JPS63292043A - 膜厚・組成同時分析装置 - 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］ この発明は２ｊ板上に形成された膜の厚さおよび所定成
分含有率（組成）を同時に分析することのできる分析装
置に関する。

［従来の技術］ 最近の産業界の゛軽Ｗ／Ｊ知小化”の傾向および復・金
材料開発による製品の高付加価値化の要求により、電子
材料やファインセラミクスなどのいわゆるバイテクノロ
ジー素材が開発されてきている。

このような傾向に従って、分析対象となる試料にも多層
膜などの有限厚さの試料が登場し、また分析要求として
多層膜各層の厚さおよびその組成（構成元素含有率）の
両者が求められかつ非破壊・非接触で分析することが望
まれている。

このような要求に応えるものとして螢光Ｘ線分析法や光
干渉膜厚測定法などがある。

螢光Ｘ線分析法による膜厚または組成の分析は試料に含
有される元素からの螢光Ｘ線（元素固有の特性Ｘ線）の
強度を測定し、所要の分析値を求めることに行なわれ、
次の２種類に大別される。

（１）　検…線法：分析１直が既知である試料の螢光ｘ
ＩｊＩ強度を測定し、分析値と強度との相関を（ｍ）回
帰して求められる検分線式（各種の補正を含む）を用い
て、被測定材料の螢光Ｘ線強度から所要の分析値を導出
する方法。

（ｉｉ）　　ファンダメンタル・パラメータ法：螢９光
Ｘ線強度を与える原理式と、その原理式に含まれる吸収
係数等の各種物理定数を用い、被測定試料の螢光Ｘ線強
度測定値から数値処理によって所要の分析値を導出する
方法。

上述のいずれの方法においても分析を要求される試料の
特性値の種類数と少なくとも同数以上の種類の螢光Ｘ線
の値を測定することが必要である。

また、望ましくは（ａ　）分析要求される特性、すなわ
ち膜厚や組成など（以下、単に分析要求と称す）に対し
測定する螢光Ｘ線の！ＪＡ度が良いこと、（ｂ）分析要
求と測定されたＸ線強度とが独立した相関を示すことが
良好な分析精度を得る上で必要とされる。

光干渉膜厚測定法は、被測定試料に光を照射し、その反
射光強度を測定して膜厚を測定する方法であり、試料は
基板と基板上に形成された膜とからなり、この基板と形
成された膜の屈折率の違いおよび光の干渉現象を応用し
て膜厚を測定する方法である。

光を試料に対し垂直に入射した場合（入射角θ−９０°
）、反射率ｌＲ１２は、 で与えられる。ここで、ｎｏは基板の屈折率、ｎ、は基
板上に形成された膜の屈折率、λは入射光波長、■は試
料の模の膜厚であり、また膜は空気中に露出しており、
その空気の屈折率は１と想定されている。

したがって、入射光の波長λおよび屈折率ｎ。

およびｎ、が既知であれば、その反射率ｌＲ１２を測定
することにより膜厚Ｔを求めることができる。この光干
渉膜厚測定法としては実際には次の２種類の方法が用い
られている。

Ｃ＋　）　入射光源として白色光源（波長分布を持つ光
源）を用いて反射光をスペクトル分光し、反射率（ＩＲ
（λ）１２）の波長特性を測定して膜厚Ｔを求める。

（１１）　　入射光としてレーザ光などの単色光（単一
波長の光）を用い、入射角θ、反射角θを変化させて反
射率（ＩＲ（θ）１２）の角度特性を測定して膜厚Ｔを
求める。

