JPH01320408A - レーザーを使った膜厚モニター及び膜厚測定方法 - Google Patents
レーザーを使った膜厚モニター及び膜厚測定方法Info
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- JPH01320408A JPH01320408A JP15519188A JP15519188A JPH01320408A JP H01320408 A JPH01320408 A JP H01320408A JP 15519188 A JP15519188 A JP 15519188A JP 15519188 A JP15519188 A JP 15519188A JP H01320408 A JPH01320408 A JP H01320408A
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- Japan
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- film thickness
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は電子材料を始めとする薄膜作成或はエツチング
時の薄膜の膜厚の変化を測定する装置及び方法に関する
。
時の薄膜の膜厚の変化を測定する装置及び方法に関する
。
従来、薄膜の膜厚を薄膜形成或はエツチング時にモニタ
ーしようとする場合、光学技術］ンタク） Ｖｏｌ、
１ １ （１９７３） Ｎ（Ｌ９ Ｐａｇｅ
ｌ ７−２ ２ （横田英嗣）に開示されてい
るように単色光での反射率あるいは透過率を測定する方
法、異なる２波長での反射率または透過率を比較する方
法、分光反射率または分光透過率を監視する方法などが
用いられていた。なかでも単色光での反射率あるいは透
過率を測定する方法は、その装置構成の簡便さなどから
広く用いられ、その場合光源としては気体レーザー（主
にｌ１ｅ−Ｎｅレーザー）がその安定性、単色性、出力
強度などの点から用いられていた。
ーしようとする場合、光学技術］ンタク） Ｖｏｌ、
１ １ （１９７３） Ｎ（Ｌ９ Ｐａｇｅ
ｌ ７−２ ２ （横田英嗣）に開示されてい
るように単色光での反射率あるいは透過率を測定する方
法、異なる２波長での反射率または透過率を比較する方
法、分光反射率または分光透過率を監視する方法などが
用いられていた。なかでも単色光での反射率あるいは透
過率を測定する方法は、その装置構成の簡便さなどから
広く用いられ、その場合光源としては気体レーザー（主
にｌ１ｅ−Ｎｅレーザー）がその安定性、単色性、出力
強度などの点から用いられていた。
従来使用されていた気体レーザー（ｌｉｅ−Ｎｅガスレ
ーザー）の発振波長域（６３３ｎ＊）では薄膜の光の吸
収係数が太き（薄膜の膜厚をその気体レーザーでモニタ
ーしようとした場合、ある厚さ（たとえばアモルファス
シリコン薄膜の場合約１１１ｍ）に達すると薄膜の光の
吸収係数が大きいため多重干渉の効果が弱められ膜厚の
決定が困難になるといった問題点があった。
ーザー）の発振波長域（６３３ｎ＊）では薄膜の光の吸
収係数が太き（薄膜の膜厚をその気体レーザーでモニタ
ーしようとした場合、ある厚さ（たとえばアモルファス
シリコン薄膜の場合約１１１ｍ）に達すると薄膜の光の
吸収係数が大きいため多重干渉の効果が弱められ膜厚の
決定が困難になるといった問題点があった。
本発明は、このような問題点に鑑み、薄膜の膜厚を２μ
ｍ程度までモニターする技術を提供しようとするもので
ある。
ｍ程度までモニターする技術を提供しようとするもので
ある。
本発明は、薄膜形成或はエツチング装置の真空室内に設
置された基板上にレーザーを照射して薄膜の膜厚を測定
するレーザーと検出器とデジタルボルトメーターと制御
用コンピュータからなる装置において、照射するレーザ
ーの波長を７００ｎｍ〜８００ｎｎ＋とし、薄膜形成或
はエツチングと同時にその膜厚の変化を光の多重干渉効
果によりモニターすることを特徴とする。
置された基板上にレーザーを照射して薄膜の膜厚を測定
するレーザーと検出器とデジタルボルトメーターと制御
用コンピュータからなる装置において、照射するレーザ
ーの波長を７００ｎｍ〜８００ｎｎ＋とし、薄膜形成或
はエツチングと同時にその膜厚の変化を光の多重干渉効
果によりモニターすることを特徴とする。
発明者等が実施例として取り上げたアモルファスシリコ
ン薄膜を例にとり、本発明の作用を詳細に説明する。発
明者等は上記課題を解決するためアモルファスシリコン
薄膜の吸収係数の波長依存性と膜厚モニターに利用する
多重干渉効果について実験と理論的検討を行なった。吸
