JP4070887B2 - 膜厚測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体基板や、液晶パネル用のガラス基板などの基板上に形成された薄膜の膜厚を測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程においては、基板上に薄膜が形成される場合が多い。例えば、基板上にパターンを形成する際にはフォトレジスト膜が形成され、また、ＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）構造を形成する際には絶縁膜が形成される。
【０００３】
基板上に形成された薄膜の膜厚は、通常、光学的手法を用いて測定される。すなわち、薄膜が形成された基板上に光を照射し、基板において反射した光の強度から反射率を求めることによって膜厚が決定される。なお、このような測定を行う装置では、光源として白熱電球や水銀ランプ、タングステンランプなどが採用され、また、反射光の強度の測定には、回折格子と受光素子とを組み合わせた分光計が採用されている。
【０００４】
上記の測定においては、予め、光源から射出された基準となる光の強度が測定される。反射率は、薄膜が形成された基板について測定された反射光の強度と、基準となる光の強度との比から求められる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光源から射出される光の強度は、時間とともに常に変動している。したがって、基準となる光の強度を測定した時点と、薄膜が形成された基板からの反射光の強度を測定した時点とでは、光源から射出される光の強度は異なっている。光源から射出される光の強度の時間的な変動が無視できない場合には、反射率を精度よく求めることができず、膜厚を正確に決定できないという問題があった。
【０００６】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、光源から射出される光の強度の時間的な変動に依らず、薄膜の膜厚を正確に測定することができる技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装置は、基板上に形成された薄膜の膜厚を測定するための膜厚測定装置であって、前記薄膜の膜厚を測定するのに適した光を射出する光源部と、前記光源部から射出された光を、前記基板を照射する第１の光と、前記基板を照射しない第２の光とに分離する光分離部と、前記基板を照射する前記第１の光のうち、前記基板からの反射光を測定するための第１の受光部と、前記第１の受光部における測定と同時に、前記第２の光を測定するための第２の受光部と、前記第１の受光部によって測定された第１の測定値を、前記第２の測定によって測定された第２の測定値を用いて補正することによって求められる前記第１の光の反射率の実測値と、前記薄膜の複数の膜厚値から予測される反射率の予測値とから、前記薄膜の膜厚を決定する膜厚決定部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この膜厚測定装置では、第１の光のうち基板から反射される光を測定すると同時に、光源から射出される第２の光を測定することができる。したがって、光源から射出される光の時間的な変動が無視できない場合にも、第１の測定値と第２の測定値とから求められる反射率の実測値と、複数の薄膜の膜厚値に応じた反射率の予測値とを用いて、薄膜の膜厚を正確に測定することができる。
【０００９】
上記の膜厚測定装置において、前記光源部は、ほぼ単色の光を射出する半導体発光素子を含むようにしてもよい。
【００１０】
光源部として半導体発光素子を用いる場合には、白熱電球や水銀ランプなどを用いた場合に比べ、その点灯時から安定した光を射出することができる。したがって、光源部として半導体発光素子を用いて、光源部から射出される光の変動をできるだけ小さくすれば、より正確に膜厚を測定することが可能となる。
【００１１】
また、上記の膜厚測定装置において、前記半導体発光素子は、異なる複数の光を射出する発光ダイオードを含むようにしてもよい。
【００１２】
このように、光源部として異なる複数の光を射出する発光ダイオードを用いれば、複数の波長について反射率の実測値を求めることができるので、より正確に膜厚を測定することが可能となる。
【００１３】
【発明の他の態様】
この発明は、以下のような他の態様も含んでいる。第１の態様は、上記の発明の各部の機能をコンピュータに実現させるためのコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【００１４】
第２の態様は、コンピュータに上記の発明の各部の機能を実現させるコンピュータプログラムを通信経路を介して供給するプログラム供給装置としての態様である。こうした態様では、プログラムをネットワーク上のサーバなどに置き、通信経路を介して、必要なプログラムをコンピュータにダウンロードし、これを実行することで、上記の装置を実現することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例：
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施例としての膜厚測定装置の構成を示す説明図である。この膜厚測定装置は、半導体ウェハＷに形成された絶縁膜の膜厚を測定するための装置であり、測定光学系を配置するための筐体１００と、信号処理部２００と、駆動系コントロール部３００とを備えている。
【００１６】
筐体１００は、その底部に水平面内で移動可能なＸＹステージ１１０を備えている。ウェハＷは、ＸＹステージ１１０上に載置される。筐体１００の上面には、その中央付近に光源部１２０が設けられている。図中、光源部１２０の左側には、第１の受光部１３０が、支持柱１３２とブラケット１３４とを介して筐体１００に取り付けられている。光源部１２０の右側には、第２の受光部１４０が、支持柱１４２とブラケット１４４とを介して筐体１００に取り付けられている。また、筐体１００には、光源部１２０から射出された光を２つの受光部１３０，１４０に導くためのハーフミラー１５０と、２つの集光レンズ１６０，１７０とが設けられている。第１の集光レンズ１６０は、筐体１００の側壁に設けられた支持柱１６２とブラケット１６４とを介して筐体１００に取り付けられている。第２の集光レンズ１７０は、筐体１００の上面に設けられた支持柱１７２とブラケット１７４とを介して筐体１００に取り付けられている。同様に、ハーフミラー１５０も図示しない支持柱、ブラケットによって筐体１００に取り付けられている。
【００１７】
光源部１２０から一定の角度で射出された光は、その一部がハーフミラー１５０を透過し、他の一部はハーフミラー１５０で反射する。ハーフミラー１５０を透過した一部の光は、集光レンズ１６０を通過してウェハＷを照射する。ウェハＷ上で反射された光束は、集光レンズ１６０を通過した後、ハーフミラー１５０で反射され、第１の受光部１３０に到達する。一方、光源部１２０から射出され、ハーフミラー１５０で反射した他の一部の光は、第２の集光レンズ１７０を通過して第２の受光部１４０に到達する。
