JPH074920A - 膜厚測定装置 - Google Patents
膜厚測定装置Info
- Publication number
- JPH074920A JPH074920A JP5147247A JP14724793A JPH074920A JP H074920 A JPH074920 A JP H074920A JP 5147247 A JP5147247 A JP 5147247A JP 14724793 A JP14724793 A JP 14724793A JP H074920 A JPH074920 A JP H074920A
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- JP
- Japan
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- reflected light
- stage
- measured
- amount
- light
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 膜厚測定装置に関し，測定対象物がわずかに
傾斜しても反射光量が一定になるようにして膜厚の測定
精度を向上させることを目的とする。 【構成】 測定対象物 1を載せ且つ搭載損の傾斜が可変
であるステージ 5と，該測定対象物に入射光 2を照射す
る光源と，該測定対象物からの反射光 3を検出する光検
出器 4と，該ステージの移動に伴う反射光量の変動分を
帰還して該ステージの傾斜を変えることにより該反射光
量を一定に保つ帰還回路 6とを有するように構成する。
傾斜しても反射光量が一定になるようにして膜厚の測定
精度を向上させることを目的とする。 【構成】 測定対象物 1を載せ且つ搭載損の傾斜が可変
であるステージ 5と，該測定対象物に入射光 2を照射す
る光源と，該測定対象物からの反射光 3を検出する光検
出器 4と，該ステージの移動に伴う反射光量の変動分を
帰還して該ステージの傾斜を変えることにより該反射光
量を一定に保つ帰還回路 6とを有するように構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は基板上に被着された薄膜
に光を照射し，反射光の干渉あるいは偏光を利用して該
薄膜の膜厚を測定する装置に関する。
に光を照射し，反射光の干渉あるいは偏光を利用して該
薄膜の膜厚を測定する装置に関する。
【０００２】近年, 半導体装置の微細化にともない，膜
厚を薄くすることが要求されている。このため光学式の
膜厚計が使用されているが, この方式では測定対象物が
平坦であることを前提としている。ところが，半導体基
板は熱処理により反りを生じたり, 膜厚計のステージの
駆動にともないわずかに生じたステージの傾斜により，
入射光量に対する検出部に入る反射光量が変動し，測定
誤差を生ずる。本発明はこのための対策を行った装置と
して利用できる。
厚を薄くすることが要求されている。このため光学式の
膜厚計が使用されているが, この方式では測定対象物が
平坦であることを前提としている。ところが，半導体基
板は熱処理により反りを生じたり, 膜厚計のステージの
駆動にともないわずかに生じたステージの傾斜により，
入射光量に対する検出部に入る反射光量が変動し，測定
誤差を生ずる。本発明はこのための対策を行った装置と
して利用できる。
【０００３】
【従来の技術】従来の光の干渉を利用した分光反射率を
測定する膜厚計1)では, 測定対象物が平坦であることを
前提としているため，ウエハやステージの傾斜により反
射光量が変動し，測定値に誤差を生じさせていた。
測定する膜厚計1)では, 測定対象物が平坦であることを
前提としているため，ウエハやステージの傾斜により反
射光量が変動し，測定値に誤差を生じさせていた。
【０００４】1) 例えば, 特開平02-24502, 特開昭61-16
5608 参照
5608 参照
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は測定対象物が
わずかに傾斜しても反射光量が一定になるようにして膜
厚の測定精度を向上させることを目的とする。
わずかに傾斜しても反射光量が一定になるようにして膜
厚の測定精度を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は，測定
対象物 1を載せ且つ搭載損の傾斜が可変であるステージ
5と，該測定対象物に入射光 2を照射する光源と，該測
定対象物からの反射光3を検出する光検出器 4と，該ス
テージの移動に伴う反射光量の変動分を帰還して該ステ
ージの傾斜を変えることにより該反射光量を一定に保つ
帰還回路 6とを有する膜厚測定装置により達成される。
対象物 1を載せ且つ搭載損の傾斜が可変であるステージ
5と，該測定対象物に入射光 2を照射する光源と，該測
定対象物からの反射光3を検出する光検出器 4と，該ス
テージの移動に伴う反射光量の変動分を帰還して該ステ
ージの傾斜を変えることにより該反射光量を一定に保つ
帰還回路 6とを有する膜厚測定装置により達成される。
【０００７】
【作用】本発明は, 測定対象物を載せたステージを移動
した際に反射光量が変化した場合, 反射光量を計測して
帰還回路を介して反射光量が一定になるようにステージ
の傾斜を変えることにより, 測定精度を向上している。
した際に反射光量が変化した場合, 反射光量を計測して
帰還回路を介して反射光量が一定になるようにステージ
