(57)【要約】【課題】基板の表面上に形成された第一薄膜と第二薄膜とを有する薄膜付ウェーハにおいて、第一薄膜（第二薄膜）の膜厚分布を第二薄膜（第一薄膜）の膜厚分布の影響を受けずに高い空間分解能で精度よく算出することができる薄膜付ウェーハの評価方法を提供することを目的とする。【解決手段】薄膜付ウェーハの反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ１と、第二薄膜の設定膜厚Ｔ２よりｔ［ｎｍ］だけ厚い（薄い）第二薄膜を有する薄膜付ウェーハの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求め、Ｐ１、Ｐ２１の差（プロファイルＰ３１）がゼロとなる波長λ１を求める。同様にして第一薄膜の膜厚を変化させた時のプロファイルＰ２２を求め、Ｐ１、Ｐ２２の差がゼロとなる波長λ２を求める。薄膜付ウェーハに、波長λ１及びλ２の光を照射し、反射光強度を測定することによって、第一及び第二薄膜の膜厚分布を算出する。【選択図】図１
2016114506.tif 000002
【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及び第二薄膜の膜厚分布を評価する薄膜付ウェーハの評価方法であって、
前記評価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、
前記評価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、
前記評価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、
前記評価対象の薄膜付ウェーハ表面の一部領域に、単一波長である前記波長λ１及び波長λ２の光を照射する工程と、
前記照射領域からの反射光を前記波長λ１及び波長λ２に対してそれぞれ検出して前記照射領域を多数に分割したピクセル毎の反射光強度を測定することによって、前記照射領域内の前記波長λ１及び波長λ２に対する反射光強度分布をそれぞれ求める工程と、
前記波長λ１に対する反射光強度分布から前記照射領域内における前記第一薄膜の膜厚分布を算出し、前記波長λ２に対する反射光強度分布から前記照射領域内における前記第二薄膜の膜厚分布を算出する工程と、
を有することを特徴とする薄膜付ウェーハの評価方法。
【請求項２】
前記評価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層であり、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に記載の薄膜付ウェーハの評価方法。
【請求項３】
前記波長λ１及び波長λ２は、可視光波長から選択された単一の波長であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薄膜付ウェーハの評価方法。
【請求項４】
前記ピクセルの一辺のサイズを、前記波長λ１又は波長λ２の１／２以上１００［μｍ］以下とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の薄膜付ウェーハの評価方法。
【請求項５】
前記照射領域をデバイス製造工程のリソグラフィー露光サイトに一致させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の薄膜付ウェーハの評価方法。
【請求項６】
前記第一薄膜及び第二薄膜の膜厚分布を算出する前記照射領域を、前記薄膜付ウェーハの面内の複数箇所に設定することにより、全面における膜厚分布を求めることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の薄膜付ウェーハの評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの作製に使われる薄膜付ウェーハの薄膜の膜厚分布を算出する薄膜付ウェーハの評価方法に関し、特に、シリコン基板の上に埋め込み酸化膜層（ＢＯＸ層）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ウェーハのＳＯＩ層膜厚分布及びＢＯＸ層膜厚分布を評価する評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デザインルールの微細化に伴って、ＳＯＩデバイス作製、特にＦＤ−ＳＯＩ（Ｆｕｌｌｙ  Ｄｅｐｌｅｔｅｄ  ＳＯＩ）デバイス作製に用いるＳＯＩウェーハのＳＯＩ層膜厚分布やＢＯＸ層膜厚分布が、デバイス製造プロセス、ひいては、トランジスタ特性に影響を与えるようになってきている。集積回路においては、回路を構成するトランジスタの特性を均一にすることが重要である。
