【手続補正書】
【提出日】平成17年10月18日(2005.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  分光エリプソメータを用いた多結晶化合物半導体の組成決定方法であって、
計測対象の基板上に形成された多結晶化合物半導体層を含む複数の層へ分光エリプソメータを用いて照射する入射光の波長を変えて各波長λi ごとの入射光と反射光の偏光の変化である測定スペクトルΨE (λi )とΔE (λi )を得るΨE ，ΔE スペクトル測定段階と、
基板の複素屈折率（Ｎ0 (ｎ0 ,ｋ0 )）および各層の考えられる複素屈折率（Ｎ1 (ｎ1 ,ｋ1 )、Ｎ2 (ｎ2 ,ｋ2 )・・・）、各層の膜厚を設定し、
多結晶化合物半導体層の複素屈折率には、注目原子が入っている結晶化合物半導体リファレンスと注目原子が入っているアモルファス化合物半導体とを混ぜ合わせて使用し、いくつかのモデルをたてる第１ステップ、
前記各モデルについて、膜厚や混合比を変数として、未知のアモルファス化合物半導体の分散式をフィッティングする第２ステップ、
前記フィッティングの結果から得られる平均二乗誤差（χ2 ）が最も低く、さらにアモルファス化合物半導体の混合比が最小の結果をモデルごとに選択する第３ステップ、
前記第３ステップでモデルごとに選択された結果の中から、平均二乗誤差（χ2 ）が最も低く、さらにアモルファス化合物半導体の混合比が最小の結果を選択する第４ステップ
からなる解析段階とを含む、
分光エリプソメータを用いた多結晶化合物半導体の組成決定方法。
【請求項２】  請求項１記載の分光エリプソメータを用いた多結晶化合物半導体の組成決定方法において、
前記解析段階は、
前記ステップ４で選択された平均二乗誤差（χ2 ）が最も低く、アモルファス化合物半導体の混合比が最小の結果を有するモデルから、さらに多結晶化合物半導体層の膜厚、混合比、または多結晶化合物半導体層以外の層の膜厚、混合比についてフィッティングを行う段階を備え、
前記フィッティングの結果のうち、多結晶化合物半導体の混合比と前記多結晶化合物半導体中の注目原子の組成比に基づいて注目原子の組成を算出する計算段階を含む、
分光エリプソメータを用いた多結晶化合物半導体の組成決定方法。
【請求項３】  請求項２記載の分光エリプソメータを用いた多結晶化合物半導体の組成決定方法において、
多結晶化合物半導体層は、
原子Ｐ及び注目原子Ｑを有し、注目原子Ｑの組成比率(X )の異なる結晶化合物半導体２種類（Ａ１，Ａ２）と、
注目原子Ｒを有するアモルファス化合物半導体Ｂとを含むものであり、
前記解析段階で選択された結果は、以下の組成比率(X)と混合比（Vf）を持つものであり、
Ａ１： Ｐ(1-x1)Ｑx1   混合比がVf1 
Ａ２： Ｐ(1-x2)Ｑx2   混合比がVf2 
Ｂ  ： Ｒ           混合比がVf3 
前記計算段階は、多結晶化合物半導体注目原子濃度を下記式
多結晶化合物半導体注目原子濃度＝(X1・Vf1 ＋X2・Vf2 )・100/(Vf1 ＋Vf2 )
atom％
で算出するように構成されている分光エリプソメータを用いた多結晶化合物半導体の組成決定方法。
【請求項４】  請求項１〜３のいずれか１つに記載の分光エリプソメータを用いた多結晶化合物半導体の組成決定方法において、
多結晶化合物半導体の組成比はアモルファス部分の組成比と結晶部分の有効な組成比が同じであると仮定して計算を行う近似方法を用いる分光エリプソメータを用いた多結晶化合物半導体の組成決定方法。
【請求項５】  請求項３記載の分光エリプソメータを用いた多結晶化合物半導体の組成決定方法において、
Ａ１は結晶SiGeであり、Ge濃度がx1（Si(1-x1)Gex1）、混合比Vf1 で表され、
Ａ２は結晶SiGeであり、Ge濃度がx2（Si(1-x2)Gex2）、混合比Vf2 で表され、
ＢはアモルファスSiGeであり、混合比Vf3 で表される分光エリプソメータを用いた多結晶化合物半導体の組成決定方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
入射角度を固定した場合、単一波長エリプソメータでは、（ｄ，ｎ，ｋ）の３つの未知数に対し、２つの独立変数しか測定できないので、ｄ，ｎ，ｋの内のいずれか一つを既知として固定する必要がある。単一波長でも入射角度を変えると測定変数は増加する。しかしながら、入射角度（φ）の違いによる（Ψ（φ1 ），Δ（φ1 ））対の中に強い相関関係があるため、ｄ，ｎ，ｋを精度良く求めることは難しい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
偏光変化量は、光が通る体積、（位相角（β）×ビーム径の面積）で表すことができる。ビーム径が一定とすると偏光変化量は次のようになる。
偏光変化量∝膜厚（ｄ）×（複素屈折率Ｎ）×φ
ここにおいて、φは入射角である。膜厚（ｄ）が薄く、Ｎが低ければ、位相角（β）の変化が小さくなり、ｄとＮの間に相関関係が強くなる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による分光エリプソメータを用いた多結晶化合物半導体の組成決定方法は、
