DE112018006794T5

DE112018006794T5 - Filmdickenmessvorrichtung, Filmdickenmessverfahren, Filmdickenmessprogramm und Aufzeichnungsmedium zum Aufzeichnen von Filmdickenmessprogramm

Info

Publication number: DE112018006794T5
Application number: DE112018006794.7T
Authority: DE
Inventors: Kenichi Ohtsuka
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-10-01
Publication date: 2020-09-24
Also published as: US11280604B2; KR20200105475A; JP6487579B1; WO2019138614A1; JP2019120607A; US20210080250A1; CN111417833B; TW201930818A; KR102631337B1; CN111417833A; TWI766116B

Abstract

Eine Filmdickenmessvorrichtung 1 beinhaltet eine Lichtausgabeeinheit 12, die Messlicht L1 ausgibt, eine Spektroskopie-Detektionseinheit 13, die spektroskopisch Detektionslicht L2 detektiert und eine Analyseeinheit 15, die eine gemessene Reflektanz für jede Wellenlänge eines Messobjekts S, welche aus einem Detektionsergebnis durch die Spektroskopie-Detektionseinheit 13 erfasst wird, mit einer theoretischen Reflektanz vergleicht und eine Filmdicke eines ersten Films 4 und eine Filmdicke eines zweiten Films 5 analysiert. Die Analyseeinheit 15 erfasst Koordinaten für optimale Lösungen der Filmdicken unter Verwendung eines Vergleichsergebnisses zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjekts S in einem ersten Wellenlängenbereich und bestimmt die optimalen Lösungen der Filmdicken aus den Kandidaten für die optimalen Lösungen unter Verwendung eines Vergleichsergebnisses zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz für jede der Wellenlänge des Messobjekts S in einem zweiten Wellenlängenbereich, welches sich vom ersten Wellenlängenbereich unterscheidet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Filmdickenmessvorrichtung, ein Filmdickenmessverfahren, ein Filmdickenmessprogramm und ein Aufzeichnungsmedium, welches das Filmdickenmessprogramm darauf aufgezeichnet aufweist.
Hintergrund
Jüngst hat ein 3D-NAND-Speicher Aufmerksamkeit als eine Vorrichtung auf sich gezogen, die einen Speicher mit einer höheren Dichte realisieren kann als ein zweidimensionaler Speicher im Stand der Technik. Ein 3D-NAND-Speicher weist eine Konfiguration auf, in der Schichten einer Datenspeicherzelle vertikal gestapelt werden. Jede Datenspeicherzelle weist eine mehrschichtige Filmstruktur auf, in welcher ein Siliziumoxidfilm und ein Siliziumnitridfilm repetitiv auf ein Siliziumsubstrat gestapelt sind, und ein Paar eines Siliziumoxidfilms und eines Siliziumnitridfilms eine Datenspeicherzelle bildet. Da die Speicherkapazität der Vorrichtung proportional zur Anzahl von Paaren von Siliziumoxidfilm und Siliziumnitridfilm ist, hat ein Anstieg bei der Anzahl von Schichten und Abnahme bei der Filmdicke einer Vorrichtung Fortschritte gemacht. Die Nicht-Uniformität bei der Filmdicke beeinträchtigt die elektrische Charakteristika einer Vorrichtung und die Nicht-Uniformität bei der Filmbildungsrate verursacht einen Abfall bei der Produktivität aufgrund eines Anstiegs der Anzahl von Reinigungen. Entsprechend ist die Wichtigkeit von einer Qualitätskontrolle von Filmdicken und Prozesskontrolle bei der Filmbildung zum Zeitpunkt der Herstellung einer Vorrichtung angewachsen.
Im Hinblick auf genauere Ausführung von Prozesskontrolle wird es bevorzugt, dass die Dicke von Filmen, die gebildet werden, getrennt gemessen werden. Querschnitts-Beobachtungs-Technologie wie etwa ein Scanner-Elektronenmikroskop (SEM) oder ein Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM) ist als Filmdicken-Messtechnologie bekannt. Jedoch hat eine solche Technologie viele Beschränkungen auf Ausführungsformen und es kann gesagt werden, dass sie für die Anwendung auf einen Inline-Filmdickenmonitor für den Zweck der Prozesssteuerung ungeeignet ist.
Wenn die Anwendung auf einen Inline-Filmdickenmonitor erwogen wird, kann ein Verfahren, das Spektroskopie (ein Spektroskopie-Verfahren) einsetzt, benutzt werden. Wenn ein Spektroskopie-Verfahren verwendet wird, ist die Assemblierung eines Messkopfs in Filmbildungsausrüstung einfach und es gibt wenige Beschränkungen auf Ausführungsformen. Entsprechend kann ein Spektroskopie-Verfahren leicht auf einen Inline-Filmdickenmonitor angewendet werden, im Vergleich zur Querschnittsbeobachtungs-Technologie. Ein Beispiel eines Filmdickenmessverfahrens, das Spektroskopie verwendet, ist ein in Patentliteratur 1 beschriebenes Dünnfilm-Messverfahren. In dem Dünnfilm-Messverfahren gemäß dem Stand der Technik werden eine gemessene Reflektanz und theoretische Reflektanz für jede Wellenlänge in einem Messobjekt verglichen und werden Dicken von Filmen unter Verwendung eines Kurvenanpassungsverfahrens analysiert.
Zitateliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte
Patentveröffentlichung Nr. JP 2005-140726 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der Analyse von Filmdicken unter Verwendung von Kurvenanpassung wird nach einer optimalen Lösung, in der ein passendes Residuum zwischen einer gemessenen Reflektanz und einer theoretischen Reflektanz einen Minimalwert aufweist, gesucht, während Analyse-Parameter (beispielsweise Filmdicken) verändert werden. Jedoch kann eine Lösung eines Anpassens eines Residuums eine Lösung enthalten, die ein Minimalwert ist (nachfolgend als eine lokalisierte Lösung bezeichnet), zusätzlich zu einer optimalen Lösung. Es gibt lokalisierte Lösungen wahrscheinlicher, wenn die Anzahl von Analyseparametern oder ein Suchbereich vergrößert wird. Entsprechend, wenn Filmdicken-Analyse unter Verwendung von Kurvenanpassung einfach auf ein Messobjekt mit einer mehrschichtigen Filmstruktur angewendet wird, kann die Anzahl von Vergleichsoperationen zwischen einer gemessenen Reflektanz und einer theoretischen Reflektanz steigen oder es kann schwierig sein, nach einer optimalen Lösung zu suchen, aufgrund eines Anstiegs bei der Anzahl von lokalisierten Lösungen.
Die vorliegende Offenbarung ist gemacht worden, um die oben erwähnten Probleme zu lösen und eine Aufgabe derselben ist es, eine Filmdickenmessvorrichtung, eine Filmdickenmessverfahren, ein Filmdickenmessprogramm und ein Aufzeichnungsmedium mit dem darauf aufgezeichneten Filmdickenmessprogramm bereitzustellen, die rasch und genau die Messung von Filmdicken inline an einem Messobjekt mit einer mehrschichtigen Filmstruktur durchführen können.
Problemlösung
Eine Filmdickenmessvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Filmdickenmessvorrichtung, die eine Filmdicke eines ersten Films und eine Filmdicke eines zweiten Films in einem Messobjekt misst, in welchem der erste Film und der zweite Film wiederholt abwechselnd auf ein Substrat gestapelt sind, wobei die Filmdickenmessvorrichtung beinhaltet: eine Lichtausgabeeinheit, die konfiguriert ist, Messlicht an das Messobjekt auszugeben; eine Spektroskopie-Detektionseinheit, die konfiguriert ist, spektroskopisch Detektionslicht aus dem Messobjekt zu detektieren; und eine Analyseeinheit, die konfiguriert ist, eine gemessene Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjekts, die aus einem Detektionsergebnis durch die Spektroskopie-Detektionseinheit erfasst wird, mit einer theoretischen Reflektanz zu vergleichen und die Filmdicke des ersten Films und die Filmdicke des zweiten Films zu analysieren, wobei die Analyseeinheit konfiguriert ist, Kandidaten für optimale Lösungen der Filmdicke des ersten Films und der Filmdicke des zweiten Films unter Verwendung eines Vergleichsergebnisses zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjekts in einem ersten Wellenlängenbereich zu erfassen, und die optimalen Lösungen der Filmdicke des ersten Films und der Filmdicke des zweiten Films von den Kandidaten für die optimalen Lösungen unter Verwendung eines Vergleichsergebnisses zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjekts in einem zweiten Wellenlängenbereich, das sich vom ersten Wellenlängenbereich unterscheidet, zu bestimmen.
