JPS59217124A - Analyzing device of polarization of light - Google Patents

Analyzing device of polarization of light

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JPS59217124A
JPS59217124A JP9081383A JP9081383A JPS59217124A JP S59217124 A JPS59217124 A JP S59217124A JP 9081383 A JP9081383 A JP 9081383A JP 9081383 A JP9081383 A JP 9081383A JP S59217124 A JPS59217124 A JP S59217124A
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plate
light
angle
analyzer
main beam
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Nobuhisa Asanuma
浅沼 信久
Soichi Iwamura
岩村 総一
Yasuaki Nishida
泰章 西田
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
Japan Broadcasting Corp
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J4/00Measuring polarisation of light

Abstract

PURPOSE:To obtain a polarization-analyzing device of high accuracy by a construction wherein an angle is formed between the planes of incidence and emission of a phase plate, and a multiple reflection beam passing through an analyzer is intercepted by a stop means so as to detect only a main beam. CONSTITUTION:An incident light passes through a polarizer 10 and a sample 12 to be measured and enters a lambda/4 plate 14 whose planes of incidence and emission form an angle to each other, so as to be subjected to multiple reflection. A multiple reflection return beam 24 thus obtained separates from a main beam, passes through an analyzer 16 and is intercepted by a stop mechanism 18, and thus only the main beam is detected by a light-receiving unit 20. According to this constitution, polarization-analyzing device of high accuracy can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、薄膜の厚さなどを光学的に測定する偏光解析
装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ellipsometer that optically measures the thickness of a thin film.

重密度な電子メモリディスクを構成する薄い酸化膜(2
01前後)などの膜厚を1111j定するために、現在
のところエリプソメータが知られている。そこで、IC
メーカー各社はこれを恒温、恒湿のクリーンルームに設
置し、熟練者が手動操作して出現確度±0.lAの精度
をもって、5iCh I11′、!厚を1、f画してい
る。
A thin oxide film (2
At present, an ellipsometer is known for determining the film thickness such as 1111j (around 01). Therefore, I.C.
Manufacturers install this in a clean room with constant temperature and humidity, and manually operate it by experienced personnel to achieve an appearance accuracy of ±0. With an accuracy of lA, 5iCh I11',! The thickness is 1.f.

これに対して、多くの測定器ノーカーではかかる測定精
度をもつ自動化測定装置の開発を試みているが、いまの
ところ成功していない。そこで。
In contrast, many measuring instruments are attempting to develop automated measuring devices with such measurement accuracy, but so far they have not been successful. Therefore.

こういった問題を解決するために、まず膜jソ〃11定
のノ、CI唐となるべき四分の一波長板(以ド、入/4
板という)の低コスト化および高精度化が望まれており
、更にこれをサポートする光学系の開発が必要とされて
いる。
In order to solve these problems, we first developed a quarter-wave plate (hereinafter referred to as input/4
It is desired to lower the cost and increase the precision of the plate (referred to as a plate), and there is also a need to develop an optical system that supports this.

従来から、薄1模の厚さを光学的に測定する偏光解析装
置(エリプソメータ)において、高精度な測定が必要と
される場合には、第1図にツバすような消光式測定装置
が用いられている。ここで、2は偏光子、4は被測定試
料、6は入74板、8は検光子を示す。
Traditionally, in polarization analyzers (ellipsometers) that optically measure the thickness of a thin strip, when high-precision measurement is required, an extinction-type measuring device like the one shown in Figure 1 has been used. It is being Here, 2 is a polarizer, 4 is a sample to be measured, 6 is a 74-plate plate, and 8 is an analyzer.

上述した消光式測定では、偏光子(プリズム)2と検光
子(プリズム)8とを用いて直交ニコル条件を満足させ
、透過光量を最小値にしたときの偏光子2および検光子
8の回転角度から脱厚および屈折率を求めるものである
In the above-mentioned extinction measurement, the polarizer (prism) 2 and analyzer (prism) 8 are used to satisfy the crossed Nicol condition, and the rotation angle of the polarizer 2 and analyzer 8 is determined when the amount of transmitted light is minimized. The thickness reduction and refractive index are determined from

従って、第2図に示す如く、 (消光比)=(透過光量)/(入射光量)(以下、γと
する) が小さいほど、消光角の測定精度が高くなる。なお、図
示した曲線(イ)は消光比が小さい場合、曲線(ロ)は
消光比が大の場合を示している。
Therefore, as shown in FIG. 2, (extinction ratio)=(transmitted light amount)/(incident light amount) (hereinafter referred to as γ) The smaller the value, the higher the accuracy in measuring the extinction angle. The illustrated curve (a) shows the case where the extinction ratio is small, and the curve (b) shows the case where the extinction ratio is large.

