Method and apparatus for measuring refractive index and film thickness

专利摘要:

公开号:WO1989002572A1
申请号:PCT/JP1988/000941
申请日:1988-09-16
公开日:1989-03-23
发明作者:Tami Kihara
申请人:Ricoh Company Ltd.；
IPC主号:G01N21-00

专利说明:
[0001] m 書
[0002] 屈折率 · 腠厚測定方法 お よ び装匿
[0003] 技術分野
[0004] 本発明 は 、 基板 に形成された誘電性の薄膜の屈 !)[ 率 と膜 © と を測定す る方法お よ び装蹬に 閲す る 。
[0005] 背景技術
[0006] 板丄 に形成さ れた 誘 性 の薄膜 の膜厚や屈折 率 を非破壊 'j に 測定 す る技術が 、 半導体技術等 と の関 で極め て ¾ ¾ な技術 と な っ て き て いる 。
[0007] 從 来 、 薄 胺 の ίϊϋ折 率 · 膜厚 を） ¾ 度 よ く 測定 す る方法 と し て 、 SE -VAHFO ( LAS USING V A 1 Λ B I. E - AN G L F MONOCHROMATIC F INGT 0BSL VAT10N) と い う 方法 が 知 ら れて いる （ R [ Γ RA GT I V ί I N D [： X D I S P I： ^S I 0 N IN S Γ: H I CO N β U CT 0 Γ: I Λ T L D THIN Π I M 8 : Ϊ B H J. [ . D[ VFLOP. HAY 1973 ) ₀ し か し 、 こ の方法 は 、 ノ ク ロ メ 一タ -- を使用 し なけ れぱ な ら な い た め 、 裝 Eが大がか り と な り ま た 、 測定 に 畤 がかかる と い う 問題点を し て い る _L、
[0008] 本発明 は 、 上述 し た事怡 に 鑑み て なさ れた も の っ て 、 そ の 目 的 と す る と こ ろ は 、 S板ュ に 形成さ れた誘 ^性 の薄 胺 の ^ お Ϊ率 と 胶 ^ と を 易 に 、 つ 精 & く 測定 し う 、 新 规 な ¾ ϋί' 率 · 膜厚測定方法お よび装置の提供 に ある 。
[0009] 発明の § 示
[0010] 本発明 は 、 基板上に形成さ れた誘電性の薄膜の屈折率 と膜厚 と を測定す る方法であ っ て 、 以下の各ェ ¾を有す る 。
[0011] 即 ち 、 波長 ！ の単色光を基板上の薄膜に入射 さ せ 、 入射角を 変化さ せて エ ネル "一反射率の変化を読み取 り 、 上記ェ ネル f 一反射率変化の 2 つ の極値を与え る 2 つ の入射角 j と 0 ₂ と を検出 す る第 1 工程、 波長 ス ' の単色光を上記玆板 上の薄 に 入射 さ せ 、 入射角を変化させ て エネルギー反射率の変化を読み 取 り 、 上記ェネル 一変化の一つ の極値を与え る入射角 3 を 検出する第 2 工程、 上記入射角 s 1 ヒ 0 ₂ と を用 い 、： の ΊΗ': 折率 と膜 と を 、 干渉次数をパラ メ ータ 一 と し て 演 出 す る' 第 3 エ ^ 、 上 記入射 角 6 ₃ と 、 上記鑄 出さ れた屈折率 '· 脱 i^ を用 いる演舞 に よ り 、 ¾ 膜の膜厚 お よび波 ス ， ス ' の光に対 す る ίϋ 折率 と を決定す る第 4 工程の 、 4 工程である 。 こ れ ら Ί 乃至第 4 工程 は、 上 記頋序で行 っ て も良い し 、 第 1 工程 、 第 3 工程 、 第 2 ェ .、 ェ程の 序で行 つ て も L¾い 。
[0012] 図面の簡単 な説明
[0013] 第 1 図 は 、 発明の 実施例 説明 る た め の に 第 2 図 は 一 ^ ― 別实施例を説明 す る た め の 図 、 第 3 は 、 本発明 を 説明 す る た め の図で あ る 。
[0014] 発明 を実施す る た め の最良の形態
[0015] 以下 に 、 本発明 の原理を 、 具体的な例 に 即 し て 説明 する 。 第 3 図 は 、 屈折率 n _s の基板 1 上 に設け ら れた 誘 m性 の薄股 0に ， 光が入射角 で入射 し 、 反射 さ れて い る状態を示 し て いる ，：
