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半導体表面歪測定装置、方法及びプログラム

国内特許コード P110001464
整理番号 2007-P08
掲載日 2011年1月20日
出願番号 特願2007-269754
公開番号 特開2009-099757
登録番号 特許第5108447号
出願日 平成19年10月17日(2007.10.17)
公開日 平成21年5月7日(2009.5.7)
登録日 平成24年10月12日(2012.10.12)
発明者
  • 小椋 厚志
  • 小瀬村 大亮
  • 清水 良祐
出願人
  • 学校法人明治大学
発明の名称 半導体表面歪測定装置、方法及びプログラム
発明の概要

【課題】簡便に試料温度に起因するラマンスペクトルのピーク位置のシフトを補償して、正確な歪量を測定する。
【解決手段】レーザ光を発するレーザ装置10と、レーザ光を集光してウェーハ80上に照射する集光照射機構60と、レーザ光のウェーハ80上への照射パワーを調整する照射パワー調整手段30と、ウェーハ80上にレーザ光が照射されることにより発せられたラマン散乱光を受光してラマンスペクトルを測定する分光器110及びCCD検出器120とを備える。コンピュータ100は、照射パワー調整手段30により調整された異なる複数の照射パワーのそれぞれについてラマンスペクトルのピーク位置を求め、求められた複数のピーク位置を線形補間して照射パワー無限小におけるラマンスペクトルのピーク位置を求め、この求められたピーク位置からウェーハ80のレーザ光の照射位置における歪量を算出する。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


シリコン結晶に歪を加えると、キャリア移動度が増加し、等価的にチャネル幅を短くできることが知られている。これを利用して、LSIの微細化の限界を補填する技術として、SOI(Silicon on Insulator)等のウェーハ製造技術を利用した歪Si基板が提案されている。歪Si基板技術にとって重要な点は、導入する歪の絶対値と分布の制御である。このため、歪Si基板の歪の評価技術の確立は、製品開発及び製品管理上極めて重要である。また、微細化が更に進んでいるLSIの製造プロセスで生じる意図的でないウェーハの歪についても、これを正確に測定することがデバイス特性のバラツキ抑制等において極めて重要である。



従来、このようなシリコンウェーハの歪量を測定する技術としては、ラマン分光法、X線回折法、透過型電子顕微鏡(TEM)装置を用いた電子線回折法等が知られている。このうち、ラマン分光法は、非破壊でサブミクロン領域の歪測定が可能な手法として知られており、簡便でクリーンルームでの使用が可能であるため、LSI製造現場で最も容易に使用可能な評価手法として期待されている。ラマン分光法は、測定すべきシリコンウェーハ上にレーザ光の微小ビームスポットを照射することによって、シリコンウェーハから発せられたラマン散乱光のスペクトルを分光器で測定し、ラマンスペクトルのピーク位置を歪量、半値幅を結晶性の指標として評価する手法である。ラマン分光法では、シリコンウェーハ中への光の侵入深さはその波長に依存し、表面数nmのラマン分光測定を行うためには紫外光の利用が必要となる。



ところが単純に紫外光を用いるだけでは、光の侵入長が減少するのに伴って測定対象の体積が減少し、結果的に信号強度が減少する。十分に精度の高い測定を行うためには、強い光を当てるか測定時間を長くする必要が生じる。しかし、強い光を当てる方法は、試料温度の上昇を伴う。試料温度が上昇するとラマンスペクトルのピーク位置がシフトし、誤った歪量を測定する要因となる。また測定時間を長く取る手法では、合理的な時間内に、十分意味のある測定点数を伴った分布を測定することは難しい。



特許文献1では、散乱光のラマンスペクトルのピーク位置変動量から試料温度を推定し、その推定温度を用いて歪シリコン層及びシリコンゲルマニウム層のラマンスペクトルのピーク位置変動量を補正し、その補正された歪シリコン層及びシリコンゲルマニウム層のラマンスペクトルのピーク位置情報により、それら各層の内部応力を算出している。



