(57)【要約】【課題】基板の表面の光学的な異方性によって生じる測定値の偏差を小さくできる、膜の厚さ若しくは膜の光学的な特性値を光学的に測定する方法を提供する。【解決手段】  工程Ｓ１では、軸Ａｘの回りの複数の角度（例えば、ＴＨＥＴＡ１、ＴＨＥＴＡ２、ＴＨＥＴＡ３等）毎に、順次、入射光２５を照射して膜２１の厚さを楕円偏光解析法を用いて測定すると共に、複数の角度それぞれにおける膜厚若しくは膜の光学的な特性値の測定値を用いて、光学的な異方性を表す係数を角度毎に求める。工程Ｓ２では、入射光２５を照射して楕円偏光解析法を用いて膜２１の厚さの測定された測定値若しくは膜の光学的な特性値を係数を用いて修正して膜２１の厚さを得る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的な異方性を示す表面を有する基板上に形成された膜の厚さ若しくは膜の光学的な特性値を光学的に測定する方法であって、
前記膜の表面上の所定の点を通る軸の回りの複数の角度毎に所定の傾斜角で入射光を照射して前記膜の厚さを偏光解析法を用いて測定すると共に、光学的な異方性を表す係数を前記複数の角度それぞれにおける前記厚さ若しくは膜の光学的な特性値の測定値を用いて前記複数の角度毎に求める工程と、
所定の傾斜角で入射光を照射して偏光解析法を用いて測定された膜厚若しくは膜の光学的な特性値の測定値を前記係数を用いて修正して前記膜の厚さ若しくは膜の光学的な特性値を得る工程と
を備える、方法。
【請求項２】
前記係数の各々は、前記複数の角度毎の前記膜の厚さの測定値と前記測定値の平均値との比である、請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記基板の表面はIII−Ｖ化合物半導体から成る表面である、請求項１または請求項２に記載された方法。
【請求項４】
光学的な異方性を示す表面を有する基板上に存在する膜の厚さを光学的に求める方法であって、
前記膜の表面上の所定の位置を通る軸の回りの複数の角度毎に前記所定の位置における光学的な異方性を示す複数の係数を求める工程と、
所定の傾斜角で入射光を照射して前記膜の表面上の別の位置における前記膜の厚さの測定値を前記複数の角度のうちの少なくとも一の角度において楕円偏光解析法を用いて得る工程と、
前記複数の係数のうちの対応する係数を用いて前記測定値を修正して、前記別の位置の膜厚を決定する工程と
を備える、方法。
【請求項５】
前記別の位置の膜厚を決定する前記工程を所望の回数だけ繰り返して膜厚の面内分布を求める工程を更に備える、請求項４に記載された方法。
【請求項６】
ｒ−Θ駆動のステージを有する光学的表面解析装置を使用して、楕円偏光解析法を用いて、光学的な異方性を有する基板上に設けられた膜の厚さを測定する方法であって、
前記膜の表面上の所定の点を通る軸の回りのｎ個の角度（Θ０、Θ１、Θ２、・・・Θｎ）それぞれに対応しており前記異方性を示す複数の係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ）を第１の記憶手段に格納する工程と、
前記膜の表面上の位置において前記ｎ個の角度のうちのｍ個（ｎ≧ｍ＞０）の角度それぞれにおいて前記膜の厚さを測定すると共に、該ｍ個の測定値（Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｍ）および前記ｍ個の係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｍ）を用いて該位置における膜厚の平均値を決定する工程と
を備える方法。
【請求項７】
ｒ−Θ駆動のステージを移動すると共に膜厚の平均値を決定する前記工程を所望の回数だけ繰り返して、前記膜の厚さの面内分布を求める工程を更に備える、請求項６に記載された方法。
【請求項８】
楕円偏光解析法を用いて光学的に膜厚を測定する光学的表面解析装置であって、
ｒ−Θ駆動機構を有しており、光学的な異方性を示す表面を有する基板を搭載するためのステージと、
前記基板上に形成された膜の厚さを測定するための光を照射する光源と、
前記膜によって反射された光を受ける受光部と、
前記膜の表面上の所定の点を通る軸の回りのｎ個の角度（Θ０、Θ１、Θ２、・・・Θｎ）における前記異方性を示す複数の係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ）を格納するための第１の記憶手段と、
前記ステージ、前記光源および前記受光部を用いて前記膜の表面上の位置において前記角度の少なくとも一の角度で測定された膜厚の測定値（Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｍ、ｎ≧ｍ＞０、ｎおよびｍは自然数である）および前記係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ）の内の対応する係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｍ）を用いて該位置における厚さを算出するための手段と
を備える、光学的表面解析装置。
【請求項９】
光学的な異方性を示す表面を有する基板上に形成された膜の厚さ若しくは膜の光学的な特性値を光学的に測定する方法であって、
前記膜の表面上の所定の点を通る軸の回りの複数の角度毎に所定の傾斜角で入射光を照射して前記膜の厚さを偏光解析法を用いて測定すると共に、前記所定の点を通る軸の回りの角度が独立変数である関数式を前記複数の角度それぞれにおける前記厚さ若しくは膜の光学的な特性値の測定値を用いて決定する工程と、
所定の傾斜角で入射光を照射して偏光解析法を用いて測定された膜厚若しくは膜の光学的な特性値の測定値を前記関数式を用いて修正して前記膜の厚さ若しくは膜の光学的な特性値を得る工程と
