JP3519605B2 - Ellipsometry equipment - Google Patents

Ellipsometry equipment

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JP3519605B2
JP3519605B2 JP17287398A JP17287398A JP3519605B2 JP 3519605 B2 JP3519605 B2 JP 3519605B2 JP 17287398 A JP17287398 A JP 17287398A JP 17287398 A JP17287398 A JP 17287398A JP 3519605 B2 JP3519605 B2 JP 3519605B2
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polarization
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光の反射による偏
光状態の変化をもとに、薄膜の膜厚と薄膜の光学定数す
なわち波長に対する屈折率や吸収率を測定するエリプソ
メトリ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ellipsometry device for measuring the film thickness of a thin film and the optical constants of the thin film, that is, the refractive index and absorptance with respect to wavelength, based on the change in the polarization state due to the reflection of light.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のエリプソメトリ装置の原理で
は、既知の任意の偏光を試料に照射したとき、反射され
る反射光の偏光状態は試料の光学定数、試料表面の薄膜
の膜厚及び光学定数により一意的に決まる。そこで、反
射光の偏光状態を計測することにより、逆に試料表面の
薄膜の膜厚及び光学定数を測定する。そのための計測装
置として、従来より多くのものが開発されている。
2. Description of the Related Art In the principle of this type of ellipsometry device, when a known arbitrary polarized light is applied to a sample, the polarization state of the reflected light reflected is the optical constant of the sample, the film thickness of the thin film on the sample surface, and the optical state. Uniquely determined by a constant. Therefore, by measuring the polarization state of the reflected light, the film thickness and the optical constant of the thin film on the sample surface are measured conversely. Many measuring devices have been developed for that purpose.

【0003】図6は、従来のエリプソメトリ装置の原理
を表す図である。図6には、広く用いられている光電測
光型のエリプソメトリ装置を示している。この装置は光
源100 、偏光子101 、検光子102 及び検出器103 からな
る。
FIG. 6 is a diagram showing the principle of a conventional ellipsometry device. FIG. 6 shows a widely used photoelectric photometric ellipsometry device. This device comprises a light source 100, a polarizer 101, an analyzer 102 and a detector 103.

【0004】上記エリプソメトリ装置を用いた従来の典
型的な計測方法の一つは回転検光子型であり、この方法
では入射光が計測対象である試料に対して適した方位角
をなす直線偏光になるよう、偏光子101 の方位角Pを調
整する。そのとき検光子102を回転させ、回転させた検
光子102 の方位角Aに対する検出器103 の光強度を多数
点計測し、得られた波形から反射光の偏光状態を測定す
る。
One of the conventional typical measuring methods using the above ellipsometry device is a rotary analyzer type, and in this method, the incident light is a linearly polarized light having an azimuth angle suitable for the sample to be measured. The azimuth angle P of the polarizer 101 is adjusted so that At that time, the analyzer 102 is rotated, the light intensity of the detector 103 with respect to the azimuth angle A of the rotated analyzer 102 is measured at a large number of points, and the polarization state of the reflected light is measured from the obtained waveform.

【0005】そして、このように反射偏光計測されたデ
ータの中からP偏光の複素反射率とS偏光の複素反射率
の比、すなわち下式(1)により複素反射率比ρを求
め、計算により薄膜の膜厚、屈折率を求める。
Then, the ratio of the complex reflectance of P-polarized light and the complex reflectance of S-polarized light, that is, the complex reflectance ratio ρ is calculated from the data obtained by the reflection polarization measurement in this way, and is calculated. Obtain the thickness and refractive index of the thin film.

【0006】複素反射率比ρ=P偏光の複素反射率/S
偏光の複素反射率…(1)あるいは、検光子102 の方位
角Aを固定し、偏光子101 を回転させながら検出器103
にて光強度を計測する。
Complex reflectance ratio ρ = P-polarized complex reflectance / S
Complex reflectance of polarized light (1) Alternatively, the azimuth A of the analyzer 102 is fixed, and the detector 103 is rotated while rotating the polarizer 101.
Measure the light intensity at.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図6の従来の
エリプソメトリ装置では、偏光子101 や検光子102 の回
転部分が必須となる。このため、計測時間が制限される
問題、回転部分に起因する故障の問題、さらに回転部分
を構成する必要があるため計測器を小さいサイズに構成
できない、といった問題がある。
However, in the conventional ellipsometry device of FIG. 6, the rotating parts of the polarizer 101 and the analyzer 102 are indispensable. For this reason, there are problems that the measurement time is limited, a problem due to a rotating part is caused, and that the measuring part cannot be configured in a small size because it is necessary to configure the rotating part.

【0008】そこで、本発明者らは、先に回転する部位
を備えることなく構成できるエリプソメトリ装置を提案
した。
Therefore, the inventors of the present invention have proposed an ellipsometry device which can be constructed without a rotating portion.

