JPS6244613A - 膜厚測定装置 - Google Patents

膜厚測定装置

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JPS6244613A
JPS6244613A JP18494885A JP18494885A JPS6244613A JP S6244613 A JPS6244613 A JP S6244613A JP 18494885 A JP18494885 A JP 18494885A JP 18494885 A JP18494885 A JP 18494885A JP S6244613 A JPS6244613 A JP S6244613A
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light
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film
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optical
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Akira Tsumura
明 津村
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体の基板に形成される5i02等の膜厚性
状を測定する膜厚測定装置の改良に関する。
〔発明の技術的背唄〕
半導体の基板面に形成される8102等の膜厚の誤差は
、歩留り向上のうえから最少限にとどめる必要があるた
め、エツチング工程における77!JIIの時間的膜厚
変化(以下、単に膜厚変化と摺移する)および特定部位
における空間的膜厚変化である厚みむらが測定されてい
る。そこで、従来膜厚は、光の干渉を利用して測定して
いる。すなわち、薄膜に対して単色光(中心波長λ0)
を照射し、このとき薄膜からの反射光を受光してこの受
光■から膜厚を求めている。第12図は膜JWdに対す
る受光M+を示す図で、この受光量1は次式で表わされ
る。
1  =sin  2  ((2πnd/ λa  )
  CO3i 1)・・・(1) ここで、nは薄膜の屈折率、dは膜厚、11は薄膜内部
の屈折角である。このように受光□□□Iは正弦波的な
変化を示すものとなり、したがって、この周期数から膜
厚およびその時間的変化が求められ)    る。なお
、第12図において受光量■aは薄膜内部での多重反射
を考慮しない場合であり、Ibは多重反射を考慮′した
場合を示している。
一方、厚みむらは第13図に示す装置により測定されて
いる。すなわち、He−Neレーザ光を発振するレーザ
発振器からなる投光装置1から基盤2上に形成された薄
IJ3に対して照射角θでレーザ光線4を出力し、薄膜
3の反射光5を複数並列された受光素子6−1〜5−n
で受光してその受光量に応じた各電気信号を増幅器7を
通して信号処理装置8に送っている。そして、この信号
処理装M8によって各受光素子6−1〜6−nの受光m
の違いから厚みむらが求められる。
〔背景技術の問題点〕
しかしながら上記各測定では次のような問題がある。す
なわち、膜厚変化の測定では正弦的に変化する受光量の
周期を求めるために、受光量の最大値または最少値を検
出することになる。ところが、この最大値および最少値
付近での信号の変化幅が微小なためノイズ等が乗ると最
大値または最少値の検出が困難となってしまう。
また、厚みむらの測定では、複数の受光素子6−1〜5
−nを用いるために装置全体が複雑化するとともに、各
受光素子6−1〜(3−nの感度バラツキによって測定
精度が低下してしまう。
〔発明の目的〕
本発明は上記実情に基づいてなされたもので、その目的
とするところは、膜厚性状を耐ノイズ性に強くかつ簡単
な構成のもので正確に測定できる高精度のl!!厚測定
装置を提供することにある。
(発明の概要) 本発明は、投光手段から測定光を被膜形成された膜面に
対してブリュースタ角よりも大きな入射角をもって投射
し、摸面における反射光または透過光を受光手段により
受光して光電変換し得られた電気信号に基づいて躾面の
膜厚性状を検出する膜厚測定装置である。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。
第1図は膜厚測定装置の構成図である。同図において1
0はエツチングチャンバであって、この内部の電8Ii
11.12間にウェハー13が載置されてウェハー13
上の薄膜が削除される。玉14は例えばレーザ発振器か
らなる投光器であって、この投光器14の設置位置はレ
ーザ光15がウェハー13上に形成される薄膜に対して
ブリュースタ角よりも大きい角度で入射するものとなっ
ている。つまり第2図に示すように雰囲気中の屈折率を
nl、薄膜の屈折率をn2として法線をkとすると、入
射角10はブリュースタ角よりも大きい角つまりio 
−tan −t  (n2/ nl )以上、例えば8
9’ 、85°である。このようにブリコースタ角より
も大きな角度で入射すると、その反射光16は1ill
lの面に対して平行に振動している光波をP成分、この
P成分に対して垂直に撮動している光波をS成分とする
と、これらP成分とS成分とは互いに位相がπだけずれ
ている。17はこれらP成分とS成分の各反射波を受光
してその受光量に応じた電気信号を出力する受光器であ
る。この受光器17の出力端には増幅回路18が接続さ
れ、ざらにV/F変換回路(N圧−周波数変換回路)1
9、E10変挽回路(電気−光変換回路)20が接続さ
れている。したがって、受光器17から出力された電気
信号は周波数信号に変換され、次に光信号に変換されて
