JP2019152570A

JP2019152570A - 測定装置

Info

Publication number: JP2019152570A
Application number: JP2018038860A
Authority: JP
Inventors: 公則芳野; Kiminori Yoshino
Original assignee: Toshiba Memory Corp
Current assignee: Kioxia Corp
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2019-09-12
Also published as: US20190271541A1; US10845190B2

Abstract

【課題】材料の表面の高さまたは形状を精度良く計測することができる測定装置を提供する。【解決手段】本実施形態による測定装置は、照射光を発する光源を備える。フィルタは、照射光の光量を変更する。レンズ機構部は、照射光を材料の表面に照射させる。焦点位置調節部は、照射光の材料の深さ方向における焦点位置を変更させる。干渉部は、照射光と材料からの反射光とを干渉させる。検出部は、照射光と反射光との干渉によって得られる干渉光の強度を検出する。演算制御部は、材料の表面の或る測定点において、材料に対する照射光の相対的な焦点位置を変更しながら検出部で検出された干渉光の強度に基づいて材料の表面または界面の高さを演算する。演算制御部は、検出部で検出された干渉光の強度に基づいてフィルタまたは光源を制御し、照射光の光量を変更する。【選択図】図１

Description

本実施形態は、測定装置に関する。

半導体製造プロセスにおいて、半導体基板の表面上にあるパターンの形状を三次元的に画像化し、そのパターンの高さまたは厚さを非破壊で計測する技術が求められている。このような計測手段として、白色干渉を用いた測定装置（以下、白色干渉測定装置ともいう）が考えられている。

しかし、半導体製造パターンでは、多種多様な材料層が半導体基板上に形成されており、上層のパターンだけでなく、下層にも様々なパターンが存在する。この場合、各層の被覆率や材質によって反射率が大きく異なり、白色干渉を用いて計測しようとすると、白色干渉の干渉縞が明暗差により明確に把握できなくなってしまう。これは、画像の精度を低下させ、測定の信頼性を損ねてしまう。

特許第３１６２３５５号公報特開２００１−６６１２３号公報

材料の表面の高さまたは形状を精度良く計測することができる測定装置を提供する。

本実施形態による測定装置は、照射光を発する光源を備える。フィルタは、照射光の光量を変更する。レンズ機構部は、照射光を材料の表面に照射させる。焦点位置調節部は、照射光の材料の深さ方向における焦点位置を変更させる。干渉部は、照射光と材料からの反射光とを干渉させる。検出部は、照射光と反射光との干渉によって得られる干渉光の強度を検出する。演算制御部は、材料の表面の或る測定点において、材料に対する照射光の相対的な焦点位置を変更しながら検出部で検出された干渉光の強度に基づいて材料の表面または界面の高さを演算する。演算制御部は、検出部で検出された干渉光の強度に基づいてフィルタまたは光源を制御し、照射光の光量を変更する。

第１実施形態による測定装置の構成例を示す概略図。材料の一例を示す平面図および断面図。カメラで検出された干渉光の強度を示すグラフ。第１実施形態による測定装置の動作の一例を示すフロー図。第２実施形態による材料の一例を示す平面図および断面図。干渉光の強度を示すグラフ。第２実施形態による測定装置の動作の一例を示すグラフ。第２実施形態による測定装置の動作の一例を示すフロー図

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による測定装置１の構成例を示す概略図である。測定装置１は、例えば、白色光の干渉を利用して、材料２の表面の高さを測定する高さ測定装置である。測定装置１は、複数の測定点における材料２の表面の高さをデータ上で繋げて材料２の表面形状を生成する。ユーザは、このようにデータ上で生成された材料の表面形状を参照して、材料が適切に加工されているか否かを判断することができる。図１の測定装置１は、所謂、ミロー干渉計を用いているが、マイケルソン干渉計等、その他の干渉計を用いてもよい。

測定装置１は、ステージ３と、光源１０と、光学フィルタ２０と、レンズ２５と、ビームスプリッタ３０と、対物レンズ４０と、ビームスプリッタ５０と、参照ミラー６０と、レンズ６５と、カメラ７０と、演算制御部８０と、メモリ９０と、表示部９５とを備えている。

