[发明专利]膜厚测量装置以及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量形成于基板上的半导体膜等的膜状的测量对象物的膜厚的时间变化的膜厚测量装置以及膜厚测量方法。

背景技术

在半导体制造工艺中，例如，在蚀刻处理的执行中，基板上的半导体膜的膜厚随着时间变化减少。另外，在薄膜形成处理的执行中，半导体膜的膜厚随着时间变化增加。在这样的半导体工艺中，为了处理的终点检测等的工艺控制，需要进行半导体膜的膜厚的时间变化的在原位(In-Situ)的测量。

作为这样的半导体膜的膜厚的测量方法，已知有对半导体膜照射规定波长的测量光，并检测来自半导体膜的上面的反射光与来自下面的反射光相干涉的干涉光的方法。在该方法中，若半导体膜的膜厚发生变化，则来自上面的反射光与来自下面的反射光之间的光路长差发生变化。因此，利用伴随着该光路长差的变化的干涉光的检测强度(干涉强度)的时间变化，可测量在各时点的半导体膜的膜厚(例如参照专利文献1～4)。

专利文献1：日本特许第2612089号公报

专利文献2：日本特许第2656869号公报

专利文献3：日本特许第3491337号公报

专利文献4：日本特开昭63-50703号公报

发明内容

发明所要解决的问题

上述的半导体膜的膜厚的时间变化的测量中，为了提高半导体制造工艺的控制精度等，要求能进一步提高膜厚的测量精度，尤其要求提高膜厚的绝对值的测量精度。然而，现有的测量方法有时会无法获得充分的膜厚的测量精度。

例如，专利文献1所记载的方法中，如上所述检测来自上面的反射光与来自下面的反射光的干涉光，并从该检测的干涉强度的时间变化算出膜厚。然而，该方法以能正确地检测干涉强度的周期性变化为前提，例如在光强度的周期性变化最初成为最大的时点不明确的情况下，基准时的膜厚值会成为不正确，从而对于膜厚的绝对值存在难以正确地测量其时间变化的问题。

另外，专利文献2中，公开了使用将来自半导体膜的反射光中的在2个波长的光强度的时间微分的绝对值进行加法运算后的信号，进行蚀刻的终点检测的方法。另外，专利文献3中，公开了照射来自波长可变激光的光束而检测来自半导体膜的反射光或透射光，并且由使波长变化所获得的相对于波长的光强度变化的波形求得膜厚的方法。另外，专利文献4中，公开了将来自半导体膜的反射光或透射光进行分光并检测，使用关于各波长的输出中的极大值与极小值求得膜厚的方法。然而，在这些方法中，也难以正确地测量膜厚的绝对值的时间变化。这样的问题在半导体膜以外的膜状的测量对象物的膜厚的时间变化的测量中也同样存在。

本发明是为了解决上述的问题而完成的发明，其目的在于提供一种可高精度地测量膜状的测量对象物的膜厚的时间变化的膜厚测量装置以及膜厚测量方法。

解决问题的技术手段

为了达成这样的目的，本发明的膜厚测量装置的特征在于，是测量具有第1面及第2面的膜状的测量对象物的膜厚随时间的变化的膜厚测量装置，具备：(1)测量光源，其将至少包含具有第1波长的第1测量光成分、及具有与第1波长不同的第2波长的第2测量光成分的测量光，供给至测量对象物；(2)分光单元，其对于测量光的来自测量对象物的第1面的反射光与来自第2面的反射光相干涉所形成的干涉光，分解成可分别检测的第1波长的第1干涉光成分及第2波长的第2干涉光成分；(3)检测单元，其检测第1干涉光成分及第2干涉光成分各自在各时点的强度；以及(4)膜厚解析单元，其基于第1干涉光成分的检测强度的时间变化中的第1相位与第2干涉光成分的检测强度的时间变化中的第2相位的相位差，求得测量对象物的膜厚随时间的变化。

同样地，本发明的膜厚测量方法的特征在于，是测量具有第1面及第2面的膜状的测量对象物的膜厚随时间的变化的膜厚测量方法，包含：(1)测量光供给步骤，将至少包含具有第1波长的第1测量光成分、及具有与第1波长不同的第2波长的第2测量光成分的测量光，从测量光源供给至测量对象物；(2)分光步骤，对于测量光的来自测量对象物的第1面的反射光与来自第2面的反射光相干涉所形成的干涉光，分解成可分别检测的第1波长的第1干涉光成分及第2波长的第2干涉光成分；(3)检测步骤，检测第1干涉光成分及第2干涉光成分各自在各时点的强度；以及(4)膜厚解析步骤，基于第1干涉光成分的检测强度的时间变化中的第1相位与第2干涉光成分的检测强度的时间变化中的第2相位的相位差，求得测量对象物的膜厚随时间的变化。