JPH047852A - 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】 〔概　要〕 膜厚測定方法、例えば、成長中の酸化シリコン膜の膜厚
を測定する方法に関し、 膜形成の条件設定のためのテスト時間を短かくして、生
産性を向上させることを目的とし、試料を収容した透光
性容器と、該透光性容器外から試料に偏光した光を入射
し、その反射偏光を前記透光性容器外に出射して偏光解
析する偏光解析装置とを有し、 前記試料を前記偏光解析装置によって偏光解析して膜厚
を測定しながら被膜を形成するようにしたことを特徴と
する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は膜厚測定方法、例えば、成長中の酸化シリコン
膜の膜厚を測定する方法に関する。

近年、微細化された半導体デバイスにおいては薄膜の膜
厚を精度良く形成する方法が重要になっており、本発明
はその合理的な膜厚条件の決定方法に関している。

〔従来の技術〕

例えば、半導体デバイスを製造する際、シリコン基板の
基板面に酸化シリコン（ＳｉＯｚ　）膜を生成（形成）
しており、このような酸化シリコン膜を形成する方法は
デバイス技術の基礎になっているが、デバイスの高集積
化、微細化と共にその膜厚も次第に薄くなって、例えば
、ゲート絶縁膜は数１０人ないし１００人程堆積膜厚と
なっており、これを精度良く制御することが大切である
。

従って、従来、所定膜厚の酸化シリコン膜を生成するた
めには、テストピース（試験片）を用いて、加熱温度を
一定として処理時間を変化させ、その最適の処理時間を
割り出すテスト方法が予めおこなわれている。例えば、
所定膜厚を５００人とすると、例えば、加熱温度を１０
００″Ｃに保持して、約１０分弱の処理時間に細かく刻
み分けて、順次にその処理時間を変えて各テストピース
に酸化シリコン膜を生成させ、次に、それらのテストピ
ースの膜厚を測定して、最適の処理時間を決定する方法
が採られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、半導体デバイスは品種が多く、しかも、１品種
の中でも工程毎に種々の膜厚の酸化シリコン膜を成長し
なければならないために、上記した従来のテスト方法は
極めて面倒で時間を要する方法であり、そのテストピー
スによる膜厚形成条件を決めるためのテスト時間は膜形
成装置を独占したり、また、そのテスト時間は他の膜形
成装置も休止になって生産性を阻害するという欠点があ
る。

本発明はこのような問題点を除去して、膜形成の条件設
定のためのテスト時間を短かくして、生産性を向上させ
ることを目的とした膜厚測定方法を提案するものである
。

〔課題を解決するための手段〕

その課題は、試料を収容した透光性容器と、該透光性容
器外から試料に偏光した光を入射し、その反射偏光を前
記透光性容器外に出射して偏光解析する偏光解析装置と
を有し、前記試料を前記偏光解析装置によって偏光解析
して膜厚を測定しながら被膜を形成するようにした膜厚
測定方法によって解決される。

〔作　用］ 即ち、本発明は、試料に被膜を成長する過程を偏光解析
装置によって偏光解析して膜厚を測定する。そうすれば
、所定膜厚を決める膜形成の条件設定のうちの成長時間
を１回のテストで決定することができて、テスト時間が
短くなり、生産性の向上に役立つ。

なお、偏光解析装置（エリプソメータ）とは偏光解析法
（エリプソメトリ；　ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ）を利
用して膜厚を測定する装置である。

〔実施例〕

以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。

第１図は本発明にがかる膜厚測定装置の概要図を示して
おり、図中の記号１はシリコン基板（試料）、２は透明
石英よりなる透光性容器、ｉはエリプソメータ系（偏光
解析装置系）、４は上下動。

左右傾動のできる可動ステージ、５はガス導入口。

６はガス排出口、７は加熱体である。

そのうち、加熱体７は迅速に昇温降温できる高周波加熱
体やランプアニールが適している。また、エリプソメー
タ系主はレーザ光源３１．検出器３２゜監視レンズ３３
のみ図示しているが、そのうちの監視レンズ３３は光の
照射１反射に対してシリコン基板１を正置するためのレ
ンズである。この監視レンズ３３によってシリコン基板
１．レーザ光源３１および検出器３２の位置関係を検知
して、若しレーザ光源３１からの照射光に対する反射光
を検出器３２に捕らえることができなければ、可動ステ
ージ４を上下動させたりまた左右に傾動させたりして反
射光が検出器３２に入射するように調整を図る。この調
整のうち、微調整は自動的におこなうのが望ましい。