光ファイバー21を伝播して測定演算手段22に送られ
るようになっている。この測定演算手段22内では0/
E変換回路(光−電気変換回路)23、パルスカウンタ
24により受光器17での受光量に応じたディジタル信
号が演算部25に取込まれるようになっている。
一方、エツチングチャンバー10の側面にはエツチング
チャンバー10内でのプラズマ発生を検出する受光器2
6が設置され、この受光器26の出力端に増幅回路27
、V/F変換回路28、E/′O変挽回回路9および光
ファイバー30を介して測定演算手段22のO/’ E
変換回路31に接続されている。そして、パルスカウン
タ32を介して演算部25に接続されている。
)     さて、演算部25は取込んだディジタル信
号から干渉波形を求め、この干渉波形から谷の間隔およ
び谷の先端幅を捕らえて薄膜の時間的膜厚変化および1
模のレーザ光15が照射された部分の厚みむらのいずれ
か一方または両方を演算して求める機能をもっている。
具体的には、膜厚変化は谷の間隔から求められ、厚みむ
らは谷の先端幅から求められる。
次に上記の如く構成された装置の動作について説明する
。投光器14からレーザ光がウェハー13の薄膜に対し
てブリュースタ角よりも大きな角度をもって照射される
。すると、その反射光16はそのP成分とS成分との間
にπの位相ずれが生じる。したがって、受光器17はこ
れらP成分とS成分との反射光16を受光してその受光
量に応じた電気信号を出力する。この電気信号は増゛幅
回路18により最適なレベルに増幅されて次のV/F変
換回路19により電圧レベルに応じて周波数信号に変換
されてE10変換回路20に送られる。そして1、光信
号に変換されて光フアイバー21内を伝播して測定演算
手段22に入力される。
この測定演算手段22ではO/E変換回路23により再
び電圧信号に変換されさらにパルスカウンタ24によっ
て電圧レベルに応じたディジタル信号に変換されて演算
部25に取込まれる。一方、受光器26はプラズマ発生
を検出する。つまり、エツチングチャンバー10内では
エツチング処理が同一ウェハー13に対して2回行なわ
れ、その間にエツチングチャンバー10内のガス交換が
行なわれる。したがって、プラズマ発生を検出して動作
タイミングを取っている。この受光器26から出力され
た電気信号も増幅回路27、V/F変換回路28.E、
10変換回路29、光ファイバー30を通って測定演算
手段22に入力する。そして、O/E変換回路31、パ
ルスカウンタ32を介して演算部25に取込まれる。
さて、演算部25は取込んだディジクル信号から干渉波
形を作成する。つまり、第3図に示す干渉波形Qである
。この干渉波形Qは上述したようにP成分とS成分との
間にπの位相差が生じる。
つまり、第4図に示すP成分と第5図に示すS成分とが
合成されたものとなっている。なお、第3図においてQ
Oはレーザ光15の入射角が「Oo」の干渉波形である
。また、ブリュースタ角以上のgrazing  1n
cidence (すれすれ入射)の場合、信号の振幅
が、反射率がtf!端に高くなるため第6図に示すよう
に大きくなる。演算部25は谷の間隔りと谷の個数とこ
の信号のスタートの位相とを演算し求めて薄膜のM5変
化を求める。ところで、薄膜の膜厚が変化すると信号ス
タートの位相がその厚みに関連して変化する。すなわち
、第7図(a)ないし第7図(C)は膜厚がそれぞれ4
500人、5000人、5500人の場合を示しており
、膜厚の増加とともに谷の数が増加しかつ信号スタート
の位相が変化していることが分る。したがって、演算部
25には予め谷の間11MLと谷の個数と信号のスター
トの位相と膜厚との関係の情報を配憶させておき、この
情報から膜厚を求めることになる。
次に厚みむら測定について説明する。第8図に示すよう
に薄膜32に±Δdの厚みむらがあると、これら厚みむ
らΔdに応じたレーザ光の光路差から各厚みに対する位
相差は、i[の屈折率を02、レーザ光の中心波長をλ
Oとすると、 n2Δdcos  (i1/λ0) づつずれる。なお、11は薄膜33内部での屈折角であ
る。したがって、このような反射光を受光すると、第9
図に示すように各厚みの位相の光が合成されたその厚み
むら△d・2に比例した谷先端幅LSをもつ干渉波形が
得られる。したがって、演算部25はこの谷先端幅LS
を測定して厚みむらを求める。また、早みむらが第10
図に示すように連続している場合の干渉波形は第11図
のようになる。この場合も谷先端幅LSを求めることに
よって厚みむらが求められる。
このように上記−実施例においては、レーザ光15を膜
面に対してブリュースタ角以上に入射角をちって照射し
、これにより得られるP成分およびS成分の反射光16
を受光して干渉波形を作成し、信号の谷の間隔と谷の個
数とスタートの位相とを求めて膜厚変化を測定し、また
谷先端幅18)     を求めて厚みむらを測定する
ので、簡単な構成のもので膜厚変化および厚みむらを測
定でき、かつ外部ノイズの影響を受けずに正確に測定で
きる。
つまり、ブリュースタ角以上(G raZina  I
 ncidence)で入射すると、信号の谷付近の振
幅の変化率が大きくなるので判別が容易であるからであ
る。
これによりプラズマ発光で生じる光学的ノイズの影響を
受けにくくなる。また、膜厚の変化により得られる信号
の位相は、 (2πnd/λ0) xcos  [sin °’  ((no/ n ) 
sin io)]・・・(2) と表わされ、nO−i 、n1= 1.5の場合、Gr
az+ngI ncidence (例えば1o−89
°)の周期は垂直入射と比較して長くなるが、P、S成
分のπの位相ずれにより谷の数が1.4倍となるので、
結果として垂直入射と比較して約0.7倍の周期となる
