JPH1114470A - Method for analyzing interface stress of sample - Google Patents

Method for analyzing interface stress of sample

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JPH1114470A
JPH1114470A JP16753997A JP16753997A JPH1114470A JP H1114470 A JPH1114470 A JP H1114470A JP 16753997 A JP16753997 A JP 16753997A JP 16753997 A JP16753997 A JP 16753997A JP H1114470 A JPH1114470 A JP H1114470A
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JP
Japan
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stress
interface
peak value
sample
raman
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Application number
JP16753997A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryuichi Oishi
隆一 大石
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Publication of JPH1114470A publication Critical patent/JPH1114470A/en
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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To quantitatively obtain a force per unit length and a force per unit area acting near an interface of a sample using a Raman spectral method. SOLUTION: The laser beam of single wave length emitted from a laser part 11 is made incident on a sample 17's interface through a lens system, the peak value of a Raman light reflected from the interface is detected with a detection part 15 through the lens system and a spectroscope 14, a deviation in wavelength of the peak value of the Raman light against the single wavelength of the incident light is calculated as a shift amount of the peak value of the Raman spectrum, and a stress distribution acting near the sample's interface is obtained with a computer 16 comprising a stress calculation part wherein a stress calculation equation is programmed based on a theory of linear elasticity which calculates a stress per unit length a unit area with the shift amount and a central position of the incident light as variable.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は試料の界面応力解析
方法に関し、詳しくは、ラマン分光法による半導体試料
の界面応力解析方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for analyzing interfacial stress of a sample, and more particularly to a method for analyzing interfacial stress of a semiconductor sample by Raman spectroscopy.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、各種半導体に対する界面応力を非
破壊で迅速に解析する手法として、ラマン分光法は極め
て精度よく分光するため、ラマン分光法を用いた半導体
試料の界面応力解析方法が広く普及してきている。そこ
で、レーザ、光学顕微鏡、高性能CCD検出器、コンピ
ュータなどを組み合わせたシステムにより、ラマン分光
法を用いた半導体試料の界面応力解析が行われている。
2. Description of the Related Art Conventionally, Raman spectroscopy has been used as a method for quickly and non-destructively analyzing interface stress on various semiconductors. Therefore, the interface stress analysis method for semiconductor samples using Raman spectroscopy has been widely used. Have been doing. Therefore, interface stress analysis of a semiconductor sample using Raman spectroscopy is performed by a system combining a laser, an optical microscope, a high-performance CCD detector, a computer, and the like.

【0003】図6は入射光に対するラマン光の波形と測
定されたラマンスペクトルのピーク波形を示す図であ
る。図6(a)は、入射光に対するラマン光の波形を示
す。一般に物質面に所定波長の光を照射すると、照射し
た光以外にラマンスペクトルが散乱する。図6(b)
は、測定されたラマンスペクトルのピーク波形を示し、
通常、測定されるラマンスペクトルは、ローレンツ関数
に近いピーク波形となる。ピーク位置を求めるには、ロ
ーレンツ型のフィッティング行い、ラマンスペクトルの
シフト量Δωとして、ラマン光のピーク値の振動数と入
射光の振動数(単一波長)とのずれから測定する。
FIG. 6 is a diagram showing a waveform of Raman light with respect to incident light and a peak waveform of a measured Raman spectrum. FIG. 6A shows a waveform of the Raman light with respect to the incident light. In general, when a material surface is irradiated with light having a predetermined wavelength, a Raman spectrum is scattered in addition to the irradiated light. FIG. 6 (b)
Indicates the peak waveform of the measured Raman spectrum,
Usually, the measured Raman spectrum has a peak waveform close to the Lorentz function. To determine the peak position, Lorentz-type fitting is performed, and the shift amount Δω of the Raman spectrum is measured from the difference between the frequency of the peak value of the Raman light and the frequency (single wavelength) of the incident light.

【0004】ラマンスペクトルのピーク値の振動数は物
質によって異なり、また物質に作用している応力(歪
み)によって大きく影響される。この性質を利用すれ
ば、物質の応力を解析することができる。従来のラマン
分光法を用いた界面応力解析法は、半導体試料の界面近
傍で検出されたラマンスペクトルのピーク値の振動数
が、応力のない試料あるいは測定箇所で検出された標準
分光のピーク値の位置からどれだけずれているかをコン
ピュータで算出し、そのシフト量が応力(歪み)に比例
するとして解析している。レーザビームを入射した入射
領域内では一様な応力があると仮定し、応力はシフト量
の関数式(応力=f(Δω))として表している。
[0004] The frequency of the peak value of the Raman spectrum varies depending on the substance, and is greatly affected by the stress (strain) acting on the substance. By utilizing this property, the stress of the material can be analyzed. In the conventional interface stress analysis method using Raman spectroscopy, the frequency of the peak value of the Raman spectrum detected near the interface of the semiconductor sample is the same as the peak value of the standard spectrum detected at the sample without stress or at the measurement point. The computer calculates how much it deviates from the position, and analyzes that the shift amount is proportional to the stress (strain). It is assumed that there is a uniform stress in the incident area where the laser beam is incident, and the stress is expressed as a function formula of shift amount (stress = f (Δω)).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
表面の形成した電極の界面の応力を測定する場合、電極
の端部で最も歪みが大きく、内部にいくほど小さくなっ
ているにもかかわらず、従来のラマン分光法を用いた界
面応力解析方法では、歪みは入射領域内(光の到達領域
内)では一様であるという仮定によるもので、その仮定
に基づく関数式では定量的に正しく求めることができな
い。
However, when measuring the stress at the interface of the electrode on which the semiconductor surface is formed, the strain is the largest at the end of the electrode, and the strain decreases as it goes inward. In the interfacial stress analysis method using Raman spectroscopy, it is based on the assumption that the strain is uniform in the incident area (in the light arrival area). Can not.