【0009】図5は改良されたエリプソメトリ装置を示
す。このエリプソメトリ装置では、光源10からの光が光
ファイバー11により入射光学系に導かれる。光ファイバ
ー11から射出される光は、コリメータレンズ20にて平行
光にされ、この平行光の偏光を偏光子21が直線偏光にす
る。この直線偏光の平行光は、射出レンズ22により計測
対象である計測基板12に集光される。
FIG. 5 shows an improved ellipsometry device. In this ellipsometry device, the light from the light source 10 is guided to the incident optical system by the optical fiber 11. The light emitted from the optical fiber 11 is collimated by the collimator lens 20, and the polarizer 21 changes the polarization of the collimated light into linearly polarized light. This linearly polarized parallel light is condensed by the emission lens 22 on the measurement substrate 12 as a measurement target.

【0010】計測基板12の表面で反射された反射光は入
射レンズ30で平行光にされ、前記反射光のうち特定偏光
成分が透明板31で整合レンズ33方向へ反射される。ま
た、透明板31の透過光が偏光ビームスプリッタ32で二つ
の偏光成分に分離される。透明板31及び偏光ビームスプ
リッタ32で分離された光は、夫々整合レンズ33,34,35
で光ファイバー40,41,42に入射され、分光器50,51,
52に導かれる。
The reflected light reflected by the surface of the measurement substrate 12 is collimated by the incident lens 30, and a specific polarization component of the reflected light is reflected by the transparent plate 31 toward the matching lens 33. Further, the light transmitted through the transparent plate 31 is separated into two polarization components by the polarization beam splitter 32. The lights separated by the transparent plate 31 and the polarization beam splitter 32 are matched lenses 33, 34, 35, respectively.
Incident on the optical fibers 40, 41, 42, and the spectroscopes 50, 51,
Guided to 52.

【0011】分光器50,51,52から出力される光は、そ
れぞれ光検出器60,61,62で検出される。光検出器60,
61,62の各検出結果は分光器50〜52及び光検出器60〜62
を制御するコントローラ70に入力される。制御装置71
は、コントローラ70から入力した計測データを処理する
とともに、コントローラ70による計測を制御する。
The lights output from the spectroscopes 50, 51 and 52 are detected by photodetectors 60, 61 and 62, respectively. Photo detector 60,
The detection results of 61 and 62 are spectroscopes 50-52 and photodetectors 60-62.
Is input to the controller 70 that controls the. Controller 71
Processes the measurement data input from the controller 70 and controls the measurement by the controller 70.

【0012】図5では、計測基板12や光学部品等のため
の支持装置等を示していないが、前記支持装置には一般
的な光学台などの汎用的な方法によるものが用いられ
る。
FIG. 5 does not show a supporting device or the like for the measurement substrate 12 and optical components, but as the supporting device, a device such as a general optical stand by a general method is used.

【0013】しかしながら、図5の方法によれば、図6
のように回転する部位を備えることなくエリプソメトリ
装置を構成できるものの、計測基板12も計測光学系の一
部を構成しているため、計測基板12を交換する際に発生
する基板あおり(傾き)により、計測精度の悪化もしく
は計測自体が不可能となる可能性がある。
However, according to the method of FIG.
Although the ellipsometry device can be configured without having a rotating part like the above, since the measurement substrate 12 also forms part of the measurement optical system, the substrate tilt (tilt) that occurs when the measurement substrate 12 is replaced Therefore, there is a possibility that the measurement accuracy may deteriorate or the measurement itself may become impossible.

【0014】本発明はこうした事情を考慮してなされた
もので、試料あおりによる光軸ずれの検出及びその補正
を自動的になし得るエリプソメトリ装置を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in consideration of such circumstances, and detects and corrects the optical axis shift due to sample tilt.
An object of the present invention is to provide an ellipsometry device that can automatically perform the above.

