JP2001165627A - 膜厚測定方法及び膜厚測定装置 - Google Patents
膜厚測定方法及び膜厚測定装置Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 精度の良い膜厚測定ができる膜厚測定方法及
び装置を提供する。 【解決手段】 被測定膜のある部分の分光反射率比Ｓ
（λ）とない部分の分光反射率比Ｒ（λ）を実測し、分
光反射率比Ｒmeas（λ）＝Ｓ（λ）／Ｒ（λ）を求め、
仮定された膜厚ｄにおける分光反射率比の理論値Ｒcalc
（λ）を求め、Rmeas（λ）の値とＲcalc（λ）の値と
の差の総和の評価値Ｅｄを求め、膜厚ｄを測定検索範囲
ｄ１からｄ２の間で、ステップ刻みΔｄで変化させ各膜
厚における評価値Ｅｄを求める。評価関数Ｅ（ｄ）を
得、又膜そのものの分光反射率比Ｒmeas（λｅ）＝１と
し、ある膜厚ｄにおけるＲcalc（λ）とＲmeas（λｅ）
＝１との差の総和の評価値Ｅnewdを求め、各膜厚におけ
るＥnewｄを求めることにより、評価関数Ｅnewｄを得、
Ｅｄ（ｄ）／Ｅnewd（ｄ）から評価関数比率ＰＥ（ｄ）
を求め、該ＰＥ（ｄ）の最小値となる膜厚Ｄを測定膜厚
とする。
び装置を提供する。 【解決手段】 被測定膜のある部分の分光反射率比Ｓ
（λ）とない部分の分光反射率比Ｒ（λ）を実測し、分
光反射率比Ｒmeas（λ）＝Ｓ（λ）／Ｒ（λ）を求め、
仮定された膜厚ｄにおける分光反射率比の理論値Ｒcalc
（λ）を求め、Rmeas（λ）の値とＲcalc（λ）の値と
の差の総和の評価値Ｅｄを求め、膜厚ｄを測定検索範囲
ｄ１からｄ２の間で、ステップ刻みΔｄで変化させ各膜
厚における評価値Ｅｄを求める。評価関数Ｅ（ｄ）を
得、又膜そのものの分光反射率比Ｒmeas（λｅ）＝１と
し、ある膜厚ｄにおけるＲcalc（λ）とＲmeas（λｅ）
＝１との差の総和の評価値Ｅnewdを求め、各膜厚におけ
るＥnewｄを求めることにより、評価関数Ｅnewｄを得、
Ｅｄ（ｄ）／Ｅnewd（ｄ）から評価関数比率ＰＥ（ｄ）
を求め、該ＰＥ（ｄ）の最小値となる膜厚Ｄを測定膜厚
とする。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は膜厚を測定する膜厚
測定装置に関し、測定膜に光を投光し、反射される反射
光の反射光強度から膜厚を測定する膜厚測定方法及び膜
厚測定装置に関するものである。なお、本明細書で膜厚
測定とは、単に膜厚の測定のみではなく、例えば金属膜
の有無等の基板状態の検出或いは基板状態の観測も含む
ものとする。
測定装置に関し、測定膜に光を投光し、反射される反射
光の反射光強度から膜厚を測定する膜厚測定方法及び膜
厚測定装置に関するものである。なお、本明細書で膜厚
測定とは、単に膜厚の測定のみではなく、例えば金属膜
の有無等の基板状態の検出或いは基板状態の観測も含む
ものとする。
【０００２】
【従来の技術】従来、被測定膜に光を照射し、該被測定
膜の上下の境界面で反射する反射光を受光し、該被測定
膜の上下の境界面で反射した光が干渉を起こし、膜の厚
みに応じて反射光強度が変化する現象を利用して被測定
膜の膜厚を測定する膜厚測定装置がある。
膜の上下の境界面で反射する反射光を受光し、該被測定
膜の上下の境界面で反射した光が干渉を起こし、膜の厚
みに応じて反射光強度が変化する現象を利用して被測定
膜の膜厚を測定する膜厚測定装置がある。
【０００３】図１及び図２は従来のこの種の膜厚測定装
置で受光された反射光強度から膜厚を演算する場合の処
理フローを示す図である。従来、膜厚を演算する場合、
図１に示すように、被測定点（被測定膜の付いた部分）
の分光反射強度から分光反射率比Ｓ（λ）を求める（図
３の曲線ａ参照）（ステップＳＴ１）と共に、被測定膜
の付いていない部分の分光反射強度から分光反射率比Ｒ
（λ）を求め（図３の曲線ｂ参照）（ステップＳＴ
２）、除算して膜の分光反射率比（＝測定プロファイ
ル）Ｒmeas（λ）＝Ｓ（λ）／Ｒ（λ）を得る（図３の
曲線ｃ参照）（ステップＳＴ３）。なお、図３の曲線
ａ、ｂは例えば入射光源にハロゲンランプを用いた時に
反射光の波長λのスペクトルが連続である場合を示して
いる。
置で受光された反射光強度から膜厚を演算する場合の処
理フローを示す図である。従来、膜厚を演算する場合、
図１に示すように、被測定点（被測定膜の付いた部分）
の分光反射強度から分光反射率比Ｓ（λ）を求める（図
３の曲線ａ参照）（ステップＳＴ１）と共に、被測定膜
の付いていない部分の分光反射強度から分光反射率比Ｒ
（λ）を求め（図３の曲線ｂ参照）（ステップＳＴ
２）、除算して膜の分光反射率比（＝測定プロファイ
ル）Ｒmeas（λ）＝Ｓ（λ）／Ｒ（λ）を得る（図３の
曲線ｃ参照）（ステップＳＴ３）。なお、図３の曲線
ａ、ｂは例えば入射光源にハロゲンランプを用いた時に
反射光の波長λのスペクトルが連続である場合を示して
いる。
【０００４】膜厚値Ｄを求めるために、膜厚の変数をｄ
とおき膜厚値が存在すると思われる範囲（ｄ１〜ｄ２）
でｄを変化させる。先ずｄを初期化し（ｄ＝ｄ１）（ス
テップＳＴ４）、該当膜厚ｄにおける分光反射率比の理
論値Ｒcalc（λ）と実測値Ｒmeas（λ）の差の２乗和の
評価値Ｅｄを求め、評価関数Ｅ（ｄ）を得る（ステップ
ＳＴ５）。最小計測単位Δｄを足し（ｄ＝ｄ＋Δｄ）
（ステップＳＴ６）、続いてｄ≦ｄ２か否かを判断し
（ステップＳＴ７）、ｄ≦ｄ２であったら前記ステップ
ＳＴ５に戻って処理を繰返し、ｄ≦ｄ２でなかったら評
価関数Ｅ（ｄ）の最小値を与える膜厚ｄを測定膜厚値Ｄ
とする（ステップＳＴ８）。
とおき膜厚値が存在すると思われる範囲（ｄ１〜ｄ２）
でｄを変化させる。先ずｄを初期化し（ｄ＝ｄ１）（ス
テップＳＴ４）、該当膜厚ｄにおける分光反射率比の理
論値Ｒcalc（λ）と実測値Ｒmeas（λ）の差の２乗和の
評価値Ｅｄを求め、評価関数Ｅ（ｄ）を得る（ステップ
ＳＴ５）。最小計測単位Δｄを足し（ｄ＝ｄ＋Δｄ）
（ステップＳＴ６）、続いてｄ≦ｄ２か否かを判断し
（ステップＳＴ７）、ｄ≦ｄ２であったら前記ステップ
ＳＴ５に戻って処理を繰返し、ｄ≦ｄ２でなかったら評
価関数Ｅ（ｄ）の最小値を与える膜厚ｄを測定膜厚値Ｄ
とする（ステップＳＴ８）。
