JPH08264614A - シリコン基板の評価方法及び装置、シリコン酸化膜の評価方法及び装置、並びに半導体装置の製造方法及び装置 - Google Patents
シリコン基板の評価方法及び装置、シリコン酸化膜の評価方法及び装置、並びに半導体装置の製造方法及び装置Info
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- JPH08264614A JPH08264614A JP6837195A JP6837195A JPH08264614A JP H08264614 A JPH08264614 A JP H08264614A JP 6837195 A JP6837195 A JP 6837195A JP 6837195 A JP6837195 A JP 6837195A JP H08264614 A JPH08264614 A JP H08264614A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 複数の誘電関数を求める場合であっても、ノ
イズ成分の少ない正確な誘電関数を求め、それによりシ
リコン酸化膜の膜質を評価することができる評価方法及
び装置を提供する。 【構成】 シリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜
の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価方法において、
シリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜を、膜厚を
コントロールしながら複数回に分けてエッチングする複
数のエッチング工程と、複数のエッチング工程の間に、
シリコン酸化膜の反射率又は透過率を測定する複数の測
定工程と、複数の測定工程により測定された複数の反射
率又は透過率に基づいて、複数のエッチング工程後にお
けるシリコン酸化膜の複数の誘電関数を演算する演算工
程とを有し、複数の誘電関数に基づいて前記シリコン酸
化膜の膜質を評価する。
イズ成分の少ない正確な誘電関数を求め、それによりシ
リコン酸化膜の膜質を評価することができる評価方法及
び装置を提供する。 【構成】 シリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜
の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価方法において、
シリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜を、膜厚を
コントロールしながら複数回に分けてエッチングする複
数のエッチング工程と、複数のエッチング工程の間に、
シリコン酸化膜の反射率又は透過率を測定する複数の測
定工程と、複数の測定工程により測定された複数の反射
率又は透過率に基づいて、複数のエッチング工程後にお
けるシリコン酸化膜の複数の誘電関数を演算する演算工
程とを有し、複数の誘電関数に基づいて前記シリコン酸
化膜の膜質を評価する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン基板を評価す
るシリコン基板の評価方法及び装置、シリコン基板上に
形成されたシリコン酸化膜を評価するシリコン酸化膜の
評価方法及び装置、並びにそれら評価方法及び装置を用
いる半導体装置の製造方法及び装置に関する。
るシリコン基板の評価方法及び装置、シリコン基板上に
形成されたシリコン酸化膜を評価するシリコン酸化膜の
評価方法及び装置、並びにそれら評価方法及び装置を用
いる半導体装置の製造方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥ
Ｔ、メモリー素子等のシリコン半導体素子では、その絶
縁膜としてシリコン基板を熱酸化することにより形成し
たシリコン酸化膜を用いている。熱酸化によるシリコン
酸化膜のうちでも、素子分離用のフィールド絶縁膜は厚
いが、ゲート絶縁膜やトレンチキャパシタの誘電体膜と
して用いられるシリコン酸化膜は非常に薄い。しかし、
半導体装置の高密度化と共にこれら薄い絶縁膜は更なる
薄膜化が求められている。
Ｔ、メモリー素子等のシリコン半導体素子では、その絶
縁膜としてシリコン基板を熱酸化することにより形成し
たシリコン酸化膜を用いている。熱酸化によるシリコン
酸化膜のうちでも、素子分離用のフィールド絶縁膜は厚
いが、ゲート絶縁膜やトレンチキャパシタの誘電体膜と
して用いられるシリコン酸化膜は非常に薄い。しかし、
半導体装置の高密度化と共にこれら薄い絶縁膜は更なる
薄膜化が求められている。
【０００３】熱酸化法で形成された約１０ｎｍ以下の薄
い酸化膜の場合、この膜厚は原子層に換算すると数１０
原子層に相当する。そのため、シリコン酸化膜の膜質の
評価としては、原子、分子レベルで行う、物理化学的構
造解析によることが望まれている。このような要望に応
えて、本願と同一出願人により、非破壊、非接触、大気
圧下で評価可能である赤外分光測定を用い、シリコン酸
化膜の反射率に基づいてシリコン酸化膜の誘電関数を求
め、その誘電関数から膜質を評価する評価方法が提案さ
れている（特開平６−３４１９５２号公報）。
い酸化膜の場合、この膜厚は原子層に換算すると数１０
原子層に相当する。そのため、シリコン酸化膜の膜質の
評価としては、原子、分子レベルで行う、物理化学的構
造解析によることが望まれている。このような要望に応
えて、本願と同一出願人により、非破壊、非接触、大気
圧下で評価可能である赤外分光測定を用い、シリコン酸
化膜の反射率に基づいてシリコン酸化膜の誘電関数を求
め、その誘電関数から膜質を評価する評価方法が提案さ
れている（特開平６−３４１９５２号公報）。
【０００４】また、Ｒ．Ｂｒｅｎｄｅｌらは、シリコン
酸化膜の誘電関数をガウスモデルから演算する方法につ
いて報告している（R.Brendel et al., J. Appl. Phys.
71,1, 1992）。シリコン基板上に形成されたシリコン
酸化膜の上にアルミニウムが堆積されている系における
シリコン酸化膜の誘電関数が演算されている。
酸化膜の誘電関数をガウスモデルから演算する方法につ
いて報告している（R.Brendel et al., J. Appl. Phys.
71,1, 1992）。シリコン基板上に形成されたシリコン
酸化膜の上にアルミニウムが堆積されている系における
シリコン酸化膜の誘電関数が演算されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリコ
ン酸化膜の誘電関数から膜質を評価する上記評価方法に
おいては、特にシリコン基板自体の誘電関数が考慮され
ていなかった。このため、例えば、不純物の添加により
電気抵抗率を下げたシリコン基板上に形成されたシリコ
ン酸化膜の場合には、シリコン基板の誘電関数の変化が
シリコン酸化膜の誘電関数の変化として演算されてしま
い、正確な膜質評価を行うことができなかった。
ン酸化膜の誘電関数から膜質を評価する上記評価方法に
おいては、特にシリコン基板自体の誘電関数が考慮され
ていなかった。このため、例えば、不純物の添加により
電気抵抗率を下げたシリコン基板上に形成されたシリコ
ン酸化膜の場合には、シリコン基板の誘電関数の変化が
シリコン酸化膜の誘電関数の変化として演算されてしま
い、正確な膜質評価を行うことができなかった。
【０００６】また、上記評価方法においては、シリコン
基板上に形成されるシリコン酸化膜の膜質は、シリコン
基板内部に導入された不純物に影響され、評価されたシ
リコン酸化膜が実際の半導体装置に用いられるものと異
なるものになることがある。例えば、シリコン基板の裏
面での反射光の影響をなくすために、シリコン基板中に
不純物を導入して赤外光を吸収する赤外光吸収領域を設
ける場合には、シリコン基板の不純物濃度を実際の半導
体装置で用いられるシリコン基板の不純物濃度より非常
に高くしているため、評価するシリコン酸化膜の膜質が
実際の半導体装置に用いられるものと全く異なってしま
う。
基板上に形成されるシリコン酸化膜の膜質は、シリコン
基板内部に導入された不純物に影響され、評価されたシ
リコン酸化膜が実際の半導体装置に用いられるものと異
なるものになることがある。例えば、シリコン基板の裏
面での反射光の影響をなくすために、シリコン基板中に
不純物を導入して赤外光を吸収する赤外光吸収領域を設
ける場合には、シリコン基板の不純物濃度を実際の半導
体装置で用いられるシリコン基板の不純物濃度より非常
に高くしているため、評価するシリコン酸化膜の膜質が
実際の半導体装置に用いられるものと全く異なってしま
う。
【０００７】また、上記評価方法において、測定された
反射率から複素数である誘電率を導出するためには、複
数の測定条件から導かれる連立方程式の解を求める必要
がある。しかしながら、この連立方程式は解析的には解
くことができない。したがって、近似法を用いて求める
ことになるが、最初に定める粗い近似根の値が適切でな
いと、連立方程式の根を高速に求めることができないば
かりでなく、適切でない根を求めてしまうことがあっ
た。
反射率から複素数である誘電率を導出するためには、複
数の測定条件から導かれる連立方程式の解を求める必要
がある。しかしながら、この連立方程式は解析的には解
くことができない。したがって、近似法を用いて求める
ことになるが、最初に定める粗い近似根の値が適切でな
いと、連立方程式の根を高速に求めることができないば
かりでなく、適切でない根を求めてしまうことがあっ
た。
【０００８】更に、上記評価方法においては、測定され
た反射率に含まれるノイズ成分が演算された誘電関数に
含まれるため、その誘電関数に基づいて更に誘電関数を
求めるとノイズ成分が増大して、正確な誘電関数を求め
ることができなかった。本発明の第１の目的は、シリコ
ン基板の誘電関数を正確に求めることができるシリコン
基板の評価方法及び装置を提供することにある。
た反射率に含まれるノイズ成分が演算された誘電関数に
含まれるため、その誘電関数に基づいて更に誘電関数を
求めるとノイズ成分が増大して、正確な誘電関数を求め
ることができなかった。本発明の第１の目的は、シリコ
ン基板の誘電関数を正確に求めることができるシリコン
基板の評価方法及び装置を提供することにある。
【０００９】本発明の第２の目的は、実際の半導体装置
に用いられるものと同等なシリコン酸化膜を正確に評価
することができるシリコン酸化膜の評価方法及び装置を
提供することにある。本発明の第３の目的は、被測定対
象の反射率から誘電関数を安定かつ高速に求める演算
し、前記誘電関数に基づいて前記被測定対象を評価する
評価方法及び装置を提供することにある。
に用いられるものと同等なシリコン酸化膜を正確に評価
することができるシリコン酸化膜の評価方法及び装置を
提供することにある。本発明の第３の目的は、被測定対
象の反射率から誘電関数を安定かつ高速に求める演算
し、前記誘電関数に基づいて前記被測定対象を評価する
評価方法及び装置を提供することにある。
【００１０】本発明の第４の目的は、複数の誘電関数を
求める場合であっても、ノイズ成分の少ない正確な誘電
関数を求め、それにより膜質を評価することができる評
価方法及び装置を提供することにある。本発明の第５の
目的は、シリコン基板や、その上に形成されたシリコン
酸化膜等をインラインで評価することができる半導体装
置の製造方法及び装置を提供することにある。
求める場合であっても、ノイズ成分の少ない正確な誘電
関数を求め、それにより膜質を評価することができる評
価方法及び装置を提供することにある。本発明の第５の
目的は、シリコン基板や、その上に形成されたシリコン
酸化膜等をインラインで評価することができる半導体装
置の製造方法及び装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的は、シリコン基
板を評価するシリコン基板の評価方法において、金属表
面を有する基準基板に対して、複数の条件で入射する複
数の入射光を照射し、前記複数の入射光に対する前記基
準基板の反射光をそれぞれ測定し、前記シリコン基板に
対して、前記複数の条件で入射する複数の入射光を照射
し、前記複数の入射光に対する前記シリコン基板の反射
光をそれぞれ測定し、前記基準基板の反射光と前記シリ
コン基板の反射光とに基づいて、前記複数の条件での前
記シリコン基板の反射率を演算し、前記複数の条件での
反射率に基づいて、前記シリコン基板の誘電関数を演算
し、前記誘電関数に基づいて前記シリコン基板を評価す
ることを特徴とするシリコン基板の評価方法によって達
成される。
板を評価するシリコン基板の評価方法において、金属表
面を有する基準基板に対して、複数の条件で入射する複
数の入射光を照射し、前記複数の入射光に対する前記基
準基板の反射光をそれぞれ測定し、前記シリコン基板に
対して、前記複数の条件で入射する複数の入射光を照射
し、前記複数の入射光に対する前記シリコン基板の反射
光をそれぞれ測定し、前記基準基板の反射光と前記シリ
コン基板の反射光とに基づいて、前記複数の条件での前
記シリコン基板の反射率を演算し、前記複数の条件での
反射率に基づいて、前記シリコン基板の誘電関数を演算
し、前記誘電関数に基づいて前記シリコン基板を評価す
ることを特徴とするシリコン基板の評価方法によって達
成される。
【００１２】上述したシリコン基板の評価方法におい
て、前記複数の条件で入射する複数の入射光は、互いに
異なる複数の角度で入射する入射光であることが望まし
い。上述したシリコン基板の評価方法において、前記複
数の条件で入射する複数の入射光は、入射面に対して垂
直方向に偏光した入射光と、前記入射面に対して平行方
向に偏光した入射光であることが望ましい。
て、前記複数の条件で入射する複数の入射光は、互いに
異なる複数の角度で入射する入射光であることが望まし
い。上述したシリコン基板の評価方法において、前記複
数の条件で入射する複数の入射光は、入射面に対して垂
直方向に偏光した入射光と、前記入射面に対して平行方
向に偏光した入射光であることが望ましい。
【００１３】上述したシリコン基板の評価方法におい
て、前記基準基板の金属表面は、金の表面であることが
望ましい。上記目的は、シリコン基板上に形成されたシ
リコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価方
法において、前記シリコン酸化膜に対して、複数の条件
で入射する複数の入射光を照射し、前記複数の入射光に
対する前記シリコン酸化膜での反射光をそれぞれ測定
し、前記複数の入射光と前記複数の反射光から異なる角
度に対する反射率をそれぞれ演算し、前記異なる角度に
対する反射率に基づいて、上述したシリコン基板の評価
方法により演算された前記シリコン基板の誘電関数を考
慮して、前記シリコン酸化膜の誘電関数を演算し、前記
誘電関数に基づいて前記シリコン酸化膜の膜質を評価す
ることを特徴とするシリコン酸化膜の評価方法によって
達成される。
て、前記基準基板の金属表面は、金の表面であることが
望ましい。上記目的は、シリコン基板上に形成されたシ
リコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価方
法において、前記シリコン酸化膜に対して、複数の条件
で入射する複数の入射光を照射し、前記複数の入射光に
対する前記シリコン酸化膜での反射光をそれぞれ測定
し、前記複数の入射光と前記複数の反射光から異なる角
度に対する反射率をそれぞれ演算し、前記異なる角度に
対する反射率に基づいて、上述したシリコン基板の評価
方法により演算された前記シリコン基板の誘電関数を考
慮して、前記シリコン酸化膜の誘電関数を演算し、前記
誘電関数に基づいて前記シリコン酸化膜の膜質を評価す
ることを特徴とするシリコン酸化膜の評価方法によって
達成される。
【００１４】上記目的は、シリコン基板を評価するシリ
コン基板の評価装置において、金属表面を有する基準基
板と前記シリコン基板とを載置し、いずれかを選択的に
測定位置に位置させる試料台と、前記測定位置に位置す
る前記基準基板又は前記シリコン基板に対して、複数の
条件で入射する複数の入射光を照射する照射手段と、前
記複数の入射光に対する前記基準基板又は前記シリコン
基板の反射光を測定する測定手段と、前記基準基板の反
射光と前記シリコン基板の反射光とに基づいて、前記複
数の条件での前記シリコン基板の反射率を演算し、前記
複数の条件での反射率に基づいて、前記シリコン基板の
誘電関数を演算する演算手段とを有することを特徴とす
るシリコン基板の評価装置によって達成される。
コン基板の評価装置において、金属表面を有する基準基
板と前記シリコン基板とを載置し、いずれかを選択的に
測定位置に位置させる試料台と、前記測定位置に位置す
る前記基準基板又は前記シリコン基板に対して、複数の
条件で入射する複数の入射光を照射する照射手段と、前
記複数の入射光に対する前記基準基板又は前記シリコン
基板の反射光を測定する測定手段と、前記基準基板の反
射光と前記シリコン基板の反射光とに基づいて、前記複
数の条件での前記シリコン基板の反射率を演算し、前記
複数の条件での反射率に基づいて、前記シリコン基板の
誘電関数を演算する演算手段とを有することを特徴とす
るシリコン基板の評価装置によって達成される。
【００１５】上記目的は、シリコン基板上に形成された
シリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価
方法において、前記シリコン基板上に、前記シリコン基
板より不純物濃度が低く、１μｍ以下の膜厚のシリコン
層を形成し、前記シリコン層上に膜質を評価するための
前記シリコン酸化膜を形成し、前記シリコン層上に形成
された前記シリコン酸化膜の膜質を評価することを特徴
とするシリコン酸化膜の評価方法によって達成される。
シリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価
方法において、前記シリコン基板上に、前記シリコン基
板より不純物濃度が低く、１μｍ以下の膜厚のシリコン
層を形成し、前記シリコン層上に膜質を評価するための
前記シリコン酸化膜を形成し、前記シリコン層上に形成
された前記シリコン酸化膜の膜質を評価することを特徴
とするシリコン酸化膜の評価方法によって達成される。
【００１６】上記目的は、シリコン基板の表面化学結合
状態を評価する表面化学結合状態の評価方法において、
前記シリコン基板上に、前記シリコン基板より不純物濃
度が低く、１μｍ以下の膜厚のシリコン層を形成し、前
記シリコン層の表面化学結合状態を評価することを特徴
とする表面化学結合状態の評価方法によって達成され
る。
状態を評価する表面化学結合状態の評価方法において、
前記シリコン基板上に、前記シリコン基板より不純物濃
度が低く、１μｍ以下の膜厚のシリコン層を形成し、前
記シリコン層の表面化学結合状態を評価することを特徴
とする表面化学結合状態の評価方法によって達成され
る。
【００１７】上記目的は、シリコン基板上に形成された
シリコン酸化膜の膜質又はシリコン基板の表面化学結合
状態を評価する評価装置において、前記シリコン基板上
に、前記シリコン基板より不純物濃度が低く、１μｍ以
下の膜厚のシリコン層を形成するシリコン層形成装置
と、前記シリコン層上にシリコン酸化膜を形成する酸化
膜形成装置と、前記シリコン層の反射率又は前記シリコ
ン酸化膜の反射率を測定する測定装置とを有することを
特徴とする評価装置によって達成される。
シリコン酸化膜の膜質又はシリコン基板の表面化学結合
状態を評価する評価装置において、前記シリコン基板上
に、前記シリコン基板より不純物濃度が低く、１μｍ以
下の膜厚のシリコン層を形成するシリコン層形成装置
と、前記シリコン層上にシリコン酸化膜を形成する酸化
膜形成装置と、前記シリコン層の反射率又は前記シリコ
ン酸化膜の反射率を測定する測定装置とを有することを
特徴とする評価装置によって達成される。
【００１８】上記目的は、被測定対象の反射率を測定
し、前記被測定対象の反射率に基づいて各波数に対する
誘電関数を演算し、前記誘電関数に基づいて前記被測定
対象を評価する評価方法において、前記誘電関数を反復
法により演算し、特定の波数に対する誘電関数の粗い近
似根として所定値を中心とした一定値の範囲内にある第
１の値を選択し、前記第１の値を粗い近似根とする第１
の反復法により誘電関数を演算し、前記第１の反復法の
反復回数が所定値を越えた場合には、前記第１の値に一
定値を加えた第２の値と、前記第１の値から一定値を引
いた第３の値を前記粗い近似根として選択し、前記第２
の値を粗い近似根とする第２の反復法により誘電関数を
演算し、前記第２の反復法の反復回数が所定値を越えた
場合には、前記第３の値を粗い近似根とする第３の反復
法により誘電関数を演算し、前記第３の反復法の反復回
数が所定値を越えた場合には、前記第２の反復法の収束
状態と前記第３の反復法の収束状態を比較し、収束状態
がよりよい反復法で用いた値に対して更に一定値を加算
又は減算した第４の値を前記粗い近似根として選択し、
前記第４の値を粗い近似根とする第４の反復法により誘
電関数を演算することを特徴とする評価方法によって達
成される。
し、前記被測定対象の反射率に基づいて各波数に対する
誘電関数を演算し、前記誘電関数に基づいて前記被測定
対象を評価する評価方法において、前記誘電関数を反復
法により演算し、特定の波数に対する誘電関数の粗い近
似根として所定値を中心とした一定値の範囲内にある第
１の値を選択し、前記第１の値を粗い近似根とする第１
の反復法により誘電関数を演算し、前記第１の反復法の
反復回数が所定値を越えた場合には、前記第１の値に一
定値を加えた第２の値と、前記第１の値から一定値を引
いた第３の値を前記粗い近似根として選択し、前記第２
の値を粗い近似根とする第２の反復法により誘電関数を
演算し、前記第２の反復法の反復回数が所定値を越えた
場合には、前記第３の値を粗い近似根とする第３の反復
法により誘電関数を演算し、前記第３の反復法の反復回
数が所定値を越えた場合には、前記第２の反復法の収束
状態と前記第３の反復法の収束状態を比較し、収束状態
がよりよい反復法で用いた値に対して更に一定値を加算
又は減算した第４の値を前記粗い近似根として選択し、
前記第４の値を粗い近似根とする第４の反復法により誘
電関数を演算することを特徴とする評価方法によって達
成される。
【００１９】上述した評価方法において、前記第４の反
復法の反復回数が所定値を越えた場合には、前記第４の
値に対して更に一定値を加算又は減算した第５の値を前
記粗い近似根として選択し、前記第５の値を粗い近似根
とする第５の反復法により誘電関数を演算し、所定の収
束条件を満足するまで上記過程を繰り返すことが望まし
い。。
復法の反復回数が所定値を越えた場合には、前記第４の
値に対して更に一定値を加算又は減算した第５の値を前
記粗い近似根として選択し、前記第５の値を粗い近似根
とする第５の反復法により誘電関数を演算し、所定の収
束条件を満足するまで上記過程を繰り返すことが望まし
い。。
【００２０】上述した評価方法において、前記特定の波
数の近傍の波数に対する誘電関数の粗い近似根として、
前記特定の波数で演算された誘電関数を選択することが
