JP2002323304A - 分光エリプソメータ - Google Patents
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Abstract
る分光エリプソメータを提供すること。 【解決手段】 試料1の表面1aに偏光光8を照明する
照明光学系3と、試料表面1aで反射した楕円偏光8の
偏光変化量に基づいて試料表面1aに関するデータを出
力する検出光学系9とを備えた分光エリプソメータにお
いて、前記照明光学系3におけるF数を試料表面1aに
おけるビームスポット径が得られる程度の大きさに設定
するとともに、前記検出光学系9のF数を前記照明光学
系3におけるF数よりも大きく設定した。
Description
ェハやレティクル/マスク、液晶ディスプレイ(LC
D)のガラス基板などの試料表面の薄膜の厚みなどを測
定するための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、その膜厚や光学定数を測定する
ものである。
照明光学系および検出光学系におけるF数を互いに等し
くしていたため、試料表面に入射する照明光の角度分布
が広くなっていた。分光エリプソメータでは、照明光の
入射角度と、照明光および反射光の偏光特性などに基づ
いて目的とする値を演算によって求めるので、照明光の
入射角度分布が大きくなると、高精度の測定が困難にな
る。これに対して、照明光の入射角度を一定に保とうと
すると、試料表面をより大きく照明してしまい、微小面
積のみを測定するといった要求に応えることができな
い。
は、試料表面に対する照明光の入射角度や、波長や偏光
状態などを制御し、各状態における試料表面における反
射光の偏光特性や各偏光成分ごとの反射率とから、試料
の厚みや屈折率(誘電率)などが演算によって推定され
る。このため、照明光の入射角度は、測定上重要な制御
要素であり、照明光が平行光であることが最も理想的で
ある。
る微小な領域のみを測定するといった目的も多く、この
場合、照明光に一定の大きさの立体角を持たせて、照明
光の試料表面上におけるスポット径を制御するのが一般
的である。
ようとするとき、得られるビームスポット径dは、一般
的に、下記の式(1)で表される。 d=A・λ・Fno. ………(1) ここに、A;定数、λ;波長、Fno. ;F数であり、F
数は、光学系の入射ひとみ径をD、焦点距離をfとする
るとき、f/Dで与えられる量のことである。
ポット径dをより小さくするには、F数を小さくするこ
とが必要である。このとき、ビームの傾きは、F数の大
きさに応じた傾きを持つことになる。このように、ビー
ムスポット径dを小さくすると、照明光の傾き分布が大
きくなるが、これらを一度に検出器に導いて信号検出を
行う場合、照明光の傾きには分布がないほうが測定精度
が上がる。
たもので、その目的は、微小な領域の測定を高精度に行
うことができる分光エリプソメータを提供することであ
る。
め、この発明では、試料の表面に偏光光を照明する照明
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
とを備えた分光エリプソメータにおいて、前記照明光学
系におけるF数を試料表面におけるビームスポット径が
得られる程度の大きさに設定するとともに、前記検出光
学系のF数を前記照明光学系におけるF数よりも大きく
設定している。
照しながら説明する。図1は、この発明の第1の実施の
形態に係る分光エリプソメータの構成を概略的に示す。
この図において、1は試料(例えばウェハ)で、試料ス
テージ2上に水平に保持されている。この試料ステージ
2は、試料1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、ステージ保持機構(図示
していない)によって、3つの互いに直交するX方向
(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。
の側に設けられる照明光学系で、光源部4、反射鏡5,
6、偏光子7などよりなる。光源部4は、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と、この白色光源から発せら
れる光(照射光)8を適宜の径に絞るスリットを備えて
いる。光源部4に近い反射鏡5は、例えば凹面鏡よりな
り、その焦点位置に光源部4が位置するように設けら
れ、この反射鏡5から他の反射鏡6に向かう照射光8は
適宜径の平行光となっている。反射鏡6は、例えば凹面
鏡よりなり、反射鏡5からの平行光8Pを受けて、これ
を偏光子7を経て試料表面1aの所定の位置に所定のビ
ームスポット径となるように収斂させるものである。偏
光子7は、反射鏡6からの照射光8を所定の方向に直線
偏光するものである。
Fno.Sで表す)は、前記平行光8Pの直径をDS とし、
反射鏡6の焦点距離をfS とするとき、 Fno.S=fS /DS ………(2) で表されるが、このFno.Sの大きさは、試料表面1aに