In dieser Filmdickenmessvorrichtung werden die optimalen Lösungen der Filmdicke des ersten Films und der Filmdicke des zweiten Films von den Kandidaten für die optimalen Lösungen bestimmt, durch Vergleichen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen. Wenn die Summen der Filmdicken des ersten Films und des zweiten Films die gleichen sind, aber die Filmdicke des ersten Films und die Filmdicke des zweiten Film sich unterscheiden, kann es eine Differenz zwischen der theoretischen Reflektanz im ersten Wellenlängenbereich und der theoretischen Reflektanz im zweiten Wellenlängenbereich geben. Entsprechend ist es möglich, rasch und genau die Messung von Filmdicken auf einem Messobjekt mit einer mehrschichtigen Filmstruktur durchzuführen, durch Erfassen der Kandidaten für die optimalen Lösungen unter Verwendung des ersten Wellenlängenbereichs und Bestimmen der optimalen Lösungen von den Kandidaten für die optimalen Lösungen unter Verwendung des zweiten Wellenlängenbereichs. Da Spektroskopie bei der Filmdickenmessvorrichtung verwendet wird, gibt es wenig Beschränkungen auf Ausführungsformen und die Filmdickenmessvorrichtung kann leichter auf einen Inline-Filmdickenmonitor angewendet werden, im Vergleich mit der Querschnitts-Beobachtungs-Technologie.
Der Vergleich zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz in der Analyseeinheit kann auf Basis eines Superverbandmodells durchgeführt werden, in welchem angenommen wird, dass die Filmdicke des ersten Films und die Filmdicke des zweiten Films in jeweiligen Schichten konstant sind. Durch Verwendung des Superverbandmodells ist es möglich, die Anzahl von Analyseparametern stark zu senken, die verwendet werden, um die Kandidaten für die optimalen Lösungen und die optimalen Lösungen zu bestimmen und eine Analyselast zu senken. Das Problem, in welchem es viele lokalisierte Lösungen gibt, selbst wenn das Superverbandmodell verwendet wird, kann durch Vergleich zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz unter Verwendung der zwei unterschiedlichen Wellenlängenbereiche aufgelöst werden.
Der zweite Wellenlängenbereich, der in der Analyseeinheit verwendet wird, kann einen Wellenlängenbereich kürzerer Wellenlängen enthalten als jene des ersten Wellenlängenbereichs. Eine Differenz zwischen der theoretischen Reflektanz im ersten Wellenlängenbereich und der theoretischen Reflektanz im zweiten Wellenlängenbereich erscheint wahrscheinlich bei einer kürzeren Wellenlänge. Entsprechend, indem der zweite Wellenlängenbereich veranlasst wird, einen Wellenlängenbereich kürzerer Wellenlängen als jene des ersten Wellenlängenbereichs zu beinhalten, ist es möglich, zuverlässiger die optimalen Lösungen von den Kandidaten für die optimalen Lösungen zu bestimmen.
Der zweite Wellenlängenbereich, der in der Analyseeinheit verwendet wird, kann einen Ultraviolettbereich beinhalten. Eine Differenz zwischen der theoretischen Reflektanz im ersten Wellenlängenbereich und der theoretischen Reflektanz im zweiten Wellenlängenbereich erscheint wahrscheinlich im Ultraviolettbereich. Entsprechend, indem der zweite Wellenlängenbereich veranlasst wird, den Ultraviolettbereich zu enthalten, ist es möglich, zuverlässiger die optimalen Lösungen aus den Kandidaten für die optimalen Lösungen zu bestimmen.
Der zweite Wellenlängenbereich, der in der Analyseeinheit verwendet wird, kann einen Bereich von 200 nm bis 300 nm enthalten. Eine Differenz zwischen der theoretischen Reflektanz im ersten Wellenlängenbereich und der theoretischen Reflektanz im zweiten Wellenlängenbereich erscheint wahrscheinlich im Bereich von 200 nm bis 300 nm. Entsprechend, indem der zweite Wellenlängenbereich veranlasst wird, den Bereich von 200 nm bis 300 nm zu enthalten, ist es möglich, zuverlässiger die optimalen Lösungen aus den Kandidaten für die optimalen Lösungen zu bestimmen.
Der erste Wellenlängenbereich, der in der Analyseeinheit verwendet wird, kann einen Bereich von 300 nm bis 800 nm enthalten. Indem der erste Wellenlängenbereich veranlasst wird, den Bereich von 300 nm bis 800 nm zu enthalten, ist es möglich, zuverlässiger die Differenz zwischen der theoretischen Reflektanz im ersten Wellenlängenbereich und der theoretischen Reflektanz im zweiten Wellenlängenbereich zu veranlassen, zu erscheinen. Entsprechend, indem der erste Wellenlängenbereich veranlasst wird, den Bereich von 300 nm bis 800 nm zu enthalten, ist es möglich, zuverlässiger die optimalen Lösungen aus den Kandidaten für die optimalen Lösungen zu bestimmen.
Durchgelassenes Licht des Messlichts, welches durch das Messobjekt durchgelassen wird, oder reflektiertes Licht des Messlichts, welches durch das Messobjekt reflektiert wird, können als das Detektionslicht verwendet werden. In diesem Fall ist es möglich, angemessen spektroskopisch das Detektionslicht zu teilen.
Der erste Film kann ein Siliziumoxidfilm sein und der zweite Film kann ein Siliziumnitridfilm sein. In diesem Fall ist es möglich, angemessen einen Inline-Filmdickenmonitor für eine Vorrichtung mit einer mehrschichtigen Filmstruktur, wie etwa einen 3D-NAND-Speicher zu realisieren.
Ein Filmdickenmessverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Filmdickenmessverfahren des Messens einer Filmdicke eines ersten Films und einer Filmdicke eines zweiten Films in einem gemessenen Objekt, in welchem der erste Film und der zweite Film wiederholt abwechselnd auf einem Substrat gestapelt sind, wobei das Filmdickenmessverfahren beinhaltet: einen Lichtausgabeschritt des Ausgebens von Messlicht an das Messobjekt; einen spektroskopischen Detektionsschritt des spektroskopischen Detektierens von Detektionslicht aus dem Messobjekt; und einen Analyseschritt des Vergleichens einer gemessenen Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjektes, welches aus einem Ergebnis von spektroskopischer Detektion erfasst wird, mit einer theoretischen Reflektanz und Analysieren der Filmdicke des ersten Films und der Filmdicke des zweiten Films, wobei der Analyseschritt einen Kandidaten-Bestimmungsschritt des Erfassens von Kandidaten für optimale Lösungen der Filmdicke des ersten Films und der Filmdicke des zweiten Films enthält, unter Verwendung eines Vergleichsergebnisses zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjektes in einem ersten Wellenlängenbereich und einem optimalen Lösungsbestimmungsschritt des Bestimmens der optimalen Lösungen der Filmdicke des ersten Films und der Filmdicke des zweiten Films aus den Kandidaten für die optimalen Lösungen unter Verwendung eines Vergleichsergebnisses zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjekts in einem zweiten Wellenlängenbereich, der sich vom ersten Wellenlängenbereich unterscheidet.
Bei diesem Filmdickenmessverfahren werden die optimalen Lösungen der Filmdicke des ersten Films und der Filmdicke des zweiten Films von den Kandidaten für die optimalen Lösungen bestimmt, durch Vergleichen der gemessenen Reflektanz. Und der theoretischen Reflektanz unter Verwendung von zwei verschiedenen Wellenlängenbereichen. Wenn die Summen der Filmdicken des ersten Films und des zweiten Films gleich sind, aber die Filmdicke des ersten Films und eine Filmdicke des zweiten Films sich unterscheiden, kann es eine Differenz zwischen der theoretischen Reflektanz im ersten Wellenlängenbereich und der theoretischen Reflektanz im zweiten Wellenlängenbereich geben. Entsprechend ist es möglich, rasch und genau eine Messung von Filmdicken an einem Messobjekt mit einer mehrschichtigen Filmstruktur durchzuführen, durch Erfassen der Kandidaten für die optimalen Lösungen unter Verwendung des ersten Wellenlängenbereichs und Bestimmen der optimalen Lösungen für die Kandidaten für die optimalen Lösungen unter Verwendung des zweiten Wellenlängenbereichs. Da Spektroskopie beim Filmdickenmessverfahren verwendet wird, gibt es wenige Beschränkungen an Ausführungsformen und das Filmdickenmessverfahren kann leichter auf einen Inline-Filmdickenmonitor angewendet werden, im Vergleich mit der Querschnitts-Beobachtungs-Technologie.
