JPH10318737A - 膜厚測定方法 - Google Patents
膜厚測定方法Info
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- JPH10318737A JPH10318737A JP9125947A JP12594797A JPH10318737A JP H10318737 A JPH10318737 A JP H10318737A JP 9125947 A JP9125947 A JP 9125947A JP 12594797 A JP12594797 A JP 12594797A JP H10318737 A JPH10318737 A JP H10318737A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｘ線反射率法と蛍光Ｘ線法との組合せによっ
て、測定精度を維持しつつ、膜厚の測定範囲を大幅に拡
大できる膜厚測定方法を提供する。 【解決手段】 まず未知試料ｕと同種の物質で構成さ
れ、Ｘ線反射率法によって膜厚測定可能な標準試料ｃを
用意し、次にＸ線反射率法を用いて標準試料ｃのＸ線反
射率曲線を計測し、該曲線の干渉周期から膜厚Ｔｃを、
該曲線の全反射臨界角度から薄膜の密度ρｃをそれぞれ
測定し、次に蛍光Ｘ線法を用いて標準試料ｃの蛍光Ｘ線
強度Ｆｃを測定し、次に標準試料ｃの感度係数α（＝Ｆ
ｃ／（ρｃ・Ｔｃ））を算出し、次にＸ線反射率法を用
いて未知試料ｕのＸ線反射率曲線を計測し、該曲線の全
反射臨界角度から薄膜の密度ρｕを測定し、次に蛍光Ｘ
線法を用いて未知試料ｕの蛍光Ｘ線強度Ｆｕを測定し、
未知試料ｕの膜厚Ｔｕ（＝Ｆｕ／（α・ρｕ））を算出
する。
て、測定精度を維持しつつ、膜厚の測定範囲を大幅に拡
大できる膜厚測定方法を提供する。 【解決手段】 まず未知試料ｕと同種の物質で構成さ
れ、Ｘ線反射率法によって膜厚測定可能な標準試料ｃを
用意し、次にＸ線反射率法を用いて標準試料ｃのＸ線反
射率曲線を計測し、該曲線の干渉周期から膜厚Ｔｃを、
該曲線の全反射臨界角度から薄膜の密度ρｃをそれぞれ
測定し、次に蛍光Ｘ線法を用いて標準試料ｃの蛍光Ｘ線
強度Ｆｃを測定し、次に標準試料ｃの感度係数α（＝Ｆ
ｃ／（ρｃ・Ｔｃ））を算出し、次にＸ線反射率法を用
いて未知試料ｕのＸ線反射率曲線を計測し、該曲線の全
反射臨界角度から薄膜の密度ρｕを測定し、次に蛍光Ｘ
線法を用いて未知試料ｕの蛍光Ｘ線強度Ｆｕを測定し、
未知試料ｕの膜厚Ｔｕ（＝Ｆｕ／（α・ρｕ））を算出
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
基板上に薄膜を形成した試料について、Ｘ線を用いて薄
膜の膜厚を測定する膜厚測定方法に関する。
基板上に薄膜を形成した試料について、Ｘ線を用いて薄
膜の膜厚を測定する膜厚測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から知られている膜厚測定の手法と
して、１）薄膜に電極プローブを接触させてシート抵抗
を計測し、膜厚に換算するシート抵抗計、２）基板と薄
膜にマイクロメータ等のプローブを機械的に接触させ
て、段差を直接計測する段差計、３）薄膜での光干渉の
様子を計測して、干渉条件から膜厚を算出するエリプソ
メータ、４）試料を極薄に加工して、断面の様子を観察
する透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、５）試料にＸ線を照射
して、蛍光Ｘ線の強度から膜厚と密度の積を計測する蛍
光Ｘ線法、６）試料にＸ線を低角度で入射して、薄膜で
のＸ線干渉の様子を計測するＸ線反射率法、などがあ
る。
して、１）薄膜に電極プローブを接触させてシート抵抗
を計測し、膜厚に換算するシート抵抗計、２）基板と薄
膜にマイクロメータ等のプローブを機械的に接触させ
て、段差を直接計測する段差計、３）薄膜での光干渉の
様子を計測して、干渉条件から膜厚を算出するエリプソ
メータ、４）試料を極薄に加工して、断面の様子を観察
する透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、５）試料にＸ線を照射
して、蛍光Ｘ線の強度から膜厚と密度の積を計測する蛍
光Ｘ線法、６）試料にＸ線を低角度で入射して、薄膜で
のＸ線干渉の様子を計測するＸ線反射率法、などがあ
る。
【０００３】このうち１）シート抵抗計や２）段差計は
接触測定であって、種々の要因による誤差が大きい。
４）は透過電子顕微鏡は、試料加工が必要で破壊検査と
なる。
接触測定であって、種々の要因による誤差が大きい。
４）は透過電子顕微鏡は、試料加工が必要で破壊検査と
なる。
【０００４】その他は非破壊検査であるが、３）エリプ
ソメータは測定光に対して透明な材料に限定される。
ソメータは測定光に対して透明な材料に限定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記５）の蛍光Ｘ線法
は、膜を構成する元素の単位面積当たりの付着量に依存
した蛍光Ｘ線の強度を計測するもので、長所として、
ａ）測定範囲が１ｎｍ〜２０μｍ程度と広いこと、ｂ）
表面や界面の粗さに対して大きな影響を受けないこと等
が挙げられ、短所として、ｃ）標準試料を用いた相対測
定であること、ｄ）膜厚と密度の積である付着量として
測定され、密度の変化に対して大きな影響を受ける等が
挙げられる。
は、膜を構成する元素の単位面積当たりの付着量に依存
した蛍光Ｘ線の強度を計測するもので、長所として、
ａ）測定範囲が１ｎｍ〜２０μｍ程度と広いこと、ｂ）
表面や界面の粗さに対して大きな影響を受けないこと等
が挙げられ、短所として、ｃ）標準試料を用いた相対測
定であること、ｄ）膜厚と密度の積である付着量として
測定され、密度の変化に対して大きな影響を受ける等が
挙げられる。
【０００６】上記６）のＸ線反射率法は、膜の表面反射
と界面反射との干渉を利用して、Ｘ線の入射角度または
波長を徐々に変化させて生ずる反射率曲線の振動構造か
ら膜厚を算出するもので、長所として、ａ）標準試料無
しの絶対測定であること、ｂ）密度が測定可能であるこ