【０００３】
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、１［μｍ］程度の空間分解能で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は事実上不可能である。よって、これらの方法でウェーハ全面を一括して測定可能な装置としては、現状では数１００［μｍ］程度の空間分解能の装置しか存在しない。
【０００５】
このように、薄膜、特には、ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層及びＢＯＸ層のそれぞれの膜厚分布についての測定を、高精度で低コストかつ簡便に行うことができる薄膜付ウェーハの評価方法が求められている。
【０００６】
特許文献１には、ＳＯＩウェーハに白色光を照射し、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２には、膜厚１［μｍ］未満のＳＯＩ層に４８８［ｎｍ］のレーザー光を照射し、その正反射光を検出し、照射光との干渉縞によって面内の膜厚バラツキを検査することが記載されている。また特許文献３では、ＳＯＩ層のみの膜厚分布測定を行う方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３４３８４２号公報
【特許文献２】特開平０８−２６４６０５号公報
【特許文献３】特許５３６５５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
基板の表面に薄膜を有する薄膜付ウェーハの薄膜の膜厚分布を算出する従来の膜厚測定方法は、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、ＳＯＩウェーハのような２層の薄膜（ＳＯＩ層及びＢＯＸ層）を有するウェーハのそれぞれの薄膜に対し、１［μｍ］程度の空間分解能で、広範囲の面内を膜厚分布測定できる装置は市販されていない。
【０００９】
特許文献３では、ＳＯＩ層膜厚のみの測定において、測定感度の上がる方法が提案されているが、この方法においては、ＢＯＸ層の膜厚分布の影響を受けてしまい、ＳＯＩ層の膜厚分布を十分な精度で測定することが困難である。またＢＯＸ層の測定は行っていなかった。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、基板の表面上に形成された第一薄膜と該第一薄膜上に形成された第二薄膜とを有する薄膜付ウェーハにおいて、第一薄膜の膜厚分布を第二薄膜の膜厚分布の影響を受けずに精度よく算出することができ、さらに、第二薄膜の膜厚分布を第一薄膜の膜厚分布の影響を受けずに高い空間分解能で精度よく算出することができる薄膜付ウェーハの評価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】
【００１１】
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評価する薄膜付ウェーハの評価方法であって、
前記評価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、
前記評価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、
前記評価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、
前記評価対象の薄膜付ウェーハ表面の一部領域に、単一波長である前記波長λ１及び波長λ２の光を照射する工程と、
前記照射領域からの反射光を前記波長λ１及び波長λ２に対してそれぞれ検出して前記照射領域を多数に分割したピクセル毎の反射光強度を測定することによって、前記照射領域内の前記波長λ１及び波長λ２に対する反射光強度分布をそれぞれ求める工程と、
前記波長λ１に対する反射光強度分布から前記照射領域内における前記第一薄膜の膜厚分布を算出し、前記波長λ２に対する反射光強度分布から前記照射領域内における前記第二薄膜の膜厚分布を算出する工程と、