を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜の厚さ若しくは膜の光学的な特性値を光学的に測定する方法および光学的表面解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
文献１（シリコンの化学）には、シリコンウエハ上に形成された酸化膜および窒化膜の膜厚を測定する方法として、楕円偏光解析（エリプソメトリ）法が使用できることが記載されている。
【０００３】
文献２（ＵＳ２００２／００１５１４６  Ａ１）には、偏光解析法を用いてディスクの表面膜を検査するために使用される検査装置が記載されている。この検査装置は、ステージを所定の軸の回りを回転させると共に半径方向に一方向に移動させることによって、ディスクの表面全体を検査光でスキャンしている。
【非特許文献１】シリコンの化学（サイペック刊、第６７９頁から第６８０頁、１９９６年６月発行）
【特許文献１】ＵＳ２００２／００１５１４６  Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
偏光解析法を用いる膜厚測定装置、例えばエリプソメータは、基板上に形成された酸化膜または窒化膜といった薄膜の厚さを測定するために用いられる。表面酸化膜の測定において、例えば、７０度といった角度で薄膜の表面に光を照射する。ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）およびインジウムリン（ＩｎＰ）といったIII−V化合物半導体、例えばＧａＡｓ半導体の（１１１）面および（１−−）面にはガリウム（Ｇａ）原子が配置されており、（１−１）面および（１１−）面にはヒ素（Ａｓ）が配置されているので、｛１１１｝方向に異方性がある。このため、（１１１）面および（１−−）面の表面の光学的な特性は、（１−１）面および（１１−）面の表面の光学的な特性と異なる。半導体の表面、例えばＧａＡｓ基板およびＩｎＰ基板の｛１００｝面には、微視的には、原子サイズの程度の凹凸が存在するので、基板の表面を＜１１１＞方向かに入射する光は、Ｇａ面およびＡｓ面に照射されることになる。＜１１１＞方向で入射する光はＧａ面またはＡｓ面によって反射されるので、基板の表面からの反射光は、該表面の異方性を表している。
【０００５】
エリプソメータでは、入射光は基板の表面に約７０度の角度で入射される。ＧａＡｓ半導体結晶およびＩｎＰ半導体結晶において、＜１１１＞方向は、＜１００＞方向と５４．７度の角度を成しており、この値は上記の入射角に近い。これ故に、基板の表面による反射光は、上記半導体結晶の異方性によって、入射光の方向に応じて偏光角がずれる。求められていることは、基板の材料の光学的な異方性によって生じる測定値の偏差を小さくすることである。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みて為されたものであり、膜の厚さ若しくは膜の光学的な特性値を光学的に測定する方法を提供することであり、また光学的表面解析装置を提供することとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面によれば、光学的な異方性を示す表面を有する基板上に形成された膜の厚さ若しくは膜の光学的な特性値を光学的に測定する方法であって、（ａ）前記膜の表面上の所定の点を通る軸の回りの複数の角度毎に所定の傾斜角で入射光を照射して前記膜の厚さを偏光解析法を用いて測定すると共に、光学的な異方性を表す係数を前記複数の角度それぞれにおける前記厚さ若しくは膜の光学的な特性値の測定値を用いて前記複数の角度毎に求める工程と、（ｂ）所定の傾斜角で入射光を照射して偏光解析法を用いて測定された膜厚若しくは膜の光学的な特性値の測定値を前記係数を用いて修正して前記膜の厚さ若しくは膜の光学的な特性値を得る工程とを備える。
【０００８】
この方法によれば、偏光解析法を用いて測定された膜厚若しくは膜の光学的な特性値の測定値を係数を用いて修正しているので、光学的な異方性が低減された膜厚値若しくは膜の光学的な特性値を得ることができる。
【０００９】
本発明の方法では、前記係数の各々は、前記複数の角度毎の前記膜の厚さの測定値と前記測定値の平均値との比であることができる。好適な実施例では、上記の平均値は、複数の角度毎の膜の厚さの測定値の相加平均であることができる。
【００１０】
本発明の方法では、前記基板の表面はIII−Ｖ化合物半導体から成る表面であることができる。III−Ｖ化合物半導体としては、例えば、ガリウムヒ素、インジウムリン、ガリウムリン、インジウムヒ素、インジウムアンチモン、ガリウムアンチモン、アルミヒ素が示される。
【００１１】
本発明に係る別の側面によれば、光学的な異方性を示す表面を有する基板上に形成された膜の厚さを光学的に求める方法であって、（ａ）前記膜の表面上の所定の位置を通る軸の回りの複数の角度毎に前記所定の位置における光学的な異方性を示す複数の係数を求める工程と、（ｂ）所定の傾斜角で入射光を照射して前記膜の表面上の別の位置における前記膜の厚さの測定値を前記複数の角度のうちの少なくとも一の角度において楕円偏光解析法を用いて得る工程と、（ｃ）前記複数の係数のうちの対応する係数を用いて前記測定値を修正して前記別の位置の膜厚を決定する工程とを備える。
【００１２】
この方法によれば、楕円偏光解析法を用いて決定された係数を用いて膜厚の測定値を修正しているので、光学的な異方性が低減された膜厚値を得ることができる。
【００１３】
本発明の方法では、前記別の位置の膜厚を決定する前記工程を所望の回数だけ繰り返して膜厚の面内分布を求める工程を更に備えることができる。