と等が挙げられ、短所として、ｃ）測定範囲が１０ｎｍ
〜３００ｎｍ程度と比較的狭いこと、ｄ）表面や界面が
粗いと干渉が得られないこと等が挙げられる。
と界面反射との干渉を利用して、Ｘ線の入射角度または
波長を徐々に変化させて生ずる反射率曲線の振動構造か
ら膜厚を算出するもので、長所として、ａ）標準試料無
しの絶対測定であること、ｂ）密度が測定可能であるこ
と等が挙げられ、短所として、ｃ）測定範囲が１０ｎｍ
〜３００ｎｍ程度と比較的狭いこと、ｄ）表面や界面が
粗いと干渉が得られないこと等が挙げられる。
【０００７】図４は、Ｘ線反射率法を用いて得られるＸ
線反射率曲線の一例を示すグラフである。横軸は試料表
面に対するＸ線入射角度で、縦軸はＸ線反射率（対数表
示）である。試料はシリコンウエハ上に膜厚１００ｎｍ
のＷＳｉ（タングステンシリサイド）膜を形成したもの
である。
線反射率曲線の一例を示すグラフである。横軸は試料表
面に対するＸ線入射角度で、縦軸はＸ線反射率（対数表
示）である。試料はシリコンウエハ上に膜厚１００ｎｍ
のＷＳｉ（タングステンシリサイド）膜を形成したもの
である。
【０００８】グラフを見ると、薄膜でのＸ線干渉によっ
て振動構造が現われており、干渉条件を示す下記式
（４）を用いて振動周期から膜厚ｔを測定することがで
きる（ｔは膜厚、θは入射角度、θｒは全反射臨界角、
ｎは整数、λは波長）。
て振動構造が現われており、干渉条件を示す下記式
（４）を用いて振動周期から膜厚ｔを測定することがで
きる（ｔは膜厚、θは入射角度、θｒは全反射臨界角、
ｎは整数、λは波長）。
【０００９】 ２ｔ・ｓｉｎ（θ2−θｒ2）1/2 ＝ ｎ・λ …（４） こうしたＸ線反射率法による膜厚測定は種々の分野で適
用可能である。特に半導体製造分野では、ウエハ上の配
線材料としてＡｌ膜、Ｔｉ膜、Ｃｏ膜等が使用され、集
積度の高密度化によって配線パターンの形状を厳しく管
理する必要性がある。
用可能である。特に半導体製造分野では、ウエハ上の配
線材料としてＡｌ膜、Ｔｉ膜、Ｃｏ膜等が使用され、集
積度の高密度化によって配線パターンの形状を厳しく管
理する必要性がある。
【００１０】配線パターンの膜厚は場所に応じて種々に
変化し、膜厚が１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲であれば上
記のＸ線反射率法を用いて測定が可能である。しかし、
電流が多く流れる配線パターンでは、膜厚１．５μｍの
Ａｌ膜といった厚い配線が使用されている。この厚さ程
度になると、たとえばＣｕ陽極のＸ線管を使用したＸ線
反射率法では、干渉の周期が極端に短くなり過ぎて測定
不能となる。逆に、昨今では高密度配線として膜厚５ｎ
ｍのＣｏ膜が検討されており、この膜厚では干渉の周期
が極端に長くなって、振動構造が現われず、測定不能と
なる。
変化し、膜厚が１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲であれば上
記のＸ線反射率法を用いて測定が可能である。しかし、
電流が多く流れる配線パターンでは、膜厚１．５μｍの
Ａｌ膜といった厚い配線が使用されている。この厚さ程
度になると、たとえばＣｕ陽極のＸ線管を使用したＸ線
反射率法では、干渉の周期が極端に短くなり過ぎて測定
不能となる。逆に、昨今では高密度配線として膜厚５ｎ
ｍのＣｏ膜が検討されており、この膜厚では干渉の周期
が極端に長くなって、振動構造が現われず、測定不能と
なる。
【００１１】また、この程度まで薄くなると、薄膜の製
造方法によっては、膜厚が面内で不均一になったり、表
面や界面での粗さが大きくなって、振動構造がノイズに
埋もれて不鮮明になる可能性がある。
造方法によっては、膜厚が面内で不均一になったり、表
面や界面での粗さが大きくなって、振動構造がノイズに
埋もれて不鮮明になる可能性がある。
【００１２】本発明の目的は、Ｘ線反射率法と蛍光Ｘ線
法との組合せによって、測定精度を維持しつつ、膜厚の
測定範囲を大幅に拡大できる膜厚測定方法を提供するこ
とである。
法との組合せによって、測定精度を維持しつつ、膜厚の
測定範囲を大幅に拡大できる膜厚測定方法を提供するこ
とである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に薄膜
が形成され、薄膜の膜厚および密度が未知で、基板およ
び薄膜の構成物質が既知である未知試料ｕの膜厚測定方
法であって、未知試料ｕと同種の物質で構成され、Ｘ線
反射率法によって膜厚測定可能な標準試料ｃを用意する
工程と、Ｘ線反射率法を用いて、Ｘ線入射角度の変化に
対する標準試料ｃのＸ線反射率曲線を計測し、該曲線の
干渉周期から膜厚Ｔｃを、該曲線の全反射臨界角度から
薄膜の密度ρｃをそれぞれ測定する工程と、蛍光Ｘ線法
を用いて、標準試料ｃの蛍光Ｘ線強度Ｆｃを測定する工
程と、標準試料ｃの感度係数αを次式（１）から算出す
る工程と、 α ＝ Ｆｃ／（ρｃ・Ｔｃ） …（１） Ｘ線反射率法を用いて、Ｘ線入射角度の変化に対する未
知試料ｕのＸ線反射率曲線を計測し、該曲線の全反射臨
界角度から薄膜の密度ρｕを測定する工程と、蛍光Ｘ線
法を用いて、未知試料ｕの蛍光Ｘ線強度Ｆｕを測定する
工程と、未知試料ｕの膜厚Ｔｕを次式（２）から算出す
る工程と、 Ｔｕ ＝ Ｆｕ／（α・ρｕ） …（２） を含むことを特徴とする膜厚測定方法である。
が形成され、薄膜の膜厚および密度が未知で、基板およ
び薄膜の構成物質が既知である未知試料ｕの膜厚測定方
法であって、未知試料ｕと同種の物質で構成され、Ｘ線
反射率法によって膜厚測定可能な標準試料ｃを用意する
工程と、Ｘ線反射率法を用いて、Ｘ線入射角度の変化に
対する標準試料ｃのＸ線反射率曲線を計測し、該曲線の
干渉周期から膜厚Ｔｃを、該曲線の全反射臨界角度から
薄膜の密度ρｃをそれぞれ測定する工程と、蛍光Ｘ線法
を用いて、標準試料ｃの蛍光Ｘ線強度Ｆｃを測定する工
程と、標準試料ｃの感度係数αを次式（１）から算出す
る工程と、 α ＝ Ｆｃ／（ρｃ・Ｔｃ） …（１） Ｘ線反射率法を用いて、Ｘ線入射角度の変化に対する未
知試料ｕのＸ線反射率曲線を計測し、該曲線の全反射臨
界角度から薄膜の密度ρｕを測定する工程と、蛍光Ｘ線
