TW201736799A - 帶薄膜晶圓的膜厚度分布檢測方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種帶薄膜晶圓的膜厚度分布檢測方法， 藉由模擬而計算出表示帶薄膜晶圓的反射率之波長相依性的一量表圖形P1，及計算出表示相較於第二薄膜的設定膜厚T2而具有以t[nm]的幅度較薄／厚的第二薄膜的帶薄膜晶圓的反射率之波長相依性的一量表圖形P21，並計算P1、P21的差為0時的一波長λ1。於帶薄膜晶圓照射單一波長λ1的光，藉由檢測反射光的強度，以求出第一薄膜的以相對值所表示的膜厚度分布。自使用得以測定第一薄膜的絕對值的膜厚度測定裝置所測定的絕對值，及第一薄膜的以相對值所表示的膜厚度分布，算出第一薄膜的以絕對值表示的膜厚度分布。

Description

帶薄膜晶圓的膜厚度分布檢測方法

本發明係關於一種帶薄膜晶圓的膜厚度分布檢測方法。

為了製作半導體裝置，在絕緣層上覆置矽(Silicon-on-Insulator, SOI)的晶圓係被廣泛利用。SOI晶圓的一般構造，係為於矽基板上形成埋入式氧化膜層(BOX層)，並於其上形成由單晶矽所構成的SOI層。如此，SOI晶圓係為帶有薄膜(BOX層、SOI層)的帶薄膜晶圓。近年來，伴隨設計規則的微型化，SOI晶圓的製作，特別是用於製作空乏型絕緣層上覆矽(Fully Depleted SOI, FD-SOI)裝置的SOI晶圓的SOI層膜厚度分布及BOX層膜厚度分布，係成為會影響裝置製造過程，乃至於影響電晶體特性。於積體電路中，使構成電路的電晶體的特性為係一致乃為相當重要。

以分光橢圓偏光法、反射光譜法而進行的點測定中，各測定點各取特定波長範圍(一般而言為可見光域)的光譜，藉由與相對於該光譜的標準膜構造配對而求出各測定點的膜厚度。從而，若欲以1[μm]左右的空間解析度進行膜厚度分布的測定，則由於測定點的數量將會極端增加，造成就計算量與時間的限制而言係為實質上不可能測定。

又由於為了進行光譜測定，因為必須要有寬廣的波長區域，因此提高空間解析度而進行多點膜厚度測定為事實上不可能。因此，作為能夠以此些方法將晶圓的全表面一起地測定的裝置而言，目前只存在有數百[μm]程度的空間解析度的裝置。

如此，係有追求帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法，該帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法係可對於薄膜，特別是對於將有關於SOI晶圓的SOI層及BOX層的各別膜厚度分布的測定，予以以高精密度、低成本且簡便地進行的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法。

於專利文獻1中，公開有一種技術，係於SOI晶圓照射白光，將反射光按各波長分光，自各波長的干涉資訊計算出SOI層的膜厚度。於專利文獻2中，記載有一種檢查方法，係於膜厚度未滿1[μm]的SOI層照射488[μm]的雷射光，檢測其鏡面反射光，藉由其與照射光間的干涉條紋以檢查面內的膜厚分布。又於專利文獻3中，記載有進行僅SOI層的膜厚度分布測定的方法。

專利文獻4的方法，係自反射率，或是以橢圓偏光法所測定的資料的校正曲線求出SOI的膜厚度。 〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

專利文獻1：日本特開2002-343842號公報 專利文獻2：日本特開平08-264605號公報 專利文獻3：日本特開2011-249621號公報 專利文獻4：國際公開第WO2014/072109號

計算於基板表面具有薄膜的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的習知的膜厚度測定方法，一般雖以分光橢圓偏光法、反射光譜法的各點的膜厚度測定為主，但對於如SOI晶圓的具有兩層薄膜(SOI層及BOX層)的晶圓的各薄膜，市面上沒有販售能夠以1[μm]程度的空間解析度對廣範圍的面內測定膜厚度分布的儀器。

專利文獻3中，雖然提供有於僅測定SOI層的厚度的測定中，提升測定靈敏度的方法，但於此方法中，會受到BOX層的膜厚度分布的影響，難以於充分的精密度中測定SOI層的膜厚度分布。又並無進行BOX層的測定。

此外，亦有追求：於以高空間解析度精密度良好地計算出如SOI晶圓的帶薄膜晶圓中的薄膜的膜厚度分布時，不僅算出相對值，亦算出以絕對值表示的膜厚度分布的方法。

專利文獻4的方法中，雖然如同前述自以反射率或橢圓偏光法所測定的資料的校正曲線求出SOI的膜厚度，但於測定反射率時會受到光學系統的影響。又，於SOI層及BOX層的膜厚度的各組合，需要作出以反射率或橢圓偏光法所測定的SOI層膜厚度值的校正曲線，步驟繁雜。