【００１８】
上記の説明から分かるように、第１の受光部１３０は、ウェハＷから反射された光の強度を測定する。第２の受光部１４０は、光源部１２０から射出された光の強度を測定する。このような構成を採用することにより、第１の受光部１３０においてウェハＷからの反射光の強度を測定すると同時に、第２の受光部１４０は、光源部１２０からの光の強度を測定することができる。したがって、第１の受光部１３０で測定された光の強度Ｉm1を、第２の受光部１４０で測定された光の強度Ｉm2を用いて補正すれば、ウェハＷ上で反射する光の反射率を正確に求めることができる。
【００１９】
また、このようにすれば、光源部１２０から射出される光の強度が、時間的に変動する場合であっても、時間的な変動に応じた光の強度を第２の受光部１４０において測定することができるので、第１の受光部１３０において測定されるウェハＷからの反射光の強度をうまく補正することができる。これにより、光源部１２０から射出される光の強度に影響されることなく、精度の高い反射率を求めることができる。
【００２０】
なお、光源部１２０としては、射出される光の強度の時間的な変動が少ないものを用いることが好ましい。本実施例においては、光源部１２０として、光の強度の時間的な変動が少ない発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いている。ところで、ウェハＷ上で反射される光の強度は波長に依存するので、通常の膜厚測定では、分光器を用いて反射光のスペクトルを測定している。一方、発光ダイオードは、ほぼ単色の光を射出するので、反射光の波長は既知であり、その強度を測定できればよく、分光器を用いる必要はない。そこで、本実施例では、２つの受光部１３０，１４０として、フォトダイオード（ＰＤ）が用いられている。
【００２１】
信号処理部２００（図１）は、図示しないメインメモリとＣＰＵと入力装置と表示装置とを備えたコンピュータであり、そのメインメモリには、膜厚決定部２１０としての機能を実現するためのコンピュータプログラムが格納されている。信号処理部２００には、ウェハＷで反射される光の分光反射率の予測値Ｒｃを格納するハードディスク装置２２０が電気的に接続されている。また、信号処理部２００には、２つの受光部１３０，１４０が電気的に接続されている。
【００２２】
膜厚決定部２１０は、２つの受光部１３０，１４０において測定された光の強度に基づいて、反射率の実測値Ｒｍを求める。膜厚決定部２１０は、反射率の実測値Ｒｍと、分光反射率の予測値Ｒｃとを比較して、予測値Ｒｃと実測値Ｒｍとの一致度から膜厚を決定する。
【００２３】
さらに、信号処理部２００には、筐体１００のＸＹステージ１１０を駆動するための駆動系コントロール部３００が電気的に接続されている。したがって、駆動系コントロール部３００によってＸＹステージ１１０を制御することにより、ウェハＷ上の任意の位置を測定位置として決定することができる。
【００２４】
なお、上述の膜厚決定部２１０の機能を実現するコンピュータプログラムは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で提供される。コンピュータは、その記録媒体からコンピュータプログラムを読み取って内部記憶装置または外部記憶装置に転送する。あるいは、通信経路を介してコンピュータにコンピュータプログラムを供給するようにしてもよい。コンピュータプログラムの機能を実現する時には、内部記憶装置に格納されたコンピュータプログラムがコンピュータのマイクロプロセッサによって実行される。また、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムをコンピュータが読み取って直接実行するようにしてもよい。
【００２５】
この明細書において、コンピュータとは、ハードウェア装置とオペレーションシステムとを含む概念であり、オペレーションシステムの制御の下で動作するハードウェア装置を意味している。また、オペレーションシステムが不要でアプリケーションプログラム単独でハードウェア装置を動作させるような場合には、そのハードウェア装置自体がコンピュータに相当する。ハードウェア装置は、ＣＰＵ等のマイクロプロセッサと、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムを読み取るための手段とを少なくとも備えている。コンピュータプログラムは、このようなコンピュータに、上述の各手段の機能を実現させるプログラムコードを含んでいる。なお、上述の機能の一部は、アプリケーションプログラムでなく、オペレーションシステムによって実現されていても良い。
【００２６】
なお、この発明における「記録媒体」としては、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＲＯＭカートリッジ、パンチカード、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピュータの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリ）および外部記憶装置等の、コンピュータが読取り可能な種々の媒体を利用できる。
【００２７】
図２は、反射率の分光特性の予測値Ｒｃ（λ）の一例を示すグラフである。反射率の分光特性の予測値Ｒｃ（λ）は、基板および薄膜の光学定数、薄膜の膜厚から求められる。図２のグラフには、半導体基板上に酸化膜が形成されたウェハＷについて、膜厚ｄがそれぞれ１０ｎｍ，５ｎｍである場合の反射率の分光特性の予測値Ｒｃ（λ）が示されている。図２に示す反射率Ｒは、ウェハＷからの反射光の強度を、酸化膜が形成されていない半導体基板から反射された光の強度が１００％となるように調整されている。すなわち、酸化膜が形成されていない半導体基板から反射された光の強度が、反射率を求める際の基準となっている。このときの反射率の分光特性Ｒｃ（λ）は、以下の式（１）で表される。
【００２８】
Ｒｃ（λ）＝ＩWO（λ）／ＩSO（λ） ・・・（１）
【００２９】
ここで、ＩWO（λ）は、ウェハＷからの反射光のうち波長λの光の強度を示しており、ＩSO（λ）は、酸化膜が形成されていない半導体基板から反射された光のうち波長λの光の強度を示している。
【００３０】
図２のグラフから分かるように、酸化膜の光学的厚みが光の波長に対して非常に小さい（波長の約１／１０以下）場合には、反射率Ｒの１００％からの差は小さい。例えば、酸化膜の膜厚ｄが１０ｎｍの場合には、波長４００〜５００ｎｍの光に対して反射率Ｒは約９７〜９８％となっており、酸化膜が形成されていない半導体基板から反射された場合の反射率（図２においては１００％）との差は約２〜３％である。
