特許 7160779 薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-17

(45)【発行日】2022-10-25

(54)【発明の名称】薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/06 20060101AFI20221018BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20221018BHJP

【ＦＩ】

G01B11/06 Z

H01L21/66 J

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019182831

(22)【出願日】2019-10-03

(65)【公開番号】P2021060208

(43)【公開日】2021-04-15

【審査請求日】2022-01-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000190149

【氏名又は名称】信越半導体株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】517111000

【氏名又は名称】ユニティ セミコンダクター

【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＴＹ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(72)【発明者】

【氏名】桑原 登

(72)【発明者】

【氏名】ケビン クァクァエ

(72)【発明者】

【氏名】フィリップ ガスタルド

【審査官】櫻井 仁

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１２２２４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１９８４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１４５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２６０４３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／０６

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の表面上に形成された第一薄膜と、該第一薄膜の表面上に形成された第二薄膜とを少なくとも有する薄膜付ウェーハの前記第二薄膜の膜厚分布を測定する薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法であって、
前記薄膜付ウェーハを用い、波長λ０の照射光を用いたオートフォーカス機能を有する光学顕微鏡により焦点合わせを行って、焦点の高さＺ１を求める工程と、
前記薄膜付ウェーハの前記第二薄膜の観察画像の取得に使用する照射光の波長λ１を決定する工程と、
前記Ｚ１を基準に焦点の高さを変化させながら、前記波長λ１の照射光を使用して、前記光学顕微鏡により前記薄膜付ウェーハの前記第二薄膜の観察画像を取得する工程と、
前記観察画像内の反射光強度分布の標準偏差を算出し、前記反射光強度分布の標準偏差が最大となるピーク位置に対応する焦点の高さＺ２を取得し、前記Ｚ１と前記Ｚ２との差ΔＺを算出する工程と、
前記ΔＺを補正値として前記光学顕微鏡の前記オートフォーカス機能の補正を行う工程と、
前記補正されたオートフォーカス機能を用いて焦点合わせを行って、前記光学顕微鏡により前記薄膜付ウェーハの前記第二薄膜の観察画像を取得し、該観察画像内の反射光強度分布から膜厚分布を算出する工程とを有することを特徴とする薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法。

【請求項2】

前記波長λ１を決定する工程は、
前記薄膜付ウェーハの可視光の波長以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ１をシミュレーションにより算出する工程と、
前記薄膜付ウェーハの前記第一薄膜の設定膜厚Ｔ１よりｔ［ｎｍ］だけ薄い又は厚い第一薄膜を有する薄膜付ウェーハの、前記可視光以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ２２をシミュレーションにより算出する工程と、
前記算出した前記プロファイルＰ１と前記プロファイルＰ２２の差のプロファイルＰ３２（＝Ｐ２２－Ｐ１）を算出し、該算出した差のプロファイルＰ３２が０となるときの波長λ１に決定する工程であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法。

【請求項3】

前記薄膜付ウェーハがＳＯＩウェーハであり、前記第一薄膜が埋め込み酸化膜層であり、前記第二薄膜がシリコン単結晶からなるＳＯＩ層であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法。

【請求項4】

前記波長λ０の照射光は前記波長λ１よりも長波長であり、前記波長λ１は可視光波長から選択された単一の波長であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

薄膜付ウェーハとして、例えば、基板上にＢＯＸ層としての酸化膜、ＳＯＩ層としての単結晶シリコン膜を有するＳＯＩウェーハが知られている。一般に、ＳＯＩウェーハの製造工程において、製造するＳＯＩウェーハのＳＯＩ層膜厚、ＢＯＸ層膜厚はユーザーの仕様（膜厚スペック）により設定されており、その膜厚設定値を狙い値としてＳＯＩウェーハを製造した後に、検査工程などでＳＯＩ層膜厚の面内分布が評価される。

【0003】

特に、デザインルール２８ｎｍ以下のＦＤ－ＳＯＩデバイスでは、ＳＯＩ層の厳しい膜厚均一性が要求されている。直径３００ｍｍのＳＯＩウェーハ全体の膜厚均一性のみでなく、ミクロな領域内においてもＳＯＩ層の膜厚均一性が要求されている。

【0004】

因ってウェーハ全体のＳＯＩ膜厚均一性を評価するだけでなく、ミクロな領域内のＳＯＩ層膜厚均一性を評価し、品質改善、品質保証する必要が生じている。従来から行われている測定領域の大きい測定スポットの膜厚測定では不十分で、顕微鏡レベルのミクロな領域内におけるＳＯＩ層の膜厚評価が必要になってきた。

【0005】

本発明者は、ウェーハ表面の一部領域に単一波長λの光を照射し、前記領域からの反射光を検出して前記領域を多数に分割したピクセル毎の反射光強度を測定することによって、前記領域内の反射光強度分布を求め、該反射光強度分布から前記領域内における薄膜の膜厚分布を算出する薄膜付ウェーハの評価方法を提案した（例えば、特許文献１－３）。また、特許文献４にも、多層半導体構造の層の厚さバラツキを測定するための方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１１－２４９６２１号公報（特許第５３６５５８１号公報）

【文献】特開２０１６－１１４５０６号公報

【文献】特開２０１７－１２５７８２号公報

【文献】特表２０１６－５０４５６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１－４に記載の方法によって測定を行っても、ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層のミクロな領域内における膜厚分布の測定の精度が悪く、バラつきが大きく安定しないという問題があった。そこで、本発明者が測定に影響する様々なファクタを検討したところ、特許文献１－３に記載の方法では、ＳＯＩウェーハの膜厚スペック（膜厚仕様）毎に測定波長が異なるため、測定の精度や、安定性が異なること、各ＳＯＩウェーハの膜厚スペック毎に測定方法を検討することが必要であること等の問題があることを見出した。

【0008】

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、薄膜のミクロな領域における膜厚分布の測定を、精度高くかつ安定して行うことが可能な、薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、基板の表面上に形成された第一薄膜と、該第一薄膜の表面上に形成された第二薄膜とを少なくとも有する薄膜付ウェーハの前記第二薄膜の膜厚分布を測定する薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法であって、前記薄膜付ウェーハを用い、波長λ０の照射光を用いたオートフォーカス機能を有する光学顕微鏡により焦点合わせを行って、焦点の高さＺ１を求める工程と、前記薄膜付ウェーハの前記第二薄膜の観察画像の取得に使用する照射光の波長λ１を決定する工程と、前記Ｚ１を基準に焦点の高さを変化させながら、前記波長λ１の照射光を使用して、前記光学顕微鏡により前記薄膜付ウェーハの前記第二薄膜の観察画像を取得する工程と、前記観察画像内の反射光強度分布の標準偏差を算出し、前記反射光強度分布の標準偏差が最大となるピーク位置に対応する焦点の高さＺ２を取得し、前記Ｚ１と前記Ｚ２との差ΔＺを算出する工程と、前記ΔＺを補正値として前記光学顕微鏡の前記オートフォーカス機能の補正を行う工程と、前記補正されたオートフォーカス機能を用いて焦点合わせを行って、前記光学顕微鏡により前記薄膜付ウェーハの前記第二薄膜の観察画像を取得し、該観察画像内の反射光強度分布から膜厚分布を算出する工程とを有する薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法を提供する。

【0010】

このような薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法によれば、薄膜のミクロな領域における膜厚分布の測定を、精度高く、安定して、簡便に行うことができる。

【0011】

このとき、波長λ１を決定する工程は、薄膜付ウェーハの可視光の波長以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ１をシミュレーションにより算出する工程と、薄膜付ウェーハの第一薄膜の設定膜厚Ｔ１よりｔ［ｎｍ］だけ薄い又は厚い第一薄膜を有する薄膜付ウェーハの、可視光以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ２２をシミュレーションにより算出する工程と、算出した前記プロファイルＰ１と前記プロファイルＰ２２の差のプロファイルＰ３２（＝Ｐ２２－Ｐ１）を算出し、該算出した差のプロファイルＰ３２が０となるときの波長λ１に決定する工程である薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法とすることができる。

