JP3038009B2 - 基板上の薄層の層の厚さおよび屈折率測定方法および方法を実施するための装置 - Google Patents
基板上の薄層の層の厚さおよび屈折率測定方法および方法を実施するための装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、基板上の薄層の厚さの空間的に分解した測
定方法ならびにその方法を実施するための装置に関す
る。
定方法ならびにその方法を実施するための装置に関す
る。
層の厚さ測定は、半導体製造における品質管理のと
き、特に個々のプロセス段階の検査のための重要な方策
に数えられる。たとえば、半導体製造装置内のプロセス
環境は、空間的に非常に変化することがあるので、層の
厚さは、全ウェーファ表面に亘って測定するのが特に望
ましい。
き、特に個々のプロセス段階の検査のための重要な方策
に数えられる。たとえば、半導体製造装置内のプロセス
環境は、空間的に非常に変化することがあるので、層の
厚さは、全ウェーファ表面に亘って測定するのが特に望
ましい。
部品の集積の増加と共に、ウェーファ当りの費用が増
加する。したがって、不良部品をできる限り早期に発見
して、排除するために、各々の個々のプロセス段階の完
全な検査に努力が払われている。
加する。したがって、不良部品をできる限り早期に発見
して、排除するために、各々の個々のプロセス段階の完
全な検査に努力が払われている。
従来技術 基板上のエピタクシー層の成長率測定方法が、応用物
理学レター（1989年,55）第2138乃至第2140頁,A.J.スプ
リング・ソルペらの「光高温計を使用する分子線エピタ
キシー中の現場成長率測定」の専門誌から公知である。
理学レター（1989年,55）第2138乃至第2140頁,A.J.スプ
リング・ソルペらの「光高温計を使用する分子線エピタ
キシー中の現場成長率測定」の専門誌から公知である。
この記事によれば、光高温計を用いて層のコーティン
グ中基板の表面温度が測定され、層の成長率に関連した
温度変動が生じる。この方法ではしかしながら、層の厚
さの絶対値が測定されるのではない。更に、層表面上の
空間的分解が可能ではない。
グ中基板の表面温度が測定され、層の成長率に関連した
温度変動が生じる。この方法ではしかしながら、層の厚
さの絶対値が測定されるのではない。更に、層表面上の
空間的分解が可能ではない。
層の両表面で反射される光線の干渉が、層の厚さを測
定する可能性を与える。例えば、F.コールラウシュの
「実用物理学」（1984年第１巻，第23版）の第667頁に
記載されているタイプの装置では、干渉放射線の径路差
がその傾斜角度によって測定される。同じ傾斜角を有す
るすべての放射線束は、干渉の場合それらの出発点に関
係なく同じ像点に像を形成されるので、層の厚さの局部
的に分解した測定は不可能である。
定する可能性を与える。例えば、F.コールラウシュの
「実用物理学」（1984年第１巻，第23版）の第667頁に
記載されているタイプの装置では、干渉放射線の径路差
がその傾斜角度によって測定される。同じ傾斜角を有す
るすべての放射線束は、干渉の場合それらの出発点に関
係なく同じ像点に像を形成されるので、層の厚さの局部
的に分解した測定は不可能である。
更に、層の厚さ測定のための公知の干渉計は、測定の
ための所用時間および必要な操作機構のため、層の製造
中の測定には直接適していない。
ための所用時間および必要な操作機構のため、層の製造
中の測定には直接適していない。
更に、層のコーティング中の層の厚さの測定方法は、
ドイツ国特許第1939667号から公知である。この方法で
は、層の厚さは層から放射された電磁放射線の検出によ
って測定される。
ドイツ国特許第1939667号から公知である。この方法で
は、層の厚さは層から放射された電磁放射線の検出によ
って測定される。
更に、薄い透明な層の厚さおよび屈折率測定方法およ
び装置がドイツ国特許第2448294A1号から公知である。
び装置がドイツ国特許第2448294A1号から公知である。
発明の説明 本発明の課題は、基板上に層のコーティング中に、層
の厚さの空間的に分解した測定が全面積に亘って可能で
ある方法を提供することである。
の厚さの空間的に分解した測定が全面積に亘って可能で
ある方法を提供することである。
更に、この方法を実施するための装置を提供すること
である。
である。
この課題は本発明によれば、層内の異なる径路通過
後、位相差を有する２または多数の干渉電磁放射線束の
強さが測定され分析され、そして基板の熱放射線が電磁
放射線源として役立ち、そして熱放射線の連続スペクト
ルから、すべての周波数部分が、ほとんど単色の部分ま
で濾波されることによって解決される。
後、位相差を有する２または多数の干渉電磁放射線束の
強さが測定され分析され、そして基板の熱放射線が電磁
放射線源として役立ち、そして熱放射線の連続スペクト
ルから、すべての周波数部分が、ほとんど単色の部分ま
で濾波されることによって解決される。
本発明による方法の実施のため装置が請求項10に記載
されている。
されている。
熱放射線により、基板内の任意の点からスタートして
いる放射線束は基板と層との間の境界面で屈折され、そ
して層通過後、基板の自由表面で部分反射により、反射
および透過部分に分解される。反射した放射線は、放射
後、境界面で再び部分反射により、反射および第２の透
過部分放射線に分解される。双方の透過部分放射線は同
一源からスタートしているから、それらは（可）干渉性
に重なり、干渉計に通常使用されている像形成光学装置
により像形成後１つの像点に干渉する。この像点で測定
した強さが、双方の透過部分放射線間の径路差の関数で
あり、したがって部分放射線の共通の源に隣接する層の
規定の領域の厚さの関数である。ｚ部分放射線以上の干
