JP2002131136A - 分光エリプソメータ - Google Patents
分光エリプソメータInfo
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- JP2002131136A JP2002131136A JP2000325362A JP2000325362A JP2002131136A JP 2002131136 A JP2002131136 A JP 2002131136A JP 2000325362 A JP2000325362 A JP 2000325362A JP 2000325362 A JP2000325362 A JP 2000325362A JP 2002131136 A JP2002131136 A JP 2002131136A
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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- G01N21/21—Polarisation-affecting properties
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 極めて簡単かつ合理的な改良技術によって、
色収差の発生が効果的に防止されるようになった分光エ
リプソメータを提供する。 【解決手段】 試料８の表面８ａに多波長の直線偏光６
をスポット入射する入射光学系１と、試料表面８ａで反
射した楕円偏光１０の偏光変化量に基づいて試料表面に
関するデータを出力する検出光学系９とから成る分光エ
リプソメータにおいて、入射光学系１に用いる偏光子と
して、入射と出射表面の形状が各入射・出射光の直進方
向に対して直角な曲面を有する球面プリズム５を選択し
ている。
色収差の発生が効果的に防止されるようになった分光エ
リプソメータを提供する。 【解決手段】 試料８の表面８ａに多波長の直線偏光６
をスポット入射する入射光学系１と、試料表面８ａで反
射した楕円偏光１０の偏光変化量に基づいて試料表面に
関するデータを出力する検出光学系９とから成る分光エ
リプソメータにおいて、入射光学系１に用いる偏光子と
して、入射と出射表面の形状が各入射・出射光の直進方
向に対して直角な曲面を有する球面プリズム５を選択し
ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、物質の表面で光が
反射する際の偏光状態の変化を観測して、その物質の光
学定数（屈折率、消衰係数）を、また、物質の表面に薄
膜層が存在する場合は、その膜厚、光学定数を測定する
分光エリプソメータに関する。
反射する際の偏光状態の変化を観測して、その物質の光
学定数（屈折率、消衰係数）を、また、物質の表面に薄
膜層が存在する場合は、その膜厚、光学定数を測定する
分光エリプソメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】図４に示すように、表面に薄膜を有する
試料８の表面８ａに、直線偏光６を斜め上方から入射さ
せれば、試料表面８ａ上の測定対象物である薄膜の厚さ
や屈折率、消衰係数によって反射光の偏光状態が変化す
る。
試料８の表面８ａに、直線偏光６を斜め上方から入射さ
せれば、試料表面８ａ上の測定対象物である薄膜の厚さ
や屈折率、消衰係数によって反射光の偏光状態が変化す
る。
【０００３】これは、Ｐ偏光とＳ偏光で反射の位相のず
れ方と反射率によって反射光に差があるためで、この反
射光の偏光変化量を測定し、解析計算を行うことによっ
て、試料表面８ａの薄膜の厚さや屈折率を求めることが
できる。
れ方と反射率によって反射光に差があるためで、この反
射光の偏光変化量を測定し、解析計算を行うことによっ
て、試料表面８ａの薄膜の厚さや屈折率を求めることが
できる。
【０００４】ところで、昨今の半導体業界においては、
より薄いゲート酸化膜や低吸収膜などが新世代デバイス
に採用されていることもあり、超薄膜の膜質評価が求め
られている。また、フラッシュメモリに採用されてい
る、シリコンの酸化膜と窒化膜を交互に積み重ねた多層
膜構造や、ＳＯＩウエハ上の多層膜などをより正確に評
価することが求められている。
より薄いゲート酸化膜や低吸収膜などが新世代デバイス
に採用されていることもあり、超薄膜の膜質評価が求め
られている。また、フラッシュメモリに採用されてい
る、シリコンの酸化膜と窒化膜を交互に積み重ねた多層
膜構造や、ＳＯＩウエハ上の多層膜などをより正確に評
価することが求められている。
【０００５】そこで、エリプソメータにおいても、紫外
から可視、赤外に至る広い波長領域を高精度に測定でき
て、薄膜物性の波長依存性測定が可能な分光エリプソメ
ータが注目されている。
から可視、赤外に至る広い波長領域を高精度に測定でき
