JPH05280937A - 膜厚測定方法 - Google Patents
膜厚測定方法Info
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- JPH05280937A JPH05280937A JP8183392A JP8183392A JPH05280937A JP H05280937 A JPH05280937 A JP H05280937A JP 8183392 A JP8183392 A JP 8183392A JP 8183392 A JP8183392 A JP 8183392A JP H05280937 A JPH05280937 A JP H05280937A
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- wafer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ウェハの凹凸やソリによる測定値の誤差が生
じない膜厚の測定方法を提供する。 【構成】 ウェハの凹凸やソリを測定して、その凹凸や
ソリによって生じる入射角のばらつきを補正することに
より、常に光軸に対して一定の入射角度を保った状態で
エリプソメトリ法により膜厚の測定を行う。
じない膜厚の測定方法を提供する。 【構成】 ウェハの凹凸やソリを測定して、その凹凸や
ソリによって生じる入射角のばらつきを補正することに
より、常に光軸に対して一定の入射角度を保った状態で
エリプソメトリ法により膜厚の測定を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、膜厚測定方法に関し、
特にエリプソメータを用いた測定方法に関する。
特にエリプソメータを用いた測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】物体の表面で光が反射する場合に、光の
偏光状態は反射の前後で変化する。この点を利用したの
が偏光解析法である。すなわち、この偏光状態の変化を
測定することにより物体の光学定数や表面の性質を知る
ことができる。
偏光状態は反射の前後で変化する。この点を利用したの
が偏光解析法である。すなわち、この偏光状態の変化を
測定することにより物体の光学定数や表面の性質を知る
ことができる。
【０００３】エリプソメータは、この偏光解析法を実現
するための装置である。図５は従来例に用いられる装置
の構成図である。光源５１の光軸上に、スリット５８、
光チョッパ７０、回転偏光子５２、１／４波長板５３、
膜厚を測定すべきウェハ６１を載置するウェハステージ
５７が設けられ、このウェハ６１を反射した反射光の光
軸上にアパーチュア５９、回転検光子５４、フォトマル
チプライヤ５５が配され、さらに選択増幅器６０、オシ
ロスコープ５０が順に接続されている。
するための装置である。図５は従来例に用いられる装置
の構成図である。光源５１の光軸上に、スリット５８、
光チョッパ７０、回転偏光子５２、１／４波長板５３、
膜厚を測定すべきウェハ６１を載置するウェハステージ
５７が設けられ、このウェハ６１を反射した反射光の光
軸上にアパーチュア５９、回転検光子５４、フォトマル
チプライヤ５５が配され、さらに選択増幅器６０、オシ
ロスコープ５０が順に接続されている。
【０００４】この構成による従来のエリプソメータで
は、まず、光源５１がらのスリット５８を通過した光
は、光チョッパ７０により変調され、回転偏光子５２さ
らに１／４波長板５３を通過した光は直線偏光に変わ
り、ウェハ６１に入射される。このウェハ６１に入射し
た光の反射光は、回転検光子５４で検光される。この光
はフォトマルチプライヤ５５で受けるとき、光電流を生
じるが、この光電流をエレクトロニック回路で監視して
偏光の回転振動の振幅が極小となるような回転偏光子５
２と回転検光子５４の角度を求める。この光電流は選択
増幅器６０を通って、画像情報となってオシロスコープ
５０にその波形が映し出される。
は、まず、光源５１がらのスリット５８を通過した光
は、光チョッパ７０により変調され、回転偏光子５２さ
らに１／４波長板５３を通過した光は直線偏光に変わ
り、ウェハ６１に入射される。このウェハ６１に入射し
た光の反射光は、回転検光子５４で検光される。この光
はフォトマルチプライヤ５５で受けるとき、光電流を生
じるが、この光電流をエレクトロニック回路で監視して
偏光の回転振動の振幅が極小となるような回転偏光子５
２と回転検光子５４の角度を求める。この光電流は選択
増幅器６０を通って、画像情報となってオシロスコープ
５０にその波形が映し出される。
【０００５】以上の構成および原理により、ウェハ６１
に偏光をあてて、その反射光の反射係数比および位相差
により、薄膜の厚さを求めることができる。すなわち、
波長λ、入射角ψで入射した光の入射面に平行な電場の
