JPH0394104A - 膜厚測定方法と膜厚測定装置及びこれを用いた膜形成装置 - Google Patents
膜厚測定方法と膜厚測定装置及びこれを用いた膜形成装置Info
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- JPH0394104A JPH0394104A JP23064389A JP23064389A JPH0394104A JP H0394104 A JPH0394104 A JP H0394104A JP 23064389 A JP23064389 A JP 23064389A JP 23064389 A JP23064389 A JP 23064389A JP H0394104 A JPH0394104 A JP H0394104A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業」二の利用分野）
本発明は、膜厚測定技術に係わり、特に膜形戊中の膜厚
を測定する膜厚測定方法及び膜厚測定装置、さらにこの
膜厚測定装置を備えた膜形成装置に関する。
を測定する膜厚測定方法及び膜厚測定装置、さらにこの
膜厚測定装置を備えた膜形成装置に関する。
（従来の技術）
従来、薄膜の膜厚を測定する方広としては、膜形成中に
測定可能なものと、膜形成後に測定するものとの２種類
に分けることができる。膜形成中に測定ｉＩ能な膜厚ａ
１リ定方法には、水晶振動子法、光学的方法としての１
１１色Ａｌｌｊ光法，２色測光法，波長走査法及びエリ
プソメトリー等がある。膜形成後に測定可能な膜厚測定
方法には、触針法、光学的方法としての多重光束干渉法
，位相差顕微鏡及びエリプソメトリー等がある。
測定可能なものと、膜形成後に測定するものとの２種類
に分けることができる。膜形成中に測定ｉＩ能な膜厚ａ
１リ定方法には、水晶振動子法、光学的方法としての１
１１色Ａｌｌｊ光法，２色測光法，波長走査法及びエリ
プソメトリー等がある。膜形成後に測定可能な膜厚測定
方法には、触針法、光学的方法としての多重光束干渉法
，位相差顕微鏡及びエリプソメトリー等がある。
それぞれに長所，短所を有しており、形成する膜物質，
膜厚及び膜構造に応じて適切な膜厚測定方法を用いて膜
形成がイｊわれでいる。
膜厚及び膜構造に応じて適切な膜厚測定方法を用いて膜
形成がイｊわれでいる。
例えば、形成する膜物質が金属で、膜厚が数ミクロンの
１１１層膜である場合、膜は光学的に不透明であるので
、触針法や多重光束干渉法等が有効であり、光学的方法
である単色測光法は適さない。また、形成する膜が多層
膜である場合、膜形成後でなければ測定できない触針法
等は適さず、膜形成中の測定が可能な方法が有効である
。しかしながら、その中で水晶振動子法は膜厚誤差が累
積される欠点を持つ。
１１１層膜である場合、膜は光学的に不透明であるので
、触針法や多重光束干渉法等が有効であり、光学的方法
である単色測光法は適さない。また、形成する膜が多層
膜である場合、膜形成後でなければ測定できない触針法
等は適さず、膜形成中の測定が可能な方法が有効である
。しかしながら、その中で水晶振動子法は膜厚誤差が累
積される欠点を持つ。
さらに、形成する膜厚が数１０入というオーダーである
場合、多重光束干渉法や触針法等は、その測定限界を越
えてしまう。また、２色測光法では、波長がＸ線領域に
なるために、一方の波長が他方の波長の整数倍である２
種類の波長（２色）を取り出すためのフィルターが存在
せず、そのために特性Ｘ線を用いることが考えられる。
場合、多重光束干渉法や触針法等は、その測定限界を越
えてしまう。また、２色測光法では、波長がＸ線領域に
なるために、一方の波長が他方の波長の整数倍である２
種類の波長（２色）を取り出すためのフィルターが存在
せず、そのために特性Ｘ線を用いることが考えられる。
しかし、特性Ｘ線を用いて、目的とする膜厚に適した波
長で、しかも一方の波長が他方の波長の整数倍となる２
つの波長を見つけるのは極めて困難である。そこで、こ
のような極薄膜の場合、単色測光法．エリブソメトリー
及び水晶振動子法が用いられる。
長で、しかも一方の波長が他方の波長の整数倍となる２
つの波長を見つけるのは極めて困難である。そこで、こ
のような極薄膜の場合、単色測光法．エリブソメトリー
及び水晶振動子法が用いられる。
ところで、現在の半導体産業において、集積回路の高集
積化に伴いＸ線リソグラフィーの研究開発が盛んであり
、また一方で、Ｘ線顕微鏡等の開発も行われている。こ
のような、Ｘ線の波長領域での研究開発が進む中で、Ｘ
線光学素子であるＸ線反射鏡の開発も急速な進展を見せ
ている。
積化に伴いＸ線リソグラフィーの研究開発が盛んであり
、また一方で、Ｘ線顕微鏡等の開発も行われている。こ
のような、Ｘ線の波長領域での研究開発が進む中で、Ｘ
線光学素子であるＸ線反射鏡の開発も急速な進展を見せ
ている。
Ｘ線反射鏡は光学定数の大きく異なる２物質を交互に積
層したもので、１層の厚さは、使用される波長の４分の
１であり、数入〜数１００λである。このＸ線多層膜反
