JPH07231023A - 薄膜の形状計測方法 - Google Patents
薄膜の形状計測方法Info
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- JPH07231023A JPH07231023A JP1974894A JP1974894A JPH07231023A JP H07231023 A JPH07231023 A JP H07231023A JP 1974894 A JP1974894 A JP 1974894A JP 1974894 A JP1974894 A JP 1974894A JP H07231023 A JPH07231023 A JP H07231023A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 検査者の個人差を伴うことなく、透明膜の形
状計測を非破壊でかつ高速に行って、検査者の検査時間
を短縮することができるとともに、検査者の手間を軽減
することができる。 【構成】 任意の形状を有する不透明層１１と、該不透
明層１１上に形成した透明膜１２とを有する被測定試料
３の該透明膜表面の形状を計測する方法であって、ブリ
ュースター角に設定したＰ偏光を利用して該不透明層１
１の下地形状を計測し、光の干渉現象を利用して該透明
膜１２の膜厚を計測した後、計測した該不透明層１１の
下地形状に計測した該透明膜１２の膜厚を付加して該透
明膜表面の形状を計測する。
状計測を非破壊でかつ高速に行って、検査者の検査時間
を短縮することができるとともに、検査者の手間を軽減
することができる。 【構成】 任意の形状を有する不透明層１１と、該不透
明層１１上に形成した透明膜１２とを有する被測定試料
３の該透明膜表面の形状を計測する方法であって、ブリ
ュースター角に設定したＰ偏光を利用して該不透明層１
１の下地形状を計測し、光の干渉現象を利用して該透明
膜１２の膜厚を計測した後、計測した該不透明層１１の
下地形状に計測した該透明膜１２の膜厚を付加して該透
明膜表面の形状を計測する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜の形状計測方法に
係り、詳しくは、段差等の複雑な形状を有する不透明層
上に形成された透明膜の断面形状計測技術、例えば半導
体製造分野において、半導体ウェハ上に形成されるメタ
ル層間絶縁膜の表面形状の計測方法に適用することがで
き、特に、メタル層間絶縁膜等の透明膜の形状計測を非
破壊でかつ高速に行うことができる薄膜の形状計測方法
に関する。
係り、詳しくは、段差等の複雑な形状を有する不透明層
上に形成された透明膜の断面形状計測技術、例えば半導
体製造分野において、半導体ウェハ上に形成されるメタ
ル層間絶縁膜の表面形状の計測方法に適用することがで
き、特に、メタル層間絶縁膜等の透明膜の形状計測を非
破壊でかつ高速に行うことができる薄膜の形状計測方法
に関する。
【０００２】近年、ＬＳＩデバイスやプリント板等にお
ける高密度化及び高集積化は、目覚ましい進歩を遂げて
おり、それに伴い、構造の微細化及び多層配線技術等を
駆使した多層化が進展している。このような構造の複雑
化により、高アスペクト比段差を絶縁膜で埋め込み平坦
化する技術が重要となっている。それに伴い、その平坦
化度を検査する技術、装置開発が要求されている。
ける高密度化及び高集積化は、目覚ましい進歩を遂げて
おり、それに伴い、構造の微細化及び多層配線技術等を
駆使した多層化が進展している。このような構造の複雑
化により、高アスペクト比段差を絶縁膜で埋め込み平坦
化する技術が重要となっている。それに伴い、その平坦
化度を検査する技術、装置開発が要求されている。
【０００３】一般に、配線間の層間絶縁膜は、表面がで
きるだけ平坦化されているのが望ましい。しかしなが
ら、近時の高集積化による多層配線化により、下地配線
の段差が大きくなると、その段差の影響を受けて、その
上に形成した層間絶縁膜及びレジストに膜厚差が生じ易
い。このため、レジストパターンを形成する際、レジス
トを感光する時の焦点深度がずれてパターンずれが生じ
易いという問題がある。このため、従来、層間絶縁膜が
どのくらい平坦化されているかを検査する技術が要求さ
れているが、層間絶縁膜は透明膜であるため、非破壊で
その表面形状を測定する方法は見い出されていない。
きるだけ平坦化されているのが望ましい。しかしなが
ら、近時の高集積化による多層配線化により、下地配線
の段差が大きくなると、その段差の影響を受けて、その
上に形成した層間絶縁膜及びレジストに膜厚差が生じ易
い。このため、レジストパターンを形成する際、レジス
トを感光する時の焦点深度がずれてパターンずれが生じ
易いという問題がある。このため、従来、層間絶縁膜が
どのくらい平坦化されているかを検査する技術が要求さ
れているが、層間絶縁膜は透明膜であるため、非破壊で
その表面形状を測定する方法は見い出されていない。
【０００４】
【従来の技術】そこで、層間絶縁膜等の透明膜平坦化度
検査は、人手により、試料を切断したり、検査箇所を削
り出したりして試料を破壊した後、電子顕微鏡等で観察
して行っている。
検査は、人手により、試料を切断したり、検査箇所を削
り出したりして試料を破壊した後、電子顕微鏡等で観察
して行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たように、従来の層間絶縁膜等の透明膜の平坦化度検査
では、人手により試料を破壊して電子顕微鏡等で観察し
て行う破壊検査であったため、検査を行った試料は、破
壊されて製品として再利用できないうえ、検査を行う者
による個人差を伴う他、検査箇所まで削り出して電子顕
微鏡等で観察していたため、検査に長時間を要し、手間
がかかって面倒である等の問題があった。
たように、従来の層間絶縁膜等の透明膜の平坦化度検査
では、人手により試料を破壊して電子顕微鏡等で観察し
て行う破壊検査であったため、検査を行った試料は、破
壊されて製品として再利用できないうえ、検査を行う者
による個人差を伴う他、検査箇所まで削り出して電子顕
