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JP4467760B2 - Film thickness measurement method - Google Patents
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JP4467760B2 - Film thickness measurement method - Google Patents

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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VD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VS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VDを、
D = VD0・exp(iωt)
で表した場合、接続中点23、24の間に現れる交流電圧VSは、
S = VS0・exp(iωt+φ) =VS0・exp(iωt)・cos(φ) + i・VS0・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VSのうち、印加した交流電圧VD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VD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VD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Ldrift、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、
1 = L0+Ldrift
2 = L0+Ldrift+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Ldrift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、Ldrift+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Ldrift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Ldriftと、ドリフト量Ldrift+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Ldrift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Ldrift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Ldriftに応じた交流電圧が現れる。
このドリフト量Ldrift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Ldrift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Ldrift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Ldrift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Ldrift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Ldrift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Ldriftと変化量ΔLの和を測定したが、逆に、ドリフト量Ldrift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Ldriftを測定し、ドリフト量Ldrift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Ldrift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Ldrift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Ldriftと変化量ΔLの和を測定し、予め求めておいたドリフト量Ldrift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Ldrift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
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to the technical field of film thickness measurement, and more particularly, to a technique for obtaining film thickness by generating an eddy current in a conductive thin film and measuring a change in inductance component due to the influence of the eddy current.
[0002]
[Prior art]
An example of a conventional film thickness measurement method will be described.
Reference numeral 110 in FIG. 11A indicates a substrate body such as a silicon substrate, and a conductive thin film 111 made of a metal thin film is formed on the substrate body 110.
[0003]
When the thickness of the conductive thin film 111 is to be measured, as shown in FIG. 5B, a part of the conductive thin film 111 is removed to form an opening 112, and a probe is formed on the surface of the conductive thin film 111. When the tip of the electrode is brought into contact with each other and the opening 112 is crossed, a step between the surface of the conductive thin film 111 and the surface of the substrate body 110 at the bottom of the opening 112 is detected by a probe, and the thickness of the conductive thin film 111 is measured. (Stylus thickness measurement method).
[0004]
This film thickness measuring method is used for evaluation of a process for growing a thin film, a process for etching a thin film, and the like because an accurate value that is not affected by distortion or warpage of the substrate body 110 or the like can be obtained.
[0005]
However, the above measurement method is complicated. Moreover, since an opening cannot be formed in the semiconductor substrate that is the product, a substrate for film thickness measurement is prepared separately, a conductive thin film is formed by the same process as the product, and the thickness of the conductive thin film is measured. It is necessary to estimate the film thickness of the conductive thin film that is actually formed. Therefore, the above method is an indirect film thickness measurement.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
It is an object of the present invention to provide a technique that can directly and accurately measure a conductive thin film to be measured.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention was created in order to solve the disadvantages of the prior art, and the invention according to claim 1 is a circuit in which a reference coil and a measurement coil are connected in series, and two reference resistors are connected in series. An inductive bridge connected in parallel with a circuit is used, a conductive thin film is disposed closer to the measurement coil than the reference coil, and an AC voltage is applied to the inductance bridge to create a vortex in the conductive thin film. Generate current,It is an output terminal of the inductance bridgeA first step of measuring a voltage appearing between connection midpoints, and from the voltage appearing between the connection midpoints, the film of the conductive thin filmThicknessA film thickness measurement method to be obtained,ConductivityAn AC voltage is applied to the inductance bridge in a state where the thin film is not brought close to the reference coil and the measurement coil, and the series connection circuitSaidSecond step of measuring the AC voltage appearing between the connection midpointsAnd a distance measuring step for measuring a distance between the measuring coil and the conductive thin film,HaveIn advance, a reference conductive thin film having a different thickness is used as the conductive thin film, and the difference between the measurement results of the first and second steps and the measurement result of the distance measurement step are recorded as a database to be measured. The first and second steps and the distance measurement step are performed using the measurement conductive thin film as a conductive thin film, and the difference between the measurement results of the first and second steps and the distance measurement step Check the measurement results against the database,It is a film thickness measuring method for determining the film thickness of the conductive thin film.
