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JP4587690B2 - Ultrathin film and thin film measurement method - Google Patents

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JP4587690B2 JP2004096884A JP2004096884A JP4587690B2 JP 4587690 B2 JP4587690 B2 JP 4587690B2 JP 2004096884 A JP2004096884 A JP 2004096884A JP 2004096884 A JP2004096884 A JP 2004096884A JP 4587690 B2 JP4587690 B2 JP 4587690B2
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Description

本発明は、分光エリプソメータを用いて得たデータを、極小値計算法(Best Local Minimum Caluculation 以下BLMC)を用いて処理し、超薄膜や、薄膜の膜厚や光学定数などを精度よく測定する基板表面の超薄膜および薄膜計測方法に関する。   The present invention processes a data obtained by using a spectroscopic ellipsometer using a local minimum calculation method (hereinafter referred to as “BLMC”) to accurately measure an ultra-thin film, a film thickness, an optical constant, and the like of the thin film. The present invention relates to a surface ultrathin film and a thin film measurement method.

分光エリプソメータを用いて入射光と反射光の偏光変化量を測定し、その結果から膜厚(d)、複素屈折率N(N=n−ik)を算出することができる。偏光変化量(ρ)はρ=tanΨexp(iΔ)で表され、波長(λ)、入射角(φ)、膜厚、複素屈折率等のパラメータに依存するので、その関係は次のようになる。
(d,n,k)=f(Ψ,Δ,λ,φ)
The amount of change in polarization of incident light and reflected light is measured using a spectroscopic ellipsometer, and the film thickness (d) and complex refractive index N (N = n−ik) can be calculated from the results. The amount of change in polarization (ρ) is expressed by ρ = tan Ψ exp (iΔ) and depends on parameters such as wavelength (λ), incident angle ( φ), film thickness, complex refractive index, and the relationship is as follows: become.
(D, n, k) = f (Ψ, Δ, λ, φ)

入射角を固定した場合、単一波長エリプソメータでは、(d,n,k)の3つの未知数に対し、2つの独立変数しか測定できないので、d,n,kの内のいずれか一つを既知として固定する必要がある。単一波長でも入射角を変えると測定変数は増加する。しかしながら、入射角(φ)の違いによる(Ψ(φ 1 ,Δ(φ 1 )と(Ψ(φ 2 ,Δ(φ 2 )に強い相関関係があるため、d,n,kを精度良く求めることは難しい。
ジェイ・エイ・ウーラム(J.A.Woollam)他5名著,「角度可変分光エリプソメトリーの概説 (VASE),第一部:基本理論と応用例("Overview of Variable Angle Spectroscopic Ellipsometry (VASE),Part I:Basic Theory and Typical Applications" 」SPIEの処理手順(Proceedings of SPIE),Vol.CR72,3−28ページ 1999年7月
When the incident angle is fixed, the single wavelength ellipsometer can measure only two independent variables for the three unknowns (d, n, k), so one of d, n, k is known. Need to be fixed as. The measurement variables also vary the angle of incidence at a single wavelength is increased. However, since there is a strong correlation between (ψ 1 ) , Δ 1 ) ) and (ψ 2 ) , Δ 2 ) ) due to the difference in incident angle ( φ), d, n, k It is difficult to accurately obtain
JA Woollam et al., 5 authors, “Overview of Variable Angle Spectroscopic Ellipsometry (VASE), Part I: Basic Theory,” and Typical Applications "" Proceedings of SPIE ", Vol.CR72, p.3-28, July 1999

分光エリプソメータを用いて測定された基板上に形成された多層薄膜の偏光変化量の情報(ΨE ,ΔE )スペクトルは、前記基板のn,k情報、各層のn,k,dの情報の全てを含んでいる。しかしながら、薄膜解析は次の理由により、不可能である。 The information (Ψ E , Δ E ) spectrum of the amount of change in polarization of the multilayer thin film formed on the substrate measured using a spectroscopic ellipsometer is obtained from the n, k information of the substrate and the n, k, d information of each layer. Includes everything. However, thin film analysis is not possible for the following reasons.

偏光変化量は、光が通る体積、(位相角×ビーム径の面積)で表すことができる。また、ビーム径が一定とすると偏光変化量は、膜厚(d)、複素屈折率N、及び入射角(φ)に係るものを乗じた数式と比例関係になる。したがって、入射角の正しさによって、偏光変化量の値も変わる。入射角を正しく求めることにより偏光変化量の値も正しく求めることが可能となる。 Polarization change amount, the volume which light passes, can be represented by (an area of the phase angle × beam diameter). If the beam diameter is constant, the amount of change in polarization is proportional to a mathematical formula obtained by multiplying the film thickness (d), the complex refractive index N, and the incident angle (φ). Therefore, the value of the amount of change in polarization also changes depending on the correctness of the incident angle. By correctly determining the incident angle, it is possible to correctly determine the value of the amount of polarization change.