Der Vergleich zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz im Analyseschritt kann auf Basis eines Superverbandmodells durchgeführt werden, bei welchem angenommen wird, dass die Filmdicke des ersten Films und die Filmdicke des zweiten Films in jeweiligen Schichten konstant sind. Unter Verwendung des Superverbandmodells ist es möglich, die Anzahl von Analyseparametern stark zu senken, die verwendet werden, um die Kandidaten für die optimalen Lösungen und die optimalen Lösungen zu bestimmen, und eine Analyselast zu senken. Das Problem, in dem es viele lokalisierte Lösungen gibt, selbst wenn das Superverbandmodell verwendet wird, kann durch einen Vergleich zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz unter Verwendung der zwei unterschiedlichen Wellenlängenbereiche aufgelöst werden.
Der zweite Wellenlängenbereich, der im Analyseschritt verwendet wird, kann einen Wellenlängenbereich kürzerer Wellenlängen als jener des ersten Wellenlängenbereichs enthalten. Eine Differenz zwischen der theoretischen Reflektanz im ersten Wellenlängenbereich und der theoretischen Reflektanz im zweiten Wellenlängenbereich erscheint wahrscheinlich bei einer kürzeren Wellenlänge. Entsprechend, indem der zweite Wellenlängenbereich veranlasst wird, einen Wellenlängenbereich kürzerer Wellenlängen als jener des ersten Wellenlängenbereichs zu enthalten, ist es möglich, zuverlässiger die optimalen Lösungen aus den Kandidaten für die optimalen Lösungen zu bestimmen.
Der zweite Wellenlängenbereich, der im Analyseschritt verwendet wird, kann einen Ultraviolettbereich enthalten. Die Differenz zwischen der theoretischen Reflektanz im ersten Wellenlängenbereich und der theoretischen Reflektanz im zweiten Wellenlängenbereich erscheinen wahrscheinlich im Ultraviolettbereich. Entsprechend, indem der zweite Wellenlängenbereich veranlasst wird, den ultravioletten Bereich zu enthalten, ist es möglich, zuverlässiger die optimalen Lösungen von den Kandidaten für die optimalen Lösungen zu bestimmen.
Der zweite Wellenlängenbereich, der im Analyseschritt verwendet wird, kann einen Bereich von 200 nm bis 300 nm enthalten. Die Differenz zwischen der theoretischen Reflektanz im ersten Wellenlängenbereich und der theoretischen Reflektanz im zweiten Wellenlängenbereich erscheint wahrscheinlich im Bereich von 200 nm bis 300 nm. Entsprechend, indem der zweite Wellenlängenbereich veranlasst wird, den Bereich von 200 nm bis 300 nm zu enthalten, ist es möglich, zuverlässiger die optimalen Lösungen aus den Kandidaten für die optimalen Lösungen zu bestimmen.
Der erste Wellenlängenbereich, der im Analyseschritt verwendet wird, kann einen Bereich von 300 nm bis 800 nm enthalten. Indem der erste Wellenlängenbereich veranlasst wird, den Bereich von 300 nm bis 800 nm zu enthalten, ist es möglich, zuverlässiger zu veranlassen, dass die Differenz zwischen der theoretischen Reflektanz im ersten Wellenlängenbereich und der theoretischen Reflektanz im zweiten Wellenlängenbereich erscheint. Entsprechend, indem der erste Wellenlängenbereich veranlasst wird, den Bereich von 300 nm bis 800 nm zu enthalten, ist es möglich, zuverlässiger die optimalen Lösungen aus den Kandidaten für die optimalen Lösungen zu bestimmen.
Durchdringendes Licht des Messlichts, welches durch das Messobjekt hindurchgeht, oder reflektiertes Licht des Messlichts, welches durch das Messobjekt reflektiert wird, kann als das Detektionslicht verwendet werden. In diesem Fall ist es möglich, angemessen spektroskopisch das Detektionslicht zu teilen.
Der erste Film kann ein Siliziumoxidfilm sein und der zweite Film kann ein Siliziumnitridfilm sein. In diesem Fall ist es möglich, angemessen einen Inline-Filmdickenmonitor für eine Vorrichtung zu realisieren mit einer mehrschichtigen Filmstruktur, wie etwa einem 3D-NAND-Speicher.
Ein Filmdickenmessprogramm gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Filmdickenmessprogramm, welches eine Filmdicke eines ersten Films und eine Filmdicke eines zweiten Films in einem Messobjekt misst, in welchem der erste Film und der zweite Film wiederholt abwechselnd auf ein Substrat gestapelt sind, wobei das Filmdickenmessprogramm einen Computer veranlasst, als eine Analyseeinheit zu dienen, die konfiguriert ist, eine gemessene Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjektes, welches aus einem Detektionsergebnis durch eine spektroskopische Detektionseinheit erfasst wird, mit einer theoretischen Reflektanz zu vergleichen und die Filmdicke des ersten Films und die Filmdicke des zweiten Films zu analysieren, wobei die Analyseeinheit veranlasst wird, durchzuführen: einen Prozess des Erfassens von Kandidaten für optimale Lösungen der Filmdicke des ersten Films und der Filmdicke des zweiten Films unter Verwendung eines Vergleichsergebnisses zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjektes in einem ersten Wellenlängenbereich; und einen Prozess des Bestimmens der optimalen Lösungen der Filmdicke des ersten Films und der Filmdicke des zweiten Films von den Kandidaten für die optimalen Lösungen unter Verwendung eines Vergleichsergebnisses zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjekts in einem zweiten Wellenlängenbereich, welcher sich vom ersten Wellenlängenbereich unterscheidet.
Ein Aufzeichnungsmedium mit einem Filmdickenmessprogramm, das darauf aufgezeichnet ist, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium mit dem darauf aufgezeichneten oben erwähnten Filmdickenmessprogramm.
In einem Computer, auf welchen das Filmdickenmessprogramm und das Aufzeichnungsmedium angewendet werden, werden die optimalen Lösungen der Filmdicke des ersten Films und der Filmdicke des zweiten Films von den Kandidaten für die optimalen Lösungen bestimmt, durch Vergleichen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen. Wenn die Summen der Filmdicken des ersten Films und des zweiten Films gleich sind, aber die Filmdicke des ersten Films und die Filmdicke des zweiten Films sich unterscheiden, kann es eine Differenz zwischen der theoretischen Reflektanz im ersten Wellenlängenbereich und der theoretischen Reflektanz im zweiten Wellenlängenbereich geben. Entsprechend ist es möglich, rasch und genau Messung von Filmdicken an einem Messobjekt mit einer mehrschichtigen Filmstruktur durchzuführen, durch Erfassen der Kandidaten für die optimalen Lösungen unter Verwendung des ersten Wellenlängenbereichs und Bestimmen der optimalen Lösungen von den Kandidaten für die optimalen Lösungen unter Verwendung des zweiten Wellenlängenbereichs. Da Spektroskopie in dem Filmdickenmessprogramm verwendet wird, gibt es wenige Beschränkungen auf Ausführungsformen und das Filmdickenmessprogramm kann leichter auf einen Filmdickenmonitor angewendet werden im Vergleich mit der Querschnitts-Beobachtungstechnologie.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, rasch und genau Messung von Filmdicken inline an einem Messobjekt mit einer mehrschichtigen Filmstruktur durchzuführen.
Figurenliste

Fig. list ein Diagramm, welches schematisch eine Konfiguration einer Ausführungsform einer Filmdickenmessvorrichtung illustriert.
2 ist ein Diagramm, das ein Problem bei Kurvenanpassung illustriert.
3 ist ein Diagramm, welches schematisch eine SchichtKonfiguration eines Messobjekts illustriert.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Ergebnisses des Vergleichs zwischen einer gemessenen Reflektanz und einer theoretischen Reflektanz in einem Messobjekt illustriert.
5 ist ein Diagramm, das eine XY-Ebene in 4 illustriert.
6 ist ein Diagramm, das eine XZ-Ebene in 4 illustriert.
7 ist ein Diagramm, das eine theoretische Reflektanz in einem ersten Wellenlängenbereich in Kombinationen illustriert, in welchen die Summen von Filmdicken eines ersten Films und eines zweiten Films gleich sind.
8 ist ein Diagramm, das eine theoretische Reflektanz in einem zweiten Wellenlängenbereich in Kombination illustriert, in welchem die Summen von Filmdicken des ersten Films und des zweiten Films gleich sind.
