JPH07151674A - 消光法式偏光測定装置 - Google Patents
消光法式偏光測定装置Info
- Publication number
- JPH07151674A JPH07151674A JP32973893A JP32973893A JPH07151674A JP H07151674 A JPH07151674 A JP H07151674A JP 32973893 A JP32973893 A JP 32973893A JP 32973893 A JP32973893 A JP 32973893A JP H07151674 A JPH07151674 A JP H07151674A
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- Japan
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- polarizer
- analyzer
- angle
- sample
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 比較的短時間で測定を行なうことができる消
光法式偏光測定装置を提供する。 【構成】 入射側偏光子１３を低速で回転させつつ反射
側偏光子（検光子）１９を高速で回転させ、検光子１９
の半回転中に光検出器２３で検出される受光強度の極小
値が最小となる時点の入射側偏光子１３及び検光子１９
の角度を検出する。
光法式偏光測定装置を提供する。 【構成】 入射側偏光子１３を低速で回転させつつ反射
側偏光子（検光子）１９を高速で回転させ、検光子１９
の半回転中に光検出器２３で検出される受光強度の極小
値が最小となる時点の入射側偏光子１３及び検光子１９
の角度を検出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体薄膜等の薄膜の
厚さや結晶等の光学定数（複素屈折率＝屈折率及び吸収
係数）などを測定する場合に用いられる偏光測定装置
（エリプソメータ）に関する。
厚さや結晶等の光学定数（複素屈折率＝屈折率及び吸収
係数）などを測定する場合に用いられる偏光測定装置
（エリプソメータ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】偏光測定装置（エリプソメータ）の測定
原理は次の通りである。試料の表面に、入射面に対して
傾きを有する（例えば４５°の）直線偏光を入射する
と、反射された光は一般に楕円偏光となる。これは、そ
の試料の光学定数に応じて、入射偏光の入射面に平行な
成分（ｐ成分とする）とそれに垂直な成分（ｓ成分とす
る）とで反射率が異なり、また、反射の際に両成分の間
で位相差が生じるためである。従って、測定しようとす
る試料の表面に直線偏光を入射し、反射されてきた楕円
偏光を検出して、その成分反射率の比ψ及び位相差Δを
求めることにより、試料の光学定数（屈折率及び吸収係
数）を測定することができる。
原理は次の通りである。試料の表面に、入射面に対して
傾きを有する（例えば４５°の）直線偏光を入射する
と、反射された光は一般に楕円偏光となる。これは、そ
の試料の光学定数に応じて、入射偏光の入射面に平行な
成分（ｐ成分とする）とそれに垂直な成分（ｓ成分とす
る）とで反射率が異なり、また、反射の際に両成分の間
で位相差が生じるためである。従って、測定しようとす
る試料の表面に直線偏光を入射し、反射されてきた楕円
偏光を検出して、その成分反射率の比ψ及び位相差Δを
求めることにより、試料の光学定数（屈折率及び吸収係
数）を測定することができる。
【０００３】このψ及びΔを求めるため、従来次の２種
の方法が用いられていた。第１の方法は、入射光の偏光
角を（例えば４５°に）固定しておき、反射楕円偏光の
全角度成分（図４（ａ））を検出する方法である。これ
は、たまたま反射楕円偏光の楕円率（離心率）が非常に
１に近くなった場合（図４（ｂ））には、短径方向の測
定精度が低下するため、光学定数の測定値の信頼性に問
題がある。第２の方法は、予めｐ成分とｓ成分との間に
位相差Δを設けた楕円偏光（ｐ成分とｓ成分の振幅は固
定しておく）を試料に入射し、反射光が直線偏光となる
ときの入射偏光の位相差Δを検出するとともに、反射直
線偏光の偏光面の傾きを検出することにより、成分反射
率の比ψを求める方法（消光法）である。
の方法が用いられていた。第１の方法は、入射光の偏光
角を（例えば４５°に）固定しておき、反射楕円偏光の
全角度成分（図４（ａ））を検出する方法である。これ
は、たまたま反射楕円偏光の楕円率（離心率）が非常に
１に近くなった場合（図４（ｂ））には、短径方向の測
