計測
45nmへ向けた分光エリプソメトリ膜厚測定 Arun R. Srivatsa -– KLA-Tencor Corporation
分光エリプソメトリ(SE)は、近年の半導体工場において、薄膜を生産ラインで管理する上で不可欠で重要なテクノロジであ る。今回、スペクトルの安定性向上、短波長の使用、その他多くの改善によって、SEテクノロジは膜厚および屈折率の測定 のほかに、65nmおよび45nmノードでの窒化酸化膜、ボロンでドーピングされたシリコンゲルマニウム(SiGe:B)、high-k材料な どの、多くの膜の組成の測定も可能としたので、それを紹介する。
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65nmや45nmノードに向けて新しい材料や構造が出現する 中、薄膜の測定技術に対する要求がますます複雑さを増し、 測定バジェット(許容値)は厳しくなっている。いくつかの主 要プロセスでは、もはや膜厚と屈折率のモニタリングだけで はプロセス管理に不十分で、組成、多孔率その他のパラメー タを測定、あるいは推察しなければならない。これらのパラ メータで光学特性が体系的にばらつくことを利用し、分光エ リプソメトリ(SE：Spectroscopic Ellipsometry)の応用分野におい て達成された最近の技術的進歩によって、High-kゲート絶縁 膜、窒化ゲート酸化膜、BドープSiGeなど多様な材料の組成 監視のために、SEは研究開発や生産環境にうまく採用されて きた。新しい材料や複雑な構造を取り扱うにあたって、プロ
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図1：これまでの技術ノードに比べ早いペースで、非常に複雑な多 くの新規材料が導入されている
2007年冬号 歩留まり管理ソリューション
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www.kla-tencor.com/ymsmagazine
セス管理に関する重要な課題や要求があり、光学的薄膜測定 技術を使った新しいアプリケーションデータや将来性のある ソリューションが検討されていくだろう。 複数の分野における課題
65nmや45nmノードでは薄膜の測定技術は複雑になり、よ り精度が求められるようになるだろうという見解にはほと んど異論がない。その傾向は、しだいに厳しくなるプロセ スウィンドウと測定許容値(一般的な経験から言えば、トー タル膜厚の測定バジェットはプロセスバジェットの10％以 下)と共に、他の二つの要因によって促進される。つまり、 フロントエンドとバックエンドのどちらにおいても多くの 新材料や革新的な構造が導入されることと、モニターウェ ーハ膜厚を生産ウェーハの代わりに測定するやり方から生 産ウェーハ膜厚の測定に変更されること、である(1-5)。 フロントエンドでは、多くの新材料導入によって測定やプ ロセス管理上の新たな課題が生み出される。まず、Si基板か らSOI(Silicon On Insulator)基板へという緩やかな移行である。 これらの課題は新たな要求を生み出す。SOI基板では、薄膜 表面Si層と埋め込み酸化膜の膜厚と均一性のモニタリングが 必要である。また、SOI基板を使用すると、ゲート絶縁膜と 多層構造の測定が非常に困難になる。表面Si膜はHeNe波長 (633nm)で透明なので、複数パラメータ測定(ゲート酸化膜、 表面Si膜、埋め込み酸化膜を同時に測定)となり、これは標 準的な固定アングルの単一波長エリプソメータ(SWE：Single Wavelength Ellipsometry)では測定不可能である。 Siチャネルに歪みを導入するため複数の方法が試みられてい る。例えば、圧縮しながらチャネルに圧力をかけるためBド ープBSIG(Ge、B、そしてBドープSiGeの膜厚を監視する必要 がある)をソース/ドレイン領域に使用したり、チャネルに引 張応力や圧縮応力をもたらすため高圧をかけた窒化層(応力 19