JP2017078632A - Observation method of tomographic structure, observation device, and computer program - Google Patents

Observation method of tomographic structure, observation device, and computer program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To observe a tomographic structure having a light absorption layer by an optical coherence tomography.SOLUTION: A tomographic layer structure to be observed is observed by an optical coherence tomography. A tomographic structure which is an observation object 30 includes a light absorption layer made from a light absorption material that absorbs light having at least a portion of wavelength of the light source spectrum. The tomographic layer structure is irradiated with measurement light from a light source. A reflection light profile of the tomographic layer structure is generated based on interference light between reflection light reflected from the tomographic layer structure by the measurement light and reference light. A comparison is made between the reflection light profile and a plurality of light propagation simulation results in a plurality of simulated tomographic layer structures each having a simulated light absorption layer with a different layer thickness. A layer thickness of a simulated light absorption layer which becomes an object of the simulation for obtaining the light propagation simulation result matching the reflection light profile at the maximum is determined as the layer thickness of the light absorption layer owned by the tomographic layer structure which is the observation object 30.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、断層構造の観測方法、観測装置、及びコンピュータプログラムに関する。   The present invention relates to a fault structure observation method, observation apparatus, and computer program.

非特許文献1は、可視光源を用いた光コヒーレンストモグラフィ(Optical Coherence. Tomography;OCT)によって、半導体基板表面に塗布された透明レジスト薄膜の層厚測定及び断層イメージングを取得することを開示している。OCTを用いることで、透明レジスト薄膜を非破壊・非接触で観測することができる。   Non-Patent Document 1 discloses that optical coherence tomography (OCT) using a visible light source is used to obtain layer thickness measurement and tomographic imaging of a transparent resist thin film applied to the surface of a semiconductor substrate. Yes. By using OCT, the transparent resist thin film can be observed in a non-destructive and non-contact manner.

OCTでは、層厚は光路長として得られる。光路長とは、実際の層厚に、層の材質における屈折率を乗じたものに相当する。したがって、レジスト薄膜の実際の層厚を求めるには、OCTで得られた透明レジスト薄膜の両界面間の光路長を、レジスト薄膜の屈折率で除すればよい。   In OCT, the layer thickness is obtained as the optical path length. The optical path length corresponds to the actual layer thickness multiplied by the refractive index of the material of the layer. Therefore, in order to obtain the actual layer thickness of the resist thin film, the optical path length between both interfaces of the transparent resist thin film obtained by OCT may be divided by the refractive index of the resist thin film.

西剛史,尾崎信彦,大里啓孝,渡辺英一郎,池田直樹,杉本 喜正、「可視光広帯域光源を用いたμm-OCTの半導体微細加工プロセスへの応用」、第62回応用物理学会春季学術講演会、公益社団法人応用物理学会、2015年3月Takeshi Nishi, Nobuhiko Ozaki, Hirotaka Osato, Eiichiro Watanabe, Naoki Ikeda, Yoshimasa Sugimoto, “Application of μm-OCT to Semiconductor Microfabrication Process Using Visible Light Broadband Light Source”, The 62nd JSAP Spring Meeting, Japan Society of Applied Physics, March 2015

非特許文献1に記載の透明レジスト薄膜の下にある半導体基板は、不透明であり、半導体基板内部の断層構造の観測には、OCTは不適であると考えられていた。しかし、本発明者らは、OCTは、半導体基板表面に塗布された透明レジスト薄膜だけでなく、透明レジスト薄膜の下にある不透明な半導体層の観測も可能であることを見出し、本発明を完成した。   The semiconductor substrate under the transparent resist thin film described in Non-Patent Document 1 is opaque, and it has been considered that OCT is not suitable for observing the tomographic structure inside the semiconductor substrate. However, the present inventors have found that OCT can observe not only the transparent resist thin film coated on the surface of the semiconductor substrate but also an opaque semiconductor layer under the transparent resist thin film, thereby completing the present invention. did.

一の観点からみた本発明は、断層構造を光コヒーレンストモグラフィ(OCT)により観測する観測方法である。観測対象である断層構造は、光源スペクトルの少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる光吸収層を有する。かかる断層構造に光源から測定光が照射される。光源スペクトルは広帯域であるのが好ましい。光吸収物質内では、照射された光の少なくとも一部の波長の光が吸収されるため、照射された光が光吸収物質中を進行するにつれて光のスペクトルが変化する。光のスペクトルが変化すると、光吸収物質の分散特性によりその光に対する屈折率も変化する。また、光の吸収量は、物質内の光の進行距離に応じて大きくなるため、屈折率変化も光の進行距離に応じて変化することになる。この結果、光吸収物質からなる光吸収層の層厚は、光路長を単一の屈折率で除して求めることが困難になり、何らかの方法で屈折率変化を考慮した光吸収層内の光路長と実際の膜厚との関係を導く必要がある。   From one viewpoint, the present invention is an observation method for observing a fault structure by optical coherence tomography (OCT). The tomographic structure to be observed has a light absorption layer made of a light absorbing material that absorbs light of at least a part of the wavelength of the light source spectrum. The tomographic structure is irradiated with measurement light from a light source. The light source spectrum is preferably broadband. In the light absorbing material, at least a part of the wavelength of the irradiated light is absorbed, so that the spectrum of the light changes as the irradiated light travels through the light absorbing material. When the spectrum of light changes, the refractive index for the light also changes due to the dispersion characteristics of the light absorbing material. Further, since the amount of light absorption increases with the traveling distance of light in the substance, the change in refractive index also varies with the traveling distance of light. As a result, the thickness of the light absorbing layer made of a light absorbing material is difficult to obtain by dividing the optical path length by a single refractive index, and the optical path in the light absorbing layer considering the refractive index change by some method. It is necessary to derive the relationship between the length and the actual film thickness.

そこで、本発明での観測方法は、測定光が断層構造から反射した反射光と参照光との干渉光に基づいて、断層構造の反射光プロファイルを生成するステップと、反射光プロファイルと、それぞれが異なる層厚の模擬光吸収層を有する複数の模擬断層構造における複数の光伝搬シミュレーション結果と、を比較するステップと、反射光プロファイルに最も合致する光伝搬シミュレーション結果を得るためのシミュレーションの対象となった模擬光吸収層の層厚を、観測対象である断層構造が有する光吸収層の層厚として決定するステップと、を含むことにより、断層構造の反射光プロファイルと、模擬断層構造における光伝搬シミュレーション結果と、の比較によって、容易に光吸収層の層厚を決定できる。上記の観測方法は、光吸収層において測定光の吸収が生じていても生じていなくても適用可能である。   Accordingly, the observation method according to the present invention includes a step of generating a reflected light profile of the tomographic structure based on interference light between the reflected light reflected from the tomographic structure and the reference light, and the reflected light profile includes: Steps for comparing multiple light propagation simulation results for multiple simulated fault structures with simulated light absorption layers with different layer thicknesses, and for simulation to obtain light propagation simulation results that best match the reflected light profile Determining the layer thickness of the simulated light absorption layer as the layer thickness of the light absorption layer of the tomographic structure to be observed, thereby reflecting the reflected light profile of the fault structure and the light propagation simulation in the simulated fault structure By comparing with the result, the thickness of the light absorption layer can be easily determined. The above observation method can be applied whether or not the measurement light is absorbed in the light absorption layer.

なお、測定光は、光吸収物質により吸収されない波長の光を含むのが好ましいが、光吸収層が薄いために吸収される波長においても吸収されずに残って反射光が得られる場合には、測定光は、光吸収物質により吸収される波長の光だけであってもよい。例えば、光吸収物質が可視光を吸収する場合において、光吸収層が十分に薄ければ、測定光は可視光であってもよい。   Note that the measurement light preferably includes light having a wavelength that is not absorbed by the light-absorbing substance, but when the reflected light is obtained without being absorbed even at the wavelength that is absorbed because the light absorption layer is thin, The measurement light may be only light having a wavelength that is absorbed by the light absorbing material. For example, when the light absorbing material absorbs visible light, the measurement light may be visible light if the light absorbing layer is sufficiently thin.

他の観点からみた本発明は、光コヒーレンストモグラフィにより観測対象の断層構造を観測する観測装置である。観測装置は、断層構造に光を照射する光源と、断層構造からの反射光と参照光との干渉光を検出して検出信号を出力する検出部と、検出信号を処理する処理部と、を備える。断層構造は、光源スペクトルの少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる光吸収層を有する。   From another viewpoint, the present invention is an observation apparatus that observes a tomographic structure to be observed by optical coherence tomography. The observation apparatus includes: a light source that irradiates light to the tomographic structure; a detection unit that detects interference light between the reflected light from the tomographic structure and the reference light and outputs a detection signal; and a processing unit that processes the detection signal. Prepare. The tomographic structure has a light absorbing layer made of a light absorbing material that absorbs light having a wavelength of at least a part of the light source spectrum.

処理部は、前記検出信号に基づいて、前記断層構造の反射光プロファイルを生成すること、前記反射光プロファイルと、それぞれが異なる層厚の模擬光吸収層を有する複数の模擬断層構造における複数の光伝搬シミュレーション結果と、を比較すること、前記反射光プロファイルに最も合致する光伝搬シミュレーション結果を得るためのシミュレーションの対象となった前記模擬光吸収層の層厚を、前記観測対象である前記断層構造が有する前記光吸収層の層厚として決定すること、を含む処理を実行するよう構成されている。   The processing unit generates a reflected light profile of the tomographic structure based on the detection signal, and the plurality of light in the simulated tomographic structure having the reflected light profile and simulated light absorbing layers each having a different layer thickness. Comparing the simulation result with the propagation simulation result, and determining the layer thickness of the simulated light absorbing layer that is the object of simulation for obtaining the optical propagation simulation result that best matches the reflected light profile, the fault structure that is the observation target And determining the layer thickness of the light absorption layer.

さらに他の観点からみた本発明は、コンピュータを上記の処理部として機能させるためのコンピュータプログラムである。   From another viewpoint, the present invention is a computer program for causing a computer to function as the processing unit.

さらに他の観点からみた本発明は、観測対象である断層構造に、光吸収物質により吸収される波長の光を実質的に含まない測定光を照射するものである。断層構造が光吸収層を有していても、測定光は吸収されないため、光のスペクトルの変化を防止できる。したがって、光吸収層の層厚の計算に、光吸収層の一定の屈折率を用いることができる。ここでの光吸収物質は、少なくとも一部の波長の光を吸収するものであり、例えば、可視光スペクトルの少なくとも一部の波長の光を吸収するものである。光吸収物質により吸収される波長の光を実質的に含まない測定光とは、光吸収物質により吸収される波長の光を全く含まないか、光吸収物質により吸収される波長の光を実質的に無視できる程度しか含まないことをいう。光吸収物質により吸収される波長の光を実質的に無視できる程度とは、例えば、光吸収物質により吸収される波長の光の強度が、測定光のピーク強度の10%以下であることをいう。また、一定の屈折率とは、光が伝搬する距離に依存して変化しない一定の屈折率の意である。光吸収層において測定光の吸収が生じると、一定の屈折率では光吸収層の層厚を計算できないが、光吸収層において測定光の吸収が生じないと、光吸収物質の材質に応じた一定の屈折率を用いて層厚を計算できる。   From another viewpoint, the present invention irradiates the tomographic structure to be observed with measurement light that does not substantially include light having a wavelength that is absorbed by the light-absorbing substance. Even if the tomographic structure has a light absorption layer, the measurement light is not absorbed, so that a change in the light spectrum can be prevented. Therefore, a constant refractive index of the light absorption layer can be used for calculating the layer thickness of the light absorption layer. The light absorbing material here absorbs light of at least a part of wavelengths, for example, absorbs light of at least a part of wavelengths in the visible light spectrum. Measurement light that does not substantially contain light of a wavelength that is absorbed by the light absorbing material means that it does not include light of a wavelength that is absorbed by the light absorbing material at all, or substantially light of a wavelength that is absorbed by the light absorbing material. Means that it can only be ignored. For example, the light whose wavelength is absorbed by the light-absorbing substance is substantially negligible means, for example, that the intensity of the light absorbed by the light-absorbing substance is 10% or less of the peak intensity of the measurement light. . The constant refractive index means a constant refractive index that does not change depending on the distance through which light propagates. If absorption of measurement light occurs in the light absorption layer, the thickness of the light absorption layer cannot be calculated with a constant refractive index. However, if absorption of measurement light does not occur in the light absorption layer, the thickness depends on the material of the light absorption material. The layer thickness can be calculated using the refractive index of

さらに他の観点からみた本発明は、光源スペクトルの少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる光吸収層を有する断層構造を、光コヒーレンストモグラフィにより観測する方法であって、観測対象である断層構造に、光吸収物質により吸収されない波長の光を含む測定光を光源から照射するステップと、測定光が断層構造から反射した反射光と参照光との干渉光に基づいて、光吸収層の断層構造イメージを取得するステップと、を含む観測方法である。   From another viewpoint, the present invention is a method for observing a tomographic structure having a light absorption layer made of a light absorbing material that absorbs light of at least a part of the wavelength of a light source spectrum by optical coherence tomography. A step of irradiating the target tomographic structure with measurement light including light of a wavelength that is not absorbed by the light-absorbing substance from the light source, and light based on interference light between the reflected light reflected from the tomographic structure and the reference light. Obtaining a tomographic structure image of the absorption layer.

