JPH0252205A - 膜厚測定方法 - Google Patents
膜厚測定方法Info
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- JPH0252205A JPH0252205A JP63203997A JP20399788A JPH0252205A JP H0252205 A JPH0252205 A JP H0252205A JP 63203997 A JP63203997 A JP 63203997A JP 20399788 A JP20399788 A JP 20399788A JP H0252205 A JPH0252205 A JP H0252205A
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- G—PHYSICS
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
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- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
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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」二の利用分野〉
本発明は、基板上に形成された透明薄膜の膜厚を測定す
る方法に係り、特に多層膜構造の最上層の膜厚を干渉分
光法によって測定する技術に関する。
る方法に係り、特に多層膜構造の最上層の膜厚を干渉分
光法によって測定する技術に関する。
〈従来の技術〉
従来、半導体製造プロセスにおける検査工程などにおい
て、例えばシリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜
の膜厚を光学的に測定するために、干渉分光法による膜
厚測定が広く使用されている。
て、例えばシリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜
の膜厚を光学的に測定するために、干渉分光法による膜
厚測定が広く使用されている。
このａの膜厚測定方法によれば、可視白色光を試料面に
照射し、透明薄膜の表面からの反ＩＩ光と、基板表面と
透明薄膜との界面からの反射光との干渉光の分光反射ス
ペクトルを検出することによって、透明薄膜の膜厚が測
定される。
照射し、透明薄膜の表面からの反ＩＩ光と、基板表面と
透明薄膜との界面からの反射光との干渉光の分光反射ス
ペクトルを検出することによって、透明薄膜の膜厚が測
定される。
第５図（ａ）〜（Ｃ）は、種々の膜厚に対する分光反則
スペクトルのプロフィールを示している。以下、ごのよ
うなプロフィールを持つ試料の膜厚測定についてそれぞ
れ説明する。
スペクトルのプロフィールを示している。以下、ごのよ
うなプロフィールを持つ試料の膜厚測定についてそれぞ
れ説明する。
（ａ）同図（ａ）に示す、ＬうＧこ、複数個の極値が現
れるようなプロフィールをもつ薄膜が形成された試料の
場合、例えば、適当な二つの極値（波長λ□λｌＩ）に
おける波長の差に着１］シて被測定試才」の膜厚を求め
ている。
れるようなプロフィールをもつ薄膜が形成された試料の
場合、例えば、適当な二つの極値（波長λ□λｌＩ）に
おける波長の差に着１］シて被測定試才」の膜厚を求め
ている。
（ｂ） 膜厚が薄くなるにしたがい、プロフィールの
周期は長くなる。例えば、同図（ｂ）に示すように、一
つの極値（波長λＣ）をもつような試料では、その極値
での波長が膜厚と相関関係を有していることから、その
波長を測定することで検量線的に膜厚を求めている。
周期は長くなる。例えば、同図（ｂ）に示すように、一
つの極値（波長λＣ）をもつような試料では、その極値
での波長が膜厚と相関関係を有していることから、その
波長を測定することで検量線的に膜厚を求めている。
（Ｃ） さらに、膜厚が薄くなると、同図（Ｃ）に示
すように、極イ直をもたない単言周なプロフィールる。
すように、極イ直をもたない単言周なプロフィールる。
このような試料では、特定波長λ，における反射光のエ
ネルギーＥ，が膜厚と相関関係を有していることから、
そのエネルギーＥ。を測定することで検量線的に膜厚を
求めている。
ネルギーＥ，が膜厚と相関関係を有していることから、
そのエネルギーＥ。を測定することで検量線的に膜厚を