[0016] W膜 0の屈折 率 n _f と 、 膜厚 d と が測定対象で あ る „
[0017] 入射角 が変化す る と 、 エネルギー 反射率 お変化す る が 、 Γ の変化 は 、 干渉現象に よ り 凹 凸 を有す る 。
[0018] 今 、 Γ 折率 n。 と n _f と の大小関係が 、
[0019] n _s > η _Γ と る と 、 ·干 渉次数を mと し て 、
[0020] 2 d ^ n _f ^α - SIN² ΰ = m λ ( 1 ) が成 り 立つ と 、 .丁 ネ ルギ 一反射率は 、 入射 角 の と き極：人 f, を取 り 、
[0021] 2 d ^ n _f ² - SIN² θ = { m + (1/2) } (2) が成 り 立 つ と さ 、 エ ネルギ ー反射率は入射角 に 対 し極小値 ¾ と る 。
[0022] 逆 に 、 n _s < n _f と す る と 、 式 （ 1 ) は 極小 I を与 え る条倂 と な り 、 式 （ 2 ) は称大値 を 与 え る条倂 と な る 。 - A- - い ま 、 n _s < n _f と し 、 ェネルギ一反射率の 2 つ の極小値を 与える入射角をそ れぞれ 0 〗 ， 0 2 と す る と 、 干渉次数 ητ^ m 9 を半整数 と し て 、 式 （2) に よ り
[0023] 2 c！ n _fュ— SIN² 0 ₁ - m ₁ λ (3-1) 2 d " n _f ^ - SI ² θ ₂ - m ₂ λ (3-2) と な るか ら 、 こ れ ら の式か ら膜厚 d を消去す る と屈折率 n _f に 対する式 と し て 、 '
[0024] n _f - { ( m ^ ♦ SIN² Θ _t> - m 2 · SIN² 0 ₁ ) /
[0025] (m† ― m 2 )}^{1 /2} (4) が得 ら れる 。
[0026] こ こで具体的な例を挙げる 。
[0027] 第 3 図の基板 Ί を S ϊ と し 、 薄膜 0を S i 0₂ の薄膜 と.し こ れに波長 63 8入 の H e — N e レー ー光を照 ¾ し 、 入 ¾ を 变えて エネルギー反射率を読み取 り 、 そ の極小値を与 え る入射 角を検出 し た と こ ろ <9 と し て て 36. Γ 、 0 ₂ と し て 60.2° を 得た 。 こ の場合、 極小値は 、 36.4。 に続い て 60.2° が現れ飞 い るので 、 即ち極小値が隣 り 合 っ たもの同士で ある た め 、 干唇次 数は m - ΠΊ 2 1 と な る 。
[0028] そ こ で 、 上記 （4 ) 式 の ^ , Θ <) と し て 丄記愤も 入 れ て 計舞 し 、 そ の結果を上記 （3-1), (3-2) に い れて 計算す る と 、 ^折率 n _f と 膜厚 d と が千渉次数 をパラ メ ー タ 一 と し て得 ら れる &I算結果の一部 を表 1 に 示す 。
[0029] 1
[0030] m ₁ ⁿ f d ( 入 〉
[0031] 5.5 1.25091 1 802.8
[0032] 6.5 1.32799 17311.1
[0033] 7.5 1.401 18698.1
[0034] 8. Γ) 1. 7049 19989.1
[0035] 9.5 1.5369 21201.7
[0036] 10.5 1.60061 22348.5
[0037] S 'ι 0り の薄膜の fe 折率 は 1.470、 厚 さ は 20000 Aが正 し い で あ る ので r'入釗 θ に お る Τ-渉次数 m は 5 が正 し い値で あ る が 、 こ れ ま で の と こ ろ干渉次数 と し て 、 8.5 を 選択 する決め 手が ないので 、 こ の ま ま で は屈折率 、 膜厚 と も止 し い 値を知 る こ と は出来ない 。
[0038] こ こで 、 こ れま での測 プ Π セ ス を 振 り 返る と 、 入射 角
[0039] Θ 2 を.検 出 す る ェ程が 、 1 ェ で あ り 、 そ の結架 に ' づき ^
[0040] ¾ί率 と 胺 p と を -渉次数 を パラ メ 一タ ー と し て 出 る 工 ^ 第 3 工程であ る 。
[0041] 次 に 、 先の第 Ί 工程で用 いた波長 6328Λ と は異な る波長 f!4 Aの H e — N e レー 一光に対 し エネルギー反射 率の極小値 と な る入射角 0；> を検出 し た と こ ろ 24.5。 を得た 。 上記 2 つ の波 長は互い に近 く 、 ま た 、 入射角 ₃ は 、 Θ と近い 、 従 っ て こ の ₃ に おけ る干渉の次数は 、 上記干渉次数 m ·] と 同次数か 、 それよ り も 1 も し く は 2 く ら い大きい と ら れる 。
[0042] さ て 、 （ 1 ) 式 を屈折率 n _f に付 いて 解 く と 、
[0043] n _f == {(m ²· ² / 4 d ² ) -ι- SIN² Θ } ^{1 /2} (5) が得 ら れる が 、 膜厚 d は 、 波長 に よ っ て は変化せず一定で あ る か ら 、 （5) 式の右辺の 0 に 入射角 0 3 = 2⁴.⁵° を入れ、 膜^ d と し て は 、 第 3 工程で算出 さ れた 、 千渉次数 m をパ フ メ タ 一 と する一連の値を代入 し 、 干渉次数 m と し て 、 m ， m ' 1. m 1 2を仮定 し て 、 各干渉次数に た い し 、 屈折率を箅出 し み る 。 結果の一部を表 2 乃至表 4 に示 ^ 。 表 2で は 、 （ 5 ) 式の右 辺の干渉次数 mと し て m =: m ·] が い ら れ 、 表 3 ， 4 で は m -- m i + 1 , m が用 い ら れて いる 。 3
[0044] CT5
[0045] O , n
[0046] コ - コ o — ^ 〜 o
[0047] CD CO D c -c CD CO
[0048] CO O O
[0049] rs3
[0050] CD O 〜 r ― co OO cn
[0051] CO Co r> CO C5 Co o CO o ^ C > Co CO > oo o CO o= ― CD Oo r>c
[0052] Oo
[0053] CO O 3 Oo
[0054] — » Z5
[0055] r oo — h
[0056] CO co — >· CO
[0057] O
[0058] A
[0059] m 1 ⁿ f d m
[0060] n f ' 5.5 1.25091 15802.8 7.5 . 6952 6.5 1.32799 17311.1 8.5 .51637 7.5 1.401 18698.1 9,5 .56517 8.5 1.47049 19989.1 10.5 .6U53 9.5 1.5369 21201.7 11.5 .66374 10.5 1.60061 22348.5 12.5 .712 3
[0061] ¾ 2 乃至表 3 に お い て屈折率 n f は 、 第 3 工程で算出-さ れた 値 、 即ち波長 6328入 に対す る屈折率でお り 、 も は じ の ja 折率-'. η ί ' は 、 （5) 式 に従 つ て 算 出された ϋ 、 即 ち波 594 ΤΛ に-対 す る屈折率でお る 。 各表 2〜 4 で n f , n _r ' を比較 し て みる と 、 表 2 に於い て は、 パラ メ ー タ ー m の値の如何 に拘 ら ず 、 n _f > n _f ' であ り 、 表 4 で は 、 パラ メ ータ ー m の値の 5Π何 に拘 らず 、 n f < n _f ' で あ る 。 ま た 、 両屈折率の差も分散 に よ る変化 よ り 大きい 。 従 っ て千渉次数 m と し て m も し く は m ₁ +2を採用 する の は適当でない 。 つぎに表 3 で は 、 屈折 n _f ， n _f , の 大小関係は · 'バラ メ一タ て' る m の债 に 依存 し て お り 、 m 1 - 8.5 の時に 、 r山 i ¾の差 が n _f ' - n _f