定精度が低下するため、光学定数の測定値の信頼性に問
題がある。第２の方法は、予めｐ成分とｓ成分との間に
位相差Δを設けた楕円偏光（ｐ成分とｓ成分の振幅は固
定しておく）を試料に入射し、反射光が直線偏光となる
ときの入射偏光の位相差Δを検出するとともに、反射直
線偏光の偏光面の傾きを検出することにより、成分反射
率の比ψを求める方法（消光法）である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記第２の方法（消光
法）では入射偏光の角度を変化させる偏光子と反射偏光
の角度を検出する検光子の双方の角度を変えなければな
らない。そのため、従来の消光法式偏光測定装置では、
まず検光子を或る角度に固定し、その状態で偏光子を回
転させて、通過光の強度が極小となる角度を検出する。
次に、偏光子をその位置で固定し、今度は検光子を回転
させて通過光強度が極小となる角度を検出する。こうし
て、偏光子と偏光子を交互に固定して他方を回転させ、
上記関係を満たす両者の角度を検出する、という方法を
とっていた。このため、測定に非常に時間がかかるとい
う問題があった。
法）では入射偏光の角度を変化させる偏光子と反射偏光
の角度を検出する検光子の双方の角度を変えなければな
らない。そのため、従来の消光法式偏光測定装置では、
まず検光子を或る角度に固定し、その状態で偏光子を回
転させて、通過光の強度が極小となる角度を検出する。
次に、偏光子をその位置で固定し、今度は検光子を回転
させて通過光強度が極小となる角度を検出する。こうし
て、偏光子と偏光子を交互に固定して他方を回転させ、
上記関係を満たす両者の角度を検出する、という方法を
とっていた。このため、測定に非常に時間がかかるとい
う問題があった。
【０００５】そこで本発明は、比較的短時間で測定を行
なうことができる消光法式偏光測定装置を提供する。
なうことができる消光法式偏光測定装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係る消光法式偏光測定装置は、 a)光源と、 b)光源と試料との間に配置された回転可能な入射側偏光
子と、 c)入射側偏光子と試料との間に配置された１／４波長板
と、 d)光検出器と、 e)試料と光検出器との間に配置された回転可能な反射側
偏光子と、 f)入射側偏光子の角度を検出する手段と、 g)反射側偏光子の角度を検出する手段と、 h)入射側偏光子又は反射側偏光子のいずれか一方を低速
で回転させつつ他方の偏光子を高速で回転させ、高速回
転される偏光子の１回転中に光検出器で検出される強度
の極小値が最小となる時点の入射側偏光子及び反射側偏
光子の角度を検出する制御部とを備えることを特徴とす
るものである。
に成された本発明に係る消光法式偏光測定装置は、 a)光源と、 b)光源と試料との間に配置された回転可能な入射側偏光
子と、 c)入射側偏光子と試料との間に配置された１／４波長板
と、 d)光検出器と、 e)試料と光検出器との間に配置された回転可能な反射側
偏光子と、 f)入射側偏光子の角度を検出する手段と、 g)反射側偏光子の角度を検出する手段と、 h)入射側偏光子又は反射側偏光子のいずれか一方を低速
で回転させつつ他方の偏光子を高速で回転させ、高速回
転される偏光子の１回転中に光検出器で検出される強度
の極小値が最小となる時点の入射側偏光子及び反射側偏
光子の角度を検出する制御部とを備えることを特徴とす
るものである。
【０００７】
【作用】入射側偏光子を通過した光は直線偏光であり、
これを１／４波長板に通すことにより楕円偏光が得られ
る。この入射側偏光子を回転させることにより直線偏光
の偏光面が変化するが、１／４波長板を固定しておく
と、楕円偏光の主軸の方向は（１／４波長板の方向によ
り決定されるため）固定されたまま、楕円偏光の楕円率
（離心率）のみが入射側偏光子の角度に応じて変化す
る。この楕円偏光を試料の表面に入射させ、反射光を反
射側偏光子を通して光検出器で受ける。反射光も一般に
楕円偏光となるが、その楕円率は、試料表面での反射時
に引き起こされるｐ成分とｓ成分との間の位相差により
入射光のそれとは異なり、また、主軸方向も両成分の反
射率の差により入射光とは異なる。
これを１／４波長板に通すことにより楕円偏光が得られ
る。この入射側偏光子を回転させることにより直線偏光
の偏光面が変化するが、１／４波長板を固定しておく
と、楕円偏光の主軸の方向は（１／４波長板の方向によ
り決定されるため）固定されたまま、楕円偏光の楕円率
（離心率）のみが入射側偏光子の角度に応じて変化す
る。この楕円偏光を試料の表面に入射させ、反射光を反
射側偏光子を通して光検出器で受ける。反射光も一般に
