KR101582357B1 - Apparatus and method for measuring thickness of film - Google Patents

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KR101582357B1
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요시미 사와무라
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오츠카 일렉트로닉스 가부시키가이샤
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Abstract

모델화부(721A)는 피팅부(722A)로부터의 파라미터 갱신 지령에 따라서 제1층의 막 두께(d1)를 순차적으로 갱신하고, 이 갱신 후의 제1층의 막 두께(d1)에 따라서 이론 반사율을 나타내는 함수를 갱신한다. 또한, 모델화부(721A)는 갱신 후의 함수에 따라서, 각 파장에 있어서의 이론 반사율(스펙트럼)을 반복해서 산출한다. 이와 같은 수순에 의해, 제1층의 막 두께(d1)가 피팅에 의해 결정된다. 피팅이 규정 횟수 이내에 수렴되지 않았을 경우에는, 푸리에 변환을 사용하여 제1층의 막 두께(d1)가 결정된다.

Figure R1020090054696

막 두께 측정 장치, 커트 필터, 결상 렌즈, 빔 스플리터, 콜리메이트 렌즈

Model conversion unit (721A) is a theory according to the fitting portion updates the thickness (d 1) of the first layer according to the parameter update instruction from the (722A) in sequence, and the thickness of the first layer after the update (d 1) Thereby updating the function representing the reflectance. Further, the modeling unit 721A repeatedly calculates the theoretical reflectance (spectrum) at each wavelength in accordance with the updated function. By such a procedure, the film thickness d 1 of the first layer is determined by the fitting. When the fitting has not converged within the prescribed number of times, the film thickness d 1 of the first layer is determined using the Fourier transform.

Figure R1020090054696

A film thickness measuring device, a cut filter, an image-forming lens, a beam splitter, a collimate lens

Description

막 두께 측정 장치 및 막 두께 측정 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING THICKNESS OF FILM}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a film thickness measurement apparatus,

본 발명은 막 두께 측정 장치 및 막 두께 측정 방법에 관한 것으로, 보다 특정적으로는 기판 상에 복수의 층이 형성된 피측정물의 막 두께를 측정하는 구성 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a film thickness measuring apparatus and a film thickness measuring method, and more particularly to a configuration and a method for measuring a film thickness of a measured object on which a plurality of layers are formed on a substrate.

최근, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 회로 등의 저소비 전력화나 고속화를 도모하기 위해, SOI(Silicon on Insulator)로 불리는 기판 구조가 주목되고 있다. 이 SOI 기판은 2개의 Si(실리콘) 기판 사이에 SiO2 등의 절연층(BOX층)을 배치한 것으로, 한쪽의 Si층에 형성되는 PN 접합과 다른 쪽의 Si층(기판) 사이에 발생하는 기생 다이오드나 부유 용량 등을 저감시킬 수 있다.Recently, a substrate structure called SOI (Silicon on Insulator) has been attracting attention in order to achieve lower power consumption and higher speed in CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) circuits and the like. This SOI substrate is formed by disposing an insulating layer (BOX layer) such as SiO 2 between two Si (silicon) substrates, and is formed between a PN junction formed on one Si layer and the other Si layer Parasitic diodes, stray capacitance, and the like can be reduced.

이와 같은 SOI 기판의 제조 방법으로서는, 실리콘 웨이퍼의 표면에 산화막을 형성한 후, 당해 산화막을 끼우도록 다른 실리콘 웨이퍼를 맞대게 하고, 또한, 회로 소자가 형성되는 측의 실리콘 웨이퍼를 연마하여 소정의 두께로 하는 방법이 알려져 있다.As a method of manufacturing such an SOI substrate, an oxide film is formed on the surface of a silicon wafer, another silicon wafer is sandwiched so as to sandwich the oxide film, and a silicon wafer on the side where circuit elements are formed is polished to a predetermined thickness Is known.

이와 같이 연마 공정에 의해 실리콘 웨이퍼의 두께를 제어하기 위해서는, 막 두께를 연속적으로 모니터할 필요가 있다. 이와 같은 연마 공정에 있어서의 막 두께의 측정 방법으로서, 일본 특허 출원 공개 평05-306910호 공보 및 일본 특허 출원 공개 평05-308096호 공보에는 푸리에 변환 적외 분광 광도계(FTIR)를 사용하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 출원 공개 제2005-19920호 공보에는 분산형 멀티 채널 분광기에 의해 측정한 반사 스펙트럼을 사용하는 방법이 개시되어 있다.In order to control the thickness of the silicon wafer by the polishing process, it is necessary to continuously monitor the film thickness. As a method of measuring the film thickness in such a polishing step, a method using a Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR) is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 05-306910 and 05-308096 . Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-19920 discloses a method of using a reflection spectrum measured by a dispersion type multi-channel spectroscope.

또한, 일본 특허 출원 공개 평10-125634호 공보에는 적외선 광원으로부터의 적외선을 연마체를 투과시켜 연마 대상물에 조사하여, 그 반사광을 검출함으로써 막 두께를 측정하는 방법이 개시되어 있다.Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-125634 discloses a method of measuring the film thickness by irradiating an object to be polished with an infrared ray from an infrared light source through a polishing body and detecting the reflected light.

또한, 일본 특허 출원 공개 제2002-228420호 공보에는 실리콘 박막의 표면을 향해, 0.9㎛ 이상의 파장을 가진 적외선을 조사하여, 실리콘 박막의 표면에 의한 반사광과 실리콘 박막의 이면에 의한 반사광의 간섭 결과에 기초하여, 실리콘 박막의 막 두께를 측정하는 방법이 개시되어 있다.Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 2002-228420 discloses a method of irradiating infrared rays having a wavelength of 0.9 탆 or more toward the surface of a silicon thin film to obtain a result of interference between light reflected by the surface of the silicon thin film and light reflected by the back surface of the silicon thin film A method of measuring a film thickness of a silicon thin film is disclosed.

또한, 일본 특허 출원 공개 제2003-114107호 공보에는 측정광으로서 적외광을 사용하는 광간섭식 막 두께 측정 장치가 개시되어 있다.In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-114107 discloses an apparatus for measuring an optical interfering film thickness using infrared light as measurement light.

그러나, 일본 특허 출원 공개 평05-306910호 공보 및 일본 특허 출원 공개 평05-308096호 공보에 개시되는 측정 방법에서는, 기준이 되는 샘플에 대한 막 두께의 상대치를 측정하는 것밖에 할 수 없어, 막 두께의 절대치를 측정할 수는 없다.However, in the measurement methods disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 05-306910 and 05-308096, it is only necessary to measure the relative value of the film thickness to the reference sample, The absolute value of the thickness can not be measured.

또한, 일본 특허 출원 공개 제2005-19920호 공보에 개시되는 측정 방법에서는, 예를 들어 굴절률을 파장에 의존하지 않는 고정치로 가정하여, 자기 회귀 모델에 의한 주기 추정을 행하고 있으나, 실제의 굴절률은 파장 의존성을 갖고 있어, 이와 같은 파장 의존성에 기인하는 오차를 배제할 수 없다. 또한, 일본 특허 출원 공개 제2003-114107호 공보에 개시되는 측정 방법에 있어서도 동일한 문제를 포함하고 있다.In the measurement method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-19920, the period is estimated by the autoregressive model, assuming that the refractive index is a fixed value that does not depend on the wavelength, but the actual refractive index is It has wavelength dependency, and an error due to such wavelength dependence can not be excluded. The same problem also occurs in the measuring method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-114107.

또한, 일본 특허 출원 공개 제2002-228420호 공보에 개시되는 측정 방법에서는, 측정 대상의 샘플에 관통부를 형성할 필요가 있어, 막 두께를 비파괴로 연속적으로 측정할 수는 없다.Further, in the measuring method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-228420, it is necessary to form a penetration portion in the sample to be measured, and the film thickness can not be continuously measured non-destructively.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은 막 두께를 보다 높은 정밀도를 측정하는 것이 가능한 막 두께 측정 장치 및 막 두께 측정 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a film thickness measuring apparatus and a film thickness measuring method capable of measuring a film thickness with higher precision.

본 발명의 어느 국면에 따르는 막 두께 측정 장치는 광원과, 분광 측정부와, 제1 결정 수단과, 변환 수단과, 해석 수단과, 제2 결정 수단을 포함한다. 광원은 기판 상에 복수의 층이 형성된 피측정물에 대해 소정의 파장 범위를 갖는 측정광을 조사한다. 피측정물은 광원에 가장 가까운 제1층과 제1층에 인접하는 제2층을 포함한다. 분광 측정부는 피측정물에서 반사된 광 또는 피측정물을 투과한 광에 기초하여, 반사율 또는 투과율의 파장 분포 특성을 취득한다. 제1 결정 수단은 피측정물에 포함되는 각 층의 막 두께를 포함하는 모델식을 사용하여, 파장 분포 특성에 대해 피팅을 행함으로써, 적어도 제1층의 막 두께를 결정한다. 변환 수단은 파장 분포 특성에 있어서의 각 파장과 그 파장에 있어서의 반사율 또는 투과율의 값의 대응 관계를, 각 파장에 대한 파수와 소정의 관계식에 따라서 산출되는 변환치의 대응 관계로 변환함으로써, 파수 분포 특성을 생성한다. 해석 수단은 파수 분포 특성에 포함되는 각 파수 성분의 진폭치를 취득한다. 제2 결정 수단은 파수 분포 특성에 포함되는 진폭치가 큰 파수 성분에 기초하여 적어도 제1층의 막 두께를 결정한다. 그리고, 제1 결정 수단 및 제2 결정 수단은 선택적으로 유효화된다.A film thickness measuring apparatus according to a certain aspect of the present invention includes a light source, a spectroscopic measurement unit, a first determining means, a converting means, an analyzing means, and a second determining means. The light source irradiates measurement light having a predetermined wavelength range to the object to be measured on which a plurality of layers are formed on the substrate. The object to be measured includes a first layer closest to the light source and a second layer adjacent to the first layer. The spectroscopic measurement unit acquires the wavelength distribution characteristics of the reflectance or transmittance based on the light reflected from the measured object or the light transmitted through the measured object. The first determining means determines the film thickness of at least the first layer by fitting the wavelength distribution characteristic using the model equation including the film thickness of each layer included in the measured object. The conversion means converts the correspondence between the wavelengths in the wavelength distribution characteristics and the reflectance or transmittance values at the wavelengths into the corresponding relationship of the wave number for each wavelength and the conversion value calculated in accordance with a predetermined relational expression, Create a property. The analyzing means acquires the amplitude value of each wave number component included in the wave number distribution characteristic. The second determining means determines at least the film thickness of the first layer based on a wavenumber component having an amplitude value included in the wavenumber distribution characteristic. Then, the first determining means and the second determining means are selectively validated.

바람직하게는, 피측정물에 포함되는 각 층의 막 두께를 포함하는 모델식에, 제2 결정 수단에 의해 결정된 제1층의 막 두께의 값을 설정한 후, 파장 분포 특성에 대해 피팅을 행함으로써, 제2층의 막 두께를 결정하는 제3 결정 수단을 더 포함한다.Preferably, a value of the film thickness of the first layer determined by the second determination means is set in a model expression including the film thickness of each layer included in the measured object, and then fitting is performed on the wavelength distribution characteristic Thereby determining the film thickness of the second layer.

바람직하게는, 제2 결정 수단은 제1 결정 수단에 의한 피팅이 규정 횟수 이내에 수렴되지 않는 경우에 유효화된다.Preferably, the second determining means is validated when the fitting by the first determining means does not converge within the prescribed number of times.

바람직하게는, 모델식은 굴절률을 나타내는 파장에 대한 함수를 포함한다.Preferably, the model equation includes a function for the wavelength representing the refractive index.

바람직하게는, 소정의 파장 범위는 적외 대역의 파장을 포함한다.Preferably, the predetermined wavelength range includes the wavelength of the infrared band.

바람직하게는, 해석 수단은 파수 분포 특성을 이산적으로 푸리에 변환하는 수단을 포함한다.Preferably, the analyzing means includes means for discrete Fourier transforming the wave number distribution characteristic.

바람직하게는, 해석 수단은 최적화법을 사용하여 파수 분포 특성에 포함되는 각 파수 성분의 진폭치를 취득한다.Preferably, the analyzing means acquires amplitude values of the respective wave number components included in the wave number distribution characteristic by using the optimization method.

본 발명의 다른 국면에 따르는 막 두께 측정 방법은 기판 상에 복수의 층이 형성된 피측정물에 대해 소정의 파장 범위를 갖는 측정광을 조사하는 스텝을 포함한다. 피측정물은 측정광이 최초에 입사하는 제1층과 제1층에 인접하는 제2층을 포함한다. 막 두께 측정 방법은, 또한, 피측정물에서 반사된 광 또는 피측정물을 투과한 광에 기초하여 반사율 또는 투과율의 파장 분포 특성을 취득하는 스텝과, 피측정물에 포함되는 각 층의 막 두께를 포함하는 모델식을 사용하여, 파장 분포 특성에 대해 피팅을 행함으로써, 적어도 제1층의 막 두께를 결정하는 제1 결정 스텝과, 파장 분포 특성에 있어서의 각 파장과 그 파장에 있어서의 반사율 또는 투과 율의 값의 대응 관계를, 각 파장에 대한 파수와 소정의 관계식에 따라서 산출되는 변환치의 대응 관계로 변환함으로써, 파수 분포 특성을 생성하는 스텝과, 파수 분포 특성에 포함되는 각 파수 성분의 진폭치를 취득하는 스텝과, 파수 분포 특성에 포함되는 진폭치가 큰 파수 성분에 기초하여 적어도 제1층의 막 두께를 결정하는 제2 결정 스텝과, 제1 결정 스텝 및 제2 결정 스텝을 선택적으로 유효화하는 스텝을 포함한다.A film thickness measuring method according to another aspect of the present invention includes a step of irradiating measurement light having a predetermined wavelength range to an object to be measured on which a plurality of layers are formed on a substrate. The object to be measured includes a first layer in which measurement light is initially incident and a second layer adjacent to the first layer. The film thickness measuring method may further include the steps of obtaining a wavelength distribution characteristic of reflectance or transmittance based on light reflected from the measured object or light transmitted through the measured object; A first determining step of determining a film thickness of at least a first layer by fitting to a wavelength distribution characteristic by using a model equation including a wavelength distribution characteristic and a reflectance Or transmittance values of the respective wave number components included in the wave number distribution characteristic into the corresponding relationship of the wave number for each wavelength and the conversion value calculated according to a predetermined relational expression to generate a wave number distribution characteristic; A second determination step of determining at least a film thickness of the first layer based on a wavenumber component having an amplitude value included in a wavenumber distribution characteristic, And a and a step of selectively enabling the second determination step.

본 발명에 따르면, 피측정물의 막 두께를 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.According to the present invention, the film thickness of the object to be measured can be measured with higher accuracy.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 국면 및 이점은 첨부한 도면과 관련지어 이해되는 본 발명에 관한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.These and other objects, features, aspects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings.

본 발명에 따르면, 막 두께를 보다 높은 정밀도로 측정하는 것이 가능한 막 두께 측정 장치 및 막 두께 측정 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a film thickness measuring apparatus and a film thickness measuring method capable of measuring a film thickness with higher accuracy.

본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

또한, 도면 중 동일 또는 상당 부분에 대해서는, 동일 부호를 부여하고 그 설명은 반복하지 않는다.In the drawings, the same or equivalent portions are denoted by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.

<장치 구성><Device Configuration>

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치(100)의 개략 구성도이다.1 is a schematic block diagram of a film thickness measuring apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

본 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치(100)는 대표적으로, 단층 또는 적층 구조의 피측정물에 있어서의 각 층의 막 두께를 측정하는 것이 가능하다. 특히, 본 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치(100)는 비교적 두께가 큰 층(대표적으로는, 2㎛ 내지 1000㎛)을 포함하는 피측정물의 막 두께 측정에 적합하다.The film thickness measuring apparatus 100 according to the present embodiment is capable of measuring the film thickness of each layer in an object to be measured having a single layer or a multilayer structure. Particularly, the film thickness measuring apparatus 100 according to the present embodiment is suitable for measuring the film thickness of a measured object including a relatively thick layer (typically 2 占 퐉 to 1000 占 퐉).

구체적으로는, 막 두께 측정 장치(100)는 현미 분광식 측정 장치이며, 피측정물에 광을 조사하여, 당해 피측정물에서 반사된 반사광의 파장 분포 특성(이하 「스펙트럼」이라고도 칭함)에 기초하여, 피측정물을 구성하는 각 층의 막 두께를 측정 가능하다. 또한, 막 두께 측정으로 한정되지 않고, 각 층에 있어서의(절대 및 상대) 반사율의 측정이나 층 구조의 해석도 가능하다. 또한, 반사광의 스펙트럼 대신에, 피측정물을 투과한 광의 스펙트럼(투과광의 스펙트럼)을 사용해도 된다.Specifically, the film thickness measuring apparatus 100 is a microscopic spectroscopic type measuring apparatus, which irradiates a light to a measured object and measures the wavelength distribution characteristic (hereinafter also referred to as &quot; spectrum &quot;) of the reflected light reflected from the measured object So that the film thickness of each layer constituting the measured object can be measured. Further, the measurement of the (absolute and relative) reflectance in each layer and the analysis of the layer structure are also possible. Instead of the spectrum of the reflected light, a spectrum (spectrum of transmitted light) of the light transmitted through the measured object may be used.

본 명세서에서는 피측정물로서, 기판 단체(單體) 혹은 기판 상에 1개 이상의 층이 형성된 것을 대상으로 하는 경우에 대해 예시한다. 피측정물의 구체적인 일례로서는, Si 기판, 글래스 기판, 사파이어 기판 등의 비교적 두께가 있는 기판 단체나, SOI(Silicon on Insulator) 기판과 같은 적층 구조의 기판 등이다. 특히, 본 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치(100)는 절삭 또한 연마 후의 Si 기판의 막 두께, SOI 기판의 Si층(활성층)의 막 두께, 화학 기계 연마(CMP : Chemical Mechanical Polishing) 공정에서의 Si 기판의 막 두께 등의 측정에 적합하다.In the present specification, a case in which one or more layers are formed on a single substrate or a substrate is used as an object to be measured. Specific examples of the object to be measured include a substrate having a relatively large thickness such as an Si substrate, a glass substrate, and a sapphire substrate, a substrate having a multilayer structure such as an SOI (Silicon on Insulator) substrate, and the like. Particularly, the film thickness measuring apparatus 100 according to the present embodiment can measure the film thickness of the Si substrate after cutting, polishing, the Si layer (active layer) of the SOI substrate, the film thickness of the Si layer after the polishing (CMP: Chemical Mechanical Polishing) It is suitable for measurement of film thickness of Si substrate and the like.

도 1을 참조하여, 막 두께 측정 장치(100)는 측정용 광원(10)과, 콜리메이트 렌즈(12)와, 커트 필터(14)와, 결상 렌즈(16, 36)와, 조리개부(18)와, 빔 스플리 터(20, 30)와, 관찰용 광원(22)과, 광파이버(24)와, 출사부(26)와, 핀 홀 미러(32)와, 축 변환 미러(34)와, 관찰용 카메라(38)와, 표시부(39)와, 대물 렌즈(40)와, 스테이지(50)와, 가동 기구(51)와, 분광 측정부(60)와, 데이터 처리부(70)를 구비한다.1, the film thickness measuring apparatus 100 includes a light source for measurement 10, a collimator lens 12, a cut filter 14, imaging lenses 16 and 36, a diaphragm 18 The beam splitter 20, the observation light source 22, the optical fiber 24, the output section 26, the pinhole mirror 32, the axis conversion mirror 34, A display unit 39, an objective lens 40, a stage 50, a movable mechanism 51, a spectroscopic measurement unit 60, and a data processing unit 70 do.

측정용 광원(10)은 피측정물의 반사율 스펙트럼을 취득하기 위해, 소정의 파장 범위를 갖는 측정광을 발생하는 광원이고, 특히 적외 대역에 파장 성분(예를 들어, 900㎚ 내지 1600㎚ 또는 1470㎚ 내지 1600㎚)을 갖는 광원이 사용된다. 측정용 광원(10)으로서는, 대표적으로 할로겐 램프가 사용된다.The light source for measurement 10 is a light source for generating measurement light having a predetermined wavelength range in order to acquire a reflectance spectrum of the object to be measured. Particularly, a wavelength component (for example, 900 nm to 1600 nm or 1470 nm To 1600 nm) is used. As a light source for measurement 10, a halogen lamp is typically used.

콜리메이트 렌즈(12)와, 커트 필터(14)와, 결상 렌즈(16)와, 조리개부(18)는 측정용 광원(10)과 빔 스플리터(30)를 연결하는 광축(AX2) 상에 배치되어, 측정용 광원(10)으로부터 출사되는 측정광을 광학적으로 조정한다.The collimator lens 12, the cut filter 14, the image forming lens 16 and the diaphragm 18 are arranged on the optical axis AX2 connecting the measuring light source 10 and the beam splitter 30 Thereby optically adjusting the measurement light emitted from the measurement light source 10.

구체적으로는, 콜리메이트 렌즈(12)는 측정용 광원(10)으로부터의 측정광이 최초에 입사하는 광학 부품이고, 확산 광선으로서 전파되는 측정광을 굴절시켜 평행 광선으로 변환한다. 콜리메이트 렌즈(12)를 통과한 측정광은 커트 필터(14)에 입사한다. 커트 필터(14)는 측정광에 포함되는 불필요한 파장 성분을 차단한다. 대표적으로, 커트 필터(14)는 글래스 기판 등에 증착된 다층막에 의해 형성된다. 결상 렌즈(16)는 측정광의 빔 직경을 조정하기 위해, 커트 필터(14)를 통과한 측정광을 평행 광선으로부터 수렴 광선으로 변환한다. 결상 렌즈(16)를 통과한 측정광은 조리개부(18)에 입사한다. 조리개부(18)는 측정광의 광량을 소정량으로 조정한 후 빔 스플리터(30)로 출사한다. 바람직하게는, 조리개부(18)는 결상 렌즈(16)에 의해 변환된 측정광의 결상 위치에 배치된다. 또한, 조리개부(18)의 조정량은 피측정물에 입사하는 측정광의 피사계 심도나 필요한 광강도 등에 따라서 적절하게 설정된다.Specifically, the collimator lens 12 is an optical component to which the measurement light from the measurement light source 10 is first incident, and refracts the measurement light propagated as a diffused light to convert it into a parallel light beam. The measurement light having passed through the collimator lens 12 is incident on the cut filter 14. The cut filter 14 blocks unnecessary wavelength components included in the measurement light. Typically, the cut filter 14 is formed by a multilayer film deposited on a glass substrate or the like. The imaging lens 16 converts the measurement light passing through the cut filter 14 from a parallel light beam to a convergent light beam to adjust the beam diameter of the measurement light beam. The measurement light having passed through the imaging lens 16 is incident on the diaphragm 18. The diaphragm 18 adjusts the light amount of the measurement light to a predetermined amount and then outputs the light to the beam splitter 30. Preferably, the diaphragm 18 is arranged at the imaging position of the measurement light converted by the imaging lens 16. The adjustment amount of the diaphragm 18 is appropriately set in accordance with the depth of field of the measurement light incident on the object to be measured, the required light intensity, and the like.

한편, 관찰용 광원(22)은 피측정물로의 포커싱이나 측정 위치의 확인에 사용되는 관찰광을 생성하는 광원이다. 그리고, 관찰용 광원(22)이 발생하는 관찰광은 피측정물에서 반사 가능한 파장을 포함하도록 선택된다. 관찰용 광원(22)은 광파이버(24)를 통해 출사부(26)와 접속되어 있고, 관찰용 광원(22)에서 생성된 관찰광은 광도파로인 광파이버(24)를 전파한 후에 출사부(26)로부터 빔 스플리터(20)를 향해 출사된다.On the other hand, the observation light source 22 is a light source that generates observation light used for focusing on a measurement object and confirming a measurement position. The observation light generated by the observation light source 22 is selected so as to include a wavelength that can be reflected by the object to be measured. The observation light source 22 is connected to the output section 26 through the optical fiber 24 and the observation light generated by the observation light source 22 propagates through the optical fiber 24 as the optical waveguide and then passes through the output section 26 To the beam splitter 20, as shown in Fig.

출사부(26)는 피측정물에 소정의 관찰 기준상이 투사되도록, 관찰용 광원(22)에서 생성된 관찰광의 일부를 마스크하는 마스크부(26a)를 포함한다. 이 관찰 기준상은 그 표면에 아무런 모양(패턴)도 형성되어 있지 않은 피측정물(대표적으로, 투명한 글래스 기판 등)에 대해서도, 포커싱을 용이화하기 위한 것이다. 또한, 레티클상의 형상은 어느 것이라도 좋으나, 일례로서 동심원 형상이나 십자 형상의 패턴 등을 사용할 수 있다.The output unit 26 includes a mask unit 26a for masking a part of the observation light generated by the observation light source 22 so that a predetermined observation reference image is projected onto the measured object. This observation reference image is intended to facilitate focusing even on an object to be measured (typically, a transparent glass substrate or the like) on which no shape (pattern) is formed on the surface. Further, the shape of the reticle may be any, but a circular pattern or a cross pattern may be used as an example.