【００１４】
この方法によれば、楕円偏光解析法を用いて決定された係数を用いて膜上のいくつのかの位置における膜厚の測定値を修正しているので、光学的な異方性が低減された膜厚値の面内分布を得ることができる。
【００１５】
本発明の更なる別の側面によれば、ｒ−Θ駆動のステージを有する光学的表面解析装置を使用して、光学的な異方性を有する基板上に設けられた膜の厚さを楕円偏光解析法を用いて測定する方法であって、（ａ）前記膜の表面上の所定の点を通る軸の回りのｎ個の角度（Θ０、Θ１、Θ２、・・・Θｎ）それぞれに対応しており前記異方性を示す複数の係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ）を第１の記憶手段に格納する工程と、（ｂ）前記膜の表面上の位置において前記ｎ個の角度のうちのｍ個の角度それぞれにおいて前記膜の厚さを測定すると共に、該ｍ個の測定値（Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｍ）および前記ｍ個の係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・ｋｍ）を用いて該位置における膜厚の平均値を決定する工程とを備える。
【００１６】
この方法によれば、測定された膜厚の測定値（Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｍ）および対応するｍ個の係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｍ）を用いて該位置における膜厚の平均値を求めているので、光学的な異方性が低減された膜厚値を得ることができる。
【００１７】
本発明の方法は、（ｃ）ｒ−Θ駆動のステージを移動すると共に前記平均値決定工程を所望の回数だけ繰り返す工程を更に備えることができる。好適な実施例では、この繰り返しによって、膜厚の面内分布を求めることができる。
【００１８】
この方法によれば、楕円偏光解析法を用いて決定された係数を用いて膜厚の測定値を修正しているので、光学的な異方性の影響が低減された膜厚値が得られる。
【００１９】
本発明に係る更なる別の側面によれば、偏光解析法を用いて光学的に膜厚を測定する光学的表面解析装置であって、（ａ）ｒ−Θ駆動機構を有しており、光学的な異方性を示す表面を有する基板を搭載するためのステージと、（ｂ）前記基板上に形成された膜の厚さを測定するための光を照射する光源と、（ｃ）前記膜によって反射された光を受ける受光部と、（ｄ）前記膜の表面上の所定の点を通る軸の回りのｎ個の角度（Θ０、Θ１、Θ２、・・・Θｎ）における前記異方性を示す複数の係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ）を格納するための第１の記憶手段と、（ｅ）前記ステージ、前記光源および前記受光部を用いて前記膜の表面上の位置において前記角度のうちｍ個の角度で測定された膜厚の測定値（Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｍ）および前記係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ、ｎ≧ｍ＞０、ｎおよびｍは自然数である）の内の対応する係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｍ）を用いて該位置における膜厚を算出するための手段とを備える。
【００２０】
この光学的表面解析装置によれば、偏光解析法を用いて決定された係数を用いて膜厚の測定値を修正できるので、光学的な異方性が低減された膜厚値を得ることができる。
上記の方法および装置において求められた測定値若しくは係数を用いて、近似の関数を算出し、これを元に膜厚値若しくは光学的な特性値を修正または補正することができる。
本発明のまた更なる別の側面によれば、光学的な異方性を示す表面を有する基板上に形成された膜の厚さ若しくは膜の光学的な特性値を光学的に測定する方法であって、（ａ）前記膜の表面上の所定の点を通る軸の回りの複数の角度毎に所定の傾斜角で入射光を照射して前記膜の厚さを偏光解析法を用いて測定すると共に、前記所定の点を通る軸の回りの角度が独立変数である関数式を前記複数の角度それぞれにおける前記厚さ若しくは膜の光学的な特性値の測定値を用いて求める工程と、（ｂ）所定の傾斜角で入射光を照射して偏光解析法を用いて測定された膜厚若しくは膜の光学的な特性値の測定値を前記関数式を用いて修正して前記膜の厚さ若しくは膜の光学的な特性値を得る工程とを備える。
【００２１】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明の膜の厚さを光学的に測定する方法によれば、基板の表面の光学的な異方性によって生じる測定値の偏差を小さくできる方法が提供される。また、本発明の光学的表面解析装置によれば、基板の材料の光学的な異方性によって生じる測定値の偏差を小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の膜の厚さ若しくは膜の光学的な特性値を光学的に測定する方法および光学的表面解析装置に係わる実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、光学的な異方性を示す表面を有する基板上に形成された膜の厚さを光学的に測定するフローチャートである。図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、光学的な異方性を示す表面を有する基板上に形成された膜の厚さを光学的に測定する方法を示す図面である。
【００２５】
