JP3337734B2 - 赤外線エリプソメータ - Google Patents
赤外線エリプソメータInfo
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- JP3337734B2 JP3337734B2 JP00031593A JP31593A JP3337734B2 JP 3337734 B2 JP3337734 B2 JP 3337734B2 JP 00031593 A JP00031593 A JP 00031593A JP 31593 A JP31593 A JP 31593A JP 3337734 B2 JP3337734 B2 JP 3337734B2
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- frequency
- ellipsometer
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/21—Polarisation-affecting properties
- G01N21/211—Ellipsometry
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
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- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、位相変調フリーエ変換
型赤外線エリプソメータに関する。エリプソメトリー
は、光学的測定により試料の物理的特性を決定すること
ができる。試料の表面は光束よって照らされ、反射光又
は透過光の偏光の状態が入射光の状態と比較される。偏
光ベクトルＥは、それぞれ入射面に対して垂直及び平行
な成分ＥS およびＥP によって一般的に表せられる。Ｅ
P およびＥS は複素数の振幅値を有している。
型赤外線エリプソメータに関する。エリプソメトリー
は、光学的測定により試料の物理的特性を決定すること
ができる。試料の表面は光束よって照らされ、反射光又
は透過光の偏光の状態が入射光の状態と比較される。偏
光ベクトルＥは、それぞれ入射面に対して垂直及び平行
な成分ＥS およびＥP によって一般的に表せられる。Ｅ
P およびＥS は複素数の振幅値を有している。
【０００２】エリプソメトリーにおける一般的な表現に
おいて、表面の解析によって生じる偏光の状態の変化を
表す比（ＥP ／ＥS ）r ／（ＥP ／ＥS ）i は以下の公
式による。 ｔａｎΨｅｘｐ（ｉ Δ)=（ＥP ／ＥS ）r ／（ＥP ／ＥS ）i 従って、エリプソメトリーは表面データとしてパラメー
タΨ及びΔの測定を意図している。
おいて、表面の解析によって生じる偏光の状態の変化を
表す比（ＥP ／ＥS ）r ／（ＥP ／ＥS ）i は以下の公
式による。 ｔａｎΨｅｘｐ（ｉ Δ)=（ＥP ／ＥS ）r ／（ＥP ／ＥS ）i 従って、エリプソメトリーは表面データとしてパラメー
タΨ及びΔの測定を意図している。
【０００３】例えば、薄層の成長及び界面の形成の機構
の研究、又は成長の過程の制御を可能とする。エリプソ
メトリーは非破壊的及び非擾乱的な解析方法である。従
って、測定は、成長の実際の状態における試料におい
て、インシチュー（その場）で行うことか可能である。
の研究、又は成長の過程の制御を可能とする。エリプソ
メトリーは非破壊的及び非擾乱的な解析方法である。従
って、測定は、成長の実際の状態における試料におい
て、インシチュー（その場）で行うことか可能である。
【０００４】使用される光源の波長領域、近紫外、可
視、近赤外、赤外に依存して、材料の性質の違い又は材
料の差異の調査を行うことが可能である。紫外線及び可
視光領域では、通常放射線の浸透深さは浅いが、この様
な条件は、表面及び界面の研究、及び清浄化を含む実時
間制御に対しては好適である。しかしながら、この条件
は、一般には、材料の体積的な特性には到達することは
できない。材料の体積的な特性は、赤外線領域内での測
定にによって観測することができる。
視、近赤外、赤外に依存して、材料の性質の違い又は材
料の差異の調査を行うことが可能である。紫外線及び可
視光領域では、通常放射線の浸透深さは浅いが、この様
な条件は、表面及び界面の研究、及び清浄化を含む実時
間制御に対しては好適である。しかしながら、この条件
は、一般には、材料の体積的な特性には到達することは
できない。材料の体積的な特性は、赤外線領域内での測
定にによって観測することができる。
【０００５】赤外線は、（化学結合）振動吸収の測定に
適している。考えられている波長の領域は、利用される
測定装置及び器具の形態の決定に影響する。実際、或る
構成要素又は或る技術が知られているが、これらは、或
る一つの波長領域内で利用可能であり、転用することが
できず、又別の領域内では十分な精度を与えない。
適している。考えられている波長の領域は、利用される
測定装置及び器具の形態の決定に影響する。実際、或る
構成要素又は或る技術が知られているが、これらは、或