【０００５】図２は前記ステップＳＴ５の該当膜厚ｄに
おける測定波長領域内（λ１〜λ２）での分光反射率比
の理論値Ｒcalc（λ）と実測値Ｒmeas（λ）の差の２乗
和から評価値Ｅｄを求め、評価関数Ｅ（ｄ）を得る処理
フローを示す図である。先ず、波長λを測定波長域λ１
〜λ２の範囲内で変化させる初期化（λ＝λ１、Ｅｄ＝
０）を行う（ステップＳＴ１１）。
おける測定波長領域内（λ１〜λ２）での分光反射率比
の理論値Ｒcalc（λ）と実測値Ｒmeas（λ）の差の２乗
和から評価値Ｅｄを求め、評価関数Ｅ（ｄ）を得る処理
フローを示す図である。先ず、波長λを測定波長域λ１
〜λ２の範囲内で変化させる初期化（λ＝λ１、Ｅｄ＝
０）を行う（ステップＳＴ１１）。
【０００６】次に、以下の計算により評価値Ｅｄを求め
る（ステップＳＴ１２）。当該膜厚ｄにおける理論値Ｒ
calc（λ）と実測値Ｒmeas（λ）の差の２乗和を求め
る。 Ｅλ＝（Ｒmeas（λ）−Ｒcalc（λ））2 Ｅｄ＝Ｅｄ＋Ｅλ
る（ステップＳＴ１２）。当該膜厚ｄにおける理論値Ｒ
calc（λ）と実測値Ｒmeas（λ）の差の２乗和を求め
る。 Ｅλ＝（Ｒmeas（λ）−Ｒcalc（λ））2 Ｅｄ＝Ｅｄ＋Ｅλ
【０００７】理論値Ｒcalc（λ）は吸収係数を零とした
場合、以下の式で計算できる。 Ｒcalc（λ）＝ｒ１2＋ｒ２2＋２×ｒ１×ｒ２×cosδ 但し、ｒ１＝（１−ｎ１）／（１＋ｎ１）、ｒ２＝（１
−ｎｂ）／（１＋ｎｂ）、δ＝４πｎ１ｄ／λ、ｎ１：
膜の屈折率、ｎｂ：基板の屈折率、ｄ：膜厚、λ：測定
波長領域（λ１〜λ２）
場合、以下の式で計算できる。 Ｒcalc（λ）＝ｒ１2＋ｒ２2＋２×ｒ１×ｒ２×cosδ 但し、ｒ１＝（１−ｎ１）／（１＋ｎ１）、ｒ２＝（１
−ｎｂ）／（１＋ｎｂ）、δ＝４πｎ１ｄ／λ、ｎ１：
膜の屈折率、ｎｂ：基板の屈折率、ｄ：膜厚、λ：測定
波長領域（λ１〜λ２）
【０００８】次に、測定波長域方向の分解能Δλを足し
（λ＝λ＋Δλ）（ステップＳＴ１３）、続いてλ≦λ
２か否かを判断し（ステップＳＴ１４）、λ≦λ２であ
ったら前記ステップＳＴ１２に戻り処理を繰返し、λ≦
λ２でなかったら評価関数Ｅ（ｄ）に評価値Ｅｄを代入
し（Ｅ（ｄ）＝Ｅｄ）（ステップＳＴ１５）、図１のス
テップＳＴ６に移行する。
（λ＝λ＋Δλ）（ステップＳＴ１３）、続いてλ≦λ
２か否かを判断し（ステップＳＴ１４）、λ≦λ２であ
ったら前記ステップＳＴ１２に戻り処理を繰返し、λ≦
λ２でなかったら評価関数Ｅ（ｄ）に評価値Ｅｄを代入
し（Ｅ（ｄ）＝Ｅｄ）（ステップＳＴ１５）、図１のス
テップＳＴ６に移行する。
【０００９】上記のように、従来、膜厚を演算する場
合、被測定膜の分光反射率比（＝測定プロファイル）を
得るために被測定点の分光反射強度を測定すると共に、
キャリブレーション（被測定膜の付いていない部分）の
分光反射強度を測定し、除算して膜の分光反射率比を得
る。そして得られた測定プロファイルと膜厚を仮定し理
論的に計算された分光反射率比を比較し、その差が最小
となる仮定された膜厚を測定膜厚としている。
合、被測定膜の分光反射率比（＝測定プロファイル）を
得るために被測定点の分光反射強度を測定すると共に、
キャリブレーション（被測定膜の付いていない部分）の
分光反射強度を測定し、除算して膜の分光反射率比を得
る。そして得られた測定プロファイルと膜厚を仮定し理
論的に計算された分光反射率比を比較し、その差が最小
となる仮定された膜厚を測定膜厚としている。
【００１０】また、従来のこの種の膜厚測定装置は高精
度を要求された光学的手法等で測定プロファイルをいか
に正確に、Ｓ／Ｎ比をよく得るかに重点が置かれ、機械
的・光学的工夫がなされてきた。そのため被測定膜から
得られた分光反射強度は、結果を求めるのに十分な分光
反射強度をもつことができ、上記のように測定プロファ
イルと理論的に計算された分光反射率比を直接比較する
アルゴリズムで十分に膜厚を測定することができた。
度を要求された光学的手法等で測定プロファイルをいか
に正確に、Ｓ／Ｎ比をよく得るかに重点が置かれ、機械
的・光学的工夫がなされてきた。そのため被測定膜から
得られた分光反射強度は、結果を求めるのに十分な分光
反射強度をもつことができ、上記のように測定プロファ
イルと理論的に計算された分光反射率比を直接比較する
アルゴリズムで十分に膜厚を測定することができた。
【００１１】しかしながら、近年、半導体ウエハ等との
基板を機械化学的に研磨する機械化学的ポリッシング装
置（ＣＭＰ）等の薄膜加工装置においては、薄膜加工装
置の内部での測定や加工最中での計測の要求が増してい
る。この場合、膜厚測定装置は加工装置本来の目的であ
る、研磨加工等を妨害することなく取り付けられること
が要求され、且つ付随機能であるからコストの削減によ
る簡素な構成が求められている。つまり上記のような、
薄膜加工装置の内部での膜厚測定や加工最中での膜厚測
定においては、従来問題なく得られてきた結果を求める
のに十分な強さの分光反射強度を検出することが難しい
状況である。
基板を機械化学的に研磨する機械化学的ポリッシング装
置（ＣＭＰ）等の薄膜加工装置においては、薄膜加工装
置の内部での測定や加工最中での計測の要求が増してい
る。この場合、膜厚測定装置は加工装置本来の目的であ
る、研磨加工等を妨害することなく取り付けられること
が要求され、且つ付随機能であるからコストの削減によ
る簡素な構成が求められている。つまり上記のような、
薄膜加工装置の内部での膜厚測定や加工最中での膜厚測
定においては、従来問題なく得られてきた結果を求める
のに十分な強さの分光反射強度を検出することが難しい
状況である。
【００１２】図３乃至図６はＳｉ基板上の厚さ約４６０
ｎｍのＳｉＯ2膜の測定データを示す図である。図３及
び図４は膜厚値を求めるのに十分な強度をもつ分光反射
強度の場合を示す図である。図３の曲線ａ、ｂ、ｃはそ
れぞれ図１のステップＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３で求めた
分光反射率比Ｓ（λ）、Ｒ（λ）、測定プロファイルＲ
meas（λ）＝Ｓ（λ）／Ｒ（λ）である。図４の曲線ｅ
は図１のステップＳＴ５で求めた評価関数Ｅ（ｄ）であ