本發明有鑑於上述問題，目的在於提供一種帶薄膜晶圓的膜厚度分布檢測方法，作為以絕對值表示的膜厚度分布，以高空間解析度，且不受各自的膜厚度分部影響而精密度良好地測定帶薄膜晶圓的形成於基板表面上的第一薄膜及形成於該第一薄膜的表面上的第二薄膜中的至少一個的膜厚度分布。

為了達成上述目的，本發明提供一種帶薄膜晶圓的膜厚度分布檢測方法，係用以測定一帶薄膜晶圓的一第一薄膜及一第二薄膜中的至少一個的膜厚度分布，該第一薄膜形成於基板表面上，該第二薄膜形成於該第一薄膜的表面上，該帶薄膜晶圓的膜厚度分布檢測方法包含： (A) 藉由模擬而計算出表示測定對象的該帶薄膜晶圓對於可見光波長以上的波長區域的光的反射率之波長相依性的一量表圖形P1的步驟； (B) 下述（b1）與（b2）中的至少一個步驟， （b1）以藉由模擬而計算出表示相較於測定對象的該帶薄膜晶圓的該第二薄膜的設定膜厚T2，具有以t[nm]的幅度較薄或較厚的第二薄膜的帶薄膜晶圓的對於可見光波長以上的波長區域的光的反射率之波長相依性的一量表圖形P21的子步驟，以及計算出經計算出的兩個該量表圖形P1、P21的差的一量表圖形P31(=P21-P1)，並求出於經計算出的差的該量表圖形P31為0時的一波長λ1的子步驟，以求出該波長λ1的步驟，及 （b2）以藉由模擬而計算出表示相較於測定對象的該帶薄膜晶圓的該第一薄膜的設定膜厚T1，具有以t[nm]的幅度較薄或較厚的第二薄膜的帶薄膜晶圓的對於可見光波長以上的波長區域的光的反射率之波長相依性的一量表圖形P22的子步驟，以及計算出經計算出的兩個該量表圖形P1、P22的差的量表圖形P32(=P22-P1)，並求出於經計算出的差的該量表圖形P32為0時的一波長λ2的子步驟，以求出該波長λ2的步驟； （C）對於測定對象的該帶薄膜晶圓表面的一部分區域的一照射區域，照射單一波長的該波長λ1及該波長λ2中至少一種的步驟； （D）藉由檢測自該照射區域的反射光的該波長λ1及該波長λ2中至少一種，而測定該照射區域所複數分割的各像素的反射光強度，以求出該照射區域內的該波長λ1及該波長λ2中至少一種的反射光強度的步驟； （E）進行自該波長λ1的反射光強度分布而計算出該照射區域內該第一薄膜的以相對值所表示的膜厚度分布，及進行自該波長λ2的反射光強度分布而計算出該照射區域內該第二薄膜的以相對值所表示的膜厚度分布中至少一個的步驟； （F）使用得以測定該第一薄膜的膜厚度及該第二薄膜的膜厚度中至少一個的絕對值的膜厚度測定裝置，測定該照射區域內該第一薄膜及該第二薄膜中至少一個的膜厚度的絕對值的步驟；以及 （G）基於該經測定的膜厚度的絕對值、以及該第一薄膜的以相對值所表示的膜厚度分布及該第二薄膜的以相對值所表示的膜厚度分布中至少一個，計算出該照射區域內的該第一薄膜的以絕對值所表示的膜厚度分布及該照射區域內的該第二薄膜的以絕對值所表示的膜厚度分布的步驟。

如此，即使第二薄膜的膜厚度自設定膜厚度變動，藉由將來自帶薄膜晶圓的反射率不為變動的波長λ1的光予以照射至帶薄膜晶圓而測定照射區域內的反射光強度，而能夠不受第二薄膜的膜厚度分布的影響而精密度良好地計算出照射區域內的第一薄膜的以相對值表示的膜厚度分布。同樣，即使第一薄膜的膜厚度從設定膜厚度變動，亦能夠藉由將來自帶薄膜晶圓的反射率不為變動的波長λ2的光予以照射至帶薄膜晶圓而測定照射區域內的反射光強度，而不受第一薄膜的膜厚度分布的影響而以高空間解析度精密度良好地計算出照射區域內的第一薄膜的以相對值表示的膜厚度分布。因此，基於此些以相對值所表示的膜厚度分布，以及以膜厚度測定裝置所測定的膜厚度的絕對值，能夠將第一薄膜及第二薄膜的至少一個的膜厚度分布，作為以絕對值所表示的膜厚度分布，以高空間解析度，且不受互相的膜厚度分布的影響而精密度良好地測定。本發明能夠測定第一薄膜的以絕對值所表示的膜厚度分布及第二薄膜的以絕對值表示的膜厚度分布之中的至少任一個。又由於將所照射的光的波長，限定於分別的單一波長的λ1及λ2的至少任一個，用以計算出膜厚度分布的計算量少，能夠達到低成本且簡便又迅速的測定。

