JP2002213935A - 膜厚測定方法 - Google Patents

膜厚測定方法

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JP2002213935A
JP2002213935A JP2001006689A JP2001006689A JP2002213935A JP 2002213935 A JP2002213935 A JP 2002213935A JP 2001006689 A JP2001006689 A JP 2001006689A JP 2001006689 A JP2001006689 A JP 2001006689A JP 2002213935 A JP2002213935 A JP 2002213935A
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electromagnetic wave
substrate
fluorescent
particle beam
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Tetsuya Kanekawa
哲也 金川
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 粒子線または電磁波を用いて基板上の膜の厚
みを測定するにあたり、測定自体の異常あるいは試料の
異常を同時に検出することができる膜厚測定方法を得
る。 【解決手段】 基板5上に薄膜4が形成されている構造
において薄膜4をX線管球1からX線を照射することに
より検出するにあたり、薄膜4から発した第1の蛍光X
線6の強度と、基板5から発し薄膜4を通過してきた第
2の蛍光X線7の強度を同時に測定し、これらの強度差
が予め定められた規格値範囲内か否かにより正常か否か
を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に膜が形成
されている構造における該膜の厚みを測定する方法に関
し、より詳細には、非破壊的に膜の厚みを測定する方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、基板上に薄膜が形成されている構
造体における薄膜の厚みを測定する方法として、蛍光X
線などの粒子線や電磁波を用いた測定方法が知られてい
る。これらの粒子線や電磁波を用いた測定方法では、非
破壊的に測定を行うことができ、膜厚を高精度に測定す
ることができる。
【0003】図5は、この種の膜厚測定方法を説明する
ための模式的正面図である。膜厚の測定に際し、X線管
球11からX線が試料12に照射される。試料12は、
基板上に薄膜が形成されている構造を有し、該薄膜の外
表面側に、X線13が照射される。X線13が照射され
ると、試料12から蛍光X線14が発し、この蛍光X線
14が検出器15により検出される。
【0004】蛍光X線14の強度により、試料12にお
ける薄膜の厚みを求めることができる。もっとも、上記
X線管球11及び検出器15を用いた膜厚測定方法で
は、X線管球11、試料12及び検出器15の位置関係
が正確に設定されていなければ、正確な測定を行うこと
はできない。従って、従来、試料12の向きや高さを自
動調整するような構造を備えた測定装置が用いられてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、試料1
2の向きや高さを自動調整したとしても、該調整が不十
分な場合があった。その場合には、正常な測定が行われ
ず、異常な測定値が得られる。しかしながら、測定時
に、得られた測定値が異常か否かを判別することはでき
なかった。
【0006】よって、本発明の目的は、上述した従来技
術の欠点を解消し、粒子線や電磁波の照射により非破壊
的に膜の厚みを測定する方法において、測定段階におい
て、測定自体が異常であるか否かを知ることを可能とす
る膜厚測定方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の広い局面によれ
ば、基板上に膜が形成されている構造における膜の厚み
を粒子線または電磁波(例えばX線)を照射することに
より測定する膜厚測定方法において、前記粒子線または
電磁波を膜表面から照射した際に膜から発した粒子線ま
たは電磁波と、前記基板から発し膜を通過してきた粒子
線または電磁波とを同時に測定することにより異常か否
かを検出することを特徴とする、膜厚測定方法が提供さ
れる。
【0008】すなわち、本発明に係る膜厚測定方法で
は、従来の粒子線または電磁波を用いた膜厚測定方法と
同様に、膜から発した粒子線または電磁波を測定するこ
とにより、膜の厚みが求められるが、さらに、膜から発
した粒子線または電磁波と、基板から発し、膜を通過し
てきた粒子線または電磁波をも同時に測定することによ
り、膜から発した粒子線または電磁波と、前記基板から
発し膜を通過してきた粒子線または電磁波の強度から異
常が検出される。
【0009】なお、上記異常とは、測定の異常、及び膜
が基板上に形成された構造自体の異常の双方を含むもの
