JP3532165B2 - 分光エリプソメータを用いた薄膜計測方法 - Google Patents
分光エリプソメータを用いた薄膜計測方法Info
- Publication number
- JP3532165B2 JP3532165B2 JP2001152849A JP2001152849A JP3532165B2 JP 3532165 B2 JP3532165 B2 JP 3532165B2 JP 2001152849 A JP2001152849 A JP 2001152849A JP 2001152849 A JP2001152849 A JP 2001152849A JP 3532165 B2 JP3532165 B2 JP 3532165B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- spectrum
- measurement
- spectroscopic ellipsometer
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、分光エリプソメー
タを用いた薄膜計測方法に関する。
タを用いた薄膜計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】分光エリプソメータを用いて入射光と反
射光の偏光変化量を測定し、その結果から膜厚（ｄ）、
複素屈折率Ｎ（Ｎ＝ｎ−ｉｋ）を算出することができ
る。偏光変化量（ρ）はρ＝ｔａｎψｅｘｐ（ｉΔ）で
表され、波長（λ）、入射角度（φ）、膜厚、複素屈折
率等のパラメータに依存するので、その関係は次のよう
になる。 （ｄ，ｎ，ｋ）＝ｆ（Ψ，Δ，λ，φ）
射光の偏光変化量を測定し、その結果から膜厚（ｄ）、
複素屈折率Ｎ（Ｎ＝ｎ−ｉｋ）を算出することができ
る。偏光変化量（ρ）はρ＝ｔａｎψｅｘｐ（ｉΔ）で
表され、波長（λ）、入射角度（φ）、膜厚、複素屈折
率等のパラメータに依存するので、その関係は次のよう
になる。 （ｄ，ｎ，ｋ）＝ｆ（Ψ，Δ，λ，φ）
【０００３】入射角度を固定した場合、単一波長エリプ
ソメータでは、（ｄ，ｎ，ｋ）の３つの未知数に対し、
２つの独立変数しか測定できないので、ｄ，ｎ，ｋの内
のいずれか一つを既知として固定する必要がある。単一
波長でも入射角度を変えると測定変数は増加する。しか
しながら、入射角度（φ）の違いによる（Ψφ1 ，Δφ
1 ）と（Ψφ2 ，Δφ2 ）に強い相関関係があるため、
ｄ，ｎ，ｋを精度良く求めることは難しい。
ソメータでは、（ｄ，ｎ，ｋ）の３つの未知数に対し、
２つの独立変数しか測定できないので、ｄ，ｎ，ｋの内
のいずれか一つを既知として固定する必要がある。単一
波長でも入射角度を変えると測定変数は増加する。しか
しながら、入射角度（φ）の違いによる（Ψφ1 ，Δφ
1 ）と（Ψφ2 ，Δφ2 ）に強い相関関係があるため、
ｄ，ｎ，ｋを精度良く求めることは難しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】分光エリプソメータを
用いて測定された基板上に形成された多層薄膜の偏光変
化量の情報（ΨE ，ΔE ）スペクトルは、前記基板の
ｎ，ｋ情報、各層のｎ，ｋ，ｄの情報の全てを含んでい
る。しかしながら、薄膜解析は次の理由により、不可能
である。
用いて測定された基板上に形成された多層薄膜の偏光変
化量の情報（ΨE ，ΔE ）スペクトルは、前記基板の
ｎ，ｋ情報、各層のｎ，ｋ，ｄの情報の全てを含んでい
る。しかしながら、薄膜解析は次の理由により、不可能
である。
【０００５】偏光変化量は、光が通る体積、（位相角
（β）×ビーム径の面積）で表すことができる。位相角
（β）は次の式で表される。 ビーム径が一定とすると偏光変化量は次のようになる。 偏光変化量∝膜厚（ｄ）×複素屈折率Ｎ×φ ここにおいて、φは入射角である。したがって、入射角
の正しさによって、偏光変化量の値も変わる。入射角を
正しく求めることにより偏光変化量の値も正しく求める
ことが可能となる。
（β）×ビーム径の面積）で表すことができる。位相角
（β）は次の式で表される。 ビーム径が一定とすると偏光変化量は次のようになる。 偏光変化量∝膜厚（ｄ）×複素屈折率Ｎ×φ ここにおいて、φは入射角である。したがって、入射角
の正しさによって、偏光変化量の値も変わる。入射角を
正しく求めることにより偏光変化量の値も正しく求める
ことが可能となる。
【０００６】前述したように、測定された多層薄膜の偏
光変化量の情報（ΨE ，ΔE ）スペクトルは、前記基板
のｎ，ｋ情報、各層のｎ，ｋ，ｄの情報の全てを含んで
いるが、これから、前記基板のｎ，ｋ情報、各層のｎ，
ｋ，ｄの情報の唯一の組み合わせを算出することはでき
ない。そこで、分散式を用いてパラメータのフィッティ
ングを行い、最適なモデルを決定する。分散式とは、物
質の誘電率の波長依存性を示す式であり、近赤外から紫
外線領域では、この誘電率ε（λ）は材料の構成原子の
結合様式から決定される。分散式として、調和振動子を
もとにした計算式、量子力学をもとにした計算式、経験
式等が知られており、通常２つ以上のパラメータを含ん
でいる。このパラメータを計算（フィッティング）する
ことにより、材料の誘電率ε（λ）を求めることができ
る。本発明の目的は、膜厚や複素屈折率等の組み合わせ
モデルを設定し、そのシュミレーションスペクトルを算
出して、そのシュミレーションスペクトルと測定スペク
トルとのフィッテイグを行うことにより薄膜構造を決定
する分光エリプソメータを用いた薄膜計測方法を提供す
ることにある。
光変化量の情報（ΨE ，ΔE ）スペクトルは、前記基板
のｎ，ｋ情報、各層のｎ，ｋ，ｄの情報の全てを含んで
いるが、これから、前記基板のｎ，ｋ情報、各層のｎ，