[0062] 0.00091 と な っ て 最小に な っ て い る 。 従 っ て 、 こ の Φ実か ら 、 薄膜の膜厚 と し て 19989.1 Aを 、 ま た 、 波長 63 8A 、 5941 A に 対す る屈折率 と し て 、 1.47049 、 1.4714を特定 す る こ と がで き る 。 波長 5941 A に対 する屈折 率 は波長 6328ム に 対 す る屈折率 よ り も僅か に 大き い が 、 こ の こ と は 、 一般 に 誘 ' '休 で は可祝領域 の光の屈折率 が波 i の増 と と も に 、 僅 か に 減少 す る と い う セ ルマ イ ャ 一 の分散法則 に 合致 し て い る 。
[0063] 第 2 工 程 で得 ら れる入射 角 。 と 、 第 3 エ ^で得 ら れる デー タ を用 い て 、 上 の如 く 屈折 率 と 膜 .摩 と を特定 す る 工程 が第 4 工程で あ る 。
[0064] 第 4 工 程 で の演算 は 、 』 の説明 か ら理解さ れる よ う に 、 第 3 ェ ¾ で算出された デー タ 即 、 干 渉次数 m i をパ ) - メ 一 タ 一 と す る膜厚 と 、 第 2 ェ程で検出 さ れた 入射角 0 ₃ と を刖 い て 、 （ 5 ) 式 に従 っ て n _f ' を 出 する演箅 、 箅出さ れた n _f ' と 第 3 ェ 程で算出 さ れ て い る n ₍ と の比較で両者が一番近 く な るパラ メ — タ ー m■] を 選択 し 、 胺 If と各 波 に 対 る屈折 率 と を特定 る 演舞 をふ く む _u
[0065] n _f ' を 算 出 す る演箅 で は 、 （ 5 ) ¾ に於 W る ·Τ 次数 mを バ 一 o - ラ メ 一 タ m を基準に し て 1 ずつ 大き く 設定 し 、 両屈折率 n _f . n _f ' の大小関係が 、 パラ メ ー タ ーで おる m の値 に依存 し て 逆転す るものが得 ら れる まで演算を跺 り 返す 。 用 い ら れる 2 種 類の光の波長が大き く 異なる と 、 各波長に応 じて現れる極値の 次数の違い お大き く な り 屈折率の波長 i)散も非常に大き く な る 可 能性があ るので 、 使用 さ れる 2 稷 の光の波 i¾差 は成る べ く 小 さ く 選ぶのが望 ま し い 。 '
[0066] 以下 、 具体的な実施例 に 即 し て さ ら に説明 す る 。
[0067] S i 基板上に 、 S i 0 リ の薄膜を スパ ッ タ リ ング に よ り 形成 し た もの を測定試料 0 b と し て 、 第 1 図 に示す様 に タ ー ン亍一 ブル 1 0上 に載置 し た 。 タ ーンテーブル 1 0と 同軸 に ア ー ム 1 2:が設 - け ら れて い る 。 ァ 一ム 1 2は駆動 系 2 δに よ り タ ー ン -ブル 1 0が 回 ¾さ れる と 、 同方向 へ タ ー ンテ ーブルの回 ¾角 の 2 倍の 回 転角 を回転する よ う にな つ て お り 、 その先端部に はセ ン "U - 1 4 が固装さ れ、 試料 0 t> に よ る反射光を受光 し う る様 に な つ て い る 。
[0068] 符 1 6は 、 波長 ί; 328 Αの H e - - N e レーザ一、 符号 1 8は波長 !) 9 4 1入の H c -- N G レ一ザ一を す 。 符 2 0， 22は ， シ ッ タ — を 、 符 · 24はタ イ ク π イ ツ ク ミ ラ ー を 示す 。 ダ イ ク u ィ ッ ウ ミ ラ ー 24は 、 波長 6328 Λの レ ーザ一光 に ¾ し て は 、 透過率 がう、 き く 、 波長 5941人の レー リ 一光に対 し て は 、 反射率が大 き い よ う に 設 H さ れて い る 。 し た が っ て シ ャ ッ タ ー 20, 22の 切換え に よ り 、 試料 〇 bへ の入射光の波長を 切 り 替え る こ と ができ る 。
[0069] 入射光は 、 グラ ン ト ムソ ンプ リ ズム 26に よ り 入射面に 対 し S偏 光に調整さ れる 。 こ れは 、 P偏 光を 用 い る と ブ リ ュ -- ス タ 一 角の影響 で ュ ネ ルギ一反射率の極大 、 極 小の差 が は つ さ り し な く な る ので 、 極値検出 の精度 を 上げる た め に S 光を 用 い る ので あ る u
