JPH01123135A - Polarization analysis method - Google Patents

Polarization analysis method

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JPH01123135A
JPH01123135A JP28091587A JP28091587A JPH01123135A JP H01123135 A JPH01123135 A JP H01123135A JP 28091587 A JP28091587 A JP 28091587A JP 28091587 A JP28091587 A JP 28091587A JP H01123135 A JPH01123135 A JP H01123135A
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潔 尾形
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轟 悟
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to implement high accuracy, by making the wavelength and the incident angle of a light beam, which is inputted in the surface of a sample, variable, performing the measurement under a plurality of measuring conditions, inputting all the measured values at the same time by a least square method, and analyzing the physical properties of the surface film layer of the sample. CONSTITUTION:A light beam from a light source 1, in which a plurality of wavelengths can be switched, is inputted into a sample 4 through a polarizer 2. An incident angle 10 is made variable. A reflected light beam 8 is detected with a detector 6 through a rotary analyzer 5. The result is analyzed in a computer. In the analysis of the sample having multilayered films, the parameters of the reflectivity of a substrate and the film thickness and the reflectivity of each layer are defined. The initial values of the suitable parameters are imparted. The parameters of a structure are computed by using a nonlinear least square method. The known parameter among the structure parameters are fixed, and the unknown parameters are optimized. Thus the improved values of the structure parameters are obtained. In this way, the physical properties of the sample can be analyzed highly accurately.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多層膜試料の物理的性質の測定に好適な偏光
解析法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an ellipsometry method suitable for measuring physical properties of multilayer film samples.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

偏光解析法は、偏光光線が試料を透過あるいは反射する
際の偏光状態の変化を測定することにより、試料の物理
的性質を求める方法である。該性質として基本的なもの
に、薄膜試料の膜厚と光学定数、および基板の光学定数
がある。これらを総称して試料の構造パラメータと呼ぶ
ことKする。
Ellipsometry is a method for determining the physical properties of a sample by measuring changes in the state of polarization when polarized light passes through or reflects the sample. The basic properties include the film thickness and optical constants of the thin film sample, and the optical constants of the substrate. These are collectively referred to as the structural parameters of the sample.

該法は膜厚を計測する方法としては最高精度を有し、し
かも非破壊的に測定できるという利点を持つ0 該法では、位相差△と振幅反射率比ψの2個の数値によ
り、偏光状態を定量化する。測定条件として光線の入射
角や光線の波長等を適当な値に設定する。
This method has the highest accuracy as a method for measuring film thickness, and has the advantage of being non-destructive. Quantify the condition. As measurement conditions, the incident angle of the light beam, the wavelength of the light beam, etc. are set to appropriate values.

該法の歴史は古く、前世紀末より研究が行なわれている
が、測定の対象とする試料に対応し多くの解析方法が提
案されている。
This method has a long history and has been studied since the end of the last century, and many analysis methods have been proposed depending on the sample to be measured.

従来より一般的に行なわれている方法は、主として一1
層膜試料の解析を目的とする方法である。
The methods that have been commonly used are mainly one
This method is aimed at analyzing layered film samples.

単一の測定条件において測定した2つの測定値Δとψよ
り、連立方程式を解くことにより1層膜の膜厚と屈折率
等の2つの未知数を求めることができる。アール、エム
、ニー、アザム(R,M、 A。
From the two measured values Δ and ψ measured under a single measurement condition, two unknown quantities such as the thickness and refractive index of a single layer film can be obtained by solving simultaneous equations. R, M, Ni, Azam (R, M, A.

Azgam )とエヌ、エム、バシャラ(N、 M、B
aahara)の共著による「偏光解析法と偏光」(エ
リプソメトリ アンド ポラライズド ライト、ノース
ホランド パブリッシング カムパニー アムステルダ
ム 197°7 (’ E111psam@try、 
&!l(L polariz@dlight ’ 、 
North −Ho1land publishing
 Co、 。
Azgam) and N, M, Bashara (N, M, B
"Ellipsometry and Polarized Light" (Ellipsometry and Polarized Light) co-authored by (aahara) North Holland Publishing Company Amsterdam 197°7
&! l(L polariz@dlight',
North-Ho1land publishing
Co.

