JPH0712524A - 膜厚測定装置 - Google Patents

膜厚測定装置

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JPH0712524A
JPH0712524A JP17748093A JP17748093A JPH0712524A JP H0712524 A JPH0712524 A JP H0712524A JP 17748093 A JP17748093 A JP 17748093A JP 17748093 A JP17748093 A JP 17748093A JP H0712524 A JPH0712524 A JP H0712524A
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JP
Japan
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film thickness
silicon oxide
silicon substrate
oxide film
processing chamber
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Application number
JP17748093A
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English (en)
Inventor
Jiyun Yoshigiwa
潤 吉際
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコン基板上に形成された酸化シリコン膜
の膜厚を正確に測定する。 【構成】 シリコン基板2上に形成された酸化シリコン
膜の膜厚測定を光を用いて行う膜厚測定装置において、
酸化シリコン膜の膜厚測定を行った後、処理室1内にH
Clガスを導入し、このHClガス雰囲気中での加熱に
より酸化シリコン膜を除去してから同様の膜厚測定を行
い、その結果を用いて膜厚測定値の0点校正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は膜厚測定装置に関し、
特に、シリコン基板上に形成された酸化シリコン膜の膜
厚の測定に適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】シリコン基板上の薄膜の膜厚を測定する
方法としては、測定対象物を破壊することなく測定が可
能な、非接触測定法が一般的に用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光を用いた膜厚測定装置(例えば、エリプソメータ)に
おいては、膜厚の0点校正が不可能であるため、膜厚が
例えば5nm以下の特に薄い薄膜では正確な膜厚測定を
行うことは困難であった。また、シリコン基板による反
射光の強度や位相の測定によって薄膜の膜厚を測定する
場合、これらの強度や位相はシリコンの屈折率や吸収
率、シリコン基板上の薄膜の膜厚などにより変化する
が、これらの屈折率や吸収率はシリコン中の欠陥密度や
不純物濃度により異なる。実際には、これらのシリコン
の光学定数は深さ方向で変化することもあり、これらす
べてのパラメータを同時に決定するのは不可能である。
これに関し、単結晶シリコンの光学定数を仮定して膜厚
を測定する方法があるが、この方法では多様な下地シリ
コンの状態に対応することができない。
【0004】また、シリコン基板上に薄膜が存在しない
と仮定した標準サンプルについての測定結果と薄膜の膜
厚測定結果とを比較してその差を膜厚とする方法もよく
用いられるが、実際には標準サンプルのシリコン基板上
には大気放置により酸化シリコン膜が形成されてしまう
ので、この方法によってもやはり正確な膜厚測定はでき
ない。従って、この発明の目的は、シリコン基板上に形
成された酸化シリコン膜の膜厚を、下地シリコン基板の
状態に依存せずに、正確に測定することができる膜厚測
定装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、シリコン基板(2)上に形成された酸
化シリコン膜(2a)の膜厚を光(L)を用いて測定す
る膜厚測定装置において、酸化シリコン膜(2a)を除
去するための手段を有することを特徴とするものであ
る。
【0006】この発明による膜厚測定装置の好適な一実
施形態においては、酸化シリコン膜(2a)を除去する
ための手段は処理室(1)へのガス導入手段とシリコン
