(57)【要約】【課題】測定対象の破壊を伴わずに応力成分を短い時間で測定できる方法を提供することである。【解決手段】応力成分測定装置１が、既知の応力成分が作用している標準試料Ｗの所定領域Ｗ１から得られたラマンスペクトルＬと前記応力成分とを比較する応力成分比較部４１３と、異なる所定領域Ｗ１に対して複数回行った前記応力成分比較部４１３での比較結果から多変量解析法によって前記ラマンスペクトルLと応力成分との相関を示す相関データを生成する相関データ生成部４１４と、前記相関データを格納する相関データ格納部４１と、前記標準試料Ｗと組成が同じ測定試料Ｗ’の領域（以下測定領域と言う）Ｗ１’から得られたラマンスペクトルＬ及び前記相関データに基づいて、当該測定領域Ｗ１’に作用している応力成分を算出する応力成分算出部４３と、を備えるようにした。【選択図】図１
2008116434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既知の応力成分が作用している標準試料の所定領域（以下標準領域と言う）から得られたラマンスペクトルと前記応力成分とを比較する応力成分比較ステップと、
前記応力成分比較ステップを、互いに異なる応力成分が作用している複数の標準領域に対してそれぞれ行い、その結果から、多変量解析法によって前記ラマンスペクトルと応力成分との相関を示す相関データを生成する相関データ生成ステップと、
前記標準試料と組成が同じ測定試料の領域（以下測定領域と言う）から得られたラマンスペクトル及び前記相関データに基づいて、当該測定領域に作用している応力成分を算出する応力成分算出ステップと、
を備えていることを特徴とする応力成分測定方法。
【請求項２】
既知の応力成分が作用している標準試料の所定領域（以下標準領域と言う）から得られたラマンスペクトルと前記応力成分とを比較する応力成分比較部と、
互いに異なる応力成分が作用している複数の標準領域に対して、前記応力成分比較部がそれぞれ行った比較結果を取得し、それに多変量解析法を適用して前記ラマンスペクトルと応力成分との相関を示す相関データを生成する相関データ生成部と、
前記相関データを格納する相関データ格納部と、
前記標準試料と組成が同じ測定試料の領域（以下測定領域と言う）から得られたラマンスペクトル及び前記相関データに基づいて、当該測定領域に作用している応力成分を算出する応力成分算出部と、
を備えていることを特徴とする応力成分測定装置。
【請求項３】
前記相関データが、前記ラマンスペクトルのピークシフト値、ピーク強度値及びスペクトル半値幅と各応力成分との相関関係を示すものである請求項１記載の応力成分測定方法。
【請求項４】
既知の応力成分が作用している標準試料の所定領域（以下標準領域と言う）から得られたラマンスペクトルと前記応力成分とを比較する応力成分比較部と、
互いに異なる応力成分が作用している複数の標準領域に対して、前記応力成分比較部がそれぞれ行った比較結果を取得し、その比較結果から前記ラマンスペクトルと応力成分との相関を示す相関データを生成する相関データ生成部と、
前記相関データを格納する相関データ格納部と、
前記標準試料と組成が同じ測定試料の領域（以下測定領域と言う）から得られたラマンスペクトル及び前記相関データに基づいて、当該測定領域に作用している応力成分を算出する応力成分算出部と、
を備えていることを特徴とする応力成分測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、大量生産される半導体基板等のように、形状、組成がある程度標準化された測定試料の応力成分測定に特に好適に使用される応力成分測定方法等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
応力とはテンソルであり、仮想的に測定面を定めることにより、その測定面に対する剪断応力成分や法線応力成分（これらを総称して応力成分という）が定まるが、このような応力を測定する方法として、特許文献１や特許文献２に示すＸＲＤ（Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：Ｘ線回折）やＣＢＥＤ（Ｃｏｎｖｅｒｇｅｄ  ｂｅａｍ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：収束電子線回折）がある。ＸＲＤによれば、試料を破壊せずに応力成分を測定することができるが、１点について数分程度測定に時間がかかる。また、ＣＢＥＤによれば、１００ｎｍ以下の非常に高い空間分解能を利用して応力成分を正確に測定することができるが、測定するには試料を破壊する必要があることから、測定用試料を別途作成する必要が生じるため、測定対象と作成されるものとが一致しないという不具合がある。その他に、特許文献３に示すように、非破壊検査法であるラマン分光法による測定も行われているが、この方法は、例えば単結晶シリコンに対しては、１点について数秒の短時間の測定が可能であるが、すべての応力成分を測定することは困難であり、もっとも簡易な光学配置である後方散乱配置では一成分の応力しか測定できないといった限定的な測定方法でしかない。
