JP2020016650A - Film thickness measurement method, and device of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光透過性を有する薄膜の厚さを測定する方法および装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for measuring the thickness of a thin film having optical transparency.
膜厚測定の一例として、干渉法がある（たとえば、特許文献１を参照）。この干渉法においては、所定の波長範囲の光を測定対象の薄膜に照射することにより、前記光の薄膜による干渉光の分光強度を測定し、かつこの測定された光強度スペクトルに現れる干渉光成分の波形に基づいて前記薄膜の厚みを算出する。前記厚みの算出は、具体的には、前記光強度スペクトルをフーリエ変換し、かつこの変換により得られたパワースペクトルに現れるピークの位置に基づいて行なわれる。 As an example of the film thickness measurement, there is an interference method (for example, see Patent Document 1). In this interferometry, by irradiating light in a predetermined wavelength range to a thin film to be measured, the spectral intensity of the interference light by the thin film of the light is measured, and the interference light component appearing in the measured light intensity spectrum is measured. The thickness of the thin film is calculated based on the waveform of (1). Specifically, the calculation of the thickness is performed based on a Fourier transform of the light intensity spectrum and a peak position appearing in a power spectrum obtained by the transform.
しかしながら、前記したように薄膜の厚さを測定する場合、薄膜またはその基材の種類や色により、光強度スペクトルに平坦ではないトレンド（干渉光成分以外のスペクトルの変動・趨勢）が見られる場合がある。これに対し、このようなトレンドの影響を考慮することなく、測定により得られた光強度スペクトルにフーリエ変換を施して物理膜厚のパワースペクトルを取得する従来の手法によれば、期待される物理膜厚の成分がトレンドに由来するパワースペクトル成分に埋もれる場合がある。これでは、薄膜の厚みを正確に測定することは困難となる。
なお、従来においては、薄膜が形成される基材のサンプルに光を照射し、このサンプルについてのトレンドを予め求めておき、かつこのトレンドを用いて薄膜の光強度スペクトルを補正することも検討されてきた。ただし、このような手段によれば、サンプルを別途準備する必要があるなど、煩雑である。
However, when the thickness of a thin film is measured as described above, a non-flat trend (fluctuation / trend of a spectrum other than the interference light component) is observed in the light intensity spectrum due to the type and color of the thin film or its base material. There is. On the other hand, according to the conventional method of performing the Fourier transform on the light intensity spectrum obtained by the measurement to obtain the power spectrum of the physical film thickness without considering the influence of such a trend, The component of the film thickness may be buried in the power spectrum component derived from the trend. This makes it difficult to accurately measure the thickness of the thin film.
Conventionally, it has been considered to irradiate a sample of a base material on which a thin film is formed with light, obtain a trend for this sample in advance, and correct the light intensity spectrum of the thin film using this trend. Have been. However, such means is complicated, such as the necessity of preparing a sample separately.
本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものであり、薄膜またはその基材の種類や色に起因する光強度スペクトルのトレンドによる悪影響をなくし、または少なくし、薄膜の厚みを正確に測定することが可能な膜厚測定方法、およびその装置を提供することを、その課題としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and eliminates or reduces the adverse effect due to the trend of the light intensity spectrum caused by the type and color of the thin film or its base material, and accurately measures the thickness of the thin film. It is an object of the present invention to provide a film thickness measuring method capable of performing the method and an apparatus therefor.
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical measures.
本発明の第１の側面により提供される膜厚測定方法は、所定の波長範囲の光を薄膜に照射し、前記光の前記薄膜による干渉光の分光強度を測定する分光強度測定ステップと、この分光強度測定ステップにより得られた前記干渉光の分光強度に関するデータをフーリエ変換し、かつこの変換により得られたパワースペクトルに現れるピークの位置に基づいて前記薄膜の厚さを算出する厚さ算出ステップと、を有する、膜厚測定方法であって、前記干渉光の分光強度のトレンドを求め、かつ前記干渉光の分光強度から前記トレンドの影響を除外または減少させた分光強度補正データを作成するステップを、さらに有しており、前記厚さ算出ステップにおいては、前記干渉光の分光強度に関するデータとして、前記分光強度補正データを用い、前記フーリエ変換の対象とすることを特徴としている。 The film thickness measuring method provided by the first aspect of the present invention includes: irradiating a thin film with light in a predetermined wavelength range, and measuring a spectral intensity of interference light of the light by the thin film; A thickness calculating step of performing a Fourier transform on the data regarding the spectral intensity of the interference light obtained in the spectral intensity measuring step, and calculating a thickness of the thin film based on a position of a peak appearing in a power spectrum obtained by the conversion; Obtaining a trend of the spectral intensity of the interference light, and creating spectral intensity correction data in which the influence of the trend is excluded or reduced from the spectral intensity of the interference light. And further comprising, in the thickness calculating step, using the spectral intensity correction data as data relating to the spectral intensity of the interference light, It is characterized in that the object of Rie conversion.
