JP5969915B2 - Method and apparatus for measuring cross-sectional shape of fine pattern - Google Patents
Method and apparatus for measuring cross-sectional shape of fine pattern Download PDFInfo
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本発明は、基板上に形成された、間隔が数マイクロメータ以下の繰り返しパターンの断面形状を測定または検査する方法に関し、例えば、回折格子等の光学素子や、半導体等の電子デバイスの微細パターンの断面形状を測定する方法及びその装置に関する。 The present invention relates to a method for measuring or inspecting the cross-sectional shape of a repetitive pattern formed on a substrate with a spacing of several micrometers or less, for example, an optical element such as a diffraction grating or a fine pattern of an electronic device such as a semiconductor. The present invention relates to a method and an apparatus for measuring a cross-sectional shape.
半導体分野においては、近年いわゆるスキャトロメトリ技術により、パターンの断面形状を測定することが一般的に実施されている。スキャトロメトリとは、微細な繰返しパターンが形成された試料表面の反射率等に基づいて、同微細な繰り返しパターンの断面形状を測定する技術であり、特許文献1や特許文献2等に同技術の記載がる。 In the semiconductor field, measuring the cross-sectional shape of a pattern by a so-called scatterometry technique is generally performed in recent years. Scatterometry is a technique for measuring the cross-sectional shape of the same repetitive pattern based on the reflectance of the sample surface on which the fine repetitive pattern is formed. Is described.
特許文献1には、試料表面の分光反射率やエリプソパラメータに基づいて、パターンの断面形状を測定する技術が記載されている。また、特許文献2には光学シミュレーションを利用して、予め種々の断面形状の条件で算出した分光反射率のライブラリから、実際に検出した分光反射率に最も近いデータを抽出し、その抽出したデータを算出した際の形状条件を測定形状として出力する方法が記載されている。
又、特許文献3には、スキャトロメトリにより繰り返しパターンの断面形状を求める手法において、ガウス分布を用いて左右対称なモデルを作成して解析を行う方法について記載されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 describes a method of performing analysis by creating a bilaterally symmetric model using a Gaussian distribution in a method for obtaining a cross-sectional shape of a repeated pattern by scatterometry.
更に、特許文献4には、フーリエ級数展開を用いて左右対称な断面形状のモデル化を行うことについて記載されている。
Further,
更に又、特許文献5には、左右対称な台形モデルで断面の初期形状を表わして解析することについて記載されている。 Furthermore, Patent Document 5 describes the analysis by representing the initial shape of the cross section with a symmetrical trapezoidal model.
スキャトロメトリ技術を用いて、微細な繰り返しパターンの断面形状を測定する方法として、上記の、ライブラリから最も近いデータを抽出するいわゆるライブラリマッチングと呼ばれる手法と、形状をパラメータとして分光反射率等を算出し、非線形等の最適化法を用いて実際に検出した分光反射率と一致するように形状パラメータを求める、いわゆるモデルフィッティングと呼ばれる方法がある。何れの方法においても、光学シミュレーションにより分光反射率等を算出するには、パターンの断面形状をモデル化する必要がある。 As a method for measuring the cross-sectional shape of a minute repetitive pattern using the scatterometry technique, the so-called library matching method that extracts the closest data from the library and the spectral reflectance etc. are calculated using the shape as a parameter. In addition, there is a so-called model fitting method in which a shape parameter is obtained so as to coincide with a spectral reflectance actually detected using an optimization method such as nonlinearity. In any method, in order to calculate the spectral reflectance and the like by optical simulation, it is necessary to model the cross-sectional shape of the pattern.
例えば、半導体のパターンを測定することを例として、モデル化について説明する。図1は半導体パターンの断面形状101を模式的に示したものである。この様な断面形状をもつパターンが試料表面に繰返し掲載されていることを想定する。この断面形状に対して、特許文献3乃至5に記載されているように、図2に示す様な、複数の台形を垂直方向に積み重ねたモデル201を想定する(同図中点線で表示)。この様な方法で、断面形状を比較的単純な形状でモデル化することができ、例えばパターンの高さは、各台形の高さの合計値として求めることができる。
For example, modeling will be described by taking an example of measuring a semiconductor pattern. FIG. 1 schematically shows a
一方、例えば図3に示す回折格子パターン301の場合は、図1と比較して、非対称である、比較的なだらかな形状である、凸部及び凹部に丸みがある、斜面部に凹凸がある等、左右対称な断面形状の場合に対していくつもの特徴が異なる。この様な断面形状に対して、図2と同様に台形を垂直方向に積み重ねてモデル化する場合、実際の形状とモデル形状との誤差を小さくしようとすると、図4に示す様に多数の台形を積層した構造401としなければならない(同図中点線で表示)。
On the other hand, for example, in the case of the
しかし、図4に示す様に多数の台形を組み合わせた場合、形状を決定するパラメータが増加することになる。例えば、図2の場合には、パラメータの数は、接する台形の下底と上底が同じ幅であるので、パラメータ数は、幅が4で高さが3の合計7となる。一方、図4の場合には、7つの台形で構成されているため、幅が8、高さが7、に加えて形状が非対象であることから、それぞれの相対位置のパラメータ6つが必要となり、合計21と大幅にパラメータ数が増加する。 However, when many trapezoids are combined as shown in FIG. 4, the parameters for determining the shape increase. For example, in the case of FIG. 2, the number of parameters is the same for the lower base and the upper base of the trapezoid in contact with each other, so the number of parameters is 7, which is 4 in width and 3 in height. On the other hand, in the case of FIG. 4, since it is composed of seven trapezoids, the width is 8, the height is 7, and the shape is non-target, so 6 parameters for each relative position are required. , The total number of parameters is greatly increased to 21.
パラメータが増加すると、ライブラリマッチングの場合は、ライブラリの増加、モデルフィッティングにおいても演算時間の増加が課題となる。例えばライブラリマッチングの場合、各パラメータの可変水準数を10とすると、上記図2の場合には、ライブラリに含まれる分光反射率の演算数は10の7乗で1千万通りとなる。これだけでも十分大きい数字であるが、図4に示す場合には、10の21乗で非常に大きな数となる。 When the parameters increase, in the case of library matching, an increase in the library and an increase in calculation time become problems in model fitting. For example, in the case of library matching, assuming that the number of variable levels of each parameter is 10, in the case of FIG. 2, the number of operations of spectral reflectance included in the library is 10 7 to 10 million. This is a sufficiently large number, but in the case shown in FIG. 4, it is a very large number of 10 to the 21st power.
この様に、図4に示す様な左右非対称な断面形状の場合には、図2に示す場合と比較して、パラメータ数が大きく、ライブラリの演算時間が膨大となり、形状測定が事実上不可能となる。または、パラメータ数を減らして演算時間を短縮する場合には、モデルを単純化する必要があるため、形状測定精度を下げなければならないという課題がある。 In this way, in the case of the left-right asymmetric cross-sectional shape as shown in FIG. 4, the number of parameters is large and the calculation time of the library is enormous compared to the case shown in FIG. It becomes. Alternatively, when the number of parameters is reduced to shorten the calculation time, there is a problem that the shape measurement accuracy must be lowered because the model needs to be simplified.
特許文献1乃至5の何れにも、このような左右非対称なパターン形状をモデル化することについては、記載されていない。
None of
本発明は、上記した課題を解決して、左右が非対称な断面形状を有するパターンであっても、パラメータ数を減らしてライブラリの演算時間を低減することと、高い形状測定精度を確保することを両立させることが可能な微細パターンの断面形状測定方法及びその装置を提供するものである。 The present invention solves the above-described problem, and even if the pattern has a cross-sectional shape that is asymmetrical on the left and right sides, the number of parameters can be reduced to reduce the calculation time of the library and to ensure high shape measurement accuracy. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for measuring a cross-sectional shape of a fine pattern that can be compatible with each other.
