JPH0752153B2 - Ellipsometry - Google Patents

Ellipsometry

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JPH0752153B2
JPH0752153B2 JP62280915A JP28091587A JPH0752153B2 JP H0752153 B2 JPH0752153 B2 JP H0752153B2 JP 62280915 A JP62280915 A JP 62280915A JP 28091587 A JP28091587 A JP 28091587A JP H0752153 B2 JPH0752153 B2 JP H0752153B2
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parameters
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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。
The present invention relates to an ellipsometry method suitable for measuring the physical properties of a multilayer film sample.

〔従来の技術〕 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
ことにする。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。
[Prior Art] The ellipsometry is a method for determining the physical properties of a sample by measuring the change in the polarization state when polarized light passes through or is reflected by the sample. The basic properties are the film thickness and optical constant of the thin film sample, and the optical constant of the substrate. These are collectively called structural parameters of the sample. This method has the advantage that it has the highest accuracy as a method for measuring the film thickness and that it can be measured nondestructively.

該法では、位相差△と振幅反射率比tan 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。
In this method, the polarization state is quantified by two numerical values of a phase difference Δ and an amplitude reflectance ratio tan ψ. 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。
Although the method has a long history and has been studied since the end of the last century, many analysis methods have been proposed corresponding to 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1層
膜試料の解析を目的とする方法である。単一の測定条件
において測定した2つの測定値△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.エー.アザム
(R.M.A.Azzam)とエヌ.エム.バシャラ(N.M.Basha
r).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 1977
(‘Ellipsometry and polarized light',North−Holla
nd publishing Co.,Amsterdam,1977))を一例として多
くの文献が存在する。
The method generally used in the past is a method mainly intended for analysis of a single-layer film sample. Two unknowns such as the film thickness and the refractive index of the one-layer film can be obtained by solving the simultaneous equations from the two measurement values Δ and ψ measured under the single measurement condition. Earl, M. A. Asam (RMAAzzam) and N. M. Bashala (NMBasha
r). Ellipsometry and Polarized Light, North Holland Publishing Kampany Amsterdam 1977
('Ellipsometry and polarized light', North−Holla
nd publishing Co., Amsterdam, 1977)) as an 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。一般的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
的に表すには、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 obtain three or more structural parameters and is not suitable for the analysis of a multilayer film sample. In a general equation, the solution can be found only if the number of measurements is greater than or equal to the number of unknowns. Since a large number of parameters are required to quantify the structure of a multilayer film sample (at least (3m + 2) parameters are needed to quantitatively represent the structure of an m-layer multilayer film), It is necessary to obtain a measured value, and the following method was invented.

ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス第60巻3293
頁から3302頁(ピー.ジー.スナイダー・エトアール;
(P.G.Snyder et al.;J.Appl.Phys.,60,3293−3302,198
6)に記載されているSE法(スペクトロスコピック エ
リプソメトリー(Spectroscopic Ellipsometry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。
Journal of Applied Physics Volume 60 3293
Pages 3302 (P.G.Snyder Etoar;
(PGSnyder et al .; J. Appl. Phys., 60,3293-3302,198
In the SE method (Spectroscopic Ellipsometry) described in 6), the angle of incidence is fixed, measurement is performed using a number of different wavelengths, and the minimum two Multilayer structure parameters are determined by multiplication.

シン・ソリッド・フィルムズ第28巻167頁から177頁(ジ
ェー・サラキノス アンド ジェー.スピリデリス(J.
Sarakinos and J.Spyridelis;Thin Solid Films,28,167
−177,1975))に記載されているMAIE法(マルティプル
アングル オブ インシデンス エリプソメトリー
Murutiple Angle of Incidense Ellipsometryの略)で
は単一波長の光源を用い、複数の入射角において測定
し、得られた複数の測定値より、最上二乗法によって多
層構造パラメータを決定する。
Shin Solid Films, Vol. 28, pp. 167-177 (J. Sarakinos and J. Spirideris (J.
Sarakinos and J. Spyridelis; Thin Solid Films, 28,167
-177,1975)), the MAIE method (Multiple Angle of Incident Ellipsometry)
Murutiple Angle of Incidense Ellipsometry) uses a single-wavelength light source, measures at multiple incident angles, and determines the multi-layer structure parameter by the most squares method from the obtained multiple measured values.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

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 SE method, which is the first example, the incident angle is fixed and measurement is performed using a number of different wavelengths to determine the multilayer structure parameter.

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
かになっている試料の解析しか行なうことができないと
いう問題点がある。
However, among the multi-layer structure parameters, the refractive index takes different values for each wavelength, so that there is a problem that only a sample whose wavelength dependence of the refractive index is known in advance can be analyzed.

また多層膜試料の構造の解析を行なうためには、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には、特性入射角付近に
おける測定が重要である。しかしSE法では複数の波長に
対して、単一の入射角において測定を行なうために、測
定精度が低下するという問題点がある。
Further, in order to analyze the structure of the multilayer film sample, there is an optimum incident angle specific to each wavelength and each structure of the multilayer film to be measured. The incident angle will be called a characteristic incident angle. Measurement near the characteristic incident angle is important for the analysis of the multilayer structure. However, the SE method has a problem that the measurement accuracy is lowered because the measurement is performed for a plurality of wavelengths at a single incident angle.

第2の例であるMAIE法では単一波長、複数入射角におい
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、MAIE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、光線の位相差を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 MAIE method, the multi-layer structure parameters are determined by measuring at a single wavelength and multiple incident angles. Since only the measured values near the characteristic incident angle are important for determining the parameter, sufficient information cannot be obtained even if a large number of measured values are obtained by the MAIE method. Further, since a single wavelength is used, there is a problem that only a plurality of solutions due to the phase difference of light rays can be obtained. Further, among the multi-layer structure parameters, the film thickness and the refractive index have a large correlation, so that there is a problem that they cannot be accurately determined simultaneously.

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

〔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、試料表面膜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によって達成される。
In the ellipsometry, the above-mentioned purpose is to perform measurement under a plurality of measurement conditions in which the wavelength and the incident angle of the light beam incident on the sample surface are variable, and input all the obtained measured values to the least squares method at the same time. It is achieved by optimizing the structural parameters that represent the physical properties of the surface film layer.

〔作用〕[Action]

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 multiple measurement conditions. By measuring at multiple incident angles, it is possible to obtain information near the characteristic incident angle necessary for determining the parameter, and by measuring at multiple wavelengths, the problem of multiple solutions caused by the phase difference of light rays can be obtained. Can be solved.

〔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。
An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to 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てあるが、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を通り入射光線7となる。
入射光線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。入射光線7は試料4の表面で反射し、反射光線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。反射光線8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。検出強度はコンピュータ20により解
析され、測定値△,ψを得る。
(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. In this example, an example of the reflection polarization analyzer using the rotation analyzer method is shown, but the same measurement can be performed using another polarization analyzer. Reference numeral 1 is a light source capable of generating by switching a plurality of wavelengths. Light source 1
The generated light ray passes through the polarizer 2 and becomes an incident light ray 7.
The incident light beam 7 is incident on the surface of the sample 4. At this time, the angle formed by the incident light beam 7 and the vertical line of the sample surface is the incident angle 10. The incident ray 7 is reflected by the surface of the sample 4 and becomes a reflected ray 8. When the light rays are reflected, the polarization state changes according to the physical properties of the sample 4. The reflected light beam 8 enters the detector 6 through the rotation analyzer 5 controlled by the computer 20 and is detected. The detection intensity is analyzed by the computer 20 to obtain measured values Δ and ψ.

本実施例では、例えば波長633nm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。一般的にはl個の異なった測定条件
において測定するとして、i番目の測定条件をλとφ
で表すことにする。ただしλはi番目の測定の波長
とし、φはi番目の測定の入射角とする。この時、測
定値の組 {△1,△2,…,△l12,…,ψ} ……(1) が得られたとする。
In the present embodiment, for example, using light rays having a wavelength of 633 nm and 700 nm,
2 at incident angles from 70 to 84 degrees at each wavelength
Measure in steps. Generally, the measurement is performed under l different measurement conditions, and the i-th measurement condition is λ i and φ.
Let i denote it. However, let λ i be the wavelength of the i-th measurement and φ i be the incident angle of the i-th measurement. At this time, it is assumed that a set of measured values {Δ 1 , Δ 2 , ..., Δ l , ψ 1 , ψ 2 , ..., ψ l } (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。第3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
屈折率及び各層の膜厚djと屈折率をとる。。な
は複素屈折率であり、屈折率njと消衰係数kjによ
り2式で表される。 =nj−ikj ……(2) ある一波長に対する試料の構造パラメータを(3m+2)
元の縦ベクトルcで3式のように表すとする。以後、縦
ベ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。
(2) Structure of the multilayer film In order to measure the physical properties of the multilayer film sample, it is necessary to clearly define the structure of the multilayer film. FIG. 3 shows a model of the m-layer multilayer film used in this example. The interface of the film is a parallel plane with an infinite area, and the refractive index changes discontinuously at the interface. The refractive index S of the substrate and the film thickness d j and the refractive index j of each layer are taken as parameters representing the physical properties of this model for light of a certain wavelength. . Note that j is a complex index of refraction, which is expressed by two equations by the refractive index n j and the extinction coefficient k j . j = n j -ik j ...... ( 2) the structural parameters of the sample for one wavelength with (3m + 2)
It is assumed that the original vertical vector c is expressed as in Equation 3. Hereafter, vertical vectors are shown in lowercase and boldface, but they are written horizontally for the sake of space.

c=(n1,…,nm,ns,k1,…,km,ks,d1,…,dm) =(c1,…,c3m+2) ……(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。
c = (n 1 , ..., n m , n s , k 1 , ..., km m , k s , d 1 , ..., d m ) = (c 1 , ..., c 3m + 2 ) ... (3) Since the refractive index and extinction coefficient have different values depending on the wavelength, the structural parameter of the sample for two wavelengths is (5m + 4)
The original vertical vector c'is expressed as in Equation 4.

c′=(n1,…,nm,ns,k1,…,km,ks,n′,…,nm′,ns′,k1′,…,km′,ks′d1,
…,dm) =(c1,…,c5m+4) ……(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。
c ′ = (n 1 , ..., n m , n s , k 1 , ..., k m , k s , n ', ..., n m ′, n s ′, k 1 ′, ..., k m ′, k s' d 1,
,, d m ) = (c 1 , ..., C 5m + 4 ) (4) In this embodiment, an example for two wavelengths is shown, but the same can be considered when three or more types of wavelengths are used.

(3)解析 多層膜試料の解析を行うためには、多層膜の構造と測定
値との関係を求める必要がある。測定値△とψは、
構造パラメータc′と測定条件(波長λ及び入射角φ
)の関数として表される。
(3) Analysis In order to analyze a multilayer film sample, it is necessary to find the relationship between the structure of the multilayer film and the measured values. The measured values Δ i and ψ i are
Structural parameters c ′ and measurement conditions (wavelength λ i and incident angle φ
i ) as a function of

Δ=f1(λii;c′)≡f1 i(c′) ……(5) ψ=f2(λii;c′)≡f2 i(c′) ……(6) (i=1〜l) 関数f1、f2は、一例として前記の「偏光解析法と偏光」
に記載されている。
Δ i = f 1i , φ i ; c ′) ≡f 1 i (c ′) …… (5) ψ i = f 2i , φ i ; c ′) ≡f 2 i (c ′ ) (6) (i = 1 to l) The functions f 1 and f 2 are, for example, the above-mentioned “Ellipsometry and polarization”.
It is described in.

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。
A nonlinear least squares method is applied as a method for calculating structural parameters from a large number of measurement values under a large number of measurement conditions.

構造パラメータの推定値をcとし、cに対する計算値を と表し、残差ri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 And the residual r i is defined as in Equation 9.

ただしσ(△)とσ(ψ)は、それぞれi番目
の測定値△とψの測定誤差である。
However, σ 2i ) and σ 2i ) are measurement errors of the i-th measurement values Δ i and ψ i , 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、非線形最小二乗
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、非線形最小二乗法の最
も一般的な方法として線形近似による反復改良法(Gaus
s−Newton法)の例を示す。なお、最小二乗法について
は、一例として中川、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、1982)に記載されて
いる。
When initial values of appropriate parameters are given, a set c of parameters satisfying the least squares condition can be obtained by the nonlinear least squares method. In this embodiment, the iterative refinement method (Gaus
s-Newton method). The least squares method is described in "Experimental data analysis by the least squares method" by Nakagawa and Koyanagi (The University of Tokyo Press, 1982) as an example.

パラメータのk次推定値をc(k)、改良したパラメータ
をc(k+1)とし、修正ベクトルをσc(k)とすると、11式
が成り立つ。
If the kth-order estimated value of the parameter is c (k) , the improved parameter is c (k + 1) , and the correction vector is σc (k) , then Equation 11 holds.

(k+1)=c(k)+δc(k) ……(11) 修正ベクトルは次式で求めることができる。c (k + 1) = c (k) + δc (k) (11) The correction vector can be obtained by the following equation.

δc(k)=((k)W1A(K)(k)W2B(k)-1・((k)W1δy1 (k)(k)W2δy2
(k)) ……(12) A(k)、B(k)はl行m列の行列でヤコビアン行列と呼ば
れ、そのi,j成分Aij(k)、Bij(k)は次式に示すよう
に、関数fのパラメータcjに対する偏微分係数である。
δc (k) = ( (k) W 1 A (K) + (k) W 2 B (k) ) -1 · ( (k) W 1 δy 1 (k) + (k) W 2 δy 2
(k) ) (12) A (k) and B (k) are l-by-m matrices called the Jacobian matrix, and their i, j components Aij (k) and Bij (k) are As shown, it is a partial differential coefficient with respect to the parameter cj of the function f.

(k)(k)はA(k)、B(k)の転置行列である。δy
1(k)、δy2(k)はf元の縦ベクトルであり、そのi成分
δy1(k)i、δy2(k)iは15式,16式で与えられる。
(k) and (k) are transposed matrices of A (k) and B (k) . δy
1 (k) and δy 2 (k) are f-element vertical vectors, and their i components δy 1 (k) i and δy 2 (k) i are given by Equations 15 and 16.

δy1(k)i=△−f1i(c(k)) ……(15) δy2(k)i=ψ−f2i(c(k)) ……(16) (i=1〜l) W1とW2は重み行列と呼ばれl行l列の対角行列である。
W1とW2のi番目の対角成分は、それぞれ1/σ(△i)
と1/σ(ψi)である。
δy 1 (k) i = △ i -f 1 i (c (k)) ...... (15) δy 2 (k) i = ψ i -f 2 i (c (k)) ...... (16) (i = 1 to 1 ) W 1 and W 2 are called weighting matrices and are diagonal matrices with l rows and 1 columns.
The i-th diagonal components of W 1 and W 2 are 1 / σ 2 (△ i), respectively
And 1 / σ 2 (ψi).

Gauss−Newton法は初期値が真の値から大きく離れてい
たり、目的関数の非線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<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 Gauss-Newton method has poor stability when the initial value is far from the true value and the nonlinearity of the objective function is large. Therefore, as a stabilizing method, a reduction factor α (0 <α ≦ 1) is introduced into the correction vector. When Q is increased by the improved value of the parameter, if α is reduced, Q
A correction vector is obtained that reduces

(k+1)=c(k)+αδc(k) ……(17) (4)解析の手順 以上に述べたGauss−Newton法のアルゴリズムにより解
析の1例を第1図のフローチャートによって説明する。
c (k + 1) = c (k) + αδc (k) (17) (4) Analysis procedure An example of analysis by the above-described Gauss-Newton method algorithm will be described with reference to the flowchart of FIG. .

ステップ100では、l種の測定条件において測定した2l
個の測定値を入力する。ステップ101では、構造パラメ
ータの初期値(推定値)C(o)を入力する。ステップ102
では、最小二乗法のサイクル数ICMAXを入力し、最適化
するパラメータを選択する。前記したGauss−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で表すことにす
る。
In step 100, 2l measured under 1 kind of measurement conditions
Enter individual measurements. In step 101, the initial value (estimated value) C (o) of the structural parameter is input. Step 102
Now, input the cycle number ICMAX of the least squares method and select the parameter to be optimized. In the above-mentioned Gauss-Newton method algorithm, all the elements of the structure parameter vector C are simplified and described, but in reality, known structure parameters are fixed and unknown. Only the parameters need to be optimized. Here, in order to prevent the formula from becoming complicated, hereinafter, a vector consisting of only parameters to be optimized will be represented by C.

ステップ103では、サイクル数ICと縮少因子αを初期値
1に設定する。ステップ104では、パラメータの初期値 を(7),(8)式のCに代入し、 を計算する。ステップ105では、計算値 と実測値△i,ψi(i=1〜l)を(9)式に代入し、
残差ri(i=1〜l)を計算し、(10)式により を計算する。ステップ101では、関数f1,f2のパラメータ
に対する偏微分係数を計算し、(13),(14)式に従い を計算する。また(15),(16)式により を計算する。以上で得られた結果を(12)式に代入し、
修正ベクトル を計算する(ステップ112)。この を(17)式に代入し、構造パラメータの改良値C(1)
得る(ステップ113)。
In step 103, the cycle number IC and the reduction factor α are set to an initial value 1. In step 104, the initial value of the parameter Is substituted into C in equations (7) and (8), To calculate. In step 105, the calculated value And the measured values Δi, ψi (i = 1 to l) are substituted into the equation (9),
Calculate the residual ri (i = 1 to 1) and use the equation (10). To calculate. In step 101, partial differential coefficients with respect to the parameters of the functions f 1 and f 2 are calculated, and according to the equations (13) and (14), To calculate. Also, according to equations (15) and (16) To calculate. Substituting the results obtained above into equation (12),
Correction vector Is calculated (step 112). this Is substituted into the equation (17) to obtain the improved value C (1) of the structural parameter (step 113).

ステップ114でICの値に1を加えた後、次のサイクルに
進み、ステップ104に戻る。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(ステップ108),増加している
場合にはαを小さくし(ステップ110),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 value of IC in step 114, the process proceeds to the next cycle, and the process returns to step 104. After that, the same processing is continued. If the number of cycles exceeds the limit value ICMAX,
The process ends (step 106). If the number of cycles IC is neither 1 nor ICMAX, it is determined whether or not Q has increased from the previous cycle (step 108), and if it has increased, α is decreased (step 110) and decreased. In this case, α is increased (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、他にも多く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 carrying out the present invention using the Gauss-Newton method has been described above, there are many other non-linear least squares algorithms and similar results can be obtained.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

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問題を解決できる。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 for determining the structural parameters of the multilayer film sample,
Independent ellipsometry measurements are performed under multiple measurement conditions. By measuring at multiple incident angles, it is possible to obtain information near the characteristic incident angle necessary for determining the parameter, and by measuring at multiple wavelengths, the problem of multiple solutions caused by the phase difference of light rays can be obtained. Can be solved. This allows
Physical properties such as film thickness and refractive index of a multilayer film sample can be determined with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

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模式図である。 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。
FIG. 1 is a flow chart showing an embodiment of the processing procedure of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram of a polarization analyzer according to the present invention, and FIG. 3 is a schematic diagram of an optical system of the polarization analyzer according to the present invention. FIG. 4 is a block diagram of an ellipsometer according to the present invention, and FIG. 5 is a structural schematic diagram of a multilayer film sample measured by the present invention. 1 ... Multiple light sources, 2 ... Polarizer, 3 ... 1/4 wavelength plate, 4 ... Sample, 5 ... Rotation analyzer, 6 ... Detector, 7
…… Incident light, 8 …… Reflected light, 9 …… Sample position drive mechanism, 10 …… Incident angle.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項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、 該工程では、入射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位相差と振幅反射率比とを複数組
測定を行ない、 該工程で得られた複数の測定条件における全ての測定値
を同時に非線形最小二乗法に入力し、試料の物理的性質
を解析することを特徴とする偏光解析方法。
1. A method comprising: analyzing a polarization state of a light ray that is reflected by a sample or transmitted through the sample and reflected by the sample or transmitted through the sample, wherein in the step, a wavelength and an incident angle of the incident light ray are measured. A plurality of sets of phase differences and amplitude reflectance ratios under a plurality of variable measurement conditions are measured, and all measured values under the plurality of measurement conditions obtained in the step are simultaneously input to the nonlinear least squares method, An ellipsometry method characterized by analyzing physical properties.
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