(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜が形成された基板からの反射光に基づき薄膜の開口比を測定する薄膜の開口比測定方法であって、
第１の薄膜と、この第１の薄膜とは異種であり、かつ、平面視で前記第１の薄膜の間に形成された第２の薄膜とを含む測定領域内からの分光反射スペクトルを測定する測光過程と、
予め第２の薄膜の分光反射スペクトルを記憶しておく過程と、
前記測光過程で測定した分光反射スペクトルから、予め記憶しておいた第２の薄膜の分光反射スペクトルを減算して前記第１の薄膜の成分だけを抽出分光反射スペクトルとして抽出する抽出過程と、
前記抽出分光反射スペクトルに基づいて前記第１の薄膜の膜厚を求め、求めた膜厚における理論的な分光反射スペクトルを理論分光反射スペクトルとして作成する作成過程と、
前記抽出分光反射スペクトルと前記理論分光反射スペクトルとの差異に基づき第１の薄膜と第２の薄膜との開口比を算出する算出過程と、
を実施することを特徴とする薄膜の開口比測定方法。
【請求項２】
第１の薄膜が形成された基板の表面を覆うとともに第１の薄膜とは異種である第２の薄膜を所定量だけ除去して、基板上に第１の薄膜および第２の薄膜を含む層を露出させる過程で、基板上の薄膜の開口比を測定する薄膜の開口比測定方法であって、
平面視で第１の薄膜の間に形成された第２の薄膜を含む測定領域内からの分光反射スペクトルを測定する測光過程と、
予め第２の薄膜の分光反射スペクトルを記憶しておく過程と、
前記測光過程で測定した分光反射スペクトルと第２の薄膜の分光反射スペクトルとを比較する比較過程と、
比較過程で測定領域内からの分光反射スペクトルと第２の薄膜の分光反射スペクトルとが不一致である場合に、測定領域内からの分光反射スペクトルから予め記憶しておいた第２の薄膜の分光反射スペクトルを減算して第１の薄膜の成分だけを抽出分光反射スペクトルとして抽出する抽出過程と、
前記抽出分光反射スペクトルに基づいて第１の薄膜の膜厚を求め、求めた膜厚における理論的な分光反射スペクトルを理論分光反射スペクトルとして作成する作成過程と、
前記抽出分光反射スペクトルと前記理論分光反射スペクトルとの差異に基づき第１の薄膜と第２の薄膜との開口比を算出する算出過程と、
を実施することを特徴とする薄膜の開口比測定方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の薄膜の開口比測定方法において、
前記算出過程は、前記抽出分光反射スペクトルの振幅に係数を乗じて前記理論分光反射スペクトルに合わせるように調整し、前記係数に基づいて第１の薄膜と第２の薄膜との開口比を算出することを特徴とする薄膜の開口比測定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の薄膜の開口比測定方法において、
前記算出過程は、前記抽出分光反射スペクトルの振幅に係数を乗じるとともに、オフセットを加算して前記理論分光反射スペクトルに合わせるように調整し、前記係数及び前記オフセットに基づいて第１の薄膜と第２の薄膜との開口比を算出することを特徴とする薄膜の開口比測定方法。
【請求項５】
薄膜が形成された基板からの反射光に基づき薄膜の開口比を測定する薄膜の開口比測定装置であって、
第１の薄膜と、この第１の薄膜とは異種であり、かつ、平面視で前記第１の薄膜の間に形成された第２の薄膜とを含む測定領域内からの分光反射スペクトルを測定する測光手段と、
予め第２の薄膜の分光反射スペクトルを記憶しておく記憶手段と、
前記測光手段で測定した分光反射スペクトルから、前記記憶手段に予め記憶しておいた第２の薄膜の分光反射スペクトルを減算して前記第１の薄膜の成分だけを抽出分光反射スペクトルとして抽出する抽出手段と、
前記抽出分光反射スペクトルに基づいて前記第１の薄膜の膜厚を求め、求めた膜厚における理論的な分光反射スペクトルを理論分光反射スペクトルとして作成する作成手段と、
前記抽出分光反射スペクトルと前記理論分光反射スペクトルとの差異に基づき第１の薄膜と第２の薄膜との開口比を算出する算出手段と、
を備えたことを特徴とする薄膜の開口比測定装置。
【請求項６】
第１の薄膜が形成された基板の表面を覆うとともに第１の薄膜とは異種である第２の薄膜を所定量だけ除去して、基板上に第１の薄膜および第２の薄膜を含む層を露出させる過程で、基板上の薄膜の開口比を測定する薄膜の開口比測定装置であって、
予め第２の薄膜の分光反射スペクトルを記憶しておく記憶手段と、
平面視で第１の薄膜の間に形成された第２の薄膜を含む測定領域内からの分光反射スペクトルを測定する測光手段と、
前記測光手段で測定した分光反射スペクトルと第２の薄膜の分光反射スペクトルとを比較する比較手段と、
測定領域内からの分光反射スペクトルと第２の薄膜の分光反射スペクトルとが不一致である場合に、測定領域内からの分光反射スペクトルから、前記記憶手段に予め記憶しておいた第２の薄膜の分光反射スペクトルを減算して第１の薄膜の成分だけを抽出分光反射スペクトルとして抽出する抽出手段と、
前記抽出分光反射スペクトルに基づいて第１の薄膜の膜厚を求め、求めた膜厚における理論的な分光反射スペクトルを理論分光反射スペクトルとして作成する作成手段と、
