JP2002323303A - Diafragm thickness measurement method, its device, and manufacturing method for semiconductor device - Google Patents

Diafragm thickness measurement method, its device, and manufacturing method for semiconductor device

Info

Publication number
JP2002323303A
JP2002323303A JP2001129358A JP2001129358A JP2002323303A JP 2002323303 A JP2002323303 A JP 2002323303A JP 2001129358 A JP2001129358 A JP 2001129358A JP 2001129358 A JP2001129358 A JP 2001129358A JP 2002323303 A JP2002323303 A JP 2002323303A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
measured
measurement
wavelength
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2001129358A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4474795B2 (en
Inventor
Makoto Okawa
大川  誠
Yasuo Ishihara
康生 石原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2001129358A priority Critical patent/JP4474795B2/en
Publication of JP2002323303A publication Critical patent/JP2002323303A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4474795B2 publication Critical patent/JP4474795B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To carry out non-contact measurement of thickness of a SOI base board having a buried oxide film inside in real time. SOLUTION: In an etching process for forming a diaphragm and the like, the film thickness D of the diaphragm 2 is detected by performing irradiation with a laser beam from a laser beam source 3 while varying its wavelength and performing frequency analysis of the intensity of its reflected light for measuring an etching quantity. In this process, a component of reflection of the laser beam L0 reflected on the front and back faces of the buried oxide film exerts bad influence, however, when irradiation is carried out with the laser beam within a wavelength range satisfying a condition that the reflected light components on the front and back faces of the buried oxide film interfere with each other, the film thickness D of the diaphragm 2 can be detected accurately.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定膜の測定部
位に光ビームを照射してその膜厚を測定するようにした
膜厚測定方法、膜厚測定装置及び半導体装置の製造方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a film thickness measuring method, a film thickness measuring apparatus, and a method for manufacturing a semiconductor device, in which a light beam is applied to a measurement site of a film to be measured to measure the film thickness.

【0002】[0002]

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体素子の表
面部分に機械的構造を一体に形成した構成の半導体装置
が開発されつつある。そして、このような半導体装置
は、半導体集積技術を転用することで集積度の高い半導
体機構素子として提案されているが、これらの半導体素
子は、微細な構造を形成する必要があることから、半導
体材料に対する加工精度をさらに高めて制御することが
できるようにすることが要求されている。
In recent years, a semiconductor device having a structure in which a mechanical structure is integrally formed on a surface portion of a semiconductor element has been developed. Such a semiconductor device has been proposed as a semiconductor device having a high degree of integration by diverting the semiconductor integration technology. However, since these semiconductor devices need to form a fine structure, There is a need to be able to further enhance and control the processing accuracy of the material.

【0003】例えば、シリコンダイヤフラムをエッチン
グにより形成する場合に、通常はエッチング時間を管理
することでダイヤフラム厚の制御を行っているが、これ
はエッチング条件を支配する温度や濃度などの種々のパ
ラメータのばらつきなどによって影響を受けてしまうこ
とがあり、結果としてダイヤフラム厚がばらついてしま
うことがあり、加工精度の点で再現性の良好なプロセス
技術として確立するためには課題が残っていた。このよ
うな点から、エッチング中にリアルタイムでシリコン厚
をモニタできるようにして、エッチング量の制御性を向
上できるようにすることが望まれていた。
[0003] For example, when a silicon diaphragm is formed by etching, the thickness of the diaphragm is usually controlled by controlling the etching time. This is because various parameters such as temperature and concentration governing the etching conditions are controlled. In some cases, the thickness of the diaphragm may vary due to variations and the like, and as a result, the thickness of the diaphragm may vary. Therefore, there remains a problem in establishing a process technology having good reproducibility in terms of processing accuracy. From such a point, it has been desired to be able to monitor the silicon thickness in real time during the etching and to improve the controllability of the etching amount.

【0004】このような要望に対して、最近では、例え
ば特開平2−307003号公報に示されるように、レ
ーザ光を半導体に照射して半導体層から得られる反射光
あるいは透過光などの干渉光の強度変化を観測すること
により、半導体層の厚さを非接触状態でしかもリアルタ
イムで検出してエッチング厚さをモニタする技術が提案
されている。
In response to such a demand, recently, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-307003, for example, interference light such as reflected light or transmitted light obtained from a semiconductor layer by irradiating a semiconductor with a laser beam. A technique has been proposed in which the thickness of a semiconductor layer is detected in a non-contact state and in real time to monitor the etching thickness by observing a change in the intensity of the semiconductor layer.

【0005】また、別の方法としては、ハロゲン光をシ
リコンに照射してこれを分光分析することによりシリコ
ン厚を計測する方法も提案されている(MEMS/94 Procee
dings pp.217-pp.222 )。さらには、特開平7−306
018号公報に示されるようにレーザ光の波長を変化さ
せ、その反射波の波形から膜厚を計測するという方法も
検討されつつある。
As another method, there has been proposed a method of measuring silicon thickness by irradiating silicon with halogen light and spectrally analyzing the halogen light (MEMS / 94 Procee).
dings pp.217-pp.222). Further, JP-A-7-306
As disclosed in JP-A-018, a method of changing the wavelength of a laser beam and measuring the film thickness from the waveform of the reflected wave is being studied.

【0006】ところで、上述の特開平7−306018
号公報に開示された方法では、測定対象としてシリコン
層のみである場合の膜厚を計測するときには有効な方法
であるが、積層構造となる場合例えば絶縁膜をシリコン
で挟んだ構造のいわゆるSOI(Silicon On Insulato
r)構造を有するシリコンウエハなどのシリコン層の厚
さを測定する場合においては、内部に埋め込まれている
絶縁膜の影響を受けるので、この方法をそのまま適用し
て測定することができない場合がある。
Incidentally, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-306018
In the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-163, it is an effective method when measuring the film thickness when only the silicon layer is to be measured. However, in the case of a laminated structure, for example, a so-called SOI (structure in which an insulating film is sandwiched between silicon) is used. Silicon On Insulato
r) When measuring the thickness of a silicon layer such as a silicon wafer having a structure, the measurement may not be possible by applying this method as it is because it is affected by the insulating film embedded inside. .

【0007】したがって、例えば、SOI基板のシリコ
ン層をエッチング加工して所望の膜厚を残して圧力セン
サなどのダイヤフラムなどを形成したり、あるいは特開
平2000−31502に示されるような加速度センサ
の構造体を形成する場合の途中工程などにおいてには、
依然として正確な膜厚を測定することができないことが
あり、技術的課題として解決すべきものであった。これ
は、シリコン膜厚の測定時に、照射した測定用の光ビー
ムがSOI基板中に埋め込まれた絶縁膜(一般的にはS
iO2)の界面で反射することによる影響で、これが絶
縁膜上のシリコン膜厚(SOI厚)に依存して干渉強度
が変化して高くなる場合には、シリコンダイヤフラム全
体の膜厚の検出感度が鈍くなるからである。
Therefore, for example, a silicon layer of an SOI substrate is etched to form a diaphragm such as a pressure sensor while leaving a desired film thickness, or a structure of an acceleration sensor as disclosed in JP-A-2000-31502. In the middle of the process of forming the body,
In some cases, it was not possible to measure an accurate film thickness, and this was to be solved as a technical problem. This is because, when the silicon film thickness is measured, the irradiated measurement light beam is buried in the SOI substrate in the insulating film (generally, S
When the interference intensity changes depending on the silicon film thickness (SOI thickness) on the insulating film and becomes higher due to the reflection at the interface of iO2), the detection sensitivity of the film thickness of the entire silicon diaphragm becomes higher. Because it becomes dull.

【0008】この場合、ダイヤフラム厚さがSOI膜の
厚さに比べ、十分に厚い場合には、計測される複数の膜
厚のピークからSOI厚さ付近の膜厚のピークを除外す
ることで、ダイヤフラム厚さに相当するピークを特定し
てその厚さ寸法を測定することができるようになる。し
かしながら、エッチングが進行してダイヤフラム厚さが
SOI層の厚さに近付いてくると、ピークが重なってく
るため、この方法で判定することができなくなり、結果
として、正確にエッチング終点を検出できなくなってし
まうというものであった。
In this case, when the thickness of the diaphragm is sufficiently larger than the thickness of the SOI film, the peak of the film thickness near the SOI thickness is excluded from the plurality of measured film thickness peaks. A peak corresponding to the thickness of the diaphragm can be specified and its thickness dimension can be measured. However, when the etching progresses and the diaphragm thickness approaches the thickness of the SOI layer, the peaks overlap, so that it is not possible to judge by this method, and as a result, the etching end point cannot be detected accurately. It was to be.

【0009】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、測定対象となる膜の内部に異なる材質
の層が積層されている場合でも、対象とする層の膜厚を
正確に検出することができるようにした膜厚測定方法、
膜厚測定装置及び半導体装置の製造方法を提供すること
にある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to accurately measure the thickness of a target layer even when layers of different materials are laminated inside the target film. Film thickness measurement method that can be detected at
An object of the present invention is to provide a film thickness measuring device and a method for manufacturing a semiconductor device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明によれ
ば、測定光源から被測定膜に対して照射する測定光を、
その被測定膜の透過光波長領域で波長を変化させるよう
にし、その反射光もしくは透過光を検出してその強度の
変化状態から前記被測定膜の膜厚を検出するようにした
膜厚測定方法において、被測定膜が屈折率が異なる材質
からなる異質層が内部に積層された構造である場合に
は、その被測定膜の膜厚を測定する際に、測定光源から
照射する測定光の波長を、透過光波長領域の波長のうち
の異質層で反射する光成分に起因して発生する干渉の条
件を満たす範囲の波長を用いて波長を変化させるので、
異質層による反射成分を抑制することで、被測定膜の異
質層で分けられた部分の各膜の膜厚に起因した反射光も
しくは透過光の干渉成分も抑制することができるように
なり、結果として被測定膜の上面と下面との両者で反射
もしくは透過する光の成分に基づいて膜厚測定を行うこ
とができるようになり、全体の膜厚を非接触で且つリア
ルタイムで正確に測定することができるようになる。こ
れにより、例えば、エッチング処理などを実施している
状態で直接エッチング量をモニタすることができるよう
になり、エッチングの制御を高精度で行うことができる
ようになる。
According to the first aspect of the present invention, the measuring light emitted from the measuring light source to the film to be measured is
A film thickness measuring method in which the wavelength is changed in the transmitted light wavelength region of the film to be measured, the reflected light or the transmitted light is detected, and the film thickness of the film to be measured is detected from a change state of the intensity. In the case where the film to be measured has a structure in which a heterogeneous layer made of a material having a different refractive index is laminated inside, when measuring the film thickness of the film to be measured, the wavelength of the measurement light emitted from the measurement light source Since the wavelength is changed using a wavelength in a range that satisfies the condition of the interference generated due to the light component reflected by the heterogeneous layer among the wavelengths in the transmitted light wavelength region,
By suppressing the reflection component due to the heterogeneous layer, the interference component of the reflected light or transmitted light due to the thickness of each film in the portion divided by the heterogeneous layer of the film to be measured can be suppressed. As a result, the film thickness can be measured based on the components of the light reflected or transmitted by both the upper surface and the lower surface of the film to be measured, and the entire film thickness can be accurately measured in a non-contact manner and in real time. Will be able to Thus, for example, the amount of etching can be directly monitored while the etching process or the like is being performed, and the etching can be controlled with high accuracy.

