JP7848272B2 - Semiconductor device manufacturing methods - Google Patents
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Description
本開示の一態様は、半導体デバイス製造方法及び測定装置に関する。 One aspect of this disclosure relates to a semiconductor device manufacturing method and a measuring apparatus.
特許文献1には、波長に応じて透過率及び反射率が変化するダイクロイックミラーを用いて、対象物からの光を分離し、分離した光をそれぞれ撮像することにより波長重心を求め、該波長重心に基づき、半導体デバイスの膜厚を推定する技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a technique for separating light from an object using a dichroic mirror whose transmittance and reflectance change depending on the wavelength, determining the wavelength centroid by imaging each of the separated light streams, and estimating the film thickness of a semiconductor device based on the wavelength centroid.
近年、半導体デバイスの高集積化に伴い、製造過程における各層の厚みの均一性を確保することが重要になっている。各層の厚みが均一となっていない状態で集積していくと、配線不良やボイド発生等の故障の要因になりうる。半導体デバイスの微細化に伴い、各層の厚みも例えば100nm以下等の極薄膜となっており、厚みを高精度に測定することが求められている。厚みを測定する方法としては、半導体デバイスからの反射干渉光を分光器で検出して分光スペクトルを取得し、各層の厚みを推測する技術が知られている。しかしながら、このような測定方法は、厚みをポイント計測するものであり、例えばウェハ全体の面内の厚み分布を高精度に導出したい場合等においては、測定時間が極めて長くなってしまう。 In recent years, with the increasing integration of semiconductor devices, ensuring uniformity of the thickness of each layer during the manufacturing process has become crucial. If the thickness of each layer is not uniform during integration, it can lead to failures such as wiring defects and void formation. As semiconductor devices become smaller, the thickness of each layer is extremely thin, for example, less than 100 nm, requiring highly accurate thickness measurement. One known method for measuring thickness involves detecting reflected interference light from the semiconductor device using a spectrometer to obtain a spectral distribution and estimate the thickness of each layer. However, this measurement method only measures thickness at specific points, and when it is necessary to derive the thickness distribution across the entire wafer with high accuracy, the measurement time becomes extremely long.
本開示は上記実情に鑑みてなされたものであり、迅速かつ高精度にウェハの厚み分布を導出することができる半導体デバイス製造方法を提供することを目的とする。 This disclosure is made in view of the above circumstances and aims to provide a semiconductor device manufacturing method that can derive the wafer thickness distribution quickly and with high accuracy.
(1)本開示の一態様に係る半導体デバイス製造方法は、ウェハの表面側に第1層が形成された状態において、ウェハに対して面状に光を照射し、ウェハからの光を撮像して、撮像に係る信号に基づいてウェハの面内における第1層の厚み分布を取得する第1工程と、第1層に対して所定の加工処理を行うことにより第2層を形成する第2工程と、第2工程後において、ウェハに対して面状に光を照射し、ウェハからの光を撮像して、撮像に係る信号に基づいてウェハの面内における測定パラメータの分布を導出する第3工程と、第1工程において取得された第1層の厚み分布、及び、第3工程において導出された測定パラメータの分布に基づいて、第2層の厚み分布を導出する第4工程と、を備える。 (1) A semiconductor device manufacturing method according to one aspect of the present disclosure comprises: a first step of irradiating a wafer in a planar manner with light while a first layer is formed on the surface side of the wafer, imaging the light from the wafer, and obtaining the thickness distribution of the first layer in the plane of the wafer based on the imaging signal; a second step of forming a second layer by performing a predetermined processing on the first layer; a third step of irradiating the wafer in a planar manner with light after the second step, imaging the light from the wafer, and deriving the distribution of measurement parameters in the plane of the wafer based on the imaging signal; and a fourth step of deriving the thickness distribution of the second layer based on the thickness distribution of the first layer obtained in the first step and the distribution of measurement parameters derived in the third step.
本開示の一態様に係る半導体デバイス製造方法では、第2層の形成後において、ウェハに対して面状に光が照射され、ウェハからの光が撮像されることにより、ウェハの面内における測定パラメータの分布が導出されている。そして、第2層の形成前において取得された第1層の厚み分布と、第2層の形成後において導出されたウェハの面内における測定パラメータの分布とに基づき、第2層の厚み分布が導出されている。このように、第2層の形成前において予め第1層の厚み分布が取得されていることにより、第2層の形成後において導出されたウェハの面内における測定パラメータの分布と第1層の厚み分布とに基づき、、ウェハの表面側の層である第2層の厚み分布を適切に(高精度に)導出することができる。そして、第2層の厚み分布については、ウェハに対して面状に照射された光の撮像結果が考慮されて導出されているので、ウェハ全体の面内の第2層の厚み分布を一括で(短期間で)導出することができる。これにより、例えば第2層の厚みが分光器等によりポイントで計測される場合と比較して、ウェハ全体の面内の厚み分布の導出に係る測定時間を大幅に短縮することができる。以上のように、本開示の一態様に係る半導体デバイス製造方法によれば、迅速かつ高精度にウェハの厚み分布を導出することができる。 In a semiconductor device manufacturing method according to one aspect of this disclosure, after the formation of the second layer, light is irradiated onto the wafer in a planar manner, and the light from the wafer is imaged, thereby deriving the distribution of measurement parameters within the wafer plane. Then, the thickness distribution of the second layer is derived based on the thickness distribution of the first layer obtained before the formation of the second layer and the distribution of measurement parameters within the wafer plane derived after the formation of the second layer. In this way, because the thickness distribution of the first layer is obtained in advance before the formation of the second layer, the thickness distribution of the second layer, which is the surface layer of the wafer, can be appropriately (with high accuracy) derived based on the distribution of measurement parameters within the wafer plane derived after the formation of the second layer and the thickness distribution of the first layer. Furthermore, since the thickness distribution of the second layer is derived taking into account the image results of light irradiated onto the wafer in a planar manner, the thickness distribution of the second layer within the entire wafer plane can be derived all at once (in a short time). As a result, the measurement time required to derive the thickness distribution within the entire wafer plane can be significantly reduced compared to, for example, when the thickness of the second layer is measured at points using a spectrometer or the like. As described above, according to one aspect of this disclosure, the semiconductor device manufacturing method allows for the rapid and highly accurate determination of the wafer thickness distribution.
(2)上記(1)に記載された半導体デバイス製造方法は、第1工程において取得された第1層の厚み分布に基づいて、測定パラメータと第2層の厚みの関係を所定の領域ごとに示す関係情報を導出する関係情報導出工程を更に備え、第4工程では、関係情報導出工程において導出された関係情報、及び、第3工程において導出された測定パラメータの分布に基づいて、第2層の厚み分布を導出してもよい。このように、取得された第1層の厚み分布の条件下における測定パラメータと第2層の厚み分布の関係を所定の空間領域ごとに示す関係情報が導出され用いられることにより、第3工程において導出された測定パラメータの分布から迅速かつ高精度に、ウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。 (2) The semiconductor device manufacturing method described in (1) above further comprises a relationship information derivation step, which derives relationship information showing the relationship between measurement parameters and the thickness of the second layer for each predetermined region, based on the thickness distribution of the first layer obtained in the first step. In the fourth step, the thickness distribution of the second layer may be derived based on the relationship information derived in the relationship information derivation step and the distribution of measurement parameters derived in the third step. In this way, by deriving and using relationship information showing the relationship between measurement parameters and the thickness distribution of the second layer for each predetermined spatial region under the conditions of the obtained thickness distribution of the first layer, the thickness distribution of the wafer surface layer can be derived quickly and with high accuracy from the distribution of measurement parameters derived in the third step.
(3)上記(2)に記載された半導体デバイス製造方法において、関係情報導出工程では、第1工程において取得された第1層の厚み分布、及び、予め取得されている第2層の薄膜情報に基づいて、第2層の厚み分布ごとに所定の領域ごとの理論反射率を導出することと、第2層の厚み分布ごとの理論反射率、及び、予め取得された分光特性に基づいて、第2層の厚み分布ごとに、所定の領域ごとの測定パラメータを導出し、測定パラメータと第2層の厚みの関係を所定の領域ごとに示す関係情報を導出することと、を実行してもよい。このように、第1層の厚み分布と第2層の薄膜情報とが特定されることにより、第2層の厚み分布ごとに、所定の領域ごとの理論反射率を高精度に導出することができる。そして、第2層の厚み分布ごとの理論反射率と分光特性とが特定されることにより、第2層の厚み分布ごとに、所定の領域ごとの測定パラメータを導出し、上述した関係情報を高精度に導出することができる。このような構成によれば、関係情報を用いて、第3工程において導出された測定パラメータの分布から高精度にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。 (3) In the semiconductor device manufacturing method described in (2) above, the relational information derivation step may include: deriving the theoretical reflectance for each predetermined region of the second layer thickness distribution based on the thickness distribution of the first layer obtained in the first step and the thin-film information of the second layer obtained in advance; and deriving measurement parameters for each predetermined region of the second layer thickness distribution based on the theoretical reflectance for each thickness distribution of the second layer and the spectral characteristics obtained in advance, and deriving relational information that shows the relationship between the measurement parameters and the thickness of the second layer for each predetermined region. In this way, by specifying the thickness distribution of the first layer and the thin-film information of the second layer, the theoretical reflectance for each predetermined region of the second layer thickness distribution can be derived with high accuracy. Furthermore, by specifying the theoretical reflectance and spectral characteristics for each thickness distribution of the second layer, measurement parameters for each predetermined region can be derived for each thickness distribution of the second layer, and the aforementioned relational information can be derived with high accuracy. With this configuration, the thickness distribution of the wafer surface layer can be derived with high accuracy from the distribution of measurement parameters derived in the third step using the relational information.
(4)上記(2)又は(3)に記載された半導体デバイス製造方法において、関係情報導出工程は、第2工程の実施中に実施されてもよい。これにより、第2工程の実施後において、迅速にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。 (4) In the semiconductor device manufacturing method described in (2) or (3) above, the related information derivation step may be performed during the execution of the second step. This allows for the rapid derivation of the thickness distribution of the wafer surface layer after the execution of the second step.
(5)上記(2)~(4)のいずれか一項に記載された半導体デバイス製造方法において、関係情報は、所定の領域ごとの、フィッティングにより得られた関係式、又は、テーブルであってもよい。このような関係情報が用いられることにより、迅速かつ高精度にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。 (5) In the semiconductor device manufacturing method described in any one of the above items (2) to (4), the relational information may be a relational expression or table obtained by fitting for each predetermined region. By using such relational information, the thickness distribution of the wafer surface layer can be derived quickly and with high accuracy.
(6)上記(1)~(5)のいずれか一項に記載された半導体デバイス製造方法において、測定パラメータは、波長重心であってもよい。このような構成によれば、膜厚との相関性が高い波長重心を測定パラメータとして、ウェハの表面側の層の厚み分布を高精度に導出することができる。 (6) In the semiconductor device manufacturing method described in any one of the above items (1) to (5), the measurement parameter may be the wavelength centroid. With this configuration, the thickness distribution of the wafer surface layer can be derived with high accuracy by using the wavelength centroid, which has a high correlation with the film thickness, as the measurement parameter.
(7)上記(1)~(6)のいずれか一項に記載された半導体デバイス製造方法において、加工処理は、ウェハに対する成膜処理、フォトレジスト塗布処理、エッチング処理、平坦化処理、電極形成処理、パターン形成処理、絶縁膜形成処理、コンタクトホール形成処理、コンタクト形成処理、トレンチ形成処理、又は配線形成処理のいずれかの処理であってもよい。これらの処理の後に形成されるウェハの表面側の層の厚み分布について、上述した方法により迅速かつ高精度に導出することができる。なお、パターン形成処理後においては、位置合わせ等の困難性から、従来のポイント計測による膜厚導出が困難である。この点、本開示に係る手法によれば、パターン形成処理後等において上記位置合わせ等が不要であるので、容易にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。 (7) In the semiconductor device manufacturing method described in any one of items (1) to (6) above, the processing treatment may be any of the following treatments on the wafer: film deposition, photoresist coating, etching, planarization, electrode formation, pattern formation, insulating film formation, contact hole formation, contact formation, trench formation, or wiring formation. The thickness distribution of the surface layer of the wafer formed after these treatments can be derived quickly and with high accuracy using the method described above. However, after the pattern formation treatment, conventional point measurement for film thickness derivation is difficult due to difficulties in alignment, etc. In this regard, the method according to this disclosure eliminates the need for the above-mentioned alignment, etc., after the pattern formation treatment, making it easy to derive the thickness distribution of the surface layer of the wafer.
本開示によれば、計測時間を短縮すると共に高精度に厚み測定を行うことができる半導体デバイス製造方法を提供することができる。 This disclosure provides a semiconductor device manufacturing method that can shorten measurement time and perform thickness measurement with high accuracy.
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 The embodiments of this disclosure will be described in detail below with reference to the drawings. In each drawing, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
図1は、本実施形態に係る膜厚測定装置1を模式的に示した図である。膜厚測定装置1は、ウェハ100に対して面状に光を照射し、該ウェハ100からの反射光に基づいて、ウェハ100に形成された膜の厚さ、詳細には膜の厚み分布を測定する装置である。ウェハ100は、例えば、トランジスタ等のPN接合を有する集積回路(IC:Integrated Circuit)、あるいは大規模集積回路(LSI:LargeScale Integration)であるロジックデバイス、メモリデバイス、アナログデバイス、さらに、それらを組み合わせたミックスドシグナルデバイス、または、大電流用/高圧用MOSトランジスタ、バイポーラトランジスタ、IGBT等の電力用半導体デバイス(パワーデバイス)、LEDや半導体レーザなどの発光デバイス等のウェハが挙げられる。ウェハ100は、基板100aの表面に膜100bが形成されている。ここでは、ウェハ100においては、基板100aの表面に膜100bが一層のみ形成されているとして説明する。膜100bは、例えば、酸化膜又は窒化膜等であるが、その他の膜であってもよい。 Figure 1 is a schematic diagram of the film thickness measuring device 1 according to this embodiment. The film thickness measuring device 1 is a device that irradiates a wafer 100 with light in a planar manner and measures the thickness of a film formed on the wafer 100, specifically the thickness distribution of the film, based on the reflected light from the wafer 100. Examples of wafers include logic devices, memory devices, analog devices, and mixed-signal devices that combine the same, such as integrated circuits (ICs) or large-scale integrated circuits (LSIs) having PN junctions, such as transistors; power semiconductor devices (power devices) such as high-current/high-voltage MOS transistors, bipolar transistors, and IGBTs; and light-emitting devices such as LEDs and semiconductor lasers. The wafer 100 has a film 100b formed on the surface of a substrate 100a. Here, it is explained that only one layer of film 100b is formed on the surface of the substrate 100a of the wafer 100. The film 100b is, for example, an oxide film or a nitride film, but other films may also be used.
図1に示されるように、膜厚測定装置1は、光源10と、ハーフミラー11と、フィールドレンズ12と、カメラシステム20と、制御装置30と、を備えている。 As shown in Figure 1, the film thickness measuring device 1 comprises a light source 10, a half mirror 11, a field lens 12, a camera system 20, and a control device 30.
光源10は、ウェハ100に対して面状に光を照射する。光源10は、例えば、ウェハ100の表面の略全面に対して面状に光を照射する。光源10は、例えば、ウェハ100の表面を均一的に照射可能な光源であり、ウェハ100に対して拡散光を照射する。光源10は、白色LED、SC光源、ハロゲンランプ、又はXeランプ等を用いた面照明ユニットであってもよい。また、単色LD、多色LD、単色LED又は多色LEDを用いた面照明ユニットであってもよい。光源10から出射された光は、ハーフミラー11及びフィールドレンズ12を経て、ウェハ100に対して面状に照射される。 The light source 10 irradiates light onto the wafer 100 in a planar manner. For example, the light source 10 irradiates light onto substantially the entire surface of the wafer 100 in a planar manner. The light source 10 is, for example, a light source capable of uniformly irradiating the surface of the wafer 100, and irradiates the wafer 100 with diffused light. The light source 10 may be a surface illumination unit using a white LED, SC light source, halogen lamp, or Xe lamp, etc. Alternatively, it may be a surface illumination unit using a monochromatic LD, multichromatic LD, monochromatic LED, or multichromatic LED. The light emitted from the light source 10 passes through the half-mirror 11 and the field lens 12, and is then irradiated onto the wafer 100 in a planar manner.
