JP4917485B2 - 応力成分測定方法 - Google Patents

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Description

この発明は、大量生産される半導体基板等のように、形状、組成がある程度標準化された測定試料の応力成分測定に特に好適に使用される応力成分測定方法等に関するものである。
応力とはテンソルであり、仮想的に測定面を定めることにより、その測定面に対する剪断応力成分や法線応力成分(これらを総称して応力成分という)が定まるが、このような応力を測定する方法として、特許文献1や特許文献2に示すXRD(X−ray diffraction:X線回折)やCBED(Converged beam electron diffraction:収束電子線回折)がある。XRDによれば、試料を破壊せずに応力成分を測定することができるが、1点について数分程度測定に時間がかかる。また、CBEDによれば、100nm以下の非常に高い空間分解能を利用して応力成分を正確に測定することができるが、測定するには試料を破壊する必要があることから、測定用試料を別途作成する必要が生じるため、測定対象と作成されるものとが一致しないという不具合がある。その他に、特許文献3に示すように、非破壊検査法であるラマン分光法による測定も行われているが、この方法は、例えば単結晶シリコンに対しては、1点について数秒の短時間の測定が可能であるが、すべての応力成分を測定することは困難であり、もっとも簡易な光学配置である後方散乱配置では一成分の応力しか測定できないといった限定的な測定方法でしかない。
以上のように、応力成分を測定する場合には、従来のいずれの方法を利用しても、測定時間、測定対象の非破壊での測定、測定可能応力方位等において何らかの問題を生じる。
また、STI(Shallow Trench Isolation:素子分離構造)に代表される半導体デバイスの微小構造物には、SiO等の膜が埋め込まれることで意図的にあるいは意図に反して応力が負荷されているが、半導体デバイスの電気特性はその応力状態によって大きく変化することが知られている。そして、近時の半導体デバイスのパターンサイズの微小化にともなって、その応力値の正確な評価及び管理が必要となっている。
シリコンの応力・歪みに関しては、一般的にXRDが最も精度が高く有効な手法であることが知られているが、XRDはその測定原理から評価可能な領域が限られており、現在市販されている装置においては最小で数10μmである。これに対して、STI等の半導体デバイスの微小構造物のサイズは、パターンサイズの微小化に伴ってサブμm以下になってきたので、XRDで評価することは困難である。
また、サブμmオーダ、又は、nmオーダの歪み計測にはCBEDが有効であるが、上述のとおり、CBEDにおいては、測定の際に試料を破壊する必要があるので、別途測定用の試料が必要となる。また、CBEDはnmオーダの極微小領域の測定には適しているが、逆にμmオーダの比較的広い領域の測定には多大な時間を要する。
このため、XRD及びCBEDの両測定技術ともに、半導体デバイスの製造現場における管理手法としては不適当である。
特開平1−219529号公報 特開2000−009664号公報 特開2006−73866号公報
そこで、本発明は、ラマン分光法を用いながら、各応力成分を測定対象の破壊を伴わずに短い時間で正確に測定できるようにすることをその主たる所期課題とするものである。
すなわち本発明に係る応力成分測定方法は、
既知の応力成分が作用している標準試料の所定領域(以下標準領域と言う)から得られたラマンスペクトルと前記応力成分とを比較する応力成分比較ステップと、
前記応力成分比較ステップを、互いに異なる応力成分が作用している複数の標準領域に対してそれぞれ行い、その結果から、多変量解析法によって前記ラマンスペクトルと応力成分との相関を示す相関データを生成する相関データ生成ステップと、
前記標準試料と組成が同じ測定試料の領域(以下測定領域と言う)から得られたラマンスペクトル及び前記相関データに基づいて、当該測定領域に作用している応力成分を算出する応力成分算出ステップと、を備えていることを特徴とする。
