(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面上に形成された第一薄膜と、該第一薄膜の表面上に形成された第二薄膜とを有する薄膜付ウェーハの前記第一薄膜の膜厚分布を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、
前記測定対象の薄膜付ウェーハの可視光の波長以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ１をシミュレーションにより算出する工程と、
前記測定対象の薄膜付ウェーハの前記第二薄膜の設定膜厚Ｔ２よりｔ［ｎｍ］だけ薄い、又は厚い第二薄膜を有する薄膜付ウェーハの可視光以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ２１をシミュレーションにより算出する工程と、
前記算出した両方のプロファイルＰ１、Ｐ２１の差のプロファイルＰ３１（＝Ｐ２１−Ｐ１）を算出し、該算出した差のプロファイルＰ３１がゼロとなるときの波長λ１を求める工程と、
前記求めた波長λ１を含む波長帯を前記反射分光法による膜厚分布測定に用いる光の波長帯として選択する工程と、
前記測定対象の薄膜付ウェーハの表面に光を照射し、該薄膜付ウェーハの表面からの反射光のうち前記選択した波長帯の反射光のみを測定対象として、又は、前記測定対象の薄膜付ウェーハの表面に前記選択した波長帯の光を照射し、該薄膜付ウェーハの表面からの反射光の全てを測定対象として、前記第一薄膜の膜厚分布を反射分光法によって測定することを特徴とする膜厚分布測定方法。
【請求項２】
前記求めた波長λ１を含む波長帯を選択する工程において、前記波長帯を波長λ１±５０［ｎｍ］の範囲内から選択することを特徴とする請求項１に記載の膜厚分布測定方法。
【請求項３】
基板の表面上に形成された第一薄膜と、該第一薄膜の表面上に形成された第二薄膜とを有する薄膜付ウェーハの前記第二薄膜の膜厚分布を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、
前記測定対象の薄膜付ウェーハの可視光の波長以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ１をシミュレーションにより算出する工程と、
前記測定対象の薄膜付ウェーハの前記第一薄膜の設定膜厚Ｔ１よりｔ［ｎｍ］だけ薄い、又は厚い第一薄膜を有する薄膜付ウェーハの可視光以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ２２をシミュレーションにより算出する工程と、
前記算出した両方のプロファイルＰ１、Ｐ２２の差のプロファイルＰ３２（＝Ｐ２２−Ｐ１）を算出し、該算出した差のプロファイルＰ３２がゼロとなるときの波長λ２を求める工程と、
前記求めた波長λ２を含む波長帯を前記反射分光法による膜厚分布測定に用いる光の波長帯として選択する工程と、
前記測定対象の薄膜付ウェーハの表面に光を照射し、該薄膜付ウェーハの表面からの反射光のうち前記選択した波長帯の反射光のみを測定対象として、又は、前記測定対象の薄膜付ウェーハの表面に前記選択した波長帯の光を照射し、該薄膜付ウェーハの表面からの反射光の全てを測定対象として、前記第二薄膜の膜厚分布を反射分光法によって測定することを特徴とする膜厚分布測定方法。
【請求項４】
前記求めた波長λ２を含む波長帯を選択する工程において、前記波長帯を波長λ２±５０［ｎｍ］の範囲内から選択することを特徴とする請求項３に記載の膜厚分布測定方法。
【請求項５】
基板の表面上に形成された第一薄膜と、該第一薄膜の表面上に形成された第二薄膜とを有する薄膜付ウェーハの前記第一薄膜及び第二薄膜の膜厚分布を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、
前記測定対象の薄膜付ウェーハの可視光の波長以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ１をシミュレーションにより算出する工程と、
前記測定対象の薄膜付ウェーハの前記第二薄膜の設定膜厚Ｔ２よりｔ［ｎｍ］だけ薄い、又は厚い第二薄膜を有する薄膜付ウェーハの可視光以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ２１をシミュレーションにより算出する工程と、
前記算出した両方のプロファイルＰ１、Ｐ２１の差のプロファイルＰ３１（＝Ｐ２１−Ｐ１）を算出し、該算出した差のプロファイルＰ３１がゼロとなるときの波長λ１を求める工程と、
前記測定対象の薄膜付ウェーハの前記第一薄膜の設定膜厚Ｔ１よりｔ［ｎｍ］だけ薄い、又は厚い第一薄膜を有する薄膜付ウェーハの可視光以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ２２をシミュレーションにより算出する工程と、
前記算出した両方のプロファイルＰ１、Ｐ２２の差のプロファイルＰ３２（＝Ｐ２２−Ｐ１）を算出し、該算出した差のプロファイルＰ３２がゼロとなるときの波長λ２を求める工程と、
前記求めた波長λ１及びλ２を含む波長帯を前記反射分光法による膜厚分布測定に用いる光の波長帯として選択する工程と、
前記測定対象の薄膜付ウェーハの表面に光を照射し、該薄膜付ウェーハの表面からの反射光のうち前記選択した波長帯の反射光のみを測定対象として、又は、前記測定対象の薄膜付ウェーハの表面に前記選択した波長帯の光を照射し、該薄膜付ウェーハの表面からの反射光の全てを測定対象として、前記第一薄膜及び第二薄膜の膜厚分布を反射分光法によって測定することを特徴とする膜厚分布測定方法。
【請求項６】
前記求めた波長λ１及びλ２を含む波長帯を選択する工程において、λ１＜λ２の場合には、前記波長帯を波長λ１−５０［ｎｍ］から波長λ２＋５０［ｎｍ］の範囲内から選択し、λ１＞λ２の場合には、前記波長帯を波長λ２−５０［ｎｍ］から波長λ１＋５０［ｎｍ］の範囲内から選択することを特徴とする請求項５に記載の膜厚分布測定方法。
【請求項７】
前記測定対象の薄膜付ウェーハがＳＯＩウェーハであり、前記第一薄膜が埋め込み酸化膜であり、前記第二薄膜がシリコン単結晶からなるＳＯＩ層であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の膜厚分布測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスに使われる２層の薄膜付ウェーハの膜厚分布を反射分光法によって測定する膜厚分布測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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の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膜厚及び埋め込み酸化膜（ＢＯＸ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。
【０００３】
基板の表面に薄膜を有する、このような薄膜付ウェーハの薄膜の膜厚分布を算出する現有の膜厚測定方法は、分光エリプソ法、反射分光法によるポイント毎の膜厚測定が一般的であるが、ウェーハ全面を高スループットで高精度に膜厚分布測定できる膜厚分布測定装置は市販されていない。
分光エリプソ法、反射分光法によるポイント測定においては、各測定点毎に、ある波長範囲（一般的には、可視光域）のスペクトルを取り、そのスペクトルに対してモデル膜構造にフィッティングすることで各測定点の膜厚を求めている。従って、ウェーハ全面を高スループットで高精度に測定を行おうとすると、測定点数が極端に増えるため、計算量と時間の制約から現実的に測定不可能である。
【０００４】
またスペクトル測定を行うためには、広い波長範囲の波長領域が必要なため、空間分解能を高くして多点膜厚測定を行うことが事実上不可能である。
このように、ＳＯＩウェーハなどの薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定を高密度で精度良く、かつ短時間で行うことが課題となっている。
【０００５】
尚、特許文献１には、反射分光法により紫外波長域の２波長の光を使用して、ＳＯＩ層とＢＯＸ層の２層を同時に測定する方法が記載されている。
特許文献２には、ＳＯＩに白色光を照射し、反射光を各波長別に分光し、波長別の干渉情報からＳＯＩ層膜厚を算出する技術が開示されている。
特許文献３には、基板上に複数の層が形成された被測定物の膜厚をより高い精度で測定することを目的とし、主に赤外帯域に波長成分を有する光源を用い、各波長における理論反射率（スペクトル）を繰返し算出し、測定対象の膜厚をフィッティングによって決定する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−５５４３５号公報
【特許文献２】特開２００２―３４３８４２号公報
【特許文献３】特開２０１０―２３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、薄膜付ウェーハの膜厚分布を反射分光法を用いて、高密度で精度良く、かつ短時間で測定できる膜厚分布測定方法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、基板の表面上に形成された第一薄膜と、該第一薄膜の表面上に形成された第二薄膜とを有する薄膜付ウェーハの前記第一薄膜の膜厚分布を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、前記測定対象の薄膜付ウェーハの可視光の波長以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ１をシミュレーションにより算出する工程と、前記測定対象の薄膜付ウェーハの前記第二薄膜の設定膜厚Ｔ２よりｔ［ｎｍ］だけ薄い、又は厚い第二薄膜を有する薄膜付ウェーハの可視光以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ２１をシミュレーションにより算出する工程と、前記算出した両方のプロファイルＰ１、Ｐ２１の差のプロファイルＰ３１（＝Ｐ２１−Ｐ１）を算出し、該算出した差のプロファイルＰ３１がゼロとなるときの波長λ１を求める工程と、前記求めた波長λ１を含む波長帯を前記反射分光法による膜厚分布測定に用いる光の波長帯として選択する工程と、前記測定対象の薄膜付ウェーハの表面に光を照射し、該薄膜付ウェーハの表面からの反射光のうち前記選択した波長帯の反射光のみを測定対象として、又は、前記測定対象の薄膜付ウェーハの表面に前記選択した波長帯の光を照射し、該薄膜付ウェーハの表面からの反射光の全てを測定対象として、前記第一薄膜の膜厚分布を反射分光法によって測定することを特徴とする膜厚分布測定方法が提供される。
【０００９】
このような膜厚分布測定方法であれば、第二薄膜の膜厚変動に対して反射率が変動しない波長帯の光を用いて反射分光法により測定を行うことができ、第一薄膜の膜厚分布を、高密度で精度良く、かつ短時間で測定できる。
【００１０】
このとき、前記求めた波長λ１を含む波長帯を選択する工程において、前記波長帯を波長λ１±５０［ｎｍ］の範囲内から選択することが好ましい。
このようにすれば、第二薄膜の膜厚変動に対して反射率が変動しない波長帯をより確実に選択でき、第一薄膜の膜厚分布を確実に精度良く測定できる。
【００１１】
また、本発明によれば、基板の表面上に形成された第一薄膜と、該第一薄膜の表面上に形成された第二薄膜とを有する薄膜付ウェーハの前記第二薄膜の膜厚分布を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、前記測定対象の薄膜付ウェーハの可視光の波長以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ１をシミュレーションにより算出する工程と、前記測定対象の薄膜付ウェーハの前記第一薄膜の設定膜厚Ｔ１よりｔ［ｎｍ］だけ薄い、又は厚い第一薄膜を有する薄膜付ウェーハの可視光以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ２２をシミュレーションにより算出する工程と、前記算出した両方のプロファイルＰ１、Ｐ２２の差のプロファイルＰ３２（＝Ｐ２２−Ｐ１）を算出し、該算出した差のプロファイルＰ３２がゼロとなるときの波長λ２を求める工程と、前記求めた波長λ２を含む波長帯を前記反射分光法による膜厚分布測定に用いる光の波長帯として選択する工程と、前記測定対象の薄膜付ウェーハの表面に光を照射し、該薄膜付ウェーハの表面からの反射光のうち前記選択した波長帯の反射光のみを測定対象として、又は、前記測定対象の薄膜付ウェーハの表面に前記選択した波長帯の光を照射し、該薄膜付ウェーハの表面からの反射光の全てを測定対象として、前記第二薄膜の膜厚分布を反射分光法によって測定することを特徴とする膜厚分布測定方法が提供される。
【００１２】
このような膜厚分布測定方法であれば、第一薄膜の膜厚変動に対して反射率が変動しない波長帯の光を用いて反射分光法により測定を行うことができ、第二薄膜の膜厚分布を、高密度で精度良く、かつ短時間で測定できる。
【００１３】
このとき、前記求めた波長λ２を含む波長帯を選択する工程において、前記波長帯を波長λ２±５０［ｎｍ］の範囲内から選択することが好ましい。
このようにすれば、第一薄膜の膜厚変動に対して反射率が変動しない波長帯をより確実に選択でき、第二薄膜の膜厚分布を確実に精度良く測定できる。
【００１４】
また、本発明によれば、基板の表面上に形成された第一薄膜と、該第一薄膜の表面上に形成された第二薄膜とを有する薄膜付ウェーハの前記第一薄膜及び第二薄膜の膜厚分布を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、前記測定対象の薄膜付ウェーハの可視光の波長以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ１をシミュレーションにより算出する工程と、前記測定対象の薄膜付ウェーハの前記第二薄膜の設定膜厚Ｔ２よりｔ［ｎｍ］だけ薄い、又は厚い第二薄膜を有する薄膜付ウェーハの可視光以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ２１をシミュレーションにより算出する工程と、前記算出した両方のプロファイルＰ１、Ｐ２１の差のプロファイルＰ３１（＝Ｐ２１−Ｐ１）を算出し、該算出した差のプロファイルＰ３１がゼロとなるときの波長λ１を求める工程と、前記測定対象の薄膜付ウェーハの前記第一薄膜の設