を有することを特徴とする薄膜付ウェーハの評価方法を提供する。
【００１２】
このように、第二薄膜の膜厚が設定膜厚から変動しても、薄膜付ウェーハからの反射率が変動しない波長λ１の光を薄膜付ウェーハに照射して照射領域内の反射光強度を測定することにより、照射領域内の第一薄膜の膜厚分布を、第二薄膜の膜厚分布の影響を受けずに精度よく算出することができる。同様に、第一薄膜の膜厚が設定膜厚から変動しても、薄膜付ウェーハからの反射率が変動しない波長λ２の光を薄膜付ウェーハに照射して照射領域内の反射光強度を測定することにより、照射領域内の第二薄膜の膜厚分布を、第一薄膜の膜厚分布の影響を受けずに高い空間分解能で精度よく算出することができる。また照射する光の波長を、各々単一波長であるλ１及びλ２に限定しているため、膜厚分布を算出するための計算量が少なく、低コストかつ簡便で迅速な評価が可能である。
【００１３】
このとき、前記評価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層であり、前記第二薄膜がシリコン単結晶からなるＳＯＩ層であるものとすることができる。
このように評価対象の薄膜付ウェーハをＳＯＩウェーハとすることにより、照射領域内の埋め込み酸化膜層とＳＯＩ層の膜厚分布を精度よく算出することができる。
【００１４】
このとき、前記波長λ１及び波長λ２は、可視光波長から選択された単一の波長であることが好ましい。
本発明の薄膜付ウェーハの評価方法は、通常の顕微鏡光学系を用いて可視光で行えるため低コストで実施できる。
【００１５】
このとき、前記ピクセルの一辺のサイズを、前記波長λ１又は波長λ２の１／２以上１００［μｍ］以下とすることが好ましい。
このようなピクセルサイズであれば、焦点が結びにくくなる恐れがなく、より正確に高い空間分解能で薄膜付ウェーハの薄膜の膜厚分布を算出することができる。
【００１６】
このとき、前記照射領域をデバイス製造工程のリソグラフィー露光サイトに一致させることが好ましい。
このように、本発明の薄膜付ウェーハの評価方法における照射領域を、顕微鏡の倍率や視野範囲を調整するなどしてリソグラフィー露光サイトに一致させることにより、デバイス製造工程で有効に活用しうる薄膜の膜厚分布を算出することができる。
【００１７】
このとき、前記第一薄膜及び第二薄膜の膜厚分布を算出する前記照射領域を、前記薄膜付ウェーハの面内の複数箇所に設定することにより、全面における膜厚分布を求めることが好ましい。
このように照射領域を薄膜付ウェーハの面内の複数箇所に設定することにより、薄膜付ウェーハ全面に亘る測定を、高精度で低コストかつ簡便に行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、第二薄膜の膜厚が変動しても薄膜付ウェーハからの反射率が変動しない波長λ１で第一薄膜の反射光強度分布を測定し、かつ、第一薄膜の膜厚が変動しても薄膜付ウェーハからの反射率が変動しない波長λ２で第二薄膜の反射光強度分布を測定することにより、第一薄膜及び第二薄膜の膜厚分布を精度よく算出することができる。また、波長λ１、λ２の光の照射領域におけるピクセルのサイズを波長λ１又はλ２の１／２以上とすることで、必要に応じ高い空間分解能とすることができる。さらに波長をλ１とλ２の二つの波長に限定しているので、薄膜付ウェーハ全面に亘る測定においても、高精度で低コストかつ簡便に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の薄膜付ウェーハの評価方法の工程を示すフロー図である。
【図２】本発明の薄膜付ウェーハの評価方法で使用することができる光学顕微鏡装置を示す概略図である。
【図３】ＳＯＩウェーハについてシミュレーションにより算出した各プロファイルの一例を示す図である。
【図４】ＳＯＩウェーハについてシミュレーションにより算出した各プロファイルの他の一例を示す図である。
【図５】ＳＯＩウェーハについてシミュレーションにより算出した各プロファイルの他の一例を示す図である。
【図６】反射光強度の測定領域を含むＳＯＩ層表面外周部の顕微鏡像である。
【図７】反射光強度分布を示す図である。（Ａ）、（Ｂ）実施例、（Ｃ）比較例である。
【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。
【００２１】
図１は本発明の薄膜付ウェーハの評価方法の工程を示すフロー図である。
