JPH07198342A - 薄膜厚測定装置 - Google Patents

薄膜厚測定装置

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JPH07198342A
JPH07198342A JP6299056A JP29905694A JPH07198342A JP H07198342 A JPH07198342 A JP H07198342A JP 6299056 A JP6299056 A JP 6299056A JP 29905694 A JP29905694 A JP 29905694A JP H07198342 A JPH07198342 A JP H07198342A
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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 検査対象の基板全体に渡って高速かつ複数
測定点の測定を可能とする薄膜厚測定装置を提供する。 【構成】 本発明の薄膜厚測定装置は、発光ユニット
と、受光ユニットと、光線変向ユニットとを有する。発
光ユニットはコリメートされた入射光線を入射軸に沿っ
て供給。受光ユニットはレンズと、レンズの焦点に位置
するピンホールを有する絞りとを有し、入射軸に平行な
出射軸に沿ってコリメートされた出射光線を受光する。
光線変向ユニットは、少なくとも入射軸に平行な走査軸
に沿って移動可能である。光線変向ユニットは入射光線
をサンプルへ向けて変向し、サンプルからの出射光線を
受光ユニットへ向けて変向する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的に、対象を傷つけ
ない、品質制御装置及び方法に関する。特に、薄膜の厚
さと屈折率を測定する光学的装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光学的測定装置は、典型的には、マイク
ロエレクトロニクス産業に於いて、非接触で、対象を傷
つけない、薄膜厚測定手段として使用されている。活用
されている主要なシステムが２つあり、それらは分光測
定器（反射率計）と楕円偏光計である。以下の米国特許
明細書に従来技術が示されている：
【０００３】楕円偏光計について：第５，１６６，７５
２号、第５，０６１，０７２号、第５，０４２，９５１
号、第４，９５７，３６８号、第４，６８１，４５０
号、第４，６５３，９２４号、第４，６４７，２０７
号、第４，５１６，８５５号。
【０００４】分光測定器について：第５，１８１，０８
０号、第５，１５９，４１２号、第５，１２０，９６６
号、第４，９９９，０１４号、第４，５８５，３４８
号。
【０００５】図１Ａと図１Ｂに従来技術を用いたシステ
ムがふたつ図示されおり、以下にその説明をする。分光
測定器は、膜境界から反射された複数の光線が互いに干
渉するという事実を利用している。より詳細に述べる
と、図１Ａの分光測定器は、サンプル１０の選ばれた点
の反射率を、通常は可視光乃至近紫外光領域の波長の関
数として測定する。
【０００６】検出されたスペクトル反射率関数のコンピ
ュータによる分析により、特にその極小、極大から、薄
膜の厚さがわかる。また、ある場合には、測定された膜
の屈折率もわかる。
【０００７】分光測定器は、典型的には、光源と適当な
光学部材とを有するトランスミッタ１２と、ビームスプ
リッタ１４と、対物レンズ１６と、チューブレンズ１８
と、光の強度を入射光波長の関数として測定する光学的
若しくは電子的手段を有する受光ユニット２０とを有す
る。トランスミッタ１２は、コリメートされた（ｃｏｌ
ｉｍａｔｅｄ）光線２２を発生し、この光線はビームス
プリッタ１４によって偏向され、対物レンズ１６によっ
てサンプル１０上に集光される。反射光線２４は顕微鏡
結像光学部材（レンズ１６とレンズ１８）によって受光
ユニット２０内の分光測定ユニット（図示されていな
い）上に集光される。
【０００８】サンプル１０上の複数の点を測定するため
に、サンプル１０はｘ−ｙステージ２６上に置かれてい
る。ｘ−ｙステージ２６は、典型的には、非常に精密で
重く、その結果非常にゆっくり動く。
【０００９】分光測定器では、非常に小さい反射率の構
造の測定は困難である。というのは比較的低い光度の伝
統的な白色光源では十分な信号対雑音比（ＳＮＲ）が得
られないからである。分光測定器ではアモルファスシリ
コンのような光学的定数の分布が未知であるか、若しく
は再現性がないような膜の測定も困難である。
【００１０】これらの制限にもかかわらず、分光測定法
は今日、産業で広く使われている。というのはこの方法
の設備は、簡単に光学顕微鏡と組み合わせることがで
き、また伝統的な顕微鏡光学部材を用いることができる
からである。
【００１１】楕円偏光計は、試験面による反射によって
引き起こされる光の偏光の変化を測定する。これらの変
化は振幅と位相の変化によって特徴付けられ、薄膜の厚
さや光学的特性に敏感である。
【００１２】従来技術を用いた楕円偏光計が図１Ｂに図
示されている。この楕円偏光計は、光源と適当な光学部
材とを有するトランスミッタ３０と、偏光子３２と、光
学的補償装置（位相遅延器）３４と、検光子３６と、光
検出器と適当な電子部材とを有する受光ユニット３８と
を有する。偏光子３２はトランスミッタ３０から発せら
れる入射光線４０を偏光する。反射光線４２は検光子３
６を通過し、受光ユニット３８に到達する。補償器３４
を用いるときは、偏光子３２と試験されるサンプル１０
との間か、若しくはサンプル１０と検光子３６との間に
置くことができる。
【００１３】楕円偏光測定法は斜めの発光を必要とす
る。言い換えると、入射光線４０とサンプル１０の垂線
４４との間の入射角θは０より大きくなければならな
い。反射光線４２と垂線４４との間の角度は入射角θに
等しい。入射角θは基板のブリュースタ角θBに近いこ
とが望ましい。実際的には入射角θは４５°乃至７０°
である。
【００１４】楕円偏光計は、光の強度に対して独立なふ
たつの偏光変数（振幅と位相）を測定することにより、
極めて高精度であり、０乃至１００オングストロームの
超薄膜を測定することも可能である。しかしながら、楕
円偏光計は高度にコリメートされた光線はもちろん、斜
めの発光をも必要とするため、これを用いて、密度の濃
