專利名稱：膜厚測定裝置及膜厚測定方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測定形成于基板上的半導體膜等膜狀的測定對象物的膜厚的時間變化的膜厚測定裝置、以及膜厚測定方法。
背景技術：
在半導體制造工藝中，例如在蝕刻處理的執(zhí)行過程中，基板上的半導體膜的膜厚以減少的方式進行時間變化。另外，在薄膜形成處理的執(zhí)行過程中，半導體膜的膜厚以增加的方式進行時間變化。在這樣的半導體工藝中，為了進行處理的終點檢測等的工藝控制，必需進行半導體膜的膜厚的時間變化的在現場(In-Situ)的測定。作為這樣的半導體膜的膜厚的測定方法，利用如下方法，即對半導體膜照射規(guī)定波長的測定光，檢測來自半導體膜的上表面的反射光與來自下表面的反射光相干涉而生成的干涉光。在該方法中，若半導體膜的膜厚發(fā)生變化，則來自上表面的反射光與來自下表面的反射光之間的光程長度差會發(fā)生變化。因此，可利用伴隨該光程長度差的變化的干涉光的檢測強度(干涉光強度)的時間變化，測定在各時間點的半導體膜的膜厚。例如，專利文獻1中所記載的膜厚測定裝置是利用分光單元對來自被測定對象的透過光或反射光進行分光并檢測干涉條紋，根據針對各波長的檢測輸出中關于最大值與最小值的差為規(guī)定值時的極值的輸出，運算被測定對象的膜厚。另外，在專利文獻2中記載有如下技術在對測定部分照射來自波長可變激光的光束，檢測由自該測定部分所獲得的反射光或透過光所產生的信號光的半導體厚度非接觸測定裝置中，一邊檢測信號光的強度， 一邊使波長可變激光的波長發(fā)生變化，根據所獲得的光強度變化的波形，求出相位變化量， 并以該相位變化量為基礎，根據半導體厚度的絕對值與信號光強度的相位變化量的關系式求出半導體厚度。專利文獻專利文獻1 日本專利特開昭63-50703號公報專利文獻2 日本專利第3491337號公報
發(fā)明內容
發(fā)明所要解決的問題在對膜厚d、折射率η的薄膜照射波長λ的光的情況下，干涉光強度I由以下的式 (1)表示。再者，式中的Α、Β是根據在薄膜的上下界面的反射率而確定的常數。[數1]
權利要求
1.一種膜厚測定裝置，其特征在于，是測定具有第1面及第2面的膜狀的測定對象物的膜厚的時間變化的膜厚測定裝置，包括測定光源，其將包含遍及規(guī)定波段的波長成分的測定光供給至所述測定對象物；檢測單元，其針對每個波長檢測來自所述測定對象物的所述第1面的所述測定光的反射光、及來自所述第2面的所述測定光的反射光所重疊而成的輸出光的在各時間點的強度；以及膜厚解析單元，其求出所述測定對象物的膜厚的時間變化，所述膜厚解析單元根據在所述檢測單元中在彼此不同的兩個以上的時刻所檢測出的所述輸出光的各光譜波形，求出來自所述第1面的所述反射光與來自所述第2面的所述反射光相互干涉而生成的干涉光的強度成為極大或極小的峰值波長、或相當于相鄰的所述峰值波長的間隔的數值，并根據所述峰值波長或相當于相鄰的所述峰值波長的間隔的數值的時間變化求出所述測定對象物的膜厚的時間變化。
2.如權利要求1所述的膜厚測定裝置，其特征在于，所述膜厚解析單元運算在第1時刻T1所檢測出的所述輸出光相關的第1光譜波形 I (T1)與在不同于所述第1時刻T1的第2時刻T2所檢測出的所述輸出光相關的第2光譜波形I(T2)的差分I (T2)-I (T1),并將該差分成為零的波長作為所述峰值波長。
3.如權利要求2所述的膜厚測定裝置，其特征在于，所述膜厚解析單元使用將所述第1光譜波形I (T1)與所述第2光譜波形I (T2)重疊而成的波形ICT1HI(T2)而使所述差分標準化后，求出所述峰值波長。
4.如權利要求1所述的膜厚測定裝置，其特征在于，所述膜厚解析單元運算在第1時刻T1所檢測出的所述輸出光相關的第1光譜波形 I (T1)與在不同于所述第1時刻T1的第2時刻T2所檢測出的所述輸出光相關的第2光譜波形I(T2)的比ι(T2)/I(T1),并將該比成為ι的波長作為所述峰值波長。
5.如權利要求1所述的膜厚測定裝置，其特征在于，所述膜厚解析單元根據對在第1時刻T1所檢測出的所述輸出光相關的第1光譜波形 I (T1)與在不同于所述第1時刻T1的第2時刻T2所檢測出的所述輸出光相關的第2光譜波形I (T2)分別進行傅里葉變換而獲得的第1傅里葉變換波形F {I (T1M及第2傅里葉變換波形F{I (T2)}，求出相當于相鄰的所述峰值波長的間隔的數值，并根據該數值的時間變化求出所述測定對象物的膜厚的時間變化。
6.如權利要求5所述的膜厚測定裝置，其特征在于，相當于相鄰的所述峰值波長的間隔的所述數值為每單位波長的干涉光的光譜波形的重復數。
7.如權利要求5所述的膜厚測定裝置，其特征在于，相當于相鄰的所述峰值波長的間隔的所述數值為自每單位波長的干涉光的光譜波形的重復數換算而成的相位。
