JP6523558B2 - 透明基板を備えた薄膜の測定装置およびその測定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、薄膜の測定装置およびその測定方法に関し、特に、透明基板上の薄膜を測定するための装置およびその測定方法に関する。
薄膜は、プラスチック、接着剤、ゴムまたは他の材料で作られた薄くて柔らかい透明なシートである。それらは、電子機器、機械、包装、印刷および他の用途に広範に使用されている。薄膜は、クリーンルームの清浄度が不十分であるとか、生産ラインのローラーの欠陥などのような、実際の製造から生じるいくつかの問題のために、品質が損なわれる可能性がある。そのような問題が、製造された膜の品質が劣ることを除いて、適時に特定され対処されない場合、それらは、膜が使用される産業への損失につながる可能性がある。中国では、薄膜市場における競争がますます激しくなっており、ますます厳しい要求が薄膜の品質に課されている。従来の人間の目の検査は、現在の高速製造工程の極めて高い要求には程遠い。これに関連して、産業発展のためのニーズを満たすために、マシンビジョン検査は、薄膜表面の欠陥を検出するための代替解決策となる傾向がある。
従来、反射率計またはエリプソメータが通常使用される不透明な基板上の薄膜の検査技術が確立されている。しかしながら、このような従来技術は、透明基板上の薄膜の検査には適していない。従来技術では、光路内に順次配置された、光源、光学素子、ビームスプリッタ、対物レンズ、測定される対象物、及びその対象物を搬送するステージとを有する薄膜検査装置が開示されている。ビームスプリッタに順次受光素子と視覚検出器が接続され、視覚検出器と光学素子に接続されたプロセッサが設けられている。この装置は、光源が３６０°の範囲で変化する入射角で平面入射光を提供する角度スペクトラム方式を採用している。光学素子は、反射光強度を測定し、測定データをプロセッサに供給するための二次元ＣＣＤ(Charge Coupled Device)アレイを含み、これに基づいて、プロセッサが対象物の検査結果を計算する。しかしながら、透明基板上の対象物の場合、透明基板は、不可避的に反射光に影響を及ぼし、検査結果に影響を及ぼす。図１に示すように、透明基板８２からの反射光８１は、透明薄膜８３からの反射光８４と共に、対物レンズ８５に入射し、そして、対物レンズ８５により対物レンズの後焦点面８６に屈折される。透明基板８２からの反射光８１が、後続の画像とのデータ転送の前に除去されない場合、それは透明薄膜８３の検査を不正確に行うこととなる。従って、この装置は、透明基板上の薄膜の厚さを測定することができない。
従来技術に開示されている他の解決法では、照明光は、透明基板から反射される干渉光を低減するために小さな角度で入射される。さらに別の従来の解決法は、斜めに入射する照明光と、単一の波長の光に対する反射率が様々な入射角および方位角で測定される角度スペクトル法を利用する。薄膜の所望のパラメータを得るために測定値が平均化される。しかしながら、これらの解決策のいずれもが、透明基板から反射された光からの干渉から完全に免れるものではない。したがって、これらは正確な結果を得ることができない。
そのため、透明基板上の薄膜の膜厚や光学定数を正確に測定することは、解決の必要な課題として残る。
上記課題を解決するために、本発明は、透明基板から反射された干渉光を除去して透明基板上の薄膜を正確に測定することができる装置及び方法を提案する。
この目的のために、提案された装置は、光の伝搬方向に沿って順次配置された、光源、コリメータレンズ、フィルタ、偏光子、ビームスプリッタ及び対物レンズを有し、前記ビームスプリッタは、平面アレイ検出器及びプロセッサに接続され、前記光源によって放出された照明光は、前記コリメータレンズ、前記フィルタ、前記偏光子、前記ビームスプリッタ及び前記対物レンズを順次通過し、それによって前記透明基板上の前記薄膜上に入射する測定光を形成し、前記対物レンズ及び前記ビームスプリッタは、前記透明基板上の前記薄膜から反射された光を集光し、前記平面アレイ検出器及び前記プロセッサは、前記集光された反射光に基づいて前記透明基板上の前記薄膜の物理的パラメータを測定し、前記測定装置は、前記測定中に前記透明基板から反射された干渉光を遮断するように構成された絞りをさらに備える。
任意選択で、前記絞りは、前記対物レンズの後焦点面に配置されてもよい。
前記絞りは、下記のように算出される直径Ｌ１を有してもよく、
