JP2010216854A - Film thickness measuring apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide new information related to the reliability of measured values. <P>SOLUTION: A correlation diagram 36 (refer to the figure) showing the correlation between each fitting level obtained for each theoretical interference waveform in the curve fitting method and the film thickness of each theoretical interference waveform corresponding to each fitting level is created and displayed. For the peak value of a valley of the waveform of the correlation diagram 36 which changes by film thickness variations, thresholds L1, L2 are set. When the peak value of the valley falls within an alarm range provided by the thresholds L1, L2, an alarm indicating that measurement is not being performed stably is output. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光学式の膜厚測定装置に関する。   The present invention relates to an optical film thickness measuring apparatus.

光学式の膜厚計測装置には、薄膜が形成された基板に光を照射すると、前記薄膜の表面で反射する光と、薄膜と基板との境界面で反射する光とが干渉し、この干渉光の強度は、薄膜の厚みによって異なり、また同じ基板であっても、その基板に照射する光の波長によって干渉光の強度が変化するという光干渉の原理を利用した膜厚測定装置がある。   In an optical film thickness measurement device, when light is applied to a substrate on which a thin film is formed, the light reflected on the surface of the thin film interferes with the light reflected on the boundary surface between the thin film and the substrate. The intensity of light varies depending on the thickness of the thin film, and there is a film thickness measuring device that uses the principle of optical interference in which the intensity of interference light changes depending on the wavelength of light irradiated on the same substrate, even on the same substrate.

かかる膜厚測定装置では、所定の波長域に分布する光を発光する光源から、測定対象物の基板に光を照射するとともに、その基板からの反射光を、分光フィルタや複数の受光素子より成る受光部に導いて複数の波長成分に分光して抽出し、これらの波長成分毎の反射の度合を示す反射スペクトルの実測波形と、薄膜の厚みが所定値である場合の理論上の反射スペクトルの理論波形とを順に比較するカーブフィッティング法によって、基板上の薄膜の厚みを測定するようにしている(例えば、特許文献1参照)。   In such a film thickness measuring apparatus, a light source that emits light distributed in a predetermined wavelength region is irradiated onto the substrate of the measurement object, and reflected light from the substrate is composed of a spectral filter and a plurality of light receiving elements. It is guided to the light receiving part and extracted into a plurality of wavelength components, and the measured waveform of the reflection spectrum showing the degree of reflection for each wavelength component and the theoretical reflection spectrum when the thickness of the thin film is a predetermined value. The thickness of the thin film on the substrate is measured by a curve fitting method in which the theoretical waveform is compared in order (see, for example, Patent Document 1).

特開2002−81916号公報JP 2002-81916 A

上記カーブフィッティング法では、反射スペクトルの実測波形と反射スペクトルの理論波形との波長毎の差の自乗和に関連するレベルであるフィッティングレベルが、最小となる理論波形を特定し、その理論波形に対応する膜厚を、測定対象物の膜厚とするものである。   In the above curve fitting method, the theoretical waveform that minimizes the fitting level, which is the level related to the square sum of the difference between the measured waveform of the reflected spectrum and the theoretical waveform of the reflected spectrum for each wavelength, is identified, and the theoretical waveform is supported. The film thickness to be measured is the film thickness of the measurement object.

かかるカーブフィッティング法を用いた膜厚測定装置では、得られた膜厚と最小の前記フィッティングレベルとを、測定結果として出力するようにしている。   In a film thickness measuring apparatus using such a curve fitting method, the obtained film thickness and the minimum fitting level are output as measurement results.

測定対象物である薄膜が、均一な膜厚であれば、正確な測定値を得ることができるが、膜厚にむらがあるような場合には、膜厚測定が不安定となり、最悪の場合には、異なる測定値が得られることがある。   If the thin film that is the object to be measured has a uniform film thickness, accurate measurement values can be obtained. However, if the film thickness is uneven, the film thickness measurement becomes unstable, which is the worst case. In some cases, different measurements may be obtained.

従来の膜厚測定装置では、測定値に信頼性がなくても、得られた膜厚と最小のフィッティングレベルとを、測定結果として出力するようになっている。   In the conventional film thickness measuring apparatus, even if the measurement value is not reliable, the obtained film thickness and the minimum fitting level are output as measurement results.

このため、例えば、全く異なる測定対象物を測定したような場合には、上記フィッティングレベルが大きく変化するので、測定対象物が異なることを判断することができるけれども、膜厚のむらなどによって誤った測定値が得られたような場合に、得られた測定値が、信頼できるものであるか否かを判断することができず、正しい測定値であると誤って認識したり、あるいは、触針式の測定装置などの他の測定装置で再度測定して確認するといった必要があった。   For this reason, for example, when a completely different measurement object is measured, the fitting level changes greatly, so that it can be determined that the measurement object is different. When a value is obtained, it cannot be determined whether or not the obtained measurement value is reliable, and it is mistakenly recognized as a correct measurement value, or a stylus type It was necessary to measure again with another measuring device such as the above measuring device and confirm.

本発明は、このような実情に鑑みて為されたものであって、測定値の信頼性を関して新たな情報を提供できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide new information regarding the reliability of measurement values.