本発明において、好ましくは、前記分光強度補正データは、前記トレンドと測定された分光強度との比または差に基づいて求める。 In the present invention, preferably, the spectral intensity correction data is obtained based on a ratio or a difference between the trend and the measured spectral intensity.
本発明において、好ましくは、前記トレンドを求める手法として、測定された分光強度のデータに平滑化を施す。 In the present invention, preferably, as a method of obtaining the trend, the data of the measured spectral intensity is smoothed.
本発明の第２の側面により提供される膜厚測定装置は、所定の波長範囲の光を薄膜に照射するための光源と、前記光の前記薄膜による干渉光の分光強度を測定するための光検出器と、この光検出器を用いて得られた前記干渉光の分光強度に関するデータをフーリエ変換し、かつこの変換により得られたパワースペクトルに現れるピークの位置に基づいて前記薄膜の厚さを算出可能なデータ処理手段と、を備えている、膜厚測定装置であって、前記データ処理手段は、前記干渉光の分光強度のトレンドを求め、かつ前記干渉光の分光強度から前記トレンドの影響を除外または減少させた分光強度補正データを作成するとともに、前記干渉光の分光強度に関するデータとして、前記分光強度補正データを用い、前記フーリエ変換の対象とすることが可能な構成とされていることを特徴としている。 A film thickness measuring apparatus provided by the second aspect of the present invention includes a light source for irradiating a thin film with light in a predetermined wavelength range, and a light for measuring a spectral intensity of interference light of the light by the thin film. Detector, Fourier transform data on the spectral intensity of the interference light obtained using this photodetector, and based on the position of the peak appearing in the power spectrum obtained by this conversion, the thickness of the thin film A data processing means capable of calculating, wherein the data processing means obtains a trend of the spectral intensity of the interference light, and obtains the influence of the trend from the spectral intensity of the interference light. Create and reduce spectral intensity correction data, and use the spectral intensity correction data as data relating to the spectral intensity of the interference light, and use the spectral intensity correction data as an object of the Fourier transform. It is characterized in that there is a configurable.
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings.
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
図１に示す膜厚測定装置Ａは、干渉法による膜厚測定が可能なものであり、光源１、光検出器２、およびデータ処理手段５を備えている。データ処理手段５は、後述する各種のデータ処理を実行するものであり、たとえばパーソナルコンピュータを用いて構成されている。ただし、これに代えて、膜厚測定専用のデータ処理装置として構成されていてもよい。測定対象の薄膜３は、基材４上に成膜されている。光源１は、所定の波長範囲の光を発することが可能な光源であって、たとえば白色光源である。この膜厚測定装置Ａにおいては、光源１から発せられた光（測定光）の一部が薄膜３の表面３ａで反射される。 前記測定光の一部は薄膜３を透過し、薄膜３と基材４との界面３ｂで反射される。 薄膜３からの戻り光には、表面３ａによる反射光、および界面３ｂによる反射光が含まれる。
A film thickness measuring apparatus A shown in FIG. 1 is capable of measuring a film thickness by an interference method, and includes a
図２に、干渉法を用いた膜厚検出のためのデータ処理の基本的な概要を示す。以下、簡単のため図１の照射角度θを９０度とする。 FIG. 2 shows a basic outline of data processing for film thickness detection using an interference method. Hereinafter, for simplicity, the irradiation angle θ in FIG.
