(57)【要約】【課題】基板上に第一薄膜及び第二薄膜を有する薄膜付ウェーハにおいて、第一薄膜及び／又は第二薄膜の膜厚分布を、絶対値で表された膜厚分布として、高い空間分解能で、かつ、互いの分布の影響を受けず精度よく測定することができる方法を提供する。【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の差がゼロとなる波長λ１を求める。薄膜付ウェーハに、波長λ１の光を照射し、反射光強度を測定することによって、第一薄膜の相対値で表された膜厚分布を算出する。第一薄膜の絶対値を測定可能な膜厚測定装置を用いて測定した膜厚の絶対値と、前記第一薄膜の相対値で表された膜厚分布から、第一薄膜の絶対値で表された膜厚分布を算出する。【選択図】図１
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【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少なくともいずれか一方の膜厚分布を測定する薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法であって、
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を有し、
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サブステップと、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を求めるサブステップとにより、前記波長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サブステップと、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を求めるサブステップとにより、前記波長λ２を求める工程と、
のうち、少なくともいずれか一方の工程を有し、
前記測定対象の薄膜付ウェーハ表面の一部領域である照射領域に対して、単一波長である前記波長λ１及び波長λ２の少なくともいずれか一方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の少なくともいずれか一方に対して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の少なくともいずれか一方に対する反射光強度分布を求める工程と、
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相対値で表された膜厚分布を算出することと、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相対値で表された膜厚分布を算出することの少なくともいずれか一方を行う工程と、
前記第一薄膜及び前記第二薄膜の膜厚の少なくともいずれか一方の絶対値を測定可能な膜厚測定装置を用いて、前記照射領域内の前記第一薄膜及び前記第二薄膜の少なくともいずれか一方の膜厚の絶対値を測定する工程と、
該測定された膜厚の絶対値と、前記第一薄膜の相対値で表された膜厚分布及び前記第二薄膜の相対値で表された膜厚分布の少なくともいずれか一方に基づいて、前記照射領域内の前記第一薄膜の絶対値で表された膜厚分布及び前記照射領域内の前記第二薄膜の絶対値で表された膜厚分布の少なくともいずれか一方を算出する工程と、
を有することを特徴とする薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法。
【請求項２】
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膜厚分布の測定方法。
【請求項３】
前記波長λ１及び波長λ２の少なくともいずれか一方は、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膜厚分布の測定方法。
【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膜厚分布の測定方法。
【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膜厚分布の測定方法。
【請求項６】
前記第一薄膜及び第二薄膜の少なくともいずれか一方の前記相対値で表された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、全面における絶対値で表された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膜厚分布の測定方法。
【請求項７】
前記膜厚測定装置が、分光エリプソ法又は反射分光法を使用した装置であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法。
【請求項８】
前記波長λ１及び前記波長λ２のうち、前記波長λ１のみを求めることによって、前記第一薄膜の絶対値で表された膜厚分布のみを算出することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法。
【請求項９】
前記波長λ１及び前記波長λ２のうち、前記波長λ２のみを求めることによって、前記第二薄膜の絶対値で表された膜厚分布のみを算出することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に薄膜を有する薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの作製のために、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハが広く用いられている。ＳＯＩウェーハの一般的な構造は、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層が形成されたものである。このように、ＳＯＩウェーハは、薄膜（ＢＯＸ層、ＳＯＩ層）が付いた薄膜付ウェーハである。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（分光エリプソメトリー）、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薄膜の膜厚分布の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膜厚分布の測定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。
【０００７】
