JP2001280920A - Method and instrument for measuring film thickness - Google Patents
Method and instrument for measuring film thicknessInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、円形の半導体ウエ
ハやガラス基板（以下、単に基板と称する）に対して光
を照射し、基板からの反射光に基づき基板上に形成され
た薄膜の膜厚を測定する膜厚測定方法及びその装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film formed on a substrate by irradiating a circular semiconductor wafer or a glass substrate (hereinafter simply referred to as a substrate) with light and reflecting light from the substrate. The present invention relates to a method and an apparatus for measuring a film thickness for measuring a thickness.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年の半導体製造プロセスにおいてはパ
ターンの微細化が進み、例えば、０．１μｍ台の線幅で
薄膜のパターンが形成され始めている。プロセスにおい
ては膜厚管理も重要視されているが、現状の光干渉式膜
厚測定装置では、０．５μｍ以下のパターンについて
は、その測定領域の大きさよりも線幅が極めて狭いので
パターンを形成している薄膜の膜厚を測定できていな
い。2. Description of the Related Art In a recent semiconductor manufacturing process, a pattern is becoming finer, and a thin film pattern is being formed with a line width of, for example, about 0.1 μm. In the process, film thickness control is also regarded as important, but with the current optical interference type film thickness measuring device, the pattern is formed because the line width is extremely narrower than the size of the measurement area for patterns of 0.5 μm or less. The thickness of the thin film is not measured.
【０００３】そのためＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用
いた断面検査を行って膜厚を測定することも行われてい
るが、測定のために基板を破壊する必要がある。そこ
で、現在は、基板に形成されているＴＥＧ（テストエレ
メントグループ）パターン内に、光干渉式膜厚測定装置
の測定領域と少なくとも同等の面積を有する膜厚測定用
の領域を形成しておき、この部分の膜厚を測定して、こ
れを製品パターンにおける目的薄膜の膜厚とすることが
行われている。[0003] For this reason, it is also performed to measure the film thickness by performing a cross-sectional inspection using an SEM (scanning electron microscope), but it is necessary to break the substrate for the measurement. Therefore, at present, in a TEG (test element group) pattern formed on the substrate, a region for film thickness measurement having an area at least equivalent to the measurement region of the optical interference film thickness measurement device is formed, The thickness of this portion is measured, and this is used as the thickness of the target thin film in the product pattern.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。すなわち、実際に測定したいのは製品パターン内
にある目的薄膜の膜厚であって、ＴＥＧパターン内のも
のではない。However, the prior art having such a structure has the following problems. That is, what is actually desired to be measured is the thickness of the target thin film in the product pattern, not in the TEG pattern.
【０００５】ＴＥＧパターン内に形成された膜厚測定用
の領域は、同一基板上であっても製品パターンとは異な
る位置にあることや、異なるパターンが形成されている
ので、特にＣＭＰ（化学機械研磨）工程で発生している
ディッシングやエロージョンなどの影響を大きく受け、
ＴＥＧパターン内の膜厚をもって製品パターンにおける
目的薄膜の膜厚とすると不正確になるという問題があ
る。[0005] Since the film thickness measurement region formed in the TEG pattern is located at a position different from the product pattern even on the same substrate, and a different pattern is formed, it is particularly necessary to use a CMP (chemical mechanical Greatly affected by dishing and erosion generated in the polishing) process.
If the thickness of the target thin film in the product pattern is taken as the thickness in the TEG pattern, there is a problem that the accuracy becomes inaccurate.
【０００６】ＣＭＰ工程においては、パターンの線幅と
その間隔（Line & Spaceを略してL&S と称する）の影響
を大きく受ける。例えば、パターンが密な領域と粗な領
域とでは一般的に粗な領域の方が密な領域に比較して研
磨が早く進むことになって研磨度合いが大きく異なる。
そのため製品パターンとＴＥＧパターンとでは全くパタ
ーンが異なるので、ＴＥＧパターンから製品パターンに
おける目的薄膜の膜厚を推定することは正確さに欠ける
のである。[0006] In the CMP process, the line width of the pattern and its interval (Line & Space is abbreviated to L & S) are greatly affected. For example, in a region where a pattern is dense and a region where a pattern is coarse, polishing generally proceeds faster in a coarse region than in a dense region, and the degree of polishing greatly differs.
Therefore, since the pattern is completely different between the product pattern and the TEG pattern, it is not accurate to estimate the thickness of the target thin film in the product pattern from the TEG pattern.
【０００７】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、目的薄膜を含んだ測定領域内の分光反
射スペクトルから対象外薄膜の成分を除去することによ
り、測定領域より狭い線幅を有する目的薄膜の膜厚を正
確に測定することができる膜厚測定方法及びその装置を
提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and is intended to remove a component of a non-target thin film from a spectral reflection spectrum in a measurement region including a target thin film, thereby obtaining a line narrower than the measurement region. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for measuring the thickness of a thin film, which can accurately measure the thickness of a target thin film having a width.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項１に記載の膜厚測定方法は、薄膜が形成され
た基板からの反射光に基づき膜厚を測定する膜厚測定方
法であって、膜厚測定の対象である目的薄膜と、膜厚測
定の対象外である対象外薄膜とを含む測定領域内からの
分光反射スペクトルを測定する測光過程と、を含んだ測
定領域内からの分光反射スペクトルを測定する測光過程
と、前記分光反射スペクトルから目的薄膜の成分だけを
抽出分光反射スペクトルとして抽出する抽出過程と、前
記抽出分光反射スペクトルに基づき前記目的薄膜の膜厚
を算出する算出過程と、を実施することを特徴とするも
のである。The present invention has the following configuration in order to achieve the above object. That is, the film thickness measuring method according to claim 1 is a film thickness measuring method for measuring a film thickness based on reflected light from a substrate on which a thin film is formed, and a target thin film to be measured for a film thickness, A photometric process of measuring a spectral reflection spectrum from within a measurement region including a non-target thin film that is not a target of the film thickness measurement; a photometric process of measuring a spectral reflection spectrum from within the measurement region including the film; An extraction process of extracting only a component of a target thin film from a spectrum as an extracted spectral reflection spectrum, and a calculation process of calculating a film thickness of the target thin film based on the extracted spectral reflection spectrum are performed. .
【０００９】また、請求項２に記載の膜厚測定方法は、
膜厚測定の対象である目的薄膜が形成された基板の表面
を覆う膜厚測定の対象外である対象外薄膜を所定量だけ
除去して、基板上に目的薄膜および対象外薄膜とを含む
層を露出させる過程で、基板上の目的薄膜の膜厚を測定
する膜厚測定方法において、前記層内の目的薄膜および
対象外薄膜を含む大きさを有する測定領域内からの分光
反射スペクトルを測定する測定過程と、測定領域内の分
光反射スペクトルと、対象外薄膜の分光反射スペクトル
とを比較する比較過程と、比較過程で測定領域内の分光
反射スペクトルと対象外薄膜の分光反射スペクトルとが
不一致である場合に、測定領域内からの分光反射スペク
トルから目的薄膜の成分だけを抽出分光反射スペクトル
として抽出する抽出過程と、抽出分光反射スペクトルに
基づき目的薄膜の膜厚を算出する算出過程と、を実施す
ることを特徴とするものである。Further, according to a second aspect of the present invention, there is provided a method for measuring a film thickness.
A layer containing the target thin film and the non-target thin film on the substrate by removing a predetermined amount of the non-target thin film that is not the target of the film thickness covering the surface of the substrate on which the target thin film whose target thin film is to be measured is formed. In the process of exposing, in a film thickness measuring method for measuring the film thickness of a target thin film on a substrate, a spectral reflection spectrum from a measurement region having a size including the target thin film and the non-target thin film in the layer is measured. The measurement process, the comparison process of comparing the spectral reflection spectrum in the measurement area and the spectral reflection spectrum of the non-target thin film, and the spectral reflection spectrum in the measurement area does not match the spectral reflection spectrum of the non-target thin film in the comparison process. In some cases, only the component of the target thin film is extracted as an extracted spectral reflection spectrum from the spectral reflection spectrum from within the measurement area, and the extraction process of the target thin film is performed based on the extracted spectral reflection spectrum. A calculation step of calculating the thickness, and is characterized in that to implement.
【００１０】また、請求項３に記載の膜厚測定方法は、
請求項１または２に記載の膜厚測定方法において、前記
抽出過程では、対象外薄膜の分光反射スペクトルに対し
て、目的薄膜と対象外薄膜との線幅比に応じた補正係数
を乗じるとともに、前記対象外薄膜の分光反射スペクト
ルに付加されているオフセットを加算し、この成分を前
記目的薄膜の分光反射スペクトルから減算することに基
づき前記抽出分光反射スペクトルを抽出するようにした
ことを特徴とするものである。[0010] The method for measuring a film thickness according to claim 3 is characterized in that:
3. The film thickness measuring method according to claim 1, wherein, in the extracting step, a spectral reflection spectrum of the non-target thin film is multiplied by a correction coefficient corresponding to a line width ratio between the target thin film and the non-target thin film. An offset added to the spectral reflection spectrum of the non-target thin film is added, and the extracted spectral reflection spectrum is extracted based on subtracting this component from the spectral reflection spectrum of the target thin film. Things.
【００１１】また、請求項４に記載の膜厚測定装置は、
薄膜が形成された基板からの反射光に基づき膜厚を測定
する膜厚測定装置において、膜厚測定の対象である目的
薄膜と、膜厚測定の対象外である対象外薄膜とを含む測
定領域内からの分光反射スペクトルを測定する測光手段
と、前記分光反射スペクトルから目的薄膜の成分だけを
抽出分光反射スペクトルとして抽出する抽出手段と、前
記抽出分光反射スペクトルに基づき前記目的薄膜の膜厚
を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とするもの
である。Further, the film thickness measuring device according to claim 4 is
In a film thickness measuring device for measuring a film thickness based on reflected light from a substrate on which a thin film is formed, a measurement area including a target thin film to be measured and a non-target thin film not to be measured Photometric means for measuring the spectral reflection spectrum from the inside, extraction means for extracting only the component of the target thin film from the spectral reflection spectrum as an extracted spectral reflection spectrum, and calculating the film thickness of the target thin film based on the extracted spectral reflection spectrum And a calculating means for performing the calculation.
【００１２】また、請求項５に記載の膜厚測定装置は、
膜厚測定の対象である目的薄膜が形成された基板の表面
を覆う膜厚測定の対象外である対象外薄膜を所定量だけ
除去して、基板上に目的薄膜および対象外薄膜とを含む
層を露出させる過程で、基板上の目的薄膜の膜厚を測定
する膜厚測定装置において、前記層内の目的薄膜および
対象外薄膜を含む大きさを有する測定領域内からの分光
反射スペクトルを測定する測光手段と、測定領域内の分
光反射スペクトルと、対象外薄膜の分光反射スペクトル
とを比較する比較手段と、比較過程で測定領域内の分光
反射スペクトルと対象外薄膜の分光反射スペクトルとが
不一致である場合に、測定領域内からの分光反射スペク
トルから目的薄膜の成分だけを抽出分光反射スペクトル
として抽出する抽出手段と、抽出分光反射スペクトルに
基づき目的薄膜の膜厚を算出する算出手段と、を備えた
ことを特徴とするものである。Further, the film thickness measuring apparatus according to claim 5 is
A layer containing the target thin film and the non-target thin film on the substrate by removing a predetermined amount of the non-target thin film that is not the target of the film thickness covering the surface of the substrate on which the target thin film whose target thin film is to be measured is formed. In the process of exposing, a film thickness measuring device for measuring the thickness of the target thin film on the substrate measures a spectral reflection spectrum from within a measurement region having a size including the target thin film and the non-target thin film in the layer. A photometric means, a comparison means for comparing the spectral reflection spectrum in the measurement area with the spectral reflection spectrum of the non-target thin film, and a difference between the spectral reflection spectrum in the measurement area and the spectral reflection spectrum of the non-target thin film during the comparison process. In some cases, an extracting means for extracting only the components of the target thin film from the spectral reflection spectrum from within the measurement area as an extracted spectral reflection spectrum, and extracting the target thin film based on the extracted spectral reflection spectrum A calculating means for calculating a thickness, it is characterized in that it comprises a.
【００１３】また、請求項６に記載の膜厚測定装置は、
請求項４または５に記載の膜厚測定装置において、前記
抽出手段では、対象外薄膜の分光反射スペクトルに対し
て、目的薄膜と対象外薄膜との線幅比に応じた補正係数
を乗じるとともに、前記対象外薄膜の分光反射スペクト
ルに付加されているオフセットを加算し、この成分を前
記目的薄膜の分光反射スペクトルから減算することに基
づき前記抽出分光反射スペクトルを抽出するようにした
ことを特徴とするものである。Further, the film thickness measuring device according to claim 6 is
6. The film thickness measuring apparatus according to claim 4, wherein the extraction unit multiplies a spectral reflection spectrum of the non-target thin film by a correction coefficient corresponding to a line width ratio between the target thin film and the non-target thin film, An offset added to the spectral reflection spectrum of the non-target thin film is added, and the extracted spectral reflection spectrum is extracted based on subtracting this component from the spectral reflection spectrum of the target thin film. Things.
【００１４】[0014]
【作用】請求項１に記載の発明の作用は次のとおりであ
る。まず、膜厚測定の対象である目的薄膜と対象外薄膜
とを含む測定領域内からの分光反射スペクトルを測定
し、次いで目的薄膜の成分だけを抽出分光反射スペクト
ルとして抽出する。このようにして対象外薄膜の成分を
除去した抽出分光反射スペクトルに基づき目的薄膜だけ
の膜厚を算出する。The operation of the first aspect of the invention is as follows. First, a spectral reflection spectrum is measured from within a measurement region including a target thin film and a non-target thin film whose thickness is to be measured, and then only components of the target thin film are extracted as an extracted spectral reflection spectrum. In this way, the thickness of only the target thin film is calculated based on the extracted spectral reflection spectrum from which the components of the non-target thin film have been removed.
【００１５】また、請求項２に記載の発明によれば、膜
厚測定の対象である目的薄膜が形成された基板の表面を
覆う膜厚測定の対象外である対象外薄膜を所定量だけ除
去して、基板上に目的薄膜および対象外薄膜とを含む層
を露出させる過程で、基板上の目的薄膜の膜厚を測定す
る場合には、対象外薄膜が除去できているか否かを、対
象外薄膜の分光反射スペクトルのプロファイルと比較す
ることで判断することができる。その比較の結果、プロ
ファイルが一致しなかった場合には対象外薄膜が除去さ
れていると判断されるので、抽出過程へと移行する。According to the second aspect of the present invention, a predetermined amount of the non-target thin film which is not the target of the film thickness measurement and covers the surface of the substrate on which the target thin film of the target film thickness is formed is removed. Then, in the process of exposing the layer containing the target thin film and the non-target thin film on the substrate, when measuring the thickness of the target thin film on the substrate, it is determined whether or not the non-target thin film has been removed. It can be determined by comparing with the profile of the spectral reflection spectrum of the outer thin film. If the profiles do not match as a result of the comparison, it is determined that the non-target thin film has been removed, and the process proceeds to the extraction process.
【００１６】なお、『露出する過程』とは、例えば図１
０に示すように対象外薄膜が目的薄膜上に薄く残ってい
る状態と、対象外薄膜が完全に除去されて目的薄膜が露
出した状態の両方を含む。Incidentally, the "exposure process" refers to, for example, FIG.
Both the state where the non-target thin film remains thin on the target thin film as shown in FIG. 0 and the state where the target thin film is exposed by completely removing the non-target thin film are included.
【００１７】また、請求項３に記載の発明によれば、抽
出分光反射スペクトルは、線幅比に応じた補正係数を対
象外薄膜の分光反射スペクトルに乗じ、さらにオフセッ
トを加算し、この成分を測定領域内の分光反射スペクト
ルから減算することに基づき求められる。According to the third aspect of the present invention, the extracted spectral reflection spectrum is obtained by multiplying the spectral reflection spectrum of the non-target thin film by a correction coefficient corresponding to the line width ratio, and further adding an offset. It is determined based on subtraction from the spectral reflection spectrum in the measurement area.
【００１８】また、請求項４に記載の発明によれば、ま
ず、測光手段が目的薄膜と対象外薄膜とを含む測定領域
内からの分光反射スペクトルを測定し、次いで抽出手段
が目的薄膜の成分だけを抽出分光反射スペクトルとして
抽出する。このようにして目的薄膜以外の対象外薄膜成
分を除去した抽出分光反射スペクトルに基づいて、算出
手段が目的薄膜だけの膜厚を算出することができる。According to the fourth aspect of the present invention, first, the photometric means measures the spectral reflection spectrum from within the measurement area including the target thin film and the non-target thin film, and then the extraction means determines the component of the target thin film. Is extracted as an extracted spectral reflection spectrum. In this way, the calculating means can calculate the film thickness of only the target thin film based on the extracted spectral reflection spectrum from which the non-target thin film components other than the target thin film have been removed.
【００１９】また、請求項５に記載の発明によれば、膜
厚測定の対象である目的薄膜が形成された基板の表面を
覆う膜厚測定の対象外である対象外薄膜を所定量だけ除
去して、基板上に目的薄膜および対象外薄膜とを含む層
を露出させる過程で、基板上の目的薄膜の膜厚を測定す
る場合には、対象外薄膜の分光反射スペクトルのプロフ
ァイルと測光手段で測定された分光反射プロファイルと
を比較手段が比較することにより、不要な対象外薄膜が
除去できているか否かを判断することができる。その比
較の結果、プロファイルが一致しなかった場合には対象
外薄膜が除去されていると判断されるので、抽出手段に
よる抽出へと移行する。According to the fifth aspect of the present invention, a predetermined amount of the non-target thin film which is not the target of the film thickness measurement and covers the surface of the substrate on which the target thin film of the target film thickness is formed is removed. Then, in the process of exposing the layer containing the target thin film and the non-target thin film on the substrate, when measuring the thickness of the target thin film on the substrate, the profile of the spectral reflection spectrum of the non-target thin film and the photometric means are used. By comparing the measured spectral reflection profile with the comparison means, it can be determined whether or not unnecessary unnecessary thin films have been removed. As a result of the comparison, if the profiles do not match, it is determined that the non-target thin film has been removed, and the process shifts to extraction by the extraction means.
【００２０】また、請求項６に記載の発明によれば、抽
出手段は、線幅比に応じた補正係数を対象外薄膜の分光
反射スペクトルに乗じ、さらにオフセットを加算し、こ
の成分を測定領域の分光反射スペクトルから減算するこ
とに基づき抽出分光反射スペクトルを求める。According to the present invention, the extracting means multiplies the spectral reflection spectrum of the non-target thin film by a correction coefficient corresponding to the line width ratio, further adds an offset, and converts this component into a measurement area. To obtain an extracted spectral reflection spectrum based on the subtraction from the spectral reflection spectrum.
【００２１】[0021]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施例を説明する。図１は本発明に係る光干渉式膜厚測
定装置の概略構成を示したブロック図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an optical interference type film thickness measuring apparatus according to the present invention.
【００２２】膜厚測定の対象である目的薄膜が形成され
た基板Ｗは、図示しない移動機構により水平面内で移動
可能に構成されたステージ１に載置されている。このス
テージ１の上方には、光源部３が配備されており、この
光源部３から横向きに射出された光はビームスプリッタ
５により下方に反射されて対物レンズ７を通り、基板Ｗ
に対して照射される。対物レンズ７を通して基板Ｗに光
が照射される範囲内の所定範囲が本発明における測定領
域に相当し、その大きさは、対物レンズ７の倍率と後述
のプレート１１ａに形成されたピンホールの大きさによ
り決定されるもので、概ね数十μｍ径である。The substrate W on which the target thin film whose thickness is to be measured is formed is mounted on a stage 1 which is movable in a horizontal plane by a moving mechanism (not shown). Above the stage 1, a light source unit 3 is provided. Light emitted laterally from the light source unit 3 is reflected downward by the beam splitter 5, passes through the objective lens 7, and passes through the substrate W
Irradiated against A predetermined range within a range where the substrate W is irradiated with light through the objective lens 7 corresponds to a measurement area in the present invention, and the size is determined by the magnification of the objective lens 7 and the size of a pinhole formed on a plate 11a described later. The diameter is generally determined by several tens of μm.
【００２３】光源部３は、ハロゲンランプまたはハロゲ
ンランプ及び重水素ランプを備えたランプ３ａと、複数
個のレンズ３ｂとを備えており、可視光または紫外光を
含んだ可視光を射出する。なお、測定対象の目的薄膜の
膜厚や膜種によってはランプ３ａを重水素ランプだけで
構成して紫外光だけを射出するようにしてもよい。The light source unit 3 includes a lamp 3a having a halogen lamp or a halogen lamp and a deuterium lamp, and a plurality of lenses 3b, and emits visible light including visible light or ultraviolet light. Note that, depending on the thickness and the type of the target thin film to be measured, the lamp 3a may be configured only with a deuterium lamp to emit only ultraviolet light.
【００２４】基板Ｗの表面からの反射光は、再び対物レ
ンズ７を通るとともに、その上方の光軸上に配備された
ビームスプリッタ５を透過し、その上方に配備されてい
るチューブレンズ９により集光されて分光ユニット１１
に入射される。The reflected light from the surface of the substrate W passes through the objective lens 7 again, passes through the beam splitter 5 provided on the optical axis above the objective lens 7, and is collected by the tube lens 9 provided above the same. Lighted and spectral unit 11
Is incident on.
【００２５】また、分光ユニット１１とチューブレンズ
９の間には、プリズム１３が配備されており、基板Ｗか
らの反射光の一部を取り出すようになっている。取り出
された反射光の一部は撮像ユニット１５に導かれ、レン
ズ１５ａを介して所定位置に集光される。集光位置には
撮像素子１５ｂが配設されており、測定領域に対応した
画像信号が画像処理部１７に出力される。A prism 13 is provided between the spectroscopic unit 11 and the tube lens 9 so as to extract a part of the reflected light from the substrate W. A part of the extracted reflected light is guided to the imaging unit 15 and collected at a predetermined position via the lens 15a. An image sensor 15b is provided at the light condensing position, and an image signal corresponding to the measurement area is output to the image processing unit 17.
【００２６】画像処理部１７は、入力された画像信号に
所定の処理を施してＩ／Ｏ２１に出力する。出力された
画像信号は、ＣＰＵやメモリを内蔵した制御部２３の制
御の下でディスプレイ装置２５に出力される。測定者
は、このようにして表示される画像を見ながら、操作部
２７を操作してステージ１を移動させ、基板Ｗ表面の所
望の位置に測定領域を設定して膜厚測定を行うようにな
っている。The image processing section 17 performs predetermined processing on the input image signal and outputs the processed signal to the I / O 21. The output image signal is output to the display device 25 under the control of the control unit 23 having a built-in CPU and memory. The measurer operates the operation unit 27 to move the stage 1 while watching the image displayed in this manner, and sets the measurement area at a desired position on the surface of the substrate W to measure the film thickness. Has become.
【００２７】分光ユニット１１は、反射光の入射位置に
ピンホールが形成されたプレート１１ａと、このプレー
ト１１ａの上方に配備されて反射光を分光する凹面回折
格子１１ｂと、この凹面回折格子１１ｂによって分光さ
れた回折光の分光光強度を検出する光検出器１１ｃとを
備えている。光検出器１１ｃは、例えば、フォトダイオ
ードアレイやＣＣＤなどにより構成されており、プレー
ト１１ａに形成されているピンホールと共役な関係に配
置されている。したがって、分光ユニット１１に入射し
た反射光は、凹面回折格子１１ｂで分光され、この光の
分光光強度に対応した信号が光検出１１ｃから分光反射
スペクトルとしてデータ処理部１９に出力される。The spectroscopy unit 11 includes a plate 11a having a pinhole formed at a position where the reflected light is incident, a concave diffraction grating 11b disposed above the plate 11a for separating the reflected light, and a concave diffraction grating 11b. A photodetector 11c for detecting the intensity of the spectral light of the diffracted diffracted light. The photodetector 11c is composed of, for example, a photodiode array, a CCD, or the like, and is arranged in a conjugate relationship with a pinhole formed in the plate 11a. Therefore, the reflected light that has entered the spectroscopic unit 11 is split by the concave diffraction grating 11b, and a signal corresponding to the intensity of the split light is output from the light detection 11c to the data processing unit 19 as a spectral reflection spectrum.
【００２８】なお、分光ユニット１１が本発明における
測光手段に相当する。Note that the spectroscopy unit 11 corresponds to the photometric means in the present invention.
【００２９】データ処理部１９は、詳細は後述するが、
操作部２７を介しての測定者の指示に基づく制御部２３
からの制御信号に応じて処理を行う。具体的には、分光
反射スペクトルに基づき基板Ｗに被着された目的薄膜の
分光反射スペクトルだけを抽出するとともに、この抽出
分光反射スペクトルに基づいて目的薄膜の膜厚を算出す
る等の処理を行う。このようにして求められた目的薄膜
の膜厚は、ディスプレイ装置２５に表示される。The data processing unit 19 will be described in detail later.
The control unit 23 based on a measurer's instruction via the operation unit 27
The processing is performed in accordance with the control signal from. More specifically, processing such as extracting only the spectral reflection spectrum of the target thin film deposited on the substrate W based on the spectral reflection spectrum, and calculating the film thickness of the target thin film based on the extracted spectral reflection spectrum is performed. . The thickness of the target thin film thus obtained is displayed on the display device 25.
【００３０】また、データ処理部１９は、目的薄膜とは
異なる対象外薄膜の分光反射スペクトルを記憶してお
り、このプロファイルと、測定した分光反射スペクトル
のプロファイルとを比較して、ほぼ同じであった場合に
は目的薄膜の膜厚測定ができない状態であると判断し
て、データ処理を中断するとともにディスプレイ装置２
５にその旨を表示するようにもなっている。または、対
象外薄膜だけの分光反射スペクトルと分光反射スペクト
ルとのプロファイルを比較して、これらが一致しない場
合には、対象外薄膜が目的薄膜を覆っていない状態であ
ると判断して膜厚測定のためのデータ処理を実施する。
上記の比較の対象となる対象外薄膜の分光反射スペクト
ルは、予め実際に測定しておいてもよく、理論的な計算
から求められたスペクトルを用いてもよい。The data processing section 19 stores a spectral reflection spectrum of a non-target thin film different from the target thin film, and compares this profile with the profile of the measured spectral reflection spectrum. In this case, it is determined that the thickness of the target thin film cannot be measured, the data processing is interrupted, and the display device 2 is stopped.
5 is displayed to that effect. Alternatively, the profiles of the spectral reflection spectrum of the non-target thin film alone and the spectral reflection spectrum are compared, and if they do not match, it is determined that the non-target thin film does not cover the target thin film, and the film thickness is measured. Perform data processing for
The spectral reflection spectrum of the non-target thin film to be compared may be actually measured in advance, or may be a spectrum obtained from a theoretical calculation.
【００３１】なお、データ処理部１９は、本発明におけ
る抽出手段及び算出手段に相当するとともに比較手段に
も相当する。The data processing section 19 corresponds to the extracting means and the calculating means in the present invention and also corresponds to the comparing means.
【００３２】次に、図２のフローチャートを参照しなが
ら説明する。なお、図２は、本発明に係る膜厚測定方法
の流れを示したフローチャートである。Next, description will be made with reference to the flowchart of FIG. FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the film thickness measuring method according to the present invention.
【００３３】また、基板Ｗは、図３の測定領域Ｒにおけ
る薄膜の状態を示した平面図及び縦断面図に示すよう
に、一例としてシリコン基板Ｗａの上に目的薄膜である
酸化膜Ｆ１が形成され、その上にタンタルナイトライド
(TaN) などのバリアメタル膜Ｆ２が被着され、さらにそ
の上に銅配線用の対象外薄膜である銅膜Ｆ３が被着され
ているものとする。そして、基本的には、図３（ｂ）に
示すように銅膜Ｆ３をバリアメタル膜Ｆ２とともに研磨
処理し、図３（ｃ）に示すような状態まで研磨処理を施
した後に酸化膜Ｆ１の膜厚測定を行うようになってい
る。但し、場合によっては図３（ｃ）の状態にまで至っ
ていない場合もありうる。As shown in a plan view and a longitudinal sectional view showing the state of the thin film in the measurement region R in FIG. 3, an oxide film F1 as a target thin film is formed on a silicon substrate Wa as an example. Tantalum nitride on it
It is assumed that a barrier metal film F2 such as (TaN) is deposited, and a copper film F3, which is a non-target thin film for copper wiring, is further deposited thereon. Then, basically, as shown in FIG. 3B, the copper film F3 is polished together with the barrier metal film F2, and after being polished to the state shown in FIG. The film thickness is measured. However, in some cases, the state of FIG. 3C may not be reached.
【００３４】なお、本実施例では、図３（ｃ）に示す研
磨処理後の膜厚測定において、対象外薄膜を銅膜Ｆ３と
してこの成分を分光反射スペクトルから除去するが、バ
リアメタル膜Ｆ２の成分は除去しない。これは、バリア
メタル膜Ｆ２の線幅ｄ３が酸化膜Ｆ１の線幅ｄ１や銅膜
Ｆ３の線幅（ｄ２−ｄ３×２）と比較して極めて細く影
響が少ないためである。In this embodiment, in the film thickness measurement after the polishing treatment shown in FIG. 3C, the non-target thin film is used as the copper film F3 and this component is removed from the spectral reflection spectrum. No components are removed. This is because the line width d3 of the barrier metal film F2 is extremely thin compared to the line width d1 of the oxide film F1 and the line width (d2−d3 × 2) of the copper film F3, and has little influence.
【００３５】ステップＳ１（測光過程） まず、測定者は研磨処理を終えた基板Ｗをステージ１に
載置し、ディスプレイ装置２５に映し出される測定領域
Ｒの画像を見ながら、操作部２７を操作してステージ１
を移動させることにより所望の位置に測定領域Ｒを位置
させる。Step S1 (photometric process) First, the measurer places the substrate W, which has been polished, on the stage 1, and operates the operation unit 27 while watching the image of the measurement region R projected on the display device 25. Stage 1
Is moved to position the measurement region R at a desired position.
【００３６】そして、所望の位置に移動した場合には、
操作部２７を介して測定開始の指示を行う。すると、測
定領域Ｒからの分光反射スペクトルが分光ユニット１１
からデータ処理部１９に与えられる。図４は、このよう
にして測定された分光反射スペクトルの一例を示したグ
ラフである。なお、この図４の分光反射スペクトルは、
図３（ａ）に示した酸化膜Ｆ１の幅ｄ１と、酸化膜Ｆ１
同士の間隔ｄ２との線幅比（L&S ）が１μｍ：１μｍ等
の５０：５０の基板Ｗから得られたものである。And, when it moves to a desired position,
An instruction to start measurement is issued via the operation unit 27. Then, the spectral reflection spectrum from the measurement region R is converted into the spectral unit 11.
To the data processing unit 19. FIG. 4 is a graph showing an example of the spectral reflection spectrum measured in this way. The spectral reflection spectrum of FIG.
The width d1 of the oxide film F1 shown in FIG.
It is obtained from a 50:50 substrate W having a line width ratio (L & S) of 1 μm: 1 μm or the like to the distance d2 between them.
【００３７】ステップＳ２（比較過程） データ処理部１９は、測定した分光反射スペクトルと、
予め記憶しておいた対象外薄膜である銅膜Ｆ３の分光反
射スペクトルとを比較し、この結果に応じて処理を分岐
する。Step S2 (comparison process) The data processor 19 compares the measured spectral reflection spectrum with
The spectrum is compared with the spectral reflection spectrum of the copper film F3, which is a non-target thin film, which is stored in advance, and the process branches depending on the result.
【００３８】すなわち、このステップＳ２では、図３
（ｂ）の状態から研磨処理が進み、図３（ｃ）のように
研磨処理が完了して目的薄膜である酸化膜Ｆ１が表面に
露出した状態であるか否かを判断するのである。研磨処
理が完了していない場合には、測定した分光反射スペク
トルが対象外薄膜Ｆ３の分光反射スペクトル（図５）と
一致するので、ステップＳ３に戻って研磨処理を行った
後にステップＳ２に戻り、処理が完了している場合には
それらが不一致となるので、次のステップＳ４に移行す
る。That is, in step S2, FIG.
The polishing process proceeds from the state (b), and it is determined whether the polishing process is completed and the oxide film F1 as the target thin film is exposed on the surface as shown in FIG. 3 (c). If the polishing process has not been completed, the measured spectral reflectance spectrum matches the spectral reflectance spectrum of the non-target thin film F3 (FIG. 5), so the process returns to step S3, and after the polishing process, returns to step S2. If the processing has been completed, they do not match, and the process proceeds to the next step S4.
【００３９】なお、銅膜Ｆ３のみの分光反射スペクトル
は、図５に示すように、長波長側に向かうにつれて徐々
に反射比率が上昇するとともに５５０ｎｍ付近で急激に
上昇し、その後、６００ｎｍ付近で緩やかな上昇カーブ
を描くようになっている。本実施例では、処理の簡略化
を図るために、波長４００〜５５０ｎｍまでの分光反射
スペクトルのプロファイルと、測定した分光反射スペク
トルのプロファイルとを比較するようにしている。ま
た、後述する抽出処理においてもこの波長範囲だけを対
象にして処理を行っているが、比較処理や抽出処理にお
いて全波長範囲を対象に処理を行うようにしてもよい。As shown in FIG. 5, in the spectral reflection spectrum of only the copper film F3, the reflection ratio gradually increases toward the longer wavelength side, sharply increases near 550 nm, and then gradually increases near 600 nm. It is designed to draw a rising curve. In the present embodiment, in order to simplify the processing, the profile of the spectral reflection spectrum from 400 to 550 nm in wavelength is compared with the profile of the measured spectral reflection spectrum. Further, in the extraction processing described later, the processing is performed only for this wavelength range. However, the comparison processing and the extraction processing may be performed for the entire wavelength range.
【００４０】このように基板Ｗの表面全体を銅膜Ｆ３で
覆った後に酸化膜Ｆ１の膜厚を測定する場合には、不要
な銅膜Ｆ３が除去できているか否かを、銅膜Ｆ３の分光
反射スペクトルのプロファイルと比較することで判断す
ることができる。その比較の結果、プロファイルが一致
しなかった場合には銅膜Ｆ３が除去されていると判断さ
れるので抽出処理へと移行することで、酸化膜Ｆ１の膜
厚測定を適切に行うことができるようになっている。When the thickness of the oxide film F1 is measured after the entire surface of the substrate W is covered with the copper film F3, it is determined whether or not the unnecessary copper film F3 has been removed. It can be determined by comparing with the profile of the spectral reflection spectrum. As a result of the comparison, if the profiles do not match, it is determined that the copper film F3 has been removed, so the process proceeds to the extraction process, so that the thickness measurement of the oxide film F1 can be appropriately performed. It has become.
【００４１】ステップＳ４（抽出過程） ここでは、ステップＳ２において測定された分光反射ス
ペクトルから対象外薄膜である銅膜Ｆ３による成分を除
去して目的薄膜である酸化膜Ｆ１の成分だけを抽出す
る。Step S4 (Extraction Process) In this step, the components of the non-target thin film copper film F3 are removed from the spectral reflection spectrum measured in step S2, and only the components of the target thin film oxide film F1 are extracted.
【００４２】具体的には、次の（１）式によって抽出分
光反射スペクトルＦ（λ）を算出する。なお、式中の記
号λは４００〜５５０（あるいは８００）ｎｍであり、
Ｍ（λ）は測定領域における分光反射スペクトルであ
り、Ｎ（λ）は対象外薄膜の分光反射スペクトルを表し
ている。また、ｋは目的薄膜のL&S に応じた補正係数で
あり、f(offset) は反射比率オフセットを表している。Specifically, the extracted spectral reflection spectrum F (λ) is calculated by the following equation (1). The symbol λ in the formula is 400 to 550 (or 800) nm,
M (λ) is the spectral reflection spectrum in the measurement region, and N (λ) is the spectral reflection spectrum of the non-target thin film. K is a correction coefficient according to L & S of the target thin film, and f (offset) represents a reflection ratio offset.
【００４３】 ΣＦ（λ）＝Σ｛Ｍ（λ）−Ｎ（λ）・ｋ＋f(offset) ｝ ………（１）{F (λ) = {M (λ) −N (λ) · k + f (offset)} (1)
【００４４】この（１）式により、ステップＳ１で測定
した分光反射スペクトルＭ（λ）から、対象外薄膜であ
る銅膜Ｆ３の分光反射スペクトルＮ（λ）を差し引いて
抽出分光反射スペクトルＦ（λ）とするのである（イメ
ージ的には、図４から図５を引く）。但し、目的薄膜の
線幅比であるL&S によって銅膜Ｆ３の影響が異なるの
で、その分を補正係数ｋで補う。因みに、補正係数ｋ
は、材料が銅の場合であって線幅比が５０：５０の場合
は発明者等の種々の実験により『０．７』程度が好まし
いことが判っている。なお、本実施例における分光反射
スペクトルＭ（λ），Ｎ（λ）は、シリコン基板Ｗａに
対する相対反射率である。According to the equation (1), the spectral reflection spectrum N (λ) of the copper film F3, which is a non-target thin film, is subtracted from the spectral reflection spectrum M (λ) measured in step S1 to extract the extracted spectral reflection spectrum F (λ). ) (From an image, FIG. 4 is subtracted from FIG. 5). However, since the influence of the copper film F3 varies depending on the line width ratio L & S of the target thin film, the effect is compensated for by the correction coefficient k. Incidentally, the correction coefficient k
In the case where the material is copper and the line width ratio is 50:50, it has been found from various experiments by the inventors that "about 0.7" is preferable. Note that the spectral reflection spectra M (λ) and N (λ) in the present embodiment are relative reflectances with respect to the silicon substrate Wa.
【００４５】また、銅膜Ｆ３を含む基板Ｗ面の分光反射
率スペクトルから銅膜Ｆ３の成分を除去するが、発明者
等が実験を繰り返した結果、差分をとると全体的に分光
反射比率方向（上下方向）にシフトする傾向があること
がわかった。そこで、銅膜Ｆ３の分光反射スペクトルに
付加されている成分を補償するために、経験的な値であ
るオフセットf(offset) を加えることにした。なお、本
実施例では、波長に係わらず補正係数ｋもオフセットf
(offset) も一定としているが、波長に応じて変えるよ
うにしてもよい。Further, the component of the copper film F3 is removed from the spectral reflectance spectrum of the surface of the substrate W including the copper film F3. (Vertical direction). Therefore, in order to compensate for the component added to the spectral reflection spectrum of the copper film F3, an empirical offset f (offset) is added. In this embodiment, the correction coefficient k is also offset f regardless of the wavelength.
Although (offset) is fixed, it may be changed according to the wavelength.
【００４６】因みに、図６は、上記の（１）式により図
４から図５の成分を除去して求めた抽出分光反射スペク
トルである。なお、上述した理由から、この場合に有効
なのは二点鎖線で示した波長５５０ｎｍ以下である。ま
た、図７は、上記のようにして測定対象とした基板Ｗに
形成されている酸化膜Ｆ１と同じ膜厚を有し、測定領域
Ｒよりも十分に幅の広い酸化膜を対象にして測定した分
光反射スペクトルの一例である。この図６と図７とを波
長４００〜５５０ｎｍの範囲内で比較すると、プロファ
イルがほぼ一致していることが判る。FIG. 6 shows an extracted spectral reflection spectrum obtained by removing the components shown in FIGS. 4 and 5 according to the above equation (1). For the reason described above, the effective wavelength in this case is the wavelength of 550 nm or less indicated by the two-dot chain line. FIG. 7 shows the measurement of an oxide film having the same thickness as the oxide film F1 formed on the substrate W to be measured as described above and having a width sufficiently larger than the measurement region R. It is an example of the obtained spectral reflection spectrum. When FIG. 6 and FIG. 7 are compared within the wavelength range of 400 to 550 nm, it can be seen that the profiles are almost the same.
【００４７】ステップＳ５（算出過程） 上記のようにして求めた抽出分光反射スペクトルＦ
（λ）に基づいて酸化膜Ｆ１の膜厚を算出する。Step S5 (calculation process) The extracted spectral reflection spectrum F obtained as described above
The thickness of the oxide film F1 is calculated based on (λ).
【００４８】具体的には、抽出分光反射スペクトルＦ
（λ）のプロファイルと、膜厚が既知である種々の膜厚
の酸化膜が被着された基板を対象に膜厚測定を行い、そ
の結果得られた各膜厚に対応する分光反射スペクトルの
プロファイルとを比較することによって膜厚を決定す
る。分光反射スペクトルは、膜種が同一であって厚さが
異なると、図８に示すように膜厚に応じてプロファイル
が変わる。なお、図８（ａ）は最も膜厚が薄く、図８
（ｃ）は最も膜厚が厚く、図８（ｂ）はそれらの間の膜
厚の例を示している。つまり、膜厚が厚くなるにしたが
って干渉が増加して分光反射スペクトル中の周期が増加
するという特性を有する。換言すると、膜厚が厚くなる
につれて山と谷の数が増加する特性を有しているのであ
る。Specifically, the extracted spectral reflection spectrum F
(Λ) profile and film thickness measurement were performed on a substrate on which oxide films of various thicknesses with known thicknesses were applied, and the resulting spectral reflection spectrum corresponding to each film thickness was obtained. The film thickness is determined by comparing with the profile. If the film type is the same and the thickness is different, the profile of the spectral reflection spectrum changes according to the film thickness as shown in FIG. FIG. 8A shows the smallest film thickness.
8C shows the largest film thickness, and FIG. 8B shows an example of the film thickness between them. That is, as the film thickness increases, the interference increases and the period in the spectral reflection spectrum increases. In other words, the number of peaks and valleys increases as the film thickness increases.
【００４９】上記の膜厚毎の分光反射スペクトルを実験
により測定するかあるいは理論的に求めておいて予めデ
ータ処理部１９に格納しておき、抽出分光反射スペクト
ルＦ（λ）のプロファイルとそれらのプロファイルとに
基づいてカーブフィット法を用いて正確な膜厚を算出す
る。The above-mentioned spectral reflection spectrum for each film thickness is measured experimentally or obtained theoretically and stored in the data processing unit 19 in advance, and the profile of the extracted spectral reflection spectrum F (λ) and their profiles are obtained. An accurate film thickness is calculated based on the profile using a curve fitting method.
【００５０】すなわち、膜厚毎の分光反射スペクトルに
おける各波長毎の分光反射比率と、抽出分光反射スペク
トルにおける各波長毎の分光反射比率とで同じ波長同士
の差分をとって二乗するとともに、各波長毎に加算する
ことで得られる誤差平方和を求める。そして、各膜厚毎
に誤差平方和をプロットすると、図９に示すようにな
る。そして、誤差平方和が最小となった膜厚が、その抽
出分光反射スペクトルＦ（λ）の膜厚である。That is, the difference between the same wavelengths is calculated for the spectral reflection ratio for each wavelength in the spectral reflection spectrum for each film thickness and the spectral reflection ratio for each wavelength in the extracted spectral reflection spectrum, and the square is calculated. The error sum of squares obtained by adding each time is obtained. Then, when the sum of squared errors is plotted for each film thickness, the result is as shown in FIG. The film thickness at which the error sum of squares is minimized is the film thickness of the extracted spectral reflection spectrum F (λ).
【００５１】なお、上記のようにして求めた膜厚が適切
であるか否かを判定するために、誤差平方和に対して閾
値を設定しておくことが好ましい。つまり、誤差平方和
が最小となっても、その値がある閾値を越える場合には
不適切であると判断し、膜厚を表示せずにその旨をディ
スプレイ装置２５に表示し、その値が閾値以下である場
合にのみ求まった膜厚を表示することが好ましい。In order to determine whether or not the film thickness obtained as described above is appropriate, it is preferable to set a threshold value for the sum of squared errors. That is, even if the sum of squares of error is minimized, if the value exceeds a certain threshold value, it is determined that the value is inappropriate, and the fact is displayed on the display device 25 without displaying the film thickness. It is preferable to display the determined film thickness only when the thickness is equal to or less than the threshold value.
【００５２】上述したようにこの膜厚測定装置によれ
ば、目的薄膜である酸化膜Ｆ１と対象外薄膜である銅膜
Ｆ３とを含んだ測定領域Ｒ内からの分光反射スペクトル
Ｍ（λ）を測定した後、酸化膜Ｆ１の成分だけを抽出分
光反射スペクトルＦ（λ）として抽出する。そして、銅
膜Ｆ３の成分を除去した抽出分光反射スペクトルＦ
（λ）に基づき酸化膜Ｆ１だけの膜厚を算出することに
より、測定領域Ｒよりも狭い線幅である酸化膜Ｆ１だけ
の膜厚を求めることができる。したがって、基板Ｗ上の
製品パターン内で酸化膜Ｆ１の膜厚を測定することがで
きるので、ＣＭＰ工程などによる悪影響を受けることが
ない。その結果、酸化膜Ｆ１の膜厚を正確に測定するこ
とができるようになっている。As described above, according to this film thickness measuring apparatus, the spectral reflection spectrum M (λ) from within the measurement region R including the oxide film F1 as the target thin film and the copper film F3 as the non-target thin film is obtained. After the measurement, only the component of the oxide film F1 is extracted as the extracted spectral reflection spectrum F (λ). Then, the extracted spectral reflection spectrum F obtained by removing the components of the copper film F3
By calculating the film thickness of only the oxide film F1 based on (λ), the film thickness of only the oxide film F1 having a smaller line width than the measurement region R can be obtained. Therefore, since the thickness of the oxide film F1 can be measured in the product pattern on the substrate W, there is no adverse effect due to the CMP process or the like. As a result, the thickness of the oxide film F1 can be accurately measured.
【００５３】なお、本発明は以下のように変形実施が可
能である。The present invention can be modified as follows.
【００５４】（１）研磨処理が完了していることが明ら
かな基板を対象にして測定を行う場合には、上述したス
テップＳ２，Ｓ３を実施する必要はない。また、銅膜Ｆ
３などの対象外薄膜を除去する処理は研磨処理に限定さ
れず、例えば、エッチングにより対象外薄膜を除去して
もよい。(1) If the measurement is to be performed on a substrate for which it is clear that the polishing process has been completed, steps S2 and S3 need not be performed. The copper film F
The process of removing the non-target thin film such as 3 is not limited to the polishing process. For example, the non-target thin film may be removed by etching.
【００５５】（２）研磨処理を行いながらインラインで
膜厚測定が可能なように、上述した膜厚測定装置を研磨
処理装置に組み込んだ構成としてもよい。(2) The above-described film thickness measuring device may be incorporated in the polishing processing device so that the film thickness can be measured in-line while performing the polishing process.
【００５６】（３）抽出分光反射スペクトルを求める方
法は、上述した（１）式だけに限定されるものではなく
種々の数式を利用することができる。(3) The method of obtaining the extracted spectral reflection spectrum is not limited to the above-mentioned equation (1), and various equations can be used.
【００５７】（４）上述した実施例では、膜厚の算出に
カーブフィット法を用いたが、これに代えて、図８に示
すように膜厚に応じてプロファイルが変わり、プロファ
イルと山と谷の数が増減することを利用したピーク＆バ
レイ法により膜厚を算出してもよい。(4) In the above-described embodiment, the curve fitting method is used to calculate the film thickness. Instead, the profile changes according to the film thickness as shown in FIG. The film thickness may be calculated by the peak & valley method utilizing the increase and decrease of the number of the layers.
【００５８】（５）研磨処理後（図３（ｃ））において
対象外薄膜を銅膜だけとして、バリアメタル膜の影響を
無視しているが、この分光反射スペクトルをも考慮して
抽出反射分光スペクトルを算出するようにしてもよい。(5) After the polishing treatment (FIG. 3 (c)), the influence of the barrier metal film is neglected by using only the copper film as the non-target thin film. The spectrum may be calculated.
【００５９】（６）上述した実施例では研磨処理後の基
板の分光反射スペクトルに基づき目的薄膜の膜厚を求め
たが、研磨処理中の基板の分光反射スペクトルに基づき
目的薄膜の膜厚を求めても良い。図１０は、図３（ｂ）
に示す状態と図３（ｃ）に示す状態との間の状態を示
し、銅膜Ｆ３／バリアメタル膜Ｆ２／酸化膜Ｆ１からな
る層を所定量だけ研磨し、銅膜Ｆ３を一部除去して酸化
膜Ｆ１上のバリアメタル膜Ｆ２に銅膜Ｆ３が厚さｄ４で
形成されている状態である。銅膜Ｆ３の厚さｄ４が例え
ば５０ｎｍ以下になると銅膜Ｆ３中を光が透過するの
で、酸化膜Ｆ１およびバリアメタル膜Ｆ２の分光反射ス
ペクトルを測定することが可能となる。この測定した分
光反射スペクトルから対象外薄膜である銅膜Ｆ３および
バリアメタル膜Ｆ２の成分を除去して目的薄膜である酸
化膜Ｆ１の成分だけを抽出してもよい。図１０の状態か
らさらに研磨処理が進み、酸化膜Ｆ１上にバリアメタル
膜Ｆ２のみが残っている状態においても、上述と同様に
測定した分光反射スペクトルから銅膜Ｆ３およびバリア
メタル膜Ｆ２の成分を除去して酸化膜Ｆ１の成分だけを
抽出することができる。(6) In the above-described embodiment, the thickness of the target thin film was determined based on the spectral reflection spectrum of the substrate after polishing, but the thickness of the target thin film was determined based on the spectral reflection spectrum of the substrate during polishing. May be. FIG. 10 shows the state shown in FIG.
3C and the state shown in FIG. 3C. The copper film F3 / barrier metal film F2 / oxide film F1 is polished by a predetermined amount to remove a part of the copper film F3. In this state, a copper film F3 having a thickness d4 is formed on the barrier metal film F2 on the oxide film F1. When the thickness d4 of the copper film F3 becomes, for example, 50 nm or less, light passes through the copper film F3, so that the spectral reflection spectra of the oxide film F1 and the barrier metal film F2 can be measured. The components of the copper film F3 and the barrier metal film F2, which are non-target thin films, may be removed from the measured spectral reflection spectrum to extract only the components of the oxide film F1, which is the target thin film. In the state where the polishing process further proceeds from the state of FIG. 10 and only the barrier metal film F2 remains on the oxide film F1, the components of the copper film F3 and the barrier metal film F2 are determined from the spectral reflection spectrum measured in the same manner as described above. By removing, only the components of the oxide film F1 can be extracted.
【００６０】（７）上述した実施例では目的薄膜を酸化
膜と、対象外薄膜を銅膜としたが、本発明はこれらに限
定されないことは言うまでもない。例えば、測定波長に
対する透明膜を目的薄膜とし、金属膜などの測定波長に
対する不透明膜を対象外薄膜としてもよい。また、測定
領域内に複数種の透明膜が存在する場合、その中の一つ
を目的薄膜とし、他の透明膜を対象外薄膜とすることも
可能である。(7) In the above embodiment, the target thin film is an oxide film and the non-target thin film is a copper film. However, it goes without saying that the present invention is not limited to these. For example, a transparent film for the measurement wavelength may be the target thin film, and an opaque film for the measurement wavelength such as a metal film may be the non-target thin film. Further, when there are a plurality of types of transparent films in the measurement area, one of them can be a target thin film, and the other transparent film can be a non-target thin film.
【００６１】[0061]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の方法発明によれば、目的薄膜と対象外薄膜と
を含んだ測定領域内からの分光反射スペクトルを測定し
た後、目的薄膜の成分だけを抽出分光反射スペクトルと
して抽出する。そして、対象外薄膜の成分を除去した抽
出分光反射スペクトルに基づき目的薄膜だけの膜厚を算
出することにより、測定領域よりも狭い線幅である目的
薄膜だけの膜厚を求めることができる。したがって、基
板上の製品パターン内で目的薄膜の膜厚を測定すること
ができるので、ＣＭＰ工程などによる悪影響を受けるこ
とがない。その結果、目的薄膜の膜厚を正確に測定する
ことができる。As is apparent from the above description, according to the method of the present invention, after measuring the spectral reflection spectrum from the measurement area including the target thin film and the non-target thin film, Only the components of the thin film are extracted as an extracted spectral reflection spectrum. Then, by calculating the film thickness of only the target thin film based on the extracted spectral reflection spectrum from which the components of the non-target thin film have been removed, the film thickness of only the target thin film having a line width narrower than the measurement region can be obtained. Therefore, since the thickness of the target thin film can be measured in the product pattern on the substrate, there is no adverse effect due to the CMP process or the like. As a result, the thickness of the target thin film can be accurately measured.
【００６２】また、請求項２に記載の方法発明によれ
ば、膜厚測定の対象である目的薄膜が形成された基板の
表面を覆う膜厚測定の対象外である対象外薄膜を所定量
だけ除去して、基板上に目的薄膜および対象外薄膜とを
含む層を露出させる過程で、基板上の目的薄膜の膜厚を
測定する場合には、不要な対象外薄膜が除去できている
か否かを、対象外薄膜の分光反射スペクトルのプロファ
イルと比較することで判断することができる。その比較
の結果、プロファイルが一致しなかった場合には対象外
薄膜が除去されていると判断されるので抽出過程へと移
行することで、目的薄膜の膜厚測定を適切に行うことが
できる。According to a second aspect of the present invention, a non-target thin film which is not a target of the film thickness measurement and covers the surface of the substrate on which the target thin film of the target film thickness is formed is formed by a predetermined amount. When the thickness of the target thin film on the substrate is measured in the process of removing and exposing the layer containing the target thin film and the non-target thin film on the substrate, it is determined whether unnecessary unnecessary thin films have been removed. Can be determined by comparing with the profile of the spectral reflection spectrum of the non-target thin film. As a result of the comparison, if the profiles do not match, it is determined that the non-target thin film has been removed. Therefore, by moving to the extraction process, the thickness of the target thin film can be measured appropriately.
【００６３】また、請求項３に記載の方法発明によれ
ば、線幅比に応じた補正係数を対象外薄膜の分光反射ス
ペクトルに乗じ、さらにオフセットを加算し、この成分
を測定領域の分光反射スペクトルから減算することに基
づき抽出分光反射スペクトルを求めることができる。こ
れにより分光反射スペクトルから対象外薄膜の成分を適
切に除去することができ、抽出分光反射スペクトルの精
度を高めて膜厚測定精度を高めることができる。According to the third aspect of the present invention, the correction coefficient corresponding to the line width ratio is multiplied by the spectral reflection spectrum of the non-target thin film, and an offset is added. An extracted spectral reflection spectrum can be obtained based on subtraction from the spectrum. As a result, the components of the non-target thin film can be appropriately removed from the spectral reflection spectrum, and the accuracy of the extracted spectral reflection spectrum can be increased to increase the film thickness measurement accuracy.
【００６４】また、請求項４に記載の装置発明によれ
ば、請求項１に記載の方法発明を好適に実施することが
できる。According to the apparatus described in claim 4, the method described in claim 1 can be suitably implemented.
【００６５】また、請求項５に記載の装置発明によれ
ば、請求項２に記載の方法発明を好適に実施することが
できる。According to the apparatus described in claim 5, the method described in claim 2 can be suitably implemented.
【００６６】また、請求項６に記載の装置発明によれ
ば、請求項３に記載の方法発明を好適に実施することが
できる。According to the apparatus described in claim 6, the method described in claim 3 can be suitably implemented.
【図１】実施例に係る光干渉式膜厚測定装置の要部を示
したブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a main part of an optical interference type film thickness measuring apparatus according to an embodiment.
【図２】膜厚測定方法の流れを示すフローチャートであ
る。FIG. 2 is a flowchart showing a flow of a film thickness measuring method.
【図３】基板上の測定領域における薄膜の状態を示した
平面図及び縦断面図である。3A and 3B are a plan view and a vertical sectional view showing a state of a thin film in a measurement region on a substrate.
【図４】測定領域内からの分光反射スペクトルを示した
グラフである。FIG. 4 is a graph showing a spectral reflection spectrum from within a measurement area.
【図５】金属薄膜からの分光反射スペクトルを示したグ
ラフである。FIG. 5 is a graph showing a spectral reflection spectrum from a metal thin film.
【図６】金属薄膜の成分を除去した後の分光反射スペク
トルを示したグラフである。FIG. 6 is a graph showing a spectral reflection spectrum after removing components of a metal thin film.
【図７】理論的に求められた分光反射スペクトルを示し
たグラフである。FIG. 7 is a graph showing a theoretically obtained spectral reflection spectrum.
【図８】膜厚既知の基板を使って測定された種々の膜厚
毎の分光反射スペクトルを示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing spectral reflection spectra for various film thicknesses measured using a substrate having a known film thickness.
【図９】分光反射スペクトルのプロファイルを比較して
膜厚を求める手法の説明に供する図である。FIG. 9 is a diagram provided for describing a method of obtaining a film thickness by comparing profiles of spectral reflection spectra.
【図１０】基板上の測定領域における薄膜の状態を示し
た縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a state of a thin film in a measurement region on a substrate.
Ｗ … 基板 Ｗａ … シリコン基板 Ｆ１ … 酸化膜（目的薄膜） Ｆ３ … 銅膜（対象外薄膜） Ｍ（λ） … 酸化膜の分光反射スペクトル Ｎ（λ） … 銅膜の分光反射スペクトル Ｆ（λ） … 抽出分光反射スペクトル １ … ステージ ３ … 光源部 ５ … ビームスプリッタ １１ … 分光ユニット １９ … データ処理部 W: substrate Wa: silicon substrate F1: oxide film (target thin film) F3: copper film (non-target thin film) M (λ): spectral reflection spectrum of oxide film N (λ): spectral reflection spectrum of copper film F (λ) … Extracted spectral reflection spectrum 1… Stage 3… Light source 5… Beam splitter 11… Spectroscopic unit 19… Data processing
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成１２年４月４日（２０００．４．４）[Submission date] April 4, 2000 (200.4.4)
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図１０[Correction target item name] FIG.
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図１０】 FIG. 10
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉田 厚 京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神 北町１番地の１ 大日本スクリーン製造株 式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA30 BB01 CC17 CC31 DD12 EE00 FF00 FF04 GG02 GG03 HH04 JJ02 JJ03 JJ25 JJ26 LL42 LL46 LL67 MM02 QQ08 QQ13 QQ25 QQ31 QQ41 SS13 4M106 CA21 CA48 DH03 DH13 DH31 DJ04 DJ12 DJ13 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Atsushi Tamada 4-chome Tenjin Kitamachi 1-chome, Horikawa-dori-Terauchi, Kamigyo-ku, Kyoto F-term (reference) 2F065 AA30 BB01 CC17 CC31 DD12 EE00 FF00 FF04 GG02 GG03 HH04 JJ02 JJ03 JJ25 JJ26 LL42 LL46 LL67 MM02 QQ08 QQ13 QQ25 QQ31 QQ41 SS13 4M106 CA21 CA48 DH03 DH13 DH31 DJ04 DJ12 DJ13
Claims (6)
づき膜厚を測定する膜厚測定方法であって、 膜厚測定の対象である目的薄膜と、膜厚測定の対象外で
ある対象外薄膜とを含む測定領域内からの分光反射スペ
クトルを測定する測光過程と、 前記分光反射スペクトルから目的薄膜の成分だけを抽出
分光反射スペクトルとして抽出する抽出過程と、 前記抽出分光反射スペクトルに基づき前記目的薄膜の膜
厚を算出する算出過程と、 を実施することを特徴とする膜厚測定方法。1. A film thickness measuring method for measuring a film thickness based on reflected light from a substrate on which a thin film is formed, wherein a target thin film to be measured and a target not to be measured A photometric process of measuring a spectral reflection spectrum from within the measurement region including the outer thin film; an extraction process of extracting only the component of the target thin film from the spectral reflection spectrum as an extracted spectral reflection spectrum; A film thickness measuring method comprising: calculating a film thickness of a target thin film;
れた基板の表面を覆う膜厚測定の対象外である対象外薄
膜を所定量だけ除去して、基板上に目的薄膜および対象
外薄膜とを含む層を露出させる過程で、基板上の目的薄
膜の膜厚を測定する膜厚測定方法において、 前記層内の目的薄膜および対象外薄膜を含む大きさを有
する測定領域内からの分光反射スペクトルを測定する測
定過程と、 測定領域内の分光反射スペクトルと、対象外薄膜の分光
反射スペクトルとを比較する比較過程と、 比較過程で測定領域内の分光反射スペクトルと対象外薄
膜の分光反射スペクトルとが不一致である場合に、測定
領域内からの分光反射スペクトルから目的薄膜の成分だ
けを抽出分光反射スペクトルとして抽出する抽出過程
と、 抽出分光反射スペクトルに基づき目的薄膜の膜厚を算出
する算出過程と、 を実施することを特徴とする膜厚測定方法。2. A method according to claim 1, further comprising: removing a predetermined amount of the non-target thin film that is not a target of the film thickness measurement and covers the surface of the substrate on which the target thin film of the target film thickness is formed. In a film thickness measuring method for measuring a thickness of a target thin film on a substrate in a process of exposing a layer including a thin film, a spectroscopic method from a measurement area having a size including the target thin film and the non-target thin film in the layer. A measurement process of measuring the reflection spectrum, a comparison process of comparing the spectral reflection spectrum in the measurement area with the spectral reflection spectrum of the non-target thin film, and a spectral reflection spectrum in the measurement area and the spectral reflection of the non-target thin film in the comparison process If the spectra do not match, the extraction process extracts only the components of the target thin film from the spectral reflection spectrum from within the measurement area as an extracted spectral reflection spectrum. Thickness measuring method which comprises carrying out a calculation step of calculating a desired film thickness thin Hazuki, the.
において、 前記抽出過程では、対象外薄膜の分光反射スペクトルに
対して、目的薄膜と対象外薄膜との線幅比に応じた補正
係数を乗じるとともに、前記対象外薄膜の分光反射スペ
クトルに付加されているオフセットを加算し、この成分
を前記目的薄膜の分光反射スペクトルから減算すること
に基づき前記抽出分光反射スペクトルを抽出するように
したことを特徴とする膜厚測定方法。3. The film thickness measuring method according to claim 1, wherein in the extracting step, the spectral reflection spectrum of the non-target thin film is corrected according to a line width ratio between the target thin film and the non-target thin film. In addition to multiplying by a coefficient, an offset added to the spectral reflection spectrum of the non-target thin film is added, and the extracted spectral reflection spectrum is extracted based on subtracting this component from the spectral reflection spectrum of the target thin film. A method for measuring a film thickness, characterized in that:
づき膜厚を測定する膜厚測定装置において、 膜厚測定の対象である目的薄膜と、膜厚測定の対象外で
ある対象外薄膜とを含む測定領域内からの分光反射スペ
クトルを測定する測光手段と、 前記分光反射スペクトルから目的薄膜の成分だけを抽出
分光反射スペクトルとして抽出する抽出手段と、 前記抽出分光反射スペクトルに基づき前記目的薄膜の膜
厚を算出する算出手段と、 を備えたことを特徴とする膜厚測定装置。4. A film thickness measuring device for measuring a film thickness based on reflected light from a substrate on which a thin film is formed, wherein a target thin film to be measured for a film thickness and a non-target thin film to be excluded from the film thickness measurement A photometric means for measuring a spectral reflection spectrum from within a measurement area, an extracting means for extracting only a component of the target thin film from the spectral reflection spectrum as an extracted spectral reflection spectrum, and the target thin film based on the extracted spectral reflection spectrum And a calculating means for calculating the film thickness of the film thickness.
れた基板の表面を覆う膜厚測定の対象外である対象外薄
膜を所定量だけ除去して、基板上に目的薄膜および対象
外薄膜とを含む層を露出させる過程で、基板上の目的薄
膜の膜厚を測定する膜厚測定装置において、 前記層内の目的薄膜および対象外薄膜を含む大きさを有
する測定領域内からの分光反射スペクトルを測定する測
光手段と、 測定領域内の分光反射スペクトルと、対象外薄膜の分光
反射スペクトルとを比較する比較手段と、 比較過程で測定領域内の分光反射スペクトルと対象外薄
膜の分光反射スペクトルとが不一致である場合に、測定
領域内からの分光反射スペクトルから目的薄膜の成分だ
けを抽出分光反射スペクトルとして抽出する抽出手段
と、 抽出分光反射スペクトルに基づき目的薄膜の膜厚を算出
する算出手段と、 を備えたことを特徴とする膜厚測定装置。5. A method for removing a target thin film, which is not a target of film thickness measurement, covering a surface of a substrate on which a target thin film of which a target of film thickness measurement is formed, is removed on a substrate by a predetermined amount. In a film thickness measuring apparatus for measuring a thickness of a target thin film on a substrate in a process of exposing a layer including the thin film, a spectrometer for measuring a thickness of the target thin film in the layer and a measurement region having a size including a non-target thin film. Photometric means for measuring the reflection spectrum; comparing means for comparing the spectral reflection spectrum in the measurement area with the spectral reflection spectrum of the non-target thin film; and the spectral reflection spectrum in the measurement area and the spectral reflection of the non-target thin film in the comparison process Extracting means for extracting only the component of the target thin film as an extracted spectral reflection spectrum from the spectral reflection spectrum from within the measurement area when the spectrum does not match; Thickness measuring apparatus characterized by comprising calculating means for calculating a desired film thickness thin, the Hazuki.
において、 前記抽出手段では、対象外薄膜の分光反射スペクトルに
対して、目的薄膜と対象外薄膜との線幅比に応じた補正
係数を乗じるとともに、前記対象外薄膜の分光反射スペ
クトルに付加されているオフセットを加算し、この成分
を前記目的薄膜の分光反射スペクトルから減算すること
に基づき前記抽出分光反射スペクトルを抽出するように
したことを特徴とする膜厚測定装置。6. The film thickness measuring apparatus according to claim 4, wherein the extracting means corrects a spectral reflection spectrum of the non-target thin film according to a line width ratio between the target thin film and the non-target thin film. In addition to multiplying by a coefficient, an offset added to the spectral reflection spectrum of the non-target thin film is added, and the extracted spectral reflection spectrum is extracted based on subtracting this component from the spectral reflection spectrum of the target thin film. A film thickness measuring device characterized by the above-mentioned.
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-
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