JPH0791924A - エリプソパラメータ測定方法及びエリプソメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定対象がたとえ拡散反射特性を有していた
としても、測定対象の表面性状に影響されないエリプソ
パラメータを測定でき、最終的にこのエリプソメータを
用いた膜厚の測定精度を向上させる。 【構成】 測定対象１４に対して偏光した光を所定角度
αで入射させて、この測定対象１４からの反射光のうち
正反射光成分ｂ₁ 以外の拡散反射光成分ｅを抽出して、
抽出した拡散反射光成分ｅをそれぞれ互いに異なる３方
向以上の偏光成分に分離し、この分離された３つ以上の
偏光成分の光強度からエリプソパラメータψ，Δを求め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄い膜厚を測定する場合
に用いるエリプソメトリ手法に係わり、特に、測定対象
膜が拡散反射しやすい材質の場合に表面性状の影響を受
けないエリプソパラメータを測定できるエリプソパラメ
ータ測定方法およびこの測定方法を用いてエリプソパラ
メータを測定する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
の表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Ｒ
ｐ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、膜厚ｄを求める。

【０００３】 ρ＝Ｒｐ／Ｒｓ＝ tanψ exp［ｊΔ］ …(1) 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。

【０００４】従来このエリプソパラメータψ，Δを高速
で求める手法として、図１４に示す３チャンネルのエリ
プソメータが提唱されている（特開昭６３−３６１０５
号公報，特開平１−２８５０９号公報）。

【０００５】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３に所定角度αを有して入射する。試料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。二つのビームスプリ
ッタ４ａ，４ｂ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。

【０００６】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Ｉ
b を電気信号に変換する。さらに、ビームスプリッタ４
ａ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。

【０００７】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−４
５°傾斜して設定されている。

【０００８】そして、前述したエリプソパラータψ，Δ
は、図１５のように楕円偏光された試料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。

【０００９】 COSΔ＝（Ｉb −Ｉc ）／（２Ｉa ）｛Ｉa ／（Ｉb ＋Ｉc −Ｉa ）｝^1/2 …(2) tanψ＝（σ1 ・σ2 ）｛Ｉa ／（Ｉb ＋Ｉc −Ｉa ）｝^1/2 …(3) 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。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１４
に示す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。すなわち、上述した(2)(3)式により
求められたエリプソパラメータψ，Δから正確な膜厚が
算出される前提条件は、図１６（ａ）（ｂ）に示すよう
に、試料３が平坦な基板３ｂ上の拡散反射を起こさない
平坦な膜３ａであることである。この条件においては、
入射光ａは入射角αに等しい角度で表面で反射される１
次反射光成分ｂ₁ と、膜３ａ内を透過して基板３ｂ表面
で反射される２次反射光成分ｃ₁ と、再度膜３ａ内を透
過する３次反射光成分ｃ₁ と、４次反射光成分ｃ₁ ．…
…とに分離される。そして、表面で反射された１次反射
光成分ｂ₁ と膜３ａ内を透過した２次反射光成分以上の
各反射成分ｃ₁ との関係で形成される楕円偏光を評価す
るようにしている。したがって、反射光を受光する光学
系は正反射光の光路に配設すればよい。

【００１１】しかし、測定対象としての試料３のなかに
は、図１６（ａ）に示すように、理想的に反射されなく
て、図１７に示すように、表面が粗かったり、また膜内
部に入射した光が結晶粒界や膜の構成粒子で散乱．屈
折，吸収されて、種々の経路をたどりながら表面から出
射する試料がある。この場合、従来のエリプソメータの
ように、正反射光の光路に楕円偏光を評価する光学系を
配設すると、入射光ａの入射角αと同一角度方向に反射
される膜内を経由した層内反射光ｃ₁ の光強度に比較し
て、試料３表面でそのまま反射された表面反射光ｂ₁ の
光強度の割合が極端に大きくなる。

【００１２】しかし、表面反射光成分は膜厚による影響
は何等受けておらず、むしろ表面性状の影響により、測
定された各光強度Ｉa ，Ｉb ，Ｉc の膜厚に対するＳ／
Ｎが大幅に低下し、ひいてはエリプソメータψ，Δから
算出される膜の測定精度が低下する。

【００１３】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、測定対象からの反射光のうち正反射成分以
外の拡散反射光成分を用いて反射光の楕円偏光を評価す
ることによって、表面反射光成分の層内反射光成分に対
する割合を小さくし、たとえ拡散性質を有した測定対象
であってもエリプソパラメータψ，Δから求められる膜
厚の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。

