JP2002148010A

JP2002148010A - 膜厚測定方法

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Publication number: JP2002148010A
Application number: JP2000339083A
Authority: JP
Inventors: Yoshi Chin; 凱陳; Fumihiko Omura; 文彦大村; Shizuo Nakamura; 静雄中村
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2000-11-07
Filing date: 2000-11-07
Publication date: 2002-05-22
Anticipated expiration: 2020-11-07
Also published as: JP4467760B2

Abstract

(57)【要約】【課題】測定対象の導電性薄膜を直接精度良く測定でき
る技術を提供する。【解決手段】インダクタンスブリッジが配置されたセン
サー７に基板を近づけない状態で、インダクタンスブリ
ッジを構成する測定コイルのドリフト量Ｌ_driftを測定
しておき、基板５をセンサー７に近づけ、測定コイルの
ドリフト量Ｌ_driftと渦電流の影響による変化量ΔＬの
和を測定する。減算によりドリフト量Ｌ_driftが消去さ
れ、変化量ΔＬが求められる。距離測定装置９により、
基板５表面の導電性薄膜と測定コイルとの間の距離を測
定し、データベースに照合すると、変化量ΔＬと距離か
ら、導電性薄膜の膜厚が求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、膜厚測定の技術分
野にかかり、特に、導電性薄膜内に渦電流を生成し、渦
電流の影響によるインダクタンス成分の変化を測定して
膜厚を求める技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術の膜厚測定方法の一例を説明す
る。図１１(ａ)の符号１１０は、シリコン基板等の基板
本体を示しており、該基板本体１１０上には、金属薄膜
から成る導電性薄膜１１１が形成されている。

【０００３】この導電性薄膜１１１の膜厚を測定しよう
とする場合、同図(ｂ)に示すように、導電性薄膜１１１
の一部を除去して開口１１２を形成し、導電性薄膜１１
１表面に探針の先端を接触させ、開口１１２を横切ると
きに、導電性薄膜１１１表面と開口１１２底面の基板本
体１１０表面との間の段差を探針によって感知し、導電
性薄膜１１１の厚さを測定している(触針式膜厚測定方
法)。

【０００４】この膜厚測定方法は、基板本体１１０等の
歪みやそりに影響されない正確な値が得られるため、薄
膜を成長させるプロセスや、薄膜をエッチングするプロ
セスの評価等に用いられている。

【０００５】しかしながら、上記の測定方法は煩雑であ
る。しかも、製品となる半導体基板には開口を形成でき
ないため、膜厚測定用の基板を別途用意し、製品と同じ
プロセスで導電性薄膜を形成し、その導電性薄膜の膜厚
を測定することで、実際に形成される導電性薄膜の膜厚
を推定する必要がある。従って、上記方法では、間接的
な膜厚測定である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、測定対象の
導電性薄膜を直接精度良く測定できる技術を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来技術の
不都合を解決するために創作されたものであり、請求項
１記載の発明は、基準コイルと測定コイルが直列接続さ
れた回路と、２個の基準抵抗が直列接続された回路とが
並列接続されたインダクタンスブリッジを用い、前記基
準コイルよりも前記測定コイルに近接した位置に導電性
薄膜を配置し、前記インダクタンスブリッジに交流電圧
を印加して前記導電性薄膜中に渦電流を発生させ、前記
接続中点間に現れた電圧を測定する第１の工程を有し、
前記接続中点間に現れた電圧から、前記導電性薄膜の膜
厚Ｄを求める膜厚測定方法であって、前記金属薄膜を前
記基準コイルと前記測定コイルに近づけない状態で前記
インダクタンスブリッジに交流電圧を印加し、前記直列
接続回路の接続中点間に現れる交流電圧を測定する第２
の工程を有し、前記第１の工程の測定結果と、前記第２
の工程の測定結果から、前記導電性薄膜の膜厚Ｄを求め
る膜厚測定方法である。請求項２記載の発明は、前記第
１の工程は、前記第２の工程を行った直前又は直後に行
う請求項１記載の膜厚測定方法である。第２の工程で
は、後述するように測定コイルのドリフト量Ｌ_driftが
測定され、第１の工程では、ドリフト量Ｌ_driftに加
え、渦電流の影響によるインダクタンス成分の変化量Δ
Ｌが測定される。ドリフト量Ｌ_driftは経時変化によっ
て変動するので、第２の工程による測定後、できれば数
分以内、少なくとも１時間以内に第１の工程による測定
を行い、ドリフト量Ｌ_driftの影響を消去するようにす
るとよい。即ち、第２の工程後、第１の工程を可及的速
やかに行うとよい。請求項３記載の発明は、予め、既知
の異なる膜厚Ｄに対する前記第１の工程の測定結果を求
めデータベースとして求めておき、前記第１、第２の工
程の測定結果を、前記データベースに照合し、前記膜厚
Ｄを逆算する請求項３記載の膜厚測定方法である。請求
項４記載の発明は、前記データベースには、前記第１の
工程の測定結果を与える前記測定コイルと前記導電性薄
膜との間の距離Ｗを含み、測定対象となる導電性薄膜の
膜厚Ｄを求める際に、前記測定コイルと前記導電性薄膜
との距離Ｗを測定し、前記第１、第２の工程の測定結果
と、測定した前記距離Ｗを前記データベースに照合する
請求項３記載の膜厚測定方法である。請求項５記載の発
明は、前記導電性薄膜の膜厚変化を検出する請求項１乃
至請求項４のいずれか１項記載の膜厚測定方法であっ
て、前記第１の工程は、前記導電性薄膜の膜厚変化中に
二回以上行う膜厚測定方法である。