振動成分（ｐ成分）と、垂直な電場の振動成分（ｓ成
分）のそれぞれの反射率ｒp ，ｒs は、(1) 式および
(2) 式に示すようになる。
に偏光をあてて、その反射光の反射係数比および位相差
により、薄膜の厚さを求めることができる。すなわち、
波長λ、入射角ψで入射した光の入射面に平行な電場の
振動成分（ｐ成分）と、垂直な電場の振動成分（ｓ成
分）のそれぞれの反射率ｒp ，ｒs は、(1) 式および
(2) 式に示すようになる。
【０００６】
【数１】 ここで、位相差δは、ｎを屈折率とすると、(3) 式で与
えられる。また、反射係数比（ｒp ／ｒs ）は、(4) 式
で与えられる。
えられる。また、反射係数比（ｒp ／ｒs ）は、(4) 式
で与えられる。
【０００７】
【数２】
【０００８】
【数３】 このように、ｐ成分，ｓ成分で振幅比が異なり、かつ相
対的に位相差が生ずるため、直線偏光は楕円偏光として
反射される。従って、偏光子および検光子の設定角をそ
れぞれＰ0 ，Ａ0 とすれば、(4) 式で示す相対的な位相
差Δおよび入射角ψはそれぞれ(5) 式,(6)式に示すよう
になる。
対的に位相差が生ずるため、直線偏光は楕円偏光として
反射される。従って、偏光子および検光子の設定角をそ
れぞれＰ0 ，Ａ0 とすれば、(4) 式で示す相対的な位相
差Δおよび入射角ψはそれぞれ(5) 式,(6)式に示すよう
になる。
【０００９】
【数４】
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術で
は、半導体の絶縁膜たとえば、特に薄い酸化膜を測定す
る方法として、上述したようなエリプソメトリによる方
法が最も精度が高く、広く用いられているものの、実際
のＬＳＩウェハは熱処理等の影響により、ウェハ上に凹
凸やソリが発生するため、測定時のエラーの原因となっ
ていた。
は、半導体の絶縁膜たとえば、特に薄い酸化膜を測定す
る方法として、上述したようなエリプソメトリによる方
法が最も精度が高く、広く用いられているものの、実際
のＬＳＩウェハは熱処理等の影響により、ウェハ上に凹
凸やソリが発生するため、測定時のエラーの原因となっ
ていた。
【００１１】これは、測定値がウェハの入射角ψに依存
するため、ウェハの凹凸やソリでその入射角度がばらつ
くためである。本発明は以上の点に鑑みてなされたもの
であり、ウェハの凹凸やソリによる測定値の誤差が生じ
ない膜厚の測定方法を提供することを目的とする。
するため、ウェハの凹凸やソリでその入射角度がばらつ
くためである。本発明は以上の点に鑑みてなされたもの
であり、ウェハの凹凸やソリによる測定値の誤差が生じ
ない膜厚の測定方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の膜厚の測定方法は、光軸上に沿って、エ
リプソ光源の光を直線偏光に変える偏光子と、その光が
入射するステージ上に載置されたウェハと、そのウェハ
を反射した反射光を検光する検光子とが順に配列され、
その検光された光の光電流に応じて薄膜の厚さを求める
解析手段を有するエリプソメータを用いて上記試料の膜
厚を測定する方法において、上記ウェハ面内の複数の測
定点について、上記入射光の反射強度が最大となるよう
上記ステージを上下移動させ、その移動距離から上記複
数の測定点における基準面からの高さを求め、所定の測
定点における膜厚を、その所定の測定点近傍の２点の高
さの差ａおよびこの２点の平面間の距離ｂを用いて、下
記（Ａ）式により求めた補正角度αだけ上記ステージを
傾斜させることにより、上記エリプソ光源から試料へ入
射する入射角度を較正し、この入射角度を上記測定点の
いずれにおいても、一定とした状態で上記エリプソメー
タにより測定することによって特徴付けられる。
めに、本発明の膜厚の測定方法は、光軸上に沿って、エ
リプソ光源の光を直線偏光に変える偏光子と、その光が
入射するステージ上に載置されたウェハと、そのウェハ
を反射した反射光を検光する検光子とが順に配列され、
その検光された光の光電流に応じて薄膜の厚さを求める
解析手段を有するエリプソメータを用いて上記試料の膜
厚を測定する方法において、上記ウェハ面内の複数の測
定点について、上記入射光の反射強度が最大となるよう
上記ステージを上下移動させ、その移動距離から上記複
数の測定点における基準面からの高さを求め、所定の測
定点における膜厚を、その所定の測定点近傍の２点の高
さの差ａおよびこの２点の平面間の距離ｂを用いて、下
記（Ａ）式により求めた補正角度αだけ上記ステージを
傾斜させることにより、上記エリプソ光源から試料へ入
射する入射角度を較正し、この入射角度を上記測定点の
いずれにおいても、一定とした状態で上記エリプソメー
タにより測定することによって特徴付けられる。
【００１３】ｔａｎα＝ａ／ｂ・・・・（Ａ）
【００１４】