즉, 관찰용 광원(22)에서 생성된 직후의 관찰광의 빔 단면에 있어서의 광강도(광량)는 대략 균일하나, 마스크부(26a)가 이 관찰광의 일부를 마스크(차폐)함으로써, 관찰광은 그 빔 단면에 있어서 광강도가 대략 제로인 영역(그림자 영역)이 형성된다. 이 그림자 영역이 관찰 기준상으로서 피측정물에 투사된다.That is, although the light intensity (amount of light) in the beam cross section of the observation light immediately after being generated by the observation light source 22 is substantially uniform, the mask part 26a masks (shields) a part of the observation light, (Shadow region) in which the light intensity is substantially zero in the beam cross section is formed. This shadow region is projected onto the measured object as an observation reference image.

스테이지(50)는 피측정물을 배치하기 위한 시료대이고, 그 배치면은 평탄하 게 형성된다. 이 스테이지(50)는 일례로서 기계적으로 연결된 가동 기구(51)에 의해 3방향(X방향ㆍY방향ㆍZ방향)으로 자유자재로 구동된다. 가동 기구(51)는 대표적으로 3축분의 서보 모터와, 각 서보 모터를 구동하기 위한 서보 드라이버를 포함하여 구성된다. 그리고, 가동 기구(51)는 사용자 또는 도시하지 않은 제어 장치 등으로부터의 스테이지 위치 지령에 응답하여 스테이지(50)를 구동한다. 이 스테이지(50)의 구동에 의해, 피측정물과 후술하는 대물 렌즈(40) 사이의 위치 관계가 변경된다.The stage 50 is a sample stage for disposing the object to be measured, and its placement surface is formed flat. The stage 50 is freely driven in three directions (X direction, Y direction, and Z direction) by a mechanically connected movable mechanism 51 as an example. The movable mechanism 51 typically includes a three-axis servo motor and a servo driver for driving each servo motor. Then, the movable mechanism 51 drives the stage 50 in response to a stage position command from a user or a control device (not shown) or the like. By driving the stage 50, the positional relationship between the object to be measured and the objective lens 40 described later is changed.

대물 렌즈(40)와, 빔 스플리터(30)와, 핀 홀 미러(32)는 스테이지(50)의 평탄면에 수직인 방향으로 연신하는 광축(AX1) 상에 배치된다.The objective lens 40, the beam splitter 30 and the pinhole mirror 32 are disposed on the optical axis AX1 which extends in the direction perpendicular to the flat surface of the stage 50. [

빔 스플리터(30)는 측정용 광원(10)에서 생성되는 측정광을 반사함으로써, 그 전파 방향을 광축(AX1)의 종이면 하향으로 변환한다. 또한, 빔 스플리터(30)는 광축(AX1)을 종이면 상향으로 전파하는 피측정물로부터의 반사광을 투과시킨다.The beam splitter 30 reflects the measurement light generated by the measurement light source 10 to convert the propagation direction of the measurement light to a downward paper surface of the optical axis AX1. Further, the beam splitter 30 transmits the reflected light from the object to be measured, which propagates the optical axis AX1 upward on the paper surface.

한편, 빔 스플리터(20)는 관찰용 광원(22)에서 생성되는 관찰광을 반사함으로써, 그 전파 방향을 광축(AX2)의 종이면 우측 방향으로 변환한다. 즉, 빔 스플리터(20)는 측정용 광원(10)으로부터 집광 광학계인 대물 렌즈(40)까지의 광학 경로 상의 소정 위치에 있어서 관찰광을 주입하는 광 주입부로서 기능한다. 이 빔 스플리터(20)에서 합성된 측정광과 관찰광은 빔 스플리터(30)에서 반사된 후, 대물 렌즈(40)에 입사한다.On the other hand, the beam splitter 20 reflects the observation light generated by the observation light source 22, thereby converting the propagation direction to the right side of the paper surface of the optical axis AX2. That is, the beam splitter 20 functions as a light injecting unit for injecting observation light at a predetermined position on the optical path from the measurement light source 10 to the objective lens 40 as the condensing optical system. The measurement light and the observation light synthesized by the beam splitter 20 are reflected by the beam splitter 30 and then enter the objective lens 40. [

특히, 측정광은 적외 대역의 파장 성분을 포함하고, 관찰광은 가시 대역의 파장 성분을 포함하므로, 빔 스플리터(20 및 30)는 모두 그 투과/반사 특성이 가시 대역으로부터 적외 대역까지 원하는 값을 유지할 수 있는 것이 채용된다.In particular, since the measurement light includes the wavelength component of the infrared band and the observation light includes the wavelength component of the visible band, the beam splitters 20 and 30 all have the transmission / reflection characteristics ranging from the visible band to the infrared band to a desired value Which can be maintained.

대물 렌즈(40)는 광축(AX1)을 종이면 하향으로 전파하는 측정광 및 관찰광을 집광하기 위한 집광 광학계이다. 즉, 대물 렌즈(40)는 피측정물 또는 그 근접한 위치에서 결상되도록 측정광 및 관찰광을 수렴시킨다. 또한, 대물 렌즈(40)는 소정의 배율(예를 들어, 10배, 20배, 30배, 40배 등)을 갖는 확대 렌즈이다. 이와 같은 확대 렌즈를 사용함으로써, 피측정물의 광학 특성이 측정되는 영역을 대물 렌즈(40)에 입사하는 광의 빔 단면에 비교하여 보다 미소화할 수 있다.The objective lens 40 is a condensing optical system for condensing the observation light and the measurement light propagating the optical axis AX1 downward on the paper surface. That is, the objective lens 40 converges the measurement light and the observation light so as to form an image at the object to be measured or a position close thereto. The objective lens 40 is a magnifying lens having a predetermined magnification (for example, 10 times, 20 times, 30 times, 40 times, etc.). By using such a magnifying lens, the area where the optical characteristic of the measured object is measured can be made smaller than the beam cross section of the light incident on the objective lens 40. [

또한, 대물 렌즈(40)를 통해 피측정물에 입사한 측정광 및 관찰광은 피측정물에서 반사되어, 광축(AX1) 상을 종이면 상향으로 전파한다. 이 반사광은 대물 렌즈(40)를 투과한 후, 빔 스플리터(30)를 투과하여 핀 홀 미러(32)까지 도달한다.Further, the measurement light and the observation light incident on the object to be measured through the objective lens 40 are reflected by the object to be measured, and propagate upward on the optical axis AX1. The reflected light passes through the objective lens 40, then passes through the beam splitter 30 and reaches the pinhole mirror 32.

핀 홀 미러(32)는 피측정물에서 발생하는 반사광 중, 측정 반사광과 관찰 반사광을 분리하는 광 분리부로서 기능한다. 구체적으로는, 핀 홀 미러(32)는 광축(AX1)을 종이면 상향으로 전파하는 피측정물로부터의 반사광을 반사하는 반사면을 포함하고, 그 반사면과 광축(AX1)의 교점을 중심으로 하는 구멍부(핀 홀)(32a)가 형성되어 있다. 이 핀 홀(32a)의 크기는 측정용 광원(10)으로부터의 측정광이 피측정물에서 반사되어 발생하는 측정 반사광의, 핀 홀 미러(32)의 위치에 있어서의 빔 직경에 비교하여, 작아지도록 형성된다. 또한, 이 핀 홀(32a)은 각각 측정광 및 관찰광이 피측정물에서 반사되어 발생하는 측정 반사광 및 관찰 반사광의 결상 위치와 일치하도록 배치된다. 이와 같은 구성에 의해, 피측정물에서 발생한 반사광은 핀 홀(32a)을 통과하여 분광 측정부(60)에 입사한다. 한편, 반사광의 잔량 부는 그 전파 방향이 변환되어 축 변환 미러(34)로 입사한다.The pinhole mirror 32 functions as a light separating portion for separating the measurement reflected light and the observation reflected light from the reflected light generated in the measured object. Specifically, the pinhole mirror 32 includes a reflecting surface that reflects the reflected light from the object to be measured, which propagates the optical axis AX1 upwardly on the paper surface. The pinhole mirror 32 rotates about the intersection of the reflecting surface and the optical axis AX1 (Pin holes) 32a are formed in the outer circumferential surface. The size of the pinhole 32a is smaller than the beam diameter at the position of the pinhole mirror 32 of the measurement reflected light generated by the measurement light from the measurement light source 10 reflected from the object to be measured . The pinhole 32a is arranged so that the measurement light and the observation light are coincident with the imaging position of the measurement reflected light and the observation reflected light generated by being reflected from the measured object, respectively. With this configuration, the reflected light generated in the measured object passes through the pinhole 32a and enters the spectroscopic measurement unit 60. [ On the other hand, the remaining portion of the reflected light is converted in its propagation direction and is incident on the axis conversion mirror 34.

분광 측정부(60)는 핀 홀 미러(32)를 통과한 측정 반사광으로부터 반사율 스펙트럼을 측정하여, 그 측정 결과를 데이터 처리부(70)로 출력한다. 보다 상세하게는, 분광 측정부(60)는 회절 격자(그레이팅)(62)와, 검출부(64)와, 커트 필터(66)와, 셔터(68)를 포함한다.The spectroscopic measurement unit 60 measures the reflectance spectrum from the measurement reflected light passing through the pinhole mirror 32, and outputs the measurement result to the data processing unit 70. More specifically, the spectroscopic measurement unit 60 includes a diffraction grating (grating) 62, a detection unit 64, a cut filter 66, and a shutter 68.

커트 필터(66)와, 셔터(68)와, 회절 격자(62)는 광축(AX1) 상에 배치된다. 커트 필터(66)는 핀 홀(32a)을 통과하여 분광 측정부(60)에 입사하는 측정 반사광에 포함되는, 측정 범위 외의 파장 성분을 제한하기 위한 광학 필터이고, 특히 측정 범위 외의 파장 성분을 차단한다. 셔터(68)는 검출부(64)를 리셋할 때 등에, 검출부(64)에 입사하는 광을 차단하기 위해 사용된다. 셔터(68)는 대표적으로 전자기력에 의해 구동하는 기계식 셔터로 이루어진다.The cut filter 66, the shutter 68, and the diffraction grating 62 are disposed on the optical axis AX1. The cut filter 66 is an optical filter for restricting a wavelength component outside the measurement range included in the measurement reflected light passing through the pinhole 32a and incident on the spectroscopic measurement unit 60. In particular, do. The shutter 68 is used to block light incident on the detection unit 64, for example, when the detection unit 64 is reset. The shutter 68 is typically made of a mechanical shutter driven by an electromagnetic force.

회절 격자(62)는 입사하는 측정 반사광을 분광한 후, 각 분광파를 검출부(64)로 유도한다. 구체적으로는, 회절 격자(62)는 반사형의 회절 격자이고, 소정의 파장 간격마다의 회절파가 대응하는 각 방향으로 반사되도록 구성된다. 이와 같은 구성을 갖는 회절 격자(62)에 측정 반사파가 입사하면, 포함되는 각 파장 성분은 대응하는 방향으로 반사되어, 검출부(64)의 소정의 검출 영역에 입사한다. 또한, 이 파장 간격이 분광 측정부(60)에 있어서의 파장 분해능에 상당한다. 회절 격자(62)는, 대표적으로 플랫 포커스형 구면 그레이팅으로 이루어진다.The diffraction grating 62 splits the measurement reflected light incident thereon, and then guides each of the split waves to the detection unit 64. Specifically, the diffraction grating 62 is a reflection-type diffraction grating, and is configured so that diffraction waves at predetermined wavelength intervals are reflected in corresponding angular directions. When the measured reflected wave is incident on the diffraction grating 62 having such a configuration, the included wavelength components are reflected in the corresponding directions and are incident on the predetermined detection area of the detection unit 64. Further, this wavelength interval corresponds to the wavelength resolution capability of the spectroscopic measurement unit 60. The diffraction grating 62 is typically made of a flat focus type spherical grating.

검출부(64)는 피측정물의 반사율 스펙트럼을 측정하기 위해, 회절 격자(62)에 의해 분광된 측정 반사광에 포함되는 각 파장 성분의 광강도에 따른 전기 신호 를 출력한다. 검출부(64)는 적외 대역에 감도를 갖는 InGaAs 어레이 등으로 이루어진다.The detection unit 64 outputs an electric signal corresponding to the light intensity of each wavelength component included in the measurement reflected light that has been spectroscopically measured by the diffraction grating 62, in order to measure the reflectance spectrum of the measured object. The detection unit 64 is made of an InGaAs array or the like having sensitivity to an infrared band.

데이터 처리부(70)는 검출부(64)에 의해 취득된 반사율 스펙트럼에 대해, 본 발명에 관한 특징적인 처리를 행함으로써, 피측정물을 구성하는 각 층의 막 두께를 측정한다. 또한, 데이터 처리부(70)는 피측정물의 각 층의 반사율이나 층 구조의 해석도 가능하다. 또한, 이와 같은 처리의 상세에 대해서는 후술한다. 그리고, 데이터 처리부(70)는 측정한 피측정물의 막 두께를 비롯한 광학 특성을 출력한다.The data processing section 70 measures the film thickness of each layer constituting the measured object by performing the characteristic processing relating to the present invention on the reflectance spectrum acquired by the detecting section 64. [ The data processing section 70 can also analyze the reflectance and the layer structure of each layer of the measured object. Details of such processing will be described later. Then, the data processing section 70 outputs the optical characteristics including the film thickness of the measured object to be measured.

한편, 핀 홀 미러(32)에서 반사된 관측 반사광은 광축(AX3)을 따라서 전파되어, 축 변환 미러(34)로 입사한다. 축 변환 미러(34)는 관측 반사광의 전파 방향을 광축(AX3)으로부터 광축(AX4)으로 변환한다. 그러면, 관측 반사광은 광축(AX4)을 따라서 전파되어, 관찰용 카메라(38)로 입사한다.On the other hand, the observation reflected light reflected by the pinhole mirror 32 is propagated along the optical axis AX3, and is incident on the axis conversion mirror 34. [ The axis conversion mirror 34 converts the propagation direction of the observation reflected light from the optical axis AX3 to the optical axis AX4. Then, the observation reflected light propagates along the optical axis AX4, and is incident on the observation camera 38.

관찰용 카메라(38)는 관찰 반사광에 의해 얻어지는 반사상을 취득하는 촬상부로, 대표적으로는 CCD(Charged Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서 등으로 이루어진다. 또한, 관찰용 카메라(38)는 대표적으로 가시 대역에 감도를 갖는 것으로, 소정의 측정 범위에 감도를 갖는 검출부(64)와는 상이한 감도 특성을 갖는 경우가 많다. 그리고, 관찰용 카메라(38)는 관찰 반사광에 의해 얻어지는 반사상에 따른 영상 신호를 표시부(39)로 출력한다. 표시부(39)는 관찰용 카메라(38)로부터의 영상 신호에 기초하여 반사상을 화면 상에 표시한다. 사용자는, 이 표시부(39)에 표시되는 반사상을 목시하여, 피측정물에 대한 포커싱이나 측정 위치의 확인 등을 행한다. 표시부(39)는 대표적으로 액 정 디스플레이(LCD) 등으로 이루어진다. 또한, 관찰용 카메라(38) 및 표시부(39) 대신에, 사용자가 반사상을 직접적으로 목시할 수 있는 파인더를 설치해도 좋다.The observation camera 38 is an imaging unit for acquiring a reflection image obtained by the observation reflected light, and typically includes a CCD (Charged Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor. In addition, the observation camera 38 typically has a sensitivity in the visible band, and often has a sensitivity characteristic different from that of the detection unit 64 having sensitivity in a predetermined measurement range. Then, the observation camera 38 outputs a video signal according to the reflection image obtained by the observation reflected light to the display unit 39. The display unit 39 displays a reflection image on the screen based on the video signal from the observation camera 38. [ The user observes the reflected image displayed on the display unit 39 and performs focusing on the measured object and confirmation of the measurement position. The display unit 39 typically comprises a liquid crystal display (LCD) or the like. Instead of the observation camera 38 and the display unit 39, a finder that allows the user to directly observe the reflection image may be provided.

<반사광의 해석적 검토>&Lt; Analytical Investigation of Reflected Light >

우선, 피측정물에 측정광을 조사한 경우에 관측되는 반사광에 대해, 수학적 및 물리적으로 검토를 행한다.First, the reflected light observed when the measurement light is irradiated to the measured object is mathematically and physically examined.

도 2는 본 발명의 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치(100)가 측정 대상으로 하는 피측정물(OBJ)의 단면 모식도의 일례이다.2 is an example of a cross-sectional schematic diagram of an object to be measured OBJ to be measured by the film thickness measuring apparatus 100 according to the embodiment of the present invention.

도 2를 참조하여, 피측정물(OBJ)의 대표예로서 SOI 기판을 생각한다. 즉, 피측정물(OBJ)은 Si층(1)과 베이스 Si층(3)(기판층) 사이에 SiO2층(2)(BOX층)이 배치된 3층 구조를 갖는다. 그리고, 막 두께 측정 장치(100)로부터의 조사광은 종이면 상측으로부터 피측정물(OBJ)로 입사하는 것으로 한다. 즉, 측정광은 최초에 Si층(1)으로 입사하는 것으로 한다.Referring to Fig. 2, an SOI substrate is considered as a representative example of the object OBJ. That is, the object OBJ has a three-layer structure in which the SiO 2 layer 2 (BOX layer) is disposed between the Si layer 1 and the base Si layer 3 (substrate layer). It is assumed that the irradiated light from the film thickness measuring apparatus 100 is incident on the measured object OBJ from above the paper surface. That is, it is assumed that the measurement light enters the Si layer 1 first.

이해를 쉽게 하기 위해, 피측정물(OBJ)에 입사한 측정광이 Si층(1)과 SiO2층(2)의 계면에서 반사되어 발생하는 반사광에 대해 생각한다. 이하의 설명에서는 첨자 i를 사용하여 각 층을 표현한다. 즉, 공기나 진공 등의 분위기층을 첨자 「0」, 피측정물(OBJ)의 Si층(1)을 첨자 「1」, SiO2층(2)을 첨자 「2」로 한다. 또한, 각 층에 있어서의 굴절률을 첨자 i를 사용하여 굴절률(ni)을 나타낸다.For easy understanding, it is assumed that the measurement light incident on the object OBJ is reflected at the interface between the Si layer 1 and the SiO 2 layer 2 and is reflected. In the following description, subscript i is used to represent each layer. The subscript "0" is the atmosphere layer such as air or vacuum, the subscript "1" is the Si layer 1 of the object to be measured (OBJ), and the subscript "2" is the SiO 2 layer 2. The index of refraction in each layer is represented by the index i using the index i .

서로 상이한 굴절률(ni)을 갖는 층의 계면에서는 광의 반사가 발생하므로, 굴절률이 상이한 i층과 i+1층 사이의 각 경계면에서의 P 편광 성분 및 S 편광 성분의 진폭 반사율(Fresnel 계수) r(P) i, i+1, r(S) i, i+1은 다음과 같이 나타낼 수 있다.Since the reflection of light occurs at the interfaces of the layers having different refractive indexes (n i ), the amplitude reflectance r (P ) of the P polarization component and the S polarization component at each interface between the i layer and the i + ) i , i + 1 , r (S) i , i + 1 can be expressed as follows.

Figure 112009037085411-pat00001
Figure 112009037085411-pat00001

여기서, øi는 i층에 있어서의 입사각이다. 이 입사각(øi)은 이하와 같은 Snell의 법칙에 의해, 최상층의 분위기층(O층)에 있어서의 입사각으로부터 계산할 수 있다.Here,? I is an incident angle in the i-th layer. This incident angle? I can be calculated from the incident angle in the uppermost atmosphere layer (O layer) by the following Snell's law.

Figure 112009037085411-pat00002
Figure 112009037085411-pat00002

광이 간섭 가능한 막 두께를 갖는 층 내에서는 상기 식으로 나타내는 반사율로 반사되는 광이 층 내를 몇 번이나 왕복한다. 그로 인해, 인접하는 층과의 계면에서 직접 반사된 광과 층 내를 다중 반사한 후의 광 사이에서는 그 광로 길이가 상이하므로, 위상이 서로 상이한 것이 되어, Si층(1)의 표면에 있어서 광의 간섭이 발생한다. 이와 같은, 각 층 내에 있어서의 광의 간섭 효과를 나타내기 위해, i층의 층 내에 있어서의 광의 위상각(βi)을 도입하면, 이하와 같이 나타낼 수 있다. In the layer having a film thickness capable of interfering with light, the light reflected by the reflectance expressed by the above formula is reciprocated in the layer several times. As a result, the optical path lengths are different between the light directly reflected at the interface with the adjacent layer and the light after the multiple reflection in the layer, so that the phases become different from each other, Lt; / RTI &gt; In order to exhibit the interference effect of light in each layer as described above, the phase angle? I of the light in the layer of the i-th layer can be introduced as follows.

Figure 112009037085411-pat00003
Figure 112009037085411-pat00003

여기서, di는 i층의 막 두께를 나타내고, λ는 입사광의 파장을 나타낸다.Here, d i represents the film thickness of the i-layer, and λ represents the wavelength of the incident light.

보다 단순화하기 위해, 피측정물(OBJ)에 대해 수직으로 광이 조사되는 경우, 즉 입사각 øi = 0으로 하면, P 편광과 S 편광의 구별은 없어져, 각 층간의 계면에 있어서의 진폭 반사율 및 박막의 위상각(β1)은 이하와 같이 된다.For simplicity, when light is irradiated perpendicularly to the object OBJ, that is, when the incident angle? I = 0, there is no distinction between the P polarized light and the S polarized light, and the amplitude reflectance at the interface between the respective layers The phase angle? 1 of the thin film is as follows.

Figure 112009037085411-pat00004
Figure 112009037085411-pat00004

또한, 도 2에 도시하는 3층계의 피측정물(OBJ)에 있어서의 반사율(R)은 이하와 같이 된다.The reflectance R of the three-layer object to be measured OBJ shown in Fig. 2 is as follows.

Figure 112009037085411-pat00005
Figure 112009037085411-pat00005

상기 식에 있어서, 위상각(β1)에 대한 주파수 변환(푸리에 변환)을 생각하면, 위상 인자(Phase Factor)인 cos2β1은 반사율(R)에 대해 비선형이 된다. 따라서, 이 위상 인자 cos2β1에 대해 선형성을 갖는 함수로의 변환을 행한다. 일례로서, 이 반사율(R)을 이하의 식과 같이 변환하여, 독자의 변수인 「파수 변환 반사율」(R')을 정의한다.Considering the frequency transformation (Fourier transform) of the phase angle? 1 in the above equation, cos2? 1, which is a phase factor, becomes non-linear with respect to the reflectance R. Therefore, conversion to a function having a linearity with respect to this phase factor cos 2 ? 1 is performed. As an example, the reflectance R is transformed as shown in the following expression to define the wave-form converted reflectance R 'as a unique parameter.

Figure 112009037085411-pat00006
Figure 112009037085411-pat00006

이 파수 변환 반사율(R')은 위상 인자 cos2β1에 대한 1차식이 되어, 선형성을 갖게 된다. 여기서, 식 중의 Ra는 파수 변환 반사율(R')에 있어서의 절편이고, Rb는 파수 변환 반사율(R')에 있어서의 기울기이다. 즉, 이 파수 변환 반사율(R')은 각 파장에 있어서의 반사율(R)의 값을 주파수 변환에 관한 위상 인자 cos2β1에 대해 선형화하기 위한 함수이다. 또한, 이와 같은 위상 인자에 대해 선형화하기 위한 함수로서는, 1/(1 - R)이라고 하는 함수를 사용해도 된다.This wave-converted reflectance R 'becomes a linear expression with respect to the phase factor cos 2 ? 1 and becomes linear. Here, R a in the equation is a slice in the wave number converted reflectance (R '), and R b is a slope in the wave number converted reflectance (R'). That is, the wave-converted reflectance R 'is a function for linearizing the value of the reflectance R at each wavelength with respect to the phase factor cos 2 ? 1 concerning the frequency conversion. As a function for linearizing the phase factor, a function of 1 / (1 - R) may be used.

따라서, 대상으로 하는 Si층(1) 내의 파수(K1)는 이하와 같이 정의할 수 있다.Therefore, the number of waves (K 1 ) in the target Si layer 1 can be defined as follows.

Figure 112009037085411-pat00007
Figure 112009037085411-pat00007

여기서, Si층(1) 내에서의 파장(λ)의 광속도를 s로 하고, 진공 중의 파장(λ)의 광속도를 c로 하면, 굴절률 n1 = c/s로 표시된다. 또한, Si층(1) 내를 x 방향으로 진행하는 광에 의해 발생하는 전자기파(E)(x, t)는, 파수(K1), 각 주파수(ω), 위상(δ)을 사용하여, E(x, t) = E0exp[j(ωt - K1x + δ)]로 표시된다. 즉, Si층(1) 내의 전자기파의 전파 특성은 파수(K1)에 의존한다. 이들의 관계로부터, 진공 중에 있어서 파장(λ)을 갖는 광은, 층 내에서는 그 광속도가 저하되므로, 파장도 λ로부터 λ/n1까지 길어지는 것을 알 수 있다. 이와 같은 파장 분산 현상을 고려하여, 파수 변환 반사율(R')을 이하와 같이 정의한다.Here, when the light velocity of the wavelength? In the Si layer 1 is s and the light velocity of the wavelength? In vacuum is c, the refractive index n 1 is expressed as c / s. The electromagnetic wave E (x, t) generated by the light propagating in the x direction in the Si layer 1 can be obtained by using the wave number K 1 , the angular frequency ω and the phase δ, E (x, t) = E 0 exp [j (? T - K 1 x +?)]. That is, the propagation characteristic of the electromagnetic wave in the Si layer 1 depends on the wave number (K 1 ). From these relationships, it can be seen that the light having the wavelength? In a vacuum is reduced in the layer, so that the wavelength also increases from? To? / N 1 . In consideration of such a wavelength dispersion phenomenon, the wave number conversion reflectance R 'is defined as follows.

Figure 112009037085411-pat00008
Figure 112009037085411-pat00008

이 관계로부터, 파수 변환 반사율(R')을 파수(K)에 대해 주파수 변환(푸리에 변환)하면, 막 두께(d1)에 상당하는 주기 성분에 피크가 나타나는 것에 의해, 이 피크 위치를 특정함으로써 막 두께(d1)를 산출할 수 있다.From this relationship, when the wave-converted reflectance R 'is frequency-converted (Fourier transformed) with respect to the wave number K, a peak appears in the periodic component corresponding to the film thickness d 1 , The film thickness d 1 can be calculated.

즉, 피측정물(OBJ)로부터 측정되는 반사율 스펙트럼과 각 파장에 있어서의 반사율과의 대응 관계를, 각 파장으로부터 산출되는 파수와 상술한 관계식에 따라서 산출되는 파수 변환 반사율(R')의 대응 관계(파수 분포 특성)로 변환하고, 이 파수(K)를 포함하는 파수 변환 반사율(R')의 함수를 파수(K)에 대해 주파수 변환하고, 이 주파수 변환 후의 특성에 나타나는 피크에 기초하여 피측정물(OBJ)을 구성하는 Si층(1)의 막 두께를 산출할 수 있다. 이는, 파수 분포 특성에 포함되는 각 파수 성분의 진폭치를 취득하여, 이 중 진폭치가 큰 파수 성분에 기초하여 Si층(1)의 막 두께를 산출하는 것을 의미한다. 또한, 후술하는 바와 같이, 파수 분포 특성으로부터 진폭치가 큰 파수 성분을 해석하는 방법으로서는, FFT(Fast Fourier Transform : 고속 푸리에 변환) 등의 이산적인 푸리에 변환을 사용하는 방법과, 최대 엔트로피법(Maximum Entropy Method ; 이하, 「MEM」이라고도 칭함) 등의 최적화법을 사용하는 방법 중 어느 하나를 채용할 수 있다.That is, the correspondence relation between the reflectance spectrum measured from the measured object OBJ and the reflectance at each wavelength can be expressed as a corresponding relationship between the wave number calculated from each wavelength and the wave number converted reflectivity R 'calculated according to the above-mentioned relational expression (Wavenumber distribution characteristic), frequency conversion of the function of the wave number conversion reflectance R 'including the wave number K with respect to the wave number K, and based on the peak appearing in the characteristic after the frequency conversion, The film thickness of the Si layer 1 constituting the water OBJ can be calculated. This means that the amplitude value of each wavenumber component included in the wavenumber distribution characteristic is acquired, and the film thickness of the Si layer 1 is calculated based on the wavenumber component having a larger amplitude value. As described later, as a method for analyzing a wavenumber component having a large amplitude value from the wave number distribution characteristic, a method using a discrete Fourier transform such as an FFT (Fast Fourier Transform), a method using a maximum entropy method (Hereinafter, also referred to as &quot; MEM &quot;) method.

파수 변환 반사율(R')의 정의에 있어서, Ra 및 Rb는 층 내에 있어서의 간섭 현상과는 무관계한 값이지만, Si층(1)의 굴절률(n1)을 포함하는 각 층간의 계면에 있어서의 진폭 반사율에 의존한다. 그로 인해, 굴절률(n1)이 파장 분산을 갖는 경우에는, 그 값은 파장[즉, 파수(K)]에 의존하는 함수치가 되고, 파수(K)에 관하여 일정치로는 되지 않는다. 따라서, 푸리에 변환을 ⊃로 나타내고, R', Ra, Rb, cos2K1d1을 파수(K)로 푸리에 변환한 후의 함수인 파워 스펙트럼을 각각 P, Pa, Pb, F로 하면, 이하의 식이 성립한다.In the definition of the wave-converted reflectance (R '), R a and R b are values that are independent of the interference phenomenon in the layer, but are not limited to the interface between the layers including the refractive index (n 1 ) of the Si layer Depends on the amplitude reflectance of the light source. Therefore, when the refractive index n 1 has a wavelength dispersion, the value is a function value depending on the wavelength (that is, the wave number K), and does not become a constant value with respect to the wave number K. Thus, represents the Fourier transform to ⊃, R ', R a, R b, cos2K 1 when the d 1 to the wave number (K) the function of the power spectrum after a Fourier transform to the respective P, P a, P b, F, The following expression is established.

Figure 112009037085411-pat00009
Figure 112009037085411-pat00009

식 중의 Pa에 있어서의 막 두께에 의존하는 성분은 상대적으로 작고, 또한 파워 스펙트럼(F)과는 독립되는 피크를 가지므로, 파워 스펙트럼(F)에 영향을 미치지 않는다.The component depending on the film thickness in P a in the formula is relatively small and has a peak independent of the power spectrum F and does not affect the power spectrum F. [

한편, 식 중의 Pb는 파워 스펙트럼(F)과 컨볼루션됨으로써, Pb에 있어서의 막 두께 성분이 파워 스펙트럼(F)의 막 두께 성분에 변조를 가하게 된다. 그러나, Pb는 층 내에 있어서의 간섭 현상에 무관계이고, 인접하는 2개의 층에 있어서의 굴절률의 파장 의존성에만 영향을 받으므로, 파수(K)에 대한 Pb의 막 두께 성분은 F의 막 두께 성분에 비교하여 무시할 수 있을 정도로 작다. 예를 들어, Rb가 막 두께(q)의 주기 함수이고, 그 푸리에 변환 후의 Pb가 컨볼루션에 의해 파워 스펙트럼(F)의 막 두께 성분(d)에 변조를 가했다고 하면, 스펙트럼으로서 나타나는 피크는 「d - q」 또는 「d + q」가 되나, q의 값이 매우 작으므로 피크 위치(d)에 대한 영향은 작다.On the other hand, P b in the formula is being power spectrum (F) and the convolution, the thickness component in the P b exert a modulated component of the power spectrum to the film thickness (F). However, since P b is irrelevant to the interference phenomenon in the layer and is influenced only by the wavelength dependency of the refractive index in the adjacent two layers, the film thickness component of P b with respect to the wave number K is the film thickness of F Which is negligibly small compared to the components. For example, if R b is a periodic function of the film thickness q and P b after the Fourier transformation modulates the film thickness component d of the power spectrum F by convolution, The peak is "d-q" or "d + q", but the influence on the peak position (d) is small since the value of q is very small.

또한, 푸리에 변환을 행할 때에는, 후술하는 바와 같이 측정 대상의 층의 최대 막 두께를 고려하여, 나이퀴스트의 샘플링 정리(sampling theorem)에 따라서, 파수 변환 반사율(R')에 대해 적절한 샘플 간격 및 샘플 수로 샘플링이 행해진다. 이와 같이 샘플링된 파수 변환 반사율(R')에 기초하여 산출된 파워 스펙트럼의 막 두께 분해능(r)에 대해, Pb의 막 두께 성분(q)은 보다 작을 가능성이 높아(q < r), 막 두께(d)의 측정 결과에는 거의 영향을 미치지 않는다고 할 수 있다.When Fourier transform is performed, as described later, the maximum film thickness of the layer to be measured is taken into consideration, and a suitable sample interval for the wave number converted reflectance (R ') according to the Nyquist sampling theorem and Sampling is performed with the number of samples. Thus, for a sampling frequency converting reflectivity (R ') thickness resolution (r) of the power spectrum calculated based on the film thickness component (q) of P b is more likely less than (q <r), the film It can be said that there is little influence on the measurement result of the thickness d.

이와 같이, 산출된 반사율 스펙트럼을, 박막에 있어서의 파장 분산을 고려한 파수에 대한 함수로 변환한 후에 푸리에 변환을 행함으로써, 박막의 막 두께를 정확하게 산출할 수 있다.Thus, the film thickness of the thin film can be accurately calculated by performing the Fourier transform after converting the calculated reflectance spectrum into a function for the number of wavenumbers in consideration of the wavelength dispersion in the thin film.

또한, 상술한 설명에서는, 반사율 스펙트럼을 사용하는 경우에 대해 예시하였으나, 투과율 스펙트럼을 사용해도 된다. 이 경우에는 측정된 투과율을 T, 「파수 변환 투과율」을 T'로 하면, 이하와 같은 관계식으로 나타낸다.In the above description, the reflectance spectrum is used, but the transmittance spectrum may be used. In this case, when the measured transmittance is T and the &quot; wavenumber conversion transmittance &quot; is T ', it is expressed by the following relational expression.

Figure 112009037085411-pat00010
Figure 112009037085411-pat00010

투과율 스펙트럼을 사용하는 경우에 있어서도, 투과율(T)은 위상 인자 cos2β1에 대해 비선형이 된다. 그로 인해, 상술한 것과 동일한 이유로부터, 위상 인자 cos2β1에 대해 선형성을 갖는 파수 변환 투과율(T')을 채용한다. 상기 식에 따르면, 파수 변환 투과율(T')은, 위상 인자 cos2β1에 대한 1차식이 되어, 상술한 것과 동일한 수순에 따라서, 박막의 막 두께를 정확하게 산출할 수 있다. 즉, 이 파수 변환 투과율(T')은 각 파장에 있어서의 투과율(T)의 값을 주파수 변환에 관한 위상 인자 cos2β1에 대해 선형화하기 위한 함수이다.Even in the case of using the transmittance spectrum, the transmittance T becomes non-linear with respect to the phase factor cos 2 ? 1 . Hence, from the same reason as described above, the wave-converted transmittance T 'having linearity with respect to the phase factor cos 2 ? 1 is adopted. According to the above equation, the wave number converted transmittance T 'becomes a linear expression with respect to the phase factor cos 2 ? 1 , and the film thickness of the thin film can be accurately calculated according to the same procedure as described above. That is, the wave-converted transmittance T 'is a function for linearizing the value of the transmittance T at each wavelength with respect to the phase factor cos 2 ? 1 related to frequency conversion.

다시, 도 2를 참조하여, SiO2층(2)과 베이스 Si층(3)의 계면에서 반사되어 발생하는 반사광에 대해 생각한다. Si층(1)의 굴절률을 n1, 막 두께를 d1로 하고, SiO2층(2)의 굴절률을 n2, 막 두께를 d2로 하면, 파수 변환 반사율(R')은 이하와 같이 된다.2, reflection light generated by reflection at the interface between the SiO 2 layer 2 and the base Si layer 3 is considered. When the refractive index of the Si layer 1 is n 1 and the film thickness is d 1 , the refractive index of the SiO 2 layer 2 is n 2 , and the film thickness is d 2 , the wave number conversion reflectance R ' do.

Figure 112009037085411-pat00011
Figure 112009037085411-pat00011

여기서, Si층(1)의 막 두께(d1) 및 SiO2층(2)의 막 두께(d2)를 분리하여 산출하는 경우에는, 파수(K1, K2)로 각각 변환한 파수 변환 반사율[R1'(K1), R2'(K2)]을 사용한다. 구체적으로는, 이하와 같이 나타낸다.Here, when the film thickness d 1 of the Si layer 1 and the film thickness d 2 of the SiO 2 layer 2 are separately calculated, the number of wafers converted into the waveness (K 1 , K 2 ) The reflectance [R 1 '(K 1 ), R 2 ' (K 2 )] is used. Concretely, it is shown as follows.

Figure 112009037085411-pat00012
Figure 112009037085411-pat00012

이들 식 중에 있어서, d1' 및 d2'는 정확한 막 두께는 아니지만, 파수 변환 반사율[R1'(K1)]의 제2항에 상당하는 파워 스펙트럼 중의 피크로부터 본래의 막 두께(d1)를 구할 수 있고, 또한 파수 변환 반사율[R2'(K2)]의 제3항에 상당하는 파워 스펙트럼 중의 피크로부터 본래의 막 두께(d2)를 구할 수 있다.In the these equations, d 1 'and d 2' is not a precise film thickness, frequency conversion reflectance [R 1 '(K 1) ] the original thickness from the peak of the power spectrum corresponding to the second term of (d 1 ), And the original film thickness d 2 can be obtained from the peak in the power spectrum corresponding to the third term of the wave number conversion reflectance [R 2 '(K 2 )].

또한, 실제로는, Si층(1) 및 SiO2(2)은 그 굴절률이 근사하고 있어, 양자의 계면에 있어서의 반사율은 다른 계면에 있어서의 반사율에 비교하여 상대적으로 작아지는 경우가 많다. 그 결과, 파수 변환 반사율의 함수에 포함되는 Rb나 Rd에 비교하여, Rc의 값이 작아져, 파워 스펙트럼으로부터 파수 변환 반사율[R2'(K2)]의 제3항에 상당하는 피크를 식별하는 것이 곤란한 경우도 많다. 이와 같은 경우에는, 파수 변환 반사율[R2'(K2)]의 제4항에 상당하는 파워 스펙트럼의 피크 위치(d1' + d2)와, 파수 변환 반사율[R2'(K2)]의 제2항에 상당하는 파워 스펙트럼의 피크 위치(d1')를 산출한 후에, 양자의 차를 취함으로써, 막 두께(d2)를 산출할 수 있다.In reality, the refractive indexes of the Si layer 1 and the SiO 2 (2) are close to each other, and the reflectance at the interface between them is relatively small in comparison with the reflectance at the other interface. As a result, as compared to R b or R d is included in the function of frequency conversion reflectance, the value of R c is small, from the power spectrum corresponding to claim 3, wherein the frequency conversion reflectance [R 2 '(K 2) ] It is often difficult to identify peaks. In this case, the frequency conversion reflectance [R 2 and '(K 2)] of the peak position of the power spectrum (d 1 corresponding to claim 4, wherein' + d 2), frequency conversion reflectance [R 2 '(K 2) , The film thickness d 2 can be calculated by calculating the peak position d 1 'of the power spectrum corresponding to the second term of the equation ( 1 ) and taking the difference therebetween.

<파장 범위 및 파장 분해능에 대해><Regarding Wavelength Range and Wavelength Resolution>

도 3은 본 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치(100)를 사용하여 SOI 기판을 측정한 경우의 측정 결과를 나타내는 도면이다. 또한, 도 3에는 측정광으로서, 파장 범위가 900 내지 1600㎚인 것을 사용한 경우[도 3의 (a)] 및 파장 범위가 1340 내지 1600㎚인 것을 사용한 경우[도 3의 (b)]의 측정예를 나타낸다. 또한, 측정 파장에 따라서 회절 격자(62)를 적절한 특성을 갖는 것을 선택하여, 반사광이 입사하는 검출부(64)(도 1)에서의 검출 포인트 수(검출 채널수)는 모두 동일(예를 들어, 512채널)한 것으로 하였다. 바꿔 말하면, 파장 범위가 좁을수록, 검출 포인트당의 파장 간격(즉, 파장 분해능)은 작아진다.Fig. 3 is a diagram showing the measurement result when the SOI substrate is measured using the film thickness measuring apparatus 100 according to the present embodiment. 3 shows a case in which a wavelength range of 900 to 1600 nm is used (FIG. 3A) and a wavelength range is 1340 to 1600 nm (FIG. 3B) For example. It is also possible to select the diffraction grating 62 having a suitable characteristic according to the measurement wavelength so that the number of detection points (the number of detection channels) in the detection unit 64 (FIG. 1) 512 channels). In other words, the narrower the wavelength range, the smaller the wavelength interval per detection point (i.e., the wavelength resolution).

상술한 해석적 검토에 따르면, 측정되는 반사율은 파장에 대해 주기적으로 변화될 것이다.According to the above analytical review, the measured reflectance will be periodically changed with respect to wavelength.

도 3의 (a)에 도시하는 측정 결과에 있어서는, 반사율이 파장에 대해 주기적으로 변화되고 있는 징후는 보이나, 막 두께를 측정하기 위한, 충분한 정밀도는 얻어지고 있지 않다.In the measurement results shown in Fig. 3 (a), there is an indication that the reflectance is periodically changed with respect to the wavelength, but sufficient accuracy for measuring the film thickness is not obtained.

이에 대해, 도 3의 (b)에 도시하는 측정 결과에 있어서는, 반사율의 피크(peak) 및 밸리(valley)가 명확하게 나타나 있어, 반사율의 변화 주기에 대해서도 측정이 가능하게 되어 있다. 도 3의 (c)는 도 3의 (b)에 나타내는 측정 결과(반사율 스펙트럼)를 상술한 파수 변환 반사율(R')의 함수로 변환한 후, 파수(K)에 대해 주파수 변환한 결과를 나타낸다. 이 도 3의 (c)에 나타내는 주피크에 대응하는 값을 Si층(1)의 막 두께로서 결정할 수 있다.On the other hand, in the measurement results shown in FIG. 3 (b), the peaks and valleys of the reflectance are clearly shown, so that it is possible to measure the change period of the reflectance. 3C shows a result of frequency conversion for the wave number K after converting the measurement result (reflectance spectrum) shown in FIG. 3B into a function of the wave number converted reflectivity R ' . A value corresponding to the main peak shown in FIG. 3 (c) can be determined as the film thickness of the Si layer 1.

또한, 도 4 및 도 5에는 SOI 기판의 다른 측정 결과를 나타낸다.4 and 5 show other measurement results of the SOI substrate.

도 4는 본 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치(100)를 사용하여 SOI 기판을 측정한 다른 측정 결과를 나타내는 도면이다. 도 4에는 Si층(1)의 막 두께가 10.0㎛(설계치)이고, SiO2층(2)의 막 두께가 0.3㎛(설계치)인 경우의 측정예를 나타낸다. 또한, 도 4의 (a)에는 가시 대역(330 내지 1100㎚)의 파장 성분을 갖는 측 정광을 사용한 경우를 도시하고, 도 4의 (b)에는 적외 대역(900 내지 1600㎚)의 파장 성분을 갖는 측정광을 사용한 경우를 도시한다. 또한, 상술한 바와 같이, 검출부(64)(도 1)에서의 검출 포인트 수(검출 채널수)는 모두 동일하다.4 is a view showing another measurement result of measuring the SOI substrate using the film thickness measurement apparatus 100 according to the present embodiment. 4 shows a measurement example in which the film thickness of the Si layer 1 is 10.0 占 퐉 (design value) and the film thickness of the SiO 2 layer 2 is 0.3 占 퐉 (design value). 4A shows a case where a side light having a wavelength component of a visible band (330 to 1100 nm) is used and FIG. 4B shows a case where a wavelength component of an infrared band (900 to 1600 nm) Is used as the measurement light. Further, as described above, the number of detection points (the number of detection channels) in the detection unit 64 (FIG. 1) is all the same.

도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 가시 대역의 파장 성분을 갖는 측정광을 사용한 경우에는, 약 860㎚보다 긴 파장 영역에서는 반사율이 주기적인 거동을 나타내지만, 그것보다 짧은 가시 대역에서는 유의한 주기적 변화를 발생하고 있지 않은 것을 알 수 있다. 이에 대해, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 적외 대역의 파장 성분을 갖는 측정광을 사용한 경우에는 반사율의 주기적 변화가 유의하게 나타나 있는 것을 알 수 있다.As shown in Fig. 4 (a), when the measuring light having the wavelength component of the visible band is used, the reflectance shows a periodic behavior in the wavelength range longer than about 860 nm, It can be seen that no periodic change has occurred. On the other hand, as shown in FIG. 4 (b), when the measurement light having the wavelength component of the infrared band is used, the periodic change of the reflectance is significant.

또한, 도 5는 본 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치(100)를 사용하여 SOI 기판을 측정한 또 다른 측정 결과를 나타내는 도면이다. 도 5에는 Si층(1)의 막 두께가 80.0㎛(설계치)이고, SiO2층(2)의 막 두께가 0.1㎛(설계치)인 경우의 측정예를 나타낸다. 또한, 도 5의 (a)에는 적외 대역(900 내지 1600㎚)의 파장 성분을 갖는 측정광을 사용한 경우를 도시하고, 도 5의 (b)에는 보다 좁은 적외 대역(1470 내지 1600㎚)의 파장 성분을 갖는 측정광을 사용한 경우를 도시한다. 또한, 상술한 바와 같이 검출부(64)(도 1)에서의 검출 포인트 수(검출 채널수)는 모두 동일하다.5 is a view showing still another measurement result of measuring the SOI substrate using the film thickness measurement apparatus 100 according to the present embodiment. 5 shows a measurement example in which the film thickness of the Si layer 1 is 80.0 占 퐉 (design value) and the film thickness of the SiO 2 layer 2 is 0.1 占 퐉 (design value). 5A shows a case where measurement light having a wavelength component of infrared band (900 to 1600 nm) is used, and FIG. 5B shows a case where measurement light having a wavelength of narrower infrared band (1470 to 1600 nm) Is used as the measurement light. In addition, as described above, the number of detection points (the number of detection channels) in the detection unit 64 (Fig. 1) is all the same.

도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 적외 대역의 파장 성분을 갖는 측정광을 사용한 경우라도, 측정된 반사율에는 유의한 주기적 변화가 나타나 있지 않은 것을 알 수 있다. 이에 대해, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 보다 좁은 적외 대역의 파장 성분을 갖는 측정광을 사용한 경우에는, 반사율의 주기적 변화가 유의하게 나타나 있는 것을 알 수 있다.As shown in Fig. 5 (a), even when the measuring light having the wavelength component of the infrared band is used, it can be seen that no significant periodic change is observed in the measured reflectance. On the other hand, as shown in Fig. 5 (b), it can be seen that when the measurement light having a wavelength component of a narrower infrared band is used, the periodic change of the reflectance is significant.

이상의 측정예에 따르면, 비교적 두께가 있는 층의 막 두께를 높은 정밀도로 측정하기 위해서는, 측정광의 파장 범위 및 파장 분해능을 적절하게 설정할 필요가 있다고 할 수 있다. 이는, 층 내에서의 광간섭 현상을 이용하는 측정 방법인 것 및 검출부(64)에 의한 반사광의 파장 분해능이 유한한 것에 기인하는 것으로, 이하에 설명하는 바와 같은 수순에 의해, 적절한 측정광의 파장을 설정하는 것이 바람직하다.According to the measurement example described above, it is necessary to appropriately set the wavelength range and the wavelength resolution of the measurement light in order to measure the film thickness of the relatively thick layer with high accuracy. This is because it is a measurement method using the optical interference phenomenon in the layer and that the wavelength resolution of the reflected light by the detection unit 64 is finite. By setting the wavelength of the appropriate measurement light by the procedure described below .

이하의 검토에서는 막 두께 측정 범위의 하한치를 dmin으로 하고, 막 두께 측정 범위의 상한치를 dmax로 한다. 또한, 검출부(64)의 파장 검출의 하한치를 λmin으로 하고, 검출부(64)의 파장 검출의 상한치를 λmax로 한다. 또한, 측정용 광원(10)(도 1)이 조사하는 측정광의 파장 범위는 검출부(64)의 파장 검출 범위를 포함하는 것이면, 어떤 범위라도 좋다. 또한, 검출부(64)(도 1)에서의 검출 포인트 수(검출 채널수)를 Sp로 한다.In the following examinations, the lower limit of the film thickness measuring range is d min and the upper limit of the film thickness measuring range is d max . The lower limit of the wavelength detection of the detection unit 64 is? Min and the upper limit of the wavelength detection of the detection unit 64 is? Max . The wavelength range of the measurement light irradiated by the measurement light source 10 (FIG. 1) may be any range as long as it includes the wavelength detection range of the detection unit 64. Further, the number of detection points (the number of detection channels) in the detection unit 64 (Fig. 1) is defined as S p .

도 6은 본 발명의 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 범위와 검출부(64)의 검출 파장 범위 및 검출 포인트 수의 관계를 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining the relationship between the film thickness measurement range according to the embodiment of the present invention, the detection wavelength range of the detection unit 64, and the number of detection points.