(1)本発明の膜厚測定装置は、測定対象物に光を照射し、その反射光を分光して得られる実測干渉波形と、予測した複数の膜厚にそれぞれ対応する複数の理論干渉波形とをそれぞれ比較し、前記実測干渉波形と前記理論干渉波形との波長毎の差の自乗和に関連するフィッティングレベルが最小となる理論干渉波形に対応する膜厚を、前記測定対象物の膜厚とする膜厚測定装置であって、前記理論干渉波形毎に得られる前記フィッティングレベルと、該フィッティングレベルが得られる理論干渉波形に対応する膜厚との相関を示す相関図を作成する作成手段を備えている。   (1) The film thickness measuring apparatus of the present invention irradiates a measurement object with light and spectrally analyzes the reflected light, and a plurality of theoretical interference waveforms respectively corresponding to a plurality of predicted film thicknesses. And the film thickness corresponding to the theoretical interference waveform that minimizes the fitting level related to the sum of squares of the differences between the measured interference waveform and the theoretical interference waveform for each wavelength, is the film thickness of the measurement object. And a creation means for creating a correlation diagram showing a correlation between the fitting level obtained for each theoretical interference waveform and the film thickness corresponding to the theoretical interference waveform from which the fitting level is obtained. I have.

前記実測干渉波形と前記理論干渉波形との波長毎の差の自乗和に関連するフィッティングレベルとは、実測干渉波形と理論干渉形との波長毎の差の自乗和に関係するレベル、あるいは、前記差の自乗和に対応するレベルをいい、例えば、前記差の自乗和そのものであってもよいし、前記差の自乗和に係数を乗じたり、所定の数を加算あるいは減算したようなものであってもよい。   The fitting level related to the square sum of the difference between the measured interference waveform and the theoretical interference waveform for each wavelength is a level related to the square sum of the difference between the measured interference waveform and the theoretical interference waveform for each wavelength, or The level corresponding to the sum of squares of differences, for example, may be the sum of squares of the differences itself, or may be a result of multiplying the sum of squares of the differences by a coefficient or adding or subtracting a predetermined number. May be.

作成された相関図は、表示出力するのが好ましいが、印字出力してもよい。   The generated correlation diagram is preferably displayed and output, but may be printed out.

本件発明者は、測定値の信頼性の判断に役立つ情報を得られるように、鋭意研究した結果、カーブフィッティング法における実測干渉波形に対する複数の各理論干渉波形の各フィッティングレベルを、膜厚に対してプロットした相関図では、約200nm周期でフィッティングレベルが小さい複数の谷部を有する形状となり、測定対象物である膜厚が均一な場合と、膜厚にむらがある場合とで、谷部のピークが変化することを見出した。   As a result of earnest research, the present inventor has obtained the fitting levels of a plurality of theoretical interference waveforms with respect to the actually measured interference waveforms in the curve fitting method with respect to the film thickness. In the correlation diagram plotted in the above, the shape has a plurality of valleys with a small fitting level at a cycle of about 200 nm, and the valleys of the measurement object are uniform when the film thickness is uniform and when the film thickness is uneven. We found that the peak changed.

すなわち、本発明の膜厚測定装置によれば、理論干渉波形毎に得られる各フィッティングレベルと膜厚との相関を示す相関図を作成するので、作成された相関図を表示したり、印字することにより、ユーザは、相関図を観察し、膜厚が均一で安定した測定が行われている場合の谷部のピークと、膜厚にむらが生じて不安定な測定が行われている場合の谷部のピークとの相違に基づいて、測定の信頼性に関する判断を行うことができる。   That is, according to the film thickness measuring apparatus of the present invention, a correlation diagram showing the correlation between each fitting level obtained for each theoretical interference waveform and the film thickness is created, so that the created correlation diagram is displayed or printed. By observing the correlation diagram, the user can observe the peak of the valley when the film thickness is uniform and stable, and the measurement is unstable due to uneven film thickness. Based on the difference from the peak of the trough, a determination regarding the reliability of the measurement can be made.

(2)本発明の膜厚測定装置の一つの実施形態では、前記作成手段で作成された前記相関図を表示する表示手段を備え、前記相関図は、横軸に膜厚をとり、縦軸にフィッティングレベルをとった図である。   (2) In one embodiment of the film thickness measurement apparatus of the present invention, the film thickness measuring device includes display means for displaying the correlation diagram created by the creation means, wherein the correlation diagram takes the thickness on the horizontal axis and the vertical axis It is the figure which took the fitting level.

この実施形態では、フィッティングレベルの大小が、相関図の上下方向に対応するので、フィッティングレベルが小さい谷部のピークの観察がしやすいものとなる。   In this embodiment, the magnitude of the fitting level corresponds to the vertical direction of the correlation diagram, so that it becomes easy to observe the peak of the valley with a small fitting level.

(3)本発明の膜厚測定装置の他の実施形態では、前記相関図のフィッティングレベルが最も小さい第1の谷部のピーク値、および、フィッティングレベルが次に小さい第2の谷部のピーク値の少なくとも一方のピーク値が、設定条件を満たしたときに、警報を出力する出力手段を備えている。   (3) In another embodiment of the film thickness measuring apparatus of the present invention, the peak value of the first valley with the lowest fitting level and the peak of the second valley with the next lowest fitting level in the correlation diagram. Output means for outputting an alarm when at least one of the peak values satisfies a set condition.