【０００３】
以上のように、応力成分を測定する場合には、従来のいずれの方法を利用しても、測定時間、測定対象の非破壊での測定、測定可能応力方位等において何らかの問題を生じる。
【０００４】
また、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ：素子分離構造）に代表される半導体デバイスの微小構造物には、ＳｉＯ２等の膜が埋め込まれることで意図的にあるいは意図に反して応力が負荷されているが、半導体デバイスの電気特性はその応力状態によって大きく変化することが知られている。そして、近時の半導体デバイスのパターンサイズの微小化にともなって、その応力値の正確な評価及び管理が必要となっている。
【０００５】
シリコンの応力・歪みに関しては、一般的にＸＲＤが最も精度が高く有効な手法であることが知られているが、ＸＲＤはその測定原理から評価可能な領域が限られており、現在市販されている装置においては最小で数１０μｍである。これに対して、ＳＴＩ等の半導体デバイスの微小構造物のサイズは、パターンサイズの微小化に伴ってサブμｍ以下になってきたので、ＸＲＤで評価することは困難である。
【０００６】
また、サブμｍオーダ、又は、ｎｍオーダの歪み計測にはＣＢＥＤが有効であるが、上述のとおり、ＣＢＥＤにおいては、測定の際に試料を破壊する必要があるので、別途測定用の試料が必要となる。また、ＣＢＥＤはｎｍオーダの極微小領域の測定には適しているが、逆にμｍオーダの比較的広い領域の測定には多大な時間を要する。
【０００７】
このため、ＸＲＤ及びＣＢＥＤの両測定技術ともに、半導体デバイスの製造現場における管理手法としては不適当である。
【特許文献１】特開平１−２１９５２９号公報
【特許文献２】特開２０００−００９６６４号公報
【特許文献３】特開２００６−７３８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、ラマン分光法を用いながら、各応力成分を測定対象の破壊を伴わずに短い時間で正確に測定できるようにすることをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明に係る応力成分測定方法は、
【００１０】
既知の応力成分が作用している標準試料の所定領域（以下標準領域と言う）から得られたラマンスペクトルと前記応力成分とを比較する応力成分比較ステップと、
【００１１】
前記応力成分比較ステップを、互いに異なる応力成分が作用している複数の標準領域に対してそれぞれ行い、その結果から、多変量解析法によって前記ラマンスペクトルと応力成分との相関を示す相関データを生成する相関データ生成ステップと、
【００１２】
前記標準試料と組成が同じ測定試料の領域（以下測定領域と言う）から得られたラマンスペクトル及び前記相関データに基づいて、当該測定領域に作用している応力成分を算出する応力成分算出ステップと、を備えていることを特徴とする。
【００１３】
このようなものであれば、測定試料のラマン測定結果を相関データに照らし合わせることで、従来、ラマン分光法では実現が難しいとされた測定試料の各応力成分を算出することができるようになる。また、測定試料のラマン測定も一回のみで済むので、その測定対象を破壊する必要もなく、短時間での応力成分測定が可能となる。また、その相関データも、多変量解析法を用いているので、無理なく求めることができる。
【００１４】
また、本発明を装置に適用した態様としては、
【００１５】
既知の応力成分が作用している標準試料の所定領域（以下標準領域と言う）から得られたラマンスペクトルと前記応力成分とを比較する応力成分比較部と、
【００１６】
互いに異なる応力成分が作用している複数の標準領域に対して、前記応力成分比較部がそれぞれ行った比較結果を取得し、それに多変量解析法を適用して前記ラマンスペクトルと応力成分との相関を示す相関データを生成する相関データ生成部と、
【００１７】
前記相関データを格納する相関データ格納部と、
【００１８】
前記標準試料と組成が同じ測定試料の領域（以下測定領域と言う）から得られたラマンスペクトル及び前記相関データに基づいて、当該測定領域に作用している応力成分を算出する応力成分算出部と、を備えているものを挙げることができる。
【００１９】
具体的には、前記相関データが、前記ラマンスペクトルのピークシフト値、ピーク強度値及びスペクトル半値幅と各応力成分との相関関係を示すものであることが望ましい。
【００２０】
前記ピークシフト値、ピーク強度値及びスペクトル半値幅は、例えばラマンスペクトルをＧａｕｓｓ／Ｌｏｒｅｎｔｚ関数でフィッティングし、各Ｇａｕｓｓ／Ｌｏｒｅｎｔｚ関数で示されるスペクトル要素、すなわちピーク形状を表現するパラメータ（以下、スペクトルパラメータともいう。）として導出すればよい。
【００２１】
なお、前記相関データは、多変量解析のみによって求めるものには限定されない。要すれば、互いに異なる応力成分が作用している複数の標準領域に対して、前記応力成分比較部がそれぞれ行った比較結果を取得し、その比較結果から前記ラマンスペクトルと応力成分との相関を示す相関データを生成するようにすればよい。
【発明の効果】
【００２２】
このように、本発明によれば、標準試料のラマンスペクトルデータから各応力成分に関する相関データ（検量線）を作成し、その相関データを用いて、測定試料のラマンスペクトルデータから逆に各応力成分を求めるようにしているので、１回のラマン測定で、測定対象に作用している応力成分を、その測定対象の破壊を伴わずに短い時間で測定することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
＜第１実施形態＞
【００２４】
以下に本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
本実施形態に係る応力測定装置１は、例えば、形状、組成が標準化された半導体測定試料の測定領域における応力成分を非破壊で測定可能なものであり、図１にその模式的構造図を示すように、エネルギ線照射装置であるレーザ装置２、ラマン散乱光Ｌを受光するセンサ機構３、情報処理装置４等を備えている。
【００２６】
各部を詳述すると、レーザ装置２は、エネルギ線として例えば励起波長３６３．８ｎｍの紫外レーザＥＢを照射するもので、その照射対象は、標準試料Wの所定領域（以下標準領域と言う）W１と測定試料W’の測定領域Ｗ１’である。ここで、標準試料Wと測定試料W’とについて簡単に説明しておく。これらは、組成や構造が互いに共通するもので、例えば図４に示すように、Ｓｉを素材とする平板の表面にエッチング等により溝を設けることにより、その表面に突条微小構造物９を平行に複数形成してなるものである。ここで微小構造物とは、例えば素子分離構造（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ＳＴＩ）である。
【００２７】
センサ機構３は、図１に示すように、前記照射対象に照射されて生じるラマン散乱光Ｌを受光し、スペクトルデータを出力するものであり、ここでは、ラマン散乱光Ｌを分光する図示しない分光部と分光された各光の光量を検知する図示しない複数のセンサを備えている。なおここでラマン光測定の光学配置は後方散乱型のものとしているがこれに限られるものではない。
【００２８】
さらにこの実施形態では、前記レーザ装置２とセンサ機構３との間に、レーザＥＢを前記照射対象に集光して照射するとともに前記照射対象からのラマン散乱光を回収するための光学系を設けている。この光学系は、図１に示すように、例えば、対物レンズ５ａと、前記紫外レーザＥＢの照射角度を調整するハーフミラー５ｂと、前記ラマン散乱光Ｌを前記センサ機構３に導くミラー５ｃとから構成されている。なお、図１中、符号５ｄは、レーザＥＢの照射位置確認のためなどに用いられる光学観測用カメラ、５ｅはそのカメラ５ｄに光を導くための第２のハーフミラーであり、光路に挿脱可能に構成してある。
【００２９】
前記センサ機構３から出力されるデータを処理する情報処理装置４は、例えばＣＰＵやメモリその他の周辺機器を備えたいわゆるコンピュータであり、そのＣＰＵがメモリに格納されたプログラムに従って動作することで、以下の各部としての機能を発揮する。すなわち、図１に示すように、前記標準領域Ｗ１からのラマンスペクトルとその標準領域Ｗ１に作用している応力の成分との相関を示す相関データを格納している相関データ格納部４１と、前記標準領域Ｗ１（及び後述する測定領域Ｗ１’）から得られるラマンスペクトルに関するデータ（ラマンスペクトルデータ）を取得するスペクトルデータ取得部４２と、前記測定試料Ｗ’のラマンスペクトルデータに、前記相関データを照らし合わせて、当該測定試料Ｗ’の応力成分を算出する応力成分算出部４３と、である。
【００３０】
前記相関データとは、いわゆる検量線に相当するものであり、これを生成するために、この情報処理装置４はさらに、前記標準領域Ｗ１に作用している既知応力成分データを取得する既知応力成分データ取得部４１２と、その既知応力成分データと前記スペクトルデータ取得部４２で取得された標準領域Ｗ１のスペクトルデータとを比較する応力成分比較部４１３と、その比較結果から前記既知応力成分データとスペクトルデータとの相関データを生成し、これを前記相関データ格納部４１に書き込む相関データ生成部４１４と、を備えている。
