TWI477735B - Measurement of film thickness distribution - Google Patents

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TWI477735B TW101145653A TW101145653A TWI477735B TW I477735 B TWI477735 B TW I477735B TW 101145653 A TW101145653 A TW 101145653A TW 101145653 A TW101145653 A TW 101145653A TW I477735 B TWI477735 B TW I477735B
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Description

膜厚分布測量方法
本發明關於一種膜厚分布測量方法，其利用反射光譜法來測量半導體元件所使用之附帶2層薄膜之晶圓的膜厚分布。
近年來，伴隨著設計規則的微細化，開始使用絕緣體上矽(Silicon-On-Insulator，SOI)晶圓，該SOI晶圓是用於全空乏絕緣體上矽(Fully Depleted SOI，FD-SOI)元件、鰭片場效電晶體(Fin Field Effect Transistor，FinFET)元件、及矽奈米線電晶體(silicon nanowire transistor)等SOI元件，且具有特別要求較高的膜厚均勻性的超薄薄膜的SOI層。於這些元件中，SOI膜厚及埋入氧化膜(buried oxide film，BOX膜)厚的均勻性，在決定電晶體的特性方面，成為重要的因素。
現有的膜厚測量方法，該方法用以算出於基板的表面上具有薄膜之此種附帶薄膜之晶圓的薄膜的膜厚分布，通常是利用橢圓偏振光譜法(spectroscopic ellipsometry)、反射光譜法，測量每個點的膜厚，市售的膜厚分布測量裝置，還不能夠以高處理量(Throughput)且高精度地測量整個晶圓的膜厚分布。
於利用橢圓偏振光譜法、反射光譜法所實行的點測量中，對每個測量點，獲取某波長範圍(通常為可見光區)的光譜，針對該光譜與模型膜結構擬合(fitting)，而求出各測量點的膜厚。因此，若想要以高處理量且高精度地對整個晶圓進行測量時，由於測量點數量過度增加，因此，自計算量及時間的限制來看，現實上是不可能進行此種測量。
又，為了進行光譜測量，寬波長範圍的波長區域必不可少，因此，提高空間解析度來進行多點膜厚測量，實際上為不可能。
如此一來，高密度、精度良好且短時間地進行SOI晶圓等的附帶薄膜之晶圓的膜厚分布的測量，會成為問題。
再者，於專利文獻1中，記載有一種方法，該方法是利用反射光譜法，且使用紫外線波長區域內的2種波長的光，同時測量SOI層與BOX層之2層。
於專利文獻2中，揭示有一種技術，該技術是向SOI上照射白光，按照各波長將反射光分光，並根據各波長的干擾資訊，算出SOI層膜厚。
於專利文獻3中，記載有一種方法，該方法的目的在於以更高精度來測量在基板上形成有複數個層之被測量物的膜厚，主要是使用一種於紅外線頻帶內具有波長成分之光源，並反覆計算各波長中的理論反射率(光譜)，藉由擬合而決定測量對象的膜厚。
[先行技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1：日本特開平7-55435號公報
專利文獻2：日本特開2002-343842號公報
專利文獻3：日本特開2010-2327號公報
本發明是鑒於前述問題而完成，其目的在於提供一種膜厚分布測量方法，其可使用反射光譜法，高密度、精度良好且短時間地測量附帶薄膜之晶圓的膜厚分布。