前述したように、測定された多層薄膜の偏光変化量の情報(ΨE ,ΔE )スペクトルは、前記基板のn,k情報、各層のn,k,dの情報の全てを含んでいるが、これから、前記基板のn,k情報、各層のn,k,dの情報の唯一の組み合わせを算出することはできない。そこで、分散式を用いてパラメータのフィッティングを行い、最適なモデルを決定する。分散式とは、物質の誘電率の波長依存性を示す式であり、近赤外から紫外線領域では、この誘電率ε(λ)は材料の構成原子の結合様式から決定される。分散式として、調和振動子をもとにした計算式、量子力学をもとにした計算式、経験式等が知られており、通常2つ以上のパラメータを含んでいる。このパラメータを計算(フィッティング)することにより、材料の誘電率ε(λ)を求めることができる。本発明の目的は、膜厚や複素屈折率などの組み合わせモデルを設定し、そのシミュレーションスペクトルを算出して、そのシミュレーションスペクトルと測定スペクトルとのフィッティングを極小値計算法(BLMC)を使用して行うことにより超薄膜および薄膜の構造を決定する極小値計算法(BLMC)による分光エリプソメータを用いた超薄膜および薄膜計測方法を提供することにある。 As described above, the information (Ψ E , Δ E ) spectrum of the polarization change amount of the multilayer thin film includes all of the n, k information of the substrate and the n, k, d information of each layer. From this, it is not possible to calculate a unique combination of the n, k information of the substrate and the n, k, d information of each layer. Therefore, an optimum model is determined by fitting parameters using a dispersion formula. The dispersion formula is a formula showing the wavelength dependence of the dielectric constant of a substance. In the near infrared to ultraviolet range, this dielectric constant ε (λ) is determined from the bonding mode of the constituent atoms of the material. As a dispersion formula, a calculation formula based on a harmonic oscillator, a calculation formula based on quantum mechanics, an empirical formula, and the like are known, and usually includes two or more parameters. By calculating (fitting) this parameter, the dielectric constant ε (λ) of the material can be obtained. An object of the present invention is to set a combination model such as a film thickness and a complex refractive index, calculate a simulation spectrum thereof, and perform fitting between the simulation spectrum and a measurement spectrum using a minimum value calculation method (BLMC). Accordingly, an object of the present invention is to provide an ultra-thin film and a thin-film measurement method using a spectroscopic ellipsometer based on a minimum value calculation method (BLMC) for determining the ultra-thin film and the structure of the thin film.

本発明に係る超薄膜および薄膜計測方法は、極小値計算法(BLMC)による分光エリプソメータを用いた計測対象の基板表面の超薄膜および薄膜計測方法において、計測対象の基板表面の薄膜を、入射光の波長を変えて各波長λiごとの入射光と反射光の偏光の変化である測定スペクトルΨEi)とΔEi)を得るΨE,ΔEスペクトル測定ステップと、前記基板の(N0(n0,k0))と基板上の薄膜の(N(n,k))を、物質の誘電率の波長依存性を示す式である分散式を用いて仮定し、さらに予想される範囲内にある複数の膜厚(d±mΔd)、予想される範囲内にある混合している複数の物質の体積分率を示す複数の混合比(Vf±mΔVf)、および予想される範囲内にある複数の入射角(φ±mΔφ)を設定し、対応するシミュレ−ションスペクトルΨMi)とΔMi)を算出するステップと、前記入射角、混合比及び膜厚の組み合わせにもとづいて、分散式のパラメータのフィッティングを行い、前記フィッティングにより得られた分散式のパラメータを膜の光学定数として利用し、そこから算出された各ΨMi)とΔMi)スペクトルの中から前記ΨEi)とΔEi)との差の最も少なくなる膜厚(dbest)、混合比(Vfbest)及び入射角(φbest)と分散式のフィッティング結果(DSPbest)を選択する第1ステップと、前記第1ステップで選択された入射角(φbest)を確定値として、膜厚(dbest)、混合比(Vfbest)及び前記フィッティングにより得られた分散式(DSPbest)のフィッティングを再度行い最も適したモデルを選択する第2ステップとで構成されることを特徴とする。 The ultrathin film and thin film measurement method according to the present invention is an ultrathin film and thin film measurement method on a substrate surface to be measured using a spectroscopic ellipsometer based on a minimum value calculation method (BLMC). Ψ E , Δ E spectrum measurement step for obtaining measurement spectra Ψ Ei ) and Δ Ei ) which are changes in polarization of incident light and reflected light for each wavelength λ i by changing the wavelength of (N 0 (n 0 , k 0 )) of the substrate and (N (n, k)) of the thin film on the substrate are assumed using a dispersion formula that is a formula showing the wavelength dependence of the dielectric constant of the substance, further plurality of thickness within the expected range (d ± mΔd), a plurality of mixing ratios shown the volume fraction of the plurality of object substance that is mixed in the range expected (Vf ± mΔVf), and Set multiple incident angles (φ ± mΔφ) within the expected range and corresponding simulation Calculating spectrum [psi M a (lambda i) and Δ Mi), the angle of incidence, based on a combination of the mixing ratio and thickness, performs fitting dispersion equation parameters, obtained by the fitting Using the parameters of the dispersion formula as the optical constants of the film, the Ψ Ei ) and Δ Ei ) are calculated from the Ψ Mi ) and Δ Mi ) spectra calculated therefrom. A first step of selecting a film thickness (d best ), a mixing ratio (Vf best ), an incident angle (φ best ), and a dispersion fitting result (DSP best ) with the smallest difference between Using the selected angle of incidence (φ best ) as a definite value, the fitting of the film thickness (d best ), the mixing ratio (Vf best ), and the dispersion equation (DSP best ) obtained by the fitting is performed again to obtain the most suitable model. Consists of a second step to select Characterized in that it is.