膜厚が均一で安定な測定が行われている場合には、測定値に対応するフィッティングレベルが最も小さい第1の谷部のピーク値と、フィッティングレベルが次に小さい第2の谷部のピーク値とは、その差が比較的大きいが、膜厚にむらが生じると、両ピーク値の差が小さくなって近接し、遂には、逆転して第2の谷部のピーク値が、第1の谷部のピーク値よりも小さくなって、測定値が誤った値となる。   When the film thickness is uniform and stable measurement is performed, the peak value of the first valley with the lowest fitting level corresponding to the measurement value and the peak of the second valley with the next lowest fitting level The difference is relatively large, but if the film thickness is uneven, the difference between the two peak values becomes smaller and close, and finally the peak value of the second trough is reversed to the first value. It becomes smaller than the peak value of the trough part, and the measured value becomes an incorrect value.

警報は、膜厚のむらによって第1の谷部のピーク値と第2の谷部のピーク値とが近接したときに出力できればよいので、両ピーク値が近接したことを前記設定条件とすればよい。   The alarm only needs to be output when the peak value of the first valley and the peak value of the second valley are close to each other due to the unevenness of the film thickness, and the setting condition may be that both peak values are close. .

この実施形態によると、測定対象物の膜厚にむらが生じて測定が不安定となって、第1の谷部のピーク値と第2の谷部のピーク値とが近接したときには、予め設定した設定条件を満たして警報を出力することができるので、ユーザは、相関図のピーク値の変化を目視で観察して膜厚にむらが生じたか否かを監視する必要がない。   According to this embodiment, when the film thickness of the object to be measured is uneven and the measurement becomes unstable, and the peak value of the first valley and the peak value of the second valley are close to each other, a preset value is set. Since the alarm can be output while satisfying the set conditions, the user does not have to monitor whether or not the film thickness is uneven by visually observing the change in the peak value of the correlation diagram.

(4)本発明の膜厚測定装置の更に他の実施形態では、前記出力手段は、前記少なくとも一方のピーク値についての閾値を設定する設定部を備えている。   (4) In still another embodiment of the film thickness measuring apparatus of the present invention, the output means includes a setting unit that sets a threshold value for the at least one peak value.

この実施形態によると、一方のピーク値が閾値を越えて他方のピーク値に近接したときに警報を出力することができる。   According to this embodiment, an alarm can be output when one peak value exceeds the threshold and approaches the other peak value.

(5)本発明の膜厚測定装置の他の実施形態では、前記出力手段は、前記第1の谷部のピーク値と前記第2の谷部のピーク値との差についての警報範囲を設定する設定部を備えている。   (5) In another embodiment of the film thickness measuring apparatus of the present invention, the output means sets an alarm range for a difference between the peak value of the first valley and the peak value of the second valley. A setting unit is provided.

この実施形態によると、両ピーク値が近接して警報範囲に入っときに、警報を出力することができる。   According to this embodiment, an alarm can be output when both peak values are close to each other and enter the alarm range.

本発明によれば、カーブフィッティング法における実測干渉波形に対する複数の各理論干渉波形の各フィッティングレベルと膜厚との相関を示す相関図を作成するので、測定値が信頼できるものであるか否かを判断するのに、前記相関図の情報を利用することができる。   According to the present invention, since the correlation diagram showing the correlation between each fitting level of each of the plurality of theoretical interference waveforms and the film thickness with respect to the actually measured interference waveform in the curve fitting method is created, whether or not the measured value is reliable is determined. The information of the correlation diagram can be used to determine

本発明の実施形態に係る膜厚測定装置の外観を記す斜視図である。It is a perspective view showing the appearance of the film thickness measuring device concerning the embodiment of the present invention. 図1の膜厚測定装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the film thickness measuring apparatus of FIG. カーブフィッティング法の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of the curve fitting method. 基板で反射される様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that it reflects on a board | substrate. フィッティングレベル総覧図である。It is a fitting level overview chart. 膜厚むらがある場合のフィッティングレベル総覧図である。FIG. 6 is a fitting level overview diagram when there is uneven thickness. 膜厚むらが増大した場合のフィッティングレベル総覧図である。FIG. 5 is a fitting level overview diagram when film thickness unevenness increases. メイン表示画面を示す図である。It is a figure which shows a main display screen. 動作説明に供するフローチャートである。It is a flowchart with which operation | movement description is provided. パラメータセット編集画面を示す図である。It is a figure which shows a parameter set edit screen.

以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る膜厚測定装置の外観を示す斜視図である。この膜厚測定装置は、センサヘッド1とコントローラ2とを光ファイバケーブル3により接続して成る。コントローラ2には、後述の図2に示される投光部5、受光部6、制御回路7などが組み込まれている。光ファイバケーブル3は、投光用の光ファイバと受光用の光ファイバとがそれぞれ複数本束ねられたもので、所定位置において投光用の光ファイバを集めたケーブル3aと受光用の光ファイバを集めたケーブル3bとに分けられて、コントローラ2に接続される。なお、図中の4は、外部機器であるパーソナルコンピュータであって、コントローラ2の制御回路にケーブル接続される。このパーソナルコンピュータ4は、測定対象物の基板8に関する設定データを入力したり、コントローラ2から膜厚の測定結果を受け取って表示する用途で用いられる。   FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a film thickness measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. This film thickness measuring apparatus is formed by connecting a sensor head 1 and a controller 2 by an optical fiber cable 3. The controller 2 incorporates a light projecting unit 5, a light receiving unit 6, a control circuit 7 and the like shown in FIG. The optical fiber cable 3 is a bundle of a plurality of light projecting optical fibers and light receiving optical fibers, each of which includes a cable 3a that collects light projecting optical fibers at a predetermined position and a light receiving optical fiber. The collected cables 3b are divided and connected to the controller 2. In the figure, reference numeral 4 denotes a personal computer which is an external device, and is connected to the control circuit of the controller 2 by cable. This personal computer 4 is used for inputting setting data related to the substrate 8 to be measured, or for receiving and displaying a film thickness measurement result from the controller 2.

前記センサヘッド1は、円筒状のケース体内に集光用の対物レンズ1a図2に示すなどを組み込んで成るもので、測定対象物の基板8に対し所定距離だけ上方位置において、レンズ面を基板表面に対向させた状態で設置される。前記投光部5からの光は、光ファイバケーブル3aを介してセンサヘッド1より基板表面に照射され、その照射光に対する基板からの反射光が、センサヘッド1より光ファイバケーブル3bを介して受光部6に導かれる。   The sensor head 1 is constructed by incorporating a condensing objective lens 1a shown in FIG. 2 and the like in a cylindrical case body, and the lens surface is disposed at a position above the substrate 8 to be measured by a predetermined distance. It is installed in a state facing the surface. The light from the light projecting unit 5 is irradiated onto the substrate surface from the sensor head 1 through the optical fiber cable 3a, and the reflected light from the substrate with respect to the irradiated light is received from the sensor head 1 through the optical fiber cable 3b. Guided to part 6.

図2は、図1の膜厚測定装置の構成を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the film thickness measuring apparatus of FIG.

この膜厚計測装置は、投光部5と、光ファイバ3a,3bと、受光部6と、制御回路7とを備えており、いずれも上述のコントローラ2内に組み込まれる。   This film thickness measuring device includes a light projecting unit 5, optical fibers 3a and 3b, a light receiving unit 6, and a control circuit 7, all of which are incorporated in the controller 2 described above.

投光部5は、出力波長の特性が異なる3個のLED11,12,13と、透過特性の異なる2個のダイクロイックミラー14,15と、集光用のレンズ(図示せず)とが組み込まれた光源を有している。各LED11〜13には、それぞれ赤色光発光用、白色発光用、青色発光用のLEDが用いられる。   The light projecting unit 5 includes three LEDs 11, 12, 13 having different output wavelength characteristics, two dichroic mirrors 14, 15 having different transmission characteristics, and a condensing lens (not shown). Have a light source. For each of the LEDs 11 to 13, LEDs for red light emission, white light emission, and blue light emission are used.

投光部5からの光は、光ファイバケーブル3aを介してセンサヘッド1の先端から測定対象である基板8の表面に照射される。この光は、基板本体8b上の薄膜8aの表面および薄膜8aと基板本体8bとの境界面において反射するもので、その反射光はセンサヘッド1に入射した後に、光ファイバケーブル3bを介して受光部6に導かれる。   Light from the light projecting unit 5 is irradiated from the tip of the sensor head 1 to the surface of the substrate 8 to be measured via the optical fiber cable 3a. This light is reflected on the surface of the thin film 8a on the substrate body 8b and the boundary surface between the thin film 8a and the substrate body 8b. The reflected light is incident on the sensor head 1 and then received through the optical fiber cable 3b. Guided to part 6.

受光部6は、光学多層膜を用いた分光フィルタ20と、ラインCCD(複数のCCDを一次元配列したもの)21とにより構成される。前記反射光は、分光フィルタ20により波長単位に分光された後、分光された各光がラインCCD21の各CCDに取り込まれて波長単位の反射光の強度が取り出される。   The light receiving unit 6 includes a spectral filter 20 using an optical multilayer film, and a line CCD (a plurality of CCDs one-dimensionally arranged) 21. The reflected light is split into wavelengths by the spectral filter 20, and each of the split lights is taken into each CCD of the line CCD 21 to extract the intensity of the reflected light in the wavelength unit.

制御回路7は、後述の相関図を作成する作成手段としての機能や警報を出力する手段などの各種の機能を有するマイクロコンピュータを主体とする制御部22に、A/D変換部23、投光量調整部24、受光感度調整部25、表示制御部26、入出力部27などが接続されて成る。A/D変換部23は、ラインCCD21の各CCDからの受光出力を抽出してディジタル変換することにより、前記波長単位毎の反射光の強度分布(干渉波形)を示す受光データを作成する。制御部22はこの受光データを取り込んで、膜厚測定処理を実行する。   The control circuit 7 includes an A / D conversion unit 23, a light projection amount, and a control unit 22 mainly composed of a microcomputer having various functions such as a function for creating a correlation diagram to be described later and a means for outputting an alarm. The adjustment unit 24, the light receiving sensitivity adjustment unit 25, the display control unit 26, the input / output unit 27, and the like are connected. The A / D converter 23 extracts received light from each CCD of the line CCD 21 and digitally converts it, thereby generating received light data indicating the intensity distribution (interference waveform) of the reflected light for each wavelength unit. The control unit 22 takes in the received light data and executes a film thickness measurement process.