法を用いて、未知試料ｕの蛍光Ｘ線強度Ｆｕを測定する
工程と、未知試料ｕの膜厚Ｔｕを次式（２）から算出す
る工程と、 Ｔｕ ＝ Ｆｕ／（α・ρｕ） …（２） を含むことを特徴とする膜厚測定方法である。
【００１４】本発明に従えば、未知試料ｕと同種の物質
で構成され、Ｘ線反射率法によって膜厚測定可能な標準
試料ｃを予め用意しておいて、この標準試料ｃに関して
Ｘ線反射率法および蛍光Ｘ線法を適用して、膜厚Ｔｃ、
密度ρｃおよび蛍光Ｘ線強度Ｆｃの各数値をそれぞれ測
定する。蛍光Ｘ線法は、蛍光Ｘ線強度Ｆが、次式（３）
のように、密度ρと膜厚Ｔの積に比例することを利用す
るものである。
で構成され、Ｘ線反射率法によって膜厚測定可能な標準
試料ｃを予め用意しておいて、この標準試料ｃに関して
Ｘ線反射率法および蛍光Ｘ線法を適用して、膜厚Ｔｃ、
密度ρｃおよび蛍光Ｘ線強度Ｆｃの各数値をそれぞれ測
定する。蛍光Ｘ線法は、蛍光Ｘ線強度Ｆが、次式（３）
のように、密度ρと膜厚Ｔの積に比例することを利用す
るものである。
【００１５】 Ｆ ＝ α・ρ・Ｔ …（３） 比例係数である感度係数αは、上記の数値Ｔｃ、ρｃ、
Ｆｃを式（３）に代入することによって決定できる。
Ｆｃを式（３）に代入することによって決定できる。
【００１６】次に、未知試料ｕに関してＸ線反射率法お
よび蛍光Ｘ線法を適用して、密度ρｕおよび蛍光Ｘ線強
度Ｆｕの各数値をそれぞれ測定する。感度係数αは同種
の物質であれば一致するため、数値Ｆｕ、α、ρｕを式
（３）に代入することによって、膜厚Ｔｕを決定でき
る。
よび蛍光Ｘ線法を適用して、密度ρｕおよび蛍光Ｘ線強
度Ｆｕの各数値をそれぞれ測定する。感度係数αは同種
の物質であれば一致するため、数値Ｆｕ、α、ρｕを式
（３）に代入することによって、膜厚Ｔｕを決定でき
る。
【００１７】このようにＸ線反射率法の測定範囲外にあ
る膜厚を持つ試料に関しても、蛍光Ｘ線法との組合せに
よって高精度の膜厚測定が可能になる。
る膜厚を持つ試料に関しても、蛍光Ｘ線法との組合せに
よって高精度の膜厚測定が可能になる。
【００１８】また本発明は、基板上に薄膜が形成され、
薄膜の膜厚および密度が未知で、基板および薄膜の構成
物質が既知である未知試料ｕの膜厚測定方法であって、
密度ρおよび膜厚Ｔの積（ρＴ）を変数とする理論Ｘ線
強度Ｘ（ρＴ）を予め決定しておく工程と、未知試料ｕ
と同種の物質で構成され、Ｘ線反射率法によって膜厚測
定可能な標準試料ｃを用意する工程と、Ｘ線反射率法を
用いて、Ｘ線入射角度の変化に対する標準試料ｃのＸ線
反射率曲線を計測し、該曲線の干渉周期から膜厚Ｔｃ
を、該曲線の全反射臨界角度から薄膜の密度ρｃをそれ
ぞれ測定する工程と、蛍光Ｘ線法を用いて、標準試料ｃ
の蛍光Ｘ線強度Ｆｃを測定する工程と、該蛍光Ｘ線強度
Ｆｃと、密度ρｃおよび膜厚Ｔｃの積（ρＴ）ｃを代入
した理論Ｘ線強度Ｘ（ρＴ）ｃとの比である感度係数β
を次式（１Ａ）から算出する工程と、 β ＝ Ｆｃ／Ｘ（（ρＴ）ｃ） …（１Ａ） Ｘ線反射率法を用いて、Ｘ線入射角度の変化に対する未
知試料ｕのＸ線反射率曲線を計測し、該曲線の全反射臨
界角度から薄膜の密度ρｕを測定する工程と、蛍光Ｘ線
法を用いて、未知試料ｕの蛍光Ｘ線強度Ｆｕを測定する
工程と、得られた蛍光Ｘ線強度Ｆｕが次式（２Ａ）を満
足するように、逐次近似法を用いて未知試料ｕに関する
密度ρｕおよび膜厚Ｔｕの積（ρＴ）ｕを求める工程
と、 Ｆｕ ＝ β・Ｘ（（ρＴ）ｕ） …（２Ａ） 得られた積（ρＴ）ｕを密度ρｕで除算して、膜厚Ｔｕ
を算出する工程とを含むことを特徴とする膜厚測定方法
である。
薄膜の膜厚および密度が未知で、基板および薄膜の構成
物質が既知である未知試料ｕの膜厚測定方法であって、
密度ρおよび膜厚Ｔの積（ρＴ）を変数とする理論Ｘ線
強度Ｘ（ρＴ）を予め決定しておく工程と、未知試料ｕ
と同種の物質で構成され、Ｘ線反射率法によって膜厚測
定可能な標準試料ｃを用意する工程と、Ｘ線反射率法を
用いて、Ｘ線入射角度の変化に対する標準試料ｃのＸ線
反射率曲線を計測し、該曲線の干渉周期から膜厚Ｔｃ
を、該曲線の全反射臨界角度から薄膜の密度ρｃをそれ
ぞれ測定する工程と、蛍光Ｘ線法を用いて、標準試料ｃ
の蛍光Ｘ線強度Ｆｃを測定する工程と、該蛍光Ｘ線強度
Ｆｃと、密度ρｃおよび膜厚Ｔｃの積（ρＴ）ｃを代入
した理論Ｘ線強度Ｘ（ρＴ）ｃとの比である感度係数β
を次式（１Ａ）から算出する工程と、 β ＝ Ｆｃ／Ｘ（（ρＴ）ｃ） …（１Ａ） Ｘ線反射率法を用いて、Ｘ線入射角度の変化に対する未
知試料ｕのＸ線反射率曲線を計測し、該曲線の全反射臨
界角度から薄膜の密度ρｕを測定する工程と、蛍光Ｘ線
法を用いて、未知試料ｕの蛍光Ｘ線強度Ｆｕを測定する
工程と、得られた蛍光Ｘ線強度Ｆｕが次式（２Ａ）を満
足するように、逐次近似法を用いて未知試料ｕに関する
密度ρｕおよび膜厚Ｔｕの積（ρＴ）ｕを求める工程
と、 Ｆｕ ＝ β・Ｘ（（ρＴ）ｕ） …（２Ａ） 得られた積（ρＴ）ｕを密度ρｕで除算して、膜厚Ｔｕ
を算出する工程とを含むことを特徴とする膜厚測定方法
である。
【００１９】本発明に従えば、密度ρおよび膜厚Ｔの積
（ρＴ）を変数とする理論Ｘ線強度Ｘ（ρＴ）を予め決
定している。前述した方法では、蛍光Ｘ線法における蛍
光Ｘ線強度Ｆが密度ρと膜厚Ｔの積に比例することを前
提した１次近似を用いた方法であるが、ここでは薄膜の
自己吸収が無視できない比較的厚い膜に適用する場合
や、膜を構成する元素の蛍光Ｘ線が検出困難な場合に、
膜でのＸ線吸収等を考慮した理論Ｘ線強度法（ＦＰ法）
を応用している（参考文献：“Handbook ofX-ray Spect
rometry",MARCEL DEKKER,INC,1993等）。理論Ｘ線強度
Ｘ（ρＴ）は、密度ρおよび膜厚Ｔの積（ρＴ）を変数
とする関数であり、高次の近似式で表現可能である。
（ρＴ）を変数とする理論Ｘ線強度Ｘ（ρＴ）を予め決
定している。前述した方法では、蛍光Ｘ線法における蛍
光Ｘ線強度Ｆが密度ρと膜厚Ｔの積に比例することを前
提した１次近似を用いた方法であるが、ここでは薄膜の
自己吸収が無視できない比較的厚い膜に適用する場合
や、膜を構成する元素の蛍光Ｘ線が検出困難な場合に、
膜でのＸ線吸収等を考慮した理論Ｘ線強度法（ＦＰ法）
