(57)【要約】【課題】半導体プロセス中にウエハの微小領域のひずみ量を測定する。【解決手段】シリコン基板をＦＩＢにて、ボックス加工して露出させたシリコン断面や表面の応力やひずみ量をラマン分光によって定量的に測定する。【選択図】図９
2007134531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板を載置して移動可能な試料ステージと、
前記試料ステージに載置されたシリコン基板に集束イオンビームを照射して加工する集束イオンビーム照射光学系と、
レーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザ光を前記集束イオンビームで加工されたシリコン基板の加工面に照射するレーザ光照射光学系と、
分光器と、
前記シリコン基板の加工面から散乱されたラマン散乱光を前記分光器に導く集光光学系と、
前記分光器によって分光されたラマン散乱光を検出する検出器とを備え、
シリコン基板中のひずみを測定することを特徴とするひずみ測定装置。
【請求項２】
請求項１記載のひずみ測定装置において、前記レーザ光の波長以下の大きさの穴が開口した金属板からなる近接場プローブと、前記近接場プローブを前記集束イオンビームで加工されたシリコン基板の加工面に近接するように位置付ける駆動機構とを有することを特徴とするシリコン基板中のひずみ測定装置。
【請求項３】
請求項１記載のひずみ測定装置において、先端に前記レーザ光の波長以下の大きさの開口が形成された光ファイバタイプの近接場プローブと、前記近接場プローブを前記集束イオンビームで加工されたシリコン基板の加工面に近接するように位置付ける駆動機構とを有することを特徴とするシリコン基板中のひずみ測定装置。
【請求項４】
請求項１記載のひずみ測定装置において、前記集束イオンビーム照射による加工後、前記試料ステージを移動することなく、前記加工面に前記レーザ光照射光学系によってレーザ光が照射できるように前記レーザ光照射光学系が配置されていることを特徴とするひずみ測定装置。
【請求項５】
請求項１記載のひずみ測定装置において、前記集束イオンビーム照射による加工後、前記試料ステージを予め決められた方向に決められた距離だけ移動したとき、前記加工面に前記レーザ光照射光学系によってレーザ光が照射できるように前記レーザ光照射光学系が配置されていることを特徴とするひずみ測定装置。
【請求項６】
請求項１記載のひずみ測定装置において、前記集束イオンビームによる加工穴を埋め戻すＦＩＢＡＤ膜を形成するために必要なガスを供給するガス供給手段を備えることを特徴とするひずみ測定装置。
【請求項７】
請求項１記載のひずみ測定装置において、前記レーザ光照射光学系及び／又は前記集光光学系は光ファイバを備えることを特徴とするひずみ測定装置。
【請求項８】
シリコン基板を集束イオンビームでボックス加工し、
前記ボックス加工によって露出したシリコン基板の断面にレーザ光を照射し、
前記断面から散乱するラマン散乱光を検出し、
前記Ｓｉ−Ｓｉ共有結合の振動成分のラマンシフトからシリコンひずみ量を求めることを特徴とするシリコン基板中のひずみ測定方法。
【請求項９】
請求項８記載のシリコン基板中のひずみ測定方法において、前記シリコン基板のボックス加工された領域にガスを供給しながら集束イオンビームを照射して絶縁膜を形成し、ボックス加工によって形成された穴を測定後に埋め戻すことを特徴とするシリコン基板中のひずみ測定方法。
【請求項１０】
請求項８記載のシリコン基板中のひずみ測定方法において、前記シリコン基板に形成された１つのチップ内の複数箇所において前記工程を反復し、前記チップ内におけるひずみ量の分布を求めることを特徴とするシリコン基板中のひずみ測定方法。
【請求項１１】
請求項８記載のシリコン基板中のひずみ測定方法において、前記シリコン基板の複数箇所において前記工程を反復し、前記シリコン基板内におけるひずみ量の分布を求めることを特徴とするシリコン基板中のひずみ測定方法。
【請求項１２】