い構造の測定を、高い空間解像度で行うことは困難であ
る。
【００１５】完全に自動化された楕円偏光計の基本的な
タイプがふたつある。ナル楕円偏光計（ＮＥ；Ｎｕｌｌ
−ｅｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒｓ）は最も精度の高い測定を
可能とするが、１測定点につき少なくとも数秒を必要と
する。回転分析器楕円偏光計（ＲＡＥ；Ｒｏｔａｔｉｎ
ｇ−ａｎａｌｙｚｅｒ ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒｓ）
は、非常に高速の測定（１測定点につき数分の１秒）を
可能にする。しかし、感度と精度は通常、ナル楕円偏光
計のそれよりも悪い。
【００１６】全ての従来技術の装置に於いて、光学機械
的装置は複雑で、大きく、重く、そのためｘ−ｙステー
ジ２６は測定点間を移動し、測定開始前に完全に停止し
ていなければならない。測定と測定との間の時間はｘ−
ｙステージ２６の質量と、要求される位置精度とに依存
し、少なくとも数秒（時には数十秒）を必要とする。こ
のことは、特に８インチのＶＬＳＩシリコンウェハのよ
うな大きなサイズの基板の検査に於ける厚さマッピング
をするときの速さを制限する。
【００１７】“足跡（ｆｏｏｔ ｐｒｉｎｔ）”すなわ
ちひとつの装置が床に占める面積は、典型的には、ｘ−
ｙステージの移動のため、少なくともｘ−ｙステージの
２倍のサイズを必要とする。
【００１８】更に、従来の測定装置は、いったん膜形成
プロセスが完了した後に、測定に使われ、膜形成プロセ
ス進行中は使用できない。というのは、ウェハの取り扱
いや、その他の機械的な移動が真空チャンバの中ではで
きないからである。
【００１９】他の測定装置も知られており、それらのひ
とつは米国特許第４，８２６，３２１号明細書中に記載
されている。米国特許第４，８２６，３２１号明細書は
楕円偏光計に似た装置を提示している。しかしながら、
この装置に於いては、薄膜のある基板の正確なブリュー
スタ角で、面偏光されたレーザ光線を薄膜面に向けて偏
向するためにミラーが用いられている。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、検査
対象の基板全体に渡って高速かつ複数測定点の測定を可
能とする薄膜厚測定装置を提供することにある。
【００２１】本発明の他の目的及び利点については、添
付の図面及び以下の詳細な説明から明らかとなる。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上述された目的は、コリ
メートされた入射光線を入射軸に沿って供給する発光ユ
ニットと、コリメートされた出射光線を前記入射軸に平
行な出射軸に沿って受光する受光ユニットと、前記入射
光線をサンプルへ向けて偏向し、前記出射光線を前記サ
ンプルから前記受光ユニットへ向けて偏向する、少なく
とも前記入射軸に平行な第１走査軸に沿って移動可能な
光線偏向ユニットとを有するサンプル上の薄膜の厚さを
測定するための薄膜厚測定装置であって、前記受光ユニ
ットが、レンズと、ピンホールを有する絞りとを有し、
前記ピンホールが、前記レンズの焦点に位置することを
特徴とする薄膜厚測定装置を提供することによって達成
される。
【００２３】
【作用】本発明に基づく装置は、光線をあらかじめ決め
られた入射角、反射角に保持するように、基板表面へ
の、若しくは基板表面からの光線の偏向をする光線偏向
ユニットを有する。
【００２４】より詳細に述べると以下の通りである。
【００２５】本発明の好適実施例に従うと、サンプル上
の薄膜厚を測定する薄膜厚測定装置が与えられ、この薄
膜厚測定装置は、ａ）コリメートされた入射光線を入射
軸に沿って供給する発光ユニットと、ｂ）コリメートさ
れた出射光線を入射軸に平行な出射軸に沿って受光する
受光ユニットと、ｃ）入射光線をサンプルへ向けて偏向
し、サンプルからの出射光線を受光ユニットへ向けて偏
向する、少なくとも入射軸に平行な走査軸に沿って移動
可能な光線偏向ユニットとを有する。受光ユニットはレ
ンズと、レンズの焦点に位置するピンホールを有する絞
りとを有する。
【００２６】更に、本発明の好適実施例に従うと、光線
偏向ユニットは１次元乃至２次元に移動可能であっても
よい。１次元の場合、光線偏向ユニットは、ａ）入射光
線をサンプルへ向けて偏向する第１偏向部材と、ｂ）サ
ンプルからの反射光線を出射軸に沿うように偏向する第
２偏向部材と、ｃ）反射光線をコリメートする対物レン
ズとを有する。コリメートされた光線は出射光線であ
る。
【００２７】２次元の場合、光線偏向ユニットは、第１
走査軸と、第１走査軸に垂直な第２走査軸との両方に沿
って移動可能である。光線偏向ユニットは、好ましくは
４つのミラーと、ひとつの対物レンズとを有する。第１
ミラーは入射光線を入射軸から第２走査軸へ偏向する。
第２ミラーは入射光線を第２走査軸からサンプルへ向け
て偏向する。第３ミラーはサンプルからの反射光線を第
２走査軸へ偏向する。第４ミラーは反射光線を第２走査
軸から出射軸へ偏向する。対物レンズは反射光線をコリ
メートする。
【００２８】更に、本発明の好適実施例に従うと、本装
置は楕円偏光計でもよい。受光ユニットは更に、検光子
と、光検出器とを有し、第１、第２偏向部材はミラーか
らなる。発光ユニットは光源と、偏光子とを有する。発
光ユニットと受光ユニットには、所望に応じて、補償器
を加えることもできる。
【００２９】本発明の別の好適実施例に従うと、本装置
は分光測定器であってもよい。この好適実施例では、受
光ユニットは更に分光測定光検出器（ｓｐｅｃｔｒｏｐ
ｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を有し、第
１偏向部材はビームスプリッタで、第２偏向部材はミラ
ーである。更に、光線偏向ユニットは、ビームスプリッ
タによって偏向された入射光線をサンプル上に集光する
レンズを有する。
【００３０】本発明による薄膜厚測定装置は、クラスタ
ツール（ｃｌｕｓｔｅｒ ｔｏｏｌｓ）のような膜形成
装置と組み合わせることができる。
【００３１】本発明の好適実施例に従うと、薄膜の厚さ
を測定すると共に測定領域の像を得る薄膜厚測定装置も
提供される。この装置は、ａ）コリメートされた入射光
線を入射軸に沿って供給する発光ユニットと、ｂ）コリ
メートされた出射光線を入射軸に平行な出射軸に沿って
受光する受光ユニットと、ｃ）入射光線をサンプルへ向
けて偏向し、サンプルからの出射光線を受光ユニットへ
向けて偏向する、少なくとも入射軸に平行な走査軸に沿
って移動可能な光線偏向ユニットとを有する。入射光線
は、好ましくは、少なくともひとつのコヒーレント光線
と非コヒーレント光線とからなり、所望の入射角でサン
プル上に入射される。受光ユニットは、ａ）第１像レン
ズと、ｂ）出射軸上に位置するピンホールを有する、出
射軸に対して入射角と等しい角度を有して第１像レンズ
の焦点に位置する回折格子と、ｃ）ピンホールを通して
受光された通常コヒーレントな光を検出する少なくとも
ひとつの光検出器と、ｄ）第２像レンズと、ｅ）回折格
子によって偏向され、第２像レンズによって結像され
る、測定領域からの非コヒーレント光線を受容するため
のカメラとを有する。
【００３２】更に、本発明の好適実施例に従うと、本装
置は所望の入射角から逸脱することもある実入射角を測
定する装置を有してもよい。この実入射角測定装置は発
光ユニットや受光ユニットの一部を形成する光学部材を
活用する。この実入射角測定装置は位置検出器を有する
ことが好ましい。
【００３３】更に、本発明の好適実施例に従うと、本装
置はサンプルがその中で保持される真空チャンバを有す
るクラスタツールと組み合わせることもできる。真空チ
ャンバは、サンプルに入射する光線、乃至サンプルから
反射される光線の軸に垂直になるようにガラスプレート
を組み込まれているカバーを有していることが好まし
い。ガラスプレートは走査軸に平行に延在する。
【００３４】最後に、本発明の好適実施例に従うと、本
装置は通常サンプルに近接して設置される偏光子、検光
子、光学的な補償器を有してもよい。
【００３５】
【実施例】本発明は添付の図面を参照にし、以下の詳細
な説明によって、よりよく理解され、認識される。
【００３６】図２と図３は、本発明の好適実施例に従っ
て構成され作用する、それぞれ１次元と２次元の走査機
構を有する光学的測定装置を図示している。図２は側面
図であり、図３は上面図である。
【００３７】図２と図３に於いて、光学的測定装置は楕
円偏光計である。これは、あくまでも例示であって、本
発明の主旨は、図８に図示され、また以下に詳細に説明
される、分光測定器にも適用可能である。
【００３８】図２に示す楕円偏光計は、典型的には、静
止した発光ユニット５０と、静止した検出ユニット５２
と、光線偏向ユニット５４と、サンプル５７を保持する
ためのステージ、リング、などからなる静止した支持部
５６とを有する。
【００３９】発光ユニット５０は、典型的には、従来技
術と同じような部材より成る。従って、同じような部材
は、同じ参照番号を持つ。より詳しく述べると、発光ユ
ニット５０は、典型的には、レーザ光源を有するトラン
スミッタ３０と、偏光子３２と、必要に応じて設置可能
な補償器（位相遅延器）３４とを有する。従来技術と同
様に、レーザ光源は、その付属光学部材と共働して、高
度にコリメートされたレーザ光線を発生する。
【００４０】光線偏向ユニット５４は、典型的には、ふ
たつのミラー７２、７４と第１対物レンズ７５とを有す
る。ミラー７２は、入射光線５８を角度β＝９０＋θで
偏向することにより、所望の入射角θを得る。ミラー７
４は、サンプル５７から反射された反射光線６４を偏向
し、走査軸Ｘに平行な光線６５を生ずる。焦点がサンプ
ル５７の面にある第１対物レンズ７５は、典型的には、
光線６５をコリメートし、コリメートされた反射光線
（出射光線）６０を生じさせる。
【００４１】走査を行うため、光線偏向ユニット５４だ
けがＸ軸に沿って移動する。光線偏向ユニット５４の移
動は楕円偏光計の測定精度には影響しない。なぜなら、
入射光線５８と、出射光線６０は高度にコリメートさ
れ、走査軸に対し平行だからである。
【００４２】光線偏向ユニット５４はミラー７２、７
４、第１対物レンズ７５しか有していないため、軽量
で、移動速度が速い。この移動時間によって測定時間は
ほぼ決定される。支持部５６は動かないため、本発明に
従った装置はサンプル５７のサイズだけの最小の床面積
しか必要としない。
【００４３】ミラー７２と７４による偏向は、光の偏光
状態も変化させることは明らかである。これらの望まし
くない変化は、サンプル５７によって引き起こされる所
望の偏光の変化と分離されなければならない。もし、ミ
ラーの光学的変数値が安定しているなら、望ましくない
変化には再現性があり、従って、それらを測定し、サン
プル５７の測定の解釈時に考慮に入れることができる。
【００４４】更に、ミラー７２、７４による反射は完全
な鏡面反射ではないということも明らかである。典型的
には、いくらかの減極された散乱光が発生する。散乱光
の割合は反射光に比べ非常に小さい（１：１０００かも
っと小さい。ミラー表面の精度に依存して異なる）。し
かし、散乱光はシステムの信号対雑音比（ＳＮＲ）の上
限を定め、従って、測定限界を定める。
【００４５】本発明の好適実施例に従うと、検出ユニッ
ト５２は、標準的な検光子３６と受光ユニット３８に加
え、典型的には、散乱光減衰装置を有している。散乱光
減衰装置は、典型的には、第２対物レンズ７６と、第２
対物レンズ７６の焦点面内に位置し、ピンホール７８を
有する絞り７７と、集光装置７９とを有する。
【００４６】検光子３６は、典型的には、コリメートさ
れた出射光線６０内、第１対物レンズ７５と第２対物レ
ンズ７６との間に置かれる。ピンホール７８が、第２対
物レンズ７６の焦点面である像平面の中心にあることに
よって、開口絞りとして働き、出射光線６０のコリメー
トされた部分だけを通過させる。従って、ピンホール７
８は、ミラーによって導き入れられた、広範囲に散乱さ
れた減極光を劇的に減衰させる。集光装置７９はピンホ
ール７８からの光線を集め、受光ユニット３８に伝え
る。
【００４７】ピンホール７８の直径が５０μｍで、レン
ズの焦点距離が３０ｍｍであるため、検出ユニット５２
の入射角は１ｍｒａｄより小さい。偏光子３２と検光子
３６との間に６個かあるいはそれより少ない数のミラー
がある光学的構成のため、結果的には検出装置３８に到
達する散乱光の強度は、正確な楕円偏光測定のため最低
限必要な偏光された光の１０-3％より小さい。
【００４８】受光ユニット３８は、典型的には、光検出
器と、適当な電子部材とを有する。図示されてはいない
が、検出ユニット５２に於いて、補償器３４を検光子３
６の前に設置することもできる。
【００４９】図３の楕円偏光計では、２次元走査ユニッ
ト８０によって２次元の走査が可能である。他の構成要
素は図２のそれと同様であるので、同様の参照番号を有
する。
【００５０】２次元走査ユニット８０は典型的には、光
線偏向ユニット５４（図２参照）と似た、Ｘ軸レール８
４に沿ってスライドする光線偏向ユニット８２を有す
る。Ｘ軸レール８４は互いに結合され、更にキャリッジ
９０と結合し、Ｘ軸ユニット８６を形成する。このＸ軸
ユニット８６は、キャリッジ９０を介して、Ｙ軸レール
に沿って移動できる。
【００５１】２次元走査ユニット８０はまた、典型的に
は、Ｘ軸とＹ軸との間で光線の偏向をするミラー９２と
９４（図３参照）とを有する。より詳細に述べると、ミ
ラー９２は入射光線５８をＹ軸からＸ軸へ偏向し、Ｘ軸
と平行な光線９６を生む。ミラー９４は光線偏向ユニッ
ト８２から出射されたＸ軸に平行な光線９８を受け、そ
れをＹ軸へ向けて偏向し、それによって出射光線６０を
生む。
【００５２】散乱光減衰部材７６〜７９は、どのミラー
も物平面若しくは像平面のどちらにも極端に近接してい
ない限りは、多くのミラーに対して有効であることは明
らかである。
【００５３】次に、図４、図５、図６、図７に例示され
ている、プロセス進行中も測定可能な薄膜厚モニタ（イ
ンプロセスモニタ）について述べる。図４は半分概念的
で、半分ブロック線図的な説明図であり、図５〜図７は
図４のインプロセスモニタの構成要素の概念図である。
【００５４】図４のインプロセスモニタは、クラスタツ
ールのような膜形成装置内で膜の厚さを測定するのに用
いることができる。クラスタツールは巨大な真空装置
で、いくつかのチャンバを有し、各チャンバでは、それ
ぞれ特定の膜形成プロセスが単結晶シリコンウェハ上に
施される（単結晶ウェハプロセス）。内部ロボットによ
って真空を破壊することなく各ウェハはチャンバからチ
ャンバへ移され、いくつかの膜形成プロセスが、ウェハ
がクラスタツールから取り出される前に実行される。
【００５５】本発明は、典型的には、各ウェハが各膜形
成プロセスの後１分乃至２分後に運ばれる冷却真空チャ
ンバに組み込まれる。
【００５６】本発明に従うと、インプロセスモニタは、
コヒーレント若しくは非コヒーレントな結像ユニット
と、実入射角測定装置とからなり、それらの光路の一部
は同一である。コヒーレントな結像ユニットは楕円偏向
測定に対して用いられ、図２を参照にして既に述べたこ
とと同様である。非コヒーレントな結像ユニットは、典
型的には、パターン認識に対して用いられる。
【００５７】インプロセスモニタは発光ユニット１００
と、検出ユニット１０２と、光線偏向ユニット１０４
と、支持部５６と同じような支持部１０５とを有する。
【００５８】真空が維持されなければならないため、イ
ンプロセスモニタの全ての構成要素は、支持部１０５と
その上のサンプル５７とを除いて、真空チャンバ１０８
の外になければならない。このことは、図４と図５に図
示されている。
【００５９】本発明に従って、チャンバの外からサンプ
ル５７に光が到達するように２枚の静止したガラスプレ
ート１１２が、Ｘ軸の方向に沿って、真空チャンバ１０
８のカバー１１０の中に組み込まれている。プレート１
１２が光学装置に与える影響を極力小さくするため、そ
の表面は光線５９、及び６４の光路に対して垂直になる
ように置かれている。
【００６０】ガラスプレート１１２は、真空チャンバ１
０８の外側の大気圧と、その内側の真空との間の圧力差
に耐えるように機械的に十分な強度を有する。プレート
１１２は、５mm厚のストレスフリーガラス（残留応力の
ないガラス）からできており、そのアスペクト比（厚さ
／長さ）はおおよそ１：５０である。結果的に生じる複
屈折は無視できる程度で、従って、プレートは通常光学
的測定に影響しない。
【００６１】光線偏向ユニット１０４（図５参照）は、
典型的には、焦点レンズ１５０と、対物レンズ１５２
と、ふたつのミラー１５４と１５６と、例えばリニアモ
ータのようなＸ軸方向移動装置１５３（図４参照）とを
有する。
【００６２】楕円偏光測定の間、焦点レンズ１５０は、
偏光され、コリメートされた光線１５８をサンプル５７
の表面上に集中させる。そして、対物レンズ１５２は発
散する反射光線６４をコリメートして出射光線１５９を
生じる。記述すべき重要な事実は、レンズ１５０と１５
２がストレスフリーガラスから作られた、薄く、単純な
レンズであって、その複屈折を０まで減少させている点
である。これらのレンズはそれぞれミラー１５４とサン
プル５７との間、ミラー１５６とサンプル５７との間に
設置することもできる。
【００６３】ふたつのミラー１５４と１５６は図２に於
けるミラー７２、７４と同じく、図４に示されるよう
に、Ｙ−Ｚ平面内で所望の入射角θにてサンプルに向け
て光線を偏向したり、Ｘ軸とＹ軸との間で光線を偏向し
たりする。
【００６４】光線５９は、光線偏向ユニット１０４がＸ
軸に沿って移動するときも、常に所望の入射角θでサン
プル５７に入射される。
【００６５】発光ユニット１００は図６に詳細に図示さ
れており、典型的には、光源ユニット１２０と、四分の
一波長板（ＱＷＰ）１２２と、偏光子１２４と、補償器
１２６とを有する。
【００６６】光源ユニット１２０は、典型的には、楕円
偏光測定用にふたつのコヒーレント光源１３０と１３２
とを有し、非コヒーレント結像用にひとつの非コヒーレ
ント光源１３４と集光装置１３６とを有する。集光装置
１３６は非コヒーレント光源１３４から出力された光を
コリメートする。
【００６７】発光ユニット１００は、３つの光源１３
０、１３２、１３４からの光を単一の光路１３９へ結合
するためのふたつのビームスプリッタ１３８をも有す
る。ビームスプリッタ１３８は、典型的には、二色性、
または偏光性を有する。もしそれらが偏光性を有すると
きは、２つのコヒーレント光源１３０と１３２の偏光面
は直交するように調整される。
【００６８】ふたつのコヒーレント光源１３０と１３２
は、楕円偏光測定用に、高度に単色化されコリメートさ
れた光線を発生するレーザダイオードからなる。レーザ
（コヒーレント光源）１３０の波長λ１は可視スペクト
ル領域内、好ましくは６３０乃至６８０nm内にあり、レ
ーザ（コヒーレント光源）１３２の波長λ２は近赤外ス
ペクトル領域内、好ましくは８１０乃至８３０nm内にあ
る。可視光は、酸化シリコン、窒化シリコン、及びその