[0070] 入射角 は 、 当初 0 と な る よ う に 設定 し タ ー ンテ ーブル 10、 ァ ーム 12の 回転 に よ り 次第 に 大き く す る 。 タ 一 ンテ一ブルの回転 角 と ア ー ム の回転角が常 に 倍角の 関係に あ る ので セ ンサ一 14に は常に 、 反射 が入射 "^ る 。
[0071] タ ー ン τ一ブル 10、 ア ーム 12の 回 ¾ は 、 制御 系 30に よ り 制御 さ れる駆動系 28に よ り 回転駆動 さ れる 。 制御系 30は ま た 、 レ 一 ザ一 16, 18, シ ャ ッ タ ー 20, 1、 デー タ 処理系 34、 記録系 32を 制御す る 。 デー タ 処迎系 34は 、 上 に 説明 し た よ う な %) 3 、 ^ エ ^ の演箅を行 う _u ¾録系 32は 、 そ の演算 結果 を ¾録 す る _t, 制 御 系 30と デ ー タ 処 J 系 34と は コ ピ 」 一 タ ー で 現 ぐ 。 ま た 、 記録 ¾ 32は 、 C R T等のデ ィ スプ レ イ やプ リ ン タ 一笔 で IS： い 。
[0072] 先ず 、 シ ャ ッ タ ー 22を閉ざ し 、 シ ャ ッ タ ー 20を開 いて 、 波長 - 6328 Aの レーザ一光を S偏光に し て試料 O b に入射さ せつつ 、 タ ー ン亍一ブル 10の回転に よ り 入射角を変化させ 、 エネルギー 反射率の変化をセ ンサー 14の 出力変化 と し て読み取 り 、 極大を 与 える入射角 0 , Θ を検出 し た 結 ·¾ こ れ ら の値 と し て 、 28.5° , 48. >° を 隣接す る値 と して 得 た （ 第 Ί 工程 ） 。 従 っ て 、 干渉次数は 、 こ れ ら の入射角閻 で 1 だけ 異な る 。
[0073] 次 に 、 シ ャ ッ タ ー 20を閉 じ 、 シ ャ ッ タ ー 22を 開 いて 、 入射光. の波長 ^:を 5941 Αに ¾換え 、 エネルギー反射率の極大を与 える 射角 0 と し て 42 · 7° を得た （ 第 2 ェ程 ） o こ の試料 で は薄胶 の屈折 率は基板の屈折率 よ り ffiい と 考 え ら れる ので 、 （ 3 - Γ!： (3-2) 式の右辺の干渉次数 m ^j , m ₂ は 然数 と なる 。
[0074] (3-1), (3-2) 式お よび （5) 式 に よ り 、 屈折率 n _f およぴ膜 d を 、 m をパラ メ 一 タ ー と し て ©出 し た （ 第 3 ェ ίϊ ) ο
[0075] つ いで 、 こ の よ う に算 出 し たデ一タ と 、 入鈉角 42.7° を （ 5 ) 式 に代入 し 、 干渉次数 mを m】 +1と し て 、 波 g 5941入 に対 3 る 屈祈率 n _f ' を算出 し に 。 さ ら に n _f と π ₍ ' と が ! b近 く 、 -- Ί 3 -- 且つ η 「 23 o981 _f く n _f ' と な る パラ メ ー タ 一 m〗 を 還び 、 こ の パラ メ 一タ ー他 に対応 る屈 ίίι 率及び膜厚を 、 測 定値 と し て 特 定 し た ( 第 4 工程 ） 。 表 5 に 計算結果の一部を示す 。 演 I？は実際に は パラ メ 一 タ 一 m， に っ き 、 2 か ら 20ま で行 っ た （_>
[0076] 5 η f d m ⁿ f . .9295 21063.7 9 .31633
[0077] .35657 22424.1 10 .3716
[0078] .41739 23706.5 11 .42478
[0079] .53188 26082.8 13 .52566
[0080] .58606 27193.2 14 .5737
[0081] こ の表 5 か ら 分 かる よ う に 、 測定値 と し て 特定 さ れた屈折率 は 、 n _f ' と n _f の差が最小の と さ 、 即 ち パラ メ ー タ 一 m ·! - 11に ¾ -す る 1 · 47573 ( 6328 A ) と 1.47607 ( 59 /Π A ) で あ り、 腠 は 、 24923Λで あ る 。
[0082] の実施例の様 に 、 エ ネルギ -- 反 射率の極 大を与 え る 入 射 角 を用 い て も正 し い粘 IIが得 ら れる 。 第 2図 に は 、 別実施例を示す 。