9 ist ein Diagramm, das Kombinationen von Kandidaten für eine optimale Lösung der Filmdicke des ersten Films und Kandidaten für eine optimale Lösung der Filmdicke des zweiten Films illustriert.
10 ist ein Diagramm, das ein Szenario illustriert, in welchem die optimalen Lösungen aus den Kandidaten für die optimalen, in 9 illustrierten Lösungen bestimmt werden.
11 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Filmdicken-Messprogramms und eines Aufzeichnungsmediums illustriert.
12 ist ein Diagramm, welches schematisch ein anderes Beispiel einer Schichtkonfiguration eines Messobjektes illustriert.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen einer Filmdickenmessvorrichtung und eine Filmdickenmessverfahrens gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
[Konfiguration von Filmdickenmessvorrichtung]
1 ist ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration einer Ausführungsform einer Filmdickenmessvorrichtung illustriert. Die Filmdickenmessvorrichtung 1 ist eine Vorrichtung, welche Dicken von Filmen misst, die ein Messobjekt S bilden. In dieser Ausführungsform ist die Filmdickenmessvorrichtung 1 als ein Inline-Filmdickenmonitor in Filmbildungsausrüstung 2 konfiguriert. Ein Messobjekt S ist beispielsweise eine Vorrichtung mit einer mehrschichtigen Filmstruktur 6, in welcher ein erster Film 4 und ein zweiter Film 5 (siehe 3) wiederholt abwechselnd auf einem Substrat 3 gestapelt sind. Das Messobjekt S ist auf einer Bühne 8 angeordnet, die in einer Kammer 7 der Filmbildungsausrüstung 2 bereitgestellt ist.
Wie in 1 illustriert, ist eine Steuervorrichtung 9 mit der Filmdickenmessvorrichtung 1 verbunden. Die Steuervorrichtung 9 ist eine Vorrichtung, welche den Betrieb der Filmdickenmessvorrichtung 1 steuert und beispielsweise aus einem Computer aufgebaut ist. Der Computer beinhaltet beispielsweise einen Speicher wie etwa ein RAM und ein ROM, einen Prozessor (eine Arithmetik-Betriebsschaltung), wie etwa eine CPU, eine Kommunikationsschnittstelle und eine Speichereinheit, wie etwa eine Festplatte. Beispiele eines solchen Computers beinhalten einen persönlichen Computer, einen Mikrocomputer, einen Cloud-Server und eine „Smart Device“ (wie etwa ein Smartphone oder ein Tablet-Endgerät).
Eine Anzeigevorrichtung 10, wie etwa ein Monitor, und eine Eingabevorrichtung 11, wie etwa eine Tastatur und eine Maus, sind mit der Steuervorrichtung 9 verbunden. Beispielsweise werden Filmdicken, welche durch die Filmdickenmessvorrichtung 1 gemessen werden, und Einstellmessbedingungen auf der Anzeigevorrichtung 10 angezeigt. Die Eingabevorrichtung 11 führt verschiedene Arten von Eingaben durch, wie etwa eine Eingabe eines Messstarts und einer Eingabe von Messbedingungen an der Steuervorrichtung 9 auf Basis einer Anwenderoperation. Die Steuervorrichtung 9, die Anzeigevorrichtung 10 und die Eingabevorrichtung 11 können in Elemente der Filmdickenmessvorrichtung 1 inkorporiert sein.
Wie in 1 illustriert, beinhaltet die Filmdickenmessvorrichtung 1 eine Lichtausgabeeinheit 12, eine Spektroskopie-Detektionseinheit 13, einen Messkopf 14 und eine Analyseeinheit 15. Die Lichtausgabeeinheit 12 gibt Messlicht L1 auf ein Messobjekt S aus. Die Lichtausgabeeinheit 12 besteht beispielsweise aus einer Lichtquellenvorrichtung, die Weißlicht ausgibt, welches Wellenlängen in einem Ultraviolettbereich beinhaltet. Beispiele einer solchen Lichtquellenvorrichtung beinhalten eine Xenon-Lampe und eine Lampe, in der eine Deuteriumlampe und eine Halogenlampe kombiniert sind.
Die Spektroskopie-Detektionseinheit 13 detektiert Detektionslicht L2 aus dem Messobjekt S. Die Spektroskopie-Detektionseinheit 13 ist ein sogenannter Mehrkanal-Spektroskopie-Detektor. Beispielsweise teilt die Spektroskopie-Detektionseinheit 13 spektroskopisch das Detektionslicht L2 in Wellenlängenkomponenten unter Verwendung eines spektroskopischen Elements wie etwa eines Gitters oder eines Prismas und detektiert Lichtintensitäten der geteilten Wellenlängen unter Verwendung einer optischen Sensorgruppe. Die optische Sensorgruppe besteht beispielsweise aus Anordnen einer Vielzahl von Lichtempfangselementen in einer Dimension. Die optische Sensorgruppe detektiert Lichtintensitäten der Wellenlängenkomponenten im Detektionslicht L2 unter Verwendung der Lichtempfangselemente entsprechend den Wellenlängen und gibt ein Detektionsergebnis an die Analyseeinheit 15 aus.
Der Messkopf 14 führt die Applikation von Messlicht L1 und Empfang von Detektionslicht L2 am Messobjekt S durch, welches in der Kammer 7 der Filmbildungsausrüstung 2 angeordnet ist. Der Messkopf 14 ist optisch mit der Lichtausgabeeinheit 12, und der spektroskopischen Detektionseinheit 13 über Lichtführungsbauteile 16 und 17 verbunden, wie etwa Lichtleiter und ist in der Nähe einer Sichtöffnung 18, die in der Kammer 7 der Filmbildungsausrüstung 2 vorgesehen ist, angeordnet. Das Messlicht L1 aus der Lichtausgabeeinheit 12 wird durch das Lichtführungsbauteil 16 geführt und fällt auf das Messobjekt S aus dem Messkopf 14 über die Sichtöffnung 18 ein. Das Detektionslicht L2, das auf den Messkopf 14 einfällt, wird durch das Lichtführungsbauteil 17 geleitet, und fällt auf die Spektroskopie-Detektionseinheit 13 ein. Im in 1 illustrierten Beispiel wird reflektiertes Licht des Messlichts L1, welches durch das Messobjekt S reflektiert wird, als das Detektionslicht L2 verwendet, aber das Detektionslicht L2 kann durchgelassenes Licht des Messlichts L1 sein, welches durch das Messobjekt S hindurchgeht.
Die Analyseeinheit 15 analysiert Filmdicken von das Messobjekt S bildenden Filmen. Beispielsweise kann die Analyseeinheit 15 durch einen Computer ähnlich zur Steuervorrichtung 9 aufgebaut sein oder kann durch eine integrierte Schaltung, wie etwa ein feldprogrammiertes Gate-Array (FPGA) aufgebaut sein. Wenn ein Detektionsergebnis der Lichtintensitäten der Wellenlängenkomponenten des Detektionslichts L2 aus der Spektroskopie-Detektionseinheit 13 empfangen wird, vergleicht die Analyseeinheit 15 eine gemessene Reflektanz jeder Wellenlänge des Messobjekt S mit einer theoretischen Reflektanz auf Basis des Detektionsergebnisses und analysiert die Filmdicke eines ersten Films 4 und die Filmdicke eines zweiten Films 5.
Spezifischer erfasst die Analyseeinheit 15 Kandidaten für optimale Lösungen der Filmdicke des ersten Films 4 und der Filmdicke des zweiten Films 5 unter Verwendung des Vergleichsergebnisses zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjekts S im ersten Wellenlängenbereich. Die Analyseeinheit 15 bestimmt die optimalen Lösungen der Filmdicke des ersten Films 4 und der Filmdicke des zweiten Films 5 von den Kandidaten für die optimalen Lösungen unter Verwendung des Vergleichsergebnisses zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjekts S in einem zweiten Wellenlängenbereich, der ein anderer ist als der erste Wellenlängenbereich.
[Prinzip der Analyse von Filmdicke in Analyseeinheit]
Wenn Weißlicht auf die mehrschichtige Filmstruktur 6, die auf dem Substrat 3 des Messobjekts S gebildet ist, einfällt, wird Interferenzlicht durch Licht erzeugt, welches durch die Oberfläche des Substrats 3 reflektiert wird, und Licht, welches durch die Oberfläche eines Films reflektiert wird. Eine Wellenlängenverteilung von Reflektanz, welche basierend auf der Intensität des Interferenzlichts berechnet wird, ist eine auf einer Filmdicke basierende Verteilung. Mit wachsender Filmdicke steigt die Anzahl von Spitzen und Senken in der Wellenlängenverteilung der Reflektanz an und tendiert eine Lücke zwischen Spitzen und Senken bei einer kürzeren Wellenlänge dazu, weniger als eine Lücke zwischen Spitzen und Senken bei einer längeren Wellenlänge zu sein.