【0011】請求項2の発明によれば、上記発明におい
て、測定光が被測定膜に照射されたときの反射光を測定
してその膜厚を検出する場合に、異質層の屈折率をn
0、膜厚をdとすると、測定光の干渉条件として、 2・n0・d=m・λ …(a) (ただし、mは自然数)を満たす波長λを中心とした波
長領域で波長を変化させて照射することで、被測定膜中
において異質層の上面と下面とで反射する成分が双方で
干渉し合う条件となり、この反射光成分による影響を低
減できる。このことは、異質層の上面(一方側)と下面
(他方側)の双方に位置している被測定膜の分割された
部分層についての膜厚に依存した干渉の成分を抑制する
ことができることを意味し、これによって、相対的に被
測定膜の全体の膜厚に関する反射光の成分を大きくした
状態で測定することができるようになり、被測定膜の正
確な膜厚を測定することができるようになる。
According to the second aspect of the present invention, in the above invention, when measuring the reflected light when the measurement light is applied to the film to be measured and detecting its thickness, the refractive index of the heterogeneous layer is set to n.
Assuming that 0 and the film thickness are d, the wavelength changes in a wavelength region around a wavelength λ satisfying 2 · n0 · d = m · λ (where m is a natural number) as an interference condition of the measurement light. By irradiating the film, the components reflected on the upper surface and the lower surface of the heterogeneous layer in the film to be measured are in a condition where they interfere with each other, and the influence of the reflected light component can be reduced. This means that interference components depending on the film thickness of the divided partial layers of the film to be measured located on both the upper surface (one side) and the lower surface (the other side) of the heterogeneous layer can be suppressed. This means that the measurement can be performed in a state where the component of the reflected light relative to the entire thickness of the film to be measured is relatively large, and the accurate thickness of the film to be measured can be measured. become able to.

【0012】請求項3の発明によれば、上記各発明にお
いて、測定光の波長範囲を、計測波長範囲を一定幅とし
たときの中心波長に対して得られる被測定膜の膜厚に対
応したピーク値の強度と異質膜で分けられた被測定膜の
部分層の膜厚に対応したピーク値の強度との比の値が1
以上となる波長の範囲に設定しているので、前述の干渉
条件の式を満たす波長λに対して、測定に十分使用可能
な測定光の波長範囲を具体的に設定することができ、ま
た、その場合に、被測定膜のピーク値の強度が他の部分
膜のピーク値に対して1以上の比率で出現させることが
できるので、他のピーク値に埋没することなく確実に被
測定膜の膜厚を測定することができるようになる。
According to the third aspect of the present invention, in each of the above inventions, the wavelength range of the measurement light corresponds to the thickness of the film to be measured obtained with respect to the center wavelength when the measurement wavelength range is a fixed width. The value of the ratio of the peak intensity to the peak intensity corresponding to the thickness of the partial layer of the film to be measured divided by the heterogeneous film is 1
Since the wavelength range is set as described above, for the wavelength λ that satisfies the above-described equation of the interference condition, the wavelength range of the measurement light that can be sufficiently used for the measurement can be specifically set. In this case, since the intensity of the peak value of the film to be measured can appear at a ratio of 1 or more to the peak value of the other partial film, the intensity of the film to be measured can be surely determined without being buried in another peak value. The film thickness can be measured.

【0013】請求項4の発明によれば、上記各発明にお
いて、被測定膜として絶縁膜が異質層として内部に介在
されたシリコン層である場合に、前述した測定波長範囲
として、 2・n0・d/(m+0.2 )≦λ≦2・n0・d/(m−0.2 ) …(b) (ただし、n0は絶縁膜の屈折率、dは絶縁膜の膜厚、
mは自然数)という条件式(b)を満たす範囲に設定す
るので、シリコン層の内部に介在されている異質層とし
ての絶縁膜の屈折率n及び膜厚dの値からこの条件式
(b)を満たす波長範囲λを設定することができる。
According to the invention of claim 4, in each of the above inventions, when the film to be measured is a silicon layer interposed inside as an extraneous layer, the measurement wavelength range is 2 · n0 · d / (m + 0.2) ≦ λ ≦ 2 · n0 · d / (m−0.2) (b) (where n0 is the refractive index of the insulating film, d is the thickness of the insulating film,
(m is a natural number), so that the conditional expression (b) is satisfied. Therefore, from the values of the refractive index n and the film thickness d of the insulating film as the heterogeneous layer interposed inside the silicon layer, this conditional expression (b) is obtained. Can be set.

【0014】なお、この場合において、条件式の上限値
及び下限値を設定する左辺及び右辺の分数の分母に設定
している「0.2 」という数値は、計測波長範囲を一定幅
としたときの中心波長に対して得られる被測定膜の膜厚
に対応したピーク値の強度と異質膜で分けられた被測定
膜の部分層の膜厚に対応したピーク値の強度との比の値
が1以上となる波長の範囲と略一致するような波長範囲
λの条件を満たす値である。
In this case, the numerical value “0.2” set in the denominator of the fractions on the left and right sides for setting the upper and lower limits of the conditional expression is the center value when the measurement wavelength range is set to a constant width. The value of the ratio of the intensity of the peak value corresponding to the thickness of the film to be measured obtained with respect to the wavelength to the intensity of the peak value corresponding to the film thickness of the partial layer of the film to be measured divided by the heterogeneous film is 1 or more. Is a value that satisfies the condition of the wavelength range λ such that it substantially matches the range of the wavelength.

【0015】請求項5の発明によれば、上記各発明にお
いて、測定光源の測定光として、連続または特定間隔で
発振中心波長を変化可能なレーザ光源を用いているの
で、測定光を適当な光学手段により案内することで、被
測定膜の表面の限られた領域のみに照射することがで
き、これによって被測定膜の局所的な膜厚を測定する用
途においても正確な膜厚測定を行うことができる。例え
ば、部分的なエッチング加工をおこなって膜厚を測定す
るような場合に有効な手段となる。
According to a fifth aspect of the present invention, in each of the above-mentioned inventions, a laser light source whose oscillation center wavelength can be changed continuously or at a specific interval is used as the measurement light of the measurement light source. By guiding by means, it is possible to irradiate only a limited area of the surface of the film to be measured, thereby performing accurate film thickness measurement even in applications where the local film thickness of the film to be measured is measured Can be. For example, this is an effective means when a partial etching process is performed to measure the film thickness.

【0016】請求項6の発明によれば、上記各発明にお
いて、測定光源の測定光を被測定膜と同じ構造で膜厚が
既知の参照用測定膜に照射し、その反射光もしくは透過
光の強度を測定してその変化の仕方と被測定膜の反射光
もしくは透過光の強度の変化の仕方とからその被測定膜
の膜厚を検出するので、測定光源の測定光の波長を正確
に測定しなくとも既知の膜厚の参照用測定膜との対比に
より被測定膜の膜厚を精度良く測定することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in each of the above-mentioned inventions, the measuring light of the measuring light source is applied to the reference measuring film having the same structure as the film to be measured and having a known film thickness, and the reflected light or transmitted light is reflected. Measures the intensity and detects the thickness of the film to be measured from the way of the change and the method of change of the intensity of the reflected light or transmitted light of the film to be measured, so that the wavelength of the measuring light of the measuring light source can be accurately measured. The thickness of the film to be measured can be accurately measured without comparison with a reference measurement film having a known film thickness.

【0017】請求項7の発明によれば、被測定膜に対し
て測定光を照射してその反射光もしくは透過光の強度を
検出して被測定膜の膜厚を検出する構成において、測定
光源から被測定膜の透過光波長領域内で波長を変化させ
て測定光を照射させ、この測定光を光学手段により被測
定膜の測定部位に導き、測定手段により被測定膜に照射
された測定光の反射光もしくは透過光の強度を測定し、
演算手段により測定手段により測定された反射光もしく
は透過光の強度の結果に基づいて被測定膜の膜厚を演算
により検出する構成を前提としており、この場合におい
て、被測定膜として対象となる膜の材質とは屈折率が異
なる材質からなる異質層が内部に介在されるものを対象
とする場合には、制御手段により、測定光源に対して異
質層で反射する光成分に起因して発生する干渉の条件を
満たす範囲の波長領域内で測定光の波長を変化させるよ
うにして測定を行わせる。これにより、被測定膜に照射
された測定光が内部に介在している異質層の表裏面で反
射する成分が互いに干渉し合い、被測定膜の異質層によ
り分けられた部分層の膜厚に起因した成分の強度を抑制
することができるようになり、結果的に被測定膜の膜厚
に関する光の成分が主体となり、被測定膜の膜厚を正確
に測定することができるようになる。
According to the seventh aspect of the present invention, in the configuration in which the film to be measured is irradiated with the measuring light and the intensity of the reflected light or transmitted light is detected to detect the film thickness of the film to be measured, Irradiates the measurement light by changing the wavelength within the transmission light wavelength region of the film to be measured, and guides the measurement light to the measurement site of the film to be measured by the optical means, and the measurement light irradiated to the film to be measured by the measurement means. Measure the intensity of the reflected or transmitted light of the
It is assumed that the thickness of the film to be measured is calculated by calculation based on the result of the intensity of the reflected light or transmitted light measured by the measuring means by the calculating means. In this case, the film to be measured as the film to be measured is assumed. When a material having a different layer of a material having a different refractive index is interposed therein, the control means causes the light source to be reflected by the different layer with respect to the measurement light source. The measurement is performed by changing the wavelength of the measurement light within a wavelength range that satisfies the interference condition. As a result, components reflected by the front and back surfaces of the heterogeneous layer in which the measurement light applied to the measurement target film is interposed interfere with each other, and the thickness of the partial layer divided by the heterogeneous layer of the measurement target film is reduced. The intensity of the component caused can be suppressed, and as a result, the light component related to the thickness of the film to be measured is mainly used, and the thickness of the film to be measured can be accurately measured.

【0018】請求項8の発明によれば、上記発明におい
て、測定手段を、測定光の反射光を検出するように設
け、制御手段により、異質層の屈折率をn0、膜厚をd
としたときの測定光の干渉条件として、 2・n0・d=m・λ …(a) (ただし、mは自然数)を満たす波長λを中心とした波
長領域で波長を変化させて測定光を照射させるように測
定光源を制御するように構成したので、異質層の表裏面
による反射光の成分を干渉させることができ、これによ
って、被測定膜の膜厚に関する光の強度を相対的に高め
ることができるようになる。
According to an eighth aspect of the present invention, in the above invention, the measuring means is provided so as to detect the reflected light of the measuring light, and the control means sets the refractive index of the foreign layer to n0 and the film thickness to d.
As the interference condition of the measuring light at the time of the following, the measuring light is changed by changing the wavelength in a wavelength region centering on the wavelength λ satisfying 2 · n0 · d = m · λ (where m is a natural number). Since the measurement light source is configured to be illuminated, components of light reflected by the front and back surfaces of the heterogeneous layer can be made to interfere with each other, thereby relatively increasing the light intensity related to the thickness of the film to be measured. Will be able to do it.

【0019】請求項9の発明によれば、請求項7及び8
の発明において、制御手段により、測定光源に対して、
測定光の波長範囲を、計測波長範囲を一定幅としたとき
の中心波長に対して得られる被測定膜の膜厚に対応した
ピーク値の強度と異質膜で分けられた被測定膜の部分層
の膜厚に対応したピーク値の強度との比の値が1以上と
なる波長の範囲に設定するようにして制御する構成とし
たので、異質層の表裏面による反射光の成分を干渉させ
る条件として、他の部分層の膜厚に起因したピーク値が
抑制されるようになり、相対的に被測定膜の膜厚に起因
した光の情報が他のピーク値に対して区別可能な範囲の
条件とすることができ、測定光の波長変化範囲を最大限
に広げて測定精度の向上を図ることができるようにな
る。
According to the ninth aspect of the present invention, the seventh and eighth aspects are provided.
In the invention of the above, by the control means, for the measurement light source,
The wavelength range of the measurement light, the intensity of the peak value corresponding to the thickness of the film to be measured obtained with respect to the center wavelength when the measurement wavelength range is a fixed width, and the partial layer of the film to be measured divided by the heterogeneous film Is controlled so that the value of the ratio of the intensity to the peak value corresponding to the thickness of the layer is set to be 1 or more. As a result, the peak value caused by the thickness of the other partial layer is suppressed, and the information of the light caused by the thickness of the film to be measured is in a range that can be distinguished from the other peak values. The condition can be satisfied, and the wavelength change range of the measurement light can be maximized to improve the measurement accuracy.

