JPH0119041Y2 - - Google Patents
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- JPH0119041Y2 JPH0119041Y2 JP1983000072U JP7283U JPH0119041Y2 JP H0119041 Y2 JPH0119041 Y2 JP H0119041Y2 JP 1983000072 U JP1983000072 U JP 1983000072U JP 7283 U JP7283 U JP 7283U JP H0119041 Y2 JPH0119041 Y2 JP H0119041Y2
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- signal
- section
- autocorrelation
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- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 11
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 10
- 238000013500 data storage Methods 0.000 claims description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
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- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
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Landscapes
- Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
〔考案の目的〕
（産業上の利用分野）
本考案は半導体基板の表面に形成される多層膜
の一部の厚み変化を測定する測定装置に関する。
の一部の厚み変化を測定する測定装置に関する。
（従来の技術）
半導体等で用いられるSiO2などの薄膜の厚み
のコントロールは、半導体製造の上で性能等を左
右する重要な要素である。これらの厚みを製造プ
ロセス中にモニタリングすることができれば、非
常に好都合である。この場合、半導体の表面を光
学的な薄膜とみなし、レーザ光をあてた際の反射
光の変化を測定する手法が考えられている。しか
し、ICなどにおけるようにマスクパターンが表
面に存在すると、反射光の変化は、単に薄膜の干
渉という現象で説明がつかず、複雑な様相を示
す。例えば横軸をIC中のSiO2膜の厚みを減少さ
せていつたときの経過時間とし、縦軸を反射光の
強度とした第１図に示すように周期的な構造をも
つが、明確な干渉信号ではない。
のコントロールは、半導体製造の上で性能等を左
右する重要な要素である。これらの厚みを製造プ
ロセス中にモニタリングすることができれば、非
常に好都合である。この場合、半導体の表面を光
学的な薄膜とみなし、レーザ光をあてた際の反射
光の変化を測定する手法が考えられている。しか
し、ICなどにおけるようにマスクパターンが表
面に存在すると、反射光の変化は、単に薄膜の干
渉という現象で説明がつかず、複雑な様相を示
す。例えば横軸をIC中のSiO2膜の厚みを減少さ
せていつたときの経過時間とし、縦軸を反射光の
強度とした第１図に示すように周期的な構造をも
つが、明確な干渉信号ではない。
第１図の信号の周期の繰り返し数ｍとその端数
Δm（＜１）とがわかると、厚み変化Δは次式(1)
で近似的に求めることができる。
Δm（＜１）とがわかると、厚み変化Δは次式(1)
で近似的に求めることができる。
Δ＝（ｍ＋Δm）λ／ｎ ……(1)
ここで、λはレーザの波長、ｎは厚み変化を示
す材料の屈折率である。又周期の回数とは極大・
極小のくりかえしで１回とする正弦波的な波の繰
り返し数であり、端数Δmとは、そのくりかえし
数の１回未満の値である。例えば第１図の例で
は、約10分たつたときｍ≒４，Δm≒0.2とパター
ン的に読みとれる。ここで従来行われている具体
的な検出について第２図を参照して説明する。す
なわち、１はレーザ発振器でたとえばHe−Neレ
ーザ発振器が適用される。２は上記レーザ発振器
１より放出されたレーザ光Ｌを反射し、半導体ウ
エハ３の薄膜の形成されている面に照射する位置
に設けられる反射鏡、４は上記多層膜面から反射