【００３１】
このように、酸化膜の光学的厚みが光の波長に対して非常に小さく、反射率の差があまり表れない場合にも、本実施例の膜厚測定装置（図１）を用いれば、膜厚を決定することができる。すなわち、この膜厚測定装置では、第１の受光部１３０においてウェハＷからの反射光の強度を測定するのと同時に、第２の受光部１４０において光源部１２０から射出される光の強度を測定するので、膜厚に応じた反射率の差がわずかである場合にも、精度よく反射率を求めることができる。
【００３２】
この膜厚測定装置では、第１の受光部１３０で測定されたウェハＷからの反射光の強度Ｉm1は、第２の受光部１４０で測定された光源部１２０から射出された光の強度Ｉm2を用いて補正される。すなわち、光源部１２０から射出された光の強度が反射率を求める際の基準となる。このときの反射率Ｒｍ（λ）は、以下の式（２）で表される。
【００３３】
Ｒｍ（λ）＝ｋ（λ）×Ｉm1（λ）／Ｉm2（λ） ・・・（２）
【００３４】
ここで、Ｉm1（λ）は、第１の受光部１３０で測定されたウェハＷからの反射光の強度を示しており、Ｉm2（λ）は、第１の受光部１３０においてＩm1（λ）が測定されるのと同時に、第２の受光部１４０で測定されたハーフミラー１５０において反射した光の強度を示している。また、ｋ（λ）は、光の波長λに依存する所定の関数である。
【００３５】
本実施例の膜厚測定装置（図１）においては、関数ｋ（λ）として、予め第１および第２の受光部１３０，１４０において、酸化膜が形成されていない半導体基板について測定される次の式（３）で表される値が用いられる。
【００３６】
【００３７】
ここで、Ｉm10（λ）は、第１の受光部１３０で測定される酸化膜が形成されていない半導体基板からの反射光の強度を示しており、Ｉm20（λ）は、第１の受光部１３０においてＩm10（λ）が測定されるのと同時に、第２の受光部１４０で測定された光の強度を示している。
【００３８】
このように決定される関数ｋ（λ）を用いれば、式（２）から得られる反射率の実測値Ｒm（λ）と、図２の予測値Ｒｃ（λ）とを直接比較することができる。
【００３９】
関数ｋ（λ）は、本実施例においては、上記のように酸化膜が形成されていない半導体基板について予め測定を行うことによって求められるが、計算によってもおおよそ見積もることができる。すなわち、ハーフミラー１５０の反射率、透過率、および酸化膜が形成されていない半導体基板の反射率が既知であれば、式（３）のＩm10（λ），Ｉm20（λ）の値を見積もることができるので、関数ｋ（λ）を求めることが可能である。ただし、本実施例のように、関数ｋ（λ）を酸化膜が形成されていない半導体基板について測定を行うことによって求める場合には、より正確に反射率を求めることができるという利点がある。
【００４０】
上記のように得られる分光特性の実測値Ｒｍ（λ）を用いれば、図１の光源部１２０から射出された光が、ほぼ単色の光とみなせる場合にも、その波長に対する反射率から膜厚を決定することができる。例えば、光源部１２０が、中心波長４７０ｎｍのほぼ単色の光を射出するＬＥＤである場合に、その反射率の実測値Ｒｍ（４７０ｎｍ）としてほぼ９８％の値が得られた場合には、図２の反射率の分光特性の予測値Ｒｃ（λ）に従って、膜厚を１０ｎｍと決定することができる。
【００４１】
このように、本実施例の膜厚測定装置を用いれば、基板上の薄膜の光学的厚みが、光の波長に対してかなり小さい場合にも、反射率の実測値Ｒｍを精度よく求めることができる。これにより、膜厚ｄを正確に決定することが可能となる。
【００４２】
なお、本実施例においては、光源部１２０としてほぼ単色とみなせるＬＥＤを用いているが、波長の異なる複数のＬＥＤを組み合わせて用いてもよい。この場合には、波長の異なる複数のＬＥＤが１パッケージに収められているものを使用することができる。こうすれば、複数の異なる波長の光についてそれぞれ反射率の実測値Ｒｍが得られるので、これらの複数の実測値Ｒｍを用いてより正確な膜厚を決定することができる。
【００４３】
Ｂ．第２実施例：
図３は、本発明の第２実施例としての膜厚測定装置の構成を示す概念図である。この膜厚測定装置は、図１の装置とほぼ同様の構成を有するので、詳細な説明は省略する。なお、図３に示す膜厚測定装置では、図１の測定光学系を位置決めするための筐体１００の図示は省略されている。
【００４４】
本実施例の装置では、図１の集光レンズ１７０が備えられていない。したがって、この装置では、光源部１２０から射出された光束のうちハーフミラー１５０で反射された光が、集光されずに第２の受光部１４０に向かう。このとき、ハーフミラー１５０で反射された光は、第２の受光部１４０が設けられた位置では、その受光領域より大きな径を有する光束となっている。したがって、受光部１４０には、ハーフミラー１５０で反射された光束の一部のみが入射する。
【００４５】
この場合にも、第２の受光部１４０は、光源部１２０から射出される光の強度の時間的な変動を捉えることができるので、第１の受光部１３０においてウェハＷからの反射光を測定すると同時に、第２の受光部１４０において光源部１２０からの光を測定することができる。したがって、第１実施例において説明したように、第１の受光部１３０で測定された光の強度を、第２の受光部１４０で測定された光の強度で補正すれば、ウェハＷ上で反射する光の反射率を求めて膜厚を決定することができる。
【００４６】
Ｃ．第３実施例：
図４は、本発明の第３実施例としての膜厚測定装置の構成を示す概念図である。この膜厚測定装置は、図１，図３の装置とほぼ同様の構成を有するので、詳細な説明は省略する。なお、図４では、図１の測定光学系を位置決めするための筐体１００の図示は省略されている。
【００４７】
図４に示す装置では、図１，図３に示すハーフミラー１５０に代えて、両面ミラー１５２が備えられている。両面ミラー１５２は、光源部１２０から射出された光束の右側半分のみを反射する位置に設置されている。このとき、両面ミラー１５２で反射された光は、集光レンズ１８２を通過した後、第２の受光部１４０に入射する。一方、光源部１２０から射出された光束の左側半分は、集光レンズ１８０の左半分の領域を通過した後、ウェハＷに到達する。ウェハＷで反射した光は、集光レンズ１８０の右側半分の領域を通過した後、両面ミラー１５２で反射される。両面ミラー１５２で反射された光は、第１の受光部１３０に入射する。
【００４８】
本実施例においても、第１の受光部１３０においてウェハＷからの反射光の強度を測定すると同時に、第２の受光部１４０において光源部１２０からの光の強度を測定することができる。したがって、第１の受光部１３０で測定された光の強度を、第２の受光部１４０で測定された光の強度で補正することができるので、ウェハＷ上で反射する光の反射率を正確に求めることができる。
【００４９】
