(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された測定対象の薄膜に電子ビームを照射した際に前記基板に流れる基板電流値を利用して前記薄膜の膜厚を測定する方法であって、
標準試料において、第一のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流および第二のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流を変数とする参照関数と、標準試料の膜厚との関係を示す参照データを取得する工程と、
基板上に形成された測定対象の薄膜に前記第一のエネルギーの電子ビームを照射した際に前記基板に流れる第一の基板電流値を取得する工程と、
前記薄膜に前記第二のエネルギーの電子ビームを照射した際に前記基板に流れる第二の基板電流値を取得する工程と、
前記参照データを考慮して、前記第一の基板電流値と前記第二の基板電流値とに基づき前記測定対象の薄膜の膜厚を算出する工程と、
を含むことを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項２】
前記参照データを取得する工程において、
参照関数をｆ（ｘ、ｙ）の形式で保有し、
（但しｘ、ｙは、それぞれ第一および第二のエネルギーの電子ビームを標準試料に照射した場合の基板電流を示す。）
標準試料の膜厚ｄと参照関数ｆ（ｘ、ｙ）の関係を
ｄ＝Γ［ｆ（ｘ、ｙ）］
の形式で保有し、
前記膜厚を算出する工程において、ｄ＝Γ［ｆ（ｘ、ｙ）］に、ｘとして第一の基板電流値、ｙとして第二の基板電流値を代入することにより、前記測定対象の薄膜の膜厚ｄを算出することを特徴とする請求項１に記載の膜厚測定方法。
【請求項３】
前記参照関数は、それぞれの基板電流間の差であって、
前記算出する工程は、前記第一の基板電流値と前記第二の基板電流値との差を演算し、演算した差を前記参照関数と比較することにより前記薄膜の膜厚を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の膜厚測定方法。
【請求項４】
前記第一の基板電流値を取得する工程は前記第一のエネルギーの電子ビームを照射した位置を前記第一の基板電流値に対応づけて取得し、
前記第二の基板電流値を取得する工程は前記第二のエネルギーの電子ビームを照射した位置を前記第二の基板電流値に対応づけて取得し、
前記膜厚を算出する工程は、同じ位置に対応付けられた前記第一の基板電流値と前記第二の基板電流値とから前記測定対象の薄膜の膜厚を算出することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の膜厚測定方法。
【請求項５】
基板上に形成された測定対象の薄膜に電子ビームを照射した際に前記基板に流れる基板電流値を利用して前記薄膜の膜厚を測定する方法であって、
標準試料において、第一のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流と膜厚との関係を示す第一の参照データを取得する工程と、
基板上に形成された測定対象の薄膜に前記第一のエネルギーの電子ビームを照射した際に前記基板に流れる第一の基板電流値を取得する工程と、
前記第一の参照データを考慮して、前記第一の基板電流値に基づき前記測定対象の薄膜の膜厚の候補を抽出する工程と、
標準試料において、第二のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流と膜厚との関係を示す第二の参照データを取得する工程と、
前記薄膜に前記第二のエネルギーの電子ビームを照射した際に前記基板に流れる第二の基板電流値を取得する工程と、
前記第二の参照データを考慮して、前記第二の基板電流値に基づき、前記膜厚の候補から一つの膜厚を特定する工程と、
を含むことを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項６】
基板上に形成された測定対象の薄膜に電子ビームを照射した際に前記基板に流れる基板電流値を利用して前記薄膜の膜厚を測定する装置であって、
標準試料において、第一のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流と第二のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流とを変数とする参照関数と膜厚との関係を示す参照データを記憶する参照データ記憶部と、
基板上に形成された測定対象の薄膜に前記第一のエネルギーおよび前記第二のエネルギーの電子ビームをそれぞれ照射可能な電子ビーム照射部と、
前記電子ビーム照射部が照射する電子ビームのエネルギーを制御する電子ビーム制御部と
前記薄膜に前記第一のエネルギーの電子ビームを照射した際に前記基板に流れる第一の基板電流値および前記薄膜に前記第二のエネルギーの電子ビームを照射した際に前記基板に流れる第二の基板電流値をそれぞれ測定する電流測定部と、
前記第一の基板電流値を前記第一のエネルギーに対応づけて、前記第二の基板電流値を前記第二のエネルギーに対応づけてそれぞれ記録する測定データ記録部と、
前記参照データを考慮して、前記第一の基板電流値と前記第二の基板電流値とに基づき前記測定対象の薄膜の膜厚を算出する演算処理部と、
を含むことを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項７】
前記電子ビームの前記薄膜上における照射位置を制御する照射位置制御部をさらに含み、
前記測定データ記録部は、前記第一の基板電流値および前記第二の基板電流値を前記照射位置にも対応づけて記録し、
前記演算処理部は、同じ照射位置に対応付けられた前記第一の基板電流値および前記第二の基板電流値とに基づき、その照射位置における前記薄膜の膜厚を算出することを特徴とする請求項６に記載の膜厚測定装置。
【請求項８】
前記電流測定部は、前記基板に接触して設けられた電極を有し、その電極に流れる電流を前記基板電流値として測定することを特徴とする請求項６または７に記載の膜厚測定装置。
【請求項９】
前記参照データ記憶部は、
参照関数をｆ（ｘ、ｙ）の形式で保有し、
（但しｘ、ｙは、それぞれ第一および第二のエネルギーの電子ビームを標準試料に照射した場合の基板電流を示す。）
標準試料の膜厚ｄと参照関数ｆ（ｘ、ｙ）の関係を
ｄ＝Γ［ｆ（ｘ、ｙ）］
の形式で保有し、
前記演算処理部は、ｄ＝Γ［ｆ（ｘ、ｙ）］に、ｘとして第一の基板電流値、ｙとして第二の基板電流値を代入することにより、前記測定対象の薄膜の膜厚ｄを算出することを特徴とする請求項６乃至８いずれかに記載の膜厚測定装置。
【請求項１０】
前記参照データ記憶部は、それぞれの基板電流間の差を前記参照関数として記憶し、