図１に示される膜厚測定装置Ａにおいては、薄膜３からの前記した戻り光を光検出器２によって受けることにより、理想的には、たとえば図２（ａ）に示されるような干渉光成分の波形が取得される（分光強度測定ステップ）。同図の光強度スペクトルは、トレンドがみられない理想に近いものとして示されている。ここで、トレンドとは、干渉光成分以外のスペクトルの変動・趨勢である。
In the film thickness measuring apparatus A shown in FIG. 1, the above-mentioned return light from the
図２（ａ）に示した干渉光成分の波形に対し、フーリエ変換を施すことにより、表面３ａおよび界面３ｂの相互間の物理膜厚（薄膜３の厚み）ｔと薄膜３の屈折率ｎ２の積に応じた光路差２×ｔ×ｎ２に対するパワースペクトルが、図２（ｂ）のように得られる。また、光路差に対するパワースペクトルに屈折率補正を施すことにより、物理膜厚に対するパワースペクトルが図２（ｃ）のように得られる。原理的には、図２（ｃ）において、薄膜３の厚みｔに対応する位置にピークが現れ、このことにより厚みｔを検出することができる（厚さ算出ステップ）。
By performing Fourier transform on the waveform of the interference light component shown in FIG. 2A, the physical film thickness (thickness of the thin film 3) t between the
図３（ａ）〜（ｄ）に、従来の手法を用いた、光強度スペクトルの解析に関する具体例が示されている。まず、図３（ａ）のラインＬ１の波形には、物理膜厚が０．５μｍである薄膜３から得られる干渉光成分が含まれている。干渉法では、図３（ａ）に示されるように、できるだけ平坦なトレンドをもつ波形の方が望ましい。図３（ａ）の波形に膜厚演算を施して得られる物理膜厚に対するパワースペクトルは、図３（ｂ）に示されており、期待される物理膜厚（今回の例では０．５μｍ）の位置に明瞭なピークが現れる。
FIGS. 3A to 3D show specific examples relating to the analysis of the light intensity spectrum using the conventional method. First, the waveform of the line L1 in FIG. 3A includes an interference light component obtained from the
一方、薄膜３または基材４の種類によっては、図３（ｃ）のラインＬ２の波形のように、平坦でないトレンドをもつ場合が観測され得る。このような波形は、一例として薄膜３または基材４が無色でない場合に観測され易い。
図３（ｄ）には、従来用いられてきたフーリエ変換を利用した演算を施して得られるパワースペクトルが示されている。平坦でないトレンドに由来する０μｍ付近のパワースペクトル成分に、期待される物理膜厚（今回の例では０．５μｍ）の成分が埋もれており、パワースペクトルのピークは、０．５μｍから位置ずれしている。このことから理解されるように、従来の膜厚演算手法は、平坦でないトレンドをもつ波形に対して余り有効ではない。
On the other hand, depending on the type of the
FIG. 3D shows a power spectrum obtained by performing an operation using a Fourier transform that has been conventionally used. The component of the expected physical film thickness (0.5 μm in this example) is buried in the power spectrum component around 0 μm derived from the uneven trend, and the peak of the power spectrum is shifted from 0.5 μm. I have. As can be understood from this, the conventional film thickness calculation method is not very effective for waveforms having an uneven trend.
図４（ａ）〜（ｅ）に、本発明の実施形態による光強度スペクトルの解析の概要が示されている。本実施形態においては、まず図４（ａ）のラインＬ２で示す光強度スペクトル（図３（ｃ）と同一）の波形から、図４（ｂ）のラインＬ３で示すトレンド（干渉光の分光強度のトレンドスペクトル）を求める。このトレンドは、光強度スペクトルの平滑化（スムージング）を施して得られたものであり、前記平滑化は、たとえば移動平均法などを用いて行なわれる。 FIGS. 4A to 4E show an outline of the analysis of the light intensity spectrum according to the embodiment of the present invention. In the present embodiment, first, from the waveform of the light intensity spectrum (same as FIG. 3C) shown by the line L2 in FIG. 4A, the trend (the spectral intensity of the interference light) shown by the line L3 in FIG. Is obtained. This trend is obtained by smoothing (smoothing) the light intensity spectrum, and the smoothing is performed using, for example, a moving average method.
次いで、前記トレンドに基づき、たとえば図４（ｃ）のラインＬ３’に示すような補正用データを作成する。この補正用データは、たとえばラインＬ３で示すトレンドの逆数に１００を乗じたものである。その後は、ラインＬ３’で示す補正用データを、図４（ａ）のラインＬ２で示す光強度スペクトルのデータに乗じることにより、図４（ｄ）のラインＬ２’で示す分光強度補正データを作成する。この分光強度補正データは、ラインＬ３のトレンドスペクトルと、ラインＬ２の分光強度スペクトルとの比を算出することにより、ラインＬ２の分光強度スペクトルからトレンドの影響を除外または減少させたデータ（補正された分光強度スペクトル）である。この分光強度補正データをフーリエ変換すると、図４（ｅ）に示すようなパワースペクトルが得られる。このパワースペクトルにおいては、期待される物理膜厚（今回の例では０．５μｍ）の位置にピークが得られる。 Next, based on the trend, for example, correction data as shown by a line L3 'in FIG. 4C is created. This correction data is obtained, for example, by multiplying the reciprocal of the trend indicated by the line L3 by 100. Thereafter, by multiplying the correction data indicated by the line L3 ′ with the data of the light intensity spectrum indicated by the line L2 in FIG. 4A, the spectral intensity correction data indicated by the line L2 ′ in FIG. 4D is created. I do. The spectral intensity correction data is obtained by calculating the ratio of the trend spectrum of the line L3 to the spectral intensity spectrum of the line L2, thereby eliminating or reducing the influence of the trend from the spectral intensity spectrum of the line L2 (corrected data). (Spectral intensity spectrum). When this spectral intensity correction data is subjected to Fourier transform, a power spectrum as shown in FIG. 4E is obtained. In this power spectrum, a peak is obtained at the position of the expected physical film thickness (0.5 μm in this example).
図５は、前記した説明を理解し易いように纏めたものである。従来においては、図５（ａ）のラインＬ２で示した分光強度スペクトルをそのままフーリエ変換し、同図（ｂ）に示すようなパワースペクトルを得ていた。これに対し、本発明（本実施形態）においては、同図（ｃ），（ｄ）に示すような処理を経て、トレンドを除外または減少させたラインＬ２’で示した分光強度補正データを求め、かつこれをフーリエ変換し、同図（ｅ）に示すようなパワースペクトルを得ている。 FIG. 5 summarizes the above description for easy understanding. Conventionally, the spectral intensity spectrum shown by the line L2 in FIG. 5A is directly subjected to Fourier transform to obtain a power spectrum as shown in FIG. On the other hand, in the present invention (the present embodiment), the spectral intensity correction data indicated by the line L2 'from which the trend is eliminated or reduced is obtained through the processes shown in FIGS. , And a Fourier transform thereof to obtain a power spectrum as shown in FIG.
以上の説明から理解されるように、本実施形態によれば、ラインＬ２で示す光強度スペクトルに平坦ではないトレンドがみられる場合においても、薄膜３の厚みを正確に測定することが可能となる。
また、本実施形態によれば、基材４のサンプルを別途準備して、そのトレンドを事前に求めておくといった必要もない。さらに、サンプルを別途準備してそのトレンドを事前に求めておく手法によれば、基材４や薄膜３の表面形状などにより、光の反射率・透過率が相違したものとなり、トレンドを適切に除ききれない場合があるが、本実施形態によれば、そのような不具合もない。
As understood from the above description, according to the present embodiment, it is possible to accurately measure the thickness of the
Further, according to the present embodiment, it is not necessary to separately prepare a sample of the base material 4 and obtain the trend in advance. Furthermore, according to the method of preparing a sample separately and determining its trend in advance, the reflectance and transmittance of light differ depending on the surface shape of the base material 4 and the
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る膜厚測定方法の各ステップの具体的な内容は、本発明の意図する範囲内において種々に変更可能である。同様に、本発明に係る膜厚測定装置の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更可能である。 The present invention is not limited to the contents of the above-described embodiment. The specific contents of each step of the film thickness measuring method according to the present invention can be variously changed within the range intended by the present invention. Similarly, the specific configuration of each part of the film thickness measuring apparatus according to the present invention can be variously changed within the range intended by the present invention.