望ましい。上記目的は、シリコン基板上に形成されたシ
リコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価方
法において、前記シリコン基板上に形成されたシリコン
酸化膜を、膜厚をコントロールしながら複数回に分けて
エッチングする複数のエッチング工程と、前記複数のエ
ッチング工程の間に、前記シリコン酸化膜の反射率又は
透過率を測定する複数の測定工程と、前記複数の測定工
程により測定された複数の反射率又は透過率に基づい
て、前記複数のエッチング工程後におけるシリコン酸化
膜の複数の誘電関数を演算する演算工程とを有し、前記
複数の誘電関数に基づいて前記シリコン酸化膜の膜質を
評価することを特徴とするシリコン酸化膜の評価方法に
よって達成される。
数の近傍の波数に対する誘電関数の粗い近似根として、
前記特定の波数で演算された誘電関数を選択することが
望ましい。上記目的は、シリコン基板上に形成されたシ
リコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価方
法において、前記シリコン基板上に形成されたシリコン
酸化膜を、膜厚をコントロールしながら複数回に分けて
エッチングする複数のエッチング工程と、前記複数のエ
ッチング工程の間に、前記シリコン酸化膜の反射率又は
透過率を測定する複数の測定工程と、前記複数の測定工
程により測定された複数の反射率又は透過率に基づい
て、前記複数のエッチング工程後におけるシリコン酸化
膜の複数の誘電関数を演算する演算工程とを有し、前記
複数の誘電関数に基づいて前記シリコン酸化膜の膜質を
評価することを特徴とするシリコン酸化膜の評価方法に
よって達成される。
【００２１】上記目的は、シリコン基板上に形成された
シリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価
方法において、前記シリコン基板上に、膜厚をコントロ
ールしながら前記シリコン酸化膜を複数回に分けて形成
する複数の形成工程と、前記複数の形成工程の間に、前
記シリコン酸化膜の反射率又は透過率を測定する複数の
測定工程と、前記複数の測定工程により測定された複数
の反射率又は透過率に基づいて、前記複数の形成工程後
におけるシリコン酸化膜の複数の誘電関数を演算する演
算工程とを有し、前記複数の誘電関数に基づいて前記シ
リコン酸化膜の膜質を評価することを特徴とするシリコ
ン酸化膜の評価方法によって達成される。
シリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価
方法において、前記シリコン基板上に、膜厚をコントロ
ールしながら前記シリコン酸化膜を複数回に分けて形成
する複数の形成工程と、前記複数の形成工程の間に、前
記シリコン酸化膜の反射率又は透過率を測定する複数の
測定工程と、前記複数の測定工程により測定された複数
の反射率又は透過率に基づいて、前記複数の形成工程後
におけるシリコン酸化膜の複数の誘電関数を演算する演
算工程とを有し、前記複数の誘電関数に基づいて前記シ
リコン酸化膜の膜質を評価することを特徴とするシリコ
ン酸化膜の評価方法によって達成される。
【００２２】上述したシリコン酸化膜の評価方法におい
て、上述したシリコン基板の評価方法により前記シリコ
ン基板の誘電関数を演算し、前記演算工程は、前記シリ
コン基板の誘電関数を用いて前記シリコン酸化膜に対す
る複数の誘電関数を演算することが望ましい。上述した
シリコン酸化膜の評価方法において、自由電子の分極に
基づいた誘電関数理論により前記シリコン基板の誘電関
数が求まるシリコン基板モデルを設定し、上述したシリ
コン基板の評価方法により前記シリコン基板の反射率を
求め、前記シリコン基板の反射率に基づいて、前記シリ
コン基板モデルに適合した前記シリコン基板の誘電関数
を求めることが望ましい。
て、上述したシリコン基板の評価方法により前記シリコ
ン基板の誘電関数を演算し、前記演算工程は、前記シリ
コン基板の誘電関数を用いて前記シリコン酸化膜に対す
る複数の誘電関数を演算することが望ましい。上述した
シリコン酸化膜の評価方法において、自由電子の分極に
基づいた誘電関数理論により前記シリコン基板の誘電関
数が求まるシリコン基板モデルを設定し、上述したシリ
コン基板の評価方法により前記シリコン基板の反射率を
求め、前記シリコン基板の反射率に基づいて、前記シリ
コン基板モデルに適合した前記シリコン基板の誘電関数
を求めることが望ましい。
【００２３】上述したシリコン酸化膜の評価方法におい
て、双極子の分極に基づいたクラマース・クロニッヒの
関係式を満足する誘電関数理論により前記シリコン酸化
膜の誘電関数が求まるシリコン酸化膜モデルを設定し、
前記シリコン酸化膜の複数の反射率又は透過率に基づい
て、前記シリコン酸化膜モデルに適合した前記シリコン
酸化膜の複数の誘電関数を求めることが望ましい。
て、双極子の分極に基づいたクラマース・クロニッヒの
関係式を満足する誘電関数理論により前記シリコン酸化
膜の誘電関数が求まるシリコン酸化膜モデルを設定し、
前記シリコン酸化膜の複数の反射率又は透過率に基づい
て、前記シリコン酸化膜モデルに適合した前記シリコン
酸化膜の複数の誘電関数を求めることが望ましい。
【００２４】上記目的は、シリコン基板上に形成された
シリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価
装置において、前記シリコン基板上に形成されたシリコ
ン酸化膜を、膜厚をコントロールしながら複数回に分け
てエッチングするエッチング手段と、前記エッチング手
段によるエッチング工程の間に、前記シリコン酸化膜の
反射率又は透過率を測定する測定手段と、前記測定装置
により測定された複数の反射率又は透過率に基づいて、
各エッチング工程後におけるシリコン酸化膜の複数の誘
電関数を演算する演算手段とを有することを特徴とする
シリコン酸化膜の評価装置によって達成される。
シリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価
装置において、前記シリコン基板上に形成されたシリコ
ン酸化膜を、膜厚をコントロールしながら複数回に分け
てエッチングするエッチング手段と、前記エッチング手
段によるエッチング工程の間に、前記シリコン酸化膜の
反射率又は透過率を測定する測定手段と、前記測定装置
により測定された複数の反射率又は透過率に基づいて、
各エッチング工程後におけるシリコン酸化膜の複数の誘
電関数を演算する演算手段とを有することを特徴とする
シリコン酸化膜の評価装置によって達成される。
【００２５】上記目的は、シリコン基板上に形成された
シリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価
装置において、前記シリコン基板上に、膜厚をコントロ
ールしながら前記シリコン酸化膜を複数回に分けて形成
する膜形成手段と、前記膜形成手段による膜形成工程の
間に、前記シリコン酸化膜の反射率又は透過率を測定す
る測定手段と、前記測定装置により測定された複数の反
射率又は透過率に基づいて、各膜形成工程後におけるシ
リコン酸化膜の複数の誘電関数を演算する演算手段とを
有することを特徴とするシリコン酸化膜の評価装置によ
って達成される。
シリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価
装置において、前記シリコン基板上に、膜厚をコントロ
ールしながら前記シリコン酸化膜を複数回に分けて形成
する膜形成手段と、前記膜形成手段による膜形成工程の
間に、前記シリコン酸化膜の反射率又は透過率を測定す
る測定手段と、前記測定装置により測定された複数の反
射率又は透過率に基づいて、各膜形成工程後におけるシ
リコン酸化膜の複数の誘電関数を演算する演算手段とを
有することを特徴とするシリコン酸化膜の評価装置によ
って達成される。
【００２６】上記目的は、上述した評価方法を用いてシ
リコン基板を評価する工程を含むことを特徴とする半導
体装置の製造方法によって達成される。上記目的は、上
述した評価方法を用いてシリコン酸化膜を評価する工程
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法によって
達成される。上記目的は、上述した評価方法を用いて、
特定の製造工程前又は特定の製造工程後の半導体装置の
表面化学結合状態を評価する工程を含むことを特徴とす
る半導体装置の製造方法によって達成される。
リコン基板を評価する工程を含むことを特徴とする半導
体装置の製造方法によって達成される。上記目的は、上
述した評価方法を用いてシリコン酸化膜を評価する工程
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法によって
達成される。上記目的は、上述した評価方法を用いて、
特定の製造工程前又は特定の製造工程後の半導体装置の
表面化学結合状態を評価する工程を含むことを特徴とす
る半導体装置の製造方法によって達成される。
【００２７】上記目的は、上述した評価装置を有するこ
とを特徴とする半導体装置の製造装置によって達成され
る。
とを特徴とする半導体装置の製造装置によって達成され
る。
【００２８】
【作用】本発明によれば、シリコン基板を評価するシリ
コン基板の評価方法において、金属表面を有する基準基
板に対して、複数の条件で入射する複数の入射光を照射
し、前記複数の入射光に対する前記基準基板の反射光を
それぞれ測定し、前記シリコン基板に対して、前記複数
の条件で入射する複数の入射光を照射し、前記複数の入
射光に対する前記シリコン基板の反射光をそれぞれ測定
し、前記基準基板の反射光と前記シリコン基板の反射光
とに基づいて、前記複数の条件での前記シリコン基板の
反射率を演算し、前記複数の条件での反射率に基づい
て、前記シリコン基板の誘電関数を演算し、前記誘電関
数に基づいて前記シリコン基板を評価するようにしたの
で、シリコン基板の誘電関数を正確に求めることができ
る。
コン基板の評価方法において、金属表面を有する基準基
板に対して、複数の条件で入射する複数の入射光を照射
し、前記複数の入射光に対する前記基準基板の反射光を
それぞれ測定し、前記シリコン基板に対して、前記複数
の条件で入射する複数の入射光を照射し、前記複数の入
射光に対する前記シリコン基板の反射光をそれぞれ測定
し、前記基準基板の反射光と前記シリコン基板の反射光
とに基づいて、前記複数の条件での前記シリコン基板の
反射率を演算し、前記複数の条件での反射率に基づい
て、前記シリコン基板の誘電関数を演算し、前記誘電関
数に基づいて前記シリコン基板を評価するようにしたの
で、シリコン基板の誘電関数を正確に求めることができ
る。
【００２９】また、本発明によれば、シリコン基板上に
形成されたシリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸
化膜の評価方法において、前記シリコン酸化膜に対し
て、複数の条件で入射する複数の入射光を照射し、前記
複数の入射光に対する前記シリコン酸化膜での反射光を
それぞれ測定し、前記複数の入射光と前記複数の反射光
から異なる角度に対する反射率をそれぞれ演算し、前記
異なる角度に対する反射率に基づいて、上述したシリコ
ン基板の評価方法により演算された前記シリコン基板の
誘電関数を考慮して、前記シリコン酸化膜の誘電関数を
演算し、前記誘電関数に基づいて前記シリコン酸化膜の
膜質を評価するようにしたので、シリコン酸化膜の誘電
関数を正確に求めることができる また、本発明によれば、シリコン基板上に形成されたシ
リコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価方
法において、前記シリコン基板上に、前記シリコン基板
より不純物濃度が低く、１μｍ以下の膜厚のシリコン層
を形成し、前記シリコン層上に膜質を評価するための前
記シリコン酸化膜を形成し、前記シリコン層上に形成さ
れた前記シリコン酸化膜の膜質を評価するようにしたの
で、実際の半導体装置に用いられるものと同等なシリコ
ン酸化膜を正確に評価することができる。
形成されたシリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸
化膜の評価方法において、前記シリコン酸化膜に対し
て、複数の条件で入射する複数の入射光を照射し、前記
複数の入射光に対する前記シリコン酸化膜での反射光を
それぞれ測定し、前記複数の入射光と前記複数の反射光
から異なる角度に対する反射率をそれぞれ演算し、前記
異なる角度に対する反射率に基づいて、上述したシリコ
ン基板の評価方法により演算された前記シリコン基板の
誘電関数を考慮して、前記シリコン酸化膜の誘電関数を
演算し、前記誘電関数に基づいて前記シリコン酸化膜の
膜質を評価するようにしたので、シリコン酸化膜の誘電
関数を正確に求めることができる また、本発明によれば、シリコン基板上に形成されたシ
リコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価方
法において、前記シリコン基板上に、前記シリコン基板
より不純物濃度が低く、１μｍ以下の膜厚のシリコン層
を形成し、前記シリコン層上に膜質を評価するための前
記シリコン酸化膜を形成し、前記シリコン層上に形成さ
れた前記シリコン酸化膜の膜質を評価するようにしたの
で、実際の半導体装置に用いられるものと同等なシリコ
ン酸化膜を正確に評価することができる。
【００３０】また、本発明によれば、シリコン基板の表
面化学結合状態を評価する表面化学結合状態の評価方法
において、前記シリコン基板上に、前記シリコン基板よ
り不純物濃度が低く、１μｍ以下の膜厚のシリコン層を
形成し、前記シリコン層の表面化学結合状態を評価する
ようにしたので、実際の半導体装置に用いられるものと
同等なシリコン基板を正確に評価することができる。
面化学結合状態を評価する表面化学結合状態の評価方法
において、前記シリコン基板上に、前記シリコン基板よ
り不純物濃度が低く、１μｍ以下の膜厚のシリコン層を
形成し、前記シリコン層の表面化学結合状態を評価する
ようにしたので、実際の半導体装置に用いられるものと
同等なシリコン基板を正確に評価することができる。
【００３１】また、本発明によれば、被測定対象の反射
率を測定し、前記被測定対象の反射率に基づいて各波数
に対する誘電関数を演算し、前記誘電関数に基づいて前
記被測定対象を評価する評価方法において、前記誘電関
数を反復法により演算し、特定の波数に対する誘電関数
の粗い近似根として所定値を中心とした一定値の範囲内
にある第１の値を選択し、前記第１の値を粗い近似根と
する第１の反復法により誘電関数を演算し、前記第１の
反復法の反復回数が所定値を越えた場合には、前記第１
の値に一定値を加えた第２の値と、前記第１の値から一
定値を引いた第３の値を前記粗い近似根として選択し、
前記第２の値を粗い近似根とする第２の反復法により誘
電関数を演算し、前記第２の反復法の反復回数が所定値
を越えた場合には、前記第３の値を粗い近似根とする第
３の反復法により誘電関数を演算し、前記第３の反復法
の反復回数が所定値を越えた場合には、前記第２の反復
法の収束状態と前記第３の反復法の収束状態を比較し、
収束状態がよりよい反復法で用いた値に対して更に一定
値を加算又は減算した第４の値を前記粗い近似根として
選択し、前記第４の値を粗い近似根とする第４の反復法
により誘電関数を演算するようにしたので、被測定対象
の反射率から誘電関数を安定かつ高速に求めることがで
きる。
率を測定し、前記被測定対象の反射率に基づいて各波数
に対する誘電関数を演算し、前記誘電関数に基づいて前
記被測定対象を評価する評価方法において、前記誘電関
数を反復法により演算し、特定の波数に対する誘電関数
の粗い近似根として所定値を中心とした一定値の範囲内
にある第１の値を選択し、前記第１の値を粗い近似根と
する第１の反復法により誘電関数を演算し、前記第１の
反復法の反復回数が所定値を越えた場合には、前記第１
の値に一定値を加えた第２の値と、前記第１の値から一
定値を引いた第３の値を前記粗い近似根として選択し、
前記第２の値を粗い近似根とする第２の反復法により誘
電関数を演算し、前記第２の反復法の反復回数が所定値
を越えた場合には、前記第３の値を粗い近似根とする第
３の反復法により誘電関数を演算し、前記第３の反復法
の反復回数が所定値を越えた場合には、前記第２の反復
法の収束状態と前記第３の反復法の収束状態を比較し、
収束状態がよりよい反復法で用いた値に対して更に一定
値を加算又は減算した第４の値を前記粗い近似根として
選択し、前記第４の値を粗い近似根とする第４の反復法
により誘電関数を演算するようにしたので、被測定対象
の反射率から誘電関数を安定かつ高速に求めることがで
きる。
【００３２】また、本発明によれば、シリコン基板上に
形成されたシリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸
化膜の評価方法において、前記シリコン基板上に形成さ
れたシリコン酸化膜を、膜厚をコントロールしながら複
数回に分けてエッチングする複数のエッチング工程と、
前記複数のエッチング工程の間に、前記シリコン酸化膜
の反射率又は透過率を測定する複数の測定工程と、前記
複数の測定工程により測定された複数の反射率又は透過
率に基づいて、前記複数のエッチング工程後におけるシ
リコン酸化膜の複数の誘電関数を演算する演算工程とを
有しているので、前記複数の誘電関数に基づいて前記シ
リコン酸化膜の膜質を評価することができる。
形成されたシリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸
化膜の評価方法において、前記シリコン基板上に形成さ
れたシリコン酸化膜を、膜厚をコントロールしながら複
数回に分けてエッチングする複数のエッチング工程と、
前記複数のエッチング工程の間に、前記シリコン酸化膜
の反射率又は透過率を測定する複数の測定工程と、前記
複数の測定工程により測定された複数の反射率又は透過
率に基づいて、前記複数のエッチング工程後におけるシ
リコン酸化膜の複数の誘電関数を演算する演算工程とを
有しているので、前記複数の誘電関数に基づいて前記シ
リコン酸化膜の膜質を評価することができる。
【００３３】また、本発明によれば、シリコン基板上に
形成されたシリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸
化膜の評価方法において、前記シリコン基板上に、膜厚
をコントロールしながら前記シリコン酸化膜を複数回に
分けて形成する複数の形成工程と、前記複数の形成工程
の間に、前記シリコン酸化膜の反射率又は透過率を測定
する複数の測定工程と、前記複数の測定工程により測定
された複数の反射率又は透過率に基づいて、前記複数の
形成工程後におけるシリコン酸化膜の複数の誘電関数を
演算する演算工程とを有しているので、前記複数の誘電
関数に基づいて前記シリコン酸化膜の膜質を評価するこ
とができる。
形成されたシリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸
化膜の評価方法において、前記シリコン基板上に、膜厚
をコントロールしながら前記シリコン酸化膜を複数回に
分けて形成する複数の形成工程と、前記複数の形成工程
の間に、前記シリコン酸化膜の反射率又は透過率を測定
する複数の測定工程と、前記複数の測定工程により測定
された複数の反射率又は透過率に基づいて、前記複数の
形成工程後におけるシリコン酸化膜の複数の誘電関数を
演算する演算工程とを有しているので、前記複数の誘電
関数に基づいて前記シリコン酸化膜の膜質を評価するこ
とができる。
【００３４】また、上述したシリコン基板の評価方法に
より前記シリコン基板の誘電関数を演算し、前記演算工
程は、前記シリコン基板の誘電関数を用いて前記シリコ
ン酸化膜に対する複数の誘電関数を演算するようにすれ
ば、複数の誘電関数を求める場合であっても、ノイズ成
分の少ない正確な誘電関数を求め、それにより膜質を評
価することができる。
より前記シリコン基板の誘電関数を演算し、前記演算工
程は、前記シリコン基板の誘電関数を用いて前記シリコ
ン酸化膜に対する複数の誘電関数を演算するようにすれ
ば、複数の誘電関数を求める場合であっても、ノイズ成
分の少ない正確な誘電関数を求め、それにより膜質を評
価することができる。
【００３５】また、本発明によれば、半導体装置の製造
方法に、上述した評価方法を用いてシリコン基板やシリ
コン酸化膜を評価する工程を含むようにしたので、シリ
コン基板や、その上に形成されたシリコン酸化膜等をイ
ンラインで評価することができる。
方法に、上述した評価方法を用いてシリコン基板やシリ
コン酸化膜を評価する工程を含むようにしたので、シリ
コン基板や、その上に形成されたシリコン酸化膜等をイ
ンラインで評価することができる。
【００３６】
［第１の実施例］本発明の第１の実施例によるシリコン
基板の評価方法及び装置について図１乃至図３を用いて
説明する。シリコン基板の評価装置 本実施例によるシリコン基板の評価装置を図１に示す。
図１に示す評価装置は、フーリエ変換赤外分光法（FTI
R:Fourier Transform Infrared Spectroscopy）による
外部反射方式の赤外吸収スペクトル測定装置である。
基板の評価方法及び装置について図１乃至図３を用いて
説明する。シリコン基板の評価装置 本実施例によるシリコン基板の評価装置を図１に示す。
図１に示す評価装置は、フーリエ変換赤外分光法（FTI
R:Fourier Transform Infrared Spectroscopy）による
外部反射方式の赤外吸収スペクトル測定装置である。
【００３７】試料移動ステージ１４上には、評価される
べき試料としてシリコン基板１８が載置され、参照され
る基準基板として金薄膜蒸着基板１９が載置されてい
る。試料移動ステージ１４の右側の照明系から入射され
た赤外光がシリコン基板１８又は金薄膜蒸着基板１９の
表面で反射され、その反射光が左側の測定系により測
定、解析される。
べき試料としてシリコン基板１８が載置され、参照され
る基準基板として金薄膜蒸着基板１９が載置されてい
る。試料移動ステージ１４の右側の照明系から入射され
た赤外光がシリコン基板１８又は金薄膜蒸着基板１９の
表面で反射され、その反射光が左側の測定系により測
定、解析される。
【００３８】測定当初は、図１に示すように、シリコン
基板１８が測定位置に位置している。試料移動ステージ
１４の右側の照明系には、赤外光を発光する光源１０が
設けられ、光源１０の出射側に干渉計１１と偏光子１２
が設けられている。光源１０からの赤外光は干渉計１１
及び偏光子１２を介して平行光線束となって出射され
る。偏光子１２を設けることにより、入射面に電場が平
行であるＰ波の赤外光又は入射面に電場が垂直であるＳ
波の赤外光が出射される。
基板１８が測定位置に位置している。試料移動ステージ
１４の右側の照明系には、赤外光を発光する光源１０が
設けられ、光源１０の出射側に干渉計１１と偏光子１２
が設けられている。光源１０からの赤外光は干渉計１１
及び偏光子１２を介して平行光線束となって出射され