【０００８】先ず、本発明の測定原理を説明する。図２
の符号１０は、Ｍａｘｗｅｌｌブリッジと呼ばれるイン
ダクタンスブリッジを示している。

【０００９】このインダクタンスブリッジ１０は、測定
コイル１１と、基準コイル１２と、第１、第２の基準抵
抗１４、１５を有している。

【００１０】測定コイル１１と基準コイル１２とは、接
続中点２３において互いに直列接続されており、また、
第１、第２の基準抵抗１４、１５は、同様に、接続中点
２４において互いに直列接続されている。

【００１１】測定コイル１１と基準コイル１２の直列接
続回路と、第１、第２の基準抵抗１４、１５の直列接続
回路は、その両端の並列接続点２１、２２において互い
に並列接続されている。

【００１２】測定コイル１１のインダクタンス成分の大
きさと基準コイル１２のインダクタンス成分の大きさを
等しくし、また、第１、第２の基準抵抗１４、１５の抵
抗成分を等しくすると、インダクタンスブリッジ１０の
バランスがとれ、並列接続点２１、２２に交流電圧Ｖ_D
を印加しても、接続中点２３、２４の間に電圧は現われ
ない。

【００１３】しかし、インダクタンスブリッジ１０のバ
ランスが取れていても、測定コイル１１に基板５を近づ
けた場合、基板５の内部や、基板５の表面に形成されて
いる導電性薄膜中に渦電流が生じるため、その渦電流の
影響によって測定コイル１１のインダクタンス成分の大
きさが変化し、インダクタンスブリッジ１０のバランス
がくずれる。その結果、接続中点２３、２４の間に交流
電圧Ｖ_Sが現れる。

【００１４】インダクタンスブリッジ１０に印加する交
流電圧Ｖ_Dを、Ｖ_D ＝Ｖ_D0・ｅｘｐ(ｉωｔ) で表した場合、接続中点２３、２４の間に現れる交流電
圧Ｖ_Sは、Ｖ_S ＝Ｖ_S0・ｅｘｐ(ｉωｔ＋φ) ＝Ｖ_S0・ｅｘｐ(ｉ
ωｔ)・ｃｏｓ(φ) ＋ｉ・Ｖ_S0・ｅｘｐ(ｉωｔ)・ｓｉ
ｎ(φ) で表される。

【００１５】この接続中点２３、２４に現れる交流電圧
Ｖ_Sのうち、印加した交流電圧Ｖ_Dに同期した位相の電圧
と、９０°ずれた位相の電圧とを求めると、その比か
ら、渦電流の影響によって測定コイル１１のインダクタ
ンス成分が変化した大きさ、即ち、測定コイル１１のイ
ンダクタンス成分の変化量ΔＬが求められる。

【００１６】インダクタンス成分の変化量ΔＬは、基板
５中の渦電流損失に対応した値であり、交流電圧Ｖ_Dの
周波数は既知であるから、基板５や基板５表面の導電性
薄膜(例えば銅薄膜)の比抵抗が既知であれば、膜厚が求
められる。

【００１７】一般に、基板５の本体が絶縁性基板であれ
ば、導電性薄膜中にだけ渦電流が生じ、他方、基板５の
本体が半導体基板であっても、導電性薄膜に比較して導
電率が低く、半導体基板中に生じた渦電流は無視できる
ため、インダクタンス成分の変化量ΔＬは、導電性薄膜
中に生じた渦電流による影響と見てよい。