【0015】また、本発明は、受光光学系の一構成要素
である反射式ビームスプリッターを凹面鏡型のビームス
プリッターとすることにより、集光レンズの数を減らし
て光学系の構成を簡単にできるエリプソメトリ装置を提
供することを目的とする。
Further, according to the present invention, the reflection type beam splitter, which is one component of the light receiving optical system, is a concave mirror type beam splitter, so that the number of condenser lenses can be reduced and the configuration of the optical system can be simplified. An object is to provide a metrology device.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明は、試料からの反
射光の偏光状態を計測することにより前記試料の状態を
測定するエリプソメトリ装置において、 光源からの光
が導かれる、偏光手段を有した出射光学系と、この出射
光学系で偏光され、試料で反射される反射光を受光する
受光光学系と、この受光光学系が固定された受光光学系
支持台と、前記受光光学系からの光の強度を検知する
数の検知手段と、これらの検知手段における検出結果か
ら前記反射光の偏光状態を計測する計測手段と、この計
測手段に電気的に接続され、該計測手段からの偏光状態
を示す計測データを入力し、試料表面の薄膜の膜厚及び
光学定数を測定する制御機と、この制御機によって計算
された光軸のずれ量を補正する方向に受光光学系支持
全体の取り付け位置を調整するマニュピュレータとを具
備し、 前記受光光学系は試料から反射された光を2つ
の偏光成分に分離する偏光ビームスプリッター及び該偏
光ビームスプリッターで分離された2つの光束をさらに
夫々2つに分離する2つの反射式ビームスプリッターと
を有し、2組、計4つに分離した夫々の光束の光強度を
前記検知手段により検知して各組毎に光強度の差を求
め、その符号により光軸のずれの方向を、その絶対値に
より光軸のずれの大きさを求めることを特徴とするエリ
プソメトリ装置である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is an ellipsometry apparatus for measuring the state of a sample by measuring the polarization state of the reflected light from the sample, which has a polarizing means for guiding the light from a light source. The output optical system, the light receiving optical system that receives the reflected light that is polarized by the output optical system and reflected by the sample, the light receiving optical system support to which the light receiving optical system is fixed, and the light receiving optical system A compound that detects the intensity of light
Number detection means, measurement means for measuring the polarization state of the reflected light from the detection results of these detection means, and measurement data electrically connected to the measurement means and indicating the polarization state from the measurement means Then, a controller that measures the film thickness and optical constants of the thin film on the sample surface, and a manipulator that adjusts the mounting position of the entire light-receiving optical system support in a direction that corrects the deviation amount of the optical axis calculated by this controller. comprising the door, the light-receiving optical system further two light beams separated by the polarizing beam splitter and polarization beam splitter for separating the light reflected from the sample into two polarization components
It has two reflection type beam splitters, each of which is divided into two, and the light intensity of each light flux divided into two sets, a total of four sets, is detected by the detection means, and a difference in light intensity is obtained for each set. The ellipsometry device is characterized in that the direction of the deviation of the optical axis is determined by its sign and the magnitude of the deviation of the optical axis is determined by its absolute value.

【0017】本発明において、前記調整手段としてはマ
ニュピュレータが挙げられ、その設置箇所は受光光学系
(実施例1)、出射光学系(実施例2)、あるいは出射
光学系の一構成要素となる出射レンズ(実施例3)が挙
げられる。
In the present invention, the adjusting means may be a manipulator, and the installation location thereof may be a light receiving optical system (Example 1), an emitting optical system (Example 2), or a constituent element of the emitting optical system. An exit lens (Example 3) can be mentioned.

【0018】本発明において、前記受光光学系が試料か
ら反射された光を2つの偏光成分に分離する偏光ビーム
スプリッター及び該偏光ビームスプリッターで分離され
た光束をさらに二つに分離する反射式ビームスプリッタ
ーを有し、前記反射式ビームスプリッターを凹面鏡型の
ビームスプリッターとすることが好ましい。これによ
り、受光光学系に使用される集光レンズの数を減らして
光学系の構成を簡単にすることができる。
In the present invention, the light receiving optical system separates the light reflected from the sample into two polarization components, and a reflection type beam splitter which further separates the light beam separated by the polarization beam splitter. It is preferable that the reflective beam splitter is a concave mirror type beam splitter. As a result, the number of condenser lenses used in the light receiving optical system can be reduced and the configuration of the optical system can be simplified.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係るエリ
プソメトリ装置を図を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An ellipsometry device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0020】(実施例1)図1を参照する。但し、図5
の部材と同部材は同符号を用いて説明する。このエリプ
ソメトリ装置では、光源10からの光が光ファイバー11に
より入射光学系に導かれる。光ファイバー11から射出さ
れる光は、コリメータレンズ20にて平行光にされ、この
平行光の偏光を偏光子21が直線偏光にする。この直線偏
光の平行光は、出射レンズ22により計測対象である計測
基板12に集光される。
Example 1 Reference is made to FIG. However, FIG.
The same members as those in 1 will be described using the same reference numerals. In this ellipsometry device, the light from the light source 10 is guided to the incident optical system by the optical fiber 11. The light emitted from the optical fiber 11 is collimated by the collimator lens 20, and the polarizer 21 changes the polarization of the collimated light into linearly polarized light. The linearly polarized parallel light is condensed by the emission lens 22 on the measurement substrate 12 as a measurement target.

【0021】計測基板12の表面で反射された反射光は入
射レンズ30で平行光にされ、前記反射光のうち特定偏光
成分が透明板31で整合レンズ33方向へ反射される。ま
た、透明板31の透過光が偏光ビームスプリッタ32で二つ
の偏光成分に分離される。偏光ビームスプリッタ32で分
離された光束は、反射式ビームスプリッタ38,39により
空間的に更に二つに分離される。
The reflected light reflected by the surface of the measurement substrate 12 is collimated by the incident lens 30, and a specific polarized component of the reflected light is reflected by the transparent plate 31 toward the matching lens 33. Further, the light transmitted through the transparent plate 31 is separated into two polarization components by the polarization beam splitter 32. The light beams separated by the polarization beam splitter 32 are spatially separated into two by the reflective beam splitters 38 and 39.