を応用している（参考文献：“Handbook ofX-ray Spect
rometry",MARCEL DEKKER,INC,1993等）。理論Ｘ線強度
Ｘ（ρＴ）は、密度ρおよび膜厚Ｔの積（ρＴ）を変数
とする関数であり、高次の近似式で表現可能である。
【００２０】次に未知試料ｕと同種の物質で構成され、
Ｘ線反射率法によって膜厚測定可能な標準試料ｃを予め
用意しておいて、この標準試料ｃに関してＸ線反射率法
および蛍光Ｘ線法を適用して、膜厚Ｔｃ、密度ρｃおよ
び蛍光Ｘ線強度Ｆｃの各数値をそれぞれ測定する。
Ｘ線反射率法によって膜厚測定可能な標準試料ｃを予め
用意しておいて、この標準試料ｃに関してＸ線反射率法
および蛍光Ｘ線法を適用して、膜厚Ｔｃ、密度ρｃおよ
び蛍光Ｘ線強度Ｆｃの各数値をそれぞれ測定する。
【００２１】そして、該蛍光Ｘ線強度Ｆｃと、密度ρｃ
および膜厚Ｔｃの積（ρＴ）ｃを代入した理論Ｘ線強度
Ｘ（ρＴ）ｃとの比である感度係数βを式（１Ａ）によ
って算出し、実際の測定条件における蛍光Ｘ線強度Ｆと
理論Ｘ線強度Ｘとの換算比率を求めておく。
および膜厚Ｔｃの積（ρＴ）ｃを代入した理論Ｘ線強度
Ｘ（ρＴ）ｃとの比である感度係数βを式（１Ａ）によ
って算出し、実際の測定条件における蛍光Ｘ線強度Ｆと
理論Ｘ線強度Ｘとの換算比率を求めておく。
【００２２】次に、未知試料ｕに関してＸ線反射率法お
よび蛍光Ｘ線法を適用して、密度ρｕおよび蛍光Ｘ線強
度Ｆｕの各数値をそれぞれ測定する。このとき、未知試
料ｕに関する積（ρＴ）ｕも理論Ｘ線強度Ｘに従う。
よび蛍光Ｘ線法を適用して、密度ρｕおよび蛍光Ｘ線強
度Ｆｕの各数値をそれぞれ測定する。このとき、未知試
料ｕに関する積（ρＴ）ｕも理論Ｘ線強度Ｘに従う。
【００２３】理論Ｘ線強度Ｘの逆関数が解析的に求める
ことが可能である場合は、蛍光Ｘ線強度Ｆｕを逆関数に
代入すれば、直ちに積（ρＴ）ｕを算出でき、さらに積
（ρＴ）ｕを密度ρｕで除算すれば簡単に膜厚Ｔｕを決
定できる。
ことが可能である場合は、蛍光Ｘ線強度Ｆｕを逆関数に
代入すれば、直ちに積（ρＴ）ｕを算出でき、さらに積
（ρＴ）ｕを密度ρｕで除算すれば簡単に膜厚Ｔｕを決
定できる。
【００２４】一方、理論Ｘ線強度Ｘの逆関数が解析的に
求められない場合は、蛍光Ｘ線強度Ｆｕが式（２Ａ）を
満足するように、逐次近似法を用いて未知試料ｕに関す
る密度ρｕおよび膜厚Ｔｕの積（ρＴ）ｕを求めること
が可能である。そして、得られた積（ρＴ）ｕを密度ρ
ｕで除算して、膜厚Ｔｕを決定できる。
求められない場合は、蛍光Ｘ線強度Ｆｕが式（２Ａ）を
満足するように、逐次近似法を用いて未知試料ｕに関す
る密度ρｕおよび膜厚Ｔｕの積（ρＴ）ｕを求めること
が可能である。そして、得られた積（ρＴ）ｕを密度ρ
ｕで除算して、膜厚Ｔｕを決定できる。
【００２５】なお、以上の説明では膜が単元素で構成さ
れる場合や膜の組成に変化がない場合を前提としている
が、膜が複数元素で構成される場合には複数元素から発
生する蛍光Ｘ線を検出することによって、同様な手順で
膜厚を決定できる。
れる場合や膜の組成に変化がない場合を前提としている
が、膜が複数元素で構成される場合には複数元素から発
生する蛍光Ｘ線を検出することによって、同様な手順で
膜厚を決定できる。
【００２６】さらに、蛍光Ｘ線の代わりに入射Ｘ線の散
乱を検出して、理論Ｘ線強度法（ＦＰ法）を用いて理論
的に計算される散乱Ｘ線強度との換算比率を考慮する方
法でも同様な手法で膜厚を決定できる。
乱を検出して、理論Ｘ線強度法（ＦＰ法）を用いて理論
的に計算される散乱Ｘ線強度との換算比率を考慮する方
法でも同様な手法で膜厚を決定できる。
【００２７】このようにＸ線反射率法の測定範囲外にあ
る膜厚を持つ試料に関しても、蛍光Ｘ線法との組合せに
よって高精度の膜厚測定が可能になる。
る膜厚を持つ試料に関しても、蛍光Ｘ線法との組合せに
よって高精度の膜厚測定が可能になる。
【００２８】また本発明は、Ｘ線反射率法および蛍光Ｘ
線法を同一のＸ線分析装置で行うことを特徴とする。
線法を同一のＸ線分析装置で行うことを特徴とする。
【００２９】本発明に従えば、Ｘ線管、スリット、試料
台などのＸ線光学系を共通に構成した同一のＸ線分析装
置でＸ線反射率法および蛍光Ｘ線法を行うことによっ
て、入射角度や波長、試料の配置などのＸ線照射条件を
安定に維持できるため、測定誤差を低減化でき、しかも
測定時間の短縮化に資する。
台などのＸ線光学系を共通に構成した同一のＸ線分析装
置でＸ線反射率法および蛍光Ｘ線法を行うことによっ
て、入射角度や波長、試料の配置などのＸ線照射条件を
安定に維持できるため、測定誤差を低減化でき、しかも
測定時間の短縮化に資する。
【００３０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る膜厚測定方
法が適用可能なＸ線分析装置の一例を示す構成図であ
る。Ｘ線分析装置は、Ｘ線ビームＢ１を発生するための
Ｘ線管１と、Ｘ線ビームＢ１の中から単一の特性Ｘ線か
ら成るＸ線ビームＢ２を分離するための分光結晶２と、
他の特性Ｘ線を遮るためのスリット３ａと、半導体ウエ
ハなどの被検物２０を支持するための試料テーブル４
と、Ｘ線ビームＢ２のＸ線強度を検出する検出器１１
と、試料テーブル４の３次元位置およびＸ線ビームＢ２
に対する角度を設定するためのテーブル制御部５と、被
検物２０から発生する蛍光Ｘ線Ｂ３を検出する検出器６
などで構成される。検出器６は半導体検出器などで構成
され、検出面側に受光角度を規定する絞り３ｃが配置さ
れる。
法が適用可能なＸ線分析装置の一例を示す構成図であ
る。Ｘ線分析装置は、Ｘ線ビームＢ１を発生するための
Ｘ線管１と、Ｘ線ビームＢ１の中から単一の特性Ｘ線か
ら成るＸ線ビームＢ２を分離するための分光結晶２と、
他の特性Ｘ線を遮るためのスリット３ａと、半導体ウエ
ハなどの被検物２０を支持するための試料テーブル４
と、Ｘ線ビームＢ２のＸ線強度を検出する検出器１１
と、試料テーブル４の３次元位置およびＸ線ビームＢ２
に対する角度を設定するためのテーブル制御部５と、被
検物２０から発生する蛍光Ｘ線Ｂ３を検出する検出器６
などで構成される。検出器６は半導体検出器などで構成
