JPH0771925A - 厚いウェハ測定用の装置および方法 - Google Patents

厚いウェハ測定用の装置および方法

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JPH0771925A
JPH0771925A JP6056307A JP5630794A JPH0771925A JP H0771925 A JPH0771925 A JP H0771925A JP 6056307 A JP6056307 A JP 6056307A JP 5630794 A JP5630794 A JP 5630794A JP H0771925 A JPH0771925 A JP H0771925A
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JP6056307A
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Anthony Ledger
アンソニー・レッジャー
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Raytheon Co
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Hughes Aircraft Co
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0675—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating using interferometry

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、数百ミクロン程度の厚さの絶縁体
上の半導体ウェハの外側半導体層のような膜厚を測定す
る手段を提供することを目的とする。 【構成】 固定反射鏡70および移動可能な可動反射鏡68
を有する干渉計66中のビーム分割器78に赤外線光源の画
像を供給し、可動反射鏡68を移動し、可動反射鏡68が移
動するのに応じて、反射された出力光としてそれから反
射するために干渉計66から半導体層94の表面境界部へ光
源の入力光画像を供給し、可動反射鏡68が移動するのに
応じて、出力光に応答して境界部から反射された光源の
画像をカメラ64で受信し、各分離された領域に対する反
射された出力光中の信号バーストの検出に対応した可動
反射鏡68のディスクリートな位置にしたがって半導体層
の複数の各分離された領域に対して半導体層の厚さを決
定するステップを含んでいることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、５ミクロン乃至数百ミ
クロンの厚さに対して絶縁体上の半導体ウェハの外側層
等の半導体の厚さを測定する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】結合されたウェハにおいて非常に厚いシ
リコン層を測定し、外側層の厚さマップを提供すること
ができる正確な全開口画像システムはない。市販の装置
は紫外線または可視領域のいずれにおいてウェハ上で一
時に１点で動作し、数百ミクロンの厚さの膜を測定する
ことができない。これはシリコン外側層での高い吸収率
が効果的に干渉縞を形成させないためである。
【０００３】ＩＲ（赤外）放射線がそれ程吸収されなく
ても、絶縁体上の比較的薄い、すなわち４または５ミク
ロン程度、或は数十ミクロン程度の厚さのシリコン層に
対して可視光で多数の異なるＩＲ波長にウェハを別々に
露出するのに必要とされるような（本出願人の別出願07
/804,872号明細書において同様に実施されたような）複
数の狭帯域ＩＲフィルタを得ることは困難である。
【０００４】現在、半導体製造業者は４乃至５ミクロン
の厚さの範囲までマイクロ研磨されたシリコンウェハを
入手している。上記に述べられた特許出願明細書では、
10％より良好な均一性により 100ナノメータ以下までの
平滑性が許容されている。しかしながら、これまでは開
始時に既に４乃至５ミクロンの厚さレベルまでマイクロ
研磨されたウェハを入手することが要求されてきた。こ
れは上記の本出願人の別出願明細書に記載されたよう
に、可視光システムが上記の吸収問題のために数百ミク
