JP5586791B2 - 膜厚測定方法 - Google Patents

Description

本発明は膜厚測定方法に関し、特に、半導体基板上に形成した多層のエピタキシャル層の膜厚測定方法に関する。

半導体基板（ウエハ）上に形成したエピタキシャル層（エピ層）の膜厚を、非破壊、非接触で測定する方法として、ウエハに赤外光を照射し、基板／エピ層界面の屈折率差に起因する界面反射光と表面反射光との光路差による干渉パターンを解析する方法が従来より知られている。

例えば、特許文献１には、フーリエ変換赤外分光光度計（Fourier Transform Infrared Spectroscopy：ＦＴ−ＩＲ）を用いて、試料の多層膜からの干渉スペクトルをフーリエ変換することで得られる空間干渉波形（Spatialgram：スパーシャルグラム）から多層膜の膜厚を評価する方法が開示されている。

スパーシャルグラムには試料からの各反射光成分の光路差に対し、ＦＴ−ＩＲを構成する移動鏡の走行位置による光路差が一致するところで全光が干渉により強め合うことによるバーストが現れる。特許文献１においては、このバースト間の距離が各反射光成分の光路差に対応し、そのバースト間の距離をエピ層の屈折率で割り算することで、エピ層の膜厚を推定する技術が開示されている。

特開平７−４９２２号公報

上述した従来の測定方法では、エピ層の屈折率が、計測波数域において一定の値であることを前提としているので、計測に利用可能な波数領域は、屈折率分散の無視できる領域に限定されることとなる。一方で、基板の結晶とエピ層の結晶とで結晶組成が同一の所謂ホモエピタキシャル層（ホモ・エピ層）のように、基板とエピ層とで実部の屈折率差がない場合、赤外域に発生する異常分散領域から離れた近赤外光から可視光領域では屈折率差がなくなり干渉波形は計測できず、反射干渉解析法による膜厚測定はより一層困難である。

ここで、将来のパワーデバイスとして期待されるＳｉＣ（炭化珪素）層を半導体層として使用するＳｉＣパワーデバイスでは、ＳｉＣウエハ上にエピタキシャル成長させたエピ層をドリフト層として使用するので、ホモ・エピ構造となっている。この場合、基板とエピ層とは結晶組成が同一であり、キャリア濃度の差以外に差異がない。このような膜構造において、反射干渉解析法以外に膜構造を解析できる方法としては、容量−電圧（ＣＶ）特性からキャリア濃度を測定するＣＶ法や、不純物プロファイルを測定するＳＩＭＳ（Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometer）を用いて不純物の深さプロファイルを測定するＳＩＭＳ深さプロファイル法がある。しかし、ＣＶ法ではドリフト層の厚さが数μｍ以上あるような場合、膜中や表面の耐圧により逆バイアス印加に限界があるため、ドリフト層と基板との間に形成されるバッファ層まで空乏層が届かず、バッファ層の膜厚を測定できない可能性がある。

また、ＳＩＭＳ深さプロファイル法では、エピタキシャル結晶の一部にイオン照射でクレーターを開けて計測する破壊検査であるので、デバイスの製造には支障がある。また、イオン照射でクレーターを開けながら２次イオンを計測するが、計測中のクレーター底部の形状制御は困難であり、厚みの測定精度は大きく制限される。

本発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、従来の非破壊、非接触の反射干渉解析法を発展させて、ホモ・エピ構造の多層膜において、ドリフト層と基板との間に形成されるバッファ層などの、薄い層の膜厚を測定する方法を提供することを目的とする。

