[发明专利]膜厚测定装置以及膜厚测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过测定分光反射率来求出形成于基材面的膜的厚度的膜厚测定装置以及膜厚测定方法。

背景技术

作为测定形成于基材面的膜的厚度的装置，有椭圆偏振光谱仪(Ellipsometer、例如专利文献1)和根据分光反射率数据的极大波长或极小波长测定膜厚的测定装置(以下称之为PV(Peak-Valley)装置)(例如专利文献2)。

椭圆偏振光谱仪多用于半导体制造领域的薄膜测定。然而存在由于投、受光角较大而难以应用于与测定对象面之间的距离变化的线的问题，由于旋转投、受光两方侧的光学元件进行测定而光学系统较为复杂且成本高昂等问题。

PV装置根据分光反射率数据的极大波长或极小波长来测定膜厚，因此分光反射率数据中必须存在极大波长或极小波长。然而在500nm以下的薄膜的分光反射率数据中通常不存在较为明确的极大波长或极小波长。因此无法使用现有的PV装置测定500nm以下的薄膜。

专利文献1：日本特开2009-68937号

专利文献2：日本特许3532165号

因此有对能够用于测定500nm以下的薄膜的简单结构的膜厚测定装置以及膜厚测定方法的需求。

发明内容

本发明的膜厚测定装置具有光源、分光传感器、处理器和存储装置，其构成为使来自上述光源的光垂直地入射到具有膜的测定对象面，使被测定对象面反射的光入射到上述分光传感器。上述存储装置存储每种膜厚的反射率分布的理论值和每种膜厚的颜色特性变量的理论值，由上述处理器使用存储于上述存储装置的每种膜厚的反射率分布的理论值或每种膜厚的颜色特性变量的理论值，根据上述分光传感器所测定的反射率分布，求出测定对象面的膜的膜厚。

本发明的膜厚测定装置使用每种膜厚的反射率分布的理论值或每种膜厚的颜色特性变量的理论值，根据分光传感器所测定的反射率分布求出测定对象面的膜的厚度，因此即便在反射率分布中不存在较为明确的极大波长或极小波长的情况下，也能求出膜厚。因此，本发明的膜厚测定装置还能用于测定500nm以下的薄膜。

本发明实施方式的膜厚测定装置还具有分束器，在测定时，来自上述光源的光经过上述分束器垂直地入射到测定对象面，被测定对象面反射之后，沿着垂直于测定对象面的方向行进，经过上述分束器后到达上述分光传感器。

根据本实施方式的膜厚测定装置，通过使用分束器，能够使来自光源的光垂直于测定对象面入射之后，把朝测定对象面的垂直方向反射的光引导至分光传感器。因此，本发明的膜厚测定装置，当在测定对象面上存在薄膜时，能测定薄膜造成的多重反射，可以提高反射率的测定精度。

本发明实施方式的膜厚测定装置还具有包括开口部的反射率零点补偿用空洞和反射率校正板，在进行反射率零点补偿时，来自上述光源的光经过上述分束器而入射到上述反射率零点补偿用空洞的上述开口部，被反射之后沿着垂直于测定对象面的方向行进，经过上述分束器到达上述分光传感器。本实施方式的膜厚测定装置，在进行反射率校正时，来自上述光源的光经过上述分束器而垂直地入射到上述反射率校正板，被上述反射率校正板反射之后沿着垂直于上述反射率校正板的方向行进，经过上述分束器到达上述分光传感器。在将测定时的上述分光传感器的输出设为V(M)、将反射率零点补偿时的上述分光传感器的输出设为V(D)、将反射率校正时的上述分光传感器的输出设为V(C)、将反射率校正板的反射率设为Rv(Ref)时，上述存储装置保持该反射率校正板的反射率Rv(Ref)，上述处理器通过式Rv(T)＝Rv(Ref)·(V(M)-V(D))/(V(C)-V(D))求出测定对象面的反射率Rv(T)。

本实施方式的膜厚测定装置能够从分光传感器的输入中去除被测定对象物表面反射的光之外的光的作用量，因此能正确对测定对象面的反射率分布进行测定。

本发明的膜厚测定方法通过膜厚测定装置对测定对象面的膜厚进行测定，该膜厚测定装置具有：分光传感器、存储每种膜厚的反射率分布的理论值和每种膜厚的颜色特性变量的理论值的存储装置、和处理器。本发明的膜厚测定方法具有：通过上述分光传感器测定具有膜的测定对象面的反射率分布的步骤；以及由上述处理器使用存储于上述存储装置的每种膜厚的反射率分布的理论值或每种膜厚的颜色特性变量的理论值，根据上述分光传感器所测定的反射率分布，求出测定对象面的膜的膜厚的步骤。