JPH0466806A - 膜厚測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は膜厚測定方法、特に膜干渉スペクトルより膜厚
を測定する方法の改良に関する。

［従来の技術］ 近年、極めて薄い被膜技術が進歩しており、例えば半導
体デバイスはその機能に応してサブミクロンレベルでの
様々な微細構造を有し、特に化合物半導体デバイスにお
いては、エピタキシャル結晶成長により多層薄膜の膜厚
制御が重要な制御因子の一つとなっている。

従来このような薄膜の膜厚測定には、襞間断面をＳＥＭ
等により観察する方法が一般的に用いられる。

しかし、この方法は破壊測定であり、しかもエツチング
を要することからサンプルに大きな制約を受ける。

そこで、最近膜干渉法を用いた非破壊で行なえる膜厚測
定方法が注目を集めている。

この膜厚測定方法は、遠赤外から近赤外域までに至る比
較的広い波数領域、例えばＯ〜３２　、０００ｃｍ−’
にスペクトル波数変換帯域を有するフーリエ変換演算処
理機能をもったフーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）装置
や分散型分光装置を用いる。そして、多層膜からの膜干
渉スペクトルを測定し、そのスペクトルをフーリエ変換
することによって得られる空間干渉強度波形（以下スペ
ーシャルグラムと呼ぶ）から多層膜の膜厚を評価する。

すなわち、第８図にも示すように、基板１０上に薄膜１
２を積層した場合、該薄膜１２に光１４ａ　　１４ｂを
入射すると、薄膜１２の表面１２ａで反射される反射光
１６ａ、及び基板１０と薄膜１２の境界面１２ｂで反射
される反射光１６ｂが生じ、前記反射光１６ａ、１６ｂ
の干渉波を検出することにより薄膜１２の厚さｄを測定
するものである。

この膜厚測定方法に用いられる２光束干渉計としては第
９図に示すようなものか一般的である。

同図に示す２光束干渉計は、光源１８と、半透鏡２０と
、固定鏡２２とを含む。

そして、光源１８より出射した光束２４に対して前記半
透鏡２０は４５度傾いて配置されている。

該半透鏡２０は、光束２４の一部を透過光としてサンプ
ル２６に導光し、また光束２４の一部を反射光２８とし
て固定鏡２２に導光する。

そして、前記固定鏡２２及びサンプル２６からの反射光
は再度半透鏡２０に入射し、両者の干渉光３０が所望の
測定系に導光される。

この膜厚評価のプロセスでは、反射干渉スペクトルを測
定し、これをフーリエ変換して得られるスペーシャルグ
ラムのサイドバーストのピーク位置から膜厚を決定する
。

第１０図には半導体三層膜からの極めて広い波数範囲（
０〜５１，２００ｃｍ−’）にわたる反射干渉スペクト
ルが示されており、これを例えばコサイン変換した項を
得たのが第１１図である。なお、第１１図において横軸
は光路差、縦軸は空間干渉強度を示す。

第１１図から明らかなように、三層膜の理想的なスペー
シャルグラムには、第一層に対応するピーク１１第二層
に対応するピーク■、第三層に対応するビーク■て示す
サイドバーストが現れる。

そして、各対応する２本のサイドバーストＩ、■、■の
距離間隔を測定することにより、膜厚を非破壊測定する
ことか可能となる。

［発明の解決しようとする課題］ ところで、膜厚の情報を含むスペーシャルグラムを得る
際、利用できる反射スペクトルの波数領域か限られてい
るために、波形データの処理の仕方によっては膜厚の情
報を効率良く取り出すことが出来ない場合かある。

すなわち、実際の膜厚測定では、例えばある光学系の設
定によれば約２，０００〜１２，０００ｃｍ−’の波数
範囲の反射干渉スペクトルしか得られない。

このように限られた狭い範囲の反射干渉スペクトルから
得られるスペーシャルグラムは広い波数範囲の反射干渉
スペクトルに矩形波を乗算して逆フーリエ変換したもの
に相当する。

