JPH0722482A - 膜厚測定装置およびそれを用いた薄膜形成装置 - Google Patents

膜厚測定装置およびそれを用いた薄膜形成装置

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JPH0722482A
JPH0722482A JP16372293A JP16372293A JPH0722482A JP H0722482 A JPH0722482 A JP H0722482A JP 16372293 A JP16372293 A JP 16372293A JP 16372293 A JP16372293 A JP 16372293A JP H0722482 A JPH0722482 A JP H0722482A
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JP
Japan
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thin film
film
film thickness
electrodes
measuring
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JP16372293A
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English (en)
Inventor
Naruhiro Ikubo
成大 井久保
Taiichi Kondo
泰一 近藤
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Hitachi Ltd
Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Original Assignee
Hitachi Tokyo Electronics Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定対象の薄膜の物性に影響されることな
く、精密な膜厚の測定が可能な膜厚測定技術を提供す
る。 【構成】 絶縁性基板5aの中央部に刻設された凹部5
bの底部に、所定の間隔で一対の電極5cが配置され、
当該電極5cは、リード線5dを介して電気抵抗測定器
5eに接続されてなる膜厚測定装置5である。絶縁性基
板5aの凹部5bを蒸発源に向けた姿勢で、薄膜形成装
置の処理室の内部におけるウエハの近傍に配置され、蒸
発源から発生される物質蒸気2aによってウエハ、およ
び凹部5bの電極5c間に同時に薄膜2bが形成され
る。薄膜2bの膜厚tの増大に応じて電気抵抗測定器5
eによって計測される電極5c間の電気抵抗値は漸減
し、当該電気抵抗値変化から、薄膜2bの膜厚tを知
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、膜厚測定技術およびそ
れを用いた薄膜形成技術に関し、特に、半導体装置の製
造プロセスにおける薄膜形成工程等に適用して有効な技
術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】たとえば、半導体装置の製造プロセスで
は、蒸着や化学気相成長等の方法によって半導体基板
(ウエハ)の表面に所望の物質からなる薄膜を形成する
ことが行われている。ところで、このような薄膜形成工
程では、薄膜の膜厚を目的の値に、たとえばμm単位に
精密に制御することが要求される。
【0003】このため、従来では、たとえば、薄膜が形
成されるウエハが置かれる処理雰囲気内に、固有振動数
等の物性が既知の水晶振動子を共に配置し、ウエハに対
する薄膜形成の進行とともに水晶振動子に付着する薄膜
による当該水晶振動子の物性の変化を計測し、膜厚に換
算することによって、ウエハ上に堆積形成された薄膜の
膜厚を間接的に測定することが知られていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来技術では、形成される薄膜の比重などの物性
が既知でないと、水晶振動子の物性の変化を薄膜の膜厚
に換算できないという問題があった。また、測定精度も
それほど高くなく、精密な測定は難しいという問題があ
った。
【0005】本発明の目的は、測定対象の薄膜の物性に
影響されることなく、精密な膜厚の測定が可能な薄膜測
定技術を提供することにある。
【0006】本発明の他の目的は、対象物に形成される
薄膜の形成速度や膜厚等を精密に制御することが可能な
薄膜形成技術を提供することにある。
【0007】本発明の前記並びにその他の目的と新規な
特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになる
であろう。
【0008】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。
【0009】すなわち、本発明の膜厚測定装置は、絶縁
性基板と、この絶縁性基板上に所定の間隔で配置された
電極と、この電極間の電気抵抗値を測定する電気抵抗測
定手段とからなり、前記絶縁性基板の前記電極間に堆積
する所望の導電性物質の薄膜の膜厚を、前記電極間の電
気抵抗値に基づいて測定するものである。
【0010】また、本発明の膜厚測定装置は、絶縁性基
板と、この絶縁性基板上に所定の間隔で配置された電極
と、この電極間の電気容量値を測定する電気容量測定手
段とからなり、前記絶縁性基板の前記電極間に堆積する
所望の導電性物質の薄膜の膜厚を、前記電極間の電気容
量値に基づいて測定するものである。
【0011】また、本発明の膜厚測定装置は、所望の測
定光を発生する光源と、この光源から入射する前記測定
光の光量を測定する光量検出手段と、前記光源から前記
光量検出手段に至る前記測定光の光路上に介設された透
明基板とからなり、前記透明基板上に堆積した所望の物
質の薄膜の膜厚を、前記薄膜および前記透明基板を透過
する前記測定光の光量の変化に基づいて計測するもので
あるまた、本発明の薄膜形成装置は、請求項1,2また
は3記載の膜厚測定装置を備え、所望の対象物に対して
形成される薄膜の膜厚を測定するものである。
【0012】
【作用】上記した請求項1記載の本発明の膜厚測定装置
によれば、以下のようにして導電性の薄膜の膜厚を精密
に測定できる。すなわち、図5に例示されるように、導
電性物質の電気抵抗Rは、 R=L/S ・・・・・・(1) (ただし、R:電気抵抗、L:長さ、S:断面積) で表され、予め電極間の距離(長さ)Lを精密に測定し
ておけば、薄膜の抵抗値は断面積Sのみに比例し、当該
断面積Sは膜厚tにのみ比例するので、電気抵抗測定手
段によって測定される電極間の抵抗値から、当該電極間
に堆積した薄膜の膜厚tを精密に求めることができる。
また、水晶振動子等の固有振動数のような機械的な特性
を測定する場合に比較して、測定環境に起因する外乱等
の影響も小さく、高い測定精度を実現できる。
【0013】また、請求項2記載の本発明の膜厚測定装
置によれば、同様に、電極間の電気容量は薄膜の膜厚に
比例するので、当該薄膜の膜厚を精密に測定できる。ま
た、この場合には、薄膜は、必ずしも導電性である必要
はなく、より広範囲の物質の薄膜の膜厚測定を行うこと
ができる、という利点がある。
【0014】また、請求項3記載の本発明の膜厚測定装
置によれば、光源から光量検出手段に入射する測定光の
透過率は、透明基板上に堆積する薄膜の膜厚に比例する
ので、光量検出手段に入射する測定光の計測結果から透
明基板上に堆積した薄膜の膜厚を精密に測定することが
できる。この場合にも、薄膜は、必ずしも導電性である
必要はなく、より広範囲の物質の薄膜の膜厚測定を行う
ことができる、という利点がある。
【0015】また、本発明の薄膜形成装置によれば、請
求項1,2または3記載の膜厚測定装置を用いるので、
対象物に形成される薄膜の膜厚を精密に制御できる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
詳細に説明する。
【0017】(実施例1)図1は、本発明の一実施例で
ある膜厚測定装置の一例を示す略断面図であり、図2
は、それを用いた薄膜形成装置の一例を示す概念図であ
る。
【0018】まず、図2を参照しながら、本実施例の薄
膜形成装置1の概略を説明する。なお、以下の説明で
は、薄膜形成装置1の一例として、蒸着装置について説
明するが、本発明は、これに限定されるものではないこ
とは言うまでもない。
【0019】密閉された処理室3の内部には、蒸発源6
が設けられ、その内部には、目的の薄膜となる導電性の
蒸発物質2が貯留されている。蒸発源6には、ヒータ1
0が設けられおり、蒸発物質2が蒸発する温度に加熱す
ることが可能になっている。処理室3には、真空排気系
11が接続されており、処理室3の内部を、所望の高真
空に排気することが可能になっている。
【0020】処理室3内の上部には、図示しない保持機
構に支持されたウエハ4が、目的の薄膜の形成面を、下
側の蒸発源6に向けた姿勢で配置されており、蒸発源6
から発生する物質蒸気2aに接することによって、蒸発
物質2からなる導電性の薄膜2bが形成される。
【0021】蒸発源6を加熱するヒータ10は、ヒータ
ON/OFFスイッチ9、ヒータ制御系8を介して膜厚
コントローラ7に接続されている。そして、当該膜厚コ
ントローラ7は、ヒータ制御系8およびヒータON/O
FFスイッチ9を介して、蒸発源6による蒸発物質2の
加熱状態を制御することにより、ウエハ4に対する薄膜
2bの形成速度や、薄膜形成操作の開始/停止等の制御
動作を行うものである。
【0022】この場合、処理室3の内部には、膜厚測定
装置5が設けられている。
【0023】この膜厚測定装置5は、たとえば、図1に
例示されるように、絶縁性基板5aの中央部に刻設され
た凹部5bの底部に、所定の間隔で一対の電極5cを配
置した構成となっており、当該電極5cは、リード線5
dを介して電気抵抗測定器5eに接続されている。
【0024】そして、上述のような構成の膜厚測定装置
5は、絶縁性基板5aの凹部5bを、蒸発源6に向けた
姿勢で、薄膜形成装置1の処理室3の内部におけるウエ
ハ4の近傍に配置されている。なお、蒸発源6に対する
膜厚測定装置5の距離や姿勢は、当該蒸発源6に対する
ウエハ4のそれと等しくなるように設定されており、ウ
エハ4および膜厚測定装置5の双方における薄膜2bの
形成速度等の条件が等価になるように配慮されている。
【0025】膜厚測定装置5の電気抵抗測定器5eは、
薄膜形成装置1の膜厚コントローラ7に接続されてい
る。そして、本実施例の場合、膜厚コントローラ7は、
電気抵抗測定器5eから得られる電極5cの間の電気抵
抗値に基づいて、ウエハ4の表面と同時に形成される薄
膜2bの厚さtを監視し、当該薄膜2bの膜厚が目的の
寸法になるように、蒸発源6を制御する動作を行う。
【0026】以下、本実施例における膜厚測定装置5お
よび薄膜形成装置1の作用の一例を説明する。
【0027】まず、処理室3の内部を所定の真空度にし
た状態で、蒸発源6を加熱し、処理室3の内部に蒸発物
質2の物質蒸気2aを発生させる。これにより、物質蒸
気2aに接するウエハ4の表面には、薄膜2bが形成さ
れ始める。この時、同時に、膜厚測定装置5の凹部5b
内の電極5cの間にも薄膜2bが同様の状態で形成され
始め、電気抵抗測定器5eによって測定される電極5c
間の電気抵抗値は、図5に例示される原理から明らかな
ように、薄膜2bの膜厚tの増大に応じて漸減する。
【0028】膜厚コントローラ7は、前記電気抵抗値に
基づいて、薄膜2bの膜厚tの変化を監視し、ヒータ制
御系8を介してヒータ10による蒸発源6の加熱操作を
制御することにより、薄膜2bの堆積速度等を目的の値
に制御する。
【0029】なお、電気抵抗測定器5eによって測定さ
れる電極5c間の電気抵抗値と実際の薄膜2bの膜厚t
との関係を予め、実験等によって求めておき、実測値を
校正することにより、当該膜厚tの値を精密に知ること
ができる。
【0030】こうして、ウエハ4に形成された薄膜2b
の厚さが目的の値になった時点で、薄膜2bの形成操作
を停止し、処理室3の外部に処理済みのウエハ4を取り
出す。
【0031】このように、本実施例の膜厚測定装置によ
れば、一対の電極5c間に形成される薄膜2bの電気抵
抗値を測定するという簡明な操作によって、当該薄膜2
bの他の物性等の測定を必要とすることなく、膜厚tを
精密に知ることができる。また、膜厚測定装置5には、
機械的に動作を伴う部分がなく、たとえば、従来の水晶
振動子等を用いた機械的な測定方法に比較して、遙に高
い測定精度を実現できる。
【0032】このため、本実施例の膜厚測定装置5を用
いた薄膜形成装置1によれば、ウエハ4に形成される薄
膜2bの形成速度(膜質)や膜厚を所望の値に精密に制
御でき、良好な薄膜形成結果を得ることができる。
【0033】(実施例2)図3は、本発明の他の実施例
である膜厚測定装置51の構成の一例を示す概念図であ
る。
【0034】この実施例2の場合には、薄膜2bが被着
形成される透明基板51aを挟んで、レーザ光源などか
らなる光源51bおよび光量検出器51cを対向させて
配置し、光源51bから放射され、薄膜2bおよび透明
基板51aを透過して光量検出器51cに入射する測定
光51dの強度変化を観測することにより、薄膜2bの
膜厚tの変化を知るものである。
【0035】すなわち、透明基板51aの上に被着され
る薄膜2bの膜厚tの増大とともに、光量検出器51c
に入射する測定光51dの強度は漸減するので、この強
度変化を薄膜2bの膜厚tに換算して精密に求めること
ができる。なお、この実施例3の場合には、薄膜2bを
構成する物質は必ずしも導電性である必要はなく、より
多様な物質の薄膜2bの測定を精密に行うことができ
る、という利点がある。
【0036】(実施例3)図4は、本発明のさらに他の
実施例である膜厚測定装置52の構成の一例を示す概念
図である。
【0037】この実施例3の場合には、薄膜2bが形成
される絶縁性基板52aの上に所定の間隔で一対の電極
52bを配置し、この電極52bの間の電気容量を、電
気容量測定器52cによって測定するものである。すな
わち、絶縁性基板52aに堆積形成される薄膜2bの膜
厚tの変化に応じて変動する電極52b間の電気容量を
測定することにより、当該膜厚tを精密に測定する。な
お、この実施例3の場合にも、薄膜2bを構成する物質
は必ずしも導電性である必要はなく、より多様な物質の
薄膜2bの測定を精密に行うことができる、という利点
がある。
【0038】以上発明者によってなされた発明を実施例
に基づき説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
である事はいうまでもない。
【0039】
【発明の効果】本願において開示される発明の代表的な
ものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の
通りである。
【0040】すなわち、本発明の膜厚測定装置によれ
ば、測定対象の薄膜の物性に影響されることなく、精密
な膜厚の測定ができる、という効果が得られる。
【0041】また、本発明の薄膜形成装置によれば、対
象物に形成される薄膜の形成速度、膜質、膜厚等を精密
に制御することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である膜厚測定装置の一例を
示す略断面図である。
【図2】それを用いた薄膜形成装置の一例を示す概念図
である。
【図3】本発明の他の実施例である膜厚測定装置の構成
の一例を示す概念図である。
【図4】本発明のさらに他の実施例である膜厚測定装置
の構成の一例を示す概念図である。
【図5】本発明の膜厚測定装置の測定原理の一例を示す
概念図である。
【符号の説明】
1 薄膜形成装置 2 蒸発物質 2a 物質蒸気 2b 薄膜 t 膜厚 3 処理室 4 ウエハ 5 膜厚測定装置 5a 絶縁性基板 5b 凹部 5c 電極 5d リード線 5e 電気抵抗測定器 6 蒸発源 7 膜厚コントローラ 8 ヒータ制御系 9 ヒータON/OFFスイッチ 10 ヒータ 11 真空排気系 51 膜厚測定装置 51a 透明基板 51b 光源 51c 光量検出器 51d 測定光 52 膜厚測定装置 52a 絶縁性基板 52b 電極 52c 電気容量測定器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁性基板と、この絶縁性基板上に所定
    の間隔で配置された電極と、この電極間の電気抵抗値を
    測定する電気抵抗測定手段とからなり、前記絶縁性基板
    の前記電極間に堆積する所望の導電性物質の薄膜の膜厚
    を、前記電極間の電気抵抗値に基づいて測定することを
    特徴とする膜厚測定装置。
  2. 【請求項2】 絶縁性基板と、この絶縁性基板上に所定
    の間隔で配置された電極と、この電極間の電気容量値を
    測定する電気容量測定手段とからなり、前記絶縁性基板
    の前記電極間に堆積する所望の導電性物質の薄膜の膜厚
    を、前記電極間の電気容量値に基づいて測定することを
    特徴とする膜厚測定装置。
  3. 【請求項3】 所望の測定光を発生する光源と、この光
    源から入射する前記測定光の光量を測定する光量検出手
    段と、前記光源から前記光量検出手段に至る前記測定光
    の光路上に介設された透明基板とからなり、前記透明基
    板上に堆積した所望の物質の薄膜の膜厚を、前記薄膜お
    よび前記透明基板を透過する前記測定光の光量の変化に
    基づいて計測することを特徴とする膜厚測定装置。
  4. 【請求項4】 請求項1,2または3記載の膜厚測定装
    置を備え、所望の対象物に対して形成される薄膜の膜厚
    を測定することを特徴とする薄膜形成装置。
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