本発明によれば、以前は困難であった超薄膜および薄膜構造を、モデルを使用し、さらに極小値計算法(BLMC)を用いてフィッティングすることにより精度よく正確に測定することができる。   According to the present invention, ultrathin films and thin film structures, which have been difficult in the past, can be accurately and accurately measured by using a model and further fitting using a local minimum calculation method (BLMC).

以下図面等を参照して本発明による方法の実施の形態を説明する。図1は、本発明方法で使用するエリプソメータの構成を示すブロック図である。このブロック図に示されている分光エリプソメータにより、後述する方法の分光測定データの獲得ステップ10が実行される。   Embodiments of the method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an ellipsometer used in the method of the present invention. The spectroscopic ellipsometer shown in this block diagram executes spectroscopic measurement data acquisition step 10 of the method described later.

Xeランプ1は、多数の波長成分を含む、いわゆる白色光源である。このXeランプ1の発光は光ファイバ2を介して偏光子3に導かれる。偏光子3により偏光された光は、測定対象であるサンプル4の表面に特定の入射角(例えばφ=75.00°)で入射させられる。サンプル4からの反射は、光弾性変調器(PEM)5を介して検光子6に導かれる。光弾性変調器(PEM)5により50kHzの周波数に位相変調されて、直線から楕円偏光までが作られる。そのため、数m秒の分解能でΨ,Δを決定することができる。検光子6の出力は光ファイバ7を介して分光器8に接続される。分光器8の出力データがデータ取込部9に取り込まれ、分光測定データの獲得ステップ10を終了する。なお、PEM5の位置は偏光子3の後か検光子6の前どちらでも可能とする。   The Xe lamp 1 is a so-called white light source including a large number of wavelength components. The light emitted from the Xe lamp 1 is guided to the polarizer 3 through the optical fiber 2. The light polarized by the polarizer 3 is incident on the surface of the sample 4 to be measured at a specific incident angle (for example, φ = 75.00 °). The reflection from the sample 4 is guided to the analyzer 6 through a photoelastic modulator (PEM) 5. Phase modulation is performed at a frequency of 50 kHz by a photoelastic modulator (PEM) 5 to produce linear to elliptically polarized light. Therefore, Ψ and Δ can be determined with a resolution of several milliseconds. The output of the analyzer 6 is connected to the spectroscope 8 via the optical fiber 7. The output data of the spectroscope 8 is taken into the data take-in unit 9 and the spectroscopic measurement data acquisition step 10 is completed. The position of the PEM 5 can be either after the polarizer 3 or before the analyzer 6.

次に、公称入射角φ0 の近傍の入射角をパラメータとして測定する場合について説明する。前述したように偏光変化量(ρ)は、ρ=tanΨexp(iΔ)で表され、波長(λ)、入射角(φ)、膜厚、複素屈折率等のパラメータに依存し、その関係は次のようになる。(d,n,k)=f(Ψ,Δ,λ,φ) Next, a case where the incident angle near the nominal incident angle φ 0 is measured as a parameter will be described. Polarization change amount as described above ([rho) is expressed by ρ = tan Ψ exp (iΔ) , wavelength (lambda), the angle of incidence (phi), dependent thickness, on the parameters of the complex refractive index, etc., the relationship Is as follows. (D, n, k) = f (Ψ, Δ, λ, φ)

図1に示す公称入射角φ0 により、モデルを設定しても、サンプルの表面の微妙な形状等により、入射角φ0 を僅かに増減した方が良いことが予想され、前述したΨE ,ΔE も、φ0 を修正した角度による測定データであったとする方が妥当だと考える方が良い。 The nominal angle of incidence phi 0 shown in FIG. 1, setting a model, by delicate shape of the surface of the sample, the incident angle phi 0 is anticipated that it is better to slightly increase or decrease, the above-mentioned [psi E, Δ E also, those who think that it is reasonable person that it was a measurement data depending on the angle you modify the φ 0 is good.