[0083] 測定試料 0 b と して は、 パイ レ ッ ク スガラス板を基板 と し 、 その上にプラズマ C V Dに よ り 窒化膜を作製 し たも のを いた-。 こ の窒北膜の屈折率 と 膜厚 と が測定対象である 。
[0084] 入射光は 、 ビー ムエキ スパンダ一 36で光束径を広げ 、 集光 レ ンズ 38に よ り 、 固定的 に 支持さ れた試料 0 b 上 に集束さ せ る よ う に し た 。 こ う する こ と に よ り 、 一度に 、 入射角の連続的に な る光を試料 に照射 す る こ と ができ る 。
[0085] ま た 、 試料 0 b か ら の反射光は一括 して ホ 卜 セ ンサーア レ イ 40で受光 し 、 この ホ 卜 セ ンサーア レイ 40を制御系 （ 第 1 E に示 す の と同様のもの ） を駆動制御 し て 出力 を畤系列 に 、 デー タ 処' 理 系 に読み取 り 、 極値を与 える入射角の検出 、 演算を行う よ う に し た 。 デ一 タ処现系、 記録系等は第 Ί 図の実施例 と周様の も のである 。
[0086] シ ャ V タ ー 20を開き 、 試料 に波長 6328 Aの光を入射させ た と き 、 エネルギ一反射率の極小を与える入射角 0 ， Θ ₂ と し て
[0087] 31.4° , 56.5^C を得た （ 第 Ί 工程 ） 。 ま た 、 シ ャ ッ タ ー 22を ^ き 、 波長 5941 Aの光を入射 さ せ た と き は： rネルギ一反射率の ¾f.
[0088] *一-、
[0089] 小を ¾え る入射角 3 と し て 56.8 を得た t 第 2 ェ ' ) 。 し の場合は 、 基板の屈折率 n _s の方が賴.膜の屈折率 n _f よ り も低い 。 従 っ て 、 (3-1 ) , (3-2) 式 の右 、 の干渉次数 m ₁ , m 2 は自然数 と なる 。 先の実施例 と同様 に し て第 3 ， 第 4 工程を行
[0090] o c
[0091] つ た 。 演算結果の一部を表 6 に 示す 。 演算は実際 に はパラ メ 一
[0092] O C
[0093] タ ー m に っ き 、 2 か ら 20ま で行 つ た o
[0094] 6
[0095] m -, ^π f Cl m
[0096] n f '
[0097] 12 1 . 71042 23305 . 6 13 1 . 74205
[0098] 13 1 . 77119 24297 . 8 14 1 . 79478
[0099] 14 1 . 82996 25251 15 1 . 84602
[0100] 15 1 . 88692 26169 . 5 16 1 . 87588
[0101] 16 1 . 94221 27056 . 9 17 1 . 94448
[0102] 17 4 27916 18 1 . 99189
[0103] こ の表 6 か ら 分 か る よ う に 、 測定 値 と し て 特 定 さ れ た 屈 折 率 は 、 パラ メ 一 タ ー m 16に ¾ す る 1 . 9 | 221 ( 6328 A ) と
[0104] 1 . 944/18 ( 5941 A 〉 で あ り 、 膜厚 は 、 270ί)6· 9 Aで あ る 。
[0105] 以上 、 本発明 に よ れぱ 、 新規な屈折率 ♦ 胶 W測定方法 を捉供 で る 。 こ の方法 は 、 上記の如 き構 成 と な つ て い る ので 、 誘 ¾ 性の薄膜の屈折率 ど膜厚 と を簡易 に βつ高精度 に測定で きる.。； なお 、 上 に説明 し たの は 、 基板の吸収係数が 0 ま た は 0 と,.み な し得る場合である 。 基板の材料の吸収係数が例えばアルミ 二 ゥ ムの よ う に 、 大きい場合に は、 上に説明 した 、 第 3 ， 第 4 ェ 程の演算に おいて 、 膜厚 d の値を補正す る必要があ る 。 この補 正 は 、 PHASE-SHI「T CORRECTION IN D Γ:ΤΙ! RH I Ν ΐ N G THE
[0106] THICKNESSES OF TRANSPARENT FILMS ON RLFLI CTI F/