ＮＡ＿ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｃｅは、前記薄膜から反射される干渉光の最大開口数を表し、ＮＡ＿ｏｂｊｅｃｔｉｖｅは、前記対物レンズの最大開口数であり、Ｌ２は前記対物レンズの前記後焦点面の直径であり、ｎは前記透明基板の屈折率であり、ｈは前記透明基板の厚さであり、θ１は前記透明基板内での前記測定光の屈折角であり、Ｌ３は前記対物レンズの最大視野の直径であり、Ｌ４は前記測定中における前記光源の照明フィールドの直径である。
任意選択で、前記絞りは、前記光源が環状照明を提供するように、前記光源の照明光路の瞳面の共役面に配置される、または、前記絞りは、前記コリメータレンズの瞳面の共役面に配置される。Ｌ１と表される前記絞りの前記直径は、下記のように算出され、
ＮＡ＿ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｃｅは、前記薄膜から反射される干渉光の最大開口数を表し、ＮＡ＿ｏｂｊｅｃｔｉｖｅは、前記対物レンズの最大開口数であり、Ｌ２は前記対物レンズの前記後焦点面の直径であり、ｎは前記透明基板の屈折率であり、ｈは前記透明基板の厚さであり、θ１は前記透明基板内での前記測定光の屈折角であり、Ｌ３は前記対物レンズの最大視野の直径であり、Ｌ４は前記測定中における前記光源の照明フィールドの直径であり、ｋは倍率係数でもよい。
好ましくは、前記絞りは、複数のサブ絞りを有する調整可能な絞りでもよい。
好ましくは、前記光源は、ハロゲンランプまたはキセノンランプでもよい。
好ましくは、前記フィルタは、狭帯域フィルタでもよい。
好ましくは、前記偏光子は、偏光板または偏光プリズムでもよい。
好ましくは、前記ビームスプリッタは、直角分割プリズムまたはハーフシルバーミラーでもよい。
好ましくは、前記平面アレイ検出器は、電荷結合素子検出器または相補型金属酸化膜半導体検出器でもよい。
本発明はまた、透明基板上の薄膜の物理的パラメータを測定する方法であって、
（１）光の伝搬方向に沿って順次配置された、光源、コリメータレンズ、フィルタ、偏光子、ビームスプリッタ、対物レンズ及び前記対物レンズの後焦点面に配置された絞りを有する前記透明基板上の前記薄膜を測定するための測定装置を準備するステップと、
（２）前記コリメータレンズ、前記フィルタ及び前記偏光子を順次通過し、平面アレイ検出器及びプロセッサが接続された前記ビームスプリッタによって反射される照明光を前記光源によって提供するステップと、
（３）ステップ（２）で得られた前記反射光を前記対物レンズに通過させて測定光を形成し、前記透明基板上の前記薄膜上に前記測定光を入射させるステップと、
（４）前記透明基板上の前記薄膜からの反射光を前記対物レンズの前記後焦点面上で収束するステップと、前記透明基板から反射された干渉光を前記絞りによって遮断するステップと、前記ビームスプリッタによって遮断されていない反射光の前記平面アレイ検出器への反射によって画像を形成し、前記画像の信号を前記プロセッサに供給するステップと、
（５）前記平面アレイ検出器からフィードバックされた前記画像の前記信号を処理することによって、前記薄膜の前記物理的パラメータの測定を前記プロセッサによって行うステップと、
を含む、測定方法を提供する。
（１）光の伝搬方向に沿って順次配置された、光源、コリメータレンズ、フィルタ、偏光子、ビームスプリッタ、対物レンズ及び前記対物レンズの後焦点面に配置された絞りを有する前記透明基板上の前記薄膜を測定するための測定装置を準備するステップと、
（２）前記コリメータレンズ、前記フィルタ及び前記偏光子を順次通過し、平面アレイ検出器及びプロセッサが接続された前記ビームスプリッタによって反射される照明光を前記光源によって提供するステップと、
（３）ステップ（２）で得られた前記反射光を前記対物レンズに通過させて測定光を形成し、前記透明基板上の前記薄膜上に前記測定光を入射させるステップと、
（４）前記透明基板上の前記薄膜からの反射光を前記対物レンズの前記後焦点面上で収束するステップと、前記透明基板から反射された干渉光を前記絞りによって遮断するステップと、前記ビームスプリッタによって遮断されていない反射光の前記平面アレイ検出器への反射によって画像を形成し、前記画像の信号を前記プロセッサに供給するステップと、
（５）前記平面アレイ検出器からフィードバックされた前記画像の前記信号を処理することによって、前記薄膜の前記物理的パラメータの測定を前記プロセッサによって行うステップと、
を含む、測定方法を提供する。
好ましくは、前記薄膜の前記物理的パラメータの前記測定は、前記透明基板の厚さ、前記対物レンズの視野の直径、測定中の前記光源の照明フィールドの直径、及び前記絞りの直径に基づいて、前記透明基板からの前記反射光によって干渉された前記薄膜からの散乱光の角度スペクトル信号をフィルタリングすることによって行われてもよい。
好ましくは、Ｌ１と表される前記絞りの前記直径は、下記のように算出され、
ＮＡ＿ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｃｅは、前記薄膜から反射される干渉光の最大開口数を表し、ＮＡ＿ｏｂｊｅｃｔｉｖｅは、前記対物レンズの最大開口数であり、Ｌ２は前記対物レンズの前記後焦点面の直径であり、ｎは前記透明基板の屈折率であり、ｈは前記透明基板の厚さであり、θ１は前記透明基板内での前記測定光の屈折角であり、Ｌ３は前記対物レンズの最大視野の直径であり、Ｌ４は前記測定中における前記光源の照明フィールドの直径でもよい。
本発明はまた、透明基板上の薄膜の物理的パラメータを測定する別の方法であって、
（１）光の伝搬方向に沿って順次配置された、光源、前記光源の照明光路の瞳面の共役面に配置された絞り、コリメータレンズ、フィルタ、偏光子、ビームスプリッタ、及び対物レンズを有する前記透過基板上の前記薄膜を測定するための測定装置を準備するステップと、
（２）前記絞りによって入射角の小さい成分が遮断され、入射角の大きい成分が通過する照明光の前記光源によって、前記コリメータレンズ、前記フィルタ、及び前記偏光子を順次通過する環状の照明光が得られ、平面アレイ検出器及びプロセッサが接続された前記ビームスプリッタによって反射されるステップと、
（３）ステップ（２）で得られた前記反射光を前記対物レンズに通過させて測定光を形成し、前記透明基板上の前記薄膜上に前記測定光を入射させ、小さな角度で入射する前記照明光の成分の反射から生じる干渉光信号の集束を回避するステップと、
（４）前記透明基板上の前記薄膜によって反射された光を前記対物レンズを通して同じ角度で通過させ、前記ビームスプリッタによる前記平面アレイ検出器への反射によって画像を形成し、前記画像の信号を前記プロセッサに供給するステップと、
（５）前記平面アレイ検出器からフィードバックされた前記画像の前記信号を処理することによって、前記薄膜の前記物理的パラメータの測定を前記プロセッサによって行うステップと、
を含む、測定方法を提供する。
（１）光の伝搬方向に沿って順次配置された、光源、前記光源の照明光路の瞳面の共役面に配置された絞り、コリメータレンズ、フィルタ、偏光子、ビームスプリッタ、及び対物レンズを有する前記透過基板上の前記薄膜を測定するための測定装置を準備するステップと、
（２）前記絞りによって入射角の小さい成分が遮断され、入射角の大きい成分が通過する照明光の前記光源によって、前記コリメータレンズ、前記フィルタ、及び前記偏光子を順次通過する環状の照明光が得られ、平面アレイ検出器及びプロセッサが接続された前記ビームスプリッタによって反射されるステップと、
（３）ステップ（２）で得られた前記反射光を前記対物レンズに通過させて測定光を形成し、前記透明基板上の前記薄膜上に前記測定光を入射させ、小さな角度で入射する前記照明光の成分の反射から生じる干渉光信号の集束を回避するステップと、
（４）前記透明基板上の前記薄膜によって反射された光を前記対物レンズを通して同じ角度で通過させ、前記ビームスプリッタによる前記平面アレイ検出器への反射によって画像を形成し、前記画像の信号を前記プロセッサに供給するステップと、
（５）前記平面アレイ検出器からフィードバックされた前記画像の前記信号を処理することによって、前記薄膜の前記物理的パラメータの測定を前記プロセッサによって行うステップと、
を含む、測定方法を提供する。
好ましくは、前記薄膜の前記物理的パラメータの前記測定は、前記透明基板の厚さ、前記対物レンズの視野の直径、測定中の前記光源の照明フィールドの直径、及び前記絞りの直径に基づいて、前記透明基板からの前記反射光によって干渉された前記薄膜からの散乱光の角度スペクトル信号をフィルタリングすることによって行われてもよい。
好ましくは、Ｌ１と表される前記絞りの前記直径は、下記のように算出され、