【００１８】但し、測定コイル１１のインダクタンス成
分の変化量ΔＬは、導電性薄膜の材質の他、測定コイル
１１と基板５表面の導電性薄膜との距離Ｗによっても影
響される。

【００１９】逆に、既知の膜厚Ｄを有する導電性薄膜に
対し、距離Ｗと、インダクタンス成分の変化量ΔＬとを
測定し、それらを対応付けて記憶データとし、データベ
ースを構成しておくと、未知の膜厚Ｄを有する基板を測
定コイル１１に近づけ、距離Ｗとインダクタンス成分の
変化量ΔＬを測定し、データベースに照合することで、
未知の膜厚Ｄを求めることが可能になる。但し、データ
ベースを作製したときの導電性薄膜と未知の膜厚Ｄの導
電性薄膜の材質が同じである等、導電率が一定である場
合である。

【００２０】実際には、予め、膜厚が異なる導電性薄膜
を有する複数の基板を用意し、触針式の膜厚測定装置等
で各基板の導電性薄膜の膜厚Ｄを測定しておき、距離Ｗ
を変えて、各基板に対するインダクタンス成分の変化量
ΔＬを測定し、膜厚Ｄ、距離Ｗ、変化量ΔＬの測定値と
共に記憶データとして記憶装置中に記憶しておくとデー
タベースが得られる。

【００２１】図４は、距離Ｗとインダクタンス成分の変
化量ΔＬの関係を説明するためのグラフであり、横軸は
距離Ｗ、縦軸はインダクタンス成分の変化量ΔＬであ
る。

【００２２】グラフ中のプロットはデータベース中の記
憶データの一例であり、導電性薄膜の膜厚Ｄが、４３
５．５ｎｍ、７５２．３ｎｍ、９４９．８ｎｍ、１１６
８．０ｎｍ、１８５１．７ｎｍの基板を用い、距離Ｗ
を、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍ、３５０μ
ｍ、４００μｍと変化させたときの、測定コイル１１の
インダクタンス成分の変化量ΔＬの記憶データを示して
いる。

【００２３】なお、インダクタンスブリッジ１０に印加
する交流電圧Ｖ_Dの大きさは、例えば数Ｖ程度、周波数
は１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ程度である。

【００２４】また、符号ａ₁〜ａ₅の曲線は、膜厚Ｄが異
なる基板毎にデータベース中の記憶データを結んだ曲線
である。このグラフから、インダクタンス成分の変化量
ΔＬは、距離Ｗと膜厚Ｄの関数(ΔＬ＝ｆ(Ｗ，Ｄ))に
なっていることが分かる。

【００２５】図５は、横軸にインダクタンス成分の変化
量ΔＬ、縦軸に膜厚Ｄをとったグラフであり、符号ｂ₁
〜ｂ₅は、図４のデータベース中で、距離Ｗが同じ記憶
データ同士を３次スプライン補間して結んだ曲線であ
る。

【００２６】ここでは、記憶データが存在する２００μ
ｍ、２５０μｍ、３００μｍ、３５０μｍ、４００μｍ
の５本の曲線ｂ₁〜ｂ₅しか示されていないが、上記以外
の大きさの任意の距離Ｗに対しても、上記測定結果を補
間して３次スプライン曲線を得ることができる。

【００２７】従って、膜厚Ｄが未知の基板を測定コイル
１１に近づけ、距離Ｗとインダクタンス成分の変化量Δ
Ｌを測定すると、その測定結果とデータベース中の記憶
データから、測定結果を通る３次スプライン曲線を得る
ことができる。

【００２８】この３次スプライン曲線に、測定したイン
ダクタンス成分の変化量ΔＬを与えると、未知の膜厚Ｄ
が求められる。

【００２９】距離Ｗと変化量ΔＬを測定し、データベー
スに照合して膜厚Ｄを求めることができる導電性薄膜
は、その導電率が、データベースを構成する記憶データ
を得たときの導電性薄膜と同じ値である必要がある。導
電性薄膜には、銅薄膜、アルミニウム薄膜、合金薄膜等
の種類があるが、測定対象の導電性薄膜の材質毎にデー
タベースを作製しておくとよい。

【００３０】以上説明したように本発明方法を用いれ
ば、基板や測定コイル１１を動かして距離Ｗを一定にす
る必要がないので、基板又は測定コイル１１を上下方向
に動かすための機構は不要であり、また、上下方向の移
動時間が不要であるから、低コストで高速な測定が可能
である。

