[发明专利]厚度或表面形貌检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及厚度或表面形貌检测方法，更详细地涉及利用白色光扫描干涉法能够准确地检测透射性薄膜层的厚度及其薄膜层的表面形貌的厚度或表面形貌检测方法。

背景技术

在半导体制造工程及FPD制造工程中确定产品质量的各种要素中，薄膜层的厚度控制所占的比重较大，因此在制造工程中必须对其进行监控。“薄膜层”是一种在基底层即基板表面上形成的极小厚度的层，一般指厚度为几十～几μm的范围。为了在特定场合上使用这种薄膜层，需要了解薄膜层的厚度、组成、粗度及其它物理特性、光学特性。特别是，最近为了提高半导体元件的集成度，一般的趋势是在基板上形成多层超薄膜层。为了开发这种高集成度半导体元件，需要准确控制对特性的影响很大的、包含薄膜层厚度在内的膜的物理特性。

在半导体制造工程及其他应用工程等中使用的薄膜层的厚度检测方法有几种方式，但其中最普遍的方式是利用探针(stylus)的机械方式、光学方式等。光学方式中，可以使用白色光干涉计(white light interferometer)来检测薄膜层的厚度。

图1为表示一种以往的厚度检测方法的一个例子的图。

如图1所示，在基底层10上层叠有需要检测厚度的透射性薄膜层20a、20b，在薄膜层20a、20b上面具有空气层30。第一面21a、21b是空气层30和薄膜层20a、20b的分界面，第二面11a、11b是薄膜层20a、20b和基底层10的分界面。左侧的薄膜层20a比右侧的薄膜层20b厚。

若利用一般的白色光干涉计朝向相对比较厚的薄膜层20a照射白色光，则可以得到由第一面21a产生的第一波形41及由第二面11a产生的第二波形42。由于薄膜层20a的厚度厚，第一波形41和第二波形42互不干涉而分离，选择两波形41、42的具有最高值的峰值即可以求出薄膜层20a的厚度。

但是，在相对薄的薄膜层20b的情况下，不能通过上述方式求出薄膜层20b的厚度。即，若向较薄的薄膜层20b照射白色光，则在由第一面21b产生的第一波形43及由第二面11b产生的第二波形44之间产生干涉现象。若产生这种干涉现象，则无法搞清第一波形及第二波形中出现的峰值是由实际加强干涉产生的峰值还是由第一波形43和第二波形44的干涉引起的峰值。因此，不能使用选择两波形43、44的具有最高值的峰值来求出薄膜层20b的厚度的方法。

发明内容

因此，本发明的目的是解决现有技术中存在的所述问题，其提供一种厚度或表面形貌检测方法，对于具有不同厚度的多个薄膜层样品进行模拟而获得模拟干涉信号，对层叠在基底层上的薄膜层获得实际干涉信号之后，经比较实际干涉信号和模拟干涉信号是否一致来设定薄膜层的厚度，从而对于厚度薄到在空气层-薄膜层的分界面的干涉信号波形与薄膜层-基底层的分界面的干涉信号波形之间产生干涉现象程度的薄膜层，精确地检测其厚度或表面形貌。

为了实现所述目的，本发明的厚度或表面形貌检测方法利用白色光干涉计检测层叠在基底层上的薄膜层的厚度或表面形貌，且包括以下步骤：设置多个具有不同厚度的假想的薄膜层样品并对每一个薄膜层样品模拟出干涉信号，以形成与各个厚度相对应的模拟干涉信号的步骤；向所述薄膜层照射白色光，获得相对于入射到所述薄膜层的光轴方向的实际干涉信号的步骤；根据所述实际干涉信号，形成可能成为所述薄膜层厚度的多个厚度估算值的步骤；对具有与所述厚度估算值相对应厚度的模拟干涉信号与所述实际干涉信号进行比较并判断是否基本一致的步骤；将与所述实际干涉信号基本一致的模拟干涉信号的厚度确定为所述薄膜层的厚度的步骤。

根据本发明的厚度或表面形貌检测方法中，在所述形成多个厚度估算值的步骤中，最好在所述实际干涉信号中选择2个以上的峰值，并利用2个峰值之间的峰值个数来形成所述厚度估算值。

根据本发明的厚度或表面形貌检测方法中，所述形成多个厚度估算值的步骤最好包括以下步骤：将所述实际干涉信号分为由空气层和所述薄膜层的分界面的干涉现象产生的第一波形、和由所述薄膜层和所述基底层的分界面的干涉现象产生的第二波形的步骤；在所述第一波形及所述第二波形中分别选择峰值的步骤；利用所述第一波形的峰值和所述第二波形的峰值之间的峰值个数来计算所述厚度估算值的步骤。