さらに他の観点からみた本発明は、光源スペクトルの少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる光吸収層を有する断層構造を、光コヒーレンストモグラフィにより観測する方法であって、観測対象である断層構造に、光源から測定光を照射するステップと、測定光が断層構造から反射した反射光と参照光との干渉光に基づいて、光吸収層の断層構造イメージを取得するステップと、を含み、光吸収層の断層構造イメージを取得するステップは、光吸収層の両界面間の光路長に基づいて光吸収層の層厚を求め、断層構造イメージにおける光吸収層の膜厚を、求めた膜厚にすることを含む観測方法である。   From another viewpoint, the present invention is a method for observing a tomographic structure having a light absorption layer made of a light absorbing material that absorbs light of at least a part of the wavelength of a light source spectrum by optical coherence tomography. Irradiating the target tomographic structure with measurement light from a light source; obtaining a tomographic structure image of the light absorption layer based on interference light between the reflected light reflected from the tomographic structure and the reference light; The step of acquiring the tomographic structure image of the light absorbing layer includes determining the layer thickness of the light absorbing layer based on the optical path length between both interfaces of the light absorbing layer, and calculating the film thickness of the light absorbing layer in the tomographic structure image. This is an observation method including making the obtained film thickness.

さらに他の観点からみた本発明は、光コヒーレンストモグラフィにより観測対象の断層構造を観測する観測装置であって、断層構造に光を照射する光源と、断層構造からの反射光と参照光との干渉光を検出して検出信号を出力する検出部と、検出信号を処理する処理部と、を備え、断層構造は、少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる光吸収層を有し、光源は、光吸収物質により吸収されない波長の光を含む測定光を出力するよう構成され、処理部は、検出信号に基づいて、光吸収層の断層構造イメージを取得することを、を含む処理を実行するよう構成されている観測装置である。   From another viewpoint, the present invention is an observation apparatus for observing a tomographic structure to be observed by optical coherence tomography, comprising a light source that irradiates light to the tomographic structure, reflected light from the tomographic structure, and reference light. The tomographic structure includes a light absorption layer made of a light absorbing material that absorbs light of at least a part of the wavelength, and a tomographic structure includes a detection unit that detects interference light and outputs a detection signal; And the light source is configured to output measurement light including light of a wavelength that is not absorbed by the light absorbing material, and the processing unit acquires a tomographic structure image of the light absorption layer based on the detection signal. An observation device configured to execute processing including

さらに他の観点からみた本発明は、光コヒーレンストモグラフィにより観測対象の断層構造を観測する観測装置であって、断層構造に光を照射する光源と、断層構造からの反射光と参照光との干渉光を検出して検出信号を出力する検出部と、検出信号を処理する処理部と、を備え、断層構造は、光源スペクトルの少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる光吸収層を有し、処理部は、検出信号に基づいて、光吸収層の断層構造イメージを取得すること、を含む処理を実行するよう構成され、光吸収層の断層構造イメージを取得することは、前記光吸収層の両界面間の光路長に基づいて前記光吸収層の層厚を求め、前記断層構造イメージにおける前記光吸収層の膜厚を、求めた膜厚にすることを含む観測装置である。   From another viewpoint, the present invention is an observation apparatus for observing a tomographic structure to be observed by optical coherence tomography, comprising a light source that irradiates light to the tomographic structure, reflected light from the tomographic structure, and reference light. The tomographic structure includes a light absorbing material that absorbs light having a wavelength of at least a part of the light source spectrum, and includes a detection unit that detects interference light and outputs a detection signal; An absorption layer, and the processing unit is configured to perform processing including acquiring a tomographic structure image of the light absorption layer based on the detection signal, and acquiring the tomographic structure image of the light absorption layer An observation apparatus comprising: obtaining a layer thickness of the light absorption layer based on an optical path length between both interfaces of the light absorption layer; and setting the film thickness of the light absorption layer in the tomographic structure image to the obtained film thickness It is.

さらに他の観点からみた本発明は、コンピュータを上記の処理部として機能させるためのコンピュータプログラムである。   From another viewpoint, the present invention is a computer program for causing a computer to function as the processing unit.

観測装置のブロック図である。It is a block diagram of an observation apparatus. 観測対象の断層構造と断層構造中を進行する光の説明図である。It is explanatory drawing of the light which advances the tomographic structure of a to-be-observed object, and a tomographic structure. 観測手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an observation procedure. 反射光強度分布図の観測パターンの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the observation pattern of a reflected light intensity distribution map. シミュレーション結果テーブルの説明図である。It is explanatory drawing of a simulation result table. 観察対象の2次元断層イメージである。It is a two-dimensional tomographic image to be observed. 観測対象の光伝搬シミュレーション結果である。It is a light propagation simulation result of an observation object. 観測対象の光伝搬シミュレーション結果である。It is a light propagation simulation result of an observation object. 観測対象の光伝搬シミュレーション結果である。It is a light propagation simulation result of an observation object.

[1.実施形態の概要] [1. Outline of Embodiment]

(1)実施形態に係る観測方法は、観測対象である断層構造を光コヒーレンストモグラフィ(OCT)により観測する方法である。OCTは、例えば、Spectral Domain(SD)-OCT,Time Domain(TD)-OCT,Swept Source(SS)-OCTのいずれでもよい。 (1) The observation method according to the embodiment is a method of observing a tomographic structure to be observed by optical coherence tomography (OCT). The OCT may be, for example, any of Spectral Domain (SD) -OCT, Time Domain (TD) -OCT, and Swept Source (SS) -OCT.

観測対象である断層構造は、例えば、半導体デバイスの断層構造である。観測対象となる半導体デバイスは完成品であってもよいし、製造プロセス中の未完成品であってもよい。半導体デバイスは、例えば、発光デバイスとして用いられる半導体デバイスである。断層構造は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。断層構造は、光吸収層を有する。断層構造に含まれる光吸収層は、一つでもよいし、複数でもよい。断層構造は、光を吸収しない層を有していても良い。断層構造に含まれる層(光吸収層及び/又は光を吸収しない層を含む)は、物質定数(誘電率・透磁率)が一様であり、屈折率が一様な物質からなるのが好ましく、結晶物質、アモルファス物質、又は高分子物質などからなるものが好ましい。   The tomographic structure to be observed is, for example, a tomographic structure of a semiconductor device. The semiconductor device to be observed may be a finished product or an incomplete product during the manufacturing process. The semiconductor device is, for example, a semiconductor device used as a light emitting device. The fault structure may be a single layer structure or a multilayer structure. The fault structure has a light absorption layer. There may be one or more light absorption layers included in the tomographic structure. The tomographic structure may have a layer that does not absorb light. The layer included in the tomographic structure (including the light absorption layer and / or the layer that does not absorb light) is preferably made of a material having a uniform material constant (dielectric constant / permeability) and a uniform refractive index. Those composed of a crystalline substance, an amorphous substance, or a polymer substance are preferable.

光吸収層は、少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる。光吸収物質は、例えば、半導体である。ここでの光は、可視光を含むほか、紫外線及び赤外線を含んでも良い。光吸収層が光源スペクトルの少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる場合には、光吸収層において測定光の吸収が生じる。光吸収物質は、例えば、可視光スペクトルの少なくとも一部の波長の光を吸収する物質であってもよい。また、光吸収物質は、例えば、可視光の少なくとも一部の波長の光を吸収するバンドギャップエネルギーを有する物質であってもよい。半導体はバンドギャップを有するため、多くの半導体は、可視光の少なくとも一部の波長の光を吸収する。
The light absorbing layer is made of a light absorbing material that absorbs light of at least a part of wavelengths. The light absorbing material is, for example, a semiconductor. The light here includes visible light as well as ultraviolet rays and infrared rays. When the light absorption layer is made of a light absorption material that absorbs light having at least a part of the wavelength of the light source spectrum, measurement light is absorbed in the light absorption layer. The light absorbing material may be, for example, a material that absorbs light having a wavelength of at least a part of the visible light spectrum. Further, the light absorbing material may be a material having band gap energy that absorbs light of at least a part of wavelengths of visible light, for example. Since semiconductors have a band gap, many semiconductors absorb at least some wavelengths of visible light.

「バンドギャップエネルギー」とは、半導体などの結晶構造体における、価電子帯から伝導帯までのエネルギー差である。「光を吸収するバンドギャップエネルギー」とは、光のエネルギー以下のバンドギャップエネルギーである。「可視光の少なくとも一部の波長の光を吸収する」とは、可視光の波長域における全ての光を吸収すること、又は、可視光の波長域における一部の波長の光を吸収することである。   “Band gap energy” is an energy difference from a valence band to a conduction band in a crystal structure such as a semiconductor. “Bandgap energy that absorbs light” is bandgap energy equal to or lower than the energy of light. “Absorb light of at least some wavelengths of visible light” means to absorb all light in the wavelength range of visible light, or to absorb light of some wavelengths in the wavelength range of visible light It is.

可視光の波長域に相当する光のエネルギーは、約1.7[eV]〜約3[eV]である。したがって、バンドギャップエネルギーが約3[eV]よりも小さい物質は、可視光の少なくとも一部の波長の光を吸収し、バンドギャップエネルギーが約1.7[eV]よりも小さい物質は、可視光の波長域における全ての光を吸収する。多くの半導体は、バンドギャップエネルギーが約3[eV]よりも小さく、可視光の少なくとも一部を吸収する。例えば、室温におけるガリウムヒ素(GaAs)のバンドギャップエネルギーは、1.42[eV]であり、室温におけるガリウムヒ素(GaAs)は、可視光の波長域における全ての光を吸収し、可視光が透過しない。   The energy of light corresponding to the wavelength range of visible light is about 1.7 [eV] to about 3 [eV]. Therefore, a substance having a band gap energy smaller than about 3 [eV] absorbs light having a wavelength of at least a part of visible light, and a substance having a band gap energy smaller than about 1.7 [eV] Absorbs all light in the wavelength range. Many semiconductors have a band gap energy less than about 3 [eV] and absorb at least a portion of visible light. For example, the band gap energy of gallium arsenide (GaAs) at room temperature is 1.42 [eV], and gallium arsenide (GaAs) at room temperature absorbs all light in the visible wavelength range and transmits visible light. do not do.