【００３１】図８〜図１０のグラフは、本発明方法と他
の膜厚測定方法の測定精度を示すグラフである。

【００３２】図８のグラフは、シリコン基板の表面に形
成した銅薄膜の膜厚分布を測定した例であり、横軸は、
基板中心をゼロとした場合の基板中心から測定点までの
距離を示しており、縦軸は、測定した膜厚を示してい
る。

【００３３】符号ｄ₁は、基板又は測定コイル１１を上
下方向に動かし、銅薄膜と測定コイル１１の間の距離Ｗ
を一定にし、インダクタンス成分の変化量ΔＬを測定
し、求めた膜厚Ｄを結んだ曲線であり(距離調整法)、符
号ｄ₂は、四探針法によって抵抗値を測定し、膜厚Ｄに
換算した結果を結んだ曲線であり、符号ｄ₃は、本発明
方法によって求めた膜厚Ｄを結んだ線分である。

【００３４】本発明方法によれば、距離Ｗを一定にしな
くても、精度良く求められていることが分かる。

【００３５】図９のグラフは、シリコン基板表面にスパ
ッタリング法によって形成したシード層用の銅薄膜の面
内膜厚分布を測定した結果である。符号ｅ₁は、銅薄膜
と測定コイル１１との間の距離Ｗを一定にしてインダク
タンス成分の変化量ΔＬを測定した場合の膜厚Ｄを結ん
だ曲線であり(距離調節法)、符号ｅ₂で示した２本の曲
線は、本発明方法による２回の測定結果である。

【００３６】図１０のグラフは、図９のグラフを求めた
ときに使用した基板の銅薄膜表面に、さらにメッキ法に
よって配線用の銅薄膜を積層させた場合の測定結果を示
している。符号ｆ₁は、図９の曲線ｅ₁と同様に、距離Ｗ
を一定にした場合の測定結果を結んだ曲線であり、符号
ｆ₂で示した２本の曲線は、本発明方法によって得られ
た膜厚分布である。

【００３７】以上のように、本発明方法は、距離Ｗを一
定にした場合と同程度の精度が得られている。

【００３８】次に、インダクタンス成分の変化量ΔＬの
正確な求め方について説明する。インダクタンス素子に
はドリフト現象が存在することが知られており、インダ
クタンスブリッジ１０がバランスし、接続中点２３、２
４間に電圧が現れない状態を作っても、時間が経過する
とバランスが崩れ、接続中点２３、２４に電圧が現れる
ことが確認されている。

【００３９】ドリフト現象は、温度変化の影響であると
か、周囲の磁気の影響であるとか言われているが、その
原因は未だはっきりつかめていないのが実状である。

【００４０】ドリフト現象の一例を図６に示す。この図
６の縦軸は、インダクタンスブリッジ１０の接続中点２
３、２４に現れる交流電圧から求めた測定コイル１１の
インダクタンス成分の大きさを示しており、横軸は時間
を示している。

【００４１】符号ｃ₁は、測定コイル１１に基板を近づ
けない状態で測定した場合の測定値を結んだ曲線であり
(右側の縦軸の値)、符号ｃ₂は、一定の膜厚の導電性薄
膜を有する基板を測定コイル１１に近づけた場合の測定
値を結んだ曲線である(左側の縦軸の値)。

【００４２】このように、基板の有無によらず、測定コ
イル１１のインダクタンス成分の大きさが変化している
ことが分かる。

【００４３】測定コイル１１のインダクタンス成分の真
値をＬ₀、時間変化によるドリフト量をＬ_drift、導電性
薄膜に生じた渦電流の影響によるインダクタンス成分の
変化量をΔＬとすると、渦電流の影響が無いときの測定
コイル１１のインダクタンス成分の大きさＬ₁と、渦電
流の影響がある場合のインダクタンス成分の大きさＬ₂
は、Ｌ₁ ＝Ｌ₀＋Ｌ_drift Ｌ₂ ＝Ｌ₀＋Ｌ_drift＋ΔＬとなる。

【００４４】インダクタンスブリッジ１０によって導電
性薄膜の膜厚を測定する直前に、先ず、基板を測定コイ
ル１１に近づけない状態で接続中点２３、２４の間の交
流電圧を測定すると、その電圧は、ドリフト量Ｌ_drift
の大きさを示しており、次いで、直ちに基板を測定コイ
ル１１に近づけ、接続中点２３、２４の間の交流電圧を
測定すると、その交流電圧は、Ｌ_drift＋ΔＬの大きさ
を示している。従って、この２回の測定値を引き算する
とドリフト量Ｌ_driftが消去され、変化量ΔＬの大きさ
が求められる。