求めている。
〈発明が解決しようとする課題〉
ところで、近年、半導体技術の進歩により多層膜構造の
半導体装置が製造されており、このような多層膜構造に
おける最上層の膜厚を測定したい合、必要な情報はシリ
コン酸化ｌ！４６の表面からの反射光Ｒ，と、シリコン
酸化膜４６とポリシリコン［４４の界面からの反射光Ｒ
２であり、それ以外の反射光Ｒ３および反射光Ｒ４は外
乱雑音となって、測定精度を低下させる要因となる。
半導体装置が製造されており、このような多層膜構造に
おける最上層の膜厚を測定したい合、必要な情報はシリ
コン酸化ｌ！４６の表面からの反射光Ｒ，と、シリコン
酸化膜４６とポリシリコン［４４の界面からの反射光Ｒ
２であり、それ以外の反射光Ｒ３および反射光Ｒ４は外
乱雑音となって、測定精度を低下させる要因となる。
なお、反射光Ｒ３．Ｒ４は、ポリシリコン膜４４の表面
状態や光学定数の不安定要素などから、その強度が一定
しないので、これらの反射光Ｒ３Ｒ４によって生じる雑
音成分だけを選択的に除去することが困難である。その
ため、従来、このような多層膜構造における最上層の膜
厚を干渉分光法によって直接測定することが困難であっ
た。
状態や光学定数の不安定要素などから、その強度が一定
しないので、これらの反射光Ｒ３Ｒ４によって生じる雑
音成分だけを選択的に除去することが困難である。その
ため、従来、このような多層膜構造における最上層の膜
厚を干渉分光法によって直接測定することが困難であっ
た。
本発明は、このような技術的課題を解決するためになさ
れたものであって、多層膜構造における最上層の膜厚を
精度よく測定することができる膜厚測定方法を折供する
ことを目的としている。
れたものであって、多層膜構造における最上層の膜厚を
精度よく測定することができる膜厚測定方法を折供する
ことを目的としている。
〈課題を解決するだめの手段〉
上述のような技術的課題を解決するために、本発明者が
鋭意研究した結果、次のような事実が判明した。
鋭意研究した結果、次のような事実が判明した。
という要請がある。
しかしながら、上述した従来の膜厚測定方法によれば、
次に説明する理由により、多層膜構造における最上層の
膜厚を精度よく測定することが困難であるという問題点
がある。
次に説明する理由により、多層膜構造における最上層の
膜厚を精度よく測定することが困難であるという問題点
がある。
以下、第６図を参照する。第６図は、半導体装置の一般
的な多層構造を例示した断面図である。
的な多層構造を例示した断面図である。
同図において、４０はシリコン基板、４２はシリコン基
板４０に形成されたシリコン酸化膜、４４はシリンコン
酸化膜４２上に形成されたポリシリコン膜、４６はポリ
シリコン膜４４上に形成された最上層であるシリコン酸
化膜である。
板４０に形成されたシリコン酸化膜、４４はシリンコン
酸化膜４２上に形成されたポリシリコン膜、４６はポリ
シリコン膜４４上に形成された最上層であるシリコン酸
化膜である。
このような多層膜構造をもつ試料Ｓに可視白色光ｌを照
射すると、最上層のシリコン酸化膜４６から反射光Ｒ，
が、シリコン酸化膜４６とポリシリコン膜４４の界面か
ら反射光Ｒ２が、ポリシリコン膜４４とシリコン酸化膜
４２の界面から反射光Ｒ３が、シリコン酸化膜４２と基
板４０の界面から反射光Ｒ４がそれぞれ戻ってくる。
射すると、最上層のシリコン酸化膜４６から反射光Ｒ，
が、シリコン酸化膜４６とポリシリコン膜４４の界面か
ら反射光Ｒ２が、ポリシリコン膜４４とシリコン酸化膜
４２の界面から反射光Ｒ３が、シリコン酸化膜４２と基
板４０の界面から反射光Ｒ４がそれぞれ戻ってくる。
最−Ｌ層のシリコン酸化膜４６の膜厚を測定する場以下
、第２図を参照する。第２図は、シリコン基板上に１０
０ｎｍのシリコン酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜
の上に５３０ｎｍのポリシリコン膜を形成した試料に、
４００ｎｍ〜８００ｎｍ波長域の光を照射して得られた
分光反射スペクトルのプロフィールを示している。
、第２図を参照する。第２図は、シリコン基板上に１０
０ｎｍのシリコン酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜
の上に５３０ｎｍのポリシリコン膜を形成した試料に、
４００ｎｍ〜８００ｎｍ波長域の光を照射して得られた
分光反射スペクトルのプロフィールを示している。
第２図より明らかなように、短波長になるほどプロフィ
ールの振幅が小さくなり、４６０ｎｍ近辺よりも短波長
側、即ち、紫外線領域では、はとんど変動していない。
ールの振幅が小さくなり、４６０ｎｍ近辺よりも短波長
側、即ち、紫外線領域では、はとんど変動していない。
これは次の理由による。可視光領域では、ポリシリコン
膜表面で反射された光が、ポリソリコン膜表面より下か
らの光、ずなわぢ、シリコン酸化膜で反射された光やシ
リコン基板で反射された光などと干渉して、分光反射ス
ペクトルに山谷の振幅が見られた。一方、紫外’ＩＩＡ
ｅＴＪ域では、ポリシリコン膜は紫外光を吸収するた
めポリシリコン膜表面より下から戻ってくる光がほとん
ど存在しないから、ポリシリコン膜表面からの光は、は
とんど干渉を受けないことになって、山谷の振幅がほと
んど生しないのである。なお、ポリソリコン膜の膜厚が
前記５３０ｎｍより厚ければ、山谷の振幅が生じなくな
る波長は前記４６０ ｎｍより長波長側ヘノフトする。
膜表面で反射された光が、ポリソリコン膜表面より下か
らの光、ずなわぢ、シリコン酸化膜で反射された光やシ
リコン基板で反射された光などと干渉して、分光反射ス
ペクトルに山谷の振幅が見られた。一方、紫外’ＩＩＡ
ｅＴＪ域では、ポリシリコン膜は紫外光を吸収するた
めポリシリコン膜表面より下から戻ってくる光がほとん
ど存在しないから、ポリシリコン膜表面からの光は、は
とんど干渉を受けないことになって、山谷の振幅がほと
んど生しないのである。なお、ポリソリコン膜の膜厚が
前記５３０ｎｍより厚ければ、山谷の振幅が生じなくな
る波長は前記４６０ ｎｍより長波長側ヘノフトする。
以上の事例から、上記ポリシリコン膜のように紫外線領
域の光を吸収する薄膜の上に膜厚測定の対象とする薄膜
が形成されている場合にＤＪ、紫夕（線領域の光に着目
して膜厚測定を行えば、上記ポリシリコン膜のような紫
外線領域の光を吸収する膜の下層に、どんな種類の膜が
形成されていようとも、その影響をほとんど受けずに膜
１￥測定を達成できると本発明者は考えた。
域の光を吸収する薄膜の上に膜厚測定の対象とする薄膜
が形成されている場合にＤＪ、紫夕（線領域の光に着目
して膜厚測定を行えば、上記ポリシリコン膜のような紫
外線領域の光を吸収する膜の下層に、どんな種類の膜が
形成されていようとも、その影響をほとんど受けずに膜
１￥測定を達成できると本発明者は考えた。
第４図は、第６１示の試料と同様にソリコン基板４０」
−に、膜厚１１００ｎのシリコン酸化膜４２．膜厚４０
０ｎｍのポリシリコン膜４４．膜厚２５０ｎｍのシリコ
ン酸化膜４６を順次形成した試料Ｓの分光反射スペクト
ルを示す。第４図から明らかなように、可視光領域では
、第６Ｖ示のようδこポリソリコン膜４４より下層のシ
リコン酸化膜４２やソリコン基板４０からの反射光Ｒ３
，Ｒ，の影響を受けるため、きわめて複雑な波形のプロ
フィールを示している一方、リンリコン膜の上にシリコ
ン酸化膜が形成された多層膜や、その他の多層膜に対し
て、次のような第１層膜厚の測定方法を発明した。
−に、膜厚１１００ｎのシリコン酸化膜４２．膜厚４０
０ｎｍのポリシリコン膜４４．膜厚２５０ｎｍのシリコ
ン酸化膜４６を順次形成した試料Ｓの分光反射スペクト
ルを示す。第４図から明らかなように、可視光領域では
、第６Ｖ示のようδこポリソリコン膜４４より下層のシ
リコン酸化膜４２やソリコン基板４０からの反射光Ｒ３
，Ｒ，の影響を受けるため、きわめて複雑な波形のプロ
フィールを示している一方、リンリコン膜の上にシリコ
ン酸化膜が形成された多層膜や、その他の多層膜に対し
て、次のような第１層膜厚の測定方法を発明した。
すなわち、本発明の膜厚測定方法は、基板上に膜厚測定
の対象となる薄膜を有する被測定試料の分光反射スペク
トルを測定し、分光反射スペクトルの測定結果から前記
薄膜の膜厚を測定する方法において、前記膜厚測定対象
薄膜が、２種以上の薄膜からなる多層膜におりる最上層
である第１層の薄膜であり、前記分光反射スペクトルの
測定を、第１層の薄膜を透過するが第２Ｎの薄膜では吸
収される波長領域の光を用いて行うことによって、多層
膜中の第１層の薄膜の＃厚を測定することを特徴とする
膜厚測定方法である。
の対象となる薄膜を有する被測定試料の分光反射スペク
トルを測定し、分光反射スペクトルの測定結果から前記
薄膜の膜厚を測定する方法において、前記膜厚測定対象
薄膜が、２種以上の薄膜からなる多層膜におりる最上層
である第１層の薄膜であり、前記分光反射スペクトルの
測定を、第１層の薄膜を透過するが第２Ｎの薄膜では吸
