タンデム型低コヒーレンス両面干渉計による透明基板の厚さと屈折率同時測定技術の開発

• 研究課題/領域番号: 19K05321
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分30020:光工学および光量子科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 平井 亜紀子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (00357849)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 干渉計測 / 低コヒーレンス干渉 / 厚さ計測 / 屈折率 / 位相シフト法 / タンデム型干渉計 / 両面干渉計 / タンデム干渉計 / 厚さ測定

研究開始時の研究の概要

半導体素子のさらなる高密度化、小型化のために半導体基板の薄化技術が進み、厚さを高精度で信頼性高く測定する需要が高まっている。光源に対して不透明な試料の幾何学的厚さは、最近、応募者が開発した両面干渉計で10 nmの不確かさで測定された。一方、光源に対して透明な試料は、従来技術では幾何学的厚さと屈折率との積である光学的厚さしか測定できず、幾何学的厚さ精度は屈折率の精度で制限されていた。本研究では、低コヒーレンス光を用い、両面干渉計とタンデム型干渉計の技術を組み合わせることにより、透明試料の厚さを高精度に測定する手法を開発する。同時にフーリエ分光法を組み合わせて、屈折率波長分散の測定技術を開発する。

研究成果の概要

本研究の目的は、透明基板の幾何学的厚さを信頼性高く測定する技術を確立すること、および試料の屈折率分散も同時に測定する技術を確立し、試料の製造条件との関係を調べることである。そのために可視光領域の低コヒーレンス光を用いたタンデム型低コヒーレンス両面干渉計を開発した。、原理確認のために、不透明ではあるが幾何学的厚さ分布が既知であるシリコンウェーハ片を測定し、厚さ分布の形状、レンジがよく一致することを確認したが、厚さの絶対値には目標不確かさ以上の差があった。今後、絶対厚さの測定精度を向上させた上で、透明基板の厚さ分布精密測定を行う。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本技術開発により、国際単位系にトレーサブルに透明試料の絶対幾何学的厚さの測定が達成できる。また、同一の系で同じ箇所の屈折率分散も測定できる。試料内部の屈折率分布は、不純物濃度分布や歪み分布が反映されているので、加工条件との相関を調べれば、より高品質な半導体用基板製造技術への波及効果が期待される。