定膜厚Ｔ１よりｔ［ｎｍ］だけ薄い、又は厚い第一薄膜を有する薄膜付ウェーハの可視光以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ２２をシミュレーションにより算出する工程と、前記算出した両方のプロファイルＰ１、Ｐ２２の差のプロファイルＰ３２（＝Ｐ２２−Ｐ１）を算出し、該算出した差のプロファイルＰ３２がゼロとなるときの波長λ２を求める工程と、前記求めた波長λ１及びλ２を含む波長帯を前記反射分光法による膜厚分布測定に用いる光の波長帯として選択する工程と、前記測定対象の薄膜付ウェーハの表面に光を照射し、該薄膜付ウェーハの表面からの反射光のうち前記選択した波長帯の反射光のみを測定対象として、又は、前記測定対象の薄膜付ウェーハの表面に前記選択した波長帯の光を照射し、該薄膜付ウェーハの表面からの反射光の全てを測定対象として、前記第一薄膜及び第二薄膜の膜厚分布を反射分光法によって測定することを特徴とする膜厚分布測定方法が提供される。
【００１５】
このような膜厚分布測定方法であれば、第一薄膜及び第二薄膜の膜厚変動に対して反射率が変動しない波長帯の光を用いて反射分光法により測定を行うことができ、第一薄膜及び第二薄膜の膜厚分布を、高密度で精度良く、かつ短時間で測定できる。
【００１６】
このとき、前記求めた波長λ１及びλ２を含む波長帯を選択する工程において、λ１＜λ２の場合には、前記波長帯を波長λ１−５０［ｎｍ］から波長λ２＋５０［ｎｍ］の範囲内から選択し、λ１＞λ２の場合には、前記波長帯を波長λ２−５０［ｎｍ］から波長λ１＋５０［ｎｍ］の範囲内から選択することが好ましい。
このようにすれば、薄膜の膜厚変動に対して反射率が変動しない波長帯をより確実に選択でき、第一薄膜及び第二薄膜の膜厚分布を確実に精度良く測定できる。
【００１７】
またこのとき、前記測定対象の薄膜付ウェーハをＳＯＩウェーハとし、前記第一薄膜を埋め込み酸化膜とし、前記第二薄膜をシリコン単結晶からなるＳＯＩ層とすることができる。
このように、測定対象の薄膜付ウェーハとして、埋め込み酸化膜及びＳＯＩ層を有するＳＯＩウェーハを用いることができる。ＳＯＩ層膜厚と埋め込み酸化膜の膜厚の組み合わせに応じて適切な波長を選ぶことによって、ＳＯＩウェーハの薄膜の膜厚分布を高密度で精度良く、かつ短時間で測定できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、上記した差のプロファイルＰ３１がゼロとなるときの波長λ１、又は差のプロファイルＰ３２がゼロとなるときの波長λ２、若しくはこれら両方の波長を含む波長帯を反射分光法による膜厚分布測定において測定対象とする光の波長帯として選択して膜厚分布を測定するので、第一薄膜及び第二薄膜の膜厚変動に対して反射率が変動しない波長帯の光を用いて反射分光法により測定を行うことができ、第一薄膜と第二薄膜の膜厚分布をそれぞれ単独に、又は同時に、高密度で精度良く、かつ短時間で測定できる。これにより、膜厚のフィッティング精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の膜厚分布測定方法の工程を示すフロー図である。
【図２】本発明の膜厚分布測定方法で使用することができる光学的検査装置を示す概略図である。
【図３】実施例１−３で算出した各プロファイルを示す図である。
【図４】ＳＯＩウェーハにおいて算出した各プロファイルの一例を示す図である。
【図５】ＳＯＩウェーハにおいて算出した各プロファイルの一例を示す図である。
【図６】ＳＯＩウェーハにおいて算出した各プロファイルの一例を示す図である。
【図７】ＳＯＩウェーハにおいて算出した各プロファイルの一例を示す図である。
【図８】ＧｅＯＩウェーハにおいて算出した各プロファイルの一例を示す図である。
【図９】実施例３、比較例３で評価したＳＯＩ層及び埋め込み酸化膜の膜厚マップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
従来、ＳＯＩウェーハなどの２層の薄膜付ウェーハの膜厚分布を反射分光法によって測定する膜厚分布測定方法において、測定を高密度で精度良く、かつ短時間で行うことが課題となっている。
そこで、本発明者はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、第一薄膜及び第二薄膜に膜厚変動があっても、光を照射した際にその光の反射率を変動させない波長が第一薄膜と第二薄膜のそれぞれに対し存在し、このような波長は薄膜付ウェーハの設定膜厚仕様毎に異なることを発見した。さらに、この波長を中心とした所定範囲の波長帯の光を用いて反射分光法により測定すれば、膜厚分布を実用的な高いスループットで高精度に測定でき、膜厚のフィッティング精度を向上できることを見出し、本発明を完成させた。
【００２１】
図１は本発明の膜厚分布測定方法の工程を示すフロー図である。