此時，測定對象的該帶薄膜晶圓為SOI晶圓，該第一薄膜為埋入氧化膜層，該第二薄膜為由單晶矽所構成的SOI層。

如此能夠在測定對象的帶薄膜晶圓為SOI晶圓的情況，精密度良好的計算出照射區域內的埋入氧化膜層及SOI層的膜厚度分布。

又，該波長λ1及該波長λ2中至少一個係為選自可見光波長的單一波長為佳。

本發明的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法，由於使用一般的顯微鏡光學系統並以可見光進行，因此能夠以低成本實施。

又該像素的單邊的尺寸，以該波長λ1或該波長λ2的1/2以上且100[μm]以下為佳。

如此的像素尺寸，則沒有難以聚焦的風險，能夠更正確地以高空間解析度計算出帶薄膜晶圓的薄膜的相對膜厚度分布，結果，亦能夠以高空間解析度計算出以絕對值表示的膜厚度分布。

又以該照射區域與裝置製造步驟的微影曝光部位一致為佳。

如此，藉由使本發明的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法中的照射區域，對顯微鏡的倍率及視野範圍進行調整等而與微影曝光部位一致，能夠計算出能夠有效活用於裝置製造步驟的薄膜的以絕對值所表示的膜厚度分布。

又，較佳地，係藉由將計算出以該第一薄膜及該第二薄膜中至少一個的相對值所表示的膜厚度分布的該照射區域，予以設定至該帶薄膜晶圓的表面內的複數個位置，以於全表面求出以絕對值所表示的膜厚度分布。

藉由如此將照射區域設定於帶薄膜晶圓的表面內的複數個位置，能夠以高精密度、低成本且簡便地進行橫跨帶薄膜晶圓全表面的測定。

又，該膜厚度測定裝置以使用分光橢圓偏光法或反射光譜法的裝置為佳。

如此，若是使用分光橢圓偏光法或反射光譜法的裝置，則能夠簡便便且高精密度地測定薄膜的膜厚度的絕對值。

又，本發明的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法，藉由在該波長λ1及該波長λ2中僅求出該波長λ1，能夠僅求出該第一薄膜的以絕對值所表示的膜厚度分布。又，藉由在該波長λ1及該波長λ2中僅求出該波長λ2，能夠僅求出該第二薄膜的以絕對值所表示的膜厚度分布。

如此，本發明的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法中，因應於其目的而能夠僅測定第一薄膜及第二薄膜中的任一個的以絕對值所表示的膜厚度分布。此狀況下，由於以相對值所表示的膜厚度分布的測定，能夠僅以λ1及λ2中的任一個來進行，因此能夠成為更加迅速且低成本的測定方法。

依據本發明，作為以絕對值所表示的膜厚度分布，能夠以高空間解析度，且不受各自的膜厚度分布的影響而精密度良好地測定第一薄膜及第二薄膜中至少任一個的膜厚度分布。本發明中，能夠測定第一薄膜的以絕對值所表示的膜厚度分布及第二薄膜的以絕對值表示的膜厚度分布之中的至少任一個。又，由於將所照射的光的波長，限定於為各別的單一波長的λ1及λ2的至少任一個，因此用以計算出膜厚度分布的計算量少，能夠達到低成本且簡便又迅速的測定。 【圖式簡便說明】

圖1係顯示本發明的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法的步驟的流程圖。 圖2係顯示能夠使用於本發明的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法的光學顯微鏡裝置的概略圖。 圖3係顯示關於SOI晶圓，藉由模擬而算出的各量表之一例的示意圖。 圖4係顯示關於SOI晶圓，藉由模擬而算出的各量表之另一例的示意圖。 圖5係顯示關於SOI晶圓，藉由模擬而算出的各量表之另一例的示意圖 圖6係顯示(A)為SOI層表面外周部的顯微鏡像(上側圖)及其反射光強度分布的示意圖(下側圖)。(B)為顯示於(A)的一部分的反射光強度分布的量表。(C)為顯示於(A)的一部分的SOI層的以絕對值所表示的膜厚度分布的量表。 圖7係顯示(A)為SOI層表面外周部的顯微鏡像(上側圖)及其反射光強度分布的示意圖(下側圖)。(B)為顯示於(A)的一部分的反射光強度分布的量表。(C)為顯示於(A)的一部分的BOX層的以絕對值所表示的膜厚度分布的量表。 圖8係顯示藉由模擬所求得的SOI膜厚度與反射率(R)的關係的量表。

以下雖作為實施例之一例，參照圖式以詳細說明本發明，但本發明並不限定於此。

圖1係顯示本發明的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法的步驟的流程圖。

本發明的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法的測定對象為具有，形成於基板的表面上的第一薄膜及形成於該第一薄膜的表面上的第二薄膜的帶薄膜晶圓。例如，作為此測定對象的帶薄膜晶圓的例子，可列舉SOI晶圓，其於矽基板上形成有作為第一薄膜的埋入氧化膜層(BOX層)，並在之上形成有作為第二薄膜的單晶矽所構成的SOI層。此處，以將如此的SOI晶圓作為帶薄膜晶圓的狀況為例以說明。在此，於SOI晶圓製造時分別進行設定，使埋入氧化膜層的設定膜厚度為T1[nm]，SOI層的設定膜厚度為T2[nm]。