  The invention described in claim 2 is the film thickness measuring method according to claim 1, wherein the first step is performed immediately before or after the second step.
  According to a third aspect of the present invention, a change in film thickness of the conductive thin film is detected.OrClaim2The film thickness measuring method according to any one of the above, wherein the first step is a film thickness measuring method performed twice or more during a film thickness change of the conductive thin film.
[0008]
First, the measurement principle of the present invention will be described. Reference numeral 10 in FIG. 2 indicates an inductance bridge called a Maxwell bridge.
[0009]
The inductance bridge 10 includes a measurement coil 11, a reference coil 12, and first and second reference resistors 14 and 15.
[0010]
The measurement coil 11 and the reference coil 12 are connected in series with each other at the connection middle point 23, and the first and second reference resistors 14 and 15 are similarly connected in series with each other at the connection middle point 24. Yes.
[0011]
The series connection circuit of the measurement coil 11 and the reference coil 12 and the series connection circuit of the first and second reference resistors 14 and 15 are connected in parallel to each other at parallel connection points 21 and 22 at both ends thereof.
[0012]
If the magnitude of the inductance component of the measuring coil 11 and the magnitude of the inductance component of the reference coil 12 are made equal, and the resistance components of the first and second reference resistors 14 and 15 are made equal, the inductance bridge 10 is balanced, AC voltage V at parallel connection points 21 and 22DDoes not appear between the connection midpoints 23 and 24.
[0013]
However, even if the inductance bridge 10 is balanced, when the substrate 5 is brought close to the measuring coil 11, eddy currents are generated in the conductive thin film formed inside the substrate 5 or on the surface of the substrate 5, Due to the influence of the eddy current, the magnitude of the inductance component of the measuring coil 11 changes, and the balance of the inductance bridge 10 is lost. As a result, the AC voltage V between the connection middle points 23 and 24SAppears.
[0014]
AC voltage V applied to the inductance bridge 10DThe
VD = VD0・ Exp (iωt)
The AC voltage V appearing between the connection midpoints 23 and 24SIs
VS = VS0・ Exp (iωt + φ) = VS0・ Exp (iωt) ・ cos (φ) + i ・ VS0・ Exp (iωt) ・ sin (φ)
It is represented by
[0015]
AC voltage V appearing at these connection midpoints 23 and 24SOf the applied AC voltage VDWhen the voltage having the phase synchronized with the voltage and the voltage having the phase shifted by 90 ° are obtained, the magnitude of the change in the inductance component of the measuring coil 11 due to the influence of the eddy current, that is, the inductance component of the measuring coil 11 is obtained from the ratio. A change amount ΔL is obtained.
[0016]
The change amount ΔL of the inductance component is a value corresponding to the eddy current loss in the substrate 5, and the AC voltage VDTherefore, if the specific resistance of the substrate 5 or the conductive thin film (for example, copper thin film) on the surface of the substrate 5 is known, the film thickness can be obtained.
[0017]
In general, if the main body of the substrate 5 is an insulating substrate, eddy currents are generated only in the conductive thin film. On the other hand, even if the main body of the substrate 5 is a semiconductor substrate, the conductivity is lower than that of the conductive thin film. Since the eddy current generated in the semiconductor substrate is negligible, the change amount ΔL of the inductance component can be regarded as an influence due to the eddy current generated in the conductive thin film.
[0018]
However, the amount of change ΔL of the inductance component of the measurement coil 11 is influenced by the distance W between the measurement coil 11 and the conductive thin film on the surface of the substrate 5 in addition to the material of the conductive thin film.
[0019]
Conversely, for a conductive thin film having a known film thickness D, the distance W and the amount of change ΔL of the inductance component are measured and associated with each other as storage data, and a database is constructed. An unknown film thickness D can be obtained by bringing a substrate having a film thickness D closer to the measuring coil 11, measuring the distance W and the amount of change ΔL in the inductance component, and collating it with a database. However, this is a case where the conductivity is constant, for example, the material of the conductive thin film when the database is produced and the conductive thin film of unknown film thickness D are the same.