［発明が解決しようとする問題点１ 以下、従来の螢光Ｘ線分析法および光干渉膜厚測定法の
有する問題点について図面を参照して説明ψる。

まず、第３Ａ図に示される第１の試料が被測定材料であ
る場合について説明する。第３Ａ図に示される第１の被
測定材料は、シリコン基板１０１上に二酸化シ＋）コ＞
　（Ｓｔ　０２　）ｌ（ａ１０２が形成されており、分
析要求は５ｉＯ２１１１０２の膜厚Ｔ１である。この第
１の試料に対しＸ線を照射すると、Ｓ！０２１１１０２
のシリコン（Ｓｉ　）による特性Ｘ線（螢光Ｘ線）であ
るＳｉ　−Ａ系α線■ｉＪ３よびシリコン基板１中のシ
リコンによる螢光Ｘ線Ｓｉ−にα線■が得られる。この
螢光Ｘ線Ｓ（−にα線の強度と膜厚との関係は第３Ｂ図
に示すようになる。すなわら、シリコン基板１０１から
のＳｉ　−にα線■はｓｔ　０２膜１０２の膜厚が厚く
なるにつれて指数関数的に減少し、一方ＳｉＯ２膜１０
２からのＳｔ　−にα線■の強度は膜厚が厚くなるにつ
れて増大する。この２つのＳｉ　−にα線■、■を磨畳
したｓｔ　−にα線■が実際の測定値となる。　上述の
ように、Ｓｉ　−にα線強度の測定により分析要求であ
る膜厚Ｔ１との相関は得られるものの、その相関関係か
ら見られるように、膜ｊすに対し感度が良くない。特に
膜厚Ｔ１が数百Ａ以下では満足な分析精度を得ることが
できない。ここで、ｓ；　０２膜１０２中の酸素（０）
元素より発生するＯ−にα線を測定することも可能であ
るが、０−にα線は軟×８領域にあるために、真空度、
分光器および検出器などの装置構成が複雑になりかつＯ
−にα線の発生効率が悪く実用的ではない。

これに対し光干渉膜厚測定法を用いた場合には、精度良
く膜Ｊ７を測定することができる。

次に、第４Ａ図に示されるように、シリコン基板１０１
上にＰＳＧ　（リンドープシリコンガラス）膜１０３を
形成した試料の場合について説明する。

分析要求はＰＳＧ膜１０３の膜厚Ｔ２およびＰ２Ｏ、含
有率Ｗである。

この場合、試わＦからの螢光Ｘ線として、ＰＳＧ躾１０
３中のリン（Ｐ）によるＰ−にα線■と、（）ＳＧ膜１
０３中のシリコンによる３ｉ　−ＫＣＸ線■と、シリコ
ン基板１中のシリコンによる３ｉ　−にα線■とが得ら
れる。この２つのＳｉ　−にα線■、■を重畳したもの
が試料からのＳｉ　−にα線の測定値として得られる。

この場合、第４Ｂ図ないし第４Ｅ図に示すように、測定
された螢光Ｘ線（Ｓｉ−にα線およびＰ−にα線）と分
析要求（膜厚Ｔ２およびＰＳＧ膜中の無酸化リンＰ２０
島の含有率Ｗ）の相関は互いに独立した相関とはならな
い。すなわち、５ｉ−Ｋ（Ｘ線強度は、ＰＳＧ膜１０３
の膜厚Ｔ２とＰＳＧ膜１０３中のＰ２ｏｓ含有率Ｗの影
響を受け、一方、Ｐ−にα線強度も膜厚Ｔ２．およびＰ
　２０　ｓ含有率Ｗの影響を受ける。ここで第４Ｂ図は
含有率ＷをパラメータとしたＳｉ　−にα線強度と膜厚
Ｔ２との関係を示し、第４Ｃ図は膜厚Ｔ２をパラメータ
とした３ｉ−にα線強度とＰ　２０　ｇ含有＊Ｗとの関
係を示し、第４Ｄ図はＰ２０烏含有率Ｗをパラメータと
したＰ−Ｋ　ＣＸ線強度と膜厚Ｔ２との関係を示し、第
４Ｅ図は膜厚Ｔ２をパラメータとしたＰ−にα線強度と
Ｐ　２０　ｓ含有率Ｗとの関係を示している。