8.如權利要求1 7中任一項所述的膜厚測定裝置，其特征在于，所述測定對象物為基板上的半導體膜，所述膜厚測定裝置測定在規(guī)定的處理的執(zhí)行過程中的所述半導體膜的膜厚的時間變化。
9.如權利要求1 8中任一項所述的膜厚測定裝置，其特征在于，所述測定光源是將遍及所述規(guī)定波段的白色光作為所述測定光而供給的白色光源。
10.一種膜厚測定方法，其特征在于，是測定具有第1面及第2面的膜狀的測定對象物的膜厚的時間變化的膜厚測定方法，包括測定光供給步驟，將包含遍及規(guī)定波段的波長成分的測定光自測定光源供給至所述測定對象物；檢測步驟，針對每個波長檢測來自所述測定對象物的所述第1面的所述測定光的反射光、及來自所述第2面的所述測定光的反射光所重疊而成的輸出光的在各時間點的強度； 以及膜厚解析步驟，求出所述測定對象物的膜厚的時間變化，在所述膜厚解析步驟時，根據在所述檢測步驟中在彼此不同的兩個以上的時刻所檢測出的所述輸出光的各光譜波形，求出來自所述第1面的所述反射光與來自所述第2面的所述反射光相互干涉而生成的干涉光的強度成為極大或極小的峰值波長、或相當于相鄰的所述峰值波長的間隔的數值，并根據所述峰值波長或相當于相鄰的所述峰值波長的間隔的數值的時間變化求出所述測定對象物的膜厚的時間變化。
11.如權利要求10所述的膜厚測定方法，其特征在于，在所述膜厚解析步驟時，運算在第1時刻T1所檢測出的所述輸出光相關的第1光譜波形I (T1)與在不同于所述第1時刻T1的第2時刻T2所檢測出的所述輸出光相關的第2光譜波形I(T2)的差分I (T2)-I (T1),并將該差分成為零的波長作為所述峰值波長。
12.如權利要求11所述的膜厚測定方法，其特征在于，在所述膜厚解析步驟時，使用將所述第1光譜波形I (T1)與所述第2光譜波形I (T2)重疊而成的波形ICT1HI(T2)而使所述差分標準化后，求出所述峰值波長。
13.如權利要求10所述的膜厚測定方法，其特征在于，在所述膜厚解析步驟時，運算在第1時刻T1所檢測出的所述輸出光相關的第1光譜波形I (T1)與在不同于所述第1時刻T1的第2時刻T2所檢測出的所述輸出光相關的第2光譜波形I(T2)的比I(T2VI(T1),并將該比成為1的波長作為所述峰值波長。
14.如權利要求10所述的膜厚測定方法，其特征在于，在所述膜厚解析步驟時，根據對在第1時刻T1所檢測出的所述輸出光相關的第1光譜波形I (T1)與在不同于所述第1時刻T1的第2時刻T2所檢測出的所述輸出光相關的第2光譜波形I (T2)分別進行傅里葉變換而獲得的第1傅里葉變換波形F {I (T1M及第2傅里葉變換波形F{I (T2)}，求出相當于相鄰的所述峰值波長的間隔的數值，并根據該數值的時間變化求出所述測定對象物的膜厚的時間變化。
15.如權利要求14所述的膜厚測定方法，其特征在于，相當于相鄰的所述峰值波長的間隔的所述數值為每單位波長的干涉光的光譜波形的重復數。
16.如權利要求14所述的膜厚測定方法，其特征在于，相當于相鄰的所述峰值波長的間隔的所述數值為自每單位波長的干涉光的光譜波形的重復數換算而成的相位。
17.如權利要求10 16中任一項所述的膜厚測定方法，其特征在于，所述測定對象物為基板上的半導體膜，所述膜厚測定方法測定在規(guī)定的處理的執(zhí)行過程中的所述半導體膜的膜厚的時間變化。
18.如權利要求10 17中任一項所述的膜厚測定方法，其特征在于，所述測定光源是將遍及所述規(guī)定波段的白色光作為所述測定光而供給的白色光源。
全文摘要
膜厚測定裝置(1A)包括測定光源(28)，其將包含遍及規(guī)定波段的波長成分的測定光供給至半導體膜(15)；分光光學系統(30)及光檢測器(31)，其針對每個波長檢測來自半導體膜(15)的上表面及下表面的反射光所重疊而成的輸出光的在各時間點的強度；以及膜厚解析部(40)，其求出半導體膜(15)的膜厚(d)的時間變化。膜厚解析部(40)根據在彼此不同的時刻(T1、T2)所檢測出的輸出光的各光譜波形，求出來自上表面的反射光與來自下表面的反射光相互干涉而生成的干涉光的強度成為極大或極小的峰值波長、或相當于相鄰的峰值波長的間隔的數值，并根據該數值的時間變化求出半導體膜(15)的膜厚(d)的時間變化。由此，實現一種膜厚測定裝置及膜厚測定方法，其即使是如不滿干涉光強度的峰值的1個周期那樣的微小的膜厚的相對變化量，也可高精度地測定該膜厚變化量。
文檔編號G01B11/06GK102483320SQ201080038809
公開日2012年5月30日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權日2009年10月13日
發(fā)明者中野哲壽, 大塚賢一, 渡邊元之 申請人:浜松光子學株式會社