ＮＡ＿ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｃｅは、前記薄膜から反射される干渉光の最大開口数を表し、ＮＡ＿ｏｂｊｅｃｔｉｖｅは、前記対物レンズの最大開口数であり、Ｌ２は前記対物レンズの前記後焦点面の直径であり、ｎは前記透明基板の屈折率であり、ｈは前記透明基板の厚さであり、θ１は前記透明基板内での前記測定光の屈折角であり、Ｌ３は前記対物レンズの最大視野の直径であり、Ｌ４は前記測定中における前記光源の照明フィールドの直径であり、ｋは倍率係数でもよい。
好ましくは、前記絞りは、調整可能な絞りでもよい。
従来技術と比較して、本発明は、透明基板から反射された光によって小さな角度で入射した光に起因する反射光の一部が、透明基板の厚さ、対物レンズの大きさ、照明フィールドの大きさに基づいて式によって計算された適正な直径の絞りによって遮断されると共に、残りの反射光が画像を形成し、それが薄膜の厚さおよび薄膜の関連する光学データの計算のためにデータプロセッサに送られるという利点を有する。従って、本発明の装置は、異なる薄膜に対して異なる絞りの設計、簡単な操作および正確な測定を可能にする。
図１において、８０は入射光、８１は基板からの反射光、８２は透明基板、８３は透明薄膜、８４は透明薄膜からの反射光、８５は対物レンズ、８６は対物レンズの後焦点面である。
また、図２から図６において、１は光源、２はコリメータレンズ、３はフィルタ、４は偏光子、５はビームスプリッタ、６は第１絞り、７は対物レンズ、８は測定される対象物、９は対象物を搬送するステージ、１０ａは入射光、１０ｂは反射光、１１は平面アレイ検出器、１２は対物レンズの後焦点面、１３はプロセッサ、１４は照明光路の瞳面の共役面、１５は第２絞り、１６は第３絞り、９１は被測定薄膜、９２は測定系における対物レンズの視野、９３は光学系の照明フィールド、９４は基板、９５は基板に所定の角度で入射して反射した光、９６は対物レンズの後焦点面、９７は対物レンズ、θ１は屈折角である。
以下、本発明の具体的な実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明することにより、本発明の上記目的、特徴、及び利点をより明らかにする。
（実施形態１）
図２は、本発明による透明基板上の薄膜を測定するための装置を示し、この装置は、光の伝搬方向に沿って順次配置された、光源１、コリメータレンズ２、フィルタ３、偏光子４、ビームスプリッタ５及び対物レンズ７を有する。ステージ９には、測定される対象物８、すなわち、透明基板上に薄膜が載置される。ビームスプリッタ５には、平面アレイ検出器１１とプロセッサ１３とが順次接続される。この装置はさらに、測定中に透明基板から反射された干渉光を遮断するための第１絞り６を有する。
図２は、本発明による透明基板上の薄膜を測定するための装置を示し、この装置は、光の伝搬方向に沿って順次配置された、光源１、コリメータレンズ２、フィルタ３、偏光子４、ビームスプリッタ５及び対物レンズ７を有する。ステージ９には、測定される対象物８、すなわち、透明基板上に薄膜が載置される。ビームスプリッタ５には、平面アレイ検出器１１とプロセッサ１３とが順次接続される。この装置はさらに、測定中に透明基板から反射された干渉光を遮断するための第１絞り６を有する。
好ましくは、図３において、ｈは基板９４の厚さを示し、ｎは基板９４の屈折率、Ｌ４は光学系の照明フィールド９３の直径、Ｌ３は測定系における対物レンズの視野９２の最大の直径、Ｌ２は対物レンズの後焦点面９６の直径である。この図から分かるように、屈折角θ１は、下式の様に示される。
対物レンズ９７によって受けることが可能な最大開口数は、下式によって得られる。
従って、第１絞り６の直径Ｌ１は、下式のように計算できる。
ここで、ＮＡ＿ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｃｅは透明薄膜から反射される干渉光の最大開口数、すなわち、対物レンズ９７で受光するための最大開口数であり、ＮＡ＿ｏｂｊｅｃｔｉｖｅは対物レンズ９７で受光可能な最大開口数である。従って、実際の使用において、第１絞り６は、基板９４の厚さ、光学系の照明フィールド９３の直径Ｌ４および他のデータに基づいて、大きさを決定することができる。さらに、第１絞り６の大きさは、光源１を調整することによって変更することができる。
ここで、透明薄膜から反射される干渉光とは、薄膜から反射された光と透明基板から反射された光の両方を含む光のことをいう。
好ましくは、光源１は、ハロゲンランプまたはキセノンランプである。
好ましくは、フィルタ３は、例えば７８０ｎｍ（ナノメートル）、６３３ｎｍ、５５０ｎｍ、４４１ｎｍまたは３６０ｎｍの波長の光を通過させる狭帯域フィルタである。