図１（Ａ）、図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照すると、工程Ｓ１では、軸Ａｘの回りの複数の角度（例えば、ＴＨＥＴＡ１、ＴＨＥＴＡ２、ＴＨＥＴＡ３等）毎に、順次、入射光２５を照射して膜２１の厚さを楕円偏光解析法といった偏光解析法を用いて測定すると共に、複数の角度それぞれにおける膜厚の測定値を用いて、光学的な異方性を表す係数を角度毎に求める。工程Ｓ２では、入射光２５を照射して楕円偏光解析法を用いて膜２１の厚さの測定値を係数を用いて修正して膜２１の厚さを決定する。
【００２６】
この方法によれば、楕円偏光解析法を用いて測定された膜厚の値を係数を用いて修正しているので、光学的な異方性が低減された膜厚を得ることができる。
【００２７】
基板１５の表面はIII−Ｖ化合物半導体から成る表面であることができる。III−Ｖ化合物半導体としては、例えば、ガリウムヒ素、インジウムリン、ガリウムリン、インジウムヒ素、インジウムアンチモン、ガリウムアンチモン、アルミヒ素が示される。また、基板１５の表面は、ＺｅＳｅといったII−ＶＩ化合物から成る表面であることができる。
【００２８】
図１（Ｂ）、図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照すると、エリプソメータといった光学的表面解析装置１０のステージ１３上に基板１５といった対象物が置かれている（工程Ｓ１ａ）。基板１５は、支持基体１７と、光学的な異方性を示す膜１９とを有しており、該基板１５上には、膜２１が設けられている。光学的表面解析装置１０を用いて、膜２１の厚さ若しくは特性値を測定する。図２（Ａ）および図２（Ｂ）では、基板１５の向きを示すために、複数の破線（線分１−５、２−６、３−７、４−８、５−１、６−２、７−３、８−４）が描かれている。これらの線分は、表面２１ａ上の所定の点Ｏｒｇで交差する軸Ａｘを通る。
【００２９】
図２（Ａ）を参照すると、線分１−５および軸Ａｘをによって規定される平面に沿って、光学的表面解析装置１０の光源２３から測定のための光２５を表面２１ａに照射する。光２５は、入射線２７に沿って点Ｏｒｇに向かって進む。入射線２７は、線分１−５と傾斜角、例えば７０度を成す。光２５は、点Ｏｒｇにおいて反射されて光２９になる。光２９は、出射線３１に沿って進み、受光部３３に到達する。これによって、楕円偏光解析法を用いて膜２１の厚さの測定値を得る（工程Ｓ１ｂ）。
【００３０】
図２（Ｂ）を参照すると、ステージ１３を軸Ａｘの回りに、例えば４５度だけ回転して角度ＴＨＥＴＡ１の位置にして、入射線２５および出射線３１によって規定される平面に線分２−５を合わせる（工程Ｓ１ｃ）。同様にして、楕円偏光解析法を用いて膜２１の厚さの測定値を得る（工程Ｓ１ｄ）。
【００３１】
軸Ａｘの回りの複数の角度（例えば、ＴＨＥＴＡ２、ＴＨＥＴＡ３等）毎に、順次、入射光２５を照射して膜２１の厚さを楕円偏光解析法を用いて測定する（Ｓ１ｅ）。
【００３２】
図３は、ＧａＡｓ半導体基板上に形成された酸化膜の厚さの角度依存性を示すグラフである。横軸は、入射線を対象膜上に投影した直線と＜０−１＞線との成す角度であり、縦軸は、表面酸化膜の厚さを示す。光学的な異方性を示す膜上に形成された薄膜の厚さを光学的に測定するとき、図３に示されるように、測定値に角度依存性が現れる。この依存性は、酸化膜の下にある半導体膜の結晶構造に起因している。エリプソメータでは、入射光は基板の表面に約７０度の角度で入射される。ＧａＡｓ半導体結晶およびＩｎＰ半導体結晶において、＜１１１＞方向は、＜１００＞方向と５４．７度の角度を成しており、この値は上記の入射角に近い。これ故に、基板の表面による反射光は、上記半導体結晶の異方性によって、上記の角度に応じて偏光角の変化分が異なる。しかしながら、本実施の形態の方法によれば、基板の材料の光学的な異方性によって生じる測定値の偏差を小さくすることができる。
【００３３】
図４は、膜厚の測定値および係数を角度毎に示す図面である。例えば、欄３５には、線分１−５、２−６、３−７、４−８、５−１、６−２、７−３、８−４の角度が記載されており、欄３５には、所定の点における膜厚の測定値が角度毎に記載されており、欄３７には、角度に関連づけられた係数が記載されている。
【００３４】
欄３５内に示される測定値の平均値Ａｖｅを計算する（Ｓ１ｆ）。欄３３の膜２１の厚さの測定値の平均値Ａｖｅとそれぞれの測定値との比を計算して、欄３７に記載された係数ｋを計算する（Ｓ１ｇ）。好適な実施例では、平均値Ａｖｅは、複数の角度毎の膜の厚さの全ての測定値の相加平均であることができる。平均値としては、これに限定されること無く、一群の測定値の最大値と最小値の相加平均であることができる。
さらには、近似関数を用いて一群の測定値から近似曲線を求めることで、係数ｋを角度（軸Ａｘの回りの角度）の関数として処理することもできる。近似関数としては、例えば、サインカーブといった三角関数を示すことができる。
この方法の一例によれば、初めの工程で、膜２１の表面上の所定の点を通る軸Ａｘの回りの複数の角度毎に所定の傾斜角、例えば７０度で入射光２５を照射して膜２１の厚さを偏光解析法を用いて測定すると共に、軸Ａｘの回りの角度が独立変数である関数式Ｆ（ＴＨＥＴＡ）を複数の角度それぞれにおける膜２１の厚さ若しくは膜２１の光学的な特性値の測定値を用いて求めることが好適である。続く工程で、所定の傾斜角で入射光を照射して偏光解析法を用いて測定された膜厚若しくは膜の光学的な特性値の測定値を関数式Ｆ（ＴＨＥＴＡ）を用いて修正して膜２１の厚さ若しくは膜２１の光学的な特性値を得ることができる。膜の表面の光学的な異方性は、関数式Ｆ（ＴＨＥＴＡ）を用いて表される。
【００３５】