第2図に示す曲線は原理上正弦関数の一部であり消光角
近傍では2次曲線に近似することができるか、消光比の
大きさにより2次曲線の形状は変化する。
The curve shown in FIG. 2 is in principle a part of a sine function, and can be approximated to a quadratic curve near the extinction angle, or the shape of the quadratic curve changes depending on the magnitude of the extinction ratio.

第1図に示した系全体の消光比を小さく(良く)するた
めには、偏光子2.検光子8および入/4板6など各構
成部品における消光比を良くする必要かある。このうち
、偏光子2および検光子8については、入射開口面面積
に依存するとはいえ、ある市販製品のカタログでは4ラ
ンク(5X to4. t XIO”、、5 X to
−’、 t x to’)に分けられている(これは、
消光比の極めて良い測定基べ(プリズムと直交ニコルを
形成したときの測定値である)。
In order to reduce (improve) the extinction ratio of the entire system shown in FIG. It is necessary to improve the extinction ratio of each component such as the analyzer 8 and the input/fourth plate 6. Among these, polarizer 2 and analyzer 8 are ranked 4 (5X to 4.t XIO", 5X to
-', t x to') (this is
Measurement base with extremely good extinction ratio (measured values when forming orthogonal nicols with a prism).

この消光比は、プリズムを構成する単結晶内にある光散
乱欠陥数、すなわち開口面面積および光路長の関数であ
り、直径の小さなレーザビームを用いることにより、プ
リズム内でのビーム(ギを小さくし、もって実質的な消
光比を上げることができる。
This extinction ratio is a function of the number of light scattering defects in the single crystal that makes up the prism, that is, the aperture area and the optical path length. However, the extinction ratio can be substantially increased.

実際にレーザビームを使ったときの直交ニコル形成時に
おいて、消光比γは1〜3X10′程度にすることがで
きる。
When actually using a laser beam to form orthogonal Nicols, the extinction ratio .gamma. can be set to about 1 to 3.times.10'.

また、第3図に示す如く消光角での透過光量をIOとし
、2■o以下を与える角度幅をαeとすると、通常の光
学系では αe=2F (ラジアン) が成立する。例えば、γ=IXlO“1のときαe=2
.2(分)となる。
Further, as shown in FIG. 3, if the amount of transmitted light at the extinction angle is IO, and the angular width that provides less than 2° is αe, then αe=2F (radians) holds true in a normal optical system. For example, when γ=IXlO"1, αe=2
.. 2 (minutes).

ところで、入/4板の消光比は種々な要素により決定さ
れる。古くから使われている雲母はり開性があるので、
両面の平行度が優れているものの、正確な入/4板特性
を得る歩溜まりが低いこと、および欠陥のない良質のも
のが得られないことなどから消化はあまり良くない。
Incidentally, the extinction ratio of the input/quarter plate is determined by various factors. Mica has been used for a long time and has cleavage properties, so
Although the parallelism on both sides is excellent, the yield rate for obtaining accurate input/four plate characteristics is low, and good quality products without defects cannot be obtained, so digestibility is not very good.

一方1人工水晶の製造技術が進歩したことにより、欠陥
のない人工水晶か得られ、且つ、加工技術の改善により
、いろいろな構成の入ハ板が実用化されている。例えば
、以下に示す■〜■のとおりである。
On the other hand, advances in manufacturing technology for artificial quartz have made it possible to obtain defect-free artificial quartz, and improvements in processing technology have put into practical use a wide variety of configurations of insert plates. For example, as shown in (■) to (■) below.

■ エリプソメータ用λ/4板 従来の水晶を用いた入/4板においては、板面法線と水
晶光学軸とが直交するよう切り出し、その板面に対して
垂直に光線を入射させるよう使用するのが一般的であっ
た。よって、零次モードのへへ板は例えばHe−Neレ
ーザ(入= b328A)に対してその厚さが約17g
、mとなり、加工が極めて困難であった。
■ λ/4 plate for ellipsometer A conventional input/4 plate using quartz crystal is cut out so that the normal line of the plate surface and the optical axis of the crystal are perpendicular to each other, and used so that the light beam is incident perpendicularly to the plate surface. was common. Therefore, the thickness of the zero-order mode heating plate is approximately 17 g for a He-Ne laser (input = b328A), for example.
, m, making processing extremely difficult.

実際のエリプソメータでは、3入/4板(厚さ52.7
4 gm、3次皐−ド)が使われている。
In an actual ellipsometer, 3/4 plates (thickness 52.7
4gm, tertiary wire) is used.