渉の場合、その結果は量的に変化しない。
いる放射線束は基板と層との間の境界面で屈折され、そ
して層通過後、基板の自由表面で部分反射により、反射
および透過部分に分解される。反射した放射線は、放射
後、境界面で再び部分反射により、反射および第２の透
過部分放射線に分解される。双方の透過部分放射線は同
一源からスタートしているから、それらは（可）干渉性
に重なり、干渉計に通常使用されている像形成光学装置
により像形成後１つの像点に干渉する。この像点で測定
した強さが、双方の透過部分放射線間の径路差の関数で
あり、したがって部分放射線の共通の源に隣接する層の
規定の領域の厚さの関数である。ｚ部分放射線以上の干
渉の場合、その結果は量的に変化しない。
基板内の多数の電磁放射線源によって、層の厚さの空
間的分布が、層の全面に亘って測定できる。
間的分布が、層の全面に亘って測定できる。
熱放射線の種々の波長のときの干渉を見逃さないよう
に、連続スペクトルからすべての周波数部分がほとんど
単色部分まで濾波される。
に、連続スペクトルからすべての周波数部分がほとんど
単色部分まで濾波される。
本発明の更に他の実施例および変化態様が従属請求項
に示されている。
に示されている。
請求項２によれば、層から出てくる部分束は、狭帯域
フィルターを通り導かれ、そして像形成光学装置を通
り、最も簡単な場合にはレンズを通り、空間的分解検出
器上に像を形成する。干渉部分放射線の強さに相当する
検出器の出力信号が、エアリイの公式を用いて層の厚さ
および層の屈折率を測定するため、信号処理電子装置に
送られる。分析した信号により層における層の厚さおよ
び屈折率分布の多次元像が形成される。
フィルターを通り導かれ、そして像形成光学装置を通
り、最も簡単な場合にはレンズを通り、空間的分解検出
器上に像を形成する。干渉部分放射線の強さに相当する
検出器の出力信号が、エアリイの公式を用いて層の厚さ
および層の屈折率を測定するため、信号処理電子装置に
送られる。分析した信号により層における層の厚さおよ
び屈折率分布の多次元像が形成される。
検出器選択の場合、高感度を有する装置（例えば、残
留線増幅器）に依存しないため、請求項３により基板が
加熱される。
留線増幅器）に依存しないため、請求項３により基板が
加熱される。
それによって、熱放射線の強さが高められる。
請求項４および５によって、空間的分解検出器として
ラインまたはマトリックス検出器が使用される。したが
って、層の厚さおよび屈折率の分布が、全層に亘り、あ
るいはライン形状の領域に沿って測定されることができ
る。後者に挙げた方法では、完全な情報を必要としない
ので装置費用が最小となる。
ラインまたはマトリックス検出器が使用される。したが
って、層の厚さおよび屈折率の分布が、全層に亘り、あ
るいはライン形状の領域に沿って測定されることができ
る。後者に挙げた方法では、完全な情報を必要としない
ので装置費用が最小となる。
本発明による方法では、像点に干渉する部分束情報を
送り、この情報が層の規定の領域に亘って平均される。
この領域は、多重干渉が少なければ少ない程、かつ層の
表面垂直線と、出てくる部分放射線との間の角度が少な
い程小さい。部分放射線がほぼ垂直に層表面から出る請
求項６に示された方法によって、層表面の平面における
高い空間の分解が達成される。
送り、この情報が層の規定の領域に亘って平均される。
この領域は、多重干渉が少なければ少ない程、かつ層の
表面垂直線と、出てくる部分放射線との間の角度が少な
い程小さい。部分放射線がほぼ垂直に層表面から出る請
求項６に示された方法によって、層表面の平面における
高い空間の分解が達成される。
この方法の特に有利な変化態様が請求項７に示されて
いる。時間に関する測定によって、層の厚さの各々の変
化が直接探究される。信号の測定および分析の少ない時
定数によって、測定値記録のための本発明による方法
は、プロセス制御に適している。請求項８によって、化
学的および／または物理的反応により層が基板上にコー
トされるコーティングプロセスが示されている。そのよ
うなプロセスの例は、化学蒸着法（CVD），プラズマ効
果化学蒸着法（PECVD），分子線エピタキシー（MBE）あ
るいは電子蒸着法である。
いる。時間に関する測定によって、層の厚さの各々の変
化が直接探究される。信号の測定および分析の少ない時
定数によって、測定値記録のための本発明による方法
は、プロセス制御に適している。請求項８によって、化
学的および／または物理的反応により層が基板上にコー
トされるコーティングプロセスが示されている。そのよ
うなプロセスの例は、化学蒸着法（CVD），プラズマ効
果化学蒸着法（PECVD），分子線エピタキシー（MBE）あ
るいは電子蒸着法である。
既にコートされた層の表面除去をするときには、請求
項９による本発明の方法を用いて層は、その層の表面除
去プロセス中、例えば、ドライエッチング中測定される
ことができる。
項９による本発明の方法を用いて層は、その層の表面除
去プロセス中、例えば、ドライエッチング中測定される
ことができる。
方法実施のための装置は、請求項10によれば、基板収
容のための基板保持器と、基板の熱放射線の連続スペク
トルからほぼ単色の放射線をろ波する狭帯域フィルター
と、像形成光学装置と、空間的分解検出器とから成って
いる。すべてのこれらの構成要素は、光軸に沿って配置
されている。空気的分解検出器の出力は、信号電子処理
装置に接続されている。
容のための基板保持器と、基板の熱放射線の連続スペク
トルからほぼ単色の放射線をろ波する狭帯域フィルター
と、像形成光学装置と、空間的分解検出器とから成って
いる。すべてのこれらの構成要素は、光軸に沿って配置
されている。空気的分解検出器の出力は、信号電子処理
装置に接続されている。
