JPH0711411B2 - 膜厚測定装置 - Google Patents
膜厚測定装置Info
- Publication number
- JPH0711411B2 JPH0711411B2 JP26791685A JP26791685A JPH0711411B2 JP H0711411 B2 JPH0711411 B2 JP H0711411B2 JP 26791685 A JP26791685 A JP 26791685A JP 26791685 A JP26791685 A JP 26791685A JP H0711411 B2 JPH0711411 B2 JP H0711411B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film thickness
- sample
- reflectance
- curve
- measurement
- 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.)
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は薄膜の厚みを測定するための膜厚測定装置、特
には半導体製造工程でのシリコン上の酸化膜のように厚
みがミクロンメータ以下の膜の膜厚を測定する膜厚測定
装置に関する。
には半導体製造工程でのシリコン上の酸化膜のように厚
みがミクロンメータ以下の膜の膜厚を測定する膜厚測定
装置に関する。
［従来の技術］ 従来、この種の装置は既知の反射率の試料を標準とし、
その試料を基準として装置の校正を行っている。即ち、
従来の装置では試料の膜厚を測定する際には、第１回目
で標準試料を測定して装置の校正を行い、第２回目に対
象となる試料の測定を行っている。
その試料を基準として装置の校正を行っている。即ち、
従来の装置では試料の膜厚を測定する際には、第１回目
で標準試料を測定して装置の校正を行い、第２回目に対
象となる試料の測定を行っている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の装置では標準試料の反
射率を事前に測定によって装置に記憶させる必要がある
と共に、標準試料の経時変化が測定誤差になるという問
題があった。
射率を事前に測定によって装置に記憶させる必要がある
と共に、標準試料の経時変化が測定誤差になるという問
題があった。
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、その
目的は試料に対する１回の測定により高精度な膜厚測定
を行うことを可能にする膜厚測定装置を提供することに
ある。
目的は試料に対する１回の測定により高精度な膜厚測定
を行うことを可能にする膜厚測定装置を提供することに
ある。
［課題を解決するための手段］ 上述の目的を達成するために、本発明は、分光反射率か
ら試料の膜厚を測定する膜厚測定装置において、予め試
料から理想分光反射率を計算し、その反射率の最大点列
を結ぶ曲線MAX（λ）と、極小点列を結ぶ曲線MIN（λ）
と、極大と極小の中間レベルの曲線AVE（λ）を計算す
る第１処理手段と、試料の分光反射率ｆ（λ）からその
反射率の最大点列を結ぶ曲線max（λ）と、極小点列を
結ぶ曲線min（λ）と、極大と極小の中間レベルの曲線a
ve（λ）を計算する第２処理手段と、試料の膜厚を測定
する際に真の分光反射率として使用されるｆ′（λ）を と計算する第３処理手段を備えたことを特徴としてい
る。
ら試料の膜厚を測定する膜厚測定装置において、予め試
料から理想分光反射率を計算し、その反射率の最大点列
を結ぶ曲線MAX（λ）と、極小点列を結ぶ曲線MIN（λ）
と、極大と極小の中間レベルの曲線AVE（λ）を計算す
る第１処理手段と、試料の分光反射率ｆ（λ）からその
反射率の最大点列を結ぶ曲線max（λ）と、極小点列を
結ぶ曲線min（λ）と、極大と極小の中間レベルの曲線a
ve（λ）を計算する第２処理手段と、試料の膜厚を測定
する際に真の分光反射率として使用されるｆ′（λ）を と計算する第３処理手段を備えたことを特徴としてい
る。
［作用］ 本発明によれば、上述の２回測定を１回測定とすること
が可能となり、標準試料と対象試料が異なるような異種
試料による反射特性の差や２回測定による時間変化等の
誤差要因を排除でき、その測定を高精度にできる。ま
た、本発明は液晶パネルのギャップ測定のように常に迷
光が入ってしまうような試料を測定の対象とする場合に
有効である。
が可能となり、標準試料と対象試料が異なるような異種
試料による反射特性の差や２回測定による時間変化等の
誤差要因を排除でき、その測定を高精度にできる。ま
た、本発明は液晶パネルのギャップ測定のように常に迷
光が入ってしまうような試料を測定の対象とする場合に
有効である。
［実施例］ 本発明の実施例を説明する前に、本発明で利用している
基本的な膜厚算出の原理を第１図を用いて先ず説明す
る。
基本的な膜厚算出の原理を第１図を用いて先ず説明す
る。
媒質の屈折率を入射側からn1,n2,n3とし、いま測定しよ
うとする膜厚をｄとする。使用波長（真空中での波長λ
０）の各々の入射角をθ1,θ2,θ３とする。この時の振
巾反射率Ｙは次のようになる。〔参考:M.Born and E.