【0020】請求項10の発明によれば、請求項7ない
し9の発明において、被測定膜が異質層として絶縁膜が
内部に介在されたシリコン層である場合に、制御手段に
より、測定光源に対して条件式(b)を満たす範囲の測
定波長範囲に設定して測定光の波長を変化させて出力さ
せるように制御するように構成したので、シリコン層の
内部に介在されている異質層としての絶縁膜の屈折率n
及び膜厚dの値からこの条件式(b)を満たす波長範囲
λを設定することができる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the invention of the seventh to ninth aspects, when the film to be measured is a silicon layer having an insulating film interposed as an extraneous layer, the control means controls the measurement light source. On the other hand, the measurement wavelength range is set within the range satisfying the conditional expression (b), and the control is performed so that the wavelength of the measurement light is changed to output the light. Therefore, as a heterogeneous layer interposed inside the silicon layer, Refractive index n of the insulating film
The wavelength range λ satisfying the conditional expression (b) can be set based on the value of the film thickness d.

【0021】請求項11の発明によれば、請求項7ない
し10の発明において、測定光源を、測定光を連続また
は特定間隔で発振中心波長を変化可能なレーザ光源を用
いて構成しているので、測定光を光学系により案内する
ことで、被測定膜の表面の限られた領域のみに照射する
ことができ、これによって被測定膜の局所的な膜厚を測
定する用途においても正確な膜厚測定を行うことができ
る。例えば、部分的なエッチング加工をおこなって膜厚
を測定するような場合に有効な手段となる。
According to the eleventh aspect of the present invention, in the seventh to tenth aspects, the measurement light source is constituted by using a laser light source capable of changing the oscillation center wavelength of the measurement light continuously or at specific intervals. By guiding the measurement light through the optical system, it is possible to irradiate only a limited area of the surface of the film to be measured, thereby making it possible to accurately measure the local thickness of the film to be measured even in applications where the film thickness is to be measured. Thickness measurements can be made. For example, this is an effective means when a partial etching process is performed to measure the film thickness.

【0022】請求項12の発明によれば、請求項7ない
し11の各発明において、被測定膜と同じ構造で且つ膜
厚が既知の参照用測定膜を備え、参照用光学系により測
定光源からの測定光を参照用測定膜に導いて照射し、そ
の反射光もしくは透過光の強度を参照用測定手段により
測定し、演算手段により、前記測定手段により測定され
た反射光もしくは透過光の強度の結果に加えて、参照用
測定手段により測定された反射光もしくは透過光の強度
の結果も参照して被測定膜の膜厚を演算により検出する
ので、測定光源の測定光の波長を正確に測定しなくとも
既知の膜厚の参照用測定膜との対比により被測定膜の膜
厚を精度良く測定することができる。
According to a twelfth aspect of the present invention, in each of the seventh to eleventh aspects, a reference measurement film having the same structure as the film to be measured and having a known film thickness is provided, and the reference optical system is used to control the measurement light source. The measurement light is guided to the reference measurement film and irradiated, the intensity of the reflected light or transmitted light is measured by the reference measurement unit, and the calculation unit calculates the intensity of the reflected light or transmitted light measured by the measurement unit. The thickness of the film to be measured is calculated by referring to the result of the intensity of the reflected or transmitted light measured by the reference measuring means in addition to the result, so that the wavelength of the measuring light of the measuring light source can be accurately measured. The thickness of the film to be measured can be accurately measured without comparison with a reference measurement film having a known film thickness.

【0023】請求項13の発明によれば、エッチング処
理などで形成するダイヤフラム等の被測定膜を有する半
導体装置に対して、測定光源から半導体装置の被測定膜
に対して照射する測定光を、その被測定膜の透過光波長
領域で波長を変化させるようにし、その反射光もしくは
透過光を検出してその強度の変化状態から前記被測定膜
の膜厚を検出するようにした半導体装置の製造方法にお
いて、被測定膜が屈折率が異なる材質からなる異質層が
内部に積層された構造である場合には、その被測定膜の
膜厚を測定する際に、測定光源から照射する測定光の波
長を、透過光波長領域の波長のうちの異質層で反射する
光成分に起因して発生する干渉の条件を満たす範囲の波
長を用いて波長を変化させるので、異質層による反射成
分を抑制することで、被測定膜の異質層で分けられた部
分の各膜の膜厚に起因した反射光もしくは透過光の干渉
成分も抑制することができるようになり、結果として被
測定膜の上面と下面との両者で反射もしくは透過する光
の成分に基づいて膜厚測定を行うことができるようにな
り、全体の膜厚を非接触で且つリアルタイムで正確に測
定することができるようになる。
According to the thirteenth aspect of the present invention, a measurement light emitted from a measurement light source to a measurement target film of the semiconductor device is applied to a semiconductor device having a measurement target film such as a diaphragm formed by an etching process or the like. Manufacturing of a semiconductor device in which the wavelength is changed in the transmitted light wavelength region of the film to be measured, the reflected light or the transmitted light is detected, and the film thickness of the film to be measured is detected from the change in the intensity. In the method, when the film to be measured has a structure in which a heterogeneous layer made of a material having a different refractive index is laminated inside, when measuring the film thickness of the film to be measured, the measurement light emitted from the measurement light source is measured. Since the wavelength is changed using a wavelength within a range that satisfies the condition of the interference generated due to the light component reflected by the heterogeneous layer among the wavelengths of the transmitted light wavelength region, the reflection component by the heterogeneous layer is suppressed. thing Therefore, the interference component of the reflected light or the transmitted light caused by the thickness of each film in the portion divided by the heterogeneous layer of the film to be measured can be suppressed, and as a result, the upper surface and the lower surface of the film to be measured The film thickness can be measured based on the components of light reflected or transmitted by both, and the entire film thickness can be accurately measured in real time in a non-contact manner.

【0024】これにより、例えば、半導体装置に形成す
るダイヤフラムなどの被測定膜の膜厚を精度良く形成す
る必要がある場合において、ダイヤフラム形成のための
エッチング処理を実施している状態で非接触且つリアル
タイムで、しかも精度良く被測定膜の膜厚を検出するこ
とができる。したがって、ダイヤフラムなどを用いて圧
力や加速度などを検出するセンサとしての半導体装置を
製造する場合の品質の向上を図り、しかも製造工程にお
いても時間短縮を図りコストの低減を図ることができる
ようになる。
Accordingly, for example, when it is necessary to accurately form the thickness of a film to be measured such as a diaphragm formed in a semiconductor device, the non-contact and non-contact state may be maintained while the etching process for forming the diaphragm is being performed. The thickness of the film to be measured can be detected in real time and accurately. Therefore, it is possible to improve the quality in the case of manufacturing a semiconductor device as a sensor that detects pressure, acceleration, and the like using a diaphragm or the like, and also to shorten the time and cost in the manufacturing process. .

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)以下、本発明
の第1の実施形態について図1ないし図11を参照しな
がら説明する。この実施形態においては、測定対象物は
SOI(Silicon On Insulator)基板1を用いている。
例えば、SOI基板1を利用して形成する半導体装置で
ある圧力センサや加速度センサなどの半導体力学量セン
サのダイヤフラム部分を加工する場合のエッチング処理
過程でエッチング量を測定する場合に適用したものであ
る。図2は、SOI基板1をエッチング加工してダイヤ
フラム2を形成している状態を断面で示した模式図であ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In this embodiment, an SOI (Silicon On Insulator) substrate 1 is used as an object to be measured.
For example, the present invention is applied to a case where an etching amount is measured in an etching process when a diaphragm portion of a semiconductor dynamic quantity sensor such as a pressure sensor or an acceleration sensor which is a semiconductor device formed using the SOI substrate 1 is processed. . FIG. 2 is a schematic view showing a state in which the diaphragm 2 is formed by etching the SOI substrate 1.

【0026】SOI基板1は、単結晶シリコン(Si)
基板1a上に異質膜としての絶縁膜である二酸化シリコ
ン(SiO2)からなる埋込酸化膜1bが積層され、そ
の上に単結晶シリコン(Si)からなるSOI層1cが
積層された3層(SOI/SiO2/Si)の構成であ
る。この場合、埋込酸化膜1bは膜厚d(μm)が例え
ば2μmに形成されたものであり、SOI層1cの膜厚
D1が15μm程度に形成されている。また、埋込酸化
膜1bの屈折率n0は1.45(二酸化シリコンの屈折
率)であり、SOI層1c及び単結晶シリコン基板1a
を形成しているシリコンの屈折率n1は3.44であ
る。
The SOI substrate 1 is made of single crystal silicon (Si)
A buried oxide film 1b made of silicon dioxide (SiO2), which is an insulating film as a heterogeneous film, is stacked on a substrate 1a, and an SOI layer 1c made of single crystal silicon (Si) is stacked thereon. / SiO2 / Si). In this case, the buried oxide film 1b has a thickness d (μm) of, for example, 2 μm, and the thickness D1 of the SOI layer 1c is formed to be about 15 μm. The refractive index n0 of the buried oxide film 1b is 1.45 (the refractive index of silicon dioxide), and the SOI layer 1c and the single crystal silicon substrate 1a
Has a refractive index n1 of 3.44.

【0027】このSOI基板1にダイヤフラム2を形成
するために、単結晶シリコン基板1a側からパターニン
グで開口した部分をウェットエッチング処理を行って凹
部2aを形成し、単結晶シリコン基板1aの厚さ寸法D
2を調整する。エッチング処理を適切な時点で停止させ
ることにより、所望厚さ寸法D(μm)のダイヤフラム
2を形成する。ここで、本発明でいうところの被測定膜
はダイヤフラム2の部分に相当しており、このダイヤフ
ラム2の厚さ寸法Dは、上記した各膜の厚さ寸法の和す
なわちD=D1+d+D2となる。
In order to form the diaphragm 2 on the SOI substrate 1, a concave portion 2a is formed by performing a wet etching process on a portion opened by patterning from the single crystal silicon substrate 1a side, and a thickness dimension of the single crystal silicon substrate 1a is formed. D
Adjust 2. The diaphragm 2 having a desired thickness D (μm) is formed by stopping the etching process at an appropriate time. Here, the film to be measured in the present invention corresponds to the portion of the diaphragm 2, and the thickness D of the diaphragm 2 is the sum of the thicknesses of the respective films, that is, D = D1 + d + D2.

【0028】次に、図1を参照して測定系の概略的な構
成について説明する。測定光源としてのレーザ光源3
は、シリコンを透過する近赤外の波長領域のレーザ光L
0を測定光として出射するもので、そのレーザ光L0の
発振中心波長λを連続的にもしくは一定間隔毎に変化可
能に構成されている。レーザ光源3から出射されるレー
ザ光L0は、光学系として設けられた反射鏡4、ハーフ
ミラー5及びレンズ6によりSOI基板1に導かれる。
Next, a schematic configuration of the measurement system will be described with reference to FIG. Laser light source 3 as measurement light source
Is a laser beam L in a near-infrared wavelength region that passes through silicon.
0 is emitted as measurement light, and the oscillation center wavelength λ of the laser light L0 can be changed continuously or at regular intervals. Laser light L0 emitted from the laser light source 3 is guided to the SOI substrate 1 by a reflecting mirror 4, a half mirror 5, and a lens 6 provided as an optical system.