【作用】エリプソメータにより膜厚を測定する場合、そ
の測定すべきウェハに凹凸やソリのある場合、入射角に
ばらつきが生じ、その結果測定値には誤差を生じる。
の測定すべきウェハに凹凸やソリのある場合、入射角に
ばらつきが生じ、その結果測定値には誤差を生じる。
【００１５】そこで、この点を解消したのが本発明で、
以下に図４を参照しつつ、その作用を説明する。（ａ）
図に示すようにウェハがフラットの場合、入射角θ1 は
ウェハ上のどの測定点においても、同一となり、またそ
の反射角θ2 も同一となる。この入射角θ1 および反射
角θ2 は基準面におけるものとすると、（ｂ）図に示す
ようにウェハが凸状に歪んでいる場合、たとえば、Ａ
点、Ｂ点、Ｃ点における入射角はそれぞれ異なる値をと
る。そこでＡ点における入射角はθ1 ＋αとなり、ウェ
ハがフラットの場合の入射角θ1 と等しくなるように較
正するために、本方法では、たとえば、Ａ点における入
射角を求める場合、すでに測定されているＢ点、Ｃ点に
おける膜厚ｈ2 ，ｈ1 およびＢ点およびＣ点の平面間の
距離をｂを用いて（Ｂ）式により、較正すべき入射角度
αを求めることができる。
以下に図４を参照しつつ、その作用を説明する。（ａ）
図に示すようにウェハがフラットの場合、入射角θ1 は
ウェハ上のどの測定点においても、同一となり、またそ
の反射角θ2 も同一となる。この入射角θ1 および反射
角θ2 は基準面におけるものとすると、（ｂ）図に示す
ようにウェハが凸状に歪んでいる場合、たとえば、Ａ
点、Ｂ点、Ｃ点における入射角はそれぞれ異なる値をと
る。そこでＡ点における入射角はθ1 ＋αとなり、ウェ
ハがフラットの場合の入射角θ1 と等しくなるように較
正するために、本方法では、たとえば、Ａ点における入
射角を求める場合、すでに測定されているＢ点、Ｃ点に
おける膜厚ｈ2 ，ｈ1 およびＢ点およびＣ点の平面間の
距離をｂを用いて（Ｂ）式により、較正すべき入射角度
αを求めることができる。
【００１６】ｔａｎα＝（ｈ1 −ｈ2 ）／ｂ・・・・（Ｂ） 従って、ウェハの入射面をαだけ傾けることにより、常
に光軸に対して一定の入射角度を保つことができ、その
結果、膜厚の測定誤差を生じることがない。
に光軸に対して一定の入射角度を保つことができ、その
結果、膜厚の測定誤差を生じることがない。
【００１７】
【実施例】図１は本発明実施例に用いられるエリプソメ
ータの構成図である。光源１の光軸上に、偏光子２、１
／４波長板３、膜厚を測定すべきウェハ６を載置するウ
ェハステージ７、このウェハ６を反射する反射光を検光
する検光子４および、フォトマルチプライヤ５が配され
ている。さらに増幅器９、オシロスコープ１０が順に配
列されている。また、ウェハステージ７は縦横、上下移
動自在で、ウェハステージ７近傍にはウェハステージ７
を所定位置にまで駆動するステージ駆動部１１が備えら
れている。さらに、入射角度の較正を行うために、ウェ
ハ６の面内の複数の測定点における基準面からの高さと
所定の高さとの差を検出し、高さデータとして記憶する
データ部８が設けられている。この高さデータを作成す
る工程は自動的に行うように構成されている。
ータの構成図である。光源１の光軸上に、偏光子２、１
／４波長板３、膜厚を測定すべきウェハ６を載置するウ
ェハステージ７、このウェハ６を反射する反射光を検光
する検光子４および、フォトマルチプライヤ５が配され
ている。さらに増幅器９、オシロスコープ１０が順に配
列されている。また、ウェハステージ７は縦横、上下移
動自在で、ウェハステージ７近傍にはウェハステージ７
を所定位置にまで駆動するステージ駆動部１１が備えら
れている。さらに、入射角度の較正を行うために、ウェ
ハ６の面内の複数の測定点における基準面からの高さと
所定の高さとの差を検出し、高さデータとして記憶する
データ部８が設けられている。この高さデータを作成す
る工程は自動的に行うように構成されている。
【００１８】本発明実施例は以上の構成によるエリプソ
メータを用いて行う。以下にその方法について説明す
る。まず、測定すべきウェハ６の表面の高さを測定す
る。この測定を行う場合、このエリプソメータの光軸上
に設けられた偏光子２、１／４波長板３、検光子４をこ
の光軸上から逃し、光源１からの入射光の反射強度が極
大となるようウェハステージ７を上下に移動させて、そ
の点におけるウェハ高さを測定する。この高さと所定の
高さとの差は、図２に示すような高さデータとしてデー
タ部８に記憶させる。この高さデータから図３（ａ）図
は、ウェハ６の凹凸を示すフラットネス等高線を、所定
の高さを実線、所定の高さ以上を破線、所定の高さ以下
を一点鎖線で表したものである。また、図３（ｂ）図
は、これらのデータからシュミレーションを行ってウェ
ハの表面の状態を立体的に表したものである。
メータを用いて行う。以下にその方法について説明す