本発明に係る膜厚測定方法は、フーリエ変換赤外分光光度計を用いた反射干渉解析による膜厚測定方法であって、半導体基板上に、該半導体基板と実部の屈折率差がない第１および第２のエピタキシャル層がこの順に積層された測定対象を準備し、前記フーリエ変換赤外分光光度計を用いて、前記測定対象のインターフェログラムと、前記半導体基板のインターフェログラムを計測してリファレンスのインターフェログラムを得るステップ(ａ)と、前記測定対象のインターフェログラムと、前記リファレンスのインターフェログラムに対して、それぞれフーリエ変換を施すことで、測定対象の反射スペクトルおよびリファレンスの反射スペクトルを算出するステップ(ｂ)と、前記測定対象の反射スペクトルの強度を、前記リファレンスの反射スペクトルの強度で割ることで、反射干渉パターンを算出するステップ(ｃ)と、前記測定対象の構造に基づいた数値計算によって得られた数値計算反射干渉パターンを前記反射干渉パターンにフィッティングするステップ(ｄ)とを備え、前記ステップ(ｄ)は、前記反射干渉パターンにおける、フォノン吸収による屈折率の異常分散領域近傍の波数領域に現れる歪みを含んだ干渉波形と、前記数値計算反射干渉パターンの同じ波数領域での干渉波形とがずれないように、前記第１のエピタキシャル層の厚さをフィッティングパラメータとして使用し、前記数値計算反射干渉パターンをフィッティングした際に設定した前記第１のエピタキシャル層の厚みをもって、前記第１のエピタキシャル層の厚みの実測値とする。

本発明に係る膜厚測定方法によれば、フォノン吸収による屈折率の異常分散領域近傍での干渉波形と、数値計算反射干渉パターンの同じ波数領域での干渉波形とがずれないように、第１のエピタキシャル層の厚さをフィッティングパラメータとして使用し、数値計算反射干渉パターンをフィッティングした際に設定した第１のエピタキシャル層の厚みをもって、第１のエピタキシャル層の厚みの実測値とするので、ホモ・エピ構造の多層膜において、膜厚測定が可能となる。

ＦＴ−ＩＲの光学系の構成を説明する概略図である。 スパーシャルグラムについて説明する図である。 サンプルでの光の反射を模式的に示す図である。 膜厚の測定対象の断面構成を示す図である。 ＦＴ−ＩＲを用いて得られたインターフェログラムを示す図である。 インターフェログラムから得られた反射干渉パターンを示す図である。 反射干渉パターンから得られたスパーシャルグラムを示す図である。 数値計算により得られた単層のエピ層による反射干渉パターンを示す図である。 ＦＴ−ＩＲにより得られた多層のエピ層による反射干渉パターンと従来からの数値計算により得られた反射干渉パターンとを示す図である。 ＦＴ−ＩＲにより得られた多層のエピ層による反射干渉パターンと本発明に係る数値計算により得られた反射干渉パターンとを示す図である。 本発明に係る膜厚測定方法を説明するフローチャートである。 バッファ層の見かけ上の厚さと波数との関係を示す図である。

（実施の形態１）

＜はじめに＞
実施の形態の説明に先立って、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）を用いた反射干渉解析法による膜厚測定について説明する。

図１は、ＦＴ−ＩＲの光学系の構成を説明する概略図である。ＦＴ−ＩＲの光学系には、図１に示されるマイケルソン干渉計が一般的に用いられる。図１に示すように、マイケルソン干渉計は、光源１、ハーフミラー２、固定ミラー３、可動ミラー４、反射ミラー５および検知器７を有し、サンプル６は、基板６ａ上に薄膜６ｂが形成されたものである。

ＦＴ−ＩＲを用いた膜厚測定の原理について、図１を用いて説明する。図１において、光源１から出た連続光をハーフミラー２で分離し、一方は固定ミラー３に入射させ、他方は可動ミラー４に入射させる。それぞれのミラーで反射した光は、ハーフミラー２に再び戻り、反射ミラー５で反射された後、サンプル６へ向かう。サンプル６で反射した光は反射ミラー５を経て検知器７で強度が計測される。

可動ミラー４を図１中の矢印方向に移動させて、検出器７で検出される光強度の可動ミラー４の移動距離依存性を測定する。このようにして得られる膜干渉スペクトルは、インターフェログラムと呼ばれる。可動ミラー４の移動距離は、光学距離に対応しており、インターフェログラムは、光学距離関数の膜干渉スペクトルと言える。このような膜干渉スペクトルを、ＦＴ−ＩＲにおいてフーリエ変換することで空間干渉波形（Spatialgram：スパーシャルグラム）を得る。

図２は、スパーシャルグラムについて説明する図である。図２に示されるように、スパーシャルグラムは、横軸が光路差（単位省略）、縦軸が光強度（単位省略）であり、メインバースト８、サイドバースト９と呼ばれる複数のピークを有している。サイドバースト９は、メインバースト８を中心として対称な位置に見られる。