[0107] SUBSTRATES (SOLI D-STATF. E l.tCTROH ICS PERGAHON PRESS 1968 VOL. 1 , PP957-963)なる諭文に よ り 既に知 られた PHAS[-SHIFT THICKNESST; CORRECTION に従 っ て行えば良い 。 補正 を行 つ fc.後 の扱い は 、 上述 し た方法 と.全 く 同 じである 。 ， 産業上の利用 可能粗
[0108] 本発明 は 、 半導体製造工程におけ る絶縁膜 、 電極配線膜 、 半 導休膜等を形成する場合の 、 真空熬笤裝匿、 スパ ッ タ リ ング装 置等の P V D装置お よび C V D装置それに 丁 ピタ キシ ャ ル成.長 裝歡等に適用でき る。

权利要求:
Claims 請 求 の 範 囲
1 . 基板上に形成さ れた誘電性の薄膜の屈折率 と膜厚 とを 測定 する方法であ っ て 、
( a ) 波長 ； I の単色光を基板上の薄膜 に入射 さ せ 、 入射角 を変 化さ せ て エ ネルギー反射率の変化を読み取 り 、 上記 ェネル 一 反 射率変化の 2 つ の極値を える 2 つ の入射角 6 〗 ヒ Θ と を 検出す る 工程 と 、
( b ) 波 長 ； I ' の単色光を上 記基板上の薄膜 に 入射 さ せ 、 入射 角を変化さ せ て エ ネルギ一反射率の変化を読み取 り 、 上 ¾エネ ルギ一変化の一つ の極値を与 え る入射角 ₃ を検 出 す る 工程 と
( c ) 上記入射角 0 と 0 ₂ と を用 い 、 薄膜の屈折率 と 膜厚 と を 、 干渉次数をパラ メ一タ ー と し て 演箅算出 す るェ ¾ と 、
( d ) 上 記入射角 0 ₃ と 、 丄記算出さ れた 屈折 率 ♦ 膜 厚 と を用 い る演算 に よ り 、 薄膜の膜厚.お よび波長 I , λ ' の光に 対 す る 屈折率 と を決定す る工程 と 、
を有す る こ と を特徴 と す る 、 屈折率 * 腠厚測定力 法 。
2 . 前記 （ a ) お よび （ b ) 工程 に おい て 、 前記基板を タ ー ン テ ー ブル上 に設置 し 、 該 タ ー ンテーブルを 回転 さ せ る こ と に よ り ¾
' 、
板 に 対す る前記各単色光の入射角 を変化さ せ る こ と を特 ί'¾ と る請求の範囲第 1 項記載の屈折率 ♦ 膜厚測定方法。
3 . 前記基板か ら の反射光を検出 るセ ンサ ーを 、 前記 タ一ン テーブルの回転角に対 し常に 2 倍の回転角 となる よう に 、 該;タ 一ンテーブルに同期 して 回転させる こ とを特徴す る請求の範囲 第 2 項記載の屈折率 ♦ 膜厚測定方法。
4 . 前記 （ a ) お よび （ b ) 工程に おいて 、 前記各単色光の光束径 を一 広げ、 その後該光束を集光光学系 に よ り S板上に集束さ せ る こ と に よ り 入射角の異な る光を同時 に薄膜上に 照射 -す る こ と を特徴 と する請求の範囲第 1 項記載の屈折率 ♦ 膜厚測定方法 。
5 . 薄膜か ら の反射光をホ 卜 セ ンサ ー ア レイ で検出 し 、 こ:れに よ り 入射角の異なる光 に対す るェネル f —反射率を岡 時に検 ： す る こ と を特徴 とす る請求の範囲第 4 項記載の屈折率： · 膜 測 定方法。
6 . 前記単色光を S 偏光に調整 した後 、 基板の薄膜を照射す る こ とを特徴 と する請求の範囲第 1 项か ら 第 5 项 でのいずれか 一項記載の屈折率 · 膜厚測定方法 。
7 . 前記 （c ) 工程に おい て 、 , Θ 2 の干渉次数を各々 m ， m 2 と し た と さ 、 m ₁ ： m ₂ + 1とな る よ う に 、 ø ， 0 を隣 合う 極値 に対応 す る入射角 と し た こ と を特徴 と す る 永 の範 ai 第 1 ¾' 記載の「出'折率 ♦ 胶厚測定方法 。
8 . 前記 （ c ) 工程 に おい て 、
2 d n - 8IN² Θ m λ
2 ^ n SIN <9 ₉ = m ₉ * λ '
の 2 式 よ り 、 波 ス に対す る薄膜の屈折率 n _f お よ び膜厚 d を m をパラ メ ー タ と し て 演算す る こ と を特徴 と す る諮求の範翻 第 7 項記載の屈折率 ♦ 膜厚測定方法 。 '