前記抽出分光反射スペクトルと前記理論分光反射スペクトルとの差異に基づき第１の薄膜と第２の薄膜との開口比を算出する算出手段と、
を備えたことを特徴とする薄膜の開口比測定装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の薄膜の開口比測定装置において、
前記算出手段は、前記抽出分光反射スペクトルの振幅に係数を乗じて前記理論分光反射スペクトルに合わせるように調整し、前記係数に基づいて第１の薄膜と第２の薄膜との開口比を算出することを特徴とする薄膜の開口比測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の薄膜の開口比測定装置において、
前記算出手段は、前記抽出分光反射スペクトルの振幅に係数を乗じるとともに、オフセットを加算して前記理論分光反射スペクトルに合わせるように調整し、前記係数及び前記オフセットに基づいて第１の薄膜と第２の薄膜との開口比を算出することを特徴とする薄膜の開口比測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円形の半導体ウエハやガラス基板（以下、単に基板と称する）に対して光を照射し、基板からの反射光に基づき基板上に形成された薄膜の開口比を測定する薄膜の開口比測定方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体製造プロセスにおいてはパターンの微細化が進み、その線幅および間隔（Line & Spaceを略してL&S と称する）は１μｍを下回っている。このようなL&S で微細パターン化された第１の薄膜（例えば、酸化膜）の間を埋め、かつ表面を覆うように第２の薄膜（例えば、銅膜）が被着された基板は、第２の薄膜がＣＭＰ（化学機械研磨）工程で研磨され、余分な膜を除去することで第２の薄膜による配線が行われている。
【０００３】
しかしながら、研磨の状態が悪く均等に研磨されなかった場合には、基板表面における第１の薄膜と第２の薄膜との平面視における開口比率が変わってしまい、微細パターンで設計されたパターンが崩れてしまう場合があるので、研磨状態を検査するためにＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用い、断面を観察することで第１の薄膜と第２の薄膜との開口比を測定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、ＳＥＭで開口比を測定するためには当然のことながら基板を破壊する必要があり、容易に測定を行うことができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、開口比に応じて分光反射スペクトルが変位する特性を利用することにより、容易に薄膜の開口比を測定することができる薄膜の開口比測定方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、薄膜が形成された基板からの反射光に基づき薄膜の開口比を測定する薄膜の開口比測定方法であって、第１の薄膜と、この第１の薄膜とは異種であり、かつ、平面視で前記第１の薄膜の間に形成された第２の薄膜とを含む測定領域内からの分光反射スペクトルを測定する測光過程と、予め第２の薄膜の分光反射スペクトルを記憶しておく過程と、前記測光過程で測定した分光反射スペクトルから、予め記憶しておいた第２の薄膜の分光反射スペクトルを減算して前記第１の薄膜の成分だけを抽出分光反射スペクトルとして抽出する抽出過程と、前記抽出分光反射スペクトルに基づいて前記第１の薄膜の膜厚を求め、求めた膜厚における理論的な分光反射スペクトルを理論分光反射スペクトルとして作成する作成過程と、前記抽出分光反射スペクトルと前記理論分光反射スペクトルとの差異に基づき第１の薄膜と第２の薄膜との開口比を算出する算出過程と、を実施することを特徴とするものである。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、第１の薄膜が形成された基板の表面を覆うとともに第１の薄膜とは異種である第２の薄膜を所定量だけ除去して、基板上に第１の薄膜および第２の薄膜を含む層を露出させる過程で、基板上の薄膜の開口比を測定する薄膜の開口比測定方法であって、平面視で第１の薄膜の間に形成された第２の薄膜を含む測定領域内からの分光反射スペクトルを測定する測光過程と、予め第２の薄膜の分光反射スペクトルを記憶しておく過程と、前記測光過程で測定した分光反射スペクトルと第２の薄膜の分光反射スペクトルとを比較する比較過程と、比較過程で測定領域内からの分光反射スペクトルと第２の薄膜の分光反射スペクトルとが不一致である場合に、測定領域内からの分光反射スペクトルから予め記憶しておいた第２の薄膜の分光反射スペクトルを減算して第１の薄膜の成分だけを抽出分光反射スペクトルとして抽出する抽出過程と、前記抽出分光反射スペクトルに基づいて第１の薄膜の膜厚を求め、求めた膜厚における理論的な分光反射スペクトルを理論分光反射スペクトルとして作成する作成過程と、前記抽出分光反射スペクトルと前記理論分光反射スペクトルとの差異に基づき第１の薄膜と第２の薄膜との開口比を算出する算出過程と、を実施することを特徴とするものである。