【００３１】
次に、このように構成した応力成分測定装置１の作用について説明する。
【００３２】
始めに、図２の手順に従い、前記相関データ格納部４１に相関データを格納する。
【００３３】
まず、例えば、オペレータが、前記標準領域Ｗ１の既知応力成分値を情報処理装置４に入力し、その入力データを前記既知応力成分データ取得部４１２が取得する（ステップＳ１１）。
【００３４】
この既知応力成分値は、例えば、ＣＢＥＤ、ＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）、ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ  Ｒａｍａｎ、ＮＢＤ（Ｎａｎｏ  Ｂｅａｍ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）、ＣＬ（Ｃａｔｈｏｄe  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）等で実際に測定したり、有限要素法（ＦＥＭ）等による解析的手法で得たりする他、材料試験機（引っ張り試験機、曲げ試験機、圧縮試験機等）等により所望の応力を作用させて得ることもできる。
【００３５】
実際の半導体デバイスにおいては、微小構造物にＳｉＯ２等の膜が埋め込まれることにより意図的に応力が負荷されており、当該応力値は膜の作製条件によって変化する上、このような半導体デバイスでは、様々な製造工程における影響が付加される。このため、例えばＦＥＭ解析で求められる応力値が正確ではない場合もある。
【００３６】
これに対して、引っ張り試験機を用いて標準試料Ｗに所望の応力を作用させることにより前記既知応力成分値を得る方法によれば、ＳｉＯ２等の膜を埋め込むことなく応力状態を作り出すことが可能であり、更に製造工程における影響を受けることがないので、その後にＦＥＭ解析で得られる応力値は実際の値に極めて近いものとなり、ラマンスペクトルとの正確な相関を得ることが可能である。
【００３７】
更に、前記引っ張り試験機として、μｍ・ｎｍオーダの試験片用のものを用いることにより、単結晶シリコンの破壊強度の寸法依存性（寸法が小さいほど破壊強度が高い）から、標準試料Ｗに対してＧＰａオーダの応力を負荷することが可能となるので、寸法が小さく局所的にＧＰａオーダの応力が負荷されている実際の半導体デバイスに近い状態を評価することが可能となる。
【００３８】
前記既知応力成分データ取得部４１２が既知応力成分値を取得する工程（ステップＳ１１）と前後して、当該標準領域Ｗ１に紫外レーザＥＢを照射する。レーザ装置２から射出された紫外レーザＥＢは、前記ハーフミラー５ｂにより角度を変えられて、前記対物レンズ５ａを介し、この標準領域Ｗ１に到達する。
【００３９】
このときに標準領域Ｗ１から出たラマン散乱光Ｌは、前記対物レンズ５ａ及びハーフレンズ５ｂを透過して前記ハーフレンズ５ｃにより角度を変えられる。そのラマン散乱光Ｌを前記センサ機構３が受光し、そのラマンスペクトルデータを前記スペクトルデータ取得部４２が取得する（ステップＳ１２）。
【００４０】
かかるステップＳ１１及びＳ１２を、互いに異なる応力成分が作用している複数（ｎ個）の標準領域W１についてそれぞれ行う。
【００４１】
しかして、ここでの複数の標準領域W１は、同一の標準試料Ｗの別箇所に設定されたもので、図４にその拡大図及び拡大断面図を示すように、例えば、前記微小突条構造物９の表面のＷ１（ａ）乃至（ｃ）である。各所定領域Ｗ１（ａ）乃至（ｃ）点において得られるラマンスペクトル例を、各々図５乃至７に示しておく。
【００４２】
なお、エネルギ線として励起波長３６３．８ｎｍの紫外レーザＥＢを用いているのは、ラマンスペクトルの形状が、応力成分の違いに応じてより明確に変化し易いからである。これは一般的に使用される可視レーザ（４５７．９ｎｍ、４８８．０ｎｍ、５１４．５ｎｍ、６３２．８ｎｍ等）は、シリコンへの侵入深さが数百ｎｍであるのに対し、３６３．８ｎｍの紫外レーザＥＢでは、１０ｎｍ以下と、シリコン最表層のスペクトルを得ることができることから、最表層に大きな応力を受けている微小構造物９の応力状態をより正確に測定することができるからである。もちろん、組成が違うものに対しては、それぞれ適切な波長のレーザを用いれば良い。
【００４３】
また、例えば、前記微小突条構造物９にＳｉＯ２等が埋め込まれ、エッジ近傍に大きな応力が作用している場合、そのエッジ近傍のラマンスペクトルが明確に複数のスペクトルに分裂することがあり、この分裂したスペクトルの特徴を見ることで、更に精度の高い各応力成分の測定が可能となる。
