JPH05302816A - 半導体膜厚測定装置 - Google Patents
半導体膜厚測定装置Info
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- JPH05302816A JPH05302816A JP4109798A JP10979892A JPH05302816A JP H05302816 A JPH05302816 A JP H05302816A JP 4109798 A JP4109798 A JP 4109798A JP 10979892 A JP10979892 A JP 10979892A JP H05302816 A JPH05302816 A JP H05302816A
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 フーリエ分光法を応用した非破壊,非接触半
導体膜厚測定装置の薄膜測定限界を向上する。 【構成】 フーリエ分光器の構成要素である光検知器,
ビーム・スプリッタ及び光源の各部材において、有特性
波数範囲が一部分共通な複数の部材を用いて上記光検知
器又はビーム・スプリッタ又は光源を複合化し、例え
ば、MCT検知器31とSi検知器32の2種類の光検
知器を用い、これら検知器に、ビーム・スプリッタ30
にて集光鏡22からの反射干渉光を2つのビームに分割
して入射させる。
導体膜厚測定装置の薄膜測定限界を向上する。 【構成】 フーリエ分光器の構成要素である光検知器,
ビーム・スプリッタ及び光源の各部材において、有特性
波数範囲が一部分共通な複数の部材を用いて上記光検知
器又はビーム・スプリッタ又は光源を複合化し、例え
ば、MCT検知器31とSi検知器32の2種類の光検
知器を用い、これら検知器に、ビーム・スプリッタ30
にて集光鏡22からの反射干渉光を2つのビームに分割
して入射させる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体膜厚測定装置に関
し、特に多層薄膜構造を有する半導体の各層薄膜を非破
壊,非接触で測定する装置に関するものである。
し、特に多層薄膜構造を有する半導体の各層薄膜を非破
壊,非接触で測定する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】以下、従来の半導体膜厚測定装置につい
て概説する。いま例えば、図12に示すように、半導体
基板1上に複数の半導体薄膜(積層膜)層2,3,4が
形成された試料11を想定し、この試料表面に所定の波
長を有する光束5を入射角θで入射させる。このとき各
薄膜層2,3,4の表面及び基板1の表面での1次反射
光成分をそれぞれ6,7,8,9で表す。また各薄膜層
2,3,4の膜厚及び屈折率をそれぞれ(d1 ,n1
),(d2 ,n2 ),(d3 ,n3 ),とし、基板1
の屈折率をns とする。このとき上記各薄膜層2,3,
4の表面及び基板1の表面での反射光成分6,7,8,
9はそれぞれ光路長による位相差を有しており、これら
の合成光束は互いに干渉しあっている。つまり試料の最
上層表面での反射光成分6と最上層からi番目と(i+
1)番目(i=1,2,3)の層との界面での反射光成
分との光路差δi は次式で与えられる。
て概説する。いま例えば、図12に示すように、半導体
基板1上に複数の半導体薄膜(積層膜)層2,3,4が
形成された試料11を想定し、この試料表面に所定の波
長を有する光束5を入射角θで入射させる。このとき各
薄膜層2,3,4の表面及び基板1の表面での1次反射
光成分をそれぞれ6,7,8,9で表す。また各薄膜層
2,3,4の膜厚及び屈折率をそれぞれ(d1 ,n1
),(d2 ,n2 ),(d3 ,n3 ),とし、基板1
の屈折率をns とする。このとき上記各薄膜層2,3,
4の表面及び基板1の表面での反射光成分6,7,8,
9はそれぞれ光路長による位相差を有しており、これら
の合成光束は互いに干渉しあっている。つまり試料の最
上層表面での反射光成分6と最上層からi番目と(i+
1)番目(i=1,2,3)の層との界面での反射光成
分との光路差δi は次式で与えられる。
【0003】
【数1】
【0004】従って、これらの光路差δi を有する各反
射光成分6〜9が合成された反射光束の干渉波形を解析
することにより、各薄膜層2,3,4の膜厚を知ること
ができる。
射光成分6〜9が合成された反射光束の干渉波形を解析
することにより、各薄膜層2,3,4の膜厚を知ること
ができる。
【0005】積層膜の膜厚測定には、反射干渉光の波長
分散干渉波形(以降、干渉スペクトルと呼ぶ)の解析に
よる方法があるが、試料が複数の層からなる多層膜であ
る場合には干渉スペクトルの波形が複雑になるので、反
射スペクトルをフーリエ解析する方法がとられている。
分散干渉波形(以降、干渉スペクトルと呼ぶ)の解析に
よる方法があるが、試料が複数の層からなる多層膜であ
る場合には干渉スペクトルの波形が複雑になるので、反
射スペクトルをフーリエ解析する方法がとられている。
【0006】すなわち上記反射スペクトルを測光する装
置には、光エネルギーの利用効率が高く測光データの解
析に優れているフーリエ分光法が採用されている。例え
ば、図11は特開平3−110405号公報に示され
た、フーリエ分光器を応用した従来の半導体膜厚測定装
置の構成を示す模式図であり、同図に示すように、光源
10から半導体結晶を透過する赤外光が放出され、コリ
メート鏡12で平行光束となり、マイケルソン干渉計1
3に導入される。
置には、光エネルギーの利用効率が高く測光データの解
析に優れているフーリエ分光法が採用されている。例え
ば、図11は特開平3−110405号公報に示され
た、フーリエ分光器を応用した従来の半導体膜厚測定装
置の構成を示す模式図であり、同図に示すように、光源
10から半導体結晶を透過する赤外光が放出され、コリ
メート鏡12で平行光束となり、マイケルソン干渉計1
3に導入される。
【0007】このマイケルソン干渉計13は入射してき
た平行光束を透過光束及び反射光束に2分割するビーム
・スプリッタ14と、ビーム・スプリッタ14の透過光
束を反射する固定鏡15と、ビーム・スプリッタ反射光
束を反射する移動鏡16と、該移動鏡16を図11の矢
印の方向に定速走行させるドライバ17とを備えてい
る。
た平行光束を透過光束及び反射光束に2分割するビーム
・スプリッタ14と、ビーム・スプリッタ14の透過光
束を反射する固定鏡15と、ビーム・スプリッタ反射光
束を反射する移動鏡16と、該移動鏡16を図11の矢
印の方向に定速走行させるドライバ17とを備えてい
る。
【0008】そして固定鏡15と移動鏡16で反射され
た光束は再びビーム・スプリッタ14に戻り、ここで上
記移動鏡16の移動距離に対応した光路差が時間的に変
化する変調干渉光束として合成され、その一部がマイケ
ルソン干渉計13から反射測光系18に向けて導出され
る。
た光束は再びビーム・スプリッタ14に戻り、ここで上
記移動鏡16の移動距離に対応した光路差が時間的に変
化する変調干渉光束として合成され、その一部がマイケ
ルソン干渉計13から反射測光系18に向けて導出され
る。
【0009】そして反射測光系18に導入された光束
は、試料11の所定の面積に光を照射するために、アパ
ーチャ19により所定の面積の光束に整形され平面鏡2
0で試料11に照射される。試料11に照射された光は
前述のように試料11内の膜構成による干渉を受け、該
試料11からの反射光束は平面鏡21で方向を変えら
れ、集光鏡22で集光されて光検知器23に入射されこ
こで反射干渉光の強度が検知される。
は、試料11の所定の面積に光を照射するために、アパ
ーチャ19により所定の面積の光束に整形され平面鏡2
0で試料11に照射される。試料11に照射された光は
前述のように試料11内の膜構成による干渉を受け、該
試料11からの反射光束は平面鏡21で方向を変えら
れ、集光鏡22で集光されて光検知器23に入射されこ
