JP2018531381A - 多層半導体構造の層における厚さ変動を測定する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、多層半導体構造の第一層における厚さ変動を測定するための画像取得装置であり、− 該構造の表面の少なくとも一区域の画像を取得し、該画像が、該構造の表面の該区域上に準単色光束を反射させることにより得られ、− 該取得画像を処理し、表面の該区域により反射された光の強度変動から、該第一層の厚さ変動のマップを決定し、該処理が、画像の各ピクセルの強度を、取得画像のピクセルの強度と第一層の局所的厚さとの間の関係を限定する、予め決められた校正曲線と比較することを含んでなり、該校正曲線が、第一層と異なった構造の第二層の特定厚さに対して決定され、該準単色光束の波長が、該第二層に対する反射率の感度の最小に対応する様に選択される、方法であって、該方法が、さらに、構造の表面の該少なくとも一区域における第二層の厚さを測定すること、− 該測定された厚さが、校正曲線で考慮された第二層の厚さと異なる場合、厚さ変動のマップに補正曲線を適用し、該補正曲線が、第二層の該測定された厚さに対して、第一層の厚さと、第一層の厚さ変動のマップに適用される補正ファクターとの間の関係を限定し、第一層の厚さ変動の補正されたマップを決定する、方法に関する。

Description

発明の分野

本発明は、多層半導体層の層における厚さ変動を測定する方法、並びに該方法を応用できる装置に関する。

エレクトロニクスの分野では、多層半導体構造が使用されることが多い。

その様な構造の特別な例は、絶縁体上半導体（ＳｅＯＩ）型の構造である。

ＳｅＯＩ型の構造は、典型的には、その基底部からその表面に向けて、支持基材、電気的絶縁層及び活性層と呼ばれる薄い半導体層を含んでなり、その中又は上に、電子部品が一般的に形成されることが意図される。

薄い層がシリコンである場合、その構造は、「絶縁体上シリコン」の頭字語であるＳＯＩの用語で呼ばれる。

電気的絶縁層は、誘電体材料、特に支持基材及び／又は薄い層の材料の酸化物、である。この層は、通常、「埋め込み酸化物」の頭字語であるＢＯＸで呼ばれる。

最近、シリコンの特に薄い層を有するＳＯＩ構造が開発されている。

これらの構造は、「完全空乏型ＳＯＩ」、すなわち完全に枯渇したＳＯＩを表す「ＦＤＳＯＩ」の用語で呼ばれている。

「超薄」は、５０ｎｍ以下、好ましくは１２ｎｍ以下、さらには約５ｎｍまで下げられる厚さを意味する。

ＦＤＳＯＩ構造は、ＦＤＭＯＳ（「完全空乏型金属酸化物半導体」の頭字語）トランジスターの製造に特に有利であり、平面的電子部品、例えばシリコンの薄い層の中又は上にチャネルが形成される。

該薄層の厚さの極端な薄さのために、この厚さによって異なるトランジスターの閾電圧（通常Ｖｔとして表す）は、薄層の厚さ変動に対して非常に敏感である。

従って、その様な用途に対して、薄いシリコン層の最適一様性が、トランジスター毎に最小Ｖｔ変動性を得るために求められている。

これらのデバイスの小寸法及びそれらの大きな近接性を考慮して、例えば０．５μｍ毎の、互いに非常に近い２点間の厚さの変動性を測定することが必要である。

これは、ＳＯＩを製造する方法の際、薄いシリコン層の、及び電気的絶縁層の、ＳＯＩの表面の異なった点における厚さを、典型的には０．５μｍ〜３００ｍｍの広い範囲の空間的波長で測定することを意味する。

本測定方法は、光学的測定、特に楕円偏光法又はスペクトル反射光測定法、に基づく。

どちらの場合も、これらの方法は、ＳＯＩを、幾つかの光学的波長を有する光束で照らし、シリコン層の厚さのみならず、埋め込み酸化物層の厚さも測定することにより、数多くの測定を行うことを意味する。