図３は、サンプルでの光の反射を模式的に示す図である。図３において、サンプル６に入射する光には、光源１から、可動ミラー４、反射ミラー５を経てサンプル６に入射する経路（以下経路Ａとする）と、光源１から、固定ミラー３、反射ミラー５を経てサンプル６に入射する経路（以下経路Ｂとする）とがある。

図３に示すように、経路Ａで入射した光がサンプル６で反射する光１０と、経路Ｂで入射した光がサンプル６で反射する光１１とがあり、それぞれ薄膜６ｂの表面での反射光１０ａ、１１ａと、薄膜６ｂと基板６ａとの界面での反射光１０ｂ、１１ｂとを含んでいる。

経路Ａの光がサンプルで反射後検知器７に到る光学距離と、経路Ｂの光がサンプルで反射後検知器７に到る光学距離が一致した場合には、全ての波数の光に対して、位相が一致して光が強め合うため、信号強度が強くなる。この光強度が強くなったピークがメインバースト８である。また、可動ミラーの位置をずらすことにより、上記２つの光学距離に違いが生じると、波数によって強め合うものや打ち消し合うものがあるため、上記２つの光学距離が一致した場合に比べて信号強度が小さくなる。

しかし、経路Ａの光が薄膜６ｂの表面での反射を経て検知器７に到る光学距離と、経路Ｂの光が薄膜６ｂと基板６ａとの界面での反射を経て検知器７に到る光学距離が一致した場合には、全ての波数の光に対して位相が一致し光が強め合うため、信号強度が強くなる。同様に、経路Ａの光が薄膜６ｂと基板６ａとの界面での反射を経て検知器７に到る光学距離と、経路Ｂの光が薄膜６ｂの表面での反射を経て検知器７に到る光学距離が一致した場合にも、全ての波数の光に対して位相が一致し光が強め合うため、信号強度が強くなる。これらのピークがサイドバースト９である。

このように、スパーシャルグラムには、サンプル６の最表面同士および薄膜６ａと基板６ｂの界面同士からの反射した光の干渉によるセンターバースト８と、サンプル６の最表面から反射した光と薄膜６ｂと基板６ａの界面から反射した光の干渉によるサイドバースト９が現れる。

これらのサイドバースト９は、センターバースト８を中心として対称の位置に現れる。また、センターバースト８とサイドバースト９の距離が、光が薄膜６ｂを往復通過する光学距離に対応しているため、この光学距離に薄膜６ｂの屈折率を乗じることにより膜厚を求めることができる。

このように、ＦＴ−ＩＲを用いた反射干渉解析法による膜厚測定では、スパーシャルグラムのサイドバーストとセンターバーストとの距離により膜厚を測定するが、先に説明したように、測定対象となる層の屈折率が、計測波数域において一定の値であることを前提としているので、計測に利用可能な波数領域は、屈折率分散の無視できる領域に限定されることとなる。一方、基板とエピ層とで実部の屈折率差がないホモ・エピ層などでは、赤外域に発生する異常分散領域から離れた近赤外光から可視光領域では屈折率差がなくなり干渉波形は計測できない。

このため、従来は、測定対象となる層の屈折率がほぼ一定と考えられる波数領域での屈折率を用いて膜厚を求めていた。

しかし、ＳｉＣパワーデバイスではドリフト層と基板との間に、キャリア濃度がドリフト層と基板の中間の値を有するバッファ層と呼称される厚さ０．５〜１μｍ（５００ｎｍ〜１０００ｎｍ）程度の薄い層が一般的に形成される。この層は、３桁から４桁もキャリア濃度が異なるバッファ層と基板との間でのキャリア濃度の差に起因する結晶歪みを緩和してドリフト層の結晶性を向上させることを目的としている。

バッファ層とエピ層であるドリフト層とは、通常連続してエピタキシャル成長によって積層され、このバッファ層の品質はドリフト層の結晶品質に大きく影響する。

そのため、バッファ層の厚み、キャリア濃度の定量的管理は、ドリフト層の結晶性制御においても重要な課題である。しかし、従来の反射干渉波形のフーリエ解析法では、０．５μｍ前後の膜厚を計測するには、５０００ｃｍ^-1以上の広範囲な連続波数計測領域における干渉波形が必要であるが、屈折率分散が無視できる１５００ｃｍ^-1〜４０００ｃｍ^-1程度、例えば２５００ｃｍ^-1前後の連続波数計測領域しか得られないためバッファ層の計測は不可能であった。