こで反射干渉光の強度が検知される。
【0010】光検知器23で検知される光束の強度は、
試料11の膜構成による干渉成分があり、これが前述の
マイケルソン干渉計13において移動鏡16の定速走行
に伴う移動距離に関する変調を受けている。この距離的
に変調された干渉光強度を移動距離でフーリエ変換する
と、測光している波数分散スペクトルが得られる。これ
がいわゆるフーリエ変換分光法の原理である。
試料11の膜構成による干渉成分があり、これが前述の
マイケルソン干渉計13において移動鏡16の定速走行
に伴う移動距離に関する変調を受けている。この距離的
に変調された干渉光強度を移動距離でフーリエ変換する
と、測光している波数分散スペクトルが得られる。これ
がいわゆるフーリエ変換分光法の原理である。
【0011】こうして得られた反射スペクトルには装置
内の光源10や全ての光学系の透過特性で決まる光強度
分布の上に試料11の膜干渉成分が重畳している。そこ
で膜構成のない半導体基板等の比較試料を試料11のか
わりに設置して測定した反射スペクトルで、膜干渉のあ
る反射スペクトルを割算することにより、反射スペクト
ルのうち膜干渉成分のみを取り出すことができる。そし
てこのようにして得られた膜干渉スペクトルから直接膜
厚情報を得るか、あるいはこれを逆フーリエ変換して得
られる、例えば図13に示すような空間干渉強度波形
(以降、Spatialgram と呼ぶ)により膜厚を解析する方
法がある。
内の光源10や全ての光学系の透過特性で決まる光強度
分布の上に試料11の膜干渉成分が重畳している。そこ
で膜構成のない半導体基板等の比較試料を試料11のか
わりに設置して測定した反射スペクトルで、膜干渉のあ
る反射スペクトルを割算することにより、反射スペクト
ルのうち膜干渉成分のみを取り出すことができる。そし
てこのようにして得られた膜干渉スペクトルから直接膜
厚情報を得るか、あるいはこれを逆フーリエ変換して得
られる、例えば図13に示すような空間干渉強度波形
(以降、Spatialgram と呼ぶ)により膜厚を解析する方
法がある。
【0012】図13において、横軸は移動鏡16の走行
距離、縦軸は反射光干渉強度を表している。同図に示す
ように、Spatialgram には上記数1式で示した各層界面
での反射光成分の光路差に対し、移動鏡16の走行位置
による光路差が一致するところで全光が干渉により強め
あうことで各バースト・ピーク24〜26が表れる。こ
の各バースト間の距離が各層界面での反射光成分の光路
差に対応する。図13の例では試料11表面での反射光
成分6(図12参照)に対応するバースト・ピーク24
をセンター・バースト・ピークとし、これを原点として
左右対称に、各層の反射光成分が7,8,9に対応した
各サイド・バースト・ピーク25,26,27として現
れている。いま、センター・バースト・ピーク24から
各サイド・バースト・ピーク25,26,27までの距
離をLi (i=1,2,3)とすると、各反射光成分の
光路差δi は移動鏡16への往路と復路の2Li に一致
する。従って上記数1式により次の関係式が得られる。
距離、縦軸は反射光干渉強度を表している。同図に示す
ように、Spatialgram には上記数1式で示した各層界面
での反射光成分の光路差に対し、移動鏡16の走行位置
による光路差が一致するところで全光が干渉により強め
あうことで各バースト・ピーク24〜26が表れる。こ
の各バースト間の距離が各層界面での反射光成分の光路
差に対応する。図13の例では試料11表面での反射光
成分6(図12参照)に対応するバースト・ピーク24
をセンター・バースト・ピークとし、これを原点として
左右対称に、各層の反射光成分が7,8,9に対応した
各サイド・バースト・ピーク25,26,27として現
れている。いま、センター・バースト・ピーク24から
各サイド・バースト・ピーク25,26,27までの距
離をLi (i=1,2,3)とすると、各反射光成分の
光路差δi は移動鏡16への往路と復路の2Li に一致
する。従って上記数1式により次の関係式が得られる。
【0013】
【数2】
【0014】ここで屈折率nj ,入射角θは既知のため
上述のSpatialgram を用いてバースト間距離Li が判明
すると、各層厚di を算出することができる。
上述のSpatialgram を用いてバースト間距離Li が判明
すると、各層厚di を算出することができる。
【0015】次に上記半導体膜厚測定装置の動作につい
て説明する。一般的に反射測光系には図14(a) に示さ
れるような集光光束系が用いられていた。これは反射測
光系の光エネルギー利用効率を高めるためで、これによ
り光検知信号の信号対ノイズ比(SN比)が向上し、測
光積算回数の低減を図ることができ測光時間の短縮等に
有効であった。しかし図14(a) に示されるように、実
際には集光光束の入射角はある値を中心として連続的に
分布しているため、例えば試料11に入射する集光光束
中の光線5′aと5′bとでは、入射角速度がθa とθ
b と異なるために、図に示すように膜中を進行する光線
の光路長にも差が生じる。このため膜干渉波形には入射
角速度の分布に伴う多くの干渉波形が重なりあい、波形
が乱れてしまうため薄膜や多層膜の解析には問題があっ
た。
て説明する。一般的に反射測光系には図14(a) に示さ
れるような集光光束系が用いられていた。これは反射測
光系の光エネルギー利用効率を高めるためで、これによ
り光検知信号の信号対ノイズ比(SN比)が向上し、測
光積算回数の低減を図ることができ測光時間の短縮等に
有効であった。しかし図14(a) に示されるように、実
際には集光光束の入射角はある値を中心として連続的に
分布しているため、例えば試料11に入射する集光光束
中の光線5′aと5′bとでは、入射角速度がθa とθ
b と異なるために、図に示すように膜中を進行する光線
の光路長にも差が生じる。このため膜干渉波形には入射
角速度の分布に伴う多くの干渉波形が重なりあい、波形
が乱れてしまうため薄膜や多層膜の解析には問題があっ
た。
【0016】そこで特開平3−110405号公報では
図14(b) に示すように、反射測光系において試料11
への照射光を平行光束とすることで、光束中の全ての光
線が同じ光路長を有するようになり、膜干渉波形に乱れ
が生じず、薄膜,多層膜の測定に極めて優れた測光性能
を備えたものとなっている。
図14(b) に示すように、反射測光系において試料11
への照射光を平行光束とすることで、光束中の全ての光
線が同じ光路長を有するようになり、膜干渉波形に乱れ
が生じず、薄膜,多層膜の測定に極めて優れた測光性能
を備えたものとなっている。
【0017】ところで、上述の膜干渉スペクトルの解析
から膜厚を測定する方法において、薄膜測定限界(d l
imit)を主に決めるものは測光波数範囲(Δνcm-1)で
あり、次式の関係をもつ。
から膜厚を測定する方法において、薄膜測定限界(d l
imit)を主に決めるものは測光波数範囲(Δνcm-1)で
あり、次式の関係をもつ。
【0018】
【数3】
【0019】但し、ここでnはその膜の屈折率である。
しかし、分光器を構成する個々の全ての光学系及び測定
資料における光の透過または反射条件が測光波数範囲Δ
νを満たさなければ、分光器全体として所定の測光波数
範囲Δνを得ることができず、広い波数域にわたって測
光を実測するのは困難である。
しかし、分光器を構成する個々の全ての光学系及び測定
資料における光の透過または反射条件が測光波数範囲Δ
νを満たさなければ、分光器全体として所定の測光波数
範囲Δνを得ることができず、広い波数域にわたって測
光を実測するのは困難である。
【0020】一例としてフーリエ変換赤外分光器(以
降、FT−IR分光器と呼ぶ)で用いられている光学部
品の組合せによる半導体膜厚測定への応用例を示す。図
11において、光源10としてニクロム灯を用い、ビー
ム・スプリッタ14としてKBrを用い、光検知器23
として水銀・カドミウム・テルル(MCT=Mercury Ca