され、検出面側に受光角度を規定する絞り３ｃが配置さ
れる。
【００３１】さらに、スリット３ｂが被検物２０と検出
器１１との間に設けられ、検出器１１に入射するＸ線ビ
ームＢ２の通過位置を規定する。このスリット３ｂは上
下移動可能であり、データ処理部１０からの指令によっ
てスリット制御部１２がスリット３ｂの位置を調整す
る。また、スリット３ｂは、検査点を中心とした円弧上
を円運動するように移動しても構わない。
器１１との間に設けられ、検出器１１に入射するＸ線ビ
ームＢ２の通過位置を規定する。このスリット３ｂは上
下移動可能であり、データ処理部１０からの指令によっ
てスリット制御部１２がスリット３ｂの位置を調整す
る。また、スリット３ｂは、検査点を中心とした円弧上
を円運動するように移動しても構わない。
【００３２】次に信号処理系に関して、検出器６からの
信号を増幅する前置増幅器７と、前置増幅器７から出力
される電荷パルスの立上がり幅に比例した波高を有する
パルスに波形整形するための比例増幅器８と、比例増幅
器８から出力される各波高値の計数率を測定する波高分
析器９と、波高分析器９や検出器１１で測定されたデー
タを処理したり、テーブル制御部５へ指令を出すための
データ処理器１０などが設けられる。
信号を増幅する前置増幅器７と、前置増幅器７から出力
される電荷パルスの立上がり幅に比例した波高を有する
パルスに波形整形するための比例増幅器８と、比例増幅
器８から出力される各波高値の計数率を測定する波高分
析器９と、波高分析器９や検出器１１で測定されたデー
タを処理したり、テーブル制御部５へ指令を出すための
データ処理器１０などが設けられる。
【００３３】検出器１１は、１次Ｘ線と反射Ｘ線の強度
を測定するもので、シンチレーションカウンタ、プロポ
ーショナルカウンタ、イオンチェンバ、ＧＭカウンタ、
半導体検出器などが使用できる。また、スリット３ｂは
検出器１１に予め内蔵されているコリメータで代用する
ことも可能であり、この場合はスリット制御部１２によ
って検出器１１全体の位置が制御される。
を測定するもので、シンチレーションカウンタ、プロポ
ーショナルカウンタ、イオンチェンバ、ＧＭカウンタ、
半導体検出器などが使用できる。また、スリット３ｂは
検出器１１に予め内蔵されているコリメータで代用する
ことも可能であり、この場合はスリット制御部１２によ
って検出器１１全体の位置が制御される。
【００３４】Ｘ線管１は固定陽極型や回転陽極型のもの
が使用できる。分光結晶２は、単一の結晶であっても、
２つ以上の結晶の組合せでもよい。
が使用できる。分光結晶２は、単一の結晶であっても、
２つ以上の結晶の組合せでもよい。
【００３５】また、検出器１１からの強度信号から被検
物２０のＸ線反射率を測定することによって、被検物２
０の表面粗さ、膜厚、密度等を検定できる。すなわち、
試料テーブル４の傾斜角度を水平から徐々に増加させる
ことによって、図４のようなＸ線反射率曲線が得られ
る。この曲線に現われる振動構造の周期を計測すること
によって膜厚の絶対測定が可能となる。
物２０のＸ線反射率を測定することによって、被検物２
０の表面粗さ、膜厚、密度等を検定できる。すなわち、
試料テーブル４の傾斜角度を水平から徐々に増加させる
ことによって、図４のようなＸ線反射率曲線が得られ
る。この曲線に現われる振動構造の周期を計測すること
によって膜厚の絶対測定が可能となる。
【００３６】さらに、薄膜の密度については、全反射臨
界角度が物質の密度に依存して変化することを利用す
る。すなわち、試料テーブル４の傾斜角度を水平から徐
々に増加させると、全反射臨界角度でＸ線反射率が急激
に小さくなるため、この全反射臨界角度の位置を計測す
ることによって、薄膜の密度を算出できる。
界角度が物質の密度に依存して変化することを利用す
る。すなわち、試料テーブル４の傾斜角度を水平から徐
々に増加させると、全反射臨界角度でＸ線反射率が急激
に小さくなるため、この全反射臨界角度の位置を計測す
ることによって、薄膜の密度を算出できる。
【００３７】次に膜厚測定方法について説明する。
【００３８】まず被検物２０として、シリコンウエハ等
の基板上に配線材料等の薄膜が形成された未知試料ｕお
よび標準試料ｃを用意する。未知試料ｕは、薄膜の膜厚
および密度が未知で、基板および薄膜の構成物質が既知
であり、薄膜の膜厚がＸ線反射率法によって膜厚測定困
難な範囲、たとえば１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲外のも
のである。標準試料ｃは、未知試料ｕと同種の物質で構
成され、薄膜の膜厚がＸ線反射率法によって膜厚測定可
能な範囲、たとえば１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内のも
のである。
の基板上に配線材料等の薄膜が形成された未知試料ｕお
よび標準試料ｃを用意する。未知試料ｕは、薄膜の膜厚
および密度が未知で、基板および薄膜の構成物質が既知
であり、薄膜の膜厚がＸ線反射率法によって膜厚測定困
難な範囲、たとえば１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲外のも
のである。標準試料ｃは、未知試料ｕと同種の物質で構
成され、薄膜の膜厚がＸ線反射率法によって膜厚測定可
能な範囲、たとえば１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内のも
のである。
【００３９】次にＸ線反射率法を用いて、標準試料ｃの
膜厚Ｔｃ、薄膜の密度ρｃをそれぞれ測定する。その手
順として、標準試料ｃを試料テーブル４にセットした
後、単色のＸ線ビームＢ２を標準試料ｃに入射しなが
ら、試料テーブル４を水平位置から徐々に傾斜させて、
検出器１１の出力からＸ線入射角度の変化に対する標準
試料ｃのＸ線反射率曲線を計測する。得られたＸ線反射
率曲線の干渉周期から膜厚Ｔｃを、該曲線の全反射臨界
角度から薄膜の密度ρｃをそれぞれ測定する。
膜厚Ｔｃ、薄膜の密度ρｃをそれぞれ測定する。その手
順として、標準試料ｃを試料テーブル４にセットした
後、単色のＸ線ビームＢ２を標準試料ｃに入射しなが
