TWI766116B - 膜厚計測裝置、膜厚計測方法、膜厚計測程式及記錄膜厚計測程式之記錄媒體 - Google Patents
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Abstract
本發明之膜厚計測裝置1具備：光輸出部12，其輸出計測光L1；分光檢測部13，其對被檢測光L2進行分光檢測；及解析部15，其將自分光檢測部13之檢測結果獲得之計測對象物S之每一波長之實測反射率與理論反射率進行比較，而解析第1膜4之膜厚及第2膜5之膜厚；且解析部15使用第1波長範圍內之計測對象物S之每一波長之實測反射率與理論反射率的比較結果求得膜厚之最佳解之候選，並且使用與第1波長範圍不同之第2波長範圍內之計測對象物S之每一波長之實測反射率與理論反射率的比較結果自最佳解之候選中決定膜厚之最佳解。
Description
本發明係關於一種膜厚計測裝置、膜厚計測方法、膜厚計測程式及記錄膜厚計測程式之記錄媒體。
近年來，3D-NAND記憶體作為與先前之二維記憶體相比可實現高密度之儲存之器件而備受關注。3D-NAND記憶體係藉由垂直積層資料儲存單元之層而構成。各資料儲存單元為在矽基板上重複積層矽氧化膜與矽氮化膜之多層膜構造，1對矽氧化膜及矽氮化膜形成1個資料儲存單元。由於該器件之記憶體容量與矽氧化膜及矽氮化膜之對數成比例，故器件之多層化及薄膜化日新月異。膜厚之不均一性影響器件之電性特性，成膜速率之不均一性招致因清潔之增加所致之生產效率之降低。因而，製造器件時之膜厚之品質管理及成膜之制程控制之重要性不斷增強。
基於更正確地實施制程控制之觀點，較佳的是個別地計測經成膜之各膜之膜厚。作為膜厚之計測技術業已知悉掃描式電子顯微鏡(SEM)、及穿透式電子顯微鏡(TEM)之剖面觀察技術。然而，在該等方法中實施形態上之制約較多，可謂不適合對以制程控制為目的之線上膜厚監視器應用。
當考量對線上膜厚監視器應用時可舉出使用分光之方法(分光法)。當使用分光法時，由於測定頭對成膜裝置之組裝入為簡便，且實施形態上之制約為少，故與剖面觀察技術相比容易對線上膜厚監視器應用。作為使用分光法之膜厚測定法有例如專利文獻1所記載之薄膜測定方法。在該先前之薄膜測定方法中，比較計測對象物之每一波長之實測反射率與理論反射率，並使用曲線擬合法解析薄膜之膜厚。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2005-140726號公報
[發明所欲解決之問題]
在使用曲線擬合法之膜厚之解析中，一面使解析變量(例如膜厚)變化一面探索實測反射率與理論反射率之間之擬合殘差成為最小值之最佳解。然而，有在擬合殘差之解中除存在最佳解外還存在成為極小值之解(以下稱為局部解)之情形。解析變量或探索範圍越變廣，上述之局部解存在多數個之可能性越變高。因而，當對具有多層膜構造之計測對象物單純地應用使用曲線擬合法之膜厚之解析時，可能有實測反射率與理論反射率之比較運算次數變得巨大、及因局部解之增加而難以探索最佳解的問題。
本發明係為了解決上述課題而完成者，目的在於提供一種對具有多層膜構造之計測對象物可迅速且高精度實施線上之膜厚之計測的膜厚計測裝置、膜厚計測方法、膜厚計測程式及記錄膜厚計測程式之記錄媒體。 [解決問題之技術手段]
本發明之一態樣之膜厚計測裝置係針對在基板上交替地積層複數個第1膜與第2膜而成之計測對象物計測第1膜之膜厚及第2膜之膜厚者，且具備：光輸出部，其對計測對象物輸出計測光；分光檢測部，其對來自計測對象物之被檢測光進行分光檢測；及解析部，其將自分光檢測部之檢測結果獲得之計測對象物之每一波長之實測反射率與理論反射率進行比較，而解析第1膜之膜厚及第2膜之膜厚；且解析部使用第1波長範圍內之計測對象物之每一波長之實測反射率與理論反射率的比較結果，求得第1膜之膜厚及第2膜之膜厚之最佳解之候選，並且使用與第1波長範圍不同之第2波長範圍內之計測對象物之每一波長之實測反射率與理論反射率的比較結果，自最佳解之候選中決定第1膜之膜厚及第2膜之膜厚之最佳解。