【００４５】この引き算は、接続中点２３、２４に現れ
る交流電圧の測定値を引き算した後、インダクタンス成
分の変化量ΔＬに換算してもよいし、測定結果を、それ
ぞれドリフト量Ｌ_driftと、ドリフト量Ｌ_drift＋変化量
ΔＬの和に換算した後、引き算して変化量ΔＬを求めて
もよい。

【００４６】以上のように、ドリフト量Ｌ_driftを消去
すると、正確な変化量ΔＬが求められる。膜厚が未知の
導電性薄膜を測定する場合に限らず、データベースを作
製する際にもドリフト量Ｌ_driftを消去し、正確な変化
量ΔＬを測定するとよい。

【００４７】

【発明の実施の形態】本発明方法を図面を用いて説明す
る。

【００４８】図１(ａ)の符号４０は膜厚測定機構の収容
室を示している。この収容室４０内には、基板搬送ロボ
ット４１が配置されている。基板搬送ロボット４１は、
折り曲げ可能なアーム４３と、アーム４３の先端に取り
付けられたハンド４２とを有している。アーム４３は、
折り曲げ自在に構成されており、図示しないモータによ
り、アーム４３の折り曲げを制御すると、アーム４３が
水平面内で伸縮するようになっている。このアーム４３
の伸縮により、ハンド４２は水平面内で移動される。

【００４９】収容室４０の天井には、膜厚センサー７と
距離測定装置９とが取り付けられている。図１(ｂ)は、
アーム４３を伸ばし、ハンド４２を膜厚センサー７の下
方位置に静止させた状態を示している。

【００５０】膜厚センサー７内には、図２に示したイン
ダクタンスブリッジ１０が内蔵されている。インダクタ
ンスブリッジ１０は、上述したように、測定コイル１１
と、該測定コイル１１に対して直列接続された基準コイ
ル１２と、互いに直列接続された第１、第２の基準抵抗
１４、１５を有している。測定コイル１１と基準コイル
１２の直列接続回路と、第１、第２の基準抵抗１４、１
５の直列接続回路は、並列接続点２１、２２において互
いに並列接続されて構成されている。

【００５１】収容室４０の外部には、測定装置８が配置
されている。測定装置８内には、交流電圧源２６と、測
定回路２７とが配置されており、並列接続点２１、２２
は、交流電圧源２６に接続され、交流電圧が印加される
ように構成されている。

【００５２】測定コイル１１と基準コイル１２とが互い
に接続された接続中点２３と、第１、第２の基準抵抗１
４、１５が互いに接続された接続中点２４は、測定回路
２７に接続されており、インダクタンスブリッジ１０に
交流電圧が印加されたときに、接続中点２３、２４に現
れる交流電圧は測定回路２７によって測定されるように
構成されている。

【００５３】測定コイル１１と基準コイル１２は、膜厚
センサー７内で、図３に示すように、測定コイル１１が
下方に位置し、基準コイル１２は測定コイル１１よりも
上方に位置するように配置されている。

【００５４】従って、膜厚センサー７の下方位置にハン
ド４２を静止させた状態では、測定コイル１１がハンド
４２に近接し、基準コイル１２は、測定コイル１１より
もハンド４２から離れたところに位置するようになって
いる。

【００５５】その状態で、インダクタンスブリッジ１０
に交流電圧を印加すると、インダクタンスブリッジ１０
が予めバランスされている場合であっても、接続中点２
３、２４の間に、ドリフト量Ｌ_driftに応じた交流電圧
が現れる。このドリフト量Ｌ_driftを測定回路８によっ
て求め、記憶しておく。

【００５６】次に、図１(ｃ)に示すように、基板５をハ
ンド４２上に乗せ、基板５を測定コイル１１と距離測定
装置９の真下位置に移動させ、静止させる。

【００５７】基板５は、シリコン等の半導体のウェハ
や、板状のガラス等から成る基板本体３０と、該基板本
体３０表面に形成された導電性薄膜(例えば銅薄膜)３１
とを有している。

【００５８】この基板５は、導電性薄膜３１を上側に向
けた状態でハンド４２上に配置されており、従って、測
定コイル１１は、基準コイル１２よりも導電性薄膜３１
の近くに位置している。

【００５９】基板５には、反りや歪みがあるため、ハン
ド４２と測定コイル１１との距離が一定でも、基板５表
面と距離測定装置９との間の距離Ｗは一定にならない。

【００６０】距離測定装置９は、レーザー光を測定対象
物に照射し、反射光から測定対象物との間の距離を測定
する装置である。基板５の導電性薄膜３１表面にレーザ
光を射出し、距離測定装置９と導電性薄膜３１との間の
距離を求め、距離測定装置９と測定コイル１１の高さの
差から、測定コイル１１と導電性薄膜３１との間の距離
Ｗを求めることができる。