本發明中，雖能夠測定第一薄膜的膜厚度分布及第二薄膜的膜厚度分布中的任一個，但亦能夠測定雙方。以下主要說明關於進行第一薄膜及第二薄膜雙方的膜厚度分布的測定的狀況。

本發明的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法，係選擇相對於測定對象的SOI晶圓的SOI層、埋入氧化層各個的膜厚度變動而反射率不產生變化的單一波長λ1及λ2，使用該經選擇的單一波長，進行埋入氧化膜層、SOI層各自的膜厚度分布的計算。為了選擇此單一波長λ1、λ2而實施以下的步驟。

首先，說明關於用以測定第一薄膜，也就是埋入氧化膜層的膜厚度分布的單一波長λ1的決定方法。

首先，藉由模擬而計算出表示測定對象的該帶薄膜晶圓對於可見光波長以上的波長區域的光的反射率之波長相依性的一量表圖形P1(參照圖1的A)。

接著，藉由模擬而計算出表示相較於測定對象的該帶薄膜晶圓的該第二薄膜的設定膜厚T2，具有以t[nm]的幅度較薄或較厚的第二薄膜的帶薄膜晶圓的對於可見光波長以上的波長區域的光的反射率之波長相依性的一量表圖形P21(參照圖1的B)。此處，t的值雖沒有特別限定，但能夠為例如1[nm]左右。又，T1、T2的值雖亦無特別限定，但為了使說明容易理解，此處以T1為25[nm]、T2為12[nm]的狀況為例以說明。

圖3(A)為顯示測定對象的SOI晶圓的SOI層的設定膜厚度T2為12[nm]，埋入氧化膜(BOX)層的設定膜厚度T1為25[nm]的狀況的量表圖形P1，及SOI層較該測定對象的SOI晶圓厚1[nm]的SOI晶圓，即SOI層的設定膜厚度T2為13[nm]，埋入氧化膜層的設定膜厚度T1為25[nm]的SOI晶圓的反射率的波長相依性的量表圖形P2之一例的示意圖。如圖3(A)所示，由於改變SOI層的厚度而顯示反射率的波長相依性的量表圖形P21自P1變化而來。

接著，計算出經模擬而計算出的兩個該量表圖形P1、P21的差的一量表圖形P31(=P21-P1)，並求出於經計算出的差的該量表圖形P31為0時的一波長λ1(參照圖1的C)。此處，量表圖形P31為顯示P1與P21間的反射率差的波長相依性的量表圖形。

圖3(C)，顯示有於圖3(A)表示的量表圖形P1、P21的差的量表圖形P31。如圖3(C)所示，將此狀況下的量表圖形P31為0，即反射率差成為0時的波長(此處為615[nm])定為波長λ1。如此，圖1的B及C，分別為求出波長λ1的步驟的子步驟。

接著，說明用以測定第二薄膜，即SOI層的膜厚度分布的單一波長λ2的決定方法。

藉由模擬而計算出表示相較於測定對象的SOI晶圓的埋入氧化膜層的設定膜厚T1，具有以t[nm]的幅度較薄或較厚的SOI層的SOI晶圓的對於可見光波長以上的波長區域的光的反射率之波長相依性的一量表圖形P22(參照圖1的D)。

圖3(B)為顯示測定對象的SOI晶圓的SOI層的設定膜厚度T2為12[nm]，埋入氧化膜層的設定膜厚度T1為25[nm]的狀況的量表圖形P1，及埋入氧化膜層較該測定對象的SOI晶圓厚1[nm]的SOI晶圓，即埋入氧化膜層的設定膜厚度T1為26[nm]，SOI層的設定膜厚度T2為12[nm]的SOI晶圓的反射率的波長相依性的量表圖形P22之一例的示意圖。

接著，計算出經模擬而計算出的兩個該量表圖形P1、P22的差的一量表圖形P32(=P22-P1)，並將經計算出的差的該量表圖形P21為0時的波長決定為波長λ2(參照圖1的E)。圖3(C)亦顯示量表圖形P32，如圖3(C)所示，此狀況下的波長為530[nm]。如此，圖1的D及E，分別為求出波長λ2的步驟的子步驟。

另外，λ1及λ2的決定順序不一定要為上述的順序，亦能夠先求出λ2再決定λ1。此狀況下，圖1的步驟順序為A、D、E、B、C。又於本發明中，僅以求出第一薄膜的以絕對值所表示的膜厚度分布為目的的狀況時，亦可僅求出波長λ1及波長λ2之中的波長λ1。此狀況下，不進行圖1的D及E(求出波長λ2的步驟)。又，僅以求出第二薄膜的以絕對值所表示的膜厚度分布為目的的狀況時，亦可僅求出波長λ1及波長λ2之中的波長λ2。此狀況下，不進行圖1的B及C(求出波長λ1的步驟)。

