JPH1038694A - エリプソメーター - Google Patents
エリプソメーターInfo
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- JPH1038694A JPH1038694A JP8213196A JP21319696A JPH1038694A JP H1038694 A JPH1038694 A JP H1038694A JP 8213196 A JP8213196 A JP 8213196A JP 21319696 A JP21319696 A JP 21319696A JP H1038694 A JPH1038694 A JP H1038694A
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- Japan
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- sample
- refractive index
- incident angle
- extinction coefficient
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Abstract
(57)【要約】
【課題】試料への入射角を精度良く知ることができ、し
たがって試料の屈折率等の試料定数を精度良く知ること
ができるエリプソメーターを提供する。 【解決手段】偏光した光を試料Ｆに入射し、試料Ｆから
の反射光の偏光状態と試料への入射角θ′とから、試料
定数を求めるエリプソメーターにおいて、入射角θ′を
変更して複数回の測定を行い、該複数回の測定における
試料定数のばらつきを与える評価関数を、試料を設置す
る際に生じる入射角の設定誤差αの関数として規定し、
該評価関数が極値をとるように入射角の設定誤差αを定
めることによって、試料定数を求めることを特徴とす
る。
たがって試料の屈折率等の試料定数を精度良く知ること
ができるエリプソメーターを提供する。 【解決手段】偏光した光を試料Ｆに入射し、試料Ｆから
の反射光の偏光状態と試料への入射角θ′とから、試料
定数を求めるエリプソメーターにおいて、入射角θ′を
変更して複数回の測定を行い、該複数回の測定における
試料定数のばらつきを与える評価関数を、試料を設置す
る際に生じる入射角の設定誤差αの関数として規定し、
該評価関数が極値をとるように入射角の設定誤差αを定
めることによって、試料定数を求めることを特徴とす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、主に試料の屈折
率および消衰係数または、試料表面の薄膜の厚さ、屈折
率および消衰係数を測定するとき用いられるエリプソメ
ーターに関する。
率および消衰係数または、試料表面の薄膜の厚さ、屈折
率および消衰係数を測定するとき用いられるエリプソメ
ーターに関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】従来、試料の屈折率お
よび消衰係数の測定方法はいくつかあるが、最も簡単に
測定できる装置としてエリプソメーターがある。しか
し、エリプソメーターで測定を行う際、試料への入射角
を非常に高い精度で知っていなければならない。このこ
とについて、図３（Ａ）及び（Ｂ）を用いて説明する。
図３（Ａ）及び（Ｂ）には、Ｓ偏光とＰ偏光の反射率の
比の絶対値をｔａｎ（Ψ）とし、位相差をΔとしたとき
の、ΨとΔのそれぞれについて、入射角θとの関係を示
した。同図からわかるように、入射角θが試料のブリス
ター角に近い場合、入射角θの変化に対してΨとΔが急
激に変化することがわかる。よってこの付近の入射角θ
で測定を行う場合、入射角θの設定が少しずれるだけ
で、ΨとΔの測定値は大きく変化する。そしてさらに
は、ΨとΔとθによって計算される屈折率ｎおよび消衰
係数ｋの測定値にも大きく影響する。以上のように入射
角θの測定誤差が、屈折率ｎおよび消衰係数ｋの測定誤
差の大きな要因となるとがわかる。
よび消衰係数の測定方法はいくつかあるが、最も簡単に
測定できる装置としてエリプソメーターがある。しか
し、エリプソメーターで測定を行う際、試料への入射角
を非常に高い精度で知っていなければならない。このこ
とについて、図３（Ａ）及び（Ｂ）を用いて説明する。
図３（Ａ）及び（Ｂ）には、Ｓ偏光とＰ偏光の反射率の
比の絶対値をｔａｎ（Ψ）とし、位相差をΔとしたとき
の、ΨとΔのそれぞれについて、入射角θとの関係を示
した。同図からわかるように、入射角θが試料のブリス
ター角に近い場合、入射角θの変化に対してΨとΔが急
激に変化することがわかる。よってこの付近の入射角θ
で測定を行う場合、入射角θの設定が少しずれるだけ
で、ΨとΔの測定値は大きく変化する。そしてさらに
は、ΨとΔとθによって計算される屈折率ｎおよび消衰