特許文献４の方法では、反射率、又はエリプソ法で測定したデータのキャリブレーションカーブからＳＯＩ膜厚を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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】特開２０１１−２４９６２１号公報
【特許文献４】国際公開第ＷＯ２０１４／０７２１０９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
また、ＳＯＩウェーハのような薄膜付きウェーハにおける薄膜の膜厚分布を、高い空間分解能で精度よく算出する際に、相対値だけでなく、絶対値で表された膜厚分布として算出する方法が求められていた。
【００１２】
特許文献４の方法では、上記のように反射率又はエリプソ法で測定したデータのキャリブレーションカーブからＳＯＩ膜厚を求めているが、反射率を測定する際の光学系による影響を受ける。また、ＳＯＩ層とＢＯＸ層の膜厚組み合わせごとに、反射率又はエリプソ法で測定したＳＯＩ層膜厚値のキャリブレーションカーブを作成する必要があり、煩雑であった。
【００１３】
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、第一薄膜及び第二薄膜の少なくともいずれか一方の膜厚分布を、絶対値で表された膜厚分布として、高い空間分解能で、かつ、互いの膜厚分布の影響を受けず精度よく測定することができる薄膜付ウェーハの膜厚分布の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】
【００１４】
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少なくともいずれか一方の膜厚分布を測定する薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法であって、
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を有し、
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サブステップと、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を求めるサブステップとにより、前記波長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サブステップと、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を求めるサブステップとにより、前記波長λ２を求める工程と、
のうち、少なくともいずれか一方の工程を有し、
前記測定対象の薄膜付ウェーハ表面の一部領域である照射領域に対して、単一波長である前記波長λ１及び波長λ２の少なくともいずれか一方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の少なくともいずれか一方に対して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の少なくともいずれか一方に対する反射光強度分布を求める工程と、
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相対値で表された膜厚分布を算出することと、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相対値で表された膜厚分布を算出することの少なくともいずれか一方を行う工程と、
前記第一薄膜及び前記第二薄膜の膜厚の少なくともいずれか一方の絶対値を測定可能な膜厚測定装置を用いて、前記照射領域内の前記第一薄膜及び前記第二薄膜の少なくともいずれか一方の膜厚の絶対値を測定する工程と、
該測定された膜厚の絶対値と、前記第一薄膜の相対値で表された膜厚分布及び前記第二薄膜の相対値で表された膜厚分布の少なくともいずれか一方に基づいて、前記照射領域内の前記第一薄膜の絶対値で表された膜厚分布及び前記照射領域内の前記第二薄膜の絶対値で表された膜厚分布の少なくともいずれか一方を算出する工程と、
を有することを特徴とする薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法を提供する。
【００１５】
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相対値で表された膜厚分布を、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相対値で表された膜厚分布を、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。そのため、これらの相対値で表された膜厚分布と、膜厚測定装置によって測定された膜厚の絶対値とに基づくことにより、第一薄膜及び第二薄膜の少なくともいずれか一方の膜厚分布を、絶対値で表された膜厚分布として、高い空間分解能で、かつ、互いの膜厚分布の影響を受けず精度よく測定することができる。本発明では、第一薄膜の絶対値で表された膜厚分布及び第二薄膜の絶対値で表された膜厚分布のうち、少なくともいずれか一方を測定することができる。また照射する光の波長を、各々単一波長であるλ１及びλ２の少なくともいずれか一方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測定が可能である。
【００１６】
このとき、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。
【００１７】
このように測定対象の薄膜付ウェーハがＳＯＩウェーハである場合、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。
【００１８】
また、前記波長λ１及び波長λ２の少なくともいずれか一方は、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。
【００１９】
本発明の薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法は、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。
【００２０】
また、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。
【００２１】
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相対的な膜厚分布を算出することができ、その結果、絶対値で表された膜厚分布も高い空間分解能で算出することができる。
【００２２】
また、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。