他の誘電性の層の厚さを測定するのに適している。赤外
光はシリコン層（多結晶シリコン、アモルファスシリコ
ンその他）の厚さの測定に適している。赤外光に対して
は、シリコン層は概ね透明であり、それらの光学的特性
値は通常再現性がある。
【００６９】非コヒーレント光源１３４はパターン認識
の間のみ使用され、高光度のＬＥＤ、水晶−タングステ
ンランプ、ゼノンアークランプ等の光源が適している。
その固有波長領域は狭い方が好ましく、例えば７８０±
２０nmである。
【００７０】パターン認識の間、非コヒーレント光源１
３４は作動し、非コヒーレント光源１３４と集光装置１
３６は、焦点レンズ１５０と共働して、非コヒーレント
発光ユニットを形成し、この発光ユニットの光線はサン
プル５７の表面上にて非コヒーレントな光点を作る。非
コヒーレント光線の大きさ、及び発散は、所望の視野を
照らすように、十分でなければならない。例えば、光線
偏向ユニット１０４がＸ軸上のどこにあっても、非コヒ
ーレント光線は最小の寸法でも１mmなければならない。
【００７１】四分の一波長板（ＱＷＰ）１２２は、楕円
偏光測定に於いて有用で、その光学的軸がコヒーレント
光源１３０と１３２の偏光面に対して±４５°の傾きを
持つように設置され、直線偏光を円偏光に変換する。Ｑ
ＷＰ１２２は、使用される波長領域６３０乃至８３０nm
に対し、色収差が補正されていることが望ましい。適当
な色収差補正済みのＱＷＰは、例えば米国のメドウラー
クオプティクス社（Ｍｅａｄｏｗｌａｒｃ Ｏｐｔｉｃ
ｓ ｃｏｍｐａｎｙ）によって製造されている。
【００７２】偏光子１２４と補償器１２６は、それぞれ
モータによる駆動装置１４０、１４２と結合している。
図示されてはいないが、駆動装置１４０と１４２は、典
型的には、高精度の角度エンコーダと共に動作する。ほ
とんどの楕円偏光測定アルゴリズムは、補正装置の回転
を必要としないので、手動駆動機構（光軸調整用のみ）
を駆動装置１４２の替わりに用いることもできる。
【００７３】本発明の２波長構成に対して、偏光子１２
４は、色収差補正済みである。適当な偏光子として、グ
ラン−トムソン（Ｇｌａｎ−Ｔｈｏｍｓｏｎ）偏光プリ
ズムがある。赤色スペクトル領域の単一波長構成に対し
ては、例えば、米国ポラロイドコーポレイション（Ｐｏ
ｌａｒｏｉｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）社のＨＮ３８
Ｓ型のようなシート偏光子が適している。全ての偏光子
に対して、微細電子膜形成プロセスの制御に於いて要求
される測定精度に到達するため、１０5以上の減衰率が
要求される。
【００７４】検出ユニット１０２（図７）は、典型的に
は、非コヒーレント結像ユニットの一部である２次元の
像獲得システム（ｉｍａｇｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ
ｓｙｓｔｅｍ）と、コヒーレント結像ユニットの一部
である楕円偏光検出ユニットと、実入射角測定装置とを
有する。楕円偏光検出ユニットは、対物レンズ１５２と
共働して作用し、典型的には、検光子１６０と、それに
対応するモータ１６２と、像レンズ１６４と、ピンホー
ル１６６を有する絞り１６５と、集光装置１６８と、ふ
たつの独立した光検出器１７０、１７２と、ふたつの帯
域通過フィルタ１７４、１７６と、ビームスプリッタ１
７８とを有する。検光子１６０は偏光子１２４と似てお
り、従って、２波長構成に対して色収差補正済みであ
る。
【００７５】図２の実施例と同様に、ピンホール１６６
は像レンズ１６４の焦点面である光学的結像系（レンズ
１５２と１６４）の像平面に置かれているので、サンプ
ル５７から反射された光のうち、ピンホール１６６のサ
イズの部分光のみが、ピンホール１６６を通過する。集
光装置１６８は光を集め、その焦点は光検出器１７０、
１７２上に合わせられている。
【００７６】ビームスプリッタ１７８は入射光線を、そ
れぞれ適当な波長λ１とλ２を持ったふたつの光線に分
離する。
【００７７】光検出器１７０と１７２は、それぞれ帯域
通過フィルタ１７４、１７６を介し、それぞれ波長λ
１、λ２の光の強度を検出する。ほとんどの場合、光検
出器は、例えば日本の浜松市の浜松フォトニクス社（Ｈ
ａｍａｍａｔｓｕ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｕ．Ｕ．）製
のＳ５５９１のような光起電性のシリコン光検出器から
なる。必要ならば、より感度の高い、しかしより帯域の
広い光電子増倍管を用いることもできる。
【００７８】本発明によって２組の楕円偏向測定に於け
る変数（振幅変数ψと位相変数δ）の測定を可能とする
２波長同時測定ができることは明らかである。その結
果、薄膜構造の４つの変数、例えばふたつの層の各々の
厚さと屈折率が同時に確定可能となる。このような測定
は、ふたつの異なる層が１回の膜形成サイクルに於いて
サンプル５７上に形成されるとき有効である。
【００７９】レンズ１５２と１６４が、通常ふたつの波
長λ１とλ２に対し収差を持たないように設計されてい
るため、本発明によるインプロセスモニタの解像度はコ
ヒーレント結像システムのポイントスプレッド関数（ｐ
ｏｉｎｔ ｓｐｒｅａｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）のみに依
存する。ポイントスプレッド関数はコヒーレント結像シ
ステムのＦストップによって定義され、一般的に極めて
小さい。実際的には厚さ測定はスクライブライン（ｓｃ
ｒｉｂｅ ｌｉｎｅ）、パッド（ｐａｄｓ）、乃至は５
０μｍより幅の狭い特別な試験エリア上で行われ、従っ
て、ピンホールサイズは２０乃至４０μｍで、Ｆ＃は５
乃至６が許容できる。
【００８０】円形のピンホールはアスペクト比１／ｃｏ
ｓθの楕円形測定点を生ずるということはよく知られて
いる。もしこれが許容できないなら、ピンホール１６６
の形状は、それを補正するように非対象でなければなら
ない。
【００８１】２次元の像獲得システムは、典型的には、
非コヒーレント発光ユニットと共に作用し、光線偏向ユ
ニット１０４上に設置されている対物レンズ１５２を活
用する。像獲得システムは、典型的には、像レンズ１６
４と、ピンホール１６６を有する絞り１６５と、拡大レ
ンズ１８０と、ミラー１８２と、光学的な帯域通過フィ
ルタ１８４と、高解像度の面型電荷結合素子（ＣＣＤ）
１８６とを有する。像獲得システムの目的のためには、
絞り１６５は、ピンホール１６６をその中に有する回折
格子１６７から作られなければならない。回折格子１６
７は楕円偏光測定に影響しない。
【００８２】サンプル５７と回折格子１６７の表面は、
それぞれレンズ１５２と１６４の焦点面内に位置する。
レンズ１５２と１６４は、典型的には、同じ焦点距離を
持ち、従って、光学的倍率Ｍを１としている。この分野
では知られているように、もし物平面が結像軸（反射光
６４の軸）に対して傾いていたら、像平面もまた、検光
子１６０からの光軸（光線１８８の軸）に対して傾く。
しかしながら、像平面の傾きの程度は、倍率の関数であ
って、シャインフラグの式（Ｓｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇ
ｅｑｕａｔｉｏｎ）で記述される。
【００８３】
【数１】ｔｇθ’＝Ｍ・ｔｇθ ここで、θは入射角で、θ′は像平面の傾斜角である。
【００８４】図５〜図７に示されるインプロセスモニタ
に於いて、光軸１８８に対して角度θだけ傾いている回
折格子１６７は、レンズ１５２と１６４とからなる結像
系の像平面であって、かつレンズ１８０の結像系にとっ
ての物平面（または中間像平面）である。
【００８５】ミラーの倍率Ｍは１であるため、物平面
（サンプル表面）と像平面は同じ角度θでそれらの光軸
に対し傾いている。不幸なことに、像平面がこのように
傾いていると、その一部しかＣＣＤ１８６上に焦点が合
わない。像平面を光軸に対して垂直にし、それによって
全像平面の焦点がＣＣＤ１８６上に合うことを保証する
ため、回折格子１６７は中間像平面に沿って位置を調整
される。回折格子１６７は、ＣＣＤ１８６に対して像を
結像する上で、第１極大値回折（ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ
ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｍａｘｉｍｕｍ）だけが用い
られるように選択される。例えば、λ３＝７８０nm、θ
＝７０°、及び回折周波数１２００サイクル数／mmに対
して、回折された光線１９０の像平面は、ほぼ光軸に対
して垂直となる。従って、像平面は拡大レンズ１８０に
よって、上記のシャインフラグの問題を生じることなく
拡大できる。
【００８６】拡大レンズ１８０は、非コヒーレント発光
ユニットの波長λ３に対する第１最大回折の方向に置か
れている。レンズ１８０は、ウェハの試験領域の認識に
十分な少なくとも５倍の倍率を与える。
【００８７】ミラー１８２は、回折された光線１９０を
拡大レンズ１８０の像平面内に位置するＣＣＤ１８６へ
向けて偏向する。例えば、米国カリフォルニア州サニー
ベイルのパルニックスアメリカ社（Ｐｕｌｎｉｘ Ａｍ
ｅｒｉｃａ Ｉｎｃ．）製のＴＭ−６ＣＮ ＣＣＤのよ
うな高解像度のＣＣＤ１８６は、像をビデオ信号に変換
する。
【００８８】もしコヒーレント光源１３０と１３２が非
コヒーレント光源１３４と同時に作動ても、光学的な帯
域通過フィルタ１８４によって非コヒーレント発光ユニ
ットからの光のみが結像に用いられることが保証され
る。
【００８９】もし非コヒーレント光線が単色でなかった
ときは、回折格子１６７での回折はスペクトルの分散を
発生する。この場合、レンズ１８０の開口数は、スペク
トル幅全体に渡る回折光の、全てではなくても、ほとん
どを集光するのに十分に高くなくてはならない。高画質
を達成するためには、レンズ１８０は非コヒーレント光
線のスペクトル幅に対し色収差が修正されていることが
望ましい。
【００９０】得られる像の画質は対物レンズ１５２と像
レンズ１６４の各Ｆストップ（Ｆ＃）と、それらが生む
色収差に大きく依存する。レンズ１５２と１６４の焦点
距離は約３０mmであり、光線の直径が約５mmなので、Ｆ
＃は高質の写真や他の応用でも用いられている値の約６
となっている。
【００９１】レンズ１８０は高品質の顕微鏡クラスの対
物レンズであるため、最終的な画質にはほとんど影響し
ない。回折格子１６７の像平面に於ける空間周波数（１
２００／５＝２４０サイクル数／mm）は概ねＣＣＤのナ
イキスト周波数（約５０サイクル数／mm）より大きいた
め、回折格子１６７もまた、ほとんど画質に影響を与え
ない。従って、上記の２次元像獲得システムは正確なパ
ターン認識に必要な高い空間解像度を可能とする。
【００９２】２次元像獲得システムにとって、ピンホー
ル１６６は、サンプル５７の像内に於ける測定点の位置
を捜し当てる働きをする。ピンホール１６６は中間像平
面（回折格子１６７）に位置しており、光はピンホール
１６６にてＣＣＤへ向かって反射されるより、むしろピ
ンホール１６６を通過する。そのため、ピンホール１６
６はＣＣＤ１８６によって結像した像内でくっきりした
暗点として現れる。従って、ＣＣＤ像を見るとき、測定
点の位置は瞬時に、暗点の位置として認知される。
【００９３】ピンホール１６６は、１）ミラー１５４、
１５６からの散乱光を減衰させる、２）高い空間解像度
を与える、３）測定領域の像内に於ける測定点の位置を
示す指標を与えるの３つの機能を果たしていることは明
らかである。
【００９４】実入射角測定装置は、サンプル５７の表面
がまったくの平らであるとは言えない状態に対して、お
およその実入射角θをフィードバックする。
【００９５】実入射角測定装置は、典型的には対物レン
ズ１５２と、ビームスプリッタ１９４と、帯域通過フィ
ルタ１９６と、例えば浜松フォトニクス社製のＳ２０４
４検出器のような位置検出器（ＰＳＤ）１９８とを有す
る。出射光線１５９の一部は、ビームスプリッタ１９４
によって反射され、帯域通過フィルタ１９６を介してＰ
ＳＤ１９８へ到達する。
【００９６】サンプル５７上の測定点は対物レンズ１５
２の焦点面内にあり、ＰＳＤ１９８はレンズからずっと
離れた位置にあるため、少しの反射角（サンプル５７の
平らとは言えない表面への入射角に等しい）の変化でも
ＰＳＤ１９８上の光点の位置に変位を生じさせ、正確に
測定される。もし光点がＰＳＤ１９８の中心にあるとき
は、入射角は、典型的には７０°の、期待される入射角
θに等しい。もし光点が中心より低いまたは高い位置に
あるときは、実入射角はθより大きいか、若しくは小さ
い。実入射角の変化と光点の動きとの関係は、ミラーの
運用に先だって計量される。楕円偏光測定の結果は、実
入射角を考慮され、データ処理装置（図示されていな
い）によって解釈される。
【００９７】ほとんどの支持部は、典型的には、サンプ
ル５７の上面を固定位置に保持するための、例えば真空
若しくは静電的クランピングや、オートフォーカス機構
のような手段を有する（図示されていない）。いったん
このような手段が作動すると、ＰＳＤ１９８上の光点の
変位を生じさせる原因は、実入射角の所望の入射角から
の逸脱しかない。
【００９８】図８について説明すると、図８は本発明の
原理に従って設計された分光測定器を図示している。分
光測定器は光源２００と、光線偏向ユニット２０２と、
サンプル２０８を保持する支持部２０４と、検出ユニッ
ト２０６とを有する。
【００９９】光線偏向ユニット２０２は、典型的には、
対物レンズ２１０と、ビームスプリッタ２１２と、ミラ
ー２１４とを有する。ビームスプリッタ２１２は、光源
２００から発せられた、サンプル２０８の表面に対して
平行な光線２０９を受け、レンズ２１０を通ってサンプ
ル２０８へ届くように偏向する。反射された光線（番号
をふられていない）は、レンズ２１０によってコリメー
トされ、ビームスプリッタ２１２を通過し、サンプル２
０８の表面に平行な軸に沿うようにミラー２１４によっ
て偏向される。
【０１００】光線２０９と２１１が互いに平行であり、
またサンプル２０８の表面とも平行であるため、光線偏
向ユニット２０２のＸ方向の移動は検出ユニット２０６
の測定に影響しない。
【０１０１】図２と図３に示される好適実施例と同様
に、検出ユニット２０６は、典型的には、像レンズ２１
８と、ピンホール２２２を有する絞り２２０と、集光装
置２２４とを有する。検出ユニット２０６は更に、分光
測定光検出器２２６を有する。２１８〜２２４の構成要
素はミラー２１４による散乱を減衰させ、分光測定光検
出器２２６へ有効な光線を供給する。
【０１０２】本発明の請求範囲が、以上に例として図示
され説明されてきた好適実施例によって制限されないこ
とは当業者に認識されるところであろう。本発明の範囲
は特許請求の範囲によって定義される。
【０１０３】
【発明の効果】上述したように本発明は、少なくとも１
次元に移動可能な光線偏向ユニットを有する薄膜厚測定
装置を提供し、試験基板全体に渡って、高速で、精度の
高い、薄膜厚測定を実現している。また、本発明は薄膜
形成装置と組み合わせることができ、膜形成プロセス進
行中の薄膜測定を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＡとＢとからなり、それぞれ、Ａは従来技術の
分光測定器の概略図、Ｂは従来技術の楕円偏光計の概略
図。
【図２】本発明の好適実施例に従って構成され、また作
用する１次元の走査機構を有する光学的測定装置の概略
側面図。
【図３】本発明の好適実施例に従って構成され、また作
用する２次元の走査機構を有する光学的測定装置の概略
上面図。
【図４】図２に図示されている原理を利用した楕円偏光
計のインプロセスモニタの概略図。
【図５】真空チャンバと共働して作用する、図４のイン
プロセスモニタの一部を形成する光線偏向ユニットを概
略側面図である。
【図６】図４のインプロセスモニタの一部を形成する発
光ユニットと、図５の光線偏向ユニットの一部の概略図
である。
【図７】図４のインプロセスモニタの一部を形成する検
出ユニットと、図５の光線偏向ユニットの一部の概略図
である。
【図８】本発明の好適実施例に従って構成され、また作
用する１次元の走査機構を有する分光測定器の概略図で
ある。
【符号の説明】
１０ サンプル １２ トランスミッタ １４ ビームスプリッタ １６ 対物レンズ １８ チューブレンズ ２０ 受光ユニット ２２ 光線 ２４ 反射光線 ２６ ｘ−ｙステージ ３０ トランスミッタ ３２ 偏光子 ３４ 補償器 ３６ 検光子 ３８ 受光ユニット ４０ 入射光線 ４２ 反射光線 ４４ サンプル１０の垂線 ５０ 発光ユニット ５２ 検出ユニット ５４ 光線偏向ユニット ５６ 支持部 ５７ サンプル ５８ 入射光線 ５９ 光線 ６０ 出射光線 ６４ 反射光線 ６５ 光線 ７２ ミラー ７４ ミラー ７５ 第１対物レンズ ７６ 第２対物レンズ ７７ 絞り ７８ ピンホール ７９ 集光装置 ８０ 走査ユニット ８２ 光線偏向ユニット ８４ Ｘ軸レール ８６ Ｘ軸ユニット ８８ Ｙ軸レール ９０ キャリッジ ９２ ミラー ９４ ミラー ９６ 光線 ９８ 光線 １００ 発光ユニット １０２ 検出ユニット １０４ 光線偏向ユニット １０５ 支持部 １０８ 真空チャンバ １１０ カバー １１２ プレート １２０ 光源ユニット １２２ 四分の一波長板（ＱＷＰ） １２４ 偏光子 １２６ 補償器 １３０ コヒーレント光源 １３２ コヒーレント光源 １３４ 非コヒーレント光源 １３６ 集光装置 １３８ ビームスプリッタ １３９ 光路 １４０ 駆動装置 １４２ 駆動装置 １５０ 焦点レンズ １５２ 対物レンズ １５３ Ｘ軸方向移動装置 １５４ ミラー １５６ ミラー １５８ 光線 １５９ 出射光線 １６０ 検光子 １６２ モータ １６４ 像レンズ １６５ 絞り １６６ ピンホール １６７ 回折格子 １６８ 集光装置 １７０ 光検出器 １７２ 光検出器 １７４ 帯域通過フィルタ １７６ 帯域通過フィルタ １７８ ビームスプリッタ １８０ 拡大レンズ １８２ ミラー １８４ 帯域通過フィルタ １８６ 電荷結合素子（ＣＣＤ） １８８ 光線 １９０ 光線 １９４ ビームスプリッタ １９６ 帯域通過フィルタ １９８ 位置検出器（ＰＳＤ） ２００ 光源 ２０２ 光線偏向ユニット ２０４ 支持部 ２０６ 検出ユニット ２０８ サンプル ２０９ 光線 ２１０ レンズ ２１１ 光線 ２１２ ビームスプリッタ ２１４ ミラー ２１８ 像レンズ ２２０ 絞り ２２２ ピンホール ２２４ 集光装置 ２２６ 分光測定光検出器 Ｘ 走査軸 θ 入射角 β ９０＋入射角

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コリメートされた入射光線を入射軸に
    沿って供給する発光ユニットと、 コリメートされた出射光線を前記入射軸に平行な出射軸
    に沿って受光する受光ユニットと、 前記入射光線をサンプルへ向けて偏向し、前記出射光線
    を前記サンプルから前記受光ユニットへ向けて偏向す
    る、少なくとも前記入射軸に平行な第１走査軸に沿って
    移動可能な光線偏向ユニットとを有するサンプル上の薄
    膜の厚さを測定するための薄膜厚測定装置であって、 前記受光ユニットが、レンズと、ピンホールを有する絞
    りとを有し、前記ピンホールが、前記レンズの焦点に位
    置することを特徴とする薄膜厚測定装置。
  2. 【請求項２】 前記光線偏向ユニットが、前記第１走
    査軸に沿って移動するための１次元の移動機構を有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜厚測定装置。
  3. 【請求項３】 前記光線偏向ユニットが、 前記入射光線を前記サンプルへ向けて偏向する第１偏向
    部材と、 前記サンプルからの反射光線を前記出射軸に沿うように
    偏向する第２偏向部材と、 前記反射光線をコリメートし、それによって前記出射光
    線を作る対物レンズとを有することを特徴とする請求項
    １に記載の薄膜厚測定装置。
  4. 【請求項４】 前記光線偏向ユニットが、前記光線偏
    向ユニットを前記第１走査軸と前記第１走査軸に垂直な
    第２走査軸とに沿って移動させる２次元の移動手段を有
    することを特徴とする請求項１に記載の薄膜厚測定装
    置。
  5. 【請求項５】 前記光線偏向ユニットが、 前記入射光線を、前記入射軸から前記第２走査軸へ向け
    て偏向する第１ミラーと、 前記第２走査軸から前記サンプルへ向けて前記入射光線
    を偏向する第２ミラーと、 反射光線を前記サンプルから前記第２走査軸へ向けて偏
    向する第３ミラーと、 前記第２走査軸から前記出射軸へ向けて、前記反射光線
    を偏向する第４ミラーと、 前記反射光線をコリメートする対物レンズとを有するこ
    とを特徴とする請求項４に記載の薄膜厚測定装置。
  6. 【請求項６】 前記第１偏向部材と前記第２偏向部材
    がミラーからなることを特徴とする請求項３に記載の薄
    膜厚測定装置。
  7. 【請求項７】 前記発光ユニットが光源と偏光子とを
    有し、前記受光ユニットが検光子と光検出器とを有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜厚測定装置。
  8. 【請求項８】 補償器を有することを特徴とする請求
    項７に記載の薄膜厚測定装置。
  9. 【請求項９】 前記第１偏向部材がビームスプリッタ
    からなり、前記第２偏向部材がミラーからなることを特
    徴とする請求項３に記載の薄膜厚測定装置。
  10. 【請求項１０】 前記受光ユニットが分光測定光検出
    器（ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃ ｄｅｔｅ
    ｃｔｏｒ）を有し、 前記光線偏向ユニットが、前記入射光線を前記サンプル
    上に集光すると共に前記サンプルからの反射光線をコリ
    メートするレンズを有することを特徴とする請求項９に
    記載の薄膜厚測定装置。
  11. 【請求項１１】 少なくともひとつのコヒーレント光
    線と非コヒーレント光線とから形成されるコリメートさ
    れた入射光線を、入射軸に沿って供給する発光ユニット
    と、 コリメートされた出射光線を前記入射軸に平行な出射軸
    に沿って受光する受光ユニットと、 前記入射光線を前記サンプルに所望の入射角で入射する
    べく偏向し、前記出射光線を前記サンプルから前記受光
    ユニットへ向けて偏向し、少なくとも前記入射軸に平行
    な第１走査軸に沿って移動可能な光線偏向ユニットとを
    有する、サンプル上の薄膜の厚さを測定すると共に測定
    領域の像を得るための薄膜厚測定装置であって、 前記受光ユニットが、 第１像レンズと、 前記出射光線の軸上に位置するピンホールを有し、前記
    出射光線の軸に対し前記入射角と等しい角度を持って前
    記第１像レンズの焦点に位置する回折格子と、 前記ピンホールを通って受光された通常コヒーレントな
    光を検出する少なくともひとつの光検出器と、 第２像レンズと、 前記回折格子によって偏向されると共に前記第２像レン
    ズによって結像された前記測定領域からの非コヒーレン
    ト光を受容するカメラとを有することを特徴とする薄膜
    厚測定装置。
  12. 【請求項１２】 前記所望の入射角から逸脱すること
    もある実入射角の測定装置を有し、この実入射角測定装
    置が、前記発光ユニットや前記受光ユニットの一部を形
    成している光学部材を活用していることを特徴とする請
    求項１１に記載の薄膜厚測定装置。
  13. 【請求項１３】 前記実入射角測定装置が位置検出器
    を有することを特徴とする請求項１２に記載の薄膜厚測
    定装置。
  14. 【請求項１４】 前記サンプルをその中に保持する真
    空チャンバを有し、 この真空チャンバが、前記サンプルへ入射し、また前記
    サンプルから反射される光線の光軸に対して垂直になる
    ように組み込まれたガラスプレートを有するカバーを有
    し、 このガラスプレートが前記走査軸に対し平行に延在する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の薄膜厚測定装置。
  15. 【請求項１５】 前記発光ユニットが、 非コヒーレント光線を発生する非コヒーレント光源と、 少なくともひとつのコヒーレント光線を発生する少なく
    ともひとつのコヒーレント光源と、 前記非コヒーレント光線と前記コヒーレント光線を単一
    の光路と偏光子上に結合するビームスプリッタとを有す
    ることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜厚測定装
    置。
  16. 【請求項１６】 前記受光ユニットが検光子を有する
    ことを特徴とする請求項１５に記載の薄膜厚測定装置。
  17. 【請求項１７】 補償器を有することを特徴とする請
    求項１５に記載の薄膜厚測定装置。
  18. 【請求項１８】 補償器を有することを特徴とする請
    求項１６に記載の薄膜厚測定装置。
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