光源10は、カメラシステム20が有する傾斜ダイクロイックミラー22(詳細は後述)の所定の波長域に含まれる波長の光を、ウェハ100に対して照射する。詳細は後述するが、傾斜ダイクロイックミラー22は、ウェハ100からの光を波長に応じて透過及び反射することにより分離する光学素子である。傾斜ダイクロイックミラー22は、上述した所定の波長域において、波長に応じて透過率及び反射率が変化する。 The light source 10 irradiates the wafer 100 with light of a wavelength included in a predetermined wavelength range of the tilted dichroic mirror 22 (details described later) of the camera system 20. As will be described in detail later, the tilted dichroic mirror 22 is an optical element that separates light from the wafer 100 by transmitting and reflecting it according to its wavelength. Within the predetermined wavelength range described above, the transmittance and reflectance of the tilted dichroic mirror 22 change according to the wavelength.
図2は、傾斜ダイクロイックミラー22の特性と光源10から出射される光の波長との関係を説明する図である。図2において、横軸は波長を示しており、縦軸は傾斜ダイクロイックミラー22の透過率を示している。図2の傾斜ダイクロイックミラー22の特性X4に示されるように、傾斜ダイクロイックミラー22においては、所定の波長域X10では波長の変化に応じて光の透過率(及び反射率)が緩やかに(単調に或いは線形に)変化し、該特定の波長域以外の波長域では波長の変化に関わらず光の透過率(及び反射率)が一定とされている。図2に示されるように、光源10から出力される光X20は、上述した所定の波長域X10に含まれる波長の光を含んでいる。すなわち、光源10は、所定の波長域X10を含むブロードなスペクトルの光を出力する。なお、測定に係る波長域(干渉ピーク波長)は、ウェハ100に形成されている膜の材質や測定膜厚範囲によって定まる。 Figure 2 illustrates the relationship between the characteristics of the tilted dichroic mirror 22 and the wavelength of light emitted from the light source 10. In Figure 2, the horizontal axis represents wavelength, and the vertical axis represents the transmittance of the tilted dichroic mirror 22. As shown in the characteristic X4 of the tilted dichroic mirror 22 in Figure 2, in the tilted dichroic mirror 22, the transmittance (and reflectance) of light changes gradually (monotonically or linearly) in a predetermined wavelength range X10 according to the change in wavelength, while in wavelength ranges other than this specific wavelength range, the transmittance (and reflectance) of light remains constant regardless of the change in wavelength. As shown in Figure 2, the light X20 output from the light source 10 includes light with wavelengths included in the predetermined wavelength range X10 described above. That is, the light source 10 outputs light with a broad spectrum including the predetermined wavelength range X10. The wavelength range (interference peak wavelength) related to measurement is determined by the material of the film formed on the wafer 100 and the measurement film thickness range.
図1に戻り、ハーフミラー11は、光源10から出射された光をウェハ100方向(詳細には、ウェハ100に導光するフィールドレンズ12方向)に反射すると共に、光が照射されたウェハ100からの光(詳細には、ウェハ100からフィールドレンズ12を経た光)を透過するミラーである。フィールドレンズ12は、光の進行方向を揃えるレンズである。 Returning to Figure 1, the half-mirror 11 is a mirror that reflects light emitted from the light source 10 towards the wafer 100 (specifically, towards the field lens 12 that guides the light to the wafer 100) and transmits light from the irradiated wafer 100 (specifically, light that has passed from the wafer 100 through the field lens 12). The field lens 12 is a lens that aligns the direction of light propagation.
カメラシステム20は、レンズ21と、傾斜ダイクロイックミラー22と、エリアセンサ23と、エリアセンサ24と、を含んで構成されている。なお、カメラシステム20は、エリアセンサの代わりにリニアイメージセンサを含んで構成してもよい。 The camera system 20 comprises a lens 21, an inclined dichroic mirror 22, an area sensor 23, and an area sensor 24. The camera system 20 may also include a linear image sensor instead of the area sensors.
レンズ21は、フィールドレンズ12及びハーフミラー11を経て入射した、ウェハ100からの光を集光するレンズである。レンズ21は、傾斜ダイクロイックミラー22の前段(上流)に配置されていてもよいし、傾斜ダイクロイックミラー22とエリアセンサ23,24との間の領域に配置されていてもよい。本実施形態では、レンズ21が傾斜ダイクロイックミラー22の前段(上流)に配置されているとして説明する。レンズ21は、有限焦点レンズであってもよいし、無限焦点レンズであってもよい。レンズ21が有限焦点レンズである場合には、レンズ21からエリアセンサ23,24までの距離は所定値とされる。レンズ21が無限焦点レンズである場合には、レンズ21は、ウェハ100からの光を平行光に変換するコリメータレンズであり、平行光が得られるように収差補正されている。レンズ21から出力された光は、傾斜ダイクロイックミラー22に入射する。 Lens 21 is a lens that focuses light from the wafer 100 that has been incident via the field lens 12 and the half mirror 11. Lens 21 may be positioned upstream of the inclined dichroic mirror 22, or it may be positioned in the region between the inclined dichroic mirror 22 and the area sensors 23 and 24. In this embodiment, it is described that lens 21 is positioned upstream of the inclined dichroic mirror 22. Lens 21 may be a finite-focus lens or an infinite-focus lens. If lens 21 is a finite-focus lens, the distance from lens 21 to the area sensors 23 and 24 is set to a predetermined value. If lens 21 is an infinite-focus lens, lens 21 is a collimator lens that converts light from the wafer 100 into parallel light, and is aberration-corrected to obtain parallel light. The light output from lens 21 is incident on the inclined dichroic mirror 22.
傾斜ダイクロイックミラー22は、特殊な光学素材を用いて作成されたミラーであり、ウェハ100からの光を波長に応じて透過及び反射することにより分離する光学素子である。傾斜ダイクロイックミラー22は、所定の波長域において波長に応じて光の透過率及び反射率が変化するように構成されている。 The tilted dichroic mirror 22 is a mirror made using a special optical material, and is an optical element that separates light from the wafer 100 by transmitting and reflecting it according to its wavelength. The tilted dichroic mirror 22 is configured such that its light transmittance and reflectance change according to wavelength within a predetermined wavelength range.
図3は、光のスペクトル及び傾斜ダイクロイックミラー22の特性を説明する図である。図3において横軸は波長を示しており、縦軸はスペクトル強度(光のスペクトルの場合)及び透過率(傾斜ダイクロイックミラー22の場合)を示している。図3の傾斜ダイクロイックミラー22の特性X4に示されるように、傾斜ダイクロイックミラー22においては、所定の波長域(波長λ1~λ2の波長域)では波長の変化に応じて光の透過率(及び反射率)が緩やかに変化する。一方、該所定の波長域以外の波長域(すなわち、波長λ1よりも低波長側及び波長λ2よりも高波長側)では波長の変化に関わらず光の透過率(及び反射率)が一定とされてもよい。換言すれば、特定の波長帯(波長λ1~λ2の波長帯)では波長の変化に応じて光の透過率が単調増加(反射率が単調減少)で変化している。透過率と反射率とは、一方が大きくなる方向に変化すると他方が小さくなる方向に変化する、負の相関関係にあるため、以下では「透過率(及び反射率)」と記載せずに単に「透過率」と記載する場合がある。なお、「波長の変化に関わらず光の透過率が一定」とは、完全に一定である場合だけでなく、例えば波長1nmの変化に対する透過率の変化が0.1%以下であるような場合も含むものである。波長λ1よりも低波長側では波長の変化に関わらず光の透過率が概ね0%であってもよいし、波長λ2よりも高波長側では波長の変化に関わらず光の透過率が概ね100%であってもよい。なお、「光の透過率が概ね0%である」とは、0%+10%程度の透過率を含むものであり、「光の透過率が概ね100%である」とは、100%-10%程度の透過率を含むものである。図3において、波形X1は、光源10から出力される光の波形を示している。図3の波形X1に示されるように、光源10から出力される光は、傾斜ダイクロイックミラー22の所定の波長域(波長λ1~λ2の波長域)に含まれる波長の光を含んでいる。所定の波長域は、例えば、可視波長域であり、一例として、400nm以上700nm以下の波長域である。 Figure 3 illustrates the characteristics of the light spectrum and the tilted dichroic mirror 22. In Figure 3, the horizontal axis represents wavelength, and the vertical axis represents spectral intensity (in the case of the light spectrum) and transmittance (in the case of the tilted dichroic mirror 22). As shown in the characteristic X4 of the tilted dichroic mirror 22 in Figure 3, in the tilted dichroic mirror 22, the transmittance (and reflectance) of light changes gradually in accordance with the change in wavelength in a predetermined wavelength range (wavelength range λ1 to λ2). On the other hand, in wavelength ranges other than the predetermined wavelength range (i.e., wavelengths lower than λ1 and wavelengths higher than λ2), the transmittance (and reflectance) of light may be considered constant regardless of the change in wavelength. In other words, in a specific wavelength band (wavelength range λ1 to λ2), the transmittance of light increases monotonically (reflectance decreases monotonically) in accordance with the change in wavelength. Transmittance and reflectance have a negative correlation; when one increases, the other decreases. Therefore, below, the term "transmittance (and reflectance)" may be used instead of simply "transmittance." Note that "the transmittance of light is constant regardless of the change in wavelength" includes not only cases where it is perfectly constant, but also cases where, for example, the change in transmittance for a change of 1 nm in wavelength is 0.1% or less. At wavelengths lower than λ1, the transmittance of light may be approximately 0% regardless of the change in wavelength, and at wavelengths higher than λ2, the transmittance of light may be approximately 100% regardless of the change in wavelength. Note that "the transmittance of light is approximately 0%" includes transmittances of approximately 0% + 10%, and "the transmittance of light is approximately 100%" includes transmittances of approximately 100% - 10%. In Figure 3, waveform X1 shows the waveform of light output from light source 10. As shown in waveform X1 of Figure 3, the light output from the light source 10 includes light with wavelengths within a predetermined wavelength range (wavelength λ1 to λ2) of the tilted dichroic mirror 22. This predetermined wavelength range is, for example, the visible wavelength range, and one example is the wavelength range from 400 nm to 700 nm.
図1に戻り、エリアセンサ23,24は、ウェハ100からの光を撮像する(撮像ステップ)。エリアセンサ23,24は、傾斜ダイクロイックミラー22によって分離された光を撮像する。エリアセンサ23は、傾斜ダイクロイックミラー22において透過された光を撮像し、第2の信号を出力する。エリアセンサ24は、傾斜ダイクロイックミラー22において反射された光を撮像し、第1の信号を出力する。エリアセンサ23,24が感度を有する波長の範囲は、傾斜ダイクロイックミラー22において波長の変化に応じて光の透過率(及び反射率)が変化する所定の波長域に対応している。エリアセンサ23,24は、例えば、モノクロセンサ又はカラーセンサである。エリアセンサ23,24による撮像結果(画像)は、上述した第1の信号及び第2の信号によって制御装置30に出力される。 Returning to Figure 1, the area sensors 23 and 24 image the light from the wafer 100 (imaging step). The area sensors 23 and 24 image the light separated by the tilted dichroic mirror 22. Area sensor 23 images the light transmitted through the tilted dichroic mirror 22 and outputs a second signal. Area sensor 24 images the light reflected by the tilted dichroic mirror 22 and outputs a first signal. The wavelength range to which area sensors 23 and 24 are sensitive corresponds to a predetermined wavelength range in the tilted dichroic mirror 22 where the transmittance (and reflectance) of light changes according to the change in wavelength. Area sensors 23 and 24 are, for example, monochrome sensors or color sensors. The imaging results (images) from area sensors 23 and 24 are output to the control device 30 via the first and second signals described above.
エリアセンサ23,24の前段(上流)には、バンドパスフィルタ(不図示)が配置されていてもよい。このようなバンドパスフィルタ(不図示)は、例えば、上述した所定の波長域(傾斜ダイクロイックミラー22において、波長に応じて光の透過率及び反射率が変化する波長域)以外の波長域の光を取り除くフィルタであってもよい。 A bandpass filter (not shown) may be placed upstream of the area sensors 23 and 24. Such a bandpass filter (not shown) may, for example, be a filter that removes light in wavelengths other than the predetermined wavelength range described above (the wavelength range in the tilted dichroic mirror 22 where the transmittance and reflectance of light change depending on the wavelength).
制御装置30は、コンピュータであって、物理的には、RAM、ROM等のメモリ、CPU等のプロセッサ(演算回路)、通信インターフェイス、ハードディスク等の格納部を備えて構成されている。制御装置30は、メモリに格納されるプログラムをコンピュータシステムのCPUで実行することにより機能する。制御装置30は、マイコンやFPGAで構成されていてもよい。 The control device 30 is a computer, and physically comprises memory such as RAM and ROM, a processor (arithmetic circuit) such as a CPU, a communication interface, and a storage unit such as a hard disk. The control device 30 functions by executing programs stored in memory using the CPU of the computer system. The control device 30 may also be composed of a microcontroller or an FPGA.
制御装置30は、光を撮像したエリアセンサ23,24からの信号である第1の信号及び第2の信号に基づいてウェハ100の膜厚(ウェハ100の面内における厚み分布)を導出する。制御装置30は、膜厚の導出に係る処理として、エリアセンサ23,24からの信号に基づく測定パラメータ導出処理と、測定パラメータ等に基づく膜厚導出処理とを実施する。また、制御装置30は、膜厚導出処理を実施する前提として、膜厚と測定パラメータの関係を所定の領域ごとに示す関係情報を記憶している。制御装置30は、上述した各処理及び記憶を実現する機能的構成として、演算部31と、解析部32と、記憶部33と、を有している。演算部31は、測定パラメータ導出処理を実施する機能である。解析部32は、膜厚導出処理を実施する機能である。記憶部33は、上述した関係情報を記憶する。以下、各機能について詳細に説明する。 The control device 30 derives the film thickness of the wafer 100 (the thickness distribution within the plane of the wafer 100) based on the first and second signals, which are signals from the area sensors 23 and 24 that capture light. The control device 30 performs two processes related to the derivation of film thickness: a measurement parameter derivation process based on the signals from the area sensors 23 and 24, and a film thickness derivation process based on the measurement parameters. Furthermore, as a prerequisite for performing the film thickness derivation process, the control device 30 stores relational information showing the relationship between film thickness and measurement parameters for each predetermined region. The control device 30 has a functional configuration to realize the above-described processes and storage, comprising a calculation unit 31, an analysis unit 32, and a storage unit 33. The calculation unit 31 has the function of performing the measurement parameter derivation process. The analysis unit 32 has the function of performing the film thickness derivation process. The storage unit 33 stores the above-described relational information. Each function will be described in detail below.
