专利名称：膜厚测定装置及膜厚测定方法
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η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Α、Β是根据在薄膜的上下界面的反射率而确定的常数。[数1]
权利要求
1.一种膜厚测定装置，其特征在于，是测定具有第1面及第2面的膜状的测定对象物的膜厚的时间变化的膜厚测定装置，包括测定光源，其将包含遍及规定波段的波长成分的测定光供给至所述测定对象物；检测单元，其针对每个波长检测来自所述测定对象物的所述第1面的所述测定光的反射光、及来自所述第2面的所述测定光的反射光所重叠而成的输出光的在各时间点的强度；以及膜厚解析单元，其求出所述测定对象物的膜厚的时间变化，所述膜厚解析单元根据在所述检测单元中在彼此不同的两个以上的时刻所检测出的所述输出光的各光谱波形，求出来自所述第1面的所述反射光与来自所述第2面的所述反射光相互干涉而生成的干涉光的强度成为极大或极小的峰值波长、或相当于相邻的所述峰值波长的间隔的数值，并根据所述峰值波长或相当于相邻的所述峰值波长的间隔的数值的时间变化求出所述测定对象物的膜厚的时间变化。
2.如权利要求1所述的膜厚测定装置，其特征在于，所述膜厚解析单元运算在第1时刻T1所检测出的所述输出光相关的第1光谱波形 I (T1)与在不同于所述第1时刻T1的第2时刻T2所检测出的所述输出光相关的第2光谱波形I(T2)的差分I (T2)-I (T1),并将该差分成为零的波长作为所述峰值波长。
3.如权利要求2所述的膜厚测定装置，其特征在于，所述膜厚解析单元使用将所述第1光谱波形I (T1)与所述第2光谱波形I (T2)重叠而成的波形ICT1HI(T2)而使所述差分标准化后，求出所述峰值波长。
4.如权利要求1所述的膜厚测定装置，其特征在于，所述膜厚解析单元运算在第1时刻T1所检测出的所述输出光相关的第1光谱波形 I (T1)与在不同于所述第1时刻T1的第2时刻T2所检测出的所述输出光相关的第2光谱波形I(T2)的比ι(T2)/I(T1),并将该比成为ι的波长作为所述峰值波长。
5.如权利要求1所述的膜厚测定装置，其特征在于，所述膜厚解析单元根据对在第1时刻T1所检测出的所述输出光相关的第1光谱波形 I (T1)与在不同于所述第1时刻T1的第2时刻T2所检测出的所述输出光相关的第2光谱波形I (T2)分别进行傅里叶变换而获得的第1傅里叶变换波形F {I (T1M及第2傅里叶变换波形F{I (T2)}，求出相当于相邻的所述峰值波长的间隔的数值，并根据该数值的时间变化求出所述测定对象物的膜厚的时间变化。
6.如权利要求5所述的膜厚测定装置，其特征在于，相当于相邻的所述峰值波长的间隔的所述数值为每单位波长的干涉光的光谱波形的重复数。
7.如权利要求5所述的膜厚测定装置，其特征在于，相当于相邻的所述峰值波长的间隔的所述数值为自每单位波长的干涉光的光谱波形的重复数换算而成的相位。
8.如权利要求1 7中任一项所述的膜厚测定装置，其特征在于，所述测定对象物为基板上的半导体膜，所述膜厚测定装置测定在规定的处理的执行过程中的所述半导体膜的膜厚的时间变化。
9.如权利要求1 8中任一项所述的膜厚测定装置，其特征在于，所述测定光源是将遍及所述规定波段的白色光作为所述测定光而供给的白色光源。