【0006】(i)レーザビーム径が1μm程度と大き
いため、応力の変化が大きい領域で十分な空間分解能が
得られない。 (ii)光が試料内に侵入するため、深さ方向に平均化さ
れたデータを検出している。 すなわち、解析領域に入射されるレーザビーム径が有限
であること、入射光の侵入長が有限であることから、検
出されるデータは光の到達領域内での重みつきの平均値
となるが、実際には、半導体試料の解析領域内でかなり
変化した応力分布があり、半導体の界面のような部分で
大きな応力がかかっている場合、従来、一様な応力があ
ると仮定して求めた応力値は、かなり小さな応力値にな
ってしまう。また、材料によっても入射光の侵入長の大
きな物質についてはデータの平均化が広い領域で行われ
ることになり、特に、半導体試料の信頼性から最も高い
精度が要求される界面近傍では正しい評価を行うことが
できない、という問題がある。
(I) Since the laser beam diameter is as large as about 1 μm, sufficient spatial resolution cannot be obtained in a region where a change in stress is large. (Ii) Since light penetrates into the sample, data averaged in the depth direction is detected. That is, since the diameter of the laser beam incident on the analysis area is finite, and the penetration length of the incident light is finite, the detected data is a weighted average value in the light arrival area, Actually, when there is a considerably changed stress distribution in the analysis region of the semiconductor sample and a large stress is applied at a portion such as the interface of the semiconductor, the stress obtained by assuming that there is a uniform stress is conventionally obtained. The values result in fairly small stress values. Also, depending on the material, averaging of data is performed over a wide area for substances with a large penetration depth of incident light. Particularly, accurate evaluation is required near the interface where the highest accuracy is required from the reliability of the semiconductor sample. There is a problem that can not be done.

【0007】本発明は以上の事情を考慮してなされたも
のあり、例えば、高い精度が要求される半導体試料の界
面近傍における単位長さ当たりまたは単位面積当たりに
作用する応力をラマン分光法と線形弾性論に基づく応力
算出式を用いて定量的に求めることができる試料の界面
応力解析法を提供するものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances. For example, the stress acting per unit length or per unit area in the vicinity of the interface of a semiconductor sample requiring high accuracy is determined by Raman spectroscopy and linear An object of the present invention is to provide a method for analyzing the interfacial stress of a sample, which can be quantitatively obtained by using a stress calculation formula based on the theory of elasticity.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ部から
発光する単一波長のレーザビームをレンズ系を介して試
料の界面に入射し、前記界面から反射するラマン光のピ
ーク値を前記レンズ系及び分光器を介して検出部によっ
て検出し、入射光の単一波長に対する前記ラマン光のピ
ーク値の波数のずれをラマンスペクトルのピーク値のシ
フト量として算出しかつ前記シフト量及び入射光の中心
位置を変数として単位長さ当たりまたは単位面積当たり
の応力を算出する応力算出式を線形弾性論に基づいてプ
ログラムした応力算出部を有するコンピュータによって
試料の界面近傍に作用する応力分布を求めることを特徴
とする試料の界面応力解析方法である。なお、本発明に
おいて、線形弾性論とは、物質のある領域をある力を加
えたときに、物質内のすべての応力分布を示す計算方法
である。
According to the present invention, a laser beam of a single wavelength emitted from a laser section is incident on an interface of a sample through a lens system, and the peak value of Raman light reflected from the interface is determined by the lens. Detected by the detection unit via the system and the spectroscope, the shift of the wave number of the peak value of the Raman light with respect to a single wavelength of the incident light is calculated as a shift amount of the peak value of the Raman spectrum, and the shift amount and the incident light Using a computer having a stress calculation unit in which a stress calculation formula for calculating stress per unit length or unit area using the center position as a variable based on linear elasticity theory is used to obtain a stress distribution acting near the interface of the sample. This is a method for analyzing the interfacial stress of a sample that is a feature. In the present invention, linear elasticity is a calculation method that shows all stress distributions in a material when a certain force is applied to a certain region of the material.

【0009】本発明によれば、レーザビームを入射した
試料の界面近傍から得られたラマン光のピーク値を検出
し、コンピュータに線形弾性論に基づいた応力算出式の
プログラムすることにより、入射光の単一波長に対する
ラマン光のピーク値の波数のずれをラマンスペクトルの
ピーク値のシフト量として算出し、算出されたシフト量
と入射光の中心位置から試料の界面近傍に作用する単位
面積当たりまたは単位長さ当たりの応力を定量的に算出
することができる。
According to the present invention, the peak value of Raman light obtained from the vicinity of the interface of the sample on which the laser beam is incident is detected, and the computer is programmed with a stress calculation formula based on linear elasticity theory, thereby obtaining the incident light. The shift of the wave number of the peak value of the Raman light with respect to a single wavelength is calculated as the shift amount of the peak value of the Raman spectrum, and the calculated shift amount and the center position of the incident light per unit area acting on the vicinity of the sample interface or The stress per unit length can be calculated quantitatively.