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の薄膜の開口比測定方法において、前記算出過程は、前記抽出分光反射スペクトルの振幅に係数を乗じて前記理論分光反射スペクトルに合わせるように調整し、前記係数に基づいて第１の薄膜と第２の薄膜との開口比を算出することを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の薄膜の開口比測定方法において、前記算出過程は、前記抽出分光反射スペクトルの振幅に係数を乗じるとともに、オフセットを加算して前記理論分光反射スペクトルに合わせるように調整し、前記係数及び前記オフセットに基づいて第１の薄膜と第２の薄膜との開口比を算出することを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、薄膜が形成された基板からの反射光に基づき薄膜の開口比を測定する薄膜の開口比測定装置であって、第１の薄膜と、この第１の薄膜とは異種であり、かつ、平面視で前記第１の薄膜の間に形成された第２の薄膜とを含む測定領域内からの分光反射スペクトルを測定する測光手段と、予め第２の薄膜の分光反射スペクトルを記憶しておく記憶手段と、前記測光手段で測定した分光反射スペクトルから、前記記憶手段に予め記憶しておいた第２の薄膜の分光反射スペクトルを減算して前記第１の薄膜の成分だけを抽出分光反射スペクトルとして抽出する抽出手段と、前記抽出分光反射スペクトルに基づいて前記第１の薄膜の膜厚を求め、求めた膜厚における理論的な分光反射スペクトルを理論分光反射スペクトルとして作成する作成手段と、前記抽出分光反射スペクトルと前記理論分光反射スペクトルとの差異に基づき第１の薄膜と第２の薄膜との開口比を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明は、第１の薄膜が形成された基板の表面を覆うとともに第１の薄膜とは異種である第２の薄膜を所定量だけ除去して、基板上に第１の薄膜および第２の薄膜を含む層を露出させる過程で、基板上の薄膜の開口比を測定する薄膜の開口比測定装置であって、予め第２の薄膜の分光反射スペクトルを記憶しておく記憶手段と、平面視で第１の薄膜の間に形成された第２の薄膜を含む測定領域内からの分光反射スペクトルを測定する測光手段と、前記測光手段で測定した分光反射スペクトルと第２の薄膜の分光反射スペクトルとを比較する比較手段と、測定領域内からの分光反射スペクトルと第２の薄膜の分光反射スペクトルとが不一致である場合に、測定領域内からの分光反射スペクトルから、前記記憶手段に予め記憶しておいた第２の薄膜の分光反射スペクトルを減算して第１の薄膜の成分だけを抽出分光反射スペクトルとして抽出する抽出手段と、前記抽出分光反射スペクトルに基づいて第１の薄膜の膜厚を求め、求めた膜厚における理論的な分光反射スペクトルを理論分光反射スペクトルとして作成する作成手段と、前記抽出分光反射スペクトルと前記理論分光反射スペクトルとの差異に基づき第１の薄膜と第２の薄膜との開口比を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の薄膜の開口比測定装置において、前記算出手段は、前記抽出分光反射スペクトルの振幅に係数を乗じて前記理論分光反射スペクトルに合わせるように調整し、前記係数に基づいて第１の薄膜と第２の薄膜との開口比を算出することを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の薄膜の開口比測定装置において、前記算出手段は、前記抽出分光反射スペクトルの振幅に係数を乗じるとともに、オフセットを加算して前記理論分光反射スペクトルに合わせるように調整し、前記係数及び前記オフセットに基づいて第１の薄膜と第２の薄膜との開口比を算出することを特徴とするものである。
【００１４】
【作用】
請求項１に記載の方法発明の作用は次のとおりである。
第１の薄膜と第２の薄膜とを含む測定領域からの分光反射光スペクトルを測定し、これから予め記憶しておいた第２の薄膜の分光反射スペクトルを減算することで、第２の薄膜の成分を除去して第１の薄膜の成分だけとした抽出分光反射スペクトルを抽出する。この抽出分光反射スペクトルには山谷が現れるが、その数は第１の薄膜の膜厚に応じたものとなる。そこで、まず、抽出分光反射スペクトル、特にその山谷の数に基づいて第１の薄膜の膜厚を求め、求めた膜厚における理論的な分光反射スペクトルを理論分光反射スペクトルとして作成する。実測による分光反射スペクトルから抽出した抽出分光反射スペクトルと、計算によって求めた理論分光反射スペクトルとの間には当然のことながら差異が生じる。発明者らは、種々の実験等により、その差異が第１の薄膜と第２の薄膜との開口比に応じたものとなっており、これに基づき開口比を求めることができることを見い出した。
【００１５】
