(57)【要約】【課題】  基材表面に膜形成された測定対象膜を、スパッタを用いた深さ方向分析法で分析する際に、測定対象膜上に汚染物質が不均一な厚みで付着していても、汚染物質を測定前に除去することなく、測定対象膜の厚みを測定することが出来るようにすること。【解決手段】  基材表面に膜形成された測定対象膜の厚みをスパッタを用いた深さ方向分析法によって測定する際に、実測チャートから測定対象膜上に汚染物質が積層していると判断した場合には（Ｓ１０３，Ｓ１０４）、その汚染物質の厚みの度数分布と深さ方向分布を入力し（Ｓ１０５，Ｓ１０６）、その入力データを基に特定の計算式（４）を用いてプロファイルする（Ｓ１０７、Ｓ１０９）ことで、膜形成された測定対象膜の厚みを測定する。【選択図】  図７
2005214947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材表面に膜形成された測定対象膜の厚みをスパッタを用いた深さ方向分析法によって測定する方法において、
（ａ）前記測定対象膜の深さ方向分布を、測定装置によってスパッタを用いた深さ方向分析法により測定する第１の工程と、
（ｂ）前記第１の工程で得られた前記測定対象膜を構成する元素の深さ方向に対するプロファイルＩｅｘｐ（ｚ）から該測定対象膜上に汚染物質が積層しているか否かを判定手段により判定する第２の工程と、
（ｃ）前記第２の工程で前記測定対象膜上に汚染物質が積層していると判定した場合には、前記プロファイルにおいて、該汚染物質の膜厚ｄＢの予想の度数分布Ｎ（ｄＢ）と、さらに、前記測定対象膜の膜厚の任意の予想値ｄＡを入力手段から入力する第３の工程と、
（ｄ）前記第３の工程で入力した前記ｄＡ、Ｎ（ｄＢ）の情報を基に、演算手段により、下記の計算式（２）、計算式（３）を用いて、汚染物質の膜厚の厚みｄＢにおける深さ方向のプロファイルＩｄＢ（ｚ）を算出する第４の工程と、
（ｅ）前記第４の工程で算出した前記ＩｄＢ（ｚ）と、前記第３の工程で入力した前記Ｎ（ｄＢ）とを基に、前記演算手段により、下記の計算式（４）を用いて、合成チャートＩ（ｚ）を算出する第５の工程と、
（ｆ）前記第５の工程で得られた前記合成チャートＩ（ｚ）のプロファイルを実測チャートプロファイルである前記Ｉｅｘｐ（ｚ）のプロファイルを比較する第６の工程と、
（ｇ）前記第６の工程において前記Ｉ（ｚ）と前記Ｉｅｘｐ（ｚ）のプロファイルが不一致の場合は、前記Ｎ（ｄＢ）と前記ｄＡの値を設定しなおして、前記第３の工程に戻る第７の工程と、
（ｈ）前記第６の工程において前記Ｉ（ｚ）と前記Ｉｅｘｐ（ｚ）のプロファイルが一致する場合は、前記第３の工程で最新に設定した前記ｄＡの値を前記測定対象膜の膜厚の測定値と決定する第８の工程と
を有することを特徴とする測定対象膜の膜厚の測定方法。
計算式（２）
【数１】
2005214947.tif 000010
ｚ≦ｄＢ
計算式（３）
【数２】
2005214947.tif 000011
ｄＢ＜ｚ≦ｄＡ＋ｄＢ
計算式（４）
【数３】
2005214947.tif 000012
【請求項２】
前記深さ方向分析法がオージェ電子分光法（ＡＥＳ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）の何れか一つであることを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
前記度数分布Ｎ（ｄＢ）は、前記汚染物質の厚みがポアソン分布及びまたは正規分布またはこれらの分布の２つ以上の和で表わされる分布で表わされると想定して設定されることを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項４】
基材表面に膜形成された測定対象膜の厚みをスパッタを用いた深さ方向分析法によって測定するシステムにおいて、
（ａ）前記測定対象膜の深さ方向分布をスパッタを用いた深さ方向分析法により測定する測定手段と、
（ｂ）前記測定手段により得られた前記測定対象膜を構成する元素の深さ方向に対するプロファイルＩｅｘｐ（ｚ）から該測定対象膜上に汚染物質が積層しているか否かを判定する判定手段と、
（ｃ）前記判定手段において前記測定対象膜上に汚染物質が積層していると判定した場合には、前記プロファイルにおいて、該汚染物質の膜厚ｄＢの予想の度数分布Ｎ（ｄＢ）と、さらに、前記測定対象膜の膜厚の任意の予想値ｄＡを入力する入力手段と、
（ｄ）前記入力手段から入力した前記ｄＡ、Ｎ（ｄＢ）の情報を基に、下記の計算式
（２）、計算式（３）を用いて、汚染物質の膜厚の厚みｄＢにおける深さ方向のプロファイルＩｄＢ（ｚ）を算出する第１の演算手段と、
（ｅ）前記第１の演算手段で算出した前記ＩｄＢ（ｚ）と、前記入力手段から入力した前記Ｎ（ｄＢ）とを基に、下記の計算式（４）を用いて、合成チャートＩ（ｚ）を算出する第２の演算手段と、
（ｆ）前記合成チャートＩ（ｚ）のプロファイルを実測チャートプロファイルである前記Ｉｅｘｐ（ｚ）のプロファイルを比較する比較手段と、
（ｇ）前記比較手段の比較により前記Ｉ（ｚ）と前記Ｉｅｘｐ（ｚ）のプロファイルが不一致の場合は、前記Ｎ（ｄＢ）と前記ｄＡの値を設定しなおして、前記入力手段の入力の処理に戻る設定値変更手段と、
（ｈ）前記比較手段の比較により前記Ｉ（ｚ）と前記Ｉｅｘｐ（ｚ）のプロファイルが一致する場合は、前記入力手段で最新に設定した前記ｄＡの値を前記測定対象膜の膜厚の測定値と決定する決定手段と