前記演算処理部は、前記第一の基板電流値と前記第二の基板電流値との差を演算し、演算した差を前記参照関数と比較することにより前記薄膜の膜厚を算出することを特徴とする請求項６乃至９いずれかに記載の膜厚測定装置。
【請求項１１】
基板上に形成された測定対象の薄膜に電子ビームを照射した際に前記基板に流れる基板電流値を利用して前記薄膜の膜厚を測定する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
標準試料において、第一のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流と第二のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流とを変数とする参照関数と膜厚との関係を示す参照データを取得する処理と、
基板上に形成された測定対象の薄膜に前記第一のエネルギーの電子ビームを照射した際に前記基板に流れる第一の基板電流値を取得する処理と、
前記薄膜に前記第二のエネルギーの電子ビームを照射した際に前記基板に流れる第二の基板電流値を取得する処理と、
前記参照データを考慮して、前記第一の基板電流値と前記第二の基板電流値とに基づき前記測定対象の薄膜の膜厚を算出する処理と、
をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
【請求項１２】
前記参照データを取得する処理において、
参照関数をｆ（ｘ、ｙ）の形式で保有し、
（但しｘ、ｙは、それぞれ第一および第二のエネルギーの電子ビームを標準試料に照射した場合の基板電流を示す。）
標準試料の膜厚ｄと参照関数ｆ（ｘ、ｙ）の関係を
ｄ＝Γ［ｆ（ｘ、ｙ）］
の形式で保有し、
前記膜厚を算出する処理において、ｄ＝Γ［ｆ（ｘ、ｙ）］に、ｘとして第一の基板電流値、ｙとして第二の基板電流値を代入することにより、前記測定対象の薄膜の膜厚ｄを算出することを特徴とする請求項１１に記載のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームを用いた薄膜の膜厚測定装置および膜厚測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開平６−２７３２９７号公報には、イオンビームを照射して試料を薄膜化する際に、イオンビームの照射と同時に試料に電子ビームを照射し、試料を透過した電子ビームをファラデーカップで検出することにより過度のエッチングを防止する方法が開示されている。
【０００３】
また、特開平８−５５２８号公報には、透過電子顕微鏡用の試料を作るために、イオンビーム加工機を用い、その加工部分に電子ビームを照射して加工部分を透過した電子ビームの電流量を検出することによりイオンビーム加工量を制御する方法が開示されている。
【０００４】
しかし、特開平６−２７３２９７号公報および特開平８−５５２８号公報に記載の方法では、測定される試料は電子ビームが透過できるように薄く削られている必要があり、通常の半導体デバイスのように支持基板上に形成された薄膜の膜厚を測定するのは困難であった。
【０００５】
本発明者は、従来技術の有する上記課題を解決すべく、支持基板上に形成された薄膜に電子ビームを照射した際に基板に流れる基板電流値を測定し、参照データをもとに薄膜の膜厚を算出する技術の開発に成功し、すでに特許出願している（特開２０００−１８０１４３号公報）。この方法においては、試料を透過した電子ビーム量を測定するのではなく、基板から基板電流値を直接測定するので、支持基板上に形成された薄膜の膜厚をも測定可能である。
【０００６】
図１は、特開２０００−１８０１４３号公報に開示された膜厚測定装置を示すブロック図である。この装置は、基板１上の薄膜２に電子ビームを照射する電子銃３、基板１の下部に接触配置された電極４および電極４に集められた基板電流値を測定する電流測定部５を有する。電流測定部５に測定された電流は、電流増幅器６および差動増幅器７により調整され、Ａ／Ｄ変換器９によりデジタル信号に変換される。膜厚測定装置はさらに、デジタル信号に変換された測定電流値を記憶する測定電流記憶部１０、既存の標準試料を用いて測定した検量線データを記憶する検量線データ記憶部１１、および検量線データと測定電流値とを比較する検量線データ比較部１２を有する。
【０００７】
以上のように構成された膜厚測定装置によれば、薄膜、特に極薄薄膜の膜厚を正確に測定することができるという効果がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−１８０１４３号公報に記載の発明は、以下の原理を利用している。試料に数百ｅＶから数ｋｅＶ程度の低エネルギーの電子ビームを照射すると、試料の表面近傍から二次電子が放出される。一般に、導体または半導体の二次電子放出能力は小さく、絶縁体の二次電子放出能力は大きいという性質がある。例えば半導体であるシリコンの二次電子放出能力は０．９程度なのに対し、絶縁体であるシリコン酸化膜の二次電子放出能力は２程度である。
【０００９】
したがって、シリコン基板表面にシリコン酸化膜の薄膜が形成された半導体デバイスに電子ビームを照射すると、シリコン酸化膜からより多くの二次電子が放出される。このときシリコン酸化膜から放出された二次電子を補償するためにシリコン基板からシリコン酸化膜に電子が流出する。つまり、シリコン基板には照射された電子ビームにより生じる電流と、その電流と逆方向の補償電流との和である基板電流が流れる。
【００１０】
図２は、この原理を示す模式図である。図２（ａ）に示すように、シリコン基板上にシリコン酸化膜の薄膜が形成されている場合、電子ビームによる１つの電子が照射されると、シリコン酸化膜から二次電子として２つの電子が放出される。シリコン酸化膜から電子が１つ放出されたことになるので、シリコン酸化膜から放出された電子を補償するために、シリコン基板からシリコン酸化膜に電子が１つ流出する。この場合、シリコン基板には、電子ビームにより生じる電流と逆方向の基板電流が流れる。
【００１１】
一方、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板上にシリコン酸化膜が形成されていない場合、電子ビームによる１つの電子が照射されると、シリコン基板から二次電子として０．９の電子が放出される。そのため、シリコン基板には電子ビームにより生じる電流の方向に、照射された電子量から放出された電子量を引いた量の基板電流が流れる。
【００１２】
以上のように、シリコン基板上にシリコン酸化膜がないときには二次電子の放出量が少ないので、電子ビームにより生じる電流が支配的であるが、シリコン酸化膜の膜厚が厚くなるに従い、補償電流が増加する。しかし、シリコン酸化膜の膜厚がさらに厚くなると、絶縁体であるシリコン酸化膜の抵抗値が大きくなり補償電流が流れにくくなるので、基板電流も減少していく。