収係数の波長依存性の測定結果の一例を第１図に示す。
ン薄膜を例にとり、本発明の作用を詳細に説明する。発
明者等は上記課題を解決するためアモルファスシリコン
薄膜の吸収係数の波長依存性と膜厚モニターに利用する
多重干渉効果について実験と理論的検討を行なった。吸
収係数の波長依存性の測定結果の一例を第１図に示す。
一般に１μｍ〜２μｍの膜厚をモニターしようとした場
合、発明者等が行った種々の実験の結果によれば、測定
装置の光学配置にも依存するがほぼ３０００ｃｍ−’以
下の吸収係数であるとｌ ｐｍ超の膜厚の測定が可能と
なることを見い出した。また光学系の調整を容易に行う
ためには可視光であることが必要で、以上のことを考慮
するとアモルファスシリコン薄膜のように光の吸収係数
の大きい薄膜の膜厚を１ｎ〜２μｌまでモニターしよう
とした場合、第１図から使用すべき光の波長は７００ｎ
ｍ〜８００ｎｍの間であることが求められる。このよう
な波長範囲で発振する膜厚モニターに適当なレーザーの
代表的なものとしてＡ７ＣａＡｓ、 ＧａＡｓＰ、 Ｉ
ｎＧａＡｓおよびＡ／Ｇａ１ｎＰなどの半導体レーザー
を用いるのが良い。
合、発明者等が行った種々の実験の結果によれば、測定
装置の光学配置にも依存するがほぼ３０００ｃｍ−’以
下の吸収係数であるとｌ ｐｍ超の膜厚の測定が可能と
なることを見い出した。また光学系の調整を容易に行う
ためには可視光であることが必要で、以上のことを考慮
するとアモルファスシリコン薄膜のように光の吸収係数
の大きい薄膜の膜厚を１ｎ〜２μｌまでモニターしよう
とした場合、第１図から使用すべき光の波長は７００ｎ
ｍ〜８００ｎｍの間であることが求められる。このよう
な波長範囲で発振する膜厚モニターに適当なレーザーの
代表的なものとしてＡ７ＣａＡｓ、 ＧａＡｓＰ、 Ｉ
ｎＧａＡｓおよびＡ／Ｇａ１ｎＰなどの半導体レーザー
を用いるのが良い。
半導体レーザーは７００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲で
発振可能であるが、従来その発振モード−の不安定性か
らその適用が困難とされていた。しかしながら近年の半
導体レーザー技術の進展により安定な発振が可能となり
、本発明では高い安定性を有する半導体レーザーを吸収
の強い薄膜の膜厚モニターの光源として用いた。発振波
長が７００ｎｍ〜８００ｎｍの半導体レーザーを用いる
ことにより、従来の技術の測定波長域（Ｉｌｅ−Ｎｅレ
ーザー；６３３ｎｍ）では吸収係数が大きく （２００
００ｃｒａ−’程度）膜厚ｌ ｐｔａ程度までの測定が
困難であった薄膜でも、本発明で用いた光源の波長域で
は吸収係数が小さくなり（約３０００ｃｌ’以下）膜厚
２μｍ程度まで充分測定可能となる。発明者等が用いた
測定装置の光学配置に対してその効果を計算すると、ア
モルファスシリコン薄膜に対して膜厚ＩＩｎｎ及び２ｐ
ｍでの全体の光量に対する多重干渉による信号強度の割
合（シグナル／バックグランド比）は、６３０ ｒ＋＋
＋＋ （Ｈｅ−Ｎｅレーザー）で１ ｐｍ ； ０．０
１３及び２１’ｍ ｉ ３ Ｘ Ｉ Ｑ−４，７００ｎ
ｍ（半導体レーザー）で１μｍ ； ０．２９２及び２
μｍ；０．１４３となる。膜厚を正確に決定するために
は、シグナル／バックグランド比が０．１以上であるこ
とが必要で、上記の計算は発振波長７００ｎｍのレーザ
ーで膜厚２μｍまで膜厚モニター可能であることを示し
ている。
発振可能であるが、従来その発振モード−の不安定性か
らその適用が困難とされていた。しかしながら近年の半
導体レーザー技術の進展により安定な発振が可能となり
、本発明では高い安定性を有する半導体レーザーを吸収
の強い薄膜の膜厚モニターの光源として用いた。発振波
長が７００ｎｍ〜８００ｎｍの半導体レーザーを用いる
ことにより、従来の技術の測定波長域（Ｉｌｅ−Ｎｅレ
ーザー；６３３ｎｍ）では吸収係数が大きく （２００
００ｃｒａ−’程度）膜厚ｌ ｐｔａ程度までの測定が
困難であった薄膜でも、本発明で用いた光源の波長域で
は吸収係数が小さくなり（約３０００ｃｌ’以下）膜厚
２μｍ程度まで充分測定可能となる。発明者等が用いた
測定装置の光学配置に対してその効果を計算すると、ア
モルファスシリコン薄膜に対して膜厚ＩＩｎｎ及び２ｐ
ｍでの全体の光量に対する多重干渉による信号強度の割
合（シグナル／バックグランド比）は、６３０ ｒ＋＋
＋＋ （Ｈｅ−Ｎｅレーザー）で１ ｐｍ ； ０．０
１３及び２１’ｍ ｉ ３ Ｘ Ｉ Ｑ−４，７００ｎ
ｍ（半導体レーザー）で１μｍ ； ０．２９２及び２
μｍ；０．１４３となる。膜厚を正確に決定するために
は、シグナル／バックグランド比が０．１以上であるこ
とが必要で、上記の計算は発振波長７００ｎｍのレーザ