【００１４】

【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て、こ
の測定対象からの反射光のうち正反射光成分以外の拡散
反射光成分を抽出して、抽出した拡散反射光成分をそれ
ぞれ互いに異なる３方向以上の偏光成分に分離し、この
分離された３つ以上の偏光成分の光強度からエリプソパ
ラメータを求めるようにしている。

【００１５】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のうち正反射光成
分以外の拡散反射光成分を互いに異なる３方向以上の偏
光成分に分離する光学系と、この光学系にて分離された
３つ以上の偏光成分における各光強度を検出する複数の
受光器と、この複数の受光器から検出された３つ以上の
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。

【００１６】さらに、別の発明のエリプソメータにおい
ては、前述した発明のエリプソメータにおける測定対象
と光学系との間に、測定対象からの拡散反射光成分を所
定の反射角度範囲に亘って平均化して光学系へ入射させ
るレンズ系を介在させている。

【００１７】

【作用】先ず、このように構成されたエリプソパラメー
タ測定方法及びエリプソメータの動作原理を図２乃至図
４を用いて説明する。拡散特性を有する材質で形成され
た測定対象としての試料３に所定の角度αで入射される
入射光ａは、図２（ａ）に示すように、表面の入射点Ｐ
で反射される表面反射成分ｂと、図３（ａ）に示すよう
に、試料３内の結晶粒界で散乱．屈折，吸収されて、種
々の経路をたどりながら表面から出射される層内反射光
成分ｃとが存在する。

【００１８】入射光ａが試料３表面で反射されるときに
表面の凹凸に起因して拡散されるので、表面反射成分ｂ
の反射角度βは、図２（ｂ）に示すように、入射角αを
中心とする狭い角度範囲内に分布する。そして、各反射
角β方向の各反射光の光強度は、図２（ｃ）に示すよう
に、入射角αと等しい反射光、すなわち正反射光成分ｂ
₁ が最も大きい。

【００１９】試料３内に入射した光は前述したように種
々の方向に進むので、表面から出射された層内反射光成
分ｃの反射角βは、図３（ｂ）に示すように、より拡散
性の強い反射光分布を示す。そして、各反射角β方向の
各反射光の光強度は、図３（ｃ）に示すように、正反射
角α以外の角度で最大値を示す。

【００２０】したがって、観測者が実際に測定可能な反
射角度特性は、拡散特性を有した試料３に入射光ａを所
定角度αで入射すると、全体の反射光は図４（ａ）に示
すように、表面反射光成分ｂの反射角度特性と層内反射
光成分ｃの反射角度特性とを合成した反射角度特性Ｄと
なる、また、両方の反射光成分ｂ．ｃを合成した場合に
おける、各反射角β方向の各反射光の光強度は、図４
（ｂ）に示すように、個々の光強度特性を加算した合成
反射光強度特性Ｅとなる。

【００２１】この合成反射光強度特性Ｅにおける最大光
挟持が得られる反射角βは入射角αに等しい角度である
（β＝α）。しかし、この反射角（β＝α）位置におい
ては、表面反射光成分ｂ（＝ｂ₁ ）が層内反射光成分ｃ
（＝ｃ₁ ）に比較して極端に大きいので、前述したよう
に測定されたエリプソパラメータψ，Δから求められる
膜厚ｄの測定精度が低下する。

【００２２】これを解消するために、反射光成分の全体
の光強度は低下するが、層内反射光成分ｃの割合が、表
面反射光成分ｂに対して最も大きくなる反射角度位置
（β＝β₂ ）における表面反射光成分ｂ₂ と層内反射光
成分ｃ₂ とを用いて反射光の楕円偏光を特定する各光強
度を測定して、この各光強度からエリプソパラメータ
ψ，Δを算出すればよい。

【００２３】なお、前述した最良の反射角度β₂ は測定
対象の種類によって異なり、予め実験的に求めておく。
また、図４に示した反射角度特性Ｄは実際においては、
図示する程度には滑らかでないので、測定対象と光学系
との間にレンズ系を挿入して、所定の反射角度範囲に亘
って平均化することによって、測定値のＳ／Ｎをさらに
向上させている。

【００２４】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。図１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の概略構成を示す模式図である。