る。
ｎｍのＳｉＯ2膜の測定データを示す図である。図３及
び図４は膜厚値を求めるのに十分な強度をもつ分光反射
強度の場合を示す図である。図３の曲線ａ、ｂ、ｃはそ
れぞれ図１のステップＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３で求めた
分光反射率比Ｓ（λ）、Ｒ（λ）、測定プロファイルＲ
meas（λ）＝Ｓ（λ）／Ｒ（λ）である。図４の曲線ｅ
は図１のステップＳＴ５で求めた評価関数Ｅ（ｄ）であ
る。
【００１３】また、図５及び図６は結果を求めるのに十
分な強度を持たない分光反射強度の場合を示す図であ
る。図５の曲線ａ、ｂ、ｃはそれぞれ図１のステップＳ
Ｔ１、ＳＴ２、ＳＴ３で求めた分光反射率比Ｓ（λ）、
Ｒ（λ）、測定プロファイルＲmeas（λ）＝Ｓ（λ）／
Ｒ（λ）である。図６の曲線ｅは図１のステップＳＴ５
で求めた評価関数Ｅ（ｄ）である。
分な強度を持たない分光反射強度の場合を示す図であ
る。図５の曲線ａ、ｂ、ｃはそれぞれ図１のステップＳ
Ｔ１、ＳＴ２、ＳＴ３で求めた分光反射率比Ｓ（λ）、
Ｒ（λ）、測定プロファイルＲmeas（λ）＝Ｓ（λ）／
Ｒ（λ）である。図６の曲線ｅは図１のステップＳＴ５
で求めた評価関数Ｅ（ｄ）である。
【００１４】図３、図４では評価関数Ｅ（ｄ）の最小値
を与えるｄが正しい膜厚値（４６０ｎｍ）を示している
が、図５、図６では評価関数Ｅ（ｄ）の最小値を与える
ｄが正しい膜厚値を示していない。
を与えるｄが正しい膜厚値（４６０ｎｍ）を示している
が、図５、図６では評価関数Ｅ（ｄ）の最小値を与える
ｄが正しい膜厚値を示していない。
【００１５】また、研磨等の加工状態の膜厚の測定・終
点検出として用いられる膜厚測定装置においては、高速
・リアルタイムで測定結果を得ることが要求されてお
り、従来の膜厚測定装置ではこの要望に十分答えること
ができなかった。
点検出として用いられる膜厚測定装置においては、高速
・リアルタイムで測定結果を得ることが要求されてお
り、従来の膜厚測定装置ではこの要望に十分答えること
ができなかった。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたもので、精度の良い膜厚を測定するのに十
分でなく、且つＳ／Ｎ比の悪い分光反射強度であっても
精度の良い膜厚測定ができる膜厚測定方法及び膜厚測定
装置を提供することを目的とする。
みてなされたもので、精度の良い膜厚を測定するのに十
分でなく、且つＳ／Ｎ比の悪い分光反射強度であっても
精度の良い膜厚測定ができる膜厚測定方法及び膜厚測定
装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、被測定膜に光を照射し、該被
測定膜の上下の境界面で反射する反射光を受光し、該被
測定膜の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、複数の
波長λ（λ１≦λ≦λ２；測定波長範囲）の光で被測定
膜のある部分の分光反射率比Ｓ（λ）を実測すると共
に、該複数の波長の光で被測定膜のない部分の分光反射
率比Ｒ（λ）を実測し、分光反射率比Ｒmeas（λ）＝Ｓ
（λ）／Ｒ（λ）を求め、ある仮定された膜厚ｄにおけ
る分光反射率比の理論値Ｒcalc（λ）を求め、分光反射
率比の実測値Ｒmeas（λ）の値と前記膜厚ｄにおける分
光反射率比の理論値Ｒcalc（λ）との差の２乗和の評価
値Ｅｄを下式により求め、
請求項１に記載の発明は、被測定膜に光を照射し、該被
測定膜の上下の境界面で反射する反射光を受光し、該被
測定膜の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、複数の
波長λ（λ１≦λ≦λ２；測定波長範囲）の光で被測定
膜のある部分の分光反射率比Ｓ（λ）を実測すると共
に、該複数の波長の光で被測定膜のない部分の分光反射
率比Ｒ（λ）を実測し、分光反射率比Ｒmeas（λ）＝Ｓ
（λ）／Ｒ（λ）を求め、ある仮定された膜厚ｄにおけ
る分光反射率比の理論値Ｒcalc（λ）を求め、分光反射
率比の実測値Ｒmeas（λ）の値と前記膜厚ｄにおける分
光反射率比の理論値Ｒcalc（λ）との差の２乗和の評価
値Ｅｄを下式により求め、
【数５】 前記膜厚ｄを測定検索範囲ｄ１からｄ２の間で、ステッ
プ刻みΔｄで変化（増加又は減少）させ各該当膜厚にお
ける評価値Ｅｄを求めることにより、膜厚ｄに対する評
価関数Ｅ（ｄ）を得、又膜そのものの分光反射率比Ｒme
as（λｅ）＝１とし、ある膜厚ｄにおける分光反射率比
の理論値Ｒcalc（λｅ）と該分光反射率比Ｒmeas（λ
ｅ）＝１との差の２乗和の評価値Ｅnewｄを下式より求
め、
プ刻みΔｄで変化（増加又は減少）させ各該当膜厚にお
ける評価値Ｅｄを求めることにより、膜厚ｄに対する評
価関数Ｅ（ｄ）を得、又膜そのものの分光反射率比Ｒme
as（λｅ）＝１とし、ある膜厚ｄにおける分光反射率比
の理論値Ｒcalc（λｅ）と該分光反射率比Ｒmeas（λ
ｅ）＝１との差の２乗和の評価値Ｅnewｄを下式より求
め、
【数６】 前記膜厚ｄを測定検索範囲ｄ１からｄ２の間で、ステッ
プ刻みΔｄで変化（増加又は減少）させ各該当膜厚にお
ける評価値Ｅnewｄを求めることにより、評価関数Ｅnew
（ｄ）を得、評価関数Ｅ（ｄ）と評価関数Ｅnew（ｄ）
の比ＰＥ（ｄ）＝Ｅ（ｄ）／Ｅnew（ｄ）を求め、該評
価関数比率ＰＥ（ｄ）のうち最小値を与える膜厚ｄを計
測された膜厚値Ｄとすることを特徴とする。
プ刻みΔｄで変化（増加又は減少）させ各該当膜厚にお
ける評価値Ｅnewｄを求めることにより、評価関数Ｅnew
（ｄ）を得、評価関数Ｅ（ｄ）と評価関数Ｅnew（ｄ）
の比ＰＥ（ｄ）＝Ｅ（ｄ）／Ｅnew（ｄ）を求め、該評
価関数比率ＰＥ（ｄ）のうち最小値を与える膜厚ｄを計
測された膜厚値Ｄとすることを特徴とする。
【００１８】また、請求項２に記載の発明は、被測定膜
に光を照射し、該被測定膜の上下の境界面で反射する反
射光を受光し、分光する光学系を具備し、該光学系で受
光した反射強度から被測定膜の膜厚を測定する膜厚測定
手段を具備する膜厚測定装置であって、前記膜厚測定手
段は、複数の波長λ（λ１≦λ≦λ２；測定波長範囲）
