JP2000346620A - 膜厚測定方法とその装置およびそれを用いたエッチング装置 - Google Patents
膜厚測定方法とその装置およびそれを用いたエッチング装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 測定対象とする周期信号を乱して測定精度を
低下させる特定の膜表面からの反射光に起因する干渉周
期成分を排除し、膜厚変化の測定精度を向上させた高精
度な膜厚の測定方法と装置を提供する。 【解決手段】 最上面薄膜と空気の境界に対して、光源
３１からブリュースタ角を満たす入射角で光を入射さ
せ、特定膜面である最上面の薄膜上では干渉波形の変調
の原因となる反射光を全く生じさせないで光センサ３４
で受光する。
低下させる特定の膜表面からの反射光に起因する干渉周
期成分を排除し、膜厚変化の測定精度を向上させた高精
度な膜厚の測定方法と装置を提供する。 【解決手段】 最上面薄膜と空気の境界に対して、光源
３１からブリュースタ角を満たす入射角で光を入射さ
せ、特定膜面である最上面の薄膜上では干渉波形の変調
の原因となる反射光を全く生じさせないで光センサ３４
で受光する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多層膜の厚み変化を
計測する膜厚測定方法等で、特に、目的の周期信号を乱
して測定精度を低下させる特定の膜表面からの反射光に
起因する干渉周期成分を排除し、膜厚変化の測定精度を
向上させる高精度に膜厚を測定する方法と装置及びそれ
を用いたエッチング装置に関する。
計測する膜厚測定方法等で、特に、目的の周期信号を乱
して測定精度を低下させる特定の膜表面からの反射光に
起因する干渉周期成分を排除し、膜厚変化の測定精度を
向上させる高精度に膜厚を測定する方法と装置及びそれ
を用いたエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、多層膜の厚み変化を計測する膜厚
測定方法で用いられている装置では、通常、無偏光状態
のプローブ光を測定対象とされる多層膜に照射し、膜厚
が時間的に変化する際に生ずる干渉信号を光センサで電
気信号に変換している。その結果を表示あるいはソフト
ウエア処理によってノイズ除去、補正、後処理などを行
って膜厚計算および表示を行っていた。
測定方法で用いられている装置では、通常、無偏光状態
のプローブ光を測定対象とされる多層膜に照射し、膜厚
が時間的に変化する際に生ずる干渉信号を光センサで電
気信号に変換している。その結果を表示あるいはソフト
ウエア処理によってノイズ除去、補正、後処理などを行
って膜厚計算および表示を行っていた。
【０００３】なお、その際に用いられる各膜内の繰り返
し反射を考慮した多層膜千渉による振幅反射率は以下の
式によって表わされる。
し反射を考慮した多層膜千渉による振幅反射率は以下の
式によって表わされる。
【数１】 ｎ： 膜総数 ｊ： 各膜表面のフレネル係数 δ： 位相量（＝２π／λ×光路差） また、膜厚の時間的変化を光センサで観察する場合には
上式の振幅反射率の代わりに、それの２乗で表わされる
強度反射率の時系列データとして観察される。時系列的
干渉波形が選らばれた後の処理については各装置、方法
によって異なってくるが、例えば、図６に示すように、
干渉波形の干渉強度の経時的に発生する極大点と極小点
をカウントすることによって、時間毎の測定対象の薄膜
の変化量を算出している。
上式の振幅反射率の代わりに、それの２乗で表わされる
強度反射率の時系列データとして観察される。時系列的
干渉波形が選らばれた後の処理については各装置、方法
によって異なってくるが、例えば、図６に示すように、
干渉波形の干渉強度の経時的に発生する極大点と極小点
をカウントすることによって、時間毎の測定対象の薄膜
の変化量を算出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような方法では、図７に示すように測定対象となる膜以
外の特定の膜厚が変化してしまう場合、測定対象となる
膜の反射光と干渉基準膜面との干渉波形に、特定膜から
の反射光と干渉基準膜面からの反射光に起因する干渉信
号が変調として重畳してしまう。そのため、それがノイ
ズとして作用し、ノイズの影響により変調がかかること
によって本来明瞭であった極点（極大点と極小点）が不
明瞭になったり、極点そのものの位置がずれたりする。
ような方法では、図７に示すように測定対象となる膜以
外の特定の膜厚が変化してしまう場合、測定対象となる
膜の反射光と干渉基準膜面との干渉波形に、特定膜から
の反射光と干渉基準膜面からの反射光に起因する干渉信
号が変調として重畳してしまう。そのため、それがノイ
ズとして作用し、ノイズの影響により変調がかかること
によって本来明瞭であった極点（極大点と極小点）が不
明瞭になったり、極点そのものの位置がずれたりする。
【０００５】特に極点位置を基に膜厚算出を行う場合に
は、図８に示すように、極点そのものの位置ずれが時間
とともに発生して、測定精度に直接影響するため精密な
測定が困難である。
は、図８に示すように、極点そのものの位置ずれが時間
とともに発生して、測定精度に直接影響するため精密な
測定が困難である。
【０００６】従来、これを避けるために時系列データで
ある干渉信号を、図示しないＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉ
ｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｉｌｔｅｒ）やＩ
ＩＲ等の、ハイパスデジタルフィルタに通して変調成分
の影響を排除する処理を行っていた。しかしながら、ハ
イパスフィルタによる信号処理は変調成分の低減には効
果的であるが、反面、入出力間に時間遅れが発生するた
め、干渉信号変化に基づいたリアルタイム処理を行う際
には、それが欠点となり不適当である。
ある干渉信号を、図示しないＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉ
ｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｉｌｔｅｒ）やＩ
ＩＲ等の、ハイパスデジタルフィルタに通して変調成分
の影響を排除する処理を行っていた。しかしながら、ハ
イパスフィルタによる信号処理は変調成分の低減には効
果的であるが、反面、入出力間に時間遅れが発生するた
め、干渉信号変化に基づいたリアルタイム処理を行う際
には、それが欠点となり不適当である。
【０００７】本発明はこれらの事情にもとづいて成され
たもので、測定対象とする周期信号を乱して測定精度を
低下させる特定の膜表面からの反射光に起因する干渉周
期成分を排除し、膜厚変化の測定精度を向上させた高精
度に膜厚を測定する方法と装置及びそれを用いたエッチ
ング装置を提供することを目的としている。
たもので、測定対象とする周期信号を乱して測定精度を
低下させる特定の膜表面からの反射光に起因する干渉周
期成分を排除し、膜厚変化の測定精度を向上させた高精
度に膜厚を測定する方法と装置及びそれを用いたエッチ
ング装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明による手
段によれば、光源からの測定光を測定対象の膜に照射
し、この膜からの干渉光を光センサで受光し、それを用
いて前記膜の時間的変化を測定する膜厚測定方法におい
て前記測定光は、前記膜に対してブリュースター角を満
足していることを特徴とする膜厚測定方法である。
段によれば、光源からの測定光を測定対象の膜に照射
し、この膜からの干渉光を光センサで受光し、それを用
いて前記膜の時間的変化を測定する膜厚測定方法におい
て前記測定光は、前記膜に対してブリュースター角を満
足していることを特徴とする膜厚測定方法である。
【０００９】また請求項２の発明による手段によれば、
前記光センサで受光した信号は、増幅器と微分器で処理
された後にゼロクロスカウンタで極点がカウントされる
ことを特徴とする膜厚測定方法である。
前記光センサで受光した信号は、増幅器と微分器で処理
された後にゼロクロスカウンタで極点がカウントされる
ことを特徴とする膜厚測定方法である。
【００１０】また請求項３の発明による手段によれば、
前記ゼロクロスウンタで極点の数をカウントし、所定回
数になったら信号を出力することを特徴とする膜厚測定
方法である。
前記ゼロクロスウンタで極点の数をカウントし、所定回
数になったら信号を出力することを特徴とする膜厚測定
方法である。
【００１１】また請求項４の発明による手段によれば、
測定光を測定対象の膜に照射する光源と、前記膜からの
干渉光を受光する光センサとを具備し、前記光センサか
らの信号にもとづいて前記膜の時間的変化を測定する膜