Wolf著、“Principles of Optics"3rd edition,PERG
AMON PRESS,62頁〕 ここでY12は媒質１と２の境界でのフレネルの反射係数
で、Y23は媒質２と３の境界でのフレネルの反射係数で
あり、βは である。実際測定可能な量は、反射強度すなわちＲ＝|Y
|2（通常反射率と呼ぶ）であり、次のようになる。
うとする膜厚をｄとする。使用波長（真空中での波長λ
０）の各々の入射角をθ1,θ2,θ３とする。この時の振
巾反射率Ｙは次のようになる。〔参考:M.Born and E.
Wolf著、“Principles of Optics"3rd edition,PERG
AMON PRESS,62頁〕 ここでY12は媒質１と２の境界でのフレネルの反射係数
で、Y23は媒質２と３の境界でのフレネルの反射係数で
あり、βは である。実際測定可能な量は、反射強度すなわちＲ＝|Y
|2（通常反射率と呼ぶ）であり、次のようになる。
（２）式より膜厚ｄは次のようになる。
ここでＮは整数である。
使用波長λ０を変化させた時の反射率Ｒとｄは第１図
（ｂ）及び（ｃ）のようになる。従って各波長での膜厚
ｄの平均値dAVを膜厚とすることにより、再現性の良い
高精度な測定ができる。
（ｂ）及び（ｃ）のようになる。従って各波長での膜厚
ｄの平均値dAVを膜厚とすることにより、再現性の良い
高精度な測定ができる。
半導体製造工程において、シリコン上の酸化膜等の膜厚
測定には、高精度測定が要求されている。その理由の１
つに、線巾の微細化に伴い、線巾の精度が高く要求され
ているが、半導体製造工程において重要なエツチング工
程は、膜厚により線巾が微妙に変化してしまうことが挙
げられる。
測定には、高精度測定が要求されている。その理由の１
つに、線巾の微細化に伴い、線巾の精度が高く要求され
ているが、半導体製造工程において重要なエツチング工
程は、膜厚により線巾が微妙に変化してしまうことが挙
げられる。
膜厚を高精度に測定するには、反射率の測定精度を上げ
ることが肝要である。本発明は反射率の測定精度向上を
目的としたものである。
ることが肝要である。本発明は反射率の測定精度向上を
目的としたものである。
測定精度の劣化原因として、以下のことが挙げられる。
（１）迷光。
（２）フアイバープローブと被検面との間の距離の変動
による光量変化。
による光量変化。
（３）光量検出器の変動。
（４）経時変化。
本発明は、これらを自動的に補正することにより、測定
精度向上を実現した。
精度向上を実現した。
第２図、第３図、第４図は本発明の実施例である。第２
図は本発明の構成、第３図は本発明お処理プロセス、そ
して第４図は第３図の処理プロセスの各プロセスでの信
号を示したものである。以下詳しく説明する。
図は本発明の構成、第３図は本発明お処理プロセス、そ
して第４図は第３図の処理プロセスの各プロセスでの信
号を示したものである。以下詳しく説明する。
本発明の構成を示す第２図において、１は分光器、２は
分光器での試料面からの各波長の反射率相当の出力信号
を記憶するRAM1、３はこの出力信号を計算処理するCPU
1、４は所定の膜の理想の反射率を計算し、その計算値
をデータ処理するCPU2、５はCPU2の処理後のデータを記
憶するRAM2、６はCPU1とRAM2の処理データからRAM1のデ
ータを補正し更に膜厚計算をするCPU3、そして７は膜厚
計算結果を出力する出力機器から成り立つ。
分光器での試料面からの各波長の反射率相当の出力信号
を記憶するRAM1、３はこの出力信号を計算処理するCPU
1、４は所定の膜の理想の反射率を計算し、その計算値
をデータ処理するCPU2、５はCPU2の処理後のデータを記
憶するRAM2、６はCPU1とRAM2の処理データからRAM1のデ
ータを補正し更に膜厚計算をするCPU3、そして７は膜厚
計算結果を出力する出力機器から成り立つ。
次にその作用について第３図、第４図を使って以下説明
する。
する。
まず分光器からの各波長の反射率測定（第３図ステツプ
13）のデータすなわちRAM1のデータを、CPU1で高速フー
リエ変換等によりデータの平滑化（第３図14）を行う。
すなわち第４図（ａ）の×印が測定値であり実線のｆ
（λ）で示したものが平滑化した曲線である。ここでｆ
