JPH11325840A - メタル残膜判定方法およびメタル残膜判定装置 - Google Patents

メタル残膜判定方法およびメタル残膜判定装置

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JPH11325840A
JPH11325840A JP10136786A JP13678698A JPH11325840A JP H11325840 A JPH11325840 A JP H11325840A JP 10136786 A JP10136786 A JP 10136786A JP 13678698 A JP13678698 A JP 13678698A JP H11325840 A JPH11325840 A JP H11325840A
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JP
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reflectance
film
metal
maximum
wavelength
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JP10136786A
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English (en)
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Masahiro Horie
正浩 堀江
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Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 メタルの光学定数を用いることなく簡単な計
算で誘電体多層膜上のメタル残膜の有無を判定する。 【解決手段】 誘電体多層膜の最上層の膜厚を変化させ
た際の分光反射率の波長ごとの最大値をグラフＭＬmax
にて示される最大反射率として求めておく。誘電体多層
膜上にメタル残膜が存在する場合、メタル残膜の膜厚が
薄くなるにつれて分光反射率はグラフＡ５０からグラフ
Ａ５へと変化し、メタル残膜が存在しなくなるとグラフ
Ａ０となることから、判定対象となる多層膜の分光反射
率がピークとなるピーク波長を指定波長域で求め、ピー
ク波長において判定対象の反射率が最大反射率を超える
場合には判定対象がメタル残膜を有し、ピーク波長にお
いて判定対象の反射率が最大反射率と一致するかそれよ
り小さい場合にはメタル残膜が残存しないと判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光学的に透明な
誘電体多層膜上のメタル残膜の有無やメタル残膜の残存
の程度を判定する方法等に関するものであり、光学式膜
厚測定技術の分野に属する。
【０００２】
【発明の背景】半導体基板（以下、「基板」という。）
の誘電体多層膜上に形成されたメタル層を化学的機械研
磨（以下、「ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishin
g)」と略す。）により研磨する工程において、メタル層
をＣＭＰで除去した上でメタル層の下の層である誘電体
膜（誘電体多層膜の最上層）の膜厚を測定して管理する
ことが行われる。例えば、ダマシン(Damascene)法によ
り基板上に配線パターンを形成する場合にこのような膜
厚管理が行われる。このとき、ＣＭＰによるメタル層の
研磨が十分でない場合には誘電体膜上にメタルの残膜が
残存してしまう。
【０００３】一方、多層膜の各層の膜厚を測定するには
多層膜の膜構造を予め知る必要があるが、メタル残膜の
有無により膜構造が異なるのでＣＭＰ後の膜厚管理にお
いてはメタル残膜の有無を検出することが前提となる。
また、メタル残膜の存在を前提としてメタル残膜の残存
の程度を検出しようとする場合には、メタルの屈折率、
吸収係数といった膜厚測定に必要な光学定数を予め求め
ておく必要がある。
【０００４】この発明は、このような技術背景に鑑みて
なされたものであり、メタルの光学定数を求めておく必
要がなく、かつ簡単な計算で残膜の有無や残膜の残存の
程度を判定することができるメタル残膜判定方法等を提
供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、光学
的に透明な誘電体多層膜上のメタルの残膜の有無を判定
するメタル残膜判定方法であって、前記誘電体多層膜の
膜構造において最上層の膜厚を所定範囲内で変化させた
際の前記誘電体多層膜の分光反射率の波長ごとの最大値
を最大反射率として準備する工程と、判定対象である多