本発明の膜厚分布測定方法の測定対象は、基板の表面上に形成された第一薄膜と、該第一薄膜の表面上に形成された第二薄膜とを有する薄膜付ウェーハである。例えば、この測定対象の薄膜付ウェーハの例として、シリコン基板の上に埋め込み酸化膜（ＢＯＸ膜）が形成され、その上にシリコン単結晶からなるＳＯＩ層が形成されたＳＯＩウェーハが挙げられる。ここでは、薄膜付ウェーハをこのようなＳＯＩウェーハとした場合を例として説明する。
【００２２】
ここで、ＳＯＩウェーハの製造時にそれぞれ設定した、埋め込み酸化膜の設定膜厚をＴ１［ｎｍ］、ＳＯＩ層の設定膜厚をＴ２［ｎｍ］とする。
本発明の膜厚分布測定方法では、測定対象のＳＯＩウェーハの薄膜の膜厚変動に対して反射率が変動しない波長帯を選択し、その選択した波長帯の光を反射分光法による膜厚分布測定時の解析対象とする。この波長帯を選択するために以下に示す工程を実施する。初めに、第一薄膜、すなわち埋め込み酸化膜の膜厚分布のみを測定する場合について説明する。
まず、測定対象のＳＯＩウェーハの可視光の波長以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ１をシミュレーションにより算出する（図１のＡ参照）。
【００２３】
次に、測定対象のＳＯＩウェーハの第二薄膜、すなわちＳＯＩ層の設定膜厚Ｔ２よりｔ［ｎｍ］だけ薄い、又は厚いＳＯＩ層を有するＳＯＩウェーハの可視光以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ２１をシミュレーションにより算出する（図１のＢ参照）。ここで、ｔの値は特に限定されないが、例えば１ｎｍ程度とすることができる。
図３（Ａ）は、測定対象のＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の設定膜厚Ｔ２が１２ｎｍ、埋め込み酸化膜の設定膜厚Ｔ１が２５ｎｍの場合のプロファイルＰ１と、その測定対象のＳＯＩウェーハのＳＯＩ層よりＳＯＩ層が１ｎｍ厚くなった、すなわち、ＳＯＩ層の設定膜厚Ｔ２が１３ｎｍ、埋め込み酸化膜の設定膜厚Ｔ１が２５ｎｍのＳＯＩウェーハのプロファイルＰ２１の一例を示す図である。
【００２４】
図３（Ａ）に示すように、ＳＯＩ層の厚さを変更することで反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ１、Ｐ２１が変化している。
次に、シミュレーションにより算出した両方のプロファイルＰ１、Ｐ２１の差のプロファイルＰ３１（＝Ｐ２１−Ｐ１）を算出し、該算出した差のプロファイルＰ３１がゼロとなるときの波長λ１を求める（図１のＣ参照）。ここで、プロファイルＰ３１は、Ｐ１とＰ２１間の反射率差の波長依存性を示すプロファイルである。
【００２５】
図３（Ｃ）には、図３（Ａ）に示したプロファイルＰ１、Ｐ２１の差のプロファイルＰ３１が示されている。図３（Ｃ）に示すように、この場合のプロファイルＰ３１がゼロとなるとき、すなわち反射率差がゼロになるときの波長λ１は６０８ｎｍである。
図４（Ｃ）―図７（Ｃ）には、図３（Ｃ）の場合と異なる設定膜厚のＳＯＩ層と埋め込み酸化膜とを有するＳＯＩウェーハの場合の差のプロファイルＰ３１が示されているが、この場合、プロファイルＰ３１がゼロとなるときの波長が複数あるときには、求める波長λ１として、膜厚分布測定で用いる装置の検出系のＳ／Ｎ比が大きくとれる波長とする。通常、５００〜７００ｎｍに近い波長とすれば高感度での測定が可能となる。
【００２６】
次に、求めた波長λ１を含む波長帯を反射分光法による膜厚分布測定に用いる光の波長帯として選択する（図１のＤ参照）。
ここで、波長帯を波長λ１±５０ｎｍの範囲内から選択することが好ましい。このようにすれば、薄膜の膜厚変動に対して反射率が変動しない波長帯をより確実に選択できる。
図３（Ｃ）に示すプロファイルＰ３１の例では、波長６０８ｎｍの±５０ｎｍの範囲内（５５８〜６５８ｎｍ）から６０８ｎｍを含む波長帯を選択する。
本発明の膜厚分布測定方法において、この波長帯の選択は毎回実施する必要はなく、測定対象の薄膜付ウェーハのＳＯＩ層厚及び埋め込み酸化膜厚の組み合わせに応じて適切な波長帯を上記した工程によって事前に選択しておくことができる。このように事前に波長帯を選択しておけば膜厚分布測定の時間を短縮することができる。
【００２７】
次に、このようにして選択した波長帯を用い、反射分光法によって以下のように埋め込み酸化膜の膜厚分布を測定する（図１のＥ参照）。
測定対象のＳＯＩウェーハの表面に光を照射し、該ＳＯＩウェーハの表面からの反射光のうち選択した波長帯の反射光のみを測定対象として、埋め込み酸化膜の膜厚分布を測定する。このときＳＯＩウェーハの表面に照射する光の波長帯は、可視光の広い波長帯とすることができる。反射光のうち選択した波長帯の反射光のみを測定対象とする方法としては、解析ソフトウェアを用いる方法がある。この方法であれば、複雑な測定方法や装置を用いる必要もなく、簡便に実施でき、実用性が高い。
