JP2001133227A - 膜厚測定装置及び膜厚測定方法 - Google Patents
膜厚測定装置及び膜厚測定方法Info
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- JP2001133227A JP2001133227A JP31117599A JP31117599A JP2001133227A JP 2001133227 A JP2001133227 A JP 2001133227A JP 31117599 A JP31117599 A JP 31117599A JP 31117599 A JP31117599 A JP 31117599A JP 2001133227 A JP2001133227 A JP 2001133227A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高精度な膜厚測定を行うことができる膜厚測定
装置を提供すること。 【解決手段】光源１４からの光をウエハＷに照射する二
分岐光ファイバ１６・レンズ１３と、ウエハＷからの反
射光に基づいて反射分光強度分布を測定する分光器２０
と、膜の積層前のウエハＷワークからの反射光に基づい
て得られた基準反射光強度分布に対する実測反射光強度
分布の比である相対反射光強度分布を求め、かつ、透過
光理論から導かれた理論反射光強度分布と相対反射光強
度分布と比較することで、膜の膜厚を算出する膜厚算出
部２３とを具備するようにした。
装置を提供すること。 【解決手段】光源１４からの光をウエハＷに照射する二
分岐光ファイバ１６・レンズ１３と、ウエハＷからの反
射光に基づいて反射分光強度分布を測定する分光器２０
と、膜の積層前のウエハＷワークからの反射光に基づい
て得られた基準反射光強度分布に対する実測反射光強度
分布の比である相対反射光強度分布を求め、かつ、透過
光理論から導かれた理論反射光強度分布と相対反射光強
度分布と比較することで、膜の膜厚を算出する膜厚算出
部２３とを具備するようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハやリアクタ
等のワークに積層した膜の膜厚をエッチングやクリーニ
ング等の膜が減少するプロセス中に最上層の膜の膜厚を
測定する膜厚測定装置及び膜厚測定方法に関する。
等のワークに積層した膜の膜厚をエッチングやクリーニ
ング等の膜が減少するプロセス中に最上層の膜の膜厚を
測定する膜厚測定装置及び膜厚測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、反射分光強度分布や放射分光強度
分布に基づいて、成膜プロセス中の膜厚を測定する膜厚
測定方法が知られている。このとき、成膜直前の反射分
光強度分布又は放射分光強度分布を基準データとして用
いることにより、成膜中の膜の下地膜による影響を排除
することにより、Ｓ／Ｎよく干渉信号を抽出できる。こ
のため、成膜プロセスにおいて高精度な膜厚測定が可能
であった。
分布に基づいて、成膜プロセス中の膜厚を測定する膜厚
測定方法が知られている。このとき、成膜直前の反射分
光強度分布又は放射分光強度分布を基準データとして用
いることにより、成膜中の膜の下地膜による影響を排除
することにより、Ｓ／Ｎよく干渉信号を抽出できる。こ
のため、成膜プロセスにおいて高精度な膜厚測定が可能
であった。
【０００３】一方、ウエハ表面に形成された薄膜をエッ
チングにより減少させるエッチングプロセス中に膜厚を
測定する場合にもエッチングプロセス直前の反射分光強
度分布又は放射分光強度分布を基準データとして用いる
方法も考えられる。
チングにより減少させるエッチングプロセス中に膜厚を
測定する場合にもエッチングプロセス直前の反射分光強
度分布又は放射分光強度分布を基準データとして用いる
方法も考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した膜厚測定方法
をエッチングプロセスに用いた場合には、次のような問
題があった。すなわち、基準データとしているエッチン
グプロセス直前の反射分光強度分布又は放射分光強度分
布は、最上位層が成膜された状態でのデータであるた
め、エッチングが進行するに伴い、基準データとしての
値に誤差が生じる。このため、十分なＳ／Ｎが得られず
膜厚測定精度が成膜プロセスと比較して桁違いに低下
し、高精度な膜厚測定ができない。
をエッチングプロセスに用いた場合には、次のような問
題があった。すなわち、基準データとしているエッチン
グプロセス直前の反射分光強度分布又は放射分光強度分
布は、最上位層が成膜された状態でのデータであるた
め、エッチングが進行するに伴い、基準データとしての
値に誤差が生じる。このため、十分なＳ／Ｎが得られず
膜厚測定精度が成膜プロセスと比較して桁違いに低下
し、高精度な膜厚測定ができない。
【０００５】そこで本発明は、反射分光強度分布又は放
射分光強度分布を基準データとした場合において、高精
度な膜厚測定を行うことができる膜厚測定装置及び膜厚
測定方法を提供することを目的としている。
射分光強度分布を基準データとした場合において、高精
度な膜厚測定を行うことができる膜厚測定装置及び膜厚
測定方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の膜厚測定装置及び膜厚測定方
法は次のように構成されている。
達成するために、本発明の膜厚測定装置及び膜厚測定方