ステージ３は、材料２を搭載する。ステージ３は、演算制御部８０の制御を受けて、略鉛直方向あるいは略水平方向に移動することができる。ステージ３の動作により、レンズ４０の焦点位置は、材料２に対して相対的に移動させることができる。ステージ３は、焦点位置調節部を構成する。

光源１０は、材料２へ照射する照射光Ｌｅを生成する。材料２は、例えば、半導体基板あるいは半導体基板上に設けられた材料層（例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、レジスト膜等）でよい。本実施形態において、照射光Ｌｅは、一例として白色光を用いている。しかし、照射光Ｌｅは、ＵＶ（Ultra Violet）光、ＤＵＶ（Deep UV）光、ＩＲ(Infrared)光等でもよい。尚、照射光Ｌｅとして白色干渉を用いることによって、無色透明な材料の表面形状を精度良く測定できる。また、照射光Ｌｅとして白色干渉を用いることによって、広い範囲高速に計測することができる。

光学フィルタ２０は、光源１０からの照射光Ｌｅの光量の減衰率を変更することによって、該光量を減衰させあるいは増大させる。光学フィルタ２０を通過した照射光Ｌｅは、レンズ２５等を介して、材料２へ照射される。光学フィルタ２０は、演算制御部８０の制御を受けて、照射光Ｌｅの光量の減衰率を変更することができる。尚、照射光Ｌｅの光量を増大させる場合には、光源１０がその出力を上昇させてもよい。

ビームスプリッタ３０は、光学フィルタ２０からの照射光Ｌｅを材料２の方向へ反射させる。また、ビームスプリッタ３０は、照射光Ｌｅを材料２に照射し、材料２から反射した反射光Ｌｒをカメラ７０の方向へ透過させる。

対物レンズ４０は、ビームスプリッタ３０からの照射光Ｌｅを材料２に照射する。より具体的には、照射光Ｌｅは、材料２の表面に対して略垂直方向に照射される。このとき、例えば、ステージ３が材料２の表面に対して略垂直方向に移動することで、対物レンズ４０から照射された照射光Ｌｅが材料２において合焦する位置（深さ方向Ｄｄにおける焦点位置）を調節する。対物レンズ４０はレンズ機構部を構成する。演算制御部８０は、ステージ３を制御して、対物レンズ４０から照射された照射光Ｌｅの材料２における焦点位置を相対的に変更することができる。

ビームスプリッタ５０は、対物レンズ４０からの照射光Ｌｅの一部を参照ミラー６０へ向かって反射し、その他の照射光Ｌｅを材料２へ透過させる。また、ビームスプリッタ５０は、材料２からの反射光Ｌｒを対物レンズ４０および参照ミラー６０側へ透過させる。

参照ミラー６０は、ビームスプリッタ５０で反射された一部の照射光Ｌｅをビームスプリッタ５０へさらに反射する。これにより、参照ミラー６０とビームスプリッタ５０との間で照射光Ｌｅが反射を繰り返す。従って、参照ミラー６０とビームスプリッタ５０との間において、照射光Ｌｅは、材料２からビームスプリッタ５０を透過してきた反射光Ｌｒと干渉する。即ち、ビームスプリッタ５０および参照ミラー６０は、照射光Ｌｅと反射光Ｌｒとを干渉させる干渉部として機能する。

照射光Ｌｅと反射光Ｌｒとの干渉によって得られる干渉光Ｌｉは、干渉部（５０、６０）通過した後、対物レンズ４０、ビームスプリッタ３０およびレンズ６５を介してカメラ７０において検出される。