演算部31は、光を撮像したエリアセンサ23,24からの信号に基づいて、ウェハ100に関する測定パラメータを所定の領域ごとに導出する。エリアセンサ23,24からの信号は、撮像領域における透過光分布、反射光分布を示す。測定パラメータは、膜厚と相関性がある各種パラメータであればよく、例えば、ウェハ100からの光の波長重心、傾斜ダイクロイックミラー22を透過した光の強度、傾斜ダイクロイックミラー22を反射した光の強度、又は、傾斜ダイクロイックミラー22を透過した光の強度と反射した光の強度との比(IT/IR或いはIR/IT)等であってもよい。以下では、測定パラメータが、ウェハ100からの光の波長重心であるとして説明する。 The calculation unit 31 derives measurement parameters for the wafer 100 for each predetermined region based on the signals from the area sensors 23 and 24 that image the light. The signals from the area sensors 23 and 24 indicate the transmitted light distribution and reflected light distribution in the imaging region. The measurement parameters can be any parameters correlated with the film thickness, such as the wavelength centroid of the light from the wafer 100, the intensity of the light transmitted through the tilted dichroic mirror 22, the intensity of the light reflected from the tilted dichroic mirror 22, or the ratio of the intensity of the light transmitted through the tilted dichroic mirror 22 to the intensity of the reflected light (IT/IR or IR/IT). In the following explanation, the measurement parameter will be described assuming it is the wavelength centroid of the light from the wafer 100.
演算部31は、エリアセンサ23における撮像結果を示すエリアセンサ23からの第2の信号に基づき特定される透過光量(傾斜ダイクロイックミラー22を透過した光の強度)の空間分布と、エリアセンサ24における撮像結果を示すエリアセンサ24からの第1の信号に基づき特定される反射光量(傾斜ダイクロイックミラー22を反射した光の強度)の空間分布とに基づき、測定パラメータとしてごと光の波長重心を所定の領域ごとに導出してもよい。所定の領域は、例えば、エリアセンサ23,24の画素に相当する領域であってもよいし、隣接する複数の画素に相当する領域であってもよい。以下では、画素を所定の領域として説明する。光の重心波長の導出に当たっては、具体的には、演算部31は、以下の(1)式に基づいて、各画素の波長重心を導出する。以下の(1)式において、x´は波長重心、IT´は透過光量、IR´は反射光量を示している。
x´=(IT´-IR´)/2(IT´+IR´) (1)
The calculation unit 31 may derive the wavelength centroid of each light as a measurement parameter for each predetermined region, based on the spatial distribution of transmitted light (intensity of light transmitted through the tilted dichroic mirror 22) identified based on the second signal from the area sensor 23 indicating the imaging result at the area sensor 23, and the spatial distribution of reflected light (intensity of light reflected from the tilted dichroic mirror 22) identified based on the first signal from the area sensor 24 indicating the imaging result at the area sensor 24. The predetermined region may be, for example, a region corresponding to a pixel of the area sensors 23 and 24, or a region corresponding to multiple adjacent pixels. In the following, a pixel will be described as a predetermined region. Specifically, in deriving the wavelength centroid of the light, the calculation unit 31 derives the wavelength centroid of each pixel based on the following equation (1). In the following equation (1), x' represents the wavelength centroid, IT' represents the transmitted light, and IR' represents the reflected light.
x' = (IT' - IR') / 2(IT' + IR') (1)
なお、演算部31は、更に、傾斜ダイクロイックミラー22の中心波長(所定の波長域の中心波長)と、傾斜ダイクロイックミラー22の幅と、を考慮して、画素ごとの光の波長重心を導出してもよい。傾斜ダイクロイックミラー22の幅とは、例えば傾斜ダイクロイックミラー22において透過率が0%となる波長から透過率が100%となる波長までの波長幅である。この場合、演算部31は、以下の(2)式に基づいて、各画素の波長重心を導出してもよい。以下の(2)式において、x´は波長重心、IT´は透過光量、IR´は反射光量、λ0は傾斜ダイクロイックミラー22の中心波長、Aは傾斜ダイクロイックミラー22の幅を示している。
x´=λ0+A(IT´-IR´)/2(IT´+IR´) (2)
Furthermore, the calculation unit 31 may derive the wavelength centroid of light for each pixel by considering the center wavelength of the tilted dichroic mirror 22 (the center wavelength of a predetermined wavelength range) and the width of the tilted dichroic mirror 22. The width of the tilted dichroic mirror 22 is, for example, the wavelength range from the wavelength at which the transmittance in the tilted dichroic mirror 22 is 0% to the wavelength at which the transmittance is 100%. In this case, the calculation unit 31 may derive the wavelength centroid of each pixel based on the following equation (2). In the following equation (2), x' is the wavelength centroid, IT' is the amount of transmitted light, IR' is the amount of reflected light, λ0 is the center wavelength of the tilted dichroic mirror 22, and A is the width of the tilted dichroic mirror 22.
x'=λ0+A(IT'-IR')/2(IT'+IR') (2)
図4は、透過光量及び反射光量に応じた波長シフトを説明する図である。上述した(1)式又は(2)式によってx´(波長重心)を導出する場合、図4に示されるように、IT´(透過光量)=IR´(反射光量)である画素については、x´=λ0(傾斜ダイクロイックミラー22の中心波長)とされる。また、IT´<IR´である画素、すなわち透過光量よりも反射光量が多い画素については、x´=λ1(λ0よりも短波長側の波長)とされる。また、IT´>IR´である画素、すなわち透過光量が反射光量よりも多い画素については、x´=λ2(λ0よりも長波長側の波長)とされる。このように、x´(波長重心)は、透過光量及び反射光量に基づいて値がシフト(波長シフト)する。 Figure 4 illustrates the wavelength shift depending on the amount of transmitted and reflected light. When deriving x' (wavelength centroid) using equation (1) or (2) above, as shown in Figure 4, for pixels where IT' (transmitted light) = IR' (reflected light), x' = λ0 (the center wavelength of the tilted dichroic mirror 22). For pixels where IT' < IR', i.e., pixels where the reflected light is greater than the transmitted light, x' = λ1 (a wavelength shorter than λ0). For pixels where IT' > IR', i.e., pixels where the transmitted light is greater than the reflected light, x' = λ2 (a wavelength longer than λ0). Thus, the value of x' (wavelength centroid) shifts (wavelength shift) based on the amount of transmitted and reflected light.
そして、波長重心は、膜厚と相関性があるため、膜厚の導出に用いることができる。図5は、波長と膜厚との関係を示す図である。図5では、横軸が波長、縦軸が反射率とされている。図5に示される例では、膜厚が820nmの例、830nmの例、840nmの例のそれぞれについて波長と反射率との関係が示されている。図5に示されるように、膜厚の違いによって、波長重心が異なることとなる。このように、波長重心と膜厚とは相関性があるため、波長重心が特定されることにより、膜厚を推定することが可能となる。 Furthermore, since the wavelength centroid correlates with film thickness, it can be used to derive film thickness. Figure 5 shows the relationship between wavelength and film thickness. In Figure 5, the horizontal axis represents wavelength, and the vertical axis represents reflectance. In the examples shown in Figure 5, the relationship between wavelength and reflectance is shown for film thicknesses of 820 nm, 830 nm, and 840 nm. As shown in Figure 5, the wavelength centroid differs depending on the film thickness. Thus, because the wavelength centroid and film thickness are correlated, it is possible to estimate the film thickness by identifying the wavelength centroid.
図1に戻り、記憶部33は、膜厚と測定パラメータ(ここでは波長重心)との関係情報を記憶する。上述したように、膜厚と波長重心とは相関性がある。そのため、膜厚と波長重心との関係情報が予め準備されていることにより、該関係情報と実際に測定された波長重心とから、膜厚を導出することができる。記憶部33は、関係情報を、膜の種類ごとに記憶している。 Returning to Figure 1, the memory unit 33 stores information regarding the relationship between film thickness and measurement parameters (in this case, the wavelength centroid). As mentioned above, there is a correlation between film thickness and the wavelength centroid. Therefore, by having pre-prepared information regarding the relationship between film thickness and the wavelength centroid, the film thickness can be derived from this relationship information and the actually measured wavelength centroid. The memory unit 33 stores this relationship information for each type of film.
関係情報は、膜の種類に応じた理論反射率と、膜厚測定装置1全体の分光特性(分光感度)と、に基づき導出されたものであってもよい。理論反射率は、膜の種類(膜の屈折率及び膜の消衰係数)及び膜厚が定まれば、波長ごとの値が定まる。膜厚測定装置1全体の分光特性は、種々の方法により、予め特定(見積り)されていればよい。以下では、膜厚測定装置1全体の分光特性の見積り方法について、例示する。 The relevant information may be derived based on the theoretical reflectance corresponding to the film type and the spectral characteristics (spectral sensitivity) of the entire film thickness measuring device 1. The theoretical reflectance can be determined for each wavelength once the film type (refractive index and extinction coefficient) and film thickness are determined. The spectral characteristics of the entire film thickness measuring device 1 can be predetermined (estimated) by various methods. The following provides an example of a method for estimating the spectral characteristics of the entire film thickness measuring device 1.
膜厚測定装置1の分光特性は、例えば、膜厚測定装置1を構成する各光学部品の分光特性(分光感度)の累積として見積りが実施されてもよい。具体的には、膜厚測定装置1の分光特性は、光源10の輝度スペクトルと、ハーフミラー11の分光透過率(透過率スペクトル)と、フィールドレンズ12の分光透過率(透過率スペクトル)と、レンズ21の分光透過率(透過率スペクトル)と、傾斜ダイクロイックミラー22の分光透過率と、エリアセンサ23の量子効率(QE:Quantum Efficiency)又は分光感度と、エリアセンサ24の量子効率(QE)又は分光感度と、ウェハ100に代えて配置されたベアウェハにおける反射率と、が累積されることにより見積りが実施されていてもよい。 The spectral characteristics of the film thickness measuring device 1 may be estimated, for example, by accumulating the spectral characteristics (spectral sensitivity) of each optical component constituting the film thickness measuring device 1. Specifically, the spectral characteristics of the film thickness measuring device 1 may be estimated by accumulating the following: the luminance spectrum of the light source 10, the spectral transmittance (transmittance spectrum) of the half mirror 11, the spectral transmittance (transmittance spectrum) of the field lens 12, the spectral transmittance (transmittance spectrum) of the lens 21, the spectral transmittance of the tilted dichroic mirror 22, the quantum efficiency (QE) or spectral sensitivity of the area sensor 23, the quantum efficiency (QE) or spectral sensitivity of the area sensor 24, and the reflectance of a bare wafer placed in place of the wafer 100.
この場合、傾斜ダイクロイックミラー22を透過する透過側の分光特性SCT_xm,yn(λ)は、以下の(3)式で示される。また、傾斜ダイクロイックミラー22を反射する反射側の分光特性SCR_xm,yn(λ)は、以下の(4)式で示される。(3)式及び(4)式において、λは波長、xm及びynはウェハ100の表面における座標、SC1は光源10の輝度スペクトル、SC2はハーフミラー11の分光透過率、SC3はフィールドレンズ12の分光透過率、SC4はレンズ21の分光透過率、SC5は傾斜ダイクロイックミラー22の分光透過率、SC6はエリアセンサ23の量子効率又は分光感度、SC7はエリアセンサ24の量子効率又は分光感度、Rはベアウェハにおける反射率を示している。
SCT_xm,yn(λ)=SC1(λ)xm,yn×SC2(λ)xm,yn×SC3(λ)xm,yn×SC4(λ)xm,yn×SC5(λ)xm,yn×SC6(λ)xm,yn×R(λ) (3)
SCR_xm,yn(λ)=SC1(λ)xm,yn×SC2(λ)xm,yn×SC3(λ)xm,yn×SC4(λ)xm,yn×SC5(λ)xm,yn×SC7(λ)xm,yn×R(λ) (4)
In this case, the spectral characteristics SCT_xm,yn(λ) of the transmitting side that passes through the tilted dichroic mirror 22 are given by equation (3) below. Also, the spectral characteristics SCR_xm,yn(λ) of the reflecting side that reflects the tilted dichroic mirror 22 are given by equation (4) below. In equations (3) and (4), λ is the wavelength, xm and yn are the coordinates on the surface of the wafer 100, SC1 is the brightness spectrum of the light source 10, SC2 is the spectral transmittance of the half mirror 11, SC3 is the spectral transmittance of the field lens 12, SC4 is the spectral transmittance of the lens 21, SC5 is the spectral transmittance of the tilted dichroic mirror 22, SC6 is the quantum efficiency or spectral sensitivity of the area sensor 23, SC7 is the quantum efficiency or spectral sensitivity of the area sensor 24, and R is the reflectance on the bare wafer.
SCT_xm,yn(λ)=SC1(λ)xm,yn×SC2(λ)xm,yn×SC3(λ)xm,yn×SC4(λ)xm,yn×SC5(λ)xm,yn×SC6(λ)xm,yn×R(λ) (3)
SCR_xm,yn(λ)=SC1(λ)xm,yn×SC2(λ)xm,yn×SC3(λ)xm,yn×SC4(λ)xm,yn×SC5(λ)xm,yn×SC7(λ)xm,yn×R(λ) (4)
なお、例えばウェハ100の表面において空間的に分光特性の均一性が高い(座標ごとの分光特性のばらつきが少ない)場合には、座標ごとの位置依存を考慮せずに、例えば、SC1(λ)xm,yn=SC1(λ)等としてもよい(SC2~SC7においても同様)。 Furthermore, if, for example, the spatial uniformity of the spectral characteristics is high on the surface of wafer 100 (the variation in spectral characteristics for each coordinate is small), then, without considering the positional dependence for each coordinate, one may use, for example, SC1(λ)xm,yn = SC1(λ) (the same applies to SC2 to SC7).
膜厚測定装置1の分光特性は、例えば、複数種類のバンドパスフィルタを用いて見積りが実施されてもよい。図6は、膜厚測定装置1の分光特性の見積りを実施する構成の一例を模式的に示した図である。図6には、上述した膜厚測定装置1に含まれる各構成に加えて、複数種類のバンドパスフィルタ51~54が示されている。例えば、スペクトルの変化率が連続的な単調な特性である場合には、フィルタホイール(不図示)やフィルタスライダー(不図示)を用いて、複数種類のバンドパスフィルタ51~54を順番に切り替えながら、ウェハ100の各座標について、膜厚測定装置1の透過側の分光特性SCT_xm,yn(λ)及び反射側の分光特性SCR_xm,yn(λ)を一括で見積ることができる。この場合には、膜厚測定装置1を構成する各光学部品の分光特性を個別に考慮せずに、エリアセンサ23において測定される透過光量から透過側の分光特性SCT_xm,yn(λ)の見積りが実施され、また、エリアセンサ24において測定される反射光量から反射側の分光特性SCR_xm,yn(λ)の見積もりが実施される。なお、本構成による分光特性の見積りを実施する場合には、ウェハ100に代えてベアウェハ500が配置されている。 The spectral characteristics of the film thickness measuring device 1 may be estimated, for example, by using multiple types of bandpass filters. Figure 6 is a schematic diagram showing an example of a configuration for estimating the spectral characteristics of the film thickness measuring device 1. In addition to the components included in the film thickness measuring device 1 described above, Figure 6 shows multiple types of bandpass filters 51 to 54. For example, if the rate of change of the spectrum is a continuous monotonic characteristic, the spectral characteristics SCT_xm,yn(λ) on the transmission side and SCR_xm,yn(λ) on the reflection side of the film thickness measuring device 1 can be estimated all at once for each coordinate of the wafer 100 by sequentially switching between multiple types of bandpass filters 51 to 54 using a filter wheel (not shown) or a filter slider (not shown). In this case, without individually considering the spectral characteristics of each optical component constituting the film thickness measuring device 1, the spectral characteristics of the transmitted side, SCT_xm,yn(λ), are estimated from the transmitted light amount measured by the area sensor 23, and the spectral characteristics of the reflected side, SCR_xm,yn(λ), are estimated from the reflected light amount measured by the area sensor 24. Note that when estimating spectral characteristics using this configuration, a bare wafer 500 is used instead of wafer 100.