ーで膜厚２μｍまで膜厚モニター可能であることを示し
ている。
さらに、副次的な効果として半導体レーザーは光強度を
電気的に容易に変化させることができるので、 ・膜形成或はエツチング過程への影響、Ｓ／Ｎ比等を考
慮した光強度の調整が容易 ・光強度変調によるモニター信号のＳ／Ｎ比向上向上易 また半導体レーザーが気体レーザーと比べ、小型、低コ
スト、低消費エネルギー、長寿命なため、膜厚モニター
システムが ・膜形成或はエツチング装置への取付場所等の自由度が
大きく、取付も容易、 ・低コスト、 ・管理が容易で低維持費 となった。
電気的に容易に変化させることができるので、 ・膜形成或はエツチング過程への影響、Ｓ／Ｎ比等を考
慮した光強度の調整が容易 ・光強度変調によるモニター信号のＳ／Ｎ比向上向上易 また半導体レーザーが気体レーザーと比べ、小型、低コ
スト、低消費エネルギー、長寿命なため、膜厚モニター
システムが ・膜形成或はエツチング装置への取付場所等の自由度が
大きく、取付も容易、 ・低コスト、 ・管理が容易で低維持費 となった。
〔実施例］
第２図に本発明に用いた薄膜形成或はエツチング装置に
組み込んだ膜厚モニター装置の概略図（薄膜形成或はエ
ツチング装置に関する他の付属装置は図示していない）
を示す。半導体レーザー２としてはＩＶ Ｇ ａ Ａ
ｓ半導体レーザー（発振波長７５０ｎｍ）を用い、その
レーザー光を真空室（薄膜成長室）■に入射石英窓３を
通して導入し、基板表面（膜成長表面）４で反射させる
。その際レーザー光は薄膜による多重干渉効果及び吸収
により強度変化を受ける。強度変化を受けたレーザー光
は出射石英窓５を通って真空室外に出て検出器（シリコ
ンフォトダイオード）６に入る。検出器の出力（電流）
はデジタルボルトメータ７によりデジタル信号に変換さ
れ制御用コンピュータ８に送られる。
組み込んだ膜厚モニター装置の概略図（薄膜形成或はエ
ツチング装置に関する他の付属装置は図示していない）
を示す。半導体レーザー２としてはＩＶ Ｇ ａ Ａ
ｓ半導体レーザー（発振波長７５０ｎｍ）を用い、その
レーザー光を真空室（薄膜成長室）■に入射石英窓３を
通して導入し、基板表面（膜成長表面）４で反射させる
。その際レーザー光は薄膜による多重干渉効果及び吸収
により強度変化を受ける。強度変化を受けたレーザー光
は出射石英窓５を通って真空室外に出て検出器（シリコ
ンフォトダイオード）６に入る。検出器の出力（電流）
はデジタルボルトメータ７によりデジタル信号に変換さ
れ制御用コンピュータ８に送られる。
第３図に本発明をアモルファスシリコン膜（吸収係数；
６３３ｎｍで１．８ Ｘ １０’ ｃｍ−’、７５０ｎ
ｍで６．７ Ｘ １０” ｃｎ＋−’）に適用した場合
の実施例を示す、縦軸は検出器（シリコンフォトダイオ
ード）の出力電流（単位；＋＋Ａ）を示し、横軸は堆積
時間（単位；分）（膜厚に対応）を示す。堆積時間の増
加と共に、すなわち膜厚の増加と共にフォトダイオード
の出力が多重干渉効果により周期的に変化しているのが
わかる。本実験（レーザー人射角（Ｐ偏光） ； ７
７”、 ｌ膜（アモルファスシリコン膜）の屈折率、
３．４３ ）の場合、周期的変化の１周期に対応する膜
厚は０．１１４μで、従ってこの実験では約１２周期（
膜厚；０．１１４ｆｍの１２倍〜約１、４ ａｒｍ ）
までシグナル／バックグランド比を大きく変化させるこ
となく膜厚が測定できたことになる。また他の結果から
本発明により膜厚が２ｎに達した場合にも充分膜厚モニ
ターできた。
６３３ｎｍで１．８ Ｘ １０’ ｃｍ−’、７５０ｎ
ｍで６．７ Ｘ １０” ｃｎ＋−’）に適用した場合
の実施例を示す、縦軸は検出器（シリコンフォトダイオ
ード）の出力電流（単位；＋＋Ａ）を示し、横軸は堆積
時間（単位；分）（膜厚に対応）を示す。堆積時間の増
加と共に、すなわち膜厚の増加と共にフォトダイオード
の出力が多重干渉効果により周期的に変化しているのが
わかる。本実験（レーザー人射角（Ｐ偏光） ； ７
７”、 ｌ膜（アモルファスシリコン膜）の屈折率、
３．４３ ）の場合、周期的変化の１周期に対応する膜
厚は０．１１４μで、従ってこの実験では約１２周期（
膜厚；０．１１４ｆｍの１２倍〜約１、４ ａｒｍ ）
までシグナル／バックグランド比を大きく変化させるこ
となく膜厚が測定できたことになる。また他の結果から
本発明により膜厚が２ｎに達した場合にも充分膜厚モニ
ターできた。
本発明の効果を以下にまとめると、発振波長が可視光域
で且つできるだけ長波長の７００ｎｍ〜８００ｎ−の半
導体レーザーを膜厚モニターの光源として用いた結果、 ｌ）従来の技術の測定波長域（例えばＨｅ−Ｎｅレーザ
−Ｓ６３０ｎｍ）で吸収係数の大きい薄膜の膜厚を約２
μｍまで光学系の調整が容易に行える可視光域で測定で
