JP2955025B2 - 多層膜の膜厚測定方法 - Google Patents

多層膜の膜厚測定方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は多層膜の膜厚測定方法に
係り、特に金属多層膜の各層の膜厚測定を行いうる多層
膜の膜厚測定方法に関する。
【0002】近年の半導体デバイスにおける微細化を進
めていく上で、製造プロセスだけではなく、材料管理に
よる寸法精度の向上も要求されるようになってきてい
る。この材料管理の一つとして、レチクルマスクやウェ
ーハ上に形成される多層膜の膜厚管理がある。
【0003】多層膜の膜厚は、例えばエッチング工程に
おいてその精度に大きく影響を与える。即ち、各膜の性
質が異なり各膜毎にエッチング速度が異なるような場
合、各膜の厚さが正確に判らないとエッチング制御を適
正に行う事が出来なくなってしまい、加工寸法精度が低
下する。
【0004】このため、寸法精度に影響を及ぼす膜厚の
管理を行う必要があり、高精度の多層膜の膜厚測定方法
が望まれている。
【0005】
【従来の技術】一般にレチクルマスクやウェーハ上に形
成される金属膜(例えばクロム膜)の膜厚測定として、
蛍光X線を用いた蛍光X線法が知られている。この蛍光
X線法による膜厚測定は、励起用一次X線を被測定膜に
照射し、これにより発生する蛍光X線が膜厚に対応して
変化することを応用して膜厚を測定する方法である。
【0006】また他の方法としては、シリコンウェーハ
上のガラス層の膜厚測定を行う吸収法とよばれる膜厚測
定方法がある。この吸収法では、予めシリコンウェーハ
にイオン注入を行うとともに、その上部にガラス層を形
成し、ガラス層が形成されたシリコンウェーハに一次X
線を照射する。そして、一次X線によりシリコンウェー
ハに発生する蛍光X線を測定することによりガラス層の
膜厚を測定する方法である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかるに上記蛍光X線
法は、膜厚が1層の場合には精度良く被測定膜の膜厚測
定を行うことができるが、被測定膜が多層となり、主要
元素(主要蛍光X線に対応した元素)とその酸化物や窒
化物が重なり合っているような構造の場合、蛍光X線法
では各層毎の膜厚測定を行うことかできないという課題
があった。
【0008】また上記吸収法では、測定用に試料を製品
とは別個に作成せねばならず、製品自体の膜厚測定及び
寸法管理を行う事が出来ないという課題があった。
【0009】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、多層膜の各膜の膜厚測定を精度よく行い得る多層
膜の膜厚測定方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、蛍光X線を用いた多層膜の膜厚測定方
法において、多層膜を形成する際、X線が照射されるこ
とにより夫々異なる特性を有する蛍光X線を励起するト
レーサを各層毎に異ならせて混入し、このトレーサが混
入された多層膜に対して該X線を照射し、各層にて励起
される蛍光X線に基づき各層の膜厚を測定することを特
徴とするものである。
【0011】また、蛍光X線を用いたクロム(Cr)多
層膜の膜厚測定方法において、クロム多層膜を形成する
際、一次X線が照射されることにより夫々異なる蛍光X
線を励起するチタン(Ti)又はモリブデン(Mo)又
はニッケル(Ni)又はタングステン(W)をトレーサ
として各金属膜層毎に異ならせて混入し、このトレーサ
が混入されたクロム多層膜に対して一次X線を照射し、
各金属膜層にて励起される蛍光X線に基づき各金属膜層
の膜厚を測定することを特徴とするものである。また、
上記の各層の膜厚を測定する方法として吸収法を用いて
もよい。また、上記の各層の膜厚を測定する方法として
励起法を用いてもよい。更に、吸収法と励起法を併用し
てもよい。
【0012】
【作用】上記多層膜の膜厚測定方法によれば、各層には
一次X線の照射により異なる特性を示すトレーサが混入
されているため、各層では夫々異なった蛍光X線が励起
される。よって、この異なる蛍光X線を夫々測定するこ
とにより、各蛍光X線に対応した層の膜厚を検知するこ
とができる。
【0013】
【実施例】次に本発明の実施例について図面と共に説明
する。
【0014】図1は本発明の一実施例である多層膜の膜
厚測定方法を説明するための概略構成図である。図中、
1は被測定体である多層膜である。本実施例では、ガラ
ス基板(SiO2)2の上に上層1a,中間層1b,下層
1cの3層が積層された構造の多層膜1を例に挙げて説
明する。
【0015】上層1aは酸化クロム層であり、その厚さ
は約 300Åとされている。酸化クロムは安定性の高い物
質であるため、上層1aは保護膜としての機能を奏す
る。また酸化クロムは反射率が低いため、上層1aは反
射防止膜としての機能をも奏し、よってホトリソグラフ