法は次のように構成されている。
【０００７】（１）ワークに積層している最上層の膜の
膜厚を測定するための膜厚測定装置において、光源から
の光を上記ワークに照射する照射部と、上記ワークから
の反射光に基づいて反射分光強度分布を測定する反射光
強度分布測定部と、上記膜の積層前の上記ワークからの
反射光に基づいて得られた基準反射光強度分布に対する
上記実測反射光強度分布の比である相対反射光強度分布
を求める相対反射光強度分布演算部と、透過光理論から
導かれた理論反射光強度分布と上記相対反射光強度分布
とを比較することで、上記膜の膜厚を算出する膜厚算出
部とを具備していることを特徴とする。
膜厚を測定するための膜厚測定装置において、光源から
の光を上記ワークに照射する照射部と、上記ワークから
の反射光に基づいて反射分光強度分布を測定する反射光
強度分布測定部と、上記膜の積層前の上記ワークからの
反射光に基づいて得られた基準反射光強度分布に対する
上記実測反射光強度分布の比である相対反射光強度分布
を求める相対反射光強度分布演算部と、透過光理論から
導かれた理論反射光強度分布と上記相対反射光強度分布
とを比較することで、上記膜の膜厚を算出する膜厚算出
部とを具備していることを特徴とする。
【０００８】（２）上記（１）に記載された膜厚測定装
置であって、上記反射光強度分布測定部は、上記反射光
を全波長にわたって波長毎に分ける分光学系と、この分
光学系で分光された光を所定の波長ステップ毎に検出す
る光電変換素子と、この光電変換素子の出力を取り込む
データ取込回路とを具備していることを特徴とする。
置であって、上記反射光強度分布測定部は、上記反射光
を全波長にわたって波長毎に分ける分光学系と、この分
光学系で分光された光を所定の波長ステップ毎に検出す
る光電変換素子と、この光電変換素子の出力を取り込む
データ取込回路とを具備していることを特徴とする。
【０００９】（３）上記（１）に記載された膜厚測定装
置であって、上記膜厚算出部は、上記基準反射光強度分
布を記憶する基準データ保存機構を備えていることを特
徴とする。
置であって、上記膜厚算出部は、上記基準反射光強度分
布を記憶する基準データ保存機構を備えていることを特
徴とする。
【００１０】（４）ワークに積層している最上層の膜の
膜厚を測定するための膜厚測定方法において、光源から
の光を上記ワークに照射する照射工程と、上記ワークか
らの反射光に基づいて反射分光強度分布を測定する反射
光強度分布測定工程と、上記膜の積層前の上記ワークか
らの反射光に基づいて得られた基準反射光強度分布に対
する上記実測反射光強度分布の比である相対反射光強度
分布を求める相対反射光強度分布演算工程と、透過光理
論から導かれた理論反射光強度分布と上記相対反射光強
度分布とを比較することで、上記膜の膜厚を算出する膜
厚算出工程とを具備していることを特徴とする。
膜厚を測定するための膜厚測定方法において、光源から
の光を上記ワークに照射する照射工程と、上記ワークか
らの反射光に基づいて反射分光強度分布を測定する反射
光強度分布測定工程と、上記膜の積層前の上記ワークか
らの反射光に基づいて得られた基準反射光強度分布に対
する上記実測反射光強度分布の比である相対反射光強度
分布を求める相対反射光強度分布演算工程と、透過光理
論から導かれた理論反射光強度分布と上記相対反射光強
度分布とを比較することで、上記膜の膜厚を算出する膜
厚算出工程とを具備していることを特徴とする。
【００１１】（５）ワークに積層している最上層の膜の
膜厚を測定するための膜厚測定装置において、上記ワー
クからの放射光に基づいて放射分光強度分布を測定する
放射光強度分布測定部と、上記膜の積層前の上記ワーク
からの放射光に基づいて得られた基準放射光強度分布に
対する上記実測放射光強度分布の比である相対放射光強
度分布を求める相対放射光強度分布演算部と、透過光理
論から導かれた理論放射光強度分布と上記相対放射光強
度分布とを比較することで、上記膜の膜厚を算出する膜
厚算出部とを具備していることを特徴とする。
膜厚を測定するための膜厚測定装置において、上記ワー
クからの放射光に基づいて放射分光強度分布を測定する
放射光強度分布測定部と、上記膜の積層前の上記ワーク
からの放射光に基づいて得られた基準放射光強度分布に
対する上記実測放射光強度分布の比である相対放射光強
度分布を求める相対放射光強度分布演算部と、透過光理
論から導かれた理論放射光強度分布と上記相対放射光強
度分布とを比較することで、上記膜の膜厚を算出する膜
厚算出部とを具備していることを特徴とする。
【００１２】（６）上記放射光強度分布測定部は、上記
放射光を全波長にわたって波長毎に分ける分光学系と、
この分光学系で分光された光を所定の波長ステップ毎に
検出する光電変換素子と、この光電変換素子の出力を取
り込むデータ取込回路とを具備していることを特徴とす
る。
放射光を全波長にわたって波長毎に分ける分光学系と、
この分光学系で分光された光を所定の波長ステップ毎に
検出する光電変換素子と、この光電変換素子の出力を取
り込むデータ取込回路とを具備していることを特徴とす
る。
【００１３】（７）上記膜厚算出部は、上記基準放射光
強度分布を記憶する基準データ保存機構を備えているこ
とを特徴とする。
強度分布を記憶する基準データ保存機構を備えているこ
とを特徴とする。
【００１４】（８）ワークに積層している最上層の膜の
膜厚を測定するための膜厚測定方法において、光源から
の光を上記ワークに照射する照射工程と、上記ワークか