欄３７内の係数ｋ０、ｋ１は、それぞれ、欄３５の膜２１の厚さの測定値の平均値Ａｖｅ（セル３５ａ）と測定値（例えば、セル３５ｂ、３５ｃ）との比であり、例えば、角度０度のための係数ｋ０は、０．９４０／０．９７３＝１．０４であり、角度４５度のための係数ｋ１は、０．９８０／０．９７３＝０．９９である。角度９０度、１３５度、１８０度、２１５ど、２７０度、３１５度、３６０度のための係数ｋ２〜ｋ８も同様に求めることができる。
【００３６】
図４に示された欄３９は、それぞれの角度における２回目の測定値を示している。これらの測定値のそれぞれを対応する係数を用いて修正して、欄４１に記載された修正値Kｙを得る。この修正は、本実施例では、２回目の測定値のそれぞれに対応する係数ｋ０〜ｋ８を掛けることよって行われる。例えば、角度０度における測定値０．９２ナノメートル（セル３９ａ）に係数ｋ０＝１．０４を掛けると、修正値０．９５３（セル４１ａ）が得られる。この修正を順次、欄３９に記載された一群の測定値に行うことによって、欄４１に記載された修正値の群が得られる。欄３９に記載された一群の測定値の標準偏差（セル４３）は０．０４４であり、平均値（セル４５）は０．９７７ナノメートルである。一群の修正値の標準偏差（セル４７）は０．０１８であり、平均値（セル４９）は０．９７７ナノメートルである。両標準偏差の値を比較すると、異方性の影響が低減されていることが分かる。
この実施例では、膜厚を測定することについて説明しているけれども、膜厚の計算の過程において算出される光学的特性値、例えばΔ（デルタ）値を求めることに本方法を用いることもできる。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態の膜の厚さ若しくは膜の光学的な特性値を光学的に測定する方法によれば、基板の表面の光学的な異方性によって生じる測定値の偏差を小さくできる。
【００３８】
（第２の実施の形態）
引き続いて、本発明に係る別の実施の形態を説明する。図５は、光学的な異方性を示す表面を有する基板上に存在する膜の厚さ若しくは膜の光学的な特性値を光学的に測定する手順を表すフローチャートである。図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、光学的な異方性を示す表面を有する下地膜上に形成された膜の厚さを光学的に測定する方法を示す図面である。
【００３９】
工程Ｓ３では、膜２１の表面上の所定の位置を通る軸Ａｘの回りの複数の角度（０、ＴＨＥＴＡ１、ＴＨＥＴＡ２等）毎に前記所定の位置における光学的な異方性を示す複数の係数ｋ０〜ｋ８を求める。
【００４０】
図５および図６（Ａ）を参照すると、工程Ｓ４では、入射線２７および出射線２９が別の位置Ｐ１において交差するように、ステージ１３を移動する。所定の傾斜角で入射光２５を照射して膜２１の表面２１ａ上の位置Ｐ１における膜２１の厚さの測定値を複数の角度のうちの少なくとも一の角度において楕円偏光解析法といった偏光解析法を用いて得る。
【００４１】
工程Ｓ５では、複数の係数ｋ０〜ｋ８のうちの対応する係数を用いて測定値を修正して位置Ｐ１の膜厚を決定する。必要な場合には、引き続いて、ステージ１３を回転して、対応した別の角度において位置Ｐ１において膜厚を測定して、該測定値を対応した係数ｋ０〜ｋ８を用いて修正するようにしてもよく、各角度の測定値および／または修正値の平均値を算出することができる。あるいは、同じ角度において複数回の測定を行うようにしてもよい。
【００４２】
図５および図６（Ｂ）を参照すると、工程Ｓ６では、入射線２７および出射線２９が別の位置Ｐ２において交差するように、ステージ１３を移動する。所定の傾斜角で入射光２５を照射して膜２１の表面２１ａ上の位置Ｐ２における膜２１の厚さの測定値を複数の角度のうちの少なくとも一の角度において楕円偏光解析法を用いて得る。
【００４３】
工程Ｓ７では、係数ｋ０〜ｋ８のうちの対応する係数を用いて測定値を修正して位置Ｐ１の膜厚を決定する。
【００４４】
必要な場合には、引き続いて、図６（Ｂ）に示された位置Ｐ３〜Ｐ９において、膜厚の測定および測定値の修正を繰り返すことができる（工程Ｓ８）。これらの工程の後に、膜２１上の位置Ｐ１〜Ｐ９における測定値および修正値が得られる（工程Ｓ９）。これらの値は、膜２１の厚さの面２１ａにおける分布を示している。図７は、係数、測定値および修正値を含むテーブルを示す図面である。テーブル５１は、一群の角度５１ａ、一群の係数５１ｂ、位置Ｐ１〜Ｐ９の各々のおける測定値５１ｃ、５１ｄ、５１ｅの群、各群に対応する修正値の群５１ｆ、５１ｇ、５１ｈが得られる。
【００４５】
この方法によれば、楕円偏光解析法を用いて決定された係数係数ｋ０〜ｋ８を用いて膜２１上のいくつのかの位置Ｐ１〜Ｐ９における膜厚の測定値を修正しているので、光学的な異方性が低減された膜２１の膜厚の面内分布を得ることができる。
この実施例では、膜厚を測定することについて説明しているけれども、膜厚の計算の過程において算出される光学的特性値、例えばΔ（デルタ）値を求めることに本方法を用いることもできる。
また、近似関数を用いて一群の測定値から近似曲線を求めることで、係数ｋを角度（軸Ａｘの回りの角度）の関数として処理することもできる。近似関数としては、例えば、サインカーブといった三角関数を示すことができる。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態の膜の厚さ若しくは膜の光学的な特性値を光学的に測定する方法によれば、基板の表面の光学的な異方性によって生じる測定値の偏差を小さくできる。
【００４７】
（第３の実施の形態）
引き続いて、本発明に係る更なる別の実施の形態を説明する。図８（Ａ）は、光学的な異方性を有する膜の厚さを楕円偏光解析法といった偏光解析法を用いて測定する手順を表すフローチャートである。好適な実施例では、この方法は、ｒ−Θ駆動のステージを有する光学的表面解析装置（例えば、図２（A）に示された装置１０）を使用して行うことができる。図９は、記憶手段の構造を示す図面である。
【００４８】
図８（Ａ）を参照すると、工程Ｓ１１では、膜２１の表面２１ａ上の所定の点を通る軸の回りのｎ個の角度（Θ０、Θ１、Θ２、・・・Θｎ）それぞれに対応しており異方性を示す複数の係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ）を準備する。これらの係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ）は、例えば、第１の実施の形態において説明した手順によって得ることができる。
【００４９】
工程Ｓ１２では、図９に示されるような第１の記憶手段６１に係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ）を格納する。第１の記憶手段６１は、例えば、係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ）を格納する記憶要素６３ａ〜６３ｉの群６３を含んでおり、またこれらの係数に対応する角度を格納する記憶要素６５ａ〜６５ｉの群６５を含むことができる。
【００５０】
工程Ｓ１３では、膜２１の表面２１ａ上の所定の位置においてｎ個の角度（Θ０、Θ１、Θ２、・・・Θｎ）のそれぞれにおいて膜２１の厚さを測定する。また、ｎ個の測定値（Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｎ）およびｎ個の係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ）を用いて該位置における膜厚の平均値を決定する。
【００５１】
この方法によれば、膜厚の測定値（Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｎ）およびｎ個の係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ）を用いて該位置における膜厚の平均値を求めることができ、この平均値では、光学的な異方性が低減されている。
【００５２】
本実施の形態は、工程Ｓ１４を更に含むことができる。工程Ｓ１４では、ｒ−Θ駆動のステージを移動すると共に工程（Ｓ１３）を所望の回数だけ繰り返す。この繰り返しによって、膜厚の面内分布を求めることができる。
【００５３】
この方法によれば、楕円偏光解析法を用いて決定された係数を用いて膜厚の測定値を修正しているので、光学的な異方性が低減された膜の膜厚の面内分布を得ることができる。
【００５４】
図８（Ｂ）は、工程Ｓ１３の一実施例を示すフローチャートである。この実施例では、工程Ｓ１３は、工程Ｓ１３ａおよび工程Ｓ１３ｂを有することができる。工程Ｓ１３ａでは、膜２１の表面２１ａ上の位置においてｎ個の角度（Θ０、Θ１、Θ２、・・・Θｎ）のそれぞれにおいて膜の厚さを測定して、該測定値（Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｎ）を第２の記憶手段６７に格納する。工程１３ｂでは、第１の記憶手段６１内のｎ個の係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ）および第２の記憶手段６７内のｎ個の測定値（Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｎ）を用いて該位置における膜厚の平均値Ａｖｅを決定する。また、標準偏差Ｓｉｇｍａを決定する。この方法によれば、測定の工程と修正の工程とを互いに分けることができる。
【００５５】
工程１３ｂでは、例えば、図８（Ｃ）に示されるように、工程Ｓ１３ｃにおいて、まず、第１の記憶手段６１内の係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ）および第２の記憶手段６７内の測定値（Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｎ）を用いて修正値（Ｋｙ０、Ｋｙ１、Ｋｙ２、・・・Ｋｙｎ）を求める。修正値（Ｋｙ０、Ｋｙ１、Ｋｙ２、・・・Ｋｙｎ）は、第３の記憶手段６９に格納される。次いで、工程１３ｄでは、第３の記憶手段６９内の修正値（Ｋｙ０、Ｋｙ１、Ｋｙ２、・・・Ｋｙｎ）の平均値Ａｖｅを算出する。また、本実施例においては、必要ならば、標準偏差Ｓｉｇｍａを算出することができる。
【００５６】
図８（Ｄ）は、工程Ｓ１３の別の実施例を示すフローチャートである。工程Ｓ１３ｅでは、膜２１の表面２１ａ上の所定の位置においてｎ個の角度（Θ０、Θ１、Θ２、・・・Θｎ）の内の一つの角度（Θｉ）において膜２１の厚さを測定する。工程１３ｆでは、第１の記憶手段６５内の角度（Θｉ）に対応する係数（ｋｉ）を用いて厚さの測定値（Ｍｉ）を修正して該修正値（Ｋｙｉ）を第３の記憶手段６９に格納する。この方法によれば、測定毎に修正値を得ることができる。工程１３ｇでは、工程Ｓ１３ｅおよび工程Ｓ１３ｆを繰り返す。得られた修正値は、第３の記憶手段６９に格納される。工程１３ｈでは、格納された修正値（Ｋｙ０、Ｋｙ１、Ｋｙ２、・・・Ｋｙｎ）の平均値Ａｖｅを決定する。また、標準偏差Ｓｉｇｍａを決定する。
この実施例では、膜厚を測定することについて説明しているけれども、膜厚の計算の過程において算出される光学的特性値、例えばΔ（デルタ）値を求めることに本方法を用いることもできる。
