薄膜層の膜厚良否判別方法
【課題】表面にパターンのある基板上に形成した薄膜層の膜厚が許容範囲内か否かの判別を、高額な膜厚測定器を使わずに短時間で容易に行える方法を提供する。
【解決手段】表面にパターンのある基板上に設けられた薄膜層の膜厚が許容範囲内か否かを判別する方法であって、所定口径を有する光ビームで薄膜層形成前の基板の平均分光反射率（Ｖ０（λ））を測定し、膜厚が許容範囲内の薄膜層形成後該層の平均分光反射率（Ｖ１（λ））を測定し、縦軸がＶ１（λ）／Ｖ０（λ）で横軸が波長の反射比曲線を形成し、該曲線の山や谷の波長Ｗ１ｉをｉ個算出して基準値として保存し、別の基板上に薄膜層を形成した後反射比曲線を形成し、かつ波長Ｗ２ｉをｉ個算出し、ｉ個のＷ１ｉとＷ２ｉから演算した値を判別基準値と比較して膜厚の良否判別を行う。
【解決手段】表面にパターンのある基板上に設けられた薄膜層の膜厚が許容範囲内か否かを判別する方法であって、所定口径を有する光ビームで薄膜層形成前の基板の平均分光反射率（Ｖ０（λ））を測定し、膜厚が許容範囲内の薄膜層形成後該層の平均分光反射率（Ｖ１（λ））を測定し、縦軸がＶ１（λ）／Ｖ０（λ）で横軸が波長の反射比曲線を形成し、該曲線の山や谷の波長Ｗ１ｉをｉ個算出して基準値として保存し、別の基板上に薄膜層を形成した後反射比曲線を形成し、かつ波長Ｗ２ｉをｉ個算出し、ｉ個のＷ１ｉとＷ２ｉから演算した値を判別基準値と比較して膜厚の良否判別を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に所定のパターンを有する基板上に半導体膜等の薄膜層を形成した基板にあって、前記薄膜層の膜厚が所望値に対して許容範囲に入っているか否かの判別を行う薄膜層の膜厚良否判別方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、基板上に半導体膜等の薄膜層を形成した場合、この薄膜層の膜厚を分光干渉計やエリプソメーターを用いて測定していた（特許文献１）。
特許文献１に開示されている方法は、被測定物である基板上の薄膜層表面に斜めから測定光を照射させ、前記薄膜層の表面及び内部からの各反射光の干渉光から薄膜層の膜厚を算出するものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで前記特許文献１に記載されているように、分光干渉計等の光学測定器を用いて薄膜層の膜厚を測定する場合には、その測定面積は直径２０μｍ程度と極めて狭く、しかもその測定位置については１〜５μｍという極めて高い位置決め精度が要求される。
この測定方法において基板表面になんらパターンがなく表面平滑の場合には、薄膜層の任意の位置に測定場所を求めればよいが、基板表面に、例えば、回路パターン等のパターンが存在していて、基板表面が平滑でない場合には、測定精度を上げるためには前記回路パターンに掛からない位置を測定場所に選定しなければならない、という問題がある。
【０００５】
しかも昨今においては、基板表面に形成されているパターンは極めて微細で、かつ高密度で描かれていることが多い。それ故、これらパターンに掛からないように測定場所を見つけ出すのは至難の技である。
また仮に、そのような測定場所を見つけ出すことができたとしても、その極めて狭い測定場所に、常に測定用の光ビームを当てるためには、極めて高い精度で位置決め制御を行う必要がある。
このような条件を満たす膜厚測定器として、例えば１０００万円以上の高額な分光干渉計やエリプソメーターを用意したとしても、実際にはその測定はほとんど不可能である。
その理由は、これら高額の膜厚測定器を用いたとしても、前述したように測定場所の選定や、その位置決めに高い精度が要求される等、依然として測定誤差に繋がる問題を抱えているからである。
【０００６】
加えて、これらの膜厚測定器を用いた場合でも、その測定精度を上げるためには測定時間を数分〜３０分程度掛ける必要がある場合もある。そのため製造現場で次々に薄膜層付き基板が製造されても、各基板の膜厚測定に時間が掛かるため生産性が向上しない、という問題があった。
【０００７】
上記問題に鑑み本発明の目的は、表面に所定のパターンを有する基板上に形成した薄膜層であっても、その膜厚が所望する厚さに対して許容範囲内に形成されているかどうかの判別を、高額な膜厚測定器を使わずとも、短時間で、しかも容易に行える薄膜層の膜厚良否判別方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成すべく本発明の請求項１記載の薄膜層の膜厚良否判別方法は、表面に所定のパターンを有する基板上に設けられた薄膜層の膜厚が許容範囲内にあるか否かを判別する薄膜層の膜厚良否判別方法において、前記薄膜層の膜厚良否判別方法は、
所定の口径を有する光ビームで前記薄膜層形成前の前記基板表面の平均分光反射信号値Ｖ０（λ）を測定する工程１と、
前記基板上に許容範囲の膜厚を有する薄膜層形成後、前記薄膜層表面を前記工程１と同じ位置でその平均分光反射信号値Ｖ１（λ）を測定する工程２と、
一方の軸にＶ１（λ）とＶ０（λ）の比Ｖ１（λ）／Ｖ０（λ）を、他方の軸に波長（λ）を配した反射比曲線Ｒａ（λ）を形成する工程３と、
前記反射比曲線Ｒａ（λ）の任意の山または谷の波長Ｗ１ｉをｉ（ｉ≧２）個算出しこれらを基準波長値として保存する工程４と、
前記基板とその表面に同じパターンを有する別の基板上に薄膜層を形成し前記工程２、工程３と同様にして反射比曲線Ｒｂ（λ）を形成し、前記工程４の各波長Ｗ１ｉに対応する山または谷の波長Ｗ２ｉをｉ個算出する工程５と、
前記工程４と工程５とで算出した各々ｉ個のＷ１ｉとＷ２ｉから下記式１の値（但し、ｉ＝１〜ｎ）を求め、
(式１)
この値と予め決定してある判別基準値とを比較してその大小により基板上に形成した薄膜層の膜厚の良否の判別を行う工程６、
とを有することを特徴としている。
【０００９】
また請求項２記載の薄膜層の膜厚良否判別方法は、表面に所定のパターンを有する基板上に設けられた薄膜層の膜厚が許容範囲内にあるか否かを判別する薄膜層の膜厚良否判別方法において、前記薄膜層の膜厚良否判別方法は、
所定の口径を有する光ビームで前記薄膜層形成前の前記基板表面の平均分光反射信号値Ｖ０（λ）を測定する工程１と、
前記基板上に許容範囲の膜厚を有する薄膜層形成後、前記薄膜層表面を前記工程１と同じ位置でその平均分光反射信号値Ｖ１（λ）を測定する工程２と、
一方の軸にＶ１（λ）とＶ０（λ）の比Ｖ１（λ）／Ｖ０（λ）を、他方の軸に波長（λ）を配した反射比曲線Ｒａ（λ）を形成する工程３と、
前記基板とその表面に同じパターンを有する別の基板上に薄膜層を形成し前記工程２、工程３と同様にして反射比曲線Ｒｂ（λ）を形成する工程と、
前記Ｒａ（λ）とＲｂ（λ）について任意の波長λ１からλ２までの範囲内で下記式２の値を求め、
（式２）
この値と予め決定してある判別基準値とを比較してその大小により基板上に形成した薄膜層の膜厚の良否の判別を行う工程、
とを有することを特徴とするものである。
【００１０】