ィの精度向上を図ることができる。尚、後述するよう
に、本実施例では上層1aの膜厚測定は吸収法により行
うため、上層1aにトレーサは含有されていない。
【0016】また、中間層1bは純クロム膜であり、そ
の厚さは約 650Åとされている。この中間層1bには、
トレーサとしてモリブデン(Mo)が約1%程度含有さ
れている。モリブデンを含有させる方法としては、例え
ば中間層1bのスパッタリング時にターゲットにモリブ
デンを混入しておく構成等が考えられる。モリブデンは
周知のように不活性な金属であり、よって純クロムに上
記のような少量のモリブデンを含有させても中間層1b
は純クロムとしての特性を示す。
【0017】また、下層1cは酸化クロム膜であり、そ
の厚さは約50Åとされている。この下層1cは中間層1
bをガラス基板2に形成するために設けられる層であ
る。即ち、純クロムはガラス基板2との接合性が良くな
いため、単にガラス基板2上に純クロムをスパッタリン
グすると、純クロムはガラス基板2から剥離してしまう
ことが知られている。従って、純クロム及びガラス基板
2と共に接合性のよい酸化クロムを先ずガラス基板2上
に形成し、この酸化クロム膜(下層1c)上に純クロム
膜である中間層1bを形成することにより各層の接合性
を向上することができ、多層膜1の信頼性を向上させる
ことができる。
【0018】この下層1cには、トレーサとしてチタン
(Ti)が約1%程度含有されている。チタンを含有さ
せる方法としては、中間層1bの場合と同様に、例えば
下層1cのスパッタリング時にターゲットにチタンを混
入しておく構成等が考えられる。チタンも安定した金属
であり、よって少量含有させても下層1bは酸化クロム
としての特性を示す。
【0019】上記のように、中間層1b及び下層1cに
は夫々異なる性質を有するモリブデン及びチタンがトレ
ーサとして含有されている。また、含有されたモリブデ
ン及びチタンは共に安定した元素でありまた含有量も少
ないため、モリブデン及びチタンが中間層1b及び下層
1cに影響を及ぼすようなことはない。従って、多層膜
1は半導体材料として実際に用いることができ、特に膜
厚測定を行うためだけに製造される試料ではない。
【0020】続いて、上記のようにトレーサを含有した
多層膜1の各層の膜厚測定を行う方法について説明す
る。
【0021】膜厚測定を行うには、X線発生装置3から
多層膜1に向け一次X線(励起X線)4を照射する。X
線は波長が短いため多層膜1の各層1a,1b,1cに
到達する。この各層1a,1b,1cにおいて、トレー
サとしてモリブデン又はチタンが含有されている中間層
1b及び下層1cでは、一次X線によりモリブデン,チ
タンは励起され蛍光X線(特性X線:図中太字の矢印で
示す)を発生する。即ち、中間層1bと下層1cで、夫
々特性の異なる蛍光X線が発生する。この蛍光X線は検
出装置5により検出され、吸収法又は励起法により各層
1a,1b,1cの膜厚が測定される。本実施例では、
上層1aの膜厚測定に吸収法を用い、また中間層1b及
び下層1cの膜厚測定に励起法を用いた。
【0022】ここで、吸収法及び励起法について簡単に
説明しておく。尚、説明の便宜上、図2に示されるよう
な上層膜6と下層膜7とにより構成される2層膜8の膜
厚測定に、吸収法及び励起法を適用した例について以下
説明する。
【0023】吸収法及び励起法は共に蛍光X線膜厚測定
方法のひとつであり、被測定膜に対して一次X線を照射
し、それにより被測定膜から得られる蛍光X線の強度か
ら膜厚を測定することを基本原理とする。
【0024】吸収法は、下層膜7の蛍光X線の強度から
上層膜6の膜厚を測定する方法である。この吸収法によ
る膜厚測定では、トレーサは下層膜7に含有させてお
く。具体的な測定方法としては、先ず一次X線を2層膜
8に照射する。一次X線が照射されることにより、トレ
ーサが含有された下層膜7は蛍光X線を発生する。この
際、照射される一次X線が一定であり、また下層膜7の
厚さが一定であるとすると、発生する蛍光X線の強さは
一定となる。しかし、下層膜7の上に上層膜6が存在す
ると、蛍光X線は上層膜6の膜厚に依存してその強度が
変化する。上層膜6の膜厚と検出される蛍光X線の強度
との関係は、例えば図3のようになる。よって、蛍光X
線の強度より上層膜6の膜厚を測定することができ、こ
のようにして膜厚を測定する方法を吸収法という。
【0025】一方、励起法は、上層膜6の蛍光X線の強
度から上層膜6の膜厚を測定する方法であり、この励起
法ではトレーサは上層膜6に含有させておく。具体的な
測定方法としては、先ず一次X線を2層膜8に照射す
る。一次X線が照射されることにより、トレーサが含有
された上層膜6は蛍光X線を発生する。この際、前記し
たように、照射される一次X線が一定であり、また上層
膜6の厚さが一定であるとすると、発生する蛍光X線の
強さは一定となる。しかし、上層膜6の厚さが変化する
と、蛍光X線は上層膜6の膜厚に依存してその強度を変
化させる。上層膜6の膜厚と検出される蛍光X線の強度
との関係は、例えば図4のようになる。よって、蛍光X
線の強度より上層膜6の膜厚を測定することができ、こ
のようにして膜厚を測定する方法を励起法という。
【0026】再び図1に戻り、多層膜1の膜厚測定につ
いて説明を続ける。前記したように、本実施例では上層
1aの膜厚測定に吸収法を用い、また中間層1b及び下
層1cの膜厚測定に励起法を用いている。よって、上層
1aの膜厚及び中間層1bの膜厚はモリブデンの蛍光X
線(Mo−Lα,Mo−Kα)を検出することにより求
めることができ、また下層1cの膜厚はチタンの蛍光X
線(Ti−Kα)より求めることができる。このよう
に、多層膜1を構成する各層1a,1b,1cにトレー
サを混入することにより、各層1a,1b,1cの膜厚
を夫々正確に測定することができる。これにより、例え
ば多層膜1に対してエッチング処理を行う場合におい
て、上記測定方法により各層1a,1b,1cの膜厚が
予め正確に測定されているため、エッチング時間の制御
等を膜厚に基づき適正に行うことができ、加工精度(寸
法精度)を向上することができる。
【0027】尚、上記実施例では上層1aにはトレーサ
を含有しない構成を示したが、上層1aに他の層1b,
1cと異なるトレーサ(例えばタングステン)等を含有
させてもよい。しかるに、トレーサが含有されていない
こと自体が上層1aを識別する手段となるため、吸収法
を用いて上層1aの膜厚測定を行う限り、上層1aにト
レーサを含有させる必要はない。但し、上層1aの膜厚
測定を励起法で行おうとした場合には、上層1aに何ら
かのトレーサを含有させる必要があることは、前記して
きた説明より明白である。
【0028】また、上記した実施例では各層1a,1
b,1cの膜厚を行うのに、吸収法と励起法を併用した
構成を示したが、これに限るものではなく、吸収法の
み、またと励起法のみで各膜1a,1b,1cの膜厚測
定を行う構成としてよい。更に、本実施例では多層膜1
として3層膜構造のものを例に挙げて説明したが、本発
明は他の多層膜についても適用できることは勿論であ
る。
【0029】
【発明の効果】上述の如く本発明によれば、各層には一
次X線の照射により異なる特性を示すトレーサが混入さ
れているため、各層では夫々異なった蛍光X線が励起さ
れる。よって、この異なる蛍光X線を夫々測定すること
により、各蛍光X線に対応した層の膜厚を検知すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である多層膜の膜厚測定方法
を説明するための図である。
【図2】吸収法と励起法の測定原理を説明するための図
である。
【図3】吸収法における上層膜厚と蛍光X線強度との関
係を示す図である。
【図4】励起法における上層膜厚と蛍光X線強度との関
係を示す図である。
【符号の説明】
1 多層膜 1a 上層 1b 中間層 1c 下層 3 X線発生装置 4 一次X線 5 検出装置
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 15/00 - 15/08 G01N 23/00 - 23/227

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 蛍光X線を用いた多層膜の膜厚測定方法
    において、該多層膜を形成する際、該X線が照射される
    ことにより夫々異なる特性を有する蛍光X線を励起する
    トレーサを各層毎に異ならせて混入し、該トレーサが混
    入された多層膜に対して該X線を照射し、各層にて励起
    される蛍光X線に基づき該各層の膜厚を測定することを
    特徴とする多層膜の膜厚測定方法。
  2. 【請求項2】 蛍光X線を用いたクロム(Cr)多層膜
    の膜厚測定方法において、該クロム多層膜を形成する
    際、一次X線が照射されることにより夫々異なる蛍光X
    線を励起するチタン(Ti)又はモリブデン(Mo)又
    はニッケル(Ni)又はタングステン(W)をトレーサ
    として各金属膜層毎に異ならせて混入し、該トレーサが
    混入されたクロム多層膜に対して一次X線を照射し、各
    金属膜層にて励起される蛍光X線に基づき各金属膜層の
    膜厚を測定することを特徴とする多層膜の膜厚測定方
    法。
  3. 【請求項3】 該各層の膜厚を測定する方法として吸収
    法を用いてなることを特徴とする請求項1又は2記載の
    多層膜の膜厚測定方法。
  4. 【請求項4】 該各層の膜厚を測定する方法として励起
    法を用いてなることを特徴とする請求項1又は2記載の
    多層膜の膜厚測定方法。
  5. 【請求項5】 該各層の膜厚を測定する方法として吸収
    法と励起法を併用してなることを特徴とする請求項1又
    は2記載の多層膜の膜厚測定方法。
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