10.一种膜厚测定方法，其特征在于，是测定具有第1面及第2面的膜状的测定对象物的膜厚的时间变化的膜厚测定方法，包括测定光供给步骤，将包含遍及规定波段的波长成分的测定光自测定光源供给至所述测定对象物；检测步骤，针对每个波长检测来自所述测定对象物的所述第1面的所述测定光的反射光、及来自所述第2面的所述测定光的反射光所重叠而成的输出光的在各时间点的强度； 以及膜厚解析步骤，求出所述测定对象物的膜厚的时间变化，在所述膜厚解析步骤时，根据在所述检测步骤中在彼此不同的两个以上的时刻所检测出的所述输出光的各光谱波形，求出来自所述第1面的所述反射光与来自所述第2面的所述反射光相互干涉而生成的干涉光的强度成为极大或极小的峰值波长、或相当于相邻的所述峰值波长的间隔的数值，并根据所述峰值波长或相当于相邻的所述峰值波长的间隔的数值的时间变化求出所述测定对象物的膜厚的时间变化。
11.如权利要求10所述的膜厚测定方法，其特征在于，在所述膜厚解析步骤时，运算在第1时刻T1所检测出的所述输出光相关的第1光谱波形I (T1)与在不同于所述第1时刻T1的第2时刻T2所检测出的所述输出光相关的第2光谱波形I(T2)的差分I (T2)-I (T1),并将该差分成为零的波长作为所述峰值波长。
12.如权利要求11所述的膜厚测定方法，其特征在于，在所述膜厚解析步骤时，使用将所述第1光谱波形I (T1)与所述第2光谱波形I (T2)重叠而成的波形ICT1HI(T2)而使所述差分标准化后，求出所述峰值波长。
13.如权利要求10所述的膜厚测定方法，其特征在于，在所述膜厚解析步骤时，运算在第1时刻T1所检测出的所述输出光相关的第1光谱波形I (T1)与在不同于所述第1时刻T1的第2时刻T2所检测出的所述输出光相关的第2光谱波形I(T2)的比I(T2VI(T1),并将该比成为1的波长作为所述峰值波长。
14.如权利要求10所述的膜厚测定方法，其特征在于，在所述膜厚解析步骤时，根据对在第1时刻T1所检测出的所述输出光相关的第1光谱波形I (T1)与在不同于所述第1时刻T1的第2时刻T2所检测出的所述输出光相关的第2光谱波形I (T2)分别进行傅里叶变换而获得的第1傅里叶变换波形F {I (T1M及第2傅里叶变换波形F{I (T2)}，求出相当于相邻的所述峰值波长的间隔的数值，并根据该数值的时间变化求出所述测定对象物的膜厚的时间变化。
15.如权利要求14所述的膜厚测定方法，其特征在于，相当于相邻的所述峰值波长的间隔的所述数值为每单位波长的干涉光的光谱波形的重复数。
16.如权利要求14所述的膜厚测定方法，其特征在于，相当于相邻的所述峰值波长的间隔的所述数值为自每单位波长的干涉光的光谱波形的重复数换算而成的相位。
17.如权利要求10 16中任一项所述的膜厚测定方法，其特征在于，所述测定对象物为基板上的半导体膜，所述膜厚测定方法测定在规定的处理的执行过程中的所述半导体膜的膜厚的时间变化。
18.如权利要求10 17中任一项所述的膜厚测定方法，其特征在于，所述测定光源是将遍及所述规定波段的白色光作为所述测定光而供给的白色光源。
全文摘要
膜厚测定装置(1A)包括测定光源(28)，其将包含遍及规定波段的波长成分的测定光供给至半导体膜(15)；分光光学系统(30)及光检测器(31)，其针对每个波长检测来自半导体膜(15)的上表面及下表面的反射光所重叠而成的输出光的在各时间点的强度；以及膜厚解析部(40)，其求出半导体膜(15)的膜厚(d)的时间变化。膜厚解析部(40)根据在彼此不同的时刻(T1、T2)所检测出的输出光的各光谱波形，求出来自上表面的反射光与来自下表面的反射光相互干涉而生成的干涉光的强度成为极大或极小的峰值波长、或相当于相邻的峰值波长的间隔的数值，并根据该数值的时间变化求出半导体膜(15)的膜厚(d)的时间变化。由此，实现一种膜厚测定装置及膜厚测定方法，其即使是如不满干涉光强度的峰值的1个周期那样的微小的膜厚的相对变化量，也可高精度地测定该膜厚变化量。
文档编号G01B11/06GK102483320SQ201080038809
公开日2012年5月30日 申请日期2010年7月27日 优先权日2009年10月13日
发明者中野哲寿, 大塚贤一, 渡边元之 申请人:浜松光子学株式会社