JPH1194525A - 膜厚測定方法及び膜厚測定装置 - Google Patents

膜厚測定方法及び膜厚測定装置

Info

Publication number
JPH1194525A
JPH1194525A JP25735297A JP25735297A JPH1194525A JP H1194525 A JPH1194525 A JP H1194525A JP 25735297 A JP25735297 A JP 25735297A JP 25735297 A JP25735297 A JP 25735297A JP H1194525 A JPH1194525 A JP H1194525A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
spectrum
thickness
film thickness
difference
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP25735297A
Other languages
English (en)
Inventor
Nahoko Toyoshima
直穗子 豊嶋
Wataru Yamada
渉 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP25735297A priority Critical patent/JPH1194525A/ja
Publication of JPH1194525A publication Critical patent/JPH1194525A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 干渉分光法で多層膜構造の被測定物の反射ス
ペクトルを求め、その極大値と極小値との差あるいはそ
の大きさと波長から最上層膜の有無や膜厚を算出するこ
とができる膜厚測定方法及び装置を提供すること。 【解決手段】 干渉分光法を用いて多層膜構造の薄膜の
厚さを測定する膜厚測定方法において、反射スペクトル
の極大値と極小値との差Cを算出する差算出工程と(S
1)、多層膜構造の最上層の膜が無い場合の上記反射ス
ペクトルの極大値と極小値との差C0 を算出する工程
と、上記多層膜構造の最上層の薄膜の屈折率とその下層
膜の屈折率との大小関係及び上記CとC0 との大小関係
より最上層の薄膜の有無を判定する判定工程(S4〜S
10)とを具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、干渉分光法により
基板上に形成された多層膜上の極めて薄い膜の有無ある
いは膜厚を測定する膜厚測定方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】干渉分光法を用いた膜厚測定方法として
以下に示す3つの方法が知られている。
【0003】第1の方法として、特公平7−31049
号公報、特公平2−251711号公報に開示されるよ
うに、被測定物の反射スペクトルと理論スペクトルを膜
厚をパラメ−タとして大域最適化法を用いてフィッティ
ングして膜厚を算出している。
【0004】また、第2の方法として、特開平7−55
435号公報に示されるように、反射スペクトルをフ−
リエ変換し、膜厚の概算値を求める方法である。
【0005】また、第3の方法として、特開平7−63
524号公報、特公平8−20223号に示されるよう
に反射スペクトルの包括線の特徴から膜厚を求める方法
がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】第1の方法としては、
膜圧を算出するための演算量が多く、演算に時間がかか
るという問題がある。
【0007】また、厚さが500数1以下の膜厚では、
薄膜,理論スペクトルの波形の変化が小さく、精度良く
膜厚を測定することができない他、薄膜の有無を判定す
ることは難しい。
【0008】
【数1】
【0009】また、第2の方法としては、膜厚を算出す
ることができない。
【0010】さらに、第3の方法としては、測定対象物
の膜厚が薄く、反射スペクトルに山谷が1個ないし2個
程度しか表れない場合には包括線を求めることはできな
いため膜厚を算出することができない。
【0011】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、干渉分光法で多層膜構造の被測定物の
反射スペクトルを求め、その極大値と極小値との差ある
いはその大きさと波長から最上層膜の有無や膜厚を算出
することができる膜厚測定方法及び装置を提供すること
にある。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1に係わる膜厚測
定方法は、干渉分光法を用いて多層膜構造の薄膜の厚さ
を測定する膜厚測定方法において、反射スペクトルの極
大値と極小値との差Cを算出する差算出工程と、多層膜
構造の最上層の膜が無い場合の上記反射スペクトルの極
大値と極小値との差C0 を算出する工程と、上記多層膜
構造の最上層の薄膜の屈折率とその下層膜の屈折率との
大小関係及び上記CとC0 との大小関係より最上層の薄
膜の有無を判定する判定工程とを具備したことを特徴と
する。
【0013】請求項2に係わる膜厚測定方法は、干渉分
光法を用いて多層膜構造の薄膜の厚さを測定する膜厚測
定方法において、多層膜構造の最上層の膜が無い場合の
反射スペクトルの極大値R0 max あるいは極小値R0 mi
n と、最上層の膜がある場合の反射スペクトルの極大値
Rmax あるいは極小値Rmin とを比較する比較工程と、
