JP2003302334A - Analytical method for ultrathin-film two-layer structure using spectral ellipsometer - Google Patents

Analytical method for ultrathin-film two-layer structure using spectral ellipsometer

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JP2003302334A JP2002110710A JP2002110710A JP2003302334A JP 2003302334 A JP2003302334 A JP 2003302334A JP 2002110710 A JP2002110710 A JP 2002110710A JP 2002110710 A JP2002110710 A JP 2002110710A JP 2003302334 A JP2003302334 A JP 2003302334A
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ナバトバーガバイン,ナタリア
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for measuring and analyzing an ultrathin-film two-layer structure by using a spectral ellipsometer. <P>SOLUTION: The method comprises a spectrum measuring stage, a first analytical stage, a second analytical stage and a third analytical stage. At the spectrum measuring stage, the ultrathin-film two-layer structure on the surface of a substrate as a measuring object is measured by using the spectral ellipsometer so as to obtain data on the object. In a first step at the first analytical stage, a plurality of models of the object are set up, and the plurality of models are fitted to a measuring spectrum in a second step, and the results of the models are decided in a third step. In a first step at the second analytical stage, a result obtained at the first analytical stage is set as an initial value of a new model, and an extended BLMC operation is performed in the second and third steps. In a first step at the third analytical stage, a result obtained at the second analytical stage is used, a final fitting operation is performed, and a result obtained by the fitting operation is confirmed at the second step. In the third step, the results are saved. <P>COPYRIGHT: (C)2004,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、分光エリプソメー
タを用いて得たデータを、広範囲極小値計算法(Extend
ed Best Local Minimum Caluculation 以下、Exte
nded BLMC)を用いて処理する極薄膜2層構造
の解析方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention uses data obtained by a spectroscopic ellipsometer to calculate a local minimum value (Extend).
ed Best Local Minimum Caluculation, Exte
The present invention relates to a method for analyzing an ultrathin film two-layer structure which is processed by using N.

【0002】[0002]

【従来の技術】分光エリプソメータを用いて入射光と反
射光の偏光変化量を測定し、その結果から膜厚(d)、
複素屈折率N(N=n−ik)を算出することができ
る。偏光変化量(ρ)はρ=tanψexp(iΔ)で
表され、波長(λ)、入射角度(φ)、膜厚、複素屈折
率等のパラメータに依存するので、その関係は次のよう
になる。 (d,n,k)=f(Ψ,Δ,λ,φ)
2. Description of the Related Art A polarization change amount of incident light and reflected light is measured by using a spectroscopic ellipsometer, and from the result, the film thickness (d),
The complex refractive index N (N = n-ik) can be calculated. The polarization change amount (ρ) is represented by ρ = tan ψ exp (iΔ) and depends on parameters such as wavelength (λ), incident angle (φ), film thickness, and complex refractive index. Therefore, the relationship is as follows. . (D, n, k) = f (Ψ, Δ, λ, φ)

【0003】入射角度を固定した場合、単一波長エリプ
ソメータでは、(d,n,k)の3つの未知数に対し、
2つの独立変数しか測定できないので、d,n,kの内
のいずれか一つを既知として固定する必要がある。単一
波長でも入射角度を変えると測定変数は増加する。しか
しながら、入射角度(φ)の違いによる(Ψφ1 ,Δφ
1 )と(Ψφ2 ,Δφ2 )に強い相関関係があるため、
d,n,kを精度良く求めることは難しい。
When the incident angle is fixed, in the single wavelength ellipsometer, for three unknowns of (d, n, k),
Since only two independent variables can be measured, it is necessary to fix any one of d, n, and k as known. The measurement variable increases when the incident angle is changed even at a single wavelength. However, due to the difference in the incident angle (φ) (Ψφ 1 , Δφ
1 ) and (Ψφ 2 , Δφ 2 ) have a strong correlation,
It is difficult to accurately obtain d, n, k.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】偏光変化量は、光が通
る体積、(位相角(β)×ビーム径の面積)で表すこと
ができる。位相角(β)は次の式で表される。 β=2π(d/λ)(N0 2−N0 2sin2 φ01/2 ビーム径が一定とすると偏光変化量は次のようになる。 偏光変化量∝膜厚(d)×(複素屈折率N)×φ ここにおいて、φは入射角である。膜厚(d)が薄く、
Nが低ければ、位相角(β)の変化が小さくなり、dと
Nの間に相関関係が強くなる。
The amount of change in polarization can be expressed by the volume through which light passes, (phase angle (β) × area of beam diameter). The phase angle (β) is expressed by the following equation. β = 2π (d / λ) (N 0 2 −N 0 2 sin 2 φ 0 ) 1/2 When the beam diameter is constant, the polarization change amount is as follows. Polarization change amount ∝ film thickness (d) × (complex refractive index N) × φ Here, φ is the incident angle. The film thickness (d) is thin,
When N is low, the change in the phase angle (β) is small, and the correlation between d and N is strong.

【0005】前述した問題は、極薄膜2層構造の場合、
上記にさらに各層の間に相関関係が発生する可能性があ
り、偏光変化量を表している測定結果(ΨE ( λi ) ,
ΔE( λi ) )から、各層のn,k,dを求めることが
困難となる。
The above-mentioned problem is caused by the ultra-thin two-layer structure.
Further, there is a possibility that a correlation may occur between the layers, and the measurement result (Ψ Ei ),
It is difficult to obtain n, k, and d of each layer from Δ Ei ).

【0006】前述したように、測定された多層薄膜の偏
光変化を表している測定スペクトル(ΨE ( λi ) ,Δ
E ( λi ) )は、前記基板のn,k情報、各層のn,
k,dの情報のすべてを含んでいるが、これから、前記
基板のn,k情報、各層のn,k,dの情報の唯一の組
み合わせを算出することはできない(基板のみの場合を
除く)。この前記唯一の組み合わせを探す方法は、分光
エリプソメータデータの解析と呼ばれる。解析を行うと
きは、前記基板のn,k情報、各層のn,k,dの情報
を利用してモデルをたてる。この中の基板や各層のn,
k情報には、リファレンス(既知のテーブルデータ)や
分散式、または似たような材質の単層薄膜の光学定数を
使用する。分散式とは、物質の誘電率の波長依存性を示
す式であり、近赤外から紫外線領域では、この誘電率ε
(λ)は材料の構成原子の結合様式から決定される。分
散式として、調和振動子をもとにした計算式、量子力学
をもとにした計算式、経験式等が知られており、通常2
つ以上のパラメータを含んでいる。前述したモデルに含
まれているすべての未知数(各層の厚さや、分散式パラ
メータ、混合比など)を変化させながら、測定データに
あわせていく。これをフィッティングといい、このフィ
ッティングの結果、各層の膜厚や混合比などが求まり、
分散式パラメータからは、材料の誘電率ε(λ)を計算
することができる。材料の誘電率と屈折率は下記の関係
にある。 ε=N2 本発明では、様々な理由により1つの分散式では膜の誘
電率の波長依存性を特定できないかまたは困難な場合に
ついても問題にして、有効媒質論(EffectiveMedium Th
eory)を利用して、有効誘電率(Effective Dielectric F
unction) を計算する。一般的に、例えばホスト材料中
に様々な誘電率を持つN個の物質(ゲスト)が混ざり合
っている場合、有効誘電率(ε)は、下記の様に表され
る。 この時εh はホストの誘電率を、εj はj個目の誘電率
を、kはスクリーニングファクターを示している。ここ
で、ホストの材料と、中に入っている材料がほぼ同じ量
で混ざり合っているか、またはどちらがホストかゲスト
か分からない場合、ホストの材料自身が有効媒質材料と
同じε=εh になる。この条件の有効媒質論をブラッグ
マンの有効媒質近似(Bruggeman Effective Medium App
roximation以下本願において単にEMA)と呼ばれてい
る。3つの球状物質A,B,Cが対照的に混在している
ときの誘電率εは次の式で与えられる。 fa (εa −ε)/(εa +2ε)+fb (εb −ε)
/(εb +2ε)+fc(εc −ε)/(εc +2ε)
=0 ここで、 ε : 求めようとする有効誘電率 εa , εb , εc : 球状物質A,B,Cの誘電率 fa , fb , fc : 各物質の混合比(Volume Fractio
n 以下Vf)で、 fa +fb +fc =1 基板上の膜が不均一または不連続や、いくつかの材料が
混ざり合っている場合、波長オーダーより十分小さく、
物理的に混合している複数の物質から成る媒質について
は、有効媒質近似(EMA)を利用してモデルをたて
る。物質Aと物質Bと物質Cが混合している場合につい
て説明する。このときの有効媒質近似(EMA)は、物
質Aの混合比、物質Bの混合比、物質Cの混合比、Aと
BとCの混合層の膜厚、誘電率には分散式やリファレン
スデータなどを推定してフィッティングを行い、評価す
る。
As described above, the measured spectrum (Ψ Ei ), Δ
Ei )) is the n, k information of the substrate, the n, k of each layer,
It contains all the k and d information, but from this it is not possible to calculate the unique combination of the n, k information of the substrate and the n, k, d information of each layer (except for the substrate only). . The method for finding this unique combination is called analysis of spectroscopic ellipsometer data. When performing the analysis, a model is created using the n, k information of the substrate and the n, k, d information of each layer. N of the substrate and each layer in this,
As the k information, a reference (known table data), a dispersion formula, or an optical constant of a single-layer thin film made of a similar material is used. The dispersion formula is a formula showing the wavelength dependence of the permittivity of a substance. In the near infrared to ultraviolet region, this permittivity ε
(Λ) is determined from the bonding mode of the constituent atoms of the material. As dispersion formulas, there are known calculation formulas based on harmonic oscillators, calculation formulas based on quantum mechanics, empirical formulas, etc.
Contains one or more parameters. All unknowns (thickness of each layer, dispersion formula parameter, mixing ratio, etc.) included in the model are changed and adjusted to the measured data. This is called fitting. As a result of this fitting, the film thickness and mixing ratio of each layer can be found,
From the dispersion parameters, the dielectric constant ε (λ) of the material can be calculated. The dielectric constant and the refractive index of a material have the following relationship. ε = N 2 In the present invention, the effective medium theory (Effective Medium Thorough) is considered by considering the case where the wavelength dependence of the dielectric constant of the film cannot be specified or is difficult with one dispersion formula for various reasons.
effective dielectric constant (Effective Dielectric F
unction) is calculated. Generally, for example, when N substances (guests) having various dielectric constants are mixed in a host material, the effective dielectric constant (ε) is expressed as follows. At this time, ε h is the permittivity of the host, ε j is the j-th permittivity, and k is the screening factor. Here, if the host material and the material inside are mixed in approximately the same amount, or if it is not known which is the host or guest, the host material itself becomes the same as the effective medium material, ε = ε h . . The effective medium theory of this condition is based on the Bruggeman Effective Medium App
roximation is hereinafter simply referred to as EMA) in the present application. The dielectric constant ε when the three spherical substances A, B and C are mixed in contrast is given by the following equation. f aa −ε) / (ε a + 2ε) + f bb −ε)
/ (Ε b + 2ε) + f c (ε c -ε) / (ε c + 2ε)
= 0 where, epsilon: the effective dielectric constant epsilon a to be obtained, ε b, ε c: spherical material A, B, C of the dielectric constant f a, f b, f c : mixing ratio of each substance (Volume Fractio
In n below Vf), if f a + f b + f c = 1 film on the substrate is mixed heterogeneous or discontinuous and, some material is sufficiently smaller than the wavelength order,
For a medium composed of a plurality of physically mixed substances, an effective medium approximation (EMA) is used to make a model. The case where the substance A, the substance B, and the substance C are mixed will be described. At this time, the effective medium approximation (EMA) is the mixture ratio of the substance A, the mixture ratio of the substance B, the mixture ratio of the substance C, the film thickness of the mixed layer of A, B and C, the dielectric constant and the dispersion formula or reference data. Etc. are estimated and fitting is performed to evaluate.