らの放射光に基づいて放射分光強度分布を測定する放射
光強度分布測定工程と、上記膜の積層前の上記ワークか
らの放射光に基づいて得られた基準放射光強度分布に対
する上記実測放射光強度分布の比である相対放射光強度
分布を求める相対放射光強度分布演算工程と、透過光理
論から導かれた理論放射光強度分布と上記相対放射光強
度分布とを比較することで、上記膜の膜厚を算出する膜
厚算出工程とを具備していることを特徴とする。
膜厚を測定するための膜厚測定方法において、光源から
の光を上記ワークに照射する照射工程と、上記ワークか
らの放射光に基づいて放射分光強度分布を測定する放射
光強度分布測定工程と、上記膜の積層前の上記ワークか
らの放射光に基づいて得られた基準放射光強度分布に対
する上記実測放射光強度分布の比である相対放射光強度
分布を求める相対放射光強度分布演算工程と、透過光理
論から導かれた理論放射光強度分布と上記相対放射光強
度分布とを比較することで、上記膜の膜厚を算出する膜
厚算出工程とを具備していることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第1の実施の形態
に係る膜厚測定装置１０の構成を示す図である。膜厚測
定装置１０は、エッチングプロセスを行うエッチング装
置に組み込まれている。
に係る膜厚測定装置１０の構成を示す図である。膜厚測
定装置１０は、エッチングプロセスを行うエッチング装
置に組み込まれている。
【００１６】膜厚測定装置１０は、ウエハ（ワーク）Ｗ
を保持するチャンバ１１を備えている。チャンバ１１内
にはヒータ１２が設けられ、チャンバ１１の図１中上方
には、ウエハＷに対向配置されたレンズ１３が設けられ
ている。レンズ１３は、照射光が平行光になるように配
置されており、ウエハＷには入射角０度で照射される。
また、図１中１４は光源、１５は光源１４からの光を集
光する光源投影レンズを示している。
を保持するチャンバ１１を備えている。チャンバ１１内
にはヒータ１２が設けられ、チャンバ１１の図１中上方
には、ウエハＷに対向配置されたレンズ１３が設けられ
ている。レンズ１３は、照射光が平行光になるように配
置されており、ウエハＷには入射角０度で照射される。
また、図１中１４は光源、１５は光源１４からの光を集
光する光源投影レンズを示している。
【００１７】図１中１６は、二分岐光ファイバを示して
いる。二分岐光ファイバ１６は、二本の光ファイバ１
７，１８から形成され、その一方の端部は束ねられてい
る。光ファイバ１７の照射光入力端１７ａには光源投影
レンズ１５が対向配置され、照射光出力端１７ｂにはレ
ンズ１３が対向配置されている。また、光ファイバ１８
の反射光入力端１８ａにはレンズ１３が対向配置され、
反射光出力端１８ｂには後述する分光器２０が配置され
ている。
いる。二分岐光ファイバ１６は、二本の光ファイバ１
７，１８から形成され、その一方の端部は束ねられてい
る。光ファイバ１７の照射光入力端１７ａには光源投影
レンズ１５が対向配置され、照射光出力端１７ｂにはレ
ンズ１３が対向配置されている。また、光ファイバ１８
の反射光入力端１８ａにはレンズ１３が対向配置され、
反射光出力端１８ｂには後述する分光器２０が配置され
ている。
【００１８】図１中２０は、所定範囲の波長を所定の波
長ステップ毎に分光する分光器（分光学系）を示してお
り、分光された反射光は分光器２０内部のアレイセンサ
（光電変換系）により波長毎の光強度が検出され、この
光強度の積分値が出力される。
長ステップ毎に分光する分光器（分光学系）を示してお
り、分光された反射光は分光器２０内部のアレイセンサ
（光電変換系）により波長毎の光強度が検出され、この
光強度の積分値が出力される。
【００１９】この分光器２０は分光器２０からのデータ
を取り込みＡ／Ｄ変換するデータ取込回路２１に接続さ
れ、データ取込回路２１は基準データ保存機構２２及び
膜厚算出部２３に接続されている。基準データ保存機構
２２には、予め測定しておいた最上位層が成膜される前
の基準反射分光強度分布Ａ０ が保存されている。膜厚
算出部２３は、基準反射分光強度分布Ａ０ に基づいて
エッチングプロセス中の膜厚をリアルタイムで算出す
る。
を取り込みＡ／Ｄ変換するデータ取込回路２１に接続さ
れ、データ取込回路２１は基準データ保存機構２２及び
膜厚算出部２３に接続されている。基準データ保存機構
２２には、予め測定しておいた最上位層が成膜される前
の基準反射分光強度分布Ａ０ が保存されている。膜厚
算出部２３は、基準反射分光強度分布Ａ０ に基づいて
エッチングプロセス中の膜厚をリアルタイムで算出す
る。
【００２０】このように構成された膜厚測定装置１０で
は、次のようにしてエッチングプロセス中のウエハＷ上
の最上位層の膜厚ｄを測定する。予め、ウエハＷ上の最
上位層が成膜される前の基準反射分光強度分布Ａ０ を
取得する。すなわち、連続的なスペクトル分布をもつ光
源１４からの光を光源投影レンズ１５で二分岐光ファイ
バ１６の照射光入力端１７ａに導く。二分岐光ファイバ
１６に入力した光は光ファイバ１７を透過して照射光出
力端１８ｂから出射されレンズ１３を透過する。レンズ
１３を透過した照射光はウエハＷに平行光で照射され
る。
は、次のようにしてエッチングプロセス中のウエハＷ上
の最上位層の膜厚ｄを測定する。予め、ウエハＷ上の最
上位層が成膜される前の基準反射分光強度分布Ａ０ を
取得する。すなわち、連続的なスペクトル分布をもつ光
源１４からの光を光源投影レンズ１５で二分岐光ファイ
