JP2003344039A - 薄膜の厚さ測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄膜の厚さ測定方法を提供する。 【解決手段】 基板上に所定の形態でパターニングされ
た下部膜と、前記下部膜を覆う上部膜を順次に形成した
後、前記上部膜の厚さを測定する薄膜の厚さ測定方法に
おいて、前記下部膜をモデリングする段階(500)と、前
記上部膜の厚さを測定する段階(510)とを含む。この
時、前記下部膜のモデリング段階は前記下部膜を所定の
物質膜で設定した後、これを、調和振動モデルを使用
し、前記下部膜でモデリングするが、前記所定の物質膜
に対する吸収率、屈折率及び厚さをフィッティングパラ
メータとして使用する。これにより、セル領域上に形成
された薄膜の厚さを直接リアルタイムで測定でき、ショ
ット領域またはチップ領域別に薄膜の厚さ均一性がわか
り、ウェーハの最外郭のチップ領域上に形成された薄膜
の厚さを測定できて工程の改善及び工程の問題分析に活
用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜の厚さ測定方法
に係り、詳細には、半導体基板の最外郭の領域のみなら
ず、セル領域の薄膜の厚さも正確に測定できる薄膜の厚
さ測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置が高集積化するにつれて基板
上に積層される薄膜の数は急増しつつある。これに伴
い、基板上に積層された各薄膜の有する意味も以前とは
違ってきた。すなわち、基板上に形成された一つの薄膜
が次の工程に及ぼす影響が以前に比べて大きくなってき
た。したがって、半導体装置の製造工程において、ある
段階で薄膜が形成された後には、前記形成された薄膜に
対する特性評価を実施し、その結果を後続工程に適用す
ることが望ましい。例えば、形成された薄膜の厚さを測
定して薄膜が均一な厚さに形成されたか否かを評価した
後、その結果を後続工程に適用し、後続工程ではより均
一な厚さに薄膜を形成できるようにすることが望まし
い。

【０００３】これにより、基板上に積層された多層薄膜
において、各薄膜の厚さは製造工程上、重要なパラメー
タになる。ある段階で形成された薄膜が所望の厚さに形
成されていない場合、このような結果は次の段階への進
行障害となりうる。例えば、ある薄膜が基板の全面に許
容範囲内で均一に形成されていない場合、写真工程のた
めの感光膜塗布工程で、感光膜が均一な厚さで塗布され
るべき領域の感光膜塗布の厚さが変わりうる。このよう
な結果により、写真工程のマージンが減少できる。写真
工程でのマージン減少は直ちに歩留まりの低下につなが
る。

【０００４】このような理由から、半導体装置の製造工
程で薄膜の厚さを測定することは重要な意味を有する。
現在のように、半導体装置の高集積化が急速に進んでい
る状況ではより一層である。

【０００５】これによって、多様な薄膜の厚さ測定方法
が提示されており、このうちいくつかの方法は現在広く
使われている。

【０００６】このような従来技術による薄膜の厚さ測定
は測定対象になる薄膜の下部に存在するパターンによる
光学的干渉と照射ビームのスポットの大きさによる制約
のために、セル領域上に形成された薄膜を対象に厚さ測
定がなされておらず、薄膜の厚さ測定のために別途に備
えられたサイト上に形成された薄膜を対象として行われ
る。

【０００７】例えば、図１及び図２に図示されたよう
に、ウェーハ１上に形成された薄膜、特に所定の下部パ
ターン３が形成されたセル領域Ｂ上に形成された上部膜
に対する厚さ測定はセル領域Ｂの間に備えられたサイト
Ａ上に形成された部分を対象として行われる。サイトＡ
は平らな領域としてパターンが形成されていない。サイ
トＡの大きさは薄膜の厚さ測定のためにサイトＡに照射
されるビームスポットの大きさを考慮して２０×２０μ
ｍ²乃至１００×２００μｍ²程度である。

【０００８】このように、従来技術による薄膜の厚さ測
定はサイトＡ上に形成された薄膜の厚さを測定すること
であって、セル領域Ｂ上に形成された薄膜の厚さを間接
的に測定するために、セル領域Ａ上に形成された薄膜の
厚さを正確に算出し難く、特に、ショットまたはチップ
内の薄膜の厚さの均一性を測定し難い。また、前記別途
に備えられた薄膜の厚さ測定サイトが基板の最外郭部か
ら１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度内側に位置するために、基板
の最外郭部に形成された薄膜に対する厚さ特性も測定し
難い。

