JP3269107B2 - エリプソパラメータ測定方法及びエリプソメータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄い膜厚を正確に測定す
る場合に用いるエリプソパラメータを測定するエリプソ
パラメータ測定方法及びこの方法を用いたエリプソメー
タに係わり、特に、検出された複数の光強度における任
意組合わせに対してエリプソパラメータを自動的に計算
するエリプソパラメータ測定方法及びエリプソメータに
関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜の膜厚を測定する手法としてエリプ
ソメトリ手法が用いられる。この手法は、薄膜等の試料
面で光が反射する際の偏光状態の変化、すなわち電場ベ
クトルの入射面に平行な成分（Ｐ成分）の反射率Ｒｐ
と、垂直な成分（Ｓ成分）の反射率Ｒｓとの比ρを(5)
式で測定して、すでに確立されている偏光反射率比ρと
膜厚ｄとの一定の関係に従って、この膜厚ｄを求める。 ρ＝Ｒｐ／Ｒｓ＝ tanψ exp［ｊΔ］ …(5)

【０００３】ここで、偏光反射率比ρは、(5) 式に示す
ように、一般に複素数であるので、２つのエリプソパラ
メータ、つまり振幅比 tanψ、および位相差Δを求める
必要がある。

【０００４】従来このエリプソパラメータψ，Δを求め
る手法として、回転検光子法と言われる方式がある。こ
の方法においては、例えば、光源から測定対象に対して
所定角度で偏光した光を入射させ、その測定対象からの
楕円偏光された反射光を回転する検光子を透過させて受
光器に導く。そして、その時受光器で得られる光強度信
号波形から前記エリプソパラメータを算出する。

【０００５】しかし、一つの測定を実行する場合に必ず
検光子を１回転させて光強度信号を観測する必要がある
ので、必ず、回転させるために一定以上の時間が必要で
ある。したがって、高速で移動している測定対象の膜厚
を測定することは不可能である、また、機械的な可動部
分が存在するので装置自体が大型化し、工場の製造ライ
ン等に据付け、オンラインで例えば連続して供給される
測定対象を測定することはできなかった。

【０００６】このような不都合を解消するために、図１
６に示すように、可動部分を除去した３チャンネルのエ
リプソメータが開発されている（特開昭６３−３６１０
５号公報，特開平１−２８５０９号公報）。

【０００７】例えばレーザ光源１から出力された単一波
長を有する光は偏光子２にて直線偏光に変換されて測定
対象としての試料面３に所定角度φで入射する。なお、
試料面３において、入射面は紙面と平行であり、図示す
るように入射面と平行する方向をＰ方向，入射面と直交
する方向をＳ方向とする。試料面３からの反射光は３個
の無偏光のビームスプリッタ４ａ，４ｂ，４ｃによって
３本の光に分岐される。

【０００８】そして、二つのビームスプリッタ４ａ，４
ｂを透過した光は検光子５ａおよび集光レンズ６ａを介
して受光器７ａへ入射される。受光器７ａはその光強度
Ｉ1を検出する。同様に、ビームスプリッタ４ａを透過
して次のビームスプリッタ４ｂで反射された光は検光子
５ｂおよび集光レンズ６ｂを介して受光器７ｂへ入射さ
れる。受光器７ｂはその光強度Ｉ2 を検出する。さら
に、ビームスプリッタ４ａで反射され次のビームスプリ
ッタ４ｃを透過した光は検光子５ｃおよび集光レンズ６
ｃを介して受光器７ｃへ入射される。受光器７ｃはその
光強度Ｉ3 を検出する。

【０００９】ここで、検光子５ａの偏光方向が基準方向
（方位０°）に設定され、検光子５ｂの偏光方向が前記
基準方向に対して＋４５°傾斜して設定され、検光子５
ｃの偏光方向が前記基準方向に対して−４５°傾斜して
設定されている。なお、前記基準方向は、受光器７ａ側
から見て図中矢印ａ方向で示すように、試料面３への光
の入射面に平行な方向（Ｐ方向）を方位０°とする方向
である。また、前記角度は受光器７ａ側から見て基準方
向から反時計回りにとってある。

【００１０】したがって、試料面３にて反射された光が
図１７に示すように楕円偏光されていた場合において
は、受光器７ａにて得られる光強度Ｉ1 は図１７に示す
楕円偏光における横軸（０°方向）への正投影の振幅を
示す。また、受光器７ｂにて得られる光強度Ｉ2 は楕円
偏光における＋４５°傾斜した線への正投影の振幅を示
す。さらに、受光器７ｃにて得られる光強度Ｉ3 は楕円
偏光における−４５°傾斜した線への正投影の振幅を示
す。

【００１１】いま、角度Ai(i=1,2,3) の偏光方向の光を
検出する受光器にて得られる光強度の出力波形は、定数
倍を除けば、ジョーンズ・ベクトルを用いて(6) 式で示
される。

【００１２】

【数３】

【００１３】は、Ｐ偏光とＳ偏光との振幅比χ，位相差
φ₀ の入射偏光を示している。ｊは虚数単位である。
(7) 式の第１成分はＰ偏光成分を示し、第２成分はＳ偏
光成分を示している。また、

【００１４】

【数４】 は、角度Aiで置かれた検光子を示す行列である。そし
て、(6) 式において、 A1＝ ０°，σ1 ＝σＴ² ， φ₁ ＝０ A2＝＋４５°，σ2 ＝σＴσＲ， φ₂ ＝０ A3＝−４５°，σ3 ＝σＴσＲ， φ₃ ＝０ …(11) とすると、(6) 式から、各チャンネルで得られる光強度
Ｉi (i=1,2,3) は受光器のゲインを適当に選べば(12)式
に示すようになる。 Ｉ1 ＝Ｉ₀ tan² ψ Ｉ2 ＝［Ｉ₀ ／２］×［ tan² ψ＋（σＴ・σＲ・χ）² ＋２σＴ・σＲ・χ・ tanψ・cos(Δ−φ₀ ) ］ Ｉ3 ＝［Ｉ₀ ／２］×［ tan² ψ＋（σＴ・σＲ・χ）² −２σＴ・σＲ・χ・ tanψ・cos(Δ−φ₀ ) ］ …(12) 但し、Ｉ₀ は入射光の強度や測定対象の反射率に依存す
る定数である。

【００１５】したがって、これら式(12)に示す３つの式
からなる連立方程式を解くことによって、エリプソパラ
メータの位相差Δおよび振幅比 tanψを各光強度Ｉ1 ，
Ｉ2，Ｉ3 ，から下式(13a)(13b)にて求めることが可能
である。 cos（Δ−φ₀ ）＝［（Ｉ2 −Ｉ3 ）／２Ｉ1 ］ ×［Ｉ1 ／（Ｉ2 ＋Ｉ3 −Ｉ1 ）］^1/2 …(13a) tanψ＝｜σＴ・σＲ・χ｜［Ｉ1 ／（Ｉ2 ＋Ｉ3 −Ｉ1 ）］^1/2 …(13b)