【0010】前記ラマンスペクトルのピーク値のシフト
量は、少なくともフィッティング処理またはスムージン
グ処理またはこの両者の処理によって算出されることが
好ましい。フィッテイング処理とは、検出部で検出され
たラマンスペクトルはノイズが乗っているが、例えば、
そのピーク波形はローレンツ関数と類似しているので、
ローレンツ関数に一致しないノイズを除去してそのピー
ク値を抽出する処理である。スムージング処理とは、測
定により得られた各波数での信号強度をそのまま用いず
その前後数点で平均化したデータによりノイズを除去し
てそのピーク値を抽出する処理である。前記処理によれ
ば、ラマンスペクトルのピーク値のシフト量の精度が向
上するので、試料の界面での局所的な応力を求めること
ができる。
It is preferable that the shift amount of the peak value of the Raman spectrum is calculated by at least a fitting process, a smoothing process, or both processes. The fitting process means that the Raman spectrum detected by the detection unit has noise on it, for example,
Since its peak waveform is similar to the Lorentz function,
This is a process of removing noise that does not match the Lorentz function and extracting its peak value. The smoothing process is a process of removing a noise by using data averaged at several points before and after the signal intensity at each wave number obtained by the measurement, and extracting a peak value thereof. According to the above processing, the accuracy of the shift amount of the peak value of the Raman spectrum is improved, so that the local stress at the interface of the sample can be obtained.

【0011】前記ラマンスペクトルのピーク値のシフト
量は、少なくとも界面近傍で検出される2点以上の検出
データに基づいた界面からの距離の関数とフィッティン
グ処理によって算出されることが好ましい。前記処理に
よれば、ラマンスペクトルのピーク値のシフト量の精度
がさらに向上するので試料の界面での局所的な応力を求
めることができる。
Preferably, the shift amount of the peak value of the Raman spectrum is calculated by a function of a distance from the interface and a fitting process based on at least two or more detection data detected near the interface. According to the above process, the accuracy of the shift amount of the peak value of the Raman spectrum is further improved, so that the local stress at the interface of the sample can be obtained.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、図に示す実施例に基づいて
本発明を詳述する。なお、これによって本発明は限定さ
れるものではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the drawings. Note that the present invention is not limited by this.

【0013】図1は本発明の一実施例であるラマン分光
法を用いた試料の界面応力解析システムを示すブロック
図である。図1において、11はレーザ部であり、例え
ば、波長488nmもしくは514.5nmのArガス
レーザ、He−Neレーザ等で構成してもよい。12は
顕微鏡であり、高NA対物レンズ12aと反射鏡12
b、12cからなるレンズ系で構成される。13は試料
を載置する精度0.01μmのX−Yステージであり、
位置保持精度が±0.5μm/10H以下を維持してい
る。14はラマン分光を得る分光器(U−1000ダブ
ルモノクロメータ)である。15は検出部であり、PM
(Potomultiplier)、MCD(Mutichannel Detecte
r)、CCD(Charge Coupled Device)で構成されるこ
とが好ましい。
FIG. 1 is a block diagram showing a sample interfacial stress analysis system using Raman spectroscopy according to one embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a laser unit, which may be composed of, for example, an Ar gas laser or a He—Ne laser having a wavelength of 488 nm or 514.5 nm. Reference numeral 12 denotes a microscope, which includes a high NA objective lens 12a and a reflecting mirror 12
b, 12c. 13 is an XY stage with an accuracy of 0.01 μm for mounting the sample,
The position holding accuracy is maintained at ± 0.5 μm / 10H or less. Reference numeral 14 denotes a spectroscope (U-1000 double monochromator) for obtaining Raman spectroscopy. Reference numeral 15 denotes a detection unit, and PM
(Potomultiplier), MCD (Mutichannel Detecte)
r), it is preferable to be composed of a CCD (Charge Coupled Device).

【0014】16はCPU、ROM、RAM、キーボー
ド、ディスプレイなどからなるコンピュータである。コ
ンピュータ16には、検出部15で検出されたラマン光
のピーク値の波数と入射光の単一波長との波数のずれを
ラマンスペクトルピーク値のシフト量として算出し、か
つ算出されたシフト量を変数とする応力を算出する応力
算出式を有する応力算出部とデータを高速に処理するデ
ータ処理部を備えている。この応力算出式は線形弾性論
に基づいて作成され、コンピュータのROMには、応力
算出式のプログラムが予め格納されている。
Reference numeral 16 denotes a computer including a CPU, a ROM, a RAM, a keyboard, a display, and the like. The computer 16 calculates the shift between the wave number of the peak value of the Raman light detected by the detection unit 15 and the single wavelength of the incident light as the shift amount of the Raman spectrum peak value, and calculates the calculated shift amount. A stress calculation unit having a stress calculation formula for calculating stress as a variable and a data processing unit for processing data at high speed are provided. This stress calculation formula is created based on the theory of linear elasticity, and a program of the stress calculation formula is stored in the ROM of the computer in advance.