は波長λの関数である。次にこのｆ（λ）の極大、極小
値及びその中間レベルを求める（第３図15）。その方法
は、まず極大点の点列を結び曲線max（λ）そして極小
点の点列を結び曲線min（λ）を求めそして、その中間
レベル を求める。
13）のデータすなわちRAM1のデータを、CPU1で高速フー
リエ変換等によりデータの平滑化（第３図14）を行う。
すなわち第４図（ａ）の×印が測定値であり実線のｆ
（λ）で示したものが平滑化した曲線である。ここでｆ
は波長λの関数である。次にこのｆ（λ）の極大、極小
値及びその中間レベルを求める（第３図15）。その方法
は、まず極大点の点列を結び曲線max（λ）そして極小
点の点列を結び曲線min（λ）を求めそして、その中間
レベル を求める。
一方、予め、測定対象の膜の反射率の理論値すなわち各
波長の理想反射率をCPU2で計算（第３図16）し、その曲
線Ｆ（λ）から、極大値を結んだ曲線MAX（λ）、極小
値を結んだ曲線MIN（λ）そして中間レベルAVE（λ）を
算出しておく（第３図17）。MAX（λ）,MIN（λ）,AEV
（λ）はRAM2に入れる。
波長の理想反射率をCPU2で計算（第３図16）し、その曲
線Ｆ（λ）から、極大値を結んだ曲線MAX（λ）、極小
値を結んだ曲線MIN（λ）そして中間レベルAVE（λ）を
算出しておく（第３図17）。MAX（λ）,MIN（λ）,AEV
（λ）はRAM2に入れる。
以上からCPU3によってｆ（λ）を次のように修正しｆ′
（λ）とする。
（λ）とする。
前記測定精度劣化原因によって生ずる反射率データのゲ
イン変動を（４）式第１項で修正し、バイアス変動を第
２項で修正する（第３図18,19）。
イン変動を（４）式第１項で修正し、バイアス変動を第
２項で修正する（第３図18,19）。
更にこの修正されたｆ′（λ）をＲとして前記（３）式
により膜厚ｄを算出する（第３図20）ことにより、高精
度な膜厚測定が可能となる。
により膜厚ｄを算出する（第３図20）ことにより、高精
度な膜厚測定が可能となる。
また同様の試料を繰り返し測定する場合は、毎回max
（λ）,min（λ）そしてave（λ）を算出するには時間
のロスとなるから、初回に測定した試料のデータを使
い、修正することも可能である。第Ｎ回目の試料測定
ｆ′Ｎ（λ）を次式で計算する。なお添字１又はＮは初
回測定又はＮ回目の測定での値を示す。
（λ）,min（λ）そしてave（λ）を算出するには時間
のロスとなるから、初回に測定した試料のデータを使
い、修正することも可能である。第Ｎ回目の試料測定
ｆ′Ｎ（λ）を次式で計算する。なお添字１又はＮは初
回測定又はＮ回目の測定での値を示す。
この時初回の試料は、第Ｎ回目の試料と全く同一である
必要はない。すなわちfN（λ）にゲインとバイアスを与
えることができればよく、測定精度劣化原因の各項目が
変動していない範囲であれば実用上支障がない。
必要はない。すなわちfN（λ）にゲインとバイアスを与
えることができればよく、測定精度劣化原因の各項目が
変動していない範囲であれば実用上支障がない。
以上のように本発明によれば自動的にデータが補正され
ることから、予め測定精度劣化原因が相当程度ある場合
に有効である。例えば液晶パネルの液晶層のギヤツプｄ
を求めるのに応用できる。第５図に示すように液晶パネ
ルの上ガラス８と下ガラス９とが液晶層の厚みｄを介し
て結合されている場合、上ガラス８の上面10と下ガラス
９の下面11の反射光は反射率測定用フアイバープローブ
12に必ず入ってしまい、バイアス光となり除去不可能と
なる。しかし本発明にれば（４）式により、このバイア
ス光は計算により自動的に除去できる。
ることから、予め測定精度劣化原因が相当程度ある場合
に有効である。例えば液晶パネルの液晶層のギヤツプｄ
を求めるのに応用できる。第５図に示すように液晶パネ
ルの上ガラス８と下ガラス９とが液晶層の厚みｄを介し
て結合されている場合、上ガラス８の上面10と下ガラス
９の下面11の反射光は反射率測定用フアイバープローブ
12に必ず入ってしまい、バイアス光となり除去不可能と
なる。しかし本発明にれば（４）式により、このバイア
ス光は計算により自動的に除去できる。
なおCPU1,CPU2,CPU3は同一のCPUを用いることが可能で
ある。
ある。
［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明によれば、高精度な膜厚の
測定が可能となる。
測定が可能となる。
第１図は本発明に利用した分光反射率から膜厚を求める
基本原理説明図、 第２図は本発明の実施例の構成を示すブロツク図、 第３図は本発明の実施例の処理プロセスを示す図、 第４図は本発明の実施例の信号状態を示す図、 第５図は本発明を液晶パネルのギヤツプ測定に応用した
場合の断面図である。 １は分光器、 2,5はRAM、 3,4,6はCPUである。
基本原理説明図、 第２図は本発明の実施例の構成を示すブロツク図、 第３図は本発明の実施例の処理プロセスを示す図、 第４図は本発明の実施例の信号状態を示す図、 第５図は本発明を液晶パネルのギヤツプ測定に応用した
場合の断面図である。 １は分光器、 2,5はRAM、 3,4,6はCPUである。
Claims (1)
- 【請求項１】分光反射率から試料の膜厚を測定する膜厚
測定装置において、予め試料から理想分光反射率を計算
し、その反射率の最大点列を結ぶ曲線MAX（λ）と、極
小点列を結ぶ曲線MIN（λ）と、極大と極小の中間レベ
ルの曲線AVE（λ）を計算する第１処理手段と、試料の
分光反射率ｆ（λ）からその反射率の最大点列を結ぶ曲
線max（λ）と、極小点列を結ぶ曲線min（λ）と、極大
と極小の中間レベルの曲線ave（λ）を計算する第２処
理手段と、試料の膜厚を測定する際に真の分光反射率と
して使用されるｆ′（λ）を と計算する第３処理手段を備えたことを特徴とする膜厚
測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26791685A JPH0711411B2 (ja) | 1985-11-28 | 1985-11-28 | 膜厚測定装置 |
| US06/935,381 US4787749A (en) | 1985-11-28 | 1986-11-26 | Method and apparatus for measuring the thickness of a thin film using the spectral reflection factor of the film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26791685A JPH0711411B2 (ja) | 1985-11-28 | 1985-11-28 | 膜厚測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62127605A JPS62127605A (ja) | 1987-06-09 |
| JPH0711411B2 true JPH0711411B2 (ja) | 1995-02-08 |
Family
ID=17451400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26791685A Expired - Lifetime JPH0711411B2 (ja) | 1985-11-28 | 1985-11-28 | 膜厚測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0711411B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5087121A (en) * | 1987-12-01 | 1992-02-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Depth/height measuring device |
-
1985
- 1985-11-28 JP JP26791685A patent/JPH0711411B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62127605A (ja) | 1987-06-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |