JP2021085698A - Ellipsometer and device for inspecting semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エリプソメータ及び半導体装置の検査装置に関する。 The present invention relates to an ellipsometer and an inspection device for a semiconductor device.
エリプソメトリ(ellipsometry)は、1975年にAspnesらによって、自動計測が可能となって以来、測定時間の大幅な短縮と共に精度も大幅に向上し、多波長により計測する分光エリプソメトリも実用化された。これ以降、薄膜や微細構造の非破壊計測において、膜厚などの寸法や屈折率等の光学定数の計測を高精度に行えるという特性を生かして、半導体製造工程でも広く使われるようになった。現在でも、ウェハ上の回路パターンの線幅が10nm以下となる微細構造の寸法(Dimension)を計測するOCD(Optical Critical Dimension)測定装置として、測長SEM(Scanning Electron−beam Microscope)やAFM(Atomic Force Microscope)を相補する形で使用されている。 Since ellipsometry became possible for automatic measurement by Aspines et al. In 1975, the measurement time has been significantly shortened and the accuracy has been greatly improved, and spectroscopic ellipsometry for measuring with multiple wavelengths has also been put into practical use. .. Since then, in non-destructive measurement of thin films and fine structures, it has been widely used in semiconductor manufacturing processes by taking advantage of its characteristic of being able to measure dimensions such as film thickness and optical constants such as refractive index with high accuracy. Even now, as an OCD (Optical Critical Distance) measuring device for measuring the dimension of a fine structure in which the line width of a circuit pattern on a wafer is 10 nm or less, a length measuring SEM (Scanning Electron-beam Microscope) or an AFM (Atomic Force) is used. It is used as a complement to Force Microscope).
ここ10年ほどで、ロジック半導体では、FinFET、メモリでは、3D−NANDなど、半導体回路構造は3次元化が進み、より複雑な構造となってきている。多くのOCDは、分光エリプソメトリを計測原理としており、計測対象である半導体回路構造のDimensionや構成物質の光学定数を求めるためには、モデルを作成して計測対象のDimensionや光学定数を、Floating parameterとして、計測結果にモデルをフィッティングさせて解を得るという手法をとる。そのため、求める対象の構造が複雑になると、Floating parameterの数が増える。例えば、現在のFinFETのOCDによる計測では、20−30個程のFloating parameterを用いる必要がある。エリプソメトリは、一般的に、Ψ、Δの2つの値を計測結果であるエリプソメトリ係数として得るが、ΨとΔは共に波長依存性がある。このため、分光エリプソメトリの場合、エリプソメトリ係数は、Ψ(λ)、Δ(λ)と表記することができる。 In the last 10 years or so, semiconductor circuit structures such as FinFETs for logic semiconductors and 3D-NAND for memories have become more three-dimensional and become more complicated. Many OCDs use spectroscopic ellipsometry as a measurement principle, and in order to obtain the dimensions of the semiconductor circuit structure to be measured and the optical constants of the constituent materials, a model is created and the dimensions and optical constants to be measured are floated. As a parameter, a method is adopted in which a model is fitted to the measurement result to obtain a solution. Therefore, when the structure of the target to be sought becomes complicated, the number of Floating parameters increases. For example, in the current OCD measurement of FinFET, it is necessary to use about 20 to 30 Floating parameters. Ellipsometry generally obtains two values of Ψ and Δ as measurement result ellipsometry coefficients, but both Ψ and Δ are wavelength-dependent. Therefore, in the case of spectroscopic ellipsometry, the ellipsometry coefficients can be expressed as Ψ (λ) and Δ (λ).
Dimensionの解を求めるためには、Floating parameterの数より多い個数のエリプソメトリ係数を計測で得ることが、モデルにフィッティングするために最低限必要であるが、Floating parameterの数が多い場合に発生する問題として、実際のDimensionとは異なったFloating parameterの組み合わせでフィッティングが収束する場合がある。これはカップリングと呼ばれる問題で、これを避けるためには、Floating parameterに対して異なる依存性を持つようなエリプソメトリ係数を計測してフィッティングを行うことが有効である。そのため、波長に加え、入射角と入射方位も異なる条件でエリプソメトリ計測を行い、前記のFloating parameterに対して、より異なる依存性を持つエリプソメトリ係数が、モデルのフィッティングに使われる。 In order to find the solution of the dimension, it is necessary to obtain the number of ellipsometry coefficients by measurement, which is larger than the number of floating parameters, in order to fit the model, but it occurs when the number of floating parameters is large. As a problem, the fitting may converge with a combination of flooring parameters different from the actual dimension. This is a problem called coupling, and in order to avoid this, it is effective to measure and perform fitting by measuring the ellipsometry coefficient that has different dependence on the floating parameters. Therefore, ellipsometry measurement is performed under conditions in which the incident angle and the incident direction are different in addition to the wavelength, and the ellipsometry coefficient having a different dependence on the floating parameter is used for fitting the model.
これらの理由により、半導体製造工程でのOCD測定装置に使われる分光エリプソメトリには、より短時間で、より多い測定条件でエリプソメトリ係数を計測できることが強く期待されている。 For these reasons, the spectroscopic ellipsometry used in the OCD measuring device in the semiconductor manufacturing process is strongly expected to be able to measure the ellipsometry coefficient in a shorter time and under more measurement conditions.
半導体製造工程でのOCD測定装置で使用される分光エリプソメトリは、1点の計測に1秒〜数秒の計測時間が必要である。この理由として、一般的に、エリプソメータに用いられる回転補償子(Rotating compensator)や位相変調素子による変調周期内で、多数の計測点を必要とすることに起因する。さらに、分光計測であるために、回折格子等の分散素子で各波長に分かれた光の光量を、高いS/N比で計測する必要がある。このため、製造工程のウェハを全数検査するためには、ウェハ内で数点から数十点程度しか計測できず、ウェハ全面の評価のためには、膜厚測定器やマクロ検査装置と組み合わせる必要がある。 The spectroscopic ellipsometry used in the OCD measuring device in the semiconductor manufacturing process requires a measurement time of 1 second to several seconds to measure one point. The reason for this is that a large number of measurement points are generally required within the modulation cycle of the Rotating compensator or phase modulation element used in the ellipsometer. Further, since it is a spectroscopic measurement, it is necessary to measure the amount of light divided into each wavelength by a dispersion element such as a diffraction grating with a high S / N ratio. Therefore, in order to inspect all the wafers in the manufacturing process, only a few to several tens of points can be measured in the wafer, and in order to evaluate the entire surface of the wafer, it is necessary to combine it with a film thickness measuring device or a macro inspection device. There is.
ウェハ内の測定点を増やすことを目的として、分光エリプソメトリの測定を短時間化するためには、回転補償子などの可動部を高速化する必要があるが、安定性や発熱等がネックとなり、OCD測定等のためのエリプソメトリ係数測定のスループット(Throughput)は向上することは困難である。 In order to shorten the measurement of spectroscopic ellipsometry for the purpose of increasing the number of measurement points in the wafer, it is necessary to increase the speed of moving parts such as rotation compensators, but stability and heat generation become bottlenecks. , It is difficult to improve the throughput of ellipsometry coefficient measurement for OCD measurement and the like.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、OCD測定等のためのエリプソメトリ係数を測定するスループットを向上させることができるエリプソメータ及び半導体装置の検査装置を提供する。 The present invention has been made to solve such a problem, and provides an ellipsometer and a semiconductor device inspection device capable of improving the throughput for measuring the ellipsometry coefficient for OCD measurement and the like.
