さらに、リファレンス2としては、表面の反射率が適切なものであれば、シリコン単結晶ウェーハに限らず、他の半導体ウェーハや他の材料を用いることもできる。
Further, the
また、図1に示すように、リファレンス2を、ライン光源1の線状の照射領域4内の両側に1個ずつ離間させて固定配置し、薄膜付ウェーハ3が、離間させた両リファレンス2の間を通過するように移動させて、線状の光4で薄膜付ウェーハ3の表面を走査することが好ましい。
In addition, as shown in FIG. 1, the
このように、測定対象である薄膜付ウェーハ3の両側にリファレンス2が配置された状態で、薄膜付ウェーハ3とリファレンス2から同時に反射光を検出するようにし、例えば、両側のリファレンス2からの反射光強度の平均値を求め、それを基準に薄膜付ウェーハ3からの反射光強度を補正することによって、薄膜付ウェーハ3からの反射光強度の時間に対する変動の影響を十分に抑制することが可能となる。
Thus, in the state where the
しかしながら、リファレンス2は、ライン光源1の線状の照射領域4内に配置され、ライン光源1からの線状の光で薄膜付ウェーハ3を走査する際に、同時に、リファレンス2からの反射光も検出することができるものであれば、その配置や大きさは特には限定されない。例えば、直径が300mmを超える大直径の薄膜付ウェーハ3の薄膜の膜厚分布を測定する場合などは、薄膜付ウェーハ3の両側にリファレンス2を配置するとライン光源1の長さが極めて長くなるため、図3に示すように、リファレンス2を薄膜付ウェーハ3の片側だけに配置して、ライン光源1の長さを抑制してもよい。また、リファレンス2の形状は、矩形、あるいは他の形状であってもよい。また、リファレンス2は線状の光4の一部を照射した際にその反射光を測定できればよいので、図1のように線状の光4がリファレンス2を横断するように構成してもよいし、リファレンス2の表面上に線状の光4の末端が位置していてもよい。
However, the
また、本発明の膜厚分布測定方法では、図9に示すように、リファレンス2を、ライン光源1の線状の照射領域内の両側に1個ずつ離間させて固定配置し、離間させた両リファレンス2の間に、線状の光4と薄膜付ウェーハ3の直径が重なる位置に薄膜付ウェーハ3を配置し、薄膜付ウェーハ3をその中心を軸に回転させることによって、線状の光4で薄膜付ウェーハ3の表面を走査してもよい。
Further, in the film thickness distribution measuring method of the present invention, as shown in FIG. 9, the
このように、薄膜付ウェーハ3をその中心を軸に回転させて表面の走査を行えば、図1に示す、薄膜付ウェーハ3を離間させた両リファレンス2の間を通過させて直線的に走査する場合と同一の測定精度を維持しながら、以下で説明するように、測定に用いる装置の大きさを大幅に縮小することができる。
In this way, when the surface of the thin film-coated
本発明の膜厚分布測定方法に適用することができる膜厚分布測定装置において、薄膜付ウェーハ3を保持して移動又は回転させ、その全面を線状の光4で走査して膜厚分布測定を行うための部分を測定部と呼ぶことにする。線状の光4を直線的に走査する場合、図1において、線状の光4によって薄膜付ウェーハ3の下端から上端までを走査するためには、少なくとも線状の光4の上下に薄膜付ウェーハ1個分のスペースを有する測定部が必要である。一方、薄膜付ウェーハ3を回転させて走査する場合、測定部の占有面積はほぼ薄膜付ウェーハ1個分でよいため、直線的に走査する場合に比べて、測定部の占有面積をほぼ半分にすることができる。
In a film thickness distribution measuring apparatus that can be applied to the film thickness distribution measuring method of the present invention, the thin film-coated
また、上述したようなウェーハ回転機構を使った走査方式を採用することによって、アライナーなどのウェーハ回転機構を有する他の装置(製造装置、検査装置、評価装置)に、ライン光源を用いた膜厚分布測定装置(機能)を容易に組み込むことが可能になる。それによって、クリーンルーム内の装置の設置面積を低減でき、クリーンルームを有効に使うことができる。 In addition, by adopting the scanning method using the wafer rotation mechanism as described above, the film thickness using a line light source for other apparatuses (manufacturing apparatus, inspection apparatus, evaluation apparatus) having a wafer rotation mechanism such as an aligner. It becomes possible to easily incorporate the distribution measuring device (function). Thereby, the installation area of the device in the clean room can be reduced, and the clean room can be used effectively.
