[發明專利]膜厚測定裝置及膜厚測定方法

有效

• 申請號: 201080038809.3
• 申請日: 2010-07-27
• 公開（公告）號: CN102483320A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發明（設計）人: 大塚賢一;中野哲壽;渡邊元之
• 申請（專利權）人: 浜松光子學株式會社
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 楊琦

技術領域

本發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

發明內容

發明所要解決的問題

在對膜厚d、折射率n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A、B是根據在薄膜的上下界面的反射率而確定的常數。

[數1]

I≈Acos(2π2ndλ)+B···(1)]]>

由式(1)可知，若膜厚d發生變化，則干涉光強度I呈余弦波狀地重復強弱。在半導體工藝中的膜厚測定中，隨著時間的經過，膜厚d單調地遞增(或遞減)，因此干涉光強度I成為將時間作為變量的余弦波函數。因此，在現有的膜厚測定中，反復檢測隨著時間的經過而變化的干涉光強度I的峰值，由此求出膜厚d的相對變化量。

然而，這樣的方式在求出足夠大至干涉光強度I的峰值多次產生的程度的膜厚d的相對變化量時是有效的，但在測定如不滿干涉光強度I的峰值的1個周期那樣的微小的膜厚d的相對變化量時，難以確保足夠的測定精度。

此處，作為測定膜厚d的其它方式，可考慮如下方式：對薄膜照射例如白色光之類的寬波段光，觀察在所獲得的干涉光的光譜中成為極大或極小的波長(峰值波長)，并根據該峰值波長的變化求出膜厚d。但是，該方式存在以下問題：寬波段光中所含的明線光譜等與干涉光一起，被包含于對薄膜照射寬波段光所獲得的反射光中，從而難以自該反射光準確地僅求出干涉光的峰值波長。

作為用以解決這樣的問題的方式，可考慮如下方式：與薄膜并列地設置參照樣品，自來自薄膜的反射光的光譜中去除來自該參照樣品的反射光的光譜。但是，在半導體工藝中的薄膜測定中，需要在溫度或壓力大幅變動的成膜腔室內設置參照樣品，從而其操作變得困難。

再者，在專利文獻1中所記載的裝置中，未考慮明線光譜之類的光源的光譜特性，從而有可能無法準確地求出膜厚。另外，在專利文獻2中所記載的裝置中，存在如下問題，即由于使用參照光學系統(參照用樣品)進行測定，因此如上所述在半導體工藝中其操作變得困難。