ロンの厚さ範囲でウェハの厚さマップを形成できないた
めである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】現在通常の研磨および
化学機械的研磨技術によって除去される層の大部分を除
去するために高速度プラズマ補助化学エッチング（ＰＡ
ＣＥ）研磨が使用されるために、厚いウェハで始まり、
厚さマップを形成することができる厚いウェハを入手す
ることが望ましい。厚いシリコン層のこのような厚さマ
ップが迅速に（１マップ当りほぼ１分で）生成されるこ
とができる場合、安価な開始ウェハが使用できるだけで
なく、マップは層の大部分が高速度プラズマ補助化学エ
ッチング研磨プロセスによって除去されたときに外側膜
の部分的な平滑化を可能にする。最終的な厚さの目標は
４乃至５ミクロンの範囲であり、高速度ＰＡＣＥプロセ
スによって与えられる平滑化は局部的な傾斜を減少し、
続いて上記の本出願人の別出願明細書に記載された可視
計測システムによる正確な測定を行なうことを可能にす
る。
【０００６】本発明の目的は、数百ミクロン程度の膜の
厚さに対する絶縁体上の半導体ウェハの外側半導体層を
測定する手段および方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の方法によると、
半導体層が５乃至数百ミクロンの厚さを有し、マイケル
ソン干渉計の光路長の選択された変化に対してウェハに
よって行われるＩＲ光源の反射とマイケルソン干渉計中
のＩＲ光源の画像を結合することにより測定される厚さ
を有する絶縁体上の半導体（ウェハ）の半導体層が提供
される。この結合により層の厚さに対応した通路長でフ
ーレエバーストが生成される。
【０００８】本発明の装置によると、絶縁体上の半導体
ウェハの外側半導体層を測定する装置は、マイケルソン
干渉計からウェハ上にビームを反射し、干渉計の種々の
反射鏡移動に応じて変化する厚さパターンの形態で全て
の画素の厚さ画像を提供する反射光学系と組合せたネル
ンスト燈のようなＩＲ光源およびマイケルソン干渉計を
含む。例えば３乃至５ミクロン領域に対する赤外線カメ
ラは、ウェハからの反射情報を捕捉するために設けられ
ている。コンピュータは、各画素に対してその反射鏡位
置の画像が最良の群の適合を発見することによって厚さ
を決定するために複数の群の計算された値または較正値
と比較されるようにマイケルソン干渉計の反射鏡の各位
置における画像を蓄積する。
【０００９】本発明は、絶縁体上のシリコン（ＳＯＩ）
のような絶縁体上の半導体ウェハ中のシリコンのような
半導体の厚い外側層の測定に適用する。このような絶縁
体は二酸化シリコンである。本発明はまたシリコン、ゲ
ルマニウムウェハおよびその他の赤外線透過材料の厚さ
の均一性の測定に使用されることができる。多数の従来
技術がスペクトル分光器に存在している。しかしなが
ら、赤外線スペクトル分光器技術を変化させる画像技術
は一般に利用できず、市販の測定システムは現在まで存
在していない。本発明は、厚いシリコン層の厚さマップ
が生成されることを適時にすなわち１マップ当り１分以
下で可能にする。安価な開始ウェハが使用できるだけで
なく、マップは層の大部分が高速度ＰＡＣＥプロセスに
よって除去されたときに外側膜の部分的な平滑化を可能
にする。４乃至５ミクロンの範囲の最終的な厚さが得ら
れ、付加的な平滑化が局部傾斜を減少し、続いて可視度
計測システムにより正確な測定を行うことのできる高速
度ＰＡＣＥプロセスによって上記の本出願人の別出願07
/804,872号明細書に示された技術を使用して実現され
る。
【００１０】本発明のこれらおよび別の目的、特徴およ
び利点は、以下の最良モードの詳細な説明および添付図
面を参照して明らかになるであろう。
【００１１】
【実施例】図１は、上記の本出願人の米国別出願07/80
4,872号明細書に記載された類似した装置の簡単化され
た形式である装置10を示す。この特許出願明細書に記載
された発明には、絶縁体上のシリコン（ＳＯＩ）半導体
ウェハの外側シリコン層の厚さを測定するための電気・
光システムが含まれていた。計測装置はいくつかのディ
スクリートな波長で全開口にわたってウェハの表面反射
率を測定し、数値的な反復または較正ウェハの使用のい
ずれによって外側膜の厚さマップを計算する。この厚さ
マップは、 100オングストロームの正確度まで 1,000オ