層膜の分光反射率を測定反射率として取得する工程と、
予め定められた波長域で前記測定反射率が最大となる波
長をピーク波長として求める工程と、前記ピーク波長に
おいて前記測定反射率が前記最大反射率より大きい場合
に前記判定対象が残膜を有すると判定する工程とを有す
る。
【０００６】請求項２の発明は、光学的に透明な誘電体
多層膜上のメタルの残膜の残存の程度を判定するメタル
残膜判定方法であって、前記誘電体多層膜の膜構造にお
いて最上層の膜厚を所定範囲内で変化させた際の前記誘
電体多層膜の分光反射率の波長ごとの最大値を最大反射
率として準備する工程と、判定対象である多層膜の分光
反射率を測定反射率として取得する工程と、予め定めら
れた波長域で前記測定反射率が最大となる波長をピーク
波長として求める工程と、前記ピーク波長における前記
測定反射率と前記最大反射率との度合いから前記判定対
象に関する残膜の残存の程度を判定する工程とを有す
る。
【０００７】請求項３の発明は、光学的に透明な誘電体
多層膜上のメタルの残膜の残存の程度を判定するメタル
残膜判定方法であって、前記誘電体多層膜の膜構造にお
いて最上層の膜厚を所定範囲内で変化させた際の前記誘
電体多層膜の分光反射率の波長ごとの最大値を最大反射
率として準備する工程と、判定対象である多層膜の分光
反射率を測定反射率として取得する工程と、予め定めら
れた波長域で前記測定反射率が最大となる波長をピーク
波長として求める工程と、前記メタルの分光反射率をメ
タル反射率として準備する工程と、前記ピーク波長にお
いて、前記測定反射率を前記メタル反射率で除算した結
果の対数を対象値として求め、前記最大反射率を前記メ
タル反射率で除算した結果の対数を基準値として求め、
前記基準値に対する前記対象値の割合を前記判定対象に
関する残膜の残存指標として求める工程とを有する。
【０００８】請求項４の発明は、光学的に透明な誘電体
多層膜上のメタルの残膜の有無を判定するメタル残膜判
定装置であって、前記誘電体多層膜の膜構造において最
上層の膜厚を所定範囲内で変化させた際の前記誘電体多
層膜の分光反射率の波長ごとの最大値を最大反射率とし
て格納する手段と、判定対象である多層膜の分光反射率
を測定反射率として取得する手段と、予め定められた波
長域で前記測定反射率が最大となる波長をピーク波長と
して求める手段と、前記ピーク波長において前記測定反
射率が前記最大反射率より大きい場合に前記判定対象が
残膜を有すると判定する手段とを備える。
【０００９】請求項５の発明は、光学的に透明な誘電体
多層膜上のメタルの残膜の残存の程度を判定するメタル
残膜判定装置であって、前記誘電体多層膜の膜構造にお
いて最上層の膜厚を所定範囲内で変化させた際の前記誘
電体多層膜の分光反射率の波長ごとの最大値を最大反射
率として格納する手段と、判定対象である多層膜の分光
反射率を測定反射率として取得する手段と、予め定めら
れた波長域で前記測定反射率が最大となる波長をピーク
波長として求める手段と、前記ピーク波長における前記
測定反射率と前記最大反射率との度合いから前記判定対
象に関する残膜の残存の程度を判定する手段とを備え
る。
【００１０】請求項６の発明は、光学的に透明な誘電体
多層膜上のメタルの残膜の残存の程度を判定するメタル
残膜判定装置であって、前記誘電体多層膜の膜構造にお
いて最上層の膜厚を所定範囲内で変化させた際の前記誘
電体多層膜の分光反射率の波長ごとの最大値を最大反射
率として格納する手段と、判定対象である多層膜の分光
反射率を測定反射率として取得する手段と、予め定めら
れた波長域で前記測定反射率が最大となる波長をピーク
波長として求める手段と、前記メタルの分光反射率をメ
タル反射率として格納する手段と、前記ピーク波長にお
いて、前記測定反射率を前記メタル反射率で除算した結
果の対数を対象値として求め、前記最大反射率を前記メ
タル反射率で除算した結果の対数を基準値として求め、
前記基準値に対する前記対象値の割合を前記判定対象に
関する残膜の残存指標として求める手段とを備える。
【００１１】なお、請求項１ないし６の発明では、誘電
体多層膜には単層膜が含まれ、ピーク波長は測定反射率
が単独で最大となる波長のみならず、測定反射率を基準
として測定反射率との差や割合が相対的に最大となる波
長として求められてもよい。
【００１２】さらに、請求項３および６の発明では、ピ
ーク波長はメタル反射率を基準として測定反射率が最大
となる波長として求められてもよく、ピーク波長を求め
る工程または手段が残膜指標を求める工程または手段に
含まれていてもよい。
【００１３】また、請求項１および４の発明における測
定反射率が最大反射率に一致している場合には一致して
いるとみなすことができる場合が含まれ、請求項２およ
び５の発明における度合いには測定反射率と最大反射率