入出力部27は、測定対象物の基板8の基板本体8bや薄膜8aについて、材質、光学定数などの設定データを取り込んだり、膜厚の測定結果を装置外部に出力するためのものである。表示制御部26は、前記測定結果などの表示用データを与えることにより、ディスプレイ画面上でのデータ表示を行わせる。   The input / output unit 27 is for fetching setting data such as material and optical constants for the substrate body 8b and the thin film 8a of the substrate 8 to be measured, and for outputting the film thickness measurement result to the outside of the apparatus. The display control unit 26 displays data on the display screen by giving display data such as the measurement result.

投光量調整部24は、前記投光部5の各LED11〜13に対する駆動回路を制御して発光パルス間隔を調整することにより、投光部5の出力レベルを調整する。受光感度調整部25は、ラインCCD21のシャッタ時間間隔を制御したり、ラインCCD21とA/D変換部23との間の増幅回路28のゲインを調整することにより、受光感度を調整する。   The light projection amount adjusting unit 24 adjusts the output level of the light projecting unit 5 by controlling the drive circuit for the LEDs 11 to 13 of the light projecting unit 5 to adjust the light emission pulse interval. The light reception sensitivity adjustment unit 25 adjusts the light reception sensitivity by controlling the shutter time interval of the line CCD 21 or adjusting the gain of the amplification circuit 28 between the line CCD 21 and the A / D conversion unit 23.

かかる膜厚測定装置では、測定対象物の基板の種類に応じて前記各調整部24,25によりラインCCD21の出力レベルを自動調整した後、膜厚測定処理を開始する。この測定処理において、制御部22は、薄膜の厚みが所定値に想定されたときの理論上の干渉波形を示すデータを所定数の膜厚毎に設定した後、これら理論上の理論干渉波形と前記A/D変換部23から入力された受光データの示す実測干渉波形とを順に比較するカーブフィッティング方法により、薄膜の厚みを特定するものである。   In such a film thickness measuring apparatus, the film thickness measuring process is started after the output level of the line CCD 21 is automatically adjusted by the adjusting units 24 and 25 in accordance with the type of substrate of the measurement object. In this measurement process, the control unit 22 sets data indicating a theoretical interference waveform when the thickness of the thin film is assumed to be a predetermined value for each predetermined number of film thicknesses, and then calculates the theoretical theoretical interference waveform and The thickness of the thin film is specified by a curve fitting method in which the measured interference waveform indicated by the received light data input from the A / D converter 23 is sequentially compared.

図3は、カーブフィッティング法の原理を示す図である。図中、Sは、実測の受光データが示す実測干渉波形である。RA〜REは膜厚毎に下記(1)式により得られた理論上の理論干渉波形であって、膜厚によって光の干渉の度合が変化するという現象を反映してそれぞれ異なる分布形状をとる。
R=1−A/{B+Cラcos[(4π/λ)ラnラd]} ・・・1
ここで、R(%)は、図4に示すように、薄膜30が形成された基板31に、波長λの光が入射したときの薄膜30の反射率、λは入射光波長、nは薄膜30の屈折率、dは薄膜30の膜厚、A,B,Cは、基板31、薄膜30の屈折率により求められる定数である。
FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of the curve fitting method. In the figure, S is a measured interference waveform indicated by measured light reception data. R A to R E are theoretical theoretical interference waveforms obtained by the following equation (1) for each film thickness, and each has different distribution shapes reflecting the phenomenon that the degree of light interference varies depending on the film thickness. Take.
R = 1−A / {B + C la cos [(4π / λ) ra n ra d]}... 1
Here, as shown in FIG. 4, R (%) is the reflectance of the thin film 30 when light having a wavelength λ is incident on the substrate 31 on which the thin film 30 is formed, λ is the incident light wavelength, and n is the thin film. The refractive index of 30, d is the thickness of the thin film 30, and A, B, and C are constants determined by the refractive indexes of the substrate 31 and the thin film 30.

カーブフィッティング法では、実測の受光データから得られる実測干渉波形について各理論干渉波形に対する波長毎の差の自乗和を順に求めることにより、実測干渉波形に最も近い形状の理論干渉波形、すなわち、前記自乗和が最小となる理論干渉波形を特定し、その理論干渉波形に対応する膜厚d(図示例では1000nm)を、測定対象の薄膜の厚みとするものである。   In the curve fitting method, the theoretical interference waveform having the shape closest to the measured interference waveform, that is, the square is obtained by sequentially obtaining the square sum of the difference for each wavelength with respect to each theoretical interference waveform for the measured interference waveform obtained from the measured light reception data. The theoretical interference waveform that minimizes the sum is specified, and the film thickness d (1000 nm in the illustrated example) corresponding to the theoretical interference waveform is set as the thickness of the thin film to be measured.