上記課題を解決するために、本発明では、表面に断面形状が左右非対称な微細な繰り返
しパターンが形成された試料に光を照射し、試料の表面で反射した光を分光検出し、分光
検出して得た試料の表面の分光反射率に関するデータまたは試料の表面のエリプソパラメータに関するデータと予め記憶しておいたデータとを用いて試料表面に形成された微細な
繰り返しパターンの断面形状を求めるパターン断面形状の測定方法において、予め記憶し
ておいたデータは、分光検出して得たデータと同じ種類の試料の表面の分光反射率に関するデータまたは試料の表面のエリプソパラメータに関するデータと、分光検出して得たデータと同じ種類の試料の表面の分光反射率に関するデータまたは試料の表面のエリプソパラメータに関するデータに関連付けた微細な繰り返しパターンの断面形状をモデル化したデータであり、断面形状をモデル化したデータは、試料の表面の分光反射率に関するデータまたは試料の表面のエリプソパラメータに関するデータを用いて一つの関数又は複数の関数を組み合わせて表わされる左右非対称な曲線により形成されたデータであることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention irradiates a sample having a fine repetitive pattern whose cross-sectional shape is asymmetric on the surface and spectrally detects the light reflected by the surface of the sample. The cross-section of the pattern to obtain the cross-sectional shape of the fine repetitive pattern formed on the sample surface using the data on the spectral reflectance of the sample surface obtained or the data on the ellipso parameters of the sample surface and the data stored in advance In the shape measurement method, the data stored in advance is the data related to the spectral reflectance of the surface of the sample of the same type as the data obtained by spectral detection or the data related to the ellipso parameter of the surface of the sample and the spectral detection. associated with the data relating to the ellipsometric parameters of the data or the surface of the sample relating to the spectral reflectance of the same type of surface of the sample and the resulting data Digit is data that models the cross-sectional shape of the fine repetitive pattern, data obtained by modeling the cross-sectional shape, one function or by using the data relating to ellipsometric parameters of the data or the surface of the sample relating to the spectral reflectance of the surface of the sample It is data formed by a left-right asymmetric curve expressed by combining a plurality of functions.
また、上記課題を解決するために、本発明では、パターン断面形状の測定装置を、表面
に断面形状が左右非対称な微細な繰り返しパターンが形成された試料に光を照射する光照
射系と、光照射系により光を照射された試料で反射した光を分光して検出する分光検出系
と、データを記憶する記憶部と、分光検出系で反射光を分光して検出して得た試料の表面の分光反射率に関するデータまたは試料の表面のエリプソパラメータに関するデータと記
憶部に記憶したおいたデータとを用いて試料表面に形成された微細な繰り返しパターンの
断面形状を算出するデータ処理系とを備えて構成し、記憶部に記憶したデータは、分光検
出系で分光検出して得たデータと同じ種類の試料の表面の分光反射率に関するデータまたは試料の表面のエリプソパラメータに関するデータと、分光検出系で分光検出して得たデ
ータと同じ種類の試料の表面の分光反射率に関するデータまたは試料の表面のエリプソパラメータに関するデータに関連付けた微細な繰り返しパターンの断面形状をモデル化した
データであり、断面形状をモデル化したデータは、試料の表面の分光反射率に関するデータまたは試料の表面のエリプソパラメータに関するデータを用いて一つの関数又は複数の関数を組み合わせて表わされる左右非対称な曲線により形成されたデータであることを特徴とする。
In order to solve the above problems, in the present invention, a pattern cross-sectional shape measuring apparatus includes a light irradiation system for irradiating a sample having a fine repetitive pattern whose cross-sectional shape is asymmetric on the surface, and a light A spectroscopic detection system that spectroscopically detects light reflected by the sample irradiated with light from the irradiation system, a storage unit that stores data, and a surface of the sample obtained by spectroscopically detecting the reflected light using the spectroscopic detection system A data processing system for calculating a cross-sectional shape of a fine repetitive pattern formed on the sample surface using data on the spectral reflectance of the sample or data on the ellipsometric parameters of the sample surface and data stored in the storage unit configure Te, data stored in the storage unit, ellipsometry data or the surface of the samples for the spectral reflectance of the surface of the same type of sample data obtained by the spectrum detection by the spectral detection system parameter Models and data about the data, the cross-sectional shape of the fine repetitive pattern associated with the data relating to ellipsometric parameters of spectral reflectance on the data or the surface of the sample of the same type of surface of the sample and the data obtained by the spectrum detection by spectroscopic detection system The data obtained by modeling the cross-sectional shape is asymmetry that is expressed by combining a single function or a plurality of functions using data on the spectral reflectance of the sample surface or data on the ellipsometric parameters of the sample surface. The data is formed by a simple curve.
更に、上記課題を解決するために、本発明では、表面に断面形状が左右非対称な微細な
繰り返しパターンが形成された試料に光を照射し、試料の表面で反射した光を分光検出し
、この分光検出して得た試料の表面の分光反射率に関するデータまたは試料の表面のエリプソパラメータに関するデータと予め記憶しておいたデータとを用いて試料表面に形成さ
れた微細な繰り返しパターンの断面形状を求める方法において、予め記憶しておいたデー
タは、分光検出して得たデータと同じ種類の試料の表面の分光反射率に関するデータまたは試料の表面のエリプソパラメータに関するデータと、分光検出して得たデータと同じ種
類の試料の表面の分光反射率に関するデータまたは試料の表面のエリプソパラメータに関するデータに関連付けた微細な繰り返しパターンの断面形状をモデル化したデータであり
、断面形状をモデル化したデータは、試料の表面の分光反射率に関するデータまたは試料の表面のエリプソパラメータに関するデータを用いて測定対象の形成プロセスにおける物理現象及びプロセス条件に基づいて分布形状を選択または構築された一つの関数又は複数の関数を組み合わせて表わされる左右非対称な曲線により形成されたデータであることを特徴とする。
Furthermore, in order to solve the above-described problems, in the present invention, a sample having a fine repetitive pattern whose cross-sectional shape is asymmetric on the surface is irradiated with light, and the light reflected on the surface of the sample is spectrally detected. The cross-sectional shape of the minute repetitive pattern formed on the sample surface using the data on the spectral reflectance of the sample surface obtained by spectroscopic detection or the data on the ellipso parameters of the sample surface and the data stored in advance. In the method to obtain, the data stored in advance was obtained by spectroscopic detection and data on the spectral reflectance of the surface of the same type of sample as that obtained by spectroscopic detection or data on the ellipso parameters of the surface of the sample . data that fine that associated with the data relating to the ellipsometric parameters of the data or the surface of the sample relating to the spectral reflectance of the same type of surface of the sample Ri returns a data sectional shape was modeled pattern data that models the cross-sectional shape in the measurement object forming process by using the data relating to ellipsometric parameters of the data or the surface of the sample relating to the spectral reflectance of the surface of the sample The present invention is characterized in that the data is formed by a left-right asymmetric curve represented by a combination of a single function or a plurality of functions whose distribution shapes are selected or constructed based on physical phenomena and process conditions.
更にまた、上記課題を解決するために、本発明では、パターン断面形状の測定装置を、
表面に断面形状が左右非対称な微細な繰り返しパターンが形成された試料に光を照射する
光照射系と、この光照射系により光を照射された試料で反射した光を分光して検出する分
光検出系と、データを記憶する記憶部と、分光検出系で反射光を分光して検出して得た試料の表面の分光反射率に関するデータまたは試料の表面のエリプソパラメータに関するデ
ータと記憶部に記憶したおいたデータとを用いて試料表面に形成された微細な繰り返しパ
ターンの断面形状を算出するデータ処理系とを備えて構成し、記憶部に記憶したデータは
、分光検出系で分光検出して得たデータと同じ種類の試料の表面の分光反射率に関するデータまたは試料の表面のエリプソパラメータに関するデータと、分光検出系で分光検出し
て得たデータと同じ種類の試料の表面の分光反射率に関するデータまたは試料の表面のエリプソパラメータに関するデータに関連付けた微細な繰り返しパターンの断面形状をモデ
ル化したデータであり、この断面形状をモデル化したデータは、試料の表面の分光反射率に関するデータまたは試料の表面のエリプソパラメータに関するデータを用いて測定対象の形成プロセスにおける物理現象及びプロセス条件に基づいて分布形状を選択または構築した一つの関数又は複数の関数を組み合わせて表わされる左右非対称な曲線により形成されたデータであることを特徴とする。
Furthermore, in order to solve the above problems, in the present invention, a pattern cross-sectional shape measuring apparatus is
A light irradiation system that irradiates a sample with a microscopic repetitive pattern whose cross-sectional shape is asymmetric on the surface, and spectral detection that spectrally detects light reflected by the sample irradiated with light by this light irradiation system System, storage unit for storing data, data on the spectral reflectance of the surface of the sample obtained by spectroscopic detection of the reflected light by the spectroscopic detection system, or data on the ellipso parameters of the surface of the sample And a data processing system for calculating a cross-sectional shape of a fine repetitive pattern formed on the sample surface using the data stored in the storage unit, and the data stored in the storage unit is a spectroscopic detection system. the same type and data in related ellipsometric parameters of spectral reflectance on the data or the surface of the sample of the same type of surface of the sample and spectrum detection-obtained data, and data obtained by the spectrum detection by spectroscopic detection system A data modeling the cross-sectional shape of the fine repetitive pattern associated with the data related to the ellipsometric parameters of the data or the surface of the sample relating to the spectral reflectance of the surface of the sample, the data obtained by modeling the cross-sectional shape of the surface of the sample A function or combination of functions that select or construct a distribution shape based on physical phenomena and process conditions in the formation process of the object to be measured using data on spectral reflectances or data on ellipso parameters of the surface of the sample. The data is formed by a left-right asymmetric curve.
