DE102005023737A1 - Calculation method e.g. for multiple spectrums of total reflection, involves measuring reflection spectrum of object and comparing it with computed model spectrum - Google Patents

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Abstract

The method involves measuring a reflection spectrum of an object and comparing it with a computed model spectrum. The model parameters of the model spectrum are varied, until the measured reflection spectrum agrees with the model spectrum and that a given agreement value is reached. The formula is divided in such a way that the computation of the total reflection of the model spectrum into partial formulas that with computation of further spectra with changed parameters only those partial formulas must again be computed, which have a changed parameter.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von optischen Parametern, insbesondere von Schichtdicken oder Dispersionen von Schichten eines Objektes nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The The invention relates to a method for determining optical parameters, in particular layer thicknesses or dispersions of layers of a Object according to the preamble of claim 1.

Bei technischen Oberflächen, insbesondere in der Halbleiterfertigung ist es oftmals erforderlich, die Strukturparameter der Oberflächen zu bestimmen. Beispielsweise müssen während des Fertigungsprozesses aufgebrachte Linienbreiten und Linienprofile von strukturierten Schichten auf ihre Dimensionen und ihre Regelmäßigkeit hin kontrolliert werden. Die exakte Einhaltung der Spezifikationen für die Linienbreite ist im Hinblick auf die Funktionsfähigkeit des Produktes von entscheidender Bedeutung. Zur Überprüfung dieser Fertigungsparameter wird die Reflexion der Probe bei verschiedenen Wellenlängen gemessen. Diese Messungen liefern allerdings nicht unmittelbar die erwünschten Materialdaten, wie etwa die oben genannte Schichtdicke. Vielmehr ist es erforderlich, die berechneten Werte an gemessene Werte anzupassen und mit Hilfe eines Modells mit der Theorie der Lichtstreuung ein theoretisches Spektrum zu berechnen und mit der Messung zu vergleichen. Anschließend werden die Modellparameter solange verändert, bis Theorie und Messung in möglichst guter Übereinstimmung liegen.at technical surfaces, especially in semiconductor manufacturing, it is often necessary the structural parameters of the surfaces to determine. For example, must while the production process applied line widths and line profiles of structured layers on their dimensions and their regularity controlled. The exact adherence to the specifications for the Linewidth is more crucial in terms of the product's functionality Importance. To check this Manufacturing parameters will reflect the sample at different wavelength measured. However, these measurements do not directly provide the desired Material data, such as the above-mentioned layer thickness. Much more it is necessary to adapt the calculated values to measured values and with the help of a model with the theory of light scattering calculate the theoretical spectrum and compare it with the measurement. Subsequently the model parameters are changed until theory and measurement in the best possible agreement lie.

Die Reflexions-Spektroskopie ist eine seit langem bekannte und weit verbreitete Methode zur Untersuchung von Schichtsystemen insbesondere von Wafern, und zur Bestimmung von Schichtdicken und anderen optischen Parametern. Dabei wird eine Probe, die bevorzugt mehrere Schichten aufweist, mit Licht einer vorgegebenen Wellenlänge bestrahlt. Sind die Schichten im Bereich dieser Wellenlänge transparent, so dringt das Licht in die Schicht ein und wird in den Übergangsbereichen zwischen zwei Schichten, wozu auch der Übergang zwischen der obersten Schicht und der sie umgebenden Atmosphäre gehört, teilweise reflektiert. Durch Überlagerung der einfallenden und reflektierten Lichtstrahlen kommt es zu Interferenz, was die Intensität des reflektierten Lichts beeinflusst. Das Verhältnis der Intensitäten von einfallendem und reflektiertem Licht bestimmt den so genannten absoluten Reflexionsgrad, so dass beide Intensitäten daher gemessen werden müssen. Variiert man nun die Wellenlänge in einem vorgegebenen Bereich kontinuierlich, so erhält man das Reflexionsspektrum, das als Funktion der Wellenlänge Maxima und Minima aufweist. Diese werden durch die Interferenzen hervorgerufen. Die Lage dieser Extrema hängt von den Materialeigenschaften der untersuchten Probe ab. Diese bestimmt demnach das optische Verhalten. Zu diesen optischen Parametern zählen z.B. der Brechungsindex oder der Absorptionskoeffizient. Weiterhin beeinflusst die Schichtdicke die Lage der Extrema im Reflexionsspektrum.The Reflection spectroscopy has long been known and widely used common method for studying layer systems in particular of wafers, and for determining layer thicknesses and other optical Parameters. This is a sample, preferably several layers having irradiated with light of a predetermined wavelength. Are the layers in the range of this wavelength transparent, so the light penetrates into the layer and becomes in the transition areas between two layers, including the transition between the uppermost Layer and the surrounding atmosphere heard, partly reflected. By overlay the incident and reflected light rays cause interference, what the intensity of the reflected light. The ratio of the intensities of incident and reflected light determines the so-called absolute Reflectance so that both intensities must therefore be measured. varies now the wavelength in a given range continuously, you get that Reflectance spectrum having maxima and minima as a function of wavelength. These are caused by the interference. The location of this Extrema hangs from the material properties of the examined sample. This determines hence the optical behavior. These optical parameters include e.g. the refractive index or the absorption coefficient. Furthermore influenced the layer thickness the position of the extrema in the reflection spectrum.

Die grundlegenden Formeln, die verwendet werden, um aus dem Vergleich des Modells mit der Messung die gesuchten Größen berechnen zu können, lassen sich aus der Fresnel'schen Beugungstheorie ableiten.The basic formulas that are used to make the comparison of the model with the measurement to be able to calculate the desired quantities from the Fresnel's Derive diffraction theory.

Diese sind beispielsweise in „Spectroscopic Ellipsometry and Reflectometry – A Users Guide" von H. G. Tompkins und W. A. McGahan beschrieben.These are for example in "Spectroscopic Ellipsometry and Reflectometry - A Users Guide "by H.G. Tompkins and W.A. McGahan.

Als Reflexion wird in diesem Zusammenhang das Verhältnis der ausgehenden Intensität zu der eingehenden Intensität, bezeichnet. Sie wird für beide Polarisationsebenen „s" – entspricht senkrecht – und „p" – entspricht parallel – jeweils getrennt berechnet. Die Intensität wiederum ist proportional zum Quadrat der Amplitude der Lichtwellenfunktion.When Reflection in this context is the ratio of the outgoing intensity to the incoming intensity, designated. She is going for both polarization planes "s" - corresponds vertically - and "p" - corresponds parallel - in each case calculated separately. The intensity in turn, is proportional to the square of the amplitude of the lightwave function.

Die Gleichungen (Gl. 1) beschreiben die Wellenfunktion an einer einfachen Oberfläche, d.h. an einer Grenzschicht zweier Medien mit verschiedenen, ggf. komplexen Dispersionen.The Equations (equation 1) describe the wave function in a simple way Surface, i.e. at a boundary layer of two media with different, possibly complex dispersions.

Figure 00020001
Figure 00020001

Hat man ein weiteres Medium, so spricht man von einer Einfachschicht oder auch von einem Film der Dicke d. Auch für dieses Modell lässt sich die Reflexion R mit einer geschlossenen Formel jeweils für die Polarisationsebene s und p angeben (Gl. 2).Has If you are another medium, it is called a single layer or even a film of thickness d. Also for this model can be the reflection R with a closed formula in each case for the polarization plane specify s and p (equation 2).

Figure 00030001
Figure 00030001

Sie setzt sich aus den Fresnelkoeffizienten (Gl. 1) der beiden Grenzschichten sowie aus einer komplexen e-Funktion zusammen, wobei für die untere Grenzschicht die Indizes 1 und 2 durch 2 und 3 ersetzt werden müssen.she consists of the Fresnel coefficients (equation 1) of the two boundary layers and from a complex e-function together, where for the lower Boundary layer the indices 1 and 2 must be replaced by 2 and 3.

