JP2003207315A - Film thickness measuring method and device, manufacturing method and device for thin film device using the measuring method and device - Google Patents

Film thickness measuring method and device, manufacturing method and device for thin film device using the measuring method and device

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JP2003207315A
JP2003207315A JP2002005470A JP2002005470A JP2003207315A JP 2003207315 A JP2003207315 A JP 2003207315A JP 2002005470 A JP2002005470 A JP 2002005470A JP 2002005470 A JP2002005470 A JP 2002005470A JP 2003207315 A JP2003207315 A JP 2003207315A
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thin film
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable to measure the film thickness on micro-patterns as minute as below 1 μm and manage the film thickness accurately by deciding the measuring point for management of the film thickness quickly without requiring skillfulness. <P>SOLUTION: For example in a CMP processing, the film thickness on a pattern as minute as below 1 μm of a processed wafer is made measurable using the footing method, and the measuring point for management of film thickness to enable high accuracy film thickness management is decided automatically on the basis of the design information of the intended device, the sensed image of the wafer surface, and the spectral waveform sensed at the measuring point. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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】本発明は透明な膜の厚さおよ
び厚さ分布の計測および膜厚管理に関し、例えばシリコ
ンウェハ上に半導体デバイスを製造する方法および製造
ラインにおいて成膜工程または成膜後表面の平坦化処理
におけるウェハ等に対して最表面膜厚を計測する方法・
装置,平坦化処理装置および加工管理方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to measurement of thickness and thickness distribution of a transparent film and film thickness control, and for example, in a method and a manufacturing line for manufacturing a semiconductor device on a silicon wafer, a film forming step or a film forming step. A method to measure the outermost surface film thickness on a wafer in the surface flattening process.
The present invention relates to an apparatus, a flattening processing apparatus, and a processing control method.

【0002】透明膜の例としては、上記の他DVD,T
FT,LSIレチクル等の薄膜デバイスの製造工程にお
けるレジスト膜や絶縁膜等も含まれる。
As an example of the transparent film, other than the above, DVD, T
It also includes a resist film, an insulating film, and the like in the manufacturing process of thin film devices such as FT and LSI reticles.

【0003】[0003]

【従来の技術】例えば半導体デバイスの製造ラインにお
けるCMP加工を考える。半導体デバイスは成膜,露光
およびエッチング等により、半導体素子および配線パタ
ーンをシリコンウェハ上に形成することによって製造さ
れる。近年、高精度化・高密度化を実現するために微細
化・多層化の方向に進んでいる。このことによってウェ
ハ表面の凹凸が増大している。このようなウェハ上の凹
凸は配線等の形成に不可欠な露光を困難とするため、ウ
ェハ表面の平坦化が行われる。
2. Description of the Related Art For example, consider CMP processing in a semiconductor device manufacturing line. A semiconductor device is manufactured by forming a semiconductor element and a wiring pattern on a silicon wafer by film formation, exposure, etching and the like. In recent years, in order to realize high precision and high density, the trend toward miniaturization and multi-layering has been advanced. This increases irregularities on the wafer surface. Since such unevenness on the wafer makes it difficult to perform exposure, which is indispensable for forming wirings, the wafer surface is flattened.

【0004】この平坦化プロセスとして、化学的および
物理的作用により表面を研磨して平坦化を実現する方法
(CMP:Chemical Mechanical Polishing)が用いら
れる。CMPは当該技術分野において既知の加工方法で
ある。
As this flattening process, a method (CMP: Chemical Mechanical Polishing) of polishing the surface by chemical and physical actions to realize flattening is used. CMP is a processing method known in the art.

【0005】CMP加工において重要な課題として、膜
厚管理が挙げられる。従来は、これを加工時間によって
管理していた。一般的には、CMP加工の前後で膜厚を
計測することにより求まる研磨量と実際に加工を行った
研磨時間とから研磨レートを算出し、これを次の加工時
間にフィードバックさせるというものである。
An important issue in CMP processing is film thickness control. In the past, this was managed by processing time. Generally, the polishing rate is calculated from the polishing amount obtained by measuring the film thickness before and after the CMP processing and the polishing time when the actual processing is performed, and this is fed back to the next processing time. .

【0006】また、加工後の膜厚が所望の膜厚範囲に入
っているかを確認するために、予め決定しておいた計測
点を計測することにより膜厚を管理していた。膜厚を計
測する際は、チップ周辺部等に形成された従来の膜厚計
測装置で十分計測可能な大きさをもったパターン(ダミ
ーパターン)上を計測していた。特開平6−25211
3号公報や特開平9−7985号公報では、実際のデバ
イスパターン(実際の製品の微細な回路パターン)上の
膜厚の計測が可能なin-situ計測システムの開示がなさ
れている。特開平9−109023号公報では加工後、
洗浄をせず水中に保持したままで膜厚を計測することに
よりスループットの向上を実現するIn-line計測システ
ムの開示がなされている。特開平6−252113号公
報では実際のデバイスパターン上の膜厚計測に、膜によ
る干渉光の分光分布を周波数解析し、分光波形の持つ周
波数成分と膜厚との関係に着目し膜厚の絶対値を算出す
る手法の開示がなされている。特開平9−193995
号公報では、分光波形の極値の位置(波長)の検出等か
ら加工の終点検出をするin-situ計測システム、特開2
000−241126号公報では検出した分光波形とモ
デルによる理論波形とのフィッティングにより膜厚を算
出する手法の開示がなされている。一方、特開平9−7
985号公報ではレーザー(単波長)の膜による干渉光
強度の加工時間による変化を検出し、その波形の持つ周
波数成分から膜厚の算出を行うものである。また特開2
000−9437号公報では、計測視野内のパターンの
面積率(配線パターンの面積の局所的な面内の面積に占
める割合)がある程度の値以上で有れば、任意の位置の
膜厚計測を可能とする方法の開示がなされている。
Further, in order to confirm whether or not the processed film thickness is within a desired film thickness range, the film thickness is controlled by measuring a predetermined measuring point. When the film thickness is measured, it is measured on a pattern (dummy pattern) having a size that can be sufficiently measured by a conventional film thickness measuring device formed in the peripheral portion of the chip or the like. JP-A-6-25211
Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 3 and Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-7985 disclose an in-situ measurement system capable of measuring the film thickness on an actual device pattern (fine circuit pattern of an actual product). In Japanese Patent Laid-Open No. 9-109023, after processing,
There is disclosed an in-line measurement system that realizes an improvement in throughput by measuring the film thickness while maintaining it in water without cleaning. In Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-252113, in measuring the film thickness on an actual device pattern, the spectral distribution of the interference light due to the film is frequency-analyzed, and the relationship between the frequency component of the spectral waveform and the film thickness is focused to determine the absolute film thickness. The method of calculating the value is disclosed. JP-A-9-193995
In Japanese Patent Laid-Open Publication No. HEI-2, an in-situ measurement system for detecting the end point of processing by detecting the position (wavelength) of the extreme value of the spectral waveform,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 000-241126 discloses a method of calculating a film thickness by fitting a detected spectral waveform and a theoretical waveform based on a model. On the other hand, JP-A-9-7
In Japanese Patent Publication No. 985, a change in the interference light intensity due to a laser (single wavelength) film due to processing time is detected, and the film thickness is calculated from the frequency component of the waveform. In addition, JP
According to Japanese Patent Laid-Open No. 000-9437, if the area ratio of the pattern in the measurement visual field (the ratio of the area of the wiring pattern to the local in-plane area) is a certain value or more, film thickness measurement at an arbitrary position is performed. A disclosure of possible methods has been made.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】例えば半導体デバイス
の製造工程に於ける配線工程を考えた場合、CMP加工
を行っても表面が完全に平坦にはならない場合が多い。
この原因は、膜下層の配線パターンの局所的な面内に占
める割合(パターンの面積率)が一様ではないからであ
る。一般的に、下層のパターンの面積率と加工後の膜厚
との間には相関があることが知られている。
Considering, for example, a wiring process in a semiconductor device manufacturing process, the surface is often not completely flat even if CMP is performed.
This is because the ratio (area ratio of the pattern) of the wiring pattern of the lower layer in the local plane is not uniform. It is generally known that there is a correlation between the area ratio of the lower layer pattern and the film thickness after processing.

【0008】加工後の膜厚のばらつきが大きい場合、そ
の後の露光工程やエッチング工程において不良の原因と
なる。そのため加工後の膜厚を管理する必要がある。
If there is a large variation in the film thickness after processing, it may cause a defect in the subsequent exposure process and etching process. Therefore, it is necessary to control the film thickness after processing.

【0009】特開2000−9437号公報では、膜厚
のばらつきを評価するために、サブミクロンオーダーの
デバイスパターン上の膜厚を計測する方法を開示してい
る。検出した分光データを周波数解析して膜厚を求め
る。しかし、この方法では検出波長帯域に対して計測対
象膜厚が小さい場合、膜厚計測困難となる。これに対し
比較的膜厚が小さいものに対しても有効な、フィッティ
ングによる膜厚計測方法が特開2000−241126
号公報で開示されている。しかし、ここに開示されてい
る技術では、微細なパターン上に形成された薄い膜の厚
さを計測する場合,パターンの密度によって計測精度が
大きく影響を受け,種々のパターンに対して精度良く計
測することには適さなかった。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-9437 discloses a method of measuring the film thickness on a device pattern of submicron order in order to evaluate the film thickness variation. The detected spectral data is frequency analyzed to determine the film thickness. However, this method makes it difficult to measure the film thickness when the film thickness to be measured is small with respect to the detection wavelength band. On the other hand, a film thickness measuring method by fitting, which is effective for a film having a relatively small film thickness, is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-241126.
It is disclosed in the publication. However, according to the technique disclosed herein, when measuring the thickness of a thin film formed on a fine pattern, the measurement accuracy is greatly affected by the density of the pattern, and the measurement is accurately performed on various patterns. It was not suitable to do.

【0010】そこで、本発明では微細なパターンに対し
ても膜厚計測可能なフィッティングによる膜厚計測方法
及びその装置並びにそれを用いた薄膜デバイスの製造方
法及びその製造装置を提供することを目的とする。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a film thickness measuring method and apparatus by fitting capable of measuring the film thickness even for a fine pattern, and a thin film device manufacturing method and manufacturing apparatus using the same. To do.

【0011】また、特開2000−9437号公報で
は、チップ内での膜厚分布を評価することにより、熟練
を要さずに正確な膜厚評価を可能とする方法を開示して
いる。
Further, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-9437 discloses a method for evaluating a film thickness distribution in a chip, which enables accurate film thickness evaluation without requiring skill.

【0012】しかし、チップ内の膜厚分布の評価をする
ために、例えば10×10の計100点を計測しようと
した場合、100点の計測点の位置決めを操作者が設定
する必要があった。
However, in order to evaluate the film thickness distribution in the chip, for example, when trying to measure a total of 10 × 10 100 points, the operator had to set the positioning of the 100 measurement points. .

【0013】そこで本発明は、計測点を自動で決定する
方法及びその装置並びにそれを用いた薄膜デバイスの製
造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for automatically determining measurement points, and a method and apparatus for manufacturing thin film devices using the method.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】フィッティングによる膜
厚計測の課題を解決するために、本発明では新しいモデ
ルを仮定した。即ち、計測対象の試料上に形成されたパ
ターンの寸法が計測に用いる光の波長と同じかそれより
も小さい場合に、パターンエッジ部分(パターン段差
部)を考慮した境界領域を設定し、フィッティングにお
いてこの境界領域の影響を考慮するようにした。
In order to solve the problem of film thickness measurement by fitting, a new model is assumed in the present invention. That is, when the dimension of the pattern formed on the sample to be measured is the same as or smaller than the wavelength of the light used for measurement, the boundary area considering the pattern edge portion (pattern step portion) is set and the fitting is performed. The influence of this boundary area is taken into consideration.

【0015】また膜厚計測点選定における課題を解決す
るために、設計情報,計測点周辺画像,計測点において
検出した分光波形に基づいて、所望の条件の計測点を自
動で決定するようにした。
Further, in order to solve the problem in selecting the film thickness measurement point, the measurement point under a desired condition is automatically determined based on the design information, the image around the measurement point, and the spectral waveform detected at the measurement point. .

【0016】更に、上記フィッティングにより精度良く
計測された膜厚の情報を用いて、半導体デバイスの製造
ラインにおける各処理装置のプロセス条件を制御するよ
うにした。
Further, the process condition of each processing apparatus in the semiconductor device manufacturing line is controlled by using the information of the film thickness which is accurately measured by the above fitting.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の例として、
半導体デバイスの製造工程におけるCMPを対象とし、
ウェハ表面に形成された膜の加工後の膜厚管理に適用し
た例を示す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As an example of an embodiment of the present invention,
Targeting CMP in the manufacturing process of semiconductor devices,
An example applied to the film thickness control after processing of the film formed on the wafer surface is shown.

【0018】まずフィッティングによる膜厚計測手法に
ついて説明する。
First, a film thickness measuring method by fitting will be described.

【0019】フィッティング手法は従来から膜厚計測に
用いられてきた。図33に示すような、複数の層からな
る、計測視野内で一様な構造の膜を考える。各層の膜厚
及び材質(屈折率及び吸収係数)が既知であれば、j層
での表面反射率Rjは数1に示す理論式で表される。すな
わち、膜の表面反射率RNは数1を下層より順次適用する
ことにより求めることができる。
The fitting method has been conventionally used for film thickness measurement. Consider a film having a uniform structure in the measurement visual field, which is composed of a plurality of layers, as shown in FIG. If the film thickness and material (refractive index and absorption coefficient) of each layer are known, the surface reflectance R j in the j layer is represented by the theoretical formula shown in Formula 1. That is, the surface reflectance R N of the film can be obtained by sequentially applying Formula 1 from the lower layer.

【0020】[0020]

【数1】 [Equation 1]

【0021】そこで、計測対象の膜厚を未知数として理
論反射率を算出し、実際に検出した反射率との誤差が最
も小さくなるように未知数を決定することにより膜厚を
算出することができる。この際、未知数としては膜厚だ
けでなく、膜の材質を設定する場合もある。
Therefore, the film thickness can be calculated by calculating the theoretical reflectance with the film thickness to be measured as an unknown number, and determining the unknown number so that the error with the actually detected reflectance becomes the smallest. At this time, not only the film thickness but also the material of the film may be set as the unknown.

【0022】しかし、この方法では計測視野内で層構造
が一様であることを仮定しているので図34の様に、計
測視野内で層構造が一様でない場合には適用できない。
計測視野内で層構造が一様でない場合にも膜厚計測可能
とするために、理論式として複数の層構造が混在するモ
デルを仮定する必要がある。
However, this method assumes that the layer structure is uniform in the measurement visual field, and therefore cannot be applied to the case where the layer structure is not uniform in the measurement visual field as shown in FIG.
In order to be able to measure the film thickness even when the layer structure is not uniform in the measurement visual field, it is necessary to assume a model in which a plurality of layer structures are mixed as a theoretical formula.

【0023】そこで、例えば図35に示す様な2つの層
構造が混在する場合を考える。図35は対象膜の断面を
模式的に示したものである。
Therefore, let us consider a case where two layered structures as shown in FIG. 35 coexist. FIG. 35 schematically shows the cross section of the target film.

【0024】理論式は、検出光学系や計測対象パターン
の微細さによって異なる。まず始めに、図36に示す様
な集光の光学系を考える。光源103からの光はレンズ
系105により平行光となり試料101に照射される。
試料101からの反射光はレンズ系105を介して集光
する。この位置に空間フィルタ106を設け反射光の0
次光成分のみを通す。この空間フィルタ106は、試料
表面での散乱光やパターンによる回折光の影響を除去す
る効果がある。空間フィルタ106を通った光はレンズ
系107により再び平行光となり、レンズ系109によ
り集光され分光器110により分光されて分光データを
得ることができる。このときレンズ系107とレンズ系
109の間に視野絞り108を挿入することにより、任
意の大きさの検出領域を設定する事ができる。
The theoretical formula differs depending on the detection optical system and the fineness of the pattern to be measured. First, consider an optical system for condensing light as shown in FIG. The light from the light source 103 is collimated by the lens system 105 and is applied to the sample 101.
The reflected light from the sample 101 is condensed via the lens system 105. A spatial filter 106 is provided at this position to reduce the reflected light to 0.
Allows only the next light component to pass. The spatial filter 106 has an effect of removing the influence of scattered light on the sample surface and diffracted light due to the pattern. The light that has passed through the spatial filter 106 becomes parallel light again by the lens system 107, is condensed by the lens system 109 and is dispersed by the spectroscope 110, and spectral data can be obtained. At this time, by inserting the field stop 108 between the lens system 107 and the lens system 109, it is possible to set a detection region of any size.

【0025】この光学系の場合、計測視野内からの正反
射光のみが一点に集光されるためモデル式は数2とな
る。
In the case of this optical system, only the specularly reflected light from the measurement visual field is condensed at one point, so the model formula is given by

【0026】[0026]

【数2】 [Equation 2]

【0027】次に、光学系として図37に示す様な結像
系を考える。光源203を出た光は対物レンズ220を
介して試料201に照射される。試料201からの反射
光はレンズ系211〜213を介して再び結像される。
この結像位置に視野絞り208を挿入することにより任
意の大きさの検出領域を設定する事ができる。
Next, consider an image forming system as shown in FIG. 37 as an optical system. The light emitted from the light source 203 is applied to the sample 201 via the objective lens 220. The reflected light from the sample 201 is imaged again via the lens systems 211 to 213.
By inserting the field stop 208 at this image forming position, a detection region of any size can be set.

【0028】この光を分光器210で分光して分光デー
タを得る。このときレンズ系211〜213のフーリエ
変換面に空間フィルタ206を設け0次光のみを通すこ
とにより、上記と同様に試料表面での散乱光やパターン
による回折光の影響を除去することができる。
This light is dispersed by the spectroscope 210 to obtain spectral data. At this time, by providing the spatial filter 206 on the Fourier transform surfaces of the lens systems 211 to 213 and passing only the 0th-order light, it is possible to remove the influence of scattered light on the sample surface or diffracted light due to the pattern as in the above.

【0029】この光学系の場合のモデル式は計測対象パ
ターンの大きさや繰り返しの幅によって異なる。
The model formula for this optical system differs depending on the size of the pattern to be measured and the width of repetition.

【0030】計測対象パターンの大きさや繰り返しの幅
が、検出波長と比較して十分大きい場合、例えば、図38
に示すような数μmの大きさの繰返しパターン115
を、φ10μmの計測視野サイズで検出波長帯域400
〜800nmで計測した場合、モデル式は数3のように
なる。
When the size of the pattern to be measured and the width of repetition are sufficiently larger than the detection wavelength, for example, as shown in FIG.
The repetitive pattern 115 having a size of several μm as shown in FIG.
With a measurement field size of φ10 μm
When measured at ˜800 nm, the model formula is as shown in Formula 3.

【0031】[0031]

【数3】 [Equation 3]

【0032】この図38に示したような数μm程度、又
はそれ以上の大きさのパターンを計測する場合、各層構
造をそれぞれ独立の構造として考えることができる(図
39)。即ち、この場合、平面上の異なる位置からの反
射光は互いに干渉しないと考えることができるため、モ
デル式の数3はそれぞれ単独の層構造の場合の表面反射
率を、計測視野内におけるそれぞれの層構造の占める割
合(パターンの面積率a,a)で重み付けをして、
それらの和をとれば良い。
When measuring a pattern having a size of about several μm or more as shown in FIG. 38, each layer structure can be considered as an independent structure (FIG. 39). That is, in this case, it can be considered that the reflected lights from different positions on the plane do not interfere with each other. Therefore, the mathematical expression 3 of the model formula shows the surface reflectance in the case of a single layer structure, Weighting is performed by the ratio occupied by the layer structure (area ratio a 1 , a 2 of the pattern),
Just take the sum of them.

【0033】一方、計測対象パターンの大きさや繰り返
しの幅が検出波長と比較して同等またはそれ以下の場
合、例えば、図40に示すような1μm以下の大きさの
繰返しパターン118を、φ10μmの計測視野サイズ
で検出波長帯域400〜800nmで計測した場合、図
38に示したような場合とは異なり、各層構造をそれぞ
れ独立の構造として考えることができない。
On the other hand, when the size of the pattern to be measured or the width of repetition is equal to or smaller than the detection wavelength, for example, a repetitive pattern 118 having a size of 1 μm or less as shown in FIG. When the measurement is performed in the detection wavelength band of 400 to 800 nm in the field of view size, each layer structure cannot be considered as an independent structure, unlike the case shown in FIG.

【0034】この図40に示したような場合、図35と
図39とに示したような2つのモデルの中間のモデル式
を考える必要がある。すなわち、図41の様に、それぞ
れ単独の層構造の他に2つの構造が混在する境界構造を
考える必要がある。この境界構造では、空間的に異なる
位置からの反射光が互いに干渉することを仮定する。全
体の反射光のモデル式はそれぞれの構造(境界構造も含
む)をそれぞれ計測視野内での面積率で重み付けをして
和をとることにより、数4に示すようなモデル式で求め
ることができる。
In the case shown in FIG. 40, it is necessary to consider an intermediate model formula between the two models shown in FIGS. 35 and 39. That is, as shown in FIG. 41, it is necessary to consider a boundary structure in which two structures coexist in addition to a single layer structure. In this boundary structure, it is assumed that reflected lights from spatially different positions interfere with each other. The model formula of the entire reflected light can be obtained by the model formula as shown in Formula 4 by weighting each structure (including the boundary structure) with the area ratio in the measurement visual field and taking the sum. .

【0035】[0035]

【数4】 [Equation 4]

【0036】上記の式を場合に応じてフィッティングの
モデル式として適用すれば、所望の膜厚を求めることが
できる。
If the above equation is applied as a model equation for fitting in some cases, a desired film thickness can be obtained.

【0037】フィッティングさせるパラメータとして
は、膜厚の他に膜の材質や各層構造の計測視野内での面
積率を設定する事が考えられる。
As a parameter for fitting, it is possible to set the material of the film and the area ratio in the measurement visual field of each layer structure in addition to the film thickness.

【0038】各層構造の面積率は予め設定しておくこと
が望ましい。しかし、計測視野の位置ずれ等の原因によ
り、設定した面積率と実際の面積率とが異なると、算出
結果に誤差を生じる場合が考えられる。そこで、面積率
もパラメータとしてフィッティングにより求めれば、予
め設定する必要もなく、また位置ずれ等による誤差が発
生することも防ぐことができる。
The area ratio of each layer structure is preferably set in advance. However, if the set area ratio differs from the actual area ratio due to the displacement of the measurement visual field, etc., an error may occur in the calculation result. Therefore, if the area ratio is also obtained by fitting as a parameter, it is not necessary to set it in advance, and it is possible to prevent the occurrence of errors due to misalignment or the like.

【0039】材質をパラメータとする場合、材質に関す
る情報(屈折率や吸収係数など)を数5に示すコーシー
の式等の近似式を用いれば良い。
When the material is used as a parameter, an approximate expression such as Cauchy's expression in which information on the material (refractive index, absorption coefficient, etc.) is shown in Equation 5 may be used.

【0040】[0040]

【数5】 [Equation 5]

【0041】フィッティングによりパラメータを決定す
る手法としては、最小自乗法が一般的である。数2から
数4のようにモデル式が複雑な場合は、非線形の手法で
あるレーベンバーグ・マーカート法等を用いることが多
い。
As a method for determining the parameter by fitting, the least square method is generally used. When the model formula is complicated as in the formulas 2 to 4, the Levenberg-Markt method, which is a non-linear method, is often used.

【0042】また、混在する層構造の数が3つ以上の場
合に対しても、本方式を適用すれば所望の膜の膜厚を求
めることができる。数2,数3及び数4を、層構造の数
が3つ以上の場合に拡張して一般化するとそれぞれ数
6,数7及び数8となる。
Further, even when the number of mixed layer structures is three or more, the desired film thickness can be obtained by applying this method. When the number 2, the number 3 and the number 4 are expanded and generalized when the number of layered structures is three or more, the number 6, number 7 and number 8 are respectively obtained.

【0043】[0043]

【数6】 [Equation 6]

【0044】[0044]

【数7】 [Equation 7]

【0045】[0045]

【数8】 [Equation 8]

【0046】フィッティングさせるパラメータの数は、
計算時間や算出誤差に影響をおよぼすため、少ないこと
が望ましい。しかし、3構造以上の場合、特に数8では
パラメータの数が極端に多くなる。そこで、計測視野に
占める面積率が非常に小さい等の影響度の小さい要素を
無視することや、ある膜厚が別のある膜厚を変数とする
関数によって求まる場合はその膜厚をフィッティングパ
ラメータとする代わりに上記関数を導入することによ
り、全体のパラメータの数を減らすことができる。
The number of parameters to be fitted is
Since it affects the calculation time and calculation error, it is desirable that the number be small. However, in the case of three or more structures, the number of parameters becomes extremely large, especially in the equation (8). Therefore, by ignoring factors that have a small influence, such as the area ratio occupying the measurement field of view being very small, and when a certain film thickness is obtained by a function with another film thickness as a variable, the film thickness is used as a fitting parameter. By introducing the above function instead of, the total number of parameters can be reduced.

【0047】図44は、図35に示す計測対象に対して
同一の波長帯域の光で検出し、境界構造を考慮した場合
と考慮しない場合とを比較したものである。図44から
境界構造を考慮する事により、検出値と理論値との誤差
が小さくなっていることがわかる。
FIG. 44 compares the measurement target shown in FIG. 35 with light in the same wavelength band and the case where the boundary structure is taken into consideration and the case where it is not taken into consideration. It can be seen from FIG. 44 that the error between the detected value and the theoretical value is reduced by considering the boundary structure.

【0048】計測対象の構造にもよるが、境界構造を考
慮することにより、100nm程度の対象に対して10
nm以下の精度、そして条件を整えれば、1〜4nm程
度の計測精度を得ることができる。境界構造を考慮しな
い場合は、上記した理由により計測精度は低下し、誤差
が十数nmから数十nmになり、最悪の場合は検出値へ
のフィッティングができず、計測が不可能となる。
Depending on the structure of the object to be measured, the boundary structure is taken into consideration.
If the accuracy is less than or equal to nm and the conditions are adjusted, a measurement accuracy of about 1 to 4 nm can be obtained. If the boundary structure is not taken into consideration, the measurement accuracy is lowered due to the above reason, and the error becomes from several tens of nanometers to several tens of nanometers. In the worst case, the detection value cannot be fitted and the measurement becomes impossible.

【0049】計測対象が検出波長帯域に対して小さくな
ると、計測視野内に占める境界構造の割合が増大してく
る。そのため、結像光学系で1μm以下の微細なパター
ン上の膜厚を計測する場合は、境界構造をフィッティン
グの演算に考慮することが不可欠となる。
When the measurement target becomes smaller than the detection wavelength band, the ratio of the boundary structure in the measurement visual field increases. Therefore, when the film thickness on a fine pattern of 1 μm or less is measured by the imaging optical system, it is indispensable to consider the boundary structure in the fitting calculation.

【0050】次に、膜厚計測点の設定方法について説明
する。
Next, a method of setting the film thickness measurement point will be described.

【0051】特開2000−9437号公報には、計測
視野内のパターンの面積率がある程度の値以上であれば
任意のパターン上の膜厚計測が可能であることを利用し
て、チップ内の膜厚分布を求めることができることが記
載されている。これを利用することによって、熟練した
作業者でなくてもチップ内またはウェハ内の膜厚分布を
正確に評価できる(膜厚計測手法等の詳細な説明は特開
2000−9437号公報を参照)。しかし、特開20
00−9437号公報に開示された方法では、例えばチ
ップ内を10点×10点の計100点の計測をする場
合、それぞれの計測点を作業者が決定する必要があっ
た。
In Japanese Patent Laid-Open No. 2000-9437, it is possible to measure the film thickness on an arbitrary pattern as long as the area ratio of the pattern in the measurement visual field is a certain value or more. It is described that the film thickness distribution can be obtained. By utilizing this, even an unskilled operator can accurately evaluate the film thickness distribution in the chip or in the wafer (for a detailed description of the film thickness measuring method and the like, see Japanese Patent Laid-Open No. 2000-9437). . However, JP 20
In the method disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 00-9437, for example, when measuring a total of 100 points (10 points × 10 points) in the chip, the operator needs to determine each measurement point.

【0052】一方、本発明では、計測点を自動決定す
る。以下に、計測点を自動決定する方法を示す。また、
この方法を用いて膜厚管理用の計測点の決定方法および
それを用いた膜厚管理方法を示す。
On the other hand, in the present invention, the measurement point is automatically determined. The method for automatically determining the measurement points is shown below. Also,
Using this method, a method for determining measurement points for film thickness control and a film thickness control method using the method will be described.

【0053】計測点を自動で決定するには、まず計測し
ようとする領域が計測可能であるか、すなわち所望のパ
ターン上で、かつ計測視野内のパターンの面積率が十分
であるかを判定する必要がある。この判定方法の一つと
して、計測しようとする領域において検出した分光波形
に基づいて判定する方法を示す。
In order to automatically determine the measurement point, it is first determined whether the region to be measured can be measured, that is, whether the area ratio of the pattern on the desired pattern and in the measurement visual field is sufficient. There is a need. As one of the determination methods, a determination method based on the spectral waveform detected in the region to be measured will be shown.

【0054】先ずはじめに、特開2000−9437号
公報に記載された周波数解析を用いた膜厚計測手法を用
いた場合について説明する。
First, the case where the film thickness measuring method using frequency analysis described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-9437 is used will be described.

【0055】計測可能な領域とそうでない領域とで、検
出した分光波形はそれぞれ特徴の異なったものとなる。
例えば、LSIの配線工程におけるCMP工程後の試料
の場合、計測可能な領域で検出した分光波形の例を図1
に、計測が不可能な領域で検出した分光波形の典型的な
例を図2にそれぞれ示す。図1に示した波形の特徴は、
パターン上の膜での干渉による低周波成分と下層構造で
の干渉による高周波成分とが重畳した波形となってい
る。一方、図2に示した波形の場合は、図1における高
周波成分が支配的となり、低周波成分はほとんど確認で
きない。このような違いは、パターン上からの反射光に
よる干渉成分が支配的であるか、下層からの反射光によ
る干渉成分が支配的であるかの違いにより生じる(計測
視野が計測対象のパターンで占められている場合はその
パターン上の干渉による低周波成分のみとなることは言
うまでもない)。
The detected spectral waveforms have different characteristics in the measurable region and the non-measurable region.
For example, in the case of the sample after the CMP process in the wiring process of the LSI, an example of the spectral waveform detected in the measurable region is shown in FIG.
2 shows a typical example of the spectral waveform detected in a region where measurement is impossible, respectively. The characteristics of the waveform shown in FIG.
It has a waveform in which a low frequency component due to the interference in the film on the pattern and a high frequency component due to the interference in the lower layer structure are superimposed. On the other hand, in the case of the waveform shown in FIG. 2, the high frequency component in FIG. 1 is dominant, and the low frequency component can hardly be confirmed. Such a difference is caused by the difference in whether the interference component due to the reflected light from the pattern is dominant or the interference component due to the reflected light from the lower layer is dominant (the measurement visual field is occupied by the pattern to be measured). If it is, it goes without saying that only the low frequency component due to the interference on the pattern).

【0056】上記の様に、波形の特徴の違いとして周波
数成分の違いが挙げられる。そこで、波形を周波数解析
することによりその特徴を抽出し、その測定点が計測可
能であるか否かを判定することができる。
As described above, the difference in the characteristic of the waveform includes the difference in the frequency component. Therefore, it is possible to extract the characteristic by frequency-analyzing the waveform and determine whether or not the measurement point can be measured.

【0057】図3には図1に示した波形データを周波数
解析した結果を、図4には図2に示した波形データを周
波数解析した結果を示す。これらの結果から、計測可能
であるか否かを判定する方法として、例えば図3におい
て、高周波成分の強度5と低周波成分の強度6との比を
算出し、予め設定したしきい値と比較して、しきい値よ
り大きい場合は計測可能、そうでない場合は計測不可と
する判定方法がある。
FIG. 3 shows the result of frequency analysis of the waveform data shown in FIG. 1, and FIG. 4 shows the result of frequency analysis of the waveform data shown in FIG. As a method of determining whether or not measurement is possible from these results, for example, in FIG. 3, the ratio of the intensity 5 of the high frequency component and the intensity 6 of the low frequency component is calculated and compared with a preset threshold value. Then, there is a determination method in which it is possible to measure when it is larger than the threshold value, and it is impossible to measure when it is not.

【0058】また、図4に示す様に高周波成分の強度と
予め設定したしきい値7を比較し、しきい値より大きい
場合は計測不可、そうでない場合は計測可能と判定して
もよい。
Further, as shown in FIG. 4, the intensity of the high frequency component may be compared with a preset threshold value 7, and if it is larger than the threshold value, it may be determined that measurement is impossible, and if not, measurement is possible.

【0059】周波数解析手段としてはFFT(高速フー
リエ変換),MEM(最大エントロピー法)等の周波数
解析手法を用いればよい。
As the frequency analysis means, a frequency analysis method such as FFT (fast Fourier transform) or MEM (maximum entropy method) may be used.

【0060】また、周波数解析を行うかわりに、自己相
関関数を演算することによって波形の周期性を抽出し判
定してもよい。
Further, instead of performing the frequency analysis, the periodicity of the waveform may be extracted and determined by calculating the autocorrelation function.

【0061】波形の周期性に着目しない方法としては、
図5,6に挙げるような方法がある。例えば、波形1の
局所的な極大値8を抽出しそれらのばらつきの大きさ
と、予め設定したしきい値とを比較することにより判定
する。すなわち、膜厚計測可能な場合の分光波形は低周
波成分が大きいため、計測可能な場合はそのばらつきも
大きくなり(図5)、計測不可の場合はそのばらつきが
小さくなる(図6)ことを利用する。
As a method not paying attention to the periodicity of the waveform,
There are methods as shown in FIGS. For example, the local maximum value 8 of the waveform 1 is extracted, and the determination is made by comparing the magnitude of their variation with a preset threshold value. That is, since the low-frequency component is large in the spectral waveform when the film thickness can be measured, the variation becomes large when the measurement is possible (FIG. 5), and the variation becomes small when the measurement is impossible (FIG. 6). To use.

【0062】上記方法は、特開2000−9437号公
報の計測手法ではなく、従来の計測手法で従来の計測装
置で計測可能な数十μm程度の計測対象を計測する場合
にも当然適用できる。
The above method is not limited to the measuring method disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-9437, but can be naturally applied to the case of measuring a measurement object of about several tens of μm which can be measured by the conventional measuring device by the conventional measuring method.

【0063】また、フィッティングの手法を用いて判定
する方法も考えられる。例えば、計測視野内に複数の構
造が混在する場合において、計測対象の膜を含む層構造
が既知である場合、検出した波形に対して、計測対象膜
を含む構造の単独での理論波形をフィッティングする事
により判定することができる。
A method of making a decision using a fitting method is also conceivable. For example, when a plurality of structures coexist in the measurement visual field and the layer structure including the film to be measured is known, a single theoretical waveform of the structure including the film to be measured is fitted to the detected waveform. It can be determined by doing.

【0064】検出波形とフィッティングした理論波形と
の誤差が小さい場合(図7)は計測視野における計測対
象膜を含む層構造の面積率が大きいことを意味し、逆の
場合(図8)は面積率が小さいことを意味する。そこ
で、予め設定しておいたしきい値と上記誤差をと比較
し、誤差が小さい場合は計測可能と判定し、大きい場合
は計測不可と判定することができる。
When the error between the detected waveform and the fitted theoretical waveform is small (FIG. 7), it means that the area ratio of the layer structure including the film to be measured in the measurement visual field is large, and in the opposite case (FIG. 8), the area is large. It means that the rate is small. Therefore, it is possible to compare a preset threshold value with the above error and determine that the measurement is possible when the error is small and determine that the measurement is impossible when the error is large.

【0065】次に本発明記載のフィッティングによる膜
厚計測手法を用いた場合の判定方法について説明する。
Next, a determination method in the case of using the film thickness measuring method by fitting according to the present invention will be described.

【0066】フィッティングした結果の理論波形と検出
波形との誤差(各波長での誤差の2乗和)を算出し、予
め設定したしきい値と比較し、しきい値より大きい場合
は膜厚計測不可と判定し、それ以下であれば計測可能と
判定する。
The error between the theoretical waveform and the detected waveform resulting from the fitting (the sum of squares of the error at each wavelength) is calculated and compared with a preset threshold. It is determined to be impossible, and if less than that, it is determined to be measurable.

【0067】また、図42はフィッティングによって求
まる面積率の算出精度を評価した図である。フィッティ
ングにより数%の誤差で面積率が求まることがわかる。
フィッティングパラメータとして面積率を求める場合
は、フィッティングにより求めた面積率と予め設定して
おいたしきい値とを比較し、しきい値以下の場合は計測
不可と判定し、しきい値以上の場合は計測可能と判定す
る方法がある。
FIG. 42 is a diagram for evaluating the calculation accuracy of the area ratio obtained by fitting. It can be seen that the area ratio can be obtained with a few percent error by fitting.
When determining the area ratio as a fitting parameter, compare the area ratio obtained by fitting with a preset threshold value.If the area ratio is less than or equal to the threshold value, it is determined that measurement is impossible. There is a method of determining that measurement is possible.

【0068】別途、視野内での面積率と計測誤差を評価
したところ図43に示すように、計測視野内での面積率
が小さくなると、計測誤差が大きくなる傾向にある。経
験的には視野内の面積率が20〜30%程度を下回ると
計測誤差が大きくなる。
When the area ratio in the visual field and the measurement error are separately evaluated, as shown in FIG. 43, the measurement error tends to increase as the area ratio in the measurement visual field decreases. Empirically, when the area ratio in the visual field is less than about 20 to 30%, the measurement error increases.

【0069】次に、上記判定に基づいて計測点を探索す
る方法を示す。例えば図18に示すように1チップ内を
10点×10点の計100点計測する場合、格子状に設
定した各計測点が計測可能な点であるとは限らない、そ
のため各計測点を計測可能な点に設定する必要がある。
図9から図14が計測点を探索する手順の例を示した図
である。図9,10は探索点の間隔と点数を水平方向X
と垂直方向Yのそれぞれに設定し、その点で順次分光波
形を検出し上記に記した方法で計測可否の判定をする方
法を示している。
Next, a method of searching for a measurement point based on the above determination will be shown. For example, as shown in FIG. 18, in the case of measuring 100 points of 10 points × 10 points in one chip, each measurement point set in a grid pattern is not necessarily a measurable point. Therefore, each measurement point is measured. It is necessary to set it to a possible point.
9 to 14 are diagrams showing an example of a procedure for searching for a measurement point. 9 and 10 show the search point interval and the number of points in the horizontal direction X.
And the vertical direction Y are set, the spectral waveforms are sequentially detected at that point, and the determination as to whether measurement is possible or not is shown by the method described above.

【0070】図9では、例えばX方向に間隔dXで5
点,Y方向に間隔dYで3点の領域を探索する場合を示
している。この場合、最初に設定した計測点を中心とし
て、この点に近い点から順次探索を行い、最初に計測可
能の判定となった点を探索結果として膜厚計測を行う例
を示している。
In FIG. 9, for example, 5 is set at an interval dX in the X direction.
The figure shows a case where a region of 3 points is searched at intervals of dY in the Y direction. In this case, an example is shown in which, with the initially set measurement point as the center, a search is performed sequentially from a point close to this point, and the point at which it is determined that measurement is possible is the search result and the film thickness is measured.

【0071】図10の場合はX,Y方向にそれぞれ間隔
dX,dYで点数5点の領域を、最初に設定した計測点
を中心として渦巻き状に探索する場合の例を示してい
る。
In the case of FIG. 10, an example is shown in which a region of 5 points at intervals dX and dY in the X and Y directions is searched spirally around the initially set measurement point.

【0072】どちらの場合も、全ての探索点を一旦全て
分光検出してから、判定結果の最も良好なものを選んで
もよいし、または順次判定動作を繰り返して最初に判定
の結果が計測可能となったものを選んでも良い。
In either case, all the search points may be once spectrally detected and the best judgment result may be selected, or the judgment results can be measured first by repeating the judgment operation in sequence. You can choose one that has become.

【0073】分光検出及び判定処理が高速で行える場合
は、図11の様にリアルタイムで検出及び判定を行う方
法も考えられる。
When the spectroscopic detection and determination processing can be performed at high speed, a method of performing detection and determination in real time as shown in FIG. 11 can be considered.

【0074】図12から14は、図9から10において
方形で行っていた処理を渦巻き線状に行った場合を示し
ている。また、同様の処理を同心円状に行っても同様の
効果が得られる。
FIGS. 12 to 14 show a case where the processing which is performed in the square shape in FIGS. 9 to 10 is performed in a spiral line shape. Further, the same effect can be obtained by performing the same processing concentrically.

【0075】図15から17は実際に上記処理を膜厚計
測装置にて実施した場合の計測領域の表示画面を模式的
に示したものである。図15は図10に示す探索例を示
している。図15に示す太線の円16及び細線の円17
は、それぞれは最初に設定した計測点および探索領域を
示している。
FIGS. 15 to 17 schematically show the display screen of the measurement region when the above-mentioned processing is actually carried out by the film thickness measuring device. FIG. 15 shows the search example shown in FIG. A thick circle 16 and a thin circle 17 shown in FIG.
Indicates the measurement point and the search area that are initially set.

【0076】図中黒線で示した横長状のパターン18上
が膜厚計測対象のパターンである。最初に設定した領域
はパターン上ではないので判定の結果計測不可となる。
その後、探索手順に従って次々と計測位置をずらして随
時判定を行っていく(図16参照、図中の×がついてい
る部分は判定の結果、計測不可となった点を意味す
る)。図17の時点で計測領域がパターン上となるため
計測可能の判定となり、膜厚計測を行う。
The pattern 18 having a horizontally long shape shown by a black line in the drawing is a pattern to be measured for film thickness. Since the initially set area is not on the pattern, measurement cannot be performed as a result of the determination.
After that, the measurement positions are sequentially shifted in accordance with the search procedure and the determination is performed as needed (see FIG. 16, the portion marked with “X” in the figure means that measurement is impossible as a result of the determination). At the time point of FIG. 17, the measurement area is on the pattern, so that it is determined that measurement is possible, and the film thickness is measured.

【0077】その後、次の計測点のへ計測領域を移動し
同様の処理をする。
After that, the measurement area is moved to the next measurement point and the same processing is performed.

【0078】例えば、図18は1チップの画像を模式的
に示したものであるが(黒い部分22が計測可能な領域
を示している)、同図に示すように例えば10点×10
点の計100点の計測点を設定した場合、上記の処理を
繰り返し行うことにより、全ての点が計測可能な領域と
なるように自動で設定することができる(図19)。
For example, FIG. 18 schematically shows an image of one chip (the black portion 22 shows a measurable area), but as shown in the figure, for example, 10 points × 10.
When a total of 100 measurement points are set, it is possible to automatically set all the points to be a measurable region by repeating the above processing (FIG. 19).

【0079】図20及び21は実際に上記処理を膜厚計
測装置にて実施した場合の操作画面を模式的に示したも
のである。図20は予め何らかの方法で検出した1チッ
プ分の画像を表示した場合を示している。この画面を参
考にし、例えばチップの基準位置27を認識させその点
を基準とし例えば10点×10点の計測点を設定する。
その後上記の一連の処理をし膜厚計測点を決定する。図
21は決定した計測点を確認するための画面である。
20 and 21 schematically show operation screens when the above-mentioned processing is actually carried out by the film thickness measuring apparatus. FIG. 20 shows a case in which an image for one chip detected in advance by some method is displayed. With reference to this screen, for example, the reference position 27 of the chip is recognized, and the point is used as a reference to set, for example, 10 × 10 measurement points.
After that, the above series of processing is performed to determine the film thickness measurement point. FIG. 21 is a screen for confirming the determined measurement point.

【0080】また自動で決定しない場合は操作者が手動
にて決定してもよい。例えば図20に示す様にカーソル
26等で所望の計測点を選択し、その部分の拡大画像ま
たは実施の画像を表示させる(図21参照)。そこで操
作者が、ステージ等を操作し計測点を決定する方法が考
えられる。
If the determination is not made automatically, the operator may make the determination manually. For example, as shown in FIG. 20, a desired measurement point is selected with a cursor 26 or the like, and an enlarged image of that portion or an implementation image is displayed (see FIG. 21). Therefore, a method in which the operator operates the stage or the like to determine the measurement point can be considered.

【0081】この際、確認のために操作者は任意の位置
で計測判定処理をし計測点設定の参考にしても良い。
At this time, for confirmation, the operator may perform measurement determination processing at an arbitrary position and refer to the measurement point setting.

【0082】図22から29は検出した計測領域周辺の
画像に基づいて判定処理をする場合の一例を示す。図2
2は計測領域周辺画像を模式的に示したものである。図
22で黒色の横線32が計測対象のパターンを、円33
は計測領域を示している。図22の場合計測領域がパタ
ーン上でないため膜厚計測することはできない。そこ
で、例えば図22の画像に対してエッジ検出処理(図2
3),横線抽出処理(図24),抽出した横線の局所的
な密度分布抽出(図25から27)等の処理をし、十分
計測可能なパターン密度の領域36を抽出する。この領
域と最初に設定した位置との位置関係を算出してステー
ジを移動させることによって、膜厚計測可能な領域を自
動で決定することができる。
22 to 29 show an example in which the determination processing is performed based on the detected image around the measurement region. Figure 2
Reference numeral 2 schematically shows an image around the measurement region. In FIG. 22, the black horizontal line 32 indicates the pattern to be measured as a circle 33.
Indicates the measurement area. In the case of FIG. 22, the film thickness cannot be measured because the measurement region is not on the pattern. Therefore, for example, the edge detection processing (see FIG.
3), horizontal line extraction processing (FIG. 24), local density distribution extraction of the extracted horizontal lines (FIGS. 25 to 27), and the like to extract a sufficiently measurable pattern density region 36. By calculating the positional relationship between this area and the initially set position and moving the stage, the area where the film thickness can be measured can be automatically determined.

【0083】また上記と同様の操作を設計情報に基づい
て行うことによっても、計測領域の自動決定が可能であ
る。すなわち、例えばチップ全体をある適当な大きさの
領域に分割して、設計情報に基づいてそれらの領域内で
のパターンの面積率を算出し、この算出した面積率に基
づいて、画像処理の場合と同様に計測点を設定する方法
が考えられる。
The measurement area can also be automatically determined by performing the same operation as described above based on the design information. That is, for example, the entire chip is divided into regions of an appropriate size, the area ratios of the patterns in those regions are calculated based on the design information, and the image processing is performed based on the calculated area ratios. A method of setting the measurement point is conceivable in the same manner as.

【0084】以上に示す処理をすることによって、操作
者の熟練によらずチップ内またはウェハ面内の膜厚分布
が正確に評価できる。上記処理によって決定した計測領
域の座標情報を保存すれば、同一の製品に対しては、上
記処理を繰り返し行う必要はない。
By performing the above-described processing, the film thickness distribution within the chip or within the wafer surface can be accurately evaluated regardless of the skill of the operator. If the coordinate information of the measurement area determined by the above process is saved, the above process need not be repeated for the same product.

【0085】次に、上記処理で膜厚分布を評価すること
により、膜厚管理用の計測点を決定する方法を示す。前
述の様に少ない計測点で膜厚を正確に管理するには、膜
厚の最大値と最小値の2点を計測することが最も効率が
良い。図30は例えば1チップ膜厚を10点×10点の
計100点計測した場合を示している。図30でmax
及びminで示した部分は膜厚最大値と最小値の部分を
示している。そこでこれらの2点を膜厚管理用の計測点
として選定すれば良い(図31参照)。また、更に正確
な評価を必要とする場合は、図30に示すように、ma
xとminのそれぞれの領域を更に細かい間隔で膜厚を
評価して膜厚の最大値と最小値位置決定することによ
り、より精度の高い管理が可能となる。
Next, a method of determining the measurement point for film thickness management by evaluating the film thickness distribution in the above processing will be described. As described above, in order to accurately manage the film thickness with a small number of measurement points, it is most efficient to measure the maximum value and the minimum value of the film thickness. FIG. 30 shows a case where the film thickness of one chip is measured at 10 points × 10 points, ie, 100 points in total. 30 max
And the portions indicated by min indicate the maximum and minimum values of the film thickness. Therefore, these two points may be selected as the measurement points for film thickness management (see FIG. 31). When more accurate evaluation is required, as shown in FIG.
By evaluating the film thickness in each region of x and min at a finer interval and determining the maximum value and the minimum value position of the film thickness, more accurate management is possible.

【0086】膜厚管理用の計測点として膜厚の最大値及
び最小値領域以外の領域を用いても良い。
Areas other than the maximum and minimum values of the film thickness may be used as the measurement points for controlling the film thickness.

【0087】図32は、上記方法で決定した膜厚管理用
計測点によってCMPの膜厚管理をする場合の一例を示
している。図32は、1台のスタンドアローンタイプの
膜厚計測装置42にて評価した膜厚管理用計測点の情報
(座標,計測条件)をCMP装置43に搭載された膜厚
計測装置44に展開する場合を示している。一台のCM
P装置43に搭載の膜厚計測装置44、または複数のC
MP装置43,43’、43”それぞれに搭載した膜厚
計測装置44、44’、44”全てがスタンドアローン
タイプの役割を果たしてもよい。また、展開先の膜厚計
測装置が必ずしもCMP装置搭載のものでなくても良
い。
FIG. 32 shows an example in which the film thickness control of the CMP is performed by the film thickness control measurement points determined by the above method. In FIG. 32, information (coordinates, measurement conditions) of film thickness management measurement points evaluated by one stand-alone type film thickness measurement device 42 is developed in the film thickness measurement device 44 mounted on the CMP device 43. The case is shown. One CM
A film thickness measuring device 44 mounted on the P device 43, or a plurality of Cs
All of the film thickness measuring devices 44, 44 ', 44 "mounted on the MP devices 43, 43', 43" may play a stand-alone type role. Further, the film thickness measuring device at the deployment destination does not necessarily have to be equipped with a CMP device.

【0088】次に、図45に示すように、半導体デバイス
の製造ラインにおいて、半導体基板を処理する処理装置、
例えば成膜装置やCMP装置、露光装置、エッチング装置
などを、本発明による膜厚を計測する技術により膜厚を
計測した結果を用いて、各処理装置で基板を処理するた
めのプロセス条件を制御することができる。
Next, as shown in FIG. 45, in a semiconductor device manufacturing line, a processing apparatus for processing a semiconductor substrate,
For example, the process conditions for processing the substrate in each processing device are controlled using the results of measuring the film thickness of the film forming device, the CMP device, the exposure device, the etching device, etc. by the film thickness measuring technique according to the present invention. can do.

【0089】即ち、基板上に薄膜を形成する成膜工程
と、基板上に形成された薄膜を加工するCMP工程と、
加工された薄膜上にレジストを塗布してパターンを露光
する露光工程と、露光されたレジストをマスクとしてC
MP加工された薄膜をエッチング加工するエッチング工
程とを備えた半導体デバイスの製造工程において、成膜
工程を経た基板またはCMP工程を経た基板に対して本
発明による膜厚計測を行って基板上の光学的に透明な薄
膜の厚さを10nm以下の精度で計測し、この計測した
結果を用いて成膜工程、CMP工程、露光工程またはエ
ッチング工程のうちの少なくとも1つの工程のプロセス
条件を制御することが可能になる。
That is, a film forming process for forming a thin film on a substrate, a CMP process for processing a thin film formed on a substrate,
An exposure step of applying a resist on the processed thin film and exposing a pattern, and C using the exposed resist as a mask
In a manufacturing process of a semiconductor device including an etching process of etching a thin film processed by MP processing, the film thickness measurement according to the present invention is performed on a substrate that has undergone a film forming process or a substrate that has gone through a CMP process to perform optical measurement on the substrate. The thickness of a transparent thin film with an accuracy of 10 nm or less, and using the measurement result to control the process conditions of at least one of the film forming step, the CMP step, the exposing step, and the etching step. Will be possible.

【0090】膜厚を計測した結果、膜厚にばらつきがあ
る場合には、露光工程やエッチング工程に影響がある場
合が考えられる。露光工程の場合、ショットないのある
部分で焦点を定めて露光するため、膜厚のばらつきが大
きい場合不良となる。この場合、ショット内の膜厚のば
らつきによる表面の凹凸が少なくとも露光の焦点深度以
内の場合は、ショット内の膜厚のばらつきを評価するこ
とにより最適の高さに焦点を設定する事ができ、不良の
発生を低減することができる。
As a result of the measurement of the film thickness, if the film thickness varies, the exposure process and the etching process may be affected. In the case of the exposure step, the exposure is performed by focusing on a portion where there is no shot, so if the variation in film thickness is large, it becomes defective. In this case, when the unevenness of the surface due to the variation of the film thickness within the shot is at least within the depth of focus of the exposure, the focus can be set to the optimum height by evaluating the variation of the film thickness within the shot. It is possible to reduce the occurrence of defects.

【0091】エッチングの場合にも、膜厚のばらつきが
大きい場合、穴の貫通不良等が発生する場合が考えられ
る。この場合も膜厚のばらつきを評価しておけば、エッ
チング時間を最適化する等により不良の発生を低減する
ことができる。
Also in the case of etching, when the variation in film thickness is large, defective penetration of holes may occur. Also in this case, if the variation in the film thickness is evaluated, the occurrence of defects can be reduced by optimizing the etching time or the like.

【0092】成膜工程対しても、例えば、研磨前の膜厚
によって研磨後の膜厚のばらつきが変化する場合は、研
磨後の膜厚のばらつきを評価することにより、成膜の厚
さを最適化することができる。
Even in the film forming step, for example, when the variation in the film thickness after polishing changes depending on the film thickness before polishing, the variation in the film thickness after polishing is evaluated to determine the thickness of the film formation. Can be optimized.

【0093】このように計測した結果をCMP工程はも
ちろん様々な工程の条件等に反映することにより、不良
発生を低減する事が可能となる。
By reflecting the result of the measurement as described above not only in the CMP process but also in the conditions of various processes, the occurrence of defects can be reduced.

【0094】[0094]

【発明の効果】本発明によれば、熟練を要さず短時間,
自動で正確な評価が可能な膜厚管理用計測点を決定する
ことができる。および、上記方法を用いることにより、
歩留まりの及びスループットの向上が可能となる。例え
ば、上記のシリコンウェハ上に半導体デバイスを製造す
る方法および製造ラインにおけるCMP工程において高
精度の膜厚管理が可能となり、工程のスループット向上
がはかれる。
According to the present invention, no skill is required for a short time.
It is possible to determine a measurement point for film thickness control that can be automatically and accurately evaluated. And, by using the above method,
It is possible to improve the yield and the throughput. For example, the method of manufacturing a semiconductor device on the above-mentioned silicon wafer and the CMP process in the manufacturing line enable highly accurate film thickness control, and the throughput of the process can be improved.

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

【図1】膜厚計測可能な領域で検出した分光波形の一例
で、反射率と波数との関係を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing an example of a spectral waveform detected in a region where film thickness can be measured, showing a relationship between reflectance and wave number.

【図2】膜厚計測不可の領域で検出した分光波形の一例
で、反射率と波数との関係を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing an example of a spectral waveform detected in a region where film thickness measurement cannot be performed, showing a relationship between reflectance and wave number.

【図3】膜厚計測可能な領域で検出した分光波形を周波
数解析した結果の一例で、反射光強度と周波数との関係
を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between reflected light intensity and frequency in an example of a result of frequency analysis of a spectral waveform detected in a film thickness measurable region.

【図4】膜厚計測不可の領域で検出した分光波形を周波
数解析した結果の一例で、反射光強度と周波数との関係
を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing an example of a result of frequency analysis of a spectral waveform detected in a region where film thickness measurement is impossible, showing a relationship between reflected light intensity and frequency.

【図5】膜厚計測可能な領域で検出した分光波形の極大
値を検出した一例で、反射率と波数との関係を示すグラ
フである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between reflectance and wave number in an example in which a maximum value of a spectral waveform detected in a region where film thickness can be measured is detected.

【図6】膜厚計測不可の領域で検出した分光波形の極大
値を検出した一例で、反射率と波数との関係を示すグラ
フである。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between reflectance and wave number in an example in which a maximum value of a spectral waveform detected in a region where film thickness measurement cannot be performed is detected.

【図7】膜厚計測可能な領域で検出した分光波形に対し
て理論波形をフィッティングさせた一例を示すグラフで
ある。
FIG. 7 is a graph showing an example of fitting a theoretical waveform to a spectral waveform detected in a film thickness measurable region.

【図8】膜厚計測不可の領域で検出した分光波形に対し
て理論波形をフィッティングさせた一例を示すグラフで
ある。
FIG. 8 is a graph showing an example of fitting a theoretical waveform to a spectral waveform detected in a region where film thickness measurement cannot be performed.

【図9】本発明による計測探索手順の一例(方形領域を
近いもの順に探索)を示す試料表面の概略図である。
FIG. 9 is a schematic view of a sample surface showing an example of a measurement search procedure according to the present invention (searching for a rectangular region in order from the closest one).

【図10】本発明による計測探索手順の一例(方形領域
を渦巻き状に探索)を示す試料表面の概略図である。
FIG. 10 is a schematic view of a sample surface showing an example of a measurement search procedure according to the present invention (a spiral search for a rectangular area).

【図11】本発明による計測探索手順の一例(方形領域
を渦巻き線状に探索)を示す試料表面の概略図である。
FIG. 11 is a schematic view of a sample surface showing an example of a measurement search procedure according to the present invention (searching a rectangular region in a spiral line shape).

【図12】本発明による計測探索手順の一例(渦巻き状
に近いもの順に探索)を示す試料表面の概略図である。
FIG. 12 is a schematic view of a sample surface showing an example of a measurement search procedure according to the present invention (searching in a spiral order).

【図13】本発明による計測探索手順の一例(渦巻き状
に近いもの順に探索)を示す試料表面の概略図である。
FIG. 13 is a schematic view of a sample surface showing an example of a measurement search procedure according to the present invention (searching in a spiral order).

【図14】本発明による計測探索手順の一例(渦巻き線
状に近いもの順に探索)を示す試料表面の概略図であ
る。の概略図である。
FIG. 14 is a schematic view of a sample surface showing an example of a measurement search procedure according to the present invention (searching in the order closer to a spiral line). FIG.

【図15】本発明による膜厚計測領域を表示した表示画
面の正面図である。
FIG. 15 is a front view of a display screen displaying a film thickness measurement region according to the present invention.

【図16】本発明による膜厚計測領域を表示した表示画
面の正面図である。
FIG. 16 is a front view of a display screen displaying a film thickness measurement region according to the present invention.

【図17】本発明による膜厚計測領域を表示した表示画
面の正面図である。
FIG. 17 is a front view of a display screen displaying a film thickness measurement region according to the present invention.

【図18】本発明による1チップ内の膜厚計測領域を表
示した表示画面の正面図である。
FIG. 18 is a front view of a display screen displaying a film thickness measurement region in one chip according to the present invention.

【図19】本発明による1チップ内の膜厚計測領域を表
示した表示画面の正面図である。
FIG. 19 is a front view of a display screen displaying a film thickness measurement region in one chip according to the present invention.

【図20】本発明による1チップ内での膜厚計測点を設
定する操作を行う表示画面の正面図である。
FIG. 20 is a front view of a display screen for performing an operation of setting a film thickness measurement point in one chip according to the present invention.

【図21】本発明による膜厚計測点設定時に表示する拡
大画像の一例を示す表示画面の正面図である。
FIG. 21 is a front view of a display screen showing an example of an enlarged image displayed when setting a film thickness measurement point according to the present invention.

【図22】本発明による測定領域周辺の画像の一例を示
す図である。
FIG. 22 is a diagram showing an example of an image around a measurement region according to the present invention.

【図23】本発明による測定領域周辺の画像で、エッジ
検出処理を施した画像の一例を示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing an example of an image around the measurement region according to the present invention, which has been subjected to edge detection processing.

【図24】本発明による測定領域周辺の画像で、横線抽
出処理を施した画像の一例を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing an example of an image around the measurement region according to the present invention, which has been subjected to horizontal line extraction processing.

【図25】本発明による測定領域周辺の画像で、抽出し
た横線の密度分布抽出処理手順を示す画像の一例を示す
図である。
FIG. 25 is a diagram showing an example of an image around a measurement region according to the present invention, showing an extracted horizontal line density distribution extraction processing procedure;

【図26】本発明による測定領域周辺の画像で、抽出し
た横線の密度分布抽出処理手順を示す画像の一例を示す
図である。
FIG. 26 is a diagram showing an example of an image around a measurement region according to the present invention and showing a density distribution extraction processing procedure of an extracted horizontal line.

【図27】本発明による測定領域周辺の画像で、抽出し
た横線の密度分布抽出処理手順を示す画像の一例を示す
図である。
FIG. 27 is a diagram showing an example of an image around a measurement region according to the present invention and showing a density distribution extraction processing procedure of extracted horizontal lines.

【図28】本発明による画像処理を用いた計測点決定処
理の一例を示す図である。
FIG. 28 is a diagram showing an example of measurement point determination processing using image processing according to the present invention.

【図29】本発明による画像処理を用いた計測点決定処
理の一例を示す図である。
FIG. 29 is a diagram showing an example of measurement point determination processing using image processing according to the present invention.

【図30】本発明により測定した1チップ内の膜厚の分
布を示す膜厚分布図である。
FIG. 30 is a film thickness distribution chart showing a film thickness distribution in one chip measured by the present invention.

【図31】本発明により選定した1チップ内の膜厚管理
用計測点の状態を示す1チップ分の平面図である。
FIG. 31 is a plan view of one chip showing the state of film thickness management measurement points in one chip selected according to the present invention.

【図32】本発明をCMP加工ラインに適用して例を示
すCMP加工ラインの概略平面図である。
FIG. 32 is a schematic plan view of a CMP processing line showing an example in which the present invention is applied to the CMP processing line.

【図33】多層膜の断面図である。FIG. 33 is a cross-sectional view of a multilayer film.

【図34】複数の層構造が混在する計測対象の断面図で
ある。
FIG. 34 is a cross-sectional view of a measurement target in which a plurality of layer structures are mixed.

【図35】2つの層構造が混在する計測対象の断面図で
ある。
FIG. 35 is a cross-sectional view of a measurement target in which two layer structures are mixed.

【図36】本発明による膜厚計測装置の集光系の検出光
学系の概略構成を示す正面図である。
FIG. 36 is a front view showing a schematic configuration of a detection optical system of a light collecting system of the film thickness measuring device according to the present invention.

【図37】本発明による膜厚計測装置の結像系の検出光
学系の概略構成を示す正面図である。
FIG. 37 is a front view showing a schematic configuration of a detection optical system of the image forming system of the film thickness measuring apparatus according to the present invention.

【図38】検出波長よりも大きな寸法のパターンと計測
視野の関係を示すパターンの平面図である。
FIG. 38 is a plan view of a pattern showing a relationship between a pattern having a size larger than the detection wavelength and a measurement visual field.

【図39】本発明による検出波長よりも大きな寸法のパ
ターンのモデル式の設定方法を示すパターンの断面図で
ある。
FIG. 39 is a sectional view of a pattern showing a method for setting a model formula of a pattern having a size larger than the detection wavelength according to the present invention.

【図40】検出波長よりも小さい寸法のパターンと計測
視野の関係を示すパターンの平面図である。
FIG. 40 is a plan view of a pattern showing a relationship between a pattern having a size smaller than the detection wavelength and a measurement visual field.

【図41】本発明による検出波長よりも小さい寸法のパ
ターンのモデル式の設定方法を示すパターンの断面図で
ある。
FIG. 41 is a sectional view of a pattern showing a method of setting a model formula of a pattern having a size smaller than the detection wavelength according to the present invention.

【図42】本発明において算出した面積率の算出精度評
価結果の一例で、算出面積率と計測視野内パターン面積
率との関係を示すグラフである。
FIG. 42 is a graph showing the relationship between the calculated area ratio and the pattern area ratio in the measurement visual field, which is an example of the calculation accuracy evaluation result of the area ratio calculated in the present invention.

【図43】本発明による計測誤差の絶対値と計測視野内
パターン面積率との関係を示すグラフである。
FIG. 43 is a graph showing the relationship between the absolute value of the measurement error and the pattern area ratio in the measurement visual field according to the present invention.

【図44】本発明による境界構造を考慮した場合の効果
の一例を示す反射率と波長との関係を示すグラフであ
る。
FIG. 44 is a graph showing a relationship between reflectance and wavelength showing an example of an effect when a boundary structure according to the present invention is considered.

【図45】本発明による膜厚計測結果をプロセス条件に
反映させる半導体デバイス製造ラインの構成の一例を示
すブロック図である。
FIG. 45 is a block diagram showing an example of the configuration of a semiconductor device manufacturing line that reflects the film thickness measurement result according to the present invention in process conditions.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……膜厚計測可能な領域で検出した分光波形 2……膜厚計測不可の領域で検出した分光波形 3……膜厚計測可能な領域で検出した分光波形の周波数
解析結果 4……膜厚計測不可の領域で検出した分光波形の周波数
解析結果 5……高周波成分の強度 6……低周波成分の強度 7……強度しきい値 8……膜厚計測可能な領域で検出した分光波形の極大値 9……膜厚計測不可の領域で検出した分光波形の極大値 10……膜厚計測可能な領域で検出した分光波形に対して
フィッティングした理論波形 11……膜厚計測不可の領域で検出した分光波形に対して
フィッティングした理論波形 12……最初に設定した計測点,13……探索領域,14……
探索領域 15……探索画面表示ウィンドウ,16……最初に設定した
計測点,17……探索領域 18……計測対象パターン,19……可能のパターン,20…
…計測不可領域の表示 21……1チップ画像,22……計測対象パターン,23……
設定計測点 24……計測点設定用ウィンドウ,25……設定計測点,26
……カーソル 27……基準位置マーク,28……計測点設定用ウィンド
ウ,29……計測領域 30……下層のパターン,31……計測対象パターン,32…
…計測対象パターン 33……計測領域,34……エッジ検出したパターン,35…
…横線抽出しパターン 36……抽出した計測可能領域,37……1チップ膜厚分布
計測結果 38……膜厚最小部を含む詳細な膜厚分布計測結果 39……膜厚最大部を含む詳細な膜厚分布計測結果 40……膜厚管理用計測点選定結果,41……膜厚管理用計
測点 42……スタンドアローンタイプの膜厚計測装置,43……
CMP装置 44……CMP装置搭載の膜厚計測装置 101……試料,102……ステージ,103……光源,104……
ビームスプリッタ,105……レンズ系, 106……空間フィ
ルタ,107……レンズ系,108……視野絞り,109……レ
ンズ系,110……分光器,111……レンズ系,112……レ
ンズ系,113……レンズ系,114……計測視野,115……
数μm大のパターン,116……層構造1,117……層構造
2,118……1μm以下のパターン,119……境界構造,
120……対物レンズ,121……成膜条件判定装置,122…
…CMP条件判定装置,123……露光条件判定装置,124
……エッチング条件判定装置
1 …… Spectral waveform detected in the area where film thickness can be measured 2 …… Spectral waveform detected in the area where film thickness cannot be measured 3 …… Frequency analysis result of the spectral waveform detected in the area where film thickness can be measured 4 …… Film Frequency analysis result of the spectral waveform detected in the area where the thickness cannot be measured 5 …… High frequency component strength 6 …… Low frequency component strength 7 …… Strength threshold 8 …… Spectral waveform detected in the film thickness measurable area Maximum value of the spectral waveform detected in the region where the film thickness cannot be measured 10 The theoretical waveform fitted to the spectral waveform detected in the region where the film thickness can be measured 11 The region where the film thickness cannot be measured Theoretical waveform fitted to the spectral waveform detected in step 12 ... Measurement point initially set, 13 ... Search area, 14 ...
Search area 15 …… Search screen display window, 16 …… Measurement point initially set, 17 …… Search area 18 …… Measurement target pattern, 19 …… Possible patterns, 20…
… Display of non-measurable area 21 …… 1 chip image, 22 …… Measurement target pattern, 23 ……
Set measurement point 24 …… Measurement point setting window, 25 …… Set measurement point, 26
...... Cursor 27 …… Reference position mark, 28 …… Measurement point setting window, 29 …… Measurement area 30 …… Lower layer pattern, 31 …… Measurement target pattern, 32 ……
… Measurement target pattern 33 …… Measurement area, 34 …… Edge detected pattern, 35…
… Horizontal line extracted pattern 36 …… Extracted measurable area, 37 …… 1 chip film thickness distribution measurement result 38 …… Detailed film thickness distribution measurement result including minimum film thickness 39 …… Details including maximum film thickness Thickness distribution measurement results 40 …… Results of selecting film thickness control measurement points, 41 …… Measurement points for film thickness control 42 …… Stand-alone type film thickness measurement equipment, 43 ……
CMP device 44 …… CMP film thickness measuring device 101 …… Sample, 102 …… Stage, 103 …… Light source, 104 ……
Beam splitter, 105 …… lens system, 106 …… spatial filter, 107 …… lens system, 108 …… field stop, 109 …… lens system, 110 …… spectrometer, 111 …… lens system, 112 …… lens system , 113 …… Lens system, 114 …… Measuring field of view, 115 ……
Patterns of several μm size, 116 …… Layer structure 1,117 …… Layer structure 2,118 …… Patterns less than 1 μm, 119 …… Boundary structure,
120 ... Objective lens, 121 ... Deposition condition determination device, 122 ...
… CMP condition determination device, 123 …… Exposure condition determination device, 124
...... Etching condition determination device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA30 BB02 BB22 CC19 DD06 FF41 HH04 HH13 LL04 LL30 QQ18 QQ31 2G020 AA04 BA04 BA18 CA12 CB04 CC23 CD16 4M106 AA01 AA12 BA04 CA48 DH03   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 2F065 AA30 BB02 BB22 CC19 DD06                       FF41 HH04 HH13 LL04 LL30                       QQ18 QQ31                 2G020 AA04 BA04 BA18 CA12 CB04                       CC23 CD16                 4M106 AA01 AA12 BA04 CA48 DH03

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】表面に形成したパターンを光学的に透明な
薄膜で被覆した構成を有する試料に光を照射し、該光の
照射により前記試料から発生する反射光を光学系を介し
て検出し、該検出した反射光の分光分布波形の情報を用
いて前記光学的に透明な膜の膜厚を求める方法であっ
て、前記光学系の検出視野内における前記パターンの面
積率の情報を用いて前記パターンを被覆する光学的に透
明な膜の膜厚を求めることを特徴とする薄膜の膜厚計測
方法。
1. A sample having a structure in which a pattern formed on a surface is covered with an optically transparent thin film is irradiated with light, and reflected light generated from the sample by irradiation of the light is detected via an optical system. A method for obtaining the film thickness of the optically transparent film by using the information of the spectral distribution waveform of the detected reflected light, which uses the information of the area ratio of the pattern in the detection visual field of the optical system. A method for measuring a film thickness of a thin film, which comprises obtaining a film thickness of an optically transparent film covering the pattern.
【請求項2】多層の膜が形成されて表面が光学的に透明
な薄膜で覆われた試料に光を照射し、該光の照射により
前記試料から発生する反射光を光学系を介して検出し、
該検出した反射光の分光分布波形の情報を用いて前記光
学的に透明な膜の膜厚を求める方法であって、複数の層
構造を有する領域モデルを設定して該領域モデルからの
反射光の波形を算出し、該算出した波形の情報と前記検
出した反射光の分光分布波形の情報とを用いてフィッテ
ィングにより前記光学的に透明な膜の膜厚を求めること
を特徴とする薄膜の膜厚計測方法。
2. A sample in which a multilayer film is formed and the surface of which is covered with an optically transparent thin film is irradiated with light, and reflected light generated from the sample by irradiation of the light is detected via an optical system. Then
A method of obtaining the film thickness of the optically transparent film by using the information of the spectral distribution waveform of the detected reflected light, wherein the area model having a plurality of layer structures is set and the reflected light from the area model is set. A film of a thin film, characterized in that the thickness of the optically transparent film is obtained by fitting using the information of the calculated waveform and the information of the detected spectral distribution waveform of the reflected light. Thickness measurement method.
【請求項3】前記領域モデルには、前記パターンからの
反射光と前記パターンより下の層からの反射光とが混在
する領域モデルを含むことを特徴とする、請求項2記載
の膜厚計測方法。
3. The film thickness measurement according to claim 2, wherein the area model includes an area model in which reflected light from the pattern and reflected light from a layer below the pattern are mixed. Method.
【請求項4】前記領域モデルに複数の層構造を設定し、
それぞれの構造が隣接する部分を別の構造として設定す
る事を特徴とする、請求項2記載の膜厚計測方法。
4. A plurality of layer structures are set in the area model,
The film thickness measuring method according to claim 2, wherein adjacent portions of the respective structures are set as different structures.
【請求項5】表面に形成したパターンを光学的に透明な
薄膜で被覆した構成を有する試料に光を照射し、該光の
照射により前記試料から発生する反射光を光学系を介し
て検出し、該検出した反射光の分光分布波形の情報を用
いて前記光学的に透明な膜の膜厚を求める方法であっ
て、前記パターンからの反射光と前記パターンの下の層
からの反射光とが混在する領域を考慮した領域モデルを
設定し、該設定した領域モデルからの反射光の波形を算
出し、該算出した波形の情報と前記検出した反射光の分
光分布波形の情報とを用いて前記パターンを被覆する光
学的に透明な膜の膜厚を求めることを特徴とする薄膜の
膜厚計測方法。
5. A sample having a structure in which a pattern formed on the surface is coated with an optically transparent thin film is irradiated with light, and reflected light generated from the sample by the irradiation of the light is detected through an optical system. A method for obtaining the film thickness of the optically transparent film using the information of the spectral distribution waveform of the detected reflected light, wherein the reflected light from the pattern and the reflected light from a layer below the pattern A region model in consideration of a mixed region is set, a waveform of reflected light from the set region model is calculated, and information of the calculated waveform and information of the spectral distribution waveform of the detected reflected light is used. A method for measuring a film thickness of a thin film, which comprises obtaining a film thickness of an optically transparent film covering the pattern.
【請求項6】前記試料の表面に形成したパターンの幅が
1μm又はそれ以下の寸法であることを特徴とする請求
項1または5に記載の薄膜の膜厚計測方法。
6. The method for measuring the film thickness of a thin film according to claim 1, wherein the width of the pattern formed on the surface of the sample is 1 μm or less.
【請求項7】ウェハ表面に光を照射し、該光の照射によ
り前記ウェハ表面からの反射光を検出し、該検出した反
射光に基づいて膜厚を計測する膜厚計測方法において、
該検出した反射光の分光データを用いて計測点を決定す
ることを特徴とする膜厚計測方法。
7. A film thickness measuring method for irradiating a wafer surface with light, detecting reflected light from the wafer surface by the irradiation of light, and measuring a film thickness based on the detected reflected light,
A film thickness measuring method, characterized in that a measuring point is determined by using the detected spectral data of reflected light.
【請求項8】前記反射光の分光データの極大値または極
小値を示す位置およびその大きさの情報を用いて計測点
を決定することを特徴とする請求項7記載の膜厚計測方
法。
8. The film thickness measuring method according to claim 7, wherein the measurement point is determined by using the information indicating the position and the position of the maximum value or the minimum value of the spectral data of the reflected light.
【請求項9】前記反射光の分光データを周波数解析し、
該周波数解析した結果に基づいて所望の条件の計測点を
決定することを特徴とする請求項7記載の膜厚計測方
法。
9. A frequency analysis is performed on the spectral data of the reflected light,
The film thickness measuring method according to claim 7, wherein a measuring point under a desired condition is determined based on a result of the frequency analysis.
【請求項10】前記反射光の分光データから計測対象構
造の計測視野内における面積率を求め、該求めた面積率
の情報を用いて計測点を決定することを特徴とする請求
項7記載の膜厚計測方法。
10. The area ratio in the measurement field of view of the structure to be measured is calculated from the spectral data of the reflected light, and the measurement point is determined by using the information of the calculated area ratio. Film thickness measurement method.
【請求項11】表面に光学的に透明な薄膜を形成した試
料に光を照射する照射手段と、該照射手段により照射さ
れて前記試料から発生する反射光を光学系を介して検出
する検出手段と、該検出手段で検出したデータから膜厚
を算出する膜厚算出手段とを備えた膜厚計測装置であっ
て、前記膜厚算出手段は、前記光学系の検出視野内にお
ける前記パターンの面積率の情報を用いて前記光学的に
透明な膜の膜厚を求めることを特徴とする薄膜の膜厚計
測装置。
11. An irradiation means for irradiating a sample having an optically transparent thin film formed on its surface with light, and a detection means for detecting reflected light emitted by the irradiation means from the sample through an optical system. And a film thickness calculating device for calculating a film thickness from the data detected by the detecting device, wherein the film thickness calculating device is an area of the pattern in a detection visual field of the optical system. A film thickness measuring device for a thin film, characterized in that the film thickness of the optically transparent film is obtained using information on the rate.
【請求項12】表面に光学的に透明な薄膜を形成した試
料に光を照射する照射手段と、該照射手段により照射さ
れて前記試料から発生する反射光を光学系を介して検出
する検出手段と、該検出手段で検出したデータから膜厚
を算出する膜厚算出手段とを備えた膜厚計測装置であっ
て、前記膜厚算出手段は、複数の層構造を有する領域モ
デルを設定して該領域モデルからの反射光の波形を算出
し、該算出した波形の情報と前記検出した反射光の分光
分布波形の情報とを用いてフィッティングにより前記光
学的に透明な膜の膜厚を求めることを特徴とする薄膜の
膜厚計測装置。
12. An irradiating means for irradiating a sample having an optically transparent thin film formed on its surface with light, and a detecting means for detecting reflected light emitted by the irradiating means from the sample through an optical system. And a film thickness measuring device for calculating a film thickness from the data detected by the detecting device, wherein the film thickness calculating device sets a region model having a plurality of layer structures. Calculating the waveform of the reflected light from the area model, and determining the film thickness of the optically transparent film by fitting using the information of the calculated waveform and the information of the spectral distribution waveform of the detected reflected light. A thin film thickness measuring device characterized by:
【請求項13】前記検出手段は、波長帯域が400〜8
00nmの光を検出することを特徴とする請求項11又
は12に記載の薄膜デバイスの製造装置。
13. The detecting means has a wavelength band of 400-8.
13. The thin-film device manufacturing apparatus according to claim 11 or 12, which detects light of 00 nm.
【請求項14】前記検出手段で検出した反射光の分光デ
ータを用いて計測点を決定する計測点決定手段を更に備
えたことを特徴とする請求項11又は12に記載の薄膜
デバイスの製造装置。
14. The thin film device manufacturing apparatus according to claim 11, further comprising a measuring point determining unit that determines a measuring point using spectral data of reflected light detected by the detecting unit. .
【請求項15】前記計測点決定手段は、前記反射光の分
光データの極大値または極小値を示す位置およびその大
きさの情報を用いて計測点を決定することを特徴とする
請求項14記載の膜厚計測装置。
15. The measurement point determining means determines the measurement point by using information on a position indicating the maximum value or the minimum value of the spectral data of the reflected light and the size thereof. Film thickness measuring device.
【請求項16】前記計測点決定手段は、前記反射光の分
光データを周波数解析し、該周波数解析した結果に基づ
いて所望の条件の計測点を決定することを特徴とする請
求項14記載の膜厚計測装置。
16. The measurement point determining means frequency-analyzes the spectral data of the reflected light, and determines a measurement point under a desired condition based on a result of the frequency analysis. Film thickness measuring device.
【請求項17】前記計測点決定手段は、前記反射光の分
光データから計測対象構造の計測視野内における面積率
を求め、該求めた面積率の情報を用いて計測点を決定す
ることを特徴とする請求項14記載の膜厚計測装置。
17. The measuring point determining means determines an area ratio of a structure to be measured in a measurement field of view from the spectral data of the reflected light, and determines the measuring point by using the obtained area ratio information. The film thickness measuring device according to claim 14.
【請求項18】基板上に薄膜を形成する成膜工程と、前
記基板上に形成された薄膜を加工するCMP工程と、前
記加工された薄膜上にレジストを塗布してパターンを露
光する露光工程と、前記露光されたレジストをマスクと
して前記CMP加工された薄膜をエッチング加工するエ
ッチング工程とを備えた半導体デバイスの製造工程にお
いて、前記成膜工程を経た基板または前記CMP工程を
経た基板上の薄膜の厚さを10nm以下の精度で計測
し、該計測した結果を用いて前記成膜工程、CMP工
程、露光工程またはエッチング工程のうちの少なくとも
1つの工程のプロセス条件を制御することを特徴とする
半導体デバイスの製造方法。
18. A film forming step of forming a thin film on a substrate, a CMP step of processing the thin film formed on the substrate, and an exposing step of applying a resist on the processed thin film to expose a pattern. And a step of etching a CMP-processed thin film using the exposed resist as a mask, in the manufacturing process of a semiconductor device, the substrate that has undergone the film-forming process or the thin film on the substrate that has undergone the CMP process. Is measured with an accuracy of 10 nm or less, and the process result of the measurement is used to control the process condition of at least one of the film forming step, the CMP step, the exposing step, and the etching step. Manufacturing method of semiconductor device.
【請求項19】基板上に薄膜を形成する成膜工程と、前
記基板上に形成された薄膜を加工するCMP工程と、前
記加工された薄膜上にレジストを塗布してパターンを露
光する露光工程と、前記露光されたレジストをマスクと
して前記CMP加工された薄膜をエッチング加工するエ
ッチング工程とを備えた半導体デバイスの製造工程にお
いて、前記成膜工程を経た基板または前記CMP工程を
経た基板上の薄膜の厚さを、前記基板に照射した光の反
射光を検出して得た該反射光の分光データを用いて決定
した計測点ごとに計測し、該計測した結果を用いて前記
成膜工程、CMP工程、露光工程またはエッチング工程
のうちの少なくとも1つの工程のプロセス条件を制御す
ることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
19. A film forming step of forming a thin film on a substrate, a CMP step of processing the thin film formed on the substrate, and an exposing step of applying a resist on the processed thin film to expose a pattern. And a step of etching a CMP-processed thin film using the exposed resist as a mask, in the manufacturing process of a semiconductor device, the substrate that has undergone the film-forming process or the thin film on the substrate that has undergone the CMP process. The thickness of the film is measured at each measurement point determined by using the spectroscopic data of the reflected light obtained by detecting the reflected light of the light applied to the substrate, and the film forming step using the measured result, A method of manufacturing a semiconductor device, which comprises controlling a process condition of at least one of a CMP step, an exposure step and an etching step.
【請求項20】前記成膜工程において、前記基板上に光
学的に透明な薄膜を形成することを特徴とする請求項1
9又は20に記載の半導体デバイスの製造方法。
20. An optically transparent thin film is formed on the substrate in the film forming step.
21. The method for manufacturing a semiconductor device according to 9 or 20.
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