このようなものであれば、測定試料のラマン測定結果を相関データに照らし合わせることで、従来、ラマン分光法では実現が難しいとされた測定試料の各応力成分を算出することができるようになる。また、測定試料のラマン測定も一回のみで済むので、その測定対象を破壊する必要もなく、短時間での応力成分測定が可能となる。また、その相関データも、多変量解析法を用いているので、無理なく求めることができる。
また、本発明を装置に適用した態様としては、
既知の応力成分が作用している標準試料の所定領域(以下標準領域と言う)から得られたラマンスペクトルと前記応力成分とを比較する応力成分比較部と、
互いに異なる応力成分が作用している複数の標準領域に対して、前記応力成分比較部がそれぞれ行った比較結果を取得し、それに多変量解析法を適用して前記ラマンスペクトルと応力成分との相関を示す相関データを生成する相関データ生成部と、
前記相関データを格納する相関データ格納部と、
前記標準試料と組成が同じ測定試料の領域(以下測定領域と言う)から得られたラマンスペクトル及び前記相関データに基づいて、当該測定領域に作用している応力成分を算出する応力成分算出部と、を備えているものを挙げることができる。
具体的には、前記相関データが、前記ラマンスペクトルのピークシフト値、ピーク強度値及びスペクトル半値幅と各応力成分との相関関係を示すものであることが望ましい。
前記ピークシフト値、ピーク強度値及びスペクトル半値幅は、例えばラマンスペクトルをGauss/Lorentz関数でフィッティングし、各Gauss/Lorentz関数で示されるスペクトル要素、すなわちピーク形状を表現するパラメータ(以下、スペクトルパラメータともいう。)として導出すればよい。
なお、前記相関データは、多変量解析のみによって求めるものには限定されない。要すれば、互いに異なる応力成分が作用している複数の標準領域に対して、前記応力成分比較部がそれぞれ行った比較結果を取得し、その比較結果から前記ラマンスペクトルと応力成分との相関を示す相関データを生成するようにすればよい。
このように、本発明によれば、標準試料のラマンスペクトルデータから各応力成分に関する相関データ(検量線)を作成し、その相関データを用いて、測定試料のラマンスペクトルデータから逆に各応力成分を求めるようにしているので、1回のラマン測定で、測定対象に作用している応力成分を、その測定対象の破壊を伴わずに短い時間で測定することが可能になる。
<第1実施形態>
以下に本発明の第1実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る応力測定装置1は、例えば、形状、組成が標準化された半導体測定試料の測定領域における応力成分を非破壊で測定可能なものであり、図1にその模式的構造図を示すように、エネルギ線照射装置であるレーザ装置2、ラマン散乱光Lを受光するセンサ機構3、情報処理装置4等を備えている。
各部を詳述すると、レーザ装置2は、エネルギ線として例えば励起波長363.8nmの紫外レーザEBを照射するもので、その照射対象は、標準試料Wの所定領域(以下標準領域と言う)W1と測定試料W’の測定領域W1’である。ここで、標準試料Wと測定試料W’とについて簡単に説明しておく。これらは、組成や構造が互いに共通するもので、例えば図4に示すように、Siを素材とする平板の表面にエッチング等により溝を設けることにより、その表面に突条微小構造物9を平行に複数形成してなるものである。ここで微小構造物とは、例えば素子分離構造(Shallow Trench Isolation;STI)である。
センサ機構3は、図1に示すように、前記照射対象に照射されて生じるラマン散乱光Lを受光し、スペクトルデータを出力するものであり、ここでは、ラマン散乱光Lを分光する図示しない分光部と分光された各光の光量を検知する図示しない複数のセンサを備えている。なおここでラマン光測定の光学配置は後方散乱型のものとしているがこれに限られるものではない。