本発明を用いることにより、例えば、前記回折格子の様に非対称で丸みのある等の特徴を含む断面形状に対して、従来のモデル化手法よりもパラメータを少なくすることができ、例えばライブラリマッチングまたはモデルフィッティングによる形状測定を可能とすることができる。または、少ないパラメータ数でより形状誤差の小さいモデル化を可能とし、形状測定精度を向上することができる。 By using the present invention, for example, the cross-sectional shape including features such as asymmetric and round like the diffraction grating, the parameters can be reduced as compared with the conventional modeling method. Shape measurement by model fitting can be enabled. Alternatively, modeling with a smaller shape error is possible with a smaller number of parameters, and the shape measurement accuracy can be improved.
さらに、回折格子の場合は、分布形状として正弦波形、すなわちフーリエ級数展開を用いると、少ない次数のモデル化で回折格子性能の一つである回折効率との相関をとることができ、回折格子性能を評価することが可能となる。 Furthermore, in the case of a diffraction grating, if a sinusoidal waveform, that is, a Fourier series expansion is used as the distribution shape, correlation with the diffraction efficiency, which is one of the diffraction grating performances, can be obtained by modeling with a small order. Can be evaluated.
本発明は、左右が非対称な断面形状を有するパターンであっても、パラメータ数を減らしてライブラリの演算時間を低減することと、高い形状測定精度を確保することを両立させることを可能にする微細パターンの断面形状測定方法及びその装置に関するものである。 The present invention is a fine pattern that makes it possible to reduce the number of parameters and reduce the calculation time of the library and ensure high shape measurement accuracy even for a pattern having an asymmetrical cross-sectional shape. The present invention relates to a pattern cross-sectional shape measuring method and apparatus.
以下に本発明の実施例を、回折格子の断面形状測定を例として、図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, taking as an example the measurement of the cross-sectional shape of a diffraction grating.
本実施例では、試料表面の分光反射率を検出して、検出した分光反射率に基づいて、試料表面に形成された微細な繰り返しパターンの断面形状を測定する装置の例を説明する。 In the present embodiment, an example of an apparatus that detects the spectral reflectance of the sample surface and measures the cross-sectional shape of a fine repetitive pattern formed on the sample surface based on the detected spectral reflectance will be described.
図5に装置の構成図を示す。装置は少なくとも、分光反射率を検出するための分光反射率検出光学系901と、試料905及び基準試料906を設置するための試料ステージ902、分光反射率検出光学系901を制御して分光検出することやステージの動作を制御する制御ユニット903、検出した分光反射強度に基づいて断面形状を算出する演算ユニット904、条件設定及び結果表示等するインターフェース907、演算ユニット904で演算に必要なデータを記憶するデータ記憶部908を備えて構成される。
FIG. 5 shows a configuration diagram of the apparatus. The apparatus performs spectral detection by controlling at least a spectral reflectance detection
図6Aに分光反射率検出光学系901の構成の一例を示す。光学系は少なくとも、多数の波長を含む光を照射する光源1001と、光源から射出した光を試料表面に照射する光学系1002と、試料表面からの反射光を分光する分光検出器1003とから構成される。
FIG. 6A shows an example of the configuration of the spectral reflectance detection
同図は、一般的な光学顕微鏡を応用して構成した場合を示している。光源1001にはキセノンランプを用いることで、紫外光から赤外光までの光を射出することができる。深紫外光が必要な場合には重水素ランプを用いることや、紫外光が不要であればハロゲンランプを用いてもよい。また、複数波長を含む光を射出するレーザ光源や、複数の異なる波長のレーザ光源を用いることも考えられる。
This figure shows a case where a general optical microscope is applied. By using a xenon lamp as the
光学系1002は一例として、照明光学系1004、ハーフミラー(またはビームスプリッタ)1005、対物レンズ1006、結像レンズ1007、視野絞り1008とを備えて構成される。
For example, the
照明光学系1004は、図6Bに示すように、集光レンズ10041、第1のスリット板10042、コリメートレンズ10043、第2のスリット板10044を備えて構成されている。
As shown in FIG. 6B, the illumination
このような構成において、照明光学系1004は、光源1001から発射された光を集光レンズ10041で集光し、集光された光が細く絞られた個所の付近に設けられた第1のスリット板10042に設けた孔により外乱光を遮光して集光された光を透過させ、第1のスリット板の穴を通過して径が拡大した光をコリメートレンズ10043で平行光に変換し、この平行光に変換した光のうち周辺の光を第2のスリット板10044で遮光して強度が比較的そろっている中心付近の光を第2のスリット板10044に設けた孔を通過させる。第2のスリット板10044を通過した光は、ハーフミラー1005に入射し、その半分は対物レンズ1006の側に反射されて試料905に照射される。
In such a configuration, the illumination
試料905からの反射光は、再び対物レンズ1006とハーフミラー1005を介し、今度は結像レンズ1007と視野絞り1008を介して分光検出器1003に導かれる。試料905の表面と視野絞り1008が設けられた面とは光学的に共役となっており、視野絞り1008によって試料905表面の特定の領域の反射光のみを通過させることができる構成となっている。
The reflected light from the
ステージ902は、水平方向に2軸、垂直方向に1軸のいわゆるXYZの3軸を備えるか(図7A)、水平方向に1軸と回転、垂直方向に1軸のいわゆるXZθステージの3軸を備える(図7B)ことが望ましい。
The
制御ユニット903は、分光反射率検出光学系901とステージ902を制御して、試料905の表面の任意の位置で分光反射率を検出することを実現する。
The
断面形状を測定する一連の動作を、図8を用いて説明する。まず始めに、ステージ902を動作させて、基準試料906を分光反射率検出光学系901で分光検出可能な位置に移動する(S1201)。ここで、基準試料906の分光反射強度Irを検出する(S1202)。次に、ステージ902を動作させて、試料905を分光反射率検出光学系901で分光検出可能な位置に移動する(S1203)。同様にここで、試料905の分光反射強度Isを検出する(S1204)。分光反射強度の検出時は必要に応じて、試料905面が、分光反射率検出光学系901のフォーカス位置となる様に、Z軸を調整する。次に、演算ユニット904において、上記、検出した2つの分光反射強度の比(Is/Ir)を算出する(S1205)。
A series of operations for measuring the cross-sectional shape will be described with reference to FIG. First, the
演算ユニット904においては、算出した分光反射率を用いて、ライブラリマッチングまたはモデルフィッティングにより、断面形状を算出する(S1206)。
In the
以上の動作を、必要に応じて繰返すことにより、試料905の表面の任意の位置でのパターンの断面形状を測定することができる(S1207)。
By repeating the above operation as necessary, the cross-sectional shape of the pattern at an arbitrary position on the surface of the
次に、S1206で実行する断面形状の算出方法について説明する。例として、ライブラリマッチングによる方法を、図9を用いて説明する。 Next, a method for calculating the cross-sectional shape executed in S1206 will be described. As an example, a library matching method will be described with reference to FIG.
演算ユニット904において、ライブラリマッチングにより形状を測定するには、検出した分光反射率のデータを用意し(S1301)、一方、光学シミュレーションにより算出した分光反射率のデータをデータ記憶部908に記憶されているライブラリ(データベース)から引き出し(S1302)、これらのデータを比較して誤差を算出し(S1303),既に算出した誤差との比較を行って誤差の最小値判定を行う(S1304)ことをデータ記憶部908のライブラリに記憶されている全データについて行い(S1305)、S1304で検出した分光反射率との誤差が最も小さくなる分光反射率を計算した時の形状条件を形状測定値として、分光反射率と形状条件とを関連付けて記憶されているライブラリから抽出する(S1306)。
In order to measure the shape by library matching in the
S1303において、検出した分光反射率とデータベースから引き出したシミュレーションで計算した分光反射率との誤差を算出する方法としては、例えば、(数1)に示す平均自乗誤差を用いることが考えられる。同式で、Rsが検出した分光反射率を、Rmがシミュレーションにより算出した分光反射率を示している。 In S1303, as a method of calculating an error between the detected spectral reflectance and the spectral reflectance calculated by the simulation extracted from the database, for example, it is conceivable to use the mean square error shown in (Equation 1). In the same equation, R s indicates the spectral reflectance detected, and R m indicates the spectral reflectance calculated by simulation.
