JPH05308096A - Ｓｏｉ基板における単結晶薄膜の膜厚測定方法 - Google Patents
Ｓｏｉ基板における単結晶薄膜の膜厚測定方法Info
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- JPH05308096A JPH05308096A JP13771892A JP13771892A JPH05308096A JP H05308096 A JPH05308096 A JP H05308096A JP 13771892 A JP13771892 A JP 13771892A JP 13771892 A JP13771892 A JP 13771892A JP H05308096 A JPH05308096 A JP H05308096A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 厚さ１〜２００μｍの単結晶薄膜の膜厚を非
破壊で高精度に測定し得るＳＯＩ基板における単結晶薄
膜の膜厚測定方法を提供すること。 【構成】 本発明方法は、フーリエ変換赤外分光光度計
（ＦＴＩＲ）を用いる方法であって、マイケルソン干渉
計を構成する固定鏡と移動鏡との光路差を連続的に変え
て得られる干渉光をＳＯＩ基板１１上に照射して光路差
−反射赤外光強度曲線を得、この曲線における複数のサ
イドバースト（ピーク集合部分）の各々に存在する極小
ピークの中から光路差の絶対値の最も小さいものを選出
し、その極小ピークの光路差からＳＯＩ膜（単結晶薄
膜）１２の膜厚を求めるものである。
破壊で高精度に測定し得るＳＯＩ基板における単結晶薄
膜の膜厚測定方法を提供すること。 【構成】 本発明方法は、フーリエ変換赤外分光光度計
（ＦＴＩＲ）を用いる方法であって、マイケルソン干渉
計を構成する固定鏡と移動鏡との光路差を連続的に変え
て得られる干渉光をＳＯＩ基板１１上に照射して光路差
−反射赤外光強度曲線を得、この曲線における複数のサ
イドバースト（ピーク集合部分）の各々に存在する極小
ピークの中から光路差の絶対値の最も小さいものを選出
し、その極小ピークの光路差からＳＯＩ膜（単結晶薄
膜）１２の膜厚を求めるものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＳＯＩ基板の単結晶薄
膜の膜厚をフーリエ変換赤外線分光光度計を用いて測定
する方法に関する。
膜の膜厚をフーリエ変換赤外線分光光度計を用いて測定
する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、誘電体基板上に１μｍ以上の厚さ
を有する単結晶半導体薄膜を形成する方法としては、単
結晶サファイア基板上に単結晶シリコン膜等をエピタキ
シャル成長させる技術が良く知られているが、この技術
においては、誘電体基板と気相成長されるシリコン単結
晶との間に格子定数の不一致があるため、シリコン気相
成長層に多数の結晶欠陥が発生し、このために該技術は
実用性に乏しい。
を有する単結晶半導体薄膜を形成する方法としては、単
結晶サファイア基板上に単結晶シリコン膜等をエピタキ
シャル成長させる技術が良く知られているが、この技術
においては、誘電体基板と気相成長されるシリコン単結
晶との間に格子定数の不一致があるため、シリコン気相
成長層に多数の結晶欠陥が発生し、このために該技術は
実用性に乏しい。
【０００３】そこで、近年、ＳＯＩ（ Si On Insulator
)構造の接合基板（以下、ＳＯＩ基板と称す）が特に注
目されるに至った。このＳＯＩ基板は、例えば２枚の単
結晶シリコンウエーハの少なくとも一方を酸化処理して
そのウエーハの少なくとも一方の表面に酸化膜を形成
し、これら２枚のウエーハを前記酸化膜が中間層になる
ようにして重ね合わせた後、これらを所定温度に加熱し
て接着し、その一方のウエーハを平面研削した後、更に
その表面を研磨してこれを薄膜化して単結晶シリコン薄
膜（以下、ＳＯＩ膜と称す）とすることによって得られ
る。
)構造の接合基板（以下、ＳＯＩ基板と称す）が特に注
目されるに至った。このＳＯＩ基板は、例えば２枚の単
結晶シリコンウエーハの少なくとも一方を酸化処理して
そのウエーハの少なくとも一方の表面に酸化膜を形成
し、これら２枚のウエーハを前記酸化膜が中間層になる
ようにして重ね合わせた後、これらを所定温度に加熱し
て接着し、その一方のウエーハを平面研削した後、更に
その表面を研磨してこれを薄膜化して単結晶シリコン薄
膜（以下、ＳＯＩ膜と称す）とすることによって得られ
る。
【０００４】ところで、斯かるＳＯＩ基板におけるＳＯ
Ｉ膜の膜厚は、従来、可視光を用いた分光干渉法によっ
て測定されてきた。
Ｉ膜の膜厚は、従来、可視光を用いた分光干渉法によっ