為了達成上述目的，根據本發明，提供一種膜厚分布測量方法，其是利用反射光譜法來測量附帶薄膜之晶圓的第一薄膜的膜厚分布，該附帶薄膜之晶圓是具有形成於基板的表面上之第一薄膜、及形成於該第一薄膜的表面上之第二薄膜；並且，該膜厚分布測量方法的特徵在於進行下述步驟：利用模擬來算出輪廓P1之步驟，該輪廓P1是表示前述測量對象之附帶薄膜之晶圓，對於可見光的波長以上的波長區域的光之反射率的波長相關性；利用模擬來算出輪廓P21之步驟，該輪廓P21是表示具有僅比前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的前述第二薄膜的設定膜厚T2薄或厚t[nm]之第二薄膜之附帶薄膜之晶圓，對於可見光以上的波長區域的光之反射率的波長相關性；算出前述算出之輪廓P1與輪廓P21兩者之差值的輪廓P31(=P21-P1)，並求出當該算出之差值的輪廓P31成為零時的波長λ 1之步驟；及，選擇包含前述求出 之波長λ 1之波段，作為利用前述反射光譜法來實行的膜厚分布測量所使用之光的波段之步驟；而且，向前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的表面上照射光，僅將來自該附帶薄膜之晶圓的表面的反射光中的前述選擇之波段的反射光作為測量對象，或向前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的表面上照射前述選擇之波段的光，將來自該附帶薄膜之晶圓的表面的全部反射光作為測量對象，並利用反射光譜法來測量前述第一薄膜的膜厚分布。
若為此種膜厚分布測量方法，則可使用反射率相對於第二薄膜之膜厚變動而並不變動之波段的光，且利用反射光譜法進行測量，可高密度、精度良好且短時間地測量第一薄膜的膜厚分布。
此時，較佳為，於選擇包含前述求出之波長λ 1之波段之步驟中，自波長λ 1±50[nm]的範圍內選擇前述波段。
如此一來，可更準確地選擇反射率相對於第二薄膜之膜厚變動而並不變動之波段，並可準確且精度良好地測量第一薄膜的膜厚分布。
又，根據本發明，提供一種膜厚分布測量方法，其是利用反射光譜法來測量附帶薄膜之晶圓的第二薄膜的膜厚分布，該附帶薄膜之晶圓是具有形成於基板的表面上之第一薄膜、及形成於該第一薄膜的表面上之第二薄膜；並且，該膜厚分布測量方法的特徵在於進行下述步驟：利用模擬來算出輪廓P1之步驟，該輪廓P1是表示前述測量對象之附帶薄膜之晶圓，對於可見光的波長以上的波長區域的光之反射 率的波長相關性；利用模擬來算出輪廓P22之步驟，該輪廓P22是表示具有僅比前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的前述第一薄膜的設定膜厚T1薄或厚t[nm]之第一薄膜之附帶薄膜之晶圓，對於可見光以上的波長區域的光之反射率的波長相關性；算出前述算出之輪廓P1與輪廓P22兩者之差值的輪廓P32(=P22-P1)，並求出當該算出之差值的輪廓P32成為零時的波長λ 2之步驟；及，選擇包含前述求出之波長λ 2之波段，作為利用前述反射光譜法來實行的膜厚分布測量所使用之光的波段之步驟；而且，向前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的表面上照射光，僅將來自該附帶薄膜之晶圓的表面的反射光中的前述選擇之波段的反射光作為測量對象，或向前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的表面上照射前述選擇之波段的光，將來自該附帶薄膜之晶圓的表面的全部反射光作為測量對象，並利用反射光譜法來測量前述第二薄膜的膜厚分布。
若為此種膜厚分布測量方法，則可使用反射率相對於第一薄膜之膜厚變動而並不變動之波段的光，且利用反射光譜法進行測量，並可高密度、精度良好且短時間地測量第二薄膜的膜厚分布。
此時，較佳為，於選擇包含前述求出之波長λ 2之波段之步驟中，自波長λ 2±50[nm]的範圍內選擇前述波段。
如此一來，可更準確地選擇反射率相對於第一薄膜之膜厚變動而並不變動之波段，並可準確且精度良好地測量第二薄膜的膜厚分布。
又，根據本發明，提供一種膜厚分布測量方法， 其是利用反射光譜法來測量附帶薄膜之晶圓的第一薄膜及第二薄膜的膜厚分布，該附帶薄膜之晶圓是具有形成於基板的表面上之第一薄膜、及形成於該第一薄膜的表面上之第二薄膜；並且，該膜厚分布測量方法的特徵在於進行下述步驟：利用模擬來算出輪廓P1之步驟，該輪廓P1是表示前述測量對象之附帶薄膜之晶圓，對於可見光的波長以上的波長區域的光之反射率的波長相關性；利用模擬來算出輪廓P21之步驟，該輪廓P21是表示具有僅比前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的前述第二薄膜的設定膜厚T2薄或厚t[nm]之第二薄膜之附帶薄膜之晶圓，對於可見光以上的波長區域的光之反射率的波長相關性；算出前述算出之輪廓P1與輪廓P21兩者之差值的輪廓P31(=P21-P1)，並求出當該算出之差值的輪廓P31成為零時的波長λ 