基板(2)の加熱手段とを有し、処理室(1)内にガス
導入手段により塩化水素(HCl)ガスを導入した状態
で加熱手段によりシリコン基板(1)を加熱することに
より酸化シリコン膜(2a)を除去する。また、好適に
は、酸化シリコン膜(2a)を除去した後には、処理室
(1)から塩化水素ガスを排気し、その後処理室(1)
内に不活性ガス、例えば窒素(N2 )ガスを導入する。
【0007】
【作用】上述のように構成された、この発明による膜厚
測定装置によれば、シリコン基板(2)上に形成された
酸化シリコン膜(2a)の膜厚測定を光(L)を用いて
行った後、酸化シリコン膜(2a)を完全に除去してか
ら同様の膜厚測定を行い、その結果を用いて膜厚測定値
の0点校正を行うことができるので、シリコン基板
(2)が非晶質、多結晶あるいは単結晶であるかにかか
わらず、また不純物濃度等に依存せずに、正確な膜厚測
定値を得ることができる。
【0008】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら説明する。図1はこの発明の一実施例による
膜厚測定装置を示す。この実施例による膜厚測定装置に
おいては、膜厚測定方法にエリプソメトリー法(楕円偏
光法)を用いる。
【0009】図1において、符号1は石英製の処理室を
示す。処理室1の内部に、測定対象物としてのシリコン
基板2が置かれる。処理室1はガス導入口3および排気
口4を備えている。また、この処理室1はステージ5の
上に置かれている。ステージ5はステージ駆動部6によ
って駆動されるようになっている。ステージ5の内面は
反射率を上げるためAu(金)等でコーティングされて
いる。さらに、処理室1とステージ5との間には、シリ
コン基板2を加熱するための赤外線ランプ7が設置され
ている。また、処理室1の上面には、顕微鏡8およびラ
ンプハウス9が配置可能になっている。
【0010】ガス導入口3には、N2 ガスボンベ10お
よびHClガスボンベ11が、それぞれ減圧弁12およ
び流量制御弁13を介して接続されている。排気口4に
は流量調整弁14を介して真空ポンプ15が接続されて
いて、処理室1の排気が可能になっている。処理室1の
圧力は、圧力計16とフィードバック回路17とによっ
て流量調整弁14を制御することにより調整可能になっ
ている。膜厚測定は、通常のエリプソメータと同様に、
光の入射側に配置されたレーザ光源18および偏光板1
9と計測側に配置された、偏光板駆動系20により回転
可能な偏光板21および光検出器22とにより行われ
る。
【0011】次に、上述のように構成された膜厚測定装
置を用いてシリコン基板2上の酸化シリコン膜の膜厚を
測定する方法について説明する。まず、シリコン基板2
を処理室1に設けられた窓(図示せず)から内部に移し
た後、この窓を蓋(図示せず)により閉ざす。図2Aに
示すように、この段階では、シリコン基板2上には酸化
シリコン膜2aが形成されている。
【0012】次に、顕微鏡8を、処理室1の上部の、光
Lがシリコン基板2に照射される地点の真上に設置す
る。次に、膜厚測定を行う位置に光Lが照射されるよう
に、顕微鏡8により観察しながら、ステージ駆動部6に
よってステージ5を移動させる。その後、レーザ光源1
8から偏光板19を通して特定の偏光をもつ光Lを取り
出して処理室1内のシリコン基板2の所望の位置に入射
させ、その反射光の偏光状態を、偏光板駆動系20によ
って偏光板21を回転させつつ光検出器22で強度を測
定することにより解析し、その結果を膜厚に換算する。
【0013】この換算時に下地のシリコン基板2の屈折
率および吸収率が必要となるが、これらを得るために、
上述の膜厚測定を行ったシリコン基板2そのもの、もし
くは屈折率および吸収率が同一と考えられる別のシリコ
ン基板2上の酸化シリコン膜2aを除去する。
【0014】このためには、まず、処理室1に蓋をし
て、処理室1上にランプハウス9を設置する。その後、
減圧弁12および流量制御弁13を制御することによ
り、HClガスボンベ11からガス導入口3を通じて処
理室1内にHClガスを導入し、その状態で処理室1の
上下の加熱用ランプ7を点灯してシリコン基板2を加熱
する。このHClガス雰囲気中での加熱により、シリコ
ン基板2上の酸化シリコン膜2aは除去され、図2Bに
示すように、下地のシリコン基板2の表面が露出する。
次に、処理室1内のHClガスを真空ポンプ15を用い
て排気口4から排気しつつ、N2 ガスボンベ10から、
ガス導入口3より処理室1内にN2 ガスを導入し、この
処理室1内を酸化シリコンが形成されない雰囲気にす