収される波長領域の光を用いて行うことによって、多層
膜中の第１層の薄膜の＃厚を測定することを特徴とする
膜厚測定方法である。
〈作用〉
膜厚測定の対象とする薄膜は、載板−Ｊ二に２種以上の
薄膜からなる多層膜が形成された被測定試料におりる最
上層である第１層の薄膜である。ところで、本発明では
、分光反射スペクトルの測定をする光は、第１層の薄膜
を透過するが、第１層の紫外線領域では、第３図示のよ
うに膜厚測定対象薄膜である第１層のシリコン酸化膜４
６表面からの反射光Ｒ，／ とポリシリコン膜４４表面
からの反射光Ｒ２′からなる干渉光の分光反射スペクト
ルであるから、第１層のシリコン酸化膜４６の膜厚に応
じた干渉の影響が直接的に表れた単純な波形のプロフィ
ールである。つまり、紫外線領域においては、分光反射
スペクトルのプロフィールは、あたかも、ポリシリコン
膜４４を基板とする試料に、層のシリコン酸化膜４６が
形成された場合と同様であると考えられる。
薄膜からなる多層膜が形成された被測定試料におりる最
上層である第１層の薄膜である。ところで、本発明では
、分光反射スペクトルの測定をする光は、第１層の薄膜
を透過するが、第１層の紫外線領域では、第３図示のよ
うに膜厚測定対象薄膜である第１層のシリコン酸化膜４
６表面からの反射光Ｒ，／ とポリシリコン膜４４表面
からの反射光Ｒ２′からなる干渉光の分光反射スペクト
ルであるから、第１層のシリコン酸化膜４６の膜厚に応
じた干渉の影響が直接的に表れた単純な波形のプロフィ
ールである。つまり、紫外線領域においては、分光反射
スペクトルのプロフィールは、あたかも、ポリシリコン
膜４４を基板とする試料に、層のシリコン酸化膜４６が
形成された場合と同様であると考えられる。
この結果から理解されるように、４６０ｎｍ近辺よりも
長波長側の可視光領域では、各層の反射光の多重干渉に
より分光反射スペクトルのプロフィールは複雑に変化し
ているから、その解析は容易でないが、４６０ｎｍ近辺
よりも短波長側の紫外線領域では、前述のような多重干
渉の影響がなく、解析しやすい分光反射スペクトルのプ
ロフィールが得られた。
長波長側の可視光領域では、各層の反射光の多重干渉に
より分光反射スペクトルのプロフィールは複雑に変化し
ているから、その解析は容易でないが、４６０ｎｍ近辺
よりも短波長側の紫外線領域では、前述のような多重干
渉の影響がなく、解析しやすい分光反射スペクトルのプ
ロフィールが得られた。
以トのことから、本発明者は、前記のようなボ下層の第
２１１１では吸収される波長領域を持つから、この光は
第１層を透過した後、第２層表面で反射され、他は第２
層で吸収される。このため、仮に第２層より下層に何ら
かの薄膜の層（第３層、第４層、・・・）を有している
場合でも、そのような薄膜（第３層、第４層、・・・）
からの反射光は、はとんど存在しない。また、第２層よ
り下にある基板表面からの反則光もほとんど存在しない
。つまり、被測定試料からの反射光は、第１層表面での
反射光と、第２層表面での反射光との干渉光であって、
この干渉光は、第２層より下層からの反射光の影響をほ
とんど受けていない。したがって、多層膜における第１
層を膜厚測定の対象としているにもかかわらず、第１層
の薄膜の膜厚を精度よく測定できる。
２１１１では吸収される波長領域を持つから、この光は
第１層を透過した後、第２層表面で反射され、他は第２
層で吸収される。このため、仮に第２層より下層に何ら
かの薄膜の層（第３層、第４層、・・・）を有している
場合でも、そのような薄膜（第３層、第４層、・・・）
からの反射光は、はとんど存在しない。また、第２層よ
り下にある基板表面からの反則光もほとんど存在しない
。つまり、被測定試料からの反射光は、第１層表面での
反射光と、第２層表面での反射光との干渉光であって、
この干渉光は、第２層より下層からの反射光の影響をほ
とんど受けていない。したがって、多層膜における第１
層を膜厚測定の対象としているにもかかわらず、第１層
の薄膜の膜厚を精度よく測定できる。
〈実施例〉
以下、本発明の実施例を凹面を参照して説明する。
第１図は、本発明の一実施例に係る膜厚測定方法を使用
した装置の概略図である。
した装置の概略図である。
同図において、Ｓば、例えばシリコン基板」二にシリコ
ン酸化膜、ポリシリコン膜、シリコン酸化膜がその順に
形成された多層膜構造をもつ被測定試料である。１０は
、被測定試料Ｓ上のパターンを観察するために設けられ
た可視白色光照射用光源であり、例えば、ハロゲンラン
プが使用される。
ン酸化膜、ポリシリコン膜、シリコン酸化膜がその順に
形成された多層膜構造をもつ被測定試料である。１０は
、被測定試料Ｓ上のパターンを観察するために設けられ
た可視白色光照射用光源であり、例えば、ハロゲンラン
プが使用される。
光源１０から照射された可視白色光は、集光素子１２、
シャンターミラー１４、ハーフミラ−１６およびミラー
型結像素子１８を介して、被測定試料Ｓ面に照射される
。
シャンターミラー１４、ハーフミラ−１６およびミラー
型結像素子１８を介して、被測定試料Ｓ面に照射される
。
被測定試料Ｓ面で反射された可視白色光は、ミラー型結
像素子１８で集光された後、ハーフミラ１６を透過し、
ピンボールミラー２０およびミラー２２で反則され、さ
らに、結像レンズ２４を介してカメラユニット２６に入
射する。
像素子１８で集光された後、ハーフミラ１６を透過し、
ピンボールミラー２０およびミラー２２で反則され、さ
らに、結像レンズ２４を介してカメラユニット２６に入
射する。
オペレータは、カメラユニット２６によって撮像されＣ
ＲＴ（図示せず）に映し出された被測定試料Ｓ面のパタ
ーンを見ながら、被測定試料Ｓが載置された図示しない
試料台を操作して、適当な膜厚測定個所を指定する。
ＲＴ（図示せず）に映し出された被測定試料Ｓ面のパタ
ーンを見ながら、被測定試料Ｓが載置された図示しない
試料台を操作して、適当な膜厚測定個所を指定する。
膜厚を算出するためのマイクＩココンピュータ３４に与
えられる。マイクロコンピユータ３４ば、」二連した従
来例と同様に、検出された被測定試料Ｓの分光反射スペ
クトルから被測定試料Ｓの最上層のＩｌｕ厚を算出しく
算出する方法は後述する）、その測定結果は図示しない
プリンタあるいはＣＲＴなどの表示器に出力される。
えられる。マイクロコンピユータ３４ば、」二連した従
来例と同様に、検出された被測定試料Ｓの分光反射スペ
クトルから被測定試料Ｓの最上層のＩｌｕ厚を算出しく
算出する方法は後述する）、その測定結果は図示しない
プリンタあるいはＣＲＴなどの表示器に出力される。
被測定試料Ｓの分光反射スペクＩ・ルがら膜厚を算出す
る手法は、次のとおりである。
る手法は、次のとおりである。
まず、分光反射スペクトルが紫外線領域で第５図（ａ）
に示すプロフィールの場合、任意の極値の波長λ、。、
と、その極値から０番［］（ｎは１以上の任意の整数）
の極値の波長λ、１および、波長λ、。、における第１
層薄膜の屈折率Ｎ、。、と波長λい、における第１層薄
膜の屈折率Ｎ＋ｎ＋ から、下記（１）式によって、第
１層の膜厚ｄを算出する。
に示すプロフィールの場合、任意の極値の波長λ、。、
と、その極値から０番［］（ｎは１以上の任意の整数）
の極値の波長λ、１および、波長λ、。、における第１
層薄膜の屈折率Ｎ、。、と波長λい、における第１層薄
膜の屈折率Ｎ＋ｎ＋ から、下記（１）式によって、第
１層の膜厚ｄを算出する。
λ（０） λｆｎｌ
なお、被測定試料の第２層のη１Ｊ膜が、紫外線ｚ工１
膜厚測定に際しては、紫外線照射用光源２８が使用され
る。このような光源２８としては、例えば２００ｎｍ〜
４００ｎｍ波長領域の紫外線を発する重水素ランプが使
用される。この他、光＃２８としては、水銀ランプや紫
外レーザ照射器を使用することも可能である。
膜厚測定に際しては、紫外線照射用光源２８が使用され
る。このような光源２８としては、例えば２００ｎｍ〜
４００ｎｍ波長領域の紫外線を発する重水素ランプが使
用される。この他、光＃２８としては、水銀ランプや紫
外レーザ照射器を使用することも可能である。
光ａ２８から照射された紫外線照射光は、集光素子３０
を介してハーフミラ−１４に向けて照射される。
を介してハーフミラ−１４に向けて照射される。
なお、膜厚測定を行うとき、前記シャンターミラ１４は
、適当な位置にまで退避されている。ハフミラー１６で
反射された紫外線照射光はミラー型結像素子１８を介し
て、被測定試料Ｓに照射される。
、適当な位置にまで退避されている。ハフミラー１６で
反射された紫外線照射光はミラー型結像素子１８を介し
て、被測定試料Ｓに照射される。
被測定試料Ｓに照射された紫外線照射光は、被測定試料
Ｓの最上層（第１層）のシリコン酸化膜表面で反射され
るとともに、このシリコン酸化膜とポリシリコン膜（第
２層）の界面で反射される。
Ｓの最上層（第１層）のシリコン酸化膜表面で反射され
るとともに、このシリコン酸化膜とポリシリコン膜（第
２層）の界面で反射される。
これらの紫外線反射光は、ミラー型結像素子１８で集光
された後、ハーフミラ−１６およびピンホールミラー２