る。偏光子１２を設けることにより、入射面に電場が平
行であるＰ波の赤外光又は入射面に電場が垂直であるＳ
波の赤外光が出射される。
【００３９】出射された赤外光は凹面鏡１３により反
射、集光されて、シリコン基板１８の法線から傾いた角
度で入射する。凹面鏡１３を回転、移動することにより
入射角度を変えることができる。シリコン基板１８から
の反射光は凹面鏡１５により反射し、平行光線束となっ
て、ＭＣＴ（Mercury Cadmium Telluride)検出器１６に
入射される。ＭＣＴ検出器１６はシリコン基板１８から
の反射光を検出する。ＭＣＴ検出器１６からの検出信号
は演算部１７に入力される。演算部１７は、シリコン基
板１８又は金薄膜蒸着基板１９表面の反射率を演算し、
後述するようにシリコン基板の誘電関数を求める。
射、集光されて、シリコン基板１８の法線から傾いた角
度で入射する。凹面鏡１３を回転、移動することにより
入射角度を変えることができる。シリコン基板１８から
の反射光は凹面鏡１５により反射し、平行光線束となっ
て、ＭＣＴ（Mercury Cadmium Telluride)検出器１６に
入射される。ＭＣＴ検出器１６はシリコン基板１８から
の反射光を検出する。ＭＣＴ検出器１６からの検出信号
は演算部１７に入力される。演算部１７は、シリコン基
板１８又は金薄膜蒸着基板１９表面の反射率を演算し、
後述するようにシリコン基板の誘電関数を求める。
【００４０】本実施例では、凹面鏡１４及び１５を回転
することにより、シリコン基板１８に対して異なる角度
で入射する複数の入射光を照射するようにし、異なる入
射角の複数の入射光に対するシリコン基板１８からの反
射光をそれぞれ測定する。また、偏光子１２を９０°回
転することにより、入射面に対して電場が垂直又は平行
に偏光された入射光を照射するようにし、異なる偏光方
向の複数の入射光に対するシリコン基板１８からの反射
光をそれぞれ測定する。
することにより、シリコン基板１８に対して異なる角度
で入射する複数の入射光を照射するようにし、異なる入
射角の複数の入射光に対するシリコン基板１８からの反
射光をそれぞれ測定する。また、偏光子１２を９０°回
転することにより、入射面に対して電場が垂直又は平行
に偏光された入射光を照射するようにし、異なる偏光方
向の複数の入射光に対するシリコン基板１８からの反射
光をそれぞれ測定する。
【００４１】次に、試料移動ステージ１４を移動するこ
とにより、金薄膜蒸着基板１９を測定位置に位置させ
る。金薄膜蒸着基板１９に対して、同様にして、異なる
入射角の複数の入射光に対するシリコン基板１８からの
反射光又は異なる偏光方向の複数の入射光に対するシリ
コン基板１８からの反射光を測定する。シリコン基板１
８及び金薄膜蒸着基板１９の反射光から、入射角度又は
偏光方向を変えた複数の条件における反射率を演算し、
複数の条件の反射率に基づいて、シリコン基板の誘電関
数を求める。このようにして求めた誘電関数に基づいて
シリコン基板を評価する。
とにより、金薄膜蒸着基板１９を測定位置に位置させ
る。金薄膜蒸着基板１９に対して、同様にして、異なる
入射角の複数の入射光に対するシリコン基板１８からの
反射光又は異なる偏光方向の複数の入射光に対するシリ
コン基板１８からの反射光を測定する。シリコン基板１
８及び金薄膜蒸着基板１９の反射光から、入射角度又は
偏光方向を変えた複数の条件における反射率を演算し、
複数の条件の反射率に基づいて、シリコン基板の誘電関
数を求める。このようにして求めた誘電関数に基づいて
シリコン基板を評価する。
【００４２】なお、本実施例のシリコン基板の評価方法
では、誘電体表面で反射する光に関し、電場が入射面内
に偏光された光で、反射率がゼロになる入射角であるブ
リュースター角近傍の反射率は、シリコン基板の誘電関
数に敏感でないため、より正確に求めるために、ブリュ
ースター角近傍以外の角度の反射率を用いることによ
り、シリコン基板の誘電関数を正確に求めることができ
る。シリコン基板のブリュースター角は７５度近くであ
る。
では、誘電体表面で反射する光に関し、電場が入射面内
に偏光された光で、反射率がゼロになる入射角であるブ
リュースター角近傍の反射率は、シリコン基板の誘電関
数に敏感でないため、より正確に求めるために、ブリュ
ースター角近傍以外の角度の反射率を用いることによ
り、シリコン基板の誘電関数を正確に求めることができ
る。シリコン基板のブリュースター角は７５度近くであ
る。
【００４３】シリコン基板の評価方法の原理 次に、本実施例のシリコン基板の評価方法の原理につい
て説明する。本実施例によるシリコン基板の評価方法に
おいて、シリコン基板からの反射率Ｒは次式のように表
わされる。なお、次式においてε、ηは複素数として取
り扱う。
て説明する。本実施例によるシリコン基板の評価方法に
おいて、シリコン基板からの反射率Ｒは次式のように表
わされる。なお、次式においてε、ηは複素数として取
り扱う。
【００４４】
【数１】 上式から、誘電率εが与えられれば、実測される反射率
Ｒのシュミレーションを行うことができることがわか
る。逆に、実測された反射率Ｒからシリコン基板の誘電
率εを求めることができる。シリコン基板の反射率を求
める場合、反射光の強度と共に入射光の強度をも正確に
測定する必要がある。しかしながら、照射系内において
光強度を測定しても、シリコン基板の入射光の強度を正
確に知ることはできない。したがって、本実施例では、
光の反射率が非常に高い金の薄膜を表面に形成した金薄
膜蒸着基板１９からの反射光の強度を測定し、これを入
射光の強度とする。
Ｒのシュミレーションを行うことができることがわか
る。逆に、実測された反射率Ｒからシリコン基板の誘電
率εを求めることができる。シリコン基板の反射率を求
める場合、反射光の強度と共に入射光の強度をも正確に
測定する必要がある。しかしながら、照射系内において
光強度を測定しても、シリコン基板の入射光の強度を正
確に知ることはできない。したがって、本実施例では、
光の反射率が非常に高い金の薄膜を表面に形成した金薄
膜蒸着基板１９からの反射光の強度を測定し、これを入
射光の強度とする。
【００４５】シリコン基板の評価方法 図２に、複数の条件の入射光を照射したシリコン基板１
８及び金薄膜蒸着基板１９の反射光から求めた反射率に
よってシリコン基板１８の誘電関数を求める方法の手順
を示す。まず、初期値として、偏光方向、入射角θ、誘
電率εを設定する（ステップＳ１１）。入射角θと誘電
率εは測定条件から知ることができる。次に、設定され
た誘電率εから反射率を計算する（ステップＳ１２）。
次に、計算された反射率と実測された反射率とを比較す
る（ステップＳ１３）。そして、反射率の計算値と実測
値の差が最小となるように、設定された誘電率εの値を
変えて、ステップＳ１１からステップＳ１２を繰り返
す。最終的に、反射率の計算値と実測値の差が最小とな
ったときの誘電率εをシリコン基板１８の誘電率とす
る。
８及び金薄膜蒸着基板１９の反射光から求めた反射率に
よってシリコン基板１８の誘電関数を求める方法の手順
を示す。まず、初期値として、偏光方向、入射角θ、誘
電率εを設定する（ステップＳ１１）。入射角θと誘電
率εは測定条件から知ることができる。次に、設定され
た誘電率εから反射率を計算する（ステップＳ１２）。
次に、計算された反射率と実測された反射率とを比較す
る（ステップＳ１３）。そして、反射率の計算値と実測
値の差が最小となるように、設定された誘電率εの値を
変えて、ステップＳ１１からステップＳ１２を繰り返
す。最終的に、反射率の計算値と実測値の差が最小とな
ったときの誘電率εをシリコン基板１８の誘電率とす
る。
【００４６】このような処理を必要な波数領域にわたっ
て行うことにより、シリコン基板１８の誘電関数を求め
ることができる。実施例１−１ 図３に複数の条件の入射光を照射してときの反射率の実
測値を示す。横軸は基板法線に対する入射光の角度であ
り、縦軸は反射率である。
て行うことにより、シリコン基板１８の誘電関数を求め
ることができる。実施例１−１ 図３に複数の条件の入射光を照射してときの反射率の実
測値を示す。横軸は基板法線に対する入射光の角度であ
り、縦軸は反射率である。
【００４７】測定に当たっては、波数約９００〜１４０
０ｃｍ-1の入射光を用い、４５度、７０度、８０度の入
射角に対して、それぞれＳ偏光とＰ偏光の光を用いて測
定した。図３において、波数約１１００ｃｍー1での測定
点Ａは、入射面に対して電場を平行に偏光した入射光
（Ｐ偏光）を入射しときの反射率の測定値である。測定
点Ｂは、入射面に対して電場を垂直に偏光した入射光
（Ｓ偏光）を入射しときの反射率の測定値である。
０ｃｍ-1の入射光を用い、４５度、７０度、８０度の入
射角に対して、それぞれＳ偏光とＰ偏光の光を用いて測
定した。図３において、波数約１１００ｃｍー1での測定
点Ａは、入射面に対して電場を平行に偏光した入射光
（Ｐ偏光）を入射しときの反射率の測定値である。測定
点Ｂは、入射面に対して電場を垂直に偏光した入射光
（Ｓ偏光）を入射しときの反射率の測定値である。
【００４８】図３の測定値を用いて、上述した方法によ
りシリコン基板の誘電率を求めた。その結果、これら測
定値に適合する誘電率εが約１４であることがわかっ
た。逆に、誘電率εを約１４と設定して、入射角と反射
率の関係を計算したところ、図３の曲線Ｃｓ、Ｃｐが得
られた。曲線ＣｓはＳ偏光に対するグラフであり、曲線
ＣｐはＰ偏光に対するグラフである。
りシリコン基板の誘電率を求めた。その結果、これら測
定値に適合する誘電率εが約１４であることがわかっ
た。逆に、誘電率εを約１４と設定して、入射角と反射
率の関係を計算したところ、図３の曲線Ｃｓ、Ｃｐが得
られた。曲線ＣｓはＳ偏光に対するグラフであり、曲線
ＣｐはＰ偏光に対するグラフである。
【００４９】図３から明らかなように、測定点Ａ、Ｂは
曲線Ｃｓ、Ｃｐに合致しており、求めた誘電率が正確で
あることがわかる。図３は特定の波数に対する実施例と
して示したが、各波数に対して同様の処理を行えば所定
の波数領域におけるシリコン基板の誘電関数を正確に求
めることができる。 ［第２の実施例］本発明の第２の実施例によるシリコン
酸化膜の評価方法及び装置について図４乃至図６を用い
て説明する。
曲線Ｃｓ、Ｃｐに合致しており、求めた誘電率が正確で
あることがわかる。図３は特定の波数に対する実施例と
して示したが、各波数に対して同様の処理を行えば所定
の波数領域におけるシリコン基板の誘電関数を正確に求
めることができる。 ［第２の実施例］本発明の第２の実施例によるシリコン
酸化膜の評価方法及び装置について図４乃至図６を用い
て説明する。
【００５０】シリコン酸化膜の評価装置 本実施例によるシリコン酸化膜の評価装置を図４に示
す。図４に示す評価装置の中央には、ウエーハ２０上の
シリコン酸化膜を評価するために測定評価装置２１が設
けられている。測定評価装置２１の内部について説明す
る、試料ステージ（図示せず）上に、評価されるべきウ
エーハ２０が載置される。移動ステージの右側の照明系
から入射された赤外光がウエーハ２０の表面で反射さ
れ、その反射光が左側の測定系により測定、解析され
る。
す。図４に示す評価装置の中央には、ウエーハ２０上の
シリコン酸化膜を評価するために測定評価装置２１が設
けられている。測定評価装置２１の内部について説明す
る、試料ステージ（図示せず）上に、評価されるべきウ
エーハ２０が載置される。移動ステージの右側の照明系
から入射された赤外光がウエーハ２０の表面で反射さ
れ、その反射光が左側の測定系により測定、解析され
る。
【００５１】試料ステージの右側の照明系には、赤外光
を発光する光源２２が設けられ、光源２２の出射側に干
渉計２３と偏光子２４が設けられている。光源２２から
の赤外光は干渉計２３及び偏光子２４を介して平行光線
束となって出射される。偏光子２４を設けることによ
り、入射面に電場が平行であるＰ波の赤外光又は入射面
に電場が垂直であるＳ波の赤外光が出射される。
を発光する光源２２が設けられ、光源２２の出射側に干
渉計２３と偏光子２４が設けられている。光源２２から
の赤外光は干渉計２３及び偏光子２４を介して平行光線
束となって出射される。偏光子２４を設けることによ
り、入射面に電場が平行であるＰ波の赤外光又は入射面
に電場が垂直であるＳ波の赤外光が出射される。
【００５２】出射された赤外光はウエーハ２０に法線か
ら傾いた角度で入射する。ウエーハ２０からの反射光
は、ＭＣＴ（Mercury Cadmium Telluride)検出器２５に
入射される。ＭＣＴ検出器２５はウエーハ２０からの反
射光を検出する。ＭＣＴ検出器２５からの検出信号は演
算部２６に入力される。演算部２６は、ウエーハ２０表
面の反射率を演算し、後述するようにシリコン酸化膜の
誘電関数を求める。
ら傾いた角度で入射する。ウエーハ２０からの反射光
は、ＭＣＴ（Mercury Cadmium Telluride)検出器２５に
入射される。ＭＣＴ検出器２５はウエーハ２０からの反
射光を検出する。ＭＣＴ検出器２５からの検出信号は演
算部２６に入力される。演算部２６は、ウエーハ２０表
面の反射率を演算し、後述するようにシリコン酸化膜の
誘電関数を求める。
【００５３】測定評価装置２１の左側にはシリコン酸化
膜成膜装置２７が設けられている。このシリコン酸化膜
成膜装置２７は溶液処理によりシリコン酸化膜を形成す
る装置である。シリコン酸化膜成膜装置２７には、酸化
処理用溶液（硝酸（Ｈ2ＳＯ4）と過酸化水素水（Ｈ
2Ｏ2）の混合液）の溶液槽２８が設けられている。な
お、シリコン酸化膜成膜装置２７としては、化学気相堆
積法によりシリコン酸化膜を成膜する装置でもよいし、
熱酸化によりシリコン酸化膜を成膜する装置でもよい。
膜成膜装置２７が設けられている。このシリコン酸化膜
成膜装置２７は溶液処理によりシリコン酸化膜を形成す
る装置である。シリコン酸化膜成膜装置２７には、酸化
処理用溶液（硝酸（Ｈ2ＳＯ4）と過酸化水素水（Ｈ
2Ｏ2）の混合液）の溶液槽２８が設けられている。な
お、シリコン酸化膜成膜装置２７としては、化学気相堆
積法によりシリコン酸化膜を成膜する装置でもよいし、
熱酸化によりシリコン酸化膜を成膜する装置でもよい。
【００５４】測定評価装置２１の右側にはシリコン層成
膜装置２９が設けられている。このシリコン層成膜装置
２９は化学気相堆積法によりシリコン層を堆積する装置
である。なお、シリコン層成膜装置２９としては、他の
方法によりシリコン層を堆積する装置でもよい。シリコ
ン層成膜装置２９の手前にはウエーハ２０を搬出入する
ための搬出入口３０が設けられている。
膜装置２９が設けられている。このシリコン層成膜装置
２９は化学気相堆積法によりシリコン層を堆積する装置
である。なお、シリコン層成膜装置２９としては、他の
方法によりシリコン層を堆積する装置でもよい。シリコ
ン層成膜装置２９の手前にはウエーハ２０を搬出入する
ための搬出入口３０が設けられている。
【００５５】次に、本実施例によるシリコン酸化膜の評
価装置を用いた評価方法について説明する。評価される
べきウエーハ２０には、裏面からの反射の影響を取り除
くために内部に赤外光を吸収する不純物濃度の高い赤外
吸収領域（図示せず）が設けられている。
価装置を用いた評価方法について説明する。評価される
べきウエーハ２０には、裏面からの反射の影響を取り除
くために内部に赤外光を吸収する不純物濃度の高い赤外
吸収領域（図示せず）が設けられている。
【００５６】まず、評価されるべきウエーハ２０を搬出
入口３０を介してシリコン層成膜装置２９に搬入する。
シリコン層成膜装置２９では、ウエーハ２０表面を洗浄
した後に、ウエーハ２０上に実際の半導体装置における
不純物濃度のシリコン層を成膜する。このときシリコン
層の厚さは、測定評価装置２１における測定においては
検出されない程度の薄さであって、ウエーハ２０内部の
不純物による影響を遮断することができる程度の厚さで
あることが必要である。例えば、シリコン層の厚さは１
μｍ以下であることが望ましい。
入口３０を介してシリコン層成膜装置２９に搬入する。
シリコン層成膜装置２９では、ウエーハ２０表面を洗浄
した後に、ウエーハ２０上に実際の半導体装置における
不純物濃度のシリコン層を成膜する。このときシリコン
層の厚さは、測定評価装置２１における測定においては
検出されない程度の薄さであって、ウエーハ２０内部の
不純物による影響を遮断することができる程度の厚さで
あることが必要である。例えば、シリコン層の厚さは１
μｍ以下であることが望ましい。
【００５７】次に、シリコン層成膜装置２９からシリコ
ン酸化膜成膜装置２７にウエーハ２０を移し、シリコン
層表面にシリコン酸化膜を成膜する。このシリコン酸化
膜は、実際の半導体装置における不純物濃度のシリコン
層上に成膜され、シリコン基板の不純物濃度の影響を受
けない。次に、シリコン酸化膜成膜装置２７から測定評
価装置２１にウエーハ２０を移し、シリコン酸化膜を赤
外外部反射法により測定評価を行なう。
ン酸化膜成膜装置２７にウエーハ２０を移し、シリコン
層表面にシリコン酸化膜を成膜する。このシリコン酸化
膜は、実際の半導体装置における不純物濃度のシリコン
層上に成膜され、シリコン基板の不純物濃度の影響を受
けない。次に、シリコン酸化膜成膜装置２７から測定評
価装置２１にウエーハ２０を移し、シリコン酸化膜を赤
外外部反射法により測定評価を行なう。
【００５８】シリコン酸化膜の評価方法の原理 本実施例によるシリコン酸化膜の評価方法の原理につい
て図５を用いて説明する。図５に示すように、シリコン
基板２０中に赤外光を吸収する赤外光吸収領域２０ａを
設けることにより、シリコン基板２０の被測定側ではな
い界面からの反射成分を無視できるようにしている。赤
外光吸収領域２０ａには高濃度の不純物が添加されてい
る。
て図５を用いて説明する。図５に示すように、シリコン
基板２０中に赤外光を吸収する赤外光吸収領域２０ａを
設けることにより、シリコン基板２０の被測定側ではな
い界面からの反射成分を無視できるようにしている。赤
外光吸収領域２０ａには高濃度の不純物が添加されてい
る。
【００５９】しかしながら、このようなシリコン基板２
０上にシリコン酸化膜３１を直接形成すると、基板内部
の高濃度の不純物がシリコン酸化膜３１の膜質に影響を
与える。本実施例では、このような不純物による影響を
除去するため、シリコン基板２０上に実際の半導体装置
において用いられる不純物濃度のシリコン層３２を形成
し、このシリコン層３２上にシリコン酸化膜３１を形成
する。
０上にシリコン酸化膜３１を直接形成すると、基板内部
の高濃度の不純物がシリコン酸化膜３１の膜質に影響を
与える。本実施例では、このような不純物による影響を
除去するため、シリコン基板２０上に実際の半導体装置
において用いられる不純物濃度のシリコン層３２を形成
し、このシリコン層３２上にシリコン酸化膜３１を形成
する。
【００６０】これにより、基板内部の高濃度の不純物に
よる影響を除去して、実際の半導体装置におけるシリコ
ン酸化膜と同じ膜質のシリコン酸化膜３１を得ることが
できる。しかも、シリコン層３２の厚さを１μｍ以下に
すれば、シリコン層３２の界面での反射によって赤外光
の位相は大きく変化することがないため、シリコン層３
２が測定結果に影響することはない。
よる影響を除去して、実際の半導体装置におけるシリコ
ン酸化膜と同じ膜質のシリコン酸化膜３１を得ることが
できる。しかも、シリコン層３２の厚さを１μｍ以下に
すれば、シリコン層３２の界面での反射によって赤外光
の位相は大きく変化することがないため、シリコン層３
２が測定結果に影響することはない。
【００６１】なお、シリコン層の厚さが１μｍ以上にな
ると、干渉縞が観察され、シリコン酸化膜の正確な評価
ができなくなる。したがって、実際の半導体装置に用い
られるものと同等なシリコン酸化膜を正確に評価するこ
とができる。なお、本実施例が適用されるシリコン基板
としては内部に赤外光吸収領域が設けられたものに限ら
ない。裏面からの反射光による影響を除去するために厚
いシリコン基板に適用してもよいし、他のいかなるシリ
コン基板に適用してもよい。他のシリコン基板の場合で
も、シリコン基板上に実際の半導体装置と同等なシリコ
ン層を設けることにより実際の半導体装置に有用な評価
結果を得ることができる。
ると、干渉縞が観察され、シリコン酸化膜の正確な評価
ができなくなる。したがって、実際の半導体装置に用い
られるものと同等なシリコン酸化膜を正確に評価するこ
とができる。なお、本実施例が適用されるシリコン基板
としては内部に赤外光吸収領域が設けられたものに限ら
ない。裏面からの反射光による影響を除去するために厚
いシリコン基板に適用してもよいし、他のいかなるシリ
コン基板に適用してもよい。他のシリコン基板の場合で
も、シリコン基板上に実際の半導体装置と同等なシリコ
ン層を設けることにより実際の半導体装置に有用な評価
結果を得ることができる。
【００６２】実施例２−１ 図６にシリコン酸化膜の評価例を示す。横軸は波数、縦
軸は反射率である。本実施例では、不純物濃度が１０14
ａｔｏｍｓ／ｃｍ3のシリコン基板上に、不純物を含ま
ないシリコン層を膜厚０．１μｍ形成した。シリコン酸
化膜は処理溶液（硝酸（Ｈ2ＳＯ4）と過酸化水素水（Ｈ
2Ｏ2）の混合液）によりシリコン層上に成膜され、赤外
外部反射法により測定した。
軸は反射率である。本実施例では、不純物濃度が１０14
ａｔｏｍｓ／ｃｍ3のシリコン基板上に、不純物を含ま
ないシリコン層を膜厚０．１μｍ形成した。シリコン酸
化膜は処理溶液（硝酸（Ｈ2ＳＯ4）と過酸化水素水（Ｈ
2Ｏ2）の混合液）によりシリコン層上に成膜され、赤外
外部反射法により測定した。
【００６３】図５にはシリコン酸化膜の特徴的なピーク
が観察されており、シリコン層を設けたことによりシリ
コン基板の不純物からの影響がなくなり、しかも、シリ
コン層の存在により干渉縞が生じるなどの影響がないこ
とがわかる。 ［第３の実施例］本発明の第３の実施例によるシリコン
基板の表面化学結合状態の評価方法及び装置について図
７乃至図９を用いて説明する。
が観察されており、シリコン層を設けたことによりシリ
コン基板の不純物からの影響がなくなり、しかも、シリ
コン層の存在により干渉縞が生じるなどの影響がないこ
とがわかる。 ［第３の実施例］本発明の第３の実施例によるシリコン
基板の表面化学結合状態の評価方法及び装置について図
７乃至図９を用いて説明する。
【００６４】シリコン基板の表面化学結合状態の評価装
置 本実施例によるシリコン基板の表面化学結合状態の評価
装置を図７に示す。図７に示す評価装置の中央には、ウ
エーハ２０上のシリコン酸化膜を評価するために測定評
価装置２１が設けられている。測定評価装置２１の内部
について説明する、試料ステージ（図示せず）上に、評
価されるべきウエーハ２０が載置される。移動ステージ
の右側の照明系から入射された赤外光がウエーハ２０の
表面で反射され、その反射光が左側の測定系により測
定、解析される。
置 本実施例によるシリコン基板の表面化学結合状態の評価
装置を図７に示す。図７に示す評価装置の中央には、ウ
エーハ２０上のシリコン酸化膜を評価するために測定評
価装置２１が設けられている。測定評価装置２１の内部
について説明する、試料ステージ（図示せず）上に、評
価されるべきウエーハ２０が載置される。移動ステージ
