JPS639807A - 膜厚測定方法およびその装置 - Google Patents
膜厚測定方法およびその装置Info
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- JPS639807A JPS639807A JP61154392A JP15439286A JPS639807A JP S639807 A JPS639807 A JP S639807A JP 61154392 A JP61154392 A JP 61154392A JP 15439286 A JP15439286 A JP 15439286A JP S639807 A JPS639807 A JP S639807A
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- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 40
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- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 2
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- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 abstract 1
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- Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は基板上に形成された微細な薄膜領域の厚さを測
定する方法およびその装置に関するものである。
定する方法およびその装置に関するものである。
従来、基板上に形成された薄膜の厚さを測定する場合、
多重反射干渉法や偏光分光法が一般に広く用いられてい
る。多重反射干渉法は単色光を薄膜に当て、単色光の繰
返し反射干渉を利用して干渉縞を作り、干渉縞のずれか
ら厚さを決定する方法である。また、偏光分光法では偏
光を薄膜に当て１反射光の偏光の状態をａ？ｌ１ｇする
ことにより厚さを決定する方法である。
多重反射干渉法や偏光分光法が一般に広く用いられてい
る。多重反射干渉法は単色光を薄膜に当て、単色光の繰
返し反射干渉を利用して干渉縞を作り、干渉縞のずれか
ら厚さを決定する方法である。また、偏光分光法では偏
光を薄膜に当て１反射光の偏光の状態をａ？ｌ１ｇする
ことにより厚さを決定する方法である。
しかしながら、薄膜の光学的性質を利用する従来の膜厚
測定装置では薄膜に照射する光線の径が数十−から数百
−と大きいため、被測定薄膜の領域が入射光線の径より
小さい場合には、膜厚測定が不可能であった。
測定装置では薄膜に照射する光線の径が数十−から数百
−と大きいため、被測定薄膜の領域が入射光線の径より
小さい場合には、膜厚測定が不可能であった。
本発明の目的は従来の光学的手法では測定できなかった
微細な薄膜領域の厚さを測定しうる方法およびその′４
Ａ置を提供することにある。
微細な薄膜領域の厚さを測定しうる方法およびその′４
Ａ置を提供することにある。
本発明は基板上の薄膜に電子ビームを照射して基板内お
よび薄膜内から放出される二次電子を捕集し、捕集され
た二次電子量と簿膜の厚さとの相関関係から基板上の薄
膜の厚さを測定することを特徴とする、 また本発明の膜厚測定装置は、基板上の薄膜に電子ビー
ムを照射する電子ビーム照射装置と、基板内および薄膜
内から放出される二次電子を捕集する二次電子検出器と
、前記検出器からの信号を処理して薄膜の厚さを求める
信号処理装置とを有することを特徴とする。
よび薄膜内から放出される二次電子を捕集し、捕集され
た二次電子量と簿膜の厚さとの相関関係から基板上の薄
膜の厚さを測定することを特徴とする、 また本発明の膜厚測定装置は、基板上の薄膜に電子ビー
ムを照射する電子ビーム照射装置と、基板内および薄膜
内から放出される二次電子を捕集する二次電子検出器と
、前記検出器からの信号を処理して薄膜の厚さを求める
信号処理装置とを有することを特徴とする。
第２図（ａ）〜（ｃ）および第３図は本発明による膜厚
測定の原理を示すものである。第２図（ａ） 、 （ｂ
） 、 （ｃ）では基板６０上に形成された厚さの異な
る薄膜５０に電子ビーム７０を照射した場合に、外部へ
放出される二次電子の発生領域をそれぞれ示す０図中ｔ
ｔ ｏｈ ｔｔ、は薄膜の厚さを示し、ｔ工＜ｔ、（ｔ
、である、第２図（ａ）では基板６０上に薄膜５０が存
在しないので（薄膜の厚さｔ工＝０）、電子ビーム７０
が照射されると、基板６０内の領域６１で発生した二次