高強度の電磁波を達成するために、基板が加熱され
る。この加熱は、例えば請求項11によれば、基板保持器
に取り付けられている加熱要素によって行われる。
る。この加熱は、例えば請求項11によれば、基板保持器
に取り付けられている加熱要素によって行われる。
また、請求項12によれば、基板保持器は、プロセスチ
ャンバ内で基板上にコートされた層の厚さを測定するた
め、プロセスチャンバ内に配置されている。このプロセ
スに対応して、チャンバは、プロセスガスのための入口
弁を有している。放射線のレリーズのため、プロセスチ
ャンバの壁に真空シール窓が取り付けられている。すべ
ての他のこの方法実施に必要な構成要素は、プロセスチ
ャンバ外に取り付けられている。
ャンバ内で基板上にコートされた層の厚さを測定するた
め、プロセスチャンバ内に配置されている。このプロセ
スに対応して、チャンバは、プロセスガスのための入口
弁を有している。放射線のレリーズのため、プロセスチ
ャンバの壁に真空シール窓が取り付けられている。すべ
ての他のこの方法実施に必要な構成要素は、プロセスチ
ャンバ外に取り付けられている。
なお、上記の加熱要素はプロセスチャンバ内に既に設
けられているから、MBE−プロセスのときの層の厚さ成
長率が探求されるべきであるとき、上記の装置が再び使
用される。
けられているから、MBE−プロセスのときの層の厚さ成
長率が探求されるべきであるとき、上記の装置が再び使
用される。
基板の加熱は、請求項13によればまた、シリコン酸化
プロセスの場合通常行なわれているように、プロセスチ
ャンバの大きな領域を炉として役立てることができる。
プロセスの場合通常行なわれているように、プロセスチ
ャンバの大きな領域を炉として役立てることができる。
請求項15および17によれば、検出器として有利には半
導体像スクリーンを有するカメラが使用される。高空間
の分解能および十分な感度を有している適切なCCD−カ
メラ（電荷転送素子）がまた熱放射線の波長域において
知られている。
導体像スクリーンを有するカメラが使用される。高空間
の分解能および十分な感度を有している適切なCCD−カ
メラ（電荷転送素子）がまた熱放射線の波長域において
知られている。
ライン形状に配置された半導体スクリーン像を有する
カメラの使用の場合、請求項16によれば、格子あるいは
プリズムモノクロメーターが使用される。
カメラの使用の場合、請求項16によれば、格子あるいは
プリズムモノクロメーターが使用される。
フィルターの最大透過波長は、基板がこの波長に対し
て不透明であるが、しかし層が透明であるように決めら
れている。シリコン基板上のケイ酸の層の場合、最大透
過Ｏ＝１μｍの波長が適切な選択である。フィルターの
半値幅Δは、O/Δ≧100であるように選ばれる。それに
より、種々の波長に必要である干渉現象は、相互に妨げ
られることがない。
て不透明であるが、しかし層が透明であるように決めら
れている。シリコン基板上のケイ酸の層の場合、最大透
過Ｏ＝１μｍの波長が適切な選択である。フィルターの
半値幅Δは、O/Δ≧100であるように選ばれる。それに
より、種々の波長に必要である干渉現象は、相互に妨げ
られることがない。
本発明によって達成した利点は、特に、１つの層の厚
さが層の全表面に亘って空間的に分解されて測定される
ことができることである。したがって、所定の設定値と
の局部的偏差が確実に測定できる。この測定結果に基づ
いて、デポジット、あるいは表面除去処理プロセス実施
のための装置が最適化できる。
さが層の全表面に亘って空間的に分解されて測定される
ことができることである。したがって、所定の設定値と
の局部的偏差が確実に測定できる。この測定結果に基づ
いて、デポジット、あるいは表面除去処理プロセス実施
のための装置が最適化できる。
この方法は、高速測定値記録および分析が可能であ
る。したがって基板上の層の成長過程は、時間の関数と
見做されることができる。測定の少ない時定数のため、
この方法はまたプロセス制御にも適用することができ
る。
る。したがって基板上の層の成長過程は、時間の関数と
見做されることができる。測定の少ない時定数のため、
この方法はまたプロセス制御にも適用することができ
る。
この方法は、成長方向にも、層の平面においても高い
分野能を特徴としている。この方法は、高周囲温度に対
しても、化学的活性ガスおよびプラズマに対しても強い
ので、多くのコーティングならびに表面除去処理プロセ
ス実施に適している。公知の干渉計の方法と反対に、本
発明による方法は、例えば震動のような機械的障害に対
しても強い。
分野能を特徴としている。この方法は、高周囲温度に対
しても、化学的活性ガスおよびプラズマに対しても強い
ので、多くのコーティングならびに表面除去処理プロセ
ス実施に適している。公知の干渉計の方法と反対に、本
発明による方法は、例えば震動のような機械的障害に対
しても強い。
外部光源を必要としないので、この方法は特に、高真
空（HV）および超高真空（UHV）プロセスのときの使用
に適している。窓は熱放射線のレリーズに十分である。
この方法は、少ない構成要素のみが必要であり、したが
って好都合な費用／メリット比を有している。
空（HV）および超高真空（UHV）プロセスのときの使用
に適している。窓は熱放射線のレリーズに十分である。
この方法は、少ない構成要素のみが必要であり、したが
って好都合な費用／メリット比を有している。
使用分野は特に、酸化炉，表面除去，デポジット,CVD
あるいはNBE設備内で基板上にコートされる層の２次元
の層の厚さ分布の現場測定に好ましい。それはまた成長
率，反射および吸収係数のような関連した数値の測定に
も適している。
あるいはNBE設備内で基板上にコートされる層の２次元
の層の厚さ分布の現場測定に好ましい。それはまた成長
