【手続補正書】
【提出日】平成19年10月29日(2007.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極小値計算法（ＢＬＭＣ）による分光エリプソメータを用いた計測対象の基板表面の超薄膜および薄膜計測方法において、
計測対象の基板表面の薄膜を、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 スペクトル測定ステップと、
前記基板の（Ｎ0 （ｎ0 ,ｋ0 ））と基板上の薄膜の（Ｎ（ｎ,ｋ））を、物質の誘電率の波長依存性を示す式である分散式を用いて仮定し、さらに予想される範囲内にある複数の膜厚（ｄ±ｍΔｄ）および予想される範囲内にある複数の入射角（φ±ｍΔφ）を設定し、対応するシミュレ−ションスペクトルΨM (λi )とΔM (λi )を算出するステップと、
前記入射角と膜厚の組み合わせにもとづいて、分散式のパラメータのフィッティングを行い、前記フィッティングにより得られた分散式のパラメータを膜の光学定数として利用し、そこから算出された各ΨM (λi )とΔM (λi )スペクトルの中から前記ΨE (λi )とΔE (λi )との差の最も少なくなる膜厚（ｄbest）と入射角（φbest）と分散式のフィッティング結果（ＤＳＰbest）を選択するステップと
で構成された極小値計算法（ＢＬＭＣ）による分光エリプソメータを用いた計測対象の基板表面の超薄膜および薄膜計測方法。
【請求項２】
極小値計算法（ＢＬＭＣ）による分光エリプソメータを用いた計測対象の基板表面の超薄膜および薄膜計測方法において、
計測対象の基板表面の薄膜を、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 スペクトル測定ステップと、
前記基板の（Ｎ0 （ｎ0,ｋ0 ））と基板上の薄膜の（Ｎ（ｎ, ｋ））を、物質の誘電率の波長依存性を示す式である分散式を用いて仮定し、さらに予想される範囲内にある複数の膜厚（ｄ±ｍΔｄ）、予想される範囲内にある複数の物質が混合している場合の体積分率を示す複数の混合比（Ｖf±ｍΔＶf）、および予想される範囲内にある複数の入射角（φ±ｍΔφ）を設定し、対応するシミュレ−ションスペクトルΨM (λi ) とΔM (λi ) を算出するステップと、
前記入射角、混合比及び膜厚の組み合わせにもとづいて、分散式のパラメータのフィッティングを行い、前記フィッティングにより得られた分散式のパラメータを膜の光学定数として利用し、そこから算出された各ΨM (λi ) とΔM (λi ) スペクトルの中から前記ΨE (λi ) とΔE (λi ) との差の最も少なくなる膜厚（ｄbest）、混合比（Ｖｆbest）及び入射角（φbest）と分散式のフィッティング結果（ＤＳＰbest）を選択するステップと、
で構成された極小値計算法（ＢＬＭＣ）による分光エリプソメータを用いた計測対象の基板表面の超薄膜および薄膜計測方法。
【請求項３】
極小値計算法（ＢＬＭＣ）による分光エリプソメータを用いた計測対象の基板表面の超薄膜および薄膜計測方法において、
計測対象の基板表面の薄膜を、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 スペクトル測定ステップと、
前記基板の（Ｎ0（ｎ0 ,ｋ0 ））と基板上の薄膜の（Ｎ（ｎ, ｋ））を、物質の誘電率の波長依存性を示す式である分散式を用いて仮定し、さらに予想される範囲内にある複数の膜厚（ｄ±ｍΔｄ）、予想される範囲内にある複数の物質が混合している場合の体積分率を示す複数の混合比（Ｖf±ｍΔＶf）、および予想される範囲内にある複数の入射角（φ±ｍΔφ）を設定し、対応するシミュレ−ションスペクトルΨM (λi ) とΔM (λi ) を算出するステップと、
前記入射角、混合比及び膜厚の組み合わせにもとづいて、分散式のパラメータのフィッティングを行い、前記フィッティングにより得られた分散式のパラメータを膜の光学定数として利用し、そこから算出された各ΨM (λi ) とΔM (λi ) スペクトルの中から前記ΨE (λi ) とΔE (λi ) との差の最も少なくなる膜厚（ｄbest）、混合比（Ｖｆbest）及び入射角（φbest）と分散式のフィッティング結果（ＤＳＰbest）を選択する第１ステップと、