て測定されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記分
光干渉法による膜厚測定は膜厚が１０μｍ程度以下のＳ
ＯＩ膜に対しては有効であるが、ＳＯＩ膜の膜厚が前記
厚さを超えると、可視光のシリコンへの吸収の影響で測
定が不可能となる。
光干渉法による膜厚測定は膜厚が１０μｍ程度以下のＳ
ＯＩ膜に対しては有効であるが、ＳＯＩ膜の膜厚が前記
厚さを超えると、可視光のシリコンへの吸収の影響で測
定が不可能となる。
【０００６】一方、膜厚を測定する他の方法としては、
フーリエ変換赤外線分光光度計（以下、ＦＴＩＲと称
す）を用いる方法（以下、ＦＴＩＲ法と称す）が知られ
ているが、該方法はドーパント濃度が１０18atoms/cm3
程度以上のシリコンの支持基板層上に形成されたシリコ
ンエピタキシャル層の厚さの測定に専ら使用されてき
た。
フーリエ変換赤外線分光光度計（以下、ＦＴＩＲと称
す）を用いる方法（以下、ＦＴＩＲ法と称す）が知られ
ているが、該方法はドーパント濃度が１０18atoms/cm3
程度以上のシリコンの支持基板層上に形成されたシリコ
ンエピタキシャル層の厚さの測定に専ら使用されてき
た。
【０００７】ここで、ＦＴＩＲ法によるシリコンエピタ
キシャル層の厚さ測定の原理を図７乃至図９に基づいて
説明する。尚、図７はＦＴＩＲ法による膜厚測定系の基
本構成図、図８は赤外光のシリコンエピタキシャル層で
の反射の状態を示す図、図９は光路差−反射赤外光強度
曲線図である。
キシャル層の厚さ測定の原理を図７乃至図９に基づいて
説明する。尚、図７はＦＴＩＲ法による膜厚測定系の基
本構成図、図８は赤外光のシリコンエピタキシャル層で
の反射の状態を示す図、図９は光路差−反射赤外光強度
曲線図である。
【０００８】図７に示すように、赤外線発生用ランプ１
によって発生した波長２．５〜２５μｍの連続赤外光
を、固定鏡２と移動鏡３及びビームスプリッター４で構
成されるマイケルソン干渉計を用いて干渉光とし、この
干渉光をシリコン基板５上のエピタキシャル層６に照射
する。
によって発生した波長２．５〜２５μｍの連続赤外光
を、固定鏡２と移動鏡３及びビームスプリッター４で構
成されるマイケルソン干渉計を用いて干渉光とし、この
干渉光をシリコン基板５上のエピタキシャル層６に照射
する。
【０００９】ところで、図８に示すように、入射赤外光
（マイケルソン干渉光）Ｌのシリコン基板５での反射光
Ｒは種々の成分から構成されている。それらの内で主要
なものは、エピタキシャル層６の表面ｃで反射して反射
光Ｒ１となるものと、エピタキシャル層６を透過し、エ
ピタキシャル層６と支持基板層７と界面ｇで再び反射
し、エピタキシャル層６の表面ｈを経てシリコン基板５
外へ出射して反射光Ｒ２となるものの２つである。
（マイケルソン干渉光）Ｌのシリコン基板５での反射光
Ｒは種々の成分から構成されている。それらの内で主要
なものは、エピタキシャル層６の表面ｃで反射して反射
光Ｒ１となるものと、エピタキシャル層６を透過し、エ
ピタキシャル層６と支持基板層７と界面ｇで再び反射
し、エピタキシャル層６の表面ｈを経てシリコン基板５
外へ出射して反射光Ｒ２となるものの２つである。
【００１０】而して、上記２つの反射光Ｒ１，Ｒ２は互
いに干渉し合うため、その干渉光を解析することによっ
てエピタキシャル層６の厚さを求めることができる。即
ち、ここでは詳しい説明は省略するが、入射干渉光を作
る前記固定鏡２と移動鏡３（図７参照）が或る特定の光
路差を持つ際に、合成された反射光（２つの反射光Ｒ
１，Ｒ２を合成したもの）は特異な挙動を示す。つま
り、図９に示す光路差−反射赤外光強度曲線上に反射光
強度がピーク値を示すサイドバースト（ピーク集合部
分）と称される部分が生じ、反射光強度にピークが生じ
る光路差とエピタキシャル層６の厚さとの間には相関が
あるため、図９からエピタキシャル層６の厚さを求める
ことができる。
いに干渉し合うため、その干渉光を解析することによっ
てエピタキシャル層６の厚さを求めることができる。即
ち、ここでは詳しい説明は省略するが、入射干渉光を作
る前記固定鏡２と移動鏡３（図７参照）が或る特定の光
路差を持つ際に、合成された反射光（２つの反射光Ｒ
１，Ｒ２を合成したもの）は特異な挙動を示す。つま
り、図９に示す光路差−反射赤外光強度曲線上に反射光
強度がピーク値を示すサイドバースト（ピーク集合部
分）と称される部分が生じ、反射光強度にピークが生じ
る光路差とエピタキシャル層６の厚さとの間には相関が
あるため、図９からエピタキシャル層６の厚さを求める
ことができる。
【００１１】而して、本発明者等はＳＯＩ膜の厚さ測定
にＦＴＩＲ法を適用するための条件を見い出し、本発明
をなすに至ったものである。
にＦＴＩＲ法を適用するための条件を見い出し、本発明