【００２３】
このように、本発明の薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定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絶対値で表された膜厚分布を算出することができる。
【００２４】
また、前記第一薄膜及び第二薄膜の少なくともいずれか一方の前記相対値で表された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、全面における絶対値で表された膜厚分布を求めることが好ましい。
【００２５】
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。
【００２６】
また、前記膜厚測定装置が、分光エリプソ法又は反射分光法を使用した装置であることが好ましい。
【００２７】
このように、分光エリプソ法又は反射分光法を使用した装置であれば、簡便かつ高精度で薄膜の膜厚の絶対値を測定可能である。
【００２８】
また、本発明の薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法では、前記波長λ１及び前記波長λ２のうち、前記波長λ１のみを求めることによって、前記第一薄膜の絶対値で表された膜厚分布のみを算出することができる。また、前記波長λ１及び前記波長λ２のうち、前記波長λ２のみを求めることによって、前記第二薄膜の絶対値で表された膜厚分布のみを算出することもできる。
【００２９】
このように、本発明の薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法では、目的に応じて、第一薄膜及び第二薄膜のいずれか一方のみの絶対値で表された膜厚分布を測定することができる。この場合、相対値で表された膜厚分布の測定は、λ１とλ２のいずれか一方のみで行うことができるので、より迅速かつ低コストの測定方法とすることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、第一薄膜及び第二薄膜の少なくともいずれか一方の膜厚分布を、絶対値で表された膜厚分布として、高い空間分解能で、かつ、互いの膜厚分布の影響を受けず精度よく測定することができる。本発明では、第一薄膜の絶対値で表された膜厚分布及び第二薄膜の絶対値で表された膜厚分布のうち、少なくともいずれか一方を測定することができる。また、照射する光の波長を、各々単一波長であるλ１及びλ２の少なくともいずれか一方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測定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定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膜厚分布の測定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】（Ａ）は、ＳＯＩ層表面外周部の顕微鏡像（上図）と、その反射光強度分布を示す図（下図）である。（Ｂ）は、（Ａ）の一部分における反射光強度分布を示すグラフである。（Ｃ）は、（Ａ）の一部分におけるＳＯＩ層の絶対値で表された膜厚分布を示すグラフである。
【図７】（Ａ）は、ＳＯＩ層表面外周部の顕微鏡像（上図）と、その反射光強度分布を示す図（下図）である。（Ｂ）は、（Ａ）の一部分における反射光強度分布を示すグラフである。（Ｃ）は、（Ａ）の一部分におけるＢＯＸ層の絶対値で表された膜厚分布を示すグラフである。
【図８】シミュレーションにより求めた、ＳＯＩ膜厚と反射率（Ｒ）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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。
【００３３】
図１は本発明の薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法の工程を示すフロー図である。
【００３４】
本発明の薄膜付ウェーハの膜厚分布の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第一薄膜として埋め込み酸化膜層（ＢＯＸ層）が形成され、その上に第二薄膜として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。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。
【００３５】
本発明では、第一薄膜の膜厚分布及び第二薄膜の膜厚分布のうち、いずれか一方を測定することができるが、両者を測定することもできる。以下では、主に第一薄膜及び第二薄膜の両方の膜厚分布の測定を行う場合について説明する。
【００３６】
本発明の薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法では、測定対象の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及び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。
【００３７】
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。
【００３８】
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）。
【００３９】
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。
【００４０】
図３（Ａ）は、測定対象の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、その測定対象の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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。このように、図１のＢ及びＣのそれぞれは、波長λ１を求める工程のサブステップである。
【００４３】
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。
【００４４】
測定対象の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）。
【００４５】
図３（Ｂ）は、測定対象の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、その測定対象の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。
【００４６】
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。このように、図１のＤ及びＥのそれぞれは、波長λ２を求める工程のサブステップである。
【００４７】
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。また、本発明において、第一薄膜の絶対値で表された膜厚分布のみを算出することを目的とする場合は、波長λ１及び波長λ２のうち、波長λ１のみを求めることとしてもよい。この場合、図１のＤ及びＥ（波長λ２を求める工程）は行われない。また、第二薄膜の絶対値で表された膜厚分布のみを算出することを目的とする場合は、波長λ１及び波長λ２のうち、波長λ２のみを求めることとしてもよい。この場合、図１のＢ及びＣ（波長λ１を求める工程）は行われない。
【００４８】
次いで、膜厚分布を測定する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する（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率を測定する（図１のＧ参照）。
【００４９】
一方、ピクセル毎の反射率を求めた照射領域を含む領域について、膜厚の絶対値が測定可能な装置（外部装置）により、第一薄膜及び第二薄膜の膜厚の絶対値を測定する（図１のＨ参照）。この膜厚の絶対値が測定可能な装置（外部装置）としては、分光エリプソ法又は反射分光法を使用した装置を好適に用いることができる。分光エリプソ法又は反射分光法を使用した装置であれば、簡便かつ精度高く薄膜の膜厚の絶対値を測定可能である。
【００５０】
さらに、その絶対値に基づいて下記の算出法を用いて、第一薄膜及び第二薄膜の膜厚の絶対値の膜厚分布を算出する（図１のＩ参照）。
【００５１】
＜ピクセル毎の膜厚絶対値の算出法＞
前述の方法により求められた波長λ２は、ＢＯＸ層の膜厚が変動してもＳＯＩウェーハの反射率が変動しない波長を意味している。そこで、波長λ２を用い、ＢＯＸ層の膜厚を２５ｎｍに固定し、設計膜厚である１２ｎｍ付近のＳＯＩ膜厚と反射率（Ｒ）との関係をシミュレーションにより求めると、図８が得られる。
【００５２】
図８において、ＳＯＩ層の膜厚の変動（ΔＳＯＩ）に伴う反射率変化をΔＲとし、ΔＲを反射率Ｒで規格化したΔＲ／Ｒを反射率変動率とし、ＳＯＩ膜厚に対する反射率変動率の傾きをＣとすると、傾きＣ＝ΔＳＯＩ／（ΔＲ／Ｒ）となる。
【００５３】
また、全ピクセルの平均反射率をＲｍ、各ピクセル毎の反射率とＲｍとの差をΔＲｍ、外部装置により測定されたＳＯＩ膜厚をＴ０とすると、求める各ピクセル毎のＳＯＩ膜厚の絶対値Ｔｐは、下記の式（１）で求めることができる。
Ｔｐ＝Ｔ０＋（ΔＲｍ／Ｒｍ）×Ｃ・・・式（１）
【００５４】
同様に、波長λ１を用いることによって、各ピクセル毎のＢＯＸ膜厚の絶対値を求めることができる。
【００５５】
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、膜厚分布を測定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。
【００５６】
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、膜厚分布を測定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（あるいは反射率）をそれぞれ求め、これらの反射光強度（あるいは反射率）と、膜厚の絶対値が測定可能な装置（外部装置）により測定された第一薄膜及び第二薄膜の膜厚の絶対値を用いて照射領域内における各薄膜の絶対値の膜厚分布を算出することができる。
【００５７】
本発明では、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することと、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の少なくともいずれか一方と、外部の装置からの膜厚データを取り込んで前記各反射光強度分布とを組み合わせることで、第一薄膜及び／又は第二薄膜の絶対値で表された膜厚分布を、ミクロな空間分解能で精度よく算出することができる。また、第一薄膜と第二薄膜の膜厚の組み合わせ毎にリファレンス用ウェーハを用いて、キャリブレーションカーブを作成する必要もない。また照射する光の波長を、各々単一波長であるλ１及びλ２の少なくともいずれか一方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測定が可能である。
【００５８】
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。
【００５９】
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、光照射強度を校正することができる。
【００６０】
このように、本発明の薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法は、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。
【００６１】
また、ピクセルの一辺のサイズを、上記のように求めて照射する波長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、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。
【００６２】
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測定も可能である。ウェーハ全面の測定であっても、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（第一薄膜と第二薄膜の両方の膜厚分布を測定する場合であっても、合計で二波長）、計算量が少なく低コストで迅速な測定が可能である。
【００６３】
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。
【００６４】
また、本発明の薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定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。
【００６５】
尚、本明細書において第一薄膜や第二薄膜等の薄膜は、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である。
【００６６】
以上に本発明の薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定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。
【００６７】
［ＳＯＩ層＝１０．５［ｎｍ］、ＢＯＸ層＝２０［ｎｍ］の場合］
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）。
【００６８】
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）。
【００６９】
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）。
【００７０】
［ＳＯＩ層＝１０［ｎｍ］、ＢＯＸ層＝１５［ｎｍ］の場合］
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５（Ａ）、（Ｂ）参照）。
【００７１】
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）。
【００７２】
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）。
【００７３】
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）。
【００７４】
そして上記のようにλ１、λ２を求めた後は、図１のＦ〜Ｉ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。
【００７５】
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】
【００７６】
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。
【００７７】
（実施例）
測定対象として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測定方法によって膜厚分布測定を行った。この際、ＳＯＩ層とＢＯＸ層の膜厚の絶対値の膜厚測定を行う装置として、ＡＤＥ社製Ａｃｕｍａｐ（測定ビーム径：約３００μｍ）を使用した。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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３ｍｍを、ピクセルサイズ２．５６［μｍ］にてウェーハ中心方向からウェーハ外周方向に向けてテラス部（ＳＯＩ層のない最外周部）にわたるまで、反射光強度測定を行った。
図６（Ａ）の上図は、反射光強度測定を行ったＳＯＩ層の外周領域の顕微鏡像を示したものである。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、その測定領域内の微小な凹凸を示す波線は反射光強度の測定結果を示している。その波線の縦軸目盛を拡大して表記したグラフが図６（Ａ）の下図である。
【００８１】
図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の下図の点線で囲まれた領域（約３００μｍ）の横軸を拡大して表記したものであり、約３００μｍ幅の直線領域における各ピクセルの反射光強度分布（すなわち、約３００μｍ幅の直線領域におけるＳＯＩ層の相対的な膜厚分布に相当）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。
【００８２】
次に、ＳＯＩ層とＢＯＸ層の膜厚の絶対値の膜厚測定を行う装置（ここでは、ＡＤＥ社製Ａｃｕｍａｐ）の測定ビーム径に合わせて、この直線領域を直径とする円形領域（直径約３００μｍ）の各ピクセル毎の反射光強度を求めた（平均反射光強度Ｒｍ＝３２４０．１２）。
【００８３】
同様に、６１５［ｎｍ］の波長λ１の光を使って、上記と同一領域（直径約３００μｍの円形領域）における各ピクセルの反射光強度を測定した（平均反射光強度Ｒｍ＝３０３６．２３）。尚、図７（Ｂ）は、図６（Ｂ）と同様に、直径約３００μｍの円形領域のうちの約３００μｍ幅の直線領域における各ピクセルの反射光強度分布（すなわち、約３００μｍ幅の直線領域におけるＢＯＸ層の相対的な膜厚分布に相当）を示している。
【００８４】
一方、ＡＤＥ社製Ａｃｕｍａｐにより、上記の反射光強度を測定した領域（直径約３００μｍの円形領域）とほぼ一致する領域のＳＯＩ層とＢＯＸ層の膜厚の絶対値を測定したところ、それぞれ、１２．３３ｎｍ、２４．９５ｎｍであった。これらの絶対値と、上記円形領域の各ピクセルの反射光強度を用い、前述の式（１）を用いた算出法により、その領域のＳＯＩ層とＢＯＸ層の膜厚の絶対値の膜厚分布を算出した。
【００８５】
図６（Ｃ）は、図６（Ａ）の一部分におけるＳＯＩ層の膜厚分布を示すグラフであり、図６（Ｂ）の結果と、測定領域に含まれるＳＯＩ層の膜厚の平均値である１２．３３ｎｍとから算出されたものである。図６（Ｃ）からわかるように、ＳＯＩ層の膜厚分布が絶対値で求められた。
【００８６】
図７（Ｃ）は、図７（Ａ）の一部分におけるＢＯＸ層の膜厚分布を示すグラフであり、図７（Ｂ）の結果と、測定領域に含まれるＢＯＸ層の膜厚の平均値である２４．９５ｎｍとから算出されたものである。図７（Ｃ）からわかるように、ＢＯＸ層の膜厚分布が絶対値で求められた。
【００８７】
また、測定領域中のＳＯＩ層及びＢＯＸ層の膜厚の平均値、最大値、最小値、Ｐ−Ｖ値（すなわち、最大値と最小値の差）、標準偏差を以下の表１に示した。
【００８８】
【表１】
2017125782.tif 000003
【００８９】
以上のように、従来の膜厚測定方法（ＡＤＥ社製Ａｃｕｍａｐ）では、直径約３００μｍの測定ビーム径のスポット１点の平均値としてのみ測定可能であったＳＯＩ層及びＢＯＸ層の膜厚の絶対値が、本発明の方法を用いることにより、μｍオーダーの高い空間分解能で、精度よく膜厚分布の測定が可能となることがわかった。
【００９０】
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】
【００９１】
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】
2017125782.tif 000004
【図２】
2017125782.tif 000005
【図３】
2017125782.tif 000006
【図４】
2017125782.tif 000007
【図５】
2017125782.tif 000008
【図６】
2017125782.tif 000009
【図７】
2017125782.tif 000010
【図８】
2017125782.tif 000011