ら、試料テーブル４を水平位置から徐々に傾斜させて、
検出器１１の出力からＸ線入射角度の変化に対する標準
試料ｃのＸ線反射率曲線を計測する。得られたＸ線反射
率曲線の干渉周期から膜厚Ｔｃを、該曲線の全反射臨界
角度から薄膜の密度ρｃをそれぞれ測定する。
【００４０】次に蛍光Ｘ線法を用いて、標準試料ｃの蛍
光Ｘ線強度Ｆｃを測定する。その手順として、単色のＸ
線ビームＢ２を試料テーブル４にセットされた標準試料
ｃに所定の入射角度、たとえば全反射角度で入射して、
標準試料ｃから発生する蛍光Ｘ線の強度Ｆｃを検出器６
で測定する。なお、Ｘ線入射角度は全反射角度より大き
な角度を選び、試料間で測定条件の統一を図る。
光Ｘ線強度Ｆｃを測定する。その手順として、単色のＸ
線ビームＢ２を試料テーブル４にセットされた標準試料
ｃに所定の入射角度、たとえば全反射角度で入射して、
標準試料ｃから発生する蛍光Ｘ線の強度Ｆｃを検出器６
で測定する。なお、Ｘ線入射角度は全反射角度より大き
な角度を選び、試料間で測定条件の統一を図る。
【００４１】図２は、蛍光Ｘ線法の測定原理の一例を示
すグラフである。蛍光Ｘ線法は、蛍光Ｘ線強度Ｆが、次
式（３）のように、密度ρと膜厚Ｔの積に比例すること
を利用するものである。
すグラフである。蛍光Ｘ線法は、蛍光Ｘ線強度Ｆが、次
式（３）のように、密度ρと膜厚Ｔの積に比例すること
を利用するものである。
【００４２】 Ｆ ＝ α・ρ・Ｔ …（３） 比例係数である感度係数αは同種の物質であれば一致
し、上記の数値Ｔｃ、ρｃ、Ｆｃを式（３）に代入する
ことによって決定でき、算出式は次式（１）となる。
し、上記の数値Ｔｃ、ρｃ、Ｆｃを式（３）に代入する
ことによって決定でき、算出式は次式（１）となる。
【００４３】 α ＝ Ｆｃ／（ρｃ・Ｔｃ） …（１） 次にＸ線反射率法を用いて、未知試料ｕの薄膜の密度ρ
ｕを測定する。その手順として、未知試料ｕを試料テー
ブル４にセットした後、単色のＸ線ビームＢ２を未知試
料ｕに入射しながら、試料テーブル４を水平位置から徐
々に傾斜させて、検出器１１の出力からＸ線入射角度の
変化に対する未知試料ｕのＸ線反射率曲線を計測する。
得られたＸ線反射率曲線のうち急峻に変化する位置を全
反射臨界角度θｒとして特定し、下記式（５）を用いて
全反射臨界角度θｒから薄膜の密度ρｕを測定する。こ
こで、密度ρの単位はｋｇ／ｍ3 、全反射臨界角度θｒ
はミリラジアン(mrad)、波長λはｎｍである。
ｕを測定する。その手順として、未知試料ｕを試料テー
ブル４にセットした後、単色のＸ線ビームＢ２を未知試
料ｕに入射しながら、試料テーブル４を水平位置から徐
々に傾斜させて、検出器１１の出力からＸ線入射角度の
変化に対する未知試料ｕのＸ線反射率曲線を計測する。
得られたＸ線反射率曲線のうち急峻に変化する位置を全
反射臨界角度θｒとして特定し、下記式（５）を用いて
全反射臨界角度θｒから薄膜の密度ρｕを測定する。こ
こで、密度ρの単位はｋｇ／ｍ3 、全反射臨界角度θｒ
はミリラジアン(mrad)、波長λはｎｍである。
【００４４】 ρ ＝ ３．８×（θｒ／λ）2 …（５） 次に蛍光Ｘ線法を用いて、未知試料ｕの蛍光Ｘ線強度Ｆ
ｕを測定する。その手順として、標準試料ｃの測定条件
と一致するように、Ｘ線ビームＢ２の入射角度や波長な
どを調整した後、未知試料ｕから発生する蛍光Ｘ線の強
度Ｆｕを検出器６で測定する。
ｕを測定する。その手順として、標準試料ｃの測定条件
と一致するように、Ｘ線ビームＢ２の入射角度や波長な
どを調整した後、未知試料ｕから発生する蛍光Ｘ線の強
度Ｆｕを検出器６で測定する。
【００４５】次に上記測定によって得られた感度係数
α、薄膜の密度ρｕおよび蛍光Ｘ線強度Ｆｕを次式
（２）に代入して、未知試料ｕの膜厚Ｔｕを算出する。
α、薄膜の密度ρｕおよび蛍光Ｘ線強度Ｆｕを次式
（２）に代入して、未知試料ｕの膜厚Ｔｕを算出する。
【００４６】 Ｔｕ ＝ Ｆｕ／（α・ρｕ） …（２） このようにＸ線反射率法の測定範囲外にある膜厚を持つ
試料に関しても、蛍光Ｘ線法との組合せによって高精度
の膜厚測定が可能になる。
試料に関しても、蛍光Ｘ線法との組合せによって高精度
の膜厚測定が可能になる。
【００４７】また、上記のＸ線反射率法および蛍光Ｘ線
法を行う際に、図１に示すように、Ｘ線管１、スリット
３ａ〜３ｃ、試料テーブル４などのＸ線光学系を共通に
構成した同一のＸ線分析装置を使用することによって、
入射角度や波長、試料の配置などのＸ線照射条件を安定
に維持できるため、測定誤差を低減化でき、しかも全体
の測定時間を短縮できる。
法を行う際に、図１に示すように、Ｘ線管１、スリット
３ａ〜３ｃ、試料テーブル４などのＸ線光学系を共通に
構成した同一のＸ線分析装置を使用することによって、
入射角度や波長、試料の配置などのＸ線照射条件を安定
に維持できるため、測定誤差を低減化でき、しかも全体
の測定時間を短縮できる。
【００４８】図３は、蛍光Ｘ線法の測定原理の他の例を
示すグラフである。図２では１次近似の手法を説明した
が、ここでは非線形の場合も適用可能な理論Ｘ線強度法
（ＦＰ法）を使用する例を説明する。
示すグラフである。図２では１次近似の手法を説明した
が、ここでは非線形の場合も適用可能な理論Ｘ線強度法
（ＦＰ法）を使用する例を説明する。
【００４９】理論Ｘ線強度Ｘは、密度ρおよび膜厚Ｔの
積（ρＴ）を変数とする関数として表現でき、図３中の
一点鎖線で示すように、一般に積（ρＴ）の変化に対し
て曲線を示し、解析的には種々の近似式で表現可能であ
る。
積（ρＴ）を変数とする関数として表現でき、図３中の
一点鎖線で示すように、一般に積（ρＴ）の変化に対し
て曲線を示し、解析的には種々の近似式で表現可能であ
る。
【００５０】理論Ｘ線強度Ｘの一例として、Ｓｉ基板の
上にアルミニウム薄膜が存在する例において、１）入射
Ｘ線はＣｕ−Ｋα特性Ｘ線で単色化されていること、
２）アルミニウム薄膜でのＸ線の吸収を考慮する、３）
基板や薄膜内で発生した蛍光Ｘ線や散乱されたＸ線によ
る二次的な蛍光Ｘ線励起は考慮しない、４）装置の機械
的配置、検出器の感度設定、Ｘ線源のＸ線放射率等から
計算される一次Ｘ線の強度に関連する比例項は感度係数