【００１３】
図３は、基板電流値と膜厚との関係を模式的に示すグラフである。
図３（ａ）に示すように、電子ビームにより生じる電流の向きを正とすると、シリコン酸化膜が所定の厚さｄになるまでは基板電流値は負方向に増加するが、それ以降基板電流値は減少し、ゼロに収束する。
【００１４】
特開２０００−１８０１４３号公報では、数ｎｍ程度の比較的薄いゲート酸化膜などの極薄膜を測定対象としていたため、図３（ｂ）に示すように、基板電流値と薄膜の膜厚とが１：１で定まっていた。しかし、さらに厚い数十ｎｍ〜数千ｎｍ程度の膜厚においては図３（ａ）に示すように基板電流値と膜厚とが１：２の関係になるため、基板電流値を測定しても薄膜の膜厚を一義的に決めることができないという問題が生じることが判明した。
【００１５】
このような問題は、特開２０００−１８０１４３号公報で開示された方法を、極薄膜だけでなく、より広い範囲の膜厚の測定に採用する場合に生じる特有の課題である。本発明は、上記課題を解決すべく特開２０００−１８０１４３号公報で開示された技術を改良したものである。
【００１６】
本発明はこうした背景のもとになされたものであり、基板上に形成された薄膜の膜厚を測定する技術を提供すること、特に広い範囲の膜厚を測定する技術を提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、基板上に形成された測定対象の薄膜に電子ビームを照射した際に基板に流れる基板電流値を利用して薄膜の膜厚を測定する方法が提供される。この方法は、標準試料において、第一のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流と第二のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流とを変数とする参照関数と膜厚との関係を示す参照データを取得する工程と、基板上に形成された測定対象の薄膜に第一のエネルギーの電子ビームを照射した際に基板に流れる第一の基板電流値を取得する工程と、薄膜に第二のエネルギーの電子ビームを照射した際に基板に流れる第二の基板電流値を取得する工程と、参照データを考慮して、第一の基板電流値と第二の基板電流値とに基づき測定対象の薄膜の膜厚を算出する工程と、を含む。
【００１８】
ここで、参照データを取得する工程において、
参照関数をｆ（ｘ、ｙ）の形式で保有し、
（但しｘ、ｙは、それぞれ第一および第二のエネルギーの電子ビームを標準試料に照射した場合の基板電流を示す。）
標準試料の膜厚ｄと参照関数ｆ（ｘ、ｙ）の関係を
ｄ＝Γ［ｆ（ｘ、ｙ）］
の形式で保有し、膜厚を算出する工程において、ｄ＝Γ［ｆ（ｘ、ｙ）］に、ｘとして第一の基板電流値、ｙとして第二の基板電流値を代入することにより、前記測定対象の薄膜の膜厚ｄを算出する構成とすることができる。
【００１９】
この方法によれば、ある一つのエネルギーにおける基板電流値と膜厚との相関関係が１：１で定まらない範囲の膜厚であっても、複数のエネルギーにおける基板電流値を変数とする関数と膜厚との相関関係を１：１で定めることができ、広い範囲の膜厚を測定することができる。
【００２０】
基板電流とは、基板に照射された電子ビームにより生じる電流と薄膜に電子ビームを照射することにより薄膜から放出される二次電子を補償するために基板から薄膜に流出した電子量を示す補償電流との和である。
【００２１】
基板電流値とは、測定対象の薄膜に電子ビームを照射した際に基板に流れる基板電流値を測定した生データであってもよく、このデータを増幅などにより調整したデータであってもよく、またこれらのデータをデジタル信号に変換したデータであってもよく、測定した基板電流値に由来すればどのようなデータであってもよい。
【００２２】
この方法で用いられる電子ビームのエネルギー（加速電圧）は、電子ビームが基板を貫通しない程度であるのが好ましく、例えば１０ｋｅＶくらいまでである。
【００２３】
この方法は、絶縁膜の膜厚を測定対象とするのが好ましい。また、絶縁膜には限定されず、電子ビームを照射された際に、照射された電子量よりも多い量の二次電子が放出される材料により形成された薄膜、所定の膜厚以上になると抵抗値が高くなる材料により形成された薄膜、またはこれらの両方の性質を有する材料により形成された薄膜を測定対象としてよい。半導体、または導体の基板上に形成された薄膜の膜厚を測定対象としてもよい。
【００２４】
参照関数は、第一および第二の基板電流値の差異を反映した関数であってよく、算出する工程は、参照関数と同様に第一の基板電流値および第二の基板電流値間の差異を演算してよく、演算した差異を参照関数と比較することにより薄膜の膜厚を算出してよい。ここで、差異とは、基板電流間の差や比などであってよく、基板電流間において異なる部分を表したものであればどのような関数であってもよい。
【００２５】
参照関数は、それぞれの基板電流間の差であってよく、算出する工程は、第一の基板電流値と第二の基板電流値との差を演算してよく、演算した差を参照関数と比較することにより薄膜の膜厚を算出してよい。
【００２６】
第一の基板電流値を取得する工程は、第一のエネルギーの電子ビームを照射した位置を第一の基板電流値に対応づけて取得してよく、第二の基板電流値を取得する工程は、第二のエネルギーの電子ビームを照射した位置を第二の基板電流値に対応づけて取得してよく、膜厚を算出する工程は、同じ位置に対応付けられた第一の基板電流値と第二の基板電流値とから測定対象の薄膜の膜厚を算出してよい。
【００２７】
また本発明によれば、基板上に形成された測定対象の薄膜に電子ビームを照射した際に基板に流れる基板電流値を利用して薄膜の膜厚を測定する方法が提供される。この方法は、標準試料において、第一のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流と膜厚との関係を示す第一の参照データを取得する工程と、基板上に形成された測定対象の薄膜に第一のエネルギーの電子ビームを照射した際に基板に流れる第一の基板電流値を取得する工程と、第一の参照データを考慮して、第一の基板電流値に基づき測定対象の薄膜の膜厚の候補を抽出する工程と、標準試料において、第二のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流と膜厚との関係を示す第二の参照データを取得する工程と、薄膜に第二のエネルギーの電子ビームを照射した際に基板に流れる第二の基板電流値を取得する工程と、第二の参照データを考慮して、第二の基板電流値に基づき、膜厚の候補から一つの膜厚を特定する工程と、を含む。
【００２８】
この方法によれば、ある一つのエネルギーにおける基板電流値と膜厚との相関関係が１：１で定まらない範囲の膜厚であっても、ある一つのエネルギーにおける基板電流値と膜厚との相関関係から候補を選出し、他のエネルギーにおける基板電流値と膜厚との相関関係から膜厚を一義的に定めることができ、広い範囲の膜厚を測定することができる。