Die Analyseeinheit 15 analysiert die Filmdicke des ersten Films 4 und die Filmdicke des zweiten Films 5 durch Kurvenanpassung unter Verwendung dieses Trends. Das heißt, dass die Analyseeinheit 15 die Filmdicke des ersten Films 4 und die Filmdicke des zweiten Films 5 im Messobjekt S auf Basis eines Passungsgrads zwischen der Wellenlängenverteilung von Reflektanz (einer gemessenen Reflektanz), die tatsächlich gemessen wird, und einer theoretischen Reflektanz (theoretische Reflektanz), wenn die Filmdicke einen vorbestimmten Wert hat, berechnet. In der Kurvenanpassung variieren die Filmdicke des ersten Films und die Filmdicke des zweiten Films als Analyseparameter, wird nach Filmdicken, in welchen ein Passungsresiduum (beispielsweise eine Quadratsumme von Differenzen zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz) am kleinsten ist, gesucht und werden die gesuchten Filmdicken als die Filmdicke des ersten Films 4 und die Filmdicke des zweiten Films 5 bestimmt.
Kurvenanpassung ist eine Technik, die im Stand der Technik bekannt ist, und es kann eine Lösung geben, in der ein Passungsresiduum ein Minimalwert ist (nachfolgend als eine lokalisierte Lösung bezeichnet), zusätzlich zu den optimalen Lösungen, die wie in 2 illustriert zu berechnen sind. Die Möglichkeit, dass es eine Vielzahl von lokalisierten Lösungen gibt, steigt mit vergrößerter Anzahl von Analyseparametern oder einem Suchbereich. Abhängig von Analysebedingungen, wie etwa Einstellen eines Anfangswerts, kann es eine Befürchtung geben, dass eine lokalisierte Lösung gesucht wird und optimale Lösungen nicht korrekt gesucht werden können. Entsprechend, wenn Filmdickenanalyse unter Verwendung von Kurvenanpassung einfach auf ein Messobjekt S mit einer mehrschichtigen Filmstruktur 6 angewendet wird, kann es ein Problem damit geben, dass die Anzahl von Vergleichsoperationen zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz stark ansteigt, oder es schwierig ist, nach optimalen Lösungen aufgrund eines Anstiegs bei der Anzahl lokalisierter Lösungen zu suchen.
In dieser Ausführungsform, wenn die Filmdicke des ersten Films 4 und die Filmdicke des zweiten Films 5 im Messobjekt S analysiert werden, wird ein Vergleich zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz in der Analyseeinheit 15 auf Basis eines Superverbandmodells durchgeführt, in welchem angenommen wird, dass die Filmdicke des ersten Films 4 und die Filmdicke des zweiten Films 5 in jeder Schicht gleich sind. Das in 3 illustrierte Messobjekt S weist eine Mehrschicht-Filmstruktur auf, in der insgesamt 65 Schichten, einschließlich eines ersten Films 4, der eine Diffusionsschicht ist, und 32 Paaren (64 Schichten) des ersten Films 4 und des zweiten Films 5 auf ein Substrat 3 gestapelt sind. Ein Beispiel eines solchen Messobjekts S ist ein 3D-NAND-Speicher. In diesem Fall ist beispielsweise das Substrat 3 ein Siliziumsubstrat, ist der erste Film 4 ein Siliziumoxidfilm (SiO_x) und ist der zweite Film 5 ein Siliziumnitridfilm (SiN_x).
In normaler Kurvenanpassung für solch ein Messobjekt S werden 64 Analyseparameter verwendet. Wenn jedoch ein Superverbandmodell verwendet wird, wird angenommen, dass die Filmdicken der Schichten des ersten Films die gleichen sind und die Filmdicken des zweiten Films 5 die gleichen sind, und somit beträgt die Anzahl von Analyseparametern nur zwei, unabhängig von der Anzahl von Paaren des ersten Films 4 und des zweiten Films 5. In diesem Fall ist die Filmdicke des ersten Films 4 ein erster Analyseparameter und ist die Filmdicke des zweiten Films 5 ein zweiter Analyseparameter.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Vergleichsergebnisses zwischen einer gemessenen Reflektanz und einer theoretischen Reflektanz im in 3 illustrierten Messobjekt S illustriert. In der Zeichnung wird die X-Achse auf eine SiO-Filmdicke (die Filmdicke des ersten Films 4) eingestellt, wird die Y-Achse auf eine SiN-Filmdicke (die Filmdicke des zweiten Films 5) eingestellt, und wird die Z-Achse auf einen Passungsrest zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz (ein Restkennfeld) eingestellt. 5 illustriert die XY-Ebene in 4 und 6 illustriert die XZ-Ebene in 4. Aus diesen Ergebnissen kann verstanden werden, dass es eine Vielzahl lokalisierter Lösungen für die Filmdicke des ersten Films 4 und die Filmdicke des zweiten Films 5 gibt, selbst wenn das Superverbandmodell verwendet wird. Aus den in 5 illustrierten Ergebnissen versteht sich, dass der Passungsrest in allen Kombinationen, in welchen dies Summen der Filmdicken (optische Dicken) des ersten Films 4 und des zweiten Films 5 gleich sind, kleiner als jene in anderen Kombinationen sind. Aus den in 6 illustrierten Ergebnissen versteht sich, dass es periodisch eine Vielzahl lokalisierter Lösungen in allen Kombinationen gibt, in welchen die Kombinationen der Filmdicken (optischer Dicken) des ersten Films 4 und des zweiten Films 5 gleich sind und eine numerische Differenz im Anpassungsrest zwischen den lokalisierten Lösungen und den optimalen Lösungen klein ist.
7 ist ein Diagramm, das eine theoretische Reflektanz im ersten Wellenlängenbereich in den Kombinationen illustriert, in welchen die Summen der ersten Dicken (optische Dicken) des ersten Films 4 und des zweiten Films 5 gleich sind. In der Zeichnung repräsentieren die horizontalen Achsen Wellenlänge und repräsentieren die vertikalen Achsen Reflektanz. Der erste Wellenlängenbereich wird als ein Bereich von 300 nm bis 800 nm exemplifiziert. Als die Kombinationen, in welchen die Summen der Filmdicken (optische Dicken) des ersten Films 4 und des zweiten Films 5 gleich sind, werden drei Kombinationen von 1) SiO: 26,3 nm/SiN: 34,0 nm, 2) SiO: 25,0 nm/SiN: 35,0 nm, und 3) SiO: 23,7 nm/SiN: 36,0 nm illustriert. Die durch Multiplizieren solcher Dicken mit refraktiven Indizes der Filme erhaltenen optischen Dicken sind die gleichen. Aus den in 7 illustrierten Ergebnissen versteht es sich, dass es praktisch keine Differenz bei der theoretischen Reflektanz im ersten Wellenlängenbereich in den Kombinationen gibt, in welchen die Summen der Filmdicken (optischer Dicken) des ersten Films 4 und des zweiten Films 5 gleich sind.
8 ist ein Diagramm, das eine theoretische Reflektanz im zweiten Wellenlängenbereich in den Kombinationen illustriert, in welchen die Summen der Filmdicken (optische Dicken) des ersten Films 4 und des zweiten Films 5 gleich sind. In der Zeichnung repräsentiert die horizontale Achse Wellenlänge und repräsentiert die vertikale Achse Reflektanz. Der zweite Wellenlängenbereich beinhaltet einen Wellenlängenbereich kürzerer Wellenlänge als jener des ersten Wellenlängenbereichs und beinhaltet einen Ultraviolettbereich. Der zweite Wellenlängenbereich wird als ein Bereich von 200 nm bis 300 nm exemplifiziert. Die Kombinationen, in welchen die Summen der Filmdicken (optische Dicken) des ersten Films 4 und des zweiten Films 5 gleich sind wie in 7 illustriert. Im in 8 illustrierten Beispiel, selbst wenn die Summen der Filmdicken (optische Dicken) des ersten Films 4 und des zweiten Films 5 gleich sind, versteht es sich, dass ein ansteigender Teil K der in der Umgebung von 220 nm erscheinenden Reflektanz zu einer längeren Wellenlänge verschoben wird, wenn die Filmdicke des ersten Films 4 sinkt (wenn die Filmdicke des zweiten Films 5 ansteigt). Entsprechend, indem die Analyseeinheit 15 veranlasst wird, die gemessene Reflektanz mit der theoretischen Reflektanz unter Verwendung dieses Merkmals zu vergleichen, ist es möglich, das Problem aufzulösen, dass es schwierig ist, nach den optimalen Lösungen zu suchen, aufgrund eines Anstiegs bei der Anzahl lokalisierter Lösungen.