る一つの波長領域内で利用可能であり、転用することが
できず、又別の領域内では十分な精度を与えない。
【０００６】赤外線領域とは、約２乃至１９マイクロメ
ータであり、本発明と異なるエリプソメータが知られて
いる。ドイツ特許公報ＤＥ−１５７２ １９号は、フー
リエ変換型エリプソメータを開示している。この装置
は、試料の前又は後の設置されたマイケルソン型干渉計
を含む。試料は、測定中向きが固定された偏光子及び検
光子の間に、測定路に沿って固定されて設置されてい
る。実際の或る形態においては、第３の偏光子が光源と
入口の偏光子との間に設置されている。
ータであり、本発明と異なるエリプソメータが知られて
いる。ドイツ特許公報ＤＥ−１５７２ １９号は、フー
リエ変換型エリプソメータを開示している。この装置
は、試料の前又は後の設置されたマイケルソン型干渉計
を含む。試料は、測定中向きが固定された偏光子及び検
光子の間に、測定路に沿って固定されて設置されてい
る。実際の或る形態においては、第３の偏光子が光源と
入口の偏光子との間に設置されている。
【０００７】フランス特許公報ＦＲ−２６０２３３８号
は、回折格子型モノクロメータを有する位相変調型エリ
プソメータを開示している。
は、回折格子型モノクロメータを有する位相変調型エリ
プソメータを開示している。
【０００８】
【発明が解決しようする課題】本発明の目的は、より良
い精度の測定を可能とする赤外線エリプソメータの実現
にある。本発明の別の目的は、使用が簡単であり、自動
化が容易な赤外線エリプソメータを提供することにあ
る。
い精度の測定を可能とする赤外線エリプソメータの実現
にある。本発明の別の目的は、使用が簡単であり、自動
化が容易な赤外線エリプソメータを提供することにあ
る。
【０００９】本発明の他の目的は、位相変調及びフーリ
エ変換によるスペクトルメータに於けるのと同じ利益を
合わせ持っていることにある。
エ変換によるスペクトルメータに於けるのと同じ利益を
合わせ持っていることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、一群の励起手
段、試料支持体、一群の解析手段、前記一群の励起手段
を制御し、前記一群の解析手段からの情報を受信し、測
定結果を提供する電子的手段、から成る、試料の測定に
赤外線が用いられるエリプソメータに関する。
段、試料支持体、一群の解析手段、前記一群の励起手段
を制御し、前記一群の解析手段からの情報を受信し、測
定結果を提供する電子的手段、から成る、試料の測定に
赤外線が用いられるエリプソメータに関する。
【００１１】一群の励起手段は、光源、ビーム偏光手段
及び偏光光変調手段、マイケルソン型干渉計、及び光源
と試料をつなぐ光学手段を含んでいる。一群の解析手段
は、偏光子−検光子、検出器、試料と検出器とをつなぐ
光学手段を含んでいる。本発明においては、偏光光変調
手段は位相変調器を有し、電子的手段はマイケルソン型
干渉計の制御及び検出器より発生された信号の受信を行
う。
及び偏光光変調手段、マイケルソン型干渉計、及び光源
と試料をつなぐ光学手段を含んでいる。一群の解析手段
は、偏光子−検光子、検出器、試料と検出器とをつなぐ
光学手段を含んでいる。本発明においては、偏光光変調
手段は位相変調器を有し、電子的手段はマイケルソン型
干渉計の制御及び検出器より発生された信号の受信を行
う。
【００１２】好ましい実現形態においては、前記電子的
手段は、プリアンプ、アナログ−デジタル変換器、フー
リエ解析器、レジスタ、マイクロコンピュータを備え
る。
手段は、プリアンプ、アナログ−デジタル変換器、フー
リエ解析器、レジスタ、マイクロコンピュータを備え
る。
【００１３】プリアンプは、入力端で、光検出器によっ
て提供された電気信号を受け入れ、外部に信号を出力す
る。アナログ−デジタル変換器は、入力端で、プリアン
プの出力信号を受け入れ、デジタル信号を提供する。フ
ーリエ解析器は入力端で変換器の出力を受信し、且つマ
イケルソン干渉計によって与えられる第１の基準信号を
受信し、位相変換器によって与えられる第２の基準信号
を受信し、出力端に入力信号の代表的値を与える。レジ
スタはフーリエ解析器の出力の数値を受信する。そして
マイクロコンピュータは、これらの提供値を記憶し、処
理の後に、測定結果を提供する。
て提供された電気信号を受け入れ、外部に信号を出力す
る。アナログ−デジタル変換器は、入力端で、プリアン
プの出力信号を受け入れ、デジタル信号を提供する。フ
ーリエ解析器は入力端で変換器の出力を受信し、且つマ
イケルソン干渉計によって与えられる第１の基準信号を
受信し、位相変換器によって与えられる第２の基準信号
を受信し、出力端に入力信号の代表的値を与える。レジ
スタはフーリエ解析器の出力の数値を受信する。そして
マイクロコンピュータは、これらの提供値を記憶し、処
理の後に、測定結果を提供する。
【００１４】本発明は、試料を表すパラメータΨ及びΔ
の赤外線エリプソメータによる測定方法に関し、試料
は、赤外線源によって発生された偏光を有する入射光束
によって照射される。この光束は通常のものであり、試