０を通過して分光器３２に入射される。
された後、ハーフミラ−１６およびピンホールミラー２
０を通過して分光器３２に入射される。
分光器３２で検出された信号は、被測定試料Ｓの域にお
いて反射率に変動（例えば、反射率が急激に上昇するな
どの変動）を存する場合には、プロフィールから上記２
つの極値を読み取る際に、かかる反射率の変動に起因し
て生じるプロフィールにおける変動を、プロフィールに
おける極値と読み誤らないようにする必要がある。その
ためには、例えば、第２Ｎの薄膜の反射率が変動するよ
うな波長域を避けて、極値を読み取ればよい。
いて反射率に変動（例えば、反射率が急激に上昇するな
どの変動）を存する場合には、プロフィールから上記２
つの極値を読み取る際に、かかる反射率の変動に起因し
て生じるプロフィールにおける変動を、プロフィールに
おける極値と読み誤らないようにする必要がある。その
ためには、例えば、第２Ｎの薄膜の反射率が変動するよ
うな波長域を避けて、極値を読み取ればよい。
また、分光反射スペクトルが紫外線領域内で、第５図（
ｂ）に示すプロフィールの場合、極値の波長λ。と、第
１層の膜厚ｄとが相関関係にあることから、被測定試料
Ｓの紫外線領域での分光反射スペクトルの極値の波長λ
。の測定結果をよりどころにして、第１層であるシリコ
ン酸化膜の膜厚を求める。つまり、極値の波長λ。と第
１層膜厚との相関データ（以下、λ。・ｄ相関データと
称する）を得るための試料（以下、λ。・ｄ相関データ
サンプリング試料と称する）を複数個用意し、それらの
紫外線領域での分光反射スペクＩ・ルを測定し、それら
の測定結果から経験的にλ。・ｄ相関データを得ておく
。次に被測定試料Ｓの紫外線領域での分光反射スペクト
ルを測定し、その極値の波長λ。に基づいて、λ。・ｄ
相関データから検量線的手法で被測定試料Ｓの第１層の
膜厚を求める。なお、λ、・ｄ相関データ勺ンプリング
試料は、その第１層が被測定試料Ｓの第１層（シリコン
酸化膜）と同材質であり、その第２層が被測定試料Ｓの
第２層（ポリソリコン）と同材質である。また、λ。・
ｄ相関データザンプリング試れ１の第１層は、膜厚が既
知であって、分光反則スペクトルのプロフィールが紫外
線領域内で第５図（ｂ）に示すように一つの極値をもつ
ような特性となる程度の膜厚である。
ｂ）に示すプロフィールの場合、極値の波長λ。と、第
１層の膜厚ｄとが相関関係にあることから、被測定試料
Ｓの紫外線領域での分光反射スペクトルの極値の波長λ
。の測定結果をよりどころにして、第１層であるシリコ
ン酸化膜の膜厚を求める。つまり、極値の波長λ。と第
１層膜厚との相関データ（以下、λ。・ｄ相関データと
称する）を得るための試料（以下、λ。・ｄ相関データ
サンプリング試料と称する）を複数個用意し、それらの
紫外線領域での分光反射スペクＩ・ルを測定し、それら
の測定結果から経験的にλ。・ｄ相関データを得ておく
。次に被測定試料Ｓの紫外線領域での分光反射スペクト
ルを測定し、その極値の波長λ。に基づいて、λ。・ｄ
相関データから検量線的手法で被測定試料Ｓの第１層の
膜厚を求める。なお、λ、・ｄ相関データ勺ンプリング
試料は、その第１層が被測定試料Ｓの第１層（シリコン
酸化膜）と同材質であり、その第２層が被測定試料Ｓの
第２層（ポリソリコン）と同材質である。また、λ。・
ｄ相関データザンプリング試れ１の第１層は、膜厚が既
知であって、分光反則スペクトルのプロフィールが紫外
線領域内で第５図（ｂ）に示すように一つの極値をもつ
ような特性となる程度の膜厚である。
また、分光反射スペクトルが紫外線領域内で、第５図（
Ｃ）に示すプロフィールの場合、反射光のエネルギーと
第１層の膜厚ｄとが相関関係にあることから、任意の波
長λ。を特定波長と定め、この特定波長λ。における反
射光エネルギーＩ？、ｌｌの測定結果をよりどころにし
て、第１層であるシリコン酸化膜の膜厚ｄを求める。つ
まり、特定波長測定試料の膜厚を求めるための手法は、
前記手法に限られず、種々変更実施することができる。
Ｃ）に示すプロフィールの場合、反射光のエネルギーと
第１層の膜厚ｄとが相関関係にあることから、任意の波
長λ。を特定波長と定め、この特定波長λ。における反
射光エネルギーＩ？、ｌｌの測定結果をよりどころにし
て、第１層であるシリコン酸化膜の膜厚ｄを求める。つ
まり、特定波長測定試料の膜厚を求めるための手法は、
前記手法に限られず、種々変更実施することができる。
要するに、本発明は、紫外線領域の光を吸収する特性を
有する層上に最上層が形成された多層膜構造の被測定試