射鏡の形成における膜厚測定には、水晶振動子法，エリ
プソメトリ及び単色測光が用いられている（ Ｍ．Ｙａ
ｍａｍｏｔｏａｔ． ＳＰＩＥｖｏ１．６８ｇ，９９（
１９８Ｇ）， Ｅ．Ｓｐｉｌｌｃｒ ＳＰＩＥ５ ｖｏ１．５６３．３８７（１９８５））。その中で、水
晶振動子法は先に述べたように、多層膜を形成する場合
には膜厚誤差が累積されるという欠点がある。また、温
度変化に対して不安定であり高融点金属の蒸着等には適
さない。一方、ｉ１１．色測光法は膜厚誤差が累積され
ることなく、温度変化に対しでも非常に安定である。さ
らに、実際に反射鏡で使用される波長及び入射角で測定
を行うので、膜厚測定と同時に反射率等の反射鏡の特性
も測定できる長所があり、Ｘ線反射鏡形成に非常に有効
な手段である。
層したもので、１層の厚さは、使用される波長の４分の
１であり、数入〜数１００λである。このＸ線多層膜反
射鏡の形成における膜厚測定には、水晶振動子法，エリ
プソメトリ及び単色測光が用いられている（ Ｍ．Ｙａ
ｍａｍｏｔｏａｔ． ＳＰＩＥｖｏ１．６８ｇ，９９（
１９８Ｇ）， Ｅ．Ｓｐｉｌｌｃｒ ＳＰＩＥ５ ｖｏ１．５６３．３８７（１９８５））。その中で、水
晶振動子法は先に述べたように、多層膜を形成する場合
には膜厚誤差が累積されるという欠点がある。また、温
度変化に対して不安定であり高融点金属の蒸着等には適
さない。一方、ｉ１１．色測光法は膜厚誤差が累積され
ることなく、温度変化に対しでも非常に安定である。さ
らに、実際に反射鏡で使用される波長及び入射角で測定
を行うので、膜厚測定と同時に反射率等の反射鏡の特性
も測定できる長所があり、Ｘ線反射鏡形成に非常に有効
な手段である。
この単色測光法とは、膜形成系内（例えば蒸着装置内）
に単色測光系を設け、光学的に透明な薄膜の反射又は透
過率の極値を検出して膜形成を停止することにより、λ
／４膜，３λ／４膜等が得られるというものである。原
理的構成を第４図に示す。被処理基板４２の下面に蒸着
源４６から原料蒸気が供給され、これにより基板４２の
下面に薄膜４３が堆積されているものとする。単色光源
４０からの光４１は基板４２６ に対して斜めから照射され、その反射光は受光器４４で
検出される。受光器４４の出力は、波形メモリ４５に供
給され記憶される。そして、この波形メモリ４５の記憶
内容に裁づいて薄膜４３の膜厚が測定されるものとなっ
ている。
に単色測光系を設け、光学的に透明な薄膜の反射又は透
過率の極値を検出して膜形成を停止することにより、λ
／４膜，３λ／４膜等が得られるというものである。原
理的構成を第４図に示す。被処理基板４２の下面に蒸着
源４６から原料蒸気が供給され、これにより基板４２の
下面に薄膜４３が堆積されているものとする。単色光源
４０からの光４１は基板４２６ に対して斜めから照射され、その反射光は受光器４４で
検出される。受光器４４の出力は、波形メモリ４５に供
給され記憶される。そして、この波形メモリ４５の記憶
内容に裁づいて薄膜４３の膜厚が測定されるものとなっ
ている。
Ｘ線多層膜の場合、λ／４層の積み重ねになり、測光す
る波長もＸ線である。第５図に、シリコン基板上に形成
したタングステン膜の波長４４．７入（ Ｃ − Ｋα
）のＸ線の反射率変化を示す。
る波長もＸ線である。第５図に、シリコン基板上に形成
したタングステン膜の波長４４．７入（ Ｃ − Ｋα
）のＸ線の反射率変化を示す。
膜厚が地加するにつれ、反射強度がサインカーブを描い
て変化するのが判る。この強度な化の極値で膜形成を止
めることにより、λ／４膜（この場合膜厚２００入）を
得ることができる。
て変化するのが判る。この強度な化の極値で膜形成を止
めることにより、λ／４膜（この場合膜厚２００入）を
得ることができる。
なお、反射強度のピークは、膜の題折率をｎ，膜厚をｄ
２人射角度をθ，入射光の波長をＡとするとき、 ２ｎｄｃｏｓθ：ｍＡ （ｍは正の整数）のとき得られ
る。
２人射角度をθ，入射光の波長をＡとするとき、 ２ｎｄｃｏｓθ：ｍＡ （ｍは正の整数）のとき得られ
る。
しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、膜形成中に反射光強度の極値を極値と
して精度良く検出するのは非常に困難であり、極値検出
して膜形成を止めても必ず多めの膜厚となる。２色ｆｌ
ｌｌ光法はこの１１ｊ，色測光法の誤差を少なくした方
法であるが、前述したようにＸ線の波長領域では、測光
に使用できる適当な２色の波長を得ることが不可能であ
る。
があった。即ち、膜形成中に反射光強度の極値を極値と
して精度良く検出するのは非常に困難であり、極値検出
して膜形成を止めても必ず多めの膜厚となる。２色ｆｌ
ｌｌ光法はこの１１ｊ，色測光法の誤差を少なくした方
法であるが、前述したようにＸ線の波長領域では、測光
に使用できる適当な２色の波長を得ることが不可能であ
る。
（発明が解決しようとする課題）
このように、Ｘ線反射鏡に用いる多層膜形成や反射肋止
膜の形成等の光学薄膜の形成における膜厚測定方法とし
て非′Ｊ：９にＨ効であるのが、膜形成中に形成してい
る光学薄膜の光学的特性（反射率等）を同時に測定でき
