JPH1194733A - Method for measuring ellipsoparameter - Google Patents

Method for measuring ellipsoparameter

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JPH1194733A
JPH1194733A JP9267940A JP26794097A JPH1194733A JP H1194733 A JPH1194733 A JP H1194733A JP 9267940 A JP9267940 A JP 9267940A JP 26794097 A JP26794097 A JP 26794097A JP H1194733 A JPH1194733 A JP H1194733A
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JP
Japan
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polarized light
test object
evaluation value
measurement
light
Prior art date
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Application number
JP9267940A
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Japanese (ja)
Inventor
Kaori Mukai
香織 向井
Kiwa Sugiyama
喜和 杉山
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication of JPH1194733A publication Critical patent/JPH1194733A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve measurement accuracy by changing and measuring a polarization state of a polarized light entering an object to be measured by a plurality of number of times, obtaining an evaluation value for each measurement of the plurality of number of times, and selecting an ellipsoparameter obtained at the measurement whereby the evaluation value is minimum. SOLUTION: A light from a light source 1 is guided sequentially to a polarizer 2a and a phase plate 2b. A polarized light 3 from the phase plate 2b is guided to an object 4 to be measured. A polarized light 5 passing the object 4 to be measured or reflected by the object 4 to be measured is guided to an analyzer 6 arranged to be rotatable about an optical axis 2. An ellipsoparameter of the object 4 to be measured is obtained on the basis of an output of a photodetector 7 measuring an intensity of light from the analyzer 6. At this time, a polarization state of the polarized light 3 entering the object 4 to be measured is changed by a plurality of number of times, and the ellipsoparameter is measured every time the polarization state is changed. An evaluation value is obtained at each measurement of the plurality of number of times with the use of a predetermined calculation formula. The ellipsoparameter obtained at the measurement with the minimum evaluation value among the plurality of measurements is selected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば薄膜の膜厚
や屈折率を算出するために用いられる、エリプソパラメ
ータ(Ψ、Δ)の測定方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring ellipsometric parameters (.SIGMA., .DELTA.) Used for calculating, for example, the thickness and refractive index of a thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】エリプソパラメータとは、P偏光とS偏
光との被検物による透過率比又は反射率比Ψと、P偏光
とS偏光との被検物による透過又は反射における位相差
Δである。これらのΨとΔは、 tanΨ=TS/TP Δ=ΔS−ΔPS:被検物のS偏光に対する透過率又は反射率 TP:被検物のP偏光に対する透過率又は反射率 ΔS:入射S偏光に対する射出偏光の位相差 ΔP:入射P偏光に対する射出偏光の位相差 の関係で示される。
2. Description of the Related Art The ellipsometric parameter is a transmittance ratio or a reflectance ratio P of P-polarized light and S-polarized light by a test object and a phase difference Δ in transmission or reflection of P-polarized light and S-polarized light by the test object. is there. These Ψ and Δ, tanΨ = T S / T P Δ = Δ S -Δ P T S: transmittance or reflectance for S-polarized light T P of the object: transmittance or reflectance with respect to P-polarized light of the test object rate delta S: phase difference delta P of emitted polarized light with respect to incident S-polarized light: represented by the relationship of the phase difference of the exit polarization relative to the incident P-polarized light.