また、請求項２に記載の方法発明によれば、第１の薄膜が形成された基板の表面を覆うとともに第１の薄膜とは異種である第２の薄膜を所定量だけ除去して、基板上に第１の薄膜および第２の薄膜を含む層を露出させる過程で、分光反射スペクトルを測定した結果、分光反射スペクトルと第２の薄膜による分光反射スペクトルとのプロファイルが一致している場合には、基板の表面が第２の薄膜により覆われている状態であり、分光反射スペクトルを測定してもこれから抽出分光反射スペクトルを求めることができない。そこで、第１の薄膜が露出した状態であるか否かを分光反射スペクトルと第２の薄膜による分光反射スペクトルとの比較過程で調べ、これが不一致である場合にだけ、測定領域内からの分光反射スペクトルから、予め記憶しておいた第２の薄膜の分光反射スペクトルを減算して第１の薄膜の成分だけを抽出する抽出過程に移行する。
【００１６】
なお、露出する過程とは、第２の薄膜が残っている状態と、第２の薄膜が完全に除去されて第１の薄膜が露出している状態をも含む。
【００１７】
また、請求項３に記載の方法発明によれば、抽出分光反射スペクトルと理論分光反射スペクトルとの間にある差異を無くすように、抽出分光反射スペクトルの振幅に係数を乗じて理論分光反射スペクトルに合わせるように調整する。このようにして得られた係数は第１の薄膜と第２の薄膜との開口比に相関を有する。
【００１８】
また、請求項４に記載の方法発明によれば、抽出分光反射スペクトルと理論分光反射スペクトルとの間にある差異を無くすように、抽出分光反射スペクトルの振幅に係数を乗じて理論分光反射スペクトルに合わせるように調整するとともに、振幅だけでは調整できない成分をオフセットにより調整する。このようにして得られた係数及びオフセットは第１の薄膜と第２の薄膜との開口比に応じている。
【００１９】
また、請求項５に記載の装置発明によれば、第１の薄膜と第２の薄膜とを含む測定領域からの分光反射光スペクトルを測光手段で測定し、これから、記憶手段に予め記憶しておいた第２の薄膜の分光反射スペクトルを減算することで第２の薄膜の成分を除去して抽出手段で抽出分光反射スペクトルを抽出する。この抽出分光反射スペクトルには山谷が現れるが、その数は第１の薄膜の膜厚に応じたものとなる。そこで、その抽出分光反射スペクトルに基づいて第１の薄膜の膜厚を求め、求めた膜厚における第１の薄膜の理論的な分光反射スペクトルを理論分光反射スペクトルとして作成手段が作成する。抽出した抽出分光反射スペクトルと、理論分光反射スペクトルとの間には当然のことながら差異が生じるが、この差異は第１の薄膜と第２の薄膜との開口比に応じたものとなっている。したがって、この差異に基づいて算出手段が開口比を求めることができる。
【００２０】
また、請求項６に記載の装置発明によれば、第１の薄膜が形成された基板の表面を覆うとともに第１の薄膜とは異種である第２の薄膜を所定量だけ除去して、基板上に第１の薄膜および第２の薄膜を含む層を露出させる過程で、分光反射スペクトルと第２の薄膜による分光反射スペクトルとのプロファイルが一致している場合には、表面が第２の薄膜により覆われている状態であり、分光反射スペクトルを測定してもこれに基づき抽出分光反射スペクトルを抽出することができない。そこで、第１の薄膜が露出したか否かを、分光反射スペクトルと第２の薄膜による分光反射スペクトルとを比較手段が比較することにより行う。その結果が不一致である場合にだけ、測定領域内からの分光反射スペクトルから、記憶手段に予め記憶しておいた第２の薄膜の分光反射スペクトルを減算して第１の薄膜の成分だけを抽出する抽出手段による抽出に移行する。
【００２１】
また、請求項７に記載の装置発明によれば、抽出分光反射スペクトルと理論分光反射スペクトルとの間にある差異を無くすように、抽出分光反射スペクトルの振幅に係数を乗じて理論反射スペクトルに合わせるように算出手段が調整し、この係数に基づき開口比を算出する。
【００２２】
また、請求項８に記載の装置発明によれば、算出手段は、抽出分光反射スペクトルと理論分光反射スペクトルとの間にある差異を無くすように、抽出分光反射スペクトルの振幅に係数を乗じて理論分光反射スペクトルに合わせるように調整するとともに、振幅だけでは調整できない成分をオフセットにより調整する。このようにして得られた係数及びオフセットに基づき開口比を求める。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
図１を参照して本発明に係る薄膜の開口比測定装置について説明する。なお、図１は薄膜の開口比測定装置の略構成を示したブロック図である。
【００２４】
薄膜の開口比測定の対象である基板Ｗは、図示しない移動機構により水平面内で移動可能に構成されたステージ１に載置されている。このステージ１の上方には、光源部３が配備されており、この光源部３から横向きに射出された光はビームスプリッタ５により下方に反射されて対物レンズ７を通り、基板Ｗに対して照射される。対物レンズ７を通して基板Ｗに光が照射される範囲内の所定範囲が本発明における測定領域に相当し、その大きさは、対物レンズ７の倍率と後述のプレート１ａに形成されたピンホールの大きさにより決定されるもので、概ね数十μｍ径である。
【００２５】
光源部３は、ハロゲンランプまたはハロゲンランプ及び重水素ランプを備えたランプ３ａと、複数個のレンズ３ｂとを備えており、可視光または紫外光を含んだ可視光を射出する。なお、測定対象の目的薄膜の膜厚や膜種によってはランプ３ａを重水素ランプだけで構成して紫外光だけを射出するようにしてもよい。
【００２６】
基板Ｗの表面からの反射光は、再び対物レンズ７を通るとともに、その上方の光軸上に配備されたビームスプリッタ５を透過し、その上方に配備されているチューブレンズ９により集光されて分光ユニット１１に入射される。
【００２７】
また、分光ユニット１１とチューブレンズ９の間には、プリズム１３が配備されており、基板Ｗからの反射光の一部を取り出すようになっている。取り出された反射光の一部は撮像ユニット１５に導かれ、レンズ１５ａを介して所定位置に集光される。集光位置には撮像素子１５ｂが配設されており、測定領域に対応した画像信号が画像処理部１７に出力される。
【００２８】
画像処理部１７は、入力された画像信号に所定の処理を施してＩ／Ｏ２１に出力する。出力された画像信号は、ＣＰＵやメモリを内蔵した制御部２３の制御の下でディスプレイ装置２５に出力される。測定者は、このようにして表示される画像を見ながら、操作部２７を操作してステージ１を移動させ、基板Ｗ表面の所望の位置に測定領域を設定して膜厚測定を行うようになっている。
【００２９】
分光ユニット１１は、反射光の入射位置にピンホールが形成されたプレート１１ａと、このプレート１１ａの上方に配備されて反射光を分光する凹面回折格子１１ｂと、この凹面回折格子１１ｂによって分光された回折光の分光光強度を検出する光検出器１１ｃとを備えている。光検出器１１ｃは、例えば、フォトダイオードアレイやＣＣＤなどにより構成されており、プレート１１ａに形成されているピンホールと共役な関係に配置されている。したがって、分光ユニット１１に入射した反射光は、凹面回折格子１１ｂで分光され、この光の分光光強度に対応した信号が光検出１１ｃから分光反射スペクトルとしてデータ処理部１９に出力される。
【００３０】
なお、分光ユニット１１が本発明における測光手段に相当する。
【００３１】
データ処理部１９は、詳細は後述するが、操作部２７を介しての測定者の指示に基づく制御部２３からの制御信号に応じて処理を行う。
【００３２】
具体的な処理を簡単に説明すると、測定した分光反射スペクトルに基づき基板Ｗに被着された第１の薄膜と第２の薄膜のうち、第１の薄膜についての分光反射スペクトルだけを抽出するとともに、このようにして求められた抽出分光反射スペクトルのプロファイルに基づき理論分光反射スペクトルを算出し、抽出分光反射スペクトルと理論分光反射スペクトルとの差異に基づいて第１の薄膜と第２の薄膜との開口比を求める等の処理を行う。このようにして求められた開口比は、ディスプレイ装置２５に表示される。
【００３３】
また、データ処理部１９は、第１の薄膜とは異種であって、平面視で第１の薄膜の間に形成された第２の薄膜についての分光反射スペクトルを予め記憶しており、上記の開口比を求める処理に先立ち、このプロファイルと、測定した分光反射スペクトルのプロファイルとを比較して、ほぼ同じであった場合には研磨処理が不足していると判断する。そのため第１の薄膜が第２の薄膜で未だ覆われていて、第１の薄膜と第２の薄膜との開口比測定ができない状態であるとし、データ処理を中断するとともにディスプレイ装置２５にその旨を表示するようになっている。または、第２の薄膜だけの分光反射スペクトルと測定した分光反射スペクトルとのプロファイルを比較して、これらが一致しない場合には、第２の薄膜が第１の薄膜を覆っていない状態であると判断して開口比測定のためのデータ処理を実施する。上記の比較の対象となる第２の薄膜の分光反射スペクトルは、予め実際に測定しておいてもよく、理論的な計算から求められたスペクトルを用いてもよい。
【００３４】
さらに、データ処理部１９は、次のような「開口比に関する検量線データ」についても記憶している。
【００３５】
つまり、第１の薄膜と第２の薄膜が“既知の開口比で形成された基板" をサンプル基板とし、このようなサンプル基板で測定された分光反射スペクトルに基づく抽出分光反射スペクトルと理論分光反射スペクトルとの差異（後述する補正係数ｋとオフセットｆに相関を有する係数及びオフセット）を求めておき、これらを開口比と対応付けて記憶する。さらに、各種の開口比の基板について同様の処理を行って、各種開口比とスペクトルの差異とを対応付けて記憶しておく。
【００３６】
なお、上述したデータ処理部１９は、本発明における抽出手段及び作成手段並びに算出手段に相当するとともに比較手段及び記憶手段にも相当する。
【００３７】
次に、図２のフローチャートを参照しながら説明する。なお、図２は、本発明に係る薄膜の開口比測定方法の流れを示したフローチャートである。
【００３８】
また、基板Ｗは、図３の測定領域Ｒにおける薄膜の状態を示した平面図及び縦断面図に示すように、一例としてシリコン基板Ｗａの上に第１の薄膜に相当する酸化膜Ｆ１が形成され、その上にタンタルナイトライド(TaN) などのバリアメタル膜Ｆ２が被着され、さらにその上に第２の薄膜に相当する銅配線用の銅膜Ｆ３が被着されているものとする。
【００３９】
そして、図３（ｂ）に示すように、銅膜Ｆ３をバリアメタル膜Ｆ２とともに研磨処理し、最終的には図３（ｃ）に示すように、酸化膜Ｆ１が表面に露出する状態まで研磨処理を施せば研磨処理は完了である。したがって、本発明は、図３（ｃ）に示すような研磨完了の直前に、研磨処理が正常に施されているか否かの確認のために実施されることになる。
【００４０】
なお、本実施例では、図３（ｃ）に示す研磨処理後の膜厚測定において、第２の薄膜を銅膜Ｆ３としてこの成分を分光反射スペクトルから除去するが、バリアメタル膜Ｆ２の成分は除去しない。これは、バリアメタル膜Ｆ２の線幅ｄ３が酸化膜Ｆ１の線幅ｄ１や銅膜Ｆ３の線幅（ｄ１−ｄ３×２）と比較して極めて細く影響が少ないためである。
【００４１】
ステップＳ１（測光過程）
まず、測定者は研磨処理をとりあえず終えた基板Ｗをステージ１に載置し、ディスプレイ装置２５に映し出される測定領域Ｒの画像を見ながら、操作部２７を操作してステージ１を移動させることにより所望の位置に測定領域Ｒを位置させる。
【００４２】
そして、所望の位置に移動した場合には、操作部２７を介して測定開始の指示を行う。すると、測定領域Ｒからの分光反射スペクトルが分光ユニット１１からデータ処理部１９に与えられる。図４は、このようにして測定された分光反射スペクトルの一例を示したグラフである。
【００４３】
ステップＳ２（比較過程）
データ処理部１９は、測定した分光反射スペクトルと、予め記憶しておいた第２の薄膜である銅膜Ｆ３の分光反射スペクトルとを比較し、この結果に応じて処理を分岐する。
【００４４】
すなわち、このステップＳ２では、図３（ｂ）の状態から研磨処理が進み、図３（ｃ）のように研磨処理が完了して酸化膜Ｆ１が所定の開口比で表面に露出した状態であるか否かを判断するのである。研磨処理が完了していない場合には、測定した分光反射スペクトルが第２の薄膜である銅膜Ｆ３の分光反射スペクトル（図５）と一致するので、ステップＳ３に戻って研磨処理を行った後にステップＳ２に戻り、処理が完了している場合にはそれらが不一致となるので、次のステップＳ４に移行する。
【００４５】
なお、銅膜Ｆ３のみの分光反射スペクトルは、図５に示すように、長波長側に向かうにつれて徐々に反射比率が上昇するとともに５５０ｎｍ付近で急激に上昇し、その後、６００ｎｍ付近で緩やかな上昇カーブを描くようになっている。本実施例では、処理の簡略化を図るために、波長４００〜５５０ｎｍまでの分光反射スペクトルのプロファイルと、測定した分光反射スペクトルのプロファイルとを比較するようにしている。また、後述する抽出処理においてもこの波長範囲だけを対象にして処理を行っているが、比較処理や抽出処理において全波長範囲を対象に処理を行うようにしてもよい。
【００４６】
このように基板Ｗの表面全体を銅膜Ｆ３で覆った後に酸化膜Ｆ１と銅膜Ｆ３との開口比を測定する場合には、不要な銅膜Ｆ３が除去できているか否かを、銅膜Ｆ３の分光反射スペクトルのプロファイルと比較することで判断することができる。その比較の結果、プロファイルが一致しなかった場合には銅膜Ｆ３が除去されていると判断されるので抽出処理へと移行することで、開口比の測定を適切に行うことができるようになっている。
【００４７】
ステップＳ４（抽出過程）
ここでは、ステップＳ２において測定された分光反射スペクトルから第２の薄膜である銅膜Ｆ３による成分を除去して第１の薄膜である酸化膜Ｆ１の成分だけを抽出する。
【００４８】
具体的には、次の（１）式によって抽出分光反射スペクトルＦ（λ）を算出する。なお、式中の記号λは４００〜５５０（あるいは８００）ｎｍであり、Ｍ  （λ）は測定領域Ｒにおける分光反射スペクトルであり、Ｎ（λ）は第２の薄膜である銅膜Ｆ３の分光反射スペクトルを表している。また、ｋは第１の薄膜のL&S に応じた補正係数であり、f(offset) は反射比率オフセットを表しているが、ここでは不明である。
【００４９】
ΣＦ（λ）＝Σ｛Ｍ（λ）−Ｎ（λ）・ｋ＋f(offset) ｝  ………（１）
【００５０】
この（１）式により、ステップＳ１で測定した分光反射スペクトルＭ（λ）から、第２の薄膜である銅膜Ｆ３の分光反射スペクトルＮ（λ）を差し引いて抽出分光反射スペクトルＦ（λ）とするのである（イメージ的には、図４から図５を引く）。なお、本実施例における分光反射スペクトルＭ（λ），Ｎ（λ）は、シリコン基板Ｗａに対する相対反射率である。
【００５１】
但し、第１の薄膜である酸化膜Ｆ１と第２の薄膜である銅膜Ｆ３との線幅比L&S によって銅膜Ｆ３の影響が異なるので、その分を補うための補正係数ｋと、銅膜Ｆ３を含む基板Ｗ面の分光反射率スペクトルＭ（λ）から銅膜Ｆ３の成分を除去することで全体的に分光反射比率方向（上下方向）にシフトする傾向を補うためのオフセットf(offset) は不明である。したがって、上記の（１）式により求めた抽出分光反射スペクトルＦ（λ）には、これら補正係数ｋとオフセットf(offset) とが誤差として含まれていることになる。
【００５２】
因みに、図６は、上記の（１）式により図４から図５の成分を除去して求めた、誤差を含んだ抽出分光反射スペクトルである。なお、上述した理由から、この場合に有効なのは二点鎖線で示した波長５５０ｎｍ以下である。
【００５３】
ステップＳ５（作成過程）
データ処理部１９は、上記のようにして求めた抽出分光反射スペクトルＦ（λ）のプロファイルを分析して、おおよその膜厚を求めるとともに、その膜厚における理論的な分光反射スペクトルを計算によって理論分光反射スペクトルとして算出する。
