JPH0326764B2 - - Google Patents

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JPH0326764B2
JPH0326764B2 JP58095121A JP9512183A JPH0326764B2 JP H0326764 B2 JPH0326764 B2 JP H0326764B2 JP 58095121 A JP58095121 A JP 58095121A JP 9512183 A JP9512183 A JP 9512183A JP H0326764 B2 JPH0326764 B2 JP H0326764B2
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JP
Japan
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furnace
window
thickness
directed
thin film
Prior art date
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Application number
JP58095121A
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English (en)
Other versions
JPS5930004A (ja
Inventor
Andore Chasutan Jannkuroodo
Uiriamu Hirudenburando Uorutaa
Reuanoni Menachemu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of JPS5930004A publication Critical patent/JPS5930004A/ja
Publication of JPH0326764B2 publication Critical patent/JPH0326764B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0641Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of polarization
    • G01B11/065Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of polarization using one or more discrete wavelengths
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211Ellipsometry

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は薄膜の厚さを測定するための技術に係
り、更に具体的には本発明は基板上への薄膜の付
着が行われる炉の内部に於いてサンプルの上に付
着された薄膜の厚さを測定するための装置である
エリプソメータ(ellipsometer)に係る。
〔従来技術〕
薄い熱酸化フイルムは、特別な炉内に配置され
た半導体アエハヒに、高度に酸化性の清浄な雰囲
気において900℃ないし1000℃の範囲の高い温度
の下で成長される。現在のところ、この高度に制
御された雰囲気に於いて薄膜が成長される間にそ
のままの位置に於いて薄膜の厚さを直接監視する
技術は存在しない。炉の内部に異物が入る事は許
されない。高い精度はエリプソメータの技法によ
つてはじめて達成できる。
IBM Technical Disclosure Bulletin、
Vol.13、No.2、July1970の第316頁ないし第317に
示されるTaylor等の論文には、炉内で蒸着され
ている薄膜の厚さを監視するための装置が開示さ
れている。この装置は、基板上に長いスポツトを
形成する様な角度で指向されたレーザ・ビームの
所望の入射点を監視する事によつて薄膜の厚さの
増加を測定するものである。厚さが増すにつれて
スポツトが基板を横切つて端から端へ移動する。
基板の上方の窓を通して基板に対して直角に向け
られたセンサーが、厚さの変化を測定すべく基板
を横切る光のスポツトの移動を感知する。この方
法は今日本技術分野に於いて必要とされる様な精
度で厚さを測定し得ない。
米国特許第4168126号明細書には物体に対して
ビームを指向させる前に一対の平行な回転ミラー
によつて反射されるレーザが開示されているが、
物体は炉内にはなく、成長中の薄膜の厚さは測定
されない。
米国特許第4105337号明細書にはビームの分割
器及び検出器を用いた複数レーザ・エリプソメー
タを開示しているが、炉内で成長中の薄膜の測定
方法は開示してない。
〔発明の概要〕
エリプソメータは炉内で基板上に付着されつつ
ある薄膜の厚さを測定する。この装置は炉内の窓
を通してコヒーレント光ビームを投射する手段を
含む。ビームはビーム分割器を通されてその一部
が検出器へ、残部が窓を通して炉内へ指向される
事が望ましい。炉内に薄膜が付着される複数の反
射表面が設けられる。薄膜だけが炉に於ける窓を
通して炉外に配置されたセンサーへビームを反射
する。炉からのこの出力ビームは、P及びS偏光
成分検出器によつて感知される様に、ビームをそ
のP及びS偏光成分に分けるビーム処理光学装置
へ指向される。一実施例に於いて、単一の窓を有
する炉の場合、2つの反射表面は相互に略直角
に、端部と端部が隣接する様に配置される。
〔実施例〕
炉内に於いて基板上に付着されつつある薄膜の
厚さを測定するためのエリプソメータ装置が第1