【0015】17は高精度X−Yステージ13に載置さ
れる半導体デバイスの試料である。例えば、試料17に
は、シリコン基板上の電極が形成され、電極端近傍の応
力分布をラマン分光により測定するものとする。レーザ
部1から発光する所定波長のレーザビームを顕微鏡2の
レンズ系を介して試料17の電極端の界面に入射し、前
記界面から反射するラマン光のピーク値と入射光のピー
ク値を前記レンズ系及び分光器4を介して検出部5によ
って検出する。検出されたデータがコンピュータ6に送
られると、コンピュータ6は、検出されたデータを線形
弾性論に基づいてプログラムされた応力算出式に入力
し、入射光の単一波長に対するラマン分光の波数のずれ
をラマンスペクトルのピーク値のシフト量Δωとして算
出し、さらに算出したシフト量Δωと入射光の中心位置
から、単位長さ当たりまたは単位面積当たりの応力を算
出する。
Reference numeral 17 denotes a sample of a semiconductor device mounted on the high-precision XY stage 13. For example, an electrode on a silicon substrate is formed on the sample 17, and the stress distribution near the electrode end is measured by Raman spectroscopy. A laser beam of a predetermined wavelength emitted from the laser unit 1 is incident on the interface at the electrode end of the sample 17 through the lens system of the microscope 2, and the peak value of the Raman light reflected from the interface and the peak value of the incident light are determined by the lens Detection is performed by the detection unit 5 via the system and the spectroscope 4. When the detected data is sent to the computer 6, the computer 6 inputs the detected data into a stress calculation formula programmed based on the theory of linear elasticity, and calculates the shift of the wave number of Raman spectroscopy with respect to a single wavelength of the incident light. Is calculated as the shift amount Δω of the peak value of the Raman spectrum, and the stress per unit length or unit area is calculated from the calculated shift amount Δω and the center position of the incident light.

【0016】このとき、ラマンスペクトルのピーク値の
シフト量Δωと入射光の中心位置の測定精度を高くすれ
ばするほど、局所的な領域の応力を測定できる。X−Y
ステージ13は、コンピュータと高精度のモータで駆動
制御され、入射光の中心位置を、例えば、0.01μm
の精度で移動させ、ラマンスペクトルのピーク値のシフ
ト量Δωと入射光の中心位置を順次測定することによ
り、サブミクロン領域での歪みの変化に応じた応力分布
を測定することができる。
At this time, the higher the measurement accuracy of the shift amount Δω of the peak value of the Raman spectrum and the center position of the incident light, the more the stress in the local region can be measured. XY
The stage 13 is driven and controlled by a computer and a high-precision motor.
, And sequentially measuring the shift amount Δω of the peak value of the Raman spectrum and the center position of the incident light, it is possible to measure the stress distribution according to the change in strain in the submicron region.

【0017】[実施例1]図2は実施例1における試料
の界面に作用する単位長さ当たりの力を示す模式図であ
る。図2において、1はGaAs基板を示し、2はGa
As基板1上に形成したWN電極(例えば、幅50μ
m、膜厚0.3μmの窒化タングステン)を示す。3は
(001)面のGaAs基板1上に{110}方向に延
びたWN電極端の界面に作用すると仮定した単位長さ当
たりの力Sdyを示す。Sは単位長さ当たりの応力(N
/m)を示す。7は界面にhνのエネルギーで入射され
たレーザビームの入射領域を示し、網かけで表してい
る。ここで、hはプランク定数、νはレーザビームの振
動数を示す。
Embodiment 1 FIG. 2 is a schematic diagram showing a force per unit length acting on an interface of a sample in Embodiment 1. In FIG. 2, 1 indicates a GaAs substrate, and 2 indicates a Ga substrate.
A WN electrode formed on the As substrate 1 (for example, having a width of 50 μm)
m, tungsten nitride having a thickness of 0.3 μm). Reference numeral 3 denotes a force Sdy per unit length assuming that it acts on the interface of the end of the WN electrode extending in the {110} direction on the (001) GaAs substrate 1. S is the stress per unit length (N
/ M). Reference numeral 7 denotes an incident area of the laser beam incident on the interface with energy of hν, which is indicated by hatching. Here, h indicates Planck's constant, and ν indicates the frequency of the laser beam.

【0018】入射光の単一波長に対するラマンスペクト
ルのピーク値の波数のずれをラマンスペクトルのシフト
量Δω(cm-1)として、下記に示す[数1]〜[数
7]の式から算出する。また、[数1]〜[数7]はコ
ンピュータ16の応力算出部のプログラムに格納されて
いる。力Sdy3が座標(x1、y1、z1)離れた点P
に作る変位量(du、dv、dw)の式は、例えば、A.
E.H.Love著、『A TREATISE ON THE MATHEMATICAL THEOR
Y OF ELASTICITY』、p.243に記載の線形弾性論によっ
て与えられる。
The shift of the wave number of the peak value of the Raman spectrum with respect to a single wavelength of the incident light is calculated as the shift amount Δω (cm -1 ) of the Raman spectrum from the following equations (1) to (7). . [Equation 1] to [Equation 7] are stored in the program of the stress calculation unit of the computer 16. A point P at which the force Sdy3 is away from the coordinates (x 1 , y 1 , z 1 )
The equation of the displacement amount (du, dv, dw) to be made is, for example, A.
EHLove, `` A TREATISE ON THE MATHEMATICAL THEOR
Y OF ELASTICITY ”, p.243.

【0019】[0019]

【数1】 (Equation 1)

【0020】[数1]の式で、r1は力の作用する点か
ら点Pまでの距離を示す。λ、μは物質に固有のパラメ
ータを示し、ヤング率E=μ(3λ+2μ)/(λ+
μ)とポアソン比=λ/(2(λ+μ))の関係から決
定することができる。この[数1]の式からWN電極全
体が点Pに作る全変位量(u、v、w)はもう一方のW
N電極端に作用する力(−Sdy)も考慮すると次のよ
うに書ける。
In the equation (1), r 1 indicates the distance from the point where the force acts to the point P. λ and μ indicate parameters specific to the substance, and Young's modulus E = μ (3λ + 2μ) / (λ +
μ) and Poisson's ratio = λ / (2 (λ + μ)). From this equation [Equation 1], the total displacement (u, v, w) that the whole WN electrode makes at point P is the other W
Taking into account the force (-Sdy) acting on the N electrode end, the following can be written.