の右側の照明系から入射された赤外光がウエーハ２０の
表面で反射され、その反射光が左側の測定系により測
定、解析される。
【００６５】試料ステージの右側の照明系には、赤外光
を発光する光源２２が設けられ、光源２２の出射側に干
渉計２３と偏光子２４が設けられている。光源２２から
の赤外光は干渉計２３及び偏光子２４を介して平行光線
束となって出射される。偏光子２４を設けることによ
り、入射面に電場が平行であるＰ波の赤外光又は入射面
に電場が垂直であるＳ波の赤外光が出射される。
を発光する光源２２が設けられ、光源２２の出射側に干
渉計２３と偏光子２４が設けられている。光源２２から
の赤外光は干渉計２３及び偏光子２４を介して平行光線
束となって出射される。偏光子２４を設けることによ
り、入射面に電場が平行であるＰ波の赤外光又は入射面
に電場が垂直であるＳ波の赤外光が出射される。
【００６６】出射された赤外光はウエーハ２０に法線か
ら傾いた角度で入射する。ウエーハ２０からの反射光
は、ＭＣＴ検出器２５に入射される。ＭＣＴ検出器２５
はウエーハ２０からの反射光を検出する。ＭＣＴ検出器
２５からの検出信号は演算部２６に入力される。演算部
２６は、ウエーハ２０表面の反射率を演算し、後述する
ようにシリコン酸化膜の誘電関数を求める。
ら傾いた角度で入射する。ウエーハ２０からの反射光
は、ＭＣＴ検出器２５に入射される。ＭＣＴ検出器２５
はウエーハ２０からの反射光を検出する。ＭＣＴ検出器
２５からの検出信号は演算部２６に入力される。演算部
２６は、ウエーハ２０表面の反射率を演算し、後述する
ようにシリコン酸化膜の誘電関数を求める。
【００６７】測定評価装置２１の左側には洗浄装置３３
が設けられている。この洗浄装置３３は溶液処理により
シリコン基板の表面を洗浄する装置である。洗浄装置３
３には、洗浄用溶液（フッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）
溶液）の溶液槽３４が設けられている。なお、洗浄装置
３３としては、ふっ素ドライエッチングのような気相法
によりシリコン基板表面を洗浄する装置でもよいし、他
の方法によりシリコン基板の表面を洗浄する装置でもよ
い。
が設けられている。この洗浄装置３３は溶液処理により
シリコン基板の表面を洗浄する装置である。洗浄装置３
３には、洗浄用溶液（フッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）
溶液）の溶液槽３４が設けられている。なお、洗浄装置
３３としては、ふっ素ドライエッチングのような気相法
によりシリコン基板表面を洗浄する装置でもよいし、他
の方法によりシリコン基板の表面を洗浄する装置でもよ
い。
【００６８】測定評価装置２１の右側にはシリコン層成
膜装置２９が設けられている。このシリコン層成膜装置
２９は化学気相堆積法によりシリコン層を堆積する装置
である。なお、シリコン層成膜装置２９としては、他の
方法によりシリコン層を堆積する装置でもよい。シリコ
ン層成膜装置２９の手前にはウエーハ２０を搬出入する
ための搬出入口３０が設けられている。
膜装置２９が設けられている。このシリコン層成膜装置
２９は化学気相堆積法によりシリコン層を堆積する装置
である。なお、シリコン層成膜装置２９としては、他の
方法によりシリコン層を堆積する装置でもよい。シリコ
ン層成膜装置２９の手前にはウエーハ２０を搬出入する
ための搬出入口３０が設けられている。
【００６９】次に、本実施例によるシリコン基板の表面
化学結合状態の評価装置を用いた評価方法について説明
する。評価されるべきウエーハ２０には、裏面からの反
射の影響を取り除くために内部に赤外光を吸収する不純
物濃度の高い赤外吸収領域（図示せず）が設けられてい
る。
化学結合状態の評価装置を用いた評価方法について説明
する。評価されるべきウエーハ２０には、裏面からの反
射の影響を取り除くために内部に赤外光を吸収する不純
物濃度の高い赤外吸収領域（図示せず）が設けられてい
る。
【００７０】まず、評価されるべきウエーハ２０を搬出
入口３０を介してシリコン層成膜装置２９に搬入する。
シリコン層成膜装置２９では、ウエーハ２０表面を洗浄
した後に、ウエーハ２０上に実際の半導体装置における
不純物濃度のシリコン層を成膜する。このときシリコン
層の厚さは、測定評価装置２１における測定においては
検出されない程度の薄さであって、ウエーハ２０内部の
不純物による影響を遮断することができる程度の厚さで
あることが必要である。例えば、シリコン層の厚さは１
μｍ以下であることが望ましい。
入口３０を介してシリコン層成膜装置２９に搬入する。
シリコン層成膜装置２９では、ウエーハ２０表面を洗浄
した後に、ウエーハ２０上に実際の半導体装置における
不純物濃度のシリコン層を成膜する。このときシリコン
層の厚さは、測定評価装置２１における測定においては
検出されない程度の薄さであって、ウエーハ２０内部の
不純物による影響を遮断することができる程度の厚さで
あることが必要である。例えば、シリコン層の厚さは１
μｍ以下であることが望ましい。
【００７１】次に、シリコン層成膜装置２９から洗浄装
置３３にウエーハ２０を移し、シリコン基板の表面を洗
浄する。このときのウエーハ２０の表面状態は、実際の
半導体装置における不純物濃度のシリコン層の表面状態
となり、シリコン基板の不純物濃度の影響を受けない。
次に、洗浄装置３３から測定評価装置２１にウエーハ２
０を移し、シリコン酸化膜を赤外外部反射法により測定
評価を行なう。
置３３にウエーハ２０を移し、シリコン基板の表面を洗
浄する。このときのウエーハ２０の表面状態は、実際の
半導体装置における不純物濃度のシリコン層の表面状態
となり、シリコン基板の不純物濃度の影響を受けない。
次に、洗浄装置３３から測定評価装置２１にウエーハ２
０を移し、シリコン酸化膜を赤外外部反射法により測定
評価を行なう。
【００７２】シリコン基板の表面化学結合状態の評価方
法の原理 本実施例によるシリコン基板の表面化学結合状態の評価
方法の原理について図８を用いて説明する。図８に示す
ように、シリコン基板２０中に赤外光を吸収する赤外光
吸収領域２０ａを設けることにより、シリコン基板２０
の被測定側ではない界面からの反射成分を無視できるよ
うにしている。赤外光吸収領域２０ａには高濃度の不純
物が添加されている。
法の原理 本実施例によるシリコン基板の表面化学結合状態の評価
方法の原理について図８を用いて説明する。図８に示す
ように、シリコン基板２０中に赤外光を吸収する赤外光
吸収領域２０ａを設けることにより、シリコン基板２０
の被測定側ではない界面からの反射成分を無視できるよ
うにしている。赤外光吸収領域２０ａには高濃度の不純
物が添加されている。
【００７３】しかしながら、このようなシリコン基板２
０上にシリコン酸化膜３１を直接形成すると、基板内部
の高濃度の不純物がシリコン基板２０の表面化学結合状
態に影響を与える。本実施例では、このような不純物に
よる影響を除去するため、シリコン基板２０上に実際の
半導体装置において用いられる不純物濃度のシリコン層
３２を形成し、このシリコン層３２の表面を洗浄する。
０上にシリコン酸化膜３１を直接形成すると、基板内部
の高濃度の不純物がシリコン基板２０の表面化学結合状
態に影響を与える。本実施例では、このような不純物に
よる影響を除去するため、シリコン基板２０上に実際の
半導体装置において用いられる不純物濃度のシリコン層
３２を形成し、このシリコン層３２の表面を洗浄する。
【００７４】これにより、基板内部の高濃度の不純物に
よる影響を除去して、実際の半導体装置と同様な表面化
学結合状態を得ることができる。しかも、シリコン層３
２の厚さを１μｍ以下にすれば、シリコン層３２の界面
での反射によって赤外光の位相は大きく変化することが
ないため、シリコン層３２が測定結果に影響することは
ない。
よる影響を除去して、実際の半導体装置と同様な表面化
学結合状態を得ることができる。しかも、シリコン層３
２の厚さを１μｍ以下にすれば、シリコン層３２の界面
での反射によって赤外光の位相は大きく変化することが
ないため、シリコン層３２が測定結果に影響することは
ない。
【００７５】なお、シリコン層の厚さが１μｍ以上にな
ると、干渉縞が観察され、シリコン酸化膜の正確な評価
ができなくなる。したがって、実際の半導体装置と同等
なシリコン基板の表面化学結合状態を正確に評価するこ
とができる。なお、本実施例が適用されるシリコン基板
としては内部に赤外光吸収領域が設けられたものに限ら
ない。裏面からの反射光による影響を除去するために厚
く形成したシリコン基板に適用してもよいし、他のいか
なるシリコン基板に適用してもよい。他のシリコン基板
の場合でも、シリコン基板上に実際の半導体装置と同等
なシリコン層を設けることにより実際の半導体装置に有
用な評価結果を得ることができる。
ると、干渉縞が観察され、シリコン酸化膜の正確な評価
ができなくなる。したがって、実際の半導体装置と同等
なシリコン基板の表面化学結合状態を正確に評価するこ
とができる。なお、本実施例が適用されるシリコン基板
としては内部に赤外光吸収領域が設けられたものに限ら
ない。裏面からの反射光による影響を除去するために厚
く形成したシリコン基板に適用してもよいし、他のいか
なるシリコン基板に適用してもよい。他のシリコン基板
の場合でも、シリコン基板上に実際の半導体装置と同等
なシリコン層を設けることにより実際の半導体装置に有
用な評価結果を得ることができる。
【００７６】実施例３−１ 図９にシリコン酸化膜の評価例を示す。横軸は波数、縦
軸は反射率である。本実施例では、不純物濃度が１０14
ａｔｏｍｓ／ｃｍ3のシリコン基板上に、不純物を含ま
ないシリコン層を膜厚０．１μｍ形成した。シリコン酸
化膜は処理溶液（硝酸（Ｈ2ＳＯ4）と過酸化水素水（Ｈ
2Ｏ2）の混合液）によりシリコン層上に成膜され、赤外
外部反射法により測定した。
軸は反射率である。本実施例では、不純物濃度が１０14
ａｔｏｍｓ／ｃｍ3のシリコン基板上に、不純物を含ま
ないシリコン層を膜厚０．１μｍ形成した。シリコン酸
化膜は処理溶液（硝酸（Ｈ2ＳＯ4）と過酸化水素水（Ｈ
2Ｏ2）の混合液）によりシリコン層上に成膜され、赤外
外部反射法により測定した。
【００７７】図９にはシリコン水素結合の特徴的なピー
クが観察されており、シリコン層を設けたことによりシ
リコン基板の不純物からの影響がなくなり、しかも、シ
リコン層の存在により干渉縞が生じるなどの影響がない
ことがわかる。なお、本実施例により評価することがで
きるとシリコン基板の表面化学結合状態としては、シリ
コン水素結合に限らず、シリコンふっ素結合、シリコン
水酸基結合等の他の表面化学結合状態でもよい。 ［第４実施例］本発明の第４実施例による半導体装置の
製造方法及び装置について図１０を用いて説明する。
クが観察されており、シリコン層を設けたことによりシ
リコン基板の不純物からの影響がなくなり、しかも、シ
リコン層の存在により干渉縞が生じるなどの影響がない
ことがわかる。なお、本実施例により評価することがで
きるとシリコン基板の表面化学結合状態としては、シリ
コン水素結合に限らず、シリコンふっ素結合、シリコン
水酸基結合等の他の表面化学結合状態でもよい。 ［第４実施例］本発明の第４実施例による半導体装置の
製造方法及び装置について図１０を用いて説明する。
【００７８】本実施例による半導体装置の製造装置を図
１０に示す。図１０の中央には、ウエーハ２０を評価す
るために測定評価装置２１が設けられている。測定評価
装置２１の内部について説明する、試料ステージ（図示
せず）上に、評価されるべきウエーハ２０が載置され
る。移動ステージの右側の照明系から入射された赤外光
がウエーハ２０の表面で反射され、その反射光が左側の
測定系により測定、解析される。
１０に示す。図１０の中央には、ウエーハ２０を評価す
るために測定評価装置２１が設けられている。測定評価
装置２１の内部について説明する、試料ステージ（図示
せず）上に、評価されるべきウエーハ２０が載置され
る。移動ステージの右側の照明系から入射された赤外光
がウエーハ２０の表面で反射され、その反射光が左側の
測定系により測定、解析される。
【００７９】試料ステージの右側の照明系には、赤外光
を発光する光源２２が設けられ、光源２２の出射側に干
渉計２３と偏光子２４が設けられている。光源２２から
の赤外光は干渉計２３及び偏光子２４を介して平行光線
束となって出射される。偏光子２４を設けることによ
り、入射面に電場が平行であるＰ波の赤外光又は入射面
に電場が垂直であるＳ波の赤外光が出射される。
を発光する光源２２が設けられ、光源２２の出射側に干
渉計２３と偏光子２４が設けられている。光源２２から
の赤外光は干渉計２３及び偏光子２４を介して平行光線
束となって出射される。偏光子２４を設けることによ
り、入射面に電場が平行であるＰ波の赤外光又は入射面
に電場が垂直であるＳ波の赤外光が出射される。
【００８０】出射された赤外光はウエーハ２０に法線か
ら傾いた角度で入射する。ウエーハ２０からの反射光
は、ＭＣＴ検出器２５に入射される。ＭＣＴ検出器２５
はウエーハ２０からの反射光を検出する。ＭＣＴ検出器
２５からの検出信号は演算部２６に入力される。演算部
２６は、ウエーハ２０表面の反射率を演算し、後述する
ようにシリコン酸化膜の誘電関数を求める。
ら傾いた角度で入射する。ウエーハ２０からの反射光
は、ＭＣＴ検出器２５に入射される。ＭＣＴ検出器２５
はウエーハ２０からの反射光を検出する。ＭＣＴ検出器
２５からの検出信号は演算部２６に入力される。演算部
２６は、ウエーハ２０表面の反射率を演算し、後述する
ようにシリコン酸化膜の誘電関数を求める。
【００８１】測定評価装置２１の左側には洗浄装置３５
が設けられている。この洗浄装置３５は溶液処理により
シリコン基板の表面を洗浄する装置である。洗浄装置３
５には、洗浄用溶液（フッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）
の溶液槽３６が設けられている。なお、洗浄装置３６と
しては、ふっ素ドライエッチングのような気相法により
シリコン基板表面を洗浄する装置でもよいし、他の方法
によりシリコン基板の表面を洗浄する装置でもよい。
が設けられている。この洗浄装置３５は溶液処理により
シリコン基板の表面を洗浄する装置である。洗浄装置３
５には、洗浄用溶液（フッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）
の溶液槽３６が設けられている。なお、洗浄装置３６と
しては、ふっ素ドライエッチングのような気相法により
シリコン基板表面を洗浄する装置でもよいし、他の方法
によりシリコン基板の表面を洗浄する装置でもよい。
【００８２】洗浄装置３５の上側にはシリコン酸化膜成
膜装置３７が設けられている。このシリコン酸化膜成膜
装置３７は熱処理によりシリコン酸化膜を形成する装置
である。シリコン酸化膜成膜装置３７にはヒータ３８が
設けられている。なお、シリコン酸化膜成膜装置２７と
しては、化学気相堆積法によりシリコン酸化膜を成膜す
る装置でもよいし、溶液処理によりシリコン酸化膜を成
膜する装置でもよい。
膜装置３７が設けられている。このシリコン酸化膜成膜
装置３７は熱処理によりシリコン酸化膜を形成する装置
である。シリコン酸化膜成膜装置３７にはヒータ３８が
設けられている。なお、シリコン酸化膜成膜装置２７と
しては、化学気相堆積法によりシリコン酸化膜を成膜す
る装置でもよいし、溶液処理によりシリコン酸化膜を成
膜する装置でもよい。
【００８３】測定評価装置２１の右側にはシリコン層成
膜装置２９が設けられている。このシリコン層成膜装置
２９は化学気相堆積法によりシリコン層を堆積する装置
である。なお、シリコン層成膜装置２９としては、他の
方法によりシリコン層を堆積する装置でもよい。シリコ
ン層成膜装置２９の手前にはウエーハ２０を搬出入する
ための搬出入口３０が設けられている。
膜装置２９が設けられている。このシリコン層成膜装置
２９は化学気相堆積法によりシリコン層を堆積する装置
である。なお、シリコン層成膜装置２９としては、他の
方法によりシリコン層を堆積する装置でもよい。シリコ
ン層成膜装置２９の手前にはウエーハ２０を搬出入する
ための搬出入口３０が設けられている。
【００８４】次に、本実施例による半導体装置の製造装
置を用いた製造方法について説明する。本実施例ではシ
リコン基板上にシリコン酸化膜を形成する製造工程が実
施される。まず、ウエーハ２０を搬出入口３０を介して
搬入し、洗浄装置３５によりウエーハ２０表面を洗浄し
て表面の汚染物や自然酸化膜を除去する。次に、シリコ
ン層成膜装置２９に搬入する。シリコン層成膜装置２９
では、ウエーハ２０上に実際の半導体装置における不純
物濃度のシリコン層を成膜する。このときシリコン層の
厚さは、測定評価装置２１における測定においては検出
されない程度の薄さであって、ウエーハ２０内部の不純
物による影響を遮断することができる程度の厚さである
ことが必要である。例えば、シリコン層の厚さは１μｍ
以下であることが望ましい。
置を用いた製造方法について説明する。本実施例ではシ
リコン基板上にシリコン酸化膜を形成する製造工程が実
施される。まず、ウエーハ２０を搬出入口３０を介して
搬入し、洗浄装置３５によりウエーハ２０表面を洗浄し
て表面の汚染物や自然酸化膜を除去する。次に、シリコ
ン層成膜装置２９に搬入する。シリコン層成膜装置２９
では、ウエーハ２０上に実際の半導体装置における不純
物濃度のシリコン層を成膜する。このときシリコン層の
厚さは、測定評価装置２１における測定においては検出
されない程度の薄さであって、ウエーハ２０内部の不純
物による影響を遮断することができる程度の厚さである
ことが必要である。例えば、シリコン層の厚さは１μｍ
以下であることが望ましい。
【００８５】次に、シリコン層成膜装置２９から洗浄装
置３５にウエーハ２０を移し、ウエーハ２０表面を洗浄
する。その後、洗浄装置３５から測定評価装置２１にウ
エーハ２０を移し、シリコン基板の表面化学結合状態を
赤外外部反射法により測定評価する。次に、測定評価装
置２１からシリコン酸化膜成膜装置３７にウエーハ２０
を移し、ウエーハ２０表面に熱酸化によりシリコン酸化
膜を形成する。その後、シリコン酸化膜成膜装置３７か
ら測定評価装置２１にウエーハ２０を移し、成膜された
シリコン酸化膜を赤外外部反射法により測定評価する。
置３５にウエーハ２０を移し、ウエーハ２０表面を洗浄
する。その後、洗浄装置３５から測定評価装置２１にウ
エーハ２０を移し、シリコン基板の表面化学結合状態を
赤外外部反射法により測定評価する。次に、測定評価装
置２１からシリコン酸化膜成膜装置３７にウエーハ２０
を移し、ウエーハ２０表面に熱酸化によりシリコン酸化
膜を形成する。その後、シリコン酸化膜成膜装置３７か
ら測定評価装置２１にウエーハ２０を移し、成膜された
シリコン酸化膜を赤外外部反射法により測定評価する。
【００８６】このように本実施例によれば、成膜後、直
ちにインラインでシリコン酸化膜の良不良をチェックす
ることができるので、不良な半導体装置の製造を極力減
少することができ、製造コストを低減することができ
る。また、シリコン酸化膜を成膜する前後で評価を行な
っているので、シリコン基板の表面状態と成膜されたシ
リコン酸化膜の膜質との関連を知って、製造工程の改善
を図ることができる。 ［第５の実施例］本発明の第５の実施例によるシリコン
酸化膜の評価方法及び装置について図１１乃至図２２を
用いて説明する。
ちにインラインでシリコン酸化膜の良不良をチェックす
ることができるので、不良な半導体装置の製造を極力減
少することができ、製造コストを低減することができ
る。また、シリコン酸化膜を成膜する前後で評価を行な
っているので、シリコン基板の表面状態と成膜されたシ
リコン酸化膜の膜質との関連を知って、製造工程の改善
を図ることができる。 ［第５の実施例］本発明の第５の実施例によるシリコン
酸化膜の評価方法及び装置について図１１乃至図２２を
用いて説明する。
【００８７】シリコン酸化膜の評価方法の概要 図１１に、２つ以上の角度の入射角による反射率から誘
電関数を求める方法の手順を示す。まず、初期値とし
て、入射角θと、膜厚ｔと、屈折率ｎとを設定する（ス
テップＳ２１）。入射角θは測定条件から知ることがで
き、膜厚ｔは別の測定方法により測定する。屈折率ｎと
しては、シリコン酸化膜として取り得る誘電率ε（＝ｎ
2 ）の範囲内にある複数の値を設定する。
電関数を求める方法の手順を示す。まず、初期値とし
て、入射角θと、膜厚ｔと、屈折率ｎとを設定する（ス
テップＳ２１）。入射角θは測定条件から知ることがで
き、膜厚ｔは別の測定方法により測定する。屈折率ｎと
しては、シリコン酸化膜として取り得る誘電率ε（＝ｎ
2 ）の範囲内にある複数の値を設定する。
【００８８】次に、上述した式から、設定された複数の
屈折率ｎに対する反射率Ｒをそれぞれ求める（ステップ
Ｓ２２）。これにより、屈折率ｎと反射率Ｒの計算値の
関係を示すグラフが求まる。次に、屈折率ｎと反射率Ｒ
の計算値との関係を示すグラフを用いて、反射率Ｒの実
測値から逆にシリコン酸化膜の屈折率ｎを求める（ステ
ップＳ２３）。求めた屈折率ｎから、誘電率ε（＝
ｎ2 ）を求めることができる。
屈折率ｎに対する反射率Ｒをそれぞれ求める（ステップ
Ｓ２２）。これにより、屈折率ｎと反射率Ｒの計算値の
関係を示すグラフが求まる。次に、屈折率ｎと反射率Ｒ
の計算値との関係を示すグラフを用いて、反射率Ｒの実
測値から逆にシリコン酸化膜の屈折率ｎを求める（ステ
ップＳ２３）。求めた屈折率ｎから、誘電率ε（＝
ｎ2 ）を求めることができる。
【００８９】上述したステップＳ１〜Ｓ３による誘電率
ε（＝ｎ2 ）の演算を、必要な波数領域に亘って行うこ
とにより、誘電関数を求めることができる。このような
方法により、測定された反射率から複素数である誘電率
を導出するために、入射角度の異なる複数の測定条件か
ら導かれる連立方程式の解を求める。しかしながら、こ
の連立方程式は解析的には解くことができないので、反
復法を用いて近似根を求める。
ε（＝ｎ2 ）の演算を、必要な波数領域に亘って行うこ
とにより、誘電関数を求めることができる。このような
方法により、測定された反射率から複素数である誘電率
を導出するために、入射角度の異なる複数の測定条件か
ら導かれる連立方程式の解を求める。しかしながら、こ
の連立方程式は解析的には解くことができないので、反
復法を用いて近似根を求める。
【００９０】反復法の原理 反復法の詳細について説明する。反復法とは次の方程式 ｆ（Ｘ）＝０ （１） の実根を逐次近似的に求める手法である。但し、Ｘは複
数の値、例えば、複素数の実部と虚部の係数を示してい
る。
数の値、例えば、複素数の実部と虚部の係数を示してい
る。
【００９１】式（１）を次式 Ｘ＝Ｆ（Ｘ） （２） のように変形し、粗い近似根Ｘ0 から出発して、 Ｘ0 ＝Ｆ（Ｘ0 ） Ｘ1 ＝Ｆ（Ｘ1 ） Ｘ2 ＝Ｆ（Ｘ2 ） と、逐次近似的に根を求めていく方法である。一般に反
復式 Ｘk+1 ＝Ｆ（Ｘk ） （ｋ＝０，１，２，…） を繰り返し、収束判定条件、例えば、次式 ｜Ｘk+1 −Ｘk ｜／｜Ｘk ｜≦δ （δ：収束判定条
件） を満足するまで行えばよい。