Am5t@rlam 、 1977 ) )を−例とし
て多くの文献が存在する。
Am5t@rlam, 1977) - there is much literature for example.

しかし、上記の方法では3個以上の構造パラメータを求
めることができず、多層膜試料の解析には不適当である
。−船釣な方程式においては、未知数の個数より測定値
の個数が多いか、または等しい場合にのみ解を求めるこ
とができる。多層膜試料の構造を定量化するには多数の
パラメータを必要とする(m層の多層膜の構造を定量的
に表すKは、少なくとも(3m+2)個のパラメータを
必要とする)ため、多数の測定値を得る必要があり、以
下に示す方法が発明されたものである。
However, the above method cannot determine three or more structural parameters and is unsuitable for analysis of multilayer film samples. - In a simple equation, a solution can only be found if the number of measured values is greater than or equal to the number of unknowns. Quantifying the structure of a multilayer film sample requires a large number of parameters (K, which quantitatively represents the structure of a multilayer film with m layers, requires at least (3m+2) parameters). It was necessary to obtain measured values, and the method described below was invented.

ジャーナル・オプ・アプライド・フィジクス第60巻5
293頁から5302頁(ピー、ジー、スナイダー、エ
トアー/’ : (P−G、 5nyder etal
e : J。
Journal of Applied Physics Volume 60 5
Pages 293 to 5302 (PG, Snyder et al.
e: J.

AIIPl、 Phys、 、 60 、329s−5
so2.1986) )に記載されているSE法ススペ
クトロスコピツクエリプソメトリ−(Sp*otros
aopic Ellipsomstryの略)では入射
角を固定し、多数の相異なる波長を用いて測定し、得ら
れた複数の測定値より、最小二乗法によって多層構造パ
ラメータを決定する。
AIIPl, Phys, 60, 329s-5
SE method spectroscopic repsometry (Sp*otros) described in
(abbreviation for aopic ellipsomstry), the incident angle is fixed, measurements are taken using a large number of different wavelengths, and the multilayer structure parameters are determined from the plurality of measured values by the least squares method.

シン・ソリッド・フィルムズ第28巻167頁かう17
7頁(ジェー、サラキツス アンド ジ二一。
Shin Solid Films Volume 28, Page 167, Page 17
Page 7 (J., Saracitus and J. 21.

スピリデリス(J、 5arakinos anl J
、 3pyrideli、s: Th1n 5oz1a
 Films 、 28 、167−177 、197
5))に記載されているMAI(マルティプル アング
ル オプ インシデンス Multipl@Angle
 ofInailenaeの略)法では単一波長の光源
を用い、!!数の入射角において測定し、得られた複数
の測定値より、最小二乗法によって多層構造パラメータ
を決定する。
Spiridellis (J, 5arakinos anl J
, 3pyrideli, s: Th1n 5oz1a
Films, 28, 167-177, 197
5)) MAI (Multiple Angle Op Incident)
ofInailenae) method uses a single wavelength light source,! ! The multilayer structure parameters are determined by the method of least squares from the plurality of measured values obtained by measuring at several incident angles.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

第1の例であるSE法では、入射角を固定し、多数の相
異なる波長を用いて測定し、多層構造パラメータを決定
する。
In the first example, the SE method, the incident angle is fixed and measurements are made using a number of different wavelengths to determine the multilayer structure parameters.

ところが多層構造パラメータの中で、屈折率は波長毎に
異なる値をとるため、屈折率の波長依存性が事前に明ら
かKなっている試料や解析しか行なうことができないと
いう1問題点がある。
However, among the multilayer structure parameters, the refractive index takes a different value for each wavelength, so there is a problem in that only samples and analyzes for which the wavelength dependence of the refractive index is known in advance can be performed.

また多層膜試料の構造の解析を行なうためKは、波長毎
に、また測定しようとする多層膜の構造毎に固有の最適
な入射角が存在する。該入射角を特性入射角と呼ぶこと
にする。多層構造の解析のためKは、特性入射角付近に
おける測定が重要である。しかしSE法ではvI数の波
長に対して、単一の入射角において測定を行なうためk
、測定精度が低下するという問題点がある。
Furthermore, in order to analyze the structure of a multilayer film sample, there is an optimal incident angle for K for each wavelength and for each structure of the multilayer film to be measured. This angle of incidence will be referred to as a characteristic angle of incidence. For analysis of multilayer structures, it is important to measure K near the characteristic angle of incidence. However, in the SE method, measurements are taken at a single angle of incidence for vI wavelengths, so k
, there is a problem that the measurement accuracy decreases.

第2の例であるMAI法では単一波長、II数大入射角
おいて測定し、多層構造パラメータを決定する。該パラ
メータを決定するために重要なのは特性入射角付近の測
定値のみであるため、MAI法により多数の測定値を得
ても十分な情報を得ることができない。また単一の波長
を用いるため、光線の位相差に起因する複数の解しか得
られないという問題点がある。また多層構造パラメータ
の中で、膜厚と屈折率は相関が大きいため、両者を同時
に精度良く決定できないという問題点がある。
In the second example, the MAI method, the multilayer structure parameters are determined by measuring at a single wavelength and at a large angle of incidence. Since only the measured values near the characteristic angle of incidence are important for determining the parameters, sufficient information cannot be obtained even if a large number of measured values are obtained by the MAI method. Furthermore, since a single wavelength is used, there is a problem in that only a plurality of solutions can be obtained due to the phase difference between the light beams. Furthermore, among the multilayer structure parameters, the film thickness and the refractive index have a large correlation, so there is a problem that both cannot be determined simultaneously with high accuracy.

本発明の目的は、多層膜試料の物理的性質を高精度に解
析することKある。
An object of the present invention is to analyze the physical properties of a multilayer film sample with high precision.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、偏光解析法において、試料表面に入射する
光線の波長及び入射角を可変とした複数の測定条件にお
ける測定を行ない、得られた測定値の全てを同時に最小
二乗法に入力し、試料表面展層の物理的性質を表す構造
パラメータを最適化することKよって達成される。
The above purpose is to perform measurements under multiple measurement conditions in which the wavelength and angle of incidence of the light beam incident on the sample surface are variable in the ellipsometry method, and to simultaneously input all of the obtained measurement values into the least squares method. This is achieved by optimizing the structural parameters that describe the physical properties of the surface layer.

〔作用〕[Effect]

多層膜試料の構造パラメータを決定するために十分な情
報を得るために、v1′t&の測定条件において独立な
偏光解析の測定を行なう。複数の入射角で測゛定するこ
とKより、該パラメータの決定に必要な特性入射角付近
の情報を得ることができ、また複数の波長で測定するこ
とにより、光線の位相差に起因するIl数解の問題を解
決できる。
In order to obtain sufficient information to determine the structural parameters of the multilayer film sample, independent ellipsometry measurements are performed under the measurement conditions of v1't&. By measuring at multiple angles of incidence, it is possible to obtain information around the characteristic angle of incidence necessary for determining the parameter, and by measuring at multiple wavelengths, it is possible to obtain information about the characteristic angle of incidence necessary to determine the parameter. Can solve numerical problems.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明する
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail using the drawings.

(1)測定 第2図は、本実施例で用いた偏光解析装置の模式図、第
3図は光学系の模式図、第4図は偏光解析装置のブロッ
ク図である。なお本例では、回転検光子法を用いた反射
偏光解析装置の例を示しであるが、他の偏光解析装置を
用いても同様の測定が可能である。1は複数の波長を切
り替えて発生することを可能とした光源である。光源1
より発生した光線は偏光子2を通り入射光II7となる
(1) Measurement FIG. 2 is a schematic diagram of the polarization analyzer used in this example, FIG. 3 is a schematic diagram of the optical system, and FIG. 4 is a block diagram of the polarization analyzer. Although this example shows an example of a reflection polarization analyzer using a rotating analyzer method, similar measurements can be made using other polarization analyzers. 1 is a light source that can switch and generate a plurality of wavelengths. light source 1
The generated light beam passes through the polarizer 2 and becomes incident light II7.

入射光@7は試料4の表面に入射する。この時、入射光
線7と試料表面の鉛直線とのなす角度が入射角10であ
る。入射光ts7は試料4の表面で反射し、反射光1s
8となる。該光線が反射する際には、試料4の物理的性
質に対応して偏光の状態が変化する。反射光ls8はコ
ンピュータ20により制御された回転検光子5を経て検
出器6に入射し検出される。検出強度はコンビエータ2
0 Kより解析され、測定値Δ、ψを得る。
The incident light @7 is incident on the surface of the sample 4. At this time, the angle between the incident light beam 7 and the vertical line on the sample surface is the incident angle 10. The incident light ts7 is reflected on the surface of the sample 4, and the reflected light 1s
It becomes 8. When the light beam is reflected, the state of polarization changes depending on the physical properties of the sample 4. The reflected light ls8 passes through a rotating analyzer 5 controlled by a computer 20, enters a detector 6, and is detected. Detection strength is Combiator 2
It is analyzed from 0 K to obtain measured values Δ and ψ.

本実施例では、例えば波長655mmと700nmの光
線を用い、それぞれの波長において70度から84度ま
での入射角で2度刻みで測定する。−船釣には1個の異
なった測定条件において測定するとして、1番目の測定
条件をλ1とφ1で表すことにする。ただしλ1は1番
目の測定の波長とし、φ1は1番目の測定の入射角とす
る。この時、測定値の組 (Δ1 、△2.・・・ 、ΔJ、φ1 、ψ2 、・
・・、ψz)(1)が得られたとする。
In this embodiment, for example, light beams with wavelengths of 655 mm and 700 nm are used, and measurement is performed at an incident angle of 70 degrees to 84 degrees in increments of 2 degrees at each wavelength. - Assuming that boat fishing is carried out under one different measurement condition, the first measurement condition will be expressed by λ1 and φ1. However, λ1 is the wavelength of the first measurement, and φ1 is the incident angle of the first measurement. At this time, a set of measured values (Δ1, Δ2..., ΔJ, φ1, ψ2, .
..., ψz) (1) is obtained.

(2)多層膜の構造 多層膜試料の物理的性質を測定するためには、多層膜の
構造を明確に定義しておく必要がある。
(2) Structure of multilayer film In order to measure the physical properties of a multilayer film sample, it is necessary to clearly define the structure of the multilayer film.

第5図に本実施例で用いたm層の多層膜のモデルを示す
。膜の界面は無限の面積をもつ平行な平面であり、界面
において屈折率が不連続的に変化するとする。このモデ
ルのある波長の光に対する物理的性質を表すパラメータ
として、基板の屈折率n8及び各層の膜厚d、1と屈折
率njをとる。なお豆jは複素屈折率であり、屈折率n
jと消衰係数に5により2式で表される。
FIG. 5 shows a model of the m-layer multilayer film used in this example. The film interface is a parallel plane with an infinite area, and the refractive index changes discontinuously at the interface. The refractive index n8 of the substrate, the film thickness d,1 of each layer, and the refractive index nj are taken as parameters representing the physical properties of this model for light of a certain wavelength. Note that bean j is a complex refractive index, and the refractive index n
It is expressed by two equations using j and an extinction coefficient of 5.

】コLjaIlnj−1kj・・・φ彎・・・・e−(
2)ある−波長に対する試料の構造パラメータを(3+
n+2)元の縦ベクトルCで3式のように表すとする。
】KOLjaIlnj-1kj...φcurvature...e-(
2) Set the structural parameters of the sample for a certain − wavelength to (3+
n+2) It is assumed that the original vertical vector C is expressed as in equation 3.

以後、縦べ、クトルを小文字の太字で表わすが、紙面の
都合上横に書く。
From now on, vertical letters and kutle will be expressed in lowercase bold letters, but due to space limitations, they will be written horizontally.

0 ”” (ml l ”’ y ”m + ”B +
 kl r ”’ y 1cm t kl rdl、・
・・、dITl) −(。t t 0.’ t。3In+、)000600
0.(3)屈折率及び消衰係数は波長によって異なる値
を持つので、二波長に対する試料の構造パラメータは(
5m+4)元の縦ベクトルC′で4式のように表される
0 ”” (ml l ”' y ”m + ”B +
kl r ”' y 1cm t kl rdl,・
...,dITl) -(.t t 0.' t.3In+,)000600
0. (3) Since the refractive index and extinction coefficient have different values depending on the wavelength, the structural parameters of the sample for two wavelengths are (
5m+4) is expressed as the original vertical vector C' as in equation 4.

””= (nl  y ”・+ ”m + ”8 v 
kl  * ”’ * km * kl znl  、
 −、”m 、 !II! 、 kl 、 −、ky、
、 、 kg 。
"" = (nl y "・+ "m + "8 v
kl * ”' * km * kl znl,
−,”m, !II!, kl, −,ky,
, , kg.

dl、・・・、6) −(cl、・・・、0釉14)・ ・ ・ ・ ・ ・
 ・ ・ (4)本実施例では二波長に対する例を示す
が、三種類以上の波長を用いる場合にも、同様に考えら
れる。
dl,..., 6) -(cl,..., 0 glaze 14)...
・ ・ (4) Although this embodiment shows an example for two wavelengths, the same can be considered when using three or more types of wavelengths.

(3)解析 多層膜試料の解析を行うためには、多層膜の構。(3) Analysis In order to analyze multilayer film samples, we need to understand the structure of the multilayer film.

造と測定値との関係を求める必要がある。測定値。It is necessary to find the relationship between the structure and the measured value. measured value.

Δ1とψ1は、構造パラメータC′と測定条件(波長λ
1及び入射角φ1)の関数として表される。
Δ1 and ψ1 are the structural parameter C′ and the measurement conditions (wavelength λ
1 and the angle of incidence φ1).

△t−f’(λ1.φ1;C′)三f’i(C’)・・
・(5)ψ1−f(λ1.φ1: o’ )Ef (C
)”・(6)(1−1〜J−) 関数f、f は、−例として前記の「偏光解析法と偏光
」に記載されている。
△t-f'(λ1.φ1;C')3f'i(C')...
・(5) ψ1−f(λ1.φ1: o')Ef (C
)''・(6)(1-1~J-) The functions f, f are described as examples in "Ellipsometry and Polarization" above.

多数の測定条件における多数の測定値から構造パラメー
タを計算する方法としては、非線形最小二乗法を適用す
る。
As a method for calculating structural parameters from a large number of measured values under a large number of measurement conditions, a nonlinear least squares method is applied.

構造パラメータの推定値をCとし、Cに対する計算値を △1−f’  (δ)(t −1〜1)・・・・ ・・
・ (7)ψ1−f  (8)(1−1〜A)  ・・
・・・・・ (8)と表し、残差rlを9式のように定
義する。
The estimated value of the structural parameter is C, and the calculated value for C is △1-f' (δ) (t -1~1)...
・ (7) ψ1-f (8) (1-1~A) ・・
... Expressed as (8), and the residual rl is defined as in Equation 9.

rl−C(△1−△1)/σ (Δ1)+(ψ1−ψ1
)/σ (φ1)〕   ・ ・(9)ただしσ (△
1)とσ (ψ1)は、それぞれ1番目の測定値Δ1と
ψ1の測定膜着である。
rl-C(△1-△1)/σ (Δ1)+(ψ1-ψ1
)/σ (φ1)] ・ ・(9) However, σ (△
1) and σ (ψ1) are the measured film deposition values of the first measured values Δ1 and ψ1, respectively.

最小二乗条件は残差二乗和Qを最小にする条件である。The least squares condition is a condition that minimizes the residual sum of squares Q.

適当なパラメータの初期−値を与えた時、非M形最小二
乗法により最小二乗条件を満たすパラメータの組Cを求
めることができる。本実施例では、非S形最小二乗法の
最も一般的な方法として線形近似による反復改良法(G
auss −Newton法)の例を示す。なお、最小
二乗法については、−例として牛用、小柳による「最小
二乗法による実験データ解析」(東京大学出版会、19
82 ) K記載されている。
When appropriate initial values of parameters are given, a set C of parameters satisfying the least squares condition can be determined by the non-M-type least squares method. In this example, the iterative improvement method using linear approximation (G
An example of the auss-Newton method is shown below. Regarding the least squares method, for example, see Koyanagi's "Experimental Data Analysis Using the Least Squares Method" (University of Tokyo Press, 1999).
82) K has been described.

パラメータのに次推定値t−o   、改良したパラメ
ータを0  とし、修正ベクトルをσCとすると、11
式が成り立つ。
If the next estimated value of the parameter t-o, the improved parameter is 0, and the correction vector is σC, then 11
The formula holds true.

(k+1)     (k)       (k)o 
   ’+1110   +δ0   ・・・ ・・・
 (11)修正ベクトルは次式で求めることができる。
(k+1) (k) (k)o
'+1110 +δ0 ・・・ ・・・
(11) The correction vector can be obtained using the following equation.

、 a(h) 、 (X(k) wl A(h)+5(
k) w’ B(k))−t、(λ(k) wl、 、
1 (k) +1(k) w2 、 yz(k))、、
、(12)(k)    (k) A  、B  は1行m列の行列でヤコビアン行列と呼
ばれ、その’tj成分Aij   、 Bi、j   
は次式に示すように、関’1111のパラメータojに
対する偏微分係数である。
, a(h) , (X(k) wl A(h)+5(
k) w' B(k))-t, (λ(k) wl, ,
1 (k) +1(k) w2 , yz(k)),,
, (12) (k) (k) A , B is a matrix with 1 row and m columns and is called a Jacobian matrix, and its 'tj components Aij , Bi, j
is the partial differential coefficient of the function '1111 with respect to the parameter oj, as shown in the following equation.

(1−1〜1s J −i〜J!1) −(k)  −(k)   (k)   (k)A  
、B   はA  、B   の転置行列である。
(1-1~1s J -i~J!1) -(k) -(k) (k) (k)A
, B are the transposed matrices of A , B .

δ 1(k)  δ ffi (k)は1元の縦ベクト
ルであり、7     、  7 その1成分δy  1、δy  1は15式、16式で
与えられる。
δ 1(k) δ ffi (k) is a 1-element vertical vector, and its 1 components δy 1 and δy 1 are given by Equations 15 and 16.

δ7  1−Δx−f’t (a(k))  、、、、
、、  (1s)1(k) 2(k) δy  1−ψx −f’i (c(k))  −−−
−−−(16)(z−1〜1) W とW は重み行列と呼ばれ1行1列の対角行列であ
る。W′とW2の1番目の対角成分は、それぞれ1/σ
 (Δ1)と1/σ (ψ1)である。
δ7 1-Δx-f't (a(k)) ,,,
,, (1s)1(k) 2(k) δy 1−ψx −f'i (c(k)) ---
---(16) (z-1 to 1) W and W are called weight matrices and are diagonal matrices with 1 row and 1 column. The first diagonal components of W′ and W2 are 1/σ, respectively.
(Δ1) and 1/σ (ψ1).

Gauas −Newton法は初期値が真の値から大
きく履れていたり、目的関数の非S形性が大きい場合に
は安定性が悪い。このため安定化する方法として、修正
ベクトルに縮小、因子α(0くα≦1)を導入する。パ
ラメータの改良値によってQが増大した場合にはαを小
さくすれば、Qを減少させる修正ベクトルが得られる。
The Gauas-Newton method has poor stability when the initial value is far from the true value or when the objective function has a large non-S shape. Therefore, as a stabilizing method, a reduction factor α (0 × α≦1) is introduced into the correction vector. If Q increases due to the improved value of the parameter, a correction vector that decreases Q can be obtained by decreasing α.

C(k+□> am C(k)+αδC・・・・、・ 
(17)(k) (4)解析の手順 以上に述べたGauaa −Newton法のアルゴリ
ズムによる解析の1例を第1図の70−チャートによっ
て説明する。
C(k+□> am C(k)+αδC・・・・・・
(17) (k) (4) Analysis procedure An example of analysis using the Gauaa-Newton algorithm described above will be explained with reference to chart 70 in FIG.

ステップ100では、1種の測定条件において測定した
21個の測定値を入力する。ステップ1o1では、構造
パラメータの初期値(#1定値) c(Q )t−人力
する。ステップ102では、最小二乗法のサイクルff
iIcMAXを入力し、最適化するパラメータを選択す
る。前記したQauローNewton法のアルゴリズム
では、構造パラメータのベクトルCの全ての要素を反復
改良していくように単純化して記したが、実際には構・
造パラメータのうち既知のものは固定し、未知のパラメ
ータのみを最適化すれば良い。ここでは式が複雑になる
ことをさけるために、以後は最適化するパラメータのみ
からなるベクトルをCで表すことKする。
In step 100, 21 measured values measured under one type of measurement condition are input. In step 1o1, the initial value (#1 constant value) of the structural parameter c(Q)t-is manually calculated. In step 102, the least squares cycle ff
Enter iIcMAX and select the parameters to optimize. In the above-mentioned Qau Law Newton algorithm, all elements of the structural parameter vector C are simplified and described as being iteratively improved, but in reality, the structure and
It is sufficient to fix the known structural parameters and optimize only the unknown parameters. Hereinafter, in order to avoid complicating the equation, a vector consisting only of parameters to be optimized will be expressed as C.

ステップ103では、サイクル数ICと縮少因子α’t
−ty期値1に設定する。ステップ104では、パラメ
ータの初期値の を(7) $ (8)式のCに代入し
、A1.$t(1−1〜1)を計算する。ステップ10
5では、計算値Δ1.ψ1と実測値Δ1゜ψ1(1−1
〜j)を(9)弐に代入し、残差r1(1−1〜1)を
計算し、(10)弐によりQ (c(0゜を計算する。
In step 103, the cycle number IC and the reduction factor α't
-ty Set to initial value 1. In step 104, the initial value of the parameter is substituted into C in equation (7) $ (8), and A1. Calculate $t(1-1~1). Step 10
5, the calculated value Δ1. ψ1 and measured value Δ1゜ψ1 (1-1
~j) is substituted into (9) 2, the residual r1 (1-1 to 1) is calculated, and Q (c (0°) is calculated by (10) 2.

ステップ101では、関数f、fのハラメータに対する
偏微分係数を計算し、(15) 。
In step 101, partial differential coefficients of the functions f and f with respect to the harameter are calculated (15).

(k)   (k’) (1り弐に従いA   、(B  を計算する。また(
15)、(16)式によりδY  、δ 2(0)を計
算すγ る。以上で得られた結果を(12)式に代入し、修正ベ
クトルδCを計算する(ステップ112)。
(k) (k') (1 Calculate A and (B according to 2. Also, (
15) and (16) to calculate δY and δ2(0). The results obtained above are substituted into equation (12) to calculate the correction vector δC (step 112).

このδCを(17)弐に代入し、′構造パラメータの改
良値Cを得る(ステップ113)。
This δC is substituted into (17) 2 to obtain the improved value C of the structural parameter (step 113).

ステップ114でIC3)値に1を加えた後、次のサイ
クルに進み、ステップ104に戻る0以後は同様の処理
を続ける。サイクル数が制限値ICMAXを越えている
場合には、処理を終了する(ステップ106)。サイク
ル数ICが1でもICMAXでもない場合には、Qが前
サイクルより増加しているかどうか判定しくステップ1
oe ) 、増加している場合にはαを小さくシ(ステ
ップno ) 、減少している場合にはαを大きくする
(ステップ109)。
After adding 1 to the IC3) value in step 114, the process proceeds to the next cycle, and after 0, which returns to step 104, the same process continues. If the number of cycles exceeds the limit value ICMAX, the process ends (step 106). If the cycle number IC is neither 1 nor ICMAX, step 1 determines whether Q has increased from the previous cycle.
oe), if it is increasing, then α is made smaller (step no), and if it is decreasing, α is made larger (step 109).

以上、本発明をGauss −Newton法を用いて
実施する最も基礎的な例を示したが、他にも多(の非線
形最小二乗法のアルゴリズムがあり、同様の結果が得ら
れる。
Although the most basic example of implementing the present invention using the Gauss-Newton method has been shown above, there are many other nonlinear least squares algorithms that can obtain similar results.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように本発明の方法では、多層膜試料の構造
パラメータを決定するために十分な情報を得るために、
複数の測定条件において独立な偏光解析の測定を行なう
。複数の入射角で測定することにより、該パラメータの
決定に必要な特性入射角付近の情報を得ることができ、
また複数の波長で測定することにより、光線の位相差に
起因する複数解の間層を解決できる。これにより、多層
膜試料の膜厚、屈折率等の物理的性質を高精度に決定す
ることができる。
As described above, in the method of the present invention, in order to obtain sufficient information to determine the structural parameters of a multilayer film sample,
Perform independent ellipsometry measurements under multiple measurement conditions. By measuring at multiple incident angles, it is possible to obtain information around the characteristic incident angle necessary for determining the parameter,
Furthermore, by measuring at multiple wavelengths, it is possible to solve the problem of gaps between multiple solutions caused by phase differences between light beams. Thereby, physical properties such as film thickness and refractive index of the multilayer film sample can be determined with high precision.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の処理手順の1実施例を示すフローチャ
ート、第2図は本発明に係る偏光解析装置の模式図、第
3図は本発明に係る偏光解析装置の光学系の模式図、第
4図は本発明に係る偏光解析装置のブロック図、第5図
は本発明で測定する多層膜試料の構造膜成因である。 1・・・複数発長光源、2・・・偏光子、3・・・1/
4波長板、4・・・試料、5・・・回転検光子、6・・
・検出器、7・・・入射光線、8・・・反射光線、9・
・・試料位置駆動機構、10・・・入射角。 ′、1 、′ 代理人弁理士 小  川  勝  男 菓 2 図 3犀後表腋 Δ瀬挿葛  ?弐糊1輪嘲講葛3図 4 試Pi−7人村先鯛( 第十図 篇5図
FIG. 1 is a flowchart showing one embodiment of the processing procedure of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram of the polarization analyzer according to the present invention, and FIG. 3 is a schematic diagram of the optical system of the polarization analyzer according to the present invention. FIG. 4 is a block diagram of the polarization analyzer according to the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing the structure of the multilayer film sample measured by the present invention. 1...Multiple emission light source, 2...Polarizer, 3...1/
4 wavelength plate, 4...sample, 5...rotating analyzer, 6...
・Detector, 7... Incident ray, 8... Reflected ray, 9.
...Sample position drive mechanism, 10...Incidence angle. ′, 1, ′ Patent attorney Masaru Ogawa Ogawa 2 Figure 3 Saigo front armpit ΔSesekatsu? Ninori 1 ring mocking koku 3 figure 4 Test Pi-7 people village Saki sea bream (10th figure 5 figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、偏光光線を試料において反射または試料を透過させ
、試料で反射または試料を透過した該光線の偏光状態を
解析する工程を有し、 該工程においては、該光線の波長及び入射角を可変とし
た複数の測定条件において測定を行い、 該工程で得られた全ての測定値を同時に最小二乗法に入
力し、試料の物理的性質を解析的性質を解析することを
特徴とする偏光解析法。
[Claims] 1. A step of reflecting a polarized light beam on a sample or transmitting it through the sample, and analyzing the polarization state of the light beam reflected by the sample or transmitted through the sample; The method is characterized by performing measurements under multiple measurement conditions with variable incidence angles and inputting all measured values obtained in this process simultaneously into the least squares method to analyze the physical properties of the sample. and ellipsometry.
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