(57)【要約】【課題】計算の繰り返しをできるだけ排除して時間の無駄を排除しながら、より正確な分析結果を求めることが出来、しかも、その解を求めるための操作過程においてオペレータが使いやすい分光エリプソメータを提供する。【解決手段】各フィッティングデータの実測データに対する一致度を選択可能に一覧表示し、選択された一致度に対応するフィッティングデータと実測データとを同一グラフ上に比較可能に表示するようにした。【選択図】図２
2009210487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長毎のΔ値及びΨ値、又はこれらΔ値及びΨ値から直接的に求めることのできる値からなる実測データに対し、1又は複数のパラメータによって定められるフィッティングデータを、前記パラメータを逐次変化させることによって近似させ、近似させたフィッティングデータにおけるパラメータの値から試料の特性を算出する分光エリプソメータであって、
前記各パラメータを変化させる範囲や変化させる間隔などのパラメータ変化条件を受け付けるパラメータ変化条件受付部と、
前記パラメータ変化条件にしたがってパラメータを逐次変化させたときのフィッティングデータをそれぞれ算出するとともに、算出された各フィッティングデータの実測データに対する一致度をそれぞれ算出し、各一致度をフィッティングデータ又はそのフィッティングデータを定めているパラメータに対応付ける一致度算出部と、
前記一致度算出部で算出された各一致度を選択可能に一覧表示する一致度表示部と、
前記画面に表示されている一致度に対する選択操作を受け付け、その選択された一致度に対応するフィッティングデータ又は一致度に対応するパラメータから求められるフィッティングデータを、前記実測データと比較可能に表示出力する詳細比較表示部と、を具備していることを特徴とする分光エリプソメータ。
【請求項２】
前記一致度表示部が、一方の軸を一致度、他方の軸をフィッティングデータ識別子とする一致度グラフを表示するとともに、その一致度グラフ上に、前記一致度算出部が算出したフィッティングデータ毎の一致度を選択操作可能な指標点として表示するものである請求項１記載の分光エリプソメータ。
【請求項３】
前記指標点に対する、前記選択操作とは別の操作である指定操作を受け付け、指定された指標点に対応するフィッティングデータのパラメータを、前記一致度グラフと同一画面上に表示するパラメータ表示部をさらに具備している請求項２記載の分光エリプソメータ。
【請求項４】
前記パラメータ変化条件受付部が、実際に存在し得ない値のパラメータが含まれるパラメータ変化条件をも受け付け可能に構成してある請求項１乃至３いずれか記載の分光エリプソメータ。
【請求項５】
波長毎のΔ値及びΨ値、又はこれらΔ値及びΨ値から直接的に求めることのできる値からなる実測データに対し、1又は複数のパラメータによって定められるフィッティングデータを、前記パラメータを逐次変化させることによって近似させ、近似させたフィッティングデータにおけるパラメータの値から試料の特性を算出する分光エリプソメータに用いられるものであって、
前記各パラメータを変化させる範囲や変化させる間隔などのパラメータ変化条件を受け付けるパラメータ変化条件受付部と、
前記パラメータ変化条件にしたがってパラメータを逐次変化させたときのフィッティングデータをそれぞれ算出するとともに、算出された各フィッティングデータの実測データに対する一致度をそれぞれ算出し、各一致度をフィッティングデータ又はそのフィッティングデータを定めているパラメータに対応付ける一致度算出部と、
前記一致度算出部で算出された各一致度を選択可能に一覧表示する一致度表示部と、
前記画面に表示されている一致度に対する選択操作を受け付け、その選択された一致度に対応するフィッティングデータ一致度に対応するパラメータから求められるフィッティングデータを、前記実測データと比較可能に表示出力する詳細比較表示部と、としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする分光エリプソメータ用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば半導体ウェハやレティクル／マスク、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のガラス基板などの表面の薄膜の厚み等を測定するための分光エリプソメータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エリプソメータは、特許文献１に開示されているように、試料の表面で光が反射する際の偏光状態の変化を観測して、その試料の膜厚や光学定数を測定するものである。具体的な測定値は、ｐ偏光とｓ偏光のそれぞれのフレネル反射係数ＲｐとＲｓの比に関係するプサイ：ｐｓｉ（Ψ）とデルタ：ｄｅｌｔａ（Δ）で表される。