実際に検出した分光反射率は、分光検出器の仕様により、波長が等間隔のデータでない場合が多い。その場合には、補間する等により検出したデータと算出したデータの波長を一致させておく。 In many cases, the spectral reflectance actually detected is not evenly spaced data depending on the specifications of the spectral detector. In that case, the wavelength of the data detected by interpolation etc. and the wavelength of the calculated data are made to correspond.
上記の通り、ライブラリマッチングによる方法では、予め分光反射率のライブラリを演算により作成しておく必要がある。次に分光反射率のライブラリの演算方法について図10を用いて説明する。 As described above, in the method based on library matching, it is necessary to create a spectral reflectance library by calculation in advance. Next, a calculation method of the spectral reflectance library will be described with reference to FIG.
まず始めに、測定対象の断面形状をある程度把握するために、概略の形状の検出(概形状の検出)を行う(S1401)。この作業は、別の手段で対象形状を測定することや、断面をSEMで観察する等で実現できる。次にこの断面形状をモデル化する(S1402)。 First, in order to grasp the cross-sectional shape of the measurement target to some extent, a rough shape is detected (a rough shape is detected) (S1401). This operation can be realized by measuring the target shape with another means, observing the cross section with an SEM, or the like. Next, this cross-sectional shape is modeled (S1402).
次に、ライブラリを演算するための形状パラメータを選定する(S1403)。試料の表面に形成されたパターンの断面形状は、形成プロセスの条件によって変化する。この変化は、S1401で別方式により測定した測定対象の断面形状またはSEMで観察した断面形状が、単純に相似的に変化するものではない。そのため、少ないパラメータで、可変し得る全ての形状を表現できる断面形状モデルを考える必要がある。 Next, a shape parameter for calculating the library is selected (S1403). The cross-sectional shape of the pattern formed on the surface of the sample varies depending on the conditions of the formation process. In this change, the cross-sectional shape of the measurement object measured by another method in S1401 or the cross-sectional shape observed by the SEM does not simply change in a similar manner. Therefore, it is necessary to consider a cross-sectional shape model that can represent all the shapes that can be changed with a small number of parameters.
最後に、ライブラリを演算する。ライブラリを演算するには、モデルを構成するパラメータの演算条件を決める必要がある(S1404)。パラメータの演算条件には、例えば、演算範囲と分解能とを設定する方法がある。演算範囲については変化し得る形状を網羅する様に設定し、分解能については必要な形状測定精度を得るのに十分な大きさとすればよい。この設定したパラメータの演算条件でライブラリを演算する(S1405)。 Finally, compute the library. In order to calculate the library, it is necessary to determine the calculation conditions of the parameters constituting the model (S1404). The parameter calculation conditions include, for example, a method of setting a calculation range and resolution. The calculation range may be set so as to cover the shape that can be changed, and the resolution may be set large enough to obtain the necessary shape measurement accuracy. The library is calculated under the set parameter calculation conditions (S1405).
分光反射率を算出する手段としては、RCWA(Rigourous Coupled Wave Analysis)法を用いる(RCWAは当該技術分野において既知の技術である)。対象パターンの大きさが小さく、検出に用いている波長の10分の1程度以下の場合には、図11に示す様に、有効媒質近似を用いて対象パターンを層構造に近似し、この近似した層構造に基づいてフレネル係数の式で算出する方法でもよい(有効媒質近似及びフレネル係数は当該技術分野において既知の技術である)。 As a means for calculating the spectral reflectance, an RCWA (Rigorous Coupled Wave Analysis) method is used (RCWA is a known technique in the art). When the size of the target pattern is small and is about one tenth or less of the wavelength used for detection, the target pattern is approximated to a layer structure using effective medium approximation as shown in FIG. It is also possible to use the Fresnel coefficient formula based on the layer structure (the effective medium approximation and the Fresnel coefficient are known techniques in the art).
有効媒質近似とフレネル係数を用いて反射率を算出する方法については、特許文献5に記載の方法を用いればよい。 As a method of calculating the reflectance using the effective medium approximation and the Fresnel coefficient, the method described in Patent Document 5 may be used.
以上により、試料の表面の分光反射率を検出し、検出した分光反射率に基づいて試料表面に形成された微細な繰返しパターンの断面形状を測定することができる。 As described above, the spectral reflectance on the surface of the sample can be detected, and the cross-sectional shape of the fine repetitive pattern formed on the sample surface can be measured based on the detected spectral reflectance.
次に、S1402において,断面形状をモデル化する方法について説明する。第1の方法として、断面形状のモデル化にガウス分布等の分布関数による分布形状を用いる方法を説明する。前述したように、従来のモデル化では、図3に示すような左右が非対称な断面構造301を図4に示す様に台形を垂直方向に積み重ねたモデル401を適用する。この方法では、複雑な形状をモデル化しようとした場合に垂直方向に分割する台形の数を増やさなければならず、その結果パラメータ数が大きくなるという課題があった。
Next, a method for modeling the cross-sectional shape in S1402 will be described. As a first method, a method of using a distribution shape by a distribution function such as a Gaussian distribution for modeling a cross-sectional shape will be described. As described above, in the conventional modeling, a
これに対して本実施例では、図12Aに示す様に、例えばガウス分布を水平方向に複数配置して、それらを足し合わせた形状でモデル化を実現するようにした。すなわち、同図に示す様に、水方方向に配置した2つのガウス分布501,502を足し合わせてモデル化形状503を形成する(同図中点線で表示)。
In contrast, in the present embodiment, as shown in FIG. 12A, for example, a plurality of Gaussian distributions are arranged in the horizontal direction, and modeling is realized by adding them together. That is, as shown in the figure, a modeled
図12Aに示す例の場合、パラメータ数は、ガウス分布の数と、ガウス分布を定義するガウス分布関数のパラメータの数3(中心位置p、高さh及び半値幅w)とを掛け合わせた数6となり、従来の台形を積み重ねた場合の21と比較して大幅に減じることができる。また、断面形状とモデルとの形状誤差も小さくすることができ、より精度の高い形状測定が可能となる。
In the case of the example shown in FIG. 12A, the number of parameters is the number obtained by multiplying the number of Gaussian distributions and the
図12Aに示したような、ガウス分布を2つ用いて断面形状モデルを作成する場合、入力データは図12Bに示すように、ガウス分布を特徴づける高さ、半値幅と位置の3つのデータをそれぞれのガウス分布データとして入力すればよい。また、図12Bの入力データに基づいて演算した結果として、図12Aの実線で示した断面形状モデル503301と点線で示した2つのガウス分布501と502とを合成したデータ503との誤差データとして、図12Cに示すような、ピーク位置誤差、高さ誤差、最大誤差等を算出した結果が出力(画面に表示)される。オペレータは、この結果を見て、図12Bで入力したデータの調整を行うことができる。図12Bに示した入力データ、及び図12Cに示した出力データは、図12Aのグラフと一緒に、インターフェース907の画面上に表示される。
When a cross-sectional shape model is created using two Gaussian distributions as shown in FIG. 12A, the input data includes three data that characterize the Gaussian distribution: height, half-value width, and position, as shown in FIG. 12B. What is necessary is just to input as each Gaussian distribution data. Further, as a result of calculation based on the input data of FIG. 12B, as error data between the cross-sectional shape model 503301 shown by the solid line in FIG. 12A and the
図12Aは、一例としてガウス分布を2つ用いた場合を示したものであり、用いるガウス分布の数は2つに限らない。3つ又はそれ以上を組み合わせて作成してもよい。 FIG. 12A shows a case where two Gaussian distributions are used as an example, and the number of Gaussian distributions used is not limited to two. You may create combining 3 or more.