【0022】透明板31、偏光ビームスプリッター32、ビ
ームスプリッタ38,39で分離された光は、それぞれ整合
レンズ33,34,35,36,37で光ファイバー40,41,42,
43,44に入射され、分光器50,51,52,53,54,55にて
分光される。前記透明板31,偏光ビームスプリッター3
2,ビームスプリッター38,39、整合レンズ33,34,3
5,36,37で光ファイバー40,41,42,43,44の入射端
側は、適当な方法により受光光学系支持台14に固定され
ている。受光光学系支持台14は、マニュピュレータ13に
より移動可能なように支持され、前記マニュピュレータ
13は後述する制御機71に電気的に接続され制御されてい
る。
The lights separated by the transparent plate 31, the polarization beam splitter 32, and the beam splitters 38, 39 are matched lenses 33, 34, 35, 36, 37 with optical fibers 40, 41, 42, respectively.
It is incident on 43, 44, and is separated by spectroscopes 50, 51, 52, 53, 54, 55. The transparent plate 31, the polarization beam splitter 3
2, beam splitters 38, 39, matching lenses 33, 34, 3
The entrance ends of the optical fibers 40, 41, 42, 43, and 44 of 5, 36, and 37 are fixed to the light receiving optical system support 14 by an appropriate method. The light receiving optical system support 14 is movably supported by the manipulator 13, and the manipulator
13 is electrically connected to and controlled by a controller 71 described later.

【0023】前記分光器50,51,52,53,54から出力さ
れる光は、夫々光検出器60,61,62,63,64で検出され
る。光検出器60〜64の各検出結果は分光器50〜54及び光
検出器60〜64を制御するコントローラ70に入力される。
制御機71は、コントローラ70から入力した計測データを
処理するとともに、コントローラ70による計測を制御す
る。
The lights output from the spectroscopes 50, 51, 52, 53 and 54 are detected by photodetectors 60, 61, 62, 63 and 64, respectively. The detection results of the photodetectors 60 to 64 are input to the spectroscopes 50 to 54 and the controller 70 that controls the photodetectors 60 to 64.
The controller 71 processes the measurement data input from the controller 70 and controls the measurement by the controller 70.

【0024】図1では、計測基板12や光学部品等のため
の支持装置等を示していないが、前記支持装置には一般
的な光学台などの汎用的な方法によるものが用いられ
る。
Although FIG. 1 does not show a supporting device or the like for the measurement substrate 12 and the optical components, a general optical stand or other general-purpose method is used as the supporting device.

【0025】前記光源10には、レーザ光のような高輝度
単色光、白色光、白色光を分光した単色光等、様々なも
のが用いられる。光ファイバー11,40〜44は、偏光保存
等の特別な機能は必要なく、目的とする計測波長に適し
たものであればよい。また、そのファイバー径は細いも
のほど望ましいが、特に制限されない。光源10に単一の
単色光を用いる場合は、分光器50〜54は特に必要はな
い。
As the light source 10, various ones such as high-intensity monochromatic light such as laser light, white light, and monochromatic light obtained by dispersing white light are used. The optical fibers 11 and 40 to 44 do not need to have a special function such as polarization preservation, and may be those suitable for the target measurement wavelength. The fiber diameter is preferably as small as possible, but is not particularly limited. When a single monochromatic light is used as the light source 10, the spectroscopes 50 to 54 are not particularly necessary.

【0026】コリメータレンズ20は、それ以降に用いる
光学部品に適した平行光線を作り出すものであり、光フ
ァイバー等から射出される拡散光を平行光にする。計測
器の構成によっては光ファイバー11又はコリメータレン
ズ20を用いずに光源10から直接拡散光または平行光を射
出するようにも構成できる。
The collimator lens 20 produces parallel light rays suitable for optical components used thereafter, and makes diffused light emitted from an optical fiber or the like into parallel light. Depending on the configuration of the measuring instrument, it is possible to directly emit diffused light or parallel light from the light source 10 without using the optical fiber 11 or the collimator lens 20.

【0027】前記偏光子21は、偏光プリズム等一般的に
用いられるものであればよい。出射レンズ22は、平行光
を計測基板12の表面に集光するものであり、装置構成に
応じて焦点距離を定める。出射レンズ22に入射する光束
が細い場合には、出射レンズ22は用いなくてもよい。入
射レンズ30は、計測基板12の表面から拡散光が反射した
場合に平行にするためのレンズであり、その焦点距離は
装置構成に応じて定める。また、出射レンズ22を用いず
に平行光を用いる場合には、入射レンズ30を用いなくて
もよい。
The polarizer 21 may be a generally used one such as a polarizing prism. The exit lens 22 focuses parallel light on the surface of the measurement substrate 12, and determines the focal length according to the device configuration. If the luminous flux incident on the exit lens 22 is thin, the exit lens 22 may not be used. The incident lens 30 is a lens for making parallel when diffused light is reflected from the surface of the measurement substrate 12, and its focal length is determined according to the device configuration. If parallel light is used without using the exit lens 22, the entrance lens 30 need not be used.