微鏡等で観察していたため、検査に長時間を要し、手間
がかかって面倒である等の問題があった。
【０００６】そこで、本発明は、検査者の個人差を伴う
ことなく、透明膜の形状計測を非破壊でかつ高速に行っ
て、検査者の検査時間を短縮することができるととも
に、検査者の手間を軽減することができる薄膜の形状計
測方法を提供することを目的とする。
ことなく、透明膜の形状計測を非破壊でかつ高速に行っ
て、検査者の検査時間を短縮することができるととも
に、検査者の手間を軽減することができる薄膜の形状計
測方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
任意の形状を有する不透明層と、該不透明層上に形成し
た透明膜とを有する被測定試料の該透明膜表面の形状を
計測する方法であって、ブリュースター角に設定したＰ
偏光を利用して該不透明層の下地形状を計測し、光の干
渉現象を利用して該透明膜の膜厚を計測した後、計測し
た該不透明層の下地形状に計測した該透明膜の膜厚を付
加して該透明膜表面の形状を計測することを特徴とする
ものである。
任意の形状を有する不透明層と、該不透明層上に形成し
た透明膜とを有する被測定試料の該透明膜表面の形状を
計測する方法であって、ブリュースター角に設定したＰ
偏光を利用して該不透明層の下地形状を計測し、光の干
渉現象を利用して該透明膜の膜厚を計測した後、計測し
た該不透明層の下地形状に計測した該透明膜の膜厚を付
加して該透明膜表面の形状を計測することを特徴とする
ものである。
【０００８】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、前記不透明層の下地形状計測は、ブリ
ュースター角に設定したＰ偏光の光切断線を該透明膜に
入射して該不透明層で反射させ、その反射光を２次元撮
像装置で取得することにより行うことを特徴とするもの
である。請求項３記載の発明は、上記請求項２記載の発
明において、前記不透明層の下地形状計測後、前記光切
断線を形成する光源の波長を連続的に変化させて、薄膜
干渉により変化する前記被測定試料からの反射光強度を
前記２次元撮像装置で取得し、取得された前記被測定試
料の断面形状の各点における波長と干渉による反射強度
の関係から前記透明膜の膜厚を算出した後、計測した前
記不透明層の下地形状に算出した前記透明膜の膜厚を付
加して前記透明膜の表面形状を算出することを特徴とす
るものである。
の発明において、前記不透明層の下地形状計測は、ブリ
ュースター角に設定したＰ偏光の光切断線を該透明膜に
入射して該不透明層で反射させ、その反射光を２次元撮
像装置で取得することにより行うことを特徴とするもの
である。請求項３記載の発明は、上記請求項２記載の発
明において、前記不透明層の下地形状計測後、前記光切
断線を形成する光源の波長を連続的に変化させて、薄膜
干渉により変化する前記被測定試料からの反射光強度を
前記２次元撮像装置で取得し、取得された前記被測定試
料の断面形状の各点における波長と干渉による反射強度
の関係から前記透明膜の膜厚を算出した後、計測した前
記不透明層の下地形状に算出した前記透明膜の膜厚を付
加して前記透明膜の表面形状を算出することを特徴とす
るものである。
【０００９】請求項４記載の発明は、上記請求項２記載
の発明において、前記不透明層の下地形状計測後、前記
光切断線の前記被測定試料への入射角を連続的に変化さ
せて、薄膜干渉により変化する前記被測定試料の反射光
強度を前記２次元撮像装置で取得し、取得された前記被
測定試料の断面形状の各点における波長と干渉による反
射強度の関係から前記透明膜の膜厚を算出した後、計測
した前記不透明層の下地形状に算出した前記透明膜の膜
厚を付加して前記透明膜の表面形状を算出することを特
徴とするものである。
の発明において、前記不透明層の下地形状計測後、前記
光切断線の前記被測定試料への入射角を連続的に変化さ
せて、薄膜干渉により変化する前記被測定試料の反射光
強度を前記２次元撮像装置で取得し、取得された前記被
測定試料の断面形状の各点における波長と干渉による反
射強度の関係から前記透明膜の膜厚を算出した後、計測
した前記不透明層の下地形状に算出した前記透明膜の膜
厚を付加して前記透明膜の表面形状を算出することを特
徴とするものである。
【００１０】請求項５記載の発明は、上記請求項１乃至
４記載の発明において、前記不透明層の下地形状は、前
記Ｐ偏光での反射光ピーク位置を基準として決定するこ
とを特徴とするものである。請求項６記載の発明は、上
記請求項１乃至５記載の発明において、前記透明膜の膜
厚算出は、前記被測定試料への入射角度を少なくとも２
つ以上変化させたＲＧＢレーザにおける干渉光を用いる
ことを特徴とするものである。
４記載の発明において、前記不透明層の下地形状は、前
記Ｐ偏光での反射光ピーク位置を基準として決定するこ
とを特徴とするものである。請求項６記載の発明は、上
記請求項１乃至５記載の発明において、前記透明膜の膜
厚算出は、前記被測定試料への入射角度を少なくとも２
つ以上変化させたＲＧＢレーザにおける干渉光を用いる
ことを特徴とするものである。
【００１１】本発明に係る透明膜には、ＳＯＧ膜、Ｓｉ
Ｏ2、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ等の酸化膜、ＳｉＮ等
の窒化膜等が挙げられ、又、不透明膜には、アルミ膜、
タングステン膜等が挙げられる。請求項７記載の発明
は、任意の形状を有する層と、該層上に形成した該層よ
りも屈折率が小さい膜とを有する被測定試料の該屈折率
が小さい膜表面の形状を計測する方法であって、ブリュ
ースター角に設定したＰ偏光を利用して該任意の形状を
有する層の下地形状を計測し、光の干渉現象を利用して
該屈折率が小さい膜の膜厚を計測した後、計測した該任
意の形状を有する層の下地形状に計測した該屈折率の小
さい膜の膜厚を付加して該屈折率の小さい膜表面の形状
を計測することを特徴とするものである。
Ｏ2、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ等の酸化膜、ＳｉＮ等