【００６１】導電性薄膜３１と測定コイル１１の間の距
離Ｗは、基板５の面内でばらつくため、基板５を水平に
移動させ、基板５の距離Ｗを測定した部分を測定コイル
１１の真下に位置させる。

【００６２】その状態でインダクタンスブリッジ１０に
交流電圧を印加し、導電性薄膜３１中に渦電流を生じさ
せ、接続中点２３、２４間に現れた交流電圧を測定する
と、測定コイル１１のインダクタンス成分のドリフト量
Ｌ_driftと、渦電流の影響による測定コイル１１のイン
ダクタンス成分の変化量ΔＬとを合計した値が求められ
る。

【００６３】ドリフト量Ｌ_driftと変化量ΔＬとを合計
した値から、予め求めておいたドリフト量Ｌ_driftを差
し引くと、変化量ΔＬが求められる。

【００６４】この変化量ΔＬと、測定した距離Ｗとをデ
ータベースに照合し、対応する三次スプライン曲線を求
めると、その三次スプライン曲線から、導電性薄膜３１
の膜厚Ｄを正確に求めることができる。

【００６５】なお、このとき使用したデータベース中の
記憶データは、先ず、渦電流の影響が無い状態で接続点
２３、２４間の交流電圧を測定し、次いで、既知の膜厚
Ｄの基板を用い、距離Ｗと接続点２３、２４間の交流電
圧を測定し、ドリフト量Ｌ_dr _iftを消去し、正確な変化
量ΔＬを用いている。

【００６６】以上のように、本発明では、予め導電性薄
膜３１と測定コイル１１との間の距離Ｗと、導電性薄膜
３１の膜厚Ｄと、インダクタンス成分の変化量ΔＬとを
測定し、データベースにしておいてあるので、距離Ｗと
変化量ΔＬを測定することで膜厚Ｄを求めることができ
る。距離Ｗが一定であれば、変化量ΔＬを測定するだけ
で、膜厚Ｄを求めることができる。

【００６７】なお、上記実施例では、渦電流の影響が無
い状態でドリフト量Ｌ_driftを測定した後、実際に測定
対象物を測定コイル１１に近づけ、ドリフト量Ｌ_drift
と変化量ΔＬの和を測定したが、逆に、ドリフト量Ｌ
_driftと変化量ΔＬの和を測定した後、渦電流の影響が
無い状態でドリフト量Ｌ_driftを測定し、ドリフト量Ｌ_d
_riftの値を消去してもよい。

【００６８】以上は、導電性薄膜３１と測定コイル１１
との間の距離をレーザを用いて測定したが、本発明はそ
れに限定されるものではない。例えば、膜厚センサー７
に電極を設け、その電極と導電性薄膜３１との間に形成
されるキャパシタンス成分を測定して測定コイル１１と
導電性薄膜３１との間の距離Ｗを求めてもよい。

【００６９】キャパシタンス成分の測定によって距離を
求める場合、距離を測定した部分と同じ部分を、基板５
を動かさずに、膜厚センサー７によって膜厚測定できる
ため、距離Ｗを正確に求めることができる。

【００７０】要するに、本発明は、基板５と測定コイル
１１との間の距離が変動する場合は、実際の距離Ｗを求
められればよく、その方法によって限定されるものでは
ない。

【００７１】また、以上は、インダクタンス成分の変化
量ΔＬを測定する際に、測定対象物の基板５を基板搬送
ロボット４１のハンド４２上に配置していたが、本発明
の膜厚測定方法は、それに限定されるものではない。

【００７２】例えば、成膜装置やエッチング装置内に固
定された台上に基板を配置し、導電性薄膜の成長途中や
導電性薄膜のエッチング中に、導電性薄膜の膜厚を測定
することができる。

【００７３】その例を説明すると、図７の符号５０は真
空処理装置である。ここでは、真空処理装置５０の例と
して、スパッタリング装置が示されている。

【００７４】この真空処理装置５０は、真空槽５１を有
しており、その底壁上には、台５２が配置されている。
台５２の表面には穴６０が設けられており、この穴６０
の内部に、上記の膜厚センサー７が配置されている。

【００７５】穴６０内では、測定コイル１１が台５２の
表面側の位置に配置され、他方、基準コイル１２は測定
コイル１１の下方の位置に配置されている。

【００７６】膜厚センサー７内では、上記のインダクタ
ンスブリッジ１０が構成されており、そのインダクタン
スブリッジ１０は、真空槽５１外に配置された膜厚測定
装置８に接続されている。