料に対して、その反射光の紫外線領域での分光反射スペ
クトルを検出することに暴づいて、前記最上層の膜厚を
測定することを要旨としているから、こような手法を使
用した膜厚測定方法である限り、本発明に含まれる。
有する層上に最上層が形成された多層膜構造の被測定試
料に対して、その反射光の紫外線領域での分光反射スペ
クトルを検出することに暴づいて、前記最上層の膜厚を
測定することを要旨としているから、こような手法を使
用した膜厚測定方法である限り、本発明に含まれる。
また、上述の実施例では、紫外線領域の光を吸収する特
性を有する層として、ポリソリコン膜を例示し、このポ
リシリコン膜上に形成されたシリコン酸化膜の膜厚を測
定する場合について説明したが、測定対象となり得る被
測定試料は、このようなものに限られず、紫外線領域の
光を吸収する特性を有する層上に、透過性の薄膜が形成
された多層膜構造をもつ試料であれば、本発明を適用で
きることばいうまでもない。
性を有する層として、ポリソリコン膜を例示し、このポ
リシリコン膜上に形成されたシリコン酸化膜の膜厚を測
定する場合について説明したが、測定対象となり得る被
測定試料は、このようなものに限られず、紫外線領域の
光を吸収する特性を有する層上に、透過性の薄膜が形成
された多層膜構造をもつ試料であれば、本発明を適用で
きることばいうまでもない。
〈発明の効果〉
以」−の説明から明らかなように、本発明に係るλゎに
おける反射光のエネルギーＥ、と第１Ｎ膜厚ｄとの相関
データ（以下、ＥＤ ・ｄ相関データと称する）を得る
ための試料（以下、Ｅ、−ｄ相関データサンプリング試
料と称する）を用意し、それらの紫外線領域での分光反
射スペクトルを測定し、それらの測定結果から経験的に
Ｅ、・ｄ相関データを得ておく。次に、被測定試料Ｓの
紫外線領域での分光反射スペクトルを測定し、特定波長
λ。における反射光のエネルギーＥ、に基づいて、Ｅ、
−ｄ相関データから検量線的手法で被測定試料Ｓの第１
層の膜厚を求める。なお、ＥＩｌｄ相関デ相関データリ
ンプリング試料の第１層が被測定試料Ｓの第１層（シリ
コン酸化膜）と同材質であり、その第２層が被測定試料
Ｓの第２層（ポリシリコン）と同材質である。また、Ｅ
Ｉｌ ・ｄ相関データサンプリング試料の第１層は、膜
厚が既知であって、分光反射スペクトルのプロフィルが
、紫外線領域内で第５図（Ｃ）に示す特性となる程度の
膜厚である。
おける反射光のエネルギーＥ、と第１Ｎ膜厚ｄとの相関
データ（以下、ＥＤ ・ｄ相関データと称する）を得る
ための試料（以下、Ｅ、−ｄ相関データサンプリング試
料と称する）を用意し、それらの紫外線領域での分光反
射スペクトルを測定し、それらの測定結果から経験的に
Ｅ、・ｄ相関データを得ておく。次に、被測定試料Ｓの
紫外線領域での分光反射スペクトルを測定し、特定波長
λ。における反射光のエネルギーＥ、に基づいて、Ｅ、
−ｄ相関データから検量線的手法で被測定試料Ｓの第１
層の膜厚を求める。なお、ＥＩｌｄ相関デ相関データリ
ンプリング試料の第１層が被測定試料Ｓの第１層（シリ
コン酸化膜）と同材質であり、その第２層が被測定試料
Ｓの第２層（ポリシリコン）と同材質である。また、Ｅ
Ｉｌ ・ｄ相関データサンプリング試料の第１層は、膜
厚が既知であって、分光反射スペクトルのプロフィルが
、紫外線領域内で第５図（Ｃ）に示す特性となる程度の
膜厚である。
なお、検出された分光反射スペクトルから、被膜厚測定
方法によれば、第２層よりも下層からの反射光による干
渉が回避されるから、最上層（第１層）の膜厚を精度よ
く測定することができる。
方法によれば、第２層よりも下層からの反射光による干
渉が回避されるから、最上層（第１層）の膜厚を精度よ
く測定することができる。
第１図は本発明の一実施例に係る方法を使用した膜厚測
定装置の概略構成図、第２図はシリコン基板上にソリコ
ン酸化膜およびポリソリコン膜が形成された試料に４０
０ｎｍ〜８００ｎｍ波長域の光を照射して得られた分光
反射スペクトルを示す図、第３図は紫外線領域の光を吸
収する特性を有する層上に最上層が形成された多層膜構
造を有する試料に、紫外線領域の光を照射したときの説
明図、第４図はシリコン基板上にシリコン酸化膜、ポリ
シリコン膜、シリコン酸化膜がその順に形成された試料
に２００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域の光を照射したと
きの分光反射スペクトルを示す図、第５図は本発明およ
び従来例に共通ずる干渉分光法による膜厚測定の説明図