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１６
に示した従来のエリプソメータにおいてもまだ改良すべ
き次のような課題があった。

【００１７】すなわち、各受光器７ａ〜７ｃにて検出さ
れた光強度Ｉ1 〜Ｉ3 は図１７に示すように、試料面３
の反射光が有する楕円偏光の形状によって大きく変化す
る。例えば、図１７に示す楕円形状がもっと偏平形状に
なると、３つの光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 のうちの３番目
の光強度Ｉ3 のみが他の光強度Ｉ1 ，Ｉ2 に比較して極
端に小さい値となる。

【００１８】一方、前述した各エリプソパラメータψ，
Δを例えばコンピュータで算出するためにアナログの各
光強度Ｉ1 〜Ｉ3 をＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換す
る必要がある。したがって、一つの光強度のみが値が小
さいと、Ａ／Ｄ変換された値の有効桁数が少なくなり、
各光強度は大きな誤差を含むことになる。その結果、算
出されたエリプソパラメータψ，Δの精度が低下し、最
終的に得られる膜厚ｄの測定精度が低下する問題が生じ
る。

【００１９】このように、図１６に示す３チャンネルの
エリプソメータは、可動部分が存在しないため、高速に
測定対象の膜厚を測定できる極めて有用な装置であるに
もかかわらず、上述したように測定対象によっては測定
精度が、先に説明した回転検光子を用いたエリプソメー
タに比較して劣る懸念がある。

【００２０】なお、同一測定点における測定回数を増や
して測定結果の平均値をとれば、誤差はある程度圧縮さ
れるが、同一測定点を繰り返し測定すると全体の測定時
間がが長くなるのみならず、例えば工場の製造ラインに
おける膜厚検査等の高速で移動している測定対象には適
用できない。

【００２１】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、測定対象にて反射された楕円偏光を有する
反射光を互いに偏光方向が異なる４つ以上の偏光成分に
分離して各偏光成分の光強度を検出することにより、そ
のなかから例えばＡ／Ｄ変換誤差が少ない最適な３つの
光強度を選択し、これを用いてエリプソパラメータの算
出演算を実施でき、高い測定速度を維持したままで、膜
厚測定精度を大幅に向上できるエリプソパラメータ測定
方法及びエリプソメータを提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に本発明のエリプソパラメータ測定方法においては、測
定対象に対して偏光した光を所定角度で入射させ、この
測定対象の反射光をそれぞれ互いに異なる４つ以上の複
数の偏光成分に分離し、この分離された複数の偏光成分
の光強度のうち値の大きい３つの光強度を選択してこの
３つの光強度から反射光における位相差および振幅比で
定まるエリプソパラメータを求める。

【００２３】また、別の発明のエリプソパラメータ測定
方法においては、下記(1)(2)(3)(4)式を用いて、前記反
射光における位相差Δおよび振幅比 tanψで定まるエリ
プソパラメータΔ，ψを求める。 tanψ＝（Ａ／Ｃ）^1/2 …(1) cos（Δ−φ₀ −φ_B ）＝（Ｂ／Ｃ）（Ｃ／Ａ）^1/2 …(2) ここで、Ａ，Ｂ，Ｃは、

【００２４】

【数５】 但し、 ａ_i ＝ cos² Ai ｂ_i ＝２σi ・χ・ cosAi・ sinAi ｃ_i ＝−（σi ・χ）² sin² Ai （ i= k,l,m ） …(4)

【００２５】である。また、Aiは測定対象へ入射光の入
射面に平行な方向を基準方向とする偏光の方位角度であ
り、σi、φ_Bは反射光を複数の偏光成分に分離する光学
系によって定まる定数であり、χ，φ₀ は入射光の状態
で定まる定数であり、Ｉi は受光器にて検出される光強
度である。また、別の発明のエリプソパラメータ測定方
法においては、上述した複数の偏光成分の光強度のうち
値の大きい３つの光強度は、値が基準値より大きい任意
の３つの光強度としている。

【００２６】また、別の発明のエリプソメータは、偏光
した光を測定対象に所定角度で入射させる光源部と、測
定対象にて反射された反射光を互いに異なる４偏光方向
以上の偏光成分に分離する光学系と、この光学系にて分
離された各偏光成分の光強度を検出する複数の受光器
と、この複数の受光器にて検出された複数の光強度のう
ち値の大きい３つの光強度を選択してこの３つの光強度
から反射光における位相差および振幅比で定まるエリプ
ソパラメータを求める演算部とを備えている。さらに別
の発明のエリプソメータにおいては、上述した複数の光
強度のうち値の大きい３つの光強度は、値が基準値より
大きい任意の３つの光強度としている。

【００２７】また、別の発明のエリプソメータにおいて
は、演算部でもって、前述した(1)(2)(3)(4)式を用い
て、反射光における位相差Δおよび振幅比 tanψで定ま
るエリプソパラメータΔ，ψを求めている。

【００２８】また、別の発明のエリプソメータにおい
て、反射光を互いに異なる４偏光方向以上の偏光成分に
分離する光学系は、測定対象にて反射された反射光を互
いに異なる複数方向の光に分岐する無偏光ビームスプリ
ッタと、この無偏光ビームスプリッタにて分岐された各
光をそれぞれ互いに異なる方向の偏光成分に分解する複
数の偏光ビームスプリッタとで構成されている。

【００２９】さらに、別の発明のエリプソメータにおい
て、前記光学系は、測定対象にて反射された反射光を互
いに異なる４方向以上の光に分岐する複数の無偏光ビー
ムスプリッタと、この各無偏光ビームスプリッタにて分
岐された各光をそれぞれ互いに異なる方向の偏光成分に
分解する複数の偏光ビームスプリッタとで構成さてい
る。

【００３０】

【作用】まず、このように構成されたエリプソパラメー
タ測定方法の動作原理を説明する。

【００３１】前述したように、光源部から偏光した光が
所定角度φで測定対象に入射すると、この測定対象にて
反射される反射光は測定対象の膜厚等で定まる一定形状
の楕円偏光となる。そして、エリプソパラメータψ，Δ
は測定対象からの反射波のＰ成分とＳ成分との振幅比 t
anψと位相差Δで決定される。楕円形状および楕円の基
準線からの傾き度合いから求まる。したがって、図１７
に示すように、楕円を各方向に投影した最低３つの光強
度が得られれば、その楕円は一義的に定まる。

【００３２】よって、例えば図２に示すように、基準方
向に対して４つ以上の方向からの投影を求めて、そのな
かから３つの方向を選択して、この３つの方向からの投
影を得ても、楕円は一義的に定まる。この場合、例えば
得られたアナログの光強度をデジタルの光強度に変換す
るＡ／Ｄ変換器における変換誤差が少ないといった、最
適な３つの光強度を用いてエリプソパラメータを算出し
ているので、算出されたエリプソパラメータψ，Δの精
度が向上する。以下上記各式を求める手順を説明する。
例えば、入射光Ｅinを

【００３３】

【数６】 として、偏光方向が方位角Ai(i=1,2,3,4, …,n) の偏光
方向の光を検出する検光子または偏光ビームスプリッタ
を通過した後の電場は Ｋi Ｒ(Ai)ＰＲ(-Ai) ＢＳＥin (i=1,2, …,n) で表すことができる。但し、Ｋi は各光学経路の透過係
数である。

【００３４】また、Ｒ(Ai)は回転行列、Ｐは検光子また
は偏光ビームスプリッタを表す行列、Ｂは反射光を複数
に分割する素子の影響を示す行列、Ｓは測定対象の影響
を示す行列である。そして、これらの各行列はそれぞれ
下式のように定義される。

【００３５】

【数７】 したがって、受光器にて得られる光強度Ｉi は

【００３６】

【数８】 ＝Ｇi ｜Ｋia・Ｅp ｜² ［ tan² ψ・ COS² Ai＋（σi χ）^２ ｓｉｎ^２
Ａｉ ＋２σｉ ・χ・ tanψ・ cos（Δ−φ₀ −φ_i ）・ cosAi・sinAi ］ (i=1,2, …,n) …(14) となる。但し、Ｇi は電気系のゲインであり、Ｋiaは Ｋia＝Ｋi Ｋp ＫbiＲs である。ここで、適当な手法によって上記ゲインＧi を
決めると、(14)式に示す光強度Ｉi は次式になる。 Ｉi ＝Ｉ₀ ［ tan² ψ・ COS² Ai＋（σi χ）² sin² Ai ＋２σi ・χ・ tanψ・ cos（Δ−φ₀ −φ_i ）・ cosAi・sinAi ］

【００３７】但し、Ｉ₀ は入射光強度や測定対象の反射
率等に依存する定数である。さらに、φ_i がi に依存し
ない一定値φ_B であると仮定すると、上記光強度Ｉ₀ は
(15)式のように示すことが可能である。 Ｉi ＝Ｉ₀ ［ tan² ψ・ COS² Ai＋（σi χ）² sin² Ai ＋２σi ・χ・ tanψ・ cos（Δ−φ₀ −φ_B ）・ cosAi・sinAi ］ (i=1,2, …,n) …(15)

【００３８】したがって、ｎ個の光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，
…，Ｉi ，…，Ｉn からi=k,l,m の３つの光強度Ｉk ，
Ｉl ，Ｉm を選択したとすると、(15)式にi=k,l,m を代
入すると、３個の式が得られる。そして、各式を簡素化
するために、ａ_i ，ｂ_i ，ｃ_iを(4) 式のように定義す
ると、 ａ_i ＝ cos² Ai ｂ_i ＝２σi ・χ・ cosAi・ sinAi ｃ_i ＝−（σi ・χ）² sin² Ai （ｉ＝k,l,m ） …(4) この３つの式は(16)式に示すように配列できる。

【００３９】

【数９】 したがって、エリプソパラメータψ，Δを求めるために
は、(16)式の連立方程式を tanψおよび cos（Δ−φ₀
−φ_B ）について解けばよい。この場合、 tan² ψ＝（Ａ／Ｃ） tanψ・ cos（Δ−φ₀ −φ_B ）＝Ｂ／Ｃ すなわち、 tanψ＝（Ａ／Ｃ）^1/2 …(1) cos（Δ−φ₀ −φ_B ）＝（Ｂ／Ｃ）（Ｃ／Ａ）^1/2 …(2) として求めることが可能である。但し、Ａ，Ｂ，Ｃは(1
6)式を演算することによってそれぞれ(3) 式で示す行列
式で表される。

【００４０】

【数１０】 例えば上記行列式を演算すると、Ａは次式となる。 Ａ＝［ｃ_k ｂ_l Ｉ_m ＋ｃ_l ｂ_m Ｉ_k ＋ｃ_m ｂ_k Ｉ_l ］ −［ｃ_k ｂ_m Ｉ_l ＋ｃ_l ｂ_k Ｉ_m ＋ｃ_m ｂ_l Ｉ_k ］ 次に、ゲインの調整方法の一例を説明する。まず、既知
の偏光

【００４１】

【数１１】

【００４２】を反射光が入射される光学系に直接入射し
た場合に受光器から出力される光強度を計算する。この
場合、この光強度Ｉxiは(14)式と同様に表すことが可能
である。

【００４３】

【数１２】 但し、 Ｌi ＝ξ² ・ COS² Ai＋（σi η）² sin² Ai ＋２（ξ・η・σi ） cos（φ_i ＋Φ）・ cosAi・sinAi (i=1,2, …,n) …(19) (19)式において、σi ，φ_i ，Ai，ξ，η，Φは全て既
知である。よって、Ｌiも既知である。

【００４４】次に、全ての光強度Ｉx1，Ｉx2，…，Ｉx
i，…，Ｉxnがある一定値をＩ_0aとして、それぞれ、Ｉ
_0aＬ1 ，Ｉ_0aＬ2 ，…、Ｉ_0aＬi ，…，Ｉ_0aＬn に等し
くなるようにゲインＧ1 ，Ｇ2 ，…，Ｇi ，…，Ｇn を
決める。すなわち、 Ｇi ＝Ｉ_0a／｜Ｋia｜² (i=1,2, …,n) …(20) とすると、前述した(14)式は(21)式のように表現でき
る。 Ｉi ＝Ｉ₀ ［ tan² ψ・ COS² Ai＋（σi χ）² sin² Ai ＋２σi ・χ・ tanψ・ cos（Δ−φ₀ −φ_B ）・ cosAi・sinAi ］ (i=1,2, …,n) …(21) 但し、Ｉ₀ ＝Ｉ_0a｜Ｅp ｜² と定義した。したがって、
前述した(15)式が得られる。

【００４５】したがって、上述した手法でもって電気系
のゲインＧi (i=1,2, …,n) を決定すれば、光学系全体
の透過率に依存せずに受光器のゲインを決定し、各受光
器の特性を揃えることがてきる。