実施形態に係る観測方法は、観測対象である断層構造に、光吸収物質により吸収されない波長の光を含む測定光を照射することを含んでも良い。測定光は、光吸収物質により吸収される波長の光を含んでもよい。可視光の一部を吸収する物質に対しては、広帯域な可視光を照射すれば、可視光における一部の波長の光は吸収されるが、残りの波長の光は吸収されない。可視光の波長域における全ての光を吸収するが赤外線を吸収しない物質に対しては、赤外線を含む可視光を照射すれば、可視光は吸収されても、赤外線は吸収されずに透過できる。   The observation method according to the embodiment may include irradiating measurement light including light having a wavelength that is not absorbed by the light-absorbing substance to the tomographic structure to be observed. The measurement light may include light having a wavelength that is absorbed by the light absorbing material. If a substance that absorbs part of visible light is irradiated with broadband visible light, light having a part of visible light is absorbed, but light having the remaining wavelength is not absorbed. If a substance that absorbs all light in the visible light wavelength range but does not absorb infrared light is irradiated with visible light including infrared light, the visible light can be absorbed without being absorbed.

測定光を広帯域な可視光にすると、OCTの光軸分解能を高くすることができる。OCTの光軸方向分解能をΔzとした場合、測定光は、Δzが1μmよりも小さい高分解能が得られるような、中心波長λ及び帯域幅Δλを有するのが好ましい。OCTの光軸方向分解能Δzは、Δz=0.44λ /Δλの式によって決まる。なお、この式において、帯域幅Δλは、半値全幅(FWHM)である。 If the measurement light is broadband visible light, the optical axis resolution of OCT can be increased. When the optical axis direction resolution of OCT is Δz, it is preferable that the measurement light has a center wavelength λ 0 and a bandwidth Δλ so that a high resolution in which Δz is smaller than 1 μm can be obtained. The optical axis direction resolution Δz of OCT is determined by the equation: Δz = 0.44λ 0 2 / Δλ. In this equation, the bandwidth Δλ is the full width at half maximum (FWHM).

測定光のうち、光吸収物質により吸収されない波長の光は、断層構造中の光吸収層を透過し、光吸収層の界面において反射し、反射光となる。反射光と参照光との干渉光に基づいて、光吸収層の界面を含む断層構造の反射光プロファイルが生成される。また、測定光のうち、光吸収物質により吸収される波長の光も、光吸収により強度が減衰するものの、光吸収層が薄ければ、完全に吸収されず、反射光となることがある。   Of the measurement light, light having a wavelength that is not absorbed by the light absorbing material is transmitted through the light absorption layer in the tomographic structure, reflected at the interface of the light absorption layer, and becomes reflected light. Based on the interference light between the reflected light and the reference light, a reflected light profile of the tomographic structure including the interface of the light absorption layer is generated. Of the measurement light, light having a wavelength that is absorbed by the light-absorbing substance is attenuated by light absorption. However, if the light absorption layer is thin, it is not completely absorbed and may become reflected light.

実施形態に係る観測方法は、反射光プロファイルと、複数の模擬断層構造における複数の光伝搬シミュレーション結果と、を比較するステップを含む。光伝搬シミュレーションの対象となる複数の模擬断層構造は、それぞれ、観測対象の断層構造を模擬したものであり、それぞれが異なる層厚の模擬光吸収層を有する。   The observation method according to the embodiment includes a step of comparing the reflected light profile with a plurality of light propagation simulation results in a plurality of simulated fault structures. Each of the plurality of simulated fault structures to be subjected to the light propagation simulation is a simulation of the tomographic structure to be observed, and each has a simulated light absorption layer having a different layer thickness.

反射光プロファイルに最も合致する光伝搬シミュレーション結果を得るためのシミュレーションの対象となった模擬断層構造は、観察対象の断層構造に最も合致することになる。したがって、最も合致するシミュレーション結果を得るためのシミュレーションの対象となった模擬光吸収層の層厚を、観測対象である断層構造が有する光吸収層の層厚として決定することができる。   The simulated tomographic structure that is the object of simulation for obtaining the light propagation simulation result that best matches the reflected light profile most closely matches the tomographic structure to be observed. Therefore, the layer thickness of the simulated light absorption layer that is the object of simulation for obtaining the best matching simulation result can be determined as the layer thickness of the light absorption layer of the fault structure to be observed.

(2)反射光プロファイルと、複数の模擬断層構造における複数の光伝搬シミュレーション結果と、の比較は、例えば、パターンの比較で行える。この場合、反射光プロファイルは、例えば、観測対象である断層構造の深さ方向における反射光強度分布を示す観測パターンを含み、光伝搬シミュレーション結果は、例えば、模擬断層構造の深さ方向における反射光強度分布を示す予測パターンを含むものとする。 (2) Comparison between the reflected light profile and a plurality of light propagation simulation results in a plurality of simulated tomographic structures can be performed by, for example, pattern comparison. In this case, the reflected light profile includes, for example, an observation pattern indicating the reflected light intensity distribution in the depth direction of the tomographic structure to be observed, and the light propagation simulation result indicates, for example, the reflected light in the depth direction of the simulated tomographic structure. It is assumed that a prediction pattern indicating an intensity distribution is included.

反射光強度分布の観測パターンと、光伝搬シミュレーションで予測した反射光強度分布を示す予測パターンと、をパターンマッチングなどの手法で比較することで、複数の予測パターンの中から、観測パターンに最も合致する予測パターンを抽出することができる。観測パターンに最も合致する予測パターンを得るためのシミュレーションの対象となった模擬断層構造における模擬光吸収層の層厚が、観測対象である断層構造が有する光吸収層の層厚として決定される。   By comparing the observed pattern of the reflected light intensity distribution with the predicted pattern showing the reflected light intensity distribution predicted by the light propagation simulation using a method such as pattern matching, the best match with the observed pattern from the multiple predicted patterns The prediction pattern to be extracted can be extracted. The layer thickness of the simulated light absorption layer in the simulated fault structure that is the object of simulation for obtaining the predicted pattern that most closely matches the observation pattern is determined as the layer thickness of the light absorption layer of the fault structure that is the observation target.

(3)反射光プロファイルと、複数の模擬断層構造における複数の光伝搬シミュレーション結果との比較は、パターンの比較に代えて又は加えて、光路長の比較を含んでも良い。この場合、反射光プロファイルは、観測対象である断層構造が有する光吸収層の両界面間の観測光路長を含み、光伝搬シミュレーション結果は、模擬光吸収層の両界面間の予測光路長を含むものとする。 (3) The comparison between the reflected light profile and a plurality of light propagation simulation results in the plurality of simulated tomographic structures may include a comparison of optical path lengths instead of or in addition to the pattern comparison. In this case, the reflected light profile includes the observed optical path length between both interfaces of the light absorption layer of the tomographic structure to be observed, and the light propagation simulation result includes the predicted optical path length between both interfaces of the simulated light absorption layer. Shall be.

観測光路長と予測光路長とを比較することで、複数の予測光路長の中から、観測光路長に最も合致する予測光路長を抽出することができる。観測光路長に最も合致する予測光路長を得るためのシミュレーションの対象となった模擬断層構造における模擬光吸収層の層厚が、観測対象である断層構造が有する光吸収層の層厚として決定される。   By comparing the observed optical path length with the predicted optical path length, the predicted optical path length that best matches the observed optical path length can be extracted from the plurality of predicted optical path lengths. The layer thickness of the simulated light absorption layer in the simulated fault structure that is the object of simulation to obtain the predicted optical path length that best matches the observed optical path length is determined as the layer thickness of the light absorption layer of the fault structure to be observed. The

(4)実施形態に係る観測装置は、光コヒーレンストモグラフィ(OCT)により観測対象の断層構造を観測するためのものである。観測装置は、断層構造に光を照射する光源と、断層構造からの反射光と参照光との干渉光を検出して検出信号を出力する検出部と、検出信号を処理する処理部と、を備える。 (4) The observation apparatus according to the embodiment is for observing a tomographic structure to be observed by optical coherence tomography (OCT). The observation apparatus includes: a light source that irradiates light to the tomographic structure; a detection unit that detects interference light between the reflected light from the tomographic structure and the reference light and outputs a detection signal; and a processing unit that processes the detection signal. Prepare.

観測対象である断層構造は、光源スペクトル少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる光吸収層を有する。光源は、光吸収物質により吸収される波長の光及び光吸収物質により吸収されない波長の光を含む測定光を出力するよう構成されているのが好ましい。光源は、例えば、ハロゲンランプ、LED光源、又はSLD光源を有して構成される。   The tomographic structure to be observed has a light absorption layer made of a light absorbing material that absorbs light having a wavelength of at least a part of the light source spectrum. The light source is preferably configured to output measurement light including light having a wavelength that is absorbed by the light absorbing material and light having a wavelength that is not absorbed by the light absorbing material. The light source includes, for example, a halogen lamp, an LED light source, or an SLD light source.

処理部は、検出信号に基づいて、前記断層構造の反射光プロファイルを生成する。処理部は、反射光プロファイルと、それぞれが異なる層厚の模擬光吸収層を有する複数の模擬断層構造における複数の光伝搬シミュレーション結果と、を比較する。処理部は、反射光プロファイルに最も合致する光伝搬シミュレーション結果を得るためのシミュレーションの対象となった模擬断層構造が有する模擬光吸収層の層厚を、観測対象である断層構造が有する光吸収層の層厚として決定する。   The processing unit generates a reflected light profile of the tomographic structure based on the detection signal. The processing unit compares the reflected light profile with a plurality of light propagation simulation results in a plurality of simulated tomographic structures each having a simulated light absorption layer having a different layer thickness. The processing unit determines the thickness of the simulated light absorption layer of the simulated tomographic structure that is the object of simulation for obtaining the light propagation simulation result that best matches the reflected light profile, and the light absorption layer of the tomographic structure that is the observation target. The layer thickness is determined.

(5)処理部は、例えば、CPU及びメモリを備えたコンピュータを有して構成される。コンピュータは、メモリに格納されたコンピュータプログラムを実行することにより、処理部としての機能を発揮することができる。コンピュータを処理部として機能させるためのコンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納することができる。 (5) The processing unit includes, for example, a computer including a CPU and a memory. The computer can exhibit a function as a processing unit by executing a computer program stored in the memory. A computer program for causing a computer to function as a processing unit can be stored in a computer-readable recording medium.

(6)他の実施形態に係る観測方法は、観測対象である断層構造に、前記光吸収物質により吸収される波長の光を実質的に含まない測定光を照射することを含む。測定光が断層構造から反射した反射光と参照光との干渉光に基づいて、断層構造が有する前記光吸収層の光路長を求め、光路長と光吸収層の屈折率とに基づいて、光吸収層の層厚を決定することができる。 (6) An observation method according to another embodiment includes irradiating measurement light substantially free of light having a wavelength absorbed by the light-absorbing substance onto a tomographic structure to be observed. Based on the interference light between the reflected light reflected from the tomographic structure and the reference light, the optical path length of the light absorbing layer of the tomographic structure is obtained, and based on the optical path length and the refractive index of the light absorbing layer, The layer thickness of the absorption layer can be determined.

(7)他の実施形態に係る観測装置の光源は、前記光吸収物質により吸収される波長の光を実質的に含まない測定光を出力するよう構成されている。処理部は、光吸収層の光路長を求める処理を実行する。処理部は、求めた光路長と光吸収層の屈折率とに基づいて、光吸収層の層厚を決定する処理を実行する。光源は、光吸収物質により吸収される波長の光を実質的に含まない光だけを出力する発光デバイスによって構成されていてもよいし、光吸収物質により吸収される波長の光を含む光を出力する発光デバイスと、発光デバイスから出力された光のうち光吸収物質により吸収される波長の光をカットするフィルタと、を有して構成されていてもよい。 (7) A light source of an observation apparatus according to another embodiment is configured to output measurement light that substantially does not include light having a wavelength that is absorbed by the light absorbing material. The processing unit executes processing for obtaining the optical path length of the light absorption layer. The processing unit performs a process of determining the layer thickness of the light absorption layer based on the obtained optical path length and the refractive index of the light absorption layer. The light source may be constituted by a light emitting device that outputs only light that does not substantially include light having a wavelength that is absorbed by the light absorbing material, or outputs light that includes light having a wavelength that is absorbed by the light absorbing material. And a filter that cuts light having a wavelength that is absorbed by the light-absorbing substance out of the light output from the light-emitting device.

(8)実施形態に観測方法は、光源スペクトル少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる光吸収層を有する断層構造を、光コヒーレンストモグラフィにより観測する方法であって、観測対象である断層構造に、光吸収物質により吸収されない波長の光を含む測定光を光源から照射するステップと、測定光が断層構造から反射した反射光と参照光との干渉光に基づいて、光吸収層の断層構造イメージを取得するステップと、を含む観測方法であってもよい。断層構造イメージは、2次元イメージでもよいし、3次元イメージでもよい。 (8) The observation method in the embodiment is a method of observing a tomographic structure having a light absorption layer made of a light absorbing material that absorbs light having at least a part of the light source spectrum by optical coherence tomography. The step of irradiating the tomographic structure with measurement light including light of a wavelength that is not absorbed by the light-absorbing substance from the light source, and light absorption based on the interference light between the reflected light reflected from the tomographic structure and the reference light And a step of acquiring a tomographic structure image of the layer. The tomographic structure image may be a two-dimensional image or a three-dimensional image.

(9)実施形態に係る観測方法は、光源スペクトルの少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる光吸収層を有する断層構造を、光コヒーレンストモグラフィにより観測する方法であって、観測対象である断層構造に、光源から測定光を照射するステップと、測定光が断層構造から反射した反射光と参照光との干渉光に基づいて、光吸収層の断層構造イメージを取得するステップと、を含み、光吸収層の断層構造イメージを取得するステップは、光吸収層の両界面間の光路長に基づいて光吸収層の層厚を求め、断層構造イメージにおける光吸収層の膜厚を、求めた膜厚にすることを含む観測方法であってもよい。この場合、膜厚をより正確に示す断層構造イメージが得られる。 (9) The observation method according to the embodiment is a method of observing, by optical coherence tomography, a tomographic structure having a light absorption layer made of a light absorbing material that absorbs light of at least a part of the wavelength of the light source spectrum. Irradiating measurement light from a light source to a tomographic structure to be observed, and acquiring a tomographic structure image of the light absorption layer based on interference light between reflected light reflected from the tomographic structure and the reference light. The step of acquiring a tomographic structure image of the light absorbing layer includes obtaining a layer thickness of the light absorbing layer based on an optical path length between both interfaces of the light absorbing layer, and obtaining a film thickness of the light absorbing layer in the tomographic structure image May be an observation method including making the obtained film thickness. In this case, a tomographic structure image showing the film thickness more accurately is obtained.

(10)実施形態に係る観測装置は、光コヒーレンストモグラフィにより観測対象の断層構造を観測する観測装置であって、断層構造に光を照射する光源と、断層構造からの反射光と参照光との干渉光を検出して検出信号を出力する検出部と、検出信号を処理する処理部と、を備え、断層構造は、光源スペクトルの少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる光吸収層を有し、光源は、光吸収物質により吸収されない波長の光を含む測定光を出力するよう構成され、処理部は、検出信号に基づいて、光吸収層の断層構造イメージを取得すること、を含む処理を実行するよう構成されている観測装置であってもよい。 (10) An observation apparatus according to an embodiment is an observation apparatus that observes a tomographic structure to be observed by optical coherence tomography, and includes a light source that irradiates light to the tomographic structure, reflected light from the tomographic structure, and reference light. And a processing unit for processing the detection signal, and the tomographic structure is made of a light-absorbing material that absorbs light of at least some wavelengths of the light source spectrum. The light source includes a light absorption layer, the light source is configured to output measurement light including light having a wavelength that is not absorbed by the light absorption material, and the processing unit acquires a tomographic structure image of the light absorption layer based on the detection signal. May be an observation device configured to execute processing including the above.

(11)実施形態に係る観測装置は、光コヒーレンストモグラフィにより観測対象の断層構造を観測する観測装置であって、断層構造に光を照射する光源と、断層構造からの反射光と参照光との干渉光を検出して検出信号を出力する検出部と、検出信号を処理する処理部と、を備え、断層構造は、光源スペクトルの少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる光吸収層を有し、処理部は、検出信号に基づいて、光吸収層の断層構造イメージを取得すること、を含む処理を実行するよう構成され、光吸収層の断層構造イメージを取得することは、光吸収層の両界面間の光路長に基づいて光吸収層の層厚を求め、断層構造イメージにおける前記光吸収層の膜厚を、求めた膜厚にすることを含む観測装置であってもよい。 (11) An observation apparatus according to an embodiment is an observation apparatus that observes a tomographic structure to be observed by optical coherence tomography, and includes a light source that irradiates light to the tomographic structure, reflected light from the tomographic structure, and reference light. And a processing unit for processing the detection signal, and the tomographic structure is made of a light-absorbing material that absorbs light of at least some wavelengths of the light source spectrum. A light-absorbing layer, and the processing unit is configured to perform processing including acquiring a tomographic structure image of the light-absorbing layer based on the detection signal, and acquiring the tomographic structure image of the light-absorbing layer Is an observation apparatus that includes determining the thickness of the light absorption layer based on the optical path length between both interfaces of the light absorption layer, and setting the film thickness of the light absorption layer in the tomographic structure image to the determined film thickness. May be.

(12)処理部は、前述のように、例えば、CPU及びメモリを備えたコンピュータを有して構成される。コンピュータは、メモリに格納されたコンピュータプログラムを実行することにより、処理部としての機能を発揮することができる。コンピュータを処理部として機能させるためのコンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納することができる。 (12) As described above, the processing unit includes, for example, a computer including a CPU and a memory. The computer can exhibit a function as a processing unit by executing a computer program stored in the memory. A computer program for causing a computer to function as a processing unit can be stored in a computer-readable recording medium.

[2.実施形態の詳細]
以下、図面を参照しつつ、実施形態の詳細に説明する。
[2. Details of Embodiment]
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

[2.1 第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る観測装置100を示している。観測装置100は、例えば、半導体デバイスの製造プロセス中、又は製造プロセス後において、観測対象30である半導体デバイスの断層構造を、非破壊・非接触で観測するために用いられる。観測対象30となる半導体デバイスは、例えば、光集積回路などの光デバイスである。
[2.1 First Embodiment]
FIG. 1 shows an observation apparatus 100 according to the first embodiment. The observation apparatus 100 is used, for example, to observe the tomographic structure of the semiconductor device that is the observation target 30 in a non-destructive / non-contact manner during or after the semiconductor device manufacturing process. The semiconductor device to be observed 30 is an optical device such as an optical integrated circuit, for example.

図2(a)は、観測対象30とした光学デバイス用半導体基板の断面構造を示している。この観測対象30は、フォトレジストを塗布したAl0.35Ga0.65AS/GaAs基板である。Al0.35Ga0.65AS/GaAs基板は、フォトレジスト層31直下の層として、Al0.35Ga0.65AS層32を有し、さらにその下の層としてGaAs層33を有する。観測対象30の断層構造において、フォトレジスト層31の層厚はおよそ2μmであり、Al0.35Ga0.65AS層32の層厚はおよそ0.5μmである。観測装置30では、フォトレジスト層31及びAl0.35Ga0.65AS層33の層厚測定及び観測対象30の断層構造イメージングを行う。 FIG. 2A shows a cross-sectional structure of the optical device semiconductor substrate as the observation target 30. This observation object 30 is an Al 0.35 Ga 0.65 AS / GaAs substrate coated with a photoresist. The Al 0.35 Ga 0.65 AS / GaAs substrate has an Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 as a layer immediately below the photoresist layer 31, and further has a GaAs layer 33 as a layer therebelow. In the tomographic structure of the observation object 30, the layer thickness of the photoresist layer 31 is about 2 μm, and the layer thickness of the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 is about 0.5 μm. In the observation apparatus 30, the layer thickness measurement of the photoresist layer 31 and the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 33 and the tomographic structure imaging of the observation target 30 are performed.

観測装置100は、SD−OCTとして構成されており、図1に示すように、光干渉計測部10と、処理部20と、を備えている。光干渉計測部10は、光源11と、レンズ12,13と、スプリッタ14と、参照ミラー15と、レンズ16と、検出部17と、を備えている。光源11は、ハロゲンランプによって構成されている。ハロゲンランプは、可視光広帯域の光を出力できる。ハロゲンランプは、中心波長λ:625nm、帯域幅Δλ(FWHM):260nm)の広帯域な可視光を出力するものを用いた。光源11が広帯域可視光を出力するため観測対象30の高分解観察が可能である。 The observation apparatus 100 is configured as SD-OCT, and includes an optical interference measurement unit 10 and a processing unit 20 as shown in FIG. The optical interference measurement unit 10 includes a light source 11, lenses 12 and 13, a splitter 14, a reference mirror 15, a lens 16, and a detection unit 17. The light source 11 is composed of a halogen lamp. The halogen lamp can output visible light broadband. As the halogen lamp, a lamp that outputs visible light in a wide band with a center wavelength λ 0 : 625 nm and a bandwidth Δλ (FWHM): 260 nm was used. Since the light source 11 outputs broadband visible light, the observation object 30 can be observed with high resolution.

光干渉計測部10において、光源11から出力された光は、スプリッタ14によって、測定光と参照光とに分けられる。測定光は、観測対象30へ照射され、観測対象30からの反射光となる。参照光は、参照ミラー15によって反射され、反射光と合流する。反射光と参照光との合流によって、干渉光が生じる。干渉光(干渉信号)は、検出部17によって検出される。検出部17は、干渉光に対応する電気信号を検出信号として出力する。検出信号は、処理部20に与えられる。実施形態の検出部17は、スペクトロメータとして構成されており、干渉光スペクトルを検出信号として出力する。   In the optical interference measurement unit 10, the light output from the light source 11 is divided into measurement light and reference light by the splitter 14. The measurement light is irradiated onto the observation target 30 and becomes reflected light from the observation target 30. The reference light is reflected by the reference mirror 15 and merges with the reflected light. Interference light is generated by the merge of the reflected light and the reference light. The interference light (interference signal) is detected by the detection unit 17. The detection unit 17 outputs an electrical signal corresponding to the interference light as a detection signal. The detection signal is given to the processing unit 20. The detection unit 17 of the embodiment is configured as a spectrometer, and outputs an interference light spectrum as a detection signal.

処理部20は、コンピュータを有して構成される、コンピュータは、処理部20としての機能をコンピュータに発揮させるためのコンピュータプログラムを実行することにより、処理部20としての機能を発揮する。処理部20は、検出信号に基づいて、観測対象の層厚測定及び断層イメージングの処理を行う。   The processing unit 20 includes a computer, and the computer exhibits the function as the processing unit 20 by executing a computer program for causing the computer to exhibit the function as the processing unit 20. The processing unit 20 performs layer thickness measurement and tomographic imaging processing of the observation target based on the detection signal.

図3は、観測装置100を用いた観測手順を示している。まず、ステップS1において、光干渉計測部10によって、可視光広帯域光による光干渉計測が行われ、干渉光スペクトルが得られる。ステップS1において、光源11は、観察対象である半導体デバイスの断層構造へ測定光を照射する。検出部17は、干渉光に基づく検出信号(干渉光スペクトル)を出力し、処理部20に与える。   FIG. 3 shows an observation procedure using the observation apparatus 100. First, in step S1, the optical interference measurement unit 10 performs optical interference measurement with visible broadband light to obtain an interference light spectrum. In step S1, the light source 11 irradiates the tomographic structure of the semiconductor device to be observed with measurement light. The detection unit 17 outputs a detection signal (interference light spectrum) based on the interference light and supplies the detection signal to the processing unit 20.

ステップS2において、処理部20は、検出信号が示す干渉光スペクトルを波数領域に換算し、フーリエ変換を行うことで、観測対象30である断層構造の反射光プロファイルを生成する。反射光プロファイルは、例えば、光軸深さ方向の反射光強度プロファイルである。図4は、観測対象30の光軸深さ方向の反射光強度プロファイルを示している。このプロファイルは、横軸が深さを示し、縦軸が反射光の強度を示す反射光強度分布パターンである。以下、図4のパターンを、「観測パターン」という。なお、反射光プロファイルは、反射光に関する分析結果であれば足りる。   In step S <b> 2, the processing unit 20 converts the interference light spectrum indicated by the detection signal into a wave number region and performs a Fourier transform to generate a reflected light profile of the tomographic structure that is the observation target 30. The reflected light profile is, for example, a reflected light intensity profile in the optical axis depth direction. FIG. 4 shows a reflected light intensity profile of the observation target 30 in the optical axis depth direction. This profile is a reflected light intensity distribution pattern in which the horizontal axis indicates the depth and the vertical axis indicates the intensity of the reflected light. Hereinafter, the pattern of FIG. 4 is referred to as an “observation pattern”. Note that it is sufficient that the reflected light profile is an analysis result regarding the reflected light.

図2(a)に示すように、観察対象30からの反射光は、観察対象30の第1界面30a、第2界面30b、及び第3界面30cにおいて生じる。すなわち、各界面30a,30b,30cが反射面となっている。なお、第1界面30aは、フォトレジスト層33の表面であり、第2界面30bは、フォトレジスト層31とAl0.35Ga0.65AS層32との界面であり、第3界面30cは、Al0.35Ga0.65AS層32とGaAs層33との界面である。なお、以下では、第1界面30aからの反射光を第1反射光といい、第2界面30bからの反射光を第2反射光といい、第3界面30bからの反射光を第3反射光という。 As shown in FIG. 2A, the reflected light from the observation object 30 is generated at the first interface 30a, the second interface 30b, and the third interface 30c of the observation object 30. That is, each interface 30a, 30b, 30c is a reflective surface. The first interface 30a is the surface of the photoresist layer 33, the second interface 30b is the interface between the photoresist layer 31 and the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32, and the third interface 30c is , An interface between the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 and the GaAs layer 33. Hereinafter, the reflected light from the first interface 30a is referred to as first reflected light, the reflected light from the second interface 30b is referred to as second reflected light, and the reflected light from the third interface 30b is referred to as third reflected light. That's it.

図4に示す観測パターンでは、各界面30a,30b,30cに対応する深さ位置において反射光強度のピークが現れる。処理部20は、観測パターンにおける反射光強度のピークを検出することで、各界面30a,30b,30cの位置を検出することができる。   In the observation pattern shown in FIG. 4, a peak of reflected light intensity appears at the depth position corresponding to each interface 30a, 30b, 30c. The processing unit 20 can detect the positions of the interfaces 30a, 30b, and 30c by detecting the peak of the reflected light intensity in the observation pattern.

図4の観測パターンでは、深さ約19μmの位置において第1ピークが生じており、これは第1界面30aからの第1反射光に相当する。同様に、深さ約23μmの位置において、第2ピークが生じており、これは第2界面30bからの第2反射光に相当する。同様に、深さ25μmから26μmの間の位置において、第3ピークが生じており、これは第3界面30cからの第3反射光に相当する。   In the observation pattern of FIG. 4, a first peak occurs at a depth of about 19 μm, which corresponds to the first reflected light from the first interface 30a. Similarly, a second peak occurs at a depth of about 23 μm, which corresponds to the second reflected light from the second interface 30b. Similarly, a third peak occurs at a position between the depths of 25 μm and 26 μm, which corresponds to the third reflected light from the third interface 30c.

処理部20は、フォトレジスト層31の層厚を求めるため、図4の観測パターンに基づいて、第1ピークと第2ピークとの間隔を求める。図4の観測パターンでは、第1ピークと第2ピークとの距離は、3.77μmである。図4の観測パターンから求まる第1ピークと第2ピークとの距離は、フォトレジスト層31の光路長(第1界面30aから第2界面30bまでの光路長)であるため、この光路長をフォトレジスト層31の実際の層厚に換算する必要がある。   The processing unit 20 obtains the interval between the first peak and the second peak based on the observation pattern of FIG. 4 in order to obtain the layer thickness of the photoresist layer 31. In the observation pattern of FIG. 4, the distance between the first peak and the second peak is 3.77 μm. The distance between the first peak and the second peak obtained from the observation pattern in FIG. 4 is the optical path length of the photoresist layer 31 (the optical path length from the first interface 30a to the second interface 30b). It is necessary to convert to the actual layer thickness of the resist layer 31.

フォトレジスト層31は、透明であり、光の吸収が生じないため、光路長から実際の層厚を求めるには、フォトレジスト層31の屈折率を用いればよい。具体的には、処理部20は、フォトレジスト層31の光路長3.77μmを、フォトレジスト層31の屈折率1.62で除算し、フォトレジスト層31の層厚は約2.33μmであると決定する。なお、フォトレジスト層31の屈折率1.62は、中心波長λ=625nmの光である場合の値である。 Since the photoresist layer 31 is transparent and does not absorb light, the refractive index of the photoresist layer 31 may be used to obtain the actual layer thickness from the optical path length. Specifically, the processing unit 20 divides the optical path length of 3.77 μm of the photoresist layer 31 by the refractive index of 1.62 of the photoresist layer 31, and the layer thickness of the photoresist layer 31 is about 2.33 μm. And decide. The refractive index 1.62 of the photoresist layer 31 is a value in the case of light having a center wavelength λ 0 = 625 nm.

処理部20は、第2ピークと第3ピークとの距離から、Al0.35Ga0.65AS層32の光路長(第2界面30bから第3界面30cまでの光路長)を求めることができる。図4の観測パターンでは、Al0.35Ga0.65AS層32の光路長は、2.54μmである。ただし、Al0.35Ga0.65AS層32は、可視光の大部分を吸収してしまう光吸収層であるため、単に屈折率を用いても、Al0.35Ga0.65AS層32の正確な層厚は得られない。 The processing unit 20 obtains the optical path length of the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 (the optical path length from the second interface 30b to the third interface 30c) from the distance between the second peak and the third peak. it can. In the observation pattern of FIG. 4, the optical path length of the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 is 2.54 μm. However, since the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 is a light absorbing layer that absorbs most of the visible light, the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer can be used simply by using the refractive index. An accurate layer thickness of 32 cannot be obtained.

ここで、Al0.35Ga0.65ASのバンドギャップエネルギーは、1.86[eV]であり、このバンドギャップエネルギー=1.86[eV]に相当する波長(光学吸収端)は667nmである。Al0.35Ga0.65ASは、667nm以下の光を吸収し、それ以上の光を吸収せず透過させる。このように、Al0.35Ga0.65ASは、可視光の波長域における大部分の光を吸収する不透明物質であり、Al0.35Ga0.65AS層32は、光吸収層である。 Here, the band gap energy of Al 0.35 Ga 0.65 AS is 1.86 [eV], and the wavelength (optical absorption edge) corresponding to this band gap energy = 1.86 [eV] is 667 nm. is there. Al 0.35 Ga 0.65 AS absorbs light having a wavelength of 667 nm or less and transmits more light without absorbing it. Thus, Al 0.35 Ga 0.65 AS is an opaque material that absorbs most light in the visible light wavelength range, and the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 is a light absorption layer. is there.

Al0.35Ga0.65ASは、可視光の大部分を吸収するが、実施形態に係る光源11から出力される測定光は、広帯域の光であるため、図2(b)に示すように、Al0.35Ga0.65ASの光学吸収端である667nmよりも大きい波長の光も含んでいる。667nmよりも大きい波長の測定光は、Al0.35Ga0.65AS層32にて吸収されることなく、第3界面30cにて反射し、第3反射光となる。 Al 0.35 Ga 0.65 AS absorbs most of the visible light, but the measurement light output from the light source 11 according to the embodiment is broadband light, and as shown in FIG. In addition, light having a wavelength larger than 667 nm which is an optical absorption edge of Al 0.35 Ga 0.65 AS is also included. Measurement light having a wavelength greater than 667 nm is not absorbed by the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32, but is reflected by the third interface 30 c to become third reflected light.

一方、667nmよりも小さい波長の測定光は、Al0.35Ga0.65AS層32にて吸収される。したがって、図2(c)に示すように、Al0.35Ga0.65AS層32中を進行中の測定光のスペクトルは、667nmよりも小さい波長域において光強度が減衰したものとなる。測定光の吸収は、Al0.35Ga0.65AS層32の通過中において徐々に生じるため、図2(c)に示すような光強度の減衰は、光の進行に応じて大きくなり、測定光のスペクトル(特に、光のピーク波長)は、Al0.35Ga0.65AS層32の通過中において変化する。この結果、層厚が未知である状態でAl0.35Ga0.65AS層32の屈折率を求めるのは困難である。 On the other hand, measurement light having a wavelength smaller than 667 nm is absorbed by the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32. Therefore, as shown in FIG. 2 (c), the spectrum of the measurement light traveling in the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 has a light intensity attenuated in a wavelength region smaller than 667 nm. Since the absorption of the measurement light gradually occurs while passing through the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32, the attenuation of the light intensity as shown in FIG. 2C increases with the progress of the light, The spectrum of the measurement light (particularly, the peak wavelength of the light) changes during passage through the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32. As a result, it is difficult to obtain the refractive index of the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 in a state where the layer thickness is unknown.

なお、第2界面30bの位置xから第3界面30cの位置xまでの光路長Tは、以下の式によって表すことができる。
ここで、n(x)は、位置xから位置xまでの任意の位置における群屈折率であり、xは光軸深さ方向の位置である。層厚が未知である状態でAl0.35Ga0.65AS層32の屈折率を求めるのが困難であるのは、上記式からも明らかである。
The optical path length T from the position x 1 to the position x 2 of the third interface 30c of the second interface 30b can be expressed by the following equation.
Here, n g (x) is the group refractive index at any position from position x 1 to the position x 2, x is the position of the optical axis depth direction. It is also clear from the above formula that it is difficult to obtain the refractive index of the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 in a state where the layer thickness is unknown.

以上のように、Al0.35Ga0.65AS層32の層厚は、フォトレジスト層31の層厚と同様には求められない。そこで、本実施形態の処理部20は、Al0.35Ga0.65AS層32の層厚を求めるため、ステップS3において、反射光プロファイルと、光伝搬シミュレーション結果と、の比較を行う。 As described above, the layer thickness of the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 cannot be obtained in the same manner as the layer thickness of the photoresist layer 31. Therefore, the processing unit 20 of the present embodiment compares the reflected light profile with the light propagation simulation result in step S3 in order to obtain the layer thickness of the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32.

光伝搬シミュレーションは、観測対象30の断層構造を模擬した模擬断層構造中の光の伝搬を予測するものである。この光伝搬シミュレーションでは、光源11から出力される計測光と同じ光(中心波長λ:625nm、帯域幅Δλ(FWHM):260nm)が、模擬断層構造に照射される。模擬断層構造は、観測対象30の断層構造と同様に、フォトレジスト層31を模擬した層、Al0.35Ga0.65AS層32を模擬した層、及び、GaAs層33を模擬した層を有する。光吸収層であるAl0.35Ga0.65AS層32を模擬した層は、模擬光吸収層である。 The light propagation simulation predicts light propagation in a simulated fault structure that simulates the fault structure of the observation target 30. In this light propagation simulation, the simulated tomographic structure is irradiated with the same light as the measurement light output from the light source 11 (center wavelength λ 0 : 625 nm, bandwidth Δλ (FWHM): 260 nm). The simulated fault structure includes a layer simulating the photoresist layer 31, a layer simulating the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32, and a layer simulating the GaAs layer 33, similarly to the fault structure of the observation object 30. Have. A layer simulating the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 which is a light absorption layer is a simulated light absorption layer.

光伝搬シミュレーションの際には、各模擬層の層厚は、所定の値に設定される。例えば、フォトレジスト層31を模擬した層の層厚は、2μmに設定され、Al0.35Ga0.65AS層32を模擬した層の層厚は、500nmに設定される。光伝搬シミュレーションは、Al0.35Ga0.65AS層32を模擬した模擬光吸収層の層厚を変えて、複数回行われる。すなわち、光伝搬シミュレーションの対象となる模擬断層構造は、複数であり、複数の模擬断層構造は、それぞれが異なる層厚の模擬光吸収層を有する。複数回の光伝搬シミュレーションの際には、模擬光吸収層の層厚は、例えば、10nmずつ変えて行われる。 In the light propagation simulation, the layer thickness of each simulated layer is set to a predetermined value. For example, the layer thickness of the layer simulating the photoresist layer 31 is set to 2 μm, and the layer thickness of the layer simulating the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 is set to 500 nm. The light propagation simulation is performed a plurality of times by changing the layer thickness of the simulated light absorption layer simulating the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32. That is, there are a plurality of simulated tomographic structures to be subjected to the light propagation simulation, and each of the plurality of simulated tomographic structures has simulated light absorption layers having different layer thicknesses. In the light propagation simulation for a plurality of times, the layer thickness of the simulated light absorption layer is changed, for example, by 10 nm.

光伝搬シミュレーションは、例えば、時間領域差分法(FDTD法)を用いた電磁場解析により行われる。複数の模擬断層構造それぞれに対する光伝搬シミュレーションにより、複数の模擬断層構造それぞれについての複数の光伝搬シミュレーション結果が得られる。   The light propagation simulation is performed, for example, by electromagnetic field analysis using a time domain difference method (FDTD method). By the light propagation simulation for each of the plurality of simulated fault structures, a plurality of light propagation simulation results for each of the plurality of simulated fault structures are obtained.

光伝搬シミュレーションによって、模擬断層構造の深さ方向における反射光強度分布を示す予測パターンを光伝搬シミュレーション結果として得ることができる。予測パターンは、既知の層厚の光吸収層を有する断層構造をOCTによって観測した場合に得られる反射光強度分布(観測パターン)の予測である。各界面30a,30b,30cからの反射光強度は、各層31,32,33の材質及び層厚によって決まるため、各界面30a,30b,20cからの反射光強度は、界面30a,30b,30c毎に異なる。このため、反射光強度分布は、各層の層厚に応じた特有のパターンとなる。したがって、層厚が既知である光吸収層を有する断層構造について、光伝搬シミュレーションを行って、断層構造深さ方向における反射光強度分布の予測パターンを得ると、その予測パターンから、各界面からの反射光が、反射光強度分布のどの深さ位置においてどの程度の強度で生じるかを予測できる。したがって、実際に観測した反射光強度分布(観測パターン)と予測パターンとを対比することで、各界面(特に第3界面30c)からの反射光による強度ピークの特定が容易となる。   By the light propagation simulation, a prediction pattern indicating the reflected light intensity distribution in the depth direction of the simulated fault structure can be obtained as a light propagation simulation result. The prediction pattern is a prediction of a reflected light intensity distribution (observation pattern) obtained when a tomographic structure having a light absorption layer with a known layer thickness is observed by OCT. Since the reflected light intensity from each interface 30a, 30b, 30c is determined by the material and layer thickness of each layer 31, 32, 33, the reflected light intensity from each interface 30a, 30b, 20c is different for each interface 30a, 30b, 30c. Different. For this reason, the reflected light intensity distribution has a unique pattern according to the layer thickness of each layer. Therefore, if a predicted pattern of the reflected light intensity distribution in the depth direction of the tomographic structure is obtained for a tomographic structure having a light absorption layer with a known layer thickness, a predicted pattern of the reflected light intensity distribution in the depth direction of the tomographic structure is obtained. It can be predicted how much intensity the reflected light is generated at which depth position of the reflected light intensity distribution. Therefore, by comparing the actually observed reflected light intensity distribution (observation pattern) with the predicted pattern, it becomes easy to identify the intensity peak due to the reflected light from each interface (particularly the third interface 30c).

処理部20は、処理部20が有するメモリに、図5に示すシミュレーション結果テーブル21を記憶している。図5のテーブル21では、複数の光伝搬シミュレーション結果としての複数の予測パターンと、各予測パターンを得るための光伝搬シミュレーションの対象となった模擬断層構造におけるAl0.35Ga0.65AS層(模擬光吸収層)の層厚と、が対応付けられている。 The processing unit 20 stores a simulation result table 21 illustrated in FIG. 5 in a memory included in the processing unit 20. In the table 21 of FIG. 5, a plurality of prediction patterns as a plurality of light propagation simulation results and an Al 0.35 Ga 0.65 AS layer in the simulated fault structure that is the target of the light propagation simulation for obtaining each prediction pattern. The layer thickness of the (simulated light absorption layer) is associated.

処理部20は、テーブル21に格納された複数の予測パターンそれぞれと、観測パターンと、の比較を、例えばパターンマッチングによって行い、複数の予測パターンの中から、観測パターンに最も合致する予測パターンを抽出する(図3のステップS3)。なお、テーブル21に格納される予測パターンは、観測パターンとの比較に必要な情報を有していればよく、反射光強度分布のイメージデータであっても良いし、反射光強度分布の特徴量を示す情報であってもよい。   The processing unit 20 compares each of the plurality of prediction patterns stored in the table 21 with the observation pattern, for example, by pattern matching, and extracts a prediction pattern that most closely matches the observation pattern from the plurality of prediction patterns. (Step S3 in FIG. 3). The prediction pattern stored in the table 21 only needs to have information necessary for comparison with the observation pattern, and may be image data of the reflected light intensity distribution, or the feature amount of the reflected light intensity distribution. It may be information indicating.

処理部20は、観測パターンに最も合致する予測パターンを得るためのシミュレーションの対象となった模擬断層構造におけるAl0.35Ga0.65AS層(模擬光吸収層)の層厚を、テーブル21を参照することで得る。処理部20は、テーブル21の参照で得られた層厚を、観測対象30である断層構造が有するAl0.35Ga0.65AS層32の層厚として決定する(図3のステップS4)。 The processing unit 20 uses the table 21 to determine the layer thickness of the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer (simulated light absorption layer) in the simulated fault structure that is the object of simulation for obtaining a predicted pattern that most closely matches the observation pattern. Get by referring to. The processing unit 20 determines the layer thickness obtained by referring to the table 21 as the layer thickness of the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 included in the tomographic structure that is the observation target 30 (step S4 in FIG. 3). .

処理部20は、以上のようにして決定したAl0.35Ga0.65AS層32及びフォトレジスト層31の層厚を出力する。層厚は、数値で出力してもよいし、決定した層厚を有する2次元又は3次元の断層構造イメージを出力してもよい。図6は、観測対象30の面方向に測定光を走査して得られた観測対象30の断層構造2次元イメージを示している。この断層構造2次元イメージでは、3つの界面30a,30b,30cが3本の白線でイメージ化されており、各白線間が各層の層厚を示している。なお、図6の断層構造2次元イメージは、深さ方向が光路長で示されているため、実際の層厚とは異なるが、以上のようにして決定した層厚を用いて、断層構造イメージ中における各層厚(界面30a,30b,30cを示す白線の深さ方向位置)を補正することで、実際の層厚を示す断層構造をイメージ化することができる。深さ方向が光路長で示された断層構造イメージでも、各層の均一性の確認などの定性的な断層構造検証は行えるが、実際の層厚を示す断層構造イメージであれば定量的な断層構造検証も行える。 The processing unit 20 outputs the layer thicknesses of the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 and the photoresist layer 31 determined as described above. The layer thickness may be output as a numerical value, or a two-dimensional or three-dimensional tomographic structure image having the determined layer thickness may be output. FIG. 6 shows a two-dimensional tomographic structure image of the observation target 30 obtained by scanning the measurement light in the plane direction of the observation target 30. In this two-dimensional tomographic image, the three interfaces 30a, 30b, and 30c are imaged with three white lines, and the space between the white lines indicates the layer thickness of each layer. The two-dimensional image of the tomographic structure in FIG. 6 is different from the actual layer thickness because the depth direction is indicated by the optical path length, but the tomographic structure image is determined using the layer thickness determined as described above. By correcting the thickness of each layer (the position in the depth direction of the white line indicating the interfaces 30a, 30b, and 30c), a tomographic structure showing the actual layer thickness can be imaged. Even with a tomographic structure image whose depth direction is indicated by the optical path length, qualitative tomographic structure verification such as confirmation of the uniformity of each layer can be performed, but if the tomographic image shows the actual layer thickness, a quantitative tomographic structure Verification is also possible.

[2.2 第1実施形態の変形例]
図5のシミュレーション結果テーブル21は、反射光強度分布の予測パターンを、光伝搬シミュレーション結果として有していたが、予測パターンに代えて又は加えて、模擬光吸収層の光路長の予測値(予測光路長)を光伝搬シミュレーション結果として有していても良い。この場合、テーブル21では、複数の光伝搬シミュレーション結果としての予測光路長と、予測光路長を得るための光伝搬シミュレーションの対象となった模擬光吸収層の層厚と、が対応付けられていることになる。なお、模擬光吸収層の光路長は、前述の光路長Tの式に従った演算で予測できる。
[2.2 Modification of First Embodiment]
The simulation result table 21 in FIG. 5 has the predicted pattern of the reflected light intensity distribution as the light propagation simulation result, but instead of or in addition to the predicted pattern, the predicted value of the optical path length of the simulated light absorbing layer (predicted) (Optical path length) may be included as a light propagation simulation result. In this case, in the table 21, the predicted optical path length as a plurality of light propagation simulation results and the layer thickness of the simulated light absorption layer that is the target of the light propagation simulation for obtaining the predicted optical path length are associated with each other. It will be. Note that the optical path length of the simulated light absorption layer can be predicted by calculation according to the above-described formula of the optical path length T.

処理部20は、テーブル21に格納された複数の予測光路長それぞれと、観測パターンから求めた光吸収層(Al0.35Ga0.65AS層32)の光路長(観測光路長=2.54μm)と、の比較を行い、複数の予測光路長の中から、観測光路長さに最も合致する予測光路長を抽出する。 Each of the processing units 20 includes a plurality of predicted optical path lengths stored in the table 21 and an optical path length of the light absorption layer (Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32) obtained from the observation pattern (observed optical path length = 2. And a predicted optical path length that best matches the observed optical path length is extracted from a plurality of predicted optical path lengths.

処理部20は、観測光路長に最も合致する予測光路長を得るためのシミュレーションの対象となったAl0.35Ga0.65AS層(模擬光吸収層)の層厚を、テーブル21を参照することで得る。処理部20は、テーブル21の参照で得られた層厚を、観測対象30である断層構造が有するAl0.35Ga0.65AS層32の層厚として決定する。 The processing unit 20 refers to the table 21 for the layer thickness of the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer (simulated light absorption layer) subjected to simulation for obtaining the predicted optical path length that most closely matches the observed optical path length. To get it. The processing unit 20 determines the layer thickness obtained by referring to the table 21 as the layer thickness of the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 included in the tomographic structure that is the observation target 30.

[2.3 フォトレジスト層における多重反射光についての考察]
図4の観測パターンには、第3ピークよりも長波長側へ0.69μm離れた位置に、ピーク(第4ピーク)が認められる。第4ピークは、図2(a)に示すように、第2反射光がフォトレジスト層31において二重反射したことによるピークである。第2ピークから第4ピークまでの距離は3.23μmであり、第1ピークから第2ピークまでの距離3.77μmとほぼ一致することから、第4ピークは、第2反射光の二重反射によるピークであることがわかる。
[2.3 Consideration of multiple reflected light in photoresist layer]
In the observation pattern of FIG. 4, a peak (fourth peak) is recognized at a position 0.69 μm away from the third peak toward the longer wavelength side. The fourth peak is a peak due to double reflection of the second reflected light in the photoresist layer 31 as shown in FIG. The distance from the second peak to the fourth peak is 3.23 μm, which is almost the same as the distance from the first peak to the second peak of 3.77 μm. Therefore, the fourth peak is a double reflection of the second reflected light. It turns out that it is a peak by.

第2反射光がフォトレジスト層31において二重反射したことによるピークが観測されることは、図7〜図9に示す光伝搬シミュレーション結果において、フォトレジスト層における二重反射光が生じていることからも明らかである。   The peak due to the double reflection of the second reflected light in the photoresist layer 31 is observed because the double reflected light in the photoresist layer is generated in the light propagation simulation results shown in FIGS. It is clear from

図7〜図9は、模擬断層構造に対するシミュレーション結果であり、模擬断層構造は、前述のように、フォトレジスト層31を模擬した層、Al0.35Ga0.65AS層32を模擬した層、及び、GaAs層33を模擬した層を有する。図7はAl0.35Ga0.65AS層32を模擬した層の層厚を500nmとした場合、図8はAl0.35Ga0.65AS層32を模擬した層の層厚を1000nmとした場合、図9はAl0.35Ga0.65AS層32を模擬した層の層厚を1500nmとした場合のシミュレーション結果を示す。いずれの模擬断層構造においても、フォトレジスト層31を模擬した層の層厚は2μmで統一した。 7 to 9 show simulation results for the simulated fault structure. As described above, the simulated fault structure is a layer that simulates the photoresist layer 31 and a layer that simulates the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32. And a layer simulating the GaAs layer 33. FIG. 7 shows the case where the layer thickness of the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 is 500 nm, and FIG. 8 shows the layer thickness of the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 is 1000 nm. 9 shows a simulation result when the layer thickness of the layer simulating the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 is 1500 nm. In any simulated fault structure, the layer thickness of the layer simulating the photoresist layer 31 was unified at 2 μm.

図7〜図9において、横軸は光伝搬長であり、縦軸は光信号強度である。なお、図7〜9は、界面からの反射光ではなく、光伝搬路の各位置における光信号強度(伝搬中の減衰光の強度)を示している。図7〜図9に示すように、Al0.35Ga0.65AS層32を模擬した層の層厚の違いに応じて、第2界面における光と第3界面における光の間隔が変化するのに対して、フォトレジスト層における二重反射光は、常に同じ位置に生じている。 7 to 9, the horizontal axis represents the light propagation length, and the vertical axis represents the optical signal intensity. 7 to 9 show not the reflected light from the interface but the optical signal intensity (the intensity of the attenuated light during propagation) at each position of the optical propagation path. As shown in FIGS. 7 to 9, the distance between the light at the second interface and the light at the third interface changes according to the layer thickness difference of the layer simulating the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32. On the other hand, the double reflected light in the photoresist layer always occurs at the same position.

図9のように、第3界面の光の伝搬長と、フォトレジスト層における二重反射光の伝搬長と、が大きく異なる場合、反射光を観測した場合においては、第3界面30cからの第3反射光とフォトレジスト層における二重反射光とは異なる深さ位置において観測される。一方、図8のように、第3界面の光の伝搬長と、フォトレジスト層における二重反射光の伝搬長と、がほぼ一致している場合や、図7のように、第3界面の光の伝搬長と、フォトレジスト層における二重反射光の伝搬長と、の差が小さい場合には、図4に示すように、反射光を観測した場合においては、第3界面30cからの第3反射光(第3ピーク)とフォトレジスト層における二重反射光(第2反射光の二重反射によるピーク)とは異なる深さ位置において重なって観測される。この場合、第2反射光の二重反射によるピークによる影響で、第3ピークの深さ位置を精度良く求めることが困難な場合がある。   As shown in FIG. 9, when the propagation length of the light at the third interface and the propagation length of the double reflected light in the photoresist layer are greatly different, the reflected light is observed from the third interface 30c. The three reflected light and the double reflected light in the photoresist layer are observed at different depth positions. On the other hand, as shown in FIG. 8, when the propagation length of the light at the third interface and the propagation length of the double reflected light in the photoresist layer are substantially the same, or as shown in FIG. When the difference between the propagation length of light and the propagation length of double reflected light in the photoresist layer is small, as shown in FIG. 4, when the reflected light is observed, the second length from the third interface 30c is The three reflected light (third peak) and double reflected light in the photoresist layer (peak due to double reflection of the second reflected light) are observed overlapping at different depth positions. In this case, it may be difficult to accurately obtain the depth position of the third peak due to the influence of the peak due to double reflection of the second reflected light.

第3ピークの深さ位置を精度よく求めることが困難であると、第2ピークから第3ピークまでの観測光路長を精度良く求めることができず、「2.2 第1実施形態の変形例」のように、観測パターンから観測光路長を求める手法の場合、Al0.35Ga0.65AS層32の層厚の精度が低下する。 If it is difficult to obtain the depth position of the third peak with high accuracy, the observation optical path length from the second peak to the third peak cannot be obtained with high accuracy, and "2.2 Modification of First Embodiment" In the case of the method of obtaining the observation optical path length from the observation pattern as in the case of "", the accuracy of the layer thickness of the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 is lowered.

これに対して、図5に示すように、観測パターンと予測パターンとを比較する手法の場合、予測パターンは、多重反射光が考慮された光伝搬シミュレーションによって生成したものとなるため、多重反射光を含む観測パターンと多重反射光を含む予測パターンとの比較により、光路長を求めることなく、多重反射光があっても精度良く膜厚を決定することができる。なお、多重反射光の影響が少ない場合には、「2.2 第1実施形態の変形例」のように、光路長からでも膜厚を精度良く決定することができる。また、観測パターンでは、各界面からの反射光によるピークだけでなく、上記のような多重反射光によるピークやノイズによるピークが生じることがあり、多重反射光によるピークやノイズによるピークから区別した上で、各界面からの反射光によるピークを決定することが必要な場合が生じる。この点に関し、予測パターンでは、各界面30a,30b,30c(特に第3界面30c)からの反射光の深さ位置及び強度が得られているため、観測パターンにおいて、各界面からの反射光のピークの予測位置(予測深さ位置及び予測強度)に最も近いピークを各界面からの反射光によるピークとして、容易に決定することができる。   On the other hand, as shown in FIG. 5, in the case of the method of comparing the observed pattern with the predicted pattern, the predicted pattern is generated by a light propagation simulation considering the multiple reflected light. By comparing an observation pattern including a predicted pattern including multiple reflected light, the film thickness can be accurately determined even when there is multiple reflected light, without obtaining the optical path length. When the influence of the multiple reflected light is small, the film thickness can be determined with high accuracy even from the optical path length as in “2.2 Modification of First Embodiment”. In the observation pattern, not only the peak due to reflected light from each interface but also the peak due to multiple reflected light and the peak due to noise as described above may occur. Thus, it may be necessary to determine the peak due to the reflected light from each interface. In this regard, in the prediction pattern, since the depth position and intensity of the reflected light from each interface 30a, 30b, 30c (particularly the third interface 30c) are obtained, the reflected light from each interface in the observation pattern is obtained. The peak closest to the predicted position (predicted depth position and predicted intensity) of the peak can be easily determined as the peak due to the reflected light from each interface.

[2.4 第2実施形態]
第2実施形態に係る観測装置100は、光源11及び処理部20の処理内容を除くほか第1実施形態の観測装置100と同じものが用いられる。光源11が出力する測定光は、Al0.35Ga0.65AS層32により吸収される波長の光を実質的に含まない。Al0.35Ga0.65ASの光学吸収端は667nmであるため、測定光は、667nm以下の波長の光を実質的に含まず、667nmよりも大きい波長の光である。光源11は、例えば、赤外線を出力するものであり、より具体的には、中心波長λ=900nmであり、帯域幅Δλ=500nmとすることができる。この場合、光源11から出力される照射光は、667nmよりも小さい波長の光を含むものの、ごくわずかであり、その光がAl0.35Ga0.65AS層32で吸収されても、照射光のスペクトルはほとんど変化しない。
[2.4 Second Embodiment]
The observation apparatus 100 according to the second embodiment is the same as the observation apparatus 100 of the first embodiment except for the processing contents of the light source 11 and the processing unit 20. The measurement light output from the light source 11 does not substantially include light having a wavelength absorbed by the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32. Since the optical absorption edge of Al 0.35 Ga 0.65 AS is 667 nm, the measurement light does not substantially include light having a wavelength of 667 nm or less, and is light having a wavelength larger than 667 nm. The light source 11 outputs, for example, infrared rays, and more specifically, the center wavelength λ 0 = 900 nm and the bandwidth Δλ = 500 nm. In this case, the irradiation light output from the light source 11 includes light having a wavelength smaller than 667 nm, but is very small. Even if the light is absorbed by the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32, the irradiation light is emitted. The spectrum of light hardly changes.

したがって、処理部20は、観測パターンからAl0.35Ga0.65AS層32の光路長を求め、求めた光路長を測定光のAl0.35Ga0.65AS層32における屈折率で除算して、Al0.35Ga0.65AS層32を膜厚を決定することができる。 Therefore, the processing unit 20 obtains the optical path length of the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 from the observation pattern, and calculates the obtained optical path length by the refractive index in the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 of the measurement light. By dividing, the thickness of the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 can be determined.

なお、Al0.35Ga0.65AS層32により吸収される波長の光を実質的に含まない測定光を出力する光源11を用いる場合にも、観測パターンと予測パターンとの比較で膜厚を決定してもよい。 Even when the light source 11 that outputs the measurement light that does not substantially include the light having the wavelength absorbed by the Al 0.35 Ga 0.65 AS layer 32 is used, the film thickness is compared with the observation pattern and the prediction pattern. May be determined.

[3.付言]
本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
[3. Addendum]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible.

10 光干渉計測部
11 光源
17 検出部
20 処理部
30 観測対象
100 観測装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical interference measurement part 11 Light source 17 Detection part 20 Processing part 30 Observation object 100 Observation apparatus

Claims (12)

観測対象である断層構造を光コヒーレンストモグラフィにより観測する方法であって、
光源スペクトルの少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる光吸収層を有する前記断層構造に、光源から測定光を照射するステップと、

前記測定光が前記断層構造から反射した反射光と参照光との干渉光に基づいて、前記断層構造の反射光プロファイルを生成するステップと、
前記反射光プロファイルと、それぞれが異なる層厚の模擬光吸収層を有する複数の模擬断層構造における複数の光伝搬シミュレーション結果と、を比較するステップと、
前記反射光プロファイルに最も合致する光伝搬シミュレーション結果を得るためのシミュレーションの対象となった前記模擬光吸収層の層厚を、前記観測対象である前記断層構造が有する前記光吸収層の層厚として決定するステップと、
を含む観測方法。
A method for observing a fault structure to be observed by optical coherence tomography,
Irradiating measurement light from a light source to the tomographic structure having a light absorption layer made of a light absorbing material that absorbs light having a wavelength of at least a part of a light source spectrum;

Generating a reflected light profile of the tomographic structure based on interference light between reflected light and reference light reflected from the tomographic structure by the measurement light;
Comparing the reflected light profile with a plurality of light propagation simulation results in a plurality of simulated tomographic structures each having a simulated light absorbing layer of a different layer thickness;
The layer thickness of the simulated light absorption layer that is the object of simulation for obtaining the light propagation simulation result that best matches the reflected light profile is defined as the layer thickness of the light absorption layer of the tomographic structure that is the observation target. A step to determine;
Observation method including
前記反射光プロファイルは、前記観測対象である前記断層構造の深さ方向における反射光強度分布を示す観測パターンを含み、
前記光伝搬シミュレーション結果は、前記模擬断層構造の深さ方向における反射光強度分布を示す予測パターンを含み、
前記比較するステップは、前記観測パターンと前記予測パターンとを比較することを含む
請求項1記載の観測方法。
The reflected light profile includes an observation pattern indicating a reflected light intensity distribution in the depth direction of the tomographic structure to be observed;
The light propagation simulation result includes a prediction pattern indicating a reflected light intensity distribution in the depth direction of the simulated fault structure,
The observation method according to claim 1, wherein the comparing includes comparing the observation pattern with the prediction pattern.
前記反射光プロファイルは、前記観測対象である前記断層構造が有する前記光吸収層の両界面間の観測光路長を含み、
前記光伝搬シミュレーション結果は、前記模擬光吸収層の両界面間の予測光路長を含み、
前記比較するステップは、前記観測光路長と前記予測光路長とを比較することを含む
請求項1又は2記載の観測方法。
The reflected light profile includes an observation optical path length between both interfaces of the light absorption layer of the tomographic structure to be observed;
The light propagation simulation result includes a predicted optical path length between both interfaces of the simulated light absorption layer,
The observation method according to claim 1, wherein the comparing includes comparing the observed optical path length with the predicted optical path length.
光コヒーレンストモグラフィにより観測対象の断層構造を観測する観測装置であって、
前記断層構造に光を照射する光源と、
前記断層構造からの反射光と参照光との干渉光を検出して検出信号を出力する検出部と、
前記検出信号を処理する処理部と、
を備え、
前記断層構造は、光源スペクトルの少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる光吸収層を有し、

前記処理部は、
前記検出信号に基づいて、前記断層構造の反射光プロファイルを生成すること、
前記反射光プロファイルと、それぞれが異なる層厚の模擬光吸収層を有する複数の模擬断層構造における複数の光伝搬シミュレーション結果と、を比較すること、
前記反射光プロファイルに最も合致する光伝搬シミュレーション結果を得るためのシミュレーションの対象となった前記模擬光吸収層の層厚を、前記観測対象である前記断層構造が有する前記光吸収層の層厚として決定すること、
を含む処理を実行するよう構成されている
観測装置。
An observation device for observing a tomographic structure to be observed by optical coherence tomography,
A light source for irradiating the tomographic structure with light;
A detection unit that detects interference light between the reflected light from the tomographic structure and the reference light and outputs a detection signal;
A processing unit for processing the detection signal;
With
The tomographic structure has a light absorption layer made of a light absorbing material that absorbs light having a wavelength of at least a part of a light source spectrum;

The processor is
Generating a reflected light profile of the tomographic structure based on the detection signal;
Comparing the reflected light profile with a plurality of light propagation simulation results in a plurality of simulated tomographic structures each having a simulated light absorbing layer of a different layer thickness;
The layer thickness of the simulated light absorption layer that is the object of simulation for obtaining the light propagation simulation result that best matches the reflected light profile is defined as the layer thickness of the light absorption layer of the tomographic structure that is the observation target. To decide,
An observation device configured to execute a process including:
コンピュータを、請求項4記載の処理部として機能させるためのコンピュータプログラム。   The computer program for functioning a computer as a process part of Claim 4. 少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる光吸収層を有する断層構造を、光コヒーレンストモグラフィにより観測する方法であって、
観測対象である前記断層構造に、前記光吸収物質により吸収される波長の光を実質的に含まない測定光を照射するステップと、
前記測定光が前記断層構造から反射した反射光と参照光との干渉光に基づいて、前記断層構造が有する前記光吸収層の光路長を求めるステップと、
前記光路長と、前記光吸収層の屈折率と、に基づいて、前記光吸収層の層厚を決定するステップと、
を含む観測方法。
A method of observing, by optical coherence tomography, a tomographic structure having a light absorption layer made of a light absorbing material that absorbs light of at least some wavelengths,
Irradiating the tomographic structure to be observed with measurement light substantially free of light having a wavelength absorbed by the light absorbing material;
Obtaining an optical path length of the light absorption layer of the tomographic structure based on interference light between the reflected light and the reference light reflected from the tomographic structure of the measurement light;
Determining a layer thickness of the light absorbing layer based on the optical path length and a refractive index of the light absorbing layer;
Observation method including
光コヒーレンストモグラフィにより観測対象の断層構造を観測する観測装置であって、
前記断層構造に光を照射する光源と、
前記断層構造からの反射光と参照光との干渉光を検出して検出信号を出力する検出部と、
前記検出信号を処理する処理部と、
を備え、
前記断層構造は、少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる光吸収層を有し、
前記光源は、前記光吸収物質により吸収される波長の光を実質的に含まない測定光を出力するよう構成され、
前記処理部は、
前記検出信号に基づいて、前記断層構造が有する前記光吸収層の光路長を求めること、
前記光路長と、前記光吸収層の屈折率と、に基づいて、前記光吸収層の層厚を決定すること、
を含む処理を実行するよう構成されている
観測装置。
An observation device for observing a tomographic structure to be observed by optical coherence tomography,
A light source for irradiating the tomographic structure with light;
A detection unit that detects interference light between the reflected light from the tomographic structure and the reference light and outputs a detection signal;
A processing unit for processing the detection signal;
With
The tomographic structure has a light absorption layer made of a light absorbing material that absorbs light of at least some wavelengths,
The light source is configured to output measurement light substantially free of light having a wavelength absorbed by the light absorbing material;
The processor is
Obtaining an optical path length of the light absorption layer of the tomographic structure based on the detection signal;
Determining the layer thickness of the light absorption layer based on the optical path length and the refractive index of the light absorption layer;
An observation device configured to execute a process including:
光源スペクトルの少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる光吸収層を有する断層構造を、光コヒーレンストモグラフィにより観測する方法であって、
観測対象である前記断層構造に、前記光吸収物質により吸収されない波長の光を含む測定光を光源から照射するステップと、
前記測定光が前記断層構造から反射した反射光と参照光との干渉光に基づいて、前記光吸収層の断層構造イメージを取得するステップと、
を含む観測方法。
A method for observing, by optical coherence tomography, a tomographic structure having a light absorption layer made of a light absorbing material that absorbs light having a wavelength of at least a part of a light source spectrum,
Irradiating the tomographic structure to be observed from a light source with measurement light including light of a wavelength that is not absorbed by the light absorbing material;
Obtaining a tomographic structure image of the light absorption layer based on interference light between reflected light and reference light reflected from the tomographic structure by the measurement light;
Observation method including
光源スペクトルの少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる光吸収層を有する断層構造を、光コヒーレンストモグラフィにより観測する方法であって、
観測対象である前記断層構造に、光源から測定光を照射するステップと、
前記測定光が前記断層構造から反射した反射光と参照光との干渉光に基づいて、前記光吸収層の断層構造イメージを取得するステップと、
を含み、
前記光吸収層の断層構造イメージを取得するステップは、前記光吸収層の両界面間の光路長に基づいて前記光吸収層の層厚を求め、前記断層構造イメージにおける前記光吸収層の膜厚を、求めた膜厚にすることを含む
観測方法。
A method for observing, by optical coherence tomography, a tomographic structure having a light absorption layer made of a light absorbing material that absorbs light having a wavelength of at least a part of a light source spectrum,
Irradiating measurement light from a light source to the tomographic structure to be observed;
Obtaining a tomographic structure image of the light absorption layer based on interference light between reflected light and reference light reflected from the tomographic structure by the measurement light;
Including
The step of obtaining a tomographic structure image of the light absorbing layer is to obtain a layer thickness of the light absorbing layer based on an optical path length between both interfaces of the light absorbing layer, and to obtain a film thickness of the light absorbing layer in the tomographic structure image An observation method including making the obtained film thickness.
光コヒーレンストモグラフィにより観測対象の断層構造を観測する観測装置であって、
前記断層構造に光を照射する光源と、
前記断層構造からの反射光と参照光との干渉光を検出して検出信号を出力する検出部と、
前記検出信号を処理する処理部と、
を備え、
前記断層構造は、光源スペクトルの少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる光吸収層を有し、
前記光源は、前記光吸収物質により吸収されない波長の光を含む測定光を出力するよう構成され、
前記処理部は、前記検出信号に基づいて、前記光吸収層の断層構造イメージを取得すること、を含む処理を実行するよう構成されている
観測装置。
An observation device for observing a tomographic structure to be observed by optical coherence tomography,
A light source for irradiating the tomographic structure with light;
A detection unit that detects interference light between the reflected light from the tomographic structure and the reference light and outputs a detection signal;
A processing unit for processing the detection signal;
With
The tomographic structure has a light absorption layer made of a light absorbing material that absorbs light having a wavelength of at least a part of a light source spectrum;
The light source is configured to output measurement light including light of a wavelength that is not absorbed by the light absorbing material;
The processing unit is configured to execute a process including acquiring a tomographic structure image of the light absorption layer based on the detection signal.
光コヒーレンストモグラフィにより観測対象の断層構造を観測する観測装置であって、
前記断層構造に光を照射する光源と、
前記断層構造からの反射光と参照光との干渉光を検出して検出信号を出力する検出部と、
前記検出信号を処理する処理部と、
を備え、
前記断層構造は、光源スペクトルの少なくとも一部の波長の光を吸収する光吸収物質からなる光吸収層を有し、
前記処理部は、前記検出信号に基づいて、前記光吸収層の断層構造イメージを取得すること、を含む処理を実行するよう構成され、
前記光吸収層の断層構造イメージを取得することは、前記光吸収層の両界面間の光路長に基づいて前記光吸収層の層厚を求め、前記断層構造イメージにおける前記光吸収層の膜厚を、求めた膜厚にすることを含む
観測装置。
An observation device for observing a tomographic structure to be observed by optical coherence tomography,
A light source for irradiating the tomographic structure with light;
A detection unit that detects interference light between the reflected light from the tomographic structure and the reference light and outputs a detection signal;
A processing unit for processing the detection signal;
With
The tomographic structure has a light absorption layer made of a light absorbing material that absorbs light having a wavelength of at least a part of a light source spectrum;
The processing unit is configured to perform processing including acquiring a tomographic structure image of the light absorption layer based on the detection signal;
Acquiring a tomographic structure image of the light absorbing layer is to obtain a layer thickness of the light absorbing layer based on an optical path length between both interfaces of the light absorbing layer, and to obtain a film thickness of the light absorbing layer in the tomographic structure image An observation device that includes making the desired film thickness.
コンピュータを、請求項10又は請求項11の処理部として機能させるためのコンピュータプログラム。   The computer program for functioning a computer as a process part of Claim 10 or Claim 11.
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