【0012】

これにより、照射領域内の第二薄膜の膜厚分布を、第一薄膜の膜厚分布の影響を受けずにより高い空間分解能でより精度よく算出することが可能な画像取得用照射光の波長λ１を、容易に得ることができる。

【0013】

このとき、薄膜付ウェーハがＳＯＩウェーハであり、第一薄膜が埋め込み酸化膜層であり、第二薄膜がシリコン単結晶からなるＳＯＩ層である薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法とすることができる。

【0014】

このように、測定対象の薄膜付ウェーハがＳＯＩウェーハである場合、照射領域内のＳＯＩ層の膜厚分布を、精度よく算出することができる。

【0015】

このとき、波長λ０の照射光は波長λ１よりも長波長であり、波長λ１は可視光波長から選択された単一の波長である薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法とすることができる。

【0016】

これにより、通常の光学顕微鏡（測定システム）を用いて可視光で測定を行えるため、低コストで簡便に実施できる。

【発明の効果】

【0017】

以上のように、本発明の薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法によれば、薄膜付ウェーハ上の薄膜のミクロな領域における膜厚分布の測定を、正確に、安定して、簡便に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明に係る薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法の工程を示すフロー図である。

【図2】本発明に係る薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法で使用することができる光学顕微鏡を示す概略図である。

【図3】実施例で使用したＳＯＩウェーハの、Ｚ２算出時に得た反射強度分布の標準偏差と高さＺの関係を示す。

【図4】参考例で使用したＳＯＩウェーハの、Ｚ２算出時に得た反射強度分布の標準偏差と高さＺの関係を示す。

【図5】実施例と比較例のＳＯＩ層の膜厚分布（標準偏差）評価結果を示す。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0020】

上述のように、薄膜のミクロな領域における膜厚分布の測定を、精度高くかつ安定して行うことが可能な、薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法が求められていた。

【0021】

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、基板の表面上に形成された第一薄膜と、該第一薄膜の表面上に形成された第二薄膜とを少なくとも有する薄膜付ウェーハの前記第二薄膜の膜厚分布を測定する薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法であって、前記薄膜付ウェーハを用い、波長λ０の照射光を用いたオートフォーカス機能を有する光学顕微鏡により焦点合わせを行って、焦点の高さＺ１を求める工程と、前記薄膜付ウェーハの前記第二薄膜の観察画像の取得に使用する照射光の波長λ１を決定する工程と、前記Ｚ１を基準に焦点の高さを変化させながら、前記波長λ１の照射光を使用して、前記光学顕微鏡により前記薄膜付ウェーハの前記第二薄膜の観察画像を取得する工程と、前記観察画像内の反射光強度分布の標準偏差を算出し、前記反射光強度分布の標準偏差が最大となるピーク位置に対応する焦点の高さＺ２を取得し、前記Ｚ１と前記Ｚ２との差ΔＺを算出する工程と、前記ΔＺを補正値として前記光学顕微鏡の前記オートフォーカス機能の補正を行う工程と、前記補正されたオートフォーカス機能を用いて焦点合わせを行って、前記光学顕微鏡により前記薄膜付ウェーハの前記第二薄膜の観察画像を取得し、該観察画像内の反射光強度分布から膜厚分布を算出する工程とを有する薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法により、薄膜付ウェーハ上の薄膜のミクロな領域における膜厚分布の測定を、正確に、安定して行うことが可能となることを見出し、本発明を完成した。

【0022】

以下、図面を参照して説明する。

【0023】

本発明に係る薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法では、例えば図２に示すような光学顕微鏡２を用いることができる。波長選択のためのバンドパスフィルター４を取り付けた一般的な光学顕微鏡２の光源３からの照射光を、評価する薄膜付ウェーハ１の一部領域に照射することができる。光学顕微鏡２はオートフォーカス（以下、単に「ＡＦ」ということもある）機能を有しており、自動的に焦点合わせを行うことができる。ＡＦ機能で使用する照射光は、膜厚測定の測定波長よりも長波長で、測定波長に影響を及ぼさないエネルギーの低い長波長の光を用い、７５０ｎｍ以上の長波長とすることが望ましい。また、光学顕微鏡２は制御部を備えており、制御部は、測定データの取得、取得したデータの解析処理、入力した測定条件に応じて測定を行う制御、入力したデータに基づく動作条件の補正などを行うことができる。

