JPH05157521A - エリプソパラメータ測定方法及びエリプソメータ - Google Patents
エリプソパラメータ測定方法及びエリプソメータInfo
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- JPH05157521A JPH05157521A JP3315686A JP31568691A JPH05157521A JP H05157521 A JPH05157521 A JP H05157521A JP 3315686 A JP3315686 A JP 3315686A JP 31568691 A JP31568691 A JP 31568691A JP H05157521 A JPH05157521 A JP H05157521A
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- beam splitter
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- polarized
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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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 エリプソメータに含まれる可動光学部材を除
去して、測定速度を上昇するとともに、膜厚測定におい
て常に一定の高い測定精度を維持する。 【構成】 光源部から測定対象に入射されて、この測定
対象にて反射された楕円偏光を有する反射光を互いに方
向が異なる４つ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４つの光強度のうち値が最も小
さい光強度を破棄して、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を算出している。ま
た、可動する光学部材を排除して固定光学部材のみで構
成している。さらに、４つの光強度を得る各偏光成分の
偏光方向をそれぞれ基準方向に対して９０°，０°，＋
４５°，−４５°に設定している。また、４つの偏光成
分を取出すために複合ビームスプリッタを用いている。
去して、測定速度を上昇するとともに、膜厚測定におい
て常に一定の高い測定精度を維持する。 【構成】 光源部から測定対象に入射されて、この測定
対象にて反射された楕円偏光を有する反射光を互いに方
向が異なる４つ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４つの光強度のうち値が最も小
さい光強度を破棄して、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を算出している。ま
た、可動する光学部材を排除して固定光学部材のみで構
成している。さらに、４つの光強度を得る各偏光成分の
偏光方向をそれぞれ基準方向に対して９０°，０°，＋
４５°，−４５°に設定している。また、４つの偏光成
分を取出すために複合ビームスプリッタを用いている。
Description
【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、最良の測定状件を自動的に選択する
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。
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、最良の測定状件を自動的に選択する
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、直角な成分（Ｓ成分）の反射率Ｒｓとの比ρを(1)
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］ …(1)
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、直角な成分（Ｓ成分）の反射率Ｒｓとの比ρを(1)
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］ …(1)
【０００３】ここで、偏光反射率比ρは、(1) 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ψ、および位相差Δを求める必要
がある。
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ψ、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。
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。
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
８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）。
８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】例えばレーザ光源からなる光源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を有し
て入射する。なお、試料面３において、入射面は紙面と
平行し、図示するように紙面と平行する方向をＰ方向，
紙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，４
ｃによって３本の光に分岐される。各ビームスプリッタ
４ａ〜４ｃは、光学的に等方で透明なものを使用し、か
つ互いに平行に固定されている。
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を有し
て入射する。なお、試料面３において、入射面は紙面と
平行し、図示するように紙面と平行する方向をＰ方向，
紙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，４
ｃによって３本の光に分岐される。各ビームスプリッタ
４ａ〜４ｃは、光学的に等方で透明なものを使用し、か
つ互いに平行に固定されている。
【０００８】そして、二つのビームスプリッタ４ａ，４
ｂを透過した第１の光は第１の検光子５ａおよび集光レ
ンズ６ａを介して第１の受光器７ａへ入射される。第１
の受光器７ａはその光強度Ｉa を電気信号に変換する。
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で反射された第２の光は第２の検光子５ｂ
および集光レンズ６ｂを介して第２の受光器７ｂへ入射
される。第２の受光器７ｂはその光強度Ｉb を電気信号
に変換する。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を透過した第３の光は第３の
検光子５ｃおよび集光レンズ６ｃを介して第３の受光器
７ｃへ入射される。第３の受光器７ｃはその光強度Ｉc
を電気信号に変換する。
ｂを透過した第１の光は第１の検光子５ａおよび集光レ
ンズ６ａを介して第１の受光器７ａへ入射される。第１
の受光器７ａはその光強度Ｉa を電気信号に変換する。
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で反射された第２の光は第２の検光子５ｂ
および集光レンズ６ｂを介して第２の受光器７ｂへ入射
される。第２の受光器７ｂはその光強度Ｉb を電気信号
に変換する。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を透過した第３の光は第３の
検光子５ｃおよび集光レンズ６ｃを介して第３の受光器
７ｃへ入射される。第３の受光器７ｃはその光強度Ｉc
を電気信号に変換する。
【０００９】また、各検光子５ａ〜５ｃは偏光の有無，
偏光の方向を調べるための素子であり、偏光子と同一構
成を有する。よって、各検光子５ａ〜５ｃは設定された
方向に振動する光成分のみを通過させる。そして、第１
の検光子５ａの偏光方向が基準方向（方位０°）に設定
され、第２の検光子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、第３の検光子５ｃ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、資料面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。
偏光の方向を調べるための素子であり、偏光子と同一構
成を有する。よって、各検光子５ａ〜５ｃは設定された
方向に振動する光成分のみを通過させる。そして、第１
の検光子５ａの偏光方向が基準方向（方位０°）に設定
され、第２の検光子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、第３の検光子５ｃ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、資料面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。