Mit

Figure 00030002
hat die e-Funktion als Argument die komplexe optische Dicke d·Ñ und beschreibt mit ihrer Periodizität das schwingende Verhalten der Reflexion, welches durch Interferenzen innerhalb des Films entsteht. Mit Ñ2 = n2 – j·k2 (Gl. 4)sind die Werte für die Dispersion Ñ ebenso komplex, wie die der Kosinusfunktion cosϕ2.With
Figure 00030002
has the e-function as an argument the complex optical thickness d · Ñ and describes with their periodicity the oscillatory behavior of the reflection, which is caused by interferences within the film. With Ñ 2 = n 2 - j · k 2 (Equation 4) the values for the dispersion Ñ are just as complex as those of the cosine function cosφ 2 .

Die messbare Reflexion an der Oberfläche berechnet man getrennt für senkrecht und waagerecht polarisiertes Licht aus den Beträgen der Wellenfunktionen nach den Gleichungen (Gl. 5).The measurable reflection on the surface you calculate separately for vertically and horizontally polarized light from the amounts of Wave functions according to the equations (equation 5).

Figure 00030003
Figure 00030003

Bei einer Gleichverteilung der Polarisationen beim eingestrahltem Licht ist die gesamte unpolarisierte Reflexion durch das arithmetische Mittel gemäß Gleichung (Gl. 6) gegeben.at an equal distribution of the polarizations in the irradiated light is the total unpolarized reflection by the arithmetic Mean according to equation (Equation 6).

Figure 00040001
Figure 00040001

Snells Gesetz gilt auch für die komplexe Sinusfunktion Ñi+1·sinϕi+1 = Ñi·sinϕi, (Gl. 7)sodass für den Eintrittswinkel der i-ten Schicht

Figure 00040002
gilt. Das Medium, welches das Schichtsystem umgibt, ist üblicherweise Luft. Mit einem reellen ϕ0 ist auch sinϕ0 reell, da für ϕ0 nur n0 und nicht k0 berücksichtigt wird. ϕ1 kann allerdings schon einen Komplexen Wert annehmen, wenn Ñ0 oder Ñ1 komplex sind. Mit bekanntem sinϕ0 kann für alle Schichten sinϕi+1 berechnet werden. Der für die Berechnung der optischen Parameter benötigte cosϕi ergibt sich dann mit (sinϕi)2 + (cosϕi)2 = 1 zu:
Figure 00040003
Snell's law also applies to the complex sine function Ñ i + 1 · sinφ i + 1 = Ñ i · sinφ i , (Eq. 7) so that for the entrance angle of the ith layer
Figure 00040002
applies. The medium surrounding the layer system is usually air. With a real φ 0 also sinφ 0 is real, since for φ 0 only n 0 and not k 0 is considered. However, φ 1 may already take on a complex value if Ñ 0 or Ñ 1 are complex. With known sinφ 0 sinφ i + 1 can be calculated for all layers. The cosφ i needed for the calculation of the optical parameters then results with (sinφ i ) 2 + (cosφ i ) 2 = 1 to:
Figure 00040003

Die Anpassung einer theoretisch berechneten Kurve an eine gemessene Kurve mit Hilfe eines Modells von variablen Parametern wird im Folgenden als Fit bezeichnet. Hierzu werden die Modellparameter so variiert, dass die Theoriekurve möglichst gut mit der Messkurve übereinstimmt. Zum Erreichen eines guten Ergebnisses sind deshalb oftmals viele Theoriekurven zeitaufwändig zu berechnen. Um diesen Zeitaufwand zu reduzieren wird beispielsweise in der DE 102 04 943 vorgeschlagen, das Optimierungskriterium durch die Gesamtheit der Beträge der Wellenlängendifferenzen aller Paare von Wellenlängen zu bestimmen. Dabei wird ein Paar von Wellenlängen durch diejenigen Wellenlängen gebildet, die jeweils zu einem ausgewählten Extremum im gemessenen Reflexionsspektrum korrespondieren. Die Extrema werden hierzu in auf- oder absteigender Ordnung mit einem Index versehen. Der Vergleich wird dann mit demjenigen Extremum ausgeführt, welches im modellierten Reflexionsspektrum den gleichen Index aufweist.The fitting of a theoretically calculated curve to a measured curve with the aid of a model of variable parameters is referred to below as Fit. For this purpose, the model parameters are varied so that the theory curve coincides as well as possible with the measurement curve. Therefore, many theory curves are often time consuming to achieve a good result. To reduce this amount of time, for example, in the DE 102 04 943 proposed to determine the optimization criterion by the sum of the amounts of the wavelength differences of all pairs of wavelengths. In this case, a pair of wavelengths is formed by those wavelengths which respectively correspond to a selected extremum in the measured reflection spectrum. The extremes are indexed in ascending or descending order. The comparison is then carried out with that extremum which has the same index in the modeled reflection spectrum.

Das Standardverfahren für einen Fit ist das Gradientenverfahren, da mit seiner Hilfe schnell das exakte Ergebnis gefunden werden kann. Voraussetzung hierzu ist, dass der Startpunkt schon in der Nähe der Lösung liegt. Ist das Modell jedoch nur ungenau bekannt, so ist es noch nötig, diesen Startpunkt zu finden. Anderenfalls führt das Gradientenverfahren in ein Nebenminimum, ohne dass dieser Fehler klar erkennbar wäre. Ein vorgeschaltetes Verfahren, das so genannte Constant Mesh Verfahren, erfüllt diese Aufgabe. Hierbei wird jeder zu fittenden Parameter in einem vorgegebenen Intervall mit einer bestimmten Schrittweite abgerastert. Soll z.B. eine Schichtdicke durch einen Fit bestimmt werden und ist bekannt, dass eine Schicht mit einer Dicke von etwa 1000 nm vorliegt, so kann mit Hilfe eines Automatismus, dem so genannten Autoranger, dann ein Intervall und eine sinnvolle Schrittweite bestimmt werden. Das Vorgehen hierzu ist beispielsweise in der DE 10227376 A1 beschrieben. Für einen Nominalwert der Schichtdicke von 1000 nm ergibt sich ein Intervall von 382,74 nm bis 1617,25 nm bei einer Schrittweite von 17,14 nm. Der ConstantMesh berechnet dann die sich ergebenen 73 Spektren und dazu jeweils den MSE. Die Schichtdicke mit dem kleinsten MSE bildet den Startwert für das Gradientenverfahren. Sollen mehrere Parameter gefittet werden, so ergibt sich die Gesamtzahl der zu berechneten Spektren aus dem Produkt der Anzahl der Spektren pro Parameter. Bei drei Schichtdicken à 73 Spektren sind das bereits 73·73·73 = 389.017 Spektren. Zur Berechnung werden drei verschachtelte Schleifen benötigt. Man sieht, dass der Rechenaufwand stark ansteigt mit der Zahl der zu variierenden Parameter. Bei der Produktionskontrolle, bei der die Analyse eingesetzt wird, ist die Zeit der begrenzende Faktor. Je mehr Spektren innerhalb einer vorgegebenen Zeit berechnet werden können, desto mehr Parameter können variiert werden. Es können dann auch die Intervalle größer gewählt werden, in denen die Lösung vermutet wird, was zu einer größeren Trefferwahrscheinlichkeit führt.The standard procedure for a fit is the gradient method, since with its help fast the exact Result can be found. The prerequisite for this is that the starting point is already close to the solution. If the model is only vaguely known, it is still necessary to find this starting point. Otherwise, the gradient process leads to a secondary minimum, without this error being clearly recognizable. An upstream process, the so-called Constant Mesh process, fulfills this task. Here each parameter to be fitted is scanned in a predetermined interval with a certain step size. If, for example, a layer thickness is to be determined by a fit and it is known that a layer with a thickness of about 1000 nm is present, an interval and a meaningful step size can then be determined with the aid of an automatism, the so-called Autoranger. The procedure for this is, for example, in the DE 10227376 A1 described. For a nominal value of the layer thickness of 1000 nm, an interval of 382.74 nm to 1617.25 nm results at a step size of 17.14 nm. The ConstantMesh then calculates the resulting 73 spectra and in each case the MSE. The layer thickness with the smallest MSE forms the starting value for the gradient method. If several parameters are to be fitted, the total number of spectra to be calculated results from the product of the number of spectra per parameter. With three layer thicknesses à 73 spectra, this is already 73 × 73 × 73 = 389,017 spectra. The calculation requires three nested loops. It can be seen that the computational effort increases sharply with the number of parameters to be varied. In production control, where analysis is used, time is the limiting factor. The more spectra that can be calculated within a given time, the more parameters can be varied. It is then possible to select larger intervals in which the solution is suspected, which leads to a greater probability of a hit.