さらにこの実施形態では、前記レーザ装置2とセンサ機構3との間に、レーザEBを前記照射対象に集光して照射するとともに前記照射対象からのラマン散乱光を回収するための光学系を設けている。この光学系は、図1に示すように、例えば、対物レンズ5aと、前記紫外レーザEBの照射角度を調整するハーフミラー5bと、前記ラマン散乱光Lを前記センサ機構3に導くミラー5cとから構成されている。なお、図1中、符号5dは、レーザEBの照射位置確認のためなどに用いられる光学観測用カメラ、5eはそのカメラ5dに光を導くための第2のハーフミラーであり、光路に挿脱可能に構成してある。
前記センサ機構3から出力されるデータを処理する情報処理装置4は、例えばCPUやメモリその他の周辺機器を備えたいわゆるコンピュータであり、そのCPUがメモリに格納されたプログラムに従って動作することで、以下の各部としての機能を発揮する。すなわち、図1に示すように、前記標準領域W1からのラマンスペクトルとその標準領域W1に作用している応力の成分との相関を示す相関データを格納している相関データ格納部41と、前記標準領域W1(及び後述する測定領域W1’)から得られるラマンスペクトルに関するデータ(ラマンスペクトルデータ)を取得するスペクトルデータ取得部42と、前記測定試料W’のラマンスペクトルデータに、前記相関データを照らし合わせて、当該測定試料W’の応力成分を算出する応力成分算出部43と、である。
前記相関データとは、いわゆる検量線に相当するものであり、これを生成するために、この情報処理装置4はさらに、前記標準領域W1に作用している既知応力成分データを取得する既知応力成分データ取得部412と、その既知応力成分データと前記スペクトルデータ取得部42で取得された標準領域W1のスペクトルデータとを比較する応力成分比較部413と、その比較結果から前記既知応力成分データとスペクトルデータとの相関データを生成し、これを前記相関データ格納部41に書き込む相関データ生成部414と、を備えている。
次に、このように構成した応力成分測定装置1の作用について説明する。
始めに、図2の手順に従い、前記相関データ格納部41に相関データを格納する。
まず、例えば、オペレータが、前記標準領域W1の既知応力成分値を情報処理装置4に入力し、その入力データを前記既知応力成分データ取得部412が取得する(ステップS11)。
この既知応力成分値は、例えば、CBED、EBSD(Electron Backscatter Diffraction)、near−field Raman、NBD(Nano Beam Diffraction)、CL(Cathode Luminescence)等で実際に測定したり、有限要素法(FEM)等による解析的手法で得たりする他、材料試験機(引っ張り試験機、曲げ試験機、圧縮試験機等)等により所望の応力を作用させて得ることもできる。
実際の半導体デバイスにおいては、微小構造物にSiO等の膜が埋め込まれることにより意図的に応力が負荷されており、当該応力値は膜の作製条件によって変化する上、このような半導体デバイスでは、様々な製造工程における影響が付加される。このため、例えばFEM解析で求められる応力値が正確ではない場合もある。
これに対して、引っ張り試験機を用いて標準試料Wに所望の応力を作用させることにより前記既知応力成分値を得る方法によれば、SiO等の膜を埋め込むことなく応力状態を作り出すことが可能であり、更に製造工程における影響を受けることがないので、その後にFEM解析で得られる応力値は実際の値に極めて近いものとなり、ラマンスペクトルとの正確な相関を得ることが可能である。
更に、前記引っ張り試験機として、μm・nmオーダの試験片用のものを用いることにより、単結晶シリコンの破壊強度の寸法依存性(寸法が小さいほど破壊強度が高い)から、標準試料Wに対してGPaオーダの応力を負荷することが可能となるので、寸法が小さく局所的にGPaオーダの応力が負荷されている実際の半導体デバイスに近い状態を評価することが可能となる。
前記既知応力成分データ取得部412が既知応力成分値を取得する工程(ステップS11)と前後して、当該標準領域W1に紫外レーザEBを照射する。レーザ装置2から射出された紫外レーザEBは、前記ハーフミラー5bにより角度を変えられて、前記対物レンズ5aを介し、この標準領域W1に到達する。