ρ＝Ｒｐ／Ｒｓ＝ｔａｎ（Ψ）ｅｘｐ（ｉΔ）
ｔａｎ（Ψ）はｐ方向とｓ方向の複素反射係数の比の振幅に等しく、Δはｐとｓの反射係数の間の位相差となる。
【０００３】
ところで、単一波長のエリプソメータでは、膜厚値を前記ｔａｎ（Ψ）やΔなどのエリプソパラメータから単純計算しているが、多層膜になるとモデル式が複雑になり過ぎるため、簡単に求めることができない。そこで、近時では、分光エリプソメトリと称され、波長を変化させて、パラメータ・フィッティングを行い、多変量解析することにより、多層膜の解析を行うようにしたものが開発されている。
【０００４】
かかる分光エリプソメトリでは、試料からの反射光の波長毎のΔ値及びΨ値からなる実測データに対し、試料の膜厚や光学定数、表面粗さなどの複数のパラメータによって定められるフィッティングデータを、各パラメータを逐次変化させることによって近づけていく。そして、実測データとの誤差が最小と推定される時点での近似フィッティングデータの各パラメータの値をもって、前記試料の特性を算出するようにしている。
【特許文献１】特開２００５−３０８６０７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、計算途中でローカルミニマム（局所解）に陥ったり、発散したりして、計算結果に間違いが生じ、計算終了結果をオペレータが再度確認したときに、実は計算結果が適当でなく、誤りであることが初めてわかる場合がある。このような場合、従来は、オペレータは最終結果だけを評価でき、最適化計算過程で算出されたフィッティングデータを確認できない構成となっていることから、パラメータの初期値や設定を変えて再度計算を繰り返さざる得ない。そのため、例えば多くのパラメータを変化させて解を計算させているときなど計算量が多い場合には、時間の無駄が顕著になる。
【０００６】
本発明はこういった問題点を解決し、計算の繰り返しをできるだけ排除して時間の無駄を排除しながら、より正確な分析結果を求めることができ、しかも、その解を求めるための操作過程においてオペレータが使いやすい分光エリプソメータ等を提供すべく図ったものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係る分光エリプソメータは、波長毎のΔ値及びΨ値、又はこれらΔ値及びΨ値から直接的に求めることのできる値からなる実測データに対し、複数のパラメータによって定められるフィッティングデータを、前記パラメータを逐次変化させることによって近似させ、近似させたフィッティングデータにおけるパラメータの値から試料の特性を算出するものである。ここで波長とは、試料に測定用の光を入射させたときのその入射光の波長、または入射光による反射光の波長のことである。
【０００８】
そして、前記各パラメータを変化させる範囲や変化させる間隔などのパラメータ変化条件を受け付けるパラメータ変化条件受付部と、前記パラメータ変化条件にしたがってパラメータを逐次変化させたときのフィッティングデータをそれぞれ算出するとともに、算出された各フィッティングデータの実測データに対する一致度をそれぞれ算出し、各一致度にフィッティングデータ又はそのフィッティングデータを定めているパラメータを対応付ける一致度算出部と、前記一致度算出部で算出された各一致度を選択可能に一覧表示する一致度表示部と、前記画面に表示されている一致度に対する選択操作を受け付け、その選択された一致度に対応するフィッティングデータを、前記実測データと比較可能に表示出力する詳細比較表示部と、を具備していることを特徴とする。
【０００９】
このようなものであれば、計算途中における各フィッティングデータの、実測データに対する一致度が画面表示され、しかもその画面に表示された一致度を選択することで、データ格納部に記録されているフィッティングデータやパラメータを呼び出すことができるため、最終計算結果が適当でない場合に、計算を再度繰り返すことなく、他のフィッティングデータを即座に確認して、より確からしい解を見出すことが容易にできるようになる。