【００４６】なお、このゲイン調整処理は、一般に、各
受光器の出力信号を増幅する増幅器の実際のゲインを調
整することによって実施される。しかし、例えば、各受
光器から演算部に取込んだ光強度のデータ値をデータ処
理過程において、前記ゲイン調整処理をプログラム処理
手段によって実施してもよい。また、ゲイン調整に用い
る既知の偏光光線は、各受光器の出力が零とならない限
り、原理的にはどのような偏光光線であってもよい。

【００４７】このように、同時刻で測定された４個以上
の各光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，…，Ｉn を用いて、そのなかか
ら最適な３つの光強度Ｉk ，Ｉl ，Ｉm を選択し、その
３つの光強度を用いてエリプソパラメータΔ，ψを算出
している。よって、本発明は、移動体における膜厚測定
や膜厚の面内測定等を実行できる図１３の従来装置の長
所に加えて、測定精度を大幅に向上できる特徴を有す
る。

【００４８】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。

【００４９】図３は実施例のエリプソパラメータ測定方
法を採用したエリプソメータ全体を示すブロック図であ
る。なお、この実施例エリプソメータにおいては、資料
面からの反射光は４つの偏光成分に分離される（ｎ＝
４）。

【００５０】図中１０は軽金属材料で形成されたケース
に収納されたエリプソメータ本体である。このエリプソ
メータ本体１０から出力された各光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ
3 ，Ｉ4 はＡ／Ｄコンバータ１１でデジタル値に変換さ
れた後、演算部としてのパーソナルコンピュータ１２へ
入力される。このパーソナルコンピュータ１２は、入力
された各光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，Ｉ4 のうちの最低値
の光強度を破棄した残りの３つの光強度を用いてエリプ
ソパラメータψ，Δを算出する。さらに、この算出され
たエリプソパラメータψ，Δを用いて測定対象としての
試料面１３の膜厚ｄを所定の演算式を用いて算出する。

【００５１】ここで、Ａ／Ｄコンバータ１１は各光強度
Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，Ｉ4 を時分割して順番にＡ／Ｄ変換
していく。なお、１個の光強度の変換時間は約１０μse
c である。したがって、パーソナルコンピュータ１２に
おける計算時間も含めて、試料面１３上のサンプリング
された１測定点のエリプソパラメータψ，Δおよび膜厚
ｄの測定時間は約１００μsec である。なお、各光強度
Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，Ｉ4 は同時に測定して電圧保持回路
で保持するので、たとえ試料面１３が高速で移動したと
しても充分対処できる。図１は前記エリプソメータ本体
１０の内部構成図である。

【００５２】例えば半導体レーザ光源１４から出力され
た単一波長を有するレーザ光線は偏光子１５で直線偏光
に変換される。したがって、半導体レーザ光源１４およ
び偏光子１５は光源部１６を構成する。直線偏光に変換
された入射光１７は光源部１６から試料面１３へ角度φ
で入射される。そして、試料面１３で反射された反射光
１８は試料面１３の膜の存在によって、直線偏光から図
２に示した楕円偏光になり、無偏光ビームスプリッタ１
９へ入射される。

【００５３】無偏光ビームスプリッタ１９は例えば無偏
光ガラス板で構成されている。そして、入射された反射
光１８は全く偏光されずに楕円偏光状態を保持したまま
二つの光２０ａ，２０ｂに分岐される。反射された反射
光２０ａは一方の偏光ビームスプリッタ２１へ入射す
る。また、透過した透過光２０ｂは他方の偏光ビームス
プリッタ２２へ入射する。

【００５４】各偏光ビームスプリッタ２１，２２は同一
構成を有しており、例えばグラントムソンプリズム，グ
ランテーラープリズム等で構成され、入射した楕円偏光
状態の光を互い直交する２方向の偏光成分に分離してそ
れぞれ透過光と反射光として出力する。なお、透過光が
ある角度で２成分に分かれるウォラストンプリズム等で
あってもよい。

【００５５】そして、偏光ビームスプリッタ２１は、こ
の偏光ビームスプリッタ２１の透過光２１ａの偏光方向
が試料面１３への光の入射面に平行な方向を方位０°と
した前述した基準方向に対して受光器２３ａ側から見て
反時計回りに＋９０°になるように位置決めされてい
る。そして、偏光ビームスプリッタ２１から出力された
偏光方向が＋９０°の透過光２１ａは受光器２３ａへ入
射される。また、偏光ビームスプリッタ２１から出力さ
れた偏光方向が０°となる反射光２１ｂは受光器２３ｂ
へ入射される。

【００５６】さらに、他方の偏光ビームスプリッタ２２
は、この偏光ビームスプリッタ２２の透過光２２ａの偏
光方向が前記基準方向に対して＋４５°になるように位
置決めされている。そして、偏光ビームスプリッタ２２
から出力された偏光方向が＋４５°の透過光２２ａは受
光器２３ｃへ入射される。また、偏光ビームスプリッタ
２２から出力される偏光方向が−４５°となる反射光２
２ｂは受光器２３ｄへ入射される。

【００５７】したがって、受光器２３ａに入射される透
過光２１ａによって反射光１８の図２に示す楕円偏光の
縦軸に投影した光強度Ｉ1 （１チャンネル）が得られ
る。また、受光器２３ｂに入射される反射光２１ｂによ
って楕円偏光の横軸に投影した光強度Ｉ2 （２チャンネ
ル）が得られる。さらに、受光器２３ｃに入射される透
過光２２ａによって楕円偏光の横軸に対して＋４５°傾
斜した線に対して投影した光強度Ｉ3 （３チャンネル）
が得られる。そして、受光器２３ｄに入射される反射光
２２ｂによって楕円偏光の横軸に対して−４５°傾斜し
た線に対して投影した光強度Ｉ4 （４チャンネル）が得
られる。

【００５８】すなわち、試料面１３からの反射光１８は
それぞれ各光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3，Ｉ4 を有した９０
°，０°，＋４５°，−４５°の４つの方向の各偏光成
分に分離される。そして、前述したように、これら４つ
の光強度Ｉ1 〜Ｉ4 のうちの３つの光強度を用いてこの
楕円偏光を特定するエリプソパラメータψ，Δが算出さ
れる。

【００５９】なお、この実施例エリプソメータにおいて
は、４つの光強度Ｉ1 〜Ｉ4 から３つの光強度Ｉk ，Ｉ
l ，Ｉm を選択する基準とし光強度の大きさを採用して
いる。このように、値の大きい３つの光強度を採用する
ことによって、図３に示すＡ／Ｄコンバータ１１におけ
るＡ／Ｄ変換時の誤差が大きいと見なすことができる光
強度を使用することなくエリプソパラメータψ，Δが算
出される。したがって、エリプソパラメータψ，Δの算
出精度が向上する。