計測対象の基板上に形成された多結晶化合物半導体層を含む複数の層へ分光エリプソメータを用いて照射する入射光の波長を変えて各波長λi ごとの入射光と反射光の偏光の変化である測定スペクトルΨE (λi )とΔE (λi )を得るΨE ，ΔE スペクトル測定段階と、
基板の複素屈折率（Ｎ0 (ｎ0 ,ｋ0 )）および各層の考えられる複素屈折率（Ｎ1 (ｎ1 ,ｋ1 )、Ｎ2 (ｎ2 ,ｋ2 )・・・）、各層の膜厚を設定し、
多結晶化合物半導体層の複素屈折率には、注目原子が入っている結晶化合物半導体リファレンスと注目原子が入っているアモルファス化合物半導体とを混ぜ合わせて使用し、いくつかのモデルをたてる第１ステップ、
前記各モデルについて、膜厚や混合比を変数として、未知のアモルファス化合物半導体の分散式をフィッティングする第２ステップ、
前記フィッティングの結果から得られる平均二乗誤差（χ2 ）が最も低く、さらにアモルファス化合物半導体の混合比が最小の結果をモデルごとに選択する第３ステップ、
前記第３ステップでモデルごとに選択された結果の中から、平均二乗誤差（χ2 ）が最も低く、さらにアモルファス化合物半導体の混合比が最小の結果を選択する第４ステップ
からなる解析段階とを含んで構成されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明による方法は、上述した分光エリプソメータを用いた多結晶化合物半導体の組成決定方法において、
前記解析段階は、
前記ステップ４で選択された平均二乗誤差（χ2 ）が最も低く、アモルファス化合物半導体の混合比が最小の結果を有するモデルから、さらに多結晶化合物半導体層の膜厚、混合比、または多結晶化合物半導体層以外の層の膜厚、混合比についてフィッティングを行う段階を備え、
前記フィッティングの結果のうち、多結晶化合物半導体の混合比と前記多結晶化合物半導体中の注目原子の組成比に基づいて注目原子の組成を算出する計算段階を含むものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明による方法は、上述した分光エリプソメータを用いた多結晶化合物半導体の組成決定方法において、
多結晶化合物半導体層は、
原子Ｐ及び注目原子Ｑを有し、注目原子Ｑの組成比率(X )の異なる結晶化合物半導体２種類（Ａ１，Ａ２）と、
注目原子Ｒを有するアモルファス化合物半導体Ｂとを含むものであり、
前記解析段階で選択された結果は、以下の組成比率(X)と混合比（Vf）を持つものであり、
Ａ１： Ｐ(1-x1)Ｑx1   混合比がVf1 
Ａ２： Ｐ(1-x2)Ｑx2   混合比がVf2 
Ｂ  ： Ｒ           混合比がVf3 
前記計算段階は、多結晶化合物半導体注目原子濃度を下記式
多結晶化合物半導体注目原子濃度＝(X1・Vf1 ＋X2・Vf2 )・100/(Vf1 ＋Vf2 )
atom％
で算出するように構成されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明による方法は、上述した分光エリプソメータを用いた多結晶化合物半導体の組成決定方法において、
多結晶化合物半導体の組成比はアモルファス部分の組成比と結晶部分の有効な組成比が同じであると仮定して計算を行う近似方法を用いる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明による方法は、上述した分光エリプソメータを用いた多結晶化合物半導体の組成決定方法において、
Ａ１は結晶SiGeであり、Ge濃度がx1（Si(1-x1)Gex1）、混合比Vf1 で表され、
Ａ２は結晶SiGeであり、Ge濃度がx2（Si(1-x2)Gex2）、混合比Vf2 で表され、
ＢはアモルファスSiGeであり、混合比Vf3 で表される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下図面等を参照して本発明による分光エリプソメータを用いた多結晶SiGeのGe濃度を求める解析方法の実施の形態を説明する。
図１は、本発明方法で使用するエリプソメータの構成を示す略図である。
図２は、測定対象の構成を説明するための略図である。
図３は本発明方法の流れ図である。図４に解析第１段階、図５に解析第２段階、と計算段階を示している。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
〔測定段階〕
測定段階で使用される分光エリプソメータを簡単に説明する。Ｘｅランプ１は、多数の波長成分を含む、いわゆる白色光源である。このＸｅランプ１の発光は光ファイバ２を介して偏光子３に導かれる。偏光子３により偏光された光は、測定対象であるサンプル４の表面に特定の入射角（例えばφ＝７５．００°）で入射させられる。
サンプル４からの反射は、光弾性変調器（ＰＥＭ）５を介して検光子６に導かれる。光弾性変調器（ＰＥＭ）５により５０ｋＨｚの周波数に位相変調されて、直線から楕円偏光までが作られる。そのため、数ｍ秒の分解能でΨ，Δを決定することができる。検光子６の出力は光ファイバ７を介して分光器８に接続される。分光器８の出力データがデータ取込部９に取り込まれ、分光測定データの獲得ステップを終了する。なお、ＰＥＭ５の位置は偏光子３の後か検光子６の前どちらでも可能とする。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
[解析第１段階]