【0007】本発明の目的は、膜厚や複素屈折率などの
組み合わせモデルを設定し、そのシミュレーションスペ
クトルを算出して、そのシミュレーションスペクトルと
測定スペクトルとのフィッティングを広範囲極小値計算
法(Extended BLMC)を使用して行うこと
により、極薄膜2層構造を決定する、分光エリプソメー
タを用いた極薄膜2層構造解析方法を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to set a combination model such as a film thickness and a complex index of refraction, calculate a simulation spectrum of the combination model, and perform fitting of the simulation spectrum and the measurement spectrum with a wide range minimum value calculation method (Extended BLMC). An object of the present invention is to provide an ultrathin film two-layer structure analysis method using a spectroscopic ellipsometer, which determines the ultrathin film two-layer structure by using the above method.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明による極薄膜2層構造を測定し解析する方法
は基本的に、まず、分光エリプソメータを用いて極薄膜
2層構造を測定し、分光スペクトルを得る。新しい解析
方法は基本的には3つの段階から成立している。解析第
1段階の目的は、実際のサンプルに良く合うと思われる
モデルを複数選択して初期値を決定する。解析第2段階
では、第1段階で得られた初期値をもとにExtend
ed BLMCを行う。必要に応じて、解析第3段階で
は最後のフィッティング、確認、保存を行う。
In order to achieve the above object, the method of measuring and analyzing the ultra-thin film two-layer structure according to the present invention is basically such that the ultra-thin film two-layer structure is first measured using a spectroscopic ellipsometer. Then, a spectrum is obtained. The new analysis method basically consists of three stages. The purpose of the first stage of analysis is to select a plurality of models that are considered to fit the actual sample and determine the initial value. In the second stage of analysis, Extend is performed based on the initial value obtained in the first stage.
ed BLMC is performed. If necessary, at the third stage of analysis, final fitting, confirmation, and storage are performed.

【0009】本発明で利用する超薄膜および薄膜計測方
法で用いる極小値計算法(BLMC)は、極小値計算法
(BLMC)による分光エリプソメータを用いた計測対
象の基板表面の超薄膜および薄膜計測方法において、計
測対象の基板表面の薄膜を、入射光の波長を変えて各波
長λi ごとの入射光と反射光の偏光の変化である測定ス
ペクトルΨE ( λi ) とΔE ( λi ) を得るΨE ,ΔE
スペクトル測定ステップと、前記基板の(N0,(n0,
0 )),基板上の薄膜の(d, N(n, k))を分散式
を用いて仮定し、さらに予想される範囲内にある複数の
膜厚(d±mΔd)および予想される範囲内にある複数
の入射角(φ±mΔφ)を設定するステップと、前記入
射角と膜厚の組み合わせにもとづいて、分散式(DS
P)のパラメータ(εs,ωt )のフィッティングを行う
ステップと、前記フィッティングにより得られた各ΨM
( λi ) とΔM ( λi ) の中から前記ΨE ( λi ) とΔ
E ( λi ) との差の最も少なくなる膜厚(dbest)と入
射角(φbest)の組み合わせを設定したモデルのフィッ
ティング結果(DSPbest)を選択するステップと、前
記選択するステップで選択された入射角度(φbest)を
確定値として、膜厚(dbest)と分散式(DSPbest
のフィッティングを行うステップで構成されている。
The minimum value calculation method (BLMC) used in the ultrathin film and thin film measurement method used in the present invention is an ultrathin film and thin film measurement method on a substrate surface to be measured using a spectroscopic ellipsometer by the minimum value calculation method (BLMC). , The measurement spectra Ψ Ei ) and Δ Ei ) of the thin film on the surface of the substrate to be measured are the changes in the polarization of the incident light and the reflected light for each wavelength λ i by changing the wavelength of the incident light. Ψ E , Δ E
Spectrum measurement step, and (N 0 , (n 0, k
0 )), (d, N (n , k)) of the thin film on the substrate is assumed using a dispersion formula, and further, a plurality of film thicknesses (d ± mΔd) within the expected range and the expected range Based on the step of setting a plurality of incident angles (φ ± mΔφ) inside and the combination of the incident angle and the film thickness, the dispersion formula (DS
P) parameter (ε s, ω t ) fitting step, and each Ψ M obtained by the fitting.
From (λ i ) and Δ Mi ), Ψ Ei ) and Δ
The step of selecting the fitting result (DSP best ) of the model in which the combination of the film thickness (d best ) and the incident angle (φ best ) with the smallest difference from Ei ) is set, and the selection step Using the incident angle (φ best ) as a definite value, the film thickness (d best ) and the dispersion formula (DSP best )
It consists of the steps of fitting.

【0010】前記目的を達成するために本発明による請
求項1記載の分光エリプソメータを用いた極薄膜2層構
造の解析方法は、計測対象の基板表面の極薄膜2層構造
を、入射光の波長を変えて各波長λi ごとの入射光と反
射光の偏光の変化である測定スペクトルΨE ( λi ) と
ΔE ( λ i ) を得るΨE ,ΔE スペクトル測定段階と、
極薄膜2層構造の基板の(N0,(n0,0 ))および各
薄膜の材料(Mat1,Mat2 )の考えられる複素屈
折率(N1,(n1,1 )),(N2,(n2,2))、各
層の膜厚(d1,2 )を利用し、いくつかのモデルをた
てる第1ステップ、前記各モデルごとに前記測定スペク
トルとのフィッティングを行う第2ステップ、および前
記各モデルごとのフィッティングの結果、最低χ2 値を
もつモデルまたは、あらかじめ設定した膜厚の最大、最
小値の中に入っているχ2 の最も低いモデルの結果(d
1(best),2(best) )を決定する第3ステップから成る
解析第1段階と、解析第1段階で得られた結果を、新し
いモデルの初期値として設定する第1ステップ、前記設
定された結果のいずれか一方の層の厚さ(d1(best)
たはd2(best))を中心値として、そのまわりの複数点
ごとに、もう一方の層(d2(best) またはd1(best)
においてBLMCを用いてフィッティングを行う第2ス
テップ、および、前記複数点で行ったBLMCの結果か
ら最低χ2 値の値または、あらかじめ設定した膜厚、分
散式パラメータ、入射角のそれぞれ最大、最小値の中に
入っているχ2 の最も低いモデルを選択する第3ステッ
プから成る解析第2段階と、解析第2段階で得られた結
果を利用して最終的なフィッティングを行う第1ステッ
プ、前記フィッティングで得られた結果の確認を行う第
2ステップ、およびこの結果の保存を行う第3ステップ
から成る解析第3段階と、から構成されている。
In order to achieve the above-mentioned object, the contract according to the present invention
Ultra-thin film two-layer structure using the spectroscopic ellipsometer according to claim 1.
The structure analysis method is an ultra-thin two-layer structure on the surface of the substrate to be measured.
For each wavelength λ by changing the wavelength of the incident light.i Incident light and anti
Measurement spectrum Ψ, which is the change in the polarization of the incident lightE (λi ) When
ΔE (λ i ) ΨE , ΔE Spectrum measurement stage,
Substrate (N0, (N0,k0 )) And each
Possible complex bending of thin film materials (Mat1, Mat2)
Folding rate (N1, (N1,k1 )), (N2, (N2,k2)),each
Layer thickness (d1,d2 ) To make several models
The first step, the measurement spectrum for each model
Second step before fitting with tor, and before
As a result of fitting for each model, minimum χ2 The value
Model or the maximum and maximum preset film thickness
Χ in the small price2 Result of the lowest model of (d
1 (best),d2 (best) ) Consists of the third step
The first stage of analysis and the results obtained in the first stage of analysis are updated.
The first step of setting the initial value of the model
The thickness of either layer (d1 (best) Well
Or d2 (best)) As the center value and multiple points around it
For each layer (d2 (best) Or d1 (best) )
2nd step of fitting using BLMC at
The result of the BLMC performed at the step and the above multiple points
Minimum χ2 Value or preset film thickness, minutes
Within the maximum and minimum values of the dispersion parameter and angle of incidence, respectively.
Contains χ2 3rd step to select the lowest model of
The second stage of analysis and the results obtained in the second stage of analysis.
The first step to perform the final fitting using the fruits
Check the results obtained by the above fitting.
2 steps and 3rd step to save the result
And the third stage of the analysis.

【0011】本発明による請求項2記載の分光エリプソ
メータを用いた極薄膜2層構造の解析方法は、請求項1
記載の分光エリプソメータを用いた極薄膜2層構造の解
析方法において、前記解析第2段階の第2ステップにお
いて、BLMCを用いてフィッティングを行う層の決定
は、2層構造中の材料において、光学定数がより分から
ない方の層とするものである。
According to the present invention, there is provided a method for analyzing an ultrathin film two-layer structure using the spectroscopic ellipsometer according to claim 2.
In the method for analyzing an ultrathin film two-layer structure using the spectroscopic ellipsometer described above, in the second step of the second analysis step, the layer to be fitted using BLMC is determined by the optical constant in the material in the two-layer structure. It is intended to be the layer that is more difficult to understand.

【0012】本発明による請求項3記載の分光エリプソ
メータを用いた極薄膜2層構造の解析方法は、請求項1
または2記載の分光エリプソメータを用いた極薄膜2層
構造の解析方法において、2層構造中の材料において、
光学定数がより分かっている方の解析第1段階第3ステ
ップで得られた膜厚を中心値として、その前後数%〜数
10%までの範囲の中で、それぞれの設定した膜厚ごと
に、もう一方の層についてBLMCを行う解析第2段階
第2ステップと、解析第2段階第3ステップをあわせて
行う解析(Extended BLMC)を用いたもの
である。
According to the present invention, there is provided a method for analyzing an ultrathin film two-layer structure using the spectroscopic ellipsometer according to claim 3, which is defined in claim 1.
Alternatively, in the analysis method of the ultrathin film two-layer structure using the spectroscopic ellipsometer described in 2, in the material in the two-layer structure,
For those whose optical constants are better known, with the film thickness obtained in the first step and the third step of the analysis as the central value, within a range of several% to several tens% before and after that, for each set film thickness , An analysis (extended BLMC) is performed by combining the analysis second step second step and the analysis second step third step for performing BLMC on the other layer.

【0013】本発明による請求項4記載の分光エリプソ
メータを用いた極薄膜2層構造の解析方法は、計測対象
の基板表面の極薄膜2層構造を、入射光の波長を変えて
各波長λi ごとの入射光と反射光の偏光の変化である測
定スペクトルΨE ( λi ) とΔE ( λi) を得るΨE
ΔE スペクトル測定段階と、1,2層どちらかの層が不
均一または不連続、いくつかの材料が混ざり合っている
場合、有効媒質近似を用いてモデルをたて、極薄膜2層
構造の基板の(N0,(n0,0 ))および各薄膜の材料
(Mat1 ,Mat2 )の考えられる複素屈折率(N1,
(n1,1 )),(N2,(n2,2 ))、混合比(Vf
1 ,Vf2 )、各層の膜厚(d1,2 )を利用し、いくつ
かのモデルをたてる第1ステップ、前記各モデルごとに
前記測定スペクトルとのフィッティングを行う第2ステ
ップ、および前記各モデルごとのフィッティングの結
果、最低χ2 値をもつモデルまたはあらかじめ設定した
膜厚と混合比のそれぞれの最大、最小値の中に入ってい
るχ2の最も低いモデルの結果(d1(best),2(best) ,
Vf (best))を決定する第3ステップから成る解析第1
段階と、前記解析第1段階で得られた膜厚・混合比の結
果を新しいモデルの初期値として未知の分散式が入って
いる方の層の解析第1段階第3ステップで得られた膜厚
値を基に、予想される範囲内にある膜厚((d1 ±mΔ
1 )または(d2 ±mΔd2 ))を設定し、もう一方
の層の膜厚についても、解析第1段階第3ステップで得
られた値を中心として、そのまわりの複数点((d2 ±
mΔd2 )または(d1 ±mΔd1 ))を設定し、ま
た、解析第1段階第3ステップで得られた混合比の値を
中心値として、そのまわりの複数点(Vf±mΔVf)を設
定する第1ステップ、混合比複数点(Vf±mΔVf)と未
知の分散式が入っている層のもう一方の層の膜厚複数点
((d2 ±mΔd2 )または(d1 ±mΔd1 ))との
組み合わせのなかで、それぞれ未知分散式が入っている
層についてBLMCを行う解析第2段階第2ステップ、
混合比と未知の分散式が入っている層のもう一方の層の
膜厚との組み合わせごとに得られた結果の中から、最低
χ2 値またはあらかじめ設定した膜厚、分散式パラメー
タ、混合比、入射角のそれぞれ最大、最小値の間に入っ
ている最低χ2値を持つ組み合わせのものを選択する第
3ステップ、からなる解析第2段階と、前記解析第2段
階第3ステップで得られた値を基に、両膜厚、混合比お
よび、分散式のフィッティングまたは、両膜厚、混合比
のフィッティングを行う解析第3段階第1ステップ、前
記フィッティングで得られた結果の確認を行う第2ステ
ップ、およびこの結果の保存を行う第3ステップから成
る解析第3段階とから構成されている。
[0013] analyzing method according to claim 4 very thin film 2 layered structure using a spectroscopic ellipsometer according according to the invention, a very thin film two-layer structure of the substrate surface to be measured, each wavelength by changing the wavelength of incident light lambda i Ψ E , which obtains the measured spectra Ψ Ei ) and Δ Ei ) which are the changes in the polarization of the incident light and the reflected light for each
When the Δ E spectrum measurement step and either one or two layers are non-uniform or discontinuous and some materials are mixed, a model is created using the effective medium approximation and Possible complex refractive indices (N 1 ,, N 0 , (n 0, k 0 )) of the substrate and materials (Mat 1, Mat 2) of each thin film
(N 1, k 1 )), (N 2 , (n 2, k 2 )), mixing ratio (Vf
1 , Vf 2 ), the film thickness (d 1, d 2 ) of each layer is used to make some models, a second step of fitting each model to the measured spectrum, and the result of the fitting of each model, each of the maximum thickness of the mixing ratio set model or in advance with the lowest chi 2 values, the lowest model of which chi 2 to enter into the minimum result (d 1 ( best), d 2 (best) ,
An analysis consisting of the third step of determining Vf (best) 1
And the film obtained in the first step and the third step of the analysis of the layer containing the unknown dispersion equation as the initial value of the new model based on the results of the film thickness / mixing ratio obtained in the first step of the analysis. Based on the thickness value, the thickness ((d 1 ± mΔ
d 1 ) or (d 2 ± mΔd 2 )) is set, and the film thickness of the other layer is centered on the value obtained in the first step of the analysis and the third step, and a plurality of points ((d 2 ±
mΔd 2 ) or (d 1 ± mΔd 1 )), and the multiple values (Vf ± mΔVf) around it with the value of the mixing ratio obtained in the first step of the analysis and the third step as the central value. The first step, the mixing ratio multiple points (Vf ± mΔVf) and the film thickness multiple points ((d 2 ± mΔd 2 ) or (d 1 ± mΔd 1 ) of the layer containing the unknown dispersion formula) ), The second step of the analysis, the second step of performing BLMC for the layer containing the unknown dispersion equation,
From the results obtained for each combination of the mixing ratio and the film thickness of the other layer containing the unknown dispersion formula, the minimum χ 2 value or preset film thickness, dispersion formula parameter, mixing ratio , A third step of selecting a combination having a minimum χ 2 value falling between the maximum and minimum values of the incident angles, and a second step of the analysis and a third step of the second step of the analysis. Based on these values, fitting of both film thickness, mixing ratio and dispersion formula or fitting of both film thickness and mixing ratio, 3rd step 1st step, confirmation of the result obtained by the fitting It consists of two steps, and a third analysis step consisting of a third step of storing the result.

【0014】本発明による請求項5記載の分光エリプソ
メータを用いた極薄膜2層構造の解析方法は、請求項
1,4記載の分光エリプソメータを用いた極薄膜2層構
造の解析方法において、計測対象の基板表面の極薄膜2
層構造を、入射光の波長を変えて各波長λi ごとの入射
光と反射光の偏光の変化である測定スペクトルΨE ( λ
i ) とΔE ( λ i ) を得るΨE ,ΔE スペクトル測定段
階と、予想される範囲内にある複数の測定条件(Zi )
ごとに請求項1,4の解析第2段階第3ステップまでを
行い、各測定条件ごとに得られる結果の中から、最低χ
2 値または分散式のパラメータや混合比Vfが、設定した
最大、最小値の間に入っている組み合わせの中で、χ2
値の最も良いものを選択する第2段階第4ステップによ
って構成されている。
A spectroscopic ellipsometer according to claim 5 according to the present invention.
A method for analyzing an ultra-thin film two-layer structure using a meter is set forth in Claims.
Ultra-thin film two-layer structure using the spectroscopic ellipsometer described in 1, 4
Structure analysis method, ultra thin film 2 on the surface of the substrate to be measured
Change the wavelength of the incident light by changing the wavelength of each layer λi Each incident
Measurement spectrum Ψ, which is the change in polarization of light and reflected lightE (λ
i ) And ΔE (λ i ) ΨE , ΔE Spectral measurement stage
Floor and multiple measurement conditions (Zi) within expected range
For each of the first and second analysis steps of claims 1 and 4,
Of the results obtained under each measurement condition.
2 The value or the parameter of the dispersion formula or the mixing ratio Vf is set
Among the combinations between the maximum and minimum values, χ2 
According to the second step and the fourth step of selecting the best value
It is configured.

【0015】本発明による請求項6記載の分光エリプソ
メータを用いた極薄膜2層構造の解析方法は、請求項
1,2,3,4または5記載の分光エリプソメータを用
いた極薄膜2層構造の解析方法において、前記解析第
1,2,3段階における前記差の最も小ないものを選択
するステップは、フィッティングしたものと、測定値の
平均二乗誤差を求め、最も小さい平均二乗誤差のものま
たは、あらかじめ設定した膜厚、分散式パラメータ、混
合比、入射角の変量のそれぞれの最大、最小値の中に入
っている最も小さい平均二乗誤差のものに決定するもの
である。
According to the present invention, there is provided a method for analyzing an ultrathin film two-layer structure using the spectroscopic ellipsometer according to claim 6, which is a method for analyzing an ultrathin film two-layer structure using the spectroscopic ellipsometer according to claim 1, 2, 3, 4 or 5. In the analysis method, the step of selecting the one having the smallest difference in the first, second, and third steps of analysis obtains the mean square error between the fitted one and the measured value, and the one having the smallest mean square error, or The smallest mean square error among the maximum and minimum values of the preset film thickness, dispersion parameter, mixture ratio, and incident angle variable is determined.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下図面等を参照して本発明によ
る分光エリプソメータを用いた極薄膜2層構造データの
解析方法の実施の形態を説明する。図1は、本発明方法
で使用するエリプソメータの構成を示す略図である。な
お測定の対象の試料 (サンプル) 4の一部を拡大して示
してある。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a method for analyzing ultrathin film two-layer structure data using a spectroscopic ellipsometer according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an ellipsometer used in the method of the present invention. A part of the sample (sample) 4 to be measured is shown in an enlarged manner.

【0017】図1に示されている分光エリプソメータに
より、後述する方法の分光測定データの獲得ステップが
実行される。先ず、測定装置について簡単に説明する。
Xeランプ1は、多数の波長成分を含む、いわゆる白色
光源である。このXeランプ1の発光は光ファイバ2を
介して偏光子3に導かれる。偏光子3により偏光された
光は、測定対象であるサンプル4の表面に特定の入射角
(例えばφ=75.00°)で入射させられる。サンプ
ル4は後述する基板表面に2層に薄膜を形成した測定試
料である。サンプル4からの反射は、光弾性変調器(P
EM)5を介して検光子6に導かれる。光弾性変調器
(PEM)5により50kHzの周波数に位相変調され
て、直線から楕円偏光までが作られる。そのため、数m
秒の分解能でΨ,Δを決定することができる。検光子6
の出力は光ファイバ7を介して分光器8に接続される。
分光器8の出力データがデータ取込部9に取り込まれ、
分光測定データの獲得ステップを終了する。なお、PE
M5の位置は偏光子3の後か検光子6の前どちらでも可
能とする。
The spectroscopic ellipsometer shown in FIG. 1 performs the spectroscopic measurement data acquisition step of the method described below. First, the measuring device will be briefly described.
The Xe lamp 1 is a so-called white light source containing many wavelength components. The light emitted from the Xe lamp 1 is guided to the polarizer 3 via the optical fiber 2. The light polarized by the polarizer 3 is incident on the surface of the sample 4 to be measured at a specific incident angle (for example, φ = 75.00 °). Sample 4 is a measurement sample in which two thin films are formed on the surface of the substrate described later. The reflection from the sample 4 is caused by the photoelastic modulator (P
It is guided to the analyzer 6 via the EM) 5. Photoelastic modulator (PEM) 5 phase-modulates to a frequency of 50 kHz to produce linear to elliptically polarized light. Therefore, several meters
Ψ, Δ can be determined with a resolution of seconds. Analyzer 6
Is connected to the spectroscope 8 via the optical fiber 7.
The output data of the spectroscope 8 is captured by the data capturing section 9,
The acquisition step of the spectroscopic measurement data is ended. PE
The position of M5 can be either after the polarizer 3 or before the analyzer 6.

【0018】図2は、本発明による薄膜計測方法の実施
形態を示す流れ図である。図3は、前記実施形態におけ
る解析第1段階を示す詳細説明図である。図4は、前記
実施形態における解析第2段階を示す詳細説明図であ
る。図5は、前記実施形態における解析第3段階を示す
詳細説明図である。次の段落に本発明で用いる記号を一
括して示す。
FIG. 2 is a flow chart showing an embodiment of the thin film measuring method according to the present invention. FIG. 3 is a detailed explanatory diagram showing a first stage of analysis in the embodiment. FIG. 4 is a detailed explanatory diagram showing a second stage of analysis in the embodiment. FIG. 5 is a detailed explanatory view showing a third stage of analysis in the above embodiment. The symbols used in the present invention are collectively shown in the next paragraph.

【0019】(記号の定義) Sub : 基板(物理定数は既知,バルクとして取り
扱い可能) Mat : 薄膜材料(物質の光学定数) Matij: j 番目のモデルのi層目の材料(同上) dj : j 層目の膜厚 dj(best): フィッティングによって得られたj 層目
の膜厚 dij: j 番目のモデルのi層目の膜厚 dij(best): フィッティングで得たj 番目のモデルの
i層目の膜厚 X2 : χ2 値 X2(j) : j 番目のモデルにおけるχ2 値 Void : n=1,k=0の物質 Vf(ij) : j 番目のモデルのi層目の混合比(Volume fr
action) Vf(ij)(best) : フィッティングで得られた j番目のモ
デルのi層目の混合比
(Definition of Symbols) Sub: Substrate (physical constant is known, can be handled as a bulk) Mat: Thin film material (optical constant of substance) Mat ij : Material of i-th layer of j-th model (same as above) dj: jth layer thickness dj (best) : jth layer thickness d ij obtained by fitting: i-th layer thickness d ij (best) of j-th model: j-th model obtained by fitting Thickness of the i-th layer X2: χ 2 value X2 (j) : χ 2 value in the j-th model Void: Material with n = 1, k = 0 Vf (ij) : i-th layer in the j-th model Mix ratio (Volume fr
action) Vf (ij) (best) : Mixing ratio of the i-th layer of the j-th model obtained by fitting

【0020】(フィッティングの結果のχ2 の意味)N
個の測定データ対Exp(i=1,2...,N)と前
記モデルの対応するN個のモデルの計算データ対Mod
(i=1,2...,N)とし、測定誤差は正規分布を
するとし、標準偏差をσi とすると、平均二乗誤差(χ
2 )は、次のようにして与えられる。 ここで、Pはパラメータの数である。χ2 が小さいとい
うことは測定結果とモデルの一致度が大きいということ
に他ならないから、複数のモデルについて比較するとき
に、χ2 の最も低いものがベストモデルということにな
る。
(Meaning of χ 2 as a result of fitting) N
Measurement data pairs Exp (i = 1, 2 ..., N) and calculated data pairs Mod of the corresponding N models of the model
(I = 1, 2, ..., N), the measurement error has a normal distribution, and the standard deviation is σ i , the mean square error (χ
2 ) is given as follows. Here, P is the number of parameters. The small χ 2 means that the agreement between the measurement results and the model is large. Therefore, when comparing a plurality of models, the one with the lowest χ 2 is the best model.

【0021】(測定段階データ測定ステップ)測定は図
1に示す装置で測定を行う。計測対象4の基板表面の2
層構造の薄膜(図中の拡大図を参照されたい)を、入射
光の波長を変えて各波長λi ごとの入射光と反射光の偏
光の変化である測定スペクトルΨE ( λi ) とΔE ( λ
i ) を得るΨE ,ΔE スペクトルを測定する。 (測定段階データ保存ステップ)前のステップで測定し
たデータを保存して比較の対象データとする(図2参
照)。
(Measurement Stage Data Measurement Step) The measurement is performed by the apparatus shown in FIG. 2 on the substrate surface of measurement target 4
A thin film with a layered structure (see the enlarged view in the figure) is used as a measurement spectrum Ψ Ei ), which is the change in polarization of the incident light and the reflected light at each wavelength λ i by changing the wavelength of the incident light. Δ E
Measure the Ψ E and Δ E spectra to obtain i ). (Measurement Stage Data Storage Step) The data measured in the previous step is stored and used as comparison target data (see FIG. 2).

【0022】(解析第1段階ステップ1)このステップ
で、基板の(N0 (n0 ,k0 ))および各薄膜の材料
(Mat1 ,Mat2 )の考えられる複素屈折率(N
1 ,(n1 ,k1 )),(N2 ,(n2 ,k2 )),各
層の膜厚(d1,2 )を利用し、いくつかのモデルをた
てる。この実施例では、下記各モデル(1) 〜モデル(4)
を設定したものとする。図3の31が示す部分に前記各
モデルを略図示してある。モデル(1) は、基板(Su
b)の上に第1層( Mat1 の光学定数,膜厚d11)と
第2層(Mat2 の光学定数,膜厚d21)を形成したも
のである。モデル(2) は、基板(Sub)の上に第1層
( Mat1 の光学定数,膜厚d12)と第2層( Mat2
の光学定数+Void、膜厚d22 )を形成したものであ
る。なおVoidとは屈折率1の空間である。モデル
(3) は、基板(Sub)の上に第1層( Mat1 の光学
定数,膜厚d13)と第2層( Mat2 の光学定数+Ma
t3 の光学定数、膜厚d23) を形成したものである。な
お、(Mat2 +Mat3 )は、材料2と材料3をある
比率で混合したものを意味する。モデル(4) は、基板
(Sub)の上に第1層(Mat1 の光学定数,膜厚d
14)と第2層(Mat2 の光学定数の基準にする量(Spe
cial reference) +Void、膜厚d24 )を形成したも
のである。なお、基準にする量とは似たような試料を用
いて得られた光学定数である。ここで、モデル(2) 〜
(4) の2層目で設定されている混合比からは、有効媒質
近似論を用いて、均質膜としての光学定数を求めること
ができる。なお前記各モデルは、基板Subの材料の光
学定数は既知、第1層の光学定数は、ほぼ既知で、第2
層の光学定数および、第1層の膜厚d1,第2層の膜厚d
2 は、未知(不確か)であることを前提にして前述の4
個のモデルをたててある。
(First Step of Analysis Step 1) In this step, the possible complex refractive index (N) of (N 0 (n 0 , k 0 )) of the substrate and the material (Mat 1, Mat 2) of each thin film is calculated.
1 , (n 1 , k 1 )), (N 2 , (n 2 , k 2 )), and the film thickness (d 1, d 2 ) of each layer are used to make some models. In this example, the following models (1) to (4)
Is set. The respective models are schematically shown in a portion indicated by 31 in FIG. Model (1) is a board (Su
The first layer (the optical constant of Mat1 and the film thickness d 11 ) and the second layer (the optical constant of Mat2 and the film thickness d 21 ) are formed on b). Model (2) is the first layer on the substrate (Sub).
(Optical constant of Mat1, film thickness d 12 ) and second layer (Mat2
The optical constant + Void and the film thickness d 22 ) are formed. Void is a space having a refractive index of 1. model
(3) is the first layer (the optical constant of Mat1 and the film thickness d 13 ) and the second layer (the optical constant of Mat2 + Ma) on the substrate (Sub).
optical constants of t3, is obtained by forming a film thickness d 23). Note that (Mat2 + Mat3) means a mixture of the material 2 and the material 3 in a certain ratio. Model (4) is the first layer (Mat1 optical constant, film thickness d on the substrate (Sub)).
14 ) and the second layer (amount (Spe
cial reference) + Void, film thickness d 24 ). The reference amount is an optical constant obtained by using a similar sample. Where model (2) ~
From the mixing ratio set in the second layer of (4), the optical constant as a homogeneous film can be obtained using the effective medium approximation theory. In each model, the optical constant of the material of the substrate Sub is known, the optical constant of the first layer is almost known, and
Optical constants of layers and film thickness d 1 of the first layer, film thickness d 1 of the second layer
Assuming that 2 is unknown (uncertain), the above 4
I have made a model.

【0023】(解析第1段階ステップ2)前記ステップ
1で選定した4個のモデル(1) 〜(4) のそれぞれについ
て、前記測定スペクトルより得られた測定データΨE
ΔE とのフィッティングを行う。図3の32の示す部分
に各モデルのフィッティングの対象とフィッティングの
結果得られたデータのχ2 値を示してある。モデル(1)
では、第1層目の膜厚d11と第2層目の膜厚d21をフィ
ッティングして、その結果d11(best),d21(best)とχ
2 値 X2 (1) を得る。モデル(2) では、第1層目の膜厚
12,第2層目の膜厚d22と第2層目の混合比のフィッ
ティングをして、その結果d12(best),d22(best),Vf
22(best)およびχ2 値 X2 (2) を得る。モデル(3) で
は、第1層目の膜厚d13,第2層目の膜厚d23と第2層
目の混合比のフィッティングをして、その結果d
13(best),d23(best),Vf23(best)およびχ2 値 X2
(3) を得る。モデル(4) では、第1層目の膜厚d14,第
2層目の膜厚d24と第2層目の混合比のフィッティング
をして、その結果d14(best),d24(best),Vf24(best)
およびχ2 値 X2 (4) を得る。 (解析第1段階ステップ3)前記複数組のフィッティン
グの結果から、最低χ2 値またはあらかじめ設定した膜
厚の最大、最小値の間に入っている最低χ2 値のモデル
の結果を選択するステップであり、これを図3の33に
示す。
(First Step of Analysis Step 2) For each of the four models (1) to (4) selected in Step 1, the measurement data Ψ E , obtained from the measurement spectrum,
Fit with Δ E. In the part indicated by 32 in FIG. 3, the fitting target of each model and the χ 2 value of the data obtained as a result of the fitting are shown. Model (1)
Then, by fitting the film thickness d 11 of the first layer and the film thickness d 21 of the second layer, the result d 11 (best) , d 21 (best) and χ
Get the binary value X2 (1) . In the model (2), fitting of the film thickness d 12 of the first layer, the film thickness d 22 of the second layer and the mixture ratio of the second layer is performed, and the result d 12 (best) , d 22 ( best) , Vf
We obtain 22 (best) and χ 2 values X 2 (2) . In the model (3), fitting of the film thickness d 13 of the first layer, the film thickness d 23 of the second layer and the mixing ratio of the second layer was performed, and the result d
13 (best) , d 23 (best) , Vf 23 (best) and χ 2 value X2
Get (3) . In the model (4), fitting of the film thickness d 14 of the first layer, the film thickness d 24 of the second layer and the mixture ratio of the second layer was performed, and the results d 14 (best) , d 24 ( best) , Vf 24 (best)
And the χ 2 value X 2 (4) is obtained. From the results of (analysis first stage step 3) the plurality of sets of fittings, the step of selecting the results of the model of the lowest chi 2 value contained largest minimum chi 2 value or thickness that is set in advance, between the minimum Which is shown at 33 in FIG.

【0024】(解析第2段階ステップ1)図4の41に
解析第2段階で使用するモデル(初期値)が示されてい
る。この例では、Mat1 の光学定数は、ほぼ既知とな
っているので、解析第1段階で使用した光学定数(Ma
t1 )をそのまま利用している。2層目の材料の光学定
数(Mat2 )は未知のため、ここでは分散式を用いて
いる。なお、膜厚(d)の初期値は、解析第1段階ステ
ップ3で得られた値を使用する。 (解析第2段階ステップ2)このステップでは、図4の
42に示すように、前記モデル(初期値)の1層目膜厚
(d1(best) )を中心値としてd1(best) +10%,d
1(best) + 5%,d1(best) ,d1(best) −5%,d
1(best) −10%上下に変化させる。そして前記複数点
(5点)に対して2層目の厚さ(d2(best) )を±10
%の範囲で変化させてBLMCを行う。各モデルの2層
目の厚さd2jと光学定数Mat2jとχ2 値 X2 (j) を得
る。 (解析第2段階ステップ3)ステップ2で行われた結果
から最低χ2 値またはあらかじめ設定した膜厚と分散式
パラメータでそれぞれの最大、最小値の間に入っている
最低χ2 値のモデルを選択する(図3、43)。
(Second Step of Analysis Second Step) 41 of FIG. 4 shows a model (initial value) used in the second step of analysis. In this example, since the optical constant of Mat1 is almost known, the optical constant (Ma
t1) is used as it is. Since the optical constant (Mat2) of the material of the second layer is unknown, the dispersion formula is used here. As the initial value of the film thickness (d), the value obtained in the analysis first step 3 is used. (Second step of analysis step 2) In this step, as shown by 42 in FIG. 4, d 1 (best) +10 with the first layer film thickness (d 1 (best) ) of the model (initial value) as the center value. %, D
1 (best) + 5%, d1 (best) , d1 (best) -5%, d
1 (best) -Change 10% up and down. The thickness (d 2 (best) ) of the second layer is ± 10 with respect to the plurality of points (5 points).
BLMC is performed by changing the range of%. The thickness d 2j of the second layer of each model, the optical constant Mat 2j, and the χ 2 value X 2 (j) are obtained. (Analysis second step Step 3) respective maximum results made in Step 2 the lowest chi 2 value or a preset thickness with a distributed type parameter, a model of the lowest chi 2 values contained in between the minimum Select (FIG. 3, 43).

【0025】(解析第3段階ステップ1)解析第2段階
ステップ3で選択したモデルの1,2層の光学定数を固
定して1,2層目の膜厚のフィッティングを行う。また
は1層の光学定数を固定して1,2層目の膜厚および2
層目の光学定数をフィッティングする(図5、51参
照)。 (解析第3段階ステップ2)前記ステップ1の結果があ
らかじめ設定した膜厚と分散式パラメータでそれぞれの
最大、最小値の間に入っている最低χ2 値かどうかの確
認をする(図5、52参照)。なお、結果の確認が妥当
でないときは解析第1段階に戻り、新しいモデルを設定
して、フィッティング(ステップ2)を行う。 (解析第3段階ステップ3)前記ステップ2で結果が妥
当であるときは保存する(図5、53参照)。
(Analysis third step Step 1) The optical constants of the first and second layers of the model selected in the analysis second step Step 3 are fixed and the fitting of the film thickness of the first and second layers is performed. Alternatively, the optical constants of the first layer are fixed and the film thicknesses of the first and second layers and 2
The optical constants of the layer are fitted (see FIGS. 5 and 51). (Analysis third step Step 2) It is confirmed whether or not the result of Step 1 is the minimum χ 2 value that falls between the maximum and minimum values of the preset film thickness and the dispersion equation parameter (FIG. 5, FIG. 5). 52). When the confirmation of the result is not valid, the procedure returns to the first stage of analysis, a new model is set, and fitting (step 2) is performed. (Third step in the analysis, step 3) If the result in step 2 is valid, it is saved (see FIGS. 5 and 53).

【0026】[0026]

【実施例】次に、前記同様に、1層目の光学定数は略既
知、2層目の光学定数および1,2層目の膜厚が、未知
の場合の実施例について説明する。図2に示した流れ図
をそのまま使用することができる。この実施例は、基板
SubがSiで、1層目の材料をSiO2, 2層目の材料を S
iNX としたものである。前記試料を図1に示す装置で測
定を行う。計測対象4の基板表面の2層構造の薄膜を、
入射光の波長を変えて各波長λi ごとの入射光と反射光
の偏光の変化である測定スペクトルΨE ( λi ) とΔE
( λi ) を得るΨE ,ΔE スペクトルを測定して測定し
たデータを保存して比較の対象データとする。
EXAMPLE Next, similarly to the above, an example in which the optical constants of the first layer are substantially known and the optical constants of the second layer and the film thicknesses of the first and second layers are unknown will be described. The flow chart shown in FIG. 2 can be used as is. In this embodiment, the substrate Sub is Si, the first layer material is SiO 2 , and the second layer material is S
iN X. The sample is measured by the device shown in FIG. The thin film of the two-layer structure on the substrate surface of the measurement target 4 is
Measurement spectra Ψ Ei ) and Δ E, which are changes in the polarization of incident light and reflected light for each wavelength λ i by changing the wavelength of the incident light
Measure the Ψ E and Δ E spectra to obtain (λ i ), and save the measured data as the comparison target data.

【0027】図3の解析第1段階で、各薄膜の材料(Si
O2, SiNx )の考えられる複素屈折率((N1,(n1,
1 )),(N2,(n2,2 ))と膜厚(d1,2 )を利
用し、モデルを準備する。この実施例では、下記各モデ
ル(1) 〜モデル(4) を設定したものとする。
At the first stage of the analysis shown in FIG. 3, the material of each thin film (Si
O 2 , SiN x ) possible complex refractive index ((N 1 , (n 1, k
1 )), (N 2 , (n 2, k 2 )) and the film thickness (d 1, d 2 ) are used to prepare a model. In this embodiment, it is assumed that the following models (1) to (4) are set.

【0028】(解析第1段階ステップ1)モデル(1)
は、基板(Sub:Si)の上に第1層( SiO2の光学定
数、膜厚d11) と第2層(Si3N4 の光学定数,膜厚
21)を形成したものである。モデル(2) は、基板(S
ub:Si)の上に第1層( SiO2の光学定数、膜厚d12)
と第2層( Si3N4 の光学定数+Void、膜厚d22 )を
形成したものである。なおVoidとは屈折率1の空間
である。モデル(3) は、基板(Sub:Si)の上に第1
層( SiO2の光学定数、膜厚d13)と第2層( Si3N4 の光
学定数+ SiNX の光学定数、膜厚d23) を形成したもの
である。なお、(Si3N4 +SiNx)は、Si3N4 とSiNxをあ
る比率で混合したものを意味する。モデル(4) は、基板
(Sub:Si)の上に第1層(SiO2の光学定数、膜厚d
14)と第2層( SiNx の光学定数(既知の基準量)+V
oid、膜厚d24 )を形成したものである。ここで、モ
デル(2) 〜(4) の2層目で設定されている混合比から
は、有効媒質近似論を用いて、均質膜としての光学定数
を求めることができる。なお前記各モデルは、基板Su
bの材料の光学定数は既知、第1層のSiO2の光学定数
は、ほぼ既知で、第2層のSiNxの光学定数および、第1
層の膜厚d1,第2層の膜厚d2 は、未知(不確か)であ
ることを前提にしている。
(Analysis first stage step 1) Model (1)
Is a first layer (optical constant of SiO 2 and film thickness d 11 ) and a second layer (optical constant of Si 3 N 4 and film thickness d 21 ) formed on a substrate (Sub: Si). . Model (2) is a board (S
ub: Si) on the first layer (optical constant of SiO 2 , film thickness d 12 ).
And the second layer (optical constant of Si 3 N 4 + Void, film thickness d 22 ) are formed. Void is a space having a refractive index of 1. Model (3) is the first on the substrate (Sub: Si).
A layer (optical constant of SiO 2 and film thickness d 13 ) and a second layer (optical constant of Si 3 N 4 + optical constant of SiN X and film thickness d 23 ) are formed. Note that (Si 3 N 4 + SiNx) means a mixture of Si 3 N 4 and SiNx in a certain ratio. Model (4) is the first layer (SiO 2 optical constant, film thickness d) on the substrate (Sub: Si).
14 ) and the second layer (SiNx optical constant (known reference amount) + V
Oid and film thickness d 24 ) are formed. Here, from the mixing ratio set in the second layer of the models (2) to (4), the optical constant as a homogeneous film can be obtained using the effective medium approximation theory. In addition, each of the above models is a substrate Su
The optical constant of the material of b is known, the optical constant of SiO 2 of the first layer is almost known, and the optical constant of SiNx of the second layer and
It is assumed that the layer thickness d 1 and the second layer thickness d 2 are unknown (uncertain).

【0029】(解析第1段階ステップ2)前記ステップ
1で選定した4個のモデル(1) 〜(4) のそれぞれについ
て、前記測定スペクトルより得られた測定データΨE
ΔE とのフィッティングを行う。図3の31,32の示
す部分に各モデルのフィッティングの対象とフィッティ
ングの結果得られたデータのχ2 値を示してある。モデ
ル(1) では、第1層目の膜厚d11と第2層目の膜厚d21
をフィッティングしてその結果d11(best)、d21(best)
とχ2 値 X2 (1) を得る。モデル(2) では、第1層目の
膜厚d12、第2層目の膜厚d22と第2層目の混合比のフ
ィッティングしてその結果d12(best)、d22(best)、Vf
22(best)およびχ2値 X2 (2) を得る。モデル(3) で
は、第1層目の膜厚d13、第2層目の膜厚d23と第2層
目の混合比のフィッティングしてその結果d13(best)
23(best)、Vf23(best)およびχ2値 X2 (3) を得る。
モデル(4) では、第1層目の膜厚d14、第2層目の膜厚
24と第2層目の混合比のフィッティングしてその結果
14(best)、d24(best)、Vf24(best)およびχ2値 X2
(4) を得る。
(Analysis first step Step 2) For each of the four models (1) to (4) selected in Step 1, the measurement data Ψ E , obtained from the measurement spectrum,
Fit with Δ E. In the portions indicated by 31 and 32 in FIG. 3, the fitting target of each model and the χ 2 value of the data obtained as a result of the fitting are shown. In the model (1), the film thickness d 11 of the first layer and the film thickness d 21 of the second layer
And the result is d 11 (best) , d 21 (best)
And χ 2 value X 2 (1) is obtained. In the model (2), fitting of the film thickness d 12 of the first layer, the film thickness d 22 of the second layer, and the mixing ratio of the second layer was performed, and the result d 12 (best) , d 22 (best) , Vf
We obtain 22 (best) and χ 2 values X 2 (2) . In the model (3), fitting of the film thickness d 13 of the first layer, the film thickness d 23 of the second layer and the mixing ratio of the second layer was performed, and the result d 13 (best) ,
Obtain d 23 (best) , Vf 23 (best) and χ 2 value X 2 (3) .
In the model (4), fitting of the film thickness d 14 of the first layer, the film thickness d 24 of the second layer and the mixing ratio of the second layer was performed, and the result d 14 (best) , d 24 (best) , Vf 24 (best) and χ 2 value X2
Get (4) .

【0030】(解析第1段階ステップ3)前記複数組の
フィッティングの結果から、最低χ2 値またはあらかじ
め設定した膜厚の最大、最小値の間に入っている最低χ
2 値のモデルの結果を選択するステップであり、これを
図3の33に示す。
(First step of analysis, step 3) From the results of the plurality of sets of fittings, the minimum χ 2 value or the minimum χ between the maximum and minimum values of the preset film thickness is obtained.
A step of selecting the result of a binary model, which is shown in 33 in FIG. 3.

【0031】(解析第2段階ステップ1)〜(解析第3
段階ステップ3)は前述したとおりである。
(Analysis second stage step 1) to (Analysis third step)
Stage step 3) is as described above.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、基板上に形成された極薄膜2層の厚さと光学定数
を、分光エリプソメータを用いて得たデータを、広範囲
極小値計算法(Extended BLMC)を用いて
処理することにより解析することができる。前述したよ
うに基本的に3段階が含まれている手順は、2層以上の
様々な構造の解析にも利用できる。
As described above in detail, according to the present invention, the data obtained by using the spectroscopic ellipsometer for the thickness and the optical constants of the two layers of the ultrathin film formed on the substrate can be obtained by a wide range minimum value calculation method. It can be analyzed by processing with (Extended BLMC). As described above, the procedure basically including three steps can be used for analysis of various structures having two or more layers.

【0033】本発明方法によれば、 1.極薄膜多層構造でも、この方法を用いることで信頼
できる膜厚(各層において)および光学定数(少なくと
も1層)が得られる。 2.この手順の第1段階を行うことで、未知のパラメー
タの初期値範囲を狭めることができる。 3.Extended BLMCを使用することで、好
ましくないローカルミニマム(Local Minim
um)に落ちこむことは劇的に減少し、結果の信頼性が
あがる。
According to the method of the present invention: Even with an ultrathin film multilayer structure, reliable film thickness (in each layer) and optical constant (at least one layer) can be obtained by using this method. 2. By performing the first step of this procedure, the initial value range of the unknown parameter can be narrowed. 3. By using Extended BLMC, unfavorable local minimum (Local Minim)
um) is dramatically reduced and results are more reliable.

【0034】以上詳しく説明した実施例について、本発
明の範囲内で種々の変形を施すことができる。理解を容
易にするために、データの取得、モデルの設定に関連し
て、一貫してΨ,Δを用いて説明した。当業者には良く
知られている以下のデータ対を用いても同様な、測定お
よびフィッティングが可能であり、本発明の技術的範囲
に含まれるものである。 (n,k) (εr ,εi ) ( tan Ψ,cos Δ) 、
(Is,c
Various modifications can be made to the embodiments described in detail above within the scope of the present invention. For ease of understanding, we have consistently described Ψ, Δ in relation to data acquisition and model setup. Similar measurements and fittings are possible using the following data pairs, which are well known to those skilled in the art, and are within the scope of the present invention. (N, k) (ε r , ε i ) (tan Ψ, cos Δ),
(I s, I c )

【0035】基板上のMat1 ,Mat2 には、極薄膜
誘電体材料多層構造だけでなく、様々な厚さや材料な
ど、幅広いアプリケーションにも使用することができ
る。また、実施例として光弾性変調器(PEM)の例を
示したが、PEM以外のエリプソメータを使用すること
もできる。
Mat1 and Mat2 on the substrate can be used not only for the ultra-thin film dielectric material multilayer structure but also for various applications such as various thicknesses and materials. Although the photoelastic modulator (PEM) is shown as an example, an ellipsometer other than the PEM can be used.

【0036】上記手段の全部または1部を行う場合もあ
り、これも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
All or part of the above means may be carried out, and this is also included in the technical scope of the present invention.

【0037】基板もSiの他、ガラスや石英、化合物半導
体なども同様に利用できる。また、基板の種類によら
ず、どんな平坦な基板でも、あれている基板でも使用す
ることができる。
As the substrate, besides Si, glass, quartz, compound semiconductors, etc. can be similarly used. Further, regardless of the type of substrate, any flat substrate or existing substrate can be used.

【0038】分散式には、クラシカル(古典力学)、ア
モルファス(量子力学)、経験式の他、様々な式・パラ
メータも使用可能であり、これも本発明の技術的範囲に
含まれるものとする。
For the dispersion formula, various formulas and parameters can be used in addition to classical (classical mechanics), amorphous (quantum mechanics), empirical formulas, and these are also included in the technical scope of the present invention. .

【0039】例ではあらゆる全てのパラメータを同時に
フィッティングすると説明したが、別々にフィッティン
グする場合もあり、これも本発明の技術的範囲に含まれ
るものとする。
In the example, it has been described that all all parameters are fitted simultaneously, but there are cases where they are fitted separately, and this is also included in the technical scope of the present invention.

【0040】Extended BLMCの一部である
BLMCでは、前述したとおり、入射角度をフィッティ
ングする場合がある。また、手順では入射角度と様々な
パラメータを同時にフィッティングするとしたが、別々
にフィッティングする場合や、入射角度を固定する場合
もあり、これらも全て本発明の技術的範囲に含まれるも
のとする。
In BLMC, which is a part of Extended BLMC, the incident angle may be fitted as described above. Further, in the procedure, the incident angle and various parameters are simultaneously fitted, but there are cases where they are fitted separately or the incident angle is fixed, and these are all included in the technical scope of the present invention.

【0041】入射角度はBLMC以外でも、一般的なパ
ラメータとしてフィッティングすることがあり、これも
本発明の技術的範囲に含まれるものとする。
The incident angle may be fitted as a general parameter other than BLMC, which is also included in the technical scope of the present invention.

【0042】例では、解析第1段階第1ステップのモデ
ル準備過程において、基板はSi、第1層目はSiO2、第2
層目は(1) Si3N4 、(2) Si3N4 とVoid、(3) Si3N4
と SiNX 、および(4) SiNx とVoidの(1) 〜(4) の
モデルとしたが、製造プロセスになどによってモデルの
種類、数が変わる場合もあり、これも本発明の技術的範
囲に含まれるものとする。
In the example, in the model preparation process of the first step of the analysis, the substrate is Si, the first layer is SiO 2 , and the second layer is
The layers are (1) Si 3 N 4 , (2) Si 3 N 4 and Void, (3) Si 3 N 4
And SiN X , and (4) SiNx and Void models (1) to (4) were used, but the type and number of models may change depending on the manufacturing process, etc., and this is also within the technical scope of the present invention. Shall be included.

【0043】上記のように、2ステップが含まれている
手順は、2層以上の様々な構造にも対応可能である。
As described above, the procedure including two steps can be applied to various structures having two or more layers.

【0044】例ではEMAを使用すると説明したが、他
の有効媒質近似論の使用も可能であり、これも本発明の
技術的範囲に含まれるものとする。
Although EMA is used in the examples, other effective medium approximations can be used and are also within the scope of the invention.

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

【図1】本発明方法で使用するエリプソメータの構成を
示す略図であり、測定の対象の試料 (サンプル) 4の一
部を拡大して示してある。
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of an ellipsometer used in the method of the present invention, in which a part of a sample (sample) 4 to be measured is enlarged and shown.

【図2】本発明による薄膜計測方法の実施形態を示す流
れ図である。
FIG. 2 is a flow chart showing an embodiment of a thin film measuring method according to the present invention.

【図3】前記実施形態における解析第1段階を示す詳細
説明図である。
FIG. 3 is a detailed explanatory diagram showing a first analysis step in the embodiment.

【図4】前記実施形態における解析第2段階を示す詳細
説明図である。
FIG. 4 is a detailed explanatory diagram showing a second analysis stage in the embodiment.

【図5】前記実施形態における解析第3段階を示す詳細
説明図である。
FIG. 5 is a detailed explanatory diagram showing a third stage of analysis in the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Xeランプ 2 光ファイバ 3 偏光子 4 サンプル 5 光弾性変調器(PEM) 6 検光子 7 光ファイバ 8 分光器 9 データ取込部 31 モデル複数組を準備する解析第1段階第1ステッ
プ 32 フィッティングを行う解析第1段階第2ステップ 33 フィッティングの結果から、最低χ2 値のモデル
の結果を選択する解析第1段階第3ステップ 41 33で得られた結果を新しいモデルの初期値とし
て設定する解析第2段階第1ステップ 42 一方の層の膜厚複数点ごとに、もう一方の層につ
いてBLMCを行う解析第2段階第2ステップ 43 前記フィッティング結果から最低χ2 値のモデル
を選択する解析第2段階第3ステップ 51 前記選択されたモデルの最終フィッティングを行
う解析第3段階第1ステップ 52 結果の確認を行う解析第3段階第2ステップ 53 保存を行う解析第3段階第3ステップ
1 Xe lamp 2 Optical fiber 3 Polarizer 4 Sample 5 Photoelastic modulator (PEM) 6 Analyzer 7 Optical fiber 8 Spectrometer 9 Data acquisition unit 31 Analysis for preparing multiple sets of models First step First step 32 Fitting Analysis to be performed 1st step 2nd step 33 Analysis to select the result of the model with the lowest χ 2 value from the result of fitting 1st step 3rd step 41 Analysis to set the result as the initial value of the new model 2nd step 1st step 42 Analysis of performing BLMC on the other layer for each film thickness of one layer 2nd step 2nd step 43 Analysis 2nd step of selecting the model with the lowest χ 2 value from the fitting result 3rd step 51 Analysis 3rd step 1st step 52 Final fitting of the selected model 1st step 52 Analysis 3rd step 3rd step Step 53 third stage third step analysis for saving

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA30 BB01 BB17 CC17 CC31 FF50 GG03 GG24 HH10 HH12 JJ01 JJ08 LL00 LL02 LL33 LL34 LL67 NN08 QQ17 QQ18 QQ41 2G020 AA03 AA04 AA05 BA02 BA18 CA15 CB04 CB32 CB42 CB43 CC01 CD03 CD12 CD36 CD37 2G059 AA02 AA03 BB08 BB10 BB16 EE02 EE05 EE12 FF06 GG10 HH01 HH02 HH03 JJ01 MM01 MM10    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 2F065 AA30 BB01 BB17 CC17 CC31                       FF50 GG03 GG24 HH10 HH12                       JJ01 JJ08 LL00 LL02 LL33                       LL34 LL67 NN08 QQ17 QQ18                       QQ41                 2G020 AA03 AA04 AA05 BA02 BA18                       CA15 CB04 CB32 CB42 CB43                       CC01 CD03 CD12 CD36 CD37                 2G059 AA02 AA03 BB08 BB10 BB16                       EE02 EE05 EE12 FF06 GG10                       HH01 HH02 HH03 JJ01 MM01                       MM10

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 計測対象の基板表面の極薄膜2層構造
を、入射光の波長を変えて各波長λi ごとの入射光と反
射光の偏光の変化である測定スペクトルΨEi ) と
ΔE ( λi ) を得るΨE ,ΔE スペクトル測定段階と、 極薄膜2層構造の基板の(N0,(n0,0 ))および各
薄膜の材料(Mat1,Mat2 )の考えられる複素屈
折率(N1,(n1,1 )),(N2,(n2,2))、各
層の膜厚(d1,2 )を利用し、いくつかのモデルをた
てる第1ステップ、 前記各モデルごとに前記測定スペクトルとのフィッティ
ングを行う第2ステップ、および前記各モデルごとのフ
ィッティングの結果、最低χ2 値をもつモデルまたは、
あらかじめ設定した膜厚の最大、最小値の中に入ってい
るχ2 の最も低いモデルの結果(d1(best),
2(best) )を決定する第3ステップから成る解析第1段
階と、 解析第1段階で得られた結果を、新しいモデルの初期値
として設定する第1ステップ、 前記設定された結果のいずれか一方の層の厚さ(d
1(best) またはd2(best))を中心値として、そのまわ
りの複数点ごとに、もう一方の層(d2(best) またはd
1(best) )においてBLMCを用いてフィッティングを
行う第2ステップ、および、 前記複数点で行ったBLMCの結果から最低χ2 値の値
または、あらかじめ設定した膜厚、分散式パラメータ、
入射角のそれぞれ最大、最小値の中に入っているχ2
最も低いモデルを選択する第3ステップから成る解析第
2段階と、 解析第2段階で得られた結果を利用して最終的なフィッ
ティングを行う第1ステップ、 前記フィッティングで得られた結果の確認を行う第2ス
テップ、およびこの結果の保存を行う第3ステップから
成る解析第3段階と、 から構成された分光エリプソメータを用いた極薄膜2層
構造の解析方法。
1. A measurement spectrum Ψ Ei ), which is a change in polarization of incident light and reflected light for each wavelength λ i by changing the wavelength of incident light in an ultrathin film two-layer structure on the surface of a substrate to be measured. And Δ Ei ) to obtain Ψ E and Δ E spectrum measurement steps, and (N 0 , (n 0, k 0 )) of the substrate having a two-layer structure of an ultrathin film and materials (Mat1, Mat2) of each thin film. Considering possible complex refractive indices (N 1 , (n 1, k 1 )), (N 2 , (n 2, k 2 )), and the film thickness (d 1, d 2 ) of each layer, several models are used. The first step, a second step of performing fitting with the measurement spectrum for each model, and a model having the lowest χ 2 value as a result of fitting for each model, or
The result of the model with the lowest χ 2 within the maximum and minimum values of the preset film thickness (d 1 (best), d
2 (best) ) the first step of analysis comprising a third step, and the first step of setting the result obtained in the first step of analysis as an initial value of a new model, any of the set results Thickness of one layer (d
1 (best) or d 2 (best) ) as a center value, and the other layer (d 2 (best) or d 2
1 (best) ) the second step of fitting using BLMC, and the minimum χ 2 value based on the results of BLMC performed at the plurality of points, or a preset film thickness, a dispersion formula parameter,
The second stage of analysis, which consists of the third step of selecting the model with the lowest χ 2 within the maximum and minimum incident angles, respectively, and the final results using the results obtained in the second stage of analysis A first step of performing a fitting, a second step of confirming the result obtained by the fitting, and a third step of analysis including a third step of storing the result, and a pole using a spectroscopic ellipsometer composed of: Method for analyzing thin film two-layer structure.
【請求項2】 請求項1記載の分光エリプソメータを用
いた極薄膜2層構造の解析方法において、 前記解析第2段階の第2ステップにおいて、BLMCを
用いてフィッティングを行う層の決定は、2層構造中の
材料において、光学定数がより分からない方の層とする
分光エリプソメータを用いた極薄膜2層構造の解析方
法。
2. The method for analyzing an ultrathin film two-layer structure using the spectroscopic ellipsometer according to claim 1, wherein in the second step of the second step of the analysis, the layer to be fitted using BLMC is determined as two layers. A method for analyzing an ultra-thin film two-layer structure using a spectroscopic ellipsometer in which the material of the structure has a layer whose optical constant is unknown.
【請求項3】 請求項1または2記載の分光エリプソメ
ータを用いた極薄膜2層構造の解析方法において、 2層構造中の材料において、光学定数がより分かってい
る方の解析第1段階第3ステップで得られた膜厚を中心
値として、その前後数%〜数10%までの範囲の中で、
それぞれの設定した膜厚ごとに、もう一方の層について
BLMCを行う解析第2段階第2ステップと、解析第2
段階第3ステップをあわせて行う解析(Extende
d BLMC)を用いた極薄膜2層構造の解析方法。
3. The method for analyzing an ultrathin film two-layer structure using the spectroscopic ellipsometer according to claim 1 or 2, wherein the material of the two-layer structure whose optical constant is better known is analyzed in the first step, the third step. With the film thickness obtained in the step as the central value, within the range of several% to several tens% before and after that,
The second analysis step and the second analysis step in which BLMC is performed on the other layer for each set film thickness.
Analysis that also includes the third step (Extend)
d BLMC) for analyzing an ultrathin film two-layer structure.
【請求項4】 計測対象の基板表面の極薄膜2層構造
を、入射光の波長を変えて各波長λi ごとの入射光と反
射光の偏光の変化である測定スペクトルΨEi ) と
ΔE ( λi ) を得るΨE ,ΔE スペクトル測定段階と、 1,2層どちらかの層が不均一または不連続、いくつか
の材料が混ざり合っている場合、有効媒質近似を用いて
モデルをたて、極薄膜2層構造の基板の(N0,(n0,
0 ))および各薄膜の材料(Mat1 ,Mat2 )の考
えられる複素屈折率(N1,(n1,1 )),(N2,(n
2,2 ))、混合比(Vf1 ,Vf2 )、各層の膜厚(d1,
2 )を利用し、いくつかのモデルをたてる第1ステッ
プ、 前記各モデルごとに前記測定スペクトルとのフィッティ
ングを行う第2ステップ、および前記各モデルごとのフ
ィッティングの結果、最低χ2 値をもつモデルまたはあ
らかじめ設定した膜厚と混合比のそれぞれの最大、最小
値の中に入っているχ2の最も低いモデルの結果(d
1(best),2(best),Vf (best) )を決定する第3ステッ
プから成る解析第1段階と、 前記解析第1段階で得られた膜厚・混合比の結果を新し
いモデルの初期値とし、未知の分散式が入っている方の
層の解析第1段階第3ステップで得られた膜厚値を基
に、予想される範囲内にある膜厚((d1 ±mΔd1
または(d2 ±mΔd2 ))を設定し、もう一方の層の
膜厚についても、解析第1段階第3ステップで得られた
値を中心として、そのまわりの複数点((d2 ±mΔd
2 )または(d1 ±mΔd1 ))を設定し、また、解析
第1段階第3ステップで得られた混合比の値を中心値と
して、そのまわりの複数点(Vf±mΔVf)を設定する第
1ステップ、 混合比複数点(Vf±mΔVf)と未知の分散式が入ってい
る層のもう一方の層の膜厚複数点((d2 ±mΔd2
または(d1 ±mΔd1 ))との組み合わせのなかで、
それぞれ未知分散式が入っている層についてBLMCを
行う解析第2段階第2ステップ、 混合比と未知の分散式が入っている層のもう一方の層の
膜厚との組み合わせごとに得られた結果の中から、最低
χ2 値またはあらかじめ設定した膜厚、分散式パラメー
タ、混合比、入射角のそれぞれ最大、最小値の間に入っ
ている最低χ2値を持つ組み合わせのものを選択する第
3ステップ、からなる解析第2段階と、 前記解析第2段階第3ステップで得られた値を基に、両
膜厚、混合比および、分散式のフィッティングまたは、
両膜厚、混合比のフィッティングを行う解析第3段階第
1ステップ、 前記フィッティングで得られた結果の確認を行う第2ス
テップ、およびこの結果の保存を行う第3ステップから
成る解析第3段階とから構成された分光エリプソメータ
を用いた極薄膜2層構造の解析方法。
4. A measurement spectrum Ψ Ei ) which is a change in polarization of incident light and reflected light for each wavelength λ i by changing the wavelength of the incident light in the ultrathin film two-layer structure on the surface of the substrate to be measured. And Ψ E , Δ E spectrum measurement step to obtain Δ Ei ), and 1 or 2 layers are non-uniform or discontinuous, some materials are mixed, and effective medium approximation is used And a model of an ultrathin film two-layer structure (N 0 , (n 0, k
0 )) and the possible complex refractive indices (N 1 , (n 1, k 1 )), (N 2 ,, n of the materials (Mat1, Mat2) of each thin film.
2, k 2 )), mixing ratio (Vf 1 , Vf 2 ), film thickness of each layer (d 1,
d 2 ), a first step of making several models, a second step of fitting the measured spectrum for each model, and a fitting result for each model, the minimum χ 2 value Model or the model with the lowest χ 2 within the maximum and minimum values of the preset film thickness and mixing ratio (d
1 (best), d 2 (best), Vf (best) ) is determined in the first step of the analysis, and the result of the film thickness / mixing ratio obtained in the first step of the analysis is calculated as a new model. Based on the film thickness value obtained in the first step and the third step of the analysis of the layer having the unknown dispersion formula as the initial value, the film thickness within the expected range ((d 1 ± mΔd 1 )
Or (d 2 ± mΔd 2 )) is set, and the film thickness of the other layer is centered on the value obtained in the first step of the analysis and the third step, and a plurality of points ((d 2 ± mΔd
2 ) or (d 1 ± mΔd 1 )) is set, and multiple points (Vf ± mΔVf) around it are set with the value of the mixing ratio obtained in the first step of the analysis and the third step as the central value. First step, multiple points of mixing ratio (Vf ± mΔVf) and multiple points of film thickness of another layer ((d 2 ± mΔd 2 ))
Or in combination with (d 1 ± mΔd 1 )),
BLMC analysis for layers containing unknown dispersion equations, second step, second step, results obtained for each combination of mixing ratio and film thickness of the other layer of unknown dispersion equations The lowest χ 2 value or a combination having the lowest χ 2 value that falls between the maximum and minimum values of the preset film thickness, the dispersion parameter, the mixing ratio, and the incident angle, respectively. Based on the values obtained in the second step of the analysis and the third step of the second step of the analysis, both film thicknesses, mixture ratios, and dispersion-type fittings, or
An analysis third step including a first step of an analysis third step for fitting both film thicknesses and a mixture ratio, a second step for confirming the result obtained by the fitting, and a third step for storing the result. Method for analyzing an ultra-thin film two-layer structure using a spectroscopic ellipsometer composed of.
【請求項5】 請求項1,4記載の分光エリプソメータ
を用いた極薄膜2層構造の解析方法において、 計測対象の基板表面の極薄膜2層構造を、入射光の波長
を変えて各波長λi ごとの入射光と反射光の偏光の変化
である測定スペクトルΨE ( λi ) とΔE ( λ i ) を得
るΨE ,ΔE スペクトル測定段階と、 予想される範囲内にある複数の測定条件(Zi )ごとに
請求項1,4の解析第2段階第3ステップまでを行い、
各測定条件ごとに得られる結果の中から、最低χ2 値ま
たは分散式のパラメータや混合比Vfが、設定した最大、
最小値の間に入っている組み合わせの中で、χ2 値の最
も良いものを選択する第2段階第4ステップによって構
成されている、分光エリプソメータを用いた極薄膜2層
構造の解析方法。
5. The spectroscopic ellipsometer according to claim 1 or 4.
In the analysis method of the ultra-thin film two-layer structure using The ultra-thin film two-layer structure on the surface of the substrate to be measured
Each wavelength λi Change of polarization of incident light and reflected light for each
Is the measured spectrum ΨE (λi ) And ΔE (λ i )
ΨE , ΔE Spectrum measurement stage, For each of multiple measurement conditions (Zi) within the expected range
Performing the analysis second stage to the third step of claims 1 and 4,
The lowest χ among the results obtained under each measurement condition2 Value
Or the dispersion formula parameters and the mixing ratio Vf are set to the maximum,
Among the combinations that fall between the minimum values, χ2 Maximum value
The second step and the fourth step of selecting a good one
2 layers of ultra-thin film using spectroscopic ellipsometer
Structure analysis method.
【請求項6】 請求項1,2,3,4または5記載の分
光エリプソメータを用いた極薄膜2層構造の解析方法に
おいて、 前記解析第1,2,3段階における前記差の最も小ない
ものを選択するステップは、フィッティングしたもの
と、測定値の平均二乗誤差を求め、最も小さい平均二乗
誤差のものまたは、あらかじめ設定した膜厚、分散式パ
ラメータ、混合比、入射角の変量のそれぞれの最大、最
小値の中に入っている最も小さい平均二乗誤差のものに
決定することである分光エリプソメータを用いた極薄膜
2層構造の解析方法。
6. A method of analyzing an ultrathin film two-layer structure using the spectroscopic ellipsometer according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the difference in the first, second, and third analysis steps is the smallest. The step of selecting is to find the mean squared error of the fitted value and the measured value, and obtain the one with the smallest mean squared error or the maximum of the preset film thickness, dispersion formula parameter, mixing ratio, incident angle variable , A method of analyzing an ultrathin film two-layer structure using a spectroscopic ellipsometer, which is to determine the one having the smallest mean square error within the minimum value.
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