料によって反射され、検光子によって検光され、光検出
器によって測定される。本発明に従うと、入射光束は、
マイケルソン型の干渉計を伝播した後、可動ミラーの変
位がｘとすると、強度 Ｉ（ｘ）＝∫Ｉ（Ο，ｔ）〔１＋ｃｏｓ２πｘ）／２〕
ｄΟ を有する。ここで、Οは或る瞬間における光束の周波数
であり、ｔは時刻である。Ｉ（Ο，ｔ）は、位相変調器
８によって周波数ｗで変調される。
の赤外線エリプソメータによる測定方法に関し、試料
は、赤外線源によって発生された偏光を有する入射光束
によって照射される。この光束は通常のものであり、試
料によって反射され、検光子によって検光され、光検出
器によって測定される。本発明に従うと、入射光束は、
マイケルソン型の干渉計を伝播した後、可動ミラーの変
位がｘとすると、強度 Ｉ（ｘ）＝∫Ｉ（Ο，ｔ）〔１＋ｃｏｓ２πｘ）／２〕
ｄΟ を有する。ここで、Οは或る瞬間における光束の周波数
であり、ｔは時刻である。Ｉ（Ο，ｔ）は、位相変調器
８によって周波数ｗで変調される。
【００１５】−フーリエ変換のための第１の処理手段
は、信号Ｉ（Ο，ｔ）を３つの成分Ｓ 0 ，Ｓ1 ，Ｓ2 に
する。それぞれ、直流、周波数ｗ及び周波数２ｗを表し
ている。 −第２の処理手段は、フーリエ空間逆変換によって、ス
ペクトル依存性Ｓ0 （Ο），Ｓ1 （Ο），Ｓ2 （Ο）へ
のアクセスを与える。
は、信号Ｉ（Ο，ｔ）を３つの成分Ｓ 0 ，Ｓ1 ，Ｓ2 に
する。それぞれ、直流、周波数ｗ及び周波数２ｗを表し
ている。 −第２の処理手段は、フーリエ空間逆変換によって、ス
ペクトル依存性Ｓ0 （Ο），Ｓ1 （Ο），Ｓ2 （Ο）へ
のアクセスを与える。
【００１６】−第３の処理手段は、以下の式 Ｓ0 ＝Ｉ0 ＋ＩC Ｊ0 （ｋΟ） Ｓ1 ＝２Ｔ1 Ｊ1 （ｋΟ）ＩS Ｓ2 ＝２Ｔ2 Ｊ2 （ｋΟ）ＩC （ここで、Ｊ0 ，Ｊ1 ，Ｊ3 は０、１、２次のベッセル
関数であり、ｋは定数である。Ｔ1 及びＴ2 は装置に特
有の定数である。）に従って、成分Ｓ0 ，Ｓ1, Ｓ2 か
らＩ0 ，ＩS ，ＩC の値を発生する。
関数であり、ｋは定数である。Ｔ1 及びＴ2 は装置に特
有の定数である。）に従って、成分Ｓ0 ，Ｓ1, Ｓ2 か
らＩ0 ，ＩS ，ＩC の値を発生する。
【００１７】−Ｔ1 ，Ｔ2 及びｋは校正によって測定さ
れる。 −第４の処理手段は、３角公式 Ｉ0 ＝1 - cos2Ψcos2A + cos2(P-M)cos2M(cos2A-cos2
Ψ) + sin2AcosΔcos2(P-M)sin2 Ψsin2M Ｉs ＝sin2(P-M)sin2Asin2Ψsin Δ Ｉc ＝sin2(P-M) ｛sin2M(cos2Ψ-cos2A)+sin2Acos2Msi
n2Ψcos Δ｝ に従って、値Ｉ0 ，Ｉs 及びＩc から値Ψ及びΔを発生
する。
れる。 −第４の処理手段は、３角公式 Ｉ0 ＝1 - cos2Ψcos2A + cos2(P-M)cos2M(cos2A-cos2
Ψ) + sin2AcosΔcos2(P-M)sin2 Ψsin2M Ｉs ＝sin2(P-M)sin2Asin2Ψsin Δ Ｉc ＝sin2(P-M) ｛sin2M(cos2Ψ-cos2A)+sin2Acos2Msi
n2Ψcos Δ｝ に従って、値Ｉ0 ，Ｉs 及びＩc から値Ψ及びΔを発生
する。
【００１８】Ｐ、Ｍ及びＡは、それぞれ入射面に対する
偏光子、変調器及び検光子の向きである。特に、好適な
実施例においては、変調器の周波数は３０乃至６０ｋＨ
ｚであり、マイケルソン型干渉計は0.５乃至４秒の間走
査し、参照レーザは２ｋＨｚ程度の周波数のパルスを発
生する。
偏光子、変調器及び検光子の向きである。特に、好適な
実施例においては、変調器の周波数は３０乃至６０ｋＨ
ｚであり、マイケルソン型干渉計は0.５乃至４秒の間走
査し、参照レーザは２ｋＨｚ程度の周波数のパルスを発
生する。
【００１９】図面を参照して本発明の特定の実施例が詳
細に記述される。
細に記述される。
【００２０】
【実施例】赤外線エリプソメータは、試料１の測定を行
う。この装置は、一群の励起手段３、試料支持体５、一
群の解析手段７、及び電子的手段９を有している。この
エリプソメータは、約２ミクロンから約１１ミクロンの
波長の範囲内で作動する赤外線エリプソメータである。
一群の励起手段３は、グローバ型の光源１０１、マイケ
ルソン型干渉計１０３、偏光子１０５及び、光源１０１
と試料１とを結びつける光学手段１０７を備えている。
う。この装置は、一群の励起手段３、試料支持体５、一
群の解析手段７、及び電子的手段９を有している。この
エリプソメータは、約２ミクロンから約１１ミクロンの
波長の範囲内で作動する赤外線エリプソメータである。
一群の励起手段３は、グローバ型の光源１０１、マイケ
ルソン型干渉計１０３、偏光子１０５及び、光源１０１
と試料１とを結びつける光学手段１０７を備えている。
【００２１】特定の好適な実施例において、マイケルソ
ン型干渉計１０３は、約３８ｍｍ径の断面の平行な放出
光１０９を発生する。接続光学手段１０７は、単一のミ
ラーによって表されているが、これは、放物状ミラーと