しかし、これらの技術では、０．５μｍまで小さな空間的波長で測定を行うことは不可能である。

この様に、楕円偏光計は、約４０μｍ以上の空間的波長で測定を行うことができる。

他方、これらの測定は、時間がかかり、ＳＯＩの製造サイクルで不利益となる。

その上、単一光学的波長で楕円偏光法又は反射光測定法により行う測定は、特定の波長に関して、シリコン層の測定された厚さは、厚さ及びその下にある埋め込み酸化物層の性質によって異なるので、シリコン層の厚さを十分な精度で測定する可能性を与えない。

［先行技術文献］
国際公開第２０１４／０７２１０９号パンフレットは、多層半導体構造の層（典型的には、ＳＯＩ、特にＦＤＳＯＩ）における厚さ変動を測定する方法を開示しているが、この方法は、特に０．５〜４０μｍの空間的波長の範囲において行う測定を意図しており、上記の測定方法では到達できない。

この方法は、
− 少なくとも一つの画像取得装置で、少なくとも一つの、該構造の表面の画像を取得し、該画像は、該構造の表面上に準単色光束を反射させることにより得る、
− 該少なくとも一つの取得画像を処理し、該表面により反射された光の強度変動から、測定すべき該層の厚さの変動を測定する（典型的には、表面にあるシリコン層の厚さ）方法であって、
該準単色光束の波長を選択し、厚さ変動を測定する必要がある層以外の、構造の層に対して、多層構造の反射率の感度の最小値に対応させる、方法である。

長さの逆数に対して均質な、構造の層に対する反射率の感度は、
− 考慮された層が、構造毎の特定の厚さの差（例えば０．１ｎｍ）を有する、２つの多層構造の反射率の差と
− 該特定の厚さの差との
間の比として定義され、
それらに対する他の層の厚さは、両方の構造で同等である。

図１は、考慮された層の厚さ変動０．１ｎｍに対して、シリコン層（曲線Ｓｉ１及びＳｉ２）に対して、及び埋め込み酸化物層（曲線ＢＯＸ１及びＢＯＸ２）に対して計算した、ＦＤＳＯＩ構造の反射率（ＳＲとして記載し、Å^−１で表す）の感度に対する非分極光による波長λの関係を例示する。

この構造で、シリコン層の厚さは約１２ｎｍであり、埋め込み酸化物層の厚さは約２５ｎｍである。

このグラフに破線で示す長方形は、シリコン層における厚さ変動を測定するための、構造を照明する、及び反射光の画像を取得する波長の最適範囲を示す。

実際、この間隔で、埋め込み酸化物層に対する反射率の感度は、絶対値で、最小である（０を通る曲線ＢＯＸ１及びＢＯＸ２）。

つまり、準単色光束で、この波長範囲（表面の画像に対して、ピクセルの強度変動により表して）で測定した反射率変動は、実質的に測定すべきシリコン曲線の厚さ変動によって異なる。

従って、構造の表面により反射された光の強度変動から、測定すべき層の厚さ変動を決定することができる。

例示する例では、光束の最適波長は、約５１０〜５３０ｎｍである。従って、５１５ｎｍあたりの準単色干渉フィルターを選択して、入射光束を形成することができる。

層の厚さ変動のマップを構築するために、先ず校正曲線を計算し、取得した画像のグレーレベルと、測定すべき層の局所的厚さの関係を確立する。

その様な構成曲線の例を図２に示す。

その様な曲線の計算は、
− 一方で、特定の製品規格（その様な規格は、典型的には、シリコン層の目標とする厚さ −例えば１２ｎｍ− 〜埋め込み酸化物層の目標とする厚さ −例えば２５ｎｍ− を含んでなる）に対応する幾つかのＦＤＳＯＩ構造のシリコン層の厚さを測定する（例えば楕円偏光法により）こと、
− 他方、特定波長を有する準単色入射光束で、該構造のそれぞれの表面区域の画像を取得し、該画像のピクセルの強度を測定すること
を必要とする。