の窒化膜等が挙げられ、又、不透明膜には、アルミ膜、
タングステン膜等が挙げられる。請求項７記載の発明
は、任意の形状を有する層と、該層上に形成した該層よ
りも屈折率が小さい膜とを有する被測定試料の該屈折率
が小さい膜表面の形状を計測する方法であって、ブリュ
ースター角に設定したＰ偏光を利用して該任意の形状を
有する層の下地形状を計測し、光の干渉現象を利用して
該屈折率が小さい膜の膜厚を計測した後、計測した該任
意の形状を有する層の下地形状に計測した該屈折率の小
さい膜の膜厚を付加して該屈折率の小さい膜表面の形状
を計測することを特徴とするものである。
【００１２】
【作用】ブリュースター角で設定したＰ偏光を透明膜に
入射させて透明膜下に形成した下地不透明層で反射させ
ると、透明膜表面での反射を生じないようにすることが
できるため、下地不透明層の形状を求めることができ
る。また、ブリュースター角で設定したＰ偏光以外のＳ
偏光等を透明膜と下地不透明層に入射すると、透明膜表
面で反射する光と、透明膜を透過し不透明膜で反射して
透明膜から抜けてくる光とが干渉を起こす。この光の干
渉現象を利用することで、透明膜の膜厚を測定すること
ができる。
入射させて透明膜下に形成した下地不透明層で反射させ
ると、透明膜表面での反射を生じないようにすることが
できるため、下地不透明層の形状を求めることができ
る。また、ブリュースター角で設定したＰ偏光以外のＳ
偏光等を透明膜と下地不透明層に入射すると、透明膜表
面で反射する光と、透明膜を透過し不透明膜で反射して
透明膜から抜けてくる光とが干渉を起こす。この光の干
渉現象を利用することで、透明膜の膜厚を測定すること
ができる。
【００１３】そこで、本発明者は、鋭意検討した結果、
上記の如くブリュースター角に設定したＰ偏光を利用す
ることで、下地不透明層の形状を測定し、光の干渉現象
を利用することで透明膜の膜厚を計測することができる
ことに着目し、ブリュースター角に設定したＰ偏光を利
用して不透明膜の下地形状を計測し、光の干渉現象を利
用して透明膜の膜厚を計測した後、計測した不透明層の
下地形状に計測した透明膜の膜厚を付加して透明膜表面
の形状を計測するように構成したところ、検査者の個人
差を伴うことなく透明膜の形状計測を非破壊で、かつ高
速に行うことができるようになり、検査者の検査時間を
短縮することができるとともに、検査者の手間を軽減す
ることができた。
上記の如くブリュースター角に設定したＰ偏光を利用す
ることで、下地不透明層の形状を測定し、光の干渉現象
を利用することで透明膜の膜厚を計測することができる
ことに着目し、ブリュースター角に設定したＰ偏光を利
用して不透明膜の下地形状を計測し、光の干渉現象を利
用して透明膜の膜厚を計測した後、計測した不透明層の
下地形状に計測した透明膜の膜厚を付加して透明膜表面
の形状を計測するように構成したところ、検査者の個人
差を伴うことなく透明膜の形状計測を非破壊で、かつ高
速に行うことができるようになり、検査者の検査時間を
短縮することができるとともに、検査者の手間を軽減す
ることができた。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 （実施例１）図１は本発明に係る実施例１の薄膜の形状
計測方法に用いる測定装置の基本構成を示す図である。
本実施例の薄膜の形状計測方法に用いる測定装置は、２
つ以上の波長を選択でき、かつ単色光を発する光源１
と、その単色平行光を光切断線に変換するスリット及び
レンズから構成される切断光形成部２と、試料３を載置
するステージ４と、試料３からの反射光を画像として取
得するＣＣＤで構成される観察系５と、画像データを処
理する処理部６と、画像データを蓄える記憶部７とから
構成される。
する。 （実施例１）図１は本発明に係る実施例１の薄膜の形状
計測方法に用いる測定装置の基本構成を示す図である。
本実施例の薄膜の形状計測方法に用いる測定装置は、２
つ以上の波長を選択でき、かつ単色光を発する光源１
と、その単色平行光を光切断線に変換するスリット及び
レンズから構成される切断光形成部２と、試料３を載置
するステージ４と、試料３からの反射光を画像として取
得するＣＣＤで構成される観察系５と、画像データを処
理する処理部６と、画像データを蓄える記憶部７とから
構成される。
【００１５】次に、図２は図１に示す試料３の構造を示
す断面図である。図２に示す如く、試料３は、Ａｌ等の
不透明層１１上にＳｉＯ2 等の透明膜１２が塗布されて
形成されている。ここで、試料３の不透明層１１の下地
形状を計測する場合を詳述する。まず、光源１からＰ偏
光の単色光を発する。この時、光源１には、波長可変レ
ーザを用い、レーザの光軸上にハーフミラーを挿入し、
試料３への入射光及び参照光を経て、入射光には偏光板
を挿入する。次いで、光源１からの単色平行光を切断光
形成部２で光切断線に変換する。切断光の形成部２は、
主にスリットとレンズで構成されている。例えば、スリ
ットと×５０倍の対物レンズを用いると、幅が約１μｍ
の切断線が形成される。これにより、光源１からのスポ
ット状のレーザ光は、切断光形成部２によりシード状に
変換され、広い領域に渡って測定を行うことができる。
す断面図である。図２に示す如く、試料３は、Ａｌ等の
不透明層１１上にＳｉＯ2 等の透明膜１２が塗布されて
形成されている。ここで、試料３の不透明層１１の下地
形状を計測する場合を詳述する。まず、光源１からＰ偏
光の単色光を発する。この時、光源１には、波長可変レ
ーザを用い、レーザの光軸上にハーフミラーを挿入し、
試料３への入射光及び参照光を経て、入射光には偏光板
を挿入する。次いで、光源１からの単色平行光を切断光
形成部２で光切断線に変換する。切断光の形成部２は、
主にスリットとレンズで構成されている。例えば、スリ
ットと×５０倍の対物レンズを用いると、幅が約１μｍ
の切断線が形成される。これにより、光源１からのスポ
ット状のレーザ光は、切断光形成部２によりシード状に
変換され、広い領域に渡って測定を行うことができる。
【００１６】次いで、このＰ偏光の光切断線をブリュー
