JP2015232450A - Film thickness measurement method and film thickness measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、顕微ＦＴＩＲ法を使用する膜厚の測定方法及び膜厚測定装置に関する。 The present invention relates to a film thickness measuring method and film thickness measuring apparatus using a microscopic FTIR method.
従来から平面状の基板上に形成（成長）した薄膜（単結晶薄膜や多結晶薄膜）の膜厚を測定する方法は、様々な測定法が知られている。
しかし、最近は半導体デバイスが基板の外周部ぎりぎりまで形成されている。このために半導体ウェーハのエッジ部〜面取り部の薄膜の評価が重要視されている。
たとえば、シリコンウェーハ膜厚、例えばエピタキシャル層（単結晶薄膜）の膜厚では、ウェーハエッジ部の膜厚の厚みがダレ形状になりやすく、この部位の膜厚の測定が製品品質の向上に不可欠である。
しかしながら従来の膜厚測定機では、エッジ部よりウェーハ中心側に５ｍｍの位置の測定が限界であり、この部位の測定が不可能であった。
Conventionally, various measuring methods are known for measuring the film thickness of a thin film (single crystal thin film or polycrystalline thin film) formed (grown) on a planar substrate.
However, recently, semiconductor devices have been formed to the edge of the outer periphery of the substrate. For this reason, importance is attached to the evaluation of the thin film from the edge portion to the chamfered portion of the semiconductor wafer.
For example, in the case of a silicon wafer film thickness, for example, an epitaxial layer (single crystal thin film) film thickness, the film thickness at the wafer edge tends to be a sagging shape. is there.
However, in the conventional film thickness measuring machine, the measurement at a position of 5 mm from the edge part to the wafer center side is the limit, and this part cannot be measured.
従来、半導体ウェーハの面取り部の膜厚を分析する方法の一つとして、イオンミリングなどで、半導体ウェーハの面取り部の断面を露出させ、ＳＥＭ等で観察する方法がある。この測定方法では、断面作製とＳＥＭ観察に多大な手間とコストが必要である。その上、シリコンウェーハ上のエピタキシャル層の膜厚測定など、基板と膜質が同材料の場合には、ＳＥＭはその境界面の観察が難しいことが知られている。
また、イオンミリングは破壊測定であり製品の簡便な検査に適していないし、歩留まりの低下を招く。
Conventionally, as one method for analyzing the film thickness of the chamfered portion of the semiconductor wafer, there is a method of exposing the cross section of the chamfered portion of the semiconductor wafer by ion milling or the like and observing with a SEM or the like. This measurement method requires a great deal of labor and cost for cross-section preparation and SEM observation. In addition, when the substrate and film quality are the same material, such as measuring the thickness of the epitaxial layer on the silicon wafer, it is known that the SEM is difficult to observe the boundary surface.
In addition, ion milling is a destructive measurement and is not suitable for a simple inspection of a product, resulting in a decrease in yield.
また、半導体ウェーハの面取り部は形状が複雑で狭い領域の測定は困難である。この問題点において、例えば、特許文献１に記載のフーリエ変換赤外分光（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ：ＦＴＩＲ）法は光を利用した分析手法であるために、非接触、非破壊などの観点から有効な測定方法である。
Further, the chamfered portion of the semiconductor wafer has a complicated shape and it is difficult to measure a narrow region. In this problem, for example, the Fourier Transform Infrared (FTIR) method described in
ところが、特許文献１のＦＴＩＲ赤外光の測定範囲は直径６ｍｍ円内で、ウェーハの面取り部の巾１ｍｍの狭い領域での精度の良い評価は困難である。
また、半導体ウェーハの面取り部や側面の分析すべき面（分析面）は主表面からθだけ傾斜することになる。この面取り部や側面における分析面に赤外線を照射すると、赤外反射光が検出器とは別の方向に向かってしまうので、検出することができない。
このように、従来の方法では、半導体ウェーハ基板の面取り部や側面における薄膜の膜厚を測定できなかった。そして、このような問題は、測定範囲が約３０〜２００μｍ角と、空間分解能がＦＴＩＲ法よりも優れた顕微ＦＴＩＲ法においても、同様に存在する。
However, the measurement range of FTIR infrared light in
Also, the chamfered portion of the semiconductor wafer and the surface to be analyzed (analysis surface) are inclined by θ from the main surface. When infrared rays are irradiated to the chamfered portion or the analysis surface at the side surface, the infrared reflected light is directed in a direction different from that of the detector and cannot be detected.
As described above, the conventional method cannot measure the film thickness of the thin film on the chamfered portion or the side surface of the semiconductor wafer substrate. Such a problem also exists in the microscopic FTIR method having a measurement range of about 30 to 200 μm square and a spatial resolution superior to that of the FTIR method.
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、半導体ウェーハの面取り部及び側面における薄膜の膜厚を、顕微ＦＴＩＲ法を用いた点分析により同定することができる膜厚の測定方法及び膜厚測定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and a film thickness measuring method capable of identifying the film thickness of a thin film on a chamfered portion and a side surface of a semiconductor wafer by point analysis using a microscopic FTIR method, and It aims at providing a film thickness measuring apparatus.