[0020]
Actually, a plurality of substrates having conductive thin films having different film thicknesses are prepared in advance, and the film thickness D of the conductive thin film on each substrate is measured with a stylus type film thickness measuring device or the like, and the distance W Is measured, and the variation ΔL of the inductance component for each substrate is measured, and the measured values of the film thickness D, the distance W, and the variation ΔL are stored as stored data in a storage device, thereby obtaining a database.
[0021]
FIG. 4 is a graph for explaining the relationship between the distance W and the change amount ΔL of the inductance component, where the horizontal axis is the distance W and the vertical axis is the change amount ΔL of the inductance component.
[0022]
The plot in the graph is an example of the stored data in the database, and a substrate with a conductive thin film thickness D of 435.5 nm, 752.3 nm, 949.8 nm, 1168.0 nm, and 1851.7 nm is used. Is stored data of the amount of change ΔL of the inductance component of the measuring coil 11 when V is changed to 200 μm, 250 μm, 300 μm, 350 μm, and 400 μm.
[0023]
The AC voltage V applied to the inductance bridge 10DIs about several volts, for example, and the frequency is about 1 MHz to 10 MHz.
[0024]
The symbol a1~ AFiveThis curve is a curve obtained by connecting stored data in the database for each substrate having a different film thickness D. From this graph, it can be seen that the change amount ΔL of the inductance component is a function of the distance W and the film thickness D (ΔL = f (W, D)).
[0025]
FIG. 5 is a graph in which the horizontal axis represents the amount of change ΔL in the inductance component, and the vertical axis represents the film thickness D.1~ BFive4 is a curve obtained by connecting stored data having the same distance W by cubic spline interpolation in the database of FIG.
[0026]
Here, five curves b of 200 μm, 250 μm, 300 μm, 350 μm, and 400 μm where stored data exist are shown.1~ BFiveAlthough only shown, a cubic spline curve can be obtained by interpolating the measurement result for an arbitrary distance W having a size other than the above.
[0027]
Accordingly, when a substrate with an unknown film thickness D is brought close to the measuring coil 11 and the distance W and the change amount ΔL of the inductance component are measured, a cubic spline curve passing through the measurement result is obtained from the measurement result and the stored data in the database. be able to.
[0028]
When the measured variation ΔL of the inductance component is given to this cubic spline curve, an unknown film thickness D is obtained.
[0029]
The conductive thin film that can measure the distance W and the amount of change ΔL and can check the film thickness D by collating with the database has the same conductivity as the conductive thin film obtained when the stored data constituting the database is obtained. Need to be. There are various types of conductive thin films, such as copper thin films, aluminum thin films, and alloy thin films. A database may be prepared for each material of the conductive thin film to be measured.
[0030]
As described above, if the method of the present invention is used, there is no need to move the substrate or the measurement coil 11 to make the distance W constant, so a mechanism for moving the substrate or the measurement coil 11 in the vertical direction is unnecessary. Since no movement time in the vertical direction is required, high-speed measurement is possible at low cost.
[0031]
8 to 10 are graphs showing the measurement accuracy of the method of the present invention and other film thickness measurement methods.
[0032]
The graph of FIG. 8 is an example in which the film thickness distribution of the copper thin film formed on the surface of the silicon substrate is measured, and the horizontal axis indicates the distance from the substrate center to the measurement point when the substrate center is zero. The vertical axis indicates the measured film thickness.
[0033]
D1Is a curve obtained by moving the substrate or the measurement coil 11 in the vertical direction, making the distance W between the copper thin film and the measurement coil 11 constant, measuring the change ΔL of the inductance component, and connecting the obtained film thickness D ( Distance adjustment method), symbol d2Is a curve connecting the results of measuring the resistance value by the four-probe method and converting it to the film thickness D, and the symbol dThreeIs a line segment connecting the film thicknesses D determined by the method of the present invention.
