JPS6212808A - 膜厚の測定方法 - Google Patents

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】 ｃｍ要］ 本発明は、膜厚の測定方法であって、１０００Å以下の
極めて薄い膜厚を測定する方法であり、従来は被測定物
を破壊して、膜厚に段差をつけ、その段差により膜厚を
測定していたが、本発明では、被測定膜に電子ビームを
投射すると、被測定膜からの反射電子が、被測定膜の密
度と加速電圧の大きさにより一義的に決定されることを
利用し、基板である下層と被測定膜である上層の膜厚と
反射電子量との相関を予め測定しておき、実際に被測定
膜の膜厚を測定する際には、被測定膜に電子ビームを投
射して、その反射電子量を測定し、前記の相関と比較す
ることにより膜厚を正確に求めるものである。

［産業上の利用分野］ 本発明は、膜厚の測定方法に係わり、特に電子ビームを
使用することによる極薄膜の厚みの測定方法に°関する
。

半導体装置の高集積化が進み、高密度化と緻密化により
、パターニングが微細になると共に、成膜される膜厚も
極めて薄い膜形成が必要になり、さらにその膜厚を正確
に測定することが要求されるようになった。

従来、１０００λ以下程度の薄膜では、膜厚の測定には
被測定膜に厚みの段差を形成し、それに光を投射して、
光学的反射法により測定するか、光学的な干渉光を利用
して膜厚を測定する方法等が採用されている。

しかしながら、この場合には、被測定物を破壊すること
になり、また、微小領域の膜厚を光学的な手段で測定す
るためには原理的に不利であり、精度も不正確になると
いう欠点がある。

このような理由から、被測定物を非接触で非破壊の状態
で、小面積の薄い膜厚でも正確に測定できる方法が要望
されている。

［従来の技術］ 第５図は、従来の膜厚を測定するための模式要部断面図
である。

被測定物が光反射性であるシリコン等の場合には、下層
物体１を例えばシリコンとし、その表面に薄膜２として
、例えば二酸化シリコンＩ！！２があるものとし、その
二酸化シリコン膜の膜厚を測定する場合には、薄膜２を
破壊して段差３を形成し、その段差部分に、膜厚とほぼ
同程度の波長を有する、例えば波長が約６０００人のタ
リウム光源等を用いた光４を投射して、それぞれの段差
の差異による反射光をディスプレイ装置５に描画して、
その画像６から、膜厚を測定する方法が広く採用されて
いる。

第６図は、従来の他の測定方法として、下層物体７の上
層に光透過性の薄膜８の膜厚を測定する際に採用される
もので、被測定物の薄膜８に斜め方向から光９を投射し
、薄膜８を透過して下層物体７から反射される反射光１
０と、薄膜８の表面から反射される反射光１０′との位
相差の比較から、薄膜の厚みを求める方法である。

このような従来の方法では、光の被測定物からの光反射
や光屈折が、膜厚測定領域との形状にも関連して複雑に
なり、その結果測定精度が低く、また被測定物に段差を
形成する場合には、被測定物を破壊しなければならぬと
いう欠点がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の光学的方法による膜厚測定方法では、被測定物を
一破壊して段差を形成するとか、また被測定物の複雑な
光学的特性のために、精度が低く、さらに小面積領域の
膜厚が測定不可能等の問題がある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記問題点を解決した膜厚の測定方法を提供
するもので、その解決の手段は、予め異質物質の積層に
電子ビームを投射した際の反射電子量と上層物質の膜厚
との相関関係を求めておき、実際に異質の物質で成膜さ
れた膜の厚みを測定する際には、膜厚を測定すべき領域
に、所定の加速電圧で加速された電子ビームを投射して
、その領域から反射する電子量を求めミ求めた膜の表面
からの反射電子量と、予めもとめておいた相関関係＊ｗ
ｈＬ／？・被測定物質０膜７４細れ２母　　　　　　　
：り解決したものである。

［作用］　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　１本発明は、所定の加速電圧で加速された
電子ビ　　　　　　　ｌ−ムを、ある物質に投射すると
、電子ビームがその物質に浸入する到達深さは、その物
質に固有の特性である密度と加速電圧にのみ関係し、従
って到達深さの浅い物質はど反射電子は大きいという性
質を利用したものである。

そのため、予め、それぞれ異なる密度を有する　　　　
　　　ｉ″’Ｊ’Ｒ＆’Ｊ’Ｒ＆ニーｖ′″０！ｔＪＥ
ｅ０！ｔＪＥｅ心、ｒｉｍ　　　　、、電子量を測定し
ておけば、その物質についての浸　　　　　　　、″１
人到達深さと反射電子量が測定できる。

複数の異なる物質が積層されていて、上層の膜が極めて
薄い時に、その表面に電子ビームを投射すると、上層の
厚みによって反射電子量が厚みによって異なってくるこ
とが判る。

これは、上層の厚みが零であれば、下層の物質の反射電
子量が測定され、上層の厚みが増加するにつれて、下層
と上層の双方の反射電子量が測定され、引続き上層が更
に厚くなると上層の物質のみの反射電子量が測定されて
一定値に飽和するため、予め、この上層の厚みを変化さ
せた場合の厚みと反射電子量を測定して相関を求めてお
き、これを基準として形成膜厚を測定するようにしたも
のである。

［実施例］ 一般に、物質に電子ビームを投射すると、電子はその物
質の成る深さ迄到達するが、この場合に周知の下記の式
が成立する。

Ｒｇ＝４．６ｘｌＯ−’Ｅ””／ρ（１）（１）式で、
Ｒｇ　＝物質内の電子の到達深さくｃａｂ）ρ　＝物質
の密度（ｇ／ｃ＋Ｊ） Ｅ　＝電子ビームの加速電圧（ＫＶ） 従って、加速電圧が大きい程、また密度が小である程、
電子はその物質の深い部分まで到達し、反対に加速電圧
が小で、密度が大である程、電子はその物質の浅い部分
までしか到達できない。

第１図は、電子ビームの加速電圧をｌ０ＫＶにして、シ
リコン基板上にモリブデンを成膜した際の、モリブデン
の厚みと反射電子量との関係図である。

モリブデンの厚みが零であれは、反射電子量Ａは、シリ
コン基板からの反射電子量のみであり、モリブデンの厚
みが増加するに従って、反射電子量は、シリコンとモリ
ブデンの双方の反射電子量となって増大し、モリブデン
の厚さが約２０００人程度の厚さになると、反射電子量
はほぼ直線状になって飽和してＢ点で一定となる。

即ち、基板のシリコンと上層のモリブデンの積層状態で
は、モリブデンの厚みと、反射電子量は完全に対応し、
また膜厚が零の状態からの相関を正確に求めることがで
きる。

この関係は、上層と下層の物質の組合せによって、多様
な相関関係になることは当然である。

第２図は、本発明の実施例である膜厚測定方法を説明す
るための模式要部断面図である。

シリコン基板１１上にモリブデン薄膜１２が被着されて
いて、このモリブデン薄膜１２の表面に、はぼ直角に所
定電圧で加速された電子ビーム１３を矢印のように投射
すると、モリブデン薄膜１２の表面から、反射電子流１
４が矢印のように発生する。

この反射電子の量を反射電子検出器１５により検出して
、第１図で説明した予め求めた相関関係図と比較するこ
とにより、膜厚を正確に求めることができる。

第３図は、本発明の他の実施例である反射電子の測定方
法を示す模式断面図であって、特に蒸着のような、膜が
成長される過程で、膜厚を測定するものであり、下地基
板２１の表面に下地基板と異なる物質の膜２２を成膜す
る際に、その成膜中の膜厚を測定するものである。

蒸着装置内で、蒸着ソース２３から矢印のように蒸着物
質が蒸発して、膜２２の表面に成膜されている。

膜２２の表面に、電子ビーム源２４から電子ビーム２５
を斜め方向から投射し、電子ビーム源の反対側に設けら
れた反射電子検出器２６によって反射電子が検出される
。

第４図はモリブデンとタングステンの場合について、電
子ビームの加速電圧と到達深さを示す関係図である。

横軸に加速電圧を縦軸に電子の浸入深さを表しているが
、いずれもほぼ直線的な関係になっている。

なお参考に主要材料の密度を示すと下記の通りである。

二酸化シリコン（ＳｉＯ２）　：　２．３　ｇ／ｃａシ
リコン　　　　　　　　：　２．３４ｇ／ｃＪモリブデ
ン　　　　　　　：１０．２　ｇ／ｃｏ？タングステン
　　　　　　：１９．１　ｇ／ｃｔＡニオビウム　（Ｎ
ｂ）　　　　　：　８．５６ｇ／ａｄ［発明の効果］ 以上、詳細に説明したように、本発明による膜厚測定方
法により、極薄膜の厚みを測定することが可能となり、
膜厚の正確測定により高精度の高集積回路半導体装置を
供し得るという効果大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、シリコン基板上にモリブデンを成膜した際の
、モリブデンの厚みと反射電子量との関係図である。 第２図は、本発明による膜厚測定方法を説明するための
模式要部断面図である。 第３図は、本発明の実施例である反射電子の測定方法を
示す模式断面図であ 第４図は、モリブデンとタングステンの場合の電子ビー
ムの加速電圧と到達深さを示す関係図、第５図は、従来
の膜厚を測定するための模式要部断面図である。 第６図は、従来の他の膜厚を測定するための模式要部断
面図、 図において、 １１はシリコン基板、−１２はモリブデン薄膜、１３は
電子ビーム　　　　１４は反射電子流、１５は反射電子
検出器、　２１は下地基板、２２は基板と異なる物質の
膜、 ２３は蒸着ソース、　　　２４は電子ビーム源、２５は
電子ビーム、　　　２６は反射電子検出器、をそれぞれ
示している。 第１図 ＠２図 、　　　　、第３図 ・　　　　　　　　　　　　　　　　　’［３ｔ；−、
ＪｎｉｔｔｉＣｔ＜ｖ）第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一物質上に形成された他物質の膜厚を変化させて、該膜
   表面に所定の加速電圧で加速した電子ビームを投射して
   、該膜からの反射電子量と該膜厚との相関（第１図）を
   求めておき、 一物質（１１）上に形成された他物質の膜（１２）の膜
   厚を測定する際に、該膜面に所定の加速電圧で加速され
   た電子ビーム（１３）を投射し、 該電子ビームの投射による該膜表面からの反射電子流（
   １４）を測定した後、 該測定した反射電子流（１４）と、予め求めた上記膜厚
   と反射電子量との相関（第１図）とを比較して、 該膜（１２）の厚みを検知することを特徴とする膜厚の
   測定方法。