JP3782673B2 - 膜厚測定装置のビームスポット径管理方法およびこれに用いるビームスポット径管理用サンプル - Google Patents
膜厚測定装置のビームスポット径管理方法およびこれに用いるビームスポット径管理用サンプル Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば半導体ウェーハやレティクル/マスク、液晶ディスプレイ(LCD)のガラス基板などの表面の薄膜の厚みを測定する膜厚測定装置のビームスポット径管理方法およびこれに用いるビームスポット径管理用サンプルに関する。
【0002】
【従来の技術】
上記膜厚測定装置の一つに、分光エリプソメータがある。この分光エリプソメータは、物質の表面で光が反射する際の偏光状態の変化を観測して、その物質の光学定数(屈折率、消衰係数)を、また、物質の表面に薄膜層が存在する場合は、その膜厚や光学定数を測定するものである。
【0003】
ところで、近年、ウェハなどの試料の膜厚測定においては、入射光の径(以下、ビームスポット径という)を絞り、ウェハの測定領域を可及的に微小な部分にまで限定することが要求されるようになってきており、試料に対するビームスポット径を厳密に管理する必要がある。
【0004】
従来、前記ビームスポット径の管理は、例えば、膜厚測定装置を使用するユーザ側が独自に製作した管理用サンプルを用い、実測定を行うようにしていた。すなわち、矩形状の測定エリアを形成した管理用サンプルを膜厚測定装置の測定ステージ上に水平に載置し、前記測定エリアの大きさに見合うような大きさに絞ったレーザ光を照射して、そのときのビームスポット径を、測定ステージの上方に設けられている光学顕微鏡によって観察し、これをCCDカメラ画像としてコンピュータなどのデータ処理装置に取り込み、所定の大きさになっているか否かを判断するようにしていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記光学顕微鏡およびCCDカメラ画像を用いる手法においては、図5(A)に示すように、矩形状の測定エリア41に対して符号42で示すようなビーム42を照射した場合、中心43に近い部分の画像44は、前記CCDカメラ画像として鮮明に把握され、これによれば、前記ビームスポット42が、所定の大きさに絞られているかのように見える。しかし、同図(A)において仮想線45で示すように、周辺の部分はぼやけて見える。この場合のエネルグー分布は、同図(B)に示すようになり、図中のa,b間の大きさは80%のラインを示している。この場合、これらのラインa,bの外側の部分(符号c,dで示す部分)は、前記同図(A)における部分45に相当する。つまり、従来のビームスポット径管理手法によれば、ビームスポット径を必ずしも正確に管理することができないとともに、ユーザ仕様に立った管理を必ずしも十分に行うことができなかった。
【0006】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、ビームスポット径の管理を簡単かつ確実に、しかも、ユーザ仕様に対応した管理を行うことができる膜厚測定装置のビームスポット径管理方法およびこれに用いるビームスポット径管理用サンプルを提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の膜厚測定装置のビームスポット径管理方法は、基板上にビームスポットのサイズに対応した測定エリアを形成するとともに、これらの測定エリアに形成される膜質と前記測定エリアの周囲に形成される膜質とを互いに異ならせてなるビームスポット径管理用サンプルに対して光源からの光を照射し、そのとき前記サンプル表面で反射した楕円偏光の偏光変化量を分光器において測定し、この測定された偏光変化量に基づいて得られるデータを基にして、前記光のビームスポット径が所定の大きさに絞られているか否かを判断するようにしたことを特徴としている。
【0008】
そして、この発明のビームスポット径管理用サンプルは、光源からの光を偏光子によって直線偏光し、この直線偏光を試料の表面に照射し、そのとき前記試料表面で反射した楕円偏光の偏光変化量を分光器において測定し、この測定された偏光変化量に基づいて試料表面の光学定数や試料における薄膜の厚さを求めるようにした膜厚測定装置のビームスポット径管理用サンプルであって、基板上にビームスポットのサイズに対応した測定エリアを形成し、これらの測定エリアに形成される膜質と前記測定エリアの周囲に形成される膜質とを互いに異ならせたことを特徴としている。
【0009】
なお、上記膜質とは、膜の素材および/または膜の厚みのことをいう。
【0010】
上記ビームスポット径管理用サンプルの所定の測定エリアに対して光源から光を照射した場合、前記光が前記測定エリアのみに照射されているときには、その測定エリアのみに形成されている膜の光学定数が測定され、その膜に関する正確なデータが得られる。そして、前記光が前記測定エリアのみならず、その周囲にまで照射されていれば、2またはそれ以上の膜が同時に測定されるため、前記測定エリアに形成された膜に関する正確なデータとは異なる誤ったデータが得られる。したがって、前記ビームスポット径管理用サンプルを測定したときの測定データにおける正誤を判別することにより、ビームスポット径を合理的に管理することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図1〜図3は、この発明の一つの実施例を示す。まず、図1は、この発明方法が適用される膜厚測定装置としての分光エリプソメータの構成の一例を概略的に示すもので、この図において、1は測定ステージで、試料としてのウェハ2を真空吸着などの手段で吸着し、これを水平な状態に保持するとともに、ステージ保持機構3によって、3つの互いに直交するX方向(照射側紙面の左右方向)、Y方向(紙面に垂直な方向)、Z方向に(紙面に平行な上下方向)にそれぞれ直線的に移動するように構成されている。
【0012】
4は測定ステージ1の上方の一方の側に設けられる入射光学系で、例えば190〜830nmの広い波長領域の光を発する例えばキセノンランプからなる白色光源5と、この白色光源5から発せられる光を絞るためのスリット6と、ビーム縮小光学系7と、偏光子8とから構成され、光源5からの多波長光を縮小し、所定の方向に偏光された直線偏光9をウェハ2の表面2aに照射するものである。
【0013】
10は測定ステージ1の上方の他方の側に設けられる検出光学系で、ウェハ2の表面2aに直線偏光9を照射したときに前記表面2aで反射した楕円偏光11の偏光変化量を例えばえば分光器12に出力するもので、位相変調素子13と、検光子14と、ビーム縮小光学系15と、分光器12への信号取り出し用の光ファイバ16とからなる。
【0014】
17は測定ステージ1の上方に設けられる光学顕微鏡、18は光学顕微鏡17の上方(後段側)に設けられた例えばCCDカメラである。
【0015】
19は装置全体を制御する機能や演算機能さらには画像処理機能を有するデータ処理装置で、例えばコンピュータであって、分光器12からの測定データ、すなわち、ウェハ表面2aで反射した光の偏光変化量の測定データや、光学顕微鏡17やCCDカメラ18からの信号が入力され、前記測定データは適宜演算処理されたり画像処理されたりし、ウェハ表面2aのn,k,tが演算によって求められ、光学顕微鏡17やCCDカメラ18からの信号は演算処理および画像処理される。
【0016】
20は前記コンピュータ19に接続された表示装置で、例えばカラー表示可能なCRTディスプレイで、その表示画面20aには、ウェハ2の測定ポイントにおけるn,k,tが表示される。
【0017】
次に、図2および図3は、この発明方法で用いるビームスポット径管理用サンプル(以下、単にサンプルという)21の一例を示すもので、このサンプル21は、例えば4インチのシリコン(Si)基板22の表面に、複数の測定エリアAを形成するとともに、これらの測定エリアAに形成される膜質とこの測定エリアAの周囲に形成される膜質とを互いに異ならせてなるものである。
【0018】
すなわち、前記Si基板22の表面にSiO2 およびSiNをCVD法など適宜の手法で堆積させ、それぞれ、1000Åの厚みのSiO2 膜23、SiN膜24を形成し、その後、リソグラフィ技術および反応性イオンエッチング法を用いて、前記両膜23,24に跨がるようにして、各種のビームスポット径に対応した所定寸法の複数の矩形状の孔25を所定の間隔をおいて形成し、その後、これらの矩形状の孔25の下部、つまり、Si基板22表面にSiO2 をCVD法など適宜の手法で堆積させ、SiO2 膜26を形成する。この例においては、ビームスポット径に対応するように形成された矩形状の孔25内に形成されたSiO2 膜26が測定エリアAとなる。そして、測定エリアAの周囲は、SiN膜24となっている。
【0019】
なお、図2において、27は前記Si基板22の表面の適宜位置に形成されるスケールで、例えば10μmピッチの短線と100μmピッチの長線とからなる。また、28は前記Si基板22の表面の適宜位置に形成される10mm各の大きさを示す孔である。
【0020】
上記構成のサンプル21を用いて、膜厚測定装置のビームスポット径をチェックするには、前記サンプル21を測定ステージ1上に載置し、サンプル21上の所定の測定エリアAに対して光源5から光9を照射して測定した場合、前記光9が前記所定の測定エリアAのみに照射されているときには、その測定エリアAのみに形成されているSiO2 膜26の性質に関する光学定数が測定され、SiO2 膜26に関する正確なデータが得られる。そして、前記光9が前記測定エリアAのみならず、その周囲にまで照射されていれば、SiO2 膜26の他にSiN膜24にも光9が照射されることになり、前記測定エリアAに形成されたSiO2 膜26に関する正確なデータとは異なる誤ったデータが得られる。
【0021】
つまり、ある測定エリアAに所定のビームスポット径の光9を照射して、当該測定エリアAを測定した結果に基づいて、その測定の用いた光9が所定のビームスポット径であるか否かの判別を行うことができる。そして、複数のビームスポット径のチェックを行うときには、測定ステージ1を移動することにより、サンプル21を移動させ、そのそれぞれのビームスポット径に見合う測定エリアAを測定すればよい。
【0022】
そして、上記サンプル21においては、基板22の同一面に測定エリアAとともにスケール27が形成されているので、実際に照射される光9のビームスポット径の大きさの確認を行うこともできる。
【0023】
上述の実施例におけるサンプル21においては、孔26を所定の大きさかつ所定形状に形成し、この部分を測定エリアとしていたが、これに代えて、図4に示すようにしてもよい。すなわち、図4に示す実施の形態においては、孔25の周囲の部分を、各種のビームスポット径に対応した所定寸法に形成し、この部分を測定エリアBとするのである。
【0024】
なお、上述の実施例においては、測定エリアAまたはBにおける膜の素材とこれらの周囲における膜の素材とを互いに異ならせるようにしていたが、前者の膜の厚みと後者の膜の厚みとを互いに異ならせてあってもよく、また、これらにおける膜の素材と厚みの双方を異ならせてあってもよい。
【0025】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、簡単な構成および手法によってビームスポット径の管理を簡単かつ確実に行うことができるとともに、ユーザ仕様に対応したビームスポット径の管理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明のビームスポット径管理方法が適用される膜厚測定装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図2】 前記方法の実施に用いるビームスポット径管理用サンプルの一例を示す平面図である。
【図3】 前記サンプルの要部を示す断面図である。
【図4】 前記サンプルの他の実施の形態を説明するための断面図である。
【図5】 従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
5…光源、9…光、11…楕円偏光、12…分光器、21…ビームスポット径管理用サンプル、22…基板、A,B…測定エリア。
Claims (2)
- 基板上にビームスポットのサイズに対応した測定エリアを形成するとともに、これらの測定エリアに形成される膜質と前記測定エリアの周囲に形成される膜質とを互いに異ならせてなるビームスポット径管理用サンプルに対して光源からの光を照射し、そのとき前記サンプル表面で反射した楕円偏光の偏光変化量を分光器において測定し、この測定された偏光変化量に基づいて得られるデータを基にして、前記光のビームスポット径が所定の大きさに絞られているか否かを判断するようにしたことを特徴とする膜厚測定装置のビームスポット径管理方法。
- 光源からの光を偏光子によって直線偏光し、この直線偏光を試料の表面に照射し、そのとき前記試料表面で反射した楕円偏光の偏光変化量を分光器において測定し、この測定された偏光変化量に基づいて試料表面の光学定数や試料における薄膜の厚さを求めるようにした膜厚測定装置のビームスポット径管理用サンプルであって、基板上にビームスポットのサイズに対応した測定エリアを形成し、これらの測定エリアに形成される膜質と前記測定エリアの周囲に形成される膜質とを互いに異ならせたことを特徴とする膜厚測定装置のビームスポット径管理用サンプル。
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