図6に示される構成において、バンドパスフィルタ51~54は、所定の波長域以外の波長域の光を取り除くフィルタである。バンドパスフィルタ51は、例えば最も低波長の第1波長領域以外の波長域の光を取り除くフィルタである。バンドパスフィルタ52は、上述した第1波長領域よりも高波長側の第2波長領域以外の波長域の光を取り除くフィルタである。バンドパスフィルタ53は、上述した第2波長領域よりも高波長側の第3波長領域以外の波長域の光を取り除くフィルタである。バンドパスフィルタ54は、上述した第3波長領域よりも高波長側の第4波長領域以外の波長域の光を取り除くフィルタである。 In the configuration shown in Figure 6, bandpass filters 51 to 54 are filters that remove light in wavelength ranges other than a predetermined wavelength range. Bandpass filter 51, for example, removes light in wavelength ranges other than the first wavelength range (lowest wavelength). Bandpass filter 52 removes light in wavelength ranges other than the second wavelength range (higher wavelength than the first wavelength range). Bandpass filter 53 removes light in wavelength ranges other than the third wavelength range (higher wavelength than the second wavelength range). Bandpass filter 54 removes light in wavelength ranges other than the fourth wavelength range (higher wavelength than the third wavelength range).
図7は、図6に示される構成により実施される分光特性の見積り方法の一例を説明する図である。図7において、左側にはベアウェハ500に含まれる1つの座標のイメージが図示されており、右上にはバンドパスフィルタ51~54を切り替えながら上記1つの座標に関してエリアセンサ23において測定された透過光量が示されており、右下には上記1つの座標に関してバンドパスフィルタ51~54を切り替えながらエリアセンサ24において測定された反射光量が示されている。図7の右上図及び右下図において、横軸は波長であり、縦軸はスペクトル強度である。 Figure 7 illustrates an example of a method for estimating spectral characteristics using the configuration shown in Figure 6. In Figure 7, the left side shows an image of one coordinate within the bare wafer 500; the upper right shows the transmitted light quantity measured by the area sensor 23 for the same coordinate while switching between bandpass filters 51-54; and the lower right shows the reflected light quantity measured by the area sensor 24 while switching between bandpass filters 51-54 for the same coordinate. In the upper right and lower right diagrams of Figure 7, the horizontal axis represents wavelength, and the vertical axis represents spectral intensity.
図7の右上図において、バンドパスフィルタ51の第1波長領域に対応する波長領域が波長領域151であり、バンドパスフィルタ52の第2波長領域に対応する波長領域が波長領域152であり、バンドパスフィルタ53の第3波長領域に対応する波長領域が波長領域153であり、バンドパスフィルタ54の第4波長領域に対応する波長領域が波長領域154である。図7の右上図に示されるように、各バンドパスフィルタ51~54を用いた際の透過光量が特定されることにより、これらの透過光量のデータに対して例えばカーブフィッティングを行うことにより、波長とスペクトル強度との関係を示す曲線160が導かれる。このような曲線160を示す関係式(多項式)は、透過側の分光特性SCT_xm,yn(λ)を示す関係式である。なお、カーブフィッティングの方式としては、例えば、多項式近似法やその他曲線あてはめ法などがある。また、カーブフィッティング以外にも補間法などを用いて波長とスペクトル強度との関係を示す曲線を導出してもよい。 In the upper right diagram of Figure 7, wavelength region 151 corresponds to the first wavelength region of bandpass filter 51, wavelength region 152 corresponds to the second wavelength region of bandpass filter 52, wavelength region 153 corresponds to the third wavelength region of bandpass filter 53, and wavelength region 154 corresponds to the fourth wavelength region of bandpass filter 54. As shown in the upper right diagram of Figure 7, by determining the amount of transmitted light when using each bandpass filter 51-54, a curve 160 showing the relationship between wavelength and spectral intensity can be derived by, for example, performing curve fitting on this transmitted light data. The relational expression (polynomial) representing such a curve 160 is a relational expression showing the spectral characteristics SCT_xm,yn(λ) on the transmission side. Note that curve fitting methods include, for example, polynomial approximation and other curve fitting methods. Furthermore, a curve showing the relationship between wavelength and spectral intensity may also be derived using interpolation methods or other methods besides curve fitting.
同様に、図7の右下図において、バンドパスフィルタ51の第1波長領域に対応する波長領域が波長領域251であり、バンドパスフィルタ52の第2波長領域に対応する波長領域が波長領域252であり、バンドパスフィルタ53の第3波長領域に対応する波長領域が波長領域253であり、バンドパスフィルタ54の第4波長領域に対応する波長領域が波長領域254である。図7の右下図に示されるように、各バンドパスフィルタ51~54を用いた際の透過光量が特定されることにより、これらの透過光量のデータに対してカーブフィッティングを行うことにより、波長とスペクトル強度との関係を示す曲線260が導かれる。このような曲線260を示す関係式(多項式)は、反射側の分光特性SCR_xm,yn(λ)を示す関係式である。なお、カーブフィッティングの方式としては、例えば、多項式近似法やその他曲線あてはめ法などがある。また、カーブフィッティング以外にも補間法などを用いて波長とスペクトル強度との関係を示す曲線を導出してもよい。以上のように、バンドパスフィルタ51~54を用いて、膜厚測定装置1の分光特性の見積りを実施することができる。 Similarly, in the lower right diagram of Figure 7, the wavelength region corresponding to the first wavelength region of bandpass filter 51 is wavelength region 251, the wavelength region corresponding to the second wavelength region of bandpass filter 52 is wavelength region 252, the wavelength region corresponding to the third wavelength region of bandpass filter 53 is wavelength region 253, and the wavelength region corresponding to the fourth wavelength region of bandpass filter 54 is wavelength region 254. As shown in the lower right diagram of Figure 7, by specifying the amount of transmitted light when using each bandpass filter 51 to 54, a curve 260 showing the relationship between wavelength and spectral intensity is derived by performing curve fitting on this transmitted light data. The relational expression (polynomial) that shows such a curve 260 is a relational expression that shows the spectral characteristics SCR_xm,yn(λ) on the reflecting side. Note that curve fitting methods include, for example, polynomial approximation and other curve fitting methods. In addition to curve fitting, a curve showing the relationship between wavelength and spectral intensity may also be derived using interpolation methods or other methods. As described above, the spectral characteristics of the film thickness measuring device 1 can be estimated using the bandpass filters 51 to 54.
また、膜厚測定装置1の分光特性は、例えば、分光器を用いて見積りが実施されてもよい。図8は、膜厚測定装置1の分光特性の見積りを実施する他の構成の一例を模式的に示した図である。図8には、上述した膜厚測定装置1のエリアセンサ23,24に代えて、分光器60,70が設けられた構成が示されている。 Furthermore, the spectral characteristics of the film thickness measuring device 1 may be estimated using, for example, a spectrometer. Figure 8 schematically shows an example of another configuration for estimating the spectral characteristics of the film thickness measuring device 1. Figure 8 shows a configuration in which spectrometers 60 and 70 are provided instead of the area sensors 23 and 24 of the film thickness measuring device 1 described above.
分光器60は、透過側の分光特性SCT_xm,yn(λ)の内、エリアセンサ23の量子効率又は分光感度であるSC6(λ)xm,yn以外の各光学部品の分光特性の累積である分光特性SC8(λ)xm,ynを導出することができる。分光器60は、測定部61及びプローブヘッド62を有する。分光器60は、プローブヘッド62から入力された光(傾斜ダイクロイックミラー22を透過した光)について、波長ごとに分光し、測定部61において波長ごとの強度を導出する。このようにして、上述した分光特性SC8(λ)xm,ynが導出される。透過側の分光特性SCT_xm,yn(λ)は、以下の(5)式で示されるように、エリアセンサ23の量子効率又は分光感度であるSC6(λ)xm,ynと、各光学部品の分光特性の累積である分光特性SC8(λ)xm,ynとの積で示される。
SCT_xm,yn(λ)=SC6(λ)xm,yn×SC8(λ)xm,yn (5)
The spectrometer 60 can derive the spectral characteristic SC8(λ)xm,yn, which is the cumulative spectral characteristic of each optical component, excluding SC6(λ)xm,yn, which is the quantum efficiency or spectral sensitivity of the area sensor 23, from the transmitted spectral characteristic SCT_xm,yn(λ). The spectrometer 60 has a measuring unit 61 and a probe head 62. The spectrometer 60 spectrally analyzes the light input from the probe head 62 (light transmitted through the tilted dichroic mirror 22) for each wavelength, and derives the intensity for each wavelength in the measuring unit 61. In this way, the spectral characteristic SC8(λ)xm,yn described above is derived. The transmitted spectral characteristic SCT_xm,yn(λ) is expressed as the product of SC6(λ)xm,yn, which is the quantum efficiency or spectral sensitivity of the area sensor 23, and the spectral characteristic SC8(λ)xm,yn, which is the cumulative spectral characteristic of each optical component, as shown in equation (5) below.
SCT_xm,yn(λ)=SC6(λ)xm,yn×SC8(λ)xm,yn (5)
同様に、分光器70は、反射側の分光特性SCR_xm,yn(λ)の内、エリアセンサ24の量子効率又は分光感度であるSC7(λ)xm,yn以外の各光学部品の分光特性の累積である分光特性SC9(λ)xm,ynを導出することができる。分光器70は、測定部71及びプローブヘッド72を有する。分光器70は、プローブヘッド72から入力された光(傾斜ダイクロイックミラー22を反射した光)について、波長ごとに分光し、測定部71において波長ごとの強度を導出する。このようにして、上述した分光特性SC9(λ)xm,ynが導出される。反射側の分光特性SCR_xm,yn(λ)は、以下の(6)式で示されるように、エリアセンサ24の量子効率又は分光感度であるSC7(λ)xm,ynと、各光学部品の分光特性の累積である分光特性SC9(λ)xm,ynとの積で示される。
SCR_xm,yn(λ)=SC7(λ)xm,yn×SC9(λ)xm,yn (6)
Similarly, the spectrometer 70 can derive the spectral characteristic SC9(λ)xm,yn, which is the cumulative spectral characteristic of each optical component, excluding SC7(λ)xm,yn, which is the quantum efficiency or spectral sensitivity of the area sensor 24, from the spectral characteristic SCR_xm,yn(λ) on the reflective side. The spectrometer 70 has a measuring unit 71 and a probe head 72. The spectrometer 70 spectrally analyzes the light input from the probe head 72 (light reflected from the tilted dichroic mirror 22) for each wavelength, and derives the intensity for each wavelength in the measuring unit 71. In this way, the spectral characteristic SC9(λ)xm,yn described above is derived. The spectral characteristic SCR_xm,yn(λ) on the reflective side is expressed as the product of SC7(λ)xm,yn, which is the quantum efficiency or spectral sensitivity of the area sensor 24, and the spectral characteristic SC9(λ)xm,yn, which is the cumulative spectral characteristic of each optical component, as shown in equation (6) below.
SCR_xm,yn(λ)=SC7(λ)xm,yn×SC9(λ)xm,yn (6)
なお、上記では、膜厚測定装置1を用いて膜厚測定装置1の分光特性の見積りを実施する複数の例を説明したが、膜厚測定装置1の分光特性の見積りは、必ずしも膜厚測定装置1で実施されなくてもよい。すなわち、記憶部33に、上述した関係情報が記憶されていればよく、該関係情報の導出に用いる膜厚測定装置1の分光特性は、どのように求められたものであってもよい。 Furthermore, while the above describes several examples of estimating the spectral characteristics of the film thickness measuring device 1 using the device itself, the estimation of the spectral characteristics of the film thickness measuring device 1 does not necessarily have to be performed using the device itself. That is, it is sufficient that the aforementioned relationship information is stored in the storage unit 33, and the spectral characteristics of the film thickness measuring device 1 used to derive this relationship information can be determined in any way.
上述したように、膜厚と波長重心との関係情報は、膜の種類に応じた理論反射率と、膜厚測定装置1の分光特性とに基づき導出される。関係情報の導出は、詳細には、理論反射率と膜厚測定装置1の分光特性とから波長重心(測定パラメータ)の期待値が導出されること(図9参照)と、波長重心の期待値がプロットされてカーブフィッティングにより関係式が導出されること(図10参照)と、が実施されることにより行われる。以下では、ある1つの膜の種類についての、膜厚と波長重心との関係情報を導出する例について、説明する。 As described above, the relationship between film thickness and wavelength centroid is derived based on the theoretical reflectance corresponding to the film type and the spectral characteristics of the film thickness measuring device 1. The derivation of this relationship is performed, in detail, by deriving the expected value of the wavelength centroid (measurement parameter) from the theoretical reflectance and the spectral characteristics of the film thickness measuring device 1 (see Figure 9), and then deriving the relationship equation by plotting the expected value of the wavelength centroid and performing curve fitting (see Figure 10). Below, an example of deriving the relationship between film thickness and wavelength centroid for a specific film type will be explained.
図9は、測定パラメータである波長重心の期待値の導出について説明する図である。いま、膜の種類が定まっているので、波長ごとの理論反射率の値は、膜厚に応じて決まる。ある膜厚が指定されて、波長ごとの理論反射率R´の値が決まっているとする。この場合、波長ごとの理論反射率R´と、波長ごとの膜厚測定装置1の透過側の分光特性SCT_xm,yn(λ)とに基づいて、エリアセンサ23において測定される透過光量IT´の期待値を推定することができる。エリアセンサ23には分光機能がないため、エリアセンサ23において測定される透過光量IT´の期待値は、各波長についての光の強度が積分された値となる。同様に、波長ごとの理論反射率R´と、波長ごとの膜厚測定装置1の反射側の分光特性SCR_xm,yn(λ)とに基づいて、エリアセンサ24において測定される反射光量IR´の期待値を推定することができる。そして、上述した(1)式又は(2)式より、透過光量IT´の期待値及び反射光量IR´の期待値から、波長重心x´の期待値を導出することができる。このように、膜の種類が定められた状態において、ある膜厚における波長重心x´の期待値を導出することができる。そして、同じ膜の種類で且つ膜厚の条件を変えながら、各膜厚における波長重心x´の期待値を導出する。これにより、ある膜の種類について、複数の膜厚条件それぞれの波長重心x´の期待値が導出された状態となる。 Figure 9 illustrates the derivation of the expected value of the wavelength centroid, which is a measurement parameter. Since the film type is fixed, the theoretical reflectance values for each wavelength are determined according to the film thickness. Suppose a certain film thickness is specified and the theoretical reflectance R' values for each wavelength are determined. In this case, the expected value of the transmitted light quantity IT' measured by the area sensor 23 can be estimated based on the theoretical reflectance R' for each wavelength and the spectral characteristics SCT_xm,yn(λ) of the transmission side of the film thickness measuring device 1 for each wavelength. Since the area sensor 23 does not have a spectral function, the expected value of the transmitted light quantity IT' measured by the area sensor 23 is the integrated value of the light intensity for each wavelength. Similarly, the expected value of the reflected light quantity IR' measured by the area sensor 24 can be estimated based on the theoretical reflectance R' for each wavelength and the spectral characteristics SCR_xm,yn(λ) of the reflection side of the film thickness measuring device 1 for each wavelength. Then, from equation (1) or (2) described above, the expected value of the wavelength centroid x' can be derived from the expected value of the transmitted light amount IT' and the expected value of the reflected light amount IR'. In this way, given a defined film type, the expected value of the wavelength centroid x' at a given film thickness can be derived. Then, the expected value of the wavelength centroid x' at each film thickness can be derived while varying the film thickness condition while using the same film type. This results in a state where the expected values of the wavelength centroid x' for multiple film thickness conditions have been derived for a given film type.