る。まず、測定すべきウェハ６の表面の高さを測定す
る。この測定を行う場合、このエリプソメータの光軸上
に設けられた偏光子２、１／４波長板３、検光子４をこ
の光軸上から逃し、光源１からの入射光の反射強度が極
大となるようウェハステージ７を上下に移動させて、そ
の点におけるウェハ高さを測定する。この高さと所定の
高さとの差は、図２に示すような高さデータとしてデー
タ部８に記憶させる。この高さデータから図３（ａ）図
は、ウェハ６の凹凸を示すフラットネス等高線を、所定
の高さを実線、所定の高さ以上を破線、所定の高さ以下
を一点鎖線で表したものである。また、図３（ｂ）図
は、これらのデータからシュミレーションを行ってウェ
ハの表面の状態を立体的に表したものである。
【００１９】次に、図４に示すように、たとえば、Ａ点
での入射角の較正をする場合、上述したように、Ａ点に
おける入射角をウェハがフラットの場合の入射角θ1 と
等しくなるように較正する。たとえば、Ａ点における入
射角を求める場合、すでに測定されているＢ点、Ｃ点に
おける膜厚ｈ2 ，ｈ1 およびＢ点およびＣ点の平面間の
距離をｂを用いて（Ｂ）式により、較正すべき入射角度
αを求める。
での入射角の較正をする場合、上述したように、Ａ点に
おける入射角をウェハがフラットの場合の入射角θ1 と
等しくなるように較正する。たとえば、Ａ点における入
射角を求める場合、すでに測定されているＢ点、Ｃ点に
おける膜厚ｈ2 ，ｈ1 およびＢ点およびＣ点の平面間の
距離をｂを用いて（Ｂ）式により、較正すべき入射角度
αを求める。
【００２０】そして、ステージ駆動部１１の駆動によ
り、ウェハステージ７をαだけ傾斜させることにより、
常に光軸に対して一定の入射角度を保つことができ、膜
厚の測定値の誤差を解消できる。
り、ウェハステージ７をαだけ傾斜させることにより、
常に光軸に対して一定の入射角度を保つことができ、膜
厚の測定値の誤差を解消できる。
【００２１】なお、入射角を上述したように設定して、
順次ウェハ６上の点の膜厚を測定していくが、従来例で
述べたように、本実施例においても薄膜の厚さを求める
原理は同様であり、反射係数比および位相差にから求め
る。
順次ウェハ６上の点の膜厚を測定していくが、従来例で
述べたように、本実施例においても薄膜の厚さを求める
原理は同様であり、反射係数比および位相差にから求め
る。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の膜厚測定
方法によれば、ウェハの凹凸やソリを測定して、その凹
凸やソリによって生じる入射角のばらつきを補正するこ
とにより、常に光軸に対して一定の入射角度を保った状
態でエリプソメトリ法により測定を行うようにしたの
で、膜厚測定の誤差が生じることがなく、高精度の測定
が可能となる。
方法によれば、ウェハの凹凸やソリを測定して、その凹
凸やソリによって生じる入射角のばらつきを補正するこ
とにより、常に光軸に対して一定の入射角度を保った状
態でエリプソメトリ法により測定を行うようにしたの
で、膜厚測定の誤差が生じることがなく、高精度の測定
が可能となる。
【図１】本発明実施例に用いられるエリプソメータの構
成図
成図
【図２】本発明実施例に用いられるウェハの高さデータ
を示す図
を示す図
【図３】本発明実施例に用いられるウェハの表面を表す
図
図
【図４】本発明実施例を説明する図
【図５】従来例を説明する図
１・・・・光源 ２・・・・偏光子 ３・・・・１／４波長板 ４・・・・検光子 ５・・・・フォトマルチプライヤ ６・・・・ウェハ ７・・・・ウェハステージ ８・・・・データ部 １０・・・・オシロスコープ
Claims (1)
- 【請求項１】 光軸上に沿って、エリプソ光源の光を直
線偏光に変える偏光子と、その光が入射するステージ上
に載置されたウェハと、そのウェハを反射した反射光を
検光する検光子とが順に配列され、その検光された光の
光電流に応じて薄膜の厚さを求める解析手段を有するエ
リプソメータを用いて上記試料の膜厚を測定する方法に
おいて、上記ウェハ面内の複数の測定点について、上記
入射光の反射強度が最大となるよう上記ステージを上下
移動させ、その移動距離から上記複数の測定点における
基準面からの高さを求め、所定の測定点における膜厚
を、その所定の測定点近傍の２点の高さの差ａおよびこ
の２点の平面間の距離ｂを用いて、下記（Ａ）式により
求めた補正角度αだけ上記ステージを傾斜させることに
より、上記エリプソ光源から試料へ入射する入射角度を
較正し、この入射角度を上記測定点のいずれにおいて
も、一定とした状態で上記エリプソメータにより測定す
