JPH0781836B2 - 光学測定装置 - Google Patents
光学測定装置Info
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- JPH0781836B2 JPH0781836B2 JP62304080A JP30408087A JPH0781836B2 JP H0781836 B2 JPH0781836 B2 JP H0781836B2 JP 62304080 A JP62304080 A JP 62304080A JP 30408087 A JP30408087 A JP 30408087A JP H0781836 B2 JPH0781836 B2 JP H0781836B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、分光技術を利用し、試料表面の薄膜の厚みや
凹部、溝の深さを測定する光学装置に関するものであ
る。
凹部、溝の深さを測定する光学装置に関するものであ
る。
従来、試料表面の薄膜の厚みや凹部、溝（以下溝で総称
する。）の深さを測定する装置として、試料表面に広帯
域の光で照明し、その試料表面からの反射光を単色光に
分解、即ち、分光し、その各波長ごとの光の強度を検出
して各波長光の反射率を測定、即ち、分光反射率を測定
し、これから薄膜の厚みや溝の深さを計算する装置がよ
く知られている。
する。）の深さを測定する装置として、試料表面に広帯
域の光で照明し、その試料表面からの反射光を単色光に
分解、即ち、分光し、その各波長ごとの光の強度を検出
して各波長光の反射率を測定、即ち、分光反射率を測定
し、これから薄膜の厚みや溝の深さを計算する装置がよ
く知られている。
しかしながら上記従来例においては、薄膜の厚みを測定
するのに適した装置は溝の深さを測定するのには適して
おらず、又溝の深さ測定に有効な装置は逆に薄膜の厚み
測定には不向きであった。この為両者の測定には別々に
２台の装置が必要になるという欠点があった。
するのに適した装置は溝の深さを測定するのには適して
おらず、又溝の深さ測定に有効な装置は逆に薄膜の厚み
測定には不向きであった。この為両者の測定には別々に
２台の装置が必要になるという欠点があった。
又、試料表面に薄膜と溝が同時に存在する場合、例えば
薄膜の存在による分光反射率特性が溝の深さ測定時に悪
影響を与えたりする事等がある。実際の試料表面は、薄
膜や溝が同時に存在したり、又は試料の位置により薄膜
のみや溝のみだけが存在することがあり、両者のうちの
片方だけの測定においても精度が不十分である欠点もあ
った。
薄膜の存在による分光反射率特性が溝の深さ測定時に悪
影響を与えたりする事等がある。実際の試料表面は、薄
膜や溝が同時に存在したり、又は試料の位置により薄膜
のみや溝のみだけが存在することがあり、両者のうちの
片方だけの測定においても精度が不十分である欠点もあ
った。
本発明の目的は前述従来例の欠点に鑑み、膜厚と溝の深
さとを同一装置で簡単に測定することができ、かつそれ
ぞれの測定精度を向上させることができる光学測定装置
を提供することにある。
さとを同一装置で簡単に測定することができ、かつそれ
ぞれの測定精度を向上させることができる光学測定装置
を提供することにある。
薄膜の厚みを測定するには正反射光の検出が適してお
り、溝の深さを測定するには、散乱光の検出が適してい
る。
り、溝の深さを測定するには、散乱光の検出が適してい
る。
本発明は試料を照明した時の試料からの正反射光と散乱
光とをそれぞれ検出する第1,第２の検出手段を設け、第
１の検出手段からの出力で膜厚を、第２の検出手段から
の出力で凹部（溝）の深さを算出するようにしているの
で、１台の装置で簡単に両者の測定ができる。
光とをそれぞれ検出する第1,第２の検出手段を設け、第
１の検出手段からの出力で膜厚を、第２の検出手段から
の出力で凹部（溝）の深さを算出するようにしているの
で、１台の装置で簡単に両者の測定ができる。
又、本発明においては、凹部の深さを算出する際に第２
の検出手段からの出力を、第１の検出手段からの出力で
差分して用いているので、充分精度の高い測定が可能と
なる。
の検出手段からの出力を、第１の検出手段からの出力で
差分して用いているので、充分精度の高い測定が可能と
なる。
第１図は本発明の１実施例であり、第２図は第１図での
各ブロツクの出力図を示しており、以下詳しく説明す
る。
各ブロツクの出力図を示しており、以下詳しく説明す
る。
第１図は試料１の表面にある薄膜２の厚み及び溝３の深
さを測定する実施例である。広帯域の光を発する光源
４、具体的には例えばハロゲン電球とレンズ5,6、及び
ミラー７により公知のXYステージ30上に吸着保持された