率，反射および吸収係数のような関連した数値の測定に
も適している。
本発明による方法は、今まで文献には記載されていな
いので、そのため用語「高温計の干渉計法」を導入する
ことが提案されている。
いので、そのため用語「高温計の干渉計法」を導入する
ことが提案されている。
図面の簡単な説明 本発明の実施例が図面に示されており、下記に詳述さ
れている。
れている。
図１は、本発明による方法の測定原理の概略図を示し
ている。
ている。
図２は、本発明による装置の概略図を示している。
実施例の説明 図１の基板１内の任意の点が、熱放射線の源２として
作用し、そして放射線束３を送り出す。それは、基板１
と、基板上にコートされた層４との間の境界面、および
層４の自由表面において、屈折あるいは反射される。こ
のとき生じた部分放射線a,b,cは同一の源２からスター
トしており、それらの放射線は（可）干渉性に重なり、
そして検出器５の１点に互に干渉する。部分放射線a,b,
cの相互の間隔、したがって部分放射線３によって測定
される層４の領域は、表面垂直線と部分放射線a,b,cと
の間の角度が小さい程小さい。できる限り高い空間の分
解能を達成するために、角度αはほぼゼロに選択され
る。
作用し、そして放射線束３を送り出す。それは、基板１
と、基板上にコートされた層４との間の境界面、および
層４の自由表面において、屈折あるいは反射される。こ
のとき生じた部分放射線a,b,cは同一の源２からスター
トしており、それらの放射線は（可）干渉性に重なり、
そして検出器５の１点に互に干渉する。部分放射線a,b,
cの相互の間隔、したがって部分放射線３によって測定
される層４の領域は、表面垂直線と部分放射線a,b,cと
の間の角度が小さい程小さい。できる限り高い空間の分
解能を達成するために、角度αはほぼゼロに選択され
る。
検出器５上の部分放射線a,b,cの像形成は、図示の場
合には集束レンズから成っている像形成光学装置６によ
って行なわれる。熱放射線の種々の波長の干渉の相互干
渉を最小にするために、放射線は狭帯域フィルター７を
通り導かれる。
合には集束レンズから成っている像形成光学装置６によ
って行なわれる。熱放射線の種々の波長の干渉の相互干
渉を最小にするために、放射線は狭帯域フィルター７を
通り導かれる。
基板内の種々の源からスタートする部分放射線は、検
出器５の種々の点で重なり、それによって、層４の種々
の領域からスタートする干渉放射線の空間的に分解した
像が生ずる。
出器５の種々の点で重なり、それによって、層４の種々
の領域からスタートする干渉放射線の空間的に分解した
像が生ずる。
図２に、本発明による装置が概略的に示されている。
プロセスチャンバ10内に、層４を有する基板１が配置さ
れている。プロセスチャンバ10の形状はプロセスに適合
されており、それを用いて層４は基板１にコートされる
か、あるいは表面除去される。プロセスチャンバ10は、
例えば真空チャンバとして形成され、このチャンバはプ
ロセスガスの流入のため、入口弁11を有している。プロ
セスチャンバ10の壁には、基板１の熱放射線15のレリー
ズのための窓12が内蔵されている。熱放射線の強さを高
めるため、基板１は加熱要素16を用いて加熱される。追
加あるいは他の方法として、加熱要素17は、プロセスチ
ャンバ１内に配置してもよい。
プロセスチャンバ10内に、層４を有する基板１が配置さ
れている。プロセスチャンバ10の形状はプロセスに適合
されており、それを用いて層４は基板１にコートされる
か、あるいは表面除去される。プロセスチャンバ10は、
例えば真空チャンバとして形成され、このチャンバはプ
ロセスガスの流入のため、入口弁11を有している。プロ
セスチャンバ10の壁には、基板１の熱放射線15のレリー
ズのための窓12が内蔵されている。熱放射線の強さを高
めるため、基板１は加熱要素16を用いて加熱される。追
加あるいは他の方法として、加熱要素17は、プロセスチ
ャンバ１内に配置してもよい。
光軸13に沿って、プロセスチャンバ10の外に、フィル
ター７と、像形成光学装置６と、検出器５が配置されて
いる。光軸13と層４の表面垂直線との間の角度αはほぼ
ゼロである。
ター７と、像形成光学装置６と、検出器５が配置されて
いる。光軸13と層４の表面垂直線との間の角度αはほぼ
ゼロである。
窓12は、フィルター７の透過領域において透明でなけ
ればならない。材料としては、短および中波の赤外線
（0.7μｍ乃至1.2μｍ）の波長域に透過特性を有してい
る化学的に強い、耐水性乃至非水溶性材料が考えられ
る。適切な材料は、例えばSiO2,Al2O3,ZnSe,CdTe,ZnS,L
aF3である。
ればならない。材料としては、短および中波の赤外線
（0.7μｍ乃至1.2μｍ）の波長域に透過特性を有してい
る化学的に強い、耐水性乃至非水溶性材料が考えられ
る。適切な材料は、例えばSiO2,Al2O3,ZnSe,CdTe,ZnS,L
aF3である。
像形成光学装置６は、層４の表面を検出器５上に写し
出す。像形成光学装置の透過特性には、窓12と同一条件
が適用される。検出器５の電気的信号出力は、信号処理
電子装置８に接続される。
出す。像形成光学装置の透過特性には、窓12と同一条件
が適用される。検出器５の電気的信号出力は、信号処理
電子装置８に接続される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｎ 21/45 Ｇ０１Ｎ 21/45 Ａ (56)参考文献 特開 昭52−107857（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−55520（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−7508（ＪＰ，Ｕ) 久保田広編「光学技術ハンドブック」 （株式会社朝倉書店）、昭和46年10月30 日発行、ＰＰ．288−291 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G01B 9/02 G01N 21/45
