JP2008064691A - Apparatus for measuring optical anisotropy parameter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、偏光を用いて物質の膜厚、屈折率、屈折率異方性などの光学的パラメータを測定する際に用いる光学異方性パラメータ測定装置に関する。 The present invention relates to an optical anisotropy parameter measuring apparatus used when measuring optical parameters such as film thickness, refractive index, and refractive index anisotropy of a substance using polarized light.
電子デバイスの表面に形成される薄膜の膜厚、屈折率、屈折率異方性等の光学的パラメータは、そのデバイスの電気特性及び光学特性に影響を及ぼし、その均一性は電子デバイスの品質の良否を決定する。
したがって、品質向上には、これらパラメータの分布特性を測定し検査することが不可欠である。
Optical parameters such as the film thickness, refractive index, refractive index anisotropy, etc. of the thin film formed on the surface of the electronic device affect the electrical and optical characteristics of the device, and the uniformity is the quality of the electronic device. Determine pass or fail.
Therefore, it is essential to measure and inspect the distribution characteristics of these parameters for quality improvement.
これらの光学的パラメータを薄膜の膜厚や屈折率を非接触/非破壊に測定し検査する方法として、試料の測定点に照射した光が、試料で反射しあるいは試料を透過したときに、その偏光状態が変化する現象を利用して測定を行う光学異方性パラメータ測定装置が知られている。
しかし、この場合は、一度の測定で試料上の1点における反射光強度しか測定できないため、試料の測定しようとする領域全体の反射光強度を高効率で測定することのできる光学異方性パラメータ測定装置が提案されている。
図10はこのような従来の光学異方性パラメータ測定装置51を示し、薄膜試料52にP偏光又はS偏光の入射光束を照射させる照射光学系53と、薄膜試料52から反射される反射光束に含まれる偏光成分のうち、前記入射光束の偏光方向に直交するS偏光又はP偏光の反射光強度分布を検出する測定光学系54とを備えている。
そして、照射光学系53は、入射光束の光軸Lに沿ってレーザ光源55、偏光子56、薄膜試料52の測定領域52aの形状に応じて入射光束を拡径又は拡幅して平行光束とするビームエキスパンダ57が配されている。
そして、測定光学系54には、反射光束の光軸ARに沿って、検光子58と二次元受光素子から成る光センサ59が配されている。
FIG. 10 shows such a conventional optical anisotropy
Then, the irradiation
Then, the measurement
これによれば、照射光学系53のレーザ光源55から照射されたレーザ光が偏光子56でP偏光又はS偏光に偏光化された後、ビームエキスパンダ57によって所定の照射径の光束に拡径されて薄膜試料52の測定領域52a全域に一度に照射される。
そして、測定領域52a全域から反射された反射光束が検光子58を通り、その偏光成分のうち、入射光束の偏光方向に直交するS偏光又はP偏光が透過されて、その反射光強度分布が光センサ59の各受光素子により測定されることとなる。
したがって、受光素子数に応じた数の測定点からの反射光強度を一度に測定することができるというメリットがある。
According to this, after the laser light emitted from the
Then, the reflected light beam reflected from the
Therefore, there is an advantage that the reflected light intensity from a number of measurement points corresponding to the number of light receiving elements can be measured at a time.
しかしながら、この場合、光を偏光化した後に、ビームエキスパンダ57となるレンズにより光を屈折させてその光束を大きく拡径しているため、レンズで入射光束の偏光状態が変化してしまい測定精度が低下するという問題があった。
また、ビームエキスパンダ57と偏光子56の順序を逆にして、拡径された光束を偏光化しようとしても、このような光学測定に用いる偏光子56は、測定精度向上のため、一般には、天然の方解石を材料とするグラントムソンプリズムのように消光比の高いものが用いられるが、1辺が20mm以上の大きさのグラントムソンプリズムを作製するための材料を入手することは困難であり、したがって照射径が20mm以上の光束で測定を行うことは実質的に不可能であった。
同様に、大径の反射光束の偏光状態を検光子59で検出しようとすると、消光比の高い大径の検光子が必要になることから、測定が実質的に不可能であり、レンズで光束を縮径させた後に検光子59を透過させようとすると、検光子59を透過する前にレンズを透過した時点で偏光状態が変化するので、やはり測定精度が低下するという問題があった。
However, in this case, after the light is polarized, the light is refracted by the lens serving as the beam expander 57 and the light beam is greatly expanded, so that the polarization state of the incident light beam is changed by the lens and the measurement accuracy is increased. There was a problem that decreased.
Further, even if the order of the beam expander 57 and the
Similarly, if the
そこで本発明は、偏光を利用して膜厚、屈折率及び屈折率異方性などの光学的パラメータを測定する際に、照射径の大きな光を用いて測定精度を低下させることなく測定できるようにすることを技術的課題としている。 Therefore, the present invention can measure light parameters with a large irradiation diameter without reducing measurement accuracy when measuring optical parameters such as film thickness, refractive index and refractive index anisotropy using polarized light. To make it a technical issue.
この課題を解決するために、本発明は、前記試料の測定対象面をXY面とし、入射光軸とXY面の交点を原点とするXYZ座標上で、入射光軸及び反射光軸が通る面をXZ面とし、原点に向かう入射光軸の方向をα、原点から反射された反射光軸の方向をβとしたときに、
照射光学系は、試料の測定領域の形状に応じたスポット形状の平行光束を照射する光源装置と、その平行光束を所定角度で反射させることによりα方向に沿って試料へ向かう直線偏光の入射光束を抽出する反射型偏光子を備え、
測定光学系は、試料からβ方向に進行する反射光束をYβ面又はXβ面と直交する反射面により所定角度で反射させることによって試料で反射されたP偏光又はS偏光を抽出する反射型検光子と、その偏光成分の光強度を検出する1次元又は2次元の光センサを備えたことを特徴としている。
In order to solve this problem, the present invention provides a surface through which an incident optical axis and a reflected optical axis pass on an XYZ coordinate whose origin is the intersection of the incident optical axis and the XY plane, and the measurement target surface of the sample is the XY plane. Is the XZ plane, the direction of the incident optical axis toward the origin is α, and the direction of the reflected optical axis reflected from the origin is β,
The irradiation optical system includes a light source device that irradiates a spot-shaped parallel beam according to the shape of the measurement region of the sample, and a linearly polarized incident beam that travels toward the sample along the α direction by reflecting the parallel beam at a predetermined angle. With a reflective polarizer to extract
The measurement optical system reflects a reflected light beam traveling in the β direction from a sample at a predetermined angle by a reflecting surface orthogonal to the Yβ surface or the Xβ surface, thereby extracting a P-polarized light or S-polarized light reflected by the sample. And a one-dimensional or two-dimensional optical sensor for detecting the light intensity of the polarization component.
本発明において、反射型偏光子を及び反射型検光子として平面リフレクタを使用し、夫々の反射面がXα面及びYβ面と直交するように配し、光源装置からXα面内に沿って平行光束を照射すると、Xα面と直交する平面リフレクタに対しブリュースター角で入射され、その反射光がα方向に沿って試料に向う入射光束となる。
このとき、入射光束は、平面リフレクタの反射面に対してS偏光成分のみを含む光となり、その偏光の振動方向はXα面に直交するYα面方向となっているから、試料に対してもS偏光のまま入射される。
In the present invention, a planar reflector is used as the reflective polarizer and the reflective analyzer, and the respective reflective surfaces are arranged so as to be orthogonal to the Xα plane and the Yβ plane. Is incident on a planar reflector perpendicular to the Xα plane at a Brewster angle, and the reflected light becomes an incident light beam directed toward the sample along the α direction.
At this time, the incident light beam becomes light including only the S-polarized component with respect to the reflecting surface of the planar reflector, and the vibration direction of the polarized light is in the Yα plane direction orthogonal to the Xα plane. Incident light is incident as polarized light.
次いで、試料から反射された反射光束はβ方向に進行し、Yβ面と直交する平面リフレクタに対しブリュースター角で入射され、その反射光がYβ面に沿って進行する。
このとき、試料に対してS偏光となる反射光束の偏光成分はYβ面方向に振動するので平面リフレクタに対してはP偏光として入射され、試料に対してP偏光となる反射光束の偏光成分はXβ面方向に振動するので平面リフレクタに対してはS偏光として入射される。
そして、反射光束は平面リフレクタに対してブリュースター角で入射されるので、その反射面に対してS偏光の光、即ち、試料に対してP偏光となる光のみが反射されて光センサに達する。
したがって、試料にS偏光が入射され、その反射光から入射光の偏光方向と直交するP偏光のみを検出することができる。
Next, the reflected light beam reflected from the sample travels in the β direction, is incident at a Brewster angle on a flat reflector perpendicular to the Yβ plane, and the reflected light travels along the Yβ plane.
At this time, the polarization component of the reflected light beam that becomes S-polarized light with respect to the sample vibrates in the Yβ plane direction, so that it enters the plane reflector as P-polarized light, and the polarization component of the reflected light beam that becomes P-polarized light with respect to the sample is Since it vibrates in the Xβ plane direction, it is incident on the planar reflector as S-polarized light.
Since the reflected light beam is incident on the flat reflector at the Brewster angle, only the S-polarized light, that is, the P-polarized light is reflected on the reflecting surface and reaches the optical sensor. .
Therefore, S-polarized light is incident on the sample, and only P-polarized light orthogonal to the polarization direction of the incident light can be detected from the reflected light.
このように、偏光子及び検光子として、透過型偏光板ではなく、反射型偏光子及び反射型検光子が用いられているので、入射光束及び反射光束がどんなに大径でも試料にS偏光を照射させることができ、試料からの反射光束がどんなに大径でもこれに直交するP偏光を確実に取り出すことができる。 As described above, since the reflective polarizer and the reflective analyzer are used as the polarizer and the analyzer, not the transmission type polarizing plate, the sample is irradiated with the S-polarized light regardless of the diameter of the incident light beam and the reflected light beam. Even if the reflected light beam from the sample has a large diameter, it is possible to reliably extract P-polarized light that is orthogonal thereto.
また、各平面リフレクタの反射面がYα面及びXβ面と直交するように配し、光源装置からYα面内に沿って平行光束を照射すれば、Yα面と直交する平面リフレクタに対しブリュースター角で入射されて、その反射光がα方向に沿って試料に向う入射光束となる。
このとき、平面リフレクタの反射光は、その反射面に対してS偏光成分のみを含む光となり、そのS偏光はYα面に直交するXα面に振動するので、試料に対してP偏光となって入射される。
Further, if the reflecting surface of each planar reflector is arranged so as to be orthogonal to the Yα plane and the Xβ plane, and a parallel light beam is irradiated along the Yα plane from the light source device, the Brewster angle with respect to the planar reflector orthogonal to the Yα plane. And the reflected light becomes an incident light beam directed toward the sample along the α direction.
At this time, the reflected light of the planar reflector becomes light containing only the S-polarized component with respect to the reflecting surface, and the S-polarized light vibrates in the Xα plane orthogonal to the Yα plane, so that it becomes P-polarized light with respect to the sample. Incident.
次いで、試料から反射された反射光束はβ方向に進行し、Xβ面と直交する平面リフレクタに対してブリュースター角で入射され、その反射光がXβ面に沿って進行する。
このとき、試料に対してS偏光となる反射光束の偏光成分はYβ面方向に振動するので平面リフレクタに対してもS偏光として入射され、試料に対してP偏光となる反射光束の偏光成分はXβ面方向に振動するので平面リフレクタに対してもP偏光として入射される。
そして、反射光束は平面リフレクタに対してブリュースター角で入射されるので、その偏光成分のうち反射面に対してS偏光の光、即ち、試料に対してS偏光の光のみが反射されて光センサに達する。
したがって、試料にP偏光が入射され、その反射光から入射光の偏光方向と直交するS偏光のみを検出することができる。
Next, the reflected light beam reflected from the sample travels in the β direction, is incident at a Brewster angle on a planar reflector orthogonal to the Xβ plane, and the reflected light travels along the Xβ plane.
At this time, the polarization component of the reflected light beam that becomes S-polarized light with respect to the sample vibrates in the Yβ plane direction, so that it also enters the planar reflector as S-polarized light, and the polarization component of the reflected light beam that becomes P-polarized light with respect to the sample is Since it vibrates in the Xβ plane direction, it is also incident on the flat reflector as P-polarized light.
Then, since the reflected light beam is incident on the flat reflector at the Brewster angle, only the S-polarized light, that is, the S-polarized light is reflected on the reflecting surface of the polarized light component. Reach the sensor.
Therefore, P-polarized light is incident on the sample, and only S-polarized light orthogonal to the polarization direction of the incident light can be detected from the reflected light.
本発明に係る光学異方性パラメータ測定装置は、試料に直線偏光の入射光束を照射させる照射光学系と、試料から反射される反射光束に含まれる偏光成分のうちP偏光又はS偏光の反射光強度を測定する測定光学系とを備え、
前記試料の測定対象面をXY面とし、入射光軸とXY面の交点を原点とするXYZ座標上で、入射光軸及び反射光軸が通る面をXZ面とし、原点に向かう入射光軸の方向をα、原点から反射された反射光軸の方向をβとしたときに、
照射光学系は、試料の測定領域の形状に応じたスポット形状の平行光束を照射する光源装置と、その平行光束を所定角度で反射させることによりα方向に沿って試料へ向かう直線偏光の入射光束を抽出する反射型偏光子を備え、
測定光学系は、試料からβ方向に進行する反射光束をYβ面又はXβ面と直交する反射面により所定角度で反射させることによって試料で反射されたP偏光又はS偏光を抽出する反射型検光子と、その偏光成分の光強度を検出する1次元又は2次元の光センサを備えた。
An optical anisotropy parameter measuring apparatus according to the present invention includes an irradiation optical system that irradiates a sample with a linearly polarized incident light beam, and reflected light of P-polarized light or S-polarized light among polarized components included in a reflected light beam reflected from the sample. A measuring optical system for measuring the intensity,
The surface to be measured of the sample is the XY plane, and on the XYZ coordinates with the origin of the intersection of the incident optical axis and the XY plane, the plane through which the incident optical axis and the reflected optical axis pass is the XZ plane. When the direction is α and the direction of the reflected optical axis reflected from the origin is β,
The irradiation optical system includes a light source device that irradiates a spot-shaped parallel beam according to the shape of the measurement region of the sample, and a linearly polarized incident beam that travels toward the sample along the α direction by reflecting the parallel beam at a predetermined angle. With a reflective polarizer to extract
The measurement optical system reflects a reflected light beam traveling in the β direction from a sample at a predetermined angle by a reflecting surface orthogonal to the Yβ surface or the Xβ surface, thereby extracting a P-polarized light or S-polarized light reflected by the sample. And a one-dimensional or two-dimensional optical sensor for detecting the light intensity of the polarization component.