また、本発明の膜厚分布測定方法では、反射光強度の補正を、膜厚分布を算出する際に用いる反射光の波長ごとに行うことが好ましい。 Moreover, in the film thickness distribution measuring method of this invention, it is preferable to correct | amend reflected light intensity for every wavelength of the reflected light used when calculating a film thickness distribution.
反射光強度の補正は、薄膜付ウェーハ3へ照射される線状の光4の全波長に対して一括して行うことが簡便であり、膜厚測定(計算)時間も短くなる。しかしながら、膜厚分布を算出する際に用いる反射光の波長ごとに反射光強度の補正を行うことで、光源の波長分布が変動した場合に対応でき、薄膜の膜厚分布測定の精度をより高めることができる。
The correction of the reflected light intensity can be easily performed collectively for all wavelengths of the linear light 4 irradiated to the thin film-coated
この場合、波長ごとの補正は、例えば、ウェーハ上の各点からの反射光をCCDで検出する際、各点からの反射光を分光器で分光することによって波長成分に分け、それをCCDの例えば縦方向の各ピクセルに展開することで縦方向の各ピクセルがそれぞれある波長(範囲)の光を受けるように構成し、そのピクセル毎に補正を行うことで実現できる。
その際、ある波長範囲に対応するいくつかのピクセルの平均を用いることで、計算量を減らすこともできる。
In this case, for each wavelength, for example, when the reflected light from each point on the wafer is detected by the CCD, the reflected light from each point is divided into wavelength components by separating the reflected light from each point with a spectrometer. For example, it can be realized by developing each pixel in the vertical direction so that each pixel in the vertical direction receives light of a certain wavelength (range), and performing correction for each pixel.
At this time, the calculation amount can be reduced by using the average of several pixels corresponding to a certain wavelength range.
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
(実施例)
イオン注入剥離法によって作製された薄膜SOIウェーハ(直径300mm、SOI層膜厚:88nm、BOX層膜厚:145nm、両膜厚はSOIウェーハ製造時の設定膜厚)を膜厚測定用薄膜付ウェーハ3として、本発明の膜厚分布測定方法により、SOI層の膜厚分布とBOX層の膜厚分布を測定した。同一の薄膜SOIウェーハについて、30回繰り返し膜厚分布測定を行った。
(Example)
A thin film SOI wafer (diameter 300 mm, SOI layer film thickness: 88 nm, BOX layer film thickness: 145 nm, both film thicknesses set at the time of manufacturing an SOI wafer) manufactured by an ion implantation delamination method is used. 3, the film thickness distribution of the SOI layer and the film thickness distribution of the BOX layer were measured by the film thickness distribution measuring method of the present invention. The film thickness distribution measurement was repeated 30 times for the same thin film SOI wafer.