【0028】前記ビームスプリッター38,39は、夫々偏
光ビームスプリッター32で分離された光を空間的に分離
するためのもので2枚の光学平面鏡を張り合わせた形の
ものである。2枚の鏡の張り合せ部の接線のラインを稜
線とした時に、図7(A)に示す如く稜線が反射光の光
軸に垂直となるように配置し、かつ図7(B)の如くビ
ームスプリッター38の稜線とビームスプリッター39の稜
線とのなす角度は、空間的に平行でなければよく、好ま
しくは垂直に近い方が望ましい。
The beam splitters 38 and 39 are for spatially separating the light beams separated by the polarization beam splitter 32, and are formed by laminating two optical plane mirrors. When the tangent line of the bonded portion of the two mirrors is the ridge line, the ridge line is arranged so as to be perpendicular to the optical axis of the reflected light as shown in FIG. 7 (A), and as shown in FIG. 7 (B). The angle formed by the ridgeline of the beam splitter 38 and the ridgeline of the beam splitter 39 need not be spatially parallel, and is preferably close to vertical.

【0029】前記マニュピュレータ13は、制御機71によ
って計算された光軸のずれ量を補正する方向に受光光学
系支持台14全体の取り付け位置を調整するものであり、
ピエゾ素子等を使用することができるが、受光光学系支
持台14の取り付け位置を遠隔操作により調整することが
できれば特に指定はない。
The manipulator 13 adjusts the mounting position of the entire light-receiving optical system support base 14 in a direction to correct the amount of deviation of the optical axis calculated by the controller 71.
Although a piezo element or the like can be used, there is no particular designation as long as the mounting position of the light receiving optical system support 14 can be adjusted by remote control.

【0030】前記透明板31は、その屈折率により決まる
ブリュースター角にて平行光を入射する。透明板31の反
射光は、整合レンズ33により光ファイバー40に入射され
る。透明板31の透過光は、透明板31の方位角に対して異
なる方位角を有する偏光ビームスプリッタ32に規定の角
度で入射される。偏光ビームスプリッター32から射出さ
れる二つの光は、それぞれビームスプリッター38,39に
より更に二つに分離され、一方は整合レンズ34,35によ
り光ファイバー41,42へ入射され、他方は整合レンズ3
6,37により光ファイバー43,44へ入射される。
The transparent plate 31 makes parallel light incident at a Brewster angle determined by its refractive index. The reflected light from the transparent plate 31 is incident on the optical fiber 40 by the matching lens 33. The transmitted light of the transparent plate 31 is incident on the polarization beam splitter 32 having a different azimuth angle with respect to the azimuth angle of the transparent plate 31 at a prescribed angle. The two lights emitted from the polarization beam splitter 32 are further split into two by beam splitters 38 and 39, one of which is incident on optical fibers 41 and 42 by matching lenses 34 and 35, and the other of which is matched lens 3
It is incident on the optical fibers 43 and 44 by 6 and 37.

【0031】光ファイバー40,41,42,43,44に入射し
た光は夫々分光器50,51,52,53,54に入射されて分光
され、さらに光検出器60,61,62,63,64で各偏光強度
が計測される。そして光検出器60,61,62,63,64の各
計測結果がコントローラー70に入力され、コントローラ
ー70にて前記各計測結果を基に計測基板12からの反射光
の偏光状態が計測される。制御機71はコントローラ70か
ら前記偏光状態を示す計測デ−タを入力し、計測基板12
表面の薄膜の膜厚や光学定数を測定するものである。な
お、分光器50〜54の分解能は必要に応じて定める。光源
10に用いる光が単色光である場合は分光器50〜54は必要
ない。光検出器60〜64は、光強度に応じて光電流型、光
子計数型など適切なものを用いる。
The light incident on the optical fibers 40, 41, 42, 43, 44 is incident on the spectroscopes 50, 51, 52, 53, 54, respectively, and is dispersed, and further the photodetectors 60, 61, 62, 63, 64. Each polarization intensity is measured by. The measurement results of the photodetectors 60, 61, 62, 63, 64 are input to the controller 70, and the controller 70 measures the polarization state of the reflected light from the measurement substrate 12 based on the measurement results. The controller 71 inputs the measurement data indicating the polarization state from the controller 70, and the measurement board 12
The film thickness and optical constants of the thin film on the surface are measured. The resolution of the spectroscopes 50 to 54 is set as needed. light source
When the light used for 10 is monochromatic light, the spectroscopes 50 to 54 are not necessary. As the photodetectors 60 to 64, suitable ones such as a photocurrent type and a photon counting type are used according to the light intensity.

