JPH07174546A - 膜厚測定方法 - Google Patents
膜厚測定方法Info
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- JPH07174546A JPH07174546A JP16257593A JP16257593A JPH07174546A JP H07174546 A JPH07174546 A JP H07174546A JP 16257593 A JP16257593 A JP 16257593A JP 16257593 A JP16257593 A JP 16257593A JP H07174546 A JPH07174546 A JP H07174546A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体工程の基板上の凹凸パターン、段差を
有する膜又は膜厚が厚い膜の膜厚を正確に測定する。 【構成】 低加速電圧を印加した電子ビーム１５を基板
１１の表面と膜１３とに照射する。基板１１の表面から
の反射電子１４ａが反射電子検出器１６に到達する飛行
距離は、膜１３の表面からの反射電子１４ａが到達する
飛行距離と比べて膜の厚さのおよそ２倍分だけ長くな
る。したがって、この飛行距離の違いに伴う飛行時間差
を利用して、飛行時間差をオシロスコープで測定し、電
子速度から膜１３の膜厚を正確に測定する。
有する膜又は膜厚が厚い膜の膜厚を正確に測定する。 【構成】 低加速電圧を印加した電子ビーム１５を基板
１１の表面と膜１３とに照射する。基板１１の表面から
の反射電子１４ａが反射電子検出器１６に到達する飛行
距離は、膜１３の表面からの反射電子１４ａが到達する
飛行距離と比べて膜の厚さのおよそ２倍分だけ長くな
る。したがって、この飛行距離の違いに伴う飛行時間差
を利用して、飛行時間差をオシロスコープで測定し、電
子速度から膜１３の膜厚を正確に測定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、膜厚測定方法及び装置
に関し、特に基板の一部に形成された膜の膜厚を測定す
る方法に関する。
に関し、特に基板の一部に形成された膜の膜厚を測定す
る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の電子線を使用した膜厚の測定方法
の原理について説明する。所定の加速電圧で加速された
電子ビームを物質に照射した場合に、電子ビームがその
物質に侵入する到達深さは、その物質に固有の密度と加
速電圧とに関係し、従って、到達深さの浅い物質ほど反
射電子が大きいという性質を持っている。そのため、予
めそれぞれ異なる密度を持った物質について加速電圧を
パラメーターとして反射電子を測定することにより、そ
の物質について侵入到達深さと反射電子量とが測定でき
る。この侵入到達深さと反射電子量の関係と、実際に基
板上に形成した膜からの反射電子とを比較することで膜
厚を測定できる。
の原理について説明する。所定の加速電圧で加速された
電子ビームを物質に照射した場合に、電子ビームがその
物質に侵入する到達深さは、その物質に固有の密度と加
速電圧とに関係し、従って、到達深さの浅い物質ほど反
射電子が大きいという性質を持っている。そのため、予
めそれぞれ異なる密度を持った物質について加速電圧を
パラメーターとして反射電子を測定することにより、そ
の物質について侵入到達深さと反射電子量とが測定でき
る。この侵入到達深さと反射電子量の関係と、実際に基
板上に形成した膜からの反射電子とを比較することで膜
厚を測定できる。
【０００３】図５に従来の電子ビームを使用して膜厚を
測定する方法を示す。シリコン基板１１上に薄膜１２を
形成させ、その薄膜１２の膜厚を測定する場合、事前に
基板上に形成する薄膜の膜厚を変化させて、膜表面に所
定の加速電圧で加速した電子ビームを照射し、膜からの
反射電子量を膜厚との検量線（図６）を求めておく。
測定する方法を示す。シリコン基板１１上に薄膜１２を
形成させ、その薄膜１２の膜厚を測定する場合、事前に
基板上に形成する薄膜の膜厚を変化させて、膜表面に所
定の加速電圧で加速した電子ビームを照射し、膜からの
反射電子量を膜厚との検量線（図６）を求めておく。
【０００４】シリコン基板上にモリブデン膜を形成した
際のモリブデン膜厚と反射電子量との関係を示す図６の
検量線図を例にとって、検量線について説明する。モリ
ブデン膜が薄膜の場合、モリブデン膜表面に電子ビーム
を照射すると、モリブデン膜の厚さによって反射電子量
が異なる。モリブデン膜がなければ、検量線に示すよ
うにシリコン基板のみで反射した電子ビームの反射電子
量が測定され、モリブデン膜の厚さが増加すると、に
示すようにシリコン基板とモリブデン膜との両方で反射
した電子ビームの反射電子量が測定される。さらにモリ