この際、リファレンス2として、鏡面研磨されたシリコン単結晶ウェーハ(直径125mm)を図1のように線状の照射領域4内の両側に離間させて配置した。そして、ライン光源1の線状の照射領域4と両リファレンスウェーハを固定した状態で、薄膜SOIウェーハを両リファレンスウェーハの間の照射領域の線状の方向に対して、直角に走査(移動)させた。
At this time, a mirror-polished silicon single crystal wafer (diameter: 125 mm) was arranged as a
ライン光源1としては、波長450〜750nmの波長帯の可視光光源を用い、1mmピッチで薄膜SOIウェーハ表面全面の膜厚測定を行い、面内平均値を算出した。この際、薄膜SOIウェーハ上の線状の光4で照射された領域の各測定ポイントの反射光強度については、450〜750nmの波長帯全体の反射光強度を検出し、その反射光強度を、同一のライン(線)上で同時に照射されるリファレンスウェーハ2枚からの反射光強度の平均値を用いて補正し、補正後の反射光強度を用いて薄膜の膜厚分布を算出した。 As the line light source 1, a visible light source having a wavelength band of 450 to 750 nm was used, and the film thickness of the entire surface of the thin film SOI wafer was measured at a pitch of 1 mm to calculate an in-plane average value. At this time, for the reflected light intensity at each measurement point in the region irradiated with the linear light 4 on the thin film SOI wafer, the reflected light intensity of the entire wavelength band of 450 to 750 nm is detected, and the reflected light intensity is Correction was performed using the average value of the reflected light intensity from two reference wafers irradiated simultaneously on the same line (line), and the film thickness distribution of the thin film was calculated using the corrected reflected light intensity.
このようにして算出したSOI層及びBOX層の膜厚(膜厚分布)から、ウェーハ面内膜厚の平均値を求めてそれぞれの膜厚とした。30回の繰り返し膜厚分布測定における測定回(1回〜30回)と各回の膜厚の関係を図4(SOI層)及び図5(BOX層)に示す。 From the film thickness (film thickness distribution) of the SOI layer and the BOX layer calculated in this way, the average value of the film thickness in the wafer surface was obtained and used as each film thickness. FIG. 4 (SOI layer) and FIG. 5 (BOX layer) show the relationship between the measurement times (1 to 30 times) and the film thicknesses of each time in 30 times of repeated film thickness distribution measurement.
図4に示すSOI層の膜厚の30回の繰り返し測定においては、平均膜厚が一方向に変動するような傾向はなく、その繰り返し測定の最大値と最小値の差はわずかに約0.07nmであり、30回の測定を通して極めて安定したSOI層の膜厚の値が得られた。このことから、各回の膜厚の測定精度も高いと言える。 In the repeated measurement of the film thickness of the SOI layer shown in FIG. 4 for 30 times, the average film thickness does not tend to fluctuate in one direction, and the difference between the maximum value and the minimum value of the repeated measurement is only about 0. The film thickness of the SOI layer was very stable through 30 measurements. From this, it can be said that the measurement accuracy of each film thickness is high.
また、図5に示すBOX層の膜厚の30回の繰り返し測定においても、膜厚が一方向に変動するような傾向はなく、その繰り返し測定の最大値と最小値の差は、約0.46nmと十分に小さいものであり、30回の測定を通して安定したBOX層の膜厚の値が得られた。このため、各回の膜厚の測定精度も高いと言える。 In addition, even in 30 repeated measurements of the film thickness of the BOX layer shown in FIG. 5, the film thickness does not tend to fluctuate in one direction, and the difference between the maximum value and the minimum value of the repeated measurement is about 0. 0. The film thickness was as small as 46 nm, and a stable BOX layer thickness value was obtained through 30 measurements. For this reason, it can be said that the measurement accuracy of each film thickness is high.
(比較例)
実施例で用いたのと同じ薄膜SOIウェーハを用い、SOI層の膜厚とBOX層の膜厚を30回繰り返し測定した。この際、実施例で用いたリファレンスウェーハは配置せず、従って、リファレンスからの反射光の検出、及び、薄膜SOIウェーハの反射光強度の補正は行わなかった。
(Comparative example)
Using the same thin film SOI wafer used in the examples, the film thickness of the SOI layer and the film thickness of the BOX layer were measured 30 times. At this time, the reference wafer used in the example was not arranged, and therefore, the detection of the reflected light from the reference and the correction of the reflected light intensity of the thin film SOI wafer were not performed.