【0024】

また、本発明に係る薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法の対象である薄膜付ウェーハは、基板の表面上に形成された第一薄膜と、該第一薄膜の表面上に形成された第二薄膜とを少なくとも有するものである。このような薄膜付ウェーハとしては、例えば、第一薄膜に対応する埋め込み酸化膜層（ＢＯＸ層）、第二薄膜に対応するＳＯＩ層を有する、ＳＯＩウェーハを用いることが好ましい。特に、このようなＳＯＩウェーハを測定対象とした場合、ＳＯＩ層の膜厚分布を精度よく算出することができる。

【0025】

図１に本発明に係る薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法のフロー図を示す。

【0026】

図１のＳ１に示すように、まず、光学顕微鏡を使用し、評価用の薄膜付ウェーハを用い、波長λ０の照射光を用いたＡＦ機能により焦点合わせを行って、焦点の高さＺ１を求める工程を行う。評価用の薄膜付ウェーハは、実際に測定を行う対象の薄膜付ウェーハである。

【0027】

図１のＳ２に示す工程は、薄膜付ウェーハの第二薄膜の観察画像の取得に使用する照射光の波長λ１を決定する工程である。まず、この第二薄膜と第一薄膜の膜厚の設定値（仕様）を使用して、照射光の波長と反射光の反射率等との関係をシミュレーションにより算出し、その結果から、測定を行う照射光として最適な波長λ１を選択する。第二薄膜と第一薄膜の膜厚の設定値（仕様）に対応する最適波長λ１は、第二薄膜の膜厚を設定値（仕様）の膜厚に固定して、第一薄膜の膜厚を変動させた時に、反射率の変化がない波長を選ぶ。このような最適波長λ１を選ぶことで、第一薄膜の膜厚変動による反射率変動をなくし、第二薄膜の膜厚変動の影響のみが反射率変動に対して反映されることになる。

【0028】

この工程は、具体的には、例えば、特許文献２に記載されているようにして行うことができる。まず、評価対象の薄膜付ウェーハの可視光の波長以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ１をシミュレーションにより算出する。次に、評価対象の薄膜付ウェーハの第一薄膜の設定膜厚Ｔ１よりｔ［ｎｍ］だけ薄い、又は厚い第一薄膜を有する薄膜付ウェーハの可視光以上の波長領域の光に対する反射率の波長依存性を示すプロファイルＰ２２をシミュレーションにより算出する。次に、シミュレーションにより算出した両方のプロファイルＰ１、Ｐ２２の差のプロファイルＰ３２（＝Ｐ２２－Ｐ１）を算出し、該算出した差のプロファイルＰ３２がゼロとなるとき、すなわち反射率差がゼロになるときの波長を波長λ１と決定する。

【0029】

例えば、ＳＯＩウェーハでは、上記説明において、第一薄膜がＢＯＸ層に、第二薄膜がＳＯＩ層に相当する。ＳＯＩウェーハの膜厚スペックが、ＳＯＩ層：１２ｎｍ、ＢＯＸ層：２０ｎｍの場合、測定波長λ１として４９２ｎｍを用いることが最適であり（最適波長がλ１）、ＳＯＩウェーハの膜厚スペックが、ＳＯＩ層：１２ｎｍ、ＢＯＸ層：２５ｎｍの場合、測定波長λ１として５２０ｎｍを用いることが最適である。

【0030】

なお、Ｓ２の工程は、シミュレーションを行う工程であり、上述のＳ１の工程との順番は問わない。Ｓ２をＳ１より先に実施することも可能であるし、Ｓ１とＳ２の工程を同時進行で並行して行うことも可能である。

【0031】

図１のＳ３に示す工程は、Ｓ１で取得したＺ１を基準に焦点の高さを変化させながら、Ｓ２で決定した波長λ１の照射光を使用して、光学顕微鏡により薄膜付ウェーハの第二薄膜の観察画像を取得する工程である。観察画像を取得する焦点高さ位置のピッチは、０．５μｍ以下とすることが好ましく、０．２μｍ以下とすることがさらに好ましい。このような範囲であれば、より高い精度で測定を行うことができる。