との割合のみならず差も含まれる。
【００１４】
【発明の実施の形態】＜１． 装置構成＞図１は基板９
上に形成された多層膜におけるメタル残膜の有無および
メタル残膜の残存の程度を判定するメタル残膜判定装置
１の構成を示す図である。このメタル残膜判定装置１は
基板９からの反射光を受光する測定部１０と測定部１０
の受光結果に基づいてメタル残膜に関する判定処理を行
う処理部２０とを有している。
【００１５】測定部１０は、基板９への照明光１１Ｌを
出射するランプ等の光源１１、光源１１からの光を反射
するハーフミラー１２、ハーフミラー１２により反射さ
れた照明光１１Ｌを基板９へと導く対物レンズ１３、対
物レンズ１３とともに基板９からの反射光１５Ｌを所定
の受光位置へと導くレンズ１４、および反射光１５Ｌを
分光した上で受光して反射光１５Ｌの波長ごとの強度を
電気的信号として出力する分光器１５を有している。
【００１６】なお、照明光１１Ｌはハーフミラー１２お
よび対物レンズ１３を介して基板９に照射され、反射光
１５Ｌは対物レンズ１３、ハーフミラー１２およびレン
ズ１４を順に介して分光器１５に導かれるようになって
いる。
【００１７】処理部２０は通常のコンピュータ・システ
ム（以下、「コンピュータ」という。）を利用した構成
となっており、測定部１０からの信号を取り込む入力イ
ンターフェイス２１、各種演算命令を実行するＣＰＵ２
２、ＣＰＵ２２等に判定処理を実行させる制御プログラ
ム２３ａ等を記憶するメモリ２３、記録媒体８から各種
データやプログラムを処理部２０に取り込む読取部２
４、キーボード、マウス等のオペレータからの入力を受
け付ける入力部２５、およびオペレータに各種情報を表
示するディスプレイ等の表示部２６を適宜インターフェ
イスを介する等してバスライン２０Ｂに接続するように
して有している。
【００１８】以上のような構成によりこのメタル残膜判
定装置１では、測定部１０にて基板９の波長ごとの反射
率である分光反射率を取得するようになっており、取得
された分光反射率を処理部２０にて演算処理することで
基板９上に形成された多層膜におけるメタル残膜の有無
や残存の程度を判定する。
【００１９】なお、測定部１０の構成は基板９の分光反
射率を検出することができるのであるならどのような構
成であってもよく、処理部２０もコンピュータを利用し
た構成でなく、専用の電気的回路により構築されていて
もよい。また、バスライン２０Ｂには他に固定ディスク
等が適宜接続されていてもよい。さらに、記録媒体８は
磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク等の各種記
録媒体であってよく、種類は問わない。
【００２０】＜２． 残膜判定の原理＞次に、メタル残
膜判定装置１において実行されるメタル残膜判定方法に
よりメタル残膜の有無等の判定を行うことができる原理
について説明する。
【００２１】図２はシリコン基板（Ｓi基板）である基
板９上に形成された多層膜の分光反射率を示す図であ
り、多層膜としては下層からアルミニウム膜(Ａl膜)、
窒化チタン膜(ＴiＮx膜)、酸化膜(ＳiＯ2膜)が順に積層
されている。なお、Ａl膜は十分厚く不透明であるもの
とし、ＴiＮx膜およびＳiＯ2膜は光学的に透明な誘電体
多層膜を構成しているものとする。また、横軸は波長で
あり、縦軸はＳi基板に対する相対的な反射率を示すも
のとする。以下の説明における他のグラフについても同
様であり、相対的な分光反射率を以下、単に「分光反射
率」という。
【００２２】図２中、符号ＭＬ５００にて示すグラフは
厚さ３０nmのＴiＮx膜上に厚さ５００nmのＳiＯ2膜が形
成されている場合の分光反射率を示しており、符号ＭＬ
１０００にて示すグラフは厚さ３０nmのＴiＮx膜上に厚
さ１０００nmのＳiＯ2膜が形成されている場合の分光反
射率を示しており、符号ＭＬ１５００にて示すグラフは
厚さ３０nmのＴiＮx膜上に厚さ１５００nmのＳiＯ2膜が
形成されている場合の分光反射率を示している。
【００２３】図３中、符号ＭＬmaxにて示すグラフは図
２においてＳiＯ2膜を５００nmから１５００nmまで連続
的に増加させた際に各波長において最大となる反射率
（以下、「最大反射率」という。）を示すグラフであ
る。すなわち、図２に示すグラフを連続的に変化させた
際に反射率が最大となる側の包絡線を示している。
【００２４】次に、図２に示す分光反射率を取得した光
学的に透明な誘電体多層膜上にアルミニウム配線用の配
線層（以下、「Ａl配線層」という。）が形成された場
合の分光反射率と図３に示した最大反射率との関係につ
いて説明する。
【００２５】図４はＡl膜上に厚さ３０nmのＴiＮx膜、
厚さ１０００nmのＳiＯ2膜、およびＡl配線層を順に形
成した場合の分光反射率を示すグラフである。図４中、