図1は本発明の光学異方性パラメータ測定装置の一例を示す説明図、図2は測定方法を示す説明図、図3は原点上の測定点における光強度変化を示すグラフ、図4は光強度の測定結果を示すグラフ、図5及び図6は他の実施形態を示す説明図、図7はその測定方法を示す説明図、図8は他の実施形態を示す説明図、図9はその測定結果を示す説明図、
図10は従来装置を示す説明図である。
1 is an explanatory view showing an example of an optical anisotropy parameter measuring apparatus according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory view showing a measuring method, FIG. 3 is a graph showing a change in light intensity at a measuring point on the origin, and FIG. FIG. 5 and FIG. 6 are explanatory diagrams showing other embodiments, FIG. 7 is an explanatory diagram showing the measuring method, FIG. 8 is an explanatory diagram showing another embodiment, and FIG. Explanatory drawing showing the measurement results,
FIG. 10 is an explanatory view showing a conventional apparatus.
図1に示す光学異方性パラメータ測定装置1は、ステージ11に配された薄膜試料2にS偏光の入射光束BLを照射させる照射光学系3と、その試料2から反射される反射光束BRに含まれるP偏光の反射光強度分布を検出する測定光学系4とを備えている。
ここで、位置関係を定義するために、試料2の測定対象面をXY面とし、入射光軸ALとXY面の交点を原点P0とするXYZ座標上で、入射光軸AL及び反射光軸ARが通る面をXZ面とし、原点P0に向かう入射光軸の方向をα、原点P0から反射された反射光軸ARの方向をβとする。
An optical anisotropy parameter measuring apparatus 1 shown in FIG. 1 includes an irradiation optical system 3 that irradiates a
In order to define the positional relationship, the measurement target surface of the
照射光学系3は、試料2の測定領域の形状に応じたスポット形状の平行光束を照射光束BSとしてXα面内を進行する光軸ASに沿って照射する光源装置5と、その照射光束BSをXα面と直交する反射面によりブリュースター角θBで反射させることによって、α方向に沿って試料2へ向かうS偏光を入射光束BLとして抽出する入射側平面リフレクタ(反射型偏光子)6とを備えている。
Irradiation optical system 3 includes a light source device 5 for irradiating along the optical axis A S traveling through Xα plane parallel light beam spot shape corresponding to the shape of the measurement region of the
光源装置5は、光軸がXα面内に沿って進行する照射光を照射するレーザ光源5aと、その照射光を試料2の測定領域の形状に応じて拡径又は拡幅して平行光束とするビームエキスパンダレンズ5bを備えている。
The light source device 5 includes a
平面リフレクタ6はその反射面がXα面と直交して配されると共に、Xα面上においてブリュースター角θBの2倍の角度で交差された照射光軸AS及び入射光軸ALの交差角の二等分線に直交する向きに配されている。 With the planar reflector 6 is the reflecting surface is disposed perpendicular to the Xα surface, the intersection of two times the irradiation optical axis intersected at an angle of A S and the incident optical axis A L of the Brewster angle theta B on Xα surface It is arranged in a direction orthogonal to the angle bisector.
また、照射光束BSは平面リフレクタ6に対しブリュースター角θBで入射されるので、その反射面に対してP偏光となる光(Xα面方向に振動する光)は反射されず、S偏光となる光(Yα面方向に振動する光)のみが反射され、これがα方向に沿って試料2に向かう入射光束BLとなり、したがって、試料2の測定対象面に対してS偏光となって入射される。
Further, since the irradiation light beam B S is incident on the flat reflector 6 at the Brewster angle θ B , the light that becomes P-polarized light (light that vibrates in the Xα-plane direction) is not reflected on the reflection surface, and the S-polarized light. Only the light (light oscillating in the Yα plane direction) is reflected, and this becomes an incident light beam BL directed toward the
入射光束BLは試料2の測定対象面で反射されてβ方向に進行する反射光束BRとなる。反射光束BRには、試料2の物性により反射光束BRは一般にP偏光成分(Xβ面方向に振動する光)とS偏光成分(Yβ面方向に振動する光)が含まれるので、測定光学系4により、反射光束BRに含まれるP偏光成分を抽出し、その光強度を検出する。
The incident light beam B L is the reflected light beam B R traveling in the β direction is reflected by the measurement target surface of the
測定光学系4は、その反射光束BRをYβ面と直交する反射面によりブリュースター角θBで反射させることによって、入射光束BLの偏光方向(本例ではS偏光)に直交するP偏光を測定光束BMとして抽出する反射側平面リフレクタ(反射型検光子)8と、その測定光束BMを結像させる結像レンズ9と、その偏光成分の強度分布を検出する光センサ10とを備えている。
このとき、平面リフレクタ8はその反射面がYβ面と直交して配されると共に、Yβ面上においてブリュースター角θBの2倍の角度で交差された反射光軸AR及び測定光軸AMの交差角の二等分線に直交する向きに配されている。
Measuring optical system 4, by reflecting at the Brewster angle theta B by the reflecting surface which is perpendicular to the reflected light beams B R and Yβ surface, P-polarized light orthogonal to the (S-polarized light in the present embodiment) the polarization direction of the incident beam B L a reflection side flat reflector (reflective analyzer) 8 to extract a measurement beam B M, and an image forming lens 9 for focusing the measuring beam B M, and a
At this time, the planar reflector 8 is the reflecting surface is disposed perpendicular to the Yβ surface, the reflected optical axis intersected at twice the angle of the Brewster angle theta B on Yβ surface A R and the measurement light axis A It is arranged in a direction perpendicular to the bisector of the crossing angle of M.
ここで、試料2から反射された反射光束BRは平面リフレクタ8に対してブリュースター角θBで入射されるので、その反射面に対してP偏光となる光(Yβ面方向に振動する光)は反射されず、S偏光となる光(Xβ面方向に振動する光)のみが反射され、これが光センサ10に向かう測定光束BMとなる。
このとき、反射光束BRのS偏光はYβ面方向に振動するので平面リフレクタ8に対してP偏光として入射され、反射光束BRのP偏光はXβ面方向に振動するので平面リフレクタ8に対してS偏光として入射される。
したがって、平面リフレクタ8では、その反射面に対してS偏光となる光、即ち、試料2の測定対象面に対してP偏光となる光のみが反射されて測定光束BMとなり、その測定光束BMが光センサ10に達する。
Here, the reflected light beam B R reflected from the
At this time, with respect to a plane reflector 8 because S polarized light of the reflected light beam B R is incident as P-polarized light to the plane reflector 8 because vibrates in Yβ plane direction, P-polarized light of the reflected light beam B R vibrates in Xβ plane direction Is incident as S-polarized light.
Therefore, in the planar reflector 8, only the light that becomes S-polarized light with respect to the reflection surface thereof, that is, the light that becomes P-polarized light with respect to the measurement target surface of the
これにより、試料2に入射光束BLとしてS偏光(Yα面方向に振動する光)のみを入射させ、その反射光束BRから入射光束BLの偏光成分に直交するP偏光(Xβ面方向に振動する光)のみを抽出し、その光強度を光センサ10で検出することができる。
また、照射光学系3の偏光子及び測定光学系4の検光子として、透過型ではなく反射型偏光子及び反射型検光子が用いられているので、入射光束BL及び反射光束BRがどんなに大径でも試料2にS偏光を照射させることができ、試料2からの反射光束がどんなに大径でもこれに直交するP偏光を確実に取り出すことができる。
Thus, S-polarized light as the incident light beam B L to the
Further, as a polarizer and an analyzer of the measuring optical system 4 of the illumination optical system 3, since the reflective polarizer and the reflective analyzer rather than a transmission type is used, the incident light beam B L and the reflected light beams B R, no matter how Even with a large diameter, the
光センサ10としては、画素に相当する受光素子を一次元又は二次元にCCD撮像素子やCMOS撮像素子が用いられる。
なお、ステージ11は、XYZ方向に夫々位置調整可能に配されると共に、X軸及びY軸回りにあおり調整可能に配され、さらにZ軸回りにステップモータ(図示せず)で所定角度ずつ回転可能に配されている。
As the
The
以上が本発明の一例であって次にその作用について説明する。
光源装置5は、レーザ光源5aとして、半導体励起YAG−SHGレーザ(波長532nm、出力150mW)を用い、レーザ光源5からの光をシリンドリカルレンズで構成された一次元ビームエキスパンダレンズ5bにより、Y軸と平行な長さ30mmのライン状のビームスポットを有する光束を形成した。
入射側平面リフレクタ6及び反射側平面リフレクタ8として、縦×横=40×50(mm)で、表面に対して裏面が傾斜された楔形ガラス体を用い、その表面を反射面に形成した。
The above is an example of the present invention, and its operation will be described next.
The light source device 5 uses a semiconductor-pumped YAG-SHG laser (wavelength 532 nm, output 150 mW) as the
As the incident side plane reflector 6 and the reflection side plane reflector 8, a wedge-shaped glass body having a length × width = 40 × 50 (mm) and a back surface inclined with respect to the surface was used, and the surfaces thereof were formed on the reflection surface.
α軸及びβ軸は、試料2への入射角度及び反射角度(Z軸となす角)が50°となるように、照射光学系3及び測定光学系4を配し、光センサ10として一次元CCD撮像素子を用い、照射光学系3から照射されたライン状のビームを受光できる向きに配した。
試料2としては、長手方向L×幅方向W×厚さ方向T=50×30×2(mm)のLiNbO3の片面をその一辺に沿って長手方向に沿って光学研磨し、面内の光学軸方向と長手方向Lを一致させ、その長手方向をY軸方向に向けてステージ11上に固定した(図2(a)参照)。
The α-axis and β-axis are arranged one-dimensionally as the
As
試料2のあおりを調整した後、S偏光の入射光束BLを照射して試料2を回転させながら、P偏光の反射光束BRの光強度を測定する。
このとき、試料2を回転させても原点P0上の測定点の位置は変化せず、その光強度は、光センサ10を構成するCCD撮像素子の画素のうち、測定光束BMの光軸AM上に位置する検出部で検出される。
After adjusting the tilt of the
At this time, the position of the measurement point on the origin P 0 be rotated
図3は、そのときのステージ11の回転角と測定光束BMの光強度の測定値を示すグラフである。
グラフでは、二つの最大ピークΛ1及びΛ2と、二つの中間ピークΛ3及びΛ4が存在し、各ピークΛ1〜Λ4の間に光強度が0となる極小ポイントV1〜V4値角度が存在する。
二つの最大ピークΛ1及びΛ2の間の極小ポイントV1と、二つの中間ピークΛ3及びΛ4の間の極小ポイントV3は原点P0に位置する試料2上の測定点の光学軸方向を示し、したがってその差は180°となる。
本例では、面内の光学軸方向が長手方向Lに一致するため、ステージが90°回転して長手方向がX軸と平行に成ったところで、極小ポイントV1、V3は90°と270°の位置に観察されている。
これより、試料2の光学軸の方向が長手方向に一致していることがわかる。
Figure 3 is a graph showing the measurement value of the light intensity of the measurement beam B M and the rotation angle of the
In the graph, the two largest peaks lambda 1 and lambda 2, two intermediate peaks lambda 3 and lambda 4 are present, the minimum point V 1 ~V 4 the light intensity between the peaks lambda 1 to [lambda] 4 is 0 There is a value angle.
The minimum point V 1 between the two maximum peaks Λ 1 and Λ 2 and the minimum point V 3 between the two intermediate peaks Λ 3 and Λ 4 are the optical axes of the measurement points on the
In this example, since the in-plane optical axis direction coincides with the longitudinal direction L, the minimum points V 1 and V 3 are 90 ° and 270 when the stage rotates 90 ° and the longitudinal direction becomes parallel to the X axis. Observed at the position of °.
From this, it can be seen that the direction of the optical axis of the
次いで、試料2の長手方向LをX軸と平行になるようにステージ11を回動させて位置決めし、照射光学系3から照射されたライン状のビームを試料2の幅方向Wと平行に入射させて、ステージ11をX軸方向に移動させることにより、試料2上の長手方向一端側から他端側に光ビームを掃引し、光センサ10の各画素で光強度を検出する(図2(b)参照)。
Next, the
このとき、試料2上の各点における光学軸が全て長手方向Lを向いていれば、光強度は0に維持されるので、光強度が0でないところが、光学軸がずれている部分であると推測できる。
したがって、図4に示すように、光強度を高さ方向に示す3次元グラフを描けば、全体の分布より、光学軸の方向が均一であるか否かを極めて短時間で評価することができる。
例えば、図4(a)に示すように長手方向Lに長手方向Lに沿って光強度の高い部分が観察される場合と、図4(b)に示すように幅方向Wと平行に光強度の高い部分が観察される場合によって、結晶成長の引き上げ方向に依存した欠陥、すなわち結晶成長の際に生じた欠陥と、研磨などの加工に起因した欠陥の判別に利用することができる。
At this time, if the optical axes at the respective points on the
Therefore, as shown in FIG. 4, if a three-dimensional graph showing the light intensity in the height direction is drawn, it can be evaluated in a very short time whether or not the direction of the optical axis is uniform from the overall distribution. .
For example, when a portion with high light intensity is observed along the longitudinal direction L in the longitudinal direction L as shown in FIG. 4A, and when the light intensity is parallel to the width direction W as shown in FIG. Depending on the case where a high portion is observed, it can be used for discriminating a defect depending on the pulling direction of crystal growth, that is, a defect generated during crystal growth and a defect caused by processing such as polishing.
図5は本発明の他の実施形態を示す。実施例1では薄膜試料2に対して入射光束BLとしてS偏光を入射させ、反射光束BRのP偏光の光強度を測定したが、本例では、入射光束BLとしてP偏光を入射させ、反射光束BRのS偏光の光強度を測定するようにした。なお、図1と共通する部分については同一符号を付し詳細説明を省略する。
FIG. 5 shows another embodiment of the present invention. Is incident S polarized light as the incident light beam B L with respect to Example 1 in the
本例の光学異方性パラメータ測定装置21の照射光学系3は、試料2の測定領域の形状に応じたスポット形状の平行光束を照射光束BSとしてYα面内を進行する光軸ASに沿って照射する光源装置5と、その照射光束BSをYα面と直交する反射面によりブリュースター角θBで反射させることによって、α方向に沿って試料2へ向かうS偏光を入射光束BLとして抽出する入射側平面リフレクタ(反射型偏光子)6とを備えている。
This example optically anisotropic parameter measurement device 21 irradiation optical system of 3, the optical axis A S traveling through Yα plane parallel light beam spot shape corresponding to the shape of the measurement region of the
平面リフレクタ6はその反射面がYα面と直交しているので、光源装置5から照射され、平面リフレクタ6で反射されて試料2に至る光の光軸は、すべてYα面上を通ることとなる。
そして、光源装置5からの照射光軸ASと入射光軸ALは、Yα面上においてブリュースター角θBの2倍の角度で交差し、その二等分線に直交するように平面リフレクタ6が配されている。
Since the reflecting surface of the flat reflector 6 is orthogonal to the Yα plane, the optical axes of light irradiated from the light source device 5 and reflected by the flat reflector 6 to reach the
Then, the irradiation optical axis A S and the incident optical axis A L from the light source device 5 is a plan reflector as cross at twice the angle of the Brewster angle theta B on Yα plane, perpendicular to the bisector 6 is arranged.
また、照射光束BSは平面リフレクタ6に対しブリュースター角θBで入射されるので、その反射面に対してP偏光となる光(Yα面方向に振動する光)は反射されず、S偏光となる光(Xα面方向に振動する光)のみが反射され、これがα方向に沿って試料2に向かう入射光束BLとなり、したがって、試料2の測定対象面に対してP偏光となって入射される。
Further, since the irradiation light beam B S is incident on the flat reflector 6 at the Brewster angle θ B , the light that becomes P-polarized light (light that vibrates in the Yα-plane direction) is not reflected on the reflection surface, and the S-polarized light. Only the light (light oscillating in the Xα plane direction) is reflected, and this becomes the incident light beam BL toward the
測定光学系4は、その反射光束BRをXβ面と直交する反射面によりブリュースター角θBで反射させることによって、入射光束BLの偏光方向(本例ではP偏光)に直交するS偏光を測定光束BMとして抽出する反射側平面リフレクタ(反射型検光子)8と、結像レンズ9と、光センサ10とを備えている。
Measuring optical system 4, by reflecting at the Brewster angle theta B by the reflecting surface which is perpendicular to the reflected light beams B R and Xβ plane, S-polarized light orthogonal to the (P-polarized light in this example) the polarization direction of the incident beam B L Is provided as a measurement light beam B M , a reflection-side planar reflector (reflection analyzer) 8, an imaging lens 9, and an
このとき、平面リフレクタ8はXβ面と直交しているので、試料2から平面リフレクタ8及び結像レンズ9を通り、光センサ10に至る光の光軸は、すべてXβ面上を通ることとなる。
そして、試料2で反射された反射光軸ARと、平面リフレクタ8から光センサ10に至る測定光軸AMは、Xβ面上においてブリュースター角θBの2倍の角度で交差し、その二等分線に直交するように平面リフレクタ8が配されている。
At this time, since the planar reflector 8 is orthogonal to the Xβ plane, all the optical axes of light from the
Then, the reflection optical axis A R reflected by the
ここで、試料2から反射された反射光束BRは平面リフレクタ8に対してブリュースター角θBで入射されるので、その反射面に対してP偏光となる光(Xβ面方向に振動する光)は反射されず、S偏光となる光(Yβ面方向に振動する光)のみが反射され、これが光センサ10に向かう測定光束BMとなる。
このとき、反射光束BRのS偏光はYβ面方向に振動するので平面リフレクタ8に対してもS偏光として入射され、反射光束BRのP偏光はXβ面方向に振動するので平面リフレクタ8に対してもP偏光として入射される。
したがって、平面リフレクタ8では、その反射面に対してS偏光となる光、即ち、試料2の測定対象面に対してS偏光となる光のみが反射されて測定光束BMとなり、その測定光束BMが光センサ10に達する。
Here, the reflected light beam B R reflected from the
At this time, S polarized light of the reflected light beam B R is also incident as S-polarized light to the plane reflector 8 because vibrates in Yβ plane direction, P-polarized light of the reflected light beam B R is the plane reflector 8 because vibrates in Xβ plane direction In contrast, it is incident as P-polarized light.
Therefore, in the planar reflector 8, only the light that becomes S-polarized light with respect to the reflection surface, that is, the light that becomes S-polarized light with respect to the measurement target surface of the
これにより、試料2に入射光束BLとしてP偏光(Xα面方向に振動する光)のみを入射させ、その反射光束BRから入射光束BLの偏光成分に直交するS偏光(Yβ面方向に振動する光)のみを抽出し、その光強度を光センサ10で検出することができる。
Thus, P-polarized light as the incident light beam B L to the
図6は本発明に係る光学異方性パラメータ測定装置の他の実施形態を示す。なお、図1と共通する部分については同一符号を付し詳細説明を省略する。
本例の光学異方性パラメータ測定装置31の照射光学系33は、試料2の測定領域の形状に応じたスポット形状の平行光束を照射光束BSとしてXα面内を進行する光軸ASに沿って照射する光源装置35と、その照射光束BSをXα面と直交する反射面により共鳴角θRで反射させることによって、α方向に沿って試料2へ向かうS偏光を入射光束BLとして抽出する入射側プリズム(反射型偏光子)36とを備えている。
FIG. 6 shows another embodiment of the optical anisotropy parameter measuring apparatus according to the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the part which is common in FIG. 1, and detailed description is abbreviate | omitted.
