JP2004504590A - コンパクトな分光エリプソメータ - Google Patents

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JP2004504590A
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ボエール・ピエール
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ソシエテ・ドゥ・プロデュクシオン・エ・ドゥ・ルシェルシェ・アプリケ
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Abstract

【課題】エリプソメータを更に改良する。
【解決手段】ビーム4を放射する光源2と、ビーム4を偏光し、少なくとも選択角度に従ってサンプル16を照射する偏光入射ビーム12を生成する偏光子10と、照射されたサンプル16で反射されるビーム20を受け取り、反射ビーム20に応答して出力ビーム28を生成するアナライザ24と、光源2とサンプル16の間及び/又はサンプル16とセンサの間に配置され、選択スポットに従って入射及び/又は反射ビーム12,20を集光する少なくとも反射光学要素14とを備える分光エリプソメータに関する。それは更に、サンプル16とセンサの間及び/又は光源2とサンプル16の間に配置されて反射及び/又は入射ビームを集光及び集束する少なくとも第1屈折要素22を備え、それによりサンプル16の一方側に少なくとも屈折及び反射要素22,14を提供でき、スポットに対して同じ側に光源とセンサを配置できる。
【選択図】図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は分光エリプソメータ(ellipsometer)(偏光解析器、楕円偏光計)に関する。
【0002】
【従来の技術】
エリプソメトリ(ellipsometry)(偏光解析法、楕円偏光法)は非破壊光学測定技術であり、その非破壊光学測定技術は、サンプルを照射する入射ビームの偏光状態を、当該サンプルで反射されるビームの偏光状態と比較し、当該サンプルを構成する層および材料の特性に関する情報をこの比較から推定する目的を持っている。
【0003】
多くの分光エリプソメトリ組立体が既に公知である。
【0004】
たとえば、米国特許第5608526号では、分光エリプソメータは、サンプルを照射しようとする偏光入射ビームを生成するために、偏光子によって偏光される広帯域光ビームを放射する光源を備えている。アナライザ(analyzer)(分析器、検光子)は、このように照射されたサンプルによって反射されるビームを受け取り、この反射ビームに応答して出力ビームを生成する。検出器は、サンプルでの偏光入射ビームの反射に起因される出力ビームの偏光状態の位相変化および振幅変化を決定するために、処理手段によって処理可能な信号に、その出力ビームを変換する。
【0005】
このエリプソメータでは、偏光子とアナライザとの間に配置される全ての光学要素は、法線に対して小さな入射角を有する反射器タイプの光学要素である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
そのようなエリプソメータは満足できるものである。それにも関わらず、出願人は、特に、コンパクトさ、および、入射ビームおよび/または反射ビームの透過に関して、詳細には入射ビームおよび/または反射ビームの偏光状態の透過に関して、このエリプソメータをさらに改良する問題を自らに設定した。
【0007】
本発明はまさにこの問題に解決策を提供する。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は分光エリプソメータに関し、分光エリプソメータは、広帯域光ビームを放射可能な光源と、前記広帯域光ビームを偏光し、少なくとも1つの選択された入射角に従ってサンプルを照射可能な偏光入射ビームを生成する偏光子と、
このように照射されたサンプルによって反射されるビームを受け取り、この反射ビームに応答して出力ビームを生成するアナライザと、前記出力ビームを出力信号に変換するための検出器と、前記検出器からの前記出力信号を処理し、前記サンプルでの前記偏光入射ビームの反射によって引き起こされた前記出力ビームの偏光状態における位相変化および振幅変化を決定するための処理手段と、選択されたスポットに従って前記入射ビームおよび/または前記反射ビームを集光するために、前記光源と前記サンプルとの間および/または前記サンプルと前記検出器との間に配置される少なくとも1つの反射光学要素とを備えている。
【0009】
本発明の一般的な規定によれば、エリプソメータは、前記反射ビームおよび/または前記入射ビームを集光および集束するために、前記サンプルと前記検出器との間および/または前記光源と前記サンプルとの間に配置される少なくとも1つの第1屈折光学要素を備える。
【0010】
本発明によれば、屈折要素および反射要素をサンプルの何れかの側に配置することによりサンプル上のスポットに対して同じ側に光源および検出器の配置を確保でき、それによってエリプソメータの寸法が著しく減少される。
【0011】
さらに、従来技術による分光エリプソメータと比較して、特に、米国特許第5608526号に関して、本発明によるエリプソメータより、入射ビームおよび/または反射ビームの透過が向上可能であり、入射ビームおよび/または反射ビームの偏光での位相変化の影響を回避可能であり、および、エリプソメータのコンパクト性および安定性を向上可能である。
【0012】
本発明によるエリプソメータの第1態様によれば、第1光ファイバは、検出器、スペクトログラフ、およびスペクトロメータなどによって形成されたグループに属するタイプの光学デバイスにアナライザを接続している。
【0013】
本発明によるエリプソメータは、アナライザと第1光ファイバの入口との間に配置される第2屈折光学要素を備え、この第2屈折光学要素は、前記アナライザで放射された出力ビームを第1光ファイバの入口に集光できる。
【0014】
そのような第2屈折光学要素が有する利点は、第2屈折光学要素が、光ファイバの入口に対してアナライザで放射された出力ビームの適用を可能とし、その場合が起これば、サンプル上の深さ(すなわち、直交座標系XYZの場合にはZ方向)の差を補償するような適応を可能とすることである。
【0015】
本発明によるエリプソメータの第2態様によれば、第2光ファイバが光源を偏光子に接続している。
【0016】
実際に、第1屈折光学要素および/または第2屈折光学要素は、単一透過レンズまたは複合透過レンズであり、好適には最小の偏光効果を有し、関連する光学ユニットを使ってアクロマテック組立体を形成できる。さらに、屈折光学ユニットは、系の光透過を向上するために反射防止コーティングを備えることができる。
【0017】
本発明の他の態様によれば、第1屈折光学要素は、偏光入射ビームがサンプルに向けて通過するのを許容可能であり、反射ビームをアナライザに集光するために反射ビームを集束可能である開口を備える。
【0018】
本発明の他の特徴によれば、エリプソメータは、偏光子とアナライザとの間で、光の伝播方向に従ってサンプルの上流または下流に配置される補償光学要素をさらに備える。そのような補償光学要素は、アクロマテック(achromatic)(色収差のない、無色の)、回転可能、および/または取外し可能であることがある。
【0019】
また、本発明のさらに他の特徴によれば、本発明によるエリプソメータは、偏光子の屈曲、偏位、および色収差なしに、光源および偏光子で放射された迷放射線を除去するために、および、光源の画像を一定に維持するために、光の伝播方向に従って偏光子の下流に配置されるブロッキング光学要素を備える。
【0020】
アナライザとアナライザに関連する光学要素とに加えて、偏光子と偏光子に関連する光学要素とが、1つの同じ光学ヘッドに配置され、それによって本発明によるエリプソメータのコンパクト性をさらに向上することは有利である。
【0021】
光学ヘッドがX軸および/またはY軸に従って平行移動可能であるので、サンプル上の入射ビームが長手方向および/または横方向に移動させられることは好ましい。
【0022】
光学ヘッドがZ軸方向に移動可能であるので、サンプル上の入射ビームが高さ方向に移動されることは好ましい。
【0023】
実際に、エリプソメータは、固定され、および/または、X軸、Y軸および/またはZ軸方向に移動可能であり、および/または、Z軸回りに回転可能であるサンプルホルダを備える。
【0024】
本発明の他の態様によれば、エリプソメータは、サンプルの表面にほぼ平行な面に配置され、入射ビームおよび反射ビームが斜め入射で通過するウインドウを備える。
【0025】
本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面を考慮して明らかになるだろう。
【0026】
【発明の実施の形態】
図面は、明確な性質を備える要素を含む。これらの要素は、必要に応じて、本発明の理解を助けると共に本発明を規定するのに利用できるだろう。
【0027】
図1を参照して、本発明によるエリプソメータ1は、広帯域光ビーム4を放射する光源2を備える。この光源2は、たとえば、紫外線、可視光線、および/または近赤外線内の広帯域周波数成分を具備する放射線を放射するキセノンアークランプである。
【0028】
1つの変形例として、光源は、キセノンランプとほぼ同様なスペクトル範囲に及ぶために、重水素放電管と組合わされるタングステンランプであっても良い。
【0029】
本発明における第1の実施の形態によれば、広帯域光ビーム4は、集光手段6により集光されて入口用スロット8により範囲を定められた後に、偏光子10に伝播される。偏光子10を離れた光ビーム12は、既知の偏光状態で測定ビームを構成する偏光入射ビームになる。
【0030】
偏光入射ビームのサイズを制限して2つの偏光状態が重なり合うのを防止するために、偏光子10が円形開口を有することは好ましい。偏光子の円形開口の直径は、1mmのオーダーであり、スロット8と偏光子10との間の距離は50mmのオーダーである。
【0031】
1つの変形例(図2)として、光源2で放射されたビーム4を、光ファイバ3を介して偏光子10を通るように送ることができる。
【0032】
このような状況下では、光源2が、以下でより詳細に記述されるように、オフセットされることは有利である。
【0033】
図1または図2を参照して、偏光入射ビーム12は、小さな入射角al(すなわち、ミラー14の反射面に対する法線Nlに近い)でミラー14に当る。ミラー14は、たとえば、楕円面鏡である。ミラー14は、小さなスポット(たとえば、25μ×25μの正方形)に従って入口用スロット8の画像をサンプル16に投射する。偏光入射ビーム12は、サンプルの法線N2に対してより大きな入射角AIでサンプル16に投射される。
【0034】
たとえば、ミラー14の開口数は0.15°のオーダーであり、サンプル16への法線N2に対して偏光入射ビーム12の入射角AIは63.5°〜80.5°のオーダーである。
【0035】
サンプル16は、たとえば、透明基板上に堆積された少なくとも1つの薄い層を有する半導体材料から製造される。サンプルは、入射ビームを受け取る前面FAVと、サンプルホルダに接触する後面FARとを備える。任意のタイプで任意の材料から製造されるサンプル用の用途を本発明が有することは全く明白である。
【0036】
サンプル16はサンプルホルダ18上に配置される。サンプルホルダ18は、固定されていても良いし、および/または、X軸、Y軸、Z軸に従って正規直交座標系で移動可能であっても良いし、および/または、回転可能であっても良い。同様に、サンプルホルダは、吊り下げられていても良い。
【0037】
本発明における他の実施の形態(図3)によれば、エリプソメトリ測定は、本出願人により2000年5月26日に出願されて出願番号00 06771を受け、「Method and apparatus for ellipsometric metrology for sample contained in a chamber or the like(チャンバなどに含まれるサンプル用のエリプソメトリ測定方法および装置)」と題するフランス国出願に記述されているように、ウインドウまたはポート19を介して達成される。
【0038】
ウインドウ19は、サンプル16の表面とほぼ平行な面に配置される。たとえば、ウインドウ19は、サンプルが配置されているチャンバ(図示せず)を少なくとも部分的に塞いでいる。たとえば、ウインドウ19は、紫外線において等方的で透明なシリカタイプの材料から作られる。
【0039】
入射ビーム12および反射ビーム20は斜め入射でウインドウを通過する。
【0040】
図1〜図3のうち少なくとも何れか1つを参照して、屈折(または透過)光学要素22は、サンプルで反射されたビーム20を(適切な場合にはウインドウ19を介して)受け取る。それから、この屈折光学要素22は、アナライザ24を介して反射ビーム20を集光する。
【0041】
本発明によれば、屈折要素および反射要素がサンプルの何れかの側に配置されていることよって、サンプル上のスポットに対して同じ側に光源および検出器の配置を確保でき、それによってエリプソメータの寸法が著しく減少される。
【0042】
さらに、米国特許第5608526号と比較して、屈折光学要素22は、サンプルとアナライザとの間に配置された集光ミラーと、それに続くミラーとに置き換わっている。従って、屈折光学要素22によって、本発明による分光エリプソメータがよりコンパクトになり、入射ビームおよび/または反射ビームの透過は、特に、反射ビームの偏光状態の透過は、反射要素で一般的に生成される偏光の位相変化の影響を透過レンズが最小にする限りにおいて向上される。
【0043】
実際に、スロットタイプのブロッキング要素30はアナライザ24の下流に設けられている。このスロット30は分光計(図示せず)のものであっても良い。
【0044】
1つの変形例として、アナライザ24で放射されるビーム28は、スロット30を介して光ファイバ32に送られる。
【0045】
スロット30の開口が光ファイバ32の入口34に合わせて変えられることが好ましい。
【0046】
スロットタイプのブロッキング光学要素26が、サンプルで反射されたある種の放射線を阻止するために、光の伝播方向に従って屈折光学要素22の下流に配置されることは好ましい。
【0047】
スロット26の幅は、サンプルで反射されたビームに関連する入射角を決定し、スロットの中心の配置は、反射ビームの測定に関連する平均入射角を決定する。
【0048】
起動手段(図示せず)が、スロット26の幅のみならず、その中心の配置を制御するために設けられることは好ましい。
【0049】
幾つかの実施の形態では、スロット26の幅および中心が固定されている。
【0050】
図4を参照すると、図1の分光エリプソメータの変形例が示されており、この例では、屈折/透過光学要素22が、戻り経路(すなわちサンプルとアナライザとの間)に置かれた場所に対して、外方経路(すなわち偏光子とサンプルとの間)に配置されている。
【0051】
図1のエリプソメータの要素2,4,6,8,10は図4に示されている。偏光入射ビーム12は、サンプルの法線N2に対して入射上げ角AIで屈折/透過光学要素22を介して、サンプル16に集束される(たとえば71°)。
【0052】
反射ビーム20は、ミラー14で集光されるので、その時にアナライザ24の方向に向けられる。
【0053】
ブロッキング要素26は、アナライザ24で解析されるようにする反射ビーム20の放射線を規定するために、ミラー14に近接して配置されている。
