JPH05248824A - 薄膜の膜厚測定方法及び装置 - Google Patents

薄膜の膜厚測定方法及び装置

Info

Publication number
JPH05248824A
JPH05248824A JP4948792A JP4948792A JPH05248824A JP H05248824 A JPH05248824 A JP H05248824A JP 4948792 A JP4948792 A JP 4948792A JP 4948792 A JP4948792 A JP 4948792A JP H05248824 A JPH05248824 A JP H05248824A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
wavelength
light
substrate
interference
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4948792A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinji Ishikawa
真二 石川
Akira Urano
章 浦野
Tomokane Hirose
智財 広瀬
Masahide Saito
眞秀 齊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP4948792A priority Critical patent/JPH05248824A/ja
Publication of JPH05248824A publication Critical patent/JPH05248824A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 数μm以上の薄膜であってもその膜厚を非破
壊で精度よく測定すること。 【構成】 光源2は、測定用の検出光として、広帯域で
一様な強度を有する赤外光を発生する。この検出光は、
薄膜6を表面に形成した基板16上に照射され、ここで
干渉して干渉光を発生させる。基板16を通過した干渉
光は、赤外分光光度計で構成された検出器10で受光さ
れる。この検出器10は、基板16を通過してきた干渉
光の各波長ごとの強度分布を測定する。得られた強度分
布は、薄膜6の有する一対の平行平面6a、6bの距離
等の干渉条件に起因して発生するものであるので、その
強度分布の隣接する最大値に対応する一対の波長を測定
すれば、基板16上の薄膜6の膜厚を精度良く決定する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路用ガラス薄膜
その他の薄膜のための膜厚測定方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
基板等に形成した薄膜の厚み測定方法として、可視光を
照射してその反射光の干渉縞を測定する方法がある。こ
の方法は、通常半導体表面とその上に積層した透過性薄
膜の測定等に利用されているが、可視光線を利用してい
るがゆえに、測定範囲の上限が1μm程度である。この
ため、光導波用薄膜のように導波領域が厚さ5〜10μ
mもある薄膜の測定は困難であった。
【0003】このような光導波用薄膜の膜厚の測定方法
として、基板の一部をマスクした状態で薄膜を形成した
後、このマスクを除去した状態で触針式表面粗さ計を用
いて基板表面と膜表面の段差を測定する方法や、基板の
一部を切断し、その断面の顕微鏡観察を行う方法等が存
在する。しかしながら、これらの方法は、いずれも基板
の破壊検査であり、かかる測定に起因して歩留まりの低
下が引き起こされるといった問題があった。
【0004】そこで本発明は、厚さ数μm以上の薄膜で
あってもその膜厚を非破壊で測定することができる膜厚
測定方法とその装置とを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る薄膜の膜厚測定方法は、(a)基板上
に形成された薄膜の有する2つの平行平面に所定波長域
の検出光を照射する第1の工程と、(b)2つの平行平
面に照射された検出光に起因して生じる干渉光の波長依
存性の強度を検出する第2の工程と、(c)検出された
干渉光の波長依存性の強度の極値に対応する波長の値に
基づいて、薄膜の有する2つの平行平面の間隔を決定す
る第3の工程とを備えることとしている。
【0006】また、本発明に係る薄膜の膜厚測定装置
は、(a)所定波長域の検出光を発生する光源と、
(b)基板上に形成された薄膜の有する2つの平行平面
に照射された検出光に起因して生じる干渉光の波長依存
性の強度を検出する検出器と、(c)検出された干渉光
の波長依存性の強度の極値に対応する波長の値に基づい
て、薄膜の有する2つの平行平面の間隔を決定する膜厚
決定手段とを備えることとしている。
【0007】
【作用】上記膜厚測定方法及び装置では、基板上の薄膜
の有する2つの平行平面に照射された検出光に起因して
生じた干渉光の強度を検出する。この場合、干渉光の強
度は、波長依存性の周期的強度分布を有する。すなわ
ち、干渉光の強度は、検出光の波長の増加に伴って、2
つの平行平面の間隔に対応した周期で増減を繰り返す。
したがって、その強度分布中における複数の極値に対応
する検出光の波長の値を求め、これらの値の差から薄膜
の有する2つの平行平面の間隔を非破壊で正確に決定す