【００１０】したがって、試料面３にて反射された光が
図１９に示すように楕円偏光されていた場合において
は、第１の受光器７ａにて得られる第１の光強度Ｉa は
図１９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、第２の受光器７ｂにて得られ
る第２の光強度Ｉb 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、第３の受光器７
ｃにて得られる第３の光強度Ｉc 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。
図１９に示すように楕円偏光されていた場合において
は、第１の受光器７ａにて得られる第１の光強度Ｉa は
図１９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、第２の受光器７ｂにて得られ
る第２の光強度Ｉb 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、第３の受光器７
ｃにて得られる第３の光強度Ｉc 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】そして、前述したエリプソパラータψ，Δ
は、図１９のように楕円偏光された試料面３からの反射
光のＰ成分とＳ成分の振幅比ψと位相差Δであるので、
簡単な幾何学的考察により、(2) (3) 式にて求められ
る。 COSΔ＝（Ｉb −Ｉc ）／（２Ｉa ）｛Ｉa ／（Ｉb ＋Ｉc −Ｉa ）｝1/2 …(2) tanψ＝（σ1 ・σ2 ）｛Ｉa ／（Ｉb ＋Ｉc −Ｉa ）｝1/2 …(3)
は、図１９のように楕円偏光された試料面３からの反射
光のＰ成分とＳ成分の振幅比ψと位相差Δであるので、
簡単な幾何学的考察により、(2) (3) 式にて求められ
る。 COSΔ＝（Ｉb −Ｉc ）／（２Ｉa ）｛Ｉa ／（Ｉb ＋Ｉc −Ｉa ）｝1/2 …(2) tanψ＝（σ1 ・σ2 ）｛Ｉa ／（Ｉb ＋Ｉc −Ｉa ）｝1/2 …(3)
【００１２】但し、各ビームスプリッタ４ａ〜４ｃの各
方向への振幅反射率比σ1 ，振幅透過率比σ2 は固有な
値であり、既知の楕円偏光を有する試験光を各ビームス
プッタ４ａ〜４ｃに入射させて予め求めておく。このよ
うにして、エリプソパラメータψ，Δ，が求まると、別
途計算式を用いて膜厚ｄが算出される。
方向への振幅反射率比σ1 ，振幅透過率比σ2 は固有な
値であり、既知の楕円偏光を有する試験光を各ビームス
プッタ４ａ〜４ｃに入射させて予め求めておく。このよ
うにして、エリプソパラメータψ，Δ，が求まると、別
途計算式を用いて膜厚ｄが算出される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１８
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。
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。
【００１４】すなわち、各受光器７ａ〜７ｃにて検出さ
れた光強度Ｉa 〜Ｉc は図１９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１９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Ｉa ，Ｉb ，Ｉc のうちの３番目の
光強度Ｉc のみが他の光強度Ｉa ，Ｉb に比較して極端
に小さい値となる。
れた光強度Ｉa 〜Ｉc は図１９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１９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Ｉa ，Ｉb ，Ｉc のうちの３番目の
光強度Ｉc のみが他の光強度Ｉa ，Ｉb に比較して極端
に小さい値となる。
【００１５】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各光強度Ｉa
〜Ｉc 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、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。
Δを例えばコンピュータで算出するために各光強度Ｉa
〜Ｉc 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、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。
【００１６】このように、図１８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ので、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。
エリプソメータは、可動部分が存在しないので、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。
【００１７】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。
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。
【００１８】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
かから値の低い光強度を破棄でき、結果として、高い値
を有する光強度のみを用いてエリプソパラメータが算出
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。
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
かから値の低い光強度を破棄でき、結果として、高い値
を有する光強度のみを用いてエリプソパラメータが算出
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。
【００１９】
【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つの偏光成
分に分離し、この分離された４つ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
度に基づいてエリプソパラメータを求めるようにしてい
る。
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つの偏光成
分に分離し、この分離された４つ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
度に基づいてエリプソパラメータを求めるようにしてい
る。
【００２０】また、本発明のエリプソメータにおいて
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２
方向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異なる
２偏光方向に分離し、最終的に測定対象の反射光を４つ
の偏光成分に分離する複数の光学部材と、この複数の光
学部材にて分離された各偏光成分の光強度を検出する４
個の受光器と、この４個の受光器から検出された４つの
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
つの光強度に基づいて前記反射光における楕円偏光のエ
リプソパラメータを算出する演算部とを備えたものであ
る。
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２
方向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異なる
２偏光方向に分離し、最終的に測定対象の反射光を４つ
の偏光成分に分離する複数の光学部材と、この複数の光
学部材にて分離された各偏光成分の光強度を検出する４
個の受光器と、この４個の受光器から検出された４つの
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
つの光強度に基づいて前記反射光における楕円偏光のエ
リプソパラメータを算出する演算部とを備えたものであ
る。
【００２１】また、別の発明においては、上記複数の光
学部材を、無偏光ビームスプリッタにて分岐された一方
の光を基準方向に対して＋９０°および０°方向の各偏
光成分に分離する第１の光学系と、無偏光ビームスプリ
ッタにて分岐された他方の光を前記基準方向に対して＋
４５°および−４５°方向の各偏光成分に分離する第２
の光学系とで構成している。さらに、別の発明において
は、測定対象に対する入射光路または反射光路に波長板
を挿入している。
学部材を、無偏光ビームスプリッタにて分岐された一方
の光を基準方向に対して＋９０°および０°方向の各偏
光成分に分離する第１の光学系と、無偏光ビームスプリ
ッタにて分岐された他方の光を前記基準方向に対して＋
４５°および−４５°方向の各偏光成分に分離する第２
の光学系とで構成している。さらに、別の発明において
は、測定対象に対する入射光路または反射光路に波長板