dmium Telluride )を用いた光検知器(以降、MCT検
知器と呼ぶ)を用いる。また試料11の膜構成は図12
において、半導体膜2にAl0.45Ga0.55As層、半導
体膜3にAl0.15Ga0.85As層、半導体膜4にAl
0.45Ga0.55As層、半導体基板1にGaAs基板を用
い、各層の屈折率と膜厚は(n1,d1 )=(3.45,0.42
μm),(n2,d2 )=(3.56,0.09μm),(n3,d
3 )=(3.45,1.55μm),ns =3.62とする。分光器
全体の感度波数域を上述の組合せによるFT−IR分光
器で測定したGaAs半導体基板の基礎反射スペクトル
を図15に示す。図15に示されるように、約5000
cm-1〜600cm-1で感度が得られている。
降、FT−IR分光器と呼ぶ)で用いられている光学部
品の組合せによる半導体膜厚測定への応用例を示す。図
11において、光源10としてニクロム灯を用い、ビー
ム・スプリッタ14としてKBrを用い、光検知器23
として水銀・カドミウム・テルル(MCT=Mercury Ca
dmium Telluride )を用いた光検知器(以降、MCT検
知器と呼ぶ)を用いる。また試料11の膜構成は図12
において、半導体膜2にAl0.45Ga0.55As層、半導
体膜3にAl0.15Ga0.85As層、半導体膜4にAl
0.45Ga0.55As層、半導体基板1にGaAs基板を用
い、各層の屈折率と膜厚は(n1,d1 )=(3.45,0.42
μm),(n2,d2 )=(3.56,0.09μm),(n3,d
3 )=(3.45,1.55μm),ns =3.62とする。分光器
全体の感度波数域を上述の組合せによるFT−IR分光
器で測定したGaAs半導体基板の基礎反射スペクトル
を図15に示す。図15に示されるように、約5000
cm-1〜600cm-1で感度が得られている。
【0021】また上述の3層構造の半導体膜の膜干渉ス
ペクトルを、同様の構成のFT−IR分光器で測光した
反射スペクトルが図16であり、膜干渉に伴う波形が見
られる。この図16中の測光感度のある矢印A(430
0cm-1)から矢印B(800cm-1)までの波数域を取り
出し、逆フーリエ変換して得たSpatialgram を図17に
示す。図17から判るように3層膜を測定して得られた
波形にかかわらず3つのサイド・バースト・ピークは現
れず、明瞭なピークは第3層目に対応する1つのサイド
・バースト・ピークしか見られない。
ペクトルを、同様の構成のFT−IR分光器で測光した
反射スペクトルが図16であり、膜干渉に伴う波形が見
られる。この図16中の測光感度のある矢印A(430
0cm-1)から矢印B(800cm-1)までの波数域を取り
出し、逆フーリエ変換して得たSpatialgram を図17に
示す。図17から判るように3層膜を測定して得られた
波形にかかわらず3つのサイド・バースト・ピークは現
れず、明瞭なピークは第3層目に対応する1つのサイド
・バースト・ピークしか見られない。
【0022】上記数3式によると、測光波数範囲Δν=
4300−800=3500cm-1では、薄膜測定限界d
limit(3500)=0.42μmとなり、これは第1層目の
半導体膜2の膜厚と同一であり、従って第1層目,第2
層目の半導体膜の分離は困難なことを示している。
4300−800=3500cm-1では、薄膜測定限界d
limit(3500)=0.42μmとなり、これは第1層目の
半導体膜2の膜厚と同一であり、従って第1層目,第2
層目の半導体膜の分離は困難なことを示している。
【0023】そこでより広範囲の波数域を測光できる最
も適した光学系の組合せを採用した例を以下に示す。す
なわち上記光源10にタングステン・ハロゲン灯を用
い、ビーム・スプリッタ14にフッ化カルシウム(Ca
F2 )を用い、光検知器23にMCT検知器を用いる。
この組合せによる光学系のGaAs基板の基礎反射スペ
クトルを図18に示す。図18に示されるように、約1
1500cm-1〜2500cm-1の範囲で感度のあることが
認められる。この高波数側の限界はMCT検知器の感度
限界であり、低波数側での限界はタングステン・ハロゲ
ン灯からの放射光の波長で決定されている。この組合せ
による光学系で測光して得た上記3層構造の半導体膜の
干渉スペクトルを図19に示す。図19中の測光感度の
ある矢印A(11000cm-1)から矢印B(2800cm
-1)までの波数域を取り出し、逆フーリエ変換して得た
Spatialgram を図20に示す。上記数3式より測光波数
範囲Δν=8200cm-1より、薄膜測定限界d limit(8
200)=0.18μmとなり、限界値(測定感度)が向上
するが、試料11の第2層はこの限界値の半分の厚さ
(d2 =0.09μm)であるため、第1,第2のサイド・
バースト・ピークは相重なり分離されず、第3のサイド
・バースト・ピークのみしか明瞭に現れない。
も適した光学系の組合せを採用した例を以下に示す。す
なわち上記光源10にタングステン・ハロゲン灯を用
い、ビーム・スプリッタ14にフッ化カルシウム(Ca
F2 )を用い、光検知器23にMCT検知器を用いる。
この組合せによる光学系のGaAs基板の基礎反射スペ
クトルを図18に示す。図18に示されるように、約1
1500cm-1〜2500cm-1の範囲で感度のあることが
認められる。この高波数側の限界はMCT検知器の感度
限界であり、低波数側での限界はタングステン・ハロゲ
ン灯からの放射光の波長で決定されている。この組合せ
による光学系で測光して得た上記3層構造の半導体膜の
干渉スペクトルを図19に示す。図19中の測光感度の
ある矢印A(11000cm-1)から矢印B(2800cm
-1)までの波数域を取り出し、逆フーリエ変換して得た
Spatialgram を図20に示す。上記数3式より測光波数
範囲Δν=8200cm-1より、薄膜測定限界d limit(8
200)=0.18μmとなり、限界値(測定感度)が向上
するが、試料11の第2層はこの限界値の半分の厚さ
(d2 =0.09μm)であるため、第1,第2のサイド・
バースト・ピークは相重なり分離されず、第3のサイド
・バースト・ピークのみしか明瞭に現れない。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体膜厚測定
装置は以上のように構成されており、現有の光学部材の
組合せによるフーリエ分光では広い波数範囲にわたる測
光には限界があり、薄い半導体膜の膜厚を測定すること
ができないという問題点があった。
装置は以上のように構成されており、現有の光学部材の
組合せによるフーリエ分光では広い波数範囲にわたる測
光には限界があり、薄い半導体膜の膜厚を測定すること
ができないという問題点があった。
【0025】この発明は上述のような問題点を解消する
ためになされたもので、光学部材による測光限界を克服
し、より広い波数範囲での測光を可能にして、より薄い
半導体多層膜の膜厚を非破壊,非接触で測定することが
できる半導体膜厚測定装置を実現することを目的とす
る。
ためになされたもので、光学部材による測光限界を克服
し、より広い波数範囲での測光を可能にして、より薄い
半導体多層膜の膜厚を非破壊,非接触で測定することが
できる半導体膜厚測定装置を実現することを目的とす
る。
【0026】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体膜
厚測定装置は、光検知器又は光透過部材又は光源を、光
の放射または透過または検知の波数有特性範囲の一部が
重複するように、それぞれ複数の部材を光学的に複合し
て構成するようにしたものである。
厚測定装置は、光検知器又は光透過部材又は光源を、光
の放射または透過または検知の波数有特性範囲の一部が
重複するように、それぞれ複数の部材を光学的に複合し
て構成するようにしたものである。
【0027】
【作用】この発明においては、光検知器又は光透過部材