請求項８記載のシリコン基板中のひずみ測定方法において、前記ボックス加工によって前記シリコン基板内に対向する平行な面を有する穴を形成し、前記レーザ光を前記シリコン基板の表面にほぼ垂直な方向から前記穴に入射させることを特徴とするシリコン基板中のひずみ測定方法。
【請求項１３】
請求項８記載のシリコン基板中のひずみ測定方法において、前記ボックス加工によって前記シリコン基板内に対向する平行な面を有する穴を形成し、前記レーザ光を前記シリコン基板の表面に対して浅い角度で前記穴に入射させ、前記対向する平行な面の間で多重反射させることを特徴とするシリコン基板中のひずみ測定方法。
【請求項１４】
請求項８記載のシリコン基板中のひずみ測定方法において、前記ボックス加工によって前記シリコン基板内に斜めに傾斜した対向面を有する穴を形成し、前記レーザ光を前記シリコン基板の表面にほぼ垂直な方向から前記穴に入射させることを特徴とするシリコン基板中のひずみ測定方法。
【請求項１５】
請求項８記載のシリコン基板中のひずみ測定方法において、前記露出したシリコン基板の断面にレーザ光を照射する際に、近接場光学系を用いて前記ボックス加工によって露出したシリコン基板の断面の微小領域に光照射することを特徴とするシリコン基板中のひずみ測定方法。
【請求項１６】
請求項１５記載のシリコン基板中のひずみ測定方法において、前記近接場光学系は前記レーザ光の波長以下の開口が形成された金属板を有することを特徴とするシリコン基板中のひずみ測定方法。
【請求項１７】
請求項１５記載のシリコン基板中のひずみ測定方法において、前記近接場光学系は前記レーザ光の波長以下の開口が形成された光ファイバを有することを特徴とするシリコン基板中のひずみ測定方法。
【請求項１８】
請求項８記載のシリコン基板中のひずみ測定方法において、前記レーザ光の波長を選択することによって、前記シリコン基板中への光の進入深さを変更して平面的な分布を測定することを特徴とするシリコン基板中のひずみ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスにおいて、シリコン基板中のひずみ・応力を測定する方法及び加工装置・検査装置に属する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板の応力やひずみの測定は、一般的には、光学的にパターンなしのブランケットウエハのそり量を測り、シリコン基板内部の応力に換算することによって行われている。この方法によると、ウエハ内の平面的なマクロの応力分布が得られる。また、特開平３−１８７４４号公報には、ホトレジストプロセスを使って、エッチングにより断面を開口して測定する方法が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１８７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
今後の半導体プロセスでは、Ｇｅを数％のオーダでシリコン基板に拡散させてＳｉＧｅ層を形成させ、その上にひずみが導入されたＳｉ層を形成するＳｉＧｅプロセスが用いられる。また、ゲート電極上に内部応力の大きいプラズマ窒化膜を堆積させて、選択的にかつ積極的に、ゲート電極直下のシリコン層にひずみを導入するプロセスもある。これらトランジスタの特性を向上させるひずみシリコン技術が主流になると予想される（例えば、日経マイクロデバイス、2005年5月号56-61頁）。ひずみシリコン技術は、シリコン基板にひずみを導入して、電子やホールのキャリアの移動度を向上させることによって、ＭＯＳトランジスタのソースドレイン間の電流密度Ｉｄｓを向上させる技術である。このとき、ひずみ量とトランジスタ特性のＩｄｓやＧｍ（相互コンダクタンス）は対応していることがわかっている。従って、目標の特性を得るために導入したひずみ量を一定の範囲に保つためのプロセス上の管理・測定技術が不可欠になる。さらに半導体の微細化に伴い、ひずみが導入される領域は、たとえば数μｍ−１００ｎｍ以下の微小なポリシリコン電極幅と同じ領域である。さらに、微小領域でのひずみの分布もモニターする必要がある。プロセス安定のため一定の頻度での品質管理も必要である。また、電気的特性との相関を調べるため、パターン付ウエハやトランジスタ上に種々の膜や配線層を堆積した完成状態での測定が必要である。