接著，於測定膜厚度分布的SOI晶圓表面的一部分區域，如同前述分別照射預先選擇的單一波長λ1、λ2的光(參照圖1的F)，自經照射的一部分區域(照射區域)檢測出反射光，而測定該照射區域所複數分割成的各像素的反射率(參照圖1的G)。

另一方面，關於含有經求出各像素的反射率的照射區域的區域，藉由能夠測定膜厚度的絕對值的裝置(外部裝置)，測定第一薄膜及第二薄膜的膜厚度的絕對值(參照圖1的H)。作為此能夠測定膜厚度的絕對值的裝置(外部裝置)，能夠適當使用利用分光橢圓偏光法或反射光譜法的裝置。若是利用分光橢圓偏光法或反射光譜法的裝置，則能夠簡便便且高精密度地測定膜厚度的絕對值。

進一步，基於該絕對值，使用下述的計算法，算出第一薄膜及第二薄膜的膜厚度的絕對值的膜厚度分布(參照圖1的I)。

＜各像素的膜厚度絕對值的計算法＞ 藉由前述的方法所求出的波長λ2，代表即使BOX層的膜厚度變動SOI晶圓的反射率亦不變動的波長。於此，使用波長λ2，將BOX層的膜厚度固定於25nm，藉由模擬而求出設計膜厚度的12nm左右的SOI膜厚度與反射率(R)之間的關係，則能得到圖8。

於圖8中，將伴隨SOI層的膜厚度的變動(ΔSOI)的反射率變動定為ΔR，將ΔR以R標準化後的ΔR／R定為反射率變動率，將相對於SOI膜厚度的反射率變動率的斜率定為C，則斜率C＝ΔSOI／(ΔR／R)。

又，若將全像素的平均反射率定為Rm，各像素的反射率與Rm的差定為ΔRm，以外部裝置所測定的SOI膜厚度定為T0，則所要求取的各像素的SOI膜厚度的絕對值Tp，能夠以下述數學式(1)求出。 【數學式1】 Tp＝T0＋(ΔRm／Rm) × C

同樣地，藉由使用波長λ1，能夠求出各像素的BOX膜厚度的絕對值。

作為照射所選擇的單一波長λ1、λ2的光的具體辦法，能夠使用例如圖2所示的光學顯微鏡。如圖2所示，能夠以將來自安裝有用以選擇波長的帶通濾波器4的一般光學顯微裝置2的光源3的照射光，對測定膜厚度分布的帶薄膜晶圓1的一部分區域進行照射的方式而實施。

即，使用照射單一波長λ1、λ2的光的光學顯微鏡裝置，測定欲測定膜厚度分布的帶薄膜晶圓1的照射區域的顯微鏡反射光像，分析所得到的圖像而分別求出各像素的反射光強度(或是反射率)，使用此些反射光強度(或是反射率)及藉由能夠測定膜厚度的絕對值的裝置(外部裝置)所測定的第一薄膜及第二薄膜的膜厚度的絕對值，算出照射區域內各薄膜的絕對值的膜厚度分布。

本發明中，藉由以即使第二薄膜的膜厚度變動帶薄膜晶圓的反射率亦不變動的波長λ1測定第一薄膜的反射光強度分布，及藉由以即使第一薄膜的膜厚度變動帶薄膜晶圓的反射率亦不變動的波長λ2測定第二薄膜的反射光強度分布的至少一個，導入來自外部裝置的膜厚度資料並與該各反射光強度分布組合，能夠以微觀的空間解析度精密度良好地算出第一薄膜及/或第二薄膜的以絕對值所表示的膜厚度分布。又，沒有使用各個第一薄膜及第二薄膜的膜厚度的組合的對照用晶圓製成校正曲線的必要。又由於將照射的光的波長，限定於各個單一波長的λ1及λ1的至少任一個，因此用於算出膜厚度分布的計算量少，能夠低成本且簡便迅速地測定。

又，雖然能夠分別照射單一波長λ1、λ2的光，而分別檢測各自的反射光，以算出各薄膜的膜厚度分布，但亦能夠同時照射單一波長λ1、λ2的光，並分離反射光的各波長成分，以算出各薄膜的膜厚度分布。

波長選擇能夠使用OA過濾器及液晶波長過濾器。又，以使用觀察視野(照射區域)內的光照強度為固定的照射系統，及視野內的靈敏度為固定的光學檢測系統為佳。即使在光照強度不為固定的照射系統，亦能夠以參考樣品面(例如，單晶矽晶圓的鏡面研磨面)為基準，以矯正光照強度。

如此，本發明的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法，由於能夠使用一般的顯微鏡光學系統而以可見光進行因此為低成本。又，空間解析度能夠藉由改變顯微鏡的倍率，自照射光的波長程度至100[μm]程度自由選擇。

