JP2001284424A - Modeling method of pattern, film thickness measuring method, process state judging method, thickness measuring equipment, process state judging equipment, grinding equipment and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Modeling method of pattern, film thickness measuring method, process state judging method, thickness measuring equipment, process state judging equipment, grinding equipment and manufacturing method of semiconductor device

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JP2001284424A
JP2001284424A JP2000092577A JP2000092577A JP2001284424A JP 2001284424 A JP2001284424 A JP 2001284424A JP 2000092577 A JP2000092577 A JP 2000092577A JP 2000092577 A JP2000092577 A JP 2000092577A JP 2001284424 A JP2001284424 A JP 2001284424A
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film thickness
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for facilitating the calculation of a theoretical value in the case that the film thickness of an object is measured on the basis of a degree of the accordance of the theoretical value and the actual value of an optical characteristic. SOLUTION: An actual pattern shown in (a) is a multi-layer structure and a complicated shape. Since a TiN film 23 hardly transmits light, the structure of the rear side can be neglected, they have infinite thickness, and can be calculated even if it is supposed that these materials are entirely filled on the rear side. When such a view is taken, the pattern shown in (a) can be modeled into the pattern shown in (b). Thus, if calculation is performed after such modeling, a calculation time can be remarkably shortened.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば半導体の
製造プロセスにおいて、内部に半導体構造や配線構造等
のパターンが形成されたウェハを、研磨装置により研磨
するとき等に、その膜厚や研磨工程の進行状況を光学的
に測定する技術及びその応用技術に関するものであり、
さらに詳しくは、予め計算された光学特性と実測された
光学特性(たとえば分光光度特性)の一致度を測定する
ことにより、膜厚や研磨工程の進行状況を光学的に測定
・判定する技術及びその応用技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a process for manufacturing a semiconductor, for example, when a wafer having a pattern such as a semiconductor structure or a wiring structure formed therein is polished by a polishing apparatus. Technology for optically measuring the progress of the technology and its applied technology,
More specifically, a technique for optically measuring and determining the film thickness and the progress of the polishing process by measuring the degree of coincidence between a previously calculated optical property and an actually measured optical property (for example, a spectrophotometric property) and its technology. It is related to applied technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】CMP工程などの普及に伴い、デバイス
ウェハにおける、下地に微細な素子や電極構造をもつ部
分の薄膜の厚さを正確に測定する必要性は益々高くなっ
ている。しかるに現状では、光スポット径をある限界よ
り小さくすることが困難であること、光スポットを所定
の構造を有する部分に位置合わせすることが困難である
ことなどから、直接に微細構造部分を光学的に計測する
ことは事実上不可能とされてきた。そのため、微細構造
以外のブランク部分で膜厚を計測し、これから換算によ
り微細構造を有する部分の膜厚を間接的に求めたり、抜
き取り検査により抜き取ったサンプルについて、微細構
造部分を破壊して断面を電子顕微鏡で観察して膜厚を把
握する方法等が一般的に行なわれていた。
2. Description of the Related Art With the spread of the CMP process and the like, the necessity of accurately measuring the thickness of a thin film in a portion of a device wafer having a fine element or electrode structure as a base has been increasing. However, at present, it is difficult to make the light spot diameter smaller than a certain limit, and it is difficult to align the light spot with a part having a predetermined structure. Has been virtually impossible to measure. Therefore, the film thickness is measured at the blank portion other than the fine structure, and the film thickness of the portion having the fine structure is indirectly obtained by conversion, or the fine structure portion of the sample extracted by the sampling inspection is destroyed and the cross section is determined. A method of observing the film thickness by observation with an electron microscope has been generally performed.

【0003】これに対し、本発明者は、光スポット内に
ある微細構造部分からの反射光、透過光を、各微細部構
造部分からの反射光、透過光の足し合わせとして理論計
算し、たとえば、反射光、透過光の分光特性を、種々の
膜厚毎に求めておき、研磨中にウェハに光スポットを当
てて、ウェハからの反射光、透過光の分光特性の実測値
と、種々の膜厚毎に求められた前記分光特性とのフィッ
ティング計算を行ない、最も良く一致が取れる膜厚を測
定値とする方法を発明し、この発明は特開平11−33
901号公報に開示されている。
On the other hand, the present inventor theoretically calculates the reflected light and transmitted light from the fine structure portion in the light spot as the sum of the reflected light and transmitted light from each fine portion structure portion. , The spectral characteristics of reflected light and transmitted light are determined for each of various film thicknesses, and a light spot is applied to the wafer during polishing, and the actual measured values of the spectral characteristics of reflected light and transmitted light from the wafer are obtained. A method of performing a fitting calculation with the above-mentioned spectral characteristics obtained for each film thickness and determining a film thickness that gives the best match as a measured value was invented.
No. 901 is disclosed.

【0004】この発明により、微細構造有する部分の膜
厚を、微細構造より大きな光スポットを使用して正確に
測定したり、研磨終了点を判定したりすることができる
ようになり、直接的な方法で、in-situ状態での非破壊
計測が可能となった。
According to the present invention, the film thickness of a portion having a fine structure can be accurately measured using a light spot larger than the fine structure, and the polishing end point can be determined. The method enables non-destructive measurement in the in-situ state.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】特開平11−3390
1号公報に開示されている前記発明においては、基本的
に、実測の信号と、理論計算による値との比較作業(フ
ィッティグ)を行うことで、膜厚を算出する。この理論
計算は、計測対象であるデバイスなどの構造が複雑化す
るにつれ煩雑で困難なものになっていく。特に、最近で
は、多層構造を有するデバイスが多くなってきており、
それが理論計算を複雑で膨大なものとする一因となって
いる。
SUMMARY OF THE INVENTION Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-3390
In the invention disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 1 (1993), basically, a film thickness is calculated by performing a comparison operation (fitting) between an actually measured signal and a value obtained by theoretical calculation. This theoretical calculation becomes complicated and difficult as the structure of a device to be measured or the like becomes more complicated. In particular, recently, devices having a multilayer structure have been increasing,
That is what makes the theoretical calculations complicated and enormous.

【0006】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、その主たる課題は、複雑な構造を有するパター
ンを内部に有するウェハ等の基板(物体)の膜厚や研磨
工程を、光学特性の理論値と実際値の一致度に基づいて
測定・判定する場合に、その理論値の計算を容易にする
方法を提供すること、さらには、それを応用した方法や
装置を提供することを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and its main problem is to control the film thickness and polishing process of a substrate (object) such as a wafer having a pattern having a complicated structure therein, by using optical characteristics. It is an object of the present invention to provide a method for facilitating the calculation of the theoretical value when measuring and determining based on the degree of coincidence between the theoretical value and the actual value, and to provide a method and an apparatus applying the same. And

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第1の手段は、内部にパターンが形成された基板上の
薄膜の膜厚又は工程状態を、当該基板の光学特性を測定
し、予め所定数の膜厚又は工程状態における基板の光学
特性を計算により求めておき、測定された当該基板の光
学特性と、前記計算により求められた光学特性との一致
度に基づいて測定・判定する際に、所定数の膜厚又は工
程状態における基板の光学特性を計算により求めるのに
先立ち、実際のパターンの構造を、パターンの光学的特
性を考慮して単純化することによりモデル化することを
特徴とするパターンのモデル化方法(請求項1)であ
る。
The first means for solving the above problems is to measure the thickness or process state of a thin film on a substrate having a pattern formed therein by measuring the optical characteristics of the substrate, The optical characteristics of the substrate in a predetermined number of film thicknesses or process states are determined in advance by calculation, and the measurement and determination are performed based on the degree of coincidence between the measured optical characteristics of the substrate and the optical characteristics determined by the calculation. Prior to calculating the optical characteristics of the substrate in a predetermined number of film thicknesses or process states, it is necessary to model the actual pattern structure by simplifying it in consideration of the optical characteristics of the pattern. This is a method of modeling a characteristic pattern (claim 1).

【0008】本明細書において「工程状態」というの
は、工程の進捗度を示す状態であり、たとえば、研磨の
終了点に達したかとか、研磨条件の変更点に達したかと
かいうような状態のことである。このように、工程状態
を検出する場合においても、所定の工程状態における反
射光、透過光の光学特性を予め計算により求めておき、
実測された反射光、透過光の光学特性との一致度を測定
することにより、工程の進捗を管理することが行なわれ
ている。
[0008] In the present specification, the "process state" is a state indicating the degree of progress of the process. For example, a state such as whether a polishing end point has been reached or a change in polishing conditions has been reached. That is. As described above, even when the process state is detected, the optical characteristics of the reflected light and the transmitted light in the predetermined process state are obtained in advance by calculation,
The progress of the process is managed by measuring the degree of coincidence between the actually measured reflected light and transmitted light with the optical characteristics.

【0009】また、内部にパターンが形成された基板上
の薄膜というのは、たとえば研磨前のウェハ基板のよう
に、その表面近くの内部にパターンが形成され、その上
が絶縁膜等の膜で覆われているようなものにおける薄膜
をも含み、その膜厚を測定するというのは、これらパタ
ーンを包み込んだり、パターンの上に形成された薄膜の
個々の膜厚、又は全体の膜厚を測定することを意味す
る。
A thin film on a substrate having a pattern formed therein is, for example, a wafer substrate before polishing in which a pattern is formed near a surface thereof and a film such as an insulating film is formed thereon. Measuring the film thickness, including the thin film in what is covered, means measuring the individual film thickness of the thin film wrapped around these patterns or formed on the pattern, or the entire film thickness Means to do.

【0010】「光学的特性」というのは、たとえばパタ
ーン各部の吸収係数や屈折率のごとき光学定数のよう
に、物体の光学的な性質を決定するものを意味する。こ
れに対して、「光学特性」とは、反射率、透過率、分光
反射率や、分光透過率のような、光の状態を示す量をい
う。
The term "optical characteristics" means those that determine the optical properties of an object, such as optical constants such as the absorption coefficient and the refractive index of each part of the pattern. On the other hand, the “optical characteristics” refer to quantities indicating the state of light, such as reflectance, transmittance, spectral reflectance, and spectral transmittance.

【0011】本手段においては、前記特開平11−33
901号公報に開示されている技術と異なり、微細な構
造の各点からの光の反射光や透過光の特性を直接計算す
るのでなく、その前段階として、実際のパターンの構造
を、光学的特性を考慮して単純化することによりモデル
化している。よって、光学特性を求めるための理論計算
が容易となる。
In this means, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-33
Unlike the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 901-901, the characteristics of the reflected light and transmitted light from each point of the fine structure are not directly calculated, but the actual pattern The model is modeled by simplification in consideration of characteristics. Therefore, the theoretical calculation for obtaining the optical characteristics becomes easy.