Claims (18)
- 【請求項１】基板上の薄い層の厚さの測定方法におい
て、 層内の異なる経路を通過後、位相差を有する狭いスペク
トル領域からの２またはそれ以上の干渉電磁放射線束の
強さが測定され、分析され、 そして基板の熱放射線が電磁放射線の源として役立って
おり、 そして前記基板上の各々小さい表面領域から発せられた
放射線は、干渉放射線の強さを検出する空間的に分解さ
れた検出器の各々の像点上において、像が結ばれること
を特徴とする方法。 - 【請求項２】基板内の任意の点からスタートする、放射
した熱放射線の放射線束が、基板と測定すべき層との間
の境界面において屈折され、そして多重部分反射により
層の表面において多くの部分束に分解され、層の基板か
ら離れた表面から出る部分放射線が、狭帯域フィルター
を通り導かれ、そして像形成光学装置によって前記空間
的分解検出器上に写し出され、そして干渉部分放射線の
強さから、信号処理電子装置により、エアリイの公式を
用いて、層の厚さおよび層の屈折率が測定されることを
特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】基板が加熱されることを特徴とする請求項
１または請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】ライン検出器の使用によって、基板上の層
のライン形状領域が測定されることを特徴とする請求項
１乃至３のいずれか１つの項に記載の方法。 - 【請求項５】マトリックス検出器の使用によって、全層
が測定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
か１つの項に記載の方法。 - 【請求項６】測定のために使用される部分放射線が、ほ
ぼ垂直に層の表面から出ることを特徴とする請求項１乃
至５のいずれか１つの項に記載の方法。 - 【請求項７】熱放射線の干渉放射線束の強さの時間的動
特性が測定されることを特徴とする請求項１乃至６のい
ずれか１つの項に記載の方法。 - 【請求項８】コーティングプロセス中に、層の厚さおよ
び層の屈折率の測定が行われ、この場合に、基板がプロ
セスチャンバ内に配置され、そして電磁放射線がプロセ
スチャンバからレリーズされることを特徴とする請求項
１乃至７のいずれか１つの項に記載の方法。 - 【請求項９】表面除去プロセス中に、層の厚さおよび層
の屈折率の測定が行われ、この場合に、基板がプロセス
チャンバ内に配置され、そして電磁放射線がプロセスチ
ャンバからレリーズされることを特徴とする請求項１乃
至８のいずれか１つの項に記載の方法。 - 【請求項１０】基板上の薄い層の厚さおよび屈折率を測
定する装置において、 熱放射線の発生源としての基板を支持する基板保持器、 放射された熱放射線の狭いスペクトル領域用に所定の帯
域を通過させるものとして使用されるフィルター、 基板上の各々の小さい表面領域から放射された放射線
を、空間的分解検出器の各々の像点上において、結像さ
せる像形成光学装置、 および干渉放射線束の強さを検出する空間的分解検出器
と、が光軸に沿って配置されるとともに、 前記干渉放射線の強さを用いて層の厚さおよび層の屈折
率を測定する信号電子処理装置が設けられていることを
特徴とする装置。 - 【請求項１１】基板保持器が、加熱要素を備えているこ
とを特徴とする請求項10に記載の装置。 - 【請求項１２】基板を含む基板保持器がプロセスチャン
バ内に配置されており、このチャンバが流入弁と真空シ
ールして取付けられ、熱放射線に対し透過性である窓と
を有し、この窓が光軸内に配置されていることを特徴と
する請求項10又は11に記載の装置。 - 【請求項１３】プロセスチャンバが、炉として形成され
ていることを特徴とする請求項12に記載の装置。 - 【請求項１４】光軸が、ほぼ基板表面に垂直に延びてい
ることを特徴とする請求項10乃至13のいずれか１つの項
に記載の装置。 - 【請求項１５】検出器が、像変換を行う半導体が配列さ
れたカメラであることを特徴とする請求項10乃至14のい
ずれか１つの項に記載の装置。 - 【請求項１６】フィルターが、格子あるいはプリズムモ
ノクロメーターであることを特徴とする請求項15に記載
の装置。 - 【請求項１７】検出器が、像変換を行う半導体が二次元
に配列されたカメラであることを特徴とする請求項10乃
至14のいずれか１つの項に記載の装置。 - 【請求項１８】フィルターが、狭帯域干渉フィルターで
あることを特徴とする請求項17に記載の装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4017440.9 | 1990-05-30 | ||
| DE4017440A DE4017440C2 (de) | 1990-05-30 | 1990-05-30 | Verfahren zur Messung der Schichtdicke und des Brechungsindex einer dünnen Schicht auf einem Substrat und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| PCT/DE1991/000461 WO1991019025A1 (de) | 1990-05-30 | 1991-05-29 | Verfahren zur messung der schichtdicke und des brechungsindex einer dunnen schicht aur einem substrat und vorrichtung zur durchfuhrung des verfahrens |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05508728A JPH05508728A (ja) | 1993-12-02 |
