JP6925062B1 - Optical measurement system, multilayer film manufacturing equipment and optical measurement method - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の層が順次積層される製造プロセスにおいて、より高速に各層の膜厚を測定できる光学測定システムおよび光学測定方法を提供する。【解決手段】光学測定システムは、測定光を発生する光源と、測定光をサンプルに照射して生じる反射光または透過光を観測光として受光する受光部と、サンプルの最上層の光学特性を示す第1のマトリックスと、サンプルの最上層以外の層の光学特性を示す第2のマトリックスとに基づいて理論干渉スペクトルを生成する生成部とを含む。光学測定システムは、理論干渉スペクトルと観測光のスペクトルである実測干渉スペクトルとが合致するように、サンプルの最上層の膜厚を更新することで、当該膜厚を決定するフィッティング部と、フィッティング部により決定された膜厚を用いて、第2のマトリックスを更新する更新部とを含む。【選択図】図8PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical measurement system and an optical measurement method capable of measuring the film thickness of each layer at a higher speed in a manufacturing process in which a plurality of layers are sequentially laminated. An optical measurement system exhibits optical characteristics of a light source that generates measurement light, a light receiving portion that receives reflected light or transmitted light generated by irradiating the sample with measurement light as observation light, and an optical characteristic of the uppermost layer of the sample. It includes a generator that generates a theoretical interference spectrum based on a first matrix and a second matrix that exhibits the optical properties of layers other than the top layer of the sample. The optical measurement system has a fitting unit and a fitting unit that determine the film thickness by updating the film thickness of the uppermost layer of the sample so that the theoretical interference spectrum and the measured interference spectrum, which is the spectrum of the observed light, match. Includes an update section that updates the second matrix with the film thickness determined by. [Selection diagram] FIG. 8
Description
本発明は、複数の層を有するサンプルを光学的に測定する光学測定システムおよびそれを備える多層膜製造装置、ならびに、光学測定方法に関する。 The present invention relates to an optical measurement system for optically measuring a sample having a plurality of layers, a multilayer film manufacturing apparatus including the optical measurement system, and an optical measurement method.
基板上に複数の層が積層された高機能デバイスなどが開発および利用されている。このような高機能デバイスの成膜中に各層の膜厚を測定したいという要求が存在する。このような要求に対して、例えば、特開2019−120607号公報(特許文献1)は、基板上に第1の膜と第2の膜とが交互に複数積層された計測対象物について、第1の膜の膜厚及び第2の膜の膜厚を計測する膜厚計測装置を開示する。 High-performance devices in which a plurality of layers are laminated on a substrate have been developed and used. There is a demand to measure the film thickness of each layer during the film formation of such a high-performance device. In response to such a demand, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-120607 (Patent Document 1) describes a measurement object in which a plurality of first films and second films are alternately laminated on a substrate. A film thickness measuring device for measuring the film thickness of the first film and the film thickness of the second film is disclosed.
また、特開平11−160028号公報(特許文献2)は、膜構造を特定できない場合であっても膜厚を正確に測定することができる膜厚測定装置を開示する。 Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-160028 (Patent Document 2) discloses a film thickness measuring device capable of accurately measuring a film thickness even when the film structure cannot be specified.
さまざまな要求に応じた高機能デバイスを製造する必要があり、それに応じて、さまざまな積層構造を実現する必要がある。 It is necessary to manufacture high-performance devices that meet various demands, and to realize various laminated structures accordingly.
上述の特許文献1に開示される膜厚計測装置は、第1の膜と第2の膜との同じセットが複数積層されることを前提として、実測反射率と理論反射率との比較結果を用いて最適化を決定するものであり、複雑な積層構造を有する高機能デバイスには適用できない。
The film thickness measuring apparatus disclosed in
また、特許文献2に開示される膜厚測定装置は、特定できない膜構造が比較的単純なものであることを前提とするものであり、多数の層が積層された膜構造については適用できない。
Further, the film thickness measuring device disclosed in
本発明の一つの目的は、複数の層が順次積層される製造プロセスにおいて、より高速に各層の膜厚を測定できる光学測定システムおよび光学測定方法を提供することである。 One object of the present invention is to provide an optical measurement system and an optical measurement method capable of measuring the film thickness of each layer at a higher speed in a manufacturing process in which a plurality of layers are sequentially laminated.
本発明のある局面に従えば、多層膜製造装置により基板上に順次形成される1または複数の層をサンプルとして測定する光学測定システムが提供される。光学測定システムは、測定光を発生する光源と、測定光をサンプルに照射して生じる反射光または透過光を観測光として受光する受光部と、サンプルの最上層の光学特性を示す第1のマトリックスと、サンプルの最上層以外の層の光学特性を示す第2のマトリックスとに基づいて理論干渉スペクトルを生成する生成部とを含む。第1のマトリックスは、サンプルの最上層の膜厚をパラメータとして含む。光学測定システムは、理論干渉スペクトルと観測光のスペクトルである実測干渉スペクトルとが合致するように、サンプルの最上層の膜厚を更新することで、当該膜厚を決定するフィッティング部と、フィッティング部により決定された膜厚を用いて、第2のマトリックスを更新する更新部とを含む。 According to an aspect of the present invention, there is provided an optical measurement system that measures one or more layers sequentially formed on a substrate by a multilayer film manufacturing apparatus as a sample. The optical measurement system includes a light source that generates measurement light, a light receiving unit that receives reflected light or transmitted light generated by irradiating the sample with measurement light as observation light, and a first matrix showing the optical characteristics of the uppermost layer of the sample. And a generator that generates a theoretical interference spectrum based on a second matrix showing the optical properties of layers other than the top layer of the sample. The first matrix includes the film thickness of the top layer of the sample as a parameter. The optical measurement system has a fitting unit and a fitting unit that determine the film thickness by updating the film thickness of the uppermost layer of the sample so that the theoretical interference spectrum and the actually measured interference spectrum, which is the spectrum of the observed light, match. Includes an update section that updates the second matrix with the film thickness determined by.
生成部は、サンプルの最上層の屈折率を取得し、当該取得した屈折率に基づいて第1のマトリックスを決定するようにしてもよい。 The generation unit may acquire the refractive index of the uppermost layer of the sample and determine the first matrix based on the acquired refractive index.
第1のマトリックスは、サンプルの最上層の層内を伝播する光の干渉によって生じる位相変化を定義する干渉マトリックスと、サンプルの最上層に隣接する層との界面における光の透過および反射を定義する界面マトリックスとを含んでいてもよい。 The first matrix defines the transmission and reflection of light at the interface between the interference matrix, which defines the phase change caused by the interference of light propagating within the top layer of the sample, and the layer adjacent to the top layer of the sample. It may include an interfacial matrix.
光学測定システムは、第2のマトリックスを格納する記憶部をさらに含んでいてもよい。更新部は、記憶部に格納されている第2のマトリックスを更新するようにしてもよい。 The optical measurement system may further include a storage unit that stores a second matrix. The update unit may update the second matrix stored in the storage unit.
光学測定システムは、サンプルに含まれる各層について、第1のマトリックスおよび第2のマトリックスを格納する記憶部をさらに含んでいてもよい。 The optical measurement system may further include a storage unit for storing a first matrix and a second matrix for each layer contained in the sample.
基板上に予め定められた数の層が形成されると、生成部およびフィッティング部による膜厚の決定処理を開始するようにしてもよい。 When a predetermined number of layers are formed on the substrate, the film thickness determination process by the generation unit and the fitting unit may be started.
生成部は、サンプルの最上層から順次隣接する1または複数の層のそれぞれの光学特性を示す1または複数の第3のマトリックスにさらに基づいて、理論干渉スペクトルを生成してもよい。第2のマトリックスは、第1のマトリックスおよび1または複数の第3のマトリックスが生成されていない層の光学特性を示すものであってもよい。1または複数の第3のマトリックスの各々は、対応する層の膜厚をパラメータとして含んでいてもよい。 The generator may further generate a theoretical interference spectrum based on one or more third matrices that exhibit the respective optical properties of one or more layers sequentially adjacent to each other from the top layer of the sample. The second matrix may exhibit the optical properties of the first matrix and the layer in which one or more third matrices have not been produced. Each of the one or more third matrices may include the film thickness of the corresponding layer as a parameter.