光を検出し光電変換する検出器で、反射鏡２で反
射され半導体ウエハ３の表面に向かうレーザ光の
光路上に設けられた半透鏡５を介して検出してい
る。また、６は検出器４の信号を入力して処理す
る信号処理部でデータ蓄積部７、時間カウンタ
８、自己相関データ計算部９、上記(1)式に基いて
計算する厚み変化データ計算部１０および表示部
１１とで構成されている。
す材料の屈折率である。又周期の回数とは極大・
極小のくりかえしで１回とする正弦波的な波の繰
り返し数であり、端数Δmとは、そのくりかえし
数の１回未満の値である。例えば第１図の例で
は、約10分たつたときｍ≒４，Δm≒0.2とパター
ン的に読みとれる。ここで従来行われている具体
的な検出について第２図を参照して説明する。す
なわち、１はレーザ発振器でたとえばHe−Neレ
ーザ発振器が適用される。２は上記レーザ発振器
１より放出されたレーザ光Ｌを反射し、半導体ウ
エハ３の薄膜の形成されている面に照射する位置
に設けられる反射鏡、４は上記多層膜面から反射
光を検出し光電変換する検出器で、反射鏡２で反
射され半導体ウエハ３の表面に向かうレーザ光の
光路上に設けられた半透鏡５を介して検出してい
る。また、６は検出器４の信号を入力して処理す
る信号処理部でデータ蓄積部７、時間カウンタ
８、自己相関データ計算部９、上記(1)式に基いて
計算する厚み変化データ計算部１０および表示部
１１とで構成されている。
上記の構成による膜厚測定について次に説明す
る。信号処理部６において、データ蓄積部７は検
出器からの信号を厚み変化測定開始と同時に時刻
Δtをカウントする時間カウンタ８のカウント周
期に同期してとり込んで蓄積する。自己相関デー
タ計算部９ではデータ蓄積部７からの各信号の自
己相関がとられる。すなわち、データ蓄積部７の
データ列よりｊを変数とし互いにｊだけカウンタ
値が違うデータごとから自己相関Ｆ（jΔt）が求め
られるが、これは次の(2)式に基いて自己相関デー
タ計算部９で計算される。
る。信号処理部６において、データ蓄積部７は検
出器からの信号を厚み変化測定開始と同時に時刻
Δtをカウントする時間カウンタ８のカウント周
期に同期してとり込んで蓄積する。自己相関デー
タ計算部９ではデータ蓄積部７からの各信号の自
己相関がとられる。すなわち、データ蓄積部７の
データ列よりｊを変数とし互いにｊだけカウンタ
値が違うデータごとから自己相関Ｆ（jΔt）が求め
られるが、これは次の(2)式に基いて自己相関デー
タ計算部９で計算される。
Ｆ（jΔt）＝i+j o0
〓i=0
ｆ（iΔt）
・ｆ（（ｉ＋ｊ）Δt）／（n0−ｊ）……(2)
このＦ（jΔt）のｊ＝０以外の極値を与えるｊを
j0とすると、j0・Δtが信号の周期となる。
j0とすると、j0・Δtが信号の周期となる。
この値を用いて経過時間n0Δtをわり、整数値
をとると繰返し数ｍが求められる。つまり ｍ＝整数（n0／j0） ……(3) このとき端数ΔmはΔm＝n0／J0−ｍから近似
的に計算され、厚み変化データ計算部１０で上記
(1)式に基いて厚み変化Δが計算され、表示部１１
に計算結果が表示される。
をとると繰返し数ｍが求められる。つまり ｍ＝整数（n0／j0） ……(3) このとき端数ΔmはΔm＝n0／J0−ｍから近似
的に計算され、厚み変化データ計算部１０で上記
(1)式に基いて厚み変化Δが計算され、表示部１１
に計算結果が表示される。
（考案が解決すべき課題）
しかしながら上記の測定は信号中で周期が変化
しない、つまり一定速度で厚みが減少（増加）し
ている場合には問題ないが、周期が途中でわずか
にもしくは徐々に変化している場合にはｍの値が
平均的な値となるため端数が近似値と大きくず
れ、高精度に膜厚変化の測定ができない問題があ
つた。そこで本考案は上記繰り返し数ｍと位相
Δmとを高精度に求め、膜厚変化を高精度に測定
することのできる膜厚変化測定装置を提供するこ
とを目的とする。
しない、つまり一定速度で厚みが減少（増加）し
ている場合には問題ないが、周期が途中でわずか
にもしくは徐々に変化している場合にはｍの値が
平均的な値となるため端数が近似値と大きくず
れ、高精度に膜厚変化の測定ができない問題があ
つた。そこで本考案は上記繰り返し数ｍと位相
Δmとを高精度に求め、膜厚変化を高精度に測定
することのできる膜厚変化測定装置を提供するこ
とを目的とする。
（課題を解決するための手段と作用）
基板表面に被覆される薄膜に投光する手段と、
上記薄膜および基板の各表面からの反射光を受光
して反射信号に変換する手段と、所定時間毎に反
射信号をとり込んで蓄積するデータ蓄積部と、自
己相関法により上記データ蓄積部からの信号自身