図10は、カーブフィッティングによる関係式の導出について説明する図である。いま、ある膜の種類について、複数の膜厚条件における波長重心x´の期待値がそれぞれ導出されている。例えば図10に示される例では、3パターンの膜厚(膜厚d=90nm、100nm、110nm)それぞれにおける波長重心x´の期待値が、横軸:波長重心x´、縦軸:膜厚dのグラフ上にプロットされている。実際には、膜厚条件を変えた波長重心x´の期待値が、より多くプロットされる。そして、プロットされた各データに対してカープフィッティングを行うことにより、膜厚dと波長重心x´との関係を示す曲線360が導出される。このような曲線360を示す関係式は、膜厚と測定パラメータとの関係式である。膜厚と測定パラメータとの関係式は、例えば以下の(7)式のように、多項式で示される。多項式の各パラメータ(a、b、c、…)が求められることにより、波長重心x´が入力されれば、膜厚dを導出することができる状態になる。
dxm,yn(x´)=axm,yn+bxm,ynx´+cxm,ynx´2+・・・ (7)
Figure 10 illustrates the derivation of the relational equation by curve fitting. Currently, for a certain type of film, the expected values of the wavelength centroid x' for multiple film thickness conditions have been derived. For example, in the example shown in Figure 10, the expected values of the wavelength centroid x' for three different film thicknesses (film thickness d = 90 nm, 100 nm, 110 nm) are plotted on a graph with the horizontal axis being the wavelength centroid x' and the vertical axis being the film thickness d. In reality, more expected values of the wavelength centroid x' for different film thickness conditions are plotted. Then, by performing curve fitting on each plotted data, a curve 360 showing the relationship between film thickness d and the wavelength centroid x' is derived. The relational equation that shows such a curve 360 is the relational equation between film thickness and measurement parameters. The relational equation between film thickness and measurement parameters is expressed as a polynomial, for example, as in equation (7) below. By determining each parameter (a, b, c, ...) of the polynomial, it becomes possible to derive the film thickness d if the wavelength centroid x' is input.
dxm, yn (x') = axm, yn + bxm, ynx' + cxm, ynx' 2 +... (7)
図1に戻り、記憶部33は、上記(7)式で示されるような膜厚と波長重心との関係式を、上述した関係情報として記憶している。この場合、関係情報は、理論反射率と膜厚測定装置1の分光特性とに基づき導出される各膜厚に対応する波長重心の期待値がそれぞれプロットされてフィッティングされることにより導出された、膜厚と波長重心との関係式である。記憶部33は、このような関係式を、膜の種類ごとに記憶している。 Returning to Figure 1, the memory unit 33 stores the relationship between film thickness and wavelength centroid, as shown in equation (7) above, as the aforementioned relationship information. In this case, the relationship information is the relationship between film thickness and wavelength centroid derived by plotting and fitting the expected values of the wavelength centroid corresponding to each film thickness, which are derived based on the theoretical reflectance and the spectral characteristics of the film thickness measuring device 1. The memory unit 33 stores such relationship equations for each type of film.
解析部32は、関係情報として記憶部33に記憶されている膜厚と波長重心との関係式と、演算部31によって求められたウェハ100に関する測定パラメータである波長重心とに基づいて、ウェハ100の膜厚を導出する。解析部32は、ウェハ100の膜の種類に応じた関係式と、演算部31によって求められた波長重心とに基づいて、ウェハ100の膜厚を導出する(解析ステップ)。すなわち、解析部32は、記憶部33から、ウェハ100の膜の種類に応じた関係式を読み出すと共に(読出しステップ)、(7)式で示されるような関係式の波長重心x´に演算部31によって求められた波長重心を入力することにより、ウェハ100の膜厚dを導出する。 The analysis unit 32 derives the film thickness of the wafer 100 based on the relationship between film thickness and wavelength centroid stored in the storage unit 33 as related information, and the wavelength centroid, which is a measurement parameter related to the wafer 100, obtained by the calculation unit 31. The analysis unit 32 derives the film thickness of the wafer 100 based on the relationship according to the type of film on the wafer 100 and the wavelength centroid obtained by the calculation unit 31 (analysis step). That is, the analysis unit 32 reads the relationship according to the type of film on the wafer 100 from the storage unit 33 (reading step), and derives the film thickness d of the wafer 100 by inputting the wavelength centroid obtained by the calculation unit 31 into the wavelength centroid x' of the relationship as shown in equation (7).
図11は、関係式を用いた膜厚の導出について説明する図である。図11に示されるように、膜厚dと波長重心x´との関係を示す曲線360が導出され上記(7)式が導出されている場合においては、演算部31によって求められた波長重心x´の値から、膜厚dの値を一意に導出することができる。 Figure 11 illustrates the derivation of film thickness using the relational equation. As shown in Figure 11, when the curve 360 showing the relationship between film thickness d and the wavelength centroid x' is derived and equation (7) is derived, the value of film thickness d can be uniquely derived from the value of the wavelength centroid x' obtained by the calculation unit 31.
なお、上述したように、測定パラメータは、波長重心x´以外の膜厚と相関性がある各種パラメータであってもよい。図12(a)~(c)は、波長重心以外の測定パラメータに係る関係式の導出について説明する図である。 As mentioned above, the measurement parameters may be various parameters that correlate with the film thickness other than the wavelength centroid x'. Figures 12(a) to (c) illustrate the derivation of the relational equations related to measurement parameters other than the wavelength centroid.
図12(a)は、エリアセンサ23において測定される透過光量IT´とエリアセンサ24において測定される反射光量IR´との比(レシオ)が測定パラメータとされる場合の関係式の導出について説明する図である。レシオの期待値x´´については、以下の(8)式により導出される。
x´´=IT´/IR´ (8)
同じ膜の種類で且つ膜厚の条件を変えながら、レシオの期待値x´´を複数導出し、各レシオの期待値x´´をプロットしてカーブフィッティングを行うことにより、膜厚dとレシオx´´との関係を示す曲線460が導出され、該曲線460を示す以下の(9)式で示される関係式が導出される。
dxm,yn(x´´)=axm,yn+bxm,ynx´´+cxm,ynx´´2+・・ (9)
Figure 12(a) illustrates the derivation of the relationship when the ratio of the transmitted light quantity IT' measured by the area sensor 23 to the reflected light quantity IR' measured by the area sensor 24 is used as the measurement parameter. The expected value x'' of the ratio is derived by equation (8) below.
x'' = IT'' / IR'' (8)
By deriving multiple expected values x'' of the ratio while changing the film thickness conditions for the same type of film, plotting the expected values x'' of each ratio, and performing curve fitting, a curve 460 showing the relationship between film thickness d and ratio x'' is derived, and the following relational equation (9) showing the curve 460 is derived.
dxm,yn(x'')=axm,yn+bxm,ynx''+cxm,ynx''2+... (9)
同様にして、透過光量IT´が測定パラメータとされる場合には、同じ膜の種類で且つ膜厚の条件を変えながら、透過光量IT´の期待値x´´´を複数導出し、各透過光量IT´の期待値x´´´をプロットしてカーブフィッティングを行うことにより、膜厚dと透過光量x´´´との関係を示す曲線560が導出され(図12(b)参照)、該曲線560を示す以下の(10)式で示される関係式が導出される。
dxm,yn(x´´´)=axm,yn+bxm,ynx´´´+cxm,ynx´´´2+・・ (10)
Similarly, when the transmitted light amount IT' is used as the measurement parameter, multiple expected values x'''' of the transmitted light amount IT' are derived using the same film type but with varying film thickness conditions. By plotting each expected value x'''' of the transmitted light amount IT' and performing curve fitting, a curve 560 showing the relationship between film thickness d and transmitted light amount x'''' is derived (see Figure 12(b)). The following relational equation (10) showing the curve 560 is then derived.
dxm,yn(x´´´)=axm,yn+bxm,ynx´´´+cxm,ynx´´´2+... (10)
同様にして、反射光量IR´が測定パラメータとされる場合には、同じ膜の種類で且つ膜厚の条件を変えながら、反射光量IR´の期待値x´´´´を複数導出し、各反射光量IR´の期待値x´´´´をプロットしてカーブフィッティングを行うことにより、膜厚dと反射光量x´´´´との関係を示す曲線660が導出され(図12(c)参照)、該曲線660を示す以下の(11)式で示される関係式が導出される。
dxm,yn(x´´´´)=axm,yn+bxm,ynx´´´´+cxm,ynx´´´´2+・・ (11)
Similarly, when the reflected light intensity IR' is used as the measurement parameter, multiple expected values x'''' of the reflected light intensity IR' are derived using the same film type but with varying film thickness conditions. By plotting each expected value x'''' of the reflected light intensity IR' and performing curve fitting, a curve 660 showing the relationship between film thickness d and reflected light intensity x'''' is derived (see Figure 12(c)). The following relational equation (11) showing the curve 660 is then derived.
dxm,yn(x´´´´)=axm,yn+bxm,ynx´´´´+cxm,ynx´´´´2+... (11)
なお、上記実施形態の膜厚測定装置1では、傾斜ダイクロイックミラー22によって透過及び反射された光がそれぞれエリアセンサ23,24によって撮像されることにより、測定パラメータが導出され、膜厚が導出されるとして説明した。本開示はこのような態様に限定されず、例えば、傾斜ダイクロイックミラー22を備えない膜厚測定装置によって対象物の膜厚が測定されてもよい。 In the above embodiment of the film thickness measuring device 1, it was explained that measurement parameters and film thickness are derived by imaging the light transmitted and reflected by the inclined dichroic mirror 22, respectively, with the area sensors 23 and 24. This disclosure is not limited to this embodiment; for example, the film thickness of an object may be measured using a film thickness measuring device that does not include the inclined dichroic mirror 22.
図13は、変形例に係る膜厚測定装置1Bを模式的に示した図である。なお、図13においては、制御装置30(演算部,記憶部,解析部)の図示を省略している。図13に示されるように、膜厚測定装置1Bは、膜厚測定装置1におけるカメラシステム20に代えて、カメラシステム20Bを有している。カメラシステム20Bは、傾斜ダイクロイックミラーを有しておらず、また、エリアセンサを1つのみ有している。すなわち、カメラシステム20Bは、レンズ21と、1つのエリアセンサ23Bと、を有している。このような構成においては、エリアセンサ23Bにおいて、光量(ウェハ100からの光の強度)を測定することができる。そのため、例えば、このような光量と膜厚との関係を示す関係式が、上述した関係情報として予め記憶されていることにより、当該関係式と測定された光量とに基づき、膜厚を導出することができる。この場合においても、関係式(関係情報)は、膜の種類に応じた理論反射率と、膜厚測定装置1B全体の分光特性とに基づき導出されたものである。 Figure 13 schematically shows a modified film thickness measuring device 1B. Note that the control device 30 (calculation unit, storage unit, analysis unit) is omitted from the illustration in Figure 13. As shown in Figure 13, the film thickness measuring device 1B has a camera system 20B instead of the camera system 20 in the film thickness measuring device 1. The camera system 20B does not have a tilted dichroic mirror and has only one area sensor. Specifically, the camera system 20B has a lens 21 and one area sensor 23B. In this configuration, the area sensor 23B can measure the amount of light (the intensity of light from the wafer 100). Therefore, for example, a relational expression showing the relationship between such light amount and film thickness is pre-stored as the relational information described above, and the film thickness can be derived based on this relational expression and the measured light amount. In this case as well, the relational expression (relational information) is derived based on the theoretical reflectance according to the type of film and the spectral characteristics of the entire film thickness measuring device 1B.
また、上記実施形態では、基板100aの表面に膜100bが一層のみ形成されたウェハ100の膜厚を測定する例を説明したが、これに限定されず、基板の表面に膜が2層以上形成された多層膜構造のウェハの膜厚が測定されてもよい。 Furthermore, although the above embodiment described an example of measuring the film thickness of a wafer 100 in which only one film 100b is formed on the surface of the substrate 100a, the invention is not limited to this, and the film thickness of a wafer with a multilayer film structure in which two or more films are formed on the surface of the substrate may also be measured.
図14は、変形例に係る多層膜構造のウェハを模式的に示した断面図である。図14に示されるように、ウェハ200は、基板200aと、膜200bと、膜200cと、を有している。膜200bは、基板200aに積層された第1層である。また、膜200cは、膜200bに積層された第2層である。つまり、第2層は、ウェハの表面側の層にあたる。ここでは、一例として、膜200bが二酸化ケイ素(SiO2)膜であり、膜200cがシリコン窒化(SiN)膜であるとして説明するが、膜の種類はこれに限定されない。 Figure 14 is a schematic cross-sectional view of a wafer with a multilayer film structure according to a modified example. As shown in Figure 14, the wafer 200 has a substrate 200a, a film 200b, and a film 200c. Film 200b is the first layer laminated on the substrate 200a. Film 200c is the second layer laminated on film 200b. In other words, the second layer is the surface layer of the wafer. Here, as an example, we will explain assuming that film 200b is a silicon dioxide (SiO2) film and film 200c is a silicon nitride (SiN) film, but the type of film is not limited to these.
以下では、図14に示されるような多層膜構造のウェハ200についての膜厚測定の手順の一例について説明する。このような膜厚測定は、第1層導出工程と、第2層成膜工程と、第2層成膜後の波長重心導出工程と、第2層導出工程と、を含んでいる。これらの工程は、順番に実施される。 The following describes an example of a procedure for measuring the film thickness of a multilayer wafer 200 as shown in Figure 14. This film thickness measurement includes a first layer derivation step, a second layer deposition step, a wavelength centroid derivation step after second layer deposition, and a second layer derivation step. These steps are performed in sequence.
第1層導出工程では、第1層である膜200bのみが成膜されたウェハが準備され、該ウェハについての膜厚測定(すなわち、膜200bに係る膜厚測定)及び評価が実施される。第1層のみの膜厚導出については、上記実施形態において説明した方法により実施することができる。図15(a)は、第1層について測定される波長重心の分布を示す図であり、図15(b)は図15(a)に示される波長重心に基づいて導出された第1層についての膜厚の分布を示す図である。このように、実施形態において説明した方法によって、第1層の波長重心の分布が導出されると、第1層の膜厚の分布を導出することができる。 In the first layer derivation step, a wafer with only the first layer, film 200b, deposited is prepared, and film thickness measurement (i.e., film thickness measurement of film 200b) and evaluation are performed on this wafer. The derivation of the film thickness of only the first layer can be performed using the method described in the above embodiment. Figure 15(a) shows the distribution of the wavelength centroid measured for the first layer, and Figure 15(b) shows the distribution of the film thickness for the first layer derived based on the wavelength centroid shown in Figure 15(a). Thus, by deriving the distribution of the wavelength centroid of the first layer using the method described in the embodiment, the distribution of the film thickness of the first layer can be derived.
第2層成膜工程は、第1層導出工程に続いて実施される。第2層成膜工程では、膜200bに積層されるように、第2層である膜200cが成膜される。これにより、図14に示されるようなウェハ200が完成する。 The second layer deposition process is performed following the first layer extraction process. In the second layer deposition process, the second layer, film 200c, is deposited so as to be stacked on film 200b. This completes the wafer 200 as shown in Figure 14.
第2層成膜後の波長重心導出工程は、第2層成膜工程に続いて実施される。第2層成膜後の波長重心導出工程では、上記実施形態における波長重心導出と同様に、ウェハ200からの光の撮像結果に基づいて、第2層成膜後の波長重心が導出される。図16は、第2層成膜後に測定される波長重心の分布を示す図である。 The wavelength centroid derivation process after the second layer deposition is performed immediately following the second layer deposition process. In the wavelength centroid derivation process after the second layer deposition, the wavelength centroid after the second layer deposition is derived based on the imaging results of light from the wafer 200, similar to the wavelength centroid derivation in the above embodiment. Figure 16 shows the distribution of the wavelength centroid measured after the second layer deposition.