本発明の別の局面に従えば、上述の光学測定システムを有する多層膜製造装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a multilayer film manufacturing apparatus having the above-mentioned optical measurement system.
本発明のさらに別の局面に従えば、多層膜製造装置により基板上に順次形成される1または複数の層をサンプルとして測定する光学測定方法が提供される。光学測定方法は、光源からの測定光をサンプルに照射し、サンプルから生じる反射光または透過光である観測光を取得するステップと、サンプルの最上層の光学特性を示す第1のマトリックスと、サンプルの最上層以外の層の光学特性を示す第2のマトリックスとに基づいて理論干渉スペクトルを生成するステップとを含む。第1のマトリックスは、サンプルの最上層の膜厚をパラメータとして含む。光学測定方法は、理論干渉スペクトルと観測光のスペクトルである実測干渉スペクトルとが合致するように、サンプルの最上層の膜厚を更新することで、当該膜厚を決定するステップと、決定された膜厚を用いて、第2のマトリックスを更新するステップとを含む。 According to yet another aspect of the present invention, there is provided an optical measurement method for measuring one or more layers sequentially formed on a substrate by a multilayer film manufacturing apparatus as a sample. The optical measurement method includes a step of irradiating the sample with measurement light from a light source to acquire observation light which is reflected light or transmitted light generated from the sample, a first matrix showing the optical characteristics of the uppermost layer of the sample, and a sample. Includes a step of generating a theoretical interference spectrum based on a second matrix showing the optical properties of layers other than the top layer of. The first matrix includes the film thickness of the top layer of the sample as a parameter. The optical measurement method was determined as a step of determining the film thickness by updating the film thickness of the uppermost layer of the sample so that the theoretical interference spectrum and the measured interference spectrum which is the spectrum of the observed light match. Includes a step of updating the second matrix with film thickness.
本発明のある実施の形態によれば、複数の層が順次積層される製造プロセスにおいて、より高速に各層の膜厚を測定できる。 According to an embodiment of the present invention, the film thickness of each layer can be measured at a higher speed in a manufacturing process in which a plurality of layers are sequentially laminated.
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.
<A.光学測定システム>
まず、本実施の形態に従う光学測定システム1の構成例について説明する。光学測定システム1は、分光干渉式の膜厚測定装置である。以下では、サンプルに光を照射してその反射光を観測する光学系(反射光観測系)について主として説明するが、サンプルに光を照射してその透過光を観測する光学系(透過光観測系)にも当然に適用可能である。
<A. Optical measurement system>
First, a configuration example of the
本明細書において、「膜厚」は、任意のサンプルに含まれる特定の層あるいは膜の厚さを意味する。 As used herein, "film thickness" means the thickness of a particular layer or film contained in any sample.
図1は、本実施の形態に従う光学測定システム1の構成例を示す模式図である。光学測定システム1は、多層膜製造装置50と一体化して構成されてもよいし、多層膜製造装置50に事後的に装着される形で構成されてもよい。一体化して構成される場合、光学測定システム1を含む多層膜製造装置50が提供されてもよい。
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration example of an
多層膜製造装置50は、典型的には、基板上に複数の層を順次形成する成膜装置である。形成される膜としては、典型的には、誘電体膜、酸化膜、窒化膜などが想定される。成膜装置の構成については公知であるので、ここでは詳細な説明は行わない。光学測定システム1は、多層膜製造装置50により基板上に順次形成される1または複数の層をサンプル3として測定する。ここで、サンプル3は、基板を含んでいてもよい。
The multilayer
光学測定システム1は、サンプル3に照射するための測定光を発生する光源10と、測定光をサンプル3に照射して生じる観測光(反射光または透過光)を受光する受光部である分光検出器20と、分光検出器20の検出結果が入力される処理装置100とを含む。
The
処理装置100は、分光検出器20の検出結果に基づいてサンプル3の測定結果(典型的には、膜厚)を算出する。処理装置100は、多層膜製造装置50との間でも必要な情報をやりとりする。
The
光源10と分光検出器20とは、サンプル3に向けた照射口を有するY型ファイバ4を介して、光学的に接続されている。光学測定システム1においては、光源10からの測定光をサンプル3に照射し、サンプル3内部で生じる光干渉により現れる光を観測することで、サンプル3の膜厚などを測定する。
The
光源10は、所定の波長範囲を有する測定光を発生する。測定光の波長範囲は、サンプル3から測定すべき波長情報の範囲などに応じて決定される。光源10は、例えば、ハロゲンランプや白色LEDなどが用いられる。光源10は、近赤外域の成分を含む測定光を発生するようにしてもよい。この場合には、光源10として、ASE(Amplified Spontaneous Emission)光源を採用してもよい。
The
図2は、本実施の形態に従う光学測定システム1に用いられる分光検出器20の概略構成を示す模式図である。図2を参照して、分光検出器20は、所定の波長範囲について、観測光の波長毎の強度を出力する。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a
より具体的には、分光検出器20は、Y型ファイバ4を介して入射する光を回折する回折格子22と、回折格子22に対応付けて配置される複数チャネルを有する受光素子24と、受光素子24と電気的に接続され、処理装置100に検出結果を出力するためのインターフェイス回路26とを含む。受光素子24は、ラインセンサあるいは2次元センサなどで構成され、周波成分毎の強度を検出結果として出力できる。
More specifically, the
図3は、本実施の形態に従う光学測定システム1に含まれる処理装置100の構成例を示す模式図である。図3を参照して、処理装置100は、プロセッサ102と、主メモリ104と、入力部106と、表示部108と、ストレージ110と、通信インターフェイス120と、ネットワークインターフェイス122と、メディアドライブ124とを含む。
FIG. 3 is a schematic view showing a configuration example of a
プロセッサ102は、典型的には、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)などの演算処理部であり、ストレージ110に格納されている1または複数のプログラムを主メモリ104に読み出して実行する。主メモリ104は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)またはSRAM(Static Random Access Memory)といった揮発性メモリであり、プロセッサ102がプログラムを実行するためのワーキングメモリとして機能する。
The
入力部106は、キーボードやマウスなどを含み、ユーザからの操作を受け付ける。表示部108は、プロセッサ102によるプログラムの実行結果などをユーザへ出力する。
The
ストレージ110は、ハードディスクやフラッシュメモリなどの不揮発性メモリからなり、各種プログラムやデータを格納する。より具体的には、ストレージ110は、オペレーティングシステム112(OS:Operating System)と、測定プログラム114と、検出結果116と、測定結果118とを格納する。
The
オペレーティングシステム112は、プロセッサ102がプログラムを実行する環境を提供する。測定プログラム114は、プロセッサ102によって実行されることで、本実施の形態に従う光学測定方法などを実現する。検出結果116は、分光検出器20から出力されるデータを含む。測定結果118は、測定プログラム114の実行によって得られる測定結果を含む。
The
通信インターフェイス120は、処理装置100と分光検出器20との間でのデータ伝送を仲介する。ネットワークインターフェイス122は、処理装置100と多層膜製造装置50との間でのデータ伝送を仲介する。
The
メディアドライブ124は、プロセッサ102で実行されるプログラムなどを格納した記録媒体126(例えば、光学ディスクなど)から必要なデータを読出して、ストレージ110に格納する。なお、処理装置100において実行される測定プログラム114などは、記録媒体126などを介してインストールされてもよいし、ネットワークインターフェイス122などを介してサーバ装置からダウンロードされてもよい。
The media drive 124 reads necessary data from a recording medium 126 (for example, an optical disk) storing a program or the like executed by the
測定プログラム114は、オペレーティングシステム112の一部として提供されるプログラムモジュールのうち、必要なモジュールを所定の配列で所定のタイミングで呼び出して処理を実行させるものであってもよい。そのような場合、当該モジュールを含まない測定プログラム114についても本発明の技術的範囲に含まれる。測定プログラム114は、他のプログラムの一部に組み込まれて提供されるものであってもよい。
The
なお、処理装置100のプロセッサ102がプログラムを実行することで提供される機能の全部または一部をハードワイヤードロジック回路(例えば、FPGA(field-programmable gate array)やASIC(application specific integrated circuit)など)によって実現してもよい。また、CPUやGPUなどのプロセッサに加えて、DSP(Digital Signal Processor)およびISP(Image Signal Processor)などを一体化したSoC(System on Chip)を用いて実現してもよい。
A hard-wired logic circuit (for example, FPGA (field-programmable gate array), ASIC (application specific integrated circuit), etc.) provides all or part of the functions provided by the
<B.膜厚測定>
次に、光学測定システム1の測定対象であるサンプル3およびサンプル3に含まれる各層の膜厚の測定に関する理論的な説明を行う。
<B. Film thickness measurement>
Next, a theoretical explanation will be given regarding the measurement of the film thickness of each layer contained in the
図4は、本実施の形態に従う光学測定システム1の測定対象となるサンプル3の積層構造の一例を示す模式図である。図4を参照して、サンプル3は、ガラスなどの基板30上に、複数の層32が順次形成されたものである。光学測定システム1は、層32が順次形成される過程で形成された層32の膜厚を順次測定する。
FIG. 4 is a schematic view showing an example of the laminated structure of the
図5は、本実施の形態に従う光学測定システム1の測定対象となるサンプル3の膜厚の測定に係る光学的な特性を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing optical characteristics related to the measurement of the film thickness of the
図5(A)を参照して、j番目(1≦j≦L)の層の複素屈折率をNj(=nj−ikj)と定義する。また、j番目の層の入射角θj、j番目の層の膜厚dj、波長λとする。なお、iは虚数単位である。 With reference to FIG. 5 (A), the complex refractive index of the jth (1 ≦ j ≦ L) layer is defined as N j (= n j −ik j). Further, the incident angle theta j of the j-th layer, the j-th layer of thickness d j, and the wavelength lambda. Note that i is an imaginary unit.