【００２９】
また本発明によれば、標準試料において、第一のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流と膜厚との関係を示す第一の参照データを取得する工程と、基板上に形成された薄膜に第一のエネルギーの電子ビームを照射した際に基板に流れる第一の基板電流値を取得する工程と、第一の参照データにおいて、第一の基板電流値が、複数の膜厚に対応づけられている場合に、標準試料において、第二のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流と膜厚との関係を示す第二の参照データを取得する工程と、第二のエネルギーの電子ビームを薄膜に照射した際に基板に流れる第二の基板電流値をさらに取得する工程と、第一の参照データおよび第二の参照データを考慮して、第一の基板電流値および第二の基板電流値に基づき薄膜の膜厚を算出する工程と、を含む方法が提供される。
【００３０】
この方法によれば、ある一つのエネルギーにおける基板電流値と膜厚との相関関係が１：１で定まらない範囲の膜厚であっても、ある一つのエネルギーにおける基板電流値と膜厚との相関関係から候補を選出し、他のエネルギーにおける基板電流値と膜厚との相関関係から膜厚を一義的に定めることができ、広い範囲の膜厚を測定することができる。
【００３１】
本発明によれば、基板上に形成された測定対象の薄膜に電子ビームを照射した際に基板に流れる基板電流値を利用して薄膜の膜厚を測定する装置が提供される。この装置は、標準試料において、第一のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流と第二のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流とを変数とする参照関数と膜厚との関係を示す参照データを記憶する参照データ記憶部と、基板上に形成された測定対象の薄膜に第一のエネルギーおよび第二のエネルギーの電子ビームをそれぞれ照射可能な電子ビーム照射部と、電子ビーム照射部が照射する電子ビームのエネルギーを制御する電子ビーム制御部と、薄膜に第一のエネルギーの電子ビームを照射した際に基板に流れる第一の基板電流値および薄膜に第二のエネルギーの電子ビームを照射した際に基板に流れる第二の基板電流値をそれぞれ測定する電流測定部と、第一の基板電流値を第一のエネルギーに対応づけて、第二の基板電流値を第二のエネルギーに対応づけてそれぞれ記録する測定データ記録部と、参照データを考慮して、第一の基板電流値と第二の基板電流値とに基づき測定対象の薄膜の膜厚を算出する演算処理部と、を含む。
【００３２】
ここで、参照データ記憶部は、
参照関数をｆ（ｘ、ｙ）の形式で保有し、
（但しｘ、ｙは、それぞれ第一および第二のエネルギーの電子ビームを標準試料に照射した場合の基板電流を示す。）
標準試料の膜厚ｄと参照関数ｆ（ｘ、ｙ）の関係を
ｄ＝Γ［ｆ（ｘ、ｙ）］
の形式で保有し、演算処理部は、ｄ＝Γ［ｆ（ｘ、ｙ）］に、ｘとして第一の基板電流値、ｙとして第二の基板電流値を代入することにより、前記測定対象の薄膜の膜厚ｄを算出する構成とすることができる。
【００３３】
この装置によれば、ある一つのエネルギーにおける基板電流値と膜厚との相関関係が１：１で定まらない範囲の膜厚であっても、複数のエネルギーにおける基板電流値を変数とする関数と膜厚との相関関係を１：１で定めることができ、広い範囲の膜厚を測定することができる。
【００３４】
この装置は電子ビームの薄膜上における照射位置を制御する照射位置制御部をさらに含んでよく、測定データ記録部は、第一の基板電流値および第二の基板電流値を照射位置にも対応づけて記録してよく、演算処理部は、同じ照射位置に対応付けられた第一の基板電流値および第二の基板電流値とに基づき、その照射位置における薄膜の膜厚を算出してよい。
【００３５】
電流測定部は、基板に接触して設けられた電極を有してよく、その電極に流れる電流を基板電流値として測定してよい。
【００３６】
参照データ記憶部は、第一および第二の基板電流値の差異を反映した関数を参照関数として記憶してよく、演算処理部は、参照関数と同様に第一の基板電流値および第二の基板電流値間の差異を演算してよく、演算した差異を参照関数と比較することにより薄膜の膜厚を算出してよい。
【００３７】
参照データ記憶部は、それぞれの基板電流間の差を参照関数として記憶してよく、演算処理部は、第一の基板電流値と第二の基板電流値との差を演算してよく、演算した差を参照関数と比較することにより薄膜の膜厚を算出してよい。
【００３８】
また本発明によれば、基板上に形成された測定対象の薄膜に電子ビームを照射した際に基板に流れる基板電流値を利用して薄膜の膜厚を測定する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。このプログラムは、標準試料において、第一のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流と第二のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流とを変数とする参照関数と膜厚との関係を示す参照データを取得する処理と、基板上に形成された測定対象の薄膜に第一のエネルギーの電子ビームを照射した際に基板に流れる第一の基板電流値を取得する処理と、薄膜に第二のエネルギーの電子ビームを照射した際に基板に流れる第二の基板電流値を取得する処理と、参照データを考慮して、第一の基板電流値と第二の基板電流値とに基づき測定対象の薄膜の膜厚を算出する処理と、をコンピュータに実行させる。
【００３９】
ここで、参照データを取得する処理において、
参照関数をｆ（ｘ、ｙ）の形式で保有し、
（但しｘ、ｙは、それぞれ第一および第二のエネルギーの電子ビームを標準試料に照射した場合の基板電流を示す。）
標準試料の膜厚ｄと参照関数ｆ（ｘ、ｙ）の関係を
ｄ＝Γ［ｆ（ｘ、ｙ）］
の形式で保有し、膜厚を算出する処理において、ｄ＝Γ［ｆ（ｘ、ｙ）］に、ｘとして第一の基板電流値、ｙとして第二の基板電流値を代入することにより、前記測定対象の薄膜の膜厚ｄを算出する構成とすることができる。
【００４０】