また、近似関数を用いて一群の測定値から近似曲線を求めることで、係数ｋを角度（軸Ａｘの回りの角度）の関数として処理することもできる。近似関数としては、例えば、サインカーブといった三角関数を示すことができる。
【００５７】
以上説明したように、本実施の形態に係る膜の厚さを光学的に測定する方法によれば、基板の表面の光学的な異方性によって生じる測定値の偏差を小さくできる。
【００５８】
（第４の実施の形態）
図１０は、楕円偏光解析法といった偏光解析法を用いて光学的に膜厚を測定するエリプソメータといった光学的表面解析装置を示す。好適な実施例では、光学的表面解析装置は、エリプソメータ７１である。引き続いて、エリプソメータ７１を説明する。エリプソメータ７１は、ステージ７３と、光源７５と、受光部７７と、第１の記憶手段７９と、厚さ算出手段８１とを備える。光源７５は、例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、偏光子およびλ／４波長板を含むことができる。受光部７７は、検光子および光検知器を含むことができる。ステージ７３は、ステージを所定の軸の回りで回転すると共に半径方向に一方向に移動するためのｒ−Θ駆動機構を有しており、また基板１５といった対象物を搭載するための用いられる。光源７５は、膜２１の厚さを測定するための光ＬＩＮをステージに向けて照射できるように位置決めされている。受光部７７は、基板１５によって反射された光ＬＯＵＴを受けるように位置決めされている。受光部７７からの電気信号を用いて、対象物上の膜の厚さを求める。第１の記憶手段７９は、ｎ個の角度（Θ０、Θ１、Θ２、・・・Θｎ）における異方性を示す複数の係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ）を格納するために用いられ、図９に示されるように複数の記憶要素を含むことができる。厚さ算出手段８１は、ステージ７３、光源７５および受光部７７を用いて、角度（Θ０、Θ１、Θ２、・・・Θｎ）の少なくとも一の角度（Θ０、Θ１、Θ２、・・・Θｍ）で測定された膜厚の測定値（Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｍ）および係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ）のうちの対応する係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｍ、ｎ≧ｍ＞０、ｎおよびｍは自然数である）を用いて該位置における厚さを算出する。
【００５９】
このエリプソメータ８１によれば、楕円偏光解析法を用いて決定された係数（ｋｉ、ｉ＝０〜ｎ）を用いて膜２１の厚さの測定値（Ｍｉ、ｉ＝０〜ｎ）を修正できるので、光学的な異方性が低減された膜厚を得ることができる。
【００６０】
このエリプソメータ８１は、係数算出手段８３を更に含むことができる。係数算出手段８３は、複数の角度（Θ０、Θ１、Θ２、・・・Θｎ）のそれぞれにおいて膜厚の測定値を得て、該測定値を用いて角度（Θ０、Θ１、Θ２、・・・Θｎ）毎に複数の係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ）を算出する。好適な実施例では、複数の係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ）は、それぞれ、該膜厚の平均値と測定値との比である。エリプソメータ７１において、光学的な異方性を修正するため係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ）を求めることができる。
【００６１】
図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は厚さ算出手段の変形例を示す図面である。
【００６２】
図１１（Ａ）を参照すると、厚さ算出手段８１ａは、第２の記憶手段８５と、修正手段８７と、第３の記憶手段８９と、平均値算出手段９１とを含むことができる。第２の記憶手段８５は、ｎ個の角度（Θ０、Θ１、Θ２、・・・Θｎ）のうちのｍ個の角度（Θ０、Θ１、Θ２、・・・Θｍ）で測定された膜２１の厚さの測定値（Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｍ）を格納する。修正手段８７は、第１の記憶手段７９内の係数（ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｍ）を用いて第２の記憶手段８５内の該測定値（Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｍ）を修正する。必要な場合には、修正された測定値（Ｋｙ０、Ｋｙ１、Ｋｙ２、・・・Ｋｙｍ）を第３の記憶手段８９に格納する。平均値算出手段９１は、修正された測定値（Ｋｙ０、Ｋｙ１、Ｋｙ２、・・・Ｋｙｍ）を用いて該位置における膜厚の平均値を算出する。
【００６３】
図１１（Ｂ）を参照すると、算出手段８１ｂは、修正手段９３を含むことができる。修正手段９３は、ｎ個の角度（Θ０、Θ１、Θ２、・・・Θｎ）の内の一の角度（Θｉ）において測定された膜２１の厚さの測定値（Ｍｉ）を第１の記憶手段７９内の係数（角度（Θｉ）に対応する係数ｋｉ）を用いて修正する。また、算出手段８１ｂは、第３の記憶手段９５を含むことができる。第３の記憶手段９５は、該修正値（Ｋｙｉ）を格納する。さらに、修正手段９３は、順次に角度を変更して測定された膜２１の厚さの測定値（Ｍｉ）を第１の記憶手段７９内の対応する係数（ｋｉ）を用いて修正することができる。厚さ算出手段８１ｂは、平均値算出手段９７を更に含むことができる。平均値算出手段９７は、上記のようにして得られた修正値（Ｋｙ０、Ｋｙ１、Ｋｙ２、・・・Ｋｙｍ）の平均値を計算する。