ングストロームの平均的な厚さに外側層を薄くするため
にプラズマ補助化学エッチング（ＰＡＣＥ）システムの
ようなマイクロ研磨システムによって後続的に使用され
ることができる。
【００１２】その場合、光学系の選択が高速度で高いコ
ントラスト比のスペクトルマッピングデータを得るため
に重要であった。従来技術のシステムは、表面スペクト
ル反射率変化を測定するために格子またはプリズムスペ
クトログラフによって追跡されるウェハ面で焦点を結ば
れたスポットまたは照明された光ファイバ束を使用す
る。表面マッピングは、ウェハを移動し、ライン画像を
走査し、或は局部化された照明器／コレクタとして動作
する光ファイバ束のアレイを使用することによって従来
技術で得られる。全ての場合において、この反射率デー
タは照明器ビーム開口数によって生じる入射角の変化の
ために数字的に補正されなければならない。
【００１３】本出願人の別出願07/804,872号明細書に記
載されたように、良好な方法はハロゲンランプ12のよう
なランプで全体的なウェハ14を照明し、全体的なウェハ
上の入射角がゼロであるようにコリメートされた光16に
おいて全ての画像化を実行することである。これは、フ
ィールド角度が顕著ではなく、数値的計算を使用するか
或は較正ウェハからスペクトル測定値を取ることによっ
て反射率／厚さマップの著しく簡単な（および迅速な）
測定を可能にするため、結果的に最もコンパクトな光学
系10を生じさせる。高い全体速度は、ＣＣＤカメラ18に
よりウェハの全開口を測定し、それによってデータ獲得
中の任意のウェハ運動をなくすことによって得られる。
反射率マップは、典型的に60ＲＰＭで回転するコリメー
トされた光22（3250オングストロームの半分の帯域幅）
の中でフィルタホイール20上の一連の狭帯域フィルタを
使用することによって異なる波長で得られる。ホイール
は、例えば20個以内のほぼ２cmの直径のフィルタを含ん
でいる。狭帯域フィルタにおけるコリメートされた光の
使用はまた最も狭いスペクトル帯域幅（高い干渉縞の可
視性）を生じさせ、データ減少を容易にする。光学系
は、異なる波長、異なる固定角および偏光状態の組合せ
を使用することによって膜の厚さを測定するように構成
されることができる。
【００１４】計測装置10用の白色光源12は、ハロゲンラ
ンプおよび収光レンズ24によって、或は光ファイバ光源
によって照明される円形開口を含んでもよい。開口の寸
法は、光学系のコリメートされたセクション中のフィー
ルド角度を決定し、方位付けは復帰開口画像がＣＣＤカ
メラ18に折返されることを可能にする。白色光源は、ス
リット光源28からの光に応答してレンズ26によって形成
されたコリメートされたビーム中に配置された公称30乃
至50オングストロームの半分の帯域幅である一連の狭帯
域フィルタ20によってスペクトル的にフィルタ処理され
る。なお、スリットは図１の紙面に対して垂直である。
フィルタ20のセットは、異なる波長の単色光で迅速に連
続してウェハ14を照明するために例えば60ＲＰＭで回転
する軸32を有する運動フィルタホイール30の周囲に配置
される。ライン34上の電気信号は、ＣＣＤカメラ18に結
合されたデジタルシステム用の読取り時間基準として機
能するようにフィルタホイールによって発生させられ
る。コリメートされたセクション22中へのフィルタの配
置は、１次スリット寸法によって限定された異なるフィ
ールド角度によって生成させられたフィルタ形のスペク
トル的な広がりを最小にする。
【００１５】第２のレンズ36は、光16をコリメートし、
例えば 100mmの直径を有するＳＯＩウェハの全開口を照
明する対物レンズ38の焦点平面に１次開口の単色画像を
リレーする。反射された光は同じレンズ38を通して戻
り、元のものの横側に画像を形成する。２つの画像の分
離は、レンズ24，26，36の光軸に関するレンズ38の光軸
の小さい横方向のシフトによって行われることができ
る。同様に、ウェハは同じ効果を得るために１°より小
さい角度で傾斜されることができる。或は、軸上ビーム
分割器が使用されることができる。小さいピックオフ反
射鏡40はウェハから最終的なレンズ42に反射された光を
再度導くために使用され、ＣＣＤ検出器アレイの最短側
（典型的に、1.69cmの市販のカメラフォーマットに対し