好ましくは、偏光子４は、偏光板または偏光プリズムである。
好ましくは、ビームスプリッタ５は、直角分割プリズムまたはハーフシルバーミラーである。
好ましくは、平面アレイ検出器１１は、フィルタ３を出る光に対して充分に応答する電荷結合素子（ＣＣＤ(Charge-Coupled Device)）検出器または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)）検出器である。
好ましくは、第１絞り６は、対物レンズの後焦点面１２に配置される。
また、本発明は、上記の装置を用いて透明基板上の薄膜を測定する方法を提供する。この方法は、以下のステップを含む。
ステップ１では、ステージ９上に載置された測定される対象物８、すなわち、透明基板上の薄膜が準備される。
ステップ２では、光源１は、コリメータレンズ２、フィルタ３及び偏光子４を順次通過した照明光を提供し、それは、ビームスプリッタ５で反射される。
ステップ３では、ステップ２で得られた反射光が対物レンズ７を通過して対象物８に入射する（これ以降、この入射光を入射光１０ａとする）。対物レンズ７は開口数が大きく、入射光はある収束角度で対象物８上に集光され、小さな照明光スポットを形成する。
ステップ４では、対象物８から同じ角度で反射された光１０ｂは、透明基板からの干渉散乱光が第１絞り６によって遮断された状態で、対物レンズ７の後焦点面１２に収束され、膜から反射された光のみがビームスプリッタ５によって平面アレイ検出器１１上に反射される。この検出器はこの対象物の画像を形成し、この画像のデータをプロセッサ１３に供給する。
図１に示すように、透明基板上の膜に入射した光束８０は、膜によって反射されて多重反射光束８４を形成し、透明基板で反射されて反射光束８１を形成し、それは同じ角度で進行し、反射光束８４として反射される。上記ステップ４の説明で用いた「同じ角度で反射した光」という用語は、同じ角度で進行する反射光束８４及び反射光束８１を指す。
第１絞り６の大きさは、基板９４の厚さと光学系の照明フィールド９３の直径Ｌ４とに基づいて、下式によって決定される。
Ｌ１は、第１絞り６の大きさであり、ｈは基板９４の厚さであり、ｎは基板９４の屈折率であり、Ｌ４は光学系の照明フィールド９３の直径であり、Ｌ３は測定系内の対物レンズの視野９２の最大の直径であり、Ｌ２は対物レンズの後焦点面９６の直径である。
ステップ５では、プロセッサ１３は、平面アレイ検出器１１からの画像信号を処理し、プロセッサ１３は、残りの反射光の角度スペクトル信号をシミュレーションデータと比較して、対象物８の薄膜の物理的パラメータを逆算する。本実施形態では、物理的パラメータは、薄膜の厚さおよび／または光学定数に関する情報を含む。
（実施形態２）
図４に示すように、本実施形態は、対物レンズ７の後焦点面に配置された第１絞り６が取り除かれ、代わりに第２絞り１５が照明光路の瞳面の共役面１４に配置されている点が実施形態１とは異なる。第２絞り１５は、ｋ１×Ｌ１の直径を有し、ここで、ｋ１は、特に、対物レンズの瞳面と絞り１５との間の倍率係数とし、実施形態１と同様にＬ１が算出されるので、簡単の為、再度の説明はしない。第２絞り１５は、より小さな角度で入射する光を除去することによって環状照明を可能にする。その結果、対物レンズ７により集光された光信号は、全て対象物８からのものであり、透明基板からの光によって干渉されることはない。加えて、環状照明はまた、光路内の迷光の制御を容易にするので、より高い信号対雑音比を達成する。
図４に示すように、本実施形態は、対物レンズ７の後焦点面に配置された第１絞り６が取り除かれ、代わりに第２絞り１５が照明光路の瞳面の共役面１４に配置されている点が実施形態１とは異なる。第２絞り１５は、ｋ１×Ｌ１の直径を有し、ここで、ｋ１は、特に、対物レンズの瞳面と絞り１５との間の倍率係数とし、実施形態１と同様にＬ１が算出されるので、簡単の為、再度の説明はしない。第２絞り１５は、より小さな角度で入射する光を除去することによって環状照明を可能にする。その結果、対物レンズ７により集光された光信号は、全て対象物８からのものであり、透明基板からの光によって干渉されることはない。加えて、環状照明はまた、光路内の迷光の制御を容易にするので、より高い信号対雑音比を達成する。