符号Ａ０にて示すグラフはＡl配線層が存在しない場合
の分光反射率を示すグラフ（図２中のグラフＭＬ１００
０に相当する。）であり、符号Ａ５、Ａ１０およびＡ５
０のグラフはそれぞれＡl配線層が厚さ５nm、１０nmお
よび５０nmの場合の分光反射率を示している。また、図
４ではＡl配線層が存在しないものとしてＳiＯ2膜の膜
厚を変化させた場合の最大反射率のグラフＭＬmaxも重
ねて表示している。
【００２６】図４に示す例はＡl配線層をＣＭＰにより
除去していく途中の状態を示しており、Ａl配線層が除
去された時点で下層であるＳiＯ2膜の凹部にＡl配線が
形成されるようになっている。すなわち、Ａl配線層の
除去はＳiＯ2膜の凸部（凹部に対して相対的に凸な部
分）において行われる処理である。
【００２７】グラフＡ５０ではＡl配線層の厚さが十分
厚いためにＡl配線層が光学的に不透明であり、ほぼア
ルミニウムの分光反射率を示している。そして、Ａl配
線層の厚さが薄くなるにつれてＡl配線層は光を透過す
るようになり、下層の光学的に透明な誘電体多層膜を加
えた領域で光の干渉が生じて分光反射率のグラフは複雑
な干渉波形になる。なお、これらの干渉波形から残存す
るＡl配線層であるメタル残膜の厚さを正確に求めるに
はメタルであるアルミニウムの光学定数（膜厚測定に必
要な屈折率、吸収係数）を求める必要があるが、この発
明はこのような光学定数を用いることなくメタル残膜の
有無等を判定することを目的としている。
【００２８】図４ではＡl配線層が完全に除去された状
態のグラフＡ０においてグラフがピーク（極大）となる
波長（厳密にはピークとなる波長近傍であり、以下、
「ピーク波長」という。）において最大反射率を示すグ
ラフＭＬmaxと接する。すなわち、Ａl配線層が十分厚い
状態からＡl配線層が研磨されて薄くなるにつれて分光
反射率のグラフのピークは最大反射率のグラフＭＬmax
まで漸次下降する。また、Ａl配線層の下の層であるＳi
Ｏ2膜が多少削られたとしても光学的に透明な誘電体多
層膜の分光反射率のグラフのピークは最大反射率のグラ
フＭＬmaxと接する。
【００２９】したがって、Ａl配線層の残膜が残存する
場合にはピークが存在する波長域（後述するメタル残膜
の有無等の判定の際に指定される波長域であり、以下、
「指定波長域」という。）においてピークを検出する
と、ピーク波長における反射率はピーク波長における最
大反射率を必ず上回ることとなる。また、Ａl配線層の
残膜が存在しない場合に指定波長域にてピークを検出す
るとピークの位置は最大反射率のグラフ上に存在するこ
ととなる。ただし、メタル残膜が残存する場合であって
もピーク波長以外の波長では反射率が最大反射率を下回
る場合がある。これは既述の通り光の干渉の影響による
ものである。
【００３０】また、図４に示すようにピーク波長（波長
７５０nm近傍のピークを参照）は必ずしも一定ではな
い。したがって、ピーク波長はメタル残膜の厚さに応じ
て求め直すべき値であるといえる。このような現象はＡ
l配線層による光の吸収等により多層膜における光の干
渉に位相差が生じることに起因している。
【００３１】なお、ピーク波長はＡl配線層の厚さによ
り異なるがピーク波長では反射率が最大反射率を上回る
という光学的特徴は、一般にメタル残膜を最上層とし下
層が光学的に透明な誘電体多層膜（単層膜を含む）であ
る多層膜について当てはまる特徴である。すなわち、メ
タル残膜としてはアルミニウム以外に銅(Ｃu)、タング
ステン(Ｗ)、金(Ａu)等の配線層に用いられる金属材料
の膜であってもよく、光学的に透明な誘電体多層膜とし
ては、半導体や金属の酸化膜、窒化膜等であってもよ
い。
【００３２】以上のことから、判定対象である多層膜に
対して指定波長域でピーク波長を求め、ピーク波長にお
ける判定対象の反射率が最大反射率と等しいかそれより
小さい場合にはメタル残膜が存在しないと判定すること
ができ、ピーク波長における判定対象の反射率が最大反
射率より大きい場合にはメタル残膜が残存していると判
定することができる。また、ピーク波長における判定対
象の反射率と最大反射率とを比較することにより、メタ
ル残膜の残存の程度を判定することもできる。この発明
はメタル層の除去過程における多層膜の反射率のこのよ
うな特徴を残膜判定の原理とするものであり、膜厚測定
に必要なメタルの光学定数を不要とし、かつ簡単な計算
でメタル残膜の有無や残存の程度を判定することを実現
するものである。
【００３３】＜３． 残膜判定の動作＞図５はメタル残
膜判定装置１の動作を示す流れ図である。メタル残膜判
定装置１はメタル残膜の有無の判定に加えてメタル残膜
の残存の程度を残膜指標として表示するようになってい
る。さらに、メタル残膜が除去されていると判定した場
合には残膜除去後の多層膜（誘電体多層膜）の最上層の