Irradiation optical system 33 of the optical anisotropy parameter measurement device 31 of the present embodiment, the optical axis A S traveling through Xα plane parallel light beam spot shape corresponding to the shape of the measurement region of the
光源装置35は、照射光束BLをキセノンランプ35aからプリズム36に至る光軸BS上に、干渉フィルタ(透過波長632.8nm)35bと、照射光束BLを平行光とするコリメータ35cが配されている。
プリズム36は、断面が半円形又は三角形に形成され、反射面36aとなる底面に金を厚さ50nmに蒸着させた金属薄膜が形成されている。
そして、照射光軸AS及び入射光軸ALが、Xα面上において共鳴角θRの2倍の角度で交差され、プリズム36は、照射光軸ASがプリズム36内を通過して反射面36aに至る向きで、且つ、照射光軸AS及び入射光軸ALの交差角の二等分線に対して直交するように配されている。
Light source device 35 on the optical axis B S that leads to the
The
Then, the irradiation optical axis A S and the incident optical axis A L is intersected at twice the angle of the resonance angle theta R on Xα plane, the
これにより、照射光束BSは、プリズム36内を通って反射面36aに対し共鳴角θRで入射されるので、その反射面36aに対してP偏光となる光(Xα面方向に振動する光)は反射されず、S偏光となる光(Yα面方向に振動する光)のみが反射され、これが再びプリズム36内を通ってα方向に沿って試料2に向かう入射光束BLとなり、したがって、入射光束BLは試料2の測定対象面に対してS偏光となって入射される。
Light Accordingly, the irradiation light beam B S Since enters in resonance angle theta R to the
入射光束BLは試料2の測定対象面で反射されてβ方向に進行する反射光束BRとなる。反射光束BRには、試料2の物性により反射光束BRは一般にP偏光成分(Xβ面方向に振動する光)とS偏光成分(Yβ面方向に振動する光)が含まれるので、測定光学系34により、反射光束BRに含まれるP偏光成分を抽出し、その光強度を検出する。
The incident light beam B L is the reflected light beam B R traveling in the β direction is reflected by the measurement target surface of the
測定光学系34は、その反射光束BRをYβ面と直交する反射面により共鳴角θRで反射させることによって、入射光束BLの偏光方向(本例ではS偏光)に直交するP偏光を測定光束BMとして抽出する反射側プリズム(反射型検光子)38と、結像レンズ9と、その強度分布を検出する光センサ10とを備えている。
反射側プリズム38は、入射側プリズム36と同様、断面が半円形又は三角形に形成され、反射面38aとなる底面には金を厚さ50nmに蒸着させた金属薄膜が形成されている。
そして、反射光軸AR及び測定光軸AMが、Yβ面上において共鳴角θRの2倍の角度で交差され、プリズム38は、反射光軸ARがプリズム38内を通過して反射面38aに至る向きで、反射光軸AR及び測定光軸AMの交差角の二等分線に対して直交するように配されている。
Measurement optical system 34, by reflecting in the resonance angle theta R by the reflection surface orthogonal to the reflected light beams B R and Yβ surface, the P-polarized light orthogonal to the (S-polarized light in the present embodiment) the polarization direction of the incident beam B L A reflection-side prism (reflection analyzer) 38 that extracts the measurement light beam B M , an imaging lens 9, and an
Similar to the
The reflected optical axis A R and the measurement light axis A M can be crossed at twice the angle of the resonance angle theta R on Yβ surface, the
これにより、反射光束BRは、反射面38aに対し共鳴角θRで入射されるので、その反射面38aに対してP偏光となる光(Xα面方向に振動する光)は反射されず、S偏光となる光(Yα面方向に振動する光)のみが反射され、これがプリズム38内を通って光センサ10に向かう測定光束BMとなる。
このとき、反射光束BRのS偏光はYβ面方向に振動するので反射面38aに対してP偏光として入射され、反射光束BRのP偏光はXβ面方向に振動するので反射面38aに対してS偏光として入射される。
Thus, the reflected light beam B R, so is incident at the resonance angle theta R to the
At this time, S polarized light of the reflected light beam B R is incident as P-polarized light to the reflecting
したがって、プリズム38では、その反射面38aに対してS偏光(Xβ面方向に振動する光)、即ち、試料2の測定対象面に対してP偏光となる光のみが反射されて測定光束BMとなり、その測定光束BMが光センサ10に達する。
このように本例によれば、試料2に入射光束BLとしてS偏光(Yα面方向に振動する光)のみを入射させ、その反射光束BRから入射光束BLの偏光成分に直交するP偏光(Xβ面方向に振動する光)のみを抽出し、その光強度を光センサ10で検出することができる。
Therefore, in the
According to this embodiment, as an incident light beam B L to the
本例の光学異方性パラメータ測定装置31を用いて、光源装置35により直径約30mmの照射光束BSを形成し、共鳴角θR=45°となるように、照射光学形33及び測定光学系34を調整した。
これにより、配向膜3に照射された10mm2の測定エリアAに含まれる複数の測定点Mijからの反射光強度を同時に測定することができる。
Using optical anisotropy parameter measurement device 31 of the present embodiment, the light source device 35 to form a radiation beam B S having a diameter of about 30 mm, so that the resonance angle θ R = 45 °, the irradiation optical type 33 and measuring optical System 34 was adjusted.
Thereby, the reflected light intensity from the plurality of measurement points Mij included in the measurement area A of 10 mm 2 irradiated on the alignment film 3 can be measured simultaneously.
実施例1と同様、薄膜試料2の光学軸の方向をY軸に一致させてステージ11にセットした。
試料2のあおりを調整した後、S偏光の入射光束BLを照射して試料2を回転させながら、反射光束BRに含まれるP偏光の光強度を測定する。
このとき、試料2を回転させても原点P0上の測定点の位置は変化せず、その光強度は、光センサ10を構成するCCD撮像素子の画素のうち、測定光束BMの光軸AM上に位置する検出部で検出される。
In the same manner as in Example 1, the optical axis direction of the
After adjusting the tilt of the
At this time, the position of the measurement point on the origin P 0 be rotated
図7(a)は回転前の測定エリアA内の測定点Mij(i,j=1〜10)を示す。
図7(b)はステージ11の回転に伴い回転した画像を示すもので,各測定点Mijを極座標Mij=(rn,φm)で表わせば、回転テーブル6が角度γだけ回転したときのMijの位置はMij=(rn,φm+γ)で表わされる。
したがって、Mij=(rn,φm+γ)に対応するCCDカメラ39の画素領域で反射光強度を測定すれば、ステージ11を一回転させるだけで、個々の測定点について、図5に示すような回転角−光強度線図が同時に測定できる。
FIG. 7A shows measurement points Mij (i, j = 1 to 10) in the measurement area A before rotation.
FIG. 7 (b) shows an image rotated with the rotation of the
Therefore, if the reflected light intensity is measured in the pixel region of the CCD camera 39 corresponding to Mij = (r n , φ m + γ), the individual measurement points are shown in FIG. A simple rotation angle-light intensity diagram can be measured simultaneously.
このグラフより、合計100ポイントの各測定点Mijごとに、従来公知の計算手法により正確な光学軸方向と、極角方向の分布を求めることができる。
さらに、この結果に基づき、光学軸の方向と、それに直交する方向の2方向で、従来のエリプソメータを用いて、常光誘電率ε0、異常光誘電率εe、異方層の膜厚tを測定すれば、これらの値を極めて簡単に算出することができる。
From this graph, it is possible to obtain an accurate optical axis direction and polar angle direction distribution by a conventionally known calculation method for each measurement point Mij in total of 100 points.
Further, based on this result, the ordinary optical dielectric constant ε 0 , the extraordinary optical dielectric constant ε e , and the anisotropic layer thickness t are determined using a conventional ellipsometer in two directions, the direction of the optical axis and the direction orthogonal thereto. If measured, these values can be calculated very easily.
図8は本発明に係る光学異方性パラメータ測定装置をエリプソメータとして使用する場合の実施形態を示す。なお、図1と共通する部分については同一符号を付し詳細説明を省略する。 FIG. 8 shows an embodiment in which the optical anisotropy parameter measuring apparatus according to the present invention is used as an ellipsometer. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the part which is common in FIG. 1, and detailed description is abbreviate | omitted.