この比較工程の比較結果により最上層の薄膜の有無を判
定する判定工程とを具備したことを特徴とする。
【0014】請求項3に係わる膜厚測定装置は、多層膜
構造の試料に放つ光を放射する光源と、試料から反射さ
れた光のスペクトルを検出するスペクトル検出部と、上
記スペクトル検出部で検出された測定スペクトルと最上
層の下層の膜厚をパラメ−タとした理論スペクトルとの
一致を判定する判定手段と、この判定手段で一致を検出
した理論スペクトルを基に最上層の膜厚を算出する膜厚
算出手段とを具備したことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の一実
施の形態について説明する。図1は膜厚測定装置を示す
ブロック図である。図1において、11は光源である。
この光源11から放たれた光は投・受光部12を介して
試料13に入射光Iinとして入射される。この試料13
は図2に示すように多層膜構造を有している。
【0016】そして、この試料13で反射された反射光
Iout は投・受光部12で受光される。
【0017】この投・受光部12で受光された反射光I
out は膜厚測定部14の分光スペクトル検出部14aに
入力される。この分光スペクトル検出部14aは、試料
13に入射される光の波長に対する反射率の関係を検出
している。この関係は、図5あるいは図6に示すとおり
である。
【0018】この分光スペクトル検出部14aで検出さ
れた波長に対する反射率の関係より極値算出部14bで
反射スペクトルの極大値と極小値が算出される。
【0019】さらに、極値算出部14bで算出された反
射スペクトルの極大値と極小値に基づいて膜厚算出部1
4cにおいて膜厚が算出される。
【0020】次に、図2を参照して試料13の構造につ
いて説明する。試料13は上層から膜1ないし膜Nと積
層されている。
【0021】図2に示す膜構成を持つ被測定物の反射率
Rは以下のようにして算出される。ただし、入射光は被
測定物に対し、垂直に入射するものとする。
【0022】膜nの特性行列Mnは、数2に示される。
【0023】
【数2】
【0024】ここで、gn =2πnn n /λであり、
λは波長である。
【0025】また、多層膜の特性行列Mは、各層の特性
行列Mn の積であるため、数3に示すようになる。
【0026】
【数3】
【0027】よって、図1に示す多層膜の振幅反射率を
rとすると、rは数4で与えられる。
【0028】
【数4】
【0029】そして、反射率Rは数5で与えられる。
【0030】
【数5】
【0031】また、図3に示すように、屈折率ns の基
板に、屈折率n2 (<ns )、厚さd2の膜2、屈折率n
1、厚さd1の膜1が2層形成された多層膜について考え
る。
【0032】膜が無い場合(d1=0 )、この時の反射ス
ペクトルの極大値R0 max と極小値R0 min は数6,数
7で示すように与えられる。
【0033】
【数6】
【0034】
【数7】
【0035】ここで、極大値R0 max 、極小値R0 min
は膜2の厚さd2によらず一定となる。
【0036】一方、膜1が存在する場合(d1≠0)、極
大値Rmax と極小値Rmin はRmax ≠R0 max 、Rmin
≠R0 min となる。
【0037】次に、第1の実施の形態について説明す
る。この第1の実施の形態は、図3に示した多層膜構造
の最上層の膜の有無を検出している。
【0038】ここで、基板としてSi(n=3.85
−0.02i)、膜2としてSiN(n=2.0)を
仮定した場合、(6)式、(7)式から Ro max −R0 min =0.345=C0 となる。
【0039】一方、膜1が存在し(d1≠0)、n1(=
1.5)>n2の時の反射スペクトルを図4に、n1
(=2.5)<n2の時の反射スペクトルを図5に示
す。
【0040】この図4及び図5より明らかなように、n
1>n2の場合には、膜厚d1が大きくなるにしたがっ
て極大値Rmax と極小値Rmin の差Cは小さくなる。
【0041】一方、n1<n2の場合には、膜厚d1が
大きくなるにしたがって極大値Rmax と極小値Rmin の
差Cは大きくなる。
【0042】よって、測定した反射スペクトルの極大値
と極小値との差CをC0 と比較することにより、膜2の
厚さによらず膜1の有無を判定することが可能である。
【0043】以下、図4のフロ−チャ−トを参照して第
1の実施の形態の動作について説明する。まず、光源1
1から放たれた光は、投・受光部12を介して試料13
に入射光Iinとして入射される。
【0044】そして、試料13で反射された反射光Iou
t は投・受光部12を介して膜厚測定部14に入力され
る。
【0045】そして、この膜厚測定部14の分光スペク
トル検出部14aで反射光Iout のスペクトルの測定が
なされる(ステップS1)。
【0046】分光スペクトル検出部14aにおいては図
5及び図6に示すように、反射スペクトルを検出する。
【0047】そして、(6)式及び(7)式を用いて反
射スペクトルの極大値R0 max 、極小値R0 min とを算
出する(ステップS2)。
【0048】次に、今回の試料13に対する反射スペク
トルの極大値Rmax とRmin との差Cを極値算出部14
bで算出する(ステップS3)。
【0049】次に、屈折率n1とn2との大小関係を判
定する(ステップS4)。
【0050】このステップS4の判定で「n1 >n2
と判定された場合には、ステップS5において、ステッ
プS3で算出したC(Rmax −Rmin )とステップS2
で算出したC0 (R0 max −R0 min )との大小関係が