1之步驟；利用模擬來算出輪廓P22之步驟，該輪廓P22是表示具有僅比前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的前述第一薄膜的設定膜厚T1薄或厚t[nm]之第一薄膜之附帶薄膜之晶圓，對於可見光以上的波長區域的光之反射率的波長相關性；算出前述算出之輪廓P1與輪廓P22兩者之差值的輪廓P32(=P22-P1)，並求出當該算出之差值的輪廓P32成為零時的波長λ 2之步驟；及，選擇包含前述求出之波長λ 1及λ 2之波段，作為利用前述反射光譜法來實行的膜厚分布測量所使用之光的波段之步驟；並且，向前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的表面上照射光，僅將來自該附帶薄膜之晶圓的表面的反射光中的前述選擇之波段的反射光作為測量對象，或向前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的表面上照射 前述選擇之波段的光，將來自該附帶薄膜之晶圓的表面的全部反射光作為測量對象，並利用反射光譜法來測量前述第一薄膜及第二薄膜的膜厚分布。
若為此種膜厚分布測量方法，則可使用反射率相對於第一薄膜及第二薄膜之膜厚變動而並不變動之波段的光，且利用反射光譜法進行測量，並可高密度、精度良好且短時間地測量第一薄膜及第二薄膜的膜厚分布。
此時，較佳為，於選擇包含前述求出之波長λ 1及λ 2之波段之步驟中，當λ 1<λ 2時，自波長λ 1-50[nm]至波長λ 2+50[nm]的範圍內選擇前述波段；當λ 1>λ 2時，自波長λ 2-50[nm]至波長λ 1+50[nm]的範圍內選擇前述波段。
如此一來，可更準確地選擇反射率相對於薄膜之膜厚變動而並不變動之波段，並可準確且精度良好地測量第一薄膜及第二薄膜的膜厚分布。
又，此時，可使前述測量對象之附帶薄膜之晶圓為SOI晶圓，前述第一薄膜為埋入氧化膜，前述第二薄膜為由矽單晶所構成之SOI層。
如此一來，可使用具有埋入氧化膜及SOI層之SOI晶圓，作為測量對象之附帶薄膜之晶圓。藉由根據SOI層膜厚與埋入氧化膜之膜厚的組合，而選擇適宜的波長，可高密度、精度良好且短時間地測量SOI晶圓的薄膜的膜厚分布。
於本發明中，由於在利用反射光譜法來實行的膜 厚分布測量中，是選擇包含當上述之差值的輪廓P31成為零時的波長λ 1、或當差值的輪廓P32成為零時的波長λ 2、或該兩者的波長之波段，作為測量對象之光的波段，以測量膜厚分布，因此，可使用反射率相對於第一薄膜及第二薄膜之膜厚變動而並不變動之波段的光，且利用反射光譜法進行測量，並可分別單獨或同時，高密度、精度良好且短時間地測量第一薄膜與第二薄膜的膜厚分布。藉此，可提高膜厚的擬合精度。
1‧‧‧SOI晶圓
2‧‧‧光學顯微鏡裝置
3‧‧‧光源
4‧‧‧帶通濾波器
A~E‧‧‧步驟
第1圖是表示本發明的膜厚分布測量方法的步驟的流程圖。
第2圖是表示本發明的膜厚分布測量方法可使用之光學檢測裝置的概略圖。
第3圖是表示實施例1至實施例3中算出之各輪廓的圖。
第4圖是表示針對SOI晶圓而算出之各輪廓的一例的圖。
第5圖是表示針對SOI晶圓而算出之各輪廓的一例的圖。
第6圖是表示針對SOI晶圓而算出之各輪廓的一例的圖。
第7圖是表示針對SOI晶圓而算出之各輪廓的一例的圖。
第8圖是表示針對GeOI晶圓而算出之各輪廓的一例的圖。
第9圖是表示於實施例3、比較例3中進行評價之SOI層及埋入氧化膜的膜厚映射的圖。
以下，說明本發明的實施形態，但本發明並不限定於此。
先前，於利用反射光譜法來測量SOI晶圓等的附帶2層薄膜之晶圓的膜厚分布之膜厚分布測量方法中，高密度、精度良好且短時間地進行測量，已成為課題。
因此，本發明者為解決此種問題，而反覆銳意研究。結果發現，相對於各個第一薄膜與第二薄膜而存在一波長，該波長即使第一薄膜及第二薄膜有膜厚變動，於照射光之際，該光的反射率亦不變動，且此種波長是根據各個附帶薄膜之晶圓的設定膜厚規格而不同。進而發現，若使用以此波長為中心之特定範圍的波段的光，且利用反射光譜法來測量，則能以實用的高處理量且高精度地測量膜厚分布，並可提高膜厚的擬合精度，因而完成本發明。