を挿入している。
【００２２】さらに、別の発明におけるエリプソメータ
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
つの偏光成分に分離する複合ビームスプリッタと、この
複合ビームスプリッタにて分離された各偏光成分の光強
度を検出する４個の受光器と、この４個の受光器から検
出された４つ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つの光強度に基づいて反射光における楕
円偏光のエリプソパラメータを算出する演算部とを備え
たものである。
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
つの偏光成分に分離する複合ビームスプリッタと、この
複合ビームスプリッタにて分離された各偏光成分の光強
度を検出する４個の受光器と、この４個の受光器から検
出された４つ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つの光強度に基づいて反射光における楕
円偏光のエリプソパラメータを算出する演算部とを備え
たものである。
【００２３】さらに別の発明おいては、上述した複合ビ
ームスプリッタを、測定対象からの反射光を入射面で反
射光と透過光とに分岐させる無偏光ガラスと、一端が無
偏光ガラスに固定され、この無偏光ガラスの反射光を基
準方向に対して＋９０°および０°方向の各偏光成分に
分離する第１の偏光ビームスプリッタと、無偏光ガラス
の透過光の出射面に接合され、無偏光ガラスの透過光を
基準方向に対して＋４５°および−４５°方向の各偏光
成分に分離する第２の偏光ビームスプリッタとで構成し
ている。
ームスプリッタを、測定対象からの反射光を入射面で反
射光と透過光とに分岐させる無偏光ガラスと、一端が無
偏光ガラスに固定され、この無偏光ガラスの反射光を基
準方向に対して＋９０°および０°方向の各偏光成分に
分離する第１の偏光ビームスプリッタと、無偏光ガラス
の透過光の出射面に接合され、無偏光ガラスの透過光を
基準方向に対して＋４５°および−４５°方向の各偏光
成分に分離する第２の偏光ビームスプリッタとで構成し
ている。
【００２４】さらに、第１の変更ビームスプリッタにお
いて反射光を＋４５°及び−４５°方向の各偏光成分に
分離し、第２の変更ビームスプリッタにおいて透過光を
＋９０°および０°方向の各偏光成分に分離している。
いて反射光を＋４５°及び−４５°方向の各偏光成分に
分離し、第２の変更ビームスプリッタにおいて透過光を
＋９０°および０°方向の各偏光成分に分離している。
【００２５】
【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。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を有する。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ψと位相差Δであるので、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１９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。よって、例えば図２に示すように、４つの方向
からの投影を求めて、そのなかから１個を破棄して残り
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。
タ測定方法の動作原理を説明する。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を有する。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ψと位相差Δであるので、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１９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。よって、例えば図２に示すように、４つの方向
からの投影を求めて、そのなかから１個を破棄して残り
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。
【００２６】よって、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おいては、測定対象にて反射
された楕円偏光を有する反射光は、無偏光ビームスプリ
ッタで２方向に分岐され、分岐された各方向の光はさら
にそれぞれ２方向の偏光成分に分離される。したがっ
て、最終的にそれぞれ偏光方向が異なる４つの偏光成分
が得られ、各光強度に変換される。この４つの光強度は
前述した楕円を異なる方向から投影した値であるので、
この４つの光強度のうちの任意の３つの光強度でもっ
て、エリプソパラメータの振幅比ψおよび位相差Δが求
まる。
方法及びエリプソメータにおいては、測定対象にて反射
された楕円偏光を有する反射光は、無偏光ビームスプリ
ッタで２方向に分岐され、分岐された各方向の光はさら
にそれぞれ２方向の偏光成分に分離される。したがっ
て、最終的にそれぞれ偏光方向が異なる４つの偏光成分
が得られ、各光強度に変換される。この４つの光強度は
前述した楕円を異なる方向から投影した値であるので、
この４つの光強度のうちの任意の３つの光強度でもっ
て、エリプソパラメータの振幅比ψおよび位相差Δが求
まる。
【００２７】この場合、４つの光強度のうち誤差を含む
程度が大きいと見なすことができる最も値の小さい光強
度を破棄して、値が大きい３つの光強度を用いて算出し
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。
程度が大きいと見なすことができる最も値の小さい光強
度を破棄して、値が大きい３つの光強度を用いて算出し
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。
【００２８】また、各偏光成分の偏光方向を、測定対象
に対する入射光の入射面を方位０°（Ｐ方向）とする基
準方向に対して＋９０°，０°，＋４５°および−４５
°に設定することによって、前記エリプソパラメータ
ψ，Δの演算が単純化される。
に対する入射光の入射面を方位０°（Ｐ方向）とする基
準方向に対して＋９０°，０°，＋４５°および−４５
°に設定することによって、前記エリプソパラメータ
ψ，Δの演算が単純化される。
【００２９】また、測定対象にて反射された反射光を一
つの光学部品で構成された複合ビームスプリッタでもっ
てそれぞれ互いに異なる４つの偏光成分に分離してい
る。このように、複合ビームスプリッタを用いることに
よって、光学部品点数を低減でき、エリプソメータ全体
を小型，軽量に製造できる。
つの光学部品で構成された複合ビームスプリッタでもっ
てそれぞれ互いに異なる４つの偏光成分に分離してい
る。このように、複合ビームスプリッタを用いることに
よって、光学部品点数を低減でき、エリプソメータ全体
を小型，軽量に製造できる。
【００３０】また、この複合ビームスプリッタを無偏光
ガラスと、第１，第２の偏光ビームスプリッタとで構成
している。このような構成の複合ビームスプリッタにお
いて、測定対象からの反射光は無偏光ガラスの表面で透
過光と反射光とに分岐される。そして、反射光は第１の
偏光ビームスプリッタにて基準方向に対して＋９０°お
よび０°の２つの偏光成分に分離される。同様に透過光
は第２の偏光ビームスプリッタにて基準方向に対して＋
４５°および−４５°の２つの偏光成分に分離される。
したがって、前記反射光は互いに異なる４つの偏光成分
に分離される。
ガラスと、第１，第２の偏光ビームスプリッタとで構成
している。このような構成の複合ビームスプリッタにお
いて、測定対象からの反射光は無偏光ガラスの表面で透
過光と反射光とに分岐される。そして、反射光は第１の
偏光ビームスプリッタにて基準方向に対して＋９０°お
よび０°の２つの偏光成分に分離される。同様に透過光
は第２の偏光ビームスプリッタにて基準方向に対して＋
４５°および−４５°の２つの偏光成分に分離される。
したがって、前記反射光は互いに異なる４つの偏光成分
に分離される。
【００３１】さらに、第１の変更ビームスプリッタにお
いて反射光を＋４５°及び−４５°方向の各偏光成分に
分離し、第２の変更ビームスプリッタにおいて透過光を
＋９０°および０°方向の各偏光成分に分離することも
可能である。
いて反射光を＋４５°及び−４５°方向の各偏光成分に
分離し、第２の変更ビームスプリッタにおいて透過光を
＋９０°および０°方向の各偏光成分に分離することも
可能である。
【００３２】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。
る。
【００３３】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。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 ，Ｉ3 ，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１
３の膜厚ｄを所定の演算式を用いて算出する。