試料１表面に照射する。次に正反射光をレンズ８で集光
し、かつ試料１の表面を結像させ、その結像面にピンホ
ール又はスリツト等の開口９を設け、その背後に分光器
A10を置き、その分光器A10により正反射光の分光特性を
測定する。他方、散乱光をレンズ11で集光し、かつ試料
１の表面を結像させ、その結像面にピンホール又はスリ
ツト等の開口12を設け、その背後に分光器B13を置き、
その分光器B13により散乱光の分光特性を測定する。各
分光器A10及び分光器B13の出力を計算処理する処理器14
により薄膜２の厚み及び溝の深さを算出する。
さを測定する実施例である。広帯域の光を発する光源
４、具体的には例えばハロゲン電球とレンズ5,6、及び
ミラー７により公知のXYステージ30上に吸着保持された
試料１表面に照射する。次に正反射光をレンズ８で集光
し、かつ試料１の表面を結像させ、その結像面にピンホ
ール又はスリツト等の開口９を設け、その背後に分光器
A10を置き、その分光器A10により正反射光の分光特性を
測定する。他方、散乱光をレンズ11で集光し、かつ試料
１の表面を結像させ、その結像面にピンホール又はスリ
ツト等の開口12を設け、その背後に分光器B13を置き、
その分光器B13により散乱光の分光特性を測定する。各
分光器A10及び分光器B13の出力を計算処理する処理器14
により薄膜２の厚み及び溝の深さを算出する。
第２図の（ａ）は第１図分光器A10の出力を示す図で、
横軸に波長、縦軸に反射率を表わしている。大きなうね
りが薄膜２の上面、下面それぞれで反射した光の干渉に
より生ずるもので、細かいうねりが溝３の底面からの反
射光と薄膜２からの反射光との干渉により生ずるもので
ある。正反射光では一般にこの細かいうねりは非常に小
さく、ほとんど識別不可能なものが多い。各うねりの周
期が薄膜２の厚み及び溝３の深さと相関があり、計算に
より求めることができる。この計算式については特開昭
62-127605等により公知のものを用いる。第２図（ｂ）
は第１図分光器B13の出力を示す図である。（ａ）と比
較して溝３による細かいうねりが大きく表われるが、薄
膜２の大きなうねりも残る。第１図処理器14の一例とし
て、まず（ａ）の分光出力を高周波成分カツトフイルタ
ーを通すことにより、細かいうねりをカツトし、大きな
うねりのみとなり、（ｃ）のような分光反射率となる。
この時の分光反射率はほぼ純粋に薄膜上下面からの反射
光の干渉のみで生じると見なせるので、この分光反射率
から薄膜２の厚みを算出する。これにより、正確な薄膜
２の厚み測定ができる。次に（ｂ）の分光出力の細かい
うねりを用いて溝の深さ測定を行う。ここで、この細か
いうねりの中には、薄膜上面からの反射光と薄膜上下面
の間で多重反射した光との干渉による高周波成分や、薄
膜上面あるいは下面からの反射光と試料１の内部に透過
し、再び表面方向にもどって来た光との干渉による高周
波成分等がノイズとして含まれている。これらの成分は
（ａ）の分光出力中にも同様に含まれているのに対し、
溝底面と薄膜とからの反射光の干渉によるうねりは
（ａ）の分光出力にはほとんど含まれていない。そこで
（ａ）と（ｂ）の差をとり、この差には、もともと散乱
光と正反射光とが有する強度差から、大きなうねり成分
がまだ残っているので、更にこの大きなうねり成分をと
る様な低周波カツトフイルターを通すことにより、
（ｄ）のようにほとんど溝底面と薄膜とからの反射光の
干渉による細かいうねりのみとなる。ノイズが少なく安
定な、この細かいうねりから溝３の深さを算出でき、精
度の高い測定値となる。散乱光と正反射光がもともと有
する強度差を補正、即ち（ａ）の出力の位相と振動数は
そのままにして振幅と振動中心値を（ｂ）の出力に一致
する様に出力補正してから両者の差をとれば、低周波カ
ツトフイルターは必要ない。
横軸に波長、縦軸に反射率を表わしている。大きなうね
りが薄膜２の上面、下面それぞれで反射した光の干渉に
より生ずるもので、細かいうねりが溝３の底面からの反
射光と薄膜２からの反射光との干渉により生ずるもので
ある。正反射光では一般にこの細かいうねりは非常に小
さく、ほとんど識別不可能なものが多い。各うねりの周
期が薄膜２の厚み及び溝３の深さと相関があり、計算に
より求めることができる。この計算式については特開昭
62-127605等により公知のものを用いる。第２図（ｂ）
は第１図分光器B13の出力を示す図である。（ａ）と比
較して溝３による細かいうねりが大きく表われるが、薄
膜２の大きなうねりも残る。第１図処理器14の一例とし
て、まず（ａ）の分光出力を高周波成分カツトフイルタ
ーを通すことにより、細かいうねりをカツトし、大きな
うねりのみとなり、（ｃ）のような分光反射率となる。
この時の分光反射率はほぼ純粋に薄膜上下面からの反射
光の干渉のみで生じると見なせるので、この分光反射率
から薄膜２の厚みを算出する。これにより、正確な薄膜
２の厚み測定ができる。次に（ｂ）の分光出力の細かい
うねりを用いて溝の深さ測定を行う。ここで、この細か
いうねりの中には、薄膜上面からの反射光と薄膜上下面
の間で多重反射した光との干渉による高周波成分や、薄
膜上面あるいは下面からの反射光と試料１の内部に透過
し、再び表面方向にもどって来た光との干渉による高周
波成分等がノイズとして含まれている。これらの成分は
（ａ）の分光出力中にも同様に含まれているのに対し、
溝底面と薄膜とからの反射光の干渉によるうねりは
（ａ）の分光出力にはほとんど含まれていない。そこで
（ａ）と（ｂ）の差をとり、この差には、もともと散乱
光と正反射光とが有する強度差から、大きなうねり成分
がまだ残っているので、更にこの大きなうねり成分をと
る様な低周波カツトフイルターを通すことにより、
（ｄ）のようにほとんど溝底面と薄膜とからの反射光の
干渉による細かいうねりのみとなる。ノイズが少なく安
定な、この細かいうねりから溝３の深さを算出でき、精
度の高い測定値となる。散乱光と正反射光がもともと有
する強度差を補正、即ち（ａ）の出力の位相と振動数は
そのままにして振幅と振動中心値を（ｂ）の出力に一致
する様に出力補正してから両者の差をとれば、低周波カ
ツトフイルターは必要ない。
第３図は、第１図の実施例の中の分光器A10と分光器B13
等２系統の分光系を使ったが、１系統のみで薄膜の厚
み、溝の深さ測定装置を提供するものである。
等２系統の分光系を使ったが、１系統のみで薄膜の厚
み、溝の深さ測定装置を提供するものである。
広帯域の光を発する光源４とレンズ15,16とミラー17そ
して対物レンズ18により、試料１の表面を照明し、その
試料１の表面からの反射光を対物レンズ18,ミラー17,レ
ンズ18により集光，結像し、その結像面にピンホール又
はスリツト等の開口９を設け、その背後に分光器10を置
く。ここでミラー17は１部19aを鏡面とし、他は透過す
るように製作されたもので、正反射光を遮断し、散乱光
のみを分光器10に入るよう機能する。このミラー17と他
のハーフミラー19とは、置き換え可能となるような機構
20をもつ。ハーフミラー19は全面半透鏡に製作したもの
である。機構20によりミラー17をハーフミラー19に置き
換えると、反射光のうちほぼ正反射光を分光器10に入る
ように機能する。
して対物レンズ18により、試料１の表面を照明し、その
試料１の表面からの反射光を対物レンズ18,ミラー17,レ
ンズ18により集光，結像し、その結像面にピンホール又
はスリツト等の開口９を設け、その背後に分光器10を置
く。ここでミラー17は１部19aを鏡面とし、他は透過す
るように製作されたもので、正反射光を遮断し、散乱光
のみを分光器10に入るよう機能する。このミラー17と他
のハーフミラー19とは、置き換え可能となるような機構
20をもつ。ハーフミラー19は全面半透鏡に製作したもの
である。機構20によりミラー17をハーフミラー19に置き
換えると、反射光のうちほぼ正反射光を分光器10に入る
ように機能する。
測定プロセスは次のようになる。正反射光のみの分光出
力を求める為に、コントローラ21により駆動ユニツト22
及びメモリ切換ユニツト23に指令する。駆動ユニツト22
は、ハーフミラー切換機構20によりハーフミラーとして
ハーフミラー19に切換える。メモリ切換ユニツト23は、
分光器からの分光出力をメモリA24に通し、メモリB25に
入らないようにする。従ってメモリA24に正反射光の分
光出力が記憶される。散乱光のみの分光出力を求める為
に、次に再度コントローラ21により駆動ユニツト22及び
メモリ切換ユニツト23に指令する。駆動ユニツト22はハ
ーフミラー切換機構20によりミラー17に切換える。メモ
リ切換ユニツト23は分光器からの分光出力をメモリB25
に通し、メモリA24に入らないようにする。従ってメモ
リB25に散乱光の分光出力が記憶される。２つのメモリA
24,B25に入っているデータと処理器14により薄膜の厚
み、溝の深さを算出する。
力を求める為に、コントローラ21により駆動ユニツト22
及びメモリ切換ユニツト23に指令する。駆動ユニツト22
は、ハーフミラー切換機構20によりハーフミラーとして
ハーフミラー19に切換える。メモリ切換ユニツト23は、
分光器からの分光出力をメモリA24に通し、メモリB25に
入らないようにする。従ってメモリA24に正反射光の分
光出力が記憶される。散乱光のみの分光出力を求める為
に、次に再度コントローラ21により駆動ユニツト22及び
メモリ切換ユニツト23に指令する。駆動ユニツト22はハ
ーフミラー切換機構20によりミラー17に切換える。メモ
リ切換ユニツト23は分光器からの分光出力をメモリB25
に通し、メモリA24に入らないようにする。従ってメモ
リB25に散乱光の分光出力が記憶される。２つのメモリA
24,B25に入っているデータと処理器14により薄膜の厚
み、溝の深さを算出する。
第４図は、第３図のミラー17,19の代りにハーフミラー1
9とフイルター26に置き換えた実施例である。ハーフミ
ラー19は固定しておく。ハーフミラー19とレンズ18の間
にフイルター26を置く。フイルター26の中央部27に透過
しないように吸収板をはってあり、他は透過するように
なっている。試料面への照明光のうち、試料面に垂直に
近い照明光の散乱光はフイルター26があってもフイルタ
ー26を通過するが、試料面に斜めに入射した照明光の散
乱光はフイルター26の中央部27及び光学系内部の鏡筒又
は絞り28によりカツトされる。但し１部斜めから照射さ
れた光の正反射光はフイルター26を透過する。
9とフイルター26に置き換えた実施例である。ハーフミ
ラー19は固定しておく。ハーフミラー19とレンズ18の間
にフイルター26を置く。フイルター26の中央部27に透過
しないように吸収板をはってあり、他は透過するように
なっている。試料面への照明光のうち、試料面に垂直に
近い照明光の散乱光はフイルター26があってもフイルタ
ー26を通過するが、試料面に斜めに入射した照明光の散
乱光はフイルター26の中央部27及び光学系内部の鏡筒又
は絞り28によりカツトされる。但し１部斜めから照射さ
れた光の正反射光はフイルター26を透過する。
従ってフイルター26を入れると散乱光と１部正反射光が
入る。次にこのフイルター26を除くと正反射光のみとな
る。
入る。次にこのフイルター26を除くと正反射光のみとな
る。
以上の実施例では試料面の１部を固定して測定したが、
これはXYステージ30により試料を移動させ、試料全面の
測定を行うようにする事も可能で、溝のない薄膜のみの
部分で正反射光を検出し、溝も、薄膜もある部分では散
乱光を検出し、前述同様の処理により薄膜の厚み、溝の
深さを算出することもできる。
これはXYステージ30により試料を移動させ、試料全面の
測定を行うようにする事も可能で、溝のない薄膜のみの
部分で正反射光を検出し、溝も、薄膜もある部分では散
乱光を検出し、前述同様の処理により薄膜の厚み、溝の
深さを算出することもできる。
以上説明したように、本発明は試料表面からの正反射光
と散乱光の分光特性を検出すると共に、正反射光の分光
特性に基づいて試料表面の膜厚を算出し、正反射光と散
乱光のそれぞれの分光特性の差に基づいて試料表面の凹
部の深さを算出するようになしたので、試料表面の膜厚
及び凹部の深さの計測を同一装置で簡単に且つ高精度に
行なうことを可能にする。
と散乱光の分光特性を検出すると共に、正反射光の分光
特性に基づいて試料表面の膜厚を算出し、正反射光と散
乱光のそれぞれの分光特性の差に基づいて試料表面の凹
部の深さを算出するようになしたので、試料表面の膜厚
及び凹部の深さの計測を同一装置で簡単に且つ高精度に
行なうことを可能にする。
第１図は本発明の薄膜の厚み，溝の深さ測定に実施した
例である。 第２図は第１図の各ブロツクの出力例である。 第３図は第１図同様薄膜の厚み、溝の深さ測定の他の実
施例である。 第４図は第３図の１部変更の実施例である。 図中、１は試料、２は試料表面の薄膜、３は試料表面の
溝、４は広帯域の光を発する光源、9,12はピンホール、
10,13は分光器、14は処理器、17,19はハーフミラー、26
はフイルターである。
例である。 第２図は第１図の各ブロツクの出力例である。 第３図は第１図同様薄膜の厚み、溝の深さ測定の他の実
施例である。 第４図は第３図の１部変更の実施例である。 図中、１は試料、２は試料表面の薄膜、３は試料表面の
溝、４は広帯域の光を発する光源、9,12はピンホール、
10,13は分光器、14は処理器、17,19はハーフミラー、26
はフイルターである。
Claims (3)
- 【請求項１】表面に膜及び凹部を有する試料を照明する
照明手段と、前記照明手段により照明された試料表面か
らの正反射光の分光特性と散乱光の分光特性を検出する
検出手段と、前記正反射光の分光特性に基づいて試料表
面の膜厚を算出し、前記正反射光の分光特性と前記散乱
光の分光特性の差に基づいて試料表面の凹部の深さを算
出する算出手段を有することを特徴とする光学測定装
置。 - 【請求項２】前記検出手段は前記正反射光の分光特性を
検出するための第１分光器と、前記散乱光の分光特性を
検出するための第２分光器を有することを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の光学測定装置。 - 【請求項３】前記検出手段は前記正反射光の分光特性の
検出と前記散乱光の分光特性の検出で分光器を兼用する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学測定
装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62304080A JPH0781836B2 (ja) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | 光学測定装置 |
| US07/593,253 US5087121A (en) | 1987-12-01 | 1990-10-01 | Depth/height measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62304080A JPH0781836B2 (ja) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | 光学測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01145504A JPH01145504A (ja) | 1989-06-07 |
| JPH0781836B2 true JPH0781836B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=17928787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62304080A Expired - Fee Related JPH0781836B2 (ja) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | 光学測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0781836B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0694427A (ja) * | 1992-07-31 | 1994-04-05 | Hitachi Ltd | 加工溝深さ検出方法とその装置、並びにイオンミリング装置および電子・光学素子製造方法 |
| US6775015B2 (en) | 2002-06-18 | 2004-08-10 | Timbre Technologies, Inc. | Optical metrology of single features |
| US7315384B2 (en) * | 2005-05-10 | 2008-01-01 | Asml Netherlands B.V. | Inspection apparatus and method of inspection |
| KR100947464B1 (ko) * | 2008-02-13 | 2010-03-17 | 에스엔유 프리시젼 주식회사 | 두께 측정장치 |
| DE102011085599B3 (de) * | 2011-11-02 | 2012-12-13 | Polytec Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur interferometrischen Vermessung eines Objekts |
| WO2013121518A1 (ja) * | 2012-02-14 | 2013-08-22 | 株式会社ニレコ | 測定装置及び測定方法 |
| CN104220932B (zh) | 2012-02-21 | 2017-02-22 | Asml荷兰有限公司 | 检查设备和方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61107104A (ja) * | 1984-10-31 | 1986-05-26 | Hitachi Ltd | 微細パタ−ン深さ測定方法及びその装置 |
| JPS61246607A (ja) * | 1985-04-25 | 1986-11-01 | Toray Ind Inc | 膜厚測定方法 |
-
1987
- 1987-12-01 JP JP62304080A patent/JPH0781836B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01145504A (ja) | 1989-06-07 |
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