とする。すなわち、本発明によれば、測定自体の異常を
検出することもでき、さらに、膜が基板上に形成された
構造自体の異常をも検出することができる。
【0010】本発明の特定の局面では、膜から発した粒
子線または電磁波と、前記基板から発し膜を通過してき
た粒子線または電磁波の強度が求められ、膜から発した
粒子線または電磁波と、前記基板から発し膜を通過して
きた粒子線または電磁波の強度差が予め定められた規格
値範囲内か否かにより、正常か異常かが検出される。
【0011】また、本発明の別の特定の局面では、膜か
ら発した粒子線または電磁波の強度から求められた膜厚
と、前記基板から発し膜を通過してきた粒子線または電
磁波の強度から求められた膜厚との差が、予め定められ
た規格値範囲内か否かにより、正常か異常かが検出され
る。
【0012】本発明の他の特定の局面では、前記照射し
た粒子線または電磁波がX線であり、膜から発した粒子
線または電磁波と、前記基板から発し膜を通過してきた
粒子線または電磁波が、蛍光X線である。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施例を
説明することにより、本発明を明らかにする。
【0014】図1は、本発明の一実施例における膜厚測
定方法を説明するための模式的正面図である。本実施例
では、X線を照射する線源として、X線管球1が用いら
れる。なお、粒子線または電磁波としては、本実施例で
はX線管球1より発せられるX線が用いられるが、X線
以外の粒子線または電磁波を用いてもよい。
【0015】X線管球1の下方に、試料2が配置されて
いる。試料2は、基板5上に薄膜4が形成されている構
造を有する。試料2の薄膜4が形成されている面側から
X線3を照射するように、本実施例ではX線が薄膜4の
表面に直交する方向に入射されるようにX線管球1が配
置されている。
【0016】他方、試料2にX線3が照射されると、薄
膜4を構成している元素が蛍光X線を発し、薄膜4から
外部に第1の蛍光X線6が発せられる。他方、X線が基
板5にも至り、基板5において基板5を構成する構成元
素が第2の蛍光X線7を発する。この第2の蛍光X線7
が、薄膜4を通過し、薄膜4の外部に進行する。
【0017】本実施例では、上記第1,第2の蛍光X線
6,7を検出するために、検出器8が配置されている。
検出器8は、蛍光X線強度を検出し得る適宜の構造によ
り構成されている。
【0018】本実施例の特徴は、上記第1,第2の蛍光
X線6,7の強度が検出器8により同時に測定され、そ
れによって薄膜4の厚みだけでなく、測定自体の異常あ
るいは試料2の異常が検出される。これをより具体的に
説明する。
【0019】X線を照射し、蛍光X線強度を測定する膜
厚測定方法では、前述したように、試料、X線管球及び
検出器の位置関係が所定の位置関係に高精度に定められ
なければ、正常な測定値を得ることかできない。例え
ば、図4に示すように、試料2の位置が、測定の位置よ
りも高くなっている場合(図4では正常な位置にある試
料が試料2Aとして破線で示されている)、正確な膜厚
を蛍光X線強度から求めることはできない。
【0020】他方、図1において、薄膜4から発せられ
た蛍光X線の強度と薄膜4の膜厚とには、図2に示す関
係が存在する。また、基板5から発せられた蛍光X線強
度と薄膜4の膜厚との間には、図3に示す関係が存在す
る。
【0021】すなわち、薄膜4から発せられた蛍光X線
強度は、膜厚の大きさが大きくなるにつれて大きくな
る。他方、基板5から発せられた第2の蛍光X線は、薄
膜4において減衰するので、薄膜4の膜厚が大きくなる
につれて第2の蛍光X線の強度は低下する。
【0022】従って、第1,第2の蛍光X線強度のいず
れによっても、薄膜4の膜厚を検出し得ることがわか
る。いま、図4に示したように、試料2が本来の位置よ
りも高い場合、第1,第2の蛍光X線強度はいずれも大
きくなる。
【0023】しかしながら、元素により、蛍光X線強度
の位置依存性は異なる。従って、試料2が、正常な位置
から図4に示す位置に変化した場合の蛍光X線強度の変
化の度合いは、第1,第2の蛍光X線において異なる。
そこで、上記のように、第1,第2の蛍光X線強度を検
出し、第1の蛍光X線強度と、第2の蛍光X線強度の差
を求め、該差が、予め定められた規格値範囲内か否かに
より、正常に測定されているか、あるいは異常測定であ
るかを検出することができる。
【0024】なお、上記第1,第2の蛍光X線強度の差
に代えて、各X線強度から求められた薄膜4の膜厚の差
を求め、膜厚の差が予め定められた膜厚差についての規
格値範囲内か否かにより、正常測定か異常測定であるか
を検出することもできる。
【0025】よって、本実施例によれば、第1,第2の
蛍光X線強度を同時に測定することにより、測定に際
し、測定自体が異常であるか否かを直ちに知ることがで
きる。これを具体的な実験例に基づき説明する。
【0026】表1は、SiO2 からなる基板上に、35
0nm程度の膜厚のTaからなる薄膜4を形成した試料
について、本実施例に従って3回の測定を行った場合の
第1の蛍光X線強度から求められた薄膜4の膜厚、第2
の蛍光X線強度から求められた薄膜4の膜厚及び第1,