て 6.6mm）に一致する直径のコリメートされたビームを
形成する。さらに、ウェハの実像44はコリメートされた
光空間46中において形成され、ＣＣＤカメラ焦点平面は
この位置に配置される。上記の装置10の変形は確かに可
能であり、上記の別出願07/804,872号明細書において少
し詳細に説明されている。その特許出願はまたその図３
および図４においてこのようなウェハの表面がその内容
の９頁の15乃至25行および11頁の 3乃至27行に記載され
たような画素へ分割されたものを含む。
【００１６】ウェハ14の表面にわたって変化する外側膜
の厚さの数値的な測定方法はまた前記別出願07/804,872
号明細書に記載されており、薄膜定数に対する値の仮定
を含み、２膜システムに対する予め限定された組の波長
でスペクトル反射率を計算する。ＳＯＩ半導体ウェハ
は、２つのウェハ面上において二酸化シリコンを成長さ
せ、高温で２つの二酸化シリコン面を結合することによ
って製造されるシリコン／二酸化シリコン／シリコン
（Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ）サンドイッチ構造から成る。
サンドイッチ構造の外側シリコン面の１つは、機械的に
研磨されて数ミクロンの平均的な厚さにされる。残念な
がら、この研磨プロセスは非常に高価であり、図１のシ
ステムによって処理される前に得られるシリコンウェハ
価格を著しく高める。機械的に研磨を行う前処理装置に
よって得られるエタロンは、典型的に数ミクロンより大
きい厚さに成長される。上記のように、これらは 100ま
たは数百ミクロンの厚さの測定値を有する。残念なが
ら、上記の本発明の概要の説明においても示唆されてい
るように、図１のシステムはこのような厚さでシリコン
によって多量に光を吸収する。上記のように、数百ミク
ロンから数ミクロンへの機械的な研磨を省くことができ
る利点がある。
【００１７】図２は、５ミクロン乃至何百ミクロンの膜
の厚さに対する絶縁体上のシリコン（ＳＯＩ）ウェハの
外側シリコン層を測定するために使用される本発明によ
る装置60を示す。図２の装置は、結合されたウェハにお
けるシリコンの非常に厚い層（またはゲルマニウムおよ
びその他のＩＲに対して透過性の材料）を測定し、外側
層の信号ライン61上に厚さマップを提供することができ
る正確な全開口画像システムである。プロセスはまた両
側が研磨されるシリコン等の自立性の厚い層に適用され
ることができる。今日、市販の装置はシリコン外側層の
高い吸収率が実効的に干渉縞を形成させないため、ＵＶ
または可視領域において動作し、数百ミクロンの厚い膜
を測定することができない。さらに、このような市販の
装置は１時に１画素だけで動作する。図２の装置は、上
記の本出願人の米国別出願07/804,872号明細書に記載さ
れた図１の装置の高速概念をマイケルソン干渉計と組合
せて、厚さマップが迅速に提供されることを可能にす
る。
【００１８】図２の装置60は、３乃至５ミクロン領域に
波長帯域を変化し、ネルンスト燈延長光源62等の赤外線
光源および３乃至５ミクロン領域用のアレイを有する赤
外線カメラ64を使用することによって図１の装置10を修
正する。マイケルソン干渉計66は、赤外線画像システム
が生成されるように図１に示された反射光学系の代わり
に設けられている。膜の厚さは、マイケルソン干渉計66
中の１対の反射鏡68，70の１方の反射鏡68を移動するこ
とによって発生される干渉縞（波長反射率のフーリエ変
換）から直接決定されることができる。したがって、３
乃至５ミクロンの領域で動作することによって、干渉縞
が膜の厚さを直接測定するために使用される画像フーリ
エ干渉計が提供され、干渉縞の逆フーリエ変換を計算し
て元のスペクトルを生成する方法とは対照的である。積
層システムの特徴である膜構造が特有の干渉縞を提供す
るため、後者のステップは不要である。
【００１９】図３のステップ71に示されているように、
延長された赤外線光源62からの放射線72はレンズ74によ
ってコリメートされ、３乃至５ミクロン領域の光を選択
するために広帯域フィルタ76によってフィルタ処理され
る。この放射線は、ビーム分割器78および２つの反射鏡
68，70を含むマイケルソン干渉計66を通過する。反射鏡
68は、図３のステップ81に示されたような光軸に沿って
反射鏡68を移動することができる正確な駆動機構80に結