上記目的を達成するために、本発明によれば、基板上に薄膜が形成された半導体ウェーハを保持治具により保持し、光源から前記半導体ウェーハに対し赤外線を照射し、前記半導体ウェーハからの反射光を検出器により測定し、該測定した反射光に基づく赤外反射スペクトルと前記薄膜の膜厚との相関関係から、前記薄膜の膜厚を算出する顕微ＦＴＩＲ測定装置を用いる膜厚の測定方法において、前記保持治具として、前記保持した半導体ウェーハを傾斜させることが可能な可動ステージを用い、前記半導体ウェーハを、面取り加工された基板上に薄膜が形成された半導体ウェーハとし、前記半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際には、前記可動ステージを所定角度傾斜させることで、前記半導体ウェーハの面取り部又は側面が水平になるように前記半導体ウェーハを傾斜させて保持してから、前記半導体ウェーハに対し赤外線を照射し、前記面取り部又は前記側面における薄膜の膜厚の測定を行うことを特徴とする膜厚の測定方法を提供する。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a semiconductor wafer having a thin film formed on a substrate is held by a holding jig, the semiconductor wafer is irradiated with infrared light from a light source, and reflected from the semiconductor wafer. Method of measuring film thickness using microscopic FTIR measuring device that measures light with detector and calculates film thickness of thin film from correlation between infrared reflection spectrum based on measured reflected light and film thickness of thin film The holding jig is a movable stage capable of tilting the held semiconductor wafer, and the semiconductor wafer is a semiconductor wafer in which a thin film is formed on a chamfered substrate. When measuring the film thickness of the thin film on the chamfered portion or the side surface, the surface of the semiconductor wafer is inclined by tilting the movable stage by a predetermined angle. The semiconductor wafer is tilted and held so that the edge or side surface is horizontal, and then the semiconductor wafer is irradiated with infrared rays to measure the film thickness of the thin film on the chamfered portion or the side surface. A method for measuring the film thickness is provided.
このようにすれば、面取り部や側面が水平になるように半導体ウェーハを保持するため、照射する赤外線の焦点を分析対象の面に合わせることができ、かつ、面取り部や側面から反射した赤外線を検出器に適切に入射させることができるので、従来の方法では測定することができなかった面取り部や側面における薄膜の膜厚を正確に検出できる。また、もちろん従来通り半導体ウェーハの主表面の薄膜の膜厚も測定することができる。これにより、顕微ＦＴＩＲ法という非接触、非破壊の測定方法にて半導体ウェーハの主表面はもちろん、その面取り部や側面における薄膜の膜厚を測定することができるため、極めて有益であり、かつ半導体ウェーハの歩留まりを向上させることができる。 In this way, since the semiconductor wafer is held so that the chamfered portion and the side surface are horizontal, the infrared ray to be irradiated can be focused on the surface to be analyzed, and the infrared light reflected from the chamfered portion and the side surface can be reflected. Since it can enter into a detector appropriately, the film thickness of the thin film in the chamfering part and side surface which could not be measured with the conventional method can be detected correctly. Of course, the thickness of the thin film on the main surface of the semiconductor wafer can also be measured as usual. This makes it possible to measure the film thickness of the thin film not only on the main surface of the semiconductor wafer but also on the chamfered portion and the side surface by a non-contact, non-destructive measurement method called the microscopic FTIR method. Wafer yield can be improved.
このとき、前記半導体ウェーハの赤外反射スペクトルは、予め測定しておいたリファレンスの赤外反射スペクトルの波形を減算することによって得られる差分スペクトルを用いることができる。 At this time, as the infrared reflection spectrum of the semiconductor wafer, a differential spectrum obtained by subtracting the waveform of the reference infrared reflection spectrum measured in advance can be used.
このようにすれば、差分スペクトルに現れるサイドピークが強力になり、サイドピーク間の距離を読み取りやすい赤外反射スペクトルとなるため、より精度の高い膜厚測定が可能である。 In this way, the side peak appearing in the difference spectrum becomes strong, and the infrared reflection spectrum in which the distance between the side peaks can be easily read, so that the film thickness can be measured with higher accuracy.
またこのとき、前記半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際における、前記可動ステージの傾斜角度を１５°以上９０°以下とすることができる。 At this time, the inclination angle of the movable stage when measuring the film thickness of the thin film on the chamfered portion or the side surface of the semiconductor wafer can be set to 15 ° to 90 °.
一般的な半導体ウェーハの主表面に対する面取り部の傾斜角は、上記範囲内となっているためこのような傾斜角度であれば、確実に面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定することができる。 Since the inclination angle of the chamfered portion with respect to the main surface of a general semiconductor wafer is within the above range, the film thickness of the thin film on the chamfered portion or the side surface can be reliably measured with such an inclination angle. .
また、上記目的を達成するために、本発明によれば、基板上に薄膜が形成された半導体ウェーハを保持するための保持治具と、前記半導体ウェーハに赤外線を照射するための光源と、前記半導体ウェーハからの反射光を測定するための検出器を具備し、前記光源から前記半導体ウェーハに対し赤外線を照射し、前記検出器で前記半導体ウェーハからの反射光を測定し、該測定した反射光に基づく赤外反射スペクトルと前記薄膜の膜厚との相関関係から、前記薄膜の膜厚を算出して前記薄膜の膜厚を測定する顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置であって、前記保持治具が、前記保持した半導体ウェーハを傾斜させることが可能な可動ステージであり、前記半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際には、前記可動ステージを所定角度傾斜させることで、前記半導体ウェーハの面取り部又は側面が水平になるように前記半導体ウェーハを傾斜させて保持してから、前記半導体ウェーハに対し赤外線を照射し、前記面取り部又は前記側面における薄膜の膜厚の測定を行うものであることを特徴とする顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置が提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a holding jig for holding a semiconductor wafer on which a thin film is formed on a substrate, a light source for irradiating the semiconductor wafer with infrared rays, A detector for measuring the reflected light from the semiconductor wafer; irradiating the semiconductor wafer with infrared light from the light source; measuring the reflected light from the semiconductor wafer with the detector; A film thickness measuring apparatus using a micro FTIR method for measuring the film thickness of the thin film by calculating the film thickness of the thin film from the correlation between the infrared reflection spectrum based on the film thickness and the film thickness of the thin film, The tool is a movable stage capable of tilting the held semiconductor wafer. When measuring the film thickness of the thin film on the chamfered portion or the side surface of the semiconductor wafer, the movable step is performed. The semiconductor wafer is tilted and held so that the chamfered portion or side surface of the semiconductor wafer is horizontal, and then the semiconductor wafer is irradiated with infrared rays, and the chamfered portion or the There is provided a film thickness measuring apparatus using a microscopic FTIR method, which measures a film thickness of a thin film on a side surface.
