JP4467760B2

JP4467760B2 - 膜厚測定方法

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Publication number: JP4467760B2
Application number: JP2000339083A
Authority: JP
Inventors: 凱陳; 文彦大村; 静雄中村
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Priority date: 2000-11-07
Filing date: 2000-11-07
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2020-11-07
Also published as: JP2002148010A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜厚測定の技術分野にかかり、特に、導電性薄膜内に渦電流を生成し、渦電流の影響によるインダクタンス成分の変化を測定して膜厚を求める技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の膜厚測定方法の一例を説明する。
図１１(ａ)の符号１１０は、シリコン基板等の基板本体を示しており、該基板本体１１０上には、金属薄膜から成る導電性薄膜１１１が形成されている。
【０００３】
この導電性薄膜１１１の膜厚を測定しようとする場合、同図(ｂ)に示すように、導電性薄膜１１１の一部を除去して開口１１２を形成し、導電性薄膜１１１表面に探針の先端を接触させ、開口１１２を横切るときに、導電性薄膜１１１表面と開口１１２底面の基板本体１１０表面との間の段差を探針によって感知し、導電性薄膜１１１の厚さを測定している(触針式膜厚測定方法)。
【０００４】
この膜厚測定方法は、基板本体１１０等の歪みやそりに影響されない正確な値が得られるため、薄膜を成長させるプロセスや、薄膜をエッチングするプロセスの評価等に用いられている。
【０００５】
しかしながら、上記の測定方法は煩雑である。しかも、製品となる半導体基板には開口を形成できないため、膜厚測定用の基板を別途用意し、製品と同じプロセスで導電性薄膜を形成し、その導電性薄膜の膜厚を測定することで、実際に形成される導電性薄膜の膜厚を推定する必要がある。従って、上記方法では、間接的な膜厚測定である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、測定対象の導電性薄膜を直接精度良く測定できる技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、請求項１記載の発明は、基準コイルと測定コイルが直列接続された回路と、２個の基準抵抗が直列接続された回路とが並列接続されたインダクタンスブリッジを用い、前記基準コイルよりも前記測定コイルに近接した位置に導電性薄膜を配置し、前記インダクタンスブリッジに交流電圧を印加して前記導電性薄膜中に渦電流を発生させ、前記インダクタンスブリッジの出力端子である接続中点間に現れた電圧を測定する第１の工程を有し、前記接続中点間に現れた電圧から、前記導電性薄膜の膜厚を求める膜厚測定方法であって、前記導電性薄膜を前記基準コイルと前記測定コイルに近づけない状態で前記インダクタンスブリッジに交流電圧を印加し、前記直列接続回路の前記接続中点間に現れる交流電圧を測定する第２の工程と、前記測定コイルと前記導電性薄膜との間の距離とを測定する距離測定工程と、を有し、予め、既知の異なる膜厚の基準用導電性薄膜を前記導電性薄膜として前記第１、第２の工程の測定結果の差と、前記距離測定工程との測定結果をデータベースとして記録し、測定対象物である測定用導電性薄膜を前記導電性薄膜として前記第１、第２の工程と前記距離測定工程とを行い、前記第１、第２の工程の測定結果の差と前記距離測定工程の測定結果を前記データベースに照合し、前記導電性薄膜の膜厚を求める膜厚測定方法である。