ブデン膜が厚くなると、のようにモリブデン膜で反射
した電子ビームの反射電子量が測定される。以後、モリ
ブデン膜が厚くなったとしても、反射電子量は変化せ
ず、一定となる。したがって、モリブデン膜の厚さを変
化させた場合の反射電子量を測定して検量線を求めてお
き、これを基準とする。
際のモリブデン膜厚と反射電子量との関係を示す図６の
検量線図を例にとって、検量線について説明する。モリ
ブデン膜が薄膜の場合、モリブデン膜表面に電子ビーム
を照射すると、モリブデン膜の厚さによって反射電子量
が異なる。モリブデン膜がなければ、検量線に示すよ
うにシリコン基板のみで反射した電子ビームの反射電子
量が測定され、モリブデン膜の厚さが増加すると、に
示すようにシリコン基板とモリブデン膜との両方で反射
した電子ビームの反射電子量が測定される。さらにモリ
ブデン膜が厚くなると、のようにモリブデン膜で反射
した電子ビームの反射電子量が測定される。以後、モリ
ブデン膜が厚くなったとしても、反射電子量は変化せ
ず、一定となる。したがって、モリブデン膜の厚さを変
化させた場合の反射電子量を測定して検量線を求めてお
き、これを基準とする。
【０００５】実際のシリコン基板上の膜厚測定では、シ
リコン基板１１上に形成した薄膜１２に、所定の加速電
圧で加速された電子ビーム１３を照射し、電子ビームの
照射による膜表面からの反射電子流１４を測定した後、
その測定した反射電子流１４とあらかじめ求めた検量線
とを比較して、薄膜の厚さを検知する（例えば、特開昭
６２−１２８０８号参照）。
リコン基板１１上に形成した薄膜１２に、所定の加速電
圧で加速された電子ビーム１３を照射し、電子ビームの
照射による膜表面からの反射電子流１４を測定した後、
その測定した反射電子流１４とあらかじめ求めた検量線
とを比較して、薄膜の厚さを検知する（例えば、特開昭
６２−１２８０８号参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の電子ビームを使
用する膜厚の測定方法では、反射電子量と膜厚の検量線
から基板上の所定の膜厚を決定するため、検量線を測定
した同一条件で基板上の平坦膜表面からの反射電子流を
測定する必要があり、しかも測定する膜厚は、薄膜でな
ければならなかった。
用する膜厚の測定方法では、反射電子量と膜厚の検量線
から基板上の所定の膜厚を決定するため、検量線を測定
した同一条件で基板上の平坦膜表面からの反射電子流を
測定する必要があり、しかも測定する膜厚は、薄膜でな
ければならなかった。
【０００７】ところが、半導体製造工程での基板上の膜
は、凹凸パターンや段差を有するため、凹凸パターン又
は段差部分で反射する反射電子量は、検量線作成時の平
坦基板からの反射電子量と異なり、また、基板上の膜が
厚い場合、反射電子量が変化しないため、検量線が一定
となってしまい、検量線に基づいて膜厚を正確に検知す
ることができない。
は、凹凸パターンや段差を有するため、凹凸パターン又
は段差部分で反射する反射電子量は、検量線作成時の平
坦基板からの反射電子量と異なり、また、基板上の膜が
厚い場合、反射電子量が変化しないため、検量線が一定
となってしまい、検量線に基づいて膜厚を正確に検知す
ることができない。
【０００８】また、反射電子量と膜厚とに基づく検量線
を作成するにあたっては、膜が形成される基板の種類毎
に、その基板上に形成される膜の厚味を変化させ、反射
電子量を測定しなければならないという問題点があっ
た。
を作成するにあたっては、膜が形成される基板の種類毎
に、その基板上に形成される膜の厚味を変化させ、反射
電子量を測定しなければならないという問題点があっ
た。
【０００９】本発明の目的は、基板と、基板上の膜表面
とでそれぞれ反射する電子の飛行時間差から、基板上の
膜の厚味を測定するようにした膜厚測定方法を提供する
ことにある。
とでそれぞれ反射する電子の飛行時間差から、基板上の
膜の厚味を測定するようにした膜厚測定方法を提供する
ことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る膜厚測定方法は、電子ビーム照射処理
と膜厚計測処理とを行ない、基板上に形成された膜の膜
厚を測定する膜厚測定方法であって、電子ビーム照射処
理は、所定の位置から電子ビームを基板の表面及び基板
上の膜に照射し、基板の表面と基板上の膜とでそれぞれ
反射した反射電子を所定位置で検出する処理であり、膜
厚計測処理は、両反射電子の飛行距離の差を検出し、そ
の飛行距離の差を演算処理して膜の厚さを計測する処理
である。
め、本発明に係る膜厚測定方法は、電子ビーム照射処理
と膜厚計測処理とを行ない、基板上に形成された膜の膜
厚を測定する膜厚測定方法であって、電子ビーム照射処
理は、所定の位置から電子ビームを基板の表面及び基板
上の膜に照射し、基板の表面と基板上の膜とでそれぞれ