また、本実施例の構成を用いれば、第１の受光部１３０に入射するウェハＷからの反射光の強度を大きくすることができる。すなわち、本実施例においては、ウェハＷからの反射光が、両面ミラー１５２によってほとんどすべて反射されるので、第１の受光部１３０において測定される光の強度は、ハーフミラーによって反射される場合に比べ、ほぼ２倍の強度となる。こうすれば、さらに精度よく反射率を測定して、正確な膜厚を決定することが可能となる。
【００５０】
Ｄ．第４実施例：
図５は、本発明の第４実施例としての膜厚測定装置の構成を示す概念図である。なお、図５では、図１の測定光学系を位置決めするための筐体１００の図示は省略されている。本実施例の膜厚測定装置では、光源部１２０から射出された光を分離するために、偏光ビームスプリッタ４００を用いている。
【００５１】
光源部１２０から射出されたｐ偏光とｓ偏光とを含む光束は、集光レンズ１８４によって平行光とされた後、偏光ビームスプリッタ４００に入射する。偏光ビームスプリッタ４００に入射した光は、２つのプリズムの界面に形成された偏光分離膜４０２によってｐ偏光とｓ偏光とに分離される。ｓ偏光は、偏光分離膜４０２で反射された後、集光レンズ１８５を通過して第２の受光部１４０に到達する。一方、ｐ偏光は、偏光分離膜４０２を透過した後、集光レンズを通過してλ／４板４２０に入射する。λ／４板４２０は、入射した直線偏光を円偏光に変換する機能を有している。したがって、λ／４板４２０に入射したｐ偏光は、円偏光に変換されて、ウェハＷに到達する。ウェハＷを反射した光はさらにλ／４板４２０を通過することによりｓ偏光に変換される。このｓ偏光は、集光レンズ１８６を通過した後、偏光ビームスプリッタ４００の偏光分離膜４０２によって反射される。反射されたｓ偏光は、集光レンズ１８７を通過した後、第１の受光部１３０に到達する。
【００５２】
図５に示すように、図１，図３に示すハーフミラー１５０、あるいは図４に示す両面ミラー１５２に代えて偏光ビームスプリッタ４００を用いた場合にも、第１の受光部１３０において、光源部１２０から射出された一部の光のウェハＷからの反射光を測定すると同時に、第２の受光部１４０において光源部１２０からの光の一部を測定することができる。
【００５３】
また、本実施例の構成を用いれば、第３実施例と同様に、第１の受光部１３０において測定される光の強度を大きくすることができる。すなわち、本実施例においては、ウェハＷで反射された光がλ／４板４２０によってｓ偏光に変換される。変換されたｓ偏光は偏光ビームスプリッタ４００の偏光分離膜４０２によってほとんどすべて反射されるので、第１の受光部１３０において測定される光の強度は、ハーフミラーによって反射される場合に比べ、ほぼ２倍の強度となる。これにより、反射率を精度よく測定することができるので、より正確な膜厚を決定することが可能となる。
【００５４】
以上、説明したように、上記実施例においては、２つの受光部１３０，１４０を用いて、ウェハＷから反射された光を測定すると同時に、光源部１２０から射出された光の一部を測定しているので、光源部１２０から射出される光の強度が時間的に変動する場合にも、ウェハＷから反射される光の反射率の実測値Ｒｍを精度よく求めることができる。したがって、反射率の実測値Ｒｍと予測値Ｒｃとから、ウェハＷに形成された薄膜の膜厚を正確に決定することが可能となる。
【００５５】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５６】
（１）上記実施例においては、光源部１２０としてほぼ単色の光とみなせる発光ダイオードを用いているが、光源部１２０としては、半導体レーザなどの他の半導体発光素子を用いてもよい。半導体レーザは、単一波長であるため、より正確な測定ができる可能性があるが、異なる複数の光を射出する発光ダイオードを用いた場合の方が安価に膜厚測定装置を構成することができるという利点がある。
【００５７】
（２）上記実施例においては、光源部１２０としてＬＥＤを用いているが、これに代えて波長領域の広い光源、例えば、重水素放電管やハロゲンランプ、水銀ランプなどを用いてもよい。この場合には、２つの受光部１３０，１４０として、分光計を用いればよい。あるいは、第２の受光部１４０への光の入射側にフィルタを設けるようにしてもよい。こうすれば、広い波長領域での反射率を連続的に測定することができるので、反射率の連続的な実測値Ｒｍと予測値Ｒｃとから、膜厚を決定することができる。ただし、上記実施例のように、光源部１２０としてＬＥＤを用いれば、重水素放電管やハロゲンランプなどを用いた場合と比べ、光の強度の時間的な変動が少ないという利点があるとともに、安価に膜厚測定装置を構成することができるという利点がある。
【００５８】
（３）上記実施例では、光源部１２０から射出された光がウェハＷにほぼ垂直に入射する場合について説明したが、本発明は、光がウェハＷに対して斜めに入射する場合にも適用可能である。この場合には、ウェハＷへの光の入射角度に応じて分光反射率の予測値Ｒｃを求めればよい。
【００５９】
（４）上記実施例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としての膜厚測定装置の構成を示す説明図。
【図２】反射率の分光特性の予測値Ｒｃ（λ）の一例を示すグラフ。
【図３】本発明の第２実施例としての膜厚測定装置の構成を示す概念図。
【図４】本発明の第３実施例としての膜厚測定装置の構成を示す概念図。
【図５】本発明の第４実施例としての膜厚測定装置の構成を示す概念図。
【符号の説明】
１００…筐体
１１０…ＸＹステージ
１２０…光源部
１３０，１４０…受光部
１３２，１４２，１６２，１７２…支持柱
１３４，１４４，１６４，１７４…ブラケット
１５０…ハーフミラー
１５２…両面ミラー
１６０，１７０…集光レンズ
１８０，１８２…集光レンズ
１８４，１８５，１８６，１８７…集光レンズ
２００…信号処理部
２１０…膜厚決定部
２２０…ハードディスク装置
３００…駆動系コントロール部
４００…偏光ビームスプリッタ
４０２…偏光分離膜
Ｗ…半導体ウェハ
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体基板や、液晶パネル用のガラス基板などの基板上に形成された薄膜の膜厚を測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程においては、基板上に薄膜が形成される場合が多い。例えば、基板上にパターンを形成する際にはフォトレジスト膜が形成され、また、ＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）構造を形成する際には絶縁膜が形成される。
【０００３】
基板上に形成された薄膜の膜厚は、通常、光学的手法を用いて測定される。すなわち、薄膜が形成された基板上に光を照射し、基板において反射した光の強度から反射率を求めることによって膜厚が決定される。なお、このような測定を行う装置では、光源として白熱電球や水銀ランプ、タングステンランプなどが採用され、また、反射光の強度の測定には、回折格子と受光素子とを組み合わせた分光計が採用されている。
【０００４】
上記の測定においては、予め、光源から射出された基準となる光の強度が測定される。反射率は、薄膜が形成された基板について測定された反射光の強度と、基準となる光の強度との比から求められる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光源から射出される光の強度は、時間とともに常に変動している。したがって、基準となる光の強度を測定した時点と、薄膜が形成された基板からの反射光の強度を測定した時点とでは、光源から射出される光の強度は異なっている。光源から射出される光の強度の時間的な変動が無視できない場合には、反射率を精度よく求めることができず、膜厚を正確に決定できないという問題があった。
【０００６】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、光源から射出される光の強度の時間的な変動に依らず、薄膜の膜厚を正確に測定することができる技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装置は、基板上に形成された薄膜の膜厚を測定するための膜厚測定装置であって、前記薄膜の膜厚を測定するのに適した光を射出する光源部と、前記光源部から射出された光を、前記基板を照射する第１の光と、前記基板を照射しない第２の光とに分離する光分離部と、前記基板を照射する前記第１の光のうち、前記基板からの反射光を測定するための第１の受光部と、前記第１の受光部における測定と同時に、前記第２の光を測定するための第２の受光部と、前記第１の受光部によって測定された第１の測定値を、前記第２の測定によって測定された第２の測定値を用いて補正することによって求められる前記第１の光の反射率の実測値と、前記薄膜の複数の膜厚値から予測される反射率の予測値とから、前記薄膜の膜厚を決定する膜厚決定部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この膜厚測定装置では、第１の光のうち基板から反射される光を測定すると同時に、光源から射出される第２の光を測定することができる。したがって、光源から射出される光の時間的な変動が無視できない場合にも、第１の測定値と第２の測定値とから求められる反射率の実測値と、複数の薄膜の膜厚値に応じた反射率の予測値とを用いて、薄膜の膜厚を正確に測定することができる。
【０００９】
上記の膜厚測定装置において、前記光源部は、ほぼ単色の光を射出する半導体発光素子を含むようにしてもよい。
【００１０】
光源部として半導体発光素子を用いる場合には、白熱電球や水銀ランプなどを用いた場合に比べ、その点灯時から安定した光を射出することができる。したがって、光源部として半導体発光素子を用いて、光源部から射出される光の変動をできるだけ小さくすれば、より正確に膜厚を測定することが可能となる。
【００１１】
また、上記の膜厚測定装置において、前記半導体発光素子は、異なる複数の光を射出する発光ダイオードを含むようにしてもよい。
【００１２】
このように、光源部として異なる複数の光を射出する発光ダイオードを用いれば、複数の波長について反射率の実測値を求めることができるので、より正確に膜厚を測定することが可能となる。
【００１３】
【発明の他の態様】
この発明は、以下のような他の態様も含んでいる。第１の態様は、上記の発明の各部の機能をコンピュータに実現させるためのコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【００１４】
第２の態様は、コンピュータに上記の発明の各部の機能を実現させるコンピュータプログラムを通信経路を介して供給するプログラム供給装置としての態様である。こうした態様では、プログラムをネットワーク上のサーバなどに置き、通信経路を介して、必要なプログラムをコンピュータにダウンロードし、これを実行することで、上記の装置を実現することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例：
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施例としての膜厚測定装置の構成を示す説明図である。この膜厚測定装置は、半導体ウェハＷに形成された絶縁膜の膜厚を測定するための装置であり、測定光学系を配置するための筐体１００と、信号処理部２００と、駆動系コントロール部３００とを備えている。
【００１６】
筐体１００は、その底部に水平面内で移動可能なＸＹステージ１１０を備えている。ウェハＷは、ＸＹステージ１１０上に載置される。筐体１００の上面には、その中央付近に光源部１２０が設けられている。図中、光源部１２０の左側には、第１の受光部１３０が、支持柱１３２とブラケット１３４とを介して筐体１００に取り付けられている。光源部１２０の右側には、第２の受光部１４０が、支持柱１４２とブラケット１４４とを介して筐体１００に取り付けられている。また、筐体１００には、光源部１２０から射出された光を２つの受光部１３０，１４０に導くためのハーフミラー１５０と、２つの集光レンズ１６０，１７０とが設けられている。第１の集光レンズ１６０は、筐体１００の側壁に設けられた支持柱１６２とブラケット１６４とを介して筐体１００に取り付けられている。第２の集光レンズ１７０は、筐体１００の上面に設けられた支持柱１７２とブラケット１７４とを介して筐体１００に取り付けられている。同様に、ハーフミラー１５０も図示しない支持柱、ブラケットによって筐体１００に取り付けられている。
【００１７】
光源部１２０から一定の角度で射出された光は、その一部がハーフミラー１５０を透過し、他の一部はハーフミラー１５０で反射する。ハーフミラー１５０を透過した一部の光は、集光レンズ１６０を通過してウェハＷを照射する。ウェハＷ上で反射された光束は、集光レンズ１６０を通過した後、ハーフミラー１５０で反射され、第１の受光部１３０に到達する。一方、光源部１２０から射出され、ハーフミラー１５０で反射した他の一部の光は、第２の集光レンズ１７０を通過して第２の受光部１４０に到達する。
【００１８】
上記の説明から分かるように、第１の受光部１３０は、ウェハＷから反射された光の強度を測定する。第２の受光部１４０は、光源部１２０から射出された光の強度を測定する。このような構成を採用することにより、第１の受光部１３０においてウェハＷからの反射光の強度を測定すると同時に、第２の受光部１４０は、光源部１２０からの光の強度を測定することができる。したがって、第１の受光部１３０で測定された光の強度Ｉm1を、第２の受光部１４０で測定された光の強度Ｉm2を用いて補正すれば、ウェハＷ上で反射する光の反射率を正確に求めることができる。
【００１９】
また、このようにすれば、光源部１２０から射出される光の強度が、時間的に変動する場合であっても、時間的な変動に応じた光の強度を第２の受光部１４０において測定することができるので、第１の受光部１３０において測定されるウェハＷからの反射光の強度をうまく補正することができる。これにより、光源部１２０から射出される光の強度に影響されることなく、精度の高い反射率を求めることができる。
【００２０】
なお、光源部１２０としては、射出される光の強度の時間的な変動が少ないものを用いることが好ましい。本実施例においては、光源部１２０として、光の強度の時間的な変動が少ない発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いている。ところで、ウェハＷ上で反射される光の強度は波長に依存するので、通常の膜厚測定では、分光器を用いて反射光のスペクトルを測定している。一方、発光ダイオードは、ほぼ単色の光を射出するので、反射光の波長は既知であり、その強度を測定できればよく、分光器を用いる必要はない。そこで、本実施例では、２つの受光部１３０，１４０として、フォトダイオード（ＰＤ）が用いられている。
【００２１】
信号処理部２００（図１）は、図示しないメインメモリとＣＰＵと入力装置と表示装置とを備えたコンピュータであり、そのメインメモリには、膜厚決定部２１０としての機能を実現するためのコンピュータプログラムが格納されている。信号処理部２００には、ウェハＷで反射される光の分光反射率の予測値Ｒｃを格納するハードディスク装置２２０が電気的に接続されている。また、信号処理部２００には、２つの受光部１３０，１４０が電気的に接続されている。
【００２２】
膜厚決定部２１０は、２つの受光部１３０，１４０において測定された光の強度に基づいて、反射率の実測値Ｒｍを求める。膜厚決定部２１０は、反射率の実測値Ｒｍと、分光反射率の予測値Ｒｃとを比較して、予測値Ｒｃと実測値Ｒｍとの一致度から膜厚を決定する。
【００２３】
さらに、信号処理部２００には、筐体１００のＸＹステージ１１０を駆動するための駆動系コントロール部３００が電気的に接続されている。したがって、駆動系コントロール部３００によってＸＹステージ１１０を制御することにより、ウェハＷ上の任意の位置を測定位置として決定することができる。
【００２４】
なお、上述の膜厚決定部２１０の機能を実現するコンピュータプログラムは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で提供される。コンピュータは、その記録媒体からコンピュータプログラムを読み取って内部記憶装置または外部記憶装置に転送する。あるいは、通信経路を介してコンピュータにコンピュータプログラムを供給するようにしてもよい。コンピュータプログラムの機能を実現する時には、内部記憶装置に格納されたコンピュータプログラムがコンピュータのマイクロプロセッサによって実行される。また、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムをコンピュータが読み取って直接実行するようにしてもよい。
【００２５】
この明細書において、コンピュータとは、ハードウェア装置とオペレーションシステムとを含む概念であり、オペレーションシステムの制御の下で動作するハードウェア装置を意味している。また、オペレーションシステムが不要でアプリケーションプログラム単独でハードウェア装置を動作させるような場合には、そのハードウェア装置自体がコンピュータに相当する。ハードウェア装置は、ＣＰＵ等のマイクロプロセッサと、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムを読み取るための手段とを少なくとも備えている。コンピュータプログラムは、このようなコンピュータに、上述の各手段の機能を実現させるプログラムコードを含んでいる。なお、上述の機能の一部は、アプリケーションプログラムでなく、オペレーションシステムによって実現されていても良い。
【００２６】
なお、この発明における「記録媒体」としては、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＲＯＭカートリッジ、パンチカード、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピュータの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリ）および外部記憶装置等の、コンピュータが読取り可能な種々の媒体を利用できる。
【００２７】
図２は、反射率の分光特性の予測値Ｒｃ（λ）の一例を示すグラフである。反射率の分光特性の予測値Ｒｃ（λ）は、基板および薄膜の光学定数、薄膜の膜厚から求められる。図２のグラフには、半導体基板上に酸化膜が形成されたウェハＷについて、膜厚ｄがそれぞれ１０ｎｍ，５ｎｍである場合の反射率の分光特性の予測値Ｒｃ（λ）が示されている。図２に示す反射率Ｒは、ウェハＷからの反射光の強度を、酸化膜が形成されていない半導体基板から反射された光の強度が１００％となるように調整されている。すなわち、酸化膜が形成されていない半導体基板から反射された光の強度が、反射率を求める際の基準となっている。このときの反射率の分光特性Ｒｃ（λ）は、以下の式（１）で表される。
【００２８】
Ｒｃ（λ）＝ＩWO（λ）／ＩSO（λ） ・・・（１）
【００２９】
ここで、ＩWO（λ）は、ウェハＷからの反射光のうち波長λの光の強度を示しており、ＩSO（λ）は、酸化膜が形成されていない半導体基板から反射された光のうち波長λの光の強度を示している。
【００３０】
図２のグラフから分かるように、酸化膜の光学的厚みが光の波長に対して非常に小さい（波長の約１／１０以下）場合には、反射率Ｒの１００％からの差は小さい。例えば、酸化膜の膜厚ｄが１０ｎｍの場合には、波長４００〜５００ｎｍの光に対して反射率Ｒは約９７〜９８％となっており、酸化膜が形成されていない半導体基板から反射された場合の反射率（図２においては１００％）との差は約２〜３％である。
【００３１】
このように、酸化膜の光学的厚みが光の波長に対して非常に小さく、反射率の差があまり表れない場合にも、本実施例の膜厚測定装置（図１）を用いれば、膜厚を決定することができる。すなわち、この膜厚測定装置では、第１の受光部１３０においてウェハＷからの反射光の強度を測定するのと同時に、第２の受光部１４０において光源部１２０から射出される光の強度を測定するので、膜厚に応じた反射率の差がわずかである場合にも、精度よく反射率を求めることができる。
【００３２】
この膜厚測定装置では、第１の受光部１３０で測定されたウェハＷからの反射光の強度Ｉm1は、第２の受光部１４０で測定された光源部１２０から射出された光の強度Ｉm2を用いて補正される。すなわち、光源部１２０から射出された光の強度が反射率を求める際の基準となる。このときの反射率Ｒｍ（λ）は、以下の式（２）で表される。
【００３３】
Ｒｍ（λ）＝ｋ（λ）×Ｉm1（λ）／Ｉm2（λ） ・・・（２）
【００３４】