【0054】
そこにはまた、屈折要素22および反射要素14は、エリプソメータの照射アームおよび解析アームを同じ側に配置するような方法で、サンプルの何れかの側に配置される。
【0055】
図5を参照すると、図のエリプソメータの変形例が示されており、この変形例では、他の屈折/透過光学要素36がアナライザ24と光ファイバ32の入口34との間に配置されている。この屈折/透過光学要素36は、アナライザによって放射される出力ビーム28を、光ファイバ32の入口34に集光する。そのような屈折/透過光学要素36が有する利点は、光ファイバの入口に対して、アナライザで放射される出力ビームの適応を可能とし、それによって、このような場合が起きれば、サンプル上の深さ(すなわち、直交座標系XYZの場合にはZ軸方向)の差を補償する適応を可能とすることである。
【0056】
屈折/透過光学要素36および/または屈折/透過光学要素22が、単純透過レンズまたは複合透過レンズであることは好ましく、最小偏光効果を有することは好ましい。その屈折/透過光学要素が複合である場合には、レンズ22またはレンズ36は、関連する光学ユニットを備えるアクロマテック組立体(achromatic assembly)を形成する。さらに、屈折光学ユニットは、この系の光透過を向上するために、反射防止コーティングを有することができる。屈折/透過光学要素22は、偏光子で放射された入射ビーム12がサンプルに向けて通過するのを許容でき、および、アナライザ24に向けて集光するために、サンプルで放射された反射ビーム20を集光するのを許容できる開口に従って規定され得る。
【0057】
図6を参照すると、図4を参照して記述されたエリプソメータの変形例が記述され、この変形例では、透過レンズ36が、スロット30と光ファイバ32の入口34との間で導入されている。
【0058】
図7を参照すると、図1のエリプソメータの変形例が示され、この変形例では、偏光子10がミラー14とサンプル16との間に配置されている。全く明白であることは、この配置が、他の図面で記述された変形例との組合せで使用可能なことである。
【0059】
図8を参照すると、本発明によるエリプソメータの他の変形例が示され、この変形例ではレンズ22が、光の伝播方向に従ってアナライザ24の下流に配置されている。全く明白であることは、この配置が、他の例と同様に、他の図面で記述された変形例との組合せで使用可能なことである。
【0060】
図9を参照すると、図5を参照して記述されたエリプソメータの他の変形例が示されている。この変形例では、ブロッキング要素は、図5のエリプソメータにおけるように下流に配置される代わりに、透過レンズ22の上流(光の伝播方向に従って)に配置されている。さらに、ブロッキング要素40はアナライザ24の上流に配置されている。
【0061】
ブロッキング要素26,40,30は最適な方法で反射ビームの阻止を可能とする。
【0062】
図10を参照すると、分光エリプソメータの他の変形例が記述され、この変形例では、図9のエリプソメータと比較して、ブロッキング要素40が除去され、ブロッキング要素8が、図9で参照されるように上流に配置される代わりに、偏光子10の下流に配置されている。
【0063】
光の伝播方向に従って偏光子の下流にブロッキング要素8を配置することによって、光源および偏光子で放射された迷放射線を除去すること、および、偏光子の屈曲、偏位、および色収差なしに、光源の画像を一定に維持することが可能になる。
【0064】
図11を参照すると、本発明による分光エリプソメータの他の変形例が示されている。この変形例では、図10を参照して記述されたものと比較して、アナライザ24の上流には補償板50に続くブロッキング要素40が配置されている。補償要素50はミラーから成る。補償要素50の機能は、測定されるサンプルの性質に関係なく、最適な測定条件でそれを配置するために、既知の値の偏光の位相を変えることである。
【0065】
図12を参照すると、本発明による分光エリプソメータの他の変形例が示され、この変形では補償要素50が偏光子10とブロッキング要素8との間に配置されている。
【0066】
図13を参照すると、本発明によるエリプソメータの変形例が示され、この変形例では入射AIの波長/角度の交差分散の機能が、光の伝播方向に従ってスロット30の下流に配置されたアレイ60によって生成される。アレイ60は、CCDマトリックスタイプの検出器70上に水平方向スペクトル分散72と、入射角に従う垂直方向分散74とを生成可能な垂直ライン62を備えている。
【0067】
図13による実施の形態では、この機能がアレイ60およびマトリックス検出器70によって提供されるので、全ての入射角を得るためにスロットは設けられていない。全く明白なことは、光源側では当該光源をオフセットするために光ファイバを使用することができることである。同様に、光ファイバの助けを借りて、検出側でアレイ、検出器、スペクトログラフなどのような要素をオフセットすることが可能である。
【0068】
図14を参照すると、本発明によるエリプソメトリ組立体が示され、この組立体では光源2が赤外線内で放射可能である。
【0069】