【０００９】このような従来技術による薄膜の厚さ測定
方法の難点はＶＳＥＭを利用することによって改善でき
る。しかし、前記ＶＳＥＭを利用するためにはウェーハ
を切断して試片を製作し、これを分析するなど多くの時
間が必要とされる。したがって、半導体装置の生産性を
考慮する時、ＶＳＥＭの利用は次善策にはなるが最善策
にはならない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する技術的な課題は、前記問題点を改善するためのこと
であって、非破壊的で、かつ基板の任意領域または全領
域上に形成された薄膜の厚さをリアルタイムで正確に測
定できる薄膜の厚さ測定方法を提供するところにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記技術的な課題を解決
するために、本発明は基板上に所定の形態でパターニン
グされた下部膜と、前記下部膜を覆う上部膜を順次に形
成した後、前記上部膜の厚さを測定する薄膜の厚さ測定
方法において、前記下部膜をモデリングした後、前記上
部膜の厚さを測定することを特徴とする薄膜の厚さ測定
方法を提供する。

【００１２】この過程で、前記第１段階は、前記下部膜
を所定の物質膜として設定する段階と、調和振動モデル
を使用して前記所定の物質膜を前記下部膜にフィッティ
ングする段階とをさらに含む。

【００１３】前記フィッティングする段階で前記物質膜
の吸収率、屈折率及び厚さをフィッティングパラメータ
として使用する。

【００１４】前記上部膜はＣＭＰできた上部膜である。

【００１５】前記上部膜の厚さは前記基板の所定領域上
に形成された上部膜を対象に測定するが、少なくともセ
ル領域を含む所定領域上に形成された上部膜を対象に測
定する。

【００１６】前記上部膜の厚さはＳＥスペクトルを利用
して測定する。

【００１７】このような本発明を利用すれば、リアルタ
イムでセル領域上に形成された薄膜の厚さを直接測定で
き、特にショット領域またはチップ領域別に薄膜の厚さ
の均一性が分かり、ウェーハの際のチップ領域上に形成
された薄膜の厚さを測定でき、工程の改善及び問題分析
に活用できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき、本
発明を詳細に説明する。

【００１９】図３は、基板のセル領域の一部を示した断
面図であって、４０は半導体基板、例えば、ｐ型シリコ
ン基板を示し、４２は半導体基板４０の上に形成された
パターン（以下、下部膜４２という）を示す。そして、
４４は下部膜４２を覆う上部膜である。

【００２０】このように、半導体基板４０上に物質膜が
積層されている状態での上部膜４４の厚さは上部膜４４
にビーム４８を照射して上部膜４４から反射されるビー
ム４８ａ、４８ｂを検出し、検出されたビームの間の位
相または偏光状態を比較することによって測定できる。
この時、反射ビーム４８ａ、４８ｂは上部膜４４の表面
から反射されたビーム４８ａと下部膜４２とによって反
射されたビーム４８ｂである。

【００２１】ところが、下部膜４２が半導体基板４０の
全領域にわたって均一な厚さに形成されたものではな
く、図３に図示したように離隔された複数のパターンよ
りなる場合、前記複数のパターンの存在によって反射ビ
ーム４８ｂの状態が変わる。すなわち、入射ビーム４８
が半導体基板４０の全領域にわたり、均一な厚さで形成
された下部膜から反射された反射ビームは上部膜４４に
対する厚さの情報を正確に含んでいる一方、入射ビーム
４８が半導体基板４０上に所定の間隔で離隔された複数
のパターンよりなる下部膜から反射された反射ビームは
前記複数のパターンに対する情報も共に含んでいるため
に後者の反射ビームを利用したのでは上部膜４４に正確
な厚さの情報を得難い場合もある。

【００２２】このような理由で、上部膜４４の厚さ測定
は、大慨前記複数のパターンが形成されていない別途の
サイト（図示せず）上に形成された上部膜４４の厚さ測
定を通じてセル領域上に形成された上部膜４４の厚さも
間接的に測定してきた。

【００２３】一方、入射ビーム４８と反射ビーム４８
ａ、４８ｂとの相関関係で上部膜４４の厚さが下部膜に
比べてはるかに厚い場合に、反射ビーム４８ａ、４８ｂ
に載せられた情報の大半は上部膜４４に対することと見
られる。すなわち、入射ビーム４８の状態、例えば、強
度や偏光状態等は上部膜４４によって反射されつつ、上
部膜４４の物理量、例えば、厚さ、屈折率、吸収率また
は結晶性等によって影響を受けるようになり、その程度
によって入射ビーム４８と反射ビーム４８ａ、４８ｂ間
の状態の変化程度が決定されるので、反射ビーム４８
ａ、４８ｂの分析を通じて上部膜４４に対する物性を測
定できる。

【００２４】したがって、下部膜４２が複数のパターン
で構成された場合であっても、上部膜４４が厚いときに
は、特定波長帯域で下部膜４２に対するモデリングを通
じて下部膜４２のパラメータを最適化する場合、上部膜
４４の厚さを正確に測定できる。これは前記サイトのみ
ならず、セル領域でも上部膜４４の厚さを正確に測定で
きることを意味する。