電子が外部へ放出されて、二次電子量工、として捕集さ
れる。第２図（ｂ）では、基板６０上に薄膜５０が存在
するが、その厚さｔ２が十分大きくないので、電子ビー
ム７０が照射されると、薄膜５０内の領域５１および基
板６０内の領域６１の両方で発生した二次電子が外部へ
放出されて二次電子量工２として捕集される。第３図（
ｃ）では基板６０上の薄膜５０の厚さｔ、が十分大きい
ので、電子ビーム７０が照射されると、基板６０内で発
生した二次電子は薄膜５０内で消滅して外部へは放出さ
れずに、薄膜内の領域５１で発生した二次電子のみが外
部へ放出されて二次電子量■、として捕集される。
測定の原理を示すものである。第２図（ａ） 、 （ｂ
） 、 （ｃ）では基板６０上に形成された厚さの異な
る薄膜５０に電子ビーム７０を照射した場合に、外部へ
放出される二次電子の発生領域をそれぞれ示す０図中ｔ
ｔ ｏｈ ｔｔ、は薄膜の厚さを示し、ｔ工＜ｔ、（ｔ
、である、第２図（ａ）では基板６０上に薄膜５０が存
在しないので（薄膜の厚さｔ工＝０）、電子ビーム７０
が照射されると、基板６０内の領域６１で発生した二次
電子が外部へ放出されて、二次電子量工、として捕集さ
れる。第２図（ｂ）では、基板６０上に薄膜５０が存在
するが、その厚さｔ２が十分大きくないので、電子ビー
ム７０が照射されると、薄膜５０内の領域５１および基
板６０内の領域６１の両方で発生した二次電子が外部へ
放出されて二次電子量工２として捕集される。第３図（
ｃ）では基板６０上の薄膜５０の厚さｔ、が十分大きい
ので、電子ビーム７０が照射されると、基板６０内で発
生した二次電子は薄膜５０内で消滅して外部へは放出さ
れずに、薄膜内の領域５１で発生した二次電子のみが外
部へ放出されて二次電子量■、として捕集される。
ここで、薄膜材料の二次電子発生効率が基板材料の二次
電子発生効率よりも大きい場合について考える。外部へ
放出される二次電子の発生領域のうち、薄膜材料の占め
る領域５１が基板材料の占める領域６１に比べて大きく
なる程、捕集される二次電子量は大きくなる。したがっ
て、薄膜の厚さシ、〈１、（１，に対して二次電子量は
Ｉ、＜Ｉ、＜Ｉ、となる。一方、薄膜の厚さが外部へ放
出される二次電子の最大の深さくこれをＲ，とおく）よ
りも厚くすると、捕集される二次電子量はある一定の値
で飽和する。
電子発生効率よりも大きい場合について考える。外部へ
放出される二次電子の発生領域のうち、薄膜材料の占め
る領域５１が基板材料の占める領域６１に比べて大きく
なる程、捕集される二次電子量は大きくなる。したがっ
て、薄膜の厚さシ、〈１、（１，に対して二次電子量は
Ｉ、＜Ｉ、＜Ｉ、となる。一方、薄膜の厚さが外部へ放
出される二次電子の最大の深さくこれをＲ，とおく）よ
りも厚くすると、捕集される二次電子量はある一定の値
で飽和する。
第３図は捕集された二次電子量と薄膜の厚さとの相関関
係を示したものであり、上述の説明に対応した関係にな
っている。第３図から薄膜の厚さが二次電子の最大脱出
深さＲｏよりも薄いものに対しては、捕集された二次電
子量から逆に薄膜の厚さを求めることが可能である。
係を示したものであり、上述の説明に対応した関係にな
っている。第３図から薄膜の厚さが二次電子の最大脱出
深さＲｏよりも薄いものに対しては、捕集された二次電
子量から逆に薄膜の厚さを求めることが可能である。
本発明による電子ビームを用いた薄膜測定装置において
、測定可能な薄膜領域の幅は、入射する電子ビームの径
と外部へ放出される二次電子の薄膜内における横方向へ
の広がりによって制限される数十人から数百人程度まで
を含む。
、測定可能な薄膜領域の幅は、入射する電子ビームの径
と外部へ放出される二次電子の薄膜内における横方向へ
の広がりによって制限される数十人から数百人程度まで
を含む。
以下に本発明の実施例を図によって説明する。
第１図は本発明の構成を示す全体構成図である。
図において、走査電子顕微鏡１０の電子銃２０から電子
ビーム７０が発し、基板６０上の薄膜５０を照射する。
ビーム７０が発し、基板６０上の薄膜５０を照射する。
電子ビーム７０を偏向器３０によって薄膜５０上で走査
する。薄膜５０上の各照射点からの二次電子８０を検出
器４０で捕集して得られた信号を増幅器１００で増幅し
た後、Ａ／Ｄ変換器１１０へ送る。走査回路９０は偏向
器３０への駆動信号と、Ａ／Ｄ変換器１１０への信号取
込み制御信号とを同期させてそれぞれへ送る。Ａ／Ｄ変
換器１１０では増幅器１００からの二次電子信号を走査
回路９０からの信号取込み制御信号に基づきＡＩＤ変換
を行う、 Ａ／Ｄ変換した信号をメモリー１２０内に蓄
積した後、ＣＰＵ１３０からアクセスして、膜厚測定用
ルーチンにより解析する。
する。薄膜５０上の各照射点からの二次電子８０を検出
器４０で捕集して得られた信号を増幅器１００で増幅し
た後、Ａ／Ｄ変換器１１０へ送る。走査回路９０は偏向