判定される。
【0051】このステップS5の判定で「C>C0 」と
判定されると膜1が有る(d1≠0)と判定される(ス
テップS6)。
【0052】一方、ステップS5の判定で「C≦C0
と判定された場合には、膜1が無い(d1=0)と判定
される(ステップS7)。
【0053】ところで、ステップS4の判定で「n1<
n2」と判定された場合には、ステップS3で算出した
C(Rmax −Rmin )とステップS2で算出したC
0 (R0max −R0 min )との大小関係が判定される
(ステップS8)。
【0054】このステップS8の判定で「YES」と判
定された場合には、膜1が無い(d1=0)と判定され
る(ステップS9)。
【0055】一方、ステップS8の判定で「NO」と判
定された場合には、膜1有り(d1≠0)と判定される
(ステップS10)。
【0056】このようにして、多層膜構造の最上層の膜
の屈折率n1とその下層の屈折率n2との大小関係が分
かり、反射スペクトルの極大値と極小値との差が分かる
と、最上層の膜の有無を検出することができる。
【0057】次に、本発明の第2の実施の形態について
説明する。この第2の実施の形態では、多層膜全体が薄
い場合や、スペクトルの測定波長領域が小さく、図7に
示すように反射スペクトルに極大値と極小値のいずれか
一方しか検出しない場合には、極大値Rmax とR0 max
、あるいは極小値Rmin とR0 min とを比較すること
で、膜1の有無を判定している。
【0058】つまり、図7の反射スペクトルは極大値し
か検出できない場合を示している。図7の反射スペクト
ルの場合は、極大値R0 max より極大値Rmax が大きく
なっているので、膜1が有ると判定される。
【0059】次に、本発明の第3の実施の形態について
図8を参照して説明する。図5において説明した反射ス
ペクトルの極大値と極小値との差Cと膜1と厚さd1との
関係を図8に示しておく。膜2の厚さd2の値が例えば±
300数8の精度で大まかに分かっている場合、Cを算
出し、図8に当てはめることで膜1の厚さd1の存在範囲
を固定することができる。
【0060】
【数8】
【0061】そのため、膜厚d1、d2をパラメ−タとして
理論スペクトルと測定スペクトルをフィッティングし膜
厚を算出する際、膜厚d1を振る範囲を限定できるため、
フィッティングに要する計算量を減少させて、高速に演
算することができる。
【0062】
【発明の効果】請求項1に係わる膜厚測定方法によれ
ば、反射スペクトルの極大値と極小値との差を検出する
ことにより、最上層の下層の薄膜の厚さによらずに、最
上層の膜の有無を検出することができる。
【0063】請求項2に係わる膜厚測定方法によれば、
反射スペクトルに極大値あるいは極小値のうちのいずれ
か一方が検出できれば、最上層の薄膜の有無を検出する
ことができる。
【0064】請求項3に係わる膜厚測定装置によれば、
フィッティングに要する計算量を減少させて、高速に最
上層の膜厚を演算することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる膜厚測定装置を示すブロック
図。
【図2】多層膜の膜構成を示す断面図。
【図3】基板上に2層形成された多層膜の構成を示す
図。
【図4】本発明に係わる膜厚測定方法を説明するための
フロ−チャ−ト。
【図5】反射波の波長と反射率との関係を説明するため
の図。
【図6】反射波の波長と反射率との関係を説明するため
の図。
【図7】多層膜全体が薄い場合の反射スベクトルを示す
図。
【図8】極大値と極小値との差と膜1の厚さd1との関係
を示す図。
【符号の説明】
11…光源、 12…投・受光部、 13…試料、 14…膜厚測定部。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 干渉分光法を用いて多層膜構造の薄膜の
    厚さを測定する膜厚測定方法において、 反射スペクトルの極大値と極小値との差Cを算出する差
    算出工程と、 多層膜構造の最上層の膜が無い場合の上記反射スペクト
    ルの極大値と極小値との差C0 を算出する工程と、 上記多層膜構造の最上層の薄膜の屈折率とその下層膜の
    屈折率との大小関係及び上記CとC0 との大小関係より
    最上層の薄膜の有無を判定する判定工程とを具備したこ
    とを特徴とする膜厚測定方法。
  2. 【請求項2】 干渉分光法を用いて多層膜構造の薄膜の
    厚さを測定する膜厚測定方法において、 多層膜構造の最上層の膜が無い場合の反射スペクトルの
    極大値R0 max あるいは極小値R0 min と、最上層の膜
    がある場合の反射スペクトルの極大値Rmax あるいは極
    小値Rmin とを比較する比較工程と、 この比較工程の比較結果により最上層の薄膜の有無を判
    定する判定工程とを具備したことを特徴とする膜厚測定
    方法。
  3. 【請求項3】 多層膜構造の試料に放つ光を放射する光
    源と、 試料から反射された光のスペクトルを検出するスペクト
    ル検出部と、 上記スペクトル検出部で検出された測定スペクトルと最
    上層の下層の膜厚をパラメ−タとした理論スペクトルと
    の一致を判定する判定手段と、 この判定手段で一致を検出した理論スペクトルを基に最
    上層の膜厚を算出する膜厚算出手段とを具備したことを
    特徴とする膜厚測定装置。