【００６０】また、この実施例エリプソメータにおいて
は、円偏光の試験光を無偏光ビームスプリッタ１９へ入
射して、電気系のゲイン調整を実行している。すなわ
ち、前述した(19)式において、｜ξ｜＝｜η｜＝１，Φ
＝９０°とすると、この実施例エリプソメータにおいて
は、φi ＝０，σ1 ＝σ2 ＝σＲ，σ3 ＝σ4 ＝σＴと
なるので、Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 ，Ｌ4 は、 Ｌ1 ＝σＲ² Ｌ2 ＝１ Ｌ3 ＝（１＋σＴ² ）／２ Ｌ4 ＝（１＋σＴ² ）／２ となる。したがって、各受光器２３ａ，２３ｂ，２３
ｃ，２３ｄにて検出される各光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，
Ｉ4 はそれぞれ次式で示される。 Ｉ1 ＝Ｉ₀ ・σＲ² χ² Ｉ2 ＝Ｉ₀ ・ tan² ψ Ｉ3 ＝（Ｉ₀ ／２）［ tan² ψ＋（σＴχ）² ＋２σＴ・χ・ tanψ・ cos（Δ−φ₀ −φ_T ）］ Ｉ4 ＝（Ｉ₀ ／２）［ tan² ψ＋（σＴχ）² −２σＴ・χ・ tanψ・ cos（Δ−φ₀ −φ_T ）］ …(22)

【００６１】但し、Ｉ₀ は入射光の強度や測定対象の反
射率に依存する定数である。また、位相差φ₀ および振
幅比χは前記測定対象に対する入射光の偏光状態で定ま
るパラメータである。そして、一般的には、計算を容易
にするために、 位相差φ₀ ＝０° 振幅比χ＝１

【００６２】に設定している。また、σＲは無偏光ビー
ムスプリッタ１９の振幅反射率比であり、σＴは振幅透
過率比である。さらに、φ_T ＝０である。そして、この
振幅反射率比σＲおよび振幅透過率比σＴは(23)式で示
される。 振幅反射率比σＲ＝ｒ_s ／ｒ_P 振幅透過率比σＴ＝（１−ｒ_s ² ）／（１−ｒ_P ² ） …(23)

【００６３】但し、ｒ_P ，ｒ_s は、それぞれＰ偏光，Ｓ
偏光に対するフレネル反射係数であり、これらは前記無
偏光ビームスプリッタ１９の屈折率と入射角によって定
まる。すなわち、空気の屈折率をＮ₀ 、無偏光ビームス
プリッタ１９の屈折率をｎ₁ ，さらに無偏光ビームスプ
リッタ１０への入射角および屈折角をそれぞれθ₀ ，θ
₁ とすれば、ｒ_P ，ｒ_s は(24)(25)式で与えられる。 ｒ_P ＝（ｎ₁ cosθ₀ −Ｎ₀ cosθ₁ ）／（ｎ₁ cosθ₀ ＋Ｎ₀ cosθ₁ ） …(24) ｒ_s ＝（Ｎ₀ cosθ₀ −ｎ₁ cosθ₁ ）／（Ｎ₀ cosθ₀ ＋ｎ₁ cosθ₁ ） …（２
５）

【００６４】そして、これらの各定数は既知の直線偏光
または楕円偏光を有する試験光をこの無偏光ビームスプ
リッタ１９へ入射して、真のエリプソパラメータψ，Δ
からのずれ量から逆算して予め求めておく。また、無偏
光ビームスプリッタ１９の屈折率ｎ_１ が実数ならば、
φ_T ＝０であることに注意する必要がある。

【００６５】演算部としてのパーソナルコンピュータ１
２は図４の流れ図に従って、エリプソメータ本体１０か
らＡ／Ｄコンバータ１１を介して入力されデジタルの４
個の各光強度Ｉ1 〜Ｉ4 から試料面１３における膜厚ｄ
を算出する。

【００６６】すなわち、流れ図が開始されると、４つの
各光強度Ｉ1 〜Ｉ4 を読取る。次に、４つの光強度のう
ち最小の光強度を破棄する。そして、残り３つの光強度
を(1)(2)式に代入してエリプソパラメータψ，Δを算出
する。但し、(3) 式の行列式は予め展開しておく。エリ
プソパラメータψ，Δが求まると、別途計算式を用いて
試料面１３における膜厚ｄを算出する。

【００６７】このように構成されたエリプソメータであ
れば、測定された４つの光強度Ｉ1〜Ｉ4 のうち誤差を
含む程度が最も大きいと見なされる、最も値の小さい光
強度が破棄される。そして、誤差の程度が小さいと見な
される値が大きい残りの３つの光強度を用いてエリプソ
パラメータψ，Δが算出される。したがって、算出され
たエリプソパラメータψ，Δの精度が向上する。

【００６８】このように、常時最良の条件の光強度を選
択して計算に使用するので、エリプソパラメータψ，Δ
の計算に予め固定された３個の光強度Ｉ1 〜Ｉ3 を用い
ていた従来の３チャンネルのエリプソメータに比較し
て、その測定精度を常に一定レベル以上の高い値に維持
できる。すなわち、測定対象や測定条件に起因する測定
精度の変動が少なく、常に安定した測定精度を維持でき
る。

【００６９】また、図１に示す各光学部品は例えば基板
に固定されており、可動部分は存在しない。したがっ
て、一つの測定点に対する測定所要時間はＡ／Ｄコンバ
ータ１１の変換時間とパーソナルコンピュータ１２内の
演算処理時間のみと見なせるので、前述したように約１
００μsec となり、ほぼ実時間で測定可能である。した
がって、たとえ測定対象が高速で移動していたとしても
正しく膜厚ｄを測定できる。図５は本願発明のエリプソ
メータをシリコンウェーハーの酸化膜厚の分布測定装置
に組込んだ状態を示す図である。

【００７０】ベース３１上に移動テーブル３２が設けら
れ、この移動テーブル３２上に回転支持台３３が取付け
られている。そして、この回転支持台３３上に測定対象
としてのシリコンウェーハー３５が例えば吸着機構によ
って取付けられる。したがって、シリコンウェーハー３
５は回転しながら矢印方向に直線移動する。ベース３１
上にはシリコンウェーハー３５全体の厚みを測定する既
存の厚み測定装置３６が配設され、また、この厚み測定
装置３６の対向位置にエリプソメータ本体３７が支持部
材３８にて固定されている。

【００７１】そして、厚み測定装置３６およびエリプソ
メータ本体３７は移動テーブル３２および回転支持台３
３にて螺旋状に移動しているシリコンウェーハー３５の
各測定位置（Ｒ，θ）における全体の厚みと酸化膜の厚
みｄを測定する。