を有することを特徴とする測定対象膜の膜厚の測定システム。
計算式（２）
【数４】
2005214947.tif 000013
ｚ≦ｄＢ
計算式（３）
【数５】
2005214947.tif 000014
ｄＢ＜ｚ≦ｄＡ＋ｄＢ
計算式（４）
【数６】
2005214947.tif 000015
【請求項５】
基材表面に膜形成された測定対象膜の深さ方向分布をスパッタを用いた深さ方向分析法によって測定された測定結果を基に該測定対象膜の厚みを測定する機能をコンピュータに実現するためのプログラムであって、
（ａ）前記測定対象膜の深さ方向分布を、測定装置によってスパッタを用いた深さ方向分析法により測定して得られた前記測定対象膜を構成する元素の深さ方向に対するプロファイルＩｅｘｐ（ｚ）を記憶手段に記憶する第１の工程と、
（ｂ）前記プロファイルＩｅｘｐ（ｚ）を表示手段に表示する第２の工程と、
（ｃ）前記測定対象膜上に汚染物質が積層している場合に、前記プロファイルにおいて該汚染物質の膜厚ｄＢの予想の度数分布Ｎ（ｄＢ）と、さらに、前記測定対象膜の膜厚の任意の予想値ｄＡを入力手段から入力する第３の工程と、
（ｄ）前記第３の工程で入力した前記ｄＡ、Ｎ（ｄＢ）の情報を基に、演算手段により、下記の計算式（２）、計算式（３）を用いて、汚染物質の膜厚の厚みｄＢにおける深さ方向のプロファイルＩｄＢ（ｚ）を算出する第４の工程と、
（ｅ）前記第４の工程で算出した前記ＩｄＢ（ｚ）と、前記第３の工程で入力した前記Ｎ（ｄＢ）とを基に、前記演算手段により、下記の計算式（４）を用いて、合成チャートＩ（ｚ）を算出する第５の工程と、
（ｆ）前記第５の工程で得られた前記合成チャートＩ（ｚ）のプロファイルを実測チャートプロファイルである前記Ｉｅｘｐ（ｚ）のプロファイルを比較する第６の工程と、
（ｇ）前記第６の工程での比較により前記Ｉ（ｚ）と前記Ｉｅｘｐ（ｚ）のプロファイルが不一致の場合は、前記第３の工程の入力の処理に戻り、前記Ｎ（ｄＢ）と前記ｄＡの値を設定しなおして前記入力手段から入力するように指示する表示を前記表示手段により行なう第７の工程と
（ｈ）前記第６の工程での比較により前記Ｉ（ｚ）と前記Ｉｅｘｐ（ｚ）のプロファイルが一致する場合は、前記第３の工程で最新に設定した前記ｄＡの値を前記測定対象膜の膜厚の測定値として前記表示手段により表示する第８の工程と
により、測定対象膜の膜厚を測定する機能をコンピュータに実現するためのプログラム。
計算式（２）
【数７】
2005214947.tif 000016
ｚ≦ｄＢ
計算式（３）
【数８】
2005214947.tif 000017
ｄＢ＜ｚ≦ｄＡ＋ｄＢ
計算式（４）
【数９】
2005214947.tif 000018
【請求項６】
基材表面に膜形成された測定対象膜の深さ方向分布をスパッタを用いた深さ方向分析法によって測定された測定結果を基に該測定対象膜の厚みを測定する機能をコンピュータに実現するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
（ａ）前記測定対象膜の深さ方向分布を、測定装置によってスパッタを用いた深さ方向分析法により測定して得られた前記測定対象膜を構成する元素の深さ方向に対するプロファイルＩｅｘｐ（ｚ）を記憶手段に記憶する第１の工程と、
（ｂ）前記プロファイルＩｅｘｐ（ｚ）を表示手段に表示する第２の工程と、
（ｃ）前記測定対象膜上に汚染物質が積層している場合に、前記プロファイルにおいて該汚染物質の膜厚ｄＢの予想の度数分布Ｎ（ｄＢ）と、さらに、前記測定対象膜の膜厚の任意の予想値ｄＡを入力手段から入力する第３の工程と、
（ｄ）前記第３の工程で入力した前記ｄＡ、Ｎ（ｄＢ）の情報を基に、演算手段により、下記の計算式（２）、計算式（３）を用いて、汚染物質の膜厚の厚みｄＢにおける深さ方向のプロファイルＩｄＢ（ｚ）を算出する第４の工程と、
（ｅ）前記第４の工程で算出した前記ＩｄＢ（ｚ）と、前記第３の工程で入力した前記Ｎ（ｄＢ）とを基に、前記演算手段により、下記の計算式（４）を用いて、合成チャートＩ（ｚ）を算出する第５の工程と、
（ｆ）前記第５の工程で得られた前記合成チャートＩ（ｚ）のプロファイルを実測チャートプロファイルである前記Ｉｅｘｐ（ｚ）のプロファイルを比較する第６の工程と、
（ｇ）前記第６の工程での比較により前記Ｉ（ｚ）と前記Ｉｅｘｐ（ｚ）のプロファイルが不一致の場合は、前記第３の工程の入力の処理に戻り、前記Ｎ（ｄＢ）と前記ｄＡの値を設定しなおして前記入力手段から入力するように指示する表示を前記表示手段により行なう第７の工程と
（ｈ）前記第６の工程での比較により前記Ｉ（ｚ）と前記Ｉｅｘｐ（ｚ）のプロファイルが一致する場合は、前記第３の工程で最新に設定した前記ｄＡの値を前記測定対象膜の膜厚の測定値として前記表示手段により表示する第８の工程と
により、測定対象膜の膜厚を測定する機能をコンピュータに実現するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
計算式（２）
【数１０】
2005214947.tif 000019
ｚ≦ｄＢ
計算式（３）
【数１１】
2005214947.tif 000020
ｄＢ＜ｚ≦ｄＡ＋ｄＢ
計算式（４）
【数１２】
2005214947.tif 000021
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタを利用した深さ方向分析法によって得られた深さ方向分布データから、固体の表面に存在する薄膜の厚みを測定する技術に関し、さらに詳しくは、その薄膜の厚みを測定する方法、その薄膜の厚みを測定するシステム、その薄膜厚み測定機能をコンピュータに実現させるためのプログラム、およびそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタを利用した深さ方向分析は、測定対象膜中に存在する元素の表面からの深さ方向の分布を知ることができるため、固体表面に薄膜が存在する試料の薄膜の厚みや組成を調べる目的でもよく利用されている。
【０００３】
例えばスパッタを利用した深さ方向分析法として、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）やＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）などでは、Ａｒイオンなどを用いてスパッタを行いながら、特定の元素の深さ方向分布の測定を行う方法が一般的に広く用いられている(特許文献１参照)。
【０００４】
これらの方法は、深さスケールが数十ｎｍ以上の場合は、ほぼ正確な分布を与える。例えば、表面にＡという元素から構成される薄膜Ａが、数十ｎｍ以上の厚みで形成されている場合、元素Ａの深さ方向分布は図１に示すような形状になるはずであるが、実際に測定して得られる深さ方向分布も図２に示すように多少歪むものの図１に似ている。従って、この場合は元素Ａの信号強度（検出されたオージェ電子や光電子の強度）Ｉが１／２になる深さを取ることによって、ほぼ正しい膜厚を測定することができる。
【０００５】
しかし、薄膜Ａの厚みが数十ｎｍ以下になると、分析の原理に伴うデータの歪みが無視できなくなるため、測定により得られる深さ方向分布は真の深さ方向分布とは異なるものとなる。
【０００６】
例えば、オージェ電子分光法やＸ線光電子分光法の場合、検出されるオージェ電子や光電子は、最表面から発生したものだけではなく、数ｎｍの深さで発生したものまで含まれる。そのため、スパッタによって逐次剥き出しになる最表面層だけでなく、そこからある程度の深さまでの濃度情報が混合した状態で得られることになる。
【０００７】
このため、本来元素Ａの真の深さ方向分布は図１に示した形状になるはずであるが、実際にこれらの深さ方向分析法の測定によって得られる深さ方向分布は図３のような形状になる。
【０００８】
従って、薄膜の膜厚が薄い場合は、測定によって得られた深さ方向分布から膜厚を求めることは困難となる。
【０００９】
これに対し、これらのデータを歪める影響を考慮して、測定によって得られる元素Ａの深さ方向分布Ｉを予測する計算式（１）が提案されている（非特許文献１参照）。
計算式（１）
【００１０】
【数１】
2005214947.tif 000003
【００１１】
この提案の膜厚予測方法は、薄膜（以下、薄膜Ａと表記）の膜厚ｄＡを求める場合は、計算式（１）を用いて予測したＩが、実測結果のそれと最も良い一致を示すように、膜厚ｄＡを逐次変化させてフィッティングさせながら、薄膜の膜厚ｄＡを求めようとするものである。
【００１２】
しかし、一般的に測定対象の薄膜の最表面には汚染物質が付着していることが多い。例えば、オージェ電子分光法や、Ｘ線光電子分光法で深さ方向分析を行うと、最表面にはほとんどの場合、真空チャンバ中で吸着する炭化水素由来の炭素のピークが観察される。
【００１３】
このため、測定によって得られる深さ方向分布は、図４に示したような形状になる。この場合、汚染物質を薄膜として取り扱い、薄膜Ｂと表し、この膜厚をｄＢとすると、薄膜Ｂがスパッタによりすべて取り去られる以前、すなわちスパッタ深さをｚとすると
ｚ≦ｄＢの間は、計算式（２）で、また薄膜Ｂが除去されて、さらに薄膜Ａがすべて除去されるまでの間、すなわちｄＢ＜ｚ≦ｄＡ＋ｄＢの間は計算式（３）のように表される。
計算式（２）
【００１４】
【数２】
2005214947.tif 000004
【００１５】
計算式（３）
【００１６】
【数３】
2005214947.tif 000005
【００１７】
従って、この場合は、これらの計算式（２）、（３）を用いて予測したＩが、実測結果のそれと最も良い一致を示すように、ｄＡとｄＢを逐次変化させてフィッティングさせながら薄膜Ａの膜厚ｄＡを求めようとするものである。
【００１８】
しかし、実際には、スパッタ現象自体、試料表面をイオン照射により破壊しながら掘り進んでいくため、試料表面に荒れを引き起こしたり、表面付近の原子を混合させたり（ミキシング）、また原子を奥深くに押し込んだり（ノックオン）するため、例えば、図４のように歪められた深さ方向分布を、図５に示すようにさらに歪めてしまうため、試料表面の荒れによる影響をガウシアンを用いて、ミキシングやノックオンの影響を指数関数で表し、これを計算式（３）にコンボリューション（畳み込み）するモデルが提唱されている（非特許文献２参照）。
【００１９】
しかしながら、これらの方法によっても、試料表面が清浄な場合や、汚染物質が均一な厚みで付着している場合は、予測結果と実測結果のよいフィッティング（適合）を与えるが、レジストのエッチング残渣など、汚染物質が試料表面に不均一な厚みで付着している場合には、予測結果と実測結果のよいフィッティング結果を与えられないという、解決すべき課題が生じている。