きるようになった。
で且つできるだけ長波長の７００ｎｍ〜８００ｎ−の半
導体レーザーを膜厚モニターの光源として用いた結果、 ｌ）従来の技術の測定波長域（例えばＨｅ−Ｎｅレーザ
−Ｓ６３０ｎｍ）で吸収係数の大きい薄膜の膜厚を約２
μｍまで光学系の調整が容易に行える可視光域で測定で
きるようになった。
さらに、副次的な結果として
２） 光強度を電気的に容易に変化させることができる
ので、 ■膜形成或はエツチング過程への影響、Ｓ／Ｎ比等を考
慮した光強度の調整が容易 ■光強度変調によるモニター信号のＳ／Ｎ比向上向上易 また、 ３） 半導体レーザーが気体レーザーと比べ、小型、低
コスト、低消費エネルギー、長寿命なため、膜厚モニタ
ーシステムが ■膜形成或はエツチング装置への取付場所等の自由度が
大きく、取付も容易、 ■低コスト、 ■管理が容易で低維持費 となるなどの効果がある。
ので、 ■膜形成或はエツチング過程への影響、Ｓ／Ｎ比等を考
慮した光強度の調整が容易 ■光強度変調によるモニター信号のＳ／Ｎ比向上向上易 また、 ３） 半導体レーザーが気体レーザーと比べ、小型、低
コスト、低消費エネルギー、長寿命なため、膜厚モニタ
ーシステムが ■膜形成或はエツチング装置への取付場所等の自由度が
大きく、取付も容易、 ■低コスト、 ■管理が容易で低維持費 となるなどの効果がある。
第１図は本発明の実施例で取り上げたアモルファスシリ
コン薄膜の吸収係数の波長依存性を示すグラフで、縦軸
はアモルファスシリコン薄膜の吸収係数（単位；ｃｍ−
’）を表し、横軸は光の波長（単位； ｎｍ）を表す。 曲線は光の波長の増加に伴う吸収係数の減少番表してお
り、６３３ｎｍ 、７００ｎ＋ａ、７５０ｎｍ 、８０
０ｎｍでの吸収係数はそれぞれ１．８×１０’ 、３．
ＩＸＬＯ’ 、６．７ＸＩＯ”、３．３Ｘ１０”である
。 第２図は本発明で用いた膜厚モニター装置の概略図で、
１は真空室（膜成長室）、２は半導体レーザー（＃ＪＧ
ａＡｓ半導体レーザー；し５０ｎｍ）、３は入射石英窓
、４は基板、５は出射石英窓、６は検出器（シリコンフ
ォトダイオード）、７はデジタルボルトメータ、８は制
御用コンピュータを示す。 第３図は検出器（シリコンフォトダイオード）の出力電
流と堆積時間（膜厚に対応）との関係を示す図で、縦軸
は゛検出器の出力電！（単位；ｍＡ）を表し、横軸は堆
積時間（単位；分）を表す。曲線は膜厚増加に伴う出力
電流の周期的変化（１周期＝膜厚０．１１４μｍ）を表
している。 フオｈダイオーｐ震方し出力（ｍＡ）
コン薄膜の吸収係数の波長依存性を示すグラフで、縦軸
はアモルファスシリコン薄膜の吸収係数（単位；ｃｍ−
’）を表し、横軸は光の波長（単位； ｎｍ）を表す。 曲線は光の波長の増加に伴う吸収係数の減少番表してお
り、６３３ｎｍ 、７００ｎ＋ａ、７５０ｎｍ 、８０
０ｎｍでの吸収係数はそれぞれ１．８×１０’ 、３．
ＩＸＬＯ’ 、６．７ＸＩＯ”、３．３Ｘ１０”である
。 第２図は本発明で用いた膜厚モニター装置の概略図で、
１は真空室（膜成長室）、２は半導体レーザー（＃ＪＧ
ａＡｓ半導体レーザー；し５０ｎｍ）、３は入射石英窓
、４は基板、５は出射石英窓、６は検出器（シリコンフ
ォトダイオード）、７はデジタルボルトメータ、８は制
御用コンピュータを示す。 第３図は検出器（シリコンフォトダイオード）の出力電
流と堆積時間（膜厚に対応）との関係を示す図で、縦軸
は゛検出器の出力電！（単位；ｍＡ）を表し、横軸は堆
積時間（単位；分）を表す。曲線は膜厚増加に伴う出力
電流の周期的変化（１周期＝膜厚０．１１４μｍ）を表
している。 フオｈダイオーｐ震方し出力（ｍＡ）
Claims (2)
- （１）薄膜形成或はエッチング装置の真空室内に設置さ
れた基板上にレーザーを照射して薄膜の膜厚を測定する
レーザーと検出器とデジタルボルトメータと制御用コン
ピュータからなる装置において、照射するレーザーの波
長を７００ｎｍ〜８００ｎｍとすることを特徴とするレ
ーザーを使った膜厚モニター。 - （２）特許請求の範囲第１項記載の膜厚モニターを用い
て薄膜形成或はエッチングと同時にその膜厚の変化を光
の多重干渉効果によりモニターすることを特徴とするレ
ーザーを使った膜厚測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15519188A JPH01320408A (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | レーザーを使った膜厚モニター及び膜厚測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15519188A JPH01320408A (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | レーザーを使った膜厚モニター及び膜厚測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01320408A true JPH01320408A (ja) | 1989-12-26 |