て、薄膜物性の波長依存性測定が可能な分光エリプソメ
ータが注目されている。
【０００６】分光エリプソメータにおいては、多波長の
光を直線偏光６にするために偏光子が備えられている
が、この分光エリプソメータでは、可視光から紫外領域
まで波長領域が広く使用され、その消光比や透過率等か
ら、一般に偏光子としてプリズム５が使用されている。
光を直線偏光６にするために偏光子が備えられている
が、この分光エリプソメータでは、可視光から紫外領域
まで波長領域が広く使用され、その消光比や透過率等か
ら、一般に偏光子としてプリズム５が使用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このプリズ
ム５は、１０ｍｍ程度から数十ｍｍ程度の厚みがあるた
め、ビーム径を縮小する場合、光の波長に対する屈折率
等の違いによって、広い波長領域の全光軸を一点に集中
させることができず、たとえば図５に示すように、短波
長の光軸の集光位置Ｑ１に比較して、長波長の光軸の集
光位置Ｑ２が遠くなるといった、色収差が発生する問題
があった。
ム５は、１０ｍｍ程度から数十ｍｍ程度の厚みがあるた
め、ビーム径を縮小する場合、光の波長に対する屈折率
等の違いによって、広い波長領域の全光軸を一点に集中
させることができず、たとえば図５に示すように、短波
長の光軸の集光位置Ｑ１に比較して、長波長の光軸の集
光位置Ｑ２が遠くなるといった、色収差が発生する問題
があった。
【０００８】ここで、色収差とは、波長による屈折率の
相違、すなわち分散によって起こる収差（結像学系がガ
ウス結像の条件を満たさないために生ずる欠陥）のこと
をいう。
相違、すなわち分散によって起こる収差（結像学系がガ
ウス結像の条件を満たさないために生ずる欠陥）のこと
をいう。
【０００９】本発明は、かゝる実情に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、極めて簡単かつ合理的な改良
技術によって、多波長の全光軸を一点に集中させること
を容易に可能とした分光エリプソメータを提供すること
にある。
のであって、その目的は、極めて簡単かつ合理的な改良
技術によって、多波長の全光軸を一点に集中させること
を容易に可能とした分光エリプソメータを提供すること
にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、試料表面に多波長の偏光光をスポット入
射する入射光学系と、試料表面で反射した楕円偏光の偏
光変化量に基づいて試料表面に関する情報を出力する検
出光学系とからなる分光エリプソメータにおいて、上記
の入射光学系に用いる偏光子として、入射と出射表面の
形状が各入射・出射光の直進方向に対して直角な曲面を
有するプリズム（以下、球面プリズムという。）を用い
た点に特徴がある。
に、本発明は、試料表面に多波長の偏光光をスポット入
射する入射光学系と、試料表面で反射した楕円偏光の偏
光変化量に基づいて試料表面に関する情報を出力する検
出光学系とからなる分光エリプソメータにおいて、上記
の入射光学系に用いる偏光子として、入射と出射表面の
形状が各入射・出射光の直進方向に対して直角な曲面を
有するプリズム（以下、球面プリズムという。）を用い
た点に特徴がある。
【００１１】この改良技術によれば、マクロ的には、球
面プリズムの入射面と出射面が入射光の全光軸に対して
直角になることから、入射光の屈折現象が全く起こらな
くなり、広い波長領域を使用する場合においても、全波
長領域において、光軸を一点に集中させることが可能と
なり、色収差の発生が効果的に防止される。
面プリズムの入射面と出射面が入射光の全光軸に対して
直角になることから、入射光の屈折現象が全く起こらな
くなり、広い波長領域を使用する場合においても、全波
長領域において、光軸を一点に集中させることが可能と
なり、色収差の発生が効果的に防止される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１にこの発明の分光エリプソメ
ータの一実施例を示す。図１において、１は入射光学系
で、たとえば１９０〜８３０ｎｍの広い波長領域の光を
入射するキセノンランプ等よりなる白色光源２と、スリ
ット３と、ビーム縮小光学系（たとえば２枚の凹面鏡か
らなる。）４と、偏光方位を一定に保つための偏光子と
してのプリズム５とからなる。
に基づいて説明する。図１にこの発明の分光エリプソメ
ータの一実施例を示す。図１において、１は入射光学系
で、たとえば１９０〜８３０ｎｍの広い波長領域の光を
入射するキセノンランプ等よりなる白色光源２と、スリ
ット３と、ビーム縮小光学系（たとえば２枚の凹面鏡か
らなる。）４と、偏光方位を一定に保つための偏光子と
してのプリズム５とからなる。
【００１３】この入射光学系１は、光源２からの多波長
の光を縮小し、かつ、所定の偏光方位の直線偏光６にし
て、これをステージ７上の試料８の表面８ａに、所定角
度斜め上方からスポット入射するもので、上記のステー
ジ７は、水平のＸ−Ｙ方向と鉛直のＺ方向の三次元方向
に駆動可能に構成されており、試料８は、バキュームに
よってステージ３上に吸着保持されるようになってい
る。
の光を縮小し、かつ、所定の偏光方位の直線偏光６にし
て、これをステージ７上の試料８の表面８ａに、所定角
度斜め上方からスポット入射するもので、上記のステー
ジ７は、水平のＸ−Ｙ方向と鉛直のＺ方向の三次元方向
に駆動可能に構成されており、試料８は、バキュームに
よってステージ３上に吸着保持されるようになってい
る。
【００１４】９は検出光学系で、ステージ７上の試料表
面８ａで反射した楕円偏光１０の偏光変化量の情報をた
とえば分光器１１に出力するもので、光弾性変調器１２
と、検光子１３と、分光器１１への信号取り出し用の光
ファイバー１４とからなる。
面８ａで反射した楕円偏光１０の偏光変化量の情報をた
とえば分光器１１に出力するもので、光弾性変調器１２
と、検光子１３と、分光器１１への信号取り出し用の光
ファイバー１４とからなる。
【００１５】白色光源２より出た複数の波長を有する入
射光は、ビーム縮小光学系４によりビーム径を絞られ、
偏光子としてのプリズム５により一定方向に偏光され
る。
射光は、ビーム縮小光学系４によりビーム径を絞られ、
偏光子としてのプリズム５により一定方向に偏光され
る。
【００１６】このプリズム５は、入射と出射表面の形状
が各入射・出射光の直進方向に対して直角な曲面を有す
る球面プリズム５であって、この実施の形態では、試料
表面８ａに対する直線偏光６のスポット入射点を中心Ｐ
とする球面プリズム５に構成している。
が各入射・出射光の直進方向に対して直角な曲面を有す
る球面プリズム５であって、この実施の形態では、試料
表面８ａに対する直線偏光６のスポット入射点を中心Ｐ
とする球面プリズム５に構成している。
【００１７】このようにプリズム５を球面に構成する
と、図２に示すように、球面プリズム５の入射面と出射
面が入射光の全光軸に対して直角になることから、入射
光の屈折現象が全く生じず、入射光の全波長領域におい
て、光軸を一点Ｑに集中させることが容易に可能とな
り、この結果、色収差の発生が効果的に防止されること
になる。
と、図２に示すように、球面プリズム５の入射面と出射
面が入射光の全光軸に対して直角になることから、入射
光の屈折現象が全く生じず、入射光の全波長領域におい
て、光軸を一点Ｑに集中させることが容易に可能とな
り、この結果、色収差の発生が効果的に防止されること
になる。
【００１８】かくして直線偏光６となった入射光は、試
料表面８ａ（反射面）での反射により、試料８や試料表
面８ａの物性特性の結果である振幅及び位相を有する楕
円偏光１０となる。そして、この楕円偏光１０は、光弾
性変調器１２に入って位相変調され、検光子１３に入
る。その後、光ファイバー１４を経て、分光器１１へ送
られる。
料表面８ａ（反射面）での反射により、試料８や試料表
面８ａの物性特性の結果である振幅及び位相を有する楕
円偏光１０となる。そして、この楕円偏光１０は、光弾
性変調器１２に入って位相変調され、検光子１３に入
る。その後、光ファイバー１４を経て、分光器１１へ送
られる。
【００１９】光弾性変調器１２は、典型的には、圧電素
子によってつくられた周期的なストレスを受けたガラス
のバーからなるが、この他、回転偏光子を用いて、楕円
偏光１０を直線偏光とすることも可能である。また、こ
の光弾性変調器１２や回転偏光子を入射光学系に設ける
ことが可能である。
子によってつくられた周期的なストレスを受けたガラス
のバーからなるが、この他、回転偏光子を用いて、楕円
偏光１０を直線偏光とすることも可能である。また、こ
の光弾性変調器１２や回転偏光子を入射光学系に設ける
ことが可能である。
【００２０】尚、上記の実施の形態では、球面プリズム
５を一体成形品としているが、図３（Ａ）に示すよう
に、球面プリズム５を、直方体のプリズム体５ａと、そ
れぞれ中心Ｐまわりの凹曲と凸曲の球面Ａ１，Ａ２を備
えたプリズム体５ｂ，５ｃとの結合体や、図３（Ｂ）に
示すように、球面プリズム５を、それぞれ中心Ｐまわり
の凹曲と凸曲の球面Ａ１，Ａ２を備えたプリズム体５
ｂ，５ｃの結合体などに構成変更が可能である。
５を一体成形品としているが、図３（Ａ）に示すよう
に、球面プリズム５を、直方体のプリズム体５ａと、そ
れぞれ中心Ｐまわりの凹曲と凸曲の球面Ａ１，Ａ２を備
えたプリズム体５ｂ，５ｃとの結合体や、図３（Ｂ）に
示すように、球面プリズム５を、それぞれ中心Ｐまわり
の凹曲と凸曲の球面Ａ１，Ａ２を備えたプリズム体５
ｂ，５ｃの結合体などに構成変更が可能である。
【００２１】以上、半導体試料についての実施例を基に
説明を行ってきたが、半導体以外の試料たとえば液晶の
表面測定に使用できることは言うまでもない。
説明を行ってきたが、半導体以外の試料たとえば液晶の
表面測定に使用できることは言うまでもない。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、偏
光子としてのプリズムの入射・出射表面を曲面にするこ
とにより、多波長の全光軸を一点に集中させることが容
易に可能な、色収差の発生が効果的に防止される分光エ
リプソメータを提供でき、よって、より正確、高精度な
測定を、多波長を用いた分光エリプソメータで行うこと
が可能となる。
光子としてのプリズムの入射・出射表面を曲面にするこ
とにより、多波長の全光軸を一点に集中させることが容
易に可能な、色収差の発生が効果的に防止される分光エ
リプソメータを提供でき、よって、より正確、高精度な
測定を、多波長を用いた分光エリプソメータで行うこと
が可能となる。
【図１】分光エリプソメータの構成図である。
【図２】球面プリズムによる光軸の一点集中の状況を示
す説明図である。
す説明図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ別の実施の形態によ
る球面プリズムの構成図である。
る球面プリズムの構成図である。
【図４】従来例の分光エリプソメータの構成図である。
【図５】従来のプリズムによる光軸の屈折状況を示す説
明図である。
明図である。
１…入射光学系、５…プリズム、６…直線偏光、８…試
料、８ａ…試料表面、９…入射光学系、１０…楕円偏
光、Ｐ…中心。
料、８ａ…試料表面、９…入射光学系、１０…楕円偏
光、Ｐ…中心。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA30 BB01 CC17 DD03 FF49 GG03 GG10 HH09 HH12 JJ15 LL02 LL19 LL47 LL63 LL67 2G059 AA02 BB16 CC20 DD13 EE02 EE05 EE11 FF01 GG10 HH01 HH02 HH03 HH06 JJ01 JJ12 JJ17 JJ19 JJ30 LL02 LL10
Claims (1)
- 【請求項１】 試料表面に多波長の偏光光をスポット入
射する入射光学系と、試料表面で反射した楕円偏光の偏
光変化量に基づいて試料表面に関する情報を出力する検
出光学系とからなる分光エリプソメータであって、入射
光学系に用いる偏光子として、入射と出射表面の形状が
各入射・出射光の直進方向に対して直角な曲面を有する
プリズムを用いることを特徴とする分光エリプソメー
タ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000325362A JP4358982B2 (ja) | 2000-10-25 | 2000-10-25 | 分光エリプソメータ |
| EP01125139A EP1202033B1 (en) | 2000-10-25 | 2001-10-23 | Spectral ellipsometer |
| DE60125131T DE60125131T8 (de) | 2000-10-25 | 2001-10-23 | Spektralellipsometer |
| US10/004,250 US6714301B2 (en) | 2000-10-25 | 2001-10-23 | Spectral ellipsometer without chromatic aberrations |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000325362A JP4358982B2 (ja) | 2000-10-25 | 2000-10-25 | 分光エリプソメータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002131136A true JP2002131136A (ja) | 2002-05-09 |
| JP4358982B2 JP4358982B2 (ja) | 2009-11-04 |
Family
ID=18802741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000325362A Expired - Fee Related JP4358982B2 (ja) | 2000-10-25 | 2000-10-25 | 分光エリプソメータ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6714301B2 (ja) |
| EP (1) | EP1202033B1 (ja) |
| JP (1) | JP4358982B2 (ja) |