又は光源に、光の放射または透過または検知の波数有特
性範囲の一部が重複する複合型のものとなっているた
め、各々の波数有特性範囲の和による波数範囲が得ら
れ、単一部材では得られなかった広い波数範囲にわたり
測光を行うことができる。
又は光源に、光の放射または透過または検知の波数有特
性範囲の一部が重複する複合型のものとなっているた
め、各々の波数有特性範囲の和による波数範囲が得ら
れ、単一部材では得られなかった広い波数範囲にわたり
測光を行うことができる。
【0028】
【実施例】以下、本発明の第1の実施例による半導体膜
厚測定装置の光検知器を図1に基づいて説明する。図1
(a) は図11における光検知器23に相当するものであ
り、図1(a) に示すように本発明の光検知器300は、
図11における集光鏡22で集められた光束をビーム・
スプリッタ30によりMCT検知器31とSi検知器3
2とに分配し、各々同時に電気信号に変換し、これらの
信号を電気信号合成回路33により1つの信号に合成す
る複合型の検知器となっており、該出力を処理して干渉
スペクトルを得るようになっている。つまりMCT検知
器31とSi検知器32の両方の波数感度範囲にわたり
検知信号を得ることが可能となり、測光波数範囲は各々
単一のものの和の範囲に拡大されることになる。
厚測定装置の光検知器を図1に基づいて説明する。図1
(a) は図11における光検知器23に相当するものであ
り、図1(a) に示すように本発明の光検知器300は、
図11における集光鏡22で集められた光束をビーム・
スプリッタ30によりMCT検知器31とSi検知器3
2とに分配し、各々同時に電気信号に変換し、これらの
信号を電気信号合成回路33により1つの信号に合成す
る複合型の検知器となっており、該出力を処理して干渉
スペクトルを得るようになっている。つまりMCT検知
器31とSi検知器32の両方の波数感度範囲にわたり
検知信号を得ることが可能となり、測光波数範囲は各々
単一のものの和の範囲に拡大されることになる。
【0029】図1(a) に示した複合型の光検知器300
を、図11のFT−IR分光器に適用し、実際の半導体
膜厚測定に応用した例を図1(b) に示す。ここで光源1
0にはタングステン・ハロゲン灯を用い、ビーム・スプ
リッタ14にはフッ化カルシウムを用いる。図2は上記
MCT検知器31,Si検知器32単体の感度特性を各
々A,Bとして示している。そしてこのような(MCT
+Si)複合型の光検知器300による感度特性は図3
に示すように、それぞれ光検知器31,32の単体が有
する感度特性を加え合わせたものとなる。
を、図11のFT−IR分光器に適用し、実際の半導体
膜厚測定に応用した例を図1(b) に示す。ここで光源1
0にはタングステン・ハロゲン灯を用い、ビーム・スプ
リッタ14にはフッ化カルシウムを用いる。図2は上記
MCT検知器31,Si検知器32単体の感度特性を各
々A,Bとして示している。そしてこのような(MCT
+Si)複合型の光検知器300による感度特性は図3
に示すように、それぞれ光検知器31,32の単体が有
する感度特性を加え合わせたものとなる。
【0030】この複合型の光検知器300を用いて測光
した前述のAlGaAs半導体3層膜の干渉スペクトル
を図4に示す。図4に示すように、約15000cm
-1(矢印A)から約2700cm-1(矢印B)までの測光
波数範囲Δν=12300cm-1にわたり干渉光が測光さ
れている。この波数範囲Δνを逆フーリエ変換して得ら
れたSpatialgram を図5に示す。先に説明したように、
数3式より薄膜測定限界dlimit(12300) =0.12μ
mとなるが、図5に示すように、各サイド・バースト・
ピークA,B,Cから得られる膜厚は0.42μm,
0.09μm,1.54μmとほぼ実際の膜厚に対応し
ており、波数範囲の拡大が薄膜測定にいかに有効である
かを実証していることが判る。
した前述のAlGaAs半導体3層膜の干渉スペクトル
を図4に示す。図4に示すように、約15000cm
-1(矢印A)から約2700cm-1(矢印B)までの測光
波数範囲Δν=12300cm-1にわたり干渉光が測光さ
れている。この波数範囲Δνを逆フーリエ変換して得ら
れたSpatialgram を図5に示す。先に説明したように、
数3式より薄膜測定限界dlimit(12300) =0.12μ
mとなるが、図5に示すように、各サイド・バースト・
ピークA,B,Cから得られる膜厚は0.42μm,
0.09μm,1.54μmとほぼ実際の膜厚に対応し
ており、波数範囲の拡大が薄膜測定にいかに有効である
かを実証していることが判る。
【0031】ここで高波数側が15000cm-1で限界と
なっているのは、測光に用いた図1(a) 中のフッ化カル
シウムで構成されたビーム・スプリッタ30の透過特性
によるものであり、このビーム・スプリッタの改善によ
りさらに高波数までの測光を行うことも可能である。但
し、上記試料11に用いられているAl0.45Ga0.55A
s結晶のバンド端吸収は、Eg=1.99eV、つまり
16000cm-1付近であるため、それ以上の高波数測光
を用いても、試料の材料吸収や屈折率の異常分散によ
り、もはやこの試料では意味がなくなることに留意する
必要がある。なお図1(c) に示すように、上記図1(a)
のMCT検知器31を簡易測光に用いられる安価なトリ
プシン・サルファイト(TGS)検知器43に代えても
よく、この場合にはMCT検知器を冷却する機構等の部
材が不要であるため、装置の簡素化及び製造コストの低
減を図ることができる。
なっているのは、測光に用いた図1(a) 中のフッ化カル
シウムで構成されたビーム・スプリッタ30の透過特性
によるものであり、このビーム・スプリッタの改善によ
りさらに高波数までの測光を行うことも可能である。但
し、上記試料11に用いられているAl0.45Ga0.55A
s結晶のバンド端吸収は、Eg=1.99eV、つまり
16000cm-1付近であるため、それ以上の高波数測光
を用いても、試料の材料吸収や屈折率の異常分散によ
り、もはやこの試料では意味がなくなることに留意する
必要がある。なお図1(c) に示すように、上記図1(a)
のMCT検知器31を簡易測光に用いられる安価なトリ
プシン・サルファイト(TGS)検知器43に代えても
よく、この場合にはMCT検知器を冷却する機構等の部
材が不要であるため、装置の簡素化及び製造コストの低
減を図ることができる。
【0032】このように本実施例によれば、波数感度の
異なるMCT検知器31,Si検知器32の2つの光検
知器を組み合わせて試料11からの反射光束を受光する
ようにしたから、各光検知器31,32両方の波数感度
範囲にわたる検知信号を得ることができ、各々単一光検
知器の測光波数範囲の和に相当する測光波数範囲に拡大
され、従来の光学系では測定不可能であった膜厚を有す
る薄膜半導体装置の膜厚測定を実現することができる。
異なるMCT検知器31,Si検知器32の2つの光検
知器を組み合わせて試料11からの反射光束を受光する
ようにしたから、各光検知器31,32両方の波数感度
範囲にわたる検知信号を得ることができ、各々単一光検
知器の測光波数範囲の和に相当する測光波数範囲に拡大
され、従来の光学系では測定不可能であった膜厚を有す
る薄膜半導体装置の膜厚測定を実現することができる。
【0033】次に本発明の第2の実施例による半導体膜
厚測定装置の光検知器を図6に基づいて説明する。図6
に示すように、この実施例では複合型の光検知器301
はMCT検知器31とSi検知器32は、MCT検知器
31を冷却するための液体窒素冷却器50にエポキシ樹
脂等を用いて固着されて同一平面上に並べられており、
測光光束は図1中の集光光束22で集光され、直接両光
検知器31,32に入射して同時に検知され、その電気
信号が信号合成回路33で合成されるようになってい
る。このような構成を用いることで、上記第1の実施例
の複合型の光検知器300のビーム・スプリッタ30の