をなすに至ったものである。
【００１２】従って、本発明の目的とする処は、従来の
可視光分光干渉法では測定不可能であった厚さ１０μｍ
以上の領域を含む厚さ１〜２００μｍの単結晶薄膜の膜
厚を非破壊で高精度に測定することができるＳＯＩ基板
における単結晶薄膜の膜厚測定方法を提供することにあ
る。
可視光分光干渉法では測定不可能であった厚さ１０μｍ
以上の領域を含む厚さ１〜２００μｍの単結晶薄膜の膜
厚を非破壊で高精度に測定することができるＳＯＩ基板
における単結晶薄膜の膜厚測定方法を提供することにあ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明は、マイケルソン干渉計を構成する固定鏡と移動鏡
との光路差を連続的に変えて得られる干渉光をＳＯＩ基
板上に照射して光路差−反射赤外光強度曲線を得、この
曲線における複数のサイドバーストの各々に存在する極
小ピークの中から光路差の絶対値が最も小さいものを選
出し、その極小ピークの光路差から単結晶薄膜の膜厚を
求めることを特徴とする。
発明は、マイケルソン干渉計を構成する固定鏡と移動鏡
との光路差を連続的に変えて得られる干渉光をＳＯＩ基
板上に照射して光路差−反射赤外光強度曲線を得、この
曲線における複数のサイドバーストの各々に存在する極
小ピークの中から光路差の絶対値が最も小さいものを選
出し、その極小ピークの光路差から単結晶薄膜の膜厚を
求めることを特徴とする。
【００１４】
【作用】ＦＴＩＲによるＳＯＩ膜厚測定法を確立するに
は、光路差−反射赤外光強度曲線上において出現する反
射光強度のピークの内、どの位置（光路差）がＳＯＩ膜
厚に対応するのかを明確にする必要がある。
は、光路差−反射赤外光強度曲線上において出現する反
射光強度のピークの内、どの位置（光路差）がＳＯＩ膜
厚に対応するのかを明確にする必要がある。
【００１５】而して、ＦＴＩＲによるＳＯＩ膜厚測定法
において、干渉光の内で重要であるのはＳＯＩ膜表面で
反射する光とＳＯＩ膜と酸化膜との界面で反射する光の
干渉光であって、この干渉光は光路差の絶対値が最も小
さい位置にピークの極小値を示すことが見い出された。
このことから、光路差−反射赤外光強度曲線における複
数の極小ピークの内、光路差の絶対値の最も小さい極小
ピークのその光路差がＳＯＩ膜厚に対応していることが
わかり、本発明方法によれば、従来の可視光分光干渉法
では測定不可能であった厚さ１０μｍ以上の領域を含む
厚さ１〜２００μｍの単結晶薄膜の膜厚を非破壊で高精
度に測定することができる。
において、干渉光の内で重要であるのはＳＯＩ膜表面で
反射する光とＳＯＩ膜と酸化膜との界面で反射する光の
干渉光であって、この干渉光は光路差の絶対値が最も小
さい位置にピークの極小値を示すことが見い出された。
このことから、光路差−反射赤外光強度曲線における複
数の極小ピークの内、光路差の絶対値の最も小さい極小
ピークのその光路差がＳＯＩ膜厚に対応していることが
わかり、本発明方法によれば、従来の可視光分光干渉法
では測定不可能であった厚さ１０μｍ以上の領域を含む
厚さ１〜２００μｍの単結晶薄膜の膜厚を非破壊で高精
度に測定することができる。
【００１６】
【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
説明する。
【００１７】本発明は図１に示すＳＯＩ基板１１のＳＯ
Ｉ膜１２の膜厚測定にＦＴＩＲ法を適用するものであっ
て、マイケルソン干渉計によって得られた干渉光（マイ
ケルソン干渉光）が入射光Ｌとして図１に示すようにＳ
ＯＩ基板１１上に照射される。このとき、図１に示すよ
うに入射光（連続赤外光）Ｌは複雑に反射し、複数の反
射光Ｒｅ，Ｒｉ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐ，ＲｑとしてＳＯＩ
基板１１から出射する。
Ｉ膜１２の膜厚測定にＦＴＩＲ法を適用するものであっ
て、マイケルソン干渉計によって得られた干渉光（マイ
ケルソン干渉光）が入射光Ｌとして図１に示すようにＳ
ＯＩ基板１１上に照射される。このとき、図１に示すよ
うに入射光（連続赤外光）Ｌは複雑に反射し、複数の反
射光Ｒｅ，Ｒｉ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐ，ＲｑとしてＳＯＩ
基板１１から出射する。
【００１８】即ち、入射光Ｌは先ずＳＯＩ膜１２の表面
ｄでその一部が反射して反射光Ｒｅとなり、他の一部は
表面ｄでＳＯＩ膜１２へ入射し、ＳＯＩ膜１２と酸化膜
（ＳｉＯ2 膜）１３との界面ｇに達し、その一部はそこ
で反射してＳＯＩ膜１２の表面ｈに達した後、外部へ出
射して反射光Ｒｉとなる。
ｄでその一部が反射して反射光Ｒｅとなり、他の一部は
表面ｄでＳＯＩ膜１２へ入射し、ＳＯＩ膜１２と酸化膜