２つの球面ミラーと解釈される。平面ミラー１１１は、
光束が折れ曲がることを可能とし、それによって、装置
にの全体の大きさが減少される。また、この光束は、約
１ｃｍ2 の表面の試料上に集光することができる。
ン型干渉計１０３は、約３８ｍｍ径の断面の平行な放出
光１０９を発生する。接続光学手段１０７は、単一のミ
ラーによって表されているが、これは、放物状ミラーと
２つの球面ミラーと解釈される。平面ミラー１１１は、
光束が折れ曲がることを可能とし、それによって、装置
にの全体の大きさが減少される。また、この光束は、約
１ｃｍ2 の表面の試料上に集光することができる。
【００２２】試料１は、反応装置内又は真空装置１内と
することができる試料支持体５上に設置されている。真
空壁が、エリプソメータが機能するスペクトル領域で透
過性であり、透過光の偏光の影響を与えない円窓５３又
は５５を有している状態において、インシチュー測定が
可能とされる。一群の解析手段７は、偏光子−検光子７
０１、検出器７０３及び試料１の表面を光検出器７０３
に結び付けるための光学手段７０５を備えている。
することができる試料支持体５上に設置されている。真
空壁が、エリプソメータが機能するスペクトル領域で透
過性であり、透過光の偏光の影響を与えない円窓５３又
は５５を有している状態において、インシチュー測定が
可能とされる。一群の解析手段７は、偏光子−検光子７
０１、検出器７０３及び試料１の表面を光検出器７０３
に結び付けるための光学手段７０５を備えている。
【００２３】好ましい実施形態において、結合光学系７
０５は球面ミラー及び放物状ミラーから成っている。励
起されている試料の面（１ｃｍ2 ）は、約１ｍｍ2 を測
定する検出器７０３の検出可能な表面と関連されてい
る。検出器７０３は、液体窒素により冷却される光電型
Ｈｇ．Ｃｄ．Ｔｅ検出器とするのが好ましい。その素晴
らしい点は、検出域がエリプソメータが利用可能な波長
域の上限にまで及ぶことにある。１９ミクロンまで可能
である。
０５は球面ミラー及び放物状ミラーから成っている。励
起されている試料の面（１ｃｍ2 ）は、約１ｍｍ2 を測
定する検出器７０３の検出可能な表面と関連されてい
る。検出器７０３は、液体窒素により冷却される光電型
Ｈｇ．Ｃｄ．Ｔｅ検出器とするのが好ましい。その素晴
らしい点は、検出域がエリプソメータが利用可能な波長
域の上限にまで及ぶことにある。１９ミクロンまで可能
である。
【００２４】エリプソメータは、位相変調器１１を有し
ている。この変調器は、好ましくは、光弾性であり、Ｚ
ｎ．Ｓｅからなり、周波数ｗで伝達する光束の変調を保
証する。位相変調器８は好ましくは、一群の励起手段３
内に存在する。しかしながら、それはまた光検出器７０
３によって受光された光学信号の形態を大きく変えるこ
とになしに、一群の受信手段内に存在することができ
る。
ている。この変調器は、好ましくは、光弾性であり、Ｚ
ｎ．Ｓｅからなり、周波数ｗで伝達する光束の変調を保
証する。位相変調器８は好ましくは、一群の励起手段３
内に存在する。しかしながら、それはまた光検出器７０
３によって受光された光学信号の形態を大きく変えるこ
とになしに、一群の受信手段内に存在することができ
る。
【００２５】電子的手段９は、光検出器７０３によって
形成された電気信号と共に、高周波数基準信号と呼ばれ
る変調器に対応する第１の基準信号と、マイケルソン型
干渉計１０３によって与えられる光路差信号を受信す
る。変調器の周波数より低い周波数の信号は、スペクト
ルの掃引の開始及び終了の瞬間を示している。掃引の方
向は、マイケルソン型干渉計１０３の参照のレーザによ
って与えられる低周波数基準信号を用いる。
形成された電気信号と共に、高周波数基準信号と呼ばれ
る変調器に対応する第１の基準信号と、マイケルソン型
干渉計１０３によって与えられる光路差信号を受信す
る。変調器の周波数より低い周波数の信号は、スペクト
ルの掃引の開始及び終了の瞬間を示している。掃引の方
向は、マイケルソン型干渉計１０３の参照のレーザによ
って与えられる低周波数基準信号を用いる。
【００２６】検出器７０３によって与えられる電気信号
は、プリアンプ９０１によって前段増幅され、アナログ
−デジタル変換器９０３によってデジタル信号に変換さ
れる。１６ビットのアナログ−デシダル変換器９０３に
よって与えられる信号の一部は、デジタルフーリエ解析
器９０５によって直流成分、周波数ｗの成分及び周波数
２ｗの成分を引き出す様に利用される。このため、部品
７０７は周波数ｗの基準信号を供給する。
は、プリアンプ９０１によって前段増幅され、アナログ
−デジタル変換器９０３によってデジタル信号に変換さ
れる。１６ビットのアナログ−デシダル変換器９０３に
よって与えられる信号の一部は、デジタルフーリエ解析
器９０５によって直流成分、周波数ｗの成分及び周波数
２ｗの成分を引き出す様に利用される。このため、部品
７０７は周波数ｗの基準信号を供給する。
【００２７】フーリエ解析器は、その結果を、好適には
“ファーストイン、ファーストアウト−ＦＩＦＯ”の形
態のレジスタ９０７に送る。マイクロコンピュータ９０