透過特性による影響等がなくなり、両光検知器31,3
2の測光波数域がより直接的に得られ、測光精度を高め
ることができる。
厚測定装置の光検知器を図6に基づいて説明する。図6
に示すように、この実施例では複合型の光検知器301
はMCT検知器31とSi検知器32は、MCT検知器
31を冷却するための液体窒素冷却器50にエポキシ樹
脂等を用いて固着されて同一平面上に並べられており、
測光光束は図1中の集光光束22で集光され、直接両光
検知器31,32に入射して同時に検知され、その電気
信号が信号合成回路33で合成されるようになってい
る。このような構成を用いることで、上記第1の実施例
の複合型の光検知器300のビーム・スプリッタ30の
透過特性による影響等がなくなり、両光検知器31,3
2の測光波数域がより直接的に得られ、測光精度を高め
ることができる。
【0034】また図7は本発明の第3の実施例による半
導体膜厚測定装置の光検知器を示し、この実施例では、
複合型の光検知器302として3種類の光検知器を用い
るようにしたものである。すなわち、上記第2の実施例
の構成における感度特性は図3に準じるものとなり、9
000cm-1付近において落ち込みが見られ、この付近で
の測光感度が低下することになるが、図7に示すように
ゲルマニウム(Ge)検知器44を上記MCT検知器3
1とSi検知器32と同一平面上に配置することで、こ
の感度の谷間を補間するようにしたものである。このと
きMCT検知器31は他の検知器に比べやや感度が悪い
ため、他の検知器よりも面積の大きいものとすることが
好ましい。このようにすることで、高感度かつ広い測光
波数範囲を有する光検知器を得ることができる。
導体膜厚測定装置の光検知器を示し、この実施例では、
複合型の光検知器302として3種類の光検知器を用い
るようにしたものである。すなわち、上記第2の実施例
の構成における感度特性は図3に準じるものとなり、9
000cm-1付近において落ち込みが見られ、この付近で
の測光感度が低下することになるが、図7に示すように
ゲルマニウム(Ge)検知器44を上記MCT検知器3
1とSi検知器32と同一平面上に配置することで、こ
の感度の谷間を補間するようにしたものである。このと
きMCT検知器31は他の検知器に比べやや感度が悪い
ため、他の検知器よりも面積の大きいものとすることが
好ましい。このようにすることで、高感度かつ広い測光
波数範囲を有する光検知器を得ることができる。
【0035】図8は各種の光源,ビーム・スプリッタ,
光検知器の有特性波数範囲を示すテーブルチャートであ
り、光検知器の欄において、MCT検知器とSi検知器
の両有特性波数範囲の和によると、25000cm-1から
500cm-1付近までの広範囲にわたる可能性が示されて
いる。これは光学系の最適化による(MCT+Si)複
合型の光検知器により、可視光(青色)から遠赤外光ま
での領域を検知できることを示唆している。なお図8に
おいて、括弧内のA,B,C等の添字は、同一部材でも
その組成比が異なる光検知器であることを示す記号であ
る。
光検知器の有特性波数範囲を示すテーブルチャートであ
り、光検知器の欄において、MCT検知器とSi検知器
の両有特性波数範囲の和によると、25000cm-1から
500cm-1付近までの広範囲にわたる可能性が示されて
いる。これは光学系の最適化による(MCT+Si)複
合型の光検知器により、可視光(青色)から遠赤外光ま
での領域を検知できることを示唆している。なお図8に
おいて、括弧内のA,B,C等の添字は、同一部材でも
その組成比が異なる光検知器であることを示す記号であ
る。
【0036】次に本発明の第4の実施例による半導体膜
厚測定装置の光透過部材であるビーム・スプリッタを図
9に基づいて説明する。図9(a) ,(b) は、例えば図1
1におけるビーム・スプリッタ14に相当する光透過部
材を示し、図中34はフッ化カルシウム(CaF2 )、
35は石英(Si)による領域を示している。このよう
にビーム・スプリッタの光透過面積の半分に、ぞれぞれ
光通過帯域の異なる2部材を用いることで、ビーム・ス
プリッタとしての特性波数範囲は単一部材を用いた場合
の和に相当する特性波数範囲に拡大され、具体的に上記
構成では、図8のテーブルチャートにおけるビーム・ス
プリッタの欄によれば、フッ化カルシウム(CaF2 )
と石英(Si)の組合せによるビーム・スプリッタの総
有特性波数範囲は約25000cm-1〜2000cm-1とな
ることがわかる。また図9(a) に示すように単に半円ず
つに異なる部材を用いて面積を分割するよりも図9(b)
に示すように各領域が交互に複数現れるように配置した
方が透過光のビームの波面の崩れが少なくなりビームの
面内強度をより均一にすることができる。
厚測定装置の光透過部材であるビーム・スプリッタを図
9に基づいて説明する。図9(a) ,(b) は、例えば図1
1におけるビーム・スプリッタ14に相当する光透過部
材を示し、図中34はフッ化カルシウム(CaF2 )、
35は石英(Si)による領域を示している。このよう
にビーム・スプリッタの光透過面積の半分に、ぞれぞれ
光通過帯域の異なる2部材を用いることで、ビーム・ス
プリッタとしての特性波数範囲は単一部材を用いた場合
の和に相当する特性波数範囲に拡大され、具体的に上記
構成では、図8のテーブルチャートにおけるビーム・ス
プリッタの欄によれば、フッ化カルシウム(CaF2 )
と石英(Si)の組合せによるビーム・スプリッタの総
有特性波数範囲は約25000cm-1〜2000cm-1とな
ることがわかる。また図9(a) に示すように単に半円ず
つに異なる部材を用いて面積を分割するよりも図9(b)
に示すように各領域が交互に複数現れるように配置した
方が透過光のビームの波面の崩れが少なくなりビームの
面内強度をより均一にすることができる。
【0037】また図9(c) に示されるように、1つのビ
ーム・スプリッタを3つの部材を用いて構成してもよ
く、ここではフッ化カルシウム(CaF2 )の領域3
4、石英(Si)の領域35、臭化カリウム(KBr)
の領域42が光透過領域の面積を3等分するようにして
配置されており、図8のビーム・スプリッタの欄による
とフッ化カルシウムと石英と臭化カリウムKBrの3部
材を複合的に用いたビーム・スプリッタでは、約250
00cm-1〜400cm-1までの波数範囲において測光が可
能になり、図9(a) ,(b) の2部材を用いた場合よりも
長波長帯域が拡張されることとなる。
ーム・スプリッタを3つの部材を用いて構成してもよ
く、ここではフッ化カルシウム(CaF2 )の領域3
4、石英(Si)の領域35、臭化カリウム(KBr)
の領域42が光透過領域の面積を3等分するようにして
配置されており、図8のビーム・スプリッタの欄による
とフッ化カルシウムと石英と臭化カリウムKBrの3部
材を複合的に用いたビーム・スプリッタでは、約250
00cm-1〜400cm-1までの波数範囲において測光が可
能になり、図9(a) ,(b) の2部材を用いた場合よりも
長波長帯域が拡張されることとなる。
【0038】次に本発明の第5の実施例による半導体膜
厚測定装置の光源を図10に基づいて説明する。これは
図11において光源10に相当するものであり、図10
に示すように、タングステン・ハロゲン灯36とニクロ
ム発光灯37とが出射した光はそれぞれ集光鏡38,3
9で集められ、ビーム・スプリッタ40を通して合成さ
れた後、アパーチャ41により集光源に近づけるための
波面整形が行われ、図11のコリメータ鏡12に導かれ
る。ここでアパーチャ41から各灯36,37までの距
離は等しくなるように設定されているので、ビームスプ
リッタ40での合成光はアパーチャ41において同一の
波面を有し、コリメータ鏡12で同一の平行光束とな
る。このようにタングステン・ハロゲン灯36とニクロ
ム発光灯37とを組み合わせてその出射光を合成するこ
とで、図8の光源の欄に示されているように、2500
0cm-1〜200cm-1の波数範囲での光放射が可能になる
ことがわかる。
厚測定装置の光源を図10に基づいて説明する。これは
図11において光源10に相当するものであり、図10
に示すように、タングステン・ハロゲン灯36とニクロ
ム発光灯37とが出射した光はそれぞれ集光鏡38,3
9で集められ、ビーム・スプリッタ40を通して合成さ
れた後、アパーチャ41により集光源に近づけるための
波面整形が行われ、図11のコリメータ鏡12に導かれ
る。ここでアパーチャ41から各灯36,37までの距
離は等しくなるように設定されているので、ビームスプ
リッタ40での合成光はアパーチャ41において同一の
波面を有し、コリメータ鏡12で同一の平行光束とな
る。このようにタングステン・ハロゲン灯36とニクロ
ム発光灯37とを組み合わせてその出射光を合成するこ
とで、図8の光源の欄に示されているように、2500
0cm-1〜200cm-1の波数範囲での光放射が可能になる
ことがわかる。
【0039】なお上記実施例では光検知器,ビームスプ
リッタ,光源を2ないし3種類のものを用いて構成する
ようにしたが、これら構成要素をそれぞれ4つ以上の複
数の種類のものを用いて構成してもよいことは言うまで
もない。
リッタ,光源を2ないし3種類のものを用いて構成する
ようにしたが、これら構成要素をそれぞれ4つ以上の複
数の種類のものを用いて構成してもよいことは言うまで
もない。
【0040】また、マイケルソン干渉計13(図1(b)
)内のビーム・スプリッタ14を例として第4の実施
例を説明したが、光源10から光検知器23までの光路
における他のビーム・スプリッタ、例えば図1(a) のビ
ーム・スプリッタ30や図10のビーム・スプリッタ4
0等についても該第4の実施例と同様の構成を用いるこ
とができる。
)内のビーム・スプリッタ14を例として第4の実施
例を説明したが、光源10から光検知器23までの光路
における他のビーム・スプリッタ、例えば図1(a) のビ
ーム・スプリッタ30や図10のビーム・スプリッタ4
0等についても該第4の実施例と同様の構成を用いるこ
とができる。
【0041】
【発明の効果】以上のように本発明に係る半導体膜厚測
定装置によれば、光検知器又は光透過部材又は光源を、
光の放射または透過または検知の波数有特性範囲の一部
が重複するように、それぞれ複数の部材を光学的に複合
して構成したので、各々の波数有特性範囲の和による波
数範囲が得られ、フーリエ分光法において可能な限り広
波数域にわたる測光が可能となり、膜干渉スペクトル解
析による半導体膜厚測定の薄膜測定限界が飛躍的に向上
するという効果がある。
定装置によれば、光検知器又は光透過部材又は光源を、
光の放射または透過または検知の波数有特性範囲の一部
が重複するように、それぞれ複数の部材を光学的に複合
して構成したので、各々の波数有特性範囲の和による波
数範囲が得られ、フーリエ分光法において可能な限り広
波数域にわたる測光が可能となり、膜干渉スペクトル解
析による半導体膜厚測定の薄膜測定限界が飛躍的に向上
するという効果がある。
【図1】本発明の第1の実施例による半導体膜厚測定装
置の構成及びこれに用いられる複合型の光検知器の構成
を示す図。
置の構成及びこれに用いられる複合型の光検知器の構成
を示す図。
【図2】上記実施例における複合型の光検知器を構成す
るMCT検知器,Si検知器各々の感度特性を示す図。
るMCT検知器,Si検知器各々の感度特性を示す図。
【図3】上記実施例の複合型の光検知器の感度特性を示
す図。
す図。
【図4】上記実施例による複合型の光検知器を用いて積
層膜を測定した時の膜干渉スペクトルを示す図。
層膜を測定した時の膜干渉スペクトルを示す図。
【図5】上記膜干渉スペクトルを逆フーリエ変換して得
たSpatialgram を示す図。
たSpatialgram を示す図。
【図6】本発明の第2の実施例による半導体膜厚測定装
置の複合型の光検知器の構成を示す図。
置の複合型の光検知器の構成を示す図。
【図7】本発明の第3の実施例による半導体膜厚測定装
置の複合型の光検知器の構成を示す図。
置の複合型の光検知器の構成を示す図。
【図8】種々の光源,検知器,ビーム・スプリッタの有
特性波数範囲の一覧表を示す図。
特性波数範囲の一覧表を示す図。
【図9】本発明の第4の実施例による半導体膜厚測定装
置の光透過部材である複合型のビーム・スプリッタの構
成を示す図。
置の光透過部材である複合型のビーム・スプリッタの構
成を示す図。
【図10】本発明の第5の実施例による半導体膜厚測定
装置の光源の構成を示す図。
装置の光源の構成を示す図。
【図11】従来のフーリエ分光法を用いた半導体膜厚測
定装置の構成を示す図。
定装置の構成を示す図。
【図12】基板上に形成された3層膜による1次反射光
光路を示す図。
光路を示す図。
【図13】上記1次反射光から得られた膜干渉スペクト
ルを逆フーリエ変換することにより得られたSpatialgra
m を示す図。
ルを逆フーリエ変換することにより得られたSpatialgra
m を示す図。
【図14】基板上に形成された3層膜の1次反射光の集
光光束と平行光束の光路を示す図。
光光束と平行光束の光路を示す図。
【図15】従来のフーリエ分光法を用いた半導体膜厚測
定装置の感度特性を示す図。
定装置の感度特性を示す図。
【図16】従来のフーリエ分光法を用いた半導体膜厚測
定装置で測定した3層膜の膜干渉スペクトルを示す図。
定装置で測定した3層膜の膜干渉スペクトルを示す図。
【図17】上記膜干渉スペクトルを逆フーリエ変換する
ことにより得られたSpatialgramを示す図。
ことにより得られたSpatialgramを示す図。
【図18】光学部品の組合せを最適化した従来のフーリ
エ分光法を用いた半導体膜厚測定装置の感度特性を示す
図。
エ分光法を用いた半導体膜厚測定装置の感度特性を示す
図。
【図19】上記半導体膜厚測定装置で測定した3層膜の
膜干渉スペクトルを示す図。
膜干渉スペクトルを示す図。
【図20】上記膜干渉スペクトルを逆フーリエ変換する
ことにより得られたSpatialgramを示す図。
ことにより得られたSpatialgramを示す図。
1 半導体基板 2,3,4 半導体層 5 入射光 6〜9 反射光 10 光源 11 試料 12 コリメート鏡 13 マイケルソン干渉計 14 ビーム・スプリッタ 15 固定鏡 16 移動鏡 17 ドライバ 18 反射測光系 19 アパーチャ 20,21 平面鏡 22 集光鏡 23 光検知器 24 センター・バースト・ピーク 25,26,27 サイド・バースト・ピーク 30 ビーム・スプリッタ 31 MCT検知器 32 Si検知器 33 電気信号合成回路 34 CaF2 ビーム・スプリッタ 35 Siビーム・スプリッタ 36 タングステン・ハロゲン灯 37 ニクロム発光灯 38,39 集光鏡 40 ビーム・スプリッタ 41 アパーチャ 42 KBrビーム・スプリッタ 43 TGS検知器 44 Ge検知器 300 光検知器 301 光検知器 302 光検知器
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年4月8日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0003
【補正方法】変更
【補正内容】
【0003】
【数1】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】変更
【補正内容】
【0013】
【数2】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】次に上記半導体膜厚測定装置の動作につい
て説明する。一般的に反射測光系には図14(a) に示さ
れるような集光光束系が用いられていた。これは反射測
光系の光エネルギー利用効率を高めるためで、これによ
り光検知信号の信号対ノイズ比(SN比)が向上し、測
光積算回数の低減を図ることができ測光時間の短縮等に
有効であった。しかし図14(a) に示されるように、実