（ＳｉＯ2 膜）１３との界面ｇに達し、その一部はそこ
で反射してＳＯＩ膜１２の表面ｈに達した後、外部へ出
射して反射光Ｒｉとなる。
【００１９】又、前記界面ｇに達した光の一部は酸化膜
１３に入射した後、支持基板層１４との界面ｋで反射
し、その一部は支持基板層１４に入射するが、他は界面
ｋで反射して酸化膜１３とＳＯＩ膜１２との界面ｌに至
り、その一部はＳＯＩ膜１２を透過して表面ｍに至り、
そこから外部に出射して反射光Ｒｎとなる。
１３に入射した後、支持基板層１４との界面ｋで反射
し、その一部は支持基板層１４に入射するが、他は界面
ｋで反射して酸化膜１３とＳＯＩ膜１２との界面ｌに至
り、その一部はＳＯＩ膜１２を透過して表面ｍに至り、
そこから外部に出射して反射光Ｒｎとなる。
【００２０】以上３つの反射光Ｒｅ，Ｒｉ，ＲｎがＳＯ
Ｉ基板１１における主要な反射光成分となると考えられ
る。これら以外に、酸化膜１３と支持基板層１４との界
面での反射と酸化膜１３とＳＯＩ膜１２との界面での反
射を複数回繰り返した後、ＳＯＩ膜１２を透過して外部
に出射する高次の反射光Ｒｏ，Ｒｐ，Ｒｑが存在する。
ＳＯＩ膜１２と酸化膜１３との界面及び酸化膜１３と支
持基板層１４との界面での反射は或る割合で起こるた
め、これらの高次の反射光Ｒｏ，Ｒｐ，Ｒｑは無視し得
ないものとなる。
Ｉ基板１１における主要な反射光成分となると考えられ
る。これら以外に、酸化膜１３と支持基板層１４との界
面での反射と酸化膜１３とＳＯＩ膜１２との界面での反
射を複数回繰り返した後、ＳＯＩ膜１２を透過して外部
に出射する高次の反射光Ｒｏ，Ｒｐ，Ｒｑが存在する。
ＳＯＩ膜１２と酸化膜１３との界面及び酸化膜１３と支
持基板層１４との界面での反射は或る割合で起こるた
め、これらの高次の反射光Ｒｏ，Ｒｐ，Ｒｑは無視し得
ないものとなる。
【００２１】その他、ＳＯＩ膜１２の表面ｈで外部に出
射しないで反射した光は、ＳＯＩ膜１２の表面ｄでＳＯ
Ｉ膜１２を透過した光と同様に、反射と透過を繰り返し
て様々な反射光成分を発生すると考えられる。尚、これ
らの反射光成分も強度的には無視し得ないものではある
が、これらはＳＯＩ膜１２中を２往復するため、ＳＯＩ
膜１２の厚さが酸化膜１３のそれに比して可成り大きい
ときには、ＳＯＩ膜１２中を１往復しかしない前記反射
光群Ｒ（Ｒｅ〜Ｒｑ）とは分離可能であって、結果的に
は無視し得る。
射しないで反射した光は、ＳＯＩ膜１２の表面ｄでＳＯ
Ｉ膜１２を透過した光と同様に、反射と透過を繰り返し
て様々な反射光成分を発生すると考えられる。尚、これ
らの反射光成分も強度的には無視し得ないものではある
が、これらはＳＯＩ膜１２中を２往復するため、ＳＯＩ
膜１２の厚さが酸化膜１３のそれに比して可成り大きい
ときには、ＳＯＩ膜１２中を１往復しかしない前記反射
光群Ｒ（Ｒｅ〜Ｒｑ）とは分離可能であって、結果的に
は無視し得る。
【００２２】ここで、酸化膜厚が０．２５，０．５，
１．０，１．５，２．０，２．５μｍであって、厚さが
約３０μｍであると思われるＳＯＩ膜を有するＳＯＩ基
板を用いて、入射光における固定鏡と可動鏡の光路差を
変えながら反射光強度を測定した結果を図２（ａ）〜
（ｆ）にそれぞれ示す。これらの図においてＳＯＩ膜厚
を求める手掛かりとなる反射光強度のピークは認められ
るが、これらのピークは各々複数存在し、酸化膜厚によ
ってピークの出現の仕方が変化している。
１．０，１．５，２．０，２．５μｍであって、厚さが
約３０μｍであると思われるＳＯＩ膜を有するＳＯＩ基
板を用いて、入射光における固定鏡と可動鏡の光路差を
変えながら反射光強度を測定した結果を図２（ａ）〜
（ｆ）にそれぞれ示す。これらの図においてＳＯＩ膜厚
を求める手掛かりとなる反射光強度のピークは認められ
るが、これらのピークは各々複数存在し、酸化膜厚によ
ってピークの出現の仕方が変化している。
【００２３】従って、ＦＴＩＲによるＳＯＩ膜厚測定法
を確立するには、光路差−反射赤外光強度曲線上におい
て出現する反射光強度のピークの内、どの位置（光路
差）がＳＯＩ膜厚に対応するのかを明確にした上で、測
定器がその位置を自動的に読み取ることができるように
する必要がある。
を確立するには、光路差−反射赤外光強度曲線上におい
て出現する反射光強度のピークの内、どの位置（光路
差）がＳＯＩ膜厚に対応するのかを明確にした上で、測
定器がその位置を自動的に読み取ることができるように
する必要がある。
【００２４】而して、本発明者等は、ＦＴＩＲのマイケ
ルソン干渉計を構成する固定鏡と可動鏡との光路差を連
続的に変えて得られる干渉光をＳＯＩ基板上に照射して
求められる光路差−反射赤外光強度曲線において、負の
ピークの位置及び大きさを全てのサイドバーストについ
てそれぞれ求めてこれらをコンピュータに記憶させ、最
大の極小ピーク値の３０％以上の大きさを持つピークの