Family
ID=15600481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15519188A Pending JPH01320408A (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | レーザーを使った膜厚モニター及び膜厚測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01320408A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995020254A1 (en) * | 1994-01-20 | 1995-07-27 | Seiko Epson Corporation | Surface emission type semiconductor laser, method and apparatus for producing the same |
| EP0666337A1 (en) * | 1994-01-28 | 1995-08-09 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for measuring the deposition rate of opaque films |
| US5724145A (en) * | 1995-07-17 | 1998-03-03 | Seiko Epson Corporation | Optical film thickness measurement method, film formation method, and semiconductor laser fabrication method |
| US5754297A (en) * | 1994-01-28 | 1998-05-19 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for monitoring the deposition rate of films during physical vapor deposition |
| KR101288131B1 (ko) * | 2011-03-29 | 2013-07-19 | 주식회사 에스에프에이 | 기판 증착 장치 |
-
1988
- 1988-06-23 JP JP15519188A patent/JPH01320408A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995020254A1 (en) * | 1994-01-20 | 1995-07-27 | Seiko Epson Corporation | Surface emission type semiconductor laser, method and apparatus for producing the same |
| US5621750A (en) * | 1994-01-20 | 1997-04-15 | Seiko Epson Corporation | Surface emission type semiconductor laser, method and apparatus for producing the same |
| KR100363503B1 (ko) * | 1994-01-20 | 2003-02-05 | 세이코 엡슨 가부시키가이샤 | 표면방출형반도체레이저와그제조방법 |
| EP0666337A1 (en) * | 1994-01-28 | 1995-08-09 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for measuring the deposition rate of opaque films |
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| KR101288131B1 (ko) * | 2011-03-29 | 2013-07-19 | 주식회사 에스에프에이 | 기판 증착 장치 |
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