合される。ライン82上の出力はコンピュータ84に反射鏡
の位置の細かい測定値を提供する。直線的な位置の正確
さは 100オングストローム程度である。マイケルソン干
渉計66からの出力86はレンズ88，90およびビーム分割器
92によって中継され、図３のステップ95に示されている
ように光源62の表面が成形されたウェハ94の表面上また
はその付近に画像を形成する。
【００２０】したがって、光源の画像は、図３のステッ
プ95ａに示されたようにその反射と組合せられる。延長
された光源62は小さい角度範囲にわたってウェハ94を照
明するために使用され、ウェハの湾曲によって生じた最
終的なウェハ画像のぼけ（vignetting）をなくする。真
空チャック96は、例えば直径が 100乃至 200mmの 150ミ
クロンのシリコンのＳＯＩウェハを成形するために使用
されてもよい。通常のウェハの最大湾曲角度がφであ
り、入力立体角（Ω1 ）98がウェハ上の任意の点の照明
立体角であり、出力立体角Ω2 が受け部の光学系（すな
わち、開口ストップ102 によって生成されたピンホール
直径およびウェハの曲率半径）によって限定された場
合、ウェハの完全に照明された画像がぼけを生ぜずにカ
メラ64で生成されるならば、条件：Ω1 ≧πφ2 ＋Ω2
が満たされなければならない。ウェハ94は示されている
ように真空チッヤック96によって成形されるため、開口
ストップ102 のピンホールを通って反射された光100 と
して入射した光98を反射する。真空チャックを使用する
このような方法は、別出願の米国特許出願07/891,344号
明細書（1992年 5月29日出願）に記載されている。ピン
ホールは成形されたウェハの湾曲のほぼ曲率半径に位置
されているため、ウェハは反射コンデンサシステムのよ
うに動作し、ピンホールの付近に結合された光を全て反
射する。レンズ104 は、カメラの焦点平面106 にウェハ
の画像を形成するために使用される。
【００２１】ＳＯＩウェハ94の厚さの測定は、反射鏡68
が移動されたときに干渉計中の光路のインクレメント長
におけるカメラ64上の画像を記録することによって図３
のステップ107 に示されたように進行する。それはゼロ
通路長差の位置、すなわちマイケルソン干渉計66内の各
反射鏡70，68からそれらの光軸の交差点112 までの通路
長108 および110 との間のゼロ差からｎｔより大きい距
離に移動され、ここでｎは３乃至５ミクロン領域のシリ
コンの屈折率であり、ｔは測定されている層の厚さであ
る。典型的に、この領域におけるシリコンの屈折率は3.
45であり、反射鏡68は図３に示されているように層の特
性表示が検出される前にシリコン膜の厚さの3.45倍以上
に達するまで駆動されなければならない。
【００２２】検出された信号Ｐ（ｚ）は、マイケルソン
干渉計の通路長（ｚ）が変化したときのマイケルソン干
渉計からの強度（ＩS （ｚ））とウェハの反射率（Ｒ
（ｔ））の積である。このような検出に対する信号（Ｐ
（ｚ））を生成する物理的なプロセスは次のように表さ
れる：
【数１】 ここにおいて、ｔは厚さであり、ｚはゼロ通路差からｎ
ｔより大きい差に変化され、ここでｎは上記のような層
の屈折率であり、波長の範囲は装置のスペクトル波長限
界である。
【００２３】ＳＯＩウェハ中のいくつかの厚さ、すなわ
ち 5ミクロン、80ミクロン、 120ミクロンおよび 150ミ
クロンの層表示（signature ）が図４に示されている。
これらの応答曲線は、3.0 乃至5.0 ミクロンの帯域幅お
よび１ミクロン（すなわち反射鏡68の位置）のｚ軸（光
軸110 に沿った）分解能に対するものである。図４に示
されたように、いくつかの信号バーストは層内の多数の
反射に対応した主移動距離の倍数で発生する。しかしな
がら、実際の厚さに対応したバーストはより高い振幅を
有することが観察される。
【００２４】均一な層に対して予測される干渉縞表示
は、２つの反射鏡68，70の光路差が厚い膜を形成する２
つのシリコン表面間の光路差に一致する点を通って反射
鏡68が移動されたときの画像全体の強度の迅速な変化で
ある。不均一なシリコンの厚さの場合、反射鏡68の移動
はウェハ94の全画像を横切って影または干渉縞を移動さ
せる。このようにして生成された画像の測定値は、反射
鏡68がゼロ通路差からシリコン膜の予測される厚さの3.