【0003】つぎに、従来おこなっているエリプソパラ
メータ(Ψ、Δ)の測定方法を説明する。光源からの光
を偏光子と位相板の順に導き、位相板からの偏光を被検
物に導き、被検物を透過し又は被検物によって反射した
偏光を、光軸を中心として回転可能に配置した検光子に
導く。つぎに検光子からの光の強度を測定する光検出器
を設け、この光検出器の出力に基づいてエリプソパラメ
ータ(Ψ、Δ)を求める。ただし1回の測定では、検光
子に入射する偏光の回転方向が定まらないため、エリプ
ソパラメータは完全には求まらない。そこで位相板と偏
光子を、1回目の測定とは違う角度に設定し、被検物に
入射する偏光の状態を変更する。この状態で2回目の測
定を行ない、2回目のエリプソパラメータを求める。こ
の2回の測定により、検光子に入射する偏光の状態が完
全に決まる。上記の2回の測定によって求まったエリプ
ソパラメータを平均して、エリプソパラメータを決定し
ていた。
Next, a conventional method for measuring ellipsometric parameters (Ψ, Δ) will be described. The light from the light source is guided in the order of the polarizer and the phase plate, the polarized light from the phase plate is guided to the test object, and the polarized light transmitted through the test object or reflected by the test object can be rotated about the optical axis. Guide to the analyzer placed. Next, a photodetector for measuring the intensity of light from the analyzer is provided, and ellipsometric parameters (Ψ, Δ) are obtained based on the output of the photodetector. However, in one measurement, the rotation direction of the polarized light incident on the analyzer is not determined, so that the ellipsometric parameter cannot be completely determined. Therefore, the phase plate and the polarizer are set at different angles from those in the first measurement, and the state of polarized light incident on the test object is changed. In this state, a second measurement is performed to obtain a second ellipso parameter. These two measurements completely determine the state of polarization incident on the analyzer. The ellipsometric parameters determined by averaging the ellipsometric parameters obtained by the above two measurements were determined.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなエリプソパラメータの測定値には、偏光子や検光
子の消光比、検出器の暗時出力、光源のゆらぎなどの要
因のために、測定上の誤差を含んでいる。しかもエリプ
ソパラメータの値は、2回の測定値の単なる平均値を用
いており、必ずしも精度の高い測定とは言えなかった。
そこで本発明は、複数回のエリプソパラメータの測定に
おける、各回の測定の誤差を評価することにより、測定
精度の高い、エリプソパラメータの測定方法を提供する
ことを課題とする。
However, the measured values of the ellipsometric parameters as described above are measured due to factors such as the extinction ratio of the polarizer and the analyzer, the dark output of the detector, and the fluctuation of the light source. Includes the above error. Moreover, the value of the ellipso parameter uses a mere average value of two measured values, and thus cannot always be said to be a highly accurate measurement.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for measuring ellipso parameters with high measurement accuracy by evaluating an error of each measurement in a plurality of measurements of ellipso parameters.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題の解決のため、
本発明は、光源からの光を偏光子と位相板の順に導き、
位相板からの偏光を被検物に導き、被検物を透過し又は
被検物によって反射した偏光を、光軸を中心として回転
可能に配置した検光子に導き、検光子からの光の強度を
測定する光検出器を設け、光検出器の出力に基づいて、
被検物のエリプソパラメータを求めるエリプソパラメー
タの測定方法において、被検物に入射する偏光の偏光状
態を複数回変更して、変更ごとにエリプソパラメータの
測定を行い、複数回の測定ごとに評価値A を求め、複数
回の測定のうちで、評価値A が最小となる測定で得られ
たエリプソパラメータを選択することを特徴とする、エ
リプソパラメータの測定方法である。但し、評価値A
は、 A =|tan-1{|cot(θp)|・tan(Ψ )}
−45 °| θp:被検物に入射するS偏光の振動方向から測った偏
光子の透過軸の方向 Ψ :P偏光とS偏光との被検物による透過率比又は反射
率比 である。
Means for Solving the Problems To solve the above problems,
The present invention guides light from a light source in the order of a polarizer and a phase plate,
The polarized light from the phase plate is guided to the test object and transmitted through the test object or
Rotate the polarized light reflected by the test object around the optical axis
Guides the analyzer to a position where it is possible to reduce the intensity of light from the analyzer.
Provide a photodetector to measure, based on the output of the photodetector,
Ellipsometric parameters for ellipsometric parameters of the specimen
In the measurement method of the
State several times, with each change
The measurement is performed, and the evaluation value A Ask for multiple
Evaluation value A out of measurements Is obtained with a measurement that minimizes
Characteristic ellipso parameters.
This is a method for measuring Lipso parameters. However, evaluation value A
Is A = | Tan-1{| Cot (θp) | tan (Ψ )}
−45 ° | θp: Polarization measured from the vibration direction of S-polarized light incident on the test object
Direction of photon transmission axis Ψ : Transmittance ratio or reflection of P-polarized light and S-polarized light by the test object
It is the rate ratio.

【0006】また本発明は、光源からの光を偏光子と位
相板の順に導き、位相板からの偏光を被検物に導き、被
検物を透過し又は被検物によって反射した偏光を、光軸
を中心として回転可能に配置した検光子に導き、検光子
からの光の強度を測定する光検出器を設け、光検出器の
出力に基づいて、被検物のエリプソパラメータを求める
エリプソパラメータの測定方法において、被検物に入射
する偏光の偏光状態を複数回変更して、変更ごとに前記
エリプソパラメータの測定を行い、複数回の測定ごと
に、評価値B を求め、複数回の測定のうちで、評価値B
が最小となる測定で得られたエリプソパラメータを選択
することを特徴とする、エリプソパラメータの測定方法
である。但し、評価値Bは、 B =|{|(Δ +Γ )−180°|−90°}| Γ:P偏光とS偏光との位相板による位相差 Δ:P偏光とS偏光との被検物による透過又は反射にお
ける位相差 である。
[0006] The present invention also relates to a method for converting light from a light source into a polarizer.
The polarized light from the phase plate is guided to the test object,
Polarized light transmitted through the specimen or reflected by the specimen
To an analyzer that is rotatable around the
Light detector to measure the intensity of light from
Calculate ellipsometric parameters of test object based on output
In the method of measuring ellipsometric parameters, incident on the test object
The polarization state of the polarized light to be changed multiple times,
Performs measurement of ellipsometric parameters, and every multiple measurements
And evaluation value B Is obtained, and the evaluation value B is obtained from a plurality of measurements.
Ellipso parameters obtained by measurement that minimizes
And a method for measuring ellipsometric parameters
It is. However, the evaluation value B is B = | {| (Δ + Γ ): -180 ° | -90 °} | Γ: Phase difference between P-polarized light and S-polarized light due to phase plate Δ: For transmission or reflection of P-polarized light and S-polarized light
Phase difference.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を以下に説明す
る。最初にエリプソパラメータを求めるための装置であ
る、エリプソメーターの構成を図1に示す。光源1から
の光路には、偏光子2aと位相板2bとからなる偏光光
学部材2、被検物4、検光子6、及び光検出器7がその
順に配置されている。偏光光学部材2は、偏光子2aと
位相板2bとを一体として、光軸zを中心とした少なく
とも2つの異なる角度位置に回転可能に配置されてい
る。また検光子6も、光軸zを中心として回転可能に配
置されている。図1に示す例は、被検物4の透過特性を
測定するものであるが、被検物4の反射特性を測定しよ
うとするときには、検光子6と光検出器7とは当然に反
射光路に配置される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 shows a configuration of an ellipsometer, which is a device for obtaining an ellipso parameter first. In the optical path from the light source 1, a polarization optical member 2, which is composed of a polarizer 2a and a phase plate 2b, a test object 4, an analyzer 6, and a photodetector 7, are arranged in that order. The polarizing optical member 2 integrally includes the polarizer 2a and the phase plate 2b and is rotatably disposed at at least two different angular positions about the optical axis z. The analyzer 6 is also arranged rotatably about the optical axis z. Although the example shown in FIG. 1 measures the transmission characteristics of the test object 4, when the reflection characteristics of the test object 4 are to be measured, the analyzer 6 and the photodetector 7 are naturally connected to the reflection optical path. Placed in

【0008】光軸zに直交する平面に直交2軸x、yを
取り、S偏光の振動方向をx軸とし、P偏光の振動方向
をy軸とする。図2(A)に示すように、 θp:x軸を基準として測った偏光子2aの透過軸の方
向 とする。また図2(B)に示すように、 θd:x軸を基準として測った位相板2bの遅相軸の方
向 φd:位相板2bの遅相軸と進相軸との間の位相差 とすると、図2(C)に示す偏光光学部材2と被検物4
との間の偏光3の偏光状態は、次の(1)式で表され
る。 但し、 E3x及びE3y:偏光3の電気ベクトルのx成分及びy成
分である。
Two orthogonal axes x and y are set on a plane orthogonal to the optical axis z, and the vibration direction of the S-polarized light is defined as the x-axis, and the vibration direction of the P-polarized light is defined as the y-axis. As shown in FIG. 2A, θ p is the direction of the transmission axis of the polarizer 2a measured with reference to the x-axis. Also, as shown in FIG. 2B, θ d : the direction of the slow axis of the phase plate 2b measured with reference to the x axis φ d : the phase difference between the slow axis and the fast axis of the phase plate 2b Then, the polarization optical member 2 and the test object 4 shown in FIG.
Is expressed by the following equation (1). Here, E 3x and E 3y are the x component and the y component of the electric vector of the polarized light 3.

【0009】偏光3は、被検物4を透過し又は反射する
ことによって偏光状態が異なった偏光5となり、検光子
6に入る。 TS:被検物4のS偏光に対する透過率または反射率 TP:被検物4のP偏光に対する透過率または反射率 Δ:P偏光とS偏光との被検物による透過又は反射にお
ける位相差 とすると、偏光5の偏光状態は次の(2)式で表され
る。
The polarized light 3 becomes a polarized light 5 having a different polarization state by transmitting or reflecting through the test object 4, and enters the analyzer 6. T S : transmittance or reflectance of test object 4 for S-polarized light T P : transmittance or reflectance of test object 4 for P-polarized light Δ: position of transmission or reflection of P-polarized light and S-polarized light by the test object Given a phase difference, the polarization state of the polarized light 5 is expressed by the following equation (2).

【0010】検光子6が回転することにより、検出器7
に入る光量が変化するので、それから偏光5の偏光状態
を知ることができる。検出器の出力I(θ)は次式で表
される。 但し、図2(D)に示すように、 θ:x軸を基準として測った検光子6の透過軸の方向で
ある。図3に出力信号の様子を示す。これが1回の測定
であり、1回の測定によって偏光5の位相差の絶対値|
φ5|と、E 5xとE 5yの比の絶対値|E 5x/E 5y|と
が、次のようにして求められる。
The rotation of the analyzer 6 causes the detector 7 to rotate.
Since the amount of light entering the light changes, then the polarization state of the polarized light 5
You can know. The output I (θ) of the detector is expressed by the following equation.
Is done.However, as shown in FIG. 2 (D), θ: in the direction of the transmission axis of the analyzer 6 measured with reference to the x-axis.
is there. FIG. 3 shows the state of the output signal. This is one measurement
And the absolute value of the phase difference of the polarized light 5 by one measurement |
φFive| And E 5xAnd E 5yAbsolute value of the ratio | E 5x/ E 5y| And
Is obtained as follows.

【0011】すなわち先ず、(3)式は以下のように変
形される。 但し、 であり、φ5は偏光5の位相差を表す。
That is, first, the equation (3) is modified as follows. However, And φ 5 represents the phase difference of the polarized light 5.

【0012】(4)式より、検光子6を回転しながら信
号をとって、この信号を回転角θについてフーリエ変換
をすることにより、a0,a1,a2の値を求めることが
できる。そして(5a)〜(5c)式とa0,a1,a2
の値から、|E 5x|/|E 5y|とφ5を以下のように求
めることができる。 ここで、a1′,a2′は、a0でa1,a2を規格化した
ものであり、すなわち以下のように定義した。 a1′=a1/a0, a2′=a2/a0 かくして1回の測定によって、偏光5の位相差の絶対値
|φ5|と、E 5xとE 5yの比の絶対値|E 5x/E 5y|と
が求められる。
From equation (4), the signal is transmitted while rotating the analyzer 6.
And Fourier transform this signal with respect to the rotation angle θ.
By doing, a0, A1, ATwoTo find the value of
it can. Then, equations (5a) to (5c) and a0, A1, ATwo
From the value of | E 5x| / | E 5y| And φFiveAs follows
Can be Where a1', ATwo′ Is a0And a1, ATwoStandardized
That is, it is defined as follows. a1'= A1/ A0, ATwo'= ATwo/ A0 Thus, by one measurement, the absolute value of the phase difference of the polarized light 5
| ΦFive| And E 5xAnd E 5yAbsolute value of the ratio | E 5x/ E 5y| And
Is required.

【0013】他方、(2)式よりE 5x,E 5yはE 3x,E
3yと次の関係にある。 φ5も同様に(2)式より、以下の関係を満たす。 ここでφ3は偏光3の位相差である。
On the other hand, from equation (2), E 5x, E 5yIs E 3x, E
3yAnd the following relationship.φFiveAlso satisfies the following relationship from equation (2).Where φThreeIs the phase difference of the polarized light 3.

【0014】したがって(1)式より|E 3x|/|E 3y
|を求めれば、(8)式より1回の測定によってTS
Pが求められる。しかしながら位相差Δについては、
(7)式から得られるのはφ5ではなくcos(φ5)で
あり、そのためφ5の符号については知ることができな
い。よって、(9)式からΔを求めようとすると、Δの
解の候補として以下の2つが存在し、 どちらの解が正しいのかわからない。すなわち1回の測
定では、偏光5の回転方向が右回りか左回りかがわから
ないために、偏光5の位相差φ5の符号がわからず、こ
の結果、P偏光とS偏光との被検物による透過又は反射
における位相差Δを知ることができない。
Therefore, from equation (1), | E 3x| / | E 3y
| Can be obtained by one measurement from equation (8).S/
TPIs required. However, for the phase difference Δ,
Equation (7) gives φFiveInstead of cos (φFive)so
Yes, so φFiveI can't know the sign of
No. Therefore, when trying to find Δ from equation (9),
The following two solutions exist,I don't know which solution is correct. That is, one measurement
By default, we know whether the direction of rotation of polarized light 5 is clockwise or counterclockwise.
The phase difference φ of the polarized light 5FiveI do not know the sign of
As a result, transmission or reflection of P-polarized light and S-polarized light by the test object
Cannot be known.

【0015】このため、Δを1つに特定するため、偏光
光学部材2を一体として概略90°回転することによ
り、偏光3を概略90°回転させて再度測定を行う。1
回目の測定時のφ5の値をφ51、φ3の値をφ31とし、同
様に2回目の測定時のφ5とφ3の値をφ52、φ32とする
と、(9)式より、以下の式が成り立つ。 φ31、φ32の値は(1)式より正しく求まるので、この
(11a)式を解くことにより、cos(Δ)とsin
(Δ)の値を求めることができ、こうしてΔが決まる。
Therefore, in order to specify Δ to be one, the polarization optical member 2 is integrally rotated by approximately 90 °, the polarization 3 is rotated by approximately 90 °, and the measurement is performed again. 1
Times eye during measurement phi 5 of the value phi 51, phi 3 of the value and phi 31, likewise the second value of phi 5 and phi 3 at the time of measurement phi 52, when the φ 32, (9) formula Thus, the following equation holds. Since the values of φ 31 and φ 32 are correctly obtained from the equation (1), by solving the equation (11a), cos (Δ) and sin
The value of (Δ) can be determined, and thus Δ is determined.

【0016】なお、このとき(11a)式に解が存在す
るためにはφ31、φ32が以下の条件を満足しなければな
らない。 したがって、図1に示す偏光光学部材2を配置する際
は、(11b)式を満足するようにすることが重要であ
る。
At this time, in order for the solution to exist in the equation (11a), φ 31 and φ 32 must satisfy the following conditions. Therefore, when arranging the polarization optical member 2 shown in FIG. 1, it is important to satisfy the expression (11b).

【0017】さらに測定精度を向上させるためには、被
検物4がないときにも同様の測定を行って、偏光3の位
相差φ3およびE 3xとE 3yの比を、計算によってではな
く測定によって求めておくことがよい。このようにすれ
ば、偏光子2aや位相板2bの方向および位相差の誤差
を補正することができる。ただし、検光子6に入射する
偏光の位相差の正負については常に不明であるから、φ
31、φ32の正負についてはあらかじめ知っておくことが
必要である。
In order to further improve the measurement accuracy,
The same measurement is performed even when there is no specimen 4, and the position of the polarized light 3 is determined.
Phase difference φThreeAnd E 3xAnd E 3yThe ratio of
It is better to obtain it by measurement. Like this
For example, errors in the direction and phase difference of the polarizer 2a and the phase plate 2b
Can be corrected. However, it enters the analyzer 6
Since the polarity of the polarization phase difference is always unknown,
31, Φ32To know in advance about the sign of
is necessary.

【0018】従来技術では、以上のように2回の測定に
よって求まったエリプソパラメータを単に平均して、こ
の値をエリプソパラメータとしていた。これに対し本実
施例においては、エリプソパラメータ(Ψ、Δ)を以下
の方法によって定める。
In the prior art, the ellipso parameters obtained by the two measurements as described above are simply averaged, and this value is used as the ellipso parameter. On the other hand, in the present embodiment, the ellipsometric parameters (Ψ, Δ) are determined by the following method.

【0019】本来エリプソパラメータの測定値には、偏
光子2aと検光子6の消光比と、検出器7で発生する暗
時出力、光源のゆらぎなどの誤差を含んでいる。そこで
エリプソパラメータの測定において、これらの誤差の影
響を小さくするための解析を行なった結果、偏光5の偏
光状態を円偏光に近付けることにより、エリプソパラメ
ータの誤差を小さくできることがわかった。
Originally, the measured values of the ellipsometric parameters include errors such as the extinction ratio of the polarizer 2a and the analyzer 6, the dark output generated by the detector 7, and the fluctuation of the light source. Then, in the measurement of the ellipso parameter, as a result of performing an analysis for reducing the influence of these errors, it was found that the error of the ellipso parameter can be reduced by bringing the polarization state of the polarized light 5 closer to the circularly polarized light.

【0020】そこで上記の関係から、エリプソパラメー
タ(Ψ、Δ)の測定値に含まれる誤差の大きさを評価す
る評価値を、次のように定めた。まず、偏光5の振幅比
が円偏光の振幅比である1となる条件から、評価値Aを
定めた。評価値Aは、 A =|tan-1{|cot(θp)|・tan(Ψ )}−45°| …(12) となる。つぎに位相板2bのx軸に対する遅相軸の方向
θdが、θd=90°の場合に、偏光5の位相差が円偏光
の位相差である90°又は270°となる条件から、評
価値Bを定めた。評価値Bは、 B =|{|Δ +Γ −180°|−90°}| …(13) となる。但し、 Γ:P偏光とS偏光との位相板による位相差 である。なお(12)式と(13)式より、偏光5の偏
光状態が円偏光となるのは、評価値Aと評価値Bが共に
0のときである。
Therefore, based on the above relationship, ellipsoparameter
To evaluate the magnitude of the error contained in the measured values of
The evaluation value was determined as follows. First, the amplitude ratio of polarized light 5
Is 1, which is the amplitude ratio of circularly polarized light.
I decided. The evaluation value A is A = | Tan-1{| Cot (θp) | tan (Ψ ) −− 45 ° | (12) Next, the direction of the slow axis with respect to the x-axis of the phase plate 2b
θdIs θd= 90 °, the phase difference of polarized light 5 is circularly polarized
From the condition of 90 ° or 270 ° which is the phase difference of
Value B was determined. The evaluation value B is B = | {| Δ + Γ −180 ° | −90 °} | (13) Here, Γ: the phase difference between the P-polarized light and the S-polarized light due to the phase plate. Note that from Equations (12) and (13), the polarization of
The light state becomes circularly polarized because both the evaluation value A and the evaluation value B
It is when 0.

【0021】つぎに、この評価値A、Bを用いてエリプ
ソパラメータ(Ψ、Δ)を測定する方法を示す。まず位
相板2bのx軸に対する遅相軸の方向θdを、θd=90
°に設置する。この状態で1回目の測定を行ない、エリ
プソパラメータ(Ψ、Δ)と評価値A、Bを求める。次
に偏光子2aと位相板2bを一体として90°回転し、
エリプソパラメータ(Ψ、Δ)と評価値A、Bを求め
る。そしてエリプソパラメータ(Ψ、Δ)の決定は、2
回の測定の中から評価値AまたはBが最小となる測定で
得られた、エリプソパラメータ(Ψ、Δ)を選択するこ
とで行なう。
Next, a method for measuring the ellipsometric parameters (Ψ, Δ) using the evaluation values A and B will be described. First, the direction θ d of the slow axis with respect to the x-axis of the phase plate 2b is defined as θ d = 90
Install at °. In this state, the first measurement is performed, and the ellipsometric parameters (Ψ, Δ) and the evaluation values A, B are obtained. Next, the polarizer 2a and the phase plate 2b are integrally rotated by 90 °,
The ellipsometric parameters (Ψ, Δ) and the evaluation values A, B are obtained. And the determination of the ellipso parameters (Ψ, Δ) is 2
The measurement is performed by selecting the ellipso parameters (Ψ, Δ) obtained from the measurement in which the evaluation value A or B is minimized among the measurements.

【0022】次に評価値Aと評価値Bを用いて行なっ
た、数値実施例を示す。本実施例では、エリプソパラメ
ータ(Ψ、Δ)の測定を2回行なっている。2回の測定
には、位相板2bとしてλ/8板を使った。したがって
位相板2bの遅相軸と進相軸との間の位相差φdは、φd
=45°である。また被検物4として、位相差Δ=40
°となるものを使った。また測定誤差としては、偏光子
2aと検光子6の消光比と、検出器7で発生する暗時出
力によって発生する誤差を考慮した。
Next, numerical examples performed using the evaluation value A and the evaluation value B will be described. In this embodiment, the measurement of the ellipsometric parameters (Ψ, Δ) is performed twice. For two measurements, a λ / 8 plate was used as the phase plate 2b. Therefore, the phase difference φ d between the slow axis and the fast axis of the phase plate 2b is φ d
= 45 °. Further, as the test object 4, the phase difference Δ = 40
° was used. As the measurement error, an extinction ratio between the polarizer 2a and the analyzer 6 and an error generated by the dark output generated by the detector 7 were considered.

【0023】まず1回目の測定では、偏光子2aの透過
軸の方向θp=30°、位相板2bの遅相軸の方向θd
90°として、エリプソパラメータ(Ψ、Δ)を求め
た。なおθd=90°なので、P偏光とS偏光との位相
板による位相差Γは、Γ=+45°である。さらに被検
物の透過率比(反射率比)Ψの1回目の測定誤差δΨ1
と、被検物の位相差Δの1回目の測定誤差δΔ1とを求
めた。つぎに2回目の測定では、偏光子2aと位相板2
bを一体として90°回転し、偏光3の状態を変更し
た。この結果、θp=120°、θd=0°となり、故に
Γ=−45°となる。この状態で2回目のエリプソパラ
メータ(Ψ、Δ)を求めた。さらに1回目の測定と同様
に、被検物の透過率比(反射率比)Ψの誤差δΨ2と、
被検物の位相差Δについての誤差δΔ2とを求めた。
First, in the first measurement, the direction θ p of the transmission axis of the polarizer 2a = 30 °, and the direction θ d of the slow axis of the phase plate 2b = θ d =
The ellipsometric parameters (Ψ, Δ) were determined at 90 °. Since θ d = 90 °, the phase difference P between the P-polarized light and the S-polarized light due to the phase plate is Γ = + 45 °. Furthermore, the first measurement error δΨ 1 of the transmittance ratio (reflectance ratio) of the test objectΨ
When, it was determined and the measurement error .DELTA..delta 1 of the first phase difference Δ of the object. Next, in the second measurement, the polarizer 2a and the phase plate 2
b was rotated 90 ° integrally, and the state of the polarized light 3 was changed. As a result, θ p = 120 ° and θ d = 0 °, and therefore Γ = −45 °. In this state, the second ellipsometric parameters (Ψ, Δ) were obtained. Further, in the same manner as the first measurement, the error [delta] [Psi] 2 of Ψ transmittance ratio of the test object (reflectance ratio),
It was determined and an error .DELTA..delta 2 of the phase difference Δ of the object.

【0024】被検物の透過率比(反射率比)Ψと上記の
条件で求めた誤差δΨ1、δΨ2、δΔ1、δΔ2の関係
を、図4に示す。図4の実線はδΨ1で、長破線はδΨ2
を示す。また短破線はδΔ1で、点線はδΔ2を示す。図
4の結果から、Ψの誤差の絶対値|δΨ |は、Ψが約4
5°以下では|δΨ1|の方が小さく、Ψが約45°以
上では|δΨ2|の方が小さい。
The transmittance ratio (reflectance ratio) of the test object and the above
Error δΨ obtained under the condition1, ΔΨTwo, ΔΔ1, ΔΔTwoconnection of
Is shown in FIG. The solid line in FIG.1And the long dashed line is δΨTwo
Is shown. The short broken line is δΔ1And the dotted line is δΔTwoIs shown. Figure
4, the absolute value of the error of Ψ | δΨ | Is about 4
Below 5 ° | δΨ1| Is smaller and Ψ is about 45 ° or less
Above | δΨTwo| Is smaller.

【0025】他方、1回目と2回目の測定について評価
値Aを求めた。1回目の測定の評価値AをA1として、
(12)式よりA1は、 A1=|tan-1{|cot(30°)|・tan
(Ψ )}−45°| となる。A1はΨ=30°のときに0となる。また2回
目の測定の評価値AをA2として、(12)式よりA
2は、 A2=|tan-1{|cot(120°)|・tan
(Ψ )}−45°| となる。A2はΨ=60°のときに0となる。以上の結
果から、評価値Aが小さくなれば被検物の透過率比(反
射率比)Ψの誤差も小さくなり、図4の結果と評価値A
の関係は良く一致している。したがって評価値Aは、エ
リプソパラメータ(Ψ、Δ)の誤差の大小を表わす評価
値となっていることがわかる。
On the other hand, the first and second measurements were evaluated.
The value A was determined. The evaluation value A of the first measurement is A1As
From equation (12), A1Is A1= | Tan-1{| Cot (30 °) | ・ tan
)} − 45 ° |. A1Is 0 when Ψ = 30 °. Also twice
Evaluation value A of eye measurement is ATwoFrom equation (12), A
TwoIs ATwo= | Tan-1{| Cot (120 °) | tan
)} − 45 ° |. ATwoIs 0 when Ψ = 60 °. More than
From the results, if the evaluation value A becomes smaller, the transmittance ratio of the test object (
The error of the emissivity ratio) is also small, and the result of FIG.
The relationship is in good agreement. Therefore, the evaluation value A
Evaluation indicating the magnitude of the error of the Lipso parameters (Ψ, Δ)
It turns out that it is a value.

【0026】また被検物の位相差Δの誤差については、
図4の結果からΨがどのような値をとっても、1回目の
測定の方が誤差が小さい。他方、1回目と2回目の測定
について評価値Bを求めた。1回目の測定の評価値Bを
1として、(13)式よりB1は、 B1=|{|40°+45°−180°|−90°}|
=5° となる。また2回目の測定の評価値BをB2として、
(13)式よりB2は、 B2=|{|40°−45°−180°|−90°}|
=95° となる。以上の結果から、評価値Bが小さくなれば被検
物の位相差Δの誤差も小さくなり、図4の結果と評価値
Bの関係は良く一致している。したがって評価値Bは、
エリプソパラメータ(Ψ、Δ)の誤差の大小を表わす評
価値となっていることがわかる。
The error of the phase difference Δ of the test object is as follows.
Regardless of the value of っ て も from the results in FIG. 4, the error is smaller in the first measurement. On the other hand, the evaluation value B was obtained for the first and second measurements. Assuming that the evaluation value B of the first measurement is B 1 , B 1 is obtained from the equation (13) as follows: B 1 = | {| 40 ° + 45 ° −180 ° | −90 °} |
= 5 °. Also, the evaluation value B of the second measurement is B 2 ,
From the equation (13), B 2 is given by: B 2 = | {| 40 ° −45 ° −180 ° | −90 °} |
= 95 °. From the above results, as the evaluation value B decreases, the error of the phase difference Δ of the test object also decreases, and the relationship between the result of FIG. Therefore, the evaluation value B is
It can be seen that the evaluation value indicates the magnitude of the error of the ellipso parameters (Ψ, Δ).

【0027】また図4の結果から、評価値B は、評価値
よりもエリプソパラメータ(Ψ、Δ)の誤差に大きく
寄与する値である。よって、誤差の少ないエリプソパラ
メータ(Ψ、Δ)を求めるには、評価値B の値を優先的
に用いることが効果的である。
From the results shown in FIG. Is the evaluation value
A Larger error in ellipso parameters (Ψ, Δ) than
The value that contributes. Therefore, ellipsopara with few errors
To obtain the meter (Ψ, Δ), the evaluation value B The value of
Is effective.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上のように本発明は、検光子へ入射す
る偏光の状態から導かれた評価値を用いて、エリプソパ
ラメータを選択するエリプソパラメータの測定方法を提
供することができた。この評価値によって、測定による
誤差が最小となる状態を判断することができるから、エ
リプソパラメータの測定精度を向上させることが可能と
なった。
As described above, the present invention has provided an ellipsometric parameter measuring method for selecting an ellipsometric parameter by using an evaluation value derived from the state of polarization incident on the analyzer. This evaluation value makes it possible to judge a state in which an error due to the measurement is minimized, so that it is possible to improve the measurement accuracy of the ellipsometric parameter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】エリプソメータの構成を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an ellipsometer.

【図2】図1中(A)A−A線矢視図、(B)B−B線
矢視図、(C)C−C線矢視図、及び(D)D−D線矢
視図である。
FIG. 2 is a view taken along a line (A) AA, a view taken along a line BB (B), a view taken along a line CC (C), and a view taken along a line (D) DD in FIG. FIG.

【図3】検光子の回転角度を変更したときの検出器出力
の一例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a detector output when a rotation angle of an analyzer is changed.

【図4】エリプソパラメータ(Ψ、Δ)の誤差を示す説
明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing errors in ellipsometric parameters (Ψ, Δ).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源 2…偏光光学部材 2a…偏光子 2b…位相板 3,5…偏光 4…被検物 6…検光子 7…光検出器 z…光軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source 2 ... Polarizing optical member 2a ... Polarizer 2b ... Phase plate 3, 5 ... Polarized light 4 ... Test object 6 ... Analyzer 7 ... Photodetector z ... Optical axis

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源からの光を偏光子と位相板の順に導
き、前記位相板からの偏光を被検物に導き、該被検物を
透過し又は被検物によって反射した偏光を、光軸を中心
として回転可能に配置した検光子に導き、該検光子から
の光の強度を測定する光検出器を設け、該光検出器の出
力に基づいて、前記被検物のエリプソパラメータを求め
るエリプソパラメータの測定方法において、 前記被検物に入射する前記偏光の偏光状態を複数回変更
して、該変更ごとに前記エリプソパラメータの測定を行
い、 該複数回の測定ごとに評価値A を求め、 前記複数回の測定のうちで、評価値A が最小となる測定
で得られたエリプソパラメータを選択することを特徴と
する、エリプソパラメータの測定方法。但し、評価値A
は、 A =|tan-1{|cot(θp)|・tan(Ψ )}
−45 °| θp:前記被検物に入射するS偏光の振動方向から測っ
た前記偏光子の透過軸の方向 Ψ :P偏光とS偏光との前記被検物による透過率比又は
反射率比 である。
The light from a light source is guided in the order of a polarizer and a phase plate.
The polarized light from the phase plate is guided to the test object, and the test object is
Polarized light transmitted or reflected by the specimen is centered on the optical axis.
To the analyzer that is rotatably arranged as
A photodetector for measuring the intensity of the light, and output the photodetector.
The ellipsometric parameters of the test object are determined based on the force.
In the method of measuring ellipsometric parameters, the polarization state of the polarized light incident on the test object is changed a plurality of times.
The ellipsometric parameters are measured for each change.
Evaluation value A for each of the plurality of measurements. The evaluation value A of the plurality of measurements Measurement that minimizes
Selecting the ellipsometric parameters obtained in
How to measure ellipsometric parameters. However, evaluation value A
Is A = | Tan-1{| Cot (θp) | tan (Ψ )}
−45 ° | θp: Measured from the vibration direction of the S-polarized light incident on the test object
The direction of the transmission axis of the polarizer : Transmittance ratio of P polarized light and S polarized light by the test object or
It is the reflectance ratio.
【請求項2】光源からの光を偏光子と位相板の順に導
き、前記位相板からの偏光を被検物に導き、該被検物を
透過し又は被検物によって反射した偏光を、光軸を中心
として回転可能に配置した検光子に導き、該検光子から
の光の強度を測定する光検出器を設け、該光検出器の出
力に基づいて、前記被検物のエリプソパラメータを求め
るエリプソパラメータの測定方法において、 前記被検物に入射する前記偏光の偏光状態を複数回変更
して、該変更ごとに前記エリプソパラメータの測定を行
い、 該複数回の測定ごとに評価値B を求め、 前記複数回の測定のうちで、評価値B が最小となる測定
で得られたエリプソパラメータを選択することを特徴と
する、エリプソパラメータの測定方法。但し、評価値B
は、 B =|{|(Δ +Γ )−180°|−90°}| Γ:P偏光とS偏光との前記位相板による位相差 Δ:P偏光とS偏光との前記被検物による透過又は反射
における位相差 である。
2. The light from a light source is guided in the order of a polarizer and a phase plate.
The polarized light from the phase plate is guided to the test object, and the test object is
Polarized light transmitted or reflected by the specimen is centered on the optical axis.
To the analyzer that is rotatably arranged as
A photodetector for measuring the intensity of the light, and output the photodetector.
The ellipsometric parameters of the test object are determined based on the force.
In the method of measuring ellipsometric parameters, the polarization state of the polarized light incident on the test object is changed a plurality of times.
The ellipsometric parameters are measured for each change.
Evaluation value B for each of the plurality of measurements. The evaluation value B among the plurality of measurements Measurement that minimizes
Selecting the ellipsometric parameters obtained in
How to measure ellipsometric parameters. However, evaluation value B
Is B = | {| (Δ + Γ ): -180 ° | -90 °} | Γ: Phase difference between P-polarized light and S-polarized light by the phase plate Δ: Transmission or reflection of P-polarized light and S-polarized light by the test object
Is the phase difference at.
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