【００２０】
即ち、汚染物質が試料表面に不均一な厚みで付着している場合には、元素Ａの深さ方向分布の測定データから、薄膜Ａの厚みを求めることができなくなる。
【００２１】
この課題を回避する方法として、事前にこれらの異物をクリーニングする方法がある（特許文献２参照）。例えば、汚染物質が有機物であれば、事前にアセトンやヘキサンなどの溶媒で超音波洗浄することにより、異物が除去されることがある。しかし、全ての異物がこの方法で除去可能なわけではなく、レジスト残渣などはこの方法では除去できず、適用範囲は限られる。また、薄膜の材料によっては、このクリーニング自体の操作により試料が破損したり、表面が変化してしまう。例えば、有機物の上に形成された金属膜は、超音波洗浄時の衝撃によって剥離してしまう場合がある。さらには、試料に可溶性の有機物を含む素材が一部でも使用されている場合などは、このクリーニング自体によって別の汚染を引き起こすこともありうる。
【００２２】
【特許文献１】特開平１１−３２５８６５号公報
【特許文献２】特開平０７−１６７８０７号公報
【非特許文献１】D. Briggs and M. P. Seah, """Practical Surface Analysis", John Wiley & Sons（英国）, p153, 1996年4月
【非特許文献２】Siegfried Hofmann, """Ultimate Depth Resolution end Profile Reconstruction in Sputter Profiling with AES and SIMS", Surface and Interface Analysis(英国）, 第21巻, p.673-678, 1994年
【非特許文献３】C. Briggs and M. P. Seah, Practical Surface Analysis, (英国)、John Wiley & Sons, 1996年4月, p153
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、基材表面に膜形成された測定対象膜を、スパッタを用いた深さ方向分析法で分析する際に、測定対象膜上に汚染物質が不均一な厚みで付着していても、汚染物質を測定前に除去することなく、測定対象膜の厚みを測定できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、上記の基材上に積層された測定対象膜の膜（以下、測定対象膜と称する）の厚みを深さ方向分析方法によって測定する方法を提供するものであり、厚みの測定にはスパッタによる方法を用いる。本発明におけるスパッタとは、対象物にイオンを衝突させた際に対象物を構成する元素が飛び出してくる現象のことを言う。
【００２５】
スパッタによる深さ方向分析方法は、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）を用いるものである。ここで、本発明では、測定対象膜上に積層された物質、及び、その他、測定対象膜上に積層された測定対象膜を構成する測定対象膜の構成元素以外の元素を汚染物質と称する。表面分析では汚染物質は一般的に有機物や炭素を含む物質であることが多い。
【００２６】
前述したように、本発明の目的は、基材表面に膜形成された測定対象膜の厚みを、スパッタを用いて測定する際に、測定対象膜上に汚染物質が不均一な厚みで付着していても、汚染物質を測定前に除去することなく、測定対象膜の厚みを測定できるようにすることにある。
【００２７】
この目的を達成するため、請求項１に記載の本発明の方法は、基材表面に膜形成された測定対象膜の厚みをスパッタを用いた深さ方向分析法によって測定する方法において、
（ａ）前記測定対象膜の深さ方向分布を、測定手段によってスパッタを用いた深さ方向分析法により測定する第１の工程と、
（ｂ）前記第１の工程で得られた前記測定対象膜を構成する元素の深さ方向に対するプロファイルＩｅｘｐ（ｚ）から該測定対象膜上に汚染物質が積層しているか否かを判定手段により判定する第２の工程と、
（ｃ）前記第２の工程で前記測定対象膜上に汚染物質が積層していると判定した場合には、前記プロファイルにおいて、該汚染物質の膜厚ｄＢの予想の度数分布Ｎ（ｄＢ）と、さらに、前記測定対象膜の膜厚の任意の予想値ｄＡを入力手段から入力する第３の工程と、
（ｄ）前記第３の工程で入力した前記ｄＡ、Ｎ（ｄＢ）の情報を基に、演算手段により、下記の計算式（２）、計算式（３）を用いて、汚染物質の膜厚の厚みｄＢにおける深さ方向のプロファイルＩｄＢ（ｚ）を算出する第４の工程と、
（ｅ）前記第４の工程で算出した前記ＩｄＢ（ｚ）と、前記第３の工程で入力した前記Ｎ（ｄＢ）とを基に、前記演算手段により、下記の計算式（４）を用いて、合成チャートＩ（ｚ）を算出する第５の工程と、
（ｆ）前記第５の工程で得られた前記合成チャートＩ（ｚ）のプロファイルを実測チャートプロファイルである前記Ｉｅｘｐ（ｚ）のプロファイルを比較する第６の工程と、
（ｇ）前記第６の工程において前記Ｉ（ｚ）と前記Ｉｅｘｐ（ｚ）のプロファイルが不一致の場合は、前記Ｎ（ｄＢ）と前記ｄＡの値を設定しなおして、前記第３の工程に戻る第７の工程と、
（ｈ）前記第６の工程において前記Ｉ（ｚ）と前記Ｉｅｘｐ（ｚ）のプロファイルが一致する場合は、前記第３の工程で最新に設定した前記ｄＡの値を前記測定対象膜の膜厚の測定値と決定する第８の工程と