このように、エリプソメータ系主に対して試料を自在に
位置調整できる構成にして、これらを正置させた後、ガ
ス導入口５から塩酸（ＨＣＩ）と酸素（０２）との混合
ガスを容器内に導入し、ガス排出口６からガスを排出さ
せて透光性容器２内を常圧の混合ガスで充満させる。次
に、加熱体７によって温度１０００°Ｃに昇温すると、
酸化シリコン膜がシリコン基板面に成長し始めて、その
成長時間中はエリプソメータ系によって測定膜厚を連続
して測定する。そして、酸化シリコン膜が所定膜厚にな
ると、混合ガスを窒素（不活性ガス）に切り換える。

かくすれば、所定膜厚を決める成長時間を１回のテスト
で決定できて、生産性を向上させることができる。

次の第２図はエリプソメータ（偏光解析装置）の要部概
要図で、記号１は試料、３１はレーザ光源。

３２は検出器、３３は監視レンズ、３４は偏光子、３５
は照射レンズ、３６は検光子、３７はフィルタ、３８は
オートコリメータ系、３９はオートフォーカス系を示し
ている。

物体表面で光が反射する場合に生じる偏光状態の変化を
測定して、その物質の光学定数や表面の性質を検べる方
法として偏光解析法が知られているが、その偏光解析法
を基にして表面に存在する薄膜の厚さや屈折率を測定す
る装置がエリプソメータである。その原理は試料に入射
する直線偏光が試料反射後に楕円偏光になって、その変
化はＰ。

Ｓ成分波間の位相差Δと成分波間の反射計数比角ψとの
２つのパラメータに関わり、エリプソメータはこのΔ、
ψを測定する装置であり、膜厚測定の場合の測定精度は
極めて高く、入オーダーとなる。

そのΔ、ψは、 Δ、ψ＝Ｆ（λ、φ＋　　ｎｌ　＋　　ｎｚ　＋　　ｎ
３　＋　　ｄ）λ；測定波長、φ；入射角、ｎ、；雰囲
気屈折率、ｎ２　；膜層折率、ｎ、；基板屈折率なる関
係があり、他の函数が既知なれば、Δ、ψを測定して膜
厚ｄを求めることができる。

上記した第２図に示すエリプソメータではレーザ光源３
１から照射したレーザ光を回転する偏光子３４に入射し
て、その偏光子３４から出た直線偏光を照射レンズ３５
を通して試料ｌに入射させる。すると、試料１から楕円
偏光が反射して、その楕円偏光を回転する検光子３６を
通し、フィルタ３７を経て検出器３２で測光して、Δ、
ψを求める。なお、オートコリメータ系３８は当初に試
料面の傾き調整のだめの光学系で、オートフォーカス系
３９は試料面の上下位置決めのための光学系である。

この第２図に例示したエリプソメータは測光形で、消光
形（楕円偏光を入射させて直線偏光を反射させる方式）
に比べてやや測定精度が劣るが、測定時間が短くて製造
工程中のモニタ用として適しているタイプである。

従って、このエリプソメータを用いて、上記の膜厚測定
装置を使用すれば、膜形成の条件設定のためのテスト時
間を短かくでき、生産性を向上させることができる。

且つ、上記例は酸化シリコン膜の膜厚を測定する方法に
よる説明であるが、他の成長被膜にも適用でき、また、
エツチングして膜厚を減少させる被膜の膜厚測定にも適
用が可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明にがかる膜厚測
定方法によれば、所定膜厚を算出するテスト時間を短縮
することができて、生産性の向上に著しく寄与するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にがかる膜厚測定装置の概要図、第２図
はエリプソメータの要部概要図である。 図において、 １は試料（シリコン基板）、 ２は透光性容器、 １はエリプソメータ系（偏光解析装置系）、４は可動ス
テージ、 ５はガス導入口、 ６はガス排出口、 ７は加熱体、 ３１はレーザ光源、 ３２は検出器、 ３３は監視レンズ を示している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　試料を収容した透光性容器と、該透光性容器外から試
   料に偏光した光を入射し、その反射偏光を前記透光性容
   器外に出射して偏光解析する偏光解析装置とを有し、 前記試料を前記偏光解析装置によって偏光解析して膜厚
   を測定しながら被膜を形成するようにしたことを特徴と
   する膜厚測定方法。