の光で被測定膜のある部分の分光反射率比Ｓ（λ）を実
測すると共に、該複数の波長の光で被測定膜のない部分
の分光反射率比Ｒ（λ）を実測し、分光反射率比Ｒmeas
（λ）＝Ｓ（λ）／Ｒ（λ）を求め、ある仮定された膜
厚ｄにおける分光反射率比の理論値Ｒcalc（λ）を求
め、分光反射率比の実測値Ｒmeas（λ）の値と膜厚ｄに
おける分光反射率比の理論値Ｒcalc（λ）との差の２乗
和の評価値Ｅｄを下式より求め、
に光を照射し、該被測定膜の上下の境界面で反射する反
射光を受光し、分光する光学系を具備し、該光学系で受
光した反射強度から被測定膜の膜厚を測定する膜厚測定
手段を具備する膜厚測定装置であって、前記膜厚測定手
段は、複数の波長λ（λ１≦λ≦λ２；測定波長範囲）
の光で被測定膜のある部分の分光反射率比Ｓ（λ）を実
測すると共に、該複数の波長の光で被測定膜のない部分
の分光反射率比Ｒ（λ）を実測し、分光反射率比Ｒmeas
（λ）＝Ｓ（λ）／Ｒ（λ）を求め、ある仮定された膜
厚ｄにおける分光反射率比の理論値Ｒcalc（λ）を求
め、分光反射率比の実測値Ｒmeas（λ）の値と膜厚ｄに
おける分光反射率比の理論値Ｒcalc（λ）との差の２乗
和の評価値Ｅｄを下式より求め、
【数７】 前記膜厚ｄを測定検索範囲ｄ１からｄ２の間で、ステッ
プ刻みΔｄで変化（増加又は減少）させ各該当膜厚にお
ける評価値Ｅｄを求めることにより、膜厚ｄに対する評
価関数Ｅ（ｄ）を得、又膜そのものの分光反射率比Ｒme
as（λｅ）＝１とし、ある膜厚ｄにおける分光反射率比
の理論値Ｒcalc（λｅ）と該分光反射率比Ｒmeas（λ
ｅ）＝１との差の２乗和の評価値Ｅnewｄを下式より求
め、
プ刻みΔｄで変化（増加又は減少）させ各該当膜厚にお
ける評価値Ｅｄを求めることにより、膜厚ｄに対する評
価関数Ｅ（ｄ）を得、又膜そのものの分光反射率比Ｒme
as（λｅ）＝１とし、ある膜厚ｄにおける分光反射率比
の理論値Ｒcalc（λｅ）と該分光反射率比Ｒmeas（λ
ｅ）＝１との差の２乗和の評価値Ｅnewｄを下式より求
め、
【数８】 前記膜厚ｄを測定検索範囲ｄ１からｄ２の間で、ステッ
プ刻みΔｄで変化（増加又は減少）させ各該当膜厚にお
ける評価値Ｅnewｄを求めることにより、評価関数Ｅnew
（ｄ）を得、評価関数Ｅ（ｄ）と評価関数Ｅnew（ｄ）
の比ＰＥ（ｄ）＝Ｅ（ｄ）／Ｅnew（ｄ）を求め、該評
価関数比率ＰＥ（ｄ）のうち最小値を与える膜厚ｄを計
測された膜厚値Ｄとする演算手段を具備することを特徴
とする。
プ刻みΔｄで変化（増加又は減少）させ各該当膜厚にお
ける評価値Ｅnewｄを求めることにより、評価関数Ｅnew
（ｄ）を得、評価関数Ｅ（ｄ）と評価関数Ｅnew（ｄ）
の比ＰＥ（ｄ）＝Ｅ（ｄ）／Ｅnew（ｄ）を求め、該評
価関数比率ＰＥ（ｄ）のうち最小値を与える膜厚ｄを計
測された膜厚値Ｄとする演算手段を具備することを特徴
とする。
【００１９】上記のように、膜厚ｄの測定範囲内におい
て各波長λにおける分光反射率比の理論値Ｒcalc（λ
ｅ）と被測定膜の分光反射率比Ｓ（λｅ）／Ｒ（λｅ）
＝１とした時の評価関数Ｅｎew（ｄ）を求め、評価関数
Ｅ（ｄ）を評価関数Ｅｎew（ｄ）で除してＥ（ｄ）／Ｅ
ｎew（ｄ）、本来の膜厚に起因する信号分である評価関
数の比率ＰＥ（ｄ）を求め、該比率ＰＥ（ｄ）が最小値
となる膜厚ｄを膜厚値Ｄとするので、後に詳述するよう
に、精度良く膜厚を測定するのに十分でなく、且つＳ／
Ｎ比の悪い分光反射強度であっても、精度の良い膜厚測
定ができる。
て各波長λにおける分光反射率比の理論値Ｒcalc（λ
ｅ）と被測定膜の分光反射率比Ｓ（λｅ）／Ｒ（λｅ）
＝１とした時の評価関数Ｅｎew（ｄ）を求め、評価関数
Ｅ（ｄ）を評価関数Ｅｎew（ｄ）で除してＥ（ｄ）／Ｅ
ｎew（ｄ）、本来の膜厚に起因する信号分である評価関
数の比率ＰＥ（ｄ）を求め、該比率ＰＥ（ｄ）が最小値
となる膜厚ｄを膜厚値Ｄとするので、後に詳述するよう
に、精度良く膜厚を測定するのに十分でなく、且つＳ／
Ｎ比の悪い分光反射強度であっても、精度の良い膜厚測
定ができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図７は本発明に係る膜厚測定装
置の概略構成を示す図である。図７において、１は表面
に膜厚を測定する薄膜２が形成された基板であり、５は
該基板１の薄膜２の測定スポット３に円柱状の水流４を
噴出し当接させる水噴出用ノズルである。該水噴出用ノ
ズル５内には照射用ファイバ７と受光用ファイバ８の先
端部が挿入配置されている。
面に基づいて説明する。図７は本発明に係る膜厚測定装
置の概略構成を示す図である。図７において、１は表面
に膜厚を測定する薄膜２が形成された基板であり、５は
該基板１の薄膜２の測定スポット３に円柱状の水流４を
噴出し当接させる水噴出用ノズルである。該水噴出用ノ
ズル５内には照射用ファイバ７と受光用ファイバ８の先
端部が挿入配置されている。
【００２１】加圧水流６を水噴出用ノズル５に供給しそ
の先端から細い円柱状の水流４を噴出し、基板１の薄膜
２の測定面２ａに当接させ、測定スポット３を形成す
る。この状態で、測定演算部９から照射用ファイバ７を
通して、水流４内に光を送り、該光を該水流４を通して
基板１の測定スポット３内の測定面に照射する。このと
きの水流４中の光軸と該測定面は略垂直であることが装
置構成上好ましい。但し、場合によっては照射用ファイ
バ７からの光の該測定面からの反射光を受光用ファイバ
８が受光可能な位置関係ならば水流４中に光軸を該測定
面に対して斜めとする構成も可能である。
の先端から細い円柱状の水流４を噴出し、基板１の薄膜
２の測定面２ａに当接させ、測定スポット３を形成す
る。この状態で、測定演算部９から照射用ファイバ７を
通して、水流４内に光を送り、該光を該水流４を通して
基板１の測定スポット３内の測定面に照射する。このと
きの水流４中の光軸と該測定面は略垂直であることが装
置構成上好ましい。但し、場合によっては照射用ファイ
バ７からの光の該測定面からの反射光を受光用ファイバ
８が受光可能な位置関係ならば水流４中に光軸を該測定
面に対して斜めとする構成も可能である。
【００２２】該測定面２ａで反射された反射光は水流４