９は、計算の後で、値Ψ及びΔの測定値を供給するため
にレジスタ９０７を利用する。信号の直流成分、周波数
ｗ及び周波数２ｗの成分を引き出す為に、フーリエ解析
器９０５は、周波数ｗの高周波数基準信号を受信し、次
にマイケルソン干渉計１０３から与えられる低周波数基
準信号を受信する。
“ファーストイン、ファーストアウト−ＦＩＦＯ”の形
態のレジスタ９０７に送る。マイクロコンピュータ９０
９は、計算の後で、値Ψ及びΔの測定値を供給するため
にレジスタ９０７を利用する。信号の直流成分、周波数
ｗ及び周波数２ｗの成分を引き出す為に、フーリエ解析
器９０５は、周波数ｗの高周波数基準信号を受信し、次
にマイケルソン干渉計１０３から与えられる低周波数基
準信号を受信する。
【００２８】入射光束１０９の強度は、変位ｘを有する
移動ミラーを有するマイケルソン型干渉計１０３を横切
った後、 Ｉ（ｘ）＝∫Ｉ（Ο，ｔ）〔（１＋ｃｏｓ２πｘ）／
２〕ｄΟ ここで、Οは或る瞬間における光束の周波数であり、ｔ
は時刻である。検出器７０３によって受信される光束
は、試料１を通過した後であり、位相変調器８によって
周波数ｗで変調されている。
移動ミラーを有するマイケルソン型干渉計１０３を横切
った後、 Ｉ（ｘ）＝∫Ｉ（Ο，ｔ）〔（１＋ｃｏｓ２πｘ）／
２〕ｄΟ ここで、Οは或る瞬間における光束の周波数であり、ｔ
は時刻である。検出器７０３によって受信される光束
は、試料１を通過した後であり、位相変調器８によって
周波数ｗで変調されている。
【００２９】光検出器７０３による応答によって与えら
れる電気信号は同じ形態を有しており、フーリエ変換の
後、近似的に次の様に表せられる。 Ｉ（Ο，ｔ）＝Ｓ0 ＋Ｓ’1 ＋Ｓ’2 ここで、Ｓ0 ＝Ｉ0 ＋ＩC Ｊ0 （ｋΟ）， Ｓ’1 ＝２Ｔ1 Ｊ1 （ｋΟ）ＩS sin ｗｔ＝Ｓ1 sin ｗ
ｔ Ｓ’2 ＝２Ｔ2 Ｊ2 （ｋΟ）ＩC cos 2w t＝Ｓ2 cos 2
w t ここで、Ｊ0 、Ｊ1 、Ｊ2 は０次、１次、２次のベッセ
ル関数であり、ｋは定数である。Ｔ1 及びＴ2 は、エリ
プソメータ特有の定数である。
れる電気信号は同じ形態を有しており、フーリエ変換の
後、近似的に次の様に表せられる。 Ｉ（Ο，ｔ）＝Ｓ0 ＋Ｓ’1 ＋Ｓ’2 ここで、Ｓ0 ＝Ｉ0 ＋ＩC Ｊ0 （ｋΟ）， Ｓ’1 ＝２Ｔ1 Ｊ1 （ｋΟ）ＩS sin ｗｔ＝Ｓ1 sin ｗ
ｔ Ｓ’2 ＝２Ｔ2 Ｊ2 （ｋΟ）ＩC cos 2w t＝Ｓ2 cos 2
w t ここで、Ｊ0 、Ｊ1 、Ｊ2 は０次、１次、２次のベッセ
ル関数であり、ｋは定数である。Ｔ1 及びＴ2 は、エリ
プソメータ特有の定数である。
【００３０】フーリエ解析器９０５は光検出器７０３に
よって与えられた信号Ｉ（Ο，ｔ）から成分Ｓ0 ，Ｓ1
及びＳ2 を発生する。偏光子、位相変調器、及び検光子
を特定の方向に位置合わせするためにエリプソメータが
調整される。Ｐ，Ｍ，Ａは、入射面に対するこれら３つ
の要素のそれぞれの配向角である。校正は、Ｐ−Ｍ＝±
４５°，Ａ＝０°，Ｍ＝±４５°なので、２つの構成で
行われる。
よって与えられた信号Ｉ（Ο，ｔ）から成分Ｓ0 ，Ｓ1
及びＳ2 を発生する。偏光子、位相変調器、及び検光子
を特定の方向に位置合わせするためにエリプソメータが
調整される。Ｐ，Ｍ，Ａは、入射面に対するこれら３つ
の要素のそれぞれの配向角である。校正は、Ｐ−Ｍ＝±
４５°，Ａ＝０°，Ｍ＝±４５°なので、２つの構成で
行われる。
【００３１】Ｓ0 ，Ｓ1 及びＳ2 が試料に依存しない状
態において、この校正は、Ｓ2 ／Ｓ 0 の周波数（Ｏ）の
依存する、最小二乗法を使用する調節の助けをかりて、
パラメータＴ2 及びｋの測定を可能とする。偏光子、変
調器及び検光子が前述とは異なる配向の状態にある場合
での実際の測定は、新たなＳ0 ，Ｓ1 ，Ｓ2 を提供す
る。これらから、本発明によって、値Ｉ0 ，ＩS 及びＩ
C を算出することができる。Ｔ1 は、上記の方法によっ
て決められる。また、値Ｉ0 ，ＩS 及びＩC は単純な３
角関数公式によって、測定値Ψ及びΔに依存しているこ
とはよく知られている。
態において、この校正は、Ｓ2 ／Ｓ 0 の周波数（Ｏ）の
依存する、最小二乗法を使用する調節の助けをかりて、
パラメータＴ2 及びｋの測定を可能とする。偏光子、変
調器及び検光子が前述とは異なる配向の状態にある場合
での実際の測定は、新たなＳ0 ，Ｓ1 ，Ｓ2 を提供す
る。これらから、本発明によって、値Ｉ0 ，ＩS 及びＩ
C を算出することができる。Ｔ1 は、上記の方法によっ
て決められる。また、値Ｉ0 ，ＩS 及びＩC は単純な３
角関数公式によって、測定値Ψ及びΔに依存しているこ
とはよく知られている。
【００３２】より詳細には、 Ｉ0 ＝1 - cos2Ψcos2A + cos2(P-M)cos2M(cos2A-cos2
Ψ) + sin2AcosΔcos2(P-M)sin2 Ψsin2M Ｉs ＝sin2(P-M)sin2Asin2Ψsin Δ Ｉc ＝sin2(P-M) ｛sin2M(cos2Ψ-cos2A)+sin2Acos2Msi