第1圖是表示本發明的膜厚分布測量方法的步驟之流程圖。
本發明的膜厚分布測量方法的測量對象，是附帶薄膜之晶圓，該附帶薄膜之晶圓是具有形成於基板的表面上之第一薄膜、及形成於該第一薄膜的表面上之第二薄膜。例如，作為該測量對象之附帶薄膜之晶圓的一例，可列舉SOI晶圓，該SOI晶圓是於矽基板上形成有埋入氧化膜(BOX膜)，並於該埋入氧化膜上形成有由矽單晶所構成之SOI層。此處，以使附帶薄膜之晶圓作為此種SOI晶圓之情況為例來進行說明。
此處，使製造SOI晶圓時分別設定之埋入氧化膜的設定膜厚為T1[nm]，SOI層的設定膜厚為T2[nm]。
於本發明的膜厚分布測量方法中，選擇反射率相對於測量對象之SOI晶圓的薄膜的膜厚變動並不變動之波段，並將此選擇之波段的光作為利用反射光譜法來測量膜厚分布時的解析對象。為了選擇此波段，而實施以下所示之步驟。最初，說明僅測量第一薄膜亦即埋入氧化膜的膜厚(BOX層厚度)分布之情況。
首先，利用模擬來算出輪廓P1，該輪廓P1是表示測量對象之SOI晶圓，對於可見光的波長以上的波長區域的光之反射率的波長相關性(參照第1圖的A)。
繼而，利用模擬來算出輪廓P21，該輪廓P21是表示具有僅比測量對象之SOI晶圓的第二薄膜亦即SOI層的設定膜厚T2薄或厚t[nm]之SOI層之SOI晶圓，對於可見光以上的波長區域的光之反射率的波長相關性(參照第1圖的B)。此處，t的值並不特別限定，可為例如1 nm左右。
第3(A)圖是表示輪廓P1及輪廓P21的一例之圖；其中，輪廓P1是於測量對象之SOI晶圓的SOI層的設定膜厚T2為12 nm，埋入氧化膜的設定膜厚T1為25 nm之情況下之輪廓；輪廓P21是SOI層比該測量對象之SOI晶圓的SOI層厚1 nm，亦即SOI層的設定膜厚T2為13 nm，埋入氧化膜的設定膜厚T1為25 nm之SOI晶圓之輪廓。
如第3(A)圖所示，藉由變更SOI層的厚度，表示反射率的波長相關性之輪廓P1與輪廓P21發生變化。
繼而，算出輪廓P31(=P21-P1)，該輪廓P31是利用模擬而算出之輪廓P1與輪廓P21兩者之差值，並求出當該算出之差值的輪廓P31成為零時的波長λ 1(參照第1圖的C)。此處，輪廓P31是表示P1與P21之間的反射率的差值的波長相關性之輪廓。
於第3(C)圖中，示出第3(A)圖所示之輪廓P1與輪廓P21之差值的輪廓P31。如第3(C)圖所示，當此時的輪廓P31成為零時，亦即當反射率的差值成為零時的波長λ 1為608 nm。
於第4(C)圖至第7(C)圖中，示出具有與第3(C)圖的情況不同之設定膜厚的SOI層、及埋入氧化膜之SOI晶圓的情況下之差值的輪廓P31，此時，當輪廓P31成為零時的波長有複數個時，使求出之波長λ 1，為所獲得之膜厚分布測量所使用的裝置的檢測系統的S/N比較大的波長。一般來說，若為接近500~700 nm的波長，則能以高感度來進行測量。
繼而，選擇包含求出之波長λ 1之波段，作為利用反射光譜法來實行膜厚分布測量所使用之光的波段(參照第1圖的D)。
此處，較佳為，自波長λ 1±50 nm的範圍內選擇波段。如此一來，可更準確地選擇反射率相對於薄膜的膜厚變動並不變動之波段。
於第3(C)圖所示之輪廓P31的一例中，自波長608 nm±50 nm的範圍內(558~658 nm)選擇包含608 nm之波段。
於本發明的膜厚分布測量方法中，無需每次均實施此波 段之選擇，可根據測量對象之附帶薄膜之晶圓的SOI層厚度及埋入氧化膜厚度之組合，依據上述步驟，事先選擇適宜的波段。如此一來，若事先選擇波段，則可縮短膜厚分布測量的時間。
繼而，使用如此選擇之波段，利用反射光譜法，如下所述地測量埋入氧化膜的膜厚分布(參照第1圖的E)。
向測量對象之SOI晶圓的表面上照射光，僅將來自該SOI晶圓的表面的反射光中的選擇之波段的反射光作為測量對象，來測量埋入氧化膜的膜厚分布。此時，可使向SOI晶圓的表面上照射之光的波段，為可見光的較寬的波段。作為僅將反射光中的選擇之波段的反射光作為測量對象之方法，有使用解析軟體之方法。若為此方法，則可簡便地實施，而無需使用煩雜的測量方法或裝置，實用性較高。
或者，亦可向測量對象之SOI晶圓的表面上照射選擇之波段的光，並將來自該SOI晶圓的表面的全部反射光作為測量對象，來測量埋入氧化膜的膜厚分布。作為向SOI晶圓的表面上照射選擇之波段的光之方法，可使用例如第2圖所示之光學顯微鏡裝置來實施。