内で光路差の絶対値が最も小さいピークの位置をコンピ
ュータのＣＲＴに表示するようにした。
ルソン干渉計を構成する固定鏡と可動鏡との光路差を連
続的に変えて得られる干渉光をＳＯＩ基板上に照射して
求められる光路差−反射赤外光強度曲線において、負の
ピークの位置及び大きさを全てのサイドバーストについ
てそれぞれ求めてこれらをコンピュータに記憶させ、最
大の極小ピーク値の３０％以上の大きさを持つピークの
内で光路差の絶対値が最も小さいピークの位置をコンピ
ュータのＣＲＴに表示するようにした。
【００２５】ここで、上記結論に達した理由を以下に説
明する。
明する。
【００２６】本発明者等は、ＳＯＩ膜厚をＦＴＩＲで測
定して得られる光路差−反射赤外光強度曲線上に出現す
るサイドバースト（ピーク点群）を理論的に解析した。
この解析に際しては、ＳＯＩ基板に通常のＦＴＩＲ測定
器と同等の連続スペクトルを有する赤外光（波長２．５
〜２５μｍ）がマイケルソン干渉計を通してＳＯＩ基板
に３０°の角度で入射した場合を想定した。
定して得られる光路差−反射赤外光強度曲線上に出現す
るサイドバースト（ピーク点群）を理論的に解析した。
この解析に際しては、ＳＯＩ基板に通常のＦＴＩＲ測定
器と同等の連続スペクトルを有する赤外光（波長２．５
〜２５μｍ）がマイケルソン干渉計を通してＳＯＩ基板
に３０°の角度で入射した場合を想定した。
【００２７】ところで、一般に強度Ｉ１，Ｉ２，…Ｉ
ｉ，Ｉｊ…Ｉｎのｎ光の合成光の強度Ｉは、Ｉｉ，Ｉｊ
と２光の位相差δｉｊとで次式のように表わされる。
ｉ，Ｉｊ…Ｉｎのｎ光の合成光の強度Ｉは、Ｉｉ，Ｉｊ
と２光の位相差δｉｊとで次式のように表わされる。
【００２８】
【数１】 而して、マイケルソン干渉計の光路差と反射赤外光強度
との関係を考える上では上式の右辺第２項の和のみが重
要となる。
との関係を考える上では上式の右辺第２項の和のみが重
要となる。
【００２９】ここで、上式右辺第２項の和を図２（ａ）
〜（ｆ）に当てはめて考えてみる。一般に界面における
光の反射率は界面をつくる両物資の屈折率で決まり、そ
の屈折率は赤外光の波長によって異なるが、波長２．５
〜２５μｍでは窒素（ＦＴＩＲ外気雰囲気）とシリコン
基板層との界面で３０％程度、シリコン基板層と酸化膜
との界面で０〜３０％（波長依存性が強い）となる。こ
の結果、反射回数の多い光は、その分強度が小さくな
る。
〜（ｆ）に当てはめて考えてみる。一般に界面における
光の反射率は界面をつくる両物資の屈折率で決まり、そ
の屈折率は赤外光の波長によって異なるが、波長２．５
〜２５μｍでは窒素（ＦＴＩＲ外気雰囲気）とシリコン
基板層との界面で３０％程度、シリコン基板層と酸化膜
との界面で０〜３０％（波長依存性が強い）となる。こ
の結果、反射回数の多い光は、その分強度が小さくな
る。
【００３０】従って、前式の右辺第２項の和は、図１に
おけるＳＯＩ膜１２の表面ｄでの反射光Ｒｅの強度Ｉｅ
と一旦ＳＯＩ膜１２を透過した後に反射する反射光Ｒ
ｉ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐ，Ｒｑの強度Ｉｉ，Ｉｎ，Ｉｏ，
Ｉｐ．Ｉｑとの積Ｉｅ・Ｉｉ，Ｉｅ・Ｉｎ，Ｉｅ・Ｉ
ｏ，Ｉｅ・Ｉｐ，Ｉｅ・Ｉｑから成り立っていると近似
し得る。
おけるＳＯＩ膜１２の表面ｄでの反射光Ｒｅの強度Ｉｅ
と一旦ＳＯＩ膜１２を透過した後に反射する反射光Ｒ
ｉ，Ｒｎ，Ｒｏ，Ｒｐ，Ｒｑの強度Ｉｉ，Ｉｎ，Ｉｏ，
Ｉｐ．Ｉｑとの積Ｉｅ・Ｉｉ，Ｉｅ・Ｉｎ，Ｉｅ・Ｉ
ｏ，Ｉｅ・Ｉｐ，Ｉｅ・Ｉｑから成り立っていると近似
し得る。
【００３１】斯かる近似が成立することを前提としてＳ
ＯＩ膜厚３０μｍ、酸化膜厚１μｍとしてマイケルソン
干渉計の光路差と反射赤外光強度との関係を計算した。
この計算結果を図３に示すが、これを図４に示すＳＯＩ
基板に対する測定結果と比較すると、両者は非常に類似
していることがわかる。
ＯＩ膜厚３０μｍ、酸化膜厚１μｍとしてマイケルソン
干渉計の光路差と反射赤外光強度との関係を計算した。
この計算結果を図３に示すが、これを図４に示すＳＯＩ
基板に対する測定結果と比較すると、両者は非常に類似
していることがわかる。
【００３２】又、図５に前記５組の干渉光ＲｅＲｉ，Ｒ
ｅＲｎ，ＲｅＲｏ，ＲｅＲｐ，Ｒｅ，Ｒｑのそれぞれに
ついてのマイケルソン干渉計の光路差と反射赤外光強度
との関係を示すが、これによれば干渉光ＲｅＲｉ，Ｒｅ
Ｒｎ，ＲｅＲｏ，ＲｅＲｐ，Ｒｅ，Ｒｑのそれぞれがピ
ークを持ち、それらが合成されて図３に示す全体の曲線
を形成していることがわかる。尚、計算によれば、それ
ぞれの干渉光ＲｅＲｉ，ＲｅＲｎ，ＲｅＲｏ，ＲｅＲ
ｐ，Ｒｅ，Ｒｑのピーク位置はそれぞれのＳＯＩ膜の光
学的膜厚に対応している。例えば、干渉光ＲｅＲｉ，Ｒ
ｅＲｎ，ＲｅＲｏのピークはそれぞれ（ＳＯＩ膜厚）、
（ＳＯＩ膜厚＋酸化膜厚）、（ＳＯＩ膜厚＋酸化膜厚×
２）に対応する位置で生ずる。
ｅＲｎ，ＲｅＲｏ，ＲｅＲｐ，Ｒｅ，Ｒｑのそれぞれに
ついてのマイケルソン干渉計の光路差と反射赤外光強度
との関係を示すが、これによれば干渉光ＲｅＲｉ，Ｒｅ
Ｒｎ，ＲｅＲｏ，ＲｅＲｐ，Ｒｅ，Ｒｑのそれぞれがピ
ークを持ち、それらが合成されて図３に示す全体の曲線
を形成していることがわかる。尚、計算によれば、それ
ぞれの干渉光ＲｅＲｉ，ＲｅＲｎ，ＲｅＲｏ，ＲｅＲ
ｐ，Ｒｅ，Ｒｑのピーク位置はそれぞれのＳＯＩ膜の光
学的膜厚に対応している。例えば、干渉光ＲｅＲｉ，Ｒ
ｅＲｎ，ＲｅＲｏのピークはそれぞれ（ＳＯＩ膜厚）、
（ＳＯＩ膜厚＋酸化膜厚）、（ＳＯＩ膜厚＋酸化膜厚×
２）に対応する位置で生ずる。
【００３３】ところで、上記干渉光ＲｅＲｉ，ＲｅＲ
ｎ，ＲｅＲｏ，ＲｅＲｐ，Ｒｅ，Ｒｑの内で重要である
のは、ＳＯＩ膜１２の表面ｄで反射する光ＲｅとＳＯＩ
膜１２と酸化膜１３との界面ｇで反射する光Ｒｉの干渉
光ＲｅＲｉであって、この干渉光ＲｅＲｉは光路差の絶
対値が最も小さい位置にピークの極小値を示す。このこ
とから前記結論、即ち、光路差−反射赤外光強度曲線に
おける複数の極小ピークの内、光路差の最も小さい極小
ピークのその光路差がＳＯＩ膜厚に対応しているという
結論が導かれる。
ｎ，ＲｅＲｏ，ＲｅＲｐ，Ｒｅ，Ｒｑの内で重要である
のは、ＳＯＩ膜１２の表面ｄで反射する光ＲｅとＳＯＩ
膜１２と酸化膜１３との界面ｇで反射する光Ｒｉの干渉
光ＲｅＲｉであって、この干渉光ＲｅＲｉは光路差の絶
対値が最も小さい位置にピークの極小値を示す。このこ
とから前記結論、即ち、光路差−反射赤外光強度曲線に
おける複数の極小ピークの内、光路差の最も小さい極小
ピークのその光路差がＳＯＩ膜厚に対応しているという
結論が導かれる。
【００３４】ここで、本発明方法による膜厚測定の具体
例について述べる。
例について述べる。
【００３５】被測定対象であるＳＯＩ基板は、単結晶シ
リコンウエーハに、厚さ１，２，３μｍの３種類の酸化
膜を形成した別の単結晶シリコンウエーハを接合し、接
合後に別の単結晶シリコンウエーハの露出表面の酸化膜
を除去して単結晶面を露出させ、この単結晶面を研削し
て厚さ５〜３３μｍに薄層化されたＳＯＩ膜を形成する
ことによって得られた。
リコンウエーハに、厚さ１，２，３μｍの３種類の酸化
膜を形成した別の単結晶シリコンウエーハを接合し、接
合後に別の単結晶シリコンウエーハの露出表面の酸化膜
を除去して単結晶面を露出させ、この単結晶面を研削し
て厚さ５〜３３μｍに薄層化されたＳＯＩ膜を形成する
ことによって得られた。
【００３６】而して、上記によって得られたＳＯＩ膜厚
及び酸化膜厚の異なる複数枚のＳＯＩ基板についてその
ＳＯＩ膜厚を本発明方法によって測定した。その後、各
ＳＯＩ基板を劈解し、その断面を走査型電子顕微鏡（以
下、ＳＥＭと称す）で観察することによってＳＯＩ膜厚
を測定した。
及び酸化膜厚の異なる複数枚のＳＯＩ基板についてその
ＳＯＩ膜厚を本発明方法によって測定した。その後、各
ＳＯＩ基板を劈解し、その断面を走査型電子顕微鏡（以
下、ＳＥＭと称す）で観察することによってＳＯＩ膜厚
を測定した。
【００３７】図６に本発明方法によって測定されたＳＯ
Ｉ膜厚とＳＥＭを用いて測定されたＳＯＩ膜厚との関係
を示すが、この図によると、酸化膜厚で層別することな
しにオーバーオールで見た場合、両者のデータの相関係
数は０．９９９であり、両者には非常に高い相関がある
ことがわかる。このことは、本発明方法の正しさを立証
するものであって、本発明方法によれば、酸化膜厚とは
無関係に、１μｍ以上のＳＯＩ膜厚を非破壊で高精度に
測定し得る。
Ｉ膜厚とＳＥＭを用いて測定されたＳＯＩ膜厚との関係
を示すが、この図によると、酸化膜厚で層別することな
しにオーバーオールで見た場合、両者のデータの相関係
数は０．９９９であり、両者には非常に高い相関がある
ことがわかる。このことは、本発明方法の正しさを立証
するものであって、本発明方法によれば、酸化膜厚とは
無関係に、１μｍ以上のＳＯＩ膜厚を非破壊で高精度に
測定し得る。
【００３８】尚、ＳＯＩ基板の製造方法としては、誘電
体基板として単結晶若しくは多結晶シリコンウエーハＡ
を用い、該ウエーハＡに、その表面に酸化膜を形成した
単結晶シリコンウエーハＢを接合した後、同ウエーハＢ
の接合部とは反対側面の酸化膜を除去して単結晶面を露
出させた後、更にその面を研削、研磨等によって薄層化
してＳＯＩ膜とする方法が採られる。
体基板として単結晶若しくは多結晶シリコンウエーハＡ
を用い、該ウエーハＡに、その表面に酸化膜を形成した
単結晶シリコンウエーハＢを接合した後、同ウエーハＢ
の接合部とは反対側面の酸化膜を除去して単結晶面を露