スター角で試料３に入射させる。このように、Ｐ偏光の
光切断線をブリュースター角で透明膜１２に入射させる
と、図３に示す如く、透明膜１２で切断光は反射せずに
全て透過し、透明膜１２を透過した切断光は、その一部
が下地不透明層１１で反射する。そして、不透明層１１
で反射した切断光を観察系５で検出し画像として取得す
ることにより、試料３の不透明層１１の下地形状を計測
することができる。ここで、図４に不透明層１１で反射
した切断光を観察系５で画像として取得した画像例を示
す。この図４から判るように、取得された不透明層１１
の画像データの幅、高さ等を測ることで不透明層１１の
下地形状を計測することができる。この時、不透明層１
１の下地形状は、Ｐ偏光での反射光ピーク位置を基準と
して決定する。
スター角で試料３に入射させる。このように、Ｐ偏光の
光切断線をブリュースター角で透明膜１２に入射させる
と、図３に示す如く、透明膜１２で切断光は反射せずに
全て透過し、透明膜１２を透過した切断光は、その一部
が下地不透明層１１で反射する。そして、不透明層１１
で反射した切断光を観察系５で検出し画像として取得す
ることにより、試料３の不透明層１１の下地形状を計測
することができる。ここで、図４に不透明層１１で反射
した切断光を観察系５で画像として取得した画像例を示
す。この図４から判るように、取得された不透明層１１
の画像データの幅、高さ等を測ることで不透明層１１の
下地形状を計測することができる。この時、不透明層１
１の下地形状は、Ｐ偏光での反射光ピーク位置を基準と
して決定する。
【００１７】次に、試料３の透明膜１２の膜厚を計測す
る場合を詳述する。試料３の不透明層１１形状を観察す
る場合は、光源１からはＰ偏光の単色光を固定して発し
たが、透明膜１２の膜厚を計測する場合は、光源１から
Ｓ偏光の単色光を波長を連続的に変えて入射する。図５
に示す如く、波長は波長可変レーザを用いて変化させ
る。この単色平行光を不透明層１１の下地形状を計測し
た場合と同じく、切断光形成部２で光切断線を形成す
る。このように、光源１からＳ偏光の単色光を波長を連
続的に変え、切断光形成部２で形成した光切断線を試料
３に入射すると、上記の不透明層１１の場合と異なり、
この切断光は、透明膜１２表面で反射と透過の両方が生
じ、透明膜１２表面で反射する光と、透明膜１２を透過
して不透明層１１で反射して透明膜１２を抜けて来る光
とが生じる（図５参照）。このため、透明膜１２での透
過光は不透明層１１で反射して透明膜１２を抜けてくる
が、透明膜での反射光と干渉を起こす。薄膜での干渉強
度は、一般に次の（１），（２）式で表される。
る場合を詳述する。試料３の不透明層１１形状を観察す
る場合は、光源１からはＰ偏光の単色光を固定して発し
たが、透明膜１２の膜厚を計測する場合は、光源１から
Ｓ偏光の単色光を波長を連続的に変えて入射する。図５
に示す如く、波長は波長可変レーザを用いて変化させ
る。この単色平行光を不透明層１１の下地形状を計測し
た場合と同じく、切断光形成部２で光切断線を形成す
る。このように、光源１からＳ偏光の単色光を波長を連
続的に変え、切断光形成部２で形成した光切断線を試料
３に入射すると、上記の不透明層１１の場合と異なり、
この切断光は、透明膜１２表面で反射と透過の両方が生
じ、透明膜１２表面で反射する光と、透明膜１２を透過
して不透明層１１で反射して透明膜１２を抜けて来る光
とが生じる（図５参照）。このため、透明膜１２での透
過光は不透明層１１で反射して透明膜１２を抜けてくる
が、透明膜での反射光と干渉を起こす。薄膜での干渉強
度は、一般に次の（１），（２）式で表される。
【００１８】
【数１】
【００１９】
【数２】
【００２０】ここで、ｎを透明膜１２の屈折率とし、ｄ
を透明膜１２の膜厚とし、θを光源１のレーザの透明膜
１２に入射させる入射角とし、λを光源１のレーザの波
長とする。この（１），（２）式から判るように、入射
角θ及び透明膜１２の屈折率が一定の場合は、ある強度
で観測することができるので、強度から逆に透明膜１２
の膜厚を算出することができる。しかし、干渉強度は図
６に示す如く、周期性を持っている。そこで、波長を変
化させることにより誤検出を防止する。この原理を薄膜
で干渉を起こしている切断光の各部分に適用する。即
ち、ある波長のＳ偏光の切断光を入射すると、図５に示
す如く、画像データが得られる。この画像データからそ
の波長に対する干渉強度を各点について計測する。ここ
で、膜厚算出に用いる干渉強度は、Ｐ偏光のピーク位置
を基準として、その数ドット平均値として算出する。そ
して、干渉強度の周期性による誤検出を防止するため、
波長を変え同じ手順を繰り返すと、図７に示す如く、波
長と干渉強度のグラフが得られる。このグラフからピー
ク位置を処理部６において算出し、予め求めている透明
膜１２の膜厚とピークとの関係より透明膜１２の膜厚を
算出する。このように、図６に示す如く、干渉強度は、
透明膜１２の膜厚が増えると周期的に変り、図６のｄ1
〜ｄ7 の如く、膜厚候補が出てくる。そして、前述の如
く、入射角を固定して波長を変えてやると、違うデータ
になるので、これを繰り返して膜厚候補を絞り、同じデ
ータが求まると、これから透明膜１２の膜厚が判る。
を透明膜１２の膜厚とし、θを光源１のレーザの透明膜
１２に入射させる入射角とし、λを光源１のレーザの波
長とする。この（１），（２）式から判るように、入射
角θ及び透明膜１２の屈折率が一定の場合は、ある強度
で観測することができるので、強度から逆に透明膜１２
の膜厚を算出することができる。しかし、干渉強度は図
６に示す如く、周期性を持っている。そこで、波長を変
化させることにより誤検出を防止する。この原理を薄膜
で干渉を起こしている切断光の各部分に適用する。即
ち、ある波長のＳ偏光の切断光を入射すると、図５に示
す如く、画像データが得られる。この画像データからそ
の波長に対する干渉強度を各点について計測する。ここ
で、膜厚算出に用いる干渉強度は、Ｐ偏光のピーク位置
を基準として、その数ドット平均値として算出する。そ
して、干渉強度の周期性による誤検出を防止するため、