在該膜厚計測裝置中，藉由使用不同之二個波長範圍比較實測反射率與理論反射率，而自最佳解之候選中決定第1膜之膜厚及第2膜之膜厚之最佳解。即便第1膜及第2膜之膜厚之和相同，但當第1膜之膜厚及第2膜之膜厚不同時，仍可能在對於第1波長範圍之理論反射率與對於第2波長範圍之理論反射率產生差異。因而，藉由利用第1波長範圍求得最佳解之候選，利用第2波長範圍自最佳解之候選中決定最佳解，而可迅速且高精度實施對具有多層膜構造之計測對象物之膜厚之計測。又，在該膜厚計測裝置中，由於使用分光法故實施形態上之制約為少，與剖面觀察技術相比容易對線上膜厚監視器應用。
解析部對實測反射率與理論反射率之比較可基於假定為第1膜之膜厚及第2膜之膜厚在各層為相同之超晶格模型而進行。藉由使用超晶格模型而可大幅地減少最佳解之候選及用於決定最佳解之解析變量，從而能夠減輕解析負載。又，即便在使用超晶格模型時仍存在多數個局部解之問題可藉由比較利用上述之不同之二個波長範圍之實測反射率與理論反射率而消除。
解析部所使用之第2波長範圍可包含較第1波長範圍更短波長側之範圍。對於第1波長範圍之理論反射率與對於第2波長範圍之理論反射率之間之差異容易在短波長側產生。因而，藉由在第2波長範圍內包含與第1波長範圍相比為短波長側之範圍，而可自最佳解之候選中更確實地決定最佳解。
解析部所使用之第2波長範圍可包含紫外光區。對於第1波長範圍之理論反射率與對於第2波長範圍之理論反射率之間之差異容易在紫外光區產生。因而，藉由在第2波長範圍內包含紫外光區，而可自最佳解之候選中更確實地決定最佳解。
解析部所使用之第2波長範圍可包含200 nm～300 nm之範圍。對於第1波長範圍之理論反射率與對於第2波長範圍之理論反射率之間之差異容易在200 nm～300 nm之範圍內產生。因而，藉由在第2波長範圍內包含200 nm～300 nm之範圍，而可自最佳解之候選中更確實地決定最佳解。
解析部所使用之第1波長範圍可包含300 nm～800 nm之範圍。藉由在第1波長範圍內包含300 nm～800 nm之範圍，而可更確實地產生對於第1波長範圍之理論反射率與對於第2波長範圍之理論反射率之間之差異。因而，藉由在第1波長範圍內包含300 nm～800 nm之範圍，而可自最佳解之候選中更確實地決定最佳解。
被檢測光可為透過計測對象物之計測光之透過光或由計測對象物反射之計測光之反射光。此時，可適宜地實施被檢測光之分光。
第1膜可為矽氧化膜，第2膜可為矽氮化膜。此時，可適宜地實現對於具有3D-NAND記憶體等多層膜構造之器件的線上膜厚監視器。
本發明之一態樣之膜厚計測方法係針對在基板上交替地積層複數個第1膜與第2膜而成之計測對象物計測第1膜之膜厚及第2膜之膜厚者，且包含：光輸出步驟，其對計測對象物輸出計測光；分光檢測步驟，其對來自計測對象物之被檢測光進行分光檢測；及解析步驟，其將自分光檢測結果獲得之計測對象物之每一波長之實測反射率與理論反射率進行比較，而解析第1膜之膜厚及第2膜之膜厚；且解析步驟具有：候選決定步驟，其使用第1波長範圍內之計測對象物之每一波長之實測反射率與理論反射率的比較結果，求得第1膜之膜厚及第2膜之膜厚之最佳解之候選；及最佳解決定步驟，其使用與第1波長範圍不同之第2波長範圍內之計測對象物之每一波長之實測反射率與理論反射率的比較結果，自最佳解之候選中決定第1膜之膜厚及第2膜之膜厚之最佳解。
在該膜厚計測方法中，藉由使用不同之二個波長範圍比較實測反射率與理論反射率，而自最佳解之候選中決定第1膜之膜厚及第2膜之膜厚之最佳解。即便第1膜及第2膜之膜厚之和相同，但當第1膜之膜厚及第2膜之膜厚不同時，仍可能在對於第1波長範圍之理論反射率與對於第2波長範圍之理論反射率產生差異。因而，藉由利用第1波長範圍求得最佳解之候選，利用第2波長範圍自最佳解之候選中決定最佳解，而可迅速且高精度實施對具有多層膜構造之計測對象物之膜厚之計測。又，在該膜厚計測方法中，由於使用分光法故實施形態上之制約為少，與剖面觀察技術相比容易對線上膜厚監視器應用。
解析步驟之實測反射率與理論反射率之比較可基於假定為第1膜之膜厚及第2膜之膜厚在各層為相同之超晶格模型而進行。藉由使用超晶格模型而可大幅地減少最佳解之候選及用於決定最佳解之解析變量，從而能夠減輕解析負載。又，即便在使用超晶格模型時仍存在多數個局部解之問題可藉由比較利用上述之不同之二個波長範圍之實測反射率與理論反射率而消除。
解析步驟所使用之第2波長範圍可包含較第1波長範圍更短波長側之範圍。對於第1波長範圍之理論反射率與對於第2波長範圍之理論反射率之間之差異容易在短波長側產生。因而，藉由在第2波長範圍內包含與第1波長範圍相比為短波長側之範圍，而可自最佳解之候選中更確實地決定最佳解。
解析步驟所使用之第2波長範圍可包含紫外光區。對於第1波長範圍之理論反射率與對於第2波長範圍之理論反射率之間之差異容易在紫外光區產生。因而，藉由在第2波長範圍內包含紫外光區，而可自最佳解之候選中更確實地決定最佳解。
解析步驟所使用之第2波長範圍可包含200 nm～300 nm之範圍。對於第1波長範圍之理論反射率與對於第2波長範圍之理論反射率之間之差異容易在200 nm～300 nm之範圍內產生。因而，藉由在第2波長範圍內包含200 nm～300 nm之範圍，而可自最佳解之候選中更確實地決定最佳解。
解析步驟所使用之第1波長範圍可包含300 nm～800 nm之範圍。藉由在第1波長範圍內包含300 nm～800 nm之範圍，而可更確實地產生對於第1波長範圍之理論反射率與對於第2波長範圍之理論反射率之間之差異。因而，藉由在第1波長範圍內包含300 nm～800 nm之範圍，而可自最佳解之候選中更確實地決定最佳解。
作為被檢測光，可使用透過計測對象物之計測光之透過光或由計測對象物反射之計測光之反射光。此時，可適宜地實施被檢測光之分光。
第1膜可為矽氧化膜，第2膜可為矽氮化膜。該情形時，可較佳地實現對於具有3D-NAND記憶體等多層膜構造之器件的線上膜厚監視器。
又，本發明之一態樣之膜厚計測程式係針對在基板上交替地積層複數個第1膜與第2膜而成之計測對象物計測第1膜之膜厚及第2膜之膜厚者，其使電腦作為將自分光檢測部之檢測結果獲得之計測對象物之每一波長之實測反射率與理論反射率進行比較而解析第1膜之膜厚及第2膜之膜厚的解析部而發揮功能，且藉由解析部執行下述處理：使用第1波長範圍內之計測對象物之每一波長之實測反射率與理論反射率的比較結果，求得第1膜之膜厚及第2膜之膜厚之最佳解之候選；及使用與第1波長範圍不同之第2波長範圍內之計測對象物之每一波長之實測反射率與理論反射率的比較結果，自最佳解之候選中決定第1膜之膜厚及第2膜之膜厚之最佳解。
又，本發明之一態樣之記錄膜厚計測程式之記錄媒體係記錄上述膜厚計測程式之電腦可讀取之記錄媒體。
在應用該等膜厚計測程式及記錄媒體之電腦中，藉由使用不同之二個波長範圍比較實測反射率與理論反射率，而自最佳解之候選中決定第1膜之膜厚及第2膜之膜厚之最佳解。即便第1膜及第2膜之膜厚之和相同，但第1膜之膜厚及第2膜之膜厚不同之情形時，仍可能在對於第1波長範圍之理論反射率與對於第2波長範圍之理論反射率之間產生差異。因而，藉由根據第1波長範圍求得最佳解之候選，根據第2波長範圍自最佳解之候選中決定最佳解，而可迅速且高精度地實施對具有多層膜構造之計測對象物之膜厚計測。又，在該膜厚計測方法中，由於使用分光法，故實施形態上之侷限亦少，與剖面觀察技術相比較容易應用於線上膜厚監視器。 [發明之效果]
根據本發明對具有多層膜構造之計測對象物可迅速且高精度實施線上之膜厚之計測。
以下，一面參照圖式一面針對本發明之一態樣之膜厚計測裝置及膜厚計測方法之較佳之實施形態詳細地說明。 [膜厚計測裝置之構成]
圖1係顯示膜厚計測裝置之一實施形態之概略構成圖。該膜厚計測裝置1係計測構成計測對象物S之膜之膜厚之裝置。在本實施形態中，膜厚計測裝置1構成為成膜裝置2之線上膜厚監視器。計測對象物S係例如具有在基板3上交替地積層複數個第1膜4及第2膜5(參照圖3)而成之多層膜構造6的器件。計測對象物S配置於設置於成膜裝置2之腔室7內之載台8上。
如圖1所示，在膜厚計測裝置1連接有控制裝置9。控制裝置9係控制膜厚計測裝置1之動作之裝置，例如由電腦構成。電腦構成為具備例如RAM、ROM等之記憶體、及CPU等之處理器(運算電路)、通訊介面、以及硬碟等之儲存部。作為上述之電腦可舉出例如個人電腦、微電腦、雲端伺服器、智慧型裝置(智慧型手機、及平板型終端等)等。
在控制裝置9連接有監視器等之顯示裝置10及鍵盤、滑鼠等之輸入裝置11。在顯示裝置10顯示例如由膜厚計測裝置1計測之膜厚、及所設定之計測條件等。又，輸入裝置11基於使用者之操作對控制裝置9執行計測之開始之輸入、及計測條件之輸入等各種輸入。此外，控制裝置9、顯示裝置10、及輸入裝置11可作為膜厚計測裝置1之構成被組裝入。
膜厚計測裝置1係如圖1所示般構成為具備光輸出部12、分光檢測部13、計測頭14、及解析部15。光輸出部12對計測對象物S輸出計測光L1。光輸出部12由例如輸出包含紫外光區之波長之白色光之光源裝置構成。作為上述之光源裝置可舉出例如組合有氙氣燈、重氫燈及鹵素燈之燈等。
分光檢測部13對來自計測對象物S之被檢測光L2進行分光檢測。分光檢測部13係所謂之多通道型分光檢測器。分光檢測部13例如利用光柵或稜鏡等之分光元件將被檢測光L2分光為各波長成分，並利用光感測器群檢測分光之各波長之光之強度。光感測器群例如藉由複數個受光部一維排列而構成。光感測器群利用與各波長對應之受光部檢測被檢測光L2之各波長成分之光之強度，並將檢測結果輸出至解析部15。
計測頭14對配置於成膜裝置2之腔室7內之計測對象物S進行計測光L1之照射及被檢測光L2之受光。計測頭14藉由例如光纖等之導光構件16、17而與光輸出部12及分光檢測部13分別光學連接，且配置於設置於成膜裝置2之腔室7之視窗18之附近。來自光輸出部12之計測光L1由導光構件16導光，自計測頭14經由視窗18入射至計測對象物S。又，來自計測對象物S之被檢測光L2經由視窗18入射至計測頭14。入射至計測頭14之被檢測光L2由導光構件17導光，入射至分光檢測部13。此外，在圖1之例中，將由計測對象物S反射之計測光L1之反射光用作被檢測光L2，但被檢測光L2可為透過計測對象物S之計測光L1之透過光。
解析部15解析構成計測對象物S之膜之膜厚。解析部15例如可與控制裝置9相同地由電腦構成，可由FPGA(Field-Programmable Gate Array，場可程式化閘陣列)之積體電路構成。解析部15當自分光檢測部13接收被檢測光L2之各波長成分之光之強度的檢測結果時，基於該檢測結果將計測對象物S之每一波長之實測反射率與理論反射率進行比較，而解析第1膜4之膜厚及第2膜5之膜厚。
更具體而言，解析部15利用第1波長範圍之計測對象物S之每一波長之實測反射率與理論反射率的比較結果求得第1膜4之膜厚及第2膜5之膜厚之最佳解之候選。又，解析部15利用與第1波長範圍不同之第2波長範圍之計測對象物S之每一波長之實測反射率與理論反射率的比較結果自最佳解之候選中決定第1膜4之膜厚及第2膜之膜厚之最佳解。 [解析部之膜厚之解析原理]
當白色光入射至形成於計測對象物S之基板3上之多層膜構造6時，因由基板3之表面反射之光與由膜之表面反射之光產生干涉光。基於該干涉光之強度算出之反射率之波長分佈為相應於膜之厚度之分佈。有下述之傾向，即：膜之厚度越大，在反射率之波長分佈中峰谷之數目越增加，且短波長側之峰谷之間隔與長波長側之峰谷之間隔相比變短。
在解析部15中，根據利用該傾向之曲線擬合法解析第1膜4之膜厚及第2膜5之膜厚。亦即，解析部15基於實際測定之反射率之波長分佈(實測反射率)與將膜之厚度設為特定之值時之理論性反射率(理論反射率)的擬合程度求得計測對象物S之第1膜4之膜厚及第2膜5之膜厚。在曲線擬合法中，將第1膜4之膜厚及第2膜5之膜厚分別設為解析變量並使其等不斷變化，探索擬合殘差(例如實測反射率與理論反射率之差之平方和)變為最小之膜厚，並將其決定為第1膜4之膜厚及第2膜5之膜厚。
曲線擬合法係自先前以來知悉之方法，但如圖2所示般有除存在應該求得之最佳解外還存在擬合殘差成為極小值之解(以下稱為局部解)之情形。解析變量或探索範圍越變廣，上述之局部解存在多數個之可能性越變高。有根據初始值設定等之解析條件探索到局部解，無法正確地探索最佳解之虞。因而，當對具有多層膜構造6之計測對象物S單純地應用使用曲線擬合法之膜厚之解析時，可能有實測反射率與理論反射率之比較運算次數變得巨大、及因局部解之增加而難以探索最佳解的問題。
在本實施形態中，在解析計測對象物S之第1膜4之膜厚及第2膜5之膜厚時，解析部15之實測反射率與理論反射率之比較係基於假定為第1膜4之膜厚及第2膜5之膜厚在各層相同之超晶格模型進行。圖3所示之計測對象物S具有將擴散層即1層第1膜4與32對(64層)第1膜4及第2膜5在基板3上積層共計65層而成的多層膜構造。作為上述之計測對象物S可舉出3D-NAND記憶體等。此時，例如，基板3係矽基板，第1膜4係矽氧化膜(SiOX
)，第2膜5係矽氮化膜(SiNX
)。