【００２５】このような事実は図４ないし図７を参照す
ることによって明確になる。

【００２６】具体的に、図４及び図５は、前記サイト上
に形成された上部膜４４の厚さを測定するために、図６
及び図７は、セル領域に形成された薄膜の厚さを測定す
るためにＳＥを使用した結果であるＳＥスペクトルを示
したものであり、図４及び図６は入射ビームの波長対振
幅反射率比（Ψ）のタンジェント値ｔａｎ（Ψ）の変化
を示したグラフであり、図５及び図７は、入射ビームの
波長対位相差（Δ）のコサイン値ｃｏｓ（Δ）の変化を
示したグラフである。

【００２７】図４及び図５を参照すれば、前記サイト上
に下部膜４２がパターン形態でなく均一な厚さで形成さ
れているために、前記複数のパターンによる影響や下部
膜４２の不均一性による影響はない。したがって、前記
サイト上に形成された上部膜４４から反射される反射ビ
ームのＳＥスペクトルは周期的な形態で現れる。これに
よって、前記サイト上に形成された下部膜４２のパラメ
ータと厚さとが分かる場合、全波長領域で前記ＳＥスペ
クトルをフィッティンクすることが可能である。

【００２８】一方、図６及び図７を参照すれば、セル領
域上に形成された上部膜４４から反射される反射ビーム
のＳＥスペクトルは下部膜４２が複数のパターンで構成
されている等、下部膜質の構造が複雑であり、厚さも不
均一で非周期的な形態に現れるのが分かる。

【００２９】しかし、該当膜別に特定波長帯域で一定の
スペクトルを示しており、下部膜４２をモデリングし、
このためのパラメータを適切に設定する場合、フィッテ
ィングでき、このようにして得られる上部膜４４に関す
る厚さ情報は正確なものと見られる。

【００３０】一方、前記セル領域上に形成された上部膜
４４に対するＳＥスペクトルの場合、３００〜４５０ｎ
ｍの波長帯域で、上部膜４４は前記サイト上に形成され
た上部膜４４と同じ構造とし、下部膜４２は任意の物質
膜に設定した後、調和振動モデルを使用して吸収率、屈
折率、厚さをはじめとする他の物理量を、前記物質膜を
下部膜４２にフィッティングするためのパラメータとし
て使用して下部膜４２をモデリングした結果、前記サイ
ト上に形成された上部膜４４に対するＳＥスペクトルと
強い相関関係を示した。これは前記サイト及び前記三つ
の領域上に形成された上部膜４４の間に強い相関関係が
あることを意味しており、このような事実から前記のあ
らゆる仮定が信頼性あると判断され、いろいろなディバ
イスに対して次の実験を実施した。

【００３１】＜第１実験例＞４Ｍ ＦＡＳＴ ＳＲＡＭ製
造工程で、ＣＭＰ後に厚さ測定のために別途に備えられ
たサイト及びセル領域上に形成された上部膜の厚さを測
定した。この時、前記上部膜でシリコン酸化膜を使用し
た。

【００３２】下部膜の複雑性と下部パターンの影響を最
小化し、上部膜に関する情報を多く得るために相対的に
厚いＣＭＰ工程で、前記上部膜に対する厚さ測定を実施
した。測定位置は厚さを相対的に比較できるように、現
在、上部膜に対する厚さ測定が実施されているサイト、
例えば、１番サイト（表１のＯＳ＃１）とセル領域を設
定した。前記上部膜に対する厚さ測定はＳＥを利用し、
分析はＳＥの反射度スペクトルを利用した。前記反射度
スペクトルはモデリングを通したフィッティングを試み
た。下の表１は前記フィッティング時に使用したレシピ
ーの条件である。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１で、“ｓｕｂ”、“ｌａｙｅｒ１”及
び“ｌａｙｅｒ２”は各々半導体基板と半導体基板上に
順次に形成された第１及び第２物質膜を示す。そして、
“Ｏｘｉｄｅ”はシリコン酸化膜であり、前記サイト及
び前記セル領域の上部膜である。“Ｏｔｈｅｒ”はセル
領域の半導体基板とシリコン酸化膜間に形成された任意
の第１物質層であり、下部膜を示す。また、ＴＨＫ１、
ＴＨＫ２、Ｎ１及びＫ１は各々上部膜で使われた物質膜
の厚さ、セル領域で下部膜として使われた物質膜の厚
さ、上部膜の屈折率及び上部膜の吸収率を示す。また、
“Ｍｏｄｅｌ”は各物質膜に適用した適用モデルを表
す。例えば、“ＨＯ”はセル領域で下部膜（Ｏｔｈｅ
ｒ）に対して適用した調和振動モデルを示す。

【００３５】このように、前記サイトは半導体基板上に
シリコン酸化膜の単純構造を有する一方、セル領域の場
合、上部膜は前記サイトのそれと同一であるが、前記上
部膜と前記半導体基板間に下部膜をさらに具備する多少
複雑な構造である。この時、前記下部膜は、前記したよ
うに、任意の物質膜で設定し、調和振動モデル（ＨＯ
Ｍ）を利用して吸収率、屈折率及び厚さの全てをフィッ
ティングパラメータとして使用した。