【0032】上述したように、上記実施例1では、計測
基板12からの反射光は偏光ビームスプリッター32を通過
した後、ビームスプリッター38により二つの光束a,b
に分離され、夫々の光検出器51,52により光強度Ia ,
Ib を測定する。測定された光強度は制御コンピュータ
ーにて強度差Id =Ia −Ib を計算する。強度差Id
は符号がずれの方向,絶対値がずれの大きさを示してい
る。即ち、符号が正であれば光軸がa側に、負であれば
光軸がb側にずれていることを示している。また、同様
の光強度差をビームスプリッター39によって分離した光
束についても計算する。これらの二つのビームスプリッ
ター38,39は光軸に対して互いに平行でない方位角で設
置しているので、光軸のずれの二次元情報(例えば縦ず
れと横ずれ)として計算することができる。この情報を
もとに補正量を計算し、マニピュレータ13を用いて受光
光学系支持台14の設置位置及び角度を調整することによ
り光軸を調整する。
As described above, in the first embodiment, the reflected light from the measurement substrate 12 passes through the polarization beam splitter 32, and then the beam splitter 38 separates the two light beams a and b.
And the light intensity Ia,
Measure Ib. For the measured light intensity, the intensity difference Id = Ia-Ib is calculated by the control computer. Intensity difference Id
Indicates the direction of deviation of the sign and the magnitude of deviation of the absolute value. That is, if the sign is positive, the optical axis is shifted to the a side, and if the sign is negative, the optical axis is shifted to the b side. Also, the same light intensity difference is calculated for the light flux separated by the beam splitter 39. Since these two beam splitters 38 and 39 are installed at azimuth angles that are not parallel to the optical axis, they can be calculated as two-dimensional information (for example, vertical deviation and lateral deviation) about the deviation of the optical axis. The correction amount is calculated based on this information, and the manipulator 13 is used to adjust the optical axis by adjusting the installation position and angle of the light receiving optical system support 14.

【0033】なお、上記実施例1では、計測時には以下
の操作により従来のエリプソメトリ装置と同じ計測をす
ることができる。即ち、ビームスプリッター38によって
分離された光強度の和Id =Ia +Ib を計算すること
により、図5における光検出器51で検出される光強度と
同じ光強度を得ることができ、また同様の操作を図1の
ビームスプリッター39により分離した光の光強度につい
ても行うことにより、図5の光検出器52で検出される光
強度と同じ光強度を得ることができる。
In the first embodiment, at the time of measurement, the same measurement as that of the conventional ellipsometry device can be performed by the following operation. That is, by calculating the sum Id = Ia + Ib of the light intensities separated by the beam splitter 38, the same light intensity as that detected by the photodetector 51 in FIG. 5 can be obtained, and the same operation is performed. 5 is also performed on the light intensity of the light separated by the beam splitter 39 in FIG. 1, it is possible to obtain the same light intensity as the light intensity detected by the photodetector 52 in FIG.

【0034】(実施例2)図2を参照する。なお、図1
と同部材は同符号を付して説明を省略する。本実施例2
は、実施例1におけるマニピュレータ13を出射光学系支
持台15に取り付けた点を特徴とする。
Example 2 Reference is made to FIG. Note that FIG.
The same members as and are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Example 2
Is characterized in that the manipulator 13 in the first embodiment is attached to the output optical system support 15.

【0035】本実施例2において、光軸のずれ量を導出
するまでの過程は実施例1と同様であるので省略する。
本実施例2によれば、マニピュレータ13を出射光学系支
持台15に取り付けた構成とすることにより、計算された
光軸ずれ量を出射光学系支持台15の補正量として換算
し、マニピュレータ13を用いて出射光学系の設置位置及
び角度を調整することにより光軸を自動的に調整するこ
とができる。即ち、実施例2では、マニピュレータ13を
出射光学系支持台15に取り付けることにより、実施例1
と比べ、より少ない移動量で光軸を調整することができ
る。
In the second embodiment, the process until the deviation amount of the optical axis is derived is the same as that of the first embodiment, and therefore the description thereof is omitted.
According to the second embodiment, the manipulator 13 is attached to the emitting optical system support base 15, so that the calculated optical axis shift amount is converted as a correction amount of the emitting optical system support base 15, and the manipulator 13 is moved. The optical axis can be automatically adjusted by adjusting the installation position and angle of the output optical system. That is, in the second embodiment, the manipulator 13 is attached to the emitting optical system support base 15, so that the first embodiment
Compared with, the optical axis can be adjusted with a smaller movement amount.

【0036】(実施例3)図3を参照する。なお、図1
と同部材は同符号を付して説明を省略する。本実施例3
は、実施例1におけるマニピュレータ13を射出レンズ22
に取り付けた点を特徴とする。
(Embodiment 3) Referring to FIG. Note that FIG.
The same members as and are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Example 3
Is the manipulator 13 in the first embodiment, the injection lens 22
It is characterized by being attached to.

