JPS6176904A - 膜厚測定方法 - Google Patents

膜厚測定方法

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JPS6176904A
JPS6176904A JP59198149A JP19814984A JPS6176904A JP S6176904 A JPS6176904 A JP S6176904A JP 59198149 A JP59198149 A JP 59198149A JP 19814984 A JP19814984 A JP 19814984A JP S6176904 A JPS6176904 A JP S6176904A
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wavelength
spectrum
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JP59198149A
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Hidetoshi Tabata
秀敏 田端
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OAK SEISAKUSHO KK
Orc Manufacturing Co Ltd
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OAK SEISAKUSHO KK
Orc Manufacturing Co Ltd
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    • 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
    • G01B11/0675—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 using interferometry

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は分光反射率を測定することによって種々の膜厚
を測定する方法に関する。
〔従来技術〕
反射干渉における被測定試料からの反射光は互いに干渉
し、ある特定波長で反射光の強度は極値をとり、その条
件は一般に次式で表わされる。
２ｎｄ＝ｍλ（極大となる条件）・・・・・・　（１）
２　ｎ　ｄ　＝　（ｍ＋１／２　）　　λ（極小となる
条件）（２）ここにおいて、ｍは次数、λは光の波長で
ある。
今、第（１）式において、光の干渉の次数ｍ２．及びｍ
２の極値が夫々波長λ１．λ２　（λ２〈λ１）である
とすると、 ’ｌ　ｎ　ｄ　＝ｍ、　　λ＋　　　−−ｆ３）２　ｎ
　ｄ　＝ｍｚ　　／！ｔ　　”””　　（４）と表わさ
れる。なおここで被膜はシリコンウェーハーなどのａＨ
＆上の薄膜であって光の分散及び吸収が小さいとする。
ここで次数ｍｌ、ｍｚ及び波長λ５．λ２が決まればｄ
が決定できる。しかしながら一方で第（３）式および第
（４）式よりこの第（５）式において、隣接した反射光
の強度の極大値（山）について又は極小値（谷）につい
ては　　ｍｚ−ｍ、＝ｌであるから 第（６）式で膜厚を測定する方法では、次数ｍｌ、ｍｚ
の絶対値を求める必要がなく、単色計の波長走査を行っ
て反射光の強度スペクトルを測定することによって容易
に行うことができる。
しかしながらこの式はλ１．λ２という２つの測定誤差
を含む値を有するため求めた膜厚ｄの精度が低いという
問題点があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記の点に鑑みて測定精度の高い膜厚
の測定方法を提供するものである。
Ｃ発明の概要） 本発明は、上記の目的を達成するために反射光あり、以
下の手順により次数ｍを決定し、より正確な膜厚ｄを算
出するものである。
〔発明の実施例とその効果〕
以下、本発明を実施例と図面によって詳細に説明する。
第１図は、本発明にょる膜厚測定方法を実施した手順の
一例を示す段階図である。同図において、測定の手順は
反射強度スペクトルの測定段階１と、極値の波長決定段
階２と、次数の予想値表の作成段階３と、膜厚の予想値
群の算出段階４と、偏り値の算出段階５と、次数の決定
段階７から構成されている。
第２図は、本発明を実施するのに好適な膜厚測定装置の
一例を示す概要構成図である。同図において１６は被測
定試料２８の薄膜面に光を照射する光源であり、光源１
６を出た白色光は集光レンズ１７及び反射鏡１８を通っ
て分光器１９に入射される。
分光器１９は回折格子２ｏを有するものが本発明には適
当であり、回折格子２ｏを回転させることによって、波
長走査が可能である。この回転をパルスモータで駆動す
ると一定のステップ波長ごとの分光データが得られるの
でデータ処理に有利である。分光器１９で単色光に分光
された光はハーフミラ−２２を通り、反射鏡２３．観察
用ミラー２５及び対物レンズ２４を通って被測定試料２
８上に照射される０例えば、この光は、紫外。
可視または赤外光でよい。被測定試料２８はシリコン等
の基板３２の表面が薄い透明な薄膜３１で覆われ、積層
構造に形成されている。被測定試料２８に照射された単
色光は薄膜３１の表面、薄膜３１と基板３２の界面でそ
れぞれ反射し、干渉を生ずる。干渉した反射光はミラー
２３で反射された後ハーフミラ−２２で反射され光電子
増倍管（Ｐ、Ｍ、Ｔ）　　２６に入力される。光電子増
倍管２６は入射光量に比例した電流を発生させるように
なワており、この出力はアンプ２７により増幅されオシ
ログラフ（以下ＣＲＴと略称）等３０に送られる。ＣＲ
Ｔ３０では分光器１９からの走査波長と反射光の強度を
第３図゛に示したように出力表示する。
この強度分布の出力が第１図の第１段の反射強度スペク
トルの測定ｌの段階となる。次に第２段として第３図の
ような出力分布グラフに基づいて極値の波長、例えばλ
３．λ２及びλ、を決定する（第２段階）。
次に第３段階において、次数ｍの予想値表の作成を行う
。ここで、第３図の様なスペクトルが得られたとき、次
数の取り得る可能性としては、表１の場合が考えられる
。
なお各組の次数ｍｔ　、ｍｚ　、ｍｚはスペクトル中の
連続した極大、極小を取るため次数は１／２（０，５）
づつの差を有する値となる。
次に第４段階で表１の各次数に対する膜厚ｄの算出でき
る。
例えば、あ４試料５ｉｏｚの場合’＋　＝６．６００人
。
λ２−５．３００　人、λｚ　＝４．５００　人、ｎ＝
１．４５とする。
（表１） （表２） ここで表２中ｄ、はｍ、　＝ｌ、λ、　＝６．６００人
としてｄ　＋　　−Ｉ　Ｘ６，６００　／　２　Ｘ　１
．４５＝　２２７６　人となり、同様に４２はｍｚ　”
’　１．５　、　　λ、　＝５，３００人としてｄ２＝
１゜５　×５３００／　２　Ｘ　１．４５＝　２７４１
　人となる。
ｄ３は同［薬に３１０３人となる。
以上各ケース（Ｉ〜■）について各ｄが同様にして求め
られる。
第５段階で偏り値の算出５を行う、この理由は以下のと
おりである。即ち、ある膜厚ｄがあれば第３図のスペク
トル上の極値（山、谷）の波長（λ８．λ２．λ、）と
それに対応する次数の組合わせは第（１）式において、
ｎ、ｄを定数とすればｍλ＝２ｎｄは定数となり、ｍと
λは一対一に対応する。そこで、ｍとλはある双曲線上
にある点だから各波長に対して正しく対応しない次数群
を用いて膜厚を算出すれば、正しく対応した次数群を用
いて算出された膜厚群に比べて同一ケース内の膜厚の偏
り値が大きくなる。このとき、ｄｌ＋ｄ、、ｄ３の互い
の差、偏り値が大きい値を与える次数ｍの組（ケースＩ
、　　ＩＩ・・・■等）を消去していくことにより最も
正しい次数ｍの組を見出すことができる。
このため本願発明者は次の式により各ケース毎のδｉを
表３の如く算出した。
としてδ≦０において１６１が最小となるケー次に、　
１０　　δ、÷　δい、＝ｐとする。Ｐ＞５ならば、δ
、。１を与える次数ｍ、をに＋１（ｋは自然数）と決定
し、続いてｍｚ　、ｍ３を決定する（ｍｔ　＝に＋１．
　ｍｚ＝に＋１．５．ｍＺ　＝に＋２）。
逆にＰ＜５ならば、δ７を与える次数ｍ１をｋ（ｋは自
然数）と決定し、続いてｍｌ、ｍ３を決定すル（ｍ＋＝
に、　ｍｔ　＝　ｋ＋０．５．　ｍＺ　＝　ｋ　＋　１
　）。
これらに基づき表２に対応するｄ、、ｄ、、ｄ。
の予想値群より真の膜厚ｄを決定する。なお、Ｐ＝５な
らばいずれも正確な次数ｍ、を与えないの　。
で、再度第１段階の反射強度スペクトルの測定１に戻り
測定をやり直す。
（表３） そこでこの偏り値優先の決定６のためにδｎを実際に求
めてみる。
例えば、δＩは表２よりｄ、、ｄ、、ｄ、を代入して、 以上各ケースにつきδｎを求めた（表３）。
なお第４図は横軸にケース値を縦軸にδをとったもので
ある。
表３に示すように、スペクトルに対応しない次数ｍを極
値の波長λと組み合わせて膜厚ｄを求めてもｄ、、ｄ２
．ｄ３の互いの差偏り値が大きくなっていく。そこでδ
■とδ■より １６１１ｊ＋ｊδ■１ Ｐ　＝１．４５＜　５となり、δＨの次数ｍ、＝２．ｍ
ｚ＝２．５　、　ｍｉ　＝　３を正しく対応した次数と
する。
これが第７段階の次数の決定である。
〔発明の効果〕
以上説明したとおり、本発明によれば干渉次数を迅速に
正確に決定し、決定された次数を用いて膜厚を算出する
ことにより与えられた試料の膜厚を高精度に測定するこ
とができる。これによる半導体分野におけるシリコンウ
ェーハーなど基板上の各種膜厚が正確に測定でき半導体
製品の品質管理の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による膜厚測定方法の手順図。 第２図は本発明を実施するのに好適な膜厚測定装置の構
成の一例を示す概略構成図、第３図は反射強度スペクト
ルの一例を示すグラフ図、第４図は干渉次数に対する偏
り値のグラフ図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 被測定試料の膜厚を反射干渉法により測定する方法にお
    いて、反射強度スペクトルの測定段階、このスペクトル
    の極値を与える波長の決定段階、反射干渉の次数の予想
    値表を作成する段階、この予想値表に基づいて前記膜厚
    の予想値群を算出する段階、この予想値群中の関連する
    膜厚値間の偏り値を算出する段階、この偏り値の絶対値
    を最小にする予想次数値を真の干渉次数と決定する段階
    及び決定された干渉次数により膜厚を決定する膜厚測定
    方法。
JP59198149A 1984-09-21 1984-09-21 膜厚測定方法 Pending JPS6176904A (ja)

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