| JP3038009B2 true JP3038009B2 (ja) | 2000-05-08 |
Family
ID=6407499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03509181A Expired - Lifetime JP3038009B2 (ja) | 1990-05-30 | 1991-05-29 | 基板上の薄層の層の厚さおよび屈折率測定方法および方法を実施するための装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5387309A (ja) |
| EP (1) | EP0531354B1 (ja) |
| JP (1) | JP3038009B2 (ja) |
| AT (1) | ATE126838T1 (ja) |
| DE (2) | DE4017440C2 (ja) |
| WO (1) | WO1991019025A1 (ja) |
Families Citing this family (34)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0555544B1 (en) * | 1991-12-13 | 1996-03-20 | Kawasaki Steel Corporation | Method and apparatus for process control of material emitting radiation |
| GB9219450D0 (en) * | 1992-09-15 | 1992-10-28 | Glaverbel | Thin film thickness monitoring and control |
| JP3282236B2 (ja) | 1992-09-18 | 2002-05-13 | カシオ計算機株式会社 | シリコン薄膜の膜厚または屈折率測定方法およびその装置 |
| DE4236264C1 (ja) * | 1992-10-27 | 1993-09-02 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev, 80636 Muenchen, De | |
| US5824158A (en) * | 1993-06-30 | 1998-10-20 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Chemical vapor deposition using inductively coupled plasma and system therefor |
| JP3223661B2 (ja) * | 1993-08-31 | 2001-10-29 | ソニー株式会社 | プラズマ堆積方法 |
| DE4400689C2 (de) * | 1994-01-12 | 1996-03-21 | Koch Alexander W Prof Dr Ing H | Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung von lokalen Eigenschaften eines teilweise ionisierten gasförmigen Mediums und von Schichtdicken |
| US6059873A (en) | 1994-05-30 | 2000-05-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Optical processing method with control of the illumination energy of laser light |
| US5462012A (en) * | 1994-11-29 | 1995-10-31 | At&T Corp. | Substrates and methods for gas phase deposition of semiconductors and other materials |
| DE19520094A1 (de) * | 1995-06-01 | 1996-12-05 | Bayer Ag | Vorrichtung zur Messung der optischen Transmission und Dicke transparenter Materialien |
| GB2301884A (en) * | 1995-06-06 | 1996-12-18 | Holtronic Technologies Ltd | Characterising multilayer thin film systems by interferometry |
| US5843232A (en) * | 1995-11-02 | 1998-12-01 | General Electric Company | Measuring deposit thickness in composite materials production |
| KR970053234A (ko) * | 1995-12-20 | 1997-07-31 | 양승택 | 화합물 반도체의 도핑특성을 실시간으로 감지하는 방법 |