従来のエリプソメトリ計測の基本的な手法としては、「単一の偏光状態の光の強度を複数条件で計測する」、ということであったが、本発明では「2つの偏光状態の光の強度比及び位相差を、干渉縞を測定することで求める」という異なったアプローチに基づいている。この測定のために、可干渉かつ完全偏光の照明光で試料を照明し、試料からの反射光を2つの直線偏光に分割した上で、反射光の分割前の同一光線が画像検出器上で再び重なるような光学系とする。これを実現する偏光素子としては、ノマルスキープリズム(nomarski prism)が理想的であるが、試料上の照明領域や光源の空間的コヒーレンス(coherence)の違いにより、ウォラストンプリズム(wollaston prism)やローションプリズム(rochon prism)を用いることも可能となる。 The basic method of conventional ellipsometry measurement is to "measure the intensity of light in a single polarized state under a plurality of conditions", but in the present invention, "the intensity of light in two polarized states" is used. It is based on a different approach: "The ratio and phase difference are determined by measuring the interference fringes." For this measurement, the sample is illuminated with coherent and fully polarized illumination light, the reflected light from the sample is divided into two linearly polarized lights, and the same light beam before the division of the reflected light is emitted on the image detector. The optical system should be such that it overlaps again. A nomarski prism is ideal as a polarizing element that realizes this, but a wollaston prism or a lotion prism depends on the difference in the illumination region on the sample and the spatial coherence of the light source. It is also possible to use (rochon prism).
より具体的な構成としては、白色光源とモノクロメータ(monochrometer)の組み合わせ、または単色光源からの光を照明光として用い、さらに偏光子や波長板を透過させることにより、照明光を完全偏光の直線偏光または楕円偏光とする。試料上の照明光は点状に集光されるが、この際の照明領域の大きさにより、空間的コヒーレンスが変わる。 照明光は試料で反射された後、受光光学系の瞳付近で平行光となり、ノマルスキープリズム等で2つの直線偏光成分が異なる角度に進行するように分割され、画像検出器上で再び同一点で重なる。画像検出器の直前に、分割された2つの直線偏光の偏光方向の中間の透過軸を持つ偏光板が設置され、2つの直線偏光はこの偏光板の透過後に可干渉となり、画像検出器上で干渉縞を形成する。 As a more specific configuration, a combination of a white light source and a monochromometer, or light from a monochromatic light source is used as illumination light, and the illumination light is transmitted through a polarizer or a wave plate to make the illumination light a straight line of completely polarized light. Polarized or elliptically polarized light. The illumination light on the sample is focused in dots, and the spatial coherence changes depending on the size of the illumination area at this time. After the illumination light is reflected by the sample, it becomes parallel light near the pupil of the light receiving optical system, is divided by a Nomalski prism or the like so that the two linearly polarized light components travel at different angles, and is again at the same point on the image detector. Overlap. Immediately before the image detector, a polarizing plate having a transmission axis intermediate between the polarization directions of the two divided linearly polarized light is installed, and the two linearly polarized light become coherent after being transmitted through the polarizing plate, and on the image detector. Form interference fringes.
この偏光板は従来のエリプソメータの検光子と同じように検出器の前に配置されているが、役割としては2つの偏光方向が直交する直線偏光を可干渉にするためであり、目的は全く異なる。 This polarizing plate is placed in front of the detector like the detector of a conventional ellipsometer, but its role is to allow linearly polarized light whose two polarization directions are orthogonal to each other, and the purpose is completely different. ..
一般的なエリプソメータは照明光学系と受光光学系が別の構成が多い。この構成の利点としては、波長域が広くできることや、偏光子と検光子を試料と光学系の間に配置することができるために、レンズによる複屈折の影響を受けにくい等がある。しかし、同時には1つの入射角、入射方位しか計測できないため、スループットが非常に重要である半導体製造における計測、検査装置としては最適な構成とは言えない。 In general ellipsometers, the illumination optical system and the light receiving optical system are often configured differently. The advantages of this configuration are that the wavelength range can be widened and that the polarizer and the analyzer can be arranged between the sample and the optical system, so that they are not easily affected by birefringence by the lens. However, since only one incident angle and incident direction can be measured at the same time, it cannot be said that the configuration is optimal as a measurement and inspection device in semiconductor manufacturing in which throughput is very important.
一方で大きなNAを持つ対物レンズを用い、対物レンズの瞳共役位置に画像検出器を配置する構成のエリプソメータは、同時に複数の入射角、入射方位を計測できるため、半導体検査装置としては優位性がある。本発明のエリプソメータは短時間での計測を利点の一つとしており、後者の光学系構成との組み合わせが最も効果を発揮することができる。 On the other hand, an ellipsometer that uses an objective lens with a large NA and arranges an image detector at the pupil conjugate position of the objective lens can measure multiple incident angles and directions at the same time, which is an advantage as a semiconductor inspection device. is there. One of the advantages of the ellipsometer of the present invention is measurement in a short time, and the latter combination with the optical system configuration can be most effective.
さらに白色光源を用いた場合に、画像検出器上の干渉縞をフーリエ(fourier)変換することで、各波長のΨとΔを単一の画像から得ることも可能となり、分光エリプソメータとして用いることも可能となる。 Furthermore, when a white light source is used, it is possible to obtain Ψ and Δ of each wavelength from a single image by Fourier transforming the interference fringes on the image detector, and it can also be used as a spectroscopic ellipsometer. It will be possible.
本発明にかかる半導体装置の検査装置は、上記記載の前記エリプソメータを備える。 The semiconductor device inspection device according to the present invention includes the ellipsometer described above.
本発明により、エリプソメトリ係数を測定するスループットを向上させることができるエリプソメータ及び半導体装置の検査装置を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide an ellipsometer and a semiconductor device inspection device capable of improving the throughput for measuring the ellipsometry coefficient.
説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。 In order to clarify the explanation, the following description and drawings have been omitted or simplified as appropriate. Further, in each drawing, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted as necessary.