る単色測光法と２色測光法である。さらに、Ｘ線等の適
当なフィルターの存在しない波長領域では、２色測光法
は使用できず、単色測光法のみが有効な膜厚測定法とし
て使用される。しかしながら、単色測光法は膜厚制御の
精度が前述した通り原理上悪く、必ず多めの膜厚となる
ことが問題となっていた。
膜の形成等の光学薄膜の形成における膜厚測定方法とし
て非′Ｊ：９にＨ効であるのが、膜形成中に形成してい
る光学薄膜の光学的特性（反射率等）を同時に測定でき
る単色測光法と２色測光法である。さらに、Ｘ線等の適
当なフィルターの存在しない波長領域では、２色測光法
は使用できず、単色測光法のみが有効な膜厚測定法とし
て使用される。しかしながら、単色測光法は膜厚制御の
精度が前述した通り原理上悪く、必ず多めの膜厚となる
ことが問題となっていた。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その１
」的とするところは、弔色測光法を用いて形成中の光学
薄膜の膜ｊ￥゛を測定することができ、口つ高精度の膜
厚測定を可能とした膜厚７１１１定方法を提供すること
にある。
」的とするところは、弔色測光法を用いて形成中の光学
薄膜の膜ｊ￥゛を測定することができ、口つ高精度の膜
厚測定を可能とした膜厚７１１１定方法を提供すること
にある。
また、本発明の他の目的は、上記方法を実施するための
膜厚測定装置、さらに高精度の阪厚制御を可能とした膜
形成装置を提供することにある。
膜厚測定装置、さらに高精度の阪厚制御を可能とした膜
形成装置を提供することにある。
［発明の構或］
（課題を解決するための手段）
本発明の骨子は、単色測光法における７ｌｌｌ１光を１
つの波長と入射角の組合わせで行うのではなく、複数の
波長と入射角の組合わせで同時に測光を行い、膜厚測定
の精度を向上させることにある。
つの波長と入射角の組合わせで行うのではなく、複数の
波長と入射角の組合わせで同時に測光を行い、膜厚測定
の精度を向上させることにある。
即ち本発明は、薄膜形成に供される基板に電磁波を入射
させ、その反射強度の極値から形成中の薄膜の厚さを７
１１１１定する股厚ｉ’ｌｌｌｌ定法において、前記話
板に同ＩＩ．７に２種類以上の波長と入対角の９ 組合わせの電磁波を人躬させ、入射させる電磁波の波長
を八，入射角をθとして Ｄ−Ａ−’ｅｏｓθと定義したとき、測定すべき膜厚値
で最初の極値が得られる波長と人１Ｊ角の組合わせのＤ
の値をＤＡと、他の電磁波のＤの値がＤＡの整数倍とな
るような入射角と波長を用いるようにした方法である。
させ、その反射強度の極値から形成中の薄膜の厚さを７
１１１１定する股厚ｉ’ｌｌｌｌ定法において、前記話
板に同ＩＩ．７に２種類以上の波長と入対角の９ 組合わせの電磁波を人躬させ、入射させる電磁波の波長
を八，入射角をθとして Ｄ−Ａ−’ｅｏｓθと定義したとき、測定すべき膜厚値
で最初の極値が得られる波長と人１Ｊ角の組合わせのＤ
の値をＤＡと、他の電磁波のＤの値がＤＡの整数倍とな
るような入射角と波長を用いるようにした方法である。
また本発明は、薄膜形成に供される基板に電磁波を照射
する少なくとも２つの単波長放射源と、基板からの反射
波を独立に検出する受波器と、これらの受波器で得られ
る反射波強度の極値から基板に形成される薄膜の膜厚を
測定する手段とを具備した膜厚測定装置であって、前記
基板に照射する電磁波の波長をΛ、入射角をθとしてＤ
＝Λ−１ｃｏｓθと定義したとき、前記単波長放射源の
一つを測定すべき膜厚値で最初の極値が得られる波長と
入射角の組合わせのＤの値ＤＡに設定し、他の単波長放
対源のＤの値がＤＡの整数倍となるような入射角と波長
に設定するようにしたものである。
する少なくとも２つの単波長放射源と、基板からの反射
波を独立に検出する受波器と、これらの受波器で得られ
る反射波強度の極値から基板に形成される薄膜の膜厚を
測定する手段とを具備した膜厚測定装置であって、前記
基板に照射する電磁波の波長をΛ、入射角をθとしてＤ
＝Λ−１ｃｏｓθと定義したとき、前記単波長放射源の
一つを測定すべき膜厚値で最初の極値が得られる波長と
入射角の組合わせのＤの値ＤＡに設定し、他の単波長放
対源のＤの値がＤＡの整数倍となるような入射角と波長
に設定するようにしたものである。
１０
さらに本発明は、膜形成に供される基板を収容したチャ
ンバと、基板の表面に膜形成刊料を供給する手段とから
なる膜形成装置に、上記膜厚測定装置を組み込むように
したものである。
ンバと、基板の表面に膜形成刊料を供給する手段とから
なる膜形成装置に、上記膜厚測定装置を組み込むように
したものである。
（作用）
本発明によれば、一つの測光系で得られる反射率変化は
第６図に１点鎖線で示す如くなり、この測光系にχ・１
しＤの値が例えば５倍（周期が５分の１）である他の測
光系で得られる反射串変化は同図に実線で示す如くなる
。
第６図に１点鎖線で示す如くなり、この測光系にχ・１
しＤの値が例えば５倍（周期が５分の１）である他の測
光系で得られる反射串変化は同図に実線で示す如くなる
。
１点鎖線と実線とを比較すると、１点鎖線で示す曲線の
最初の極値（λ／４）に相当する膜厚は、火線で示す曲
線の３つ目の極値に相当する膜厚と一致する。従って、
従来法ではλ／４膜を形成するのに、第６図に１点鎖線
で示す曲線から、反射率の最初の極値を検出しなければ
ならなかったものが、膜厚変化に対する反射率変化の周
期が短い実線で示す曲線の３つ目の極値から検出するこ
とができ、これにより膜厚測定の精度を向上させること
が可能となる。ここ１１ で、実線で示す曲線のみから３つ目の反射率の極値を検
出するのは、極値をカウントする必要があり、その回路
構戊が複雑になる。１点鎖線及び′実線の２つの曲線を
用いることにより、１点鎖線の極値を大線の極値から容
易に求めることができるのである。なお、１点鎖線の２
つ目以降の極値に相当する膜厚は、２つ目の極値（３λ
／４）が実線の８つ目、３つ目の極値が丈線の１３個目
というように、１点鎖線のある也値から次の極値が得ら
れるまでに、実線では５つの極値が存在することになる
。
最初の極値（λ／４）に相当する膜厚は、火線で示す曲
線の３つ目の極値に相当する膜厚と一致する。従って、
従来法ではλ／４膜を形成するのに、第６図に１点鎖線
で示す曲線から、反射率の最初の極値を検出しなければ
ならなかったものが、膜厚変化に対する反射率変化の周
期が短い実線で示す曲線の３つ目の極値から検出するこ
とができ、これにより膜厚測定の精度を向上させること
が可能となる。ここ１１ で、実線で示す曲線のみから３つ目の反射率の極値を検
出するのは、極値をカウントする必要があり、その回路
構戊が複雑になる。１点鎖線及び′実線の２つの曲線を
用いることにより、１点鎖線の極値を大線の極値から容
易に求めることができるのである。なお、１点鎖線の２
つ目以降の極値に相当する膜厚は、２つ目の極値（３λ
／４）が実線の８つ目、３つ目の極値が丈線の１３個目
というように、１点鎖線のある也値から次の極値が得ら
れるまでに、実線では５つの極値が存在することになる
。
（実施例）
以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第１図は本発明の一実施例に係わる膜形成装置を示す概
略構或図である。この装置は電子ビーム蒸着装置と単色
測光法による膜厚測定装置とを組み合わせたものである
。
略構或図である。この装置は電子ビーム蒸着装置と単色
測光法による膜厚測定装置とを組み合わせたものである
。
電子ビーム蒸着装置は、被処理基板１４を収容するチャ
ンバ１５、チャンバ１５内を真空排１ ２ 気ずる真空ポンブ１８，蒸省源１９及び恭着蝕１９に電
子ビームを照射する電子ビームガン（図示せず）等から
なる。そして、蒸着源１つから電子ビームの照射により
蒸着物質が放出され、これが基板］４の下面に到達して
堆積膜１３を形戊するものとなっている。
ンバ１５、チャンバ１５内を真空排１ ２ 気ずる真空ポンブ１８，蒸省源１９及び恭着蝕１９に電
子ビームを照射する電子ビームガン（図示せず）等から
なる。そして、蒸着源１つから電子ビームの照射により
蒸着物質が放出され、これが基板］４の下面に到達して
堆積膜１３を形戊するものとなっている。
膜厚測定装置としては、ｆｆｌｌｌ光系を２つ設けた。
即ち、基板１４に対し斜め方向から単色光を照均・１す
る電子線励起型の２つの特性Ｘ線源１１ａ，１ｌｂを設
けると共に、基板１４からの各反射光を独立に検出する
比例係数管を用いた２つのＸ線検出器１６ａ，１６ｂを
設けた。これらＸ線源１１ａ，ｌｌｂ及びＸ線検出器１
６ａ１６ｂは、基板１４に対してその角度を変化させる
ことが６１能な構造になっている。つまり、Ｘ線の入射
角を変化させることが可能になっている。また、Ｘ線検
出器１６ａ，１６ｂの各検出出力は波形メモリ１７に記
憶され、この記憶内容により膜形成動作が制御されるも
のとなっている。
る電子線励起型の２つの特性Ｘ線源１１ａ，１ｌｂを設
けると共に、基板１４からの各反射光を独立に検出する
比例係数管を用いた２つのＸ線検出器１６ａ，１６ｂを
設けた。これらＸ線源１１ａ，ｌｌｂ及びＸ線検出器１
６ａ１６ｂは、基板１４に対してその角度を変化させる
ことが６１能な構造になっている。つまり、Ｘ線の入射
角を変化させることが可能になっている。また、Ｘ線検
出器１６ａ，１６ｂの各検出出力は波形メモリ１７に記
憶され、この記憶内容により膜形成動作が制御されるも
のとなっている。
１３
次に、この装置を用いた膜形成方法について説明する。
波長４４．７λ（Ｃ−Ｋα）、入１１１４角８５度で最
も高い反射率を得ることができるタングステン（Ｗ）と
シリコン（Ｓｔ）を用いたＸ線多層膜反射鏡をシリコン
基板上に形成した。
も高い反射率を得ることができるタングステン（Ｗ）と
シリコン（Ｓｔ）を用いたＸ線多層膜反射鏡をシリコン
基板上に形成した。
１層の厚さは、Ｗは１３９λ，Ｓｉは２００入となる。
まず、比較のために、２つの測光系のうちの１つを使用
して、従来法であるｌｊ色ＡＩＩＩ光法を用いてＸ線多
層膜反射鏡を形成した場合を示す。
して、従来法であるｌｊ色ＡＩＩＩ光法を用いてＸ線多
層膜反射鏡を形成した場合を示す。