図5(A)に示す複素屈折率Njに対応させて、図5(B)に示すような、j番目の層の干渉マトリックスMj、および、j番目の層とj−1番目の層との間の界面マトリックスIj,j−1を定義する。 Figure 5 in correspondence with the complex refractive index N j of (A), a shown in FIG. 5 (B), the interference matrix M j of the j-th layer, and, j-th layer and the j-1 th layer The interface matrix I j, j-1 between and is defined.
干渉マトリックスMjは、注目している層(j番目の層)の層内を伝播する光の干渉によって生じる位相変化を定義するマトリックスである。入射光および反射光のそれぞれの挙動を定義するために、2×2行列になっている。 The interference matrix Mj is a matrix that defines the phase change caused by the interference of light propagating in the layer of interest (the jth layer). It is a 2x2 matrix to define the behavior of the incident light and the reflected light.
界面マトリックスIj,j−1は、注目している層(j番目の層)に隣接する層(j−1番目の層)との界面における光の透過および反射を定義するマトリックスである。入射光および反射光のそれぞれの挙動を定義するために、2×2行列になっている。 The interface matrix I j, j-1 is a matrix that defines the transmission and reflection of light at the interface with the layer (j-1st layer) adjacent to the layer of interest (jth layer). It is a 2x2 matrix to define the behavior of the incident light and the reflected light.
ここで、基板30は0番目の層とみなす。そのため、I1,0は、1番目の層と基板30(0番目の層)との界面マトリックスを示すことになる。また、雰囲気層Amと最上層であるL番目の層との界面マトリックスをIAm,Lとして、別に定義される。
Here, the
複数の層が形成された積層構造のサンプル3について、以下の(1)式に示すような散乱マトリックスSを定義できる。すなわち、散乱マトリックスSは、サンプル3に含まれるすべての層についての干渉マトリックスMおよび界面マトリックスI(界面マトリックスをIAm,Lを含む)の内積として算出される。
A scattering matrix S as shown in the following equation (1) can be defined for the
(2)式に示すように、散乱マトリックスS(2×2行列)の各要素を定義すると、複数の層が形成された積層構造のサンプル3の強度反射率Rは、(3)式のように算出できる。サンプル3に含まれる複数の層32の膜厚は、測定光をサンプル3に照射して生じる観測光(反射光)のスペクトル(以下、「実測干渉スペクトル」とも称す。)と、(3)式に従って算出される理論上の強度反射率を用いて算出される理論上の干渉スペクトル(以下、「理論干渉スペクトル」とも称す。)とが一致するように、(3)式を決定するパラメータ(主として、各層の膜厚)を最適化することで、決定できる。
As shown in the equation (2), when each element of the scattering matrix S (2 × 2 matrix) is defined, the intensity reflectance R of the
(1)式に含まれる干渉マトリックスMjおよび界面マトリックスIj,j−1は、対応するj番目の層の位相因子βj、j番目の層とj−1番目の層との間の振幅反射率rj,j−1、j番目の層とj−1番目の層との間の振幅透過率sj,j−1を用いて定義されている。 The interference matrix M j and the interface matrix I j, j-1 included in the equation (1) are the phase factor β j of the corresponding jth layer, and the amplitude between the jth layer and the j-1st layer. It is defined using the reflectances r j, j-1 , and the amplitude transmittance s j, j-1 between the jth layer and the j-1st layer.
より具体的には、(4−1)式に示すように、位相因子βjを用いて干渉マトリックスMjを定義できる。また、(4−2)式に示すように、振幅反射率rj,j−1および振幅透過率sj,j−1を用いて界面マトリックスIj,j−1を定義できる。 More specifically, as shown in Eq. (4-1), the interference matrix M j can be defined using the phase factor β j. Further, as shown in Eq. (4-2), the interface matrix I j, j-1 can be defined by using the amplitude reflectance r j, j-1 and the amplitude transmittance s j, j-1.
ここで、位相因子βjは、(5−1)式に示すように、j番目の層の膜厚djを用いて定義できる。位相因子βjに含まれるj番目の層の入射角θjは、入射角θAmを用いて、(5−2)式に示すように定義される。 Here, the phase factor beta j, (5-1) as shown in the expression can be defined using the thickness d j of the j-th layer. The incident angle θ j of the j-th layer included in the phase factor β j is defined as shown in Eq. (5-2) using the incident angle θ Am.
さらに、振幅反射率rj,j−1および振幅透過率sj,j−1は、フレネル係数に相当し、p偏光およびs偏光のそれぞれの場合について、(6−1)〜(6−4)式のように定義される。 Further, the amplitude reflectance r j, j-1 and the amplitude transmittance s j, j-1 correspond to the Fresnel coefficient, and (6-1) to (6-4) for each case of p-polarized light and s-polarized light. ) Is defined as an expression.
入射角θAmが非ゼロ(θAm≠0)である場合、s偏光およびp偏光のそれぞれについての強度反射率(s偏光についての強度反射率Rsおよびp偏光についての強度反射率Rp)を算出する。最終的に、(7)式に示すように、それぞれの偏光についての強度反射率の平均をサンプル3の理論上の強度反射率Rとして決定する。
When the incident angle θ Am is non-zero (θ Am ≠ 0), the intensity reflectance for each of s-polarized light and p-polarized light (intensity reflectance Rs for s-polarized light and intensity reflectance Rp for p-polarized light) is calculated. do. Finally, as shown in Eq. (7), the average intensity reflectance for each polarized light is determined as the theoretical intensity reflectance R of
最終的に決定された理論上の強度反射率Rを用いて算出される理論干渉スペクトルと、実際にサンプル3から取得された実測干渉スペクトルとをフィッティングすることで、サンプル3に含まれる各層の膜厚を決定できる。
By fitting the theoretical interference spectrum calculated using the finally determined theoretical intensity reflectance R and the actually measured interference spectrum actually obtained from the
本実施の形態に従う光学測定システム1は、基板上に新たな層が順次形成される製造プロセスにおいて膜厚を測定する。そのため、基本的には、最上層のみが測定対象の膜厚となる。本明細書において、「最上層」は、サンプルに含まれる層のうち、測定光が最初に入射する層を意味する。
The
図6は、本実施の形態に従う光学測定システム1の測定対象であるサンプル3に膜が順次形成される状態を示す模式図である。図6(A)に示すように、L個の層が積層されたサンプル3に対して、図6(B)に示すように、L+1番目の層が新たに形成される状態を想定する。
FIG. 6 is a schematic view showing a state in which a film is sequentially formed on a
この場合、サンプル3の散乱マトリックスSの成分として、雰囲気層Amと最上層であるL+1番目の層との界面マトリックスをIAm,L+1、干渉マトリックスML+1、および、界面マトリックスIL+1,Lの3つが新たに追加される。それ以外の層についての干渉マトリックスMおよび界面マトリックスIは、変化がない。
In this case, as a component of the scattering matrix S of the
そのため、フィッティングにおいては、これら3つのマトリックスに含まれるパラメータのみを最適化すればよい。ここで、1番目の層からL番目の層までの干渉マトリックスMおよび界面マトリックスIの内積を、以下の(8−1)式に示すように、マトリックスPLとする。また、合成マトリックスPLの各要素は、以下の(8−2)式のように定義できる。 Therefore, in fitting, only the parameters included in these three matrices need to be optimized. Here, the inner product of the interference matrix M and the interface matrix I from the first layer to the L-th layer, as shown in the following (8-1) equation, the matrix P L. Further, each element of the synthetic matrix P L can be defined as the following (8-2) equation.
そして、合成マトリックスPLを用いると、散乱マトリックスSL+1は、以下の(8−3)式のように定義できる。(8−4)式に示すように、散乱マトリックスSL+1の各成分を定義すると、L+1個の層が形成された積層構造のサンプル3の強度反射率RL+1は、(8−5)式のように算出できる。
When using a synthetic matrix P L, scattering matrix S L + 1 can be defined as the following (8-3) equation. As shown in Eq. (8-4) , when each component of the scattering matrix SL + 1 is defined, the intensity reflectance RL + 1 of the
このように、基板上に複数の層を順次形成される場合には、既に形成された層の干渉マトリックスMおよび界面マトリックスIはそのまま利用するとともに、新たに形成される層に関するパラメータのみを最適化すればよい。 In this way, when a plurality of layers are sequentially formed on the substrate, the interference matrix M and the interface matrix I of the already formed layers are used as they are, and only the parameters related to the newly formed layer are optimized. do it.
上述の(8−3)式を位相因子、振幅反射率、振幅透過率を用いて展開すると、以下の(9)式のようになる。 When the above equation (8-3) is expanded using the phase factor, the amplitude reflectance, and the amplitude transmittance, the following equation (9) is obtained.
光学測定システム1は、(9)式に示す漸化式を用いて、基板上に順次形成される層に関するパラメータを順次最適化することで、複数の層を有するサンプル3の膜厚および積層構造を特定できる。
The
図7は、図6に示すサンプル3の膜厚を測定する方法を説明するための図である。図7(A)には、図6(B)と同様に、L個の層が積層されたサンプル3に対して、L+1番目の層が新たに形成される状態を示す。このとき、図7(B)に示すように、1番目からL番目までの層については、理論的には単一の層(合成された単一層)とみなすことができる。この単一の層は、光学特性として合成マトリックスPLを有することになる。合成マトリックスPLを用いて、新たに形成される層(L+1層)の膜厚を測定する。
FIG. 7 is a diagram for explaining a method of measuring the film thickness of the
以下の説明においては、1番目からs番目(s≧1)の層32についての、干渉マトリックスMおよび界面マトリックスIを合成して得られるマトリックスを「合成マトリックスPs」と記す。合成マトリックスPsは、2×2行列であり、Ps_11,Ps_12,Ps_21,Ps_22の4つの要素を含む。
In the following description, referred to the
上述の(8−3)式に示すように、サンプル3の最上層の光学特性を示すマトリックス(IAm,L+1,ML+1,IL+1,L)と、サンプル3の最上層以外の層の光学特性を示すマトリックス(PL)とに基づいて散乱マトリックスSL+1が決定される。ここで、サンプル3の最上層の光学特性を示すマトリックスは、サンプル3の最上層の層内を伝播する光の干渉によって生じる位相変化を定義する干渉マトリックスML+1と、サンプル3の最上層に隣接する層との界面における光の透過および反射を定義する界面マトリックスIAm,L+1,IL+1,Lとを含む。
As shown in the above equation (8-3), the matrix (IAm, L + 1 , ML + 1 , IL + 1, L ) showing the optical characteristics of the uppermost layer of the
散乱マトリックスSL+1から理論干渉スペクトルが生成されることになる。ここで、(9)式に示すように、サンプル3の最上層の光学特性を示すマトリックス(IAm,L+1,ML+1,IL+1,L)は、サンプル3の最上層の膜厚dLをパラメータとして含むことになる(上述の(4−1)式および(5−1)式など参照)。
A theoretical interference spectrum will be generated from the scattering matrix SL + 1. Here, as shown in Eq. (9), the matrix ( IAm, L + 1 , ML + 1 , IL + 1, L ) showing the optical characteristics of the uppermost layer of the
<C.測定処理手順>
次に、本実施の形態に従う光学測定システム1によるサンプル3の膜厚測定に係る処理手順について説明する。
<C. Measurement processing procedure>
Next, the processing procedure related to the film thickness measurement of the
図8は、本発明の実施の形態に従う光学測定システム1におけるサンプル3の膜厚測定に係る処理手順を示すフローチャートである。図8に示す処理手順は、典型的には、処理装置100のプロセッサ102が測定プログラム114を実行することで実現される。
FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure related to film thickness measurement of
図8を参照して、処理装置100は、初期設定を取得する(ステップS2)。初期設定は、測定光の入射角θAmと、基板30の複素屈折率N0(=n0−ik0)と、雰囲気層Amの複素屈折率NAm(=nAm−ikAm)とを含む。処理装置100は、合成マトリックスPs(s=1)を単位行列に初期化する(ステップS4)。
With reference to FIG. 8, the
処理装置100は、多層膜製造装置50から測定開始指示を受信したか否かを判断する(ステップS6)。多層膜製造装置50から測定開始指示を受信していなければ(ステップS6においてNO)、ステップS6の処理が繰り返される。
The
多層膜製造装置50から測定開始指示を受信していれば(ステップS6においてYES)、処理装置100は、サンプル3の最上層の複素屈折率Ns(=ns−iks)を取得する(ステップS8)。例えば、測定開始指示は、測定対象の膜(最上層)の種類(材質など)を特定する情報を含んでいてもよい。なお、添え字sは、現在のサンプル3の最上層の番号を意味する。sの初期値は「1」となる。
If the measurement start instruction is received from the multilayer film manufacturing apparatus 50 (YES in step S6), the processing apparatus 100 acquires the complex refractive index N s (= n s −ik s ) of the uppermost layer of the sample 3 (YES in step S6). Step S8). For example, the measurement start instruction may include information that identifies the type (material, etc.) of the film (top layer) to be measured. The subscript s means the number of the uppermost layer of the
処理装置100は、雰囲気層と最上層との間の振幅反射率rAm,sおよび振幅透過率sAm,s、ならびに、最上層と最上層に隣接する基板側の層との間の振幅反射率rs,s-1および振幅透過率ss,s-1を算出する(ステップS10)。なお、基板上に最初に形成される層(すなわち、s=1)については、最上層に隣接する基板側の層は基板そのものとなる。 The processing apparatus 100 has an amplitude reflectance r Am, s and an amplitude transmittance s Am, s between the atmosphere layer and the uppermost layer, and an amplitude reflection between the uppermost layer and the layer on the substrate side adjacent to the uppermost layer. The rates r s, s-1 and the amplitude transmittances s s, s-1 are calculated (step S10). Regarding the layer first formed on the substrate (that is, s = 1), the layer on the substrate side adjacent to the uppermost layer is the substrate itself.
処理装置100は、測定位置に配置されたサンプル3に対して測定光が照射されることにより生じるスペクトルである実測干渉スペクトルを取得する(ステップS12)。このように、光源10からの測定光をサンプル3に照射し、サンプル3から生じる反射光または透過光である観測光を取得する処理が実行される。
The
処理装置100は、最上層の膜厚dsに初期値を設定し(ステップS14)、対応する位相因子βsを算出する(ステップS16)。処理装置100は、現在の合成マトリックスPsと、ステップS10において算出した振幅反射率rAm,s,rs,s-1および振幅透過率sAm,s,ss,s-1と、ステップS16において算出した位相因子βsとを用いて、散乱マトリックスSsを算出する(ステップS18)。なお、ステップS18においては、p偏光およびs偏光のそれぞれの場合について振幅反射率および振幅透過率が算出される。
処理装置100は、ステップS18において算出した散乱マトリックスSsの要素に基づいて、サンプル3の強度反射率Rsを算出する(ステップS20)。算出された強度反射率Rsはサンプル3の理論干渉スペクトルを示す。このように、処理装置100は、サンプル3の最上層の光学特性を示すマトリックス(IAm,s,Ms,Is,s−1)と、サンプル3の最上層以外の層の光学特性を示すマトリックス(Ps)とに基づいて理論干渉スペクトルを生成する。
The
処理装置100は、ステップS20において算出したサンプル3の理論干渉スペクトルと、ステップS12において取得したサンプル3の実測干渉スペクトルとの誤差(例えば、二乗和)を算出し(ステップS22)、算出した誤差の大きさに基づいて収束条件を満たしているか否かを判断する(ステップS24)。
The
収束条件を満たしていなければ(ステップS24においてNO)、処理装置100は、最上層の膜厚dsの現在値を誤差に応じて更新し(ステップS26)、ステップS16以下の処理を繰り返す。このように、処理装置100は、理論干渉スペクトルと観測光のスペクトルである実測干渉スペクトルとが合致するように、サンプル3の最上層の膜厚dsを更新することで、膜厚dsの値を決定する。
Does not satisfy the convergence condition (NO in step S24), and the
収束条件を満たしていれば(ステップS24においてYES)、処理装置100は、最上層の膜厚dsの現在値を測定結果として出力する(ステップS28)。そして、処理装置100は、決定した膜厚dsに基づいて、合成マトリックスPsの値を更新する(ステップS30)。このように、処理装置100は、決定された膜厚dsを用いて、サンプル3に含まれる層全体の光学特性を示すように、合成マトリックスPsを更新する。
If it meets the convergence condition (YES at step S24), and the
処理装置100は、多層膜製造装置50から測定終了通知を受信したか否かを判断する(ステップS32)。多層膜製造装置50から測定終了通知を受信していなければ(ステップS32においてNO)、ステップS6の処理が繰り返される。
The
多層膜製造装置50から測定終了通知を受信していれば(ステップS32においてYES)、処理装置100は、処理を終了する。
If the measurement completion notification is received from the multilayer film manufacturing apparatus 50 (YES in step S32), the
上述したような処理手順によって、基板上に順次形成される層の膜厚が測定される。
<D.機能ブロック図>
図9は、本実施の形態に従う光学測定システム1が提供する機能構成の一例を示す模式図である。図9に示す各機能は、典型的には、処理装置100のプロセッサ102が測定プログラム114を実行することで実現される。
The film thickness of the layers sequentially formed on the substrate is measured by the processing procedure as described above.
<D. Functional block diagram>
FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of the functional configuration provided by the
図9を参照して、処理装置100は、機能構成として、バッファ150と、理論干渉スペクトル生成モジュール152と、フィッティングモジュール154と、出力モジュール156と、ワーキングデータ格納モジュール158と、選択モジュール160と、光学データ格納部162と、合成マトリックス更新モジュール164とを含む。
With reference to FIG. 9, the
バッファ150は、分光検出器20から出力される検出結果(実測干渉スペクトル)を格納する。
The
理論干渉スペクトル生成モジュール152は、ワーキングデータ格納モジュール158に格納されている情報に基づいて、測定対象のサンプル3に対応する散乱マトリックスSおよび対応する理論干渉スペクトルを算出する。このとき、理論干渉スペクトル生成モジュール152は、サンプル3の最上層の複素屈折率を取得し、当該取得した複素屈折率に基づいて、サンプル3の最上層の光学特性を示すマトリックス(IAm,s,Ms,Is,s−1)を決定する。
The theoretical interference
フィッティングモジュール154は、バッファ150に格納されている実測干渉スペクトルと、理論干渉スペクトル生成モジュール152により算出された理論干渉スペクトルとの誤差を算出し、その誤差に基づいて、フィッティング対象の膜厚を更新する。フィッティングモジュール154は、実測干渉スペクトルと理論干渉スペクトルとの誤差が収束条件を満たしていれば、そのときの膜厚を測定結果として決定する。なお、実測干渉スペクトルと理論干渉スペクトルとの合致を評価する手法としては、最小二乗法や最適化法を採用できる。
The fitting module 154 calculates an error between the actually measured interference spectrum stored in the
このように、フィッティングモジュール154は、理論干渉スペクトルと観測光のスペクトルである実測干渉スペクトルとが合致するように、サンプル3の最上層の膜厚を更新することで、当該膜厚を決定する。
In this way, the fitting module 154 determines the film thickness by updating the film thickness of the uppermost layer of the
ワーキングデータ格納モジュール158には、初期設定(測定光の入射角θAm、基板の複素屈折率N0、雰囲気層Amの複素屈折率NAmなど)、合成マトリックスP、測定対象の層(最上層)の複素屈折率などが格納される。
The working
選択モジュール160は、多層膜製造装置50からの測定対象の層(最上層)の種類(材質など)を特定する情報に応答して、光学データ格納部162に格納されている光学データのセットから対応する光学データを選択する。
The
光学データ格納部162は、多層膜製造装置50において形成することができる層毎に対応する光学データ(複素屈折率など)を格納している。
The optical
合成マトリックス更新モジュール164は、フィッティングモジュール154により測定対象の膜厚が決定されると、その決定された膜厚に基づいて、ワーキングデータ格納モジュール158に格納されている合成マトリックスPの値を更新する。このように、合成マトリックス更新モジュール164は、フィッティングモジュール154により決定された膜厚を用いて、サンプル3に含まれる層全体の光学特性を示すように、合成マトリックスP(第2のマトリックス)を更新する。
When the film thickness of the measurement target is determined by the fitting module 154, the synthetic
<E.合成マトリックスの更新>
本実施の形態に従う光学測定システム1においては、最上層の膜厚測定が完了すると、合成マトリックスPの値が順次更新(あるいは順次算出)されることになる。このような合成マトリックスPの更新の実装形態について説明する。
<E. Update Synthetic Matrix>
In the
図10は、本発明の実施の形態に従う光学測定システム1における合成マトリックスの更新方法の一例を示す模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of a method for updating the synthetic matrix in the
図10(A)には、実質的に、最新の合成マトリックスのみを格納する方法を示す。任意の最上層(L+1番目の層)の膜厚を測定すると、その測定において算出された干渉マトリックス172(L+1番目の層について)および界面マトリックス174(L+1番目の層とL番目の層との界面について)を用いて、合成マトリックス170A(L番目までの干渉マトリックスおよび界面マトリックスの内積)を次の新たな膜厚を測定するための合成マトリックス170B(L+1番目までの干渉マトリックスおよび界面マトリックスの内積)に更新する。
FIG. 10 (A) shows a method of storing substantially only the latest synthetic matrix. When the film thickness of an arbitrary top layer (L + 1st layer) is measured, the interference matrix 172 (for the L + 1st layer) and the interface matrix 174 (the interface between the L + 1st layer and the Lth layer) calculated in the measurement are measured.
図10(A)に示すように、処理装置100は、合成マトリックス170を格納する記憶部を有している。合成マトリックス更新モジュール164(図9)は、記憶部に格納されている合成マトリックス170を更新する。このように順次更新される最新の合成マトリックス170のみを格納する方法を採用することで、少ないデータ容量で膜厚測定を継続できる。
As shown in FIG. 10A, the
図10(B)には、測定した層毎に、合成マトリックス170と、干渉マトリックス172と、界面マトリックス174との組を格納する例を示す。この例においても、ある層についての合成マトリックス170は、1つ前に測定された層についての合成マトリックス170に対して、干渉マトリックス172および界面マトリックス174の内積を乗じることで算出される。
FIG. 10B shows an example in which a pair of the
図10(B)に示すように、処理装置100は、サンプル3に含まれる各層について、干渉マトリックス172および界面マトリックス174、ならびに、合成マトリックス170を格納する記憶部を有している。このようなデータ構造を採用することで、事後的な検証なども容易に行うことができる。
As shown in FIG. 10B, the
<F.処理装置100と多層膜製造装置50との間のインターフェイス>
次に、処理装置100と多層膜製造装置50との間のインターフェイスの一例について説明する。
<F. Interface between
Next, an example of the interface between the
図11は、本発明の実施の形態に従う光学測定システム1における処理装置100と多層膜製造装置50との間のインターフェイスの一例を示すシーケンス図である。
FIG. 11 is a sequence diagram showing an example of an interface between the
図11を参照して、まず、多層膜製造装置50では、膜の形成対象である基板がセットされる(シーケンスSQ2)。そして、多層膜製造装置50は、基板に関する情報を含む初期設定を処理装置100へ送信する(シーケンスSQ4)。処理装置100は、多層膜製造装置50からの初期設定を格納するとともに、測定に必要なパラメータを算出する。
With reference to FIG. 11, first, in the multilayer
多層膜製造装置50では、セットされた基板に対して膜を形成する処理が実行される(シーケンスSQ6)。任意の膜の形成が完了すると、多層膜製造装置50は、測定開始指示を処理装置100へ送信する(シーケンスSQ8)。
In the multilayer
処理装置100は、対象の膜(最上層の膜)の膜厚を測定する(シーケンスSQ10)。処理装置100は、膜厚測定により得られた測定結果(膜厚)を多層膜製造装置50へ送信する(シーケンスSQ12)。
The
多層膜製造装置50は、処理装置100からの測定結果(膜厚)に基づいて、形成した膜の適否を判断する(シーケンスSQ14)。例えば、形成した膜の膜厚が予め定められた範囲内にあるか否かが判断される。形成した膜の膜厚が予め定められた範囲を超えている場合には、対象のワークを廃棄するようにしてもよい。逆に、形成した膜の膜厚が予め定められた範囲未満である場合には、膜の形成を再開してもよい。この場合には、多層膜製造装置50は、測定開始指示を処理装置100へ再度送信してもよい。
The multilayer
基本的には、シーケンスSQ6〜SQ14の処理(※1)は、基板上に形成される膜の数だけ繰り返される。 Basically, the processing (* 1) of the sequences SQ6 to SQ14 is repeated as many times as the number of films formed on the substrate.
基板上に所定数の膜の形成が完了すると(シーケンスSQ16)、多層膜製造装置50は、測定終了通知を処理装置100へ送信する(シーケンスSQ18)。
When the formation of a predetermined number of films on the substrate is completed (sequence SQ16), the multilayer
以上の処理手順によって、一連の膜厚の計測処理が完了する。
なお、測定開始指示は、測定対象の膜(最上層)の種類(材質など)を特定する情報を含んでいてもよい。あるいは、基板上に形成される膜の順序(プロファイル)を予め格納しておき、プロファイルに沿って測定対象の膜の種類を特定するようにしてもよい。
By the above processing procedure, a series of film thickness measurement processing is completed.
The measurement start instruction may include information for specifying the type (material, etc.) of the film (top layer) to be measured. Alternatively, the order (profile) of the film formed on the substrate may be stored in advance, and the type of film to be measured may be specified according to the profile.
また、図11に示すインターフェイスにおいては、任意の膜の形成が完了した後に膜厚測定をすることを前提としているが、膜の形成中にリアルタイムで膜厚を測定することもできる。この場合には、最上層の膜の形成が完了し、別の種類の膜の形成が開始されたタイミングで、合成マトリックスを更新するようにしてもよい。 Further, in the interface shown in FIG. 11, it is assumed that the film thickness is measured after the formation of an arbitrary film is completed, but the film thickness can be measured in real time during the formation of the film. In this case, the synthetic matrix may be updated at the timing when the formation of the uppermost film is completed and the formation of another type of film is started.
<G.変形例>
(g1:所定数の層から適用)
上述の膜厚の測定処理においては、最上層の膜を測定対象として、理論干渉スペクトルと実測干渉スペクトルとのフィッティングにおいては、最上層の膜の膜厚のみを可変にして、その他の層の膜厚は固定する(固定値の合成マトリックスとして反映されている)例を示すが、形成されている層の数が少ない場合には、それぞれの層の膜厚をフィッティング対象としてもよい。なお、フィッティングの手法としては、特許5721586号に開示されるような方法を採用してもよい。
<G. Modification example>
(G1: Applicable from a predetermined number of layers)
In the above-mentioned film thickness measurement process, the uppermost film is the measurement target, and in the fitting between the theoretical interference spectrum and the actually measured interference spectrum, only the film thickness of the uppermost film is made variable, and the films of the other layers are made variable. An example in which the thickness is fixed (reflected as a composite matrix of fixed values) is shown, but when the number of formed layers is small, the film thickness of each layer may be used as a fitting target. As the fitting method, a method as disclosed in Japanese Patent No. 5721586 may be adopted.
処理装置100の処理能力にも依存するが、例えば、5〜6層程度までは、複数の層の膜厚を最適化の対象としてもよい。そして、より多くの層が形成されると、上述したような合成マトリックスを用いて、最上層を除く層の全体を単一の層とみなして、最上層の膜厚を測定する処理に切り替えてもよい。
Although it depends on the processing capacity of the
このように、基板上に予め定められた数の層が形成された後に、上述したような手法でサンプル3の膜厚の決定処理を開始するようにしてもよい。
In this way, after a predetermined number of layers are formed on the substrate, the process of determining the film thickness of the
(g2:最上層を含む複数の層をフィッティング対象)
上述の膜厚の測定処理においては、最上層の膜に着目して理論干渉スペクトルを算出する方法について説明したが、最上層を含む複数の層をフィッティング対象としてもよい。
(G2: Fitting target for multiple layers including the top layer)
In the above-mentioned film thickness measurement process, the method of calculating the theoretical interference spectrum by focusing on the uppermost film has been described, but a plurality of layers including the uppermost layer may be the fitting target.
図12は、図6に示すサンプルの膜厚を測定する別の方法を説明するための図である。図12(A)には、L個の層が積層されたサンプル3に対して、L+1番目の層が新たに形成される状態を示す。例えば、図12(B)に示すように、最上層のL+1番目の層に隣接する2つの層(L層およびL−1層)をそれぞれ独立した層として取り扱うとともに、それ以外の層については、理論的には単一の層(合成された単一層)とみなす。
FIG. 12 is a diagram for explaining another method for measuring the film thickness of the sample shown in FIG. FIG. 12A shows a state in which the L + 1th layer is newly formed with respect to the
その結果、サンプル3は、基板上に形成された4個の層からなる積層構造とみなすことができる。そして、これら4個の層の膜厚などをパラメータとして、理論干渉スペクトルを算出するとともに、実測干渉スペクトルとが合致するように、サンプル3の各層の膜厚を更新することで、最上層の膜厚dL+1を含むサンプル3の積層構造を決定できる。
As a result, the
この場合、最上層(L+1番目の層)の光学特性を示すマトリックス(干渉マトリックスML+1および界面マトリックスIL+1,L)、ならびに、単一の層の光学特性を示すマトリックス(合成マトリックスPL−2)に加えて、最上層に隣接する層(L番目の層)の光学特性を示すマトリックス(干渉マトリックスMLおよび界面マトリックスIL,L−1)、ならびに、さらに隣接する層(L−1番目の層)の光学特性を示すマトリックス(干渉マトリックスML−1および界面マトリックスIL−1,L−2)が用いられる。 In this case, a matrix showing the optical characteristics of the uppermost layer (L + 1st layer) (interference matrix ML + 1 and an interface matrix IL + 1, L ) and a matrix showing the optical characteristics of a single layer (synthetic matrix PL -2). in addition to) a matrix showing the optical properties of the layer adjacent to the top layer (L th layer) (interference matrix M L and surfactant matrix I L, L-1), and, further adjacent layer (L-1 th A matrix (interference matrix ML-1 and interface matrix IL-1, L-2 ) showing the optical characteristics of the layer) is used.
このように、理論干渉スペクトルは、サンプル3の最上層から順次隣接する1または複数の層のそれぞれの光学特性を示す1または複数のマトリックス(干渉マトリックスMおよび界面マトリックスI)に基づいて生成される。この場合、合成マトリックスPは、干渉マトリックスMおよび界面マトリックスIが生成されていない層(すなわち、サンプル3の最上層および最上層から順次隣接する1または複数の層)以外の光学特性を示すことになる。そして、最上層ならびに最上層から順次隣接する1または複数の層の各層の膜厚がフィッテイング対象となる。
As described above, the theoretical interference spectrum is generated based on one or a plurality of matrices (interference matrix M and interface matrix I) showing the optical characteristics of one or a plurality of adjacent layers sequentially from the top layer of the
なお、フィッティングの手法としては、特許第5721586号公報に開示されるような方法を採用してもよい。 As the fitting method, a method as disclosed in Japanese Patent No. 5721586 may be adopted.
フィッティングにより各層の膜厚が決定されると、サンプル3のフィッティング対象の層のうち、最も基板側にある層(図12に示す例では、L−1番目の層)の膜厚を用いて、合成マトリックスPLの値が更新される。更新後の合成マトリックスPLは、1番目の層からL−1番目の層までの光学特性を示すことになる。
When the film thickness of each layer is determined by the fitting, the film thickness of the layer closest to the substrate (L-1st layer in the example shown in FIG. 12) among the layers to be fitted in the
このような手法を採用することで、最上層から所定数の層については、フィッティングにより膜厚の測定精度を高めることができるとともに、それ以外の層については、層数が多くても単一の層とみなすことができるので、層数が増えた場合であっても、演算量を増加させることなく、より高い測定精度を維持できる。 By adopting such a method, it is possible to improve the measurement accuracy of the film thickness by fitting for a predetermined number of layers from the top layer, and for the other layers, even if the number of layers is large, it is single. Since it can be regarded as a layer, even when the number of layers increases, higher measurement accuracy can be maintained without increasing the amount of calculation.
(g3:合成マトリックスの更新)
上述の説明においては、最上層が形成されると、形成された最上層を測定して得られた膜厚に基づいて、合成マトリックスをその都度更新する処理を例示したが、合成マトリックスを更新するタイミングおよび条件は任意に設定できる。例えば、1層おきまたは複数層おきに合成マトリックスを更新するようにしてもよい。
(G3: Update of synthetic matrix)
In the above description, when the uppermost layer is formed, the process of updating the synthetic matrix each time based on the film thickness obtained by measuring the formed uppermost layer has been illustrated, but the synthetic matrix is updated. The timing and conditions can be set arbitrarily. For example, the synthetic matrix may be updated every other layer or every plurality of layers.
具体例として、それぞれ異なる2種類の材質からなる層が基板上に交互に形成されるような場合には、第1の材質からなる第1の層と、第2の材質からなる第2の層との組が形成されたタイミングで、合成マトリックスを更新するにしてもよい。すなわち、最上層として、第1の材質からなる第1の層が形成されたタイミングでは、合成マトリックスを更新せず、第1の層と第2の層との組が形成されたタイミングで、第1の層および第2の層のそれぞれの膜厚に基づいて、合成マトリックスを更新するようにしてもよい。 As a specific example, when layers made of two different materials are alternately formed on the substrate, a first layer made of the first material and a second layer made of the second material are formed. The synthetic matrix may be updated at the timing when the pair with is formed. That is, at the timing when the first layer made of the first material is formed as the uppermost layer, the synthetic matrix is not updated, and at the timing when the pair of the first layer and the second layer is formed, the first layer is formed. The synthetic matrix may be updated based on the film thickness of each of the first layer and the second layer.
同様に、それぞれ異なる3種類以上の材質からなる3個以上の層が1つの組として基板上に順次形成されるような場合には、当該1つの組の形成が完了したタイミングで、合成マトリックスを更新するようにしてもよい。 Similarly, when three or more layers made of three or more different materials are sequentially formed on the substrate as one set, the synthetic matrix is formed at the timing when the formation of the one set is completed. You may try to update.
このように、サンプルの積層構造に依存させて合成マトリックスを更新するタイミングおよび条件を設定してもよい。 In this way, the timing and conditions for updating the synthetic matrix may be set depending on the laminated structure of the sample.
あるいは、事前に任意に設定されたプロファイルに応じて、合成マトリックスを更新するようにしてもよい。このようなプロファイルは、例えば、サンプルの品質に大きな影響を与える特定の1または複数の層については、可能な限りフィッティング対象とする一方で、サンプルの品質に与える影響が相対的に小さい層の光学特性については、積極的に合成マトリックスに含めることで、膜厚の測定精度を維持しつつ、演算量を低減できる。 Alternatively, the synthetic matrix may be updated according to a profile arbitrarily set in advance. Such a profile, for example, should be fitted as closely as possible to a particular layer or layers that have a significant impact on sample quality, while the optics of the layers that have a relatively small impact on sample quality. By positively including the characteristics in the synthetic matrix, the amount of calculation can be reduced while maintaining the measurement accuracy of the film thickness.
(g4:コンピューティングリソース)
上述の説明においては、光学測定システム1の処理装置100が必要な処理を実行する構成例について説明したが、これに限らず、例えば、複数の処理装置で処理を分担してもよいし、一部の処理を分光検出器20が担当するようにしてもよい。さらに、図示しないネットワーク上のコンピューティングリソース(いわゆるクラウド)が必要な処理の全部または一部を担当するようにしてもよい。
(G4: Computing resource)
In the above description, a configuration example in which the
<H.まとめ>
本実施の形態に従う光学測定装置においては、基板上に1または複数の層が順次形成されるサンプルに対して、サンプルの最上層の光学特性を示す干渉マトリックスおよび界面マトリックスと、サンプルの最上層以外の層の光学特性を示す合成マトリックスとに基づいて理論干渉スペクトルを生成し、理論干渉スペクトルと実測干渉スペクトルとが合致するように、サンプルの最上層の膜厚を更新することで、当該膜厚を決定する。先に形成が完了している膜については、光学特性として合成マトリックスを有する単一の層とみなすことで、膜厚を決定する処理の演算量を低減し、処理を高速化できる。
<H. Summary>
In the optical measuring apparatus according to the present embodiment, for a sample in which one or a plurality of layers are sequentially formed on a substrate, an interference matrix and an interface matrix showing the optical characteristics of the top layer of the sample, and other than the top layer of the sample. A theoretical interference spectrum is generated based on a synthetic matrix showing the optical characteristics of the layers of the above layer, and the film thickness of the uppermost layer of the sample is updated so that the theoretical interference spectrum and the measured interference spectrum match. To determine. By regarding the film that has been formed first as a single layer having a synthetic matrix as an optical characteristic, it is possible to reduce the amount of calculation for the process of determining the film thickness and speed up the process.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 光学測定システム、3 サンプル、4 Y型ファイバ、10 光源、20 分光検出器、22 回折格子、24 受光素子、26 インターフェイス回路、30 基板、32 層、50 多層膜製造装置、100 処理装置、102 プロセッサ、104 主メモリ、106 入力部、108 表示部、110 ストレージ、112 オペレーティングシステム、114 測定プログラム、116 検出結果、118 測定結果、120 通信インターフェイス、122 ネットワークインターフェイス、124 メディアドライブ、126 記録媒体、150 バッファ、152 理論干渉スペクトル生成モジュール、154 フィッティングモジュール、156 出力モジュール、158 ワーキングデータ格納モジュール、160 選択モジュール、162 光学データ格納部、164 合成マトリックス更新モジュール、170,170A,170B 合成マトリックス、172 干渉マトリックス、174 界面マトリックス。
1 Optical measurement system, 3 samples, 4 Y-type fiber, 10 light sources, 20 spectroscopic detectors, 22 diffraction grids, 24 light receiving elements, 26 interface circuits, 30 substrates, 32 layers, 50 multilayer film manufacturing equipment, 100 processing equipment, 102 Processor, 104 main memory, 106 input, 108 display, 110 storage, 112 operating system, 114 measurement program, 116 detection result, 118 measurement result, 120 communication interface, 122 network interface, 124 media drive, 126 recording medium, 150 Buffer, 152 Theoretical Interference Spectrum Generation Module, 154 Fitting Module, 156 Output Module, 158 Working Data Storage Module, 160 Selection Module, 162 Optical Data Storage Module, 164 Synthetic Matrix Update Module, 170, 170A, 170B Synthetic Matrix, 172
Claims (8)
測定光を発生する光源と、
前記測定光を前記サンプルに照射して生じる反射光または透過光を観測光として受光する受光部と、
前記サンプルに新たに形成された最上層の光学特性を示す第1のマトリックスと、前記サンプルの最上層から順次隣接する1または複数の層のそれぞれの光学特性を示す1または複数の第2のマトリックスと、前記第1のマトリックスおよび前記1または複数の第2のマトリックスが対応する層以外の層の光学特性を示す第3のマトリックスとに基づいて理論干渉スペクトルを生成する生成部とを備え、前記第1のマトリックスは、前記サンプルの最上層の膜厚をパラメータとして含み、前記1または複数の第2のマトリックスの各々は、対応するそれぞれの層の膜厚をパラメータとして含み、
前記理論干渉スペクトルと前記観測光のスペクトルである実測干渉スペクトルとが合致するように、前記第1のマトリックスおよび前記1または複数の第2のマトリックスに含まれるそれぞれの膜厚を更新することで、当該それぞれの膜厚を決定するフィッティング部と、
前記フィッティング部により決定された膜厚を用いて、前記第3のマトリックスに対応する層と前記1または複数の第2のマトリックスに対応する層のうち少なくとも最下層とを合成された単一の層とみなして、前記第3のマトリックスを当該単一の層の光学特性を示すように更新する更新部とを備え、
前記基板上に予め定められた数の層が形成されると、前記生成部および前記フィッティング部による膜厚の決定処理を開始し、
前記更新部は、サンプルの形成により前記第2のマトリックスに対応する層として最下層から所定数の層が含まれるようになると、当該最下層から所定数の層をまとめて、前記第3のマトリックスとして更新する、光学測定システム。 An optical measurement system that measures one or more layers sequentially formed on a substrate by a multilayer film manufacturing apparatus as a sample.
A light source that generates measurement light and
A light receiving unit that receives reflected light or transmitted light generated by irradiating the sample with the measurement light as observation light.
A first matrix newly formed in the sample showing the optical characteristics of the uppermost layer and one or more second matrices showing the optical characteristics of one or more adjacent layers sequentially from the uppermost layer of the sample. And a generation unit that generates a theoretical interference spectrum based on the first matrix and a third matrix in which the one or more second matrices show the optical characteristics of layers other than the corresponding layers. The first matrix contains the thickness of the top layer of the sample as a parameter, and each of the one or more second matrices contains the thickness of the corresponding layer as a parameter.
By updating the film thickness of each of the first matrix and the one or more second matrices so that the theoretical interference spectrum and the actually measured interference spectrum which is the spectrum of the observed light match. The fitting part that determines the respective film thickness and
A single layer obtained by synthesizing at least the lowest layer of the layer corresponding to the third matrix and the layer corresponding to the one or a plurality of second matrices using the film thickness determined by the fitting portion. With an update section that updates the third matrix to show the optical properties of the single layer .
When a predetermined number of layers are formed on the substrate, the film thickness determination process by the generation unit and the fitting unit is started.
When a predetermined number of layers from the bottom layer are included as layers corresponding to the second matrix due to the formation of the sample, the renewal unit collects a predetermined number of layers from the bottom layer and collects the third matrix. to update as, optical measurement system.
前記更新部は、前記記憶部に格納されている前記第3のマトリックスを更新する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学測定システム。 A storage unit for storing the third matrix is further provided.
The optical measurement system according to any one of claims 1 to 4 , wherein the updating unit updates the third matrix stored in the storage unit.
光源からの測定光を前記サンプルに照射し、前記サンプルから生じる反射光または透過光である観測光を取得するステップと、
前記サンプルに新たに形成された最上層の光学特性を示す第1のマトリックスと、前記サンプルの最上層から順次隣接する1または複数の層のそれぞれの光学特性を示す1または複数の第2のマトリックスと、前記第1のマトリックスおよび前記1または複数の第2のマトリックスが対応する層以外の層の光学特性を示す第3のマトリックスとに基づいて理論干渉スペクトルを生成するステップとを備え、前記第1のマトリックスは、前記サンプルの最上層の膜厚をパラメータとして含み、前記1または複数の第2のマトリックスの各々は、対応するそれぞれの層の膜厚をパラメータとして含み、
前記理論干渉スペクトルと前記観測光のスペクトルである実測干渉スペクトルとが合致するように、前記第1のマトリックスおよび前記1または複数の第2のマトリックスに含まれるそれぞれの膜厚を更新することで、当該それぞれの膜厚を決定するステップと、
前記決定された膜厚を用いて、前記第3のマトリックスに対応する層と前記1または複数の第2のマトリックスに対応する層のうち少なくとも最下層とを合成された単一の層とみなして、前記第3のマトリックスを当該単一の層の光学特性を示すように更新するステップとを備え、
前記生成するステップ、前記決定するステップおよび前記更新するステップは、前記基板上に予め定められた数の層が形成されると開始され、
前記更新するステップは、サンプルの形成により前記第2のマトリックスに対応する層として最下層から所定数の層が含まれるようになると、当該最下層から所定数の層をまとめて、前記第3のマトリックスとして更新するステップを含む、光学測定方法。 An optical measurement method for measuring one or more layers sequentially formed on a substrate by a multilayer film manufacturing apparatus as a sample.
A step of irradiating the sample with measurement light from a light source and acquiring observation light which is reflected light or transmitted light generated from the sample.
A first matrix newly formed in the sample showing the optical characteristics of the uppermost layer and one or more second matrices showing the optical characteristics of one or more adjacent layers sequentially from the uppermost layer of the sample. A step of generating a theoretical interference spectrum based on the first matrix and a third matrix in which the one or more second matrices show the optical properties of layers other than the corresponding layers. The matrix of 1 includes the film thickness of the uppermost layer of the sample as a parameter, and each of the one or a plurality of second matrices includes the film thickness of the corresponding layer as a parameter.
By updating the film thickness of each of the first matrix and the one or more second matrices so that the theoretical interference spectrum and the actually measured interference spectrum which is the spectrum of the observed light match. Steps to determine the respective film thickness and
Using the determined film thickness, the layer corresponding to the third matrix and at least the lowest layer of the layers corresponding to the one or more second matrices are regarded as a single layer synthesized. , With the step of updating the third matrix to show the optical properties of the single layer .
The generating step, the determining step, and the updating step are started when a predetermined number of layers are formed on the substrate.
In the updating step, when a predetermined number of layers from the bottom layer are included as the layers corresponding to the second matrix due to the formation of the sample, the predetermined number of layers from the bottom layer are put together and the third layer is combined. An optical measurement method that includes steps to update as a matrix.
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