本発明によれば、基板上に形成された測定対象の薄膜に電子ビームを照射した際に基板に流れる基板電流値を利用して薄膜の膜厚を測定する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。このプログラムは、標準試料において、第一のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流と第二のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流とを変数とする参照関数と膜厚との関係を示す参照データを取得する参照データ取得手段と、基板上に形成された測定対象の薄膜に電子ビームを照射した際に基板に流れる基板電流値を取得する測定データ取得手段と、参照データを考慮して、取得された基板電流値に基づき測定対象の薄膜の膜厚を算出する演算処理手段と、を備えてなる情報制御装置を制御し、参照データ取得手段に、参照データを取得させる処理と、測定データ取得手段に、薄膜に第一のエネルギーの電子ビームを照射した際に基板に流れる第一の基板電流値を取得させる処理と、薄膜に第二のエネルギーの電子ビームを照射した際に基板に流れる第二の基板電流値を取得させる処理と、演算処理手段に、参照データを考慮して、第一の基板電流値と第二の基板電流値とに基づき測定対象の薄膜の膜厚を算出させる処理と、をコンピュータに実行させる。
【００４１】
また本発明によれば、基板上に形成された測定対象の薄膜に電子ビームを照射した際に基板に流れる基板電流値を利用して薄膜の膜厚を測定する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータに読取可能な記録媒体が提供される。この記録媒体は、標準試料において、第一のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流と第二のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流とを変数とする参照関数と膜厚との関係を示す参照データを取得する処理と、基板上に形成された測定対象の薄膜に第一のエネルギーの電子ビームを照射した際に基板に流れる第一の基板電流値を取得する処理と、薄膜に第二のエネルギーの電子ビームを照射した際に基板に流れる第二の基板電流値を取得する処理と、参照データを考慮して、第一の基板電流値と第二の基板電流値とに基づき測定対象の薄膜の膜厚を算出する処理と、をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録する。
【００４２】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【００４３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図４は、本実施の形態において、基板上の薄膜に電子ビームを照射することにより、基板に流れる基板電流値を測定する手順を示すフローチャートである。まず、基板上の薄膜に照射する電子ビームのエネルギーを設定する（Ｓ１０）。次に、薄膜上における電子ビームの照射位置を設定する（Ｓ１２）。ステップ１０およびステップ１２で設定された条件で、薄膜に電子ビームを照射する（Ｓ１４）。続いて、薄膜に電子ビームが照射された際に基板に流れる基板電流値を測定する（Ｓ１６）。測定した基板電流値を、増幅等により調整し（Ｓ１８）、調整した基板電流値をエネルギーおよび照射位置に対応づけて測定データとして記録する（Ｓ２０）。その後、全ての必要な領域での測定が終了したか否かを判断し（Ｓ２２）、測定が終了していなければ（Ｓ２２のＮｏ）ステップ１２に戻り、新たな照射位置を設定する。全ての必要な領域での測定が終了していれば（Ｓ２２のＹｅｓ）ステップ２４に進み、全ての必要なエネルギーの電子ビームでの測定が終了したか否かを判断する（Ｓ２４）。測定が終了していなければ（Ｓ２４のＮｏ）ステップ１０に戻り、新たなエネルギーを設定する。全ての必要なエネルギーの電子ビームでの測定が終了していれば（Ｓ２４のＹｅｓ）、測定を終了する。ここで、電子ビームのエネルギーはいくつ設定してもよいが、少なくとも２つの異なるエネルギーの電子ビームによる測定を行う。
【００４４】
図５は、参照データを考慮して測定データに基づき測定対象の薄膜の膜厚を算出する手順を示すフローチャートである。ここで、参照データは、標準試料において、複数のエネルギーの電子ビームを照射した場合の複数の基板電流を変数とする参照関数と膜厚との関係を示す。
【００４５】
まず、照射位置ごとに、複数のエネルギーの電子ビームを照射したときに測定された基板電流値の差を演算する（Ｓ３０）。次に参照データを読出し（Ｓ３２）、基板電流値の差と参照データを比較する（Ｓ３４）。基板電流値の差に対応する参照関数と相関関係にある膜厚を算出する（Ｓ３６）。算出した膜厚を、照射位置に対応づけて出力する（Ｓ３８）。
【００４６】
次に、以上の膜厚測定方法を実現する膜厚測定装置の構成を説明する。図６は、本発明の実施の形態に係る膜厚測定装置を示すブロック図である。
【００４７】
膜厚測定装置１８は、電子ビーム処理部２０、電子ビーム制御部４０、偏向制御部４２、ウェハステージ制御部４４、照射位置制御部４６、電流測定部４８、電流増幅器５０、差動増幅器５２、Ａ／Ｄ変換器５４、測定データ記録部５６、演算処理部５８、参照データ記憶部６０、デジタルマルチメータ６２、ＣＰＵ６４およびディスプレイ６６を有する。
【００４８】
電子ビーム処理部２０は、電子ビームを発生させる電子銃２２、試料上の所定の領域に電子ビームが照射されるように電子ビームを偏向する偏向部２４、試料を保持するウェハステージ２６およびウェハステージ２６を駆動するウェハステージ駆動部２８を有する。本実施の形態において、電子ビーム処理部２０はウェハステージ２６に配置された電極３０を含む。測定対象となる試料は電極３０上に載置され、電極３０は、測定対象となる試料に流れる電流を検出する。
【００４９】
図示していないが、電子ビーム処理部２０は加速電圧発生部を有し、電子ビーム制御部４０は、電子銃２２から所定の加速電圧の電子ビームが照射されるように加速電圧発生部を制御する。偏向制御部４２は、偏向部２４を制御する。ウェハステージ制御部４４は、ウェハステージ駆動部２８を制御し、ウェハステージ２６を所定の位置に移動させる。照射位置制御部４６は、試料の所定の位置に電子ビームが照射されるように偏向制御部４２およびウェハステージ制御部４４を制御する。なお、図示していないが、膜厚測定装置１８は電子銃移動手段を有してもよく、照射位置制御部４６は試料の所定の位置に電子ビームが照射されるように電子銃移動手段を制御して電子銃２２を移動させてもよい。
【００５０】
電流測定部４８は電極３０に接続され、電極３０が検出した基板電流値を測定する。電流増幅器５０は、測定された基板電流値を増幅する。差動増幅器５２は、オフセット調整機能を有し、膜厚測定装置１８の漏れ電流からなるオフセット電圧を取り除くとともに基板電流値をさらに増幅する。差動増幅器５２は、電子ビームを照射していないときの電流値と電子ビームを照射しているときの電流値との差を利用してオフセット電圧の補正を行ってよい。デジタルマルチメータ６２は、調整された基板電流値を表示する。
【００５１】
