(57)【要約】【課題】半導体ウェーハの面取り部及び側面における薄膜の膜厚を、顕微ＦＴＩＲ法を用いた点分析により同定することができる膜厚の測定方法及び膜厚測定装置を提供する。【解決手段】顕微ＦＴＩＲ測定装置を用いる膜厚の測定方法において、保持治具として、保持した半導体ウェーハを傾斜させることが可能な可動ステージを用い、半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際には、可動ステージを所定角度傾斜させることで、半導体ウェーハの面取り部又は側面が水平になるように半導体ウェーハを傾斜させて保持してから、面取り部又は前記側面における薄膜の膜厚の測定を行うことを特徴とする膜厚の測定方法。【選択図】  図１
2015232450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に薄膜が形成された半導体ウェーハを保持治具により保持し、光源から前記半導体ウェーハに対し赤外線を照射し、前記半導体ウェーハからの反射光を検出器により測定し、該測定した反射光に基づく赤外反射スペクトルと前記薄膜の膜厚との相関関係から、前記薄膜の膜厚を算出する顕微ＦＴＩＲ測定装置を用いる膜厚の測定方法において、
前記保持治具として、前記保持した半導体ウェーハを傾斜させることが可能な可動ステージを用い、
前記半導体ウェーハを、面取り加工された基板上に薄膜が形成された半導体ウェーハとし、
前記半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際には、前記可動ステージを所定角度傾斜させることで、前記半導体ウェーハの面取り部又は側面が水平になるように前記半導体ウェーハを傾斜させて保持してから、前記半導体ウェーハに対し赤外線を照射し、前記面取り部又は前記側面における薄膜の膜厚の測定を行うことを特徴とする膜厚の測定方法。
【請求項２】
前記半導体ウェーハの赤外反射スペクトルは、予め測定しておいたリファレンスの赤外反射スペクトルの波形を減算することによって得られる差分スペクトルを用いることを特徴とする請求項１に記載の膜厚の測定方法。
【請求項３】
前記半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際における、前記可動ステージの傾斜角度を１５°以上９０°以下とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の膜厚の測定方法。
【請求項４】
基板上に薄膜が形成された半導体ウェーハを保持するための保持治具と、前記半導体ウェーハに赤外線を照射するための光源と、前記半導体ウェーハからの反射光を測定するための検出器を具備し、
前記光源から前記半導体ウェーハに対し赤外線を照射し、前記検出器で前記半導体ウェーハからの反射光を測定し、該測定した反射光に基づく赤外反射スペクトルと前記薄膜の膜厚との相関関係から、前記薄膜の膜厚を算出して前記薄膜の膜厚を測定する顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置であって、
前記保持治具が、前記保持した半導体ウェーハを傾斜させることが可能な可動ステージであり、
前記半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際には、前記可動ステージを所定角度傾斜させることで、前記半導体ウェーハの面取り部又は側面が水平になるように前記半導体ウェーハを傾斜させて保持してから、前記半導体ウェーハに対し赤外線を照射し、前記面取り部又は前記側面における薄膜の膜厚の測定を行うものであることを特徴とする顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置。
【請求項５】
前記半導体ウェーハの赤外反射スペクトルは、予め測定しておいたリファレンスの赤外反射スペクトルの波形を減算することによって得られる差分スペクトルを用いるものであることを特徴とする請求項４に記載の顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置。
【請求項６】
前記半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際における、前記可動ステージの傾斜角度が１５°以上９０°以下のものであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微ＦＴＩＲ法を使用する膜厚の測定方法及び膜厚測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から平面状の基板上に形成（成長）した薄膜（単結晶薄膜や多結晶薄膜）の膜厚を測定する方法は、様々な測定法が知られている。
しかし、最近は半導体デバイスが基板の外周部ぎりぎりまで形成されている。このために半導体ウェーハのエッジ部〜面取り部の薄膜の評価が重要視されている。
たとえば、シリコンウェーハ膜厚、例えばエピタキシャル層（単結晶薄膜）の膜厚では、ウェーハエッジ部の膜厚の厚みがダレ形状になりやすく、この部位の膜厚の測定が製品品質の向上に不可欠である。
しかしながら従来の膜厚測定機では、エッジ部よりウェーハ中心側に５ｍｍの位置の測定が限界であり、この部位の測定が不可能であった。
【０００３】
従来、半導体ウェーハの面取り部の膜厚を分析する方法の一つとして、イオンミリングなどで、半導体ウェーハの面取り部の断面を露出させ、ＳＥＭ等で観察する方法がある。この測定方法では、断面作製とＳＥＭ観察に多大な手間とコストが必要である。その上、シリコンウェーハ上のエピタキシャル層の膜厚測定など、基板と膜質が同材料の場合には、ＳＥＭはその境界面の観察が難しいことが知られている。
また、イオンミリングは破壊測定であり製品の簡便な検査に適していないし、歩留まりの低下を招く。
【０００４】
また、半導体ウェーハの面取り部は形状が複雑で狭い領域の測定は困難である。この問題点において、例えば、特許文献１に記載のフーリエ変換赤外分光（Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ：ＦＴＩＲ）法は光を利用した分析手法であるために、非接触、非破壊などの観点から有効な測定方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−６５７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１のＦＴＩＲ赤外光の測定範囲は直径６ｍｍ円内で、ウェーハの面取り部の巾１ｍｍの狭い領域での精度の良い評価は困難である。
また、半導体ウェーハの面取り部や側面の分析すべき面（分析面）は主表面からθだけ傾斜することになる。この面取り部や側面における分析面に赤外線を照射すると、赤外反射光が検出器とは別の方向に向かってしまうので、検出することができない。
このように、従来の方法では、半導体ウェーハ基板の面取り部や側面における薄膜の膜厚を測定できなかった。そして、このような問題は、測定範囲が約３０〜２００μｍ角と、空間分解能がＦＴＩＲ法よりも優れた顕微ＦＴＩＲ法においても、同様に存在する。
【０００７】
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、半導体ウェーハの面取り部及び側面における薄膜の膜厚を、顕微ＦＴＩＲ法を用いた点分析により同定することができる膜厚の測定方法及び膜厚測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明によれば、基板上に薄膜が形成された半導体ウェーハを保持治具により保持し、光源から前記半導体ウェーハに対し赤外線を照射し、前記半導体ウェーハからの反射光を検出器により測定し、該測定した反射光に基づく赤外反射スペクトルと前記薄膜の膜厚との相関関係から、前記薄膜の膜厚を算出する顕微ＦＴＩＲ測定装置を用いる膜厚の測定方法において、前記保持治具として、前記保持した半導体ウェーハを傾斜させることが可能な可動ステージを用い、前記半導体ウェーハを、面取り加工された基板上に薄膜が形成された半導体ウェーハとし、前記半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際には、前記可動ステージを所定角度傾斜させることで、前記半導体ウェーハの面取り部又は側面が水平になるように前記半導体ウェーハを傾斜させて保持してから、前記半導体ウェーハに対し赤外線を照射し、前記面取り部又は前記側面における薄膜の膜厚の測定を行うことを特徴とする膜厚の測定方法を提供する。
【０００９】
このようにすれば、面取り部や側面が水平になるように半導体ウェーハを保持するため、照射する赤外線の焦点を分析対象の面に合わせることができ、かつ、面取り部や側面から反射した赤外線を検出器に適切に入射させることができるので、従来の方法では測定することができなかった面取り部や側面における薄膜の膜厚を正確に検出できる。また、もちろん従来通り半導体ウェーハの主表面の薄膜の膜厚も測定することができる。これにより、顕微ＦＴＩＲ法という非接触、非破壊の測定方法にて半導体ウェーハの主表面はもちろん、その面取り部や側面における薄膜の膜厚を測定することができるため、極めて有益であり、かつ半導体ウェーハの歩留まりを向上させることができる。
【００１０】
このとき、前記半導体ウェーハの赤外反射スペクトルは、予め測定しておいたリファレンスの赤外反射スペクトルの波形を減算することによって得られる差分スペクトルを用いることができる。
【００１１】
このようにすれば、差分スペクトルに現れるサイドピークが強力になり、サイドピーク間の距離を読み取りやすい赤外反射スペクトルとなるため、より精度の高い膜厚測定が可能である。
【００１２】
またこのとき、前記半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際における、前記可動ステージの傾斜角度を１５°以上９０°以下とすることができる。
【００１３】
一般的な半導体ウェーハの主表面に対する面取り部の傾斜角は、上記範囲内となっているためこのような傾斜角度であれば、確実に面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定することができる。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、本発明によれば、基板上に薄膜が形成された半導体ウェーハを保持するための保持治具と、前記半導体ウェーハに赤外線を照射するための光源と、前記半導体ウェーハからの反射光を測定するための検出器を具備し、前記光源から前記半導体ウェーハに対し赤外線を照射し、前記検出器で前記半導体ウェーハからの反射光を測定し、該測定した反射光に基づく赤外反射スペクトルと前記薄膜の膜厚との相関関係から、前記薄膜の膜厚を算出して前記薄膜の膜厚を測定する顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置であって、前記保持治具が、前記保持した半導体ウェーハを傾斜させることが可能な可動ステージであり、前記半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際には、前記可動ステージを所定角度傾斜させることで、前記半導体ウェーハの面取り部又は側面が水平になるように前記半導体ウェーハを傾斜させて保持してから、前記半導体ウェーハに対し赤外線を照射し、前記面取り部又は前記側面における薄膜の膜厚の測定を行うものであることを特徴とする顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置が提供される。
【００１５】
このようなものであれば、可動ステージが所定角度傾斜可能であるため、面取り部や側面が水平になるように半導体ウェーハを保持して、面取り部や側面に照射した赤外線を検出器に適切に入射させることができるので、従来のＦＴＩＲ装置では測定することができなかった面取り部や側面における薄膜の膜厚を正確に検出できるものとなる。また、もちろん、本発明の測定装置は、従来通り半導体ウェーハの主表面の薄膜の膜厚も測定することができる。これにより、顕微ＦＴＩＲ法という非接触、非破壊の測定方法にて半導体ウェーハの主表面はもちろん、その面取り部や側面における薄膜の膜厚を測定することができるため、極めて有益であり、かつ半導体ウェーハの歩留まりを向上させることができるものとなる。
【００１６】
このとき、前記半導体ウェーハの赤外反射スペクトルは、予め測定しておいたリファレンスの赤外反射スペクトルの波形を減算することによって得られる差分スペクトルを用いるものとすることができる。
【００１７】
このようなものであれば、差分スペクトルに現れるサイドピークが強力になり、サイドピーク間の距離を読み取りやすい赤外反射スペクトルとなるため、より精度の高い膜厚測定が可能なものとなる。
【００１８】
またこのとき、前記半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際における、前記可動ステージの傾斜角度が１５°以上９０°以下のものとすることができる。
【００１９】