バ１６の照射光入力端１７ａに導く。二分岐光ファイバ
１６に入力した光は光ファイバ１７を透過して照射光出
力端１８ｂから出射されレンズ１３を透過する。レンズ
１３を透過した照射光はウエハＷに平行光で照射され
る。
【００２１】ウエハＷに照射された照射光はウエハＷ表
面で反射し、レンズ１３によって集光され、二分岐光フ
ァイバ１６の反射光入力端１８ａに導かれる。二分岐光
ファイバ１６に入力した光は光ファイバ１８を透過して
反射光出力端１８ｂから出射され分光器２０に導かれ
る。
面で反射し、レンズ１３によって集光され、二分岐光フ
ァイバ１６の反射光入力端１８ａに導かれる。二分岐光
ファイバ１６に入力した光は光ファイバ１８を透過して
反射光出力端１８ｂから出射され分光器２０に導かれ
る。
【００２２】分光器２０では、所定の波長ステップ毎に
分解された光の光強度の積分値を検出する。この積分値
をデータ取込回路２１においてＡ／Ｄ変換して、基準反
射光強度分布Ａ０ を算出し、基準データ保存機構２２
に記憶させる。
分解された光の光強度の積分値を検出する。この積分値
をデータ取込回路２１においてＡ／Ｄ変換して、基準反
射光強度分布Ａ０ を算出し、基準データ保存機構２２
に記憶させる。
【００２３】次に、エッチング装置を作動させてウエハ
Ｗのエッチングを行い、同様の測定を逐次行い、実測反
射光強度分布Ａを算出する。このとき、膜厚算出部２３
では、エッチング中に得られた実測反射光強度分布Ａと
基準データ保存機構２２に記憶された基準反射光強度分
布Ａ０ とに基づいて膜厚ｄを算出する。
Ｗのエッチングを行い、同様の測定を逐次行い、実測反
射光強度分布Ａを算出する。このとき、膜厚算出部２３
では、エッチング中に得られた実測反射光強度分布Ａと
基準データ保存機構２２に記憶された基準反射光強度分
布Ａ０ とに基づいて膜厚ｄを算出する。
【００２４】ここで、膜厚算出部２３における膜厚測定
の原理について説明する。なお、ウエハＷには、最下位
層（第１層）〜最上位層（第ｎ層）が積層されているも
のとする。最上位層の成膜直前のウエハＷから得られた
基準反射光強度分布Ａ０ （ｄ，ｔ，λ）は、Ｔ
ｎ−１ （Ｔｎ−２ （…Ｔ１（Ｌ（ｔ，λ））…））
で示され、ウエハＷからの反射光Ｌ（ｔ，λ）がウエハ
Ｗ上の膜（最下位層〜第ｎ−１層）を透過する時の繰り
返し反射の影響が考慮されたものである。
の原理について説明する。なお、ウエハＷには、最下位
層（第１層）〜最上位層（第ｎ層）が積層されているも
のとする。最上位層の成膜直前のウエハＷから得られた
基準反射光強度分布Ａ０ （ｄ，ｔ，λ）は、Ｔ
ｎ−１ （Ｔｎ−２ （…Ｔ１（Ｌ（ｔ，λ））…））
で示され、ウエハＷからの反射光Ｌ（ｔ，λ）がウエハ
Ｗ上の膜（最下位層〜第ｎ−１層）を透過する時の繰り
返し反射の影響が考慮されたものである。
【００２５】一方、実測反射光強度分布Ａは、Ａ（ｄ，
ｔ，λ）＝Ｔｎ （Ｔｎ−１ （…Ｔ１（Ｌ（ｔ，
λ））…））で示され、ウエハＷからの反射光Ｌ（ｔ，
λ）がウエハＷ上の膜（最下位層〜最上位層）を透過す
る時の繰り返し反射の影響が考慮されたものである。
ｔ，λ）＝Ｔｎ （Ｔｎ−１ （…Ｔ１（Ｌ（ｔ，
λ））…））で示され、ウエハＷからの反射光Ｌ（ｔ，
λ）がウエハＷ上の膜（最下位層〜最上位層）を透過す
る時の繰り返し反射の影響が考慮されたものである。
【００２６】ここで、基準反射光強度分布Ａ０ （ｄ，
ｔ，λ）に対する実測反射光強度分布Ａ（ｄ，ｔ，λ）
の比、すなわち相対反射光強度分布Ｂ（ｄ，ｔ，λ）＝
Ａ（ｄ，ｔ，λ）／Ａ０ （ｄ，ｔ，λ）をとると、最
上位層だけの影響をあらわすものに変換できる。
ｔ，λ）に対する実測反射光強度分布Ａ（ｄ，ｔ，λ）
の比、すなわち相対反射光強度分布Ｂ（ｄ，ｔ，λ）＝
Ａ（ｄ，ｔ，λ）／Ａ０ （ｄ，ｔ，λ）をとると、最
上位層だけの影響をあらわすものに変換できる。
【００２７】なお、相対反射光強度分布Ｂ（ｄ，ｔ，
λ）に変換する演算により二分岐光ファイバ１６や分光
器２０等光学系の特性および外乱からのノイズの影響を
キャンセルされたものとなり、膜厚ｄの測定精度が向上
することになる。
λ）に変換する演算により二分岐光ファイバ１６や分光
器２０等光学系の特性および外乱からのノイズの影響を
キャンセルされたものとなり、膜厚ｄの測定精度が向上
することになる。
【００２８】次に、相対反射光強度分布Ｂを理論反射光
強度分布Ｂｒにマッチングすることで膜厚ｄを算出す
る。すなわち、最上位層の屈折率Ｎ（ｎ，ｋ）がわかっ
ていると、最上位層だけの影響をあらわす理論反射光強
度分布Ｂｒ（ｄ，ｔ，λ）は繰り返しを考慮した単層透
過光理論から計算できる。このため、相対反射光強度分
布Ｂ（ｄ，ｔ，λ）とマッチングすることにより、エッ
チング中の最上位層の膜厚ｄが推定できる。なお、マッ
チングの方法としては、例えば相対反射光強度分布Ｂと
理論反射光強度分布Ｂｒとの差Ｋ＝Ｂ（ｄ，ｔ，λ）−
Ｂｒ（ｄ，ｔ，λ）の絶対値の和が最小になるＢｒ
（ｄ，ｔ，λ）を探す方法がある。
強度分布Ｂｒにマッチングすることで膜厚ｄを算出す
る。すなわち、最上位層の屈折率Ｎ（ｎ，ｋ）がわかっ
ていると、最上位層だけの影響をあらわす理論反射光強
度分布Ｂｒ（ｄ，ｔ，λ）は繰り返しを考慮した単層透
過光理論から計算できる。このため、相対反射光強度分
布Ｂ（ｄ，ｔ，λ）とマッチングすることにより、エッ
チング中の最上位層の膜厚ｄが推定できる。なお、マッ
チングの方法としては、例えば相対反射光強度分布Ｂと
理論反射光強度分布Ｂｒとの差Ｋ＝Ｂ（ｄ，ｔ，λ）−