【００５４】
これは図７に示すように、同じ膜質であれば、その分光反射スペクトルのプロファイルからおおよその膜厚を知ることができることを概念的に表したものである。つまり、膜厚が薄いと図７（ａ）のように山谷の数が少なく、膜厚が厚くなるにしたがって図（ｂ）のように干渉が増大して山谷の数が増える特性がある。そこで、予め山谷の数およびそれらの位置などと膜厚との関連性を調べておけば、抽出分光反射スペクトルＦ（λ）を分析することにより理論分光反射スペクトルを求めることができるのである。
【００５５】
因みに、図８は、図６に示した抽出分光反射スペクトルＦ（λ）の山谷の数や、それらの波長位置に基づいて求めた理論分光反射スペクトルの一例である。
【００５６】
ステップＳ６（確認工程）
ステップＳ５で作成した理論分光反射スペクトルが適切であるか否かを確認し、適切であれば次のステップＳ７に移行シ、不適切であればステップＳ６に戻り先のステップＳ６で求めたおおよその膜厚を少し変化させた膜厚における理論分光反射スペクトルを算出する。
【００５７】
理論分光反射スペクトルが適切であるか否かの判断は、例えば、抽出分光反射スペクトルおよび理論反射スペクトルの山谷の位置情報（図６，図８に示す横軸波長に対する山谷のピーク及びボトム位置など）が互いに一致しているか、若しくはその相違が基準値内であれば、理論分光反射スペクトルは適切であるとし、それ以外は不適切であるとして行われる。
【００５８】
ステップＳ７（算出過程）
図６の抽出分光反射スペクトルＦ（λ）と、図８の理論分光反射スペクトルとを比較し、抽出分光反射スペクトルＦ（λ）のプロファイルが理論分光反射スペクトルのプロファイルに一致するように抽出分光反射スペクトルＦ（λ）に係数を乗じて振幅を調整する。模式的に示すと、図６中に点線及び点線矢印で示すように調整されることになる。
【００５９】
ステップＳ８（算出過程）
係数を乗じて振幅を調整した抽出分光反射スペクトルＦ（λ）と、理論分光反射スペクトルの誤差を求めて、それに応じて処理を分岐する。もし、誤差が基準値を越えているならばステップＳ６に戻って振幅を調整し直し、基準値内であれば次のステップＳ８に分岐する。
【００６０】
ステップＳ９（算出過程）
上記のステップＳ６、Ｓ７では振幅を調整するだけであるので、抽出分光反射スペクトルＦ（λ）を理論分光反射スペクトルに精度よく一致させることができない場合がある。そこで、ここでは、振幅を調整した抽出分光反射スペクトルＦ（λ）にオフセットを加えて微調整を行う。この処理を模式的に示すと、図６中に二点鎖線及び二点鎖線矢印で示すようになり、振幅のプロファイルをそのままに上下方向にシフトするように調整される。
【００６１】
ステップＳ１０（算出過程）
オフセットを加えることにより調整された抽出分光反射スペクトルＦ（λ）と、理論分光反射スペクトルとの誤差を求め、基準値に対する関係に応じて処理を分岐する。つまり、誤差が基準値より大きいならばステップＳ８に戻ってオフセットを調整し直し、基準値より以内であれば次のステップＳ１０に分岐する。
【００６２】
ステップＳ１１（算出過程）
上記のステップＳ６〜Ｓ９により、抽出分光反射スペクトルＦ（λ）（図６参照）を理論分光反射スペクトル（図８参照）に合わせるように調整した。そのときの調整値である係数とオフセットとに基づいて、酸化膜Ｆ１と銅膜Ｆ３との開口比を求める。
【００６３】
これは上述したように、例えば、予め記憶しておいた開口比に関する検量線データと、上記の係数とオフセットとの対応から求めるのである。
【００６４】
上述したように本実施例によれば、酸化膜Ｆ１の成分だけを含む抽出分光反射スペクトルＦ（λ）と、計算で求められた理論分光反射スペクトルとに生じる差異に基づいて、銅膜Ｆ３による影響を求めることができる。これによって酸化膜Ｆ１と銅膜Ｆ３との開口比を求めることができる。そのため基板Ｗからの分光反射スペクトルを測定するという簡単な方法で酸化膜Ｆ１と銅膜Ｆ３との開口比を求めることができ、しかも非破壊で測定することができるので、容易に薄膜の開口比を求められる。
【００６５】
なお、本発明は以下のように変形実施が可能である。
【００６６】
（１）研磨処理が完了していることが明らかな基板を対象にして開口比測定を行う場合には、上述したステップＳ２，Ｓ３を実施する必要はない。
【００６７】
（２）銅膜Ｆ３などの第２の薄膜を除去する処理は研磨処理に限定されず、例えば、エッチングにより第２の薄膜を除去している過程において本発明を適用してもよい。
【００６８】
（３）研磨処理を行いながらインラインで開口比測定が可能なように、上述した薄膜の開口比測定装置を研磨処理装置に組み込んだ構成としてもよい。
【００６９】
（４）研磨処理後（図３（ｃ））において、第２の薄膜を銅膜だけとして、バリアメタル膜の影響を無視しているが、この分光反射スペクトルをも考慮して抽出反射分光スペクトルを算出するようにしてもよい。
【００７０】
（５）上述した実施例では研磨処理後の基板の分光反射スペクトルに基づき薄膜の開口比を求めたが、研磨処理途中の基板の分光反射スペクトルに基づき開口比を求めてもよい。図９は、図３（ｂ）に示す状態と図３（ｃ）に示す状態の間の状態を示し、銅膜Ｆ３／バリアメタル膜Ｆ２／酸化膜Ｆ１からなる層を所定量だけ研磨し、酸化膜Ｆ１上のバリアメタル膜Ｆ２に銅膜Ｆ３が厚さＦ４で形成されている状態である。銅膜Ｆ３の厚さｄ４が例えば５０μｍ以下になると銅膜Ｆ３中を光が透過するので、酸化膜Ｆ１およびバリアメタル膜Ｆ２の分光反射スペクトルを測定することが可能となる。この測定した分光反射スペクトルから銅膜Ｆ３およびバリアメタル膜Ｆ２の成分を除去して抽出分光反射スペクトルを算出し、これに基づいて上述のように薄膜の開口比を求めてもよい。
【００７１】
図９の状態からさらに研磨処理が進み、酸化膜Ｆ１にバリアメタル膜Ｆ２のみが残っている状態においても、上述と同様に測定した分光反射スペクトルから銅膜Ｆ３およびバリアメタル膜Ｆ２の成分を除去して酸化膜Ｆ１の成分だけを抽出することができる。
【００７２】
（６）上述した実施例では第１の薄膜を酸化膜と、第２の薄膜を銅膜としたが、本発明はこれらの膜種に限定されるものではないことは言うまでもない。例えば、測定波長に対する透明膜を第１の薄膜とし、金属膜などの測定波長に対する不透明膜を第２の薄膜としてもよい。また、測定領域内に複数種の透明膜が存在する場合には、その中の一つを第１の薄膜とし、他の透明膜を第２の薄膜とすることも可能である。
【００７３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に記載の方法発明によれば、第１の薄膜の成分だけを含む抽出分光反射スペクトルと、計算で求められた理論分光反射スペクトルとの間に生じる差異に基づいて、第２の薄膜による影響を求めることができ、これにより第１の薄膜と第２の薄膜との開口比を求めることができる。そのため基板からの分光反射スペクトルを測定するという簡単な方法で薄膜の開口比を求めることができ、しかも非破壊で測定することができる。したがって、容易に薄膜の開口比を求めることができる。
【００７４】
また、請求項２に記載の方法発明によれば、表面が第２の薄膜により覆われている状態であるか否かに応じて処理を分岐することにより抽出分光反射スペクトルを正確に抽出することができる。したがって、開口比をより正確に求めることができる。
【００７５】
また、請求項３に記載の方法発明によれば、抽出分光反射スペクトルの振幅に補正係数を乗じて理論分光反射スペクトルに合わせるように調整することにより、第１の薄膜と第２の薄膜との開口比に応じた補正係数を求めることができる。したがって、この補正係数に基づいて開口比を算出することができる。
【００７６】
また、請求項４に記載の方法発明によれば、分光反射スペクトルの振幅に補正係数を乗じるとともに、これだけでは補正しきれない成分に対して、オフセットを加えて理論分光反射スペクトルに合わせるように調整する。これにより分光反射スペクトルを、理論分光反射スペクトルに対して合わせ込む調整を正確に行うことができる。したがって、第１の薄膜と第２の薄膜との開口比に応じた補正係数及びオフセットによって、より正確に開口比を算出することができる。
【００７７】
また、請求項５に記載の装置発明によれば、請求項１に記載の方法発明を好適に実施することができる。
【００７８】
また、請求項６に記載の装置発明によれば、請求項２に記載の方法発明を好適に実施することができる。
【００７９】
また、請求項７に記載の装置発明によれば、請求項３に記載の方法発明を好適に実施することができる。
【００８０】
また、請求項８に記載の装置発明によれば、請求項４に記載の方法発明を好適に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜の開口比測定装置の略構成を示したブロック図である。
【図２】本発明に係る薄膜の開口比測定方法の流れを示したフローチャートである。
【図３】基板上の測定領域における薄膜の状態を示した平面図及び縦断面図である。
【図４】測定領域からの分光反射スペクトルを示したグラフである。
【図５】銅膜からの分光反射スペクトルを示したグラフである。
【図６】銅膜の成分を除去した後の分光反射スペクトルを示したグラフである。
【図７】膜厚既知の基板を使って測定された種々の膜厚毎の分光反射スペクトルを示すグラフである。
【図８】理論的に求められた分光反射スペクトルを示したグラフである。
【図９】基板上の測定領域における薄膜の状態を示した縦断面図である。
【符号の説明】
Ｗ  …  基板
Ｗａ  …  シリコン基板
Ｆ１  …  酸化膜（第１の薄膜）
Ｆ３  …  銅膜（第２の薄膜）
Ｍ（λ）  …  酸化膜の分光反射スペクトル
Ｎ（λ）  …  銅膜の分光反射スペクトル
Ｆ（λ）  …  抽出分光反射スペクトル
１  …  ステージ
３  …  光源部
５  …  ビームスプリッタ
１１  …  分光ユニット
１９  …  データ処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003681321.tif 000008
【図８】
0003681321.tif 000009
【図９】
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