器３０への駆動信号と、Ａ／Ｄ変換器１１０への信号取
込み制御信号とを同期させてそれぞれへ送る。Ａ／Ｄ変
換器１１０では増幅器１００からの二次電子信号を走査
回路９０からの信号取込み制御信号に基づきＡＩＤ変換
を行う、 Ａ／Ｄ変換した信号をメモリー１２０内に蓄
積した後、ＣＰＵ１３０からアクセスして、膜厚測定用
ルーチンにより解析する。
本発明による膜厚測定装置を用いて、シリコン基板上の
薄いシリコン酸化膜パターンの膜厚測定を実施した例を
以下に示す。第４図（ｂ）はシリコン基板６２上に形成
された幅０．５４．長さ５ｐ程度のシリコン酸化膜５２
のパターンに走査線７１に沿って電子ビーム７０を照射
している概略図を示す。一般にシリコン酸化膜のような
絶縁物に電子ビームを照射すると絶縁物内に電子が蓄積
する。このとき蓄積した電子と、入射してくる電子が相
互作用するので、絶縁物からの二次電子発生率が変化し
、膜厚測定において誤差を生じる。ここでは、入射して
くる電子と、放出する二次電子の電荷バランスをとるた
めに、電子ビームの加速電圧を０．８ｋＶに選び、電流
を５ＰＡに抑えた。これにより、シリコン酸化膜５２へ
の電子の蓄積を防げた。第４図（ａ）は第４図（ｂ）の
各照射位置において捕集された二次電子の量を示す、シ
リコン酸化膜５２の二次電子発生効率はシリコン基板６
２の二次電子発生効率よりも大きいので、シリコン酸化
膜５２上を照射したときの二次電子量が大きくなってい
る。この二次電子信号波形から、実際のシリコン酸化膜
５２の厚さＨを求めるために、シリコン酸化膜５２の膜
厚に対する二次電子量の較正曲線があらかじめ準備され
ている。この較正曲線は以下のようにして求められる。
薄いシリコン酸化膜パターンの膜厚測定を実施した例を
以下に示す。第４図（ｂ）はシリコン基板６２上に形成
された幅０．５４．長さ５ｐ程度のシリコン酸化膜５２
のパターンに走査線７１に沿って電子ビーム７０を照射
している概略図を示す。一般にシリコン酸化膜のような
絶縁物に電子ビームを照射すると絶縁物内に電子が蓄積
する。このとき蓄積した電子と、入射してくる電子が相
互作用するので、絶縁物からの二次電子発生率が変化し
、膜厚測定において誤差を生じる。ここでは、入射して
くる電子と、放出する二次電子の電荷バランスをとるた
めに、電子ビームの加速電圧を０．８ｋＶに選び、電流
を５ＰＡに抑えた。これにより、シリコン酸化膜５２へ
の電子の蓄積を防げた。第４図（ａ）は第４図（ｂ）の
各照射位置において捕集された二次電子の量を示す、シ
リコン酸化膜５２の二次電子発生効率はシリコン基板６
２の二次電子発生効率よりも大きいので、シリコン酸化
膜５２上を照射したときの二次電子量が大きくなってい
る。この二次電子信号波形から、実際のシリコン酸化膜
５２の厚さＨを求めるために、シリコン酸化膜５２の膜
厚に対する二次電子量の較正曲線があらかじめ準備され
ている。この較正曲線は以下のようにして求められる。
まずシリコン基板上に比較的広い面積でしかも膜厚の異
なるシリコン酸化膜を形成する。各薄膜の膜厚は従来の
多重反射干渉計あるいは偏光分光計を用いて測定してお
く。次に各薄膜に本発明による膜厚測定装置内で電子ビ
ームを照射して、各膜厚に対して捕集される二次電子量
を較正表として計算機内に記憶しておく。第５図はこの
ようにして求めたシリコン基板上のシリコン酸化膜厚に
対する二次電子量を示したものである０図中の二次電子
量はシリコン酸化膜厚の増加に伴って増加し、ある一定
の値で飽和するので、その値で規格化している。この較
正曲線を用いて、前述の幅０．５．、長さ５１．ｎａ程
度のシリコン酸化膜パターンは。
なるシリコン酸化膜を形成する。各薄膜の膜厚は従来の
多重反射干渉計あるいは偏光分光計を用いて測定してお
く。次に各薄膜に本発明による膜厚測定装置内で電子ビ
ームを照射して、各膜厚に対して捕集される二次電子量
を較正表として計算機内に記憶しておく。第５図はこの
ようにして求めたシリコン基板上のシリコン酸化膜厚に
対する二次電子量を示したものである０図中の二次電子
量はシリコン酸化膜厚の増加に伴って増加し、ある一定
の値で飽和するので、その値で規格化している。この較
正曲線を用いて、前述の幅０．５．、長さ５１．ｎａ程
度のシリコン酸化膜パターンは。
膜厚５０人であることがわかった。以上、シリコン酸化
膜の膜厚測定に関して記述したが、これ以外にも第４図
（ａ）に示すような二次電子信号波形に適当な閾値レベ
ルを設定すればシリコン酸化膜パターンの幅Ｗを求める
ことも可能である。
膜の膜厚測定に関して記述したが、これ以外にも第４図
（ａ）に示すような二次電子信号波形に適当な閾値レベ
ルを設定すればシリコン酸化膜パターンの幅Ｗを求める
ことも可能である。
本測定方法および装置はシリコン基板上のシリコン酸化