在此種針對計測對象物S之通常之曲線擬合法中使用65個解析變量。然而，當使用超晶格模型時，由於假定為第1膜4各層之膜厚互為相同，第2膜5各層之膜厚互為相同，故不依賴第1膜4及第2膜5之對數，解析變量僅為2個。此時，第1膜4之膜厚為第1解析變量，第2膜5之膜厚為第2解析變量。
圖4係顯示圖3所示之計測對象物S之實測反射率與理論反射率之比較結果之一例之圖。在該圖中，在X軸表示SiO膜厚(第1膜4之膜厚)，在Y軸表示SiN膜厚(第2膜5之膜厚)，在Z軸表示實測反射率與理論反射率之間之擬合殘差(殘差圖)。又，圖5顯示圖4之XY平面，圖6顯示圖4之XZ平面。根據該等結果可知，即便在使用超晶格模型時仍存在多數個針對第1膜4之膜厚及第2膜5之膜厚之局部解。又，根據圖5之結果可知，在第1膜4及第2膜5之膜厚(光學厚度)之和相同之所有組合中擬合殘差與其他之組合相比為小。再者，根據圖6之結果可知，在第1膜4及第2膜5之膜厚(光學厚度)之和相同之所有組合中週期性地存在多數個局部解，且在局部解與最佳解之間擬合殘差之數值差微小。
圖7係顯示針對第1膜4及第2膜5之膜厚(光學厚度)之和相同之組合的第1波長範圍之理論反射率之圖。在該圖中，在橫軸表示波長，在縱軸表示反射率。作為第1波長範圍例示有300 nm～800 nm。作為第1膜4及第2膜5之膜厚(光學厚度)之和相同之組合顯示有3個組合，即：1)SiO：26.3 nm/SiN：34.0 nm、2)SiO：25.0 nm/SiN：35.0 nm、3)SiO：23.7 nm/SiN：36.0 nm。將該等厚度乘以膜之折射率之光學厚度互為相同。根據圖7之結果可知，針對第1膜4及第2膜5之膜厚(光學厚度)之和相同之組合，在第1波長範圍內在理論反射率上幾乎無差別。
另一方面，圖8係顯示針對第1膜4及第2膜5之膜厚(光學厚度)之和相同之組合的第2波長範圍之理論反射率之圖。在該圖中，在橫軸表示波長，在縱軸表示反射率。第2波長範圍包含與第1波長範圍相比為短波長側之範圍，且包含紫外光區。此處，作為第2波長範圍例示有200 nm～300 nm。第1膜4及第2膜5之膜厚(光學厚度)之和相同之組合與圖7相同。在圖8之例中可知，即便第1膜4及第2膜5之膜厚(光學厚度)之和相同，但第1膜4之膜厚越薄(第2膜5之膜厚越厚)，於220 nm附近顯示之反射率之上升部分K越朝長波長側偏移。因而，藉由利用該特徵以解析部15進行實測反射率與理論反射率之比較，而可解決因局部解之增加而難以探索最佳解的問題。 [膜厚計測裝置之動作]
基於上述原理，在膜厚計測裝置1中執行光輸出步驟、分光檢測步驟、及解析步驟。在光輸出步驟中，對計測對象物S輸出計測光L1。在光輸出步驟中，自光輸出部12輸出之白色光由導光構件16導光自計測頭14出射並經由視窗18入射至成膜裝置2之腔室7內之計測對象物S。在分光檢測步驟中，進行來自計測對象物S之被檢測光L2之分光檢測。在分光檢測步驟中，來自計測對象物S之被檢測光L2經由視窗18入射至計測頭14，由導光構件17予以導光而入射至分光檢測部13。
在解析步驟中，將自分光檢測結果獲得之計測對象物S之每一波長之實測反射率與理論反射率進行比較，而進行第1膜4之膜厚及第2膜5之膜厚之解析。若將由分光檢測獲得之計測對象物S之反射光譜設為RSIG
，將反射率為已知之標準計測物之反射光譜設為RREF
，將該標準計測物之反射率設為RSTD
，則實測反射率R可由R=RSIG
×RSTD
/RREF
之式算出。理論反射率係基於基板3之光學常數(折射率、消光係數)、基板3之厚度、第1膜4及第2膜5之光學常數、膜厚、及對數，基於菲涅耳之原理而算出。
在解析步驟中依次執行候選決定步驟及最佳解決定步驟。在候選決定步驟中，使用第1波長範圍內之計測對象物S之每一波長之實測反射率與理論反射率的比較結果，求得第1膜4之膜厚及第2膜5之膜厚之最佳解之候選。第1波長範圍只要從第1膜4及第2膜5之膜厚(光學厚度)之和為相同之組合中，根據理論反射率近似且充分地包含反射剖面之峰谷之範圍內設定即可。以圖7為例，第1波長範圍可包含300 nm～800 nm之範圍，亦可包含400 nm～800 nm之範圍。
在候選決定步驟中，例如以第1膜4之膜厚之探索範圍為基準探索範圍，將基準探索範圍內之第1膜4之膜厚之最佳解之候選設為DO
[i](i=1、2、…n)。而且，僅以第2膜5之膜厚為解析變量，在第1波長範圍內，針對各DO