の周期の繰り返し数を計算する自己相関データ計
算部と、上記自己相関の極値をともに正弦信号を
つくる参照データ部と、上記とり込んでいる現時
点から１繰り返し前までの蓄積されたデータと上
記参照データとの間で相互相関をとる相互相関デ
ータ部と、上記相互相関の結果から厚み変化を測
定する厚み変化データ計算部とを備えた構成とし
たもので位相を正確に求めることができる。
上記薄膜および基板の各表面からの反射光を受光
して反射信号に変換する手段と、所定時間毎に反
射信号をとり込んで蓄積するデータ蓄積部と、自
己相関法により上記データ蓄積部からの信号自身
の周期の繰り返し数を計算する自己相関データ計
算部と、上記自己相関の極値をともに正弦信号を
つくる参照データ部と、上記とり込んでいる現時
点から１繰り返し前までの蓄積されたデータと上
記参照データとの間で相互相関をとる相互相関デ
ータ部と、上記相互相関の結果から厚み変化を測
定する厚み変化データ計算部とを備えた構成とし
たもので位相を正確に求めることができる。
（実施例）
以下、実施例に基いて本考案を説明する。第３
図において、１はレーザ発振器、２は反射鏡で半
導体ウエハ３の表面に被覆される薄膜に投光手段
を構成している。半透鏡５を介して上記半導体ウ
エハ３および上記薄膜の各表面からの反射光を受
光して光電変換する検出器４からの反射信号は信
号処理部２０に入力するようになつている。この
信号処理部２０はデータ蓄積部７、時間カウンタ
８、自己相関データ部９、参照データ部２１、相
互相関データ部２２、厚み変化データ計算部２３
および表示部２４を備えている。上記参照データ
部２１は自己相関データ計算部９での自己相関Ｆ
（ｊ・Δt）の極値j0をもとに、参照用の信号ｇ
（iΔt）を作るもので、実信号ｆと参照信号ｇとの
相関をとり、そのピーク値のｊ＝０からのずれを
知ることで位相Δmを精度よく検出できる。
図において、１はレーザ発振器、２は反射鏡で半
導体ウエハ３の表面に被覆される薄膜に投光手段
を構成している。半透鏡５を介して上記半導体ウ
エハ３および上記薄膜の各表面からの反射光を受
光して光電変換する検出器４からの反射信号は信
号処理部２０に入力するようになつている。この
信号処理部２０はデータ蓄積部７、時間カウンタ
８、自己相関データ部９、参照データ部２１、相
互相関データ部２２、厚み変化データ計算部２３
および表示部２４を備えている。上記参照データ
部２１は自己相関データ計算部９での自己相関Ｆ
（ｊ・Δt）の極値j0をもとに、参照用の信号ｇ
（iΔt）を作るもので、実信号ｆと参照信号ｇとの
相関をとり、そのピーク値のｊ＝０からのずれを
知ることで位相Δmを精度よく検出できる。
つまり、ｇ（iΔt）は次のようにつくられる。
ｇ（iΔt）＝ａ・sin（2πｉ／j0） ……(4)
ここに、ａは定数であり計算に便利なようにき
めてよい。そして、相互相関データ部１１では自
己相関データ計算部９と参照データ部２１との各
データから相互相関Ｇが Ｇ（jΔt）＝i+j o0 〓i=(m-1)j0 ｆ（iΔt） ｇ（（ｉ＋ｊ）Δt） ……(5) で計算される。
めてよい。そして、相互相関データ部１１では自
己相関データ計算部９と参照データ部２１との各
データから相互相関Ｇが Ｇ（jΔt）＝i+j o0 〓i=(m-1)j0 ｆ（iΔt） ｇ（（ｉ＋ｊ）Δt） ……(5) で計算される。
このようにすると、時刻n0Δtにおいて過去１
周期内の信号の情報から位相Δmが求められるの
で、周期の変化が位相へ及ぼす影響を軽減でき
る。
周期内の信号の情報から位相Δmが求められるの
で、周期の変化が位相へ及ぼす影響を軽減でき
る。
まとめると、時刻０からn0Δtまでの信号列か
ら、周期j0を自己相関を用いて求め、時刻（n0−
j0）Δtからn0t0までの信号列と周期j0の参照信号
列との相互相関より参照信号列に対する位相Δm
を求めるといえる。この位相Δmが求まることに
より相互相関データ部１１で上記(1)式に基いて厚
み変化Δが精度よく測定される。
ら、周期j0を自己相関を用いて求め、時刻（n0−
j0）Δtからn0t0までの信号列と周期j0の参照信号
列との相互相関より参照信号列に対する位相Δm
を求めるといえる。この位相Δmが求まることに
より相互相関データ部１１で上記(1)式に基いて厚
み変化Δが精度よく測定される。
上記での注意点は(2)式で与えられる自己相関が
０以外にピークをもつのは、１周期（つまり後で
求められるはずのj0に相当）過ぎてからである。
それ故、少なくとも１周期以上の信号が生じない
と本考案による装置は機能しない。いいかえると
最小の測定変化厚みはλ／ｎであるといえる。