膜厚の測定に限られず、二次電子発生効率が互いに異な
る基板材料および薄膜材料の組み合わせであれば、基板
上の薄膜に関して膜厚測定が可能である。
膜厚の測定に限られず、二次電子発生効率が互いに異な
る基板材料および薄膜材料の組み合わせであれば、基板
上の薄膜に関して膜厚測定が可能である。
以上のように本発明によれば横方向で少なくとも０．１
ｔｎ＆以下の微細領域の薄膜の膜厚測定を行うことがで
きる効果を有するものである。
ｔｎ＆以下の微細領域の薄膜の膜厚測定を行うことがで
きる効果を有するものである。
第１図は本発明の全体構成図、第２図（ａ）〜（ｃ）は
本発明による膜厚測定の原理図、第３図は基板上の薄膜
の膜厚に対する二次電子量を示した概略図。 第４図は本発明による膜厚測定装置を用いてシリコン基
板上のシリコン酸化膜厚を求めた実施例を示す概略図、
第５図はシリコン基板上のシリコン酸化膜に対する二次
電子量の較正曲線図である。 １０は走査電子顕微鏡の鏡体、２０は電子銃、３０は偏
光器、４０は検出器、５０は薄膜、６０は基板、７０は
電子ビーム、８０は二次電子、９０は走査回路、１００
は増幅器、１１０はＡ／Ｄ変換器、１２０はメモリー、
１３０はＣＰＵ 、 ５１は薄膜内の二次電子放出領域
、６１は基板内の二次電子放出領域、５２はシリコン酸
化膜、６２はシリコン基板、７１は走査線をそれぞれ示
す。
本発明による膜厚測定の原理図、第３図は基板上の薄膜
の膜厚に対する二次電子量を示した概略図。 第４図は本発明による膜厚測定装置を用いてシリコン基
板上のシリコン酸化膜厚を求めた実施例を示す概略図、
第５図はシリコン基板上のシリコン酸化膜に対する二次
電子量の較正曲線図である。 １０は走査電子顕微鏡の鏡体、２０は電子銃、３０は偏
光器、４０は検出器、５０は薄膜、６０は基板、７０は
電子ビーム、８０は二次電子、９０は走査回路、１００
は増幅器、１１０はＡ／Ｄ変換器、１２０はメモリー、
１３０はＣＰＵ 、 ５１は薄膜内の二次電子放出領域
、６１は基板内の二次電子放出領域、５２はシリコン酸
化膜、６２はシリコン基板、７１は走査線をそれぞれ示
す。
Claims (2)
- （１）基板上の薄膜に電子ビームを照射して基板内およ
び薄膜内から放出される二次電子を捕集し、捕集された
二次電子量と薄膜の厚さとの相関関係から基板上の薄膜
の厚さを測定する膜厚測定方法。 - （２）基板上の薄膜に電子ビームを照射する電子ビーム
照射装置と、基板内および薄膜内から放出される二次電
子を捕集する二次電子検出器と、前記検出器からの信号
を処理して薄膜の厚さを求める信号処理装置とを有する
ことを特徴とする薄膜の膜厚測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61154392A JPS639807A (ja) | 1986-06-30 | 1986-06-30 | 膜厚測定方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61154392A JPS639807A (ja) | 1986-06-30 | 1986-06-30 | 膜厚測定方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS639807A true JPS639807A (ja) | 1988-01-16 |
Family
ID=15583134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61154392A Pending JPS639807A (ja) | 1986-06-30 | 1986-06-30 | 膜厚測定方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS639807A (ja) |
Cited By (14)
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| US6943043B2 (en) | 2001-03-02 | 2005-09-13 | Fab Solutions, Inc. | Surface contamination analyzer for semiconductor wafers, method used therein and process for fabricating semiconductor device |
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-
1986
- 1986-06-30 JP JP61154392A patent/JPS639807A/ja active Pending
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