【００４４】
このため、微小突条構造物９の形状としては、図４に示すような、ライン・スペース形状以外に、図１１にその拡大図及び拡大断面図を示すような、正面が正方形（例えば、４μｍ×４μｍ）の直方体（例えば、高さ０．３μｍ）であってもよい。なお、図１１において、矢印は引張試験機による引張り方向を示している。引張試験機により図１１に示す方向の応力を負荷することで構造物周辺に様々な応力状態が生成される。
【００４５】
そして、ここでの複数の標準領域W１は、図１１に示すように、前記微小突条構造物９の表面のうち平坦部であるＷ１（ｄ）と、エッジ部であるＷ１（ｅ）である。各所定領域Ｗ１（ｄ）及び（ｅ）点において得られるラマンスペクトル例を、各々図１２及び図１３に示した。
【００４６】
更に、図１１（ｃ）に示すように、所定領域Ｗ１（ｄ）及び（ｅ）点を通る線Ｌ上の応力を有限要素法（ＦＥＭ）を用いて解析し、その結果（応力分布）を図１４に示した。
【００４７】
図１２及び図１３に示す実施例では、引っ張り試験機を用いて標準試料Ｗに対して所望の応力を作用させ、ラマン散乱光Ｌを受光するセンサ機構３としては、比較的微小領域（１μm程度）を測定するために顕微ラマン分光光度計を使用した。そして、エネルギ線として励起波長３６３．８nmの紫外レーザを使用した。
【００４８】
ラマン分光法では、使用する対物レンズや光学系によって測定領域が変化し、例えば、試料へのレーザ照射、ラマン光集光光学系として、顕微鏡を用いる顕微ラマン分光法では、エネルギ線として励起波長３６３．８nmの紫外レーザを用い、対物レンズとしてＸ１００・ＮＡ＝０．９を用いた場合は、シリコンへの光の侵入深さは３００ｎｍとなり、レーザのスポット径は理論上０．７μｍ程度となる。有限要素法を用いた解析（ＦＥＭ解析）における応力値は、計算モデルの各要素の節点ごとに算出することが可能となるが、ラマンスペクトルパラメータとの相関を取る場合はラマンスペクトルが得られる体積を考慮して領域ごとの平均値をＦＥＭ解析の応力値として採用することが適当である。
【００４９】
ステップＳ１１及びＳ１２の次に、前記応力成分比較部４１３が、前記既知応力成分データとスペクトルデータとを比較する（ステップＳ１３）。この比較結果によれば、測定されるスペクトルに出現するピークの形状は、各応力成分の作用によって変化することがわかるので、その測定結果に基づいて前記相関データ生成部４１４が、ピーク形状と各応力成分の相関データを作成する。ここでは、ピーク形状を表現するパラメータとして、例えば前記スペクトルデータをＧａｕｓｓ関数、Ｌｏｒｅｎｔｚ関数や非対称Ｇａｕｓｓ関数で表される複数（２つ）のスペクトル要素でフィッティングし、各スペクトル要素のピークシフト、ピーク強度及びスペクトル半値幅を採用している。
【００５０】
図１２及び図１３に示す実施例では、測定されたスペクトルデータをＧａｕｓｓ関数、Ｌｏｒｅｎｔｚ関数、フォークト関数（（Ｇａｕｓｓ＋Ｌｏｒｅｎｔｚ）関数）のいずれかを用いてカーブフィッティングし、各スペクトル要素のピークシフト、ピーク強度及びスペクトル半値幅のピーク形状を表現する各パラメータを得た。なお、フィティングカーブは複数本でもよく、図１３に示すラマンスペクトル例では、２本のフィティングカーブを得ている。
【００５１】
そして、前記微小構造物９に印加されている各応力成分（法線応力及び剪断応力）値とピーク形状との関係を、図８に示す行列を含んだ式で表すようにしている（ケース１）。なお、図８におけるσｘｘ、σｙｙ、σｚｚ、τｘｙ、τｙｚ、τｚｘは各応力成分値を、Ｃ１１乃至Ｃ６６は各応力成分値とピーク形状との相関係数を、ν、Ａ、ωはピーク形状を表現するパラメータ（順にスペクトル要素のピークシフト、ピーク強度及びスペクトル半値幅）を示し、ν、Ａ、ωに添えられた数字は１つ目のピークか２つ目のピークかを示す。このような前提条件において、前記相関データ生成部４１４は、例えば、多変量解析法の１つであるＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅｓ）法によって各応力成分値とピーク形状との間の相関係数（Ｃ１１乃至Ｃ６６）である相関データ（検量線）を生成し（ステップＳ１４）、その結果を前記相関データ格納部４１に格納する（ステップＳ１５）。
【００５２】
図８に示す例以外にも、例えば、既知応力成分値を得るために引っ張り試験機を用いて標準試料Ｗに所望の応力を作用させる場合は、図８におけるτｙｚ及びτｚｘは略無視できるので、図１５に示すように、目的変数４及び説明変数５であってもよい（ケース２）。更に、目的変数が６で説明変数が２５である例を図１６（ケース３）に、目的変数が４で説明変数が２５である例を図１７（ケース４）に示す。
【００５３】
なお、多変量解析に用いる説明変数は、目的変数に対してスペクトルパラメータ（スペクトル要素のピークシフト、ピーク強度及びスペクトル半値幅）と一対一でなくともよく、各目的変数に対して複数個のスペクトルパラメータの組を用いてもよい。
【００５４】
このような多変量解析により採取した応力のうちσｙｙを図１８に、σｘｘ、σｙｙ及びσyｚを図１９に示す。
【００５５】
以上の手順による前記相関データ格納ステップ（ステップＳ１５）完了後、図３の手順に従い、前記測定試料Ｗ’における測定領域Ｗ１’のスペクトルデータを取得し、その応力成分を算出する。ここで、測定試料Ｗ’とは、前記標準試料Ｗとその形状及び組成が同一で、応力成分が未知である試料のことである。
【００５６】
まず、前記ステップＳ１２と同様に、前記測定試料Ｗ’の１つの測定領域Ｗ１’に前記レーザ装置２で紫外レーザＥＢを照射する。このことにより得られるラマン散乱光Ｌを前記センサ機構３が受光し、そのスペクトルデータを前記スペクトルデータ取得部４２が取得する（ステップＳ２１）。
【００５７】
そして、前記応力成分算出部４３が、前記ステップＳ２１で取得されたスペクトルデータと前記ステップＳ１５で相関データ格納部４１に格納された相関データ（検量線）とを比較することによって、前記測定試料Ｗ’の各応力成分値を算出する（ステップＳ２２）。
【００５８】
このように、かかる応力成分測定装置１によれば、標準試料のスペクトルデータに基づいて多変量解析法によってあらかじめ作成した複数の応力成分に関する検量線（相関データ）と測定試料に対する一回のラマン測定で得られるスペクトルデータとを比較すれば測定対象自体に作用している複数の応力成分を一挙に算出できるので、測定試料の一回のラマン測定とその応力成分算出にかかる時間のみでの正確な応力成分の測定が可能となり、その測定対象を破壊する必要もない。したがって、測定試料の短時間での非破壊測定が実現されることから、プロセスラインでの測定に利用することも可能となる。
【００５９】
＜第２実施形態＞
【００６０】
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明中、前記第１実施形態に対応する部材には同一の符号を付している。
【００６１】
本実施形態に係る応力成分測定装置１においては、図９にその一部を示すように、レーザ装置２とハーフミラー５ｂとの間、及び、ハーフミラー５ｃとセンサ機構３との間に、段階的に角度調整できる挿脱可能な偏光子６ａ、６ｂを配置している。
【００６２】
具体的には、前述のように構成した前記応力成分測定装置１でスペクトルデータを取得する際には、図１０に示すラマン散乱の選択則を考慮して所望のスペクトルデータが取得できるように前記偏光子６ａ、６ｂの角度を調整してラマン測定を行う。例えば、前記偏光子６ａの角度は前記紫外レーザＥＢの偏光面が標準領域Ｗ１のＳｉ（１１０）面の[１−１１]方向に入射するように、また、前記偏光子６ｂの角度はＳｉ（１１０）面の[１−１１]方向からの前記ラマン散乱光Ｌを受光できるように調整してラマン測定を行い、次に、前記偏光子６ｂを左回り６０°、９０°の角度に調整してラマン測定を行う。このようにして前記標準領域Ｗ１について得られた３種類のスペクトルデータを別々にフィッティングして得られるデータに基づいて前記相関データ生成部４１４が生成した前記相関データと、同様に３つの角度で測定した測定領域Ｗ１’のスペクトルデータとを前記応力成分算出部４３が比較して、当該測定領域Ｗ１’の応力成分を算出する。
【００６３】
このようなものであれば、前記測定領域Ｗ１’から得られるラマンスペクトルＬは、作用している各応力成分に応じて、より特徴的な形状を示すので、そのスペクトルデータを利用することで応力成分値をさらに正確に算出することができるようになる。
【００６４】
つまり、偏光解析を用いた図９のような装置においては、偏光解析を用いない場合には得られないＳｉ（１１０）面、（１１１）面に関する応力成分値（各面上の平面応力及び剪断応力等）を得ることが可能となる。またＳｉ（１００）面のＬＯフォノンに関する情報も、偏光解析を用いない場合よりも高精度で取得することが可能なので、このフォノンに関する応力成分の導出も、偏光解析を用いない場合よりも高精度でできる。またここに記載した応力成分以外の応力成分についても偏光測定と多変量解析の手法を用いることにより取得できる可能性がある。
【００６５】
また、前記偏光子６ａ、６ｂの角度を必要に応じて調整すれば、例えば、Ｓｉ（１１０）面とＳｉ（１１１）面のように異なる測定試料をプロセスライン上で測定することが可能となる。
【００６６】
さらに、当該実施形態によれば応力以外の物性値、例えば、濃度や結晶化度等、の各方位に関する値も得ることができる。加えて、前記紫外レーザＥＢの入射角は、測定試料Ｗ’へ垂直に入射する後方配置以外も、もちろん可能であり様々な角度での情報を組み合わせることで、さらに正確な応力成分評価が可能となる。
【００６７】
なお、本発明は前記各実施形態に限られるものではない。
【００６８】
例えば、測定対象に照射するエネルギ線は紫外レーザに限らず、可視レーザ、紫外光、可視光、近赤外光等でもよく、励起波長も３６３．８ｎｍに限られないが、波長によって試料へ入射する深さが変化するので、励起波長は得たい情報の深さによって選択すればよい。
【００６９】
レーザの照射角度は、標準試料及び測定試料からのラマン散乱光を得られるものであれば、どのような角度であってもよく、所望の角度に応じてハーフミラーの角度を変更すればよい。
【００７０】
標準試料及び測定試料は、Ｓｉからなる微小突条構造物に限らず、波長や測定場所等によって異なるスペクトルを発する物質であれば、どのような形状のものであっても測定可能である。
【００７１】
ピーク形状を表現するパラメータは、スペクトルのピークシフト、ピーク強度及びスペクトル半値幅に限られず、ラマンスペクトルの形状を表現できるものであればよい。
【００７２】
相関データを算出するには、１つの標準試料の異なる所定領域からスペクトルデータを取得する必要はなく、各々に異なる応力成分が働いている複数の標準試料から各々スペクトルデータを取得してもよい。
【００７３】
また、標準試料Ｗの様々な位置で取得される全てのラマンスペクトルデータに対して多変量解析法を適用してもよい。この場合には、物質に作用している応力成分値のみならず、物質の濃度や結晶化度等に関する値についてより詳細な情報を得ることも可能である。
【００７４】
相関データ生成法は、多変量解析法に限らず、相関関係を生成できるものであればよく、例えば、推計統計学等の手法を用いてもよい。
【００７５】
また、前記第２実施形態と同様の効果を得られるものであれば、前記偏光子の代わりに同等機能を持つ光学系を用いてもよい。また、測定試料はＳｉに限られず、偏光子を利用することで物性値が変化する物質であれよい。
【００７６】
さらに、標準領域や測定領域の大きさは、レーザ照射領域を拡縮させることによって調整してもよいし、受光側の光学系でラマン光の受光範囲を拡縮することで調整してもよい。例えば、レーザ照射径（スポット径）で測定範囲を調整する例としては、前記実施形態のように対物レンズを使用する場合は、焦点距離の異なるものを複数用意しておいてそれらを切り替えたり、対物レンズと試料との距離を可変にできるようにしたりすることが考えられる。また、その他に、ガルバノミラーを利用し、その走査範囲を変えることでレーザ照射領域を拡縮させてもよい。受光側の光学系で測定範囲を調整する例としては、例えば共焦点光学系を用いた場合ではコンフォーカルホールの口径の拡縮によって実現できる。このコンフォーカルホールは、図１で言えばセンサ機構３の前段に配置される。
【００７７】
また、応力値とスペクトルパラメータとの相関を求める際に、カーブフィッティングによりスペクトルパラメータを算出せずに、スペクトルの生データをそのまま用いてもよい。
【００７８】
更に、ラマン分光法では、光学系やサンプルへのレーザ照射パワー、及びラマン光を取り込む積算時間等によってスペクトル要素のピークシフト値、ピーク強度値及びスペクトル半値幅が大きく変化することが知られている。このため、積算時間等の測定条件の変化に伴うスペクトル要素の変化を排除するために、予め試料測定前にリファレンスサンプルを測定し、そのリファレンスサンプルとのピークシフト差、ピーク強度差、及び、スペクトル半値幅の差をスペクトルパラメータとして使用することも可能である。なお、測定試料がシリコンである場合はリファレンスサンプルとしては無負荷のベアシリコンが好適である。
【００７９】
また、センサ機構３として近接場ラマン分光光度計を用いてもよい。センサ機構３として近接場ラマン分光光度計を用いた場合は、サブｎｍオーダの極微小領域の測定が可能となることから、より微小領域の応力評価をすることができる。
【００８０】
測定試料Ｗ’としては、その表面にＳＴＩ構造等の微小構造物が形成されているもの以外であってもよく、本発明はトランジスタのゲート周りの応力等の測定に対しても有効である。例えば、ＣＢＥＤやＦＥＭ解析等で求めたゲートやその周辺の応力をリファレンスとし、ラマンスペクトルとの相関をとることにより、ラマンスペクトルからゲート周辺の応力を評価することが可能となる。
【００８１】
また、測定試料Ｗ’としては、シリコン以外の材料からなるものであってもよく、単結晶で応力・歪の変化によって測定されるラマンスペクトルが変化する材料からなる試料であれば、本発明を用いて微小構造物に対する応力・歪の検量線を作成することが可能である。このような材料としては、例えば、ゲルマニウム、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ等の化合物半導体が挙げられる。