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。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 ，Ｉ3 ，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１
３の膜厚ｄを所定の演算式を用いて算出する。
【００３４】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つ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
としても十分対処できる。
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つ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
としても十分対処できる。
【００３５】図１は、前記エリプソメータ本体１０の内
部構成図である。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１９へ入射される。
部構成図である。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１９へ入射される。
【００３６】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は第１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は第２の偏光ビームス
プリッタ２２へ入射する。
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は第１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は第２の偏光ビームス
プリッタ２２へ入射する。
【００３７】第１，第２の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
た楕円偏光を有する光を互い直交する２方向の偏光成分
に分離してそれそ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
プリリズム等であってもよい。
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
た楕円偏光を有する光を互い直交する２方向の偏光成分
に分離してそれそ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
プリリズム等であってもよい。
【００３８】そして、第１の光学系としての第１の偏光
ビームスプリッタ２１は、この第１の偏光ビームスプリ
ッタ２１の透過光２１ａの偏光方向が資料面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、第１の偏
光ビームスプリッタ２１から出力された偏光方向が＋９
０°の透過光２１ａは受光器２３ａへ入射される。ま
た、第１の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。
ビームスプリッタ２１は、この第１の偏光ビームスプリ
ッタ２１の透過光２１ａの偏光方向が資料面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、第１の偏
光ビームスプリッタ２１から出力された偏光方向が＋９
０°の透過光２１ａは受光器２３ａへ入射される。ま
た、第１の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。
【００３９】さらに、第２の光学系としての第２の偏光
ビームスプリッタ２２は、この第２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、第２の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、第２の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２２ｂは受光
器２３ｄへ入射される。
ビームスプリッタ２２は、この第２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、第２の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、第２の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２２ｂは受光
器２３ｄへ入射される。
【００４０】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。
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。
【００４１】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。 条件Ａ……光強度Ｉ1 が最小の場合（Ｉ2 ，Ｉ3 ，Ｉ4 を用いて算出） tan ψ＝σ3 ［２Ｉ2 ／（１＋σ3 2 ）（Ｉ3 ＋Ｉ4 ）−２Ｉ2 ］1/2 cos Δ＝［（１＋σ3 2 ）（Ｉ3 −Ｉ4 ）／４Ｉ2 ］ ×［２Ｉ2 ／（１＋σ3 2 ）（Ｉ3 ＋Ｉ4 ）−２Ｉ2 ］1/2
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。 条件Ａ……光強度Ｉ1 が最小の場合（Ｉ2 ，Ｉ3 ，Ｉ4 を用いて算出） tan ψ＝σ3 ［２Ｉ2 ／（１＋σ3 2 ）（Ｉ3 ＋Ｉ4 ）−２Ｉ2 ］1/2 cos Δ＝［（１＋σ3 2 ）（Ｉ3 −Ｉ4 ）／４Ｉ2 ］ ×［２Ｉ2 ／（１＋σ3 2 ）（Ｉ3 ＋Ｉ4 ）−２Ｉ2 ］1/2
【００４２】但し、無偏光ビームスプリッタ１９の振幅
透過率σ3 は固有な値であり、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１
９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。 条件Ｂ……光強度Ｉ2 が最小の場合（Ｉ1 ，Ｉ3 ，Ｉ4 を用いて算出） tan ψ＝［｛（１＋σ3 2 ）（Ｉ3 ＋Ｉ4 ）−２σ3 2 Ｉ1 ｝／２Ｉ1 ］1/2 cos Δ＝［（１＋σ3 2 ）（Ｉ3 −Ｉ4 ）／４σ3 Ｉ1 ］ ×［２Ｉ1 ／（１＋σ3 2 ）（Ｉ3 ＋Ｉ4 ）−２σ3 2 Ｉ1 ］1/2 条件Ｃ……光強度Ｉ3 が最小の場合（Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ4 を用いて算出） tan ψ＝（Ｉ2 ／Ｉ1 ）1/2 cos Δ＝−［（１＋σ3 2 ）Ｉ4 −Ｉ2 −σ3 2 Ｉ1 ］ ／［２σ3 （Ｉ1 Ｉ2 ）1/2 ］ 条件Ｄ……光強度Ｉ4 が最小の場合（Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 を用いて算出） tan ψ＝（Ｉ2 ／Ｉ1 ）1/2 cos Δ＝［（１＋σ3 2 ）Ｉ3 −Ｉ2 −σ3 2 Ｉ1 ］ ／［２σ3 （Ｉ1 Ｉ2 ）1/2 ］
透過率σ3 は固有な値であり、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１
９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。 条件Ｂ……光強度Ｉ2 が最小の場合（Ｉ1 ，Ｉ3 ，Ｉ4 を用いて算出） tan ψ＝［｛（１＋σ3 2 ）（Ｉ3 ＋Ｉ4 ）−２σ3 2 Ｉ1 ｝／２Ｉ1 ］1/2 cos Δ＝［（１＋σ3 2 ）（Ｉ3 −Ｉ4 ）／４σ3 Ｉ1 ］ ×［２Ｉ1 ／（１＋σ3 2 ）（Ｉ3 ＋Ｉ4 ）−２σ3 2 Ｉ1 ］1/2 条件Ｃ……光強度Ｉ3 が最小の場合（Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ4 を用いて算出） tan ψ＝（Ｉ2 ／Ｉ1 ）1/2 cos Δ＝−［（１＋σ3 2 ）Ｉ4 −Ｉ2 −σ3 2 Ｉ1 ］ ／［２σ3 （Ｉ1 Ｉ2 ）1/2 ］ 条件Ｄ……光強度Ｉ4 が最小の場合（Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 を用いて算出） tan ψ＝（Ｉ2 ／Ｉ1 ）1/2 cos Δ＝［（１＋σ3 2 ）Ｉ3 −Ｉ2 −σ3 2 Ｉ1 ］ ／［２σ3 （Ｉ1 Ｉ2 ）1/2 ］
【００４３】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。
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。
【００４４】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
が上述した条件Ａ〜Ｄのうちのどの条件に一致するかを
検索する。そして、検索された条件の示す式を選択し
て、その式を用いてエリプソパラメータψ，Δを算出す
る。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。
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
が上述した条件Ａ〜Ｄのうちのどの条件に一致するかを
検索する。そして、検索された条件の示す式を選択し
て、その式を用いてエリプソパラメータψ，Δを算出す
る。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。
【００４５】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。
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。
【００４６】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Ｉa 〜Ｉc 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。
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Ｉa 〜Ｉc 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。
【００４７】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。
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。
【００４８】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。
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。
【００４９】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。
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。
【００５０】図７は酸化膜厚の分布測定装置における電
気的構成を示すブロック図である。エリプソメータ本体
３７に組込まれた各受光器２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２
３ｄから出力されるアナログの各光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ
3，Ｉ4 はそれぞれ増幅器６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６
０ｄで一定の増幅率で増幅された後、それぞれサンプル
ホールド（Ｓ／Ｈ）回路６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１
ｄで一定期間サンプルホールドされる。そして、サンプ
ルホールドされた各光強度はマルチプレクサ回路６２へ
入力される。マルチプレクサ回路６２は、入力された４
つの各光強度Ｉ1 〜Ｉ4 を時分割して一つの時分割多重
信号に変換して、Ａ／Ｄ変換器６３へ送出する。Ａ／Ｄ
変換器６３は入力されたアナログの時分割多重化信号を
デジタルのデータ信号に変換してバスライン６４へ送出
する。
気的構成を示すブロック図である。エリプソメータ本体
３７に組込まれた各受光器２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２
３ｄから出力されるアナログの各光強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ
3，Ｉ4 はそれぞれ増幅器６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６
０ｄで一定の増幅率で増幅された後、それぞれサンプル
ホールド（Ｓ／Ｈ）回路６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１
ｄで一定期間サンプルホールドされる。そして、サンプ
ルホールドされた各光強度はマルチプレクサ回路６２へ
入力される。マルチプレクサ回路６２は、入力された４
つの各光強度Ｉ1 〜Ｉ4 を時分割して一つの時分割多重
信号に変換して、Ａ／Ｄ変換器６３へ送出する。Ａ／Ｄ
変換器６３は入力されたアナログの時分割多重化信号を
デジタルのデータ信号に変換してバスライン６４へ送出
する。
【００５１】バスライン６４には、各種演算および制御
を行うＣＰＵ（中央処理装置）６５が接続されている。
そして、このＣＰＵ６５は前記バスライン６４を介し
て、制御プログラムが記憶されているＲＯＭ６６，入力
されたデジタルの各光強度Ｉ1〜Ｉ4 等の各種可変デー
タを記憶するＲＡＭで構成されたデータメモリ６７，演
算結果を例えば表示器やプリンタに出力する出力装置６
８等を制御する。
を行うＣＰＵ（中央処理装置）６５が接続されている。
そして、このＣＰＵ６５は前記バスライン６４を介し
て、制御プログラムが記憶されているＲＯＭ６６，入力
されたデジタルの各光強度Ｉ1〜Ｉ4 等の各種可変デー
タを記憶するＲＡＭで構成されたデータメモリ６７，演
算結果を例えば表示器やプリンタに出力する出力装置６
８等を制御する。
【００５２】さらに、ＣＰＵ６５は、各サンプルホール
ド回路６１ａ〜６１ｄにおけるサンプルホールドタイミ
ングを制御し、マルチプレクサ回路６２の動作を制御す
る。また、ＣＰＵ６５は、前記移動テーブル３２および
回転支持台３３を駆動する移動機構６９に対して制御信
号を送出して、移動テーブル３２および回転支持台３３
の移動位置を制御する。
ド回路６１ａ〜６１ｄにおけるサンプルホールドタイミ
ングを制御し、マルチプレクサ回路６２の動作を制御す
る。また、ＣＰＵ６５は、前記移動テーブル３２および
回転支持台３３を駆動する移動機構６９に対して制御信
号を送出して、移動テーブル３２および回転支持台３３
の移動位置を制御する。
【００５３】そして、前記ＣＰＵ６４は外部から測定指
令が入力すると、図４に示す流れ図に従って、シリコン
ウェーハー３５に対する膜厚ｄの測定処理を実行する。
流れ図が開始されると、移動機構６９へ制御信号を送出
してシリコンウェーハー３５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Ａ／Ｄ変換器６３を介して読取り、一旦データ
メモリ６７へ書込む。そして、読取った４つの光強度Ｉ
1 〜Ｉ4 のうち最小の光強度を破棄する。そして、残り
３つの光強度が前述した条件Ａ〜Ｄのうちのどの条件に
一致するかを検索する。
令が入力すると、図４に示す流れ図に従って、シリコン
ウェーハー３５に対する膜厚ｄの測定処理を実行する。
流れ図が開始されると、移動機構６９へ制御信号を送出
してシリコンウェーハー３５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Ａ／Ｄ変換器６３を介して読取り、一旦データ
メモリ６７へ書込む。そして、読取った４つの光強度Ｉ
1 〜Ｉ4 のうち最小の光強度を破棄する。そして、残り
３つの光強度が前述した条件Ａ〜Ｄのうちのどの条件に
一致するかを検索する。
【００５４】そして、検索された条件の示す式を選択し
て、エリプソパラメータψ，Δを算出する。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、移動機構６９
へ制御信号を送出して測定位置（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。
て、エリプソパラメータψ，Δを算出する。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、移動機構６９
へ制御信号を送出して測定位置（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。
【００５５】図８（ａ）（ｂ）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
ータとこの位相差Δに対する誤差率（％）との関係を示
す図である。図８（ａ）が実施例エリプソメータを用い
た実験結果であり、図８（ｂ）が従来のエリプソメータ
を用いた実験結果である。
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
ータとこの位相差Δに対する誤差率（％）との関係を示
す図である。図８（ａ）が実施例エリプソメータを用い
た実験結果であり、図８（ｂ）が従来のエリプソメータ
を用いた実験結果である。
【００５６】図示するように、図８（ｂ）の従来エリプ
ソメータにおいては、３つの光強度Ｉａ〜Ｉｃ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９０°近傍において、１０〜１２％に達する誤差が
生じている。
ソメータにおいては、３つの光強度Ｉａ〜Ｉｃ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９０°近傍において、１０〜１２％に達する誤差が
生じている。
【００５７】これに対して、図８（ａ）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９０°近傍において
も、誤差率を３〜５％に低減できた。
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９０°近傍において
も、誤差率を３〜５％に低減できた。
【００５８】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。
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。
【００５９】図９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説
明を省略する。
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説
明を省略する。
【００６０】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を第１の偏光ビームスプリッ
タ２１でもって基準方向に対して＋４５°および−４５
°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を第２の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。
このような構成であっても図１と同様に資料面１３から
の反射光１８を基準方向に対してそれぞれ４５°づつず
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。
リッタ１９の反射光２０ａを第１の偏光ビームスプリッ
タ２１でもって基準方向に対して＋４５°および−４５
°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を第２の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。
このような構成であっても図１と同様に資料面１３から
の反射光１８を基準方向に対してそれぞれ４５°づつず
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。
【００６１】また、図１０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、資料面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。
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、資料面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。
【００６２】さらに、図１１に示す実施例においては、
無偏光ビームスプリッタ１９の反射光２０ａを異なる方
向の偏光成分に分離する第１の光学系として、第１の無
偏光ビームスプリッタ４１とこの第１の無偏光ビームス
プリッタ４１の反射光における基準方向に対する９０°
方向の偏光成分を取出す検光子４３ａ，および、この第
１の無偏光ビームスプリッタ４１の透過光の０°方向の
偏光成分を取出す検光子４３ｂを設けている。
無偏光ビームスプリッタ１９の反射光２０ａを異なる方
向の偏光成分に分離する第１の光学系として、第１の無
偏光ビームスプリッタ４１とこの第１の無偏光ビームス
プリッタ４１の反射光における基準方向に対する９０°
方向の偏光成分を取出す検光子４３ａ，および、この第
１の無偏光ビームスプリッタ４１の透過光の０°方向の
偏光成分を取出す検光子４３ｂを設けている。
【００６３】さらに、無偏光ビームスプリッタ１９の透
過光２０ｂを異なる方向の偏光成分に分離する第２の光
学系として、第２の無偏光ビームスプリッタ４２とこの
第２の無偏光ビームスプリッタ４２の反射光の＋４５°
方向の偏光成分を取出す検光子４５ａ，および、この第
２の無偏光ビームスプリッタ４２の透過光の−４５°方
向の偏光成分を取出す検光子４４ｂを設けている。
過光２０ｂを異なる方向の偏光成分に分離する第２の光
学系として、第２の無偏光ビームスプリッタ４２とこの
第２の無偏光ビームスプリッタ４２の反射光の＋４５°
方向の偏光成分を取出す検光子４５ａ，および、この第
２の無偏光ビームスプリッタ４２の透過光の−４５°方
向の偏光成分を取出す検光子４４ｂを設けている。
【００６４】このように偏光ビームスプリッタ２１，２
２の代りに無偏光ビームスプリッタと検光子との組合わ
せ光学系を用いても、各エリプソパラメータΔ，ψの計
算式における若干の修正は必要であるが、図１の実施例
と同じ効果を得ることができる。
２の代りに無偏光ビームスプリッタと検光子との組合わ
せ光学系を用いても、各エリプソパラメータΔ，ψの計
算式における若干の修正は必要であるが、図１の実施例
と同じ効果を得ることができる。
【００６５】また、図１２に示す実施例は図１１の実施
例において、第１の無偏光ビームスプリッタ４１に対応
する各検光子４３ａ，４３ｂの各偏光方向を＋４５°，
−４５°に設定し、第２の無偏光ビームスプリッタ４２
に対応する各検光子４４ａ，４４ｂの各偏光方向を９０
°，０°に設定している。このような構成であっても図
１１の実施例とほぼ同様の効果を得ることか可能であ
る。
例において、第１の無偏光ビームスプリッタ４１に対応
する各検光子４３ａ，４３ｂの各偏光方向を＋４５°，
−４５°に設定し、第２の無偏光ビームスプリッタ４２
に対応する各検光子４４ａ，４４ｂの各偏光方向を９０
°，０°に設定している。このような構成であっても図
１１の実施例とほぼ同様の効果を得ることか可能であ
る。
【００６６】図１３に示す実施例は図１１の実施例にお
いて、図１０の実施例と同様に、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。したがって、図１０の実施例とほぼ同様
の効果を得ることができる。
いて、図１０の実施例と同様に、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。したがって、図１０の実施例とほぼ同様
の効果を得ることができる。
【００６７】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
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を省略する。
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を省略する。
【００６８】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は検光子４５へ入射される。検
光子４５は反射光２０ａの０°方向の偏光成分を取出し
て受光器２３ｂへ入射させる。受光器２３ｂはその０°
方向の偏光成分の光強度Ｉ2 を出力する。無偏光ビーム
スプリッタ１９の透過光２０ｂは無偏光ガラス４６の入
射面に入射される。
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は検光子４５へ入射される。検
光子４５は反射光２０ａの０°方向の偏光成分を取出し
て受光器２３ｂへ入射させる。受光器２３ｂはその０°
方向の偏光成分の光強度Ｉ2 を出力する。無偏光ビーム
スプリッタ１９の透過光２０ｂは無偏光ガラス４６の入
射面に入射される。
【００６９】無偏光ガラス４６は例えば三角形断面を有
するプリズムで形成されている。そして、入射面と反対
側の出射面に偏光ビームスプリッタ４７の入射面が接合
されている。そして、透過光２０ｂが入射面に対してブ
リュースター角度θでもって入射するように、取付角度
が設定されている。周知のように、ブリュースター角度
θで入射した光は入射面で反射される反射光４６ａと内
部へ入る透過光４６ｂとに分離される。反射光４６ａは
入射面（反射面）に平行方向、すなわち基準方向に対し
て９０°方向に偏光する偏光成分のみとなる。したがっ
て、反射光４６ａの光強度Ｉ1 が受光器２３ａで検出さ
れる。
するプリズムで形成されている。そして、入射面と反対
側の出射面に偏光ビームスプリッタ４７の入射面が接合
されている。そして、透過光２０ｂが入射面に対してブ
リュースター角度θでもって入射するように、取付角度
が設定されている。周知のように、ブリュースター角度
θで入射した光は入射面で反射される反射光４６ａと内
部へ入る透過光４６ｂとに分離される。反射光４６ａは
入射面（反射面）に平行方向、すなわち基準方向に対し
て９０°方向に偏光する偏光成分のみとなる。したがっ
て、反射光４６ａの光強度Ｉ1 が受光器２３ａで検出さ
れる。
【００７０】無偏光ガラス４６内を透過する楕円偏光状
態を維持した透過光４６ｂは反対側の出射面から偏光ビ
ームスプリッタ４７へ入射される。この場合、透過光４
６ｂの出射面に対する角度が垂直になるように無偏光ガ
ラス４６の断面形状が設定されている。偏光ビームスプ
リッタ４７は、入射した透過光４６ｂが基準方向に対し
て＋４５°方向と−４５°方向の各偏光成分に分離する
ように光軸回りの角度位置が設定されている。＋４５°
方向の偏光成分の光強度Ｉ3 が受光器２３ｃで検出さ
れ、−４５°方向の偏光成分の光強度Ｉ4 が受光器２３
ｄで検出される。
態を維持した透過光４６ｂは反対側の出射面から偏光ビ
ームスプリッタ４７へ入射される。この場合、透過光４
６ｂの出射面に対する角度が垂直になるように無偏光ガ
