JP2002267418A - 膜厚測定装置 - Google Patents
膜厚測定装置Info
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- JP2002267418A JP2002267418A JP2001067320A JP2001067320A JP2002267418A JP 2002267418 A JP2002267418 A JP 2002267418A JP 2001067320 A JP2001067320 A JP 2001067320A JP 2001067320 A JP2001067320 A JP 2001067320A JP 2002267418 A JP2002267418 A JP 2002267418A
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
- G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
- G01B11/0641—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of polarization
Abstract
(57)【要約】
【課題】 入射ビーム径をことさら絞り込まなくても、
試料表面における測定領域を必要に応じて限定すること
のできる膜厚測定装置を提供すること。 【解決手段】 試料の表面に偏光光を照射する入射光学
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データを出力する検出光学系とを
備えた膜厚測定装置において、前記検出光学系における
検光子と分光器との間に受光取込みエリアを制限するた
めのピンホール部を設けた。
試料表面における測定領域を必要に応じて限定すること
のできる膜厚測定装置を提供すること。 【解決手段】 試料の表面に偏光光を照射する入射光学
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データを出力する検出光学系とを
備えた膜厚測定装置において、前記検出光学系における
検光子と分光器との間に受光取込みエリアを制限するた
めのピンホール部を設けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば半導体ウ
ェーハやレティクル／マスク、液晶ディスプレイ（ＬＣ
Ｄ）のガラス基板などの表面の薄膜の厚みを測定するた
めの膜厚測定装置に関する。
ェーハやレティクル／マスク、液晶ディスプレイ（ＬＣ
Ｄ）のガラス基板などの表面の薄膜の厚みを測定するた
めの膜厚測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】上記膜厚測定装置の一つに、分光エリプ
ソメータがある。この分光エリプソメータは、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、その膜厚や光学定数を
測定するものである。
ソメータがある。この分光エリプソメータは、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、その膜厚や光学定数を
測定するものである。
【０００３】ところで、近年、ウェーハなどの試料の膜
厚測定においては、入射光の径（以下、入射ビーム径と
いう）を絞り、ウェーハの測定領域を可及的に微小な部
分にまで限定することが要求されるようになってきてい
る。このような要求に応えるため、光源と偏光子との間
にスリットを設け、試料に対する入射ビーム径を可及的
に小さくなるように絞ることが考えられる。
厚測定においては、入射光の径（以下、入射ビーム径と
いう）を絞り、ウェーハの測定領域を可及的に微小な部
分にまで限定することが要求されるようになってきてい
る。このような要求に応えるため、光源と偏光子との間
にスリットを設け、試料に対する入射ビーム径を可及的
に小さくなるように絞ることが考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、照射光
として多波長の光を用いた場合、ビーム縮小系にレンズ
を用いたり、偏光子としてポーラライザーを用いると、
色収差が発生することがあり、単波長使用時と異なり、
入射ビームを微小径にまで絞ることができなかった。特
に、照射光が１９０ｎｍといった短波長から８３０ｎｍ
といった長波長にわたる場合、前記入射ビーム径の絞り
込みにはかなりの困難さが伴う。なお、前記色収差と
は、波長による屈折率の相違、すなわち、分散によって
生ずる収差（結像光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。
として多波長の光を用いた場合、ビーム縮小系にレンズ
を用いたり、偏光子としてポーラライザーを用いると、
色収差が発生することがあり、単波長使用時と異なり、
入射ビームを微小径にまで絞ることができなかった。特
に、照射光が１９０ｎｍといった短波長から８３０ｎｍ
といった長波長にわたる場合、前記入射ビーム径の絞り
込みにはかなりの困難さが伴う。なお、前記色収差と