楕円偏光となるが、その楕円率は、試料表面での反射時
に引き起こされるｐ成分とｓ成分との間の位相差により
入射光のそれとは異なり、また、主軸方向も両成分の反
射率の差により入射光とは異なる。
【０００８】制御部は、入射側偏光子又は反射側偏光子
のいずれか一方を低速で回転させつつ、他方の偏光子を
高速で回転させる。ここで、低速回転側の偏光子の角度
があまり変化しないうちに高速回転側の偏光子が１回転
することができるように、両偏光子の回転速度差は１０
倍程度以上あることが望ましい。例えば、入射側偏光子
が高速で回転され、反射側偏光子が低速で回転されると
すると、反射側偏光子の角度がほとんど変化しない間
に、入射楕円偏光の楕円率（離心率）が０（円）と１
（直線）の間で変化し、それに応じて反射楕円偏光の楕
円率も０と１の間で変化する（ただし、両者の楕円率は
一般的には異なる）。反射楕円偏光の楕円率が１となっ
た時点で、反射側偏光子を通過する光の強度が極小とな
る（これは、反射側偏光子の角度に拘らない）。このよ
うに楕円率は変化するが、上述の通り、入射楕円偏光の
主軸方向は一定であり、反射楕円偏光の主軸（長軸）方
向も一定である。従って、反射側偏光子が回転して、反
射側偏光子の透過偏光面が反射楕円偏光の主軸に垂直な
方向（短軸方向）に近づくにつれ、この極小値は徐々に
小さくなってゆき、反射側偏光子の透過偏光面が短軸方
向に一致した時点で、ゼロとなる。これが極小値の最小
値であり、このときの入射側偏光子及び反射側偏光子の
角度を検出することにより、試料の光学定数を求めるこ
とができる。入射側偏光子が低速で回転され、反射側偏
光子が高速で回転される場合については、次の実施例で
説明する。
のいずれか一方を低速で回転させつつ、他方の偏光子を
高速で回転させる。ここで、低速回転側の偏光子の角度
があまり変化しないうちに高速回転側の偏光子が１回転
することができるように、両偏光子の回転速度差は１０
倍程度以上あることが望ましい。例えば、入射側偏光子
が高速で回転され、反射側偏光子が低速で回転されると
すると、反射側偏光子の角度がほとんど変化しない間
に、入射楕円偏光の楕円率（離心率）が０（円）と１
（直線）の間で変化し、それに応じて反射楕円偏光の楕
円率も０と１の間で変化する（ただし、両者の楕円率は
一般的には異なる）。反射楕円偏光の楕円率が１となっ
た時点で、反射側偏光子を通過する光の強度が極小とな
る（これは、反射側偏光子の角度に拘らない）。このよ
うに楕円率は変化するが、上述の通り、入射楕円偏光の
主軸方向は一定であり、反射楕円偏光の主軸（長軸）方
向も一定である。従って、反射側偏光子が回転して、反
射側偏光子の透過偏光面が反射楕円偏光の主軸に垂直な
方向（短軸方向）に近づくにつれ、この極小値は徐々に
小さくなってゆき、反射側偏光子の透過偏光面が短軸方
向に一致した時点で、ゼロとなる。これが極小値の最小
値であり、このときの入射側偏光子及び反射側偏光子の
角度を検出することにより、試料の光学定数を求めるこ
とができる。入射側偏光子が低速で回転され、反射側偏
光子が高速で回転される場合については、次の実施例で
説明する。
【０００９】
【実施例】本発明の一実施例である偏光測定装置の構成
を図１に示す。光源１１からの光は偏光子（入射側偏光
子）１３により直線偏光となり、１／４波長板（１／４
λ）１５により楕円偏光１６とされる。この楕円偏光１
６が試料１７の表面で反射されると、試料１７の光学定
数に応じて、その楕円率及び主軸方向が変化する。反射
楕円偏光１８は検光子（反射側偏光子）１９を通った
後、光検出器２３によりその強度が検出される。
を図１に示す。光源１１からの光は偏光子（入射側偏光
子）１３により直線偏光となり、１／４波長板（１／４
λ）１５により楕円偏光１６とされる。この楕円偏光１
６が試料１７の表面で反射されると、試料１７の光学定
数に応じて、その楕円率及び主軸方向が変化する。反射
楕円偏光１８は検光子（反射側偏光子）１９を通った
後、光検出器２３によりその強度が検出される。
【００１０】偏光子１３はステップモータ１４により回
転され、検光子１９はＤＣモータ２０により回転され
る。ステップモータ１４及びＤＣモータ２０は共に制御
部２５により制御され、本実施例では図２に示すよう
に、偏光子１３は低速で回転され、検光子１９が高速で
回転される。偏光子１３はステップモータ１４により回
転されるため、偏光子１３の角度は制御部２５において
検出可能である。検光子１９の回転角度は、ロータリエ
ンコーダ２１により検出され、制御部２５に入力され
る。光検出器２３の検出信号も制御部２５に入力され
る。
転され、検光子１９はＤＣモータ２０により回転され