波長を変え同じ手順を繰り返すと、図７に示す如く、波
長と干渉強度のグラフが得られる。このグラフからピー
ク位置を処理部６において算出し、予め求めている透明
膜１２の膜厚とピークとの関係より透明膜１２の膜厚を
算出する。このように、図６に示す如く、干渉強度は、
透明膜１２の膜厚が増えると周期的に変り、図６のｄ1
〜ｄ7 の如く、膜厚候補が出てくる。そして、前述の如
く、入射角を固定して波長を変えてやると、違うデータ
になるので、これを繰り返して膜厚候補を絞り、同じデ
ータが求まると、これから透明膜１２の膜厚が判る。
【００２１】次に、試料３の透明膜１２の表面形状を算
出する場合を説明する。前述の如くＰ偏光切断光により
不透明層１１の下地形状を計測し、Ｓ偏光の干渉強度よ
り透明膜１２膜厚を算出した後、処理部６で不透明層１
１の下地形状に透明膜１２の膜厚を付加することにより
透明膜１２の表面形状を算出する。このように、本発明
では、まず、Ｐ偏光での光切断線により不透明層１１の
下地形状を計測し、次に、光源の波長を変えた場合の光
の反射光を取得し、その薄膜の干渉現象による強度変化
から透明膜１２の膜厚を算出した後、計測された不透明
層１１の下地形状に透明膜１２の膜厚を付加して透明膜
１２の表面形状を算出するように構成している。このた
め、検査者の個人差を伴うことなく透明膜１２の形状計
測を非破壊で、かつ高速に行うことができるので、検査
者の検査時間を短縮することができるとともに、検査者
の手間を軽減することができる。また、通常の干渉を利
用した膜厚計測では、ポイントでの膜厚計測であったた
め、透明膜の表面形状の計測までは不可能であったが、
本実施例では、光切断法と組み合わせることにより、膜
厚をポイントではなく、ラインで取得できるので、下地
形状と合わせ透明膜１２の表面形状の計測を行うことが
できる。
出する場合を説明する。前述の如くＰ偏光切断光により
不透明層１１の下地形状を計測し、Ｓ偏光の干渉強度よ
り透明膜１２膜厚を算出した後、処理部６で不透明層１
１の下地形状に透明膜１２の膜厚を付加することにより
透明膜１２の表面形状を算出する。このように、本発明
では、まず、Ｐ偏光での光切断線により不透明層１１の
下地形状を計測し、次に、光源の波長を変えた場合の光
の反射光を取得し、その薄膜の干渉現象による強度変化
から透明膜１２の膜厚を算出した後、計測された不透明
層１１の下地形状に透明膜１２の膜厚を付加して透明膜
１２の表面形状を算出するように構成している。このた
め、検査者の個人差を伴うことなく透明膜１２の形状計
測を非破壊で、かつ高速に行うことができるので、検査
者の検査時間を短縮することができるとともに、検査者
の手間を軽減することができる。また、通常の干渉を利
用した膜厚計測では、ポイントでの膜厚計測であったた
め、透明膜の表面形状の計測までは不可能であったが、
本実施例では、光切断法と組み合わせることにより、膜
厚をポイントではなく、ラインで取得できるので、下地
形状と合わせ透明膜１２の表面形状の計測を行うことが
できる。
【００２２】なお、上記実施例１は、薄膜干渉により変
化する試料３からの反射光強度を計測する際、入射角を
固定して光源１の波長を連続的に変化させて行う場合に
ついて説明したが、本発明においては、波長を固定して
入射角を連続的に変化させて行うように構成してもよ
い。 （実施例２）実施例１では、光切断法によりスリット状
のＰ偏光を斜め上方から入射し、不透明層１１の下地形
状をその正反射光によって観測し、その後、偏光状態を
Ｓ偏光に変え、その反射光強度を測定して光干渉法の原
理から透明膜１２の膜厚を算出した後、不透明層１１の
下地形状に透明膜１２の膜厚を付加して透明膜１２の表
面形状を算出する他、垂直方向からは、試料３表面を観
察するＣＣＤによる観察系５を備えている。透明膜１２
の膜厚算出の方法は、光源１としてのＲＧＢレーザを用
い、斜入射における３波長の各々の反射率から透明膜１
２の膜厚を算出している。実際、測定可能な量は、反射
光強度であり、その値は、前述した式（１），（２）で
求めることができる。
化する試料３からの反射光強度を計測する際、入射角を
固定して光源１の波長を連続的に変化させて行う場合に
ついて説明したが、本発明においては、波長を固定して
入射角を連続的に変化させて行うように構成してもよ
い。 （実施例２）実施例１では、光切断法によりスリット状
のＰ偏光を斜め上方から入射し、不透明層１１の下地形
状をその正反射光によって観測し、その後、偏光状態を
Ｓ偏光に変え、その反射光強度を測定して光干渉法の原
理から透明膜１２の膜厚を算出した後、不透明層１１の
下地形状に透明膜１２の膜厚を付加して透明膜１２の表
面形状を算出する他、垂直方向からは、試料３表面を観
察するＣＣＤによる観察系５を備えている。透明膜１２
の膜厚算出の方法は、光源１としてのＲＧＢレーザを用
い、斜入射における３波長の各々の反射率から透明膜１
２の膜厚を算出している。実際、測定可能な量は、反射
光強度であり、その値は、前述した式（１），（２）で
求めることができる。
【００２３】しかしながら、反射光強度（反射率）は、
前述の式（１），（２）から判るように、位相差によっ
て周期的に変化し、この３波長からだけで膜厚を算出す
るには、膜厚の測定範囲を制限しなければ、膜厚を一義
的には決定することができないことがある。例えば図８
に示す如く、３波長（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の各々の反射率をｒ
1 ，ｒ2 ，ｒ3 とすると、膜厚の値としてはｄ1 ，ｄ2
の２つの値が選ばれてしまう。このため、特定の測定範
囲外では、膜厚として２つ又はそれ以上の値が算出され
てしまうことがあり、膜厚の値を１つに決定することが
できなくなることがある。以下、これを解決するための
本実施例を具体的に図面を用いて説明する。
前述の式（１），（２）から判るように、位相差によっ
て周期的に変化し、この３波長からだけで膜厚を算出す
るには、膜厚の測定範囲を制限しなければ、膜厚を一義
的には決定することができないことがある。例えば図８