ることができる。
【0008】
【実施例】図1は、本発明に係る薄膜の膜厚測定装置の
第1実施例の構成を示した図である。光源2は、測定用
の検出光として、広帯域で一様な強度を有する赤外光を
発生する。この検出光は、薄膜6を表面に形成した基板
16上に照射され、ここで干渉して干渉光を発生させ
る。基板16を通過した干渉光は、赤外分光光度計から
なる検出器10で受光される。この検出器10は、基板
16を通過してきた干渉光の各波長ごとの強度分布を測
定する。得られた強度分布は、薄膜6の有する一対の平
行平面6a、6bの間隔などの干渉条件に起因して発生
するものであるので、その強度分布の一対の極値に対応
する一対の波長を不図示の演算装置によって処理すれ
ば、基板16上の薄膜6の膜厚を決定することができ
る。
【0009】以下に、図1の装置の動作と原理について
説明する。光源2からの検出光は、基板16に付着した
薄膜6に照射されることによって、空気及び薄膜の界
面、薄膜及び基板の界面、基板の裏面等で屈折率差に起
因する反射を生じ、さらには、これらの反射によって生
じる光路長差に起因して干渉光を生じる。この場合、検
出光がインコヒーレントで、かつ、検出光の波長が薄膜
6の厚みに比較して同程度かそれ以下のものならば、空
気及び薄膜の界面6aと薄膜及び基板の界面6bとでの
反射に起因する干渉光のみを考慮すればよい。したがっ
て、検出器10で検出される干渉光の明暗は、一対の光
路a、bの光路長差(2l)に起因するものと考えてよ
い。よって、検出光として一定の波長帯域の光を用い、
その透過強度の波長依存性を測定することにより、薄膜
6の厚みを簡易に求めることができる。
【0010】図2は、検出器10で検出される干渉光の
波長とその透過強度との関係を示した図である。干渉光
の波長と干渉光の透過強度との関係に着目すると、この
透過強度は、検出光したがって干渉光の波長増加に伴う
干渉条件の変化に応じて周期的増減を繰り返す。例え
ば、干渉光が波長λ1 に続いて波長λ2 で極少値を示す
場合、これらの波長の逆数(波数)の差である干渉周期
Δν(cm-1)に基づいて、薄膜の厚みl(cm)は、 l=1/(2・Δν・n2 )・・・(1) で与えられる。ここで、n2 は干渉光の波長における薄
膜の屈折率を示す。
【0011】このような膜厚測定装置によれば、波長1
μm以上の検出光を用いているので、光の波数について
の分解能が向上し、厚さ10μm以上の薄膜であっても
その膜厚を非破壊で精度良く測定することができる。ま
たこの装置は、光導波膜等の製造プロセスのフィードバ
ックに有効に活用することができる。
【0012】以上の説明では、透過型の干渉を利用する
場合について説明したが、反射型の干渉を利用すること
もできる。この場合、基板16が検出光の波長域で透明
である必要はない。
【0013】さらに、薄膜の屈折率に波長依存性が存在
する場合、これを考慮して膜厚を算出することが望まし
い。この場合、波長に依存する薄膜の屈折率変化を予め
求め、薄膜の波長依存性の透過率変化または透過強度変
化のデータ上で補正した後に干渉周期Δνを求めること
で、測定上の誤差を減少させることができる。また、薄
膜の屈折率の波長依存性の変化に基づき、膜厚−干渉周
期の関係を予め求めてグラフ化し保存しておくこともで
きる。実際の測定で干渉周期Δνを求め、膜厚−干渉周
期のグラフから薄膜の厚みを逆算することができる。さ
らに、薄膜の種類ごとに膜厚−干渉周期のグラフを記憶
しておき、薄膜の種類に応じて必要なグラフを選択して
この薄膜の厚みを決定することもできる。
【0014】参考のため、薄膜としてSiO2 を用いた
場合の屈折率の波長依存性について簡単に説明してお
く。SiO2 の屈折率をnとすると、 n2 −1=a1 λ2 /(λ2 −a2 2 ) +a3 λ2 /(λ2 −a4 2 ) +a5 λ2 /(λ2 −a6 2 )・・・(2) の関係が存在する。ただし、 a1 =0.55106 a2 =0.058686 a3 =0.55313 a4 =0.11128 a5 =0.92922 a6 =10.05207 である(Born, Wolf, Principle of Optics 4th ed. 参
照)。
【0015】図3は、第2実施例に係る薄膜の膜厚測定
装置の構成を示す。この装置では、光源側にモノクロメ
ータを使用して膜厚測定に用いる検出光の波長を徐々に
変化させる。したがって、検出器側に赤外分光光度計を
用いる必要がなく、通常の光検出素子を用いている。光
源装置102は、波長1μm以上の帯域で赤外光を発生
する。モノクロメータ4は、光源装置102が発生した
赤外光の内の所定波長部分のみを選択して出力する。こ
のモノクロメータ4の出力光は、レンズ等で平行にされ
た後、検出光として、Siウェハ等からなる基板16上
に形成されたSiO2 等のガラス薄膜上に照射される。
基板16は、X−Yステージ8上に載置され、被測定領
域に応じて検出光に垂直な平面内で2次元的に走査され
る。検出器110は、光源装置102の発生する比較的
広い赤外波長帯域で比較的フラットな検出特性を有する
光検出素子と信号増幅等のための処理回路とを備える。
制御装置12は、モノクロメータ4を制御して基板16
上のガラス薄膜に照射すべき検出光の波長を徐々に変化
させる。また、この制御装置12は、検出器110の出
力を監視し、その極値を微分回路等を用いて検出すると
ともに、この極値に対応する検出光の波長をモノクロメ