【００７７】真空槽５１の上部は、絶縁物５４を介して
カソード電極５５が取り付けられており、カソード電極
５５の真空槽５１の底面に向いた面には、導電性材料か
ら成るターゲット５６が配置されている。

【００７８】台５２内には、静電吸着電極６２₁、６２₂
が配置されており、台５２上に導電性薄膜３１をターゲ
ット５６側に向けて基板５を配置し、静電吸着電極６２
₁、６２₂に正負の直流電圧を印加すると、基板５は台５
２の表面に静電吸着される。

【００７９】測定コイル１１は、穴６０内で、基板５と
は非接触で近接した位置に固定されており、基板５が台
５２上に静電吸着された状態では、測定コイル１１と導
電性薄膜３１との間の距離Ｗは、測定コイル１１と基板
５裏面（基板本体３０表面)の距離に、基板本体３０の
厚みを加算した大きさになる。

【００８０】先ず、台５２上に基板を配置しない状態で
ドリフト量Ｌ_driftを測定し、次いで、直ちに既知の膜
厚Ｄの導電性薄膜３１を有する基板５を台５２上に配置
し(導電性薄膜３１はターゲット５６側に向けてお
く）、静電吸着した状態で、膜厚Ｄに対するインダクタ
ンス成分の変化量ΔＬを測定しておく。

【００８１】基板本体３０の厚みは既知であるから、導
電性薄膜３１と測定コイル１１との間の距離Ｗも既知で
あり、従って、距離Ｗを測定しなくても、膜厚Ｄとイン
ダクタンス成分の変化量ΔＬとの関係からデータベース
が作製される。

【００８２】そして、実際の薄膜形成工程では、真空槽
５１内部を真空雰囲気にした状態で台５２上に基板を配
置する前に、ドリフト量Ｌ_driftを測定し、次いで、真
空雰囲気を維持しながら成膜対象の基板本体３０を台５
２上に配置し、基板本体３０を台５２上に静電吸着した
状態で真空槽５１内にスパッタリングガスを導入し、タ
ーゲット５６をスパッタリングし、基板本体３０表面に
導電性薄膜３１を成長させる。

【００８３】導電性薄膜３１の成長途中で、インダクタ
ンスブリッジ１０に交流電圧を印加し、ドリフト量Ｌ
_driftと変化量ΔＬの和を測定し、予め求めておいたド
リフト量Ｌ_driftを用いて変化量ΔＬを算出する。基板
本体３０の厚みがデータベースを作製したときに用いた
基板５の基板本体３０の厚みと同じであれば、距離Ｗを
測定する必要がなく、変化量ΔＬとデータベース中の記
憶データとから、成長途中の導電性薄膜３１の膜厚Ｄを
求めることができる。

【００８４】以上説明したように、真空処理装置５０の
台５２中に膜厚センサー７を配置した場合には、成長途
中の導電性薄膜３１の膜厚Ｄを測定することができる。

【００８５】従って、繰り返し膜厚Ｄを測定しながら導
電性薄膜３１を成長させると、導電性薄膜３１の膜厚Ｄ
が所定値に達したことを正確に検出することができる。
そして、その時点でスパッタリングを終了させれば、膜
厚精度のよい導電性薄膜３１が得られる。

【００８６】なお、図７の符号６１は加熱装置であり、
スパッタリング中に基板５を加熱することもできる。こ
の場合、実際に導電性薄膜を成長させるときの台５２の
温度と同じ温度でデータベースを作製しておくとよい。

【００８７】上記真空処理装置５０はスパッタリング装
置であったが、本発明はスパッタリング装置に限定され
るものではなく、ＣＶＤ装置、蒸着装置等の導電性薄膜
を成長させる装置の他、エッチング装置等の導電性薄膜
の膜厚を減少させる装置にも応用することができる。

【００８８】エッチング装置に応用した場合、導電性薄
膜３１のエッチング途中に膜厚Ｄを測定することができ
るので、終点検出が正確に行える。

【００８９】また、本発明は、真空雰囲気で処理を行う
装置に限定されるものではない。即ち、真空雰囲気で膜
厚測定を行うこともできるし、大気雰囲気や加圧雰囲気
で成膜又はエッチングする装置に用いたり、また、大気
圧下や加圧下で膜厚測定を行うこともできる。

【００９０】なお、本発明によって測定できる導電性薄
膜は、基板５の表面に露出しているものに限定されるも
のではない。例えば、基板本体３０の表面に形成された
導電性薄膜３１の表面に、更に絶縁性薄膜が形成されて
いる場合であっても測定することができる。この場合
は、導電性薄膜３１と測定コイル１１との距離Ｗを直接
測定してもよいし、導電性薄膜表面の絶縁性薄膜と測定
コイル１１との間の距離を測定し、絶縁性薄膜の膜厚を
差し引いて、間接的に導電性薄膜３１と測定コイル１１
との間の距離Ｗを求めてもよい。

【００９１】また、上記例では、データベース中の記憶
データと測定結果を用い、３次スプライン補間して膜厚
Ｄを求めたが、補間法はそれに限定されるものではな
く、他の近似曲線を用いてもよい。要するに、データベ
ース中に記憶されていない値の距離Ｗや変化量ΔＬと、
記録データとから、精度良く未知の膜厚Ｄを求められる
補間法であればよい。

【００９２】

【発明の効果】本発明方法によれば、インダクタンス成
分のドリフト量Ｌ_driftの影響を消去できるので、正確
な膜厚測定を行うことができる。また、予め作製してお
いたデータベースに照合し、近似曲線から膜厚Ｄを求め
られるので、距離Ｗが変動する場合であっても、基板又
は測定コイルを動かして距離Ｗを一定にする必要がな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】(ａ)〜(ｃ)：本発明方法の手順を説明するため
の図

【図２】本発明方法の測定原理を説明するための図

【図３】測定コイルと基準コイルの相対的な位置関係を
説明するための図

【図４】データベースを構成する測定値を、距離Ｗに対
してインダクタンス成分の変化量ΔＬをプロットしたグ
ラフ

【図５】同じ測定値の膜厚Ｄをインダクタンス成分の変
化量ΔＬに対して関係付けたグラフ

【図６】インダクタンス成分の値の経時変化を説明する
ためのグラフ

【図７】本発明方法を用いることができる真空処理装置
の一例

【図８】基板面内の膜厚分布を測定した例(１)

【図９】基板面内の膜厚分布を測定した例(２)

【図１０】基板面内の膜厚分布を測定した例(３)

【図１１】触針式膜厚計による膜厚測定方法を説明する
ための図

【符号の説明】

１０……インダクタンスブリッジ１１……測定コイル１２……基準コイル１４、１５……基準抵抗３１……導電性薄膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村静雄神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地日本真空技術株式会社内Ｆターム(参考） 2F063 AA16 BA26 BB02 BB05 BC06 BC09 CB04 DA01 DA05 DD08 GA08 JA04 LA27 ZA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基準コイルと測定コイルが直列接続された
回路と、２個の基準抵抗が直列接続された回路とが並列
接続されたインダクタンスブリッジを用い、前記基準コイルよりも前記測定コイルに近接した位置に
導電性薄膜を配置し、前記インダクタンスブリッジに交
流電圧を印加して前記導電性薄膜中に渦電流を発生さ
せ、前記接続中点間に現れた電圧を測定する第１の工程
を有し、前記接続中点間に現れた電圧から、前記導電性薄膜の膜
厚Ｄを求める膜厚測定方法であって、前記金属薄膜を前記基準コイルと前記測定コイルに近づ
けない状態で前記インダクタンスブリッジに交流電圧を
印加し、前記直列接続回路の接続中点間に現れる交流電
圧を測定する第２の工程を有し、前記第１の工程の測定結果と、前記第２の工程の測定結
果から、前記導電性薄膜の膜厚Ｄを求める膜厚測定方
法。
【請求項２】前記第１の工程は、前記第２の工程を行っ
た直前又は直後に行う請求項１記載の膜厚測定方法。
【請求項３】予め、既知の異なる膜厚Ｄに対する前記第
１の工程の測定結果を求めデータベースとして求めてお
き、前記第１、第２の工程の測定結果を、前記データベース
に照合し、前記膜厚Ｄを逆算する請求項３記載の膜厚測
定方法。
【請求項４】前記データベースには、前記第１の工程の
測定結果を与える前記測定コイルと前記導電性薄膜との
間の距離Ｗを含み、測定対象となる導電性薄膜の膜厚Ｄを求める際に、前記
測定コイルと前記導電性薄膜との距離Ｗを測定し、前記
第１、第２の工程の測定結果と、測定した前記距離Ｗを
前記データベースに照合する請求項３記載の膜厚測定方
法。
【請求項５】前記導電性薄膜の膜厚変化を検出する請求
項１乃至請求項４のいずれか１項記載の膜厚測定方法で
あって、前記第１の工程は、前記導電性薄膜の膜厚変化
中に二回以上行う膜厚測定方法。