厚測定装置において前記測定光は、前記膜に対してブリ
ュースター角を満足していることを特徴とする膜厚測定
装置である。
測定光を測定対象の膜に照射する光源と、前記膜からの
干渉光を受光する光センサとを具備し、前記光センサか
らの信号にもとづいて前記膜の時間的変化を測定する膜
厚測定装置において前記測定光は、前記膜に対してブリ
ュースター角を満足していることを特徴とする膜厚測定
装置である。
【００１２】また請求項５の発明による手段によれば、
前記光センサは、出力側に増幅器を接続し、この増幅器
は出力側に微分器を接続し、この微分器は出力側にゼロ
クロスカウンタを接続していることを特徴とする膜厚測
定装置である。
前記光センサは、出力側に増幅器を接続し、この増幅器
は出力側に微分器を接続し、この微分器は出力側にゼロ
クロスカウンタを接続していることを特徴とする膜厚測
定装置である。
【００１３】また請求項６の発明による手段によれば、
上記に記載の膜厚測定装置を用いていることを特徴とす
るエッチング装置である。
上記に記載の膜厚測定装置を用いていることを特徴とす
るエッチング装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】まず、本発明の高精度干渉膜厚測
定方法に用いた光束干渉法の原理について説明する。
定方法に用いた光束干渉法の原理について説明する。
【００１５】図１に示すように、基板Ｎｓ上に厚さｈの
透明膜Ｎｃを成長させ、これが空気等の媒質Ｎｏの中に
存在する場合について説明すると、反射顕微鏡の平行光
線下で、点Ａに焦点を合わせた場合、Ｓを出発した光は
点Ａで一部反射され、対物レンズＤＥを通り、焦平面上
のＰ点で点Ａの像を結ぶ、入射した光は媒質Ｎｏと透明
膜Ｎｃの界面で一部反射されるが、大部分の光は透明膜
Ｎｃの底面に達し、そこでも一部反射される。したがっ
て、Ｂ点て反射された光は、対物レンズを通り、焦平面
上で点Ａの像と重ね合わされ、その結果干渉効果が生ず
る干渉条件としては、図１で明らかなように、Ａ点で反
射された光と、Ｂ点で反射された光では、結像時にＡＮ
に相当する光路差（Δｌ）を生じている。干渉条件は、
この光路差に直接左右されるので、干渉条件は以下のよ
うになる。
透明膜Ｎｃを成長させ、これが空気等の媒質Ｎｏの中に
存在する場合について説明すると、反射顕微鏡の平行光
線下で、点Ａに焦点を合わせた場合、Ｓを出発した光は
点Ａで一部反射され、対物レンズＤＥを通り、焦平面上
のＰ点で点Ａの像を結ぶ、入射した光は媒質Ｎｏと透明
膜Ｎｃの界面で一部反射されるが、大部分の光は透明膜
Ｎｃの底面に達し、そこでも一部反射される。したがっ
て、Ｂ点て反射された光は、対物レンズを通り、焦平面
上で点Ａの像と重ね合わされ、その結果干渉効果が生ず
る干渉条件としては、図１で明らかなように、Ａ点で反
射された光と、Ｂ点で反射された光では、結像時にＡＮ
に相当する光路差（Δｌ）を生じている。干渉条件は、
この光路差に直接左右されるので、干渉条件は以下のよ
うになる。
【００１６】ここで ＡＢ＝ＢＣ＝ｈ／ｃｏｓθ´ （１） ＡＮ＝ＡＣｓｉｎθ＝２ｈｔａｎθ´ｓｉｎθ （２） である。また、スネルの法則により ｎｃｓｉｎθ´＝ｎｏｓｉｎθ （３） が得られる。ここに、ｎｃ、ｎｏは、それぞれＮｃ、Ｎ
ｏの屈折率を示している。
ｏの屈折率を示している。
【００１７】式（１）〜（３）より、光路差Δｌは Δｌ＝２ｎｃｈｃｏｓθ´ （４） と導かれる。光の波長λに対する相対比、つまり位相差
Δφで表現すると Δφ＝（４π／λ）ｎｃｈｃｏｓθ´ （５） が得られる。
Δφで表現すると Δφ＝（４π／λ）ｎｃｈｃｏｓθ´ （５） が得られる。
【００１８】光は屈折率の異なる物質界面で反射された
とき、位相がπだけずれることを考慮して、焦平面上の
Ｐ点での像は、次の場合に２波が重なり合い、最大の強
度を持ち明るくなる。
とき、位相がπだけずれることを考慮して、焦平面上の
Ｐ点での像は、次の場合に２波が重なり合い、最大の強
度を持ち明るくなる。
【００１９】 ２ｎｃｈｃｏｓθ´±（λ／２）＝ｍλ ｍ＝０，１，２… （６） また ２ｎｃｈｃｏｓθ´±（λ／２）＝ｍλ ｍ＝１／２，３／２，５／２… （７） のときには、２波が干渉時に打ち消し合い、Ｐ点では最
小の強度を持ち暗くなる。したがって、この薄膜が平行
光線で照明されるならば、点Ｐを含む焦平面上には、式
（６）、（７）の条件に応じて、一般に明暗の縞模様が
形成される。
小の強度を持ち暗くなる。したがって、この薄膜が平行
光線で照明されるならば、点Ｐを含む焦平面上には、式
（６）、（７）の条件に応じて、一般に明暗の縞模様が
形成される。
【００２０】この原理を用いて、時間とともに変動する
膜厚を測定する場合、図２（ａ）に示すように光源ＬＳ
から測定光を薄膜ｈの上面に照射し、薄膜ｈの上面と下
面との反射を利用し、レンズｌの焦平面上に光センサＳ
を置き干渉強度を時間とともに記録し測定する。図２
（ｂ）に示すように、隣り合う最小強度の間隔は、式
（７）より、 （λ／２）ｎｃｃｏｓθ に対応するから容易に厚さの変化を測定することができ
る。
膜厚を測定する場合、図２（ａ）に示すように光源ＬＳ
から測定光を薄膜ｈの上面に照射し、薄膜ｈの上面と下
面との反射を利用し、レンズｌの焦平面上に光センサＳ
を置き干渉強度を時間とともに記録し測定する。図２
（ｂ）に示すように、隣り合う最小強度の間隔は、式
（７）より、 （λ／２）ｎｃｃｏｓθ に対応するから容易に厚さの変化を測定することができ
る。
【００２１】これらの原理を基本とした高精度干渉膜厚
測定方法では、より高精度に膜厚を測定するために膜面
からの反射を抑えている。すなわち、測定に際して変調
の基となる特定膜面を多層膜最上面と仮定した場合、こ
の膜面からの反射を押さえる方法は、最上面の法線と入
射光で作られる面を入射面とし、入射面と平行な方向に
磁場の振動方向を持つ成分をＰ偏光、これと垂直方向に
磁場振動面を持つ成分をＳ偏光とし、さらに最上面薄膜
と触れている媒質が空気であるとし、この屈折率を
ｎｏ、最上面薄膜の屈折率をｎｃとした場合、入射角が
特定の条件を満たせばＰ偏光の反射率がゼロになること
が知られている。この角度ｉはブリュースター角と呼ば
れ、以下の式で定義されている。
測定方法では、より高精度に膜厚を測定するために膜面
からの反射を抑えている。すなわち、測定に際して変調
の基となる特定膜面を多層膜最上面と仮定した場合、こ
の膜面からの反射を押さえる方法は、最上面の法線と入
射光で作られる面を入射面とし、入射面と平行な方向に
磁場の振動方向を持つ成分をＰ偏光、これと垂直方向に
磁場振動面を持つ成分をＳ偏光とし、さらに最上面薄膜
と触れている媒質が空気であるとし、この屈折率を
ｎｏ、最上面薄膜の屈折率をｎｃとした場合、入射角が
特定の条件を満たせばＰ偏光の反射率がゼロになること
が知られている。この角度ｉはブリュースター角と呼ば
れ、以下の式で定義されている。
【００２２】ｉ＝ｔａｎ−ｌ（ｎｃ／ｎｏ） ここで最上面薄膜と空気の境界に対して上式を満たす入
射角でプローブ光を入射させると特定膜面である最上面
の薄膜上では干渉波形の変調の原因となる反射光を全く
生じない。
射角でプローブ光を入射させると特定膜面である最上面
の薄膜上では干渉波形の変調の原因となる反射光を全く
生じない。
【００２３】これにより目的の信号に重畳する変調を根
本的に排除することが可能になり、高精度な膜厚測定を
可能とするとともに電気的なフィルタリングを行った際
に発生するような測定時間遅れが生じないために、リア
ルタイム処理が可能となる。
本的に排除することが可能になり、高精度な膜厚測定を
可能とするとともに電気的なフィルタリングを行った際
に発生するような測定時間遅れが生じないために、リア
ルタイム処理が可能となる。
【００２４】次に、本発明の実施の形態をエッチング装
置に適用した場合について図面を参照して説明する。ま
ず、プラズマ処理（エッチング）装置について説明す
る。
置に適用した場合について図面を参照して説明する。ま
ず、プラズマ処理（エッチング）装置について説明す
る。
【００２５】図３はプラズマ処理（エッチング）装置の
概略断面図である。このプラズマ処理装置の処理室１
は、アルミニウム等の材質で気密構造で電気的に接地さ
れ、底部にはセラミック等の絶縁板２を介して支持台３
が設けられている。この絶縁板２は、処理室１と支持台
３とを電気的に絶縁している。
概略断面図である。このプラズマ処理装置の処理室１
は、アルミニウム等の材質で気密構造で電気的に接地さ
れ、底部にはセラミック等の絶縁板２を介して支持台３
が設けられている。この絶縁板２は、処理室１と支持台
３とを電気的に絶縁している。
【００２６】支持台３の内部には、冷却ジャケットなど
の冷却室４が設けられ、この冷却室４には、支持台３を
所望の温度に冷却するための冷媒が循環可能なように、
冷媒を導入する冷媒導入管５と冷媒を排出する冷媒排出
管６が接続されている。
の冷却室４が設けられ、この冷却室４には、支持台３を
所望の温度に冷却するための冷媒が循環可能なように、
冷媒を導入する冷媒導入管５と冷媒を排出する冷媒排出
管６が接続されている。
【００２７】支持台３の上面には、アルミニウム等の材
質からなる下部電極７が着脱可能に設けられている。こ
の下部電極７の上面には、被処理体である、例えば半導
体のウエハＷをクーロン力により吸着保持する静電チャ
ック８が設けられている。この静電チャック８は、例え
ば電解箔銅からなる導電層８ａを両側から、例えばポリ
イミドフイルムやセラミックからなる絶縁層８ｂで挟ん
で接着剤により接着された構成となっている。導電層８
ａには、供給リード線９を介して処理室１の外部に設け
られた直流電源１０が接続され、この直流電源１０によ
り導電層８ａに静電チャック用の直流電圧を印加する
と、分極によるクーロン力よって基板は静電チヤツク８
上に吸着保持される。そして、下部電極７には、処理室
１の外部に設けられている高周波電源１１からの、例え
ば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力が、マッチング
回路１２、ブロッキングコンデンサ１３をそれぞれ介し
て、電力供給線１４によって供給される。
質からなる下部電極７が着脱可能に設けられている。こ
の下部電極７の上面には、被処理体である、例えば半導
体のウエハＷをクーロン力により吸着保持する静電チャ
ック８が設けられている。この静電チャック８は、例え
ば電解箔銅からなる導電層８ａを両側から、例えばポリ
イミドフイルムやセラミックからなる絶縁層８ｂで挟ん
で接着剤により接着された構成となっている。導電層８
ａには、供給リード線９を介して処理室１の外部に設け
られた直流電源１０が接続され、この直流電源１０によ
り導電層８ａに静電チャック用の直流電圧を印加する
と、分極によるクーロン力よって基板は静電チヤツク８
上に吸着保持される。そして、下部電極７には、処理室
１の外部に設けられている高周波電源１１からの、例え
ば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力が、マッチング
回路１２、ブロッキングコンデンサ１３をそれぞれ介し
て、電力供給線１４によって供給される。
【００２８】支持台３および下部電極７には、冷却室４
の温度を基板に伝達する伝熱媒体、例えば不活性ガスの
へリウムガスを伝熱ガス供給源１５から供給するための
伝熱ガス供給路１６が設けられている。この伝熱ガス供
給路１６は、下部電極７の内部に設けられた伝熱ガス分
散室１７を介して、下部電極７および静電チャック８内
を貫通して多数設けられた伝熱ガス流出路１８に通じて
いる。すなわち、伝熱ガス供給源１５からの伝熱ガス
は、伝熱ガス供給路１６を通り、一旦、伝熱ガス分散室
１７に入り、その後、伝熱ガス流出路１８にそれぞれ分
岐し、静電チャック８表面上に設けられた伝熱ガス吹き
出し口１９より静電チャック８の上面に載置されたウエ
ハＷの裏面に供給される構成となっている。そして、こ
のようにウエハＷの裏面に供給される伝熱ガスは、下部
電極７の熱を効率良くウエハＷに伝達する。
の温度を基板に伝達する伝熱媒体、例えば不活性ガスの
へリウムガスを伝熱ガス供給源１５から供給するための
伝熱ガス供給路１６が設けられている。この伝熱ガス供
給路１６は、下部電極７の内部に設けられた伝熱ガス分
散室１７を介して、下部電極７および静電チャック８内
を貫通して多数設けられた伝熱ガス流出路１８に通じて
いる。すなわち、伝熱ガス供給源１５からの伝熱ガス
は、伝熱ガス供給路１６を通り、一旦、伝熱ガス分散室
１７に入り、その後、伝熱ガス流出路１８にそれぞれ分
岐し、静電チャック８表面上に設けられた伝熱ガス吹き
出し口１９より静電チャック８の上面に載置されたウエ
ハＷの裏面に供給される構成となっている。そして、こ
のようにウエハＷの裏面に供給される伝熱ガスは、下部
電極７の熱を効率良くウエハＷに伝達する。
【００２９】すなわち、処理室１の内部が真空雰囲気で
あっても、ウエハＷに支持台３の熱を伝達することがで
きる。また、より効率よく支持台３の熱をウエハＷに伝
達するためには、支持台３と下部電極７との間の間隙に
上記と同様に伝熱ガスを供給することが望ましい。
あっても、ウエハＷに支持台３の熱を伝達することがで
きる。また、より効率よく支持台３の熱をウエハＷに伝
達するためには、支持台３と下部電極７との間の間隙に
上記と同様に伝熱ガスを供給することが望ましい。
【００３０】また、下部電極７の上端周縁部には、被処
理体３０を囲むようにして環状のフォーカスリング２０
が設けられている。このフォーカスリング２０は、絶縁
材料もしくは導電性材料、例えばＳｉＣやＣなどから選
択して設けられ、プラズマ領域を調整するために用いら
れる。
理体３０を囲むようにして環状のフォーカスリング２０
が設けられている。このフォーカスリング２０は、絶縁
材料もしくは導電性材料、例えばＳｉＣやＣなどから選
択して設けられ、プラズマ領域を調整するために用いら
れる。
【００３１】一方、処理室１の内部の上方には、この処
理室１とは電気的に絶縁されている上部電極２１が配設
されている。この上部電極２１の内部には処理ガス拡散
室２２が形成され、この処理ガス拡散室２２の中央部に
は、ゲートバルブ２３を介してガス供給管２４が接続さ
れている。そして、このガス供給管２４は、ガス供給源
２５に接続されており、このガス供給源２５とゲートバ
ルブ２３の間には、マスフローコントローラ２６が設け
られ所望の流量の所定の処理ガスを処理ガス拡散室２２
に供給できるようになっている。
理室１とは電気的に絶縁されている上部電極２１が配設
されている。この上部電極２１の内部には処理ガス拡散
室２２が形成され、この処理ガス拡散室２２の中央部に
は、ゲートバルブ２３を介してガス供給管２４が接続さ
れている。そして、このガス供給管２４は、ガス供給源
２５に接続されており、このガス供給源２５とゲートバ
ルブ２３の間には、マスフローコントローラ２６が設け
られ所望の流量の所定の処理ガスを処理ガス拡散室２２
に供給できるようになっている。
【００３２】上部電極２１の下側には、処理ガス拡散室
２２内から処理ガスを処理室１内に導入するためのガス
供給孔２７が形成されている。
２２内から処理ガスを処理室１内に導入するためのガス
供給孔２７が形成されている。
【００３３】次に、上述のエッチング装置での測定対象
となる薄膜のエッチング終了ポイントの検出について説
明する。
となる薄膜のエッチング終了ポイントの検出について説
明する。
【００３４】図４は本発明の高精度干渉膜厚測定方法の
模式図である。すなわち、処理室１ａ内の静電チャック
８ａにはウエハＷが保持されている。また、処理室１ａ
には測定光が透過できる程度の入光用と出光用の小窓３
０ａ、３０ｂが形成されている。処理室１ａの外部に
は、光源側には、入光用小窓３０ａに向って光軸上に順
次、光源３１、コリメータ３２、偏光子（偏光フィル
タ）３３が設けられている。一方、光センサ３４側に
は、出光用小窓３０ｂから光センサ３４に向って集光光
学系３５、光センサ３４が設けられている。
模式図である。すなわち、処理室１ａ内の静電チャック
８ａにはウエハＷが保持されている。また、処理室１ａ
には測定光が透過できる程度の入光用と出光用の小窓３
０ａ、３０ｂが形成されている。処理室１ａの外部に
は、光源側には、入光用小窓３０ａに向って光軸上に順
次、光源３１、コリメータ３２、偏光子（偏光フィル
タ）３３が設けられている。一方、光センサ３４側に
は、出光用小窓３０ｂから光センサ３４に向って集光光
学系３５、光センサ３４が設けられている。
【００３５】これらの構成により、光源３１からの光を
コリメータ３２によって平行光に整え、偏光フィルタ３
３によってＰ偏光のみを取り出した後、処理室１ａの入
光用小窓３０ａを通して、静電チャック８ａに保持され
ているウエハＷの表面に照射する。照射の際のウエハＷ
に対する照射角度は変調膜と雰囲気の反応ガスの屈折率
から求められたブリュースター角に設定してあるため、
照射された光はウエハＷに形成された干渉基準面Ｓ１
（この面の位置は変化しない）と、測定対象膜面Ｓ２
（エッチングによつて膜厚が減少する。この位置を測定
する）の各面で反射する。
コリメータ３２によって平行光に整え、偏光フィルタ３
３によってＰ偏光のみを取り出した後、処理室１ａの入
光用小窓３０ａを通して、静電チャック８ａに保持され
ているウエハＷの表面に照射する。照射の際のウエハＷ
に対する照射角度は変調膜と雰囲気の反応ガスの屈折率
から求められたブリュースター角に設定してあるため、
照射された光はウエハＷに形成された干渉基準面Ｓ１
（この面の位置は変化しない）と、測定対象膜面Ｓ２
（エッチングによつて膜厚が減少する。この位置を測定
する）の各面で反射する。
【００３６】ただし、本来ならば変調膜面Ｓ３（エッチ
ングによつて膜厚が減少する）でも反射を起こすが、こ
の膜面Ｓ３に対しての照射光がブリュースター角を満足
しているため、この膜面Ｓ３での反射は起こらない。こ
のため集光光学系３５を通して光センサ３４に入射する
光は、干渉基準面Ｓ１と測定対象膜面Ｓ２の２面からの
光および面間の繰り返し反射光となる。
ングによつて膜厚が減少する）でも反射を起こすが、こ
の膜面Ｓ３に対しての照射光がブリュースター角を満足
しているため、この膜面Ｓ３での反射は起こらない。こ
のため集光光学系３５を通して光センサ３４に入射する
光は、干渉基準面Ｓ１と測定対象膜面Ｓ２の２面からの
光および面間の繰り返し反射光となる。
【００３７】また、光センサに入光した信号は、図５に
示すような手順で処理される。すなわち、光センサ３４
ではエッチングによる対象膜の後退に応じた干渉信号が
時系列的に得られる。光センサ３４から出力された信号
は増幅器３６を通して微分器３７に入力され、極点位置
をゼロクロス点に置き換えられる。なお、極点位置の間
隔は前述のように［（λ／２）ｎｃｃｏｓθ］波長の長
さであるからそれにより、極点位置の数をカウントすれ
ば長さが測定できる。
示すような手順で処理される。すなわち、光センサ３４
ではエッチングによる対象膜の後退に応じた干渉信号が
時系列的に得られる。光センサ３４から出力された信号
は増幅器３６を通して微分器３７に入力され、極点位置
をゼロクロス点に置き換えられる。なお、極点位置の間
隔は前述のように［（λ／２）ｎｃｃｏｓθ］波長の長
さであるからそれにより、極点位置の数をカウントすれ
ば長さが測定できる。
【００３８】微分器３７からの信号はゼロクロスカウン
タ３８によってカウントされ、予め設定されたカウント
数に達すると所定の膜厚になるので、その際に、エッチ
ング終了信号をエッチング装置に送り、エッチング装置
の処理を終了させることができる。
タ３８によってカウントされ、予め設定されたカウント
数に達すると所定の膜厚になるので、その際に、エッチ
ング終了信号をエッチング装置に送り、エッチング装置
の処理を終了させることができる。
【００３９】なお、光源にはレーザ発振器、放電管、フ
ィラメント等任意に選択して用いることが可能である。
ィラメント等任意に選択して用いることが可能である。
【００４０】また、偏光子を挿入する位置については、
光路中の任意の箇所に挿入することができる。
光路中の任意の箇所に挿入することができる。
【００４１】また、光源に偏光特性を有するもの、例え
ば直線偏光レーザを使用する場合には偏光子を用いる必
要はない。
ば直線偏光レーザを使用する場合には偏光子を用いる必
要はない。
【００４２】また、光源自身が直進性を有する場合には
コリメータは必ずしも用いなくてもよい。
コリメータは必ずしも用いなくてもよい。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、光の干渉現象を利用し
て多層膜の厚みの時間的変化を測定する方法と装置及び
それを用いたエッチング装置で、測定対象とする周期信
号を乱して測定精度を低下させる特定の膜表面からの反
射光に起因する干渉周期成分を排除し、対象となってい
る膜表面からの信号を安定して求めることができる。
て多層膜の厚みの時間的変化を測定する方法と装置及び
それを用いたエッチング装置で、測定対象とする周期信
号を乱して測定精度を低下させる特定の膜表面からの反
射光に起因する干渉周期成分を排除し、対象となってい
る膜表面からの信号を安定して求めることができる。
【図１】光束干渉法の原理の説明図。
【図２】（ａ）光束干渉法により時間とともに変動する
膜厚測定の説明図、（ｂ）同干渉による光度の強度変化
のグラフ。
膜厚測定の説明図、（ｂ）同干渉による光度の強度変化
のグラフ。
【図３】プラズマ処理（エッチング）装置の概略断面
図。
図。
【図４】本発明の高精度干渉膜厚測定方法の模式図。
【図５】本発明の高精度干渉膜厚測定方法の信号処理の
ブロック図。
ブロック図。
【図６】干渉波形の干渉強度の経時的に発生する極大点
と極小点のグラフ。
と極小点のグラフ。
【図７】特定膜からの反射光に干渉基準膜面からの反射
光に起因する干渉信号が重畳する場合の説明図。
光に起因する干渉信号が重畳する場合の説明図。
【図８】極点の位置ずれを説明するグラフ。
１、１ａ…処理室、８、８ａ…静電チャック、３１…光
源、３２…コリメータ、３３…偏光子、３４…光セン
サ、３５…集光光学系
源、３２…コリメータ、３３…偏光子、３４…光セン
サ、３５…集光光学系
Claims (6)
- 【請求項１】 光源からの測定光を測定対象の膜に照射
し、この膜からの干渉光を光センサで受光し、それを用
いて前記膜の時間的変化を測定する膜厚測定方法におい
て 前記測定光は、前記膜に対してブリュースター角を満足
していることを特徴とする膜厚測定方法。 - 【請求項２】 前記光センサで受光した信号は、増幅器
と微分器で処理された後にゼロクロスカウンタで極点が
カウントされることを特徴とする請求項１記載の膜厚測
定方法。 - 【請求項３】 前記ゼロクロスウンタで極点の数をカウ
ントし、所定回数になったら信号を出力することを特徴
とする請求項２記載の膜厚測定方法。 - 【請求項４】 測定光を測定対象の膜に照射する光源
と、前記膜からの干渉光を受光する光センサとを具備
し、前記光センサからの信号にもとづいて前記膜の時間
的変化を測定する膜厚測定装置において 前記測定光は、前記膜に対してブリュースター角を満足
していることを特徴とする膜厚測定装置。 - 【請求項５】 前記光センサは、出力側に増幅器を接続
し、この増幅器は出力側に微分器を接続し、この微分器
は出力側にゼロクロスカウンタを接続していることを特
徴とする請求項４記載の膜厚測定装置。 - 【請求項６】 請求項４又は５記載の膜厚測定装置を用
いていることを特徴とするエッチング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11162629A JP2000346620A (ja) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | 膜厚測定方法とその装置およびそれを用いたエッチング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11162629A JP2000346620A (ja) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | 膜厚測定方法とその装置およびそれを用いたエッチング装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000346620A true JP2000346620A (ja) | 2000-12-15 |
Family
ID=15758253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11162629A Pending JP2000346620A (ja) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | 膜厚測定方法とその装置およびそれを用いたエッチング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000346620A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008157834A (ja) * | 2006-12-26 | 2008-07-10 | Kanazawa Univ | 透明層の厚さ測定方法及び測定装置 |
| CN110360941A (zh) * | 2018-04-09 | 2019-10-22 | 三菱电机株式会社 | 膜厚测定装置 |
-
1999
- 1999-06-09 JP JP11162629A patent/JP2000346620A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008157834A (ja) * | 2006-12-26 | 2008-07-10 | Kanazawa Univ | 透明層の厚さ測定方法及び測定装置 |
| CN110360941A (zh) * | 2018-04-09 | 2019-10-22 | 三菱电机株式会社 | 膜厚测定装置 |
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