【0012】前記課題を解決するための第2の手段は、
前記第1の手段であって、前記基板の表面に垂直に入射
し、前記基板の表面から垂直に出射する光のみに対する
パターンの光学的特性を考慮して単純化することにより
モデル化することを特徴とするもの(請求項2)であ
る。
A second means for solving the above-mentioned problem is as follows.
In the first means, modeling is performed by simplifying in consideration of the optical characteristics of the pattern for only light that is perpendicularly incident on the surface of the substrate and that exits perpendicularly from the surface of the substrate. This is a feature (claim 2).

【0013】前記第1の手段は、拡散光を入射させてそ
の反射光や透過光を測定したり、光を測定基板(ウェハ
等)等の表面に斜めに入射させてその反射光や透過光を
測定したりするような方法をも含むものである。しかし
ながら、実際の光学的測定においては、光を測定基板の
表面に垂直に入射することが多い。また、反射光、透過
光は、いろいろな方向に出射するが、測定に際しては、
このうち基板の表面に垂直に出射する光のみを受光する
ように光学系を工夫すると、測定誤差が小さくなると共
に、反射光、透過光の光学特性の理論計算が容易にな
る。よって、本手段によれば、理論計算の計算量を少な
くすることができる。
The first means measures the reflected light or transmitted light by making diffused light incident, or makes the reflected light or transmitted light obliquely incident on the surface of a measurement substrate (a wafer or the like) or the like. And methods for measuring the However, in actual optical measurement, light is often perpendicularly incident on the surface of the measurement substrate. In addition, reflected light and transmitted light are emitted in various directions.
If the optical system is devised so as to receive only the light emitted perpendicularly to the surface of the substrate, the measurement error is reduced and the theoretical calculation of the optical characteristics of the reflected light and the transmitted light is facilitated. Therefore, according to this means, the calculation amount of the theoretical calculation can be reduced.

【0014】前記課題を解決するための第3の手段は、
前記第1の手段又は第2の手段であって、光が基板に入
射してから最初に到達する金属層又は吸収層が存在する
面の裏側には、均一な物体が充満していると仮定するこ
とにより、モデル化を行なうことを特徴とするもの(請
求項3)である。
A third means for solving the above-mentioned problem is as follows.
In the first means or the second means, it is assumed that a uniform object is filled on the back side of a surface on which a metal layer or an absorption layer which reaches first after light is incident on the substrate is present. By doing so, modeling is performed (claim 3).

【0015】微細構造を単純化することによってモデル
化するに際し、まず考えられることは、微細化構造の中
には、TiN膜やAl配線、W電極等の金属層のように光を
ほとんど反射及び吸収してしまう物質からなる構造があ
り、これらがほとんどの反射特性、透過特性を支配して
しまうということである。よって、本手段においては、
光が基板に入射してから最初に到達するこれらの金属層
又は吸収層の裏側に、複雑な構造を有するパターンがあ
っても、それらが反射特性や透過特性に寄与する割合は
極僅かであることに着目し、これらの金属層又は吸収層
の裏側は一様な物体で満たされているものとして微細構
造の単純化モデルを作っている。
When modeling the microstructure by simplifying it, first of all, it is conceivable that most of the miniaturized structure reflects and reflects light almost like a metal layer such as a TiN film, an Al wiring, and a W electrode. There are structures made of substances that absorb, and these dominate most of the reflection and transmission characteristics. Therefore, in this means,
Even if there is a pattern with a complicated structure on the back side of these metal layers or absorption layers that light arrives first after entering the substrate, their contribution to reflection and transmission characteristics is extremely small Focusing on this, a simplified model of the microstructure is created assuming that the back side of these metal layers or absorption layers is filled with a uniform object.

【0016】これにより、光学特性を理論的に計算する
ときの計算量が少なくなる。金属層又は吸収層の裏側に
どのような光学的特性の物質が満たされているとするか
は、金属層又は吸収層の光学的特性や厚さ、実際に金属
層又は吸収層の裏側にあるパターン構造を考慮してモデ
ル化する。
Thus, the amount of calculation for theoretically calculating the optical characteristics is reduced. What kind of optical property material is filled on the back side of the metal layer or the absorption layer depends on the optical property and thickness of the metal layer or the absorption layer, actually on the back side of the metal layer or the absorption layer Model in consideration of the pattern structure.

【0017】なお、本手段(請求項3)において、「裏
側」というのは、光を入射した方向から見た裏側のこ
と、すなわち光の影が生じる部分のことであり、必ずし
も金属層又は吸収層に垂直な方向を意味するものではな
い。たとえば、斜めから光を入射する場合は、当該金属
層又は吸収層の斜め奥方向が裏側となる。
In the present means (claim 3), the term "back side" refers to the back side as viewed from the direction in which light is incident, that is, a portion where a shadow of light is generated, and is not necessarily a metal layer or an absorbing layer. It does not imply a direction perpendicular to the layers. For example, when light is incident obliquely, the oblique depth direction of the metal layer or the absorption layer is the back side.

【0018】前記課題を解決するための第4の手段は、
前記第3の手段であって、前記均一な物体は、前記金属
層又は吸収層と同じであると仮定してモデル化を行なう
ことを特徴とするもの(請求項4)である。
A fourth means for solving the above problem is as follows.
The third means is characterized in that the uniform object is modeled on the assumption that it is the same as the metal layer or the absorption layer (claim 4).

【0019】前記金属層又は吸収層の厚みがある程度厚
くなると、それ以上光が先に進行することがなくなるの
で、それより先は何があっても反射光や透過光の光学特
性に影響を及ぼさない。よって、本手段においては、こ
のような場合に、金属層又は吸収層の裏側には、当該金
属層又は吸収層が詰まっていると仮定してモデル化を行
なう。よって、反射光や透過光の光学特性を求める理論
計算がさらに簡単になる。
When the thickness of the metal layer or the absorption layer is increased to some extent, light does not proceed any further, so that the optical characteristics of reflected light and transmitted light are affected no matter what. Absent. Therefore, in this case, in such a case, modeling is performed on the assumption that the metal layer or the absorption layer is clogged on the back side of the metal layer or the absorption layer. Therefore, the theoretical calculation for obtaining the optical characteristics of the reflected light and the transmitted light is further simplified.

【0020】なお、本手段(請求項4)において「厚
み」とは、光の入射方向から見た厚みのことであり、必
ずしも金属層又は吸収層の面に垂直な方向の厚みを意味
しない。すなわち、光が斜め入射する場合には、光路に
沿って測った厚みとなり、金属層又は吸収層の面に垂直
な方向の厚みより厚くなる。
In the present means (claim 4), the term "thickness" refers to the thickness as viewed from the light incident direction, and does not necessarily mean the thickness in the direction perpendicular to the surface of the metal layer or the absorbing layer. That is, when the light is obliquely incident, the thickness is measured along the optical path, and is larger than the thickness in the direction perpendicular to the surface of the metal layer or the absorption layer.

【0021】前記課題を解決するための第5の手段は、
前記第1の手段から第4の手段のいずれかであって、前
記基板の表面から一定深さ以上の深さには、反射率が0
又は一定の光学的特性を有する物体が詰まっているもの
と仮定してモデル化を行なうことを特徴とするもの(請
求項5)である。
A fifth means for solving the above problems is as follows.
In any one of the first to fourth means, the reflectance is 0 at a depth equal to or more than a certain depth from the surface of the substrate.
Alternatively, modeling is performed assuming that an object having a certain optical characteristic is blocked (claim 5).

【0022】光がパターン構造を持つ基板のある深さま
で入ると、一般にその深さからの反射光は弱くなり、全
体に極僅かの影響しか及ぼさなくなる。本手段において
は、これらを考慮し、基板の表面から一定深さ以上の深
さには、反射率が0又は一定の光学的特性を有する物体
が詰まっているものと仮定してモデル化を行なってい
る。よって、所定深さより深い部分にあるパターンの構
造を考慮しなくてもよいので、反射光や透過光の光学特
性を求めるための理論計算がさらに簡単になる。
When light penetrates to a certain depth of the substrate having the pattern structure, the reflected light from that depth generally becomes weaker and has only a small effect on the whole. In the present means, in consideration of these, modeling is performed on the assumption that an object having a reflectance of 0 or constant optical characteristics is packed at a depth equal to or more than a certain depth from the surface of the substrate. ing. Therefore, it is not necessary to consider the structure of the pattern at a portion deeper than the predetermined depth, and the theoretical calculation for obtaining the optical characteristics of the reflected light and the transmitted light is further simplified.

【0023】前記課題を解決するための第6の手段は、
前記第1の手段から第5の手段のいずれかであって、光
の波長域に比較して小さい微細構造を有するパターン
を、所定の光学的特性を有する均一な連続した物体から
なると仮定してモデル化を行なうことを特徴とするもの
(請求項6)である。
A sixth means for solving the above-mentioned problem is as follows.
In any one of the first means to the fifth means, it is assumed that a pattern having a fine structure smaller than a wavelength range of light is formed of a uniform continuous object having predetermined optical characteristics. Modeling is performed (claim 6).

【0024】一般に、光はその波長に比較して小さな構
造にたいしては、通常使われるスカラー理論では対応で
きない。前述のモデル化およびそれによる反射光強度計
算は、スカラー理論をもととしているため、非常に小さ
な凹凸構造ではその計算が不適当である場合が生ずる。
超精細デバイスや、多層デバイス(ここでは、配線の重
なり具合によって結果的に微細構造ができる)では既に
この現象がおきている。
In general, light cannot cope with a scalar theory generally used for a structure small in comparison with its wavelength. Since the above-described modeling and the calculation of the reflected light intensity based on the modeling are based on the scalar theory, the calculation may be inappropriate for a very small uneven structure.
This phenomenon has already occurred in ultra-fine devices and multilayer devices (here, a fine structure is formed as a result of the degree of overlap of wirings).

【0025】例えば600nm程度の波長の光を使って
モニタするに際し、非常に小さな凹凸構造の特性は、理
論的には(光学的空間コヒーレンス長より小さい限りに
おいて)凹凸構造が大きなものの特性と同じになるはず
であるが、実際の現象としては、0.13μのような小さな
凹凸構造の特性では、いわゆるベクトル理論での数値計
算が必要になる。これは、実際に行うのは計算量が莫大
で、現実的ではない。
For example, when monitoring using light having a wavelength of about 600 nm, the characteristics of a very small uneven structure are theoretically the same as those of a large uneven structure (as long as it is smaller than the optical spatial coherence length). However, as an actual phenomenon, the characteristics of a small uneven structure such as 0.13 μm require numerical calculation based on so-called vector theory. This is an enormous amount of computation to be actually performed, which is not practical.

【0026】そこで、本手段においては、光学的には、
こうした微細構造においては、凹凸構造をもったもの
が、均質な材料とみることができる(有効質量近似)と
いう考え方を用いてこのような微細構造に対処する。す
なわち、微細な構造があった場合、それを、連続した均
質な材料で置き換えたモデルでの光学計算を行う。
Therefore, in this means, optically,
In such a fine structure, a material having a concavo-convex structure can be regarded as a homogeneous material (effective mass approximation). That is, when there is a fine structure, optical calculation is performed using a model in which the fine structure is replaced with a continuous and homogeneous material.

【0027】最も単純なモデル化では、波長に比較して
微細な凹凸がある場合、そこへは光が進入しないという
近似、つまり構造を無視して考える近似である。より現
実的には、凹凸の無い、異なった光学定数(屈折率nお
よび吸収係数k)の物質に置き換わったと考えるが、こ
の光学定数については、理論的には微細構造の密度によ
って変化するため、パターンによって適切な値を選択す
ることが望ましい。
The simplest modeling is an approximation that, when there are fine irregularities compared to the wavelength, light does not enter there, that is, an approximation that ignores the structure. More realistically, it is considered that the material has been replaced with a material having different optical constants (refractive index n and absorption coefficient k) without irregularities. However, since this optical constant theoretically changes depending on the density of the microstructure, It is desirable to select an appropriate value depending on the pattern.

【0028】本手段によれば、ベクトル計算を用いずス
カラー計算で理論値を求めることができるので、計算量
を著しく低減することができる。
According to this means, since the theoretical value can be obtained by scalar calculation without using vector calculation, the calculation amount can be significantly reduced.

【0029】前記課題を解決するための第7の手段は、
前記第1の手段から第6の手段のうちいずれかを用いて
パターンのモデル化を行なった後、モデル化されたパタ
ーンに光を入射したときの光学特性を、モデル化された
パターンを考慮して、所定種類の膜厚ごとに理論計算に
よって求め、測定された当該基板の光学特性と前記計算
により求められた光学特性との一致度に基づいて基板上
の薄膜の膜厚を測定することを特徴とする膜厚の測定方
法(請求項7)である。
[0029] A seventh means for solving the above problem is as follows.
After the pattern is modeled by using any one of the first to sixth means, the optical characteristics when light is incident on the modeled pattern are considered in consideration of the modeled pattern. Measuring the film thickness of the thin film on the substrate based on the degree of coincidence between the measured optical characteristics of the substrate and the calculated optical characteristics by theoretical calculation for each predetermined type of film thickness. This is a characteristic method for measuring the film thickness (claim 7).

【0030】本手段においては、前記特開平11−33
901号公報に開示されているように、測定試料に光を
照射したときの反射光、又は透過光の光学特性(たとえ
ば分光光度分布)の実測値を求め、それと予め所定の膜
厚毎に計算で求めておいた反射光、又は透過光の光学特
性の一致度を求め、その一致度に基づいて膜厚を測定す
るようにしている。たとえば、両者の分光光度特性の波
長ごとの差の2乗和のが最小となる膜厚を採用したり、
両者の分光光度特性の相互相関値が最大となる膜厚を採
用したりする。
In this means, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-33
As disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 901, an actual measurement value of an optical characteristic (for example, a spectral luminous intensity distribution) of reflected light or transmitted light when a measurement sample is irradiated with light is calculated and calculated in advance for each predetermined film thickness. The degree of coincidence of the optical characteristics of the reflected light or transmitted light obtained in step (1) is determined, and the film thickness is measured based on the degree of coincidence. For example, a film thickness that minimizes the sum of squares of the difference between the wavelengths of the two spectral photometric characteristics,
For example, a film thickness that maximizes the cross-correlation value between the two spectrophotometric characteristics is adopted.

【0031】本手段においては、このような膜厚測定法
において、予め所定の膜厚毎に光学特性を計算するに際
し、計算の前提となるパターンを前記第1の手段から第
6の手段のいずれかを用いて(いずれかを用いるという
のは、これらのうちいくつかを組み合わせて用いる場合
を含むことは言うまでもない。このことは、本明細書中
について同じである。)簡易化しているので、その分計
算量を少なくでき、必要なメモリーも少なくすることが
できる。
In this means, in such a film thickness measuring method, when calculating optical characteristics in advance for each predetermined film thickness, a pattern which is a prerequisite for the calculation can be changed by any one of the first means to the sixth means. (It goes without saying that the use of either includes the case where some of these are used in combination. This is the same in the present specification.) The amount of calculation can be reduced accordingly, and the required memory can also be reduced.

【0032】前記課題を解決するための第8の手段は、
前記第1の手段から第6の手段のいずれかを用いてパタ
ーンのモデル化を行なった後、モデル化されたパターン
に光を入射したときの光学特性を、モデル化されたパタ
ーンを考慮して、所定の工程状態について理論計算によ
って求め、測定された当該基板の光学特性と前記計算に
より求められた光学特性との一致度に基づいて、基板上
への絶縁膜若しくは金属電極膜の成膜工程、又はこれら
の膜の除去工程における工程状態を判定することを特徴
とする工程状態判定方法(請求項8)である。
Eighth means for solving the above-mentioned problem is:
After modeling the pattern using any one of the first to sixth means, the optical characteristics when light is incident on the modeled pattern are considered in consideration of the modeled pattern. A process of forming an insulating film or a metal electrode film on a substrate based on the degree of coincidence between the measured optical characteristics of the substrate and the calculated optical characteristics obtained by theoretical calculation for a predetermined process state. Or a process state determination method characterized by determining a process state in a step of removing these films.

【0033】本手段においては、工程状態の検出に際
し、予め所定の工程状態毎に光学特性を計算するに際
し、計算の前提となるパターンを前記第1の手段から第
6の手段のいずれかを用いて簡易化しているので、その
分計算量を少なくでき、必要なメモリーも少なくするこ
とができる。
In this means, when detecting the process state, when calculating the optical characteristics in advance for each predetermined process state, a pattern which is a prerequisite for the calculation can be obtained by using any of the first to sixth means. Simplification, the amount of calculation can be reduced accordingly, and the required memory can also be reduced.

【0034】前記課題を解決するための第9の手段は、
内部にパターンが形成された基板上の薄膜の膜厚を測定
する装置であって、前記基板表面に光を照射する装置
と、前記基板からの反射光又は透過光を検出する装置
と、前記第1の手段から第6の手段のいずれかによって
モデル化されたパターンを記憶する記憶部と、記憶部に
記憶されたモデル化されたパターンを考慮して、前記基
板に光を入射したときの光学特性を、所定種類の膜厚に
ついて求める計算部と、計算部によって計算された光学
特性と実測された光学特性との一致度を算出し、それか
ら膜厚を判定する膜厚判定部とを有してなることを特徴
とする膜厚測定装置(請求項9)である。
A ninth means for solving the above-mentioned problem is:
An apparatus for measuring the thickness of a thin film on a substrate on which a pattern is formed, an apparatus for irradiating light to the substrate surface, an apparatus for detecting reflected light or transmitted light from the substrate, A storage unit for storing a pattern modeled by any one of the first to sixth means, and an optical system when light enters the substrate in consideration of the modeled pattern stored in the storage unit A calculation unit for obtaining the characteristic for a predetermined type of film thickness, and a film thickness determination unit for calculating a degree of coincidence between the optical characteristic calculated by the calculation unit and the actually measured optical characteristic, and then determining the film thickness. A film thickness measuring apparatus (claim 9).

【0035】本手段を使用する場合には、測定しようと
する試料に含まれるパターンを、前記第1の手段から第
6の手段のいずれかによってモデル化し、モデル化され
たパターンを記憶部に記憶してさせておく。本手段は、
たとえば測定の開始直前に、計算部により、記憶部に記
憶されたモデル化されたパターンを考慮して、前記基板
に光を入射したときの光学特性を、所定種類の膜厚につ
いて計算して求めておく。
When this means is used, a pattern contained in the sample to be measured is modeled by any of the first to sixth means, and the modeled pattern is stored in the storage unit. Let me do it. This means
For example, immediately before the start of measurement, the calculation unit calculates an optical characteristic when light is incident on the substrate for a predetermined type of film thickness in consideration of the modeled pattern stored in the storage unit. Keep it.

【0036】その後、基板表面に光を照射し、当該基板
からの反射光又は透過光を検出する。そして、膜厚判定
部が、たとえば最小2乗法や相互相関法等を用いて計算
部によって計算された光学特性と、実測された光学特性
の一致度を算出し、それから膜厚を判定する。パターン
を記憶させるとは、パターンを再現できる諸元となる数
値を記憶させることに対応する。
Thereafter, the surface of the substrate is irradiated with light, and reflected light or transmitted light from the substrate is detected. Then, the film thickness determination unit calculates the degree of coincidence between the optical characteristics calculated by the calculation unit and the actually measured optical characteristics using, for example, the least square method or the cross-correlation method, and determines the film thickness from the calculated values. Storing a pattern corresponds to storing numerical values that can be used to reproduce the pattern.

【0037】本手段によれば、光学特性の計算に用いる
モデル化されたパターンを記憶しており、光学特性は測
定のたびに計算しているので、光学特性を記憶するのに
比してメモリー容量が少なくて済む。
According to this means, the modeled pattern used for the calculation of the optical characteristics is stored, and the optical characteristics are calculated each time the measurement is performed. Requires less capacity.

【0038】前記課題を解決するための第10の手段
は、内部にパターンが形成された基板上の薄膜の膜厚を
測定する装置であって、前記基板表面に光を照射する装
置と、前記基板からの反射光又は透過光を検出する装置
と、前記第1の手段から第6の手段のいずれかによって
モデル化されたパターンを考慮して計算した、前記基板
に光を入射したときの光学特性を、所定種類の膜厚につ
いて記憶する記憶部と、記憶部に記憶された光学特性と
実測された光学特性との一致度を算出し、それから膜厚
を判定する膜厚判定部とを有してなることを特徴とする
膜厚測定装置(請求項10)である。
A tenth means for solving the above problem is an apparatus for measuring the thickness of a thin film on a substrate having a pattern formed therein, wherein the apparatus irradiates light to the substrate surface, An apparatus for detecting reflected light or transmitted light from a substrate, and an optical element when light is incident on the substrate, calculated in consideration of a pattern modeled by any of the first to sixth means. A storage unit that stores the characteristics for a predetermined type of film thickness; and a film thickness determination unit that calculates the degree of coincidence between the optical characteristics stored in the storage unit and the actually measured optical characteristics and determines the film thickness based on the calculated degree. A film thickness measuring apparatus (claim 10), characterized in that:

【0039】本手段においては、前記第9の手段と異な
り、前記第1の手段から第6の手段のいずれかによって
モデル化されたパターンに基づいて、膜厚ごとの光学特
性の計算を外部で行なってしまい、得られた光学特性を
内部の記憶部に記憶するようにしている。よって、膜厚
ごとの光学特性を記憶しなければならないので、メモリ
ーを必要とするが、前記第9の手段と異なり、測定のた
びに光学特性の計算を行なう必要がないので、計算時間
は短くて済む。
According to this means, unlike the ninth means, the calculation of the optical characteristics for each film thickness is externally performed based on the pattern modeled by any of the first to sixth means. And the obtained optical characteristics are stored in an internal storage unit. Therefore, since the optical characteristics for each film thickness must be stored, a memory is required. However, unlike the ninth means, it is not necessary to calculate the optical characteristics every time the measurement is performed. I can do it.