ここで、Ｉm1（λ）は、第１の受光部１３０で測定されたウェハＷからの反射光の強度を示しており、Ｉm2（λ）は、第１の受光部１３０においてＩm1（λ）が測定されるのと同時に、第２の受光部１４０で測定されたハーフミラー１５０において反射した光の強度を示している。また、ｋ（λ）は、光の波長λに依存する所定の関数である。
【００３５】
本実施例の膜厚測定装置（図１）においては、関数ｋ（λ）として、予め第１および第２の受光部１３０，１４０において、酸化膜が形成されていない半導体基板について測定される次の式（３）で表される値が用いられる。
【００３６】
ここで、Ｉm10（λ）は、第１の受光部１３０で測定される酸化膜が形成されていない半導体基板からの反射光の強度を示しており、Ｉm20（λ）は、第１の受光部１３０においてＩm10（λ）が測定されるのと同時に、第２の受光部１４０で測定された光の強度を示している。
【００３８】
このように決定される関数ｋ（λ）を用いれば、式（２）から得られる反射率の実測値Ｒm（λ）と、図２の予測値Ｒｃ（λ）とを直接比較することができる。
【００３９】
関数ｋ（λ）は、本実施例においては、上記のように酸化膜が形成されていない半導体基板について予め測定を行うことによって求められるが、計算によってもおおよそ見積もることができる。すなわち、ハーフミラー１５０の反射率、透過率、および酸化膜が形成されていない半導体基板の反射率が既知であれば、式（３）のＩm10（λ），Ｉm20（λ）の値を見積もることができるので、関数ｋ（λ）を求めることが可能である。ただし、本実施例のように、関数ｋ（λ）を酸化膜が形成されていない半導体基板について測定を行うことによって求める場合には、より正確に反射率を求めることができるという利点がある。
【００４０】
上記のように得られる分光特性の実測値Ｒｍ（λ）を用いれば、図１の光源部１２０から射出された光が、ほぼ単色の光とみなせる場合にも、その波長に対する反射率から膜厚を決定することができる。例えば、光源部１２０が、中心波長４７０ｎｍのほぼ単色の光を射出するＬＥＤである場合に、その反射率の実測値Ｒｍ（４７０ｎｍ）としてほぼ９８％の値が得られた場合には、図２の反射率の分光特性の予測値Ｒｃ（λ）に従って、膜厚を１０ｎｍと決定することができる。
【００４１】
このように、本実施例の膜厚測定装置を用いれば、基板上の薄膜の光学的厚みが、光の波長に対してかなり小さい場合にも、反射率の実測値Ｒｍを精度よく求めることができる。これにより、膜厚ｄを正確に決定することが可能となる。
【００４２】
なお、本実施例においては、光源部１２０としてほぼ単色とみなせるＬＥＤを用いているが、波長の異なる複数のＬＥＤを組み合わせて用いてもよい。この場合には、波長の異なる複数のＬＥＤが１パッケージに収められているものを使用することができる。こうすれば、複数の異なる波長の光についてそれぞれ反射率の実測値Ｒｍが得られるので、これらの複数の実測値Ｒｍを用いてより正確な膜厚を決定することができる。
【００４３】
Ｂ．第２実施例：
図３は、本発明の第２実施例としての膜厚測定装置の構成を示す概念図である。この膜厚測定装置は、図１の装置とほぼ同様の構成を有するので、詳細な説明は省略する。なお、図３に示す膜厚測定装置では、図１の測定光学系を位置決めするための筐体１００の図示は省略されている。
【００４４】
本実施例の装置では、図１の集光レンズ１７０が備えられていない。したがって、この装置では、光源部１２０から射出された光束のうちハーフミラー１５０で反射された光が、集光されずに第２の受光部１４０に向かう。このとき、ハーフミラー１５０で反射された光は、第２の受光部１４０が設けられた位置では、その受光領域より大きな径を有する光束となっている。したがって、受光部１４０には、ハーフミラー１５０で反射された光束の一部のみが入射する。
【００４５】
この場合にも、第２の受光部１４０は、光源部１２０から射出される光の強度の時間的な変動を捉えることができるので、第１の受光部１３０においてウェハＷからの反射光を測定すると同時に、第２の受光部１４０において光源部１２０からの光を測定することができる。したがって、第１実施例において説明したように、第１の受光部１３０で測定された光の強度を、第２の受光部１４０で測定された光の強度で補正すれば、ウェハＷ上で反射する光の反射率を求めて膜厚を決定することができる。
【００４６】
Ｃ．第３実施例：
図４は、本発明の第３実施例としての膜厚測定装置の構成を示す概念図である。この膜厚測定装置は、図１，図３の装置とほぼ同様の構成を有するので、詳細な説明は省略する。なお、図４では、図１の測定光学系を位置決めするための筐体１００の図示は省略されている。
【００４７】
図４に示す装置では、図１，図３に示すハーフミラー１５０に代えて、両面ミラー１５２が備えられている。両面ミラー１５２は、光源部１２０から射出された光束の右側半分のみを反射する位置に設置されている。このとき、両面ミラー１５２で反射された光は、集光レンズ１８２を通過した後、第２の受光部１４０に入射する。一方、光源部１２０から射出された光束の左側半分は、集光レンズ１８０の左半分の領域を通過した後、ウェハＷに到達する。ウェハＷで反射した光は、集光レンズ１８０の右側半分の領域を通過した後、両面ミラー１５２で反射される。両面ミラー１５２で反射された光は、第１の受光部１３０に入射する。
【００４８】
本実施例においても、第１の受光部１３０においてウェハＷからの反射光の強度を測定すると同時に、第２の受光部１４０において光源部１２０からの光の強度を測定することができる。したがって、第１の受光部１３０で測定された光の強度を、第２の受光部１４０で測定された光の強度で補正することができるので、ウェハＷ上で反射する光の反射率を正確に求めることができる。
【００４９】
また、本実施例の構成を用いれば、第１の受光部１３０に入射するウェハＷからの反射光の強度を大きくすることができる。すなわち、本実施例においては、ウェハＷからの反射光が、両面ミラー１５２によってほとんどすべて反射されるので、第１の受光部１３０において測定される光の強度は、ハーフミラーによって反射される場合に比べ、ほぼ２倍の強度となる。こうすれば、さらに精度よく反射率を測定して、正確な膜厚を決定することが可能となる。
【００５０】
Ｄ．第４実施例：
図５は、本発明の第４実施例としての膜厚測定装置の構成を示す概念図である。なお、図５では、図１の測定光学系を位置決めするための筐体１００の図示は省略されている。本実施例の膜厚測定装置では、光源部１２０から射出された光を分離するために、偏光ビームスプリッタ４００を用いている。
【００５１】