Ａ／Ｄ変換器５４は、差動増幅器５２により調整された基板電流値をデジタル変換する。測定データ記録部５６は、デジタル変換された基板電流値を記録する。また、測定データ記録部５６は、電子ビーム制御部４０から照射された電子ビームの加速電圧などのエネルギーデータを取得し、照射位置制御部４６から電子ビームの照射位置データを取得する。測定データ記録部５６は、取得したエネルギーデータおよび照射位置データを測定された基板電流値に対応づけて記録する。
【００５２】
参照データ記憶部６０は、標準試料において、加速電圧の異なる複数のエネルギーの電子ビームを照射した場合の複数の基板電流を変数とする参照関数と膜厚との関係を示す参照データ参照データを記憶する。ここで、参照データは、膜厚が既知の薄膜を含む標準試料を用いて膜厚測定装置１８により電子ビームを照射したときに得られた測定値を膜厚に対応づけることにより得られてよい。標準試料に含まれる薄膜は、測定対象となる薄膜３４と同一材料により形成されるのが好ましいが、薄膜３４と同じ二次電子放出能力を有する材料により形成されていれば他の材料により形成されてもよい。また、他の例において、参照データは測定対象の薄膜および基板３２の二次電子放出能力を考慮した理論計算により求められてもよい。また、薄膜３４がＳｉＯＮにより形成されている場合、ＳｉＯ２とＳｉＮについてそれぞれ測定した基板電流値から比率計算により求めてもよい。
【００５３】
演算処理部５８は、参照データ記憶部６０に記憶された参照データを考慮して、測定された基板電流値から測定対象となる薄膜３４の膜厚を算出する。ＣＰＵ６４は、膜厚測定装置１８全体の制御を行う。ディスプレイ６６は、算出結果を表示する。
【００５４】
図７は、本実施の形態における膜厚測定装置１８の測定対象となる試料の一例を示す断面図である。
【００５５】
図７（ａ）に示すように、膜厚測定装置１８は、基板３２上に形成された薄膜３４の膜厚を測定する。ここで、基板３２は導体または半導体であるのが好ましい。本実施の形態において、基板３２はシリコンにより形成される。薄膜３４は、電子ビームが照射されたときに、照射された電子量よりも多い二次電子を放出する二次電子放出能力が１以上の材料により形成されるのが好ましい。通常、絶縁体の二次電子放出能力は１以上であるので、薄膜３４は絶縁体であるのが好ましい。
【００５６】
薄膜３４は、例えばＳｉＯ2 （Ｐ、Ｂを含有するものを含む）（シリコン酸化膜）、ＳｉＮ（シリコン窒化膜）、ＳｉＯＮ（シリコン酸化窒化膜）、ＳｉＯＦ（シリコンフッ素添加酸化膜）、ＳｉＯＮＦ（シリコンフッ素添加酸化窒化膜）、ＵＳＧ(ｕｎｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ)、ＢＰＳＧ(ｂｏｒｏｐｈｏｓｐｈｏ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ)、ＰＳＧ(ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ)、有機高分子などのポリマー、無機系酸化膜、シリサイド、窒化膜、強誘電体、ポリイミド、レジスト、フルオロカーボン、炭素、蛋白質、ＤＮＡ、または、ＳＯＧ(ｓｐｉｎ ｏｎ ｇｌａｓｓ)、ＦＯＸ(ｆｌｏｗａｂｌｅ ｏｘｉｄｅ)、パリレン、サイトップ、ＢＣＢ（Ｂｅｎｓｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）、ＨＳＱ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｎｘａｎｅ）、ＭＳＱ（Ｍｅｔｈｙｌ  Ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｎｘａｎｅ）あるいはＳｉｌｋ（ダウ・ケミカル社登録商標）などの低誘電率材（ｌｏｗ−ｋ膜）などにより形成されてよい。本実施の形態において、薄膜３４は、シリコン酸化膜により形成される。
【００５７】
また、薄膜測定装置１８は、図７（ｂ）に示すように、基板３２上に堆積されたシリコン酸化膜層７０に形成されたホールの底部の薄膜３４を測定するのに用いることもできる。
【００５８】
図８は、試料上で電子ビームを走査する様子を示す模式図である。照射位置制御部４６は、ウェハステージ制御部４４および偏向制御部４２などを制御することにより、電子ビームを試料上でｘ方向およびｙ方向に二次元的に走査する。測定対象の試料が平坦な場合、電子ビームは測定面に対して必ずしも垂直である必要はないが、測定範囲において、試料のどの部分にも同じ角度で照射されるのが好ましい。これにより、二次電子の放出量を定量的に保つことができるので、測定した基板電流値から正確に膜厚を算出することができるという効果がある。
【００５９】
なお、ホールや溝の底部にある薄膜の膜厚を測定する場合には、底部の薄膜に電子ビームが十分に直接届くように、電子ビームを垂直に保つのが好ましい。このような場合は、電子ビームを偏向するよりも、電子ビームが試料表面に垂直に照射されるようにウェハステージ２６または電子銃２２を移動させて電子ビームを走査させる方が好ましい。膜厚測定装置１８は、このように電子ビームを試料上で走査しながら基板電流値を測定し、測定された基板電流値を電子ビームの照射位置に対応づけて測定データ記録部５６に記録させる。
【００６０】
図９は、参照データ記憶部６０の内部構成を示す図である。参照データ記憶部６０は、膜厚ｄ１、ｄ２、ｄ３・・・に対応づけて、標準試料において第一のエネルギーＥ１の電子ビームを照射した場合の第一の参照用基板電流値Ｉｒ（Ｅ１）、第二のエネルギーＥ２の電子ビームを照射した場合の第二の参照用基板電流値Ｉｒ（Ｅ２）、および、第一の参照用基板電流値Ｉｒ（Ｅ１）と第二の参照用基板電流値Ｉｒ（Ｅ２）との差［Ｉｒ（Ｅ１）−Ｉｒ（Ｅ２）］を記憶する。
【００６１】
また、参照データ記憶部６０は、例えば第一の参照用基板電流値Ｉ（Ｅ１）と第二の参照用基板電流値Ｉｒ（Ｅ２）との比［Ｉｒ（Ｅ１）／Ｉｒ（Ｅ２）］を膜厚に対応づけて記憶してもよく、第一の参照用基板電流値Ｉｒ（Ｅ１）および第二の参照用基板電流値Ｉｒ（Ｅ２）から求められるどのような参照関数を膜厚に対応づけて記憶してもよい。また、ここでは２つのエネルギーにおける参照用基板電流を用いたが、参照データ記憶部６０は、３つ以上のエネルギーにおける参照用基板電流から求められる参照関数を膜厚に対応づけて記憶してもよい。ここで、参照関数は、測定に必要な膜厚の範囲において、膜厚と１：１の関係になるものであることが好ましい。
【００６２】
次に、図６〜図９を参照して、本実施の形態における膜厚測定装置１８の動作を説明する。
【００６３】