従来の膜厚測定装置では、得られた膜厚と、最小の差の自乗和に関連するフィッティングレベルとを出力するだけであるので、得られた膜厚の値の信頼性について判断する情報がなく、例えば、膜厚にむらが生じて測定が不安定となって、誤った測定値が得られた場合に、誤った測定値であるか否かの判断が困難であった。   Since the conventional film thickness measuring device only outputs the obtained film thickness and the fitting level related to the sum of squares of the minimum difference, there is information for judging the reliability of the obtained film thickness value. For example, when an uneven measurement occurs and the measurement becomes unstable and an erroneous measurement value is obtained, it is difficult to determine whether the measurement value is incorrect.

そこで、本件発明者は、鋭意研究した結果、実測干渉波形に対する複数の各理論干渉波形の各フィッティングレベルを、膜厚に対してプロットすると、例えば、図5に示すように、約200nm周期で谷部にピークを有する波状となることを見出した。   Therefore, as a result of earnest research, the present inventors have plotted each fitting level of each of the plurality of theoretical interference waveforms with respect to the actually measured interference waveform against the film thickness. For example, as shown in FIG. It was found to be wavy with a peak in the part.

この図5は、膜厚500nmの薄膜を測定した実測干渉波形と、膜厚測定範囲である0nm〜2000nmで分解能1nmとした、膜厚0nm、1nm、2nm、…1999nm、2000nmの各理論干渉波形との差の自乗和に関連する2001個の各フィッティングレベルを、各理論干渉波形の各膜厚に対応させて表示した相関図である。この実施形態では、実測干渉波形と各理論干渉波形との差の自乗和に関連する各フィッティングレベルとして、前記差の自乗和そのものを用いている。   FIG. 5 shows an actually measured interference waveform obtained by measuring a thin film having a thickness of 500 nm and theoretical interference waveforms having a thickness of 0 nm, 1 nm, 2 nm,. 4 is a correlation diagram in which 2001 fitting levels related to the sum of squares of differences are displayed in correspondence with film thicknesses of theoretical interference waveforms. In this embodiment, the square sum of the difference itself is used as each fitting level related to the square sum of the difference between the actually measured interference waveform and each theoretical interference waveform.

図5の相関図は、フィッティングレベルの全体を見通すことができるので、以下、「フィッティングレベル総覧図」ともいう。   The correlation diagram of FIG. 5 can be seen through the entire fitting level, and is also referred to as “fitting level overview diagram” hereinafter.

図5に示すように、真の膜厚である500nmで、フィッティングレベルが最小となっており、従来の膜厚測定装置では、測定結果として、膜厚500nmと、そのフィッティングレベルとを出力することになる。   As shown in FIG. 5, the true film thickness is 500 nm and the fitting level is minimum, and the conventional film thickness measuring device outputs the film thickness of 500 nm and the fitting level as a measurement result. become.

この図5に示すように、フィッティングレベル総覧図では、通常、真の膜厚でフィッティングレベルが最小になるとともに、約200nm周期の複数の谷部でピークを有する波状となる。   As shown in FIG. 5, in the fitting level overview chart, the fitting level is usually minimized with a true film thickness, and has a wave shape having peaks at a plurality of valleys having a period of about 200 nm.

更に、本件発明者の研究によると、測定対象である500nmの薄膜の膜厚にむらがあると、実測される干渉波形が、理論波形と異なった歪んだ波形となり、その結果、フィッティングレベル総覧図は、例えば、図6に示すように、真の膜厚500nmの第1の谷部のピークP1と、約200nmずれた膜厚300nmの第2の谷部のピークP2とが近接してくる。   Furthermore, according to the research of the present inventors, if the thickness of the 500 nm thin film to be measured is uneven, the actually measured interference waveform becomes a distorted waveform different from the theoretical waveform, and as a result, the fitting level overview chart For example, as shown in FIG. 6, the peak P1 of the first valley having a true film thickness of 500 nm and the peak P2 of the second valley having a thickness of 300 nm shifted by about 200 nm come close to each other.

更に、膜厚のむらが増大して、実測される干渉波形の歪みが大きくなると、図7に示すように、真の膜厚500nmの第1の谷部のピークP1と膜厚300nmの第2の谷部のピークP2とが逆転し、測定値として、誤った膜厚300nmを出力することになる。   Further, when the non-uniformity of the film thickness increases and the distortion of the actually measured interference waveform increases, as shown in FIG. 7, the peak P1 of the first valley having a true film thickness of 500 nm and the second peak having a film thickness of 300 nm are obtained. The trough peak P2 is reversed, and an erroneous film thickness of 300 nm is output as a measurement value.

従来の膜厚計測装置では、測定結果として、膜厚の測定値と、その測定値に対応するフィッティングレベルの値しか出力されず、したがって、例えば、500nmの薄膜が形成された基板を流して測定している場合に、500nmであった測定値が、300nmに変化した場合には、従来では、基板の膜厚が300nmであるのか、あるいは、膜厚のむらによって、誤った測定値が得られたかを判断するといったことができなかった。   In the conventional film thickness measuring device, only the measurement value of the film thickness and the value of the fitting level corresponding to the measurement value are output as the measurement result. Therefore, for example, the measurement is performed by flowing a substrate on which a 500 nm thin film is formed. If the measured value that was 500 nm is changed to 300 nm in the case where the thickness of the substrate is 300 nm, or whether the measured value is erroneously obtained due to the unevenness of the film thickness? It was not possible to judge.