於第2圖所示之光學顯微鏡裝置2中，安裝有帶通濾波器(band-pass filter)4，可對光源3發出之光濾波，僅使由帶通濾波器4所選擇之波段的光通過，並向SOI晶圓1的表面上照射。如此一來，可進而提高膜厚分布的測量精度。
或者，亦可將帶通濾波器4變更為例如聲波濾波器(acoustic filter)、液晶濾波器、及可調雷射(tunable laser)， 進行照射光之濾波。
又，於光源中亦可設定波段，亦可使用各種雷射(半導體雷射(Laser Diode，LD)、氣體雷射、固體雷射、可調雷射)、發光二極體(Light Emitting Diode，LED)、及液晶顯示裝置(Liquid Crystal Display，LCD)等。又，亦可簡單地使用彩色照相機(color camera)的RGB訊號中的1個訊號。
根據如上所述地測量之反射光強度分布，可獲得第一薄膜的膜厚分布。
以下，對僅測量第二薄膜亦即SOI層的膜厚分布之情況加以說明。此處，未特別記載之事項，基本上是與測量上述埋入氧化膜的膜厚分布的情況相同。
在與上述同樣地算出輪廓P1之後(參照第1圖的A)，利用模擬來算出輪廓P22，該輪廓P22是表示具有僅比測量對象之SOI晶圓的埋入氧化膜的設定膜厚T1薄或厚t[nm]之SOI層之SOI晶圓，對於可見光以上之波長區域的光之反射率的波長相關性(參照第1圖的B)。
第3(B)圖是表示輪廓P1及輪廓P22的一例之圖；其中，輪廓P1是於測量對象之SOI晶圓的SOI層的設定膜厚T2為12 nm，埋入氧化膜的設定膜厚T1為25 nm之情況下之輪廓；輪廓P22是埋入氧化膜比該測量對象之SOI晶圓的埋入氧化膜厚1 nm，亦即埋入氧化膜的設定膜厚T1為26 nm，SOI層的設定膜厚T2為12 nm之SOI晶圓的輪廓。
繼而，算出輪廓P32(=P22-P1)，該輪廓P32是利用模擬而算出之輪廓P1與輪廓P22兩者之差值，並求出當 該算出之差值的輪廓P32成為零時的波長λ 2(參照第1圖的C)。
於第3(C)圖中，示出第3(B)圖所示之輪廓P1與輪廓P22之差值的輪廓P32。如第3(C)圖所示，當此時的輪廓P32為成零時，亦即當反射率的差值成為零時的波長λ 2為535 nm。
繼而，選擇包含求出之波長λ 2之波段，作為利用反射光譜法來實行的膜厚分布測量所使用之光的波段(參照第1圖的D)。此處，較佳為，自波長λ 2±50 nm的範圍內選擇波段。如此一來，可更準確地選擇反射率相對於薄膜之膜厚變動而並不變動之波段。
於第3(C)圖所示之輪廓P32的一例中，自波長535 nm±50 nm的範圍內(485~585 nm)選擇包含535 nm之波段。
繼而，使用選擇之波段，利用反射光譜法，測量SOI層的膜厚分布(參照第1圖的E)。
又，當同時測量第一薄膜及第二薄膜的膜厚分布時，與上述同樣地，算出輪廓P1、P21、P22、P31、及P32，並求出波長λ 1、λ 2。
於第3(A)圖、第3(B)圖所示之例子中，λ 1為608 nm，λ 2為535 nm。
繼而，選擇包含求出之波長λ 1及λ 2之波段，作為利用反射光譜法來實行的膜厚分布測量所使用之光的波段。此處，較佳為，當求出之波長λ 1及λ 2為λ 1<λ 2時，自波長λ 1-50 nm至波長λ 2+50 nm的範圍內選擇波段；當λ 1>λ 2時，自波長λ 2-50 nm至波長λ 1+50 nm的範圍內選擇 波段。如此一來，可更準確地選擇反射率相對於薄膜之膜厚變動而並不變動之波段。
於第3(C)圖所示之一例中，λ 1>λ 2，則自波長535 nm-50 nm至波長608 nm+50 nm的範圍內(485~658 nm)，選擇包含535 nm及608 nm之波段。此處，若選擇例如535 nm~608 nm的波段，於該波段的範圍中，由於SOI膜厚之膜厚增加與埋入氧化膜之膜厚增加，而反射率的變化相反，因此，測量精度提高。
之後，使用此選擇之波段，利用反射光譜法，測量埋入氧化膜的膜厚分布。
若為如上之本發明的膜厚分布測量方法，由於向測量對象之附帶薄膜之晶圓上照射光之際，即使第一薄膜及第二薄膜上有膜厚變動，亦可使用反射率不變動之波段的光，且利用反射光譜法，來實施膜厚分布測量，因此，可高密度、精度良好且短時間地測量第一薄膜及第二薄膜的膜厚分布。