【００８２】
また、単結晶やアモルファス構造を有しない材料からなる試料であっても、応力・歪の変化によって測定されるラマンスペクトルが変化する材料からなるものであれば、本発明を用いて応力・歪の検量線を作成することが可能である。このような材料としては、例えば、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＮｉＳｉ、ＴｉＳｉ、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＣ膜等が挙げられる。なお、これらの材料においては、結晶粒の大きさ等が測定されるスペクトル形状に大きく影響することがあるため、スポット径の選択に注意を要することがある。例えば、結晶粒が１μｍ以上の大きさである場合、センサ機構３として顕微ラマン分光光度計を用いて１μｍのスポット径で測定した場合は局所的な情報しか採取できず、結晶粒界も含む全体としての情報が必要な場合はより大きなスポット径での測定が必要である。
【００８３】
その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の一実施形態に係る応力成分測定装置の全体像を示す模式的構成図。
【図２】同実施形態における相関データ格納までの流れを示すチャート図。
【図３】同実施形態における応力成分算出までの流れを示すチャート図。
【図４】同実施形態における標準試料の測定領域を示す拡大図及び断面図。
【図５】同実施形態における標準試料の測定位置（ａ）で得られるスペクトル。
【図６】同実施形態における標準試料の測定位置（ｂ）で得られるスペクトル。
【図７】同実施形態における標準試料の測定位置（ｃ）で得られるスペクトル。
【図８】同実施形態における各応力成分値とピーク形状の変化との関係を表す行列を含んだ式の一例。
【図９】本発明の第２実施形態に係る応力成分測定装置の一部を示す模式的構造図。
【図１０】本発明の第２実施形態におけるラマン散乱光の選択則を示す表。
【図１１】本発明の第１実施形態における他の標準試料の測定領域を示す拡大図（ａ）、断面図（ｂ）及び正面図（ｃ）。
【図１２】同実施形態における標準試料の測定位置（ｄ）で得られるスペクトル。
【図１３】同実施形態における標準試料の測定位置（ｅ）で得られるスペクトル。
【図１４】同実施形態における標準試料の線Ｌ上での応力分布。
【図１５】同実施形態における各応力成分値とピーク形状の変化との関係を表す行列を含んだ式の他の一例。
【図１６】同実施形態における各応力成分値（目的変数）とピーク形状の変化（説明変数）との組み合わせの一例。
【図１７】同実施形態における各応力成分値（目的変数）とピーク形状の変化（説明変数）との組み合わせの他の一例。
【図１８】同実施形態における多変量解析により採取した応力（σｙｙ）。
【図１９】同実施形態における多変量解析により採取した応力（σｘｘ、σｙｙ及びσyｚ）。
【符号の説明】
【００８５】
１（１’）・・・応力成分測定装置
４１・・・・・・相関データ格納部
４１３・・・・・応力成分比較部
４１４・・・・・相関データ生成部
４３・・・・・・応力成分算出部
Ｌ・・・・・・・ラマンスペクトル（ラマン散乱光）
Ｗ（Ｗ’）・・・標準試料（測定試料）
Ｗ１（Ｗ１’）・所定領域（測定領域）
Ｓ１３・・・・・応力成分比較ステップ
Ｓ１４・・・・・相関データ生成ステップ
Ｓ１５・・・・・相関データ格納ステップ
Ｓ２２・・・・・応力成分算出ステップ
【図１】
2008116434.tif 000003
【図２】
2008116434.tif 000004
【図３】
2008116434.tif 000005
【図４】
2008116434.tif 000006
【図５】
2008116434.tif 000007
【図６】
2008116434.tif 000008
【図７】
2008116434.tif 000009
【図８】
2008116434.tif 000010
【図９】
2008116434.tif 000011
【図１０】
2008116434.tif 000012
【図１１】
2008116434.tif 000013
【図１２】
2008116434.tif 000014
【図１３】
2008116434.tif 000015
【図１４】
2008116434.tif 000016
【図１５】
2008116434.tif 000017
【図１６】
2008116434.tif 000018
【図１７】
2008116434.tif 000019
【図１８】
2008116434.tif 000020
【図１９】
2008116434.tif 000021