このようなものであれば、可動ステージが所定角度傾斜可能であるため、面取り部や側面が水平になるように半導体ウェーハを保持して、面取り部や側面に照射した赤外線を検出器に適切に入射させることができるので、従来のＦＴＩＲ装置では測定することができなかった面取り部や側面における薄膜の膜厚を正確に検出できるものとなる。また、もちろん、本発明の測定装置は、従来通り半導体ウェーハの主表面の薄膜の膜厚も測定することができる。これにより、顕微ＦＴＩＲ法という非接触、非破壊の測定方法にて半導体ウェーハの主表面はもちろん、その面取り部や側面における薄膜の膜厚を測定することができるため、極めて有益であり、かつ半導体ウェーハの歩留まりを向上させることができるものとなる。 In such a case, since the movable stage can be inclined at a predetermined angle, the semiconductor wafer is held so that the chamfered portion and the side surface are horizontal, and the infrared rays applied to the chamfered portion and the side surface are appropriately applied to the detector. Since it can enter, the film thickness of the thin film in the chamfering part and side surface which could not be measured with the conventional FTIR apparatus can be detected accurately. Of course, the measuring apparatus of the present invention can measure the film thickness of the thin film on the main surface of the semiconductor wafer as in the past. This makes it possible to measure the film thickness of the thin film not only on the main surface of the semiconductor wafer but also on the chamfered portion and the side surface by a non-contact, non-destructive measurement method called the microscopic FTIR method. The yield of wafers can be improved.
このとき、前記半導体ウェーハの赤外反射スペクトルは、予め測定しておいたリファレンスの赤外反射スペクトルの波形を減算することによって得られる差分スペクトルを用いるものとすることができる。 At this time, as the infrared reflection spectrum of the semiconductor wafer, a differential spectrum obtained by subtracting the waveform of the reference infrared reflection spectrum measured in advance can be used.
このようなものであれば、差分スペクトルに現れるサイドピークが強力になり、サイドピーク間の距離を読み取りやすい赤外反射スペクトルとなるため、より精度の高い膜厚測定が可能なものとなる。 If it is such, since the side peak which appears in a difference spectrum will become strong and it will become an infrared reflection spectrum which is easy to read the distance between side peaks, a more accurate film thickness measurement is attained.
またこのとき、前記半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際における、前記可動ステージの傾斜角度が１５°以上９０°以下のものとすることができる。 Further, at this time, the inclination angle of the movable stage when measuring the film thickness of the thin film on the chamfered portion or the side surface of the semiconductor wafer may be 15 ° or more and 90 ° or less.
このようなものであれば、一般的な半導体ウェーハの主表面に対する面取り部の傾斜角は、上記範囲内となっているため、傾斜角度が１５°以上９０°以下の可動ステージを具備すれば、確実に面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定することができるものとなる。 If it is such, since the inclination angle of the chamfered portion with respect to the main surface of a general semiconductor wafer is within the above range, if a movable stage having an inclination angle of 15 ° or more and 90 ° or less is provided, The film thickness of the thin film at the chamfered portion or the side surface can be reliably measured.
本発明の膜厚の測定方法及び膜厚測定装置であれば、半導体ウェーハの主表面はもちろん、従来測定することができなかった、半導体ウェーハの面取り部及び側面における薄膜の膜厚を精度よく測定することができる。 With the film thickness measuring method and film thickness measuring apparatus of the present invention, the main surface of the semiconductor wafer as well as the film thickness of the thin film on the chamfered portion and the side surface of the semiconductor wafer, which could not be measured conventionally, are accurately measured. can do.
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上記のように、従来、赤外線の反射を利用するＦＴＩＲ法による測定方法では、半導体ウェーハの面取り部や側面における薄膜の膜厚を測定することができないという問題があった。
Hereinafter, although an embodiment is described about the present invention, the present invention is not limited to this.
As described above, the conventional FTIR method using infrared reflection has a problem that the film thickness of the thin film on the chamfered portion or the side surface of the semiconductor wafer cannot be measured.
そこで、本発明者は鋭意検討を重ねた結果、面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際には、半導体ウェーハの面取り部又は側面が水平になるように前記半導体ウェーハを傾斜させて保持することで、上記問題を解決できることに想到し、本発明を完成させた。 Therefore, as a result of intensive studies, the present inventor, when measuring the film thickness of the thin film on the chamfered portion or side surface, tilts and holds the semiconductor wafer so that the chamfered portion or side surface of the semiconductor wafer is horizontal. As a result, the inventors have conceived that the above problems can be solved and completed the present invention.
まず、本発明の顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置１０について、図を参照して説明する。
本発明の顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置１０は、主に、図１の（ａ）に示す干渉計システムと、図１の（ｂ）に示す検出器６等を備えた赤外顕微鏡システム７より構成されている。
図１の（ａ）に示すように、干渉計システムでは、光源１及び第１の固定ミラー２からの光は、ビームスプリッタ３を介して、走査ミラー４およびに第２の固定ミラー５に送られる。ビームスプリッタ３は入射した光の一部を透過する一方、残りを反射して光を２つに分解する性質がある。
走査ミラー４及び第二の固定ミラー５に入射した光は、更に反射してビームスプリッタ３に再び戻り、該ビームスプリッタ３を透過又は反射して、赤外顕微鏡システム７に送られる。
この時に、走査ミラー４が等速で光軸方向に移動するにつれて、走査ミラー４からの反射光と、第二の固定ミラー５から反射した光は光路長が変化する。これにより光源１からの光は、特定の周波数に振幅変調された赤外線となる。
First, the film thickness measuring apparatus 10 by the micro FTIR method of the present invention will be described with reference to the drawings.