実施例と同様にして、測定回と、各回のSOI層及びBOX層の膜厚の関係を求め、それぞれ、図6及び図7に示した。 In the same manner as in the example, the relationship between the measurement times and the film thicknesses of the SOI layer and the BOX layer at each time was obtained and shown in FIGS. 6 and 7, respectively.
図6に示すSOI層の膜厚の30回の繰り返し測定においては、回が進むにつれてSOI層の膜厚は増加する方向に変動しており、その繰り返し測定の最大値と最小値の差は約0.47nmであった。この値は、実施例に比べてはるかに大きく、安定した膜厚測定は困難であった。 In the repeated measurement of the film thickness of the SOI layer shown in FIG. 6 in 30 times, the film thickness of the SOI layer fluctuates in an increasing direction as the time advances, and the difference between the maximum value and the minimum value of the repeated measurement is about It was 0.47 nm. This value was much larger than that of the example, and it was difficult to measure the film thickness stably.
また、図7に示すBOX層の膜厚の30回の繰り返し測定においては、回が進むにつれてBOX層の膜厚が減少する方向に変動しており、その繰り返し測定の最大値と最小値の差は約2.9nmに達していた。この値も、実施例に比べてはるかに大きく、安定した膜厚測定は困難であった。 Further, in the repeated measurement of the thickness of the BOX layer shown in FIG. 7 in 30 times, the thickness of the BOX layer varies in the direction of decreasing, and the difference between the maximum value and the minimum value of the repeated measurement is increased. Was about 2.9 nm. This value was also much larger than that of the example, and it was difficult to measure the film thickness stably.
このように、本発明の膜厚分布測定方法により、従来に比べ、膜厚分布測定の安定性、再現性、繰り返し測定精度を向上させることができた。 As described above, the film thickness distribution measuring method of the present invention can improve the stability, reproducibility, and repeated measurement accuracy of the film thickness distribution measurement as compared with the prior art.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
1…ライン光源、 2…リファレンス、 3…薄膜付ウェーハ、
4…線状の光(線状の照射領域)、 10…膜厚分布測定装置、
11…ライン光源(従来技術)、 13…検出器。
1 ... Line light source, 2 ... Reference, 3 ... Thin film wafer,
4 ... linear light (linear irradiation region), 10 ... film thickness distribution measuring device,
11: Line light source (prior art), 13: Detector.
Claims (5)
前記ライン光源として、前記薄膜付ウェーハの直径より長い光源を有するライン光源を用い、
前記ライン光源から照射される線状の光で前記薄膜付ウェーハの表面を走査して反射光を検出する際に、同時に、リファレンスに前記線状の光の一部を照射し、その反射光も検出する工程と、
該リファレンスからの反射光強度を用いて前記薄膜付ウェーハからの反射光強度を補正する工程と、
該補正された薄膜付ウェーハの反射光強度から、前記膜厚分布を算出する工程とを含むことを特徴とする膜厚分布測定方法。 A film thickness distribution measuring method for measuring a film thickness distribution of a thin film of a wafer with a thin film having at least one thin film formed on a surface of a substrate by reflection spectroscopy using a line light source,
As the line light source, using a line light source having a light source longer than the diameter of the wafer with the thin film,
When detecting the reflected light by scanning the surface of the wafer with thin film with the linear light emitted from the line light source, simultaneously irradiating a part of the linear light to the reference, the reflected light also Detecting step;
Correcting the reflected light intensity from the wafer with the thin film using the reflected light intensity from the reference;
And a step of calculating the film thickness distribution from the corrected reflected light intensity of the wafer with a thin film.
5. The film thickness distribution measuring method according to claim 1, wherein the correction of the reflected light intensity is performed for each wavelength of reflected light used when calculating the film thickness distribution. 6. .
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