図６において、ウェハステージ２６上に配置された電極３０上に、測定対象の薄膜３４が形成された基板３２が試料として載置される。電子ビーム制御部４０は、電子銃２２から第一のエネルギーＥ１の電子ビームが照射されるように加速電圧発生部を制御する。照射位置制御部４６は、試料の所定の位置に電子ビームが照射されるようにウェハステージ制御部４４および偏向制御部４２を制御する。電子ビーム制御部４０は、第一のエネルギーＥ１を測定データ記録部５６に出力し、照射位置制御部４６は、照射位置を測定データ記録部５６に出力する。
【００６４】
電子銃２２から第一のエネルギーＥ１の電子ビームが試料に照射されると、試料から二次電子が放出される。そのため、薄膜３４から放出された二次電子を補償するために基板３２から薄膜３４に電子が流出し、基板３２に補償電流が流れる。また、基板３２には電子銃２２から発生された電子ビームのうち、試料に衝突しなかった電子ビームにより生じる電流が流れる。基板３２には、これらの電流の和である基板電流が流れる。電極３０は基板電流を検出し、電流測定部４８は基板電流値を測定する。
【００６５】
測定された基板電流値は電流増幅器５０、差動増幅器５２、およびＡ／Ｄ変換器５４により調整される。測定データ記録部５６は、デジタル変換された基板電流値を第一のエネルギーＥ１と照射位置データに対応づけて記録する。
【００６６】
照射位置制御部４６は、試料上の電子ビームの照射位置を制御し、各位置で基板電流値の測定を繰り返す。測定データ記録部５６は、各位置での基板電流値を第一のエネルギーＥ１と照射位置に対応づけて記録していく。
【００６７】
第一のエネルギーＥ１の電子ビームによる基板電流値の測定が終了すると、電子ビーム制御部４０は、電子銃２２から第二のエネルギーＥ２の電子ビームが照射されるように加速電圧発生部を制御する。第一のエネルギーＥ１の電子ビームによる基板電流値の測定と同様に第二のエネルギーＥ２の電子ビームによる基板電流値の測定を行う。
【００６８】
図１０は、以上の動作により、測定データ記録部５６に記録された測定データを示す図である。測定データ記録部５６は、電子ビームの照射位置（ｘ１,ｙ１）、（ｘ１,ｙ２）、（ｘ１,ｙ３）に対応づけて、第一のエネルギーの電子ビームによる第一の基板電流値Ｉｍ（Ｅ１）および第二のエネルギーの電子ビームによる第二の基板電流値Ｉｍ（Ｅ２）を記録する。
【００６９】
演算処理部５８は、同一の照射位置に対応づけられた第一の基板電流値Ｉｍ（Ｅ１）と第二の基板電流値Ｉｍ（Ｅ２）との差を演算する。図８に示すように、測定データ記録部５６は、第一の基板電流値Ｉｍ（Ｅ１）と第二の基板電流値Ｉｍ（Ｅ２）との差［Ｉｍ（Ｅ１）−Ｉｍ（Ｅ２）］を照射位置に対応づけて記録してよい。
【００７０】
演算処理部５８は、参照データ記憶部６０から参照データを読出し、測定データと比較することにより、各照射位置における薄膜３４の膜厚を算出する。図９は参照用基板電流値のテーブルの一例であり、このようなテーブルに基づいて図１２に示すような膜厚−参照基板電流値の関係を表す関数が求められる。各照射位置における基板電流値（測定値）は図１０のようなテーブルの形で記憶されており、これと、膜厚−参照基板電流値の関係を表す関数とを対比することによって、照射位置の薄膜の膜厚を算出することができる。
【００７１】
これら一連の動作は、ＣＰＵ６４およびそれを動かすための制御プログラムによって行われ、算出結果がディスプレイ６６に示される。また、測定データ記録部５６は、算出された膜厚を照射位置データに対応づけて記録してもよい。
【００７２】
図１１および図１２は、参照データ記憶部６０に記憶される参照データの具体例を示す。図１１は、シリコンの基板３２上に形成された酸化シリコンの薄膜３４に、加速電圧が０．５ｋｅＶ、０．７ｋｅＶ、１．０ｋｅＶ、１．５ｋｅＶ、２．０ｋｅＶ、３．０ｋｅＶである複数のエネルギーの電子ビームをそれぞれ照射した際の基板電流値と膜厚との相関関係を示す。この図に示すように、シリコン酸化膜の膜厚が１０ｎｍ以上のとき、基板電流値と膜厚とが１：１の関係にない。また、薄膜３４および基板３２がこれらとは異なる材料により形成された場合は、ここに示した膜厚には限定されず、薄膜３４の膜厚が参照データにおいて参照用基板電流と膜厚とが１：１の関係にない範囲の厚さであるときに膜厚測定装置１８による膜厚の測定が有用である。
【００７３】
図１２は、図１１に示した加速電圧が０．５ｋｅＶであるエネルギーの電子ビームを照射した際の基板電流値と加速電圧が１．０ｋｅＶであるエネルギーの電子ビームを照射した際の基板電流値との差と膜厚との相関関係を示す。この図に示すように、２つのエネルギーの電子ビームを照射した際の基板電流値の差と膜厚とは、シリコン酸化膜の膜厚が１０ｎｍ以上のときも１：１の関係になる。そのため、基板電流値の差が求まれば、この参照データを考慮して一義的に膜厚を算出することができる。
【００７４】
なお、図１１および図１２では参照データとしてグラフを示したが、参照データ記憶部６０は、これらのデータを数値として記憶してよい。また、図１１および図１２は例示であり、参照データ記憶部６０は、複数のエネルギーにおける参照用基板電流値から求まる参照変数と膜厚との相関を示すどのような参照データを記憶してもよい。この場合、参照データ記憶部６０は、変数を求める演算式を各データに対応づけて記憶してよい。
【００７５】
図１３は、照射位置と基板電流値との関係を示すグラフである。図１３（ａ）は、平坦なシリコンの基板３２上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）の薄膜３４が形成されている場合に、ウェハステージ２６を移動させるなどして、この薄膜３４を横切る方向に電子ビームを照射したときの照射位置と基板電流値との関係を示す。ここで、電子ビームにより生じる電流の向きを正とする。薄膜３４が形成されていない位置では電子ビームにより生じる電流が支配的なため、基板電流値が正の値をとるが、薄膜３４が形成された位置では電子ビームにより生じる電流よりも補償電流が大きくなるので、基板電流値が負の値をとり小さくなる。前述したように、ここで得られた測定データを参照データと比較することにより薄膜３４の膜厚を算出することもできるが、さらに、薄膜３４のパターン幅を検出することもできる。なお、本実施の形態における膜厚測定装置１８によれば、複数のエネルギーの電子ビームを薄膜３４に照射した際に基板３２に流れる複数の基板電流値をそれぞれ測定して参照データを考慮することにより、その薄膜３４の膜厚を一義的に決めることができるので、より正確に薄膜３４のパターン幅を検出することができる。
【００７６】
図１３（ｂ）は、シリコンの基板３２上に堆積されたシリコン酸化膜層７０に形成されたホール７２の底部に設けられた酸化シリコンの薄膜３４を測定対象として、この薄膜３４を横切る方向に電子ビームを走査させたときの照射位置と基板電流値との関係を示す。このとき、ホール７２内の薄膜３４には、電子ビームが直接照射されるように、垂直に照射されるのが好ましい。ホール７２は、電子ビームを薄膜３４に照射できればどのような開口形状を有していてもよい。電子ビームが照射されると、薄膜３４からはその膜厚に応じた量の二次電子が放出される。放出された二次電子は、ホール７２の外部に出る場合もあるが、ホール７２を形成しているシリコン酸化膜層７０に吸収される場合もある。ホール７２内の薄膜３４に電子ビームを垂直に照射することにより、シリコン酸化膜層７０に吸収される二次電子の量を減らして、より正確に薄膜３４の膜厚を算出することができる。
【００７７】
ここで、電子ビームにより生じる電流の向きを正とすると、シリコン酸化膜層７０上に電子ビームが照射されたときは、シリコン酸化膜層７０の膜厚がかなり厚いので、補償電流が減少して基板電流値は正方向に増加する。一方、薄膜３４が形成された位置では電子ビームにより生じる電流よりも補償電流が大きくなるので、基板電流値が負の値をとり小さくなる。前述したように、ここで得られた測定データを参照データと比較することにより薄膜３４の膜厚を算出することもできるが、ホール７２の形状を検出することもできる。
【００７８】
このホール７２の具体例としては、例えばエッチング終了後のコンタクトホールがある。アスペクト比の高いコンタクトホールにおいては、開口部の大きさと底部の大きさとが異なることがあり、特に底部においてシリコン基板が露出しているコンタクトホール底の大きさを知ることは重要である。本実施の形態おける膜厚測定方法によれば、コンタクトホールの底部の形状を測定したり、底部に残っているシリコン基板の領域の幅や、面積および形状を知ることもできる。
【００７９】
（第２の実施の形態）
以上の第１の実施の形態においては、演算処理部５８は、複数の異なるエネルギーの電子ビームを照射することにより測定された複数の基板電流値の差を演算するなどして、その演算結果と参照データとを比較することにより薄膜の膜厚を算出するように説明したが、演算処理部５８は、第一のエネルギーの電子ビームを照射することにより測定された第一の基板電流値に基づき薄膜の膜厚の候補を抽出し、第二のエネルギーの電子ビームを照射することにより測定された第二の基板電流値に基づきその候補から一の膜厚を特定してもよい。
【００８０】
図１４は、参照データ記憶部６０に記憶される参照データの一例を示す模式図である。この図は、シリコンの基板３２上に形成された酸化シリコンの薄膜３４に、第一のエネルギーＥ１および第二のエネルギーＥ２の電子ビームをそれぞれ照射したときの第一の参照用基板電流および第二の参照用基板電流値と膜厚との相関関係を示す。
【００８１】
膜厚測定装置１８は、この試料に第一のエネルギーの電子ビームを照射したときに基板３２に流れる第一の基板電流値Ｉｍ（Ｅ１）を測定する。その結果、Ｉｍ（Ｅ１）＝ｎと測定された場合、演算処理部５８は、薄膜３４の膜厚の候補としてｄ２およびｄ３を抽出する。次に、膜厚測定装置１８は、この試料に第二のエネルギーの電子ビームを照射したときに基板３２に流れる第二の基板電流値Ｉｍ（Ｅ２）を測定する。その結果、Ｉｍ（Ｅ２）＝ｏと測定された場合、演算処理部５８は、薄膜３４の膜厚をｄ２と特定する。
【００８２】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、そのような例を説明する。
【００８３】
以上の実施の形態において、膜厚測定装置１８は電子ビームの加速電圧を変化させた複数のエネルギーの電子ビームを試料に照射すると説明したが、電子ビームの加速電圧を変化させると、偏向部２４への偏向信号が同じでも電子ビームの偏向量が変化してしまう。そのため、照射位置制御部４６は、加速電圧に応じた偏向部２４による偏向誤差を考慮した照射位置データを測定データ記録部５６に出力してよい。これにより、加速電圧を変化させて測定した場合であっても、照射位置を一定に保つことができる。
【００８４】
【発明の効果】
本発明に係る膜厚測定装置または膜厚測定方法によれば、基板上に形成された薄膜の膜厚を広い範囲で精度よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の膜厚測定装置を示すブロック図である。
【図２】基板上の薄膜に電子ビームを照射したときに基板に基板電流が流れる原理を示す模式図である。
【図３】基板電流と膜厚との関係を模式的に示すグラフである。
【図４】本実施の形態において、基板電流を測定する手順を示すフローチャートである。
【図５】参照データを考慮して測定データに基づき測定対象の薄膜の膜厚を算出する手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態に係る膜厚測定装置を示すブロック図である。
【図７】膜厚測定装置により膜厚が測定される試料の断面図である。
【図８】試料上で電子ビームを走査する様子を示す模式図である。
【図９】参照データ記憶部の内部構成を示す図である。
【図１０】膜厚測定装置による基板電流の測定の結果、測定データ記録部に記録された測定データを示す図である。
【図１１】参照データ記憶部に記憶される参照データの具体例を示す図である。
【図１２】参照データ記憶部に記憶される参照データの具体例を示す図である。
【図１３】照射位置と基板電流との関係を示すグラフである。
【図１４】参照データ記憶部に記憶される参照データの一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１８  膜厚測定装置
２０  電子ビーム処理部
２２  電子銃
２４  偏向部
２６  ウェハステージ
２８  ウェハステージ駆動部
３０  電極
３２  基板
３４  薄膜
４０  電子ビーム制御部
４２  偏向制御部
４４  ウェハステージ制御部
４６  照射位置制御部
４８  電流測定部
５０  電流増幅器
５２  差動増幅器
５４  Ａ／Ｄ変換器
５６  測定データ記録部
５８  演算処理部
６０  参照データ記録部
６２  デジタルマルチメータ
６４  ＣＰＵ
６６  ディスプレイ
７０  シリコン酸化膜層
７２  ホール
【図１】
0003913555.tif 000002
【図２】
0003913555.tif 000003
【図３】
0003913555.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003913555.tif 000007
【図７】
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【図８】
0003913555.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003913555.tif 000014
【図１４】
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