本例の光学異方性パラメータ測定装置41の照射光学系43は、試料2の測定領域の形状に応じたスポット形状の平行光束を照射光束BSとしてXα面内を進行する光軸ASに沿って照射する光源装置35と、その照射光束BSを共鳴角θRで反射させることによってS偏光のみを取り出し、α方向に沿って試料2に対してP偏光及びS偏光以外の直線偏光(本例では約45°の直線偏光)を入射光束BLとして抽出する入射側プリズム(反射型偏光子)36とを備えている。
Irradiation optical system 43 of the optical anisotropy parameter measurement device 41 of the present embodiment, the optical axis A S traveling through Xα plane parallel light beam spot shape corresponding to the shape of the measurement region of the
この照射光学系43は、実施例3の照射光学系33をα軸を中心としてに反時計回りに45°回転させた位置関係とした以外、個々の構成は照射光学系33と同様である。
これにより、照射光束BSは、プリズム36内を通って反射面36aに対し共鳴角θRで入射されるので、その反射面36aに対してP偏光となる光(Xα面方向に振動する光)は反射されず、S偏光となる光(Yα面方向に振動する光)のみが反射される。
そして、その反射光が再びプリズム36内を通り、α方向に沿って試料2に向かう入射光束BLとなり、Xα面に対して約45°の振動方向を有する直線偏光となって入射される。
これにより、試料2には所定の強度のP偏光及びS偏光が照射されることになる。
The irradiation optical system 43 has the same configuration as the irradiation optical system 33 except that the irradiation optical system 33 according to the third embodiment is rotated 45 ° counterclockwise about the α axis.
Light Accordingly, the irradiation light beam B S Since enters in resonance angle theta R to the
Then, the reflected light again passes through the
As a result, the
測定光学系44は、反射光束BRに含まれるP偏光とS偏光の位相を90°シフトする1/4波長板47が光軸AR回りに回転可能に配されると共に、反射光束BRをYβ面と直交する反射面により共鳴角θRで反射させることによって、反射光束BRに含まれるS偏光を測定光束BMとして抽出する反射側プリズム(反射型検光子)38と、その測定光束BMを結像させる結像レンズ9と、その偏光成分の強度分布を検出する光センサ10とを備えている。
Measurement optical system 44, together with the P-polarized light and S-polarized light quarter-
ここで、試料2から反射された反射光束BRは、プリズム38の反射面38aに対して共鳴角θRで入射されるので、その底面38aに対してP偏光となる光(Xβ面方向に振動する光)は反射されず、S偏光となる光(Yβ面方向に振動する光)のみが反射され、これが光センサ10に向かう測定光束BMとなる
このとき、反射光束BRのS偏光はYβ面方向に振動するのでプリズム38の底面38aに対してS偏光として入射され、反射光束BRのP偏光はXβ面方向に振動するので底面38aに対してP偏光として入射される。
したがって、プリズム38では、その反射面38aに対してS偏光となる光、即ち、試料2の測定対象面に対してP偏光となる光のみが反射されて測定光束BMとなり、その測定光束BMが光センサ10に達する。
Here, the reflected light beams B R reflected from the
Therefore, in the
これにより、試料2に入射光束BLとして45°の直線偏光(Xα面方向に振動する光)を入射させ、その反射光束BRを1/4波長板47を回転させたときの入射光束BLの偏光成分に直交するS偏光(Yβ面方向に振動する光)のみを抽出し、その光強度を光センサ10で検出することができる。
Accordingly, the linearly polarized light of 45 ° as the incident light beam B L to the
光源装置35により直径約30mmの照射光束BSを形成し、共鳴角θR=45°、試料2への入射角度=50°となるように、照射光学形43及び測定光学系44を調整した。
試料2は、Siウエハーを熱酸化処理してSiO2膜を形成し、HF−NH3水溶液によりエッチングを行った。
市販のエリプソメータで測定したところ、平均膜厚=50.2nm、屈折率=1.46であった。
The light source device 35 to form a radiation beam B S having a diameter of about 30 mm, the resonance angle θ R = 45 °, so that the incident angle = 50 ° to the
In
When measured with a commercially available ellipsometer, the average film thickness was 50.2 nm and the refractive index was 1.46.
図9は、光学異方性パラメータ測定装置41により測定された回転角θ−光強度分布Iを示すグラフである。
回転位相子法によれば、式(1)の定数A、B、Cの値を−1〜+1の範囲で変化させてフィッティングを行い、最適な定数A、B、Cの値を式(2)〜(4)に代入してψ,δを求める。
I=I0[2+A−2Bsin(2θ)+Acos(4θ)+Csin(4θ)]………(1)
A=cos(2ψ)…………………………………………………………………(2)
B=sin(2ψ)sinδ…………………………………………………………(3)
C=sin(2ψ)cosδ…………………………………………………………(4)
FIG. 9 is a graph showing the rotation angle θ-light intensity distribution I measured by the optical anisotropy parameter measuring device 41.
According to the rotational phaser method, fitting is performed by changing the values of constants A, B, and C in Formula (1) in the range of −1 to +1, and optimum values of constants A, B, and C are calculated using Formula (2). ) To (4) to obtain ψ and δ.
I = I 0 [2 + A−2Bsin (2θ) + Acos (4θ) + Csin (4θ)] (1)
A = cos (2ψ) ………………………………………………………………… (2)
B = sin (2ψ) sinδ ………………………………………………………… (3)
C = sin (2ψ) cosδ ………………………………………………………… (4)
なお、反射率比は、式(5)で示すように、屈折率n及び膜厚の関数であらわされると同時に、振幅反射率比tanΨ及び位相差Δの関数で表される。
Rp(n,d)/Rs(n,d)=(Ep out/Es out)/(Ep in/Es in)
=tanΨexp(iΔ)……………………………(5)
また、本例では45°の直線偏光を照射しているので、Ep in/Es in=1であり、式(1)〜(4)で求めたψ、δを用いて(6)式が成り立つ。
Rp(n,d)/Rs(n,d)=tanψexp(iδ)……………………………(6)
The reflectance ratio is expressed by a function of the refractive index n and the film thickness, and at the same time by a function of the amplitude reflectance ratio tan Ψ and the phase difference Δ, as shown in the equation (5).
R p (n, d) / R s (n, d) = (E p out / E s out) / (E p in / E s in)
= TanΨexp (iΔ) ……………………… (5)
In this example, since 45 ° linearly polarized light is irradiated, E p in / E s in = 1, and ψ and δ obtained by equations (1) to (4) are used to obtain equation (6). Holds.
R p (n, d) / R s (n, d) = tan ψ exp (iδ) (6)
一方、式(1)〜(4)で求めたψ、δの値を、膜厚d、屈折率nを変数とする従来公知の関係式に代入して、屈折率nを適当な値に設定し、膜厚dを算出する。
得られた膜厚dと屈折率nに基づいて、式(6)によりψ及びδを算出した値をψc及びδcとしたときに、これらの値と式(1)〜(4)で求めたψ及びδが一致するまで、コンピュータで屈折率nを順次変えて最適値を探すことにより、膜厚dと屈折率nを求めることができる。
On the other hand, the values of ψ and δ obtained by the equations (1) to (4) are substituted into a conventionally known relational expression using the film thickness d and the refractive index n as variables, and the refractive index n is set to an appropriate value. Then, the film thickness d is calculated.