【0021】[0021]

【数2】 (Equation 2)

【0022】WN電極2の長さは十分長いとし、積分範
囲は−∞から∞とした。さらに、歪み量の定義より
(u、v、m)をx、y、zで微分すれば空間の各点で
の歪み量εxx(r)、εyy(r)、εzz(r)、ε
xy(r)、εyz(r)、εzx(r)が座標の関数として
求まる。
The length of the WN electrode 2 is assumed to be sufficiently long, and the integration range is from -∞ to ∞. Further, if (u, v, m) is differentiated by x, y, z from the definition of the distortion amount, the distortion amounts ε xx (r), ε yy (r), ε zz (r), ε
xy (r), ε yz (r), ε zx (r) are obtained as a function of coordinates.

【0023】[0023]

【数3】 (Equation 3)

【0024】図2の入射領域7に示すように、歪み分布
に入射光を照射して検出されるラマン分光は、入射光の
ビーム径、侵入長も考慮すると入射領域内での重みつき
平均値であると考えられる。入射光がWN電極端から遠
ざかる方向にxの点にあるとき、測定領域内での重みつ
きの平均値をバーεij(x)(i、j=x、y、z)と
すると、次の[数4]の式により計算できる。
As shown in the incident area 7 in FIG. 2, the Raman spectrum detected by irradiating the strain distribution with the incident light is a weighted average value in the incident area in consideration of the beam diameter and the penetration length of the incident light. It is considered to be. When the incident light is located at a point x in a direction away from the end of the WN electrode, the weighted average value in the measurement area is ε ij (x) (i, j = x, y, z). It can be calculated by the equation of [Equation 4].

【0025】[0025]

【数4】 (Equation 4)

【0026】ここで、α、α’はそれぞれの入射光、ラ
マン分光の基板内での減衰率、Sxは入射光の当たるx
y面内の領域、そしてD(x|x’、y)はSx内での
ビームの強度分布を示す。入射光が半径aの円で、その
内部での強度が一様である場合、[数4]の式は、次の
[数5]の式のように簡単化できる。
Here, α and α 'are the respective incident lights, the attenuation rate of the Raman spectroscopy in the substrate, and Sx is x which is the incident light.
The area in the y-plane and D (x | x ′, y) indicate the intensity distribution of the beam in Sx. When the incident light is a circle having a radius a and the intensity inside the circle is uniform, the expression of [Expression 4] can be simplified as the following expression of [Expression 5].

【0027】[0027]

【数5】 (Equation 5)

【0028】各バーεijが計算できれば、実験で実際に
観測されるラマンスペクトルのピーク値のシフト量Δω
はフィジカルレビューB、1972年、第5巻、第2号、p
p.580〜593(F.Cerdeira et.al., Phys.Rev.B5580 (19
72))の(2)式中の3つのω0のうち(1、1)、
(2、2)成分をωTOに、(3、3)成分をωLOに書き
換えた次の[数6]の式から計算される。
If each bar ε ij can be calculated, the shift amount Δω of the peak value of the Raman spectrum actually observed in the experiment
Is Physical Review B, 1972, Vol. 5, No. 2, p.
580-593 (F. Cerdeira et.al., Phys. Rev. B5580 (19
72)) (1, 1) of the three ω 0 in the expression (2),
The (2, 2) component is rewritten to ω TO and the (3, 3) component is rewritten to ω LO , which is calculated from the following equation (Equation 6).

【0029】[0029]

【数6】 (Equation 6)

【0030】[数6]の式中、p、q、rは歪みとバネ
定数とを結ぶパラメータである。ωTO、ωLOはそれぞれ
歪みがない場合のTO、LOフォノンの振動数を示す。
また、[数6]の添え字のx、y、z方向は結晶の[1
00]、[010]、[001]を意味する。解析の際
には[数6]の固有ベクトル(100)、(010)、
(001)に対してそれぞれ次のラマンテンソルが対応
していることに注意する必要がある。
In the equation (6), p, q, and r are parameters connecting the strain and the spring constant. ωTO and ωLO indicate the frequencies of the TO and LO phonons when there is no distortion, respectively.
The subscripts x, y, and z of [Equation 6] correspond to [1] of the crystal.
00], [010], and [001]. In the analysis, the eigenvectors (100), (010),
It should be noted that the following Raman tensors correspond to (001).

【0031】[0031]

【数7】 [数7]の式中、kは定数である。(Equation 7) In the equation of [Equation 7], k is a constant.