は、波長による屈折率の相違、すなわち、分散によって
生ずる収差（結像光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。
【０００５】また、上述のように入射ビーム径を絞り込
んでも、実際に絞り込まれた入射光の周囲にも光が生
じ、これがそのまま検出光学系に取り込まれるなどの不
都合があった。
んでも、実際に絞り込まれた入射光の周囲にも光が生
じ、これがそのまま検出光学系に取り込まれるなどの不
都合があった。
【０００６】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、入射ビーム径をことさら絞り込
まなくても、試料表面における測定領域を必要に応じて
限定することのできる膜厚測定装置を提供することであ
る。
たもので、その目的は、入射ビーム径をことさら絞り込
まなくても、試料表面における測定領域を必要に応じて
限定することのできる膜厚測定装置を提供することであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、試料の表面に偏光光を照射する入射光
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データを出力する検出光学系と
を備えた膜厚測定装置において、前記検出光学系におけ
る検光子と分光器との間に受光取込みエリアを制限する
ためのピンホール部を設けている。
め、この発明は、試料の表面に偏光光を照射する入射光
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データを出力する検出光学系と
を備えた膜厚測定装置において、前記検出光学系におけ
る検光子と分光器との間に受光取込みエリアを制限する
ためのピンホール部を設けている。
【０００８】上記膜厚測定装置においては、色収差が生
じたりせず、入射光が周囲の影響を受けることなく、試
料の所望の領域からの光のみを取り込むことができる。
じたりせず、入射光が周囲の影響を受けることなく、試
料の所望の領域からの光のみを取り込むことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図面を参照し
ながら説明する。図１〜図２は、この発明の一つの実施
例を示す。まず、図１は、この発明の膜厚測定装置とし
ての分光エリプソメータの構成を概略的に示すもので、
この図において、１は測定ステージで、試料としてのウ
ェーハ２を真空吸着などの手段で吸着し、これを水平な
状態に保持するとともに、図示していないステージ保持
機構によって、３つの互いに直交するＸ方向（照射側紙
面の左右方向）、Ｙ方向（紙面に垂直な方向）、Ｚ方向
に（紙面に平行な上下方向）にそれぞれ直線的に移動す
るように構成されている。
ながら説明する。図１〜図２は、この発明の一つの実施
例を示す。まず、図１は、この発明の膜厚測定装置とし
ての分光エリプソメータの構成を概略的に示すもので、
この図において、１は測定ステージで、試料としてのウ
ェーハ２を真空吸着などの手段で吸着し、これを水平な
状態に保持するとともに、図示していないステージ保持
機構によって、３つの互いに直交するＸ方向（照射側紙
面の左右方向）、Ｙ方向（紙面に垂直な方向）、Ｚ方向
に（紙面に平行な上下方向）にそれぞれ直線的に移動す
るように構成されている。
【００１０】３は試料ステージ１の上方の一方の側に設
けられる入射光学系で、例えば１９０〜８３０ｎｍの広
い波長領域の光を発する例えばキセノンランプからなる
白色光源４と、この白色光源４から発せられる光を絞る
ためのスリット５と、例えば二つの凹面鏡６ａ，６ｂか
らなるビーム縮小光学系６と、偏光子７とから構成さ
れ、光源４からの多波長光を縮小し、所定の方向に偏光
された直線偏光８を試料２の表面２ａに照射するもので
ある。
けられる入射光学系で、例えば１９０〜８３０ｎｍの広
い波長領域の光を発する例えばキセノンランプからなる
白色光源４と、この白色光源４から発せられる光を絞る
ためのスリット５と、例えば二つの凹面鏡６ａ，６ｂか
らなるビーム縮小光学系６と、偏光子７とから構成さ
れ、光源４からの多波長光を縮小し、所定の方向に偏光
された直線偏光８を試料２の表面２ａに照射するもので
ある。
【００１１】９は試料ステージ１の上方の他方の側に設
けられる検出光学系で、ウェーハ２の表面２ａに直線偏
光８を照射したときに前記表面２ａで反射した楕円偏光
１０の偏光変化量を例えば分光器１１に出力するもの
で、位相変調素子１２と、検光子１３と、二つの凹面鏡
１４ａ，１６ｂからなるビーム縮小光学系１４と、分光
器１１への信号取り出し用の光ファイバー１５とを備え
るとともに、ビーム縮小光学系１４と光ファイバー１５
との間にピンホール部１６が設けられている。
けられる検出光学系で、ウェーハ２の表面２ａに直線偏
光８を照射したときに前記表面２ａで反射した楕円偏光
１０の偏光変化量を例えば分光器１１に出力するもの
で、位相変調素子１２と、検光子１３と、二つの凹面鏡
１４ａ，１６ｂからなるビーム縮小光学系１４と、分光
器１１への信号取り出し用の光ファイバー１５とを備え
るとともに、ビーム縮小光学系１４と光ファイバー１５
との間にピンホール部１６が設けられている。
【００１２】前記ピンホール部１６は、例えばステッピ
ングモータ１７の回転軸１７ａに取り付けられた円板１
８の同一円周上に複数の互いにサイズ（径）の異なるピ
ンホール１９を適宜間隔をおいて開設してなるもので、
図２に示すように、いずれかのピンホール１９がビーム
縮小光学系１４と光ファイバー１９を結ぶ光路上に位置
しているときにのみ、ビーム縮小光学系１４を出射した
光がピンホール１９を介して光ファイバー１５に入射す
るように構成されている。
ングモータ１７の回転軸１７ａに取り付けられた円板１
８の同一円周上に複数の互いにサイズ（径）の異なるピ
ンホール１９を適宜間隔をおいて開設してなるもので、
図２に示すように、いずれかのピンホール１９がビーム
縮小光学系１４と光ファイバー１９を結ぶ光路上に位置
しているときにのみ、ビーム縮小光学系１４を出射した
光がピンホール１９を介して光ファイバー１５に入射す
るように構成されている。
【００１３】２０は試料ステージ１の上方に設けられる
光学顕微鏡、２１は光学顕微鏡２０の後方（上段側）に
設けられた例えばＣＣＤカメラである。
光学顕微鏡、２１は光学顕微鏡２０の後方（上段側）に
設けられた例えばＣＣＤカメラである。
【００１４】２２は例えば画像処理機能を有するコンピ
ュータで、分光器１１からの測定データ、すなわち、ウ
ェーハ表面２ａで反射した光の偏光変化量の測定データ
や、光学顕微鏡２０やＣＣＤカメラ２１からの信号が入
力され、前記測定データは適宜演算処理されたり画像処
理されたりし、ウェーハ表面２ａの光学定数（屈折率や
消衰係数）と試料表面８ａの薄膜の膜厚が測定され、光
学顕微鏡２０やＣＣＤカメラ２１からの信号は演算処理
および画像処理される。
ュータで、分光器１１からの測定データ、すなわち、ウ
ェーハ表面２ａで反射した光の偏光変化量の測定データ
や、光学顕微鏡２０やＣＣＤカメラ２１からの信号が入
力され、前記測定データは適宜演算処理されたり画像処
理されたりし、ウェーハ表面２ａの光学定数（屈折率や
消衰係数）と試料表面８ａの薄膜の膜厚が測定され、光
学顕微鏡２０やＣＣＤカメラ２１からの信号は演算処理
および画像処理される。
【００１５】上記構成の膜厚測定装置においては、従来
のこの出射の膜厚測定装置においては、白色光源４を発
した光をピンホール（この実施の形態においてはスリッ
ト５）で十分に小さく絞り込むようにしていたのに代え
て、前記スリット５を比較的大きくし、その代わりに、
ビーム縮小光学系１４と光ファイバー１５との間にピン
ホール部１６を設け、このピンホール部１６によって受
光取込みエリアを制限するようにしている。
のこの出射の膜厚測定装置においては、白色光源４を発
した光をピンホール（この実施の形態においてはスリッ
ト５）で十分に小さく絞り込むようにしていたのに代え
て、前記スリット５を比較的大きくし、その代わりに、
ビーム縮小光学系１４と光ファイバー１５との間にピン
ホール部１６を設け、このピンホール部１６によって受
光取込みエリアを制限するようにしている。
【００１６】上述のように構成したことにより、図２に
おける拡大部Ａに示すように、ピンホール１９によって
ハッチング部２３以外（周囲）のビームエリア２４内に
不要な光の受光をカットし、スリット５側において入射
ビームを縮小した場合と同等の効果が得られ、色収差が
生じたりせず、入射光が周囲の影響を受けることなく、
ウェーハ２の所望の領域からの光のみを取り込むことが
できる。そして、前記領域２３の確認は、光ファイバー
１５を取り去り、代わりに、ピンホール部１６側から光
を入射させることにより、ウェーハ２上にピンホール像
２３を投影させることにより容易に行うことができる。
おける拡大部Ａに示すように、ピンホール１９によって
ハッチング部２３以外（周囲）のビームエリア２４内に
不要な光の受光をカットし、スリット５側において入射
ビームを縮小した場合と同等の効果が得られ、色収差が
生じたりせず、入射光が周囲の影響を受けることなく、
ウェーハ２の所望の領域からの光のみを取り込むことが
できる。そして、前記領域２３の確認は、光ファイバー
１５を取り去り、代わりに、ピンホール部１６側から光
を入射させることにより、ウェーハ２上にピンホール像
２３を投影させることにより容易に行うことができる。
【００１７】そして、上述の実施例においては、ピンホ
ール部１６としてサイズの異なる複数のピンホール１９
を備えているので、これらを適宜選択して使用すること
により、ウェーハ２上のサンプリング領域を所定の大き
さに限定することができる。
ール部１６としてサイズの異なる複数のピンホール１９
を備えているので、これらを適宜選択して使用すること
により、ウェーハ２上のサンプリング領域を所定の大き
さに限定することができる。
【００１８】なお、ピンホール部１６の設置位置は、検
光子１３と分光器１１との間であれば、どの位置であっ
てもよい。
光子１３と分光器１１との間であれば、どの位置であっ
てもよい。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、この発明において
は、検出光学系における検光子と分光器との間に受光取
込みエリアを制限するためのピンホール部を設けるとい
った簡単かつ合理的な改良により、入射ビーム径をこと
さら絞り込まなくても、試料表面における測定領域を必
要に応じて限定することのでき、色収差が生じたりせ
ず、入射光が周囲の影響を受けることなく、試料の所望
の領域からの光のみを取り込むことができる。この発明
によれば、入射ビーム径のサイズや、試料の測定すべき
領域の材質による影響を受けることなく、目的とする偏
光情報を得ることができる。
は、検出光学系における検光子と分光器との間に受光取
込みエリアを制限するためのピンホール部を設けるとい
った簡単かつ合理的な改良により、入射ビーム径をこと
さら絞り込まなくても、試料表面における測定領域を必
要に応じて限定することのでき、色収差が生じたりせ
ず、入射光が周囲の影響を受けることなく、試料の所望
の領域からの光のみを取り込むことができる。この発明
によれば、入射ビーム径のサイズや、試料の測定すべき
領域の材質による影響を受けることなく、目的とする偏
光情報を得ることができる。
【図１】この発明の膜厚測定装置の全体構成を概略的に
示す図である。
示す図である。
【図２】前記膜厚測定装置の要部の構成を部分拡大図と
ともに示す図である。
ともに示す図である。
２…試料、２ａ…試料表面、３…入射光学系、８…偏光
光、９…検出光学系、１０…楕円偏光、１１…分光器、
１３…検光子、１６…ピンホール部、１９…ピンホー
ル。
光、９…検出光学系、１０…楕円偏光、１１…分光器、
１３…検光子、１６…ピンホール部、１９…ピンホー
ル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA30 BB03 CC20 CC25 DD03 FF42 FF46 GG03 JJ03 JJ26 LL02 LL19 LL28 LL30 LL33 LL34 LL67 MM03 QQ28 SS13
Claims (2)
- 【請求項１】 試料の表面に偏光光を照射する入射光学
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データを出力する検出光学系とを
備えた膜厚測定装置において、前記検出光学系における
検光子と分光器との間に受光取込みエリアを制限するた
めのピンホール部を設けたことを特徴とする膜厚測定装
置。 - 【請求項２】 ピンホール部がサイズの異なる複数のピ
ンホールを備え、これらを適宜選択して使用できるよう
にしてある請求項１に記載の膜厚測定装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001067320A JP2002267418A (ja) | 2001-03-09 | 2001-03-09 | 膜厚測定装置 |
| EP02005424A EP1239260A3 (en) | 2001-03-09 | 2002-03-08 | Film thickness measuring apparatus |
| US10/094,383 US6795185B2 (en) | 2001-03-09 | 2002-03-08 | Film thickness measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001067320A JP2002267418A (ja) | 2001-03-09 | 2001-03-09 | 膜厚測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002267418A true JP2002267418A (ja) | 2002-09-18 |
Family
ID=18925693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001067320A Pending JP2002267418A (ja) | 2001-03-09 | 2001-03-09 | 膜厚測定装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6795185B2 (ja) |
| EP (1) | EP1239260A3 (ja) |
| JP (1) | JP2002267418A (ja) |
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| WO2012124303A1 (ja) * | 2011-03-11 | 2012-09-20 | ナノフォトン株式会社 | 光学顕微鏡、及び分光測定方法 |
| US10386232B2 (en) | 2017-12-15 | 2019-08-20 | Horiba Instruments Incorporated | Compact spectroscopic optical instrument |
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| JP4694179B2 (ja) * | 2004-11-18 | 2011-06-08 | 株式会社トプコン | 表面検査装置 |