ｋ，ｄの情報の唯一の組み合わせを算出することはでき
ない。そこで、分散式を用いてパラメータのフィッティ
ングを行い、最適なモデルを決定する。分散式とは、物
質の誘電率の波長依存性を示す式であり、近赤外から紫
外線領域では、この誘電率ε（λ）は材料の構成原子の
結合様式から決定される。分散式として、調和振動子を
もとにした計算式、量子力学をもとにした計算式、経験
式等が知られており、通常２つ以上のパラメータを含ん
でいる。このパラメータを計算（フィッティング）する
ことにより、材料の誘電率ε（λ）を求めることができ
る。本発明の目的は、膜厚や複素屈折率等の組み合わせ
モデルを設定し、そのシュミレーションスペクトルを算
出して、そのシュミレーションスペクトルと測定スペク
トルとのフィッテイグを行うことにより薄膜構造を決定
する分光エリプソメータを用いた薄膜計測方法を提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を解決するため
に、本発明による請求項１記載の方法は、分光エリプソ
メータを用いた計測対象の基板表面の薄膜計測方法にお
いて、計測対象の基板表面の薄膜を、公称入射角をφ 0
で、入射光の波長を変えて各波長λi ごとの入射光と反
射光の偏光の変化である測定スペクトルΨE ( λi ) と
ΔE ( λi ) を得るΨE ，ΔE スペクトル測定ステップ
と、前記基板の（Ｎ0 （ｎ0,ｋ0 ））、第１層目の（ｄ
1,Ｎ1 （ｎ1,ｋ1 ））を仮定し、前記公称入射角φ 0 の
近傍のφ k をパラメータとしてモデリングスペクトルΨ
Mk ( λ i ) とΔ Mk ( λ i ) を算出するモデリングスペク
トル算出ステップと、および前記Ψ E ，Δ E スペクトル
とΨ Mk とΔ Mk モデリングスペクトルを比較し、評価基準
に達した前記Ψ Mk とΔ Mk の構造を測定結果と決定する比
較評価ステップから構成されている。本発明による請求
項２記載の方法は、分光エリプソメータを用いた計測対
象の基板表面の薄膜計測方法において、計測対象の基板
表面の薄膜を、公称入射角をφ 0 で、入射光の波長を変
えて各波長λ i ごとの入射光と反射光の偏光の変化であ
る測定スペクトルΨ E ( λ i ) とΔ E ( λ i ) を得るΨ
E ，Δ E スペクトル測定ステップと、前記基板の（Ｎ 0
（ｎ 0, ｋ 0 ））、第１層目の（ｄ 1, Ｎ 1 （ｎ 1, ｋ
1 ））、第ｊ層目の（ｄ j, Ｎ j （ｎ j, ｋ j ））を仮定
し、前記公称入射角φ 0 の近傍のφ k をパラメータとし
てモデリングスペクトルΨ Mk ( λ i ) とΔ Mk ( λ i ) を
算出するモデリングスペクトル算出ステップと、および
前記Ψ E ，Δ E スペクトルとΨ Mk とΔ Mk モデリングスペ
クトルを比較し、評価基準に達した前記Ψ Mk とΔ Mk の構
造を測定結果と決定する比較評価ステップから構成され
ている。
に、本発明による請求項１記載の方法は、分光エリプソ
メータを用いた計測対象の基板表面の薄膜計測方法にお
いて、計測対象の基板表面の薄膜を、公称入射角をφ 0
で、入射光の波長を変えて各波長λi ごとの入射光と反
射光の偏光の変化である測定スペクトルΨE ( λi ) と
ΔE ( λi ) を得るΨE ，ΔE スペクトル測定ステップ
と、前記基板の（Ｎ0 （ｎ0,ｋ0 ））、第１層目の（ｄ
1,Ｎ1 （ｎ1,ｋ1 ））を仮定し、前記公称入射角φ 0 の
近傍のφ k をパラメータとしてモデリングスペクトルΨ
Mk ( λ i ) とΔ Mk ( λ i ) を算出するモデリングスペク
トル算出ステップと、および前記Ψ E ，Δ E スペクトル
とΨ Mk とΔ Mk モデリングスペクトルを比較し、評価基準
に達した前記Ψ Mk とΔ Mk の構造を測定結果と決定する比
較評価ステップから構成されている。本発明による請求
項２記載の方法は、分光エリプソメータを用いた計測対
象の基板表面の薄膜計測方法において、計測対象の基板
表面の薄膜を、公称入射角をφ 0 で、入射光の波長を変
えて各波長λ i ごとの入射光と反射光の偏光の変化であ
る測定スペクトルΨ E ( λ i ) とΔ E ( λ i ) を得るΨ
E ，Δ E スペクトル測定ステップと、前記基板の（Ｎ 0
（ｎ 0, ｋ 0 ））、第１層目の（ｄ 1, Ｎ 1 （ｎ 1, ｋ
1 ））、第ｊ層目の（ｄ j, Ｎ j （ｎ j, ｋ j ））を仮定
し、前記公称入射角φ 0 の近傍のφ k をパラメータとし
てモデリングスペクトルΨ Mk ( λ i ) とΔ Mk ( λ i ) を
算出するモデリングスペクトル算出ステップと、および
前記Ψ E ，Δ E スペクトルとΨ Mk とΔ Mk モデリングスペ
クトルを比較し、評価基準に達した前記Ψ Mk とΔ Mk の構
造を測定結果と決定する比較評価ステップから構成され
ている。
【０００８】本発明による請求項３記載の方法は、請求
項１記載の分光エリプソメータを用いた薄膜計測方法に
おいて、前記モデルの評価基準は、前記ΨE ( λi ) 、
ΔE ( λi ) と有限組の中のΨ Mk( λ i ) 、Δ Mk( λ
i ) の間の平均二乗誤差を求め、最も小さい平均二乗誤
差のものに決定することである。
項１記載の分光エリプソメータを用いた薄膜計測方法に
おいて、前記モデルの評価基準は、前記ΨE ( λi ) 、
ΔE ( λi ) と有限組の中のΨ Mk( λ i ) 、Δ Mk( λ
i ) の間の平均二乗誤差を求め、最も小さい平均二乗誤
差のものに決定することである。
【０００９】本発明による請求項４記載の方法は、請求
項１記載の分光エリプソメータを用いた薄膜計測方法に
おいて、前記公称入射角φ 0 は７５．０°とし、一組の
ｄ，ｎ，ｋに対して、７５．０°前後でわずかに入射角
度をかえて複数組のモデルを設定し、他のｄ，ｎ，ｋの
組に対しても同様に複数組のモデルを設定して構成され
ている。
項１記載の分光エリプソメータを用いた薄膜計測方法に
おいて、前記公称入射角φ 0 は７５．０°とし、一組の
ｄ，ｎ，ｋに対して、７５．０°前後でわずかに入射角
度をかえて複数組のモデルを設定し、他のｄ，ｎ，ｋの
組に対しても同様に複数組のモデルを設定して構成され
ている。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下図面等を参照して本発明によ
る方法の形態を説明する。図１は、本発明方法で使用す
るエリプソメータの構成を示すブロック図である。この
ブロック図に示されている分光エリプソメータにより、
後述する方法の分光測定データの獲得ステップ１０が実
行される。
る方法の形態を説明する。図１は、本発明方法で使用す
るエリプソメータの構成を示すブロック図である。この
ブロック図に示されている分光エリプソメータにより、
後述する方法の分光測定データの獲得ステップ１０が実
行される。
【００１１】Ｘｅランプ１は、多数の波長成分を含む、
いわゆる白色光源である。このＸｅランプ１の発光は光
ファイバ２を介して偏光子３に導かれる。偏光子３によ
り変更された光は、測定対象であるサンプル４の表面に
特定の入射角（例えばφ＝７５°で入射させられる。サ
ンプル４からの反射は、光弾性変調器（ＰＥＭ）５を介
して検光子６に導かれる。光弾性変調器（ＰＥＭ）５に
より５０ｋＨｚの周波数に位相変調されて、直線〜楕円
偏光までが作られる。そのため、数ｍ秒の分解能でΨ，
Δを決定することができる。検光子６の出力は光ファイ
バ７を介して分光器８に接続される。分光器８の出力デ
ータがデータ取込部９に取り込まれ、分光測定データの
獲得ステップ１０を終了する。なお、ＰＥＭ５の位置は
偏光子３の後か検光子６の前どちらでも可能とする。
いわゆる白色光源である。このＸｅランプ１の発光は光
ファイバ２を介して偏光子３に導かれる。偏光子３によ
り変更された光は、測定対象であるサンプル４の表面に
特定の入射角（例えばφ＝７５°で入射させられる。サ
ンプル４からの反射は、光弾性変調器（ＰＥＭ）５を介
して検光子６に導かれる。光弾性変調器（ＰＥＭ）５に
より５０ｋＨｚの周波数に位相変調されて、直線〜楕円
偏光までが作られる。そのため、数ｍ秒の分解能でΨ，
Δを決定することができる。検光子６の出力は光ファイ
バ７を介して分光器８に接続される。分光器８の出力デ
ータがデータ取込部９に取り込まれ、分光測定データの
獲得ステップ１０を終了する。なお、ＰＥＭ５の位置は
偏光子３の後か検光子６の前どちらでも可能とする。
【００１２】図２は、本発明による分光エリプソメータ
を用いた薄膜計測方法の流れ図である。 （ステップ２０）このステップとは分光測定データを比
較データ化するステップである。前述した分光測定デー
タの獲得ステップ１０で獲得した分光測定データをΨE
( λ) とΔE ( λ) の形で比較データ化する。図３は、
ステップ２０の分光測定データを示すグラフの例であ
る。縦軸は測定スペクトルΨE ( λi ) Ｐｓｉ、とΔE
( λi ) Ｄｅｌｔａを示している。
を用いた薄膜計測方法の流れ図である。 （ステップ２０）このステップとは分光測定データを比
較データ化するステップである。前述した分光測定デー
タの獲得ステップ１０で獲得した分光測定データをΨE
( λ) とΔE ( λ) の形で比較データ化する。図３は、
ステップ２０の分光測定データを示すグラフの例であ
る。縦軸は測定スペクトルΨE ( λi ) Ｐｓｉ、とΔE
( λi ) Ｄｅｌｔａを示している。
【００１３】（ステップ２１）このステップ２１は分光
測定対象のモデル化ステップである。図４はステップ２
１で設定されるモデルのデータを説明するための図表で
ある。前記ステップ２０で比較データ化された測定対象
の製造プロセス等を考慮してモデルを作る。基板と各層
の光学定数、組成および各層の膜厚（ｄ）を設定する。
この実施例では基板はＳi 、基板上に第１層Ｓi Ｏ2 が
形成されているものとし、第１層の厚さｄ＝１０００Å
とし、基板と第１層の光学定数（ｎ，ｋまたはε r,ε
i ）を設定する。なお光学定数は既知の数値を用い、必
要に応じて過去の蓄積データを用いて数値を順次修正し
て用いる。
測定対象のモデル化ステップである。図４はステップ２
１で設定されるモデルのデータを説明するための図表で
ある。前記ステップ２０で比較データ化された測定対象
の製造プロセス等を考慮してモデルを作る。基板と各層
の光学定数、組成および各層の膜厚（ｄ）を設定する。
この実施例では基板はＳi 、基板上に第１層Ｓi Ｏ2 が
形成されているものとし、第１層の厚さｄ＝１０００Å
とし、基板と第１層の光学定数（ｎ，ｋまたはε r,ε
i ）を設定する。なお光学定数は既知の数値を用い、必
要に応じて過去の蓄積データを用いて数値を順次修正し
て用いる。
【００１４】（ステップ２２）このステップ２２では、
前記ステップ２１で設定したシュミレーションモデルか
ら分散式を用いてモデリングスペクトルを作製して比較
データ化する。図５は、ステップ２２のモデルのデータ
を示すグラフである。縦軸、横軸は図３で説明したとお
りである。ステップ２１で採用したモデルを分散式を使
ってモデリングスペクトルを作製する。分散式は、物質
の波長依存性を示す式であり、各波長におけるｎ，ｋま
たはεr,εi を算出できるから、これらと前記第１層の
厚さｄから、ΨM ( λ) とΔM ( λ) を算出してモデリ
ングスペクトルを作製する。
前記ステップ２１で設定したシュミレーションモデルか
ら分散式を用いてモデリングスペクトルを作製して比較
データ化する。図５は、ステップ２２のモデルのデータ
を示すグラフである。縦軸、横軸は図３で説明したとお
りである。ステップ２１で採用したモデルを分散式を使
ってモデリングスペクトルを作製する。分散式は、物質
の波長依存性を示す式であり、各波長におけるｎ，ｋま
たはεr,εi を算出できるから、これらと前記第１層の
厚さｄから、ΨM ( λ) とΔM ( λ) を算出してモデリ
ングスペクトルを作製する。
【００１５】（ステップ２３）このステップは分光測定
比較データとモデル比較データを比較するステップであ
る。図６は、ステップ２３で比較される分光測定データ
と、モデルのデータを重ねて示したグラフである。ステ
ップ２２で算出したモデリングスペクトルΨM ( λ) ，
ΔM ( λ) と、ステップ２０で供給されたΨE ( λ) ,
ΔE ( λ) を比較する。
比較データとモデル比較データを比較するステップであ
る。図６は、ステップ２３で比較される分光測定データ
と、モデルのデータを重ねて示したグラフである。ステ
ップ２２で算出したモデリングスペクトルΨM ( λ) ，
ΔM ( λ) と、ステップ２０で供給されたΨE ( λ) ,
ΔE ( λ) を比較する。
【００１６】（ステップ２４）このステップは、前記比
較の結果を評価するステップである。図７は、ステップ
２４で行われるフィッティングを説明するための図表で
ある。最小二乗法を用いて（ΨE ( λ) ，ΔE ( λ) ）
と（ΨM ( λ) , ΔM ( λ) ）の違いが最小になるよう
にパラメータをフィッティングするその結果、測定デー
タとモデルが合うか合わないかの判断をする。ここで、
Ｎ個の測定データ対Ｅｘｐ（ｉ＝１，２．．．，Ｎ）と
前記モデルの対応するＮ個のモデルの計算データ対Ｍｏ
ｄ（ｉ＝１，２．．．，Ｎ）とし、測定誤差は、正規分
布をするとし、標準偏差をσi とすると、平均二乗誤差
（χ2 ）は、次のようにして与えられる。 ここで、Ｐはパラメータの数である。
較の結果を評価するステップである。図７は、ステップ
２４で行われるフィッティングを説明するための図表で
ある。最小二乗法を用いて（ΨE ( λ) ，ΔE ( λ) ）
と（ΨM ( λ) , ΔM ( λ) ）の違いが最小になるよう
にパラメータをフィッティングするその結果、測定デー
タとモデルが合うか合わないかの判断をする。ここで、
Ｎ個の測定データ対Ｅｘｐ（ｉ＝１，２．．．，Ｎ）と
前記モデルの対応するＮ個のモデルの計算データ対Ｍｏ
ｄ（ｉ＝１，２．．．，Ｎ）とし、測定誤差は、正規分
布をするとし、標準偏差をσi とすると、平均二乗誤差
（χ2 ）は、次のようにして与えられる。 ここで、Ｐはパラメータの数である。
【００１７】評価は前記平均二乗誤差（χ2 ）が一定の
範囲内にあるもの、または後述するステップ２５を含め
たループ（ステップ２２→ステップ２３→ステップ２４
→ステップ２５→ステップ２２）の有限繰り返し中のス
テップ２４で得られる有限のχ2 の値の内最小のχ2 を
与えるモデルを測定データとモデルが合ったとして選択
する。
範囲内にあるもの、または後述するステップ２５を含め
たループ（ステップ２２→ステップ２３→ステップ２４
→ステップ２５→ステップ２２）の有限繰り返し中のス
テップ２４で得られる有限のχ2 の値の内最小のχ2 を
与えるモデルを測定データとモデルが合ったとして選択
する。
【００１８】（ステップ２５）図８は、ステップ２５の
モデルの変更を説明するための図表である。このステッ
プは、ステップ２４でモデルと分光測定データが合わな
いと判断されたときに、モデルを変更し、次のモデルを
設定するステップである。ステップと２１で設定したＳ
i Ｏ2 の膜厚１０００Åを２０００Åに変更する。必要
に応じて、各層の光学定数、各層の組成等に適宜の変更
を行い次のモデルを決定する。
モデルの変更を説明するための図表である。このステッ
プは、ステップ２４でモデルと分光測定データが合わな
いと判断されたときに、モデルを変更し、次のモデルを
設定するステップである。ステップと２１で設定したＳ
i Ｏ2 の膜厚１０００Åを２０００Åに変更する。必要
に応じて、各層の光学定数、各層の組成等に適宜の変更
を行い次のモデルを決定する。
【００１９】（ステップ２２）ステップ２２は、ステッ
プ２５で設定されたモデルから、理論的に次のΨM (
λ) ，ΔM ( λ) を求める。ステップ２３→ステップ２
４→ステップ２６→ステップ２２の繰り返し実行が行わ
れる。
プ２５で設定されたモデルから、理論的に次のΨM (
λ) ，ΔM ( λ) を求める。ステップ２３→ステップ２
４→ステップ２６→ステップ２２の繰り返し実行が行わ
れる。
【００２０】（ステップ２６）図９は、ステップ２６を
説明するために確定されたモデルのグラフと決定された
構造を示す図表である。前記ステップ２４の評価ステッ
プで合うと判断されたモデルのデータを測定結果として
採択して、測定を終了するステップである。この実施例
では、前記繰り返しの実行の過程で設定されたモデルか
ら、Ｓi Ｏ2 の膜厚１８２０．４Åとしたものが、最小
のχ2 を与えたものとして採択してある。
説明するために確定されたモデルのグラフと決定された
構造を示す図表である。前記ステップ２４の評価ステッ
プで合うと判断されたモデルのデータを測定結果として
採択して、測定を終了するステップである。この実施例
では、前記繰り返しの実行の過程で設定されたモデルか
ら、Ｓi Ｏ2 の膜厚１８２０．４Åとしたものが、最小
のχ2 を与えたものとして採択してある。
【００２１】次に、公称入射角φ0 の近傍の入射角をパ
ラメータとして測定する場合について説明する。前述し
たように偏光変化量（ρ）は、ρ＝ｔａｎψｅｘｐ（ｉ
Δ）で表され、波長（λ）、入射角度（φ）、膜厚、複
素屈折率等のパラメータに依存し、その関係は次のよう
になる。（ｄ，ｎ，ｋ）＝ｆ（Ψ，Δ，λ，φ）
ラメータとして測定する場合について説明する。前述し
たように偏光変化量（ρ）は、ρ＝ｔａｎψｅｘｐ（ｉ
Δ）で表され、波長（λ）、入射角度（φ）、膜厚、複
素屈折率等のパラメータに依存し、その関係は次のよう
になる。（ｄ，ｎ，ｋ）＝ｆ（Ψ，Δ，λ，φ）
【００２２】図１に示す公称入射角φ0 により、モデル
を設定しても、サンプルの表面の微妙な形状等により、
入射角φ0 を僅かに増減した方が良いことが予想され、
前述したΨE ，ΔE も、φ0 を修正した角度による測定
データであったとする方が妥当だと考える方が良い。
を設定しても、サンプルの表面の微妙な形状等により、
入射角φ0 を僅かに増減した方が良いことが予想され、
前述したΨE ，ΔE も、φ0 を修正した角度による測定
データであったとする方が妥当だと考える方が良い。
【００２３】すなわち、前記分光エリプソメータを用い
た薄膜計測方法において、前記ΨE，ΔE スペクトル測
定ステップの公称入射角をφ0 とし、前記ΨM,ΔM モデ
ルシュミレーションスペクトル算出ステップでは、前記
φ0 を関数とするシュミレーションスペクトルΨM0 (λ
i ) 、ΔM0 (λi ) とさらに前記公称入射角をφ0 の近
傍のφk を関数とするシュミレーションスペクトルΨMk
(λi ) とΔMk (λi) を得る。このモデルシュミレー
ションスペクトルをステップと２１で算出してΨE ( λ
i ) 、ΔE ( λi ) と比較する。
た薄膜計測方法において、前記ΨE，ΔE スペクトル測
定ステップの公称入射角をφ0 とし、前記ΨM,ΔM モデ
ルシュミレーションスペクトル算出ステップでは、前記
φ0 を関数とするシュミレーションスペクトルΨM0 (λ
i ) 、ΔM0 (λi ) とさらに前記公称入射角をφ0 の近
傍のφk を関数とするシュミレーションスペクトルΨMk
(λi ) とΔMk (λi) を得る。このモデルシュミレー
ションスペクトルをステップと２１で算出してΨE ( λ
i ) 、ΔE ( λi ) と比較する。
【００２４】そこで前記公称入射角φ0 を７５．００°
を中心として、前記ステップ２１で、一組のｄ，ｎ，ｋ
に対して、…７４．８°…７５．０°…７５．２°…
と、わずかに入射角度をかえて複数組のモデルを立て，
他のｄ，ｎ，ｋの組に対しても、…７４．８°…７５．
０°…７５．２°…と、わずかに入射角度をかえて複数
組のモデルを立てる。このような組み合わせの内から最
小のχ2 を与えるものをステップ２４を経て適合モデル
として選択する。
を中心として、前記ステップ２１で、一組のｄ，ｎ，ｋ
に対して、…７４．８°…７５．０°…７５．２°…
と、わずかに入射角度をかえて複数組のモデルを立て，
他のｄ，ｎ，ｋの組に対しても、…７４．８°…７５．
０°…７５．２°…と、わずかに入射角度をかえて複数
組のモデルを立てる。このような組み合わせの内から最
小のχ2 を与えるものをステップ２４を経て適合モデル
として選択する。
【００２５】
【発明の効果】以上詳しく説明したように本発明によれ
ば、以前は困難であった薄膜構造をモデルを使用し、さ
らに入射角をフィッティングすることにより精度よく正
確に測定することができる。
ば、以前は困難であった薄膜構造をモデルを使用し、さ
らに入射角をフィッティングすることにより精度よく正
確に測定することができる。
【００２６】以上詳しく説明した実施例について、本発
明の範囲内で種々の変形を施すことができる。理解を容
易にするために、データの取得、モデルの設定に関連し
て一貫してΨ，Δを用いて説明した。当業者には良く知
られている以下のデータ対を用いても同様な、測定およ
びフィッティングが可能であり、本発明の技術的範囲に
含まれるものである。 （ｎ，ｋ）、（εi ，εr ）、( tan Ψ，cos Δ) 、
(Ｉs,Ｉc ） また基板上にＳｉＯ2 層を１層形成する例を示したが、
異なる多層構造の測定や広い範囲の膜厚の測定にも同様
に利用できる。基板もｓｉの例を示したが、他の材料
（ガラスや石英、化合物半導体など）も同様に利用でき
る。
明の範囲内で種々の変形を施すことができる。理解を容
易にするために、データの取得、モデルの設定に関連し
て一貫してΨ，Δを用いて説明した。当業者には良く知
られている以下のデータ対を用いても同様な、測定およ
びフィッティングが可能であり、本発明の技術的範囲に
含まれるものである。 （ｎ，ｋ）、（εi ，εr ）、( tan Ψ，cos Δ) 、
(Ｉs,Ｉc ） また基板上にＳｉＯ2 層を１層形成する例を示したが、
異なる多層構造の測定や広い範囲の膜厚の測定にも同様
に利用できる。基板もｓｉの例を示したが、他の材料
（ガラスや石英、化合物半導体など）も同様に利用でき
る。
【図１】本発明方法の分光測定データの取得のステップ
１０で使用する分光エリプソメータの構成を示すブロッ
ク図である。
１０で使用する分光エリプソメータの構成を示すブロッ
ク図である。
【図２】本発明による薄膜計測方法を説明するための流
れ図である。
れ図である。
【図３】ステップ２０の分光測定データを示すグラフで
ある。
ある。
【図４】ステップ２１で設定されるモデルのデータを説
明するための図表である。
明するための図表である。
【図５】ステップ２２のモデルのデータを示すグラフで
ある。
ある。
【図６】ステップ２３で比較される分光測定データと、
モデルのデータを重ねて示したグラフである。
モデルのデータを重ねて示したグラフである。
【図７】ステップ２４のフィッティングを説明するため
の図表である。
の図表である。
【図８】ステップ２５のモデルの変更を説明するための
図表である。
図表である。
【図９】ステップ２６を説明するために確定されたモデ
ルのグラフと決定された構造を示す図表である。
ルのグラフと決定された構造を示す図表である。
１ Ｘｅランプ
２ 光ファイバ
３ 偏光子
４ サンプル
５ 光弾性変調器（ＰＥＭ）
６ 検光子
７ 光ファイバ
８ 分光器
９ データ取込部
１０ 分光測定ステップ
２０ 分光測定比較データ化ステップ
２１ モデル設定ステップ
２２ モデル比較データ化ステップ
２３ 比較ステップ
２４ 評価ステップ
２５ データ再設定ステップ
２６ 終了（適合モデル選択）ステップ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平１−123135（ＪＰ，Ａ)
特開2001−118903（ＪＰ，Ａ)
Ｒｅａｄｏｕｔ，株式会社堀場製作
所，2000年 ９月20日，Ｎｏ．21，ｐ26
−30
Ｖａｃｕｕｍ，2001年 ３月，Ｖｏ
ｌ．60，Ｎｏ．４，ｐ419−424
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 21/00 - 21/01
G01N 21/17 - 21/61
G01J 4/00 - 4/04
ＪＯＩＳ
ＷＰＩ／Ｌ
ＥＰＡＴ
ＰＡＴＯＬＩＳ
Claims (4)
- 【請求項１】 分光エリプソメータを用いた計測対象の
基板表面の薄膜計測方法において、 計測対象の基板表面の薄膜を、公称入射角をφ 0 で、入
射光の波長を変えて各波長λi ごとの入射光と反射光の
偏光の変化である測定スペクトルΨE ( λi ) とΔE (
λi ) を得るΨE ，ΔE スペクトル測定ステップと、 前記基板の（Ｎ0 （ｎ0,ｋ0 ））、第１層目の（ｄ1,Ｎ
1 （ｎ1,ｋ1 ））を仮定し、前記公称入射角φ 0 の近傍
のφ k をパラメータとしてモデリングスペクトルΨ Mk
( λ i ) とΔ Mk ( λ i ) を算出するモデリングスペクト
ル算出ステップと、および前記Ψ E ，Δ E スペクトルと
Ψ Mk とΔ Mk モデリングスペクトルを比較し、評価基準に
達した前記Ψ Mk とΔ Mk の構造を測定結果と決定する比較
評価ステップから構成した分光エリプソメータを用いた
薄膜計測方法。 - 【請求項２】 分光エリプソメータを用いた計測対象の
基板表面の薄膜計測方法において、 計測対象の基板表面の薄膜を、公称入射角をφ 0 で、入
射光の波長を変えて各波長λ i ごとの入射光と反射光の
偏光の変化である測定スペクトルΨ E ( λ i ) とΔ E (
λ i ) を得るΨ E ，Δ E スペクトル測定ステップと、 前記基板の（Ｎ 0 （ｎ 0, ｋ 0 ））、第１層目の（ｄ 1, Ｎ
1 （ｎ 1, ｋ 1 ））、第ｊ層目の（ｄ j, Ｎ j （ｎ j, ｋ
j ））を仮定し、前記公称入射角φ 0 の近傍のφ k をパ
ラメータとしてモデリングスペクトルΨ Mk ( λ i ) とΔ
Mk ( λ i ) を算出するモデリングスペクトル算出ステッ
プと、および前記Ψ E ，Δ E スペクトルとΨ Mk とΔ Mk モ
デリングスペクトルを比較し、評価基準に達した前記Ψ
Mk とΔ Mk の構造を測定結果と決定する比較評価ステップ
から構成した 分光エリプソメータを用いた薄膜計測方
法。 - 【請求項３】 請求項１記載の分光エリプソメータを用
いた薄膜計測方法において、前記モデルの評価基準は、
前記Ψ E ( λ i ) 、Δ E ( λ i ) と有限組の中のΨ Mk(
λ i ) 、Δ Mk( λ i ) の間の平均二乗誤差を求め、最も
小さい平均二乗誤差のものに決定することである分光エ
リプソメータを用いた薄膜計測方法。 - 【請求項４】 請求項１記載の分光エリプソメータを用
いた薄膜計測方法において、前記公称入射角φ 0 は７
５．０°とし、 一組のｄ，ｎ，ｋに対して、７５．０°前後でわずかに
入射角度をかえて複数組のモデルを設定し、他のｄ，
ｎ，ｋの組に対しても同様に複数組のモデルを設定して
構成した分光エリプソメータを用いた薄膜計測方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001152849A JP3532165B2 (ja) | 2001-05-22 | 2001-05-22 | 分光エリプソメータを用いた薄膜計測方法 |
| PCT/JP2002/004932 WO2002095372A1 (en) | 2001-05-22 | 2002-05-22 | Thin-film characteristic measuring method using spectroellipsometer |
| US10/478,499 US7271901B2 (en) | 2001-05-22 | 2002-05-22 | Thin-film characteristic measuring method using spectroellipsometer |
| EP02730683A EP1406080A4 (en) | 2001-05-22 | 2002-05-22 | METHOD FOR MEASURING THIN FILM CHARACTERISTICS USING A SPECTROELLIPSOMETER |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001152849A JP3532165B2 (ja) | 2001-05-22 | 2001-05-22 | 分光エリプソメータを用いた薄膜計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002340528A JP2002340528A (ja) | 2002-11-27 |
| JP3532165B2 true JP3532165B2 (ja) | 2004-05-31 |
Family
ID=18997462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001152849A Expired - Fee Related JP3532165B2 (ja) | 2001-05-22 | 2001-05-22 | 分光エリプソメータを用いた薄膜計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3532165B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010013429A1 (ja) | 2008-07-30 | 2010-02-04 | 株式会社ニレコ | 膜厚測定装置及び膜厚測定方法 |
| WO2012140693A1 (ja) | 2011-04-12 | 2012-10-18 | 株式会社ニレコ | 膜厚測定装置及び膜厚測定方法 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4616567B2 (ja) | 2004-03-11 | 2011-01-19 | 株式会社堀場製作所 | 測定方法、解析方法、測定装置、解析装置、エリプソメータ及びコンピュータプログラム |
| JP4435298B2 (ja) | 2004-03-30 | 2010-03-17 | 株式会社堀場製作所 | 試料解析方法 |
| TWI331213B (en) | 2005-11-29 | 2010-10-01 | Horiba Ltd | Sample analyzing method, sample analyzing apparatus,and recording medium |
| JP2009103598A (ja) * | 2007-10-24 | 2009-05-14 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 分光エリプソメータおよび偏光解析方法 |
| NL1036098A1 (nl) * | 2007-11-08 | 2009-05-11 | Asml Netherlands Bv | Inspection method and apparatus, lithographic apparatus lithographic, processing cell and device manufacturing method. |
| KR101008337B1 (ko) | 2008-11-27 | 2011-01-14 | 연세대학교 산학협력단 | 박막 특성의 모델링 방법 |
| JP6964517B2 (ja) | 2015-03-29 | 2021-11-10 | 住友化学株式会社 | 積層基板の測定方法 |
| CN105136679B (zh) * | 2015-09-02 | 2017-12-26 | 北京航玻新材料技术有限公司 | 一种基于椭偏仪的光学材料表面质量评估方法及其应用 |
-
2001
- 2001-05-22 JP JP2001152849A patent/JP3532165B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ｒｅａｄｏｕｔ，株式会社堀場製作所，２０００年 ９月２０日，Ｎｏ．２１，ｐ２６−３０ |
| Ｖａｃｕｕｍ，２００１年 ３月，Ｖｏｌ．６０，Ｎｏ．４，ｐ４１９−４２４ |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010013429A1 (ja) | 2008-07-30 | 2010-02-04 | 株式会社ニレコ | 膜厚測定装置及び膜厚測定方法 |
| WO2012140693A1 (ja) | 2011-04-12 | 2012-10-18 | 株式会社ニレコ | 膜厚測定装置及び膜厚測定方法 |
| US8736851B2 (en) | 2011-04-12 | 2014-05-27 | Nireco Corporation | Film thickness measuring device and film thickness measuring method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002340528A (ja) | 2002-11-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100773022B1 (ko) | 측정 장치, 해석 장치, 엘립소미터 및 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체 | |
| KR100892743B1 (ko) | 분광타원계를 사용한 박막층 구조의 해석방법 | |
| US8119991B2 (en) | Method and apparatus for accurate calibration of VUV reflectometer | |
| WO2001040775A1 (en) | Method and apparatus for measuring the composition and other properties of thin films | |
| JP3532165B2 (ja) | 分光エリプソメータを用いた薄膜計測方法 | |
| US5999267A (en) | Nondestructive optical techniques for simultaneously measuring optical constants and thicknesses of single and multilayer films | |
| CN105066889A (zh) | 一种便携式薄膜测厚仪及其膜厚测量方法 | |
| WO2007130295A2 (en) | Method and apparatus for accurate calibration of a reflectometer by using a relative reflectance measurement | |
| US7271901B2 (en) | Thin-film characteristic measuring method using spectroellipsometer | |
| US7399975B2 (en) | Method and apparatus for performing highly accurate thin film measurements | |
| CN112595673A (zh) | 一种单晶金刚石衬底光学常数测量方法 | |
| JP3556183B2 (ja) | 基板上の化合物半導体層の組成決定方法 | |
| JP2021067611A (ja) | 光学測定装置、波長校正方法および標準試料 | |
| US20230384213A1 (en) | Method for measuring charactheristic of thin film | |
| US7463355B1 (en) | Nondestructive optical technique for simultaneously measuring optical constants and thickness of thin films | |
| Stutzman et al. | Two-channel spectroscopic reflectometry for in situ monitoring of blanket and patterned structures during reactive ion etching | |
| Kim et al. | An evaluation of errors in determining the refractive index and thickness of thin SiO2 films using a rotating analyzer ellipsometer | |
| JP2004286468A (ja) | 分光エリプソメータを用いた薄膜３層構造の解析方法 | |
| Naciri et al. | Fixed polarizer, rotating-polarizer and fixed analyzer spectroscopic ellipsometer: accurate calibration method, effect of errors and testing | |
| Kuramoto et al. | Volume measurement of a 28 Si-enriched sphere for a determination of the Avogadro constant at NMIJ | |
| JP3613707B2 (ja) | 超薄膜および薄膜計測方法 | |
| JP3928714B2 (ja) | 分光エリプソメータを用いた薄膜複数層構造の解析方法 | |
| JP3983093B2 (ja) | 分光エリプソメータを用いた多結晶化合物半導体の組成決定方法 | |
| JP3937149B2 (ja) | 分光エリプソメータを用いた極薄膜２層構造の解析方法 | |
| JP4587690B2 (ja) | 超薄膜および薄膜計測方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040302 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040302 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110312 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110312 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110312 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120312 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120312 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120312 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130312 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130312 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130312 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140312 Year of fee payment: 10 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |