JPH04340407A - Ｘ線による表面粗さ測定法 - Google Patents
Ｘ線による表面粗さ測定法Info
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- JPH04340407A JPH04340407A JP11273391A JP11273391A JPH04340407A JP H04340407 A JPH04340407 A JP H04340407A JP 11273391 A JP11273391 A JP 11273391A JP 11273391 A JP11273391 A JP 11273391A JP H04340407 A JPH04340407 A JP H04340407A
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- Japan
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- rays
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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。
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体基板などの表面粗
さを測定する方法及び装置に関わり、特に、素子特性に
影響が及ぶが可視光による検出は不可能な程度に微細な
表面凹凸の検出方法及び装置に関わる。
さを測定する方法及び装置に関わり、特に、素子特性に
影響が及ぶが可視光による検出は不可能な程度に微細な
表面凹凸の検出方法及び装置に関わる。
【０００２】半導体装置の製造工程で、化学的気相成長
（ＣＶＤ）や物理的気相成長（ＰＶＤ）によって種々の
皮膜を形成し、或いはエピタキシャル成長させる処理は
不可欠である。これ等の成長層の表面は平滑な外見を持
つのが通常であり、金属層や半導体層では鏡面を呈する
ことになる。
（ＣＶＤ）や物理的気相成長（ＰＶＤ）によって種々の
皮膜を形成し、或いはエピタキシャル成長させる処理は
不可欠である。これ等の成長層の表面は平滑な外見を持
つのが通常であり、金属層や半導体層では鏡面を呈する
ことになる。
【０００３】従来から、このように鏡面に仕上がるべき
表面に曇りなどの異常が見られれば、それは成長工程に
エラーがあったものであり、良好な成長層ではないと判
断されて来た。事実そのような半導体基板を用いて固体
素子を形成しても、特性の良好な素子は得難く、歩留ま
りは極端に低いものとなる。
表面に曇りなどの異常が見られれば、それは成長工程に
エラーがあったものであり、良好な成長層ではないと判
断されて来た。事実そのような半導体基板を用いて固体
素子を形成しても、特性の良好な素子は得難く、歩留ま
りは極端に低いものとなる。
【０００４】半導体素子の微細化が今日ほど進んでいな
かった頃は、目視により鏡面と判断される程度に平滑度
であれば十分であったが、素子の微細化が進み、素子構
成層も薄くなるに伴って、目視では検知し得ない程度の
微細な凹凸でも素子特性に影響を及ぼすようになってき
た。
かった頃は、目視により鏡面と判断される程度に平滑度
であれば十分であったが、素子の微細化が進み、素子構
成層も薄くなるに伴って、目視では検知し得ない程度の
微細な凹凸でも素子特性に影響を及ぼすようになってき
た。
【０００５】今日ではＣＶＤ，ＰＶＤなどの技術が進歩
し、目視レベルで鏡面と判定される程度に平坦な表面は
容易に得られるようになっているが、素子設計上要求さ
れるレベルで平滑であるか、を簡易に判定することが困
難な状況となっている。
し、目視レベルで鏡面と判定される程度に平坦な表面は
容易に得られるようになっているが、素子設計上要求さ
れるレベルで平滑であるか、を簡易に判定することが困
難な状況となっている。
【０００６】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】マクロに
は平坦である面の形状的な表面状態（モホロジー）を測
定する方法の一つは機械的接触を利用したタリ・ステッ
プによるもので、先端を微小半径に仕上げた探針を接触
させながら被測定面をなぞり、その際の探針の上下動を
電気的に計測するものである。この方法では、探針の先
端の半径ｒよりも細かい形状はトレースできないから、
解像度はｒで定まることになる。現在の技術ではｒは０
．１μｍ程度が限度であり、それより細かい凹凸はこの
方法では測定できない。
は平坦である面の形状的な表面状態（モホロジー）を測
定する方法の一つは機械的接触を利用したタリ・ステッ
プによるもので、先端を微小半径に仕上げた探針を接触
させながら被測定面をなぞり、その際の探針の上下動を
電気的に計測するものである。この方法では、探針の先
端の半径ｒよりも細かい形状はトレースできないから、
解像度はｒで定まることになる。現在の技術ではｒは０
．１μｍ程度が限度であり、それより細かい凹凸はこの
方法では測定できない。
【０００７】光学的なモホロジー測定としてはノマルス
キ顕微鏡（微分顕微鏡）による観察がある。この顕微鏡
は表面の傾斜を観察するには適しているが、平行面の段
差を識別することは困難であり、表面形状を定量的に評
価することも困難である。
キ顕微鏡（微分顕微鏡）による観察がある。この顕微鏡
は表面の傾斜を観察するには適しているが、平行面の段
差を識別することは困難であり、表面形状を定量的に評
価することも困難である。
【０００８】また、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による
表面形状の観察は高解像度であるが、被検体は導電性で
なければならないという制約があり、電子線照射の影響
によって形成済の素子の特性が変化するおそれもある。
表面形状の観察は高解像度であるが、被検体は導電性で
なければならないという制約があり、電子線照射の影響
によって形成済の素子の特性が変化するおそれもある。
【０００９】更に、最近トンネル顕微鏡によるモホロジ
ーの測定が試みられている。これは被検体から数十Åの
距離に近づけた探針に電圧を印加し、両者を相対的に移
動走査しながらトンネル電流を測定して表面形状を調べ
るものである。両者の隔たりが或る基準値より大であれ
ば電流は流れないが、両者がそれより近接すれば被検体
表面に拡がる電子雲と探針側の電子雲が連続することに
なってトンネル電流が流れる。即ち、基板表面が基準値
より突出しているか凹んでいるかが、これによって知ら
れるわけである。
ーの測定が試みられている。これは被検体から数十Åの
距離に近づけた探針に電圧を印加し、両者を相対的に移
動走査しながらトンネル電流を測定して表面形状を調べ
るものである。両者の隔たりが或る基準値より大であれ
ば電流は流れないが、両者がそれより近接すれば被検体
表面に拡がる電子雲と探針側の電子雲が連続することに
なってトンネル電流が流れる。即ち、基板表面が基準値
より突出しているか凹んでいるかが、これによって知ら
れるわけである。
【００１０】この現象を利用してモホロジー測定を行う
場合、トンネル電流の発生する高さを設定し、基板の所
定位置上方をＸ／Ｙ方向に走査することになるが、一度
の設定で走査し得る範囲は比較的狭く、例えば１０００
Å×１０００Åである。この領域を走査・測定するため
の所要時間は数分であり、次の領域を測定するために基
板を移動させることが必要であるから、現実の半導体ウ
エハのモホロジー測定には、非実用的な程度に長時間を
要することなる。
場合、トンネル電流の発生する高さを設定し、基板の所
定位置上方をＸ／Ｙ方向に走査することになるが、一度
の設定で走査し得る範囲は比較的狭く、例えば１０００
Å×１０００Åである。この領域を走査・測定するため
の所要時間は数分であり、次の領域を測定するために基
板を移動させることが必要であるから、現実の半導体ウ
エハのモホロジー測定には、非実用的な程度に長時間を
要することなる。
【００１１】かくの如く、従来技術によるモホロジー測
定には解像度が不十分であったり、所要時間が長すぎる
といった不満がある。本発明の目的は基板表面に存在す
る数十Å程度の凹凸を測定評価する方法を提供すること
であり、他の目的は短時間に測定し得て而も微細な凹凸
を正確に評価し得るモホロジー測定方法を提供すること
である。
定には解像度が不十分であったり、所要時間が長すぎる
といった不満がある。本発明の目的は基板表面に存在す
る数十Å程度の凹凸を測定評価する方法を提供すること
であり、他の目的は短時間に測定し得て而も微細な凹凸
を正確に評価し得るモホロジー測定方法を提供すること
である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明の表面粗さ測定法では、平滑な被検体表面に対
し全反射が生じる視斜角でＸ線束を照射して全反射光の
強度を測定し、該測定強度を、該被検体と同一物質から
成る理想平坦面からの全反射強度として理論的に求めら
れる強度と比較することにより該被検体表面の平坦度を
測定することが行われる。
、本発明の表面粗さ測定法では、平滑な被検体表面に対
し全反射が生じる視斜角でＸ線束を照射して全反射光の
強度を測定し、該測定強度を、該被検体と同一物質から
成る理想平坦面からの全反射強度として理論的に求めら
れる強度と比較することにより該被検体表面の平坦度を
測定することが行われる。
【００１３】また、上記測定を行うための表面粗さ測定
装置は、被検体表面に照射するＸ線束に平行に可視レー
ザ光を照射する機能を備え、被検体表面から反射したレ
ーザ光を検出することによりＸ線束の視斜角を設定し得
るように構成されている。
装置は、被検体表面に照射するＸ線束に平行に可視レー
ザ光を照射する機能を備え、被検体表面から反射したレ
ーザ光を検出することによりＸ線束の視斜角を設定し得
るように構成されている。
【００１４】更に上記表面粗さ測定装置は、Ｘ線束とレ
ーザ光を夫々の光路を一致させて被検体表面に照射する
機能を備え、被検体表面のレーザ光の照射位置によって
Ｘ線束の被検体表面に於ける照射位置を認識し得るよう
に構成されている。
ーザ光を夫々の光路を一致させて被検体表面に照射する
機能を備え、被検体表面のレーザ光の照射位置によって
Ｘ線束の被検体表面に於ける照射位置を認識し得るよう
に構成されている。
【００１５】
【作用】Ｘ線は透過力が強く、可視光線に見られるよう
な全反射は通常は起こらないが、比較的高密度の物質に
ごく浅い角度（視斜角）で入射した時には全反射が起こ
ることが知られている。図２はこの状況を模式的に示す
図であって、基板１に視斜角θで入射したＸ線２は、恰
も可視光線が鏡面で反射するように、全反射して反射Ｘ
線３となる。
な全反射は通常は起こらないが、比較的高密度の物質に
ごく浅い角度（視斜角）で入射した時には全反射が起こ
ることが知られている。図２はこの状況を模式的に示す
図であって、基板１に視斜角θで入射したＸ線２は、恰
も可視光線が鏡面で反射するように、全反射して反射Ｘ
線３となる。
【００１６】その際の反射率Ｒは表面粗さσに従って変
化し、両者の間には次記 （１）式の関係がある。なお
、σは表面の凹凸を長さで表現した量であって、ここで
取り扱うような微細形状では凹凸の高さと隣接間隔は比
較的狭い範囲に分布しており、１個の数値で代表させる
ことが可能である。
化し、両者の間には次記 （１）式の関係がある。なお
、σは表面の凹凸を長さで表現した量であって、ここで
取り扱うような微細形状では凹凸の高さと隣接間隔は比
較的狭い範囲に分布しており、１個の数値で代表させる
ことが可能である。
【００１７】
Ｒ＝Ｒ０ ×ｅｘｐ（−（４πσ・ｓｉｎθ／
λ）２） ───── （１）但し、Ｒ０ はベーテの
式で決まる理論反射率、θは視斜角、λはＸ線の波長参
考文献 ： ＨＡＮＤＢＯＯＫ ＯＦ ＳＹＮＣＨＲＯ
ＴＲＯＮ ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ， ＶＯＬ．１Ｂ， Ｐ
．１１０３ （ＮＯＲＴＨ−ＨＯＬＬＡＮＤ，１９８３
）被検体表面に全反射の起こる視斜角で特性Ｘ線を照射
し、その反射強度を計測すれば、（１）式からσが求め
られる。素子特性に影響は及ぶσの具体的数値は素子の
種類やサイズによって異なるが、経験的にその許容値を
知って弁別値を定め、σ値がこれを越えるものを不良と
して篩別することが可能となる。
λ）２） ───── （１）但し、Ｒ０ はベーテの
式で決まる理論反射率、θは視斜角、λはＸ線の波長参
考文献 ： ＨＡＮＤＢＯＯＫ ＯＦ ＳＹＮＣＨＲＯ
ＴＲＯＮ ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ， ＶＯＬ．１Ｂ， Ｐ
．１１０３ （ＮＯＲＴＨ−ＨＯＬＬＡＮＤ，１９８３
）被検体表面に全反射の起こる視斜角で特性Ｘ線を照射
し、その反射強度を計測すれば、（１）式からσが求め
られる。素子特性に影響は及ぶσの具体的数値は素子の
種類やサイズによって異なるが、経験的にその許容値を
知って弁別値を定め、σ値がこれを越えるものを不良と
して篩別することが可能となる。
【００１８】
【実施例】図１は本発明の実施例を模式的に示す斜視図
である。以下、この図面が参照される。
である。以下、この図面が参照される。
【００１９】本実施例で使用されるＸ線は銅の特性Ｘ線
Ｌα（λ＝３０Å）である。図示されない線源から放射
されたＸ線２を、例えばＳｉエピタキシャルウエハであ
る基板１の表面に視斜角θ＝１７ｍｒａｄで入射させる
。
Ｌα（λ＝３０Å）である。図示されない線源から放射
されたＸ線２を、例えばＳｉエピタキシャルウエハであ
る基板１の表面に視斜角θ＝１７ｍｒａｄで入射させる
。
【００２０】この視斜角を正しく合わせるため、実施例
の装置では別に用意したレーザ光源５から可視光を放射
し、ミラー６で反射させてその光路を前記Ｘ線の光路と
一致させる。この光路調整は基板を設置しない状態で、
ミラーを移動或いは回転させて行い、例えば蛍光板に照
射させて、Ｘ線照射位置とレーザ光照射位置が同一点と
なるように調整する。
の装置では別に用意したレーザ光源５から可視光を放射
し、ミラー６で反射させてその光路を前記Ｘ線の光路と
一致させる。この光路調整は基板を設置しない状態で、
ミラーを移動或いは回転させて行い、例えば蛍光板に照
射させて、Ｘ線照射位置とレーザ光照射位置が同一点と
なるように調整する。
【００２１】このようにしてミラーの位置や傾きが決ま
り、Ｘ線とレーザ光の光路が一致すれば、ステージに載
置された基板の傾きや位置を微調整してＸ線の入射光路
を所定の視斜角に合わせると共に照射位置を決める作業
が、Ｘ線の照射を停止した状態で行えるようになる。な
お、図の３は反射Ｘ線、４はＸ線検知器である。
り、Ｘ線とレーザ光の光路が一致すれば、ステージに載
置された基板の傾きや位置を微調整してＸ線の入射光路
を所定の視斜角に合わせると共に照射位置を決める作業
が、Ｘ線の照射を停止した状態で行えるようになる。な
お、図の３は反射Ｘ線、４はＸ線検知器である。
【００２２】基板表面にタングステン膜が形成されてい
る場合、該皮膜の前記σ値が３００Åであれば理論反射
率に対する実反射率の比Ｒは０．０１０となり、σが２
００Åの時にはＲは０．１３７となる。このように表面
の粗さの微小な差が明確な数値の違いとなって現れるの
で、素子特性に影響を及ぼす表面モホロジーの僅かな差
異を十分な感度と分解能で検出することができる。
る場合、該皮膜の前記σ値が３００Åであれば理論反射
率に対する実反射率の比Ｒは０．０１０となり、σが２
００Åの時にはＲは０．１３７となる。このように表面
の粗さの微小な差が明確な数値の違いとなって現れるの
で、素子特性に影響を及ぼす表面モホロジーの僅かな差
異を十分な感度と分解能で検出することができる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば従来
測定が困難であった数百Å程度の表面粗さを高感度で測
定し得るようになる。その結果、ＣＶＤ皮膜やエピタキ
シャル成長層のモホロジーの評価を的確に行い得るよう
になり、これ等のプロセス技術の向上に資すると共に、
半導体素子の製造歩留まりや素子特性の向上が実現する
ことになる。
測定が困難であった数百Å程度の表面粗さを高感度で測
定し得るようになる。その結果、ＣＶＤ皮膜やエピタキ
シャル成長層のモホロジーの評価を的確に行い得るよう
になり、これ等のプロセス技術の向上に資すると共に、
半導体素子の製造歩留まりや素子特性の向上が実現する
ことになる。
【図１】 本発明の実施例を模式的に示す斜視図
【図
２】 Ｘ線全反射発生状態を模式的に示す図
２】 Ｘ線全反射発生状態を模式的に示す図
１ 基板
２ Ｘ線
３ 反射Ｘ線
４ Ｘ線検知器
５ レーザ光源
６ ミラー
Claims (3)
- 【請求項１】 平滑な被検体表面に対し全反射が生じ
る視斜角でＸ線束を照射して全反射光の強度を測定し、
該測定強度を、該被検体と同一物質から成る理想平坦面
からの全反射強度として理論的に求められる強度と比較
することにより該被検体表面の平坦度を測定評価するこ
とを特徴とする表面粗さ測定法。 - 【請求項２】 請求項１の表面粗さ測定法を実施する
装置であって、被検体表面に照射する前記Ｘ線束に平行
に可視レーザ光を照射する機能を備え、該被検体表面か
ら反射したレーザ光を検出することにより該Ｘ線束の視
斜角を設定し得るように構成されて成ることを特徴とす
る表面粗さ測定装置。 - 【請求項３】 請求項２の表面粗さ測定装置であって
、被検体表面に照射する前記Ｘ線束に平行に且つほゞ重
畳して可視レーザ光を照射する機能を備え、該被検体表
面に於けるレーザ光の反射位置から、該Ｘ線束の該被検
体表面に於ける照射位置を認識し得るように構成されて
成ることを特徴とする表面粗さ測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11273391A JPH04340407A (ja) | 1991-05-17 | 1991-05-17 | Ｘ線による表面粗さ測定法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11273391A JPH04340407A (ja) | 1991-05-17 | 1991-05-17 | Ｘ線による表面粗さ測定法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04340407A true JPH04340407A (ja) | 1992-11-26 |
Family
ID=14594185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11273391A Withdrawn JPH04340407A (ja) | 1991-05-17 | 1991-05-17 | Ｘ線による表面粗さ測定法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04340407A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0719844A (ja) * | 1993-06-30 | 1995-01-20 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | ウエーハの表面粗さ測定方法 |
-
1991
- 1991-05-17 JP JP11273391A patent/JPH04340407A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0719844A (ja) * | 1993-06-30 | 1995-01-20 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | ウエーハの表面粗さ測定方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980806 |