そこで、発明者達は、従来の反射干渉解析法を検証し、それを発展させて、ドリフト層と基板との間に形成されるバッファ層などの、薄い層の膜厚を測定する方法を開発した。

＜反射干渉解析法の検証＞
以下、図４〜図１０を用いて、従来の反射干渉解析法の検証について説明する。図４は、膜厚の測定対象となるサンプル２０の断面構成を示す図である。図４に示すサンプル２０は、一般的なＳｉＣパワーデバイスのエピタキシャル構造を示しており、ｎ型のＳｉＣ基板２１上にバッファ層２２（エピ層）が形成され、バッファ層２２上にドリフト層２３（エピ層）が形成されている。サンプル２０は大気２４中にあって、照射光束２５、ドリフト層２３表面での反射光束２６、バッファ層２２とＳｉＣ基板２１との界面（エピ・基板界面）での反射光束２７、バッファ層２２とドリフト層２３との界面での反射光束２８が示されている。

照射光束２５の入射角はθｉであり、ＳｉＣ基板２１、バッファ層２２、ドリフト層２３の、厚さ／ｎ型キャリア濃度／実部屈折率／消衰係数は、それぞれ、ｄ_sub／Ｎ_sub／ｎ_sub／ｋ_sub、ｄ_b／Ｎ_b／ｎ_b／ｋ_b、ｄ_epi／Ｎ_epi／ｎ_epi／ｋ_epiで表し、大気の屈折率はｎ₀で表す。

また、ＳｉＣ基板２１のキャリア濃度Ｎ_subは８×１０¹⁸ｃｍ^-3、バッファ層２２のキャリア濃度Ｎ_bは１×１０¹⁸ｃｍ^-3、ドリフト層２３のキャリア濃度Ｎ_epiは１×１０¹⁶ｃｍ^-3であり、バッファ層２２の厚さｄ_bは０．５μｍ、ドリフト層２３の厚さｄ_epiは１２μｍとする。

図１を用いて説明した光学系を有するＦＴ−ＩＲを用いて、照射光束２５に対する反射光束２６〜２８を測定して図５に示されるようなインターフェログラムを得る。なお、ＦＴ−ＩＲには、図１に示したマイケルソン干渉計のような光学系の他に、検知器７で計測した光強度のデータを処理するデータ処理装置を備えているが、当該データ処理装置は、パーソナルコンピュータなどで構成され、データ処理は所定のソフトウェアをＣＰＵで実行することで実現される。

図５に示すインターフェログラムは、横軸が光路差（ｃｍ）、縦軸が検出器での検出電圧で示される光強度（Ｖ）を示しており、ＦＴ−ＩＲの測定結果そのものを示している。

なお、図５に示すインターフェログラムはサンプル２０（図４）の測定結果であるが、これとは別に、リファレンスとして、ＳｉＣ基板２１だけのインターフェログラムも測定する。

そして、サンプルのインターフェログラムと、リファレンスのインターフェログラムに対して、それぞれフーリエ変換を施すことで、サンプルの反射スペクトルおよびリファレンスの反射スペクトルを算出する。

得られたサンプルの反射スペクトルの強度を、リファレンスの反射スペクトルの強度で割ることで、図６に示す反射干渉パターンを得る。

図６に示す反射干渉パターンは、横軸が波数（ｃｍ^-1）、縦軸が反射率を示しており、波数１０００（カイザー）の近傍で反射率が急増している領域３４が観察される。この領域３４は、フォノン吸収に基づく屈折率の異常分散による反射領域（異常分散領域）であり、これよりも高波数側には、キャリア吸収に基づいて屈折率が変化する反射干渉波形３５が現れる。このうち、屈折率分散が比較的少ない領域３６を選択して背景反射率を補正し、得られた反射干渉波形を逆フーリエ変換することで、図７に示すようなスパーシャルグラムを得る。