に示す如く、３波長（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の各々の反射率をｒ
1 ，ｒ2 ，ｒ3 とすると、膜厚の値としてはｄ1 ，ｄ2
の２つの値が選ばれてしまう。このため、特定の測定範
囲外では、膜厚として２つ又はそれ以上の値が算出され
てしまうことがあり、膜厚の値を１つに決定することが
できなくなることがある。以下、これを解決するための
本実施例を具体的に図面を用いて説明する。
【００２４】図９は本発明に係る実施例２の薄膜の形状
計測方法に用いる測定装置の基本構成を示す図である。
本実施例の測定装置は、異なる２波長以上の単色光を各
々出射するＲＧＢレーザで構成される光源２１，２２
と、この単色光を帯状の光にするスリット２３，２４
と、対物レンズ２５，２６，２７と、試料２８を載せる
ためのステージ２９と、試料２８からの反射光を画像と
して捉える２次元センサ３０，３１と、これらの画像デ
ータから膜厚を算出する演算部３２と、これを表示する
表示器３３と、結像レンズ３４，３５と、ビームスプリ
ッタ３６，３７と、照明３８と、観察系３９とからな
る。
計測方法に用いる測定装置の基本構成を示す図である。
本実施例の測定装置は、異なる２波長以上の単色光を各
々出射するＲＧＢレーザで構成される光源２１，２２
と、この単色光を帯状の光にするスリット２３，２４
と、対物レンズ２５，２６，２７と、試料２８を載せる
ためのステージ２９と、試料２８からの反射光を画像と
して捉える２次元センサ３０，３１と、これらの画像デ
ータから膜厚を算出する演算部３２と、これを表示する
表示器３３と、結像レンズ３４，３５と、ビームスプリ
ッタ３６，３７と、照明３８と、観察系３９とからな
る。
【００２５】まず、観察系３９により試料２８の測定部
分の位置決めを行う。その後、観察系３９の照明３８を
切り、通常の斜入射により、３波長の各反射光強度を測
定し、その測定値より演算部３２で各々の反射率を求め
る。ここで、３波長（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に対する各々の反射
率（ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 ）が得られたとする。次に、垂直
入射による３波長の各反射光強度を測定し演算部３２で
同様の処理を行い、反射率（ｒ4 ，ｒ5 ，ｒ6 ）が得ら
れたとする。透明膜１２の膜厚算出は、前述した図８と
図１０に示す如く、膜厚と反射率の関係を示す相関図
（Ｒ，Ｇ，Ｂの各々の曲線を同一面上に載せてある）を
求めておき、測定から得られた３つの反射率の値から膜
厚を選び出す。図８は斜入射における膜厚算出を示して
おり、この時点で膜厚の値としては、ｄ1 ，ｄ2 の２つ
が得られる。次に、図１０は垂直入射における膜厚算出
を示しており、垂直入射によって得られる反射率により
膜厚は、ｄ1 のみに決定できる。
分の位置決めを行う。その後、観察系３９の照明３８を
切り、通常の斜入射により、３波長の各反射光強度を測
定し、その測定値より演算部３２で各々の反射率を求め
る。ここで、３波長（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に対する各々の反射
率（ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 ）が得られたとする。次に、垂直
入射による３波長の各反射光強度を測定し演算部３２で
同様の処理を行い、反射率（ｒ4 ，ｒ5 ，ｒ6 ）が得ら
れたとする。透明膜１２の膜厚算出は、前述した図８と
図１０に示す如く、膜厚と反射率の関係を示す相関図
（Ｒ，Ｇ，Ｂの各々の曲線を同一面上に載せてある）を
求めておき、測定から得られた３つの反射率の値から膜
厚を選び出す。図８は斜入射における膜厚算出を示して
おり、この時点で膜厚の値としては、ｄ1 ，ｄ2 の２つ
が得られる。次に、図１０は垂直入射における膜厚算出
を示しており、垂直入射によって得られる反射率により
膜厚は、ｄ1 のみに決定できる。
【００２６】このように、本実施例では、まず光切断法
による斜入射による反射光強度の他に、垂直入射による
反射光強度を測定するように構成したため、実施例１の
膜厚測定範囲よりも広い範囲で膜厚を一義的に決定する
ことができる。なお、上記実施例２では、斜入射及び垂
直入射による２つのＲＧＢレーザにおける干渉光を用い
た場合について説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、試料３への入射角度を３つ以上変化させ
たＲＧＢレーザにおける干渉を用いる場合であってもよ
い。
による斜入射による反射光強度の他に、垂直入射による
反射光強度を測定するように構成したため、実施例１の
膜厚測定範囲よりも広い範囲で膜厚を一義的に決定する
ことができる。なお、上記実施例２では、斜入射及び垂
直入射による２つのＲＧＢレーザにおける干渉光を用い
た場合について説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、試料３への入射角度を３つ以上変化させ
たＲＧＢレーザにおける干渉を用いる場合であってもよ
い。
【００２７】上記各実施例では、Ｐ偏光を切断光形成部
２で光切断線にして広い領域に渡って一括で測定を行う
ことができる好ましい態様の場合について説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、スポット状の
光を走査して測定を行うように構成してもよい。上記各
実施例では、被測定試料３を不透明層１１と、この不透
明層１１上に形成した透明膜１２で構成する場合につい
て説明したが、本発明においては、任意の形状を有する
層と、この層上に形成した該層よりも屈折率が小さい膜
とを有するように構成してもよい。この場合も、ブリュ
ースター角に設定したＰ偏光を利用して該任意の形状を
有する層の下地形状を計測し、光の干渉現象を利用して
該屈折率が小さい膜の膜厚を計測した後、計測した該任
意の形状を有する層の下地形状に、計測した該屈折率の