【0032】

図１のＳ４に示す工程は、Ｓ３で取得した第二薄膜の観察画像内の反射光強度分布の標準偏差を算出し、反射光強度分布の標準偏差が最大となるピーク位置に対応する焦点の高さＺ２を取得し、Ｚ１とＺ２との差ΔＺ（＝Ｚ１－Ｚ２）を算出する工程である。ΔＺの算出は、Ｚ２を光学顕微鏡の制御部に入力することで、制御部内でΔＺ（＝Ｚ１－Ｚ２）の演算を行ってもよい。Ｓ３で取得した第二薄膜の観察画像の反射光強度分布の標準偏差が最大となる位置Ｚ２は、波長λ１の照射光を使用したときの焦点位置と見做すことができる。このＺ２を用いて、ΔＺ＝Ｚ１－Ｚ２を得ることができる。このようにΔＺは、波長λ０の照射光を用いたＡＦ機能で得た焦点位置Ｚ１と、第二薄膜の観察画像を取得するときに使用する波長λ１の照射光を用いたときの焦点位置Ｚ２との差であり、次の工程（Ｓ５）のＡＦ機能の補正に用いる補正値となる。

【0033】

図１のＳ５に示す工程は、Ｓ４で求めたΔＺを補正値として、光学顕微鏡のＡＦ機能の補正を行う工程である。算出したΔＺを補正値として光学顕微鏡の制御部に入力してもよいし、入力したＺ２から制御部内で演算して得たΔＺを補正値として読み込んでもよい。

【0034】

図１のＳ６に示す工程は、補正されたＡＦ機能を用いて焦点合わせを行って、光学顕微鏡により薄膜付ウェーハの第二薄膜の観察画像を取得し、該観察画像内の反射光強度分布から膜厚分布を算出する工程である。補正されたＡＦ機能を使用すると、ＡＦ機能を作動させて得た焦点位置に対し補正値ΔＺの補正を行うため、波長λ１の照射光を用いたときの精度の高い焦点位置で、第二薄膜の観察画像の取得が行われることになる。このようにして取得した観察画像の反射強度分布に基づいて膜厚分布を求めることで、精度の高い膜厚分布評価を行うことが可能となる。膜厚分布の評価は、例えば、膜厚分布の標準偏差で行うことが好ましい。

【実施例】

【0035】

以下、実施例を挙げて本発明について詳細に説明するが、これは本発明を限定するものではない。

【0036】

実施例、参考例、比較例で使用した膜厚測定システムである光学顕微鏡は、ＡＦ機能を有し観察画像（顕微鏡画像）の取得が可能なものである。ＡＦ機能で使用する照射光の波長は７８５ｎｍである。また、観察画像取得用の照射光の波長の調節、選択は、バンドパスフィルターを用いて行う。

【0037】

（実施例）
ＳＯＩウェーハの膜厚スペックが、ＳＯＩ層１２ｎｍ、ＢＯＸ層２０ｎｍのＳＯＩウェーハを用いた。まず、このＳＯＩウェーハを光学顕微鏡（膜厚測定システム）にセットし、ＡＦ機能を使用して焦点合わせを行い、焦点位置Ｚ１を求めた。Ｚ１は自動で取得した。

【0038】

また、このＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の観察画像取得に使用する照射光の波長λ１を、シミュレーションにより求めたところ、測定波長λ１＝４９２ｎｍであった。

【0039】

次に、バンドパスフィルターを使用して観察画像取得用の照射光の波長の調節を行い、照射光の波長をλ１＝４９２ｎｍとした。そして、Ｚ１を基準として焦点の高さを上下に変化させながら、観察画像を取得し、取得した観察画像の反射強度分布の標準偏差と高さＺの関係を求めた。図３に、高さＺと反射強度分布の標準偏差の関係を示す。図３に示された、標準偏差がピーク値になる高さがＺ２である。なお、Ｚ１の位置は、図３及び後述の図４において、グラフの右側に外れた範囲（横軸の数値範囲外）に位置している。