測光系は当然のことながら反射鏡で使用される波長と入
射角で行った。このときの反射率変化の結果を第２図（
ａ）に示す。最初の極値が現れる毎に蒸着を停止し、次
の膜物質を蒸着した。
射角で行った。このときの反射率変化の結果を第２図（
ａ）に示す。最初の極値が現れる毎に蒸着を停止し、次
の膜物質を蒸着した。
層数が増加するにつれ反射率が増加し、ＩＯ層目でその
増加が止まっているのが判る。また、その反射率は、１
５％であった。また、反射率変化の極値付近を詳しく見
るために２〜４層目の反射率を拡大して表示した第２図
（ｂ）から極値を過ぎてから蒸着を止めているのが判る
。平均し１４ てｌＯ入程度多く蒸着していた。これは、極値を過ぎて
からでないと極値を極値として検出できないために発生
した誤差である。つまり、捉来法である！１１色測光法
の問題点である。
増加が止まっているのが判る。また、その反射率は、１
５％であった。また、反射率変化の極値付近を詳しく見
るために２〜４層目の反射率を拡大して表示した第２図
（ｂ）から極値を過ぎてから蒸着を止めているのが判る
。平均し１４ てｌＯ入程度多く蒸着していた。これは、極値を過ぎて
からでないと極値を極値として検出できないために発生
した誤差である。つまり、捉来法である！１１色測光法
の問題点である。
次に、同じ多層膜を本発明である２つの測光系を用いて
、間時に２棟類の波長と入射角の組合わせで膜厚測定を
行い形成した場合を示す。
、間時に２棟類の波長と入射角の組合わせで膜厚測定を
行い形成した場合を示す。
ここで、膜の屈折早をｎ，膜厚をｄ，入射角度をθ，入
射光波長をＡとすると、 ２ｎｄｃｏｓθ＝ｍＡ（ｍは正の整数）で検出信号に極
値が現れる。この式から、となり、測光系Ａに対し測光
系Ｂの（ Ａ ／ｅｏｓθ）をｌ／３にすると測光系Ｂ
の３番口の極値かｉ５１１１光系Ａの最初の極値と一致
し、（Ａ／ｃｏｓθ）を１／５にするとΔ１り光系Ｂの
５番目の極値がｍｌｌ光系Ａの最初の極値と一致する。
射光波長をＡとすると、 ２ｎｄｃｏｓθ＝ｍＡ（ｍは正の整数）で検出信号に極
値が現れる。この式から、となり、測光系Ａに対し測光
系Ｂの（ Ａ ／ｅｏｓθ）をｌ／３にすると測光系Ｂ
の３番口の極値かｉ５１１１光系Ａの最初の極値と一致
し、（Ａ／ｃｏｓθ）を１／５にするとΔ１り光系Ｂの
５番目の極値がｍｌｌ光系Ａの最初の極値と一致する。
つまり、
Ｄ＝Λ− ｃｏｓθ
と定義し、最初の極値がｉ’ｌｌｌ定ずべき膜厚となる
１５ 測光系ＡのＤの値をＤＡとすると、測光系ＢのＤの値を
ＤＡの整数倍にすれば、測光系Ｂの複数番目の極値を測
光系Ａの最初の極値に一致させることができる。本実施
例では、１つの波長と入射角の組合わせ（測光系Ａ）は
、反射鏡で実際に使用される波長４４．７入、入射角８
５度であり、Ｄの値は１ｃｏｓθ＝ １．９５Ｘ １０
−３である。
１５ 測光系ＡのＤの値をＤＡとすると、測光系ＢのＤの値を
ＤＡの整数倍にすれば、測光系Ｂの複数番目の極値を測
光系Ａの最初の極値に一致させることができる。本実施
例では、１つの波長と入射角の組合わせ（測光系Ａ）は
、反射鏡で実際に使用される波長４４．７入、入射角８
５度であり、Ｄの値は１ｃｏｓθ＝ １．９５Ｘ １０
−３である。
２つ目はこのＤの値の整数倍のＤ値を有した波長と入射
角の組合わせとするので、それぞれの値を適当に選べば
よい。今同の場合、波長は同じ４４．７入とし、入射角
を６４度として５倍のＤ値を有した波長と入射角の組合
わせ（ ７ＴｌｌＩ光系Ｂ）とした。
角の組合わせとするので、それぞれの値を適当に選べば
よい。今同の場合、波長は同じ４４．７入とし、入射角
を６４度として５倍のＤ値を有した波長と入射角の組合
わせ（ ７ＴｌｌＩ光系Ｂ）とした。
δＩｌ１光系Ａの反射率変化を第３図（ａ）に示す。
また、ａｌｌｊ光系Ａ及びδＩｌ１光系Ｂの反射率変化
を２〜４層目の間で示したのが第３図（ｂ）である。
を２〜４層目の間で示したのが第３図（ｂ）である。
第３図（ｂ）から、測光系Ｂが測光系Ａの丁度５分の１
の周期で変化しているのが判る。つまり、測光系Ｂの反
射率変化は膜厚増加に対して測光系八より敏感であり、
この測光系Ｂの極値で蒸１６ 着を止めることにより、より精度良く膜厚を制御するこ
とが可能となる。第３図（ｂ）のＡＩＩＩ光系Ａの極値
付近を詳しく見ると、ほぼ極値で蒸着を止めるのに成功
しているのが判る。約２入以内の誤差である。単色測光
法の場合が１０入程度の誤差を有していたのと比較する
と、格段に膜厚制御の精度が向上した。測光系Ａでも同
時に測定する意味は、；ｌｌｌｌ光系Ａで実際に反射鏡
に使用される波長と入射角での反８・１率が゛１′リる
ために、反射鏡としての特性を形成中にｆｌｌｌｌ定で
きる利点があることと、さらに、層数が増加すると４Ｉ
ｌｊ光系２だけでは、反射率の極値の数が膨大になり目
的としている膜厚の極値の認識が難しくなるためである
。
の周期で変化しているのが判る。つまり、測光系Ｂの反
射率変化は膜厚増加に対して測光系八より敏感であり、
この測光系Ｂの極値で蒸１６ 着を止めることにより、より精度良く膜厚を制御するこ
とが可能となる。第３図（ｂ）のＡＩＩＩ光系Ａの極値
付近を詳しく見ると、ほぼ極値で蒸着を止めるのに成功
しているのが判る。約２入以内の誤差である。単色測光
法の場合が１０入程度の誤差を有していたのと比較する
と、格段に膜厚制御の精度が向上した。測光系Ａでも同
時に測定する意味は、；ｌｌｌｌ光系Ａで実際に反射鏡
に使用される波長と入射角での反８・１率が゛１′リる
ために、反射鏡としての特性を形成中にｆｌｌｌｌ定で
きる利点があることと、さらに、層数が増加すると４Ｉ
ｌｊ光系２だけでは、反射率の極値の数が膨大になり目
的としている膜厚の極値の認識が難しくなるためである
。
第３図（ａ）の測光系Ａの反射早変化から８層で最高の
反射率２８％を得ていることが判る。この値は、単色測
光法により膜厚測定を行った場合より、少ない層数で、
しかもより高い反１・１率を得たことを示しており、膜
厚制御の高精度化の結果である。
反射率２８％を得ていることが判る。この値は、単色測
光法により膜厚測定を行った場合より、少ない層数で、
しかもより高い反１・１率を得たことを示しており、膜
厚制御の高精度化の結果である。
１７
かくして本実施例によれば、２つの測光系を用い、一方
の測光系におけるＤ （＝Λ ’ ｃｏｓθ）の値を
ＤＡとし、他方のｉｌｌｌｌ光系のＤの値をＤＡの整数
倍に設定することにより、形成中の光学薄膜の膜厚を高
精度に測定することができる。
の測光系におけるＤ （＝Λ ’ ｃｏｓθ）の値を
ＤＡとし、他方のｉｌｌｌｌ光系のＤの値をＤＡの整数
倍に設定することにより、形成中の光学薄膜の膜厚を高
精度に測定することができる。
そして、この測定に基づいて蒸着操作を制御することに
より、基板上に形成される薄膜の膜厚を高精度に設定す
ることができる。従ってＸ線多層膜反射鏡等を精度よく
丈現することができ、その有用性は絶大である。しかも
、Ｄ−ＤＡの測光系では実際に反射鏡に使用される波長
と入射角を設定しているので、反射鏡としての特性を膜
形戊中に測定できる利点がある。
より、基板上に形成される薄膜の膜厚を高精度に設定す
ることができる。従ってＸ線多層膜反射鏡等を精度よく
丈現することができ、その有用性は絶大である。しかも
、Ｄ−ＤＡの測光系では実際に反射鏡に使用される波長
と入射角を設定しているので、反射鏡としての特性を膜
形戊中に測定できる利点がある。
なお、本発明は上述した丈施例に眼定されるものではな
い。実施例では、測光系の波長がＸ線であったが、形成
する薄膜の特性にあった波長を選択すればよく、Ｘ線に
限るものではない。
い。実施例では、測光系の波長がＸ線であったが、形成
する薄膜の特性にあった波長を選択すればよく、Ｘ線に
限るものではない。
また、２つの測光系における波長Ａと入射角θの組合わ
せＤ （＝Λ−’ ｃｏｓθ）は一方が他方の５倍とな
るように定めたが、形成する膜物質，１８ 膜厚等に応じて適当な整数倍にすればよい。さらに、２
つのｉｉｌｌｌ光系て膜厚ｉ１１ｌ１定を行ったが、よ
り精度を上げるためには３つ以上のａｐ＋光系で同時に
測定することも考えられる。
せＤ （＝Λ−’ ｃｏｓθ）は一方が他方の５倍とな
るように定めたが、形成する膜物質，１８ 膜厚等に応じて適当な整数倍にすればよい。さらに、２
つのｉｉｌｌｌ光系て膜厚ｉ１１ｌ１定を行ったが、よ
り精度を上げるためには３つ以上のａｐ＋光系で同時に
測定することも考えられる。
膜形成には電子ビーム蒸着装置を用いたか、測光系が設
置可能な膜形成装置ならば、他の方法の膜形成装置ても
よい。また、形成する膜も多層膜反射鏡に限ったもので
はなく、他の目的を有した例えば反射防止膜や全く光学
に関連のない薄膜形成にも用いることも可能である。そ
の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して
実施することができる。
置可能な膜形成装置ならば、他の方法の膜形成装置ても
よい。また、形成する膜も多層膜反射鏡に限ったもので
はなく、他の目的を有した例えば反射防止膜や全く光学
に関連のない薄膜形成にも用いることも可能である。そ
の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して
実施することができる。
［発明の効果コ
以上詳述したように本発明によれば、！１１一色測光法
における測光を１つの波長と入射角の組合わせで行うの
ではなく、複数の波長と入射角の組合わせで同時に測光
を行うことにより、形成中の光学薄膜の膜厚を測定する
ことができ、且つ高精度の膜厚測定が可能となる。また
、これを膜厚形成に適用すれば、高精度の膜厚制御を１
９ 可能とした膜形成装置を実現することが可能となる。
における測光を１つの波長と入射角の組合わせで行うの
ではなく、複数の波長と入射角の組合わせで同時に測光
を行うことにより、形成中の光学薄膜の膜厚を測定する
ことができ、且つ高精度の膜厚測定が可能となる。また
、これを膜厚形成に適用すれば、高精度の膜厚制御を１
９ 可能とした膜形成装置を実現することが可能となる。
第１図は本発明の一大施例に係わる膜形成装置を示す概
略横成図、第２図は単色δＩＩ光系の一方を用いて膜厚
測定を行ったときの反射率変化を示す特性図、第３図は
単色測光系の両方を用いて膜厚測定を行ったときの反射
率変化を示す特性図、第４図及び第５図は促来の問題点
を説明するためのもので、第４図は０１色測光法の基本
原理を示す図、第５図は！１１色測光法を用いた場合の
シリコン基板上に形成したタングステン膜の波長４４，
７入の反射率変化を示す図、第６図は本発明の作用を説
明するためのものでＤの値が１倍である測光系と５倍で
ある測光系の反射率変化を示す図である。 １ １ ａ， １ １ ｂ−Ｘ線源、 １３・・・薄膜、 １４・・被処理基板、 １５・・・チャンバ、 ２０ ６ａ，１６ｂ−＝Ｘ線検出器、 ７・・・波形メモリ、 ８・・・真空ポンプ、 ９・・・蒸着源、
略横成図、第２図は単色δＩＩ光系の一方を用いて膜厚
測定を行ったときの反射率変化を示す特性図、第３図は
単色測光系の両方を用いて膜厚測定を行ったときの反射
率変化を示す特性図、第４図及び第５図は促来の問題点
を説明するためのもので、第４図は０１色測光法の基本
原理を示す図、第５図は！１１色測光法を用いた場合の
シリコン基板上に形成したタングステン膜の波長４４，
７入の反射率変化を示す図、第６図は本発明の作用を説
明するためのものでＤの値が１倍である測光系と５倍で
ある測光系の反射率変化を示す図である。 １ １ ａ， １ １ ｂ−Ｘ線源、 １３・・・薄膜、 １４・・被処理基板、 １５・・・チャンバ、 ２０ ６ａ，１６ｂ−＝Ｘ線検出器、 ７・・・波形メモリ、 ８・・・真空ポンプ、 ９・・・蒸着源、
Claims (3)
- （１）薄膜形成に供される基板に電磁波を入射させ、そ
の反射強度の極値から形成中の薄膜の厚さを測定する膜
厚測定方法において、 前記基板に同時に２種類以上の波長と入射角の組合わせ
の電磁波を入射させ、入射させる電磁波の波長をΛ、入
射角をθとして Ｄ＝Λ＾−＾１ｃｏｓθと定義したとき、測定すべき膜
厚値で最初の極値が得られる波長と入射角の組合わせの
Ｄの値をＤ＿Λとし、他の電磁波のＤの値がＤ＿Λの整
数倍となるような入射角と波長を用いることを特徴とす
る膜厚測定方法。 - （２）薄膜形成に供される基板に電磁波を照射する少な
くとも２つの単波長放射源と、前記基板からの各反射波
を独立に検出する受波器と、これらの受波器で得られる
反射波強度の極値から前記基板に形成される薄膜の膜厚
を測定する手段とを具備し、 前記基板に照射する電磁波の波長をΛ、入射角をθとし
てＤ＝Λ＾−＾１ｃｏｓθと定義したとき、前記単波長
放射源の一つを測定すべき膜厚値で最初の極値が得られ
る波長と入射角の組合わせのＤの値Ｄ＿Λに設定し、他
の単波長放射源のＤの値がＤ＿Λの整数倍となるような
入射角と波長に設定してなることを特徴とする膜厚測定
装置。 - （３）膜形成に供される基板を収容したチャンバと、前
記基板の表面に膜形成材料を供給する手段と、前記基板
の表面に電磁波を照射する少なくとも２つの単波長放射
源と、前記基板からの各反射波を独立に検出する受波器
と、これらの受波器で得られる反射波強度の極値に基づ
き膜形成操作を停止又は形成膜種を変える手段とを備え
た膜形成装置であって、 前記基板に照射する電磁波の波長をΛ、入射角をθとし
てＤ＝Λ＾−＾１ｃｏｓθと定義したとき、前記単波長
放射源の一つを測定すべき膜厚値で最初の極値が得られ
る波長と入射角の組合わせのＤの値Ｄ＿Λに設定し、他
の単波長放射源のＤの値がＤ＿Λの整数倍となるような
入射角と波長に設定してなることを特徴とする膜形成装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23064389A JPH0394104A (ja) | 1989-09-06 | 1989-09-06 | 膜厚測定方法と膜厚測定装置及びこれを用いた膜形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23064389A JPH0394104A (ja) | 1989-09-06 | 1989-09-06 | 膜厚測定方法と膜厚測定装置及びこれを用いた膜形成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0394104A true JPH0394104A (ja) | 1991-04-18 |
Family
ID=16911005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23064389A Pending JPH0394104A (ja) | 1989-09-06 | 1989-09-06 | 膜厚測定方法と膜厚測定装置及びこれを用いた膜形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0394104A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0674910U (ja) * | 1993-03-30 | 1994-10-21 | 三菱重工業株式会社 | 蒸着膜厚測定装置 |