【0040】前記課題を解決するための第11の手段
は、基板上への絶縁膜若しくは金属電極膜の成膜工程、
又はこれらの膜の除去工程における工程状態を判定する
装置であって、前記基板表面に光を照射する装置と、前
記基板からの反射光又は透過光を検出する装置と、請求
項1から請求項6のうちいずれか1項に記載のパターン
のモデル化方法によってモデル化されたパターンを記憶
する記憶部と、記憶部に記憶されたモデル化されたパタ
ーンを考慮して計算した、前記基板に光を入射したとき
の光学特性を、所定の工程状態について求める計算部
と、計算部によって計算された光学特性と実測された光
学特性との一致度を算出し、それから工程状態を判定す
る工程状態判定部とを有してなることを特徴とする工程
状態判定装置(請求項11)である。
An eleventh means for solving the above-mentioned problems is to form an insulating film or a metal electrode film on a substrate,
Or an apparatus for determining a process state in a step of removing these films, wherein the apparatus irradiates light to the substrate surface, and an apparatus detects reflected light or transmitted light from the substrate. 6. A storage unit for storing a pattern modeled by the method for modeling a pattern according to any one of 6. and a light source for the substrate calculated in consideration of the modeled pattern stored in the storage unit. A calculating unit for obtaining an optical characteristic when the light is incident on a predetermined process state; calculating a degree of coincidence between the optical characteristic calculated by the calculating unit and the actually measured optical characteristic; and determining the process state based on the calculated degree. And a process state determination device (claim 11).

【0041】本手段においては、判定の対象が工程状態
であることが前記第9の手段と異なっているのみであ
り、作用効果はほとんど同じであるので説明を省略す
る。
The present means is different from the ninth means only in that the object to be judged is the process state, and the operation and effect are almost the same, so that the description is omitted.

【0042】前記課題を解決するための第12の手段
は、基板上への絶縁膜若しくは金属電極膜の成膜工程、
又はこれらの膜の除去工程における工程状態を判定する
装置であって、前記基板表面に光を照射する装置と、前
記基板からの反射光又は透過光を検出する装置と、請求
項1から請求項6のうちいずれか1項に記載のパターン
のモデル化方法によってモデル化されたパターンを考慮
して、前記基板に光を入射したときの光学特性を、所定
の工程状態について記憶する記憶部と、記憶部に記憶さ
れた光学特性と実測された光学特性との一致度を算出
し、それから工程状態を判定する工程状態判定部とを有
してなることを特徴とする工程状態判定装置(請求項1
2)である。
A twelfth means for solving the above problems is a film forming step of forming an insulating film or a metal electrode film on a substrate,
Or an apparatus for determining a process state in a step of removing these films, wherein the apparatus irradiates light to the substrate surface, and an apparatus detects reflected light or transmitted light from the substrate. A storage unit that stores an optical characteristic when light is incident on the substrate with respect to a predetermined process state, in consideration of a pattern modeled by the pattern modeling method according to any one of 6. A process state determining unit that calculates a degree of coincidence between the optical characteristics stored in the storage unit and the actually measured optical characteristics, and determines a process state based on the calculated degree. 1
2).

【0043】本手段においては、判定の対象が工程状態
であることが前記第10の手段と異なっているのみであ
り、作用効果はほとんど同じであるので説明を省略す
る。
The present means differs from the tenth means only in that the object to be determined is the process state, and the operation and effect are almost the same, so that the description is omitted.

【0044】前記課題を解決するための第13の手段
は、前記第7に記載の膜厚の測定方法又は前記第8の手
段である工程状態判定方法を、研磨工程中で使用してい
ることを特徴とする研磨装置(請求項13)である。
A thirteenth means for solving the above-mentioned problem is that the method for measuring a film thickness according to the seventh or the method for judging a process state which is the eighth means is used in a polishing step. A polishing apparatus (claim 13).

【0045】本手段においては、前記第7に記載の膜厚
の測定方法又は前記第8の手段である工程状態判定方法
を、研磨工程中で使用しているので、研磨中に研磨終了
点の判定等を行なうことができると共に、その際の計算
量を少なくでき、必要なメモリーも少なくすることがで
きる。
In this means, since the method for measuring the film thickness according to the seventh aspect or the process state judging method as the eighth means is used in the polishing step, the polishing end point is determined during the polishing. In addition to making a determination, the amount of calculation at that time can be reduced, and the required memory can be reduced.

【0046】前記課題を解決するための第14の手段
は、前記第9の手段若しくは前記第10の手段である膜
厚測定装置、又は前記第11の手段若しくは前記第12
の手段である工程状態判定装置のうち少なくとも一つを
有してなることを特徴とする研磨装置(請求項14)で
ある。
A fourteenth means for solving the above problems is a film thickness measuring device as the ninth means or the tenth means, or an eleventh means or a twelfth means.
A polishing apparatus comprising at least one of the process state determination devices as the means (14).

【0047】本手段においては、工程状態判定装置を有
しているので、研磨中に研磨終了点の判定等を行なうこ
とができると共に、その際の計算量を少なくでき、必要
なメモリーも少なくすることができる。なお、多くの場
合、前記膜厚装置と工程状態判定装置は同じものである
ので、この場合には1つを有するだけでよい。
In this means, since the apparatus has a process state determining device, it is possible to determine the polishing end point during polishing, etc., to reduce the amount of calculation at that time, and to reduce the required memory. be able to. In many cases, the film thickness device and the process state determination device are the same, and in this case, only one device is required.

【0048】前記課題を解決するための第15の手段
は、前記第13の手段又は第14の手段を用いて、ウェ
ハの研磨を行なう工程を有してなることを特徴とする半
導体デバイスの製造方法(請求項15)である。
A fifteenth means for solving the above-mentioned problem comprises a step of polishing a wafer by using the thirteenth means or the fourteenth means. A method (claim 15).

【0049】本手段においては、研磨中に膜厚や研磨終
了点の検出を正確に行なうことができるので、半導体デ
バイスを歩留良く製造することができる。
According to this means, the thickness and the end point of polishing can be accurately detected during polishing, so that semiconductor devices can be manufactured with good yield.

【0050】[0050]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
用いて説明するが、それに先立ち、本実施の形態となる
膜厚測定装置について予め説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Prior to this, a film thickness measuring apparatus according to the present embodiment will be described in advance.

【0051】図1は、このような膜厚測定装置の例を示
す図であり、本発明の1実施形態でもある。図1におい
て、研磨されるウェハ1はウェハキャリア2に保持され
ている。研磨定盤3の表面には研磨パッド4が設けられ
ており、研磨定盤3は、その中心軸の周りに回転してい
る。ウェハキャリア2は、ウェハ1を研磨パッド4の上
に押圧しながら回転すると共に往復運動を行い、研磨パ
ッド4によりウェハ1を研磨する。研磨定盤3及び研磨
パッド4は透光窓5を具え、透光窓には石英板が嵌め込
まれている。照射光源6から照射された光は、この透光
窓5を通してウェハ1表面に投射される。ウェハ1から
の反射光は、受光系・受光装置6’により信号とされ、
信号処理装置7によりデータ処理されて、研磨量又は研
磨終了点が検知される。
FIG. 1 is a view showing an example of such a film thickness measuring apparatus, and is also an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a wafer 1 to be polished is held on a wafer carrier 2. A polishing pad 4 is provided on the surface of the polishing platen 3, and the polishing platen 3 is rotated around its central axis. The wafer carrier 2 rotates while reciprocating while pressing the wafer 1 on the polishing pad 4, and polishes the wafer 1 with the polishing pad 4. The polishing platen 3 and the polishing pad 4 have a light transmitting window 5, and a quartz plate is fitted into the light transmitting window. Light emitted from the irradiation light source 6 is projected on the surface of the wafer 1 through the light transmitting window 5. The reflected light from the wafer 1 is converted into a signal by a light receiving system / light receiving device 6 ′,
Data processing is performed by the signal processing device 7 to detect the polishing amount or the polishing end point.

【0052】図2は、図1に示す実施の形態において使
用される光学系の一例の詳細を示す図である。図2にお
いて、照射光源であるキセノンランプ8からの光は、レ
ンズ9により平行光束に変換され、スリット10を通っ
た後、レンズ11によりビームスプリッタ12に集光さ
れる。ビームスプリッタ12を通過した光は、レンズ1
3により再び平行光束とされ、図1における透光窓5を
通してウェハ1の表面に投射される。
FIG. 2 is a diagram showing details of an example of the optical system used in the embodiment shown in FIG. In FIG. 2, light from a xenon lamp 8, which is an irradiation light source, is converted into a parallel light beam by a lens 9, passes through a slit 10, and is condensed on a beam splitter 12 by a lens 11. The light that has passed through the beam splitter 12 is
The light beam is again converted into a parallel light beam by 3 and projected on the surface of the wafer 1 through the light transmitting window 5 in FIG.

【0053】その反射光は、再び透光窓5、レンズ13
を通してビームスプリッタ12に集光される。ビームス
プリッタ12において、反射光は90°方向を変えら
れ、レンズ14により平行光束とされる。そして、反射
鏡15で反射され、レンズ16でピンホール17上に集
光される。そして、散乱光、回折光等のノイズ成分を除
去され、レンズ18を介して回折格子19に投射され、
分光される。分光された光は、リニアセンサ20に入射
し、分光強度が測定される。
The reflected light is transmitted to the light transmitting window 5 and the lens 13 again.
Through the beam splitter 12. In the beam splitter 12, the reflected light has its direction changed by 90 ° and is converted into a parallel light by the lens 14. Then, the light is reflected by the reflecting mirror 15 and condensed on the pinhole 17 by the lens 16. Then, noise components such as scattered light and diffracted light are removed, and are projected on the diffraction grating 19 via the lens 18,
It is split. The split light enters the linear sensor 20, and the spectral intensity is measured.

【0054】信号処理装置7は、分光強度の信号を受
け、予め定められたアルゴリズムに基づいて、研磨して
いる層(最上層)の膜厚や、研磨終了点を検出する。ま
た、ウェハ上の層の初期膜厚と、研磨している層(最上
層)の残膜厚から、研磨量を求める。
The signal processing device 7 receives the signal of the spectral intensity, and detects the thickness of the layer to be polished (uppermost layer) and the polishing end point based on a predetermined algorithm. Further, the polishing amount is determined from the initial film thickness of the layer on the wafer and the remaining film thickness of the layer being polished (uppermost layer).

【0055】この方式によれば、装置を変更することな
く、層間絶縁膜研磨時、金属電極膜研磨時、STI(Sh
allow Trench Isolation)研磨時、バリア層を含む金属
電極膜研磨時のいずれにおいても、膜厚(残膜厚)又は
研磨終了点を計測することが可能となる。
According to this method, when the interlayer insulating film is polished, the metal electrode film is polished, and the STI (Sh
It is possible to measure the film thickness (remaining film thickness) or the polishing end point in any of the polishing and the polishing of the metal electrode film including the barrier layer.

【0056】照射光を、ウェハの、パタ−ンの無い部分
に照射する場合には、分光反射率又は分光透過率は予測
が容易な単純波形となり、既存の膜厚検出装置で実現さ
れているように膜厚の算出も容易である。しかし、一般
にはパタ−ンのない部分は面積的に非常に小さい上に、
ウェハによって位置が一定ではないため、この方法で
は、簡単な機構で高速に計測することは困難である。
When the irradiation light is applied to a portion of the wafer having no pattern, the spectral reflectance or the spectral transmittance becomes a simple waveform that can be easily predicted, and is realized by the existing film thickness detecting device. Thus, the calculation of the film thickness is also easy. However, in general, areas without patterns are very small in area, and
Since the position is not constant depending on the wafer, it is difficult to perform high-speed measurement with a simple mechanism using this method.

【0057】図1、図2に示す装置の特徴は、このよう
なブランク面への照射だけでなく、電極パタ−ンや凹凸
のある部分への照射によっても計測が可能なことにあ
る。ブランクでない構造部分からの反射光は、デバイス
(積層薄膜)の各層、各部分からの光波の重ね合わせと
みることができ、波長依存(分光特性)の波形は、通常
複雑な干渉効果のため、多数個の極大極小値(ピ−ク)
を持ったものとなる。
A feature of the apparatus shown in FIGS. 1 and 2 is that measurement can be performed not only by irradiating such a blank surface but also by irradiating an electrode pattern or an uneven portion. The reflected light from the non-blank structural part can be seen as the superposition of light waves from each layer and each part of the device (laminated thin film), and the wavelength-dependent (spectral characteristic) waveform is usually a complex interference effect, Many local maxima (peaks)
Will have.

【0058】よって、あらかじめ、計測しているデバイ
スの構造(二次元構造および膜厚)を知っておけば、こ
の波形を解析することで、研磨している層(最上層)の
膜厚を求めることが可能である。すなわち、デバイスの
構造の微小部分に入射して反射される光の光学特性を把
握し、それを照射される部分について加え合わせること
により、反射光全体としての光学特性を計算することが
できる。
Therefore, if the structure (two-dimensional structure and film thickness) of the device to be measured is known in advance, the waveform of the device is analyzed to determine the film thickness of the polished layer (top layer). It is possible. That is, the optical characteristics of the reflected light as a whole can be calculated by grasping the optical characteristics of the light that is incident on and reflected by the minute portions of the device structure, and adding them to the irradiated portion.

【0059】しかし、前述のように、パターンの構造が
複雑化すると、この計算が複雑になるので、本発明にお
いては、このパターンの構造をモデル化することにより
簡単化してから計算を行なっている。
However, as described above, if the structure of the pattern becomes complicated, this calculation becomes complicated. Therefore, in the present invention, the calculation is performed after the pattern structure is modeled to be simplified. .

【0060】図3に、このようなパターンの構造の1例
を示す。図において、21、22はSiO2絶縁層、23
はTiNからなる層、24はAl電極及び配線、25は不純
物がドープされたSiである。なお、以下の図において、
同じハッチングを施した部分は同じ物質でできているこ
とを示すが、図間においては、同じハッチングが同じ物
質を示すとは限らない。なお、以後このようなパターン
を示す図においては、全て上方から垂直にプローブ光が
入射し、その反射光を測定することにより膜厚を測定す
るものとする。
FIG. 3 shows an example of such a pattern structure. In the figure, reference numerals 21 and 22 denote SiO 2 insulating layers;
Is a layer made of TiN, 24 is an Al electrode and wiring, and 25 is Si doped with impurities. In the following figure,
Although the same hatched portions indicate that they are made of the same material, the same hatching does not necessarily indicate the same material between the drawings. In the drawings showing such a pattern, the probe light is incident vertically from above, and the film thickness is measured by measuring the reflected light.

【0061】図3に示すように、実際のパターンは多層
構造をしており、かつ、複雑な形状をしている。しかし
ながら、TiN層23は測定光に対して、ほとんどの光を
透過しないので、TiN層23の下層にある構造は無視す
ることができる。よって、TiN層23の裏側には、TiN
層が詰まっているものと仮定した簡単なモデル化を行な
うことができる。このように考えていくと、図4(a)
に示されるパターン(図3に示されたものと同じ)は、
図4(b)に示されるようなパターンにモデル化でき
る。
As shown in FIG. 3, the actual pattern has a multilayer structure and a complicated shape. However, since the TiN layer 23 does not transmit most of the measurement light, the structure under the TiN layer 23 can be ignored. Therefore, on the back side of the TiN layer 23, TiN
Simple modeling can be performed assuming the layers are packed. Considering this, FIG. 4 (a)
(Same as shown in FIG. 3)
It can be modeled into a pattern as shown in FIG.

【0062】図5は、複雑な電子素子(トランジスタ)
構造の場合のモデル化を示す。図5において、31はSi
2の絶縁層、32はSi基板、33はW、34はTiN
層、35はAl電極、36はSiO2の絶縁層、37、38
は不純物がドープされたSiである。この構造について、
図3で示したモデル化の考え方を当てはめてモデル化を
行なうと、(a)のような複雑な構造を有するパターン
の構造は、(b)のように単純化できる。
FIG. 5 shows a complicated electronic device (transistor).
The modeling in the case of a structure is shown. In FIG. 5, 31 is Si
O 2 insulating layer, 32 is a Si substrate, 33 is W, 34 is TiN
Layers, 35 are Al electrodes, 36 is an insulating layer of SiO 2 , 37, 38
Is Si doped with impurities. About this structure,
When modeling is performed by applying the concept of modeling shown in FIG. 3, the structure of a pattern having a complicated structure as shown in FIG. 3A can be simplified as shown in FIG.

【0063】このようにしてパターンの構造を単純化し
た上で、図6に示すように、プローブ光を照射した部分
から反射される光波を足し合わせ計算し、反射光が有す
る光学特性(たとえば分光反射率)を理論計算する。こ
のようにすれば、計算を著しく単純化することができ
る。この際、足し合わせに際しては、パターンの精細度
(即ちピッチ)と、照射光の空間コヒーレンス長に応じ
て、可干渉的、非干渉的、又は部分干渉的な計算によっ
て行う。
After simplifying the structure of the pattern in this way, as shown in FIG. 6, the light waves reflected from the portion irradiated with the probe light are added and calculated, and the optical characteristics (for example, the spectral characteristics) of the reflected light are calculated. (Reflectance) is calculated theoretically. In this way, the calculation can be significantly simplified. At this time, the addition is performed by a coherent, non-coherent, or partial coherent calculation depending on the definition (that is, pitch) of the pattern and the spatial coherence length of the irradiation light.

【0064】次に、多層配線など、構造が複雑化した場
合に、モデル化において更に簡便な方法で計算を実施す
ることができる実施の形態について説明する。構造が多
層化している場合には、正確なモデル化のためには、最
下層までのモデル化を行う必要があるが、上から見た配
線の重なり具合も考慮せねばならず、かなりの負荷にな
る場合がある。実際の配線においては、一般に上層へい
くほど配線幅が大きくなるなどの事情もあるため、上の
層ほど光学的な影響が大きくなる。そこで、発明者が実
験等により考察を重ねた結果、反射光を取り扱う場合に
は、ある程度の下層の構造物からは光の反射がないもの
として取り扱っても、問題となる程度の誤差は生じない
ことを見出した。
Next, an embodiment will be described in which, when the structure becomes complicated such as a multilayer wiring, calculation can be performed by a simpler method in modeling. When the structure is multi-layered, it is necessary to perform modeling up to the bottom layer for accurate modeling, but it is necessary to consider the degree of overlap of wiring viewed from above, and considerable load May be. In actual wiring, there are circumstances such as the wiring width generally increasing toward the upper layer, and thus the optical effect increases with the upper layer. Therefore, as a result of repeated studies by the inventor and the like, when handling reflected light, even if it is handled as if there is no light reflection from a certain lower layer structure, an error of a problematic degree does not occur I found that.

【0065】例えば図7のように、実際には4層の電極
構造が存在する配線の場合でも、上から3層より下から
は光が反射してこない、すなわち何もないものとしてモ
デル化を行なうことができる。図7において、51はTi
N、52はAl配線及び電極、53はSiO2絶縁膜である
が、(a)に示されるような4層構造のパターンの4層
目を無視して、(b)に示されるような3層構造とみな
す。そして、前述のようなモデル化を行い(c)に示さ
れるようなモデル化されたパターンを得る。このような
方法を採用することにより、多層化構造を有するパター
ンについての計算を著しく簡単化することができる。
For example, as shown in FIG. 7, even in the case of a wiring having a four-layered electrode structure, light is not reflected from below three layers from the top, that is, modeling is performed assuming that there is nothing. Can do it. In FIG. 7, 51 is Ti
N and 52 are Al wirings and electrodes, and 53 is a SiO 2 insulating film. However, ignoring the fourth layer of the four-layer structure pattern as shown in FIG. Consider a layered structure. Then, the above-described modeling is performed to obtain a modeled pattern as shown in (c). By employing such a method, calculation for a pattern having a multilayer structure can be significantly simplified.

【0066】以上述べたようなモデル化は、計算の簡単
化のために非常に有効な方法であるが、対象とする微細
構造が非常に小さくなった場合には、全く別の問題が生
じる。すなわち、一般に、光はその波長に比較して小さ
な構造に対しては、通常使われる光波のスカラー理論で
は対応できない。上で述べたモデル化およびそれによる
反射光強度計算は、スカラー理論を基本としているた
め、非常に小さな凹凸構造ではその計算が不適当である
場合が生ずる。
Although the modeling as described above is a very effective method for simplifying the calculation, a completely different problem arises when the target fine structure becomes very small. That is, generally, light cannot cope with a structure small in comparison with its wavelength by the scalar theory of the light wave which is usually used. Since the above-described modeling and the calculation of the reflected light intensity based on the modeling are based on the scalar theory, the calculation may be inappropriate for a very small uneven structure.

【0067】超精細デバイスや、多層デバイス(ここで
は、配線の重なり具合によって結果的に微細構造ができ
る。)では既にこの現象が起きている。例えば600n
m程度の波長の光を使ってモニタするに際し、理論的に
は、(光学的空間コヒーレンス長より小さい限りにおい
て)構造が大きなものと同じになるはずであるが、実際
の現象としては、0.13μmのような小さな構造では、い
わゆるベクトル理論での数値計算が必要になる。光波の
ベクトル理論に基づいた数値計算は、実際に行うのは計
算量が莫大で現実的ではない。
This phenomenon has already occurred in an ultra-fine device or a multilayer device (in this case, a fine structure is formed as a result of the overlapping state of the wirings). For example, 600n
In monitoring using light of a wavelength of about m, the structure should theoretically be the same as the large one (as long as it is smaller than the optical spatial coherence length), but the actual phenomenon is 0.13 μm In such a small structure, numerical calculations based on so-called vector theory are required. Numerical calculations based on the vector theory of light waves are enormous and difficult to actually perform.

【0068】しかしながら、発明者らが実験等によって
考察したところ、光学的には、こうした微細構造におい
ては、凹凸構造をもったものを、均質な材料とみること
ができる(有効質量近似)という考え方が採用できるこ
とを見出した。
However, as a result of consideration by the present inventors through experiments and the like, optically, in such a fine structure, a material having an uneven structure can be regarded as a homogeneous material (effective mass approximation). Found that it can be adopted.

【0069】その具体例を図8を用いて説明する。図8
において、61はSiO2絶縁層、62は不純物がドープ
されたSi基板、63はAl配線である。すなわち、ドープ
されたSi基板62の上に、非常に微細で、ベクトル理論
での計算が必要になるようなAl配線63のパターンが積
層されている。このような場合は、これらのAl配線63
のパターン群のような、波長に比較して微細な凹凸があ
る場合、そこへは光が進入しないという近似、つまり構
造を無視して考える近似もできる。
A specific example will be described with reference to FIG. FIG.
In the figure, 61 is a SiO 2 insulating layer, 62 is a Si substrate doped with impurities, and 63 is an Al wiring. That is, on the doped Si substrate 62, a very fine pattern of the Al wiring 63 that needs to be calculated by vector theory is laminated. In such a case, these Al wirings 63
When there are fine irregularities as compared with the wavelength as in the pattern group of the above, an approximation that light does not enter there, that is, an approximation that ignores the structure can also be made.

【0070】しかし、本実施の形態においては、より現
実的に、微細構造がない代わりに、異なった光学定数
(屈折率nおよ吸収係数k)の連続した(凹凸の無い)
物質64に置き換わったと考えて単純化し、モデル化を
行う。この光学定数については、理論的には微細構造の
密度によって変化するため、パターンによって適切な値
を選択することが望ましい。また、測定値に対して、光
学定数を変数として、フィッティングによりこの変数の
値を決定することも可能となる。
However, in the present embodiment, more realistically, instead of having no fine structure, continuous (with no irregularities) having different optical constants (refractive index n and absorption coefficient k).
The model is simplified and considered as having been replaced with the substance 64. Since the optical constant theoretically changes depending on the density of the fine structure, it is desirable to select an appropriate value depending on the pattern. It is also possible to determine the value of this variable by fitting the measured value to the optical constant as a variable.

【0071】以上説明した実施の形態によりパターン構
造の簡単化を行い、それに基づいてスポット光を照射し
た場合の分光反射率を求めた後は、例えば、前記図1、
図2を用いて説明した方法により膜厚を求める。さら
に、実際の研磨装置においては、図1に示したような方
法でin-situの状態で膜厚の測定を行い、目標の膜厚が
得られたときに研磨を終了したり、研磨方法を変更した
りする。
After the pattern structure is simplified according to the above-described embodiment, and the spectral reflectance when spot light is irradiated is determined based on the simplification, for example, as shown in FIG.
The film thickness is obtained by the method described with reference to FIG. Further, in an actual polishing apparatus, the film thickness is measured in-situ by a method as shown in FIG. 1, and the polishing is terminated when a target film thickness is obtained, or the polishing method is changed. Or change it.

【0072】また、以上の説明においては、膜厚測定を
例として説明を行ってきたが、研磨状態についても同様
に検出することができる。すなわち、以上説明したのと
同様な方法によりパターン構造のモデル化を行い、それ
に基づいて研磨終了点における分光反射率等の光学特性
を求めておき、研磨中には実際の光学特性を測定し、両
者をフィッティング計算等により比較し、一致度が所定
値に達したときに研磨を終了するようにすることもでき
る。
In the above description, the film thickness measurement has been described as an example. However, the polished state can be similarly detected. That is, the pattern structure is modeled by a method similar to that described above, optical characteristics such as spectral reflectance at the polishing end point are obtained based on the model, and actual optical characteristics are measured during polishing. The two can be compared by fitting calculation or the like, and polishing can be terminated when the degree of coincidence reaches a predetermined value.

【0073】さらに、以上の説明は、研磨装置を例にし
て行ってきたが、本発明が成膜工程中における膜厚測定
等の他の工程においても使用できるものであることは言
うまでも無い。
Further, the above description has been made by taking a polishing apparatus as an example, but it goes without saying that the present invention can also be used in other steps such as film thickness measurement in a film forming step. .

【0074】図9は半導体デバイス製造プロセスを示す
フローチャートである。半導体デバイス製造プロセスを
スタートして、まずステップS200で、次に挙げるステッ
プS201〜S204の中から適切な処理工程を選択する。選択
に従って、ステップS201〜S204のいずれかに進む。
FIG. 9 is a flowchart showing a semiconductor device manufacturing process. When the semiconductor device manufacturing process is started, first, in step S200, an appropriate processing step is selected from the following steps S201 to S204. According to the selection, the process proceeds to any of steps S201 to S204.

【0075】ステップS201はシリコンウエハの表面を酸
化させる酸化工程である。ステップS202はCVD等により
シリコンウエハ表面に絶縁膜を形成するCVD工程であ
る。ステップS203はシリコンウエハ上に電極を蒸着等の
工程で形成する電極形成工程である。ステップS204はシ
リコンウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程で
ある。
Step S201 is an oxidation step for oxidizing the surface of the silicon wafer. Step S202 is a CVD step of forming an insulating film on the surface of the silicon wafer by CVD or the like. Step S203 is an electrode forming step of forming electrodes on the silicon wafer by steps such as vapor deposition. Step S204 is an ion implantation step of implanting ions into the silicon wafer.

【0076】CVD工程もしくは電極形成工程の後で、ス
テップS205に進む。ステップS205でCMP工程を実施する
かどうか判断し、実施する場合はS206のCMP工程に進
む。CMP工程を行なわない場合は、S206をバイパスす
る。CMP工程では本発明に係る研磨装置により、層間絶
縁膜の平坦化や、半導体デバイスの表面の金属膜の研磨
によるダマシン(damascene)の形成等が行われる。
After the CVD step or the electrode forming step, the process proceeds to step S205. In step S205, it is determined whether or not to perform the CMP process, and if so, the process proceeds to the CMP process in S206. If the CMP step is not performed, S206 is bypassed. In the CMP step, the polishing apparatus according to the present invention performs planarization of an interlayer insulating film, formation of a damascene by polishing a metal film on the surface of a semiconductor device, and the like.

【0077】CMP工程もしくは酸化工程の後でステップS
207に進む。ステップS207はフォトリソ工程である。フ
ォトリソ工程では、シリコンウエハへのレジストの塗
布、露光装置を用いた露光によるシリコンウエハへの回
路パターンの焼き付け、露光したシリコンウエハの現像
が行われる。さらに次のステップS208は現像したレジス
ト像以外の部分をエッチングにより削り、その後レジス
ト剥離が行われ、エッチングが済んで不要となったレジ
ストを取り除くエッチング工程である。
After the CMP step or the oxidation step, step S
Proceed to 207. Step S207 is a photolithography step. In the photolithography process, a resist is applied to a silicon wafer, a circuit pattern is printed on the silicon wafer by exposure using an exposure apparatus, and the exposed silicon wafer is developed. Further, the next step S208 is an etching step of removing portions other than the developed resist image by etching, and thereafter stripping the resist to remove unnecessary resist after etching.

【0078】次にステップS209で必要な全工程が完了し
たかを判断し、完了していなければステップS200に戻
り、先のステップを繰り返して、シリコンウエハ上に回
路パターンが形成される。ステップS209で全工程が完了
したと判断されればエンドとなる。
Next, in step S209, it is determined whether all necessary steps have been completed. If not, the process returns to step S200, and the previous steps are repeated to form a circuit pattern on the silicon wafer. If it is determined in step S209 that all steps have been completed, the process ends.

【0079】[0079]

【実施例】実際に、電極3層のデバイス構造の分光反射
率を測定し、理論計算との比較フィッティングによっ
て、(最上層の)膜厚を計測することを試みた。計測
は、実測値の理論適合性を高めるように、回折、散乱影
響をできるだけ低減した光学系によって行った。なお、
このような測定方法及び装置については、発明者らが発
明し、平成10年特許願289175号として特許出願
している。これは、図2に示したようなもので、1次以
上の干渉光を除き、0次項のみを測定するものである。
本実施例においては、このような分光光学系を使用し
た。なお、測定光の照射スポット径は2mmφとした。
EXAMPLE Actually, an attempt was made to measure the spectral reflectance of the device structure of three electrodes and to measure the film thickness (at the top layer) by comparison fitting with theoretical calculation. The measurement was performed by an optical system in which the effects of diffraction and scattering were reduced as much as possible so as to enhance the theoretical conformity of the measured values. In addition,
The inventors of the present invention have invented such a measuring method and apparatus, and have applied for a patent as Japanese Patent Application No. 289175/1998. This is as shown in FIG. 2, in which only the zero-order term is measured, excluding first-order or higher order interference light.
In this embodiment, such a spectroscopic optical system is used. The irradiation spot diameter of the measurement light was 2 mmφ.

【0080】使用波長域は約400nm〜800nmである。ここ
で、理論的な分光反射率を算出するに際し、最下層の構
造を、均一な金属層であるという形の簡便モデル化を行
い、実測値とフィッティング操作(膜厚値を変数とし
て、一致度の高いものを選択する。)を行ったところ、
図10に示すような波形一致をみせた。この場合に選択
された計算による分光反射率を与える膜厚は534nmであ
った。一方、このサンプルを、断面SEMにより計測し
たところ、膜厚は530nmであり、両者は良く一致した。
The wavelength range used is about 400 nm to 800 nm. Here, when calculating the theoretical spectral reflectance, the structure of the lowermost layer is simply modeled as a uniform metal layer, and the measured values and the fitting operation (using the film thickness value as a variable, Is higher.)
Waveform coincidence was shown as shown in FIG. In this case, the film thickness giving the selected calculated spectral reflectance was 534 nm. On the other hand, when this sample was measured by a cross-sectional SEM, the film thickness was 530 nm, and both were in good agreement.

【0081】[0081]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項1に係る発明においては、実際のパターンの構造を、
光学的特性を考慮して単純化することによりモデル化し
ているので、光学特性を求めるための理論計算が容易と
なる。
As described above, in the first aspect of the present invention, the actual pattern structure is
Since the model is modeled by simplification in consideration of the optical characteristics, theoretical calculation for obtaining the optical characteristics becomes easy.

【0082】請求項2に係る発明においては、光の垂直
入射、垂直反射、垂直透過のみを考えているので、理論
計算の計算量を更に少なくすることができる。請求項3
に係る発明においては、金属層又は吸収層の裏側は一様
な物体で満たされているものとして微細構造の単純化モ
デルを作っているので、光学特性を理論的に計算すると
きの計算量が、さらに少なくなる。
In the invention according to the second aspect, since only vertical incidence, vertical reflection, and vertical transmission of light are considered, the amount of calculation in theoretical calculation can be further reduced. Claim 3
In the invention according to the above, since the back side of the metal layer or the absorption layer is made a simplified model of the fine structure assuming that the uniform body is filled, the amount of calculation when theoretically calculating the optical characteristics is reduced. , Even less.

【0083】請求項4に係る発明においては、金属層又
は吸収層の裏側には、当該金属層又は吸収層が詰まって
いると仮定してモデル化を行なっているので、反射光や
透過光の光学特性を求める理論計算がさらに簡単にな
る。
In the invention according to claim 4, the modeling is performed on the back side of the metal layer or the absorbing layer on the assumption that the metal layer or the absorbing layer is clogged. Theoretical calculations for determining optical properties are further simplified.

【0084】請求項5に係る発明においては、所定深さ
より深い部分にあるパターンの構造を考慮しなくても良
いので、反射光や透過光の光学特性を求めるための理論
計算がさらに簡単になる。
According to the fifth aspect of the present invention, it is not necessary to consider the structure of the pattern at a portion deeper than the predetermined depth, so that the theoretical calculation for obtaining the optical characteristics of the reflected light and the transmitted light is further simplified. .

【0085】請求項6に係る発明においては、ベクトル
計算を用いずスカラー計算で理論値を求めることができ
るので、計算量を著しく低減することができる。請求項
7に係る発明、請求項8に係る発明においては、計算量
を少なくでき、必要なメモリーも少なくすることができ
る。
In the invention according to claim 6, since the theoretical value can be obtained by scalar calculation without using vector calculation, the amount of calculation can be significantly reduced. In the invention according to claim 7 and the invention according to claim 8, the amount of calculation can be reduced and the required memory can also be reduced.

【0086】請求項9に係る発明、請求項11に係る発
明においては、光学特性の計算に用いるモデル化された
パターンを記憶しており、光学特性は測定のたびに計算
しているので、光学特性を記憶するのに比してメモリー
容量が少なくて済む。請求項10に係る発明、請求項1
2に係る発明においては、測定のたびに光学特性の計算
を行なう必要がないので、計算時間は短くて済む。
In the ninth and eleventh aspects of the present invention, a modeled pattern used for calculating optical characteristics is stored, and the optical characteristics are calculated each time measurement is performed. Requires less memory capacity than storing characteristics. The invention according to claim 10, claim 1
In the invention according to the second aspect, it is not necessary to calculate the optical characteristics each time the measurement is performed, so that the calculation time can be reduced.

【0087】請求項13に係る発明においては、研磨中
の膜厚や研磨終了点の判定等を行なうことができると共
に、その際の計算量を少なくでき、必要なメモリーも少
なくすることができる。
In the invention according to the thirteenth aspect, it is possible to determine the film thickness during polishing, the polishing end point, and the like, and at the same time, the amount of calculation and the required memory can be reduced.

【0088】請求項14に係る発明においては、研磨中
の膜厚や研磨終了点の判定等を行なうことができると共
に、その際の計算量を少なくでき、必要なメモリーも少
なくすることができる。
According to the fourteenth aspect of the present invention, it is possible to determine the film thickness during polishing and the polishing end point, etc., to reduce the amount of calculation at that time, and to reduce the required memory.

【0089】請求項15に係る発明においては、研磨中
に膜厚や研磨終了点の検出を正確に行なうことができる
ので、半導体デバイスを歩留良く製造することができ
る。
According to the fifteenth aspect of the present invention, the film thickness and the polishing end point can be accurately detected during polishing, so that semiconductor devices can be manufactured with high yield.

【0090】[0090]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】研磨装置に取り付けられた膜厚測定装置の例を
示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a film thickness measuring device attached to a polishing device.

【図2】図1に示した膜厚測定装置の光学系の一例を示
す概要図である。
FIG. 2 is a schematic view showing an example of an optical system of the film thickness measuring device shown in FIG.

【図3】本発明を適用するパターンの構造の一例を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a pattern structure to which the present invention is applied.

【図4】図3に示したパターンを簡単化してモデル化す
る様子を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing how the pattern shown in FIG. 3 is simplified and modeled.

【図5】複雑な電子素子(トランジスタ)構造の場合の
モデル化を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing modeling in the case of a complicated electronic element (transistor) structure.

【図6】単純化されたパターンから、プローブ光を照射
した場合の反射光の光学特性を計算する方法を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram illustrating a method of calculating optical characteristics of reflected light when probe light is irradiated from a simplified pattern.

【図7】多層構造のパターンを単純化してモデル化する
手順の例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a procedure for simplifying and modeling a pattern of a multilayer structure.

【図8】微細なパターンをモデル化して単純化する例を
示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example in which a fine pattern is modeled and simplified.

【図9】半導体デバイスを製造する工程を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram showing a step of manufacturing a semiconductor device.

【図10】本発明の実施例において理論計算によって得
られた分光反射率と、実測された分光反射率の対応を示
す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a correspondence between a spectral reflectance obtained by a theoretical calculation and an actually measured spectral reflectance in the example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ウェハ、2…ウェハキャリア、3…研磨定盤、4…
研磨パッド、5…石英透過窓、6…照射光源、6’…光
学系・受光装置、7…信号処理装置、8…キセノンラン
プ、9…レンズ、10…スリット、11…レンズ、12
…ビームスプリッタ、13…レンズ、14…レンズ、1
5…反射鏡、16…レンズ、17…ピンホール、18…
レンズ、19…回折格子、20…リニアセンサ、21、
22…SiO2絶縁層、23…TiN膜、24…Al電極及び
配線、25…不純物がドープされたSi、31…SiO2
絶縁層、32…Si基板、33…W、34…TiN膜、35
…Al電極、36…SiO2の絶縁層、36…Al電極、3
7、38…不純物がドープされたSi、51…TiN、52
…Al配線及び電極、53…SiO2絶縁層、61…SiO2
縁層、62…不純物がドープされたSi基板、63…Al配
線、64…物質
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer, 2 ... Wafer carrier, 3 ... Polishing platen, 4 ...
Polishing pad, 5: quartz transmission window, 6: irradiation light source, 6 ': optical system / light receiving device, 7: signal processing device, 8: xenon lamp, 9: lens, 10: slit, 11: lens, 12
... Beam splitter, 13 ... Lens, 14 ... Lens, 1
5: Reflecting mirror, 16: Lens, 17: Pinhole, 18:
Lens, 19: diffraction grating, 20: linear sensor, 21,
22 ... SiO 2 insulating layer, 23 ... TiN film, 24 ... Al electrode and wiring, 25 ... Si doped with impurities, 31 ... SiO 2 insulating layer, 32 ... Si substrate, 33 ... W, 34 ... TiN film, 35
... Al electrode, 36 ... SiO 2 insulating layer, 36 ... Al electrode, 3
7, 38 ... Si doped with impurities, 51 ... TiN, 52
... Al wiring and electrode, 53 ... SiO 2 insulating layer, 61 ... SiO 2 insulating layer, 62 ... Si substrate doped with impurities, 63 ... Al wiring, 64 ... Substance

フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA30 BB02 BB03 BB15 BB16 BB17 BB18 CC19 CC31 DD00 DD06 DD07 FF51 GG03 GG24 HH03 HH04 HH13 JJ02 JJ09 JJ25 LL04 LL28 LL30 LL42 LL46 LL67 NN20 PP12 PP13 QQ00 QQ18 QQ23 QQ27 QQ41 4M106 AA01 BA04 CA48 DH12 DH38 DH39 DJ11 Continued on the front page F-term (reference) 2F065 AA30 BB02 BB03 BB15 BB16 BB17 BB18 CC19 CC31 DD00 DD06 DD07 FF51 GG03 GG24 HH03 HH04 HH13 JJ02 JJ09 JJ25 LL04 LL28 LL30 LL42 LL46 LL67 NN00 Q12 Q12 Q12 Q12 Q18 Q12 Q12 Q12 AQ12 DH38 DH39 DJ11

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内部にパターンが形成された基板上の薄
膜の膜厚又は工程状態を、当該基板の光学特性を測定
し、予め所定数の膜厚又は工程状態における基板の光学
特性を計算により求めておき、測定された当該基板の光
学特性と、前記計算により求められた光学特性との一致
度に基づいて測定する際に、所定数の膜厚又は工程状態
における基板の光学特性を計算により求めるのに先立
ち、実際のパターンの構造を、パターンの光学的特性を
考慮して単純化することによりモデル化することを特徴
とするパターンのモデル化方法。
1. A method for measuring a film thickness or a process state of a thin film on a substrate having a pattern formed therein by measuring optical characteristics of the substrate and calculating optical characteristics of the substrate in a predetermined number of film thicknesses or process states in advance. In advance, when measuring based on the degree of coincidence between the measured optical characteristics of the substrate and the optical characteristics obtained by the above calculation, the optical characteristics of the substrate in a predetermined number of film thicknesses or process states are calculated. A pattern modeling method characterized by modeling an actual pattern structure by simplifying it in consideration of the optical characteristics of the pattern prior to obtaining the pattern.
【請求項2】 請求項1に記載のパターンのモデル化方
法であって、前記基板の表面に垂直に入射し、前記基板
の表面から垂直に出射する光のみに対するパターンの光
学的特性を考慮して単純化することによりモデル化する
ことを特徴とするパターンのモデル化方法。
2. The pattern modeling method according to claim 1, wherein an optical characteristic of the pattern is considered only for light that is perpendicularly incident on the surface of the substrate and emitted vertically from the surface of the substrate. A method of modeling a pattern, characterized in that the pattern is modeled by simplification.
【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載のパターン
のモデル化方法であって、光が基板に入射してから最初
に到達する金属層又は吸収層が存在する面の裏側には、
均一な物体が充満していると仮定することにより、モデ
ル化を行なうことを特徴とするパターンのモデル化方
法。
3. The method for modeling a pattern according to claim 1, wherein a metal layer or an absorption layer which reaches first after light is incident on the substrate is provided on a back side of the surface.
A pattern modeling method characterized by performing modeling by assuming that a uniform object is full.
【請求項4】 請求項3に記載のパターンのモデル化方
法であって、前記均一な物体は、前記金属層又は吸収層
と同じでものあると仮定してモデル化を行なうことを特
徴とするパターンのモデル化方法。
4. The pattern modeling method according to claim 3, wherein the uniform object is modeled on the assumption that the uniform object is the same as the metal layer or the absorption layer. How to model the pattern.
【請求項5】 請求項1から請求項4のうちいずれか1
項に記載のパターンのモデル化方法であって、前記基板
の表面から一定深さ以上の深さには、反射率が0又は一
定の光学的特性を有する物体が詰まっているものと仮定
してモデル化を行なうことを特徴とするパターンのモデ
ル化方法。
5. The method according to claim 1, wherein
The method for modeling a pattern according to the item, wherein it is assumed that an object having a reflectance of 0 or constant optical characteristics is packed at a depth equal to or more than a certain depth from the surface of the substrate. A pattern modeling method characterized by performing modeling.
【請求項6】 請求項1から請求項5のうちいずれか1
項に記載のパターンのモデル化方法であって、光の波長
域に比較して小さい微細構造を有するパターンを、所定
の光学的特性を有する均一な連続した物体からなると仮
定してモデル化を行なうことを特徴とするパターンのモ
デル化方法。
6. One of claims 1 to 5
The method for modeling a pattern according to the paragraph, wherein the patterning is performed on the assumption that a pattern having a fine structure smaller than the wavelength range of light is formed of a uniform continuous object having predetermined optical characteristics. A method of modeling a pattern, characterized in that:
【請求項7】 請求項1から請求項6のうちいずれか1
項に記載のパターンのモデル化方法を用いてパターンの
モデル化を行なった後、モデル化されたパターンに光を
入射したときの光学特性を、モデル化されたパターンを
考慮して、所定種類の膜厚ごとに理論計算によって求
め、測定された当該基板の光学特性と前記計算により求
められた光学特性との一致度に基づいて基板上の薄膜の
膜厚を測定することを特徴とする膜厚の測定方法。
7. One of claims 1 to 6
After modeling the pattern using the pattern modeling method described in the section, the optical characteristics when light is incident on the modeled pattern, taking into account the modeled pattern, a predetermined type of It is obtained by theoretical calculation for each film thickness, and the film thickness of the thin film on the substrate is measured based on the degree of coincidence between the measured optical characteristics of the substrate and the optical characteristics obtained by the calculation. Measurement method.
【請求項8】 請求項1から請求項6のうちいずれか1
項に記載のパターンのモデル化方法を用いてパターンの
モデル化を行なった後、モデル化されたパターンに光を
入射したときの光学特性を、モデル化されたパターンを
考慮して、所定の工程状態について理論計算によって求
め、測定された当該基板の光学特性と前記計算により求
められた光学特性との一致度に基づいて、基板上への絶
縁膜若しくは金属電極膜の成膜工程、又はこれらの膜の
除去工程における工程状態を判定することを特徴とする
工程状態判定方法。
8. One of claims 1 to 6
After performing the pattern modeling using the pattern modeling method described in the section, the optical characteristics when light is incident on the modeled pattern, a predetermined process in consideration of the modeled pattern The state is obtained by theoretical calculation, and based on the degree of coincidence between the measured optical characteristics of the substrate and the optical characteristics obtained by the calculation, a film forming step of an insulating film or a metal electrode film on the substrate, or A process state determination method, comprising: determining a process state in a film removing step.
【請求項9】 内部にパターンが形成された基板上の薄
膜の膜厚を測定する装置であって、前記基板表面に光を
照射する装置と、前記基板からの反射光又は透過光を検
出する装置と、請求項1から請求項6のうちいずれか1
項に記載のパターンのモデル化方法によってモデル化さ
れたパターンを記憶する記憶部と、記憶部に記憶された
モデル化されたパターンを考慮して、前記基板に光を入
射したときの光学特性を、所定種類の膜厚について求め
る計算部と、計算部によって計算された光学特性と実測
された光学特性との一致度を算出し、それから膜厚を判
定する膜厚判定部とを有してなることを特徴とする膜厚
測定装置。
9. An apparatus for measuring the thickness of a thin film on a substrate having a pattern formed therein, wherein the apparatus irradiates light to the substrate surface and detects reflected light or transmitted light from the substrate. An apparatus and any one of claims 1 to 6
A storage unit that stores a pattern modeled by the pattern modeling method described in the section, considering the modeled pattern stored in the storage unit, optical characteristics when light is incident on the substrate. A calculation unit for obtaining a predetermined type of film thickness, and a film thickness determination unit for calculating the degree of coincidence between the optical characteristics calculated by the calculation unit and the actually measured optical characteristics and determining the film thickness from the calculated degree. A film thickness measuring device characterized by the above-mentioned.
【請求項10】 内部にパターンが形成された基板上の
薄膜の膜厚を測定する装置であって、前記基板表面に光
を照射する装置と、前記基板からの反射光又は透過光を
検出する装置と、請求項1から請求項6のうちいずれか
1項に記載のパターンのモデル化方法によってモデル化
されたパターンを考慮して、前記基板に光を入射したと
きの光学特性を、所定種類の膜厚について記憶する記憶
部と、記憶部に記憶された光学特性と実測された光学特
性との一致度を算出し、それから膜厚を判定する膜厚判
定部とを有してなることを特徴とする膜厚測定装置。
10. A device for measuring the thickness of a thin film on a substrate having a pattern formed therein, wherein the device irradiates light to the substrate surface and detects reflected light or transmitted light from the substrate. An optical characteristic when light is incident on the substrate is determined by considering a device and a pattern modeled by the pattern modeling method according to any one of claims 1 to 6. A storage unit that stores the film thickness of the storage unit, and a film thickness determination unit that calculates the degree of coincidence between the optical characteristics stored in the storage unit and the actually measured optical characteristics and determines the film thickness based on the calculated degree. Characteristic film thickness measuring device.
【請求項11】 基板上への絶縁膜若しくは金属電極膜
の成膜工程、又はこれらの膜の除去工程における工程状
態を判定する装置であって、前記基板表面に光を照射す
る装置と、前記基板からの反射光又は透過光を測定する
装置と、請求項1から請求項6のうちいずれか1項に記
載のパターンのモデル化方法によってモデル化されたパ
ターンを記憶する記憶部と、記憶部に記憶されたモデル
化されたパターンを考慮して計算した、前記基板に光を
入射したときの光学特性を、所定の工程状態について求
める計算部と、計算部によって計算された光学特性と実
測された光学特性との一致度を算出し、それから工程状
態を判定する工程状態判定部とを有してなることを特徴
とする工程状態判定装置。
11. An apparatus for determining a process state in a step of forming an insulating film or a metal electrode film on a substrate or a step of removing these films, wherein the apparatus irradiates light to the substrate surface, An apparatus for measuring reflected light or transmitted light from a substrate, a storage unit for storing a pattern modeled by the pattern modeling method according to any one of claims 1 to 6, and a storage unit Calculated in consideration of the modeled pattern stored in the optical characteristics when light is incident on the substrate, a calculation unit for obtaining a predetermined process state, and the optical characteristics calculated by the calculation unit are actually measured. A process state determination unit that calculates a degree of coincidence with the obtained optical characteristic and determines a process state based on the calculated degree.
【請求項12】 基板上への絶縁膜若しくは金属電極膜
の成膜工程、又はこれらの膜の除去工程における工程状
態を判定する装置であって、前記基板表面に光を照射す
る装置と、前記基板からの反射光又は透過光を測定する
装置と、請求項1から請求項6のうちいずれか1項に記
載のパターンのモデル化方法によってモデル化されたパ
ターンを考慮して、前記基板に光を入射したときの光学
特性を、所定の工程状態について記憶する記憶部と、記
憶部に記憶された光学特性と実測された光学特性との一
致度を算出し、それから工程状態を判定する工程状態判
定部とを有してなることを特徴とする工程状態判定装
置。
12. An apparatus for determining a process state in a step of forming an insulating film or a metal electrode film on a substrate, or a step of removing these films, wherein the apparatus irradiates light to the substrate surface; An apparatus for measuring reflected light or transmitted light from a substrate, and light applied to the substrate in consideration of a pattern modeled by the pattern modeling method according to any one of claims 1 to 6. A storage unit that stores the optical characteristics when the light is incident on a predetermined process state, and a process state in which a degree of coincidence between the optical characteristics stored in the storage unit and the actually measured optical characteristics is calculated, and the process state is determined from the calculated degree. A process state determination device, comprising: a determination unit.
【請求項13】 請求項7に記載の膜厚の測定方法又は
請求項8に記載の工程状態判定方法を、研磨工程中で使
用していることを特徴とする研磨装置。
13. A polishing apparatus, wherein the method for measuring a film thickness according to claim 7 or the method for determining a process state according to claim 8 is used in a polishing process.
【請求項14】 請求項9若しくは請求項10に記載の
膜厚測定装置、又は請求項11若しくは請求項12に記
載の工程状態判定装置のうち少なくとも一つを有してな
ることを特徴とする研磨装置。
14. A film thickness measuring device according to claim 9 or claim 10, or a process state judging device according to claim 11 or 12. Polishing equipment.
【請求項15】 請求項13又は請求項14に記載の研
磨装置を用いて、ウェハの研磨を行なう工程を有してな
ることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
15. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of polishing a wafer using the polishing apparatus according to claim 13.
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