βにて代表することが可能であるので省略する、という
条件の下で、Ａｌ−Ｋα特性Ｘ線強度の近似式は次の式
（６）で表すことができる。
上にアルミニウム薄膜が存在する例において、１）入射
Ｘ線はＣｕ−Ｋα特性Ｘ線で単色化されていること、
２）アルミニウム薄膜でのＸ線の吸収を考慮する、３）
基板や薄膜内で発生した蛍光Ｘ線や散乱されたＸ線によ
る二次的な蛍光Ｘ線励起は考慮しない、４）装置の機械
的配置、検出器の感度設定、Ｘ線源のＸ線放射率等から
計算される一次Ｘ線の強度に関連する比例項は感度係数
βにて代表することが可能であるので省略する、という
条件の下で、Ａｌ−Ｋα特性Ｘ線強度の近似式は次の式
（６）で表すことができる。
【００５１】
【数１】
【００５２】ここで、μａはアルミニウムにおけるＣｕ
−Ｋα線の質量吸収係数、μｂはアルミニウムにおける
Ａｌ−Ｋα線の質量吸収係数、Ψａは一次Ｘ線の入射角
度、Ψｂは蛍光Ｘ線の取出し角度である。
−Ｋα線の質量吸収係数、μｂはアルミニウムにおける
Ａｌ−Ｋα線の質量吸収係数、Ψａは一次Ｘ線の入射角
度、Ψｂは蛍光Ｘ線の取出し角度である。
【００５３】図３中の実線は現実の測定条件下での蛍光
Ｘ線強度Ｆであり、近似の精度が高い場合、理論Ｘ線強
度Ｘのカーブと蛍光Ｘ線強度Ｆのカーブとは一定の比率
βで相互に換算可能な相似形となり、両者の関係は予め
決定しておく。
Ｘ線強度Ｆであり、近似の精度が高い場合、理論Ｘ線強
度Ｘのカーブと蛍光Ｘ線強度Ｆのカーブとは一定の比率
βで相互に換算可能な相似形となり、両者の関係は予め
決定しておく。
【００５４】次に上述と同様に、被検物２０として、未
知試料ｕおよび標準試料ｃを用意する。未知試料ｕは、
薄膜の膜厚および密度が未知で、基板および薄膜の構成
物質が既知であり、薄膜の膜厚がＸ線反射率法によって
膜厚測定困難な範囲、たとえば１０ｎｍ〜３００ｎｍの
範囲外のものである。標準試料ｃは、未知試料ｕと同種
の物質で構成され、薄膜の膜厚がＸ線反射率法によって
膜厚測定可能な範囲、たとえば１０ｎｍ〜３００ｎｍの
範囲内のものである。
知試料ｕおよび標準試料ｃを用意する。未知試料ｕは、
薄膜の膜厚および密度が未知で、基板および薄膜の構成
物質が既知であり、薄膜の膜厚がＸ線反射率法によって
膜厚測定困難な範囲、たとえば１０ｎｍ〜３００ｎｍの
範囲外のものである。標準試料ｃは、未知試料ｕと同種
の物質で構成され、薄膜の膜厚がＸ線反射率法によって
膜厚測定可能な範囲、たとえば１０ｎｍ〜３００ｎｍの
範囲内のものである。
【００５５】次に上述と同様に、Ｘ線反射率法を用い
て、標準試料ｃの膜厚Ｔｃ、薄膜の密度ρｃをそれぞれ
測定する。次に蛍光Ｘ線法を用いて、標準試料ｃの蛍光
Ｘ線強度Ｆｃを測定する。
て、標準試料ｃの膜厚Ｔｃ、薄膜の密度ρｃをそれぞれ
測定する。次に蛍光Ｘ線法を用いて、標準試料ｃの蛍光
Ｘ線強度Ｆｃを測定する。
【００５６】次に密度ρｃおよび膜厚Ｔｃの積（ρＴ）
ｃを理論Ｘ線強度Ｘの近似式に代入して、標準試料ｃの
理論Ｘ線（ρＴ）ｃを算出し、蛍光Ｘ線強度Ｆｃと理論
Ｘ線（ρＴ）ｃとの比、すなわち感度係数βを式（１
Ａ）によって算出する。こうして実際の測定条件におけ
る蛍光Ｘ線強度Ｆと理論Ｘ線強度Ｘとの換算比率を求め
ておく。
ｃを理論Ｘ線強度Ｘの近似式に代入して、標準試料ｃの
理論Ｘ線（ρＴ）ｃを算出し、蛍光Ｘ線強度Ｆｃと理論
Ｘ線（ρＴ）ｃとの比、すなわち感度係数βを式（１
Ａ）によって算出する。こうして実際の測定条件におけ
る蛍光Ｘ線強度Ｆと理論Ｘ線強度Ｘとの換算比率を求め
ておく。
【００５７】次に上述と同様に、未知試料ｕに関してＸ
線反射率法および蛍光Ｘ線法を適用して、密度ρｕおよ
び蛍光Ｘ線強度Ｆｕの各数値をそれぞれ測定する。
線反射率法および蛍光Ｘ線法を適用して、密度ρｕおよ
び蛍光Ｘ線強度Ｆｕの各数値をそれぞれ測定する。
【００５８】ここで理論Ｘ線強度Ｘの逆関数が解析的に
求めることが可能である場合は、蛍光Ｘ線強度Ｆｕを逆
関数に代入すれば、直ちに積（ρＴ）ｕを算出でき、さ
らに積（ρＴ）ｕを密度ρｕで除算すれば簡単に膜厚Ｔ
ｕを決定できる。
求めることが可能である場合は、蛍光Ｘ線強度Ｆｕを逆
関数に代入すれば、直ちに積（ρＴ）ｕを算出でき、さ
らに積（ρＴ）ｕを密度ρｕで除算すれば簡単に膜厚Ｔ
ｕを決定できる。
【００５９】一方、理論Ｘ線強度Ｘの逆関数が解析的に
求められない場合は逐次近似法を用いる。具体的な手法
として、理論Ｘ線強度Ｘのカーブにおいて、密度ρｕ、
感度係数βの各変数を固定して膜厚Ｔを変化させ、蛍光
Ｘ線強度Ｆが蛍光Ｘ線強度Ｆｕと一致するときの積（ρ
Ｔ）ｕを探索することになる。
求められない場合は逐次近似法を用いる。具体的な手法
として、理論Ｘ線強度Ｘのカーブにおいて、密度ρｕ、
感度係数βの各変数を固定して膜厚Ｔを変化させ、蛍光
Ｘ線強度Ｆが蛍光Ｘ線強度Ｆｕと一致するときの積（ρ
Ｔ）ｕを探索することになる。
【００６０】こうして得られた積（ρＴ）ｕを密度ρｕ
で除算することによって、未知試料ｕの膜厚Ｔｕを決定
できる。
で除算することによって、未知試料ｕの膜厚Ｔｕを決定
できる。
【００６１】このようにＸ線反射率法の測定範囲外にあ
る膜厚を持つ試料に関しても、蛍光Ｘ線法との組合せに
よって高精度の膜厚測定が可能になる。
る膜厚を持つ試料に関しても、蛍光Ｘ線法との組合せに
よって高精度の膜厚測定が可能になる。
【００６２】
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、未
知試料ｕと同種の物質から成る標準試料ｃを用意し、標
準試料ｃに関してＸ線反射率法および蛍光Ｘ線法を適用
して、膜厚Ｔｃ、密度ρｃおよび蛍光Ｘ線強度Ｆｃをそ
れぞれ測定して、感度係数αを求めた後、次に未知試料
ｕに関してＸ線反射率法および蛍光Ｘ線法を適用して、
密度ρｕおよび蛍光Ｘ線強度Ｆｕをそれぞれ測定するこ
とによって、未知試料ｕの薄膜の膜厚Ｔｕを決定でき
る。こうしてＸ線反射率法の測定範囲外にある膜厚を持
つ試料に関しても、蛍光Ｘ線法との組合せによって高精
度の膜厚測定が可能になる。
知試料ｕと同種の物質から成る標準試料ｃを用意し、標
準試料ｃに関してＸ線反射率法および蛍光Ｘ線法を適用