請求項２記載の発明は、前記第１の工程は、前記第２の工程を行った直前又は直後に行う請求項１記載の膜厚測定方法である。
請求項３記載の発明は、前記導電性薄膜の膜厚変化を検出する請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の膜厚測定方法であって、前記第１の工程は、前記導電性薄膜の膜厚変化中に二回以上行う膜厚測定方法である。
【０００８】
先ず、本発明の測定原理を説明する。図２の符号１０は、Ｍａｘｗｅｌｌブリッジと呼ばれるインダクタンスブリッジを示している。
【０００９】
このインダクタンスブリッジ１０は、測定コイル１１と、基準コイル１２と、第１、第２の基準抵抗１４、１５を有している。
【００１０】
測定コイル１１と基準コイル１２とは、接続中点２３において互いに直列接続されており、また、第１、第２の基準抵抗１４、１５は、同様に、接続中点２４において互いに直列接続されている。
【００１１】
測定コイル１１と基準コイル１２の直列接続回路と、第１、第２の基準抵抗１４、１５の直列接続回路は、その両端の並列接続点２１、２２において互いに並列接続されている。
【００１２】
測定コイル１１のインダクタンス成分の大きさと基準コイル１２のインダクタンス成分の大きさを等しくし、また、第１、第２の基準抵抗１４、１５の抵抗成分を等しくすると、インダクタンスブリッジ１０のバランスがとれ、並列接続点２１、２２に交流電圧Ｖ_Dを印加しても、接続中点２３、２４の間に電圧は現われない。
【００１３】
しかし、インダクタンスブリッジ１０のバランスが取れていても、測定コイル１１に基板５を近づけた場合、基板５の内部や、基板５の表面に形成されている導電性薄膜中に渦電流が生じるため、その渦電流の影響によって測定コイル１１のインダクタンス成分の大きさが変化し、インダクタンスブリッジ１０のバランスがくずれる。その結果、接続中点２３、２４の間に交流電圧Ｖ_Sが現れる。
【００１４】
インダクタンスブリッジ１０に印加する交流電圧Ｖ_Dを、
Ｖ_D ＝Ｖ_D0・ｅｘｐ(ｉωｔ)
で表した場合、接続中点２３、２４の間に現れる交流電圧Ｖ_Sは、
Ｖ_S ＝Ｖ_S0・ｅｘｐ(ｉωｔ＋φ) ＝Ｖ_S0・ｅｘｐ(ｉωｔ)・ｃｏｓ(φ) ＋ｉ・Ｖ_S0・ｅｘｐ(ｉωｔ)・ｓｉｎ(φ)
で表される。
【００１５】
この接続中点２３、２４に現れる交流電圧Ｖ_Sのうち、印加した交流電圧Ｖ_Dに同期した位相の電圧と、９０°ずれた位相の電圧とを求めると、その比から、渦電流の影響によって測定コイル１１のインダクタンス成分が変化した大きさ、即ち、測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量ΔＬが求められる。
【００１６】
インダクタンス成分の変化量ΔＬは、基板５中の渦電流損失に対応した値であり、交流電圧Ｖ_Dの周波数は既知であるから、基板５や基板５表面の導電性薄膜(例えば銅薄膜)の比抵抗が既知であれば、膜厚が求められる。
【００１７】
一般に、基板５の本体が絶縁性基板であれば、導電性薄膜中にだけ渦電流が生じ、他方、基板５の本体が半導体基板であっても、導電性薄膜に比較して導電率が低く、半導体基板中に生じた渦電流は無視できるため、インダクタンス成分の変化量ΔＬは、導電性薄膜中に生じた渦電流による影響と見てよい。
【００１８】
但し、測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量ΔＬは、導電性薄膜の材質の他、測定コイル１１と基板５表面の導電性薄膜との距離Ｗによっても影響される。
【００１９】
逆に、既知の膜厚Ｄを有する導電性薄膜に対し、距離Ｗと、インダクタンス成分の変化量ΔＬとを測定し、それらを対応付けて記憶データとし、データベースを構成しておくと、未知の膜厚Ｄを有する基板を測定コイル１１に近づけ、距離Ｗとインダクタンス成分の変化量ΔＬを測定し、データベースに照合することで、未知の膜厚Ｄを求めることが可能になる。但し、データベースを作製したときの導電性薄膜と未知の膜厚Ｄの導電性薄膜の材質が同じである等、導電率が一定である場合である。