[i]對實測反射率與理論反射率進行使用超晶格模型之曲線擬合法，而求得與各DO
[i]對應之第2膜5之膜厚之最佳解之候選DN
[i](i=1、2、…n)。
圖9係顯示第1膜4之膜厚之最佳解之候選與第2膜5之膜厚之最佳解之候選之組合的圖。該圖之例係在具有32對ONO構造(矽氧化膜：25 nm/矽氮化膜：35 nm/共65層)之計測對象物S中以0.1 nm刻度標繪以基準探索範圍為32.5 nm～37.5 nm時之最佳解之候選之組合者。基於提高解析精度之觀點，可更減小最佳解之候選之組合之刻度，基於提高解析速度之觀點可更增大最佳解之候選之組合之刻度。又，由於最佳解之候選在第1膜4及第2膜5之膜厚(光學厚度)之和相同之條件下直線性存在，故亦可利直線近似等方法推定其他之候選。在圖9之例中，以第1膜4之膜厚之探索範圍為基準探索範圍，但可以第2膜5之膜厚之探索範圍為基準探索範圍。
在最佳解決定步驟中，利用與第1波長範圍不同之第2波長範圍之計測對象物S之每一波長之實測反射率與理論反射率的比較結果自最佳解之候選中決定第1膜4之膜厚及第2膜之膜厚之最佳解。第2波長範圍只要在第1膜4及第2膜5之膜厚(光學厚度)之和相同之組合中包含在理論反射率上產生差異之範圍而設定即可。第2波長範圍可包含與第1波長範圍相比為短波長側之範圍，亦可包含紫外光區。以圖8為例，第2波長範圍可包含200 nm～300 nm之範圍，還可包含220 nm～240 nm之範圍。
圖10係顯示自圖9所示之最佳解之候選決定最佳解之樣態之圖。在該圖中顯示在第2波長範圍內藉由針對DO
[i]及DN
[i]對實測反射率與理論反射率進行使用超晶格模型之曲線擬合法而獲得的第2膜5之膜厚與擬合殘差之關係。在圖10之例中，擬合殘差之極小值僅為1點，如圖4至圖6所示之擬合殘差相比明確得知可穩定地執行最佳解之探索。
圖11係顯示用於使電腦作為膜厚計測裝置1之解析部15而發揮功能之膜厚計測程式及記錄媒體之一例的方塊圖。在該圖之例中，膜厚計測程式31具備主模組P1、及解析模組P2。主模組P1係總體地控制膜厚計測之動作之模組。藉由執行解析模組P2而由電腦實現之功能與上述之膜厚計測裝置1之解析部15之功能相同。膜厚計測程式31係由例如CD-ROM、DVD或ROM等電腦可讀取之記錄媒體32或半導體記憶體提供。膜厚計測程式31可經由網際網路作為疊加於載波之電腦資料信號被提供。
如以上所說明般，在該膜厚計測裝置1中，藉由利用不同之二個波長範圍比較實測反射率與理論反射率，而自最佳解之候選中決定第1膜4之膜厚及第2膜5之膜厚之最佳解。即便第1膜4及第2膜5之膜厚之和相同，但當第1膜4之膜厚及第2膜5之膜厚不同時，仍可能在對於第1波長範圍之理論反射率與對於第2波長範圍之理論反射率產生差異。因而，藉由利用第1波長範圍求得最佳解之候選，利用第2波長範圍自最佳解之候選中決定最佳解，而可迅速且高精度實施對具有多層膜構造之計測對象物S之膜厚之計測。又，在膜厚計測裝置1中，由於使用分光法故實施形態上之制約為少，與剖面觀察技術相比容易對線上膜厚監視器應用。
又，在膜厚計測裝置1中，解析部15之實測反射率與理論反射率之比較係基於假定為第1膜4之膜厚及第2膜5之膜厚在各層相同之超晶格模型進行。藉由使用超晶格模型而可大幅地減少最佳解之候選及用於決定最佳解之解析變量，從而能夠減輕解析負載。又，即便在使用超晶格模型時仍存在多數個局部解之問題可藉由比較利用上述之不同之二個波長範圍之實測反射率與理論反射率而消除。
在膜厚計測裝置1中，解析部15所使用之第2波長範圍包含與第1波長範圍相比為短波長側之範圍。對於第1波長範圍之理論反射率與對於第2波長範圍之理論反射率之間之差異容易在短波長側產生。因而，藉由在第2波長範圍內包含與第1波長範圍相比為短波長側之範圍，而可自最佳解之候選中更確實地決定最佳解。
在膜厚計測裝置1中，解析部15所使用之第2波長範圍包含紫外光區。對於第1波長範圍之理論反射率與對於第2波長範圍之理論反射率之間之差異容易在紫外光區產生。因而，藉由在第2波長範圍內包含紫外光區，而可自最佳解之候選中更確實地決定最佳解。
在膜厚計測裝置1中，解析部15所使用之第2波長範圍包含200 nm～300 nm之範圍。對於第1波長範圍之理論反射率與對於第2波長範圍之理論反射率之間之差異容易在200 nm～300 nm之範圍內產生。因而，藉由在第2波長範圍內包含200 nm～300 nm之範圍，而可自最佳解之候選中更確實地決定最佳解。