検出部としてのカメラ７０は、材料２の表面の或る測定点Ｐにおいて照射光Ｌｅの焦点位置を深さ方向Ｄｄへ変更しながら、照射光Ｌｅと反射光Ｌｒとの干渉によって得られる干渉光Ｌｉの強度（あるいは、輝度、光量）を検出する。例えば、照射光Ｌｅは、対物レンズ４０によって、材料２の深さ方向Ｄｄのいずれかの位置で合焦する。このとき、合焦位置の近傍において、材料２の材質変化が無い場合、即ち、材料２の表面または界面が無い場合、照射光Ｌｅは、材料２内においてあまり反射しない。従って、反射光Ｌｒの光量が小さく、焦点位置の変化による干渉光Ｌｉの変動が小さい。即ち、照射光Ｌｅが材料２の表面または界面の無い深さ位置に合焦している場合、カメラ７０で検出される干渉光Ｌｉの強度は、あまり振幅せずピークをほとんど有さない。一方、合焦位置の近傍において、材料２の材質が変化している場合、即ち、材料２の表面または界面がある場合、照射光Ｌｅは、材料２の表面または界面によって反射する。従って、反射光Ｌｒの光量が比較的大きくなり、焦点位置の変化による干渉光Ｌｉの変動が大きくなる。即ち、照射光Ｌｅが材料２の表面または界面のある深さ位置に合焦している場合、カメラ７０で検出される干渉光Ｌｉの強度は、大きく振幅し大きなピークを有する。

このように、材料２の材質が変化する界面において、干渉光Ｌｉの強度の変動が大きくなる。よって、干渉光Ｌｉの干渉縞のピーク位置から、演算制御部８０は、材料２の表面または界面の高さ（深さ）位置を判断することができる。尚、干渉光Ｌｉの干渉縞およびそのピークについては、図２（Ａ）〜図３（Ｃ）を参照して後で説明する。

演算制御部８０は、カメラ７０で検出された干渉光Ｌｉの強度に基づいて材料２の表面の高さを演算する。例えば、演算制御部８０は、干渉光Ｌｉの干渉縞において、干渉光Ｌｉの強度のピーク位置を材料２の界面または表面と判断する。また、演算制御部８０は、ステージ３の動作および減衰フィルタ２０の光減衰率を制御する。

表示部９５は、干渉光Ｌｉの強度や演算制御部８０で演算された材料２の表面の高さ、材料２の表面の二次元形状、または、三次元形状等を表示する。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、材料２の一例を示す平面図および断面図である。材料２は、金属膜１０１と、半導体基板１０２と、シリコン酸化膜１０３とを含む。金属膜１０１は、例えば、銅またはタングステン等の高反射率の膜である。半導体基板１０２は、例えば、シリコン基板である。反射率は、金属膜１０１が最も高く、半導体基板１０２、シリコン酸化膜１０３の順番に低くなる。金属膜１０１およびシリコン酸化膜１０３は、半導体基板１０２上に設けられている。

測定装置１は、材料２の各測定点Ｐ１〜Ｐ３において、焦点位置を深さ方向Ｄｄに変更しながら干渉光Ｌｉの強度を測定する。焦点位置は、材料２を載せたステージ３を深さ方向Ｄｄへ移動させることによって材料２に対して相対的に変更することができる。測定点Ｐ１は、金属膜１０１の表面上の任意点である。測定点Ｐ２は、半導体基板１０２の表面上の任意点である。測定点Ｐ３は、シリコン酸化膜１０３の表面上の任意点である。測定装置１は、干渉光Ｌｉの強度の測定結果に基づいて、金属膜１０１およびシリコン酸化膜１０３の表面の高さを測定する。測定点Ｐ１〜Ｐ３における干渉光Ｌｉの強度の測定結果は、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示す。

図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、カメラ７０で検出された干渉光Ｌｉの強度を示すグラフである。図３（Ａ）は、測定点Ｐ１における干渉光Ｌｉの強度を示す。図３（Ｂ）は、測定点Ｐ２における干渉光Ｌｉの強度を示す。図３（Ｃ）は、測定点Ｐ３における干渉光Ｌｉの強度を示す。また、横軸は、干渉光Ｌｉの強度を示す。縦軸は、深さ方向Ｄｄにおける照射光Ｌｅの焦点位置を示す。Ｌｉｍ１は、カメラ７０で検出可能な下限の光強度である。Ｌｉｍ２は、カメラ７０で検出可能な上限の光強度である。