これによって、シリコン層の決定された厚さを、画像における対応するグレーレベルと関連させることが可能である。

測定点は、横座標における、グレーレベルＧＳ（任意の単位）と、及び縦座標における、表面シリコン層の厚さ（オングストローム）を含んでなる理論的曲線を構築することができる。

この校正曲線を、該曲線が計算されている製品規格に対応する各構造の検査の際に使用する。

構造を検査する際、構造の表面区域を、上記の準単色光束で照らし、該区域により反射される光束の画像を取得する。

該画像のピクセルの強度を測定し、上記の校正曲線を使用し、この区域におけるシリコン層の厚さを推定する。

しかし、特定の規格を有する製品に対応するＦＤＳＯＩ構造には、埋め込み酸化物層の厚さも同じ構造中で、及び／又は構造毎に変動すると思われる。

図１に示すように、作用させるべき異なった波長に対応する埋め込み酸化物層の厚さ変動が、今度はシリコン層の反射率の変動を、従って、該層の厚さの、実際の厚さに対する不確実性を引き起こす。

その様な不確実性は、特定の製品規格に対応するＦＤＳＯＩ構造に対して１０〜１５％になると考えられる。

ＦＤＳＯＩ構造の使用者は、厚さ変動の地図作製の精度に関して益々厳格な要求をしており、従って、測定誤差を１％以下に下げる必要がある。

この状況を改善するための一つの可能性は、各測定区域に対して、埋め込み酸化物層のそれぞれの厚さに対する反射率の感度の最小に対応する特殊な波長を決定し、該特殊な波長を有する準単色光束を使用し、この区域における構造を照らすことであろう。

しかし、その様な解決策は、望ましい波長を有する準単色光束を得るためには、多数のフィルターを必要とするので、工業的規模では現実的ではない。

本発明の目的は、多層半導体構造の層における厚さの変動を測定する方法を限定することであり、この方法は、測定誤差を下げ、工業的実施と適合性があり、特に同じ製品規格に対応する全ての構造に対して同じ波長を有する準単色光束を使用することができる。

本発明の目的は、多層半導体構造の第一層における厚さ変動を測定する方法であり、
− 画像取得装置で、該構造の表面の少なくとも一区域の画像を取得し、該画像が、該構造の表面の該区域上に準単色光束を反射させることにより得られ、
− 該取得画像を処理し、表面の該区域により反射された光の強度変動から、該第一層の厚さ変動のマップを決定し、該処理が、画像の各ピクセルの強度を、取得画像のピクセルの強度と第一層の局所的厚さとの間の関係を限定する、予め決められた校正曲線と比較することを含んでなり、該校正曲線が、第一層と異なった構造の第二層の特定厚さに対して決定され、
該準単色光束の波長が、該第二層に対する反射率の感度の最小に対応する様に選択される、方法であって、
該方法が、さらに、
− 特に楕円偏光法により、構造の表面の該少なくとも一区域における第二層の厚さを測定すること、
− 該測定された厚さが、校正曲線で考慮された第二層の厚さと異なる場合、厚さ変動のマップに補正曲線を適用し、該補正曲線が、第二層の該測定された厚さに対して、第一層の厚さと、第一層の厚さ変動のマップに適用される補正ファクターとの間の関係を限定し、第一層の厚さ変動の補正されたマップを決定することを特徴とする、方法である。

長さの逆数に対して均質な、構造の層に対する反射率の感度は、
− 考慮された層が、構造毎の特定の厚さの差（例えば０．１ｎｍ）を有する、２つの多層構造の反射率の差と
− 該特定の厚さの差との
間の比として定義され、
それらに対する他の層の厚さは、両方の構造で同等である。

つまり、上に目標とする両方の構造は同じ層からなり、該層は同じ厚さを両方の構造で有するが、反射率の感度を測定すべきであり、構造毎に異なった厚さを割り当てられた層は除く。