前記第１ステップで選択された入射角（φbest）を確定値として、膜厚（ｄbest）、混合比（Ｖｆbest）及び前記フィッティングにより得られた分散式（ＤＳＰbest）のフィッティングを再度行い最も適したモデルを選択する第２ステップと
で構成された極小値計算法（ＢＬＭＣ）による分光エリプソメータを用いた計測対象の基板表面の超薄膜および薄膜計測方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
分光エリプソメータを用いて入射光と反射光の偏光変化量を測定し、その結果から膜厚（ｄ）、複素屈折率Ｎ（Ｎ＝ｎ−ｉｋ）を算出することができる。偏光変化量（ρ）はρ＝ｔａｎΨｅｘｐ（ｉΔ）で表され、波長（λ）、入射角（φ）、膜厚、複素屈折率等のパラメータに依存するので、その関係は次のようになる。
（ｄ，ｎ，ｋ）＝ｆ（Ψ，Δ，λ，φ）
【手続補正３】
【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を変えると測定変数は増加する。しかしながら、入射角（φ）の違いによる（Ψ（φ1 ），Δ（φ1 ））と（Ψ（φ2），Δ（φ2 ））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。
【非特許文献１】ジェイ・エイ・ウーラム（J.A.Woollam）他５名著，「角度可変分光エリプソメトリーの概説 (VASE)，第一部：基本理論と応用例（"Overview of Variable Angle Spectroscopic Ellipsometry (VASE)，Part I:Basic Theory and Typical Applications" 」ＳＰＩＥの処理手順（Proceedings of SPIE)，Vol．ＣＲ７２，３−２８ページ １９９９年７月
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
偏光変化量は、光が通る体積、（位相角×ビーム径の面積）で表すことができる。また、ビーム径が一定とすると偏光変化量は、膜厚（ｄ）、複素屈折率Ｎ、及び入射角（φ）に係るものを乗じた数式と比例関係になる。したがって、入射角の正しさによって、偏光変化量の値も変わる。入射角を正しく求めることにより偏光変化量の値も正しく求めることが可能となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明に係る超薄膜および薄膜計測方法は、極小値計算法（ＢＬＭＣ）による分光エリプソメータを用いた計測対象の基板表面の超薄膜および薄膜計測方法において、計測対象の基板表面の薄膜を、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 スペクトル測定ステップと、前記基板の（Ｎ0（ｎ0, ｋ0 ））と基板上の薄膜の（Ｎ（ｎ, ｋ））を、物質の誘電率の波長依存性を示す式である分散式を用いて仮定し、さらに予想される範囲内にある複数の膜厚（ｄ±ｍΔｄ）および予想される範囲内にある複数の入射角（φ±ｍΔφ）を設定し、対応するシミュレ−ションスペクトルΨM (λi ) とΔM (λi ) を算出するステップと、前記入射角と膜厚の組み合わせにもとづいて、分散式のパラメータのフィッティングを行い、前記フィッティングにより得られた分散式のパラメータを膜の光学定数として利用し、そこから算出された各ΨM (λi ) とΔM (λi ) スペクトルの中から前記ΨE (λi ) とΔE (λi ) との差の最も少なくなる膜厚（ｄbest）と入射角（φbest）と分散式のフィッティング結果（ＤＳＰbest）を選択するステップとで構成されることを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明に係る超薄膜および薄膜計測方法は、極小値計算法（ＢＬＭＣ）による分光エリプソメータを用いた計測対象の基板表面の超薄膜および薄膜計測方法において、計測対象の基板表面の薄膜を、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 スペクトル測定ステップと、前記基板の（Ｎ0（ｎ0 ,ｋ0 ））と基板上の薄膜の（Ｎ（ｎ, ｋ））を、物質の誘電率の波長依存性を示す式である分散式を用いて仮定し、さらに予想される範囲内にある複数の膜厚（ｄ±ｍΔｄ）、予想される範囲内にある複数の物質が混合している場合の体積分率を示す複数の混合比（Ｖf±ｍΔＶf）、および予想される範囲内にある複数の入射角（φ±ｍΔφ）を設定し、対応するシミュレ−ションスペクトルΨM (λi ) とΔM ( λi ) を算出するステップと、前記入射角、混合比及び膜厚の組み合わせにもとづいて、分散式のパラメータのフィッティングを行い、前記フィッティングにより得られた分散式のパラメータを膜の光学定数として利用し、そこから算出された各ΨM (λi ) とΔM ( λi ) スペクトルの中から前記ΨE (λi ) とΔE (λi ) との差の最も少なくなる膜厚（ｄbest）、混合比（Ｖｆbest）及び入射角（φbest）と分散式のフィッティング結果（ＤＳＰbest）を選択するステップとで構成されることを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明に係る超薄膜および薄膜計測方法は、極小値計算法（ＢＬＭＣ）による分光エリプソメータを用いた計測対象の基板表面の超薄膜および薄膜計測方法において、計測対象の基板表面の薄膜を、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 スペクトル測定ステップと、前記基板の（Ｎ0（ｎ0 ,ｋ0 ））と基板上の薄膜の（Ｎ（ｎ, ｋ））を、物質の誘電率の波長依存性を示す式である分散式を用いて仮定し、さらに予想される範囲内にある複数の膜厚（ｄ±ｍΔｄ）、予想される範囲内にある複数の物質が混合している場合の体積分率を示す複数の混合比（Ｖf±ｍΔＶf）、および予想される範囲内にある複数の入射角（φ±ｍΔφ）を設定し、対応するシミュレ−ションスペクトルΨM (λi ) とΔM ( λi ) を算出するステップと、前記入射角、混合比及び膜厚の組み合わせにもとづいて、分散式のパラメータのフィッティングを行い、前記フィッティングにより得られた分散式のパラメータを膜の光学定数として利用し、そこから算出された各ΨM (λi ) とΔM ( λi ) スペクトルの中から前記ΨE (λi ) とΔE (λi ) との差の最も少なくなる膜厚（ｄbest）、混合比（Ｖｆbest）及び入射角（φbest）と分散式のフィッティング結果（ＤＳＰbest）を選択する第１ステップと、前記第１ステップで選択された入射角（φbest）を確定値として、膜厚（ｄbest）、混合比（Ｖｆbest）及び前記フィッティングにより得られた分散式（ＤＳＰbest）のフィッティングを再度行い最も適したモデルを選択する第２ステップとで構成されることを特徴とする。
【手続補正１０】
【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】
次に、公称入射角φ0 の近傍の入射角をパラメータとして測定する場合について説明する。前述したように偏光変化量（ρ）は、ρ＝ｔａｎΨｅｘｐ（ｉΔ）で表され、波長（λ）、入射角（φ）、膜厚、複素屈折率等のパラメータに依存し、その関係は次のようになる。（ｄ，ｎ，ｋ）＝ｆ（Ψ，Δ，λ，φ）
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
すなわち、前記分光エリプソメータを用いた薄膜計測方法において、前記ΨE ，ΔE スペクトル測定ステップの公称入射角をφ0とし、前記ΨM ,ΔM モデルシミュレーションスペクトル算出ステップでは、前記φ0を関数とするシミュレーションスペクトルΨM0(λi )、ΔM0(λi )とさらに前記公称入射角をφ0 の近傍のφk を関数とするシミュレーションスペクトルΨMk(λi )とΔMk(λi )を得る。このモデルシミュレーションスペクトルをステップ２１で算出してΨE (λi )、ΔE (λi )と比較する。
【手続補正１２】
【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】
（ステップ２１）このステップ２１は分光測定対象のモデル化ステップである。前記ステップ２０で比較データ化された測定対象の製造プロセス等を考慮してモデルを作るステップである。
予想される範囲内にある複数の膜厚（ｄ±ｍΔｄ）、基板上に作製した材料にあわせた分散式および予想される範囲内にある複数の入射角（φ±ｍΔφ）を設定する。
この実施例では、基板はＳｉ、基板上に第１層ＳｉＯＮを２０Å，２５Åおよび３０Åの３つを想定し、測定のための入射角を７５．００°から０．０１°毎に、７５．０５°まで多数のモデルを準備する。
（ステップ２２）このステップ２２では前記モデルから計算されたΨM ，ΔM と測定データΨE ，ΔE を合わせて表示する。
【手続補正１３】
【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２５）このステップで、一つの入射角と膜厚の第１選択をする。
２４ａの欄の示す膜厚２０Åの場合はフィッティングの結果、入射角が７５．０２°のときがもっとも小さいχ2 値０．０３１５を示している（２４ｄの欄参照）。２４ｂの欄の示す膜厚２５Åの場合はフィッティングの結果、入射角が７５．０３°のときがもっとも小さいχ2 値０．０２４２を示している（２４ｅの欄参照）。２４ｃの欄の示す膜厚３０Åの場合はフィッティングの結果、入射角が７５．０４°のときがもっとも小さいχ2 値０．０２９７を示している（２４ｆの欄参照）。これらの内からもっとも小さいχ2 値０．０２４２を示している２４ｅのモデル（φbest＝７５．０３°，ｄbest＝２５Å）が選択される。
（ステップ２６）前記第１ステップで選択された入射角（φbest）を確定値として、前記膜厚（ｄbest）および分散式のパラメータ（εs ，ωt ）のフィッティングを行う。例では入射角（φbest）＝７５．０３°を確定値とし、膜厚（ｄbest）＝２５Åと分散式パラメータ（εs ，ωt ）＝（２．００，１２．５８）のフィッティングを行う。これが第２段階となる。
（ステップ２７）前記第２段階のフィッティング結果を示している。例では膜厚ｄ（最終結果）＝２４．２４Å，分散式のパラメータ（εs ，ωt ）＝（２．０９，１３．２４）が最終結果となる。
（ステップ２８）前記ステップで計算されたデータを保存する。
（ステップ２９）前記保存されたデータで物理的に不自然でないかを確認する。
【手続補正１４】
【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】
（対象のモデル形成ステップ）
このステップでは、基板上の薄膜がＳｉＯ2 とＳｉＮの混合層になっている場合のモデルを形成する。
前記基板Ｓｉの（Ｎ0 （ｎ0 ,ｋ0 ））は、基板がバルクであることから容易に決められる。基板上の薄膜の（Ｎ（ｎ,ｋ））を有効媒質近似（ＥＭＡ）を利用するため、いくつかの分散式またはリファレンスデータを用いて仮定してモデルをたてる。
薄膜のモデルの初期値を
混合比（Ｖｆ）:ＳｉＯ2 （３０％）＋ＳｉＮ（７０％）
厚さ（ｄ） :２０Åとする。ここからさらに、予想される範囲内にある複数の膜厚（ｄ±ｍΔｄ）および、前記モデルで利用した分散式などの予想される範囲内にある複数の混合比（Ｖｆ±ｍΔＶｆ）、予想される範囲内にある複数の入射角（φ±ｍΔφ）を設定する。
なお、混合比（Ｖｆ）は「Volume fraction」の略語で、体積分率の意味で用いている。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
（分散式のパラメータのフィッティングステップ）
前記入射角、膜厚、および混合比の組み合わせにもとづいて分散式のパラメータ（εs ,ωt ）のフィッティングを行う。
（第１選択ステップ）
前記フィッティングにより得られた各ΨM (λi )とΔM (λi )の中から、前記ΨE (λi )とΔE (λi )との差の最も少なくなる膜厚（ｄbest）と入射角（φbest）、混合比（Ｖｆbest）の組み合わせを設定したモデルのフィッティング結果（ＤＳＰbest）を選択する。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
（第２選択ステップ）
前記第１ステップで選択された入射角（φbest）を確定値として、膜厚（ｄbest）と混合比（Ｖｆbest）、分散式（ＤＳＰbest）のフィッティングを行う。その結果、例では、ＳｉＯ２ （５７．１％）＋ＳｉＮ（４２．９％）
厚さ（ｄ） :３２．５Åが結果として得られる。