。このため、膜厚を求める精度が向上する。
さらに、厚みむら測定に対しても従来のように受光素子
を複数設けることもなく1つの受光器で厚みむら特に厚
みむらの分布を測定できる。なお、厚みむらはレーザ光
の光束を広げてコリメートすることにより測定範囲を任
意に広げたり狭めたりできる。また、膜厚変化および厚
みむら測定は多否喚に対しても適用できる。
なお、本発明は上記一実施例に限定されるものではなく
その主旨を逸脱しない範囲で変形してもよい。上記−実
施例では半導体製造用のエツチング、デポジット装置に
適用したが、その他のMill測定に適用してもよい。
さらに上記実施例においては、膜面からの反射光の谷部
を膜性状の検出に利用しているが、膜面からの透過光の
ピーク部を検出に利用してもよい。要するに受光手段か
ら出力された電気信号の極値部をIII悸状の検出に利
用すればよい。
〔発明の効果〕
以上詳記したように本発明によれば、膜厚性状を耐ノイ
ズ性に強くかつ簡単な構成のもので正確に測定できる高
精度の膜厚測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係わる膜厚測定装置の一実施例を示す
構成図、第2図はレーザ光入射角を示す図、第3図ない
し第5図は反射光のP成分およびS成分の分離状態を示
す図、第6図はレーザ光の入射角に対する振幅を示す図
、第7図(a)(b)(C)は膜厚に対する受光lの周
期変化を示す図、第8図は段階状の厚みむらを示す図、
第9図は第8図に示す厚みむらの干渉波形を示す図、第
10図は連続的に変化する厚みむらを示す図、第11図
は第10図に示す厚みむらの干渉波形を示す図、第12
図および第13図は従来における膜厚変化および厚みむ
ら測定を説明するための図である。 10・・・エツチングチャンバー、13・・・ウェハー
、14・・・投光器、17・・・受光器、18・・・増
幅回路、19・・・V/F変換回路、20・・・E10
変換回路、21・・・光ファイバー、測定演算手段、2
3・・・O/E変換回路、24・・・パルスカウンタ、
25・・・演算部。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 i 工、、+ング量 \、 第7図 第 8 図 工、7チンク゛量 第9図 第10図 第11図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被膜形成された膜に対してブリュースタ角よりも
    大きな入射角をもって測定光を投射する投光手段と、前
    記膜からの反射光又は透過光を受光して光電変換する受
    光手段と、この受光手段から出力された電気信号に基づ
    いて前記膜の膜厚性状を検出する検出手段とを具備した
    ことを特徴とする膜厚測定装置。
  2. (2)検出手段は、反射光または透過光の極値部の周期
    性に基づいて膜の時間的膜厚変化を求める特許請求の範
    囲第(1)項記載の膜厚測定装置。
  3. (3)検出手段は、反射光または透過光の極値部の先端
    幅に基づいて膜の測定光が投射された部分の厚みむらを
    求める特許請求の範囲第(1)項記載の膜厚測定装置。
  4. (4)検出手段は、受光手段から出力された電気信号を
    入力して電圧−周波数変換する電圧−周波数変換回路と
    、この電圧−周波数変換回路から出力された周波数信号
    を光信号に変換する電気−光変換回路と、この電気−光
    変換回路から出力された光信号を伝送する光ファイバと
    、この光ファイバにて伝送された光信号を周波数信号に
    変換する光−電気変換回路と、この光−電気変換回路か
    ら出力された周波数信号を前記受光手段にて受光された
    受光量を示すディジタル信号に変換するパルスカウンタ
    と、このパルスカウンタから出力されたディジタル信号
    を入力して膜の膜厚性状を検出する演算部とから構成さ
    れる特許請求の範囲第(1)項記載の膜厚測定装置。
JP18494885A 1985-08-22 1985-08-22 膜厚測定装置 Granted JPS6244613A (ja)

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JPS6244613A true JPS6244613A (ja) 1987-02-26
JPH0381083B2 JPH0381083B2 (ja) 1991-12-27

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2692120C1 (ru) * 2018-11-01 2019-06-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Способ определения толщины покрытия в ходе процесса плазменно-электролитического оксидирования

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2692120C1 (ru) * 2018-11-01 2019-06-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Способ определения толщины покрытия в ходе процесса плазменно-электролитического оксидирования

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