そこで、この実施形態の膜厚測定装置では、測定結果として、膜厚、フィッティングレベルに加えて、上述のフィッティングレベル総覧図を表示できるようにしている。   Therefore, in the film thickness measuring apparatus of this embodiment, in addition to the film thickness and the fitting level, the above-described fitting level overview chart can be displayed as a measurement result.

更に、膜厚のむらなどによって、真の膜厚の第1の谷部のピークP2と他の膜厚の第2の谷部のピークP2とが逆転する前に、測定が不安定になっていることを、ユーザに報知できるように、真の膜厚の第1の谷部のピーク値P1と第2の谷部のピーク値P2との間に警報範囲を設定できるようにし、この警報範囲に入って両ピーク値P1,P2が近接したときには、表示や音声などによる警報を発するようにしている。   Furthermore, the measurement becomes unstable before the peak P2 of the first trough portion having a true film thickness and the peak P2 of the second trough portion having another film thickness are reversed due to unevenness of the film thickness. The alarm range can be set between the peak value P1 of the first trough portion and the peak value P2 of the second trough portion of the true film thickness so that the user can be notified of this. When both the peak values P1 and P2 come close to each other, an alarm by display or sound is issued.

図8は、この実施形態の膜厚測定装置のディスプレイに表示されるメイン表示画面を示しており、波形データ、膜厚の測定値、および、フィッティングレベルの値などが各種のボタン等とともに表示されている。   FIG. 8 shows a main display screen displayed on the display of the film thickness measuring apparatus of this embodiment. Waveform data, film thickness measurement values, fitting level values, etc. are displayed together with various buttons. ing.

例えば、ユーザがSi上のSiO膜を計測したいときには、図9に示されるような手順で計測を行う。 For example, when the user wants to measure the SiO 2 film on Si, the measurement is performed according to the procedure shown in FIG.

先ず、ユーザは、図8のメイン表示画面において、「パラメータセット編集」ボタン39をクリックしステップn1、図9に示されるパラメータセット編集画面に移行する。   First, the user clicks a “parameter set edit” button 39 on the main display screen of FIG. 8 to move to the parameter set edit screen shown in step n1 and FIG.

このパラメータセット編集画面において、
パラメータセット名称:(Test)SiO on Si
膜 種:SiO
基板種:Si
計測する光波長範囲:460〜680nm
といった設定内容を設定しステップn2、保存ボタン40をクリックして図8のメイン表示画面にもどるステップn3。
In this parameter set edit screen,
Parameter set name: (Test) SiO 2 on Si
Film type: SiO 2
Substrate type: Si
Optical wavelength range to be measured: 460 to 680 nm
Step n2 is set, and the save button 40 is clicked to return to the main display screen in FIG.

次に、測定位置に、膜なしのSi基板を設置し、図8のメイン表示画面にて、「リファレンス」ボタン32をクリックするとステップn4、アプリケーションソフトウェアはリファレンス取得時に使用される「Si」の屈折率と吸収係数、および膜なしSi基板からの反射光をもとに、投光部・受光部を制御して、Si上SiOに対して最適なLED発光量およびCCDの受光ダイナミックレンジ受光感度を設定する。 Next, when a Si substrate without a film is installed at the measurement position and the “reference” button 32 is clicked on the main display screen of FIG. 8, step n4, and the application software refracts “Si” used when acquiring the reference. Based on the rate, absorption coefficient, and reflected light from the filmless Si substrate, the projecting and receiving parts are controlled to optimize the LED light emission amount and the light receiving dynamic range light receiving sensitivity of the CCD for SiO 2 on Si. Set.

この状態でSiO2膜が付いた基板を流して計測するステップn5。図8のメイン画面上の「計測」ボタン33をクリックすると、アプリケーションソフトウェアは、投光部・受光部を制御し、受光データが制御部に取り込まれ、カーブフィッティング法に基づいて膜厚が演算される。   In this state, a measurement is performed by flowing a substrate with a SiO2 film and measuring n5. When the “Measurement” button 33 on the main screen in FIG. 8 is clicked, the application software controls the light projecting unit and the light receiving unit, the received light data is taken into the control unit, and the film thickness is calculated based on the curve fitting method. The

演算結果は、図8のメイン表示画面上の波形表示領域34に、実測した受光波形・カーブフィット法で選択された理論波形として表示されるとともに、その右横の数値欄35には、膜厚値およびフィッティングレベルが表示される。   The calculation result is displayed in the waveform display area 34 on the main display screen of FIG. 8 as the theoretical waveform selected by the actually measured received light waveform / curve fitting method, and in the numerical value column 35 on the right side thereof, the film thickness is displayed. Values and fitting levels are displayed.

更に、この実施形態では、表示画面の下部に、上述のフィッティングレベル総覧図36が表示されるとともに、しきい値Lが表示される。   Furthermore, in this embodiment, the above-mentioned fitting level overview chart 36 is displayed at the bottom of the display screen, and the threshold value L is displayed.

ユーザは、設定部としてのしきい値変更ボタン37を操作して、しきい値Lを、真の膜厚の第1の谷部のピークP1と他の膜厚の第2の谷部のピークP2との間の適当なレベルに置きステップn6,n7)、しきい値確定ボタン38をクリックして確定する(ステップn8)。   The user operates the threshold value change button 37 as the setting unit to set the threshold value L to the peak P1 of the first valley portion having the true film thickness and the peak value of the second valley portion having another film thickness. Steps n6 and n7) are set at an appropriate level between P2 and the threshold value decision button 38 is clicked to confirm (step n8).

次に、SiO2膜が付いた基板を流して計測しステップn9、しきい値Lを下回るピークが2箇所以上あったか否かを判断し(ステップn10)、2箇所以上なかった場合には、真の膜厚の第1の谷部のピークP1のみが、しきい値を下回っており、安定に測定できている(ステップn11)。ステップn10で、しきい値Lを下回るピークが2箇所以上あったときには、メイン表示画面のフィッティングレベル総覧図36を見て、しきい値を下回るピークが1箇所だけになるようにしきい値Lを調整し(ステップn12)、ステップn8に移る。   Next, measurement is performed by flowing a substrate with a SiO2 film, and it is determined whether or not there are two or more peaks below the threshold value L in step n9 (step n10). Only the peak P1 of the first valley portion of the film thickness is below the threshold value and can be measured stably (step n11). In step n10, when there are two or more peaks that are lower than the threshold value L, the threshold level L is set so that there is only one peak that is lower than the threshold value by looking at the fitting level overview chart 36 on the main display screen. Adjust (step n12), then go to step n8.

以上のようにして何回かの安定な測定を行うことによって、適切なしきい値Lを設定し、以降は、警報設定を行って、しきい値を下回るピークが2箇所以上になったときには、安定な計測が行われていないとして警報表示などを行う。   By performing several stable measurements as described above, an appropriate threshold value L is set, and after that, when an alarm is set and there are two or more peaks below the threshold value, An alarm is displayed when stable measurement is not performed.

なお、上下にしきい値を設定し、その間を警報範囲としてもよい。   Note that threshold values may be set up and down, and the alarm range may be set between them.

本発明は、膜厚測定装置として有用である。   The present invention is useful as a film thickness measuring apparatus.

1 センサヘッド
8 基板
20 分光フィルタ
36 フィッティングレベル総覧図
1 Sensor head 8 Substrate 20 Spectral filter 36 Fitting level overview

Claims (5)

測定対象物に光を照射し、その反射光を分光して得られる実測干渉波形と、予測した複数の膜厚にそれぞれ対応する複数の理論干渉波形とをそれぞれ比較し、前記実測干渉波形と前記理論干渉波形との波長毎の差の自乗和に関連するフィッティングレベルが最小となる理論干渉波形に対応する膜厚を、前記測定対象物の膜厚とする膜厚測定装置であって、
前記理論干渉波形毎に得られる前記フィッティングレベルと、該フィッティングレベルが得られる理論干渉波形に対応する膜厚との相関を示す相関図を作成する作成手段を備えることを特徴する膜厚測定装置。
The measured interference waveform obtained by irradiating the measurement object with light and dispersing the reflected light is compared with a plurality of theoretical interference waveforms respectively corresponding to the predicted plurality of film thicknesses, and the measured interference waveform and the A film thickness measuring apparatus that uses the film thickness of the measurement object as the film thickness corresponding to the theoretical interference waveform that minimizes the fitting level related to the square sum of the difference between the theoretical interference waveform and each wavelength,
A film thickness measuring apparatus comprising: a creation unit that creates a correlation diagram indicating a correlation between the fitting level obtained for each theoretical interference waveform and the film thickness corresponding to the theoretical interference waveform from which the fitting level is obtained.
前記作成手段で作成された前記相関図を表示する表示手段を備え、
前記相関図は、横軸に膜厚をとり、縦軸にフィッティングレベルをとった図である請求項1に記載の膜厚測定装置。
Display means for displaying the correlation diagram created by the creation means;
2. The film thickness measuring apparatus according to claim 1, wherein the correlation diagram is a diagram in which the horizontal axis indicates the film thickness and the vertical axis indicates the fitting level.
前記相関図のフィッティングレベルが最も小さい第1の谷部のピーク値、および、フィッティングレベルが次に小さい第2の谷部のピーク値の少なくとも一方のピーク値が、設定条件を満たしたときに、警報を出力する出力手段を備える請求項1または2に記載の膜厚測定装置。   When at least one of the peak values of the first valley having the lowest fitting level in the correlation diagram and the peak value of the second valley having the second lowest fitting level satisfies the setting condition, The film thickness measuring apparatus according to claim 1, further comprising an output unit that outputs an alarm. 前記出力手段は、前記少なくとも一方のピーク値についての閾値を設定する設定部を備える請求項3に記載の膜厚測定装置。   The film thickness measuring apparatus according to claim 3, wherein the output unit includes a setting unit that sets a threshold for the at least one peak value. 前記出力手段は、前記第1の谷部のピーク値と前記第2の谷部のピーク値との差についての警報範囲を設定する設定部を備える請求項3に記載の膜厚測定装置。   The film thickness measuring apparatus according to claim 3, wherein the output unit includes a setting unit that sets an alarm range for a difference between the peak value of the first valley and the peak value of the second valley.
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