膜厚を求めるようになっている。このようなメタル残膜
判定装置１の動作は図１に示すメモリ２３に記憶されて
いる制御プログラム２３ａに従ってＣＰＵ２２が命令を
実行することにより実現される動作である。すなわち、
ＣＰＵ２２およびメモリ２３を中心として、以下の説明
中の演算処理を実行する手段が構成されている。
【００３４】なお、以下の説明ではシリコンの基板９上
にＳiＯ2膜およびＡl配線層が順に形成された多層膜に
対してＡl配線層をＣＭＰにより研磨除去する際のメタ
ル残膜の判定動作を例に採り上げる。
【００３５】図５に示すように、まずＡl配線層以外の
部分についての膜構造、各膜の光学定数、Ａl配線層の
下の誘電体層において想定される膜厚範囲、および他の
誘電体層の膜厚が入力部２５から入力される（ステップ
Ｓ１１）。これらのデータは最大反射率の算出や残膜判
定後の膜厚測定に利用されるものである。また、判定対
象の分光反射率のピークを含むと想定される波長域も予
め指定波長域として入力される（ステップＳ１１）。入
力された各種データ２３ｂはメモリ２３に記憶され、Ｃ
ＰＵ２２が取り扱うことができるデータとなる。
【００３６】次に、Ａl配線層を形成するメタル、すな
わちアルミニウムの分光反射率Ｒmetal(λ)が入力部２
５から入力、あるいは固定ディスク等から読み込まれて
メモリ２３上に記憶される（ステップＳ１２）。メタル
の分光反射率としては予め実測されたもの、論理計算さ
れたもの、あるいは資料記載のものが用いられる。メタ
ルの分光反射率（以下、「メタル反射率」という。）は
残膜指標を求める際の基準として利用されるものであ
り、基準を他のものとする場合には必ずしも必要とされ
るデータではない。
【００３７】ステップＳ１１およびＳ１２による準備作
業が完了すると、指定波長域においてメタル層が存在し
ない誘電体多層膜に対し、最上層の膜厚を想定される膜
厚範囲内にて変化させた際の誘電体多層膜の分光反射率
の波長ごとの最大値を最大反射率Ｒmax(λ)として理論
的に求める（ステップＳ１３）。
【００３８】図６はＳi基板上に厚さ７００nmのＳiＯ2
膜が形成された場合の相対的な分光反射率（図２と同
様、Ｓi基板の分光反射率に対する相対的な分光反射
率）を例示するグラフである。Ｓi基板上にてＳiＯ2膜
の膜厚を変化させた場合、ピークが横軸方向に移動する
がピークにおける反射率は１．０のままであるので、こ
の膜構造の場合における最大反射率は図７に示すように
横軸方向に延びる直線となる。
【００３９】なお、このような最大反射率Ｒmax(λ)は
演算処理により求めるのではなくテーブルとして所定の
記憶手段に準備しておくようにしてもよい。
【００４０】次に、測定部１０において判定対象である
多層膜を有する基板９の分光反射率Ｒmeas(λ)が取得さ
れ、入力インターフェイス２１を介して処理部２０に入
力される（ステップＳ１４）。図８はメタル反射率Ｒme
tal(λ)、最大反射率Ｒmax(λ)および測定された分光反
射率（以下、「測定反射率」という。）Ｒmeas(λ)を同
一の座標軸を用いて示すものである。すなわち、メタル
残膜が十分に厚い場合には基板９の分光反射率はメタル
反射率Ｒmetal(λ)と同様の状態で取得され、メタル残
膜が完全に除去されている場合には測定反射率Ｒmeas
(λ)のピークが最大反射率Ｒmax(λ)と接する状態で取
得される。したがって、図８に示す測定反射率Ｒmeas
(λ)はメタル残膜が薄膜として残存している状態を示し
ているといえる。
【００４１】そこで、測定反射率Ｒmeas(λ)のピークに
おける反射率が最大反射率Ｒmax(λ)と比較してメタル
反射率Ｒmetal(λ)からどれだけ離れているかを残膜指
標として求める処理が次に行われる。
【００４２】まず、指定波長域（ただし、指定波長域と
して６００〜８００nmが指定されているものとする。）
にて数１にて示す演算を行ってＥ(λ)を求め、Ｅ(λ)の
最小値ＥminおよびＥminとなるときの波長λminを求め
る（ステップＳ１５）。
【００４３】
【数１】
【００４４】数１では、測定反射率Ｒmeas(λ)をメタル
反射率Ｒmetal(λ)で除算した結果の自然対数を求めた
上で、符号を逆転させる演算処理を行うようにしてい
る。したがって、波長λminではメタル反射率に対する
測定反射率の割合が最大となる。すなわち、波長λmin
はメタル反射率Ｒmetal(λ)に対して測定反射率Ｒmeas
(λ)の割合が最大（正確には最大の極大値、以下同
様。）となるピーク波長を表している。図９は指定波長
域におけるＥ(λ)を示すグラフである。
【００４５】なお、この動作例ではメタル反射率Ｒmeta
l(λ)を基準として測定反射率Ｒmeas(λ)が最大となる
ピーク波長を求めているが、図４を用いた判定原理の説
明と同様に測定反射率Ｒmeas(λ)のみからピーク波長を
求めるようにしてもよい。このように、ピーク波長を求
める処理は上記数１の演算処理と独立に行われてもよ
い。
【００４６】ところで、メタル残膜が薄くなるにつれて
測定反射率Ｒmeas(λ)のピークはメタル反射率Ｒmetal
(λ)のグラフから最大反射率Ｒmax(λ)のグラフへと漸
次移行することを考慮すると、測定反射率Ｒmeas(λ)の
ピークにおける反射率は光の干渉の影響を受けていない
反射率といえる。また、一般に基準となる波長が大きく
変動しないならば反射率の自然対数に（−１）を乗算し
たものは膜厚にほぼ比例し、数１にて求められるＥmin
は十分に厚いある膜厚と基板９上のメタル残膜の膜厚と
の差に比例する値に相当するものとして把握できる。
【００４７】図９に示す例ではＥminはおよそ０．６と
なり、ピーク波長λminはおよそ６４０となる。
【００４８】次に、数２にて示す演算を行ってＥmaxを
求める（ステップＳ１６）。
【００４９】
【数２】
【００５０】数２では、ピーク波長λminにおける最大
反射率Ｒmax(λ)をメタル反射率Ｒmetal(λ)で除算した
結果の自然対数を求めた上で、符号を反転させる演算処
理を行う。したがって、数２により求められるＥmaxは
十分に厚いある膜厚とメタル残膜が存在しない膜厚０と
の差（すなわち、十分に厚いある膜厚）に比例する値に
相当するものとして把握することができる。
【００５１】図８に示す例では、Ｒmetal(６４０)がお
よそ２．６であることから数２による演算結果は０．９
５６となる。
【００５２】次に、数３に示す演算を行って正規化した
残膜指標Ｅmetalが求められる（ステップＳ１７）。
【００５３】
【数３】
【００５４】数３では最大反射率Ｒmax(λmin)から求め
られるＥmaxを基準として測定反射率Ｒmeas(λmin)から
求められるＥminの割合を残膜指標Ｅmetalとしている。
既述のように、Ｅminは十分に厚いある膜厚と残膜の膜
厚との差を間接的に表しており、Ｅmaxは十分に厚いあ
る膜厚を間接的に表していることから、Ｅmaxに対する
Ｅminの割合を求めることにより残膜指標Ｅmetalは残膜
の除去の程度を表す指標となる。したがって、残膜指標
Ｅmetalが１００以上であれば残膜の除去が完了してお
り、残膜指標Ｅmetalが０であれば残膜が十分に残存し
ているといえる。なお、数３にて除算が行われているこ
とから、実際には数１および数２における（−１）を乗
じる演算は不要である。
【００５５】図８に示す例では０．６を０．９５６で除
算して１００を乗じることにより残膜指標Ｅmetalが６
２．７（％）として求められる。この残膜指標Ｅmetal
は表示部２６に表示され、オペレータに知らされる（ス
テップＳ１８）。
【００５６】残膜指標Ｅmetalが求められると残膜指標
Ｅmetalが所定のしきい値（例えば、９５）と比較され
る（ステップＳ１９）。そして、残膜指標Ｅmetalがし
きい値を超えている場合には残膜の除去が完了している
とみなされ（すなわち、測定反射率Ｒmeas(λmin)と最
大反射率Ｒmax(λmin)とが一致しているとみなされ
る。）、残膜指標Ｅmetalがしきい値を下回る場合には
残膜の除去が未完であるとみなされる。
【００５７】残膜除去が完了しているとみなされると、
下層のＳiＯ2膜が削られて薄くなっている可能性がある
ので、ステップＳ１１にて準備された膜構造、膜の光学
定数、膜厚範囲等に基づいて、測定反射率Ｒmeas(λ)か
ら残膜除去後のＳiＯ2膜の膜厚が論理的に演算処理にて
求められる（ステップＳ２０）。
【００５８】以上のように、メタル残膜判定装置１では
メタルの屈折率、吸収率といった膜厚測定に必要な光学
定数を予め求めることなくメタル残膜の有無や残存の程
度を判定することができる。また、残膜の残存の程度を
残膜指標として求めることにより、エッチングやポリシ
ングのエンドポイントの検出に用いることもできる。
【００５９】＜４． 変形例＞以上、この発明に係るメ
タル残膜判定装置１の構成および動作について説明して
きたが、この発明は上記実施の形態に限定されるもので
はなく様々な変形が可能である。
【００６０】例えば、上記実施の形態では、Ａl配線を
形成するためのＣＭＰ処理を具体例として採り上げ、指
定波長域として６００〜８００nmの波長域を用いている
が、銅のメタル残膜の有無の判定等を行う場合には指定
波長域として４００〜６００nmの波長域を利用するよう
にした方がよい。
【００６１】また、上記実施の形態では、分光器１５に
おいて波長に対する反射率を連続的に求めているが、連
続スペクトルデータを用いるのではなく離散的な分光反
射率を用いてピーク波長およびピークにおける反射率を
おおよそ求めるようにしてもよい。例えば、分光器１５
に代えて複数の色フィルタを利用して離散的な波長に対
する分光反射率を取得するようになっていてもよい。
【００６２】また、上記実施の形態では、メタル反射率
Ｒmetal(λ)に対する測定反射率Ｒmeas(λ)の割合が最
大となる波長や、測定反射率Ｒmeas(λ)が最大となる波
長をピーク波長に用いているが、ピーク波長を求める基
準は最大反射率Ｒmax(λ)であってもよい。すなわち、
最大反射率Ｒmax(λ)と測定反射率Ｒmeas(λ)との差や
割合が最大となる波長をピーク波長として用いてもよ
い。このように測定反射率Ｒmeas(λ)が相対的に最大と
なる波長をピーク波長として利用することができる。
【００６３】また、上記実施の形態ではメタル反射率Ｒ
metal(λ)を基準として残膜指標Ｅmetalを求めるように
しているが、残膜指標Ｅmetalを求めるための基準も最
大反射率Ｒmax(λ)であってもよい。例えば、ピーク波
長λpにおける最大反射率Ｒmax(λp)と測定反射率Ｒmea
s(λp)との比を残膜指標Ｅmetalとしてもよい。この場
合、残膜指標Ｅmetalが１となったときに、あるいは１
に近い所定の範囲内の値となったときに残膜が存在しな
いと判定することができる。また、ピーク波長λpにお
ける測定反射率Ｒmeas(λp)と最大反射率Ｒmax(λp)と
の差を残膜指標Ｅmetalとして用い、残膜指標Ｅmetalが
０に近い所定のしきい値以下になったときに残膜が存在
しないと判定するようにしてもよい。
【００６４】このように、測定反射率Ｒmeas(λp)と最
大反射率Ｒmax(λp)との度合いを求めることができるの
であるならばどのような方法であっても残膜の残存の程
度を判定することができる。また、メタル反射率Ｒmeta
l(λ)を基準に用いない場合にはメタルに関する光学的
なデータは一切不要となる。なお、メタル残膜の有無の
みを判定するのであるならば、ピーク波長λpにおける
測定反射率Ｒmeas(λp)と最大反射率Ｒmax(λp)との大
小関係のみを判定すれば足りる。
【００６５】
【発明の効果】請求項１および４に記載の発明では、測
定反射率から求められるピーク波長において、誘電体多
層膜の分光反射率の波長ごとの最大値である最大反射率
と測定反射率との大小関係を判断することにより残膜の
有無を判定することができるので、メタルの光学定数を
求める必要がなく、かつ簡単な計算で残膜の有無を判定
することができる。
【００６６】また、請求項２および５に記載の発明で
は、最大反射率と測定反射率との度合いから残膜の残存
の程度を判定することができるので、メタルの光学定数
を求める必要がなく、かつ簡単な計算で残膜の残存の程
度を判定することができる。
【００６７】また、請求項３および６に記載の発明で
は、メタル反射率を基準として最大反射率および測定反
射率から残膜の残存の程度に応じた残膜指標を求めるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るメタル残膜判定装置の構成を示
す図である。
【図２】誘電体多層膜の最上層の膜厚を変化させた際の
分光反射率の変化の例を示すグラフである。
【図３】図２に係る誘電体多層膜における最大反射率を
示すグラフである。
【図４】図２に係る誘電体多層膜上のＡl配線層の膜厚
を変化させた際の分光反射率の変化を示すグラフであ
る。
【図５】メタル残膜判定装置の動作の流れを示す流れ図
である。
【図６】Ｓi基板上のＳiＯ2膜の分光反射率の例を示す
グラフである。
【図７】Ｓi基板上のＳiＯ2膜の最大反射率の例を示す
グラフである。
【図８】アルミニウムの分光反射率、ＳiＯ2膜の最大反
射率および判定対象の分光反射率を例示するグラフであ
る。
【図９】図８に示す測定反射率をメタル反射率にて除算
して自然対数をとり、さらに（−１）を乗算した結果を
示すグラフである。
【符号の説明】
１ メタル残膜判定装置 １０ 測定部 ２０ 処理部 ２２ ＣＰＵ ２３ メモリ Ｅmetal 残膜指標 Ｒmax 最大反射率 Ｒmeas 測定反射率 Ｒmetal メタル反射率 Ｓ１１〜Ｓ２０ ステップ λmin ピーク波長

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光学的に透明な誘電体多層膜上のメタル
    の残膜の有無を判定するメタル残膜判定方法であって、 前記誘電体多層膜の膜構造において最上層の膜厚を所定
    範囲内で変化させた際の前記誘電体多層膜の分光反射率
    の波長ごとの最大値を最大反射率として準備する工程
    と、 判定対象である多層膜の分光反射率を測定反射率として
    取得する工程と、 予め定められた波長域で前記測定反射率が最大となる波