第2層導出工程は、第2層成膜後の波長重心導出工程に続いて実施される。図17は、第2層成膜後に測定した波長重心、及び、第1層の膜厚に基づく、第2層膜厚の導出について説明する図である。図17に示されるように、第2層導出工程では、第2層成膜後の波長重心導出工程において測定(導出)された第2層成膜後の波長重心と、第1層導出工程において測定(導出)された第1層の膜厚とに基づいて、第2層の膜厚が導出される。 The second layer derivation process is performed following the wavelength centroid derivation process after the second layer deposition. Figure 17 illustrates the derivation of the second layer thickness based on the wavelength centroid measured after the second layer deposition and the thickness of the first layer. As shown in Figure 17, in the second layer derivation process, the thickness of the second layer is derived based on the wavelength centroid after the second layer deposition, which was measured (derived) in the wavelength centroid derivation process after the second layer deposition, and the thickness of the first layer, which was measured (derived) in the first layer derivation process.
第2層導出工程を実施する前提として、記憶部33は、第1層の膜の種類及び膜厚、並びに、第2層の膜の種類の組み合わせごとに、第2層の膜厚と波長重心(測定パラメータ)との関係情報を記憶している。図18は、第1層膜厚ごとの第2層膜厚と波長重心との関係について説明する図である。図18において「SiO2膜厚」とは、第1層の膜厚を示している。図18に示されるように、第2層の膜厚と波長重心との関係は、第1層の膜厚に応じて変化する。このため、予め、第1層の膜の種類及び膜厚と、第2層の膜の種類との組み合わせごとに、第2層の膜厚と波長重心との関係情報(図18参照)が記憶されていることにより、高精度に第1層の膜厚測定を実施することができる。 As a prerequisite for performing the second layer derivation process, the memory unit 33 stores information on the relationship between the second layer thickness and the wavelength centroid (measurement parameter) for each combination of the first layer film type and thickness, and the second layer film type. Figure 18 illustrates the relationship between the second layer thickness and the wavelength centroid for each first layer thickness. In Figure 18, "SiO2 film thickness" refers to the first layer thickness. As shown in Figure 18, the relationship between the second layer thickness and the wavelength centroid changes depending on the first layer thickness. Therefore, by pre-storing information on the relationship between the second layer thickness and the wavelength centroid (see Figure 18) for each combination of the first layer film type and thickness, and the second layer film type, the first layer thickness can be measured with high accuracy.
解析部32は、ウェハ200の膜200bの膜の種類及び膜厚、並びに、膜200cの膜の種類の組み合わせに応じた関係情報と、演算部31によって求められたウェハ200に関する波長重心とに基づいて、ウェハ200の膜200cの膜厚を導出する。 The analysis unit 32 derives the film thickness of film 200c on wafer 200 based on relationship information corresponding to the combination of film type and film thickness of film 200b on wafer 200, and film type of film 200c, as well as the wavelength centroid of wafer 200 obtained by the calculation unit 31.
このように、第1層の膜の種類及び膜厚、並びに、第2層の膜の種類の組み合わせごとに、第2層の膜厚と測定パラメータとの関係情報が規定されていることにより、第1層である膜200bの種類及び膜厚と、第2層である膜200cの種類と、波長重心とが既知である場合において、高精度且つ簡便に膜200cの膜厚測定を実施することができる。 Thus, by defining the relationship information between the film thickness of the second layer and the measurement parameters for each combination of the type and film thickness of the first layer and the type of film of the second layer, it is possible to perform highly accurate and simple film thickness measurement of film 200c when the type and film thickness of the first layer (film 200b), the type of the second layer (film 200c), and the wavelength centroid are known.
以下では、上述した多層膜構造のウェハ200における第2層の膜厚(厚み分布)導出について、詳細に説明する。 The following section provides a detailed explanation of how to derive the film thickness (thickness distribution) of the second layer in the multilayer wafer 200 described above.
最初に、ウェハ200に対して各種処理が行われて半導体デバイス(半導体チップ)600が製造されるまでの半導体デバイス製造方法の製造過程について説明する。図19(a)~(i)及び図20(a)~(j)は、半導体デバイス600の製造過程を説明する図である。ここでは、半導体デバイス600の製造途中における各状態を全てウェハ200として説明する。なお、以下の製造過程はあくまでも一例である。 First, we will explain the manufacturing process of a semiconductor device, from the various processes performed on the wafer 200 to the production of the semiconductor device (semiconductor chip) 600. Figures 19(a) to (i) and 20(a) to (j) illustrate the manufacturing process of the semiconductor device 600. Here, all states during the manufacturing process of the semiconductor device 600 are described as the wafer 200. Note that the following manufacturing process is merely an example.
図19(a)に示されるように、最初に、例えば単結晶インゴットをスライスして研磨を行うことにより、鏡面のシリコン基板210が製造される。つづいて、図19(b)に示されるように、シリコン基板210に酸化膜211及び窒化膜212が成膜される。これらの膜は、半導体デバイス600における絶縁膜として機能するものであってもよいし、エッチング工程時のマスクとして機能するものであってもよい。 As shown in Figure 19(a), first, a mirror-finish silicon substrate 210 is manufactured by, for example, slicing and polishing a single-crystal ingot. Subsequently, as shown in Figure 19(b), an oxide film 211 and a nitride film 212 are deposited on the silicon substrate 210. These films may function as insulating films in the semiconductor device 600, or they may function as masks during the etching process.
つづいて、図19(c)に示されるように、スピンコーティング等により窒化膜212上にレジスト213(フォトレジスト)が塗布される。フォトレジストは、フォトリソグラフィー工程においてエッチングマスクとして機能する。つづいて、図19(d)に示されるように、回路パターンが描かれたマスク400を通して、ウェハ200にUV光が照射される。これにより、レジスト213の溶解性が変化して、後述する現像工程におけるレジスト213の一部除去が可能になる。 Next, as shown in Figure 19(c), a resist 213 (photoresist) is applied to the nitride film 212 by spin coating or the like. The photoresist functions as an etching mask in the photolithography process. Then, as shown in Figure 19(d), UV light is irradiated onto the wafer 200 through a mask 400 on which the circuit pattern is drawn. This changes the solubility of the resist 213, allowing for partial removal of the resist 213 in the development process described later.
つづいて、図19(e)に示されるように、現像工程において不要なレジスト213を溶解し、回路パターンを刻むためのマスクが形成される。すなわち、現像工程において残ったレジスト213は、エッチング工程時のマスクとなる。つづいて、図19(f)に示されるように、レジスト213をマスクとしてエッチングにより不要な部分が除去されて、回路が形成される。 Next, as shown in Figure 19(e), the excess resist 213 in the development process is dissolved, forming a mask for etching the circuit pattern. That is, the resist 213 remaining in the development process becomes a mask during the etching process. Then, as shown in Figure 19(f), the excess is removed by etching using the resist 213 as a mask, forming the circuit.
つづいて、図19(g)に示されるように、ウェット方式又はアッシング方式等により、不要なレジストが剥離されて除去される。つづいて、図19(h)に示されるように、エッチングで形成した溝に酸化膜214を堆積させる。このような酸化膜214は、半導体素子間を電気的に絶縁するための絶縁膜となる。 Next, as shown in Figure 19(g), unwanted resist is stripped and removed by a wet method or ashing method. Then, as shown in Figure 19(h), an oxide film 214 is deposited in the grooves formed by etching. This oxide film 214 serves as an insulating film for electrically insulating the semiconductor elements.
つづいて、図19(i)に示されるように、機械化学研磨(CMP)等によりウェハ200の不要な部分が研磨されることにより平坦化が行われる。つづいて、図20(a)に示されるように、熱酸化によってシリコンが酸化されることにより、酸化膜211からゲート酸化膜211Aが形成される。そして、ゲート酸化膜211Aの表面を窒化処理した後、化学気相成長(CVD)によりゲート電極層215が形成される。 Next, as shown in Figure 19(i), planarization is performed by polishing away unwanted portions of the wafer 200 using methods such as mechanical chemical polishing (CMP). Then, as shown in Figure 20(a), the silicon is oxidized by thermal oxidation, forming a gate oxide film 211A from the oxide film 211. After nitriding the surface of the gate oxide film 211A, the gate electrode layer 215 is formed by chemical vapor deposition (CVD).
つづいて、図20(b)に示されるように、フォトグラフィーによりゲート電極層215にパターンが刻まれ、ソース・ドレイン領域が形成される。そして、図20(c)に示されるように、ソース・ドレイン領域にイオン注入によりドーパント216が打ち込まれる。ゲート酸化膜211Aが残っている部分にはイオンが打ち込まれない。その後、回復熱処理によりドーパント216が活性化される。 Next, as shown in Figure 20(b), a pattern is imprinted on the gate electrode layer 215 by photography, forming the source and drain regions. Then, as shown in Figure 20(c), dopants 216 are implanted into the source and drain regions by ion implantation. Ions are not implanted in the areas where the gate oxide film 211A remains. Afterward, the dopants 216 are activated by recovery heat treatment.
つづいて、図20(d)に示されるように、化学気相成長(CVD)により酸化膜217が堆積される。酸化膜217は絶縁層として機能する。つづいて、図20(e)に示されるように、フォトリソグラフィーによってコンタクトホール218が形成される。コンタクトホール218は、ソース・ドレイン電極を形成し、電気的に接続するための穴になる。 Next, as shown in Figure 20(d), an oxide film 217 is deposited by chemical vapor deposition (CVD). The oxide film 217 functions as an insulating layer. Subsequently, as shown in Figure 20(e), contact holes 218 are formed by photolithography. These contact holes 218 form source and drain electrodes and serve as holes for electrical connection.
つづいて、図20(f)に示されるように、コンタクトホールに電極金属219を堆積しコンタクト220が形成される。この時点で、不要な膜は機械化学研磨(CMP)により研磨除去される。つづいて、図20(g)に示されるように、フォトリソグラフィーによってトレンチ221が形成される。トレンチは、電気配線のためのレジスト開口となる。 Next, as shown in Figure 20(f), electrode metal 219 is deposited in the contact hole to form the contact 220. At this point, any unwanted film is removed by mechanical chemical polishing (CMP). Subsequently, as shown in Figure 20(g), a trench 221 is formed by photolithography. The trench becomes a resist opening for electrical wiring.
つづいて、図20(h)に示されるように、トレンチ221を埋め込むように金属膜222が堆積される。不要な膜は機械化学研磨(CMP)により研磨除去される。つづいて、図20(i)に示されるように、トレンチの形成及び金属膜の堆積、並びに平坦化が繰り返されることにより、立体的な配線層223が形成される。 Next, as shown in Figure 20(h), a metal film 222 is deposited to fill the trench 221. Unnecessary film is removed by mechanical chemical polishing (CMP). Subsequently, as shown in Figure 20(i), the formation of trenches, deposition of metal films, and planarization are repeated to form a three-dimensional wiring layer 223.
最後に、図20(j)に示されるように、ダイヤモンドブレード等によるダイシング又はステルスダイシング等により、半導体デバイス(半導体チップ)600が切断される。以上が、半導体デバイス製造方法の製造過程である。 Finally, as shown in Figure 20(j), the semiconductor device (semiconductor chip) 600 is cut by dicing with a diamond blade or stealth dicing. This concludes the manufacturing process for the semiconductor device manufacturing method.
図21は、多層膜構造のウェハ200についての第2層の膜厚(厚み分布)の導出の手順を説明する図である。第2層の厚み分布の導出は、例えばウェハ200に対する各種加工処理が実行された後に実施される。加工処理は、実施後において少なくとも2層以上が積層されたウェハ200において実施され、例えば、ウェハ200に対する成膜処理(図19(b))、フォトレジスト塗布処理(図19(c))、エッチング処理(図19(f))、平坦化処理(図19(i))、電極形成処理(図20(a))、パターン形成処理(図20(b))、絶縁膜形成処理(図20(d))、コンタクトホール形成処理(図20(e))、コンタクト形成処理(図20(f))、トレンチ形成処理(図20(g))、又は配線形成処理(図20(i)参照)の後に実施されてもよい。以下では、成膜処理後のウェハ200に対して第2層の膜厚を導出する例で説明する。 Figure 21 illustrates the procedure for deriving the film thickness (thickness distribution) of the second layer for a multilayer wafer 200. The derivation of the second layer's thickness distribution is performed, for example, after various processing treatments have been carried out on the wafer 200. These processing treatments are performed on a wafer 200 that has at least two or more layers stacked after the processing, and may be carried out after, for example, a film deposition treatment (Figure 19(b)), a photoresist coating treatment (Figure 19(c)), an etching treatment (Figure 19(f)), a planarization treatment (Figure 19(i)), an electrode formation treatment (Figure 20(a)), a pattern formation treatment (Figure 20(b)), an insulating film formation treatment (Figure 20(d)), a contact hole formation treatment (Figure 20(e)), a contact formation treatment (Figure 20(f)), a trench formation treatment (Figure 20(g)), or a wiring formation treatment (see Figure 20(i)). The following explanation will describe an example of deriving the second layer's film thickness for a wafer 200 after a film deposition treatment.
いま、図21(a)に示されるように、第2層の成膜処理前であって、第1層である膜200bのみが成膜されたウェハ200が準備されているとする。ウェハ200の表面側に第1層である膜200bが形成された状態において、膜200bの厚み分布が取得される(第1工程(上述した第1層導出工程に相当))。 Now, as shown in Figure 21(a), a wafer 200 is prepared with only the first layer, film 200b, deposited, before the second layer is formed. With the first layer, film 200b, formed on the surface side of the wafer 200, the thickness distribution of film 200b is obtained (first step (corresponding to the first layer extraction step described above)).
つづいて、図21(b)に示されるように、膜200bに対して所定の加工処理(ここでは成膜処理)を行うことにより、第2層である膜200cが形成される(第2工程(上述した第2層成膜工程に相当))。 Next, as shown in Figure 21(b), a predetermined processing treatment (in this case, film deposition) is performed on film 200b to form the second layer, film 200c (second step (corresponding to the second layer deposition step described above)).
そして、図21(c)に示されるように、第2工程後において、膜200cが形成されたウェハ200に対して面状に光を照射し、ウェハ200からの光を撮像して、撮像に係る信号に基づいてウェハ200の面内における測定パラメータ(例えば波長重心)が導出される(第3工程(上述した波長重心導出工程に相当))。 Then, as shown in Figure 21(c), after the second step, light is shone planarly onto the wafer 200 on which the film 200c has been formed, and the light from the wafer 200 is imaged. Based on the signal from the image, measurement parameters (e.g., wavelength centroid) within the plane of the wafer 200 are derived (third step (corresponding to the wavelength centroid derivation step described above)).
最後に、第1工程において取得された膜200bの厚み分布、及び、第3工程において導出された測定パラメータ(例えば波長重心)に基づいて、膜200cの厚み分布が導出される(第4工程(上述した第2層導出工程に相当))。 Finally, based on the thickness distribution of film 200b obtained in the first step and the measurement parameters (e.g., wavelength centroid) derived in the third step, the thickness distribution of film 200c is derived (fourth step (corresponding to the second layer derivation step described above)).
上記の第1~第4工程に加えて、例えば第2工程の実施中に関係情報導出工程が実施されてもよい。関係情報導出工程は、第1工程において取得された膜200bに厚み分布に基づいて、測定パラメータと膜200cの厚み分布との関係情報を導出する工程である。なお、関係情報が導出された場合においては、第4工程では、関係情報、及び、第3工程において導出された測定パラメータに基づいて、膜200cの厚み分布を導出する。以下では、第1~第4工程及び関係情報導出工程について、詳細に説明する。なお、以下の説明においては、適宜、図1の構成を参照するが、図1におけるウェハ100は多層膜構造のウェハ200に置き換えて説明する。 In addition to the first to fourth steps described above, a relational information derivation step may be performed, for example, during the execution of the second step. The relational information derivation step is a process of deriving relationship information between the measurement parameters and the thickness distribution of the film 200c, based on the thickness distribution of the film 200b acquired in the first step. If relational information has been derived, the fourth step derives the thickness distribution of the film 200c based on the relational information and the measurement parameters derived in the third step. The first to fourth steps and the relational information derivation step will be described in detail below. In the following description, the configuration of Figure 1 will be referred to as appropriate, but the wafer 100 in Figure 1 will be replaced with a multilayer wafer 200.
第1工程では、上述した方法により、第1層である膜200bの厚み分布が導出されてもよい。具体的には、膜厚測定装置1において、光源10がウェハ200に対して面状に光を照射し、エリアセンサ23,24がウェハ200からの光を撮像し、制御装置30の演算部31がエリアセンサ23,24からの信号に基づいて測定パラメータ(ここでは波長重心)を導出し、解析部32が、記憶部33に記憶された関係情報と演算部31によって求められた測定パラメータとに基づいて、膜200bの膜厚(厚み分布)を導出してもよい。この場合の関係情報とは、膜の種類に応じた理論反射率と、膜厚測定装置1全体の分光特性(システム分光感度)とに基づき導出されているものである。ここでの理論反射率及び分光特性は、上述したとおりである。 In the first step, the thickness distribution of the first layer, film 200b, may be derived using the method described above. Specifically, in the film thickness measuring device 1, the light source 10 irradiates light onto the wafer 200 in a planar manner, area sensors 23 and 24 image the light from the wafer 200, the calculation unit 31 of the control device 30 derives measurement parameters (in this case, the wavelength centroid) based on the signals from the area sensors 23 and 24, and the analysis unit 32 derives the film thickness (thickness distribution) of film 200b based on the relational information stored in the storage unit 33 and the measurement parameters obtained by the calculation unit 31. In this case, the relational information is derived based on the theoretical reflectance according to the type of film and the spectral characteristics (system spectral sensitivity) of the entire film thickness measuring device 1. The theoretical reflectance and spectral characteristics here are as described above.
第2工程では、第1工程完了後において、膜200bに積層されるように第2層である膜200cが成膜される。当該第2工程の実施中に同時に関係情報導出工程が実施される。なお、ここでは関係情報導出工程が第2工程の実施中に実施されるとして説明するが、関係情報導出工程は、第2工程よりも前に実施されていてもよいし、第2工程完了後に実施されてもよい。 In the second step, after the completion of the first step, a second layer, film 200c, is formed so as to be laminated on film 200b. The related information derivation step is performed simultaneously during the execution of the second step. While this explanation assumes the related information derivation step is performed during the second step, the related information derivation step may also be performed before or after the completion of the second step.
関係情報導出工程では、詳細には、第1工程において取得された膜200bの厚み分布、及び、予め取得されている膜200cの薄膜情報に基づいて、膜200cの厚み分布ごとに、所定の領域ごと(一例として画素ごと)の理論反射率を導出する。このように、ここで説明する理論反射率は「第2層である膜200cの厚み分布ごとの理論反射率」である。膜200cの厚み分布ごととは、膜200cの膜厚候補ごとと言い換えることができる。上述したように理論反射率は、膜の種類(膜の屈折率及び膜の消衰係数等の薄膜情報)及び膜厚が定まれば、波長ごとの値が定まる。例えば記憶部33は、第1工程において取得された膜200bの厚み分布、及び、予め取得されている膜200cの薄膜情報を記憶している。そして、演算部31は、記憶部33を参照することにより、膜200cの薄膜情報を特定し、該薄膜情報に応じて、膜200cの膜厚候補(厚み分布)ごとの理論反射率を導出する。 In the related information derivation process, specifically, based on the thickness distribution of film 200b acquired in the first step and the thin-film information of film 200c acquired in advance, the theoretical reflectance for each predetermined region (for example, each pixel) is derived for each thickness distribution of film 200c. Thus, the theoretical reflectance described here is the "theoretical reflectance for each thickness distribution of film 200c, which is the second layer." "For each thickness distribution of film 200c" can be rephrased as "for each candidate film thickness of film 200c." As mentioned above, once the type of film (thin-film information such as the refractive index and extinction coefficient of the film) and the film thickness are determined, the theoretical reflectance value for each wavelength is determined. For example, the storage unit 33 stores the thickness distribution of film 200b acquired in the first step and the thin-film information of film 200c acquired in advance. The calculation unit 31 then refers to the storage unit 33 to identify the thin film information of the film 200c, and derives the theoretical reflectance for each candidate film thickness (thickness distribution) of the film 200c according to this thin film information.
図22は、第2層の膜厚候補ごとの理論反射率の導出について説明する図である。図22に示される例では、膜の種類が一定とされている条件下において、第2層の膜厚候補「d1」とした場合の波長ごとの理論反射率、第2層の膜厚候補「d2」とした場合の波長ごとの理論反射率、…第2層の膜厚候補「dn」とした場合の波長ごとの理論反射率が導出されている。このように、理論反射率が第2層の膜厚候補ごとに導出される。 Figure 22 illustrates the derivation of theoretical reflectance for each candidate second layer thickness. In the example shown in Figure 22, under the condition that the film type is constant, the theoretical reflectance for each wavelength is derived for the second layer thickness candidate "d1", for the second layer thickness candidate "d2", ..., for the second layer thickness candidate "dn". In this way, the theoretical reflectance is derived for each second layer thickness candidate.
関係情報導出工程では、さらに、第2層の厚み分布(膜厚候補)ごとの理論反射率、及び、予め取得された分光特性に基づいて、第2層の厚み分布ごとに、所定の領域ごと(一例として画素ごと)の測定パラメータ(例えば波長重心)を導出する。例えば、記憶部33は、第2層の厚み分布ごとの理論反射率、及び、予め取得されている膜厚測定装置1の分光特性を記憶している。そして、演算部31は、記憶部33を参照することにより、第2層の厚み分布ごとに測定パラメータ(例えば波長重心)の期待値を導出する。 In the related information derivation process, measurement parameters (e.g., wavelength centroid) are derived for each predetermined region (for example, each pixel) for each thickness distribution (candidate film thickness) of the second layer, based on the theoretical reflectance for each thickness distribution of the second layer and the previously acquired spectral characteristics. For example, the storage unit 33 stores the theoretical reflectance for each thickness distribution of the second layer and the previously acquired spectral characteristics of the film thickness measuring device 1. The calculation unit 31 then derives the expected value of the measurement parameter (e.g., wavelength centroid) for each thickness distribution of the second layer by referring to the storage unit 33.
図23は、測定パラメータである波長重心の導出(詳細には、波長重心の期待値の導出)について説明する図である。いま、膜の種類が定まっているので、波長ごとの理論反射率の値は、第2層の膜厚に応じて決まる。例えば、第2層の膜厚候補「d1」において波長ごとの理論反射率Rの値が決まっているとする。この場合、波長ごとの理論反射率Rと、波長ごとの膜厚測定装置1の透過側の分光特性SCT_xm,yn(λ)とに基づいて、エリアセンサ23において測定される透過光量IT´の期待値を推定することができる。エリアセンサ23には分光機能がないため、エリアセンサ23において測定される透過光量IT´の期待値は、各波長についての光の強度が積分された値となる。同様に、波長ごとの理論反射率Rと、波長ごとの膜厚測定装置1の反射側の分光特性SCR_xm,yn(λ)とに基づいて、エリアセンサ24において測定される反射光量IR´の期待値を推定することができる。そして、上述した(1)式又は(2)式より、透過光量IT´の期待値及び反射光量IR´の期待値から、波長重心の期待値を導出することができる。そして、図23に示されるように、第2層の膜厚候補を「d2」、「d3」…「dn」と変えながら、各膜厚候補における波長重心の期待値を導出する。以上のような処理により、第2層の厚み分布ごとに測定パラメータ(ここでは波長重心)の期待値を導出することができる。 Figure 23 illustrates the derivation of the wavelength centroid, a measurement parameter (more specifically, the derivation of the expected value of the wavelength centroid). Since the film type is now determined, the theoretical reflectance values for each wavelength are determined according to the film thickness of the second layer. For example, suppose the theoretical reflectance R values for each wavelength are determined for the candidate second layer thickness "d1". In this case, the expected value of the transmitted light quantity IT' measured by the area sensor 23 can be estimated based on the theoretical reflectance R for each wavelength and the spectral characteristics SCT_xm,yn(λ) of the transmission side of the film thickness measuring device 1 for each wavelength. Since the area sensor 23 does not have a spectral function, the expected value of the transmitted light quantity IT' measured by the area sensor 23 is the value obtained by integrating the light intensity for each wavelength. Similarly, the expected value of the reflected light quantity IR' measured by the area sensor 24 can be estimated based on the theoretical reflectance R for each wavelength and the spectral characteristics SCR_xm,yn(λ) of the reflection side of the film thickness measuring device 1 for each wavelength. Then, using equation (1) or (2) above, the expected value of the wavelength centroid can be derived from the expected value of the transmitted light amount IT' and the expected value of the reflected light amount IR'. As shown in Figure 23, the expected value of the wavelength centroid is derived for each candidate thickness of the second layer, while varying the candidate thicknesses "d2", "d3", ... "dn". Through this process, the expected value of the measurement parameter (in this case, the wavelength centroid) can be derived for each thickness distribution of the second layer.
関係情報導出工程では、さらに、第2層の厚み分布ごとの測定パラメータ(ここでは波長重心)の期待値に基づき、測定パラメータと第2層の厚み分布との関係を所定の領域ごと(一例として画素ごと)に示す関係情報を導出する。例えば、記憶部33は、導出された第2層の厚み分布ごとの測定パラメータ(ここでは波長重心)の期待値を記憶している。そして、演算部31は、記憶部33を参照することにより、第2層の厚み分布ごとの測定パラメータの期待値を特定し、測定パラメータと第2層の厚み分布との関係情報を導出する。 In the relationship information derivation process, relationship information is further derived showing the relationship between the measurement parameters and the thickness distribution of the second layer for each predetermined region (for example, each pixel), based on the expected values of the measurement parameters (in this case, the wavelength centroid) for each thickness distribution of the second layer. For example, the storage unit 33 stores the derived expected values of the measurement parameters (in this case, the wavelength centroid) for each thickness distribution of the second layer. Then, the calculation unit 31 refers to the storage unit 33 to identify the expected values of the measurement parameters for each thickness distribution of the second layer and derives relationship information between the measurement parameters and the thickness distribution of the second layer.
図24は、測定パラメータと第2層の厚み分布との関係情報の導出を説明する図である。いま、第2層の複数の膜厚条件において波長重心の期待値が導出されている。例えば図24に示される例では、第2層の膜厚候補「d1」「d2」…「dn」のそれぞれについて、波長重心の期待値が導出されており、横軸:波長重心、縦軸:第2層の膜厚、のグラフ上にプロットされている。図24に示される例では3パターンのみプロットされているが、実際には膜厚条件を変えた波長重心の期待値がより多くプロットされる。そして、プロットされた各データに対してカープフィッティングを行うことにより、膜厚と波長重心との関係を示す曲線560が導出される。このような曲線560を示す関係式は、測定パラメータと第2層の厚み分布との関係式である。当該関係式は、上述した(7)式のように多項式で示される。多項式の各パラメータ(a、b、c、…)が求められることにより、波長重心x´が入力されれば、膜厚dを導出することができる状態になる。 Figure 24 illustrates the derivation of relationship information between measurement parameters and the thickness distribution of the second layer. Currently, the expected value of the wavelength centroid is derived for multiple film thickness conditions of the second layer. For example, in the example shown in Figure 24, the expected value of the wavelength centroid is derived for each of the candidate second layer film thicknesses "d1", "d2", ... "dn", and plotted on a graph with the x-axis representing the wavelength centroid and the y-axis representing the film thickness of the second layer. While only three patterns are plotted in the example shown in Figure 24, in reality, many more expected values of the wavelength centroid with different film thickness conditions would be plotted. Then, by performing curve fitting on each plotted data, a curve 560 showing the relationship between film thickness and the wavelength centroid is derived. The relational equation showing such a curve 560 is the relationship between the measurement parameters and the thickness distribution of the second layer. This relational equation is expressed as a polynomial, as in equation (7) above. By determining each parameter (a, b, c, ...) of the polynomial, it becomes possible to derive the film thickness d when the wavelength centroid x' is input.
上記のとおり、関係情報は、所定の領域ごと(一例として画素ごと)の、フィッティング等により得られた関係式であってもよい。また、関係情報は、関係式ではなくテーブルであってもよい。関係情報は、記憶部33に格納される。 As described above, the relational information may be relational formulas obtained through fitting or other means for each predetermined area (for example, each pixel). Alternatively, the relational information may be a table instead of relational formulas. The relational information is stored in the storage unit 33.
第3工程では、膜厚測定装置1において、光源10が、膜200cが形成されたウェハ200に対して面状に光を照射し、エリアセンサ23,24がウェハ200からの光を撮像し、制御装置30の演算部31がエリアセンサ23,24からの信号に基づいて測定パラメータ(ここでは波長重心)を導出する。 In the third step, in the film thickness measuring device 1, the light source 10 irradiates light onto the wafer 200 on which the film 200c is formed in a planar manner, the area sensors 23 and 24 capture images of the light from the wafer 200, and the calculation unit 31 of the control device 30 derives measurement parameters (in this case, the wavelength centroid) based on the signals from the area sensors 23 and 24.
第4工程では、第1工程において取得された膜200bの厚み分布に基づいて関係情報導出工程において導出された関係情報(波長重心と第2層の厚み分布との関係情報)と、第3工程において導出された波長重心とに基づいて、第2層の厚み分布が導出される。例えば記憶部33は、関係情報導出工程において導出された関係情報、及び、第3工程において導出された波長重心を記憶している。そして、解析部32は、記憶部33を参照することにより、第3工程において導出された波長重心に応じた、第2層(膜200c)の厚み分布を導出する。 In the fourth step, the thickness distribution of the second layer is derived based on the relational information (relationship information between the wavelength centroid and the thickness distribution of the second layer) derived in the relational information derivation step, based on the thickness distribution of the film 200b acquired in the first step, and the wavelength centroid derived in the third step. For example, the storage unit 33 stores the relational information derived in the relational information derivation step and the wavelength centroid derived in the third step. Then, the analysis unit 32, by referring to the storage unit 33, derives the thickness distribution of the second layer (film 200c) corresponding to the wavelength centroid derived in the third step.
図25は、第2層の厚み分布の導出について説明する図である。図25に示されるように、膜厚(第2層の厚み分布)dと測定パラメータである波長重心x´との関係を示す曲線560が導出されて上記(7)式で示されるような関係式が導出されている場合においては、波長重心x´の値から、膜厚(第2層の厚み分布)dの値を一意に導出することができる。 Figure 25 illustrates the derivation of the thickness distribution of the second layer. As shown in Figure 25, when a curve 560 showing the relationship between the film thickness (thickness distribution of the second layer) d and the measurement parameter, the wavelength centroid x', is derived, and the relationship shown in equation (7) above is derived, the value of the film thickness (thickness distribution of the second layer) d can be uniquely derived from the value of the wavelength centroid x'.
次に、本実施形態に係る半導体デバイス製造方法の作用効果について説明する。 Next, the effects and advantages of the semiconductor device manufacturing method according to this embodiment will be described.