(1) 막 두께 측정 범위의 하한치(dmin)와 검출 파장 범위의 관계(1) Relationship between the lower limit value (d min ) of the film thickness measuring range and the detection wavelength range

상술한 막 두께의 측정 방법에 따르면, 대상의 피측정물 내에서 광간섭을 발생하는 파장을 발견할 필요가 있으므로, 검출부(64)가 광간섭을 발생할 수 있는 파장 범위를 가질 필요가 있다. 즉, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 피측정물에 대해 측정되는 반사율 파형이 검출부(64)의 검출 파장 범위에 있어서 1주기 이상 변화할 필요가 있다.According to the film thickness measuring method described above, it is necessary to find a wavelength causing optical interference in the object to be measured of the object. Therefore, it is necessary for the detector 64 to have a wavelength range in which optical interference can occur. 6 (a), it is necessary that the reflectance waveform measured with respect to the measured object changes by one cycle or more in the detection wavelength range of the detection unit 64. [

이는, 검출부(64)의 검출 파장 범위가 하한치(λmin)로부터 상한치(λmax)까지 변화됨으로써 발생하는 광학적 거리가 피측정물의 막 두께의 왕복분 이상 변화할 필요가 있는 것을 의미한다. 따라서, 막 두께 측정 범위의 하한치(dmin)와 측정광의 파장 범위의 관계로서는, 이하의 조건식 1을 충족시킬 필요가 있다.This means that the optical distance generated by the change of the detection wavelength range of the detection unit 64 from the lower limit value (? Min ) to the upper limit value? Max needs to be changed by the reciprocation of the film thickness of the object to be measured. Therefore, it is necessary to satisfy the following conditional expression 1 as a relation between the lower limit value d min of the film thickness measuring range and the wavelength range of the measuring light.

[조건식 1][Conditional expression 1]

Figure 112009037085411-pat00013
Figure 112009037085411-pat00013

(2) 막 두께 측정 범위의 상한치(dmax)와 검출 포인트 수의 관계(2) Relationship between the upper limit value (d max ) of the film thickness measurement range and the number of detection points

도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 측정광의 파장이 길어질수록, 피측정물에 대해 측정되는 반사율 파형의 주기는 길어진다. 도 6의 (c)에 도시하는 반사율 파형은 도 6의 (b)에 도시하는 반사율 파형을 파수(1/f)의 좌표로 변환한 것이다. 이때, InGaAs 등의 각 어레이 소자가 파장에 대해 등간격으로 배치되어 있는 것으로 하면, 파수에 대한 각 어레이 소자의 배치 간격은 파수가 작아질수록 넓어지는 것을 알 수 있다.As shown in Fig. 6 (b), the longer the wavelength of the measurement light, the longer the period of the reflectance waveform measured with respect to the measured object. The reflectance waveform shown in FIG. 6C is obtained by converting the reflectivity waveform shown in FIG. 6B into the coordinates of the wave number (1 / f). At this time, if each array element such as InGaAs is arranged at an equal interval with respect to the wavelength, it can be seen that the arrangement interval of each array element with respect to the wave number becomes wider as the wave number becomes smaller.

따라서, 파수에 대해 소정의 주기로 변화되는 반사율 파형을 정확하게 샘플링하기 위해서는, 이 각 어레이 소자의 배치 간격[파장 분해능(Δλ)]이 나이퀴스트의 샘플링 정리를 충족시킬 필요가 있어, 이 샘플링 정리가 충족된다고 하는 조건에 의해, 막 두께 측정 범위의 상한치(dmax)가 결정된다.Therefore, in order to accurately sample the reflectance waveforms that change with a predetermined period with respect to the wave number, it is necessary that the arrangement interval (wavelength resolution (DELTA lambda)) of each array element satisfies Nyquist's sampling theorem, by the conditions in that meet, the film is determined by the upper limit value (d max) of the thickness measuring range.

검출부(64)에 있어서의 파장 분해능(Δλ)은 검출 포인트 수(검출 채널수)(Sp)를 사용하여, Δλ = (λmax - λmin)/Sp로 나타낼 수 있다.The wavelength resolving power DELTA lambda in the detecting unit 64 can be expressed by DELTA lambda = (lambda max - lambda min ) / S p using the number of detected points (the number of detected channels) (S p ).

측정광의 파장이 길어질수록 반사율 파형의 주기는 짧아지므로, 반사율 파형에 있어서 측정광의 상한치(λmax)에 있어서 극치(피크 또는 밸리)가 발생한다고 한 경우에, 당해 극치와 인접하는 극치(피크에 인접하는 피크 또는 밸리에 인접하는 밸리)를 발생하는 파장을 λ1로 하면, 막 두께 측정 범위의 상한치(dmax)와의 사이에 이하의 조건이 충족될 필요가 있다.(Peak or valley) occurs in the upper limit value (? Max ) of the measurement light in the reflectivity waveform, the peak value of the reflectance waveform is set so that the extreme value adjacent to the peak When the wavelength for generating a valley) adjacent the peak or valley in which λ 1, a film needs to be met under the following conditions between the upper limit value (d max) of the thickness measuring range.

Figure 112009037085411-pat00014
Figure 112009037085411-pat00014

여기서, 측정 대상의 층의 막 두께가 비교적 큰 경우에는, nmax ≒ n1로 간주할 수 있으므로, 상술한 조건은 이하와 같은 조건식 2로서 나타낼 수 있다.Here, when the film thickness of the layer to be measured is relatively large, it can be regarded as n max? N 1. Therefore, the above-described condition can be expressed by the following conditional expression 2.

[조건식 2][Conditional expression 2]

Figure 112009037085411-pat00015
Figure 112009037085411-pat00015

이때, 파장 분해능(Δλ)에 대해서는, 이하의 조건이 충족될 필요가 있다.At this time, regarding the wavelength resolution (?), The following condition needs to be satisfied.

Figure 112009037085411-pat00016
Figure 112009037085411-pat00016

상술한 파장 분해능(Δλ)의 관계식에, 상한치(dmax)의 관계식을 대입하여 λ1의 항을 없애면, 이하와 같은 조건식 3으로서 나타낼 수 있다.A relational expression of the above-described wavelength resolution (Δλ), by substituting the relation of the upper limit value (d max) can be expressed as the conditional expression 3 as follows Eliminating the terms of λ 1,.

[조건식 3][Conditional expression 3]

Figure 112009037085411-pat00017
Figure 112009037085411-pat00017

이상의 검토의 결과, 피측정물에 대해 요구되는 막 두께 측정 범위[하한치(dmin) 내지 상한치(dmax)]가 미리 정해지면, 상술한 조건식 1 및 조건식 2를 충족하도록, 측정광의 파장 범위[하한치(dmin) 내지 상한치(dmax)] 및 검출 포인트 수(Sp)를 정할 필요가 있다.When the film thickness measurement range (lower limit value (d min ) to upper limit value (d max )) required for the measured object is determined in advance as a result of the above-described examination, The lower limit value (d min ) to the upper limit value (d max )) and the number of detection points (S p ).

<계산예><Calculation example>

도 2에 도시한 바와 같은 SOI 기판의 Si층(1)의 막 두께를 측정하는 경우에 필요해지는 조건에 대해 계산한 일례를 이하에 나타낸다.An example in which calculation is performed with respect to the conditions required for measuring the film thickness of the Si layer 1 of the SOI substrate as shown in Fig. 2 is shown below.

이 계산예에서는, SOI 기판의 Si층(1)의 상한치(dmax)가 100㎛인 것으로 하고, 굴절률(n)이 파장을 의하지 않는 일정치(n = 3.5)인 것으로 하였다. 또한, 이 계산예에서는 SOI 기판의 Si층(1)의 하한치(dmin)에 대해서는 고려하고 있지 않다. In this calculation example, it is assumed that the upper limit d max of the Si layer 1 of the SOI substrate is 100 μm, and the refractive index n is a constant (n = 3.5) that does not affect the wavelength. In this calculation example, the lower limit value d min of the Si layer 1 of the SOI substrate is not considered.

상기의 전제가 되는 값을 상술한 각각의 조건식 2 및 조건식 3에 대입하면, 상한치(λmax) = 1424.0㎚, 파장 분해능(Δλ) = 1.445375㎚로 산출된다. 따라서, 최대 100㎛의 막 두께를 갖는 피측정물의 막 두께 측정을 행하기 위해, 512채널의 검출부(64)를 사용한 경우에는, 약 684 내지 1424㎚의 파장 범위를 포함하는 측정광을 사용하여, 검출부(64)에서 당해 범위의 반사광을 검출[파장 분해능(Δλ) = 1.4453125㎚]하면 되는 것을 알 수 있다.Substituting the above values into the above-mentioned conditional expressions 2 and 3, the upper limit value? Max = 1424.0 nm and the wavelength resolution? Lambda = 1.445375 nm are calculated. Therefore, when the 512-channel detector 64 is used to measure the film thickness of a measurement object having a film thickness of 100 mu m at the maximum, measurement light including a wavelength range of about 684-1424 nm is used, It is found that the detection unit 64 detects the reflected light in the range (wavelength resolution (DELTA lambda) = 1.4453125 nm).

단, 상기한 조건식에 의해 산출되는 파장 분해능(Δλ)은 이론상의 최저한의 스펙을 기술한 것으로, 실제로 측정을 행하는 경우에는, 산출된 파장 분해능(Δλ)에 비교하여 정밀도를 보다 높게 하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 몇 배 정도(예를 들어, 2 내지 4배)로 하는 것이 좋다. 또한, 정밀도를 높게 하는 것은 파장 분해능(Δλ)의 값을 보다 작게 설정하는 것을 의미한다.However, the wavelength resolution (DELTA lambda) calculated by the above-described conditional formula describes the theoretical minimum specification, and in actual measurement, it is preferable to make the precision higher than the calculated wavelength resolution DELTA lambda. Further, it is more preferable to be several times (for example, 2 to 4 times). In addition, increasing the precision means setting the value of the wavelength resolution (DELTA lambda) to be smaller.

즉, 실제의 막 두께 측정 장치에서는 피측정물로의 측정광의 입사각의 영향이나, 렌즈 집광계를 사용했을 때의 개구각의 영향 등에 따라서, 스펙트럼 정밀도가 열화되는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는 파워 스펙트럼 상의 피크 높이가 작아져, 막 두께의 산출이 곤란해진다. 또한, 유한개의 샘플링값을 사용하여 이산적으로 주파수 변환을 행하는 FFT 등을 사용한 경우에는, 앨리어싱(aliasing)의 영향을 받아, 파수 변환 시 등의 변환 오차가 크게 발생하는 경우도 있다. 또한, 피측정물의 굴절률 분산이 측정광의 파장 범위에 따라서는 크게 변화되는 것도 있어, 부분적으로 조건에 합치하지 않을 가능성도 있다.That is, in an actual film thickness measuring apparatus, the spectral accuracy may deteriorate depending on the influence of the incident angle of the measurement light on the measured object, the influence of the aperture angle when the lens condenser system is used, and the like. In such a case, the peak height on the power spectrum becomes small, making it difficult to calculate the film thickness. In addition, when FFT or the like for discrete frequency conversion is used by using finite number of sampling values, there may be a case where a conversion error such as a wavenesis conversion is largely affected by aliasing. In addition, there is also a possibility that the refractive index dispersion of the measurement object changes largely depending on the wavelength range of the measurement light, and there is a possibility that the refractive index dispersion partially does not match the condition.

도 7은 이론치에 가까운 파장 분해능을 갖는 막 두께 측정 장치를 사용하여 측정한 결과를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다. 도 8은 이론치에 대해 정밀도를 2배로 한 파장 분해능을 갖는 막 두께 측정 장치를 사용하여 측정한 결과를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다. 또한, 대상으로 하는 피측정물의 막 두께는 100㎛로 하였다.Fig. 7 is a diagram showing the result of simulating the measurement result using a film thickness measuring apparatus having a wavelength resolution close to the theoretical value. Fig. Fig. 8 is a view showing the result of simulating the measurement result using a film thickness measuring apparatus having a wavelength resolution with doubling of the precision with respect to the theoretical value. Fig. In addition, the film thickness of the object to be measured was set at 100 mu m.

보다 구체적으로는, 도 7의 (a)에는 512채널의 검출부(64)를 사용하여, 900㎚ 내지 1600㎚의 범위에서 반사율 스펙트럼을 측정[파장 분해능(Δλ) = 2.734375㎚]한 결과를 도시하고, 도 7의 (b)에는 도 7의 (a)에 도시하는 반사율 스펙트럼을 주파수 변환(여기서는, FFT 변환)한 파워 스펙트럼을 도시한다. 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 이 경우에는 100㎛의 부근에 피크가 존재하고 있으나, 박막측의 노이즈(고스트)에 비교하여 그 레벨은 작고, 막 두께의 결정이 어려운 경우도 있다.More specifically, FIG. 7A shows a result of measuring the reflectance spectrum (wavelength resolution (DELTA lambda) = 2.734375 nm) in the range of 900 nm to 1600 nm using the 512 channel detector 64 , And FIG. 7 (b) shows a power spectrum obtained by performing frequency conversion (FFT transform) on the reflectance spectrum shown in FIG. 7 (a). As shown in Fig. 7B, in this case, although a peak exists in the vicinity of 100 mu m, the level is small compared to the noise (ghost) on the thin film side, and it is sometimes difficult to determine the film thickness .

한편, 도 8의 (a)에는 검출부(64)에 있어서의 파장 분해능의 정밀도가 이론치의 2배가 되도록 파장 범위를 정한 경우의 측정 결과를 도시하고, 도 8의 (b)에는 도 8의 (a)에 도시하는 반사율 스펙트럼을 주파수 변환(여기서는, FFT 변환)한 파워 스펙트럼을 도시한다. 이 예에서는, 검출부(64)의 파장 분해능(Δλ)이 1.3671875㎚가 되도록 검출 포인트 수 및 파장 범위를 정하고 있다. 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 이 경우에는 본래의 막 두께인 100㎛의 부근에 강한 피크가 나타나 있어, 피측정물의 막 두께를 정확하게 측정할 수 있는 것을 의미하고 있다.8A shows a measurement result when the wavelength range is set such that the accuracy of the wavelength resolution in the detection unit 64 is twice the theoretical value. Fig. 8B shows a measurement result in Fig. (Here, FFT-transformed) the reflectance spectrum shown in Fig. In this example, the number of detection points and the wavelength range are determined so that the wavelength resolution ?? of the detection unit 64 is 1.3671875 nm. As shown in Fig. 8 (b), in this case, a strong peak appears near the original film thickness of 100 m, which means that the film thickness of the measured object can be accurately measured.

<막 두께 산출 처리의 개요><Outline of Film Thickness Calculation Process>

상술한 바와 같이, 피측정물의 막 두께는 반사율 스펙트럼의 주기성에 기초하여 산출할 수 있다. 즉, 검출된 반사율 스펙트럼을 주파수 변환하여 파워 스펙트럼을 구하고, 이 파워 스펙트럼에 나타나는 피크로부터 막 두께를 산출할 수 있다. 이와 같은 파워 스펙트럼은, 현실적으로는 FFT 등의 이산적인 푸리에 변환법에 의해 산출된다. 그러나, FFT에서는 주기성을 충분히 반영한 파워 스펙트럼을 얻을 수 없는 경우도 있다. 그로 인해, 본 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치(100)는 파워 스펙트럼의 산출 방법으로서, FFT 등의 이산적인 푸리에 변환에 추가하여, MEM 등의 최적화법을 실행 가능하게 구성된다. 즉, 본 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치(100)는 검출된 반사율 스펙트럼에 따라서, 푸리에 변환 및 최적화법을 선택적 또는 병합적으로 실행한다. 또한, MEM의 처리의 상세에 대해서는, 「과학 계측을 위한 파형 데이터 처리 계측 시스템에 있어서의 마이크로 컴퓨터/퍼스널 컴퓨터 활용 기술」, 미나미 시게오(Minami Shigeo) 편저, CQ 출판사, 1992년 8월 1일 제10판 발행 등에 상세하게 기재되어 있으므로, 그것을 참조로 하면 된다.As described above, the film thickness of the object to be measured can be calculated based on the periodicity of the reflectance spectrum. That is, the power spectra can be obtained by frequency-converting the detected reflectance spectrum, and the film thickness can be calculated from the peak appearing in this power spectrum. Such a power spectrum is actually calculated by a discrete Fourier transform method such as FFT. However, in the FFT, a power spectrum sufficiently reflecting periodicity may not be obtained. Therefore, the film thickness measuring apparatus 100 according to the present embodiment is configured to be able to execute an optimization method such as MEM in addition to discrete Fourier transform such as FFT as a power spectrum calculating method. That is, the film thickness measuring apparatus 100 according to the present embodiment selectively or integrally executes the Fourier transform and the optimization method in accordance with the detected reflectance spectrum. Details of the processing of MEM are described in &quot; Microcomputer / Personal Computer Application Technology in Waveform Data Processing and Measurement System for Scientific Measurement &quot; by Minami Shigeo, edited by CQ Publishing Co., August 1, 1992 10 edition, and the like, so that it may be referred to.

또한, 본 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치(100)는, 상술한 바와 같은 검출된 반사율 스펙트럼으로부터 해석적으로 막 두께를 산출하는 방법에 추가하여, 측정 대상으로부터 산출되는 물리 모델로부터 이론적으로 산출되는 반사율 스펙트럼과 실제로 검출된 반사율 스펙트럼의 편차에 기초하여 측정 대상의 광학적 특성치를 탐색적으로 산출하는, 소위 피팅이라고 불리는 방법도 실행 가능하게 구성된다.Further, the film thickness measuring apparatus 100 according to the present embodiment may further include a method of calculating the film thickness from the physical model calculated from the measurement target, in addition to the method of analytically calculating the film thickness from the detected reflectance spectrum as described above A so-called fitting method is also practicable in which the optical property value of the measurement object is searched based on the deviation between the reflectance spectrum and the actually detected reflectance spectrum.

그런데, 도 2에 도시하는 SOI 기판과 같이, 제2층인 SiO2층(2)의 막 두께에 비교하여, 제1층의 Si층(1)의 막 두께가 2자리수 이상 큰 피측정물에 대해서는, 피팅법에서는 각 층의 막 두께를 충분한 정밀도로 산출할 수 없는 경우도 있다.By the way, as the SOI substrate shown in FIG. 2, the second layer as compared to the film thickness of the SiO 2 layer 2, the first for the large object to be measured is the thickness of two or more digits of the first layer Si layer (1) of , The film thickness of each layer can not be calculated with sufficient precision in the fitting method.

도 9는 SOI 기판에 대한 반사율 스펙트럼의 측정 결과를 나타내는 도면이다. 도 9에는 제1층의 Si층(1)인 막 두께가 100㎛이고, 제2층인 SiO2층(2)의 막 두께를 0.48 내지 0.52㎛의 범위에서 0.1㎛ 피치로 변화시킨 경우의 측정예를 나타낸다. 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 제2층인 SiO2층(2)의 막 두께가 변화되어도, 측정되는 반사율 스펙트럼에는 그다지 큰 변화가 발생하고 있지 않은 것을 알 수 있다. 즉, 이와 같은 피측정물로부터 측정되는 반사율 스펙트럼에서는, 제1층의 Si층(1)의 영향이 주체적이므로, 제2층의 SiO2층(2)의 파라미터를 변화시켰다고 해도, 충분히 피팅할 수 없는 것을 의미한다.9 is a diagram showing a measurement result of a reflectance spectrum for an SOI substrate. 9 shows a measurement example in which the film thickness of the Si layer 1 of the first layer is 100 占 퐉 and the film thickness of the SiO2 layer 2 of the second layer is changed in the range of 0.48 to 0.52 占 퐉 to 0.1 占 퐉 pitch . As shown in FIG. 9, even when the film thickness of the SiO 2 layer 2 as the second layer is changed, it can be seen that the measured reflectance spectrum does not change much. That is, in the reflectance spectrum measured from such a measured object, since the influence of the Si layer 1 of the first layer is dominant, even if the parameters of the SiO 2 layer 2 of the second layer are changed, It means nothing.

따라서, 본 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치(100)는 SOI 기판 등과 같이, 상이한 복수의 층을 갖는 피측정물에 대해, 각 층의 막 두께를 독립적으로 정확하게 해석할 수 있도록, 상술한 푸리에 변환, 최적화법, 피팅법 중 어느 하나, 혹은 복수를 적절하게 조합하여 실행한다. 이하, 본 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치(100)에 있어서의 막 두께 산출 처리의 상세에 대해 설명한다. 또한, 이와 같은 막 두께 산출 처리는 데이터 처리부(70)(도 1)에 의해 실행된다.Therefore, the film thickness measuring apparatus 100 according to the present embodiment is a film thickness measuring apparatus according to the present embodiment, in which, for an object to be measured having a plurality of different layers such as an SOI substrate, the film thickness of each layer can be independently analyzed accurately, , The optimization method, and the fitting method, or a plurality of them, are appropriately combined and executed. Hereinafter, the details of the film thickness calculating process in the film thickness measuring apparatus 100 according to the present embodiment will be described. Such a film thickness calculating process is executed by the data processor 70 (Fig. 1).

<데이터 처리부의 구성><Configuration of Data Processing Unit>

도 10은 본 발명의 실시 형태에 따르는 데이터 처리부(70)의 개략의 하드웨 어 구성을 도시하는 모식도이다.10 is a schematic diagram showing a schematic hardware configuration of a data processing unit 70 according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하여, 데이터 처리부(70)는 대표적으로 컴퓨터에 의해 실현되어, 오퍼레이팅 시스템(OS : Operating System)을 포함하는 각종 프로그램을 실행하는 CPU(Central Processing Unit)(200)와, CPU(200)에서의 프로그램의 실행에 필요한 데이터를 일시적으로 기억하는 메모리부(212)와, CPU(200)에서 실행되는 프로그램을 불휘발적으로 기억하는 하드 디스크부(HDD : Hard Disk Drive)(210)를 포함한다. 또한, 하드 디스크부(210)에는 후술하는 바와 같은 처리를 실현하기 위한 프로그램이 미리 기억되어 있고, 이와 같은 프로그램은 플렉시블 디스크 드라이브(FDD)(216) 또는 CD-ROM 드라이브(214)에 의해, 각각 플렉시블 디스크(216a) 또는 CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory)(214a) 등으로부터 판독된다.10, the data processing unit 70 is typically realized by a computer and includes a CPU (Central Processing Unit) 200 that executes various programs including an operating system (OS), a CPU 200 A hard disk unit (HDD: Hard Disk Drive) 210 for non-volatile storage of a program executed by the CPU 200. The memory unit 212 temporarily stores data necessary for executing the program in the CPU 200 do. A program for realizing a process to be described later is stored in the hard disk unit 210 in advance. The program is stored in the hard disk unit 210 by a flexible disk drive (FDD) 216 or a CD-ROM drive 214 Is read out from the flexible disk 216a or CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory) 214a or the like.

CPU(200)는 키보드나 마우스 등으로 이루어지는 입력부(208)를 통해 사용자 등으로부터의 지시를 수취하는 동시에, 프로그램의 실행에 의해 측정되는 측정 결과 등을 디스플레이부(204)로 출력한다. 각 부는 버스(202)를 통해 서로 접속된다.The CPU 200 receives an instruction from a user or the like through an input unit 208 such as a keyboard or a mouse and outputs a measurement result or the like measured by the execution of the program to the display unit 204. [ Each part is connected to each other via a bus 202.

<연산 처리 구조>&Lt; Operation processing structure >

본 실시 형태에 따르는 데이터 처리부(70)는 피측정물의 각 층의 파라미터[재질, 막 두께, 막 두께 범위, 굴절률, 소쇠(消衰) 계수 등] 중 미지의 값의 종류나 수 및 해석 정밀도 등에 따라서, 이하에 나타내는 처리 패턴(1 내지 6) 중 어느 하나를 선택하여 실행하는 것이 가능하다. 또한, 이하의 설명에서는, 도 2에 도시하는 SOI 기판과 같이, 적층된 2층(각각 「제1층」 및 「제2층」이라고도 칭함)의 막 두께를 각각 독립적으로 산출하는 경우에 대해 예시하나, 동일한 수순에 의해, 보다 많이 적층된 막 두께를 각각 독립적으로 산출하는 것이 가능하다.The data processing section 70 according to the present embodiment can be applied to the type and number of unknown values in the parameters (material, film thickness, film thickness range, refractive index, extinction coefficient, etc.) Therefore, it is possible to select and execute any one of the following processing patterns 1 to 6. In the following description, the case where the film thicknesses of two laminated layers (referred to as "first layer" and "second layer", respectively) are independently calculated as in the case of the SOI substrate shown in FIG. 2 By the same procedure, it is possible to independently calculate the film thicknesses which are stacked more.