Ｂｒ（ｄ，ｔ，λ）の絶対値の和が最小になるＢｒ
（ｄ，ｔ，λ）を探す方法がある。
【００２９】実際の反射分光は測定系の感度の影響を強
く受けるため、測定感度の低い波長域では反射分光強度
が理論計算値に比べ不当に低く測定されてしまうことが
多いので、膜厚ｄを正しく算出できなくなることがあ
る。この場合、膜厚ｄが増加すると反射分光強度波形が
長波長側にシフトしていく特性を利用し、強度波形極値
の波長シフト量から膜厚ｄを推定することができる。こ
の方法は測定感度の影響に強いという特徴を持つ。
く受けるため、測定感度の低い波長域では反射分光強度
が理論計算値に比べ不当に低く測定されてしまうことが
多いので、膜厚ｄを正しく算出できなくなることがあ
る。この場合、膜厚ｄが増加すると反射分光強度波形が
長波長側にシフトしていく特性を利用し、強度波形極値
の波長シフト量から膜厚ｄを推定することができる。こ
の方法は測定感度の影響に強いという特徴を持つ。
【００３０】上述したように本第１の実施の形態に係る
膜厚測定装置１０では、エッチングやクリーニングのよ
うな積層膜の膜厚が減少するプロセスでもウエハＷの最
上層の膜厚ｄを測定することができる。また、最上位層
の成膜前の基準反射光強度分布Ａ０ （ｄ，ｔ，λ）に
基づいて膜厚を求めているので、下地膜の膜構造（膜
数、膜種、膜付け順序）の影響を排除することができ、
高精度な測定を行うことができる。測定系の感度特性や
被測定物の光学特性の影響に強い高精度な膜厚測定がで
きる。
膜厚測定装置１０では、エッチングやクリーニングのよ
うな積層膜の膜厚が減少するプロセスでもウエハＷの最
上層の膜厚ｄを測定することができる。また、最上位層
の成膜前の基準反射光強度分布Ａ０ （ｄ，ｔ，λ）に
基づいて膜厚を求めているので、下地膜の膜構造（膜
数、膜種、膜付け順序）の影響を排除することができ、
高精度な測定を行うことができる。測定系の感度特性や
被測定物の光学特性の影響に強い高精度な膜厚測定がで
きる。
【００３１】なお、膜厚ｄが予め設定された値に達した
時点でエッチングを終了させることで、エッチング量の
終点制御のできるエッチング装置とすることができる。
時点でエッチングを終了させることで、エッチング量の
終点制御のできるエッチング装置とすることができる。
【００３２】上述した膜厚測定装置１０では、照射光は
レンズ１３により平行光となってウエハＷに照射されて
いるが、レンズ１３で集光してウエハＷに照射するよう
にした光学系としてもよい。
レンズ１３により平行光となってウエハＷに照射されて
いるが、レンズ１３で集光してウエハＷに照射するよう
にした光学系としてもよい。
【００３３】また、エッチングする最上位層を成膜する
前のウエハＷの反射分光強度を基準反射分光強度分布と
しているが、エッチング終了後に最上位層が完全に剥離
された状態のウエハＷの反射分光強度分布を基準反射分
光強度分布としてもよい。
前のウエハＷの反射分光強度を基準反射分光強度分布と
しているが、エッチング終了後に最上位層が完全に剥離
された状態のウエハＷの反射分光強度分布を基準反射分
光強度分布としてもよい。
【００３４】図２は、膜厚測定装置１０を用いて、チャ
ンバ１１上でウエハＷを保持するホルダ（ワーク）等の
リアクタ内面の堆積物の厚さを被測定物とした例を示す
図である。この場合も同様に正確に膜厚を測定すること
ができる。
ンバ１１上でウエハＷを保持するホルダ（ワーク）等の
リアクタ内面の堆積物の厚さを被測定物とした例を示す
図である。この場合も同様に正確に膜厚を測定すること
ができる。
【００３５】図３は本発明の第２の実施の形態に係る膜
厚測定装置３０の構成を示す図である。膜厚測定装置３
０は、エッチングプロセスを行うエッチング装置に組み
込まれている。なお、図３において図１及び図２と同一
機能部分には同一符号を付した。
厚測定装置３０の構成を示す図である。膜厚測定装置３
０は、エッチングプロセスを行うエッチング装置に組み
込まれている。なお、図３において図１及び図２と同一
機能部分には同一符号を付した。
【００３６】膜厚測定装置３０は、ウエハ（ワーク）Ｗ
を保持するチャンバ１１を備えている。チャンバ１１内
にはヒータ１２が設けられ、チャンバ１１の図３中上方
には、ウエハＷに対向配置されたレンズ１３が設けられ
ている。
を保持するチャンバ１１を備えている。チャンバ１１内
にはヒータ１２が設けられ、チャンバ１１の図３中上方
には、ウエハＷに対向配置されたレンズ１３が設けられ
ている。
【００３７】図３中３１は光ファイバを示している。光
ファイバ３１の放射光入力端３１ａにはレンズ１３が対
向配置され、放射光出力端３１ｂには後述する分光器３
２が配置されている。
ファイバ３１の放射光入力端３１ａにはレンズ１３が対
向配置され、放射光出力端３１ｂには後述する分光器３
２が配置されている。
【００３８】図３中３２は、所定範囲の波長を所定の波
長ステップ毎に分光する分光器（分光学系）を示してお
り、分光された放射光は分光器３２内部のアレイセンサ
（光電変換系）により波長毎の光強度が検出され、この
光強度の積分値が出力される。
長ステップ毎に分光する分光器（分光学系）を示してお
り、分光された放射光は分光器３２内部のアレイセンサ
（光電変換系）により波長毎の光強度が検出され、この
光強度の積分値が出力される。
【００３９】この分光器３２は分光器３２からのデータ
を取り込みＡ／Ｄ変換するデータ取込回路３３に接続さ
れ、データ取込回路３３は基準データ保存機構３４及び