このようにしてなる請求項１及び請求項２記載の薄膜層の膜厚良否判別方法にあって、前者は前記工程４と工程５とで算出した各々ｉ個のＷ１ｉとＷ２ｉから、前記式１の値を求め、この値と予め決定してある判別基準値とを比較してその大小により基板上に形成した薄膜層の膜厚の良否の判別するものであり、後者は反射比曲線Ｒａ（λ）と反射比曲線Ｒｂ（λ）について任意の波長λ１からλ２までの範囲内で前記式２の値を求め、この値と予め決定してある判別基準値とを比較してその大小により基板上に形成した薄膜層の膜厚の良否の判別を行う、との相違があるものの、いずれの方法においても共に所定の口径を有する光ビームで前記薄膜層形成前の前記基板表面や、薄膜層形成後の表面を測定することにより、従来の測定方法と異なり、その測定範囲はピンポイント的な極めて狭い測定範囲ではなく、所定の測定面積を有するより広い測定面積内の平均分光反射信号値Ｖ（λ）を測定するようにしている。
【００１１】
しかもその膜厚が許容範囲内にある薄膜層について、その表面の平均分光反射信号値Ｖ１（λ）を測定した後、単にこの薄膜層の平均分光反射信号値Ｖ１（λ）そのものを使うのではなく、薄膜層形成前の基板表面の平均分光反射信号値Ｖ０（λ）との比を算出し、これと波長（λ）とで判別基準となる反射比曲線Ｒ（λ）を形成している。
このように従来の測定方法に比して、より広い測定面積内で平均分光反射信号値を採取していること、しかも単に薄膜層の平均分光反射信号値Ｖ１（λ）そのものを用いるのではなく、薄膜層形成前の基板表面の平均分光反射信号値Ｖ０（λ）とこの薄膜層表面の平均分光反射信号値Ｖ１（λ）の比をとり、これと波長（λ）とで判別基準となる反射比曲線Ｒ（λ）を得ていること、の２点から基板表面に予め形成されている回路パターン等のパターンの影響による測定誤差を排除できるようになっている。
そのため従来のように基板上で、パターンの存在しないまるでピンポイントのような測定箇所に測定点を求める必要もなければ、そのための位置決め精度も不要になる。
【００１２】
加えて、薄膜層の膜厚の絶対値ではなく、基準値との比較により相対的にその差異をみて膜厚が所定の許容範囲内に入っているか否かの判別をしているため、より一層判別間違いの確率を少なくすることができる。
そしてこのように基準値との相対的な比較を行うだけであるから、測定時間も大幅に短縮することができる。
【００１３】
また本発明の請求項３記載の薄膜層の膜厚良否判別方法は、請求項１または請求項２記載の薄膜層の膜厚良否判別方法において、表面に所定のパターンを有する前記基板は、既に１層または複数層の薄膜層を有していて、この薄膜層を有する基板上にさらに形成した薄膜層の膜厚が許容範囲内にあるか否かを判別することを特徴とするものである。
【００１４】
このようにしてなる薄膜層の膜厚良否判別方法によれば、単に基板上に１層のみ形成した薄膜層の膜厚が許容範囲内に入っているかどうかの判別のみならず、基板上に既に１層または複数層の薄膜層が形成された基板に、新たに別の薄膜層が形成された基板においても、その新たに形成された最上層の薄膜層について、その膜厚が許容の範囲内に入っているか否かの判別も請求項１または請求項２と同様の方法で判別することができる。
【００１５】
さらにまた本発明の請求項４記載の薄膜層の膜厚良否判別方法は、請求項１〜請求項３いずれかに記載の薄膜層の膜厚良否判別方法において、前記光ビームは、該光ビーム内で照明ムラが出ないようにケーラー照明を使用しており、分光反射光の再現性をよくするために受光ＮＡを可変させることができるようになっていることを特徴としている。
【００１６】
このようにしてなる請求項４記載の薄膜層の膜厚良否判別方法によれば、光ビーム内にあって照明ムラ出ないようケーラー照明を使用している。そして反射光の配光（ウエハ面の法線からの傾きに対する分光反射光の分布）をより再現性よく採取できるように受光ＮＡを可変可能にしている。その結果、前記ウエハのパターンや膜に対して最適（再現の良くなる）条件を設定できるようになっている。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明によれば、表面に所定のパターンを有する基板上に形成した薄膜層であっても、その膜厚が所望する値に対して許容範囲内に入っているか否かの判別を、高額な膜厚測定器を使わずとも短時間で、しかも容易に行える薄膜層の膜厚良否判別方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に図面を用いて本発明の薄膜層の膜厚良否判別方法の一実施例を詳細に説明する。
図１は、本発明の薄膜層の膜厚良否判別方法の最初の工程を示す概略図である。図１において、符号１は、その表面に所定の、例えば回路パターンを有するシリコンウエハ等の基板を示している。
符号２は、光出力ユニットで、例えば光源から光ファイバ等で導かれた光をレンズアセンブリ等を介して被測定物、ここでは基板１の表面等に所定の口径を有する光ビーム３を照射させるユニットである。また符号４は、光検出ユニットである。この光検出ユニット４は、前記光出力ユニット２から照射された光ビーム３が被測定物である基板１等に当って反射された干渉光５を受光するもので、レンズアセンブリやスペクトロメーター等を有している。
ここで前述した所定の口径を有する光ビーム３とは、例えば直径５０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度の口径を有する光ビームのことをいい、それ故、被測定物に対して従来の光学測定器に比して広い面積に光を照射している。すなわち、被測定面積が広くなっている。そのため言うまでもなく、この光ビームは基板１上のパターンに跨って照射されていることになる。
【００１９】
ここで前記光ビーム内において照明ムラ出ないように、この実施例ではケーラー照明を使用している。そして反射光の配光（ウエハ面の法線からの傾きに対する分光反射光の分布）をより再現性よく採取できるように受光ＮＡを可変可能にしている。その結果、前記ウエハのパターンや膜に対して最適（再現の良くなる）条件を設定できるようになっている。
具体的には、例えば、照明側のＮＡや受光ＮＡを可変できる絞りやレンズ系を備えている。もちろん、このケーラー照明の使用が本発明における必須要件でないことは言うまでもない。
【００２０】
図１に示すように、本発明の薄膜層の膜厚良否判別方法の最初の工程は、薄膜層形成前であって、しかもその表面に所定のパターンを有する基板１上に、光出力ユニット２により所定の口径を有する光ビーム３を照射し、その反射光である干渉光５を光検出ユニット４を介して検出して、薄膜層形成前の基板１の表面の平均分光反射信号値Ｖ０（λ）を測定する工程である。図３における符号１０の曲線はこの測定結果を示している。
図３において、縦軸は平均分光反射信号値Ｖ（λ）の相対単位で、横軸は波長（λ）である。因みに、この工程を便宜的に工程１と呼ぶことにする。
ここで検出した基板１の表面の分光反射信号値を平均分光反射信号値と呼ぶ理由は、この測定値が所定の口径を有する光ビーム３で測定したある大きさを有する被測定面積内の反射信号値の平均値であるからである。
【００２１】
次に図２に示すように基板１の表面に薄膜層６を形成後、図１と同様にして、薄膜層６の表面に光出力ユニット２により光ビーム３を照射し、反射した干渉光５を光検出ユニット４を介して検出し、薄膜層６の平均分光反射信号値Ｖ１（λ）を測定する。図３における符号１１の曲線はこの測定結果を示している。尚、この工程を、やはり便宜的に工程２と呼ぶことにする。
ここで図１と同様にして、という意味は、図１における基板１の測定位置や光ビーム３等の条件を変えることなく、条件をそのまま一定にした状態で基板１上の薄膜層６に光ビーム３を照射し、測定することをいうものとする。
【００２２】