また、同様に図12Aでは、分布形状を表わす分布関数として、ガウス分布を用いているが、ガウス分布に限定するものではなく、ローレンツ分布やSINC関数等を用いてもよい。 Similarly, in FIG. 12A, the Gaussian distribution is used as the distribution function representing the distribution shape, but the distribution function is not limited to the Gaussian distribution, and a Lorentz distribution, a SINC function, or the like may be used.
なお、ガウス分布を用いることは、特許文献3の[0074]に記載があるが、同文献では、ガウス分布を水平方向に複数配置することや、非対称形状を測定することは開示されていない。
The use of a Gaussian distribution is described in [0074] of
複数のガウス分布関数を用いることは、例えば、レジストを複数回露光することにより非対称な断面形状を形成させた場合には、物理的な現象と合致した妥当なモデル化であるといえる。
〔変形例1〕
断面形状をモデル化する方法の変形例として、例えば、単純なスリット状の開口をもつマスクを用いて、そのマスク位置と露光量を可変して複数回露光することにより、断面形状が非対称なパターンを形成することを考える。パターンの形成原理を、図13を用いて説明する。同図はレジスト2004への露光を模式的に示した図である。
The use of a plurality of Gaussian distribution functions can be said to be a reasonable modeling consistent with a physical phenomenon, for example, when an asymmetric cross-sectional shape is formed by exposing a resist a plurality of times.
[Modification 1]
As a modification of the method of modeling the cross-sectional shape, for example, a mask having a simple slit-like opening is used, and the pattern is asymmetrical by performing exposure multiple times by changing the mask position and exposure amount. Think about forming. The principle of pattern formation will be described with reference to FIG. The figure schematically shows exposure to the resist 2004.
光源からの射出した光2001によって、マスク2002、この場合は幅aのスリット状の開口の像が基板2005上のレジスト2004に転写される。同図は、スリットの像、すなわち露光の強度分布2006をレジストの表面を原点とし深さ方向に基板2005に向かって示した図である。スリット状開口の幅が露光に用いる光の波長に近い場合には、レジストに転写される露光の強度分布は、矩形の分布ではなく、同図に点線で示すような分布状となる。
By the light 2001 emitted from the light source, an image of a
仮に1回だけ露光したサンプルを現像した場合は、図14に示すような、露光強度分布2006とレジスト2004の特性や現像の条件できまる溝形状2101となる。同図はポジ型レジストの場合を例に示したものである。
If a sample that has been exposed only once is developed, a
図14に示した通り、1回の露光では非対称な形状を形成することはできない。そこで、マスクの位置や露光量を変えて複数回実施してプロセスの物理現象に基づいて形状モデルを形成することにより、非対称な形状を形成する。図15は5回露光により非対称な形状を形成した例を示している。同図の場合は、マスク2002位置を等間隔でずらし(図15では中心位置での場合のみ図示)、それぞれの露光量2201を変えることにより、非対称な露光分布形状2202を形成した例を示している。これを現像することにより、図16に示すような非対称なパターン形状2301を実現することができる。
As shown in FIG. 14, an asymmetric shape cannot be formed by one exposure. Therefore, an asymmetric shape is formed by changing the position of the mask and the exposure amount, and performing a plurality of times to form a shape model based on the physical phenomenon of the process. FIG. 15 shows an example in which an asymmetric shape is formed by five exposures. In the case of the same figure, an example is shown in which the asymmetric
図16に示すような非対称なパターン形状2301を、上述した水平方向に展開した複数の分布形状を重ね合わせた、プロセスの物理現象に基づいて形成した形状モデルで測定する場合、上述した測定対象パターンの形成プロセスの情報を用いることができる。 When measuring the asymmetric pattern shape 2301 as shown in FIG. 16 with a shape model formed based on the physical phenomenon of the process in which a plurality of distribution shapes developed in the horizontal direction described above are superimposed, the above-described measurement target pattern Information on the formation process can be used.
図17は基板2603上のレジスト2602に形成した非対称なパターン2601を示している。これを図18に示すように、ガウス分布によりモデル化する。同図では、逆さまのガウス分布を5つ用いてモデル化した例を示している。モデル化した形状2701(点線)は、5つのガウス分布2701〜2705を重ね合わせた値をレジスト表面2706から減算することで求めている。この場合、モデル形状を決定するパラメータとしては、ガウス分布を定義する幅,高さ及び位置の3パラメータが5つのガウスそれぞれに必要なため3×5=15パラメータが必要であるが、対象パターンを形成するプロセス条件から、減じることができる。
FIG. 17 shows an
例えば、複数回露光の間隔はプロセス条件から既知であり、また露光装置にもよるが、数nm以下の精度で位置決めされているため、プロセス条件から各分布の中心位置を決定することができる。 For example, the interval between the multiple exposures is known from the process conditions and depends on the exposure apparatus, but is positioned with an accuracy of several nanometers or less, so that the center position of each distribution can be determined from the process conditions.
また、複数回露光を実施する際、図15では同じマスクを用いている。図19は同じスリット状のマスクを用いて、露光量を3種変えた場合の露光分布形状2401〜2403を模式的に示したものである。同図で、矢印2404で示す幅がそれぞれの半値幅であり、各分布の半値幅2404は露考量によらず一定となる。このことから、図18に示す5つのガウス分布の半値幅は同じであると考えられる。そのため、同じマスクを用いる場合は、各露光におる分布形状の幅(半値幅)を同一の値として扱うことができる。
Further, when performing multiple exposures, the same mask is used in FIG. FIG. 19 schematically shows
また、複数露光による分布形状幅(半値幅)を同一値として1つのパラメータとする、または、予め半値幅の評価ができれば全ての分布の半値幅を固定値とすることができる。 Also, the distribution shape width (half width) by multiple exposures can be set as one parameter with the same value, or the half width of all distributions can be set as a fixed value if the half width can be evaluated in advance.
複数回露光のマスクの幅がすべて異なる場合も、マスクの幅と分布形状半値幅との間には相関関係があるので、計算により露光の分布形状の半値幅を確定する、または実際に評価することにより、分布形状の半値幅を確定することができる。 Even if the mask widths for multiple exposures are all different, there is a correlation between the mask width and the half width of the distribution shape, so the half width of the exposure distribution shape is determined by calculation or actually evaluated. Thus, the half width of the distribution shape can be determined.
分布の高さも、露光量との間に相関があるため、露光量から、これを固定値として、ライブラリ演算時のパラメータから除外することができる。 Since the height of the distribution also has a correlation with the exposure amount, it can be excluded from the parameters at the time of the library calculation as a fixed value from the exposure amount.
以上はすべて、プロセス条件が安定していることが前提で固定値として扱うことができることを述べたが、プロセスにはばらつきがあるため、ばらつきの生じうるパラメータのみを用いてライブラリ演算を実施すればよい。例えば、図16に示したような、同一マスクで等間隔に露光し、各露光の露光量を可変することにより、さまざまなパターン形状を形成しようとした場合は、モデルに用いる分布の位置と半値幅を固定とし、露光量のみをパラメータとすれば、本来パラメータ数は3×5=15パラメータ必要であるが、各露光量の5パラメータのみでモデル形状を構築することができる(図20A)。 All of the above mentioned that it can be handled as a fixed value on the assumption that the process conditions are stable, but since there are variations in the process, if library operations are performed using only parameters that can cause variation, Good. For example, when various pattern shapes are to be formed by exposing the same mask with the same mask as shown in FIG. 16 and varying the exposure amount of each exposure, the position and half of the distribution used in the model are used. If the value width is fixed and only the exposure amount is used as a parameter, the number of parameters is originally 3 × 5 = 15 parameters, but a model shape can be constructed with only 5 parameters for each exposure amount (FIG. 20A).
または、モデルに用いる分布の半値幅だけを固定とし、分布の位置と露光量とをパラメータとすれば、必要なパラメータ数は、2×5=10パラメータとなり、10パラメータでモデル形状を構築することができる(図20B)。 Alternatively, if only the half width of the distribution used for the model is fixed and the position of the distribution and the exposure amount are used as parameters, the number of necessary parameters becomes 2 × 5 = 10 parameters, and the model shape is constructed with 10 parameters. (FIG. 20B).
以上の様に、パターン形成時のプロセス条件を利用することにより、ライブラリ演算のパラメータ数を減じることができる。パラメータを減じることができれば、ライブラリ数を減じることができ、パターン形状測定に必要な演算時間を短縮することができる。または各パラメータについてより詳細なライブラリを演算することが可能となり、より精度の高い測定が実現できる。 As described above, the number of parameters for library operation can be reduced by using the process conditions at the time of pattern formation. If the parameters can be reduced, the number of libraries can be reduced, and the calculation time required for pattern shape measurement can be shortened. Alternatively, a more detailed library can be calculated for each parameter, and more accurate measurement can be realized.