又，像素的單邊的尺寸，以為波長λ1或λ2的1/2以上且100[μm]以下為佳。如此的像素尺寸，則沒有難以聚焦的風險，能夠更正確地以高空間解析度計算出帶薄膜晶圓的薄膜的相對膜厚度分布。

進一步，將上述照射區域設定為在帶薄膜晶圓的表面內的複數個位置，於複數個位置進行照射區域的反射光強度分布的測定，而能夠測定晶圓全表面的膜厚度分布。即使是晶圓全表面的測定，由於對於分別的薄膜將測定波長限定於單一波長(即使是測定的一薄膜及第二薄膜雙方的膜厚度分布的狀況，合計為兩個波長)，能夠進行計算量少、低成本而迅速的測定。

另外，關於在製造SOI晶圓後，是否得到接近設定值的膜厚度，亦能夠暫時以習知的膜厚度測定方法(分光橢圓偏光法、反射光譜法等)進行大略的膜厚度確認後，再進行依照本發明的詳細的膜厚度分布(微觀的膜厚度分布)的測定。

又，藉由使本發明的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法中的以光照射的區域，能夠對顯微鏡的倍率及視野範圍進行調整等而與裝置製造步驟的微影曝光部位一致。藉此，能夠計算出能夠有效活用於裝置製造步驟的薄膜的膜厚度分布。由於裝置製造步驟的微影曝光時使用步進曝光機的部位，為例如26[mm] × 8[mm]左右的尺寸，因此能夠藉由對顯微鏡的倍率及視野範圍進行調整等而使之與微影曝光部位一致。

另外，本說明書中的第一薄膜及第二薄膜等的薄膜，為形成於基板上的膜，具有能夠使穿透該膜的照射光於其與基底(基板表面或其他膜)的界面反射，而自表面側檢測其反射光的膜厚度。

以上雖說明本發明的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法，但如同前述，T1、T2及t的值並不限於上述的值。在此，以下顯示決定波長λ1及λ1時，設定膜厚度T1、T2為其他值的狀況((1)SOI層＝10.5[nm]、BOX層＝20[nm]，(2)SOI層＝10[nm]、BOX層＝15[nm]的狀況)。

[SOI層＝10.5[nm]、BOX層＝20[nm]的狀況] 藉由模擬計算出顯示測定對象的SOI晶圓相對於可見光波長以上的波長區域的光的反射率的波長相依性的量表圖形P1(參照圖4(A)、(B))。 藉由模擬而計算出表示相較於SOI層的設定膜厚10.5[nm]，具有以1[nm]的幅度較厚的SOI層的SOI晶圓的對於可見光波長以上的波長區域的光的反射率之波長相依性的一量表圖形P21(參照圖4的(A))。

藉由模擬而計算出表示相較於BOX層的設定膜厚20[nm]，具有以1[nm]的幅度較厚的BOX層的SOI晶圓的對於可見光波長以上的波長區域的光的反射率之波長相依性的一量表圖形P22(參照圖4的(B))。

計算出經計算出的兩個該量表圖形P1、P21的差的一量表圖形P31(=P21-P1)，及經計算出的兩個該量表圖形P1、P22的差的一量表圖形P32(=P22-P1)，並將經計算出的差的該量表圖形P31、P32為0時的波長542[nm]、476[nm]分別決定為波長λ1及λ2(參照圖4的(C))。

[SOI層＝10[nm]、BOX層＝25[nm]的狀況] 藉由模擬計算出顯示測定對象的SOI晶圓相對於可見光波長以上的波長區域的光的反射率的波長相依性的量表圖形P1(參照圖5(A)、(B))。

藉由模擬而計算出表示相較於SOI層的設定膜厚10[nm]，具有以1[nm]的幅度較厚的SOI層的SOI晶圓的對於可見光波長以上的波長區域的光的反射率之波長相依性的一量表圖形P21(參照圖5的(A))。

藉由模擬而計算出表示相較於BOX層的設定膜厚15[nm]，具有以1[nm]的幅度較厚的BOX層的SOI晶圓的對於可見光波長以上的波長區域的光的反射率之波長相依性的一量表圖形P22(參照圖5的(B))。

計算出經計算出的兩個該量表圖形P1、P21的差的一量表圖形P31(=P21-P1)，及經計算出的兩個該量表圖形P1、P22的差的一量表圖形P32(=P22-P1)，並將經計算出的差的該量表圖形P31、P32為0時的波長502[nm]、437[nm]分別決定為波長λ1及λ2(參照圖5的(C))。

並且如上所述，經求取λ1、λ2之後，進行與圖1的F~I相同的步驟，而能夠求取BOX層及SOI層得膜厚度分布。

另外，雖然是以在求取λ1、λ2時，具有以t[nm]的幅度較厚的狀況以說明，但反過來亦可模擬t[nm]的幅度較薄的狀況以求取。

以下雖顯示實施例及比較例而更具體地說明本發明，但本發明並非限定於此。 ［實施例］

作為測定對象，使用SOI層膜厚度為12[nm]、BOX層膜厚度為25[nm]的SOI晶圓(直徑為300[mm])，將此SOI晶圓以本發明的測定方法進行膜厚度分布測定。此時，作為進行SOI層及BOX層的膜厚度的絕對值的膜厚度測定的裝置，使用ADE公司製作的Acumap(測定光束直徑：約300μm)。