| WO1999056116A1 (fr) * | 1998-04-29 | 1999-11-04 | Alexandr Mikhailovich Baranov | Procede de controle des parametres de surfaces et de revetements de type film mince en temps reel et dispositif de mise en oeuvre de ce procede |
| WO2001096841A3 (en) * | 2000-06-14 | 2002-05-10 | European Community | X-ray reflectivity apparatus and method |
| JP2008101849A (ja) * | 2006-10-19 | 2008-05-01 | Ntt Facilities Inc | 空調ダクト及び空調ダクトシステム |
| CN113518691A (zh) * | 2019-02-07 | 2021-10-19 | 应用材料公司 | 使用色彩计量进行的基板的厚度测量 |
| US11557048B2 (en) | 2015-11-16 | 2023-01-17 | Applied Materials, Inc. | Thickness measurement of substrate using color metrology |
| US11715193B2 (en) | 2015-11-16 | 2023-08-01 | Applied Materials, Inc. | Color imaging for CMP monitoring |
| US11776109B2 (en) | 2019-02-07 | 2023-10-03 | Applied Materials, Inc. | Thickness measurement of substrate using color metrology |
-
1989
- 1989-09-06 JP JP23064389A patent/JPH0394104A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0674910U (ja) * | 1993-03-30 | 1994-10-21 | 三菱重工業株式会社 | 蒸着膜厚測定装置 |
| WO1999056116A1 (fr) * | 1998-04-29 | 1999-11-04 | Alexandr Mikhailovich Baranov | Procede de controle des parametres de surfaces et de revetements de type film mince en temps reel et dispositif de mise en oeuvre de ce procede |
| WO2001096841A3 (en) * | 2000-06-14 | 2002-05-10 | European Community | X-ray reflectivity apparatus and method |
| JP2008101849A (ja) * | 2006-10-19 | 2008-05-01 | Ntt Facilities Inc | 空調ダクト及び空調ダクトシステム |
| US11557048B2 (en) | 2015-11-16 | 2023-01-17 | Applied Materials, Inc. | Thickness measurement of substrate using color metrology |
| US11715193B2 (en) | 2015-11-16 | 2023-08-01 | Applied Materials, Inc. | Color imaging for CMP monitoring |
| CN113518691A (zh) * | 2019-02-07 | 2021-10-19 | 应用材料公司 | 使用色彩计量进行的基板的厚度测量 |
| JP2022519628A (ja) * | 2019-02-07 | 2022-03-24 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 色計測を用いた基板の厚さ測定 |
| US11776109B2 (en) | 2019-02-07 | 2023-10-03 | Applied Materials, Inc. | Thickness measurement of substrate using color metrology |
| CN113518691B (zh) * | 2019-02-07 | 2024-03-08 | 应用材料公司 | 使用色彩计量进行的基板的厚度测量 |
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