上記に図13乃至16及び図18乃至図20Bを用いて説明した例は、いわゆるポジ型のレジストについて説明したが、いわゆるネガ型についても同様に扱うことが可能である。すなわち、ポジ型では感光した部分が残るが、ネガ型では感光していない部分が残る。上記ポジ型では、例えば図15で説明したようにパターンの表面を原点として基板に向かって分布形状を定義したが、ネガ方の場合は、例えば図21に示すように、レジスト2004と基板2005との界面を原点として膜厚方向に分布形状2501を定義すればよい。
ネガ型のレジストを用いる場合、図17に示したようなレジスト2602による非対称なパターン2601を基板2603上に形成するためには、図18で説明したポジ型のレジストを用いた場合とは逆に、図22に示すようなガウス分布によりモデル化する。同図では、図18の場合と同様に、ガウス分布を5つ用いてモデル化した例を示している。
In the examples described above with reference to FIGS. 13 to 16 and FIGS. 18 to 20B, so-called positive type resists have been described, but so-called negative types can also be handled in the same manner. That is, the exposed portion remains in the positive type, but the unexposed portion remains in the negative type. In the positive type, for example, as described with reference to FIG. 15, the distribution shape is defined toward the substrate with the pattern surface as the origin, but in the negative case, as shown in FIG. 21, for example, as shown in FIG. The
In the case of using a negative type resist, in order to form an
モデル化した形状2906(点線)は、5つのガウス分布2901〜2905を重ね合わせた値として求めている。この場合、モデル形状を決定するパラメータとしては、図18の場合と同様に、ガウス分布を定義する幅,高さ及び位置の3パラメータが5つのガウスそれぞれに必要なため、3×5=15パラメータが必要であるが、対象パターンを形成するプロセス条件から減じることができて5パラメータ又は10パラメータでモデル形状を構築できるのは、ポジレジストを用いた場合の例で説明したのと同じである。 上記は、例として5つのガウス分布を用いる方法を説明したが、分布の数は5に限るものではなく、分布形状も対象によって適切に選択すればよい。
The modeled shape 2906 (dotted line) is obtained as a value obtained by superimposing five
上述したとおり、形状モデルに用いる分布形状はガウス等の分布形状を用いることで、十分精度の高い測定が可能である。しかし、実際の分布形状は正確にはガウス等の比較的単純な分布形状ではなく、レジストの特性や現像条件等によって決まる形状である。 As described above, the distribution shape used in the shape model can be measured with sufficiently high accuracy by using a distribution shape such as Gaussian. However, the actual distribution shape is not exactly a relatively simple distribution shape such as Gauss, but a shape determined by resist characteristics, development conditions, and the like.
そこで、より精度の高い測定を実現するには、実際にどのような分布であるかを実測すればよい。測定した形状に基づいてモデルを構築すればより精度の高い測定が可能である。 Therefore, in order to realize measurement with higher accuracy, it is only necessary to actually measure the distribution. If a model is constructed based on the measured shape, more accurate measurement is possible.
また、例えば5つの分布形状でモデルを構築した場合、実際の形状との間に、分布形状に起因する誤差が生じ、5周期の誤差が生じることが考えられる。この場合は、1周期分の幅で移動平均処理をすることにより、誤差を低減することが可能である。
なお、物理現象に基づいて正確な分布形状を演算で求めることも可能である。
For example, when a model is constructed with five distribution shapes, an error due to the distribution shape occurs between the actual shape and an error of five cycles may occur. In this case, the error can be reduced by performing the moving average process with a width of one cycle.
It is also possible to obtain an accurate distribution shape by calculation based on a physical phenomenon.
上記では、複数の分布形状を水平に展開して重ね合わせすることによりモデルを構築しているが、測定対象によっては垂直方向または斜め方向に展開した分布を重ね合わせることも考えられる。また、水平方向,垂直方向及び斜め方向を組み合わせることも考えられる。 In the above, a model is constructed by horizontally unfolding and superimposing a plurality of distribution shapes, but depending on the measurement object, it is also conceivable to superimpose distributions unfolded vertically or obliquely. It is also conceivable to combine the horizontal direction, the vertical direction and the oblique direction.
従来は上記のとおりシミュレーションする際のモデルの形状は、台形や矩形を積み重ねたモデルを利用することが一般的であった。このモデルの特徴は、対象形状を分割して比較的単純な形状に置き換えるというものである(領域分割モデル)。一方で、本実施例のモデルは、物理現象に基づいて複雑な対象形状を比較的単純な分布形状の重ね合わせで構築するという特徴がある(分布重畳モデル)。 Conventionally, it is common to use a model in which trapezoids and rectangles are stacked as the shape of a model for simulation as described above. The feature of this model is that the target shape is divided and replaced with a relatively simple shape (region division model). On the other hand, the model of this embodiment has a feature that a complicated target shape is constructed by superimposing relatively simple distribution shapes based on a physical phenomenon (distribution superposition model).
〔変形例2〕
次に、S1402において,断面形状をモデル化する方法の第2の変形例として、断面形状のモデル化にフーリエ級数展開を用いる方法を説明する。図23Aは、図3に示す断面形状301をフーリエ級数展開してモデル化した形状を示している(同図中点線601で表示)。フーリエ級数展開によっても、実線で示した断面形状503と一致した形状を求めることができる。図23Bには、フーリエ級数展開によりモデル化する場合に入力するデータの一例を示す。入力データとしては、位相と振幅及びモデル化に用いるフーリエ級数の項数である。図23Cに入力するデータの他の一例を示す。入力データは図23Cに示すように、振幅と位相の2つのデータを項数分入力すればよい。図23Cは項数2の場合の例を示している。項数分の振幅と位相を入力する。また、計算の結果は、図12Cに示したものと同じような情報が出力される。図23Bまたは図23Cの入力データ、及び図12Cと同様な出力データは、図23Aのグラフと一緒に、インターフェース907の画面上に表示される。
[Modification 2]
Next, a method of using Fourier series expansion for cross-sectional shape modeling will be described as a second modification of the method for modeling cross-sectional shape in S1402. FIG. 23A shows a shape modeled by Fourier series expansion of the
ここで、図3に示す断面形状をもつ回折格子の回折効率を考える。図24A乃至図24Cは、n項(n=2,3及び4)までのフーリエ級数で、回折格子の断面形状501モデル化した形状を示している。即ち、図24Aは2項までのフーリエ級数によるモデル形状701(点線)を実線で示した断面形状501と重ねて表示したものである。また、図24Bは、3項までのフーリエ級数によるモデル形状702を断面形状501と重ねて表示したものである。更に、図24Cは、4項までのフーリエ級数によるモデル形状702を断面形状501と重ねて表示したものである。図24A乃至図24Cに示す様に、次数が小さい場合(図24A)は、元の形状との誤差が大きい。
Here, the diffraction efficiency of the diffraction grating having the cross-sectional shape shown in FIG. 3 is considered. 24A to 24C show shapes obtained by modeling the
ここで、回折格子性能の一つである回折効率に着目する。図25は横軸にモデル化に用いる項数nを、縦軸にn項までのフーリエ級数でモデル化された形状での回折効率を計算で求めたものである。同図から形状の誤差が十分小さくなる項数に達する前に、回折効率はほとんど項数の大きい場合とほとんど同値となることがわかる。すなわち、形状誤差が十分小さくなる項数まで計算しなくても、回折格子の回折効率を評価することができる。 Here, attention is focused on diffraction efficiency, which is one of the diffraction grating performances. In FIG. 25, the number n of terms used for modeling is plotted on the horizontal axis, and the diffraction efficiency in a shape modeled by a Fourier series up to n terms is calculated on the vertical axis. From the figure, it can be seen that the diffraction efficiency is almost the same as that when the number of terms is large before the number of terms reaches a sufficiently small error. That is, the diffraction efficiency of the diffraction grating can be evaluated without calculating the number of terms with which the shape error is sufficiently small.