【００７２】図６はこのエリプソメータに組込まれたパ
ーソナルコンピュータ１２が行う測定処理を示す流れ図
である。流れ図が開始されると、シリコンウェーハー３
５上の測定位置（Ｒ，θ）を初期化する。次に、該当測
定位置における各光強度Ｉ1〜Ｉ4 を読取る。読取った
４つの光強度のうち最小の光強度を破棄する。そして、
残り３つの光強度を前述した(1)(2)式に代入してエリプ
ソパラメータψ，Δを算出する。

【００７３】エリプソパラメータψ，Δ，が求まると、
別途計算式を用いてシリコンウェーハー３５上の測定位
置（Ｒ，θ）における膜厚ｄおよび屈折率を算出する。
一つの測定位置における膜厚ｄおよび屈折率の測定が終
了すると測定位置（Ｒ，θ）を移動して再度測定を実行
する。そして、すべての測定位置における測定処理が終
了すると、１枚のシリコンウェーハー３５の測定が終了
する。

【００７４】図８は種々の膜厚ｄを有する多数のシリコ
ンウェーハー３５に対して膜厚測定を実施した場合にお
いて算出された位相差Δのエリプソパラメータとある位
相差Δに対する誤差率（％）との関係を示す図である。
そして、図７が従来のエリプソメータを用いた実験結果
を示す図である。

【００７５】図示するように、図７における従来エリプ
ソメータにおいては、３つの光強度Ｉ1 〜Ｉ3 のうちの
一つの光強度の値が極端に小さくなる位相差Δが０°お
よび１８０°近傍において、１０〜１２％に達する誤差
が生じている。

【００７６】これに対して、図８の実施例エリプソメー
タにおいては、４つの光強度Ｉ1 〜Ｉ4 のうち値が前述
した極端に小さい一つの光強度が除去されるので、たと
え位相差Δが０°および１８０°近傍においても、誤差
率を３〜５％に低減できた。

【００７７】このように、エリプソメータが高速性を保
持した上で小型化され、かつ測定精度が上昇したので、
既存の厚み測定装置３６に付加的に設置可能となった。
半導体プロセスラインでは上記シリコンウェーハーの他
に、窒化膜、ポリシリコン膜、透明電極材等のオンライ
ン計測への応用が可能である。

【００７８】図１１は本発明の他の実施例に係わるエリ
プソメータの概略構成を示す図である。図１と同一部分
には同一符号が付してある。したがって重複する部分の
詳細説明は省略されている。

【００７９】この実施例においては、無偏光ビームスプ
リッタ１９の反射光２０ａを偏光ビームスプリッタ２１
でもって前述した基準方向に対して＋４５°および−４
５°方向の各偏光成分に分離し、無偏光ビームスプリッ
タ１９の透過光２０ｂを偏光ビームスプリッタ２２でも
って基準方向に対して９０°および０°方向の偏光成分
に分離している。そして、この実施例においては、受光
器２３ｃ，２３ｄの各光強度がＩ1 ，Ｉ2 となり、受光
器２３ａ，２３ｂの各光強度がＩ3 ，Ｉ4 となる。ま
た、(4) 式における定数σ1 ，σ2 はそれぞれ無偏光ビ
ームスプリッタ１９のＰ偏光，Ｓ偏光の振幅透過率比で
あり、定数σ3 ，σ4 は振幅反射率比である。さらに、
φ₁ ，φ₂ ，φ₃ ，φ₄ は全て０である。

【００８０】このような構成であっても図１と同様に試
料面１３からの反射光１８を基準方向に対してそれぞれ
４５°ずつずれた各方向の４つ偏光成分の各光強度が得
られるので、前述した実施例とほぼ同様の効果を得るこ
とができる。

【００８１】また、図１２に示す実施例においては、図
１のエリプソメータにおける光源部１６から試料面１３
に対する入射光１７の光路に１／４波長板４０が挿入さ
れている。このように１／４波長板４０を挿入すること
によって、試料面１３に入射する入射光１７を直線偏光
から円偏光に変換する事が可能である。したがって、図
１のエリプソメータに比較して膜厚ｄの測定範囲をずら
す事が可能である。

【００８２】図１３は本発明のさらに別の実施例に係わ
るエリプソメータの概略構成を示す模式図である。図１
の実施例と同一部分には同一符号が付してある。したが
って、重複する部分の詳細説明は省略されている。

【００８３】この実施例において、試料面１３からの反
射光１８を互いに異なる４つの偏光成分に分離する光学
系は、３個の無偏光ビームスプリッタ１９，４１，４２
と４個の検光子４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄとで構
成されている。

【００８４】すなわち、試料面１３からの反射光１８は
無偏光ビームスプリッタ１９にて反射光２０ａと透過光
２０ｂに分岐される。反射光２０ａは別の無偏光ビーム
スプリッタ４１によって反射光と透過光とに分岐され
る。反射光は検光子４３ａに入射され、透過光は検光子
４３ｂに入射される。さらに、無偏光ビームスプリッタ
１９の透過光２０ｂは別の無偏光ビームスプリッタ４２
によって反射光と透過光とに分岐される。反射光は検光
子４３ｃに入射され、透過光は検光子４３ｄに入射され
る。

【００８５】４個の検光子４３ａ〜４３ｄはそれぞれ入
射した光のうちの前述した基準方向に対して＋９０°，
０°，＋４５°，−４５°の各方向の偏光成分を透過さ
せる。その結果、各検光子４３ａ〜４３ｄの後方に配設
された各受光器２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄから互
い偏光方向が異なる４つの偏光成分の各光強度Ｉ1 ，Ｉ
2 ，Ｉ3 ，Ｉ4 が出力される。したがって、前述した各
実施例とほぼ同様の効果を得ることかできる。

【００８６】図１４は本発明のさらに別の実施例に係わ
るエリプソメータの概略構成を示す模式図である。図１
１の実施例と同一部分には同一符号が付してある。した
がって、重複する部分の詳細説明は省略されている。

【００８７】この実施例において、試料面１３からの反
射光１８は互いに偏光方向が異なる５つの偏光成分に分
離される。すなわち、試料面１３の反射光１８は２個の
無偏光ビームスプリッタ１９，１９ａでもって３つの光
２０ａ，２０ｃ，２０ｄに分岐される。無偏光ビームス
プリッタ１９の反射光２０ａは検光子４３ｅへ入射され
る。検光子４３ｅは入射した光２０ａのうち基準方向に
対して９０°方向の偏光成分を透過させて受光器２３ｅ
へ入射させる。