【００２５】光源１１から出力された単一波長を有する
レーザ光線はグラントムソンプリズム１２及び１／４波
長板１３で円偏光に変換される。円偏光された入射光ａ
は測定対象としての試料１４に所定の入射角αで入射さ
れる。この試料１４は拡散特性を有しており、入射角α
で入射された入射光ａに対して、図示するよう正反射光
成分ｂ₁ の反射角β（＝α）方向を最大値とする反射角
度特性Ｄを有している。

【００２６】この図示する形状の反射角度特性Ｄを有す
る反射光のうち、前記正反射光成分ｂ₁ の反射角度β
（＝α）を大きく外れた前述した最良の反射角β₂ 方向
に集光レンズ１５とコリメータレンズ１６とが配列され
ている。さらに、この集光レンズ１５とコリメータレン
ズ１６との光軸上に光学系を構成する無偏光ビームスプ
リッタ１７が配設されている。

【００２７】前記集光レンズ１５とコリメータレンズ１
６とからなるレンズ系は、前記反射光のうちの前記最良
の反射角β₂ を含む所定角度範囲の反射光ｅを平均化し
て光学系の無偏光ビームスプリッタ１７へ入射させる機
能を有する。

【００２８】無偏光ビームスプリッタ１７は、入射され
た反射光ｅを二つの光ｅ₁ ，ｅ₂ に分岐する。反射され
た反射光ｅ₁ は１／４波長板１３ａを介して第１の偏光
ビームスプリッタ１８ａへ入射する。また、透過した透
過光ｅ₂ は第２の偏光ビームスプリッタ１８ｂへ入射す
る。

【００２９】第１，第２の偏光ビームスプリッタ１８
ａ，１８ｂは同一構成を有しており、例えばグラントム
ソンプリズム等で構成され、入射した楕円偏光を有する
光を互いに直交する２方向の偏光成分に分離してそれそ
れ透過光および反射光として出力する。そして、各偏光
ビームスプリッタ１８ａ，１８ｂは基準方向に対して互
いに４５°異なる方向に向いて配設されている。

【００３０】したがって、各偏光ビームスプリッタ１８
ａ，１８ｂから出力される４つの偏成分ｅ_1a．ｅ_1b，ｅ
_2a，ｅ_2bは、それぞれ、偏光方向が入射面を基準方向
（方位０°）にして、＋４５°，−４５°＋９０°，０
°方向に設定される。互いに偏光方向が４５°ずつ異な
る４つの偏光成分ｅ_1a．ｅ_1b，ｅ_2a，ｅ_2bはそれぞれ集
光レンズ１９ａ．１９ｂ．２０ａ．２０ｂを介してそれ
ぞれの受光器２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂに入射す
る。各受光器２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂは入射し
た各偏光成分ｅ_1a．ｅ_1b，ｅ_2a，ｅ_2bの光強度Ｉ1 ，Ｉ
2 ，Ｉ3 ，Ｉ4 を検出して次の演算部２３へ送出する。

【００３１】そして、演算部２３はこれら４つの光強度
Ｉ1 〜Ｉ4 を用いて反射光の楕円偏光を特定するエリプ
ソパラメータψ，Δを(4)(5)式を用いて算出する。 tan Δ＝｛［σ_R （Ｉ1 −Ｉ2 ）］／［σ_T （Ｉ3 −Ｉ4 ）］｝ …(4) tan ψ＝［（σ_R ² −σ_T ² ）／２］ ×［｛σ_R （Ｉ1 −Ｉ2 ）｝² ＋｛σ_T （Ｉ3 −Ｉ4 ）｝² ］^1/2 ÷［σ_R ² （Ｉ1 ＋Ｉ2 ）−σ_T ² （Ｉ3 ＋Ｉ4 ）］ …(5) ただし、無偏光ビームスプリッタ１７のＰ偏光，Ｓ偏光
の振幅反射率比σ_R および振幅透過率比σ_T 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１７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。

【００３２】また、位相差Δの計算の際には、下記に示
すσ_R （Ｉ1 −Ｉ2 ），σ_T （Ｉ3−Ｉ4 ）の正負の条
件に従って、象限（ゾーン）を判別する。すなわち、σ
_R （Ｉ1 −Ｉ2 ）＝Ａ，σ_T （Ｉ3 −Ｉ4 ）＝Ｂとする
と下記のようになる。