二の結果、第１０図に示した半導体三層膜の測定におい
ても、第１２図に示すような膜干渉スペクトルしか得る
ことが出来す、この反射干渉スペクトルをそのままフー
リエ変換すると、第１３図に示すようにセンターバース
ト付近で激しく振動するようなスペーシャルグラムとな
ってしまう。

第１１図と第１３図を比較すると、第１３図に示すスペ
ーシャルグラムではセンターバーストの他に３つの膜厚
に対応したサイドバーストか現れるはすであるか、多く
の疑似サイドバーストが現れた結果、膜厚を評価するこ
とは極めて困難となってしまうのである。

本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたちにであり
、その目的は膜厚測定の際に反射干渉スペクトルを逆フ
ーリエ変換してスペーシャルグラムを得る際に生ずる疑
似サイトバーストを抑制し、反射干渉スペクトルに含ま
れる膜厚情報を効率良く引出す膜厚測定方法を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するために本発明に係る膜厚測定方法は
、フーリエ変換分光装置及び分散型分光装置を用いた膜
厚測定の際等に、膜干渉スペクトルから空間干渉強度波
形（以下スペーシャルグラムと呼ぶ）を得る工程におい
て測定対象物質の光学定数（例えば屈折率）で限定され
る光学的測光波数域で側光されるスペクトルに対し、ス
ペクトル域に含まれる低周波成分（背景曲線）で側光ス
ペクトルを規格化し低周波成分を除去した膜干渉スペク
トルを作成し、測光スペクトル波数域を越えた波数域に
一次微分が連続であるように定数（０を含む）値を補い
、かつ膜干渉スペクトルの低波数及び高波数域に補う定
数値を等しくする演算処理を行い、測光スペクトル波数
域の数倍に拡張した膜干渉スペクトルを作成して、フー
リエ変換してスペーシャルグラムを算出し、そのスペー
シャルグラムから膜厚を評価することを特徴とする。

［作用］ 本発明に係る膜厚測定方法は前迂したようにデータ補充
工程を備えるので、疑似サイトノー−ストが抑制され、
膜層に対応したサイドバーストを明確化することが可能
となる。

この結果、膜干渉法による膜厚測定を多層膜に拡張可能
となり、更に最小分離膜厚の大幅改善、測定者による測
定ばらつきの減少、最適な条件での膜厚測定を可能とす
ることが出来る。

［実施例］ 以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を説明する。

第１図には本発明の一実施例に係る膜厚測定方法のフロ
ーチャート図が示されている。

まず、ＦＴＩＲや分散型分光器によって膜干渉スペクト
ルを常法により測定する（ステップ１００）。

そして、得られたスペクトル中に含まれる低周波成分を
除去（ステップ１０２）すると、第２図に示すような膜
干渉スペクトルを得ることか出来る。なおこの段階では
前記第１２図に示した従来の方法に基つく膜干渉スペク
トルと同じである。

これに対し本発明では波形データを処理し、スペクトル
データの追加を行う（ステ・ツブ１０４）。

すなわち、第３図に示すよ゛うに、干渉スペクトルの図
中左側端部（波数σ□＝２，０００ｃｍ−”）の反射干
渉スペクトル強度データを０からσ、　ｃｍ−’までの
干渉スペクトル強度データとして補い、また図中右側端
部（波数σ２＝１２．０００ｃｍ−’　）のスペクトル
強度データを波数σ２からσゆ、、ｃｍ−”までの反射
干渉スペクトル強度データとして補う。

そして、次に第３図に示す波形データ処理後の反射干渉
スペクトルデータをフーリエ変換する（ステップ１０６
）と、第４図に示すようなスペーシャルグラムを得るこ
とが出来る（ステ・ツブ１０８）。

このスペーシャルグラム（又はパワースペクトル）のピ
ークをサーチ（ステップ１１０）Ｌ、そのピークの距離
間隔より膜厚を算出する（ステ・ツブ１１２）ものであ
る。

第４図に示すスペーシャルグラムと、前記第１３図に示
すスペーシャルグラム比較すると、同一の半導体三層膜
から同一波数範囲の反射干渉スペクトルを得たにもかか
わらす、各膜厚に対応するサイドバーストか第４図にお
いては極めて明確化され、疑似ピークは大幅に抑制され
る。