本発明の薄膜付ウェーハの評価方法の評価対象は、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、この評価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層（ＢＯＸ層）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、埋め込み酸化膜層の設定膜厚をＴ１［ｎｍ］、ＳＯＩ層の設定膜厚をＴ２［ｎｍ］とする。
本発明の薄膜付ウェーハの評価方法では、評価対象のＳＯＩウェーハのＳＯＩ層、埋め込み酸化膜層のそれぞれの膜厚変動に対して反射率が変動しない単一波長λ１、λ２を選択し、その選択した単一波長の光を用いて埋め込み酸化膜層、ＳＯＩ層それぞれの膜厚分布の算出を行う。この単一波長λ１、λ２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層の膜厚分布を測定するための単一波長λ１の決定方法について説明する。
【００２３】
まず、評価対象の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）。
【００２４】
次に、評価対象の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１［ｎｍ］程度とすることができる。また、Ｔ１、Ｔ２の値も特に限定されないが、説明を分かりやすくするため、ここでは一例としてＴ１を２５［ｎｍ］、Ｔ２を１２［ｎｍ］とした場合について述べる。
【００２５】
図３（Ａ）は、評価対象のＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の設定膜厚Ｔ２が１２［ｎｍ］、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層の設定膜厚Ｔ１が２５［ｎｍ］の場合のプロファイルＰ１と、その評価対象のＳＯＩウェーハよりＳＯＩ層が１［ｎｍ］厚くなった、すなわち、ＳＯＩ層の設定膜厚Ｔ２が１３［ｎｍ］、埋め込み酸化膜層の設定膜厚Ｔ１が２５［ｎｍ］のＳＯＩウェーハからの反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ２１の一例を示す図である。
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Ｐ２１がＰ１から変化している。
【００２６】
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。
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（ここでは６１５［ｎｍ］）を波長λ１と決定する。
【００２７】
次に、第二薄膜、すなわちＳＯＩ層の膜厚分布を測定するための単一波長λ２の決定方法について説明する。
評価対象のＳＯＩウェーハの埋め込み酸化膜層の設定膜厚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Ｄ参照）。
【００２８】
図３（Ｂ）は、評価対象のＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の設定膜厚Ｔ２が１２［ｎｍ］、埋め込み酸化膜層の設定膜厚Ｔ１が２５［ｎｍ］の場合のプロファイルＰ１と、その評価対象のＳＯＩウェーハより埋め込み酸化膜層が１［ｎｍ］厚くなった、すなわち、埋め込み酸化膜層の設定膜厚Ｔ１が２６［ｎｍ］、ＳＯＩ層の設定膜厚Ｔ２が１２［ｎｍ］のＳＯＩウェーハからの反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ２２の一例を示す図である。
【００２９】
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、すなわち反射率差がゼロになるときの波長を波長λ２と決定する（図１のＥ参照）。図３（Ｃ）には、プロファイルＰ３２についても示しており、該図３（Ｃ）から分かるように、この場合の波長λ２は５３０［ｎｍ］である。
尚、λ１とλ２の決定の順番は必ずしも上記の順番である必要はなく、先にλ２を求めてからλ１を決定してもよい。この場合、図１の工程の順番は、Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｂ、Ｃの順番になる。
【００３０】