る。ステップモータ１４及びＤＣモータ２０は共に制御
部２５により制御され、本実施例では図２に示すよう
に、偏光子１３は低速で回転され、検光子１９が高速で
回転される。偏光子１３はステップモータ１４により回
転されるため、偏光子１３の角度は制御部２５において
検出可能である。検光子１９の回転角度は、ロータリエ
ンコーダ２１により検出され、制御部２５に入力され
る。光検出器２３の検出信号も制御部２５に入力され
る。
【００１１】光検出器２３からの受光強度の信号は、例
えば試料位相差Δがゼロの場合、図３に示すように変化
する。この場合、偏光子１３の（入射面に対する）角度
が０°又は９０°のとき、検光子１９が１回転（０〜３
６０°）しても、光検出器２３の受光強度は変化しな
い。これは、反射光が円偏光であることを示している。
偏光子１３の角度が徐々に変化するにつれ反射光が楕円
偏光となり、受光強度信号は検光子１９の回転（角度）
に応じて変化するようになって、極小点が現われるよう
になる。制御部２５は、検光子１９の１回転の間の受光
強度信号の極小点を検出し、そのときの値Ｉmを記憶し
ておく。この極小点において、検光子１９の角度は反射
楕円偏光の短径方向に一致している。
えば試料位相差Δがゼロの場合、図３に示すように変化
する。この場合、偏光子１３の（入射面に対する）角度
が０°又は９０°のとき、検光子１９が１回転（０〜３
６０°）しても、光検出器２３の受光強度は変化しな
い。これは、反射光が円偏光であることを示している。
偏光子１３の角度が徐々に変化するにつれ反射光が楕円
偏光となり、受光強度信号は検光子１９の回転（角度）
に応じて変化するようになって、極小点が現われるよう
になる。制御部２５は、検光子１９の１回転の間の受光
強度信号の極小点を検出し、そのときの値Ｉmを記憶し
ておく。この極小点において、検光子１９の角度は反射
楕円偏光の短径方向に一致している。
【００１２】偏光子１３が回転するにつれ、極小点にお
ける信号強度Ｉmの値は変化してゆくが、制御部２５
は、検光子１９の１回転毎の極小点における信号強度Ｉ
mを前回の回転の際の極小点の値Ｉmと比較することによ
り、偏光子１３が１８０°だけ回転する間の極小信号強
度Ｉmの値の最小値ＩMを検出する。そして、極小値Ｉm
が最小ＩMとなった時点における偏光子１３の角度Ｐ
（図３の場合、４５°）をステップモータ１４の制御信
号より検出し、検光子１９の角度Ａをロータリエンコー
ダ２１からの信号により検出する。このとき、反射光１
８は直線偏光となり、検光子１９の角度Ａはその偏光面
に垂直となっている。
ける信号強度Ｉmの値は変化してゆくが、制御部２５
は、検光子１９の１回転毎の極小点における信号強度Ｉ
mを前回の回転の際の極小点の値Ｉmと比較することによ
り、偏光子１３が１８０°だけ回転する間の極小信号強
度Ｉmの値の最小値ＩMを検出する。そして、極小値Ｉm
が最小ＩMとなった時点における偏光子１３の角度Ｐ
（図３の場合、４５°）をステップモータ１４の制御信
号より検出し、検光子１９の角度Ａをロータリエンコー
ダ２１からの信号により検出する。このとき、反射光１
８は直線偏光となり、検光子１９の角度Ａはその偏光面
に垂直となっている。
【００１３】なお、別の試料で測定した場合には、信号
強度Ｉは図３の点線で示すように変化し、このときの偏
光子角度及び検光子角度はそれぞれＰ'，Ａ'となる。
強度Ｉは図３の点線で示すように変化し、このときの偏
光子角度及び検光子角度はそれぞれＰ'，Ａ'となる。
【００１４】こうして求められた偏光子１３及び検光子
１９の角度Ｐ，Ａより、制御部２５は試料１７の表面で
の反射による位相差Δ及び偏光成分反射率の比ψを算出
し、これらを基に、試料１７の光学定数（屈折率及び吸
収係数）を算出する。
１９の角度Ｐ，Ａより、制御部２５は試料１７の表面で
の反射による位相差Δ及び偏光成分反射率の比ψを算出
し、これらを基に、試料１７の光学定数（屈折率及び吸
収係数）を算出する。
【００１５】
【発明の効果】本発明に係る偏光測定装置では、入射側
偏光子、反射側偏光子とも連続的に回転され、しかも一
方は高速で回転されるため、測定を自動化することがで
きるとともに、測定時間を従来よりも大幅に短縮するこ
とができる。しかも、測定は消光法によっているため、
常に精度の高い測定値を得ることができ、測定値の信頼
性が高い。
偏光子、反射側偏光子とも連続的に回転され、しかも一
方は高速で回転されるため、測定を自動化することがで
きるとともに、測定時間を従来よりも大幅に短縮するこ
とができる。しかも、測定は消光法によっているため、
常に精度の高い測定値を得ることができ、測定値の信頼
性が高い。