Bei dem bekannten Verfahren ist es allerdings erforderlich, zeitintensive Berechnungen durch die Variation aller Parameter durchzuführen.at however, the known method requires time consuming ones Perform calculations by varying all parameters.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Zeit für die Berechnung bei Variation der Parameter weiter zu reduzieren.task Therefore, it is the time of calculation for the present invention on variation of the parameters further reduce.

Nach der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Berechnen vieler Spektren der Totalreflexion mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.To According to the present invention, this object is achieved by a method to calculate many spectra of total reflection with the features according to claim 1 solved.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung von optischen Parametern wird also ein Reflexionsspektrum des Objektes gemessen und das gemessene Reflexionsspektrum mit einem berechneten Modellspektrum verglichen. Zur Ermittlung der gesuchten Parameter werden die Modellparameter des Modellspektrums so lange variiert, bis das gemessene Reflexionsspektrum mit dem Modellspektrum so gut übereinstimmt, dass ein vorgegebener Übereinstimmungswert erreicht wird. Zur Erhöhung der Berechnungsgeschwindigkeit der variierten Parameter wird die Formel zur Berechnung der Totalreflexion des Modellspektrums in Teilformeln so zerlegt, dass bei Berechnung weiterer Spektren mit geänderten Parametern nur diejenigen Teilformeln neu berechnet werden müssen, die einen geänderten Parameter aufweisen.at the method according to the invention for the determination of optical parameters is thus a reflection spectrum of the object measured and the measured reflection spectrum with a calculated model spectrum compared. To determine the searched Parameters become the model parameters of the model spectrum for so long varies until the measured reflectance spectrum matches the model spectrum so well matches, that a given match score is reached. To increase the calculation speed of the varied parameters becomes the Formula for calculating the total reflection of the model spectrum in Partial formulas decomposed so that when calculating additional spectra with amended Parameters only those sub-formulas must be recalculated, the a changed one Have parameters.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Reflexion für einen neuen Parametersatz erst dann berechnet, wenn alle sich ändernden Parameter festgelegt wurden. Dabei werden bevorzugt zu den geänderten Parametern auch die zugehörigen Schichten abgespeichert, in denen sich der Parameter verändert hat. Dabei ist unter dem Abspeichern der Schicht die Position der Schicht innerhalb des Objekts zu verstehen.In a preferred embodiment The invention becomes the reflection for a new parameter set calculated only when all changing parameters are set were. It is preferred to the changed parameters and the associated Stored layers in which the parameter has changed. The position of the layer is below the storage of the layer within the object.

Das Erfindungsgemäße Verfahren weist somit mehrere Schritte auf. In einem Initialisierungsschritt wird die Fresnel-Formel in eine Anzahl N von Gleichungen zerlegt, wobei die Werte der N Gleichungen für alle Wellenlängen einer gewünschten Anzahl ST von Stützstellen berechnet werden. In einem Parameterschritt werden dann alle neuen Werte der geänderten Parameter zusammen mit den zugehörigen Schichten abgespeichert, in denen sich der Parameter geändert hat. In einem Neuberechnungsschritt der Totalreflexion werden dann nur noch diejenigen Werte der N Gleichungen neu berechnet, die auch tatsächlich einen geänderten Parameter enthalten.The Inventive method thus has several steps. In an initialization step the Fresnel formula is decomposed into a number N of equations, where the values of the N equations for all wavelengths a desired one Number ST of interpolation points be calculated. In a parameter step then all new Values of the changed Parameters together with the associated Stored layers in which the parameter has changed. In a recalculation step of total reflection then only even those values of the N equations are recalculated, too indeed a changed parameter contain.

Bevorzugt wird der Fit mit einem Gradientenverfahren durchgeführt, dessen Startwerte mit einem Constant Mesh Verfahren ermittelt werden.Prefers the fit is performed with a gradient method whose Starting values can be determined with a Constant Mesh method.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden alle zu variierenden Parametern geeignet sortiert, um die Rechenzeit weiter zu verkürzen. Insbesondere kann die Sortierung danach erfolgen, ob sie die Dispersion ändern oder eine Schichtdicke. Die Dispersionsparameter und die Schichtdickenparameter können dann noch weiter sortiert werden und zwar danach, wie weit sie von der Schicht entfernt sind, in die das Licht einfällt. Damit können innere und äußere Berechnungsschleifen festgelegt werden. Dadurch kann erreicht werden, dass diese ineinander verschachtelten Schleifen so angeordnet werden, dass rechenaufwendige Parameter nur selten zu ändern und zu berechnen sind, indem sie in den äußersten Schleifen variiert werden.In a further preferred embodiment of the invention, all parameters that are to be varied are sorted appropriately in order to further shorten the computing time. In particular, the sorting can be done according to whether they change the dispersion or a layer thickness. The dispersion parameters and the layer thickness parameter They can then be further sorted according to how far they are from the layer into which the light is incident. This allows internal and external calculation loops to be defined. As a result, these interleaved loops can be arranged so that computationally expensive parameters are rarely alterable and to be calculated by being varied in outermost loops.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht somit darin, dass die Zeit für die Berechnung durch Variation der Parameter wesentlich verkürzt werden kann.Of the Advantage of the method according to the invention is thus that the time for the calculation by variation the parameter significantly shortened can be.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungen.Further Advantages and advantageous embodiments The invention are the subject of the following figures and their Descriptions.

Es zeigen im Einzelnen:It show in detail:

1 schematisch die Hauptschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens 1 schematically the main steps of the method according to the invention

2 den prinzipiellen Ablauf des Initialisierungsschritts 2 the basic procedure of the initialization step

3 den prinzipiellen Ablauf des Parameterschritts zum Festlegen der Variationsparameter 3 the basic procedure of the parameter step for setting the variation parameters

4 den prinzipiellen Ablauf des Neuberechnungsschritts der Totalreflexion nach Änderung der Parameter der Dispersion 4 the basic sequence of the recalculation step of the total reflection after changing the parameters of the dispersion

5 den prinzipiellen Ablauf des Neuberechnungsschritts der Totalreflexion nach Änderung der Parameter der Dicke 5 the principle of the recalculation step of the total reflection after changing the parameters of the thickness

6 den prinzipiellen Ablauf der Neuberechnungsschritte für Änderung der Parameter der Dicke und Dispersion 6 the basic sequence of recalculation steps for changing the parameters of thickness and dispersion

7 den prinzipiellen Ablauf beim Einsatz des Verfahrens im Constant Mesh. 7 the basic procedure when using the process in Constant Mesh.