n2Ψcos Δ｝ 従って、計算器９０９は、解析器９０５によって実行さ
れるフーリエ解析の結果から、フーリエ空間逆変換によ
って測定パラメータΨ及びΔの値を提供する。
Ψ) + sin2AcosΔcos2(P-M)sin2 Ψsin2M Ｉs ＝sin2(P-M)sin2Asin2Ψsin Δ Ｉc ＝sin2(P-M) ｛sin2M(cos2Ψ-cos2A)+sin2Acos2Msi
n2Ψcos Δ｝ 従って、計算器９０９は、解析器９０５によって実行さ
れるフーリエ解析の結果から、フーリエ空間逆変換によ
って測定パラメータΨ及びΔの値を提供する。
【００３３】図４にはＳ0 干渉波形１０、マイケルソン
型干渉形１０３による干渉波形１０の掃引の開始及び終
了を示すＴＸＥＮ信号、干渉波形の掃引の方向を示す信
号ＤＩＲが表されている。信号１１は、マイケルソン型
干渉計１０３の参照レーザによって発生され、マイケル
ソン型干渉計によって導入される光路差の関数で正確に
分けられる間隔を与える。
型干渉形１０３による干渉波形１０の掃引の開始及び終
了を示すＴＸＥＮ信号、干渉波形の掃引の方向を示す信
号ＤＩＲが表されている。信号１１は、マイケルソン型
干渉計１０３の参照レーザによって発生され、マイケル
ソン型干渉計によって導入される光路差の関数で正確に
分けられる間隔を与える。
【００３４】好ましくは、この基準信号は２，１１６ｋ
Ｈｚの周波数であり、０．６６ｍｍ／ｓのミラーの掃引
速度に対応する。高周波数信号は３０と６０ｋＨｚの間
の周波数ｗ、例えば３７ｋＨｚを有する。従って、レー
ザの２つの基準信号１１の間の、周期の数は１０乃至１
００となる。
Ｈｚの周波数であり、０．６６ｍｍ／ｓのミラーの掃引
速度に対応する。高周波数信号は３０と６０ｋＨｚの間
の周波数ｗ、例えば３７ｋＨｚを有する。従って、レー
ザの２つの基準信号１１の間の、周期の数は１０乃至１
００となる。
【００３５】変換器９０３によって与えられるデータの
取得はデジタルフリーエ解析器９０５によって制御され
る。レーザの基準信号１１を受信する毎に、干渉波形の
点の一つの取得を開始する。各点は、高周波数信号１２
（３７．５ｋＨｚ）の４つの周期に渡って積分すること
によって得られる。
取得はデジタルフリーエ解析器９０５によって制御され
る。レーザの基準信号１１を受信する毎に、干渉波形の
点の一つの取得を開始する。各点は、高周波数信号１２
（３７．５ｋＨｚ）の４つの周期に渡って積分すること
によって得られる。
【００３６】この高周波信号の各周期に対して、アナロ
グ−デジタル変換器９０３の８つの変換値が、フーリエ
解析器９０５によって考察される。連続する４つの周期
１３の積分期間中、マイケルソン型干渉計１０３で作り
出される光路の変動が、無視される。連続する３２点を
得た後、フーリエ解析器が、レジスタ９０７へ成分
Ｓ0 ，Ｓ 1 及びＳ2 を与える。
グ−デジタル変換器９０３の８つの変換値が、フーリエ
解析器９０５によって考察される。連続する４つの周期
１３の積分期間中、マイケルソン型干渉計１０３で作り
出される光路の変動が、無視される。連続する３２点を
得た後、フーリエ解析器が、レジスタ９０７へ成分
Ｓ0 ，Ｓ 1 及びＳ2 を与える。
【００３７】コンピュータ９０９は、これらの値から、
フーリエ空間逆変換によってエリプソメータ角Ψ及びΔ
を与える。３２の連続点の取得の間で、位相変調器８及
びマイケルソン型干渉計１０３から生じる基準信号は非
同期であることを考慮する必要がある。実際には、アナ
ログ−デシタル変換を連続して行うことによって同期化
が達成される。参照レーザからのパルスの到達の後発生
された数値のみが有効であり、取得される。各点が記憶
される際、高周波数（Ｗ）変調との位相と一致して、点
の取得を実現することを可能にするために順番が付され
る。
フーリエ空間逆変換によってエリプソメータ角Ψ及びΔ
を与える。３２の連続点の取得の間で、位相変調器８及
びマイケルソン型干渉計１０３から生じる基準信号は非
同期であることを考慮する必要がある。実際には、アナ
ログ−デシタル変換を連続して行うことによって同期化
が達成される。参照レーザからのパルスの到達の後発生
された数値のみが有効であり、取得される。各点が記憶
される際、高周波数（Ｗ）変調との位相と一致して、点
の取得を実現することを可能にするために順番が付され
る。
【図１】図１は本発明に従うエリプソメータの概略図、
【図２】図２は図１ののエリプソメータのより詳細な
図、
図、
【図３】図３は本発明に従う信号処理の流れ図、
【図４】図４はマイケルソン型干渉計によって与えられ
る信号図、
る信号図、
【図５】図５はマイケルソン型干渉計によって与えられ
る信号図、
る信号図、
【図６】データ取得を説明する図。
３ 励起手段、 ５ 試料支持体 ７ 解析手段 ９ 電子的手段 １０１ 光源 １０３ マイケルソン干渉計 １０５ 偏光子 １０７ 光学手段 ７０１ 偏光子−検光子 ７０３ 光検出器 ７０５ 光学手段
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−132936（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−110405（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−168541（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−143931（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 4/00 - 4/04 G01J 3/04 G01N 21/21
Claims (12)
- 【請求項１】一群の励起手段（３）、 試料支持体（５）、 一群の解析手段（７）、及び前記一群の解析手段（７）
からの信号を受け、測定値を発生する電子的手段（９）
からなり、 前記一群の励起手段（３）は、光源（１０１）、この光
源からの光を受けて光束を発生するマイケルソン型干渉
計（１０３）、このマイケルソン型干渉計からの前記光
束を、試料（１）に導く光学手段（１０７）、及び前記
光束を偏光する偏光子（１０５）から成り、 前記一群の解析手段（７）は、前記試料（１）からの光
を検光する検光子（７０１）、この検光子からの光を検
出する光検出器（７０３）、及び前記試料からの光を前
記光検出器に導く光学手段（７０５）から成る試料測定
用の赤外線エリプソメータにおいて、 前記赤外線エリプソメータが変調周波数ｗの位相変調器
（８）を有し、前記電子的手段（９）が前記光検出器
（７０３）を介して発生された信号を受信し、この信号
の直流成分（Ｓ 0 ）、周波数ｗ成分（Ｓ 1 ）、及び周波数
２ｗ成分（Ｓ 2 ）を代表的値として発生し、これらの代
表的値をフーリエ空間逆変換することによりスペクトル
依存性成分Ｓ 0 （Ο）、Ｓ 1 （Ο）、Ｓ 2 （Ο）を得、こ
れらスペクトル依存性成分に基づいてエリプソメータ角
（Ψ，Δ）の値を得ることを特徴とし、Οは光の周波数
を意味する試料測定用の赤外線エリプソメータ。 - 【請求項２】前記電子的手段が、前記位相変調器及び前
記マイケルソン型干渉計を制御することを特徴とする請
求項１記載の赤外線エリプソメータ。 - 【請求項３】前記電子的手段（９）が、 プリアンプ（９０１）、 アナログ−デジタル変換器（９０３）、 フーリエ解析器（９０５）、 レジスタ（９０７）、及び、 マイクロコンピュータ（９０９）から成り、 前記プリアンプ（９０１）が、入力端に、前記光検出器
（７０３）によって与えられる電気信号を受け、出力端
に、信号を与え、 前記アナログ−デジタル変換器（９０３）が、入力端
に、前記プリアンプ（９０１）の出力信号を受信し、出
力端に、デジタル信号を与え、 前記フーリエ解析器（９０５）は、入力端に、前記アナ
ログ−デジタル変換器（９０３）の出力信号を受信し、
マイケルソン型干渉計（１０３）からの第１の基準信号
及び位相変調器（８）からの第２の基準信号を受信し、
入力端の信号の代表的値を出力端に発生し、 前記レジスタ（９０７）は、前記フーリエ解析器（９０
５）の出力信号値を受信し、 前記マイクロコンピュータは、前記レジスタから前記代
表的値を受信し、フーリエ空間逆変換によって測定値の
エリプソメータ角（Ψ及びΔ）の値を与えることを特徴
とする請求項２記載の赤外線エリプソメータ。 - 【請求項４】前記マイケルソン型干渉計（１０３）が、
参照レーザを有しており、掃引の開始と終了の信号（Ｔ
ＸＥＮ）、掃引検出の信号（ＤＩＲ）、及び掃引毎の等
間隔のＮ個のパルスからなる基準信号（１１）が与えら
れ、前記フーリエ解析器（９０５）は、前記基準信号の
各パルスに続く位相変調器が作動する４つの連続する期
間に対応する、前記アナログ−デジタル変換器（９０
３）によって与えられる値を利用することを特徴とする
請求項３記載の赤外線エリプソメータ。 - 【請求項５】前記位相変調器（８）が作動する各期間毎
に、前記アナログ−デジタル変換器は、前記フーリエ解
析器（９０５）に８つの信号値を与えることを特徴とす
る請求項４記載の赤外線エリプソメータ。 - 【請求項６】前記基準信号（１１）の各パルスに対し
て、前記フーリエ解析器（９０５）は前記光検出器によ
って与えられる電気信号の直流成分（Ｓ0）、周波数ｗ
成分（Ｓ1），周波数２ｗ成分（Ｓ2）をレジスタ（９０
７）に与えることを特徴とする請求項３記載の赤外線エ
リプソメータ。 - 【請求項７】前記レジスタ（９０７）はファーストイン
ファーストアウト（ＦＩＦＯ）型レジスタであることを
特徴とする請求項１記載の赤外線エリプソメータ。 - 【請求項８】試料のパラメータ及び指標を赤外線エリプ
ソメータで測定する方法であって、前記試料（１）は、
赤外線光源（１０１）によって発生される偏光入射光束
によって照らされ、前記光束（１０９）は試料（１）に
よって反射され、検光子（７０１）によって検光され、
光検出器（７０３）によって測定される方法において、 −変位ｘの移動ミラーを有するマイケルソン型干渉計を
横切った後、前記光束は、強度 Ｉ（ｘ）＝∫Ｉ（Ο，ｔ）〔（１＋cos ２πx)／２〕ｄ
Οを有し、 （ここで、Οは瞬時における光束の周波数であり、ｔは