次いで、評価するＳＯＩウェーハ表面の一部領域に、上記のように予め選択した単一波長λ１、λ２の光をそれぞれ照射し（図１のＦ参照）、その照射した一部領域（照射領域）から反射光を検出してその照射領域を多数に分割したピクセル毎の反射光強度を測定することによって、照射領域内の反射光強度分布を求め（図１のＧ参照）、その反射光強度分布から照射領域内における第一薄膜（埋め込み酸化膜層）及び第二薄膜（ＳＯＩ層）の膜厚分布を算出する（図１のＨ参照）。
【００３１】
選択した単一波長λ１、λ２の光を照射する具体的な方法としては、例えば図２に示すような光学顕微鏡を用いることができる。図２に示すように、波長選択のためのバンドパスフィルター４を取り付けた一般的な光学顕微鏡装置２の光源３からの照射光を、評価する薄膜付ウェーハ１の一部領域に照射することで実施することができる。
【００３２】
即ち、単一波長λ１、λ２の光を照射する光学顕微鏡装置２を用い、評価する薄膜付ウェーハ１の照射領域の顕微鏡反射光像を測定し、得られた画像を解析してピクセル毎の反射光強度を測定することによって、照射領域内の各波長に対する反射光強度分布をそれぞれ求め、これらの反射光強度分布から照射領域内における各薄膜の膜厚分布を算出することができる。
【００３３】
尚、単一波長λ１、λ２の光を別々に照射して、それぞれの反射光を別々に検出することで、各薄膜毎に膜厚分布を算出することができるが、単一波長λ１、λ２の光を同時に照射し、反射光を各波長成分に分離することによって、各薄膜毎に膜厚分布を算出することも可能である。
【００３４】
波長選択にはＯＡフィルター、液晶波長フィルター等を用いることもできる。また、観察視野（照射領域）内の光照射強度が一定になる照射系、及び視野内の感度が一定になる光学検出系を使うことが好ましい。光照射強度が一定とならない照射系においても、参照サンプル面（例えば、シリコン単結晶ウェーハの鏡面研磨面）を基準として、光照射強度を更正することができる。
【００３５】
このように、本発明の薄膜付ウェーハの評価方法は、通常の顕微鏡光学系を用いて可視光で行えるため低コストである。また、空間分解能は、顕微鏡の倍率を変えることで、照射光の波長程度から１００［μｍ］程度まで自由に選ぶことが可能である。
【００３６】
また、ピクセルの一辺のサイズを、上記のように求め、照射する波長λ１又はλ２の１／２以上１００［μｍ］以下とすることが好ましく、このようなピクセルサイズであれば、焦点が結びにくくなる恐れがなく、薄膜付ウェーハの薄膜の膜厚分布をより正確に高い空間分解能で算出することができる。
【００３７】
さらに、上記照射領域を薄膜付ウェーハ面内の複数箇所に設定し、照射領域における反射光強度分布の測定を複数箇所で行うことで、ウェーハ全面の膜厚分布の評価も可能である。ウェーハ全面の評価であっても、測定波長をそれぞれの薄膜に対して一波長に限定しているため（合計では二波長）、計算量が少なく低コストで迅速な評価が可能である。
【００３８】
尚、ＳＯＩウェーハを製造した後に、設定値に近い膜厚が得られているかについて、一旦、従来の膜厚測定方法（分光エリプソ法、反射分光法など）によって大まかに膜厚を確認した後、本発明による詳細な膜厚分布（ミクロな膜厚分布）の測定を行うこともできる。
【００３９】
また、本発明の薄膜付ウェーハの評価方法で光を照射する領域を、顕微鏡の倍率や視野範囲を調整するなどして、デバイス製造工程のリソグラフィー露光サイトに一致させることもできる。これにより、デバイス製造工程で有効に活用しうる薄膜の膜厚分布を算出することができる。デバイス製造工程のリソグラフィー露光時にステッパーで使用されるサイトは、例えば、２６×８［ｍｍ］程度のサイズであるため、顕微鏡の倍率や視野範囲を調整することによってリソグラフィー露光サイトに一致させることができる。
【００４０】
尚、本明細書において第一薄膜や第二薄膜等の薄膜とは、基板上に形成された膜であって、その膜を透過した照射光が下地（基板表面又は他の膜）との界面で反射し、その反射光を薄膜の表面側から検出することのできる膜厚を有する膜のことを言う。
【００４１】
以上に本発明の薄膜付ウェーハの評価方法について説明したが、前述したように、Ｔ１、Ｔ２、ｔの値は上記値に限定されるものではない。そこで以下には、波長λ１及びλ２の決定にあたり、設定膜厚Ｔ１、Ｔ２が他の値の場合（（１）ＳＯＩ層＝１０．５［ｎｍ］、ＢＯＸ層＝２０［ｎｍ］、（２）ＳＯＩ層＝１０［ｎｍ］、ＢＯＸ層＝１５［ｎｍ］の場合）について以下に示す。
【００４２】