組立体は、マイケルソンタイプの干渉計80を提供する。干渉計80は、オーダー84に対して移動可能な少なくとも1つのミラー82を備えている。
【0070】
ここでは偏光子10は、グリッドを有するタイプのものであり、IR内で互換性がある。
【0071】
検出器側には、レンズ22と、アナライザ24、好ましくは、アナライザ24の上流に配置されたスロット90に加えてグリッドを有するアナライザ24とが設けられている。本出願人によって2000年7月17日に出願されて出願番号00 09318を受けて、「High spatial resolution infrared ellipsometer(高度な空間分解能の赤外線エリプソメータ)」と題するフランス国出願を参照して記述されるように、スロット90は、サンプルの後面からの迷放射線を除去するために、カッタタイプまたはブロッキング要素タイプである。
【0072】
この組立体では、検出器120が、水銀−カドミウム−テルル、液体窒素、または同様のタイプの検出器であることは好ましく、赤外線での作動と互換性があることは好ましい。
【0073】
ミラー100が、アナライザ24で放射されたビームを検出器120に集束することは有利である。入射角を選択するためのデバイス110が、検出器での測定のために、入射角の選択された範囲内において斜め入射でサンプルによって反射される放射線のみを選択するように、ミラー100に結合されるのは好ましい。
【0074】
図1〜図14を参照して記述された組立体では、サンプル上のスポットに対して同じ側に光源および検出器を配置するために、詳細にはエリプソメータの寸法を減少して空間および質量の節約を提供するために、屈折要素および反射要素22,14がそれぞれサンプルの何れかの側に配置されることは有利である。
【0075】
さらに、光源側および/または検出器側での光ファイバの使用によっても、ある距離に光学装置をオフセットすること、および、簡単に多重化することが可能になり、それによって時間の節約もまた提供される。
【0076】
さらに、出願人が気付いたことは、サンプルに対して照射アームおよび解析アームを同じ側に配置することにより、当該照射アームおよび解析アームが、X軸、Y軸、および/またはZ軸に従って配置可能なエリプソメトリボックス内に収容される1つの同じ光学ヘッドに配置され得ることである。
【0077】
図15A〜図15Dを参照すると、こられの図は、本発明による分光エリプソメータの照射アームおよび解析アームを含むような光学ヘッド200を示している。ヘッドまたはボックス200は、たとえば、高さ200mm、長さ315mm、および、幅83mmのほぼ平行六面体形状のものである。ボックス200が、サンプルに対する法線に配置されるようにされたカメラ21をさらに備えることは有利である。
【0078】
偏光入射ビーム12が、サンプルに向けて通過可能であり、アナライザ24を介して反射ビームを集光/集束可能であるように変更された開口を、透過レンズ22が備えることは好ましい。
【0079】
偏光子10と、照射アームの関連要素とが、第1支持体220に配置されている。支持体220は、図1〜図14に関して示されたように、エリプソメトリ測定を行うような方法でサンプルおよびミラー14に関して配置される。支持体220は、適切な固定手段の助けを借りてボックスに固定される。
【0080】
同様に、アナライザ24と、解析アームの関連要素とが、第2支持体230に配置される。支持体230は、図1〜図14に関して示されたように、エリプソメトリ測定を行うような方法でサンプルおよびレンズ22に関して配置される。支持体230は、適切な固定手段の助けを借りてボックスに固定される。
【0081】
実際に、支持体220は、偏光子10およびブロッキング要素8を備える。照射アームが、ボックスの内部に収容される光ファイバ3を介して光源2に接続され、その内部の一端がボックス200の外部にこうして配置された光源に接続されることは有利である。
【0082】
実際に、支持体230はアナライザ24、ブロッキング要素26、ブロッキング要素40、およびレンズ36を備える。スペクトロメータ(spectrometer)(分光計、分光器)(図示せず)が、ボックスの外部に配置され、光ファイバ32によって支持体230に接続されることは好ましい。
【0083】
同様に、検出器および処理手段(図示せず)は、ボックス200の外部に配置され、光ファイバ3,32を介してボックスに接続される。
【0084】
図16A〜図16Dを参照すると、ボックス200は、サンプル上の入射ビームを長手方向、横方向、および/または垂直方向に移動させるために、X軸、Y軸、および/またはZ軸に従って平行移動可能である。
【0085】
ボックスの側に、サンプルホルダ18を固定状態にすることができる。また、サンプルホルダ18がX軸、Y軸、および/またはZ軸に平行移動可能であることは好ましい。さらに、サンプルホルダは垂直軸(Z軸)のまわりで回転可能である。サンプルホルダは、たとえば、直径300mmの円形サンプルを支持可能である。
【0086】
照射アームおよび解析アームを支持するエリプソメトリ用のそのようなヘッドまたはボックスが有する利点は、本発明によるエリプソメータのコンパクト性をさらに向上させることである。また、そのようなヘッド200は、交換可能で多重化可能な遠距離光学デバイス(光源、検出器、スペクトログラフ(spectrograph)(分光器、分光写真器)、処理手段、…)に光ファイバで接続されている。