[0034]
According to the method of the present invention, it can be seen that even if the distance W is not constant, it is obtained with high accuracy.
[0035]
The graph of FIG. 9 is the result of measuring the in-plane film thickness distribution of the copper thin film for the seed layer formed on the silicon substrate surface by the sputtering method. Symbol e1Is a curve connecting the film thickness D when the change amount ΔL of the inductance component is measured with the distance W between the copper thin film and the measuring coil 11 constant (distance adjustment method), and the symbol e2The two curves shown by are the results of two measurements by the method of the present invention.
[0036]
The graph of FIG. 10 shows the measurement results when a copper thin film for wiring is further laminated by plating on the surface of the copper thin film of the substrate used when the graph of FIG. 9 is obtained. Symbol f1Is the curve e in FIG.1Is a curve connecting the measurement results when the distance W is constant,2The two curves shown by are the film thickness distribution obtained by the method of the present invention.
[0037]
As described above, the method of the present invention has the same accuracy as when the distance W is constant.
[0038]
Next, an accurate method for obtaining the inductance component variation ΔL will be described.
It is known that there is a drift phenomenon in the inductance element. Even when the inductance bridge 10 is balanced and no voltage appears between the connection midpoints 23 and 24, the balance is lost and the connection is lost. It has been confirmed that a voltage appears at the midpoints 23 and 24.
[0039]
It is said that the drift phenomenon is the effect of temperature change or the influence of the surrounding magnetism, but the cause is not yet clearly understood.
[0040]
An example of the drift phenomenon is shown in FIG.
The vertical axis of FIG. 6 indicates the magnitude of the inductance component of the measuring coil 11 obtained from the AC voltage appearing at the connection midpoints 23 and 24 of the inductance bridge 10, and the horizontal axis indicates time.
[0041]
Symbol c1Is a curve connecting measured values when the substrate is not brought close to the measuring coil 11 (the value on the right vertical axis), and c2Is a curve connecting measured values when a substrate having a conductive thin film having a certain thickness is brought close to the measuring coil 11 (value on the left vertical axis).
[0042]
Thus, it can be seen that the magnitude of the inductance component of the measuring coil 11 changes regardless of the presence or absence of the substrate.
[0043]
The true value of the inductance component of the measuring coil 11 is L0, Drift amount due to time change is LdriftWhen the change amount of the inductance component due to the influence of the eddy current generated in the conductive thin film is ΔL, the magnitude L of the inductance component of the measuring coil 11 when there is no influence of the eddy current.1And the magnitude L of the inductance component when there is an influence of eddy current2Is
L1 = L0+ Ldrift
L2 = L0+ Ldrift+ ΔL
It becomes.
[0044]
Immediately before measuring the film thickness of the conductive thin film by the inductance bridge 10, first, when the AC voltage between the connection midpoints 23 and 24 is measured in a state where the substrate is not brought close to the measuring coil 11, the voltage becomes the drift amount LdriftNext, when the substrate is immediately brought close to the measuring coil 11 and the AC voltage between the connection midpoints 23 and 24 is measured, the AC voltage is LdriftThe size of + ΔL is shown. Therefore, the drift amount L is calculated by subtracting these two measured values.driftIs deleted, and the magnitude of the change ΔL is obtained.
[0045]
In this subtraction, after subtracting the measured value of the AC voltage appearing at the connection midpoints 23 and 24, it may be converted into the change amount ΔL of the inductance component,driftAnd drift amount LdriftAfter converting to the sum of + change amount ΔL, the change amount ΔL may be obtained by subtraction.
[0046]
As described above, the drift amount LdriftIs deleted, an accurate change amount ΔL is obtained. Not only when measuring conductive thin films with unknown film thickness, but also when creating a database, the drift amount LdriftIt is preferable to measure the accurate change amount ΔL.