ラス４６の断面形状が設定されている。偏光ビームスプ
リッタ４７は、入射した透過光４６ｂが基準方向に対し
て＋４５°方向と−４５°方向の各偏光成分に分離する
ように光軸回りの角度位置が設定されている。＋４５°
方向の偏光成分の光強度Ｉ3 が受光器２３ｃで検出さ
れ、−４５°方向の偏光成分の光強度Ｉ4 が受光器２３
ｄで検出される。
【００７１】したがって、楕円偏光を有する試料面１３
からの反射光１８における９０°，０°，＋４５°，−
４５°方向の各偏光成分の各光強度Ｉ1 〜Ｉ4 は各受光
器２３ａ〜２３ｄから得られる。よって、光学系が異な
るために各エリプソパラメータΔ，ψの計算式における
若干の修正は必要であるが、図１に示した実施例とほぼ
同様の効果を得ることができる。
からの反射光１８における９０°，０°，＋４５°，−
４５°方向の各偏光成分の各光強度Ｉ1 〜Ｉ4 は各受光
器２３ａ〜２３ｄから得られる。よって、光学系が異な
るために各エリプソパラメータΔ，ψの計算式における
若干の修正は必要であるが、図１に示した実施例とほぼ
同様の効果を得ることができる。
【００７２】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
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を省略する。
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を省略する。
【００７３】この実施例においては、試料面１３の楕円
偏光を有する反射光１８は複合ビームスプリッタ４８へ
入射される。複合ビーススプリッタ４８は、４角形断面
形状を有する無偏光ガラス４９と、入射面の一部が無偏
光ガラス４９の上面に例えば接着剤で固定された第１の
偏光ビームスプリッタ５０と、入射面が無偏光ガラス４
９の出射面に接合された第２の偏光ビームスプリッタ５
１とで一つの光学部品として形成されている。
偏光を有する反射光１８は複合ビームスプリッタ４８へ
入射される。複合ビーススプリッタ４８は、４角形断面
形状を有する無偏光ガラス４９と、入射面の一部が無偏
光ガラス４９の上面に例えば接着剤で固定された第１の
偏光ビームスプリッタ５０と、入射面が無偏光ガラス４
９の出射面に接合された第２の偏光ビームスプリッタ５
１とで一つの光学部品として形成されている。
【００７４】そして、試料面からの反射光１８は無偏光
ガラス４９の入射面で楕円偏光状態を維持したまま反射
光４９ａと透過光４９ｂとに分岐される。なお、入射角
θ1は故意にブリュースター角度θ以外の角度に設定さ
れている。無偏光ガラス４９で反射された反射光４９ａ
は第１の偏光ビームスプリッタ５０の入射面に垂直に入
射する。一方、透過光４９ｂは無偏光ガラス４９内を透
過して第２の偏光ビームプリッタ５１の入射面に垂直に
入射する。すなわち、この複合ビームスプリッタ４８の
反射光１８に対する姿勢角度、および無偏光ガラス４９
の入射面の角度が、反射光４９ａおよび透過光４９ｂが
第１，第２の偏光ビームスプリッタ５０，５１の入射面
に垂直に入射するように調整されている。
ガラス４９の入射面で楕円偏光状態を維持したまま反射
光４９ａと透過光４９ｂとに分岐される。なお、入射角
θ1は故意にブリュースター角度θ以外の角度に設定さ
れている。無偏光ガラス４９で反射された反射光４９ａ
は第１の偏光ビームスプリッタ５０の入射面に垂直に入
射する。一方、透過光４９ｂは無偏光ガラス４９内を透
過して第２の偏光ビームプリッタ５１の入射面に垂直に
入射する。すなわち、この複合ビームスプリッタ４８の
反射光１８に対する姿勢角度、および無偏光ガラス４９
の入射面の角度が、反射光４９ａおよび透過光４９ｂが
第１，第２の偏光ビームスプリッタ５０，５１の入射面
に垂直に入射するように調整されている。
【００７５】また、第１の偏光ビームスプリッタ５０
は、入射した反射光４９ａを前記基準方向に対して９０
°方向の偏光成分を有する透過光と０°方向の偏光成分
を有する反射光とに分離し、それぞれ受光器２３ａ，２
３ｂへ入射させる。同様に、第２の偏光ビームスプリッ
タ５１は、無偏光ガラス４９を透過して入射した透過光
４１ｂを前記基準方向に対して４５°方向の偏光成分を
有する透過光と−４５°方向の偏光成分を有する反射光
とに分離し、それぞれ受光器２３ｃ，２３ｄへ入射させ
る。
は、入射した反射光４９ａを前記基準方向に対して９０
°方向の偏光成分を有する透過光と０°方向の偏光成分
を有する反射光とに分離し、それぞれ受光器２３ａ，２
３ｂへ入射させる。同様に、第２の偏光ビームスプリッ
タ５１は、無偏光ガラス４９を透過して入射した透過光
４１ｂを前記基準方向に対して４５°方向の偏光成分を
有する透過光と−４５°方向の偏光成分を有する反射光
とに分離し、それぞれ受光器２３ｃ，２３ｄへ入射させ
る。
【００７６】したがって、各受光器２３ａ〜２３ｄから
得られる各光強度Ｉ1〜Ｉ4 は試料面１３からの反射光
１８の楕円偏光における９０°，０°，４５°，−４５
°の各方向の偏光成分の強度となる。したがって、図１
の実施例と同様に各受光器２３ａ〜２３ｄにて得られる
４つの各光強度Ｉ1 〜Ｉ4 のうちの値の大きい３つの光
強度を用いて図２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。よって図１の実施例とほぼ同
様の効果を得ることが可能である。
得られる各光強度Ｉ1〜Ｉ4 は試料面１３からの反射光
１８の楕円偏光における９０°，０°，４５°，−４５
°の各方向の偏光成分の強度となる。したがって、図１
の実施例と同様に各受光器２３ａ〜２３ｄにて得られる
４つの各光強度Ｉ1 〜Ｉ4 のうちの値の大きい３つの光
強度を用いて図２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。よって図１の実施例とほぼ同
様の効果を得ることが可能である。
【００７７】さらに、この実施例においては、試料面１
３からの反射光１８を互いに異なる４っの偏光成分に分
離するための複数の光学要素を例えば接着剤等で互いに
接合して一つの光学部品に構成している。したがって、
このエリプソメータを製造する場合における組立作業お
よび調整作業が大幅に簡素化される。また、長期に亘る
稼働期間においても部品点数が少ないので、点検保守作
業が簡素化される。さらに、装置全体を小型，軽量に形
成できる。
３からの反射光１８を互いに異なる４っの偏光成分に分
離するための複数の光学要素を例えば接着剤等で互いに
接合して一つの光学部品に構成している。したがって、
このエリプソメータを製造する場合における組立作業お
よび調整作業が大幅に簡素化される。また、長期に亘る
稼働期間においても部品点数が少ないので、点検保守作
業が簡素化される。さらに、装置全体を小型，軽量に形
成できる。
【００７８】図１６は図１５の実施例において、各偏光
ビームスプリッタの光軸回りの取付角度を変更して、各
偏光ビームスプリッタにて取出される偏光成分の各方向
を変化させた実施例である。
ビームスプリッタの光軸回りの取付角度を変更して、各
偏光ビームスプリッタにて取出される偏光成分の各方向
を変化させた実施例である。
【００７９】すなわち、この実施例おいては、第１の偏
光ビームスプリッタ５２にて取出される偏光成分の方向
を前記基準方向に対して＋４５°および−４５°に設定
されており、第２の偏光ビームスプリッタ５３にて取出
される偏光成分の方向を前記基準方向に対して９０°お
よび０°に設定されている。
光ビームスプリッタ５２にて取出される偏光成分の方向
を前記基準方向に対して＋４５°および−４５°に設定
されており、第２の偏光ビームスプリッタ５３にて取出
される偏光成分の方向を前記基準方向に対して９０°お
よび０°に設定されている。
【００８０】このように構成されたエリプソメータにお
いても、それぞれ４５°ずつずれた独立した方向の光強
度Ｉ1 〜Ｉ4 が得られるので、図１５の実施例とほぼ同
様の効果を得ることができる。
いても、それぞれ４５°ずつずれた独立した方向の光強
度Ｉ1 〜Ｉ4 が得られるので、図１５の実施例とほぼ同
様の効果を得ることができる。
【００８１】図１７は本発明の他の実施例における複合
ビームスプリッタ４８における無偏光ガラス４９と第１
の偏光ビームスプリッタ５０との接合部分の詳細図であ
る。この実施例においては、第１の偏光ビームスプリッ
タ５０の入射面の一部に段部５０ｃが形成され、この段
部５０ｃに無偏光ガラス４９の上面４９ｃが嵌入するよ
うに構成されている。このような係合部を構成すること
によって、光軸合わせがより正確になるとともに、複合
ビームスプリッタ４８を竪牢なものにできる。このよう
に、本発明においては光学部品を種々に組合わせて実施
することが可能である。
ビームスプリッタ４８における無偏光ガラス４９と第１
の偏光ビームスプリッタ５０との接合部分の詳細図であ
る。この実施例においては、第１の偏光ビームスプリッ
タ５０の入射面の一部に段部５０ｃが形成され、この段
部５０ｃに無偏光ガラス４９の上面４９ｃが嵌入するよ
うに構成されている。このような係合部を構成すること
によって、光軸合わせがより正確になるとともに、複合
ビームスプリッタ４８を竪牢なものにできる。このよう
に、本発明においては光学部品を種々に組合わせて実施
することが可能である。
【００８２】