復式 Ｘk+1 ＝Ｆ（Ｘk ） （ｋ＝０，１，２，…） を繰り返し、収束判定条件、例えば、次式 ｜Ｘk+1 −Ｘk ｜／｜Ｘk ｜≦δ （δ：収束判定条
件） を満足するまで行えばよい。
【００９２】Ｆ（Ｘ）の与え方で反復法の種類が定ま
る。例えば、ニュートン・ラプソン法では次のようにＦ
（Ｘ）が決定される。ここでは説明を簡単にするために
１変数の場合を例として説明する。（１）式の真の根α
の第ｋ近似値をｘk 、誤差をδk とすると、 α＝ｘk ＋δk （３） 式（１）、（３）から次式 ｆ（α）＝ｆ（ｘk ＋δk ）＝０ （４） が成立する。式（４）をｘk の近傍でテイラー展開する
と次式のようになる。
る。例えば、ニュートン・ラプソン法では次のようにＦ
（Ｘ）が決定される。ここでは説明を簡単にするために
１変数の場合を例として説明する。（１）式の真の根α
の第ｋ近似値をｘk 、誤差をδk とすると、 α＝ｘk ＋δk （３） 式（１）、（３）から次式 ｆ（α）＝ｆ（ｘk ＋δk ）＝０ （４） が成立する。式（４）をｘk の近傍でテイラー展開する
と次式のようになる。
【００９３】 ｆ（ｘk ＋δk ）＝ｆ（ｘk ）＋δk ｆ′（ｘk ） ＋δk 2 ｆ″（ｘk ）／２！＋・・・ （ｘk ＜ζ＜α） （５） δk が十分に小さいと仮定すると、δk の二次以上の項
は無視できるから、次式が成立する。
は無視できるから、次式が成立する。
【００９４】 ０＝ｆ（ｘk ＋δk ）＝ｆ（ｘk ）＋δk ｆ′（ｘk ） これから次式が成立する。 δk ＝−ｆ（ｘk ）／ｆ′（ｘk ） （６） 式（３）、（６）から次式が成立する。 α＝ｘk ＋δk ＝ｘk −ｆ（ｘk ）／ｆ′（ｘk ） （７） これを用いて次のニュートン・ラプソンの反復式を得
る。
る。
【００９５】ｘk+1 ＝ｘk −ｆ（ｘk ）／ｆ′（ｘk ）
（ｋ＝０，１，２，…） なお、上記収束判定条件は一例であって様々な形式のも
のを使用することができる。この反復法においては、粗
い近似根ｘk として不適切な値を選ぶと、収束が遅くな
ったり、収束しなかったりすることがある。さらに悪い
場合には、最適根以外の所に収束してしまうこともあ
る。
（ｋ＝０，１，２，…） なお、上記収束判定条件は一例であって様々な形式のも
のを使用することができる。この反復法においては、粗
い近似根ｘk として不適切な値を選ぶと、収束が遅くな
ったり、収束しなかったりすることがある。さらに悪い
場合には、最適根以外の所に収束してしまうこともあ
る。
【００９６】図１２（ａ）は粗い近似根として適切な値
を選んで収束した例を示す。図１２（ｂ）、図１３
（ａ）、（ｂ）は粗い近似根として不適切な値を選んだ
ためにうまく収束しなかった例を示す。図１２（ｂ）
は、最適根までの間に極値が含まれているため収束しな
かった例である。図１３（ａ）は、収束せず循環してし
まった例である。図１３（ｂ）は本来求めるべき最適根
ではない値に収束してしまった例である。
を選んで収束した例を示す。図１２（ｂ）、図１３
（ａ）、（ｂ）は粗い近似根として不適切な値を選んだ
ためにうまく収束しなかった例を示す。図１２（ｂ）
は、最適根までの間に極値が含まれているため収束しな
かった例である。図１３（ａ）は、収束せず循環してし
まった例である。図１３（ｂ）は本来求めるべき最適根
ではない値に収束してしまった例である。
【００９７】シリコン酸化膜の評価方法 １回の反復法により求まるのは、ある波数での誘電率で
ある。したがって、所定の波数領域にわたり、各波数に
対して上述した反復法を適用することで、波数に対する
誘電率の関数、すなわち、誘電関数ε（ω）を得ること
ができる。各波数に対する誘電関数ε（ω）を求めて連
続な誘電関数スペクトルを求める為には、各波数に対し
て粗い近似根εｏを選ぶ必要がある。したがって、この
粗い近似根εｏは波数ωの関数εｏ（ω）となる。この
粗い近似根εｏ（ω）を適切に与えるようにしたのが、
本実施例による評価方法である。
ある。したがって、所定の波数領域にわたり、各波数に
対して上述した反復法を適用することで、波数に対する
誘電率の関数、すなわち、誘電関数ε（ω）を得ること
ができる。各波数に対する誘電関数ε（ω）を求めて連
続な誘電関数スペクトルを求める為には、各波数に対し
て粗い近似根εｏを選ぶ必要がある。したがって、この
粗い近似根εｏは波数ωの関数εｏ（ω）となる。この
粗い近似根εｏ（ω）を適切に与えるようにしたのが、
本実施例による評価方法である。
【００９８】本実施例による誘電関数を求める方法につ
いて図１４乃至図１７のフローチャートを用いて説明す
る。最初に、波数ωｊについて説明する。測定できる波
数に対する反射率のスペクトルは離散的な波数に対する
反射率のスペクトルである。隣り合った波数は、十分に
スペクトルの連続性を満足できるように近接している。
波数ωｊの添字ｊは、誘電関数スペクトルを導出すると
きの最初の波数ωｏから数えてｊ＋１番目の波数である
ことを示す。誘電関数スペクトルを導出するときの最後
の波数をωｌとする。εｋ（ωｊ）は、波数ωｊに対し
て誘電関数を求める為に適用させた反復法の反復式の繰
り返し回数がｋ回目のときに得られた誘電関数である。
特に、εｏ（ωｊ）は反復法の初期値として用いる粗い
近似根である。
いて図１４乃至図１７のフローチャートを用いて説明す
る。最初に、波数ωｊについて説明する。測定できる波
数に対する反射率のスペクトルは離散的な波数に対する
反射率のスペクトルである。隣り合った波数は、十分に
スペクトルの連続性を満足できるように近接している。
波数ωｊの添字ｊは、誘電関数スペクトルを導出すると
きの最初の波数ωｏから数えてｊ＋１番目の波数である
ことを示す。誘電関数スペクトルを導出するときの最後
の波数をωｌとする。εｋ（ωｊ）は、波数ωｊに対し
て誘電関数を求める為に適用させた反復法の反復式の繰
り返し回数がｋ回目のときに得られた誘電関数である。
特に、εｏ（ωｊ）は反復法の初期値として用いる粗い
近似根である。
【００９９】まず、図１４のフローチャートを用いて説
明する。まず、計算に必要な物性値、膜厚、屈折率、波
数テーブルの設定を行う（ステップＳ３１）。次に、波
数ωｊが誘電関数スペクトルを導出する際の一番最初の
波数ωｏか否か判断する（ステップＳ３２）。波数ωｊ
が一番最初の波数ωｏであれば、波数ωｏに対する誘電
関数ε（ωｏ）を導出する（ステップＳ３３）。ステッ
プＳ３３の詳細については後述する。
明する。まず、計算に必要な物性値、膜厚、屈折率、波
数テーブルの設定を行う（ステップＳ３１）。次に、波
数ωｊが誘電関数スペクトルを導出する際の一番最初の
波数ωｏか否か判断する（ステップＳ３２）。波数ωｊ
が一番最初の波数ωｏであれば、波数ωｏに対する誘電
関数ε（ωｏ）を導出する（ステップＳ３３）。ステッ
プＳ３３の詳細については後述する。
【０１００】波数ωｊが一番最初の波数ωｏでなけれ
ば、反復法の初期値である粗い近似根εｏ（ωｊ）を一
つ前の波数ωj-1 の誘電関数ε（ωj-1 ）に設定する
（ステップＳ３４）。誘電関数スペクトルは連続性があ
るため、このように粗い近似根εｏ（ωｊ）を設定する
ことにより安定かつ高速に最適根を求めることができ
る。この粗い近似根εｏ（ωｊ）を用いて反復法を実行
する。反復法の反復回数ｋをリセットし（ステップＳ３
５）、反復式εk+1(ωｊ）＝Ｆ（εk(ωｊ））から近似
根εk+1(ωｊ）を求める（ステップＳ３６）。そして、
この近似根が所定の収束条件を満足しているか否か判断
する（ステップＳ３７）。
ば、反復法の初期値である粗い近似根εｏ（ωｊ）を一
つ前の波数ωj-1 の誘電関数ε（ωj-1 ）に設定する
（ステップＳ３４）。誘電関数スペクトルは連続性があ
るため、このように粗い近似根εｏ（ωｊ）を設定する
ことにより安定かつ高速に最適根を求めることができ
る。この粗い近似根εｏ（ωｊ）を用いて反復法を実行
する。反復法の反復回数ｋをリセットし（ステップＳ３
５）、反復式εk+1(ωｊ）＝Ｆ（εk(ωｊ））から近似
根εk+1(ωｊ）を求める（ステップＳ３６）。そして、
この近似根が所定の収束条件を満足しているか否か判断
する（ステップＳ３７）。
【０１０１】収束条件を満足していなければ反復回数を
１増加し（ステップＳ３８）、この近似根εk+1(ωｊ）
を新たな粗い近似根εk(ωｊ）に設定し（ステップＳ３
９）、ステップＳ３６に戻り、収束条件を満足するま
で、これらステップＳ３６〜Ｓ３９を繰り返す。収束条
件を満足していれば、そのときの近似根εk+1(ωｊ）を
波数ωｊにおける誘電率ε（ωｊ）とする（ステップＳ
４０）。
１増加し（ステップＳ３８）、この近似根εk+1(ωｊ）
を新たな粗い近似根εk(ωｊ）に設定し（ステップＳ３
９）、ステップＳ３６に戻り、収束条件を満足するま
で、これらステップＳ３６〜Ｓ３９を繰り返す。収束条
件を満足していれば、そのときの近似根εk+1(ωｊ）を
波数ωｊにおける誘電率ε（ωｊ）とする（ステップＳ
４０）。
【０１０２】続いて、現在の波数ωｊが誘電関数スペク
トルを導出する最終の波数ωｌであるか否か判断する
（ステップＳ４１）。最終の波数であれば誘電関数スペ
クトルの演算を全て終了する。最終の波数でなければ、
波数ωｊを次の波数ωj+1 に設定し（ステップＳ４
２）、ステップＳ３４に戻り、最終の波数ωｌになるま
で、これらステップＳ３４〜Ｓ４２を繰り返す。
トルを導出する最終の波数ωｌであるか否か判断する
（ステップＳ４１）。最終の波数であれば誘電関数スペ
クトルの演算を全て終了する。最終の波数でなければ、
波数ωｊを次の波数ωj+1 に設定し（ステップＳ４
２）、ステップＳ３４に戻り、最終の波数ωｌになるま
で、これらステップＳ３４〜Ｓ４２を繰り返す。
【０１０３】次に、図１５のフローチャートを用いて、
波数ωｊが一番最初の波数ωｏの時の誘電関数ε（ω
ｏ）の導出処理（ステップＳ３３）の処理について説明
する。一番最初の波数ωｏの時の粗い近似根が不適切な
値であると、前述したように適切に収束しなくなるの
で、この定め方が非常に重要である。本実施例は、最初
の波数ωｏの粗い近似根を適切な値に自動的に定めるこ
とを可能にしたものである。
波数ωｊが一番最初の波数ωｏの時の誘電関数ε（ω
ｏ）の導出処理（ステップＳ３３）の処理について説明
する。一番最初の波数ωｏの時の粗い近似根が不適切な
値であると、前述したように適切に収束しなくなるの
で、この定め方が非常に重要である。本実施例は、最初
の波数ωｏの粗い近似根を適切な値に自動的に定めるこ
とを可能にしたものである。
【０１０４】まず、最初の波数ωｏの粗い近似根εｏ
（ωｏ）として、−５−５ｉ≦Ｚ≦５＋５ｉ内の任意の
値Ｚを選択する（ステップＳ５１）。この範囲内の値を
選択すると経験的にうまく収束することがわかってい
る。この値Ｚを粗い近似根εｏ（ωｏ）として反復法を
実行する。まず、反復法の反復回数ｋをリセットし（ス
テップＳ５２）、反復式εk+1(ωｏ）＝Ｆ（εk(ω
ｏ））から近似根εk+1(ωｏ）を求める（ステップＳ５
３）。そして、この近似根が所定の収束条件を満足して
いるか否か判断する（ステップＳ５４）。
（ωｏ）として、−５−５ｉ≦Ｚ≦５＋５ｉ内の任意の
値Ｚを選択する（ステップＳ５１）。この範囲内の値を
選択すると経験的にうまく収束することがわかってい
る。この値Ｚを粗い近似根εｏ（ωｏ）として反復法を
実行する。まず、反復法の反復回数ｋをリセットし（ス
テップＳ５２）、反復式εk+1(ωｏ）＝Ｆ（εk(ω
ｏ））から近似根εk+1(ωｏ）を求める（ステップＳ５
３）。そして、この近似根が所定の収束条件を満足して
いるか否か判断する（ステップＳ５４）。
【０１０５】収束条件を満足していれば、そのときの近
似根εk+1(ωｏ）を最初の波数ωｏにおける誘電率ε
（ωｏ）として（ステップＳ５８）、図１４のステップ
Ｓ４１に処理を移す。収束条件を満足していなければ、
まず、反復回数ｋが所定の最大値ＭＡＸを越えているか
否か判断し（ステップＳ５５）、最大値を越えていれば
図１６及び図１７に示す処理を行う。最大値を越えてい
なければ、反復回数を１増加し（ステップＳ５６）、こ
の近似根εk+1(ωｏ）を新たな粗い近似根εk(ωｏ）に
設定し（ステップＳ５７）、ステップＳ５３に戻り、収
束条件を満足するか、反復回数ｋが所定の最大値ＭＡＸ
を越えるまで、これらステップＳ５３〜Ｓ５７を繰り返
す。
似根εk+1(ωｏ）を最初の波数ωｏにおける誘電率ε
（ωｏ）として（ステップＳ５８）、図１４のステップ
Ｓ４１に処理を移す。収束条件を満足していなければ、
まず、反復回数ｋが所定の最大値ＭＡＸを越えているか
否か判断し（ステップＳ５５）、最大値を越えていれば
図１６及び図１７に示す処理を行う。最大値を越えてい
なければ、反復回数を１増加し（ステップＳ５６）、こ
の近似根εk+1(ωｏ）を新たな粗い近似根εk(ωｏ）に
設定し（ステップＳ５７）、ステップＳ５３に戻り、収
束条件を満足するか、反復回数ｋが所定の最大値ＭＡＸ
を越えるまで、これらステップＳ５３〜Ｓ５７を繰り返
す。
【０１０６】次に、図１６のフローチャートを用いて、
粗い近似根εｏ（ωｏ）として最初に定めた任意の値Ｚ
では何度反復してもうまく収束しない場合の処理につい
て説明する。新たな粗い近似根εｏ（ωｏ）の候補値
Ｘ、Ｙとして、最初の設定値Ｚから値Δだけ加算又は減
算した値を選択する（ステップＳ６１）。値Δは０≦Δ
≦５＋５ｉの範囲内の任意の値である。この範囲内の値
を選択すると経験的にうまく収束することがわかってい
る。
粗い近似根εｏ（ωｏ）として最初に定めた任意の値Ｚ
では何度反復してもうまく収束しない場合の処理につい
て説明する。新たな粗い近似根εｏ（ωｏ）の候補値
Ｘ、Ｙとして、最初の設定値Ｚから値Δだけ加算又は減
算した値を選択する（ステップＳ６１）。値Δは０≦Δ
≦５＋５ｉの範囲内の任意の値である。この範囲内の値
を選択すると経験的にうまく収束することがわかってい
る。
【０１０７】まず、候補値Ｘを粗い近似根εｏ（ωｏ）
として反復法を実行する。反復法の反復回数ｋをリセッ
トし（ステップＳ６２）、反復式εk+1(ωｏ）＝Ｆ（ε
k(ωｏ））から近似根εk+1(ωｏ）を求める（ステップ
Ｓ６４）。そして、この近似根による収束条件の値δｘ
を記憶し（ステップＳ６５）、この値δｘが収束条件を
満足しているか否か判断する（ステップＳ６６）。
として反復法を実行する。反復法の反復回数ｋをリセッ
トし（ステップＳ６２）、反復式εk+1(ωｏ）＝Ｆ（ε
k(ωｏ））から近似根εk+1(ωｏ）を求める（ステップ
Ｓ６４）。そして、この近似根による収束条件の値δｘ
を記憶し（ステップＳ６５）、この値δｘが収束条件を
満足しているか否か判断する（ステップＳ６６）。
【０１０８】収束条件を満足していれば、ステップＳ５
８に処理を移し、そのときの近似根εk+1(ωｏ）を最初
の波数ωｏにおける誘電率ε（ωｏ）として、図１４の
ステップＳ４１に処理を移す。収束条件を満足していな
ければ、まず、反復回数ｋが所定の最大値ＭＡＸを越え
ているか否か判断し（ステップＳ６７）、最大値を越え
ていれば後述する候補値Ｙを粗い近似根εｏ（ωｏ）と
して反復法を実行する。最大値を越えていなければ、反
復回数を１増加し（ステップＳ６８）、この近似根εk+
1(ωｏ）を新たな粗い近似根εk(ωｏ）に設定し（ステ
ップＳ６９）、ステップＳ６４に戻り、収束条件を満足
するか、反復回数ｋが所定の最大値ＭＡＸを越えるま
で、これらステップＳ６４〜Ｓ６９を繰り返す。
８に処理を移し、そのときの近似根εk+1(ωｏ）を最初
の波数ωｏにおける誘電率ε（ωｏ）として、図１４の
ステップＳ４１に処理を移す。収束条件を満足していな
ければ、まず、反復回数ｋが所定の最大値ＭＡＸを越え
ているか否か判断し（ステップＳ６７）、最大値を越え
ていれば後述する候補値Ｙを粗い近似根εｏ（ωｏ）と
して反復法を実行する。最大値を越えていなければ、反
復回数を１増加し（ステップＳ６８）、この近似根εk+
1(ωｏ）を新たな粗い近似根εk(ωｏ）に設定し（ステ
ップＳ６９）、ステップＳ６４に戻り、収束条件を満足
するか、反復回数ｋが所定の最大値ＭＡＸを越えるま
で、これらステップＳ６４〜Ｓ６９を繰り返す。
【０１０９】次に、粗い近似根εｏ（ωｏ）として候補
値Ｘでは何度反復してもうまく収束しない場合には、候
補値Ｙを粗い近似根εｏ（ωｏ）とする反復法を実行す
る。反復法の反復回数ｋをリセットし（ステップＳ７
１）、反復式εk+1(ωｏ）＝Ｆ（εk(ωｏ））から近似
根εk+1(ωｏ）を求める（ステップＳ７３）。そして、
この近似根による収束条件の値δｙを記憶し（ステップ
Ｓ７４）、この値δｙが収束条件を満足しているか否か
判断する（ステップＳ７５）。
値Ｘでは何度反復してもうまく収束しない場合には、候
補値Ｙを粗い近似根εｏ（ωｏ）とする反復法を実行す
る。反復法の反復回数ｋをリセットし（ステップＳ７
１）、反復式εk+1(ωｏ）＝Ｆ（εk(ωｏ））から近似
根εk+1(ωｏ）を求める（ステップＳ７３）。そして、
この近似根による収束条件の値δｙを記憶し（ステップ
Ｓ７４）、この値δｙが収束条件を満足しているか否か
判断する（ステップＳ７５）。
【０１１０】収束条件を満足していれば、ステップＳ５
８に処理を移し、そのときの近似根εk+1(ωｏ）を最初
の波数ωｏにおける誘電率ε（ωｏ）として、図１４の
ステップＳ４１に処理を移す。収束条件を満足していな
ければ、まず、反復回数ｋが所定の最大値ＭＡＸを越え
ているか否か判断し（ステップＳ７６）、最大値を越え
ていれば候補値Ｘ、Ｙも不適切であったと判断して後述
する図１７に示す処理を実行する。最大値を越えていな
ければ、反復回数を１増加し（ステップＳ７７）、この
近似根εk+1(ωｏ）を新たな粗い近似根εk(ωｏ）に設
定し（ステップＳ７８）、ステップＳ７３に戻り、収束
条件を満足するか、反復回数ｋが所定の最大値ＭＡＸを
越えるまで、これらステップＳ７３〜Ｓ７８を繰り返
す。
８に処理を移し、そのときの近似根εk+1(ωｏ）を最初
の波数ωｏにおける誘電率ε（ωｏ）として、図１４の
ステップＳ４１に処理を移す。収束条件を満足していな
ければ、まず、反復回数ｋが所定の最大値ＭＡＸを越え
ているか否か判断し（ステップＳ７６）、最大値を越え
ていれば候補値Ｘ、Ｙも不適切であったと判断して後述
する図１７に示す処理を実行する。最大値を越えていな
ければ、反復回数を１増加し（ステップＳ７７）、この
近似根εk+1(ωｏ）を新たな粗い近似根εk(ωｏ）に設
定し（ステップＳ７８）、ステップＳ７３に戻り、収束
条件を満足するか、反復回数ｋが所定の最大値ＭＡＸを
越えるまで、これらステップＳ７３〜Ｓ７８を繰り返
す。
【０１１１】次に、図１７のフローチャートを用いて、
粗い近似根εｏ（ωｏ）を候補値Ｘ、Ｙとしても、うま
く収束しない場合の処理について説明する。最初に、ス
テップＳ６５とステップＳ７４で記憶した候補値Ｘ、Ｙ
の場合の最終的な収束条件の値δｘ、δｙを比較する
（ステップＳ８１）。図１７の処理では、収束条件の値
δｘ、δｙが小さい方が収束状況が良いと判断し、良い
方の候補値に更に値Δを加算又は減算した値を新たな粗
い近似根εk(ωｏ）として設定し、反復法を実行する。
粗い近似根εｏ（ωｏ）を候補値Ｘ、Ｙとしても、うま
く収束しない場合の処理について説明する。最初に、ス
テップＳ６５とステップＳ７４で記憶した候補値Ｘ、Ｙ
の場合の最終的な収束条件の値δｘ、δｙを比較する
（ステップＳ８１）。図１７の処理では、収束条件の値
δｘ、δｙが小さい方が収束状況が良いと判断し、良い
方の候補値に更に値Δを加算又は減算した値を新たな粗
い近似根εk(ωｏ）として設定し、反復法を実行する。
【０１１２】ステップＳ８１で収束条件の値δｘの方が
値δｙより小さいと判断されると、候補値ＸにΔを加算
した値を新たな候補値Ｘに設定し（ステップＳ８２）、
反復法を実行する。反復法の反復回数ｋをリセットし
（ステップＳ８３）、粗い近似根εｏ（ωｏ）とし新た
な候補値Ｘを設定する（ステップＳ８４）。続いて、反
復式εk+1(ωｏ）＝Ｆ（εk(ωｏ））から近似根εk+1
(ωｏ）を求める（ステップＳ８５）。そして、この近
似根が所定の収束条件を満足しているか否か判断する
（ステップＳ８６）。
値δｙより小さいと判断されると、候補値ＸにΔを加算
した値を新たな候補値Ｘに設定し（ステップＳ８２）、
反復法を実行する。反復法の反復回数ｋをリセットし
（ステップＳ８３）、粗い近似根εｏ（ωｏ）とし新た
な候補値Ｘを設定する（ステップＳ８４）。続いて、反
復式εk+1(ωｏ）＝Ｆ（εk(ωｏ））から近似根εk+1
(ωｏ）を求める（ステップＳ８５）。そして、この近
似根が所定の収束条件を満足しているか否か判断する
（ステップＳ８６）。
【０１１３】収束条件を満足していれば、ステップＳ５
８に処理を移し、そのときの近似根εk+1(ωｏ）を最初
の波数ωｏにおける誘電率ε（ωｏ）として、図１４の
ステップＳ４１に処理を移す。収束条件を満足していな
ければ、まず、反復回数ｋが所定の最大値ＭＡＸを越え
ているか否か判断する（ステップＳ８７）。最大値を越
えていなければ、反復回数を１増加し（ステップＳ８
８）、この近似根εk+1(ωｏ）を新たな粗い近似根εk
(ωｏ）に設定し（ステップＳ８９）、ステップＳ８５
に戻り、収束条件を満足するか、反復回数ｋが所定の最
大値ＭＡＸを越えるまで、これらステップＳ８５〜Ｓ８
９を繰り返す。
８に処理を移し、そのときの近似根εk+1(ωｏ）を最初
の波数ωｏにおける誘電率ε（ωｏ）として、図１４の
ステップＳ４１に処理を移す。収束条件を満足していな
ければ、まず、反復回数ｋが所定の最大値ＭＡＸを越え
ているか否か判断する（ステップＳ８７）。最大値を越
えていなければ、反復回数を１増加し（ステップＳ８
８）、この近似根εk+1(ωｏ）を新たな粗い近似根εk
(ωｏ）に設定し（ステップＳ８９）、ステップＳ８５
に戻り、収束条件を満足するか、反復回数ｋが所定の最
大値ＭＡＸを越えるまで、これらステップＳ８５〜Ｓ８
９を繰り返す。
【０１１４】ステップＳ８７で最大値を越えていると判
断されると、ステップＳ８２に戻り、候補値Ｘに更に値
Δを加算して新たな候補値とし、最終的に収束するまで
ステップＳ８２〜Ｓ８９の処理を繰り返す。ステップＳ
８１で収束条件の値δｙの方が値δｘより小さいと判断
されると、候補値ＹからΔを減算した値を新たな候補値
Ｙに設定し（ステップＳ９１）、反復法を実行する。
断されると、ステップＳ８２に戻り、候補値Ｘに更に値
Δを加算して新たな候補値とし、最終的に収束するまで
ステップＳ８２〜Ｓ８９の処理を繰り返す。ステップＳ
８１で収束条件の値δｙの方が値δｘより小さいと判断
されると、候補値ＹからΔを減算した値を新たな候補値
Ｙに設定し（ステップＳ９１）、反復法を実行する。
【０１１５】反復法の反復回数ｋをリセットし（ステッ
プＳ９２）、粗い近似根εｏ（ωｏ）とし新たな候補値
Ｙを設定する（ステップＳ９３）。続いて、反復式εk+
1(ωｏ）＝Ｆ（εk(ωｏ））から近似根εk+1(ωｏ）を
求める（ステップＳ９４）。そして、この近似根が所定
の収束条件を満足しているか否か判断する（ステップＳ
９５）。
プＳ９２）、粗い近似根εｏ（ωｏ）とし新たな候補値
Ｙを設定する（ステップＳ９３）。続いて、反復式εk+