【００２０】
実際には、予め、膜厚が異なる導電性薄膜を有する複数の基板を用意し、触針式の膜厚測定装置等で各基板の導電性薄膜の膜厚Ｄを測定しておき、距離Ｗを変えて、各基板に対するインダクタンス成分の変化量ΔＬを測定し、膜厚Ｄ、距離Ｗ、変化量ΔＬの測定値と共に記憶データとして記憶装置中に記憶しておくとデータベースが得られる。
【００２１】
図４は、距離Ｗとインダクタンス成分の変化量ΔＬの関係を説明するためのグラフであり、横軸は距離Ｗ、縦軸はインダクタンス成分の変化量ΔＬである。
【００２２】
グラフ中のプロットはデータベース中の記憶データの一例であり、導電性薄膜の膜厚Ｄが、４３５．５ｎｍ、７５２．３ｎｍ、９４９．８ｎｍ、１１６８．０ｎｍ、１８５１．７ｎｍの基板を用い、距離Ｗを、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍ、３５０μｍ、４００μｍと変化させたときの、測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量ΔＬの記憶データを示している。
【００２３】
なお、インダクタンスブリッジ１０に印加する交流電圧Ｖ_Dの大きさは、例えば数Ｖ程度、周波数は１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ程度である。
【００２４】
また、符号ａ₁〜ａ₅の曲線は、膜厚Ｄが異なる基板毎にデータベース中の記憶データを結んだ曲線である。このグラフから、インダクタンス成分の変化量ΔＬは、距離Ｗと膜厚Ｄの関数(ΔＬ＝ｆ(Ｗ，Ｄ))になっていることが分かる。
【００２５】
図５は、横軸にインダクタンス成分の変化量ΔＬ、縦軸に膜厚Ｄをとったグラフであり、符号ｂ₁〜ｂ₅は、図４のデータベース中で、距離Ｗが同じ記憶データ同士を３次スプライン補間して結んだ曲線である。
【００２６】
ここでは、記憶データが存在する２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍ、３５０μｍ、４００μｍの５本の曲線ｂ₁〜ｂ₅しか示されていないが、上記以外の大きさの任意の距離Ｗに対しても、上記測定結果を補間して３次スプライン曲線を得ることができる。
【００２７】
従って、膜厚Ｄが未知の基板を測定コイル１１に近づけ、距離Ｗとインダクタンス成分の変化量ΔＬを測定すると、その測定結果とデータベース中の記憶データから、測定結果を通る３次スプライン曲線を得ることができる。
【００２８】
この３次スプライン曲線に、測定したインダクタンス成分の変化量ΔＬを与えると、未知の膜厚Ｄが求められる。
【００２９】
距離Ｗと変化量ΔＬを測定し、データベースに照合して膜厚Ｄを求めることができる導電性薄膜は、その導電率が、データベースを構成する記憶データを得たときの導電性薄膜と同じ値である必要がある。導電性薄膜には、銅薄膜、アルミニウム薄膜、合金薄膜等の種類があるが、測定対象の導電性薄膜の材質毎にデータベースを作製しておくとよい。
【００３０】
以上説明したように本発明方法を用いれば、基板や測定コイル１１を動かして距離Ｗを一定にする必要がないので、基板又は測定コイル１１を上下方向に動かすための機構は不要であり、また、上下方向の移動時間が不要であるから、低コストで高速な測定が可能である。
【００３１】
図８〜図１０のグラフは、本発明方法と他の膜厚測定方法の測定精度を示すグラフである。
【００３２】
図８のグラフは、シリコン基板の表面に形成した銅薄膜の膜厚分布を測定した例であり、横軸は、基板中心をゼロとした場合の基板中心から測定点までの距離を示しており、縦軸は、測定した膜厚を示している。
【００３３】