このときに標準領域W1から出たラマン散乱光Lは、前記対物レンズ5a及びハーフレンズ5bを透過して前記ハーフレンズ5cにより角度を変えられる。そのラマン散乱光Lを前記センサ機構3が受光し、そのラマンスペクトルデータを前記スペクトルデータ取得部42が取得する(ステップS12)。
かかるステップS11及びS12を、互いに異なる応力成分が作用している複数(n個)の標準領域W1についてそれぞれ行う。
しかして、ここでの複数の標準領域W1は、同一の標準試料Wの別箇所に設定されたもので、図4にその拡大図及び拡大断面図を示すように、例えば、前記微小突条構造物9の表面のW1(a)乃至(c)である。各所定領域W1(a)乃至(c)点において得られるラマンスペクトル例を、各々図5乃至7に示しておく。
なお、エネルギ線として励起波長363.8nmの紫外レーザEBを用いているのは、ラマンスペクトルの形状が、応力成分の違いに応じてより明確に変化し易いからである。これは一般的に使用される可視レーザ(457.9nm、488.0nm、514.5nm、632.8nm等)は、シリコンへの侵入深さが数百nmであるのに対し、363.8nmの紫外レーザEBでは、10nm以下と、シリコン最表層のスペクトルを得ることができることから、最表層に大きな応力を受けている微小構造物9の応力状態をより正確に測定することができるからである。もちろん、組成が違うものに対しては、それぞれ適切な波長のレーザを用いれば良い。
また、例えば、前記微小突条構造物9にSiO等が埋め込まれ、エッジ近傍に大きな応力が作用している場合、そのエッジ近傍のラマンスペクトルが明確に複数のスペクトルに分裂することがあり、この分裂したスペクトルの特徴を見ることで、更に精度の高い各応力成分の測定が可能となる。
このため、微小突条構造物9の形状としては、図4に示すような、ライン・スペース形状以外に、図11にその拡大図及び拡大断面図を示すような、正面が正方形(例えば、4μm×4μm)の直方体(例えば、高さ0.3μm)であってもよい。なお、図11において、矢印は引張試験機による引張り方向を示している。引張試験機により図11に示す方向の応力を負荷することで構造物周辺に様々な応力状態が生成される。
そして、ここでの複数の標準領域W1は、図11に示すように、前記微小突条構造物9の表面のうち平坦部であるW1(d)と、エッジ部であるW1(e)である。各所定領域W1(d)及び(e)点において得られるラマンスペクトル例を、各々図12及び図13に示した。
更に、図11(c)に示すように、所定領域W1(d)及び(e)点を通る線L上の応力を有限要素法(FEM)を用いて解析し、その結果(応力分布)を図14に示した。
図12及び図13に示す実施例では、引っ張り試験機を用いて標準試料Wに対して所望の応力を作用させ、ラマン散乱光Lを受光するセンサ機構3としては、比較的微小領域(1μm程度)を測定するために顕微ラマン分光光度計を使用した。そして、エネルギ線として励起波長363.8nmの紫外レーザを使用した。
ラマン分光法では、使用する対物レンズや光学系によって測定領域が変化し、例えば、試料へのレーザ照射、ラマン光集光光学系として、顕微鏡を用いる顕微ラマン分光法では、エネルギ線として励起波長363.8nmの紫外レーザを用い、対物レンズとしてX100・NA=0.9を用いた場合は、シリコンへの光の侵入深さは300nmとなり、レーザのスポット径は理論上0.7μm程度となる。有限要素法を用いた解析(FEM解析)における応力値は、計算モデルの各要素の節点ごとに算出することが可能となるが、ラマンスペクトルパラメータとの相関を取る場合はラマンスペクトルが得られる体積を考慮して領域ごとの平均値をFEM解析の応力値として採用することが適当である。
ステップS11及びS12の次に、前記応力成分比較部413が、前記既知応力成分データとスペクトルデータとを比較する(ステップS13)。この比較結果によれば、測定されるスペクトルに出現するピークの形状は、各応力成分の作用によって変化することがわかるので、その測定結果に基づいて前記相関データ生成部414が、ピーク形状と各応力成分の相関データを作成する。ここでは、ピーク形状を表現するパラメータとして、例えば前記スペクトルデータをGauss関数、Lorentz関数や非対称Gauss関数で表される複数(2つ)のスペクトル要素でフィッティングし、各スペクトル要素のピークシフト、ピーク強度及びスペクトル半値幅を採用している。