(実施形態1)
実施形態1に係るエリプソメータを説明する。図1は、実施形態1に係るエリプソメータを例示した構成図である。図1に示すように、エリプソメータ1は、照明光学系10、集光光学系20、偏光光学素子30、受光光学系40を備えている。エリプソメータ1は、照明光L1が試料50で反射した反射光R1を受光して、エリプソメトリ係数Ψ及びΔを測定する。
(Embodiment 1)
The ellipsometer according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an ellipsometer according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
照明光学系10は、直線偏光を含む照明光L1で試料50を照明する。照明光学系10は、光源11、モノクロメータ12、ファイバー13、照明レンズ14、偏光子15、ビームスプリッタ16、対物レンズ17を含んでいる。
The illumination
光源11は、照明光L1を生成する。光源11が生成する照明光L1は、例えば、白色光である。なお、光源11が生成する照明光L1は、白色光に限らず、特定の波長を有する単色光でもよい。光源11から生成された照明光L1は、モノクロメータ12に入射する。
The
モノクロメータ12は、入射した照明光L1から特定の波長の単色光を取り出して出射する。モノクロメータ12から出射した照明光L1は、単色光であり、ファイバー13に入射する。
The
ファイバー13は、一端及び他端を有するケーブル状の導光部材である。ファイバー13の一端に入射した照明光L1は、ファイバー13の他端から出射する。ファイバー13の他端から出射した照明光L1は、照明レンズ14に入射する。
The
照明レンズ14は、例えば、凸レンズである。照明レンズ14は、入射した照明光L1の角度分布を変化させ、照明光L1を偏光子15に照射させる。例えば、照明レンズ14は、ファイバー13の他端から出射した照明光L1を平行光に変換する。そして、平行光にした照明光L1を偏光子15に入射させる。
The
偏光子15は、光源11から生成された照明光L1が入射される。偏光子15は、一方向の直線偏光を含む照明光L1を透過させる。例えば、偏光子15は、偏光方向が紙面に対して45°傾いた直線偏光の照明光L1をビームスプリッタ16に出射する。
Illumination light L1 generated from the
ビームスプリッタ16は、入射した照明光L1の一部を反射し、一部を透過させる。ビームスプリッタ16は、入射した照明光L1の一部を対物レンズ17に向けて反射する。ビームスプリッタ16で反射した照明光L1は、対物レンズ17に入射する。
The
対物レンズ17は、直線偏光を含む照明光L1で試料50を照明する。対物レンズ17は、ビームスプリッタ16で反射した照明光L1を点状に集光させて試料50を照明する。そして、対物レンズ17は、照明光L1が試料50で反射した反射光R1を透過させる。本実施形態のエリプソメータ1では、試料50に入射する照明光L1の光軸C、及び、試料50で反射した反射光R1の光軸Cは、試料50の測定面に対して直交している。
The
試料50を照明する照明光L1は、一方向の直線偏光を含んでいる。そのような一方向の直線偏光を含む照明光L1は、集光されながら、試料50の測定面に入射する。よって照明光L1が完全偏光でかつ直線偏光である場合には、光軸Cが試料50の測定面に直交する場合に、測定面に入射する方位によって、照明光L1は、P偏光の部分もあれば、S偏光の部分もある。照明光L1におけるS偏光の部分は、S偏光として反射する。照明光L1におけるP偏光の部分は、P偏光として反射する。
The illumination light L1 that illuminates the
集光光学系20は、照明光L1が試料50で反射した反射光R1を集光する。集光光学系20は、対物レンズ17、ビームスプリッタ16、リレーレンズ21及び22を含んでいる。対物レンズ17は、照明光学系10の部材でもあり、集光光学系20の部材でもある。対物レンズ17は、照明光L1が試料50で反射した反射光R1を透過させて、ビームスプリッタ16に入射させる。
The condensing
ビームスプリッタ16は、入射した反射光R1の一部を透過させる。例えば、ビームスプリッタ16を透過した反射光R1は、リレーレンズ21に入射する。
The
リレーレンズ21は、ビームスプリッタ16を透過した反射光R1を集光させ、像を結んだ後にリレーレンズ(relay lens)22に入射させる。リレーレンズ22は、入射した反射光R1を透過させて、偏光光学素子30に入射させる。
The
図2は、実施形態1に係るエリプソメータにおいて、偏光光学素子及び受光光学系を例示した構成図である。図2に示すように、偏光光学素子30は、直線偏光を含む照明光L1が試料50で反射した反射光R1を、互いに直交する偏光方向の2つの直線偏光に分離して出射させる。偏光光学素子30は、例えば、ノマルスキープリズム31である。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a polarizing optical element and a light receiving optical system in the ellipsometer according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the polarizing
偏光光学素子30が分離する互いに直交した偏光方向を、X方向及びY方向とする。この場合、X方向とY方向が作る面と反射光R1の光軸は直交する。そうすると、ノマルスキープリズム31は、X方向の直線偏光とY方向の直線偏光とに分離する。そして、ノマルスキープリズム31は、分離させたX方向の直線偏光とY方向の直線偏光とを、画像検出器上で再び同一点となるように偏向して出射させる。なお、偏光光学素子30は、ノマルスキープリズム31に限らず、ウォラストンプリズム、または、ローションプリズムを含んでもよい。
The polarization directions orthogonal to each other from which the polarization
受光光学系40は、反射光R1を受光し、エリプソメトリ係数Ψ及びΔを算出する。受光光学系40は、検光子41、画像検出器42、画像処理部43を有している。検光子41は、例えば、偏光板である。
The light receiving
図3は、実施形態1に係るエリプソメータにおいて、検光子を透過する直線偏光を例示した図である。図3に示すように、検光子41は、偏光光学素子30が分離させたX方向の偏光方向及びY方向の偏光方向と、45[deg]傾いた方向における直線偏光の成分を透過させる。よって、検光子41は、X方向の偏光方向を有する直線偏光のうち、X方向と45[deg]傾いた偏光成分を透過させる。また、検光子41は、Y方向の偏光方向を有する直線偏光のうち、Y方向と45[deg]傾いた偏光成分を透過させる。よって、互いに直交した2つの直線偏光は、検光子41を透過することによって、同じ方向(45[deg]傾いた方向)に偏光した偏光成分として出射する。検光子41から出射した当該偏光成分を含む反射光R1は、画像検出器42に入射する。
FIG. 3 is a diagram illustrating linearly polarized light transmitted through an analyzer in the ellipsometer according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the
画像検出器42は、入射した反射光R1を受光する。画像検出器42は、対物レンズ17の瞳位置19aと共役な瞳共役位置19bに配置されている。反射光R1は、互いに直交した2つの直線偏光における同じ方向の偏光成分を含んでいる。よって、反射光R1は、画像検出器42上で干渉する。これにより、画像検出器42上に干渉縞が形成される。画像検出器42は、検光子41を透過した各偏光成分の干渉縞を検出する。
The
図4は、実施形態1に係るエリプソメータにおいて、画像検出器に入射する反射光に含まれた各直線偏光の波面を例示した図である。図5は、実施形態1に係るエリプソメータにおいて、画像検出器上で干渉した反射光の干渉縞を例示した図である。図4及び図5に示すように、偏光光学素子30によって分離された2つの直線偏光R1X及びR1Yを含む反射光R1は、検光子41を透過し、画像検出器42上で干渉縞を形成する。
FIG. 4 is a diagram illustrating the wavefront of each linearly polarized light contained in the reflected light incident on the image detector in the ellipsometer according to the first embodiment. FIG. 5 is a diagram illustrating interference fringes of reflected light that interfered on the image detector in the ellipsometer according to the first embodiment. As shown in FIGS. 4 and 5, the reflected light R1 including the two linearly polarized light R1X and R1Y separated by the polarizing
画像処理部43は、例えば、PCである。画像処理部43は、画像検出器42が検出した干渉縞から、エリプソメトリ係数Ψ及びΔを算出する。例えば、画像処理部43は、干渉縞における反射光R1の強度分布Ifringeを以下の(1)式にフィッティングすることにより、エリプソメトリ係数Ψ及びΔを算出する。ここで、強度分布Ifringeは画像検出器42上の位置の関数である。
The
ここで、エリプソメトリ係数Ψは、(2)式より算出する。
図6は、実施形態1に係るエリプソメータにおいて、画像検出器上の干渉縞から求められたエリプソメトリ係数を例示した図である。図6に示すように、2つの偏光の強度の比(Ψ)と位相差(Δ)を変化させた場合には、画像検出器42の各位置において、干渉縞を形成する反射光R1の強度が変化する。この関係を利用して干渉縞から、エリプソメトリ係数Ψ及びΔを求めることができる。
FIG. 6 is a diagram illustrating the ellipsometry coefficient obtained from the interference fringes on the image detector in the ellipsometer according to the first embodiment. As shown in FIG. 6, when the ratio (Ψ) and the phase difference (Δ) of the intensities of the two polarized lights are changed, the intensities of the reflected light R1 forming interference fringes at each position of the
例えば、太線が示す強度変化を有する反射光R1については、2つの偏光の強度比E1:E2は1:1であり、位相差Δは0である。また、点線が示す強度変化を有する反射光R1については、2つの偏光の強度比E1:E2は1:1であり、位相差Δはπ/4である。また、細線が示す強度変化を有する反射光R1については、2つの偏光の強度比E1:E2は2:1であり、位相差Δは0である。このように、受光光学系40は、分離された各偏光方向(X方向及びY方向)の直線偏光を、45[deg]傾斜させた透過軸を持つ検光子を透過させることで、2つの直線偏光の成分を干渉させ、画像検出器42上の干渉縞からエリプソメトリ係数ΨとΔを算出する。
For example, for the reflected light R1 having the intensity change indicated by the thick line, the intensity ratios E1: E2 of the two polarized lights are 1: 1 and the phase difference Δ is 0. Further, for the reflected light R1 having the intensity change indicated by the dotted line, the intensity ratio E1: E2 of the two polarized lights is 1: 1 and the phase difference Δ is π / 4. Further, for the reflected light R1 having the intensity change indicated by the thin line, the intensity ratio E1: E2 of the two polarized lights is 2: 1 and the phase difference Δ is 0. In this way, the light receiving
次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態のエリプソメータ1は、エリプソメトリ係数Ψ及びΔの測定において、偏光光学素子30を利用する。偏光光学素子30は、試料50で反射した反射光R1を、互いに直交する偏光方向の2つの直線偏光R1X及びR1Yに分離し、分離した2つの直線偏光から干渉縞を画像検出器42上に形成する。その干渉縞のコントラスト及び位相の測定結果から、2つの独立パラメータであるエリプソメトリ係数ΨとΔを直接測定する。これにより、これまでのエリプソメトリ係数ΨとΔの測定に必要であった回転する偏光子や補償子を用いた時系列の少なくとも4個の偏光成分の光量測定を不要とする。
Next, the effect of this embodiment will be described. The
また、これまでのエリプソメトリ係数ΨとΔの測定は、複数の異なる偏光状態の光の光量からストークス(stokes)パラメータを求め、求めたストークスパラメータからエリプソメトリ係数Ψ及びΔを求めている。本実施形態では、直接かつ単一画像からエリプソメトリ係数ΨとΔを求めることができる。よって、短時間で測定することができるので、OCD測定のスループットを向上させることができる。 Further, in the previous measurements of the ellipsometry coefficients Ψ and Δ, the Stokes parameters are obtained from the amount of light of light in a plurality of different polarized states, and the ellipsometry coefficients Ψ and Δ are obtained from the obtained Stokes parameters. In this embodiment, the ellipsometry coefficients Ψ and Δ can be obtained directly and from a single image. Therefore, since the measurement can be performed in a short time, the throughput of OCD measurement can be improved.