すなわち、前記分光エリプソメータを用いた薄膜計測方法において、前記ΨE ,ΔE スペクトル測定ステップの公称入射角をφ0とし、前記ΨMM モデルシミュレーションスペクトル算出ステップでは、前記φ0を関数とするシミュレーションスペクトルΨM0i )、ΔM0i )とさらに前記公称入射角をφ0 の近傍のφ k を関数とするシミュレーションスペクトルΨMki )とΔMki )を得る。このモデルシミュレーションスペクトルをステップ21で算出してΨEi )、ΔEi )と比較する。 That is, the thin film measurement method using the spectroscopic ellipsometer, the [psi E, the nominal angle of incidence of delta E spectrum measurement step and phi 0, the [psi M, at delta M Moderushi simulation spectrum calculation step, a function the phi 0 simulation spectrum [psi M0 to (λ i), in the vicinity of Δ M0i) further the nominal angle of incidence and phi 0 phi k The simulation spectrum Ψ Mki) as a function and obtaining Δ Mk (λ i). The Moderushi a simulation spectrum calculated in Step 2 1 Ψ E (λ i) , is compared with Δ Ei).

図2は、本発明による薄膜計測方法の第1の実施例を示す流れ図である。
(ステップ10)図1に示す装置で測定を行う。
(ステップ20)このステップとは分光測定データを比較データ化するステップである。前述した分光測定データの獲得ステップ10で獲得した分光測定データをΨE (λ)とΔE (λ)の形で比較データ化する。
FIG. 2 is a flowchart showing a first embodiment of a thin film measuring method according to the present invention.
(Step 10) Measurement is performed with the apparatus shown in FIG.
(Step 20) This step is a step of converting spectroscopic measurement data into comparison data. The spectroscopic measurement data acquired in the aforementioned spectroscopic measurement data acquisition step 10 is converted into comparison data in the form of Ψ E (λ) and Δ E (λ).

(ステップ21)このステップ21は分光測定対象のモデル化ステップである。前記ステップ20で比較データ化された測定対象の製造プロセス等を考慮してモデルを作るステップである。
予想される範囲内にある複数の膜厚(d±mΔd)、基板上に作製した材料にあわせた分散式および予想される範囲内にある複数の入射角(φ±mΔφ)を設定する。
この実施例では、基板はSi、基板上に第1層SiONを20Å,25Åおよび30Åの3つを想定し、測定のための入射角を75.00°から0.01°毎に、75.05°まで多数のモデルを準備する。
(ステップ22)このステップ22では前記モデルから計算されたΨM ,ΔM と測定データΨE ,ΔE を合わせて表示する。
(Step 21) This step 21 is a step for modeling a spectroscopic measurement object. This is a step of creating a model in consideration of the manufacturing process of the measurement object converted into the comparison data in the step 20.
A plurality of film thicknesses (d ± mΔd) within the expected range, a dispersion formula that matches the material produced on the substrate, and a plurality of incident angles (φ ± mΔφ) within the expected range are set.
In this embodiment, it is assumed that the substrate is Si, and the first layer SiON is three layers of 20 mm, 25 mm and 30 mm on the substrate, and the incident angle for measurement is changed from 75.00 ° to 0.01 ° every 75.degree. Prepare a large number of models up to 05 °.
(Step 22) In this step 22, Ψ M , Δ M calculated from the model and measurement data Ψ E , Δ E are displayed together.

(ステップ23)各モデルごとにフィッティングを行う。
(ステップ24)各モデルごとに分散値のフィッティングを行った結果を示す。24a,24b,24cの示す欄は、SiONを20Å,25Åおよび30Åについて入射角に対応して分散式(DSP)のパラメータ(εs ,ωt )のフィッティングを行った結果を示す。ここで、N個の測定データ対Exp(i=1,2...,N)と前記モデルの対応するN個のモデルの計算データ対Mod(i=1,2...,N)とし、測定誤差は正規分布をするとし、標準偏差をσi とすると、平均二乗誤差(χ2 )は、次のようにして与えられる。
(Step 23) Fitting is performed for each model.
(Step 24) The result of fitting the variance value for each model is shown. The columns 24a, 24b, and 24c show the results of fitting the parameters (ε s , ω t ) of the dispersion equation (DSP) corresponding to the incident angles with respect to SiON of 20Å, 25Å, and 30Å. Here, N measurement data pairs Exp (i = 1, 2,..., N) and corresponding N model calculation data pairs Mod (i = 1, 2,..., N) of the model. If the measurement error has a normal distribution and the standard deviation is σ i , the mean square error (χ 2 ) is given as follows.

Figure 0004587690
Figure 0004587690

ここで、Pはパラメータの数である。   Here, P is the number of parameters.

(ステップ25)このステップで、一つの入射角と膜厚の第1選択をする。
24aの欄の示す膜厚20Åの場合はフィッティングの結果、入射角が75.02°のときがもっとも小さいχ2 値0.0315を示している(24dの欄参照)。24bの欄の示す膜厚25Åの場合はフィッティングの結果、入射角が75.03°のときがもっとも小さいχ2 値0.0242を示している(24eの欄参照)。24cの欄の示す膜厚30Åの場合はフィッティングの結果、入射角が75.04°のときがもっとも小さいχ2 値0.0297を示している(24fの欄参照)。これらの内からもっとも小さいχ2 値0.0242を示している24eのモデル(φbest=75.03°,dbest=25Å)が選択される。
(ステップ26)前記第1ステップで選択された入射角(φbest)を確定値として、前記膜厚(dbest)および分散式のパラメータ(εs ,ωt )のフィッティングを行う。例では入射角(φbest)=75.03°を確定値とし、膜厚(dbest)=25Åと分散式パラメータ(εs ,ωt )=(2.00,12.58)のフィッティングを行う。これが第2段階となる。
(ステップ27)前記第2段階のフィッティング結果を示している。例では膜厚d(最終結果)=24.24Å,分散式のパラメータ(εs ,ωt )=(2.09,13.24)が最終結果となる。
(ステップ28)前記ステップで計算されたデータを保存する。
(ステップ29)前記保存されたデータで物理的に不自然でないかを確認する。
(Step 25) In this step, the first selection of one incident angle and film thickness is performed.
In the case of the film thickness of 20 mm shown in the column 24a, the result of fitting shows the smallest χ 2 value 0.0315 when the incident angle is 75.02 ° (see the column 24d). In the case of the film thickness of 25 mm shown in the column 24b, the result of fitting shows the smallest χ 2 value 0.0242 when the incident angle is 75.03 ° (see the column 24e). In the case of the film thickness of 30 mm shown in the column 24c, the result of fitting shows the smallest χ 2 value 0.0297 when the incident angle is 75.04 ° (see the column 24f). Among these, the model of 24e (φ best = 75.03 °, d best = 25Å) showing the smallest χ 2 value 0.0242 is selected.
(Step 26) Using the incident angle ( φ best ) selected in the first step as a definite value, the film thickness (d best ) and dispersion parameters (ε s , ω t ) are fitted. In the example, the incident angle ( φ best ) = 75.03 ° is set as a definite value, and the fitting of the film thickness (d best ) = 25 mm and the dispersion equation parameters (ε s , ω t ) = (2.00, 12.58) is performed. Do. This is the second stage.
(Step 27) The fitting result of the second stage is shown. In the example, the final result is the film thickness d (final result) = 24.24 mm, and the dispersion equation parameters (ε s , ω t ) = (2.09, 13.24).
(Step 28) The data calculated in the above step is stored.
(Step 29) It is confirmed whether the stored data is not physically unnatural.

(フィッティングにより得られたデータが妥当でないときのステップ)前記第1および第2のいずれかのステップとで得られた結果が、物理的にまたは経験的に妥当でないことが起こり得る。その場合は、モデルの設定が良くなかったと判断して、さらに、モデルの構成物質の追加とか変更をおこない異なるモデルを設定して再度フィッティングを行う。図2のステップ22→21,ステップ25→21,ステップ27→21がこれに対応する。   (Step when data obtained by fitting is not valid) It is possible that the result obtained in any of the first and second steps is not physically or empirically valid. In that case, it is determined that the model setting is not good, and a model is further added or changed to set a different model, and fitting is performed again. Steps 22 → 21, steps 25 → 21, and steps 27 → 21 in FIG. 2 correspond to this.