9 . 前記 （ d ) 1程に お い て 、
n _f ' =- { (m ² ♦ ' ² / 4 d ) + SIN² } ^{1 /2}
の式 に よ り 、 θ = θ と し 、 d と し て （c) 工 程 で求め た 各値を 代入 し 、 パラ メ ー タ m を変化さ ゼ て演算 し 、 こ れに よ り 波 g λ ' に 対する屈折率 n _f ' を演 ^する こ と を特徴 と す る諮求 の 範囲第 8 項記載の屈折 · 膜厚測定方法。
10. 前記 （ c ) 工程で求めた n _f と （ d ) 工程で求め た n _f ' と を 比較 し 、 両者の差 が最小 と な る と き の屈折率お よ び膜厚を正 し い値 と し て特定 す る こ と を特徴 と す る諮求の範囲第 9 項記載の 屈折率 · 膜厚測定方法 。
11. 波長 の異 な る第 1 お よ び第 2 の光を発 す る 2 つ の光源 と 、 該光源か ら の 光を t刀換え τ 測定 す べ き ¾板上 の薄膜を照射 す る た めの波長切換え手段 と 、 前記各光源か ら の光を前記薄膜に対 し入射角を変えて照射するた めの入射角変更手段 と 、 前記薄膜 か ら の反射光を検出する た めの光検出手段 と 、 前記第 1 の光の. 入射角変化に対 す るエネルギー反射率変化の 2 つ の極値お よび 前記第 2 の光の入射角変化に対す るエネルギー反射率変化の Ί つ の極値 に基づいて前記薄膜の屈折率お よび膜厚 を算出するた めの演算手段 と を具備 し 、 前記演算手段は 、 前 ΰ 1 の光に対 す る 2 つ の極値 に 応する 2 つ の入射角 に基づいて 干渉次数 を パラ メ ータ と し て一連の屈折率、 膜厚を算出 し 、 この一迚の屈- 折 率、 膜厚の算 出値お よび前記第 2 の光 に ¾ ( す る椽値に対応す る入射角 に基づい てパラ メ ー タ を変化さ せて 一連の屈折率を算 出 し 、 前記第 Ί の光に対 す る屈折率 と第 2 の光に す る屈折率 との差が最小に なる ffilを正 しい屈折率お よ び膜厚 と し て特定 ¾ ^: るよ う に構成 し た こ と を特徴 とする屈折率 · 膜厚測定装置 。
1 2 . 前記 2つ の光源は、 各々 波長の異なる レーザー光を発ず る レーザー光源であ る こ とを特徴 と する請求の範囲第 Ί Ί 項記載： の屈折率 * 膜厚測定装匿。
13 . 前 S波良切換え手段は 、 前記各光源か ら の光の光路上 に設 けた シ ャ ッ タ ー か ら なる こ と ¾特徴 と す る請求の範脷第 1 1 項 記載の屈折率 ♦ 腠厚測定装置。
1 4 . 前記入射角変更手段は 、 前記基板 を搭載 し て 回 ¾す る タ ー ンテーブルか ら.なる こ と を特徴 とす る請求の範囲第 1 1 项記戰 の屈折率 ♦ 膜厚測定装置 。
1 5 . 前記光検出手段は 、 前記 タ ー ン テーブル と周軸で かつ 回転 角 が常に 該 タ 一 ンテ一プルの 2 倍 と なる よ う に 構成 し た ア ーム 上に 設け た こ と を特徴 と す る請求の範囲第 Ί 4 ffi記載の屈折 ； ♦ 膜厚測定装置 。
1 6 . 前 記入射角変更手段 は 、 前記各光源か ら の光の光束径をー 旦広げ、 その後該光束を集光 レ ン ズ に よ り 基板上 に »束さ せ る こ と に よ り 入射角の異な る光を同時 に薄膜上 に照射 す る よ う に 構成 し た 光学系か ら な る こ と ^特徴 と す る請求の範囲第 1 Ί 項 m載の屈折率 ^膜厚測定装置 。
1 7 . 前記光検出手段は 、 反射角の異な る反射光を周 時 に検出 W 能なホ 卜 セ ンサ ー ア レ イ か ら な る こ と を特徴 と す る請求の範囲 第 Ί 6 項記載の屈折率 ♦ 膜厚測定装置。
. 前記各光源か ら の光を S 偏光に 調整 する た めの僱光手段を 異備 し た こ と を特徴 と す る 求の範 κ第 1 1 項か ら 第 1 7 m ま で のいず れか一項記載の屈 ^ 率 ♦ 膜厚測定装置 。

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