図12及び図13に示す実施例では、測定されたスペクトルデータをGauss関数、Lorentz関数、フォークト関数((Gauss+Lorentz)関数)のいずれかを用いてカーブフィッティングし、各スペクトル要素のピークシフト、ピーク強度及びスペクトル半値幅のピーク形状を表現する各パラメータを得た。なお、フィティングカーブは複数本でもよく、図13に示すラマンスペクトル例では、2本のフィティングカーブを得ている。
そして、前記微小構造物9に印加されている各応力成分(法線応力及び剪断応力)値とピーク形状との関係を、図8に示す行列を含んだ式で表すようにしている(ケース1)。なお、図8におけるσxx、σyy、σzz、τxy、τyz、τzxは各応力成分値を、C11乃至C66は各応力成分値とピーク形状との相関係数を、ν、A、ωはピーク形状を表現するパラメータ(順にスペクトル要素のピークシフト、ピーク強度及びスペクトル半値幅)を示し、ν、A、ωに添えられた数字は1つ目のピークか2つ目のピークかを示す。このような前提条件において、前記相関データ生成部414は、例えば、多変量解析法の1つであるPLS(Partial Least Squares)法によって各応力成分値とピーク形状との間の相関係数(C11乃至C66)である相関データ(検量線)を生成し(ステップS14)、その結果を前記相関データ格納部41に格納する(ステップS15)。
図8に示す例以外にも、例えば、既知応力成分値を得るために引っ張り試験機を用いて標準試料Wに所望の応力を作用させる場合は、図8におけるτyz及びτzxは略無視できるので、図15に示すように、目的変数4及び説明変数5であってもよい(ケース2)。更に、目的変数が6で説明変数が25である例を図16(ケース3)に、目的変数が4で説明変数が25である例を図17(ケース4)に示す。
なお、多変量解析に用いる説明変数は、目的変数に対してスペクトルパラメータ(スペクトル要素のピークシフト、ピーク強度及びスペクトル半値幅)と一対一でなくともよく、各目的変数に対して複数個のスペクトルパラメータの組を用いてもよい。
このような多変量解析により採取した応力のうちσyyを図18に、σxx、σyy及びσyzを図19に示す。
以上の手順による前記相関データ格納ステップ(ステップS15)完了後、図3の手順に従い、前記測定試料W’における測定領域W1’のスペクトルデータを取得し、その応力成分を算出する。ここで、測定試料W’とは、前記標準試料Wとその形状及び組成が同一で、応力成分が未知である試料のことである。
まず、前記ステップS12と同様に、前記測定試料W’の1つの測定領域W1’に前記レーザ装置2で紫外レーザEBを照射する。このことにより得られるラマン散乱光Lを前記センサ機構3が受光し、そのスペクトルデータを前記スペクトルデータ取得部42が取得する(ステップS21)。
そして、前記応力成分算出部43が、前記ステップS21で取得されたスペクトルデータと前記ステップS15で相関データ格納部41に格納された相関データ(検量線)とを比較することによって、前記測定試料W’の各応力成分値を算出する(ステップS22)。
このように、かかる応力成分測定装置1によれば、標準試料のスペクトルデータに基づいて多変量解析法によってあらかじめ作成した複数の応力成分に関する検量線(相関データ)と測定試料に対する一回のラマン測定で得られるスペクトルデータとを比較すれば測定対象自体に作用している複数の応力成分を一挙に算出できるので、測定試料の一回のラマン測定とその応力成分算出にかかる時間のみでの正確な応力成分の測定が可能となり、その測定対象を破壊する必要もない。したがって、測定試料の短時間での非破壊測定が実現されることから、プロセスラインでの測定に利用することも可能となる。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明中、前記第1実施形態に対応する部材には同一の符号を付している。
本実施形態に係る応力成分測定装置1においては、図9にその一部を示すように、レーザ装置2とハーフミラー5bとの間、及び、ハーフミラー5cとセンサ機構3との間に、段階的に角度調整できる挿脱可能な偏光子6a、6bを配置している。