依照顯示於圖1的流程圖，藉由模擬而計算出設定膜厚於SOI層為12[nm]，BOX層為25[nm]的SOI晶圓的量表圖形P1。接著藉由同樣的模擬，算出此SOI晶圓的SOI層僅增厚1[nm]時的圖形量表P21。並且自P1及P21，計算出為其差的圖形量表P31(＝P21-P1)，取得P31為0時的波長λ1。此處，λ1為615[nm]。

進一步，藉由模擬算出前述的SOI晶圓的BOX層僅增厚1[nm]時的圖形量表P22。並且自P1及P22，計算出為其差的圖形量表P32(＝P22-P1)，取得P32為0時的波長λ2。此處，λ2為530[nm]。即得到如同圖3所示的量表的結果(λ1、λ2)。

根據此些結果，使用530[nm]的波長λ2的光，將SOI晶圓的SOI層的外周區域約3mm，以像素尺寸2.56[μm]自晶圓中心方向朝晶圓外圍方向直到平台部(沒有SOI層的最外周部)為止，進行反射光強度測定。 圖6的(A)的上側圖，為顯示經進行反射光強度測定的SOI層的外周區域的顯微鏡像。白線所圍起的長方形區域為經測定反射光強度的區域，該測定區域內的顯示有微小的凹凸的曲線為表示反射光強度的測定結果。圖6的(A)的下側圖，為將該曲線的縱軸刻度擴大顯示的量表。

圖6的(B)為將圖6的(A)的下半圖的以虛線圍起的區域(約300μm)的將橫軸擴大顯示之物，顯示300μm寬的直線區域中各像素的反射光強度分布(即，約300μm寬的直線區域的SOI層的相對膜厚度分布)。縱軸顯示反射光強度，橫軸顯示測定區域內的位置。

接著，配合進行SOI層及BOX層的膜厚度的絕對值的膜厚度測定的裝置(此處為ADE公司製的Acumap)的測定光束直徑，求取了以此直線區域為直徑的圓形區域(直徑約300μm)的各像素的反射光強度(平均反射光強度Rm＝3240.12)。

同樣，使用615[μm]的波長λ1的光，測定了與上述同樣區域(直徑約300μm的圓形區域)中各像素的反射光強度(平均反射光強度Rm＝3036.23)。另外，圖7的(B)與圖6的(B)相同，顯示直徑約300μm的圓形區域中的約300μm寬的直線區域中的各像素的反射光強度分布(即，約300μm寬的直線區域中BOX層的相對膜厚度分布)。

另一方面，藉由ADE公司製的Acumap，測定與前述的測定了反射光強度的區域(直徑約300μm的圓形區域)幾乎一致的區域的SOI層及BOX層的膜厚度的絕對值時，得到其分別為12.33nm、24.95nm。使用此些絕對值，及上述圓形區域的各像素的反射光強度，藉由使用前述數學式(1)的計算法，算出了該區域的SOI層及BOX層的膜厚度的絕對值的膜厚度分布。

圖6的(C)，為顯示圖6的(A)的一部分中SOI層的膜厚度分布的量表圖，為自圖6(B)的結果，及包含於測定區域的SOI層的膜厚度的平均值的12.33nm所算出之物。如自圖6(C)可知，求取了SOI層的膜厚度分布的絕對值。

圖7的(C)，為顯示圖7的(A)的一部分中BOX層的膜厚度分布的量表圖，為自圖7(B)的結果，及包含於測定區域的BOX層的膜厚度的平均值的24.95nm所算出之物。如自圖7(C)可知，求取了BOX層的膜厚度分布的絕對值。

又，測定區域中的SOI層及BOX層的膜厚度的平均值、最大值、最小值，P－V值(即最大值與最小值的差)及標準差顯示於以下的表1。

【表1】

如同前述，於習知的膜厚度測定方法(ADE公司製Acumap)，僅能作為直徑約300μm的測定光束的直徑的照射點一點的平均值而測定的SOI層及BOX層的膜厚度的絕對值，藉由使用本發明的方法，能夠進行以μm尺度的高空間解析度，精度良好的膜厚度分布的測定。

另外，本發明並不為前述實施例所限制。前述實施例為例示，具有與本發明的申請專利範圍所記載的技術思想為實質相同的構成，且達成同樣作用效果者，皆包含於本發明的技術範圍。

1‧‧‧帶薄膜晶圓
2‧‧‧光學顯微裝置
3‧‧‧光源
4‧‧‧帶通濾波器

Claims (13)

1. 一種帶薄膜晶圓的膜厚度分布檢測方法，係用以測定一帶薄膜晶圓的一第一薄膜及一第二薄膜中的至少一個的膜厚度分布，該第一薄膜形成於基板表面上，該第二薄膜形成於該第一薄膜的表面上，該帶薄膜晶圓的膜厚度分布檢測方法包含： (A) 藉由模擬而計算出表示測定對象的該帶薄膜晶圓對於可見光波長以上的波長區域的光的反射率之波長相依性的一量表圖形P1的步驟； (B) 下述（b1）與（b2）中的至少一個步驟， （b1）以藉由模擬而計算出表示相較於測定對象的該帶薄膜晶圓的該第二薄膜的設定膜厚T2，具有以t[nm]的幅度較薄或較厚的第二薄膜的帶薄膜晶圓的對於可見光波長以上的波長區域的光的反射率之波長相依性的一量表圖形P21的子步驟，以及計算出經計算出的兩個該量表圖形P1、P21的差的一量表圖形P31(=P21-P1)，並求出於經計算出的差的該量表圖形P31為0時的一波長λ1的子步驟，以求出該波長λ1的步驟，及 （b2）以藉由模擬而計算出表示相較於測定對象的該帶薄膜晶圓的該第一薄膜的設定膜厚T1，具有以t[nm]的幅度較薄或較厚的第二薄膜的帶薄膜晶圓的對於可見光波長以上的波長區域的光的反射率之波長相依性的一量表圖形P22的子步驟，以及計算出經計算出的兩個該量表圖形P1、P22的差的量表圖形P32(=P22-P1)，並求出於經計算出的差的該量表圖形P32為0時的一波長λ2的子步驟，以求出該波長λ2的步驟； （C）對於測定對象的該帶薄膜晶圓表面的一部分區域的一照射區域，照射單一波長的該波長λ1及該波長λ2中至少一種的步驟； （D）藉由檢測自該照射區域的反射光的該波長λ1及該波長λ2中至少一種，而測定該照射區域所複數分割的各像素的反射光強度，以求出該照射區域內的該波長λ1及該波長λ2中至少一種的反射光強度的步驟； （E）進行自該波長λ1的反射光強度分布而計算出該照射區域內該第一薄膜的以相對值所表示的膜厚度分布，及進行自該波長λ2的反射光強度分布而計算出該照射區域內該第二薄膜的以相對值所表示的膜厚度分布中至少一個的步驟； （F）使用得以測定該第一薄膜的膜厚度及該第二薄膜的膜厚度中至少一個的絕對值的膜厚度測定裝置，測定該照射區域內該第一薄膜及該第二薄膜中至少一個的膜厚度的絕對值的步驟；以及 （G）基於該經測定的膜厚度的絕對值、以及該第一薄膜的以相對值所表示的膜厚度分布及該第二薄膜的以相對值所表示的膜厚度分布中至少一個，計算出該照射區域內的該第一薄膜的以絕對值所表示的膜厚度分布及該照射區域內的該第二薄膜的以絕對值所表示的膜厚度分布的步驟。
2. 如請求項1所述的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法，其中測定對象的該帶薄膜晶圓為SOI晶圓，該第一薄膜為埋入氧化膜層，該第二薄膜為由單晶矽所構成的SOI層。
3. 如請求項1所述的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法，其中該波長λ1及該波長λ2中至少一個係為選自可見光波長的單一波長。
4. 如請求項2所述的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法，其中該波長λ1及該波長λ2中至少一個係為選自可見光波長的單一波長。
5. 如請求項1所述的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法，其中使該像素的單邊的尺寸，為該波長λ1或該波長λ2的1/2以上且100[μm]以下。
6. 如請求項2所述的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法，其中使該像素的單邊的尺寸，為該波長λ1或該波長λ2的1/2以上且100[μm]以下。
7. 如請求項3所述的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法，其中使該像素的單邊的尺寸，為該波長λ1或該波長λ2的1/2以上且100[μm]以下。
8. 如請求項4所述的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法，其中使該像素的單邊的尺寸，為該波長λ1或該波長λ2的1/2以上且100[μm]以下。
9. 如請求項1至8中任一項所述的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法，其中使該照射區域與裝置製造步驟的微影曝光部位一致。
10. 如請求項1至8中任一項所述的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法，其中藉由將計算該第一薄膜及該第二薄膜中至少一個的以相對值所表示的膜厚度分布的該照射區域設定為在該帶薄膜晶圓的表面內的複數個位置，以於全表面求出以絕對值所表示的膜厚度分布。
11. 如請求項1至8中任一項所述的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法，其中該膜厚度測定裝置為使用分光橢圓偏光法或反射光譜法的裝置。
12. 如請求項1至8中任一項所述的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法，其中藉由在該波長λ1及該波長λ2中僅求出該波長λ1，以僅求出該第一薄膜的以絕對值所表示的膜厚度分布。
13. 如請求項1至8中任一項所述的帶薄膜晶圓的膜厚度分布的測定方法，其中藉由在該波長λ1及該波長λ2中僅求出該波長λ2，以僅求出該第二薄膜的以絕對值所表示的膜厚度分布。