近年、半導体デバイスの高集積化に伴い、製造過程における各層の厚みの均一性を確保することが重要になっている。図26は、比較例に係る半導体デバイス800の課題について説明する図である。図26に示されるように、各層の厚みが均一となっていない状態で集積していくと、配線不良やボイド発生等の故障の要因になりうる。半導体デバイスの微細化に伴い、各層の厚みも例えば100nm以下等の極薄膜となっており、厚みを高精度に測定することが求められている。厚みを測定する方法としては、半導体デバイスからの反射干渉光を分光器で検出して分光スペクトルを取得し、各層の厚みを推測する技術が知られている。しかしながら、このような測定方法は、厚みをポイント計測するものであり、例えばウェハ全体の面内の厚み分布を高精度に導出したい場合等においては、測定時間が極めて長くなってしまう。このため、ウェハ全体の厚み分布を測定することは現実的ではなく、ウェハのスクライブライン(ダイサー等で分割するライン)における厚みを所定の間隔でポイント計測する等が行われていた。 In recent years, with the increasing integration of semiconductor devices, ensuring uniformity of the thickness of each layer during the manufacturing process has become crucial. Figure 26 illustrates the challenges of a semiconductor device 800 related to a comparative example. As shown in Figure 26, if the thickness of each layer is not uniform during integration, it can lead to failures such as wiring defects and void formation. With the miniaturization of semiconductor devices, the thickness of each layer has become extremely thin, for example, less than 100 nm, requiring high-precision measurement of thickness. One known method for measuring thickness involves detecting reflected interference light from the semiconductor device with a spectrometer to obtain a spectral distribution and estimate the thickness of each layer. However, this measurement method measures thickness at specific points, and the measurement time becomes extremely long when, for example, it is necessary to derive the thickness distribution across the entire wafer with high precision. Therefore, measuring the thickness distribution across the entire wafer is not practical, and instead, point measurements of the thickness at predetermined intervals along the wafer's scribe lines (lines used for division by a dicer, etc.) have been performed.
この点、本実施形態に係る半導体デバイス製造方法は、ウェハ200の表面側に第1層が形成された状態において、第1層の厚み分布を取得する第1工程と、第1層に対して所定の加工処理を行うことにより第2層を形成する第2工程と、第2工程後において、ウェハ200に対して面状に光を照射し、ウェハ200からの光を撮像して、撮像に係る信号に基づいてウェハ200の面内における測定パラメータを導出する第3工程と、第1工程において取得された第1層の厚み分布、及び、第3工程において導出された測定パラメータに基づいて、第2層の厚み分布を導出する第4工程と、を備える。 In this regard, the semiconductor device manufacturing method according to this embodiment comprises: a first step of acquiring the thickness distribution of the first layer while the first layer is formed on the surface side of the wafer 200; a second step of forming a second layer by performing a predetermined processing on the first layer; a third step of irradiating the wafer 200 with light in a planar manner after the second step, imaging the light from the wafer 200, and deriving measurement parameters within the plane of the wafer 200 based on the imaging signal; and a fourth step of deriving the thickness distribution of the second layer based on the thickness distribution of the first layer acquired in the first step and the measurement parameters derived in the third step.
本実施形態に係る半導体デバイス製造方法では、第2層の形成後において、ウェハ200に対して面状に光が照射され、ウェハ200からの光が撮像されることにより、ウェハ200の面内における測定パラメータが導出されている。そして、第2層の形成前において取得された第1層の厚み分布と、第2層の形成後において導出されたウェハ200の面内における測定パラメータとに基づき、第2層の厚み分布が導出されている。このように、第2層の形成前において予め第1層の厚み分布が取得されていることにより、第2層の形成後において導出されたウェハ200の面内における測定パラメータと第1層の厚み分布とに基づき、ウェハの表面側の層である第2層の厚み分布を適切に(高精度に)導出することができる。そして、第2層の厚み分布については、ウェハ200に対して面状に照射された光の撮像結果が考慮されて導出されているので、ウェハ200全体の面内の第2層の厚み分布を一括で(短期間で)導出することができる。これにより、例えば第2層の厚みが分光器等によりポイントで計測される場合と比較して、ウェハ200全体の面内の厚み分布の導出に係る測定時間を大幅に短縮することができる。以上のように、本実施形態に係る半導体デバイス製造方法によれば、迅速かつ高精度にウェハ200の厚み分布を導出することができる。なお、比較例のようなポイント計測の場合、製造記録のために各計測点における分光スペクトルデータを保存しておく必要がありデータ管理が煩雑になるが、本実施形態に係る計測方法によれば、反射画像及び透過画像を記録しておくのみでよいため、データ管理が簡易になる。 In the semiconductor device manufacturing method according to this embodiment, after the formation of the second layer, light is irradiated onto the wafer 200 in a planar manner, and the light from the wafer 200 is imaged, thereby deriving measurement parameters within the plane of the wafer 200. Then, the thickness distribution of the second layer is derived based on the thickness distribution of the first layer obtained before the formation of the second layer and the measurement parameters within the plane of the wafer 200 derived after the formation of the second layer. In this way, because the thickness distribution of the first layer is obtained in advance before the formation of the second layer, the thickness distribution of the second layer, which is the surface layer of the wafer, can be appropriately (with high accuracy) derived based on the measurement parameters within the plane of the wafer 200 derived after the formation of the second layer and the thickness distribution of the first layer. Furthermore, since the thickness distribution of the second layer is derived by taking into account the image results of the light irradiated onto the wafer 200 in a planar manner, the thickness distribution of the second layer within the entire plane of the wafer 200 can be derived all at once (in a short period of time). This significantly reduces the measurement time required to derive the in-plane thickness distribution of the entire wafer 200, compared to, for example, the case where the thickness of the second layer is measured at specific points using a spectrometer or the like. As described above, the semiconductor device manufacturing method according to this embodiment allows for the rapid and highly accurate deriving of the thickness distribution of the wafer 200. Furthermore, in the case of point measurement as in the comparative example, it is necessary to save spectral data at each measurement point for manufacturing records, making data management complicated. However, with the measurement method according to this embodiment, only the reflection and transmission images need to be recorded, thus simplifying data management.
図27は、本実施形態に係る厚み分布導出の作用効果を説明する図である。図27(a)は第2層の厚み分布の正解データを示す図であり、図27(b)は第2層の厚み分布の導出結果(膜厚解析結果)を示す図であり、図27(c)は第2層の厚み分布の正解データと導出結果との誤差を示す図である。図27(c)に示されるように、第2層の厚み分布の正解データと導出結果との誤差については、±1nm以内とすることができ、高精度にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができている。 Figure 27 illustrates the effects of the thickness distribution derivation according to this embodiment. Figure 27(a) shows the correct data for the thickness distribution of the second layer, Figure 27(b) shows the derivation result (film thickness analysis result) of the thickness distribution of the second layer, and Figure 27(c) shows the error between the correct data and the derivation result for the thickness distribution of the second layer. As shown in Figure 27(c), the error between the correct data and the derivation result for the thickness distribution of the second layer can be kept within ±1 nm, demonstrating that the thickness distribution of the wafer surface layer can be derived with high accuracy.
半導体デバイス製造方法は、第1工程において取得された第1層の厚み分布に基づいて、測定パラメータと第2層の厚み分布との関係情報を導出する関係情報導出工程を更に備え、第4工程では、関係情報導出工程において導出された関係情報、及び、第3工程において導出された測定パラメータに基づいて、第2層の厚み分布を導出してもよい。このように、取得された第1層の厚み分布の条件下における測定パラメータと第2層の厚み分布との関係情報が導出され用いられることにより、第3工程において導出された測定パラメータから迅速かつ高精度にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。 The semiconductor device manufacturing method further includes a relationship information derivation step, which derives relationship information between measurement parameters and the thickness distribution of the second layer based on the thickness distribution of the first layer obtained in the first step. In the fourth step, the thickness distribution of the second layer may be derived based on the relationship information derived in the relationship information derivation step and the measurement parameters derived in the third step. In this way, by deriving and using relationship information between the measurement parameters and the thickness distribution of the second layer under the conditions of the obtained thickness distribution of the first layer, the thickness distribution of the wafer surface layer can be derived quickly and accurately from the measurement parameters derived in the third step.
半導体デバイス製造方法において、関係情報導出工程では、第1工程において取得された第1層の厚み分布、及び、予め取得されている第2層の薄膜情報に基づいて、第2層の厚み分布ごとに理論反射率を導出することと、第2層の厚み分布ごとの理論反射率、及び、予め取得された分光特性に基づいて、第2層の厚み分布ごとに測定パラメータを導出し、測定パラメータと第2層の厚み分布との関係情報を導出することと、を実行してもよい。このように、第1層の厚み分布と第2層の薄膜情報とが特定されることにより、第2層の厚み分布ごとの理論反射率を高精度に導出することができる。そして、第2層の厚み分布ごとの理論反射率と分光特性とが特定されることにより、第2層の厚み分布ごとの測定パラメータを導出し、上述した関係情報を高精度に導出することができる。このような構成によれば、関係情報を用いて、第3工程において導出された測定パラメータから高精度にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。 In a semiconductor device manufacturing method, the relationship information derivation step may involve deriving the theoretical reflectance for each thickness distribution of the second layer based on the thickness distribution of the first layer obtained in the first step and the thin-film information of the second layer obtained in advance, and deriving measurement parameters for each thickness distribution of the second layer based on the theoretical reflectance for each thickness distribution of the second layer and the spectral characteristics obtained in advance, and deriving relationship information between the measurement parameters and the thickness distribution of the second layer. In this way, by specifying the thickness distribution of the first layer and the thin-film information of the second layer, the theoretical reflectance for each thickness distribution of the second layer can be derived with high accuracy. Furthermore, by specifying the theoretical reflectance and spectral characteristics for each thickness distribution of the second layer, measurement parameters for each thickness distribution of the second layer can be derived, and the aforementioned relationship information can be derived with high accuracy. With this configuration, the thickness distribution of the wafer surface layer can be derived with high accuracy from the measurement parameters derived in the third step using the relationship information.
半導体デバイス製造方法において、関係情報導出工程は、第2工程の実施中に実施されてもよい。これにより、第2工程の実施後において、迅速にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。 In a semiconductor device manufacturing method, the related information derivation step may be performed during the execution of the second step. This allows for the rapid derivation of the thickness distribution of the wafer surface layer after the execution of the second step.
半導体デバイス製造方法において、関係情報は、フィッティングにより得られた関係式、又は、テーブルであってもよい。このような関係情報が用いられることにより、迅速かつ高精度にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。 In semiconductor device manufacturing methods, the relational information may be a relational expression obtained through fitting, or a table. By using such relational information, the thickness distribution of the wafer surface layer can be derived quickly and with high accuracy.
半導体デバイス製造方法において、測定パラメータは、波長重心であってもよい。このような構成によれば、膜厚との相関性が高い波長重心を測定パラメータとして、ウェハの表面側の層の厚み分布を高精度に導出することができる。 In semiconductor device manufacturing methods, the measurement parameter may be the wavelength centroid. With this configuration, the thickness distribution of the wafer surface layer can be accurately derived by using the wavelength centroid, which has a high correlation with film thickness, as the measurement parameter.
半導体デバイス製造方法において、加工処理は、ウェハ200に対する成膜処理、フォトレジスト塗布処理、エッチング処理、平坦化処理、電極形成処理、パターン形成処理、絶縁膜形成処理、コンタクトホール形成処理、コンタクト形成処理、トレンチ形成処理、又は配線形成処理のいずれかの処理であってもよい。これらの処理の後に形成される第2層の厚み分布について、上述した方法により迅速かつ高精度に導出することができる。なお、パターン形成処理後においては、位置合わせ等の困難性から、従来のポイント計測による膜厚導出が困難である。この点、本実施形態に係る手法によれば、パターン形成処理後等において上記位置合わせ等が不要であるので、容易にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。 In a semiconductor device manufacturing method, the processing steps may include any of the following: film deposition, photoresist coating, etching, planarization, electrode formation, pattern formation, insulating film formation, contact hole formation, contact formation, trench formation, or wiring formation on the wafer 200. The thickness distribution of the second layer formed after these processes can be derived quickly and accurately using the method described above. However, after pattern formation, conventional point measurement for film thickness is difficult due to difficulties in alignment, etc. In this respect, the method according to this embodiment eliminates the need for alignment, etc., after pattern formation, allowing for easy deriving of the thickness distribution of the wafer surface layer.
なお、本実施形態では、便宜上、2層の膜構造の例で説明をしたが、本開示の内容が3層以上の多層膜を有する半導体デバイスの製造に適用されてもよい。すなわち、本開示の手法が3層以上の多層膜における最表層の膜厚測定(厚み分布導出)に用いられてもよい。この場合、本開示における「第1層」は最表層の下層に存在する各層であり、「第2層」は最表層である。 In this embodiment, for convenience, an example of a two-layer film structure has been described. However, the contents of this disclosure may also be applied to the manufacture of semiconductor devices having three or more multilayer films. That is, the method of this disclosure may be used for measuring the film thickness (derivation of thickness distribution) of the outermost layer in a multilayer film of three or more layers. In this case, the "first layer" in this disclosure refers to each layer located below the outermost layer, and the "second layer" refers to the outermost layer.
200…ウェハ、200b…膜(第1層)、200c…膜(第2層)、600…半導体デバイス。 200...Wafer, 200b...Film (First Layer), 200c...Film (Second Layer), 600...Semiconductor Device.
Claims (6)
前記第1層に対して所定の加工処理を行うことにより第2層を形成する第2工程と、
前記第2工程後において、前記ウェハに対して面状に光を照射し、前記ウェハからの光を撮像して、撮像に係る信号に基づいて前記ウェハの面内における測定パラメータの分布を導出する第3工程と、
前記第1工程において取得された前記第1層の厚み分布、及び、前記第3工程において導出された前記測定パラメータの分布に基づいて、前記第2層の厚み分布を導出する第4工程と、を備え、
前記第1工程において取得された前記第1層の厚み分布に基づいて、前記測定パラメータと前記第2層の厚みの関係を所定の領域ごとに示す関係情報を導出する関係情報導出工程を更に備え、
前記第4工程では、前記関係情報導出工程において導出された前記関係情報、及び、前記第3工程において導出された前記測定パラメータの分布に基づいて、前記第2層の厚み分布を導出する、半導体デバイス製造方法。 A first step involves irradiating the wafer with light in a planar manner while a first layer is formed on the surface side of the wafer, imaging the light from the wafer, and obtaining the thickness distribution of the first layer within the plane of the wafer based on the imaging signal.
A second step involves forming a second layer by performing a predetermined processing treatment on the first layer,
A third step is performed after the second step, in which light is irradiated onto the wafer in a planar manner, the light from the wafer is imaged, and the distribution of measurement parameters within the wafer surface is derived based on the signal obtained from the image.
The method comprises a fourth step of deriving the thickness distribution of the second layer based on the thickness distribution of the first layer obtained in the first step and the distribution of the measurement parameters derived in the third step ,
The process further includes a relationship information derivation step, which derives relationship information showing the relationship between the measurement parameters and the thickness of the second layer for each predetermined region, based on the thickness distribution of the first layer obtained in the first step.
A semiconductor device manufacturing method comprising the fourth step of deriving the thickness distribution of the second layer based on the relational information derived in the relational information derivation step and the distribution of the measurement parameters derived in the third step .
前記第1工程において取得された前記第1層の厚み分布、及び、予め取得されている前記第2層の薄膜情報に基づいて、前記第2層の厚み分布ごとに、前記所定の領域ごとの理論反射率を導出することと、
前記第2層の厚み分布ごとの前記理論反射率、及び、予め取得された分光特性に基づいて、前記第2層の厚み分布ごとに、前記所定の領域ごとの前記測定パラメータを導出し、前記測定パラメータと前記第2層の厚みの関係を前記所定の領域ごとに示す前記関係情報を導出することと、を実行する、請求項1記載の半導体デバイス製造方法。 In the aforementioned relationship information derivation process,
Based on the thickness distribution of the first layer obtained in the first step and the thin film information of the second layer obtained in advance, the theoretical reflectance for each predetermined region is derived for each thickness distribution of the second layer.
A semiconductor device manufacturing method according to claim 1, comprising: deriving the measurement parameters for each predetermined region for each thickness distribution of the second layer based on the theoretical reflectance for each thickness distribution of the second layer and the spectral characteristics obtained in advance; and deriving the relational information that shows the relationship between the measurement parameters and the thickness of the second layer for each predetermined region.
The semiconductor device manufacturing method according to any one of claims 1 to 5, wherein the processing is one of the following processes applied to the wafer: film deposition, photoresist coating, etching, planarization, electrode formation, pattern formation, insulating film formation, contact hole formation, contact formation, trench formation, or wiring formation.
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