1(ωｏ）＝Ｆ（εk(ωｏ））から近似根εk+1(ωｏ）を
求める（ステップＳ９４）。そして、この近似根が所定
の収束条件を満足しているか否か判断する（ステップＳ
９５）。
【０１１６】収束条件を満足していれば、ステップＳ５
８に処理を移し、そのときの近似根εk+1(ωｏ）を最初
の波数ωｏにおける誘電率ε（ωｏ）として、図１４の
ステップＳ４１に処理を移す。収束条件を満足していな
ければ、まず、反復回数ｋが所定の最大値ＭＡＸを越え
ているか否か判断する（ステップＳ９６）。最大値を越
えていなければ、反復回数を１増加し（ステップＳ９
７）、この近似根εk+1(ωｏ）を新たな粗い近似根εk
(ωｏ）に設定し（ステップＳ９８）、ステップＳ９４
に戻り、収束条件を満足するか、反復回数ｋが所定の最
大値ＭＡＸを越えるまで、これらステップＳ９４〜Ｓ９
８を繰り返す。
８に処理を移し、そのときの近似根εk+1(ωｏ）を最初
の波数ωｏにおける誘電率ε（ωｏ）として、図１４の
ステップＳ４１に処理を移す。収束条件を満足していな
ければ、まず、反復回数ｋが所定の最大値ＭＡＸを越え
ているか否か判断する（ステップＳ９６）。最大値を越
えていなければ、反復回数を１増加し（ステップＳ９
７）、この近似根εk+1(ωｏ）を新たな粗い近似根εk
(ωｏ）に設定し（ステップＳ９８）、ステップＳ９４
に戻り、収束条件を満足するか、反復回数ｋが所定の最
大値ＭＡＸを越えるまで、これらステップＳ９４〜Ｓ９
８を繰り返す。
【０１１７】ステップＳ９５で最大値を越えていると判
断されると、ステップＳ９１に戻り、候補値Ｙから更に
値Δを減算して新たな候補値とし、最終的に収束するま
でステップＳ９１〜Ｓ９８の処理を繰り返す。実施例５−１ 比抵抗１００Ω・ｃｍのノンドープの（１１１）シリコ
ン基板を用い、このシリコン基板に熱酸化により１０ｎ
ｍ厚のシリコン酸化膜を形成した。この酸化膜に対して
赤外分光測定法により、入射角度が７０度と８０度の赤
外光に対して測定された反射率を用いて設定した連立方
程式に対して、本実施例の方法により誘電関数スペクト
ルを求めた。その誘電関数スペクトルを図１８に示す。
断されると、ステップＳ９１に戻り、候補値Ｙから更に
値Δを減算して新たな候補値とし、最終的に収束するま
でステップＳ９１〜Ｓ９８の処理を繰り返す。実施例５−１ 比抵抗１００Ω・ｃｍのノンドープの（１１１）シリコ
ン基板を用い、このシリコン基板に熱酸化により１０ｎ
ｍ厚のシリコン酸化膜を形成した。この酸化膜に対して
赤外分光測定法により、入射角度が７０度と８０度の赤
外光に対して測定された反射率を用いて設定した連立方
程式に対して、本実施例の方法により誘電関数スペクト
ルを求めた。その誘電関数スペクトルを図１８に示す。
【０１１８】誘電関数スペクトルを求めるために用いた
反復法はニュートン・ラプソン法である。誘電関数スペ
クトルを導出するときの一番最初の波数は７９８．３９
５であり、この波数に対する反復法の粗い近似根の設定
過程は次の通りである。まず、粗い近似根として−５−
５ｉ≦Ｚ≦５＋５ｉ内の任意の値Ｚ＝０．５＋０．１ｉ
を選択した。連立方程式の２変数は誘電関数の実部と虚
部であるから、誘電関数の実部に対する粗い近似根Ｒｅ
ａｌ（εｏ（７９８．３９５）としてＲｅａｌ（Ｚ）＝
０．５を用い、誘電関数の虚部に対する粗い近似根Ｉｍ
ａｇ（εｏ（７９８．３９５）としてＩｍａｇ（Ｚ）＝
０．１を用いて反復法を適用した。
反復法はニュートン・ラプソン法である。誘電関数スペ
クトルを導出するときの一番最初の波数は７９８．３９
５であり、この波数に対する反復法の粗い近似根の設定
過程は次の通りである。まず、粗い近似根として−５−
５ｉ≦Ｚ≦５＋５ｉ内の任意の値Ｚ＝０．５＋０．１ｉ
を選択した。連立方程式の２変数は誘電関数の実部と虚
部であるから、誘電関数の実部に対する粗い近似根Ｒｅ
ａｌ（εｏ（７９８．３９５）としてＲｅａｌ（Ｚ）＝
０．５を用い、誘電関数の虚部に対する粗い近似根Ｉｍ
ａｇ（εｏ（７９８．３９５）としてＩｍａｇ（Ｚ）＝
０．１を用いて反復法を適用した。
【０１１９】収束判定条件として、次式を用いた。 δｋ＝｜εk+1(ω）−εk(ω）｜≦ｍａｘ（１．０｜εk(ω）｜）・EPSR 但し、EPSR〜２（ｕ）1/2 （ｕ：丸め誤差の単位） この収束判定条件を満足すると反復法の繰り返しを終了
することにした。なお、収束状況の適切さを判断するた
めに、δｘ、δｙの代わりに、次式で定義した残差Ｒ
（ω）を用いた。
することにした。なお、収束状況の適切さを判断するた
めに、δｘ、δｙの代わりに、次式で定義した残差Ｒ
（ω）を用いた。
【０１２０】 Ｒ（ω）＝Σ（ｒmea （θ、ω）−ｒcal （θ、ω））／ｒmea （θ、ω） 但し、ｒcal （θ、ω）は連立方程式より計算した誘電
関数ε（ω）をフレネル式に用いて得られた反射係数で
あり、ｒmea （θ、ω）は測定により得られた反射係数
である。入射角度θは７０°、８０°である。本実施例
の場合、粗い近似根として値Ｚ＝０．５＋０．１ｉを選
択して反復法を実行したところ、反復回数９２回で上記
収束条件を満足した。このときの残差Ｒ（７９８．３９
５）＝６．０４５Ｅ−５であった。
関数ε（ω）をフレネル式に用いて得られた反射係数で
あり、ｒmea （θ、ω）は測定により得られた反射係数
である。入射角度θは７０°、８０°である。本実施例
の場合、粗い近似根として値Ｚ＝０．５＋０．１ｉを選
択して反復法を実行したところ、反復回数９２回で上記
収束条件を満足した。このときの残差Ｒ（７９８．３９
５）＝６．０４５Ｅ−５であった。
【０１２１】経験的に残差Ｒ（ω）は１．０Ｅ−３０以
下でないと適切な誘電関数が得られないことが分かって
いるので、この収束状況は適切ではなく、おそらく最適
根外のところで収束してるものと考えられる。そこで、
Δ＝０．５とし、波数７９８．３９５で用いる反復法の
粗い近似根として、誘電関数の実部に対する粗い近似根
Ｒｅａｌ（εｏ（７９８．３９５）としてＲｅａｌ
（Ｘ）＝Ｒｅａｌ（Ｚ）＋Δ＝１．０を選んだ場合と、
誘電関数の実部に対する粗い近似根Ｒｅａｌ（εｏ（７
９８．３９５）としてＲｅａｌ（Ｙ）＝Ｒｅａｌ（Ｚ）
−Δ＝０．０を選んだ場合とで反復法を実行し、その収
束状況を調べた。なお、誘電関数の虚部に対する粗い近
似根Ｉｍａｇ（εｏ（７９８．３９５）はＩｍａｇ
（Ｚ）＝０．１のままとした。
下でないと適切な誘電関数が得られないことが分かって
いるので、この収束状況は適切ではなく、おそらく最適
根外のところで収束してるものと考えられる。そこで、
Δ＝０．５とし、波数７９８．３９５で用いる反復法の
粗い近似根として、誘電関数の実部に対する粗い近似根
Ｒｅａｌ（εｏ（７９８．３９５）としてＲｅａｌ
（Ｘ）＝Ｒｅａｌ（Ｚ）＋Δ＝１．０を選んだ場合と、
誘電関数の実部に対する粗い近似根Ｒｅａｌ（εｏ（７
９８．３９５）としてＲｅａｌ（Ｙ）＝Ｒｅａｌ（Ｚ）
−Δ＝０．０を選んだ場合とで反復法を実行し、その収
束状況を調べた。なお、誘電関数の虚部に対する粗い近
似根Ｉｍａｇ（εｏ（７９８．３９５）はＩｍａｇ
（Ｚ）＝０．１のままとした。
【０１２２】候補値Ｘを用いた場合、反復回数６８回で
収束し、このときの残差Ｒ（ω）は６．０４５Ｅ−５と
なった。候補値Ｙを用いた場合、反復回数１３０回で収
束し、このときの残差Ｒ（ω）は５．６５５Ｅ−３２と
なった。したがって、候補値Ｙを用いた場合の反復法の
根を誘電関数スペクトルの初期の波数７９８．３９５に
対する誘電関数とした。このときの値を次に示す。
収束し、このときの残差Ｒ（ω）は６．０４５Ｅ−５と
なった。候補値Ｙを用いた場合、反復回数１３０回で収
束し、このときの残差Ｒ（ω）は５．６５５Ｅ−３２と
なった。したがって、候補値Ｙを用いた場合の反復法の
根を誘電関数スペクトルの初期の波数７９８．３９５に
対する誘電関数とした。このときの値を次に示す。
【０１２３】 ε（７９８．３９５）＝（−３．９７１９，２．９３３） この値を、一番最初の波数７９８．３９５の次の波数８
０２．２５２の粗い近似根として反復法を実行した。そ
の結果、反復回数９７回で収束条件を満足した。このと
きの残差Ｒは１．６７２Ｅ−３２となり、収束状況が良
好であることがわかった。このときの誘電関数の値を次
に示す。
０２．２５２の粗い近似根として反復法を実行した。そ
の結果、反復回数９７回で収束条件を満足した。このと
きの残差Ｒは１．６７２Ｅ−３２となり、収束状況が良
好であることがわかった。このときの誘電関数の値を次
に示す。
【０１２４】 ε（８０２．２５２）＝（−３．８６５５，２．８２０２） 同様にして、この値を次の波数８０６．１０９の粗い近
似値として反復法を実行して誘電関数の値を求めた。以
上の処理を繰り返して所定の波数の範囲について誘電関
数の値を求めた。その結果が図１８の誘電関数スペクト
ルである。
似値として反復法を実行して誘電関数の値を求めた。以
上の処理を繰り返して所定の波数の範囲について誘電関
数の値を求めた。その結果が図１８の誘電関数スペクト
ルである。
【０１２５】比較例 比較例として、粗い近似根として値Ｚ＝０．５＋０．１
ｉを選択して得られた誘電関数の値 ε（７９８．３９５）＝（１．０１５８，０．００１６） を最適根として、引き続く波数についての粗い近似根と
して求めた。その誘電関数スペクトルを図１９に示す。
図１９からわかるように、誘電関数スペクトルに不連続
な部分があり、誘電関数スペクトルの虚数部の符号が反
転したおかしな誘電関数スペクトルとなっている。
ｉを選択して得られた誘電関数の値 ε（７９８．３９５）＝（１．０１５８，０．００１６） を最適根として、引き続く波数についての粗い近似根と
して求めた。その誘電関数スペクトルを図１９に示す。
図１９からわかるように、誘電関数スペクトルに不連続
な部分があり、誘電関数スペクトルの虚数部の符号が反
転したおかしな誘電関数スペクトルとなっている。
【０１２６】前述したように、誘電率が求まるとフレネ
ルの式を用いて反射率と透過率の計算をすることができ
る。そこで、実施例及び比較例により求めた誘電関数を
用いて逆に反射率を計算した。求めた誘電率が正しけれ
ば、計算した反射率は実測値とほぼ同じになる筈であ
る。図２０に測定した反射率スペクトルｒmea （ω）を
示す。図２１が本実施例により求めた誘電関数を用いて
計算した反射率スペクトルｒcal である。図２０の測定
値と非常によい一致をしていることがわかる。図２２は
比較例により求めた誘電関数を用いて計算した反射率ス
ペクトルである。測定値と異なっていることがわかる。 ［第６の実施例］本発明の第６の実施例によるシリコン
酸化膜の評価方法及び装置について図２３乃至図３０を
用いて説明する。
ルの式を用いて反射率と透過率の計算をすることができ
る。そこで、実施例及び比較例により求めた誘電関数を
用いて逆に反射率を計算した。求めた誘電率が正しけれ
ば、計算した反射率は実測値とほぼ同じになる筈であ
る。図２０に測定した反射率スペクトルｒmea （ω）を
示す。図２１が本実施例により求めた誘電関数を用いて
計算した反射率スペクトルｒcal である。図２０の測定
値と非常によい一致をしていることがわかる。図２２は
比較例により求めた誘電関数を用いて計算した反射率ス
ペクトルである。測定値と異なっていることがわかる。 ［第６の実施例］本発明の第６の実施例によるシリコン
酸化膜の評価方法及び装置について図２３乃至図３０を
用いて説明する。
【０１２７】シリコン酸化膜の評価装置 本実施例によるシリコン酸化膜の評価装置を図２３に示
す。図２３に示す評価装置の中央には、ウエーハ４０の
反射スペクトルを測定する赤外分光装置４１が設けられ
ている。赤外分光装置４１の内部について説明する、試
料ステージ（図示せず）上に、測定されるべきウエーハ
４０が載置される。移動ステージの右側の照明系から入
射された赤外光がウエーハ４０の表面で反射され、その
反射光が左側の測定系により測定、解析される。
す。図２３に示す評価装置の中央には、ウエーハ４０の
反射スペクトルを測定する赤外分光装置４１が設けられ
ている。赤外分光装置４１の内部について説明する、試
料ステージ（図示せず）上に、測定されるべきウエーハ
４０が載置される。移動ステージの右側の照明系から入
射された赤外光がウエーハ４０の表面で反射され、その
反射光が左側の測定系により測定、解析される。
【０１２８】試料ステージの右側の照明系には、赤外光
を発光する光源４２が設けられ、光源４２の出射側に干
渉計４３と偏光子４４が設けられている。光源４２から
の赤外光は干渉計４３及び偏光子４４を介して平行光線
束となって出射される。偏光子４４を設けることによ
り、入射面に電場が平行であるＰ波の赤外光又は入射面
に電場が垂直であるＳ波の赤外光が出射される。
を発光する光源４２が設けられ、光源４２の出射側に干
渉計４３と偏光子４４が設けられている。光源４２から
の赤外光は干渉計４３及び偏光子４４を介して平行光線
束となって出射される。偏光子４４を設けることによ
り、入射面に電場が平行であるＰ波の赤外光又は入射面
に電場が垂直であるＳ波の赤外光が出射される。
【０１２９】出射された赤外光はウエーハ４０に法線か
ら傾いた角度で入射する。ウエーハ４０からの反射光
は、ＭＣＴ検出器４５に入射される。ＭＣＴ検出器４５
はウエーハ４０からの反射光を検出する。ＭＣＴ検出器
４５からの検出信号は演算装置４６に入力される。演算
装置４６は、ウエーハ４０表面の反射率を演算し、後述
するようにシリコン基板及びシリコン酸化膜の誘電関数
を求める。
ら傾いた角度で入射する。ウエーハ４０からの反射光
は、ＭＣＴ検出器４５に入射される。ＭＣＴ検出器４５
はウエーハ４０からの反射光を検出する。ＭＣＴ検出器
４５からの検出信号は演算装置４６に入力される。演算
装置４６は、ウエーハ４０表面の反射率を演算し、後述
するようにシリコン基板及びシリコン酸化膜の誘電関数
を求める。
【０１３０】赤外分光装置４１の左側にはエッチング装
置４７が設けられている。このエッチング装置４７は溶
液処理によりシリコン酸化膜をエッチングする装置であ
る。エッチング装置４７には、エッチング用溶液として
ふっ酸が満たされた溶液槽４８が設けられている。エッ
チングされる膜厚は、ふっ酸溶液の濃度とエッチング温
度と溶液への浸漬時間によって制御される。
置４７が設けられている。このエッチング装置４７は溶
液処理によりシリコン酸化膜をエッチングする装置であ
る。エッチング装置４７には、エッチング用溶液として
ふっ酸が満たされた溶液槽４８が設けられている。エッ
チングされる膜厚は、ふっ酸溶液の濃度とエッチング温
度と溶液への浸漬時間によって制御される。
【０１３１】赤外分光装置４１の右側にはウエーハ４０
を搬入するための搬入口４９が設けられている。シリコン酸化膜の評価方法 次に、本実施例によるシリコン酸化膜の評価装置を用い
た評価方法について説明する。
を搬入するための搬入口４９が設けられている。シリコン酸化膜の評価方法 次に、本実施例によるシリコン酸化膜の評価装置を用い
た評価方法について説明する。
【０１３２】まず、評価されるべきウエーハ４０を搬出
入口４９を介して赤外分光装置４１に搬入する。ウエー
ハ４０はシリコン基板上に評価されるべきシリコン酸化
膜が形成されている。赤外分光装置４１で、搬入された
ままの状態でウエーハ４０の反射スペクトルを測定す
る。測定結果は演算装置４６に記憶しておく。次に、赤
外分光装置４１からエッチング装置４７にウエーハ２０
を移し、エッチング装置４７によりシリコン酸化膜を予
め決められた厚さだけエッチングする。エッチング後、
エッチング装置４７から赤外分光装置４１にウエーハ２
０を移し、所定厚さのシリコン酸化膜がエッチングされ
た状態でウエーハ４０の反射スペクトルを測定する。測
定結果は演算装置４６に記憶しておく。
入口４９を介して赤外分光装置４１に搬入する。ウエー
ハ４０はシリコン基板上に評価されるべきシリコン酸化
膜が形成されている。赤外分光装置４１で、搬入された
ままの状態でウエーハ４０の反射スペクトルを測定す
る。測定結果は演算装置４６に記憶しておく。次に、赤
外分光装置４１からエッチング装置４７にウエーハ２０
を移し、エッチング装置４７によりシリコン酸化膜を予
め決められた厚さだけエッチングする。エッチング後、
エッチング装置４７から赤外分光装置４１にウエーハ２
０を移し、所定厚さのシリコン酸化膜がエッチングされ
た状態でウエーハ４０の反射スペクトルを測定する。測
定結果は演算装置４６に記憶しておく。
【０１３３】次に、再び赤外分光装置４１からエッチン
グ装置４７にウエーハ２０を移し、エッチング装置４７
によりシリコン酸化膜を予め決められた厚さだけ更にエ
ッチングする。エッチング後、エッチング装置４７から
赤外分光装置４１にウエーハ２０を移し、所定厚さのシ
リコン酸化膜が更にエッチングされた状態でウエーハ４
０の反射スペクトルを測定する。測定結果は演算装置４
６に記憶しておく。
グ装置４７にウエーハ２０を移し、エッチング装置４７
によりシリコン酸化膜を予め決められた厚さだけ更にエ
ッチングする。エッチング後、エッチング装置４７から
赤外分光装置４１にウエーハ２０を移し、所定厚さのシ
リコン酸化膜が更にエッチングされた状態でウエーハ４
０の反射スペクトルを測定する。測定結果は演算装置４
６に記憶しておく。
【０１３４】この操作を繰り返し、所定厚さのシリコン
酸化膜をエッチングする毎に反射スペクトルを測定し、
最終的には全てのシリコン酸化膜を除去されるまで続行
する。シリコン酸化膜が除去されたシリコン基板の反射
スペクトルについても測定しておく。以上の測定が終了
すると、シリコン基板と、膜厚が異なるシリコン酸化膜
の反射スペクトルの多数のデータが蓄積演算装置４６に
蓄積される。
酸化膜をエッチングする毎に反射スペクトルを測定し、
最終的には全てのシリコン酸化膜を除去されるまで続行
する。シリコン酸化膜が除去されたシリコン基板の反射
スペクトルについても測定しておく。以上の測定が終了
すると、シリコン基板と、膜厚が異なるシリコン酸化膜
の反射スペクトルの多数のデータが蓄積演算装置４６に
蓄積される。
【０１３５】次に、これら測定データを用いて異なる膜
厚のシリコン酸化膜の誘電関数を演算する。その演算手
順について図２４のフローチャートを用いて説明する。
まず、シリコン基板の誘電関数を演算する（ステップＳ
１０１）。本実施例におけるシリコン基板には高濃度の
不純物が添加されているので、自由電子の分極に基づい
た誘電関数理論により、シリコン基板の誘電関数を求め
た（工藤恵栄著、「光物性の基礎」改定２版、オーム社
参照）。この誘電関数理論による誘起電界と誘電関数を
次に示す。
厚のシリコン酸化膜の誘電関数を演算する。その演算手
順について図２４のフローチャートを用いて説明する。
まず、シリコン基板の誘電関数を演算する（ステップＳ
１０１）。本実施例におけるシリコン基板には高濃度の
不純物が添加されているので、自由電子の分極に基づい
た誘電関数理論により、シリコン基板の誘電関数を求め
た（工藤恵栄著、「光物性の基礎」改定２版、オーム社
参照）。この誘電関数理論による誘起電界と誘電関数を
次に示す。
【０１３６】
【数２】 上記式におけるパラメータはεｏ（高周波誘電率）、ω
ｐ（プラズマ振動数）、ωτ（減衰振動数）である。上
式によりシリコン基板の誘電関数を求めると、続いて、
シリコン酸化膜の誘電関数を演算する（ステップＳ１０
２）。
ｐ（プラズマ振動数）、ωτ（減衰振動数）である。上
式によりシリコン基板の誘電関数を求めると、続いて、
シリコン酸化膜の誘電関数を演算する（ステップＳ１０
２）。
【０１３７】シリコン酸化膜は誘電体であるので、双極
子の分極に基づきクラマース・クロニッヒの関係式を満
足する誘電関数理論により、シリコン酸化膜の誘電関数
を求めた（工藤恵栄著、「光物性の基礎」改定２版、オ
ーム社参照）。この誘電関数理論による誘起電界と誘電
関数を次に示す。
子の分極に基づきクラマース・クロニッヒの関係式を満
足する誘電関数理論により、シリコン酸化膜の誘電関数
を求めた（工藤恵栄著、「光物性の基礎」改定２版、オ
ーム社参照）。この誘電関数理論による誘起電界と誘電
関数を次に示す。
【０１３８】
【数３】 上記式におけるパラメータはεｏ（高周波誘電率）、ω
ｏ（共鳴振動数）、ωｐ（プラズマ振動数）、ωτ（減
衰振動数）、σ（ガウス分布幅）である。シリコン酸化
膜におけるパラメータの決定は次のようにして行う。ま
ず、誘電関数モデルのパラメータの初期値を設定する
（ステップＳ１０３）。このときの初期値は、例えば、
経験的に定める。
ｏ（共鳴振動数）、ωｐ（プラズマ振動数）、ωτ（減
衰振動数）、σ（ガウス分布幅）である。シリコン酸化
膜におけるパラメータの決定は次のようにして行う。ま
ず、誘電関数モデルのパラメータの初期値を設定する
（ステップＳ１０３）。このときの初期値は、例えば、
経験的に定める。
【０１３９】次に、フレネルの式により反射率を計算す
る（ステップＳ１０４）。このステップＳ１０４におい
て、現在求めようとしている厚さのシリコン酸化膜の下
地となる誘電関数を用いる。本実施例では、下地となる
誘電関数が測定ノイズを除去した式として求められてい
るので、ここで計算される反射率も、それまでの測定ノ
イズが除去されたものとなる。
る（ステップＳ１０４）。このステップＳ１０４におい
て、現在求めようとしている厚さのシリコン酸化膜の下
地となる誘電関数を用いる。本実施例では、下地となる
誘電関数が測定ノイズを除去した式として求められてい
るので、ここで計算される反射率も、それまでの測定ノ
イズが除去されたものとなる。
【０１４０】ステップＳ１０４におけるシリコン酸化膜
の反射率の計算は、次のような手順で行なう（ボルン著
「光学の原理１，２，３」参照）。まず、図２５に示す
ように、シリコン基板１００上に複数の層１０２−０、
１０２−１、…、１０２−ｍが積層されていると仮定す
る。特性行列を用いた次式から反射率Ｒを求める。
の反射率の計算は、次のような手順で行なう（ボルン著
「光学の原理１，２，３」参照）。まず、図２５に示す
ように、シリコン基板１００上に複数の層１０２−０、
１０２−１、…、１０２−ｍが積層されていると仮定す
る。特性行列を用いた次式から反射率Ｒを求める。
【０１４１】
【数４】 上記式における未知数は、入射角度θと、入射光波数ν
と、各層１０２−０、１０２−１、…、１０２−ｍでの
誘電関数ε０、ε１、…、εｍ、各層の厚さｄ０、ｄ
１、…、ｄｍである。本実施例では、上記未知数の誘電
関数ε０、ε１、…、εｍとして、それまでに求めた誘
電関数の式から計算された値を使用する。この値は誘電
関数のモデルの式からの計算値であり測定ノイズを含ん
でいない。したがって、反射率Ｒにも、それまでの下地
における測定ノイズを含まない式となる。
と、各層１０２−０、１０２−１、…、１０２−ｍでの
誘電関数ε０、ε１、…、εｍ、各層の厚さｄ０、ｄ
１、…、ｄｍである。本実施例では、上記未知数の誘電
関数ε０、ε１、…、εｍとして、それまでに求めた誘
電関数の式から計算された値を使用する。この値は誘電
関数のモデルの式からの計算値であり測定ノイズを含ん
でいない。したがって、反射率Ｒにも、それまでの下地
における測定ノイズを含まない式となる。
【０１４２】次に、上式により計算された反射率を測定
された反射率と比較する（ステップＳ１０５）。反射率