次に極小値計算法(BLMC)による分光エリプソメータを用いた計測対象の基板表面の超薄膜および薄膜計測方法において、基板表面の膜が、不均一または不連続や、いくつかの材料が混ざり合っている場合の実施例について説明する。波長オーダーより、十分に小さく、物理的に混合している複数の物質からなる媒質については、有効媒質近似(EMA)を利用してモデルを推定する。物質Aと物質Bが混合しているときの有効媒質近似(EMA)は、物質Aの体積分率、物質Bの体積分率、A+B混合層の膜厚、誘電率には分散式やリファレンスデータなどを推定してフィッティングを行い、評価する。   Next, in the ultrathin film and thin film measurement method on the surface of the substrate to be measured using a spectroscopic ellipsometer based on the minimum value calculation method (BLMC), the film on the surface of the substrate is uneven or discontinuous, or some materials are mixed. An embodiment in the case of being present will be described. For a medium composed of a plurality of substances that are sufficiently smaller than the wavelength order and physically mixed, a model is estimated using effective medium approximation (EMA). Effective medium approximation (EMA) when substance A and substance B are mixed is the dispersion formula or reference data for the volume fraction of substance A, the volume fraction of substance B, the film thickness of the A + B mixed layer, and the dielectric constant. Etc. are estimated and fitted and evaluated.

この実施例は、Si基板の上にSiO2 とSiNの混合層を形成したものを測定するものである。(測定ステップ)前記計測対象の基板表面の薄膜(SiO2 とSiNの混合層)を、入射光の波長を変えて各波長λi ごとの入射光と反射光の偏光の変化である測定スペクトルΨE i )とΔE i )を得る。測定装置は前述したものと変わらない。 In this example, a mixed layer of SiO 2 and SiN formed on a Si substrate is measured. (Measurement Step) A measurement spectrum Ψ that is a change in the polarization of incident light and reflected light for each wavelength λ i by changing the wavelength of incident light on the thin film (SiO 2 and SiN mixed layer) on the surface of the substrate to be measured Ei ) and Δ Ei ) are obtained. The measuring device is the same as described above.

(対象のモデル形成ステップ)
このステップでは、基板上の薄膜がSiO2 とSiNの混合層になっている場合のモデルを形成する。
前記基板Siの(N0 0 ,k0 ))は、基板がバルクであることから容易に決められる。基板上の薄膜の(N(n,k))を有効媒質近似(EMA)を利用するため、いくつかの分散式またはリファレンスデータを用いて仮定してモデルをたてる。
薄膜のモデルの初期値を
混合比(V):SiO2 (30%)+SiN(70%)
厚さ(d) :20Åとする。ここからさらに、予想される範囲内にある複数の膜厚(d±mΔd)および、前記モデルで利用した分散式などの予想される範囲内にある複数の混合比(V±mΔV)、予想される範囲内にある複数の入射角(φ±mΔφ)を設定する。
なお、混合比(Vf)は「Volume fraction」の略語で、体積分率の意味で用いている。
(Target model formation step)
In this step, to form a model when a thin film on the substrate is in the mixed layer of SiO 2 and SiN.
The (N 0 ( n 0 , k 0 )) of the substrate Si is easily determined because the substrate is bulk. In order to use the effective medium approximation (EMA), (N (n, k)) of the thin film on the substrate is modeled by using some dispersion formulas or reference data.
The initial value of the thin film model is the mixing ratio (V f ): SiO 2 (30%) + SiN (70%)
Thickness (d): 20 mm. Further from here, a plurality of film thicknesses (d ± mΔd) within an expected range and a plurality of mixing ratios (V f ± mΔV f ) within an expected range such as the dispersion formula used in the model, A plurality of incident angles ( φ ± mΔφ) within the expected range are set.
The mixing ratio (Vf) is an abbreviation for “Volume fraction”, and is used to mean volume fraction.

(分散式のパラメータのフィッティングステップ)
前記入射角、膜厚、および混合比の組み合わせにもとづいて分散式のパラメータ(εst )のフィッティングを行う。
(第1選択ステップ)
前記フィッティングにより得られた各ΨMi )とΔMi )の中から、前記ΨEi )とΔEi )との差の最も少なくなる膜厚(dbest)と入射角(φbest)、混合比(V best)の組み合わせを設定したモデルのフィッティング結果(DSPbest)を選択する。
(Distributed parameter fitting step)
The parameters of the dispersion formula (ε s , ω t ) are fitted based on the combination of the incident angle, the film thickness, and the mixing ratio.
(First selection step)
Of each Ψ Mi ) and Δ Mi ) obtained by the fitting, the film thickness (d best ) where the difference between Ψ Ei ) and Δ Ei ) is the smallest. ), An incident angle (φ best ), and a model fitting result (DSP best ) in which a combination of the mixture ratio (V f best ) is set.

(第2選択ステップ)
前記第1ステップで選択された入射角(φbest)を確定値として、膜厚(dbest)と混合比(V best)、分散式(DSPbest)のフィッティングを行う。その結果、例では、SiO(57.1%)+SiN(42.9%)
厚さ(d) :32.5Åが結果として得られる。
(Second selection step)
Using the incident angle ( φ best ) selected in the first step as a definite value, the fitting of the film thickness (d best ), the mixing ratio (V f best ), and the dispersion formula (DSP best ) is performed. As a result, in the example, SiO 2 (57.1%) + SiN (42.9%)
Thickness (d): 32.5 mm is obtained as a result.

(フィッティングにより得られたデータが妥当でないときのステップ)前記第1および第2のいずれかのステップとで得られた結果が、物理的にまたは経験的に妥当でないことが起こり得る。それは、モデルの設定が良くなかったと判断して、さらに、モデルの構成物質の追加や変更をおこない、異なるモデルを設定して再度フィッティングを行い、正しい結果が得られるまで繰り返す。なおこのステップは、現実には不可欠であるが人為的な判断であり発明を構成する部分ではない。   (Step when data obtained by fitting is not valid) It is possible that the result obtained in any of the first and second steps is not physically or empirically valid. It is judged that the setting of the model is not good, and further, the constituent substances of the model are added or changed, a different model is set and fitting is performed again, and the process is repeated until a correct result is obtained. This step is indispensable in reality, but it is an artificial judgment and is not a part of the invention.

以上詳しく説明した実施例について、本発明の範囲内で種々の変形を施すことができる。理解を容易にするために、データの取得、モデルの設定に関連して一貫してΨ,Δを用いて説明した。当業者には良く知られている以下のデータ対を用いても同様な、測定およびフィッティングが可能であり、本発明の技術的範囲に含まれるものである。
(n,k)、(εi ,εr )、(tanΨ,cosΔ)、(Is ,Ic
また基板上にSiON層を1層形成する例を示したが、異なる多層構造の測定や広い範囲の膜厚の測定にも同様に利用できる。基板もSiの例を示したが、他の材料(ガラスや石英、化合物半導体など)も同様に利用できる。
Various modifications can be made to the embodiments described in detail within the scope of the present invention. In order to facilitate understanding, Ψ and Δ have been consistently described in relation to data acquisition and model setting. Similar measurements and fittings are possible using the following data pairs well known to those skilled in the art and are within the scope of the present invention.
(N, k), (ε i , ε r ), (tan Ψ, cos Δ), (I s , I c )
Moreover, although the example which forms one SiON layer on a board | substrate was shown, it can utilize similarly for the measurement of a different multilayer structure, and the measurement of the film thickness of a wide range. The substrate is also exemplified by Si, but other materials (glass, quartz, compound semiconductor, etc.) can be used as well.

例では、フィッティングはあらゆる全てのパラメータを同時にフィッティングすると説明したが、別々にフィッティングする場合もあり、これも本発明の技術的範囲に含まれるものとする。例では、フィッティングは入射角と膜厚の組み合わせで書いたが、ソフトによっては入射角を分散式と同時にフィッティングすることもあり、これも本発明の技術的範囲に含まれるものとする。   In the example, the fitting is described as fitting all the parameters at the same time. However, the fitting may be performed separately, and this is also included in the technical scope of the present invention. In the example, the fitting is written with a combination of the incident angle and the film thickness, but depending on the software, the incident angle may be fitted simultaneously with the dispersion formula, and this is also included in the technical scope of the present invention.

入射角をフィッティングせず、固定とした時にも同様に、技術的範囲に含まれるものとする。前述した実施例では分散式としてクラシカル(古典力学)の式を用いたが、その他の式やパラメータについても同様に使用可能であり、それらは本発明の技術的範囲に含まれるものとする。   Similarly, when the incident angle is fixed without fitting, it is also included in the technical range. In the above-described embodiment, the classical (classical mechanics) formula is used as the dispersion formula. However, other formulas and parameters can be used in the same manner, and these formulas are included in the technical scope of the present invention.

本発明方法の分光測定データの取得のステップ10で使用する分光エリプソメータの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the spectroscopic ellipsometer used in step 10 of acquisition of the spectroscopic measurement data of the method of this invention. 本発明による薄膜計測方法を説明するための流れ図である。It is a flowchart for demonstrating the thin film measuring method by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 Xeランプ
2光ファイバ
3 偏光子
4 サンプル
5 光弾性変調器(PEM)
6 検光子
7 光ファイバ
8 分光器
9 データ取込部
10 分光測定ステップ
20 分光測定比較データ化ステップ
21 モデル比較データ化ステップ
22 シミュレーションステップ
23 フィッティングステップ
24 フィッティング過程を示すステップ
25 一つの入射角と膜厚の組み合わせを選択する第1ステップ
26 フィッティングステップ(第2ステップ)
27 結果獲得ステップ
28 データ保存ステップ
29 確認ステップ
1 Xe lamp 2 Optical fiber 3 Polarizer 4 Sample 5 Photoelastic modulator (PEM)
6 Analyzer 7 Optical Fiber 8 Spectrometer 9 Data Acquisition Unit 10 Spectroscopic Measurement Step 20 Spectrometric Comparison Data Generation Step 21 Model Comparison Data Generation Step 22 Simulation Step 23 Fitting Step 24 Fitting Process Step 25 One Incidence Angle and Film First step of selecting a combination of thicknesses 26 Fitting step (second step)
27 Result acquisition step 28 Data storage step 29 Confirmation step

Claims (1)

極小値計算法(BLMC)による分光エリプソメータを用いた計測対象の基板表面の超薄膜および薄膜計測方法において、
計測対象の基板表面の薄膜を、入射光の波長を変えて各波長λiごとの入射光と反射光の偏光の変化である測定スペクトルΨEi)とΔEi)を得るΨE,ΔEスペクトル測定ステップと、
前記基板の(N0(n0,k0))と基板上の薄膜の(N(n,k))を、物質の誘電率の波長依存性を示す式である分散式を用いて仮定し、さらに予想される範囲内にある複数の膜厚(d±mΔd)、予想される範囲内にある混合している複数の物質の体積分率を示す複数の混合比(Vf±mΔVf)、および予想される範囲内にある複数の入射角(φ±mΔφ)を設定し、対応するシミュレ−ションスペクトルΨMi)とΔMi)を算出するステップと、
前記入射角、混合比及び膜厚の組み合わせにもとづいて、分散式のパラメータのフィッティングを行い、前記フィッティングにより得られた分散式のパラメータを膜の光学定数として利用し、そこから算出された各ΨMi)とΔMi)スペクトルの中から前記ΨEi)とΔEi)との差の最も少なくなる膜厚(dbest)、混合比(Vfbest)及び入射角(φbest)と分散式のフィッティング結果(DSPbest)を選択する第1ステップと、
前記第1ステップで選択された入射角(φbest)を確定値として、膜厚(dbest)、混合比(Vfbest)及び前記フィッティングにより得られた分散式(DSPbest)のフィッティングを再度行い最も適したモデルを選択する第2ステップと
で構成された極小値計算法(BLMC)による分光エリプソメータを用いた計測対象の基板表面の超薄膜および薄膜計測方法。
In the ultrathin film and thin film measurement method on the surface of the substrate to be measured using the spectroscopic ellipsometer by the local minimum calculation method (BLMC),
Measurement spectrum Ψ Ei ) and Δ Ei ), which is the change in polarization of incident light and reflected light for each wavelength λ i , is obtained by changing the wavelength of incident light on the thin film on the surface of the substrate to be measured Ψ E , Δ E spectrum measurement step;
Assuming that (N 0 (n 0 , k 0 )) of the substrate and (N (n, k)) of the thin film on the substrate are based on a dispersion formula that is a formula showing the wavelength dependence of the dielectric constant of the substance. A plurality of film thicknesses (d ± mΔd) that are further within the expected range, a plurality of mixing ratios (Vf ± mΔVf) that indicate the volume fractions of the mixed substances that are within the expected range, and Setting a plurality of incident angles (φ ± mΔφ) within an expected range and calculating corresponding simulation spectra Ψ Mi ) and Δ Mi );
Based on the combination of the incident angle, the mixing ratio, and the film thickness, the parameters of the dispersion equation are fitted, the parameters of the dispersion equation obtained by the fitting are used as the optical constants of the film, and each Ψ calculated from the parameters The film thickness (d best ) and the mixture ratio (Vf best ) in which the difference between Ψ Ei ) and Δ Ei ) is the smallest among the Mi ) and Δ Mi ) spectra. And a first step of selecting an incident angle (φ best ) and a dispersion fitting result (DSP best ),
Using the incident angle (φ best ) selected in the first step as a definite value, the film thickness (d best ), the mixing ratio (Vf best ), and the dispersion formula (DSP best ) obtained by the fitting are again fitted. An ultra-thin film and a thin-film measurement method on the surface of a substrate to be measured using a spectroscopic ellipsometer based on a minimum value calculation method (BLMC) comprising the second step of selecting the most suitable model.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08264614A (en) * 1995-03-27 1996-10-11 Fujitsu Ltd Method and apparatus for evaluating silicon substrate, method and apparatus for evaluating silicon oxide film and method and apparatus for manufacturing semiconductor device
JP2001183505A (en) * 1999-12-24 2001-07-06 Nikon Corp Method for designing and producing optical element, and optical element

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