なお、第５図は前記第４図に示したスペーシャルグラム
に対応するパワースペクトルを示す。熱論、第５図によ
っても各膜厚を示すピーク値Ｉ、■、■は極めて明瞭で
あり、膜厚演算の自動化にも何ら支障かない。

また、第１１図に示すスベーンヤルダラムと第４図に示
すスペーシャルグラムとを比較しても、サイドバースト
の横軸に対する位置は全く変らないことから、比較的狭
い波数範囲の反射干渉スペクトルを用いた場合にも正確
な膜厚測定を行うことが理解される。

また、本実施例のように実測定スペクトルの同波数端部
にデータ補充を行なう場合には、両データのスペクトル
強度がほぼ等しくなるσ１、σ２の波数領域を選択する
必要がある。

さらに、第６図には更に狭い波数２，０００から８９０
０ｃ＋＋＋−”の範囲の反射干渉スペクトルに基づき本
発明に係るデータ処理を行ったものであるが、前記第４
図と同様正確なピーク判別及び膜厚測定が行い得る。

なお、第７図は前記第６図に対応したパワースペクトル
である。

以上説明したように本実施例に係る膜厚測定方法によれ
ば、フーリエ変換演算処理機能を有したフーリエ変換赤
外分光装置や分散型分光装置を基礎とした半導体単層な
いし多層膜評価装置によって膜層からの膜干渉スペクト
ルを測定し、そのスペクトルを複素フーリエ変換するこ
とによって得られるスペーシャルグラム（複素変換の実
数部のみまたはパワー表示出力）から膜層の膜厚を評価
する際に膜厚の情報を効率良く取り出すことが出来る。

特に、光通信等に使われるＧａＡｓ系、ＩｎＰ系等の化
合物半導体素子開発やその製造プロセスにおいて半導体
エピタキシャル層等の膜厚制御分野に極めて有用である
。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る膜厚測定方法によれば
データ補充工程を備えるので、比較的狭い波数領域の反
射干渉スペクトルから膜厚情報を効率良く引出すことが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る膜厚測定法のフローチ
ャート図、 第２図は膜干渉スペクトル測定工程により得られる波数
範囲２．０００〜１２，０００ｃｍ−’の反射干渉スペ
クトル図、 第３図は第２図に示すスペクトルに対し本発明のデータ
補充工程によりデータを補充した反射干渉スペクトル図
、 第４図は前記第３図に示した反射干渉スペクトルをフー
リエ変換したスペーシャルグラム図、第５図は第４図に
示したスペーシャルグラム図に相当するパワースペクト
ル図、 第６図は波数範囲２，０００から８．９００ｃｍ−’の
反射干渉スペクトルに対し本発明の処理を行ったスペー
シャルグラム図、 第７図は第６図に相当するパワースペクトル図、第８図
は膜干渉による膜厚測定方法の説明図、第９図は膜厚測
定に用いられるフーリエ変換赤外分光装置の要部説明図
、 第１０図は極めて広い波数範囲における反射干渉スペク
トル図、 第１１図は第１０図に示した反射干渉スペクトル図を逆
フーリエ変換したスペーシャルグラム図、第１２図は狭
い波数範囲（２，０００〜１２，０００ｃｍ−１カイザ
ー）での反射干渉スペクトル図、第１３図は第１２図に
示した反射干渉スペクトルをフーリエ変換したスペーシ
ャルグラム図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）膜干渉スペクトルから空間干渉強度波形を得る工
   程において測定対象物質の光学定数で限定される光学的
   側光波数域で側光されるスペクトルに対し、スペクトル
   域に含まれる低周波成分で側光スペクトルを規格化し低
   周波成分を除去した膜干渉スペクトルを作成し、側光ス
   ペクトル波数域を越えた波数域に一次微分が連続である
   ように定数（０を含む）値を補い、かつ膜干渉スペクト
   ルの低波数及び高波数域に補う定数値を等しくする演算
   処理を行い、側光スペクトル波数域の数倍に拡張した膜
   干渉スペクトルを作成して、フーリエ変換して前記空間
   干渉強度波形を算出し、その空間干渉強度波形から膜厚
   を評価することを特徴とする膜厚測定方法。