【００６４】
エリプソメータ７１に含まれる上記の手段は、例えば、マイクロコンピュータ、メモリおよびソフトウエアによって実現される。
この実施例では、膜厚を測定することについて説明しているけれども、膜厚の計算の過程において算出される光学的特性値、例えばΔ（デルタ）値を求めることに本装置を用いることもできる。例えば、厚さ算出手段に関しては、膜の光学的な特性値を膜厚に読み替えること或いは膜の光学的な特性値を追加することができ、他の手段についても同様に変更することができる。
また、近似関数を用いて一群の測定値から近似曲線を求める手段を用いることで、係数ｋを角度（軸Ａｘの回りの角度）の関数として処理することもできる。近似関数としては、例えば、サインカーブといった三角関数を示すことができる。
この方法の一例によれば、装置７１は、膜２１の表面上の所定の点を通る軸Ａｘの回りの複数の角度毎に所定の傾斜角、例えば７０度で入射光２５を照射して膜２１の厚さを偏光解析法を用いて測定すると共に、軸Ａｘの回りの角度が独立変数である関数式Ｆ（ＴＨＥＴＡ）を複数の角度それぞれにおける膜２１の厚さ若しくは膜２１の光学的な特性値の測定値を用いて求める手段を含むことが好適である。また、装置７１は、所定の傾斜角で入射光を照射して偏光解析法を用いて測定された膜厚若しくは膜の光学的な特性値の測定値を関数式Ｆ（ＴＨＥＴＡ）を用いて修正して膜２１の厚さ若しくは膜２１の光学的な特性値を得るための手段を含むことができる。
【００６５】
以上説明したように、本実施の形態に係るエリプソメータによれば、基板の材料の光学的な異方性によって生じる測定値の偏差を小さくできる。
【００６６】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。例えば、膜上のそれぞれの測定点毎に係数を求め、これらの係数を用いて膜厚の測定値を修正するようにしてもよい。さらに、膜厚の計算途中に算出される光学特性値、例えばΔ（デルタ）値にも本発明を提供することができる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、光学的な異方性を示す基板上に形成された膜の厚さを光学的に測定するためのフローチャートである。
【図２】図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、光学的な異方性を示す表面を有する基板上に形成された膜の厚さ若しくは光学的な特性値を光学的に測定する方法を示す図面である。
【図３】図３は、膜厚の測定値および角度を示すグラフである。
【図４】図４は、膜厚の測定値および係数を角度毎に示す図面である。
【図５】図５は、光学的な異方性を示す表面を有する基板上に形成された膜の厚さを光学的に測定する手順を表すフローチャートである。
【図６】図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、光学的な異方性を示す表面を有する基板上に形成された膜の厚さ若しくは光学的な特性値を光学的に測定する方法を示す図面である。
【図７】図７は、係数、測定値および修正値を含むテーブルを示す図面である。
【図８】図８（Ａ）は、楕円偏光解析法を用いて膜の厚さを光学的に測定する手順を示すフローチャートである。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示された工程Ｓ１３の一実施例を示すフローチャートである。図８（Ｃ）は、図８（Ｂ）に示された工程Ｓ１３ｂを示すフローチャートである。図８（Ｄ）は、図８（Ａ）に示された工程Ｓ１３の別の実施例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、記憶手段の構造を示す図面である。
【図１０】図１０は、楕円偏光解析法を用いて光学的に膜厚を測定するための光学的表面解析装置を示す。
【図１１】図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は算出手段の変形例を示す図面である。
【符号の説明】
【００６８】
Θ０、Θ１、Θ２、・・・Θｎ…角度、Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｎ…膜厚の測定値、ｋ０、ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎ…係数、Ｋｙ０、Ｋｙ１、Ｋｙ２、・・・Ｋｙｎ…修正値、１０…光学的表面解析装置、１３…ステージ、１５…基板、１７…支持基体、１９…光学的な異方性を示す膜、２１…測定対象の膜、２３…光源、ＴＨＥＴＡ１、ＴＨＥＴＡ２、ＴＨＥＴＡ３…角度、２５…入射光、２７…入射線、２９…反射光、３１…出射線、３３…受光部、Ａｖｅ…平均値、Ｓｉｇｍａ…標準偏差、Ｐ１〜Ｐ９…測定位置、６１…第１の記憶手段、６３ａ〜６３ｉ…記憶要素、６３…記憶要素群、６５ａ〜６５ｉ…記憶要素、６５…記憶要素群、６７…第２の記憶手段、６９…第３の記憶手段、７１…エリプソメータ、７３…ステージ、７５…光源、７７…受光部、７９…第１の記憶手段、８１…厚さ算出手段、８３…係数算出手段、８１ａ…厚さ算出手段、８５…第２の記憶手段、８７…修正手段、８９…第３の記憶手段、９１…平均値算出手段、８１ｂ…厚さ算出手段、９３…修正手段、９５…第３の記憶手段、９７…平均値算出手段  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005164439.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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