して、膜厚Ｔｃ、密度ρｃおよび蛍光Ｘ線強度Ｆｃをそ
れぞれ測定して、感度係数αを求めた後、次に未知試料
ｕに関してＸ線反射率法および蛍光Ｘ線法を適用して、
密度ρｕおよび蛍光Ｘ線強度Ｆｕをそれぞれ測定するこ
とによって、未知試料ｕの薄膜の膜厚Ｔｕを決定でき
る。こうしてＸ線反射率法の測定範囲外にある膜厚を持
つ試料に関しても、蛍光Ｘ線法との組合せによって高精
度の膜厚測定が可能になる。
【００６３】また、蛍光Ｘ線法において高次近似による
理論Ｘ線強度法を適用することによって、より高精度の
膜厚測定が可能になる。
理論Ｘ線強度法を適用することによって、より高精度の
膜厚測定が可能になる。
【００６４】また、Ｘ線反射率法および蛍光Ｘ線法を同
一のＸ線分析装置で行うことによって、Ｘ線照射条件を
安定に維持できるため、測定誤差を低減化でき、しかも
測定時間の短縮化に資する。
一のＸ線分析装置で行うことによって、Ｘ線照射条件を
安定に維持できるため、測定誤差を低減化でき、しかも
測定時間の短縮化に資する。
【図１】本発明に係る膜厚測定方法が適用可能なＸ線分
析装置の一例を示す構成図である。
析装置の一例を示す構成図である。
【図２】蛍光Ｘ線法の測定原理の一例を示すグラフであ
る。
る。
【図３】蛍光Ｘ線法の測定原理の他の例を示すグラフで
ある。
ある。
【図４】Ｘ線反射率法を用いて得られるＸ線反射率曲線
の一例を示すグラフである。
の一例を示すグラフである。
１ Ｘ線管 ２ 分光結晶 ３ａ，３ｂ，３ｃ スリット ４ 試料テーブル ５ テーブル制御部 ６，１１ 検出器 ７ 前置増幅器 ８ 比例増幅器 ９ 波高分析器 １０ データ処理器 ２０ 被検物
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に薄膜が形成され、薄膜の膜厚お
よび密度が未知で、基板および薄膜の構成物質が既知で
ある未知試料ｕの膜厚測定方法であって、 未知試料ｕと同種の物質で構成され、Ｘ線反射率法によ
って膜厚測定可能な標準試料ｃを用意する工程と、 Ｘ線反射率法を用いて、Ｘ線入射角度の変化に対する標
準試料ｃのＸ線反射率曲線を計測し、該曲線の干渉周期
から膜厚Ｔｃを、該曲線の全反射臨界角度から薄膜の密
度ρｃをそれぞれ測定する工程と、 蛍光Ｘ線法を用いて、標準試料ｃの蛍光Ｘ線強度Ｆｃを
測定する工程と、 標準試料ｃの感度係数αを次式（１）から算出する工程
と、 α ＝ Ｆｃ／（ρｃ・Ｔｃ） …（１） Ｘ線反射率法を用いて、Ｘ線入射角度の変化に対する未
知試料ｕのＸ線反射率曲線を計測し、該曲線の全反射臨
界角度から薄膜の密度ρｕを測定する工程と、 蛍光Ｘ線法を用いて、未知試料ｕの蛍光Ｘ線強度Ｆｕを
測定する工程と、 未知試料ｕの膜厚Ｔｕを次式（２）から算出する工程
と、 Ｔｕ ＝ Ｆｕ／（α・ρｕ） …（２） を含むことを特徴とする膜厚測定方法。 - 【請求項２】 基板上に薄膜が形成され、薄膜の膜厚お
よび密度が未知で、基板および薄膜の構成物質が既知で
ある未知試料ｕの膜厚測定方法であって、 密度ρおよび膜厚Ｔの積（ρＴ）を変数とする理論Ｘ線
強度Ｘ（ρＴ）を予め決定しておく工程と、 未知試料ｕと同種の物質で構成され、Ｘ線反射率法によ
って膜厚測定可能な標準試料ｃを用意する工程と、 Ｘ線反射率法を用いて、Ｘ線入射角度の変化に対する標
準試料ｃのＸ線反射率曲線を計測し、該曲線の干渉周期
から膜厚Ｔｃを、該曲線の全反射臨界角度から薄膜の密
度ρｃをそれぞれ測定する工程と、 蛍光Ｘ線法を用いて、標準試料ｃの蛍光Ｘ線強度Ｆｃを
測定する工程と、 該蛍光Ｘ線強度Ｆｃと、密度ρｃおよび膜厚Ｔｃの積
（ρＴ）ｃを代入した理論Ｘ線強度Ｘ（ρＴ）ｃとの比
である感度係数βを次式（１Ａ）から算出する工程と、 β ＝ Ｆｃ／Ｘ（（ρＴ）ｃ） …（１Ａ） Ｘ線反射率法を用いて、Ｘ線入射角度の変化に対する未
知試料ｕのＸ線反射率曲線を計測し、該曲線の全反射臨
界角度から薄膜の密度ρｕを測定する工程と、 蛍光Ｘ線法を用いて、未知試料ｕの蛍光Ｘ線強度Ｆｕを
測定する工程と、 得られた蛍光Ｘ線強度Ｆｕが次式（２Ａ）を満足するよ
うに、逐次近似法を用いて未知試料ｕに関する密度ρｕ
および膜厚Ｔｕの積（ρＴ）ｕを求める工程と、 Ｆｕ ＝ β・Ｘ（（ρＴ）ｕ） …（２Ａ） 得られた積（ρＴ）ｕを密度ρｕで除算して、膜厚Ｔｕ
を算出する工程とを含むことを特徴とする膜厚測定方
法。 - 【請求項３】 Ｘ線反射率法および蛍光Ｘ線法を同一の
Ｘ線分析装置で行うことを特徴とする請求項１記載の膜
厚測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12594797A JP3889851B2 (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | 膜厚測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12594797A JP3889851B2 (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | 膜厚測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10318737A true JPH10318737A (ja) | 1998-12-04 |
| JP3889851B2 JP3889851B2 (ja) | 2007-03-07 |
Family
ID=14922919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12594797A Expired - Fee Related JP3889851B2 (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | 膜厚測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3889851B2 (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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