【0029】すなわち、レーザ光L0は、反射鏡4で直
角方向に曲げられた後、ハーフミラー5を透過し、レン
ズ6により絞られた状態でSOI基板1の被測定膜であ
るダイヤフラム2部分に照射される。このとき、SOI
基板1は、上述したようにエッチング処理を実施してい
る状態であり、図示しないエッチング処理装置のエッチ
ング槽に浸漬されている状態のダイヤフラム2部分にレ
ーザ光L0を照射するように設定されている。
That is, the laser beam L 0 is bent in the right angle direction by the reflecting mirror 4, then passes through the half mirror 5, and is focused on the diaphragm 2 portion of the SOI substrate 1, which is a film to be measured, while being narrowed down by the lens 6. Irradiated. At this time, SOI
The substrate 1 is in a state where the etching process is being performed as described above, and is set so as to irradiate the laser beam L0 to the portion of the diaphragm 2 that is immersed in an etching tank of an etching apparatus (not shown). .

【0030】SOI基板1に照射されたレーザ光L0
は、上述した積層構造の各膜の表裏面部で反射し、各層
及び全体の膜厚に依存した干渉光となってレンズ6側に
戻るようになる。この反射光の光成分が検出すべき光と
してレンズ6を透過した後ハーフミラー5を通じて直交
する方向に偏向され、測定手段としての光検出器7に入
射するように構成されている。光検出器7は、受光した
反射光の強度を示す電気的な検出信号に変換して受光回
路8に出力する。受光回路8は、光検出器7から与えら
れた検出信号に対してノイズ処理などの各種処理を行う
と共にデジタル変換処理を行って制御回路9に出力す
る。
Laser light L0 applied to SOI substrate 1
Is reflected on the front and back surfaces of each film of the above-mentioned laminated structure, becomes interference light depending on the thickness of each layer and the entire film, and returns to the lens 6 side. The light component of the reflected light passes through the lens 6 as light to be detected, is deflected in a direction perpendicular to the light through the half mirror 5, and is incident on a photodetector 7 as a measuring means. The photodetector 7 converts the received reflected light into an electrical detection signal indicating the intensity of the reflected light and outputs the signal to the light receiving circuit 8. The light receiving circuit 8 performs various processing such as noise processing on the detection signal given from the photodetector 7, performs digital conversion processing, and outputs the result to the control circuit 9.

【0031】演算手段及び制御手段としての制御回路9
は、マイクロコンピュータなどを主体として構成される
もので、レーザ光源3から出射するレーザ光L0の波長
λを設定して制御すると共に、その波長λの情報と受光
回路8からの検出信号とから後述するようにして演算処
理を行ってSOI基板1のダイヤフラム2の厚さ寸法を
求めるようにプログラムがあらかじめ記憶されている。
Control circuit 9 as arithmetic means and control means
Is mainly composed of a microcomputer or the like, and sets and controls the wavelength λ of the laser light L0 emitted from the laser light source 3 and also uses the information of the wavelength λ and the detection signal from the light receiving circuit 8 to be described later. In this way, a program is stored in advance so as to calculate the thickness of the diaphragm 2 of the SOI substrate 1 by performing arithmetic processing.

【0032】次に、本実施形態の作用について説明す
る。まず、測定原理について概略的に説明し、続いて、
具体的な測定動作についても説明する。制御回路9は、
レーザ光源3に対してレーザ光L0を出射するように駆
動制御する。この場合、レーザ光源3は、測定光として
のレーザ光L0の波長λを後述する波長範囲で変化させ
る。この波長λの変化の速さは、SOI基板1のエッチ
ング速度よりも十分に速いものとし、1回の掃引中には
ダイヤフラム2の膜厚Dはごく僅かのエッチング量であ
るとする。
Next, the operation of the present embodiment will be described. First, the principle of measurement is explained briefly, and then,
A specific measurement operation will also be described. The control circuit 9
Drive control is performed on the laser light source 3 so as to emit the laser light L0. In this case, the laser light source 3 changes the wavelength λ of the laser light L0 as the measurement light in a wavelength range described later. The rate of change of the wavelength λ is sufficiently faster than the etching rate of the SOI substrate 1, and the film thickness D of the diaphragm 2 is assumed to be a very small etching amount during one sweep.

【0033】次に、レーザ光L0の波長λの変化範囲で
ある波長範囲について説明する。SOI基板1は、内部
に埋込酸化膜1bが積層されているので、この上下の各
面で反射する光の成分が大きくなると他の反射光に対す
る干渉作用が発生するので測定に影響することになる。
そこで、この影響を抑制するために、二酸化シリコン膜
の反射光の強度をシミュレーションにより求めると、図
5に示すような結果が得られた。前述のように二酸化シ
リコン膜の屈折率n0を1.45とし、膜厚dを埋込酸
化膜1bと同じ膜厚である2μmとしている。表面と裏
面とで反射する光の干渉条件は、下記の式(a)のよう
になる。 2・n0・d=m・λ …(a)
Next, a wavelength range which is a change range of the wavelength λ of the laser light L0 will be described. Since the buried oxide film 1b is laminated inside the SOI substrate 1, if the component of the light reflected on each of the upper and lower surfaces becomes large, an interference effect on other reflected light occurs, which affects the measurement. Become.
Then, when the intensity of the reflected light from the silicon dioxide film was obtained by simulation to suppress this effect, the result as shown in FIG. 5 was obtained. As described above, the refractive index n0 of the silicon dioxide film is set to 1.45, and the thickness d is set to 2 μm, which is the same thickness as the buried oxide film 1b. The interference condition of the light reflected on the front surface and the back surface is represented by the following equation (a). 2 · n0 · d = m · λ (a)

【0034】つまり、波長λが1450nmで干渉条件
が成立し反射率はゼロとなり、この波長から外れるにし
たがって反射率は大きい値になっていく。このことは、
干渉条件を外れた波長のレーザ光L0が照射された場合
に、この埋込酸化膜1bの表裏面で反射した光の成分が
相対的に大きくなり、SOI層1cの表面や単結晶シリ
コン基板1aの表面部分で反射した光に対して干渉を起
こす成分となることを意味している。
That is, when the wavelength λ is 1450 nm, the interference condition is satisfied and the reflectance becomes zero. As the wavelength deviates from this wavelength, the reflectance becomes larger. This means
When the laser light L0 having a wavelength out of the interference condition is irradiated, components of light reflected on the front and back surfaces of the buried oxide film 1b become relatively large, and the surface of the SOI layer 1c and the single crystal silicon substrate 1a Means a component that causes interference with the light reflected by the surface portion of.

【0035】例えば、SOI層1cについて考えると、
埋込酸化膜に相当する二酸化シリコン膜を伴った複合膜
構造(SOI/SiO2)では、図6にシミュレーショ
ン結果を示すように、SOI層の膜厚である15μmの
ピーク値を示す値の繰り返しが二酸化シリコンの膜厚で
ある2μmの条件で示した反射光の影響を受けて反射率
が大きく変動していることがわかる。そして、このSO
I層に相当する部分の反射光強度の変化が被測定膜であ
るダイヤフラム2部分の全体の膜厚に相当するピーク値
の値に大きく影響を及ぼすことになる。
For example, considering the SOI layer 1c,
In the composite film structure (SOI / SiO2) with the silicon dioxide film corresponding to the buried oxide film, as shown in the simulation result in FIG. 6, a value showing a peak value of 15 μm which is the thickness of the SOI layer is repeated. It can be seen that the reflectance greatly fluctuates due to the influence of the reflected light shown under the condition of the silicon dioxide film thickness of 2 μm. And this SO
The change in the reflected light intensity at the portion corresponding to the I layer greatly affects the peak value corresponding to the entire film thickness of the diaphragm 2 as the film to be measured.

【0036】図7は、被測定膜の構造と同じ構成を想定
したシミュレーション結果を示すもので、SOI層と埋
込酸化膜とシリコン基板とを15μm、2μm、20μ
mとした場合の結果を示している。全体の膜厚Dつまり
37μmに相当するピークの分布が、SOI層の膜厚の
ピークと、シリコン基板の膜厚のピークとが混在した状
態となり、複雑なピーク値が繰り返し出現している。
FIG. 7 shows a simulation result assuming the same structure as the structure of the film to be measured. The SOI layer, the buried oxide film, and the silicon substrate were formed at 15 μm, 2 μm, and 20 μm.
The result when m was set is shown. The distribution of the peak corresponding to the entire film thickness D, ie, 37 μm, is a state in which the peak of the film thickness of the SOI layer and the peak of the film thickness of the silicon substrate are mixed, and a complicated peak value appears repeatedly.

【0037】この場合、図6の波長1450nmを中心
とした近傍のピーク値の変動が小さい波長領域では、図
7におけるピーク値の変化が全体の膜厚である37μm
の膜厚に起因したピーク値となっており、これよりも外
れた波長範囲では、複合的な波形が観測される。この結
果、埋込酸化膜1bの干渉条件である、波長λが145
0nmの近傍でレーザ光L0の波長を変化させること
で、SOI膜1cの膜厚に起因したピークの発生を抑制
することができ、このときのピーク強度の繰り返し周期
を測定すれば全体の膜厚の検出を精度良く行えることが
わかる。
In this case, in the wavelength region where the fluctuation of the peak value near the center of the wavelength of 1450 nm in FIG. 6 is small, the change in the peak value in FIG. 7 is the total film thickness of 37 μm.
The peak value is caused by the thickness of the film, and a complex waveform is observed in a wavelength range out of this range. As a result, the wavelength λ, which is the interference condition of the buried oxide film 1b, is 145.
By changing the wavelength of the laser light L0 in the vicinity of 0 nm, generation of a peak due to the thickness of the SOI film 1c can be suppressed. It can be seen that the detection of can be performed with high accuracy.

【0038】上述の点は、図2に示した構造では、レー
ザ光L0がダイヤフラム2のSOI層1c側から入射す
ると、SOI層1cの表面での反射光成分L1と、埋込
酸化膜1bの表面(上面)での反射光成分L2と、裏面
(下面)での反射光成分L3と、単結晶シリコン基板1
aの下面での反射光成分L4と、透過光成分とに分かれ
る。この測定においては反射光成分を検出するので、各
反射光成分L1〜L4が光検出器7に入射することにな
るが、上述した条件式を満たす波長範囲のレーザ光L0
を照射することで、反射光成分L2とL3とが互いに干
渉し合うことになり、光検出器7においては反射光成分
L1及びL4が主として入射することになる。
The above point is that, in the structure shown in FIG. 2, when the laser beam L0 is incident from the SOI layer 1c side of the diaphragm 2, the reflected light component L1 on the surface of the SOI layer 1c and the buried oxide film 1b The reflected light component L2 on the front surface (upper surface), the reflected light component L3 on the rear surface (lower surface), and the single crystal silicon substrate 1
The light is divided into a reflected light component L4 on the lower surface of a and a transmitted light component. In this measurement, since the reflected light component is detected, each of the reflected light components L1 to L4 is incident on the photodetector 7, but the laser light L0 in the wavelength range satisfying the above-mentioned conditional expression is used.
, The reflected light components L2 and L3 interfere with each other, and the reflected light components L1 and L4 mainly enter the photodetector 7.

【0039】また、前述の検出原理に従って、実際に膜
厚Dを検出する際には、レーザ光L0の波長λを上述し
た条件式(a)を満たす波長範囲で変化させたときに得
られる反射光の強度を示す信号を周波数解析を行うこと
により求める。レーザ光L0の波長λを上述の波長範囲
で一定量Δλ(ここでは50nmとする)変化させる
と、その反射光成分は、ダイヤフラム2の膜厚Dに依存
した反射光成分L1,L4が波長の変化に伴い干渉し合
うことで変化する。
When the film thickness D is actually detected in accordance with the above-described detection principle, the reflection obtained when the wavelength λ of the laser beam L0 is changed in the wavelength range satisfying the conditional expression (a) described above. A signal indicating light intensity is obtained by performing frequency analysis. When the wavelength λ of the laser light L0 is changed by a fixed amount Δλ (here, 50 nm) in the above-mentioned wavelength range, the reflected light components are reflected light components L1 and L4 depending on the film thickness D of the diaphragm 2, and It changes by interfering with the change.