| JP4520846B2 (ja) * | 2004-12-28 | 2010-08-11 | 日本分光株式会社 | 近接場膜厚測定装置 |
| US8157651B2 (en) | 2005-09-12 | 2012-04-17 | Nintendo Co., Ltd. | Information processing program |
| US10334181B2 (en) | 2012-08-20 | 2019-06-25 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Dynamically curved sensor for optical zoom lens |
| US9442016B2 (en) | 2014-06-06 | 2016-09-13 | J.A. Woollam Co., Inc | Reflective focusing optics |
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| US9921395B1 (en) | 2015-06-09 | 2018-03-20 | J.A. Woollam Co., Inc. | Beam focusing and beam collecting optics with wavelength dependent filter element adjustment of beam area |
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| US11125780B2 (en) | 2018-10-18 | 2021-09-21 | International Business Machines Corporation | Test probe assembly with fiber optic leads and photodetectors |
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| FR2685962B1 (fr) * | 1992-01-07 | 1994-05-20 | Centre Nal Recherc Scientifique | Ellipsometre infrarouge. |
| US5486701A (en) | 1992-06-16 | 1996-01-23 | Prometrix Corporation | Method and apparatus for measuring reflectance in two wavelength bands to enable determination of thin film thickness |
| US5408322A (en) * | 1993-04-26 | 1995-04-18 | Materials Research Corporation | Self aligning in-situ ellipsometer and method of using for process monitoring |
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| FR2737572B1 (fr) * | 1995-08-03 | 1997-10-24 | Centre Nat Rech Scient | Ellipsometre multi-detecteurs et procede de mesure ellipsometrique multi-detecteurs |
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| DE10021379A1 (de) * | 2000-05-02 | 2001-11-08 | Leica Microsystems | Optische Messanordnung insbesondere zur Schichtdickenmessung |
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2001
- 2001-03-09 JP JP2001067320A patent/JP2002267418A/ja active Pending
-
2002
- 2002-03-08 EP EP02005424A patent/EP1239260A3/en not_active Withdrawn
- 2002-03-08 US US10/094,383 patent/US6795185B2/en not_active Expired - Fee Related
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| WO2012124303A1 (ja) * | 2011-03-11 | 2012-09-20 | ナノフォトン株式会社 | 光学顕微鏡、及び分光測定方法 |
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