【００２８】
或いは、測定対象のＳＯＩウェーハの表面に選択した波長帯の光を照射し、該ＳＯＩウェーハの表面からの反射光の全てを測定対象として、埋め込み酸化膜の膜厚分布を測定しても良い。ＳＯＩウェーハの表面に選択した波長帯の光を照射する方法として、例えば図２に示すような光学顕微鏡装置を用いて実施することができる。
図２に示す光学顕微鏡装置２にはバンドパスフィルター４が取り付けられており、光源３からの光をバンドパスフィルター４により選択した波長帯の光のみを通過させるようにフィルタリングして、ＳＯＩウェーハ１の表面に照射できる。このようにすれば、膜厚分布の測定精度をより高めることができる。
【００２９】
あるいは、バンドパスフィルター４を、例えばアコースティックフィルター、液晶フィルター、波長可変レーザに変更して照射する光のフィルタリングを行うようにすることもできる。
また、光源で波長帯を設定することもでき、種種のレーザ（ＬＤ、ガスレーザ、固体レーザ、波長可変レーザ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、液晶表示装置（ＬＣＤ）等を用いることもできる。また、簡易的にはカラーカメラのＲＧＢ信号の中の１つの信号を用いることもできる。
上記のようにして測定した反射光強度分布から第一薄膜の膜厚分布を得ることができる。
【００３０】
以下、第二薄膜、すなわちＳＯＩ層の膜厚分布のみを測定する場合について説明する。ここで特に記載しない事項は基本的に上記した埋め込み酸化膜の膜厚分布を測定する場合と同様である。
上記と同様にプロファイルＰ１を算出した後（図１のＡ参照）、測定対象のＳＯＩウェーハの埋め込み酸化膜の設定膜厚Ｔ１よりｔ［ｎｍ］だけ薄い、又は厚いＳＯＩ層を有するＳＯＩウェーハの可視光以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ２２をシミュレーションにより算出する（図１のＢ参照）。
図３（Ｂ）は、測定対象のＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の設定膜厚Ｔ２が１２ｎｍ、埋め込み酸化膜の設定膜厚Ｔ１が２５ｎｍの場合のプロファイルＰ１と、その測定対象のＳＯＩウェーハの埋め込み酸化膜より埋め込み酸化膜が１ｎｍ厚くなった、すなわち、埋め込み酸化膜の設定膜厚Ｔ１が２６ｎｍ、ＳＯＩ層の設定膜厚Ｔ２が１２ｎｍのＳＯＩウェーハのプロファイルＰ２２の一例を示す図である。
【００３１】
次に、シミュレーションにより算出した両方のプロファイルＰ１、Ｐ２２の差のプロファイルＰ３２（＝Ｐ２２−Ｐ１）を算出し、該算出した差のプロファイルＰ３２がゼロとなるときの波長λ２を求める（図１のＣ参照）。
図３（Ｃ）には、図３（Ｂ）に示したプロファイルＰ１、Ｐ２２の差のプロファイルＰ３２が示されている。図３（Ｃ）に示すように、この場合のプロファイルＰ３２がゼロとなるとき、すなわち反射率差がゼロになるときの波長λ２は５３５ｎｍである。
【００３２】
次に、求めた波長λ２を含む波長帯を反射分光法による膜厚分布測定に用いる光の波長帯として選択する（図１のＤ参照）。ここで、波長帯を波長λ２±５０ｎｍの範囲内から選択することが好ましい。このようにすれば、薄膜の膜厚変動に対して反射率が変動しない波長帯をより確実に選択できる。
図３（Ｃ）に示すプロファイルＰ３２の例では、波長５３５ｎｍの±５０ｎｍの範囲内（４８５〜５８５ｎｍ）から５３５ｎｍを含む波長帯を選択する。
次に、選択した波長帯を用い、反射分光法によってＳＯＩ層の膜厚分布を測定する（図１のＥ参照）。
【００３３】
また、第一薄膜及び第二薄膜の膜厚分布を同時に測定する場合には、上記と同様にして、プロファイルＰ１、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ３１、Ｐ３２を算出し、波長λ１、λ２を求める。
図３（Ａ）（Ｂ）に示す例では、λ１は６０８ｎｍ、λ２は５３５ｎｍである。
次に、求めた波長λ１及びλ２を含む波長帯を反射分光法による膜厚分布測定に用いる光の波長帯として選択する。ここで、求めた波長λ１及びλ２がλ１＜λ２の場合には、波長帯を波長λ１−５０ｎｍから波長λ２＋５０ｎｍの範囲内から選択し、λ１＞λ２の場合には、波長帯を波長λ２−５０ｎｍから波長λ１＋５０ｎｍの範囲内から選択することが好ましい。このようにすれば、薄膜の膜厚変動に対して反射率が変動しない波長帯をより確実に選択できる。
【００３４】
図３（Ｃ）に示す例では、λ１＞λ２であり、波長帯を波長５３５ｎｍ−５０ｎｍから波長６０８ｎｍ＋５０ｎｍの範囲内（４８５〜６５８ｎｍ）から５３５ｎｍ及び６０８ｎｍを含む波長帯を選択する。ここで、例えば５３５ｎｍ〜６０８ｎｍの波長帯を選択すると、その波長帯の範囲ではＳＯＩ膜厚の膜厚増加と埋め込み酸化膜の膜厚増加で反射率の変化が逆になるので測定精度が向上する。