| DE (1) | DE60125131T8 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2006349374A (ja) * | 2005-06-13 | 2006-12-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体部材のダメージ評価方法、化合物半導体部材の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体部材及び窒化ガリウム系化合物半導体膜 |
| JP2011506993A (ja) * | 2007-12-21 | 2011-03-03 | サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェサイアンティフィク（セエヌエールエス） | テラヘルツ周波数帯域中に存在する摂動によって誘起される一時的な複屈折のワンショット測定方法及び装置 |
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| US7369234B2 (en) * | 2003-02-03 | 2008-05-06 | Rudolph Technologies, Inc. | Method of performing optical measurement on a sample |
| JP2005003666A (ja) * | 2003-05-20 | 2005-01-06 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 分光エリプソメータ |
| KR100574776B1 (ko) * | 2004-01-15 | 2006-04-28 | 한국표준과학연구원 | 분광결상을 이용한 타원계측 장치 및 타원계측 방법 |
| US8189193B1 (en) | 2004-04-23 | 2012-05-29 | J.A. Woollam Co., Inc. | System and method of applying horizontally oriented arc-lamps in ellipsometer or the like systems |
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| US7285767B2 (en) * | 2005-10-24 | 2007-10-23 | General Electric Company | Methods and apparatus for inspecting an object |
| KR102208089B1 (ko) * | 2015-05-27 | 2021-01-28 | 엘지전자 주식회사 | 편광필름 부착 시스템 및 편광필름 부착 방법 |
| CN116045828B (zh) * | 2023-03-29 | 2023-10-20 | 睿励科学仪器（上海）有限公司 | 一种光谱椭偏测量系统和一种光谱椭偏测量方法 |
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| US3904293A (en) * | 1973-12-06 | 1975-09-09 | Sherman Gee | Optical method for surface texture measurement |
| US5166752A (en) * | 1990-01-11 | 1992-11-24 | Rudolph Research Corporation | Simultaneous multiple angle/multiple wavelength ellipsometer and method |
| US5581350A (en) * | 1995-06-06 | 1996-12-03 | Tencor Instruments | Method and system for calibrating an ellipsometer |
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| JP3447654B2 (ja) * | 2000-03-24 | 2003-09-16 | Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 | 異方性薄膜評価法及び評価装置 |
-
2000
- 2000-10-25 JP JP2000325362A patent/JP4358982B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-10-23 US US10/004,250 patent/US6714301B2/en not_active Expired - Fee Related
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