    長をピーク波長として求める工程と、 前記ピーク波長において前記測定反射率が前記最大反射
    率より大きい場合に前記判定対象が残膜を有すると判定
    する工程と、を有することを特徴とするメタル残膜判定
    方法。
  2. 【請求項２】 光学的に透明な誘電体多層膜上のメタル
    の残膜の残存の程度を判定するメタル残膜判定方法であ
    って、 前記誘電体多層膜の膜構造において最上層の膜厚を所定
    範囲内で変化させた際の前記誘電体多層膜の分光反射率
    の波長ごとの最大値を最大反射率として準備する工程
    と、 判定対象である多層膜の分光反射率を測定反射率として
    取得する工程と、 予め定められた波長域で前記測定反射率が最大となる波
    長をピーク波長として求める工程と、 前記ピーク波長における前記測定反射率と前記最大反射
    率との度合いから前記判定対象に関する残膜の残存の程
    度を判定する工程と、を有することを特徴とするメタル
    残膜判定方法。
  3. 【請求項３】 光学的に透明な誘電体多層膜上のメタル
    の残膜の残存の程度を判定するメタル残膜判定方法であ
    って、 前記誘電体多層膜の膜構造において最上層の膜厚を所定
    範囲内で変化させた際の前記誘電体多層膜の分光反射率
    の波長ごとの最大値を最大反射率として準備する工程
    と、 判定対象である多層膜の分光反射率を測定反射率として
    取得する工程と、 予め定められた波長域で前記測定反射率が最大となる波
    長をピーク波長として求める工程と、 前記メタルの分光反射率をメタル反射率として準備する
    工程と、 前記ピーク波長において、前記測定反射率を前記メタル
    反射率で除算した結果の対数を対象値として求め、前記
    最大反射率を前記メタル反射率で除算した結果の対数を
    基準値として求め、前記基準値に対する前記対象値の割
    合を前記判定対象に関する残膜の残存指標として求める
    工程と、を有することを特徴とするメタル残膜判定方
    法。
  4. 【請求項４】 光学的に透明な誘電体多層膜上のメタル
    の残膜の有無を判定するメタル残膜判定装置であって、 前記誘電体多層膜の膜構造において最上層の膜厚を所定
    範囲内で変化させた際の前記誘電体多層膜の分光反射率
    の波長ごとの最大値を最大反射率として格納する手段
    と、 判定対象である多層膜の分光反射率を測定反射率として
    取得する手段と、 予め定められた波長域で前記測定反射率が最大となる波
    長をピーク波長として求める手段と、 前記ピーク波長において前記測定反射率が前記最大反射
    率より大きい場合に前記判定対象が残膜を有すると判定
    する手段と、を備えることを特徴とするメタル残膜判定
    装置。
  5. 【請求項５】 光学的に透明な誘電体多層膜上のメタル
    の残膜の残存の程度を判定するメタル残膜判定装置であ
    って、 前記誘電体多層膜の膜構造において最上層の膜厚を所定
    範囲内で変化させた際の前記誘電体多層膜の分光反射率
    の波長ごとの最大値を最大反射率として格納する手段
    と、 判定対象である多層膜の分光反射率を測定反射率として
    取得する手段と、 予め定められた波長域で前記測定反射率が最大となる波
    長をピーク波長として求める手段と、 前記ピーク波長における前記測定反射率と前記最大反射
    率との度合いから前記判定対象に関する残膜の残存の程
    度を判定する手段と、を備えることを特徴とするメタル
    残膜判定装置。
  6. 【請求項６】 光学的に透明な誘電体多層膜上のメタル
    の残膜の残存の程度を判定するメタル残膜判定装置であ
    って、 前記誘電体多層膜の膜構造において最上層の膜厚を所定
    範囲内で変化させた際の前記誘電体多層膜の分光反射率
    の波長ごとの最大値を最大反射率として格納する手段
    と、 判定対象である多層膜の分光反射率を測定反射率として
    取得する手段と、 予め定められた波長域で前記測定反射率が最大となる波
    長をピーク波長として求める手段と、 前記メタルの分光反射率をメタル反射率として格納する
    手段と、 前記ピーク波長において、前記測定反射率を前記メタル
    反射率で除算した結果の対数を対象値として求め、前記
    最大反射率を前記メタル反射率で除算した結果の対数を
    基準値として求め、前記基準値に対する前記対象値の割
    合を前記判定対象に関する残膜の残存指標として求める
    手段と、を備えることを特徴とするメタル残膜判定装
    置。
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