於第4圖至第7圖中，示出於其他設定膜厚規格的SOI晶圓中，利用模擬而算出之輪廓P1、P21、P22、P31、及P32之一例。於第8圖中，示出於第一薄膜為埋入氧化膜，第二薄膜為絕緣體上鍺(Germanium On Insulator，GeOI)層的GeOI晶圓中，利用模擬而算出之輪廓P1、P21、P22、P31、及P32之一例。該等晶圓的設定膜厚規格示於表1。
[表1]
如此一來，相對於各種設定膜厚規格的附帶薄膜之晶圓，分別存在當差值的輪廓P31、P32成為零時的波長。如上所述，於向附帶薄膜之晶圓上照射此波長的光之際，該光的反射率並不變動。因此，若使用以此波長為中心之特定範圍的波段的光，且利用反射光譜法進行測量，則可以實用的高處理量且高精度地測量膜厚分布。
因此，可實現FD-SOI元件等所要求之較高的膜厚分布均勻性且具有SOI層、BOX層之晶圓的步驟管理、品質管理。
[實施例]
以下，示出本發明的實施例及比較例，以更具體地說明本發明，但本發明並不限定於該等實施例及比較例。
(實施例1)
利用如第1圖所示之本發明的膜厚分布測量方法，測量直徑為300 mm的SOI晶圓的埋入氧化膜(BOX層)的膜厚分布，並評價擬合精度。
此處，測量對象之SOI晶圓的SOI層的設定膜厚為12 nm，埋入氧化膜的設定膜厚為25 nm。作為利用反射光譜法來測量膜厚分布時的條件，使測量點為間隔1 mm之全面測量， 使周邊除外區域為3 mm。再者，擬合精度是基於95%的可信賴區間之測量精度。
首先，算出輪廓P1、P21、及P31，以選擇利用反射光譜法來測量膜厚分布之際所使用之波段。此處，於P21之計算中，使t的條件為僅厚1 nm之條件(SOI層的設定膜厚為13 nm)。算出之P1、P21示於第3(A)圖，P31示於第3(C)圖。當輪廓P31成為零時的波長λ 1為608 nm，選擇包含波長λ 1之598~618 nm的波段。
繼而，向測量對象之SOI晶圓上照射波段為400~800 nm的可見光，僅將上述選擇之波段的反射光作為測量對象，且利用反射光譜法，測量埋入氧化膜的膜厚分布。
結果示於表2。如表2所示，相較於後述比較例1，擬合精度得以大幅改善，能夠獲得與橢圓偏振光譜法的精度同等以上(於最大值中，0.11 nm以下的精度)的精度。又，測量所需時間，為與一般的反射光譜法同等的1分鐘以下。
(實施例2)
利用如第1圖所示之本發明的膜厚分布測量方法，測量與實施例1相同條件的SOI晶圓的SOI層的膜厚分布，並評價擬合精度。
首先，算出輪廓P1、P22、及P32，以選擇利用反射光譜法來測量膜厚分布之際所使用之波段。此處，於P22之計算中，使t的條件為僅厚1 nm之條件(埋入氧化膜的設定膜厚為26 nm)。算出之P1示於第3(A)圖，P22示於第3(B)圖， P32示於第3(C)圖。當輪廓P32成為零時的波長λ 2為535 nm，選擇包含波長λ 2之525~545 nm的波段。
繼而，向測量對象之SOI晶圓上照射波段為400~800 nm的可見光，僅將上述選擇之波段的反射光作為測量對象，且利用反射光譜法，測量埋入氧化膜的膜厚分布。其他條件與實施例1相同。
結果示於表2。如表2所示，相較於後述比較例2，擬合精度得以大幅改善，能夠獲得與橢圓偏振光譜法的精度同等以上(於最大值中，0.11 nm以下的精度)的精度。又，測量所需時間，為與一般的反射光譜法同等的1分鐘以下。
(實施例3)
利用如第1圖所示之本發明的膜厚分布測量方法，同時測量與實施例1相同條件的SOI晶圓的SOI層及埋入氧化膜的膜厚分布，並評價擬合精度。
首先，算出輪廓P1、P21、P22、P31、及P32，以選擇利用反射光譜法來測量膜厚分布之際所使用之波段。此處，於P21之計算中，使t的條件為僅厚1 nm之條件(SOI層的設定膜厚為13 nm)，於P22之計算中，使t的條件為僅厚1 nm之條件(埋入氧化膜的設定膜厚為26 nm)。算出之P1、P21示於第3(A)圖，P22示於第3(B)圖，P31、P32示於第3(C)圖。當輪廓P31、P32成為零時的波長λ 1、λ 2分別為608 nm、535 nm，選擇包含波長λ 1、λ 2之535~610 nm的波段。
繼而，向測量對象之SOI晶圓上照射波段為400 ~800 nm的可見光，僅將上述選擇之波段的反射光作為測量對象，且利用反射光譜法，測量埋入氧化膜的膜厚分布。其他條件與實施例1相同。