図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を参照すると、照射光Ｌｅの焦点位置が金属膜１０１、半導体基板１０２またはシリコン酸化膜１０３の表面近傍にあるときに、干渉光Ｌｉの強度の変動（振幅）が大きくなっている。従って、演算制御部８０は、干渉光Ｌｉの強度のピークＰＰ１〜ＰＰ３がそれぞれ金属膜１０１、半導体基板１０２およびシリコン酸化膜１０３の表面に対応すると判断することができる。尚、ピークＰＰ１〜ＰＰ３は、照射光Ｌｅと反射光Ｌｒとが強め合って干渉光Ｌｉの強度が最大となる位置、あるいは、照射光Ｌｅと反射光Ｌｒとが弱め合って干渉光Ｌｉの強度が最小となる位置である。

しかし、測定点Ｐ１は、反射率の高い金属膜１０１上にあるため、反射光Ｌｒの強度が全体として高い。従って、実際には、図３（Ａ）の破線グラフＧ１ａに示すように、干渉光Ｌｉの強度（輝度）は、上限Ｌｉｍ２の近傍に偏っている。即ち、干渉光Ｌｉの平均強度（ベースの光強度）が上限Ｌｉｍ２に近く、干渉光Ｌｉの強度のピークが上限Ｌｉｍ２を超えるおそれがある。この場合、演算制御部８０は、干渉光Ｌｉの強度のピークを認識することが困難になる。

また、測定点Ｐ３は、反射率の比較的低いシリコン酸化膜１０３上にあるため、反射光Ｌｒの強度が全体として低い。従って、実際には、図３（Ｃ）の破線グラフＧ３ａに示すように、干渉光Ｌｉの強度（輝度）は、下限Ｌｉｍ１の近傍に偏っている。即ち、干渉光Ｌｉの平均強度（ベースの光強度）が下限Ｌｉｍ１に近く、干渉光Ｌｉの強度のピークが下限Ｌｉｍ１を下回るおそれがある。この場合も、演算制御部８０は、干渉光Ｌｉの強度のピークを認識することが困難になる。

このように、材料２の反射率の違いによって、干渉光Ｌｉの平均強度が大きく変化する。この場合、演算制御部８０は、干渉光Ｌｉの強度のピークを正確に認識することが困難になることがある。

そこで、本実施形態による演算制御部８０は、予め測定された干渉光Ｌｉの強度に基づいて、光学フィルタ２０または光源１０を制御し、照射光Ｌｅの光量を変更する。例えば、演算制御部８０は、測定点Ｐ１〜Ｐ３における干渉光Ｌｉの平均強度を予め測定し、それらを互いに近づけるように光学フィルタ２０または光源１０を制御する。さらに好ましくは、演算制御部８０は、測定点Ｐ１〜Ｐ３における干渉光Ｌｉの平均強度をほぼ等しくするように、光学フィルタ２０または光源１０を制御する。

例えば、図３（Ａ）に示すように、光学フィルタ２０は、破線グラフＧ１ａを実線グラフＧ１ｂへ平行移動させるように照射光Ｌｅの光量を減衰させる。また、図３（Ｃ）に示すように、光学フィルタ２０は、破線グラフＧ３ａを実線グラフＧ３ｂへ平行移動させるように、減衰した照射光Ｌｅの光量をもとに戻す（増大させる）。光学フィルタ２０が照射光Ｌｅをそれ以上増大させることができない場合には、光源１０の出力を上昇させて、光源１０が照射光Ｌｅの光量を増大させてもよい。これにより、グラフＧ１ｂおよびＧ３ｂの平均強度は、グラフＧ２の平均強度に接近し、互いにほぼ等しくなる。また、グラフＧ１ｂ、Ｇ２、Ｇ３ｂは、下限Ｌｉｍ１と上限Ｌｉｍ２との間の範囲内に入れることができる。これにより、材料２の反射率が相違しても、演算制御部８０は、干渉光Ｌｉの強度のピークを正確に認識することが可能になる。尚、演算制御部８０は、干渉光Ｌｉの平均強度に代えて、干渉光Ｌｉのベースの強度（バックグラウンドの強度）を用いて、照射光Ｌｅの光量を変更してもよい。

