JP2861032B2 - 膜厚測定方法 - Google Patents

膜厚測定方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 材質のわかっている基板上に被着され，電子線を適度
に透過する膜質を有する薄膜の局所部分の膜厚測定方法
に関し， 微小領域の膜厚測定ができるようにすることを目的と
し， （１）基板上に被覆されたレジスト薄膜上を電子ビーム
プローブで走査し，該レジスト薄膜を透過して該基板に
到達した電子により該基板を構成する物質から発生する
特性Ｘ線強度を測定し，予め求められた該レジスト薄膜
の膜厚と特性Ｘ線強度の関係から該レジスト薄膜の膜厚
を求めるように構成する。
（２）基板上に被着されたレジスト薄膜上を電子ビーム
プローブで照射し，該レジスト薄膜を透過して該基板に
到達した電子により該基板を構成する物質から特性Ｘ線
が発生し始める時の電子ビームの加速電圧を測定し，予
め求められた該レジスト薄膜の膜厚と該加速電圧の関係
から該レジスト薄膜の膜厚を求めるように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は材質のわかっている基板上に被着され，電子
ビームを適度に透過する膜質を有する薄膜の局所部分の
膜厚測定方法に関する。
近年，デバイスの高集積化に伴い，非常に薄い膜厚の
測定及び非常に微細な局所領域の測定が必要となってき
た。
非常に微細な領域の測定には，サブミクロン以下の微
細なプローブ（測定針）を有する測定系が必要となる
が，本発明はこのような目的の測定に利用することがで
きる。
〔従来の技術〕
従来の膜厚測定方法には，センサを備えた微小針を用
いて段差部を物理的に走査する方法（タリステップによ
る方法）や光学的な干渉，波長，偏向，強度等を用いる
方法がある。
ところが，従来法ではプローブサイズはあまり小さく
できないで限界があった。
〔発明が解決しようとする課題〕
半導体デバイスの0.5μｍ幅程度の細い線幅のレジス
トパターンの膜厚を測ろうとすると，従来例ではプロー
ブサイズの最小値が数μｍ程度であるので測定ができな
かった。
例えば，楕円偏光を利用した膜厚測定器（エリプソメ
ータ）の場合のプローブサイズの最小値は約20μｍであ
る。
本発明は微小領域の膜厚測定ができる方法を得ること
を目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題の解決は， （１）基板上に被着されたレジスト薄膜上を電子ビーム
プローブで走査し，該レジスト薄膜を透過して該基板に
到達した電子により該基板を構成する物質から発生する
特性Ｘ線強度を測定し，予め求められた該レジスト膜厚
の膜厚と特性Ｘ線強度の関係から該レジスト薄膜の膜厚
を求める膜厚測定方法によって達成される。或いは （２）基板上に被覆されたレジスト薄膜上を電子ビーム
プローブで照射し，該レジスト薄膜を透過して該基板に
到達した電子により該基板を構成する物質から特性Ｘ線
が発生し始める時の電子ビームの加速電圧を測定し，予
め求められた該レジスト薄膜の膜厚と該加速電圧の関係
から該レジスト薄膜の膜厚を求める膜厚測定方法によっ
て達成される。
〔作用〕
第１図（１），（２）は第１の発明の原理図である。
第１図（１）において，基板３上に被着され、パター
ニングされた被測定薄膜２を微小な電子ビーム（EB）プ
ローブ１により膜厚測定部を走査し，基板から発生する
特性Ｘ線の強度を測定し，膜厚に換算する。
第１図（２）または走査距離に対する特性Ｘ線の強度
の関係を示し，被測定薄膜２の位置で薄膜中の電子線の
吸収により下地の基板に到達する電子線量が減少するた
め，基板から発生する特性Ｘ線の強度も減少している。
特性Ｘ線強度と膜厚の関係を前もって第３図のように
求めておけば,X線検知器４により特性Ｘ線の強度を測定
してこれから膜厚測定ができる。
第３図は加速電圧をパラメータにとり，レジスト膜厚
に対する特性Ｘ線強度の関係を示す図である。
この関係は薄膜としてレジスト膜を用い，基板にA1を
用いた場合に対するものである。
加速電圧は（１）より（２）の方が大きい。
第２図（１），（２）は第２の発明の原理図である。
第２図（１）において,EBプローブ１は膜厚測定部に
固定し,EBプローブの加速電圧を漸次上げていき，基板
の特性Ｘ線が発生する加速電圧から膜厚を決定する。
第２図（２）は基板の特性Ｘ線が発生する加速電圧と
薄膜の膜厚との関係を示す図である。この関係を薄膜と
基板の材料に対して前もって求めておけば，基板の特性
Ｘ線が発生する加速電圧から膜厚を測定できる。
第４図は電子の加速エネルギに対する樹脂（レジス
ト）中の散乱飛程の関係が示される。薄膜としてレジス
ト膜を考えたときに，これに照射された電子の飛程Ｒは
次式で表わされる。
Ｒ＝4.6×10-6ρ-1E1.75． ここに,Rはレジスト中の電子の飛程でcm, Ｅは加速エネルギでKeV, ρはレーザの密度でg/cm2 である。
この式より，電子が薄膜を透過して基板に到達するた
めの電子の加速エネルギの大きさの見当をつけることが
できる。
〔実施例〕
第５図は本発明の一実施例を説明する断面図である。
図において,Al基板３上に0.5μｍ幅にパターニングさ
れたレジスト膜２を微小なEBプローブ１により膜厚測定
部を走査し、Al基板から発生する特性Ｘ線の強度を測定
し，薄膜部の特性Ｘ線強度の変化量を予め作製しておい
た検量線（第３図の関係）により膜厚に換算する。
この際，電子の加速電圧はAlの特性Ｘ線 ｋα1,2 1487 eVのエネルギ以上で，且つレジストを適
度に透過するエネルギを選ぶ必要があり,6〜20 KeV程度
が適当である。
電子はレジスト中で散乱し，エネルギを失っていくた
め，膜厚に応じてAl基板に到達する電子の数が減るた
め,Al基板から発生する特性Ｘ線の強度も減少する。
又,EBプローブを被測定位置に固定し，電子の加速電
圧を噴火させて，特性Ｘ線の発生し始める加速電圧から
膜厚を求めることができる。
実施例のいずれの場合も,EBプローブは100Å〜数μｍ
のスポットに絞ることができる。
Ｘ線デデクタはＸ線解説系に用いられる通常のガイガ
ー計数管やシンチレーション計数管を用いる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば，微小領域の膜厚
測定ができるようになる。
例えばサブミクロン幅の微細レジストパターンの膜厚
を測定でき，又，デバイスの断面構造を非破壊で迅速に
調べることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図（１），（２）は第１の発明の原理図， 第２図（１），（２）は第２の発明の原理図， 第３図は加速電圧をパラメータにとり，レジスト膜厚に
対する特性Ｘ線強度の関係を示す図， 第４図は電子の加速電圧に対する樹脂中の散乱飛程の関
係を示す図， 第５図は本発明の一実施例を説明する断面図である。 図において， １は電子線（EB）プローブ， ２は被測定薄膜（レジスト）， ３は基板， ４はＸ線検知器 である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 15/00 - 15/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板上に被着されたレジスト薄膜上を電子
    ビームプローブで走査し，該レジスト薄膜を透過して該
    基板に到達した電子により該基板を構成する物質から発
    生する特性Ｘ線強度を測定し，予め求められた該レジス
    ト薄膜の膜厚と特性Ｘ線強度の関係から該レジスト薄膜
    の膜厚を求めることを特徴とする膜厚測定方法。
  2. 【請求項２】基板上に被着されたレジスト薄膜上を電子
    ビームプローブで照射し，該レジスト薄膜を透過して該
    基板に到達した電子により該基板を構成する物質から特
    性Ｘ線が発生し始める時の電子ビームの加速電圧を測定
    し，予め求められた該レジスト薄膜の膜厚と該加速電圧
    の関係から該レジスト薄膜の膜厚を求めることを特徴と
    する膜厚測定方法。
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