【００１０】
かかる機能は、例えば、局所解が複数あってどれが確からしいか、オペレータが判断せざるを得ない場合にも有効である。また、例えばパラメータ変化条件として大きな範囲、粗い変化間隔を設定しておき、算出された各フィッティングデータの一致度等を参考にして、さらに詳細にパラメータ変化条件を絞り込むといったことも、時間をかけることなく容易にできる。さらに、局所解に陥って正しい解を得られないといった事態を回避することもできるようになる。
【００１１】
一致度表示部の好ましい表示出力態様としては、画面出力又はプリントアウトすることにより、フィッティングデータと前記実測データとを同一グラフ上に重合表示させたり、あるいは隣り合うグラフ上に表示させたりするものを挙げることができる。
オペレータにとって、各一致度の大小関係を視覚的により把握しやすくし、使い勝手を向上させるには、前記一致度表示部が、一方の軸を一致度、他方の軸をフィッティングデータ識別子とする一致度グラフを表示するとともに、その一致度グラフ上に、前記一致度算出部が算出したフィッティングデータ毎の一致度を選択操作可能な指標点として表示するものであることが望ましい。
【００１２】
詳細比較表示をする前の段階で、明らかに計算結果が違うデータを排除したり、逆に詳細表示すべきデータをピックアップしやすくするためには、前記指標点に対する、前記選択操作とは別の操作である指定操作を受け付け、指定された指標点に対応するフィッティングデータのパラメータを、前記一致度グラフと同一画面上に表示するパラメータ表示部をさらに具備しているものが好適である。
【００１３】
最適解をより早く見つけるといったことなどに資するためには、前記パラメータ変化条件受付部が、実際に存在し得ない値のパラメータが含まれるパラメータ変化条件をも受け付け可能に構成してあれば、なお良い。
【発明の効果】
【００１４】
このように本発明によれば、計算途中における各フィッティングデータを、計算することなく呼び出して、パラメータなども含め即座に確認できるため、より確からしい分析結果を容易に求めることができる。しかも、各フィッティングデータの一致度だけをまず表示し、そこから詳細な比較画面に移ることができるようになっているため、煩雑な画面表示とはならず、オペレータにとって使いやすいものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
【００１６】
本実施形態にかかる分光エリプソメータは、試料への測定用の光を入射させ、試料表面で光を反射させた際の、反射光の入射光に対する偏光状態の変化を観測して、その試料の特性である膜厚や光学定数（屈折率、消衰係数）等を測定するものである。
【００１７】
図１に前記分光エリプソメータの全体概略を示す。この分光エリプソメータ１００は、例えば光弾性変調器（ＰＥＭ）の働きにより、高速でΨとΔを検出可能な位相変調方式を利用したものである。図１中、符号１は白色光光源であり、ここでは例えばキセノンランプを用いている。符号２は偏光子、符号３は光弾性変調器、符号Ｓは分析対象となる試料、符号４は検光子、符号６は分光器、符号７は分光器から出力される実測データを取り込んで処理する情報処理装置である。また、符号５１は光源１からの光を偏光子２に導くための光ファイバ、符号５２は検光子４を通過した光を導入して分光器６に導く光ファイバである。
【００１８】
前記情報処理装置７は、ＣＰＵやメモリ、Ａ／Ｄコンバータなどを有したいわゆるコンピュータと、このコンピュータに接続されたディスプレイやキーボード、マウスなどを備えたものである。そして、この実施形態では、前記メモリの所定領域に格納したプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器が協働することにより、この情報処理装置７が、図２に示すように、実測データ受付部７１、パラメータ変化条件受付部７２、一致度算出部７３、データ格納部Ｄ１、一致度表示部７４、パラメータ表示部７５、詳細比較表示部７６等としての機能を発揮するように構成している。
【００１９】
次に、これら各部の詳細説明を兼ねて、この情報処理装置の動作につき説明する。
【００２０】