ータ4の制御信号に基づいて求める。さらに、この制御
装置12は、極値に対応する検出光の波長差に対応する
干渉周期に基づいて基板8上のガラス薄膜の厚みを決定
する。
【0016】以下、図3の膜厚測定装置の動作について
説明する。モノクロメータ4は制御回装置12に制御さ
れて、被測定対象に照射する検出光の波長を徐々に変化
させる。検出器110の出力は制御装置12で監視され
ており、その極値に対応する検出光の波長が求められ
る。隣接する極大値および極小値に対応する検出光の波
長差、或いは隣接する一対の極大値に対応する検出光の
波長差等と基板16上の薄膜の屈折率とから、この薄膜
の膜厚を算出することができる。また、検出光の波長を
繰返し周期的に変化させて膜厚を算出するならば、間隔
測定の統計的精度を高めることができる。この場合、制
御装置12に薄膜の波長依存性の屈折率変化を予め記憶
しておき、膜厚の測定結果に繁栄させることもできる。
【0017】図4は、具体的測定例を示した図である。
火炎堆積法(FHD)を用いて、3インチSiウェハ上
にSiO2 −GeO2 系ガラス粉を約20μm堆積し、
これを雰囲気炉内で加熱して透明ガラス化した。このガ
ラス薄膜の各点A〜Iに赤外光を照射し、赤外分光高度
計で波長2.5〜4μmの範囲の透過光強度を求め、そ
の周期からガラス薄膜の膜厚を試算した。なお、Siの
屈折率は、3.46とし、ガラス薄膜の屈折率は上記
(2)式を用いた。
【0018】次いで、Siウェハを切断し、断面の電子
顕微鏡観察により各点A〜Iの膜厚を測定した。双方の
測定値の差は±2%の範囲であった。
【0019】参考のため、本発明の干渉測定を用いた膜
厚測定値と電子顕微鏡を用いた膜厚測定値とを示してお
く。
【0020】点A:干渉測定(22.2μm)、電子顕
微鏡(22μm) 点B:干渉測定(23.0μm)、電子顕微鏡(23μ
m) 点C:干渉測定(23.2μm)、電子顕微鏡(23μ
m) 点D:干渉測定(24.0μm)、電子顕微鏡(24μ
m) 点E:干渉測定(23.6μm)、電子顕微鏡(24μ
m) 点F:干渉測定(23.3μm)、電子顕微鏡(23μ
m) 点G:干渉測定(24.1μm)、電子顕微鏡(24μ
m) 点H:干渉測定(24.4μm)、電子顕微鏡(24μ
m) 点I:干渉測定(24.5μm)、電子顕微鏡(24μ
m)
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法及び
装置によれば、基板上の薄膜の有する2つの平行平面に
照射された検出光に起因して生じた干渉光の強度を検出
する。この場合、干渉光の強度は、検出光の波長変化に
応じて2つの平行平面の間隔に対応した周期的変化を示
すので、その変化中における複数の極値に対応する検出
光の波長を求め、これらの波長の差から薄膜の有する2
つの平行平面の間隔を非破壊で正確に決定することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例に係る薄膜の膜厚測定装置の構成を
示した図。
【図2】図1の装置の動作を説明した図。
【図3】第2実施例に係る薄膜の膜厚測定装置の構成を
示した図。
【図4】測定例を示した図。
【符号の説明】
2、102…光源、10、110…検出器、12…間隔
決定手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齊藤 眞秀 神奈川県横浜市栄区田谷町1番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に形成された薄膜の有する2つの
    平行平面に所定波長域の検出光を照射する第1の工程
    と、 前記2つの平行平面に照射された前記検出光に起因して
    生じる干渉光の波長依存性の強度を検出する第2の工程
    と、 検出された前記干渉光の波長依存性の強度の極値に対応
    する波長の値に基づいて、前記薄膜の有する前記2つの
    平行平面の間隔を決定する第3の工程と、 を備える薄膜の膜厚測定方法。
  2. 【請求項2】 前記第1の工程において、前記所定波長
    域が1μm以上でああることを特徴とする請求項1記載
    の薄膜の膜厚測定方法。
  3. 【請求項3】 前記第3の工程において、前記薄膜の波
    長依存性の屈折率変化に基づいて、検出された前記干渉
    光の波長依存性の強度の極値に対応する波長の値に補正
    を施すことを特徴とする請求項1記載の薄膜の膜厚測定
    方法。
  4. 【請求項4】 所定波長域の検出光を発生する光源と、 基板上に形成された薄膜の有する2つの平行平面に照射
    された前記検出光に起因して生じる干渉光の波長依存性
    の強度を検出する検出器と、 検出された前記干渉光の波長依存性の強度の極値に対応
    する波長の値に基づいて、前記薄膜の有する前記2つの
    平行平面の間隔を決定する膜厚決定手段と、 を備える薄膜の膜厚測定装置。
JP4948792A 1992-03-06 1992-03-06 薄膜の膜厚測定方法及び装置 Pending JPH05248824A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4948792A JPH05248824A (ja) 1992-03-06 1992-03-06 薄膜の膜厚測定方法及び装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4948792A JPH05248824A (ja) 1992-03-06 1992-03-06 薄膜の膜厚測定方法及び装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05248824A true JPH05248824A (ja) 1993-09-28

Family

ID=12832517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4948792A Pending JPH05248824A (ja) 1992-03-06 1992-03-06 薄膜の膜厚測定方法及び装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05248824A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015141176A (ja) * 2014-01-30 2015-08-03 浜松ホトニクス株式会社 膜厚計測方法及び膜厚計測装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015141176A (ja) * 2014-01-30 2015-08-03 浜松ホトニクス株式会社 膜厚計測方法及び膜厚計測装置
WO2015114895A1 (ja) * 2014-01-30 2015-08-06 浜松ホトニクス株式会社 膜厚計測方法及び膜厚計測装置
CN105940282A (zh) * 2014-01-30 2016-09-14 浜松光子学株式会社 膜厚测量方法及膜厚测量装置
US9846028B2 (en) 2014-01-30 2017-12-19 Hamamatsu Photonics K.K. Film thickness measurement method and film thickness measurement device
TWI629449B (zh) * 2014-01-30 2018-07-11 日商濱松赫德尼古斯股份有限公司 Film thickness measuring method and film thickness measuring device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3662282B2 (ja) 処理装置においてリアルタイムで温度を測定する方法およびセンサ
US6160621A (en) Method and apparatus for in-situ monitoring of plasma etch and deposition processes using a pulsed broadband light source
US4454001A (en) Interferometric method and apparatus for measuring etch rate and fabricating devices
US5350236A (en) Method for repeatable temperature measurement using surface reflectivity
KR100721783B1 (ko) 투명 재료의 두께를 측정하기 위한 방법 및 장치
US6585908B2 (en) Shallow angle interference process and apparatus for determining real-time etching rate
US5364187A (en) System for repeatable temperature measurement using surface reflectivity
JPH0972723A (ja) フィルムの厚さと屈折率を測定するための測定方法及び測定装置
JP2003065724A (ja) Ftir法による膜厚測定方法および半導体ウェーハの製造方法
KR20170015116A (ko) 샘플 스택 내의 층의 두께를 결정하기 위한 방법 및 조립체
JP2012508869A (ja) 物体の厚さを干渉分析法によって光学的に計測するための装置及び方法
JP4166400B2 (ja) 放射温度測定方法
JPH05248824A (ja) 薄膜の膜厚測定方法及び装置
JP4474795B2 (ja) 膜厚測定方法、測定装置及び半導体装置の製造方法
US6687015B1 (en) Method and device for measuring the thickness of a layer
JPH08152404A (ja) 光学定数測定方法およびその装置
JPH0593613A (ja) 微小間隔測定装置及び方法
JP3261660B2 (ja) ドライエッチングに於けるエッチングモニター方法
JP2970020B2 (ja) コーティング薄膜の形成方法
JPH0743310A (ja) パーティクル検査方法
KR100588988B1 (ko) 박막의 두께를 측정하는 방법
JP2005093524A (ja) モニタ装置及びモニタ方法
JPH05264447A (ja) 屈折率の測定方法
JPS6034046B2 (ja) 薄膜生成装置
JPH05259125A (ja) ドライエッチング装置に於けるエッチング監視方法及び装置