A film thickness measuring apparatus 10 by the microscopic FTIR method of the present invention mainly includes an interferometer system shown in FIG. 1A and an
As shown in FIG. 1A, in the interferometer system, light from the
The light incident on the scanning mirror 4 and the second fixed
At this time, as the scanning mirror 4 moves in the optical axis direction at a constant speed, the optical path length of the reflected light from the scanning mirror 4 and the light reflected from the second fixed
このように、干渉計システムにより特定の周波数に振幅変調された赤外線は、赤外顕微鏡光学系９（カセグレン鏡・アパチャー・レンズ等）を経由して、サンプルに照射・反射し、検出器６に至る。顕微ＦＴＩＲ測定では検出器６により、サンプルに照射・反射された時の赤外線吸収スペクトルを検出することが可能である。 As described above, the infrared light whose amplitude is modulated to a specific frequency by the interferometer system is irradiated and reflected on the sample via the infrared microscope optical system 9 (Cassegrain mirror, aperture, lens, etc.), and is sent to the detector 6. It reaches. In the microscopic FTIR measurement, the detector 6 can detect the infrared absorption spectrum when the sample is irradiated / reflected.
測定対象が図１（ｃ）に示すような、エピタキシャルウェーハＷの場合は、赤外線を照射するとエピタキシャル層（単結晶薄膜）Ｗ２の上表面からの反射光Ｌ１と、基板Ｗ１とエピタキシャル層Ｗ２との境界面からの反射光Ｌ２が発生する。このＬ１−Ｌ２の光路差が波長の正数倍のときには２つの光束の位相が揃うため強め合い、半波長ずれると逆に弱め合う。その結果、検出器６が検出測定する赤外線の強度の時間変化は周期関数的になる。 In the case where the object to be measured is an epitaxial wafer W as shown in FIG. 1C, the reflected light L 1 from the upper surface of the epitaxial layer (single crystal thin film) W 2 , the substrate W 1 and the epitaxial layer when irradiated with infrared rays Reflected light L 2 from the boundary surface with W 2 is generated. When the optical path difference of L 1 -L 2 is a positive number multiple of the wavelength, the phases of the two light beams are intensified so that they are intensified. As a result, the time change of the intensity of infrared rays detected and measured by the detector 6 becomes a periodic function.
実際の赤外線光源１からの赤外線は、波長に幅を持っているため、赤外線強度の時間変化の周期に幅を持つ。さまざまの波長の混じった光が赤外線光源から照射される場合に得られる検出器での受光強度Ｉは光路差ｘ（＝Ｌ１−Ｌ２）の関数として次式（１）で表される。
Ｉ（ｘ）＝∫Ｂ（ｖ）（１＋ｃｏｓ２πｖｘ）ｄｖ ・・・ （１）
Since the infrared rays from the actual infrared
I (x) = ∫B (v) (1 + cos2πvx) dv (1)
ここで、ｖは赤外線の波数で、Ｂ（ｖ）は光源から出る光の強度の波数依存性を示す関数である。変調信号を示すこの式の第２項の交流成分はインターフェログラム（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｇｒａｍ）と呼ばれる。インターフェログラムは、光路差がゼロ（ｘ＝０）の時はどの波数の光も同位相で干渉しているため大きな値を示し、ｘがゼロから離れるにつれて各波数の光がさまざまの位相で干渉することになるので、波打ちながら急激に小さくなっていく。 Here, v is the wave number of infrared rays, and B (v) is a function indicating the wave number dependency of the intensity of light emitted from the light source. The AC component of the second term of this equation representing the modulation signal is called an interferogram. When the optical path difference is zero (x = 0), the interferogram shows a large value because light of any wave number interferes with the same phase. As x moves away from zero, the light of each wave number has various phases. Because it will interfere, it will get smaller rapidly while wavy.
測定対象が図１の（ｃ）に示すようなエピタキシャルウェーハＷである場合の、インターフェログラムでは、中央の大きなピーク（センターバースト）ばかりでなく、左右に生じる小さなピーク（サイドバースト）が発生する。これらは赤外線の強度が、エピタキシャル層Ｗ２の上表面からの反射光Ｌ１と、基板Ｗ１とエピタキシャル層Ｗ２との境界面からの反射光Ｌ２の光路差の影響を受けるためである。 In the interferogram when the object to be measured is an epitaxial wafer W as shown in FIG. 1C, not only a large peak at the center (center burst) but also small peaks (side burst) generated on the left and right are generated. . These intensity of infrared, is for receiving the reflected light L 1 from the upper surface of the epitaxial layer W 2, the influence of the optical path difference between the reflected light L 2 from the interface between the substrate W 1 and the epitaxial layer W 2 .
図１の（ｄ）は、シリコンウェーハのエピタキシャル層の膜厚測定で見られる差分スペクトルである。この差分スペクトルは、エピタキシャルウェーハＷの膜厚５μｍのＦＴＩＲスペクトルより、膜厚０μｍのＦＴＩＲスペクトルを差し引いたものである。
これによりインターフェログラムの中央の大きなピーク（センターバースト）の影響を、かなり取り除くことが可能である。
(D) of FIG. 1 is a difference spectrum seen by the film thickness measurement of the epitaxial layer of a silicon wafer. This difference spectrum is obtained by subtracting the FTIR spectrum having a thickness of 0 μm from the FTIR spectrum having a thickness of 5 μm of the epitaxial wafer W.
As a result, the influence of a large peak (center burst) in the center of the interferogram can be considerably removed.