しかし、この方法では、試料温度を推定するのに、試料の下層に存在する無応力のシリコン基板のラマンスペクトルのピーク位置のシフト量を測定し、これを参照情報として現在の試料温度を推定している。このため、試料温度の正確な推定は困難であり、また、無歪のシリコン基板のラマンスペクトルを得るために、シリコン基板に届く長波長の光を発生するためのレーザ光源を表層測定用とは別途必要とするという問題がある。

【特許文献1】特開2006-73866号公報

産業上の利用分野


本発明は、シリコンウェーハ等の半導体表面の歪を測定するための半導体表面歪測定装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
波長が異なる2以上の励起光を発する励起光光源と、
前記2以上の励起光を集光して被測定半導体試料上に同軸で照射する集光照射機構と、
前記励起光の前記被測定半導体試料上への照射パワーを調整する照射パワー調整手段と、
前記被測定半導体試料上に前記励起光が照射されることにより発せられたラマン散乱光を受光してラマンスペクトルを測定する測定装置と、
前記照射パワー調整手段により調整された異なる複数の照射パワーのそれぞれについて前記測定されたラマンスペクトルのピーク位置を求め、求められた複数のピーク位置を線形補間して照射パワー無限小におけるラマンスペクトルのピーク位置を求め、この求められたピーク位置から前記被測定半導体試料の前記励起光の照射位置における歪量を算出し、前記励起光の波長毎に前記歪量を算出して歪量の深さ分布を算出する演算装置と
を備えたことを特徴とする半導体表面歪測定装置。

【請求項2】
前記照射パワー調整手段は、透明度が異なる複数の半透明板の一つを選択的に光路上に配置することにより、前記励起光の透過量を調整するNDフィルタによって構成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体表面歪測定装置。

【請求項3】
前記被測定半導体試料への照射パワーを検出する受光素子を有し、
前記演算装置は、前記受光素子からの出力信号に基づいて照射パワーをモニタすることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体表面歪測定装置。

【請求項4】
前記励起光の少なくとも一つは、紫外光又は深紫外光であることを特徴とする請求項1記載の半導体表面歪測定装置。

【請求項5】
前記励起光の少なくとも一つの波長は、350~370nmであることを特徴とする請求項4記載の半導体表面歪測定装置。

【請求項6】
前記励起光を疑似線状光源に変換する手段を有し、
前記測定装置は、前記疑似線状光源の各位置のラマンスペクトル情報を含む2次元情報を検出する2次元マトリクス配置された複数の画素からなるCCDを有する
ことを特徴とする請求項1記載の半導体表面歪測定装置。

【請求項7】
波長が異なる2以上の励起光をそれぞれ異なる複数の照射パワーで被測定半導体試料上に同軸で照射し、
これにより前記各照射パワーについて前記被測定半導体試料から発せられたラマン散乱光を受光してラマンスペクトルを測定し、
前記各照射パワーにおけるラマンスペクトルのピーク位置を求め、
求められた複数のピーク位置を線形補間して照射パワー無限小におけるラマンスペクトルのピーク位置を求め、
この求められた照射パワー無限小時におけるラマンスペクトルのピーク位置から前記被測定半導体試料の前記励起光の照射位置における歪量を算出し、
前記励起光の波長毎に前記歪量を算出して歪量の深さ分布を算出する
ことを特徴とする半導体表面歪測定方法。

【請求項8】
波長が異なる2以上の励起光をそれぞれ異なる複数の照射パワーで被測定半導体試料上に同軸で照射し、これにより前記各照射パワーについて前記被測定半導体試料から発せられたラマン散乱光を受光してラマンスペクトルを測定して得られた測定値を入力するステップと、
前記各照射パワーについての測定値から前記各照射パワーにおけるラマンスペクトルのピーク位置を求めるステップと、
求められた複数のピーク位置を線形補間して照射パワー無限小におけるラマンスペクトルのピーク位置を求めるステップと、
この求められた照射パワー無限小時におけるラマンスペクトルのピーク位置から前記被測定半導体試料の前記励起光の照射位置における歪量を算出するステップと、
前記励起光の波長毎に前記歪量を算出して歪量の深さ分布を算出するステップと
をコンピュータに実行させるための半導体表面歪測定プログラム。
産業区分
  • 固体素子
  • 試験、検査
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007269754thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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