結果示於表2。如表2所示，相較於後述比較例3，擬合精度得以大幅改善，能夠獲得與橢圓偏振光譜法的精度同等以上(於最大值中，0.11 nm以下的精度)的精度。又，測量所需時間，為與一般的反射光譜法同等的1分鐘以下。
對於以實施例1至實施例3的測量點並利用橢圓偏振光譜法進行測量，由於即便以測量精度較差的條件，例如即便1個點用2秒鐘地測量，亦需要30小時以上，因此並不現實。
(比較例1)
利用反射光譜法測量膜厚分布之際，對於照射之波段為400~800 nm的可見光，將所有該波段的反射光作為測量對象，除此之外，以與實施例1相同的條件，測量SOI晶圓的埋入氧化膜的膜厚分布，並與實施例1同樣地評價。
其結果示於表2。如表2所示，相較於實施例1，擬合精度大幅惡化。
(比較例2)
利用反射光譜法測量膜厚分布之際，對於照射之波段為400~800 nm的可見光，將所有該波段的反射光作為測量對象，除此之外，以與實施例2相同的條件，測量SOI晶圓的SOI層的膜厚分布，並與實施例2同樣地評價。
其結果示於表2。如表2所示，相較於實施例2，擬合精度大幅惡化。
(比較例3)
利用反射光譜法測量膜厚分布之際，對於照射之波段為400~800 nm的可見光，將所有該波段的反射光作為測量對象，除此之外，以與實施例3相同的條件，測量SOI晶圓的SOI層及埋入氧化膜的膜厚分布，並與實施例3同樣地評價。
其結果示於表2。如表2所示，相較於實施例3，擬合精度大幅惡化。
於第9圖中，示出實施例3、比較例3所測量之SOI層及埋入氧化膜的膜厚映射(film thickness map)。如第9圖所示，於SOI層的膜厚映射中，兩者均能觀察到表示SOI層的膜厚不均之條紋圖案，其是表示實際的SOI層的膜厚不均。另一方面，於埋入氧化膜(BOX層)的膜厚映射中，比較例3中所看到之條紋圖案是受SOI層的膜厚不均之影響而產生，並非表示實際的膜厚不均，是由測量精度惡劣而產生。 相對於此，於實施例3中，由於未受SOI層的膜厚不均之影響，可精度良好地測量埋入氧化膜的膜厚分布，因此，並未觀察到條紋圖案。
如上所述，可確認以下事項：本發明的膜厚分布測量方法可使用反射光譜法，高密度、精度良好且短時間地測量附帶薄膜之晶圓的膜厚分布，並可提高擬合精度。
再者，本發明並不限定於上述實施形態。上述實施形態為例示，具有與本發明的申請專利範圍所述之技術思想實質相同的結構，並發揮相同作用效果之技術方案，均包含於本發明的技術範圍內。
A~E‧‧‧步驟

Claims (7)

  1. 一種膜厚分布測量方法，其是利用反射光譜法來測量附帶薄膜之晶圓的第一薄膜的膜厚分布，該附帶薄膜之晶圓是具有形成於基板的表面上之第一薄膜、及形成於該第一薄膜的表面上之第二薄膜；並且，該膜厚分布測量方法的特徵在於進行下述步驟：利用模擬來算出輪廓P1之步驟，該輪廓P1是表示前述測量對象之附帶薄膜之晶圓，對於可見光的波長以上的波長區域的光之反射率的波長相關性；利用模擬來算出輪廓P21之步驟，該輪廓P21是表示具有僅比前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的前述第二薄膜的設定膜厚T2薄或厚t[nm]之第二薄膜之附帶薄膜之晶圓，對於可見光以上的波長區域的光之反射率的波長相關性；算出前述算出之輪廓P1與輪廓P21兩者之差值的輪廓P31(=P21-P1)，並求出當該算出之差值的輪廓P31成為零時的波長λ 1之步驟；及，選擇包含前述求出之波長λ 1之波段，作為利用前述反射光譜法來實行之膜厚分布測量所使用之光的波段之步驟；而且，向前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的表面上照射光，僅將來自該附帶薄膜之晶圓的表面的反射光中的前述選擇之波段的反射光作為測量對象，或向前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的表面上照射前述選擇之波段的光，將來自該附帶薄膜之晶圓的表面的全部反射光作為測量對象，並利用反射光譜法來測量前述第一薄膜的膜厚分布。
  2. 如請求項1所述之膜厚分布測量方法，其中，於選擇包含前述求出之波長λ 1之波段之步驟中，自波長λ 1±50[nm]的範圍內選擇前述波段。