差分スペクトルは、中央のピーク（図１の（ｄ）のセンターピークＰ１）と、左右に生じるピーク（図１の（ｄ）のサイドピークＰ２）がある。２つのサイドピークＰ２どうしの間隔は、エピタキシャル層Ｗ２の膜厚と、屈折率と、該エピタキシャル層Ｗ２への赤外線の入射角に依存する。エピタキシャル層の膜厚測定においては入射角と屈折率は同じと見なせるため、サイドピークＰ２どうしの間隔と膜厚に相関がある。 The difference spectrum has a central peak (center peak P 1 in FIG. 1 (d)) and left and right peaks (side peak P 2 in FIG. 1 (d)). The interval between the two side peaks P 2 depends on the film thickness of the epitaxial layer W 2 , the refractive index, and the incident angle of infrared rays on the epitaxial layer W 2 . In the film thickness measurement of the epitaxial layer can be considered a refractive index and incident angle are the same, there is a correlation interval and thickness of to what side peak P 2.
ここで、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本発明の顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置１０が具備している可動ステージ８は、保持した半導体ウェーハＷを傾斜させて保持することが可能なものである。
Here, as shown in FIGS. 2A to 2C, the
半導体ウェーハＷの主表面における、薄膜Ｗ２の膜厚を測定する場合、図２（ａ）に示すように、可動ステージ８は傾斜させず（傾斜角度を０°とする）に主表面が水平になるように半導体ウェーハを保持してから、赤外線を照射して膜厚を測定する。 In the main surface of the semiconductor wafer W, when measuring the thickness of the thin film W 2, as shown in FIG. 2 (a), the movable stage 8 (a 0 ° tilt angle) without tilting the main surface of the horizontal After holding the semiconductor wafer, the film thickness is measured by irradiating infrared rays.
また、半導体ウェーハＷの面取り部における、薄膜Ｗ２の膜厚を測定する場合、図２（ｂ）に示すように、可動ステージ８を傾斜させて、面取り部が水平になるように半導体ウェーハＷを保持してから、赤外線を照射して膜厚を測定する。
また、半導体ウェーハＷの側面における、薄膜Ｗ２の膜厚を測定する場合、図２（ｃ）に示すように、可動ステージ８を傾斜させて、側面が水平になるように半導体ウェーハＷを保持してから、赤外線を照射して膜厚を測定する。
Also, the chamfered portion of the semiconductor wafer W, when measuring the thickness of the thin film W 2, as shown in FIG. 2 (b), by inclining the
Furthermore, retention in the side surface of the semiconductor wafer W, when measuring the thickness of the thin film W 2, as shown in FIG. 2 (c), by inclining the
ここで、可動ステージ８は、半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際における、傾斜角度θが１５°以上９０°以下のものとすることができる。
例えば、半導体ウェーハの面取り部の分析すべき面は、半導体ウェーハの主表面に対して、θ＝１５°〜３４°の角度で傾斜していることが多い。
Here, the
For example, the surface to be analyzed of the chamfered portion of the semiconductor wafer is often inclined at an angle of θ = 15 ° to 34 ° with respect to the main surface of the semiconductor wafer.
そこで、上記のような角度で傾斜できる可動ステージ８を用いて半導体ウェーハを保持すれば、図２の（ｂ）に示すように、面取り部を水平に保つことができ、今まで膜厚を計れなかった領域の膜厚を、主表面と同一条件で測定することができる。
また、図２の（ｃ）に示すように、半導体ウェーハの側面の薄膜の厚さの測定のためには、θ＝９０°に可動ステージ８を傾斜させて半導体ウェーハを保持すれば良い。この時には、半導体ウェーハの側面の最頂点部のミクロ領域に、赤外線の焦点を合わせて測定を行えば良い。
Therefore, if the semiconductor wafer is held using the
Further, as shown in FIG. 2C, in order to measure the thickness of the thin film on the side surface of the semiconductor wafer, the semiconductor wafer may be held by tilting the
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本発明の膜厚測定装置１０は、基本的に、半導体ウェーハの主表面、面取り部、側面のいずれの測定地点でも、測定地点とカセグレン対物鏡９との距離を一定として、赤外線を照射し反射スペクトルを測定することができるものである。 As shown in FIGS. 2 (a) to 2 (c), the film thickness measuring apparatus 10 of the present invention basically has a measurement point and a Cassegrain objective at any measurement point on the main surface, chamfered portion, or side surface of a semiconductor wafer. The reflection spectrum can be measured by irradiating infrared rays with a constant distance from the mirror 9.
また、本発明の顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置において検出器６は、例えばＭＣＴ検出器等の高感度検出器とすることができる。
標準的なＦＴＩＲ装置の測定範囲は直径３〜１０ｍｍの円であるが、顕微ＦＴＩＲ装置の測定範囲は約３０〜２００μｍ角と空間分解能を高くすることが可能である。
Moreover, in the film thickness measuring device by the microscopic FTIR method of the present invention, the detector 6 can be a high sensitivity detector such as an MCT detector.
The measurement range of a standard FTIR apparatus is a circle having a diameter of 3 to 10 mm. However, the measurement range of a microscopic FTIR apparatus can be about 30 to 200 μm square and the spatial resolution can be increased.
そして、本発明の膜厚測定装置は、測定した反射光に基づくインターフェログラムと薄膜の膜厚との相関関係から、薄膜の膜厚を算出して薄膜の膜厚を測定する。 And the film thickness measuring apparatus of this invention calculates the film thickness of a thin film from the correlation of the interferogram based on the measured reflected light, and the film thickness of a thin film, and measures the film thickness of a thin film.
この際に、本発明の膜厚測定装置は、半導体ウェーハの赤外反射スペクトルとして、予め測定しておいたリファレンスの赤外反射スペクトルの波形を減算することによって得られる差分スペクトルを用いるものとすることができる。尚、この波形を差分スペクトルとして用いる方法を以下では、反射差分法と呼称する。 At this time, the film thickness measuring apparatus of the present invention uses a difference spectrum obtained by subtracting the waveform of the reference infrared reflection spectrum measured in advance as the infrared reflection spectrum of the semiconductor wafer. be able to. A method using this waveform as a difference spectrum is hereinafter referred to as a reflection difference method.
反射差分法によって得られる波形は、サイドピークがより強力となり、サイドピーク間の距離を読み取りやすい差分スペクトルとなるため、より精度の高い膜厚測定が可能なものとなる。また、通常のＦＴＩＲ透過測定に比べて、反射差分法を利用することで、顕微ＦＴＩＲスペクトルに薄膜の位相差を検出させることが可能である。尚、リファレンスとしては、薄膜を形成する前の基板、標準のエピタキシャル層膜厚のウェーハ、赤外反射測定用の金メッキ板等を使用できる。 Since the waveform obtained by the reflection difference method has a stronger side peak and a difference spectrum in which the distance between the side peaks can be easily read, the film thickness can be measured with higher accuracy. In addition, it is possible to detect the phase difference of the thin film in the microscopic FTIR spectrum by using the reflection difference method as compared with the normal FTIR transmission measurement. As a reference, a substrate before forming a thin film, a wafer having a standard epitaxial layer thickness, a gold plating plate for measuring infrared reflection, or the like can be used.
以上のような、本発明の顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置であれば、面取り部や側面が水平になるように半導体ウェーハを保持するため、照射する赤外線の焦点を分析対象の面に合わせることができ、かつ、面取り部や側面から反射した赤外線を検出器に適切に入射させることができるので、従来の方法では測定することができなかった面取り部や側面における薄膜の膜厚を正確に検出できる。また、もちろん従来通り半導体ウェーハの主表面の薄膜の膜厚も測定することができる。これにより、顕微ＦＴＩＲ法という非接触、非破壊の測定方法にて半導体ウェーハの主表面はもちろん、その面取り部や側面における薄膜の膜厚を測定することができるため、薄膜の膜厚の評価において極めて有益であるとともに、非破壊であることから半導体ウェーハの歩留まりを向上させることができる。 In the film thickness measuring apparatus according to the microscopic FTIR method of the present invention as described above, the semiconductor wafer is held so that the chamfered part and the side face are horizontal, so that the infrared ray to be irradiated is focused on the surface to be analyzed. In addition, since the infrared rays reflected from the chamfered part and the side surface can be appropriately incident on the detector, the film thickness of the thin film on the chamfered part and the side surface that could not be measured by the conventional method can be accurately detected. it can. Of course, the thickness of the thin film on the main surface of the semiconductor wafer can also be measured as usual. As a result, it is possible to measure the film thickness of the thin film not only on the main surface of the semiconductor wafer but also on the chamfered portion and the side surface by a non-contact, non-destructive measurement method called the microscopic FTIR method. It is extremely beneficial and non-destructive, so that the yield of semiconductor wafers can be improved.
次に、本発明の膜厚の測定方法について、上記の本発明の膜厚測定装置１０を使用する場合を例に説明する。 Next, the method for measuring the film thickness of the present invention will be described taking the case of using the film thickness measuring apparatus 10 of the present invention as an example.
本発明の膜厚の測定方法では、半導体ウェーハＷを保持する保持治具として、図２の（ａ）〜（ｃ）に示すような、保持した半導体ウェーハＷを傾斜させることが可能な可動ステージ８を用いる。
まず、面取り加工された基板上に薄膜が形成された半導体ウェーハを上記可動ステージ８で水平に保持する。
In the film thickness measuring method of the present invention, as a holding jig for holding the semiconductor wafer W, a movable stage capable of tilting the held semiconductor wafer W as shown in FIGS. 8 is used.
First, a semiconductor wafer having a thin film formed on a chamfered substrate is held horizontally by the
半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際には、図２の（ｂ）、（ｃ）に示すように、可動ステージ８を所定角度θだけ傾斜させることで、半導体ウェーハの面取り部又は側面が水平になるように半導体ウェーハを傾斜させて保持する。
When measuring the film thickness of the thin film on the chamfered portion or the side surface of the semiconductor wafer, as shown in FIGS. 2B and 2C, the
この際、半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際における、可動ステージ８の傾斜角度を１５°以上９０°以下とすることができる。
例えば、半導体ウェーハの面取り部の分析すべき面は、半導体ウェーハの主表面に対して、θ＝１５°〜３４°の角度で傾斜していることが多い。そこで、上記のような角度で傾斜できる可動ステージ８を用いて半導体ウェーハを保持すれば、図２の（ｂ）、（ｃ）に示すように、面取り部や側面を水平に保つことができ、今まで膜厚を計れなかった領域の薄膜の膜厚を測定することができる。
At this time, the inclination angle of the
For example, the surface to be analyzed of the chamfered portion of the semiconductor wafer is often inclined at an angle of θ = 15 ° to 34 ° with respect to the main surface of the semiconductor wafer. Therefore, if the semiconductor wafer is held using the
そして、その後、光源１から赤外線を照射し、半導体ウェーハＷからの反射光を検出器６により測定する。
次に、測定した反射光に基づく差分スペクトルと薄膜の膜厚との相関関係から、薄膜の膜厚を算出する。
Thereafter, infrared light is emitted from the
Next, the film thickness of the thin film is calculated from the correlation between the difference spectrum based on the measured reflected light and the film thickness of the thin film.
以上のような本発明の膜厚の測定方法であれば、面取り部や側面が水平になるように半導体ウェーハを保持するため、照射する赤外線の焦点を分析対象の面に合わせることができ、かつ、面取り部や側面から反射した赤外線を検出器に適切に入射させることができるので、従来の方法では測定することができなかった面取り部や側面における薄膜の膜厚を正確に検出できる。また、もちろん従来通り半導体ウェーハの主表面の薄膜の膜厚も測定することができる。これにより、顕微ＦＴＩＲ法という非接触、非破壊の測定方法にて半導体ウェーハの主表面はもちろん、その面取り部や側面における薄膜の膜厚を測定することができる。 With the film thickness measurement method of the present invention as described above, the semiconductor wafer is held so that the chamfered portion and the side surface are horizontal, so that the infrared ray to be irradiated can be focused on the surface to be analyzed, and Infrared rays reflected from the chamfered portion and the side surface can be appropriately incident on the detector, so that the film thickness of the thin film on the chamfered portion and the side surface that cannot be measured by the conventional method can be accurately detected. Of course, the thickness of the thin film on the main surface of the semiconductor wafer can also be measured as usual. Thereby, the film thickness of the thin film on the chamfered portion and the side surface as well as the main surface of the semiconductor wafer can be measured by a non-contact, non-destructive measuring method called microscopic FTIR method.
以下、本発明の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。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples of the present invention, but the present invention is not limited to these.
（実施例）
図１に示すような、本発明の膜厚測定装置を使用して、本発明の膜厚の測定方法に従って、図３に示す半導体ウェーハの主表面における薄膜の膜厚（図３のＡ〜Ｇ地点）、面取り部における薄膜の膜厚（図３のＨ〜Ｊ地点）、側面における薄膜の膜厚（図３のＫ、Ｌ地点）を、以下のように測定した。
(Example)
Using the film thickness measuring apparatus of the present invention as shown in FIG. 1, according to the film thickness measuring method of the present invention, the thickness of the thin film on the main surface of the semiconductor wafer shown in FIG. Point), the film thickness of the thin film at the chamfered portion (points H to J in FIG. 3), and the film thickness of the thin film on the side surface (points K and L in FIG. 3) were measured as follows.
膜厚測定対象の半導体ウェーハ、検量線作成用ウェーハ、リファレンスとしては以下のようなものを使用した。
膜厚測定対象の半導体ウェーハ；
基板：シリコンウェーハ、直径３００ｍｍ、［１００］シリコン、基板厚さ７７５μｍ、Ｐ＋＋型、
薄膜：エピタキシャル層、Ｐ−型、標準厚み３．２μｍ（ウェーハ中央部）。
検量線作成用ウェーハ；
基板：シリコンウェーハ、直径３００ｍｍ、［１００］シリコン、基板厚さ７７５μｍ、Ｐ＋＋型、
薄膜：エピタキシャル層、Ｐ−型、標準厚み１μｍ・３μｍ・５μｍ（ウェーハ中央部）の３水準（従来のＦＴＩＲ法による膜厚測定法、もしくはＳＩＭＳなどの装置で標準厚みを測定した。）。
リファレンス；
基板：シリコンウェーハ、直径３００ｍｍ、［１００］シリコン、基板厚さ７７５μｍ、Ｐ−型（表面処理なし。）、
薄膜：なし（エピタキシャル層０μｍ）。
The followings were used as semiconductor wafers for measuring film thickness, wafers for preparing calibration curves, and references.
Semiconductor wafer for film thickness measurement;
Substrate: silicon wafer, diameter 300 mm, [100] silicon, substrate thickness 775 μm, P ++ type,
Thin film: Epitaxial layer, P − type, standard thickness 3.2 μm (wafer center).
Calibration curve creation wafer;
Substrate: silicon wafer, diameter 300 mm, [100] silicon, substrate thickness 775 μm, P ++ type,
Thin film: Epitaxial layer, P - type,
reference;
Substrate: silicon wafer, diameter 300 mm, [100] silicon, substrate thickness 775 μm, P − type (no surface treatment),
Thin film: None (
まず、検量線作成用ウェーハの赤外反射スペクトルから、リファレンスの赤外反射スペクトルの波形を減算することによって、図４の差分スペクトルを得た。
この時のエピタキシャル層の厚みとサイドピーク１１の間隔から、直線最小二乗法による検量線を作成した。
First, the difference spectrum of FIG. 4 was obtained by subtracting the waveform of the reference infrared reflection spectrum from the infrared reflection spectrum of the calibration curve creating wafer.
From the thickness of the epitaxial layer and the interval between the side peaks 11 at this time, a calibration curve was created by the linear least square method.
次に、膜厚測定対象の半導体ウェーハを本発明の装置に乗せて、図３のＡ〜Ｌ地点においての顕微ＦＴＩＲ赤外反射スペクトルを測定した。
半導体ウェーハＷの主表面における、薄膜Ｗ２の膜厚（図３のＡ〜Ｇ地点）を測定する場合、図３（ａ）に示すように、可動ステージ８は傾斜させず（傾斜角度を０°とする）に主表面が水平になるように半導体ウェーハを保持してから赤外線を照射した。
Next, the film thickness measurement target semiconductor wafer was placed on the apparatus of the present invention, and the microscopic FTIR infrared reflection spectrum at points A to L in FIG. 3 was measured.
In the main surface of the semiconductor wafer W, when measuring the thickness of the thin film W 2 (A-G point of Fig. 3), as shown in FIG. 3 (a), the
また、半導体ウェーハＷの面取り部における、薄膜Ｗ２の膜厚（図３のＨ〜Ｊ地点）を測定する場合、図３（ｂ）に示すように、可動ステージ８を２０°傾斜させて、面取り部が水平になるように半導体ウェーハＷを保持してから、面取り部の各測定地点に赤外線を照射した。
Further, when measuring the film thickness of the thin film W 2 (points H to J in FIG. 3) in the chamfered portion of the semiconductor wafer W, as shown in FIG. 3B, the
また、半導体ウェーハＷの側面における、薄膜Ｗ２の膜厚（図３のＫ、Ｌ地点）を測定する場合、図３（ｃ）に示すように、可動ステージ８を９０°傾斜させて、側面が水平になるように半導体ウェーハＷを保持してから、側面における各地点に赤外線を照射した。
When measuring the film thickness (points K and L in FIG. 3) of the thin film W 2 on the side surface of the semiconductor wafer W, the
そして、これらの測定から得られた赤外反射スペクトルから、リファレンスの赤外反射スペクトルの波形を減算することによって得た、Ａ〜Ｌ地点における差分スペクトルからサイドピークの間隔を求めた。更に、求めたサイドピークの間隔に対応する膜厚を予め作成した検量線の示す、差分スペクトルのサイドピークと膜厚の相関関係から、Ａ〜Ｌ地点における膜厚を算出した。 And the space | interval of the side peak was calculated | required from the difference spectrum in the AL point obtained by subtracting the waveform of the reference infrared reflection spectrum from the infrared reflection spectrum obtained from these measurements. Further, the film thickness at points A to L was calculated from the correlation between the side peak of the difference spectrum and the film thickness indicated by the calibration curve prepared in advance for the film thickness corresponding to the obtained side peak interval.
図５に、Ａ〜Ｌ地点における薄膜（エピタキシャル層）の膜厚の測定結果を示す。
このように、本発明により、半導体ウェーハの面取り部及び側面における薄膜の膜厚（図３のＨ〜Ｌ地点）の測定が可能となった。
In FIG. 5, the measurement result of the film thickness of the thin film (epitaxial layer) in AL point is shown.
Thus, according to the present invention, the film thickness (points H to L in FIG. 3) of the thin film on the chamfered portion and the side surface of the semiconductor wafer can be measured.
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。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.
１…光源、 ２…第１の固定ミラー、 ３…ビームスプリッタ、
４…走査ミラー、 ５…第２の固定ミラー、 ６…検出器、
７…赤外顕微鏡システム、 ８…可動ステージ、 ９…赤外顕微鏡光学系、
１０…本発明の膜厚測定装置、
Ｗ…半導体ウェーハ、 Ｗ１…基板、 Ｗ２…薄膜。
DESCRIPTION OF
4 ... scanning mirror, 5 ... second fixed mirror, 6 ... detector,
7 ... Infrared microscope system, 8 ... Movable stage, 9 ... Infrared microscope optical system,
10: Film thickness measuring device of the present invention,
W: Semiconductor wafer, W 1 : Substrate, W 2 : Thin film.
Claims (6)
前記保持治具として、前記保持した半導体ウェーハを傾斜させることが可能な可動ステージを用い、
前記半導体ウェーハを、面取り加工された基板上に薄膜が形成された半導体ウェーハとし、
前記半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際には、前記可動ステージを所定角度傾斜させることで、前記半導体ウェーハの面取り部又は側面が水平になるように前記半導体ウェーハを傾斜させて保持してから、前記半導体ウェーハに対し赤外線を照射し、前記面取り部又は前記側面における薄膜の膜厚の測定を行うことを特徴とする膜厚の測定方法。 A semiconductor wafer having a thin film formed on a substrate is held by a holding jig, the semiconductor wafer is irradiated with infrared rays from a light source, reflected light from the semiconductor wafer is measured by a detector, and the measured reflected light is converted into the measured reflected light. In a film thickness measurement method using a microscopic FTIR measurement device that calculates the film thickness of the thin film from the correlation between the infrared reflection spectrum based on the film thickness and the film thickness of the thin film,
As the holding jig, using a movable stage capable of tilting the held semiconductor wafer,
The semiconductor wafer is a semiconductor wafer in which a thin film is formed on a chamfered substrate,
When measuring the film thickness of the thin film on the chamfered portion or the side surface of the semiconductor wafer, the semiconductor wafer is inclined so that the chamfered portion or the side surface of the semiconductor wafer is horizontal by inclining the movable stage by a predetermined angle. The film thickness measurement method is characterized in that after being held, the semiconductor wafer is irradiated with infrared rays to measure the film thickness of the thin film on the chamfered portion or the side surface.
前記光源から前記半導体ウェーハに対し赤外線を照射し、前記検出器で前記半導体ウェーハからの反射光を測定し、該測定した反射光に基づく赤外反射スペクトルと前記薄膜の膜厚との相関関係から、前記薄膜の膜厚を算出して前記薄膜の膜厚を測定する顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置であって、
前記保持治具が、前記保持した半導体ウェーハを傾斜させることが可能な可動ステージであり、
前記半導体ウェーハの面取り部又は側面における薄膜の膜厚を測定する際には、前記可動ステージを所定角度傾斜させることで、前記半導体ウェーハの面取り部又は側面が水平になるように前記半導体ウェーハを傾斜させて保持してから、前記半導体ウェーハに対し赤外線を照射し、前記面取り部又は前記側面における薄膜の膜厚の測定を行うものであることを特徴とする顕微ＦＴＩＲ法による膜厚測定装置。 A holding jig for holding a semiconductor wafer having a thin film formed on a substrate, a light source for irradiating the semiconductor wafer with infrared light, and a detector for measuring reflected light from the semiconductor wafer. ,
Irradiating the semiconductor wafer with infrared light from the light source, measuring the reflected light from the semiconductor wafer with the detector, and from the correlation between the infrared reflection spectrum based on the measured reflected light and the film thickness of the thin film , A film thickness measuring device by a microscopic FTIR method for calculating the film thickness of the thin film and measuring the film thickness of the thin film,
The holding jig is a movable stage capable of tilting the held semiconductor wafer;
When measuring the film thickness of the thin film on the chamfered portion or the side surface of the semiconductor wafer, the semiconductor wafer is inclined so that the chamfered portion or the side surface of the semiconductor wafer is horizontal by inclining the movable stage by a predetermined angle. Then, after irradiating the semiconductor wafer with infrared rays, the film thickness is measured by the microscopic FTIR method to measure the film thickness of the thin film on the chamfered portion or the side surface.
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