［ＳＯＩ層＝１０．５［ｎｍ］、ＢＯＸ層＝２０［ｎｍ］の場合］
評価対象の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４（Ａ）、（Ｂ）参照）。
ＳＯＩ層の設定膜厚１０．５［ｎｍ］より１［ｎｍ］だけ厚い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４（Ａ）参照）。
ＢＯＸ層の設定膜厚２０［ｎｍ］より１［ｎｍ］だけ厚いＢＯＸ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４（Ｂ）参照）。
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）、及び、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Ｐ３１、Ｐ３２がゼロとなるときの波長５４２［ｎｍ］、４７６［ｎｍ］をそれぞれλ１及びλ２と決定する（図４（Ｃ）参照）。
【００４３】
［ＳＯＩ層＝１０［ｎｍ］、ＢＯＸ層＝１５［ｎｍ］の場合］
評価対象の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５（Ａ）、（Ｂ）参照）。
ＳＯＩ層の設定膜厚１０［ｎｍ］より１［ｎｍ］だけ厚い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５（Ａ）参照）。
ＢＯＸ層の設定膜厚１５［ｎｍ］より１［ｎｍ］だけ厚いＢＯＸ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５（Ｂ）参照）。
算出された両方のプロファイルＰ１、Ｐ２１の差のプロファイルＰ３１（＝Ｐ２１−Ｐ１）、及び、算出され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Ｐ３１、Ｐ３２がゼロとなるときの波長５０２［ｎｍ］、４３７［ｎｍ］をそれぞれλ１、λ２と決定する（図５（Ｃ）参照）。
【００４４】
そして上記のようにλ１、λ２を求めた後は、図１のＦ〜Ｈと同様の工程を行い、ＢＯＸ層及びＳＯＩ層の膜厚分布を求めることができる。
尚、λ１、λ２を求めるにあたり、ｔ［ｎｍ］だけ厚くする場合について説明してきたが、逆に、ｔ［ｎｍ］だけ薄くしてシミュレーションをすることにより求めることもできる。
【実施例】
【００４５】
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。
【００４６】
（実施例）
まず、評価対象としてＳＯＩ層膜厚が１２［ｎｍ］、ＢＯＸ層膜厚が２５［ｎｍ］のＳＯＩウェーハ（直径３００［ｍｍ］）を用意し、このＳＯＩウェーハを本発明の評価方法によって評価を行った。図１に示した工程のフローに従い、設定膜厚がＳＯＩ層＝１２［ｎｍ］、ＢＯＸ層＝２５［ｎｍ］のＳＯＩウェーハのプロファイルＰ１をシミュレーションにより算出した。次いで同じくシミュレーションにより、このＳＯＩウェーハのＳＯＩ層が１［ｎｍ］厚くなった場合のプロファイルＰ２１を算出した。そしてＰ１とＰ２１から、差のプロファイルＰ３１（＝Ｐ２１−Ｐ１）を算出し、Ｐ３１がゼロになる波長λ１を取得した。ここでは、λ１は６１５［ｎｍ］であった。
【００４７】
さらに、上記のＳＯＩウェーハのＢＯＸ層が１［ｎｍ］厚くなった場合のプロファイルＰ２２をシミュレーションにより算出した。Ｐ１とＰ２２から、差のプロファイルＰ３２（＝Ｐ２２−Ｐ１）を算出し、Ｐ３２がゼロになる波長λ２を取得した。ここでは、λ２は５３０［ｎｍ］であった。すなわち、図３に示すグラフと同様の結果（λ１、λ２）を得た。
【００４８】
これらの結果に基づき、５３０［ｎｍ］の波長λ２の光を使って、ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の外周領域約９［ｍｍ］を、ピクセルサイズ２．５６［μｍ］にてウェーハの中心側から外周側に向けて反射光強度測定を行った。図６は照射領域を含むＳＯＩ層表面外周部の顕微鏡像を示したものである。図６の白線で囲まれた長方形領域が反射光強度を測定した領域であり、その測定領域内の白い波線は反射光強度の測定結果を示している。
【００４９】
図７（Ａ）は、図６の白い波線を表したものであり、図６の各ピクセルの反射光強度分布（ＳＯＩ層の膜厚分布に相当）を示している。縦軸は反射光強度、横軸は測定領域内の位置を示している。表１に、その反射光強度分布から求めた測定領域のＳＯＩ層膜厚分布を示す。ここでは膜厚分布の指標として、測定領域内における多数点のＳＯＩ膜厚から算出したＲＭＳ値、Ｐ−Ｖ値を用いた。