  3. 一種膜厚分布測量方法，其是利用反射光譜法來測量附帶薄膜之晶圓的第二薄膜的膜厚分布，該附帶薄膜之晶圓是具有形成於基板的表面上之第一薄膜、及形成於該第一薄膜的表面上之第二薄膜；並且，該膜厚分布測量方法的特徵在於進行下述步驟：利用模擬來算出輪廓P1之步驟，該輪廓P1是表示前述測量對象之附帶薄膜之晶圓，對於可見光的波長以上的波長區域的光之反射率的波長相關性；利用模擬來算出輪廓P22之步驟，該輪廓P22是表示具有僅比前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的前述第一薄膜的設定膜厚T1薄或厚t[nm]之第一薄膜之附帶薄膜之晶圓，對於可見光以上的波長區域的光之反射率的波長相關性；算出前述算出之輪廓P1與輪廓P22兩者之差值的輪廓P32(=P22-P1)，並求出當該算出之差值的輪廓P32成為零時的波長λ 2之步驟；及，選擇包含前述求出之波長λ 2之波段，作為利用前述反射光譜法來實行的膜厚分布測量所使用之光的波段之步驟；而且，向前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的表面上照射光，僅將來自該附帶薄膜之晶圓的表面的反射光中的前述選 擇之波段的反射光作為測量對象，或向前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的表面上照射前述選擇之波段的光，將來自該附帶薄膜之晶圓的表面的全部反射光作為測量對象，並利用反射光譜法來測量前述第二薄膜的膜厚分布。
  4. 如請求項3所述之膜厚分布測量方法，其中，於選擇包含前述求出之波長λ 2之波段之步驟中，自波長λ 2±50[nm]的範圍內選擇前述波段。
  5. 一種膜厚分布測量方法，其是利用反射光譜法來測量附帶薄膜之晶圓的第一薄膜及第二薄膜的膜厚分布，該附帶薄膜之晶圓是具有形成於基板的表面上之第一薄膜、及形成於該第一薄膜的表面上之第二薄膜；並且，該膜厚分布測量方法的特徵在於進行下述步驟：利用模擬來算出輪廓P1之步驟，該輪廓P1是表示前述測量對象之附帶薄膜之晶圓，對於可見光的波長以上的波長區域的光之反射率的波長相關性；利用模擬來算出輪廓P21之步驟，該輪廓P21是表示具有僅比前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的前述第二薄膜的設定膜厚T2薄或厚t[nm]之第二薄膜之附帶薄膜之晶圓，對於可見光以上的波長區域的光之反射率的波長相關性；算出前述算出之輪廓P1與輪廓P21兩者之差值的輪廓P31(=P21-P1)，並求出當該算出之差值的輪廓P31成為零時的波長λ 1之步驟； 利用模擬來算出輪廓P22之步驟，該輪廓P22是表示具有僅比前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的前述第一薄膜的設定膜厚T1薄或厚t[nm]之第一薄膜之附帶薄膜之晶圓，對於可見光以上的波長區域的光之反射率的波長相關性；算出前述算出之輪廓P1與輪廓P22兩者之差值的輪廓P32(=P22-P1)，並求出當該算出之差值的輪廓P32成為零時的波長λ 2之步驟；及，選擇包含前述求出之波長λ 1及λ 2之波段，作為利用前述反射光譜法來實行的膜厚分布測量所使用之光的波段之步驟；而且，向前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的表面上照射光，僅將來自該附帶薄膜之晶圓的表面的反射光中的前述選擇之波段的反射光作為測量對象，或向前述測量對象之附帶薄膜之晶圓的表面上照射前述選擇之波段的光，將來自該附帶薄膜之晶圓的表面的全部反射光作為測量對象，並利用反射光譜法來測量前述第一薄膜及第二薄膜的膜厚分布。
  6. 如請求項5所述之膜厚分布測量方法，其中，於選擇包含前述求出之波長λ 1及λ 2之波段之步驟中，當λ 1<λ 2時，自波長λ 1-50[nm]至波長λ 2+50[nm]的範圍內選擇前述波段；當λ 1>λ 2時，自波長λ 2-50[nm]至波長λ 1+50[nm]的範圍內選擇前述波段。
  7. 如請求項1至請求項6中的任一項所述之膜厚分布測量方 法，其中，前述測量對象之附帶薄膜之晶圓為SOI晶圓，前述第一薄膜為埋入氧化膜，前述第二薄膜為由矽單晶所構成之SOI層。
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