図７に示されるスパーシャルグラムは、横軸が光路差（μｍ）、縦軸が光強度（任意単位）であり、センターバースト４１およびサイドバースト４２が現れる。

従来の反射干渉解析法では、このセンターバースト４１とサイドバースト４２との距離Ｄに測定対象の層の屈折率を乗じることで、測定対象の層の厚さを推定していた。

しかし、図４に示したバッファ層２２とドリフト層２３とでは屈折率差が小さく、また、バッファ層２２の厚みが薄いため、バッファ層２２とドリフト層２３との界面反射は、ＳｉＣ基板２１とバッファ層２２との界面反射から分離することが現実的に不可能なため、図７に示されるスパーシャルグラムに見られるように、サイドバースト４２は単峰しか現れず、バッファ層２２とドリフト層２３の厚みの和（ｄ＝ｄ_b＋ｄ_epi）として計測される。

発明者達は、図６に示す反射干渉パターンのうち、屈折率の異常分散による反射領域３４の近傍の、屈折率分散の比較的大きな領域３７に現れる反射干渉波形に着目した。領域３７は領域３６に比べて波形の変化が大きく、従来では使われない領域であったが、発明者達は、以下の理由でこの領域に着目した。

すなわち、ＳｉＣ基板２１上に厚さ０．５μｍのバッファ層２２だけを形成した場合と、ＳｉＣ基板２１上に厚さ１２μｍのドリフト層２３だけを形成した場合について、図６に示したような反射干渉パターンを数値計算により求めた。この数値計算では、計測光の波長をλとし、光路差による位相差Δθを求める以下の数式（１）を用いた。

この数値計算結果（正弦波解析結果）を図８に示す。図８では、横軸を波数（ｃｍ^-1）とし、縦軸を反射率（％）として、厚さ１２μｍのドリフト層２３についての反射干渉パターン５１と、厚さ０．５μｍのバッファ層２２についての反射干渉パターン５２とを重ねて示している。

図８より、バッファ層２２についての反射干渉パターン５２は、周期の長い減衰波形となっており、ドリフト層２３についての反射干渉パターン５１と合成すると、反射干渉パターン５１に埋もれてしまうことが判る。特に、波数４０００ｃｍ^-1（λ＝２．５μｍ）〜７０００ｃｍ^-1（λ＝１．４２９μｍ）の近赤外領域では反射干渉パターン５２が反射干渉パターン５１に与える影響は小さくなってしまうことが判る。

そのため、バッファ層２２の情報を得るには、波数３０００ｃｍ^-1（λ＝３．３３３μｍ）〜１０００ｃｍ^-1（λ＝１０μｍ）の赤外領域に着目すべきとの結論に達した。

そこで発明者達は、赤外領域に含まれるバッファ層２２の情報を得るため、薄膜測定装置ではなく、より精度の高い分析用のＦＴ−ＩＲを用いて精密な測定を行った。この測定では、図４に示したバッファ層２２とドリフト層２３とを形成したサンプル２０について測定を行った。

この測定結果を図９に示す。図９においては、横軸を波数（ｃｍ^-1）とし、縦軸を反射率（％）として、実測により得られた反射干渉パターン６１と、上述した数式（１）を用いた数値計算によって得られた反射干渉パターン６２とを重ねて示している。

図９において、波数４０００ｃｍ^-1（λ＝２．５μｍ）〜７０００ｃｍ^-1（λ＝１．４２９μｍ）の近赤外領域では、干渉波形は実測値と計算値とで良い一致を示している。しかし、波数３０００ｃｍ^-1より低波数側の赤外領域では、低波数になるほど実測値と計算値とのずれ（シフト量）が大きくなっていることが判る。

また、ここに見られるような屈折率の異常分散領域の近傍に現れる干渉波形の歪みは、バッファ層がないドリフト層だけの場合は現れず、またバッファ層の構造に対応して変化することも確認されている。

以上を勘案すると、赤外領域にはバッファ層２２の情報が含まれているが、上述した数式（１）を用いた従来の数値計算では、バッファ層２２を有する２層エピ構造における干渉波形の再現はできないという結論に達した。

そこで、赤外領域の干渉波形の歪みを、バッファ層２２の挿入の効果として捉え、バッファ層２２の光学的モデルを取り入れた反射干渉波形解析を行った。

より具体的には、光の吸収がない場合、すなわち実部の屈折率だけで反射する場合は反射したときの位相は１８０度ずれるだけであるが、吸収がある場合は位相が回転する。ドリフト層２３に入射した光は、吸収のないドリフト層２３を通って吸収のあるＳｉＣ基板２１に入るので、そこでの吸収による位相回転により干渉波形に歪みが発生するものと推定したが、それだけではフィッティングできなかったことから、実際にはそれでは説明できないほどの位相回転が生じているものとの結論に達した。