おいて目的とするビームスポット径が得られるように十
分小さく設定する。
側に設けられる検出光学系で、試料表面1aに直線偏光
8を照明したときに試料表面1aで反射した楕円偏光1
0の偏光変化量を例えば分光器11に出力するもので、
検光子12、反射鏡13,14およびマスク部材15な
どよりなる。検光子12に近い反射鏡13は、例えば凹
面鏡よりなり、その焦点位置に試料表面1aが位置する
ように設けられ、マスク部材15のアパーチャ(開口)
15cを通過した楕円偏光10を平行光10Pにして他
の反射鏡14に反射する。反射鏡14は、例えば凹面鏡
よりなり、反射鏡13からの平行光10Pを分光器11
に出力する。そして、マスク部材15は、前記楕円偏光
10の光軸中心部の光10Aのみを通過させる光マスク
機能を有するもので、例えば、板部材15aに開閉自在
の絞り部材15bを設けたものよりなり、図中に拡大し
て示すように、平面視が例えば多角形形状の開口15c
の開口度合いを適宜調整できるように構成されている。
Fno.Kで表す)は、前記平行光10Pの直径をDK と
し、反射鏡14の焦点距離をfK とするとき、 Fno.K=fK /DK ………(3) で表されるが、このFno.Kと前記照明光学系3のFno.S
との間に、 Fno.S<Fno.K ………(4) なる関係が成り立つようにする。
記マスク部材15を設けたことにより、目的とする反射
角度を中心とする一部の立体角の光10Aのみを分光器
11に導くようにしている。このマスク部材15におけ
る開口15cの広がりがより狭い角度(立体角)範囲の
みの光10Aを通過させるようにすれば、得られる反射
光は、より狭い角度範囲のもののみとなり、図から明ら
かなように、符号10Bで示す部分、すなわち、実線と
仮想線部分で囲まれる部分の光10Bが著しく無駄にな
る。そこで、分光器11側へ導く反射光10の立体角
を、反射光量や分光器11の分光感度分布を考慮し、前
記マスク部材15における開口15cを開度調節して、
最適の値になるようにする。
は、照明光学系3による照明面積を小さくすることによ
り、試料表面1aにおける測定面積を小さくしながら、
試料表面1aからの反射光10を小さな立体角で取り出
すことができるので、測定精度を低下させることなく、
微小面積のみを高精度に測定することができる。
出光学系9に設けられるマスク部材15は、図示例の位
置に限られるものではなく、分光器11に至る光路内の
適宜位置に設けてあってもよい。
垂直方向(Y方向)の位置によって、紙面平行方向(X
方向)の傾きに影響を及ぼす収差(例えば球面収差)が
十分小さい場合には、マスク部材15における開口15
cの形状を、前記Y方向に直線的に延びるスリット状に
形成してもよい。このようにすることにより、反射光量
を無駄にすることが少なくなり、光量を有効に利用する
ことができる。
し、この実施の形態においては、検出光学系9にマスク
部材15を設けるのを省略し、反射鏡13に光マスク機
能をも持たせるようにしている。
し、この実施の形態では、反射鏡6と偏光子7との間
に、例えば凹面鏡からなる反射鏡16を設け、照明光学
系3のFno.Sを大きくして、試料表面1aに対する照明
光8を可及的に平行光に近い光とする一方、検出光学系
9の例えば分光器11に、前記マスク部材15と同様構
成のマスク部材17を設けている。
照明光学系3および検出光学系9のF数の関係は、前記
第1の実施の形態におけるそれと同じであることはいう
までもない。また、これらの実施の形態における作用効
果は、第1の実施の形態におけるそれと同じである。
料の表面に偏光光を照明する照明光学系と、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分光エリプ
ソメータにおいて、前記照明光学系におけるF数を試料
表面におけるビームスポット径が得られる程度の大きさ
に設定するとともに、前記検出光学系のF数を前記照明
光学系におけるF数よりも大きく設定しているので、測
定精度を低下させることなく、微小面積のみを高精度に
測定することができる。したがって、より微細化、微小
化が進む半導体ウェハやレティクル/マスクなど各種の
試料における微小部分の測定をより高精度かつ確実に測
定することができる。
構成を概略的に示す図である。
構成を概略的に示す図である。
構成を概略的に示す図である。
光、9…検出光学系、10…楕円偏光。
Claims (1)
- 【請求項1】 試料の表面に偏光光を照明する照明光学
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
備えた分光エリプソメータにおいて、前記照明光学系に
おけるF数を試料表面におけるビームスポット径が得ら
れる程度の大きさに設定するとともに、前記検出光学系
のF数を前記照明光学系におけるF数よりも大きく設定
したことを特徴とする分光エリプソメータ。
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