この反射率の感度は、測定に使用された光束の波長によって異なる。

本発明の応用に関して、該感度の絶対値は重要であり、最小の求める感度は、測定すべき層以外の層に対して、ゼロであるか、又は０に近い。

「多層構造」とは、準単色測定光束の波長に対して透明な、少なくとも２つの層を含んでなる構造を意味する。

「準単色」とは、公称波長に対して±２０ｎｍまで拡張することができる波長の範囲内で、スペクトルが拡張される光束を意味する。該準単色光束の波長を云う時、公称波長を基準にする。無論、準単色光束、すなわち単一波長を有する、は、本発明の応用にも使用することができる。

一実施態様による、画像取得装置は、光学的顕微鏡である。

別の実施態様では、画像取得装置は、画像を取得する様に設計されたデジタルカメラであり、ピクセルのサイズが０．２５μｍ以下である。

画像取得装置の開口数は０．８以上であるのが有利である。

構造の表面に対する光束の入射角は、好ましくは該表面に対して直角である。

一実施態様による、多層構造は、支持基材上の、準単色光束の波長に対して透明な２層からなる構造である。

特に、多層構造は、支持基材、電気的絶縁層及び半導体層を含んでなる絶縁体上半導体構造でよく、厚さ変動を測定する層は該半導体層である。

有利な実施態様では、該構造はＦＤＳＯＩ構造であり、厚さ変動を測定する層は、厚さが５０ｎｍ以下、好ましくは１２ｎｍ以下のシリコン層である。

一実施態様では、構造の表面の複数の区域の画像を取得し、準単色光束は、各区域で同じ波長を有する。

この方法は、準単色光束が各構造に対して同じ波長を有する、複数の半導体構造に対して実行することもできる。

別の目的は、上記の方法を実行することができる測定装置に関する。

該装置は、
− 該構造の表面に向けて準単色光束を放射するのに適した、構造を照明する装置、該光束の波長が、第一層とは異なった構造の第二層に対する反射率の感度の最小に対応し、層に対する反射率の該感度は、
（ｉ）考慮された層が、特定の厚さの差を有する、２つの多層構造の反射率間の差と
（ｉｉ）該特定の厚さの差との
間の比に等しく、
他の層の厚さは、両方の多層構造で同等であり、
− 該準単色光束の反射により、構造の表面区域の少なくとも一つの画像を取得する様に設計された画像取得装置、
− 特に楕円偏光法により、構造の表面の該少なくとも一つの区域で測定すべき第二層の厚さを測定する測定装置、
− 取得した画像におけるピクセルの強度と、第一層の局所的厚さとの間の関係を限定する校正曲線を保存し、該校正曲線が、第二層の特定の厚さに対して決定される、記憶装置、
− 該少なくとも一つの取得した画像により、該表面により反射された光の強度変動から、取得した画像の各ピクセルの強度を校正曲線と比較することにより、第一層の厚さの変動のマップを決定する様に設計された処理装置、
− 測定装置から厚さの測定データを受信し、測定した厚さが、校正曲線で考慮された第二層の厚さと異なる場合、厚さ変動のマップに補正曲線を応用し、該補正曲線が、第二層の該測定された厚さに対して、第一層の厚さと、第一層の厚さ変動のマップに応用すべき補正ファクターとの間の関係を限定し、第一層の厚さ変動の補正マップを決定する計算装置
を含んでなる。

本発明の他の特徴及び利点は、付随する図面を参照しながら行う下記の詳細な説明から明らかであり、
図１は、ＦＤＳＯＩ構造の反射率の感度対波長の、薄いシリコン層に関連する（曲線Ｓｉ１及びＳｉ２）及び埋め込み酸化物層に関連する（曲線ＢＯＸ１及びＢＯＸ２）曲線を示し、
図２は、国際公開第２０１４／０７２１０９号パンフレットに記載される方法で使用される光学顕微鏡の構成曲線を示し、
図３は、層の一つの厚さ変動を測定するための多層構造の断面図であり、
図４は、本発明による厚さマップに応用される補正曲線を示す。