そこで、屈折率の異常分散領域を含む波数３０００ｃｍ^-1より低波数側の赤外領域では、波数が短くなればなるほど位相が回転し、厚さが薄いバッファ層２２であっても入射した光が出射されるまでに時間がかかり、結果として見かけ上の厚さが厚くなっているものと推測した。

この推測に基づいて、干渉波形の歪み分の位相のずれ（シフト量）をΔΦとして表したものが下記の数式（２）である。

上記数式（２）において、係数ｋはバッファ層２２の屈折率ｎ_bの効果を調整するためのファクターであり、この値は１０００〜１００００程度に設定される。

図１０には、図９に示したサンプル２０についての実測の反射干渉パターン６１と、上記数式（２）で表される干渉波形の歪み分の位相のずれΔΦを数式（１）のθｉに加味して得られた位相差Δθを求める下記の数式（３）を用いて得られた反射干渉パターン７２（数値計算反射干渉パターン）とを重ねて示している。

図１０において、反射干渉パターン７２は、数式（２）のバッファ層２２の厚みｄ_bをフィッティングパラメータとし、反射干渉パターン６１に一致するように、厚みｄ_bを変えることでフィッティングさせたものであり、波数１０００ｃｍ^-1の赤外領域から波数７０００ｃｍ^-1の近赤外領域までの波数領域全般に渡って干渉波形が再現されている。

このことから、数式（２）で表される干渉波形の歪み分の位相のずれΔΦが、２層エピ構造における波数３０００ｃｍ^-1より低波数側の赤外領域での位相のずれを良く再現できていると言うことができ、その場合のフィッティングに使用した、バッファ層２２の厚みｄ_bが、実際にＳｉＣ基板２１上に形成されたバッファ層２２の厚みであると言うことができる。

このように、ホモ・エピ構造の膜厚測定において、フォノン吸収による屈折率の異常分散領域近傍での反射干渉波形の歪みを解析することで薄膜の情報を引き出すことができ、その膜厚を測定することが可能となった。

＜膜厚測定方法＞
以下、図９および図１０を参照しつつ、図１１に示すフローチャートを用いて本発明に係る膜厚測定方法について説明する。

まず、図４に示したようなホモ・エピ構造のサンプル（測定対象）を準備し、ＦＴ−ＩＲを用いて、サンプルのインターフェログラムと、リファレンスとして基板だけのインターフェログラムを計測する（ステップＳ１）。

次に、サンプルのインターフェログラムと、リファレンスのインターフェログラムに対して、それぞれフーリエ変換を施すことで、サンプルの反射スペクトルおよびリファレンスの反射スペクトルを算出する（ステップＳ２）。

そして、得られたサンプルの反射スペクトルの強度を、リファレンスの反射スペクトルの強度で割ることで、反射干渉パターンを算出する（ステップＳ３）。

そして、得られた反射干渉パターンの近赤外領域でのフリンジ間隔からエピ層全体の膜厚を推定する（ステップＳ４）。この動作を図９を用いて説明する。すなわち、図９に示す実測により得られた反射干渉パターン６１において、近赤外領域でのフリンジ間隔（干渉波の波頭間隔）をエピ層（バッファ層２２とドリフト層２３）全体の膜厚ｄとする動作である。ここで、１つのフリンジ間隔だけでは不正確であるので、近赤外領域の複数のフリンジについて間隔を算出し、それらの平均値をもって膜厚ｄとする。

次に、実測により得られた反射干渉パターン６１（図９）に対して、数式（２）で表される干渉波形の歪み分の位相のずれΔΦを加味して得られた位相差Δθを求める数式（３）を用いて得られた反射干渉パターン７２を重ね合わせ（ステップＳ５）、その低波数側でのシフトを解消するように、数式（２）のバッファ層２２の厚みｄ_bをフィッティングパラメータとして、図１０に示すように反射干渉パターン６１にフィッティングする（ステップＳ６）。