また、これまでのエリプソメータと比較して、可動部がないため、より安定したエリプソメトリ係数ΨとΔの測定をすることができる。 In addition, since there are no moving parts as compared with conventional ellipsometers, more stable ellipsometry coefficients Ψ and Δ can be measured.
さらに、OCD測定装置に用いられる多くのエリプソメータにおいては、試料50の表面に入射させる照明光L1の入射角は、ブリュースター(brewster)角で固定であった。しかしながら、本実施形態では、大NAの対物レンズ17の瞳位置に共役な瞳共役位置に画像検出器42を配置させることで、任意の入射角、入射方位でのエリプソメトリ係数ΨとΔの測定を可能とする。このような構成は、検光子等を回転させるこれまでのエリプソメータの構成では容易には実現することができない。
Further, in many ellipsometers used in the OCD measuring device, the incident angle of the illumination light L1 incident on the surface of the
その結果、例えば、ウェハ上の微細構造モデルへのフィッティングにおいて、より多くの条件での計測結果を用いることができ、OCD測定装置で問題となることの多い、異なるDimensionのカップリングの低減にもつながるため、特に3次元化が進展した現在の半導体構造の計測において精度を向上させることが期待される。さらに、照明光L1による試料50の照明領域を、これまでのφ30[μm]程度からφ1[μm]以下まで小さくすることができ、チップ内のDimensionの分布の評価もより高い位置分解能で行うことが可能となる。これらの測定結果をリソグラフィーや成膜、エッチング工程に反映させ、半導体製造のプロセスコントロールを適切に行うことができる。これにより、半導体製造における歩留まり及び生産性を向上させることができる。
As a result, for example, in fitting to a microstructure model on a wafer, measurement results under more conditions can be used, and coupling of different dimensions, which is often a problem in OCD measuring devices, can be reduced. Since they are connected, it is expected to improve the accuracy especially in the measurement of the current semiconductor structure, which has been made three-dimensional. Further, the illumination region of the
さらに、ロジックにおいて、半導体チップ内に配置されているエリプソメトリ係数の測定用のテストパターンを、これまでの数十[μm]角であったものを、数[μm]角以下まで小さくすることができる。このため、半導体チップ内の回路に使える領域が増え、半導体デバイスのコスト低減にも貢献することができる。 Further, in the logic, the test pattern for measuring the ellipsometry coefficient arranged in the semiconductor chip can be reduced from several tens [μm] squares to several [μm] squares or less. it can. Therefore, the area that can be used for the circuit in the semiconductor chip increases, which can contribute to the cost reduction of the semiconductor device.
(実施形態2)
次に、実施形態2に係るエリプソメータを説明する。本実施形態のエリプソメータ2では、偏光子18、ノマルスキープリズム32、検光子44が4分割されている。図7は、実施形態2に係るエリプソメータを例示した構成図である。図7に示すように、エリプソメータ2は、実施形態1のエリプソメータ1と、偏光子18、ノマルスキープリズム32、検光子44が異なっている。
(Embodiment 2)
Next, the ellipsometer according to the second embodiment will be described. In the
図8は、実施形態2に係るエリプソメータにおいて、ノマルスキープリズムの複数の分割片及び各分割片が2つの直線偏光に分離する方向を例示した図である。図8に示すように、ノマルスキープリズム32は反射光R1の光軸Cに直交する面内で、4分割されている。
FIG. 8 is a diagram illustrating the direction in which the plurality of divided pieces of the Nomalski prism and each divided piece are separated into two linearly polarized light in the ellipsometer according to the second embodiment. As shown in FIG. 8, the
光軸Cを中心にした360[deg]を等分割されている。例えば、ノマルスキープリズム32は、中心角が90[deg]の4つの扇型状の分割片32a〜32dに分割されている。各分割片32a〜32dは、中心角の二等分線に直交する方向に、2つの直線偏光を分離する。
360 [deg] centered on the optical axis C is equally divided. For example, the
よって、光軸Cを挟んで対向する分割片32a及び32cが分離する方向は平行であり、分割片32b及び32dが分離する方向は平行である。各分割片32a〜32dが分離する方向は、隣り合う分割片32a〜32dが分離する方向と直交する。すなわち、分割片32a及び32cが分離する方向は、分割片32b及び32dが分離する方向と直交する。
Therefore, the directions in which the divided
検光子44も、ノマルスキープリズム32の分割に伴って、分割片44a〜44dに分割されている。検光子44は、透過する反射光R1の光軸Cに直交する面内で、光軸Cの周り1回転の回転角を等分割した中心角を有する扇型状の複数の分割片を含んでいる。具体的には、検光子44は、中心角が90[deg]の4つの扇型状の分割片44a〜44dに分割されている。
The
各分割片44a〜44dは、各分割片32a〜32dと対応している。各分割片44a〜44dは、各分割片32a〜32dを透過した反射光R1が入射する。したがって各分割片44a〜44dは、分割片32a〜32dが分離した2つの直線偏光と45度傾いた偏光方向の反射光R1を透過させる。
The divided
偏光子18も、透過する照明光L1の光軸C方向に直交する面内で、光軸Cの周り1回転の回転角を等分割した中心角を有する扇型状の複数の分割片を含んでいる。具体的には、偏光子18は、中心角が90[deg]の4つの扇型状の分割片18a〜18dに分割されている。各分割片18a〜18dは、各分割片32a〜32dと対応している。各分割片32a〜32dには、各分割片18a〜18dを透過し、試料50によって反射した反射光R1が入射する。
The
画像検出器42上の瞳面において、中心部分は、試料50に対して垂直に照明光L1を入射させた場合の反射光R1である。一方、瞳面において、周辺部分は、試料50に対して傾いて照明光L1を入射させた場合の反射光R1である。エリプソメータ2による測定において、照明光L1の試料50に対する入射角が変わると、エリプソメトリ係数Ψ及びΔも変わる。
In the pupil plane on the
そこで、本実施形態では、ノマルスキープリズム32を4分割して、分離方向が各分割片32a〜32dの中心角の二等分線に直交する方向としている。これにより、分離方向が光軸Cを中心軸とした円筒の接線方向となる部分を有するようにしている。反射光R1の干渉縞に上述の(1)式をフィッティングさせる場合には、ある程度の範囲のプロファイルに(1)式をフィッティングする。その場合に、照明光L1の入射角を一定にするためには、光軸Cを中心軸とした円筒の接線方向に沿った干渉縞のプロファイルを用いることが好ましい。
Therefore, in the present embodiment, the
図9は、実施形態2に係るエリプソメータにおいて、画像検出器上で干渉した反射光の干渉縞を例示した図である。図10は、実施形態2に係るエリプソメータにおいて、画像検出器上の干渉縞を例示した図であり、図9のAA線及びBB線の強度を示す。 FIG. 9 is a diagram illustrating interference fringes of reflected light that interfered on the image detector in the ellipsometer according to the second embodiment. FIG. 10 is a diagram illustrating interference fringes on the image detector in the ellipsometer according to the second embodiment, and shows the intensities of the AA line and the BB line of FIG.