| JP3422799B2 (ja) * | 1998-05-01 | 2003-06-30 | 東京エレクトロン株式会社 | 膜厚測定装置、基板処理方法並びに基板処理装置 |
| JP3954319B2 (ja) * | 2001-03-28 | 2007-08-08 | 株式会社東芝 | 薄膜の膜厚モニタリング方法及び基板温度測定方法 |
| US7146139B2 (en) * | 2001-09-28 | 2006-12-05 | Siemens Communications, Inc. | System and method for reducing SAR values |
| US7072743B2 (en) * | 2004-03-09 | 2006-07-04 | Mks Instruments, Inc. | Semiconductor manufacturing gas flow divider system and method |
| US7402207B1 (en) * | 2004-05-05 | 2008-07-22 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method and apparatus for controlling the thickness of a selective epitaxial growth layer |
| US7402485B1 (en) | 2004-10-20 | 2008-07-22 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method of forming a semiconductor device |
| US7241700B1 (en) | 2004-10-20 | 2007-07-10 | Advanced Micro Devices, Inc. | Methods for post offset spacer clean for improved selective epitaxy silicon growth |
| US7456062B1 (en) | 2004-10-20 | 2008-11-25 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method of forming a semiconductor device |
| US20060252191A1 (en) * | 2005-05-03 | 2006-11-09 | Advanced Micro Devices, Inc. | Methodology for deposition of doped SEG for raised source/drain regions |
| US7553732B1 (en) | 2005-06-13 | 2009-06-30 | Advanced Micro Devices, Inc. | Integration scheme for constrained SEG growth on poly during raised S/D processing |
| US20060281271A1 (en) * | 2005-06-13 | 2006-12-14 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method of forming a semiconductor device having an epitaxial layer and device thereof |
| US7572705B1 (en) * | 2005-09-21 | 2009-08-11 | Advanced Micro Devices, Inc. | Semiconductor device and method of manufacturing a semiconductor device |
| US8917398B2 (en) | 2011-08-28 | 2014-12-23 | G & D Innovative Analysis Ltd. | Method and apparatus for supervision of optical material production |
| GB2513581A (en) * | 2013-04-30 | 2014-11-05 | Res Ct Pharmaceutical Engineering Gmbh | A device and a method for monitoring a property of a coating of a solid dosage form during a coating process forming the coating of the solid dosage form |
| DE102015111959B3 (de) * | 2015-07-22 | 2016-10-06 | Hanwha Q Cells Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln einer Schichtdickenverteilung bei Solarzellen |
| US20180128647A1 (en) * | 2016-11-10 | 2018-05-10 | Aixtron Se | Device and method to control the uniformity of a gas flow in a cvd or an ald reactor or of a layer grown therein |
| US10190977B2 (en) * | 2017-05-03 | 2019-01-29 | Lumetrics, Inc. | Method of measurement of multilayer structures |
