JPH10300432A - Ellipsometry and ellipsometer, shape measuring method, and manufacture of semiconductor device - Google Patents

Ellipsometry and ellipsometer, shape measuring method, and manufacture of semiconductor device

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JPH10300432A
JPH10300432A JP36116997A JP36116997A JPH10300432A JP H10300432 A JPH10300432 A JP H10300432A JP 36116997 A JP36116997 A JP 36116997A JP 36116997 A JP36116997 A JP 36116997A JP H10300432 A JPH10300432 A JP H10300432A
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JP
Japan
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ellipsometry
parameters
multiple regression
value
refractive index
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Application number
JP36116997A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Nakamura
智 仲村
Hiroshi Arimoto
宏 有本
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To approximate a phase slippage and a displacement of principle axis as the function thereof and determine the thickness and refractive index of a thin film from the respective measured values by use of a specified expression (function) by measuring the phase slippage and the displacement of principle axis, and determining the measured values corresponding thereto, respectively. SOLUTION: A possible range of values of the phase slippage (Δ) and displacement of principle axis (Ψ) of a thin film to be applied is limited to a certain area, whereby the precision of approximation can be consequently enhanced to enhance the precision of calculation and measurement of refractive index (n) or thickness (d). As an intended variable, either one of the thickness (d) and the refractive index (n) is selected according to the purpose. The selected refractive index (n) or thickness (d) of the thin film is approximately expressed as the function of Δ and Ψ. Thereafter, within the range where a multiple regression expression is determined, the respective measured values δand ϕ are substituted to the multiple regression expression (IV) to calculate the refractive index (n) or thickness (d) of the thin film. Namely, by measuring Δ and Ψ, the refractive index (n) or thickness (d) of the thin film can be determined by one calculation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜の膜厚と屈折率
を測定するエリプソメトリ及びエリプソメータにかか
り、特に、測定された薄膜のΔ値とΨ値を説明変数と
し、重回帰分析により求めた重回帰式を使用して薄膜の
膜厚と屈折率を求めるエリプソメトリ及びエリプソメー
タ、さらにかかるエリプソメトリを使った半導体装置の
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ellipsometer and an ellipsometer for measuring the thickness and the refractive index of a thin film, and in particular, the values of .DELTA. And .SIGMA. The present invention relates to an ellipsometer and an ellipsometer for obtaining a film thickness and a refractive index of a thin film using a multiple regression equation, and a method for manufacturing a semiconductor device using the ellipsometry.

【0002】半導体製造における薄膜形成工程において
は、形成された薄膜が望み通り成膜されているか否か、
特に形成された薄膜が望み通りの膜厚になっているか否
か、望みの物性や組成を有しているか否かが重要な検査
・評価項目となる。そして、その検査・評価には、簡便
で正確な方法としてエリプソメトリが用いられることが
多く、エリプソメトリ用の装置としてはエリプソメータ
が使用される。
[0002] In a thin film forming step in semiconductor manufacturing, whether or not the formed thin film is formed as desired,
In particular, it is an important inspection / evaluation item whether or not the formed thin film has a desired film thickness and whether or not it has desired physical properties and composition. For the inspection and evaluation, ellipsometry is often used as a simple and accurate method, and an ellipsometer is used as a device for ellipsometry.

【0003】[0003]

【従来の技術】エリプソメトリは、薄膜測定をしようと
する試料薄膜表面に偏光を斜め方向から入射させ、反射
する光の偏光状態と先の入射光の偏光状態の変化量を求
め、解析計算によりこの変化量から試料薄膜の膜厚と屈
折率を求めようとする方法である。
2. Description of the Related Art Ellipsometry is a technique in which polarized light is incident on a sample thin film surface to be measured in a slanting direction, the amount of change in the polarization state of reflected light and the amount of change in the polarization state of the previously incident light are determined, and analytical calculation is performed. In this method, the thickness and the refractive index of the sample thin film are determined from the amount of change.

【0004】この場合、偏光の変化量には二つある。一
つは、偏光を水平P座標面のp成分波(位相Wp )とそ
れに垂直なs成分波(位相Ws )の二つの成分波に分け
て考えた場合に、反射によってそれらの間に生ずる位相
のずれを表すものであり、通常以下の式(I)のΔとし
て示される。
In this case, there are two amounts of change in polarization. One is that when the polarized light is divided into two component waves, a p-component wave on the horizontal P coordinate plane (phase W p ) and a s-component wave (phase W s ) perpendicular thereto, reflection causes a reflection between them. This represents the resulting phase shift and is usually shown as Δ in the following equation (I).

【0005】[0005]

【数5】 (Equation 5)

【0006】もう一つの変化量は、偏光の主軸方位に生
じる変化を表すものであり、通常以下の式(II)のΨ
として示される。
The other amount of change represents a change occurring in the principal axis direction of polarized light, and is usually represented by the following formula (II):
As shown.

【0007】[0007]

【数6】 (Equation 6)

【0008】主軸方向の変化は、p成分波(強度Ap
とs成分波(強度As )で反射率(反射光のAp /入射
光のAp と反射光のAs /入射光のAs )が異なるため
に両成分間に振幅の違いが起こり、合成した偏光として
変化が生じることによる。これらのΔとΨはエリプソメ
トリを用いるエリプソメータによって実測されるもので
あり、屈折率n3 の下地基板の上に、評価したい薄膜
(屈折率n,膜厚d)があり、波長λの光が屈折率n1
の雰囲気中で入射角θで入射したとすると、以下の関係
式(III)が得られる。
The change in the main axis direction is a p-component wave (intensity A p )
S component wave (intensity A s) in reflectance occurs difference in amplitude between the two because the different components (A s of A s / incident light and A p of A p / incident light of the reflected light reflected light) and This is because a change occurs as the combined polarized light. These Δ and Ψ are actually measured by an ellipsometer using ellipsometry. A thin film (refractive index n, film thickness d) to be evaluated is provided on a base substrate having a refractive index n 3 , and light having a wavelength λ is emitted. Refractive index n 1
When the light is incident at an incident angle θ in the atmosphere of the above, the following relational expression (III) is obtained.

【0009】[0009]

【数7】 (Equation 7)

【0010】式(III)中の右辺パラメータの内、n
3 とλとn1 とθは既知であり、測定値であるΔ値とΨ
値を用いれば、未知数として評価したい薄膜の屈折率n
と膜厚dを解いて求めることができる。
In the right-hand side parameters in the equation (III), n
3 , λ, n 1 and θ are known, and the measured Δ value and Ψ
If the value is used, the refractive index n of the thin film to be evaluated as an unknown
And the film thickness d.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかし、一般には式
(III)は屈折率n又は膜厚dについてクローズドフ
ォームには展開できないので、ΔとΨのそれぞれ実測値
であるδ値とφ値を代入して直接解くことはできない。
そこで、従来は、測定されたδ値とφ値に対応する屈折
率nと膜厚dを求めるのに、屈折率と膜厚の値を様々に
変えて、式(III)に代入してΔとΨの計算値を算出
し、その計算値が実測されたδ値とφ値に一致する時の
対応する屈折率と膜厚を求めて、それらの値を薄膜の屈
折率nと膜厚dとして見出すという方法を使用してい
る。
However, in general, equation (III) cannot be developed into a closed form with respect to the refractive index n or the film thickness d, and therefore, the δ and φ values, which are the actually measured values of Δ and Ψ, are substituted. And cannot be solved directly.
Therefore, conventionally, in order to obtain the refractive index n and the film thickness d corresponding to the measured δ value and φ value, the refractive index and the film thickness are variously changed and substituted into the equation (III) to obtain Δn. And Ψ are calculated, and the corresponding refractive index and film thickness when the calculated values match the actually measured δ and φ values are obtained. These values are used as the refractive index n and the film thickness d of the thin film. Use the method of finding out.

【0012】しかし、かかる方法を用いていると、計算
量が多く、屈折率nと膜厚dを求めるのに時間がかかる
という問題を生じる。近年、半導体の集積化が進むにつ
れて、一枚の半導体製造用基板上の薄膜の検査・評価地
点数が増加しており、例えば、一枚の基板について検査
・評価地点数が数万地点に及ぶことも当然の検査工程と
なりつつある。
However, when such a method is used, there is a problem that the amount of calculation is large and it takes time to obtain the refractive index n and the film thickness d. In recent years, as the integration of semiconductors has progressed, the number of inspection / evaluation points for thin films on one semiconductor manufacturing substrate has been increasing. For example, the number of inspection / evaluation points for one substrate has reached tens of thousands. This is becoming a natural inspection process.

【0013】かかる状況下では、上記の長すぎる測定時
間は半導体製造において無視できない問題となり、屈折
率nと膜厚dの測定時間の短縮がエリプソメトリ、ひい
ては基板上の薄膜評価における大きな課題となる。そこ
で、本発明は上記課題を解決した新規で有用なエリプソ
メトリおよびエリプソメータを提供することにある。
Under these circumstances, the measurement time that is too long is a problem that cannot be ignored in semiconductor manufacturing, and shortening the measurement time of the refractive index n and the film thickness d is a major problem in ellipsometry and, consequently, evaluation of a thin film on a substrate. . Therefore, an object of the present invention is to provide a new and useful ellipsometer and ellipsometer that solve the above-mentioned problems.

【0014】また、本発明の別の目的は、実測されたΔ
値とΨ値から重回帰分析を用い、素早く薄膜の屈折率n
と膜厚dを計算する方法を使用し、測定時間の短縮を実
現したエリプソメトリおよびエリプソメータを提供する
ことにある。
Another object of the present invention is to provide a method for measuring Δ
Value and Ψ value using multiple regression analysis to quickly determine the refractive index n of the thin film
It is an object of the present invention to provide an ellipsometer and an ellipsometer that use a method of calculating the thickness and the film thickness d to reduce the measurement time.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
薄膜測定を行う試料表面から反射される楕円偏光のパラ
メータであって、下式により定義される位相ずれ(Δ)
と主軸の変位(Ψ)を測定し、それぞれ対応する実測値
のδ値とφ値から該薄膜の膜厚と屈折率を求めるエリプ
ソメトリにおいて、前記の膜厚と屈折率を前記のΔとΨ
の関数として近似し、該関数を用いて該δ値とφ値から
該薄膜の膜厚と屈折率を求めることを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention,
The parameter of the elliptically polarized light reflected from the surface of the sample on which the thin film measurement is performed, and the phase shift (Δ) defined by the following equation
And the principal axis displacement (Ψ) are measured, and the thickness and the refractive index of the thin film are determined from the corresponding δ and φ values by ellipsometry.
And the thickness and refractive index of the thin film are determined from the δ and φ values using the function.

【0016】[0016]

【数8】 (Equation 8)

【0017】[0017]

【数9】 (Equation 9)

【0018】請求項2記載の発明は、請求項1記載のエ
リプソメトリにおいて、前記の関数として、前記のδ値
とφ値を用いて重回帰分析により求めた重回帰式を使用
し、対応する前記薄膜の膜厚と屈折率を求めることを特
徴とする。請求項3記載の発明は、請求項2記載のエリ
プソメトリにおいて、前記の重回帰式が前記のΔとΨの
多項式であることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the ellipsometry according to the first aspect, a multiple regression equation obtained by multiple regression analysis using the δ value and the φ value is used as the function. The thickness and the refractive index of the thin film are obtained. According to a third aspect of the present invention, in the ellipsometry of the second aspect, the multiple regression equation is a polynomial of Δ and Ψ.