上）出のように、測定対象膜がＰＳＧ膜のような場合、
測定されたｘＳ強度と分析要求の相関が強いため、検ｆ
ｆｉ線法で分析を行なう場合には、回帰により決定され
る定数の数が多くなり、このため多くの標準試料を準備
する必要がある。また、検ｍ線法およびファンダメンタ
ル・パラメータ法のいずれの場合においても、測定され
た螢光Ｘ線強度と分析噸求とが独立の相関を示さないた
めに螢光Ｘ線強度の測定誤差が分析値に与える影響が大
きくなり、正確に分析要求値を決定することが困難とな
り、分析精度が低下する。

また、光干渉膜厚法を用いた場合、本質的にＰＳＧ膜１
０３中のＰ　２０　ｓ含有率Ｗを測定できないだけでな
く、組成（Ｐ２Ｏ１含有率）Ｗの変化に伴なってその膜
の屈折率が変化するため、組成情報を塁にした膜厚値に
対する補正が必要となる。

次に第５Ａ図に示すように被測定試料が、シリコン基板
１０１とシリコン基板１０１上のＰＳＧ膜１０３と、Ｐ
ＳＧｌ（４１０３上（７）Ｓ　ｉ　０２　ｌａｌ　０２
とからなる多ｍ膜構造となっている場合を考える。この
多層膜構造の場合、シリコン基板１０１のシリコンによ
るＳｉ−にα線■と、ＰＳＧＩＩ１１０３中のシリコン
によるＳｉ−にα線■と、３ｉ０２Ｂ１１０２中のシリ
コンによるＳｉ　−にα線■とを重畳したものが測定さ
れた螢光Ｘ線Ｓｉ　−にα線として得られまた、ＰＳＧ
膜１０３中のリン（Ｐ）によるＰ−にα線のが測定され
たＰ−にα線強度として得られる。

この場合、上述のＰＳＧ膜の測定に際して述べた測定螢
光Ｘ線と分析要求の相関よりもさらに複雑な相関が冑ら
れる。しかしながら、測定Ｘ線（測定される螢光Ｘ線）
がＳｉ　−にα線とＰ−にα線の２種類であり、分析要
求が３ｉ０２膜１０２（７）躾Ｆ’Ｔ　Ｉ　、　ＰＳＧ
ＩＩ　１０３（７）ＩＩＩＪＰ’Ｔ　２オＪ：ＣＦＰＳ
Ｇ膜１０３のＰ２Ｏ，含有率Ｗの３種類であるため、［
ｔｉ理的に分析値を求めることが不可能である。

また同様に光干渉膜厚測定法を用いても、組成分析は本
質的に不可能であり、かつ組成変化（ＰＺＯＳ含右率Ｗ
の変化〉に伴なう屈折率変化が生じるため、組成情報を
基にして膜厚値に対する補正を行なう必要がある。

上述のように従来の分析装置によっては分析要求である
膜ｊ７および組成に対しては精度良く分析値を求めるこ
とができなかったり、またｖＡ１！Ｉ！的にその分析値
を求めることが不可能であるなどの問題点があった。

それゆえこの発明の目的は上述の従来の分析法の有する
欠点を除去し、試料に形成された膜の膜厚および組成を
ｉｔ！精度で同時に分析することのできる装置を提供す
ることである。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る膜厚・組成同時分析装置は、同一装置内
に光干渉膜厚測定法による分析ｖ４置と螢光Ｘ線分析法
による分析装置とを組込み、この２つの分析装置からの
データに基づいて試料の膜の膜厚および組成を同時に決
定でるようにしたものである。

［作用］ 同一の試料のｆｌｕに対して互いに異なった１ｉ７ｉ理
に基づく測定法である光干渉膜厚測定法および螢光Ｘ線
方を用いてデータを収集しているので、分析要求に必要
とされる測定データの相関関係の独立性が高くなり、こ
れにより高精度で膜厚および組成をどのような場合にお
いても測定することが可能となる。