その後、この選択した波長帯を用い、反射分光法によって埋め込み酸化膜の膜厚分布を測定する。
【００３５】
以上のような本発明の膜厚分布測定方法であれば、測定対象の薄膜付ウェーハに光を照射した際に、例え第一薄膜及び第二薄膜に膜厚変動があっても、反射率が変動しない波長帯の光を用いて反射分光法により膜厚分布測定を実施できるので、第一薄膜及び第二薄膜の膜厚分布を、高密度で精度良く、かつ短時間で測定できる。
【００３６】
図４〜図７に、他の設定膜厚仕様のＳＯＩウェーハにおいてシミュレーションにより算出したプロファイルＰ１、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ３１、Ｐ３２の例を示す。図８に、第一薄膜が埋め込み酸化膜、第二薄膜がＧｅＯＩ（Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層であるＧｅＯＩウェーハにおいてシミュレーションにより算出したプロファイルＰ１、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ３１、Ｐ３２の例を示す。表１にこれらウェーハの設定膜厚仕様を示す。
【００３７】
【表１】
0005660026.tif 000002
【００３８】
このように、様々な設定膜厚仕様の薄膜付ウェーハそれぞれに対し、差のプロファイルＰ３１、Ｐ３２がゼロになるときの波長が存在する。上記したように、この波長の光を薄膜付ウェーハに照射した際にその光の反射率は変動しない。そのため、この波長を中心とした所定範囲の波長帯の光を用いて反射分光法により測定すれば、膜厚分布を実用的な高いスループットで高精度に測定できる。
従って、ＦＤ―ＳＯＩデバイスなどで要求される高い膜厚分布均一性のＳＯＩ層、ＢＯＸ層を有するウェーハの工程管理、品質管理が可能となる。
【実施例】
【００３９】
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。
【００４０】
（実施例１）
図１に示すような本発明の膜厚分布測定方法により、直径３００ｍｍのＳＯＩウェーハの埋め込み酸化膜（ＢＯＸ層）の膜厚分布を測定し、フィッティング精度を評価した。
ここで、測定対象のＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の設定膜厚を１２ｎｍ、埋め込み酸化膜の設定膜厚は２５ｎｍであった。反射分光法による膜厚分布測定の際の条件として、測定ポイントを１ｍｍピッチによる全面測定とし、周辺除外領域を３ｍｍとした。尚、フィッティング精度は９５％信頼区間に基づいた測定精度である。
【００４１】
まず、反射分光法による膜厚分布測定の際に用いる波長帯を選択するために、プロファイルＰ１、Ｐ２１、Ｐ３１を算出した。ここで、Ｐ２１の算出において、ｔの条件を１ｎｍだけ厚い条件（ＳＯＩ層の設定膜厚が１３ｎｍ）とした。算出したＰ１、Ｐ２１を図３（Ａ）に、Ｐ３１を図３（Ｃ）に示す。プロファイルＰ３１がゼロとなるときの波長λ１は６０８ｎｍであり、波長λ１を含む波長帯５９８〜６１８ｎｍを選択した。
【００４２】
次に、測定対象のＳＯＩウェーハに波長帯４００〜８００ｎｍの可視光を照射し、上記選択した波長帯の反射光のみを測定対象として、埋め込み酸化膜の膜厚分布を反射分光法によって測定した。
結果を表２に示す。表２に示すように、フィッティング精度は後述する比較例１と比べて大幅に改善されており、分光エリプソ法の精度と同等以上（最大値において０．１１ｎｍ以下の精度）が得られた。また、測定に要した時間は、通常の反射分光法と同等の１分以下であった。
【００４３】
（実施例２）
図１に示すような本発明の膜厚分布測定方法により、実施例１と同様の条件のＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の膜厚分布を測定し、フィッティング精度を評価した。
まず、反射分光法による膜厚分布測定の際に用いる波長帯を選択するために、プロファイルＰ１、Ｐ２２、Ｐ３２を算出した。ここで、Ｐ２２の算出において、ｔの条件を１ｎｍだけ厚い条件（埋め込み酸化膜の設定膜厚が２６ｎｍ）とした。算出したＰ１を図３（Ａ）に、Ｐ２２を図３（Ｂ）に、Ｐ３２を図３（Ｃ）に示す。プロファイルＰ３２がゼロとなるときの波長λ２は５３５ｎｍであり、波長λ２を含む波長帯５２５〜５４５ｎｍを選択した。
【００４４】
次に、測定対象のＳＯＩウェーハに波長帯４００〜８００ｎｍの可視光を照射し、上記選択した波長帯の反射光のみを測定対象として、埋め込み酸化膜の膜厚分布を反射分光法によって測定した。他の条件は実施例１と同様とした。
結果を表２に示す。表２に示すように、フィッティング精度は後述する比較例２と比べて大幅に改善されており、分光エリプソ法の精度と同等以上（最大値において０．１１ｎｍ以下の精度）が得られた。また、測定に要した時間は、通常の反射分光法と同等の１分以下であった。