図に示される。エリプソメータ装置10はビーム
分割器14へビームを指向させる例えばヘリウ
ム・ネオン・レーザの様なレーザを用いる。分割
されたビームの一部は検出器16へ指向される。
検出器16は入力ビーム強度を監視する。ビーム
の残部は入力窓18を通して炉20の様な閉じた
室部内へ指向される。ビームは入射ビームに関し
て適当な角度で配置された第1のサンプル・ウエ
ハ22に照射される。ビームはサンプル22から
サンプル24へと反射され、サンプル24に於い
て反射ビームは炉に入射されたビームと平行にな
る様な角度で偏向される。2つのサンプル22及
び24は平行入力−出力ビーム・モードで動作す
る系となる。サンプル・ウエハ24で反射された
ビームは、炉20の出力窓28を通つて任意の偏
光ビーム分割器、例えばビームを2つの部分に分
割するウオラストン・プリズム30へと指向され
る。出力ビームの一部は入射面に平行なP偏光成
分を測定する検出器32へ指向され、残部のビー
ムはS偏光成分を検出する検出器34へ指向され
る。他のサンプル・ウエハ26上に付着された薄
膜は炉内の同じ温度領域内にある限り、ウエハ2
2及び24上に付着される薄膜と同じ厚さを有す
るであろう。反射された強度測定値RP及びRS
所望の薄膜のパラメータに変換する為に数学的な
アルゴリズムを用いることができる。2つのサン
プル・ウエハは相互に平行であつて全体の構成は
入射するビームに対して適当な角度に配向されて
いる。第1図では2回の反射が示されるが、更に
多数回の反射を用いてもよい。ビームはウエハ2
2,24の各表面に同じ角度で入射されるので、
得られる反射係数Rp及びRsは単に個々の反射係
数の2乗即ち、 Rp=R2 p1及びRs2 s1(Rp1=Rp2、Rs1=Rs2)で
ある。
ここでサフイツクス1及び2は各々サンプル1
及び2(例えばウエハ22及び24)を示す。
このように、薄膜付着面でのコヒーレント・ビ
ームの反射回数を2回以上に増やし、反射ビーム
の強度の変化量を増幅する、すなわち相乗された
反射係数の変化を知ることによつて、1回の反射
では十分検出できないような微妙な反射係数(し
たがつて膜厚)の変化を検出できるようになる。
したがつて、膜厚測定の感度が向上し、膜厚を精
度よく検出することが可能になる。
また、薄膜付着面で反射させることのみによつ
て、炉内でのコヒーレント・ビームの進行方向を
変えるようにしたことも、膜厚の測定精度の向上
に頁献する。すなわち、炉内で基板上に付着され
つつある薄膜の膜厚を測定したい場合に、鏡を使
つて炉内でのビームの進行方向を変えると、炉内
環境に晒された鏡表面の反射係数の変化が反射ビ
ームの強度に影響を与えてしまう。しかも、この
ような鏡の反射係数の変化分を補正することは一
般に困難であるし、たとえ可能であつてもデータ
処理に余分な時間を費し、かつ膜厚測定装置全体
を複雑なものとする。したがつて、炉内に複数の
基板を適宜配置してそれらだけによつてビームを
反射させることによつてのみ、基板上で形成され
つつある薄膜の膜厚を、そのままの状態で(in
situ)、簡便に、かつ精度よく測定することが可
能となる。
入力ビーム及び出力ビームは相互に平行であつ
て、構成の配向に依存しない。それらの相対的変
位が入射角の測定値となる。
第2図に於いて第2の実施例が示される。装置
40は炉に2つの窓部を有している。該実施例に
於いて、レーザ42はビームをビーム分割器44
へ指向させ、ここでビームが分割されて一方が検
出器46へ、他方が炉50の窓48を通してサン
プル・ウエハ52にθ1の角度で照射される。ビー
ムは更に第1のサンプル・ウエハ52に対して
90゜の角度で配置された第2のサンプル・ウエハ
54へ指向される。炉内には他のサンプル・ウエ
ハ56が配置されている。図示される様にビーム
はθ2の角度でサンプル54から反射され、出力窓
58を通つてウオラストン・プリズム60及び検
出器62及び64へ指向される。この実施例に於
いて、2つのサンプル・ウエハ52及び54は相
互に垂直である。2つの入射する角度は等しくな
いが、相互に余角の関係(θ2=90゜−θ1)にある。
この実施例に於いては、炉内との連絡は炉の1つ
の面に於いて行なわれるのに対し、第1図の実施
例の場合は炉の2つの面に於いて行なわれる。
第3図は4回の反射を用いる対照型エリプソメ
ータ路回70を示す。8回、16回等の反射を用い
る事も可能であるが実用性にとぼしい。レーザ7
2はビームをビーム分割器へ指向させる。一方の
ビームは検出器76へ、他方は入力窓78を通つ
て炉内へ指向される。ビームはサンプル・ウエハ
82、サンプル・ウエハ84、再びサンプル・ウ
エハ82、サンプル・ウエハ84の順で反射され
て、出力窓88を通り、ウオラストン・プリズム
90及び検出器92及び94へと指向される。こ
の装置に於いて、2つのサンプル・ウエハ82及
び84は相互に所定の角度に固定され、第1及び
第4の入射角(θ1、θ4)は67°、第2及び第3の
入射角(θ2、θ3)は22.5゜である。これらの2組
の入射角は相互に余角の関係にある。この構成も
また全体の配向とは独立して入力ビーム及び出力
ビームが相互に平行になる。
第4図に於いて、炉内との連絡が炉110の1
つの面に於いて行なわれる装置100が示され
る。レーザ102はビームをビーム分割器104
へ指向させ、そこからビームの一部が検出器10
6へ、残部が炉110の壁部の入力窓108を通
して入射される。ビームはθの角度でサンプル・
ウエハ112に照射され、サンプル・ウエハ11
4へ偏向される。次にビームはサンプル・ウエハ
114からサンプル・ウエハ112へ戻され、窓
108を通してビーム分割器118へ指向され
る。ここからビームの一部はウオラストン・プリ
ズム120を通つて検出器122及び124へ指
向される。2つのサンプル面112及び114の
間の角度は90゜−θ(θは選択された入射角)に固
定される。この装置は逆反射型
(retroreflective)であつて、復帰ビームが入力
ビームに重なる。全反射回数は3回であつて、第
1、第2の反射がθ、第2の反射が90゜である。
この構成は炉内との連絡ポート108が1個に限
定される場合に用いられるべきである。これはそ
の構成の配向について非常に敏感であつて、精確
な配置が行なわれる事によつて用いる事ができ
る。何らかの位置のずれがあると、入力ビーム及
び出力ビームの重なつた状態からのずれ状態とし
て直ちに検出される。
炉内との連絡が炉の1つの面に限定される場合
に用いられるエリプソメータ装置の具体例を第5
図に示す。ヘリウム・レーザ132からのビーム
が窓134を通してウエハ・サンプル136へ指
向される。45゜の角度でサンプル136から反射
されたビームはウエハ・サンプル138から45゜
の角度で反射される。なお、これら2つのサンプ
ルは相互に90゜をなす様に且つ端部同志が隣接す
る様に配置される。サンプル・ウエハ138から
反射したビームは炉135の出力窓142を通つ
て第1図の成分30、32及び34の様な構成要
素を含む受容ユニツト144へ指向される。P偏
光成分及びS偏光成分を示す信号IP及びISを搬送
する線がユニツト144からインタフエース14
6を介して例えば小型の汎用コンピユータである
装置コントローラ148へ接続されている。コン
トローラ148は炉コントローラ150(所望の
設定ポイント、例えば所望の薄膜厚さに於いて炉
を非動作状態にする)へ出力信号を与える。更に
インタフエース146はレーザ132(インタフ
エース146へ送られる信号I0を与える第1図の
16に相当する検出器を含む)からの入力を受け
取る。信号I0はレーザ出力の変動による誤動作を
回避するために、強度の変わるレーザを正規化す
べく、レーザ出力強度監視用に用いられる。この
線は最適な性能をうるための光学的な付属的手段
である。
以上説明したように、本発明によれば、膜厚付
着面の反射係数(1次的には、反射ビームの特定
の偏光成分の強度)の測定を通じて炉内に置かれ
た基板表面に付着されつつある薄膜の膜厚をその
ままの状態で、精度よく、かつ簡単な装置構成で
もつて測定できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第5図は夫々本発明の実施例を示
す図である。 12……レーザ、14……ビーム分割器、16
……検出器、18……入力窓、20……炉、2
2,24……サンプル・ウエハ、26……他のサ
ンプル・ウエハ、28……出力窓、30……ウオ
ラストン・プリズム、32,34……検出器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 炉内で基板上に付着される薄膜の膜厚測定装
    置であつて、 コヒーレント・ビームを炉外から炉内に導くた
    めの入力窓と、 コヒーレント・ビームを炉内から炉外に導くた
    めの出力窓と、 上記出力窓を通過したコヒーレント・ビームの
    特定の偏光成分の強度を測定する手段とを具備
    し、 複数の基板が、上記炉内において、上記入力窓
    から導かれたコヒーレント・ビームを各基板の薄
    膜付着面で少なくとも1回反射させることのみに
    よつて該コヒーレント・ビームの炉内での進行方
    向を変え、該コヒーレント・ビームを出力窓に導
    くように配置されることを特徴とする膜厚測定装
    置。 2 1つの窓が入力窓と出力窓を兼用しているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の膜厚
    測定装置。
JP9512183A 1982-08-09 1983-05-31 膜厚測定装置 Granted JPS5930004A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US40658782A 1982-08-09 1982-08-09
US406587 1989-09-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5930004A JPS5930004A (ja) 1984-02-17
JPH0326764B2 true JPH0326764B2 (ja) 1991-04-11

Family

ID=23608645

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9512183A Granted JPS5930004A (ja) 1982-08-09 1983-05-31 膜厚測定装置

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0102470B1 (ja)
JP (1) JPS5930004A (ja)
DE (1) DE3370374D1 (ja)

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Also Published As

Publication number Publication date
DE3370374D1 (en) 1987-04-23
JPS5930004A (ja) 1984-02-17
EP0102470A1 (en) 1984-03-14
EP0102470B1 (en) 1987-03-18

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