る。
【0015】その後、ランプハウス9を取り除き、代わ
りに顕微鏡8を処理室1の真上に配置して、膜厚測定時
と同様の手順でシリコン基板2による反射光の偏光状態
を解析する。この結果を用いて、膜厚0のときの偏光状
態が得られ、下地のシリコン基板2の屈折率および吸収
率が求められる。そして、この結果を用いて上述の酸化
シリコン膜2aの膜厚測定値を校正することにより、下
地シリコン基板2の結晶性によらず、酸化シリコン膜2
aの膜厚を正確に測定することが可能になる。
【0016】以上のように、この実施例によれば、シリ
コン基板2上の酸化シリコン膜2aの膜厚を測定した
後、処理室1内におけるHClガス雰囲気中での加熱に
より酸化シリコン膜2aを完全に除去してから同様な測
定を行い、この測定結果を用いて酸化シリコン膜2aの
膜厚測定値の0点校正を行っているので、酸化シリコン
膜2aの膜厚を、下地シリコン基板2の状態に依存せず
に、正確に測定することができる。
【0017】以上、この発明の一実施例について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施例に限定される
ものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変
形が可能である。
【0018】例えば、上述の実施例においては、エリプ
ソメトリー法により膜厚測定を行っているが、膜厚測定
方法としては、白色光を試料に入射させ反射光を波長分
光する方法や、入射X線の波長を変えて試料から放出さ
れる電子を検出する方法(XPS)等を用いてもよい。
また、酸化シリコン膜の除去用のガスとしては、フッ化
水素(HF)ガスを用いてもよい。この場合、処理室1
はサファイア等の耐HF性をもつ材料により形成するこ
とが要求されるが、加熱ランプ7は不要となる。
【0019】
【発明の効果】以上述べたように、この発明による膜厚
測定装置によれば、酸化シリコン膜を除去するための手
段を有しているので、膜厚測定値の0点校正を行うこと
ができ、従ってシリコン基板上に形成された酸化シリコ
ン膜の膜厚を、下地シリコン基板の状態に依存せずに、
正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による膜厚測定装置の構成
を示す略線図である。
【図2】測定対象物としてのシリコン基板の構造を示す
断面図である。
【符号の説明】
1 処理室 2 シリコン基板 2a 酸化シリコン膜 7 加熱用ランプ 10 N2 ガスボンベ 11 HClガスボンベ 14 真空ポンプ 18 レーザ光源 19、21 偏光板 22 光検出器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板上に形成された酸化シリコ
    ン膜の膜厚を光を用いて測定する膜厚測定装置におい
    て、 上記酸化シリコン膜を除去するための手段を有すること
    を特徴とする膜厚測定装置。
  2. 【請求項2】 上記酸化シリコン膜を除去するための上
    記手段は処理室へのガス導入手段と上記シリコン基板の
    加熱手段とを有し、上記処理室内に上記ガス導入手段に
    より塩化水素ガスを導入した状態で上記加熱手段により
    上記シリコン基板を加熱することにより上記酸化シリコ
    ン膜を除去するようにしたことを特徴とする請求項1記
    載の膜厚測定装置。
  3. 【請求項3】 上記酸化シリコン膜を除去した後、上記
    処理室から上記塩化水素ガスを排気し、その後上記処理
    室内に不活性ガスを導入するようにしたことを特徴とす
    る請求項2記載の膜厚測定装置。
JP17748093A 1993-06-24 1993-06-24 膜厚測定装置 Pending JPH0712524A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002267419A (ja) * 2001-03-14 2002-09-18 Horiba Ltd 膜厚測定装置
JP2007071839A (ja) * 2005-09-09 2007-03-22 Ishizuka Glass Co Ltd 薄膜評価用基準基板及び薄膜評価方法
CN109655005A (zh) * 2017-10-11 2019-04-19 株式会社斯库林集团 膜厚测量装置、基板检查装置、膜厚测量方法以及基板检查方法

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