、第６図は従来方法によって多層膜構造の試料の膜厚測
定を行った場合に生しる多重干渉の説明図である。 Ｓ・・・被測定試料 １８・・・ミラー型結像素子 ２８・・・紫外線照射用光源 ３２・・・分光器 ３４・・・マイクロコンビュ 出願人 大日本スクリーン製造株式会社代理人 弁理士
杉 谷 勉 ■ ω ば） 四笑〈ε４蝮→Ｗ−
定装置の概略構成図、第２図はシリコン基板上にソリコ
ン酸化膜およびポリソリコン膜が形成された試料に４０
０ｎｍ〜８００ｎｍ波長域の光を照射して得られた分光
反射スペクトルを示す図、第３図は紫外線領域の光を吸
収する特性を有する層上に最上層が形成された多層膜構
造を有する試料に、紫外線領域の光を照射したときの説
明図、第４図はシリコン基板上にシリコン酸化膜、ポリ
シリコン膜、シリコン酸化膜がその順に形成された試料
に２００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域の光を照射したと
きの分光反射スペクトルを示す図、第５図は本発明およ
び従来例に共通ずる干渉分光法による膜厚測定の説明図
、第６図は従来方法によって多層膜構造の試料の膜厚測
定を行った場合に生しる多重干渉の説明図である。 Ｓ・・・被測定試料 １８・・・ミラー型結像素子 ２８・・・紫外線照射用光源 ３２・・・分光器 ３４・・・マイクロコンビュ 出願人 大日本スクリーン製造株式会社代理人 弁理士
杉 谷 勉 ■ ω ば） 四笑〈ε４蝮→Ｗ−
Claims (2)
- （１）基板上に膜厚測定の対象となる薄膜を有する被測
定試料の分光反射スペクトルを測定し、分光反射スペク
トルの測定結果から前記薄膜の膜厚を測定する方法にお
いて、 前記膜厚測定対象薄膜は、２種以上の薄膜からなる多層
膜における最上層である第１層の薄膜であり、 前記分光反射スペクトルの測定を、第１層の薄膜を透過
するが第２層の薄膜では吸収される波長領域の光を用い
て行うことによって、多層膜中の第１層の薄膜の膜厚を
測定することを特徴とする膜厚測定方法。 - （２）第２層の薄膜がポリシリコンであり、分光反射ス
ペクトルの測定に用いる光が紫外線領域である請求項（
１）記載の膜厚測定方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63203997A JPH0252205A (ja) | 1988-08-17 | 1988-08-17 | 膜厚測定方法 |
| KR1019890009993A KR930010908B1 (ko) | 1988-08-17 | 1989-07-13 | 막두께 측정방법 및 장치 |
| EP89114556A EP0358936A3 (en) | 1988-08-17 | 1989-08-07 | Method of and apparatus for measuring film thickness |
| US07/394,650 US4984894A (en) | 1988-08-17 | 1989-08-16 | Method of and apparatus for measuring film thickness |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63203997A JPH0252205A (ja) | 1988-08-17 | 1988-08-17 | 膜厚測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0252205A true JPH0252205A (ja) | 1990-02-21 |
Family
ID=16483066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63203997A Pending JPH0252205A (ja) | 1988-08-17 | 1988-08-17 | 膜厚測定方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4984894A (ja) |
| EP (1) | EP0358936A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0252205A (ja) |
| KR (1) | KR930010908B1 (ja) |
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