出させた後、更にその面を研削、研磨等によって薄層化
してＳＯＩ膜とする方法が採られる。
【００３９】
【発明の効果】以上の説明で明らかな如く、本発明によ
れば、マイケルソン干渉計を構成する固定鏡と移動鏡と
の光路差を連続的に変えて得られる干渉光をＳＯＩ基板
上に照射して光路差−反射赤外光強度曲線を得、この曲
線における複数のサイドバーストの各々に存在する極小
ピークの中から光路差の絶対値が最も小さいものを選出
し、その極小ピークの光路差から単結晶薄膜の膜厚を求
めるようにしたため、厚さ１μｍ〜２００μｍの単結晶
薄膜の膜厚を非破壊で高精度に測定することができると
いう効果が得られる。
れば、マイケルソン干渉計を構成する固定鏡と移動鏡と
の光路差を連続的に変えて得られる干渉光をＳＯＩ基板
上に照射して光路差−反射赤外光強度曲線を得、この曲
線における複数のサイドバーストの各々に存在する極小
ピークの中から光路差の絶対値が最も小さいものを選出
し、その極小ピークの光路差から単結晶薄膜の膜厚を求
めるようにしたため、厚さ１μｍ〜２００μｍの単結晶
薄膜の膜厚を非破壊で高精度に測定することができると
いう効果が得られる。
【図１】ＳＯＩ基板における赤外光の反射状態を示す図
である。
である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は酸化膜厚が異なる場合の光路
差と反射光強度との関係を示す図である。
差と反射光強度との関係を示す図である。
【図３】ＳＯＩ基板に対して理論計算された、光路差と
反射光強度との関係を示す図である。
反射光強度との関係を示す図である。
【図４】ＳＯＩ基板に対して実測された、光路差と反射
光強度との関係を示す図である。
光強度との関係を示す図である。
【図５】図３に示す結果を各干渉光についての光路差と
反射光強度との関係に分解した様子を示す図である。
反射光強度との関係に分解した様子を示す図である。
【図６】ＦＴＩＲ法によって測定されたＳＯＩ膜厚とＳ
ＥＭによって測定されたＳＯＩ膜厚との相関を示す図で
ある。
ＥＭによって測定されたＳＯＩ膜厚との相関を示す図で
ある。
【図７】ＦＴＩＲ法によるシリコンエピタキシャル層厚
測定系の基本構成図である。
測定系の基本構成図である。
【図８】赤外光のシリコンエピタキシャル層での反射の
状態を示す図である。
状態を示す図である。
【図９】シリコンエピタキシャル基板における光路差と
反射赤外光強度との関係を示す図である。
反射赤外光強度との関係を示す図である。
１ 光源 ２ 固定鏡 ３ 移動鏡 １１ ＳＯＩ基板 １２ ＳＯＩ膜 １３ 酸化膜 １４ 支持基板層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片山 正健 群馬県安中市磯部２丁目13番１号信越半導 体株式会社半導体磯部研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】 誘導体基板上に単結晶薄膜を接合して成
るＳＯＩ基板における前記単結晶薄膜の膜厚をフーリエ
変換赤外分光光度計を用いて測定する方法であって、マ
イケルソン干渉計を構成する固定鏡と移動鏡との光路差
を連続的に変えて得られる干渉光をＳＯＩ基板上に照射
して光路差−反射赤外光強度曲線を得、この曲線におけ
る複数のサイドバーストの各々に存在する極小ピークの
中から光路差の絶対値が最も小さいものを選出し、その
極小ピークの光路差から単結晶薄膜の膜厚を求めること
を特徴とするＳＯＩ基板における単結晶薄膜の膜厚測定
方法。 - 【請求項２】 前記ＳＯＩ基板は、誘電体基板としてそ
の表面に酸化膜を形成した単結晶シリコンウエーハＡを
用い、該ウエーハＡに別の単結晶シリコンウエーハＢを
接合した後、ウエーハＢの露出表面を薄層化して得られ
るものであることを特徴とする請求項１記載のＳＯＩ基
板における単結晶薄膜の膜厚測定方法。 - 【請求項３】 前記ＳＯＩ基板は、支持基板として単結
晶若しくは多結晶シリコンウエーハＡを用い、該ウエー
ハＡに、その表面に酸化膜を形成した単結晶シリコンウ
エーハＢを接合した後、ウエーハＢを、これの露出表面
の酸化膜を除去して単結晶面を露出させた後、薄層化し
て得られるものであることを特徴とする請求項１記載の
ＳＯＩ基板における単結晶薄膜の膜厚測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13771892A JP2914009B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | Ｓｏｉ基板における単結晶薄膜の膜厚測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13771892A JP2914009B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | Ｓｏｉ基板における単結晶薄膜の膜厚測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05308096A true JPH05308096A (ja) | 1993-11-19 |
| JP2914009B2 JP2914009B2 (ja) | 1999-06-28 |
Family
ID=15205205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13771892A Expired - Fee Related JP2914009B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | Ｓｏｉ基板における単結晶薄膜の膜厚測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2914009B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020086760A (ko) * | 2001-05-10 | 2002-11-20 | 동부전자 주식회사 | 측정 조사용 기준 웨이퍼와 이를 이용한 장비의 측정 조사방법 |
| US6645045B2 (en) | 2001-03-12 | 2003-11-11 | Denso Corporation | Method of measuring thickness of a semiconductor layer and method of manufacturing a semiconductor substrate |
| US6656755B1 (en) | 1999-11-17 | 2003-12-02 | Denso Corporation | Method for manufacturing semiconductor device by polishing |
| JP2010002327A (ja) * | 2008-06-20 | 2010-01-07 | Otsuka Denshi Co Ltd | 膜厚測定装置および膜厚測定方法 |
| DE102004059123B4 (de) * | 2004-12-08 | 2015-07-16 | Infineon Technologies Austria Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Dünnen von Substraten oder von Schichten |
-
1992
- 1992-04-28 JP JP13771892A patent/JP2914009B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6656755B1 (en) | 1999-11-17 | 2003-12-02 | Denso Corporation | Method for manufacturing semiconductor device by polishing |
| US6645045B2 (en) | 2001-03-12 | 2003-11-11 | Denso Corporation | Method of measuring thickness of a semiconductor layer and method of manufacturing a semiconductor substrate |
| KR20020086760A (ko) * | 2001-05-10 | 2002-11-20 | 동부전자 주식회사 | 측정 조사용 기준 웨이퍼와 이를 이용한 장비의 측정 조사방법 |
| DE102004059123B4 (de) * | 2004-12-08 | 2015-07-16 | Infineon Technologies Austria Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Dünnen von Substraten oder von Schichten |
| JP2010002327A (ja) * | 2008-06-20 | 2010-01-07 | Otsuka Denshi Co Ltd | 膜厚測定装置および膜厚測定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2914009B2 (ja) | 1999-06-28 |
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