【0040】したがって、波長λを横軸にとると、中心
周波数fに微小な周波数変調がかかった波形となる。そ
の中心周波数fと被測定膜2の膜厚Dとの関係は、特開
平7−306018号公報に示されているように、 D=(λ0/2・n1・Δλ)・f …(c) (ここで、λ0はレーザ光L0の中心波長、n1は被測
定膜つまりシリコンの屈折率、fはΔλを基本周期(f
=1の周期)とした周波数を示す)なる関係を満たす。
この式(c)中で、右辺の中心周波数fの値を除いた他
の値については既知であるから、この中心周波数fを検
出することにより被測定膜2の膜厚Dを求めることがで
きる。
Accordingly, when the wavelength λ is plotted on the horizontal axis, a waveform is obtained in which the center frequency f is slightly frequency-modulated. Relationship between the thickness D of the center frequency f and the measured film 2, as shown in JP-A-7-306018, D = (λ0 2/ 2 · n1 · Δλ) · f ... (c (Where λ0 is the center wavelength of the laser beam L0, n1 is the refractive index of the film to be measured, ie, silicon, and f is Δλ is the fundamental period (f
= 1 period)).
In this equation (c), other values except the value of the center frequency f on the right side are known, so that the film thickness D of the film 2 to be measured can be obtained by detecting the center frequency f. .

【0041】さて、上記のようにして膜厚Dを検出する
場合の具体的な検出動作について説明する。レーザ光源
3に、レーザ光L0を、中心波長λ0を1450nmと
してその前後25nmの範囲(Δλ=50nm)を波長
範囲(1425nm〜1475nm)として変化させな
がら出射させる。この波長範囲は、埋込酸化膜1bの膜
厚dが2μmの場合に前述の式(a)の干渉条件を満た
す波長λを中心とした近傍の範囲となっている。
Now, a specific detecting operation for detecting the film thickness D as described above will be described. The laser light source 3 emits the laser light L0 while changing the center wavelength λ0 to 1450 nm and changing the range of 25 nm (Δλ = 50 nm) before and after as the wavelength range (1425 nm to 1475 nm). This wavelength range is a range around the wavelength λ that satisfies the interference condition of the above-described equation (a) when the thickness d of the buried oxide film 1b is 2 μm.

【0042】エッチング処理が進行中であるSOI基板
1のダイヤフラム2の部分にレーザ光L0を照射し、そ
の反射光を光検出器7により受ける。受光回路8におい
ては、光検出器7から出力される反射光の強度を示す検
出信号を、あらかじめ測定しておいた検出感度の波長特
性の特性値で干渉信号を除算することで感度変化の影響
を除去すると共に、ダイヤフラム2の膜厚の検出しよう
とする範囲の上限値と下限値を式(c)に代入して求め
た干渉信号周波数f範囲に対して、これを外れる周波数
成分をバンドパスフィルタにより除去し、これによりダ
イヤフラム2の膜厚に関する情報以外の不要な情報を除
去することができる。
A portion of the diaphragm 2 of the SOI substrate 1 where the etching process is in progress is irradiated with the laser light L 0, and the reflected light is received by the photodetector 7. The light receiving circuit 8 divides the detection signal indicating the intensity of the reflected light output from the photodetector 7 by the characteristic value of the wavelength characteristic of the detection sensitivity measured in advance to obtain the influence of the sensitivity change. And the frequency component outside the range of the interference signal frequency f obtained by substituting the upper and lower limits of the range in which the film thickness of the diaphragm 2 is to be detected into the equation (c) is band-passed. It is removed by a filter, whereby unnecessary information other than information on the film thickness of the diaphragm 2 can be removed.

【0043】次に、制御回路9においては、受光回路8
から入力されるデジタル処理された信号から、周波数解
析を行って干渉信号のスペクトラムを求める。この場
合、前述したように、ダイヤフラム2の膜厚Dは37μ
mとなる場合を例にとっており、その内訳はSOI層1
cの膜厚D1が15μm、埋込酸化膜1bの膜厚dが2
μm、単結晶シリコン基板1aの膜厚D2が20μmで
ある。
Next, in the control circuit 9, the light receiving circuit 8
The frequency analysis is performed from the digitally processed signal input from the PC to obtain the spectrum of the interference signal. In this case, as described above, the film thickness D of the diaphragm 2 is 37 μm.
m is taken as an example, and the breakdown is SOI layer 1
c, the thickness D1 is 15 μm, and the thickness d of the buried oxide film 1b is 2 μm.
μm, and the thickness D2 of the single-crystal silicon substrate 1a is 20 μm.

【0044】図3はこの結果を示すもので、ダイヤフラ
ム2の膜厚Dに対応するピーク値が最大のパワーを示す
周波数成分f(図3中のピーク値では周波数fの値はほ
ぼ6である)となって現れている。したがって、この周
波数fの値を前述の式(c)に代入するとダイヤフラム
2の膜厚Dに相当する膜厚の値を得ることができるよう
になる。
FIG. 3 shows this result. The frequency component f at which the peak value corresponding to the film thickness D of the diaphragm 2 indicates the maximum power (the value of the frequency f is approximately 6 in the peak value in FIG. 3). ). Therefore, by substituting the value of the frequency f into the above equation (c), a value of the film thickness corresponding to the film thickness D of the diaphragm 2 can be obtained.

【0045】なお、この図3では、レーザ光L0の波長
範囲を1425nmから1475nmの範囲で変化させ
ることから、埋込酸化膜1bの表裏の各面での反射光成
分L2,L3が若干現れるので、この反射光成分L2,
L3に起因してSOI層1c及び単結晶シリコン層1a
の各膜厚D1,D2に依存したピークが現れている。し
かし、反射光成分L2,L3が干渉により抑制されたレ
ベルであるから、これらのピークについてもダイヤフラ
ム2の膜厚Dに対するピークと比べて抑制されたレベル
となっている。
In FIG. 3, since the wavelength range of the laser beam L0 is changed from 1425 nm to 1475 nm, the reflected light components L2 and L3 on the front and back surfaces of the buried oxide film 1b slightly appear. , This reflected light component L2,
The SOI layer 1c and the single-crystal silicon layer 1a due to L3
Peaks depending on the film thicknesses D1 and D2. However, since the reflected light components L2 and L3 are at levels suppressed by interference, these peaks are also at levels suppressed as compared with the peaks for the film thickness D of the diaphragm 2.

【0046】なお、発明者らは、このようにダイヤフラ
ム2の膜厚Dに対するピークが他のピークに対して1以
上となる条件を満足すれば、ダイヤフラム2の膜厚Dを
実質的に支障なく検出することができるとして、この条
件を満たすレーザ光L0の波長範囲を求めた。
If the inventors satisfy the condition that the peak with respect to the film thickness D of the diaphragm 2 becomes 1 or more with respect to the other peaks as described above, the inventors can make the film thickness D of the diaphragm 2 substantially without hindrance. Assuming that detection is possible, the wavelength range of the laser beam L0 satisfying this condition was determined.

【0047】図4はその結果を示すもので、上記した構
造のダイヤフラム2の測定に際して、レーザ光L0の掃
引範囲の幅Δλを50nmで一定とし、その中心波長λ
0を1375nmから1625nmの範囲で25nm間
隔で変化させたときに、ダイヤフラム2の膜厚Dに起因
したピークの強度がSOI層1cの膜厚D1のに起因し
たピークの強度に対する比の値をプロットしている。
FIG. 4 shows the result. In the measurement of the diaphragm 2 having the above-described structure, the width Δλ of the sweep range of the laser beam L0 is fixed at 50 nm, and the center wavelength λ
When 0 is changed in the range of 1375 nm to 1625 nm at intervals of 25 nm, the ratio of the peak intensity caused by the film thickness D of the diaphragm 2 to the peak intensity caused by the film thickness D1 of the SOI layer 1c is plotted. are doing.

【0048】上述の場合、図3に対応して、中心波長λ
0が1475nm(掃引範囲は1450nm〜1500
nm)の場合には、図8に示すような結果となる。同様
に、中心波長λ0が1525nmの場合及び1625n
mの場合には、それぞれ図9及び図10に示すような結
果となる。中心波長λ0が1475nmの場合では、S
OI層1cの膜厚D1に起因したピークが出ているもの
のあまり測定に悪影響を及ぼしていない。中心波長λ0
が1500nmを超えると、図9や図10に示すよう
に、SOI層1cの膜厚D1に起因したピークがダイヤ
フラム2の膜厚Dに起因したピークよりも大きくなる。
In the above case, corresponding to FIG.
0 is 1475 nm (the sweep range is 1450 nm to 1500
nm), the result is as shown in FIG. Similarly, when the center wavelength λ0 is 1525 nm and when 1625n
In the case of m, the results are as shown in FIGS. 9 and 10, respectively. When the center wavelength λ0 is 1475 nm, S
Although a peak due to the film thickness D1 of the OI layer 1c appears, it does not significantly affect the measurement. Center wavelength λ0
Exceeds 1500 nm, the peak caused by the thickness D1 of the SOI layer 1c becomes larger than the peak caused by the thickness D of the diaphragm 2, as shown in FIGS.

【0049】これらの結果から、図4に示すようにピー
ク強度比が1以上となる範囲すなわち計測を行うのに適
した波長範囲を求めると、1400nm〜1500nm
の範囲であることがわかる。したがって、この波長範囲
の中心波長λ0を選んで計測を行えば、ダイヤフラム2
に起因した膜厚Dのピークが最大値として得られるよう
になる。
From these results, as shown in FIG. 4, a range in which the peak intensity ratio is 1 or more, that is, a wavelength range suitable for performing measurement is obtained from 1400 nm to 1500 nm.
It turns out that it is the range of. Therefore, if the measurement is performed by selecting the center wavelength λ0 of this wavelength range, the diaphragm 2
, The peak of the film thickness D can be obtained as the maximum value.

【0050】また、この結果から、ピーク強度比が1以
上を含んで、1375nm〜1525nmの波長範囲で
計測を行えば、ダイヤフラム2に起因した膜厚Dのピー
クを確実に捉えることができるので、正確な膜厚測定を
行うことができるようになる。そして、このような波長
λの範囲を示す条件は、 2・n0・d/(m+0.2 )≦λ≦2・n0・d/(m−0.2 ) …(b) (ここで、n0は埋込酸化膜1bの屈折率、dは埋込酸
化膜1bの膜厚、mは自然数)という関係式(b)を満
たすことと略等価であり、この条件式(b)を満たすよ
うに波長範囲を選べば良いことになる。
From the results, if the measurement is performed in the wavelength range of 1375 nm to 1525 nm including the peak intensity ratio of 1 or more, the peak of the film thickness D caused by the diaphragm 2 can be reliably detected. Accurate film thickness measurement can be performed. The condition indicating the range of the wavelength λ is as follows: 2 · n0 · d / (m + 0.2) ≦ λ ≦ 2 · n0 · d / (m−0.2) (b) (where n0 is embedded The refractive index of the buried oxide film 1b, d is the film thickness of the buried oxide film 1b, and m is a natural number are substantially equivalent to satisfying the relational expression (b). Would be a good choice.

【0051】また、計測に適した波長範囲は、埋込酸化
膜1bの膜厚dに依存しているので、この膜厚dが変化
すればその範囲も変化することになる。例えば、図9に
示した場合では、埋込酸化膜1bの膜厚dが2μmであ
ったから、その掃引範囲においてSOI層1cのピーク
が大きく出てしまっているが、埋込酸化膜1bの膜厚d
が2.1μmになると、図11に示すようにSOI層1
bの膜厚D1に起因したピークはかなり抑制されるよう
になる。
Since the wavelength range suitable for measurement depends on the thickness d of the buried oxide film 1b, if the thickness d changes, the range also changes. For example, in the case shown in FIG. 9, since the thickness d of the buried oxide film 1b is 2 μm, a large peak of the SOI layer 1c appears in the sweep range. Thickness d
Becomes 2.1 μm, as shown in FIG.
The peak caused by the film thickness D1 of b is considerably suppressed.

【0052】換言すれば、計測に用いる波長範囲を大き
く変化させることができない場合でも、埋込酸化膜1b
の膜厚を少し変えることによりダイヤフラム2の膜厚D
に起因したピークを最大となるように調整することがで
きるのである。埋込酸化膜1bの膜厚dを変えても素子
特性に影響を及ぼさない場合には、この点を利用して測
定に適した条件の埋込酸化膜1bの膜厚dを選ぶように
することもできる。
In other words, even when the wavelength range used for measurement cannot be largely changed, the buried oxide film 1b
The film thickness D of the diaphragm 2 is changed by slightly changing the film thickness of the diaphragm 2.
Can be adjusted so as to maximize the peak caused by. If the device characteristics are not affected even if the thickness d of the buried oxide film 1b is changed, the thickness d of the buried oxide film 1b under conditions suitable for measurement is selected by using this point. You can also.

【0053】このような第1の実施形態によれば、SO
I基板1のように内部に埋込酸化膜1bを介在した構造
のダイヤフラム2の膜厚Dを計測する場合には、この埋
込酸化膜1bの屈折率n0と膜厚dとからその干渉条件
となる式(a)の、 2・n0・d=m・λ …(a) を満たす波長λを中心としてその近傍の波長範囲で計測
することにより、埋込酸化膜1bの表裏面での反射光成
分L2,L3を互いに干渉させた状態とすることができ
るようになり、ダイヤフラム2の膜厚Dに起因したピー
ク値を精度良く検出することができるようになる。ま
た、上記干渉条件を満たす波長範囲として、式(b)に
示す範囲を選ぶことにより、ダイヤフラム2の膜厚Dに
起因したピーク値を他のピーク値に対して1以上の比と
なるようにして計測することができるようになる。
According to such a first embodiment, the SO
When measuring the film thickness D of the diaphragm 2 having a structure in which the buried oxide film 1b is interposed like the I-substrate 1, the interference condition is determined from the refractive index n0 and the film thickness d of the buried oxide film 1b. By measuring the wavelength λ in the vicinity of the wavelength λ that satisfies 2 · n0 · d = m · λ (a) in the expression (a), the reflection on the front and back surfaces of the buried oxide film 1b is obtained. The light components L2 and L3 can be made to interfere with each other, and the peak value caused by the film thickness D of the diaphragm 2 can be accurately detected. Further, by selecting the range shown in the equation (b) as the wavelength range satisfying the above interference condition, the peak value caused by the film thickness D of the diaphragm 2 is made to have a ratio of 1 or more to other peak values. Measurement.

【0054】この結果、SOI基板1にダイヤフラム2
を形成するためのエッチング処理を実施中にリアルタイ
ムで且つ非接触状態でダイヤフラム2の膜厚Dすなわち
エッチング量を精度良く検出することができるようにな
り、エッチング処理の停止タイミングを正確に検出で
き、エッチング処理の加工精度を向上させることができ
るようになる。
As a result, the diaphragm 2 is placed on the SOI substrate 1.
It is possible to accurately detect the film thickness D of the diaphragm 2, that is, the etching amount in real time and in a non-contact state during the etching process for forming the etching process, and to accurately detect the stop timing of the etching process. The processing accuracy of the etching process can be improved.

【0055】(第2の実施形態)図12は本発明の第2
の実施形態を示すもので、第1の実施形態と異なるとこ
ろは、参照用のサンプルの測定信号を利用してダイヤフ
ラム2の膜厚Dを精度良く検出する構成としたところで
ある。すなわち、第1の実施形態においては、レーザ光
源3から出射するレーザ光L0の波長λを変化させて測
定することから、波長λやその変化量の絶対値を精度良
く測定する構成が必要となる。これに対して、この実施
形態においては、測定精度の向上を図るための構成とし
て、被測定膜であるダイヤフラム2と同じ構成でその膜
厚Dref があらかじめ正確に測定された参照用サンプル
10を利用する構成を採用している。
(Second Embodiment) FIG. 12 shows a second embodiment of the present invention.
The second embodiment is different from the first embodiment in that the thickness D of the diaphragm 2 is accurately detected by using a measurement signal of a reference sample. That is, in the first embodiment, since the measurement is performed while changing the wavelength λ of the laser light L0 emitted from the laser light source 3, a configuration that accurately measures the wavelength λ and the absolute value of the change amount is required. . On the other hand, in this embodiment, as a configuration for improving the measurement accuracy, a reference sample 10 having the same configuration as the diaphragm 2 as the film to be measured and having its thickness Dref accurately measured in advance is used. The configuration is adopted.

【0056】図12において、参照用測定膜としての参
照用サンプル10は、図2に示したSOI基板1のダイ
ヤフラム2部分と同じ材質及び構成で、各膜厚D1,D
2,d及び全体の膜厚Dをあらかじめ正確に測定したも
のである。この参照用サンプル10に対して、レーザ光
源3から出射されるレーザ光L0を同時に照射する構成
としている。参照用光学手段としては、反射鏡4に代え
てハーフミラー11を設けると共に、このハーフミラー
を透過するレーザ光L0を、反射鏡12で直交方向に偏
向させ、ハーフミラー13及びレンズ14を介して参照
用サンプル10に照射させるように構成している。
In FIG. 12, a reference sample 10 as a reference measurement film has the same material and structure as the diaphragm 2 of the SOI substrate 1 shown in FIG.
2, d and the total film thickness D were accurately measured in advance. The reference sample 10 is simultaneously irradiated with the laser light L0 emitted from the laser light source 3. As a reference optical unit, a half mirror 11 is provided instead of the reflecting mirror 4, and the laser light L 0 passing through the half mirror is deflected in the orthogonal direction by the reflecting mirror 12, and is deflected through the half mirror 13 and the lens 14. The reference sample 10 is configured to be irradiated.

【0057】参照用サンプル10に照射されたレーザ光
L0の反射光をレンズ14及びハーフミラー13を介し
て参照用測定手段である光検出器15で受け、受光回路
16で信号処理を行う構成である。光検出器15及び受
光回路16は、光検出器7及び受光回路8と同等のもの
により構成されている。
The reflected light of the laser light L0 applied to the reference sample 10 is received by the photodetector 15 serving as reference measuring means via the lens 14 and the half mirror 13, and the light receiving circuit 16 performs signal processing. is there. The light detector 15 and the light receiving circuit 16 are configured by the same components as the light detector 7 and the light receiving circuit 8.

【0058】制御回路9は、SOI基板1のダイヤフラ
ム2の膜厚Dを測定する際に、レーザ光源3から出射す
るレーザ光L0を同時に参照用サンプル10にも照射し
てそのときの反射光を光検出器15で受光し、受光回路
16により信号処理を行わせる。受光回路16における
信号処理は受光回路8における信号処理と同じ処理を行
うように設定されている。このとき、レーザ光L0の波
長範囲は、第1の実施形態において述べた波長範囲と同
じであり、埋込酸化膜1bの表裏面での反射光成分が互
いに干渉し合う条件である。
When measuring the film thickness D of the diaphragm 2 of the SOI substrate 1, the control circuit 9 simultaneously irradiates the reference sample 10 with the laser light L0 emitted from the laser light source 3 and reflects the reflected light at that time. Light is received by the photodetector 15 and signal processing is performed by the light receiving circuit 16. The signal processing in the light receiving circuit 16 is set to perform the same processing as the signal processing in the light receiving circuit 8. At this time, the wavelength range of the laser light L0 is the same as the wavelength range described in the first embodiment, and is a condition under which reflected light components on the front and back surfaces of the buried oxide film 1b interfere with each other.

【0059】そして、前述同様にして、受光信号を周波
数解析することにより、参照用サンプル10からの検出
結果と対比することでダイヤフラム2の膜厚Dを求め
る。受光回路16の出力信号から得た周波数をfref と
し、前述のようにして受光回路8の出力信号から得た周
波数をfとすると、両者の膜厚DとDref との間には、
次の関係が成り立つ。
Then, in the same manner as described above, the film thickness D of the diaphragm 2 is obtained by analyzing the frequency of the received light signal and comparing it with the detection result from the reference sample 10. Assuming that the frequency obtained from the output signal of the light receiving circuit 16 is fref and the frequency obtained from the output signal of the light receiving circuit 8 is f as described above, the film thickness D and Dref of the two are:
The following relationship holds:

【0060】 D=(f/fref )・Dref …(d) したがって、レーザ光源3のレーザ光L0の波長を正確
に測定することなくダイヤフラム2の膜厚Dを正確に測
定することができるようになる。
D = (f / fref) · Dref (d) Therefore, the film thickness D of the diaphragm 2 can be accurately measured without accurately measuring the wavelength of the laser light L0 of the laser light source 3. Become.

【0061】(他の実施形態)本発明は、上記実施形態
にのみ限定されるものではなく、次のように変形また拡
張できる。上記各実施形態においては、反射光を測定し
てダイヤフラム2の膜厚を検出する方法及び構成を採用
しているが、これに限らず、ダイヤフラム2に照射され
たレーザ光L0の透過光を測定して検出する方法あるい
は構成を採用することもできる。この場合には、埋込酸
化膜1bの干渉条件が異なるので、レーザ光L0の適切
な波長範囲も異なる条件となるが、干渉条件が成立すれ
ば原理的に全く同様にしてダイヤフラム2の膜厚を精度
良く検出することができるものである。
(Other Embodiments) The present invention is not limited to the above embodiment, but can be modified or expanded as follows. In each of the above embodiments, the method and the configuration for detecting the thickness of the diaphragm 2 by measuring the reflected light are adopted. However, the present invention is not limited to this, and the transmitted light of the laser light L0 applied to the diaphragm 2 is measured. Alternatively, a method or a configuration for detecting the data may be adopted. In this case, since the interference condition of the buried oxide film 1b is different, the appropriate wavelength range of the laser beam L0 is also different. However, if the interference condition is satisfied, the film thickness of the diaphragm 2 is exactly the same in principle. Can be accurately detected.

【0062】上記各実施形態においては、異質膜として
シリコン中に介在させた二酸化シリコン膜を例として述
べたが、これに限らず、測定対象となる膜に対して異な
る材質、屈折率の層が介在する構成のものに適用するこ
とができる。また、被測定膜としては、複数種類の膜が
複合的に積層された構成のものにも適用することができ
る。
In each of the above embodiments, the silicon dioxide film interposed in silicon has been described as an example of the heterogeneous film. However, the present invention is not limited to this, and a layer having a different material and a different refractive index may be used for the film to be measured. The present invention can be applied to an interposed structure. The film to be measured can also be applied to a structure in which a plurality of types of films are compositely laminated.

【0063】この点は、換言すれば、複数種類の膜が複
合的に積層された構成の被測定膜に対して、特定の層の
膜厚を選択的に測定することにも応用できることを意味
している。すなわち、積層膜のうちの該当する膜の膜厚
を測定するのに必要な反射光や透過光の条件を設定する
ために、不要となる反射光の干渉条件を膜厚及び屈折率
から式(a)の条件となるように設定してその条件が成
立する範囲の波長領域を求め、その範囲で波長を掃引し
て測定を行うことにより測定することができるものであ
る。
In other words, this means that the present invention can be applied to selectively measuring the thickness of a specific layer on a film to be measured having a structure in which a plurality of types of films are laminated in a complex manner. are doing. That is, in order to set the conditions of reflected light and transmitted light necessary for measuring the thickness of the corresponding film in the laminated film, the unnecessary interference condition of the reflected light is calculated from the film thickness and the refractive index using the formula ( The measurement can be performed by setting the condition of a) so as to obtain a wavelength region in a range where the condition is satisfied, and sweeping the wavelength in the range to perform the measurement.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態を示す測定系の概略的
な構成図
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a measurement system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】測定対象となる膜の模式的断面図FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a film to be measured.

【図3】ダイヤフラム部分を最適な波長範囲のレーザ光
を掃引して測定したときの周波数解析結果を示す図
FIG. 3 is a diagram showing a frequency analysis result when a diaphragm portion is measured by sweeping a laser beam in an optimum wavelength range.

【図4】ダイヤフラムの膜厚とSOI層の膜厚の各ピー
クレベルの比の値を中心周波数に対してプロットした特
性図
FIG. 4 is a characteristic diagram in which values of ratios of peak levels of a film thickness of a diaphragm and a film thickness of an SOI layer are plotted with respect to a center frequency.

【図5】酸化膜にレーザ光の波長を変化させて照射した
ときの反射率をシミュレーションにより計算した特性図
FIG. 5 is a characteristic diagram in which the reflectance when the oxide film is irradiated while changing the wavelength of the laser beam is calculated by simulation.

【図6】酸化膜とSOI層との構造をモデルとしてレー
ザ光の波長を変化させて照射したときの反射率をシミュ
レーションにより計算した特性図
FIG. 6 is a characteristic diagram in which the reflectance when a laser beam is irradiated while changing its wavelength is calculated by simulation using the structure of an oxide film and an SOI layer as a model;

【図7】被測定膜の構造をモデルとしてレーザ光の波長
を変化させて照射したときの反射率をシミュレーション
により計算した特性図
FIG. 7 is a characteristic diagram in which the reflectance when a laser beam is irradiated while changing its wavelength is calculated by simulation using the structure of a film to be measured as a model;

【図8】ダイヤフラム部分を異なる波長範囲のレーザ光
を掃引して測定したときの周波数解析結果を示す図(そ
の1)
FIG. 8 is a diagram showing a frequency analysis result when a diaphragm portion is measured by sweeping laser light in different wavelength ranges (part 1).

【図9】ダイヤフラム部分を異なる波長範囲のレーザ光
を掃引して測定したときの周波数解析結果を示す図(そ
の2)
FIG. 9 is a diagram showing a frequency analysis result when a diaphragm portion is measured by sweeping laser beams in different wavelength ranges (part 2).

【図10】ダイヤフラム部分を異なる波長範囲のレーザ
光を掃引して測定したときの周波数解析結果を示す図
(その3)
FIG. 10 is a diagram showing a frequency analysis result when a diaphragm portion is measured by sweeping laser light in different wavelength ranges (part 3).

【図11】被測定膜の構造中酸化膜の膜厚を変えた場合
の図9相当図
FIG. 11 is a diagram corresponding to FIG. 9 when the thickness of the oxide film in the structure of the film to be measured is changed.

【図12】本発明の第2の実施形態を示す図1相当図FIG. 12 is a view corresponding to FIG. 1, showing a second embodiment of the present invention;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1はSOI基板、1aは単結晶シリコン基板、1bは埋
込酸化膜(異質膜)、1cはSOI層、2はダイヤフラ
ム(被測定膜)、3はレーザ光源(測定光源)、4は反
射鏡、5はハーフミラー、6はレンズ(光学手段)、7
は光検出器(測定手段)、8は受光回路、9は制御回路
(演算手段、制御手段)、10は参照用サンプル(参照
用測定膜)、11はハーフミラー、12は反射鏡、13
はハーフミラー、14はレンズ、15は光検出器(参照
用測定手段)、16は受光回路である。
1 is an SOI substrate, 1a is a single crystal silicon substrate, 1b is a buried oxide film (heterogeneous film), 1c is an SOI layer, 2 is a diaphragm (measurement film), 3 is a laser light source (measurement light source), 4 is a reflecting mirror 5 is a half mirror, 6 is a lens (optical means), 7
Is a photodetector (measuring means), 8 is a light receiving circuit, 9 is a control circuit (arithmetic means, control means), 10 is a reference sample (reference measuring film), 11 is a half mirror, 12 is a reflecting mirror, 13
Is a half mirror, 14 is a lens, 15 is a photodetector (reference measuring means), and 16 is a light receiving circuit.

フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA30 BB13 BB17 CC17 DD04 FF51 GG04 GG12 GG25 HH04 HH13 JJ01 JJ09 JJ15 LL00 LL04 LL12 NN06 QQ03 QQ27 QQ29 RR08 UU01 5F043 AA02 BB02 DD25 FF01 GG10Continued on the front page F term (reference) 2F065 AA30 BB13 BB17 CC17 DD04 FF51 GG04 GG12 GG25 HH04 HH13 JJ01 JJ09 JJ15 LL00 LL04 LL12 NN06 QQ03 QQ27 QQ29 RR08 UU01 5F043 AA02 BB02 DD25FF01