際には集光光束の入射角はある値を中心として連続的に
分布しているため、例えば試料11に入射する集光光束
中の光線5′aと5′bとでは、入射角がθaとθb と
異なるために、図に示すように膜中を進行する光線の光
路長にも差が生じる。このため膜干渉波形には入射角の
分布に伴う多くの干渉波形が重なりあい、波形が乱れて
しまうため薄膜や多層膜の解析には問題があった。
て説明する。一般的に反射測光系には図14(a) に示さ
れるような集光光束系が用いられていた。これは反射測
光系の光エネルギー利用効率を高めるためで、これによ
り光検知信号の信号対ノイズ比(SN比)が向上し、測
光積算回数の低減を図ることができ測光時間の短縮等に
有効であった。しかし図14(a) に示されるように、実
際には集光光束の入射角はある値を中心として連続的に
分布しているため、例えば試料11に入射する集光光束
中の光線5′aと5′bとでは、入射角がθaとθb と
異なるために、図に示すように膜中を進行する光線の光
路長にも差が生じる。このため膜干渉波形には入射角の
分布に伴う多くの干渉波形が重なりあい、波形が乱れて
しまうため薄膜や多層膜の解析には問題があった。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0019
【補正方法】変更
【補正内容】
【0019】但し、ここでnはその膜の屈折率である。
しかし、分光器を構成する個々の全ての光学系及び測定
試料における光の透過または反射条件が測光波数範囲Δ
νを満たさなければ、分光器全体として所定の測光波数
範囲Δνを得ることができず、広い波数域にわたって測
光を実測するのは困難である。
しかし、分光器を構成する個々の全ての光学系及び測定
試料における光の透過または反射条件が測光波数範囲Δ
νを満たさなければ、分光器全体として所定の測光波数
範囲Δνを得ることができず、広い波数域にわたって測
光を実測するのは困難である。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0031
【補正方法】変更
【補正内容】
【0031】ここで高波数側が15000cm-1で限界と
なっているのは、測光に用いた図1(a) 中のフッ化カル
シウムで構成されたビーム・スプリッタ30の透過特性
によるものであり、このビーム・スプリッタの改善によ
りさらに高波数までの測光を行うことも可能である。但
し、上記試料11に用いられているAl0.45Ga0.55A
s結晶のバンド端吸収は、Eg=1.99eV、つまり
16000cm-1付近であるため、それ以上の高波数測光
を用いても、試料の材料吸収や屈折率の異常分散によ
り、もはやこの試料では意味がなくなることに留意する
必要がある。なお図1(c) に示すように、上記図1(a)
のMCT検知器31を簡易測光に用いられる安価なトリ
グリシン・サルファイト(TGS)検知器43に代えて
もよく、この場合にはMCT検知器を冷却する機構等の
部材が不要であるため、装置の簡素化及び製造コストの
低減を図ることができる。
なっているのは、測光に用いた図1(a) 中のフッ化カル
シウムで構成されたビーム・スプリッタ30の透過特性
によるものであり、このビーム・スプリッタの改善によ
りさらに高波数までの測光を行うことも可能である。但
し、上記試料11に用いられているAl0.45Ga0.55A
s結晶のバンド端吸収は、Eg=1.99eV、つまり
16000cm-1付近であるため、それ以上の高波数測光
を用いても、試料の材料吸収や屈折率の異常分散によ
り、もはやこの試料では意味がなくなることに留意する
必要がある。なお図1(c) に示すように、上記図1(a)
のMCT検知器31を簡易測光に用いられる安価なトリ
グリシン・サルファイト(TGS)検知器43に代えて
もよく、この場合にはMCT検知器を冷却する機構等の
部材が不要であるため、装置の簡素化及び製造コストの
低減を図ることができる。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0033
【補正方法】変更
【補正内容】
【0033】次に本発明の第2の実施例による半導体膜
厚測定装置の光検知器を図6に基づいて説明する。図6
に示すように、この実施例では複合型の光検知器301
はMCT検知器31とSi検知器32は、MCT検知器
31を冷却するための液体窒素冷却器50にエポキシ樹
脂等を用いて固着されて同一平面上に並べられており、
測光光束は図1中の集光鏡22で集光され、直接両光検
知器31,32に入射して同時に検知され、その電気信
号が信号合成回路33で合成されるようになっている。
このような構成を用いることで、上記第1の実施例の複
合型の光検知器300のビーム・スプリッタ30の透過
特性による影響等がなくなり、両光検知器31,32の
測光波数域がより直接的に得られ、測光精度を高めるこ
とができる。
厚測定装置の光検知器を図6に基づいて説明する。図6
に示すように、この実施例では複合型の光検知器301
はMCT検知器31とSi検知器32は、MCT検知器
31を冷却するための液体窒素冷却器50にエポキシ樹
脂等を用いて固着されて同一平面上に並べられており、
測光光束は図1中の集光鏡22で集光され、直接両光検
知器31,32に入射して同時に検知され、その電気信
号が信号合成回路33で合成されるようになっている。
このような構成を用いることで、上記第1の実施例の複
合型の光検知器300のビーム・スプリッタ30の透過
特性による影響等がなくなり、両光検知器31,32の
測光波数域がより直接的に得られ、測光精度を高めるこ
とができる。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0036
【補正方法】変更
【補正内容】
【0036】次に本発明の第4の実施例による半導体膜
厚測定装置の光透過部材であるビーム・スプリッタを図
9に基づいて説明する。図9(a) ,(b) は、例えば図1
1におけるビーム・スプリッタ14に相当する光透過部
材を示し、図中34はフッ化カルシウム(CaF2 )、
35は石英(SiO2 )による領域を示している。この
ようにビーム・スプリッタの光透過面積の半分に、ぞれ
ぞれ光通過帯域の異なる2部材を用いることで、ビーム
・スプリッタとしての特性波数範囲は単一部材を用いた
場合の和に相当する特性波数範囲に拡大され、具体的に
上記構成では、図8のテーブルチャートにおけるビーム
・スプリッタの欄によれば、フッ化カルシウム(CaF
2 )と石英(SiO2 )の組合せによるビーム・スプリ
ッタの総有特性波数範囲は約25000cm-1〜2000
cm-1となることがわかる。また図9(a) に示すように単
に半円ずつに異なる部材を用いて面積を分割するよりも
図9(b) に示すように各領域が交互に複数現れるように
配置した方が透過光のビームの波面の崩れが少なくなり
ビームの面内強度をより均一にすることができる。
厚測定装置の光透過部材であるビーム・スプリッタを図
9に基づいて説明する。図9(a) ,(b) は、例えば図1
1におけるビーム・スプリッタ14に相当する光透過部
材を示し、図中34はフッ化カルシウム(CaF2 )、
35は石英(SiO2 )による領域を示している。この
ようにビーム・スプリッタの光透過面積の半分に、ぞれ
ぞれ光通過帯域の異なる2部材を用いることで、ビーム
・スプリッタとしての特性波数範囲は単一部材を用いた
場合の和に相当する特性波数範囲に拡大され、具体的に
上記構成では、図8のテーブルチャートにおけるビーム
・スプリッタの欄によれば、フッ化カルシウム(CaF
2 )と石英(SiO2 )の組合せによるビーム・スプリ
ッタの総有特性波数範囲は約25000cm-1〜2000
cm-1となることがわかる。また図9(a) に示すように単
に半円ずつに異なる部材を用いて面積を分割するよりも
図9(b) に示すように各領域が交互に複数現れるように
配置した方が透過光のビームの波面の崩れが少なくなり