[Betrieb von Filmdickenmessvorrichtung]
Auf Basis der obigen Prinzipien führt die Filmdickenmessvorrichtung 1 einen Lichtausgabeschritt, einen spektroskopischen Detektionsschritt und einen Analyseschritt durch. Im Lichtausgabeschritt wird Messlicht L1 an ein Messobjekt S ausgegeben. Im Lichtausgabeschritt wird Weißlicht, welches aus der Lichtausgabeeinheit 12 ausgegeben wird, durch das Lichtführungsbauteil 16 geführt, verlässt den Messkopf 14 und fällt auf das Messobjekt S in der Kammer 7 der Filmbildungsausrüstung 2 über die Sichtöffnung 18 ein. Im Spektroskopie-Detektionsschritt wird eine spektroskopische Detektion von Laserstrahl L aus dem Messobjekt S durchgeführt. Im spektroskopischen Detektionsschritt fällt das Detektionslicht L2 aus dem Messobjekt S auf den Messkopf 14 über die Sichtöffnung 18 ein, wird durch das Lichtführungsbauteil 17 geführt und fällt auf die Spektroskopie-Detektionseinheit 13 ein.
Im Analyseschritt wird die gemessene Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjekts S, welche aus dem Ergebnis spektroskopischer Detektion erfasst wird, mit der theoretischen Reflektanz verglichen und werden die Filmdicke des ersten Films 4 und die Filmdicke des zweiten Films 5 analysiert. Wenn ein Reflektionsspektrum des Messobjekts S, welches durch spektroskopische Detektion erfasst wird, als R_SIG definiert wird, ein Reflektionsspektrum eines Standard-Messobjekts mit einer bekannten Reflektanz als RREF definiert ist und die Reflektanz des Standard-Messobjekts als R_STD definiert ist, wird die gemessene Reflektanz R durch einen Ausdruck von R=R_SIG×R_STD/R_REF berechnet. Die theoretische Reflektanz wird unter Verwendung von Fresnels Prinzipien auf Basis einer optischen Konstante (einem Brechungsindex oder einem Auslöschungs-Koeffizienten) des Substrats 3, der Dicke des Substrats 3 und den optischen Konstanten, den Filmdicken und der Anzahl von Paaren des ersten Films und des zweiten Films berechnet.
Im Analyseschritt werden ein Kandidaten-Bestimmungsschritt und ein optischer Lösungs-Bestimmungsschritt sequentiell durchgeführt. Im Kandidaten-Bestimmungsschritt werden Kandidaten für die optimalen Lösungen der Filmdicke des ersten Films 4 und der Filmdicke des zweiten Films 5 unter Verwendung des Vergleichsergebnisses zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjekts S im ersten Wellenlängenbereich erfasst. Der erste Wellenlängenbereich kann von einem Bereich, in welchem die theoretische Reflektanz angenähert ist und Spitzen und Senken eines Reflektionsprofils ausreichend in den Kombinationen enthalten sind, in welchen die Summen der Filmdicken (optische Dicken) des ersten Films und des zweiten Films die gleiche sind, eingestellt werden. Bezug nehmend auf 7 kann der erste Wellenlängenbereich einen Bereich von 300 nm bis 800 nm enthalten, oder kann einen Bereich von 400 nm bis 800 nm enthalten.
Im Kandidaten-Bestimmungsschritt wird beispielsweise ein Suchbereich für die Filmdicke des ersten Films 4 als ein Referenzsuchbereich eingestellt und werden Kandidaten für die optimale Lösung der Filmdicke des ersten Films 4 im Referenzsuchbereich D_O [i] (wobei i=1, 2, ... n) definiert. Nur die Filmdicke des zweiten Films wird als der Analyseparameter eingestellt, es wird eine Kurvenanpassung unter Verwendung eines Superverbandmodells an der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz in D_O [i] im ersten Wellenlängenbereich durchgeführt und es werden Kandidaten D_N [i] (wobei i=1, 2, ...n) für die optimale Lösung der Filmdicke des zweiten Films 5 entsprechend D_O [i] erfasst.
9 ist ein Diagramm, das Kombinationen von Kandidaten für die optimale Lösung der Filmdicke des ersten Films 4 und Kandidaten für die optimale Lösung der Filmdicke des zweiten Films 5 illustrieren. In dem in der Zeichnung illustrierten Beispiel werden Kombinationen der Kandidaten für die optimalen Lösungen, wenn der Referenzsuchbereich in einem Messobjekt S mit 32 Paaren von ONO-Strukturen (Siliziumoxidfilm: 25 nm / Siliziumnitridfilm: 35 nm / insgesamt 65 Schichten) auf einen Bereich von 32,5 nm bis 37,5 nm eingestellt wird, in Intervallen von 0,1 nm aufgeplottet. Die Intervalle der Kombination der Kandidaten für die optimale Lösung können eingestellt sein, kleiner zu sein, im Hinblick auf die Verbesserung bei der Analysegenauigkeit, oder die Intervalle der Kombinationen der Kandidaten für die optimale Lösung können eingestellt sein, größer zu sein, im Hinblick auf Verbesserung bei der Analysegeschwindigkeit. Da die Kandidaten für die optimale Lösung linear angeordnet sind, unter den Bedingungen, in welchen die Summen der Filmdicken (optische Dicken) des ersten Films 4 und des zweiten Films 5 gleich sind, können andere Kandidaten unter Verwendung eines Verfahrens wie etwa lineare Annäherung abgeschätzt werden. Im in 9 illustrierten Beispiel wird der Suchbereich der Filmdicke des ersten Films als der Referenzsuchbereich eingestellt, aber der Suchbereich der Filmdicke des zweiten Films 5 kann als der Referenz-Suchbereich eingestellt werden.
Im optischen Lösungs-Bestimmungsschritt werden die optimalen Lösungen der Filmdicke des ersten Films 4 und der Filmdicke des zweiten Films 5 von den Kandidaten für die optimalen Lösungen bestimmt, unter Verwendung des Vergleichsergebnisses zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjekts S in einem zweiten Wellenlängenbereich, der ein anderer ist als der erste Wellenlängenbereich. Der zweite Wellenlängenbereich kann eingestellt sein, einen Bereich zu beinhalten, in welchem die theoretische Reflektanz sich in den Kombinationen unterscheidet, in welchen die Summen der Filmdicken (optische Dicken) des ersten Films 4 und des zweiten Films 5 gleich sind. Der zweite Wellenlängenbereich kann ein Wellenlängenbereich kürzerer Wellenlängen beinhalten als jene des ersten Wellenlängenbereichs, oder kann einen Ultraviolettbereich beinhalten. Bezug nehmend auf 8, kann der zweite Wellenlängenbereich einen Bereich von 200 nm bis 300 nm beinhalten, oder kann einen Bereich von 220 nm bis 240 nm beinhalten.
10 ist ein Diagramm, das ein Szenario illustriert, in welchem eine optimale Lösung aus den Kandidaten für die optimale Lösung, illustriert in 9, bestimmt wird. In der Zeichnung ist eine Beziehung zwischen der Filmdicke des zweiten Films 5 und einem Anpassungsresiduum, das durch Durchführen von Kurvenanpassung unter Verwendung eines Superverbandmodells an der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz in D_O [i] und D_N [i] in dem zweiten Wellenlängenbereich ermittelt wird, illustriert. Im in 10 illustrierten Beispiel ist die Anzahl minimaler Werte des Anpassungsrestes nur eins und es versteht sich ersichtlich, dass die Suche nach der optimalen Lösung stabil durchgeführt werden kann, verglichen mit den in 4 bis 6 illustrierten Anpassungsresten.
11 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Filmdickenmessprogramms und eines Aufzeichnungsmediums zum Veranlassen eines Computers, als die Analyseeinheit 15 der Filmdickenmessvorrichtung 1 zu dienen, illustriert. Im in der Zeichnung illustrierten Beispiel beinhaltet ein Laser-Filmdickenmessprogramm 31 ein Hauptmodul P1 und ein Analysemodul P2. Das Hauptmodul P1 ist ein Modul, das insgesamt die Filmdickenmessoperation steuert. Die Funktion, welche durch den Computer realisiert wird, durch Ausführen des Analysemoduls P2, ist die gleiche wie die Funktion der Analyseeinheit 15 der Filmdickenmessvorrichtung 1. Das Filmdickenmessprogramm 31 wird beispielsweise durch ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium, wie etwa eine CD-ROM, eine DVD oder ein ROM, oder einen Halbleiterspeicher bereitgestellt. Das Filmdickenmessprogramm 31 kann als ein Computerdatensignal bereitgestellt werden, welches Trägerwellen über ein Netzwerk überlagert wird.
Wie oben beschrieben, werden in der Filmdickenmessvorrichtung 1 die optimalen Lösungen der Filmdicke des ersten Films 4 und der Filmdicke des zweiten Films 5 von den Kandidaten für die optimalen Lösungen bestimmt, durch Vergleichen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen. Wenn die Summe der Dicken des ersten Films 4 und des zweiten Films 5 gleich sind, aber die Filmdicke des ersten Films 4 und die Filmdicke des zweiten Films 5 unterschiedlich sind, kann es eine Differenz zwischen der theoretischen Reflektanz im ersten Wellenlängenbereich und der theoretischen Fahrzeug im zweiten Wellenlängenbereich geben. Entsprechend ist es möglich, rasch und genau eine Messung der Filmdicken an einem Messobjekt S mit einer mehrschichtigen Filmstruktur durchzuführen, durch Erfassen der Kandidaten für die optimalen Lösungen unter Verwendung des ersten Wellenlängenbereichs und Bestimmen der optimalen Lösungen aus den Kandidaten für die optimalen Lösungen unter Verwendung des zweiten Wellenlängenbereichs. Da Spektroskopie in der Filmdickenmessvorrichtung 1 verwendet wird, gibt es wenig Beschränkungen auf Ausführungsformen und die Filmdickenmessvorrichtung kann leichter auf einen Inline-Filmdickenmonitor angewendet werden, verglichen mit der Querschnitts-Beobachtungs-Technologie.
In der Filmdickenmessvorrichtung 1 wird der Vergleich zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz in der Analyseeinheit 15 auf Basis eines Superverbandmodells durchgeführt, in welchem angenommen wird, dass die Filmdicke des ersten Films 4 und die Filmdicke des zweiten Films 5 in jeweiligen Schichten konstant sind. Unter Verwendung eines Superverbandmodells ist es möglich, die Anzahl von Analyseparametern, die verwendet werden, um die Kandidaten für die optimalen Lösungen und die optimalen Lösungen zu bestimmen, stark zu senken, und eine Analyselast zu senken. Das Problem, in welchem es viele lokalisierte Lösungen gibt, selbst wenn das Superverbandmodell benutzt wird, kann durch Vergleich zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz unter Verwendung der zwei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen aufgelöst werden.
In der Filmdickenmessvorrichtung 1 beinhaltet der zweite Wellenlängenbereich, welcher in der Analyseeinheit 15 verwendet wird, einen Wellenlängenbereich kürzerer Wellenlängen als jene des ersten Wellenlängenbereichs. Eine Differenz zwischen der theoretischen Reflektanz im ersten Wellenlängenbereich und der theoretischen Reflektanz im zweiten Wellenlängenbereich erscheint wahrscheinlich bei einer kürzeren Wellenlänge. Entsprechend, indem der zweite Wellenlängenbereich veranlasst wird, einen Wellenlängenbereich kürzerer Wellenlängen als jener des ersten Wellenlängenbereichs zu enthalten, ist es möglich, zuverlässig die optimalen Lösungen von den Kandidaten für die optimalen Lösungen zu bestimmen.
In der Filmdickenmessvorrichtung 1 beinhaltet der zweite Wellenlängenbereich, welcher in der Analyseeinheit 15 verwendet wird, einen ultravioletten Bereich. Die Differenz zwischen der theoretischen Reflektanz im ersten Wellenlängenbereich und der theoretischen Reflektanz im zweiten Wellenlängenbereich erscheint wahrscheinlich im Ultraviolettbereich. Entsprechend, indem der zweite Wellenlängenbereich veranlasst wird, den Ultraviolettbereich zu enthalten, ist es möglich, zuverlässiger die optimalen Lösungen aus den Kandidaten für die optimalen Lösungen zu bestimmen.
In der Filmdickenmessvorrichtung 1 beinhaltet der zweite Wellenlängenbereich, welcher in der Analyseeinheit 15 verwendet wird, einen Bereich von 200 nm bis 300 nm. Die Differenz zwischen der theoretischen Reflektanz im ersten Wellenlängenbereich und der theoretischen Reflektanz im zweiten Wellenlängenbereich erscheint wahrscheinlich im Bereich von 200 nm bis 300 nm. Entsprechend, indem der zweite Wellenlängenbereich veranlasst wird, den Bereich von 200 nm bis 300 nm zu enthalten, ist es möglich, zuverlässiger die optimalen Lösungen aus den Kandidaten für die optimalen Lösungen zu bestimmen.
In der Filmdickenmessvorrichtung 1 kann der erste Wellenlängenbereich, welcher in der Analyseeinheit 15 verwendet wird, einen Bereich von 300 nm bis 800 nm enthalten. Indem der erste Wellenlängenbereich veranlasst wird, den Bereich von 300 nm bis 800 nm zu enthalten, ist es möglich, zuverlässiger die Differenz zwischen der theoretischen Reflektanz im ersten Wellenlängenbereich und der theoretischen Reflektanz im zweiten Wellenlängenbereich zu veranlassen, zu erscheinen. Entsprechend, indem der erste Wellenlängenbereich veranlasst wird, den Bereich von 300 nm bis 800 nm zu enthalten, ist es möglich, zuverlässiger die optimalen Lösungen aus den Kandidaten für die optimalen Lösungen zu bestimmen.
In der Filmdickenmessvorrichtung 1 kann transmittiertes Licht des Messlichts L1, welches das Messobjekt S durchdringt, oder reflektiertes Licht des Messlichts L1, welches durch das Messobjekt S reflektiert wird, als das Detektionslicht L2 verwendet werden. In diesem Fall ist es möglich, angemessen spektroskopisch das Detektionslicht L2 zu detektieren.
In der Filmdickenmessvorrichtung 1 ist der erste Film 4 ein Siliziumoxidfilm und ist der zweite Film 5 ein Siliziumnitridfilm. In diesem Fall ist es möglich, angemessen einen Inline-Filmdickenmonitor für eine Vorrichtung mit einer mehrschichtigen Filmstruktur 6, wie etwa einem 3D-NAND-Speicher zu realisieren.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise wird in der Ausführungsform das Messobjekt S mit der mehrschichtigen Filmstruktur 6 von 32 Paaren des ersten Films 4 und des zweiten Films 5 wie in 3 illustriert exemplifiziert, aber die vorliegende Offenbarung kann beispielsweise auf ein Messobjekt S mit einer mehrschichtigen Filmstruktur 6 angewendet werden, in welcher ein dritter Film 21 und ein vierter Film 22 (die hierin beide Siliziumoxidfilme sind) mit einer größeren Filmdicke des ersten Films 4 und des zweiten Films 5 jedes Paars an Stapelenden bereitgestellt, wie in 12 illustriert. In diesem Fall kann die obige Analyse unter Verwendung der Filmdicke des dritten Films 21 und der Filmdicke des vierten Films 22 als unterschiedliche Analyseparameter und unter Verwendung von insgesamt 4 Analyseparametern durchgeführt werden.
Das Substrat 3, welches das Messobjekt S bildet, ist nicht auf ein Siliziumsubstrat beschränkt, sondern kann ein Substrat sein, das aus anderen Materialien, wie etwa Quartzglas, gebildet ist. Der Film 4 und der zweite Film 5 sind nicht besonders beschränkt und weisen vorzugsweise 1) eine Konfiguration, in welcher es eine konstante Differenz beim Brechungsindex zwischen dem ersten Film 4 und dem zweiten Film 5 gibt, und 2) eine Konfiguration, in welcher der erste Film 4 oder der zweite Film 5 eine leicht Licht absorbierende Charakteristik aufweisen und die Licht absorbierende Charakteristika sind nicht exzessiv unter Berücksichtigung von Sensitivität oder Wellenlängenauflösung der Spektroskopie-Detektionseinheit 13, auf. Durch 1) tritt eine Verschiebung der theoretischen Reflektanz bei einer kürzeren Wellenlänge, die in 8 illustriert ist, ausreichend auf. Durch 2) ist es möglich, das Abfangen von Licht in der Nähe der Oberfläche der mehrschichtigen Filmstruktur 6 selbst dann zu verhindern, wenn die Anzahl von Paaren des ersten Films 4 und zweiten Films 5 groß ist, und die Detektion von Detektionslicht L2 mit einer ausreichenden Intensität sicherzustellen.