| US10761021B2 (en) * | 2017-05-03 | 2020-09-01 | Lumetrics, Inc. | Apparatus and method for measurement of multilayer structures |
| US11215444B2 (en) * | 2017-05-03 | 2022-01-04 | Lumentrics, Inc. | Apparatus and method for measurement of multilayer structures |
| DE102019112238A1 (de) | 2019-05-10 | 2020-11-12 | HELLA GmbH & Co. KGaA | Verfahren zur Kontrolle der Beschichtung eines elektronischen Bauteils |
| JP7799490B2 (ja) * | 2022-01-06 | 2026-01-15 | 株式会社ディスコ | 計測装置 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3620814A (en) * | 1968-08-09 | 1971-11-16 | Bell Telephone Labor Inc | Continuous measurement of the thickness of hot thin films |
| US3892490A (en) * | 1974-03-06 | 1975-07-01 | Minolta Camera Kk | Monitoring system for coating a substrate |
| DE2448294A1 (de) * | 1974-10-10 | 1976-04-22 | Bbc Brown Boveri & Cie | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von schichtdicke und brechungsindex von duennen durchsichtigen schichten |
| US4293224A (en) * | 1978-12-04 | 1981-10-06 | International Business Machines Corporation | Optical system and technique for unambiguous film thickness monitoring |
| US4815856A (en) * | 1986-06-05 | 1989-03-28 | Storage Technology Partners Ii | Method and apparatus for measuring the absolute thickness of dust defocus layers |
| JP2750935B2 (ja) * | 1990-03-20 | 1998-05-18 | 富士通株式会社 | 分子線制御方法及び分子線結晶成長装置 |
| US5091320A (en) * | 1990-06-15 | 1992-02-25 | Bell Communications Research, Inc. | Ellipsometric control of material growth |
-
1990
- 1990-05-30 DE DE4017440A patent/DE4017440C2/de not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-05-29 DE DE59106326T patent/DE59106326D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-29 EP EP91909692A patent/EP0531354B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-29 US US07/952,834 patent/US5387309A/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-29 JP JP03509181A patent/JP3038009B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-29 AT AT91909692T patent/ATE126838T1/de not_active IP Right Cessation
- 1991-05-29 WO PCT/DE1991/000461 patent/WO1991019025A1/de not_active Ceased
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 久保田広編「光学技術ハンドブック」（株式会社朝倉書店）、昭和４６年１０月３０日発行、ＰＰ．２８８−２９１ |
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| Publication number | Publication date |
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| DE59106326D1 (de) | 1995-09-28 |
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