【００５０】
同様に、６１５［ｎｍ］の波長λ１の光を使って、上記と同一領域における各ピクセルの反射光強度分布（ＢＯＸ層の膜厚分布に相当）を測定した。その結果を図７（Ｂ）に示した。そして、その反射光強度分布から求めた測定領域のＢＯＸ層膜厚分布（ＲＭＳ値、Ｐ−Ｖ値）を表１に記載した。尚、このＳＯＩウェーハのＳＯＩ層膜厚分布を反射分光法（ＡＤＥ社製Ａｃｕｍａｐ）により、１［ｍｍ］間隔で全面測定を行った場合のＲＭＳ値、Ｐ−Ｖ値はそれぞれ０．２０［ｎｍ］、１．００［ｎｍ］であった。
【００５１】
【表１】
2016114506.tif 000003
【００５２】
（比較例）
特許文献３の記載に基づいて、照射光として、反射率が０．２以上、かつ、反射率変動率（ＳＯＩ層の膜厚の設定値Ｌ［ｎｍ］とそれより１［ｎｍ］だけ厚くなった場合の反射率の差ΔＲを、膜厚の設定値Ｌ［ｎｍ］の時の反射率Ｒで割った値（ΔＲ／Ｒ））が０．０２［／ｎｍ］以上となる波長である４７０［ｎｍ］を選択し、実施例と同一のＳＯＩウェーハを用い、同一領域における各ピクセルの反射光強度分布（ＳＯＩ層の膜厚分布に相当）を測定した。その結果を図７（Ｃ）に示した。そして、その反射光強度分布から求めた測定領域のＳＯＩ層膜厚分布（ＲＭＳ値、Ｐ−Ｖ値）を表１の最下欄に記載した。
【００５３】
比較例では、ＳＯＩ層膜厚変動に対して反射率変動の大きい波長４７０［ｎｍ］の照射光を採用したが、これでは、ＢＯＸ層の膜厚バラツキの影響を含んで測定されてしまうため、ＳＯＩ層膜厚分布のバラツキを実際より大きく評価してしまい、ＳＯＩ層膜厚分布のＲＭＳ値、Ｐ−Ｖ値は、それぞれ、０．３１［ｎｍ］、２．２０［ｎｍ］と大きくなったと考えられる。
【００５４】
一方、実施例ではＳＯＩ層膜厚分布測定に５３０［ｎｍ］の照射光を用いることで、ＳＯＩ層膜厚分布のＲＭＳ値、Ｐ−Ｖ値は、それぞれ、０．２３［ｎｍ］、１．４３［ｎｍ］と比較例に比べ小さい値が得られた。これは、ＢＯＸ層の膜厚バラツキの影響を受けることなくＳＯＩ層膜厚分布が算出された結果、精度良くＳＯＩ層膜厚分布が評価されたことを示している。
【００５５】
また、実施例のＢＯＸ層膜厚分布評価では、波長６１５［ｎｍ］の照射光を用いることで、ＳＯＩ層の膜厚バラツキの影響を受けることなくＢＯＸ層膜厚分布を求めることができ、ＲＭＳ値、Ｐ−Ｖ値は、それぞれ、０．１９［ｎｍ］、１．８４［ｎｍ］の値が得られた。
【００５６】
このように、本発明を実施した実施例では、波長６１５［ｎｍ］の照射光を用いることで、ＳＯＩ層の膜厚バラツキの影響を受けることがないので、精度良くＢＯＸ層膜厚分布が得られる。しかも、波長５３０［ｎｍ］の照射光を用いることで、ＢＯＸ層の膜厚バラツキの影響を受けることがないので、精度良くＳＯＩ層の膜厚分布を得られる。これに対して、比較例のＳＯＩ層の膜厚バラツキの測定では、ＢＯＸ層膜厚バラツキを含んだ分だけ、実施例に比べて、ＲＭＳ値及びＰ−Ｖ値を誤って大きく測定してしまう。
一方、実施例におけるＳＯＩ層のＲＭＳ値とＰ−Ｖ値は、反射分光法で測定した値（ＲＭＳ：０．２０［ｎｍ］、Ｐ−Ｖ：１．００［ｎｍ］）より若干大きくなっているが、これは、反射分光法による測定の空間分解能（１［ｍｍ］）に比べて、実施例では空間分解能を高めて測定を行った効果を表していると解釈することができる。
【００５７】
なお、前述の実施例では照射領域が一つの例を示したが、さらに本発明の評価方法により、照射領域を薄膜付ウェーハの面内の複数箇所に設定することにより、全面における膜厚分布も精度良く迅速に評価することができた。
【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…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】
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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７】
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【図６】
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