この実施例の測定の対象となる層は、第１物質（Ａ１）第２物質（Ａ２）および第３物質Ｂ（それぞれ異なる光学定数をもつ）を含んでいる。そして、それらが混合比Vf1 :Vf2 :Vf3 (Vf1 ＋Vf2 ＋Vf3 ＝ 100％)で混合されているとする。
Ａ１  c-SiGeの組成がSi(1-x1)Gex1   で混合比がVf1
Ａ２  c-SiGeの組成がSi(1-x2)Gex2   で混合比がVf2
Ｂ    a-SiGeアモルファスSiGe     で混合比がVf3
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
（ステップ１）この実施例の測定の対象である試料は、Ge濃度が10〜30％と予想されるものであるからこの点を考慮してモデル(1)(2)をたてる。なお、モデル(1)(2)におけるSi98Ge02、Si85Ge15、Si65Ge35はリファレンス名であり、実際にはそれぞれX=0.02、X=0.15、X=0.35を示す。
モデル(1)
第３層          自然酸化層(Native Oxide)              ｄ31
第２層  Si98Ge02(Vf11) ＋Si85Ge15(Vf21)＋ a-SiGe(Vf31)   ｄ21
第１層              SiO2                              ｄ11
基板（Ｓｕｂ)        Si                             バルク
モデル(2)
第３層          自然酸化層(Native Oxide)              ｄ32
第２層  Si85Ge15(Vf12) ＋Si65Ge35(Vf22)＋ a-SiGe(Vf32)   ｄ22
第１層              SiO2                              ｄ12
基板（Ｓｕｂ)        Si                             バルク
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
（ステップ２）図４
１層目と３層目についてはリファレンスが存在するが、２層目に付いては
Ａ１のc-SiGeのSi(1-x1)Gex1の組成比率が既知で、
Ａ２のc-SiGeのSi(1-x2)Gex2の組成比率が既知で、それぞれリファレンスが存在するが、a-SiGeについては、リファレンスが存在しないので、２層目の混合比(Vf)をそれぞれ変えながら下記をフィッティングする。
モデル(1)について
２層目の混合比(Vf)をそれぞれ変えながら下記をフィッティングする。
２層目の膜厚（ｄ21）
３層目の膜厚（ｄ31）
２層目のa-SiGeの分散式パラメータ(DSP1 )
モデル(2)について
２層目の混合比(Vf)をそれぞれ変えながら下記をフィッティングする。
２層目の膜厚（ｄ22）
３層目の膜厚（ｄ32）
２層目のa-SiGeの分散式パラメータ(DSP2 )
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
（ステップ３）図４
モデル(1)について
各混合比の結果の中から以下にあてはまる結果を選択する。
平均二乗誤差（χ2 ）が最小
a-SiGe の混合比が最小
ｄ21(best), ｄ31(best), Vf11(best), Vf21(best), DSP1(best), χ21(best)
モデル(2)について
各混合比の結果の中から以下にあてはまる結果を選択する。
平均二乗誤差（χ2 ）が最小
a-SiGe の混合比が最小
ｄ22(best), ｄ32(best), Vf12(best), Vf22(best), DSP2(best), χ22(best)
この例では、p-SiGe層に既知のc-SiGeリファレンスと未知のa-SiGeを混ぜ合わせて設定している。既知のc-SiGeリファレンスは、Geの濃度が分かっているのに対し、未知a-SiGe中の正確なGe濃度が分からない。そのため、このa-SiGeの混合比が少ないほど、c-SiGeリファレンスからより正確にp-SiGeのGe濃度を計算することが可能となる。よって、a-SiGeの混合比が最小の結果を選択するように説明している。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
（ステップ４）図４
モデルごとの最良な結果の中から、さらに平均二乗誤差（χ2 ）が最小でa-SiGeの混合比が最小のモデルおよび結果を選択する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
〔解析第２段階〕
解析第２段階では、先の段階で選択した最良のモデルについて最終フィッティングをする。
第３層（ｄ3 ）        自然酸化層
第２層（ｄ2 ）      Si85Ge15(Vf1 ) ＋Si65Ge35(Vf2 )＋ a-SiGe(Vf3 )
第１層（ｄ1 ）          SiO2
基板（Ｓｕｂ）          Si
（ステップ１）上記の最良のモデルについて下記のフィッティングを行う。
第１層目の膜厚（ｄ1 ）
第２層目の膜厚（ｄ2 ）
第３層目の膜厚（ｄ3 ）
第２層目のそれぞれの混合比（Vf)
（ステップ２）前記フィッティングの結果を確認する。
（ステップ３）確認されたものを保存する。