(1) 처리 패턴 1(1) Processing pattern 1

처리 패턴 1은 제1층 및 제2층의 굴절률 및 소쇠 계수가 기지인 경우에 실행 가능한 막 두께 산출 처리이다. 이 처리 패턴 1에서는, 각 층의 막 두께는 모두 피팅법에 의해 결정된다. 또한, 피팅법으로서, 대표적으로, 최소제곱법을 사용하는 경우에 대해 예시한다.The treatment pattern 1 is a film thickness calculation process that can be executed when the refractive index and the extinction coefficient of the first layer and the second layer are known. In this processing pattern 1, the film thicknesses of the respective layers are all determined by the fitting method. As a fitting method, a case of using a least squares method is exemplified.

도 11은 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 1에 관한 막 두께 산출 처리를 실행하는 제어 구조를 도시하는 블록도이다. 도 11에 도시하는 블록도는 CPU(200)가 하드 디스크부(210) 등의 미리 저장된 프로그램을 메모리부(212) 등에 판독하여 실행함으로써 실현된다.11 is a block diagram showing a control structure for executing the film thickness calculating process relating to the processing pattern 1 according to the embodiment of the present invention. The block diagram shown in Fig. 11 is realized by the CPU 200 reading a pre-stored program such as the hard disk unit 210 or the like in the memory unit 212 and executing it.

도 11을 참조하여, 데이터 처리부(70)(도 1)는 버퍼부(71)와, 모델화부(721)와, 피팅부(722)를 그 기능으로서 포함한다.11, the data processing unit 70 (FIG. 1) includes a buffer unit 71, a modeling unit 721, and a fitting unit 722 as its functions.

버퍼부(71)는 분광 측정부(60)(도 1)로부터 출력되는 실측된 반사율 스펙트럼(R)(λ)을 일시적으로 저장한다. 보다 구체적으로는, 분광 측정부(60)로부터는 소정의 파장 분해능마다 반사율의 값이 출력되므로, 버퍼부(71)는 파장과 그 파장에 있어서의 반사율을 대응시켜 저장한다.The buffer unit 71 temporarily stores the actually measured reflectance spectrum R (?) Output from the spectroscopic measurement unit 60 (FIG. 1). More specifically, since the reflectance value is output from the spectroscopic measurement unit 60 for each predetermined wavelength resolution capability, the buffer unit 71 stores the wavelength and the reflectance at that wavelength in association with each other.

모델화부(721)는 피측정물에 관한 파라미터를 접수하여, 당해 접수한 파라미터에 기초하여, 피측정물에 있어서의 이론 반사율을 도시하는 모델식(함수)을 결정하고, 당해 결정한 함수에 따라서, 각 파장에 있어서의 이론 반사율(스펙트럼)을 산출한다. 이 산출한 각 파장에 있어서의 이론 반사율은 피팅부(722)로 출력된다. 보다 구체적으로는, 모델화부(721)는 제1층의 굴절률(n1) 및 소쇠 계수(k1)와, 제2층의 굴절률(n2) 및 소쇠 계수(k2)를 접수하는 동시에, 제1층의 막 두께(d1)의 초기치 및 제2층의 막 두께(d2)의 초기치를 접수한다. 또한, 사용자가 각 파라미터를 입력해도 좋으나, 미리 표준적인 재질의 파라미터를 파일 등으로서 저장해 두고, 필요에 따라서 판독하도록 해도 좋다. 또한, 필요에 따라서, 분위기층의 굴절률(n0) 및 소쇠 계수(k0)에 대해서도 입력된다.The modeling unit 721 receives the parameters related to the measured object, determines a model equation (function) showing the theoretical reflectance in the measured object based on the received parameters, and determines, based on the determined function, And the theoretical reflectance (spectrum) at each wavelength is calculated. The calculated theoretical reflectance at each wavelength is output to the fitting portion 722. [ More specifically, the modeling unit 721 receives the refractive index n 1 and the extinction coefficient k 1 of the first layer, the refractive index n 2 and the extinction coefficient k 2 of the second layer, The initial value of the film thickness d 1 of the first layer and the initial value of the film thickness d 2 of the second layer are received. Although the user may input each parameter, parameters of a standard material may be previously stored as a file or the like, and read out as necessary. Further, the refractive index (n 0 ) and the extinction coefficient (k 0 ) of the atmosphere layer are also input, if necessary.

이론 반사율을 나타내는 모델식에 대해서는, 상술한 3층계의 피측정물(OBJ)에 있어서의 반사율(R)과 마찬가지이므로, 적어도 각 층의 막 두께의 값을 포함하는 함수가 된다.The model equation representing the theoretical reflectance is the same as the reflectance R in the three-layer object to be measured (OBJ), and therefore is a function including at least the value of the film thickness of each layer.

또한, 모델화부(721)는 후술하는 피팅부(722)로부터의 파라미터 갱신 지령에 따라서, 이론 반사율을 나타내는 함수를 갱신하여, 갱신 후의 함수에 따라서, 각 파장에 있어서의 이론 반사율(스펙트럼)을 산출한다. 보다 구체적으로는, 모델화부(721)는 파라미터로서, 제1층의 막 두께(d1) 및 제2층의 막 두께(d2)를 순차적으로 갱신한다.Further, the modeling unit 721 updates the function indicating the theoretical reflectance according to the parameter update command from the fitting unit 722, which will be described later, and calculates the theoretical reflectance (spectrum) at each wavelength in accordance with the updated function do. More specifically, the modeling unit 721 sequentially updates the film thickness d 1 of the first layer and the film thickness d 2 of the second layer as parameters.

피팅부(722)는 버퍼부(71)로부터 반사율 스펙트럼의 실측치를 판독하여, 모델화부(721)로부터 출력되는 반사율 스펙트럼의 이론치와의 사이의 제곱 편차를 각 파장에 대해 순차적으로 산출한다. 그리고, 피팅부(722)는 각 파장에 있어서의 편 차로부터 잔차를 산출하여, 이 잔차가 소정의 임계치 이하인지 여부를 판단한다. 즉, 피팅부(722)는 현시점의 파라미터에 있어서 수렴되고 있는지 여부를 판단한다.The fitting section 722 reads the measured value of the reflectance spectrum from the buffer section 71 and sequentially calculates the square deviation between the theoretical value of the reflectance spectrum output from the modeling section 721 and each wavelength. The fitting portion 722 calculates the residual from the deviation at each wavelength, and determines whether or not the residual is below a predetermined threshold value. That is, the fitting unit 722 determines whether or not convergence has been achieved with respect to the current parameter.

잔차가 소정의 임계치 이하가 아니면, 피팅부(722)는 모델화부(721)에 대해 파라미터 갱신 지령을 부여하여, 새롭게 반사율 스펙트럼의 이론치가 출력될 때까지 대기한다. 한편, 잔차가 소정의 임계치 이하이면, 피팅부(722)는 현시점의 제1층의 막 두께(d1) 및 제2층의 막 두께(d2)를 해석치로서 출력한다.If the residual is not less than the predetermined threshold value, the fitting unit 722 gives a parameter update command to the modeling unit 721, and waits until the theoretical value of the reflectance spectrum is newly output. On the other hand, if the residual is less than or equal to the predetermined threshold value, the fitting portion 722 outputs the film thickness d 1 of the first layer and the film thickness d 2 of the second layer at the current point as the analytical value.

도 12는 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 1에 관한 막 두께 산출 처리의 수순을 도시하는 흐름도이다.12 is a flowchart showing the procedure of the film thickness calculating process related to the processing pattern 1 according to the embodiment of the present invention.

도 12를 참조하여, 우선, 사용자가 피측정물(시료)을 스테이지(50)(도 1) 상에 배치한다(스텝 S100). 계속해서, 사용자가 측정 준비 지령을 부여하면, 관찰용 광원(22)(도 1)으로부터는 관찰광의 조사가 개시된다. 사용자는 표시부(39)에 표시되는 관찰용 카메라(38)로 촬영된 반사상을 참조하면서, 가동 기구(51)에 스테이지 위치 지령을 부여하여, 측정 범위의 조정이나 포커싱을 행한다(스텝 S102).Referring to Fig. 12, first, the user places the measured object (sample) on the stage 50 (Fig. 1) (step S100). Subsequently, when the user gives a measurement preparation command, the observation light source 22 (Fig. 1) starts irradiation of observation light. The user refers to the reflected image photographed by the observation camera 38 displayed on the display unit 39 and gives a stage position command to the movable mechanism 51 to adjust the measurement range and perform focusing (step S102).

측정 범위의 조정이나 포커싱의 완료 후, 사용자가 측정 개시 지령을 부여하면, 측정용 광원(10)(도 1)으로부터 측정광의 발생이 개시된다. 분광 측정부(60)는 피측정물로부터의 반사광을 수광하여, 당해 반사광에 근거하는 반사율 스펙트럼을 데이터 처리부(70)로 출력한다(스텝 S104). 계속해서, 데이터 처리부(70)의 CPU(200)는 분광 측정부(60)에서 검출된 반사율 스펙트럼을 메모리부(212) 등에 일시적으로 저장한다(스텝 S106). 그 후, 데이터 처리부(70)의 CPU(200)가 이하에 나타내는 막 두께 산출 처리를 실행한다.When the user gives a measurement start command after adjustment of the measurement range or focusing is completed, the measurement light is started to be generated from the measurement light source 10 (Fig. 1). The spectroscopic measurement unit 60 receives the reflected light from the measured object, and outputs the reflectance spectrum based on the reflected light to the data processing unit 70 (step S104). Subsequently, the CPU 200 of the data processing unit 70 temporarily stores the reflectance spectrum detected by the spectroscopic measurement unit 60 in the memory unit 212 or the like (step S106). Thereafter, the CPU 200 of the data processing unit 70 executes the following film thickness calculating process.

CPU(200)는 디스플레이부(204)(도 10) 등에 입력 화면을 표시하여, 사용자에게 파라미터의 입력을 재촉한다(스텝 S108). 사용자는 표시된 입력 화면 상 등으로부터, 피측정물의 제1층의 굴절률(n1) 및 소쇠 계수(k1)와, 피측정물의 제2층의 굴절률(n2) 및 소쇠 계수(k2)를 입력하는 동시에, 피측정물에 관한 제1층의 막 두께(d1) 및 제2층의 막 두께(d2)의 초기치를 입력한다(스텝 S110).The CPU 200 displays an input screen on the display unit 204 (Fig. 10) or the like and prompts the user to input parameters (step S108). The user inputs the refractive index n 1 and the extinction coefficient k 1 of the first layer and the refractive index n 2 and the extinction coefficient k 2 of the second layer of the object to be measured At the same time, an initial value of the film thickness d 1 of the first layer and the film thickness d 2 of the second layer with respect to the object to be measured is inputted (step S110).

또한, CPU(200)는 사용자가 입력한 파라미터에 기초하여 반사율 스펙트럼의 이론치를 산출한다(스텝 S112). 계속해서, CPU(200)는 메모리부(212) 등에 저장되어 있는 반사율 스펙트럼의 실측치와 반사율 스펙트럼의 이론치 사이의 제곱 편차를 각 파장에 대해 순차적으로 산출하여, 양자간의 잔차를 산출한다(스텝 S114). 또한, CPU(200)는 산출한 잔차가 소정의 임계치 이하인지 여부를 판단한다(스텝 S116).Further, the CPU 200 calculates the theoretical value of the reflectance spectrum based on the parameter inputted by the user (step S112). Subsequently, the CPU 200 sequentially calculates the square deviation between the measured value of the reflectance spectrum and the theoretical value of the reflectance spectrum stored in the memory unit 212 and the like, and calculates the residual between them (Step S114) . Further, the CPU 200 determines whether the calculated residual is equal to or less than a predetermined threshold value (step S116).

산출한 잔차가 소정의 임계치 이하가 아닌 경우(스텝 S116에 있어서 '아니오'의 경우)에는 CPU(200)는 제1층의 막 두께(d1) 및 제2층의 막 두께(d2)의 현재치를 변경한다(스텝 S118). 또한, 막 두께(d1 및 d3)를 어느 방향으로 어느 정도 변경할지에 대해서는, 잔차의 발생 정도에 따라서 결정된다. 그리고, 처리는 스텝 S112로 복귀된다.If the calculated residual is not less than the predetermined threshold value (in the case of 'No' in step S116), the CPU 200 determines whether or not the film thickness d 1 of the first layer and the film thickness d 2 of the second layer The current value is changed (step S118). The degree to which the film thicknesses d 1 and d 3 are to be changed is determined according to the degree of occurrence of residuals. Then, the process returns to step S112.

이에 대해, 산출한 잔차가 소정의 임계치 이하인 경우(스텝 S116에 있어서 ' 예'의 경우)에는, CPU(200)는 제1층의 막 두께(d1) 및 제2층의 막 두께(d2)의 현재치를 피측정물의 각 층의 막 두께(해석치)로서 출력한다(스텝 S120). 그리고, 처리는 종료한다.On the other hand, when the calculated residual is less than or equal to the predetermined threshold (in the case of "YES" in step S116), the CPU 200 sets the film thickness d 1 of the first layer and the film thickness d 2 As the film thickness (analysis value) of each layer of the object to be measured (step S120). Then, the process ends.

또한, 도 11에 도시하는 블록도에서는, 굴절률(n1, n2) 및 소쇠 계수(k1, k2)로서 고정치를 입력하는 구성에 대해 예시하였으나, 파장 분산을 고려한 굴절률 및 소쇠 계수를 사용해도 좋다. 예를 들어, 파장 분산을 고려한 굴절률 및 소쇠 계수로서는, 이하에 나타내는 바와 같은 Cauchy 모델의 식을 사용해도 좋다.In the block diagram shown in Fig. 11, the configuration for inputting the fixed value as the refractive index (n 1 , n 2 ) and the extinction coefficient (k 1 , k 2 ) is exemplified. However, the refractive index and the extinction coefficient May be used. For example, as the refractive index and the extinction coefficient in consideration of wavelength dispersion, the following Cauchy model equation may be used.

Figure 112009037085411-pat00018
Figure 112009037085411-pat00018

이와 같은 식을 사용하는 경우에는 식 중의 각 계수에 대해서도 미리 초기치 또는 기지의 값을 입력해 두고, 이들의 계수에 대해서도 피팅 대상이 된다.When such an equation is used, an initial value or a known value is input in advance for each coefficient in the equation, and these coefficients also become fitting targets.

혹은, 이하에 나타내는 바와 같은 Sellmeier 모델의 식을 사용해도 좋다.Alternatively, a Sellmeier model equation as shown below may be used.

Figure 112009037085411-pat00019
Figure 112009037085411-pat00019

(2) 처리 패턴 2(2) Processing pattern 2

처리 패턴 2는 제1층 및 제2층의 굴절률 및 소쇠 계수가 기지인 경우에 실행 가능한 막 두께 산출 처리이다. 이 처리 패턴 2에서는 막 두께가 큰 제1층을 이산적인 푸리에 변환을 사용한 주파수 변환에 의해 구하고, 이 제1층의 막 두께를 고 정치로 하여, 제2층의 막 두께를 피팅법에 의해 결정한다. 또한, 피팅법으로서, 대표적으로, 최소제곱법을 사용하는 경우에 대해 예시한다.The processing pattern 2 is an executable film thickness calculation processing when the refractive index and the extinction coefficient of the first layer and the second layer are known. In this processing pattern 2, the first layer having a large film thickness is determined by frequency conversion using discrete Fourier transform, the film thickness of the first layer is set to a fixed value, and the film thickness of the second layer is determined by fitting do. As a fitting method, a case of using a least squares method is exemplified.

도 13은 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 2에 관한 막 두께 산출 처리를 실행하는 제어 구조를 도시하는 블록도이다. 도 13에 도시하는 블록도는 CPU(200)가 하드 디스크부(210) 등의 미리 저장된 프로그램을 메모리부(212) 등에 판독하여 실행함으로써 실현된다.13 is a block diagram showing a control structure for executing the film thickness calculating process relating to the processing pattern 2 according to the embodiment of the present invention. The block diagram shown in Fig. 13 is realized by the CPU 200 reading a pre-stored program such as the hard disk unit 210 and the like in the memory unit 212 and executing it.

도 13을 참조하여, 데이터 처리부(70)(도 1)는 버퍼부(71)와, 파수 변환부(731)와, 버퍼부(732)와, 푸리에 변환부(733)와, 피크 탐색부(734)와, 모델화부(735)와, 피팅부(736)를 그 기능으로서 포함한다.13, the data processing section 70 (Fig. 1) includes a buffer section 71, a wavenumber conversion section 731, a buffer section 732, a Fourier transform section 733, 734, a modeling unit 735, and a fitting unit 736 as its functions.

버퍼부(71)는 분광 측정부(60)(도 1)로부터 출력되는 실측된 반사율 스펙트럼(R)(λ)을 일시적으로 저장한다. 또한, 그 구체적인 구성의 처리 내용에 대해서는, 상술하였으므로 상세한 설명은 반복하지 않는다.The buffer unit 71 temporarily stores the actually measured reflectance spectrum R (?) Output from the spectroscopic measurement unit 60 (FIG. 1). Since details of the processing of the specific configuration have been described above, detailed description thereof will not be repeated.

파수 변환부(731)는 제1층에 관한 파라미터[굴절률(n1) 및 소쇠 계수(k1)]를 접수하고, 당해 접수한 파라미터에 기초하여 버퍼부(71)에 일시적으로 저장되는 반사율 스펙트럼(R)(λ)을 파수 변환한다. 즉, 파수 변환부(731)는 반사율 스펙트럼(R)(λ)에 있어서의 각 파장과 그 파장에 있어서의 반사율과의 대응 관계를, 각 파장에 대한 파수(K1)(λ)와 상술한 관계식에 따라서 산출되는 대응의 파수 변환 반사율(R1')의 대응 관계로 변환한다. 보다 구체적으로는, 파수 변환부(731)는 버퍼부(71)에 저장되는 파장마다 파수(K1)(λ) 및 파수 변환 반사율(R1')(λ){= R(λ)/[1 - R(λ)]}을 순차적으로 산출하여, 버퍼부(732)로 출력한다.The wave number conversion section 731 receives the parameters relating to the first layer (the refractive index n 1 and the extinction coefficient k 1 ), and stores the reflectance spectrum temporarily stored in the buffer section 71 based on the received parameters. (R) (?). That is, the wave number conversion section 731 converts the correspondence between each wavelength in the reflectance spectrum (R) (?) And the reflectance at that wavelength into the wave number (K 1 ) (?) For each wavelength, Converted reflection ratio R 1 'calculated according to the relational expression. More specifically, the wave number conversion section 731 converts the wave number K 1 (λ) and the wave number conversion reflectance R 1 '(λ) {= R (λ) / [ 1 - R ([lambda])]}, and outputs it to the buffer unit 732.

버퍼부(732)는 파수 변환부(731)로부터 순차적으로 출력되는 파수(K1)(λ)와 파수 변환 반사율(R1')(λ)을 대응시켜 저장한다. 즉, 버퍼부(732)에는 파수(K1)(λ)에 관한 파수 변환 반사율의 파수 분포 특성인 파수 변환 반사율(R1')(K1)이 저장된다.The buffer unit 732 stores the wave number K 1 (λ) sequentially output from the wave number conversion unit 731 and the wave number conversion reflectance R 1 '(λ) in association with each other. That is, the wave number conversion reflectance R 1 '(K 1 ), which is the wavenumber distribution characteristic of the wave number conversion reflectance relating to the wave number (K 1 ) (λ), is stored in the buffer unit 732.

푸리에 변환부(733)는 버퍼부(732)에 저장되는 파수 변환 반사율(R1)(K1)을 파수(K1)에 대해 푸리에 변환을 행하여, 파워 스펙트럼(P1)을 산출한다. 또한, 푸리에 변환의 방법으로서는, 고속 푸리에 변환(FFT)이나 이산 코사인 변환(DCT : Discrete Cosine Transform) 등을 사용할 수 있다.Fourier transform unit 733 performs a Fourier transform on the frequency conversion reflectivity (R 1) (K 1) that is stored in the buffer unit 732 to the wave number (K 1), and calculates the power spectrum (P 1). As the Fourier transform method, fast Fourier transform (FFT) or discrete cosine transform (DCT) can be used.

피크 탐색부(734)는 푸리에 변환부(733)에 의해 산출된 파워 스펙트럼(P1) 중에 나타나는 피크를 탐색하여, 당해 피크에 대응하는 막 두께를 취득하여, 제1층의 막 두께(d1)로서 출력한다.The peak search section 734 searches for a peak appearing in the power spectrum P 1 calculated by the Fourier transform section 733 and obtains the film thickness corresponding to the peak to obtain the film thickness d 1 ).

모델화부(735)는 피측정물에 관한 파라미터를 접수하여, 당해 접수한 파라미터에 기초하여 피측정물에 있어서의 이론 반사율을 나타내는 모델식(함수)을 결정하여, 당해 결정한 함수에 따라서, 각 파장에 있어서의 이론 반사율(스펙트럼)을 산출한다. 이 산출된 각 파장에 있어서의 이론 반사율은 피팅부(736)로 출력된다. 보다 구체적으로는, 모델화부(735)는 피크 탐색부(734)로부터 출력되는 제1층의 막 두께(d1)와, 제2층의 굴절률(n2) 및 소쇠 계수(k2)를 접수하는 동시에, 제2층의 막 두께(d2)의 초기치를 접수한다. 또한, 사용자가 각 파라미터를 입력해도 좋으나, 미리 표준적인 재질의 파라미터를 파일 등으로서 저장해 두고, 필요에 따라서 판독하도록 해도 좋다. 이론 반사율을 나타내는 모델식에 대해서는, 상술한 3층계의 피측정물(OBJ)에 있어서의 반사율(R)과 마찬가지이고, 적어도 각 층의 막 두께의 값을 포함하는 함수가 된다.The modeling unit 735 receives the parameters related to the measured object, determines a model expression (function) representing the theoretical reflectance in the measured object based on the received parameter, (Spectral) of the light beam. The calculated theoretical reflectance at each wavelength is output to the fitting portion 736. [ More specifically, the modeling unit 735 receives the film thickness d 1 of the first layer output from the peak search unit 734, the refractive index n 2 of the second layer, and the extinction coefficient k 2 , And the initial value of the film thickness d 2 of the second layer is received. Although the user may input each parameter, parameters of a standard material may be previously stored as a file or the like, and read out as necessary. The model equation representing the theoretical reflectance is the same as the reflectance R in the above-described three-layer object OBJ and is a function including at least the value of the film thickness of each layer.

또한, 모델화부(735)는 피팅부(736)로부터의 파라미터 갱신 지령에 따라서, 이론 반사율을 나타내는 함수를 갱신하여, 갱신 후의 함수에 따라서, 각 파장에 있어서의 이론 반사율(스펙트럼)을 다시 산출한다. 보다 구체적으로는, 모델화부(735)는 파라미터로서, 제2층의 막 두께(d2)를 순차적으로 갱신한다. The modeling unit 735 updates the function indicating the theoretical reflectance according to the parameter update command from the fitting unit 736 and again calculates the theoretical reflectance (spectrum) at each wavelength in accordance with the updated function . More specifically, the modeling unit 735 sequentially updates the film thickness d 2 of the second layer as a parameter.

피팅부(736)는 버퍼부(71)로부터 반사율 스펙트럼의 실측치를 판독하여, 모델화부(735)로부터 출력되는 반사율 스펙트럼의 이론치와의 사이의 제곱 편차를 각 파장에 대해 순차적으로 산출한다. 그리고, 피팅부(736)는 각 파장에 있어서의 제곱 편차로부터 잔차를 산출하여, 이 잔차가 소정의 임계치 이하인지 여부를 판단한다. 즉, 피팅부(736)는 현시점의 파라미터에 있어서 수렴되고 있는지 여부를 판단한다.The fitting section 736 reads the measured value of the reflectance spectrum from the buffer section 71 and sequentially calculates the square deviation between the theoretical value of the reflectance spectrum outputted from the modeling section 735 and each wavelength. The fitting portion 736 calculates the residual from the square deviation at each wavelength and determines whether or not the residual is below a predetermined threshold value. That is, the fitting unit 736 determines whether or not convergence is taking place in the current parameter.

잔차가 소정의 임계치 이하가 아니면, 피팅부(736)는 모델화부(735)에 대해 파라미터 갱신 지령을 부여하여, 새롭게 반사율 스펙트럼의 이론치가 출력될 때까지 대기한다. 한편, 잔차가 소정의 임계치 이하이면, 피팅부(736)는 현시점의 제1층의 막 두께(d1) 및 제2층의 막 두께(d2)를 해석치로서 출력한다.If the residual is not less than the predetermined threshold value, the fitting unit 736 gives a parameter update command to the modeling unit 735, and waits until the theoretical value of the reflectance spectrum is newly output. On the other hand, if the residual is less than or equal to the predetermined threshold value, the fitting portion 736 outputs the film thickness d 1 of the first layer and the film thickness d 2 of the second layer as the analytical values.

도 14는 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 2에 관한 막 두께 산출 처리의 수순을 도시하는 흐름도이다. 도 14에 도시하는 흐름도의 각 스텝 중, 스텝 S100 내지 S108의 처리에 대해서는, 도 12에 도시하는 흐름도의 동일 부호를 부여한 각 스텝과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다. 이하, 도 12에 도시하는 흐름도와 상이한 스텝 S132 이후의 막 두께 산출 처리에 대해 설명한다.Fig. 14 is a flowchart showing a procedure of the film thickness calculating process relating to the processing pattern 2 according to the embodiment of the present invention. Among the steps of the flowchart shown in FIG. 14, the processes of steps S100 to S108 are the same as the steps of the flowchart shown in FIG. 12, and detailed description thereof will not be repeated. Hereinafter, the film thickness calculating process after step S132, which is different from the flowchart shown in Fig. 12, will be described.

스텝 S132에 있어서, 사용자는 표시된 입력 화면 상 등으로부터, 피측정물의 제1층의 굴절률(n1) 및 소쇠 계수(k1) 및 피측정물의 제2층의 굴절률(n2) 및 소쇠 계수(k2)를 입력하는 동시에, 제2층의 막 두께(d2)의 초기치를 입력한다.In step S132, the user is the refractive index from the displayed input screen or the like, the first layer of the object to be measured (n 1) and the extinction coefficient (k 1) and the refractive index of the second layer of the object to be measured (n 2) and an extinction coefficient ( k 2 ) is inputted and the initial value of the film thickness d 2 of the second layer is input.

그러면, CPU(200)는 입력된 제1층의 굴절률(n1) 및 소쇠 계수(k1)에 기초하여 메모리부(212) 등에 저장되어 있는 반사율 스펙트럼을 파수 변환한다(스텝 S134). 그리고, CPU(200)는 이 파수 변환하여 얻어지는 파수 변환 반사율을 메모리부(212) 등에 저장한다(스텝 S136). 또한, CPU(200)는 파수 변환 반사율을 파수(K1)에 대해 푸리에 변환을 행하여 파워 스펙트럼을 산출한다(스텝 S138). 또한, CPU(200)는 산출한 파워 스펙트럼에 나타나는 피크 및 그 피크에 대응하는 막 두께를 제1층의 막 두께(d1)로서 취득한다(스텝 S140).Then, the CPU 200 waves-converts the reflectance spectrum stored in the memory unit 212 or the like based on the inputted refractive index n 1 and the extinction coefficient k 1 of the first layer (step S134). Then, the CPU 200 stores the wave-number-converted reflectance obtained by this wave number conversion into the memory unit 212 or the like (step S136). Further, the CPU 200 calculates the power spectrum by performing the Fourier transform on the wave number conversion reflectance with respect to the wave number (K 1 ) (step S138). Further, the CPU 200 acquires the peak appearing in the calculated power spectrum and the film thickness corresponding to the peak as the film thickness d 1 of the first layer (step S140).

계속해서, CPU(200)는 스텝 S210에서 취득된 제1층의 막 두께(d1)와, 사용자 입력된 제2층에 관한 파라미터에 기초하여 반사율 스펙트럼의 이론치를 산출한다(스텝 S142). 그리고, CPU(200)는 메모리부(212) 등에 저장되어 있는 반사율 스펙 트럼의 실측치와 반사율 스펙트럼의 이론치 사이의 제곱 편차를 각 파장에 대해 순차적으로 산출하여, 양자간의 잔차를 산출한다(스텝 S144). 또한, CPU(200)는 산출된 잔차가 소정의 임계치 이하인지 여부를 판단한다(스텝 S146).Subsequently, the CPU 200 calculates the theoretical value of the reflectance spectrum based on the film thickness d 1 of the first layer acquired in step S210 and the parameters relating to the second layer inputted by the user (step S142). Then, the CPU 200 sequentially calculates the square deviation between the measured value of the reflectance spectrum stored in the memory unit 212 and the theoretical value of the reflectance spectrum for each wavelength, and calculates the residual between them (Step S144) . Further, the CPU 200 determines whether the calculated residual is less than or equal to a predetermined threshold value (step S146).

산출된 잔차가 소정의 임계치 이하가 아닌 경우(스텝 S146에 있어서 '아니오'의 경우)에는, CPU(200)는 제2층의 막 두께(d2)의 현재치를 변경한다(스텝 S148). 또한, 막 두께(d2)를 어느 방향으로 어느 정도 변경할지에 대해서는, 잔차의 발생 정도에 따라서 결정된다. 그리고, 처리는 스텝 S142로 복귀된다.If the calculated residual is not less than the predetermined threshold value (in the case of 'No' in step S146), the CPU 200 changes the current value of the film thickness d2 of the second layer (step S148). The direction in which the film thickness d 2 is to be changed is determined according to the degree of occurrence of residuals. Then, the process returns to step S142.

이에 대해, 산출된 잔차가 소정의 임계치 이하인 경우(스텝 S146에 있어서 '예'의 경우)에는, CPU(200)는 제1층의 막 두께(d1) 및 제2층의 막 두께(d2)의 현재치를 피측정물의 각 층의 막 두께(해석치)로서 출력한다(스텝 S150). 그리고, 처리는 종료된다.On the other hand, if the calculated residual is less than or equal to the predetermined threshold value (YES in step S146), the CPU 200 calculates the thickness d 1 of the first layer and the thickness d 2 As the film thickness (analysis value) of each layer of the object to be measured (step S150). Then, the process ends.

또한, 상술한 처리 패턴 1과 마찬가지로, 파장 분산을 고려한 굴절률 및 소쇠 계수를 사용해도 된다. 그 상세한 함수에 대해서는, 상술하였으므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.Further, similarly to the above-described process pattern 1, a refractive index and an extinction coefficient in consideration of wavelength dispersion may be used. Since the detailed functions have been described above, detailed description thereof will not be repeated.

(3) 처리 패턴 3(3) Treatment pattern 3

처리 패턴 3은 제1층 및 제2층의 굴절률 및 소쇠 계수가 기지인 경우에 실행 가능한 막 두께 산출 처리이다. 이 처리 패턴 3은 상술한 처리 패턴 2에 비교하여, 제1층의 막 두께의 산출 시에, 푸리에 변환이 아닌 최적화법을 사용하는 점이 상이하다. 그 밖의 처리에 대해서는, 상술한 처리 패턴 2와 마찬가지이다.The treatment pattern 3 is a film thickness calculation process that can be executed when the refractive index and the extinction coefficient of the first layer and the second layer are known. This processing pattern 3 differs from the above-described processing pattern 2 in that the optimization method other than the Fourier transformation is used in calculating the film thickness of the first layer. The other processing is the same as the processing pattern 2 described above.

도 15는 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 3에 관한 막 두께 산출 처리를 실행하는 제어 구조를 도시하는 블록도이다. 도 15에 도시하는 블록도는 CPU(200)가 하드 디스크부(210) 등의 미리 저장된 프로그램을 메모리부(212) 등에 판독하여 실행함으로써 실현된다.Fig. 15 is a block diagram showing a control structure for executing the film thickness calculating process relating to the processing pattern 3 according to the embodiment of the present invention. The block diagram shown in Fig. 15 is realized by the CPU 200 reading a pre-stored program such as the hard disk unit 210 and the like in the memory unit 212 and executing it.

도 15를 참조하여, 데이터 처리부(70)(도 1)는 버퍼부(71)와, 최적화 연산부(741)와, 모델화부(742)와, 피팅부(743)를 그 기능으로서 포함한다.15, the data processing unit 70 (FIG. 1) includes a buffer unit 71, an optimization operation unit 741, a modeling unit 742, and a fitting unit 743 as its functions.

버퍼부(71)는 분광 측정부(60)(도 1)로부터 출력되는 실측된 반사율 스펙트럼(R)(λ)을 일시적으로 저장한다. 또한, 그 구체적인 구성의 처리 내용에 대해서는, 상술하였으므로 상세한 설명은 반복하지 않는다.The buffer unit 71 temporarily stores the actually measured reflectance spectrum R (?) Output from the spectroscopic measurement unit 60 (FIG. 1). Since details of the processing of the specific configuration have been described above, detailed description thereof will not be repeated.

최적화 연산부(741)는 MEM 등의 최적화법을 사용하여, 버퍼부(71)에 저장되어 있는 반사율 스펙트럼의 주파수 성분을 해석하여, 제1층의 막 두께(d1)를 산출한다. 보다 구체적으로는, 최적화 연산부(741)는 자기 회귀 모델을 사용하여 반사율 스펙트럼의 실측치에 대한 자기 상관 함수를 구하여, 이들의 값으로부터 자기 회귀 모델을 기술하는 자기 회귀 계수를 결정한다. 최적화 연산부(741)는, 이와 같이 하여 주파수 해석을 행함으로써 얻어지는 주성분의 파장에 대응하는 막 두께를 취득하여, 제1층의 막 두께(d1)로서 출력한다. 또한, 최적화 연산부(741)는 최적화법의 실행 전에 제1층의 막 두께(d1)의 검색 범위와, 제1층의 굴절률(n1) 및 소쇠 계수(k1)와, 제2층의 굴절률(n2) 및 소쇠 계수(k2)를 접수하는 동시에, 제2층의 막 두 께(d2)의 잠정치를 접수한다. 또한, 사용자가 각 파라미터를 입력해도 좋으나, 미리 표준적인 재질의 파라미터를 파일 등으로서 저장해 두고, 필요에 따라서 판독하도록 해도 좋다.The optimization operation unit 741 analyzes the frequency component of the reflectance spectrum stored in the buffer unit 71 using the optimization method such as MEM to calculate the film thickness d 1 of the first layer. More specifically, the optimization calculation unit 741 uses an autoregressive model to obtain an autocorrelation function for the measured value of the reflectance spectrum, and determines an autoregressive coefficient describing the autoregressive model from these values. The optimization calculation unit 741 acquires the film thickness corresponding to the wavelength of the main component obtained by performing the frequency analysis in this manner and outputs it as the film thickness d 1 of the first layer. The optimization calculation unit 741 calculates the search range of the film thickness d 1 of the first layer, the refractive index n 1 and the extinction coefficient k 1 of the first layer, The refractive index n 2 and the extinction coefficient k 2 are accepted and a preliminary value of the film thickness d 2 of the second layer is received. Although the user may input each parameter, parameters of a standard material may be previously stored as a file or the like, and read out as necessary.

모델화부(742) 및 피팅부(743)는 최적화 연산부(741)에 의해 산출된 제1층의 막 두께(d1)와 피측정물에 관한 파라미터를 접수하여, 제2층의 막 두께(d2)를 피팅에 의해 결정한다. 모델화부(742) 및 피팅부(743)의 처리는 각각 상술한 처리 패턴 2의 모델화부(735) 및 피팅부(736)와 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.The modeling unit 742 and the fitting unit 743 receive the film thickness d 1 of the first layer and the parameters relating to the measured object calculated by the optimization calculation unit 741 and calculate the film thickness d 2 ) is determined by fitting. The processing of the modeling unit 742 and the fitting unit 743 are the same as those of the modeling unit 735 and the fitting unit 736 of the above-described processing pattern 2, respectively, and therefore detailed description thereof will not be repeated.

도 16은 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 3에 관한 막 두께 산출 처리의 수순을 도시하는 흐름도이다. 도 16에 도시하는 흐름도의 각 스텝 중, 스텝 S100 내지 S106의 처리에 대해서는, 도 12에 도시하는 흐름도의 동일 부호를 부여한 각 스텝과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다. 이하, 도 12에 도시하는 흐름도와 상이한 스텝 S162 이후의 막 두께 산출 처리에 대해 설명한다.16 is a flowchart showing the procedure of the film thickness calculating process relating to the processing pattern 3 according to the embodiment of the present invention. Among the steps of the flow chart shown in Fig. 16, the processes of steps S100 to S106 are the same as those of the steps denoted by the same reference numerals in the flowchart shown in Fig. 12, and therefore detailed description thereof will not be repeated. Hereinafter, the film thickness calculating process after step S162 different from the flowchart shown in Fig. 12 will be described.

스텝 S162에 있어서, 사용자는 표시된 입력 화면 상 등으로부터, 피측정물의 제1층의 막 두께(d1)의 검색 범위와, 피측정물의 제1층의 굴절률(n1) 및 소쇠 계수(k1)와, 피측정물의 제2층의 굴절률(n2) 및 소쇠 계수(k2)를 입력한다.In step S162, the user selects, from the displayed input screen or the like, the search range of the first layer thickness d 1 of the measured object, the refractive index n 1 of the first layer of the measured object and the extinction coefficient k 1 (N 2 ) and the extinction coefficient (k 2 ) of the second layer of the object to be measured.

그러면, CPU(200)는 메모리부(212) 등에 저장되어 있는 반사율 스펙트럼에 대해, 최적화법을 사용하여 주파수 성분을 해석함으로써, 제1층의 막 두께(d1)를 산 출한다(스텝 S164).Then, the CPU 200 analyzes the frequency component of the reflectance spectrum stored in the memory unit 212 or the like using the optimization method, thereby calculating the film thickness d 1 of the first layer (step S164) .

계속해서, CPU(200)는 스텝 S164에서 취득된 제1층의 막 두께(d1)와, 사용자 입력된 제2층에 관한 파라미터에 기초하여 반사율 스펙트럼의 이론치를 산출한다(스텝 S166). 그리고, CPU(200)는 메모리부(212) 등에 저장되어 있는 반사율 스펙트럼의 실측치와 반사율 스펙트럼의 이론치 사이의 제곱 편차를 각 파장에 대해 순차적으로 산출하여, 양자간의 잔차를 산출한다(스텝 S168). 또한, CPU(200)는 산출된 잔차가 소정의 임계치 이하인지 여부를 판단한다(스텝 S170).Subsequently, CPU (200) on the basis of the parameters relating to the cost and the film thickness (d 1) of the first layer, the second layer the user input obtained at step S164 and calculates the theoretical value of the reflectivity spectrum (step S166). Then, the CPU 200 sequentially calculates the square deviation between the measured value of the reflectance spectrum and the theoretical value of the reflectance spectrum stored in the memory unit 212 and the like, and calculates the residual between them (step S168). Further, the CPU 200 determines whether the calculated residual is equal to or less than a predetermined threshold value (step S170).

산출된 잔차가 소정의 임계치 이하가 아닌 경우(스텝 S170에 있어서 '아니오'의 경우)에는, CPU(200)는 제2층의 막 두께(d2)의 현재치를 변경한다(스텝 S172). 또한, 막 두께(d2)를 어느 방향으로 어느 정도 변경할지에 대해서는, 잔차의 발생 정도에 따라서 결정된다. 그리고, 처리는 스텝 S166으로 복귀된다.If the calculated residual error is not the predetermined threshold or less (in the case of NO in step S170), the, CPU (200) modifies the value of the current thickness (d 2) of the second layer (step S172). The direction in which the film thickness d 2 is to be changed is determined according to the degree of occurrence of residuals. Then, the process returns to step S166.

이에 대해, 산출된 잔차가 소정의 임계치 이하인 경우(스텝 S170에 있어서 '예'의 경우)에는, CPU(200)는 제1층의 막 두께(d1) 및 제2층의 막 두께(d2)의 현재치를 피측정물의 각 층의 막 두께(해석치)로서 출력한다(스텝 S174). 그리고, 처리는 종료된다.On the other hand, if the calculated residual is less than or equal to the predetermined threshold value (YES in step S170), the CPU 200 determines whether or not the film thickness d 1 of the first layer and the film thickness d 2 As the film thickness (analysis value) of each layer of the object to be measured (step S174). Then, the process ends.

또한, 상술한 처리 패턴 1과 마찬가지로, 파장 분산을 고려한 굴절률 및 소쇠 계수를 사용해도 좋다. 그 상세한 함수에 대해서는 상술하였으므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.As in the case of the above-described process pattern 1, a refractive index and an extinction coefficient in consideration of wavelength dispersion may be used. Since the detailed functions have been described above, detailed description thereof will not be repeated.

(4) 처리 패턴 4(4) Processing pattern 4

처리 패턴 4는 처리 패턴 1을 개량한 방법으로, 피팅에 의한 수렴을 보다 확실하게 한다. 즉, SOI 기판과 같이, 제1층과 제2층의 막 두께가 크게 상이한 피측정물에서는, 각 층의 막 두께를 피팅하기 위한 초기치가 중요하다. 따라서, 처리 패턴 4에서는, 우선 최적화법을 사용하여 각 층의 막 두께의 초기치를 결정하고, 이들 초기치를 사용하여 피팅법에 의해 제1층 및 제2층의 막 두께를 결정한다.The processing pattern 4 is a method in which the processing pattern 1 is improved, and the convergence by the fitting is further ensured. That is, in an object to be measured in which the film thicknesses of the first layer and the second layer are greatly different from each other like an SOI substrate, an initial value for fitting the film thickness of each layer is important. Accordingly, in the processing pattern 4, the initial value of the film thickness of each layer is first determined by using the optimization method, and the film thicknesses of the first layer and the second layer are determined by the fitting method using these initial values.

도 17은 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 4에 관한 막 두께 산출 처리를 실행하는 제어 구조를 도시하는 블록도이다. 도 17에 도시하는 블록도는 CPU(200)가 하드 디스크부(210) 등의 미리 저장된 프로그램을 메모리부(212) 등에 판독하여 실행함으로써 실현된다.17 is a block diagram showing a control structure for executing the film thickness calculating process relating to the processing pattern 4 according to the embodiment of the present invention. The block diagram shown in Fig. 17 is realized by the CPU 200 reading a pre-stored program such as the hard disk unit 210 and the like in the memory unit 212 and executing it.

도 17에 도시하는 처리 퍼턴 4에 관한 제어 구조는 도 11에 도시하는 처리 패턴 1에 관한 제어 구조에, 최적화 연산부(751)를 추가한 것과 실질적으로 동일하다.The control structure relating to the processing value 4 shown in Fig. 17 is substantially the same as the control structure relating to the processing pattern 1 shown in Fig. 11, in which the optimization operation section 751 is added.

최적화 연산부(751)는 MEM 등의 최적화법을 사용하여 버퍼부(71)에 저장되어 있는 반사율 스펙트럼의 주파수 성분을 해석하여, 제1층의 막 두께(d1) 및 제2층의 막 두께(d2)를 각각 산출한다. 특히, 최적화 연산부(751)는 실측한 반사율 스펙트럼을 주파수 해석하여 얻어지는 2개 이상의 피크를 추출하여, 이들의 피크에 대응하는 막 두께로부터 제1층의 막 두께(d1) 및 제2층의 막 두께(d2)를 각각 산출한다. 또한, 이 산출되는 제1층의 막 두께(d1) 및 제2층의 막 두께(d2)는 피팅의 초기치로서 사용되는 것으로, 엄밀한 정밀도는 필요로 하지 않는다. 또한, 최적화 연산 부(751)에 있어서의 구체적인 주파수 해석 방법은 상술한 최적화 연산부(741)와 마찬가지이므로 상세한 설명은 반복하지 않는다.The optimization operation unit 751 analyzes the frequency components of the reflectance spectrum stored in the buffer unit 71 using the optimization method such as MEM to determine the film thickness d 1 of the first layer and the film thickness of the second layer d 2 , respectively. In particular, the optimization calculation unit 751 extracts two or more peaks obtained by frequency analysis of the actually measured reflectance spectra, and calculates the film thickness d 1 of the first layer and the film thickness d 1 of the second layer from the film thickness corresponding to these peaks. And the thickness d 2 are respectively calculated. The calculated film thickness d 1 of the first layer and the film thickness d 2 of the second layer are used as initial values of fitting, and no precise accuracy is required. Since the specific frequency analysis method in the optimization calculation unit 751 is the same as the above-described optimization calculation unit 741, detailed description thereof will not be repeated.

모델화부(721) 및 피팅부(722)는 최적화 연산부(751)에 의해 산출된 제1층의 막 두께(d1) 및 제2층의 막 두께(d2)를 초기치로 하여, 본래의 제1층의 막 두께(d1) 및 제2층의 막 두께(d2)를 피팅에 의해 결정한다. 모델화부(721) 및 피팅부(722)의 처리 내용은 상술하였으므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.The modeling unit 721 and the fitting unit 722 are designed such that the film thickness d 1 of the first layer and the film thickness d 2 of the second layer calculated by the optimization calculation unit 751 are used as initial values, The film thickness d 1 of the first layer and the film thickness d 2 of the second layer are determined by fitting. Since details of processing of the modeling unit 721 and the fitting unit 722 have been described above, detailed description thereof will not be repeated.

도 18은 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 4에 관한 막 두께 산출 처리의 수순을 도시하는 흐름도이다. 도 18에 도시하는 흐름도는, 도 12에 도시하는 흐름도에 있어서 스텝 S110 대신에, 스텝 S111A 및 S111B의 처리를 설치한 것으로, 그 밖의 처리에 대해서는 동일 부호를 부여한 각 스텝과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다. 이하, 도 12와 상이한 처리에 대해 설명한다.18 is a flowchart showing the procedure of the film thickness calculating process related to the processing pattern 4 according to the embodiment of the present invention. The flow chart shown in Fig. 18 is similar to that of the steps shown in Fig. 12 except that steps S111A and S111B are provided instead of step S110, and the other steps are the same as those given with the same reference numerals. Do not repeat. Hereinafter, a process different from that of Fig. 12 will be described.

도 18을 참조하여, 스텝 S108의 실행 후, 스텝 S111A의 처리가 실행된다. 스텝 S111A에 있어서, 사용자는 표시된 입력 화면 상 등으로부터, 피측정물의 제1층의 굴절률(n1) 및 소쇠 계수(k1)와, 피측정물의 제2층의 굴절률(n2) 및 소쇠 계수(k2)를 입력하는 동시에, 제1층의 막 두께(d1)의 검색 범위 및 제2층의 막 두께(d2)의 검색 범위를 입력한다. 계속되는 스텝 S111B에 있어서, CPU(200)는 메모리부(212) 등에 저장되어 있는 반사율 스펙트럼에 대해, 최적화법을 사용하여 주파수 성분을 해석함으로써, 제1층의 막 두께(d1) 및 제2층의 막 두께(d2)를 산출한다. 이 스텝 S111A에 있어서 산출된 제1층의 막 두께(d1) 및 제2층의 막 두께(d2)가 피팅의 초기치로서 사용된다. 그리고, 이 스텝 S111B 이후, 도 12의 스텝 S112 이후의 처리와 동일한 처리가 실행된다.Referring to Fig. 18, after the execution of step S108, the processing of step S111A is executed. In step S111A, the user has a refractive index from the displayed input screen or the like, the first layer of the object to be measured (n 1) and the extinction coefficient (k 1) and the refractive index of the second layer of the object to be measured (n 2) and an extinction coefficient (k 2 ), and also inputs a search range of the film thickness d 1 of the first layer and a search range of the film thickness d 2 of the second layer. In the following step S111B, CPU (200) is by analyzing the frequency components by using, optimization method for the reflectance spectra stored in a memory or the like section 212, the thickness of the first layer (d 1) and second layer (D &lt; 2 &gt;). The film thickness d 1 of the first layer and the film thickness d 2 of the second layer calculated in this step S111A are used as the initial values of the fitting. After this step S111B, the same processing as the processing after step S112 in Fig. 12 is executed.

또한, 상술한 처리 패턴 1과 마찬가지로, 파장 분산을 고려한 굴절률 및 소쇠 계수를 사용해도 된다. 그 상세한 함수에 대해서는 상술하였으므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.Further, similarly to the above-described process pattern 1, a refractive index and an extinction coefficient in consideration of wavelength dispersion may be used. Since the detailed functions have been described above, detailed description thereof will not be repeated.

(5) 처리 패턴 5(5) Processing pattern 5

처리 패턴 5는 한쪽의 층의 막 두께가 기지이며, 다른 쪽의 층의 막 두께만을 해석하는 경우에 적용되는 방법으로, 상술한 처리 패턴 1을 변형한 것이다. 이하의 설명에서는, 피측정물의 제2층의 막 두께가 기지이고, 제1층의 막 두께를 피팅에 의해 결정하는 방법을 예시한다.The processing pattern 5 is a modification of the above-described processing pattern 1, which is applied when the film thickness of one layer is known and only the film thickness of the other layer is analyzed. In the following description, a method in which the film thickness of the second layer of the measured object is known and the film thickness of the first layer is determined by fitting is exemplified.

도 19는 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 5에 관한 막 두께 산출 처리를 실행하는 제어 구조를 도시하는 블록도이다. 도 19에 도시하는 블록도는 CPU(200)가 하드 디스크부(210) 등의 미리 저장된 프로그램을 메모리부(212) 등에 판독하여 실행함으로써 실현된다.Fig. 19 is a block diagram showing a control structure for executing the film thickness calculating process relating to the processing pattern 5 according to the embodiment of the present invention. Fig. The block diagram shown in Fig. 19 is realized by the CPU 200 reading a pre-stored program such as the hard disk unit 210 or the like in the memory unit 212 and executing it.

도 19에 도시하는 처리 패턴 4에 관한 제어 구조는, 도 11에 도시하는 처리 패턴 1에 관한 제어 구조에 있어서, 모델화부(721) 대신에, 모델화부(721A)를 배치한 것이다.The control structure relating to the processing pattern 4 shown in Fig. 19 includes a modeling unit 721A instead of the modeling unit 721 in the control structure relating to the processing pattern 1 shown in Fig.

모델화부(721A)는 제1층의 굴절률(n1) 및 소쇠 계수(k1)와, 제2층의 굴절 률(n2) 및 소쇠 계수(k2)를 접수하는 동시에, 제1층의 막 두께(d1)의 초기치 및 제2층의 막 두께(d2)의 기지의 값(고정치)을 접수한다. 또한, 사용자가 각 파라미터를 입력해도 좋으나, 미리 표준적인 재질의 파라미터를 파일 등으로서 저장해 두고, 필요에 따라서 판독하도록 해도 좋다. 또한, 필요에 따라서, 분위기층의 굴절률(n0) 및 소쇠 계수(k0)에 대해서도 입력된다.Model conversion unit (721A) is at the same time for receiving the refractive index (n 1) and refractive index (n 2) and an extinction coefficient (k 2) of the extinction coefficient (k 1), the second layer of the first layer, the first layer layer receives the value (fixed value) of the base having a thickness (d 1) a thickness (d 2) of the initial value and the second layer. Although the user may input each parameter, parameters of a standard material may be previously stored as a file or the like, and read out as necessary. Further, the refractive index (n 0 ) and the extinction coefficient (k 0 ) of the atmosphere layer are also input, if necessary.

또한, 모델화부(721A)는 피팅부(722)로부터의 파라미터 갱신 지령에 따라서 제1층의 막 두께(d1)를 순차적으로 갱신하고, 이 갱신 후의 제1층의 막 두께(d1)에 따라서 이론 반사율을 나타내는 함수를 갱신한다. 또한, 모델화부(721A)는 갱신 후의 함수에 따라서, 각 파장에 있어서의 이론 반사율(스펙트럼)을 반복해서 산출한다. 이와 같은 수순에 의해, 제1층의 막 두께(d1)가 피팅에 의해 결정된다.In addition, the model conversion unit (721A) is a fitting portion to update the thickness (d 1) of the first layer according to the parameter update instructions from the 722 in sequence, and the thickness of the first layer after the update (d 1) Therefore, the function representing the theoretical reflectance is updated. Further, the modeling unit 721A repeatedly calculates the theoretical reflectance (spectrum) at each wavelength in accordance with the updated function. By such a procedure, the film thickness d 1 of the first layer is determined by the fitting.

그 밖의 구성에 대해서는 상술하였으므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.Since other configurations are described above, detailed description thereof will not be repeated.

도 20은 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 5에 관한 막 두께 산출 처리의 수순을 도시하는 흐름도이다. 도 20에 도시하는 흐름도는 도 12에 도시하는 흐름도에 있어서 스텝 S110, S118, S120 대신에, 각각 스텝 S110A, S118A, S120A의 처리를 설치한 것으로, 그 밖의 처리에 대해서는 동일 부호를 부여한 각 스텝과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다. 이하, 도 12와 상이한 처리에 대해 설명한다.Fig. 20 is a flowchart showing the procedure of the film thickness calculating process relating to the processing pattern 5 according to the embodiment of the present invention. The flow chart shown in Fig. 20 is different from the flowchart shown in Fig. 12 in that steps S110A, S118A and S120A are provided instead of steps S110, S118 and S120, and the other steps are denoted by the same reference numerals As such, the detailed description is not repeated. Hereinafter, a process different from that of Fig. 12 will be described.

도 20을 참조하여, 스텝 S110A에 있어서, 사용자는 표시된 입력 화면 상 등 으로부터, 피측정물의 제1층의 굴절률(n1) 및 소쇠 계수(k1)와, 피측정물의 제2층의 굴절률(n2) 및 소쇠 계수(k2)를 입력하는 동시에, 제1층의 막 두께(d1)의 초기치 및 제2층의 막 두께(d2)의 기지의 값을 입력한다.20, in step S110A, the user selects, from the displayed input screen or the like, the refractive index (n 1 ) and the extinction coefficient (k 1 ) of the first layer of the measured object and the refractive index n 2) and an extinction coefficient (at the same time for inputting the k 2), and inputs the value of the base of the first layer thickness (d 1) a thickness (d 2) of the initial value and the second layer of the.

스텝 S118A에 있어서, CPU(200)는 제1층의 막 두께(d1)의 현재치를 변경한다. 즉, 처리 패턴 5에서는 제1층의 막 두께(d1)만이 피팅 대상이 된다.In step S118A, the CPU 200 changes the current value of the film thickness d 1 of the first layer. That is, in the processing pattern 5, only the film thickness d 1 of the first layer is to be fitted.

스텝 S120A에 있어서, CPU(200)는, 산출된 잔차가 소정의 임계치 이하인 경우에는 제1층의 막 두께(d1)의 현재치를 피측정물의 각 층의 막 두께(해석치)로서 출력한다.In step S120A, and CPU (200) is not more than the calculated residual error is the predetermined threshold value is outputted as the film thickness (d 1) a thickness (haeseokchi) of each layer of the current measured value of the blood in the first layer.

또한, 상술한 처리 패턴 1과 마찬가지로, 파장 분산을 고려한 굴절률 및 소쇠 계수를 사용해도 좋다. 그 상세한 함수에 대해서는 상술하였으므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.As in the case of the above-described process pattern 1, a refractive index and an extinction coefficient in consideration of wavelength dispersion may be used. Since the detailed functions have been described above, detailed description thereof will not be repeated.

(6) 처리 패턴 6(6) Processing pattern 6

처리 패턴 6은 한쪽의 층의 막 두께가 기지이며, 다른 쪽의 층의 막 두께만을 해석하는 경우에 적용되는 방법으로, 상술한 처리 패턴 5를 변형한 것이다. 이하의 설명에서는 피측정물의 제2층의 막 두께가 기지이고, 제1층의 막 두께를 피팅 또는 푸리에 변환에 의해 결정하는 방법을 예시한다.The processing pattern 6 is a modification of the above-described processing pattern 5, which is applied when the film thickness of one layer is known and only the film thickness of the other layer is analyzed. In the following description, the film thickness of the second layer of the measured object is known, and a method of determining the film thickness of the first layer by fitting or Fourier transform is exemplified.

도 21은 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 6에 관한 막 두께 산출 처리를 실행하는 제어 구조를 도시하는 블록도이다. 도 21에 도시하는 블록도는 CPU(200)가 하드 디스크부(210) 등의 미리 저장된 프로그램을 메모리부(212) 등에 판독하여 실행함으로써 실현된다.21 is a block diagram showing a control structure for executing the film thickness calculating process relating to the processing pattern 6 according to the embodiment of the present invention. The block diagram shown in Fig. 21 is realized by the CPU 200 reading a pre-stored program such as the hard disk unit 210 or the like in the memory unit 212 and executing it.

도 21에 도시하는 처리 패턴 4에 관한 제어 구조는, 도 19에 도시하는 처리 패턴 4에 관한 제어 구조에 있어서, 피팅부(722) 대신에, 피팅부(722A)를 배치하는 동시에, 파수 변환부(731)와, 버퍼부(732)와, 푸리에 변환부(733)와, 피크 탐색부(734)를 더 추가한 것에 상당한다.The control structure relating to the processing pattern 4 shown in Fig. 21 is such that, in the control structure relating to the processing pattern 4 shown in Fig. 19, the fitting portion 722A is arranged instead of the fitting portion 722, A buffer unit 732, a Fourier transform unit 733, and a peak search unit 734 are further added.

즉, 본 처리 패턴에서는, 피측정물의 제1층의 막 두께(d1)가 피팅에 의해 결정되나, 피팅이 규정 횟수 이내에 수렴되지 않았을 경우에는, 푸리에 변환을 사용하여 제1층의 막 두께(d1)가 결정된다.That is, in this processing pattern, the film thickness d 1 of the first layer of the object to be measured is determined by the fitting, but when the fitting does not converge within the specified number of times, the Fourier transform is used to change the film thickness d 1 ) is determined.

피팅부(722A)는 버퍼부(71)로부터 반사율 스펙트럼의 실측치를 판독하여, 모델화부(721A)로부터 출력되는 반사율 스펙트럼의 이론치 사이의 잔차가 소정의 임계치 이하가 되도록, 모델화부(721A)에 대해 파라미터 갱신 지령을 순차적으로 부여한다. 또한, 피팅부(722A)는 소정 횟수의 연산에 의해서도 잔차가 소정의 임계치 이하가 되지 않는 경우에는, 푸리에 변환을 사용하여 제1층의 막 두께(d1)를 결정하도록, 파수 변환부(731)에 절환 지령을 부여한다.The fitting section 722A reads the measured value of the reflectance spectrum from the buffer section 71 and outputs the measured value of the reflectance spectrum to the modeling section 721A so that the residual between the theoretical values of the reflectance spectrum output from the modeling section 721A becomes a predetermined threshold value or less And a parameter update command are sequentially given. The fitting section 722A may further include a wavenumber conversion section 731 to determine the film thickness d 1 of the first layer by using Fourier transform when the residual is not equal to or smaller than a predetermined threshold value by a predetermined number of calculations, Quot;).

또한, 파수 변환부(731), 버퍼부(732), 푸리에 변환부(733) 및 피크 탐색부(734)에 대해서는, 도 13에 도시하는 처리 패턴 2에 있어서 설명하였으므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.Since the wave number conversion section 731, the buffer section 732, the Fourier transform section 733 and the peak search section 734 have been described in the processing pattern 2 shown in Fig. 13, detailed description thereof will not be repeated .

도 22는 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 6에 관한 막 두께 산출 처 리의 수순을 도시하는 흐름도이다. 도 22에 도시하는 흐름도는 도 20에 도시하는 흐름도에 있어서 스텝 S117의 처리를 추가하는 동시에, 도 14에 도시하는 흐름도의 스텝 S134 내지 S140의 처리를 추가한 것이다. 그 밖의 처리에 대해서는 동일 부호를 부여한 각 스텝과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다. 이하, 도 14 및 도 20과 상이한 처리에 대해 설명한다.22 is a flowchart showing the procedure of film thickness calculation processing with respect to the processing pattern 6 according to the embodiment of the present invention. The flowchart shown in Fig. 22 adds the processing of step S117 in the flowchart shown in Fig. 20 and adds the processing of steps S134 to S140 of the flowchart shown in Fig. The other processes are the same as the steps given the same reference numerals, and the detailed description thereof will not be repeated. Hereinafter, a process different from that shown in Figs. 14 and 20 will be described.

도 22를 참조하여, 스텝 S117에 있어서, CPU(200)는 피팅 처리가 규정 횟수 이상 반복된 것인지 여부를 판단한다. 피팅 처리가 규정 횟수 이상 반복되어 있지 않은 경우(스텝 S117에 있어서 '아니오'의 경우)에는, 스텝 S118의 처리가 실행된 후, 처리는 스텝 S112로 복귀된다. 이에 대해, 피팅 처리가 규정 횟수 이상 반복되어 있는 경우(스텝 S117에 있어서 '예'의 경우)에는, 처리는 스텝 S134로 진행한다.Referring to Fig. 22, in step S117, the CPU 200 determines whether or not the fitting process has been repeated more than the prescribed number of times. If the fitting process is not repeated more than the prescribed number of times (in the case of 'No' in step S117), the process returns to step S112 after the process of step S118 is executed. On the other hand, if the fitting process is repeated more than the prescribed number of times (YES in step S117), the process proceeds to step S134.

스텝 S134 내지 S140에서는 푸리에 변환을 사용하여 제1층의 막 두께(d1)가 결정된다. 이들 각 스텝의 처리에 대해서는 상술하였으므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.In steps S134 to S140, the film thickness d 1 of the first layer is determined by using Fourier transform. Since the processing of each of these steps has been described above, detailed description thereof will not be repeated.

<측정예><Measurement example>

도 23은 본 발명의 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치를 사용하여 SOI 기판의 막 두께를 측정한 결과예를 나타낸다. 또한, 도 23에는 반사율 스펙트럼을 주파수 변환(FFT 변환)하여 얻어진 파워 스펙트럼을 도시한다.23 shows an example of a result of measurement of a film thickness of an SOI substrate using a film thickness measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. Fig. 23 shows a power spectrum obtained by frequency-transforming (FFT-transforming) the reflectance spectrum.

도 23의 (a)는 제1층인 Si층의 막 두께가 22.0㎛, 제2층인 SiO2층의 막 두께 가 3.0㎛가 되는 것을 목표로 하여 형성한 SOI 기판을 측정한 결과를 나타낸다. 도 23의 (a)에서는 측정된 반사율 스펙트럼 중 1470 내지 1600㎚의 성분을 사용하여 주파수 변환을 행하였다. 그 결과, 21.8613㎛에 대응하는 위치에 제1 피크가 발생하고 있다.23 (a) shows the result of measurement of an SOI substrate formed with a target that the Si layer as the first layer has a thickness of 22.0 m and the SiO2 layer as the second layer has a thickness of 3.0 m. In Fig. 23 (a), frequency conversion was performed using components of 1470 to 1600 nm in the measured reflectance spectrum. As a result, the first peak occurs at a position corresponding to 21.8613 mu m.

도 23의 (b)는 제1층인 Si층의 막 두께가 32.0㎛, 제2층인 SiO2층의 막 두께가 2.0㎛가 되는 것을 목표로 하여 형성한 SOI 기판을 측정한 결과를 나타낸다. 도 23의 (b)에서는 측정된 반사율 스펙트럼 중 1500 내지 1600㎚의 성분을 사용하여 주파수 변환을 행하였다. 그 결과, 30.6269㎛에 대응하는 위치에 제1 피크가 발생하고 있다.Fig. 23B shows the result of measurement of an SOI substrate formed with a target that the Si layer as the first layer has a thickness of 32.0 mu m and the SiO2 layer as the second layer has a thickness of 2.0 mu m. In Fig. 23 (b), frequency conversion was performed using the components of 1500 to 1600 nm in the measured reflectance spectrum. As a result, a first peak occurs at a position corresponding to 30.6269 mu m.

도 23의 (c)는 제1층인 Si층의 막 두께가 16.0㎛, 제2층인 SiO2층의 막 두께가 1.3㎛가 되는 것을 목표로 하여 형성한 SOI 기판을 측정한 결과를 나타낸다. 도 23의 (c)에서는 측정된 반사율 스펙트럼 중 1400 내지 1600㎚의 성분을 사용하여 주파수 변환을 행하였다. 그 결과, 15.9069㎛에 대응하는 위치에 제1 피크가 발생하고 있다.FIG. 23C shows the result of measurement of the SOI substrate formed with the aim that the Si layer as the first layer has a thickness of 16.0 μm and the SiO 2 layer as the second layer has a thickness of 1.3 μm. In (c) of FIG. 23, frequency conversion was performed using components of 1400 to 1600 nm in the measured reflectance spectrum. As a result, a first peak occurs at a position corresponding to 15.9069 占 퐉.

어떤 측정 결과에 대해서도, 대략 양호한 것을 알 수 있다.It can be seen that the measurement results are substantially good.

<차폐 부재의 개재><Intervention of shielding member>

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치(100)는 주로 적외 대역에 있어서의 반사율 스펙트럼에 기초하여 피측정물(OBJ)의 막 두께를 측정하므로, 측정용 광원(10)(도 1)으로부터 피측정물(OBJ)까지의 경로 상에 고분자 수지와 같은 차폐 부재가 존재하고 있어도 측정이 가능하다. 즉, 고분자 수지와 같은 부재는 가시 대역의 광을 투과시키지 않으나, 적외 대역의 광을 투과시킬 수 있다.As described above, the film thickness measuring apparatus 100 according to the present embodiment mainly measures the film thickness of the measured object OBJ based on the reflectance spectrum in the infrared band. Therefore, the measurement light source 10 1) to the object to be measured (OBJ). That is, a member such as a polymer resin does not transmit light in the visible band, but can transmit light in the infrared band.

도 24는 본 발명의 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치(100)를 사용하여 그 상면에 불투명 Pad가 배치된 피측정물(OBJ) 상을 측정하는 경우의 구성을 도시하는 모식도이다.Fig. 24 is a schematic diagram showing a configuration in the case where an object to be measured (OBJ) on which an opaque pad is arranged is measured using the film thickness measuring apparatus 100 according to the embodiment of the present invention.

도 24를 참조하여, 스테이지(50) 상에는 스페이서를 통해 평면 형상의 피측정물(OBJ)이 적재되어 있고, 피측정물(OBJ)의 상면(측정광의 조사측)에는 평면 형상의 불투명 Pad(52)가 배치되어 있다. 이 불투명 Pad(52)는 연마 공정에서 사용되는 연마체 등에 상당하고, 주로 고분자 수지 등으로 이루어진다. 이와 같은 불투명 Pad(52)는, 그 투과량은 적으나, 적외 대역(예를 들어, 900 내지 1600㎚)의 광을 투과시킨다.24, a planar object to be measured OBJ is mounted on a stage 50 via spacers, and a planar opaque pad 52 (a light source) is provided on the upper surface of the object OBJ . This opaque pad 52 corresponds to a polishing member or the like used in the polishing process, and is mainly made of a polymer resin or the like. Such a non-transparent pad 52 transmits light in an infrared band (for example, 900 to 1600 nm) though its transmission amount is small.

도 25 및 도 26은 본 발명의 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치를 사용하여 불투명 Pad(52)가 배치된 SOI 기판을 측정한 결과를 나타낸다. 도 25는 대물 렌즈(40)(도 1, 도 24)로서 10배의 배율을 갖는 확대 렌즈를 사용한 경우의 결과를 나타내고, 도 26은 대물 렌즈(40)(도 1, 도 24)로서 2.83배의 배율을 갖는 확대 렌즈를 사용한 경우의 결과를 나타낸다.25 and 26 show the results of measurement of the SOI substrate on which the opaque pad 52 is disposed using the film thickness measuring apparatus according to the embodiment of the present invention. Fig. 25 shows the results when an enlargement lens having a magnification of 10 times is used as the objective lens 40 (Figs. 1 and 24), and Fig. 26 shows the result when the objective lens 40 (Figs. 1 and 24) Of the magnification of the zoom lens of the present invention.

또한, 도 25 및 도 26에는 비교를 위해, 불투명 Pad(52)가 배치되어 있지 않은 상태에서의 결과를 겹쳐서 표시한다. 또한, 각각의 반사율 스펙트럼의 레인지(절대치)는 상이하다는 것에 주의해야 한다.25 and 26, the results in a state in which the opaque pad 52 is not disposed are overlapped and displayed for comparison. It should also be noted that the ranges (absolute values) of the respective reflectance spectra are different.

도 27은 도 25 및 도 26에 도시하는 Pad(52)가 배치되어 있지 않은 상태의 반사율 스펙트럼으로부터 얻어지는 파워 스펙트럼을 도시하고, 도 28은 도 25 및 도 26에 도시하는 Pad(52)가 배치되어 있는 상태의 반사율 스펙트럼으로부터 얻어지는 파워 스펙트럼을 도시한다.Fig. 27 shows the power spectrum obtained from the reflectance spectrum in a state in which the Pad 52 shown in Fig. 25 and Fig. 26 is not disposed, Fig. 28 shows the Pad 52 shown in Fig. 25 and Fig. 26 Shows a power spectrum obtained from the reflectance spectrum in a state where there is a state in which the light is reflected.

도 25를 참조하여, 대물 렌즈(40)로서 10배의 배율을 갖는 확대 렌즈를 사용한 경우에는, 불투명 Pad(52)가 존재할 때의 결과는, 불투명 Pad(52)가 존재하지 않을 때의 결과에 비교하여 노이즈 성분이 증가되어 있다.25, when a magnifying lens having a magnification of 10 times is used as the objective lens 40, the result when the opaque Pad 52 is present is the result when the opaque Pad 52 is not present The noise component is increased.

한편, 도 26을 참조하여, 대물 렌즈(40)로서 2.83배의 배율을 갖는 확대 렌즈를 사용한 경우에는, 불투명 Pad(52)가 존재할 때의 결과는, 불투명 Pad(52)가 존재하지 않을 때의 결과와 거의 마찬가지로, 그 주기성에 대해서는 충분히 측정되어 있다.26, when a magnifying lens having a magnification of 2.83 is used as the objective lens 40, the result when the opaque pad 52 is present is the result when the opaque pad 52 is not present Almost the same as the result, the periodicity is sufficiently measured.

도 27 및 도 28에 도시한 바와 같이, 대물 렌즈(40)로서 2.83배의 배율을 갖는 확대 렌즈를 사용한 경우에는, 불투명 Pad의 유무에 관계없이, 거의 동일한 파워 스펙트럼을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.As shown in Figs. 27 and 28, it can be seen that almost the same power spectrum can be obtained irrespective of the presence or absence of opaque pads when an enlargement lens having a magnification of 2.83 times is used as the objective lens 40 .

이에 대해, 대물 렌즈(40)로서 10의 배율을 갖는 확대 렌즈를 사용한 경우에는 충분한 정밀도의 파워 스펙트럼이 얻어지지 않고 있다는 것을 알 수 있다. 이는, 대물 렌즈(40)의 배율의 변경에 수반하여 개구수가 변화되고, 이 결과, 10배의 배율을 갖는 렌즈를 사용한 경우에는, 확산광이 증대되어 노이즈 성분이 증가하는 것이라고 생각된다.On the other hand, it can be seen that when a magnifying lens having a magnification of 10 is used as the objective lens 40, a sufficient power spectrum can not be obtained. This is because the numerical aperture changes with the change of the magnification of the objective lens 40, and as a result, when a lens having a magnification of 10 times is used, it is considered that the diffused light increases and the noise component increases.

이상과 같이, 본 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치(100)를 사용하여, 불투명 Pad(52)가 배치된 피측정물(OBJ)의 막 두께를 측정하는 것은 가능한 것이 확인되었다. 단, 측정광을 조사하기 위한 광학계 및 반사광을 수광하기 위한 광학계에 대해, 확산광의 영향을 배제하도록 설계할 필요는 있다고 할 수 있다.As described above, it was confirmed that it is possible to measure the film thickness of the measured object OBJ on which the opaque pad 52 is arranged by using the film thickness measuring apparatus 100 according to the present embodiment. However, it may be said that it is necessary to design the optical system for irradiating measurement light and the optical system for receiving reflected light so as to exclude the influence of diffused light.

[변형예][Modifications]

피측정물(OBJ)에 대한 측정광의 조사 및 반사광의 수광을 행하기 위한 광학계로서, Y형 파이버를 사용해도 좋다.A Y-type fiber may be used as an optical system for irradiating the object to be measured (OBJ) with measurement light and receiving reflected light.

도 29는 본 발명의 실시 형태의 변형예를 따르는 막 두께 측정 장치(100#)의 광학계의 구조를 도시하는 모식도이다.29 is a schematic diagram showing a structure of an optical system of a film thickness measuring apparatus 100 # according to a modification of the embodiment of the present invention.

도 29를 참조하여, 막 두께 측정 장치(100#)는 측정용 광원(10)(도 1)으로부터의 측정광을 피측정물(OBJ)까지 유도하고, 또한 피측정물(OBJ)로부터의 반사광을 검출부(64)(도 1)까지 유도하는 광학계로서, 투수광 파이버(light projection and reception fiber)(56)를 포함하고 있다.29, the film thickness measuring device 100 # is a film thickness measuring device that guides measurement light from the measurement light source 10 (Fig. 1) to the object OBJ and also outputs reflected light from the object OBJ And a light projection and reception fiber 56 as an optical system for guiding the light to the detection unit 64 (FIG. 1).

투수광 파이버(56)는 2개의 광선을 1개의 광선에 결합 가능한 동시에, 1개의 광선을 2개의 광선으로 분리 가능한 Y형 파이버이다. 보다 구체적인 일례로서, 투수광 파이버(56)는 Ge 도프된 단선 Y형 파이버로 이루어진다.The water-permeable optical fiber 56 is a Y-type fiber capable of coupling two light beams to one light beam and separating one light beam into two light beams. As a more specific example, the permeable optical fiber 56 is made of Ge-doped single-wire Y-type fiber.

측정용 광원(10)(도 1)으로부터 발생한 측정광은 제1 분기 파이버(56a)를 통해 피측정물(OBJ)로 입사하고, 피측정물(OBJ)에서 반사되어 발생한 반사광은 제2 분기 파이버(56b)를 통해 검출부(64)로 유도된다.The measurement light generated from the measurement light source 10 (FIG. 1) is incident on the measured object OBJ via the first branch fiber 56a and the reflected light generated by the reflected light from the measured object OBJ passes through the second branch fiber (56b).

또한, 투수광 파이버(56)와 피측정물(OBJ) 사이에는 「조리개」로서 기능하는 핀 홀 광학계(54)가 배치된다.Further, a pinhole optical system 54 functioning as a &quot; diaphragm &quot; is disposed between the water-permeable optical fiber 56 and the object OBJ.

도 29에 도시하는 막 두께 측정 장치(100#)를 사용함으로써, 연마액 등의 용액 중에 피측정물(OBJ)이 배치된 경우라도 그 막 두께를 측정할 수 있다.By using the film thickness measuring apparatus 100 # shown in FIG. 29, even when the measured object OBJ is arranged in a solution such as a polishing liquid, the film thickness can be measured.

도 30은 본 발명의 실시 형태의 변형예를 따르는 막 두께 측정 장치(100#)를 사용하여 용액 중의 피측정물(OBJ)의 막 두께를 측정하는 형태를 도시하는 모식도이다.30 is a schematic diagram showing a mode for measuring a film thickness of a measured object OBJ in a solution by using a film thickness measuring apparatus 100 # according to a modification of the embodiment of the present invention.

도 30을 참조하여, 용기 내에 배치된 테이블(57) 상에 스페이서를 통해 피측정물(OBJ)이 배치되어 있고, 당해 용기 내는 연마액 등의 용액(58)으로 가득 차 있다. 그리고, 투수광 파이버(56)의 투수광구측의 일부가 용액(58) 중에 침지되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 용액 중의 피측정물(OBJ)의 막 두께를 측정할 수 있다.Referring to Fig. 30, the object to be measured OBJ is arranged on a table 57 disposed in a container through a spacer, and the inside of the container is filled with a solution 58 such as an abrasive liquid. Then, a part of the water-permeable optical fiber 56 side of the water-permeable optical fiber 56 is immersed in the solution 58. With this configuration, the film thickness of the object to be measured OBJ in the solution can be measured.

또한, 물을 용매로 하는 용액(58)을 사용하는 경우에는, 상술한 적외 대역(900 내지 1600㎚) 중, 물의 흡수 파장을 제외한 대역을 막 두께 측정에 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 물에는 약 1320㎚ 이상의 파장 대역에 흡수가 있으므로, 피측정물(OBJ)의 막 두께 측정에는 900 내지 1320㎚의 범위의 반사광 스펙트럼을 사용하는 것이 바람직하다.In the case of using the solution 58 containing water as a solvent, it is preferable to use the above-mentioned infrared band (900 to 1600 nm) for measuring the film thickness except for the absorption wavelength of water. Specifically, since water absorbs in a wavelength band of about 1320 nm or more, it is preferable to use a reflected light spectrum in the range of 900 to 1320 nm for measuring the film thickness of the object to be measured (OBJ).

[그 밖의 실시 형태][Other Embodiments]

본 발명에 관한 프로그램은 컴퓨터의 오퍼레이팅 시스템(OS)의 일부로서 제공되는 프로그램 모듈 중, 필요한 모듈을 소정의 배열로, 소정의 타이밍으로 호출하여 처리를 실행시키는 것이라도 좋다. 그 경우, 프로그램 자체에는 상기 모듈이 포함되지 않고 OS와 협동하여 처리가 실행된다. 이와 같은 모듈을 포함하지 않는 프로그램도 본 발명에 관한 프로그램에 포함될 수 있다.The program according to the present invention may be executed by calling necessary modules from a program module provided as a part of an operating system (OS) of a computer in a predetermined arrangement at a predetermined timing. In this case, the program itself does not include the module but is executed in cooperation with the OS. A program not including such a module may also be included in the program according to the present invention.

또한, 본 발명에 관한 프로그램은 다른 프로그램의 일부에 조립되어 제공되는 것이라도 좋다. 그 경우에도, 프로그램 자체에는 상기 다른 프로그램에 포함되는 모듈이 포함되지 않고, 다른 프로그램과 협동하여 처리가 실행된다. 이와 같은 다른 프로그램에 조립된 프로그램도 본 발명에 관한 프로그램에 포함될 수 있다.The program according to the present invention may be provided in a part of another program. In this case, the program itself does not include a module included in the other program, but executes processing in cooperation with another program. Such a program assembled into another program may also be included in the program according to the present invention.

제공되는 프로그램 제품은 하드 디스크 등의 프로그램 저장부에 인스톨되어 실행된다. 또한, 프로그램 제품은 프로그램 자체와, 프로그램이 기억된 기억 매체를 포함한다.The provided program product is installed and executed in a program storage unit such as a hard disk. The program product also includes a program itself and a storage medium in which the program is stored.

또한, 본 발명에 관한 프로그램에 의해 실현되는 기능의 일부 또는 전부를 전용의 하드웨어에 의해 구성해도 좋다.Furthermore, some or all of the functions realized by the program according to the present invention may be configured by dedicated hardware.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 피측정물에 측정광을 조사하여 취득된 반사율 스펙트럼(혹은, 투과율 스펙트럼)에 기초하여 피측정물을 구성하는 각 층의 막 두께를 각각 독립적으로 산출할 때에, (1) FFT 등의 이산적인 푸리에 변환 또는 MEM 등의 최적화법을 사용하여 주요한 파수 성분을 산출하여 막 두께를 결정하는 방법과, (2) 모델식을 사용한 피팅을 사용하여 막 두께를 결정하는 방법을 선택적으로 실행할 수 있다. 이에 의해, 피측정물을 구성하는 층이 다수 있거나, 각 층의 막 두께에 큰 차이가 있거나 하는 경우라도, 각 층의 막 두께를 보다 정확하게 측정할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, when the film thicknesses of the respective layers constituting the measured object are independently calculated based on the reflectance spectrum (or the transmittance spectrum) obtained by irradiating the measurement object with the measurement light, 1) a method of determining a film thickness by calculating a main wavenumber component using a discrete Fourier transform such as FFT or an optimization method such as MEM, and (2) a method of determining a film thickness using a fitting using a model equation And can be selectively executed. This makes it possible to measure the film thickness of each layer more accurately, even when there are many layers constituting the measured object, or when there is a large difference in the film thickness of each layer.

또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 측정 대상으로 하는 피측정물을 구성하는 각 층의 막 두께에 따라서, 측정광의 파장 범위(혹은, 파장 검출 범위) 및 검 출부의 파장 분해능을 적절하게 설정할 수 있으므로, 각 층의 막 두께를 보다 정확하게 측정할 수 있다.Further, according to the embodiment of the present invention, the wavelength range (or the wavelength detection range) of the measurement light and the wavelength resolution of the detection unit can be appropriately set in accordance with the film thickness of each layer constituting the measurement target object Therefore, the film thickness of each layer can be measured more accurately.

본 발명을 상세하게 설명하여 나타냈으나, 이는 예시를 위한 것일 뿐이며, 한정되어서는 안되고, 발명의 범위는 첨부한 청구의 범위에 의해 해석되는 것이 명백하게 이해될 것이다.While the invention has been described and illustrated in detail, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, and the scope of the invention is to be construed according to the appended claims.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치의 개략 구성도.1 is a schematic structural view of a film thickness measuring apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치를 측정 대상으로 하는 피측정물의 단면 모식도의 일례를 도시하는 도면.2 is a view showing an example of a cross-sectional schematic diagram of a measured object to be measured by a film thickness measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치를 사용하여 SOI 기판을 측정한 경우의 측정 결과를 나타내는 도면.3 is a view showing a measurement result when an SOI substrate is measured by using the film thickness measuring apparatus according to the present embodiment.

도 4는 본 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치를 사용하여 SOI 기판을 측정한 다른 측정 결과를 나타내는 도면.4 is a view showing another measurement result in which an SOI substrate is measured using the film thickness measuring apparatus according to the present embodiment.

도 5는 본 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치를 사용하여 SOI 기판을 측정한 또 다른 측정 결과를 나타내는 도면.5 is a view showing another measurement result of the SOI substrate measured using the film thickness measuring apparatus according to the present embodiment.

도 6은 본 발명의 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 범위와 검출부의 검출 파장 범위 및 검출 포인트 수의 관계를 설명하기 위한 도면.6 is a diagram for explaining a relationship between a film thickness measuring range according to an embodiment of the present invention, a detection wavelength range of the detecting section, and the number of detection points.

도 7은 이론치에 가까운 파장 분해능을 갖는 막 두께 측정 장치를 사용하여 측정한 결과를 사용하여 시뮬레이션을 행한 결과를 나타내는 도면.7 is a view showing a result of a simulation performed using measurement results obtained by using a film thickness measuring apparatus having a wavelength resolution close to a theoretical value;

도 8은 이론치에 대해 정밀도를 2배로 한 파장 분해능을 갖는 막 두께 측정 장치를 사용하여 측정한 결과를 사용하여 시뮬레이션을 행한 결과를 나타내는 도면.FIG. 8 is a view showing a result of simulation using measurement results obtained by using a film thickness measuring apparatus having a wavelength resolution with doubling of precision with respect to a theoretical value. FIG.

도 9는 SOI 기판에 대한 반사율 스펙트럼의 측정 결과를 나타내는 도면.9 is a view showing a measurement result of a reflectance spectrum for an SOI substrate;

도 10은 본 발명의 실시 형태에 따르는 데이터 처리부의 개략의 하드웨어 구성을 도시하는 모식도.10 is a schematic diagram showing a schematic hardware configuration of a data processing unit according to an embodiment of the present invention;

도 11은 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 1에 관한 막 두께 산출 처리를 실행하는 제어 구조를 도시하는 블록도.11 is a block diagram showing a control structure for executing film thickness calculation processing relating to the processing pattern 1 according to the embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 1에 관한 막 두께 산출 처리의 수순을 도시하는 흐름도.12 is a flowchart showing the procedure of the film thickness calculating process relating to the processing pattern 1 according to the embodiment of the present invention.

도 13은 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 2에 관한 막 두께 산출 처리를 실행하는 제어 구조를 도시하는 블록도.13 is a block diagram showing a control structure for executing film thickness calculation processing relating to the processing pattern 2 according to the embodiment of the present invention.

도 14는 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 2에 관한 막 두께 산출 처리의 수순을 도시하는 흐름도.14 is a flowchart showing the procedure of the film thickness calculating process relating to the processing pattern 2 according to the embodiment of the present invention.

도 15는 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 3에 관한 막 두께 산출 처리를 실행하는 제어 구조를 도시하는 블록도.15 is a block diagram showing a control structure for executing the film thickness calculating process relating to the processing pattern 3 according to the embodiment of the present invention.

도 16은 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 3에 관한 막 두께 산출 처리의 수순을 도시하는 흐름도.16 is a flowchart showing the procedure of the film thickness calculating process according to the processing pattern 3 according to the embodiment of the present invention.

도 17은 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 4에 관한 막 두께 산출 처리를 실행하는 제어 구조를 도시하는 블록도.17 is a block diagram showing a control structure for executing the film thickness calculating process relating to the processing pattern 4 according to the embodiment of the present invention.

도 18은 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 4에 관한 막 두께 산출 처리의 수순을 도시하는 흐름도.18 is a flowchart showing the procedure of the film thickness calculating process relating to the processing pattern 4 according to the embodiment of the present invention.

도 19는 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 5에 관한 막 두께 산출 처리를 실행하는 제어 구조를 도시하는 블록도.Fig. 19 is a block diagram showing a control structure for executing the film thickness calculating process relating to the processing pattern 5 according to the embodiment of the present invention. Fig.

도 20은 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 5에 관한 막 두께 산출 처리의 수순을 도시하는 흐름도.20 is a flowchart showing the procedure of the film thickness calculating process relating to the processing pattern 5 according to the embodiment of the present invention.

도 21은 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 6에 관한 막 두께 산출 처리를 실행하는 제어 구조를 도시하는 블록도.21 is a block diagram showing a control structure for executing the film thickness calculating process relating to the processing pattern 6 according to the embodiment of the present invention.

도 22는 본 발명의 실시 형태에 따르는 처리 패턴 6에 관한 막 두께 산출 처리의 수순을 도시하는 흐름도.22 is a flowchart showing the procedure of the film thickness calculating process relating to the processing pattern 6 according to the embodiment of the present invention.

도 23은 본 발명의 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치를 사용하여 SOI 기판의 막 두께를 측정한 결과예를 나타내는 도면.23 is a view showing an example of a result of measuring a film thickness of an SOI substrate using a film thickness measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 24는 본 발명의 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치를 사용하여 그 상면에 불투명 Pad가 배치된 피측정물 상을 측정하는 경우의 구성을 도시하는 모식도.24 is a schematic diagram showing a configuration in the case of measuring a surface of a measurement object on which an opaque pad is disposed using a film thickness measuring device according to an embodiment of the present invention.

도 25는 본 발명의 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치를 사용하여 불투명 Pad가 배치된 SOI 기판을 측정한 결과를 나타내는 도면.25 is a view showing a result of measurement of an SOI substrate on which opaque pads are arranged using a film thickness measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 26은 본 발명의 실시 형태에 따르는 막 두께 측정 장치를 사용하여 불투명 Pad가 배치된 SOI 기판을 측정한 다른 결과를 나타내는 도면.26 is a view showing another result of measuring an SOI substrate on which opaque pads are arranged using a film thickness measuring apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 27은 도 25 및 도 26에 도시하는 불투명 Pad가 배치되어 있지 않은 상태의 반사율 스펙트럼으로부터 얻어지는 파워 스펙트럼을 도시하는 도면.Fig. 27 is a diagram showing a power spectrum obtained from a reflectance spectrum in a state in which the opaque pad shown in Fig. 25 and Fig. 26 is not disposed; Fig.

도 28은 도 25 및 도 26에 도시하는 불투명 Pad가 배치되어 있는 상태의 반사율 스펙트럼으로부터 얻어지는 파워 스펙트럼을 도시하는 도면.28 is a diagram showing a power spectrum obtained from a reflectance spectrum in a state where the opaque pads shown in Figs. 25 and 26 are arranged; Fig.

도 29는 본 발명의 실시 형태의 변형예를 따르는 막 두께 측정 장치의 광학계의 구조를 도시하는 모식도.29 is a schematic diagram showing a structure of an optical system of a film thickness measuring apparatus according to a modification of the embodiment of the present invention.

도 30은 본 발명의 실시 형태의 변형예를 따르는 막 두께 측정 장치를 사용 하여 용액 중의 피측정물의 막 두께를 측정하는 형태를 도시하는 모식도.30 is a schematic diagram showing a mode of measuring a film thickness of a measurement object in a solution by using a film thickness measurement apparatus according to a modification of the embodiment of the present invention.

[부호의 설명][Description of Symbols]

10 : 측정용 광원10: Light source for measurement

12 : 콜리메이트 렌즈12: Collimate lens

14 : 커트 필터14: Cut filter

16, 36 : 결상 렌즈16, 36: image forming lens

18 : 조리개부18:

20, 30 : 빔 스플리터20, 30: Beam splitter

22 : 관찰용 광원22: Observation light source

24 : 광파이버24: Optical fiber

26 : 출사부26:

26a : 마스크부26a:

32 : 핀 홀 미러32: Pin hole mirror

32a : 핀 홀32a: pin hole

34 : 축 변환 미러34: Axis conversion mirror

38 : 관찰용 카메라38: Observation camera

39 : 표시부39:

40 : 대물 렌즈40: Objective lens

50 : 스테이지50: stage

51 : 가동 기구51:

52 : 불투명 Pad52: Opaque Pad

54 : 핀 홀 광학계54: Pinhole optical system

56 : 투수광 파이버56: Perforated optical fiber

56a, 56b : 분기 파이버56a, 56b: branch fibers

57 : 테이블57: Table

58 : 용액58: solution

60 : 분광 측정부60: Spectroscopic measuring unit

62 : 회절 격자62: diffraction grating

64 : 검출부64:

66 : 커트 필터66: Cut filter

68 : 셔터68: Shutter

70 : 데이터 처리부70:

71, 732 : 버퍼부71, 732:

100, 100# : 막 두께 측정 장치100, 100 #: Film thickness measuring device

200 : CPU200: CPU

202 : 버스202: bus

204 : 디스플레이부204:

208 : 입력부208:

210 : 하드 디스크부(HDD)210: Hard disk unit (HDD)

212 : 메모리부212:

214 : CD-ROM 드라이브214: CD-ROM drive

214a : CD-ROM214a: CD-ROM

216 : 플렉시블 디스크 드라이브(FDD)216: Flexible disk drive (FDD)

216a : 플렉시블 디스크216a: flexible disk

721, 721A, 735, 742 : 모델화부721, 721A, 735, 742:

722, 722A, 736, 743 : 피팅부722, 722A, 736, 743:

731 : 파수 변환부731: wave number conversion section

733 : 푸리에 변환부733: Fourier transform unit

734 : 피크 탐색부734: Peak search section

741, 751 : 최적화 연산부741, 751:

OBJ : 피측정물OBJ: Measured object

Claims (8)

막 두께 측정 장치이며,A film thickness measuring apparatus comprising: 기판 상에 복수의 층이 형성된 피측정물에 대해 소정의 파장 범위를 갖는 측정광을 조사하는 광원을 구비하고, 상기 피측정물은, 상기 광원에 가장 가까운 제1층과 상기 제1층에 인접하는 제2층을 포함하고,And a light source for irradiating a measurement object having a plurality of layers on the substrate with measurement light having a predetermined wavelength range, wherein the object to be measured includes a first layer closest to the light source and a second layer closest to the first layer The second layer comprising a first layer, 상기 피측정물에서 반사된 광 또는 상기 피측정물을 투과한 광에 기초하여, 반사율 또는 투과율의 파장 분포 특성을 취득하는 분광 측정부와,A spectroscopic measurement unit for acquiring a wavelength distribution characteristic of reflectance or transmittance based on light reflected from the object to be measured or light transmitted through the object to be measured; 상기 피측정물에 포함되는 각 층의 막 두께를 포함하는 모델식을 사용하여 상기 파장 분포 특성에 대해 피팅을 행함으로써, 상기 제1층 및 상기 제2층의 막 두께를 각각 결정하는 제1 결정 수단과,A first determination for determining the film thicknesses of the first layer and the second layer, respectively, by fitting the wavelength distribution characteristic using a model equation including a film thickness of each layer included in the measured object, Sudan, 상기 파장 분포 특성에 있어서의 각 파장과 그 파장에 있어서의 반사율 또는 투과율의 값의 대응 관계를, 각 파장에 대한 파수와 소정의 관계식에 따라서 산출되는 변환치의 대응 관계로 변환함으로써, 파수 분포 특성을 생성하는 변환 수단과,By converting the correspondence between the respective wavelengths in the wavelength distribution characteristics and the reflectance or transmittance values at the wavelengths into the correspondence relationship between the wave number for each wavelength and the conversion value calculated in accordance with a predetermined relational expression, Conversion means for generating, 상기 파수 분포 특성에 포함되는 각 파수 성분의 진폭치를 취득하는 해석 수단과,An analyzing means for obtaining an amplitude value of each wave number component included in the wave number distribution characteristic, 상기 파수 분포 특성에 포함되는 진폭치가 큰 파수 성분에 기초하여, 적어도 상기 제1층의 막 두께를 결정하는 제2 결정 수단을 구비하고, 상기 제2 결정 수단은, 상기 제1 결정 수단에 의한 피팅이 규정 횟수 이내에 수렴되지 않는 경우에, 선택적으로 유효화되고, And a second determining means for determining at least a film thickness of the first layer based on a wavenumber component having a larger amplitude value included in the wave number distribution characteristic, Is not converged within the prescribed number of times, it is selectively validated, 상기 피측정물에 포함되는 각 층의 막 두께를 포함하는 모델식에, 상기 제2 결정 수단에 의해 결정된 상기 제1층의 막 두께의 값을 설정한 후, 상기 파장 분포 특성에 대해 피팅을 행함으로써, 상기 제2층의 막 두께를 결정하는 제3 결정 수단을 구비하는, 막 두께 측정 장치.After setting a value of the film thickness of the first layer determined by the second determination means in a model expression including a film thickness of each layer included in the measured object, fitting is performed on the wavelength distribution characteristic And a third determination means for determining a film thickness of the second layer. 제1항에 있어서, 상기 변환 수단은, 상기 파장 분포 특성에 있어서의 각 파장과 그 파장에 있어서의 반사율 또는 투과율의 값의 대응 관계를, 각 파장에 대한 파수와 반사율의 역수인 파수 변환 반사율의 대응 관계, 또는, 각 파장에 대한 파수와 투과율의 역수인 파수 변환 투과율의 대응 관계로 변환하는, 막 두께 측정 장치.2. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the conversion means converts the respective wavelengths in the wavelength distribution characteristics and the reflectance or transmittance values at the wavelengths into the wave number for each wavelength and the wave number conversion reflectance To the corresponding relationship of the wave number for each wavelength and the wave number converted transmittance which is the reciprocal of the transmittance. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모델식은 굴절률을 나타내는 파장에 대한 함수를 포함하는, 막 두께 측정 장치.3. The film thickness measuring device according to claim 1 or 2, wherein the model equation includes a function for a wavelength representing a refractive index. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 소정의 파장 범위는, 적외 대역의 파장을 포함하는, 막 두께 측정 장치.The film thickness measurement device according to any one of claims 1 to 5, wherein the predetermined wavelength range includes a wavelength of an infrared band. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 해석 수단은 상기 파수 분포 특성을 이산적으로 푸리에 변환하는 수단을 포함하는, 막 두께 측정 장치.3. The film thickness measuring device according to claim 1 or 2, wherein the analyzing means includes means for discrete Fourier transforming the wave number distribution characteristic. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 해석 수단은 최적화법을 사용하여 상기 파수 분포 특성에 포함되는 각 파수 성분의 진폭치를 취득하는, 막 두께 측정 장치.3. The film thickness measuring device according to claim 1 or 2, wherein the analyzing means acquires the amplitude value of each wave number component included in the wave number distribution characteristic by using the optimization method. 막 두께 측정 방법이며,A film thickness measuring method comprising: 기판 상에 복수의 층이 형성된 피측정물에 대해 소정의 파장 범위를 갖는 측정광을 조사하는 스텝을 구비하고, 상기 피측정물은, 상기 측정광이 최초에 입사하는 제1층과 상기 제1층에 인접하는 제2층을 포함하고,And a step of irradiating measurement light having a predetermined wavelength range to a measured object on which a plurality of layers are formed on a substrate, wherein the measured object includes a first layer in which the measurement light is initially incident, And a second layer adjacent to the layer, 상기 피측정물에서 반사된 광 또는 상기 피측정물을 투과한 광에 기초하여, 반사율 또는 투과율의 파장 분포 특성을 취득하는 스텝과,Acquiring a wavelength distribution characteristic of reflectance or transmittance based on light reflected from the measured object or light transmitted through the measured object; 상기 피측정물에 포함되는 각 층의 막 두께를 포함하는 모델식을 사용하여, 상기 파장 분포 특성에 대해 피팅을 행함으로써, 상기 제1층 및 상기 제2층의 막 두께를 각각 결정하는 제1 결정 스텝과,Wherein the first layer and the second layer are formed by fitting to the wavelength distribution characteristic using a model equation including a film thickness of each layer included in the measured object, A determination step, 상기 파장 분포 특성에 있어서의 각 파장과 그 파장에 있어서의 반사율 또는 투과율의 값의 대응 관계를, 각 파장에 대한 파수와 소정의 관계식에 따라서 산출되는 변환치의 대응 관계로 변환함으로써, 파수 분포 특성을 생성하는 스텝과,By converting the correspondence between the respective wavelengths in the wavelength distribution characteristics and the reflectance or transmittance values at the wavelengths into the correspondence relationship between the wave number for each wavelength and the conversion value calculated in accordance with a predetermined relational expression, A step of generating, 상기 파수 분포 특성에 포함되는 각 파수 성분의 진폭치를 취득하는 스텝과,Acquiring an amplitude value of each wave number component included in the wave number distribution characteristic; 상기 파수 분포 특성에 포함되는 진폭치가 큰 파수 성분에 기초하여, 적어도 상기 제1층의 막 두께를 결정하는 제2 결정 스텝을 구비하고, 상기 제2 결정 스텝은, 상기 제1 결정 스텝에 있어서의 피팅이 규정 횟수 이내에 수렴되지 않는 경우에, 선택적으로 유효화되고,And a second determination step of determining at least a film thickness of the first layer based on a wave number component having a larger amplitude value included in the wave number distribution characteristic, If the fitting does not converge within the specified number of times, it is selectively validated, 상기 피측정물에 포함되는 각 층의 막 두께를 포함하는 모델식에, 상기 제2 결정 스텝에 있어서 결정된 상기 제1층의 막 두께의 값을 설정한 후, 상기 파장 분포 특성에 대해 피팅을 행함으로써, 상기 제2층의 막 두께를 결정하는 제3 결정 스텝을 구비하는, 막 두께 측정 방법.A value of a film thickness of the first layer determined in the second determination step is set to a model expression including a film thickness of each layer included in the measured object and then fitting is performed on the wavelength distribution characteristic And a third determination step of determining a film thickness of the second layer. 삭제delete
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