ところでこの工程２は、以降製造する薄膜層６の膜厚が薄膜層６の所望値、例えば設計値に対して許容範囲に入っているか否かを判断する基準を作成するための工程である。そしてこの作業が無駄にならないように、基板１上に薄膜層６を形成したら、その膜厚を本発明の測定装置とは別の方法で測定し、その値が所望値に対して許容範囲に入っていたら、前述したようにこの薄膜層６に図２に示す如く光ビーム２を照射し、その平均分光反射信号値Ｖ１（λ）を測定するようにすればよい。換言すれば、予めその膜厚が許容範囲に入っていること、より好適には、ほぼ目標の膜厚であることを確認済みの薄膜層６付き基板１に対して前述した工程２を施すようにすればよい。そのような意味で図３における符号１１（Ｖ１）の曲線は、基板１上に形成した正常膜厚を有する薄膜層６の測定結果を示している。
【００２３】
ところで図３には一点鎖線で示す符号１２、二点鎖線で示す符号１３の曲線も描かれているが、符号１２（Ｖ２）の曲線は薄膜層６の厚さが正常値の膜厚さよりも約５％薄いものを、符号１３（Ｖ３）の曲線は薄膜層６の厚さが正常値の膜厚よりも約５％厚いものを示している。
このように薄膜層６の厚さが異なると、平均分光反射信号値の値にはっきりした相違が見られる。
【００２４】
次に工程１及び工程２で得られたＶ０（λ）、Ｖ１（λ）の値から、両者の比、例えばＲａ（λ）＝Ｖ１（λ）／Ｖ０（λ）を算出し、これを例えば、縦軸にＲａ（λ）＝Ｖ１（λ）／Ｖ０（λ）を、横軸に波長（λ）を配して、図４に符号２１で示す反射比曲線Ｒａ（λ）を描く。図４において横軸は波長（λ）である。そしてこの工程を工程３と呼ぶことにする。
図４には符号２１で示す正常な膜厚を有するものの他に、符号２２、２３の曲線も示されているが、符号２２の曲線はＶ２（λ）／Ｖ０（λ）を、符号２３の曲線はＶ３（λ）／Ｖ０（λ）をそれぞれ示している。
【００２５】
本発明は、このように薄膜層６の膜厚が±５％程度異なるだけ、その平均分光反射信号値Ｖ１（λ）に明確な差が出ることを利用するものである。以下に図４を用いて膜厚良否判別方法の実施例１（請求項１に相当する実施例）の手順を詳細に説明する。
前述のようにして得られた正常膜厚を有する薄膜層６の反射比曲線２１の任意の山または谷の波長Ｗ１ｉをｉ（ｉ≧２）個、好ましくは２〜５個程度算出し、これらを基準波長値としてパソコン等に保存する。この工程を便宜的に工程４と呼ぶことにする。因みに、この実施例では図４に示すようにｉ＝４とし、これらをＷ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、そしてＷ１４とした。
このようにしてパソコン等の中に基準波長値となる薄膜層６に関する波長Ｗ１１〜Ｗ１４の値を記憶させたら、以後製造する薄膜層６の膜厚が所望する値の許容範囲に入っているか否かの判別を、この基準波長値を基礎として決定した判別基準値と比較して、その大小により膜厚の良否判別を下す。
【００２６】
続いて製造ラインにおいて前記工程１〜工程４で用いていた基板１と同種の基板上に工程２で測定した薄膜層６と同様にして薄膜層６を形成する。形成した薄膜層６付き基板１をインラインで、あるいは別の場所に運んで、前記工程２、工程３と同様にして反射比曲線２２を形成し、前記工程４の各波長Ｗ１ｉに対応する山または谷の波長Ｗ２ｉを４個算出し、これをＷ２１〜Ｗ２４とする。この工程を工程５とする。
尚、反射比曲線２２を描くに当って、基板１の表面の平均分光反射信号値Ｖ０(λ)も測定しておく必要があるが、この基板１の平均分光反射信号値Ｖ０(λ)は、表面のパターンが同じことから前記工程１で得た基板１の平均分光反射信号値Ｖ０(λ)をそのまま用いても良いし、基板１毎に薄膜層６を形成する前に予め工程１と同じ手順で測定して得たものを用いてもよい。因みに前者の方が効率的であるが、精度の面からは後者の方が優れている。
【００２７】
以上のようにして工程４と工程５とで算出した各々４個の基準波長値Ｗ１ｉ（ｉ＝１〜４）と実測波長値Ｗ２ｉ（ｉ＝１〜４）から下記式１の値を求める。ここで、ｉ＝１〜４である。
（式１）
そして求めた値と予め決定してある判別基準値とを比較し、その大小により膜厚の良否を判別する。この工程を工程６と称す。尚、前段の係数（１／ｉ）すなわちこの例における係数（１／４）は、右辺の判別基準値に予めｉを掛けておけば済むため、その場合には省略すればよい。
この判別基準値を決定する方法には種々の方法があるが、例えば±３％、±５％等の仮想対値差△で設定することもできる。このように上記式から得られた値と判別基準値とを比較して、上記式から得られた値が判別基準値よりも大きければ不良品と、判別基準値よりも小さければ良品と判別する。
【００２８】
尚、前述したように工程１〜工程６における工程の文字の後の数字は、単に便宜上付与した数字に過ぎない。
【００２９】
このようにしてなる請求項１記載の薄膜層の膜厚良否判別方法によれば、所定の口径を有する光ビーム３で薄膜層６形成前の基板１の表面や、薄膜層６形成後の表面の平均分光反射信号値を、測定箇所をピンポイントに絞る従来の測定方法と違って、かなり広い測定面積内の反射信号値を平均分光反射信号値Ｖ（λ）と言う形で測定している。
しかもその膜厚が許容範囲内にある薄膜層６について、その表面の平均分光反射信号値Ｖ１（λ）を測定した後、単にこの薄膜層６の平均分光反射信号値Ｖ１（λ）そのものを使うのではなく、薄膜層６形成前の基板表面の平均分光反射信号値Ｖ０（λ）との比Ｒ（λ）を用いて、このＲ（λ）と波長（λ）との関係を示す反射比曲線を形成し、これを基準となる反射比曲線Ｒａ（λ）としている。
このように従来より広い測定面積内の平均分光反射信号値Ｖ（λ）を採用していること、単に薄膜層６の平均分光反射信号値Ｖ（λ）そのものではなく、薄膜層６形成前の基板１表面の平均分光反射信号値Ｖ０（λ）と薄膜層６表面の平均分光反射信号値Ｖ１（λ）の比Ｒ（λ）を用いて、これと波長（λ）との反射比曲線Ｒａ（λ）を形成し、これを基準の反射比曲線２１としていることから、基板１の表面に予め形成されている回路パターン等のパターンの影響を大部分排除することができる。
【００３０】
加えて、薄膜層６の膜厚の絶対値ではなく、基準値との比較により相対的にその差異をみて膜厚が所定の許容範囲内に入っているか否かの判別をしているため、より一層基板１表面のパターンに起因する判別誤差を少なくすることができる。
しかもこのように基準値との相対的な比較を行うだけであるから、この発明に用いる膜厚監視装置は、低価格で入手できる。このように高額な光学測定器も不要である。
加えて、従来のように基板１上にあって、回路パターン等のパターンに掛からない極めて希少な測定位置を探す必要もなく、また測定点における測定面積が大きいので、測定光のエネルギーが充分でＳ／Ｎ値が高いし、しかも位置決め精度も高い精度を必要としないことから、測定に必要な時間は０．１秒程度となり、測定時間を大幅に短縮することができる。それ故、薄膜層６付き基板１の生産性を高めることもできる。
【００３１】
尚、図４において符号２２の曲線は、基板１上に形成した薄膜層６の膜厚が正常の膜厚のものよりも約５％薄いものに対する反射比を、符号２３の曲線は、逆に５％厚いものに対する反射比をそれぞれ示している。
符号２３の基板についても前記式１の値を求めるのであれば、符号２３の曲線において横軸に向けて降ろした線の先に矢印が付されている部分の波長を、それぞれ左から順にＷ２１〜Ｗ２４とすればよい。
【００３２】
次に図５を用いて請求項２に記載の薄膜層の膜厚良否判別方法について説明する。
図５においては、縦軸に図４に示す曲線２１（Ｒａ）と曲線２２（Ｒｂ）の反射比差の絶対値｜Ｒａ（λ）−Ｒｂ（λ）｜を、横軸に波長（λ）を取ってある。
すなわち、基準値として正常な膜厚を有する基板の値である曲線２１をＲａ（λ）とし、Ｒｂ（λ）としては、正常膜厚よりその膜厚が約５％薄い基板の反射比を示す曲線２２を用いた。
前述した請求項１記載の発明との相違は、任意の波長、この実施例では波長３８０ｎｍ〜８８０ｎｍで下記式２の値を求める。
（式２）
この値と予め決定してある判別基準値とを比較してその大小により基板上に形成した薄膜層の膜厚の良否の判別を行った点にある。
図５において、曲線の下側のドットで塗り潰した部分がこの｜Ｒａ（λ）−Ｒｂ（λ）｜の値、すなわち面積差を示している。
因みに、図５に示すものはその膜厚が正常品の膜厚よりも５％薄い膜厚のものであるから、図５に示すドットで塗り潰した部分の面積の値を−５％以内の膜厚判定の基準にすることができる。
このようにしても判別対象製品の薄膜層６の膜厚の良否を判別することができる。因みに、判別基準値よりも前記式２の値が大きければ不良品、小さな値であれば良品と判別する。
【００３３】
因みに、下限側の波長と上限側の波長を幾つにするかは、基板１上のパターンの種類や薄膜層６の膜厚の大きさ、あるいは薄膜層６の組成等によりその都度決定される。
また判別基準値を決定する方法については、図４に示す請求項１記載の発明の場合と同様に、例えば±３％、±５％等の仮想対値差△で設定することもできる。
【００３４】
ところで前述した２つの実施例では、図２に示すように表面に所定のパターンを有する基板１上に１層の薄膜層６のみ形成したものについて、その膜厚が所望する膜厚に対して許容範囲内に入っているかどうかの判別をしているが、基板１上に既に１層または複数層の薄膜層６を有しているものに、さらに新たに別の薄膜層を形成した場合の、この別の薄膜層の膜厚の良否判別にも本発明の方法をそのまま適用することができる。
具体的には、前述した工程１に従って、既に何層か薄膜層を形成した状態の基板１の最上層の薄膜層の平均分光反射信号値をＶ０（λ）、この薄膜層上に新たに形成する薄膜層の形成後の平均分光反射信号値をＶ１（λ）とし、両者の比をＲ（λ）＝Ｖ１（λ）／Ｖ０（λ）として、縦軸にＲ（λ）＝Ｖ１（λ）／Ｖ０（λ）を、横軸に波長（λ）を配しておけば、以下図４、図５に示したと同様にして基準となる良品に対する判別対象品の判別方法をそのまま適用することができる。
【００３５】
尚、前記各実施例では、工程２において既に薄膜層６の膜厚が許容範囲内にあるものを用いてその平均分光反射信号値を測定したり、反射比曲線を形成したりしているが、工程１を完了後、基板１上に薄膜層６を形成し、その膜厚を何らかの方法で測定し、膜厚の値が許容範囲内に入らないものは捨て、許容範囲内に入ったものを見つけたら、そのものについて工程２以降を実行してもよい。
それ故、工程２において、基板上に許容範囲の膜厚を有する薄膜層形成後、とは、基板１上に許容範囲内の膜厚を有する薄膜層６をどのような過程で得たかどうかは関係なく、最終的に許容範囲内の膜厚、より好適には目標値にほぼ等しい膜厚を有する薄膜層６を形成した後、という意味で用いている。
また前記実施例では、Ｗ１ｉとＷ２ｉを各々４個ずつ使っているが、ｉは２以上、好ましくは５個程度が好ましい。
【００３６】
また、この判別に用いるコンピューター用ソフトウエアとして、いわゆる学習型のソフトウエアを用いておけば、判別を繰り返す毎に良品の基準値を自動更新して修正していくため、判別の精度を徐々に高めていくこともできる。
【００３７】
以上のように本発明によれば、表面に所定のパターンを有する基板上に形成した薄膜層であっても、その膜厚が所望する膜厚の値に対して許容範囲内に形成されているかどうかの判別を、高額な膜厚測定器を使わずとも短時間で、しかも容易に行える薄膜層の膜厚良否判別方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の薄膜層の膜厚良否判別方法の最初の工程を示す概略図である。
【図２】本発明の薄膜層の膜厚良否判別方法の２番目の工程を示す概略図である。
【図３】本発明に係わる平均分光反射信号値―波長の関係の一例を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施例を示すために用いた反射比曲線を示すグラフである。
【図５】本発明の別の実施例を示すために用いた反射比差の絶対値を示すグラフである
【符号の説明】
【００３９】
１ 基板
２ 光出力ユニット
３ 光ビーム
４ 光検出ユニット
５ 反射光
６ 薄膜層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に所定のパターンを有する基板上に半導体膜等の薄膜層を形成した基板にあって、前記薄膜層の膜厚が所望値に対して許容範囲に入っているか否かの判別を行う薄膜層の膜厚良否判別方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、基板上に半導体膜等の薄膜層を形成した場合、この薄膜層の膜厚を分光干渉計やエリプソメーターを用いて測定していた（特許文献１）。
特許文献１に開示されている方法は、被測定物である基板上の薄膜層表面に斜めから測定光を照射させ、前記薄膜層の表面及び内部からの各反射光の干渉光から薄膜層の膜厚を算出するものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで前記特許文献１に記載されているように、分光干渉計等の光学測定器を用いて薄膜層の膜厚を測定する場合には、その測定面積は直径２０μｍ程度と極めて狭く、しかもその測定位置については１〜５μｍという極めて高い位置決め精度が要求される。
この測定方法において基板表面になんらパターンがなく表面平滑の場合には、薄膜層の任意の位置に測定場所を求めればよいが、基板表面に、例えば、回路パターン等のパターンが存在していて、基板表面が平滑でない場合には、測定精度を上げるためには前記回路パターンに掛からない位置を測定場所に選定しなければならない、という問題がある。
【０００５】
しかも昨今においては、基板表面に形成されているパターンは極めて微細で、かつ高密度で描かれていることが多い。それ故、これらパターンに掛からないように測定場所を見つけ出すのは至難の技である。
また仮に、そのような測定場所を見つけ出すことができたとしても、その極めて狭い測定場所に、常に測定用の光ビームを当てるためには、極めて高い精度で位置決め制御を行う必要がある。
このような条件を満たす膜厚測定器として、例えば１０００万円以上の高額な分光干渉計やエリプソメーターを用意したとしても、実際にはその測定はほとんど不可能である。
その理由は、これら高額の膜厚測定器を用いたとしても、前述したように測定場所の選定や、その位置決めに高い精度が要求される等、依然として測定誤差に繋がる問題を抱えているからである。
【０００６】
加えて、これらの膜厚測定器を用いた場合でも、その測定精度を上げるためには測定時間を数分〜３０分程度掛ける必要がある場合もある。そのため製造現場で次々に薄膜層付き基板が製造されても、各基板の膜厚測定に時間が掛かるため生産性が向上しない、という問題があった。
【０００７】
上記問題に鑑み本発明の目的は、表面に所定のパターンを有する基板上に形成した薄膜層であっても、その膜厚が所望する厚さに対して許容範囲内に形成されているかどうかの判別を、高額な膜厚測定器を使わずとも、短時間で、しかも容易に行える薄膜層の膜厚良否判別方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成すべく本発明の請求項１記載の薄膜層の膜厚良否判別方法は、表面に所定のパターンを有する基板上に設けられた薄膜層の膜厚が許容範囲内にあるか否かを判別する薄膜層の膜厚良否判別方法において、前記薄膜層の膜厚良否判別方法は、
所定の口径を有する光ビームで前記薄膜層形成前の前記基板表面の平均分光反射信号値Ｖ０（λ）を測定する工程１と、
前記基板上に許容範囲の膜厚を有する薄膜層形成後、前記薄膜層表面を前記工程１と同じ位置でその平均分光反射信号値Ｖ１（λ）を測定する工程２と、
一方の軸にＶ１（λ）とＶ０（λ）の比Ｖ１（λ）／Ｖ０（λ）を、他方の軸に波長（λ）を配した反射比曲線Ｒａ（λ）を形成する工程３と、
前記反射比曲線Ｒａ（λ）の任意の山または谷の波長Ｗ１ｉをｉ（ｉ≧２）個算出しこれらを基準波長値として保存する工程４と、
前記基板とその表面に同じパターンを有する別の基板上に薄膜層を形成し前記工程２、工程３と同様にして反射比曲線Ｒｂ（λ）を形成し、前記工程４の各波長Ｗ１ｉに対応する山または谷の波長Ｗ２ｉをｉ個算出する工程５と、
前記工程４と工程５とで算出した各々ｉ個のＷ１ｉとＷ２ｉから下記式１の値（但し、ｉ＝１〜ｎ）を求め、
(式１)
この値と予め決定してある判別基準値とを比較してその大小により基板上に形成した薄膜層の膜厚の良否の判別を行う工程６、
とを有することを特徴としている。
【０００９】
また請求項２記載の薄膜層の膜厚良否判別方法は、表面に所定のパターンを有する基板上に設けられた薄膜層の膜厚が許容範囲内にあるか否かを判別する薄膜層の膜厚良否判別方法において、前記薄膜層の膜厚良否判別方法は、
所定の口径を有する光ビームで前記薄膜層形成前の前記基板表面の平均分光反射信号値Ｖ０（λ）を測定する工程１と、
前記基板上に許容範囲の膜厚を有する薄膜層形成後、前記薄膜層表面を前記工程１と同じ位置でその平均分光反射信号値Ｖ１（λ）を測定する工程２と、
一方の軸にＶ１（λ）とＶ０（λ）の比Ｖ１（λ）／Ｖ０（λ）を、他方の軸に波長（λ）を配した反射比曲線Ｒａ（λ）を形成する工程３と、
前記基板とその表面に同じパターンを有する別の基板上に薄膜層を形成し前記工程２、工程３と同様にして反射比曲線Ｒｂ（λ）を形成する工程と、
前記Ｒａ（λ）とＲｂ（λ）について任意の波長λ１からλ２までの範囲内で下記式２の値を求め、
（式２）
この値と予め決定してある判別基準値とを比較してその大小により基板上に形成した薄膜層の膜厚の良否の判別を行う工程、
とを有することを特徴とするものである。
【００１０】
このようにしてなる請求項１及び請求項２記載の薄膜層の膜厚良否判別方法にあって、前者は前記工程４と工程５とで算出した各々ｉ個のＷ１ｉとＷ２ｉから、前記式１の値を求め、この値と予め決定してある判別基準値とを比較してその大小により基板上に形成した薄膜層の膜厚の良否の判別するものであり、後者は反射比曲線Ｒａ（λ）と反射比曲線Ｒｂ（λ）について任意の波長λ１からλ２までの範囲内で前記式２の値を求め、この値と予め決定してある判別基準値とを比較してその大小により基板上に形成した薄膜層の膜厚の良否の判別を行う、との相違があるものの、いずれの方法においても共に所定の口径を有する光ビームで前記薄膜層形成前の前記基板表面や、薄膜層形成後の表面を測定することにより、従来の測定方法と異なり、その測定範囲はピンポイント的な極めて狭い測定範囲ではなく、所定の測定面積を有するより広い測定面積内の平均分光反射信号値Ｖ（λ）を測定するようにしている。
【００１１】
しかもその膜厚が許容範囲内にある薄膜層について、その表面の平均分光反射信号値Ｖ１（λ）を測定した後、単にこの薄膜層の平均分光反射信号値Ｖ１（λ）そのものを使うのではなく、薄膜層形成前の基板表面の平均分光反射信号値Ｖ０（λ）との比を算出し、これと波長（λ）とで判別基準となる反射比曲線Ｒ（λ）を形成している。
このように従来の測定方法に比して、より広い測定面積内で平均分光反射信号値を採取していること、しかも単に薄膜層の平均分光反射信号値Ｖ１（λ）そのものを用いるのではなく、薄膜層形成前の基板表面の平均分光反射信号値Ｖ０（λ）とこの薄膜層表面の平均分光反射信号値Ｖ１（λ）の比をとり、これと波長（λ）とで判別基準となる反射比曲線Ｒ（λ）を得ていること、の２点から基板表面に予め形成されている回路パターン等のパターンの影響による測定誤差を排除できるようになっている。
そのため従来のように基板上で、パターンの存在しないまるでピンポイントのような測定箇所に測定点を求める必要もなければ、そのための位置決め精度も不要になる。
【００１２】
加えて、薄膜層の膜厚の絶対値ではなく、基準値との比較により相対的にその差異をみて膜厚が所定の許容範囲内に入っているか否かの判別をしているため、より一層判別間違いの確率を少なくすることができる。
そしてこのように基準値との相対的な比較を行うだけであるから、測定時間も大幅に短縮することができる。
【００１３】
また本発明の請求項３記載の薄膜層の膜厚良否判別方法は、請求項１または請求項２記載の薄膜層の膜厚良否判別方法において、表面に所定のパターンを有する前記基板は、既に１層または複数層の薄膜層を有していて、この薄膜層を有する基板上にさらに形成した薄膜層の膜厚が許容範囲内にあるか否かを判別することを特徴とするものである。
【００１４】
このようにしてなる薄膜層の膜厚良否判別方法によれば、単に基板上に１層のみ形成した薄膜層の膜厚が許容範囲内に入っているかどうかの判別のみならず、基板上に既に１層または複数層の薄膜層が形成された基板に、新たに別の薄膜層が形成された基板においても、その新たに形成された最上層の薄膜層について、その膜厚が許容の範囲内に入っているか否かの判別も請求項１または請求項２と同様の方法で判別することができる。
【００１５】
さらにまた本発明の請求項４記載の薄膜層の膜厚良否判別方法は、請求項１〜請求項３いずれかに記載の薄膜層の膜厚良否判別方法において、前記光ビームは、該光ビーム内で照明ムラが出ないようにケーラー照明を使用しており、分光反射光の再現性をよくするために受光ＮＡを可変させることができるようになっていることを特徴としている。
【００１６】
このようにしてなる請求項４記載の薄膜層の膜厚良否判別方法によれば、光ビーム内にあって照明ムラ出ないようケーラー照明を使用している。そして反射光の配光（ウエハ面の法線からの傾きに対する分光反射光の分布）をより再現性よく採取できるように受光ＮＡを可変可能にしている。その結果、前記ウエハのパターンや膜に対して最適（再現の良くなる）条件を設定できるようになっている。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明によれば、表面に所定のパターンを有する基板上に形成した薄膜層であっても、その膜厚が所望する値に対して許容範囲内に入っているか否かの判別を、高額な膜厚測定器を使わずとも短時間で、しかも容易に行える薄膜層の膜厚良否判別方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に図面を用いて本発明の薄膜層の膜厚良否判別方法の一実施例を詳細に説明する。
図１は、本発明の薄膜層の膜厚良否判別方法の最初の工程を示す概略図である。図１において、符号１は、その表面に所定の、例えば回路パターンを有するシリコンウエハ等の基板を示している。
符号２は、光出力ユニットで、例えば光源から光ファイバ等で導かれた光をレンズアセンブリ等を介して被測定物、ここでは基板１の表面等に所定の口径を有する光ビーム３を照射させるユニットである。また符号４は、光検出ユニットである。この光検出ユニット４は、前記光出力ユニット２から照射された光ビーム３が被測定物である基板１等に当って反射された干渉光５を受光するもので、レンズアセンブリやスペクトロメーター等を有している。
ここで前述した所定の口径を有する光ビーム３とは、例えば直径５０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度の口径を有する光ビームのことをいい、それ故、被測定物に対して従来の光学測定器に比して広い面積に光を照射している。すなわち、被測定面積が広くなっている。そのため言うまでもなく、この光ビームは基板１上のパターンに跨って照射されていることになる。
【００１９】
ここで前記光ビーム内において照明ムラ出ないように、この実施例ではケーラー照明を使用している。そして反射光の配光（ウエハ面の法線からの傾きに対する分光反射光の分布）をより再現性よく採取できるように受光ＮＡを可変可能にしている。その結果、前記ウエハのパターンや膜に対して最適（再現の良くなる）条件を設定できるようになっている。
具体的には、例えば、照明側のＮＡや受光ＮＡを可変できる絞りやレンズ系を備えている。もちろん、このケーラー照明の使用が本発明における必須要件でないことは言うまでもない。
【００２０】
図１に示すように、本発明の薄膜層の膜厚良否判別方法の最初の工程は、薄膜層形成前であって、しかもその表面に所定のパターンを有する基板１上に、光出力ユニット２により所定の口径を有する光ビーム３を照射し、その反射光である干渉光５を光検出ユニット４を介して検出して、薄膜層形成前の基板１の表面の平均分光反射信号値Ｖ０（λ）を測定する工程である。図３における符号１０の曲線はこの測定結果を示している。
図３において、縦軸は平均分光反射信号値Ｖ（λ）の相対単位で、横軸は波長（λ）である。因みに、この工程を便宜的に工程１と呼ぶことにする。
ここで検出した基板１の表面の分光反射信号値を平均分光反射信号値と呼ぶ理由は、この測定値が所定の口径を有する光ビーム３で測定したある大きさを有する被測定面積内の反射信号値の平均値であるからである。
【００２１】
次に図２に示すように基板１の表面に薄膜層６を形成後、図１と同様にして、薄膜層６の表面に光出力ユニット２により光ビーム３を照射し、反射した干渉光５を光検出ユニット４を介して検出し、薄膜層６の平均分光反射信号値Ｖ１（λ）を測定する。図３における符号１１の曲線はこの測定結果を示している。尚、この工程を、やはり便宜的に工程２と呼ぶことにする。
ここで図１と同様にして、という意味は、図１における基板１の測定位置や光ビーム３等の条件を変えることなく、条件をそのまま一定にした状態で基板１上の薄膜層６に光ビーム３を照射し、測定することをいうものとする。
【００２２】
ところでこの工程２は、以降製造する薄膜層６の膜厚が薄膜層６の所望値、例えば設計値に対して許容範囲に入っているか否かを判断する基準を作成するための工程である。そしてこの作業が無駄にならないように、基板１上に薄膜層６を形成したら、その膜厚を本発明の測定装置とは別の方法で測定し、その値が所望値に対して許容範囲に入っていたら、前述したようにこの薄膜層６に図２に示す如く光ビーム２を照射し、その平均分光反射信号値Ｖ１（λ）を測定するようにすればよい。換言すれば、予めその膜厚が許容範囲に入っていること、より好適には、ほぼ目標の膜厚であることを確認済みの薄膜層６付き基板１に対して前述した工程２を施すようにすればよい。そのような意味で図３における符号１１（Ｖ１）の曲線は、基板１上に形成した正常膜厚を有する薄膜層６の測定結果を示している。
【００２３】
ところで図３には一点鎖線で示す符号１２、二点鎖線で示す符号１３の曲線も描かれているが、符号１２（Ｖ２）の曲線は薄膜層６の厚さが正常値の膜厚さよりも約５％薄いものを、符号１３（Ｖ３）の曲線は薄膜層６の厚さが正常値の膜厚よりも約５％厚いものを示している。
このように薄膜層６の厚さが異なると、平均分光反射信号値の値にはっきりした相違が見られる。
【００２４】
次に工程１及び工程２で得られたＶ０（λ）、Ｖ１（λ）の値から、両者の比、例えばＲａ（λ）＝Ｖ１（λ）／Ｖ０（λ）を算出し、これを例えば、縦軸にＲａ（λ）＝Ｖ１（λ）／Ｖ０（λ）を、横軸に波長（λ）を配して、図４に符号２１で示す反射比曲線Ｒａ（λ）を描く。図４において横軸は波長（λ）である。そしてこの工程を工程３と呼ぶことにする。
図４には符号２１で示す正常な膜厚を有するものの他に、符号２２、２３の曲線も示されているが、符号２２の曲線はＶ２（λ）／Ｖ０（λ）を、符号２３の曲線はＶ３（λ）／Ｖ０（λ）をそれぞれ示している。
【００２５】
本発明は、このように薄膜層６の膜厚が±５％程度異なるだけ、その平均分光反射信号値Ｖ１（λ）に明確な差が出ることを利用するものである。以下に図４を用いて膜厚良否判別方法の実施例１（請求項１に相当する実施例）の手順を詳細に説明する。
前述のようにして得られた正常膜厚を有する薄膜層６の反射比曲線２１の任意の山または谷の波長Ｗ１ｉをｉ（ｉ≧２）個、好ましくは２〜５個程度算出し、これらを基準波長値としてパソコン等に保存する。この工程を便宜的に工程４と呼ぶことにする。因みに、この実施例では図４に示すようにｉ＝４とし、これらをＷ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、そしてＷ１４とした。
このようにしてパソコン等の中に基準波長値となる薄膜層６に関する波長Ｗ１１〜Ｗ１４の値を記憶させたら、以後製造する薄膜層６の膜厚が所望する値の許容範囲に入っているか否かの判別を、この基準波長値を基礎として決定した判別基準値と比較して、その大小により膜厚の良否判別を下す。
【００２６】
続いて製造ラインにおいて前記工程１〜工程４で用いていた基板１と同種の基板上に工程２で測定した薄膜層６と同様にして薄膜層６を形成する。形成した薄膜層６付き基板１をインラインで、あるいは別の場所に運んで、前記工程２、工程３と同様にして反射比曲線２２を形成し、前記工程４の各波長Ｗ１ｉに対応する山または谷の波長Ｗ２ｉを４個算出し、これをＷ２１〜Ｗ２４とする。この工程を工程５とする。
尚、反射比曲線２２を描くに当って、基板１の表面の平均分光反射信号値Ｖ０(λ)も測定しておく必要があるが、この基板１の平均分光反射信号値Ｖ０(λ)は、表面のパターンが同じことから前記工程１で得た基板１の平均分光反射信号値Ｖ０(λ)をそのまま用いても良いし、基板１毎に薄膜層６を形成する前に予め工程１と同じ手順で測定して得たものを用いてもよい。因みに前者の方が効率的であるが、精度の面からは後者の方が優れている。
【００２７】
以上のようにして工程４と工程５とで算出した各々４個の基準波長値Ｗ１ｉ（ｉ＝１〜４）と実測波長値Ｗ２ｉ（ｉ＝１〜４）から下記式１の値を求める。ここで、ｉ＝１〜４である。
（式１）
そして求めた値と予め決定してある判別基準値とを比較し、その大小により膜厚の良否を判別する。この工程を工程６と称す。尚、前段の係数（１／ｉ）すなわちこの例における係数（１／４）は、右辺の判別基準値に予めｉを掛けておけば済むため、その場合には省略すればよい。
この判別基準値を決定する方法には種々の方法があるが、例えば±３％、±５％等の仮想対値差△で設定することもできる。このように上記式から得られた値と判別基準値とを比較して、上記式から得られた値が判別基準値よりも大きければ不良品と、判別基準値よりも小さければ良品と判別する。
【００２８】
尚、前述したように工程１〜工程６における工程の文字の後の数字は、単に便宜上付与した数字に過ぎない。
【００２９】
このようにしてなる請求項１記載の薄膜層の膜厚良否判別方法によれば、所定の口径を有する光ビーム３で薄膜層６形成前の基板１の表面や、薄膜層６形成後の表面の平均分光反射信号値を、測定箇所をピンポイントに絞る従来の測定方法と違って、かなり広い測定面積内の反射信号値を平均分光反射信号値Ｖ（λ）と言う形で測定している。
しかもその膜厚が許容範囲内にある薄膜層６について、その表面の平均分光反射信号値Ｖ１（λ）を測定した後、単にこの薄膜層６の平均分光反射信号値Ｖ１（λ）そのものを使うのではなく、薄膜層６形成前の基板表面の平均分光反射信号値Ｖ０（λ）との比Ｒ（λ）を用いて、このＲ（λ）と波長（λ）との関係を示す反射比曲線を形成し、これを基準となる反射比曲線Ｒａ（λ）としている。
このように従来より広い測定面積内の平均分光反射信号値Ｖ（λ）を採用していること、単に薄膜層６の平均分光反射信号値Ｖ（λ）そのものではなく、薄膜層６形成前の基板１表面の平均分光反射信号値Ｖ０（λ）と薄膜層６表面の平均分光反射信号値Ｖ１（λ）の比Ｒ（λ）を用いて、これと波長（λ）との反射比曲線Ｒａ（λ）を形成し、これを基準の反射比曲線２１としていることから、基板１の表面に予め形成されている回路パターン等のパターンの影響を大部分排除することができる。
【００３０】
加えて、薄膜層６の膜厚の絶対値ではなく、基準値との比較により相対的にその差異をみて膜厚が所定の許容範囲内に入っているか否かの判別をしているため、より一層基板１表面のパターンに起因する判別誤差を少なくすることができる。
しかもこのように基準値との相対的な比較を行うだけであるから、この発明に用いる膜厚監視装置は、低価格で入手できる。このように高額な光学測定器も不要である。
加えて、従来のように基板１上にあって、回路パターン等のパターンに掛からない極めて希少な測定位置を探す必要もなく、また測定点における測定面積が大きいので、測定光のエネルギーが充分でＳ／Ｎ値が高いし、しかも位置決め精度も高い精度を必要としないことから、測定に必要な時間は０．１秒程度となり、測定時間を大幅に短縮することができる。それ故、薄膜層６付き基板１の生産性を高めることもできる。
【００３１】
尚、図４において符号２２の曲線は、基板１上に形成した薄膜層６の膜厚が正常の膜厚のものよりも約５％薄いものに対する反射比を、符号２３の曲線は、逆に５％厚いものに対する反射比をそれぞれ示している。
符号２３の基板についても前記式１の値を求めるのであれば、符号２３の曲線において横軸に向けて降ろした線の先に矢印が付されている部分の波長を、それぞれ左から順にＷ２１〜Ｗ２４とすればよい。
【００３２】
次に図５を用いて請求項２に記載の薄膜層の膜厚良否判別方法について説明する。
図５においては、縦軸に図４に示す曲線２１（Ｒａ）と曲線２２（Ｒｂ）の反射比差の絶対値｜Ｒａ（λ）−Ｒｂ（λ）｜を、横軸に波長（λ）を取ってある。
すなわち、基準値として正常な膜厚を有する基板の値である曲線２１をＲａ（λ）とし、Ｒｂ（λ）としては、正常膜厚よりその膜厚が約５％薄い基板の反射比を示す曲線２２を用いた。
前述した請求項１記載の発明との相違は、任意の波長、この実施例では波長３８０ｎｍ〜８８０ｎｍで下記式２の値を求める。
（式２）
この値と予め決定してある判別基準値とを比較してその大小により基板上に形成した薄膜層の膜厚の良否の判別を行った点にある。
図５において、曲線の下側のドットで塗り潰した部分がこの｜Ｒａ（λ）−Ｒｂ（λ）｜の値、すなわち面積差を示している。
因みに、図５に示すものはその膜厚が正常品の膜厚よりも５％薄い膜厚のものであるから、図５に示すドットで塗り潰した部分の面積の値を−５％以内の膜厚判定の基準にすることができる。
このようにしても判別対象製品の薄膜層６の膜厚の良否を判別することができる。因みに、判別基準値よりも前記式２の値が大きければ不良品、小さな値であれば良品と判別する。
【００３３】
因みに、下限側の波長と上限側の波長を幾つにするかは、基板１上のパターンの種類や薄膜層６の膜厚の大きさ、あるいは薄膜層６の組成等によりその都度決定される。
また判別基準値を決定する方法については、図４に示す請求項１記載の発明の場合と同様に、例えば±３％、±５％等の仮想対値差△で設定することもできる。
【００３４】
ところで前述した２つの実施例では、図２に示すように表面に所定のパターンを有する基板１上に１層の薄膜層６のみ形成したものについて、その膜厚が所望する膜厚に対して許容範囲内に入っているかどうかの判別をしているが、基板１上に既に１層または複数層の薄膜層６を有しているものに、さらに新たに別の薄膜層を形成した場合の、この別の薄膜層の膜厚の良否判別にも本発明の方法をそのまま適用することができる。
具体的には、前述した工程１に従って、既に何層か薄膜層を形成した状態の基板１の最上層の薄膜層の平均分光反射信号値をＶ０（λ）、この薄膜層上に新たに形成する薄膜層の形成後の平均分光反射信号値をＶ１（λ）とし、両者の比をＲ（λ）＝Ｖ１（λ）／Ｖ０（λ）として、縦軸にＲ（λ）＝Ｖ１（λ）／Ｖ０（λ）を、横軸に波長（λ）を配しておけば、以下図４、図５に示したと同様にして基準となる良品に対する判別対象品の判別方法をそのまま適用することができる。
【００３５】
尚、前記各実施例では、工程２において既に薄膜層６の膜厚が許容範囲内にあるものを用いてその平均分光反射信号値を測定したり、反射比曲線を形成したりしているが、工程１を完了後、基板１上に薄膜層６を形成し、その膜厚を何らかの方法で測定し、膜厚の値が許容範囲内に入らないものは捨て、許容範囲内に入ったものを見つけたら、そのものについて工程２以降を実行してもよい。
それ故、工程２において、基板上に許容範囲の膜厚を有する薄膜層形成後、とは、基板１上に許容範囲内の膜厚を有する薄膜層６をどのような過程で得たかどうかは関係なく、最終的に許容範囲内の膜厚、より好適には目標値にほぼ等しい膜厚を有する薄膜層６を形成した後、という意味で用いている。
また前記実施例では、Ｗ１ｉとＷ２ｉを各々４個ずつ使っているが、ｉは２以上、好ましくは５個程度が好ましい。
【００３６】
また、この判別に用いるコンピューター用ソフトウエアとして、いわゆる学習型のソフトウエアを用いておけば、判別を繰り返す毎に良品の基準値を自動更新して修正していくため、判別の精度を徐々に高めていくこともできる。
【００３７】
以上のように本発明によれば、表面に所定のパターンを有する基板上に形成した薄膜層であっても、その膜厚が所望する膜厚の値に対して許容範囲内に形成されているかどうかの判別を、高額な膜厚測定器を使わずとも短時間で、しかも容易に行える薄膜層の膜厚良否判別方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の薄膜層の膜厚良否判別方法の最初の工程を示す概略図である。
【図２】本発明の薄膜層の膜厚良否判別方法の２番目の工程を示す概略図である。
【図３】本発明に係わる平均分光反射信号値―波長の関係の一例を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施例を示すために用いた反射比曲線を示すグラフである。
【図５】本発明の別の実施例を示すために用いた反射比差の絶対値を示すグラフである
【符号の説明】
【００３９】
１ 基板
２ 光出力ユニット
３ 光ビーム
４ 光検出ユニット
５ 反射光
６ 薄膜層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に所定のパターンを有する基板上に設けられた薄膜層の膜厚が許容範囲内にあるか否かを判別する薄膜層の膜厚良否判別方法において、前記薄膜層の膜厚良否判別方法は、
所定の口径を有する光ビームで前記薄膜層形成前の前記基板表面の平均分光反射信号値Ｖ０（λ）を測定する工程１と、
前記基板上に許容範囲の膜厚を有する薄膜層形成後、前記薄膜層表面を前記工程１と同じ位置でその平均分光反射信号値Ｖ１（λ）を測定する工程２と、
一方の軸にＶ１（λ）とＶ０（λ）の比Ｖ１（λ）／Ｖ０（λ）を、他方の軸に波長（λ）を配した反射比曲線Ｒａ（λ）を形成する工程３と、
前記反射比曲線Ｒａ（λ）の任意の山または谷の波長Ｗ１ｉをｉ（ｉ≧２）個算出しこれらを基準波長値として保存する工程４と、
前記基板とその表面に同じパターンを有する別の基板上に薄膜層を形成し前記工程２、工程３と同様にして反射比曲線Ｒｂ（λ）を形成し、前記工程４の各波長Ｗ１ｉに対応する山または谷の波長Ｗ２ｉをｉ個算出する工程５と、
前記工程４と工程５とで算出した各々ｉ個のＷ１ｉとＷ２ｉから下記式１の値（但し、ｉ＝１〜ｎ）を求め、
(式1)
この値と予め決定してある判別基準値とを比較してその大小により基板上に形成した薄膜層の膜厚の良否の判別を行う工程６、
とを有することを特徴とする薄膜層の膜厚良否判別方法。
【請求項２】
表面に所定のパターンを有する基板上に設けられた薄膜層の膜厚が許容範囲内にあるか否かを判別する薄膜層の膜厚良否判別方法において、前記薄膜層の膜厚良否判別方法は、
所定の口径を有する光ビームで前記薄膜層形成前の前記基板表面の平均分光反射信号値Ｖ０（λ）を測定する工程１と、
前記基板上に許容範囲の膜厚を有する薄膜層形成後、前記薄膜層表面を前記工程１と同じ位置でその平均分光反射信号値Ｖ１（λ）を測定する工程２と、
一方の軸にＶ１（λ）とＶ０（λ）の比Ｖ１（λ）／Ｖ０（λ）を、他方の軸に波長（λ）を配した反射比曲線Ｒａ（λ）を形成する工程３と、
前記基板とその表面に同じパターンを有する別の基板上に薄膜層を形成し前記工程２、工程３と同様にして反射比曲線Ｒｂ（λ）を形成する工程と、
前記Ｒａ（λ）とＲｂ（λ）について任意の波長λ１からλ２までの範囲内で下記式２の値を求め、
(式2)
この値と予め決定してある判別基準値とを比較してその大小により基板上に形成した薄膜層の膜厚の良否の判別を行う工程、
とを有することを特徴とする薄膜層の膜厚良否判別方法。
【請求項３】
表面に所定のパターンを有する前記基板は、既に１層または複数層の薄膜層を有していて、この薄膜層を有する基板上にさらに形成した薄膜層の膜厚が許容範囲内にあるか否かを判別することを特徴とする請求項１または請求項２記載の薄膜層の膜厚良否判別方法。
【請求項４】
前記光ビームは、該光ビーム内で照明ムラが出ないようにケーラー照明を使用しており、分光反射光の再現性をよくするために受光ＮＡを可変させることができるようになっていることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかに記載の薄膜層の膜厚良否判別方法。
【請求項１】
表面に所定のパターンを有する基板上に設けられた薄膜層の膜厚が許容範囲内にあるか否かを判別する薄膜層の膜厚良否判別方法において、前記薄膜層の膜厚良否判別方法は、
所定の口径を有する光ビームで前記薄膜層形成前の前記基板表面の平均分光反射信号値Ｖ０（λ）を測定する工程１と、
前記基板上に許容範囲の膜厚を有する薄膜層形成後、前記薄膜層表面を前記工程１と同じ位置でその平均分光反射信号値Ｖ１（λ）を測定する工程２と、
一方の軸にＶ１（λ）とＶ０（λ）の比Ｖ１（λ）／Ｖ０（λ）を、他方の軸に波長（λ）を配した反射比曲線Ｒａ（λ）を形成する工程３と、
前記反射比曲線Ｒａ（λ）の任意の山または谷の波長Ｗ１ｉをｉ（ｉ≧２）個算出しこれらを基準波長値として保存する工程４と、
前記基板とその表面に同じパターンを有する別の基板上に薄膜層を形成し前記工程２、工程３と同様にして反射比曲線Ｒｂ（λ）を形成し、前記工程４の各波長Ｗ１ｉに対応する山または谷の波長Ｗ２ｉをｉ個算出する工程５と、
前記工程４と工程５とで算出した各々ｉ個のＷ１ｉとＷ２ｉから下記式１の値（但し、ｉ＝１〜ｎ）を求め、
(式1)
この値と予め決定してある判別基準値とを比較してその大小により基板上に形成した薄膜層の膜厚の良否の判別を行う工程６、
とを有することを特徴とする薄膜層の膜厚良否判別方法。
【請求項２】
表面に所定のパターンを有する基板上に設けられた薄膜層の膜厚が許容範囲内にあるか否かを判別する薄膜層の膜厚良否判別方法において、前記薄膜層の膜厚良否判別方法は、
所定の口径を有する光ビームで前記薄膜層形成前の前記基板表面の平均分光反射信号値Ｖ０（λ）を測定する工程１と、
前記基板上に許容範囲の膜厚を有する薄膜層形成後、前記薄膜層表面を前記工程１と同じ位置でその平均分光反射信号値Ｖ１（λ）を測定する工程２と、
一方の軸にＶ１（λ）とＶ０（λ）の比Ｖ１（λ）／Ｖ０（λ）を、他方の軸に波長（λ）を配した反射比曲線Ｒａ（λ）を形成する工程３と、
前記基板とその表面に同じパターンを有する別の基板上に薄膜層を形成し前記工程２、工程３と同様にして反射比曲線Ｒｂ（λ）を形成する工程と、
前記Ｒａ（λ）とＲｂ（λ）について任意の波長λ１からλ２までの範囲内で下記式２の値を求め、
(式2)
この値と予め決定してある判別基準値とを比較してその大小により基板上に形成した薄膜層の膜厚の良否の判別を行う工程、
とを有することを特徴とする薄膜層の膜厚良否判別方法。
【請求項３】
表面に所定のパターンを有する前記基板は、既に１層または複数層の薄膜層を有していて、この薄膜層を有する基板上にさらに形成した薄膜層の膜厚が許容範囲内にあるか否かを判別することを特徴とする請求項１または請求項２記載の薄膜層の膜厚良否判別方法。
【請求項４】
前記光ビームは、該光ビーム内で照明ムラが出ないようにケーラー照明を使用しており、分光反射光の再現性をよくするために受光ＮＡを可変させることができるようになっていることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかに記載の薄膜層の膜厚良否判別方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−４２０７２（Ｐ２００９−４２０７２Ａ）
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０７４０８（Ｐ２００７−２０７４０８）
【出願日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【出願人】（３０００７５７５１）株式会社オプトラン (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【出願人】（３０００７５７５１）株式会社オプトラン (15)
【Ｆターム（参考）】
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