JP5286614B2 - 厚さ測定方法 - Google Patents
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Description
半導体工程及びその他の応用工程などで使用する薄膜層の厚さを測定するには、種々の方式があるが、探針(stylus)を用いた機械的な方法、光学的な方法などが最も一般的である。光学的方法のうち、白色光干渉計(white light interferometer)を用いて薄膜層の厚さを決定することができる。
ここで、光分割器111は、反射率と透過率が50:50であるものを用いる。対物レンズ131から入射される光は、光分割器132によってさらに反射光57と透過光55とに分割される。前記透過光55は、測定光であって、透明な薄膜層である対象層20及び基底層10側に照射され、前記反射光57は、基準光であって、基準ミラー133に照射される。前記光分割器132は、基準ミラー133から反射された基準光57と、対象層20と基底層10との境界面により反射された測定光55とを集めて干渉光を作るためのものである。また、前記基準ミラー133は、光分割器132から入射される基準光57を反射させて、さらに光分割器132に入射させるためのものである。
y=(a×x+b)+g(x)・・・(1)
20 対象層
30 空気層
100 干渉計
150 相関式
161 第1の干渉信号
163 第1の信号値
171 第2の干渉信号
173 第2の信号値
S110 サンプル層の厚さに対する位相差の相関式を取得するステップ
S120 光軸方向に対する第1の干渉信号を求めるステップ
S130 光軸方向に対する第2の干渉信号を求めるステップ
S140 第1の干渉信号の位相と第2の干渉信号の位相との位相差を求めるステップ
S160 対象層の厚さを決定するステップ
Claims (9)
- 干渉計を用いて基底層上に積層された対象層の厚さを測定するための厚さ測定方法であって、
空気層と前記基底層との境界面で、前記基底層に入射される光軸方向に対する第3の干渉信号を求め、前記対象層と実質的に同じ材質のサンプル層と、前記基底層との境界面で前記光軸方向に対する第4の干渉信号を求め、前記光軸方向に対して実質的に同じ高さで、前記第3の干渉信号の位相と前記第4の干渉信号の位相との間の位相差を互いに異なる厚さを有するサンプル層から求めることにより、前記サンプル層の厚さに対する位相差の相関式を決定するステップと、
前記空気層と前記基底層との境界面で、前記光軸方向に対する第1の干渉信号を求めるステップと、
前記対象層と前記基底層との境界面で、前記光軸方向に対する第2の干渉信号を求めるステップと、
前記光軸方向に対して実質的に同じ高さで、前記第1の干渉信号の位相と前記第2の干渉信号の位相との間の位相差を求めるステップと、
前記位相差を前記相関式に代入して、前記対象層の厚さを決定するステップと、
を含むことを特徴とする厚さ測定方法。 - 前記第1の干渉信号の位相と前記第2の干渉信号の位相との間の位相差を求めるステップが、
前記第1の干渉信号で基準になる第1の信号値を設定し、前記光軸方向に対して前記第1の信号値が得られる高さを第1の高さとして設定し、前記第1の信号値の位相を第1の位相として設定するステップと、
前記第1の高さと実質的に同じ高さで得られる第2の干渉信号の信号値を第2の信号値として設定し、前記第2の信号値の位相を第2の位相として設定するステップと、
前記第1の位相と前記第2の位相との間の位相差を求めるステップと、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の厚さ測定方法。 - 前記第1の干渉信号及び前記第2の干渉信号が光強度であり、
前記第1の信号値が前記第1の干渉信号の最高値であることを特徴とする請求項2に記載の厚さ測定方法。 - 前記相関式を取得するステップが、
一方の厚さを有するサンプル層を設けるステップと、
前記空気層と前記基底層との境界面で、前記光軸方向に対する第3の干渉信号を求めるステップと、
前記サンプル層と前記基底層との境界面で、前記光軸方向に対する第4の干渉信号を求めるステップと、
前記光軸方向に対して実質的に同じ高さで、前記第3の干渉信号の位相と前記第4の干渉信号の位相との間の位相差を求めるステップと、
他方の厚さを有するサンプル層を設け、そのサンプル層に対して第3の干渉信号を求めるステップと、前記第4の干渉信号を求めるステップと、前記位相差を求めるステップとを繰り返すステップと、
複数の厚さ情報及び複数の位相差情報を利用して曲線合わせ(fitting)し、前記サンプル層の厚さに対する位相差の相関式を決定するステップと、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の厚さ測定方法。 - 前記位相差を求めるステップが、
前記第3の干渉信号で基準になる第3の信号値を設定し、前記光軸方向に対して前記第3の信号値が得られる高さを第3の高さとして設定し、前記第3の信号値の位相を第3の位相として設定するステップと、
前記第3の高さと実質的に同じ高さで得られる第4の干渉信号の信号値を第4の信号値として設定し、前記第4の信号値の位相を第4の位相として設定するステップと、
前記第3の位相と前記第4の位相との間の位相差を求めるステップと、
を含むことを特徴とする請求項4に記載の厚さ測定方法。 - 前記第3の干渉信号及び前記第4の干渉信号が光強度であり、
前記第3の信号値が前記第3の干渉信号の最高値であることを特徴とする請求項5に記載の厚さ測定方法。 - 前記相関式が線形部または非線形部を備えることを特徴とする請求項4に記載の厚さ測定方法。
- 前記対象層の厚さが連続的に変わる方向に沿って前記空気層と前記基底層との境界面及び前記対象層と前記基底層との境界面の複数の位置で、前記第1の干渉信号を求めるステップと、前記第2の干渉信号を求めるステップと、前記位相差を求めるステップとを繰り返すステップと、
前記複数の位置に対して、前記位相差のグラフを算出するステップと、
前記グラフの不連続点の位相差に2πの倍数を加減して位相復元(phase unwrapping)し、位相復元された位相差を求めるステップと、
をさらに含み、
前記対象層の厚さを決定するステップが、前記位相復元された位相差を前記相関式に代入して、前記対象層の厚さを決定することを特徴とする請求項1に記載の厚さ測定方法。 - 前記位相復元された位相差を求めるステップが、前記空気層と前記基底層との境界面での位相差を基準とすることを特徴とする請求項8に記載の厚さ測定方法。
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