カメラ７０は、干渉光Ｌｉの検出結果を演算制御部８０へ送る。演算制御部８０は、グラフＧ１ｂ、Ｇ２、Ｇ３ｂからピークＰＰ１〜ＰＰ３を認識することができる。ピークＰＰ１〜ＰＰ３は、干渉光Ｌｉの平均強度（あるいは、ベース、バックグラウンド）から最も振幅の大きな干渉光Ｌｉの点である。さらに、演算制御部８０は、ピークＰＰ１〜ＰＰ３に対応する焦点位置を、金属膜１０１、半導体基板１０２、シリコン酸化膜１０３の表面または界面の高さ位置と判断する。金属膜１０１、半導体基板１０２、シリコン酸化膜１０３の表面または界面の高さデータは、メモリ９０に格納される。尚、表面または界面の高さは、任意の深さ位置を基準にした高さでよい。例えば、表面または界面の高さは、ステージ３の表面を基準とした高さで表してもよい。あるいは、測定が開始された点における材料２の表面を基準として用いてもよいし、材料２が半導体チップである場合には半導体基板１０２の表面を基準として用いてもよい。

測定装置１は、測定点Ｐ１〜Ｐ３以外の位置についても測定を繰り返してよい。例えば、測定装置１は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿って多数の測定点で同様に高さ測定を実行する。これらの測定結果は、メモリ９０に格納する。演算制御部８０は、複数の測定点において測定された高さをデータ上で配列し繋げる（合成する）ことができる。これによって、材料２が図２（Ｂ）に示すような表面または界面の形状を有していたとすると、図２（Ｃ）に示すような再現形状ＳＨを生成することができる。再現形状ＳＨは、Ｂ−Ｂ線に沿った材料２の表面または界面に対応した二次元形状となる。

さらに、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線以外の他の領域についても同様に測定を実行することによって、材料２の表面または界面の全体について二次元形状を非破壊で生成することができる。演算制御部は、材料２の表面または界面の複数の二次元形状をデータ上で配列し繋げる（合成する）ことによって、材料２の表面の三次元形状を非破壊で生成することができる。材料２の表面の二次元形状または三次元形状は、表示部９５に表示してもよい。これにより、ユーザは、材料２の表面形状を容易に把握することができる。

次に、本実施形態による測定装置１の動作を説明する。

図４は、第１実施形態による測定装置１の動作の一例を示すフロー図である。

まず、測定装置１は、材料２の表面全体を予め撮像し、その輝度（グレーレベル）に基づいて材料２の表面を複数の領域に分割する（Ｓ１０）。このとき、演算制御部８０は、ユーザあるいはメーカによって予め設定された輝度の範囲ごとに、自動で領域分割してもよい。例えば、図２（Ａ）の領域Ｒ１０１は、第１輝度範囲に属し、領域Ｒ１０２は、第２輝度範囲に属し、領域Ｒ１０３は、第３輝度範囲に属するものとする。この場合、図２（Ａ）に示すように、演算制御部８０は、材料２の輝度に基づいて、金属膜１０１の領域Ｒ１０１、シリコン酸化膜１０３の領域Ｒ１０３およびそれ以外の半導体基板１０２の領域Ｒ１０２の３つの領域に分割する。輝度の範囲は、それに対応する照射光Ｌｅの光量に関連付けられてメモリ９０に予め格納しておく。また、ステップＳ１０で分割された領域Ｒ１０１〜Ｒ１０３の位置情報（座標）等もメモリ９０に格納する。

次に、測定装置１は、材料２の表面の高さ測定を開始する（Ｓ２０）。演算制御部８０は、測定点がメモリ９０に格納された領域Ｒ１０１〜Ｒ１０３のいずれに属するかを判断する（Ｓ３０）。

次に、演算制御部８０は、測定点の属する領域に対応する光量を特定し、光学フィルタ２０または光源１０からの照射光Ｌｅの光量を、該特定された光量となるように設定する（Ｓ４０）。これにより、演算制御部８０は、輝度に応じて、各領域Ｒ１０１〜Ｒ１０３ごとに照射光Ｌｅの光量を設定することができる。例えば、金属膜１０１の領域Ｒ１０１では、輝度が高く、即ち、反射率が高いので、測定時の照射光Ｌｅの光量は予め低く設定される。シリコン酸化膜１０３の領域では、輝度が低く、即ち、反射率が低いので、測定時の照射光Ｌｅの光量は予め高く設定される。半導体基板１０２の領域では、輝度が中間であるので、測定時の照射光Ｌｅの光量は、金属膜１０１における照射光Ｌｅの光量とシリコン酸化膜１０３における照射光Ｌｅの光量との中間に設定される。

次に、測定装置１は、各測定点において白色干渉を用いた材料２の表面の高さ測定を行う（Ｓ５０）。これにより、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すグラフＧ１ｂ、Ｇ２、Ｇ３ｂのように、測定装置１は、材料２の各領域の輝度に応じて、照射光Ｌｅの光量を自動で設定し、材料２の各領域における干渉光Ｌｉの平均強度を近づけ、あるいは、略等しくすることができる。その結果、材料２の表面の高さまたは形状を精度良く計測することができる。

本実施形態において、演算制御部８０は、材料２の表面の輝度を測定し、輝度差に応じて材料２の表面の領域を自動で分割している。しかし、代替的に、ユーザが、材料２の輝度を参照して判断し、材料２の表面を任意で複数の領域に分割してもよい。あるいは、ユーザは、演算制御部８０によって自動分割された領域を任意で変更したり、調整してもよい。

また、上記実施形態では、測定装置１は、領域ごとに照射光Ｌｅの光量を変更して干渉光Ｌｉの強度を検出している。しかし、測定装置１は、照射光Ｌｅの光量に代えて、あるいは、それとともに、照射光Ｌｅの焦点、偏光、波長等を領域ごとに変更してもよい。例えば、各領域Ｒ１０１〜Ｒ１０３に対し、照射光Ｌｅの焦点を変更することによって、干渉光Ｌｉの平均強度を或る程度変更することもできる。

以上のように、本実施形態によれば、演算制御部８０は、干渉光Ｌｉの強度に基づいて光学フィルタ２０または光源１０を制御し、照射光Ｌｅの光量を変更する。これにより、複数の測定点Ｐ１〜Ｐ３における干渉光Ｌｉの平均強度（または、ベース、バックグラウンド）を互いに近づけることができる。その結果、演算制御部８０は、干渉光Ｌｉの強度のピークＰＰ１〜ＰＰ３を容易に認識することができ、材料２の表面または界面の高さ位置を容易かつ精度良く判断することができる。材料２の多数の測定点における高さ位置を合成すれば、材料２の表面または界面の二次元形状あるいは三次元形状を非破壊で精度良く生成することができる。

（第２実施形態）
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、第２実施形態による材料２の一例を示す平面図および断面図である。第２実施形態において、材料２は、金属膜１０１上に設けられたシリコン酸化膜１０４をさらに有する。即ち、領域Ｒ１０４では、半導体基板１０２上に、第１材料としての金属膜１０１と第２材料としてのシリコン酸化膜１０４との積層膜が設けられている。以下、金属膜１０１とシリコン酸化膜１０４との積層膜を、積層膜１０１、１０４と呼ぶ。尚、半導体基板１０２およびシリコン酸化膜１０３は、第１実施形態のそれらと同様でよい。

図６（Ａ）〜図６（Ｂ）は、干渉光Ｌｉの強度を示すグラフである。図６（Ａ）は、図５（Ａ）の測定点Ｐ４における積層膜１０１、１０４の干渉光Ｌｉの強度を示す。図６（Ｂ）は、図５（Ａ）の測定点Ｐ２における半導体基板１０２の干渉光Ｌｉの強度を示す。図６（Ｃ）は、図５（Ａ）の測定点Ｐ３におけるシリコン酸化膜１０３の干渉光Ｌｉの強度を示す。横軸および縦軸は、図３のそれらと同様である。また、照射光Ｌｅの光量は、第１実施形態による手法を用いてすでに補正されている。従って、測定点Ｐ２〜Ｐ４における干渉光Ｌｉの平均強度（ベースの強度またはバックグラウンド）はほぼ等しいものとする。