【００３３】(1) Ａ＞０，Ｂ＞０の場合、 第１象限
（ ０°＜Δ＜ ９０°） (2) Ａ＞０，Ｂ＜０の場合、 第２象限（ ９０°＜
Δ＜１８０°） (3) Ａ＜０，Ｂ＜０の場合、 第３象限（１８０°＜
Δ＜２７０°） (4) Ａ＜０，Ｂ＞０の場合、 第４象限（２７０°＜
Δ＜３６０°） このように、算出された位相差Δが第１象限から第４象
限までのどの象限に所属するのかも同時に自動的に判断
できる。

【００３４】したがって、振幅比ψ，および所属象限を
含めた位相差Δのエリプソパラメータが求まると、予め
実験によって求められている検量線又は別途計算式を用
いて試料１４における膜厚ｄを算出する。

【００３５】なお、測定対象から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
つの偏光成分からエリプソパラメータを求める手法は既
に特開平４−５０３３０２号公報に開示済みである。

【００３６】次に、このように構成されたエリプソメー
タを用いて行った実際の試料１４に対する測定結果を図
５乃至図１２に示す。図５は、金属板に化成処理を施し
た実験試料１４ａに対して入射光ａを所定入射角α＝６
０°で入射させた場合における、各反射角βにおける反
射光の各光強度を測定して得られた実際の反射角度特性
Ｄである。このように、実際の反射角度特性Ｄは表面状
態等に起因して起伏の激しい包絡線特性となる。したが
って、図１に示す集光レンズ１５とコリメータレンズ１
６とを用いない場合においては、光学系で抽出する反射
光の反射角βをたとえ微小変化させても、反射光の光強
度が大きく変化する。この細かい変化は各試料１４個々
の表面状態に起因するので、試料１４を交換すると、さ
らに別の細かい変化が現れる。この細かい変化は測定対
象の膜厚ｄには関係のない雑音成分となるので、無いほ
うが望ましいことは言うまでもない。

【００３７】図６（ａ）は、図５に示す実験試料１４ａ
に対して入射角αを６０°に固定して、抽出する反射光
の反射角βの角度範囲を−３０°から＋７６°まで２°
間隔で順番に移動させた場合における演算部２３で算出
されたエリプソパラメータψの変化を示す特性図であ
る。図示するように、反射角βを微小変化させてもエリ
プソパラメータψは大きく変化する。

【００３８】一方、図６（ｂ）は、図１に示す集光レン
ズ１５とコリメータレンズ１６とを組込んだ場合におけ
る同一条件の測定結果を示す特性図である。図６（ｂ）
においては、特性上に反射角βの微小変化に対応する細
かい変動は現れない。よって、安定したエリプソパラメ
ータψが得られ、このエリプソパラメータψを用いて算
出された膜厚ｄの測定精度がさらに向上する。

【００３９】本発明の効果を確認するために、発明者等
は金属板に対して同一種類の化成処理（処理Ａ）を施し
て、金属表面に拡散特性を有する膜を形成した２０種類
の実験試料を作成した。具体的には金属表面に付着させ
るクロムＣｒの単位面積当りの付着量を変化させる事に
よって、膜厚ｄを２０種類に変化させている。

【００４０】そして、膜厚ｄがそれぞれ異なる２０種類
の各実験試料に対して、入射光ａの入射角αを例えば７
０°に固定して、各反射角βにおけるエリプソパラメー
タψを測定した。例えば、反射角β＝０°、すなわち実
験試料面に対して法線方向に集光レンズ１５の光軸を合
わせた場合には、図８に示すように、膜厚ｄに対応する
クロムＣｒの付着量とエリプソパラメータψとは正方向
の顕著な相関があり、相関係数ｒは0.944 とほぼ１に近
い相関を得ることができる。

【００４１】同様な手法でもって、反射角βを２°間隔
で移動させて、各反射角βにおけるエリプソパラメータ
ψを測定して、各反射角βにおける各相関係数ｒを求め
た。各反射角βと各相関係数ｒの絶対値｜ｒ｜との間の
関係は図７に示す通りである。相関係数ｒが高いこと
は、該当反射角βで測定されたエリプソパラメータψが
実際の膜厚ｄと高い相関で対応している事を示す。

【００４２】図７によると、反射角βが０°近傍におい
て相関係数ｒが最も高い値を示すことが理解できる。し
たがって、この処理Ａの化成処理を施した金属板表面の
膜厚ｄを測定する場合においては、最良の反射角β₂ は
０°（法線方向）であることを示すので、集光レンズ１
５の光軸をこの最良の反射角β₂ （＝０°）に合わせれ
ばよい。