【００３６】そして、前記サイトでは、反射度スペクト
ルフィッティングを通じて半導体基板上に形成された第
１物質層で、かつ上部膜であるシリコン酸化膜の厚さＴ
ＨＫ１だけを測定し、前記セル領域では上部膜及び下部
膜の厚さＴＨＫ１、ＴＨＫ２と前記上部膜の屈折率Ｎ１
及び吸収率Ｋ１を測定した。

【００３７】図８は、前記サイト及び前記セル領域の上
部膜、すなわち、前記シリコン酸化膜の厚さ測定結果を
示したものであり、横軸は前記サイトで測定した前記シ
リコン酸化膜の厚さを、縦軸は前記セル領域で測定した
前記シリコン酸化膜の厚さを示す。

【００３８】図８を参照すれば、前記サイトで測定した
前記上部膜の厚さと前記セル領域で測定した前記上部膜
の厚さとの間に優秀な相関関係（０．９８７４）が存在
することが分かる。そして、前記サイトで測定した前記
シリコン酸化膜の厚さがセル領域で測定した前記シリコ
ン酸化膜の厚さに比べて１００Å程度厚い。しかし、前
記相関関係から見ると、前記測定値、例えば、前記サイ
トで測定したシリコン酸化膜の厚さは信頼性があると判
断される。

【００３９】＜第２実験例＞前記した第１実験例の場合
は、反射度スペクトルによるフィッティングの結果であ
る。反射度より情報の多いＳＥスペクトルを利用して酸
化膜をフィッティングする時、前記酸化膜に対する厚さ
測定はより正確に行われるべきであると判断される。し
たがって、２Ｍ ＰＢ３ ＣＭＰ後の酸化膜の厚さ、例え
ば、ＢＰＳＧ厚さを、前記モデリングを通じてセル領域
で測定した。また、前記セル領域に隣接したサイト上に
形成された前記酸化膜の厚さも共に測定した。そして、
前記セル領域及び前記サイトで測定した測定値を比較し
た。前記測定はウェーハの１６箇所を対象として行われ
ており、２枚のウェーハを使用した。また、前記測定の
ためにＳＥを使用した。この時、前記モデリングのため
に第１実験例と類似したパラメータを使用し、３００〜
４５０ｎｍの波長帯域の光をフィッティングに使用し
た。

【００４０】図９及び図１０は、本実験例の測定結果を
示したグラフであり、図９は、本実験例で測定した前記
セル領域及びこれに隣接したサイト上に形成された酸化
膜の厚さ変化を測定したものを示したグラフであって、
横軸は測定した所の番号を、縦軸は酸化膜の厚さを示
す。図９で参照図形“◆”はサイトで測定した酸化膜の
厚さ変化を、参照図形“■”はセル領域で測定した前記
酸化膜の厚さ変化を示す。そして、図１０は、前記セル
領域と前記サイトで測定した前記酸化膜の厚さ間の相関
関係を示したグラフであって、横軸は前記サイトで測定
した前記酸化膜の厚さ変化を、縦軸は前記セル領域で測
定した前記酸化膜の厚さ変化を示す。

【００４１】図９を参照すれば、第１実験例のようにサ
イトで測定した酸化膜の厚さがセル領域で測定した前記
酸化膜の厚さより厚く測定されることが分かる。

【００４２】そして、図１０を参照すれば、第１実験例
と同じように、セル領域及びこれに隣接した前記サイト
で測定した測定値の間に非常に強い相関関係（０．９７
９５）があることが分かる。

【００４３】＜第３実験例＞第３実施例はＳＲＡＭと下
部構造とで差があるＤＲＡＭでの傾向性を知るための実
験であった。

【００４４】具体的に、上部膜でＢＰＳＧを使用し、前
記酸化膜に対してＣＭＰ工程を実施した後に、セル領域
及びサイトで前記酸化膜の厚さを測定して比較した。前
記測定はウェーハ当り９ケ所のサイト及びセル領域を対
象として行われており、前記測定装備としてＳＥを使用
した。また、本実験例に適用したモデリングを第１また
は第２実験例に適用したモデリング技法に従った。ただ
し、ＤＲＡＭのＢＰＳＧ ＣＭＰ後、工程で反射度スペ
クトルを利用したモデリングを通したフィティングが上
手く行かず、ＳＥスペクトルを利用してモデリングし
た。

【００４５】図１１及び図１２は、前記測定結果を示し
たグラフであり、図１１は、サイト及びセル領域での酸
化膜の厚さを測定ポイント別に示したものであり、図１
２は、サイト及びセル領域間の相関関係を示したもので
ある。

【００４６】図１１において、参照図形“◆”はサイト
での厚さ変化を、“▲”はセル領域での厚さ変化を示す
が、サイトで測定された酸化膜がセル領域で測定された
前記酸化膜より厚く現れた。