JP25735297A 1997-09-22 1997-09-22 膜厚測定方法及び膜厚測定装置 Pending JPH1194525A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25735297A JPH1194525A (ja) 1997-09-22 1997-09-22 膜厚測定方法及び膜厚測定装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25735297A JPH1194525A (ja) 1997-09-22 1997-09-22 膜厚測定方法及び膜厚測定装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1194525A true JPH1194525A (ja) 1999-04-09

Family

ID=17305197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP25735297A Pending JPH1194525A (ja) 1997-09-22 1997-09-22 膜厚測定方法及び膜厚測定装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1194525A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008020318A (ja) * 2006-07-12 2008-01-31 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology 膜厚測定装置および膜厚測定方法
CN103575703A (zh) * 2012-08-09 2014-02-12 中国科学院微电子研究所 利用反射光谱测量单晶硅基太阳能表面增透膜的方法
CN104169677A (zh) * 2012-02-08 2014-11-26 霍尼韦尔阿斯卡公司 利用THz传感器对连续非均匀织物的卡尺度涂层测量

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008020318A (ja) * 2006-07-12 2008-01-31 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology 膜厚測定装置および膜厚測定方法
CN104169677A (zh) * 2012-02-08 2014-11-26 霍尼韦尔阿斯卡公司 利用THz传感器对连续非均匀织物的卡尺度涂层测量
CN103575703A (zh) * 2012-08-09 2014-02-12 中国科学院微电子研究所 利用反射光谱测量单晶硅基太阳能表面增透膜的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100227225B1 (ko) 막두께 측정방법
JP6290637B2 (ja) 膜厚計測方法及び膜厚計測装置
JP2637820B2 (ja) 光学式膜厚測定装置
EP0408015A2 (en) Method of measuring thickness of film
US20080020495A1 (en) Semiconductor fabricating apparatus with function of determining etching processing state
US7012699B2 (en) Method of and apparatus for measuring thickness of thin film or thin layer
US5526117A (en) Method for the determination of characteristic values of transparent layers with the aid of ellipsometry
CN112629421B (zh) 一种基于快速傅里叶变换的薄膜厚度测量方法
JP2005062188A (ja) 厚さ測定装置及び厚さ測定方法
JP6487579B1 (ja) 膜厚計測装置、膜厚計測方法、膜厚計測プログラム、及び膜厚計測プログラムを記録する記録媒体
CN112595673A (zh) 一种单晶金刚石衬底光学常数测量方法
KR100779128B1 (ko) 막두께 측정방법 및 장치
JPH1194525A (ja) 膜厚測定方法及び膜厚測定装置
US20070178610A1 (en) Semiconductor Production Apparatus
US5717490A (en) Method for identifying order skipping in spectroreflective film measurement equipment
JP4136740B2 (ja) 分光エリプソメータを用いた薄膜3層構造の解析方法
US20040027580A1 (en) Method for automatic determination of optical parameters of a layer stack and computer program
JP2003506675A (ja) 金属薄膜を測定するための改善された光学的方法
JP2001165628A (ja) 膜厚測定装置
JPH11271027A (ja) 膜厚測定方法及び膜厚測定装置
JPH10307009A (ja) 多層薄膜の光学的膜厚測定装置
JP2002296012A (ja) 膜厚測定方法及び膜厚測定装置
JPS62165103A (ja) 膜厚測定方法
JPH06235615A (ja) 膜厚測定装置
JP2850660B2 (ja) 膜厚測定方法