図9及び図10に示すように、本実施形態のエリプソメータ2では、4つの分割片32a〜32dの干渉縞が並ぶ方向が、図9のAA線及びBB線に示すように、光軸Cを中心軸とした円筒の接線方向に沿った部分を有している。そうすると、図10に示すように、照明光L1が試料50に入射する入射角をほぼ一定の反射光をフィッティングすることができる。よって、エリプソメトリ係数Ψ及びΔを精度よく測定することができる。
As shown in FIGS. 9 and 10, in the
図10に示すように、干渉縞の位置から位相差(Δ)が求められる。また、干渉縞のAC/DC比から強度比(Ψ)が求められる。なお、本実施形態では、ノマルスキープリズム32等を4分割したが、これに限らず、8分割してもよいし、16分割してもよい。これ以外の構成及び効果は、実施形態1の記載に含まれている。
As shown in FIG. 10, the phase difference (Δ) is obtained from the position of the interference fringes. Further, the intensity ratio (Ψ) can be obtained from the AC / DC ratio of the interference fringes. In the present embodiment, the
(実施形態3)
次に、実施形態3に係るエリプソメータを説明する。図11は、実施形態3に係るエリプソメータを例示した構成図である。図11に示すように、エリプソメータ3は、モノクロメータを備えていない。これ以外の構成は、実施形態2のエリプソメータ2の構成と同様である。
(Embodiment 3)
Next, the ellipsometer according to the third embodiment will be described. FIG. 11 is a configuration diagram illustrating an ellipsometer according to the third embodiment. As shown in FIG. 11, the
本実施形態のエリプソメータ3において、照明光L1は、白色光である。実施形態1及び2のエリプソメータのように、照明光L1が単色光の場合には、位相がそろった干渉縞が測定される。一方、照明光L1が白色光の場合には、位相がそろったところだけ、コントラストが強くなる。
In the
図12上は、実施形態3に係るエリプソメータにおいて、画像検出器上で干渉した反射光の干渉縞を例示した図である。図12下は、AA‘線に沿った強度を示している。図13は、実施形態3に係るエリプソメータにおいて、画像検出器上で干渉した反射光の干渉縞の強度分布をフーリエ変換し、振幅を表す実数部分と位相を表す虚数部分に分け、周波数を照明光L1の波長に関連付けた結果を例示したグラフである。 FIG. 12 is a diagram illustrating interference fringes of reflected light that interfered on the image detector in the ellipsometer according to the third embodiment. The lower part of FIG. 12 shows the intensity along the AA'line. FIG. 13 shows, in the ellipsometer according to the third embodiment, Fourier transform the intensity distribution of the interference fringes of the reflected light that interfered on the image detector, divide the frequency into a real part representing the amplitude and an imaginary part representing the phase, and divide the frequency into the illumination light. It is a graph which illustrated the result associated with the wavelength of L1.
図12に示すように、例えば、光軸Cを中心軸とした円筒の接線方向に沿った干渉縞は、干渉している2つの直線偏光成分の光路差が小さい中心部分において、コントラストが大きく、両端部において、コントラストが小さい。本実施形態では、画像処理部43は、干渉縞をフーリエ変換し、フーリエ変換された干渉縞からエリプソメトリ係数を算出する。
As shown in FIG. 12, for example, the interference fringes along the tangential direction of the cylinder centered on the optical axis C have a large contrast in the central portion where the optical path difference between the two interfering linearly polarized light components is small. The contrast is small at both ends. In the present embodiment, the
本実施形態の照明光L1は白色光であり、様々な波長を含んでいる。干渉縞の周期も白色光に含まれる波長によって変化する。よって、図13に示すように、フーリエ変換により、それぞれの波長の成分の強度及びそれぞれの波長の位相をフーリエ変換により取り出す。これにより、波長ごとに、エリプソメトリ係数Ψ及びΔを求める。 The illumination light L1 of the present embodiment is white light and includes various wavelengths. The period of the interference fringes also changes depending on the wavelength contained in the white light. Therefore, as shown in FIG. 13, the intensity of the component of each wavelength and the phase of each wavelength are extracted by the Fourier transform by the Fourier transform. As a result, the ellipsometry coefficients Ψ and Δ are obtained for each wavelength.
本実施形態によれば、モノクロメータ12を不要とすることができる。よって、装置を簡素化することができ、低コスト化することができる。また、様々な波長で測定する場合に、モノクロメータを切り替えることが不要になる。よって、測定時間を短縮することができる。これ以外の構成及び効果は実施形態1及び2の記載に含まれている。
According to this embodiment, the
(実施形態4)
次に、実施形態4に係るエリプソメータを説明する。本実施形態のエリプソメータは、受光光学系40において、検光子41の代わりに、偏光ビームスプリッタ45を配置する。以下、図面を参照して説明する。
(Embodiment 4)
Next, the ellipsometer according to the fourth embodiment will be described. In the ellipsometer of the present embodiment, the
図14は、実施形態4に係るエリプソメータを例示した構成図である。図14に示すように、エリプソメータ4の受光光学系40は、偏光ビームスプリッタ45と、2つの画像検出器42a及び42bを有している。
FIG. 14 is a configuration diagram illustrating an ellipsometer according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 14, the light receiving
前述の実施形態1の検光子41は、例えば、偏光光学素子30により、0[deg]及び90[deg]の偏光方向に分離された2つの直線偏光の45[deg]成分を透過させて干渉させるものである。この場合には、検光子41は、135[deg]成分を吸収または反射している。
The
一方、本実施形態の偏光ビームスプリッタ45は、45[deg]成分を反射させ、135[deg]成分を透過させるように配置されている。このように、偏光ビームスプリッタ45は、各偏光方向と異なる方向における2つの直線偏光の成分を反射させるとともに、異なる方向と直交した方向における2つの直線偏光の成分を透過させる。具体的には、偏光光学素子30が分離した各直線偏光のうち、45[deg]傾いた方向の直線偏光を反射させ、135[deg]傾いた方向の直線偏光を透過させる。
On the other hand, the
画像検出器42は、画像検出器42a及び42bを含む。画像検出器42aは、偏光ビームスプリッタ45で反射した(45[deg]方向の)各偏光成分の干渉縞を検出する。画像検出器42bは、偏光ビームスプリッタ45を透過した(135[deg]方向の)各偏光成分の干渉縞を検出する。
The
図15は、実施形態4に係るエリプソメータにおいて、2つの画像検出器上で干渉した反射光R1の干渉縞を例示した図である。図15に示すように、各画像検出器42a及び42上には、位相が180[deg]反転した干渉縞が形成される。
FIG. 15 is a diagram illustrating the interference fringes of the reflected light R1 that interfered on the two image detectors in the ellipsometer according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 15, interference fringes having a phase inverted by 180 [deg] are formed on the
図16は、実施形態4に係るエリプソメータにおいて、偏光ビームスプリッタの反射及び透過する偏光方向を、偏光光学素子が分離する2つの直線方向に対して、45[deg]からずらした場合の各成分を例示した図である。 FIG. 16 shows each component when the polarization directions reflected and transmitted by the polarization beam splitter are shifted from 45 [deg] with respect to the two linear directions separated by the polarizing optical element in the ellipsometer according to the fourth embodiment. It is an illustrated figure.
図16に示すように、X方向の成分とY方向の成分との強度が異なる場合、例えば、X方向の成分の強度が2で、Y方向の成分の強度が1の場合を検討する。偏光ビームスプリッタ45の反射及び透過する偏光方向を、偏光光学素子30が分離する2つの直線方向に対して45[deg]から40[deg]にずらした場合には、X方向の成分は大きくなり、Y方向の成分は小さくなる。よって、X方向の成分とY方向の成分との差は、ますます大きくなり、コントラストは低下する。
As shown in FIG. 16, a case where the strength of the component in the X direction and the strength of the component in the Y direction are different, for example, the case where the strength of the component in the X direction is 2 and the strength of the component in the Y direction is 1, is examined. When the polarization directions reflected and transmitted by the
一方、135[deg]から130[deg]にずらした場合には、X方向の成分は小さくなり、Y方向の成分は大きくなる。よって、X方向の成分とY方向の成分との差は小さくなり、コントラストは増加する。実施形態1では、偏光光学素子30によって分離された2つの直線偏光のうち、一方の強度が低下するとコントラストが低下する。この場合に、どちらの直線偏光が低下したかまでは測定することができない。しかしながら、本実施形態では、どちらの直線偏光が低下したかも判別することができる。
On the other hand, when it is shifted from 135 [deg] to 130 [deg], the component in the X direction becomes small and the component in the Y direction becomes large. Therefore, the difference between the component in the X direction and the component in the Y direction becomes small, and the contrast increases. In the first embodiment, when the intensity of one of the two linearly polarized light separated by the polarizing
なお、図14では、偏光ビームスプリッタ45で反射及び透過した反射光R1が紙面に平行な面内の2つの方向に進んでいるが、実際は、45[deg]傾いた方向に進んでいる。これ以外の構成及び効果は、実施形態1〜3の記載に含まれている。
In FIG. 14, the reflected light R1 reflected and transmitted by the
(実施形態5)
次に、実施形態5に係るエリプソメータを説明する。本実施形態のエリプソメータは、実施形態4における偏光ビームスプリッタの代わりに、2つの三角柱を接合させた偏光ビームスプリッタを用いている。
(Embodiment 5)
Next, the ellipsometer according to the fifth embodiment will be described. The ellipsometer of the present embodiment uses a polarization beam splitter in which two triangular prisms are joined instead of the polarization beam splitter of the fourth embodiment.
図17は、実施形態5に係るエリプソメータを例示した構成図である。図17に示すように、実施形態5のエリプソメータ5において、受光光学系40は、2つの三角柱46及び47を接合させた偏光ビームスプリッタを有している。2つの三角柱46及び47は、直角三角形を底面する。三角柱46は、直角のエッジを挟む2つの側面46a及び46c、並びに、エッジに対向する側面46bを有しており、直角以外の頂点の角度は30[deg]と60[deg]である。三角柱47は、直角のエッジを挟む2つの側面47a及び47c、並びに、エッジに対向する側面47bを有しており、三角柱46と47aを軸として線対称である。三角柱46の側面46aと三角柱47の側面47aは接合されている。接合面である側面46a及び47aは、偏光光学素子30が分離した各直線偏光のうち、例えば、45[deg]傾いた方向の直線偏光を反射させるとともに、135[deg]傾いた方向の直線偏光を透過させる。
FIG. 17 is a configuration diagram illustrating an ellipsometer according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 17, in the
反射光R1は、三角柱46の側面46bから入射する。入射する場合には、側面46bに対して反射光R1の光軸Cが直交ように偏光ビームスプリッタは設置される。入射した反射光R1は、接合面である側面46a及び47aにおいて、反射及び透過される。反射した反射光R1は、三角柱の側面46bで反射する。この場合、三角柱46のガラス材料を適切に選べば、反射光R1は、側面46bにおいて全反射する。側面46bで反射した反射光R1は、三角柱46の側面46cから出射する。
The reflected light R1 is incident from the
接合面である側面46a及び47aを透過した反射光R1は、三角柱47の側面47bで反射する。この場合も、三角柱47のガラス材料を適切に選ぶことで、反射光R1は、側面47bにおいて全反射する。側面47bで反射した反射光R1は、三角柱47の側面47cから出射する。
The reflected light R1 transmitted through the side surfaces 46a and 47a, which are the joint surfaces, is reflected by the
このように、本実施形態の偏光ビームスプリッタは、各偏光方向と異なる方向(例えば、45[deg]方向)における2つの直線偏光の成分を反射させるとともに、異なる方向に直交した方向(例えば、135[deg])における2つの直線偏光の成分を透過させる。そして、偏光ビームスプリッタは、反射させた各成分及び透過させた各成分を同じ画像検出器42の瞳面上に出射する。例えば、偏光ビームスプリッタは、反射させた各成分及び透過させた各成分を同じ方向に出射する。
As described above, the polarized beam splitter of the present embodiment reflects two linearly polarized light components in a direction different from each polarization direction (for example, 45 [deg] direction) and is orthogonal to each direction (for example, 135). [Deg]) allows the two linearly polarized light components to pass through. Then, the polarization beam splitter emits each reflected component and each transmitted component onto the pupil surface of the
このような構成とすると、偏光ビームスプリッタで反射及び透過した反射光R1は、2つの三角柱46及び47の側面46c及び47cから出射される。このため、1つの画像検出器42で反射光R1を受光することができる。
With such a configuration, the reflected light R1 reflected and transmitted by the polarizing beam splitter is emitted from the side surfaces 46c and 47c of the two
また、実施形態4と同様に、偏光ビームスプリッタを反射及び透過する偏光方向を、偏光光学素子30が分離する2つの直線方向に対して45[deg]からずらした場合には、2つの直線方向の強度比を容易に求めることができる。よって、どちらの直線偏光が低下したかを測定することができる。これ以外の構成及び効果は、実施形態1〜4の記載に含まれている。
Further, as in the fourth embodiment, when the polarization directions reflecting and transmitting the polarizing beam splitter are deviated from 45 [deg] with respect to the two linear directions separated by the polarizing
(実施形態6)
次に、実施形態6に係るエリプソメータを説明する。本実施形態のエリプソメータは、照明光を斜入射させる。そして、試料を点照明し、対物レンズの瞳位置に画像検出器を配置する。
(Embodiment 6)
Next, the ellipsometer according to the sixth embodiment will be described. The ellipsometer of the present embodiment obliquely incident the illumination light. Then, the sample is point-illuminated, and the image detector is placed at the pupil position of the objective lens.