の傾斜を変えることにより, 測定精度を向上している。
【０００８】
【実施例】図１は本発明の原理説明図である。図におい
て， 1は測定対象物で半導体基板, 2は入射光, 3は反
射光, 4は光検出器で半導体検出器, 5は搭載面の傾斜
を可変にできる機構を持つステージ,6は帰還回路, 7は
ハーフミラーである。
て， 1は測定対象物で半導体基板, 2は入射光, 3は反
射光, 4は光検出器で半導体検出器, 5は搭載面の傾斜
を可変にできる機構を持つステージ,6は帰還回路, 7は
ハーフミラーである。
【０００９】入射光 2は可視光ランプの光を用い, ハー
フミラー 7を通して測定対象物 1の表面に垂直に入射さ
れる。測定対象物 1からの反射光はハーフミラー 7によ
り反射されて光検出器 4で受ける。
フミラー 7を通して測定対象物 1の表面に垂直に入射さ
れる。測定対象物 1からの反射光はハーフミラー 7によ
り反射されて光検出器 4で受ける。
【００１０】膜厚は反射光を波長分散測定することによ
り決定される。ステージの移動に伴い測定対象物 1の表
面がわずかに傾斜すると，反射光量が変化する。この変
化量が帰還回路 8に入力されステージの傾斜を調節して
元通りの反射光量が得られるようにして, 膜厚測定を行
う。
り決定される。ステージの移動に伴い測定対象物 1の表
面がわずかに傾斜すると，反射光量が変化する。この変
化量が帰還回路 8に入力されステージの傾斜を調節して
元通りの反射光量が得られるようにして, 膜厚測定を行
う。
【００１１】以下に膜厚測定の具体例について説明す
る。図２は光の干渉の説明図である。図において，入射
光の入射角をθ，膜厚をｄとすると， AB＝BC＝ｄ/cosθ' 被膜表面での反射光と，入射光が被膜を通過して被膜と
基板の界面での反射光との光路差ΔL は， ΔL ＝AN＝AC sinθ＝２ｄ tanθ'sinθ． ここで，ｎo,ｎc,ｎs をそれぞれ入射光空間, 被測定被
膜, 基板の屈折率とすると, スネルの法則から， ｎc sinθ' ＝ｎo sinθ が得られるから， ΔL ＝２ｎc ｄ cosθ' . ここで, 光の波長λに対する，被膜表面での反射光と被
膜と基板の界面での反射光との位相差Δφは, Δφ＝(4π／λ）ｎc ｄ cosθ' となる。点P での干渉条件は次のようになる。
る。図２は光の干渉の説明図である。図において，入射
光の入射角をθ，膜厚をｄとすると， AB＝BC＝ｄ/cosθ' 被膜表面での反射光と，入射光が被膜を通過して被膜と
基板の界面での反射光との光路差ΔL は， ΔL ＝AN＝AC sinθ＝２ｄ tanθ'sinθ． ここで，ｎo,ｎc,ｎs をそれぞれ入射光空間, 被測定被
膜, 基板の屈折率とすると, スネルの法則から， ｎc sinθ' ＝ｎo sinθ が得られるから， ΔL ＝２ｎc ｄ cosθ' . ここで, 光の波長λに対する，被膜表面での反射光と被
膜と基板の界面での反射光との位相差Δφは, Δφ＝(4π／λ）ｎc ｄ cosθ' となる。点P での干渉条件は次のようになる。
【００１２】最大： ２ｎc ｄ cosθ' ±π／２＝ｍλ
ｍ＝ 0, 1, 2, 3,・・・・・ 最小： ２ｎc ｄ cosθ' ±π／２＝ｍλ ｍ＝ 1/
2, 3/2, 5/2,7/2, ・・ したがって入射角を固定にして，分光器で波長分散し，
スペクトル強度を求めると，屈折率が既知であれば膜厚
ｄが求まる。
ｍ＝ 0, 1, 2, 3,・・・・・ 最小： ２ｎc ｄ cosθ' ±π／２＝ｍλ ｍ＝ 1/
2, 3/2, 5/2,7/2, ・・ したがって入射角を固定にして，分光器で波長分散し，
スペクトル強度を求めると，屈折率が既知であれば膜厚
ｄが求まる。
【００１３】膜厚測定中にウエハのそりやステージの角
度変化等により，入射角θが変化すると，反射光は検出
器側で波長シフトを起こす。そこで，本発明ではステー
ジの角度を変えることにより，スペクトルのピーク値を
元のピーク値に合わすようにしている。
度変化等により，入射角θが変化すると，反射光は検出
器側で波長シフトを起こす。そこで，本発明ではステー
ジの角度を変えることにより，スペクトルのピーク値を
元のピーク値に合わすようにしている。
【００１４】図３(A) 〜(C) は帰還回路の入出力波形で
ある。図３(A) はλ＝ 400〜680 nmに対応する基準入力
スペクトルである。図３(B) はウエハのそり等により，
λ＝ 680 nm のピークが 10 nm左にずれたとする。この
とき, 10 nm 分の波長シフトをステージの傾斜を変える
ことにより補正して, もとの 680 nm になるようにす
る。
ある。図３(A) はλ＝ 400〜680 nmに対応する基準入力
スペクトルである。図３(B) はウエハのそり等により，
λ＝ 680 nm のピークが 10 nm左にずれたとする。この
とき, 10 nm 分の波長シフトをステージの傾斜を変える
ことにより補正して, もとの 680 nm になるようにす
る。
【００１５】図３(C) は帰還回路により補正された出力
スペクトルを示し，補正後測定を再開する。図４は本発
明の実施例の構成図である。
スペクトルを示し，補正後測定を再開する。図４は本発
明の実施例の構成図である。
【００１６】図において， 1は測定対象物で半導体基
板, 2は入射光, 3は反射光, 4は光検出器で半導体検
出器, 5は搭載面の傾斜を可変にできる機構を持つステ