【００４７】そして、図１２から見られように、セル領
域及びサイトで測定した前記酸化膜の厚さ間の相関程度
は０．９８７５程度で両者の相関関係は非常に強いとい
うことが分かる。

【００４８】＜第４実験例＞前記第１ないし第３実験例
は上部膜が比較的厚い場合に対するものであって、これ
らの実験結果を通じてセル領域及びサイト間に非常に強
い相関関係が現れるのが分かった。すなわち、上部膜が
厚い場合、セル領域で前記上部膜に対する厚さ測定がＳ
Ｅスペクトルを使用し、リアルタイムでできることが分
かった。

【００４９】これに、前記上部膜が薄い場合にも、その
厚さ測定が可能かどうかを調べるために酸化膜、例え
ば、ＢＰＳＧ膜をセル領域及びサイトに蒸着した後、前
記セル領域と前記サイトに形成された酸化膜の厚さとを
測定した。この時、測定装備ではＳＥを使用し、ウェー
ハの１２箇所で測定した。

【００５０】図１３及び図１４は、前記測定結果を示し
たグラフであって、図１３は、セル領域及びサイトで測
定した上部膜の厚さ変化を測定ポインター別に示したも
のであり、図１４は、セル領域及びサイトで測定された
上部膜の厚さの間に相関関係を示したものである。

【００５１】図１３で参照図形“■”及び“◆”は各々
セル領域及びサイトで測定した上部膜の厚さ変化を示
す。これらを参照すれば、第１ないし第３実験例の場合
に比べ、上部膜に対するセル領域及びサイトで測定され
た測定値間の差がはるかに大きいことが分かる。また、
ＣＭＰ工程と違って、サイトで測定した上部膜の厚さが
セル領域で測定した上部膜の厚さより薄いものとして現
れるが、これに対しては追加検証が必要である。

【００５２】図１４を参照すれば、セル領域及びサイト
で測定された上部膜の厚さ間の相関程度も０．８６２７
程度で相関関係が第１ないし第３実験例のそれらに比べ
ては弱いが、相変らず、強い相関関係があることが分か
る。ＣＭＰ工程に比べて前記相関関係が多少弱いことは
上部膜が薄く、前記上部膜より得られる情報が少ないこ
とに起因したためである。

【００５３】＜検証＞前記のあらゆる実験例において、
下部膜のモデリングを通じて、セル領域で前記下部膜上
に形成された上部膜の厚さを測定した結果、前記セル領
域に隣接したサイトで測定した上部膜の厚さと強い相関
関係を得た。よって、これを検証するために、サイトの
下のセル領域をフィッティングした後、上部膜の厚さを
測定した結果と垂直走査電子顕微鏡ＶＳＥＭを利用して
前記上部膜の厚さを測定した結果とを比較し、両者の相
関関係を検証した。前記検証はウェーハの１６ケ所を対
象として実施した。また、前記上部膜は酸化膜で、ＣＭ
Ｐされたものである。

【００５４】前記検証において、セル領域での前記上部
膜の厚さ測定はＳＥスペクトルフィッティングを通じて
測定しており、フィッティング時のレシピーの条件の特
記事項として、前記上部膜と前記下部膜の間に窒化膜を
形成し、前記窒化膜に対してＨＯモデルを適用した。し
たがって、セル領域上に積層された積層物の積層構造は
下から上に半導体基板Ｓｉ／下部膜／窒化膜／上部膜
（酸化膜）になる。前記測定は３００ｎｍ〜４５０ｎｍ
帯域に属する波長を有する光を利用して行った。この
時、測定パラメータとして前記上部膜及び下部膜の厚
さ、前記下部膜の屈折率及び吸収率を使用した。

【００５５】前記検証の結果は図１５及び図１６で見ら
れる。図１５は、ＳＥスペクトル及びＶＳＥＭを利用し
て測定した上部膜の厚さを測定ポイント別に示したグラ
フであって、参照図形“■”はＶＳＥＭによるものであ
ることを、“◆”はＳＥスペクトルによるものであるこ
とを示す。そして、棒グラフ１００はスキューを示す。

【００５６】一方、図１６は、ＳＥスペクトルフィッテ
ィングを通じて測定した前記上部膜の厚さと前記ＶＳＥ
Ｍを通じて測定した前記上部膜の厚さとの間の相関関係
を示したものであって、横軸のＳＥデータはＳＥスペク
トルを利用して測定した前記上部膜の厚さ変化を、縦軸
はＶＳＥＭを利用して測定した前記上部膜の厚さの変化
を示す。

【００５７】図１６を参照すれば、ＳＥスペクトルフィ
ッティングを通じて測定した前記上部膜の厚さと前記Ｖ
ＳＥＭを通じて測定した前記上部膜の厚さとの間の相関
関係は相関程度が０．６程度で絶対的に一致することで
はないが、これはＶＳＥＭの測定位置とＳＥを利用した
測定位置とが正確に一致しないためであり、傾向性の側
面では類似した結果が現れるので、ＳＥを利用したセル
領域での前記上部膜の厚さ測定データは信頼性があると
見られる。