まず、上述したように、分光器６から実測データが情報処理装置７に送信されると、前記実測データ受付部７１がこの実測データを受信する。ここでの実測データとは、試料に対する照射光の波長毎のΔ値及びΨ値であり、その理解のために、この実測データを、波長（又はエネルギ）を横軸にしてグラフ化表示した例を図３に示しておく。なお、実測データとはこれらΔ値及びΨ値に限られず、これらから直接的に求めうる値、例えばＩｓ値、Ｉｃ値や、疑似屈折率ｎ’、疑似消衰係数ｋ’、あるいはその元となるフレネル反射係数Ｒｐ、Ｒｓなどでも構わない。
【００２１】
次に、パラメータ変化条件受付部７２が、例えばオペレータの入力操作により、フィッティングデータを定める複数のパラメータの初期値や最適化計算の際の逐次変化幅、計算回数などのパラメータ変化条件を受け付ける。ここでのパラメータとは、各層の膜厚Ｌの他に、例えば各層の光学定数（ε∞、εｓ、ωｔ、・・・）や表面ラフネスなどが挙げられる。光学定数としては、屈折率ｎ、消衰係数ｋなどでもよい。また、オペレータは、全てのパラメータ条件を最初から全て入力する必要はなく、図示しないデータベースに格納されているスペクトルデータ、文献値、キャリキュレーションデータなどを呼び出して、その値を初期値や変化幅などとしたり、それらを基に若干の変更を加えることもできる。なお、パラメータ条件としては、実際に存在し得ない矛盾パラメータの値をも設定できるようにしてある。例えば誘電率εが負になるような矛盾パラメータが、パラメータ条件の中に存在してかまわない。もちろん、境界条件を予め決めておいて、その境界条件を超えるようなパラメータに関しては、これを受け付けないようにしてもよい。
【００２２】
このようにして、パラメータ変化条件が定まると、一致度算出部７３が、その変化条件にしたがってパラメータを逐次変化させたときのフィッティングデータをそれぞれ算出する。このときの算出式には、例えば所定のＤＳＰ（分散式）が用いられる。
【００２３】
次に一致度算出部７３は、前記各フィッティングデータと実測データとの一致度をそれぞれ算出する。なお、この一致度は、実測データとフィッティングデータとの例えば平均二乗誤差χ２によって表すようにしている。
【００２４】
さらに一致度算出部７３は、これら実測データ、各フィッティングデータ、各フィッティングデータに対応するパラメータを、メモリの所定領域に設定したデータ格納部Ｄ１に格納する。
【００２５】
次に、一致度表示部７４が、一致度表示画面（ここではウィンドウ）をディスプレイＷ上に表示し、その一致度表示画面上で、前記各一致度を画面上に選択可能に一覧表示する。ここでの一致度表示画面には、図４（ａ）に示すように、縦軸を一致度、横軸をフィッティングデータ識別子とした一致度グラフＧ１が表示され、その一致度グラフＧ１上に、前記一致度算出部７３が算出したフィッティングデータ毎の一致度が、選択操作可能な指標点として表示される。なお、図３（ａ）では、一致度グラフＧ１の横軸をフィッティングデータの計算順にしているが、これを並び替えて、図４（ｂ）に示すように、一致度の昇順又は降順にした一致度グラフＧ１’にすることもできる。なお、一致度グラフをフィッティングデータの計算順で表示すると、パラメータを一定法則で変化のさせた場合の、一致度の増減傾向がわかるので、最適解を探索するためのパラメータの変化範囲や変化幅、どのパラメータを優先的に変化させていけばよいかといったパラメータ変化規則を把握するために役立つ場合がある。
【００２６】
この一致度グラフＧ１の指標点上に、オペレータがマウス操作してカーソルを移動させる（指定操作をする）と、パラメータ表示部７５がその操作を検知し、指定された指標点に対応するパラメータを、前記一致度グラフＧ１上に重ねるように吹き出し表示する。ここで表示されるパラメータは全体の一部であり、少なくとも、一致度（平均二乗誤差）χ２、膜厚Ｌ、誘電率εであるが、その他全てのパラメータを表示しても構わない。また、前述した矛盾パラメータは、例えば赤字にするなど、他のパラメータと区別して認識できるように表示される。
【００２７】