【0087】
X軸および/またはY軸および/またはZ軸への平行移動におけるヘッド200の移動手段240,250,260はそれぞれ、ベルト、ウォームネジ(endless screw)、または、それらと等価物を具備する手段であることがある。
【0088】
X軸への移動は、たとえば、300mmのオーダーであり、Y軸への移動は500mmのオーダーであり、Z軸への移動は100mmのオーダーである。
【0089】
ヘッドの移動手段のみならずヘッド200およびサンプルホルダ18がプレート270に配置されることは好ましい。
【0090】
1つの変形例として、本発明によるエリプソメータは、光学ヘッド200と類似する他の光学ヘッド(図示せず)を備えることができる。この他の光学ヘッドは、光学ヘッド200で行われる測定に類似した他のエリプソメトリ測定を行うために、光学ヘッド200の近くに移動可能である。
【0091】
他の構成要素が、図1〜図16を参照して記述されるような要素を使って可能であることは全く明白である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるエリプソメータであり、偏光子とサンプルとの間に配置される反射要素、および、サンプルとアナライザとの間に配置されふ屈折要素を有するエリプソメータを概略的に示す図である。
【図2】光源で放射された照射ビームをサンプルに向けて送る光ファイバを使って図1のエリプソメータを概略的に示す図である。
【図3】本発明によるエリプソメータであり、ウインドウを介して行われたエリプソメトリ測定を使って図1のエリプソメータを概略的に示す図である。
【図4】本発明による分光エリプソメータであり、偏光子とサンプルとの間に配置される屈折要素、および、サンプルとアナライザとの間に配置される反射要素を有する分光エリプソメータを概略的に示す図である。
【図5】本発明によるエリプソメータであり、アナライザと光ファイバの入口との間に配置される他の屈折要素が追加された図1のエリプソメータを概略的に示す図である。
【図6】本発明によるエリプソメータであり、アナライザと光ファイバの入口との間に配置される他の屈折要素が追加された図4のエリプソメータを概略的に示すずである。
【図7】本発明によるエリプソメトリ組立体であり、偏光子が反射要素とサンプルとの間に配置されているエリプソメトリ組立体を示す図である。
【図8】本発明によるエリプソメトリ組立体であり、アナライザが屈折要素の上流に置かれているエリプソメトリ組立体を示す図である。
【図9】本発明による変形例であり、サンプルとアナライザとの間に置かれている屈折要素の上流にブロッキング要素が配置されている変形例を示す図である。
【図10】本発明による変形例であり、ブロッキング要素が偏光子の下流に配置されている変形例を示す図である。
【図11】本発明による変形例であり、補償要素がアナライザの上流に配置されている変形例を示す図である。
【図12】本発明による変形例であり、補償要素が偏光子の下流に配置されている変形例を示す図である。
【図13】本発明による変形例であり、入射角に従って交差されるスペクトル分散をアレイが確保している変形例を概略的に示す図である。
【図14】本発明によるエリプソメトリ組立体の機能であり、赤外線でのエリプソメトリ組立体の機能を示す図である。
【図15A】アナライザ、偏光子、および、関連する光学ユニットを含む光学ヘッドを概略的に示すが、異なる要素を固定するための手段が示されていない図である。
【図15B】アナライザ、偏光子、および、関連する光学ユニットを含む光学ヘッドを概略的に示すが、異なる要素を固定するための手段が示されていない図である。
【図15C】アナライザ、偏光子、および、関連する光学ユニットを含む光学ヘッドを概略的に示すが、異なる要素を固定するための手段が示されていない図である。
【図15D】アナライザ、偏光子、および、関連する光学ユニットを含む光学ヘッドを概略的に示すが、異なる要素を固定するための手段が示されていない図である。
【図16A】本発明による光学ヘッドの移動を示す図である。
【図16B】本発明による光学ヘッドの移動を示す図である。
【図16C】本発明による光学ヘッドの移動を示す図である。
【図16D】本発明による光学ヘッドの移動を示す図である。
【符号の説明】
2    光源
3    第2光ファイバ
4    広帯域ビーム
8    ブロッキング光学要素
12   偏光入射ビーム
14   反射光学要素
16   サンプル
19   ウインドウ
20   反射ビーム
21   第1屈折光学要素
28   出力ビーム
32   第1光ファイバ
34   入口
36   第2屈折光学要素
40   ブロッキング光学要素
50   補償光学要素
60   分散要素
80   干渉計
200  光学ヘッド
al   小さな入射角
AI   大きな入射角
N1   法線
N2   法線

Claims (26)

  1. 広帯域ビーム(4)を放射可能な光源(2)と、
    前記広帯域ビーム(4)を偏光し、少なくとも1つの選択された入射角に従ってサンプル(16)を照射可能な偏光入射ビーム(12)を生成する偏光子(10)と、
    このように照射されたサ前記ンプル(16)によって反射されるビーム(20)を受け取り、この反射ビーム(20)に応答して出力ビーム(28)を生成するアナライザ(24)と、
    前記出力ビームを出力信号に変換するための検出器と、
    前記出力信号を処理し、前記サンプル(16)での前記偏光入射ビーム(12)の反射によって引き起こされた前記出力ビームの偏光状態における位相変化および振幅変化を決定するための処理手段と、
    前記光源(2)と前記サンプル(16)との間および/または前記サンプル(16)と前記検出器との間に配置され、選択されたスポットに従って前記入射ビーム(12)および/または前記反射ビーム(20)を集光可能である少なくとも1つの反射光学要素(14)とを備えるタイプの分光エリプソメータであって、
    前記分光エリプソメータが、前記反射ビームおよび/または前記入射ビームを集光および集束するために、前記サンプル(16)と前記検出器との間および/または前記光源(2)と前記サンプル(16)との間に配置される少なくとも1つの第1屈折光学要素(22)をさらに備え、それによって少なくとも1つの屈折光学要素(22)と少なくとも1つの反射要素(14)とを前記サンプル(16)の何れかの側に配置可能であり、前記スポットに対して同じ側に配置される前記光源および前記検出器を設置可能であることを特徴とする分光エリプソメータ。
  2. 請求項1に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記サンプル(16)が、前記サンプル(16)の法線(N2)に対して大きな入射角(AI)に従って照射されていることを特徴とする分光エリプソメータ。
  3. 請求項1または2に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記入射ビームおよび/または反射ビームが前記反射光学要素(14)の法線(N1)に対して小さな入射角(a1)を有する一方、前記入射ビームおよび/または反射ビームが前記第1屈折光学要素(22)に対してほぼ垂直であることを特徴とする分光エリプソメータ。
  4. 請求項1に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記分光エリプソメータが、検出器、スペクトログラフ、スペクトロメータ、および干渉計などで形成されるグループに属するタイプの光学デバイスに前記アナライザ(24)を接続可能な第1光ファイバ(32)を備えることを特徴とする分光エリプソメータ。
  5. 請求項4に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記分光エリプソメータが、前記アナライザ(24)と前記第1光ファイバ(32)の入口(34)との間に配置される第2屈折光学要素(36)をさらに備え、
    前記第2屈折光学要素(36)が、前記アナライザで放射された出力ビームを前記第1光ファイバ(32)の入口に集光可能であることを特徴とする分光エリプソメータ。
  6. 請求項1に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記分光エリプソメータが、前記光源(2)を前記偏光子(10)に接続可能な第2光ファイバ(3)を備えることを特徴とする分光エリプソメータ。
  7. 請求項1に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記第1屈折光学要素(22)が、単一透過レンズタイプまたは複合透過レンズタイプのレンズであり、好適には最小の偏光効果を備え、関連する光学ユニットを使ってアクロマテック組立体を形成可能であることを特徴とする分光エリプソメータ。
  8. 請求項5に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記第2屈折光学要素(36)が、単一透過レンズタイプまたは複合透過レンズタイプのレンズであり、好適には最小の偏光効果を備え、関連する光学ユニットを使ってアクロマテック組立体を形成可能であることを特徴とする分光エリプソメータ。
  9. 請求項1に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記第1屈折光学要素(22)が、前記偏光入射ビーム(12)の通過を許容可能にし、前記反射ビーム(20)の集光を許容可能にする開口を備えることを特徴とする分光エリプソメータ。
  10. 請求項1〜9のいずれか一項に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記分光エリプソメータが、前記偏光子(10)と前記アナライザ(24)との間で、光の伝播方向に従って前記サンプル(16)の上流または下流に配置される補償光学要素(50)をさらに備えることを特徴とする分光エリプソメータ。
  11. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記分光エリプソメータが、光の伝播方向に従って前記偏光子(10)の上流または下流に配置されるブロッキング光学要素(8)を備えることを特徴とする分光エリプソメータ。
  12. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記分光エリプソメータが、前記第1屈折光学要素(22)の上流または下流に配置されるブロッキング光学要素(26)を備えることを特徴とする分光エリプソメータ。
  13. 請求項1〜12のいずれか一項に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記分光エリプソメータが、前記アナライザ(24)の上流に配置されるブロッキング光学要素(40)を備えることを特徴とする分光エリプソメータ。
  14. 請求項10または11に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記補償光学要素(50)が、偏光子(10)の後であると共に前記ブロッキング光学要素(8)の前に配置されていることを特徴とする分光エリプソメータ。
  15. 請求項10または13に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記補償光学要素(50)が、前記ブロッキング光学要素(40)の後であると共に前記アナライザ(24)の前に配置されていることを特徴とする分光エリプソメータ。
  16. 請求項1〜15のいずれか一項に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記第1屈折光学要素(22)が、光の伝播方向に従う前記アナライザ(24)の下流に配置されていることを特徴とする分光エリプソメータ。
  17. 請求項1〜16のいずれか一項に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記偏光子(10)が、光の伝播方向に従う前記反射要素(14)の下流に配置されていることを特徴とする分光エリプソメータ。
  18. 請求項1〜17のいずれか一項に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記分光エリプソメータが、光の伝播方向に従う前記アナライザ(24)の下流に取付けられる分散要素(60)をさらに備えることを特徴とする分光エリプソメータ。
  19. 請求項1〜18のいずれか一項に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記分光エリプソメータが、光の伝播方向に従う前記偏光子(10)の上流に配置される干渉計(80)をさらに備えることを特徴とする分光エリプソメータ。
  20. 請求項1〜19のいずれか一項に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記アナライザ(24)と前記アナライザに関連する光学要素とに加えて、前記偏光子(10)と前記偏光子に関連する光学要素とが、1つの同じ光学ヘッド(200)内に配置されていることを特徴とする分光エリプソメータ。
  21. 請求項20に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記光学ヘッド(200)が、前記サンプル上の前記入射ビームを長手方向および/または横方向へ移動させるために、X軸および/またはY軸に従って平行移動可能であることを特徴とする分光エリプソメータ。
  22. 請求項20に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記光学ヘッド(200)が、前記サンプル上の入射ビームを高さ方向へ移動させるために、Z軸に従って移動可能であることを特徴とする分光エリプソメータ。
  23. 請求項1〜22のいずれか一項に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記分光エリプソメータが、固定されたサンプルホルダ(18)を備えることを特徴とする分光エリプソメータ。
  24. 請求項1〜22のいずれか一項に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記分光エリプソメータが、X軸、Y軸、および/またはZ軸に移動可能であり、および/または、Z軸回りに回転可能であるサンプルホルダを備えることを特徴とする分光エリプソメータ。
  25. 請求項1〜24のいずれか一項に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記分光エリプソメータが、前記サンプルの表面にほぼ平行な面に配置され、前記入射ビーム(12)および前記反射ビーム(20)を斜め入射で通過させるウインドウ(19)をさらに備えることを特徴とする分光エリプソメータ。
  26. 請求項20に記載の分光エリプソメータにおいて、
    前記分光エリプソメータが、前記光学ヘッド(200)で行われる測定に類似の他のエリプソメトリ測定を可能にするために、前記光学ヘッドの近くに移動可能である他の光学ヘッドを備えることを特徴とする分光エリプソメータ。
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