小さい膜の膜厚を付加して該屈折率の小さい膜表面の形
状を計測するように構成すれば、上記実施例と同様の効
果を得ることができる。
２で光切断線にして広い領域に渡って一括で測定を行う
ことができる好ましい態様の場合について説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、スポット状の
光を走査して測定を行うように構成してもよい。上記各
実施例では、被測定試料３を不透明層１１と、この不透
明層１１上に形成した透明膜１２で構成する場合につい
て説明したが、本発明においては、任意の形状を有する
層と、この層上に形成した該層よりも屈折率が小さい膜
とを有するように構成してもよい。この場合も、ブリュ
ースター角に設定したＰ偏光を利用して該任意の形状を
有する層の下地形状を計測し、光の干渉現象を利用して
該屈折率が小さい膜の膜厚を計測した後、計測した該任
意の形状を有する層の下地形状に、計測した該屈折率の
小さい膜の膜厚を付加して該屈折率の小さい膜表面の形
状を計測するように構成すれば、上記実施例と同様の効
果を得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、検査者の個人差を伴う
ことなく、透明膜の形状計測を非破壊でかつ高速に行っ
て、検査者の検査時間を短縮することができるととも
に、検査者の手間を軽減することができるという効果が
ある。る。
ことなく、透明膜の形状計測を非破壊でかつ高速に行っ
て、検査者の検査時間を短縮することができるととも
に、検査者の手間を軽減することができるという効果が
ある。る。
【図１】本発明に係る実施例１の薄膜の形状計測方法に
用いる測定装置の基本構成を示す図である。
用いる測定装置の基本構成を示す図である。
【図２】図１に示す試料の構造を示す断面図である。
【図３】Ｐ偏光を透明膜にブリュースター角で入射させ
た時に透明膜表面で反射率がゼロになる様子を示す図で
ある。
た時に透明膜表面で反射率がゼロになる様子を示す図で
ある。
【図４】Ｐ偏光を透明膜にブリュースター角で入射させ
た時の検出部で取得した画像例を示す図である。
た時の検出部で取得した画像例を示す図である。
【図５】Ｓ偏光を波長を連続的に変化させて透明膜に入
射させた時の検出部で取得した画像例を示す図である。
射させた時の検出部で取得した画像例を示す図である。
【図６】透明膜の膜厚と干渉強度の関係を示す図であ
る。
る。
【図７】波長と干渉強度の関係を示す図である。
【図８】３波長の各々の反射率をｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 とし
た時に透明膜の膜厚が２つ選択される様子を示す図であ
る。
た時に透明膜の膜厚が２つ選択される様子を示す図であ
る。
【図９】本発明に係る実施例２の薄膜の形状計測方法に
用いる測定装置の基本構成を示す図である。
用いる測定装置の基本構成を示す図である。
【図１０】３波長の各々の反射率をｒ3 ，ｒ4 ，ｒ5 と
した時に透明膜の膜厚が１つ選択される様子を示す図で
ある。
した時に透明膜の膜厚が１つ選択される様子を示す図で
ある。
１，２１，２２ 光源 ２ 切断光形成部 ３，２８ 試料 ４ ステージ ５，３９ 観察系 ６ 処理部 ７ 記憶部 １１ 不透明層 １２ 透明膜 ２３，２４ スリット ２５，２６，２７ 対物レンズ ２９ ステージ ３０，３１ ２次元センサ ３２ 演算部 ３３ 表示器 ３４，３５ 決像レンズ ３６，３７ ビームスプリッタ ３８ 照明
フロントページの続き (72)発明者 芹澤 晴彦 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】任意の形状を有する不透明層（１１）と、
該不透明層（１１）上に形成した透明膜（１２）とを有
する被測定試料（３）の該透明膜（１２）表面の形状を
計測する方法であって、ブリュースター角に設定したＰ
偏光を利用して該不透明層（１１）の下地形状を計測
し、光の干渉現象を利用して該透明膜（１２）の膜厚を
計測した後、計測した該不透明層（１１）の下地形状に
計測した該透明膜（１２）の膜厚を付加して該透明膜表
面の形状を計測することを特徴とする薄膜の形状計測方
法。 - 【請求項２】前記不透明層（１１）の下地形状計測は、
ブリュースター角に設定したＰ偏光の光切断線を該透明
膜（１２）に入射して該不透明層（１１）で反射させ、
その反射光を２次元撮像装置で取得することにより行う
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜の形状計測方法。 - 【請求項３】前記不透明層（１１）の下地形状計測後、
前記光切断線を形成する光源（１）の波長を連続的に変
化させて、薄膜干渉により変化する前記被測定試料
（３）からの反射光強度を前記２次元撮像装置で取得
し、取得された前記被測定試料（３）の断面形状の各点
における波長と干渉による反射強度の関係から前記透明
膜（１２）の膜厚を算出した後、計測した前記不透明層
（１１）の下地形状に算出した前記透明膜（１２）の膜
厚を付加して前記透明膜（１２）の表面形状を算出する
ことを特徴とする請求項２記載の薄膜の形状計測方法。 - 【請求項４】前記不透明層（１１）の下地形状計測後、
前記光切断線の前記被測定試料（３）への入射角を連続
的に変化させて、薄膜干渉により変化する前記被測定試
料（３）の反射光強度を前記２次元撮像装置で取得し、
取得された前記被測定試料（３）の断面形状の各点にお
ける波長と干渉による反射強度の関係から前記透明膜
（１２）の膜厚を算出した後、計測した前記不透明層
（１１）の下地形状に算出した前記透明膜（１２）の膜
厚を付加して前記透明膜（１２）の表面形状を算出する
ことを特徴とする請求項２記載の薄膜の形状計測方法。 - 【請求項５】前記不透明層（１１）の下地形状は、前記
Ｐ偏光での反射光ピーク位置を基準として決定すること
を特徴とする請求項１乃至４記載の薄膜の形状計測方
法。 - 【請求項６】前記透明膜（１２）の膜厚算出は、前記被
測定試料（３）への入射角度を少なくとも２つ以上変化
させたＲＧＢレーザにおける干渉光を用いることを特徴
とする請求項１乃至５記載の薄膜の形状計測方法。 - 【請求項７】任意の形状を有する層（１１）と、該層
（１１）上に形成した該層（１１）よりも屈折率が小さ
い膜（１２）とを有する被測定試料（３）の該屈折率が
小さい膜（１２）表面の形状を計測する方法であって、
ブリュースター角に設定したＰ偏光を利用して該任意の
形状を有する層（１１）の下地形状を計測し、光の干渉
現象を利用して該屈折率が小さい膜（１２）の膜厚を計
測した後、計測した該任意の形状を有する層（１１）の
下地形状に計測した該屈折率の小さい膜（１２）の膜厚
を付加して該屈折率の小さい膜表面の形状を計測するこ
とを特徴とする薄膜の形状計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1974894A JPH07231023A (ja) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | 薄膜の形状計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1974894A JPH07231023A (ja) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | 薄膜の形状計測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07231023A true JPH07231023A (ja) | 1995-08-29 |
Family
ID=12007970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1974894A Withdrawn JPH07231023A (ja) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | 薄膜の形状計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07231023A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007533977A (ja) * | 2004-03-11 | 2007-11-22 | アイコス・ビジョン・システムズ・ナムローゼ・フェンノートシャップ | 波面操作および改良３ｄ測定方法および装置 |
| JP2008157834A (ja) * | 2006-12-26 | 2008-07-10 | Kanazawa Univ | 透明層の厚さ測定方法及び測定装置 |
| JP2012181166A (ja) * | 2011-03-03 | 2012-09-20 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 膜形状取得装置および膜形状取得方法 |
| US8384887B2 (en) | 2003-09-04 | 2013-02-26 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for inspection of a specimen using different inspection parameters |
| US8564761B2 (en) | 2008-02-28 | 2013-10-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Surface shape measuring apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method |
| JP2017032409A (ja) * | 2015-07-31 | 2017-02-09 | 凸版印刷株式会社 | 三次元形状計測装置、三次元形状計測方法及び薄膜計測装置 |
| JP2019200212A (ja) * | 2014-02-12 | 2019-11-21 | ケーエルエー コーポレイション | 半導体試料内の瑕疵を検出又は精査するシステム |
-
1994
- 1994-02-17 JP JP1974894A patent/JPH07231023A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8384887B2 (en) | 2003-09-04 | 2013-02-26 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for inspection of a specimen using different inspection parameters |
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| JP2008157834A (ja) * | 2006-12-26 | 2008-07-10 | Kanazawa Univ | 透明層の厚さ測定方法及び測定装置 |
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| JP2012181166A (ja) * | 2011-03-03 | 2012-09-20 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 膜形状取得装置および膜形状取得方法 |
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| JP2017032409A (ja) * | 2015-07-31 | 2017-02-09 | 凸版印刷株式会社 | 三次元形状計測装置、三次元形状計測方法及び薄膜計測装置 |
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|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010508 |