具体的には、前述のように構成した前記応力成分測定装置1でスペクトルデータを取得する際には、図10に示すラマン散乱の選択則を考慮して所望のスペクトルデータが取得できるように前記偏光子6a、6bの角度を調整してラマン測定を行う。例えば、前記偏光子6aの角度は前記紫外レーザEBの偏光面が標準領域W1のSi(110)面の[1−11]方向に入射するように、また、前記偏光子6bの角度はSi(110)面の[1−11]方向からの前記ラマン散乱光Lを受光できるように調整してラマン測定を行い、次に、前記偏光子6bを左回り60°、90°の角度に調整してラマン測定を行う。このようにして前記標準領域W1について得られた3種類のスペクトルデータを別々にフィッティングして得られるデータに基づいて前記相関データ生成部414が生成した前記相関データと、同様に3つの角度で測定した測定領域W1’のスペクトルデータとを前記応力成分算出部43が比較して、当該測定領域W1’の応力成分を算出する。
このようなものであれば、前記測定領域W1’から得られるラマンスペクトルLは、作用している各応力成分に応じて、より特徴的な形状を示すので、そのスペクトルデータを利用することで応力成分値をさらに正確に算出することができるようになる。
つまり、偏光解析を用いた図9のような装置においては、偏光解析を用いない場合には得られないSi(110)面、(111)面に関する応力成分値(各面上の平面応力及び剪断応力等)を得ることが可能となる。またSi(100)面のLOフォノンに関する情報も、偏光解析を用いない場合よりも高精度で取得することが可能なので、このフォノンに関する応力成分の導出も、偏光解析を用いない場合よりも高精度でできる。またここに記載した応力成分以外の応力成分についても偏光測定と多変量解析の手法を用いることにより取得できる可能性がある。
また、前記偏光子6a、6bの角度を必要に応じて調整すれば、例えば、Si(110)面とSi(111)面のように異なる測定試料をプロセスライン上で測定することが可能となる。
さらに、当該実施形態によれば応力以外の物性値、例えば、濃度や結晶化度等、の各方位に関する値も得ることができる。加えて、前記紫外レーザEBの入射角は、測定試料W’へ垂直に入射する後方配置以外も、もちろん可能であり様々な角度での情報を組み合わせることで、さらに正確な応力成分評価が可能となる。
なお、本発明は前記各実施形態に限られるものではない。
例えば、測定対象に照射するエネルギ線は紫外レーザに限らず、可視レーザ、紫外光、可視光、近赤外光等でもよく、励起波長も363.8nmに限られないが、波長によって試料へ入射する深さが変化するので、励起波長は得たい情報の深さによって選択すればよい。
レーザの照射角度は、標準試料及び測定試料からのラマン散乱光を得られるものであれば、どのような角度であってもよく、所望の角度に応じてハーフミラーの角度を変更すればよい。
標準試料及び測定試料は、Siからなる微小突条構造物に限らず、波長や測定場所等によって異なるスペクトルを発する物質であれば、どのような形状のものであっても測定可能である。
ピーク形状を表現するパラメータは、スペクトルのピークシフト、ピーク強度及びスペクトル半値幅に限られず、ラマンスペクトルの形状を表現できるものであればよい。
相関データを算出するには、1つの標準試料の異なる所定領域からスペクトルデータを取得する必要はなく、各々に異なる応力成分が働いている複数の標準試料から各々スペクトルデータを取得してもよい。
また、標準試料Wの様々な位置で取得される全てのラマンスペクトルデータに対して多変量解析法を適用してもよい。この場合には、物質に作用している応力成分値のみならず、物質の濃度や結晶化度等に関する値についてより詳細な情報を得ることも可能である。
相関データ生成法は、多変量解析法に限らず、相関関係を生成できるものであればよく、例えば、推計統計学等の手法を用いてもよい。
また、前記第2実施形態と同様の効果を得られるものであれば、前記偏光子の代わりに同等機能を持つ光学系を用いてもよい。また、測定試料はSiに限られず、偏光子を利用することで物性値が変化する物質であれよい。
さらに、標準領域や測定領域の大きさは、レーザ照射領域を拡縮させることによって調整してもよいし、受光側の光学系でラマン光の受光範囲を拡縮することで調整してもよい。例えば、レーザ照射径(スポット径)で測定範囲を調整する例としては、前記実施形態のように対物レンズを使用する場合は、焦点距離の異なるものを複数用意しておいてそれらを切り替えたり、対物レンズと試料との距離を可変にできるようにしたりすることが考えられる。また、その他に、ガルバノミラーを利用し、その走査範囲を変えることでレーザ照射領域を拡縮させてもよい。受光側の光学系で測定範囲を調整する例としては、例えば共焦点光学系を用いた場合ではコンフォーカルホールの口径の拡縮によって実現できる。このコンフォーカルホールは、図1で言えばセンサ機構3の前段に配置される。
また、応力値とスペクトルパラメータとの相関を求める際に、カーブフィッティングによりスペクトルパラメータを算出せずに、スペクトルの生データをそのまま用いてもよい。
更に、ラマン分光法では、光学系やサンプルへのレーザ照射パワー、及びラマン光を取り込む積算時間等によってスペクトル要素のピークシフト値、ピーク強度値及びスペクトル半値幅が大きく変化することが知られている。このため、積算時間等の測定条件の変化に伴うスペクトル要素の変化を排除するために、予め試料測定前にリファレンスサンプルを測定し、そのリファレンスサンプルとのピークシフト差、ピーク強度差、及び、スペクトル半値幅の差をスペクトルパラメータとして使用することも可能である。なお、測定試料がシリコンである場合はリファレンスサンプルとしては無負荷のベアシリコンが好適である。
また、センサ機構3として近接場ラマン分光光度計を用いてもよい。センサ機構3として近接場ラマン分光光度計を用いた場合は、サブnmオーダの極微小領域の測定が可能となることから、より微小領域の応力評価をすることができる。
測定試料W’としては、その表面にSTI構造等の微小構造物が形成されているもの以外であってもよく、本発明はトランジスタのゲート周りの応力等の測定に対しても有効である。例えば、CBEDやFEM解析等で求めたゲートやその周辺の応力をリファレンスとし、ラマンスペクトルとの相関をとることにより、ラマンスペクトルからゲート周辺の応力を評価することが可能となる。
また、測定試料W’としては、シリコン以外の材料からなるものであってもよく、単結晶で応力・歪の変化によって測定されるラマンスペクトルが変化する材料からなる試料であれば、本発明を用いて微小構造物に対する応力・歪の検量線を作成することが可能である。このような材料としては、例えば、ゲルマニウム、SiGe、GaAs等の化合物半導体が挙げられる。
また、単結晶やアモルファス構造を有しない材料からなる試料であっても、応力・歪の変化によって測定されるラマンスペクトルが変化する材料からなるものであれば、本発明を用いて応力・歪の検量線を作成することが可能である。このような材料としては、例えば、poly−Si、NiSi、TiSi、SiN膜、SiOC膜等が挙げられる。なお、これらの材料においては、結晶粒の大きさ等が測定されるスペクトル形状に大きく影響することがあるため、スポット径の選択に注意を要することがある。例えば、結晶粒が1μm以上の大きさである場合、センサ機構3として顕微ラマン分光光度計を用いて1μmのスポット径で測定した場合は局所的な情報しか採取できず、結晶粒界も含む全体としての情報が必要な場合はより大きなスポット径での測定が必要である。
その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
本発明の一実施形態に係る応力成分測定装置の全体像を示す模式的構成図。 同実施形態における相関データ格納までの流れを示すチャート図。 同実施形態における応力成分算出までの流れを示すチャート図。 同実施形態における標準試料の測定領域を示す拡大図及び断面図。 同実施形態における標準試料の測定位置(a)で得られるスペクトル。 同実施形態における標準試料の測定位置(b)で得られるスペクトル。 同実施形態における標準試料の測定位置(c)で得られるスペクトル。 同実施形態における各応力成分値とピーク形状の変化との関係を表す行列を含んだ式の一例。 本発明の第2実施形態に係る応力成分測定装置の一部を示す模式的構造図。 本発明の第2実施形態におけるラマン散乱光の選択則を示す表。 本発明の第1実施形態における他の標準試料の測定領域を示す拡大図(a)、断面図(b)及び正面図(c)。 同実施形態における標準試料の測定位置(d)で得られるスペクトル。 同実施形態における標準試料の測定位置(e)で得られるスペクトル。 同実施形態における標準試料の線L上での応力分布。 同実施形態における各応力成分値とピーク形状の変化との関係を表す行列を含んだ式の他の一例。 同実施形態における各応力成分値(目的変数)とピーク形状の変化(説明変数)との組み合わせの一例。 同実施形態における各応力成分値(目的変数)とピーク形状の変化(説明変数)との組み合わせの他の一例。 同実施形態における多変量解析により採取した応力(σyy)。 同実施形態における多変量解析により採取した応力(σxx、σyy及びσyz)。
符号の説明
1(1’)・・・応力成分測定装置
41・・・・・・相関データ格納部
413・・・・・応力成分比較部
414・・・・・相関データ生成部
43・・・・・・応力成分算出部
L・・・・・・・ラマンスペクトル(ラマン散乱光)
W(W’)・・・標準試料(測定試料)
W1(W1’)・所定領域(測定領域)
S13・・・・・応力成分比較ステップ
S14・・・・・相関データ生成ステップ
S15・・・・・相関データ格納ステップ
S22・・・・・応力成分算出ステップ

Claims (4)

  1. 既知の複数の応力成分が作用している標準試料の所定領域(以下標準領域と言う)から得られたラマンスペクトルと前記複数の応力成分とを比較する応力成分比較ステップと、
    前記応力成分比較ステップを、互いに異なる複数の応力成分が作用している複数の標準領域に対してそれぞれ行い、その結果から、多変量解析法によって前記ラマンスペクトルと複数の応力成分との相関を示す相関データを生成する相関データ生成ステップと、
    前記標準試料と組成が同じ測定試料の領域(以下測定領域と言う)から得られたラマンスペクトル及び前記相関データに基づいて、当該測定領域に作用している複数の応力成分を算出する応力成分算出ステップと、
    を備えていることを特徴とする応力成分測定方法。
  2. 既知の複数の応力成分が作用している標準試料の所定領域(以下標準領域と言う)から得られたラマンスペクトルと前記複数の応力成分とを比較する応力成分比較部と、
    互いに異なる複数の応力成分が作用している複数の標準領域に対して、前記応力成分比較部がそれぞれ行った比較結果を取得し、それに多変量解析法を適用して前記ラマンスペクトルと複数の応力成分との相関を示す相関データを生成する相関データ生成部と、
    前記相関データを格納する相関データ格納部と、
    前記標準試料と組成が同じ測定試料の領域(以下測定領域と言う)から得られたラマンスペクトル及び前記相関データに基づいて、当該測定領域に作用している複数の応力成分を算出する応力成分算出部と、
    を備えていることを特徴とする応力成分測定装置。
  3. 前記相関データが、前記ラマンスペクトルのピークシフト値、ピーク強度値及びスペクトル半値幅と各応力成分との相関関係を示すものである請求項1記載の応力成分測定方法。
  4. 既知の複数の応力成分が作用している標準試料の所定領域(以下標準領域と言う)から得られたラマンスペクトルと前記複数の応力成分とを比較する応力成分比較部と、
    互いに異なる複数の応力成分が作用している複数の標準領域に対して、前記応力成分比較部がそれぞれ行った比較結果を取得し、その比較結果から前記ラマンスペクトルと複数の応力成分との相関を示す相関データを生成する相関データ生成部と、
    前記相関データを格納する相関データ格納部と、
    前記標準試料と組成が同じ測定試料の領域(以下測定領域と言う)から得られたラマンスペクトル及び前記相関データに基づいて、当該測定領域に作用している複数の応力成分を算出する応力成分算出部と、
    を備えていることを特徴とする応力成分測定装置。
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