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 測定光源から被測定膜に対して照射する
測定光を、その被測定膜の透過光波長領域で波長を変化
させるようにし、その反射光もしくは透過光を検出して
その強度の変化状態から前記被測定膜の膜厚を検出する
ようにした膜厚測定方法において、 前記被測定膜が、屈折率が異なる材質からなる異質層が
内部に積層された構造である場合に、 前記測定光源から照射する測定光の波長を、前記透過光
波長領域の波長のうちの前記異質層で反射する光成分に
起因して発生する干渉の条件を満たす範囲の波長を用い
て波長を変化させることにより前記被測定膜の膜厚を検
出するようにしたことを特徴とする膜厚測定方法。
A wavelength of a measurement light emitted from a measurement light source to a film to be measured is changed in a transmission light wavelength region of the film to be measured. In the film thickness measuring method for detecting the film thickness of the film to be measured from a change state, wherein the film to be measured has a structure in which a heterogeneous layer made of a material having a different refractive index is laminated inside, The wavelength of the measurement light emitted from the measurement light source is changed by using a wavelength in a range that satisfies a condition of interference generated due to a light component reflected by the heterogeneous layer among the wavelengths in the transmission light wavelength region. A film thickness measuring method for detecting the film thickness of the film to be measured.
【請求項2】 請求項1に記載の膜厚測定方法におい
て、 前記測定光が前記被測定膜に照射されたときの反射光を
測定して前記被測定膜の膜厚を検出する場合に、 前記異質層の屈折率をn0、膜厚をdとすると、前記測
定光の干渉条件として、 2・n0・d=m・λ …(a) (ただし、mは自然数)を満たす波長λを中心とした波
長領域で波長を変化させて照射することを特徴とする膜
厚測定方法。
2. The method of measuring a film thickness according to claim 1, wherein when measuring the reflected light when the measurement light is applied to the film to be measured to detect the film thickness of the film to be measured, Assuming that the refractive index of the heterogeneous layer is n0 and the film thickness is d, the wavelength λ satisfying 2 · n0 · d = m · λ (a) (where m is a natural number) is used as the interference condition of the measurement light. A method for measuring the thickness of a film, wherein the irradiation is performed while changing the wavelength in the wavelength region described above.
【請求項3】 請求項1または2に記載の膜厚測定方法
において、 前記測定光の波長範囲は、計測波長範囲を一定幅とした
ときの中心波長に対して得られる被測定膜の膜厚に対応
したピーク値の強度と異質膜で分けられた被測定膜の部
分層の膜厚に対応したピーク値の強度との比の値が1以
上となる波長の範囲に設定することを特徴とする膜厚測
定方法。
3. The film thickness measuring method according to claim 1, wherein the wavelength range of the measurement light is a film thickness of a film to be measured obtained with respect to a center wavelength when the measurement wavelength range is a constant width. The ratio of the intensity of the peak value corresponding to the above to the intensity of the peak value corresponding to the thickness of the partial layer of the film to be measured divided by the heterogeneous film is set to a wavelength range where the value is 1 or more. Thickness measurement method.
【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の膜
厚測定方法において、 前記被測定膜は、前記異質層として絶縁膜が内部に介在
されたシリコン層であり、 前記測定波長範囲として下記条件式(b)を満たす範囲
とすることを特徴とする膜厚測定方法。 2・n0・d/(m+0.2 )≦λ≦2・n0・d/(m−0.2 ) …(b) (ただし、n0は絶縁膜の屈折率、dは絶縁膜の膜厚、
mは自然数)
4. The film thickness measuring method according to claim 1, wherein the film to be measured is a silicon layer having an insulating film interposed as the heterogeneous layer, and the measurement wavelength range is A film thickness measuring method characterized by satisfying the following conditional expression (b). 2 · n0 · d / (m + 0.2) ≦ λ ≦ 2 · n0 · d / (m−0.2) (b) (where n0 is the refractive index of the insulating film, d is the thickness of the insulating film,
m is a natural number)
【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかに記載の膜
厚測定方法において、 前記測定光源の測定光は、連続または特定間隔で発振中
心波長を変化可能なレーザ光源を用いていることを特徴
とする膜厚測定方法。
5. The method according to claim 1, wherein the measurement light from the measurement light source is a laser light source capable of changing the oscillation center wavelength continuously or at specific intervals. Characteristic film thickness measurement method.
【請求項6】 請求項1ないし5のいずれかに記載の膜
厚測定方法において、 前記測定光源の測定光を前記被測定膜と同じ構造で膜厚
が既知の参照用測定膜に照射し、その反射光もしくは透
過光の強度を測定してその変化の仕方と前記被測定膜の
反射光もしくは透過光の強度の変化の仕方とからその被
測定膜の膜厚を検出することを特徴とする膜厚測定方
法。
6. The film thickness measurement method according to claim 1, wherein the measurement light from the measurement light source is applied to a reference measurement film having the same structure as the film to be measured and having a known film thickness. Measuring the intensity of the reflected light or transmitted light and detecting the thickness of the film to be measured from the manner of change and the method of changing the intensity of the reflected light or transmitted light of the film to be measured. Film thickness measurement method.
【請求項7】 被測定膜に対して測定光を照射してその
反射光もしくは透過光の強度を検出して前記被測定膜の
膜厚を検出するようにした膜厚測定装置において、 前記測定光として前記被測定膜の透過光波長領域内で波
長を変化させて照射することができる測定光源と、 この測定光源からの前記測定光を前記被測定膜の測定部
位に導く光学手段と、 前記被測定膜に照射された測定光の反射光もしくは透過
光の強度を測定する測定手段と、 この測定手段により測定された反射光もしくは透過光の
強度の結果に基づいて前記被測定膜の膜厚を演算により
検出する演算手段と、 前記被測定膜として対象となる膜の材質とは屈折率が異
なる材質からなる異質層が内部に介在されるものを対象
とする場合に前記測定光源に対して前記異質層で反射す
る光成分に起因して発生する干渉の条件を満たす範囲の
波長領域内で前記測定光の波長を変化させるようにして
測定を行わせる制御手段とを設けたことを特徴とする膜
厚測定装置。
7. A film thickness measuring apparatus which irradiates a film to be measured with measuring light and detects the intensity of reflected light or transmitted light to detect the film thickness of the film to be measured. A measurement light source that can irradiate the light by changing the wavelength within the transmitted light wavelength region of the film to be measured, and an optical unit that guides the measurement light from the measurement light source to a measurement site of the film to be measured; Measuring means for measuring the intensity of the reflected light or transmitted light of the measuring light applied to the film to be measured; and the thickness of the film to be measured based on the result of the intensity of the reflected light or transmitted light measured by the measuring means. Calculating means for detecting by calculation, the material of the film to be measured as the film to be measured is a material having a different refractive index and a heterogeneous layer made of a material having a different refractive index when the target is the measurement light source Reflect at the heterogeneous layer Thickness measuring apparatus characterized by comprising a control means for causing the measurement so as to change the wavelength of the measurement light in the wavelength region of satisfying the range of the interference caused by the components.
【請求項8】 請求項7に記載の膜厚測定装置におい
て、 前記測定手段は、前記測定光の反射光を検出するように
設けられ、 前記制御手段は、前記異質層の屈折率をn0、膜厚をd
とすると、前記測定光の干渉条件として、 2・n0・d=m・λ …(a) (ただし、mは自然数)を満たす波長λを中心とした波
長領域で波長を変化させて測定光を照射させるように前
記測定光源を制御することを特徴とする膜厚測定装置。
8. The film thickness measuring device according to claim 7, wherein the measuring means is provided to detect a reflected light of the measuring light, and the control means sets a refractive index of the foreign layer to n0, Film thickness d
Then, as the interference condition of the measurement light, the measurement light is changed by changing the wavelength in a wavelength region centered on a wavelength λ satisfying 2 · n0 · d = m · λ (where m is a natural number). A film thickness measuring device, wherein the measuring light source is controlled so as to irradiate.
【請求項9】 請求項7または8に記載の膜厚測定装置
において、 前記制御手段は、前記測定光源に対して、前記測定光の
波長範囲を、計測波長範囲を一定幅としたときの中心波
長に対して得られる被測定膜の膜厚に対応したピーク値
の強度と異質膜で分けられた被測定膜の部分層の膜厚に
対応したピーク値の強度との比の値が1以上となる波長
の範囲に設定するようにして制御することを特徴とする
膜厚測定装置。
9. The film thickness measuring apparatus according to claim 7, wherein the control means sets a center of the wavelength range of the measurement light with respect to the measurement light source when the measurement wavelength range is a constant width. The ratio of the intensity of the peak value corresponding to the film thickness of the film to be measured to the wavelength and the intensity of the peak value corresponding to the film thickness of the partial layer of the film to be measured divided by the heterogeneous film is 1 or more. A film thickness measuring apparatus characterized in that the thickness is controlled so as to be set within a range of wavelengths.
【請求項10】 請求項7ないし9いずれかに記載の膜
厚測定装置において、 前記被測定膜が前記異質層として絶縁膜が内部に介在さ
れたシリコン層である場合に、 前記制御手段は、前記測定光源に対して下記条件式
(b)を満たす範囲の測定波長範囲に設定して測定光の
波長を変化させて出力させるように制御することを特徴
とする膜厚測定装置。 2・n0・d/(m+0.2 )≦λ≦2・n0・d/(m−0.2 ) …(b) (ただし、n0は絶縁膜の屈折率、dは絶縁膜の膜厚、
mは自然数)
10. The film thickness measuring device according to claim 7, wherein when the film to be measured is a silicon layer having an insulating film interposed therein as the heterogeneous layer, the control means: A film thickness measuring apparatus, wherein the measurement light source is set to a measurement wavelength range that satisfies the following conditional expression (b), and control is performed so as to change and output the wavelength of the measurement light. 2 · n0 · d / (m + 0.2) ≦ λ ≦ 2 · n0 · d / (m−0.2) (b) (where n0 is the refractive index of the insulating film, d is the thickness of the insulating film,
m is a natural number)
【請求項11】 請求項7ないし10のいずれかに記載
の膜厚測定装置において、 前記測定光源は、前記測定光を連続または特定間隔で発
振中心波長を変化可能なレーザ光源を用いた構成とされ
ていることを特徴とする膜厚測定装置。
11. The film thickness measuring apparatus according to claim 7, wherein the measurement light source is a laser light source capable of changing the oscillation center wavelength of the measurement light continuously or at a specific interval. A film thickness measuring device characterized in that:
【請求項12】 請求項7ないし11のいずれかに記載
の膜厚測定装置において、 前記被測定膜と同じ構造で且つ膜厚が既知の参照用測定
膜と、 前記測定光源を前記参照用測定膜に導く参照用光学系
と、 前記参照用測定膜に照射された測定光の反射光もしくは
透過光の強度を測定する参照用測定手段とを設け、 前記演算手段は、前記測定手段により測定された反射光
もしくは透過光の強度の結果に加えて、前記参照用測定
手段により測定された反射光もしくは透過光の強度の結
果も参照して前記被測定膜の膜厚を演算により検出する
ように構成したことを特徴とする膜厚測定装置。
12. The film thickness measuring device according to claim 7, wherein the reference measurement film has the same structure as the film to be measured and has a known film thickness, and the measurement light source is the reference measurement film. A reference optical system for guiding the film, and a reference measurement unit for measuring the intensity of reflected light or transmitted light of the measurement light applied to the reference measurement film, wherein the calculation unit is measured by the measurement unit. In addition to the result of the intensity of the reflected light or transmitted light, the film thickness of the film to be measured is calculated by referring to the result of the intensity of the reflected light or transmitted light measured by the reference measuring means. A film thickness measuring device characterized by comprising.
【請求項13】 測定光源から半導体装置の被測定膜に
対して照射する測定光を、その被測定膜の透過光波長領
域で波長を変化させるようにし、その反射光もしくは透
過光を検出してその強度の変化状態から前記被測定膜の
膜厚を検出するようにした半導体装置の製造方法におい
て、 前記被測定膜が、屈折率が異なる材質からなる異質層が
内部に積層された構造である場合に、 前記測定光源から照射する測定光の波長を、前記透過光
波長領域の波長のうちの前記異質層で反射する光成分に
起因して発生する干渉の条件を満たす範囲の波長を用い
て波長を変化させることにより前記被測定膜の膜厚を検
出するようにしたことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
13. A measurement light emitted from a measurement light source to a film to be measured of a semiconductor device is changed in wavelength in a transmission light wavelength region of the film to be measured, and the reflected light or the transmitted light is detected. In the method for manufacturing a semiconductor device, wherein the thickness of the film to be measured is detected from a change in the intensity, the film to be measured has a structure in which a heterogeneous layer made of a material having a different refractive index is laminated inside. In the case, the wavelength of the measurement light emitted from the measurement light source, using the wavelength of the range of the wavelength of the transmitted light wavelength range that satisfies the condition of the interference generated due to the light component reflected by the heterogeneous layer. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a thickness of the film to be measured is detected by changing a wavelength.
JP2001129358A 2001-04-26 2001-04-26 Film thickness measuring method, measuring apparatus and semiconductor device manufacturing method Expired - Fee Related JP4474795B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001129358A JP4474795B2 (en) 2001-04-26 2001-04-26 Film thickness measuring method, measuring apparatus and semiconductor device manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001129358A JP4474795B2 (en) 2001-04-26 2001-04-26 Film thickness measuring method, measuring apparatus and semiconductor device manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002323303A true JP2002323303A (en) 2002-11-08
JP4474795B2 JP4474795B2 (en) 2010-06-09

Family

ID=18977893

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001129358A Expired - Fee Related JP4474795B2 (en) 2001-04-26 2001-04-26 Film thickness measuring method, measuring apparatus and semiconductor device manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4474795B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100665936B1 (en) 2004-04-21 2007-01-09 주식회사 나래나노텍 A System And Method for Detecting Coating Film Thickness in Thin Film Forming Process
JP2007057521A (en) * 2005-07-29 2007-03-08 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Unevenness inspecting apparatus and method therefor
JP2015153989A (en) * 2014-02-18 2015-08-24 株式会社ディスコ Wet etching device
JP2020155467A (en) * 2019-03-18 2020-09-24 株式会社Screenホールディングス Substrate processing device and substrate processing method
WO2020230489A1 (en) * 2019-05-15 2020-11-19 不二越機械工業株式会社 Non-contact-type wafer thickness measurement device
WO2024024266A1 (en) * 2022-07-25 2024-02-01 キヤノントッキ株式会社 Film thickness measurement device, film forming device, film thickness measurement method, and method for manufacturing electronic device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04361105A (en) * 1991-06-07 1992-12-14 Fujitsu Ltd Measuring method of film thickness of silicon on insulator
JPH07306018A (en) * 1994-05-13 1995-11-21 Nippondenso Co Ltd Device and method for non-contact measurement of thickness of semi-conductor
JPH10307009A (en) * 1997-05-06 1998-11-17 Sony Corp Optical film-thickness measuring apparatus for multilayer thin film

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04361105A (en) * 1991-06-07 1992-12-14 Fujitsu Ltd Measuring method of film thickness of silicon on insulator
JPH07306018A (en) * 1994-05-13 1995-11-21 Nippondenso Co Ltd Device and method for non-contact measurement of thickness of semi-conductor
JPH10307009A (en) * 1997-05-06 1998-11-17 Sony Corp Optical film-thickness measuring apparatus for multilayer thin film

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100665936B1 (en) 2004-04-21 2007-01-09 주식회사 나래나노텍 A System And Method for Detecting Coating Film Thickness in Thin Film Forming Process
JP2007057521A (en) * 2005-07-29 2007-03-08 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Unevenness inspecting apparatus and method therefor
JP2015153989A (en) * 2014-02-18 2015-08-24 株式会社ディスコ Wet etching device
JP2020155467A (en) * 2019-03-18 2020-09-24 株式会社Screenホールディングス Substrate processing device and substrate processing method
WO2020188980A1 (en) * 2019-03-18 2020-09-24 株式会社Screenホールディングス Substrate processing device and substrate processing method
TWI745806B (en) * 2019-03-18 2021-11-11 日商斯庫林集團股份有限公司 Substrate processing apparatus and substrate processing method
WO2020230489A1 (en) * 2019-05-15 2020-11-19 不二越機械工業株式会社 Non-contact-type wafer thickness measurement device
WO2024024266A1 (en) * 2022-07-25 2024-02-01 キヤノントッキ株式会社 Film thickness measurement device, film forming device, film thickness measurement method, and method for manufacturing electronic device

Also Published As

Publication number Publication date
JP4474795B2 (en) 2010-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6052185A (en) Method and apparatus for measuring the concentration of ions implanted in semiconductor materials
US6678055B2 (en) Method and apparatus for measuring stress in semiconductor wafers
US6348967B1 (en) Method and device for measuring the thickness of opaque and transparent films
KR100951305B1 (en) Temperature measuring device, thermal treatment device using the same, temperature measuring method
US20150198526A1 (en) Differential detection for surface plasmon resonance sensor and method
JPH07306018A (en) Device and method for non-contact measurement of thickness of semi-conductor
KR20010078097A (en) Method of detecting etching depth
JP2002323303A (en) Diafragm thickness measurement method, its device, and manufacturing method for semiconductor device
JP2003065724A (en) Method for measuring thickness of film using ftir method, and method for manufacturing semiconductor wafer
EP1817542B1 (en) Measuring elastic modulus of dielectric thin films using an optical metrology system
JP4581427B2 (en) Film thickness evaluation method, polishing end point detection method
CN114216857B (en) Method for detecting film
JP2013048183A (en) Etching monitoring device
JP2612089B2 (en) Method of detecting film thickness of film to be etched, film thickness detecting device and etching device
JP6479465B2 (en) Substrate processing apparatus and substrate temperature measuring apparatus
CN114216858B (en) Method for detecting film
KR20050123156A (en) Method for measuring thin films
US11668644B2 (en) Opto-acoustic measurement of a transparent film stack
CN114216859B (en) Method for detecting film
JPH05113319A (en) Measuring method for thickness of wafer layer
JP2000012522A (en) Etching rate measuring device and method of measurement therefor
JP2000252338A (en) Method and system for evaluating semiconductor
JPH0697152A (en) Method and apparatus for deciding end point of etching operation
JPH05248824A (en) Method and apparatus for measuring thickness of thin film
JPH03216504A (en) Laser type line width measuring instrument and method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070606

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090911

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090929

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091127

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100216

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100301

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130319

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140319

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees