JP2000292128A - 半導体薄膜の膜厚測定装置および膜厚測定方法ならびに半導体ウェハおよびその製造方法 - Google Patents
半導体薄膜の膜厚測定装置および膜厚測定方法ならびに半導体ウェハおよびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 フーリエ変換赤外分光法による半導体薄膜の
膜厚測定に際し、空間干渉強度波形の原点におけるピー
クをなくすとともに各界面ピーク強度を高める。 【解決手段】 半導体薄膜を有するウェハに照射された
光の反射光を測定することによって得られた空間干渉強
度波形をフーリエ変換して反射スペクトルを得、この反
射スペクトルにおいて認識される最も低い周波数成分の
中心線が反射率のゼロ点となるようにゼロ点補正を行な
う。
膜厚測定に際し、空間干渉強度波形の原点におけるピー
クをなくすとともに各界面ピーク強度を高める。 【解決手段】 半導体薄膜を有するウェハに照射された
光の反射光を測定することによって得られた空間干渉強
度波形をフーリエ変換して反射スペクトルを得、この反
射スペクトルにおいて認識される最も低い周波数成分の
中心線が反射率のゼロ点となるようにゼロ点補正を行な
う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、エピタキシャル
層等の半導体薄膜の膜厚測定装置および膜厚測定方法な
らびに該膜厚測定方法によって半導体薄膜の膜厚が測定
された半導体ウェハおよびその製造方法に関する。
層等の半導体薄膜の膜厚測定装置および膜厚測定方法な
らびに該膜厚測定方法によって半導体薄膜の膜厚が測定
された半導体ウェハおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、半導体基板上にエピタキシャ
ル層を形成したいわゆるエピタキシャルウェハにおいて
エピタキシャル層の厚みを非破壊で測定する方法として
フーリエ赤外分光法（ＦＴＩＲ法）は知られている。こ
のフーリエ赤外分光法については、たとえば特開平４−
１２０４０４号公報に開示されている。フーリエ赤外分
光法では、エピタキシャルウェハ等の試料に赤外光を照
射し、その反射光の干渉波形を解析することによりエピ
タキシャル層の厚みを測定する。
ル層を形成したいわゆるエピタキシャルウェハにおいて
エピタキシャル層の厚みを非破壊で測定する方法として
フーリエ赤外分光法（ＦＴＩＲ法）は知られている。こ
のフーリエ赤外分光法については、たとえば特開平４−
１２０４０４号公報に開示されている。フーリエ赤外分
光法では、エピタキシャルウェハ等の試料に赤外光を照
射し、その反射光の干渉波形を解析することによりエピ
タキシャル層の厚みを測定する。
【０００３】具体的には、反射光から得られる膜干渉ス
ペクトルをフーリエ変換して反射スペクトルを得、それ
をフィルタリング処理した後逆フーリエ変換を行なって
ノイズの除去された空間干渉強度波形を得る。そして、
この空間干渉強度波形におけるバーストピークを検出す
ることにより、エピタキシャル層の厚みを測定すること
ができる。
ペクトルをフーリエ変換して反射スペクトルを得、それ
をフィルタリング処理した後逆フーリエ変換を行なって
ノイズの除去された空間干渉強度波形を得る。そして、
この空間干渉強度波形におけるバーストピークを検出す
ることにより、エピタキシャル層の厚みを測定すること
ができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の手法には次に説明するような問題があった。その
問題について図７および図８を用いて説明する。
従来の手法には次に説明するような問題があった。その
問題について図７および図８を用いて説明する。
【０００５】図７および図８は、従来の手法によりエピ
タキシャル層の厚みを測定する際に得られた反射スペク
トルおよび空間干渉強度波形である。なお、試料として
は、半導体基板上に４層のエピタキシャル層を形成した
ものを使用した。
タキシャル層の厚みを測定する際に得られた反射スペク
トルおよび空間干渉強度波形である。なお、試料として
は、半導体基板上に４層のエピタキシャル層を形成した
ものを使用した。
【０００６】図８に示すように、空間干渉強度波形の原
点において強いピークが現れているのがわかる。このピ
ークは、空間干渉強度波形の原点に位置することからエ
ピタキシャル層の最表面に相当する部分を示すものであ
り、エピタキシャル層間の界面あるいはエピタキシャル
層と基板の界面を示すピークではない。なお、図８にお
いて、Ｐ０４−０３はエピタキシャルウェハ最表面の反
射波と、第４層／第３層界面での反射波との干渉ピーク
を示し、Ｐ０４−０２はエピタキシャルウェハ最表面の
反射波と、第３層／第２層界面での反射波との干渉ピー
クを示し、、Ｐ０４−０１はエピタキシャルウェハ最表
面の反射波と、第２層／第１層界面での反射波との干渉
ピークを示し、Ｐ０４−００はエピタキシャルウェハ最
表面の反射波と、第１層／基板界面での反射波との干渉
ピークを示している。
点において強いピークが現れているのがわかる。このピ
ークは、空間干渉強度波形の原点に位置することからエ
ピタキシャル層の最表面に相当する部分を示すものであ
り、エピタキシャル層間の界面あるいはエピタキシャル
層と基板の界面を示すピークではない。なお、図８にお
いて、Ｐ０４−０３はエピタキシャルウェハ最表面の反
射波と、第４層／第３層界面での反射波との干渉ピーク
を示し、Ｐ０４−０２はエピタキシャルウェハ最表面の
反射波と、第３層／第２層界面での反射波との干渉ピー
クを示し、、Ｐ０４−０１はエピタキシャルウェハ最表
面の反射波と、第２層／第１層界面での反射波との干渉
ピークを示し、Ｐ０４−００はエピタキシャルウェハ最
表面の反射波と、第１層／基板界面での反射波との干渉
ピークを示している。
【０００７】上記のようなピークが存在することによ
り、最表層である４層目のエピタキシャル層と３層目の
エピタキシャル層との界面反射とエピタキシャル層表面
反射との干渉を示すピーク（Ｐ０４−０３）の判定が困
難となることが懸念される。特に、４層目のエピタキシ
ャル層の厚みが小さい場合にはその可能性が高くなる。
この傾向は、自動測定を行なう場合により顕著となるも
のと考えられる。
り、最表層である４層目のエピタキシャル層と３層目の
エピタキシャル層との界面反射とエピタキシャル層表面
反射との干渉を示すピーク（Ｐ０４−０３）の判定が困
難となることが懸念される。特に、４層目のエピタキシ
ャル層の厚みが小さい場合にはその可能性が高くなる。
この傾向は、自動測定を行なう場合により顕著となるも
のと考えられる。
【０００８】また、図８に示すように、従来の手法では
全体的に界面のピークが弱く、特に１層目のエピタキシ
ャル層と基板間の界面の反射とエピタキシャル層表面反
射との干渉を示すピーク（Ｐ０４−００）が弱くなって
いる。このこともピーク判定が困難となる一因となり得
る。
全体的に界面のピークが弱く、特に１層目のエピタキシ
ャル層と基板間の界面の反射とエピタキシャル層表面反
射との干渉を示すピーク（Ｐ０４−００）が弱くなって
いる。このこともピーク判定が困難となる一因となり得
る。
【０００９】本発明は上記のような課題を解決するため
になされたものである。この発明の１つの目的は、エピ
タキシャル層等の半導体薄膜の界面を示すピークの判別
を簡易化することにある。
になされたものである。この発明の１つの目的は、エピ
タキシャル層等の半導体薄膜の界面を示すピークの判別
を簡易化することにある。
【００１０】この発明の他の目的は、半導体薄膜の厚み
のばらつきの小さい半導体ウェハを提供することにあ
る。
のばらつきの小さい半導体ウェハを提供することにあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体薄膜
の膜厚測定装置は、光学系と、フーリエ変換手段と、ゼ
ロ点補正手段と、逆フーリエ変換手段とを備える。光学
系は、半導体薄膜に赤外光等の所定の波長の光を照射
し、反射光を検出するためのものである。フーリエ変換
手段は、光学系により検出されたデータをフーリエ変換
して反射スペクトルを得るためのものである。ゼロ点補
正手段は、反射スペクトルにおける最も低い周波数成分
の波と交わりかつ横軸と平行な直線上に反射率のゼロ点
が位置するようにゼロ点の位置を補正するものである。
逆フーリエ変換手段は、ゼロ点の位置を補正した後の反
射スペクトルを逆フーリエ変換するものである。なお、
上記の「成分」には、反射スペクトルにおける現実の波
形のみならず、反射スペクトルにおける合成波等の反射
スペクトルから読めるすべての波形が含まれる。また、
「反射率のゼロ点」とは、反射率の値がゼロである点の
ことを称する。
の膜厚測定装置は、光学系と、フーリエ変換手段と、ゼ
ロ点補正手段と、逆フーリエ変換手段とを備える。光学
系は、半導体薄膜に赤外光等の所定の波長の光を照射
し、反射光を検出するためのものである。フーリエ変換
手段は、光学系により検出されたデータをフーリエ変換
して反射スペクトルを得るためのものである。ゼロ点補
正手段は、反射スペクトルにおける最も低い周波数成分
の波と交わりかつ横軸と平行な直線上に反射率のゼロ点
が位置するようにゼロ点の位置を補正するものである。
逆フーリエ変換手段は、ゼロ点の位置を補正した後の反
射スペクトルを逆フーリエ変換するものである。なお、
上記の「成分」には、反射スペクトルにおける現実の波
形のみならず、反射スペクトルにおける合成波等の反射
スペクトルから読めるすべての波形が含まれる。また、
「反射率のゼロ点」とは、反射率の値がゼロである点の
ことを称する。
【００１２】本願の発明者は、図８に示すように従来の
手法により空間干渉強度波形を得た際に原点において不
要なピークが現れるのは反射スペクトルにおける合成波
を長波長の波つまり最も低周波の波と誤認していること
に起因しているのではないかと推測し、かかる誤認を解
消する手法について検討した。その結果、反射スペクト
ルにおける反射率（縦軸）のゼロ点（ベースライン）を
反射スペクトルにおいて認識できる最も低周波の波と交
わらせることにより上記のような誤認を回避することが
できるのではないかという着想を得た。そこで、膜厚測
定装置にゼロ点補正手段を設け、反射スペクトルにおい
て認識できる最も低い周波数成分と交わりかつ反射スペ
クトルの横軸と平行な直線上に反射率のゼロ点が位置す
るようにゼロ点位置を補正することとした。そして、実
際にこのようなゼロ点補正を行なったところ、図５に示
すように、空間干渉強度波形の原点におけるピークをな
くすことができた。それにより、半導体薄膜の界面を示
すピークの判定を容易かつ正確に行なうことができる。
また、上記のように反射スペクトルにおけるゼロ点位置
を補正することにより、図５に示すように、各ピーク強
度自体をも従来より高めることができた。このことも、
ピーク判定の簡易化に効果的に寄与し得る。
手法により空間干渉強度波形を得た際に原点において不
要なピークが現れるのは反射スペクトルにおける合成波
を長波長の波つまり最も低周波の波と誤認していること
に起因しているのではないかと推測し、かかる誤認を解
消する手法について検討した。その結果、反射スペクト
ルにおける反射率（縦軸）のゼロ点（ベースライン）を
反射スペクトルにおいて認識できる最も低周波の波と交
わらせることにより上記のような誤認を回避することが
できるのではないかという着想を得た。そこで、膜厚測
定装置にゼロ点補正手段を設け、反射スペクトルにおい
て認識できる最も低い周波数成分と交わりかつ反射スペ
クトルの横軸と平行な直線上に反射率のゼロ点が位置す
るようにゼロ点位置を補正することとした。そして、実
際にこのようなゼロ点補正を行なったところ、図５に示
すように、空間干渉強度波形の原点におけるピークをな
くすことができた。それにより、半導体薄膜の界面を示
すピークの判定を容易かつ正確に行なうことができる。
また、上記のように反射スペクトルにおけるゼロ点位置
を補正することにより、図５に示すように、各ピーク強
度自体をも従来より高めることができた。このことも、
ピーク判定の簡易化に効果的に寄与し得る。
【００１３】上記の反射スペクトルの横軸と平行な直線
は、好ましくは、反射スペクトルにおいて認識できる最
も低い周波数成分の中心線である。ここで、中心線と
は、たとえば図６における低周波成分２７の中心を通過
する直線（低周波成分の平均線）のことを称する。
は、好ましくは、反射スペクトルにおいて認識できる最
も低い周波数成分の中心線である。ここで、中心線と
は、たとえば図６における低周波成分２７の中心を通過
する直線（低周波成分の平均線）のことを称する。
【００１４】本発明に係る膜厚測定方法は、次の各工程
を備える。半導体薄膜に光を照射し、反射光を検出す
る。該反射光を検出することにより得られたデータ（膜
干渉スペクトル）をフーリエ変換して反射スペクトルを
得る。反射スペクトルにおける最も低い周波数成分の波
と交わりかつ横軸と平行な直線上に反射率のゼロ点が位
置するようにゼロ点の位置を補正する。このようにゼロ
点の位置を補正した後に、反射スペクトルを逆フーリエ
変換する。なお、反射スペクトルを示すグラフの横軸と
平行な上記の直線は、好ましくは、反射スペクトルにお
いて認識できる最も低い周波数成分の中心線である。
を備える。半導体薄膜に光を照射し、反射光を検出す
る。該反射光を検出することにより得られたデータ（膜
干渉スペクトル）をフーリエ変換して反射スペクトルを
得る。反射スペクトルにおける最も低い周波数成分の波
と交わりかつ横軸と平行な直線上に反射率のゼロ点が位
置するようにゼロ点の位置を補正する。このようにゼロ
点の位置を補正した後に、反射スペクトルを逆フーリエ
変換する。なお、反射スペクトルを示すグラフの横軸と
平行な上記の直線は、好ましくは、反射スペクトルにお
いて認識できる最も低い周波数成分の中心線である。
【００１５】このように反射スペクトルにおけるゼロ点
位置を補正した後に該反射スペクトルを逆フーリエ変換
することにより、前述のように空間干渉強度波形の原点
におけるピークをなくすことができ、半導体薄膜の膜厚
測定を容易かつ正確に行なうことができる。
位置を補正した後に該反射スペクトルを逆フーリエ変換
することにより、前述のように空間干渉強度波形の原点
におけるピークをなくすことができ、半導体薄膜の膜厚
測定を容易かつ正確に行なうことができる。
【００１６】本発明に係る膜厚測定方法により得られた
空間干渉強度波形の原点にはピークは存在しない。
空間干渉強度波形の原点にはピークは存在しない。
【００１７】それにより、最表層に位置する半導体薄膜
の厚みが小さい場合においても、最表層に位置する半導
体薄膜とその下に位置する層との間の界面のピークを容
易かつ正確に判別することができる。
の厚みが小さい場合においても、最表層に位置する半導
体薄膜とその下に位置する層との間の界面のピークを容
易かつ正確に判別することができる。
【００１８】本発明に係る半導体ウェハは、上述の膜厚
測定方法により半導体薄膜の膜厚が測定されたものであ
る。
測定方法により半導体薄膜の膜厚が測定されたものであ
る。
【００１９】それにより、半導体ウェハにおける半導体
薄膜の膜厚のばらつきを抑制することができる。特に全
数検査を行なった場合には、半導体薄膜の厚みを全数保
証することができる。
薄膜の膜厚のばらつきを抑制することができる。特に全
数検査を行なった場合には、半導体薄膜の厚みを全数保
証することができる。
【００２０】上記の半導体ウェハは、好ましくは、複数
の半導体薄膜を有する化合物半導体エピタキシャルウェ
ハである。
の半導体薄膜を有する化合物半導体エピタキシャルウェ
ハである。
【００２１】本発明に係る膜厚測定方法は、複数の半導
体薄膜を有する半導体ウェハに対し特に有効である。
体薄膜を有する半導体ウェハに対し特に有効である。
【００２２】本発明に係る半導体ウェハの製造方法は、
下記の各工程を備える。基板上に半導体薄膜を成長させ
る。半導体薄膜に光を照射し、反射光を検出する。反射
光を検出することにより得られたデータをフーリエ変換
して反射スペクトルを得る。反射スペクトルにおける最
も低い周波数成分と交わりかつ横軸と平行な直線上に反
射率のゼロ点が位置するようにゼロ点の位置を補正す
る。ゼロ点の位置を補正した後に反射スペクトルを逆フ
ーリエ変換して空間干渉強度波形を得る。逆フーリエ変
換した後の空間干渉強度波形におけるピークを検出する
ことにより半導体薄膜の膜厚を測定する。
下記の各工程を備える。基板上に半導体薄膜を成長させ
る。半導体薄膜に光を照射し、反射光を検出する。反射
光を検出することにより得られたデータをフーリエ変換
して反射スペクトルを得る。反射スペクトルにおける最
も低い周波数成分と交わりかつ横軸と平行な直線上に反
射率のゼロ点が位置するようにゼロ点の位置を補正す
る。ゼロ点の位置を補正した後に反射スペクトルを逆フ
ーリエ変換して空間干渉強度波形を得る。逆フーリエ変
換した後の空間干渉強度波形におけるピークを検出する
ことにより半導体薄膜の膜厚を測定する。
【００２３】このように基板上に半導体薄膜を成長させ
た後に半導体薄膜の膜厚測定を行なっているので、半導
体薄膜の膜厚のばらつきが抑制された半導体ウェハが得
られる。
た後に半導体薄膜の膜厚測定を行なっているので、半導
体薄膜の膜厚のばらつきが抑制された半導体ウェハが得
られる。
【００２４】上記の半導体ウェハの製造方法において
も、反射スペクトルを表わすグラフの横軸と平行な直線
は、好ましくは、反射スペクトルにおいて認識できる最
も低い周波数成分の中心線である。
も、反射スペクトルを表わすグラフの横軸と平行な直線
は、好ましくは、反射スペクトルにおいて認識できる最
も低い周波数成分の中心線である。
【００２５】また、半導体薄膜の膜厚測定結果に基づき
半導体薄膜の成長条件を調整することが好ましい。
半導体薄膜の成長条件を調整することが好ましい。
【００２６】それにより、不良品の発生を抑制すること
ができ、歩留りを向上させることができる。特に、各ラ
ンごとに膜厚測定を行なった場合には、各ランで万一突
発的な不良品が発生したとしても該不良品の流出を早期
に阻止することができる。
ができ、歩留りを向上させることができる。特に、各ラ
ンごとに膜厚測定を行なった場合には、各ランで万一突
発的な不良品が発生したとしても該不良品の流出を早期
に阻止することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図６を用いて、この
発明の実施の形態について説明する。図１は、この発明
の１つの実施の形態における膜厚測定装置１を示すブロ
ック図である。
発明の実施の形態について説明する。図１は、この発明
の１つの実施の形態における膜厚測定装置１を示すブロ
ック図である。
【００２８】図１に示すように、膜厚測定装置１は、光
学系２と、フーリエ変換手段３と、ゼロ点補正手段４
と、逆フーリエ変換手段５とを備える。光学系２は、た
とえば図２に示すように、光源６と、非球面鏡７と、マ
イケルソン干渉計８と、ミラー１２と、検知器１４とを
備える。
学系２と、フーリエ変換手段３と、ゼロ点補正手段４
と、逆フーリエ変換手段５とを備える。光学系２は、た
とえば図２に示すように、光源６と、非球面鏡７と、マ
イケルソン干渉計８と、ミラー１２と、検知器１４とを
備える。
【００２９】マイケルソン干渉計８は、ビームスプリッ
タ９と、固定鏡１０と、移動鏡１１とを含む。
タ９と、固定鏡１０と、移動鏡１１とを含む。
【００３０】光源６から射出され非球面鏡７で平行にさ
れた光（光束）は、マイケルソン干渉計８に入射する。
マイケルソン干渉計８内では、入射してきた光はビーム
スプリッタ９で２つに分割され、固定鏡１０と移動鏡１
１とで各々反射された後合成され干渉する。この時間的
に変調された波数の異なる干渉光がミラー１２により試
料１３に照射され、反射光が検知器１４で検出される。
検出器１４によって測定されたデータに基づき空間干渉
強度波形が得られる。
れた光（光束）は、マイケルソン干渉計８に入射する。
マイケルソン干渉計８内では、入射してきた光はビーム
スプリッタ９で２つに分割され、固定鏡１０と移動鏡１
１とで各々反射された後合成され干渉する。この時間的
に変調された波数の異なる干渉光がミラー１２により試
料１３に照射され、反射光が検知器１４で検出される。
検出器１４によって測定されたデータに基づき空間干渉
強度波形が得られる。
【００３１】フーリエ変換手段３は、上記のようにして
得られた空間干渉強度波形をフーリエ変換して反射スペ
クトルを得るためのものである。ゼロ点補正手段４は、
反射スペクトルにおける縦軸（反射率）のゼロ点位置を
補正するためのものである。具体的には、反射スペクト
ルにおいて認識できる最も低周波の成分と交わりかつ反
射スペクトルを表わすグラフの横軸と平行な直線上に反
射率のゼロ点が位置するようにゼロ点の位置を補正す
る。
得られた空間干渉強度波形をフーリエ変換して反射スペ
クトルを得るためのものである。ゼロ点補正手段４は、
反射スペクトルにおける縦軸（反射率）のゼロ点位置を
補正するためのものである。具体的には、反射スペクト
ルにおいて認識できる最も低周波の成分と交わりかつ反
射スペクトルを表わすグラフの横軸と平行な直線上に反
射率のゼロ点が位置するようにゼロ点の位置を補正す
る。
【００３２】図６にゼロ点位置の補正方法の一例を示
す。この図に示す態様では、反射スペクトルにおいて認
識できる最も低周波である低周波成分２７の中心を通る
直線（中心線）上に反射率のゼロ点が位置するが、該直
線（中心線）は、低周波成分２７と交わるものであれば
図６に示す場合と多少ずれても同様の効果が得られるも
のと考えられる。
す。この図に示す態様では、反射スペクトルにおいて認
識できる最も低周波である低周波成分２７の中心を通る
直線（中心線）上に反射率のゼロ点が位置するが、該直
線（中心線）は、低周波成分２７と交わるものであれば
図６に示す場合と多少ずれても同様の効果が得られるも
のと考えられる。
【００３３】逆フーリエ変換手段５は、ゼロ点の位置を
補正した後の反射スペクトルを逆フーリエ変換して空間
干渉強度波形を得るためのものである。
補正した後の反射スペクトルを逆フーリエ変換して空間
干渉強度波形を得るためのものである。
【００３４】上述の構成を有する膜厚測定装置１を用い
て、半導体基板上に形成されたエピタキシャル層等の半
導体薄膜の膜厚を測定する。半導体薄膜は単層のもので
あってもよいが、複数の半導体薄膜を形成した場合に本
発明は特に有効である。
て、半導体基板上に形成されたエピタキシャル層等の半
導体薄膜の膜厚を測定する。半導体薄膜は単層のもので
あってもよいが、複数の半導体薄膜を形成した場合に本
発明は特に有効である。
【００３５】図３に、半導体ウェハ２０の一例を示す。
この図３では、ＩｎＰ等からなる基板１５上に４層のエ
ピタキシャル層を形成した、化合物エピタキシャルウェ
ハを開示している。具体的には、ＩｎＰ基板１５上に、
ＩｎＰバッファ層１６と、ＩｎＧａＡｓ受光層１７と、
ＩｎＰ窓層１８と、ＩｎＧａＡｓ保護層１９とを形成し
ている。このような構造を有する半導体ウェハ２０に、
図２に示す光学系２から赤外光２１が照射され、１次元
反射光成分２２〜２６が検知器１４によって検知され
る。
この図３では、ＩｎＰ等からなる基板１５上に４層のエ
ピタキシャル層を形成した、化合物エピタキシャルウェ
ハを開示している。具体的には、ＩｎＰ基板１５上に、
ＩｎＰバッファ層１６と、ＩｎＧａＡｓ受光層１７と、
ＩｎＰ窓層１８と、ＩｎＧａＡｓ保護層１９とを形成し
ている。このような構造を有する半導体ウェハ２０に、
図２に示す光学系２から赤外光２１が照射され、１次元
反射光成分２２〜２６が検知器１４によって検知され
る。
【００３６】次に、図３に示す半導体ウェハ２０の製造
方法について説明する。この製造方法では、基板（半導
体基板）１５上に４層のエピタキシャル層を形成した後
に、各エピタキシャル層の膜厚測定を行なっている。
方法について説明する。この製造方法では、基板（半導
体基板）１５上に４層のエピタキシャル層を形成した後
に、各エピタキシャル層の膜厚測定を行なっている。
【００３７】まず、基板１５を成長装置のＩｎＰ成長室
に置き、基板１５を約７００℃に加熱し、ＰＣｌ3 液中
に水素ガスを導入してバブリングさせ、流量１００ｓｃ
ｃｍのＰＣｌ3 ガスと流量１０００ｓｃｃｍの水素ガス
をＩｎＰ成長室に供給して基板上の酸化物を除去する。
に置き、基板１５を約７００℃に加熱し、ＰＣｌ3 液中
に水素ガスを導入してバブリングさせ、流量１００ｓｃ
ｃｍのＰＣｌ3 ガスと流量１０００ｓｃｃｍの水素ガス
をＩｎＰ成長室に供給して基板上の酸化物を除去する。
【００３８】次に、成長室を約８００℃に加熱してＩｎ
Ｐ成長室のＩｎ金属を溶融し、該溶融金属上に流量１０
０ｓｃｃｍのＰＣｌ3 ガスと流量１０００ｓｃｃｍの水
素ガスを供給してＩｎと反応させ、ＩｎＣｌおよびＰ4
を発生させて基板１５上に移送し、２５分かけてＩｎＰ
バッファ層１６を成長させる。
Ｐ成長室のＩｎ金属を溶融し、該溶融金属上に流量１０
０ｓｃｃｍのＰＣｌ3 ガスと流量１０００ｓｃｃｍの水
素ガスを供給してＩｎと反応させ、ＩｎＣｌおよびＰ4
を発生させて基板１５上に移送し、２５分かけてＩｎＰ
バッファ層１６を成長させる。
【００３９】次に、基板１５をＩｎＧａＡｓ成長室に移
動し、ＩｎＧａＡｓ成長室のＩｎ溶融金属上に流量１０
００ｓｃｃｍのＡｓＣｌ3 ガス、Ｇａ溶融金属上に流量
１００ｓｃｃｍのＡｓＣｌ3 ガスおよび流量１０００ｓ
ｃｃｍの水素ガスを供給して反応させ、ＩｎＣｌ、Ｇａ
ＣｌおよびＡｓ4 を発生させて基板１５上に移送し、３
０分かけてＩｎＰバッファ層１６上にＩｎＧａＡｓ受光
層１７を成長させる。
動し、ＩｎＧａＡｓ成長室のＩｎ溶融金属上に流量１０
００ｓｃｃｍのＡｓＣｌ3 ガス、Ｇａ溶融金属上に流量
１００ｓｃｃｍのＡｓＣｌ3 ガスおよび流量１０００ｓ
ｃｃｍの水素ガスを供給して反応させ、ＩｎＣｌ、Ｇａ
ＣｌおよびＡｓ4 を発生させて基板１５上に移送し、３
０分かけてＩｎＰバッファ層１６上にＩｎＧａＡｓ受光
層１７を成長させる。
【００４０】次に、基板１５をＩｎＰ成長室に再び移動
し、ＩｎＰ成長室のＩｎ溶融金属上に流量１００ｓｃｃ
ｍのＰＣｌ3 ガスと流量１０００ｓｃｃｍの水素ガスを
供給して反応させ、ＩｎＣｌおよびＰ4 を発生させて基
板１５上に移送し、３０分かけてＩｎＧａＡｓ受光層１
７上にＩｎＰ窓層１８を成長させる。
し、ＩｎＰ成長室のＩｎ溶融金属上に流量１００ｓｃｃ
ｍのＰＣｌ3 ガスと流量１０００ｓｃｃｍの水素ガスを
供給して反応させ、ＩｎＣｌおよびＰ4 を発生させて基
板１５上に移送し、３０分かけてＩｎＧａＡｓ受光層１
７上にＩｎＰ窓層１８を成長させる。
【００４１】次に、基板１５をＩｎＧａＡｓ成長室に移
動し、ＩｎＧａＡｓ成長室のＩｎ溶融金属上に流量１０
００ｓｃｃｍのＡｓＣｌ3 ガス、Ｇａ溶融金属上に流量
１００ｓｃｃｍのＡｓＣｌ3 ガスおよび流量１０００ｓ
ｃｃｍの水素ガスを供給して反応させ、ＩｎＣｌ、Ｇａ
ＣｌおよびＡｓ4 を発生させて基板１５上に移送し、５
分間かけてＩｎＰ窓層１８上にＩｎＧａＡｓ保護層１９
を成長させる。その後、ヒータを止めて室温まで冷却す
る。
動し、ＩｎＧａＡｓ成長室のＩｎ溶融金属上に流量１０
００ｓｃｃｍのＡｓＣｌ3 ガス、Ｇａ溶融金属上に流量
１００ｓｃｃｍのＡｓＣｌ3 ガスおよび流量１０００ｓ
ｃｃｍの水素ガスを供給して反応させ、ＩｎＣｌ、Ｇａ
ＣｌおよびＡｓ4 を発生させて基板１５上に移送し、５
分間かけてＩｎＰ窓層１８上にＩｎＧａＡｓ保護層１９
を成長させる。その後、ヒータを止めて室温まで冷却す
る。
【００４２】以上のようにして図３に示す構造の半導体
ウェハ２０を形成した後、該半導体ウェハ２０を膜厚測
定装置１にセットし、実際に膜厚測定を行なった。
ウェハ２０を形成した後、該半導体ウェハ２０を膜厚測
定装置１にセットし、実際に膜厚測定を行なった。
【００４３】膜厚測定装置１では、半導体ウェハ２０に
前述の干渉光が照射され、検知器１４でその反射光が検
出される。そして、検知器１４によって測定されたデー
タに基づき膜干渉スペクトルが作成される。この膜干渉
スペクトルをフーリエ変換手段３によってフーリエ変換
し、反射スペクトルを得た。この反射スペクトルを図４
に示す。
前述の干渉光が照射され、検知器１４でその反射光が検
出される。そして、検知器１４によって測定されたデー
タに基づき膜干渉スペクトルが作成される。この膜干渉
スペクトルをフーリエ変換手段３によってフーリエ変換
し、反射スペクトルを得た。この反射スペクトルを図４
に示す。
【００４４】次に、ゼロ点補正手段４により、反射スペ
クトルを表わすグラフのゼロ点補正を行なった。ゼロ点
補正を行なうに際し、まず図６に示すように反射スペク
トルにおいて認識できる最も周波数の低い低周波成分２
７の中心線（平均線）を求めた。この中心線は、反射ス
ペクトルを表わすグラフの横軸と平行な直線であり、こ
の直線が縦軸である反射率のゼロ点を示すようにゼロ点
補正を行なった。
クトルを表わすグラフのゼロ点補正を行なった。ゼロ点
補正を行なうに際し、まず図６に示すように反射スペク
トルにおいて認識できる最も周波数の低い低周波成分２
７の中心線（平均線）を求めた。この中心線は、反射ス
ペクトルを表わすグラフの横軸と平行な直線であり、こ
の直線が縦軸である反射率のゼロ点を示すようにゼロ点
補正を行なった。
【００４５】その後、逆フーリエ変換手段５によって逆
フーリエ変換を行ない、ノイズの除去された空間干渉強
度波形を得た。逆フーリエ変換手段としては、たとえば
複素パワー逆フーリエ変換やコサイン逆フーリエ変換等
を挙げることができる。
フーリエ変換を行ない、ノイズの除去された空間干渉強
度波形を得た。逆フーリエ変換手段としては、たとえば
複素パワー逆フーリエ変換やコサイン逆フーリエ変換等
を挙げることができる。
【００４６】上記の逆フーリエ変換により、図５に示す
空間干渉強度波形が得られた。この図５に示すように、
空間干渉強度波形の原点におけるピークが消失している
とともに、各ピークの強度が従来例と比べて高められて
いるのがわかる。特に１層目のＩｎＰバッファ層１６と
基板１５間の界面のピーク（Ｐ０４−００）が従来より
もはっきり出ている。それにより、ピークの判定を正確
かつ容易に行なうことができるばかりでなく、自動測定
をも行なうことができる。
空間干渉強度波形が得られた。この図５に示すように、
空間干渉強度波形の原点におけるピークが消失している
とともに、各ピークの強度が従来例と比べて高められて
いるのがわかる。特に１層目のＩｎＰバッファ層１６と
基板１５間の界面のピーク（Ｐ０４−００）が従来より
もはっきり出ている。それにより、ピークの判定を正確
かつ容易に行なうことができるばかりでなく、自動測定
をも行なうことができる。
【００４７】次に、本発明による膜厚計算結果と従来の
手法による膜厚計算結果とを比較する。下記の表１に本
発明による膜厚計算結果を示し、表２に従来の手法によ
る膜厚計算結果を示す。なお、膜厚計算にあたっては、
エピタキシャルウェハ最表面の反射波と、各層界面の反
射との反射ピークのみを使用した。その他の反射波、た
とえば第４層／第３層界面での反射波と第３層/ 第２層
界面での反射波との干渉ピーク等は、干渉ピーク強度が
弱いため、膜厚の計算には使用していない。
手法による膜厚計算結果とを比較する。下記の表１に本
発明による膜厚計算結果を示し、表２に従来の手法によ
る膜厚計算結果を示す。なお、膜厚計算にあたっては、
エピタキシャルウェハ最表面の反射波と、各層界面の反
射との反射ピークのみを使用した。その他の反射波、た
とえば第４層／第３層界面での反射波と第３層/ 第２層
界面での反射波との干渉ピーク等は、干渉ピーク強度が
弱いため、膜厚の計算には使用していない。
【００４８】
【表１】
【００４９】
【表２】
【００５０】表１および表２に示されるように、本発明
に係る膜厚測定方法の方が従来例よりも正確な値となっ
ているのがわかる。特に、最表層である４層目（層番号
４）のエピタキシャル層の厚みの測定結果と予想膜厚と
の差が従来の手法では大きいのに対し、本発明では低減
されているのがわかる。また、選択エッチングによる段
差測定および断面をＳＥＭ（電子顕微鏡）にて測定して
結果を確認したところ、１層目であるＩｎＰバッファ層
１６の厚みが２．８０μｍであり、２層目であるＩｎＧ
ａＡｓ受光層１７の厚みが３．５０μｍであり、３層目
であるＩｎＰ窓層１８の厚みが３．００μｍであり、４
層目であるＩｎＧａＡｓ保護層１９の厚みが０．４５μ
ｍであった。
に係る膜厚測定方法の方が従来例よりも正確な値となっ
ているのがわかる。特に、最表層である４層目（層番号
４）のエピタキシャル層の厚みの測定結果と予想膜厚と
の差が従来の手法では大きいのに対し、本発明では低減
されているのがわかる。また、選択エッチングによる段
差測定および断面をＳＥＭ（電子顕微鏡）にて測定して
結果を確認したところ、１層目であるＩｎＰバッファ層
１６の厚みが２．８０μｍであり、２層目であるＩｎＧ
ａＡｓ受光層１７の厚みが３．５０μｍであり、３層目
であるＩｎＰ窓層１８の厚みが３．００μｍであり、４
層目であるＩｎＧａＡｓ保護層１９の厚みが０．４５μ
ｍであった。
【００５１】なお、上述の膜厚測定を、各ランごとに行
ない、次回のエピタキシャル成長条件を調整してもよ
い。それにより、突発的な不良品が発生した際に、該不
良品の流出を早期に阻止できるとともに不良品の発生を
も抑制することができる。
ない、次回のエピタキシャル成長条件を調整してもよ
い。それにより、突発的な不良品が発生した際に、該不
良品の流出を早期に阻止できるとともに不良品の発生を
も抑制することができる。
【００５２】また、上述のゼロ点補正は、自動化しても
よいが、マニュアルで行なってもよい。自動化する場合
には、低周波成分２７を検出する低周波成分検出手段
と、低周波成分２７と交わり横軸と平行な直線上に縦軸
のゼロ点を配置するゼロ点位置補正手段を設けることが
好ましい。
よいが、マニュアルで行なってもよい。自動化する場合
には、低周波成分２７を検出する低周波成分検出手段
と、低周波成分２７と交わり横軸と平行な直線上に縦軸
のゼロ点を配置するゼロ点位置補正手段を設けることが
好ましい。
【００５３】以上のようにこの発明の実施の形態につい
て説明を行なったが、今回開示した実施の形態はすべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示
され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのす
べての変更が含まれる。
て説明を行なったが、今回開示した実施の形態はすべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示
され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのす
べての変更が含まれる。
【００５４】
【発明の効果】この発明に係る膜厚測定装置および膜厚
測定方法によれば、空間干渉強度波形における界面ピー
クの判定を正確かつ容易に行なえるので、半導体薄膜の
膜厚を非破壊で正確かつ容易に測定することができる。
また、空間干渉強度波形におけるピーク強度を高めるこ
とができるので、膜厚の自動測定をも容易に実現するこ
とができる。
測定方法によれば、空間干渉強度波形における界面ピー
クの判定を正確かつ容易に行なえるので、半導体薄膜の
膜厚を非破壊で正確かつ容易に測定することができる。
また、空間干渉強度波形におけるピーク強度を高めるこ
とができるので、膜厚の自動測定をも容易に実現するこ
とができる。
【００５５】この発明に係る半導体ウェハおよびその製
造方法によれば、半導体薄膜の膜厚のばらつきを抑制す
ることができ、高品質な半導体ウェハを提供することが
できる。
造方法によれば、半導体薄膜の膜厚のばらつきを抑制す
ることができ、高品質な半導体ウェハを提供することが
できる。
【図１】この発明に係る膜厚測定装置のブロック図であ
る。
る。
【図２】本発明に係る膜厚測定装置において使用可能な
光学系の概念図である。
光学系の概念図である。
【図３】本発明に係る半導体ウェハの一例を示す断面図
である。
である。
【図４】本発明による反射スペクトルを示す図である。
【図５】本発明による空間干渉強度波形を示す図であ
る。
る。
【図６】本発明に係るゼロ点補正方法を説明するための
図である。
図である。
【図７】従来の手法により得られた反射スペクトルを示
す図である。
す図である。
【図８】従来の手法により得られた空間干渉強度波形を
示す図である。
示す図である。
１ 膜厚測定装置 ２ 光学系 ３ フーリエ変換手段 ４ ゼロ点補正手段 ５ 逆フーリエ変換手段 ６ 光源 ７ 非球面鏡 ８ マイケルソン干渉計 ９ ビームスプリッタ １０ 固定鏡 １１ 移動鏡 １２ ミラー １３ 試料 １４ 検知器 １５ 基板 １６ ＩｎＰバッファ層 １７ ＩｎＧａＡｓ受光層 １８ ＩｎＰ窓層 １９ ＩｎＧａＡｓ保護層 ２０ 半導体ウェハ ２１ 赤外光 ２２〜２６ １次元反射光成分 ２７ 低周波成分
Claims (10)
- 【請求項１】 半導体薄膜に光を照射し、反射光を検出
するための光学系と、 前記光学系により検出されたデータをフーリエ変換して
反射スペクトルを得るためのフーリエ変換手段と、 前記反射スペクトルにおける最も低い周波数成分と交わ
りかつ横軸と平行な直線上に反射率のゼロ点が位置する
ように前記ゼロ点の位置を補正するゼロ点補正手段と、 前記ゼロ点の位置を補正した後の前記反射スペクトルを
逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、 を備えた、半導体薄膜の膜厚測定装置。 - 【請求項２】 前記直線は、前記最も低い周波数成分の
中心線である、請求項１に記載の半導体薄膜の膜厚測定
装置。 - 【請求項３】 半導体薄膜に光を照射し、反射光を検出
する工程と、 前記反射光を検出することにより得られたデータをフー
リエ変換して反射スペクトルを得る工程と、 前記反射スペクトルにおける最も低い周波数成分と交わ
りかつ横軸と平行な直線上に反射率のゼロ点が位置する
ように前記ゼロ点の位置を補正する工程と、 前記ゼロ点の位置を補正した後に前記反射スペクトルを
逆フーリエ変換する工程と、 を備えた、半導体薄膜の膜厚測定方法。 - 【請求項４】 前記直線は、前記最も低い周波数成分の
中心線である、請求項３に記載の半導体薄膜の膜厚測定
方法。 - 【請求項５】 前記逆フーリエ変換手段により空間干渉
強度波形が得られ、 前記空間干渉強度波形の原点においてピークが存在しな
い、請求項３に記載の半導体薄膜の膜厚測定方法。 - 【請求項６】 請求項３に記載の膜厚測定方法により半
導体薄膜の膜厚が測定された、半導体ウェハ。 - 【請求項７】 前記半導体ウェハが、複数の前記半導体
薄膜を有する化合物半導体エピタキシャルウェハであ
る、請求項６に記載の半導体ウェハ。 - 【請求項８】 基板上に半導体薄膜を成長させる工程
と、 前記半導体薄膜に光を照射し、反射光を検出する工程
と、 前記反射光を検出することにより得られたデータをフー
リエ変換して反射スペクトルを得る工程と、 前記反射スペクトルにおける最も低い周波数成分と交わ
りかつ横軸と平行な直線上に反射率のゼロ点が位置する
ように前記ゼロ点の位置を補正する工程と、 前記ゼロ点の位置を補正した後に前記反射スペクトルを
逆フーリエ変換して空間干渉強度波形を得る工程と、 前記逆フーリエ変換した後の前記空間干渉強度波形にお
けるピークを検出することにより前記半導体薄膜の膜厚
を測定する工程と、 を備えた、半導体ウェハの製造方法。 - 【請求項９】 前記直線は、前記最も低い周波数成分の
中心線である、請求項８に記載の半導体ウェハの製造方
法。 - 【請求項１０】 前記半導体薄膜の膜厚測定結果に基づ
き前記半導体薄膜の成長条件を調整する、請求項８また
は９に記載の半導体ウェハの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11103468A JP2000292128A (ja) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | 半導体薄膜の膜厚測定装置および膜厚測定方法ならびに半導体ウェハおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11103468A JP2000292128A (ja) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | 半導体薄膜の膜厚測定装置および膜厚測定方法ならびに半導体ウェハおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000292128A true JP2000292128A (ja) | 2000-10-20 |
Family
ID=14354853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11103468A Pending JP2000292128A (ja) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | 半導体薄膜の膜厚測定装置および膜厚測定方法ならびに半導体ウェハおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000292128A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SG103865A1 (en) * | 2001-06-01 | 2004-05-26 | Toshiba Kk | Film quality inspecting method and film quality inspecting apparatus |
| JP2008233063A (ja) * | 2007-02-21 | 2008-10-02 | Canon Inc | 形状測定装置、露光装置およびコンピュータ |
| US9417055B2 (en) | 2014-08-28 | 2016-08-16 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus for measuring thickness of thin film, system including the apparatus, and method for measuring thickness of thin film |
| KR20170134622A (ko) * | 2015-04-08 | 2017-12-06 | 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 | 막 두께 측정 방법, 막 두께 측정 장치, 연마 방법 및 연마 장치 |
| WO2023045451A1 (zh) * | 2021-09-23 | 2023-03-30 | 苏州微创关节医疗科技有限公司 | 金属氧化陶瓷层测厚系统及其测厚方法窗 |
| CN117128877A (zh) * | 2023-10-26 | 2023-11-28 | 法博思(宁波)半导体设备有限公司 | 一种薄膜厚度检测方法、计算机及系统 |
-
1999
- 1999-04-12 JP JP11103468A patent/JP2000292128A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SG103865A1 (en) * | 2001-06-01 | 2004-05-26 | Toshiba Kk | Film quality inspecting method and film quality inspecting apparatus |
| US6975386B2 (en) | 2001-06-01 | 2005-12-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Film quality inspecting method and film quality inspecting apparatus |
| JP2008233063A (ja) * | 2007-02-21 | 2008-10-02 | Canon Inc | 形状測定装置、露光装置およびコンピュータ |
| US9417055B2 (en) | 2014-08-28 | 2016-08-16 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus for measuring thickness of thin film, system including the apparatus, and method for measuring thickness of thin film |
| KR20170134622A (ko) * | 2015-04-08 | 2017-12-06 | 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 | 막 두께 측정 방법, 막 두께 측정 장치, 연마 방법 및 연마 장치 |
| KR102283692B1 (ko) | 2015-04-08 | 2021-08-02 | 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 | 막 두께 측정 방법, 막 두께 측정 장치, 연마 방법 및 연마 장치 |
| WO2023045451A1 (zh) * | 2021-09-23 | 2023-03-30 | 苏州微创关节医疗科技有限公司 | 金属氧化陶瓷层测厚系统及其测厚方法窗 |
| CN117128877A (zh) * | 2023-10-26 | 2023-11-28 | 法博思(宁波)半导体设备有限公司 | 一种薄膜厚度检测方法、计算机及系统 |
| CN117128877B (zh) * | 2023-10-26 | 2024-01-26 | 法博思(宁波)半导体设备有限公司 | 一种薄膜厚度检测方法、计算机及系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20031021 |