Ein Beispiel der Kombination des ersten Films 4 und des zweiten Films 5 ist eine Kombination eines Oxidfilms und eines Niobiumoxid-Films auf einem Glassubstrat, zusätzlich zum Siliziumoxidfilm und dem Siliziumnitridfilm. In diesem Fall wird es beispielsweise bevorzugt, dass der erste Wellenlängenbereich einen Bereich von 300 nm bis 800 nm beinhaltet. Beispielsweise ist es auch bevorzugt, dass der zweite Wellenlängenbereich einen Bereich von 200 nm bis 300 nm enthält.
Bezugszeichenliste

1: Filmdickenmessvorrichtung
3: Substrat
4: Erster Film
5: Zweiter Film
12: Lichtausgabeeinheit
13: Spektroskopie-Detektionseinheit
15: Analyseeinheit
31: Filmdickenmessprogramm
32: Aufzeichnungsmedium
L1: Laserstrahl
L2: Detektionslicht
S: Messobjekt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005140726 A [0004]

Claims

Filmdickenmessvorrichtung, die eine Filmdicke eines ersten Films und eine Filmdicke eines zweiten Films in einem Messobjekt misst, in welchem der erste Film und der zweite Film wiederholt abwechselnd auf ein Substrat gestapelt sind, wobei die Filmdickenmessvorrichtung umfasst: eine Lichtausgabeeinheit, die konfiguriert ist, Messlicht an das Messobjekt auszugeben; eine Spektroskopie-Detektionseinheit, die konfiguriert ist, spektroskopisch Detektionslicht aus dem Messobjekt zu detektieren; und eine Analyseeinheit, die konfiguriert ist, eine gemessene Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjekts, die aus einem Detektionsergebnis durch die Spektroskopie-Detektionseinheit erfasst wird, mit einer theoretischen Reflektanz zu vergleichen und die Filmdicke des ersten Films und die Filmdicke des zweiten Films zu analysieren, wobei die Analyseeinheit konfiguriert ist: Kandidaten für optimale Lösungen der Filmdicke des ersten Films und der Filmdicke des zweiten Films unter Verwendung eines Vergleichsergebnisses zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjekts in einem ersten Wellenlängenbereich zu erfassen, und die optimalen Lösungen der Filmdicke des ersten Films und der Filmdicke des zweiten Films aus den Kandidaten für die optimalen Lösungen unter Verwendung eines Vergleichsergebnisses zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjekts in einem zweiten Wellenlängenbereich, das sich vom ersten Wellenlängenbereich unterscheidet, zu bestimmen.
Filmdickenmessvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Vergleich zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz in der Analyseeinheit auf Basis eines Superverbandmodells durchgeführt wird, in welchem angenommen wird, dass die Filmdicke des ersten Films und die Filmdicke des zweiten Films in jeweiligen Schichten konstant sind.
Filmdickenmessvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Wellenlängenbereich, der in der Analyseeinheit verwendet wird, einen Wellenlängenbereich kürzerer Wellenlängen enthält als jene des ersten Wellenlängenbereichs.
Filmdickenmessvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite Wellenlängenbereich, der in der Analyseeinheit verwendet wird, einen Ultraviolettbereich beinhaltet.
Filmdickenmessvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zweite Wellenlängenbereich, der in der Analyseeinheit verwendet wird, einen Bereich von 200 nm bis 300 nm enthält.
Filmdickenmessvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Wellenlängenbereich, der in der Analyseeinheit verwendet wird, einen Bereich von 300 nm bis 800 nm enthält.
Filmdickenmessvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei durchgelassenes Licht des Messlichts, welches durch das Messobjekt durchgelassen wird, oder reflektiertes Licht des Messlichts, welches durch das Messobjekt reflektiert wird, als das Detektionslicht verwendet wird.
Filmdickenmessvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Film ein Siliziumoxidfilm ist und der zweite Film ein Siliziumnitridfilm ist.
Filmdickenmessverfahren des Messens einer Filmdicke eines ersten Films und einer Filmdicke eines zweiten Films in einem gemessenen Objekt, in welchem der erste Film und der zweite Film wiederholt abwechselnd auf einem Substrat gestapelt sind, wobei das Filmdickenmessverfahren umfasst: einen Lichtausgabeschritt des Ausgebens von Messlicht an das Messobjekt; einen spektroskopischen Detektionsschritt des spektroskopischen Detektierens von Detektionslicht aus dem Messobjekt; und einen Analyseschritt des Vergleichens einer gemessenen Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjektes, welches aus einem Ergebnis von spektroskopischer Detektion erfasst wird, mit einer theoretischen Reflektanz, und Analysieren der Filmdicke des ersten Films und der Filmdicke des zweiten Films, wobei der Analyseschritt enthält: einen Kandidaten-Bestimmungsschritt des Erfassens von Kandidaten für optimale Lösungen der Filmdicke des ersten Films und der Filmdicke des zweiten Films, unter Verwendung eines Vergleichsergebnisses zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjektes in einem ersten Wellenlängenbereich; und einen optimalen Lösungsbestimmungsschritt des Bestimmens der optimalen Lösungen der Filmdicke des ersten Films und der Filmdicke des zweiten Films aus den Kandidaten für die optimalen Lösungen unter Verwendung eines Vergleichsergebnisses zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjekts in einem zweiten Wellenlängenbereich, der sich vom ersten Wellenlängenbereich unterscheidet.
Filmdickenmessverfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Vergleich zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz im Analyseschritt auf Basis eines Superverbandmodells durchgeführt wird, bei welchem angenommen wird, dass die Filmdicke des ersten Films und die Filmdicke des zweiten Films in jeweiligen Schichten konstant sind.
Filmdickenmessverfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei der zweite Wellenlängenbereich, der im Analyseschritt verwendet wird, einen Wellenlängenbereich kürzerer Wellenlängen als jener des ersten Wellenlängenbereichs enthält.
Filmdickenmessverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der zweite Wellenlängenbereich, der im Analyseschritt verwendet wird, einen Ultraviolettbereich beinhaltet.
Filmdickenmessverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der zweite Wellenlängenbereich, der im Analyseschritt verwendet wird, einen Bereich von 200 nm bis 300 nm enthält.
Filmdickenmessverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der erste Wellenlängenbereich, der im Analyseschritt verwendet wird, einen Bereich von 300 nm bis 800 nm enthält.
Filmdickenmessverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei durchgelassenes Licht des Messlichts, welches durch das Messobjekt durchgelassen wird, oder reflektiertes Licht des Messlichts, welches durch das Messobjekt reflektiert wird, als das Detektionslicht verwendet wird.
Filmdickenmessverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei der erste Film ein Siliziumoxidfilm ist und der zweite Film ein Siliziumnitridfilm ist.
Filmdickenmessprogramm zum Messen einer Filmdicke eines ersten Films und einer Filmdicke eines zweiten Films in einem Messobjekt, in welchem der erste Film und der zweite Film wiederholt abwechselnd auf ein Substrat gestapelt sind, wobei das Filmdickenmessprogramm einen Computer veranlasst, als eine Analyseeinheit zu dienen, die konfiguriert ist, eine gemessene Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjektes, welches aus einem Detektionsergebnis durch eine spektroskopische Detektionseinheit erfasst wird, mit einer theoretischen Reflektanz zu vergleichen und die Filmdicke des ersten Films und die Filmdicke des zweiten Films zu analysieren, wobei die Analyseeinheit veranlasst wird, durchzuführen: einen Prozess des Erfassens von Kandidaten für optimale Lösungen der Filmdicke des ersten Films und der Filmdicke des zweiten Films unter Verwendung eines Vergleichsergebnisses zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjektes in einem ersten Wellenlängenbereich; und einen Prozess des Bestimmens der optimalen Lösungen der Filmdicke des ersten Films und der Filmdicke des zweiten Films von den Kandidaten für die optimalen Lösungen unter Verwendung eines Vergleichsergebnisses zwischen der gemessenen Reflektanz und der theoretischen Reflektanz für jede Wellenlänge des Messobjekts in einem zweiten Wellenlängenbereich, welcher sich vom ersten Wellenlängenbereich unterscheidet.
Computerlesbares Aufzeichnungsmedium mit dem darauf aufgezeichneten Filmdickenmessprogramm gemäß Anspruch 1.