【００８８】無偏光ビームスプリッタ１９ａの反射光２
０ｃは偏光ビームスプリッタ４５へ入射する。偏光ビー
ムスプリッタ４５は入射した光２０ｃのうちの基準方向
に対して３０°および１２０°方向の各偏光成分を抽出
してそれぞれ受光器２３ａ，２３ｂへ入射させる。ま
た、無偏光ビームスプリッタ１９ａの透過光２０ｄは偏
光ビームスプリッタ４６へ入射する。偏光ビームスプリ
ッタ４６は入射した光２０ｄのうちの基準方向に対して
６０°および１５０°方向の各偏光成分を抽出してそれ
ぞれ受光器２３ｃ，２３ｄへ入射させる。

【００８９】その結果、各受光器２３ａ，２３ｂ，２３
ｃ，２３ｄ，２３ｅから互い偏光方向が異なる５つの偏
光成分の各光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，Ｉ4 ，Ｉ5 が出力
される。この場合、各光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，Ｉ4 ，
Ｉ5 は(22)式と同様に(26)式で示される。 Ｉ1 ＝Ｉ₀ ［（σ1R・χ）² sin² 90］ Ｉ2 ＝Ｉ₀ ［ tan² ψ・ cos² 30＋（σ1T・σ2R・χ）² sin² 30 ＋２σ1T・σ2R・χ・ tanψ・ cosΔ・ cos30・ cos30］ Ｉ3 ＝Ｉ₀ ［ tan² ψ・ cos² 120 ＋（σ1T・σ2R・χ）² sin² 120 ＋２σ1T・σ2R・χ・ tanψ・ cosΔ・ cos120 ・ cos120 ］ Ｉ4 ＝Ｉ₀ ［ tan² ψ・ cos² 60＋（σ1T・σ2T・χ）² sin² 60 ＋２σ1T・σ2T・χ・ tanψ・ cosΔ・ cos60・ cos60］ Ｉ5 ＝Ｉ₀ ［ tan² ψ・ cos² 150 ＋（σ1T・σ2T・χ）² sin² 150 ＋２σ1T・σ2T・χ・ tanψ・ cosΔ・ cos150 ・ cos150 ］ …(26)

【００９０】ここで、σ1R，σ1Rは、それぞれビームス
プリッタ１９の振幅反射率比，振幅透過率比である。ま
た、σ2R，σ2Tはそれぞれビームスプリッタ１９ａの振
幅反射率比，振幅透過率比である。

【００９１】したがって、この５つの光強度Ｉ1 〜Ｉ5
から値の大きい３つの光強度Ｉk ，Ｉl ，Ｉm を選択
し、対応する３本の方程式を解くことによって、精度の
高いエリプソパラメータΔ，ψが算出できる。図９はあ
る位相差Δを基準とした場合のΔの相対誤差を示す図で
ある。この図からも良好な特性が得られることが理解で
きる。よって、前述した各実施例とほぼ同様の効果を得
ることができる。

【００９２】また、図１０は図１４に示す５チャンネル
の実施例装置において、５つの光強度Ｉ1 〜Ｉ5 からあ
る基準値を越える任意の３つの光強度を用いて各エリプ
ソパラメータΔ，ψを求めた場合における相対誤差を示
す図である。この図からも理解できるように、図９に示
す相対誤差とほぼ同程度の性能を確保できることか理解
できる、

【００９３】図１５は本発明のさらに別の実施例に係わ
るエリプソメータの概略構成を示す模式図である。図１
４の実施例と同一部分には同一符号が付してある。した
がって、重複する部分の詳細説明は省略されている。

【００９４】この実施例において、試料面１３からの反
射光１８は互いに偏光方向が異なる６つの偏光成分に分
離される。すなわち、試料面１３の反射光１８は２個の
無偏光ビームスプリッタ１９，１９ａでもって３つの光
２０ａ，２０ｃ，２０ｄに分岐される。そして、各光２
０ａ，２０ｃ，２０ｄはそれぞれ偏光ビームスプリッタ
４４，４７，４８へ入射されて、それぞれ異なる方向の
偏光成分に分離される。

【００９５】偏光ビームスプリッタ４４は入射した光２
０ａのうちの基準方向に対して０°および９０°方向の
各偏光成分を抽出してそれぞれ受光器２３ｅ，２３ｆへ
入射させる。また、偏光ビームスプリッタ４７は入射し
た光２０ｃのうちの基準方向に対して３０°および１２
０°方向の各偏光成分を抽出してそれぞれ受光器２３
ａ，２３ｂへ入射させる。さらに、偏光ビームスプリッ
タ４８は入射した光２０ｄのうちの基準方向に対して６
０°および１５０°方向の各偏光成分を抽出してそれぞ
れ受光器２３ｃ，２３ｄへ入射させる。

【００９６】その結果、各受光器２３ａ，２３ｂ，２３
ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆから互い偏光方向が異なる
６つの偏光成分の各光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，Ｉ4 ，Ｉ
5 ，Ｉ6 が出力される。したがって、この６つの光強度
Ｉ1 〜Ｉ6 から値の大きい３つの光強度Ｉk ，Ｉl ，Ｉ
m を選択することによって、精度の高いエリプソパラメ
ータΔ，ψが算出できる。よって、前述した各実施例と
ほぼ同様の効果を得ることができる。

【００９７】このように、本発明においては、試料面１
３からの反射光１８を４個以上の複数の偏光成分に分離
する光学系を種々の部品を組合わせることによって実現
することが可能である。

【００９８】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例においては、検出された４個
以上の複数の光強度から計算に使用する３個の光強度を
選択する手法として、値の大きい３つの光強度を選択し
た。しかし、検出された各光強度が充分に高い測定精度
を有する場合は、前記複数の光強度から無作為に３個の
光強度を選択してもよいことは言うまでもない。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように本発明のエリプソパ
ラメータ測定方法及びエリプソメータによれば、測定対
象にて反射された楕円偏光を有する反射光を互いに偏光
方向が異なる４つ以上の偏光成分に分離して各偏光成分
の光強度を検出し、検出された複数の光強度のうち値が
大きい３つの光強度の光強度から計算式を用いてエリプ
ソパラメータΔ，ψを算出している。したがって、高い
測定速度を維持したままで、常に高い一定水準以上の膜
厚測定精度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係わるエリプソメータの
本体内部の構造を示す模式図、

