JP2010025575A - Film thickness measurement method and apparatus - Google Patents

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義彦 藤森
Kazuhiko Fukazawa
和彦 深澤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film thickness measurement apparatus and a method for measuring a film thickness distribution in a wide area such as the entire surface of a wafer at a high speed. <P>SOLUTION: The method for measuring a film thickness of a thin film formed on a surface of a solid includes: an obtaining procedure for obtaining a plurality of reflection images of the surface of the thin film on different optical conditions; and a calculating procedure for calculating the two-dimensional film thickness distribution in the area corresponding to the reflection image of the fixed surface based on a fitting calculation between an intensity value obtained from each pixel for composing the reflection image on each optical condition and a multilayer film interference expression corresponding to the optical condition. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ウェハ表面などに形成された多層薄膜の膜厚を計測するための膜厚測定方法および膜厚測定装置に関する。   The present invention relates to a film thickness measuring method and a film thickness measuring apparatus for measuring the film thickness of a multilayer thin film formed on a wafer surface or the like.

ウェハ表面に形成された多層薄膜の膜厚の計測には、エリプソメトリ(偏光測定法)を利用して偏光の回転角を測定し、その測定結果から膜厚と膜の構成材の屈折率とを求める技術が適用されている。   To measure the thickness of the multilayer thin film formed on the wafer surface, the ellipsometry (polarization measurement method) is used to measure the polarization rotation angle. The technology that demands is applied.

エリプソメトリを利用した従来の技術では、ウェハ上の一つの測定点について、その測定点からの反射光について偏光の回転角が測定され、膜厚が測定される。そして、複数の測定点について順次測定した結果から求めた膜厚が許容範囲内であれば、ウェハ全面の膜厚が許容範囲内であるとしていた。   In the conventional technique using ellipsometry, the rotation angle of polarized light is measured for the reflected light from one measurement point on the wafer, and the film thickness is measured. And if the film thickness calculated | required from the result measured sequentially about several measuring points is in tolerance level, it was supposed that the film thickness of the whole wafer surface was in tolerance level.

また、レンズなどの光学素子の表面に形成された薄膜の分光特性(例えば、分光透過率)を測定し、この測定結果に基づいて、膜厚を推定する手法も提案されている(特許文献1参照)。
特開2001−174226号公報
In addition, a method has been proposed in which the spectral characteristics (for example, spectral transmittance) of a thin film formed on the surface of an optical element such as a lens is measured, and the film thickness is estimated based on the measurement result (Patent Document 1). reference).
JP 2001-174226 A

従来のエリプソメトリを用いた膜厚測定技術や分光特性を用いた膜厚測定技術では、1回の測定で得られるのは、1つの測定点の微小領域の平均値としての膜厚である。   In a conventional film thickness measurement technique using ellipsometry or a film thickness measurement technique using spectral characteristics, the film thickness as an average value of a minute region at one measurement point is obtained by one measurement.

ところで、近年の半導体製造技術では、ウェハ上に集積して形成される回路の微細化が進むとともに、動作の高速化など性能の向上も求められている。これに伴って、膜厚のウェハ内での変動についての許容範囲が小さくなる傾向がある。   By the way, in recent semiconductor manufacturing technologies, miniaturization of circuits formed on a wafer has progressed, and improvement in performance such as high-speed operation is also required. Along with this, there is a tendency that the permissible range for fluctuations in the film thickness within the wafer becomes small.

特に、イメージセンサなどでは、2次元に配列された全ての画素の感度を均一化することが求められるため、1つのチップの中での膜厚の局所的な変動が問題になる場合もある。このような膜厚の局所的な変動は、薄膜を形成する装置のトラブルやウェハ表面に付着した異物により生じる他、ウェハ表面の段差により生じることもある。   In particular, in an image sensor or the like, since it is required to equalize the sensitivity of all the pixels arranged in two dimensions, local variation of the film thickness in one chip may be a problem. Such local fluctuations in the film thickness may be caused by troubles in the apparatus for forming the thin film or foreign matter adhering to the wafer surface, or may be caused by a step on the wafer surface.

一方、上述した従来の膜厚測定技術をそのまま適用してウェハ表面全体の膜厚分布を測定しようとすれば、膨大な測定点について測定を繰り返す必要があり、測定に多大な時間を要してしまう。   On the other hand, if the conventional film thickness measurement technique described above is applied as it is to measure the film thickness distribution on the entire wafer surface, it is necessary to repeat the measurement for a large number of measurement points, which takes a lot of time for the measurement. End up.

本発明は、ウェハ表面全体のような広い領域の膜厚分布を高速に測定可能な膜厚測定方法および装置を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a film thickness measuring method and apparatus capable of measuring a film thickness distribution over a wide area such as the entire wafer surface at high speed.

上述した目的は、以下に開示する膜厚測定方法および装置によって達成することができる。   The above-described object can be achieved by the film thickness measuring method and apparatus disclosed below.

この膜厚測定方法の特徴は、固体の表面に形成された薄膜の膜厚を計測する方法であって、薄膜の表面について、光学条件の異なる複数の反射像を取得する取得手順と、反射像を構成する各画素について個々の光学条件に対応して得られた輝度値と、光学条件に対応する多層膜干渉式とのフィッティング計算によって、固体表面の反射像に対応する領域の2次元の膜厚分布を算出する算出手順とを備える点にある。   This film thickness measurement method is characterized by a method for measuring the film thickness of a thin film formed on a solid surface, an acquisition procedure for acquiring a plurality of reflection images with different optical conditions for the surface of the thin film, and a reflection image The two-dimensional film of the region corresponding to the reflected image of the solid surface is obtained by fitting calculation of the luminance value obtained corresponding to each optical condition for each pixel constituting the pixel and the multilayer film interference equation corresponding to the optical condition. And a calculation procedure for calculating the thickness distribution.

このように構成された膜厚測定方法では、例えば、ウェハ表面全体に対応する広い領域に対応する反射像を、異なる光学条件についてそれぞれ一括して取得し、これらの反射像をフィッティング計算処理に供することで、2次元の膜厚分布を算出する。例えば、反射像それぞれを構成する各画素の輝度値に一致するように、各光学条件について、固体表面の反射率や各層の構成物質の屈折率などを反映した多層薄膜干渉式において、各層の膜厚を変化させるフィッティング計算を行って、各画素に対応する微小領域についての各層の膜厚を求めることで、2次元の膜厚分布を求めることができる。   In the film thickness measuring method configured in this way, for example, reflection images corresponding to a wide area corresponding to the entire wafer surface are acquired collectively for different optical conditions, and these reflection images are subjected to fitting calculation processing. Thus, a two-dimensional film thickness distribution is calculated. For example, in the multilayer thin film interference type reflecting the reflectance of the solid surface and the refractive index of the constituent material of each layer for each optical condition so as to match the luminance value of each pixel constituting each reflected image, the film of each layer A two-dimensional film thickness distribution can be obtained by performing fitting calculation for changing the thickness and obtaining the film thickness of each layer for a minute region corresponding to each pixel.

本発明にかかわる膜厚測定方法および装置によれば、ウェハ表面全体のような広い領域の膜厚分布を高速に測定することができるので、ウェハの全数検査に適用することが可能となる。   According to the film thickness measuring method and apparatus according to the present invention, it is possible to measure the film thickness distribution over a wide region such as the entire wafer surface at high speed, so that it can be applied to the total inspection of wafers.

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。
(実施形態1)
図1に、本発明にかかわる膜厚測定装置の一実施形態を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an embodiment of a film thickness measuring apparatus according to the present invention.

図1に示した照明装置11は、例えば、ほぼ均一な分光特性を持つ白色光源と、単一の波長を選択的に抽出する波長選択手段と、抽出された光を均一にする手段と、照明光の強度を制御する強度制御手段とを備えている。   The illumination device 11 shown in FIG. 1 includes, for example, a white light source having substantially uniform spectral characteristics, wavelength selection means for selectively extracting a single wavelength, means for making the extracted light uniform, illumination Intensity control means for controlling the intensity of light.

照明装置11から照射された光は、凹面鏡12によって平行光束となり、ウェハ13の表面を均一な角度条件で照明する。このウェハ13からの反射光は、凹面鏡14を介して撮像装置15に入射させられている。これにより、この撮像装置15によって、ウェハ13による反射像をウェハ13の表面全域にわたって同等の角度条件で撮影することができる。撮像装置15で得られた画像信号に基づいて、画像処理部16により、ウェハ全面に対応する画像データが形成され、形成された画像データは画像記憶部17に保持される。   The light irradiated from the illuminating device 11 becomes a parallel light beam by the concave mirror 12 and illuminates the surface of the wafer 13 under a uniform angle condition. The reflected light from the wafer 13 is incident on the imaging device 15 via the concave mirror 14. As a result, the image pick-up device 15 can take a reflected image from the wafer 13 over the entire surface of the wafer 13 under the same angle condition. Based on the image signal obtained by the imaging device 15, the image processing unit 16 forms image data corresponding to the entire wafer surface, and the formed image data is held in the image storage unit 17.

上述した照明装置11の波長選択手段および強度制御手段と、撮像装置15および画像処理部16とは、測定制御部18からの指示に応じて、それぞれ波長選択動作、照明強度制御動作、撮像動作および画像データ形成動作を実行する。これにより、例えば、照明装置11から射出する光の波長を様々に変え、それぞれの波長の光でウェハ13を照明したときの反射像を撮像装置15によって撮影し、対応する画像データを取得することができる。   The wavelength selection unit and the intensity control unit, the imaging device 15 and the image processing unit 16 of the illumination device 11 described above, according to instructions from the measurement control unit 18, respectively, a wavelength selection operation, an illumination intensity control operation, an imaging operation, and An image data forming operation is executed. Thereby, for example, the wavelength of the light emitted from the illuminating device 11 is changed variously, and the reflected image when the wafer 13 is illuminated with the light of each wavelength is photographed by the imaging device 15 and the corresponding image data is acquired. Can do.

このようにして、様々な波長の照明光のもとで撮像装置15および画像処理部16によって取得された反射像に対応する画像データは、照明光の波長に対応して画像記憶部17に順次に保持され、フィッティング計算部20の処理に供される。   In this way, image data corresponding to the reflected image acquired by the imaging device 15 and the image processing unit 16 under illumination light of various wavelengths is sequentially stored in the image storage unit 17 corresponding to the wavelength of the illumination light. And is used for the processing of the fitting calculation unit 20.

以下、フィッティング計算部20によって行われるフィッティング計算処理について説明する。   Hereinafter, the fitting calculation process performed by the fitting calculation unit 20 will be described.

上述したように、照明側と撮像側との双方がテレセントリックとなっている光学系では、撮影対象であるウェハの反射像の全領域について、同一の角度条件を適用した多層膜干渉式を適用することができる。   As described above, in an optical system in which both the illumination side and the imaging side are telecentric, the multi-layered film interference method applying the same angle condition is applied to the entire region of the reflected image of the wafer to be imaged. be able to.

ここで、ウェハ13の基材(例えば、Si)の各波長についての複素屈折率や、このウェハ13の基材上に形成された多層薄膜を構成する各層の構成物質の各波長についての複素屈折率や各層の基準膜厚及び推定変動幅は既知である。   Here, the complex refractive index for each wavelength of the base material (for example, Si) of the wafer 13 and the complex refraction for each wavelength of the constituent material of each layer constituting the multilayer thin film formed on the base material of the wafer 13. The rate, the reference film thickness of each layer, and the estimated fluctuation range are known.

したがって、反射像を撮影する波長ごとに、多層薄膜の各層の厚さを基準膜厚から推定変動幅で変動させたあらゆる組み合わせについて、各層の膜厚がその組み合わせである場合の反射率を予め計算しておくことができる。   Therefore, for every combination in which the thickness of each layer of the multilayer thin film is changed from the reference film thickness within the estimated fluctuation range for each wavelength at which the reflected image is taken, the reflectance when the film thickness of each layer is the combination is calculated in advance. Can be kept.

例えば、2つの層からなる多層薄膜の各層が、それぞれプラスマイナス100nmの範囲で変動することが想定される場合に、各層の厚さを10nm刻みで変化させるとすると、21×21(=441)通りの組み合わせについて各波長の反射率を計算しておけばよい。したがって、N層からなる多層薄膜の各層の厚さについて、各膜厚の変動範囲をM段階に区分して調べる場合には、M通りの組み合わせについて、少なくともN+1の異なる波長(λ、…、λN+1、…)についてそれぞれ反射率(R(λ)、…、R(λN+1)、…)を計算しておき、以下に述べるフィッティング計算を行うことにより、N層からなる多層薄膜の各層の膜厚を求めることができる。 For example, assuming that each layer of a multilayer thin film composed of two layers varies within a range of plus or minus 100 nm, assuming that the thickness of each layer is changed in increments of 10 nm, 21 × 21 (= 441) What is necessary is just to calculate the reflectance of each wavelength about a street combination. Therefore, the thickness of each layer of the multilayer film consisting of N layers, when examined by dividing the variation range of each film thickness in the M phase, the combination of street M n, of at least N + 1 different wavelengths (lambda 1, ... , Λ N + 1 ,..., And the reflectances (R (λ 1 ),..., R (λ N + 1 ),...) Are calculated, and the fitting calculation described below is performed. The film thickness of each layer can be determined.

図1に示したフィッティングテーブル21には、測定対象のウェハ13上に形成された多層薄膜に対応して、上述したようにして、膜厚測定装置の照明光として適用される各波長について計算した参照反射率セットが、各層の膜厚の組み合わせに対応して格納されている。図1に示したように、測定対象のウェハ13の全面がテレセントリック照明によって同一の角度条件で照明されている場合は、ウェハ13全面に対応する反射像を構成する各画素についてのフィッティング計算において、共通のフィッティングテーブルを用いることができるので、非常に少ない計算量で参照反射率セットを作成することができる。   In the fitting table 21 shown in FIG. 1, each wavelength applied as illumination light of the film thickness measuring apparatus is calculated as described above corresponding to the multilayer thin film formed on the wafer 13 to be measured. A reference reflectance set is stored corresponding to a combination of film thicknesses of the respective layers. As shown in FIG. 1, when the entire surface of the wafer 13 to be measured is illuminated by the telecentric illumination under the same angle condition, in the fitting calculation for each pixel constituting the reflected image corresponding to the entire surface of the wafer 13, Since a common fitting table can be used, a reference reflectance set can be created with a very small amount of calculation.

図2に、フィッティング計算処理を表す流れ図を示す。   FIG. 2 is a flowchart showing the fitting calculation process.

以下、図1、図2を参照しつつ、反射像を構成する各画素に対応するウェハ13の微小領域における膜厚を個別に特定することにより、ウェハ13全面における膜厚分布を取得する方法について説明する。   Hereinafter, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, a method of obtaining the film thickness distribution on the entire surface of the wafer 13 by individually specifying the film thickness in the minute region of the wafer 13 corresponding to each pixel constituting the reflection image. explain.

図1に示した反射率算出部22は、画像記憶部17に保持された各波長に対応する反射像から注目する画素の輝度値をそれぞれ読み出し(図2のステップS1)、これらの輝度値に基づいて、不図示の記憶部に保持された照明光の強度や撮像装置の感度、凹面鏡の反射率などの情報を用いて、各波長についての反射率を算出する(ステップS2)。このステップS2で算出された各波長についての反射率からなる測定反射率セットは、図1に示した距離算出部22に渡される。   The reflectance calculation unit 22 shown in FIG. 1 reads out the luminance values of the pixel of interest from the reflection image corresponding to each wavelength held in the image storage unit 17 (step S1 in FIG. 2), and uses these luminance values. Based on the information, such as the intensity of illumination light, the sensitivity of the imaging device, the reflectance of the concave mirror, and the like held in a storage unit (not shown), the reflectance for each wavelength is calculated (step S2). The measured reflectance set including the reflectance for each wavelength calculated in step S2 is passed to the distance calculation unit 22 shown in FIG.

この距離算出部22により、上述したようにして得られた測定反射率セットとフィッティングテーブル21に格納された各層の膜厚の組み合わせに対応する参照反射率セットそれぞれとの距離が算出される(ステップS3)。   The distance calculating unit 22 calculates the distance between the measured reflectance set obtained as described above and each reference reflectance set corresponding to the combination of the film thicknesses of the respective layers stored in the fitting table 21 (step S3).

このようにして求められた各参照反射率セットとの距離に基づいて、図1に示した候補抽出部24は、測定反射率セットに近い参照反射率セットを与える膜厚の組み合わせを最近点候補として抽出し、抽出した最近点候補を候補保持部25に保持する(ステップS4)。例えば、候補抽出部24は、ステップS3で求めた距離が所定の閾値以下となった参照反射率セットに対応する膜厚の組み合わせを最近点候補として抽出することができる。このようにして抽出した最近点候補は、後述する検証処理に供される。   Based on the distance to each reference reflectance set obtained in this way, the candidate extraction unit 24 shown in FIG. 1 sets the combination of film thicknesses that gives a reference reflectance set close to the measured reflectance set as the nearest point candidate. And the extracted nearest point candidate is held in the candidate holding unit 25 (step S4). For example, the candidate extracting unit 24 can extract a combination of film thicknesses corresponding to the reference reflectance set whose distance obtained in step S3 is equal to or smaller than a predetermined threshold value as the nearest point candidate. The closest point candidate extracted in this way is subjected to a verification process described later.

また、上述したステップS4の過程で算出された距離に基づいて、候補抽出部24により、測定反射率セットに最も近い参照反射率セットを与える膜厚の組み合わせが、フィッティングテーブル21を用いたフィッティング結果として特定される(ステップS5)。この膜厚の組み合わせを示す膜厚データもまた、膜厚データ保持部26を介して後述する検証処理に供される。   Further, based on the distance calculated in the process of step S4 described above, the combination of film thicknesses that gives the reference reflectance set closest to the measured reflectance set by the candidate extraction unit 24 is the fitting result using the fitting table 21. (Step S5). The film thickness data indicating the combination of the film thicknesses is also provided to a verification process to be described later via the film thickness data holding unit 26.

反射像を構成する各画素について、上述したステップS1〜ステップS5の処理を繰り返し、全ての画素についての処理が完了したときに、ステップS6の肯定判定としてステップS7に進み、検証処理部27による膜厚分布の検証処理が行われる。   For each pixel constituting the reflected image, the processes in steps S1 to S5 described above are repeated, and when the processes for all the pixels are completed, the process proceeds to step S7 as an affirmative determination in step S6. A thickness distribution verification process is performed.

ここで、単層の薄膜の膜厚を2つの波長についての反射率から特定しようとする場合を例にとって、膜厚分布の検証処理について説明する。   Here, the process for verifying the film thickness distribution will be described by taking as an example the case where the film thickness of a single-layer thin film is to be specified from the reflectance for two wavelengths.

測定対象の薄膜の膜厚を推定変動幅の下限に対応する膜厚tから上限に対応する膜厚t20まで変化させたときに、波長λ、λに対する反射率R(λ),R(λ)が図3に示すように変化する場合がある。このような場合には、膜厚t、tに対応する参照反射率セットと、これらの膜厚とは大幅に異なる膜厚t20に対応する参照反射率セットとの距離が小さくなる場合がある。 When the film thickness of the thin film to be measured is changed from the film thickness t 1 corresponding to the lower limit of the estimated fluctuation range to the film thickness t 20 corresponding to the upper limit, the reflectance R (λ 1 ) with respect to the wavelengths λ 1 and λ 2 , R (λ 2 ) may change as shown in FIG. In such a case, the distance between the reference reflectance set corresponding to the film thicknesses t 2 and t 3 and the reference reflectance set corresponding to the film thickness t 20 that is significantly different from these film thicknesses is small. There is.

このとき、注目している画素について得られた測定反射率セット(図3において網掛けを付した矩形で示す)が、膜厚tに対応する参照反射率セットと膜厚t20に対応する参照反射率セットとのほぼ中間の値として得られると、最近点をどちらに決定するかによって、特定される膜厚が大幅に異なる。 At this time, attention to are measured reflectance set obtained for the pixel (indicated by rectangles hatching in FIG. 3) corresponds to the reference reflectance set and the thickness t 20 corresponding to the thickness t 2 When obtained as a value approximately in the middle of the reference reflectance set, the specified film thickness varies greatly depending on which of the closest points is determined.

このような場合に、注目画素の近傍の画素について得られた膜厚データを利用して、注目画素の膜厚データを検証し、周囲の膜厚データを考慮して注目画素に対応する膜厚を求めることが有効である。   In such a case, the film thickness data obtained for the pixels in the vicinity of the target pixel is used to verify the film thickness data of the target pixel, and the film thickness corresponding to the target pixel is considered in consideration of the surrounding film thickness data. Is effective.

図4に、膜厚検証動作を表す流れ図を示す。   FIG. 4 is a flowchart showing the film thickness verification operation.

検証処理部27は、膜厚データ保持部26から注目画素とその近傍の画素とに対応する膜厚データを読み込み、注目画素の膜厚データと近傍の画素の膜厚データとを比較する(ステップS11,S12)。   The verification processing unit 27 reads the film thickness data corresponding to the target pixel and its neighboring pixels from the film thickness data holding unit 26, and compares the film thickness data of the target pixel with the film thickness data of the neighboring pixels (step). S11, S12).

この比較結果に基づいて、検証処理部27は、注目画素の膜厚がその周囲の膜厚からかけ離れた異常値となっているか否かを判定する(ステップS13)。   Based on the comparison result, the verification processing unit 27 determines whether or not the film thickness of the target pixel is an abnormal value far from the surrounding film thickness (step S13).

例えば、図3に示した例では、注目画素に対応する反射率セット(図3において、網掛けを付した矩形で示した)に対応するフィッティング結果として膜厚tが得られ、近傍の各画素に対応する反射率セット(図3において、白抜きの矩形で示した)に対応するフィッティング結果として、膜厚tとは大きく異なる膜厚t19あるいは膜厚t20が得られている。このように、注目画素に対応する膜厚と近傍の画素に対応する膜厚の平均値との差が所定の閾値以上となった場合に、検証処理部27により、注目画素に対応する膜厚が異常値であると判断され(ステップS13の肯定判定)、ステップS14〜S16の補正処理が行われる。 For example, in the example shown in FIG. 3, the film thickness t 2 is obtained as a fitting result corresponding to the reflectance set corresponding to the target pixel (shown by a shaded rectangle in FIG. 3). (3, shows a rectangular outline) reflectivity set corresponding to a pixel as a fitting result corresponding to, greater different thicknesses t 19 or the thickness t 20 is obtained from the thickness t 2. In this way, when the difference between the film thickness corresponding to the target pixel and the average value of the film thickness corresponding to the neighboring pixels is equal to or greater than a predetermined threshold, the verification processing unit 27 performs the film thickness corresponding to the target pixel. Is an abnormal value (affirmative determination in step S13), and correction processing in steps S14 to S16 is performed.

この場合に、検証処理部27は、まず、候補保持部25から注目画素に対応して保持された最近点候補を読み出し(ステップS14)、次いで、これらの最近点候補から近傍の画素の膜厚に最も近いものを特定する(ステップS15)。また、特定された膜厚を用いて、注目画素に対応する膜厚データを更新することで、注目画素に対応する膜厚データを補正する(ステップS16)。   In this case, the verification processing unit 27 first reads out the nearest point candidate held in correspondence with the target pixel from the candidate holding unit 25 (step S14), and then, from these nearest point candidates, the film thicknesses of neighboring pixels. The one closest to is identified (step S15). Further, by updating the film thickness data corresponding to the target pixel using the specified film thickness, the film thickness data corresponding to the target pixel is corrected (step S16).

図3に示した例のように、注目画素に対応する反射率データが、膜厚tとともに膜厚tおよび膜厚t20に対応する参照反射率データの中間付近となっている場合は、最近点候補としてこれらの参照反射率データに対応する膜厚データが抽出されている。この場合は、ステップS14において読み出されたこれらの膜厚データから、検証処理部27により、近傍の画素のフィッティング結果に近い膜厚t20が特定され、特定された膜厚データで元のフィッティング結果を置き換えることにより、膜厚データの異常値が補正される。 As in the example shown in FIG. 3, if the reflectance data corresponding to the pixel of interest, has become a middle vicinity of the reference reflectance data corresponding to the film thickness t 3 and the thickness t 20 with the film thickness t 2 is The film thickness data corresponding to the reference reflectance data is extracted as the nearest point candidate. In this case, these thicknesses data read in step S14, the verification processing unit 27, are specified film thickness t 20 close to the fitting result of the pixels in the neighborhood, the original fitting in thickness data identified By replacing the result, the abnormal value of the film thickness data is corrected.

上述したステップS11からステップS16の処理を全ての画素について繰り返すことにより、画素ごとに個別にフィッティング処理を行って得られた膜厚データを近傍の画素に対応する結果に基づいて検証し、異常値を検出して補正することができる。   By repeating the process from step S11 to step S16 described above for all pixels, the film thickness data obtained by performing the fitting process individually for each pixel is verified based on the result corresponding to the neighboring pixels, and an abnormal value is obtained. Can be detected and corrected.

このような検証処理が完了した後に、図2のステップS8において、膜厚データ保持部26に保持された、異常値を補正済みの膜厚データを出力することにより、ウェハ13全面に対応する膜厚分布を利用者に提供することができる。   After completion of such verification processing, in step S8 of FIG. 2, the film thickness data held in the film thickness data holding unit 26 is outputted, and the film thickness data corrected for the abnormal value is output, whereby the film corresponding to the entire surface of the wafer 13 is output. A thickness distribution can be provided to the user.

上述したように、図1に示した本発明にかかわる膜厚測定装置では、各照明波長について、測定対象のウェハ13全面に対応する反射像を一括して取得しているので、膜厚の算出に必要な反射率データを短時間で取得することができる。したがって、本発明にかかわる膜厚測定装置は、非常に短い時間でウェハ全面の膜厚分布を測定することができ、ウェハの全数検査などにも適用可能である。   As described above, in the film thickness measurement apparatus according to the present invention shown in FIG. 1, the reflection images corresponding to the entire surface of the wafer 13 to be measured are acquired in a lump for each illumination wavelength. The reflectance data necessary for the acquisition can be acquired in a short time. Therefore, the film thickness measuring apparatus according to the present invention can measure the film thickness distribution on the entire surface of the wafer in a very short time, and can be applied to 100% inspection of wafers.

また、本発明にかかわる膜厚測定装置では、多層薄膜の各層についてその膜厚の変動を含む膜厚の分布を測定することができるので、ウェハ全面に渡る膜厚の変動とともにイメージセンサなどのチップ内の微小な膜厚変動も検出することができる。特に、各画素に対応して求めた膜厚データを、近傍の画素に対応する膜厚データに基づいて検証し、異常値を補正することにより、取得した反射像に含まれているノイズの影響を抑えて、高い精度で各層の膜厚を求めることができる。更に、反射率を測定する波長の数を、上述した条件で示される数(つまり、多層薄膜の層数N+1)よりも増やすことにより、フィッティング計算によってより高い精度で各層の膜厚を求めることができる。   Further, in the film thickness measuring apparatus according to the present invention, the distribution of the film thickness including the film thickness variation can be measured for each layer of the multilayer thin film. It is also possible to detect minute fluctuations in film thickness. In particular, the film thickness data obtained for each pixel is verified based on the film thickness data corresponding to neighboring pixels, and the abnormal values are corrected to correct the influence of noise contained in the acquired reflected image. The film thickness of each layer can be determined with high accuracy. Further, by increasing the number of wavelengths for measuring the reflectance to be greater than the number indicated by the above-described conditions (that is, the number N + 1 of the multilayer thin films), the thickness of each layer can be obtained with higher accuracy by fitting calculation. it can.

なお、反射像を取得する際に変える光学条件は、上述した波長に限らず、測定対象のウェハへの照明光の入射角や偏光でも良いし、また、これらの組み合わせでも良い。例えば、異なる入射角でウェハを照明する複数系統の照明系およびそれぞれの入射角に対応してウェハ表面を撮影する撮像系を備えた膜厚測定装置を準備し、これらを切り替えて反射像の取得を行うことにより、測定に利用可能な波長の数に角度条件の数を乗じた数の光学条件の異なる反射像を得ることができる。そして、得られた全ての反射像を利用して、それぞれの角度条件を考慮したフィッティング計算を行い、ウェハ全面に対応する膜厚分布を求めることができる。このような構成は、測定対象のウェハの照明光として利用可能な波長が限られる場合などに有効である。   The optical condition to be changed when acquiring the reflected image is not limited to the wavelength described above, but may be the incident angle or polarization of the illumination light on the measurement target wafer, or a combination thereof. For example, prepare a film thickness measurement system equipped with multiple illumination systems that illuminate the wafer at different incident angles and an imaging system that images the wafer surface corresponding to each incident angle, and switch between these to obtain a reflected image By performing the above, it is possible to obtain reflected images having different optical conditions by multiplying the number of wavelengths available for measurement by the number of angle conditions. Then, using all of the obtained reflection images, fitting calculation considering each angle condition can be performed to obtain a film thickness distribution corresponding to the entire wafer surface. Such a configuration is effective when the wavelength that can be used as illumination light for the wafer to be measured is limited.

また、測定反射率セットに最も近い参照反射率セットを与える膜厚の組合せを求める膜厚としたが、最も近い反射率セットと、その前後の膜厚の反射率セットとの間を補間して測定反射率セットに最も近い補間点を求めることにより、膜厚の測定分解能を参照反射率セット作成時の膜厚刻み量よりも小さくすることが可能である。図3の例では、t18、t19、t20の点を曲線で近似して補間し、図3の近傍の画素(白抜きの矩形)から最も近い補間点を求め、その補間点に相当する膜厚をt18、t19、t20の膜厚の値から、その補間点の位置に応じて求めればよい。図3より複雑な例では、例えば、反射像の数が3の場合は、3次元空間において曲線近似あるいは曲面近似を行えばよい。   In addition, the film thickness for obtaining the combination of film thicknesses that gives the reference reflectance set closest to the measured reflectance set was used, but interpolation was performed between the closest reflectance set and the reflectance set of the film thickness before and after that. By obtaining the interpolation point closest to the measurement reflectance set, the film thickness measurement resolution can be made smaller than the film thickness increment at the time of creating the reference reflectance set. In the example of FIG. 3, the points t18, t19, and t20 are approximated by a curve and interpolated to obtain the nearest interpolation point from the neighboring pixels (open rectangles) in FIG. 3, and the film thickness corresponding to the interpolation point is obtained. Is obtained from the film thickness values at t18, t19, and t20 in accordance with the position of the interpolation point. In a more complicated example than FIG. 3, for example, when the number of reflected images is 3, curve approximation or curved surface approximation may be performed in a three-dimensional space.

また、例えば、第i層までの各層の膜厚分布を上述したようにして計測した後に、この計測結果を、新たに形成した第i+1層の膜厚分布の測定に利用することもできる。   Further, for example, after measuring the film thickness distribution of each layer up to the i-th layer as described above, the measurement result can be used for measuring the film thickness distribution of the newly formed i + 1-th layer.

この場合は、ウェハの反射像の各画素について、第i+1層の膜厚の変動範囲を適切な刻みで区分した段階ごとに、第i層までの各層の膜厚を考慮した参照反射率データセットを計算しておく。そして、図1に示したウェハ全面に共通するフィッティングテーブル21の代わりに、第i層までの各層の膜厚を考慮した参照反射率データセットからなるフィッティングテーブルを用いることにより、第i+1層の膜厚を求めることができる。   In this case, for each pixel of the reflected image of the wafer, a reference reflectance data set in consideration of the thickness of each layer up to the i-th layer for each stage in which the variation range of the film thickness of the (i + 1) th layer is divided in an appropriate step. Calculate. Then, instead of the fitting table 21 common to the entire wafer surface shown in FIG. 1, a fitting table made of a reference reflectance data set in consideration of the film thickness of each layer up to the i-th layer is used, whereby the i + 1-th layer film is obtained. Thickness can be determined.

また一方、テレセントリック照明系以外の形式の照明系を採用することも可能である。この場合は、図1に示したウェハ全面に共通するフィッティングテーブル21の代わりに、各画素の位置における角度条件での多層膜干渉式を用いて、それぞれのフィッティングテーブルを用意すればよい。ただし、この場合は、照明角度の異なる画素ごとにフィッティングテーブルを計算しなければならないので、計算量が大きくなる。
(実施形態2)
ところで、メモリ素子においてメモリセルが配置されている領域やイメージセンサにおいて画素が配置されている領域のように、同一の微細構造が繰り返し配置され、周囲に廻らされた配線などによって物理的に区切られている領域に形成された薄膜は、ある決まった傾向を持っている場合がある。例えば、図6に示すように、領域の周辺部が厚くなる皿状の膜厚分布の傾向を持っている場合がある。
On the other hand, it is possible to adopt an illumination system of a form other than the telecentric illumination system. In this case, instead of the fitting table 21 common to the entire surface of the wafer shown in FIG. 1, each fitting table may be prepared using a multilayer film interference equation under an angle condition at each pixel position. However, in this case, since the fitting table must be calculated for each pixel having a different illumination angle, the amount of calculation increases.
(Embodiment 2)
By the way, like a region where memory cells are arranged in a memory element or a region where pixels are arranged in an image sensor, the same fine structure is repeatedly arranged and physically separated by wiring around the periphery. A thin film formed in a certain region may have a certain tendency. For example, as shown in FIG. 6, there may be a tendency for a dish-shaped film thickness distribution in which the peripheral part of the region becomes thick.

このような領域に対しては、その膜厚分布をモデル化して、領域全体で多層膜干渉式を用いてフィッティングすることにより測定精度を上げることが可能である。   For such a region, it is possible to increase the measurement accuracy by modeling the film thickness distribution and fitting the entire region using the multilayer interference method.

図5に、本発明にかかわるフィッティング計算部の別形態を示す。   FIG. 5 shows another embodiment of the fitting calculation unit according to the present invention.

図5に示したフィッティング計算部20において、領域抽出部31は、測定対象のウェハ13(図1参照)についてのプロセス情報に基づいて上述したようなモデル化が可能な領域の画像データを、画像記憶部17に各波長に対応して記憶された反射像の画像データからそれぞれ抽出する。反射率算出部32は、領域抽出部31から受け取った画像データに基づいて、抽出された領域に含まれる画素iについて、各波長λに対応する反射率の測定値Rijを算出する。各画素について算出された各波長に対応する測定反射率Rijからなる測定分光反射率セットは、測定値保持部33に保持される。 In the fitting calculation unit 20 illustrated in FIG. 5, the region extraction unit 31 generates image data of a region that can be modeled as described above based on the process information about the wafer 13 to be measured (see FIG. 1). Extracted from the image data of the reflected image stored in the storage unit 17 corresponding to each wavelength. Based on the image data received from the region extraction unit 31, the reflectance calculation unit 32 calculates a reflectance measurement value R ij corresponding to each wavelength λ j for the pixel i included in the extracted region. A measurement spectral reflectance set including measurement reflectance R ij corresponding to each wavelength calculated for each pixel is held in the measurement value holding unit 33.

図5に示した特性値テーブル34には、測定対象のウェハ13上に形成された多層薄膜の各層およびウェハ13の基材に関する情報が格納されている。また、参照反射率算出部35は、この特性テーブル34に格納された情報に基づいて、多層薄膜の各層について、それぞれに適用した曲面モデルで表される領域内の各画素に対応する位置での膜厚の計算値から各波長に対応する参照反射率を算出する。参照反射率算出部35は、例えば、領域内の画素iの座標(x,y)における第k層の薄膜の膜厚zkiを式(1)に示すようなx、y座標に関する4次関数でモデル化し、この曲面モデルで示される各画素・各層の膜厚を用いて、各波長λについての参照反射率rijを算出すればよい。この計算式を関数fで示す(式(2)参照)なお、式(2)において、Kは、多層薄膜の層の数である。 The characteristic value table 34 shown in FIG. 5 stores information about each layer of the multilayer thin film formed on the wafer 13 to be measured and the base material of the wafer 13. In addition, the reference reflectance calculation unit 35, based on the information stored in the characteristic table 34, for each layer of the multilayer thin film, at a position corresponding to each pixel in the region represented by the curved surface model applied to each layer. The reference reflectance corresponding to each wavelength is calculated from the calculated value of the film thickness. For example, the reference reflectance calculation unit 35 sets the film thickness z ki of the thin film of the k-th layer at the coordinates (x i , y i ) of the pixel i in the region to 4 relating to the x and y coordinates as shown in Expression (1). It is possible to calculate the reference reflectivity r ij for each wavelength λ j using a model of a secondary function and using the thickness of each pixel and each layer indicated by the curved surface model. This calculation formula is represented by a function f j (see formula (2)). In formula (2), K is the number of layers of the multilayer thin film.

ki=a(x−b)+c(y−d)+e ・・・(1)
ij=f(z1i,z2i,a3i,・・・,zKi) ・・・(2)
図5に示した適応制御部36は、参照反射率算出部35で各画素について求められた参照反射率rijからなる参照分光反射率セットと測定値保持部33に保持された測定分光反射率セットとの差を最小とする、式(1)の各層の係数a,b,c,d,e(k=1,2,…,K)を求める。適応制御部36は、例えば、最小二乗法を用いて測定反射率Rijと参照反射率rijとの差の二乗和を最小化する式(1)の各層の係数a,b,c,d,e(k=1,2,…,K)を求めればよい。
z ki = a k (x i -b k ) 4 + c k (y i -d k ) 4 + e k (1)
r ij = f j (z 1i , z 2i , a 3i ,..., z Ki ) (2)
The adaptive control unit 36 illustrated in FIG. 5 includes a reference spectral reflectance set including the reference reflectance r ij obtained for each pixel by the reference reflectance calculating unit 35 and a measured spectral reflectance held in the measured value holding unit 33. The coefficients a k , b k , c k , d k , e k (k = 1, 2,..., K) of Equation (1) that minimize the difference from the set are obtained. For example, the adaptive control unit 36 uses the least square method to minimize the sum of squares of the difference between the measured reflectance R ij and the reference reflectance r ij, and the coefficients a k , b k , c of each layer in Expression (1). k , d k , e k (k = 1, 2,..., K) may be obtained.

式(3)は、測定反射率Rijと参照反射率rijとの差の二乗和Sを求める式である。 Expression (3) is an expression for obtaining the square sum S of the difference between the measured reflectance R ij and the reference reflectance r ij .

Figure 2010025575
Figure 2010025575

式(3)を係数a,b,c,d,e(k=1,2,…,K)で偏微分して得られる連立方程式(式(4)参照)を係数a,b,c,d,e(k=1,2,…,K)について解くことができれば、その解の式を用いて係数a,b,c,d,e(k=1,2,…,K)を解析的に求めることができる。上述した連立方程式(式(4))が複雑で係数a,b,c,d,e(k=1,2,…,K)について解くことができない場合は、係数a,b,c,d,e(k=1,2,…,K)を少しずつ変えながら二乗和Sを計算して、二乗和Sを最小にする係数a,b,c,d,e(k=1,2,…,K)を探索すればよい。 A simultaneous equation (see equation (4)) obtained by partial differentiation of equation (3) with coefficients a k , b k , c k , d k , e k (k = 1, 2,..., K) is expressed as coefficient a If k , b k , c k , d k , and e k (k = 1, 2,..., K) can be solved, the coefficients a k , b k , c k , d k , e k (k = 1, 2,..., K) can be obtained analytically. If the above simultaneous equations (formula (4)) are complex and cannot be solved for the coefficients a k , b k , c k , d k , e k (k = 1, 2,..., K), the coefficient a k , B k , c k , d k , e k (k = 1, 2,..., K) are changed little by little to calculate the sum of squares S, and the coefficients a k , b k , c k, d k, e k (k = 1,2, ..., K) may be searched for.

このようにして、各層についてのモデル曲面のフィッティングが完了した後に、得られたモデル曲面の式を用いて、膜厚分布特定部37により、上述した領域内の各画素の膜厚が算出され、この領域における各層の膜厚分布として出力される。   Thus, after the fitting of the model curved surface for each layer is completed, the film thickness distribution specifying unit 37 calculates the film thickness of each pixel in the above-described region using the obtained model curved surface formula. It is output as the film thickness distribution of each layer in this region.

このような曲面モデルを適用したフィッティング計算では、モデル化された領域における膜厚分布は、その領域に含まれる全ての画素についての測定値に基づいて求められているので、取得した反射像を構成する各画素の輝度値に含まれるノイズがその画素に対応する位置における膜厚測定に与える影響を小さくして、測定結果における異常値の発生を抑制して、精度の高い膜厚分布を得ることができる。   In the fitting calculation using such a curved surface model, the film thickness distribution in the modeled area is obtained based on the measured values for all the pixels included in the area, so that the acquired reflection image is formed. To reduce the influence of noise included in the brightness value of each pixel on the film thickness measurement at the position corresponding to that pixel, suppress the occurrence of abnormal values in the measurement results, and obtain a highly accurate film thickness distribution Can do.

(実施形態3)
上述した実施形態2で説明した曲面モデルを用いて領域について一括してフィッティングを行う手法と、画素ごとに個別にフィッティングを行う手法とを切り替えて測定対象のウェハ13全面について膜厚分布を測定することも可能である。
(Embodiment 3)
The film thickness distribution is measured over the entire surface of the wafer 13 to be measured by switching between the method of collectively fitting a region using the curved surface model described in the second embodiment and the method of performing fitting individually for each pixel. It is also possible.

図7に、本発明にかかわるフィッティング計算部の別形態を示す。   FIG. 7 shows another form of the fitting calculation unit according to the present invention.

図7に示したフィッティング計算部20では、画像記憶部17に記憶された各波長に対応する反射像を表す画像データに基づいて、反射率算出部41によって各波長に対応する反射率の測定値が算出され、これらの反射率データが反射率データ保持部43に保持される。   In the fitting calculation unit 20 shown in FIG. 7, based on the image data representing the reflection image corresponding to each wavelength stored in the image storage unit 17, the reflectance calculation unit 41 measures the reflectance corresponding to each wavelength. And the reflectance data is held in the reflectance data holding unit 43.

ここで、上述した反射率算出部41による算出処理の際に、図1に示した照明装置11の照明光における各波長の強度の設定値とのずれや撮像装置15に備えられた撮像素子における感度のずれなどを考慮して、反射率の測定値を補正することにより、膜厚分布測定に必要な反射率データの精度を向上することができる。   Here, during the calculation process by the reflectance calculation unit 41 described above, a deviation from the setting value of the intensity of each wavelength in the illumination light of the illumination device 11 illustrated in FIG. 1 or in the image sensor provided in the imaging device 15. The accuracy of the reflectance data necessary for the film thickness distribution measurement can be improved by correcting the measured value of the reflectance in consideration of the sensitivity shift and the like.

例えば、測定に先立って、測定対象のウェハ13と同等の形状を持ち、分光反射率の分布が既知である参照試料の表面からの反射像を各波長について取得し、これらの反射像とこの参照試料の分光反射率分布とに基づいて、測定に用いる波長ごとに、各画素対応の補正値を求めて較正データ保持部42に保持し、これを反射率算出部41の処理に供することができる。上述した参照試料としては、シリコン基板そのものやシリコン基板にシリカなど分光反射率が既知の物質を用いて均一な保護膜を形成したものを用いることができる。参照試料として、保護膜が形成されたシリコンウェハを用いる場合に、この保護膜の分光反射率の分布は、例えば、分光計などを用いて予め測定しておくことができる。   For example, prior to measurement, a reflection image from the surface of a reference sample having a shape equivalent to the wafer 13 to be measured and having a known spectral reflectance distribution is acquired for each wavelength, and these reflection images and this reference are obtained. Based on the spectral reflectance distribution of the sample, for each wavelength used for measurement, a correction value corresponding to each pixel is obtained and held in the calibration data holding unit 42, which can be used for the processing of the reflectance calculating unit 41. . As the reference sample described above, a silicon substrate itself or a silicon substrate formed with a uniform protective film using a substance having a known spectral reflectance such as silica can be used. When a silicon wafer on which a protective film is formed is used as the reference sample, the spectral reflectance distribution of the protective film can be measured in advance using, for example, a spectrometer.

図7に示した領域抽出部44は、図5に示した領域抽出部31と同様に、測定対象のウェハ13のプロセス情報などに基づいて、モデル化が可能な領域に対応する分光反射率データを抽出する。この領域抽出部44によって抽出された分光反射率データに基づいて、領域フィッティング45は、上述した実施形態2で説明した領域について一括してフィッティング処理を行う。この領域フィッティング部45は、例えば、図5に示した特性値テーブル34、参照反射率算出部35、適応制御部36を備えて構成される。   Similar to the region extraction unit 31 shown in FIG. 5, the region extraction unit 44 shown in FIG. 7 is based on the process information of the wafer 13 to be measured and the spectral reflectance data corresponding to the region that can be modeled. To extract. Based on the spectral reflectance data extracted by the region extraction unit 44, the region fitting 45 collectively performs the fitting process on the regions described in the second embodiment. The region fitting unit 45 includes, for example, the characteristic value table 34, the reference reflectance calculation unit 35, and the adaptive control unit 36 illustrated in FIG.

一方、その他の分光反射率データについては、個別フィッティング部46により、実施形態1において説明したような画素ごとにフィッティングテーブル21に保持された参照反射率セットの中から最近点を探索する処理が行われる。この個別フィッティング部46は、例えば、少なくとも、図1に示したフィッティングテーブル21および距離算出部23を備えて構成される。   On the other hand, for other spectral reflectance data, the individual fitting unit 46 performs a process of searching for the nearest point from the reference reflectance set held in the fitting table 21 for each pixel as described in the first embodiment. Is called. The individual fitting unit 46 includes, for example, at least the fitting table 21 and the distance calculation unit 23 illustrated in FIG.

また、領域フィッティング部45によって求められた領域内部の膜厚分布は、その領域に含まれる各画素に対応して膜厚データ保持部47に保持される。また、個別フィッティング部46によって画素ごとに求められた膜厚は、それぞれの画素に対応して膜厚データ保持部47に保持される。このように、領域フィッティング部45で得られた測定結果と個別フィッティング部46で得られた測定結果とを膜厚データ保持部47において合成することで、測定対象のウェハ13全面に対応する膜厚分布を得ることができる。   Further, the film thickness distribution inside the area obtained by the area fitting unit 45 is held in the film thickness data holding unit 47 corresponding to each pixel included in the area. The film thickness obtained for each pixel by the individual fitting unit 46 is held in the film thickness data holding unit 47 corresponding to each pixel. In this way, the measurement result obtained by the region fitting unit 45 and the measurement result obtained by the individual fitting unit 46 are synthesized in the film thickness data holding unit 47, whereby the film thickness corresponding to the entire surface of the wafer 13 to be measured. Distribution can be obtained.

膜厚測定装置の実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment of a film thickness measuring apparatus. フィッティング計算処理を表す流れ図である。It is a flowchart showing a fitting calculation process. 膜厚分布の検証処理を説明する図である。It is a figure explaining the verification process of film thickness distribution. 膜厚検証動作を表す流れ図である。It is a flowchart showing film thickness verification operation | movement. フィッティング計算部の別形態を示す図である。It is a figure which shows another form of a fitting calculation part. 膜厚分布の例を示す図である。It is a figure which shows the example of film thickness distribution. フィッティング計算部の別形態を示す図である。It is a figure which shows another form of a fitting calculation part.

符号の説明Explanation of symbols

11…照明装置、12,14…凹面鏡、13…ウェハ、15…撮像装置、16…画像処理部、17…画像記憶部、18…測定制御部、20…フィッティング計算部、21…フィッティングテーブル、22,32,41…反射率算出部、23…距離算出部、24…候補抽出部、25…候補保持部、26,47…膜厚データ保持部、27…検証処理部、31,44…領域抽出部、33…測定値保持部、34…特性値テーブル、35…参照反射率算出部、36…適応制御部、37…膜厚分布特定部、42…較正データ保持部、43…反射率データ保持部、45…領域フィッティング部、46…個別フィッティング部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Illuminating device 12, 14 ... Concave mirror, 13 ... Wafer, 15 ... Imaging device, 16 ... Image processing part, 17 ... Image storage part, 18 ... Measurement control part, 20 ... Fitting calculation part, 21 ... Fitting table, 22 , 32, 41 ... reflectance calculation unit, 23 ... distance calculation unit, 24 ... candidate extraction unit, 25 ... candidate holding unit, 26, 47 ... film thickness data holding unit, 27 ... verification processing unit, 31, 44 ... region extraction 33: Measurement value holding unit, 34 ... Characteristic value table, 35 ... Reference reflectance calculating unit, 36 ... Adaptive control unit, 37 ... Film thickness distribution specifying unit, 42 ... Calibration data holding unit, 43 ... Reflectance data holding 45, region fitting unit, 46 ... individual fitting unit.

Claims (12)

固体の表面に形成された薄膜の膜厚を計測する方法であって、
前記薄膜の表面について、光学条件の異なる複数の反射像を取得する取得手順と、
前記反射像を構成する各画素について個々の光学条件に対応する明るさを示す輝度値と前記光学条件に対応する多層膜干渉式とのフィッティング計算によって、前記固体表面の反射像に対応する領域の2次元の膜厚分布を算出する算出手順と
を備えたことを特徴とする膜厚測定方法。
A method for measuring the thickness of a thin film formed on a solid surface,
An acquisition procedure for acquiring a plurality of reflection images having different optical conditions for the surface of the thin film;
For each pixel constituting the reflected image, a fitting calculation of a luminance value indicating brightness corresponding to an individual optical condition and a multilayer interference type corresponding to the optical condition is performed to calculate an area corresponding to the reflected image on the solid surface. A calculation procedure for calculating a two-dimensional film thickness distribution.
請求項1に記載の膜厚測定方法において、
前記取得手順は、テレセントリック照明によって前記固体表面に形成された薄膜を照明し、前記薄膜表面による2次元の反射像を取得すること
を特徴とする膜厚測定方法。
In the film thickness measuring method according to claim 1,
In the film thickness measuring method, the acquisition procedure includes illuminating a thin film formed on the solid surface by telecentric illumination to acquire a two-dimensional reflected image from the thin film surface.
請求項1に記載の膜厚測定方法において、
前記取得手順は、前記薄膜を構成する層の数より多くの2次元の反射像を、それぞれ光学条件を変えて取得すること
を特徴とする膜厚測定方法。
In the film thickness measuring method according to claim 1,
In the film thickness measuring method, the obtaining procedure obtains two-dimensional reflected images larger than the number of layers constituting the thin film by changing optical conditions.
請求項1に記載の膜厚測定方法において、
前記算出手順は、
前記反射像を構成する各画素に対応して算出した膜厚を、近傍の画素について算出した膜厚を用いて検証する検証手順を備えた
ことを特徴とする膜厚測定方法。
In the film thickness measuring method according to claim 1,
The calculation procedure is as follows:
A film thickness measuring method comprising: a verification procedure for verifying a film thickness calculated corresponding to each pixel constituting the reflection image using a film thickness calculated for neighboring pixels.
請求項1に記載の膜厚測定方法において、
前記算出手順は、
前記薄膜の少なくとも一部の領域についての膜厚分布を曲面関数を用いてモデル化する手順と、
個々の光学条件に対応する明るさを示す輝度値の前記領域内部における分布と前記多層膜干渉式とのフィッティング計算に基づいて、前記曲面関数の係数を特定する手順とを備えた
ことを特徴とする膜厚測定方法。
In the film thickness measuring method according to claim 1,
The calculation procedure is as follows:
A procedure for modeling a film thickness distribution for at least a partial region of the thin film using a curved surface function;
A step of identifying a coefficient of the curved surface function based on a fitting calculation between a distribution of luminance values indicating brightness corresponding to individual optical conditions in the region and the multilayer film interference equation. To measure the film thickness.
請求項1に記載の膜厚測定方法において、
既知の分光反射率分布を持つ参照試料の表面について、個々の光学条件について較正用の反射像を取得する手順と、
前記各光学条件に対応する較正用の反射像と前記既知の分光反射率分布との関係に基づいて、前記光学条件ごとの補正値を算出して、前記算出手順による膜厚算出処理に供する手順と
を備えたことを特徴とする膜厚測定方法。
In the film thickness measuring method according to claim 1,
Acquiring a reflected image for calibration for each optical condition for a surface of a reference sample having a known spectral reflectance distribution;
A procedure for calculating a correction value for each of the optical conditions based on the relationship between the reflection image for calibration corresponding to each of the optical conditions and the known spectral reflectance distribution, and for providing a film thickness calculation process according to the calculation procedure And a film thickness measuring method comprising:
固体の表面に形成された薄膜の膜厚を計測する膜厚測定装置であって、
前記薄膜の表面について、光学条件の異なる複数の反射像を取得する取得手段と、
前記反射像を構成する各画素について個々の光学条件に対応する明るさを示す輝度値と、前記光学条件に対応する前記固体表面および前記薄膜の既知の特性を反映した多層膜干渉式とのフィッティング計算によって、反射像に対応する2次元の膜厚分布を算出する算出手段と
を備えたことを特徴とする膜厚測定装置。
A film thickness measuring device for measuring a film thickness of a thin film formed on a solid surface,
An acquisition means for acquiring a plurality of reflection images having different optical conditions for the surface of the thin film;
Fitting of a luminance value indicating brightness corresponding to an individual optical condition for each pixel constituting the reflected image, and a multilayer film interference type reflecting the known characteristics of the solid surface and the thin film corresponding to the optical condition A film thickness measuring apparatus comprising: a calculating unit that calculates a two-dimensional film thickness distribution corresponding to the reflected image by calculation.
請求項7に記載の膜厚測定装置において、
前記取得手段は、テレセントリック照明によって前記固体表面に形成された薄膜を照明し、前記薄膜表面による2次元の反射像の取得に供する照明手段を備えた
ことを特徴とする膜厚測定装置。
In the film thickness measuring device according to claim 7,
The film thickness measuring apparatus according to claim 1, wherein the acquisition means includes illumination means for illuminating a thin film formed on the solid surface by telecentric illumination and for obtaining a two-dimensional reflected image by the thin film surface.
請求項7に記載の膜厚測定装置において、
前記取得手段は、前記薄膜を照明する照明光の波長あるいは照明方向を含む光学条件の組み合わせを切り替えて、前記薄膜を構成する層の数より多くの異なる光学条件を反射像の取得の際に提供する条件切替手段を備えた
ことを特徴とする膜厚測定装置。
In the film thickness measuring device according to claim 7,
The acquisition means switches the combination of optical conditions including the wavelength or direction of illumination light for illuminating the thin film, and provides different optical conditions more than the number of layers constituting the thin film when acquiring a reflected image. A film thickness measuring apparatus comprising: a condition switching means for performing
請求項7に記載の膜厚測定装置において、
前記算出手段は、
前記反射像を構成する各画素に対応して算出した膜厚を、近傍の画素について算出した膜厚を用いて検証する検証手段を備えた
ことを特徴とする膜厚測定装置。
In the film thickness measuring device according to claim 7,
The calculating means includes
A film thickness measuring apparatus comprising: verification means for verifying a film thickness calculated corresponding to each pixel constituting the reflection image using a film thickness calculated for neighboring pixels.
請求項7に記載の膜厚測定装置において、
前記算出手段は、
前記薄膜の少なくとも一部の領域についての膜厚分布を曲面関数を用いてモデル化するモデル化手段と、
個々の光学条件に対応する明るさを示す輝度値の分布と前記多層膜干渉式とのフィッティング計算に基づいて、前記曲面関数の係数を特定する係数演算手段とを備えた
ことを特徴とする膜厚測定装置。
In the film thickness measuring device according to claim 7,
The calculating means includes
Modeling means for modeling a film thickness distribution for at least a partial region of the thin film using a curved surface function;
A film comprising: coefficient calculation means for specifying a coefficient of the curved surface function based on a fitting calculation of a luminance value distribution indicating brightness corresponding to each optical condition and the multilayer film interference equation Thickness measuring device.
請求項7に記載の膜厚測定装置において、
既知の分光反射率分布を持つ参照試料の表面について、個々の光学条件について較正用の反射像を取得する較正画像取得手段と、
前記各光学条件に対応する較正用の反射像と前記既知の分光反射率分布との関係に基づいて、前記光学条件ごとの補正値を算出して、前記算出手段による膜厚算出処理に供する補正値算出手段と
を備えたことを特徴とする膜厚測定装置。

In the film thickness measuring device according to claim 7,
Calibration image acquisition means for acquiring a reflected image for calibration with respect to the surface of a reference sample having a known spectral reflectance distribution for each optical condition;
Based on the relationship between the calibration reflection image corresponding to each optical condition and the known spectral reflectance distribution, a correction value for each optical condition is calculated and used for film thickness calculation processing by the calculation means A film thickness measuring device comprising: a value calculating means.

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