を有することを特徴とする。
【００２８】
計算式（２）
【００２９】
【数４】
2005214947.tif 000006
【００３０】
ｚ≦ｄＢ
【００３１】
計算式（３）
【００３２】
【数５】
2005214947.tif 000007
【００３３】
ｄＢ＜ｚ≦ｄＡ＋ｄＢ
【００３４】
計算式（４）
【００３５】
【数６】
2005214947.tif 000008
【００３６】
ここで、前記深さ方向分析法が、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）の何れか一つであることを特徴とすることができる。
また、前記度数分布Ｎ（ｄＢ）は、前記汚染物質の厚みがポアソン分布及びまたは正規分布またはこれらの分布の２つ以上の和で表わされる分布で表わされると想定して設定されることを特徴とすることができる。但し、本発明はこれに限定されず、他の分布でも実現可能である。
【００３７】
本発明のシステム、プログラム、プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体の構成は、上記本発明の方法と、カテゴリの相違以外は、発明としてほぼ同一内容なので、その説明は省略する。
【発明の効果】
【００３８】
本発明は、上記構成により、膜形成された測定対象膜上に汚染物質が付着している場合でも、膜形成された測定対象膜の厚さを求めることができる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
図６は本発明の一実施の形態における薄膜測定システムの全体の構成を模式的に示す。図６に示すように、システムバス５８を介して各構成要素が接続されている。
【００４０】
測定装置５１は基材表面に膜形成された測定対象膜の厚みを、スパッタを用いた深さ方向分析法によって測定する装置である。測定装置５１で用いるスパッタを用いた深さ方向分析法は、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）のいずれでも適用できる。
【００４１】
測定装置５１で測定されたデータは、通信網等のインターフェース（Ｉ／Ｆ）およびシステムバス５８を通じてハードディスク等の記憶部５６に転送され、格納される。
処理部５５はＣＰＵ等からなる汎用のコンピュータを利用でき、記憶部５６に格納された測定データ、キーボード等の入力部５４から入力されたデータ、およびＲＯＭ等の不揮発性メモリのような記録媒体５３に格納されたプログラムに含まれる前述の計算式（２）、（３）、および後述の計算式（４）を用いて、固体の表面に存在する薄膜の厚みを測定し、その測定結果をディスプレイ装置やプリンタ等の表示部５７に表示する。
【００４２】
本発明では、膜厚を測定できる測定対象膜は一般に固体状の化合物であればかまわず、その化合物を構成する元素の膜厚方向に対する存在割合によって膜厚を測定する。測定する元素としては、一例として、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＳｉＯ２，
Ｓｉ３Ｎ４といった化合物を構成するＺｎ、Ｏ、Ｓ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎ、Ｓｉ，Ｎといった元素があげられる。また、本発明で膜厚測定の対象たる測定対象膜が膜状で積層されている基材とは、測定される測定対象膜が積層されて膜が形成されるものであればかまわず、例えば、ＺｎＯを測定対象膜としたガラスの基材、ＳｉＯ２を測定対象膜としたＳｉの基材といったものがあげられる。また、本発明で、測定対象膜の膜厚を求めるために、深さ方向分析を測定する元素の種類としては、測定対象膜を構成する元素であって、かつ汚染物質および基材に含まれない元素であれば何でもよい。以降、これを元素Ａと呼ぶ。
【００４３】
次に、図７のフローチャートを用いて、本発明の一実施の形態における薄膜の測定方法について説明する。
【００４４】
先ず、基板上に膜形成された測定対象膜を測定装置５１の真空チャンバ（図示しない）内に配置する。測定装置５１は、その測定対象膜を構成する元素Ａの深さ方向分布のデータを、上記のＡＥＳ、ＸＰＳのいずれかの深さ方向分析法を用いて取得する。測定装置５１はスパッタしながら表面の元素分析を実施する（ステップＳ１０１）。
【００４５】
上記ステップＳ１０１で取得した測定対象膜を構成する元素Ａの深さ方向分布データを記憶部５６に格納する（ステップＳ１０２）。
【００４６】
処理部（コンピュータ）５５は、記憶部５６に格納された上記元素Ａの深さ方向分布データを読み出して、この深さ方向分布データに基づき深さ方向に対する存在元素Ａをプロファイルとしてチャート化（以下、実測チャートと称する）する（ステップＳ１０３）。
【００４７】
次に、処理部５５は上記実測チャートを表示部５７に表示し、その表示部５７の画面をモニターするユーザ自身が測定対象膜上の汚染物質の有無を判断する。即ち、元素Ａの信号強度が最大となる深さが最表面でないことをチャートによって判断した場合には、汚染物質が存在すると判断し、逆に、元素Ａの信号強度が最表面で最大となる場合には、汚染物質が存在しないと判断する（ステップＳ１０４）。なお、処理部５５が、上記実測チャートから、上記の判断基準に基づいて、測定対象膜上の汚染物質の有無を自動的に判断してもよい。この場合は、処理部５５によるこの判断結果は表示部５７に表示される。
【００４８】
上記ステップＳ１０４において、汚染物質が測定対象膜上に存在すると判断した場合には、測定対象膜を構成する元素Ａが検出される最大深さ、または元素Ａの強度がその最大強度の１/２となる深さのうち、深い方を測定対象膜の膜厚の初期値ｄＡとして入力部５４から処理部５５に入力し、さらに測定対象膜表面の分析領域内の汚染物質の膜厚ｄＢの度数分布がＮ（ｄＢ）であると想定して設定した汚染物質の膜厚の度数分布Ｎ（ｄＢ）のデータを入力部５４から処理部５５に入力する（ステップＳ１０５）。上記の初期値ｄＡと度数分布Ｎ（ｄＢ）は基本的に任意の予想値であるから、このように、データをユーザがマニュアルで入力することに代えて、処理部５５で実測チャートを基に上記の初期値ｄＡと汚染物質の膜厚ｄＢの度数分布Ｎ（ｄＢ）を設定するようにプログラムして自動化することは可能である。
【００４９】
次に、処理部５５は入力した上記の初期値ｄＡと汚染物質の膜厚ｄＢの度数分布
Ｎ（ｄＢ）を基に、前述の計算式（２）および計算式（３）を使用して、汚染物質の各膜厚の厚みｄＢにおける深さ方向分布ＩｄＢ（ｚ）を算出する（ステップＳ１０６）。また、このように処理部５５で算出する代わりに、深さ方向分布ＩｄＢ（ｚ）をユーザにより入力部５４から処理部５５に入力してもよい。
【００５０】
計算式（２）および計算式（３）で用いる脱出深さλＡ、Ａ、λＡ、Ｂは、一般的に用いられている方法で求める。実験的に求めることができる場合はその値を使用することができるし、またデータベースや多くの文献において報告されている値を用いても良い。実験的に求める場合は、例えば以下の手順で求めることができる。
【００５１】
すなわち、λＡ、Ａについては、まず実試料の測定対象膜と同じ組成の薄膜Ｌが最表面に形成された基材からなる試料Ｘを準備する。この場合の膜厚は、それ以上厚くしてもその膜の構成元素からのピークの信号強度が変化しない厚みであればよい。一般的には１００Å以上、好ましくは５００Å以上、さらに好ましくは１０００Å以上であればよい。この試料を実際の薄膜の厚みを評価する際に用いる手法と同じ手法で測定する。この際、検出する元素およびピークも、実際の薄膜の厚めを評価する際に用いる手法と同じ元素の同じピークを検出する。これによって得られた測定対象膜の構成元素の信号強度をＩｘとする。なお基材には、この元素が含まれないものを選ぶ。
【００５２】
一方、試料Ｘと同じで、薄膜Ｌの厚みが薄い試料Ｙを別途作成する。この場合の薄膜Ｌの膜厚は、それよりさらに厚くした場合にその膜の構成元素からのピークの信号強度が変化するような膜厚とする。一般的には数Å〜数十Åである。
試料Ｙについて試料Ｘと同じ条件で同じピークを検出し、その際に得られた信号強度をＩＹとする。
【００５３】
ここで、前述の計算式（１）にＩ０として上記で求めたＩＸを入力し、Ｉ（ｚ）として上記のＩＹを入力し、ｚ＝０とし、さらにｄＡに試料Ｙの膜の厚みを入力すれば、λＡ、Ａを求めることができる。なお、膜厚ｄＡについて不明な場合は、断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察や、Ｘ線反射率法などの一般的な手法によって事前に評価しておく。
【００５４】
次に、λＡ，Ｂについては、上記で作成した試料Ｘの上に、実試料の汚染物質と同じ物質Ｍを均一な厚みで形成した試料Ｚを作成する。この際、物質Ｍの厚みは、薄膜Ｌを構成する元素のピークが検出される厚みであればよい。一般的には数Å〜数十Åと考えられる。この際、検出する元素およびピークも、実際の薄膜の厚みを評価する際に用いる手法と同じ元素の同じピークを検出する。これによって得られた測定対象膜の構成元素の信号強度をＩｘ'とする。なお、基材には、この元素が含まれないものを選ぶ。ここで前述の計算式（２）のＩｄＢ（ｚ）にＩｘ'を、ｄＢに物質Ｍの厚みを、ｚに０を、Ｉ０に上記で求めたＩＸを代入し、かつｄＡ→∞すなわちexp(−ｄＡ/λＡ、Ａ)=0  とすれば、ｄＡ、Ｂを求めることができる。
【００５５】
一方、データベースを利用する場合は、例えば、ＮＩＳＴ（National Institute of 
Standards and Technology）などから公開されているＥＡＬ（有効減衰長さ）のデータベースなどからλを求める。測定装置の分光器の中心軸と試料表面に対する法線の成す角をφとすると、λはＥＡＬとｃｏｓφの積となる。ただし、用いる測定装置の分光器の種類によっては補正が必要となる。たとえば、ＣＭＡ（シリンドリカルミラーアナライザー）の場合は、上記のｃｏｓφの代わりに非特許文献３に記されているＣＭＡエスケープデプスファクタ（escape depth factor）を用いる。
【００５６】
なお、場合によっては汚染物質が不明な場合がある。この場合は、別途事前に汚染物質を適切な分析法を用いて特定する必要が生じる。例えばＡＥＳ(オージェ電子分光法)やＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法），ＴＯＦ−ＳＩＭＳ（飛行時間型二次イオン質量分析法），ＦＴ−ＩＲ（フーリェ変換赤外分光法）,Raman spectroscopy（ラマン散乱分光法）など、一般的な方法を用いて分析することにより、これらの特定を行なう。
【００５７】
汚染物質の完全な特定が難しい場合でも、元素組成が分かれば、その組成からＮＩＳＴのデータベースにおいてＥＡＬを求める際に必要な分子量や価電子数などのパラメータを求めることにより、おおよその値を求めることができる。バンドギャップについては、主要な化合物についてはフォトルミネッセンス法や、広域Ｘ線吸収微細構造法などにより求めることができる。また、論文や文献にデータがある場合は、その値を用いても良い。なお、元素Ａの測定対象膜におけるモル分率ＸＡが事前に不明な場合は、測定装置５１によって測定して得られたデータから定量を行なって求めても良い。
【００５８】
さらに、処理部５５は、上記の汚染物質の各膜厚の厚みｄＢにおける深さ方向分布ＩｄＢ（ｚ）、汚染物質の膜厚の度数分布Ｎ（ｄＢ）、および度数分布Ｎ（ｄＢ）の全度数ｋから、下記の計算式（４）の演算を行い、得られた結果Ｉ（ｚ）を記憶部５６に格納する（ステップＳ１０７）。
【００５９】
計算式（４）
【００６０】
【数７】
2005214947.tif 000009
【００６１】
この計算式（４）は、汚染物質の膜厚の厚みｄＢにおける深さ方向のプロファイルＩｄＢ（ｚ）をそれに対応する度数Ｎ（ｄＢ）で重み付けをして総計した後、全度数で割って、合成チャートＩ（ｚ）を得る計算式である。
【００６２】
次に、処理部５５は、記憶部５６から読み出した上記合成チャートのプロファイル
Ｉ（ｚ）と、記憶部５６から読み出した実測チャートのプロファイルＩｅｘｐ（ｚ）とを表示部５７に表示する（ステップＳ１０８）。
【００６３】
さらに、処理部５５は、合成チャートＩ（ｚ）と実測チャートＩｅｘｐ（ｚ）が一致するか否かを判断する（ステップＳ１０９）。このフィッティングの判断は、表示部５７をモニターするユーザが行なってもよい。
【００６４】
ステップＳ１０９において、一度のフィッティングで合成チャートＩ（ｚ）と実測チャートＩｅｘｐ（ｚ）が一致しない場合には、前述のステップＳ１０５に戻り、測定対象膜の膜厚ｄＡ、汚染物質の度数分布Ｎ（ｄＢ）を変化させて、入力部５４から処理部５５に入力することで再度フィッティングをする。この操作は何回繰り返してもかまわない。これら係数の変化、すなわち、設定値の変更も処理部５５で自動化することは可能である。
合成チャートＩ（ｚ）と実測チャートＩｅｘｐ（ｚ）が一致すれば、処理を終了する（ステップＳ１０９）。
【００６５】
このように、本発明のフィッティングは、ステップＳ１０７で得られたＩ（ｚ）を実測チャートのプロファイルＩｅｘｐ（ｚ）と比較することで実施し（Ｓ１０９）、フィッティングによりＩ（ｚ）とＩｅｘｐ（ｚ）が一致しなかった場合には、再度、測定対象膜の膜厚、及び汚染物質の膜厚ｄＢの度数分布を先記の条件で特定してステップＳ１０５〜Ｓ１０９の手順を繰り返し、合成チャートＩ（ｚ）が実測チャートＩｅｘｐ（ｚ）と一致するまで繰り返すことで、測定対象膜の厚みを測定するものである。
【００６６】
ステップＳ１０９で合成チャートＩ（ｚ）が実測チャートＩｅｘｐ（ｚ）とが一致したと判断したときには、ステップＳ１０５で最後に入力したｄＡ  を測定対象膜の薄膜の膜厚と決定する。
なお、本発明で用いる汚染物質の度数分布は、初期値にポアソン（Poisson）分布
Ｎ（ｄＢ）＝ｅｘｐ（−ｎ）×ｎｄＢ／ｄＢ ！ 、正規分布Ｎ（ｄＢ）＝ｅｘｐ（−（ｄＢ−ｍ）２／２σ２）、およびポアソン（Poisson）分布のｎが異なるもの同士や、正規分布のｍが異なるもの同士、あるいはこれらのいずれかを組み合わせた分布を用いることが可能である。
【００６７】
また、度数分布Ｎ（ｄＢ）は測定対象膜表面の分析領域を、例えば数ｋ個の小さな等しい大きさの領域に分解し、この分割して得られた各領域における膜厚を度数分布に表したものであるが、ｋの数は、ｋ個に分割された領域内で膜厚が一定になるまで分割されることが望ましい。ここでいう膜厚が一定とは、分割された領域内で膜厚の最大値と最小値との差が、試料を構成する原子１つ分の大きさ以下であることが好ましいが、この場合計算時間が長くなるため、要求する予測の精度と照らし合わせてこの差を少し大きめに見積もっても構わない。例えば、本発明者らの実施経験によれば、比較的汚染物質の厚みが厚い試料においては、分割された領域内の汚染物質の厚みの最大値と最小値の差が５Å程度であっても、良い予測結果が得られる。
【００６８】
本発明で測定可能な特定対象膜の厚みに上限は無いが、スパッタ時間がかかるため、一般的には数μｍ以下のレベルの膜厚のものが好ましい。
【００６９】
（他の実施の形態）
以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は、汚染物質が付着する前の測定対象膜が非常に平坦である場合、例えば、汚染物質の表面粗さ（ＲａＡ）と測定対象膜の表面粗さ（ＲａＢ）の比（ＲａＡ／ＲａＢ）が１／１、好ましくは１／２、より好ましくは
１／１０、特に好ましくは１／１００である場合には、ステップＳ１０５で入力する度数分布Ｎ（ｄＢ）を、原子間力顕微鏡などの高さの面内分布測定の可能な手段を用いて求めることができる。具体的には、深さ方向分析を行う場所と同一個所について事前に原子間力顕微鏡などで測定を行い、汚染物質の高さの面内分布を求め、この領域内を、膜厚が一定になるまで小さく分割し、分割後の膜厚に対する度数分布を用いてフィッティングすればよい。
【００７０】
原子間力顕微鏡の製造元としては、ＶＥＥＣＯ社、セイコーインスツルメンツ社などがあるが、いずれの製造元のものでも十分に汚染物質の膜厚の度数分布を測定することができる。
【００７１】
また、この度数分布Ｎ（ｄＢ）は、オージェ電子分光法によって求めることもできる。オージェ電子分光法によれば、汚染物質の膜厚が汚染物質を構成する元素Ａのオージェ電子の脱出深さ以下であれば、その膜厚の違いが強度の違いになって現れる。従って、深さ方向分析を実施する前に、あらかじめオージェ電子分光法で汚染物質を構成する元素Ａのマッピングを測定しておけば、各点のオージェ電子強度から前述の計算式（１）を用いて計算を行えば、各点の汚染物質の膜厚ｄＢと度数分布Ｎ（ｄＢ）を求めることができる。
【００７２】
また、本発明では、清浄な被検試料の入手や、汚染物質の膜厚を制御してコートすることが可能な場合は、前述の計算式（２）と計算式（３）で表されるＩdB(z)の代わりに、実測により求めた深さ方向分布を用いることもできる。この場合は、清浄な被検試料に汚染物質を一定の膜厚でコートした試料を、上記度数分布で現れる全膜厚に相当する分だけ用意し、これら全てについて深さ方向分布を測定する。しかし、度数分布の度数が多い場合は、汚染物質を一定の膜厚でコートした試料を数多く準備する必要があるため、代表的な膜厚のものを準備してこの深さ方向分布を測定し、これから前述の計算式（２）と計算式（３）のλＡ，Ａ、λＡ，Ｂなどのパラメータを求める方法を採用しても良い。
【００７３】
なお、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、１つの機器からなる装置に適用してもよい。
【００７４】
また、本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウエアのプログラム（本実施形態では、図７に示すフローチャートに対応したプログラム）を、システム或いは装置に直接或いは遠隔から供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータがその供給されたプログラムを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。その場合、プログラムの機能を有していれば、その実施形態は問わない。従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、そのコンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明のクレームでは、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。また、プログラムをコンピュータに供給するためのコンピュータにより読み取り可能な記録媒体としては、例えばフロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、などがある。その他、クライアントコンピュータのプラウザを用いてインターネットのホームページに接続し、このホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても、プログラムは供給できる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上説明したように、本発明によれば、汚染物質が試料表面に不均一な厚みで付着している場合においても、スパッタによる深さ方向分析の測定結果から、測定対象膜厚みを測定することが可能となるので、薄膜測定分野の洗浄工程の簡素化、膜厚測定精度の向上等に多大に寄与すると期待される。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】薄膜Ａにおける元素Ａの真の深さ方向分布を示す模式図である。
【図２】薄膜Ａが厚い場合にオージェ電子分光法で測定した場合に得られる元素Ａの深さ方向分布を示す模式図である。
【図３】薄膜Ａが薄い場合にオージェ電子分光法で測定した場合に得られる元素Ａの深さ方向分布を示す模式図である。
【図４】薄膜Ａが薄い場合で、かつ表面に汚染物質が一様の厚みで載った場合の元素Ａの深さ方向分布を示す模式図である。
【図５】薄膜Ａが薄い場合で、かつ表面に汚染物質が一様の厚みで載った場合で、スパッタの影響を受けた元素Ａの深さ方向分布を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施の形態における薄膜測定システムの全体の構成を模式的に示すブロック図である。
【図７】本発明の一実施の形態における薄膜の測定方法の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７７】
５１  測定装置
５２  インターフェース
５３  記録媒体
５４  入力部
５５  処理部
５６  記憶部
５７  表示部
５８  システムバス
【図１】
2005214947.tif 000022
【図２】
2005214947.tif 000023
【図３】
2005214947.tif 000024
【図４】
2005214947.tif 000025
【図５】
2005214947.tif 000026
【図６】
2005214947.tif 000027
【図７】
2005214947.tif 000028