反射した反射電子を所定位置で検出する処理であり、膜
厚計測処理は、両反射電子の飛行距離の差を検出し、そ
の飛行距離の差を演算処理して膜の厚さを計測する処理
である。
【００１１】また、電子ビームを偏向させ、該電子ビー
ムを基板の表面及び基板の膜に個々に照射するものであ
る。
ムを基板の表面及び基板の膜に個々に照射するものであ
る。
【００１２】また、電子ビームのビーム径を拡径し、該
電子ビームを基板及び基板の膜に同時に照射するもので
ある。
電子ビームを基板及び基板の膜に同時に照射するもので
ある。
【００１３】また、膜厚計測処理は、基板の表面及び基
板の膜で反射した反射電子の飛行距離の差が膜厚分に相
当することを利用し、電子速度より飛行距離差を求め、
その距離差に応じて膜厚を算出するものである。
板の膜で反射した反射電子の飛行距離の差が膜厚分に相
当することを利用し、電子速度より飛行距離差を求め、
その距離差に応じて膜厚を算出するものである。
【００１４】
【作用】基板上に形成された膜、特に膜厚の厚い膜や凹
凸パターン及び段差を有する膜において、図１に示すよ
うにパターンを有する膜１７の表面と基板１１の表面、
段差を有する膜１３の表面と基板１１の表面とに個々に
電子ビームを照射し、各膜１３，１７の表面で反射した
反射電子及び、基板１１の表面で反射した反射電子がそ
れぞれ所定位置の電子検出器に到達するまでの飛行距離
の違いによる時間差を検出して、膜の厚さを測定する。
凸パターン及び段差を有する膜において、図１に示すよ
うにパターンを有する膜１７の表面と基板１１の表面、
段差を有する膜１３の表面と基板１１の表面とに個々に
電子ビームを照射し、各膜１３，１７の表面で反射した
反射電子及び、基板１１の表面で反射した反射電子がそ
れぞれ所定位置の電子検出器に到達するまでの飛行距離
の違いによる時間差を検出して、膜の厚さを測定する。
【００１５】
【実施例】本発明における膜厚測定の原理を図１を用い
て説明する。図１（Ｂ）に示すように、低加速電圧を印
加した電子ビーム１５を、基板１１の表面と、段差を有
する膜１３の表面とに照射し、シリコン基板１１の表面
と膜１３の表面とでそれぞれ反射する反射電子１４ａを
それぞれ反射電子検出器１６で検出する。
て説明する。図１（Ｂ）に示すように、低加速電圧を印
加した電子ビーム１５を、基板１１の表面と、段差を有
する膜１３の表面とに照射し、シリコン基板１１の表面
と膜１３の表面とでそれぞれ反射する反射電子１４ａを
それぞれ反射電子検出器１６で検出する。
【００１６】シリコン基板１１の表面で反射した反射電
子１４ａが反射電子検出器１６に到達する飛行距離は、
膜１３の表面で反射した反射電子１４ａが反射電子検出
器１６に到達する飛行距離と比べて、膜１３の厚さのお
よそ２倍分だけ長くなる。したがって、この飛行距離の
違いに伴う飛行時間差を利用して、その飛行時間差をオ
シロスコープで測定し、反射電子１４の電子速度から膜
１３の膜厚を算出する。また、同様に図１（Ａ）に示す
パターンを有する膜１７の膜厚を測定するにあたって
も、シリコン基板１１の表面と、膜１７の表面とに電子
ビーム１５を照射し、その反射した反射電子１４を使っ
て膜厚の測定を行なう。
子１４ａが反射電子検出器１６に到達する飛行距離は、
膜１３の表面で反射した反射電子１４ａが反射電子検出
器１６に到達する飛行距離と比べて、膜１３の厚さのお
よそ２倍分だけ長くなる。したがって、この飛行距離の
違いに伴う飛行時間差を利用して、その飛行時間差をオ
シロスコープで測定し、反射電子１４の電子速度から膜
１３の膜厚を算出する。また、同様に図１（Ａ）に示す
パターンを有する膜１７の膜厚を測定するにあたって
も、シリコン基板１１の表面と、膜１７の表面とに電子
ビーム１５を照射し、その反射した反射電子１４を使っ
て膜厚の測定を行なう。
【００１７】次に膜厚測定装置を図２に基づいて説明す
る。図２に示すように、電子銃１８からウェハーステー
ジ２１までの間に、制御電極１９と偏光器２０とを設置
する。さらにウェハーステージ２１の上方に複数の反射
電子検出器１６を設ける。電子銃１８と制御電極１９と
の間にパルス電圧を印加して、電子ビームパルスを発生
させる。偏光器２０は、基板１１上に形成した図１の膜
１３又は１７と基板１１とにその偏光された電子ビーム
１５をそれぞれ個別に照射する。電子ビームは、基板１
１の表面と、基板１１上に形成した膜１３又は１７の表
面で反射し、発散した反射電子の内、エネルギーの高い
反射電子を得るために図３の複数の反射電子検出器１６
によって検出する。検出した電子は、飛行時間差がある
ため、オシロスコープに入力することにより時間差が測
定できる。
る。図２に示すように、電子銃１８からウェハーステー
ジ２１までの間に、制御電極１９と偏光器２０とを設置
する。さらにウェハーステージ２１の上方に複数の反射
電子検出器１６を設ける。電子銃１８と制御電極１９と
の間にパルス電圧を印加して、電子ビームパルスを発生
させる。偏光器２０は、基板１１上に形成した図１の膜
１３又は１７と基板１１とにその偏光された電子ビーム
１５をそれぞれ個別に照射する。電子ビームは、基板１
１の表面と、基板１１上に形成した膜１３又は１７の表
面で反射し、発散した反射電子の内、エネルギーの高い
反射電子を得るために図３の複数の反射電子検出器１６
によって検出する。検出した電子は、飛行時間差がある
ため、オシロスコープに入力することにより時間差が測
定できる。
【００１８】測定信号処理回路について図４を用いて説
明する。パルス発生器３１から同時に電子銃１８と偏光
器２０にパルスを入力する。電子銃１８では、パルス電
子ビームを発生させ、偏光器２０へは、パルス発生器３
１からのパルスをフリップフロップ回路３２で階級関数
にし、これをＤ／Ａ変換器３３でＤ／Ａ変換する。これ
によって、１パルスの電子ビームに対して電子ビームを
偏光し走査することができる。さらに、Ｄ／Ａ変換後、
所定の基板表面と基板上に形成した膜表面から反射電子
を検出できる領域を走査させるため所定の電圧に増幅器
３４で増幅し、偏光器２０に入力する。
明する。パルス発生器３１から同時に電子銃１８と偏光
器２０にパルスを入力する。電子銃１８では、パルス電
子ビームを発生させ、偏光器２０へは、パルス発生器３
１からのパルスをフリップフロップ回路３２で階級関数
にし、これをＤ／Ａ変換器３３でＤ／Ａ変換する。これ
によって、１パルスの電子ビームに対して電子ビームを
偏光し走査することができる。さらに、Ｄ／Ａ変換後、
所定の基板表面と基板上に形成した膜表面から反射電子
を検出できる領域を走査させるため所定の電圧に増幅器
３４で増幅し、偏光器２０に入力する。
【００１９】パルス発生器３１からトリガーパルスをオ
シロスコープ３５に入力し、電子ビーム１パルス毎に検
出される反射電子検出器１６の信号をオシロスコープ３
５に入力，記憶させ、反射電子の飛行時間差を測定す
る。
シロスコープ３５に入力し、電子ビーム１パルス毎に検
出される反射電子検出器１６の信号をオシロスコープ３
５に入力，記憶させ、反射電子の飛行時間差を測定す
る。
【００２０】そして、その飛行時間差から既知の電子速
度より飛行距離差を計算し、膜厚を算出する。
度より飛行距離差を計算し、膜厚を算出する。
【００２１】図４に示す実施例１の測定信号処理回路で
は、パルス電子ビームを用いているが、基板表面と基板
上に形成した膜表面からの反射電子を同時に検出できる
十分大きい電子ビーム径を有するパルス電子ビームを用
いた場合、分解能は低下するが、実施例１と同様に飛行
時間差をオシロスコープで測定することができる。
は、パルス電子ビームを用いているが、基板表面と基板
上に形成した膜表面からの反射電子を同時に検出できる
十分大きい電子ビーム径を有するパルス電子ビームを用
いた場合、分解能は低下するが、実施例１と同様に飛行
時間差をオシロスコープで測定することができる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、基板と膜
厚表面における反射電子の飛行時間差から膜厚を測定す
るため、従来の測定方法のような膜厚と反射電子の検量
線は必要としない。しかも、従来の測定方法では、膜厚
が厚いと、反射電子量が飽和してしまい、検量線から膜
厚を読み取れず、膜厚を検知することができなかった
が、本発明では、そのような厚い膜厚でも測定すること
ができる。
厚表面における反射電子の飛行時間差から膜厚を測定す
るため、従来の測定方法のような膜厚と反射電子の検量
線は必要としない。しかも、従来の測定方法では、膜厚
が厚いと、反射電子量が飽和してしまい、検量線から膜
厚を読み取れず、膜厚を検知することができなかった
が、本発明では、そのような厚い膜厚でも測定すること
ができる。
【００２３】また、半導体製造工程での基板上に形成し
た凹凸パターン，段差を有する膜の膜厚を偏光器を用い
て電子ビームの走査範囲を定めておくことで部分的に膜
厚を測定することができる。
た凹凸パターン，段差を有する膜の膜厚を偏光器を用い
て電子ビームの走査範囲を定めておくことで部分的に膜
厚を測定することができる。
【図１】本発明の膜厚測定方法を示す原理説明図であ
る。
る。
【図２】膜厚測定装置の断面図である。
【図３】図２に示した膜厚測定装置を上から下に見た場
合の反射電子検出器の配置図である。
合の反射電子検出器の配置図である。
【図４】図２に示した膜厚測定装置の測定信号処理回路
を示す図である。
を示す図である。
【図５】従来の電子ビームを使用した膜厚測定方法を示
す断面図である。
す断面図である。
【図６】シリコン基板上に形成したモリブデン膜厚と反
射電子量の検量線図である。
射電子量の検量線図である。