時間である。Ｉ（Ο，ｔ）は、位相変調器（８）によっ
て周波数ｗで変調されている。）−第１の処理手段が、
フーリエ変換によって信号Ｉ（Ο，ｔ）を、それぞれ直
流、周波数ｗ、周波数２ｗの３つの成分Ｓ0 ，Ｓ1 ，Ｓ
2 に分解し、 −第２の処理手段が、フーリエ空間逆変換によってスペ
クトル依存性Ｓ0 （Ο），Ｓ1 （Ο），Ｓ2 （Ο）への
アクセスを与え、 −第３の処理手段が、以下の各式、 Ｓ0 ＝Ｉ0 ＋Ｉc Ｊ0 （ｋΟ）、 Ｓ1 ＝２Ｔ1 Ｊ1 （ｋΟ）Ｉs Ｓ2 ＝２Ｔ2 Ｊ2 （ｋΟ）Ｉc （ここで、Ｊ0 、Ｊ1 、Ｊ2 は０次、１次、２次のベッ
セル関数であり、ｋは定数であり、Ｔ1 及びＴ2 はエリ
プソメータ固有の定数である）に従って、成分Ｓ0 ，Ｓ
1 ，Ｓ2 から値Ｉ0，ＩS ，ＩC を発生し、 −Ｔ1 、Ｔ2 及びｋは校正によって測定され、 −第４の処理手段が、Ｉ0 ，Ｉs 及びＩc から 以下の式 Ｉ0 =１−ｃｏｓ２Ψｃｏｓ２Ａ＋ｃｏｓ２（Ｐ−Ｍ）
ｃｏｓ２Ｍ（ｃｏｓ２Ａ−ｃｏｓ２Ψ）＋ｓｉｎ２Ａｃ
ｏｓΔｃｏｓ２（Ｐ−Ｍ）ｓｉｎ２Ψｓｉｎ２Ｍ ＩS ＝ｓｉｎ２（Ｐ−Ｍ）ｓｉｎ２Ａｓｉｎ２Ψｓｉｎ
Δ ＩC ＝ｓｉｎ２（Ｐ−Ｍ）｛ｓｉｎ２Ｍ（ｃｏｓ２Ψ−
ｃｏｓ２Ａ）＋ｓｉｎ２Ａｃｏｓ２Ｍｓｉｎ２Ψｃｏｓ
Δ｝ （ここで、Ｐ、Ｍ及びＡは、それぞれ入射面に対する偏
光子、変調子及び検光子の向きである。）に従って、Ψ
及びΔの値を得、 Ψ及びΔは以下の式 ｔａｎΨｅｘｐ（ｉΔ）＝（Ｅp／Ｅs）r／（Ｅp／
Ｅs）i （ここで、Ｅs及びＥpは、それぞれ、入射面に対して垂
直及び平行な偏光ベクトル成分であり、（ ）r及び
（ ）iはそれぞれ反射光及び入射光に関係している
ことを意味している）によって、入射光及び反射光の偏
光ベクトル成分と結び付けられている方法。 - 【請求項９】前記光源によって放射された光束は、１乃
至１９ミクロンの波長を有することを特徴とする請求項
８記載の赤外線エリプソメータ測定方法。 - 【請求項１０】前記偏光子、変調器及び検光子の向き
は、それぞれＰ、Ｍ、Ａであり、前記校正は、Ｓ2 ／Ｓ
0 のスペクトル依存性（Ο）の最小二乗法によって、校
正毎にＰ−Ｍ＝±４５゜，Ａ＝０゜，Ｍ＝±４５゜に従
って、実現されることを特徴とする請求項８記載の赤外
線エリプソメータ測定方法。 - 【請求項１１】前記変調器（８）の周波数が、３０ｋＨ
ｚ乃至６０ｋＨｚであることを特徴とする請求項８記載
の測定方法。 - 【請求項１２】前記マイケルソン型干渉計が、0.５乃至
４秒の期間中、掃引を行う請求項８記載の測定方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9200090 | 1992-01-07 | ||
| FR9200090A FR2685962B1 (fr) | 1992-01-07 | 1992-01-07 | Ellipsometre infrarouge. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05264355A JPH05264355A (ja) | 1993-10-12 |
| JP3337734B2 true JP3337734B2 (ja) | 2002-10-21 |
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ID=9425442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00031593A Expired - Fee Related JP3337734B2 (ja) | 1992-01-07 | 1993-01-05 | 赤外線エリプソメータ |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3337734B2 (ja) |
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| US5608526A (en) * | 1995-01-19 | 1997-03-04 | Tencor Instruments | Focused beam spectroscopic ellipsometry method and system |
| FR2737572B1 (fr) * | 1995-08-03 | 1997-10-24 | Centre Nat Rech Scient | Ellipsometre multi-detecteurs et procede de mesure ellipsometrique multi-detecteurs |
| JP3286138B2 (ja) * | 1995-08-03 | 2002-05-27 | 日東電工株式会社 | 導光板、面光源装置、偏光光源装置及び液晶表示装置 |
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-
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