一方、前記一致度グラフＧ１の指標点上にオペレータがマウスカーソルを移動させ（なお、この時点で前述のようにパラメータは表示されている）、そこでダブルクリック（選択操作する）と、その選択操作を詳細比較表示部７６が検知し、画面を切り換えて（新たにウィンドウを生成したり、ウィンドウを進めたりする）詳細比較画面を表示する。この詳細比較画面では、図５に示すように選択された一致度に対応するフィッティングデータと前記実測データとが同じグラフＧ２上に表示される他、詳細なパラメータも全て表示される。なお、図５（ａ）は、一致度が悪い場合、図５（ｂ）は一致度が良い場合の例を示している。また、この詳細比較画面を表示している状態から前記一致度表示画面を表示させるには、ＯＳが有しているウィンドウの切換操作や戻り操作を行えばよいように構成してある。
【００２８】
したがって、このように構成した分光エリプソメータ１００によれば、計算途中における各フィッティングデータの、実測データに対する一致度が画面表示され、しかもその画面に表示された一致度を選択することで、データ格納部Ｄ１に記録されているフィッティングデータやパラメータを呼び出すことができるため、最終計算結果が適当でない場合に、計算を再度繰り返すことなく、他のフィッティングデータを即座に確認することができるようになる。
【００２９】
かかる機能は、例えば、局所解が複数あってどれが確からしいか、オペレータが判断せざるを得ない場合にも有効である。例えば、一方の解は、低いエネルギ範囲でよく合い、高いエネルギ範囲では少しずれており、他方の解はその逆である場合、いずれも一致度は同程度に判定されるところ、こういった場合に、両方の詳細比較画面を表示することで、オペレータが適切に確からしい解を選択することができる。
【００３０】
また、例えばパラメータ変化条件として大きな範囲、粗い変化間隔を設定しておき、算出された各フィッティングデータの一致度等を参考にして、さらに詳細にパラメータ変化条件を絞り込むといったことも、時間をかけることなく容易にできる。さらに、局所解に陥って正しい解を得られないといった事態を回避することもできるようになる。
【００３１】
加えて、一致度グラフＧ１を表示することによって、オペレータが各一致度の大小関係を視覚的に把握しやすい構成となっているうえ、その一致度グラフ上で指定操作することで、対応するフィッティングデータのパラメータを簡易的にプレ表示できるようにしてあるので、詳細比較表示をする前の段階で、明らかに計算結果が違うデータを排除したり、逆に詳細表示すべきデータをピックアップしたりすることができ、使い勝手を大きく向上できる。
【００３２】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、オペレータによる選択操作として、一致度の閾値を設ける操作ができる構成にしても構わない。この場合、その閾値よりも一致度が良いフィッティングデータだけ自動選択する選択部を情報処理装置の機能部としてさらに設けるようにしてもよい。
【００３３】
また、フィッティングデータと実測データとを別グラフに表示してもよい。その場合、例えば同一画面や同一用紙の一部領域（例えば右側）に実測データグラフを表示し、他の領域（例えば左側）に、１又は複数のフィッティングデータグラフを縦や横に並列表示するような態様が考えられる。
【００３４】
さらに、一致度表示画面において１又は複数の一致度を指定操作すると、図４のような簡易パラメータ表示ではなく、より詳細なパラメータをパラメータ表示部によって別ウィンドウに１又は複数表示させ、そのいずれかの詳細パラメータウィンドウを選択操作することによって、対応する詳細比較画面が表示されるようにしても構わない。選択操作や指定操作が、前記実施形態に限られないのももちろんである。
【００３５】
その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る分光エリプソメータの全体模式図。
【図２】同実施形態における情報処理装置の機能ブロック図。
【図３】実測データの理解を図るため、Δ値、Ψ値をエネルギ（波長）を横軸にとって示したグラフ。
【図４】同実施形態における一致度グラフの一例を示した図。
【図５】同実施形態における詳細表示画面の一例を示した図。
【符号の説明】
【００３７】
Ｓ・・・試料
１００・・・分光エリプソメータ
７２・・・パラメータ変化条件受付部
７３・・・一致度算出部
７４・・・一致度表示部
７５・・・パラメータ表示部
７６・・・詳細比較表示部
Ｄ１・・・データ格納部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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