しかし、測定装置１が積層膜１０１、１０４の干渉光Ｌｉを測定すると、図６（Ａ）に示すように、複数のピークＰＰ１、ＰＰ４が近接して現れる。ピークＰＰ１は、金属膜１０１とシリコン酸化膜１０４との間の界面、即ち、図５（Ｂ）のＦ１０１における干渉光Ｌｉの最大振幅（または最小振幅）を示す。ピークＰＰ４は、シリコン酸化膜１０４の表面、即ち、図５（Ｂ）のＦ１０４における干渉光Ｌｉの最小振幅（または最大振幅）を示す。

金属膜１０１の反射率はシリコン酸化膜１０４のそれに比べ高い。従って、下層の金属膜１０１から得られる干渉光Ｌｉの振幅は、上層のシリコン酸化膜１０４から得られる干渉光Ｌｉの振幅に比較して大きくなる。

従って、図６（Ａ）のように複数のピークＰＰ１、ＰＰ４が近接して現れると、演算制御部８０は、金属膜１０１とシリコン酸化膜１０４との間の界面によるピークＰＰ１の影響で、シリコン酸化膜１０４の表面Ｆ１０４に対応するピークＰＰ４を認識することが困難となる。あるいは、演算制御部８０は、金属膜１０１とシリコン酸化膜１０４との間の界面を、シリコン酸化膜１０４の表面Ｆ１０４と誤って認識する場合もある。

そこで、第２実施形態による測定装置１では、干渉光Ｌｉの強度が複数のピークＰＰ１、ＰＰ４を含む場合、カメラ７０は、一方のピークに対応する焦点位置における干渉光Ｌｉの強度の検出を省略する。例えば、図７は、第２実施形態による測定装置１の動作の一例を示すグラフである。第２実施形態では、カメラ７０は、複数のピークＰＰ１、ＰＰ４のうち一方のピークＰＰ４に対応する焦点位置における干渉光Ｌｉの強度を検出しつつ、他のピークＰＰ１に対応する焦点位置における干渉光Ｌｉの強度の検出を省略する。これにより、演算制御部８０は、金属膜１０１とシリコン酸化膜１０４との間の界面によるピークＰＰ１の影響を取り除き、シリコン酸化膜１０４の表面Ｆ１０４に対応するピークＰＰ４を容易にかつ正確に認識することができる。

図８は、第２実施形態による測定装置１の動作の一例を示すフロー図である。

まず、ピークＰＰ１に対応する焦点位置における干渉光Ｌｉの強度検出を選択的に省略するために、測定装置１は、試作時に干渉光Ｌｉの強度を測定点Ｐ４において測定する（Ｓ１１）。次に、ユーザがピークＰＰ１に対応する焦点位置における検出を省略するよう測定装置１を設定する（Ｓ２１）。この省略設定は、メモリ９０に格納しておけばよい。その後、量産時において、測定装置１は、検出動作の省略設定に基づいて、焦点位置における検出を自動で省略する（Ｓ３１）。これにより、演算制御部８０は、量産時において、金属膜１０１とシリコン酸化膜１０４との間の界面によるピークＰＰ１の影響を除きつつ、シリコン酸化膜１０４の表面Ｆ１０４に対応するピークＰＰ４を容易にかつ正確に認識することができる。

上記例では、積層膜１０１、１０４は、二層であるが、積層膜は、三層以上の積層膜であってもよい。また、上記例では、検出動作を省略する焦点位置は、ユーザによって設定されている。しかし、検出動作を省略する焦点位置は、材料２の設計情報等を用いて測定装置１が自動で設定してもよい。材料２が半導体チップである場合、例えば、材料２の設計情報には、それぞれの積層膜の位置、厚み、材質や、積層膜の膜数などが含まれる。演算制御部８０は、材料２の設計情報を認識し、それに基づいて積層膜の界面または表面の高さと、干渉光Ｌｉの強度のピークとの、大まかな対応関係を求めることができる。これにより得られた積層膜の界面または表面と干渉光Ｌｉの強度のピークとの対応関係に基づいて、演算制御部８０は、測定対象となる積層膜の表面のピークに対応する焦点位置以外の焦点位置の測定を省略することができる。これにより、測定装置１は、積層膜１０１、１０４の下層の影響を除去しつつ、積層膜１０１，１０４の表面Ｆ１０４に対応するピークＰＰ４を容易にかつ正確に認識することができる。最上層の積層膜のみを測定対象とする場合、演算制御部８０は、演算量を削減するために、例えば、材料２の設計情報として最上層の積層膜に関する位置、厚み、材質などだけを認識するようにしてもよい。