【０００５】
従来のウエハ内の平面的なマクロの応力分布を測定する方法では、このような数μｍ−１００ｎｍ以下の微小な領域の応力やひずみを測定することはできない。また、パターン付ウエハやトランジスタ上に種々の膜や配線層を堆積した状態では、ウエハ表面からの測定も困難である。ホトレジストプロセスを使い、エッチングによって断面を開口して測定する方法は、ホトレジストマスクを用いるため任意の場所を開口できない。また、レジスト塗布、感光、現像、エッチング工程等の追加プロセスが必要である等の問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、半導体プロセス中にウエハの微小領域のひずみ量を測定することのできる方法及び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】
【０００７】
本発明では、試料上で集束イオンビームを走査して得られる信号により構成した画像を用いてシリコン基板を加工するＦＩＢ装置へ、ラマン分光光学系と信号処理装置を搭載することによって、半導体装置のシリコン基板をＦＩＢにて、ボックス加工して露出させたシリコン断面や表面の応力やひずみを分光学的手法で測定し、応力やひずみを定量的に測定する。ボックス加工によって形成された穴は、測定後、ガスを供給しながら集束イオンビームを照射して絶縁膜を形成することで埋め戻すことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、半導体プロセスにおいてトランジスタ特性を向上させる目的でシリコン基板に導入したひずみを定量的に測定できる。その結果、製造過程で品質管理ができ、目標とするトランジスタの特性を一定に保つことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、ウエハサイズの処理を可能とした集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置にラマン光学系を搭載した本発明の分析装置の一例を示す概略構成図である。試料加工装置１は、試料移動ステージ２に載置したウエハ３に対してＦＩＢ４を照射するＦＩＢ照射光学系５、ＦＩＢ４の照射部から発生する二次電子や二次イオン等の二次粒子を検出する二次粒子検出器６、ＦＩＢ照射領域にＦＩＢＡＤ膜を形成するために必要なガスを供給するガス供給手段７を備える。ガス供給手段７は、ガス照射部が口径５０μｍ程度のノズル８を有しており、ＦＩＢ照射部に限定してガス供給することができる。埋め戻す膜は、酸化膜等の絶縁膜等とするのが好ましい。ここで用いたウエハ３は直径３００ｍｍのシリコンウエハであり、試料室内で移動可能な試料移動ステージ２に着脱できるウエハホルダ１０に載置されている。
【００１０】
プローブ１１は、ＦＩＢによってウエハを加工して得られたＴＥＭ試料となる微細試料を摘出する手段であり、プローブ微動機構１２によって試料室内で少なくとも３軸（垂直、ＦＩＢの走査方向に平行と直交方向）に移動できる。微小試料固定具１３は母試料（ウエハ）３から摘出した微小試料を固定する部材で、この微小試料固定具１３を微小試料固定具ホルダ１４に搭載して、必要に応じて傾斜させることができる。
【００１１】
ウエハホルダ１０には、ウエハ３以外に、微小試料固定具１３を設置する微小試料固定具ホルダ１４が搭載される。微小試料固定具ホルダ１４は傾斜でき、実質的に微小試料を傾斜させることができる。この構造により、摘出した微小試料の加工面をＦＩＢもしくはＳＥＭで観察したり、加工面をさらに自在に加工したりすることができる。
【００１２】
ウエハ３の表面や加工断面はＳＥＭ光学系１６によって観察し、ＳＥＭ像を表示手段１７に表示できる。各部の制御は、中央制御装置２４と連結されたＳＥＭ制御装置１８、プローブ制御装置１９、ＦＩＢ制御装置２０、ガス供給制御装置２１、二次電子検出制御装置２２、ステージ制御装置２３によって行われる。中央制御装置２４は、各機構系を移動させるなどの命令を下す機能、及び各部からのデータを集積し、演算や記憶を行なう機能を有している。
【００１３】
本発明の分析装置は、更に、ラマン光の励起光源としてのレーザ光源２５、モノクロメータ２６、光信号を電気信号に変換するための光電子増倍管２７、ラマン散乱光をモノクロメータに導入するための光ファイバ２８を有する。また、電気信号をデータ処理するためのラマン分光系制御装置２９を有する。レーザ光源２５から出射された励起光は、ミラー等の光学系を介してウエハ上の測定位置に導入するようにしてもよいし、光ファイバを介してウエハ上の測定位置に導入するようにしてもよい。
【００１４】
これらのラマン光学系は、後述するようにＦＩＢによってボックス加工されたウエハを、ステージ移動せずに、そのままの位置でラマン計測できるように配置してもよいし、ＦＩＢ照射光学系から離れた位置にラマン光学系を配置し、ＦＩＢによってボックス加工されたウエハをラマン光学系の位置にステージ移動し、移動後の位置で、ボックス加工によって現れた断面をラマン計測するように配置してもよい。いずれにしても、ＦＩＢ加工後、試料室の真空を破ることなく、ラマン計測できるようにＦＩＢ照射光学系とラマン光学系を配置するのが好ましい。ＦＩＢ照射光学系から離れた位置にラマン光学系を配置した場合には、ＦＩＢ照射光学系とラマン光学系の位置関係は既知であるため、集束イオンビーム照射によるシリコン基板の加工後、試料ステージを既知の方向に既知の距離だけ移動することによって、シリコン基板の加工面にラマン光学系からのレーザ光を照射して加工面のラマン計測を行うことができる。
【００１５】
図２は、ラマン分光を用いて、ＦＩＢ装置で切り出した断面のシリコン表面のひずみ量を測定する光学系の例である。ここでのサンプルウエハはポリシリコン電極３６の加工後を想定しているが、他の工程で作成したサンプルも測定可能である。酸化膜などの絶縁膜で埋め込んだＳＧＩ（Shallow Grove Isolation）パターン３９で素子分離されたシリコン領域内に、低圧ＥＰＩ法で作成した膜厚１００ｎｍ程度のＳｉＧｅ層３４上に膜厚１０ｎｍ程度ひずみシリコン層３３が形成されている。この領域のひずみ量を測定する。その周りには、複数回にわたり種類の異なる元素イオン打込みで形成された拡散層（ソースあるいはドレイン層）３８がある。ひずみＳｉ層３３上に、膜厚２００ｎｍ、幅５０ｎｍ程度のポリシリコン電極３６が形成されている。３７は酸化膜スペーサである。
【００１６】
レーザ光源２５から発振したレーザ入射光（あるいは励起光）３０をシリコンウエハのＦＩＢ切出し表面３５に照射すると、振動数の変化しない正反射光（あるいはレーリ散乱光）３２と振動数の変化した散乱光（ラマン散乱光）３１が生じる。レーザ入射光３０の波長は任意に選べるが、代表的な波長として連続発振可能なＡｒイオンレーザの５１４.５ｎｍや４８８ｎｍを使う。一方、パルス発振の半導体レーザや窒素ガスレーザも使うことができる。波長を選ぶことによって、図３に示されるとおり、深さ方向の測定が可能となる。長波長のレーザ入射光を用いるほど、表面からの深さが深い領域の測定を行うことができる。光学レンズ等を用いて、ビーム径を数μｍまで絞り、測定するシリコンの断面の表面で焦点を結ぶ。ここで、レーザ入射光３０の入射角等は任意で選ぶことができる。また、レーリ散乱を含むラマン散乱光は、球面状に広がるため、散乱光３１の検出方向も任意に選ぶことができる。この散乱光３１を、フィルタ又はモノクロメータ２６を通して分光して光電子増倍管２７で検出する。散乱光３１の成分中にラマン光成分が含まれる。このラマン光成分に、Ｓｉ−Ｓｉ共有結合の振動情報の成分が含まれる。
【００１７】
図４に、測定したラマンスペクトルを示す。図５に示すように、Ｓｉ−Ｓｉ共有結合の振動成分のラマンシフト量とシリコンひずみ量の間には対応関係があり、ラマンシフト量を測定することによってひずみシリコン層のひずみ量を知ることができる。
【００１８】
図６に、側面反射型の光学系の一例を示す。ＦＩＢでシリコン基板４１を、垂直に層間絶縁膜４８、ポリシリコン電極３６を含めボックス状に、ある深さまで加工する。加工深さはおおむねシリコンひずみ層３３より深くする。加工幅は数ミクロン以下である。この加工によって、図６に示すように、対向する平行な面を有する穴が形成される。その穴に対して、基板表面に対して垂直に近い入射角で、レーザ光源２５から発振したレーザ光３０を入射させる。レーザ光は、穴の切出し断面４０に入射して、目的のひずみシリコン層３３に照射され、散乱光３１を発生させる。加工穴底で反射した光は、対向する側面のひずみシリコン層３３で反射して、ここでも散乱光３１を発生させる。この散乱光３１を、入射端を垂直方向に位置付けた光ファイバ２８によってフィルタ又はモノクロメータに導き、分光して光電子増倍管２７で検出する。散乱光３１の成分中にラマン光成分が含まれる。このラマン光成分に、Ｓｉ−Ｓｉ共有結合の振動情報の成分が含まれる。この振動情報を調べることによって、図５に示した関係から、ひずみシリコン層のひずみ量を知ることができる。
【００１９】
図７に、多重反射型の光学系の一例を示す。ＦＩＢでシリコン基板４１を、垂直に層間絶縁膜４８、ポリシリコン電極３６を含めボックス状に、ある深さまで加工する。加工深さはおおむねひずみシリコン層３３より深くする。加工幅は数ミクロン以下である。この加工によって、図７に示すように、対向する平行な面を有する穴が形成される。基板表面に対して水平に近い浅い入射角で、レーザ光源２５から発振したレーザ光３０を入射させて対向する平行な面の間で多重反射させながら、測定対象であるひずみシリコン層３３の表面にレーザ光をあててその散乱光３１を、垂直方向に入射端を配置した光ファイバ２８によってフィルタ又はモノクロメータに導き、分光して光電子増倍管２７で検出する。入射角を水平に近づけるほど、目的のひずみシリコン層でも多く多重反射するため、高ＳＮ比の高い信号が得られる。加工穴底で反射した光は、対向する側面のひずみシリコン層３３で多重反射して、ここでも散乱光を発生させる。散乱光３１の成分中にラマン光成分が含まれる。このラマン光成分に、Ｓｉ−Ｓｉ共有結合の振動情報の成分が含まれる。この振動情報を調べることによって、ひずみシリコン層３３のひずみ量を知ることができる。
【００２０】
図８に、斜め反射型の光学系の一例を示す。ＦＩＢでシリコン基板４１を、垂直から約４５度の角度で切り出す。層間絶縁膜４８、ポリシリコン電極３６を含め、ボックス状に、ある深さまで加工する。加工深さは、おおむねひずみシリコン層３３より深くする。加工幅は数ミクロン以下である。基板表面に対して垂直に近い入射角で、レーザ光源２５から発振したレーザ光３０を、目的のひずみシリコン層３３の表面にレーザ光をあてて散乱光３１を発生させる。ひずみシリコン層３３の表面で反射したレーザ光は、対向する斜面のひずみシリコン層３３に入射し、ここでも散乱光３１を発生させる。この散乱光を、基板に対して垂直な方向に入射端を配置した光ファイバ２８によってフィルタ又はモノクロメータに導き、分光して光電子増倍管２７で検出する。散乱光３１の成分中にラマン光成分が含まれる。このラマン光成分に、Ｓｉ−Ｓｉ共有結合の振動情報の成分が含まれる。この振動情報を調べることによってひずみシリコン層３３のひずみ量を知ることができる。
【００２１】
図９は、近接場プローブを用いた測定の実施例である。ＦＩＢでシリコン基板４１を、垂直から約４５度の角度で切り出す。層間絶縁膜４８、ポリシリコン電極３６を含め、ボックス状に、ある深さまで加工する。加工深さは、おおむねシリコンひずみ層３３より深くする。加工幅は数１０ミクロン以下である。Ｘ方向駆動機構６３及びＹ方向駆動機構６４を備え、プローブ保持機構６５によって保持された金属平板型プローブ５０を加工斜面に沿って動かし、加工斜面に垂直に近い入射角で、レーザ光源２５から発振したレーザ光３０を、金属平板型プローブ５０へあてる。金属平板型プローブ５０は、図１０の断面模式図に示すように、金属板５２に小径穴５３が開口された構造を有する。金属板５２の大きさは、ビーム径の１．５から３倍程度で１０μｍ程度であり、金属板の厚さは数μｍ以上、穴径寸法は波長と同程度以下であり、レーザ光の波長が５１４．５ｎｍでは１００ｎｍ程度以下である。レーザ光３０はこの金属板に垂直に入射する。このとき通常の光は小径穴５３を透過できず、金属表面と相互作用したエバネッセンス光のみが透過する。この光は遠くに伝播せずに減衰するため、非常に小さい領域で表面から浅い領域の情報のみを検出できる。