【0032】図3は実施例1において算出されたラマン
スペクトルのピーク値のシフト量Δωを示すグラフであ
る。図3に示すラマンスペクトルのピーク値のシフト量
は、以上の[数1]〜[数7]の計算を実行し、フィッ
ティングした結果である。ここでは、入射ビーム径を1
μmとして解析を行った。グラフの横軸は、入射光の中
心位置をWN電極端から遠ざかる方向に測った距離(μ
m)、縦軸は入射光の中心位置がWN電極端から遠ざか
る方向に4μmの点での値を基準としたラマンスペクト
ルのピーク値のシフト量Δω(cm-1)を表している。
各点でのピーク値のデータはローレンツ関数でフィッテ
ィングすることにより求めている。
FIG. 3 is a graph showing the shift amount Δω of the peak value of the Raman spectrum calculated in the first embodiment. The shift amount of the peak value of the Raman spectrum shown in FIG. 3 is a result obtained by performing the calculations of [Equation 1] to [Equation 7] and fitting. Here, the incident beam diameter is 1
The analysis was performed with μm. The horizontal axis of the graph represents the distance (μ) measured from the center position of the incident light in the direction away from the end of the WN electrode.
m), the vertical axis represents the shift amount Δω (cm −1 ) of the peak value of the Raman spectrum with reference to the value at a point of 4 μm in the direction in which the center position of the incident light moves away from the end of the WN electrode.
The data of the peak value at each point is obtained by fitting with a Lorentz function.

【0033】1点のデータだけからでも界面に作用する
応力Sを評価することは可能であるが、ここでは、より
精度を上げるため最小二乗法により5点のデータから最
適なSを求めた。測定時の入射光、ラマン光の電場ベク
トルはそれぞれ[100]、[010]方向であり、固
有ベクトル(001)に対応するモードを観測している
ことに注意する必要がある。WN電極から0.5μm程
度離れた点では計算の結果バーεZXが大きく、モードの
混合が起こっていると考えられ、その点はフィッティン
グから除外した。他の測定点ではバーεZXはバーεXX
バーεZZと比較して十分小さく無視して解析を行った。
この場合、[数6]の式は次のように計算される。
Although it is possible to evaluate the stress S acting on the interface only from the data of one point, the optimum S was obtained from the data of five points by the least square method in order to further improve the accuracy. It should be noted that the electric field vectors of the incident light and the Raman light at the time of measurement are in the [100] and [010] directions, respectively, and the mode corresponding to the eigenvector (001) is observed. At a point about 0.5 μm away from the WN electrode, the calculation result showed that the bar ε ZX was large, and it was considered that mode mixing had occurred, and that point was excluded from the fitting. At other measurement points bar ε ZX is bar ε XX ,
It was analyzed to ignore small enough in comparison with the bar ε ZZ.
In this case, the expression of [Equation 6] is calculated as follows.

【0034】[0034]

【数8】 [数8]を逆に解くと、[数9]の式に書ける。(Equation 8) By solving [Equation 8] in reverse, it can be written into the equation of [Equation 9].

【0035】[0035]

【数9】 (Equation 9)

【0036】前記の[数8]〜[数9]の式は、コンピ
ュータ16の応力算出部のプログラムに格納されてい
る。前記[数1]〜[数7]の式でΔωを求め、測定を
行ったレーザビームの中心位置(x)とΔωを[数9]
の式に代入し、求めたい応力Sを求めることができる。
ここでは、より精度を上げるため[数9]の式を用いて
フィッティングを行い、単位長さ当たりに作用する応力
Sを求めた。このフィッティングの結果から、アニール
されたWN電極では、GaAs基板1に応力S=439
(N/m)が働いていることが分かった。同様にアニー
ルなしのWN電極では、基板1に応力S=233(N/
m)が働いていることが分かった。
The equations [Equation 8] to [Equation 9] are stored in the program of the stress calculation unit of the computer 16. [Delta] [omega] is determined by the above [Equation 1] to [Equation 7], and the center position (x) and [Delta] [omega] of the measured laser beam are calculated by [Equation 9]
To obtain the stress S to be obtained.
Here, fitting was performed using the formula of [Equation 9] to further increase the accuracy, and the stress S acting per unit length was obtained. From the result of this fitting, the stress S = 439 was applied to the GaAs substrate 1 in the annealed WN electrode.
(N / m) was found to be working. Similarly, in the case of a WN electrode without annealing, the stress S = 233 (N /
m) is working.

【0037】例えば、入射光の径が1μmであっても、
入射光の中心位置とラマン分光のピーク値のシフト量の
精度を高めているので、サブミクロン領域での歪みの変
化に応じた応力を測定することができる。このような界
面での局所的な情報は、本発明の界面応力解析方法によ
り初めて得ることができるものである。
For example, even if the diameter of the incident light is 1 μm,
Since the accuracy of the shift amount between the center position of the incident light and the peak value of Raman spectroscopy is improved, it is possible to measure the stress according to the change in strain in the submicron region. Such local information at the interface can be obtained for the first time by the interface stress analysis method of the present invention.

【0038】[実施例2]図4は実施例2における試料
の界面に作用する単位面積当たりの力を示す模式図であ
る。図4において、4はZnSe基板を示し、5はZn
Se基板4上に形成したAu/Cr電極(例えば、幅5
00μm、膜厚0.20/0.05μm)を示す。6はベ
クトル(001)のZnSe基板4に対し{110}方
向に延びたAu/Cr電極端の界面に作用する単位面積
当たりの力σdxdyを示す。σは単位面積当たりの応
力(dyn/cm2)を示す。7は界面にhνのエネル
ギーで入射されたレーザビームの入射領域を示し、網か
けで表している。ここで、hはプランク定数、νはレー
ザビームの振動数を示す。
[Embodiment 2] FIG. 4 is a schematic diagram showing a force per unit area acting on an interface of a sample in Embodiment 2. In FIG. 4, reference numeral 4 denotes a ZnSe substrate, and reference numeral 5 denotes a ZnSe substrate.
Au / Cr electrodes (for example, having a width of 5
00 μm and a film thickness of 0.20 / 0.05 μm). Numeral 6 denotes a force σdxdy per unit area acting on the interface of the Au / Cr electrode end extending in the {110} direction with respect to the ZnSe substrate 4 of the vector (001). σ indicates the stress per unit area (dyn / cm 2 ). Reference numeral 7 denotes an incident area of the laser beam incident on the interface with energy of hν, which is indicated by hatching. Here, h indicates Planck's constant, and ν indicates the frequency of the laser beam.

【0039】実際には、応力の影響の及ぶ距離はせいぜ
い10μm程度であり、ここでは電極両端から電極内側
に向かって20μmまで一定の大きさの応力がかかって
いるモデルを用いた。図5に示す力σdxdy6から座
標(x1、y1、z1)離れた点Pに作る変位量(du、
dv、dw)は、実施例1の[数1]の式において、単
位長さ当たりの力Sdyを、単位面積当たりの力σdx
dyに変更する式で与えられる。
Actually, the distance affected by the stress is at most about 10 μm. Here, a model in which a constant stress is applied from both ends of the electrode toward the inside of the electrode to 20 μm is used. The displacement amount (du, du, d) to be created at a point P which is separated by coordinates (x 1 , y 1 , z 1 ) from the force σdxdy 6 shown in FIG.
dv, dw) is obtained by converting the force Sdy per unit length into the force σdx per unit area in the equation of [Equation 1] of the first embodiment.
dy.

【0040】[0040]

【数10】 (Equation 10)

【0041】[数10]の式で、r1は力の作用する点
から点Pまでの距離を示し、λ、μは物質に固有のパラ
メータを示す。電極全体が任意の点(x、y、z)に作
る全変位量(u、v、w)は電極のもう一方の端部にか
かる応力が+σdxdyであることを考えると、以下の
[数11]の式で与えられる。
In the equation (10), r1 indicates the distance from the point on which the force acts to the point P, and λ and μ indicate parameters specific to the substance. The total displacement (u, v, w) generated by the entire electrode at an arbitrary point (x, y, z) is given by the following [Equation 11] considering that the stress applied to the other end of the electrode is + σdxdy. ].

【0042】[0042]

【数11】 [Equation 11]

【0043】ここで、A1、A2は図4に示す応力が作用
する領域を示す。測定時の入射光、ラマン光の電場ベク
トルは、実施例1と同様にそれぞれ[100]、[010]
方向であり、固有ベクトル(001)に対応するモード
を観測していることに注意する必要がある。実施例1と
全く同じ手順に従えば、最終的に[数9]に類似の式が
得られる。
Here, A 1 and A 2 indicate regions where the stress shown in FIG. 4 acts. The electric field vectors of the incident light and the Raman light at the time of measurement are [100] and [010], respectively, as in the first embodiment.
It should be noted that the direction is observed and the mode corresponding to the eigenvector (001) is observed. By following exactly the same procedure as in the first embodiment, an equation similar to [Equation 9] is finally obtained.

【0044】[0044]

【数12】 (Equation 12)

【0045】この[数12]の式に実験で求められたラ
マンスペクトルのシフト量Δωを代入し、最初に仮定し
た応力の絶対値がσ=3.35×109(dyn/c
2)であることが判明した。ただし、実施例2におい
ては、各測定点でのラマンスペクトルのピーク値のシフ
ト量Δωは、ローレンツ関数でフィッティングすること
により求める。[数12]に代入するシフト量Δωとし
ては、3μm電極端から遠ざかる方向にいった点での値
を用いた。それに対して、同じサンプルを従来の方法で
評価すると、ZnSe基板が入射光に対して透明であ
り、歪みが緩和した深い領域からも情報がでることも影
響して、σ=0.76×109(dyn/cm2)とかな
り過小評価されてしまう。
The shift amount Δω of the Raman spectrum obtained by the experiment is substituted into the equation of [Equation 12], and the absolute value of the stress initially assumed is σ = 3.35 × 10 9 (dyn / c
m 2 ). However, in the second embodiment, the shift amount Δω of the peak value of the Raman spectrum at each measurement point is obtained by fitting with a Lorentz function. As the shift amount Δω substituted in [Equation 12], a value at a point in a direction away from the electrode end of 3 μm was used. On the other hand, when the same sample was evaluated by the conventional method, the ZnSe substrate was transparent to the incident light, and information was obtained even from a deep region where the strain was relaxed. 9 (dyn / cm 2 ), which is considerably underestimated.

【0046】実施例1と同様に、実施例2においても、
入射光の中心位置とラマンスペクトルのピーク値のシフ
ト量の精度を高めることにより、界面に作用する局所的
な応力値σが定量的に求めることができる。従って、線
形弾性論により求められる歪みの分布を利用して、各測
定点における入射光の空間的な拡がりや物体内部への侵
入の効果も考慮し、仮定した応力分布あるいは力の分布
を解析することができる。
As in the first embodiment, the second embodiment also
By improving the accuracy of the shift amount between the center position of the incident light and the peak value of the Raman spectrum, the local stress value σ acting on the interface can be obtained quantitatively. Therefore, the assumed stress distribution or force distribution is analyzed by using the strain distribution obtained by linear elasticity theory and considering the effect of the spatial spread of the incident light at each measurement point and the effect of penetration into the inside of the object. be able to.