第2の蛍光X線強度から求められた膜厚の差を示す。こ
の場合、予め定められた膜厚差の規格値範囲は、第1の
膜厚値−第2の膜厚値<0である。
【0027】
【表1】
【0028】表1から明らかなように、この3回の測定
では、1回目の測定及び2回目の測定では測定が異常で
あり、3回目の測定のみが正常であると判断される。従
って、3回目の測定に基づき、薄膜4の膜厚が、35
3.8nm(第2の蛍光X線強度を参照した場合)とさ
れる。
【0029】なお、予め定められた膜厚差の規格値範囲
あるいは第1,第2の蛍光X線強度の差の規格値範囲
は、例えば図2及び図3に示す結果を予め得ておき、そ
れらの結果から両者の膜厚差もしくは強度差の許容範囲
を明確化することにより定めればよい。
【0030】なお、上記実施例では、図4に示す試料の
ように試料2の位置、ひいては試料とX線管球1及び検
出器8との位置関係が異常である場合を検出し得る膜厚
測定方法を示したが、本発明においては、上記位置関係
が高精度に制御されている場合であっても、薄膜4の組
成や基板5の反りなどの試料自体の異常も検出すること
ができる。すなわち、これらの試料自体の異常が存在す
る場合にも、第1,第2の蛍光X線強度は変化し、これ
らの変化量は第1,第2の蛍光X線おいて異なる。従っ
て、上記実施例のように第1,第2の蛍光X線強度を測
定し、第1,第2の蛍光X線強度もしくはこれらから求
められた膜厚の差を求め、この差が、試料異常について
の規格値範囲内か否かを判別することにより、試料が正
常か否かを検出することもできる。
【0031】
【発明の効果】本発明に係る膜厚測定方法では、粒子線
または電磁波を用いた非破壊的な測定方法により膜厚を
測定することができるだけでなく、膜から発した第1の
蛍光X線と基板から発し、膜を通過してきた第2の蛍光
X線とを同時に測定するため、これらの蛍光X線に基づ
いて測定が正常か否か、あるいは基板上に膜が形成され
ている構造自体が正常か否かを検出することができる。
【0032】従って、上記のように測定異常を定時に直
ちに知ることができ、基板上に形成された膜の厚みを高
精度にかつ迅速に求めることができる。この場合、正常
か否かの検出は、第1,第2の蛍光X線の強度差が予め
定められた規格値範囲内に正常か否かにより、あるいは
第1の蛍光X線強度から求められた膜厚と、第2の蛍光
X線強度から求められた膜厚との差が予め定められた膜
厚の規格値範囲内か否かを判別することにより容易に把
握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例において膜厚を測定するとと
もに、異常を検出する工程を説明するための模式的正面
図。
【図2】第1の蛍光X線強度と薄膜の膜厚との関係を示
す図。
【図3】第2の蛍光X線強度と薄膜の膜厚との関係を示
す図。
【図4】試料の位置が異常である場合の状態を説明する
ための模式的正面図。
【図5】従来の蛍光X線を用いた膜厚測定方法を説明す
るための模式的正面図。
【符号の説明】
1…X線管球 2…試料 2A…試料 3…X線 4…薄膜 5…基板 6…第1の蛍光X線 7…第2の蛍光X線 8…検出器

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に膜が形成されている構造におけ
    る膜の厚みを粒子線または電磁波を照射することにより
    測定する膜厚測定方法において、 前記粒子線または電磁波を膜表面から照射した際に膜か
    ら発した粒子線または電磁波と、前記基板から発し膜を
    通過してきた粒子線または電磁波とを同時に測定するこ
    とにより異常か否かを検出することを特徴とする、膜厚
    測定方法。
  2. 【請求項2】 前記異常として、測定の異常を検出する
    ことを特徴とする、請求項1に記載の膜厚測定方法。
  3. 【請求項3】 前記異常として、膜が基板上に形成され
    ている構造自体の異常を検出することを特徴とする、請
    求項1に記載の膜厚測定方法。
  4. 【請求項4】 前記膜から発した粒子線または電磁波
    と、前記基板から発し膜を通過してきた粒子線または電
    磁波の強度差が、予め定められた規格値範囲内か否かに
    より、正常か異常かを検出する、請求項1〜3のいずれ
    かに記載の膜厚測定方法。
  5. 【請求項5】 前記膜から発した粒子線または電磁波か
    ら求められた膜厚と、前記基板から発し膜を通過してき
    た粒子線または電磁波から求められた膜厚との差が、予
    め定められた規格値範囲内か否かにより、正常か異常か
    を検出する、請求項1〜3のいずれかに記載の膜厚測定
    方法。
  6. 【請求項6】 前記照射した粒子線または電磁波はX線
    であり、前記膜から発した粒子線または電磁波と、前記
    基板から発し膜を通過してきた粒子線または電磁波は、
    蛍光X線であることを特徴とする、請求項1〜5のいず
    れかに記載の膜厚測定方法。
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