上述の実施形態においては、ラインＬ２’で示す分光強度補正データを求めるための手法として、ラインＬ３で示すトレンドと、ラインＬ２で示す分光強度スペクトルとの比に基づく手法を用いているが、本発明はこれに限定されず、たとえばそれらの差に基づいて求めてもよい。勿論、これら以外の手法を採用してもよい。
トレンドを求める手法としては、測定された分光強度のデータに平滑化を施す手法とは別の手法を用いることが可能であり、たとえばデジタルフィルタリングなどの手法を用いることもできる。
光源は、所望の分光強度スペクトルを得るのに必要な波長範囲をもつ光源であればよく、白色光源以外の光源を用いることもできる。
In the above-described embodiment, as a method for obtaining the spectral intensity correction data indicated by the line L2 ′, a method based on the ratio between the trend indicated by the line L3 and the spectral intensity spectrum indicated by the line L2 is used. The invention is not limited to this, and may be determined based on, for example, their difference. Of course, other methods may be adopted.
As a method of obtaining a trend, a method different from a method of performing smoothing on the measured spectral intensity data can be used. For example, a method such as digital filtering can be used.
The light source may be a light source having a wavelength range necessary to obtain a desired spectral intensity spectrum, and a light source other than a white light source may be used.
Ａ 膜厚測定装置
１ 光源
２ 光検出器
３ 薄膜
４ 基材
５ データ処理手段
A film
Claims (4)
この分光強度測定ステップにより得られた前記干渉光の分光強度に関するデータをフーリエ変換し、かつこの変換により得られたパワースペクトルに現れるピークの位置に基づいて前記薄膜の厚さを算出する厚さ算出ステップと、
を有する、膜厚測定方法であって、
前記干渉光の分光強度のトレンドを求め、かつ前記干渉光の分光強度から前記トレンドの影響を除外または減少させた分光強度補正データを作成するステップを、さらに有しており、
前記厚さ算出ステップにおいては、前記干渉光の分光強度に関するデータとして、前記分光強度補正データを用い、前記フーリエ変換の対象とすることを特徴とする、膜厚測定方法。 Irradiating the thin film with light in a predetermined wavelength range, a spectral intensity measuring step of measuring the spectral intensity of the interference light by the thin film of the light,
Thickness calculation for Fourier transforming the data on the spectral intensity of the interference light obtained in the spectral intensity measuring step, and calculating the thickness of the thin film based on the position of the peak appearing in the power spectrum obtained by the conversion. Steps and
A method for measuring a film thickness, comprising:
Finding the trend of the spectral intensity of the interference light, and creating spectral intensity correction data excluding or reducing the effect of the trend from the spectral intensity of the interference light, further comprising:
In the thickness calculation step, the spectral intensity correction data is used as data relating to the spectral intensity of the interference light, and the data is subjected to the Fourier transform.
前記分光強度補正データは、前記トレンドと測定された分光強度との比または差に基づいて求める、膜厚測定方法。 The film thickness measuring method according to claim 1, wherein
The method for measuring a film thickness, wherein the spectral intensity correction data is obtained based on a ratio or a difference between the trend and the measured spectral intensity.
前記トレンドを求める手法として、測定された分光強度のデータに平滑化を施す、膜厚測定方法。 The film thickness measuring method according to claim 1 or 2,
As a technique for obtaining the trend, a film thickness measuring method for smoothing measured spectral intensity data.
前記光の前記薄膜による干渉光の分光強度を測定するための光検出器と、
この光検出器を用いて得られた前記干渉光の分光強度に関するデータをフーリエ変換し、かつこの変換により得られたパワースペクトルに現れるピークの位置に基づいて前記薄膜の厚さを算出可能なデータ処理手段と、
を備えている、膜厚測定装置であって、
前記データ処理手段は、前記干渉光の分光強度のトレンドを求め、かつ前記干渉光の分光強度から前記トレンドの影響を除外または減少させた分光強度補正データを作成するとともに、前記干渉光の分光強度に関するデータとして、前記分光強度補正データを用い、前記フーリエ変換の対象とすることが可能な構成とされていることを特徴とする、膜厚測定方法。 A light source for irradiating the thin film with light in a predetermined wavelength range,
A light detector for measuring the spectral intensity of the interference light by the thin film of the light,
Fourier transform of the data on the spectral intensity of the interference light obtained using this photodetector, and data capable of calculating the thickness of the thin film based on the position of the peak appearing in the power spectrum obtained by this conversion Processing means;
A film thickness measuring device comprising:
The data processing means obtains a spectral intensity trend of the interference light, and creates spectral intensity correction data in which the influence of the trend is removed or reduced from the spectral intensity of the interference light, and the spectral intensity of the interference light. Characterized in that the spectral intensity correction data is used as the data relating to the data, and the data can be subjected to the Fourier transform.
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