ージ,6は帰還回路, 7, 8, 9はハーフミラー, 10, 11は
コリメータ, 12は測定用光源, 13はフォカスを合わせる
ためのレーザ光源, 14は分光器, 15, 16はレンズ, 17は
ステージの制御部である。
板, 2は入射光, 3は反射光, 4は光検出器で半導体検
出器, 5は搭載面の傾斜を可変にできる機構を持つステ
ージ,6は帰還回路, 7, 8, 9はハーフミラー, 10, 11は
コリメータ, 12は測定用光源, 13はフォカスを合わせる
ためのレーザ光源, 14は分光器, 15, 16はレンズ, 17は
ステージの制御部である。
【００１７】この例は図１の原理図に合焦用のレーザ光
学系が付加された例である。また，ステージの傾斜機構
としては, 例えば, ピエゾ素子を円周上の３箇所に設け
て，電気的に駆動することによりあらゆる方向に傾斜で
きるようにする。
学系が付加された例である。また，ステージの傾斜機構
としては, 例えば, ピエゾ素子を円周上の３箇所に設け
て，電気的に駆動することによりあらゆる方向に傾斜で
きるようにする。
【００１８】図５は膜厚と反射光ピークの関係を示す図
である。パラメータを膜厚ｄ＝10, 5, 2 nm とし, λ＝
200〜600 nmに対応するスペクトルである。図より, ｄ
＝ 2 nm 程度まで測定可能であることが分かる。
である。パラメータを膜厚ｄ＝10, 5, 2 nm とし, λ＝
200〜600 nmに対応するスペクトルである。図より, ｄ
＝ 2 nm 程度まで測定可能であることが分かる。
【００１９】次に, 実施例の効果を示す数値例を従来例
と対比して示す。シリコン(Si)基板上に被着された二酸
化シリコン(SiO2)膜の膜厚の測定結果である。 この結果は, 同一ウエハを自動搬送機を用いてステージ
に載せ, 同一場所を20回測定した場合の標準偏差を示
す。
と対比して示す。シリコン(Si)基板上に被着された二酸
化シリコン(SiO2)膜の膜厚の測定結果である。 この結果は, 同一ウエハを自動搬送機を用いてステージ
に載せ, 同一場所を20回測定した場合の標準偏差を示
す。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば，測定面を常に光軸に垂
直になるように調節しているため，反射光量は一定にな
り，膜厚測定の精度が向上した。
直になるように調節しているため，反射光量は一定にな
り，膜厚測定の精度が向上した。
【図１】 本発明の原理説明図
【図２】 光の干渉の説明図
【図３】 帰還回路の入出力波形
【図４】 本発明の実施例の構成図
【図５】 膜厚と反射光ピークの関係を示す図
1 測定対象物で半導体基板 2 入射光 3 反射光 4 光検出器で半導体検出器 5 搭載面の傾斜を可変にできる機構を持つステージ 6 帰還回路 7, 8, 9ハーフミラー 10, 11 コリメータ 12 測定用光源 13 フォーカス用レーザ光源 14 分光器 15, 16 レンズ
Claims (1)
- 【請求項１】 測定対象物(1) を載せ且つ搭載損の傾斜
が可変であるステージ(5) と，該測定対象物に入射光
(2) を照射する光源と，該測定対象物からの反射光(3）
を検出する光検出器(4）と，該ステージの移動に伴う反
射光量の変動分を帰還して該ステージの傾斜を変えるこ
とにより該反射光量を一定に保つ帰還回路(6) とを有す
ることを特徴とする膜厚測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5147247A JPH074920A (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 膜厚測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5147247A JPH074920A (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 膜厚測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH074920A true JPH074920A (ja) | 1995-01-10 |
Family
ID=15425915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5147247A Pending JPH074920A (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 膜厚測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH074920A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04172207A (ja) * | 1990-11-05 | 1992-06-19 | Nec Corp | 光干渉式膜厚測定装置 |
-
1993
- 1993-06-18 JP JP5147247A patent/JPH074920A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04172207A (ja) * | 1990-11-05 | 1992-06-19 | Nec Corp | 光干渉式膜厚測定装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020723 |