Based on the obtained film thickness d and refractive index n, when ψ and δ are calculated as ψ c and δ c by Equation (6), these values and Equations (1) to (4) The film thickness d and the refractive index n can be obtained by sequentially changing the refractive index n with a computer and searching for the optimum value until the obtained ψ and δ match.
一の測定点Mijについて説明すると、図9のグラフに基づき、式(1)のA、B、Cを設定してフィッティングをかけてψ、δを算出したところ、(ψ、δ)=(32.7度、152.9度)であり、入射角度50°での膜厚d=50.0nm、屈折率n=1.45であった。
従来のエリプソメータによる測定結果が、膜厚d=50.2nm、屈折率n=1.46であったので、これらと比較しても十分精度良く測定できることが確認できた。
本例によれば、多数の測定点Mijについて、図9に示すような回転角θ−光強度分布Iを同時に測定することができるので、他の測定点Mijについても同様にして、光学異方性パラメータとなる膜厚d及び屈折率nを迅速に測定することができ、したがって広範囲にわたる膜厚分布及び屈折率分布を短時間で測定することができる。
The one measurement point Mij will be described. When ψ and δ are calculated by setting A, B, and C in Equation (1) based on the graph of FIG. 9 and performing fitting, (ψ, δ) = (32 The film thickness d was 50.0 nm and the refractive index n was 1.45 at an incident angle of 50 °.
Since the measurement results using a conventional ellipsometer were a film thickness d = 50.2 nm and a refractive index n = 1.46, it was confirmed that the measurement could be performed with sufficient accuracy even when compared with these.
According to this example, since the rotation angle θ-light intensity distribution I as shown in FIG. 9 can be measured at the same time for a large number of measurement points Mij, the optical anisotropy is similarly performed for the other measurement points Mij. The film thickness d and the refractive index n, which are characteristic parameters, can be measured quickly, and therefore the film thickness distribution and refractive index distribution over a wide range can be measured in a short time.
本発明は、光学異方性を有する製品、特に、液晶配向膜の品質検査などに適用することができる。 The present invention can be applied to products having optical anisotropy, in particular, quality inspection of liquid crystal alignment films.
1、21、31、41 光学異方性パラメータ測定装置
2 試料
3、33、43 照射光学系
4、34、44 測定光学系
5、35 光源装置
BL 入射光束
BR 反射光束
θB ブリュースター角
6 入射側平面リフレクタ(反射型偏光子)
8 反射側平面リフレクタ(反射型検光子)
9 結像レンズ
10 光センサ
1, 21, 31, 41 Optical anisotropy
BR reflected light flux
θ B Brewster's angle 6 Incident side planar reflector (reflective polarizer)
8 Reflective plane reflector (reflection analyzer)
9
Claims (10)
前記試料の測定対象面をXY面とし、入射光軸とXY面の交点を原点とするXYZ座標上で、入射光軸及び反射光軸が通る面をXZ面とし、原点に向かう入射光軸の方向をα、原点から反射された反射光軸の方向をβとしたときに、
照射光学系は、試料の測定領域の形状に応じたスポット形状の平行光束を照射する光源装置と、その平行光束を所定角度で反射させることによりα方向に沿って試料へ向かう直線偏光の入射光束を抽出する反射型偏光子を備え、
測定光学系は、試料からβ方向に進行する反射光束をYβ面又はXβ面と直交する反射面により所定角度で反射させることによって試料で反射されたP偏光又はS偏光を抽出する反射型検光子と、その偏光成分の光強度を検出する1次元又は2次元の光センサを備えたことを特徴とする光学異方性パラメータ測定装置。 An optical optical system comprising an irradiation optical system for irradiating a sample with a linearly polarized incident light beam and a measurement optical system for measuring the reflected light intensity of P-polarized light or S-polarized light among the polarized light components contained in the reflected light beam reflected from the sample. An isotropic parameter measuring device comprising:
The surface to be measured of the sample is the XY plane, and on the XYZ coordinates with the origin of the intersection of the incident optical axis and the XY plane, the plane through which the incident optical axis and the reflected optical axis pass is the XZ plane. When the direction is α and the direction of the reflected optical axis reflected from the origin is β,
The irradiation optical system includes a light source device that irradiates a spot-shaped parallel beam according to the shape of the measurement region of the sample, and a linearly polarized incident beam that travels toward the sample along the α direction by reflecting the parallel beam at a predetermined angle. With a reflective polarizer to extract
The measurement optical system reflects a reflected light beam traveling in the β direction from a sample at a predetermined angle by a reflecting surface orthogonal to the Yβ surface or the Xβ surface, thereby extracting a P-polarized light or S-polarized light reflected by the sample. And an optical anisotropy parameter measuring apparatus comprising a one-dimensional or two-dimensional optical sensor for detecting the light intensity of the polarization component.
前記測定光学系の反射型検光子は、試料からβ方向に進行する反射光束をYβ面又はXβ面と直交する反射面により所定角度で反射させることによって入射光束の偏光方向に直交するS偏光又はP偏光を抽出する向きに配された請求項1記載の光学異方性パラメータ測定装置。 The reflection type polarizer of the irradiation optical system reflects P-polarized light or S-polarized light toward the sample by reflecting the parallel light beam emitted from the light source device at a predetermined angle by a reflective surface orthogonal to the Xα plane or the Yα plane. Arranged in the direction to extract the luminous flux,
The reflective analyzer of the measurement optical system reflects the reflected light beam traveling in the β direction from the sample at a predetermined angle by the reflection surface orthogonal to the Yβ surface or the Xβ surface, thereby allowing the S-polarized light orthogonal to the polarization direction of the incident light beam or The optical anisotropy parameter measuring device according to claim 1, wherein the optical anisotropy parameter measuring device is arranged in a direction for extracting P-polarized light.
前記測定光学系は、反射検光子が、試料からβ方向に進行する反射光束をYβ面又はXβ面と直交する反射面により所定角度で反射させることによって入射光束の偏光方向に直交するS偏光又はP偏光を抽出する向きに配され、試料と反射検光子の間に波長板が回転可能に配された請求項1記載の光学異方性パラメータ測定装置。 The reflection type polarizer of the irradiation optical system receives S-polarized light obtained by reflecting a parallel light beam emitted from a light source device at a predetermined angle as linearly polarized light other than P-polarized light and S-polarized light. Arranged in the direction
In the measurement optical system, the reflected analyzer reflects the reflected light beam traveling in the β direction from the sample at a predetermined angle by a reflection surface orthogonal to the Yβ surface or the Xβ surface, so that S-polarized light orthogonal to the polarization direction of the incident light beam or The optical anisotropy parameter measuring device according to claim 1, wherein the optical anisotropy parameter measuring device is arranged in a direction in which P-polarized light is extracted and a wave plate is rotatably arranged between the sample and the reflection analyzer.
The optical anisotropy parameter measuring apparatus according to claim 9, wherein the prism is a semicircular prism or a triangular prism.
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