光源部１２０から射出されたｐ偏光とｓ偏光とを含む光束は、集光レンズ１８４によって平行光とされた後、偏光ビームスプリッタ４００に入射する。偏光ビームスプリッタ４００に入射した光は、２つのプリズムの界面に形成された偏光分離膜４０２によってｐ偏光とｓ偏光とに分離される。ｓ偏光は、偏光分離膜４０２で反射された後、集光レンズ１８５を通過して第２の受光部１４０に到達する。一方、ｐ偏光は、偏光分離膜４０２を透過した後、集光レンズを通過してλ／４板４２０に入射する。λ／４板４２０は、入射した直線偏光を円偏光に変換する機能を有している。したがって、λ／４板４２０に入射したｐ偏光は、円偏光に変換されて、ウェハＷに到達する。ウェハＷを反射した光はさらにλ／４板４２０を通過することによりｓ偏光に変換される。このｓ偏光は、集光レンズ１８６を通過した後、偏光ビームスプリッタ４００の偏光分離膜４０２によって反射される。反射されたｓ偏光は、集光レンズ１８７を通過した後、第１の受光部１３０に到達する。
【００５２】
図５に示すように、図１，図３に示すハーフミラー１５０、あるいは図４に示す両面ミラー１５２に代えて偏光ビームスプリッタ４００を用いた場合にも、第１の受光部１３０において、光源部１２０から射出された一部の光のウェハＷからの反射光を測定すると同時に、第２の受光部１４０において光源部１２０からの光の一部を測定することができる。
【００５３】
また、本実施例の構成を用いれば、第３実施例と同様に、第１の受光部１３０において測定される光の強度を大きくすることができる。すなわち、本実施例においては、ウェハＷで反射された光がλ／４板４２０によってｓ偏光に変換される。変換されたｓ偏光は偏光ビームスプリッタ４００の偏光分離膜４０２によってほとんどすべて反射されるので、第１の受光部１３０において測定される光の強度は、ハーフミラーによって反射される場合に比べ、ほぼ２倍の強度となる。これにより、反射率を精度よく測定することができるので、より正確な膜厚を決定することが可能となる。
【００５４】
以上、説明したように、上記実施例においては、２つの受光部１３０，１４０を用いて、ウェハＷから反射された光を測定すると同時に、光源部１２０から射出された光の一部を測定しているので、光源部１２０から射出される光の強度が時間的に変動する場合にも、ウェハＷから反射される光の反射率の実測値Ｒｍを精度よく求めることができる。したがって、反射率の実測値Ｒｍと予測値Ｒｃとから、ウェハＷに形成された薄膜の膜厚を正確に決定することが可能となる。
【００５５】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５６】
（１）上記実施例においては、光源部１２０としてほぼ単色の光とみなせる発光ダイオードを用いているが、光源部１２０としては、半導体レーザなどの他の半導体発光素子を用いてもよい。半導体レーザは、単一波長であるため、より正確な測定ができる可能性があるが、異なる複数の光を射出する発光ダイオードを用いた場合の方が安価に膜厚測定装置を構成することができるという利点がある。
【００５７】
（２）上記実施例においては、光源部１２０としてＬＥＤを用いているが、これに代えて波長領域の広い光源、例えば、重水素放電管やハロゲンランプ、水銀ランプなどを用いてもよい。この場合には、２つの受光部１３０，１４０として、分光計を用いればよい。あるいは、第２の受光部１４０への光の入射側にフィルタを設けるようにしてもよい。こうすれば、広い波長領域での反射率を連続的に測定することができるので、反射率の連続的な実測値Ｒｍと予測値Ｒｃとから、膜厚を決定することができる。ただし、上記実施例のように、光源部１２０としてＬＥＤを用いれば、重水素放電管やハロゲンランプなどを用いた場合と比べ、光の強度の時間的な変動が少ないという利点があるとともに、安価に膜厚測定装置を構成することができるという利点がある。
【００５８】
（３）上記実施例では、光源部１２０から射出された光がウェハＷにほぼ垂直に入射する場合について説明したが、本発明は、光がウェハＷに対して斜めに入射する場合にも適用可能である。この場合には、ウェハＷへの光の入射角度に応じて分光反射率の予測値Ｒｃを求めればよい。
【００５９】
（４）上記実施例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としての膜厚測定装置の構成を示す説明図。
【図２】反射率の分光特性の予測値Ｒｃ（λ）の一例を示すグラフ。
【図３】本発明の第２実施例としての膜厚測定装置の構成を示す概念図。
【図４】本発明の第３実施例としての膜厚測定装置の構成を示す概念図。
【図５】本発明の第４実施例としての膜厚測定装置の構成を示す概念図。
【符号の説明】
１００…筐体
１１０…ＸＹステージ
１２０…光源部
１３０，１４０…受光部
１３２，１４２，１６２，１７２…支持柱
１３４，１４４，１６４，１７４…ブラケット
１５０…ハーフミラー
１５２…両面ミラー
１６０，１７０…集光レンズ
１８０，１８２…集光レンズ
１８４，１８５，１８６，１８７…集光レンズ
２００…信号処理部
２１０…膜厚決定部
２２０…ハードディスク装置
３００…駆動系コントロール部
４００…偏光ビームスプリッタ
４０２…偏光分離膜
Ｗ…半導体ウェハ
Claims (3)
- 基板上に既に形成された薄膜の膜厚を測定するための膜厚測定装置であって、
前記薄膜の膜厚を測定するのに適した光を射出する光源部と、
前記光源部から射出された光を、前記基板を照射する第１の光と、前記基板を照射しない第２の光とに分離する光分離部と、
前記基板を照射する前記第１の光のうち、前記基板からの反射光を測定するための第１の受光部と、
前記第１の受光部における測定と同時に、前記第２の光を測定するための第２の受光部と、
前記第１の受光部によって測定された第１の測定値を、前記第２の受光部によって測定された第２の測定値を用いて補正することによって求められる特定の反射率の実測値と、前記薄膜の複数の膜厚値から予測される前記特定の反射率の予測値とから、前記薄膜の膜厚を決定する膜厚決定部であって、前記特定の反射率は、前記薄膜が形成されていない基板からの反射光の強度を基準とする反射率である、前記膜厚決定部と、
を備え、
前記特定の反射率の実測値Ｒｍは、ｋ×Ｉ m1 ／Ｉ m2 で表され、
前記Ｉ m1 は、前記第１の測定値であり、
前記Ｉ m2 は、前記第２の測定値であり、
前記ｋは、１／（Ｉ m10 ／Ｉ m20 ）で表され、
前記Ｉ m10 と前記Ｉ m20 とは、それぞれ、前記薄膜が形成されていない基板を測定対象としたときの前記第１の受光部の測定値と前記第２の受光部の測定値とであることを特徴とする膜厚測定装置。 - 請求項１記載の膜厚測定装置であって、
前記光源部は、ほぼ単色の光を射出する半導体発光素子を含む、膜厚測定装置。 - 請求項２記載の膜厚測定装置であって、
前記半導体発光素子は、異なる複数の光を射出する発光ダイオードを含む、膜厚測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21035398A JP4070887B2 (ja) | 1998-07-08 | 1998-07-08 | 膜厚測定装置 |
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