【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４つの光強度のうち値が最も
小さい光強度を破棄して、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を算出している。また、
可動する光学部材を排除して固定光学部材のみで構成し
ている。したがって、高い測定速度を維持したままで、
常時高い一定水準以上の膜厚測定精度を得ることがてき
る。さらに、可動部分がないので装置の保守点検が簡素
化される。また、複合ビームスプリッタを用いることに
よって、装置全体をより一層小型軽量化できる。
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４つの光強度のうち値が最も
小さい光強度を破棄して、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を算出している。また、
可動する光学部材を排除して固定光学部材のみで構成し
ている。したがって、高い測定速度を維持したままで、
常時高い一定水準以上の膜厚測定精度を得ることがてき
る。さらに、可動部分がないので装置の保守点検が簡素
化される。また、複合ビームスプリッタを用いることに
よって、装置全体をより一層小型軽量化できる。
【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、
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、
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、
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】 同酸化膜厚測定装置の電気的構成を示すブロ
ック図、
ック図、
【図８】 酸化膜厚測定装置を用いた実施例エリプソメ
ータと従来エリプソメータとの誤差率を比較するための
実測値を示す図、
ータと従来エリプソメータとの誤差率を比較するための
実測値を示す図、
【図９】 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、
の本体内部の構造を示す図、
【図１０】 同じく他の実施例エリプソメータの構造を
示す図、
示す図、
【図１１】 さらに別の実施例エリプソメータの構造を
示す図、
示す図、
【図１２】 同さらに別の実施例エリプソメータの構造
を示す図、
を示す図、
【図１３】 同さらに別の実施例エリプソメータの構造
を示す図、
を示す図、
【図１４】 同さらに別の実施例エリプソメータの構造
を示す図、
を示す図、
【図１５】 複合ビームスプリッタを用いた実施例構造
を示す図、
を示す図、
【図１６】 複合ビームスプリッタを用いた他の実施例
構造を示す図、
構造を示す図、
【図１７】 同複合ビームスプリッタの詳細構造を示す
図、
図、
【図１８】 従来のエリプソメータの概略構成を示す模
式図、
式図、
【図１９】 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…無偏光ビームスプリッ
タ、２１，５０，５２…第１の偏光ビームスプリッタ、
２２，５１，５３…第２の偏光ビームスプリッタ、２３
ａ〜２３ｄ…受光器、３５…シリコンウェーハー、４０
…１／４波長板、４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４
５…検光子，４９…無偏光ガラス、６５…ＣＰＵ。
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…無偏光ビームスプリッ
タ、２１，５０，５２…第１の偏光ビームスプリッタ、
２２，５１，５３…第２の偏光ビームスプリッタ、２３
ａ〜２３ｄ…受光器、３５…シリコンウェーハー、４０
…１／４波長板、４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４
５…検光子，４９…無偏光ガラス、６５…ＣＰＵ。
Claims (7)
- 【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つの偏光成分に分離し、この分離された４つの偏
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つの光強度に基づいて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。 - 【請求項２】 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２方向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
それぞれ異なる２偏光方向に分離し、最終的に前記測定
対象の反射光を４つの偏光成分に分離する複数の光学部
材と、この複数の光学部材にて分離された各偏光成分の
光強度を検出する４個の受光器と、この４個の受光器か
ら検出された４つ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つの光強度に基づいて前記反射光に
おける楕円偏光のエリプソパラメータを算出する演算部
とを備えたエリプソメータ。 - 【請求項３】 前記複数の光学部材は、前記無偏光ビー
ムスプリッタにて分岐された一方の光を基準方向に対し
て＋９０°および０°方向の各偏光成分に分離する第１
の光学系と、前記無偏光ビームスプリッタにて分岐され
た他方の光を前記基準方向に対して＋４５°および−４
５°方向の各偏光成分に分離する第２の光学系とで構成
されたことを特徴とする請求項２記載のエリプソメー
タ。 - 【請求項４】 前記測定対象に対する入射光路または反
射光路に波長板を挿入したことを特徴とする請求項２お
よび請求項３のいずれか一項記載のエリプソメータ。 - 【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つの偏光成分に分離する複合ビームスプ
リッタと、この複合ビームスプリッタにて分離された各
偏光成分の光強度を検出する４個の受光器と、この４個
の受光器から検出された４つ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つの光強度に基づいて前
記反射光における楕円偏光のエリプソパラメータを算出
する演算部とを備えたエリプソメータ。 - 【請求項６】 前記複合ビームスプリッタは、測定対象
からの反射光を入射面で反射光と透過光とに分岐させる
無偏光ガラスと、一端が前記無偏光ガラスに固定され、
この無偏光ガラスの反射光を基準方向に対して＋９０°
および０°方向の各偏光成分に分離する第１の偏光ビー
ムスプリッタと、前記無偏光ガラスの前記透過光の出射
面に接合され、前記無偏光ガラスの透過光を基準方向に
対して＋４５°および−４５°方向の各偏光成分に分離
する第２の偏光ビームスプリッタとで構成されたことを
特徴とする請求項５記載のエリプソメータ。 - 【請求項７】 前記複合ビームスプリッタは、測定対象
からの反射光を入射面で反射光と透過光とに分岐させる
無偏光ガラスと、一端が前記無偏光ガラスに固定され、
この無偏光ガラスの反射光を基準方向に対して＋４５°
および−４５°方向の各偏光成分に分離する第１の偏光
ビームスプリッタと、前記無偏光ガラスの前記透過光の
出射面に接合され、前記無偏光ガラスの透過光を基準方
向に対して＋９０°および０°方向の各偏光成分に分離
する第２の偏光ビームスプリッタとで構成されたことを
特徴とする請求項５記載のエリプソメータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/133,762 US5335066A (en) | 1991-08-29 | 1993-10-07 | Measuring method for ellipsometric parameter and ellipsometer |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21765791 | 1991-08-29 | ||
| JP3-217657 | 1991-10-11 | ||
| JP26368991 | 1991-10-11 | ||
| JP3-263689 | 1991-10-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05157521A true JPH05157521A (ja) | 1993-06-22 |
Family
ID=26522146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3315686A Pending JPH05157521A (ja) | 1991-08-29 | 1991-11-29 | エリプソパラメータ測定方法及びエリプソメータ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5335066A (ja) |
| JP (1) | JPH05157521A (ja) |
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