ここで、小さい方の角度とは、光が薄膜の表面に入射する角度を指し、例えば図１の光８０を指す。光学系の固有の特性のために、光８０がより小さい角度で入射する場合、薄膜からの反射光８４および透明基板からの反射光８１は、両方とも対物レンズによって集められる。（このことは、本発明では望ましくなく、薄膜からの反射光８４のみが必要である）。従って、そのような角度で入射する光を除去する必要がある。実際の光学系では、光が薄膜に入射するそれぞれの角度は、対物レンズの瞳面内のそれぞれの位置に対応する。従って、ある範囲内の小さな角度で入射する光の除去は、対物レンズの瞳面の対応する領域を遮蔽することによって達成できる。遮蔽される特定領域は、上記の式から導き出すことができる。
（実施の形態３）
図５に示すように、本実施形態は、対物レンズ７の後焦点面に配置された第１絞り６が取り除かれ、代わりに第３絞り１６がコリメータレンズ２の瞳面の共益面１４に配置されている点が実施形態１とは異なる。第３絞り１６は、調整可能であり、ｋ２×Ｌ１の直径を有し、ここで、ｋ２は倍率係数を表す。本実施形態では、第３絞り１６は、一連の異なる大きさのサブ絞り１６０から構成される（実際の試験で必要性に応じて、大きさは選択される）。ｋ２は実施形態２のｋ１と同じでもよいし、例えば、対物レンズの瞳面と絞り１６との間の倍率であってもよい。実施形態１と同様にＬ１が算出されるので、簡単の為、再度の説明はしない。このように、実際の動作では、試験装置に従って適切なサブ絞りを選択するか、またはその遮光部分を構成することができる。図６を参照すると、第３絞り１６のそれぞれのサブ絞りは、図中の黒色の領域として示される遮光部と、図中の白い領域として示される光透過部とを有する。第３絞り１６を回転させることによってサブ絞りのうちの適切な１つを選択するか、または選択されたサブ絞りの遮光部を適切に調整することにより、実用的な必要性を満たすことができる光源１の環状照明パターンが得られる。このようにして、対象物８が、対象物８の下の透明基板から反射された光によって干渉されずに、対物レンズ７によって集められた信号に基づいて測定されるように、小さな角度で入射する光は、実際の動作条件にしたがって直接的に除去される。
図５に示すように、本実施形態は、対物レンズ７の後焦点面に配置された第１絞り６が取り除かれ、代わりに第３絞り１６がコリメータレンズ２の瞳面の共益面１４に配置されている点が実施形態１とは異なる。第３絞り１６は、調整可能であり、ｋ２×Ｌ１の直径を有し、ここで、ｋ２は倍率係数を表す。本実施形態では、第３絞り１６は、一連の異なる大きさのサブ絞り１６０から構成される（実際の試験で必要性に応じて、大きさは選択される）。ｋ２は実施形態２のｋ１と同じでもよいし、例えば、対物レンズの瞳面と絞り１６との間の倍率であってもよい。実施形態１と同様にＬ１が算出されるので、簡単の為、再度の説明はしない。このように、実際の動作では、試験装置に従って適切なサブ絞りを選択するか、またはその遮光部分を構成することができる。図６を参照すると、第３絞り１６のそれぞれのサブ絞りは、図中の黒色の領域として示される遮光部と、図中の白い領域として示される光透過部とを有する。第３絞り１６を回転させることによってサブ絞りのうちの適切な１つを選択するか、または選択されたサブ絞りの遮光部を適切に調整することにより、実用的な必要性を満たすことができる光源１の環状照明パターンが得られる。このようにして、対象物８が、対象物８の下の透明基板から反射された光によって干渉されずに、対物レンズ７によって集められた信号に基づいて測定されるように、小さな角度で入射する光は、実際の動作条件にしたがって直接的に除去される。
ここで、小さい方の角度とは、光が薄膜の表面に入射する角度を指し、例えば図１の光８０を指す。光学系の固有の特性のために、光８０がより小さい角度で入射する場合、薄膜からの反射光８４および透明基板からの反射光８１は、両方とも対物レンズによって集められる。（このことは、本発明では望ましくなく、薄膜からの反射光８４のみが必要である）。従って、そのような角度で入射する光を除去する必要がある。実際の光学系では、光が薄膜に入射するそれぞれの角度は、対物レンズの瞳面内のそれぞれの位置に対応する。従って、ある範囲内の小さな角度で入射する光の除去は、対物レンズの瞳面の対応する領域を遮蔽することによって達成できる。遮蔽される特定領域は、上記の式から導き出すことができる。
当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明に対して様々な変更および変形を行うことができることは明らかである。従って、添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内にある場合、そのような変更および変形のすべてが本発明の範囲に包含されることが意図される。