45倍まで走査されたときに、ウェハのカメラ64の焦点平
面106 で画像を連続的にまたは間欠的に捕捉し、その後
画素に対してバーストを生成する反射鏡位置を各画素に
対して決定することを必要とする。この画像獲得ステッ
プは図５のステップ120 に示されている。所定の画素に
対して最大バーストを生成する反射鏡移動は、ウェハの
その点における膜の厚さに対応する。
【００２５】厚さ測定の分解能は、バースト表示の振幅
変化を注意深く測定し、最大値を評価または発見するこ
とによってによって高められる。これは、重要な波長に
わたるシリコンの反射率特性の十分な知識および上記の
別出願の米国特許出願07/804,872号明細書に示されたも
のに類似したメリット関数比較を計算することによって
検出された表示をそれに一致させることによって行われ
る。このようなメリット関数は、種々の波長および形態
でシリコンに対して予め計算された反射率のライブラリ
ィから導出され、各画素に対する各サンプル反射率に対
して、ライブラリィ中の各値間の差がその反射率サンプ
ルに対して２乗され合計される。このような合計は各画
素に対する各サンプルに対して行われ、最小の差を有す
るメリット関数は最も近い比較を有するものであり、そ
の画素に対する層の厚さに対応したものとして選択され
る。
【００２６】換言すると、マイケルソン干渉計によって
照明されるＳＯＩウェハに対するバースト信号（Ｓ
（ｚ，ｔ2 ））のライブラリィは積分：
【数２】 を評価することによって得られ、ここでλ1 およびλ2
は装置のスペクトル波長限界であり、Ｒ（λ，ｎS ，ｋ
S ，ｎ1 ，ｋ1 ，ｔ1 ，ｎ2 ，ｋ2 ，ｔ2 ）はＳＯＩウ
ェハの反射率であり、Ｍ（λ，ｚ）はマイケルソン干渉
計の透過量であり、それはウェハを照明する。パラメー
タｚは干渉計の２つのアームの間の通路長の差である。
ＳＯＩウェハの反射率は基体の光学定数ｎS ，ｋS およ
びＳＯＩ構造中の厚さｔ1 およびｔ2 の２つの膜の光学
定数ｎ1 ，ｋ1 ，ｔ1 およびｎ2 ，ｋ2 ，ｔ2 によって
決定される。このようなライブラリィは、別出願の07/8
04,872号明細書の図４と関連して示されたものに類似し
た方法で較正ウェハから構成されることが認められるべ
きである。いずれの場合でも、このようなライブラリィ
は各画素に対して図５のステップ122 に示されたように
検索される。
【００２７】メリット関数ＭＦk は、厚さｔk に対して
１組のライブラリィバースト信号Ｓ（ｚ，ｔk ）と１組
の距離ｚ1 …ｚn における１組の測定されたデータＰ
（ｚi）との間においてステップ124 に示されたように
構成される。すなわち、
【数３】 明らかに、測定されたおよび予め計算された信号がある
厚さの値ｔk で完全に一致した場合、メリット関数はゼ
ロである。実際に、データは雑音を含み、ゼロ値は得ら
れない。この場合、最小値は１組の距離ｚ1 …ｚn で開
始し、ｔk の全ての値に対してメリット関数を計算し、
その後Δが反射鏡駆動の最小分解能インクレメントであ
るｚ1 ＋Δ…ｚn ＋Δに距離値を漸次的に増加すること
によって探索される。各組の距離に対するメリット関数
のセットは、ステップ126 に示されているように最小メ
リット関数が得られるまで連続的に計算され、その得ら
れた時点でｔ2 の値が決定される。
【００２８】同様にして、アルゴリズムは、ｔ2 ＝0.0
およびｎS ＝1.0 およびｋS ＝0.0（気体）ｔ1 の値に
対してライブラリィを生成することによってシリコンま
たはその他のＩＲ透過材料の自立性の研磨されたスラブ
の厚さｔ1 を決定するために使用されることができる。
【００２９】このおよびその他の等価な技術は、高い正
確度で厚さを発見するために層表示の最大値を発見する
ために使用されてもよい。
【００３０】以上、最良モードの実施例に関して本発明
を図示し説明してきたが、当業者はその形態および細部
における上記およびその他種々の変化、除去および付加
が本発明の技術的範囲を逸脱することなく行われること
を理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】別出願の明細書による薄膜半導体層を測定する
可視光計測システムの概略図。
【図２】５乃至数百ミクロンの厚さの膜に対して絶縁体
上の厚い半導体層を測定するマイケルソン干渉計を使用
した本発明による装置の概略図。
【図３】層の厚さを決定する本発明による方法を示した
フロー図。
【図４】本発明によるＳＯＩウェハの種々の膜の厚さに
対する層の指示記号を示した図。
【図５】本発明によるメリット関数の画像獲得および計
算を示したフロー図。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体層からの光源の出力反射光画像と
    赤外線光源の入力光画像とを結合し、この入力および出
    力光画像が可変長画像路を横断し、 半導体層の厚さに対応した可変長画像路のディスクリー