の計算値と測定値が一致しない場合には、誘電関数モデ
ルのパラメータの値を変更し（ステップＳ１０７）、再
びステップＳ１０４に戻る。反射率の計算値と測定値が
一致するまで、パラメータを種々変更して、ステップＳ
１０４〜Ｓ１０７の処理を繰り返す。
された反射率と比較する（ステップＳ１０５）。反射率
の計算値と測定値が一致しない場合には、誘電関数モデ
ルのパラメータの値を変更し（ステップＳ１０７）、再
びステップＳ１０４に戻る。反射率の計算値と測定値が
一致するまで、パラメータを種々変更して、ステップＳ
１０４〜Ｓ１０７の処理を繰り返す。
【０１４３】反射率の計算値と測定値が一致すると、そ
のときのパラメータにより誘電関数を決定する。この誘
電関数は次のシリコン酸化膜の反射率の計算に用いられ
る。続いて、次のエッチング部分に移行し（ステップＳ
１０８）、次のシリコン酸化膜の反射率のデータがある
かどうか判断する（ステップＳ１０９）。データがあれ
ば、ステップＳ１０２に戻り、ステップＳ１０２〜Ｓ１
０９の処理を繰り返す。
のときのパラメータにより誘電関数を決定する。この誘
電関数は次のシリコン酸化膜の反射率の計算に用いられ
る。続いて、次のエッチング部分に移行し（ステップＳ
１０８）、次のシリコン酸化膜の反射率のデータがある
かどうか判断する（ステップＳ１０９）。データがあれ
ば、ステップＳ１０２に戻り、ステップＳ１０２〜Ｓ１
０９の処理を繰り返す。
【０１４４】なお、本実施例においては反射率を用いた
が、透過率を用いても同様である。実施例６−１ 本実施例では、元が８０ｎｍのものを約９．５ｎｍ厚に
予めエッチングしたシリコン酸化膜を用いて、１回のエ
ッチングにより０．２〜０．５ｎｍ厚のシリコン酸化膜
をエッチングした。その結果、膜厚が異なるシリコン酸
化膜の反射スペクトルのデータが１４セット得られた。
が、透過率を用いても同様である。実施例６−１ 本実施例では、元が８０ｎｍのものを約９．５ｎｍ厚に
予めエッチングしたシリコン酸化膜を用いて、１回のエ
ッチングにより０．２〜０．５ｎｍ厚のシリコン酸化膜
をエッチングした。その結果、膜厚が異なるシリコン酸
化膜の反射スペクトルのデータが１４セット得られた。
【０１４５】図２４のステップＳ１０１において、自由
電子の分極に基づいた誘電関数理論により求めたシリコ
ン基板の誘電関数を図２６に示す。本実施例ではシリコ
ン酸化膜の厚さに応じて、１４個のシリコン酸化膜の誘
電関数が得られた。１４個の誘電関数のうち、シリコン
酸化膜の薄い順から適宜選んだ誘電関数を図２７（ａ）
〜（ｄ）に示す。シリコン酸化膜が厚くなるにしたがっ
て、誘電関数が徐々に変化していることがわかる。これ
はシリコン酸化膜の膜質が一様ではなく膜内で変化して
いることを示している。
電子の分極に基づいた誘電関数理論により求めたシリコ
ン基板の誘電関数を図２６に示す。本実施例ではシリコ
ン酸化膜の厚さに応じて、１４個のシリコン酸化膜の誘
電関数が得られた。１４個の誘電関数のうち、シリコン
酸化膜の薄い順から適宜選んだ誘電関数を図２７（ａ）
〜（ｄ）に示す。シリコン酸化膜が厚くなるにしたがっ
て、誘電関数が徐々に変化していることがわかる。これ
はシリコン酸化膜の膜質が一様ではなく膜内で変化して
いることを示している。
【０１４６】図２８（ａ）〜（ｄ）は実測した反射率と
フィッティングした反射率を比較して示す。求められた
誘電関数からフレネルの式を用いて反射率を再計算し
た。実測値を点線で示し、フィッティングした反射率を
実線で示す。図２８（ａ）〜（ｄ）は図２７（ａ）〜
（ｄ）に対応している。いずれの場合も、反射率の実測
値と計算値がよく一致していることがわかる。
フィッティングした反射率を比較して示す。求められた
誘電関数からフレネルの式を用いて反射率を再計算し
た。実測値を点線で示し、フィッティングした反射率を
実線で示す。図２８（ａ）〜（ｄ）は図２７（ａ）〜
（ｄ）に対応している。いずれの場合も、反射率の実測
値と計算値がよく一致していることがわかる。
【０１４７】図２９はシリコン酸化膜内における異なる
部分の反射率スペクトルを比較して示す。図２９（ａ）
は、シリコン基板との界面に最も近い部分のシリコン酸
化膜の反射率スペクトル（点線）と、界面から５０ｎｍ
離れた部分のシリコン酸化膜の反射率スペクトル（実
線）である。膜質がかなり相違することがわかる。図２
９（ｂ）は、界面から１０ｎｍ離れた部分のシリコン酸
化膜の反射率スペクトル（点線）と、界面から５０ｎｍ
離れた部分のシリコン酸化膜の反射率スペクトル（実
線）である。膜質にほとんど変化がないことがわかる。
部分の反射率スペクトルを比較して示す。図２９（ａ）
は、シリコン基板との界面に最も近い部分のシリコン酸
化膜の反射率スペクトル（点線）と、界面から５０ｎｍ
離れた部分のシリコン酸化膜の反射率スペクトル（実
線）である。膜質がかなり相違することがわかる。図２
９（ｂ）は、界面から１０ｎｍ離れた部分のシリコン酸
化膜の反射率スペクトル（点線）と、界面から５０ｎｍ
離れた部分のシリコン酸化膜の反射率スペクトル（実
線）である。膜質にほとんど変化がないことがわかる。
【０１４８】図３０に従来の方法により求めた誘電関数
の一例である。図２９から分かるように、各測定におけ
るノイズ成分が誘電関数に重畳され、正確な誘電関数が
得られていないことがわかる。 ［第７の実施例］本発明の第７の実施例によるシリコン
酸化膜の評価方法及び装置について図３１を用いて説明
する。
の一例である。図２９から分かるように、各測定におけ
るノイズ成分が誘電関数に重畳され、正確な誘電関数が
得られていないことがわかる。 ［第７の実施例］本発明の第７の実施例によるシリコン
酸化膜の評価方法及び装置について図３１を用いて説明
する。
【０１４９】本実施例によるシリコン酸化膜の評価装置
を図３１に示す。図３１に示す評価装置の中央には、ウ
エーハ４０の反射スペクトルを測定する赤外分光装置４
１が設けられている。赤外分光装置４１の内部について
説明する、試料ステージ（図示せず）上に、測定される
べきウエーハ４０が載置される。移動ステージの右側の
照明系から入射された赤外光がウエーハ４０の表面で反
射され、その反射光が左側の測定系により測定、解析さ
れる。
を図３１に示す。図３１に示す評価装置の中央には、ウ
エーハ４０の反射スペクトルを測定する赤外分光装置４
１が設けられている。赤外分光装置４１の内部について
説明する、試料ステージ（図示せず）上に、測定される
べきウエーハ４０が載置される。移動ステージの右側の
照明系から入射された赤外光がウエーハ４０の表面で反
射され、その反射光が左側の測定系により測定、解析さ
れる。
【０１５０】試料ステージの右側の照明系には、赤外光
を発光する光源４２が設けられ、光源４２の出射側に干
渉計４３と偏光子４４が設けられている。光源４２から
の赤外光は干渉計４３及び偏光子４４を介して平行光線
束となって出射される。偏光子４４を設けることによ
り、入射面に電場が平行であるＰ波の赤外光又は入射面
に電場が垂直であるＳ波の赤外光が出射される。
を発光する光源４２が設けられ、光源４２の出射側に干
渉計４３と偏光子４４が設けられている。光源４２から
の赤外光は干渉計４３及び偏光子４４を介して平行光線
束となって出射される。偏光子４４を設けることによ
り、入射面に電場が平行であるＰ波の赤外光又は入射面
に電場が垂直であるＳ波の赤外光が出射される。
【０１５１】出射された赤外光はウエーハ４０に法線か
ら傾いた角度で入射する。ウエーハ４０からの反射光
は、ＭＣＴ検出器４５に入射される。ＭＣＴ検出器４５
はウエーハ４０からの反射光を検出する。ＭＣＴ検出器
４５からの検出信号は演算装置４６に入力される。演算
装置４６は、ウエーハ４０表面の反射率を演算し、後述
するようにシリコン基板及びシリコン酸化膜の誘電関数
を求める。
ら傾いた角度で入射する。ウエーハ４０からの反射光
は、ＭＣＴ検出器４５に入射される。ＭＣＴ検出器４５
はウエーハ４０からの反射光を検出する。ＭＣＴ検出器
４５からの検出信号は演算装置４６に入力される。演算
装置４６は、ウエーハ４０表面の反射率を演算し、後述
するようにシリコン基板及びシリコン酸化膜の誘電関数
を求める。
【０１５２】赤外分光装置４１の左側には、シリコン酸
化膜を形成するために、熱処理装置５０と溶液処理装置
５３が設けられている。熱処理装置５０は熱処理により
ウエーハ４０上にシリコン酸化膜を形成するためのもの
である。ヒータ５１によりウエーハ４０を加熱する。溶
液処理装置５３は溶液処理によりウエーハ４０上にシリ
コン酸化膜を形成するためのものである。酸化膜形成用
溶液（硝酸（Ｈ2ＳＯ4）と過酸化水素水（Ｈ 2Ｏ2）の混
合液）が満たされた溶液槽５４にウエーハ４０を浸漬す
る。
化膜を形成するために、熱処理装置５０と溶液処理装置
５３が設けられている。熱処理装置５０は熱処理により
ウエーハ４０上にシリコン酸化膜を形成するためのもの
である。ヒータ５１によりウエーハ４０を加熱する。溶
液処理装置５３は溶液処理によりウエーハ４０上にシリ
コン酸化膜を形成するためのものである。酸化膜形成用
溶液（硝酸（Ｈ2ＳＯ4）と過酸化水素水（Ｈ 2Ｏ2）の混
合液）が満たされた溶液槽５４にウエーハ４０を浸漬す
る。
【０１５３】赤外分光装置４１の右側にはウエーハ４０
を搬入するための搬入口４９が設けられている。上記第
６の実施例では、シリコン基板上に形成したシリコン酸
化膜を複数回に分けてエッチングしながら反射率を測定
したが、本実施例では逆にシリコン基板にシリコン酸化
膜を複数回に分けて形成しながら反射率を測定する点が
異なる。その他の誘電関数の求める方法について第６の
実施例と同様であるので、説明を省略する。 ［第８の実施例］本発明の第８の実施例による半導体装
置の製造方法及び装置について図３２を用いて説明す
る。
を搬入するための搬入口４９が設けられている。上記第
６の実施例では、シリコン基板上に形成したシリコン酸
化膜を複数回に分けてエッチングしながら反射率を測定
したが、本実施例では逆にシリコン基板にシリコン酸化
膜を複数回に分けて形成しながら反射率を測定する点が
異なる。その他の誘電関数の求める方法について第６の
実施例と同様であるので、説明を省略する。 ［第８の実施例］本発明の第８の実施例による半導体装
置の製造方法及び装置について図３２を用いて説明す
る。
【０１５４】本実施例による半導体装置の製造装置を図
３２に示す。図３２に示す製造装置の中央には、ウエー
ハ４０の反射スペクトルを測定する赤外分光装置４１が
設けられている。赤外分光装置４１の内部について説明
する、試料ステージ（図示せず）上に、測定されるべき
ウエーハ４０が載置される。移動ステージの右側の照明
系から入射された赤外光がウエーハ４０の表面で反射さ
れ、その反射光が左側の測定系により測定、解析され
る。
３２に示す。図３２に示す製造装置の中央には、ウエー
ハ４０の反射スペクトルを測定する赤外分光装置４１が
設けられている。赤外分光装置４１の内部について説明
する、試料ステージ（図示せず）上に、測定されるべき
ウエーハ４０が載置される。移動ステージの右側の照明
系から入射された赤外光がウエーハ４０の表面で反射さ
れ、その反射光が左側の測定系により測定、解析され
る。
【０１５５】試料ステージの右側の照明系には、赤外光
を発光する光源４２が設けられ、光源４２の出射側に干
渉計４３と偏光子４４が設けられている。光源４２から
の赤外光は干渉計４３及び偏光子４４を介して平行光線
束となって出射される。偏光子４４を設けることによ
り、入射面に電場が平行であるＰ波の赤外光又は入射面
に電場が垂直であるＳ波の赤外光が出射される。
を発光する光源４２が設けられ、光源４２の出射側に干
渉計４３と偏光子４４が設けられている。光源４２から
の赤外光は干渉計４３及び偏光子４４を介して平行光線
束となって出射される。偏光子４４を設けることによ
り、入射面に電場が平行であるＰ波の赤外光又は入射面
に電場が垂直であるＳ波の赤外光が出射される。
【０１５６】出射された赤外光はウエーハ４０に法線か
ら傾いた角度で入射する。ウエーハ４０からの反射光
は、ＭＣＴ検出器４５に入射される。ＭＣＴ検出器４５
はウエーハ４０からの反射光を検出する。ＭＣＴ検出器
４５からの検出信号は演算装置４６に入力される。演算
装置４６は、ウエーハ４０表面の反射率を演算し、後述
するようにシリコン基板及びシリコン酸化膜の誘電関数
を求める。
ら傾いた角度で入射する。ウエーハ４０からの反射光
は、ＭＣＴ検出器４５に入射される。ＭＣＴ検出器４５
はウエーハ４０からの反射光を検出する。ＭＣＴ検出器
４５からの検出信号は演算装置４６に入力される。演算
装置４６は、ウエーハ４０表面の反射率を演算し、後述
するようにシリコン基板及びシリコン酸化膜の誘電関数
を求める。
【０１５７】赤外分光装置４１の左側には、シリコン酸
化膜を形成する熱処理装置５０と、ウエーハを洗浄する
半導体基板洗浄装置５５が設けられている。熱処理装置
５０は熱処理によりウエーハ４０上にシリコン酸化膜を
形成するためのものである。ヒータ５１によりウエーハ
４０を加熱する。半導体基板洗浄装置５５は溶液処理に
よりウエーハ４０を洗浄するためのものである。洗浄用
溶液、例えばふっ酸溶液が満たされた溶液槽５６にウエ
ーハ４０を浸漬する。
化膜を形成する熱処理装置５０と、ウエーハを洗浄する
半導体基板洗浄装置５５が設けられている。熱処理装置
５０は熱処理によりウエーハ４０上にシリコン酸化膜を
形成するためのものである。ヒータ５１によりウエーハ
４０を加熱する。半導体基板洗浄装置５５は溶液処理に
よりウエーハ４０を洗浄するためのものである。洗浄用
溶液、例えばふっ酸溶液が満たされた溶液槽５６にウエ
ーハ４０を浸漬する。
【０１５８】赤外分光装置４１の右側にはウエーハ４０
を搬入するための搬入口４９が設けられている。本実施
例による半導体装置の製造方法について説明する。ま
ず、ウエーハ４０を搬入口４９から装置内部に搬入す
る。半導体基板洗浄装置５５により、ウエーハ４０上に
金属、有機物汚染、自然酸化膜を除去する。その後、赤
外分光装置４１により反射スペクトルが測定された後
に、熱処理装置５０に搬送され、シリコン酸化膜が形成
される。
を搬入するための搬入口４９が設けられている。本実施
例による半導体装置の製造方法について説明する。ま
ず、ウエーハ４０を搬入口４９から装置内部に搬入す
る。半導体基板洗浄装置５５により、ウエーハ４０上に
金属、有機物汚染、自然酸化膜を除去する。その後、赤
外分光装置４１により反射スペクトルが測定された後
に、熱処理装置５０に搬送され、シリコン酸化膜が形成
される。
【０１５９】シリコン酸化膜の形成途中での膜質評価を
行ないたい場合には、赤外分光装置４１により測定を行
ない、所定の膜厚までシリコン酸化膜を形成する。この
評価段階で基準の膜質を満足しなかったものは、この時
点で引き抜かれ、この後の処理工程が無駄にならないよ
うに処置される。さらに、厳密な膜質管理を行なう試験
ウエーハでは、酸化膜形成後に半導体基板洗浄装置５５
に搬送され、シリコン酸化膜を所定の膜厚ずつエッチン
グし、赤外分光装置４１による反射率測定とエッチング
を繰り返すことで、膜厚方向に分解された酸化膜構造の
評価を行なうことができる。
行ないたい場合には、赤外分光装置４１により測定を行
ない、所定の膜厚までシリコン酸化膜を形成する。この
評価段階で基準の膜質を満足しなかったものは、この時
点で引き抜かれ、この後の処理工程が無駄にならないよ
うに処置される。さらに、厳密な膜質管理を行なう試験
ウエーハでは、酸化膜形成後に半導体基板洗浄装置５５
に搬送され、シリコン酸化膜を所定の膜厚ずつエッチン
グし、赤外分光装置４１による反射率測定とエッチング
を繰り返すことで、膜厚方向に分解された酸化膜構造の
評価を行なうことができる。
【０１６０】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、シリコン
基板を評価するシリコン基板の評価方法において、金属
表面を有する基準基板に対して、複数の条件で入射する
複数の入射光を照射し、前記複数の入射光に対する前記
基準基板の反射光をそれぞれ測定し、前記シリコン基板
に対して、前記複数の条件で入射する複数の入射光を照
射し、前記複数の入射光に対する前記シリコン基板の反
射光をそれぞれ測定し、前記基準基板の反射光と前記シ
リコン基板の反射光とに基づいて、前記複数の条件での
前記シリコン基板の反射率を演算し、前記複数の条件で
の反射率に基づいて、前記シリコン基板の誘電関数を演
算し、前記誘電関数に基づいて前記シリコン基板を評価
するようにしたので、シリコン基板の誘電関数を正確に
求めることができる。
基板を評価するシリコン基板の評価方法において、金属
表面を有する基準基板に対して、複数の条件で入射する
複数の入射光を照射し、前記複数の入射光に対する前記
基準基板の反射光をそれぞれ測定し、前記シリコン基板
に対して、前記複数の条件で入射する複数の入射光を照
射し、前記複数の入射光に対する前記シリコン基板の反
射光をそれぞれ測定し、前記基準基板の反射光と前記シ
リコン基板の反射光とに基づいて、前記複数の条件での
前記シリコン基板の反射率を演算し、前記複数の条件で
の反射率に基づいて、前記シリコン基板の誘電関数を演
算し、前記誘電関数に基づいて前記シリコン基板を評価
するようにしたので、シリコン基板の誘電関数を正確に
求めることができる。
【０１６１】また、本発明によれば、シリコン基板上に
形成されたシリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸
化膜の評価方法において、前記シリコン酸化膜に対し
て、複数の条件で入射する複数の入射光を照射し、前記
複数の入射光に対する前記シリコン酸化膜での反射光を
それぞれ測定し、前記複数の入射光と前記複数の反射光
から異なる角度に対する反射率をそれぞれ演算し、前記
異なる角度に対する反射率に基づいて、上述したシリコ
ン基板の評価方法により演算された前記シリコン基板の
誘電関数を考慮して、前記シリコン酸化膜の誘電関数を
演算し、前記誘電関数に基づいて前記シリコン酸化膜の
膜質を評価するようにしたので、シリコン酸化膜の誘電
関数を正確に求めることができる また、本発明によれば、シリコン基板上に形成されたシ
リコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価方
法において、前記シリコン基板上に、前記シリコン基板
より不純物濃度が低く、１μｍ以下の膜厚のシリコン層
を形成し、前記シリコン層上に膜質を評価するための前
記シリコン酸化膜を形成し、前記シリコン層上に形成さ
れた前記シリコン酸化膜の膜質を評価するようにしたの
で、実際の半導体装置に用いられるものと同等なシリコ
ン酸化膜を正確に評価することができる。
形成されたシリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸
化膜の評価方法において、前記シリコン酸化膜に対し
て、複数の条件で入射する複数の入射光を照射し、前記
複数の入射光に対する前記シリコン酸化膜での反射光を
それぞれ測定し、前記複数の入射光と前記複数の反射光
から異なる角度に対する反射率をそれぞれ演算し、前記
異なる角度に対する反射率に基づいて、上述したシリコ
ン基板の評価方法により演算された前記シリコン基板の
誘電関数を考慮して、前記シリコン酸化膜の誘電関数を
演算し、前記誘電関数に基づいて前記シリコン酸化膜の
膜質を評価するようにしたので、シリコン酸化膜の誘電
関数を正確に求めることができる また、本発明によれば、シリコン基板上に形成されたシ
リコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価方
法において、前記シリコン基板上に、前記シリコン基板
より不純物濃度が低く、１μｍ以下の膜厚のシリコン層
を形成し、前記シリコン層上に膜質を評価するための前
記シリコン酸化膜を形成し、前記シリコン層上に形成さ
れた前記シリコン酸化膜の膜質を評価するようにしたの
で、実際の半導体装置に用いられるものと同等なシリコ
ン酸化膜を正確に評価することができる。
【０１６２】また、本発明によれば、シリコン基板の表
面化学結合状態を評価する表面化学結合状態の評価方法
において、前記シリコン基板上に、前記シリコン基板よ
り不純物濃度が低く、１μｍ以下の膜厚のシリコン層を
形成し、前記シリコン層の表面化学結合状態を評価する
ようにしたので、実際の半導体装置に用いられるものと
同等なシリコン基板を正確に評価することができる。
面化学結合状態を評価する表面化学結合状態の評価方法
において、前記シリコン基板上に、前記シリコン基板よ
り不純物濃度が低く、１μｍ以下の膜厚のシリコン層を
形成し、前記シリコン層の表面化学結合状態を評価する
ようにしたので、実際の半導体装置に用いられるものと
同等なシリコン基板を正確に評価することができる。
【０１６３】また、本発明によれば、被測定対象の反射
率を測定し、前記被測定対象の反射率に基づいて各波数
に対する誘電関数を演算し、前記誘電関数に基づいて前
記被測定対象を評価する評価方法において、前記誘電関
数を反復法により演算し、特定の波数に対する誘電関数
の粗い近似根として所定値を中心とした一定値の範囲内
にある第１の値を選択し、前記第１の値を粗い近似根と
する第１の反復法により誘電関数を演算し、前記第１の
反復法の反復回数が所定値を越えた場合には、前記第１
の値に一定値を加えた第２の値と、前記第１の値から一
定値を引いた第３の値を前記粗い近似根として選択し、
前記第２の値を粗い近似根とする第２の反復法により誘
電関数を演算し、前記第２の反復法の反復回数が所定値
を越えた場合には、前記第３の値を粗い近似根とする第
３の反復法により誘電関数を演算し、前記第３の反復法
の反復回数が所定値を越えた場合には、前記第２の反復
法の収束状態と前記第３の反復法の収束状態を比較し、
収束状態がよりよい反復法で用いた値に対して更に一定
値を加算又は減算した第４の値を前記粗い近似根として
選択し、前記第４の値を粗い近似根とする第４の反復法
により誘電関数を演算するようにしたので、被測定対象
の反射率から誘電関数を安定かつ高速に求めることがで
きる。
率を測定し、前記被測定対象の反射率に基づいて各波数
に対する誘電関数を演算し、前記誘電関数に基づいて前
記被測定対象を評価する評価方法において、前記誘電関
数を反復法により演算し、特定の波数に対する誘電関数
の粗い近似根として所定値を中心とした一定値の範囲内
にある第１の値を選択し、前記第１の値を粗い近似根と
する第１の反復法により誘電関数を演算し、前記第１の
反復法の反復回数が所定値を越えた場合には、前記第１
の値に一定値を加えた第２の値と、前記第１の値から一
定値を引いた第３の値を前記粗い近似根として選択し、
前記第２の値を粗い近似根とする第２の反復法により誘
電関数を演算し、前記第２の反復法の反復回数が所定値
を越えた場合には、前記第３の値を粗い近似根とする第
３の反復法により誘電関数を演算し、前記第３の反復法
の反復回数が所定値を越えた場合には、前記第２の反復
法の収束状態と前記第３の反復法の収束状態を比較し、
収束状態がよりよい反復法で用いた値に対して更に一定
値を加算又は減算した第４の値を前記粗い近似根として
選択し、前記第４の値を粗い近似根とする第４の反復法
により誘電関数を演算するようにしたので、被測定対象
の反射率から誘電関数を安定かつ高速に求めることがで
きる。
【０１６４】また、本発明によれば、シリコン基板上に
形成されたシリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸
化膜の評価方法において、前記シリコン基板上に形成さ
れたシリコン酸化膜を、膜厚をコントロールしながら複
数回に分けてエッチングする複数のエッチング工程と、
前記複数のエッチング工程の間に、前記シリコン酸化膜
の反射率又は透過率を測定する複数の測定工程と、前記
複数の測定工程により測定された複数の反射率又は透過
率に基づいて、前記複数のエッチング工程後におけるシ
リコン酸化膜の複数の誘電関数を演算する演算工程とを
有しているので、前記複数の誘電関数に基づいて前記シ
リコン酸化膜の膜質を評価することができる。
形成されたシリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸
化膜の評価方法において、前記シリコン基板上に形成さ
れたシリコン酸化膜を、膜厚をコントロールしながら複
数回に分けてエッチングする複数のエッチング工程と、
前記複数のエッチング工程の間に、前記シリコン酸化膜
の反射率又は透過率を測定する複数の測定工程と、前記
複数の測定工程により測定された複数の反射率又は透過
率に基づいて、前記複数のエッチング工程後におけるシ
リコン酸化膜の複数の誘電関数を演算する演算工程とを
有しているので、前記複数の誘電関数に基づいて前記シ
リコン酸化膜の膜質を評価することができる。
【０１６５】また、本発明によれば、シリコン基板上に
形成されたシリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸
化膜の評価方法において、前記シリコン基板上に、膜厚
をコントロールしながら前記シリコン酸化膜を複数回に
分けて形成する複数の形成工程と、前記複数の形成工程
の間に、前記シリコン酸化膜の反射率又は透過率を測定
する複数の測定工程と、前記複数の測定工程により測定
された複数の反射率又は透過率に基づいて、前記複数の
形成工程後におけるシリコン酸化膜の複数の誘電関数を
演算する演算工程とを有しているので、前記複数の誘電
関数に基づいて前記シリコン酸化膜の膜質を評価するこ
とができる。
形成されたシリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸
化膜の評価方法において、前記シリコン基板上に、膜厚
をコントロールしながら前記シリコン酸化膜を複数回に
分けて形成する複数の形成工程と、前記複数の形成工程
の間に、前記シリコン酸化膜の反射率又は透過率を測定
する複数の測定工程と、前記複数の測定工程により測定
された複数の反射率又は透過率に基づいて、前記複数の
形成工程後におけるシリコン酸化膜の複数の誘電関数を
演算する演算工程とを有しているので、前記複数の誘電
関数に基づいて前記シリコン酸化膜の膜質を評価するこ
とができる。
【０１６６】また、上述したシリコン基板の評価方法に
より前記シリコン基板の誘電関数を演算し、前記演算工
程は、前記シリコン基板の誘電関数を用いて前記シリコ
ン酸化膜に対する複数の誘電関数を演算するようにすれ
ば、複数の誘電関数を求める場合であっても、ノイズ成
分の少ない正確な誘電関数を求め、それにより膜質を評
価することができる。
より前記シリコン基板の誘電関数を演算し、前記演算工
程は、前記シリコン基板の誘電関数を用いて前記シリコ
ン酸化膜に対する複数の誘電関数を演算するようにすれ
ば、複数の誘電関数を求める場合であっても、ノイズ成
分の少ない正確な誘電関数を求め、それにより膜質を評
価することができる。
【０１６７】また、本発明によれば、半導体装置の製造
方法に、上述した評価方法を用いてシリコン基板やシリ
コン酸化膜を評価する工程を含むようにしたので、シリ
コン基板や、その上に形成されたシリコン酸化膜等をイ
ンラインで評価することができる。
方法に、上述した評価方法を用いてシリコン基板やシリ
コン酸化膜を評価する工程を含むようにしたので、シリ
コン基板や、その上に形成されたシリコン酸化膜等をイ
ンラインで評価することができる。
【図１】本発明の第１の実施例によるシリコン基板の評
価装置を示す図である。
価装置を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例によるシリコン基板の評
価方法の手順を示すフローチャートである。
価方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施例によるシリコン基板の評
価方法による測定結果を示すグラフである。
価方法による測定結果を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施例によるシリコン酸化膜の
評価装置を示す図である。
評価装置を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施例によるシリコン酸化膜の
評価方法の説明図である。
評価方法の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施例によるシリコン酸化膜の
評価方法による測定結果を示すグラフである。
評価方法による測定結果を示すグラフである。
【図７】本発明の第３の実施例によるシリコン基板の評
価装置を示す図である。
価装置を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施例によるシリコン基板の評
価方法の説明図である。
価方法の説明図である。
【図９】本発明の第３の実施例によるシリコン基板の評
価方法による測定結果を示すグラフである。
価方法による測定結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の第４実施例による半導体装置の製造
装置を示す図である。
装置を示す図である。
【図１１】本発明の第５の実施例によるシリコン酸化膜
の評価方法の概略を示すフローチャートである。
の評価方法の概略を示すフローチャートである。
【図１２】反復法による収束例を示す図（その１）であ
る。
る。
【図１３】反復法による収束例を示す図（その２）であ
る。
る。
【図１４】本発明の第５の実施例による誘電関数を求め
る方法を示すフローチャート（その１）である。
る方法を示すフローチャート（その１）である。
【図１５】本発明の第５の実施例による誘電関数を求め
る方法を示すフローチャート（その２）である。
る方法を示すフローチャート（その２）である。
【図１６】本発明の第５の実施例による誘電関数を求め
る方法を示すフローチャート（その３）である。
る方法を示すフローチャート（その３）である。
【図１７】本発明の第５の実施例による誘電関数を求め
る方法を示すフローチャート（その４）である。
る方法を示すフローチャート（その４）である。
【図１８】本発明の第５の実施例により求めた誘電関数
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図１９】従来の方法により求めた誘電関数を示すグラ
フである。
フである。
【図２０】測定した反射率スペクトルを示すグラフであ
る。
る。
【図２１】本発明の第５の実施例により求めた誘電関数
を用いて計算した反射率スペクトルを示すグラフであ
る。
を用いて計算した反射率スペクトルを示すグラフであ
る。
【図２２】従来の方法により求めた誘電関数を用いて計
算した反射率スペクトルを示すグラフである。
算した反射率スペクトルを示すグラフである。
【図２３】本発明の第６の実施例によるシリコン酸化膜
の評価装置を示す図である。
の評価装置を示す図である。
【図２４】本発明の第６の実施例による誘電関数を求め
る方法を示すフローチャートである。
る方法を示すフローチャートである。
【図２５】シリコン酸化膜のモデルを説明するための図
である。
である。
【図２６】本発明の第６の実施例により求めたシリコン
基板の誘電関数を示すグラフである。
基板の誘電関数を示すグラフである。
【図２７】本発明の第６の実施例により求めたシリコン
酸化膜の誘電関数を示すグラフである。
酸化膜の誘電関数を示すグラフである。
【図２８】本発明の第６の実施例により求めた反射率を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図２９】本発明の第６の実施例により求めた反射率を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図３０】従来の方法により求めたシリコン酸化膜の誘
電関数を示すグラフである。
電関数を示すグラフである。
【図３１】本発明の第７の実施例によるシリコン酸化膜
の評価装置を示す図である。
の評価装置を示す図である。
【図３２】本発明の第８の実施例による半導体装置の製
造装置を示す図である。
造装置を示す図である。
１０…光源 １１…干渉計 １２…偏光子 １３…凹面鏡 １４…試料移動ステージ １５…凹面鏡 １６…ＭＣＴ検出器 １７…演算部 １８…シリコン基板 １９…金薄膜蒸着基板 ２０…ウエーハ ２１…測定評価装置 ２２…光源 ２３…干渉計 ２４…偏光子 ２５…ＭＣＴ検出器 ２６…演算部 ２７…シリコン酸化膜成膜装置 ２８…溶液槽 ２９…シリコン層成膜装置 ３０…搬出入口 ４０…ウエーハ ４１…赤外分光装置 ４２…光源 ４３…干渉計 ４４…偏光子 ４５…ＭＣＴ検出器 ４６…演算装置 ４７…エッチング装置 ４８…溶液槽 ４９…搬出入口 ５０…熱処理装置 ５１…ヒータ ５３…溶液処理装置 ５４…溶液槽 ５５…半導体基板洗浄装置 ５６…溶液槽
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｅ (72)発明者 藤村 修三 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 堀池 ▲靖▼浩 東京都保谷市東伏見３丁目２番12号 (72)発明者 押田 澄子 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 鈴木 腕 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内
Claims (28)
- 【請求項１】 シリコン基板を評価するシリコン基板の
評価方法において、 金属表面を有する基準基板に対して、複数の条件で入射
する複数の入射光を照射し、 前記複数の入射光に対する前記基準基板の反射光をそれ
ぞれ測定し、 前記シリコン基板に対して、前記複数の条件で入射する
複数の入射光を照射し、 前記複数の入射光に対する前記シリコン基板の反射光を
それぞれ測定し、 前記基準基板の反射光と前記シリコン基板の反射光とに
基づいて、前記複数の条件での前記シリコン基板の反射
率を演算し、 前記複数の条件での反射率に基づいて、前記シリコン基
板の誘電関数を演算し、 前記誘電関数に基づいて前記シリコン基板を評価するこ
とを特徴とするシリコン基板の評価方法。 - 【請求項２】 請求項１記載のシリコン基板の評価方法
において、 前記複数の条件で入射する複数の入射光は、互いに異な
る複数の角度で入射する入射光であることを特徴とする
シリコン基板の評価方法。 - 【請求項３】 請求項１記載のシリコン基板の評価方法
において、 前記複数の条件で入射する複数の入射光は、入射面に対
して垂直方向に偏光した入射光と、前記入射面に対して
平行方向に偏光した入射光であることを特徴とするシリ
コン基板の評価方法。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載のシリ
コン基板の評価方法において、 前記基準基板の金属表面は、金の表面であることを特徴
とするシリコン基板の評価方法。 - 【請求項５】 シリコン基板上に形成されたシリコン酸
化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価方法におい
て、 前記シリコン酸化膜に対して、複数の条件で入射する複
数の入射光を照射し、 前記複数の入射光に対する前記シリコン酸化膜での反射
光をそれぞれ測定し、 前記複数の入射光と前記複数の反射光から異なる角度に
対する反射率をそれぞれ演算し、前記異なる角度に対す
る反射率に基づいて、請求項１乃至４のいずれかに記載
のシリコン基板の評価方法により演算された前記シリコ
ン基板の誘電関数を用いて、前記シリコン酸化膜の誘電
関数を演算し、 前記誘電関数に基づいて前記シリコン酸化膜の膜質を評
価することを特徴とするシリコン酸化膜の評価方法。 - 【請求項６】 シリコン基板を評価するシリコン基板の
評価装置において、 金属表面を有する基準基板と前記シリコン基板とを載置
し、いずれかを選択的に測定位置に位置させる試料台
と、 前記測定位置に位置する前記基準基板又は前記シリコン
基板に対して、複数の条件で入射する複数の入射光を照
射する照射手段と、 前記複数の入射光に対する前記基準基板又は前記シリコ
ン基板の反射光を測定する測定手段と、 前記基準基板の反射光と前記シリコン基板の反射光とに
基づいて、前記複数の条件での前記シリコン基板の反射
率を演算し、前記複数の条件での反射率に基づいて、前
記シリコン基板の誘電関数を演算する演算手段とを有す
ることを特徴とするシリコン基板の評価装置。 - 【請求項７】 シリコン基板上に形成されたシリコン酸
化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価方法におい
て、 前記シリコン基板上に、前記シリコン基板より不純物濃
度が低く、１μｍ以下の膜厚のシリコン層を形成し、 前記シリコン層上に膜質を評価するための前記シリコン
酸化膜を形成し、 前記シリコン層上に形成された前記シリコン酸化膜の膜
質を評価することを特徴とするシリコン酸化膜の評価方
法。 - 【請求項８】 シリコン基板の表面化学結合状態を評価
する表面化学結合状態の評価方法において、 前記シリコン基板上に、前記シリコン基板より不純物濃
度が低く、１μｍ以下の膜厚のシリコン層を形成し、 前記シリコン層の表面化学結合状態を評価することを特
徴とする表面化学結合状態の評価方法。 - 【請求項９】 請求項７記載のシリコン酸化膜の評価方
法において、 前記シリコン基板中に、赤外光を吸収する赤外光吸収領
域を設けたことを特徴とするシリコン酸化膜の評価方
法。 - 【請求項１０】 請求項８記載の表面化学結合状態の評
価方法において、 前記シリコン基板中に、赤外光を吸収する赤外光吸収領
域を設けたことを特徴とする表面化学結合状態の評価方
法。 - 【請求項１１】 シリコン基板上に形成されたシリコン
酸化膜の膜質又はシリコン基板の表面化学結合状態を評
価する評価装置において、 前記シリコン基板上に、前記シリコン基板より不純物濃
度が低く、１μｍ以下の膜厚のシリコン層を形成するシ
リコン層形成装置と、 前記シリコン層上にシリコン酸化膜を形成する酸化膜形
成装置と、 前記シリコン層の反射率又は前記シリコン酸化膜の反射
率を測定する測定装置とを有することを特徴とする評価
装置。 - 【請求項１２】 被測定対象の反射率を測定し、前記被
測定対象の反射率に基づいて各波数に対する誘電関数を
演算し、前記誘電関数に基づいて前記被測定対象を評価
する評価方法において、 前記誘電関数を反復法により演算し、 特定の波数に対する誘電関数の粗い近似根として所定値
を中心とした一定値の範囲内にある第１の値を選択し、 前記第１の値を粗い近似根とする第１の反復法により誘
電関数を演算し、 前記第１の反復法の反復回数が所定値を越えた場合に
は、前記第１の値に一定値を加えた第２の値と、前記第
１の値から一定値を引いた第３の値を前記粗い近似根と
して選択し、 前記第２の値を粗い近似根とする第２の反復法により誘
電関数を演算し、 前記第２の反復法の反復回数が所定値を越えた場合に
は、前記第３の値を粗い近似根とする第３の反復法によ
り誘電関数を演算し、 前記第３の反復法の反復回数が所定値を越えた場合に
は、前記第２の反復法の収束状態と前記第３の反復法の
収束状態を比較し、収束状態がよりよい反復法で用いた
値に対して更に一定値を加算又は減算した第４の値を前
記粗い近似根として選択し、 前記第４の値を粗い近似根とする第４の反復法により誘
電関数を演算することを特徴とする評価方法。 - 【請求項１３】 請求項１２記載の評価方法において、 前記第４の反復法の反復回数が所定値を越えた場合に
は、前記第４の値に対して更に一定値を加算又は減算し
た第５の値を前記粗い近似根として選択し、 前記第５の値を粗い近似根とする第５の反復法により誘
電関数を演算し、 所定の収束条件を満足するまで上記過程を繰り返すこと
を特徴とする評価方法。 - 【請求項１４】 請求項１２又は１３記載の評価方法に
おいて、 前記特定の波数の近傍の波数に対する誘電関数の粗い近
似根として、前記特定の波数で演算された誘電関数を選
択することを特徴とする評価方法。 - 【請求項１５】 シリコン基板上に形成されたシリコン
酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価方法にお
いて、 前記シリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜を、膜
厚をコントロールしながら複数回に分けてエッチングす
る複数のエッチング工程と、 前記複数のエッチング工程の間に、前記シリコン酸化膜
の反射率又は透過率を測定する複数の測定工程と、 前記複数の測定工程により測定された複数の反射率又は
透過率に基づいて、前記複数のエッチング工程後におけ
るシリコン酸化膜の複数の誘電関数を演算する演算工程
とを有し、 前記複数の誘電関数に基づいて前記シリコン酸化膜の膜
質を評価することを特徴とするシリコン酸化膜の評価方
法。 - 【請求項１６】 シリコン基板上に形成されたシリコン
酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価方法にお
いて、 前記シリコン基板上に、膜厚をコントロールしながら前
記シリコン酸化膜を複数回に分けて形成する複数の形成
工程と、 前記複数の形成工程の間に、前記シリコン酸化膜の反射
率又は透過率を測定する複数の測定工程と、 前記複数の測定工程により測定された複数の反射率又は
透過率に基づいて、前記複数の形成工程後におけるシリ
コン酸化膜の複数の誘電関数を演算する演算工程とを有
し、 前記複数の誘電関数に基づいて前記シリコン酸化膜の膜
質を評価することを特徴とするシリコン酸化膜の評価方
法。 - 【請求項１７】 請求項１５又は１６記載のシリコン酸
化膜の評価方法において、 請求項１乃至５のいずれかに記載のシリコン基板の評価
方法により前記シリコン基板の誘電関数を演算し、 前記演算工程は、前記シリコン基板の誘電関数を用いて
前記シリコン酸化膜に対する複数の誘電関数を演算する
ことを特徴とするシリコン酸化膜の評価方法。 - 【請求項１８】 請求項１５又は１６記載のシリコン酸
化膜の評価方法において、 自由電子の分極に基づいた誘電関数理論により前記シリ
コン基板の誘電関数が求まるシリコン基板モデルを設定
し、 請求項１乃至５のいずれかに記載のシリコン基板の評価
方法により前記シリコン基板の反射率を求め、 前記シリコン基板の反射率に基づいて、前記シリコン基
板モデルに適合した前記シリコン基板の誘電関数を求め
ることを特徴とするシリコン酸化膜の評価方法。 - 【請求項１９】 請求項１５又は１６のいずれかに記載
のシリコン酸化膜の評価方法において、 双極子の分極に基づいたクラマース・クロニッヒの関係
式を満足する誘電関数理論により前記シリコン酸化膜の
誘電関数が求まるシリコン酸化膜モデルを設定し、 前記シリコン酸化膜の複数の反射率又は透過率に基づい
て、前記シリコン酸化膜モデルに適合した前記シリコン
酸化膜の複数の誘電関数を求めることを特徴とするシリ
コン酸化膜の評価方法。 - 【請求項２０】 請求項１９記載のシリコン酸化膜の評
価方法において、 前記誘電関数理論はガウスモデルであることを特徴とす
るシリコン酸化膜の評価方法。 - 【請求項２１】 請求項１５乃至２０のいずれかに記載
のシリコン酸化膜の評価方法において、 各エッチング工程によりエッチングされるシリコン酸化
膜の膜厚、又は各形成工程により形成されるシリコン酸
化膜の膜厚は、約５０ｎｍ以下であることを特徴とする
シリコン酸化膜の評価方法。 - 【請求項２２】 シリコン基板上に形成されたシリコン
酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価装置にお
いて、 前記シリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜を、膜
厚をコントロールしながら複数回に分けてエッチングす
るエッチング手段と、 前記エッチング手段によるエッチング工程の間に、前記
シリコン酸化膜の反射率又は透過率を測定する測定手段
と、 前記測定装置により測定された複数の反射率又は透過率
に基づいて、各エッチング工程後におけるシリコン酸化
膜の複数の誘電関数を演算する演算手段とを有すること
を特徴とするシリコン酸化膜の評価装置。 - 【請求項２３】 シリコン基板上に形成されたシリコン
酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価装置にお
いて、 前記シリコン基板上に、膜厚をコントロールしながら前
記シリコン酸化膜を複数回に分けて形成する膜形成手段
と、 前記膜形成手段による膜形成工程の間に、前記シリコン
酸化膜の反射率又は透過率を測定する測定手段と、 前記測定装置により測定された複数の反射率又は透過率
に基づいて、各膜形成工程後におけるシリコン酸化膜の
複数の誘電関数を演算する演算手段とを有することを特
徴とするシリコン酸化膜の評価装置。 - 【請求項２４】 請求項１乃至６のいずれかに記載の評
価方法を用いてシリコン基板を評価する工程を含むこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２５】 請求項７及び１５乃至２１のいずれか
に記載の評価方法を用いてシリコン酸化膜を評価する工
程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２６】 請求項８記載の評価方法を用いて、特
定の製造工程前又は特定の製造工程後の半導体装置の表
面化学結合状態を評価する工程を含むことを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - 【請求項２７】 請求項２６記載の半導体装置の製造方
法において、 前記特定の製造工程は、エッチング工程又は洗浄工程で
あることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２８】 請求項６、１１、２２又は２３記載の
評価装置を有することを特徴とする半導体装置の製造装
置。
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