在膜厚計測裝置1中，解析部15所使用之第1波長範圍包含300 nm～800 nm之範圍。藉由在第1波長範圍內包含300 nm～800 nm之範圍，而可更確實地產生對於第1波長範圍之理論反射率與對於第2波長範圍之理論反射率之間之差異。因而，藉由在第1波長範圍內包含300 nm～800 nm之範圍，而可自最佳解之候選中更確實地決定最佳解。
在膜厚計測裝置1中，透過計測對象物S之計測光L1之透過光或由計測對象物S反射之計測光L1之反射光可被用作被檢測光L2。藉此，可適宜地實施被檢測光L2之分光。
又，由膜厚計測裝置1計測之第1膜4係矽氧化膜，第2膜5係矽氮化膜。此時，可適宜地實現對於具有3D-NAND記憶體等之多層膜構造6之器件的線上膜厚監視器。
本發明並不限定於上述實施形態。例如，在上述實施形態中，如圖3所示，例示有具有第1膜4及第2膜5為32對之多層膜構造6之計測對象物S，但本發明例如如圖12所示般亦可對具有在積層端設置有較構成對之第1膜4及第2膜5為更厚之膜厚的第3膜21及第4膜22(此處均係矽氧化膜)而成之多層膜構造6的計測對象物S應用。此時，只要以第3膜21之膜厚及第4膜22之膜厚為分別不同之解析變量，使用總計4個解析變量執行上述解析即可。
又，構成計測對象物S之基板3並不限定於矽基板，可為石英玻璃等其他材質之基板。又，針對第1膜4及第2膜5亦無特別制約，但考量分光檢測部13之感度或波長解析度等，較佳的是1)在第1膜4與第2膜5之間有一定之折射率差，2)略微存在第1膜4或第2膜5之光吸收特性且光吸收特性不會過大。根據1)，在如圖8所示之短波長側之理論反射率之偏移充分產生。又，根據2)，即便在第1膜4及第2膜5之對數為多時，仍防止在多層膜構造6之表面附近之光之遮斷，而確保以充分之強度檢測被檢測光L2。
作為第1膜4及第2膜5之組合除上述之矽氧化膜及矽氮化膜外還可舉出例如玻璃基板上之氧化膜及氧化鈮等。此時，第1波長範圍較佳者係例如包含300 nm～800 nm之範圍。第2波長範圍較佳者係例如包含200 nm～300 nm之範圍。
1‧‧‧膜厚計測裝置
2‧‧‧成膜裝置
3‧‧‧基板
4‧‧‧第1膜
5‧‧‧第2膜
6‧‧‧多層膜構造
7‧‧‧腔室
8‧‧‧載台
9‧‧‧控制裝置
10‧‧‧顯示裝置
11‧‧‧輸入裝置
12‧‧‧光輸出部
13‧‧‧分光檢測部
14‧‧‧計測頭
15‧‧‧解析部
16‧‧‧導光構件
17‧‧‧導光構件
18‧‧‧視窗
21‧‧‧第3膜
22‧‧‧第4膜
31‧‧‧膜厚計測程式
32‧‧‧記錄媒體
K‧‧‧上升部分
L1‧‧‧計測光
L2‧‧‧被檢測光
P1‧‧‧主模組
P2‧‧‧解析模組
S‧‧‧計測對象物
圖1係顯示膜厚計測裝置之一實施形態之概略構成圖。 圖2係顯示曲線擬合法之問題點之圖。 圖3係顯示計測對象物之層構成之概略圖。 圖4係顯示計測對象物之實測反射率與理論反射率之比較結果之一例之圖。 圖5係顯示圖4之XY平面之圖。 圖6係顯示圖4之XZ平面之圖。 圖7係顯示針對第1膜及第2膜之膜厚之和相同之組合的第1波長範圍之理論反射率之圖。 圖8係顯示針對第1膜及第2膜之膜厚之和相同之組合的第2波長範圍之理論反射率之圖。 圖9係顯示第1膜之膜厚之最佳解之候選與第2膜之膜厚之最佳解之候選之組合的圖。 圖10係顯示自圖9所示之最佳解之候選決定最佳解之樣態之圖。 圖11係顯示膜厚計測程式及記錄媒體之一例之方塊圖。 圖12係顯示計測對象物之層構成之另一例之概略圖。
1‧‧‧膜厚計測裝置
2‧‧‧成膜裝置
3‧‧‧基板
6‧‧‧多層膜構造
7‧‧‧腔室
8‧‧‧載台
9‧‧‧控制裝置
10‧‧‧顯示裝置
11‧‧‧輸入裝置
12‧‧‧光輸出部
13‧‧‧分光檢測部
14‧‧‧計測頭
15‧‧‧解析部
16‧‧‧導光構件
17‧‧‧導光構件
18‧‧‧視窗
L1‧‧‧計測光
L2‧‧‧被檢測光
S‧‧‧計測對象物
Claims (18)
- 一種膜厚計測裝置，其係針對在基板上交替地積層複數個第1膜與第2膜而成之計測對象物計測前述第1膜之膜厚及前述第2膜之膜厚者，且具備：光輸出部，其對前述計測對象物輸出計測光；分光檢測部，其對來自前述計測對象物之被檢測光進行分光檢測；及解析部，其將自前述分光檢測部之檢測結果獲得之前述計測對象物之每一波長之實測反射率與理論反射率進行比較，而解析前述第1膜之膜厚及前述第2膜之膜厚；且前述解析部使用第1波長範圍內之前述計測對象物之每一波長之實測反射率與理論反射率的比較結果，求得前述第1膜之膜厚及前述第2膜之膜厚之最佳解之候選；並且使用與前述第1波長範圍不同之第2波長範圍內之前述計測對象物之每一波長之實測反射率與理論反射率的比較結果，自前述最佳解之候選中決定前述第1膜之膜厚及前述第2膜之膜厚之最佳解。
- 如請求項1之膜厚計測裝置，其中前述解析部對前述實測反射率與前述理論反射率之比較係基於假定為前述第1膜之膜厚及前述第2膜之膜厚在各層為相同之超晶格模型而進行。
- 如請求項1或2之膜厚計測裝置，其中前述解析部所使用之前述第2波長範圍包含較前述第1波長範圍更短波長側之範圍。
- 如請求項1或2之膜厚計測裝置，其中前述解析部所使用之前述第2波長範圍包含紫外光區。
- 如請求項1或2之膜厚計測裝置，其中前述解析部所使用之前述第2波長範圍包含200nm~300nm之範圍。
- 如請求項1或2之膜厚計測裝置，其中前述解析部所使用之前述第1波長範圍包含300nm~800nm之範圍。
- 如請求項1或2之膜厚計測裝置，其中前述被檢測光係透過前述計測對象物之前述計測光之透過光或由前述計測對象物反射之前述計測光之反射光。
- 如請求項1或2之膜厚計測裝置，其中前述第1膜為矽氧化膜，前述第2膜為矽氮化膜。
- 一種膜厚計測方法，其係針對在基板上交替地積層複數個第1膜與第2膜而成之計測對象物計測前述第1膜之膜厚及前述第2膜之膜厚者，且包含：光輸出步驟，其對前述計測對象物輸出計測光； 分光檢測步驟，其對來自前述計測對象物之被檢測光進行分光檢測；及解析步驟，其將自分光檢測結果獲得之前述計測對象物之每一波長之實測反射率與理論反射率進行比較，而解析前述第1膜之膜厚及前述第2膜之膜厚；且前述解析步驟具有：候選決定步驟，其使用第1波長範圍內之前述計測對象物之每一波長之實測反射率與理論反射率的比較結果，求得前述第1膜之膜厚及前述第2膜之膜厚之最佳解之候選；及最佳解決定步驟，其使用與前述第1波長範圍不同之第2波長範圍內之前述計測對象物之每一波長之實測反射率與理論反射率的比較結果，自前述最佳解之候選中決定前述第1膜之膜厚及前述第2膜之膜厚之最佳解。
- 如請求項9之膜厚計測方法，其中前述解析步驟之前述實測反射率與前述理論反射率之比較係基於假定為前述第1膜之膜厚及前述第2膜之膜厚在各層為相同之超晶格模型而進行。
- 如請求項9或10之膜厚計測方法，其中前述解析步驟所使用之前述第2波長範圍包含較前述第1波長範圍更短波長側之範圍。
- 如請求項9或10之膜厚計測方法，其中前述解析步驟所使用之前述第2波長範圍包含紫外光區。
- 如請求項9或10之膜厚計測方法，其中前述解析步驟所使用之前述第 2波長範圍包含200nm~300nm之範圍。
- 如請求項9或10之膜厚計測方法，其中前述解析步驟所使用之前述第1波長範圍包含300nm~800nm之範圍。
- 如請求項9或10之膜厚計測方法，其中作為前述被檢測光，使用透過前述計測對象物之前述計測光之透過光或由前述計測對象物反射之前述計測光之反射光。
- 如請求項9或10之膜厚計測方法，其中前述第1膜為矽氧化膜，前述第2膜為矽氮化膜。
- 一種膜厚計測程式，其係針對在基板上交替地積層複數個第1膜與第2膜而成之計測對象物計測第1膜之膜厚及第2膜之膜厚者，且使電腦作為將自分光檢測部之檢測結果獲得之前述計測對象物之每一波長之實測反射率與理論反射率進行比較而解析前述第1膜之膜厚及前述第2膜之膜厚的解析部而發揮功能；並且藉由前述解析部執行下述處理：使用第1波長範圍內之前述計測對象物之每一波長之實測反射率與理論反射率的比較結果，求得前述第1膜之膜厚及前述第2膜之膜厚之最佳解之候選；及使用與前述第1波長範圍不同之第2波長範圍內之前述計測對象物之每一波長之實測反射率與理論反射率的比較結果，自前述最佳解之候選中 決定前述第1膜之膜厚及前述第2膜之膜厚之最佳解。
- 一種電腦可讀取之記錄媒體，其記錄如請求項17之膜厚計測程式。
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