【0040】

このようにして得たＺ２を光学顕微鏡に入力し、光学顕微鏡内の制御部で、補正値ΔＺ（＝Ｚ１－Ｚ２）を算出するとともに、この補正値ΔＺを用いてＡＦ機能の補正を行った。

【0041】

そして、ＡＦで得た焦点位置に対し補正値ΔＺの補正を行い、ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の観察画像を取得し、測定領域の観察画像内の反射光強度分布から膜厚分布の標準偏差を算出した。具体的には、ウェーハ面内５点（中心１点＋外周端から５ｍｍ内側の位置４点）について、ＳＯＩ層の膜厚分布の標準偏差を、観察画像内の反射光強度分布に基づいて算出した。なお、測定領域は、２６６μｍ×２６６μｍ（２０４８×２０４８ピクセル）である。

【0042】

（参考例）
ＳＯＩウェーハの膜厚スペックが、ＳＯＩ層１２ｎｍ、ＢＯＸ層２５ｎｍのＳＯＩウェーハを用いた。このＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の観察画像の取得に使用する照射光の波長λ１は５２０ｎｍである。実施例と同様にして取得した観察画像の高さＺと反射強度分布の標準偏差の関係を求めたところ、図４に示されるような関係が得られた。この結果からわかるように、ＢＯＸ層の厚さが異なると、λ１が異なり、その結果、焦点のピーク位置Ｚ２による補正値も異なることがわかる。

【0043】

（比較例）
下記に示す従来の膜厚分布測定方法を採用したこと以外は、実施例と同じＳＯＩウェーハを使用して、膜厚分布の測定を行った。具体的な手順は以下のとおりである。
（１）パターン付きサンプルウェーハを使って、膜厚測定システムである光学顕微鏡のＡＦ機能を用いて焦点の高さＺ１を求める。
（２）その位置で測定波長λ１を得るためのフィルターを使って波長λ１の照射光を照射し、顕微鏡画像のパターンに目視で焦点を合わせ、焦点が合った位置の高さＺ２を求める。
（３）Ｚ２を光学顕微鏡に入力し、光学顕微鏡内の制御部で、補正値ΔＺ（＝Ｚ１－Ｚ２）を算出するとともに、この補正値ΔＺを用いてＡＦ機能の補正を行う。
（４）膜厚分布測定中は、ＡＦ機能により合わせた焦点位置にΔＺの補正を行い、観察画像を取得し、その反射強度分布から、膜厚分布の標準偏差を求める。

【0044】

実施例及び比較例の膜厚分布測定の評価は、以下のようにして行った。まず、比較例の測定方法により、１日３回の頻度の測定を３１日間繰り返した。その後、実施例の測定方法に切り替えて、更に、４２日間繰り返し測定を行った。

【0045】

評価結果を、図５に示す。各プロットの番号は、図中のウェーハの概念図に示す測定位置を表している。なお、測定の順番は、図５の横軸の右から左に向かう順となっている。図５に示されるように、本発明の測定方法を用いた実施例のＳＯＩ層の膜厚分布標準偏差は、従来の測定方法を用いた比較例に比べて、測定間のバラツキが低減され、安定した測定結果が得られていることがわかる。

【0046】

なお、実施例のＳＯＩ層の膜厚分布標準偏差の値は、比較例に比べて大きくなっているが、これは、測定波長の焦点が正確に調整されたことによって、膜厚分布が再現性よく正確に測定できるようになったことを意味している。例えるならば、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）によって、所定領域の表面粗さ（ＲＭＳ）を測定する際、先端が丸くなった形状の針を先端がシャープな形状の触針に変更して同一領域の表面粗さ（ＲＭＳ）を測定すると、より正確な表面粗さ（ＲＭＳ）が測定されることとなる結果、表面粗さ（ＲＭＳ）の数値が大きくなることと、同様の現象である。

【0047】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【符号の説明】

【0048】

１…薄膜付ウェーハ、 ２…光学顕微鏡、 ３…光源、
４…バンドパスフィルター。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】