【００２２】
図１１に、光ファイバタイプの近接場プローブを用いた測定の実施例を示す。ＦＩＢでシリコン基板４１を、垂直から約４５度の角度で切り出す。層間絶縁膜４８、ポリシリコン電極３６を含め、ボックス状に、ある深さまで加工する。加工深さは、おおむねシリコンひずみ層３３より深くする。加工幅は数１０ミクロン以下である。Ｘ方向駆動機構６３及びＹ方向駆動機構６４を備え、プローブ保持機構６５によって保持されたファイバ型近接場プローブ５１を斜面に沿って動かし、斜面に垂直に近い入射角で、レーザ光源２５から発振したレーザ光３０を、石英製ファイバロッド５４内に導入する。ファイバロッド５４の先端チップには小径の開口が形成されていて、その開口径が数１００ｎｍ小孔を有する先端チップ５６からしみだす近接場光を、切出し面と垂直方向に目的のシリコンひずみ層３３の表面にあてる。この近接場光によって誘起されるシリコンひずみ層３３からのラマン散乱光を検出器４７で検出する。この方法では近接場光のスポット径が数１０ｎｍ程度のため、微小領域での分解能を得ることができる。
【００２３】
図１２に、ファイバ型のプローブの断面図を示す。光路５５を内部に持つ石英ファイバロッド５４の先端にチップ５６があり、これにも小径が開口されている。ファイバの大きさは、６０μｍ程度、光路径は数１０μｍ以上、先端孔系は波長と同程度以下であり、レーザ光の波長が５１４．５ｎｍでは１００ｎｍ程度以下である。この寸法では通常の光は透過できず、エヴァネセンス光のみが透過する。この光は空間を遠くに伝播せずに減衰するため、非常に小さい領域１００ｎｍで表面から浅い領域の情報のみを検出できる。
【００２４】
ひずみ量測定のために穴を加工したシリコン基板は、その加工穴を、電子線アシストやＦＩＢのイオンビームアシストを用いて、ＴＥＯＳ酸化膜等で埋め込み酸化膜を形成後、次の処理工程に移される。図１３は、埋め戻し工程の説明図である。図１３（ａ）のように、切り出しが完了したシリコン基板４１には、切出し断面４０に示すような加工穴があいている。この穴に対して、図１３（ｂ）に示すように、ガスノズル４３からＴＥＯＳガスを吹き付けながらＦＩＢ４２を照射することで、埋め込み酸化膜４４を形成する。こうして、図１３（ｃ）に示すように、加工穴を酸化膜４５で埋めて埋め戻し工程が完了する。
【００２５】
図１４に代表的な測定回路図の実施例を示す。レーザ光源２５から発振したレーザ光３０は、変調素子５７を通して試料に照射される。この変調素子５７は電子シャッタや回転機構を有する偏光素子等であり、ロックインアンプ６０と連動している。一方、散乱光３１は、モノクロメータ２６等で分光され、光電子増倍管２７に入り光電変換される。これらの電気変換された信号は、ＡＤ変換され制御装置６１で処理される。例えば、電子シャッタがＯＮ（開）したときの散乱光強度とＯＦＦ（閉）したときの散乱光強度を引き算又は割り算することによって、ノイズ成分を減少させることができる。または、散乱光に偏光特性を有するときには、偏光素子をＳ（電場が入射面に垂直成分のみを持つ）、Ｐ（電場が入射面に平行成分のみを持つ）に変調させて、Ｓ偏光の散乱光強度と、Ｐ偏光の散乱光強度を引き算又は割り算することによって、ノイズ成分を減少させることができる。さらに、これらの信号や演算結果を記憶する記憶装置６２を有する。
【００２６】