また、積層膜１０１、１０４の上層と下層とでパターンの方向（例えば、配線方向）が異なるような場合、演算制御部８０は、積層膜１０１、１０４の上層と下層のパターンの方向に応じて、照射光Ｌｅの偏光を変えてもよい。

本実施形態による測定装置１における測定方法の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、測定方法の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。また、測定方法の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１測定装置、１０光源、２０光学フィルタ、２５レンズ、３０，５０ビームスプリッタ、４０対物レンズ、６０参照ミラー、６５レンズ、７０カメラ、８０演算制御部、９０メモリ、９５表示部

Claims

照射光を発する光源と、
前記照射光の光量を変更するフィルタと、
前記照射光を材料の表面に照射させるレンズ機構部と、
前記照射光の前記材料の深さ方向における焦点位置を変更させる焦点位置調節部と、
前記照射光と前記材料からの反射光とを干渉させる干渉部と、
前記照射光と前記反射光との干渉によって得られる干渉光の強度を検出する検出部と、
前記材料の表面の或る測定点において、前記材料に対する前記照射光の相対的な焦点位置を変更しながら前記検出部で検出された前記干渉光の強度に基づいて前記材料の表面または界面の高さを演算する演算制御部とを備え、
前記演算制御部は、前記検出部で検出された前記干渉光の強度に基づいて前記フィルタまたは前記光源を制御し、前記照射光の光量を変更する、測定装置。
前記演算制御部は、前記材料の各測定点において前記干渉光の平均強度を互いに近づけるように前記フィルタまたは前記光源を制御する、請求項１に記載の測定装置。
前記演算制御部は、前記材料の各測定点において前記干渉光の平均強度を互いにほぼ等しくするように前記フィルタまたは前記光源を制御する、請求項１に記載の測定装置。
前記材料の複数の測定点において前記演算制御部で演算された該材料の表面または界面の高さを格納する記憶部をさらに備え、
前記演算制御部は、前記材料の表面または界面の高さに基づいて前記材料の表面または界面の形状を生成する、請求項３に記載の測定装置。
前記演算制御部は、前記材料の表面または界面の高さに基づいて前記材料の表面または界面の二次元形状を生成し、さらに、複数の該二次元形状を用いて前記材料の表面の三次元形状を生成する、請求項４に記載の測定装置。
前記照射光は、白色光である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の測定装置。
前記演算制御部は、前記干渉光の強度にピークが生じたときの焦点位置を前記材料の表面または界面の位置である、と判断する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の測定装置。
前記演算制御部で生成された前記材料の表面または界面の形状を表示する表示部をさらに備えた、請求項４または請求項５に記載の測定装置。
照射光を発する光源と、
前記照射光を材料の表面に照射させるレンズ機構部と、
前記照射光の前記材料の深さ方向における焦点位置を変更させる焦点位置調節部と、
前記照射光と前記材料からの反射光とを干渉させる干渉部と、
前記照射光と前記反射光との干渉によって得られる干渉光の強度を検出する検出部と、
前記材料の表面の或る測定点において、前記材料に対する前記照射光の相対的な焦点位置を変更しながら前記検出部で検出された前記干渉光の強度に基づいて前記材料の表面または界面の高さを演算する演算制御部とを備え、
前記干渉光の強度が複数のピークを含む場合、前記検出部は、前記複数のピークのうち一部のピークに対応する焦点位置における前記干渉光の強度を検出し、他のピークに対応する焦点位置における前記干渉光の強度の検出を省略する、測定装置。