【0019】請求項4記載の発明は、請求項3記載のエ
リプソメトリにおいて、前記の多項式が前記のΔとΨを
変数とする3次の多項式であることを特徴とする。請求
項5記載の発明は、エリプソメータにおいて、薄膜測定
を行う試料表面から反射される楕円偏光のパラメータで
あって、下式により定義される位相ずれ(Δ)と主軸の
変位(Ψ)を測定し、それぞれ対応する実測値のδ値と
φ値を求める手段と、該δ値とΨ値を用いて重回帰分析
をし、該ΔとΨの多項式として重回帰式を求める手段
と、該重回帰式と該δ値とφ値を用いて該薄膜の膜厚と
屈折率を求める手段とからなることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the ellipsometry according to the third aspect, the polynomial is a third-order polynomial having Δ and Ψ as variables. According to a fifth aspect of the present invention, in the ellipsometer, the phase shift (Δ) and the displacement (Ψ) of the principal axis, which are parameters of elliptically polarized light reflected from the sample surface on which the thin film measurement is performed, are defined by the following equations. Means for obtaining δ and φ values of the corresponding measured values, means for performing multiple regression analysis using the δ and Ψ values, and obtaining a multiple regression equation as a polynomial of Δ and Ψ, Means for determining the thickness and refractive index of the thin film using the equation and the δ and φ values.

【0020】[0020]

【数10】 (Equation 10)

【0021】[0021]

【数11】 [Equation 11]

【0022】請求項6記載の発明は、請求項5記載のエ
リプソメータにおいて、前記重回帰式がΔとΨを変数と
する3次の多項式であることを特徴とする。請求項7の
発明は、n個の構造パラメータを含む周期構造を有する
試料において前記n個の構造パラメータをエリプソメト
リにより求める工程を含む形状測定方法において、標準
試料上の前記周期構造に対してn/2回のエリプソメト
リを、測定条件を変化させながら実行し、エリプソパラ
メータΔi ,Ψi (i=1〜n/2 )を求める工程と、前
記標準試料上のn個の構造パラメータを実測する工程
と、前記n個の構造パラメータを、前記エリプソパラメ
ータの関数として表現する工程と、n個の構造パラメー
タを含む周期構造を有する測定試料について、エリプソ
メトリを行うことにより、エリプソパラメータΔi ,Ψ
i (i=1〜n/2 )を求める工程と、前記関数を使って
前記測定試料の構造パラメータを求める工程とを含むこ
とを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the ellipsometer according to the fifth aspect, the multiple regression equation is a third-order polynomial using Δ and Ψ as variables. The invention according to claim 7 is a shape measuring method including a step of obtaining the n number of structural parameters by ellipsometry in a sample having a periodic structure including n number of structural parameters. / 2 times ellipsometry while changing measurement conditions to determine ellipsometric parameters Δ i , Ψ i (i = 1 to n / 2); and actually measuring n structural parameters on the standard sample And the step of expressing the n structural parameters as a function of the ellipsometric parameters; and performing ellipsometry on a measurement sample having a periodic structure including the n structural parameters, thereby obtaining ellipsometric parameters Δ i , Ψ
i (i = 1 to n / 2); and a step of obtaining a structural parameter of the measurement sample using the function.

【0023】請求項8の発明は、請求項7の形状測定方
法において、前記関数が、前記標準試料上の実測された
構造パラメータを目的変量とし、前記標準試料について
求められたエリプソパラメータΔi ,Ψi (i=1〜n/
2 )を説明変数とする重回帰分析により求められること
を特徴とする。請求項9の発明は、請求項7または8記
載の形状測定方法において、前記測定条件は、前記周期
構造への光ビームの入射角、または入射方向、または波
長を変化させることにより変化されることを特徴とす
る。
According to an eighth aspect of the present invention, in the shape measuring method according to the seventh aspect, the function is an ellipsometric parameter Δ i , obtained by using the actually measured structural parameter on the standard sample as a target variable. Ψ i (i = 1 to n /
2) It is obtained by multiple regression analysis using explanatory variables as the variables. According to a ninth aspect of the present invention, in the shape measuring method according to the seventh or eighth aspect, the measurement condition is changed by changing an incident angle, an incident direction, or a wavelength of the light beam on the periodic structure. It is characterized by.

【0024】請求項10の発明は、請求項7〜9のいず
れか一項記載の形状測定方法において、前記構造パラメ
ータが、プロセス条件を表すパラメータを含むことを特
徴とする。請求項11の発明は、請求項7〜10のうち
いずれか一項記載の形状測定方法において、前記測定試
料の前記n個の構造パラメータのうち、m個のパラメー
タを実測し、前記エリプソメトリの測定条件の変化をn
/2−m回以上とし、残りのn−m個の構造パラメータ
を、(n/2−m)個以上のΔと(n/2−m)個以上
のΨと、m個の構造パラメータとで近似的に表現するこ
とを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the shape measuring method according to any one of the seventh to ninth aspects, the structure parameter includes a parameter representing a process condition. An eleventh aspect of the present invention is the shape measuring method according to any one of the seventh to tenth aspects, wherein m of the n structural parameters of the measurement sample are actually measured, and the ellipsometry is measured. Change in measurement conditions is n
/ 2−m or more, and the remaining nm structural parameters are (n / 2−m) or more Δ, (n / 2−m) or more Ψ, and m structural parameters. Approximately expressed by

【0025】請求項12の発明は、請求項8記載の形状
測定方法において、前記重回帰分析が、目的変数として
使われる構造パラメータの実測値に誤差が含まれている
場合、前記エリプソメトリで得られたエリプソパラメー
タのうち、前記誤差を含む構造パラメータ以外の構造パ
ラメータの値が一定のものを抽出する工程と、前記抽出
されたエリプソパラメータの一つを説明変数とし、前記
誤差を含む構造パラメータを目的変数として単回帰分析
を行う工程とを含み、前記重回帰分析は、前記誤差を含
む構造パラメータに対して前記単回帰分析で得られた予
測値を、その実測値として実行されることを特徴とす
る。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the shape measuring method according to the eighth aspect, when the multiple regression analysis includes an error in an actually measured value of a structural parameter used as an objective variable, the ellipsometry is used. Extracting a constant value of a structural parameter other than the error-containing structural parameter among the obtained ellipso parameters, and using one of the extracted ellipso parameters as an explanatory variable, Performing a simple regression analysis as an objective variable, wherein the multiple regression analysis is performed with the predicted value obtained by the simple regression analysis for the structural parameter including the error as an actual measurement value. And

【0026】請求項13の発明は、標準試料上に形成さ
れたn個の構造パラメータを含む周期構造に対して、n
/2回のエリプソメトリを、測定条件を変化させながら
実行し、エリプソパラメータΔi ,Ψi (i=1〜n/2
)を求める工程と、前記標準試料上のn個の構造パラ
メータを実測する工程と、前記n個の構造パラメータ
を、前記エリプソパラメータの関数として表現する工程
と、半導体基板上に、n個の構造パラメータを含み前記
周期構造を形成する複数の被測定パターンを形成する工
程と、前記半導体基板上の前記周期構造についてエリプ
ソメトリを行うことにより、エリプソパラメータΔi
Ψi (i=1〜n/2 )を求める工程と、前記関数を使っ
て前記半導体基板上の周期構造について、前記構造パラ
メータを求める工程とを含むことを特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, a periodic structure including n structural parameters formed on a standard sample is given by n
/ 2 times ellipsometry is performed while changing the measurement conditions, and the ellipsometric parameters Δ i , Ψ i (i = 1 to n / 2)
), A step of actually measuring n structural parameters on the standard sample, a step of expressing the n structural parameters as a function of the ellipsometric parameters, Forming a plurality of patterns to be measured including parameters and forming the periodic structure, and performing ellipsometry on the periodic structure on the semiconductor substrate to obtain ellipsometric parameters Δ i ,
A step of obtaining Ψ i (i = 1 to n / 2); and a step of obtaining the structural parameters of a periodic structure on the semiconductor substrate using the function.

【0027】請求項14の発明は、請求項13の半導体
装置の製造方法において、前記周期構造が、基板上に形
成されたレジストパターンであることを特徴とする。請
求項1記載の発明によれば、ΔとΨの関数としては表す
ことのできない薄膜の屈折率nと膜厚dを、近似的にΔ
とΨの関数で表し、その関数に対し、ΔとΨのそれぞれ
対応する実測値であるδ値とφ値を代入し、薄膜の屈折
率nと膜厚dを求めることが可能なる。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the thirteenth aspect, the periodic structure is a resist pattern formed on a substrate. According to the first aspect of the present invention, the refractive index n and the thickness d of the thin film, which cannot be expressed as a function of Δ and Ψ, are approximated by Δ
The refractive index n and the film thickness d of the thin film can be obtained by substituting the measured values δ and φ corresponding to Δ and Ψ into the function.

【0028】よって、薄膜のδ値とφ値から屈折率nと
膜厚dを求める計算は一回で終了し、測定における計算
時間が短縮可能となる。従って、薄膜評価において、測
定数が多くても測定時間の短いエリプソメトリが提供で
きる。請求項2記載の発明によれば、薄膜のδ値とφ値
を用いる重回帰分析による重回帰式を用いることによ
り、ΔとΨの関数としては表すことのできない薄膜の屈
折率nと膜厚dを近似的にΔとΨの関数で表すことが可
能となる。
Therefore, the calculation for obtaining the refractive index n and the film thickness d from the δ value and the φ value of the thin film can be completed in one time, and the calculation time in the measurement can be reduced. Therefore, in thin film evaluation, it is possible to provide an ellipsometry having a short measurement time even if the number of measurements is large. According to the second aspect of the present invention, by using a multiple regression equation based on multiple regression analysis using the δ and φ values of the thin film, the refractive index n and the thickness of the thin film that cannot be expressed as a function of Δ and Ψ d can be approximately represented by a function of Δ and Ψ.

【0029】よって、その重回帰式による関数に対し、
ΔとΨのそれぞれ対応する実測値であるδ値とφ値を代
入し、薄膜の屈折率nと膜厚dを求めることが可能な
る。従って、薄膜のδ値とφ値から屈折率nと膜厚dを
求める計算は一回で終了し、測定における計算時間が短
縮可能となり、薄膜評価において、測定数が多くても測
定時間の短いエリプソメトリが提供できる。
Therefore, for the function based on the multiple regression equation,
By substituting the measured values δ and φ corresponding to Δ and Ψ, the refractive index n and the thickness d of the thin film can be obtained. Therefore, the calculation for obtaining the refractive index n and the film thickness d from the δ value and the φ value of the thin film can be completed in one time, and the calculation time in the measurement can be shortened. Ellipsometry can be provided.

【0030】請求項3及び請求項5記載の発明によれ
ば、薄膜のδ値とφ値を用いる重回帰分析による重回帰
式を用いることにより、ΔとΨの関数としては表すこと
のできない薄膜の屈折率nと膜厚dを近似的にΔとΨの
関数で表すことが可能となる。そのとき、重回帰式をΔ
とΨの多項式とすることにより、薄膜の屈折率nと膜厚
dのΔとΨの関数への近似をより精度高いものとするこ
とが可能となる。
According to the third and fifth aspects of the present invention, by using a multiple regression equation based on multiple regression analysis using the δ and φ values of the thin film, the thin film cannot be expressed as a function of Δ and Ψ. Can be approximately represented by the functions of Δ and Ψ. Then, the multiple regression equation is
By using a polynomial of Ψ and Ψ, the approximation of the refractive index n and the thickness d of the thin film to the functions of Δ and Ψ can be made more accurate.

【0031】従って、薄膜のδ値とφ値からの屈折率n
と膜厚dを求める計算は一回で終了するとともに、計算
精度は高く、測定における計算時間の短縮とともに精度
の高い測定が可能となる。よって、薄膜評価において、
精度が高いうえ、測定数が多くても測定時間の短いエリ
プソメトリ及びエリプソメータが提供できる。請求項4
及び請求項6記載の発明によれば、薄膜のδ値とφ値を
用いる重回帰分析による重回帰式を用いることにより、
ΔとΨの関数としては表すことのできない薄膜の屈折率
nと膜厚dを近似的にΔとΨの関数で表すことが可能と
なる。
Therefore, the refractive index n based on the δ and φ values of the thin film
The calculation for obtaining the film thickness d and the film thickness d can be completed at one time, the calculation accuracy is high, and the calculation time can be shortened and the measurement can be performed with high accuracy. Therefore, in thin film evaluation,
It is possible to provide an ellipsometer and an ellipsometer that have high accuracy and a short measurement time even when the number of measurements is large. Claim 4
And according to the invention of claim 6, by using a multiple regression equation by multiple regression analysis using the δ value and φ value of the thin film,
The refractive index n and the thickness d of the thin film, which cannot be expressed as functions of Δ and Ψ, can be approximately expressed by functions of Δ and Ψ.

【0032】そのとき、重回帰式をΔとΨの変数からな
る3次の多項式とすることにより、薄膜の屈折率nと膜
厚dのΔとΨの関数への近似の精度の高いものとしなが
ら、計算を複雑にしすぎることがなく、計算の時間短縮
効果の維持をすることが可能となる。従って、薄膜のδ
値とφ値から屈折率nと膜厚dを求める計算は一回で終
了するとともに、その計算精度は高く、結果として、必
要時間の短縮とともに高い精度の測定が可能となるエリ
プソメトリ及びエリプソメータを提供することができ
る。
At this time, by making the multiple regression equation a third-order polynomial composed of variables of Δ and Ψ, the approximation of the refractive index n and the thickness d of the thin film to the functions of Δ and Ψ can be made highly accurate. However, the calculation does not become too complicated, and the effect of shortening the calculation time can be maintained. Therefore, the δ of the thin film
The calculation for obtaining the refractive index n and the film thickness d from the value and the φ value can be completed in a single operation, and the calculation accuracy is high. As a result, an ellipsometer and an ellipsometer that can reduce the required time and measure with high accuracy can be obtained. Can be provided.

【0033】請求項7記載の発明によれば、エリプソメ
トリにより、周期構造の様々な構造パラメータを、標準
試料について求められた構造パラメータとエリプソパラ
メータとの間の対応関係を使うことにより、非破壊で、
効率良く求めることが可能になる。請求項8記載の発明
によれば、エリプソメトリで求められたデータを構造デ
ータに変換する関数を重回帰分析により、迅速に求める
ことが可能になる。
According to the seventh aspect of the present invention, the various structural parameters of the periodic structure are determined by ellipsometry using the correspondence between the structural parameters determined for the standard sample and the ellipsometric parameters, thereby enabling nondestructive analysis. so,
It is possible to obtain it efficiently. According to the invention of claim 8, it is possible to quickly obtain a function for converting data obtained by ellipsometry into structural data by multiple regression analysis.

【0034】請求項9記載の発明によれば、前記周期構
造の様々なパラメータを求めるのに必要なエリプソメト
リの測定条件の変化を、容易に実現することができる。
請求項10記載の発明によれば、エリプソメトリによ
り、プロセスパラメータまでも求めることが可能にな
る。請求項11記載の発明によれば、測定試料のエリプ
ソメトリの際に一部の構造データを実測しておくことに
より、必要なエリプソメトリの測定条件の変化回数を減
少させることができ、測定が簡素化される請求項12記
載の発明によれば、重回帰分析を行う場合に、目的変数
として使われる実測値に誤差が含まれている場合にも、
その誤差を除去することができ、精度の高い重回帰式が
得られる。
According to the ninth aspect of the present invention, it is possible to easily realize a change in ellipsometry measurement conditions required for obtaining various parameters of the periodic structure.
According to the tenth aspect, it is possible to obtain even process parameters by ellipsometry. According to the eleventh aspect of the present invention, the number of changes in the necessary ellipsometry measurement conditions can be reduced by actually measuring a part of the structure data at the time of ellipsometry of the measurement sample. According to the simplification of the twelfth aspect of the invention, when performing multiple regression analysis, even if an error is included in the actual measurement value used as the objective variable,
The error can be removed, and a highly accurate multiple regression equation can be obtained.

【0035】請求項13記載の発明によれば、エリプソ
メトリにより周期構造の構造パラメータを求めることに
より、半導体装置の製造工程の途中で形成される様々な
ラインアンドスペースパターンを、非破壊に、効率良く
検査できる。請求項14記載の発明によれば、エリプソ
メトリを使って基板上のレジストパターンを検査でき
る。
According to the thirteenth aspect, by obtaining the structural parameters of the periodic structure by ellipsometry, various line and space patterns formed during the manufacturing process of the semiconductor device can be efficiently and non-destructively. Can be inspected well. According to the fourteenth aspect, the resist pattern on the substrate can be inspected by using ellipsometry.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】本発明においては、本来ΔとΨの
関数として表すことができないとされている薄膜の屈折
率n又は膜厚dを、近似的にΔとΨの関数として表し、
薄膜のΔとΨの測定された結果である実測値δ値とφ値
を該式に代入し、計算により求めることを可能としてい
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, the refractive index n or the film thickness d of a thin film, which cannot be expressed as a function of Δ and Ψ, is approximately expressed as a function of Δ and Ψ,
The measured values δ and φ, which are the measured results of Δ and Ψ of the thin film, are substituted into the equation, and can be obtained by calculation.

【0037】近似の方法としては、その近似の精度が測
定結果の精度に大きく影響せず、結果として測定精度の
点で従来エリプソメトリに劣らないものであって、一
方、計算・測定に必要な時間の点では、従来エリプソメ
トリより優れたものであるなら如何なるものでも良い。
その様な方法として最も適した手法に、重回帰分析を用
いた重回帰式を利用する方法がある。
As an approximation method, the accuracy of the approximation does not greatly affect the accuracy of the measurement result, and as a result, the measurement accuracy is not inferior to that of the conventional ellipsometry. In terms of time, anything that is better than conventional ellipsometry can be used.
As a method most suitable as such a method, there is a method using a multiple regression equation using multiple regression analysis.

【0038】その重回帰分析をエリプソメトリに適用す
る方法は以下の通りである。先ず対象となる半導体等の
製造工程において検査・測定すべき薄膜の示しうるΔと
Ψのおおよその範囲を決め、その範囲内における重回帰
分析を行い、重回帰式を求める。このように、ある範囲
を特定するのは、一度に全てのΔとΨの範囲について、
薄膜の屈折率n又は膜厚dを近似的にΔとΨの関数とし
て表すのは、本発明を実施してエリプソメトリを適用し
ようとする薄膜が決められた製造工程中の決められた種
類・膜厚の薄膜であり、ある程度似かよった特性を示す
ことが予想されることから必要以上に広い範囲をカバー
することになり、無駄であることによる。
The method of applying the multiple regression analysis to ellipsometry is as follows. First, an approximate range of Δ and う る that can be indicated by a thin film to be inspected and measured in a manufacturing process of a target semiconductor or the like is determined, and a multiple regression analysis is performed within the range to obtain a multiple regression equation. In this way, a certain range is specified for all Δ and Ψ ranges at once.
The refractive index n or the thickness d of the thin film is approximately expressed as a function of Δ and Ψ because the thin film to which the present invention is applied and to which ellipsometry is to be applied is determined by a specified type and during a determined manufacturing process. This is a thin film having a thickness, and is expected to exhibit similar characteristics to some extent, so that it covers a wider range than necessary and is wasteful.

【0039】つまり、適用する薄膜の取りうるΔとΨの
値の範囲として、ΔとΨの取る値の範囲をある領域に限
定して、その結果、近似の精度をより高くし、計算、ひ
いては屈折率n又は膜厚dの測定の精度を高めることが
可能である具体的な方法としては、初めに、他の手段、
例えば従来エリプソメトリ法等によって、測定・検査す
べき薄膜と同様のΔとΨを有する一若しくは複数の薄膜
について、数点から数十点の測定数で、屈折率又は膜厚
を予め測定しておき、その値と対応するδ値とφ値を求
めておく。
That is, as a range of values of Δ and う る that can be taken by the thin film to be applied, the range of values of Δ and Ψ is limited to a certain area. As a result, the accuracy of approximation is further improved, and the calculation and the As a specific method capable of increasing the accuracy of the measurement of the refractive index n or the film thickness d, first, other means,
For example, by conventional ellipsometry, etc., for one or a plurality of thin films having the same Δ and 薄膜 as the thin film to be measured and inspected, the refractive index or the film thickness is measured in advance from several points to several tens of points. And the corresponding δ and φ values are determined.

【0040】そして、目的変数としては膜厚dと屈折率
nのいずれかを選択する。この時、何れについても選択
可能であり、目的に従って選択が可能である。次に、選
択された薄膜の屈折率n又は膜厚dを、近似的にΔとΨ
の関数として表す。しかし、その場合、ΔとΨの如何な
る関数を選択するべきかは前もって分かるわけではな
く、従って、ΔとΨの如何なる関数をも選択することが
可能である。求める重回帰式を多項式とすることも可能
であり、その結果、精度の良い近似を行うことが可能と
なり、望ましい結果が得られる。
Then, one of the film thickness d and the refractive index n is selected as the objective variable. At this time, any of them can be selected and can be selected according to the purpose. Next, the refractive index n or the thickness d of the selected thin film is approximated by Δ and Ψ.
As a function of However, in that case, it is not known in advance what function to choose between Δ and Ψ, so it is possible to choose any function between Δ and Ψ. The multiple regression equation to be obtained can be a polynomial equation. As a result, accurate approximation can be performed, and desired results can be obtained.

【0041】従って、膜厚d又は屈折率nを選択する場
合のそれぞれにおいて、説明変数としてΔ及びΨさらに
それぞれの関数及びΔとΨからなる関数を選択すること
が望ましい。また、変数ΔとΨの次元を選択し、何次の
多項式とするかについては、その近似の精度を保てる範
囲で、更に計算が余り複雑にならない程度で、計算に時
間がかかり過ぎないように選択することが望ましく、2
次乃至4次を変数ΔとΨの次元として選択することが望
ましい。
Therefore, in each case of selecting the film thickness d or the refractive index n, it is desirable to select Δ and Ψ as the explanatory variables and the respective functions and the function consisting of Δ and Ψ. In addition, the dimensions of the variables Δ and 選 択 are selected, and the order of the polynomial is determined so that the calculation does not become too complicated as long as the approximation accuracy can be maintained. It is desirable to choose 2
It is desirable to select the next to fourth order as dimensions of the variables Δ and Ψ.

【0042】次に、先に求めておいた数点から数十点の
膜厚d又は屈折率nと対応するδ値とφ値を用いて、重
回帰分析を行い、重回帰式を求める。それから、計算を
複雑にすることを防ぎ、計算効率と速度を向上させるた
め、選択した説明変数のうち、その値の変化が求めた重
回帰式によって算出する薄膜の屈折率n又は膜厚dに大
きく影響するもののみを用い、余り影響が無い変数につ
いては用いないで省略し、重回帰式を形成することも可
能である。
Next, a multiple regression analysis is performed by using the δ value and φ value corresponding to the film thickness d or the refractive index n of several to several tens of points determined above, and a multiple regression equation is obtained. Then, in order to prevent the calculation from becoming complicated, and to improve the calculation efficiency and speed, among the selected explanatory variables, the change in the value is used to calculate the refractive index n or the film thickness d of the thin film calculated by the obtained multiple regression equation. It is also possible to form a multiple regression equation by using only those that have a large effect and omitting variables that have little effect without using them.

【0043】そして、以後、重回帰式を求めた範囲内に
δ値とφ値を有する薄膜については、ΔとΨを測定し、
得られたδ値とφ値をこの得られた重回帰式に代入し、
薄膜の屈折率n又は膜厚dを算出することが可能とな
る。つまり、ΔとΨを測定し、一回の計算により、素早
く薄膜の屈折率n又は膜厚dを求めることができる。
Thereafter, for thin films having δ and φ values within the range obtained by the multiple regression equation, Δ and Ψ were measured,
Substituting the obtained δ value and φ value into the obtained multiple regression equation,
It is possible to calculate the refractive index n or the thickness d of the thin film. In other words, Δ and Ψ are measured, and the refractive index n or the thickness d of the thin film can be quickly obtained by one calculation.

【0044】尚、薄膜の測定に必要なΔとΨの範囲内に
おいて、重回帰式を一つのみ求め、それに限って用いる
必要はなく、必要なΔとΨの範囲を複数に細分化し、そ
れぞれの領域に対応する重回帰式を求め、薄膜の評価に
対し、複数の重回帰式の中から対応可能なΔとΨの領域
のものを選択して計算に用いることも可能である。この
場合、ΔとΨの適用範囲がより狭められているため、近
似の精度がより向上し、計算、ひいては屈折率n又は膜
厚dの測定の精度をより高めることが可能となる。
It should be noted that, within the range of Δ and Ψ required for the measurement of the thin film, only one multiple regression equation is obtained, and it is not necessary to use only that formula. The necessary range of Δ and Ψ is subdivided into a plurality of ranges. It is also possible to obtain a multiple regression equation corresponding to the area (1) and select a corresponding area of Δ and か ら from a plurality of multiple regression equations for the evaluation of the thin film and use it in the calculation. In this case, since the applicable range of Δ and Ψ is further narrowed, the accuracy of approximation is further improved, and the accuracy of calculation and hence measurement of the refractive index n or the film thickness d can be further improved.

【0045】ところで、ラインアンドスペースパターン
等の周期構造を有する試料では、構造を指定するパラメ
ータがn個あったとすると、Δ,Ψから前記n個の構造
パラメータを求めるには、エリプソメトリの際に光ビー
ム入射角あるいは波長を変化させる等により測定条件を
変化させ、ΔおよびΨをn/2回以上(nが奇数の場合
n/2+1/2回以上)測定する(Δ1 ,Δ2 ,・・・
Δn/2 ,Ψ1 ,Ψ2 ,・・・Ψn/2 )。さらにこのよう
な周期構造を有する試料について、別の方法により構造
パラメータα1 ,α2 ,・・・αn を測定しておくと、
エリプソパラメータ(Δ1 ,Δ2 ,・・・Δn/2
Ψ1 ,Ψ2 ,・・・Ψn/2 )が、構造パラメータ
(α1 ,α2 ,・・・αn )の関数として表現できる。
従って、かかる関数が求まれば、その関数を逆に解くこ
とにより、エリプソパラメータから構造パラメータを求
めることが可能になる。以下に説明する実施例では、か
かる関数を重回帰分析により求めている。かかる方法で
求まる構造パラメータでは、特定の一個の値ではなく、
ある領域の平均値となっており、このため一度の測定で
平均値を求めることが可能になる。
By the way, in a sample having a periodic structure such as a line and space pattern, if there are n parameters for designating the structure, to obtain the n structural parameters from Δ and Ψ, it is necessary to perform ellipsometry. The measurement conditions are changed by changing the incident angle or the wavelength of the light beam, and Δ and Ψ are measured at least n / 2 times (when n is an odd number, at least n / 2 + / times) (Δ 1 , Δ 2 ,...).・ ・
Δ n / 2, Ψ 1, Ψ 2, ··· Ψ n / 2). Furthermore the samples having such a periodic structure, structural parameters alpha 1 by another method, alpha 2, when measured in advance · · · alpha n,
Ellipsometric parameters (Δ 1 , Δ 2 ,... Δn / 2 ,
Ψ 1 , Ψ 2 ,... Ψ n / 2 ) can be expressed as a function of the structural parameters (α 1 , α 2 ,..., Α n ).
Therefore, if such a function is obtained, the structure parameter can be obtained from the ellipso parameter by solving the function in reverse. In the embodiment described below, such a function is obtained by multiple regression analysis. In the structure parameter obtained by such a method, instead of a specific single value,
The average value of a certain area is obtained, and therefore, it is possible to obtain the average value by one measurement.

【0046】[0046]

【実施例】【Example】

[第1実施例]本発明に係る第1の実施例として、膜厚
dをΔとΨの重回帰式で表す例を説明する。 先ず、Δ
とΨの領域を、以下の範囲に限定した。 60<Δ<90 28<Ψ<34 次に、回帰分析を行うが、対象とする膜厚dと対応する
ΔとΨについては、重回帰式の信頼度を低下させる多重
共線性の問題をなるべく回避するため、ΔとΨの相関が
小さい19点の(d,Δ,Ψ)の組み合わせを選択し
た。
[First Embodiment] As a first embodiment of the present invention, an example will be described in which the film thickness d is represented by a multiple regression equation of Δ and 説明. First, Δ
Regions (1) and (2) were limited to the following ranges. 60 <Δ <90 28 <Ψ <34 Next, regression analysis is performed. Regarding Δ and Ψ corresponding to the target film thickness d, the problem of multicollinearity that reduces the reliability of the multiple regression equation is minimized. In order to avoid this, a combination of (d, Δ, 19) of 19 points having a small correlation between Δ and Ψ was selected.

【0047】用いた19点について、ΔとΨのプロット
を図1に示す。説明変数は、ΔとΨの3次式を選んだ。
即ち、Δ、Ψ、Δ2 、Ψ2 、ΔΨ、ΔΨ2 、ΨΔ2 、Δ
3 、Ψ3 を選択した。この説明変数を用い重回帰分析を
実行して、有為な変数としてΨ、ΔΨ、ΔΨ2 、Δ3
Ψ3 の5変数を選択した。
FIG. 1 shows plots of Δ and Ψ for the 19 points used. As the explanatory variables, cubic expressions of Δ and Ψ were selected.
That is, Δ, Ψ, Δ 2 , Ψ 2 , ΔΨ, ΔΨ 2 , ΨΔ 2 , Δ
3 and Ψ 3 were selected. A multiple regression analysis is performed using these explanatory variables, and 変 数, ΔΨ, ΔΨ 2 , Δ 3 ,
It was selected Ψ 3 of 5 variables.

【0048】重回帰式は次の通りとなった。 d=107.03Ψ−2.7445ΔΨ−0.057 Ψ3 +0.06408 ΔΨ2 +0.00179 Δ3 +81.029 (IV) 次に、重回帰式(IV)を用いて膜厚dを計算し、膜厚
の近似値を求めた。そして、この近似値を実際の信頼で
きる他の方法で測定した膜厚と比較し、重回帰分析を用
いた場合の膜厚の測定精度を評価した。
The multiple regression equation was as follows. d = 107.03Ψ−2.7445ΔΨ−0.057 Ψ 3 +0.06408 ΔΨ 2 +0.00179 Δ 3 +81.029 (IV) Next, the film thickness d is calculated using the multiple regression equation (IV), and the film thickness is approximated. The value was determined. Then, the approximate value was compared with a film thickness actually measured by another reliable method, and the measurement accuracy of the film thickness when multiple regression analysis was used was evaluated.

【0049】[0049]

【表1】 [Table 1]

【0050】近似値を実際の膜厚の差は、95%の信頼
度で±5オングストロームであった。つまり、重回帰式
による近似値は600乃至800オングストロームの膜
厚の薄膜において、±5オングストロームの範囲内に9
5%が含まれていることを示し、高い精度を有すること
が実証された。尚、膜厚の実施の値と重回帰分析を用い
た場合の近似値の相関係数を表す重相関係数はR=0.
99943であり、やはり、その高い精度を実証してい
る。
The approximate difference between the actual film thickness was ± 5 angstroms with 95% reliability. That is, the approximate value obtained by the multiple regression equation is 9 within ± 5 Å for a thin film having a thickness of 600 to 800 Å.
5% was included, demonstrating high accuracy. The multiple correlation coefficient representing the correlation coefficient between the actual value of the film thickness and the approximate value when multiple regression analysis is used is R = 0.
99943, again demonstrating its high accuracy.

【0051】次に、実際の膜厚評価において、上記の重
回帰式(IV)を用いて評価を行った。測定すべき膜の
ΔとΨを測定し、その測定値を重回帰式(IV)に代入
することにより一回の計算で精度の高い膜厚値が得られ
た。同様の方法を薄膜の屈折率についても実施したとこ
ろ、やはり膜厚の場合と同様に、一回の計算で精度の高
い屈折率値が得られた。
Next, in the actual film thickness evaluation, evaluation was performed using the above-mentioned multiple regression equation (IV). By measuring Δ and Ψ of the film to be measured, and substituting the measured values into the multiple regression equation (IV), a highly accurate film thickness value was obtained by one calculation. When the same method was applied to the refractive index of the thin film, a highly accurate refractive index value was obtained by a single calculation, similarly to the case of the film thickness.

【0052】次に、図2に示すように、偏光子1と四分
の一波長(λ/4)板2と検光子3を用いて薄膜試料4
の測定を行う所謂PSCA系の光学系からなる測定器5
と検出器6と従来の方法によるΔとΨから屈折率と膜厚
を算出する機能と本発明にかかる重回帰分析により屈折
率と膜厚を求める機能の両方を有する演算装置(CP
U)7からなるエリプソメータ11を準備した。
Next, as shown in FIG. 2, a thin film sample 4 was formed using a polarizer 1, a quarter-wave (λ / 4) plate 2 and an analyzer 3.
Measuring device 5 comprising a so-called PSCA optical system for measuring
Calculation device (CP) having both the function of calculating the refractive index and the film thickness from Δ and に よ る according to the conventional method and the function of obtaining the refractive index and the film thickness by the multiple regression analysis according to the present invention.
U) An ellipsometer 11 consisting of 7 was prepared.

【0053】このエリプソメータ11を用いて行う、半
導体製造工程等の基板薄膜の測定に相当する多数回の屈
折率及び膜厚について説明する。一回毎の測定は、この
エリプソメータ11の測定器5の有する偏光子1から直
線偏光を試料薄膜に入射させ、試料から反射する楕円偏
光を検出器6で検出し、検出された楕円偏光の形状から
CPU7で試料薄膜のΔとΨを求め、それぞれ対応する
実測値のδ値とφ値を得る。
A number of refraction indices and film thicknesses corresponding to the measurement of a substrate thin film in a semiconductor manufacturing process or the like performed using the ellipsometer 11 will be described. In each measurement, linearly polarized light is incident on the sample thin film from the polarizer 1 of the measuring device 5 of the ellipsometer 11 and elliptically polarized light reflected from the sample is detected by the detector 6, and the shape of the detected elliptically polarized light is detected. Then, the CPU 7 calculates Δ and 試 料 of the sample thin film, and obtains corresponding measured values of δ and φ.

【0054】そして、上記の測定を多数回行い、多数回
の測定で得られた実測値δ値とφ値の多数の組み合わせ
の中から数点から数十点の組み合わせを選択し、これら
の組み合わせについてCPU7に備えられた従来法によ
るΔとΨからの屈折率と膜厚の計算機能によって、屈折
率とΔとΨの組み合わせ若しくは膜厚とΔとΨの組み合
わせを求める。
The above measurement is performed many times, and a combination of several to several tens of points is selected from a large number of combinations of the actually measured values δ and φ obtained by the many measurements. The combination of the refractive index and Δ and 若 し く は or the combination of the refractive index and Δ and Ψ is obtained by the function of calculating the refractive index and the thickness from Δ and に よ る according to the conventional method provided in the CPU 7.

【0055】次に、これらの組み合わせを用いて更にC
PU7で重回帰分析をし、該ΔとΨの3次の多項式とし
て重回帰式を求める。重回帰式が求められた後は、既に
得られている実測値δ値とφ値及び、その後測定した実
測値δ値とφ値について、該重回帰式を用いて対応する
薄膜の屈折率や膜厚を求める。尚、重回帰式を求めるた
めに、上記のように従来法による屈折率や膜厚の算出を
行わず、既に屈折率の既知で適当な範囲の値を有する試
料薄膜についてΔとΨを測定し、既知の屈折率や膜厚と
実測値δ値とφ値の組み合わせを用いて重回帰式を求め
ることも可能である。その場合、エリプソメータにおい
ては、CPU7中の従来法によるΔとΨからの屈折率と
膜厚の計算機能を省略し、本発明にかかる重回帰分析に
より屈折率と膜厚を求める機能のみとしても良い。
Next, using these combinations, C
Multiple regression analysis is performed by PU7, and a multiple regression equation is obtained as a third-order polynomial of Δ and Ψ. After the multiple regression equation is determined, the measured values δ and φ values that have already been obtained, and the actually measured values δ and φ values measured after that, the refractive index of the corresponding thin film using the multiple regression equation and Find the film thickness. In order to find the multiple regression equation, the refractive index and the film thickness were not calculated by the conventional method as described above, and Δ and Ψ were measured for a sample thin film having a known refractive index and a value in an appropriate range. It is also possible to obtain a multiple regression equation using a combination of a known refractive index or film thickness, an actual measurement value δ value, and a φ value. In this case, in the ellipsometer, the function of calculating the refractive index and the film thickness from Δ and Ψ in the conventional method in the CPU 7 may be omitted, and only the function of obtaining the refractive index and the film thickness by the multiple regression analysis according to the present invention may be used. .

【0056】また、その重回帰式をCPU7中に記憶さ
せておき、通常の製造工程等においては重回帰式を求め
ることは行わず、記憶された重回帰式を用いて、測定器
5と検出器で得られたδ値とφ値を用いて薄膜の屈折率
や膜厚を算出して薄膜評価に対応することも可能であ
る。次に、実際に本実施例にかかるエリプソメータを用
いて試料薄膜の膜厚測定を行った。
Further, the multiple regression equation is stored in the CPU 7, and the multiple regression equation is not obtained in a normal manufacturing process or the like. It is also possible to calculate the refractive index and the film thickness of the thin film by using the δ value and the φ value obtained by the container, and to cope with the thin film evaluation. Next, the thickness of the sample thin film was actually measured using the ellipsometer according to the present example.

【0057】測定では、上記の例と同一の(実際の膜厚
d,Δ,Ψ)の19点の組み合わせをその重回帰分析に
用い、重回帰式は式(IV)と同一とした。そして、そ
の後、膜厚未知の試料薄膜について測定をしたが、測定
の結果、自身の測定によるΔ,Ψの実測値であるδ値と
φ値を用いた一回の計算で精度の高い膜厚値又は屈折率
値が得られ、従来エリプソメータに比べ計算時間の短
縮、ひいては測定時間の短縮をすることができた。 [第2実施例]次に、基板上に形成された周期構造につ
いて、エリプソメトリを適用してその構造パラメータを
求める例を、本発明の第2実施例として説明する。
In the measurement, the same combination of 19 points (actual film thickness d, Δ, Ψ) as in the above example was used for the multiple regression analysis, and the multiple regression equation was the same as equation (IV). After that, measurement was performed on the sample thin film of unknown thickness. As a result of the measurement, a high-precision film thickness was obtained by a single calculation using the δ and φ values that are the actual measured values of Δ and に よ る. Value or refractive index value was obtained, and the calculation time was shortened and the measurement time was shortened as compared with the conventional ellipsometer. [Second Embodiment] Next, an example in which ellipsometry is used to determine the structural parameters of a periodic structure formed on a substrate will be described as a second embodiment of the present invention.

【0058】図3は、本発明の第2実施例となる実験に
おいて使用された試料20の構成を示す。図3を参照す
るに、試料20には、Si基板21上に形成されたレジ
スト膜を電子ビーム露光および現像することにより、
0.3μmピッチのラインアンドスペースパターン22
が形成されている。露光の際、電子ビームのショットサ
イズを変化させることにより、レジストパターン21の
幅を0.1〜0.2μmの範囲で変化させ、また露光ド
ーズも80,100,110および120μC/cm 2
と、四通りに変化させている。合計で25通りの組み合
わせに対応する試料を作製した。
FIG. 3 shows an experiment according to a second embodiment of the present invention.
The configuration of the sample 20 used in the above is shown. Please refer to FIG.
In addition, the sample 20 has a registration formed on the Si substrate 21.
By performing electron beam exposure and development of the strike film,
0.3 μm pitch line and space pattern 22
Are formed. When exposing, use an electron beam
By changing the size, the resist pattern 21
The width is changed in the range of 0.1 to 0.2 μm,
Doses of 80, 100, 110 and 120 μC / cm Two
And change it in four ways. 25 combinations in total
A sample corresponding to the above was prepared.

【0059】図4は、前記25通りの組み合わせに対応
する試料に対し、図2の装置を使ってエリプソメトリを
適用して求めたΔおよびΨの分布を示す。次に、SEM
により、前記25個の試料について、レジストパターン
幅Lを測定し、目的変量をL、説明変量をΔ,Ψ,Δ
Ψ,Δ2 およびΔ/Ψとした重回帰分析を行った結果、
次の重回帰式が求められた。 L=−0.0229Δ+0.01833Ψ−2.392
×10-4Ψ2+0.2797Δ/Ψ+2.0450×1
-4ΔΨ+0.4906 ただし、上の重回帰式において、項Δ2 は、T検定の結
果、目的変量には影響しないという結論が出たので、省
略している。
FIG. 4 shows distributions of Δ and Ψ obtained by applying ellipsometry to the samples corresponding to the above 25 combinations using the apparatus of FIG. Next, SEM
With respect to the 25 samples, the resist pattern width L was measured, the target variable was L, and the explanatory variables were Δ, Ψ, Δ
As a result of performing multiple regression analysis with Ψ, Δ 2 and Δ / Ψ,
The following multiple regression equation was determined. L = −0.0229Δ + 0.01833Ψ−2.392
× 10 -4 Ψ 2 + 0.2797Δ / Ψ + 2.0450 × 1
0 -4 ΔΨ + 0.4906 However, the multiple regression equation above, term delta 2 as a result of the T-test, since inconclusive that does not affect the purposes variable is omitted.

【0060】図5および表2は、上記の重回帰式による
ライン幅Lの予測値と、前記SEMによる実測値との関
係を示す。
FIG. 5 and Table 2 show the relationship between the predicted value of the line width L based on the above multiple regression equation and the actually measured value by the SEM.

【0061】[0061]

【表2】 [Table 2]

【0062】図5よりわかるように、ライン幅Lの予測
値と実測値とは直線的に対応しており、表2よりわかる
ように、実測値で規格化した誤差(誤差/実測値)は最
大でも5%以下である。図5において、重相関係数Rは
0.99349であり、非常に良好である。図5および
表2の関係は、図3のラインアンドスペースパターンに
おいて、レジストパターンのライン幅Lを、エリプソメ
トリで求まるパラメータΔおよびΨにより表現できるこ
とを示している。これは、逆に上記重回帰式を使うこと
により、図3と同様な周期的ラインアンドスペースパタ
ーンを有する被測定試料に対してエリプソメトリを適用
し、その結果求められたパラメータΔおよびΨから、S
EM測定を行うことなく、前記被測定試料のライン幅L
を容易に逆算することができることを意味している。 [第3実施例]図6は、本発明の第3実施例となる実験
において使用された試料30の構成を示す。
As can be seen from FIG. 5, the predicted value of the line width L and the measured value linearly correspond to each other. As can be seen from Table 2, the error (error / measured value) normalized by the measured value is It is at most 5% or less. In FIG. 5, the multiple correlation coefficient R is 0.99349, which is very good. The relationship between FIG. 5 and Table 2 shows that in the line and space pattern of FIG. 3, the line width L of the resist pattern can be represented by parameters Δ and Ψ obtained by ellipsometry. Conversely, by using the multiple regression equation described above, ellipsometry is applied to the measured sample having the same periodic line and space pattern as in FIG. 3, and from the parameters Δ and Ψ obtained as a result, S
Without performing EM measurement, the line width L of the sample to be measured
Means that it can be easily back calculated. Third Embodiment FIG. 6 shows the structure of a sample 30 used in an experiment according to a third embodiment of the present invention.

【0063】図6を参照するに、試料30には、Si基
板31上に形成されたレジスト膜を電子ビーム露光およ
び現像することにより、5μmピッチのラインアンドス
ペースパターン32が形成されている。本実施例の実験
では、露光時の電子ビームドーズを204μC/c
-2,170μC/cm-2および136μC/cm-2
変化させることにより、ドーズ量の異なる3通りの試料
を作製した。また、各ドーズ量の試料において、ライン
アンドスペースパターンの線幅Lを様々に変化させた。
Referring to FIG. 6, a line and space pattern 32 having a pitch of 5 μm is formed on sample 30 by subjecting a resist film formed on Si substrate 31 to electron beam exposure and development. In the experiment of this embodiment, the electron beam dose at the time of exposure was 204 μC / c.
By changing m −2 , 170 μC / cm −2 and 136 μC / cm −2 , three types of samples having different doses were produced. Further, in the samples of each dose amount, the line width L of the line and space pattern was variously changed.

【0064】次に、図2の装置を使ってエリプソメトリ
を適用してΔおよびΨを求め、これを使ってSEMによ
り実測されたレジストパターン幅Lに対して重回帰分析
を行った。ただし、前記重回帰分析の際、T検定により
有意な説明変数のみを選択し、その結果次の重回帰式が
求められた。 L=−0.001118ΔΨ+0.004005Ψ+
0.163487 図7および表3〜5は、上記の重回帰式によるライン幅
Lの予測値と、前記SEMによる実測値との関係を示
す。
Next, Δ and Ψ were determined by applying ellipsometry using the apparatus of FIG. 2, and multiple regression analysis was performed on the resist pattern width L actually measured by SEM using these. However, at the time of the multiple regression analysis, only significant explanatory variables were selected by the T test, and as a result, the following multiple regression equation was obtained. L = −0.001118ΔΨ + 0.004005Ψ +
0.163487 FIG. 7 and Tables 3 to 5 show the relationship between the predicted value of the line width L based on the above-mentioned multiple regression equation and the actually measured value by the SEM.

【0065】[0065]

【表3】 [Table 3]

【0066】[0066]

【表4】 [Table 4]

【0067】[0067]

【表5】 [Table 5]

【0068】図7よりわかるように、ライン幅Lの予測
値と実測値とは図5と同様に直線的に対応しており、表
3よりわかるように、実測値で規格化した誤差(誤差/
実測値)はほとんど2%以下、最大でも3.5%以内で
ある。また図7において、重相関係数Rは0.9966
7であり、図5の場合よりもさらにに良好である。図7
および表3の関係は、図5および表2の場合と同様に、
図6のラインアンドスペースパターンにおいて、レジス
トパターンのライン幅Lを、エリプソメトリで求まるパ
ラメータΔおよびΨにより表現できることを示してい
る。これは、逆に上記重回帰式を使うことにより、被測
定試料に対してエリプソメトリを適用し、求められたパ
ラメータΔおよびΨから、SEM測定を行うことなく、
ライン幅Lを容易に逆算することができることを意味し
ている。
As can be seen from FIG. 7, the predicted value of the line width L and the measured value linearly correspond to each other as in FIG. 5, and as can be seen from Table 3, the error (error /
(Measured value) is almost 2% or less, and at most 3.5% or less. In FIG. 7, the multiple correlation coefficient R is 0.9966.
7, which is even better than the case of FIG. FIG.
And the relationship between Table 3 and FIG.
In the line and space pattern of FIG. 6, the line width L of the resist pattern can be represented by parameters Δ and Ψ obtained by ellipsometry. This means that, conversely, by using the multiple regression equation, ellipsometry is applied to the sample to be measured, and from the obtained parameters Δ and Ψ, without performing SEM measurement,
This means that the line width L can be easily calculated backward.

【0069】上記重回帰式が先に図5で説明した重回帰
式と異なるのは、図6のラインアンドスペースパターン
32のピッチと露光ドーズが、図3の場合と異なるため
であると考えられる。すなわち、重回帰式は条件が変わ
る毎に変化するので、各条件について求めておく必要が
ある。 [第4実施例]図8は、本発明の第4実施例で使う試料
40の構成を示す。
The above-mentioned multiple regression equation is different from the multiple regression equation described above with reference to FIG. 5 because the pitch and exposure dose of the line and space pattern 32 in FIG. 6 are different from those in FIG. . That is, since the multiple regression equation changes each time the condition changes, it is necessary to obtain the condition for each condition. Fourth Embodiment FIG. 8 shows the structure of a sample 40 used in a fourth embodiment of the present invention.

【0070】図8を参照するに、試料40はSi基板4
1と、Si基板41上に形成されたHTO膜42と、前
記HTO膜42上に形成されたSiN膜43と、前記S
iN膜43上に一様なピッチで形成された、幅Wを有す
るラインアンドスペースレジストパターン44とよりな
る。本実施例では、前記HTO膜42の厚さt1 、Si
N膜43の厚さt2 およびパターン幅Wを構造パラメー
タとして、それぞれ740〜840Å、140〜240
Åおよび0.30〜0.37μmの範囲で変化させた試
料を作製した。
Referring to FIG. 8, the sample 40 is a Si substrate 4
1, an HTO film 42 formed on a Si substrate 41, an SiN film 43 formed on the HTO film 42,
A line and space resist pattern 44 having a width W is formed on the iN film 43 at a uniform pitch. In this embodiment, the thickness t 1 of the HTO film 42 is
Using the thickness t 2 of the N film 43 and the pattern width W as structural parameters, 740 to 840 ° and 140 to 240, respectively.
Å and samples varied in the range of 0.30 to 0.37 μm were prepared.

【0071】ところで、本実施例では、構造パラメータ
が前記幅Wの他に膜厚t1 ,t2 を含むため、これら3
個の構造パラメータを、エリプソメトリで求められる2
個のパラメータ(Δ,Ψ)だけで表現することはできな
い。このため、本実施例では、前記3個の構造パラメー
タに対応してエリプソメトリの測定条件を3通りに変化
させ、それぞれについてエリプソメトリを実行する。例
えば、本実施例では図2のエリプソメータにおいて、入
射光ビームの入射角を55°,65°および75°と変
化させ、それぞれの入射角についてエリプソメトリを実
行する。
In this embodiment, since the structural parameters include the film thicknesses t 1 and t 2 in addition to the width W, these three
Are obtained by ellipsometry.
It cannot be expressed only by the number of parameters (Δ, Ψ). For this reason, in this embodiment, ellipsometry measurement conditions are changed in three ways corresponding to the three structural parameters, and ellipsometry is executed for each of the three conditions. For example, in this embodiment, in the ellipsometer of FIG. 2, the incident angles of the incident light beam are changed to 55 °, 65 °, and 75 °, and ellipsometry is performed for each incident angle.

【0072】それぞれの入射角において得られたΔおよ
びΨを(Δ1 ,Ψ1 ),(Δ2 ,Ψ 2 )および(Δ3
Ψ3 )とすると、膜厚t1 ,膜厚t2 およびパターン幅
Wの各々について、Δi ,Ψi ,Δi ×Δj ,Δi ×Ψ
j .Ψi ×Ψj ,Δi /Ψj(i=1〜3,j=1〜
3)を説明変数とする重回帰式が得られる。例えば、パ
ターン幅Wを目的変数とする重回帰式は、 W=−0.00331Ψ3 +0.48138Δ3 /Ψ2
+0.512903 と求められ、重相関係数Rは0.97374となった。
The Δ and the obtained at each incident angle
And (Ψ1, Ψ1), (ΔTwo, Ψ Two) And (ΔThree,
ΨThree), The film thickness t1, Film thickness tTwoAnd pattern width
For each of Wi, Ψi, Δi× Δj, Δi× Ψ
j. Ψi× Ψj, Δi/ Ψj(I = 1 to 3, j = 1 to
A multiple regression equation with 3) as an explanatory variable is obtained. For example,
The multiple regression equation using the turn width W as an objective variable is: W = −0.00331ΨThree+ 0.48138ΔThree/ ΨTwo
+0.512903, and the multiple correlation coefficient R was 0.97374.

【0073】すなわち、上記の関係は、図8の構成のラ
インアンドパターンと同様な周期構造を有する被測定試
料では、Ψ2 ,Ψ3 およびΔ3 を求めることにより、パ
ターン幅Wを求めることができる。一般に、周期構造の
構造パラメータが複数個、例えばn個存在する場合、n
が偶数の場合には少なくともn/2回、測定条件を変化
させてエリプソメトリを行い、それぞれの条件について
ΔおよびΨを求める必要がある(nが奇数の場合には少
なくともn/2+1/2回測定を変化させることが必要
になる)。
That is, the above-mentioned relationship is obtained by obtaining Ψ 2 , Ψ 3 and Δ 3 for the sample to be measured having a periodic structure similar to the line and pattern having the configuration of FIG. it can. Generally, when there are a plurality of structural parameters of a periodic structure, for example, n,
If is an even number, it is necessary to perform ellipsometry by changing the measurement conditions at least n / 2 times, and to determine Δ and Ψ for each condition (when n is an odd number, at least n / 2 + / times) It is necessary to change the measurement).

【0074】また、前記n個の構造パラメータのうち、
m個のものがあらかじめ別の方法で求められておれば、
エリプソメトリの測定条件数を(n/2−m)個まで
(nが奇数の場合n/2−1/2個まで)減少させるこ
とができる。この場合、残りのn−m個の構造パラメー
タは、n/2−m個以上のΔおよびn/2−m個以上の
Ψと、m個の実測パラメータにより近似的に表現され
る。 [第5実施例]ところで、前記第2実施例においては、
図5の関係を確立するに当たり、図3の試料20につい
て、SEMによるラインアンドスペースパターン22の
実測が前提となる。しかし、SEMによるラインアンド
スペースパターンの実測には、一般に多少の誤差がつき
ものである。そこで、本実施例では、前記重回帰式を求
めるに当たってこのようなSEMによるパターン幅の実
測に伴う誤差を取り除き、被測定試料に対してエリプソ
メトリを適用した場合の予測値の精度を向上させること
を目的とする。
Further, among the n structural parameters,
If m things are obtained in advance by another method,
The number of ellipsometry measurement conditions can be reduced to (n / 2-m) (or n / 2-1 / 2 when n is an odd number). In this case, the remaining nm structural parameters are approximately represented by n / 2-m or more Δ and n / 2-m or more Ψ, and m actually measured parameters. [Fifth Embodiment] By the way, in the second embodiment,
In establishing the relationship of FIG. 5, it is assumed that the line and space pattern 22 of the sample 20 of FIG. 3 is actually measured by SEM. However, the actual measurement of the line and space pattern by the SEM generally involves some errors. Therefore, in the present embodiment, in obtaining the multiple regression equation, such an error accompanying the actual measurement of the pattern width by the SEM is removed, and the accuracy of the predicted value when ellipsometry is applied to the sample to be measured is improved. With the goal.

【0075】図3の試料20についてエリプソメトリを
適用する際に、露光ドーズ量を一定とし、ライン幅Lの
みを変化させた場合、得られるΔ、Ψの分布は、図9に
示すように滑らかな曲線を描く。ただし、図9は、露光
ドーズを120μC/cm2とした場合の例を示す。そ
こで、本実施例では、ライン幅およびドーズ量を様々に
変化させた試料に対してエリプソメトリを行うことで得
られたデータのうち、ドーズ量が一定のデータのみを抽
出し、これに対して、ライン幅LについてのSEM実測
値を目的変数、Ψを説明変数として単回帰分析を行う。
When applying the ellipsometry to the sample 20 of FIG. 3 and keeping the exposure dose constant and changing only the line width L, the obtained distributions of Δ and Ψ are smooth as shown in FIG. Draw a simple curve. FIG. 9 shows an example in which the exposure dose is set to 120 μC / cm 2 . Therefore, in the present embodiment, of the data obtained by performing ellipsometry on the sample in which the line width and the dose amount are variously changed, only the data with a constant dose amount is extracted. , A simple regression analysis is performed using the SEM actual measurement value of the line width L as an objective variable and Ψ as an explanatory variable.

【0076】図10は、ドーズ量を120μC/cm2
に設定した場合の単回帰曲線を示す。図10を参照する
に、ライン幅Lの実測値は回帰曲線の上下にばらつく
が、真のライン幅Lは滑らかな曲線上にのるはずであ
り、従って上記回帰曲線からの前記実測値のばらつき
は、実測値の誤差を示しているものと考えられる。
FIG. 10 shows that the dose is set to 120 μC / cm 2.
2 shows a simple regression curve when set to. Referring to FIG. 10, the measured value of the line width L fluctuates above and below the regression curve, but the true line width L should lie on a smooth curve. Is considered to indicate an error of the actually measured value.

【0077】そこで、本実施例では、さらに露光ドーズ
量を80μC/cm2 ,100μC/cm2 ,110μ
C/cm2 と変化させ、各々の露光ドーズ量に対して上
記単回帰分析を行う。このようにして得られた回帰式を
使うことにより、ライン幅の予測値が、各露光ドーズ量
について求められる。また、このようにして求められた
ライン幅の予測値を使って前記第2実施例で説明した重
回帰分析を行うと、得られた重相関係数はRは、第2実
施例の場合の0.9934から0.99933へと向上
し、また予測値の標準偏差σも3.7nmから1.2n
mへと改善された。すなわち、かかる手順により、前記
回帰分析を行う際に、目的変数中に含まれる誤差が除去
され、精度の高い重回帰式が求められる。
[0077] Therefore, in this embodiment, further exposure dose to 80μC / cm 2, 100μC / cm 2, 110μ
C / cm 2 and the above single regression analysis is performed for each exposure dose. By using the regression equation thus obtained, a predicted value of the line width is obtained for each exposure dose. Further, when the multiple regression analysis described in the second embodiment is performed using the predicted value of the line width obtained in this manner, the obtained multiple correlation coefficient is R in the case of the second embodiment. From 0.9934 to 0.99933, and the standard deviation σ of the predicted value is also from 3.7 nm to 1.2 n.
m. That is, according to such a procedure, when performing the regression analysis, an error included in the objective variable is removed, and a highly accurate multiple regression equation is obtained.

【0078】以上、本発明を好ましい実施例について説
明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載の要旨内において様
々な変形・変更が可能である。
Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and alterations are possible within the scope of the appended claims. is there.

【0079】[0079]

【発明の効果】請求項1記載の発明よれば、ΔとΨの実
測による薄膜のδ値とφ値から屈折率nと膜厚dを求め
る計算は一回で終了し、測定における計算時間が短縮可
能となる。従って、薄膜評価において、測定数が多くて
も測定時間の短いエリプソメトリが提供できる。
According to the first aspect of the present invention, the calculation of the refractive index n and the thickness d from the δ and φ values of the thin film by the actual measurement of Δ and Ψ is completed in one operation, and the calculation time in the measurement is reduced. It can be shortened. Therefore, in thin film evaluation, it is possible to provide an ellipsometry having a short measurement time even if the number of measurements is large.

【0080】請求項2記載の発明によれば、重回帰分析
による重回帰式を用いることにより、屈折率nと膜厚d
の測定における計算は一回で終了し、計算時間が短縮可
能となり、薄膜評価において、測定数が多くても測定時
間の短いエリプソメトリが提供できる。請求項3及び請
求項5記載の発明によれば、重回帰分析によるΔとΨの
多項式である重回帰式を用いることにより、薄膜のδ値
とφ値からの屈折率nと膜厚dを求める計算は一回で終
了する。そして、計算精度は高く、計算時間の短縮とと
もに精度の高い測定が可能となる。
According to the second aspect of the present invention, the refractive index n and the film thickness d are obtained by using a multiple regression equation based on multiple regression analysis.
Is completed in one measurement, and the calculation time can be shortened. In thin film evaluation, ellipsometry with a large number of measurements and a short measurement time can be provided. According to the third and fifth aspects of the present invention, by using a multiple regression equation which is a polynomial of Δ and に よ る by multiple regression analysis, the refractive index n and the film thickness d from the δ and φ values of the thin film can be calculated. The calculation required is completed in one time. Then, the calculation accuracy is high, and the measurement time can be reduced and the measurement can be performed with high accuracy.

【0081】よって、薄膜評価において、精度が高いう
え、測定数が多くても測定時間の短いエリプソメトリ及
びエリプソメータが提供できる。請求項4及び請求項6
記載の発明によれば、重回帰分析による重回帰式をΔと
Ψの変数からなる3次の多項式とすることにより、薄膜
の屈折率nと膜厚dのΔとΨの関数への近似の精度の高
いものとしながら、計算を複雑にしすぎることがなく、
計算の時間短縮効果の維持をすることが可能となる。
Therefore, in the thin film evaluation, it is possible to provide an ellipsometer and an ellipsometer which have high accuracy and a short measurement time even if the number of measurements is large. Claims 4 and 6
According to the invention described above, the multiple regression equation based on the multiple regression analysis is a cubic polynomial composed of variables of Δ and 、, thereby approximating the refractive index n and the thickness d of the thin film to the functions of Δ and Ψ. While keeping the accuracy high, without making the calculation too complicated,
It is possible to maintain the effect of shortening the calculation time.

【0082】従って、必要時間の短縮とともに高い精度
の測定が可能となるエリプソメトリ及びエリプソメータ
を提供することができる。請求項7記載の発明によれ
ば、エリプソメトリにより、周期構造の様々な構造パラ
メータを、標準試料について求められた構造パラメータ
とエリプソパラメータとの間の対応関係を使うことによ
り、非破壊で、効率良く求めることが可能になる。
Therefore, it is possible to provide an ellipsometer and an ellipsometer that can reduce the required time and perform highly accurate measurement. According to the invention of claim 7, by ellipsometry, various structural parameters of the periodic structure are used in a non-destructive and efficient manner by using the correspondence between the structural parameters obtained for the standard sample and the ellipsometric parameters. It will be possible to get better.

【0083】請求項8記載の発明によれば、エリプソメ
トリで求められたデータを構造データに変換する関数を
重回帰分析により、迅速に求めることが可能になる。請
求項9記載の発明によれば、前記周期構造の様々なパラ
メータを求めるのに必要なエリプソメトリの測定条件の
変化を、容易に実現することができる。請求項10記載
の発明によれば、エリプソメトリにより、プロセスパラ
メータまでも求めることが可能になる。
According to the eighth aspect of the present invention, a function for converting data obtained by ellipsometry into structural data can be quickly obtained by multiple regression analysis. According to the ninth aspect of the present invention, it is possible to easily realize a change in ellipsometry measurement conditions necessary for obtaining various parameters of the periodic structure. According to the tenth aspect, it is possible to obtain even process parameters by ellipsometry.

【0084】請求項11記載の発明によれば、測定試料
のエリプソメトリの際に一部の構造データを実測してお
くことにより、必要なエリプソメトリの測定条件の変化
回数を減少させることができ、測定が簡素化される請求
項12記載の発明によれば、重回帰分析を行う場合に、
目的変数として使われる実測値に誤差が含まれている場
合にも、その誤差を除去することができ、精度の高い重
回帰式が得られる。
According to the eleventh aspect of the present invention, it is possible to reduce the number of changes in the required ellipsometry measurement conditions by actually measuring a part of the structure data at the time of ellipsometry of the measurement sample. According to the invention of claim 12, the measurement is simplified, when performing multiple regression analysis,
Even when an error is included in the measured value used as the objective variable, the error can be removed, and a multiple regression equation with high accuracy can be obtained.

【0085】請求項13記載の発明によれば、エリプソ
メトリにより周期構造の構造パラメータを求めることに
より、半導体装置の製造工程の途中で形成される様々な
ラインアンドスペースパターンを、非破壊に、効率良く
検査できる。請求項14記載の発明によれば、エリプソ
メトリを使って基板上のレジストパターンを検査でき
る。
According to the thirteenth aspect of the present invention, by obtaining the structural parameters of the periodic structure by ellipsometry, various line and space patterns formed during the manufacturing process of the semiconductor device can be efficiently and non-destructively. Can be inspected well. According to the fourteenth aspect, the resist pattern on the substrate can be inspected by using ellipsometry.

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

【図1】本発明の実施例で重回帰分析に用いた膜厚値に
対応するΔとΨをプロットした図である。
FIG. 1 is a diagram plotting Δ and Ψ corresponding to film thickness values used for multiple regression analysis in an example of the present invention.

【図2】本発明の実施例にかかるエリプソメータの要部
構成の概略を示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a main configuration of an ellipsometer according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2実施例で使われる試料の構成を示
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a sample used in a second embodiment of the present invention.

【図4】図3の試料に対して得られたエリプソパラメー
タの例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of ellipsometric parameters obtained for the sample of FIG.

【図5】図3の試料について得られた、パターン幅の実
測値とエリプソメトリによる予測値との対応を示す図で
ある。
5 is a diagram showing a correspondence between an actually measured value of a pattern width and a predicted value obtained by ellipsometry, obtained for the sample of FIG. 3;

【図6】本発明の第3実施例で使われる試料の構成を示
す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a sample used in a third embodiment of the present invention.

【図7】図6の試料について得られた、パターン幅の実
測値とエリプソメトリによる予測値との対応を示す図で
ある。
FIG. 7 is a diagram showing a correspondence between an actually measured value of a pattern width and a predicted value by ellipsometry, obtained for the sample of FIG. 6;

【図8】本発明の第4実施例で使われる試料の構成を示
す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a sample used in a fourth embodiment of the present invention.

【図9】図8の試料に対して得られたエリプソパラメー
タについて、特定の露光ドーズにおいて出現するΔとΨ
との間の滑らかな関係を示す図である。
9 shows Δ and Ψ appearing at a specific exposure dose for the ellipsometric parameters obtained for the sample of FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a smooth relationship between

【図10】図8の試料に対して得られたエリプソパラメ
ータについて、単回帰分析を行った結果を示す。
FIG. 10 shows the results of a simple regression analysis performed on the ellipsometric parameters obtained for the sample of FIG.

【符号の説明】 1 偏光子 2 λ/4板 3 検光子 4 薄膜試料 5 測定器 6 検出器 7 CPU 11 エリプソメータ 20,30,40 試料 21.31,41 基板 22,32,44 レジストパターン 42 酸化膜 43 窒化膜[Description of Signs] 1 Polarizer 2 λ / 4 plate 3 Analyzer 4 Thin film sample 5 Measuring instrument 6 Detector 7 CPU 11 Ellipsometer 20, 30, 40 Sample 21.31, 41 Substrate 22, 32, 44 Resist pattern 42 Oxidation Film 43 nitride film

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 薄膜測定を行う試料表面から反射される
楕円偏光のパラメータであって、下式により定義される
位相ずれ(Δ)と主軸の変位(Ψ)を測定し、それぞれ
対応する実測値のδ値とφ値から該薄膜の膜厚と屈折率
を求めるエリプソメトリにおいて、 前記の膜厚と屈折率を前記のΔとΨの関数として近似
し、 該関数を用いて該δ値とφ値から該薄膜の膜厚と屈折率
を求めることを特徴とするエリプソメトリ。 【数1】 【数2】
1. A parameter of elliptically polarized light reflected from the surface of a sample on which a thin film measurement is performed, wherein a phase shift (Δ) and a displacement (薄膜) of a main axis defined by the following equation are measured, and corresponding measured values are respectively measured. In ellipsometry for determining the film thickness and refractive index of the thin film from the δ and φ values of the above, the film thickness and the refractive index are approximated as functions of Δ and 、, and the δ value and φ are Ellipsometry, wherein the thickness and the refractive index of the thin film are determined from the values. (Equation 1) (Equation 2)
【請求項2】 請求項1記載のエリプソメトリにおい
て、 前記の関数として、前記のδ値とφ値を用いて重回帰分
析により求めた重回帰式を使用し、対応する前記薄膜の
膜厚と屈折率を求めることを特徴とするエリプソメト
リ。
2. The ellipsometry according to claim 1, wherein a multiple regression equation obtained by multiple regression analysis using the δ value and φ value is used as the function, Ellipsometry characterized by determining the refractive index.
【請求項3】 請求項2記載のエリプソメトリにおい
て、 前記の重回帰式が前記のΔとΨの多項式であることを特
徴とするエリプソメトリ。
3. The ellipsometry according to claim 2, wherein said multiple regression equation is a polynomial of said Δ and Ψ.
【請求項4】 請求項3記載のエリプソメトリにおい
て、 前記の多項式が前記のΔとΨを変数とする3次の多項式
であることを特徴とするエリプソメトリ。
4. The ellipsometry according to claim 3, wherein said polynomial is a third-order polynomial having said Δ and Ψ as variables.
【請求項5】 薄膜測定を行う試料表面から反射される
楕円偏光のパラメータであって、下式により定義される
位相ずれ(Δ)と主軸の変位(Ψ)を測定し、それぞれ
対応する実測値のδ値とφ値を求める手段と、 該δ値とΨ値を用いて重回帰分析をし、該ΔとΨの多項
式として重回帰式を求める手段と、 該重回帰式と該δ値とφ値を用いて該薄膜の膜厚と屈折
率を求める手段とからなることを特徴とするエリプソメ
ータ。 【数3】 【数4】
5. A phase shift (Δ) and a displacement (Ψ) of a main axis, which are parameters of elliptically polarized light reflected from a sample surface on which a thin film measurement is performed, defined by the following equations, and correspond to actual measured values, respectively. Means for obtaining a δ value and a φ value of; a means for performing a multiple regression analysis using the δ value and the Ψ value to obtain a multiple regression equation as a polynomial of the Δ and Ψ; an ellipsometer comprising means for determining the thickness and refractive index of the thin film using the φ value. (Equation 3) (Equation 4)
【請求項6】 請求項5記載のエリプソメータにおい
て、 前記重回帰式がΔとΨを変数とする3次の多項式である
ことを特徴とするエリプソメータ。
6. The ellipsometer according to claim 5, wherein the multiple regression equation is a third-order polynomial with Δ and Ψ as variables.
【請求項7】 n個の構造パラメータを含む周期構造を
有する試料において前記n個の構造パラメータをエリプ
ソメトリにより求める工程を含む形状測定方法におい
て、 標準試料上の前記周期構造に対してn/2回のエリプソ
メトリを、測定条件を変化させながら実行し、エリプソ
パラメータΔi ,Ψi (i=1〜n/2 )を求める工程
と、 前記標準試料上のn個の構造パラメータを実測する工程
と、 前記n個の構造パラメータを、前記エリプソパラメータ
の関数として表現する工程と、 n個の構造パラメータを含む周期構造を有する測定試料
について、エリプソメトリを行うことにより、エリプソ
パラメータΔi ,Ψi (i=1〜n/2 )を求める工程
と、 前記関数を使って前記測定試料の構造パラメータを求め
る工程とを含むことを特徴とする形状測定方法。
7. A shape measuring method including a step of obtaining the n number of structural parameters by ellipsometry in a sample having a periodic structure including n number of structural parameters, wherein the periodic structure on a standard sample is n / 2 the times of ellipsometry, run while changing the measurement conditions, ellipsometric parameters delta i, [psi i and (i = 1~n / 2) obtaining a step of actually measuring the n-number of structural parameters of the upper standard sample Expressing the n number of structural parameters as a function of the ellipsometric parameter; and performing ellipsometry on a measurement sample having a periodic structure including the n number of structural parameters, thereby obtaining ellipsometric parameters Δ i , Ψ i (I = 1 to n / 2); and using the function to determine a structural parameter of the measurement sample. Condition measurement method.
【請求項8】 前記関数は、前記標準試料上の実測され
た構造パラメータを目的変量とし、前記標準試料につい
て求められたエリプソパラメータΔi ,Ψi(i=1〜n
/2 )を説明変数とする重回帰分析により求められるこ
とを特徴とする請求項7記載の形状測定方法。
8. The function is obtained by using an actually measured structural parameter on the standard sample as a target variable, and ellipsometric parameters Δ i , Ψ i (i = 1 to n) obtained for the standard sample.
The shape measuring method according to claim 7, wherein the shape measuring method is obtained by multiple regression analysis using (/ 2)) as an explanatory variable.
【請求項9】 前記測定条件は、前記周期構造への光ビ
ームの入射角、または入射方向、または波長を変化させ
ることにより変化されることを特徴とする請求項7また
は8記載の形状測定方法。
9. The shape measuring method according to claim 7, wherein the measurement condition is changed by changing an incident angle, an incident direction, or a wavelength of the light beam on the periodic structure. .
【請求項10】 前記構造パラメータは、プロセス条件
を表すパラメータを含むことを特徴とする請求項7〜9
のうち、いずれか一項記載の形状測定方法。
10. The apparatus according to claim 7, wherein said structural parameters include parameters representing process conditions.
The method for measuring a shape according to any one of the claims.
【請求項11】 前記測定試料において、前記n個の構
造パラメータのうち、m個のパラメータを実測し、前記
エリプソメトリの測定条件の変化をn/2−m回以上と
し、残りのn−m個の構造パラメータを、(n/2−
m)個以上のΔと(n/2−m)個以上のΨと、m個の
構造パラメータとで近似的に表現することを特徴とする
請求項7〜10のうち、いずれか一項記載の形状測定方
法。
11. In the measurement sample, among the n structural parameters, m parameters are actually measured, and the change in the measurement conditions of the ellipsometry is set to n / 2−m times or more, and the remaining nm Number of structure parameters are (n / 2−
11. The method according to claim 7, wherein m) or more Δ, (n / 2−m) or more 近似, and m structural parameters are approximately represented. Shape measurement method.
【請求項12】 前記重回帰分析は、目的変数として使
われる構造パラメータの実測値に誤差が含まれている場
合、前記エリプソメトリで得られたエリプソパラメータ
のうち、前記誤差を含む構造パラメータ以外の構造パラ
メータの値が一定のものを抽出する工程と、前記抽出さ
れたエリプソパラメータの一つを説明変数とし、前記誤
差を含む構造パラメータを目的変数として単回帰分析を
行う工程とを含み、前記重回帰分析は、前記誤差を含む
構造パラメータに対して前記単回帰分析で得られた予測
値を、その実測値として実行されることを特徴とする請
求項8記載の形状測定方法。
12. The multiple regression analysis, when an error is included in a measured value of a structural parameter used as an objective variable, among ellipso parameters obtained by the ellipsometry, other than a structural parameter including the error. Extracting a constant structural parameter value, and performing a simple regression analysis using one of the extracted ellipso parameters as an explanatory variable, and using the structural parameter including the error as an objective variable. 9. The shape measuring method according to claim 8, wherein the regression analysis is performed by using a predicted value obtained by the simple regression analysis with respect to the structural parameter including the error as an actually measured value.
【請求項13】 標準試料上に形成されたn個の構造パ
ラメータを含む周期構造に対して、n/2回のエリプソ
メトリを、測定条件を変化させながら実行し、エリプソ
パラメータΔi ,Ψi (i=1〜n/2 )を求める工程
と、 前記標準試料上のn個の構造パラメータを実測する工程
と、 前記n個の構造パラメータを、前記エリプソパラメータ
の関数として表現する工程と、 半導体基板上に、n個の構造パラメータを含み前記周期
構造を形成する複数の被測定パターンを形成する工程
と、 前記半導体基板上の前記周期構造についてエリプソメト
リを行うことにより、エリプソパラメータΔi ,Ψ
i (i=1〜n/2 )を求める工程と、 前記関数を使って前記半導体基板上の周期構造につい
て、前記構造パラメータを求める工程とを含むことを特
徴とする半導体装置の製造方法。
13. An ellipsometry of n / 2 times is performed on a periodic structure including n structural parameters formed on a standard sample while changing measurement conditions to obtain ellipsometric parameters Δ i , Ψ i (I = 1 to n / 2), a step of actually measuring n structural parameters on the standard sample, a step of expressing the n structural parameters as a function of the ellipsometric parameter, Forming a plurality of patterns to be measured on the substrate including the n structural parameters to form the periodic structure; and performing ellipsometry on the periodic structure on the semiconductor substrate to obtain ellipsometric parameters Δ i , Ψ
i . A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: determining i (i = 1 to n / 2); and determining the structural parameters of a periodic structure on the semiconductor substrate using the function.
【請求項14】 前記周期構造は、前記半導体基板上に
形成されたレジストパターンであることを特徴とする請
求項13記載の半導体装置の製造方法。
14. The method according to claim 13, wherein the periodic structure is a resist pattern formed on the semiconductor substrate.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002202115A (en) * 2000-11-09 2002-07-19 Samsung Electronics Co Ltd Method of automatically detecting measuring error of measuring apparatus
KR100418346B1 (en) * 2000-12-26 2004-02-11 오혜근 System for Analysing Line-and-space Measurement using Ellipsometry
US6720587B2 (en) 2000-06-16 2004-04-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Structure evaluation method, method for manufacturing semiconductor devices, and recording medium

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