１１ シリコン基板 １２ 薄膜 １３ 段差を有する膜 １４ 反射電子流 １４ａ 反射電子 １５ 電子ビーム １６ 反射電子検出器 １７ パターンを有する膜 １８ 電子銃 １９ 制御電極 ２０ 偏光器 ２１ ウェハーステージ
Claims (4)
- 【請求項１】 電子ビーム照射処理と膜厚計測処理とを
行ない、基板上に形成された膜の膜厚を測定する膜厚測
定方法であって、 電子ビーム照射処理は、所定の位置から電子ビームを基
板の表面及び基板上の膜に照射し、基板の表面と基板上
の膜とでそれぞれ反射した反射電子を所定位置で検出す
る処理であり、 膜厚計測処理は、両反射電子の飛行距離の差を検出し、
その飛行距離の差を演算処理して膜の厚さを計測する処
理であることを特徴とする膜厚測定方法。 - 【請求項２】 電子ビームを偏向させ、該電子ビームを
基板の表面及び基板の膜に個々に照射することを特徴と
する請求項１に記載の膜厚測定方法。 - 【請求項３】 電子ビームのビーム径を拡径し、該電子
ビームを基板及び基板の膜に同時に照射することを特徴
とする請求項１に記載の膜厚測定方法。 - 【請求項４】 膜厚計測処理は、基板の表面及び基板の
膜で反射した反射電子の飛行距離の差が膜厚分に相当す
ることを利用し、電子速度より飛行距離差を求め、その
距離差に応じて膜厚を算出することを特徴とする請求項
１，２又は３に記載の膜厚測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5162575A JP2546500B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 膜厚測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5162575A JP2546500B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 膜厚測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07174546A true JPH07174546A (ja) | 1995-07-14 |
| JP2546500B2 JP2546500B2 (ja) | 1996-10-23 |
Family
ID=15757198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5162575A Expired - Fee Related JP2546500B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 膜厚測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2546500B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010175249A (ja) * | 2009-01-27 | 2010-08-12 | Hitachi High-Technologies Corp | 試料高さ測定方法及び試料高さ測定装置 |
| JP2013076705A (ja) * | 2012-11-30 | 2013-04-25 | Hitachi High-Technologies Corp | 荷電粒子線装置 |
| WO2023146262A1 (ko) * | 2022-01-27 | 2023-08-03 | 주식회사 액트로 | 두께 측정 장치 및 방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62289704A (ja) * | 1986-06-10 | 1987-12-16 | Michio Namiki | シアリング干渉コントラスト法段差測定装置 |
| JPH01243351A (ja) * | 1988-03-24 | 1989-09-28 | Sanyo Electric Co Ltd | 分析装置 |
| JPH02276904A (ja) * | 1989-04-18 | 1990-11-13 | Toshiba Corp | 深さ測定方法 |
-
1993
- 1993-06-30 JP JP5162575A patent/JP2546500B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| WO2023146262A1 (ko) * | 2022-01-27 | 2023-08-03 | 주식회사 액트로 | 두께 측정 장치 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2546500B2 (ja) | 1996-10-23 |
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