[0047]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The method of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0048]
The code | symbol 40 of Fig.1 (a) has shown the storage chamber of the film thickness measurement mechanism. A substrate transfer robot 41 is disposed in the storage chamber 40. The substrate transfer robot 41 has a bendable arm 43 and a hand 42 attached to the tip of the arm 43. The arm 43 is configured to be foldable. When the bending of the arm 43 is controlled by a motor (not shown), the arm 43 extends and contracts in a horizontal plane. Due to the expansion and contraction of the arm 43, the hand 42 is moved in the horizontal plane.
[0049]
A film thickness sensor 7 and a distance measuring device 9 are attached to the ceiling of the storage chamber 40. FIG. 1B shows a state in which the arm 43 is extended and the hand 42 is stationary at a position below the film thickness sensor 7.
[0050]
An inductance bridge 10 shown in FIG. 2 is built in the film thickness sensor 7.
As described above, the inductance bridge 10 includes the measurement coil 11, the reference coil 12 connected in series to the measurement coil 11, and the first and second reference resistors 14 and 15 connected in series to each other. ing. The series connection circuit of the measurement coil 11 and the reference coil 12 and the series connection circuit of the first and second reference resistors 14 and 15 are configured to be connected in parallel to each other at the parallel connection points 21 and 22.
[0051]
A measuring device 8 is disposed outside the storage chamber 40.
An AC voltage source 26 and a measurement circuit 27 are arranged in the measuring device 8, and the parallel connection points 21 and 22 are connected to the AC voltage source 26 and configured to apply an AC voltage. Yes.
[0052]
A connection midpoint 23 where the measurement coil 11 and the reference coil 12 are connected to each other and a connection midpoint 24 where the first and second reference resistors 14 and 15 are connected to each other are connected to the measurement circuit 27. When an AC voltage is applied to the inductance bridge 10, the AC voltage appearing at the connection midpoints 23 and 24 is measured by the measurement circuit 27.
[0053]
The measurement coil 11 and the reference coil 12 are arranged in the film thickness sensor 7 such that the measurement coil 11 is positioned below and the reference coil 12 is positioned above the measurement coil 11 as shown in FIG. Yes.
[0054]
Accordingly, when the hand 42 is stationary at a position below the film thickness sensor 7, the measurement coil 11 is close to the hand 42, and the reference coil 12 is positioned farther from the hand 42 than the measurement coil 11. It has become.
[0055]
In this state, when an AC voltage is applied to the inductance bridge 10, the drift amount L is between the connection midpoints 23 and 24 even when the inductance bridge 10 is balanced in advance.driftAC voltage corresponding to
This drift amount LdriftIs obtained by the measuring circuit 8 and stored.
[0056]
Next, as shown in FIG. 1C, the substrate 5 is placed on the hand 42, and the substrate 5 is moved to a position directly below the measurement coil 11 and the distance measuring device 9 to be stationary.
[0057]
The substrate 5 includes a substrate body 30 made of a semiconductor wafer such as silicon, plate-like glass, and the like, and a conductive thin film (for example, a copper thin film) 31 formed on the surface of the substrate body 30.
[0058]
The substrate 5 is disposed on the hand 42 with the conductive thin film 31 facing upward. Therefore, the measurement coil 11 is located closer to the conductive thin film 31 than the reference coil 12.
[0059]
Since the substrate 5 is warped and distorted, the distance W between the surface of the substrate 5 and the distance measuring device 9 is not constant even if the distance between the hand 42 and the measuring coil 11 is constant.
[0060]
The distance measuring device 9 is a device that irradiates a measurement object with laser light and measures the distance between the reflected light and the measurement object. Laser light is emitted to the surface of the conductive thin film 31 of the substrate 5 to determine the distance between the distance measuring device 9 and the conductive thin film 31, and from the difference in height between the distance measuring device 9 and the measuring coil 11, the measuring coil 11. And the distance W between the conductive thin film 31 can be obtained.
[0061]
Since the distance W between the conductive thin film 31 and the measurement coil 11 varies in the plane of the substrate 5, the substrate 5 is moved horizontally, and the portion where the distance W of the substrate 5 is measured is positioned directly below the measurement coil 11. .
[0062]
In this state, when an AC voltage is applied to the inductance bridge 10 to generate an eddy current in the conductive thin film 31 and the AC voltage appearing between the connection midpoints 23 and 24 is measured, the drift amount of the inductance component of the measuring coil 11 LdriftAnd the total amount of change ΔL of the inductance component of the measuring coil 11 due to the influence of the eddy current is obtained.
[0063]
Drift amount LdriftAnd the amount of change ΔL, the previously calculated drift amount LdriftIs subtracted, the amount of change ΔL is obtained.
[0064]
When the change ΔL and the measured distance W are collated with a database and a corresponding cubic spline curve is obtained, the film thickness D of the conductive thin film 31 can be obtained accurately from the cubic spline curve.
[0065]
Note that the stored data in the database used at this time is that the AC voltage between the connection points 23 and 24 is first measured without the influence of the eddy current, and then the distance W And the AC voltage between the connection points 23 and 24 is measured, and the drift amount Ldrift, And an accurate change amount ΔL is used.
[0066]
As described above, in the present invention, the distance W between the conductive thin film 31 and the measuring coil 11, the film thickness D of the conductive thin film 31, and the change amount ΔL of the inductance component are measured in advance and used as a database. Therefore, the film thickness D can be obtained by measuring the distance W and the change amount ΔL.
If the distance W is constant, the film thickness D can be obtained simply by measuring the change ΔL.
[0067]
In the above embodiment, the drift amount L is not affected by the eddy current.driftAfter measuring, the measurement object is actually brought close to the measurement coil 11 and the drift amount LdriftAnd the amount of change ΔL were measured, but conversely, the drift amount LdriftAnd the amount of change ΔL, the drift amount Ldrift, Drift amount LdriftThe value of may be deleted.
[0068]
Although the distance between the conductive thin film 31 and the measuring coil 11 has been measured using a laser as described above, the present invention is not limited thereto. For example, the film thickness sensor 7 may be provided with an electrode, and a capacitance component formed between the electrode and the conductive thin film 31 may be measured to determine the distance W between the measurement coil 11 and the conductive thin film 31. .
[0069]
When determining the distance by measuring the capacitance component, the film thickness can be measured by the film thickness sensor 7 without moving the substrate 5 in the same part as the distance measured, and therefore the distance W can be accurately determined.
[0070]
In short, in the present invention, when the distance between the substrate 5 and the measuring coil 11 fluctuates, it is only necessary to obtain the actual distance W and is not limited by the method.
[0071]
In the above description, when measuring the change amount ΔL of the inductance component, the substrate 5 to be measured is arranged on the hand 42 of the substrate transport robot 41. However, the film thickness measuring method of the present invention is limited to this. Is not to be done.
[0072]
For example, the substrate can be placed on a stage fixed in a film forming apparatus or an etching apparatus, and the film thickness of the conductive thin film can be measured during the growth of the conductive thin film or during the etching of the conductive thin film.
[0073]
For example, reference numeral 50 in FIG. 7 denotes a vacuum processing apparatus. Here, a sputtering apparatus is shown as an example of the vacuum processing apparatus 50.
[0074]
The vacuum processing apparatus 50 includes a vacuum chamber 51, and a table 52 is disposed on the bottom wall. A hole 60 is provided on the surface of the table 52, and the film thickness sensor 7 is disposed in the hole 60.
[0075]
Within the hole 60, the measurement coil 11 is disposed at a position on the surface side of the table 52, while the reference coil 12 is disposed at a position below the measurement coil 11.
[0076]
In the film thickness sensor 7, the above-described inductance bridge 10 is configured, and the inductance bridge 10 is connected to a film thickness measuring device 8 disposed outside the vacuum chamber 51.
[0077]
A cathode electrode 55 is attached to the upper portion of the vacuum chamber 51 via an insulator 54, and a target 56 made of a conductive material is disposed on the surface of the cathode electrode 55 facing the bottom surface of the vacuum chamber 51. .
[0078]
In the table 52, an electrostatic adsorption electrode 62 is provided.1622Is disposed, the substrate 5 is disposed on the table 52 with the conductive thin film 31 facing the target 56 side, and the electrostatic adsorption electrode 62 is disposed.1622When a positive and negative DC voltage is applied to the substrate 5, the substrate 5 is electrostatically attracted to the surface of the table 52.
[0079]
The measurement coil 11 is fixed at a position close to the substrate 5 in a non-contact manner in the hole 60. When the substrate 5 is electrostatically adsorbed on the table 52, the measurement coil 11, the conductive thin film 31, Is a size obtained by adding the thickness of the substrate body 30 to the distance between the measurement coil 11 and the back surface of the substrate 5 (the surface of the substrate body 30).
[0080]
First, the drift amount L with no substrate placed on the table 52driftNext, the substrate 5 having the conductive thin film 31 having a known film thickness D is immediately placed on the table 52 (the conductive thin film 31 is directed toward the target 56), and is electrostatically adsorbed. The amount of change ΔL of the inductance component with respect to the film thickness D is measured in advance.
[0081]
Since the thickness of the substrate body 30 is known, the distance W between the conductive thin film 31 and the measuring coil 11 is also known. Therefore, even if the distance W is not measured, the change amount of the film thickness D and the inductance component A database is created from the relationship with ΔL.
[0082]
In the actual thin film formation step, the drift amount L is set before placing the substrate on the table 52 in a state where the vacuum chamber 51 is in a vacuum atmosphere.driftThen, while maintaining the vacuum atmosphere, the substrate body 30 to be deposited is placed on the table 52, and the sputtering gas is introduced into the vacuum chamber 51 with the substrate body 30 electrostatically adsorbed on the table 52. Then, the target 56 is sputtered, and the conductive thin film 31 is grown on the surface of the substrate body 30.
[0083]
During the growth of the conductive thin film 31, an AC voltage is applied to the inductance bridge 10, and the drift amount LdriftAnd the amount of change ΔL is measured, and the drift amount L obtained in advancedriftIs used to calculate the change amount ΔL. If the thickness of the substrate main body 30 is the same as the thickness of the substrate main body 30 of the substrate 5 used when the database was created, there is no need to measure the distance W, and the growth from the change ΔL and the stored data in the database. The film thickness D of the conductive thin film 31 on the way can be obtained.
[0084]
As described above, when the film thickness sensor 7 is arranged in the base 52 of the vacuum processing apparatus 50, the film thickness D of the conductive thin film 31 during the growth can be measured.
[0085]
Therefore, when the conductive thin film 31 is grown while repeatedly measuring the film thickness D, it can be accurately detected that the film thickness D of the conductive thin film 31 has reached a predetermined value. And if sputtering is complete | finished at that time, the conductive thin film 31 with a sufficient film thickness precision will be obtained.
[0086]
In addition, the code | symbol 61 of FIG. 7 is a heating apparatus, and can also heat the board | substrate 5 during sputtering. In this case, the database is preferably prepared at the same temperature as the temperature of the stage 52 when the conductive thin film is actually grown.
[0087]
The vacuum processing apparatus 50 is a sputtering apparatus. However, the present invention is not limited to the sputtering apparatus. In addition to an apparatus for growing a conductive thin film such as a CVD apparatus or a vapor deposition apparatus, a conductive thin film such as an etching apparatus. The present invention can also be applied to an apparatus for reducing the film thickness.
[0088]
When applied to an etching apparatus, the film thickness D can be measured during the etching of the conductive thin film 31, so that the end point can be detected accurately.
[0089]
Further, the present invention is not limited to an apparatus that performs processing in a vacuum atmosphere. That is, the film thickness can be measured in a vacuum atmosphere, used for an apparatus for forming or etching a film in an air atmosphere or a pressurized atmosphere, or the film thickness can be measured under atmospheric pressure or under pressure.
[0090]
The conductive thin film that can be measured according to the present invention is not limited to the one exposed on the surface of the substrate 5. For example, even when an insulating thin film is further formed on the surface of the conductive thin film 31 formed on the surface of the substrate body 30, the measurement can be performed. In this case, the distance W between the conductive thin film 31 and the measuring coil 11 may be directly measured, or the distance between the insulating thin film on the surface of the conductive thin film and the measuring coil 11 is measured, and the insulating thin film The distance W between the conductive thin film 31 and the measuring coil 11 may be obtained indirectly by subtracting the film thickness.
[0091]
In the above example, the film thickness D is obtained by performing cubic spline interpolation using stored data and measurement results in the database. However, the interpolation method is not limited to this, and other approximate curves may be used. Good. In short, any interpolation method can be used as long as the unknown film thickness D can be obtained with high precision from the distance W of the value not stored in the database, the change amount ΔL, and the recording data.
[0092]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, the drift amount L of the inductance componentdriftTherefore, accurate film thickness measurement can be performed.
In addition, since the film thickness D can be obtained from an approximate curve by collating with a database prepared in advance, even if the distance W varies, it is necessary to move the substrate or the measurement coil to make the distance W constant. Absent.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1C are diagrams for explaining the procedure of the method of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining the measurement principle of the method of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining the relative positional relationship between a measurement coil and a reference coil;
FIG. 4 is a graph in which measured values constituting a database are plotted with a change amount ΔL of an inductance component with respect to a distance W.
FIG. 5 is a graph in which the film thickness D of the same measured value is related to the change amount ΔL of the inductance component.
FIG. 6 is a graph for explaining the change over time in the value of the inductance component;
FIG. 7 shows an example of a vacuum processing apparatus that can use the method of the present invention.
FIG. 8 shows an example of measuring the film thickness distribution in the substrate surface (1).
FIG. 9 shows an example of measuring the film thickness distribution in the substrate surface (2).
FIG. 10 shows an example of measuring the film thickness distribution in the substrate surface (3).
FIG. 11 is a diagram for explaining a film thickness measuring method using a stylus type film thickness meter.
[Explanation of symbols]
10 …… Inductance bridge
11 …… Measurement coil
12 …… Reference coil
14, 15 ... Reference resistance
31 …… Conductive thin film

Claims (3)

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。
Using an inductance bridge in which a circuit in which a reference coil and a measurement coil are connected in series and a circuit in which two reference resistors are connected in series are connected in parallel,
The conductive thin film is disposed closer to the measurement coil than the reference coil, and an AC voltage is applied to the inductance bridge to generate an eddy current in the conductive thin film, which is an output terminal of the inductance bridge A first step of measuring a voltage appearing between the connection midpoints;
A film thickness measuring method for obtaining a film thickness of the conductive thin film from a voltage appearing between the connection midpoints,
A second step of the conductive thin film by applying an AC voltage to the inductance bridge with no closer to the measuring coil and the reference coil, measures the AC voltage that appears between the connection point of the series connection circuit,
A distance measuring step for measuring a distance between the measuring coil and the conductive thin film;
Have
In advance, record the difference between the measurement results of the first and second steps and the measurement result of the distance measurement step as a database, using a reference conductive thin film with a different known film thickness as the conductive thin film,
The first and second steps and the distance measurement step are performed using the measurement conductive thin film as the measurement object as the conductive thin film, and the difference between the measurement results of the first and second steps and the distance measurement are performed. Check the measurement results of the process against the database,
A method for measuring a film thickness of the conductive thin film.
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。  The film thickness measurement method according to claim 1, wherein the first step is performed immediately before or after the second step. 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。A claim 1 or any one thickness measuring method according to claim 2 for detecting a change in thickness of the conductive thin film, the first step is in the film thickness change of the conductive thin film A film thickness measurement method performed twice or more.
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