このようなものであれば、一般的な半導体ウェーハの主表面に対する面取り部の傾斜角は、上記範囲内となっているため、傾斜角度が１５°以上９０°以下の可動ステージを具備すれば、確実に面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定することができるものとなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の膜厚の測定方法及び膜厚測定装置であれば、半導体ウェーハの主表面はもちろん、従来測定することができなかった、半導体ウェーハの面取り部及び側面における薄膜の膜厚を精度よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）〜（ｃ）本発明の顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置の一例を示した概略図である。（ｄ）本発明の顕微ＦＴＩＲ法により得られた差分スペクトルを示した図である。
【図２】本発明の顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置における、可動ステージ周辺の一例を示した概略図である。
【図３】実施例における、膜厚の測定マップを示した図である。
【図４】実施例において、検量線作成用ウェーハの赤外反射スペクトルから、リファレンスの赤外反射スペクトルを減算して得られた差分スペクトルを示したグラフである。
【図５】実施例において測定した膜厚の値を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上記のように、従来、赤外線の反射を利用するＦＴＩＲ法による測定方法では、半導体ウェーハの面取り部や側面における薄膜の膜厚を測定することができないという問題があった。
【００２３】
そこで、本発明者は鋭意検討を重ねた結果、面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際には、半導体ウェーハの面取り部又は側面が水平になるように前記半導体ウェーハを傾斜させて保持することで、上記問題を解決できることに想到し、本発明を完成させた。
【００２４】
まず、本発明の顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置１０について、図を参照して説明する。
本発明の顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置１０は、主に、図１の（ａ）に示す干渉計システムと、図１の（ｂ）に示す検出器６等を備えた赤外顕微鏡システム７より構成されている。
図１の（ａ）に示すように、干渉計システムでは、光源１及び第１の固定ミラー２からの光は、ビームスプリッタ３を介して、走査ミラー４およびに第２の固定ミラー５に送られる。ビームスプリッタ３は入射した光の一部を透過する一方、残りを反射して光を２つに分解する性質がある。
走査ミラー４及び第二の固定ミラー５に入射した光は、更に反射してビームスプリッタ３に再び戻り、該ビームスプリッタ３を透過又は反射して、赤外顕微鏡システム７に送られる。
この時に、走査ミラー４が等速で光軸方向に移動するにつれて、走査ミラー４からの反射光と、第二の固定ミラー５から反射した光は光路長が変化する。これにより光源１からの光は、特定の周波数に振幅変調された赤外線となる。
【００２５】
このように、干渉計システムにより特定の周波数に振幅変調された赤外線は、赤外顕微鏡光学系９（カセグレン鏡・アパチャー・レンズ等）を経由して、サンプルに照射・反射し、検出器６に至る。顕微ＦＴＩＲ測定では検出器６により、サンプルに照射・反射された時の赤外線吸収スペクトルを検出することが可能である。
【００２６】
測定対象が図１（ｃ）に示すような、エピタキシャルウェーハＷの場合は、赤外線を照射するとエピタキシャル層（単結晶薄膜）Ｗ２の上表面からの反射光Ｌ１と、基板Ｗ１とエピタキシャル層Ｗ２との境界面からの反射光Ｌ２が発生する。このＬ１−Ｌ２の光路差が波長の正数倍のときには２つの光束の位相が揃うため強め合い、半波長ずれると逆に弱め合う。その結果、検出器６が検出測定する赤外線の強度の時間変化は周期関数的になる。
【００２７】
実際の赤外線光源１からの赤外線は、波長に幅を持っているため、赤外線強度の時間変化の周期に幅を持つ。さまざまの波長の混じった光が赤外線光源から照射される場合に得られる検出器での受光強度Ｉは光路差ｘ（＝Ｌ１−Ｌ２）の関数として次式（１）で表される。
Ｉ（ｘ）＝∫Ｂ（ｖ）（１＋ｃｏｓ２πｖｘ）ｄｖ  ・・・  （１）
【００２８】
ここで、ｖは赤外線の波数で、Ｂ（ｖ）は光源から出る光の強度の波数依存性を示す関数である。変調信号を示すこの式の第２項の交流成分はインターフェログラム（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｇｒａｍ）と呼ばれる。インターフェログラムは、光路差がゼロ（ｘ＝０）の時はどの波数の光も同位相で干渉しているため大きな値を示し、ｘがゼロから離れるにつれて各波数の光がさまざまの位相で干渉することになるので、波打ちながら急激に小さくなっていく。
【００２９】
測定対象が図１の（ｃ）に示すようなエピタキシャルウェーハＷである場合の、インターフェログラムでは、中央の大きなピーク（センターバースト）ばかりでなく、左右に生じる小さなピーク（サイドバースト）が発生する。これらは赤外線の強度が、エピタキシャル層Ｗ２の上表面からの反射光Ｌ１と、基板Ｗ１とエピタキシャル層Ｗ２との境界面からの反射光Ｌ２の光路差の影響を受けるためである。
【００３０】
図１の（ｄ）は、シリコンウェーハのエピタキシャル層の膜厚測定で見られる差分スペクトルである。この差分スペクトルは、エピタキシャルウェーハＷの膜厚５μｍのＦＴＩＲスペクトルより、膜厚０μｍのＦＴＩＲスペクトルを差し引いたものである。
これによりインターフェログラムの中央の大きなピーク（センターバースト）の影響を、かなり取り除くことが可能である。
【００３１】
差分スペクトルは、中央のピーク（図１の（ｄ）のセンターピークＰ１）と、左右に生じるピーク（図１の（ｄ）のサイドピークＰ２）がある。２つのサイドピークＰ２どうしの間隔は、エピタキシャル層Ｗ２の膜厚と、屈折率と、該エピタキシャル層Ｗ２への赤外線の入射角に依存する。エピタキシャル層の膜厚測定においては入射角と屈折率は同じと見なせるため、サイドピークＰ２どうしの間隔と膜厚に相関がある。
【００３２】
ここで、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本発明の顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置１０が具備している可動ステージ８は、保持した半導体ウェーハＷを傾斜させて保持することが可能なものである。
【００３３】
半導体ウェーハＷの主表面における、薄膜Ｗ２の膜厚を測定する場合、図２（ａ）に示すように、可動ステージ８は傾斜させず（傾斜角度を０°とする）に主表面が水平になるように半導体ウェーハを保持してから、赤外線を照射して膜厚を測定する。
【００３４】
また、半導体ウェーハＷの面取り部における、薄膜Ｗ２の膜厚を測定する場合、図２（ｂ）に示すように、可動ステージ８を傾斜させて、面取り部が水平になるように半導体ウェーハＷを保持してから、赤外線を照射して膜厚を測定する。
また、半導体ウェーハＷの側面における、薄膜Ｗ２の膜厚を測定する場合、図２（ｃ）に示すように、可動ステージ８を傾斜させて、側面が水平になるように半導体ウェーハＷを保持してから、赤外線を照射して膜厚を測定する。
【００３５】
ここで、可動ステージ８は、半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際における、傾斜角度θが１５°以上９０°以下のものとすることができる。
例えば、半導体ウェーハの面取り部の分析すべき面は、半導体ウェーハの主表面に対して、θ＝１５°〜３４°の角度で傾斜していることが多い。
【００３６】
そこで、上記のような角度で傾斜できる可動ステージ８を用いて半導体ウェーハを保持すれば、図２の（ｂ）に示すように、面取り部を水平に保つことができ、今まで膜厚を計れなかった領域の膜厚を、主表面と同一条件で測定することができる。
また、図２の（ｃ）に示すように、半導体ウェーハの側面の薄膜の厚さの測定のためには、θ＝９０°に可動ステージ８を傾斜させて半導体ウェーハを保持すれば良い。この時には、半導体ウェーハの側面の最頂点部のミクロ領域に、赤外線の焦点を合わせて測定を行えば良い。
【００３７】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本発明の膜厚測定装置１０は、基本的に、半導体ウェーハの主表面、面取り部、側面のいずれの測定地点でも、測定地点とカセグレン対物鏡９との距離を一定として、赤外線を照射し反射スペクトルを測定することができるものである。
【００３８】
また、本発明の顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置において検出器６は、例えばＭＣＴ検出器等の高感度検出器とすることができる。
標準的なＦＴＩＲ装置の測定範囲は直径３〜１０ｍｍの円であるが、顕微ＦＴＩＲ装置の測定範囲は約３０〜２００μｍ角と空間分解能を高くすることが可能である。
【００３９】
そして、本発明の膜厚測定装置は、測定した反射光に基づくインターフェログラムと薄膜の膜厚との相関関係から、薄膜の膜厚を算出して薄膜の膜厚を測定する。
【００４０】
この際に、本発明の膜厚測定装置は、半導体ウェーハの赤外反射スペクトルとして、予め測定しておいたリファレンスの赤外反射スペクトルの波形を減算することによって得られる差分スペクトルを用いるものとすることができる。尚、この波形を差分スペクトルとして用いる方法を以下では、反射差分法と呼称する。
【００４１】
反射差分法によって得られる波形は、サイドピークがより強力となり、サイドピーク間の距離を読み取りやすい差分スペクトルとなるため、より精度の高い膜厚測定が可能なものとなる。また、通常のＦＴＩＲ透過測定に比べて、反射差分法を利用することで、顕微ＦＴＩＲスペクトルに薄膜の位相差を検出させることが可能である。尚、リファレンスとしては、薄膜を形成する前の基板、標準のエピタキシャル層膜厚のウェーハ、赤外反射測定用の金メッキ板等を使用できる。
【００４２】
以上のような、本発明の顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置であれば、面取り部や側面が水平になるように半導体ウェーハを保持するため、照射する赤外線の焦点を分析対象の面に合わせることができ、かつ、面取り部や側面から反射した赤外線を検出器に適切に入射させることができるので、従来の方法では測定することができなかった面取り部や側面における薄膜の膜厚を正確に検出できる。また、もちろん従来通り半導体ウェーハの主表面の薄膜の膜厚も測定することができる。これにより、顕微ＦＴＩＲ法という非接触、非破壊の測定方法にて半導体ウェーハの主表面はもちろん、その面取り部や側面における薄膜の膜厚を測定することができるため、薄膜の膜厚の評価において極めて有益であるとともに、非破壊であることから半導体ウェーハの歩留まりを向上させることができる。
【００４３】
次に、本発明の膜厚の測定方法について、上記の本発明の膜厚測定装置１０を使用する場合を例に説明する。
【００４４】
本発明の膜厚の測定方法では、半導体ウェーハＷを保持する保持治具として、図２の（ａ）〜（ｃ）に示すような、保持した半導体ウェーハＷを傾斜させることが可能な可動ステージ８を用いる。
まず、面取り加工された基板上に薄膜が形成された半導体ウェーハを上記可動ステージ８で水平に保持する。
【００４５】
半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際には、図２の（ｂ）、（ｃ）に示すように、可動ステージ８を所定角度θだけ傾斜させることで、半導体ウェーハの面取り部又は側面が水平になるように半導体ウェーハを傾斜させて保持する。
【００４６】
この際、半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際における、可動ステージ８の傾斜角度を１５°以上９０°以下とすることができる。
例えば、半導体ウェーハの面取り部の分析すべき面は、半導体ウェーハの主表面に対して、θ＝１５°〜３４°の角度で傾斜していることが多い。そこで、上記のような角度で傾斜できる可動ステージ８を用いて半導体ウェーハを保持すれば、図２の（ｂ）、（ｃ）に示すように、面取り部や側面を水平に保つことができ、今まで膜厚を計れなかった領域の薄膜の膜厚を測定することができる。
【００４７】
そして、その後、光源１から赤外線を照射し、半導体ウェーハＷからの反射光を検出器６により測定する。
次に、測定した反射光に基づく差分スペクトルと薄膜の膜厚との相関関係から、薄膜の膜厚を算出する。
【００４８】
以上のような本発明の膜厚の測定方法であれば、面取り部や側面が水平になるように半導体ウェーハを保持するため、照射する赤外線の焦点を分析対象の面に合わせることができ、かつ、面取り部や側面から反射した赤外線を検出器に適切に入射させることができるので、従来の方法では測定することができなかった面取り部や側面における薄膜の膜厚を正確に検出できる。また、もちろん従来通り半導体ウェーハの主表面の薄膜の膜厚も測定することができる。これにより、顕微ＦＴＩＲ法という非接触、非破壊の測定方法にて半導体ウェーハの主表面はもちろん、その面取り部や側面における薄膜の膜厚を測定することができる。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明の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。
【００５０】
（実施例）
図１に示すような、本発明の膜厚測定装置を使用して、本発明の膜厚の測定方法に従って、図３に示す半導体ウェーハの主表面における薄膜の膜厚（図３のＡ〜Ｇ地点）、面取り部における薄膜の膜厚（図３のＨ〜Ｊ地点）、側面における薄膜の膜厚（図３のＫ、Ｌ地点）を、以下のように測定した。
【００５１】
膜厚測定対象の半導体ウェーハ、検量線作成用ウェーハ、リファレンスとしては以下のようなものを使用した。
膜厚測定対象の半導体ウェーハ；
基板：シリコンウェーハ、直径３００ｍｍ、［１００］シリコン、基板厚さ７７５μｍ、Ｐ＋＋型、
薄膜：エピタキシャル層、Ｐ−型、標準厚み３．２μｍ（ウェーハ中央部）。
検量線作成用ウェーハ；
基板：シリコンウェーハ、直径３００ｍｍ、［１００］シリコン、基板厚さ７７５μｍ、Ｐ＋＋型、
薄膜：エピタキシャル層、Ｐ−型、標準厚み１μｍ・３μｍ・５μｍ（ウェーハ中央部）の３水準（従来のＦＴＩＲ法による膜厚測定法、もしくはＳＩＭＳなどの装置で標準厚みを測定した。）。
リファレンス；
基板：シリコンウェーハ、直径３００ｍｍ、［１００］シリコン、基板厚さ７７５μｍ、Ｐ−型（表面処理なし。）、
薄膜：なし（エピタキシャル層０μｍ）。
【００５２】
まず、検量線作成用ウェーハの赤外反射スペクトルから、リファレンスの赤外反射スペクトルの波形を減算することによって、図４の差分スペクトルを得た。
この時のエピタキシャル層の厚みとサイドピーク１１の間隔から、直線最小二乗法による検量線を作成した。
【００５３】
次に、膜厚測定対象の半導体ウェーハを本発明の装置に乗せて、図３のＡ〜Ｌ地点においての顕微ＦＴＩＲ赤外反射スペクトルを測定した。
半導体ウェーハＷの主表面における、薄膜Ｗ２の膜厚（図３のＡ〜Ｇ地点）を測定する場合、図３（ａ）に示すように、可動ステージ８は傾斜させず（傾斜角度を０°とする）に主表面が水平になるように半導体ウェーハを保持してから赤外線を照射した。
【００５４】
また、半導体ウェーハＷの面取り部における、薄膜Ｗ２の膜厚（図３のＨ〜Ｊ地点）を測定する場合、図３（ｂ）に示すように、可動ステージ８を２０°傾斜させて、面取り部が水平になるように半導体ウェーハＷを保持してから、面取り部の各測定地点に赤外線を照射した。
【００５５】
また、半導体ウェーハＷの側面における、薄膜Ｗ２の膜厚（図３のＫ、Ｌ地点）を測定する場合、図３（ｃ）に示すように、可動ステージ８を９０°傾斜させて、側面が水平になるように半導体ウェーハＷを保持してから、側面における各地点に赤外線を照射した。
【００５６】
そして、これらの測定から得られた赤外反射スペクトルから、リファレンスの赤外反射スペクトルの波形を減算することによって得た、Ａ〜Ｌ地点における差分スペクトルからサイドピークの間隔を求めた。更に、求めたサイドピークの間隔に対応する膜厚を予め作成した検量線の示す、差分スペクトルのサイドピークと膜厚の相関関係から、Ａ〜Ｌ地点における膜厚を算出した。
【００５７】
図５に、Ａ〜Ｌ地点における薄膜（エピタキシャル層）の膜厚の測定結果を示す。
このように、本発明により、半導体ウェーハの面取り部及び側面における薄膜の膜厚（図３のＨ〜Ｌ地点）の測定が可能となった。
【００５８】
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。
【符号の説明】
【００５９】
１…光源、  ２…第１の固定ミラー、  ３…ビームスプリッタ、
４…走査ミラー、  ５…第２の固定ミラー、  ６…検出器、
７…赤外顕微鏡システム、  ８…可動ステージ、  ９…赤外顕微鏡光学系、
１０…本発明の膜厚測定装置、
Ｗ…半導体ウェーハ、  Ｗ１…基板、  Ｗ２…薄膜。
【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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