    トな長さで結合された入力および出力光画像中の信号バ
    ーストを半導体の表面の複数の各領域に対して検出する
    ステップを含んでいる半導体層の厚さの決定方法。
  2. 【請求項２】 さらに、検出されたディスクリートな長
    さに近い複数の選択された間隔を隔てられたサンプル点
    で信号バーストの大きさを各領域に対してサンプリング
    し、 厚さを決定するために複数の既知の層の厚さのサンプル
    の１つを信号バーストサンプル点に整合するために複数
    の既知の厚さの半導体層の同様に間隔を隔てられたサン
    プルに対応した信号の大きさと信号バーストのサンプル
    された大きさとを比較するステップを含んでいる請求項
    １記載の方法。
  3. 【請求項３】 各領域に対して、比較するステップは、 既知の厚さの層の蓄積されたサンプルの複数の群を信号
    バーストサンプル点と比較し、 他のいずれの群より密接に信号バーストサンプルと整合
    する１群の蓄積されたサンプルを発見するステップを含
    んでいる請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 固定反射鏡および第１の点から第２の点
    に移動可能な可動反射鏡を有する干渉計中のビーム分割
    器に赤外線光源の画像を供給し、 第１の点から第２の点に可動反射鏡を移動し、 可動反射鏡が移動するのに応じて、反射された出力光と
    してそれから反射するために干渉計から半導体層の表面
    境界部へ光源の入力光画像を供給し、 可動反射鏡が移動するのに応じて、出力光に応答して境
    界部から反射された光源の画像を受信し、 各分離された領域に対する反射された出力光中の信号バ
    ーストの検出に対応した可動反射鏡のディスクリートな
    位置にしたがって半導体層の複数の各分離された領域に
    対して半導体層の厚さを決定するステップを含んでいる
    半導体層の厚さの決定方法。
  5. 【請求項５】 赤外線光源信号を供給する赤外線光源
    と、 光路の種々の長さで赤外線光源信号の画像を供給するた
    めに赤外線光源信号に応答する可変光路長を有するマイ
    ケルソン干渉計と、 光路の各長さに対して赤外線光源信号の画像および半導
    体層からのその反射を結合するために赤外線光源信号の
    画像に応答する手段と、 層の複数の各領域に対して層の厚さを示す層の厚さマッ
    プ信号を供給するために光路の各長さに対して赤外線光
    源信号および層の複数の各領域に対するその反射の結合
    された画像に応答する手段とを具備していることを特徴
    とする装置。
  6. 【請求項６】 マイケルソン干渉計は、 軸に沿って第１の反射信号を供給し、可変光路長の軸に
    沿って伝送された信号を供給するために赤外線光源信号
    に応答するビーム分割器と、 軸に沿って第２の反射信号を供給するための軸に沿った
    第１の反射信号および軸に沿った半導体層からの赤外線
    光源の伝送された反射に応答する固定反射鏡と、 可変光路長軸に沿って第３の反射信号を供給するために
    可変光路長軸に沿った伝送信号および可変光路長軸に沿
    った半導体層からの赤外線光源の反射の反射光に応答す
    る可動反射鏡とを含み、 可変光路長軸の種々の長さで赤外線信号の画像を供給す
    るためにビーム分割器は軸に沿った第２の反射信号およ
    び可変光路長軸に沿った第３の反射信号を結合する請求
    項５記載の装置。
  7. 【請求項７】 さらに、赤外線光源信号の画像および半
    導体層からのその反射を結合する手段にコリメートされ
    た画像信号を供給するために光路の種々の長さで赤外線
    信号の画像に応答するレンズ手段を備えている請求項５
    記載の装置。
  8. 【請求項８】 複数の領域は同時に照明される請求項５
    記載の装置。
  9. 【請求項９】 さらに、その選択された部分を供給する
    ために赤外線光源信号およびその反射の結合された画像
    に応答する開口と、 赤外線光源信号およびその反射の結合された画像の選択
    された部分を供給するレンズと、 赤外線光源およびその反射の結合された画像を記録する
    赤外線カメラとを含んでいる請求項５記載の装置。
  10. 【請求項１０】 さらに、カメラに記録された画像に応
    答するフレームグラバを含んでいる請求項９記載の装
    置。
  11. 【請求項１１】 さらに、可変光路の長さを示した大き
    さを有する信号を供給する手段を含み、この手段は赤外
    線光源信号およびその反射の結合された画像に光路の各
    長さを相関させる長さ信号に応答する請求項５記載の装
    置。
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