［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例について図面を参照して脱刷
する。

第１図はこの発明の一実施例である膜厚・組成同時分析
装置の概略構成を示す図である。第１図にＪ３いて、１
はＸ線発生用Ｘ線管およびＸ１ｍ管駆動駆動源またはＲ
ＩからなるＸａ源、２はシャッタ、スリットおよびフィ
ルタにより構成されてＸ線源１からの所要のＸ線の通過
を制御するためのＸ線源用アタッチメント、３はスリッ
ト、アテネータからなり螢光Ｘ線の通過を制御づるため
のＸ線分光器用アタッチメント、４は波長分散型分光器
Ｊ３よび検出器またはエネルギ分散型分光器および検出
器から構成されＸ線分光器アタッチメント３を介して与
えられる所望の螢光Ｘ線を検出するためのＸ線分光検出
器、５はＸ線防護用シャッタおよびフィルタからなり、
Ｘ線の影響を排除するためのｄ５よび所望の入）」光お
よび反射光を供給するための先光学系用アタッチメント
、６は焦点合わし機構および試料表面観察線溝を含むと
ともに、先入（ト）光を集光して試料に照射づるととも
に試１１からの反射光を光分光器８に導くための顕微鏡
からなる光学系、７は白色光を発生するランプＪ３よび
ランプ用電源、白色光を集束づるための視野絞りおよび
所望の光を通過させるフィルタからなる光干渉膜ｊ７測
定用光源、８はたとえばＣＣＯ＜電荷結合素子）等の撮
像素子を含み、光学系６を介して与えられる反射光を分
光し反射光強度を検出する分光器および検出器からなる
光用分光器、９は測定される試料およびこの試料を保持
する試料ホルダを含む試料、１０はＸＹ方向に移動可能
なＸＹステージまたはＸＹ方向およびθ方向（傾き）の
移動が可能なＸＹＯステージからなる試料位置決め機構
、試料を回転させるための試料回転電橋および試料充填
・交換電橋からなる試料保持機構、１１は光分光検出器
８用電源および駆動機構ならびに増幅器、ＰＨＡ、カウ
ンタ等からなる分光検出器８出力を検知して反射光分布
を検出Ｊる検出回路からなる光用分光器用制御回路、１
２はＸ線分光検出器４に電力を供給づるための電源、Ｘ
＊分光検出器４を駆ｆｌ１１１る駆動機構、Ｘ線分光検
出器４出力を検出して螢光Ｘ線強度を検出する手段から
なるＸａ分光器用制御回路、１３は各アタッチメント２
．３．５、試料保持機構１５、チャンバ制ＷＷ構１５の
各々の動作をυ１ｍする駆動用モータおよび駆動用モー
タを動作制御するための制御回路からなるアタッチメン
ト駆動・制御用機構、１４は防Ｘ線、真空、定湿の各機
能を必要に応じて提供する分光試料チャンバ、１５は分
光試料チ１ｒンバ１４内を所殻の真空度にづる真空ポン
プ、チ１１ンパ１４内を所要の温度にプる熱源などチャ
ンバ１４の各ｐＩ！ｌ能に対応する機構からなるチャン
バ制御機構、１６は所定の演算および各機構の制御を行
なうＣＰＵ　（中央処理装置）、演算および制御に必要
な情報を記憶づる主記憶装置および補助記憶装置、外部
とのデータのやりとりを行なうためのインターフェイス
、表示装置としてのＣＲＴ、プリンタ等を含み、分析条
件の設定、制御電橋１３．１５を介しての装置ｉｂ制御
、制ｔ２ａ回路１１．１２を介しての測定データ収集を
行ない、予め記憶された手順に従ってデータ処理を行な
い分析値を導出する計算機である。

ここで、光用分光器８は単色光源を用いて反則光を測定
する場合には光の入射角および反射角を変化さひるだめ
の偏向機構を含む。

上述のように本発明による分析装置においては、螢光Ｘ
線分析法と光干渉Ｈ’Ａ　Ｆｊ　［定法という互いに異
なる原理に繕づいた測定ヘッド（Ｘ線源や光源など）が
組込まれており、異なる測定原理に基づいて得られた測
定データを同時に処理することにより感度および精度共
に良好な膜厚・組成の同時分析が可能となる。、特に試
料の同一箇所を異なる原理で測定することになるので分
析値の信頼性をより高めることができる。次に動作原理
について説明する。

まず第３Ａ’図に示されるような被測定試料の場合、づ
なわち被測定試料がシリコン基板１０１と基板１０１上
の３ｉ０２ＨｆＡ　１０２からなり、分析要求がｓｒ　
Ｏ２膜１０２の膜厚の場合には、光干渉膜厚測定法によ
る測定のみが行なわれる。すなわち、試料９の所定の表
面に光学系６から光源７からの光が入射され、試料９か
らの反射光が光学系６を介して光用分光゛器８．光用制
御回路１１に与えられて強度が測定され、その測定値が
計ｃ′！ｉ機１６へ与えられる。この計算機１６ではた
とえば入射光が垂直入射されている場合には、前述の式
に捕づいた計算が行なわれ、測定された反射率の波長依
存特性に対応する膜厚が求められる。ここで暗算６１１
６には垂直入射覆る場合に（りられる反射率の波長依存
特性とそれに対応する膜厚が予め記憶されており、この
記憶したデータに基づいて対応する膜厚が求められる。

また計算に必要な各パラメータ値も記憶されている。

ここで、上述の装置の動作説明において計算機１６の動
作以外については詳しく述べないが、これは従来の通常
の螢光Ｘ線分析装置および光干渉膜厚測定法四における
各対応部分と同様の機能および動作を行なっており、こ
れらの各種の動作制御は閏算機１６の制りＵのもとに行
なわれているからである。

被測定試料が第４Ａ図の場合、すなわち被測定試料がシ
リコン基板１０１と基板１０１上のＰＳＧ膜１０３とか
らなり、分析要求がＰＳＧ膜１０３の膜Ｊ！Ｊ［Ｔ２お
よびＰ２Ｏ５含有率Ｗの場合、螢光Ｘ線分析法によるＰ
−にα線の測定と光干渉膜厚測定法によるＰＳＧ膜の膜
厚の測定が同時に行なわれる。そして光干渉膜厚測定法
により求められた膜厚を用いて、測定されたＰ〜にα線
強度に基づきＰ２０ｓ含有率Ｗが求められる。すなわら
、この場合には、螢光Ｘ線分析法と光干渉膜厚測定法と
に基づいて同時かつ同一試料部分の測定が計ｔＪｔｉ１
８のＩＩＩ　Ｉｌｌのもとに行なわれる。この場合にお
いても計算に必要な各パラメータ値は計算機１６に記憶
されている。

この場合、螢光Ｘ線分析法により測定されたＰ−にα線
強度と光干渉膜厚測定法により得られた膜厚とは独立な
原理に基づいて測定されているため、それらの相関は独
立となり、従来の螢光Ｘ線分析法のみによる欠点づなわ
ち測定精度が悪いという欠点を改善することができ、精
度の高い分析値を（ひることができる。

ここで、上述の方法に代えて、ＰＳＧＩＩ！３１０３中
のＰ　２０　ｓ含有率Ｗを螢光Ｘ線分析法により求めた
後、この求めた含有率に基づいてＰＳＧ膜１０３の屈折
率を求め、この屈折率に基づいて光干渉膜厚測定法によ
り吻厚測定を行なうことも可能である。この場合も膜Ｊ
１７と含有率は独立な相関を梢つので、精度の高い分析
値を得ることができる。

最後に第５図に示される被測定試料の場合、すなわら、
被測定試料がシリコン基板１０１と、基板１０１上のＰ
ＳＧ膜１０３と、ＰＳＧ膜１０３上のＳｉＯ□膜１０２
からなる多層構造の場合には、次の３つの方法で分析値
を求めることが考えられる。

（ｉ　）　　まず、光千渉膜Ｊｌ；ｒｉｌｌｌｌ定法を
用いて３ｉ０２膜１０２の膜厚を求め、この膜厚に基づ
いて螢光Ｘ線分析法により求めＩｃ　Ｐ　−Ｋα線およ
びＳｉ−にα線強度を用いてファンダメンタル・パラメ
ータ法または検量線法によりｌ）Ｓ　Ｇ膜１０３の膜厚
および組成を求める方法。

（ｉｉ）　　光干渉膜厚測定法により３ｉ０２膜１０２
およびＰＳＧ膜１０３の各々の膜厚を求め、この膜厚値
に基づいて、螢光Ｘ線法により測定したＰ−にα線強度
によりＰＳＧ膜１０３のＰ２Ｏ、含有率Ｗを求める方法
。

（ｉｉｔ　）　　光干渉膜ｊツ測定法による膜厚データ
と螢光Ｘ線分析法により求めた［〕−にα線α線上びＳ
ｉ　−にα線の測定データとを用いて最適一致する各層
の膜Ｆｌ（Ｔ１．’ｒ２）をＰＳＧ膜のＰ２Ｏ５含有串
Ｗをデータ処理により求める方法。

上述の方法（ｉ　）、　　（ｉｉ）ではいずれも測定し
た膜厚を初期データとし、この初期データに基づいて、
測定したＰ−にα線および／または３ｉ　−にα線の測
定データと一致する各層の膜厚およびＰ２Ｏ，含イ１率
が計ｆＪ１１６により求められる。

したがって、この方法によれば、従来法では分析するこ
とのできなかった多層１］１構造の膜厚および組成の分
析を高精度で行なうことができる。

第２図はこの発明による膜厚・組成同時分析装置にお番
ノるデータ処理の一例を示づフロー図である。以下、第
２図を参照して分析要求に対するデータ処理の一例につ
いて説明する。ここでデータ処理はすべて計算１！１１
６において行なわれる。

まず区１算機１６の記憶装＠（主記憶装置または補助記
憶装置）には、シリコンの屈折率ｎ０　（λ）、ＰＳＧ
膜の屈折率のＰｚＯｓ含有率依存性すなわもｎ＋（Ｗ、
λ）、および吸収係数等のファンダメンタル・パラメー
タ法に用いられる各物理定数が予め記憶されており、こ
の一実施例に３３いては、ファンダメンタル・パラメー
タ法を用いてＰ２Ｏ５含有率が求められる。

まず被測定試料９をチｉ！ンバ１４内の試料ホルダ１０
上に載置した後、ヂ１ｒンバ１４内を所定の状態に設定
し、分析要求、ここではシリコン基板上に形成されたＰ
ＳＧ膜の膜厚およびＩ）２０．含有率の測定に入る。試
料９表面に光学系６がら光源７からの白色光が入射され
その反射光が光用分光器８および制御回路１１へ与えら
れてその波長依存特性が測定されその測定データが計算
Ｉａ１６へ与えられる（Ｓｌ）。計算１ｆｉ１６ではＰ
ＳＧ膜の屈折率ＤＩ（Ｗ、λ）のうち波長λに依存した
適当な屈折率ｎ＋（λ）の初期値が設定される（Ｓ２）
。一方においてＸ線源１およびＸ線用分光器４を介して
試料９の螢光ｘｉ法によるＰ−にα線の測定が行なわれ
、この測定データが制御回路１２を介して計算機１６へ
与えられる（Ｓ３）。

このステップＳ１およびＳ２とステップｓ３は同時に行
なわれる。すなわちこの状態では試料９の同−ＰＪ１位
が測定されることになる。以下は、分析値導出を逐次近
似法に従って行なうデータ処理の一例を示す。

次に計算機１６は、ｊ　（繰返し回数）を０とする（Ｓ
４）。そして初期設定されたＰＳＧ膜の屈折率ｎ＋（λ
）に基づいて前述の式（たとえば光が垂直入射されてい
る場合）を用いて膜厚Ｔ（＋）を求める（３５）、次に
この初期膜厚Ｔ（ｉ）の値を用いてファンダメンタル・
パラメータ法に基づいてＰＳＧ膜中のＰ２Ｏ，含有率ｗ
（１）を求める（３６）、次にｉを１増加しｉ＋１とす
る（Ｓ７）。次にｉの値が１であるか否かが判定される
（Ｓ８）。ｉの値が１の場合に、は、１−１のときのす
なわちこの場合最初の含有率Ｗ（０）に対応づるＰＳＧ
膜の屈折率ｎ＋（λ、　Ｗ　（０）　）を求める（Ｓ９
）。ここで一般に初期設定されたｎ＋（λ）ｕｒｚ　　
（λ）≠ｎ、（λ、　Ｗ　（０）　）となる。そしてこ
の屈折率に基づいてステップ５へ戻り、膜ノア丁（ｉ　
）を求める。そして再びステップＳ６．Ｓ７およびＳ８
が繰返される。ステップＳ８においてｉが１より大きい
場合、ＰＳＧ膜のｉ番目の膜厚Ｔ（ｉ）とその前の段階
で求められたｇｔ厚Ｔ（ｉ−１）との差の絶対値が所定
のしきい値Ｐｒと比較される（３１０）。ここでＰｒは
ＰＳＧ膜の膜厚算出にお【ノる収束条件を示すパラメー
タであり、予め計算１Ｉ１１６に記憶されている。ステ
ップＳ１０において、Ｉ！ＪＩ＋５［の差の絶対値が所
定のしきい直Ｐ、より小さければステップＳ９Ａ、戻す
（ｉ　−１）　ｔｒ目に、求められたＰ２Ｏ，含有率Ｗ
（ｉ−１）に対応するＰＳＧ膜の屈折率を求め、再びス
テップ８５．３６．３７およびＳ８およびＳ１０が繰返
され、膜厚の収束が判定される。ステップＳ１０におい
て膜厚が所定の収束を示していると、次にｉ番目に求め
られたＰ２Ｏ。

の含有率Ｗ（ｉ）と（ｉ−１＞ｆｆｉ目に求められた含
有率Ｗ（ｉ−１）の差の絶対値が所定のしきい＃ａ　Ｐ
　、と比較される（Ｓｌｌ）、ここでＰＷはＰＳＧ膜の
膜Ｐ　２０−の収束条件を示すしきい値であり、計算機
１６に予め記憶されている。ここでＰｚＯｂ含右率Ｗが
まだ収束条件を満足しない場合には再びステップＳ９へ
戻り、ステップＳ５ないしステップＳ１０のループが繰
返され、再びその膜の収束条件が判定される。ステップ
３１１において含有率が予め定められた収束条件を満足
している場合には、Ｉ）　Ｓ　Ｇ膜の膜厚ＴおよびＰ２
Ｏ５含右率Ｗが求められたので、膜厚１ｉｆｆ　Ｔおよ
びＰｙｏｓ含有率Ｗの表示および印字が表示装置（ＣＲ
Ｔ）やプリンタを用いて行なわれる（８１２）。

以上の動作によりシリコン基板上に形成されたＰＳＧ膜
の分析霞求である膜厚およびＰ２０！含有率が分析され
その動作が終了する。

なお上記実施例においては、光干渉法を用いて反射光を
測定する場合にその光源として白色光を用いた場合を示
したが、光源としてレーザ光を用いて測定することも可
能である。この場合には、屈折率が入射角（反射角）の
角度依存性を示すため、ｌ１ｔｌＪ御回路１１の制御の
もとに、その入射角および反射角の変更が行なわれる。

これにより屈折率の角度依存特性が測定されることにな
る。また用いる光を可視光に限定されることなく、赤外
光などの光源を用いても測定することは可能である。

また、上記実施例においてはシリコン基板上に形成され
たＰＳＧ膜の膜厚およびＰ　２０　ｓ含有率を分析した
が、分析対象としでは、このＰＳＧ膜やＳｉＯ□膜に限
定されず光の透過が可ｅ、な限り金属膜などの不透明な
模の分析も上記実施例と同様にして行なうことが可能で
ある。

さらに、上記実施例では光干渉法による測定と螢光Ｘ線
法による測定とが同時に行なわれているが、螢光Ｘ１ｉ
ｌ法および光干渉法による測定を順次行なうようにして
もよい。すなわちＸ線および光を発生する２種類のヘッ
ドで試料表面を順次走査して測定するようにしても上記
実施例と同様の効果を得ることができる。

さらに、上記実施例においてはファンダメンタル・パラ
メータ法を用いて分析値を求める方法を示したが、これ
に限定されず検量線法を用いて分析要求値を求めること
も可能である。

さらに、上記実施例では試料の屈折率を求めその屈折率
に基づいてｐＩｉ厚を求めた後Ｐ２０．含有率を求めて
いるが、これに代えてＰ　ｔ　Ｏｓ含有率ＷからＰＳＧ
膜の屈折率を膜室して膜厚測定を行なうこともできる。

さらに上記フローと同様の手法を用いて多層膜構造の分
析を行なうことも可能である。ただこの場合そのフロー
図が少し複雑になるが、基本的概念は同一である。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、光干渉膜厚測定法と螢
光Ｘ線分析法という互いに異なる原理の測定法に基づい
て膜厚および組成の分析要求値を求めるように構成して
いるので、独立な相関をなす測定値を得ることができ、
分析要求の測定精度を高めることができるとともに、従
来法では求めることのできなかった多ｍ膜各層のｇ！厚
および組成を高精度で求めることが可能となる。

特に同一試料部位を光干渉法および螢光ｘｍ分析法で測
定するので、個々独立の光干渉測定装置および螢光Ｘ線
分析装置を用いた場合よりさらに１７Ｊ精度で分析要求
値を求めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である膜厚・組成同時分析
装置の概略構成を示す図である。第２図はこの発明の一
実施例である膜厚・組成同時分析装置における膜厚およ
び組成分析のデータ処理のフローの一例を示ず図である
。第３Ａ図は被測定試料の一例のＩＭ造を示し、第３Ｂ
図は第３人図に示される試料のＳｉ　−にα線強度とそ
の膜厚との関係を示す図である。第４Ａ図は被測定試料
の第２の例を示す図であり、第４Ｂ図ないし第４［図は
第４Ａ図に示される試料の場合の螢光Ｘ線強度と膜厚お
よび組成との相関を示す図である。第５図は被測定試料
の第３の例を示す図でありかつ、多層膜構造の試料の構
造およびそのときに得られる螢光Ｘ線の発生部位を示す
図である。 図において、１はＸ線源、２はＸ、線源用アタッチメン
ト、３はＸ線分光器用アタッヂメント、４はＸ線分光検
出器、５は先光学系用アタッチメント、６は光学系、７
は光源、８は光用分光器、９は試料、１０は試料保持電
橋、１１は光用分光器用制御回路、１２はＸ線分光器用
副部回路、１３はアタップメンｔ−駆動・制御用機構、
７４は分光・試料チャンバ、１５はヂｔ７ンバ制御機構
、１６は計算機、１０１はシリコン基板、１０２は３ｉ
０２膜、１０３はＰＳＧ膜である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 特許出願人　株式会社ディ・ニス・スキセナーー、１ノ
、。 ゛　、τ“１ １（り：！− 第　２Ｉ￥Ｊ 第　３Ａ　回 ＩＯ゛入射Ｘ＃ 第４Ａ回 易４Ｂ図　　　　　　名４０図 Ｔ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｗ
め４Ｄ凹　　　　　　　第４Ｅ凹 高５　田

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板上に形成された膜の厚さおよび前記膜の所定成分含
   有率を同時に分析する装置であつて、前記膜を透過する
   波長の光を前記膜に照射し、前記光の前記膜および基板
   からの反射光強度を検出する光検出手段と、 前記膜にＸ線を照射し、少なくとも前記膜に含まれる所
   定成分に固有の特性Ｘ線強度を検出するＸ線検出手段と
   、 前記光検出手段および前記Ｘ線検出手段出力に対し予め
   定められた演算を行なって前記膜の厚さおよび所定成分
   含有率を同時に決定する決定手段とを備える、膜厚・組
   成同時分析装置。