【００４３】図９は、反射角βを入射角αに等しくし
て、従来エリプソメータと同一条件に設定した場合にお
ける、膜厚ｄに対応するクロムＣｒの付着量とエリプソ
パラメータψとの関係を示す図である。図示するよう
に、相関性は小さく、相関係数ｒは−0.676 であり、図
８に示すように、反射角βを入射角α以外の最良の反射
角β₂ に設定した実施例エリプソメータの方が実際の膜
厚ｄにより対応したエリプソパラメータψが測定できる
ことが実証された。

【００４４】さらに、発明者等は、金属板に対して処理
Ａとは異なる処理Ｂの同一化成処理を施して、金属表面
に拡散特性を有する膜厚ｄが互いに異なる膜を形成した
２０種類の実験試料を作成した。そして、処理Ａの実験
試料と同一条件の実験を実施した。実験結果を図１０，
図１１，図１２に示す。

【００４５】この処理Ｂの実験試料においては、図１０
に示す各反射角βと各相関係数ｒの絶対値｜ｒ｜との間
の関係において、最大の相関係数｜ｒ｜が得られる反射
角β、すなわち最良の反射角β₂ は０°ではなくて４４
°となる。

【００４６】この反射角βが最良の反射角β₂ （＝４４
°）の場合における、膜厚ｄに対応するクロムＣｒの付
着量とエリプソパラメータψとは正方向の顕著な相関が
あり、相関係数ｒは0.945 とほぼ１に近い相関を得るこ
とができる。

【００４７】従来エリプソメータにおける測定条件であ
る。反射角βが入射角αに等しい場合には、図１２に示
すように、膜厚ｄに対応するクロムＣｒの付着量とエリ
プソパラメータψとの間の相関性は小さい。

【００４８】このように、測定対象の材料性質に応じ
て、正反射光成分ｂ₁ の反射角β以外の最良の反射角β
₂ の反射光ｅを集光レンズ１５を用いて光学系に取込む
事によって、たとえ拡散性質を有した測定対象であって
も膜厚ｄに対応した精度の高いエリプソパラメータを測
定できる。

【００４９】図１３は本発明の他の実施例のエリプソメ
ータの概略構成を示す模式図である。図１に示した先の
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は省略されている。

【００５０】この実施例エリプソメータにおいては、光
源１１から出力されたレーザ光は偏光子２４でもって直
線偏光に変換されたのち試料１４に対して所定の入射角
αで入射される。入射光ａに対する反射光の反射角βの
うち最良の反射角β₂ 方向に集光レンズ１５の光軸が合
わされている。この最良の反射角β₂ は、前述した手法
で求められる。

【００５１】なお、図１３の実施例エリプソメータにお
いては、前述した処理Ａの化成処理が施された金属板の
膜厚ｄを測定する場合を想定して、最良の反射角β₂ は
０°（法線方向）に設定されている。

【００５２】集光レンズ１５で収集された最良の反射角
β₂ を中心とする所定角度範囲の拡散反射光成分ｅは、
光分岐器２５でもって同一楕円偏光状態を維持したまま
で、２方向に分岐される。光分岐器２５で分岐された一
方の光は検光子２６へ入射される。検光子２６は入射し
た光における基準方向に対して０°方向の偏光成分を透
過させて受光器２７ａへ入射させる。受光器２７ａは入
射光の光強度Ｉa を検出して次の演算部２３ａへ送出す
る。

【００５３】光分岐器２５で分岐された他方の光は偏光
ビームスプリッタ２８へ入射される。偏光ビームスプリ
ッタ２８は、入射した光を互いに偏光方向が９０°異な
る２方向の偏光成分に分離する。分離去れた各偏光成分
はそれぞれ受光器２７ａ，２７ｂへ入射されて、各光強
度Ｉb ，Ｉc に変換される。各光強度Ｉb ，Ｉc は演算
部２３ａへ入力される。

【００５４】前記偏光ビームスプリッタ２８は、受光器
２７ｂへ入射される偏光光の偏光方向が前記基準方向に
対して＋４５°方向を向くように姿勢角が設定されてい
る。したがって、残りの受光器２７ｃへ入射される偏光
光の偏光方向は必然的に基準方向に対して−４５°方向
を向く。

【００５５】演算部２３ａは入力された各光強度Ｉa ，
Ｉb ，Ｉc,に対して前述した(2)(3)式を用いて反射光ｅ
の楕円偏光のエリプソパラメータψ，Δを算出する。そ
して、必要に応じて、このエリプソパラメータψ，Δか
ら別途計算式を用いて膜厚ｄが算出される。

【００５６】このように構成されたエリプソメータにお
いても、反射光のうち正反射光成分以外の最良の反射角
β₂ を含む所定反射角度範囲の拡散反射光成分ｅを抽出
して、光光学系へ入射させて、この拡散反射光成分ｅに
基づいてエリプソパラメータψ，Δを算出している。し
たがって、先に説明した実施例エリプソメータとほぼ同
様の効果を得ることができる。

【００５７】

【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
象からの反射光のうち正反射成分以外の拡散反射光成分
を用いて反射光の楕円偏光を評価している。したがっ
て、表面反射光成分に対する層内反射光成分の割合を大
きくでき、たとえ拡散性質を有した測定対象であっても
膜厚と相関の高いエリプソパラメータψ，Δが測定で
き、ひいてはこのエリプソパラメータψ，Δを用いて算
出される膜厚ｄの測定精度を向上できる。

【００５８】さらに、測定対象と光学系との間に、測定
対象からの拡散反射光成分を所定の反射角度範囲に亘っ
て平均化するレンズ系を設けている。したがって、抽出
する反射光の微小角度変化に起因して、測定されたエリ
プソパラメータψ，Δが大きく変化することが排除さ
れ、エリプソパラメータの測定精度をより一層向上でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一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。

【図２】 拡散特性を有する試料表面の表面反射光の反
射状態を示す図。

【図３】 拡散特性を有する試料内の層内反射光の反射
状態を示す図。

【図４】 拡散特性を有する試料の合成された反射光の
反射状態を示す図。

【図５】 実際の試料の拡散反射光の反射角度特性図。

【図６】 実施例エリプソメータのおける集光レンズの
効果を説明するための反射角と測定されたエリプソパラ
メータとの関係を示す図。

【図７】 実施例エリプソメータで測定された実験試料
における反射角と相関関数との関係を示す図。

【図８】 同じく実施例エリプソメータで測定された実
験試料におけるクロム付着量とエリプソパラメータとの
関係を示す図。

【図９】 同じく実施例エリプソメータで測定された実
験試料におけるクロム付着量とエリプソパラメータとの
関係を示す図。

【図１０】 実施例エリプソメータで測定された別の実
験試料における反射角と相関関数との関係を示す図。

【図１１】 同じく実施例エリプソメータで測定された
別の実験試料におけるクロム付着量とエリプソパラメー
タとの関係を示す図。

【図１２】 同じく実施例エリプソメータで測定された
別の実験試料におけるクロム付着量とエリプソパラメー
タとの関係を示す図。

【図１３】 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模式図。

【図１４】 従来のエリプソメータの概略構成を示す模
式図。

【図１５】 一般的な反射光の楕円偏光を示す図。

【図１６】 拡散特性を有さない試料における反射光の
反射状態を示す図。

【図１７】 拡散特性を有する試料における反射光の反
射状態を示す図。

【符号の説明】

１１…光源、１４…試料、１５…集光レンズ、１６…コ
リメータレンズ、１７…無偏光ビームスプリッタ、１８
ａ，１８ｂ，２８…偏光ビームスプリッタ、２１ａ，２
１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２７ａ，２ｂ，２７ｃ…受光
器、２３，２３ａ…演算部、α…入射角、β…反射角、
β₂ …最良の反射角、ｅ…反射光、Ｄ…反射角度特。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉浦 寛幸 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象に対して偏光した光を所定角度
   で入射させて、この測定対象からの反射光のうち正反射
   光成分以外の拡散反射光成分を抽出して、抽出した拡散
   反射光成分をそれぞれ互いに異なる３方向以上の偏光成
   分に分離し、この分離された３つ以上の偏光成分の光強
   度から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。
2. 【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の
   うち正反射光成分以外の拡散反射光成分を互いに異なる
   ３方向以上の偏光成分に分離する光学系と、この光学系
   にて分離された３つ以上の偏光成分における各光強度を
   検出する複数の受光器と、この複数の受光器から検出さ
   れた３つ以上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。
3. 【請求項３】 前記測定対象と前記光学系との間に、前
   記測定対象からの拡散反射光成分を所定の反射角度範囲
   に亘って平均化して前記光学系へ入射させるレンズ系を
   介在させたことを特徴とする請求項２記載のエリプソメ
   ータ。