【0037】本実施例3において、光軸のずれ量を導出
するまでの過程は実施例1と同様であるので省略する。
本実施例3によれば、マニピュレータ13を出射レンズ22
に取り付けた構成とすることにより、計算された光軸ず
れ量を出射レンズ22の補正量として換算し、マニピュレ
ータ13を用いて出射レンズ22の設置位置及び角度を調整
することにより光軸を自動的に調整することができる。
即ち、実施例3では、マニピュレータ13を出射レンズ22
に取り付けることによって、実施例1,2と比べ、レン
ズの位置調整のみで光軸を調整することができる。
In the third embodiment, the process until the deviation amount of the optical axis is derived is the same as that of the first embodiment, and therefore the description thereof is omitted.
According to the third embodiment, the manipulator 13 is connected to the exit lens 22.
The optical axis is automatically adjusted by adjusting the installation position and angle of the exit lens 22 using the manipulator 13 by converting the calculated optical axis deviation amount as the correction amount of the exit lens 22 by using the configuration attached to the. Can be adjusted to.
That is, in the third embodiment, the manipulator 13 is connected to the exit lens 22.
The optical axis can be adjusted only by adjusting the position of the lens, as compared with the first and second embodiments.

【0038】(実施例4)図4を参照する。なお、図1
と同部材は同符号を付して説明を省略する。本実施例4
は、実施例1におけるビームスプリッター38,39を凹面
鏡の張り合わせたものに変更した点を特徴とする。
(Embodiment 4) Referring to FIG. Note that FIG.
The same members as and are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Example 4
Is characterized in that the beam splitters 38 and 39 in the first embodiment are changed to those in which concave mirrors are laminated.

【0039】実施例4において、ビームスプリッター38
で分離された光束は、夫々の焦点位置に設置した光ファ
イバー41,42に入射し分光器51,52へと導かれる。又、
ビームスプリッター39で分離された光束も、夫々の焦点
位置に設置した光ファイバー43,44に入射し分光器53,
54へと導かれる。これ以外の動作は、実施例1と同一で
ある。更に、計測試料12の表面から反射してくる光が偏
光ビームスプリッター32で2光束に分離されるまでの過
程も実施例1と同様である。
In the fourth embodiment, the beam splitter 38
The light beams separated by are incident on the optical fibers 41 and 42 installed at the respective focal positions and guided to the spectroscopes 51 and 52. or,
The light beams separated by the beam splitter 39 also enter the optical fibers 43 and 44 installed at the respective focal positions and enter the spectroscope 53,
Guided to 54. The other operations are the same as in the first embodiment. Furthermore, the process until the light reflected from the surface of the measurement sample 12 is split into two light beams by the polarization beam splitter 32 is the same as in the first embodiment.

【0040】実施例4によれば、ビームスプリッター38
で反射した光は凹面鏡の焦点位置で焦点を結び、この焦
点位置に光ファイバ入射光を照射することにより、実施
例1の集光レンズ(図1の符番33〜37)を不要とするこ
とができる。つまり、実施例4では、ビームスプリッタ
ーに凹面鏡型のビームスプリッターを用いることによ
り、実施例1に比べて集光レンズを減らし、光学系の構
成をより簡単にできる。
According to the fourth embodiment, the beam splitter 38
The light reflected by is focused at the focal position of the concave mirror, and by irradiating this focal position with the optical fiber incident light, the condensing lens of the first embodiment (reference numerals 33 to 37 in FIG. 1) is unnecessary. You can That is, in the fourth embodiment, by using a concave mirror type beam splitter as the beam splitter, the number of condenser lenses can be reduced as compared with the first embodiment, and the configuration of the optical system can be simplified.

【0041】なお、本発明は上記実施の形態のみに限定
されず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施でき
る。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be modified and implemented as appropriate without departing from the scope of the invention.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、
料あおりによる光軸ずれの検出及びその補正を自動的に
なし得るエリプソメトリ装置を提供できる。
According to the present invention as described in detail above, trial
Automatically detects optical axis shift due to charge and corrects it
An ellipsometry device that can be used can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1に係るエリプソメトリ装置の
説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram of an ellipsometry device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例2に係るエリプソメトリ装置の
説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram of an ellipsometry device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例3に係るエリプソメトリ装置の
説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an ellipsometry device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例4に係るエリプソメトリ装置の
説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram of an ellipsometry device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】改良されたエリプソメトリ装置の説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram of an improved ellipsometry device.

【図6】従来のエリプソメトリ装置の原理を表す図。FIG. 6 is a diagram showing the principle of a conventional ellipsometry device.

【図7】ビームスプリッターを構成する2枚の鏡の張り
合わせ状態に関する説明図。
FIG. 7 is an explanatory diagram regarding a bonded state of two mirrors that form a beam splitter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…光源、 11,40〜44…光ファイバー、 12…計測基板、 13…マニュピュレータ、 14…受光光学系支持台、 15…出射光学系支持台、 20…コリメータレンズ、 21…偏光子、 22…出射レンズ、 30…入射レンズ、 31…透明板、 32…偏光ビームスプリッター、 33〜37…整合レンズ、 38,39…ビームスプリッター、 50〜54…分光器、 60〜64…光検出器、 70…コントローラー、 71…制御機。 10 ... light source, 11, 40 ~ 44 ... Optical fiber, 12 ... Measuring board, 13 ... manipulator, 14 ... Light receiving optical system support, 15 ... Outgoing optical system support, 20 ... Collimator lens, 21 ... polarizer, 22 ... Emitting lens, 30 ... Incident lens, 31 ... transparent plate, 32 ... Polarizing beam splitter, 33-37 ... Matching lens, 38, 39 ... Beam splitter, 50-54 ... Spectrometer, 60-64 ... Photodetector, 70 ... controller, 71 ... Controller.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−218916(JP,A) 特開 平9−166553(JP,A) 特開 平9−166552(JP,A) 特開 平9−166549(JP,A) 特開 平7−294455(JP,A) 特開 平3−269311(JP,A) 実公 昭57−52946(JP,Y1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 G01J 4/00 - 4/04 PATOLIS─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP 62-218916 (JP, A) JP 9-166553 (JP, A) JP 9-166552 (JP, A) JP 9- 166549 (JP, A) JP-A-7-294455 (JP, A) JP-A-3-269311 (JP, A) Jikho 57-52946 (JP, Y1) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 21/00-21/01 G01N 21/17-21/61 G01J 4/00-4/04 PATOLIS

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 試料からの反射光の偏光状態を計測する
ことにより前記試料の状態を測定するエリプソメトリ装
置において、 光源からの光が導かれる、偏光手段を有した出射光学系
と、この出射光学系で偏光され、試料で反射される反射
光を受光する受光光学系と、この受光光学系が固定され
た受光光学系支持台と、前記受光光学系からの光の強度
を検知する複数の検知手段と、これらの検知手段におけ
る検出結果から前記反射光の偏光状態を計測する計測手
段と、この計測手段に電気的に接続され、該計測手段か
らの偏光状態を示す計測データを入力し、試料表面の薄
膜の膜厚及び光学定数を測定する制御機と、この制御機
によって計算された光軸のずれ量を補正する方向に受光
光学系支持台全体の取り付け位置を調整するマニュピュ
レータとを具備し、 前記受光光学系は試料から反射された光を2つの偏光成
分に分離する偏光ビームスプリッター及び該偏光ビーム
スプリッターで分離された2つの光束をさらに夫々2つ
に分離する2つの反射式ビームスプリッターとを有し、
2組、計4つに分離した夫々の光束の光強度を前記検知
手段により検知して各組毎に光強度の差を求め、その符
号により光軸のずれの方向を、その絶対値により光軸の
ずれの大きさを求めることを特徴とするエリプソメトリ
装置。
1. An ellipsometry device for measuring the state of a sample by measuring the polarization state of reflected light from the sample, and an emission optical system having a polarization means, through which light from a light source is introduced, and an emission optical system. The light receiving optical system that receives the reflected light that is polarized by the optical system and reflected by the sample, the light receiving optical system support base to which the light receiving optical system is fixed, and the intensity of the light from the light receiving optical system are shown. A plurality of detecting means for detecting, a measuring means for measuring the polarization state of the reflected light from the detection results of these detecting means, and measurement data electrically connected to the measuring means and showing the polarization state from the measuring means. To adjust the film thickness and optical constants of the thin film on the sample surface, and adjust the mounting position of the entire light-receiving optical system support in the direction to correct the optical axis deviation calculated by this controller. Manipure Chromatography; and a motor, the light receiving optical system is separated into two more people each two light beams separated by the polarizing beam splitter and polarization beam splitter for separating the light reflected from the sample into two polarization components 2 With two reflective beam splitters,
The light intensity of each light flux separated into two sets, that is, four sets in total, is detected by the detection means to obtain the difference in light intensity for each set, and the direction of the deviation of the optical axis is determined by the sign, and the light is detected by the absolute value. An ellipsometry device, which is characterized by determining the magnitude of axis deviation.
【請求項2】 前記調整手段が前記受光光学系に設置さ
れていることを特徴とする請求項1記載のエリプソメト
リ装置。
2. The ellipsometry apparatus according to claim 1, wherein the adjusting means is installed in the light receiving optical system.
【請求項3】 前記調整手段が前記出射光学系に設置さ
れていることを特徴とする請求項1記載のエリプソメト
リ装置。
3. The ellipsometry apparatus according to claim 1, wherein the adjusting means is installed in the emission optical system.
【請求項4】 前記出射光学系が偏光された光を試料に
照射する出射レンズを有し、この出射レンズに前記調整
手段が設置されていることを特徴とする請求項1記載の
エリプソメトリ装置。
4. The ellipsometry apparatus according to claim 1, wherein the exit optical system has an exit lens for irradiating the sample with polarized light, and the adjusting means is installed in the exit lens. .
【請求項5】 前記反射式ビームスプリッターが凹面鏡
型のビームスプリッターであることを特徴とする請求項
1記載のエリプソメトリ装置。
5. The ellipsometry device according to claim 1, wherein the reflection type beam splitter is a concave mirror type beam splitter.
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