【図２】 実施例エリプソメータにおける反射光の楕円
偏光を示す図、

【図３】 実施例エリプソメータ全体の概略構成図、

【図４】 実施例エリプソメータの動作を示す流れ図、

【図５】 実施例エリプソメータを用いたシリコンウェ
ーハーの酸化膜厚測定装置の概略構成図、

【図６】 同酸化膜厚測定装置の動作を示す流れ図、

【図７】 酸化膜厚測定装置に用いた従来エリプソメー
タの誤差率を示す図、

【図８】 酸化膜厚測定装置に用いた実施例エリプソメ
ータの誤差率を示す図、

【図９】 他の実施例のエリプソメータにおける誤差率
を示す図、

【図１０】 同実施例のエリプソメータにおける誤差率
を示す図、

【図１１】 本発明の他の実施例に係わるエリプソメー
タの本体内部の構造を示す図、

【図１２】 同じく他の実施例エリプソメータの構造を
示す図、

【図１３】 さらに別の実施例エリプソメータの構造を
示す図、

【図１４】 さらに別の実施例エリプソメータの構造を
示す図、

【図１５】 さらに別の実施例エリプソメータの構造を
示す図、

【図１６】 従来のエリプソメータの概略構成を示す模
式図、

【図１７】 一般的な反射光の楕円偏光を示す図。

【符号の説明】 １０…エリプソメータ本体、１１…Ａ／Ｄコンバータ、
１２…パーソナルコンピュータ、１３…試料面、１４…
半導体レーザ光源、１５…偏光子、１６…光源部、１７
…入射光、１８…反射光、１９，１９ａ…無偏光ビーム
スプリッタ、２１，２２，４４，４５，４６，４７，４
８…偏光ビームスプリッタ、２３ａ〜２３ｆ…受光器、
３５…シリコンウェーハー、４０…１／４波長板、４３
ａ〜４３ｄ…検光子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 智之 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−71923（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/06 G01N 21/21

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象に対して偏光した光を所定角度
   で入射させ、この測定対象の反射光をそれぞれ互いに異
   なる４つ以上の複数の偏光成分に分離し、この分離され
   た複数の偏光成分の光強度のうち値の大きい３つの光強
   度を選択してこの３つの光強度から前記反射光における
   位相差および振幅比とで定まるエリプソパラメータを求
   めることを特徴とするエリプソパラメータ測定方法。
2. 【請求項２】 測定対象に対して偏光した光を所定角度
   で入射させ、この測定対象の反射光をそれぞれ互いに異
   なる４つ以上の複数の偏光成分に分離し、この分離され
   た複数の偏光成分の光強度のうち値の大きい３つの光強
   度を選択してこの３つの光強度から下記(1)(2)(3)(4)式
   を用いて、前記反射光における位相差Δおよび振幅比 t
   anψで定まるエリプソパラメータΔ，ψを求めることを
   特徴とするエリプソパラメータ測定方法。 tanψ＝（Ａ／Ｃ）^1/2 …(1) cos（Δ−φ₀ −φ_B ）＝（Ｂ／Ｃ）（Ｃ／Ａ）^1/2 …(2) ここで、Ａ，Ｂ，Ｃは、 【数１】 但し、 ａ_i ＝ cos² Ai ｂ_i ＝２σi ・χ・ cosAi・ sinAi ｃ_i ＝−（σi ・χ）² sin² Ai （ i= k,l,m ） …(4) である。また、Aiは測定対象へ入射光の入射面に平行な
   方向を基準方向とする偏光の方位角度であり、σi ，φ
   _B は反射光を複数の偏光成分に分離する光学系によって
   定まる定数であり、χ，φ₀ は入射光の偏光状態で定ま
   る定数であり、Ｉi は受光器にて検出される光強度であ
   る。
3. 【請求項３】 前記複数の偏光成分の光強度のうち値の
   大きい３つの光強度は、値が基準値より大きい任意の３
   つの光強度であることを特徴とする請求項１又は２記載
   のエリプソパラメータ測定方法。
4. 【請求項４】 偏光した光を測定対象に所定角度で入射
   させる光源部と、前記測定対象にて反射された反射光を
   互いに異なる４偏光方向以上の偏光成分に分離する光学
   系と、この光学系にて分離された各偏光成分の光強度を
   検出する複数の受光器と、この複数の受光器にて検出さ
   れた複数の光強度のうち値の大きい３つの光強度を選択
   してこの３つの光強度から前記反射光における位相差お
   よび振幅比で定まるエリプソパラメータを求める演算部
   とを備えたエリプソメータ。
5. 【請求項５】 偏光した光を測定対象に所定角度で入射
   させる光源部と、前記測定対象にて反射された反射光を
   互いに異なる４偏光方向以上の偏光成分に分離する光学
   系と、この光学系にて分離された各偏光成分の光強度を
   検出する複数の受光器と、この複数の受光器にて検出さ
   れた複数の光強度のうち値の大きい３つの光強度を選択
   してこの３つの光強度から下記(1)(2)(3)(4)式を用い
   て、前記反射光における位相差Δおよび振幅比 tanψで
   定まるエリプソパラメータΔ，ψを求める演算部とを備
   えたエリプソメータ。 tanψ＝（Ａ／Ｃ）^1/2 …(1) cos（Δ−φ₀ −φ_B ）＝（Ｂ／Ｃ）（Ｃ／Ａ）^1/2 …(2) ここで、Ａ，Ｂ，Ｃは、 【数２】 但し、 ａ_i ＝ cos² Ai ｂ_i ＝２σi ・χ・ cosAi・ sinAi ｃ_i ＝−（σi ・χ）² sin² Ai （ i= k,l,m ） …(4) である。また、Aiは測定対象へ入射光の入射面に平行な
   方向を基準方向とする偏光の方位角度であり、σi ，φ
   _B は反射光を複数の偏光成分に分離する光学系によって
   定まる定数であり、χ，φ₀ は入射光の偏光状態で定ま
   る定数であり、Ｉi は受光器にて検出される光強度であ
   る。
6. 【請求項６】 前記光学系は、前記測定対象にて反射さ
   れた反射光を互いに異なる複数方向の光に分岐する無偏
   光ビームスプリッタと、この無偏光ビームスプリッタに
   て分岐された各光をそれぞれ互いに異なる方向の偏光成
   分に分解する複数の偏光ビームスプリッタとで構成され
   た請求項５記載のエリプソメータ。
7. 【請求項７】 前記光学系は、前記測定対象にて反射さ
   れた反射光を互いに異なる４方向以上の光に分岐する複
   数の無偏光ビームスプリッタと、この各無偏光ビームス
   プリッタにて分岐された各光における互いに異なる方向
   の偏光成分を透過させる複数の検光子とで構成された請
   求項５記載のエリプソメータ。
8. 【請求項８】 前記複数の光強度のうち値の大きい３つ
   の光強度は、値が基準値より大きい任意の３つの光強度
   であることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項
   記載のエリプソメータ。