なお、フーリエ級数展開を用いることは、特許文献4の[0197]に記載があるが、非対称な形状をモデル化することや、回折効率との相関をとることは開示されていない。
〔変形例3〕
次に、S1402において,断面形状をモデル化する方法の第3の変形例について説明する。上記第1の方法及び第1及び第2の変形例におけるモデル化の式を一般化すると、(数2)で表すことができる。同式は、水平方向に配置した複数の分布形状f(x)を足し合わせた式となっている。上記2つの方法の場合は、分布形状をそれぞれ、(数3)及び(数4)とした場合となる。
Although the use of Fourier series expansion is described in [0197] of
[Modification 3]
Next, a third modification of the method for modeling the cross-sectional shape in S1402 will be described. When the modeling equations in the first method and the first and second modified examples are generalized, they can be expressed by (Expression 2). This expression is an expression obtained by adding a plurality of distribution shapes f (x) arranged in the horizontal direction. In the case of the above two methods, the distribution shapes are (Equation 3) and (Equation 4), respectively.
第3の変形例においては、(数2)で表わされるような一般化した式に、分布形状f(x)として、(数3)で表わされる第1の方法で説明したものと(数4)で表わされる第2の方法で説明したものを、それぞれに重みを付けて組み合わせてモデル化する。この場合、分布形状としては、前述の通り、ガウス分布に限らず、ローレンツ分布やSINC関数等を用いることも考えられる。要は、形状モデルとして適切な分布を選択すれば良い。
In the third modification, the distribution formula f (x) in the generalized expression represented by (Expression 2) is the same as that described in the first method represented by (Expression 3) (
本実施例によれば、試料表面の分光反射率を検出して得られたデータから、左右非対称な断面形状のモデルデータを、複数の分布関数を用いてより少ないパラメータを用いて計算することが可能になるので、従来の台形パターンを組み合わせて断面形状のモデルデータを作成する場合と比べて、高い形状測定精度を維持しつつ、ライブラリの演算時間を低減させることが可能になった。 According to the present embodiment, it is possible to calculate model data having a cross-sectional shape that is asymmetrical from the data obtained by detecting the spectral reflectance of the sample surface using a plurality of distribution functions and using fewer parameters. As a result, it is possible to reduce the calculation time of the library while maintaining high shape measurement accuracy as compared with the case of creating cross-sectional model data by combining conventional trapezoidal patterns.
本実施例では、試料表面のエリプソパラメータを検出して、検出したエリプソパラメータに基づいて、試料表面に形成された微細な繰り返しパターンの断面形状を測定する装置の例を説明する。 In the present embodiment, an example of an apparatus that detects an ellipso parameter on a sample surface and measures a cross-sectional shape of a fine repetitive pattern formed on the sample surface based on the detected ellipso parameter will be described.
図26に本実施例における装置の構成図を示す。本実施例による装置構成は実施例1で図5を用いて説明した装置と同様であるが、分光反射率を検出するための分光反射率検出光学系901の代わりに分光エリプソ光学系1601で構成されている。
FIG. 26 shows a configuration diagram of an apparatus according to the present embodiment. The configuration of the apparatus according to the present embodiment is the same as that described with reference to FIG. 5 in the first embodiment, but includes a spectral ellipso
図27に分光エリプソ光学系1601の構成の一例を示す。分光エリプソ光学系1601は少なくとも、多数の波長を含む光を照射する光源1701と、偏光子1702と、光軸を中心として偏光子を回転させる回転ステージ1706と、補償子1703と、検光子1704及び分光検出器1705を備えて構成される。必要に応じて光源1701から補償子1703でまでの入射光学系と、検光子1704から分光検出器1705までの検出光学系とを試料に対して相対して同じ角度(仰角)で配置してその角度を調整可能な調整機構(図示せず)を設けるようにしてもよい。試料905を載置するステージ912は、実施例1で説明したステージ902と同様に、図7A又は図7Bに示したような構成を有している。
FIG. 27 shows an example of the configuration of the spectroscopic ellipso
図27に示した構成において、光源1701から射出した光は、偏光子1702と補償子1703を介してステージ912に載置された試料に照射され、その反射光は、検光子1704を介して分光検出器1705で分光検出される。なお、検光子1704と偏光子1702とは同じ構成のもの(1/4波長板又は1/2波長板又はそれらを組合せたもの)であっても良い。
In the configuration shown in FIG. 27, the light emitted from the
図26の制御ユニット1602は、補償子回転ステージ1706と分光検出器1705とステージ902を制御して、試料905の表面の任意の位置で分光強度を検出し、検出した分光強度に基づいて演算ユニット1603によってエリプソパラメータを算出する。
The
具体的には、補償子回転ステージ1706で補償子1703の角度を回転させて分光検出器1705で分光反射強度を検出する。検出した対補償子角度の分光反射強度データに基づいてエリプソパラメータであるΔとΨとを算出する。分光強度データに基づいてエリプソパラメータを算出することは、当該技術分野において既知の技術であるので、算出の詳細は割愛する。
Specifically, the angle of the
実施例2における、ライブラリマッチングによる断面形状の算出方法を図28に示す。同図は実施例1における図8に示したフロー図に相当する。 FIG. 28 shows a method for calculating a cross-sectional shape by library matching in the second embodiment. This figure corresponds to the flowchart shown in FIG.
エリプソパラメータに基づいてライブラリマッチングにより断面形状を算出する手順は、先ず始めに、ステージ912を駆動して、試料を測定位置に移動させる(S1801)。次に、制御ユニット1602で制御された補償子回転ステージ1706を回転させて補償子1704の角度を変化させながら試料905の表面からの反射光を分光検出器1705で検出し、分光反射強度データを得る(S1802)。次に、S1802で得られた分光反射強度データを用いてエリプソパラメータであるΔとΨとを算出する(S1803)。次に、この算出したエリプソパラメータ(ΔとΨ)をもちいて、ライブラリマッチングまたはモデルフィッティングにより断面形状を算出する(S1804)。
In the procedure for calculating the cross-sectional shape by library matching based on the ellipso parameter, first, the
以上の動作を必要に応じて繰り返すことにより、試料905の表面の任意の位置での繰り返しパターンの断面形状を測定することができる(S1805)。
By repeating the above operation as necessary, the cross-sectional shape of the repetitive pattern at an arbitrary position on the surface of the
次に、S1804で実行する断面形状の算出方法について説明する。例として、ライブラリマッチングによる方法を、図29を用いて説明する。
ライブラリマッチングにより形状を測定するには、検出した分光反射強度のデータからS1803において算出したエリプソパラメータ(ΔとΨ)を用意し(S1901)、一方、光学シミュレーションにより算出したエリプソパラメータのデータをライブラリ(データベース)から引き出し(S1902)、これらのデータを比較して誤差を算出し(S1903),既に算出した誤差との比較を行って誤差の最小値判定を行う(S1904)ことをライブラリに記憶されている全データについて行い(S1905)、S1904で検出した誤差が最も小さくなるエリプソパラメータを計算した時の形状条件を形状測定値として、エリプソパラメータと形状条件とを関連付けて記憶されているライブラリから抽出する(S1906)。
Next, a method for calculating the cross-sectional shape executed in S1804 will be described. As an example, a method by library matching will be described with reference to FIG.
In order to measure the shape by library matching, ellipso parameters (Δ and Ψ) calculated in S1803 from prepared spectral reflection intensity data are prepared (S1901), while ellipso parameter data calculated by optical simulation is stored in the library ( The data is extracted from the database (S1902), the error is calculated by comparing these data (S1903), and the minimum error determination is performed by comparing with the already calculated error (S1904). This is performed for all the data (S1905), and the ellipso parameters and the shape conditions are extracted from the stored library in association with the shape conditions when the ellipso parameters with the smallest error detected in S1904 are calculated. (S1906).
S1903において、検出したエリプソパラメータとデータベースから引き出したシミュレーションで計算したエリプソパラメータとの誤差を算出する方法としては、同様に(数5)または(数6)に示す平均自乗誤差を表す式を用いることが考えられる。同式では、一例としてΔとΨとをその可変範囲で正規化して足し合わせた値を用いた場合を示している。 In S1903, as a method of calculating the error between the detected ellipso parameter and the ellipso parameter calculated by the simulation drawn from the database, the equation representing the mean square error shown in (Equation 5) or (Equation 6) is similarly used. Can be considered. In this equation, as an example, a case is shown in which Δ and Ψ are normalized within the variable range and added together.
実際に検出したエリプソパラメータは、分光検出器の仕様により、波長が等間隔のデータでない場合が多い。その場合には、補間する等により検出したデータと算出したデータの波長を一致させておく。 In many cases, the ellipso parameters actually detected are not evenly spaced data depending on spectroscopic detector specifications. In that case, the wavelength of the data detected by interpolation etc. and the wavelength of the calculated data are made to correspond.