１ 光源
２ コリメータレンズ
３ フィルタ
４ 偏光子
５ ビームスプリッタ
６ 第１絞り
７ 対物レンズ
８ 対象物
９ ステージ
１０ａ 入射光
１０ｂ 反射光
１１ 平面アレイ検出器
１２ 対物レンズの後焦点面
１３ プロセッサ
１４ 照明光路の瞳面の共役面
１５ 第２絞り
１６ 第３絞り
１６０ サブ絞り
８０ 入射光
８１ 透明基板からの反射光
８２ 透明基板
８３ 透明薄膜
８４ 透明薄膜からの反射光
８５ 対物レンズ
８６ 対物レンズの後焦点面
９１ 被測定薄膜
９２ 対物レンズの視野
９３ 照明フィールド
９４ 基板
９５ 反射した光
９６ 対物レンズの後焦点面
９７ 対物レンズ
Ｌ１ 絞りの直径
Ｌ２ 対物レンズの後焦点面の直径
Ｌ３ 対物レンズの視野の直径
Ｌ４ 光源の照明フィールドの直径
ｎ 透明基板の屈折率
ｈ 透明基板の厚さ
ｋ 倍率係数
θ１ 屈折角
２ コリメータレンズ
３ フィルタ
４ 偏光子
５ ビームスプリッタ
６ 第１絞り
７ 対物レンズ
８ 対象物
９ ステージ
１０ａ 入射光
１０ｂ 反射光
１１ 平面アレイ検出器
１２ 対物レンズの後焦点面
１３ プロセッサ
１４ 照明光路の瞳面の共役面
１５ 第２絞り
１６ 第３絞り
１６０ サブ絞り
８０ 入射光
８１ 透明基板からの反射光
８２ 透明基板
８３ 透明薄膜
８４ 透明薄膜からの反射光
８５ 対物レンズ
８６ 対物レンズの後焦点面
９１ 被測定薄膜
９２ 対物レンズの視野
９３ 照明フィールド
９４ 基板
９５ 反射した光
９６ 対物レンズの後焦点面
９７ 対物レンズ
Ｌ１ 絞りの直径
Ｌ２ 対物レンズの後焦点面の直径
Ｌ３ 対物レンズの視野の直径
Ｌ４ 光源の照明フィールドの直径
ｎ 透明基板の屈折率
ｈ 透明基板の厚さ
ｋ 倍率係数
θ１ 屈折角
Claims (12)
- 透明基板上の薄膜を測定するための測定装置であって、
光の伝搬方向に沿って順次配置された、光源、コリメータレンズ、フィルタ、偏光子、ビームスプリッタ及び対物レンズを備え、
前記ビームスプリッタは、平面アレイ検出器及びプロセッサに接続され、
前記光源によって放出された照明光は、前記コリメータレンズ、前記フィルタ、前記偏光子、前記ビームスプリッタ及び前記対物レンズを順次通過し、
それによって前記透明基板上の前記薄膜上に入射する測定光を形成し、
前記対物レンズ及び前記ビームスプリッタは、前記透明基板上の前記薄膜から反射された光を集光し、
前記平面アレイ検出器及び前記プロセッサは、前記集光された反射光に基づいて前記透明基板上の前記薄膜の物理的パラメータを測定し、
前記測定装置は、前記測定中に前記透明基板から反射された干渉光を遮断するように構成された絞りをさらに備え、
前記絞りは、前記対物レンズの後焦点面に配置される、
測定装置。 - 前記絞りは、下記のように算出される直径Ｌ１を有し、
ＮＡ＿ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｃｅは、前記薄膜から反射される干渉光の最大開口数を表し、ＮＡ＿ｏｂｊｅｃｔｉｖｅは、前記対物レンズの最大開口数であり、Ｌ２は前記対物レンズの前記後焦点面の直径であり、ｎは前記透明基板の屈折率であり、ｈは前記透明基板の厚さであり、θ１は前記透明基板内での前記測定光の屈折角であり、Ｌ３は前記対物レンズの最大視野の直径であり、Ｌ４は前記測定中における前記光源の照明フィールドの直径である、
請求項１に記載の測定装置。 - 前記光源は、ハロゲンランプまたはキセノンランプである、
請求項１に記載の測定装置。 - 前記フィルタは、狭帯域フィルタである、
請求項１に記載の測定装置。 - 前記偏光子は、偏光板または偏光プリズムである、
請求項１に記載の測定装置。 - 前記ビームスプリッタは、直角分割プリズムまたはハーフシルバーミラーである、
請求項１に記載の測定装置。 - 前記平面アレイ検出器は、電荷結合素子検出器または相補型金属酸化膜半導体検出器である、
請求項１に記載の測定装置。 - 透明基板上の薄膜の物理的パラメータを測定する測定方法であって、
（１）光の伝搬方向に沿って順次配置された、光源、コリメータレンズ、フィルタ、偏光子、ビームスプリッタ、対物レンズ及び前記対物レンズの後焦点面に配置された絞りを備えた前記透明基板上の前記薄膜を測定するための測定装置を準備するステップと、
（２）前記コリメータレンズ、前記フィルタ及び前記偏光子を順次通過し、平面アレイ検出器及びプロセッサが接続された前記ビームスプリッタによって反射される照明光を前記光源によって提供するステップと、