及び受光用ファイバ８を通って測定演算部９に導かれ
る。該測定演算部９では反射光から薄膜２の膜厚を測定
する。このとき、水噴出用ノズル５の内面は、鏡面加工
を施し、効率よく照射／反射光を照射用／受光用ファイ
バ７、８に導く工夫がなされている。時として、薄膜２
と水流４が接する部分に水滴がたまる場合があり、測定
スポット３が乱れてしまう。そこで、水噴出用ノズル５
から薄膜２の測定スポット３に延びる螺旋状に巻回した
排水用部材３８を設け、水滴を除去する工夫もなされて
いる。
及び受光用ファイバ８を通って測定演算部９に導かれ
る。該測定演算部９では反射光から薄膜２の膜厚を測定
する。このとき、水噴出用ノズル５の内面は、鏡面加工
を施し、効率よく照射／反射光を照射用／受光用ファイ
バ７、８に導く工夫がなされている。時として、薄膜２
と水流４が接する部分に水滴がたまる場合があり、測定
スポット３が乱れてしまう。そこで、水噴出用ノズル５
から薄膜２の測定スポット３に延びる螺旋状に巻回した
排水用部材３８を設け、水滴を除去する工夫もなされて
いる。
【００２３】上記構成の膜厚測定装置において、水噴出
用ノズル５の先端から薄膜２の測定面２ａまでの距離が
短ければ（即ち、水流４の長さが短ければ、実際には水
噴出用ノズル５の内径の約１．５倍以内）、水流４の直
径は略一定であるから、測定面２ａ上の測定スポット３
の大きさは、水噴出用ノズル５の先端及び照射用ファイ
バ７の先端と測定面２ａとの距離に依存せず決定され
る。そこで厳密な間隔制御が不要となる。
用ノズル５の先端から薄膜２の測定面２ａまでの距離が
短ければ（即ち、水流４の長さが短ければ、実際には水
噴出用ノズル５の内径の約１．５倍以内）、水流４の直
径は略一定であるから、測定面２ａ上の測定スポット３
の大きさは、水噴出用ノズル５の先端及び照射用ファイ
バ７の先端と測定面２ａとの距離に依存せず決定され
る。そこで厳密な間隔制御が不要となる。
【００２４】図８は測定演算部９の構成を示す図であ
る。図８において、ハロゲン光源１０から発した光は、
第１のレンズ１１を通って照射用ファイバ７に導かれ、
該照射用ファイバ７の先端から水流４内（図７参照）を
通って基板１の測定面２ａに照射される。該測定面２ａ
で反射された反射光は受光用ファイバ８を通って第２の
レンズ１２に導かれ、該第２のレンズ１２から回折格子
１３に導かれ分光される。分光された光は、ＣＣＤライ
ンセンサ１４によって、光の波長に対する分光反射強度
として検出され、Ａ／Ｄ変換器１５でデジタル信号に変
換され、演算器１６に送られる。
る。図８において、ハロゲン光源１０から発した光は、
第１のレンズ１１を通って照射用ファイバ７に導かれ、
該照射用ファイバ７の先端から水流４内（図７参照）を
通って基板１の測定面２ａに照射される。該測定面２ａ
で反射された反射光は受光用ファイバ８を通って第２の
レンズ１２に導かれ、該第２のレンズ１２から回折格子
１３に導かれ分光される。分光された光は、ＣＣＤライ
ンセンサ１４によって、光の波長に対する分光反射強度
として検出され、Ａ／Ｄ変換器１５でデジタル信号に変
換され、演算器１６に送られる。
【００２５】図９乃至図１２は本発明の膜厚測定装置で
Ｓ／Ｎ比が悪い時の受光された反射光強度から膜厚測定
演算する場合の処理フローを示す図である。図９におい
て、ステップＳＴ２１〜ステップＳＴ２７までの処理は
図１のステップＳＴ１〜ステップＳＴ７までの処理と同
じであるからその説明は省略する。ステップＳＴ２８に
おいて、分光反射率比の理論値Ｒcalc（λｅ）と、測定
プロファイルを１とした場合（Ｓ（λｅ）／Ｒ（λｅ）
＝１）との差の２乗和の評価関数Ｅnew（ｄ）を求めて
おく。
Ｓ／Ｎ比が悪い時の受光された反射光強度から膜厚測定
演算する場合の処理フローを示す図である。図９におい
て、ステップＳＴ２１〜ステップＳＴ２７までの処理は
図１のステップＳＴ１〜ステップＳＴ７までの処理と同
じであるからその説明は省略する。ステップＳＴ２８に
おいて、分光反射率比の理論値Ｒcalc（λｅ）と、測定
プロファイルを１とした場合（Ｓ（λｅ）／Ｒ（λｅ）
＝１）との差の２乗和の評価関数Ｅnew（ｄ）を求めて
おく。
【００２６】ステップＳＴ２５で求めた分光反射率比の
理論値Ｒcalc（λｅ）と実測値Ｒmeas（λｅ）の評価関
数Ｅ（ｄ）とステップＳＴ２８で予め求めておいた評価
関数Ｅnew（ｄ）より本来の膜厚に起因する信号分ＰＥ
（ｄ）を抽出するため、 ＰＥ（ｄ）＝Ｅ（ｄ）／Ｅnew（ｄ） を算出（ステップＳＴ２９）し、評価関数の比率ＰＥ
（ｄ）の最小値を与えるｄを測定膜厚値Ｄとする（ステ
ップＳＴ３０）。
理論値Ｒcalc（λｅ）と実測値Ｒmeas（λｅ）の評価関
数Ｅ（ｄ）とステップＳＴ２８で予め求めておいた評価
関数Ｅnew（ｄ）より本来の膜厚に起因する信号分ＰＥ
（ｄ）を抽出するため、 ＰＥ（ｄ）＝Ｅ（ｄ）／Ｅnew（ｄ） を算出（ステップＳＴ２９）し、評価関数の比率ＰＥ
（ｄ）の最小値を与えるｄを測定膜厚値Ｄとする（ステ
ップＳＴ３０）。
【００２７】図１０のステップＳＴ３１〜ステップＳＴ
３５の処理は図２のステップＳＴ１１〜ステップＳＴ１
５と同じであるからその説明を省略する。図１１は、図
９のステップＳＴ２８において、膜厚検索範囲内（ｄ１
≦ｄ≦ｄ２）における分光反射率比の理論値Ｒcalc（λ
ｅ）と測定プロファイルＳ（λｅ）／Ｒ（λｅ）＝１と
の差の２乗和の評価関数Ｅnew（ｄ）を求める処理フロ
ーを示す図である。図１１において、ステップＳＴ４１
〜ＳＴ４３では、被測定膜の付いている部分の分光反射
率比Ｓ（λｅ）と、被測定膜の付いていない部分の分光
反射率比Ｒ（λｅ）が等しいものとし、測定プロファイ
ルを１（Ｓ（λｅ）／Ｒ（λｅ）＝１）としている。膜
厚の変数ｄを膜厚の存在すると思われる範囲（ｄ１〜ｄ
２）でｄを変化させる。
３５の処理は図２のステップＳＴ１１〜ステップＳＴ１
５と同じであるからその説明を省略する。図１１は、図
９のステップＳＴ２８において、膜厚検索範囲内（ｄ１
≦ｄ≦ｄ２）における分光反射率比の理論値Ｒcalc（λ
ｅ）と測定プロファイルＳ（λｅ）／Ｒ（λｅ）＝１と
の差の２乗和の評価関数Ｅnew（ｄ）を求める処理フロ
ーを示す図である。図１１において、ステップＳＴ４１
〜ＳＴ４３では、被測定膜の付いている部分の分光反射
率比Ｓ（λｅ）と、被測定膜の付いていない部分の分光
反射率比Ｒ（λｅ）が等しいものとし、測定プロファイ
ルを１（Ｓ（λｅ）／Ｒ（λｅ）＝１）としている。膜
厚の変数ｄを膜厚の存在すると思われる範囲（ｄ１〜ｄ
２）でｄを変化させる。
【００２８】先ずｄを初期化する（ｄ＝ｄ１）（ステッ
プＳＴ４４）。該当膜厚ｄにおける分光反射率比の理論
値Ｒcal（λｅ）と測定プロファイルＳ（λｅ）／Ｒ
（λｅ）＝１との差の２乗和の評価値Ｅnewdを求め、評
価関数Ｅnew（ｄ）を得る（ステップＳＴ４５）。最小
計測単位Δｄを足し（ｄ＝ｄ＋Δｄ）（ステップＳＴ４
６）、続いてｄ≦ｄ２か否かを判断し（ステップＳＴ４
７）、ｄ≦ｄ２ならば前記ステップＳＴ４５に戻って処
理を繰返し、ｄ≦ｄ２でない場合、図９のステップＳＴ
２９に移行する。図１２は前記ステップＳＴ４５におい
て、当該膜厚ｄにおける測定波長領域（λ１〜λ２）内
での分光反射率の理論値と測定プロファイルＳ（λｅ）
／Ｒ（λｅ）＝１との差の２乗和の評価値Ｅnewdを求
め、評価関数Ｅnew（ｄ）を得る処理フローを示す図で
ある。先ず波長λｅを測定波長領域λ１〜λ２の範囲内
で変化させる初期化（λｅ＝λ１、Ｅｎewd＝０）を行
う（ステップＳＴ５１）。
プＳＴ４４）。該当膜厚ｄにおける分光反射率比の理論
値Ｒcal（λｅ）と測定プロファイルＳ（λｅ）／Ｒ
（λｅ）＝１との差の２乗和の評価値Ｅnewdを求め、評
価関数Ｅnew（ｄ）を得る（ステップＳＴ４５）。最小
計測単位Δｄを足し（ｄ＝ｄ＋Δｄ）（ステップＳＴ４
６）、続いてｄ≦ｄ２か否かを判断し（ステップＳＴ４
７）、ｄ≦ｄ２ならば前記ステップＳＴ４５に戻って処
理を繰返し、ｄ≦ｄ２でない場合、図９のステップＳＴ
２９に移行する。図１２は前記ステップＳＴ４５におい
て、当該膜厚ｄにおける測定波長領域（λ１〜λ２）内
での分光反射率の理論値と測定プロファイルＳ（λｅ）
／Ｒ（λｅ）＝１との差の２乗和の評価値Ｅnewdを求
め、評価関数Ｅnew（ｄ）を得る処理フローを示す図で
ある。先ず波長λｅを測定波長領域λ１〜λ２の範囲内
で変化させる初期化（λｅ＝λ１、Ｅｎewd＝０）を行
う（ステップＳＴ５１）。
【００２９】該当膜厚ｄにおける理論値Ｒcalcと測定プ
ロファイルＳ（λｅ）／Ｒ（λｅ）＝１との差の２乗和
を求める（ステップＳＴ５２）。 Ｅλｅ＝（Ｒcalc（λｅ）−１）2 Ｅnewｄ＝Ｅnewｄ＋Ｅλｅ
ロファイルＳ（λｅ）／Ｒ（λｅ）＝１との差の２乗和
を求める（ステップＳＴ５２）。 Ｅλｅ＝（Ｒcalc（λｅ）−１）2 Ｅnewｄ＝Ｅnewｄ＋Ｅλｅ
【００３０】理論値Ｒcalc（λｅ）は吸収係数を零とし
た場合以下の式で計算する Ｒcalc（λｅ）＝ｒ１2＋ｒ２2＋２×ｒ１×ｒ２×cos
δ 但し、ｒ１＝（１−ｎ１）／（１＋ｎ１）、ｒ２＝（１
−ｎｂ）／（１＋ｎｂ）、δ＝４πｎ１ｄ／λｅ、ｎ
１：膜の屈折率、ｎｂ：基板の屈折率、ｄ：膜厚、λ
ｅ：測定波長領域（λ１〜λ２）
た場合以下の式で計算する Ｒcalc（λｅ）＝ｒ１2＋ｒ２2＋２×ｒ１×ｒ２×cos
δ 但し、ｒ１＝（１−ｎ１）／（１＋ｎ１）、ｒ２＝（１
−ｎｂ）／（１＋ｎｂ）、δ＝４πｎ１ｄ／λｅ、ｎ
１：膜の屈折率、ｎｂ：基板の屈折率、ｄ：膜厚、λ
ｅ：測定波長領域（λ１〜λ２）
【００３１】測定波長域方向の分解能Δλを足し（λｅ
＝λｅ＋Δλ）（ステップＳＴ５３）、λｅ≦λ２か否
かを判断し（ステップＳＴ５４）、λｅ≦λ２の場合は
ステップＳＴ５２に戻り処理を繰返し、λｅ≦λ２でな
い場合、評価関数Ｅnew（ｄ）に、評価値Ｅnewｄを代入
し（Ｅnew（ｄ）＝Ｅnewｄ）（ステップＳＴ５５）、図
１１のステップＳＴ４６に移行する。
＝λｅ＋Δλ）（ステップＳＴ５３）、λｅ≦λ２か否
かを判断し（ステップＳＴ５４）、λｅ≦λ２の場合は
ステップＳＴ５２に戻り処理を繰返し、λｅ≦λ２でな
い場合、評価関数Ｅnew（ｄ）に、評価値Ｅnewｄを代入
し（Ｅnew（ｄ）＝Ｅnewｄ）（ステップＳＴ５５）、図
１１のステップＳＴ４６に移行する。
【００３２】上記処理フローにより、図５、図６に示す
膜厚値を求めるのに十分な強度をもたない分光反射強度
の場合の処理を行うと、本来の膜厚に起因する信号分で
ある評価関数の比率ＰＥ（ｄ）は、図１３に示すように
なり、評価関数の比率ＰＥ（ｄ）の最小値を与えるｄが
正しい膜厚値（４６０ｎｍ）を示す。なお、評価関数Ｅ
（ｄ）、Ｅnew（ｄ）を求める際の評価値Ｅｄ、Ｅnewｄ
の個数は、実用上（リアルタイムでの膜厚検出を可能と
する演算スピードを考慮して）、可視光線の波長（λ１
〜λ２内）から最低１０数点のポイントを拾って評価関
数を導く。
膜厚値を求めるのに十分な強度をもたない分光反射強度
の場合の処理を行うと、本来の膜厚に起因する信号分で
ある評価関数の比率ＰＥ（ｄ）は、図１３に示すように
なり、評価関数の比率ＰＥ（ｄ）の最小値を与えるｄが
正しい膜厚値（４６０ｎｍ）を示す。なお、評価関数Ｅ
（ｄ）、Ｅnew（ｄ）を求める際の評価値Ｅｄ、Ｅnewｄ
の個数は、実用上（リアルタイムでの膜厚検出を可能と
する演算スピードを考慮して）、可視光線の波長（λ１
〜λ２内）から最低１０数点のポイントを拾って評価関
数を導く。
【００３３】図１４は機械化学的ポリッシング装置（Ｃ
ＭＰ）に本発明に係る膜厚測定装置設け、研磨中の被研
磨基板の研磨面の膜厚を測定できるようにした例を示す
図である。図１４において、３０はターンテーブルであ
り、該ターンテーブル３０の上面には研磨布３１が貼り
付けられている。３２はトップリングであり、研磨され
る被研磨基板３３は該トップリング３２の下面に装着さ
れ、トップリング３２と研磨布３１の間に所定の圧力で
挟まれている。なお、３４はトップリング３２の下面外
周部に装着され、被研磨基板３３の飛び出しを防止する
ためのガイドリングである。
ＭＰ）に本発明に係る膜厚測定装置設け、研磨中の被研
磨基板の研磨面の膜厚を測定できるようにした例を示す
図である。図１４において、３０はターンテーブルであ
り、該ターンテーブル３０の上面には研磨布３１が貼り
付けられている。３２はトップリングであり、研磨され
る被研磨基板３３は該トップリング３２の下面に装着さ
れ、トップリング３２と研磨布３１の間に所定の圧力で
挟まれている。なお、３４はトップリング３２の下面外
周部に装着され、被研磨基板３３の飛び出しを防止する
ためのガイドリングである。
【００３４】トップリング３２とターンテーブル３０は
それぞれ独立して回転しており、図示は省略するが、研
磨布３１の上面には砥液供給ノズルから砥液が供給され
る。被研磨基板３３と研磨布３１の相対運動により、被
研磨基板３３の研磨面（研磨布３１との当接面）は研磨
される。５は図７と同様の水噴出用ノズルであり、該水
噴出用ノズル５には加圧水流パイプ３６が接続され、水
噴出用ノズル５から噴出された水流４の水は水受皿３５
で受けられ、排水パイプ３７で排出される。該水受皿３
５の上端は研磨布３１の上面に開口しており、水噴出用
ノズル５から噴出される水流４は被研磨基板３３の研磨
面に図７と同じように測定スポット３を形成する。な
お、図１４では、水噴出用ノズル５を分り易くするた
め、大きく描いているが、実際には微小なスポットを構
築するために水噴出用ノズル５の径は小さい（０．４ｍ
ｍ〜０．７ｍｍ）。
それぞれ独立して回転しており、図示は省略するが、研
磨布３１の上面には砥液供給ノズルから砥液が供給され
る。被研磨基板３３と研磨布３１の相対運動により、被
研磨基板３３の研磨面（研磨布３１との当接面）は研磨
される。５は図７と同様の水噴出用ノズルであり、該水
噴出用ノズル５には加圧水流パイプ３６が接続され、水
噴出用ノズル５から噴出された水流４の水は水受皿３５
で受けられ、排水パイプ３７で排出される。該水受皿３
５の上端は研磨布３１の上面に開口しており、水噴出用
ノズル５から噴出される水流４は被研磨基板３３の研磨
面に図７と同じように測定スポット３を形成する。な
お、図１４では、水噴出用ノズル５を分り易くするた
め、大きく描いているが、実際には微小なスポットを構
築するために水噴出用ノズル５の径は小さい（０．４ｍ
ｍ〜０．７ｍｍ）。
【００３５】水噴出用ノズル５内には図７の場合と同
様、照射用ファイバ７と受光用ファイバ８の先端部が挿
入されており、測定演算部９からの照射用ファイバ７を
通って水噴出用ノズル５内に導かれ、該水噴出用ノズル
５から噴出される水流４を通って該水流４が当接する研
磨面のスポット３内に投光される。そして該研磨面で反
射された反射光は水流４及び受光用ファイバ８を通って
該測定演算部９に導かれる。
様、照射用ファイバ７と受光用ファイバ８の先端部が挿
入されており、測定演算部９からの照射用ファイバ７を
通って水噴出用ノズル５内に導かれ、該水噴出用ノズル
５から噴出される水流４を通って該水流４が当接する研
磨面のスポット３内に投光される。そして該研磨面で反
射された反射光は水流４及び受光用ファイバ８を通って
該測定演算部９に導かれる。
【００３６】測定演算部９は図８に示すように構成され
ており、図９乃至図１２に示す処理フローを実行して研
磨中の被研磨基板３３の研磨面の膜厚を測定する。該測
定演算部９へ供給する電源、該測定演算部９からの出力
信号はターンテーブル３０の回転駆動軸下端に設けた図
示しない回転接続部を介して供給、伝送される。また、
加圧水は回転駆動軸下端に取り付けられた図示しない回
転接続機構を介して加圧水流パイプ３６に供給されるよ
うになっている。
ており、図９乃至図１２に示す処理フローを実行して研
磨中の被研磨基板３３の研磨面の膜厚を測定する。該測
定演算部９へ供給する電源、該測定演算部９からの出力
信号はターンテーブル３０の回転駆動軸下端に設けた図
示しない回転接続部を介して供給、伝送される。また、
加圧水は回転駆動軸下端に取り付けられた図示しない回
転接続機構を介して加圧水流パイプ３６に供給されるよ
うになっている。
【００３７】上記のように機械化学的ポリッシング装置
（ＣＭＰ）に本発明に係る膜厚測定装置を設けることに
より、このようなポリッシング装置においては、精度良
く膜厚を測定するのに十分である研磨面からの分光反射
強度を得ることが難しい場合が多いが、このような場合
でも精度の良い膜厚測定ができる。
（ＣＭＰ）に本発明に係る膜厚測定装置を設けることに
より、このようなポリッシング装置においては、精度良
く膜厚を測定するのに十分である研磨面からの分光反射
強度を得ることが難しい場合が多いが、このような場合
でも精度の良い膜厚測定ができる。
【００３８】なお、上記実施形態例では、基板に形成さ
れた薄膜の厚さを測定する例を示したが、本願は発明は
これに限定されるものではなく、例えば基板に形成され
る金属膜の有無等、基板状態の検出或いは基板状態の観
測にも当然利用することができる。
れた薄膜の厚さを測定する例を示したが、本願は発明は
これに限定されるものではなく、例えば基板に形成され
る金属膜の有無等、基板状態の検出或いは基板状態の観
測にも当然利用することができる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、評価関数Ｅ（ｄ）
と評価関数Ｅnew（ｄ）の比ＰＥ（ｄ）＝Ｅ（ｄ）／Ｅn
ew（ｄ）を求め、該評価関数比率ＰＥ（ｄ）のうち最小
値を与える膜厚ｄを計測された膜厚値Ｄとするので、精
度良く膜厚を測定するのに十分でなく、且つＳ／Ｎ比の
悪い分光反射強度であっても、精度の良い膜厚測定がで
きるという優れた効果が得られる。
と評価関数Ｅnew（ｄ）の比ＰＥ（ｄ）＝Ｅ（ｄ）／Ｅn
ew（ｄ）を求め、該評価関数比率ＰＥ（ｄ）のうち最小
値を与える膜厚ｄを計測された膜厚値Ｄとするので、精
度良く膜厚を測定するのに十分でなく、且つＳ／Ｎ比の
悪い分光反射強度であっても、精度の良い膜厚測定がで
きるという優れた効果が得られる。
【図１】従来の膜厚測定装置の膜厚演算処理フローを示
す図である。
す図である。
【図２】従来の膜厚測定装置の膜厚演算処理フローを示
す図である。
す図である。
【図３】分光反射強度の強い場合の光波長に対する被測
定膜がある部分とない部分の分光反射率比と被測定膜の
分光反射率比を示す図である。
定膜がある部分とない部分の分光反射率比と被測定膜の
分光反射率比を示す図である。
【図４】分光反射強度の強い場合の膜厚に対する分光反
射率比の理論値と実測値の評価関数を示す図である。
射率比の理論値と実測値の評価関数を示す図である。
【図５】分光反射強度の弱い場合の光波長に対する被測
定膜がある部分とない部分の分光反射率比と被測定膜の
分光反射率比を示す図である。
定膜がある部分とない部分の分光反射率比と被測定膜の
分光反射率比を示す図である。
【図６】分光反射強度の弱い場合の膜厚に対する分光反
射率比の理論値と実測値の評価関数を示す図である。
射率比の理論値と実測値の評価関数を示す図である。
【図７】本発明に係る膜厚測定装置の概略構成を示す図
である。
である。
【図８】本発明に係る膜厚測定装置の測定演算部の構成
例を示す図である。
例を示す図である。
【図９】本発明に係る膜厚測定装置の膜厚演算処理フロ
ーを示す図である。
ーを示す図である。
【図１０】本発明に係る膜厚測定装置の膜厚演算処理フ
ローを示す図である。
ローを示す図である。
【図１１】本発明に係る膜厚測定装置の膜厚演算処理フ
ローを示す図である。
ローを示す図である。
【図１２】本発明に係る膜厚測定装置の膜厚演算処理フ
ローを示す図である。
ローを示す図である。
【図１３】本発明に係る膜厚測定装置で測定した分光反
射強度の弱い場合の膜厚に対する分光反射率比の理論値
と実測値の評価関数を示す図である。
射強度の弱い場合の膜厚に対する分光反射率比の理論値
と実測値の評価関数を示す図である。
【図１４】本発明に係る膜厚測定装置を装備した機械化
学的ポリッシング装置の構成例を示す図である。
学的ポリッシング装置の構成例を示す図である。
１ 基板 ２ 薄膜 ３ 測定スポット ４ 水流 ５ 水噴出用ノズル ６ 加圧水流 ７ 照射用ファイバ ８ 受光用ファイバ ９ 測定演算部 １０ ハロゲン光源 １１ 第１のレンズ １２ 第２のレンズ １３ 回折格子 １４ ＣＣＤラインセンサ １５ Ａ／Ｄ変換器 １６ 演算器 ３０ ターンテーブル ３１ 研磨布 ３２ トップリング ３３ 被研磨基板 ３４ ガイドリング ３５ 水受皿 ３６ 加圧水流パイプ ３７ 排水パイプ ３８ 排水用部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA55 CC31 DD03 FF00 FF44 FF46 FF48 GG02 GG21 JJ02 JJ25 LL02 LL42 QQ00 QQ03 QQ26 QQ27 QQ29 2G020 AA03 AA04 AA05 BA02 BA18 CA12 CB03 CB26 CB42 CB43 CC02 CC21 CD06 CD12 CD16 CD24 CD32 CD34 CD36 2G059 AA03 BB10 EE02 EE09 EE12 HH01 HH02 HH03 JJ05 JJ11 JJ17 KK04 MM01 MM04
Claims (2)
- 【請求項１】 被測定膜に光を照射し、該被測定膜の上
下の境界面で反射する反射光を受光し、該被測定膜の膜
厚を測定する膜厚測定方法であって、 複数の波長λ（λ１≦λ≦λ２；測定波長範囲）の光で
被測定膜のある部分の分光反射率比Ｓ（λ）を実測する
と共に、該複数の波長の光で被測定膜のない部分の分光
反射率比Ｒ（λ）を実測し、分光反射率比Ｒmeas（λ）
＝Ｓ（λ）／Ｒ（λ）を求め、ある仮定された膜厚ｄに
おける分光反射率比の理論値Ｒcalc（λ）を求め、分光
反射率比の実測値Ｒmeas（λ）の値と前記膜厚ｄにおけ
る分光反射率比の理論値Ｒcalc（λ）との差の２乗和の
評価値Ｅｄを下式により求め、 【数１】 前記膜厚ｄを測定検索範囲ｄ１からｄ２の間で、ステッ
プ刻みΔｄで変化（増加又は減少）させ各該当膜厚にお
ける評価値Ｅｄを求めることにより、膜厚ｄに対する評
価関数Ｅ（ｄ）を得、又膜そのものの分光反射率比Ｒme
as（λｅ）＝１とし、ある膜厚ｄにおける分光反射率比
の理論値Ｒcalc（λｅ）と該分光反射率比Ｒmeas（λ
ｅ）＝１との差の２乗和の評価値Ｅnewｄを下式より求
め、 【数２】 前記膜厚ｄを測定検索範囲ｄ１からｄ２の間で、ステッ
プ刻みΔｄで変化（増加又は減少）させ各該当膜厚にお
ける評価値Ｅnewｄを求めることにより、評価関数Ｅnew
（ｄ）を得、前記評価関数Ｅ（ｄ）と評価関数Ｅnew
（ｄ）の比ＰＥ（ｄ）＝Ｅ（ｄ）／Ｅnew（ｄ）を求
め、該評価関数比率ＰＥ（ｄ）のうち最小値を与える膜
厚ｄを計測された膜厚値Ｄとすることを特徴とする膜厚
測定方法。 - 【請求項２】 被測定膜に光を照射し、該被測定膜の上
下の境界面で反射する反射光を受光し、分光する光学系
を具備し、該光学系で受光した反射強度から前記被測定
膜の膜厚を測定する膜厚測定手段を具備する膜厚測定装
置であって、 前記膜厚測定手段は、複数の波長λ（λ１≦λ≦λ２；
測定波長範囲）の光で被測定膜のある部分の分光反射率
比Ｓ（λ）を実測すると共に、該複数の波長の光で被測
定膜のない部分の分光反射率比Ｒ（λ）を実測し、分光
反射率比Ｒmeas（λ）＝Ｓ（λ）／Ｒ（λ）を求め、あ
る仮定された膜厚ｄにおける分光反射率比の理論値Ｒca
lc（λ）を求め、分光反射率比の実測値Ｒmeas（λ）の
値と前記膜厚ｄにおける分光反射率比の理論値Ｒcalc
（λ）との差の２乗和の評価値Ｅｄを下式より求め、 【数３】 前記膜厚ｄを測定検索範囲ｄ１からｄ２の間で、ステッ
プ刻みΔｄで変化（増加又は減少）させ各該当膜厚にお
ける評価値Ｅｄを求めることにより、膜厚ｄに対する評
価関数Ｅ（ｄ）を得、又膜そのものの分光反射率比Ｒme
as（λｅ）＝１とし、ある膜厚ｄにおける分光反射率比
の理論値Ｒcalc（λｅ）と該分光反射率比Ｒmeas（λ
ｅ）＝１との差の２乗和の評価値Ｅnewｄを下式より求
め、 【数４】 前記膜厚ｄを測定検索範囲ｄ１からｄ２の間で、ステッ
プ刻みΔｄで変化（増加又は減少）させ各該当膜厚にお
ける評価値Ｅnewｄを求めることにより、評価関数Ｅnew
（ｄ）を得、前記評価関数Ｅ（ｄ）と評価関数Ｅnew
（ｄ）の比ＰＥ（ｄ）＝Ｅ（ｄ）／Ｅnew（ｄ）を求
め、該評価関数比率ＰＥ（ｄ）のうち最小値を与える膜
厚ｄを計測された膜厚値Ｄとする演算手段を具備するこ
とを特徴とする膜厚測定装置。
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