膜厚算出部３５に接続されている。基準データ保存機構
３４には、予め測定しておいた最上位層が成膜される前
の基準放射分光強度分布Ｃ０ が保存されている。膜厚
算出部３５は、基準放射分光強度分布Ｃ０ に基づいて
エッチングプロセス中の膜厚をリアルタイムで算出す
る。
を取り込みＡ／Ｄ変換するデータ取込回路３３に接続さ
れ、データ取込回路３３は基準データ保存機構３４及び
膜厚算出部３５に接続されている。基準データ保存機構
３４には、予め測定しておいた最上位層が成膜される前
の基準放射分光強度分布Ｃ０ が保存されている。膜厚
算出部３５は、基準放射分光強度分布Ｃ０ に基づいて
エッチングプロセス中の膜厚をリアルタイムで算出す
る。
【００４０】このように構成された膜厚測定装置３０で
は、次のようにしてエッチングプロセス中のウエハＷ上
の最上位層の膜厚ｄを測定する。予め、ウエハＷ上の最
上位層が成膜される前の基準放射分光強度分布Ｃ０ を
取得する。すなわち、ウエハＷからの放射光はレンズ１
３によって集光され、光ファイバ３１の放射光入力端３
１ａに導かれる。光ファイバ３１に入力した光は光ファ
イバ３１を透過して放射光出力端３１ｂから出射され分
光器３２に導かれる。
は、次のようにしてエッチングプロセス中のウエハＷ上
の最上位層の膜厚ｄを測定する。予め、ウエハＷ上の最
上位層が成膜される前の基準放射分光強度分布Ｃ０ を
取得する。すなわち、ウエハＷからの放射光はレンズ１
３によって集光され、光ファイバ３１の放射光入力端３
１ａに導かれる。光ファイバ３１に入力した光は光ファ
イバ３１を透過して放射光出力端３１ｂから出射され分
光器３２に導かれる。
【００４１】分光器２０では、所定の波長ステップ毎に
分解された光の光強度の積分値を検出する。この積分値
をデータ取込回路３３においてＡ／Ｄ変換して、基準放
射光強度分布Ｃ０ を算出し、基準データ保存機構３４
に記憶させる。
分解された光の光強度の積分値を検出する。この積分値
をデータ取込回路３３においてＡ／Ｄ変換して、基準放
射光強度分布Ｃ０ を算出し、基準データ保存機構３４
に記憶させる。
【００４２】次に、エッチング装置を作動させてウエハ
Ｗのエッチングを行い、同様の測定を逐次行い、実測放
射光強度分布Ｃを算出する。このとき、膜厚算出部３５
では、エッチング中に得られた実測放射光強度分布Ｃと
基準データ保存機構３４に記憶された基準放射光強度分
布Ｃ０ とに基づいて膜厚ｄを算出する。
Ｗのエッチングを行い、同様の測定を逐次行い、実測放
射光強度分布Ｃを算出する。このとき、膜厚算出部３５
では、エッチング中に得られた実測放射光強度分布Ｃと
基準データ保存機構３４に記憶された基準放射光強度分
布Ｃ０ とに基づいて膜厚ｄを算出する。
【００４３】ここで、膜厚算出部３５における膜厚測定
の原理について説明する。なお、ウエハＷには、最下位
層（第１層）〜最上位層（第ｎ層）が積層されているも
のとする。最上位層の成膜直前のウエハＷから得られた
基準放射光強度分布Ｃ０ （ｄ，ｔ，λ）は、Ｓ
ｎ−１ （Ｓｎ−２ （…Ｓ１（Ｒ（ｔ，λ））…））
で示され、ウエハＷからの放射光Ｒ（ｔ，λ）がウエハ
Ｗ上の膜（最下位層〜第ｎ−１層）を透過する時の繰り
返し放射の影響が考慮されたものである。
の原理について説明する。なお、ウエハＷには、最下位
層（第１層）〜最上位層（第ｎ層）が積層されているも
のとする。最上位層の成膜直前のウエハＷから得られた
基準放射光強度分布Ｃ０ （ｄ，ｔ，λ）は、Ｓ
ｎ−１ （Ｓｎ−２ （…Ｓ１（Ｒ（ｔ，λ））…））
で示され、ウエハＷからの放射光Ｒ（ｔ，λ）がウエハ
Ｗ上の膜（最下位層〜第ｎ−１層）を透過する時の繰り
返し放射の影響が考慮されたものである。
【００４４】一方、実測放射光強度分布Ｃは、Ｃ（ｄ，
ｔ，λ）＝Ｓｎ （Ｓｎ−１ （…Ｓ１（Ｒ（ｔ，
λ））…））で示され、ウエハＷからの放射光Ｒ（ｔ，
λ）がウエハＷ上の膜（最下位層〜最上位層）を透過す
る時の繰り返し放射の影響が考慮されたものである。
ｔ，λ）＝Ｓｎ （Ｓｎ−１ （…Ｓ１（Ｒ（ｔ，
λ））…））で示され、ウエハＷからの放射光Ｒ（ｔ，
λ）がウエハＷ上の膜（最下位層〜最上位層）を透過す
る時の繰り返し放射の影響が考慮されたものである。
【００４５】ここで、基準放射光強度分布Ｃ０ （ｄ，
ｔ，λ）に対する実測放射光強度分布Ｃ（ｄ，ｔ，λ）
の比、すなわち相対放射光強度分布Ｄ（ｄ，ｔ，λ）＝
Ｃ（ｄ，ｔ，λ）／Ｃ０ （ｄ，ｔ，λ）をとると、最
上位層だけの影響をあらわすものに変換できる。
ｔ，λ）に対する実測放射光強度分布Ｃ（ｄ，ｔ，λ）
の比、すなわち相対放射光強度分布Ｄ（ｄ，ｔ，λ）＝
Ｃ（ｄ，ｔ，λ）／Ｃ０ （ｄ，ｔ，λ）をとると、最
上位層だけの影響をあらわすものに変換できる。
【００４６】なお、相対放射光強度分布Ｄ（ｄ，ｔ，
λ）に変換する演算により光ファイバ３１や分光器３２
等光学系の特性および外乱からのノイズの影響をキャン
セルされたものとなり、膜厚ｄの測定精度が向上するこ
とになる。
λ）に変換する演算により光ファイバ３１や分光器３２
等光学系の特性および外乱からのノイズの影響をキャン
セルされたものとなり、膜厚ｄの測定精度が向上するこ
とになる。
【００４７】次に、相対放射光強度分布Ｄを理論放射光
強度分布Ｄｒにマッチングすることで膜厚ｄを算出す
る。すなわち、最上位層の屈折率Ｎ（ｎ，ｋ）がわかっ
ていると、最上位層だけの影響をあらわす理論放射光強
度分布Ｄｒ（ｄ，ｔ，λ）は繰り返しを考慮した単層透
過光理論から計算できる。このため、相対放射光強度分
布Ｄ（ｄ，ｔ，λ）とマッチングすることにより、エッ
チング中の最上位層の膜厚ｄが推定できる。なお、マッ
チングの方法としては、例えば相対放射光強度分布Ｄと
理論放射光強度分布Ｄｒとの差Ｋ＝Ｄ（ｄ，ｔ，λ）−
Ｄｒ（ｄ，ｔ，λ）の絶対値の和が最小になるＤｒ
（ｄ，ｔ，λ）を探す方法がある。
強度分布Ｄｒにマッチングすることで膜厚ｄを算出す
る。すなわち、最上位層の屈折率Ｎ（ｎ，ｋ）がわかっ
ていると、最上位層だけの影響をあらわす理論放射光強
度分布Ｄｒ（ｄ，ｔ，λ）は繰り返しを考慮した単層透
過光理論から計算できる。このため、相対放射光強度分
布Ｄ（ｄ，ｔ，λ）とマッチングすることにより、エッ
チング中の最上位層の膜厚ｄが推定できる。なお、マッ
チングの方法としては、例えば相対放射光強度分布Ｄと
理論放射光強度分布Ｄｒとの差Ｋ＝Ｄ（ｄ，ｔ，λ）−
Ｄｒ（ｄ，ｔ，λ）の絶対値の和が最小になるＤｒ
（ｄ，ｔ，λ）を探す方法がある。
【００４８】実際の放射分光は測定系の感度の影響を強
く受けるため、測定感度の低い波長域では放射分光強度
が理論計算値に比べ不当に低く測定されてしまうことが
多いので、膜厚ｄを正しく算出できなくなることがあ
る。この場合、膜厚ｄが増加すると放射分光強度波形が
長波長側にシフトしていく特性を利用し、強度波形極値
の波長シフト量から膜厚ｄを推定することができる。こ
の方法は測定感度の影響に強いという特徴を持つ。
く受けるため、測定感度の低い波長域では放射分光強度
が理論計算値に比べ不当に低く測定されてしまうことが
多いので、膜厚ｄを正しく算出できなくなることがあ
る。この場合、膜厚ｄが増加すると放射分光強度波形が
長波長側にシフトしていく特性を利用し、強度波形極値
の波長シフト量から膜厚ｄを推定することができる。こ
の方法は測定感度の影響に強いという特徴を持つ。
【００４９】上述したように本第２の実施の形態に係る
膜厚測定装置３０では、エッチングやクリーニングのよ
うな積層膜の膜厚が減少するプロセスでもウエハＷの最
上層の膜厚ｄを測定することができる。また、最上位層
の成膜前の基準放射光強度分布Ｃ０ （ｄ，ｔ，λ）に
基づいて膜厚を求めているので、下地膜の膜構造（膜
数、膜種、膜付け順序）の影響を排除することができ、
高精度な測定を行うことができる。測定系の感度特性や
被測定物の光学特性の影響に強い高精度な膜厚測定がで
きる。
膜厚測定装置３０では、エッチングやクリーニングのよ
うな積層膜の膜厚が減少するプロセスでもウエハＷの最
上層の膜厚ｄを測定することができる。また、最上位層
の成膜前の基準放射光強度分布Ｃ０ （ｄ，ｔ，λ）に
基づいて膜厚を求めているので、下地膜の膜構造（膜
数、膜種、膜付け順序）の影響を排除することができ、
高精度な測定を行うことができる。測定系の感度特性や
被測定物の光学特性の影響に強い高精度な膜厚測定がで
きる。
【００５０】なお、膜厚ｄが予め設定された値に達した
時点でエッチングを終了させることで、エッチング量の
終点制御のできるエッチング装置とすることができる。
時点でエッチングを終了させることで、エッチング量の
終点制御のできるエッチング装置とすることができる。
【００５１】上述した膜厚測定装置３０では、エッチン
グする最上位層を成膜する前のウエハＷの放射分光強度
を基準放射分光強度分布としているが、エッチング終了
後に最上位層が完全に剥離された状態のウエハＷの放射
分光強度分布を基準放射分光強度分布としてもよい。
グする最上位層を成膜する前のウエハＷの放射分光強度
を基準放射分光強度分布としているが、エッチング終了
後に最上位層が完全に剥離された状態のウエハＷの放射
分光強度分布を基準放射分光強度分布としてもよい。
【００５２】図４は、膜厚測定装置３０を用いて、チャ
ンバ１１上でウエハＷを保持するホルダ（ワーク）等の
リアクタ内面の堆積物の厚さを被測定物とした例を示す
図である。この場合も同様に正確に膜厚を測定すること
ができる。
ンバ１１上でウエハＷを保持するホルダ（ワーク）等の
リアクタ内面の堆積物の厚さを被測定物とした例を示す
図である。この場合も同様に正確に膜厚を測定すること
ができる。
【００５３】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではない。すなわち、上述した膜厚測定装置は、
エッチング装置に組み込んだ場合について説明したが、
クリーニングやＣＭＰ等の膜厚が減少するプロセスであ
れば同様に適用可能である。このほか、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論であ
る。
るものではない。すなわち、上述した膜厚測定装置は、
エッチング装置に組み込んだ場合について説明したが、
クリーニングやＣＭＰ等の膜厚が減少するプロセスであ
れば同様に適用可能である。このほか、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論であ
る。
【００５４】
【発明の効果】本発明によれば、エッチング中等の膜厚
が減少するプロセスにおける最上位層の膜厚を正確に測
定することができる。
が減少するプロセスにおける最上位層の膜厚を正確に測
定することができる。
【図１】本発明の第1の実施の形態に係る膜厚測定装置
を示す図。
を示す図。
【図２】同膜厚測定装置における別の測定例を示す図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る膜厚測定装置
を示す図。
を示す図。
【図４】同膜厚測定装置における別の測定例を示す図。
【図５】ピーク波長の膜厚依存性を示す図である。
１０，３０…膜厚測定装置 １１…チャンバ ２０，３２…分光器 ２１，３３…データ取込回路 ２２，３４…基準データ保存機構 ２３，３５…膜厚算出部
Claims (8)
- 【請求項１】ワークに積層している最上層の膜の膜厚を
測定するための膜厚測定装置において、 光源からの光を上記ワークに照射する照射部と、 上記ワークからの反射光に基づいて反射分光強度分布を
測定する反射光強度分布測定部と、 上記膜の積層前の上記ワークからの反射光に基づいて得
られた基準反射光強度分布に対する上記実測反射光強度
分布の比である相対反射光強度分布を求める相対反射光
強度分布演算部と、 透過光理論から導かれた理論反射光強度分布と上記相対
反射光強度分布とを比較することで、上記膜の膜厚を算
出する膜厚算出部とを具備していることを特徴とする膜
厚測定装置。 - 【請求項２】上記反射光強度分布測定部は、上記反射光
を全波長にわたって波長毎に分ける分光学系と、 この分光学系で分光された光を所定の波長ステップ毎に
検出する光電変換素子と、 この光電変換素子の出力を取り込むデータ取込回路とを
具備していることを特徴とする請求項１に記載の膜厚測
定装置。 - 【請求項３】上記膜厚算出部は、上記基準反射光強度分
布を記憶する基準データ保存機構を備えていることを特
徴とする請求項１に記載の膜厚測定装置。 - 【請求項４】ワークに積層している最上層の膜の膜厚を
測定するための膜厚測定方法において、 光源からの光を上記ワークに照射する照射工程と、 上記ワークからの反射光に基づいて反射分光強度分布を
測定する反射光強度分布測定工程と、 上記膜の積層前の上記ワークからの反射光に基づいて得
られた基準反射光強度分布に対する上記実測反射光強度
分布の比である相対反射光強度分布を求める相対反射光
強度分布演算工程と、 透過光理論から導かれた理論反射光強度分布と上記相対
反射光強度分布とを比較することで、上記膜の膜厚を算
出する膜厚算出工程とを具備していることを特徴とする
膜厚測定方法。 - 【請求項５】ワークに積層している最上層の膜の膜厚を
測定するための膜厚測定装置において、 上記ワークからの放射光に基づいて放射分光強度分布を
測定する放射光強度分布測定部と、 上記膜の積層前の上記ワークからの放射光に基づいて得
られた基準放射光強度分布に対する上記実測放射光強度
分布の比である相対放射光強度分布を求める相対放射光
強度分布演算部と、 透過光理論から導かれた理論放射光強度分布と上記相対
放射光強度分布とを比較することで、上記膜の膜厚を算
出する膜厚算出部とを具備していることを特徴とする膜
厚測定装置。 - 【請求項６】上記放射光強度分布測定部は、上記放射光
を全波長にわたって波長毎に分ける分光学系と、 この分光学系で分光された光を所定の波長ステップ毎に
検出する光電変換素子と、 この光電変換素子の出力を取り込むデータ取込回路とを
具備していることを特徴とする請求項５に記載の膜厚測
定装置。 - 【請求項７】上記膜厚算出部は、上記基準放射光強度分
布を記憶する基準データ保存機構を備えていることを特
徴とする請求項５に記載の膜厚測定装置。 - 【請求項８】ワークに積層している最上層の膜の膜厚を
測定するための膜厚測定方法において、 光源からの光を上記ワークに照射する照射工程と、 上記ワークからの放射光に基づいて放射分光強度分布を
測定する放射光強度分布測定工程と、 上記膜の積層前の上記ワークからの放射光に基づいて得
られた基準放射光強度分布に対する上記実測放射光強度
分布の比である相対放射光強度分布を求める相対放射光
強度分布演算工程と、 透過光理論から導かれた理論放射光強度分布と上記相対
放射光強度分布とを比較することで、上記膜の膜厚を算
出する膜厚算出工程とを具備していることを特徴とする
膜厚測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31117599A JP2001133227A (ja) | 1999-11-01 | 1999-11-01 | 膜厚測定装置及び膜厚測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31117599A JP2001133227A (ja) | 1999-11-01 | 1999-11-01 | 膜厚測定装置及び膜厚測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001133227A true JP2001133227A (ja) | 2001-05-18 |
Family
ID=18013998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31117599A Pending JP2001133227A (ja) | 1999-11-01 | 1999-11-01 | 膜厚測定装置及び膜厚測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001133227A (ja) |
-
1999
- 1999-11-01 JP JP31117599A patent/JP2001133227A/ja active Pending
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