【0047】図5は本発明の界面応力解析による応力分
布と従来の界面応力解析による応力分布との比較図であ
る。図5(a)は本発明の界面応力解析により測定され
た電極端の界面の応力分布を示す。図5(a)に示すよ
うに、レーザビームの入射領域での歪みの変化に応じた
応力を測定することができる。図5(b)は従来の界面
応力解析により測定された電極端の界面の応力分布を示
す。図5(b)に示すように、レーザビームの入射領域
では歪みの変化があっても平均した応力として測定され
る。
FIG. 5 is a comparison diagram between the stress distribution obtained by the interface stress analysis of the present invention and the stress distribution obtained by the conventional interface stress analysis. FIG. 5A shows a stress distribution at the interface at the electrode end measured by the interfacial stress analysis of the present invention. As shown in FIG. 5A, it is possible to measure a stress corresponding to a change in strain in a laser beam incident region. FIG. 5B shows a stress distribution at the interface at the electrode end measured by the conventional interface stress analysis. As shown in FIG. 5B, even if there is a change in the distortion in the laser beam incident area, it is measured as an average stress.

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明によれば、高い精度が要求される
半導体試料の界面近傍における単位長さ当たりまたは単
位面積当たりに作用する応力をラマン分光法と線形弾性
論に基づく応力算出式を用いて定量的に求めることがで
きる。
According to the present invention, the stress acting per unit length or per unit area in the vicinity of the interface of a semiconductor sample requiring high precision is determined by using a Raman spectroscopy and a stress calculation formula based on linear elasticity theory. Can be obtained quantitatively.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例であるラマン分光法を用いた
試料の界面応力解析システムを示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a sample interfacial stress analysis system using Raman spectroscopy according to one embodiment of the present invention.

【図2】実施例1における試料の界面に作用する単位長
さ当たりの力を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a force per unit length acting on an interface of a sample in Example 1.

【図3】実施例1において算出されたラマンスペクトル
のピーク位置のシフト量を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a shift amount of a peak position of a Raman spectrum calculated in Example 1.

【図4】実施例2における試料の界面に作用する単位面
積当たりの力を示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a force per unit area acting on an interface of a sample in Example 2.

【図5】本発明の界面応力解析による応力分布と従来の
界面応力解析による応力分布との比較図である。
FIG. 5 is a comparison diagram between a stress distribution obtained by the interfacial stress analysis of the present invention and a stress distribution obtained by the conventional interfacial stress analysis.

【図6】入射光に対するラマン光の波形と測定されたラ
マンスペクトルのピーク波形を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a waveform of Raman light with respect to incident light and a peak waveform of a measured Raman spectrum.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 GaAs基板 2 WN電極 3 力Sdy 4 ZnSe基板 5 Au/Cr電極 6 力σdxdy 7 入射領域 11 レーザ部 12 顕微鏡 13 X−Yステージ 14 分光器 15 検出部 16 コンピュータ 17 試料 Reference Signs List 1 GaAs substrate 2 WN electrode 3 Force Sdy 4 ZnSe substrate 5 Au / Cr electrode 6 Force σdxdy 7 Incident area 11 Laser unit 12 Microscope 13 XY stage 14 Spectroscope 15 Detector 16 Computer 17 Sample

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ部から発光する単一波長のレーザ
ビームをレンズ系を介して試料の界面に入射し、前記界
面から反射するラマン光のピーク値を前記レンズ系及び
分光器を介して検出部によって検出し、入射光の単一波
長に対する前記ラマン光のピーク値の波数のずれをラマ
ンスペクトルのピーク値のシフト量として算出しかつ前
記シフト量及び入射光の中心位置を変数として単位長さ
当たりまたは単位面積当たりの応力を算出する応力算出
式を線形弾性論に基づいてプログラムした応力算出部を
有するコンピュータによって試料の界面近傍に作用する
応力分布を求めることを特徴とする試料の界面応力解析
方法。
1. A laser beam of a single wavelength emitted from a laser unit is incident on an interface of a sample via a lens system, and a peak value of Raman light reflected from the interface is detected via the lens system and a spectroscope. Part, the shift of the wave number of the peak value of the Raman light with respect to a single wavelength of the incident light is calculated as the shift amount of the peak value of the Raman spectrum, and the shift amount and the central position of the incident light as variables are unit lengths. Stress analysis applied to the vicinity of the interface of a sample by a computer having a stress calculation unit programmed based on linear elasticity with a stress calculation formula for calculating the stress per unit area or per unit area. Method.
【請求項2】 前記ラマンスペクトルのピーク値のシフ
ト量は、少なくともフィッティング処理またはスムージ
ング処理またはこの両者の処理によって算出されること
を特徴とする請求項1記載の試料の界面応力解析方法。
2. The method according to claim 1, wherein the shift amount of the peak value of the Raman spectrum is calculated by at least a fitting process, a smoothing process, or both.
【請求項3】 前記ラマンスペクトルのピーク値のシフ
ト量は、少なくとも試料の界面近傍で検出される2点以
上の検出データに基づいた界面からの距離の関数とフィ
ッティング処理によって算出されることを特徴とする請
求項1記載の試料の界面応力解析方法。
3. The shift amount of the peak value of the Raman spectrum is calculated by a function of a distance from an interface based on at least two detection data detected near the interface of the sample and a fitting process. The method for analyzing interfacial stress of a sample according to claim 1.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2019060681A (en) * 2017-09-26 2019-04-18 クアーズテック株式会社 Compound semiconductor substrate evaluation method and method for manufacturing compound semiconductor substrate using the same

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