JP5130511B2 - 干渉縞式膜厚計及び膜厚計測方法 - Google Patents

Description

本案のナノメートル膜厚計装置は、2種類の半導体レーザー（波長532nmと635nm）を光源として、それら各々の光を干渉用鏡（透過率60％）と段差のついた試料基板との間で干渉縞を生じさせる。干渉縞は干渉縞作成具を用いて微調整を行う。装置は図1に示すように、干渉縞作成具と、そこで生じた干渉縞の像を拡大して見る顕微鏡、その像を撮影するCCDカメラ、そしてその像を撮り込み、画像処理を行い、演算処理をするパソコンからなる。また、レーザー光の干渉性を軽減するため、入射光を回転している摺りガラスを通して入射させる。

測定方法は、レーザー光を一方づつ入射してそのときの干渉縞の画像を撮り込む。この時、同一場所において、波長532nmの場合干渉縞の本数は5本、波長635nmの場合4本の干渉縞を生じさせるようにする（図2）。これは、測定する試料が変わった場合でも、縞の本数を常に同じ本数にすることにより、同一条件で測定を行うためである。そのために、微小に調節できる図3の干渉縞作成具を用いて行う。

ここで測定した画像を、JPEGの画像にし、そして、この画像を白黒の画像にして縞の位置を算出する。この作業は、National Instruments Vision Assistant 7.1 のプログラミングソフトを用いて行う。図2の波長532nmの干渉縞において、このソフトを用いて縞の位置((A1, A2, A3, A4, A5), (B1, B2, B3, B4, B5))が分かる。ここから、NI社のLabVIEW7.1を用いてプログラミングを行い、干渉縞のズレ幅((ΔX1= B1−A1), (ΔX2= B2−A2), (ΔX3= B3-A3), (ΔX4= B4−A4), (ΔX5= B5−A5))、ここで干渉縞のズレ幅の平均値は（ΔX平均値=(ΔX1+ΔX2+ΔX3+ΔX4+ΔX5)/5）として求める。その後、縞間隔((LA1 =A2−A1, LA2 = A3−A2, LA3 = A4−A3, LA4 = A5−A4), (LB1 = B2−B1, LB2 = B3−B2, LB3 = B4−B3, LB4 = B5−B4))を求める。そして、LA1〜LA4の平均値を（LA平均値=(LA1+LA2+LA3+LA4)/4）とし、同じようにしてLB1〜LB4の平均値を（LB平均値=
(LB1+LB2+LB3+LB4)/4）として求める。よって、求める段差の高さ（d）は
d = ((ΔX平均値)/(((LA平均値) + (LB平均値))/2))・λ/2， λ=532nmとして求める。この演算処理まで、一括して行われる。また、波長635nmにおいても同様の処理を行い、段差の高さを算出する。

図4に、この方法を用いて測定した膜厚分布グラフを示す。測定したのは、マグネトロン・スパッタ装置のSi蒸着膜の膜厚分布である。Siターゲットと蒸着基板との間にマスクを設けて膜厚の均一性を調べたグラフである。黒の四角のプロットはマスク無しの時、赤の丸のプロットはマスク-Aの時、緑の三角のプロットは未だ途中ではあるがマスク-Aを改良したマスク-Bの時である。グラフの横軸は蒸着基板面（シリコンウエハー）上の位置で中心位置を0mmとして上部方向を−50mm、下部方向を+50mmの距離に目盛られている。縦軸は膜厚の厚さ（nm）である。測定結果は、膜厚分布傾向が判明できる結果となっている。

また、表1にマスク-Bの測定値を示す。各々の位置での波長635nmと532nmでの測定値とそれらの平均値を示す。本装置は、測定値が4％の誤差範囲で計測できるナノメートル膜厚計装置である。

ナノメートル膜厚計装置。 波長635nmと波長532nmの干渉縞。 干渉縞作成具。 Si蒸着膜の膜厚分布グラフ。

Claims (1)

1. 波長λのレーザー光の照射によって干渉用鏡と段差のついた試料基板との間に複数の干渉縞を生じさせる、
   
   それら複数の干渉縞から、段差の一方側の干渉縞の位置（A1, A2, A3, A4, A5）、および他方側の干渉縞の位置（B1, B2,
   B3, B4, B5）を算出する、
   
   干渉縞のズレ幅の値（ΔX1,ΔX2,ΔX3,ΔX4,ΔX5）の各々について算出する、
   ここで、ΔX1= B1−A1, ΔX2= B2−A2, ΔX3= B3-A3, ΔX4= B4−A4, ΔX5= B5−A5として求める。
   
   干渉縞のズレ幅の複数分の平均値（ΔX平均値）を算出する、
   ここで、ΔX平均値=(ΔX1+ΔX2+ΔX3+ΔX4+ΔX5)/5として求める。
   
   一方側の干渉縞間隔(LA1,
   LA2, LA3, LA4)、および他方側の干渉縞間隔(LB1, LB2, LB3, LB4)の各々について算出する、
   ここで、LA1 =A2−A1, LA2 = A3−A2, LA3 = A4−A3, LA4 = A5−A4，LB1
   = B2−B1, LB2 = B3−B2, LB3 = B4−B3, LB4 = B5−B4として求める。
   
   一方側の干渉縞間隔の複数分の平均値（LA平均値）、および他方側の干渉縞間隔の複数分の平均値（LB平均値）の各々について算出する、
   ここで、LA平均値=(LA1+LA2+LA3+LA4)/4とし、LB平均値=(LB1+LB2+LB3+LB4)/4として求める。
   
   段差の高さ（d）を算出する、
   ここで、d = ((ΔX平均値)/(((LA平均値) + (LB平均値))/2))・λ/2として求める。
   
   波長の異なる二種類以上のレーザー光をそれぞれ個別に照射し、上記方法により各々の波長における段差の高さを算出し、それら段差の高さの平均値を算出することを特徴とする段差計測方法。