[发明专利]膜厚测定装置及膜厚测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测定形成于基板上的半导体膜等膜状的测定对象物的膜厚的时间变化的膜厚测定装置、以及膜厚测定方法。

背景技术

在半导体制造工艺中，例如在蚀刻处理的执行过程中，基板上的半导体膜的膜厚以减少的方式进行时间变化。另外，在薄膜形成处理的执行过程中，半导体膜的膜厚以增加的方式进行时间变化。在这样的半导体工艺中，为了进行处理的终点检测等的工艺控制，必需进行半导体膜的膜厚的时间变化的在现场(In-Situ)的测定。

作为这样的半导体膜的膜厚的测定方法，利用如下方法，即对半导体膜照射规定波长的测定光，检测来自半导体膜的上表面的反射光与来自下表面的反射光相干涉而生成的干涉光。在该方法中，若半导体膜的膜厚发生变化，则来自上表面的反射光与来自下表面的反射光之间的光程长度差会发生变化。因此，可利用伴随该光程长度差的变化的干涉光的检测强度(干涉光强度)的时间变化，测定在各时间点的半导体膜的膜厚。

例如，专利文献1中所记载的膜厚测定装置是利用分光单元对来自被测定对象的透过光或反射光进行分光并检测干涉条纹，根据针对各波长的检测输出中关于最大值与最小值的差为规定值时的极值的输出，运算被测定对象的膜厚。另外，在专利文献2中记载有如下技术：在对测定部分照射来自波长可变激光的光束，检测由自该测定部分所获得的反射光或透过光所产生的信号光的半导体厚度非接触测定装置中，一边检测信号光的强度，一边使波长可变激光的波长发生变化，根据所获得的光强度变化的波形，求出相位变化量，并以该相位变化量为基础，根据半导体厚度的绝对值与信号光强度的相位变化量的关系式求出半导体厚度。

专利文献

专利文献1：日本专利特开昭63-50703号公报

专利文献2：日本专利第3491337号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在对膜厚d、折射率n的薄膜照射波长λ的光的情况下，干涉光强度I由以下的式(1)表示。再者，式中的A、B是根据在薄膜的上下界面的反射率而确定的常数。

[数1]

I≈Acos(2π2ndλ)+B···(1)]]>

由式(1)可知，若膜厚d发生变化，则干涉光强度I呈余弦波状地重复强弱。在半导体工艺中的膜厚测定中，随着时间的经过，膜厚d单调地递增(或递减)，因此干涉光强度I成为将时间作为变量的余弦波函数。因此，在现有的膜厚测定中，反复检测随着时间的经过而变化的干涉光强度I的峰值，由此求出膜厚d的相对变化量。

然而，这样的方式在求出足够大至干涉光强度I的峰值多次产生的程度的膜厚d的相对变化量时是有效的，但在测定如不满干涉光强度I的峰值的1个周期那样的微小的膜厚d的相对变化量时，难以确保足够的测定精度。

此处，作为测定膜厚d的其它方式，可考虑如下方式：对薄膜照射例如白色光之类的宽波段光，观察在所获得的干涉光的光谱中成为极大或极小的波长(峰值波长)，并根据该峰值波长的变化求出膜厚d。但是，该方式存在以下问题：宽波段光中所含的明线光谱等与干涉光一起，被包含于对薄膜照射宽波段光所获得的反射光中，从而难以自该反射光准确地仅求出干涉光的峰值波长。

作为用以解决这样的问题的方式，可考虑如下方式：与薄膜并列地设置参照样品，自来自薄膜的反射光的光谱中去除来自该参照样品的反射光的光谱。但是，在半导体工艺中的薄膜测定中，需要在温度或压力大幅变动的成膜腔室内设置参照样品，从而其操作变得困难。

再者，在专利文献1中所记载的装置中，未考虑明线光谱之类的光源的光谱特性，从而有可能无法准确地求出膜厚。另外，在专利文献2中所记载的装置中，存在如下问题，即由于使用参照光学系统(参照用样品)进行测定，因此如上所述在半导体工艺中其操作变得困难。