ることを特徴とする膜厚測定方法。 ｔａｎα＝ａ／ｂ・・・・（Ａ）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8183392A JPH05280937A (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | 膜厚測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8183392A JPH05280937A (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | 膜厚測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05280937A true JPH05280937A (ja) | 1993-10-29 |
Family
ID=13757480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8183392A Pending JPH05280937A (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | 膜厚測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05280937A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07198342A (ja) * | 1993-11-09 | 1995-08-01 | Nova Measuring Instr Ltd | 薄膜厚測定装置 |
| US7088448B1 (en) * | 1997-08-11 | 2006-08-08 | Robert Bosch Gmbh | Ellipsometer measurement apparatus |
| USRE40225E1 (en) | 1993-11-09 | 2008-04-08 | Nova Measuring Instruments Ltd. | Two-dimensional beam deflector |
| JP2013002900A (ja) * | 2011-06-15 | 2013-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | エリプソメーター装置および単結晶シリコンに形成された反射防止膜の測定方法 |
| JP5502227B1 (ja) * | 2013-07-08 | 2014-05-28 | 株式会社多聞 | 膜厚分布測定方法 |
| US20220260362A1 (en) * | 2021-02-17 | 2022-08-18 | Tokyo Electron Limited | Film thickness measuring device, film forming system, and film thickness measuring method |
| CN120831058A (zh) * | 2025-09-17 | 2025-10-24 | 无锡众能光储科技有限公司 | 一种基于椭偏仪的膜厚检测方法及系统 |
-
1992
- 1992-04-03 JP JP8183392A patent/JPH05280937A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07198342A (ja) * | 1993-11-09 | 1995-08-01 | Nova Measuring Instr Ltd | 薄膜厚測定装置 |
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| USRE41906E1 (en) | 1993-11-09 | 2010-11-02 | Nova Measuring Instruments, Ltd. | Two dimensional beam deflector |
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| US12595999B2 (en) * | 2021-02-17 | 2026-04-07 | Tokyo Electron Limited | Film thickness measuring device, film forming system, and film thickness measuring method |
| CN120831058A (zh) * | 2025-09-17 | 2025-10-24 | 无锡众能光储科技有限公司 | 一种基于椭偏仪的膜厚检测方法及系统 |
| CN120831058B (zh) * | 2025-09-17 | 2025-11-18 | 无锡众能光储科技有限公司 | 一种基于椭偏仪的膜厚检测方法及系统 |
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