このフィッティングに使用したバッファ層２２の厚みｄ_bを実際のバッファ層２２の厚みとし、ステップＳ４で推定したエピ層全体の膜厚ｄから差し引いたものを、ドリフト層２３の厚みｄ_epiとする（ステップＳ７）。

＜換算膜厚＞
先に説明したように、波数３０００ｃｍ^-1より低波数側の赤外領域では、波数が短くなればなるほど位相が回転し、厚さが薄いバッファ層２２であっても入射した光が出射されるまでに時間がかかり、結果として見かけ上の厚さが厚くなっているものと推測し、干渉波形の歪み分の位相のずれ（シフト量）ΔΦを数式（２）で表したが、この位相のずれの原因となるバッファ層２２の見かけ上の厚さと波数との関係を示したものが図１２である。

すなわち、干渉波形の歪み分の位相のずれ（シフト量）ΔΦはバッファ層２２における光路差とすることができ、波数３０００ｃｍ^-1より低波数側の赤外領域では、波数が短くなればなるほど位相が回転し、見かけ上の厚さが厚くなって光路差が大きくなるものと考えられる。そこで、この見かけ上の厚さを実測値のシフト量から波数ごとに算出したものが図１２である。

図１２は、横軸を波数（ｃｍ^-1）とし、縦軸を換算膜厚（μｍ）、すなわち見かけ上の厚さとして表している。図１１によれば、例えば波数３０００の場合、約０．１６μｍが見かけ上の厚さとなり、波数２０００の場合、約０．３２μｍが見かけ上の厚さとなる。

２０ サンプル、２１ ＳｉＣ基板、２２ バッファ層、２３ ドリフト層。

Claims (3)

1. フーリエ変換赤外分光光度計を用いた反射干渉解析による膜厚測定方法であって、
   (ａ)半導体基板上に、該半導体基板と実部の屈折率差がない第１および第２のエピタキシャル層がこの順に積層された測定対象を準備し、前記フーリエ変換赤外分光光度計を用いて、前記測定対象のインターフェログラムと、前記半導体基板のインターフェログラムを計測してリファレンスのインターフェログラムを得るステップと、
   (ｂ)前記測定対象のインターフェログラムと、前記リファレンスのインターフェログラムに対して、それぞれフーリエ変換を施すことで、測定対象の反射スペクトルおよびリファレンスの反射スペクトルを算出するステップと、
   (ｃ)前記測定対象の反射スペクトルの強度を、前記リファレンスの反射スペクトルの強度で割ることで、反射干渉パターンを算出するステップと、
   (ｄ)前記測定対象の構造に基づいた数値計算によって得られた数値計算反射干渉パターンを前記反射干渉パターンにフィッティングするステップと、を備え、
   前記ステップ(ｄ)は、
   前記反射干渉パターンにおける、フォノン吸収による屈折率の異常分散領域近傍の波数領域に現れる歪みを含んだ干渉波形と、前記数値計算反射干渉パターンの同じ波数領域での干渉波形とがずれないように、前記第１のエピタキシャル層の厚さをフィッティングパラメータとして使用し、
   前記数値計算反射干渉パターンをフィッティングした際に設定した前記第１のエピタキシャル層の厚みをもって、前記第１のエピタキシャル層の厚みの実測値とする、膜厚測定方法。
2. 前記ステップ(ｄ)は、
   前記数値計算反射干渉パターンの算出において、
   前記第２のエピタキシャル層の表面での赤外光の反射光路と、
   前記第１のエピタキシャル層と前記半導体基板での赤外光の反射光路との光路差による位相差を表す数式に、前記歪みを含んだ干渉波形の歪み分に相当する位相のずれΔΦを加味した数式を用いる、請求項１記載の膜厚測定方法。
3. 前記位相のずれΔΦは、以下の数式（１）で規定され、
   前記数式（１）において、
   ｎ_b：前記第１のエピタキシャル層の実部屈折率、
   ｋ_b：前記第１のエピタキシャル層の消衰係数、
   ｄ_b：前記第１のエピタキシャル層の厚み、
   ｎ_epi：前記第２のエピタキシャル層の実部屈折率、
   ｎ_sub：前記半導体基板の実部屈折率、
   ｋ_sub：前記半導体基板の消衰係数、
   ｋ：前記第１のエピタキシャル層の実部屈折率の効果を調整する係数、
   λ：入射光束の波長である、請求項２記載の膜厚測定方法。