1 zeigt schematisch die Hauptschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens. Um die Formel zur Berechnung der Totalreflexion des Modellspektrums in Teilformeln so zerlegen zu können, dass bei Berechnung weiterer Spektren mit geänderten Parametern nur diejenigen Teilformeln neu berechnet werden müssen, die einen geänderten Parameter aufweisen, wird zunächst Initialisierungsschritt 10 durchgeführt. In diesem werden die Fresnel-Formel in eine Anzahl N von Gleichungen zerlegt wobei die Werte der N Gleichungen für alle Wellenlängen einer gewünschten Anzahl ST von Stützstellen berechnet und in einer Tabelle abgelegt werden. In dem darauf folgenden Parameterschritt 12 werden die Parameter festgelegt und gespeichert, die geändert werden sollen. Im Parametersortierungs-Schritt 14, der in einer bevorzugten Ausführungsform durchgeführt wird, werden die geänderten Parameter in Abhängigkeit von der Lage der Schicht, in der sie geändert werden sowie in Abhängigkeit von dem aus ihnen resultierenden Berechnungsaufwand so sortiert, dass eine möglichst günstige Reihenfolge für die anschließende Berechnung gebildet werden kann. Im Neuberechnungsschritt 16 der Totalreflexion werden schließlich die Werte für die Gleichungen der N Gleichungen neu berechnet, die geänderte Parameter enthalten, sodass daraus die Modell-Totalreflexion neu berechnet werden kann. 1 schematically shows the main steps of the method according to the invention. In order to be able to decompose the formula for calculating the total reflection of the model spectrum into sub-formulas such that when calculating further spectra with changed parameters only those sub-formulas having a changed parameter have to be recalculated, the initialization step first becomes 10 carried out. Here, the Fresnel formula is decomposed into a number N of equations, where the values of the N equations for all wavelengths of a desired number ST of interpolation points are calculated and stored in a table. In the following parameter step 12 define and save the parameters to be changed. In the parameter sorting step 14 , which is carried out in a preferred embodiment, the changed parameters are sorted depending on the position of the layer in which they are changed and depending on the calculation effort resulting from them so that the most favorable order for the subsequent calculation can be formed , In the recalculation step 16 Finally, the Totalreflexion recalculates the values for the equations of the N equations that contain changed parameters so that the model total reflection can be recalculated.

Zur Berechnung der totalen Reflexion eines Modells wird von einem Objekt ausgegangen, das eine Mehrzahl von Schichten aufweist. Dabei werden im Folgenden der Einfachheit halber auch bei dem die Schichten umgebenen Material, der so genannten Umgebung, und dem Substrat, also dem Material, auf das die Schichten aufgebracht sind, als Schichten bezeichnet, obwohl die Dicke unbekannt und auch irrelevant ist. Interessant ist in beiden Fällen nur die Dispersion. Um die totale Reflexion des Modells zu erhalten, wird zunächst der Initialisierungsschritt (Gl. 10) durchgeführt. Hierzu werden, wie in 2 gezeigt, zunächst für alle Wellenlängen der gewünschten Stützstellen die Werte der folgenden Gleichungen berechnet und in einer Tabelle abgelegt:

  • 1. Für alle Schichten die komplexe Dispersion im Schritt 18.
  • 2. Für alle Schichten der komplexe Kosinus (cosϕi)Komplex mit (Gl. 8) und (Gl. 9) als Funktion der beteiligten komplexen Dispersionen und des reellen Einfallswinkels des Lichtes an der obersten Grenzschicht im Schritt 20. Der Index i bezeichnet dabei die jeweilige Schichtnummer. Beim Ziehen der komplexen Wurzel gibt es genau zwei Lösungen, von denen genau eine im 1. oder 4. Quadranten der Gaußebene liegt. Diese ist zu nehmen. Falls ki = 0 kann der komplexe Quotient vereinfacht werden. In diesem Fall muss auch überprüft werden, ob 1–sinϕi ≥ 0. Ist dies der Fall, so zieht man nur die reelle Wurzel.
  • 3. Für alle Schichten außer der Umgebung Ñi·cosϕi–1, sowie für alle Schichten Ñi·cosϕi und weiterhin für alle Schichten außer dem Substrat Ñi·cosϕi+1 im Schritt 22.
  • 4. Für alle Grenzschichten die Fresnelkoeffizienten beider Polarisationsrichtung nach (Gl.1) im Schritt 24. Dabei ist der Nenner der Division für den Real- und den Imaginärteil gleich und wird gemeinsam berechnet, jedoch einmal für die p- und einmal für die s-Polarisation.
  • 5. Den Quotienten
    Figure 00100001
    im Schritt 26, wobei 4π / λ als einmal zu berechnende Konstante festgelegt wird.
  • 6. Für alle Schichten außer der Umgebung und dem Substrat
    Figure 00100002
    im Schritt 28.
  • 7. Für alle Schichten außer der Umgebung und dem Substrat
    Figure 00100003
    komplexe Exponent aus (Gl. 2) im Schritt 30.
  • 8. Mit der bekannten Wellenfunktion am Substrat berechnet man im Schritt 32 die Wellenfunktion an der nächst höher liegenden Grenzschicht. Setzt man diese wieder in (Gl. 2) ein, so erhält man wieder die Wellenfunktion der nächst höher liegenden Grenzschicht. Dies führt man bis zur obersten Grenzschicht durch. Gleichung (Gl. 2) kann mit den aus 7. erhaltenen Exponenten berechnet werden. Dies wird für alle Schichten außer der Umgebung und dem Substrat, beginnend mit der Schicht oberhalb vom Substrat durchgeführt. Dabei wird für die i-te Schicht Rp durch Rp i–1,i Rs durch Rs i–1,i, rp 12 durch rp i–1,i und rs 12 durch rs i–1,i, rp 23 durch Rp i,i+1, und rs 23 durch Rs i,i+1 ersetzt. Beim ersten Schleifendurchlauf für die Schicht oberhalb vom Substrat wird außerdem rp 23 durch rp i,i+1, und rs 23 durch rs i,i+1 ersetzt, also der Grenzschicht am Substrat. Der Nenner der Division ist für den Real- und den Imaginärteil gleich und wird gemeinsam berechnet, jeweils einmal für die p- und einmal für die s-Polarisation.
  • 9. Aus der Wellenfunktion der obersten Grenzschicht wird dann im Schritt 34 mit (Gl. 5) und (Gl. 6) die messbare Gesamtreflexion berechnet.
To calculate the total reflection of a model, it is assumed that an object has a plurality of layers. Hereinafter, for the sake of simplicity, the material surrounding the layers, the so-called environment, and the substrate, that is to say the material to which the layers are applied, are referred to as layers, although the thickness is unknown and also irrelevant. In both cases, only the dispersion is interesting. To obtain the total reflection of the model, the initialization step (equation 10) is first performed. For this purpose, as in 2 First, the values of the following equations are calculated for all wavelengths of the desired interpolation points and stored in a table:
  • 1. For all layers the complex dispersion in the step 18 ,
  • 2. For all layers the complex cosine (cosφ i ) complex with (equation 8) and (equation 9) as a function of the involved complex dispersions and the real angle of incidence of the light at the upper boundary layer in the step 20 , The index i designates the respective layer number. When dragging the complex root, there are exactly two solutions, of which exactly one lies in the 1st or 4th quadrant of the Gaussian plane. These is to take. If k i = 0, the complex quotient can be simplified. In this case it must also be checked whether 1-sinφ i ≥ 0. If this is the case, then only the real root is drawn.
  • 3. For all layers except the environment Ñ i · cosφ i-1 , as well as for all layers Ñ i · cosφ i and furthermore for all layers except the substrate Ñ i · cosφ i + 1 in the step 22 ,
  • 4. For all boundary layers, the Fresnel coefficients of both polarization directions according to (Gl.1) in step 24 , Here, the denominator of the division for the real and the imaginary part is the same and is calculated together, but once for the p- and once for the s-polarization.
  • 5. The quotient
    Figure 00100001
    in step 26 where 4π / λ is set as a constant to be calculated once.
  • 6. For all layers except the environment and the substrate
    Figure 00100002
    in step 28 ,
  • 7. For all layers except the environment and the substrate
    Figure 00100003
    Complex exponent from (equation 2) in step 30 ,
  • 8. With the known wave function at the substrate one computes in the step 32 the wave function at the next higher boundary layer. If these are put back into (equation 2), the wave function of the next higher boundary layer is again obtained. This is done up to the top boundary layer. Equation (equation 2) can be calculated with the exponents obtained from 7.. This is done for all layers except the environment and the substrate, starting with the layer above the substrate. In this case, for the i-th layer R p through Rp i-1, i R s through Rs i-1, i, rp 12 through rp i-1, i and rs 12 through rs i-1, i, rp 23 by Rp i, i + 1, and rs 23 are replaced by Rs i, i + 1. During the first loop pass for the layer above the substrate, rp 23 is also replaced by rp i, i + 1, and rs 23 by rs i, i + 1, ie the boundary layer on the substrate. The denominator of the division is the same for the real and the imaginary part and is calculated together, once for the p-polarization and once for the s-polarization.
  • 9. From the wave function of the upper boundary layer is then in step 34 calculates the measurable total reflection with (equation 5) and (equation 6).

Damit ist die totale Reflexion für ein Modell mit einem Satz von Parametern, den so genannten Startparametern, an allen Stützstellen berechnet. Die Werte für diese Gleichungen werden in einer Tabelle abgespeichert. Die Gleichungen selbst enthalten Parameter, die zur Anpassung der mit dem Modell errechneten Kurve der Totalreflexion an die gemessene Kurve variiert werden können. Soll nun die totale Reflexion für andere Parameter berechnet werden, so muss nur noch ein kleiner Teil der obigen Berechnung neu durchgeführt werden. Das Setzen eines Parameters und die Berechnung der Reflexion wird dafür voneinander getrennt. Der Aufruf zur Berechnung der Reflexion wird erst dann durchgeführt, wenn alle sich ändernden Parameter gesetzt wurden. Wenn mehrere Parameter gleiche oder teilweise gleiche Berechnungen nach sich ziehen, so werden diese nicht doppelt durchgeführt.In order to is the total reflection for a model with a set of parameters, the so-called start parameters, at all interpolation points calculated. The values for these equations are stored in a table. The equations even contain parameters that match the model calculated curve of total reflection to the measured curve varies can be. Let now the total reflection for other parameters are calculated, so only a small one has to be added Part of the above calculation will be redone. Putting a Parameters and the calculation of the reflection for each other separated. The call to calculate the reflection will only then carried out, if all are changing Parameters were set. If several parameters are equal or partial same calculations, they will not be duplicated carried out.

In 3 ist der Parameterschritt 12, also der Ablauf des Verfahrens zum Setzen eines Parameters am Beispiel der Schichtdicke oder der Dispersion dargestellt. Zunächst wird im Schritt 36 überprüft, ob sich ein Parameter, der bei der Initialisierung verwendet worden ist, verändert hat. Ist dies nicht der Fall, so wird an dieser Stelle bereits zurückgekehrt. Wird im Schritt 36 festgestellt, dass sich der Parameter verändert hat, so wird im Schritt 38 dieser Parameterwert gespeichert. Im Schritt 40 wird überprüft, ob es sich bei dem veränderten Parameterwert um eine Schichtdicke d handelt. Ist dies der Fall, so wird im Schritt 42 ein so genanntes Schichtdicken-Flag gesetzt und im Schritt 44 diejenige Schicht mit abgespeichert, in der sich der Parameterwert verändert hat. Sofern im Schritt 40 festgestellt wird, dass sich die Schichtdicke d nicht verändert hat, so werden die Schritte 42 und 44 übersprungen. Im Schritt 46 wird anschließend überprüft, ob der geänderte Parameterwert eine Dispersion Ds ist. Kann dies festgestellt werden, so wird im Schritt 48 ein Dispersions-Flag gesetzt. Anschließend wird im Schritt 50 diejenige Schicht mit dem Parameterwert zusammen gespeichert, in der sich die Dispersion geändert hat. Der in 3 grundsätzliche dargestellte Programmablauf zur Variation der Parameter wird nun solange fortgeführt, bis feststeht, dass alle Parameter, die verändert werden sollen, neu gesetzt sind. Ist dies der Fall, kann mit der Neuberechnung der Totalreflexion mit den geänderten Parameterwerten fortgefahren werden.In 3 is the parameter step 12 , So the flow of the method for setting a parameter using the example of the layer thickness or the dispersion shown. First, in step 36 checks if a parameter used during initialization has changed. If this is not the case, it is already returned at this point. Will in step 36 found that the parameter has changed, so in step 38 this parameter value is saved. In step 40 it is checked whether the changed parameter value is a layer thickness d. If this is the case, then in step 42 set a so-called layer thickness flag and in step 44 the layer with which the parameter is saved has changed value. Unless in step 40 If it is determined that the layer thickness d has not changed, the steps become 42 and 44 skipped. In step 46 is then checked whether the changed parameter value is a dispersion Ds. If this can be determined, then in the step 48 set a dispersion flag. Subsequently, in step 50 stored the layer with the parameter value in which the dispersion has changed. The in 3 The basic program sequence for varying the parameters is now continued until it is clear that all the parameters that are to be changed are reset. If this is the case, the recalculation of the total reflection with the changed parameter values can be continued.

Der prinzipielle Verfahrensablauf zur Berechnung der Totalreflexion mit geänderten Parameterwerten für einen Dispersionsparameter ist in 4 dargestellt. Der Verfahrensablauf zur Berechnung der Totalreflexion mit geänderten Dickenparametern ergibt sich aus der Darstellung in 5. Schritte, die sowohl für geänderte Dickenparameter wie auch geänderte Dispersionsparameter erforderlich sind, sind in 6 dargestellt.The basic procedure for the calculation of the total reflection with changed parameter values for a dispersion parameter is in 4 shown. The procedure for the calculation of the total reflection with changed thickness parameters results from the representation in 5 , Steps required for both changed thickness parameters as well as changed dispersion parameters are in 6 shown.

Wie in 4 gezeigt wird zunächst geprüft, ob sich in einer der Schichten die Dispersion geändert hat. Dies kann im Schritt 52 dadurch erfolgen, dass geprüft wird, ob ein Dispersions-Flag gesetzt ist. Ist dies nicht der Fall, so wird unmittelbar zum Schritt 64 in 5 gesprungen. Ist das Dispersions-Flag gesetzt, so wird nachfolgend geprüft, ob sich die Dispersion der Umgebung geändert hat, die im allgemeinen Luft ist. Ist dies der Fall, so wird im Schritt 56 ein Dispersions-Flag für alle Schichten des Objektes gesetzt. Dies ist erforderlich, da nach (Gl. 9) sich in diesem Fall der Einfallswinkel in allen anderen Schichten geändert hat, so dass die Berechnung insgesamt neu durchgeführt werden muss. Hat sich die Dispersion in der Umgebung nicht geändert, so wird Schritt 56 übersprungen. In Schritt 58 wird anschließend für alle Schichten, in denen ein Dispersions-Flag gesetzt ist, Punkt 1 und 2 der Initialisierung durchgeführt, d.h. diese Werte neu berechnet. Im Schritt 60 wird dann anschließend gespeichert, welche dieser Schichten am dichtesten am Substrat liegt. Im Schritt 62 wird anschließend für alle Grenzschichten Punkt 3 der Initialisierung neu berechnet, für die sich die Dispersion einer der angrenzenden Schichten geändert hat. Weiterhin erfolgt für alle Grenzschichten die Berechnung des Punktes 4 der Initialisierung, für die sich die Dispersion einer der angrenzenden Schichten geändert hat.As in 4 shown is first checked whether the dispersion has changed in one of the layers. This can be done in the step 52 be done by checking whether a dispersion flag is set. If this is not the case, then immediately becomes the step 64 in 5 jumped. If the dispersion flag is set, it is subsequently checked whether the dispersion of the environment has changed, which is generally air. If this is the case, then in step 56 set a dispersion flag for all layers of the object. This is necessary because according to (equation 9), the angle of incidence in all other layers has changed in this case, so that the calculation has to be performed anew. If the dispersion in the environment has not changed, then step 56 skipped. In step 58 is then point for all layers in which a dispersion flag is set 1 and 2 initialization, ie recalculating these values. In step 60 is then subsequently stored, which of these layers is closest to the substrate. In step 62 then becomes point for all boundary layers 3 recalculated the initialization for which the dispersion of one of the adjacent layers has changed. Furthermore, the calculation of the point takes place for all boundary layers 4 the initialization for which the dispersion of one of the adjacent layers has changed.

Wie in 5 dargestellt wird anschließend zur Berechnung der geänderten Parameterwerte der Dicke übergegangen. Im Schritt 64 wird zunächst geprüft, ob sich in einer der Schichten die Dicke geändert hat. Dies kann daran erkannt werden, ob ein Dicken-Flag gesetzt ist. Sofern dies nicht der Fall ist, werden die Schritte 66 und 68 übersprungen und direkt die in 6 dargestellten Berechnungsschritte durchgeführt. Hat sich ein Dickenparameter d geändert, so wird im Schritt 66 für all die Schichten, für die sich die Dicke geändert hat, Punkt 6 der Initialisierung durchgeführt. Im Schritt 68 wird gespeichert, welche dieser Schichten am dichtesten am Substrat liegt.As in 5 is then transferred to calculate the changed parameter values of the thickness. In step 64 First, it is checked whether the thickness has changed in one of the layers. This can be detected by whether a thickness flag is set. If not, the steps become 66 and 68 skipped and jumped the in 6 performed calculation steps performed. If a thickness parameter d has changed, then in step 66 for all the layers for which the thickness has changed, period 6 initialization. In step 68 is stored, which of these layers is closest to the substrate.

Für alle Schichten, in denen sich die Dicke d oder die Dispersion Ds geändert hat, sind die zusätzlich durchzuführenden Schritte in 6 dargestellt. Im Schritt 70 ist hier zunächst Punkt 7 der Initialisierung für die neuen Parameterwerte durchzuführen. Beginnend mit der Schicht, die am dichtesten am Substrat liegt von den Schichten, bei der sich die Dicke d oder die Dispersion Ds geändert hat, wird im Schritt 72 Punkt 8 der Initialisierung neu durchgeführt für alle darüber liegenden Schichten bis hin zur Umgebung. Im Schritt 74 wird Punkt 9 der Initialisierung durchgeführt, d.h. die neue Totalreflexion berechnet. Letztendlich werden im Schritt 76 alle Flags zurückgesetzt.For all layers in which the thickness d or the dispersion Ds has changed, the additional steps to be performed in 6 shown. In step 70 is here first point 7 initialization for the new parameter values. Starting with the layer which is closest to the substrate of the layers in which the thickness d or the dispersion Ds has changed, in step 72 Point 8th The initialization was redone for all layers above it to the environment. In step 74 becomes point 9 initialization, ie the new total reflection is calculated. Ultimately, in step 76 all flags reset.

Als Standardverfahren für den Fit wird das Gradientenverfahren eingesetzt. Um dabei die Startparameter möglichst gut festlegen zu können, kann das Constant Mesh Verfahren vorgeschaltet werden. Ein Verfahren zum Sortieren der geänderten Parameterwerte 14 (1) kann zur weiteren Steigerung der Geschwindigkeit eingesetzt werden.The standard procedure for the fit is the gradient method. In order to be able to determine the start parameters as well as possible, the Constant Mesh method can be preceded. A method for sorting the changed parameter values 14 ( 1 ) can be used to further increase the speed.

Für jeden zu fittenden Parameter ist eine Schleife nötig. Diese Schleifen werden ineinander verschachtelt. Die Idee zur Steigerung der Geschwindigkeit besteht darin, rechenaufwendige Parameter nur selten zu ändern und zu berechnen, indem sie in den äußersten Schleifen variiert werden. Insgesamt ergibt sich daraus ein zusätzlicher Zeitvorteil, da nur der sich ändernde Teil neu berechnet wird. Unterschiede im Rechenaufwand bestehen wie folgt:

  • – Die Änderung eines Dispersionsparameters ist deutlich aufwendiger als die einer Schichtdicke. Die Größe des Mehraufwandes hängt vom verwendeten Materialmodell ab, welches die optischen Eigenschaften des Materials beschreibt.
  • – Die Änderung eines Parameters einer Schicht, wie etwa der Dispersion Ds oder der Dicke d wird um so aufwendiger, je weiter sie von der Schicht entfernt ist, in die das Licht einfällt. Der Grund dafür liegt in der iterativen Berechnung nach Hauge.
For every parameter to be inserted a loop is necessary. These loops are nested inside each other. The idea of increasing speed is to rarely change and calculate computationally expensive parameters by varying them in outermost loops. Overall, this results in an additional time advantage, since only the changing part is recalculated. Differences in computational effort exist as follows:
  • - The change of a dispersion parameter is much more complicated than that of a layer thickness. The size of the extra effort depends on the material model used, which describes the optical properties of the material.
  • - The change of a parameter of a layer, such as the dispersion Ds or the thickness d becomes more complex, the farther it is from the layer in which the light is incident. The reason for this lies in the iterative calculation according to Hauge.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, vor der Berechnung der neuen Kurve der Totalreflexion mit den geänderten Parameterwerten eine geeignete Sortierung der Parameterwerte, wie in 1 im Schritt 14 dargestellt, durchzuführen.In a preferred embodiment of the invention it is therefore proposed, before the calculation of the new total reflection curve with the changed parameter values, that a suitable sorting of the parameter values, as in FIG 1 in step 14 shown to perform.

In 7 ist dieses Verfahren im Detail dargestellt. Zunächst werden im Schritt 78 alle zu variierenden Parameter danach sortiert, ob sie die Dispersion oder eine Schichtdicke ändern. Im Schritt 80 werden die zu variierenden Dispersionsparameter danach sortiert, wie weit die Schicht, in der sie liegen, von der Schicht entfernt ist, in die das Licht einfällt. Im Schritt 82 wird dann derjenige Dispersionsparameter ausgewählt, der der entferntesten Schicht entspricht. Mit diesem wird dann im Schritt 84 zunächst eine äußere Berechnungsschleife gebildet. Anschließend wird in Schritt 86 überprüft, ob bereits alle Dispersionsparameter zur Bildung einer Schleife herangezogen worden sind. Ist dies nicht der Fall, so wird mit dem nächsten Dispersionsparameter wieder im Schritt 82 fortgefahren. Ist festgestellt, dass bereits alle Dispersionsparameter zur Bildung von Schleifen herangezogen worden sind, so wird im Schritt 88 damit fortgefahren, die zu variierenden Schichtdicken danach zu sortieren, wie weit die Schicht von der Schicht entfernt ist, in die das Licht einfällt. Im Schritt 90 wird dann diejenige Schichtdicke ausgewählt, die der entferntesten Schicht entspricht. Mit dieser wird dann die nächste Schleife gebildet im Schritt 92. Im Schritt 94 wird geprüft, ob bereits alle zu variierenden Schichtdicken zur Bildung von Schleifen herangezogen worden sind. Ist dies nicht der Fall, so wird mit Schritt 90 fortgefahren. Ist auch für die letzte Schichtdicke bereits eine Schleife gebildet, so existiert für jede zu variierende Schichtdicke eine Schleife.In 7 this procedure is shown in detail. First, in step 78 sort all the parameters to be varied according to whether they change the dispersion or a layer thickness. In step 80 the dispersion parameters to be varied are sorted by how far the layer in which they lie is removed from the layer into which the light is incident. In step 82 then the dispersion parameter corresponding to the farthest layer is selected. This will then be in step 84 initially formed an outer calculation loop. Subsequently, in step 86 checks whether all dispersion parameters have already been used to form a loop. If this is not the case, then with the next dispersion parameter again in the step 82 continued. If it has been determined that all dispersion parameters have already been used to form loops, then in step 88 continued to sort the varying layer thicknesses by how far the layer is from the layer into which the light is incident. In step 90 Then, that layer thickness is selected which corresponds to the farthest layer. With this the next loop is formed in step 92 , In step 94 It is checked whether all varying layer thicknesses have already been used to form loops. If this is not the case, then step 90 continued. If a loop has already been formed for the last layer thickness, a loop exists for each layer thickness to be varied.

Mit den so gebildeten Schleifen werden nun jeweils in der Reihenfolge der Schleifen dieser Reihenfolge die Parameter neu berechnet. Dadurch kann der Berechnungsaufwand erheblich reduziert und die Berechnung deutlich schneller durchgeführt werden.With The loops thus formed are now each in the order Looping this order recalculates the parameters. Thereby The calculation effort can be significantly reduced and the calculation performed much faster become.

Die Steigerung der Geschwindigkeit des neuen Verfahrens im Vergleich zu dem bisher bekannten Verfahren ist anhand der nachfolgenden Tabelle angegeben. Dabei sind die Werte für die Zeit, die bei den Analysen zur Ermittlung des Ergebnisses benötigt wurden, für drei typische, in der Praxis verwendete Applikationen miteinander verglichen worden. Die Messungen wurden auf dem gleichen Rechner unter gleichen Bedingungen gemacht und sind relativ zueinander zu werten.The Increase the speed of the new process in comparison to the previously known method is based on the following table specified. Here are the values for the time, those in the analyzes to determine the result, for three typical, applications used in practice have been compared. The measurements were made on the same calculator under the same conditions and are relative to each other.

Figure 00150001
Figure 00150001

Daraus ist zu entnehmen, dass der Geschwindigkeitsvorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere in den Fällen deutlich zutage tritt, in denen mehrere Parameter variiert und berechnet werden müssen. Er kann je nach Applikation mehr als das hundertfache betragen. Damit sind jetzt auch Applikationen mit vielen Fitparametern möglich, die vorher zu lange dauerten.from that It can be seen that the speed advantage of the method according to the invention especially in the cases becomes apparent in which several parameters are varied and calculated Need to become. It can be more than a hundred times depending on the application. This now also allows applications with many fit parameters, the previously took too long.

1010
Initialisierungsschrittinitialization
1212
Parameterschrittparameters step
1414
Parametersortierungs-SchrittParameter sort step
1616
Neuberechnungsschritt der Totalreflexionrecalculation step the total reflection
1818
Berechnung der komplexen Dispersioncalculation the complex dispersion
2020
Berechnung des komplexen Kosinuscalculation of the complex cosine
2222
Berechnung von Ñi·cosϕi–1 Calculation of Ñ i · cosφ i-1
2424
Berechnung Fresnelkoeffizienten beider Polarisationsrichtungcalculation Fresnel coefficients of both polarization directions
2626
Berechnung des Quotienten 4π / λcalculation of the quotient 4π / λ
2828
Berechnung von di 4π / λCalculation of d i 4π / λ
3030
Berechnung des komplexen Exponenten aus (Gl. 2)calculation of the complex exponent (Eq.
3232
Berechnung der Wellenfunktioncalculation the wave function
3434
Berechnung der messbaren Gesamtreflexioncalculation the measurable total reflection
3636
Parameter geändert?parameter changed?
3838
Speichern Parameterwertto save parameter value
4040
Parameter eine Schicht?parameter a layer?
4242
Setzen Dicken-FlagPut Thick flag
4444
Speichern Schichtto save layer
4646
Dispersion geändertdispersion changed
4848
Setzen Dispersions-FlagPut Dispersion Flag
5050
Speichern Schichtto save layer
5252
Dispersion geändert?dispersion changed?
5454
Dispersion der Umgebung geändert?dispersion changed the environment?
5656
Setze Dispersions-Flag für alle SchichtenSet Dispersion flag for all layers
5858
Berechnung der Inischritte 1 und 2calculation of Inj. 1 and 2
6060
Speichern naheste Schichtto save closest layer
6262
Berechnung Inischritte 3 und 4 für Grenzschichtencalculation Inition 3 and 4 for boundary layers
6464
Dicke geändert?thickness changed?
6666
Berechnung Inischritt 6 für alle geänderten Schichtencalculation Inischritt 6 for all changed layers
6868
Speichern naheste Schichtto save closest layer
7070
Berechnung Inischritt 7calculation Ini step 7
7272
Berechnung Inischritt 8calculation Ini step 8
7474
Berechnung Inischritt 9calculation Ini step 9
7676
Zurücksetzen aller FlagsReset to default all flags
7878
Sortieren nach Art der Parametersort by according to the type of parameter
8080
Sortieren der Dispersionsparameter nach Lage der Schichtsort by the dispersion parameter according to the position of the layer
8282
Wählen des DispersionsparametersSelect the dispersion parameter
8484
Bilden der äußeren BerechnungsschleifeForm the outer calculation loop
8686
Alle geänderten Dispersionsparameter berechnet?All amended Calculated dispersion parameter?
8888
Sortieren aller Dickenparameter nach Lage der Schichtsort by all thickness parameters according to the position of the layer
9090
Wählen des DickenparametersSelect the Dick parameter
9292
Bilden der inneren BerechnungsschleifeForm the inner calculation loop
9494
Alle geänderten Dickenparameter berechnet?All amended Thickness parameter calculated?
dd
Schichtdickelayer thickness
Dsds
Dispersiondispersion
NN
Anzahl Gleichungennumber equations
STST
Anzahl der Stützstellennumber the support points

Claims (14)

Verfahren zur Bestimmung von optischen Parametern, insbesondere der Schichtdicke (d) oder der Dispersion (Ds) von Schichten eines Objektes, wobei ein Reflexionsspektrum des Objektes gemessen wird und das gemessene Reflexionsspektrum mit einem berechneten Modellspektrum verglichen wird, wobei die Modellparameter des Modellspektrums so lange variiert werden, bis das gemessene Reflexionsspektrum mit dem Modellspektrum so gut übereinstimmt, dass ein vorgegebener Übereinstimmungswert erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Formel zur Berechnung der Totalreflexion des Modellspektrums in Teilformeln so zerlegt wird, dass bei Berechnung weiterer Spektren mit geänderten Parametern nur diejenigen Teilformeln neu berechnet werden müssen, die einen geänderten Parameter aufweisen.Method for determining optical parameters, in particular the layer thickness (d) or the dispersion (Ds) of layers of an object, wherein a reflection spectrum of the object is measured and the measured reflection spectrum is compared with a calculated model spectrum, wherein the model parameter of the model spectrum varies so long until the measured reflection spectrum agrees so well with the model spectrum that a predetermined match value is achieved, characterized in that the formula for calculating the total reflection of the model spectrum is subdivided into sub-formulas such that when calculating further spectra with changed parameters only those sub-formulas are new must be calculated, which have a changed parameter. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexion für einen neuen Parametersatz erst dann berechnet wird, wenn alle sich ändernden Parameter in einem Parameterschritt (12) festgelegt wurden.A method according to claim 1, characterized in that the reflection is calculated for a new parameter set only when all the changing parameters in a parameter step ( 12 ). Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass zu den geänderten Parametern auch die zugehörigen Schichten des Objekts abgespeichert werden, in denen sich der jeweilige Parameter geändert hat.Method according to claim 2, characterized that to the changed ones Parameters also the associated Layers of the object are stored, in which the respective Changed parameters Has. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der geänderte Parameter die Schichtdicke (d) einer Schicht oder die Dispersion (Ds) einer Schicht ist. Method according to one of claims 1 to 3, characterized that changed Parameter the layer thickness (d) of a layer or the dispersion (Ds) is a layer. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass – in einem Initialisierungsschritt (10) die Fresnel-Formel in eine Anzahl N von Gleichungen zerlegt wird wobei die Werte der N Gleichungen für alle Wellenlängen einer gewünschten Anzahl ST von Stützstellen berechnet werden, – Parameterschritt (12) alle neuen Werte geänderten Parameter zusammen mit den zugehörigen Schichten abgespeichert werden, in den sich der Parameter geändert hat und – in einem Neuberechnungsschritt (16) der Totalreflexion diejenigen Werte der N Gleichungen neu berechnet werden, die einen geänderten Parameter enthalten.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that - in an initialization step ( 10 ) the Fresnel formula is decomposed into a number N of equations, the values of the N equations being calculated for all wavelengths of a desired number ST of interpolation points, - parameter step ( 12 ) all new values of changed parameters are stored together with the corresponding layers into which the parameter has changed and - in a recalculation step ( 16 ) of the total reflection those values of the N equations are recalculated, which contain a changed parameter. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass in dem Initialisierungsschritt – für alle Schichten die komplexe Dispersion, – für alle Schichten der komplexen Kosinus (cosϕi)Komplex mit (Gl. 8) und (Gl. 9) als Funktion der beteiligten komplexen Dispersionen und des reellen Einfallswinkels des Lichtes an der obersten Grenzschicht, – Für alle Schichten außer der Umgebung Ñi·cosϕi–1, für alle Schichten Ñi·cosϕi, sowie für alle Schichten außer dem Substrat Ñi·cosϕi+1, – Für alle Grenzschichten die Fresnelkoeffizienten beider Polarisationen, – der Quotienten
Figure 00200001
mit 4π als einmal zu berechnende Konstante, – Für alle Schichten außer der Umgebung und dem Substrat
Figure 00200002
– Für alle Schichten außer der Umgebung und dem Substrat
Figure 00210001
– für alle Schichten beginnend mit der bekannten Wellenfunktion am Substrat die Wellenfunktion an der nächst höher liegenden Grenzschicht bis zur obersten Grenzschicht, – aus der Wellenfunktion der obersten Grenzschicht insbesondere unter Verwendung von (Gl. 5) und (Gl. 6) die messbare Gesamtreflexion berechnet werden.
Method according to claim 5, characterized in that in the initialization step - for all layers the complex dispersion, - for all layers of the complex cosine (cosφ i ) complex with (equation 8) and (equation 9) as a function of the involved complex dispersions and the real angle of incidence of the light at the uppermost boundary layer, - for all layers except the neighborhood Ñ i · cosφ i-1 , for all layers Ñ i · cosφ i , as well as for all layers except the substrate Ñ i · cosφ i + 1 , - For all boundary layers the Fresnel coefficients of both polarizations, - the quotient
Figure 00200001
with 4π as the constant to be calculated, - For all layers except the environment and the substrate
Figure 00200002
- For all layers except the environment and the substrate
Figure 00210001
For all layers starting with the known wavefunction on the substrate, the wavefunction at the next higher boundary layer up to the uppermost boundary layer, from the wavefunction of the uppermost boundary layer, in particular using (Equation 5) and (Equation 6), the measurable total reflection calculated become.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Fit mit Hilfe eines Gradientenverfahrens durchgeführt wird.Method according to one of Claims 1 to 6, characterized that the fit is performed by means of a gradient method. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Gradientenverfahren ein Constant Mesh Verfahren eingesetzt wird, bei dem in einem vorgegebenen Intervall mit einer bestimmten Schrittweite jeder zu fittenden Parameter abgerastert wird.Method according to claim 7, characterized in that the gradient method employs a constant mesh method in which at a given interval with a certain Increment of each parameter to be inserted is scanned. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 alle zu variierenden Parametern danach sortiert werden, ob sie die Dispersion ändern oder eine Schichtdicke, sodass ein erster Parametersatz Ds1 ...Dsn entsteht, der Parameter aufweist, die die Dispersion ändern und ein zweiter Parametersatz d1 ...dn, der Parameter aufweist, die die Dicke ändern.A method according to claim 7 or 8 are sorted to varying parameters according to whether they change the dispersion or a layer thickness, so that a first parameter set Ds 1 ... Ds n is formed having parameters that change the dispersion and a second parameter set d 1 ... d n , which has parameters that change the thickness. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erster Parametersatz Ds1 ...Dsn danach sortiert wird, wie weit die Schicht, in der sie liegen, von der Schicht entfernt ist, in die das Licht einfällt.A method according to claim 9, characterized in that the first parameter set Ds 1 ... Ds n is sorted by how far the layer in which they lie is removed from the layer into which the light is incident. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Fit für denjenigen Dispersionsparameter Dsi als erster berechnet wird, der sich aus der entferntesten Schichten ergibt und anschliessend mit demjenigen Dispersionsparameter fortgefahren wird, der der Schicht des Dispersionsparameter Dsi am nächsten liegt so fortgefahren wird, bis für jeden zu variierenden Dispersionsparameter Ds1 ... Dsn der Fit durchgeführt ist.A method according to claim 10, characterized in that the fit is first calculated for the dispersion parameter Ds i resulting from the farthest layers and subsequently proceeding to the dispersion parameter closest to the layer of the dispersion parameter Ds i , until the fit is carried out for each dispersion parameter Ds 1 ... Ds n to be varied. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zu variierenden Schichtdicken d1 ...dn, danach, sortiert werden, wie weit die Schicht von der Schicht entfernt ist, in die das Licht einfällt.Method according to claim 10 or 11, characterized in that the layer thicknesses d 1 ... d n to be varied are sorted by how far the layer is from the layer into which the light is incident. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Fit der Dispersionsparameter Ds1 ...Dsn der Fit für denjenigen Dickenparameter di als erster berechnet wird, der sich aus der entferntesten Schichten ergibt und anschliessend mit demjenigen Dickenparameter fortgefahren wird, der der Schicht des Dickenparameters di am nächsten liegt und so fortgefahren wird, bis für jeden zu variierenden Dickenparameter d1 ...dn der Fit durchgeführt ist.Method according to claim 12, characterized in that according to the fit of the dispersion parameters Ds 1 ... Ds n the fit for that thickness parameter d i is calculated first, which results from the farthest layers and is then continued with the thickness parameter which the Layer of the thickness parameter d i is closest and is continued until the fit is performed for each thickness parameter d 1 ... d n to be varied. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung des jeweiligen Fit für die Dispersionsparameter Ds1 ...Dsn und die Dickenparaeter d1 ...dn, die Festlegung von Schleifen für einen anschließenden Programmablauf erfolgt.Method according to one of claims 11 to 13, characterized in that prior to the implementation of the respective fit for the dispersion parameters Ds 1 ... Ds n and the thickness parameters d 1 ... d n , the definition of loops for a subsequent program sequence takes place.
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