図１５は、図６から図８に示した方法によって、シリコンウエハ内の５箇所の位置でシリコンひずみ層の分布を測定した例を示す図である。図１５の横軸は、図の右上に略示したシリコンウエハ内の位置１〜５に対応し、縦軸は各位置で測定したひずみ量を表す。測定は、図の右上に略示したシリコンウエハ内の位置１〜５にＦＩＢ加工によってシリコンひずみ層に達する穴をボックス加工し、本発明の方法によってラマンシフトから各位置でひずみ量を測定することにより行った。
【００２７】
図１６は、図６から図８に示した方法によって、シリコンウエハに形成された１つのチップ内の５箇所の位置でシリコンひずみ層の分布を測定した例を示す図である。図１６の横軸は、図の右上に略示したチップ内の位置１〜５に対応し、縦軸は各位置で測定したひずみ量を表す。測定は、図の右上に略示したチップ内の位置１〜５にＦＩＢ加工によってシリコンひずみ層に達する穴をボックス加工し、本発明の方法によってラマンシフトから各位置でひずみ量を測定することにより行った。
【００２８】
図１７は、図９あるいは図１１に示した光学系を用いたひずみ量の測定例を示す図である。図の上方に摸式的に示したＬＳＩ断面中の位置１〜５のひずみ量を測定したものである。このように、小径穴５３が開口された金属板５２からなる金属平板型プローブ５０、あるいは小径が開口されたチップ５６を先端に有する石英ファイバロッド５４からなる光ファイバタイプの近接場プローブを用いることで、高い空間分解をもってシリコンひずみ層のひずみ量を測定できるため、ＬＳＩ断面での微小領域でのひずみ量分布を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による測定装置の概略図。
【図２】ＦＩＢ加工面のラマン分光測定方法を示す鳥瞰図。
【図３】励起波長と検出深さの関係を示す図。
【図４】ひずみシリコンのラマンシフト測定例を示す図。
【図５】ラマンシフト量とひずみ量の関係を示す図。
【図６】測定光学系の実施例を示す図。
【図７】多重反射測定での実施例を示す図。
【図８】斜め測定での実施例を示す図。
【図９】近接場プローブを用いた測定の実施例を示す図。
【図１０】近接場光学プローブの断面図。
【図１１】近接場プローブ（ファイバ型）を用いた測定の実施例を示す図。
【図１２】近接場光学プローブ（ファイバ型）の断面図。
【図１３】埋め戻し工程の説明図。
【図１４】測定回路図の実施例を示す図。
【図１５】ひずみ量のウエハ内分布計測例を示す図。
【図１６】ひずみ量のチップ内分布計測例を示す図。
【図１７】ひずみ量のＬＳＩ断面領域分布計測結果を示す図。
【符号の説明】
【００３０】
1.試料加工装置
2.試料移動ステージ
3.母試料（ウエハ）
4.ＦＩＢ
5.ＦＩＢ照射光学系
6.２次粒子検出器
7.ガス供給手段
8.ノズル
11.プローブ
12.プローブ微動機構
16.ＳＥＭ光学系
17.表示手段
18.ＳＥＭ制御装置
19.プローブ制御装置
20.ＦＩＢ制御装置
21.ガス供給制御装置
22.二次電子検出制御装置
23.ステージ制御装置
24.中央制御装置
25.レーザ光源
26.モノクロメータ
27.光電子増倍管
28.光ファイバ
29.分光系制御装置
30.入射光
31.散乱光
32.反射光
33.ひずみシリコン層
34.シリコンゲルマニウム層
36.ポリシリコン層（ゲート電極）
37.酸化膜スペーサ
38.拡散層
39.ＳＧＩ層
40.切出し断面
41.シリコン基板
42.ＦＩＢ
43.ガスノズル
44.埋め込み酸化膜
45.酸化膜
46.レーザ光源
47.検出器
48.層間絶縁膜
49.シリコン基板
50. 金属平板型プローブ
51.ファイバ型近接場プローブ
52.金属板
53.小径穴
54.ファイバロッド
55.光路
56.先端チップ
57.変調素子
58.レーザ光源
59.モノクロメータ
60.ロックインアンプ
61.制御装置
62.記憶装置
63.Ｘ方向駆動機構
64.Ｙ方向駆動機構
65.プローブ保持機構
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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