【００４５】
（実施例３）
図１に示すような本発明の膜厚分布測定方法により、実施例１と同様の条件のＳＯＩウェーハのＳＯＩ層及び埋め込み酸化膜の膜厚分布を同時に測定し、フィッティング精度を評価した。
まず、反射分光法による膜厚分布測定の際に用いる波長帯を選択するために、プロファイルＰ１、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ３１、Ｐ３２を算出した。ここで、Ｐ２１の算出において、ｔの条件を１ｎｍだけ厚い条件（ＳＯＩ層の設定膜厚が１３ｎｍ）とし、Ｐ２２の算出において、ｔの条件を１ｎｍだけ厚い条件（埋め込み酸化膜の設定膜厚が２６ｎｍ）とした。算出したＰ１、Ｐ２１を図３（Ａ）に、Ｐ２２を図３（Ｂ）に、Ｐ３１、Ｐ３２を図３（Ｃ）に示す。プロファイルＰ３１、Ｐ３２がゼロとなるときの波長λ１、λ２はそれぞれ６０８ｎｍ、５３５ｎｍであり、波長λ１及びλ２を含む波長帯５３５〜６１０ｎｍを選択した。
【００４６】
次に、測定対象のＳＯＩウェーハに波長帯４００〜８００ｎｍの可視光を照射し、上記選択した波長帯の反射光のみを測定対象として、埋め込み酸化膜の膜厚分布を反射分光法によって測定した。他の条件は実施例１と同様とした。
結果を表２に示す。表２に示すように、フィッティング精度は後述する比較例３と比べて大幅に改善されており、分光エリプソ法の精度と同等以上（最大値において０．１１ｎｍ以下の精度）が得られた。また、測定に要した時間は、通常の反射分光法と同等の１分以下であった。
実施例１−３の測定ポイントで分光エリプソ法による測定を行うためには、測定精度の悪い条件、例えば１点２秒で測定したとしても３０時間以上を要するため現実的ではない。
【００４７】
（比較例１）
反射分光法による膜厚分布測定の際に、照射した波長帯４００〜８００ｎｍの可視光に対してその波長帯全体の反射光を測定対象とした以外、実施例１と同様な条件でＳＯＩウェーハの埋め込み酸化膜の膜厚分布を測定し、実施例１と同様に評価した。
その結果を表２に示す。表２に示すように、実施例１と比べフィッティング精度が大幅に悪化してしまった。
【００４８】
（比較例２）
反射分光法による膜厚分布測定の際に、照射した波長帯４００〜８００ｎｍの可視光に対してその波長帯全体の反射光を測定対象とした以外、実施例２と同様な条件でＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の膜厚分布を測定し、実施例２と同様に評価した。
その結果を表２に示す。表２に示すように、実施例２と比べフィッティング精度が大幅に悪化してしまった。
【００４９】
（比較例３）
反射分光法による膜厚分布測定の際に、照射した波長帯４００〜８００ｎｍの可視光に対してその波長帯全体の反射光を測定対象とした以外、実施例３と同様な条件でＳＯＩウェーハのＳＯＩ層及び埋め込み酸化膜の膜厚分布を測定し、実施例３と同様に評価した。
その結果を表２に示す。表２に示すように、実施例３と比べフィッティング精度が大幅に悪化してしまった。
【００５０】
【表２】
0005660026.tif 000003
【００５１】
図９に実施例３、比較例３で測定したＳＯＩ層及び埋め込み酸化膜の膜厚マップを示す。図９に示すように、ＳＯＩ層の膜厚マップでは両方ともＳＯＩ層の膜厚バラツキを示す縞模様が観察されているが、これは実際のＳＯＩ層の膜厚バラツキを示している。一方、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ層）の膜厚マップにおいて、比較例３に見られる縞模様はＳＯＩ層の膜厚バラツキに影響されて生じたものであり、実際の膜厚バラツキを示すものではなく、測定精度の悪さにより生じたものである。これに対し、実施例３では、ＳＯＩ層の膜厚バラツキに影響されることなく、精度良く埋め込み酸化膜の膜厚分布を測定できているため、縞模様は観察されない。
【００５２】
以上により、本発明の膜厚分布測定方法は、薄膜付ウェーハの膜厚分布を反射分光法を用いて、高密度で精度良く、かつ短時間で測定でき、フィッティング精度を向上できることが確認できた。
【００５３】
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】
【００５４】
１…薄膜付ウェーハ、  ２…光学顕微鏡装置、  ３…光源、
４…バンドパスフィルター。
【図１】
0005660026.tif 000004
【図２】
0005660026.tif 000005
【図３】
0005660026.tif 000006
【図４】
0005660026.tif 000007
【図５】
0005660026.tif 000008
【図６】
0005660026.tif 000009
【図７】
0005660026.tif 000010
【図８】
0005660026.tif 000011
【図９】
0005660026.tif 000012