JPS6219707A - 膜厚の測定方法 - Google Patents

膜厚の測定方法

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JPS6219707A
JPS6219707A JP15865485A JP15865485A JPS6219707A JP S6219707 A JPS6219707 A JP S6219707A JP 15865485 A JP15865485 A JP 15865485A JP 15865485 A JP15865485 A JP 15865485A JP S6219707 A JPS6219707 A JP S6219707A
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JP
Japan
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film
waveform
thickness
current
film thickness
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JP15865485A
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English (en)
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Koichi Kobayashi
孝一 小林
Juichi Sakamoto
坂本 樹一
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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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】 [JIl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、また被測定膜を
非接触、非破壊で膜厚を測定するために、成膜した膜面
に加速電圧を変化した矩形波の電子ビームを投射するこ
とにより、膜を流れる矩形波の電子ビーム電流の波形を
観測し、予め求めである、膜厚と加速電圧と波形との相
関を求めた図表と対照することにより膜厚の測定を行う
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、特に矩形波の電子
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、1000Å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膜があるものとし、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
ム光源等を用いた矢印のような光を投射して、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4に描画
して、その画像5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6の上
層に光透過性の薄膜7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7に斜め方向から投射光8を投
射し、薄膜7を透過して基板6から反射される反射光9
と、薄膜6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
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、電子ビーム波形
がパルス状の電子ビームを、複数の厚みの異なる膜の表
面に印加して、それぞれの膜厚に対応した膜の導通電流
波形の印加時からピーク値迄の遅れ時間とを測定して、
膜厚と加速電圧および電流波形のピーク迄の遅れ時間と
の相関関係を求めておき、実際に、成膜した膜の厚みを
測定する際には、その膜に矩形波の電子ビームを印加し
て、その膜内に流れる電流波形から、電圧印加時からピ
ーク値迄の遅れ時間を測定し、この測定値を既知の相関
関係と比較することで、膜の膜厚を測定するように考慮
したものである。
〔作用〕
本発明は、ある物質に所定の加速電圧で加速された電子
ビームを投射すると、電子ビームがその物質に浸入する
到達深さは、その物質に固有の密度と、電子ビームの加
速電圧にのみ関係し、従って膜厚よりも電子の到達深さ
が大きければ、膜の導通電流が原型の矩形波の波形と同
形のまま貫通電流(波形のピーク値が立ち上がり時とほ
ぼ一致)となるし、反対に膜厚よりも電子の到達深さが
小であれば、膜の導通電流は原型の矩形波の波形とかな
り異なる波形の貫通電流(矩形波が山型になり、ピーク
値が立ち上がり時から遅れる)になることを利用したも
のである。
そのため、予め、それぞれ異なる厚みの物質について、
加速電圧をパラメータにして膜を貫通する矩形波の電流
波形を測定すると、その物質について、加速電圧、波形
のピーク値迄の遅れ時間。
膜厚の相関関係が得られる。
この既知の相関関係を利用して、実際の膜面に矩形波の
電子ビームを投射して、その膜面貫通電流波形から、膜
厚を測定するものである。
[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−6E  / I)   (1
)(1)式で、 Rg−物質内の電子の到達深さくcm)ρ =物質の密
度 (g/ cnl) 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、所定の物質で薄膜を形成し、その薄膜に矩形
波の電子ビームを投射した時に、矩形波の電子ビームが
薄膜を通過した矩形波が、矩形波が印加されてからピー
ク値迄の時間と、矩形波の電子ビームの加速電圧との相
関図であり、薄膜の厚みをパラメータにして表している
第2図は、上記の関係図を求めるために行った膜厚の測
定方法の断面図である。
シリコン基板11の表面に、例えば二酸化シリコン膜1
2の薄膜を形成し、基板には接続用端子13を介してシ
ンクロスコープ14に接続して接地し、その薄膜の表面
領域に、所定の加速電圧で加速された矩形波の電子ビー
ム15で、矢印のように投射する。
シリコン基板11と二酸化シリコン膜12には、矩形波
のビーム電流が流れ、シンクロスコープ14に電流波形
が検知されるので、この波形からピーク値迄の遅れ時間
を求めることができる。
第3図(a)〜第3図(f)は、薄膜に印加する矩形波
の電子ビームと薄膜の厚さと基板と薄膜を貫通した電流
波形とを、それぞれ比較している。
第3図(a)は薄膜に印加する原矩形波であり、第3図
〜)〜第3図(flは、それぞれ加速電圧が5KV。
10KV、20KVが印加された際の膜厚を示している
。                        
    、(即ち第3図(b)の波形は加速電圧が5K
Vで5000人の厚み、l0KVで15000人の厚み
、20KVで20000人の膜厚の時の波形を示してい
る。
同様に第3図(C)の波形は加速電圧が5KVで400
0人の厚み、10 K V テ12000人の厚み、2
0KVで40000人の膜厚の時の波形を示し、第3図
(d>の波形は加速電圧が5KVで2000人の厚み、
l0KVで6000人の厚み、20KVで20000人
の膜厚の時の波形を示し、第3図(Q)の波形は加速電
圧が5KVで1000人の厚み、10Kvテ3000人
の厚み、20Kvで10000人の膜厚の時の波形を示
し、第3図(f)の波形は加速電圧が5KVで500人
の厚み、l0KVで1500人の厚み、20KVで50
00人の膜厚の時の波形を示している。
即ち第3図(b)の波形はシンクロスコープで測定され
た、薄膜と基板を通過する電流波形図であるが、それぞ
れ加速電圧が大きくなる程、また膜厚が薄くなる程、薄
膜と一基板を通過してきた電流波形図は、原電流波形図
に近似してくる。
従って、電流波形のピーク値(図でPで示している)を
基準にして、その値の原矩形波を印加した時間からの遅
れ時間を測定することにより、膜厚が測定できることに
なる。
この遅れ時間は、加速電圧によるがn Sec乃至m5
ec程度である。
第4図は、本発明の実施例である薄膜の測定方法を示す
模式断面図である。
シリコン基板21の表面に、二酸化シリコン膜22があ
り、特に直径が数μ糟程度の凹部23を形成して、その
部分の薄膜24の厚みを測定するものとする。
測定方法は、矢印で示す矩形−の電子ビーム25のビー
ムスポットを、凹部にある薄膜24の寸法に合わせて絞
り、薄膜にビーム投射することにより、シンクロスコー
プ26に映像される電流波形を観測して、ピーク値の遅
れを測定し、第1図で説明した予め求めである。相関図
に照合して、容易に膜厚を測定することができる。
[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、膜厚をパラメータとした矩形波のビー々値迄
の時間と、電子ビームの加速電圧との相関図、 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(a)〜第3図(flは、電流波形図、第4図は
、本発明の実施例である薄膜の測定方法を示す模式断面
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は二酸化シリコン膜13
は接続端子     14はシンクロスコープ15は矩
形波の電子ビーム、 21はシリコン基板、  22は二酸化シリコン膜23
は凹部、       24は薄膜、25は電子ビーム
、26はシンクロスコープをそれぞれ示している。 jfl;1q7up電斤t ビーフa4LtzI?t7
1tqJam図17s1  図 JIMLqMJ定7及QtTtfrtJmlI 2 図 (b) 電A:i指困 第3図 $給萌d)薄膜、J!處税εゼ癖挿m 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 電子ビーム波形がパルス状の電子ビーム(15)を、そ
    れぞれ異なる厚みを有する膜(12)の表面に印加し、 予めそれぞれの膜厚に対応して、該膜の導通電流波形の
    印加時からピーク値迄の遅れ時間を測定して、相関関係
    (第1図)を求めておき、 膜の厚さを測定する際には、該膜に矩形波の電子ビーム
    を印加して、該成膜に導通する電流波形の印加時からピ
    ーク値迄の遅れ時間を求め、この遅れ時間を前記相関関
    係と比較することにより、膜の膜厚を測定することを特
    徴とする膜厚の測定方法。
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