発明の詳細な説明

図３は、層の一つの厚さ変動を測定すべき多層構造を例示する。

構造は、その表面Ｓからその基底部ａに向かって第一層１、第二層２及び支持基材３を含んでなる。

第一及び第二層は、測定波長で透明になる様に選択された材料からなる、すなわち入射光束は、該層のそれぞれを横切り、下にある層の表面で部分的に反射される。

一般的に、半導体材料及び誘電体材料は、これらが十分に薄い厚さを有する、すなわち５００ｎｍ未満である場合に、この特性を有する。

非常に薄い金属層（すなわち２００ｎｍ未満の厚さを有する）も、その様な多層構造に貼り付けることができる。

当業者は、エレクトロニクスの分野で通常使用される材料に関して、特定の波長に対して透明な、最大厚さを決定することができる。

他方、支持基材は、機械的支持体の役割を果たし、一般的に、測定波長に対して透明であるためには、厚すぎる（典型的には、数百μｍ）。

該支持基材は、分厚いか、又は異なった材料の複数層からなることができる。

従って、図３に例示する例では、２層構造であり、支持基材は、その厚さ変動を測定できる層としては考えられない。

しかし、本発明は、その様な構造に限定されず、測定波長に対して透明な３層、又はそれ以上を含んでなる構造にも適用される。

本発明の有利な応用により、構造は、絶縁体上半導体型の構造であり、構造中、支持基材が基材３であり、電気的絶縁層が埋め込み層２であり、半導体層が表面層１である。

一実施態様によれば、厚さ変動を測定すべき層は、表面の半導体層１である。

ＦＤＳＯＩ構造の特別な場合、厚さ変動を測定すべき層は、厚さ５０ｎｍ以下、好ましくは１２ｎｍ以下のシリコン層である表面層１である。

測定の原理は、多層構造の両層で起こる反射に基づいており、国際公開第２０１４／０７２１０９号パンフレット（特に図２及び対応する説明参照）に記載されており、従って、ここでは繰り返さない。

層に対する反射率の感度は、考慮された層の厚さに対する反射率曲線の部分的導関数に対応し、構造の外側層は一定の厚さを有する。

例えば、図３に例示する様にＳＯＩ型の構造に関して、反射率の感度は、半導体層１に対して、埋め込み酸化物層２の厚さを設定することにより、及び半導体層１の２つの異なった厚さに対する構造の反射率を決定することにより、計算され、これらの両方の厚さの差は、例えば０．１ｎｍである。

同じ構造に関して、反射率の感度は、埋め込み酸化物層２に対して、半導体層１の厚さを設定することにより、及び埋め込み酸化物層２の２つの異なった厚さに対する構造の反射率を決定することにより、限定され、これらの厚さの両方の間の差は、例えば０．１ｎｍである。

測定波長に対して透明な３層の積重ねの場合、当業者は、この同じ原理に基づき、Fresnel係数を決定できる。

特に、構造が、厚さ変動を測定すべき表面層、及びその下にある２つの透明な層を含んでなる場合、これらの層の両方を、該２つの層の反射率及び感度から計算することができる反射率及び感度を有する単一層に合わせることができる。

有利には、構造の表面Ｓに対する入射光束は、構造に対して直角であり、この配置は、その後に続く画像の処理を簡素化する。

しかし、当業者の能力内における追加処理により、構造の表面に対して直角ではない光束の反射により得られる画像を使用することが可能である。

表面の一区域の少なくとも一つの画像を取得するために、様々な画像取得装置を使用することができる。

好ましくは、取得装置の開口数は少なくとも０．８である。

本発明の一実施態様によれば、該取得装置は、反射モード、すなわち多層表面の、観察すべきその表面Ｓを通して照明することができる、を有する光学的顕微鏡を含んでなる。この装置は、顕微鏡により見た表面の区域の画像を取得することができるセンサーをさらに含んでなる。

本発明の別の実施態様によれば、該取得装置は、デジタルカメラを含んでなり、入射光束が反射される、構造表面の区域の画像を直接取得することができる。

その様な装置の解像度が十分であるためには、ピクセルのサイズが０．２５μｍ以下であることが重要である。つまり、装置のピクセルは、構造の表面で０．２５μｍ以下の側部を有する面積に対応する。

顕微鏡及びカメラは、０．５μｍまでの空間的波長を得る可能性を与え、これは、構造の表面上における厚さ変動を十分に細かく決定することができる。

取得装置により取得された画像は、典型的には、様々なグレーレベルを有する黒及び白の画像である。

取得装置は校正され、測定すべき層の対応する厚さに対応する各グレーレベル（各ピクセルの強度）を有する。

上に説明したように、同じ製品規格に対応する幾つかの構造から、表面の画像が、準単色光束の反射により取得され、これらの同じ構造に対して、楕円偏光法により層の測定が行われ、厚さ変動が測定される。画像形成及び楕円偏光法にかけられる構造の区域は、同じである、つまり、画像を取得する区域のサイズ及び位置は、楕円偏光法が行われた区域と同じである。

図２に例示する型の校正曲線がそれにより得られ、楕円偏光法により測定した厚さ対取得した画像のグレーレベルを示す。この図で、グレーレベルは任意のスケールに対応する。

図２の曲線(ｃ)を構築するために、シリコン層が１１〜１３ｎｍの厚さを有する、５ＦＤＳＯＩ構造のシリコン層の厚さを楕円偏光法により測定した。その上、これらの構造の表面の画像を、５４０ｎｍの入射準単色光束で取得し、これらの画像のピクセルの強度を測定した。こうして、測定した厚さを、画像の対応するグレーレベルに関連付けることができた。次いで、測定点を、理論的曲線(ｃ)を決定するためのベースとして使用した。

校正曲線に基づいて、画像の様々なピクセルの強度から、厚さ変動を測定すべき層の厚さの地図作成を行うことができる。これは、画像の各ピクセルの強度を、取得した画像のピクセルの強度と第一層の局所的厚さとの間の関係を限定する、予め決められた校正曲線と比較することにより行われる。こうして、画像の各ピクセルに、対応する局所的厚さが関連付けられる。

校正曲線は、測定すべき層以外の、他の層の特定厚さに対して計算される。例えば、図２に示す構成曲線は、埋め込み酸化物層の厚さが２５ｎｍであることを考慮して計算されている。

埋め込み酸化物層の厚さにおける可能な変動を考慮するために、製品規格で考慮される厚さとは異なった厚さに対応する補正曲線を計算する。

その様な補正曲線の一例を図４に示す。この曲線は、埋め込み酸化物層２(例えば２４ｎｍ)の特定厚さに対して、シリコン層１の厚さ(横座標、ｎｍ)と、補正ファクター(縦座標、単位無し)との間の関係を確立し、シリコン層１の厚さマップに適用し、実際の厚さを得る。

補正曲線は、下記の様にして得る。

各構造に関して、シリコン層の厚さの、及び埋め込み酸化物層の測定は、楕円偏光法又は反射光測定により行う。該測定は、画像が取得される区域と同じである区域(サイズ及び位置に関して)で行う。例えば、顕微鏡を通して取得される表面の画像が８０μｍｘ８０μｍである場合、楕円偏光計の光線は、この画像と同じサイズを有し、構造の表面の同じ区域に向けられる。光学的多層構造用のトランスファーマトリックス法に基づく理論的計算(例えばＣ．Ｃ．Ｋａｔｓｉｄｉｓ ａｎｄ Ｄ．Ｉ．Ｓｉａｐｋａｓ，「凝集、部分的凝集及び非凝集干渉を有する光学的多層構造のための一般的なトランスファーマトリックス法」、Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．ｖｏｌ.４１，ｐ．３９７８−３９８７，２００２参照)により、ＢＯＸ層の測定厚さに関して、シリコン層の実際の厚さと、画像のグレーレベルから測定した厚さとの間の関係を決定することができる。この関係は、図４の補正曲線の形式に代表される。

補正曲線は、校正曲線を使用して得た、シリコン層の厚さ変動のマップに適用される。補正は、該マップの各点に関して、それぞれの厚さを乗じ、補正曲線により与えられた好適な補正ファクターを乗じることにより行われる。

構造表面の幾つかの区域の画像が取得される場合、補正曲線は、上記の方法を使用して各区域について計算する。

楕円偏光法及び／又は反射光測定は、通常ＳＯＩ構造用の試験室にあり、構造上の様々な測定を行うが、上記の特殊な測定は実行が簡単であり、厚さ変動を各構造に対して、できれば該構造の幾つかの区域に対して求めるために行うとしても、試験プロセスの効率を変えない。

特殊な補正曲線を使用することにより、他の層の厚さ変動を考慮することができるので、同じ波長を使用して、同じ製品規格に対応する全ての構造に関する厚さマッピングを行うことができる。

この目的に関する測定装置は、取得した画像上で、表面により反射された強度変動から、測定すべき該層の厚さの変動を決定する様に設計された処理装置を含んでなる。

この様に、処理装置は、マイクロプロセッサー、及びマイクロプロセッサーにより行うことができるプログラム及び上記の計算工程を適用するための指示を含む、メモリーを備えたコンピューターを含んでなることができる。

処理装置は、測定すべき層の厚さ変動のマップを表示するためのスクリーンをさらに含んでなる。

その上、測定装置は、製品規格に対応するのに最適と考えられる波長、すなわち、厚さ変動を測定する必要がある層以外の、構造の層に対する反射率の感度の最小に対応する波長、で、準単色光束を発生することができる照明装置をさらに含んでなる。

有利には、上記の処理装置は、それ自体、多層構造の光学的応答を模擬し、適切な準単色光束の波長を自動的に選択する様に設計されている。この目的には、測定装置が、楕円偏光計又は反射率計をさらに含んでなり、これは、構造の各層の厚さを、該層の反射率から測定するのに従来使用されている。

あるいは、又はそれに加えて、測定装置は、グラフィックインターフェースを含んでなり、その上に使用者が関連する構造の特徴(様々な層の材料及び厚さ)を入力する。これらの厚さを知ることにより、処理装置は、照明光束の波長に応じて構造の各層に対する反射率の感度のシミュレーションを適用し、そこから、厚さ変動の測定を行う層以外の構造の層(複数可)に対する反射率の感度が、絶対値で最小である波長の範囲を推論する。

最後に、無論、記載した例は、特別であり、本発明の応用分野を制限するものではない。特に、本発明を、ＦＤＳＯＩ型構造の厚さ変動の測定に有利に応用する場合、その様な構造に限定されず、測定に使用する準単色光束に対して透明な少なくとも２層を含んでなる全ての多層構造に応用できる。
参照文献
国際公開第２０１４／０７２１０号パンフレット
Ｃ．Ｃ．Ｋａｔｓｉｄｉｓ ａｎｄ Ｄ．Ｉ．Ｓｉａｐｋａｓ，「凝集、部分的凝集及び非凝集干渉を有する光学的多層構造のための一般的なトランスファーマトリックス法」、Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．ｖｏｌ.４１，ｐ．３９７８−３９８７，２００２

Claims (11)

1. 多層半導体構造の第一層における厚さ変動を測定する方法であり、
   − 画像取得装置で、前記構造の表面の少なくとも一区域の画像を取得し、前記画像が、前記構造の前記表面の前記区域上に準単色光束を反射させることにより得られ、
   − 前記取得画像を処理し、前記表面の前記区域により反射された前記光の強度変動から、前記第一層の前記厚さ変動のマップを決定し、前記処理が、前記画像の各ピクセルの強度を、前記取得画像のピクセルの強度と前記第一層の局所的厚さとの間の関係を限定する、予め決められた校正曲線と比較することを含んでなり、前記校正曲線が、前記第一層と異なった構造の第二層の特定厚さに対して決定され、
   前記準単色光束の波長が、前記第二層に対する前記反射率の前記感度の最小に対応する様に選択され、層に対する前記反射率の前記感度が、
   (ｉ)考慮された層が、特定の厚さの差を有する、２つの多層構造の反射率間の差と
   (ｉｉ)前記特定の厚さの差との
   間の比に等しく、
   他の層の厚さが、両方の多層構造で同等である、前記方法であって、
   前記方法が、さらに、
   − 特に楕円偏光法により、前記構造の前記表面の前記少なくとも一区域における前記第二層の厚さを測定すること、
   − 前記測定された厚さが、前記校正曲線で考慮された前記第二層の厚さと異なる場合、前記厚さ変動の前記マップに補正曲線を適用し、前記補正曲線が、前記第二層の前記測定された厚さに対して、前記第一層の厚さと、前記第一層の前記厚さ変動の前記マップに適用される補正ファクターとの間の関係を限定し、前記第一層の厚さ変動の補正されたマップを決定することを特徴とする、方法。
2. 前記画像取得装置が、光学的顕微鏡である、請求項１に記載の方法。
3. 前記画像取得装置が、画像を取得する様に設計されたデジタルカメラであり、ピクセルのサイズが０．２５μｍ以下である、請求項１に記載の方法。
4. 前記画像取得装置の開口数が０．８以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記構造の前記表面に対する前記光束の入射角が、前記表面に対して直角である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記多層構造が、支持基材上の、前記準単色光束の前記波長に対して透明な２層からなる構造である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記多層構造が、支持基材、電気的絶縁層及び半導体層を含んでなる絶縁体上半導体構造であり、前記厚さ変動を測定する前記層が前記半導体層である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記構造がＦＤＳＯＩ構造であり、前記厚さ変動を測定する前記層が、厚さが５０ｎｍ以下、好ましくは１２ｎｍ以下のシリコン層である、請求項７に記載の方法。
9. 前記構造の前記表面の複数の区域の画像を取得し、前記準単色光束が、各区域で同じ波長を有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記準単色光束が、各構造に対して同じ波長を有する、複数の半導体構造に対して実行される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 多層半導体構造の第一層における厚さ変動を測定する装置であって、
    − 前記構造の表面に向けて準単色光束を放射するのに適した、前記構造を照明する装置、前記光束の波長が、前記第一層とは異なった構造の第二層に対する反射率の感度の最小に対応し、層に対する前記反射率の前記感度が、
    （ｉ）考慮された層が、特定の厚さの差を有する、２つの多層構造の前記反射率間の差と
    （ｉｉ）前記特定の厚さの差との
    間の比に等しく、
    他の層の厚さが、両方の多層構造で同等であり、
    − 前記準単色光束の反射により、前記構造の前記表面の区域の少なくとも一つの画像を取得する様に設計された画像取得装置、
    − 特に楕円偏光法により、前記構造の前記表面の前記少なくとも一つの区域で測定すべき前記第二層の前記厚さを測定する測定装置、
    − 前記取得した画像におけるピクセルの強度と、前記第一層の局所的厚さとの間の関係を限定する校正曲線を保存し、前記校正曲線が、前記第二層の特定の厚さに対して決定される、記憶装置、
    − 前記少なくとも一つの取得した画像により、前記表面により反射された前記光の前記強度変動から、前記取得した画像の各ピクセルの前記強度を前記校正曲線と比較することにより、前記第一層の前記厚さの変動のマップを決定する様に設計された処理装置、
    − 前記測定装置から厚さの測定データを受信し、前記測定した厚さが、前記校正曲線で考慮された前記第二層の前記厚さと異なる場合、前記厚さ変動のマップに補正曲線を応用し、前記補正曲線が、前記第二層の前記測定された厚さに対して、前記第一層の厚さと、前記第一層の厚さ変動のマップに応用すべき補正ファクターとの間の関係を限定し、前記第一層の厚さ変動の補正マップを決定する計算装置
    を含んでなる装置。

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