ビームの面内強度をより均一にすることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深沢 亮一 東京都八王子市散田町1−7−15 メゾン 散田203 (72)発明者 服部 亮 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電機 株式会社光・マイクロ波デバイス研究所内
Claims (6)
- 【請求項1】 測定光を出射する光源と、該光源からの
出射光を時間的に変調された干渉光として出射する干渉
計、及び前記干渉光を、基板上に少なくとも1層以上の
積層膜を有する測定試料に導くための光透過部材を含む
光学系と、上記試料の積層膜からの反射干渉光を受光す
る受光部とを備え、上記反射干渉光から膜干渉成分のみ
を抽出し、その干渉強度波形から上記積層膜の膜厚を計
測する半導体膜厚測定装置において、 上記受光部を、互いに測光波数帯域の一部が重複する複
数の光検知器を用いて構成したことを特徴とする半導体
膜厚測定装置。 - 【請求項2】 測定光を出射する光源と、該光源からの
出射光を時間的に変調された干渉光として出射する干渉
計、及び前記干渉光を、基板上に少なくとも1層以上の
積層膜を有する測定試料に導くための光透過部材を含む
光学系と、上記試料の積層膜からの反射干渉光を受光す
る受光部とを備え、上記反射干渉光から膜干渉成分のみ
を抽出し、その干渉強度波形から上記積層膜の膜厚を計
測する半導体膜厚測定装置において、 上記光学系の光透過部材は、 互いの透過波数帯域の一部が重複する複数の単位部材を
組み合わせて構成されていることを特徴とする半導体膜
厚測定装置。 - 【請求項3】 測定光を出射する光源と、該光源からの
出射光を時間的に変調された干渉光として出射する干渉
計、及び前記干渉光を、基板上に少なくとも1層以上の
積層膜を有する測定試料に導くための光透過部材を含む
光学系と、上記試料の積層膜からの反射干渉光を受光す
る受光部とを備え、上記反射干渉光から膜干渉成分のみ
を抽出し、その干渉強度波形から上記積層膜の膜厚を計
測する半導体膜厚測定装置において、 上記光源は、 異なる波長の光を出射する複数の単位光源を有し、各出
射光を光学的に合成して上記測定光として出射すること
を特徴とする半導体膜厚測定装置。 - 【請求項4】 請求項1記載の半導体膜厚測定装置にお
いて、 上記受光部を構成する複数の光検知器は、同一平面上に
それぞれ隣接して配置されていることを特徴とする半導
体膜厚測定装置。 - 【請求項5】 請求項4記載の半導体膜厚測定装置にお
いて、 上記複数の検知器として、水銀・カドミウム・テルル光
検知器と、シリコン光検知器と、ゲルマニウム光検知器
とを用いたことを特徴とする半導体膜厚測定装置。 - 【請求項6】 測定光を出射する光源と、該光源からの
出射光を時間的に変調された干渉光として出射する干渉
計、及び前記干渉光を、基板上に少なくとも1層以上の
積層膜を有する測定試料に導くための光透過部材を含む
光学系と、上記試料の積層膜からの反射干渉光を受光す
る受光部とを備え、上記反射干渉光から膜干渉成分のみ
を抽出し、その干渉強度波形から上記積層膜の膜厚を計
測する半導体膜厚測定装置において、 上記光源,光学系,及び受光部は、相互的にその波数特
性範囲の一部が重複するように、それぞれ複数の部材を
光学的に複合して構成されていることを特徴とする半導
体膜厚測定装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4109798A JPH05302816A (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 半導体膜厚測定装置 |
DE69304396T DE69304396T2 (de) | 1992-04-28 | 1993-03-08 | Vorrichtung zur Dickenmessung von Dünnschichten von Halbleitern |
US08/027,639 US5371596A (en) | 1992-04-28 | 1993-03-08 | Optical apparatus components having spectrally overlapping characteristics for measuring semiconductor layer thickness |
EP93103680A EP0567745B1 (en) | 1992-04-28 | 1993-03-08 | Apparatus for measuring semiconductor layer thickness |
KR1019930006991A KR940005948A (ko) | 1992-04-28 | 1993-04-26 | 반도체층 두께를 측정하는 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4109798A JPH05302816A (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 半導体膜厚測定装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05302816A true JPH05302816A (ja) | 1993-11-16 |
Family
ID=14519492
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4109798A Pending JPH05302816A (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 半導体膜厚測定装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5371596A (ja) |
EP (1) | EP0567745B1 (ja) |
JP (1) | JPH05302816A (ja) |
KR (1) | KR940005948A (ja) |
DE (1) | DE69304396T2 (ja) |
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JPH10223715A (ja) * | 1997-02-06 | 1998-08-21 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 多層エピタキシャルウェーハのエピ膜厚の測定方法 |
US6286685B1 (en) | 1999-03-15 | 2001-09-11 | Seh America, Inc. | System and method for wafer thickness sorting |
US6284986B1 (en) | 1999-03-15 | 2001-09-04 | Seh America, Inc. | Method of determining the thickness of a layer on a silicon substrate |
US6392756B1 (en) | 1999-06-18 | 2002-05-21 | N&K Technology, Inc. | Method and apparatus for optically determining physical parameters of thin films deposited on a complex substrate |
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JP4449293B2 (ja) * | 2001-12-19 | 2010-04-14 | 株式会社ニコン | 成膜装置、及び光学部材の製造方法 |
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