上記の通り、ライブラリマッチングによる方法では、予めエリプソパラメータのライブラリを演算しておく必要がある。 As described above, in the library matching method, it is necessary to calculate an ellipso parameter library in advance.
ライブラリを演算して求める方法は実施例1で図10を用いて説明した方法と同様であるので、説明を省略する。RCWAや有効媒質近似を用いてフレネルの式を用いることによりエリプソパラメータを算出することができる。
以上の方法により、試料表面に形成された微細な繰り返しパターンの断面形状を測定することができる。
Since the method for calculating the library is the same as the method described with reference to FIG. 10 in the first embodiment, the description thereof is omitted. Ellipso parameters can be calculated by using Fresnel's equation using RCWA or effective medium approximation.
By the above method, the cross-sectional shape of the fine repetitive pattern formed on the sample surface can be measured.
本実施例によれば、試料表面のエリプソパラメータを検出して得られたデータから、左右非対称な断面形状のモデルデータを、複数の分布関数を用いてより少ないパラメータを用いて計算することが可能になるので、従来の台形パターンを組み合わせて断面形状のモデルデータを作成する場合と比べて、高い形状測定精度を維持しつつ、ライブラリの演算時間を低減させることが可能になった。 According to this embodiment, it is possible to calculate model data having a cross-sectional shape that is asymmetrical from the data obtained by detecting ellipso parameters on the sample surface using a plurality of distribution functions and using fewer parameters. Therefore, it is possible to reduce the calculation time of the library while maintaining high shape measurement accuracy as compared with the case where cross-sectional model data is created by combining conventional trapezoidal patterns.
101・・・半導体パターンの断面形状 901・・・分光反射率検出光学系 902・・・試料ステージ 903・・・制御ユニット 904・・・演算ユニット 905・・・試料 906・・・基準試料 907・・・インターフェース 1001・・・光源 1002・・・光学系 1003・・・分光検出器 1004・・・照明光学系 1005・・・ハーフミラーまたはビームスプリッタ 1006・・・対物レンズ 1007・・・結像レンズ 1008・・・視野絞り 1101・・・Xステージ 1102・・・Yステージ 1103・・・Zステージ 1104・・・θステージ 1501・・・断面形状 1601・・・分光エリプソ光学系 1602・・・制御ユニット 1603・・・演算ユニット 1701・・・光源 1702・・・偏光子 1703・・・補償子 1704・・・検光子 1705・・・分光検出器 1706・・・回転ステージ 2001・・・光源から射出した光 2002・・・マスク 2003・・・露光光学系 2004・・・レジスト 2005・・・基板 2006・・・露光強度分布 2101・・・パターン形状 2201・・・露光強度 2202・・・非対称な露光強度分布 2301・・・非対称パターン 2401〜2403・・・露光強度分布 2404・・・半値幅 2501・・・露光強度分布 2601・・・非対称パターン 2602・・・レジスト 2603・・・基板 2701〜2705・・・ガウス分布 2706・・・レジスト表面 2707・・・モデル化形状
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記試料の表面で反射した光を分光検出し、該分光検出して得た前記試料の表面の分光反射率に関するデータまたは前記試料の表面のエリプソパラメータに関するデータと予め記憶しておいたデータとを用いて前記試料表面に形成された微細な繰り返しパターンの断面形状を求める方法であって、前記予め記憶しておいたデータは、前記分光検出して得たデータと同じ種類の前記試料の表面の分光反射率に関するデータまたは前記試料の表面のエリプソパラメータに関するデータと、該分光検出して得たデータと同じ種類の前記試料の表面の分光反射率に関するデータまたは前記試料の表面のエリプソパラメータに関するデータに関連付けた前記微細な繰り返しパターンの断面形状をモデル化したデータであり、該断面形状をモデル化したデータは、前記試料の表面の分光反射率に関するデータまたは前記試料の表面のエリプソパラメータに関するデータを用いて一つの関数又は複数の関数を組み合わせて表わされる左右非対称な曲線により形成されたデータであることを特徴とする微細パターンの断面形状測定方法。 Irradiate the sample with a fine repeating pattern whose cross-sectional shape is asymmetrical on the surface,
The light reflected from the surface of the sample is spectrally detected, and the data relating to the spectral reflectance of the surface of the sample obtained by the spectral detection or the data relating to the ellipsometric parameters of the surface of the sample and the data stored in advance are stored. A method for obtaining a cross-sectional shape of a fine repetitive pattern formed on the surface of the sample by using the data stored in advance on the surface of the sample of the same type as the data obtained by the spectral detection Data relating to spectral reflectance or data relating to ellipso parameters of the surface of the sample, data relating to spectral reflectance of the surface of the sample of the same type as data obtained by the spectral detection, or data relating to ellipso parameters of the surface of the sample This is data obtained by modeling the cross-sectional shape of the associated minute repetitive pattern, and the data obtained by modeling the cross-sectional shape. It data is data formed by asymmetric curve represented by combining one function or multiple functions using data on ellipsometric parameters of the data or the surface of the samples for the spectral reflectance of the surface of the sample A method for measuring a cross-sectional shape of a fine pattern characterized by
の何れかを複数組み合わせて表わされる左右非対称な曲線により形成されたデータである
ことを特徴とする請求項1記載の微細パターンの断面形状測定方法。 Data modeling the cross-sectional shape, a fine of claim 1 Symbol mounting, characterized in that the data formed by the asymmetric curve represented by combining a plurality of either Gaussian or Lorentzian distribution or SINC function Method for measuring the cross-sectional shape of a pattern.
について、位相と振幅を変化させることにより形成されたデータであることを特徴とする
請求項1記載の微細パターンの断面形状測定方法。 Data modeling the cross-sectional shape, for asymmetrical curve represented by a Fourier series expansion, according to claim 1 Symbol placing a fine pattern, characterized in that the data which is formed by changing the phase and amplitude Cross-sectional shape measurement method.
分布又はSINC関数の何れかを複数組み合わせて表わされる左右非対称な曲線により形
成されたデータであることを特徴とする請求項4記載の微細パターンの断面形状測定装置。 The data obtained by modeling the cross-sectional shape stored in the storage unit is data formed by a left-right asymmetric curve expressed by combining a plurality of Gaussian distributions, Lorentz distributions, or SINC functions. 4. Symbol placement of the cross-sectional shape measuring device of a fine pattern.
れる左右非対称な曲線について、位相と振幅を変化させることにより形成されたデータで
あることを特徴とする請求項4記載の微細パターンの断面形状測定装置。 The data obtained by modeling the cross-sectional shape to be stored in the storage unit, according to claim 4, characterized in that the asymmetrical curve represented by a Fourier series expansion, a data formed by changing the phase and amplitude sectional shape measuring apparatus of the serial mounting of the fine pattern.
に基づいて分布形状を表現するパラメータをライブラリ演算時に可変するか固定値とする
かを決定することを特徴とする請求項7記載の微細パターンの断面形状測定方法。 The modeled data sectional shape, claim, characterized in that determining the parameter representing the distribution shape on the basis of the process conditions in the measurement target formation process to a fixed value or variable during library operation 7 The method for measuring the cross-sectional shape of the fine pattern described.
状を重ね合わせることにより構築することを特徴とする請求項7記載の微細パターンの断面形状測定方法。 8. The method for measuring a cross-sectional shape of a fine pattern according to claim 7, wherein the data obtained by modeling the cross-sectional shape is constructed by superimposing a plurality of distribution shapes developed horizontally, vertically and obliquely.
おけるプロセス条件に基づいて分布形状を表現するパラメータをライブラリ演算時に可変
するか固定値とするかを決定することを特徴とする請求項10記載の微細パターンの断面
形状測定装置。 The data obtained by modeling the cross-sectional shape stored in the storage unit determines whether to change the parameter expressing the distribution shape based on the process conditions in the formation process of the measurement target or to use a fixed value during the library calculation. 11. The apparatus for measuring a cross-sectional shape of a fine pattern according to claim 10 .
開した複数の分布形状を重ね合わせることにより構築することを特徴とする請求項10記
載の微細パターンの断面形状測定装置。 11. The cross-section of a fine pattern according to claim 10, wherein the data obtained by modeling the cross-sectional shape stored in the storage unit is constructed by superimposing a plurality of distribution shapes developed horizontally, vertically, and obliquely. Shape measuring device.
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