【図１】 本発明の一実施例である消光法式偏光測定装
置の構成を示すブロック図。
置の構成を示すブロック図。
【図２】 実施例の偏光測定装置の偏光子（入射側偏光
子）及び検光子（反射側偏光子）の回転の様子を示すグ
ラフ。
子）及び検光子（反射側偏光子）の回転の様子を示すグ
ラフ。
【図３】 実施例の偏光測定装置の光検出器から出力さ
れる強度信号の変化を示すグラフ。
れる強度信号の変化を示すグラフ。
【図４】 偏光測定の原理を説明するためのグラフ。
１１…光源 １３…入射側偏光子 １４…入射側偏光子回転用ステップモータ １６…入射光 １７…試料 １８…反射光 １９…検光子（反射側偏光子） ２０…反射側偏光子回転用ＤＣモータ ２１…反射側偏光子角度検出用ロータリエンコーダ ２３…光検出器 ２５…制御部
Claims (1)
- 【請求項１】 a)光源と、 b)光源と試料との間に配置された回転可能な入射側偏光
子と、 c)入射側偏光子と試料との間に配置された１／４波長板
と、 d)光検出器と、 e)試料と光検出器との間に配置された回転可能な反射側
偏光子と、 f)入射側偏光子の角度を検出する手段と、 g)反射側偏光子の角度を検出する手段と、 h)入射側偏光子又は反射側偏光子のいずれか一方を低速
で回転させつつ他方の偏光子を高速で回転させ、高速回
転される偏光子の１回転中に光検出器で検出される強度
の極小値が最小となる時点の入射側偏光子及び反射側偏
光子の角度を検出する制御部とを備えることを特徴とす
る消光法式偏光測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32973893A JPH07151674A (ja) | 1993-11-30 | 1993-11-30 | 消光法式偏光測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32973893A JPH07151674A (ja) | 1993-11-30 | 1993-11-30 | 消光法式偏光測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07151674A true JPH07151674A (ja) | 1995-06-16 |
Family
ID=18224729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32973893A Pending JPH07151674A (ja) | 1993-11-30 | 1993-11-30 | 消光法式偏光測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07151674A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100389566B1 (ko) * | 2000-07-25 | 2003-06-27 | 오혜근 | 동기화된 회전요소형 타원해석기 |
| KR100701301B1 (ko) * | 2005-12-08 | 2007-03-29 | 안일신 | 다기능 회전요소형 타원해석기 |
| JP2011191311A (ja) * | 1999-04-22 | 2011-09-29 | Kla-Tencor Corp | 自己較正機能を備える表面特性解析用システム |
| KR101664683B1 (ko) * | 2015-04-15 | 2016-10-24 | 현대자동차주식회사 | 차량의 유사 연료 주유 판별 장치 및 방법 |
-
1993
- 1993-11-30 JP JP32973893A patent/JPH07151674A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011191311A (ja) * | 1999-04-22 | 2011-09-29 | Kla-Tencor Corp | 自己較正機能を備える表面特性解析用システム |
| KR100389566B1 (ko) * | 2000-07-25 | 2003-06-27 | 오혜근 | 동기화된 회전요소형 타원해석기 |
| KR100701301B1 (ko) * | 2005-12-08 | 2007-03-29 | 안일신 | 다기능 회전요소형 타원해석기 |
| KR101664683B1 (ko) * | 2015-04-15 | 2016-10-24 | 현대자동차주식회사 | 차량의 유사 연료 주유 판별 장치 및 방법 |
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