０以外にピークをもつのは、１周期（つまり後で
求められるはずのj0に相当）過ぎてからである。
それ故、少なくとも１周期以上の信号が生じない
と本考案による装置は機能しない。いいかえると
最小の測定変化厚みはλ／ｎであるといえる。
膜厚の変化に伴なう信号の周期回数およびその
位相を精度よく求めて演算検出するように構成し
たので、反射光の検出信号が複雑に変化しても的
確に膜厚変化を測定することが可能になつた。
位相を精度よく求めて演算検出するように構成し
たので、反射光の検出信号が複雑に変化しても的
確に膜厚変化を測定することが可能になつた。
第１図は、膜厚変化によつて信号が変化してい
く例を示した図、第２図は従来の一実施例を示す
概要図、第３図は本考案の一実施例を示す概要図
である。 １……レーザ発振器、Ｌ……レーザ光、４……
検出器、２０……信号処理部。
く例を示した図、第２図は従来の一実施例を示す
概要図、第３図は本考案の一実施例を示す概要図
である。 １……レーザ発振器、Ｌ……レーザ光、４……
検出器、２０……信号処理部。
Claims (1)
- 基板表面に被覆される薄膜に投光する手段と、
上記薄膜および基板の各表面からの反射光を受光
して反射信号に変換する手段と、所定時間毎に反
射信号をとり込んで蓄積するデータ蓄積部と、自
己相関法により上記データ蓄積部からの信号自身
の繰り返し数を計算する自己相関データ計算部
と、上記自己相関の極値をもとに正弦信号をつく
る参照データ部と、上記とり込んでいる現時点か
ら１繰り返し前までの蓄積されたデータと上記参
照データとの間で相互相関をとる相互相関データ
部と、上記相互相関の結果から厚み変化を測定す
る厚み変化データ計算部とを備えたことを特徴と
する膜厚変化測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7283U JPS59106007U (ja) | 1983-01-06 | 1983-01-06 | 膜厚変化測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7283U JPS59106007U (ja) | 1983-01-06 | 1983-01-06 | 膜厚変化測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59106007U JPS59106007U (ja) | 1984-07-17 |
| JPH0119041Y2 true JPH0119041Y2 (ja) | 1989-06-02 |
Family
ID=30131822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7283U Granted JPS59106007U (ja) | 1983-01-06 | 1983-01-06 | 膜厚変化測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59106007U (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5396867A (en) * | 1977-02-03 | 1978-08-24 | Toshiba Corp | Monitoring apparatus for cvd film thickness |
| JPS5555520A (en) * | 1978-10-20 | 1980-04-23 | Hitachi Ltd | Method of controlling thickness of film |
-
1983
- 1983-01-06 JP JP7283U patent/JPS59106007U/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5396867A (en) * | 1977-02-03 | 1978-08-24 | Toshiba Corp | Monitoring apparatus for cvd film thickness |
| JPS5555520A (en) * | 1978-10-20 | 1980-04-23 | Hitachi Ltd | Method of controlling thickness of film |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59106007U (ja) | 1984-07-17 |
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