符号ｄ₁は、基板又は測定コイル１１を上下方向に動かし、銅薄膜と測定コイル１１の間の距離Ｗを一定にし、インダクタンス成分の変化量ΔＬを測定し、求めた膜厚Ｄを結んだ曲線であり(距離調整法)、符号ｄ₂は、四探針法によって抵抗値を測定し、膜厚Ｄに換算した結果を結んだ曲線であり、符号ｄ₃は、本発明方法によって求めた膜厚Ｄを結んだ線分である。
【００３４】
本発明方法によれば、距離Ｗを一定にしなくても、精度良く求められていることが分かる。
【００３５】
図９のグラフは、シリコン基板表面にスパッタリング法によって形成したシード層用の銅薄膜の面内膜厚分布を測定した結果である。符号ｅ₁は、銅薄膜と測定コイル１１との間の距離Ｗを一定にしてインダクタンス成分の変化量ΔＬを測定した場合の膜厚Ｄを結んだ曲線であり(距離調節法)、符号ｅ₂で示した２本の曲線は、本発明方法による２回の測定結果である。
【００３６】
図１０のグラフは、図９のグラフを求めたときに使用した基板の銅薄膜表面に、さらにメッキ法によって配線用の銅薄膜を積層させた場合の測定結果を示している。符号ｆ₁は、図９の曲線ｅ₁と同様に、距離Ｗを一定にした場合の測定結果を結んだ曲線であり、符号ｆ₂で示した２本の曲線は、本発明方法によって得られた膜厚分布である。
【００３７】
以上のように、本発明方法は、距離Ｗを一定にした場合と同程度の精度が得られている。
【００３８】
次に、インダクタンス成分の変化量ΔＬの正確な求め方について説明する。
インダクタンス素子にはドリフト現象が存在することが知られており、インダクタンスブリッジ１０がバランスし、接続中点２３、２４間に電圧が現れない状態を作っても、時間が経過するとバランスが崩れ、接続中点２３、２４に電圧が現れることが確認されている。
【００３９】
ドリフト現象は、温度変化の影響であるとか、周囲の磁気の影響であるとか言われているが、その原因は未だはっきりつかめていないのが実状である。
【００４０】
ドリフト現象の一例を図６に示す。
この図６の縦軸は、インダクタンスブリッジ１０の接続中点２３、２４に現れる交流電圧から求めた測定コイル１１のインダクタンス成分の大きさを示しており、横軸は時間を示している。
【００４１】
符号ｃ₁は、測定コイル１１に基板を近づけない状態で測定した場合の測定値を結んだ曲線であり(右側の縦軸の値)、符号ｃ₂は、一定の膜厚の導電性薄膜を有する基板を測定コイル１１に近づけた場合の測定値を結んだ曲線である(左側の縦軸の値)。
【００４２】
このように、基板の有無によらず、測定コイル１１のインダクタンス成分の大きさが変化していることが分かる。
【００４３】
測定コイル１１のインダクタンス成分の真値をＬ₀、時間変化によるドリフト量をＬ_drift、導電性薄膜に生じた渦電流の影響によるインダクタンス成分の変化量をΔＬとすると、渦電流の影響が無いときの測定コイル１１のインダクタンス成分の大きさＬ₁と、渦電流の影響がある場合のインダクタンス成分の大きさＬ₂は、
Ｌ₁ ＝Ｌ₀＋Ｌ_drift
Ｌ₂ ＝Ｌ₀＋Ｌ_drift＋ΔＬ
となる。
【００４４】
インダクタンスブリッジ１０によって導電性薄膜の膜厚を測定する直前に、先ず、基板を測定コイル１１に近づけない状態で接続中点２３、２４の間の交流電圧を測定すると、その電圧は、ドリフト量Ｌ_driftの大きさを示しており、次いで、直ちに基板を測定コイル１１に近づけ、接続中点２３、２４の間の交流電圧を測定すると、その交流電圧は、Ｌ_drift＋ΔＬの大きさを示している。従って、この２回の測定値を引き算するとドリフト量Ｌ_driftが消去され、変化量ΔＬの大きさが求められる。
【００４５】
この引き算は、接続中点２３、２４に現れる交流電圧の測定値を引き算した後、インダクタンス成分の変化量ΔＬに換算してもよいし、測定結果を、それぞれドリフト量Ｌ_driftと、ドリフト量Ｌ_drift＋変化量ΔＬの和に換算した後、引き算して変化量ΔＬを求めてもよい。
【００４６】
以上のように、ドリフト量Ｌ_driftを消去すると、正確な変化量ΔＬが求められる。膜厚が未知の導電性薄膜を測定する場合に限らず、データベースを作製する際にもドリフト量Ｌ_driftを消去し、正確な変化量ΔＬを測定するとよい。
【００４７】
【発明の実施の形態】
本発明方法を図面を用いて説明する。
【００４８】
図１(ａ)の符号４０は膜厚測定機構の収容室を示している。この収容室４０内には、基板搬送ロボット４１が配置されている。基板搬送ロボット４１は、折り曲げ可能なアーム４３と、アーム４３の先端に取り付けられたハンド４２とを有している。アーム４３は、折り曲げ自在に構成されており、図示しないモータにより、アーム４３の折り曲げを制御すると、アーム４３が水平面内で伸縮するようになっている。このアーム４３の伸縮により、ハンド４２は水平面内で移動される。
【００４９】
収容室４０の天井には、膜厚センサー７と距離測定装置９とが取り付けられている。図１(ｂ)は、アーム４３を伸ばし、ハンド４２を膜厚センサー７の下方位置に静止させた状態を示している。
【００５０】
膜厚センサー７内には、図２に示したインダクタンスブリッジ１０が内蔵されている。
インダクタンスブリッジ１０は、上述したように、測定コイル１１と、該測定コイル１１に対して直列接続された基準コイル１２と、互いに直列接続された第１、第２の基準抵抗１４、１５を有している。測定コイル１１と基準コイル１２の直列接続回路と、第１、第２の基準抵抗１４、１５の直列接続回路は、並列接続点２１、２２において互いに並列接続されて構成されている。
【００５１】
収容室４０の外部には、測定装置８が配置されている。
測定装置８内には、交流電圧源２６と、測定回路２７とが配置されており、並列接続点２１、２２は、交流電圧源２６に接続され、交流電圧が印加されるように構成されている。
【００５２】
測定コイル１１と基準コイル１２とが互いに接続された接続中点２３と、第１、第２の基準抵抗１４、１５が互いに接続された接続中点２４は、測定回路２７に接続されており、インダクタンスブリッジ１０に交流電圧が印加されたときに、接続中点２３、２４に現れる交流電圧は測定回路２７によって測定されるように構成されている。
【００５３】
測定コイル１１と基準コイル１２は、膜厚センサー７内で、図３に示すように、測定コイル１１が下方に位置し、基準コイル１２は測定コイル１１よりも上方に位置するように配置されている。
【００５４】
従って、膜厚センサー７の下方位置にハンド４２を静止させた状態では、測定コイル１１がハンド４２に近接し、基準コイル１２は、測定コイル１１よりもハンド４２から離れたところに位置するようになっている。
【００５５】
その状態で、インダクタンスブリッジ１０に交流電圧を印加すると、インダクタンスブリッジ１０が予めバランスされている場合であっても、接続中点２３、２４の間に、ドリフト量Ｌ_driftに応じた交流電圧が現れる。
このドリフト量Ｌ_driftを測定回路８によって求め、記憶しておく。
【００５６】
次に、図１(ｃ)に示すように、基板５をハンド４２上に乗せ、基板５を測定コイル１１と距離測定装置９の真下位置に移動させ、静止させる。
【００５７】
基板５は、シリコン等の半導体のウェハや、板状のガラス等から成る基板本体３０と、該基板本体３０表面に形成された導電性薄膜(例えば銅薄膜)３１とを有している。
【００５８】
この基板５は、導電性薄膜３１を上側に向けた状態でハンド４２上に配置されており、従って、測定コイル１１は、基準コイル１２よりも導電性薄膜３１の近くに位置している。
【００５９】
基板５には、反りや歪みがあるため、ハンド４２と測定コイル１１との距離が一定でも、基板５表面と距離測定装置９との間の距離Ｗは一定にならない。
【００６０】
距離測定装置９は、レーザー光を測定対象物に照射し、反射光から測定対象物との間の距離を測定する装置である。基板５の導電性薄膜３１表面にレーザ光を射出し、距離測定装置９と導電性薄膜３１との間の距離を求め、距離測定装置９と測定コイル１１の高さの差から、測定コイル１１と導電性薄膜３１との間の距離Ｗを求めることができる。
【００６１】
導電性薄膜３１と測定コイル１１の間の距離Ｗは、基板５の面内でばらつくため、基板５を水平に移動させ、基板５の距離Ｗを測定した部分を測定コイル１１の真下に位置させる。
【００６２】
その状態でインダクタンスブリッジ１０に交流電圧を印加し、導電性薄膜３１中に渦電流を生じさせ、接続中点２３、２４間に現れた交流電圧を測定すると、測定コイル１１のインダクタンス成分のドリフト量Ｌ_driftと、渦電流の影響による測定コイル１１のインダクタンス成分の変化量ΔＬとを合計した値が求められる。
【００６３】
ドリフト量Ｌ_driftと変化量ΔＬとを合計した値から、予め求めておいたドリフト量Ｌ_driftを差し引くと、変化量ΔＬが求められる。
【００６４】
この変化量ΔＬと、測定した距離Ｗとをデータベースに照合し、対応する三次スプライン曲線を求めると、その三次スプライン曲線から、導電性薄膜３１の膜厚Ｄを正確に求めることができる。
【００６５】
なお、このとき使用したデータベース中の記憶データは、先ず、渦電流の影響が無い状態で接続点２３、２４間の交流電圧を測定し、次いで、既知の膜厚Ｄの基板を用い、距離Ｗと接続点２３、２４間の交流電圧を測定し、ドリフト量Ｌ_driftを消去し、正確な変化量ΔＬを用いている。
【００６６】
以上のように、本発明では、予め導電性薄膜３１と測定コイル１１との間の距離Ｗと、導電性薄膜３１の膜厚Ｄと、インダクタンス成分の変化量ΔＬとを測定し、データベースにしておいてあるので、距離Ｗと変化量ΔＬを測定することで膜厚Ｄを求めることができる。
距離Ｗが一定であれば、変化量ΔＬを測定するだけで、膜厚Ｄを求めることができる。
【００６７】
なお、上記実施例では、渦電流の影響が無い状態でドリフト量Ｌ_driftを測定した後、実際に測定対象物を測定コイル１１に近づけ、ドリフト量Ｌ_driftと変化量ΔＬの和を測定したが、逆に、ドリフト量Ｌ_driftと変化量ΔＬの和を測定した後、渦電流の影響が無い状態でドリフト量Ｌ_driftを測定し、ドリフト量Ｌ_driftの値を消去してもよい。
【００６８】
以上は、導電性薄膜３１と測定コイル１１との間の距離をレーザを用いて測定したが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、膜厚センサー７に電極を設け、その電極と導電性薄膜３１との間に形成されるキャパシタンス成分を測定して測定コイル１１と導電性薄膜３１との間の距離Ｗを求めてもよい。
【００６９】
キャパシタンス成分の測定によって距離を求める場合、距離を測定した部分と同じ部分を、基板５を動かさずに、膜厚センサー７によって膜厚測定できるため、距離Ｗを正確に求めることができる。
【００７０】
要するに、本発明は、基板５と測定コイル１１との間の距離が変動する場合は、実際の距離Ｗを求められればよく、その方法によって限定されるものではない。
【００７１】
また、以上は、インダクタンス成分の変化量ΔＬを測定する際に、測定対象物の基板５を基板搬送ロボット４１のハンド４２上に配置していたが、本発明の膜厚測定方法は、それに限定されるものではない。
【００７２】
例えば、成膜装置やエッチング装置内に固定された台上に基板を配置し、導電性薄膜の成長途中や導電性薄膜のエッチング中に、導電性薄膜の膜厚を測定することができる。
【００７３】
その例を説明すると、図７の符号５０は真空処理装置である。ここでは、真空処理装置５０の例として、スパッタリング装置が示されている。
【００７４】
この真空処理装置５０は、真空槽５１を有しており、その底壁上には、台５２が配置されている。台５２の表面には穴６０が設けられており、この穴６０の内部に、上記の膜厚センサー７が配置されている。
【００７５】
穴６０内では、測定コイル１１が台５２の表面側の位置に配置され、他方、基準コイル１２は測定コイル１１の下方の位置に配置されている。
【００７６】
膜厚センサー７内では、上記のインダクタンスブリッジ１０が構成されており、そのインダクタンスブリッジ１０は、真空槽５１外に配置された膜厚測定装置８に接続されている。
【００７７】
真空槽５１の上部は、絶縁物５４を介してカソード電極５５が取り付けられており、カソード電極５５の真空槽５１の底面に向いた面には、導電性材料から成るターゲット５６が配置されている。
【００７８】
台５２内には、静電吸着電極６２₁、６２₂が配置されており、台５２上に導電性薄膜３１をターゲット５６側に向けて基板５を配置し、静電吸着電極６２₁、６２₂に正負の直流電圧を印加すると、基板５は台５２の表面に静電吸着される。
【００７９】
測定コイル１１は、穴６０内で、基板５とは非接触で近接した位置に固定されており、基板５が台５２上に静電吸着された状態では、測定コイル１１と導電性薄膜３１との間の距離Ｗは、測定コイル１１と基板５裏面（基板本体３０表面)の距離に、基板本体３０の厚みを加算した大きさになる。
【００８０】
先ず、台５２上に基板を配置しない状態でドリフト量Ｌ_driftを測定し、次いで、直ちに既知の膜厚Ｄの導電性薄膜３１を有する基板５を台５２上に配置し(導電性薄膜３１はターゲット５６側に向けておく）、静電吸着した状態で、膜厚Ｄに対するインダクタンス成分の変化量ΔＬを測定しておく。
【００８１】
基板本体３０の厚みは既知であるから、導電性薄膜３１と測定コイル１１との間の距離Ｗも既知であり、従って、距離Ｗを測定しなくても、膜厚Ｄとインダクタンス成分の変化量ΔＬとの関係からデータベースが作製される。
【００８２】
そして、実際の薄膜形成工程では、真空槽５１内部を真空雰囲気にした状態で台５２上に基板を配置する前に、ドリフト量Ｌ_driftを測定し、次いで、真空雰囲気を維持しながら成膜対象の基板本体３０を台５２上に配置し、基板本体３０を台５２上に静電吸着した状態で真空槽５１内にスパッタリングガスを導入し、ターゲット５６をスパッタリングし、基板本体３０表面に導電性薄膜３１を成長させる。
【００８３】
導電性薄膜３１の成長途中で、インダクタンスブリッジ１０に交流電圧を印加し、ドリフト量Ｌ_driftと変化量ΔＬの和を測定し、予め求めておいたドリフト量Ｌ_driftを用いて変化量ΔＬを算出する。基板本体３０の厚みがデータベースを作製したときに用いた基板５の基板本体３０の厚みと同じであれば、距離Ｗを測定する必要がなく、変化量ΔＬとデータベース中の記憶データとから、成長途中の導電性薄膜３１の膜厚Ｄを求めることができる。
【００８４】
以上説明したように、真空処理装置５０の台５２中に膜厚センサー７を配置した場合には、成長途中の導電性薄膜３１の膜厚Ｄを測定することができる。
【００８５】
従って、繰り返し膜厚Ｄを測定しながら導電性薄膜３１を成長させると、導電性薄膜３１の膜厚Ｄが所定値に達したことを正確に検出することができる。そして、その時点でスパッタリングを終了させれば、膜厚精度のよい導電性薄膜３１が得られる。
【００８６】
なお、図７の符号６１は加熱装置であり、スパッタリング中に基板５を加熱することもできる。この場合、実際に導電性薄膜を成長させるときの台５２の温度と同じ温度でデータベースを作製しておくとよい。
【００８７】
上記真空処理装置５０はスパッタリング装置であったが、本発明はスパッタリング装置に限定されるものではなく、ＣＶＤ装置、蒸着装置等の導電性薄膜を成長させる装置の他、エッチング装置等の導電性薄膜の膜厚を減少させる装置にも応用することができる。
【００８８】
エッチング装置に応用した場合、導電性薄膜３１のエッチング途中に膜厚Ｄを測定することができるので、終点検出が正確に行える。
【００８９】
また、本発明は、真空雰囲気で処理を行う装置に限定されるものではない。即ち、真空雰囲気で膜厚測定を行うこともできるし、大気雰囲気や加圧雰囲気で成膜又はエッチングする装置に用いたり、また、大気圧下や加圧下で膜厚測定を行うこともできる。
【００９０】
なお、本発明によって測定できる導電性薄膜は、基板５の表面に露出しているものに限定されるものではない。例えば、基板本体３０の表面に形成された導電性薄膜３１の表面に、更に絶縁性薄膜が形成されている場合であっても測定することができる。この場合は、導電性薄膜３１と測定コイル１１との距離Ｗを直接測定してもよいし、導電性薄膜表面の絶縁性薄膜と測定コイル１１との間の距離を測定し、絶縁性薄膜の膜厚を差し引いて、間接的に導電性薄膜３１と測定コイル１１との間の距離Ｗを求めてもよい。
【００９１】
また、上記例では、データベース中の記憶データと測定結果を用い、３次スプライン補間して膜厚Ｄを求めたが、補間法はそれに限定されるものではなく、他の近似曲線を用いてもよい。要するに、データベース中に記憶されていない値の距離Ｗや変化量ΔＬと、記録データとから、精度良く未知の膜厚Ｄを求められる補間法であればよい。
【００９２】
【発明の効果】
本発明方法によれば、インダクタンス成分のドリフト量Ｌ_driftの影響を消去できるので、正確な膜厚測定を行うことができる。
また、予め作製しておいたデータベースに照合し、近似曲線から膜厚Ｄを求められるので、距離Ｗが変動する場合であっても、基板又は測定コイルを動かして距離Ｗを一定にする必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】(ａ)〜(ｃ)：本発明方法の手順を説明するための図
【図２】本発明方法の測定原理を説明するための図
【図３】測定コイルと基準コイルの相対的な位置関係を説明するための図
【図４】データベースを構成する測定値を、距離Ｗに対してインダクタンス成分の変化量ΔＬをプロットしたグラフ
【図５】同じ測定値の膜厚Ｄをインダクタンス成分の変化量ΔＬに対して関係付けたグラフ
【図６】インダクタンス成分の値の経時変化を説明するためのグラフ
【図７】本発明方法を用いることができる真空処理装置の一例
【図８】基板面内の膜厚分布を測定した例(１)
【図９】基板面内の膜厚分布を測定した例(２)
【図１０】基板面内の膜厚分布を測定した例(３)
【図１１】触針式膜厚計による膜厚測定方法を説明するための図
【符号の説明】
１０……インダクタンスブリッジ
１１……測定コイル
１２……基準コイル
１４、１５……基準抵抗
３１……導電性薄膜

Claims

基準コイルと測定コイルが直列接続された回路と、２個の基準抵抗が直列接続された回路とが並列接続されたインダクタンスブリッジを用い、
前記基準コイルよりも前記測定コイルに近接した位置に導電性薄膜を配置し、前記インダクタンスブリッジに交流電圧を印加して前記導電性薄膜中に渦電流を発生させ、前記インダクタンスブリッジの出力端子である接続中点間に現れた電圧を測定する第１の工程を有し、
前記接続中点間に現れた電圧から、前記導電性薄膜の膜厚を求める膜厚測定方法であって、
前記導電性薄膜を前記基準コイルと前記測定コイルに近づけない状態で前記インダクタンスブリッジに交流電圧を印加し、前記直列接続回路の前記接続中点間に現れる交流電圧を測定する第２の工程と、
前記測定コイルと前記導電性薄膜との間の距離とを測定する距離測定工程と、
を有し、
予め、既知の異なる膜厚の基準用導電性薄膜を前記導電性薄膜として前記第１、第２の工程の測定結果の差と、前記距離測定工程との測定結果をデータベースとして記録し、
測定対象物である測定用導電性薄膜を前記導電性薄膜として前記第１、第２の工程と前記距離測定工程とを行い、前記第１、第２の工程の測定結果の差と前記距離測定工程の測定結果を前記データベースに照合し、
前記導電性薄膜の膜厚を求める膜厚測定方法。
前記第１の工程は、前記第２の工程を行った直前又は直後に行う請求項１記載の膜厚測定方法。
前記導電性薄膜の膜厚変化を検出する請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の膜厚測定方法であって、前記第１の工程は、前記導電性薄膜の膜厚変化中に二回以上行う膜厚測定方法。