（３）ステップ（２）で得られた前記反射光を前記対物レンズに通過させて測定光を形成し、前記透明基板上の前記薄膜上に前記測定光を入射させるステップと、
（４）前記透明基板上の前記薄膜からの反射光を前記対物レンズの前記後焦点面上で収束するステップと、前記透明基板から反射された干渉光を前記絞りによって遮断するステップと、前記ビームスプリッタによって遮断されていない反射光の前記平面アレイ検出器への反射によって画像を形成し、前記画像の信号を前記プロセッサに供給するステップと、
（５）前記平面アレイ検出器からフィードバックされた前記画像の前記信号を処理することによって、前記薄膜の前記物理的パラメータの測定を前記プロセッサによって行うステップと、
を備える、測定方法。 - 前記薄膜の前記物理的パラメータの前記測定は、前記透明基板の厚さ、前記対物レンズの視野の直径、測定中の前記光源の照明フィールドの直径、及び前記絞りの直径に基づいて、前記透明基板からの前記反射光によって干渉された前記薄膜からの散乱光の角度スペクトル信号をフィルタリングすることによって行われる、
請求項８に記載の測定方法。 - Ｌ１と表される前記絞りの前記直径は、下記のように算出され、
ＮＡ＿ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｃｅは、前記薄膜から反射される干渉光の最大開口数を表し、ＮＡ＿ｏｂｊｅｃｔｉｖｅは、前記対物レンズの最大開口数であり、Ｌ２は前記対物レンズの前記後焦点面の直径であり、ｎは前記透明基板の屈折率であり、ｈは前記透明基板の厚さであり、θ１は前記透明基板内での前記測定光の屈折角であり、Ｌ３は前記対物レンズの最大視野の直径であり、Ｌ４は前記測定中における前記光源の照明フィールドの直径である、
請求項９に記載の測定方法。 - 透明基板上の薄膜の物理的パラメータを測定する測定方法であって、
（１）光の伝搬方向に沿って順次配置された、光源、前記光源の照明光路の瞳面の共役面に配置された絞り、コリメータレンズ、フィルタ、偏光子、ビームスプリッタ、及び対物レンズを備えた前記透過基板上の前記薄膜を測定するための測定装置を準備するステップと、
（２）前記絞りによって入射角の小さい成分が遮断され、入射角の大きい成分が通過する照明光の前記光源によって、前記コリメータレンズ、前記フィルタ、及び前記偏光子を順次通過する環状の照明光が得られ、平面アレイ検出器及びプロセッサが接続された前記ビームスプリッタによって反射されるステップと、
（３）ステップ（２）で得られた前記反射光を前記対物レンズに通過させて測定光を形成し、前記透明基板上の前記薄膜上に前記測定光を入射させ、小さな角度で入射する前記照明光の成分の反射から生じる干渉光信号の集束を回避するステップと、
（４）前記透明基板上の前記薄膜によって反射された光を前記対物レンズを通して同じ角度で通過させ、前記ビームスプリッタによる前記平面アレイ検出器への反射によって画像を形成し、前記画像の信号を前記プロセッサに供給するステップと、
（５）前記平面アレイ検出器からフィードバックされた前記画像の前記信号を処理することによって、前記薄膜の前記物理的パラメータの測定を前記プロセッサによって行うステップと、
を備え、
前記薄膜の前記物理的パラメータの前記測定は、前記透明基板の厚さ、前記対物レンズの視野の直径、測定中の前記光源の照明フィールドの直径、及び前記絞りの直径に基づいて、前記透明基板からの前記反射光によって干渉された前記薄膜からの散乱光の角度スペクトル信号をフィルタリングすることによって行われ、
Ｌ１と表される前記絞りの前記直径は、下記のように算出され、
ＮＡ＿ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｃｅは、前記薄膜から反射される干渉光の最大開口数を表し、ＮＡ＿ｏｂｊｅｃｔｉｖｅは、前記対物レンズの最大開口数であり、Ｌ２は前記対物レンズの後焦点面の直径であり、ｎは前記透明基板の屈折率であり、ｈは前記透明基板の厚さであり、θ １ は前記透明基板内での前記測定光の屈折角であり、Ｌ３は前記対物レンズの最大視野の直径であり、Ｌ４は前記測定中における前記光源の照明フィールドの直径であり、ｋは倍率係数である、
測定方法。 - 前記絞りは、調整可能な絞りである、
請求項１１に記載の測定方法。
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