【００５８】＜ショット領域の薄膜の厚さ均一度の測定
＞引き続き、前述した本発明による薄膜の厚さ測定方法
を評価するために、従来の薄膜の厚さ測定方法ではモニ
ターが不可能なショット領域に形成された薄膜の均一性
を調べた。このために、９個のショット領域の各々の左
上ＵＬ、右上ＵＲ、左下ＬＬ及び右下ＬＲ等の四つの部
分のポイントを測定した。

【００５９】図１７は、このような測定結果を示したグ
ラフであり、横軸は９個のショット領域を、縦軸はショ
ット領域で測定された上部膜の厚さを示す。そして、グ
ラフＧで前方部分２００はウェーハのトップの最外郭に
分布されたショット領域に対する厚さの均一度の分布を
示し、中間部分３００はウェーハの中心領域に分布され
たショット領域に対する厚さの均一度の分布を示す。

【００６０】図１７を参照すれば、トップの最外郭に分
布されたショット領域上に形成された上部膜の厚さの分
布は最小が７８００Å、最大が８５００Åであって、最
大厚さの差が約７００Å程度である厚さ均一度を示して
いる。残りのショット領域内での前記上部膜の厚さ均一
度は最小及び最大厚さの差が１００Å〜５００Å程度の
厚さ均一度を示している。

【００６１】従来技術による薄膜の厚さ測定方法の場
合、別途に備えられた薄膜の厚さ測定サイトを通じて薄
膜の厚さを測定し、前記サイトがショット領域に一つの
み存在するので、ショット領域内の厚さ均一度に対する
情報を得ることが出来ない。また、最外郭のサイト位置
がウェーハの最外郭から１０ｍｍ〜２０ｍｍ内側にある
ので、ウェーハの最外郭の均一度が確認できないが、前
記のように本発明によってセル領域で上部膜の厚さを測
定する場合、リアルタイムでセル領域に形成された薄膜
に関する情報を得ることができるので、後続工程が改善
できる。

【００６２】＜チップの厚さ均一度測定＞次に、本発明
による薄膜の厚さ測定方法を利用してディバイスのチッ
プ内の厚さ均一度を調べるために、ウェーハの最外郭に
位置したチップを対象に厚さ均一度を測定し、ＣＭＰ後
の上部膜の厚さを測定してチップの厚さ均一度を測定し
た。前記測定のために、ウェーハのフラットゾーン領
域、フラットゾーン領域と対向するトップ領域及び前記
フラットゾーン領域の左右側の領域に位置した最外郭の
チップより三つのチップに対する厚さ均一度を測定し
た。

【００６３】図１８は、前記測定に対するシミュレーシ
ョン結果を示したものであって、参照符号Ａ１、Ａ２及
びＡ３は各々前記ＣＭＰ後の前記上部膜の厚さが１０５
００Å〜１１０００Åである領域、１１０００Å〜１１
５００Åである領域及び１１５００Å〜１２０００Åで
ある領域を示す。

【００６４】これを参照すれば、ウェーハのトップ及び
フラットゾーン領域に位置したチップ上に形成された上
部膜は、ウェーハの左側Ｌ及び右側Ｒ領域に位置した最
外郭のチップ上に形成された前記上部膜より薄いが、こ
れは前記左側Ｌ及び右側Ｒ領域に位置した最外郭チップ
上に形成された前記上部膜が過度に研磨されることを表
す。

【００６５】このようなチップの厚さ均一度の情報は従
来のサイトを通した薄膜の厚さ測定では得ることのでき
ない情報である。したがって、本発明による薄膜の厚さ
測定方法を利用することによって、ＣＭＰ工程で過度に
研磨された部分を製品上で正確に究明できる。

【００６６】次に、チップの厚さ均一度の測定に使用し
たディバイスにおいて、薄膜の厚さ測定のために別途に
備えられたサイトが存在しない位置、すなわち、最外郭
を含むセル領域内の厚さ均一度を確認した。厚さ均一度
は上部膜を形成した後、前記上部膜をＣＭＰした後、測
定した。この時、前記上部膜は酸化膜、例えば、ＢＰＳ
Ｇ膜で形成した。

【００６７】前記厚さ均一度はフラットゾーン領域から
トップ領域方向へ測定するが、チップ単位でレシピーを
セットアップし、チップ内の四箇所ＵＬ、ＵＲ、ＬＬ、
ＬＲで前記上部膜の厚さを測定した後、これらを評価し
て測定した。

【００６８】図１９は、このような測定結果を示したグ
ラフであり、グラフＧ１の左側部分はフラットゾーン領
域を、右側はトップ領域を示す。

【００６９】図１９を参照すれば、トップ領域に位置し
た二つのチップ（横軸の１７及び１８）内の厚さ均一度
は５００Å〜６００Å程度で他の領域に比べて大きく現
れ、フラットゾーン領域に位置したチップの場合、デー
タ中心値がほかの領域に位置したチップに比べて４００
Å〜１、０００Å程度に大きく現れており、ディバイス
不良の原因になりうることが分かる。

【００７０】また、全体的にはウェーハの中心がトップ
領域やフラットゾーン領域に比べて多く研磨されたこと
が分かり、前記トップ領域の厚さ均一度がよくないのが
分かるが、このような事実は従来の薄膜の厚さ測定方法
ではわからないことである。

【００７１】下の表２は前記した実験例及び検証結果を
要約したものである。

【００７２】

【表２】

【００７３】表２を参照すれば、ＳＥスペクトルを利用
したあらゆる実験例及び検証結果よりサイト及びセル領
域で測定した上部膜の厚さの数値間に、非常に強い相関
関係が得られることが分かる。また、ＣＭＰ工程の場
合、セル領域に形成された上部膜の厚さがサイト上に形
成された上部膜の厚さより薄い一方、ＢＰＳＧ蒸着工程
の場合、反対の傾向を示すことがわかる。なお、上部膜
が厚いほど、セル領域及びサイトでの厚さの相関関係が
強く、セル領域での厚さの測定正確度が向上することが
わかる。

【００７４】一方、ＶＳＥＭを利用した本発明の検証過
程において、ＶＳＥＭとのマッチング時、正確な測定ポ
イントのマッチングが行われず、ＶＳＥＭで発生する誤
差等によって±３００Å程度の誤差が現れているが、傾
向性の側面としては類似である。したがって、本発明に
よる薄膜の厚さ測定方法で測定した厚さのデータは信頼
できる。

【００７５】図２０は、このような本発明による薄膜の
厚さ測定方法を段階別に要約したブロック図であって、
第１段階５００は基板上に形成された下部膜をモデリン
グする段階であり、第２段階５１０は前記下部膜のモデ
リング後に、前記下部膜上に形成された上部膜の厚さを
測定する段階である。前記下部膜はＨＯモデルを使用し
てモデリングし、前記上部膜の厚さは前記実験例に記述
したようにＳＥスペクトルを使用して測定する。

【００７６】前記した説明で、多くの事項が具体的に記
載されているが、それらは発明の範囲を限定するもので
はなく、望ましい実施例の例示として解釈されるべきで
ある。例えば、本発明が属する技術分野で、当業者であ
れば、ＳＥではなく、他の薄膜の厚さ測定装備を使用す
るか、ＳＥの構成を変更するか、あるいは別途の構成要
素を追加したＳＥを使用できる。このような本発明の多
様性のために本発明の範囲は説明された実施例によって
定められることではなく、特許請求の範囲に記載された
技術的思想により定められるべきである。

【００７７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、薄
膜の厚さ測定方法はＳＥスペクトルを利用し、下部膜を
モデリングすることによって前記下部膜上に形成された
上部膜に対する厚さを測定する非破壊的な薄膜の厚さ測
定方法である。このような本発明の方法を利用すれば、
セル領域、特に、従来にはモニターリング出来なかった
ショット領域またはチップ領域の厚さを測定し、前記各
領域の厚さ均一度を測定できる。これと共にウェーハの
最外郭に位置したチップの厚さも測定でき、工程改善及
び工程問題の分析に活用できる。特に、上部膜が厚くて
安定した測定が行われ、ウェーハの全体均一度が重要な
ＣＭＰ工程に本発明を適用するならば、工程改善の効果
は倍加されうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的なウェーハの平面図である。

【図２】図１に図示されたウェーハの部分拡大断面図で
ある。

【図３】本発明の実施例による薄膜の厚さ測定方法を説
明するための図面であって、下部膜及び上部膜が順次に
形成された基板のセル領域の一部を示した断面図であ
る。

【図４】本発明の実施例による薄膜の厚さ測定方法にお
いて、ＳＥを利用して薄膜の厚さ測定のために別途に備
えられたサイトで薄膜の厚さを測定する時に現れるＳＥ
スペクトルを入射ビームの波長対振幅反射率比のタンジ
ェント値で示したグラフである。

【図５】本発明の実施例による薄膜の厚さ測定方法にお
いて、ＳＥを利用して薄膜の厚さ測定のために別途に備
えられたサイトで薄膜の厚さを測定する時に現れるＳＥ
スペクトルを入射ビームの波長対位相差のコサイン値で
示したグラフである。

【図６】本発明の実施例による薄膜の厚さ測定方法にお
いて、ＳＥを利用してセル領域に形成された薄膜の厚さ
を測定する時に現れるＳＥスペクトルを入射ビームの波
長対振幅反射率比のタンジェント値で示したグラフであ
る。

【図７】本発明の実施例による薄膜の厚さ測定方法にお
いて、ＳＥを利用してセル領域に形成された薄膜の厚さ
を測定する時に現れるＳＥスペクトルを入射ビームの波
長対位相差のコサイン値で示したグラフである。

【図８】本発明の第１実験例による薄膜の厚さ測定方法
において、測定されたサイト及びセル領域上に形成され
た酸化膜の厚さ間の相関関係を示したグラフである。

【図９】本発明の第２実験例による薄膜の厚さ測定方法
で測定したセル領域及びこれに隣接したサイト上に形成
された酸化膜の厚さの変化を測定した所によって示した
グラフである。

【図１０】本発明の第２実験例による薄膜の厚さ測定方
法においてセル領域とサイトとで測定した酸化膜の厚さ
の間の相関関係を示したグラフである。

【図１１】本発明の第３実験例による薄膜の厚さ測定方
法において、サイト及びセル領域で測定した酸化膜の厚
さを測定ポイント別に示したグラフである。

【図１２】本発明の第３実験例による薄膜の厚さ測定方
法において、サイト及びセル領域で測定した酸化膜の厚
さの間の相関関係を示したグラフである。

【図１３】本発明の第４実験例による薄膜の厚さ測定方
法において、セル領域及びサイトで測定した上部膜の厚
さの変化を測定ポインター別に示したグラフである。

【図１４】本発明の第４実験例による薄膜の厚さ測定方
法で、セル領域及びサイトで測定された上部膜の厚さの
間に相関関係を示したグラフである。

【図１５】本発明の実施例による薄膜の厚さ測定方法を
検証するために、ＳＥスペクトル及びＶＳＥＭを利用し
て測定した上部膜の厚さを測定ポイント別に示したグラ
フである。

【図１６】本発明の実施例による薄膜の厚さ測定方法を
検証する過程で、ＳＥスペクトルフィッティングを通じ
て測定した上部膜の厚さとＶＳＥＭを通じて測定した上
部膜の厚さ間の相関関係を示したグラフである。

【図１７】本発明の実施例による薄膜の厚さ測定方法を
基板のショット領域上に形成された上部膜の厚さ測定に
適用した場合の測定結果を示したグラフである。

【図１８】本発明の実施例による薄膜の厚さ測定方法を
チップ領域の厚さ測定に適用した場合の測定結果を示し
たグラフである。

【図１９】本発明の実施例による薄膜の厚さ測定方法を
薄膜の厚さ測定のためのサイトを含まない最外郭のセル
領域上に形成された薄膜の厚さ測定に適用した場合の測
定結果を示したグラフである。

【図２０】本発明の実施例による薄膜の厚さ測定方法を
要約して段階別に示したブロック図である。

【符号の説明】

１ ウェーハ ４０ 半導体基板 ４２ 下部膜 ４４ 上部膜 ４８ 入射ビーム ４８a、４８b 反射ビーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玄 弼 植 大韓民国京畿道水原市八達区靈通洞955− １番地 凰谷住公アパート137棟1804号 (72)発明者 趙 炯 ▲せき▼ 大韓民国京畿道水原市八達区靈通洞967− ２番地 シンナムシル豊林アパート602棟 1904号 (72)発明者 崔 相 奉 大韓民国京畿道水原市八達区靈通洞988− ２番地 東亜アパート714棟1302号 Ｆターム(参考） 2F065 AA30 BB02 BB17 CC00 CC19 CC31 FF44 FF49 HH04 QQ00 QQ18 UU05 2F069 AA46 BB15 BB40 CC06 GG07 GG52 NN00 NN17

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に離隔され所定のパターン形態で
   形成された下部膜と、前記下部膜を覆う上部膜を順次に
   形成した後、前記上部膜の厚さを測定する方法におい
   て、 前記下部膜をモデリングする第１段階と、 前記上部膜の厚さを測定する第２段階と、 を含むことを特徴とする薄膜の厚さ測定方法。
2. 【請求項２】 前記第１段階は、 前記下部膜を所定の物質膜として設定する段階と、 前記所定の物質膜を、調和振動モデルを使用して前記下
   部膜にフィッティングする段階と、 をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜の
   厚さ測定方法。
3. 【請求項３】 前記フィッティングする段階で前記物質
   膜の吸収率、屈折率及び厚さを前記調和振動モデルのフ
   ィッティングパラメータとして使用することを特徴とす
   る請求項２項に記載の薄膜の厚さ測定方法。
4. 【請求項４】 前記上部膜はＣＭＰされた物質膜である
   ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜の厚さ測定方
   法。
5. 【請求項５】 前記基板の所定領域上に形成された上部
   膜の厚さを測定するにあたり、前記所定領域は少なくと
   もセル領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄
   膜の厚さ測定方法。
6. 【請求項６】 前記上部膜の厚さはＳＥスペクトルを利
   用して測定することを特徴とする請求項１または５に記
   載の薄膜の厚さ測定方法。