図18は、実施形態6に係るエリプソメータを例示した構成図である。図18に示すように、本実施形態のエリプソメータ6は、照明光学系10、集光光学系20、偏光光学素子30、受光光学系40を備えている。
FIG. 18 is a configuration diagram illustrating an ellipsometer according to the sixth embodiment. As shown in FIG. 18, the
照明光学系10は、直線偏光を含む照明光L1で試料50を照明する。照明光学系10は、光源11、モノクロメータ12、ファイバー13、照明レンズ14、偏光子15を含んでいる。実施形態1と異なり、ビームスプリッタ16及び対物レンズ17を有していない。また、試料50に入射する照明光L1の光軸Cは、試料50に対して傾斜している。
The illumination
光源11から生成された照明光L1は、モノクロメータ12に入射する。モノクロメータ12は、入射した照明光L1から特定の波長の単色光を取り出してファイバー13に出射する。モノクロメータ12は、照明光L1として、紫外光から赤外光までの範囲の所定の波長の単色光を選択して出射する。ファイバー13の一端に入射した照明光L1は、ファイバー13の他端から出射する。ファイバー13の他端から出射した照明光L1は、照明レンズ14に入射する。
The illumination light L1 generated from the
照明レンズ14は、偏光子15を介して、入射した照明光L1を点状に集光させて試料50を照明する。偏光子15は、光源11から生成された照明光L1が入射され、一方向の直線偏光を含む照明光L1を透過させる。したがって、照明レンズ14は、直線偏光を含む照明光L1で試料50の一点を点照明する。
The
集光光学系20は、集光レンズ23を含んでいる。集光レンズ23は、照明光L1が試料50で反射した反射光R1を透過させて、偏光光学素子30に入射させる。試料50で反射した反射光の光軸Cは、試料50の測定面に対して傾斜している。画像検出器42は、集光レンズ23の瞳共役位置19bに配置されている。これ以外の偏光光学素子30及び受光光学系40の構成は、実施形態1と同様である。
The condensing
本実施形態のエリプソメータ6によれば、一般的なエリプソメータでよくみられる斜入射の構成でもエリプソメトリ係数Ψ及びΔを直接測定することができる。これ以外の構成及び効果は、実施形態1〜5の記載に含まれている。
According to the
(実施形態7)
次に、実施形態7に係るエリプソメータを説明する。本実施形態のエリプソメータは、照明レンズで、面照射し、試料上の広がりを持った領域を測定する。図19は、実施形態7に係るエリプソメータを例示した構成図である。
(Embodiment 7)
Next, the ellipsometer according to the seventh embodiment will be described. The ellipsometer of the present embodiment is an illumination lens that irradiates a surface and measures a region having a spread on a sample. FIG. 19 is a configuration diagram illustrating an ellipsometer according to the seventh embodiment.
図19に示すように、本実施形態のエリプソメータ7において、照明レンズ14は、試料50を点照射するのではなく、試料50を面照射する。すなわち、照明レンズ14は、照明光L1を試料50における所定の広がりを有する領域を照明する。例えば、照明レンズ14は、平行光とした照明光L1で試料50を照明する。画像検出器42は、瞳位置に配置されるのではなく、試料50の集光レンズ23が作る像位置52に配置されている。例えば、画像検出器42はシャインプルーフの条件を満たすように光軸Cに対して傾いて配置される。画像検出器42は、試料50上の広がりを持った領域を測定する。
As shown in FIG. 19, in the ellipsometer 7 of the present embodiment, the
本実施形態のエリプソメータ7において、照明光L1が試料50に入射する入射角は、一定なので、像位置52に配置された画像検出器42は、イメージとして干渉縞を検出することができる。これ以外の構成及び効果は実施形態1〜6の記載に含まれている。
In the ellipsometer 7 of the present embodiment, since the incident angle at which the illumination light L1 is incident on the
(実施形態8)
次に、実施形態8に係るエリプソメータを説明する。本実施形態のエリプソメータは、瞳空間にノマルスキープリズムを配置する代わりに、像空間にビームディスプレーサ(beam displacer)を配置する。瞳空間は、試料50上の1点を照明した照明光の反射光が平行になる空間であり、像空間は、反射光が集光/拡散する空間である。
(Embodiment 8)
Next, the ellipsometer according to the eighth embodiment will be described. In the ellipsometer of the present embodiment, instead of arranging the Nomalski prism in the pupil space, a beam displacer is arranged in the image space. The pupil space is a space in which the reflected light of the illumination light illuminating one point on the
図20は、実施形態8に係るエリプソメータを例示した構成図である。図21は、実施形態8に係るエリプソメータにおいて、偏光光学素子及び受光光学系を例示した構成図である。図20及び図21に示すように、実施形態8のエリプソメータ8において、偏光光学素子30は、ビームディスプレーサ33である。
FIG. 20 is a configuration diagram illustrating an ellipsometer according to the eighth embodiment. FIG. 21 is a configuration diagram illustrating a polarizing optical element and a light receiving optical system in the ellipsometer according to the eighth embodiment. As shown in FIGS. 20 and 21, in the
ビームディスプレーサ33は、リレーレンズ21とリレーレンズ22との間における像空間に配置されている。具体的には、ビームディスプレーサ33は、リレーレンズ22の焦点と、リレーレンズ22との間に配置されている。よって、反射光R1が発散する領域に配置されている。
The
ビームディスプレーサ33は、直線偏光を含む照明光L1が試料50で反射した反射光R1を、互いに直交する偏光方向の2つの直線偏光に分離する。そして、ビームディスプレーサ33は、分離した2つの直線偏光を出射させる際に、一方の直線偏光を平行にシフトさせて出射させる。ビームディスプレーサ33を出射した2つの直線偏光を含む反射光R1は、リレーレンズ22に入射する。
The
リレーレンズ22は、検光子41を介して、入射した反射光R1を画像検出器42上に集光させる。具体的には、リレーレンズ22は、分離させたX方向の直線偏光とY方向の直線偏光とを、画像検出器上で再び同一点となるように出射させる。
The
検光子41は、ビームディスプレーサ33が分離させたX方向の偏光方向及びY方向の偏光方向と、45[deg]傾いた方向における2つの直線偏光成分を透過させる。よって、互いに直交した2つの直線偏光は、検光子41を透過することによって、同じ方向(45[deg]傾いた方向)に偏光した偏光成分として出射する。検光子41から出射した当該偏光成分を含む反射光R1は、画像検出器42に入射する。
The
本実施形態のエリプソメータ8によれば、偏光光学素子30として、ビームディスプレーサ33を用いることができる。よって、偏光光学素子30を、瞳空間に配置する代わりに、像空間に配置することもできる。これ以外の構成及び効果は、実施形態1〜7の記載に含まれている。
According to the
(実施形態9)
次に、実施形態9に係る半導体装置の検査装置を説明する。本実施形態の半導体装置の検査装置は、実施形態1〜8に記載のエリプソメータを備えている。よって、本実施形態の半導体装置の検査装置は、半導体装置の検査に要する時間を短縮することができる。また、検査精度を向上させることができる。さらに、半導体装置のサイズの縮小化に貢献する。これ以外の構成及び効果は、実施形態1〜8の記載に含まれている。
(Embodiment 9)
Next, the semiconductor device inspection device according to the ninth embodiment will be described. The semiconductor device inspection device of the present embodiment includes the ellipsometer according to the first to eighth embodiments. Therefore, the semiconductor device inspection device of the present embodiment can shorten the time required for the semiconductor device inspection. Moreover, the inspection accuracy can be improved. Furthermore, it contributes to the reduction of the size of the semiconductor device. Other configurations and effects are included in the description of embodiments 1-8.
本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施形態1〜9の各構成は相互に組み合わせることができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified without departing from the spirit. For example, the configurations of embodiments 1-9 can be combined with each other.
1、2、3、4、5、6、7、8 エリプソメータ
10 照明光学系
11 光源
12 モノクロメータ
13 ファイバー
14 照明レンズ
15、18 偏光子
18a、18b、18c、18d 分割片
16 ビームスプリッタ
17 対物レンズ
19a 瞳位置
19b 瞳共役位置
20 集光光学系
21、22 リレーレンズ
23 集光レンズ
30 偏光光学素子
31、32 ノマルスキープリズム
32a、32b、32c、32d 分割片
33 ビームディスプレーサ
40 受光光学系
41、44 検光子
42、42a、42b 画像検出器
43 画像処理部
44a、44b、44c、44d 分割片
45 偏光ビームスプリッタ
46、47 三角柱
46a、46b、46c、47a、47b、47c 側面
50 試料
52 像位置
L1 照明光
R1 反射光
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
Claims (20)
各前記偏光方向と異なる方向における前記2つの直線偏光の成分を干渉させた干渉縞からエリプソメトリ係数を算出する受光光学系と、
を備えたエリプソメータ。 A polarized optical element that separates the reflected light reflected by the sample from the illumination light including linearly polarized light into two linearly polarized light in the polarization directions orthogonal to each other.
A light receiving optical system that calculates an ellipsometry coefficient from interference fringes in which the two linearly polarized light components interfere with each other in a direction different from the polarization direction.
Ellipsometer with.
前記光源から生成された前記照明光が入射され、一方向の直線偏光を含む前記照明光を透過させる偏光子と、
前記直線偏光を含む前記照明光で前記試料を照明するとともに、前記照明光が前記試料で反射した前記反射光を透過させる対物レンズと、
をさらに備え、
前記受光光学系は、
前記干渉縞を検出する画像検出器と、
前記干渉縞から前記エリプソメトリ係数を算出する画像処理部と、
を有する、
請求項1に記載のエリプソメータ。 A light source that produces illumination light and
A polarizer in which the illumination light generated from the light source is incident and transmits the illumination light including linearly polarized light in one direction.
An objective lens that illuminates the sample with the illumination light containing the linearly polarized light and transmits the reflected light reflected by the sample.
With more
The light receiving optical system is
An image detector that detects the interference fringes and
An image processing unit that calculates the ellipsometry coefficient from the interference fringes,
Have,
The ellipsometer according to claim 1.
請求項2に記載のエリプソメータ。 The optical axis of the illumination light incident on the sample and the optical axis of the reflected light reflected by the sample are orthogonal to the sample.
The ellipsometer according to claim 2.
前記画像検出器は、前記対物レンズの瞳位置と共役な瞳共役位置に配置された、
請求項2または3に記載のエリプソメータ。 The objective lens illuminates the sample by condensing the illumination light in a point shape.
The image detector was arranged at a pupil conjugate position conjugate with the pupil position of the objective lens.
The ellipsometer according to claim 2 or 3.
前記光源から生成された前記照明光が入射され、一方向の直線偏光を含む前記照明光を透過させる偏光子と、
前記直線偏光を含む前記照明光で前記試料を照明する照明レンズと、
前記照明光が前記試料で反射した前記反射光を透過させる集光レンズと、
をさらに備え、
前記受光光学系は、
前記干渉縞を検出する画像検出器と、
前記干渉縞から前記エリプソメトリ係数を算出する画像処理部と、
を有する、
請求項1に記載のエリプソメータ。 A light source that produces illumination light and
A polarizer in which the illumination light generated from the light source is incident and transmits the illumination light including linearly polarized light in one direction.
An illumination lens that illuminates the sample with the illumination light containing the linearly polarized light,
A condenser lens that transmits the reflected light reflected by the sample and the illumination light.
With more
The light receiving optical system is
An image detector that detects the interference fringes and
An image processing unit that calculates the ellipsometry coefficient from the interference fringes,
Have,
The ellipsometer according to claim 1.
請求項5に記載のエリプソメータ。 The optical axis of the illumination light incident on the sample and the optical axis of the reflected light reflected by the sample were inclined with respect to the sample.
The ellipsometer according to claim 5.
前記画像検出器は、前記集光レンズの瞳位置に配置された、
請求項5または6に記載のエリプソメータ。 The illumination lens illuminates the sample by condensing the illumination light in a point shape.
The image detector was arranged at the pupil position of the condenser lens.
The ellipsometer according to claim 5 or 6.
前記画像検出器は、前記試料の像位置に配置された、
請求項5または6に記載のエリプソメータ。 The illumination lens illuminates the sample by condensing the illumination light on a region having a predetermined spread in the sample.
The image detector was placed at the image position of the sample.
The ellipsometer according to claim 5 or 6.
前記画像検出器は、前記検光子を透過した各前記成分の前記干渉縞を検出する、
請求項2〜8のいずれか1項に記載のエリプソメータ。 The light-receiving optical system further includes an analyzer that transmits the two linearly polarized light components in each of the polarization directions and a direction tilted by 45 [deg].
The image detector detects the interference fringes of each of the components that have passed through the analyzer.
The ellipsometer according to any one of claims 2 to 8.
前記画像検出器は、
前記偏光ビームスプリッタで反射した各前記成分の前記干渉縞を検出する第1画像検出器と、
前記偏光ビームスプリッタを透過した各前記成分の前記干渉縞を検出する第2画像検出器と、
を含む、
請求項2〜8のいずれか1項に記載のエリプソメータ。 The light receiving optical system has a polarization beam splitter that reflects the two linearly polarized light components in a direction different from each polarization direction and transmits the two linearly polarized light components in a direction orthogonal to the different directions. ,
The image detector
A first image detector that detects the interference fringes of each of the components reflected by the polarization beam splitter, and
A second image detector that detects the interference fringes of each of the components transmitted through the polarization beam splitter, and
including,
The ellipsometer according to any one of claims 2 to 8.
前記偏光ビームスプリッタは、反射させた前記各成分及び透過させた前記各成分を同じ前記画像検出器上に出射する、
請求項2〜8のいずれか1項に記載のエリプソメータ。 The light receiving optical system has a polarization beam splitter that reflects the two linearly polarized light components in a direction different from each polarization direction and transmits the two linearly polarized light components in a direction orthogonal to the different directions. ,
The polarization beam splitter emits each reflected component and each transmitted component onto the same image detector.
The ellipsometer according to any one of claims 2 to 8.
請求項1〜11のいずれか1項に記載のエリプソメータ。 The polarizing optical element is a Nomalski prism.
The ellipsometer according to any one of claims 1 to 11.
各前記分割片は、各前記中心角の二等分線に直交する方向に、前記2つの直線偏光を分離する、
請求項12に記載のエリプソメータ。 The Nomalski prism includes a plurality of fan-shaped divided pieces having a central angle obtained by equally dividing the rotation angle of one rotation around the optical axis in a plane orthogonal to the optical axis of the reflected light.
Each of the divided pieces separates the two linearly polarized light in a direction orthogonal to the bisector of each of the central angles.
The ellipsometer according to claim 12.
請求項1〜11のいずれか1項に記載のエリプソメータ。 The polarizing optical element includes a Wollaston prism or a lotion prism.
The ellipsometer according to any one of claims 1 to 11.
請求項1〜11のいずれか1項に記載のエリプソメータ。 The polarized optical element is a beam displacer that shifts one linearly polarized light in parallel and emits it when emitting the two separated linearly polarized light.
The ellipsometer according to any one of claims 1 to 11.
請求項1〜15のいずれか1項に記載のエリプソメータ。 The illumination light is monochromatic light.
The ellipsometer according to any one of claims 1 to 15.
前記受光光学系は、
前記干渉縞を検出する画像検出器と、
前記干渉縞をフーリエ変換し、前記フーリエ変換された前記干渉縞から前記エリプソメトリ係数を算出する画像処理部と、
を有する、
請求項1〜15のいずれか1項に記載のエリプソメータ。 The illumination light is white light.
The light receiving optical system is
An image detector that detects the interference fringes and
An image processing unit that Fourier transforms the interference fringes and calculates the ellipsometry coefficient from the Fourier transformed interference fringes.
Have,
The ellipsometer according to any one of claims 1 to 15.
請求項1〜17のいずれか1項に記載のエリプソメータ。 The illumination light including the linearly polarized light is fully polarized linearly polarized light.
The ellipsometer according to any one of claims 1 to 17.
請求項1〜17のいずれか1項に記載のエリプソメータ。 The illumination light including the linearly polarized light is completely polarized elliptically polarized light.
The ellipsometer according to any one of claims 1 to 17.
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