係数ｋの測定値にも大きく影響する。以上のように入射
角θの測定誤差が、屈折率ｎおよび消衰係数ｋの測定誤
差の大きな要因となるとがわかる。
【０００３】このため精度を向上させるためには、試料
をエンコーダなどで制御した試料台の上に載せ、さらに
試料を試料台に設置するとき、基準コリメーターでその
表面が正しい方向に向くようにしなければならない。こ
のため装備も複雑になり作業も大変である。そこで本発
明は、試料への入射角を精度良く知ることができ、した
がって試料の屈折率および消衰係数または、試料表面の
薄膜の厚さ、屈折率および消衰係数を精度良く知ること
ができるエリプソメーターを提供することを課題とす
る。
をエンコーダなどで制御した試料台の上に載せ、さらに
試料を試料台に設置するとき、基準コリメーターでその
表面が正しい方向に向くようにしなければならない。こ
のため装備も複雑になり作業も大変である。そこで本発
明は、試料への入射角を精度良く知ることができ、した
がって試料の屈折率および消衰係数または、試料表面の
薄膜の厚さ、屈折率および消衰係数を精度良く知ること
ができるエリプソメーターを提供することを課題とす
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前述した課題を達成する
ために、本発明は、偏光した光を試料に入射し、試料か
らの反射光の偏光状態と試料への入射角とから、試料定
数を求めるエリプソメーターにおいて、入射角を変更し
て複数回の測定を行い、該複数回の測定における試料定
数のばらつきを与える評価関数を、試料を設置する際に
生じる入射角の設定誤差の関数として規定し、該評価関
数が極値をとるように入射角の設定誤差を定めることに
よって、試料定数を求めることを特徴とするエリプソメ
ーターとした。
ために、本発明は、偏光した光を試料に入射し、試料か
らの反射光の偏光状態と試料への入射角とから、試料定
数を求めるエリプソメーターにおいて、入射角を変更し
て複数回の測定を行い、該複数回の測定における試料定
数のばらつきを与える評価関数を、試料を設置する際に
生じる入射角の設定誤差の関数として規定し、該評価関
数が極値をとるように入射角の設定誤差を定めることに
よって、試料定数を求めることを特徴とするエリプソメ
ーターとした。
【０００５】
【発明の実施の形態】図１に示すように、光源Ａからの
光を偏光子および位相板Ｂを通して、所望の偏光にし、
その偏光を試料台Ｅ上に載せた試料Ｆに入射角θで入射
し、試料Ｆからの反射光を回転検光子Ｃを通して検出器
Ｄで受光する。検出器Ｄの出力をフーリエ変換すること
により、Ｓ偏光とＰ偏光の反射率の比の絶対値ｔａｎ
（Ψ）と位相差Δが得られる。試料の屈折率ｎと消衰係
数ｋは、Ψ、Δ及びθと次の関係にある（参考文献：木
下、横田、応用物理 ３４（１９６５） ｐ７８２）。
光を偏光子および位相板Ｂを通して、所望の偏光にし、
その偏光を試料台Ｅ上に載せた試料Ｆに入射角θで入射
し、試料Ｆからの反射光を回転検光子Ｃを通して検出器
Ｄで受光する。検出器Ｄの出力をフーリエ変換すること
により、Ｓ偏光とＰ偏光の反射率の比の絶対値ｔａｎ
（Ψ）と位相差Δが得られる。試料の屈折率ｎと消衰係
数ｋは、Ψ、Δ及びθと次の関係にある（参考文献：木
下、横田、応用物理 ３４（１９６５） ｐ７８２）。
【０００６】したがって（１）、（２）式を連立させて
解くことにより、 として屈折率ｎと消衰係数ｋとを求めることができる。
解くことにより、 として屈折率ｎと消衰係数ｋとを求めることができる。
【０００７】ところで、入射角θを変えて複数回（ｉ＝
１〜Ｎ）の測定を行った場合、 のように複数個のｎi、ｋi（ｉ＝１〜Ｎ）の値が得られ
るが、これらの値は入射角θiによらず一定でなければ
ならない。しかしながら、入射角θの角度原点にずれが
あると、各測定によって得られたｎi、ｋiの測定値は一
致せずにばらつく。
１〜Ｎ）の測定を行った場合、 のように複数個のｎi、ｋi（ｉ＝１〜Ｎ）の値が得られ
るが、これらの値は入射角θiによらず一定でなければ
ならない。しかしながら、入射角θの角度原点にずれが
あると、各測定によって得られたｎi、ｋiの測定値は一
致せずにばらつく。
【０００８】入射角の角度原点の誤差の要因としては、
次の２つが考えられる。１つは試料台Ｅの精度による誤
差であり、もう１つは、試料台Ｅに試料Ｆを取り付ける
ときの設置誤差によるものである。前者の試料台Ｅの精
度については、試料台Ｅの構造にもよるが、一般にΨ、
Δ同様、入射角θによらずランダムにばらつく。よって
測定回数を増やして平均をとることにより、測定精度を
向上させることができる。また、エンコーダなどで制御
を行えば、比較的簡単に精度をあげることができる。そ
れに比べ、後者の試料Ｆの設置誤差は、人間が試料Ｆの
設置を行うため、前者に比べて非常に精度が落ちる。こ
こで、試料Ｆを設置するときにオートコリメイトなどの
手法を用いて試料の設置精度を上げるなどの方法も考え
られるが、測定に非常に時間がかかってしまう。よって
本実施例においては、この試料の設置誤差による入射角
θの設定誤差を、以下のように補正する。
次の２つが考えられる。１つは試料台Ｅの精度による誤
差であり、もう１つは、試料台Ｅに試料Ｆを取り付ける
ときの設置誤差によるものである。前者の試料台Ｅの精
度については、試料台Ｅの構造にもよるが、一般にΨ、
Δ同様、入射角θによらずランダムにばらつく。よって
測定回数を増やして平均をとることにより、測定精度を
向上させることができる。また、エンコーダなどで制御
を行えば、比較的簡単に精度をあげることができる。そ
れに比べ、後者の試料Ｆの設置誤差は、人間が試料Ｆの
設置を行うため、前者に比べて非常に精度が落ちる。こ
こで、試料Ｆを設置するときにオートコリメイトなどの
手法を用いて試料の設置精度を上げるなどの方法も考え
られるが、測定に非常に時間がかかってしまう。よって
本実施例においては、この試料の設置誤差による入射角
θの設定誤差を、以下のように補正する。
【０００９】試料Ｆを試料台Ｅに設置するときに生じる
入射角θの設定誤差の角度α、すなわち入射角θの角度
原点のずれ角度αは、試料台Ｅを回転したときにも常に
一定の角度に保たれる。したがって入射角の測定値を
θ′とし、入射角の真値をθとすると、 故に、 となる。
入射角θの設定誤差の角度α、すなわち入射角θの角度
原点のずれ角度αは、試料台Ｅを回転したときにも常に
一定の角度に保たれる。したがって入射角の測定値を
θ′とし、入射角の真値をθとすると、 故に、 となる。
【００１０】（５ａ）式を例えば（３ａ）式に代入する
と、 となり、図２に示すように各ｎiはαの関数として表さ
れる。しかるにｎiは実際には一定の値であるから、各
ｎiのばらつきが最も小さくなるようなαが、入射角θ
の原点ずれ角度の最も確かな値であり、そのときの最も
ばらつきの小さいｎiの平均値が、屈折率ｎの最も確か
な値となる。
と、 となり、図２に示すように各ｎiはαの関数として表さ
れる。しかるにｎiは実際には一定の値であるから、各
ｎiのばらつきが最も小さくなるようなαが、入射角θ
の原点ずれ角度の最も確かな値であり、そのときの最も
ばらつきの小さいｎiの平均値が、屈折率ｎの最も確か
な値となる。
【００１１】したがって各ｎiの分散によって評価関数
Φ（α）を次のように定義する。 但し、 最小２乗法などを使って評価関数Φ（α）を最小にする
αを求めれば、直ちに屈折率ｎが得られると同時に、真
の入射角θ（＝θ′−α）を知ることもできる。
Φ（α）を次のように定義する。 但し、 最小２乗法などを使って評価関数Φ（α）を最小にする
αを求めれば、直ちに屈折率ｎが得られると同時に、真
の入射角θ（＝θ′−α）を知ることもできる。
【００１２】上記の例では、評価関数Φ（α）として屈
折率ｎiの分散を用いたが、屈折率ｎが定数であると同
時に消衰係数ｋも定数である。したがって入射角θの原
点ずれ角度αの最も確かな値においては、屈折率ｎiの
分散のほかに消衰係数ｋiの分散も最小になっている。
したがって評価関数Φ（α）を、 但し、 とすることもできる。また屈折率ｎiの分散と消衰係数
ｋiの分散とに重みをつけることもできる。更に評価関
数Φ（α）としては、必ずしも分散を用いる必要はな
く、その他の関数、例えば次式のように、個々の屈折率
ｎi（α）とその平均値＜ｎ（α）＞との差の絶対値の
総和を用いることもできる。
折率ｎiの分散を用いたが、屈折率ｎが定数であると同
時に消衰係数ｋも定数である。したがって入射角θの原
点ずれ角度αの最も確かな値においては、屈折率ｎiの
分散のほかに消衰係数ｋiの分散も最小になっている。
したがって評価関数Φ（α）を、 但し、 とすることもできる。また屈折率ｎiの分散と消衰係数
ｋiの分散とに重みをつけることもできる。更に評価関
数Φ（α）としては、必ずしも分散を用いる必要はな
く、その他の関数、例えば次式のように、個々の屈折率
ｎi（α）とその平均値＜ｎ（α）＞との差の絶対値の
総和を用いることもできる。
【００１３】以上のように本実施例によれば、試料Ｆの
設置誤差を補正することができ、またこの補正のために
複数回の測定を行うから、必然的に試料台Ｅの精度によ
る誤差も補正され、したがって試料の屈折率と消衰係数
を精度良く求めることができる。
設置誤差を補正することができ、またこの補正のために
複数回の測定を行うから、必然的に試料台Ｅの精度によ
る誤差も補正され、したがって試料の屈折率と消衰係数
を精度良く求めることができる。
【００１４】なお本実施例では試料の屈折率ｎと消衰係
数ｋを求める場合について説明したが、屈折率および消
衰係数の既知な試料上に形成した薄膜の厚さ、屈折率、
消衰係数を求める場合にも、上記手法を適用することが
できる。２つ以上の入射角の測定値からこれは求まる。
このとき求まった測定データー（屈折率ｎ、消衰係数
ｋ、膜厚ｔ）の分散を最小にすることにより、入射角の
原点ずれが補正される。評価関数Φ（α）として、屈折
率ｎの分散と消衰係数ｋの分散と膜厚ｔの分散に適当な
重み付けた１次結合とすることも有効である。
数ｋを求める場合について説明したが、屈折率および消
衰係数の既知な試料上に形成した薄膜の厚さ、屈折率、
消衰係数を求める場合にも、上記手法を適用することが
できる。２つ以上の入射角の測定値からこれは求まる。
このとき求まった測定データー（屈折率ｎ、消衰係数
ｋ、膜厚ｔ）の分散を最小にすることにより、入射角の
原点ずれが補正される。評価関数Φ（α）として、屈折
率ｎの分散と消衰係数ｋの分散と膜厚ｔの分散に適当な
重み付けた１次結合とすることも有効である。
【００１５】また本発明は、図１に示したエリプソメー
ターに限られるものでなく、明らかにどのようなエリプ
ソメーターにも通用するものである。また位相差Δを一
意に決めるためには、同一の入射角θに対して、２つの
異なる偏光光を入射させることが必要であり、正確な測
定ではそのように行うことがよい。
ターに限られるものでなく、明らかにどのようなエリプ
ソメーターにも通用するものである。また位相差Δを一
意に決めるためには、同一の入射角θに対して、２つの
異なる偏光光を入射させることが必要であり、正確な測
定ではそのように行うことがよい。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、複数回の
測定によって得られる屈折率等の試料定数は入射角によ
らない一定の値であり、且つ入射角の設定誤差も入射角
によらない一定の角度であることを利用して、これらの
試料定数や入射角の設定誤差を求めるエリプソメーター
であるから、これらの試料定数や入射角の設定誤差を容
易且つ高精度にて求めることができる。
測定によって得られる屈折率等の試料定数は入射角によ
らない一定の値であり、且つ入射角の設定誤差も入射角
によらない一定の角度であることを利用して、これらの
試料定数や入射角の設定誤差を求めるエリプソメーター
であるから、これらの試料定数や入射角の設定誤差を容
易且つ高精度にて求めることができる。
【図１】エリプソメーターを示す平面図。
【図２】入射角の設定誤差と測定屈折率との関係を示す
説明図。
説明図。
【図３】（Ａ）Ｓ偏光とＰ偏光の反射率の比の絶対値を
ｔａｎ（Ψ）としたときのΨと入射角θとの関係を示す
図と、（Ｂ）Ｓ偏光とＰ偏光の反射率の比の位相差Δと
入射角θとの関係を示す図。
ｔａｎ（Ψ）としたときのΨと入射角θとの関係を示す
図と、（Ｂ）Ｓ偏光とＰ偏光の反射率の比の位相差Δと
入射角θとの関係を示す図。
Ａ…光源 Ｂ…偏光子および位
相板 Ｃ…回転検光子 Ｄ…検出器 Ｅ…試料台 Ｆ…試料
相板 Ｃ…回転検光子 Ｄ…検出器 Ｅ…試料台 Ｆ…試料
Claims (3)
- 【請求項１】偏光した光を試料に入射し、試料からの反
射光の偏光状態と試料への入射角とから、試料定数を求
めるエリプソメーターにおいて、 前記入射角を変更して複数回の測定を行い、 該複数回の測定における前記試料定数のばらつきを与え
る評価関数を、前記試料を設置する際に生じる入射角の
設定誤差の関数として規定し、 該評価関数が極値をとるように前記入射角の設定誤差を
定めることによって、前記試料定数を求めることを特徴
とするエリプソメーター。 - 【請求項２】前記試料定数が、試料の屈折率若しくは消
衰係数、又は試料表面の薄膜物質の厚さ、屈折率若しく
は消衰係数である、請求項１記載のエリプソメーター。 - 【請求項３】前記評価関数として、試料の屈折率の分散
若しくは消衰係数の分散、若しくは試料表面の薄膜物質
の厚さの分散、屈折率の分散若しくは消衰係数の分散、
又はこれらの分散の１次結像を用い、前記極値として最
小値を用いた、請求項１又は２記載のエリプソメータ
ー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8213196A JPH1038694A (ja) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | エリプソメーター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8213196A JPH1038694A (ja) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | エリプソメーター |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1038694A true JPH1038694A (ja) | 1998-02-13 |
Family
ID=16635133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8213196A Pending JPH1038694A (ja) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | エリプソメーター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1038694A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100352127B1 (ko) * | 2000-04-11 | 2002-09-12 | 김상열 | 회전검광자형 ｉｎ ｓｉｔｕ 타원계 |
| WO2003074993A1 (fr) * | 2002-03-06 | 2003-09-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif de mesure de concentration |
| KR100397381B1 (ko) * | 2001-12-27 | 2003-09-13 | 오혜근 | 고정입사면 타원해석기 |
| DE10355256A1 (de) * | 2003-11-26 | 2005-04-14 | Infineon Technologies Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Güte einer Struktur mit einem regelmäßigen Muster |
| JP2007304042A (ja) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | Toyota Motor Corp | 擦傷の測定装置と測定方法 |
| JP2018132467A (ja) * | 2017-02-17 | 2018-08-23 | 国立大学法人山梨大学 | 誤差補正方法及び二次元偏光解析法、並びに誤差補正装置及び二次元偏光解析装置 |
| CN111912785A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-11-10 | 深圳信息职业技术学院 | 一种光学常数测量方法与光学常数测量设备 |
-
1996
- 1996-07-23 JP JP8213196A patent/JPH1038694A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100352127B1 (ko) * | 2000-04-11 | 2002-09-12 | 김상열 | 회전검광자형 ｉｎ ｓｉｔｕ 타원계 |
| KR100397381B1 (ko) * | 2001-12-27 | 2003-09-13 | 오혜근 | 고정입사면 타원해석기 |
| WO2003074993A1 (fr) * | 2002-03-06 | 2003-09-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif de mesure de concentration |
| US7110112B2 (en) | 2002-03-06 | 2006-09-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Concentration measuring instrument, concentration measuring contact apparatus, concentration measuring calculating apparatus, and concentration measuring method |
| DE10355256A1 (de) * | 2003-11-26 | 2005-04-14 | Infineon Technologies Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Güte einer Struktur mit einem regelmäßigen Muster |
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| CN111912785A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-11-10 | 深圳信息职业技术学院 | 一种光学常数测量方法与光学常数测量设备 |
| CN111912785B (zh) * | 2020-07-22 | 2023-06-23 | 深圳信息职业技术学院 | 一种光学常数测量方法与光学常数测量设备 |
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