しかし、厚さおよび両面の平行度を所要精爪に仕Eげる
ことが難かしく、非常に高価なものとなっている。その
うえ、厚さが薄いのでガラス基盤に接着して使う必要か
ら、表面反射防止11Q処理としてソフトコーティング
を行うだけであるので、膜がはがれ易いのみならず反射
防止対策も充分でないという欠点がある。また、ガラス
7′&盤接着剤層が光学的に一様な特性を持たず、フレ
アを生じ易いという欠点がある。さらに、3次モードを
使用するので、0次モードに比べて温度湿度特性が悪い
などの問題を抱えている。
However, it is difficult to achieve the required precision in thickness and parallelism on both sides, making it very expensive. Furthermore, since it is thin and needs to be used by adhering it to a glass substrate, only a soft coating is applied as surface anti-reflection 11Q treatment, which has the disadvantage that not only is the film easy to peel off, but the anti-reflection measures are not sufficient. Another disadvantage is that the glass 7' and disc adhesive layer do not have uniform optical properties and are prone to flare. Furthermore, since the tertiary mode is used, there are problems such as poor temperature and humidity characteristics compared to the zero-order mode.

■ 貼り合わせ代入/4板 これは、厚さd、およびd2を有する2枚の水晶板を互
に光軸が直交するよう屯ね合わせ、もって厚さが(d2
d+ )と等価な合成入/4板を得るものである。実際
には、!3人/4板と12人/4板とを貼り合わせたも
のが使われているが、通常の使い方では反射防止処理を
施しても消光比は良くならない。
■ Assignment for bonding/4 plates This involves placing two crystal plates with thicknesses d and d2 together so that their optical axes are perpendicular to each other, so that the thickness becomes (d2).
d+) to obtain a composite input/4 board equivalent to in fact,! A combination of a 3/4 board and a 12/4 board is used, but in normal use, the extinction ratio will not improve even if anti-reflection treatment is applied.

現在は、位相板両面の平行度が30秒以下になるよう機
械研斤することが技術的に可能である。しかし、かかる
精度で仕上げられている2枚の位相板を用いて1枚の合
成位相板を4、構成する場合、同じ精度の平行度を得る
ことが困難であり、歩留まりも低くなる。また、反射防
止コーチ・・ングを施しているとはいえ(0,2%向後
が限界)、多重反射成分はどうしても残ることになる。
Currently, it is technically possible to mechanically grind the phase plate so that the parallelism on both sides is 30 seconds or less. However, when constructing one composite phase plate 4 using two phase plates finished with such precision, it is difficult to obtain parallelism with the same precision, and the yield is also low. Furthermore, even though anti-reflection coaching is applied (the limit is 0.2% anti-reflection), multiple reflection components will inevitably remain.

■ バイアスカット弐入/4板 通常の位相板では光学軸方向と入/4&而法線とが直交
している(すなわち、光学軸方向が板面に沿って平行で
ある)ので、0次モード型を構成すると位相板の厚さは
極端に薄くなってしまう。そこで、光学軸と板面法線と
がなす角を例えば136程度にすると、He−Ne レ
ーザ(入= 8328A)を用いた0次モードにおいて
も約350 ルmの厚さでよく、精度の高い機械研摩が
可能となる。
■ Bias cut 2/4 plate In a normal phase plate, the optical axis direction and the normal line of the bias cut 2/4 plate are orthogonal (that is, the optical axis direction is parallel to the plate surface), so the 0th mode type , the thickness of the phase plate becomes extremely thin. Therefore, if the angle between the optical axis and the plate surface normal is set to about 136, for example, a thickness of about 350 lumen is sufficient even in the zero-order mode using a He-Ne laser (input = 8328A), resulting in a highly accurate laser beam. Mechanical polishing becomes possible.

しかし、そのレーザビームに「拡かり」(通常、約1ミ
リラジアン)かあると、ビーム周辺部では入射角かその
分だけ変化するので、ビーム断面においては側光ば4図
に示す如く、一部しか消光しない。また、レンズ径によ
りビーム高速を平行にしたとしても、被測定試料から反
射してくる光束は必ずしも平行でなくなり、消光比の改
善は望めない。しかし、単板では0次モードがイ!すら
れるので、加工技術の進歩によって50ALm程度のも
のが得られるようになると、簡易型エリプソメータには
充分適合するものと考えられる。
However, if the laser beam has a "spread" (usually about 1 milliradian), the incident angle will change at the periphery of the beam by the same amount, so in the beam cross section, there will be some side beams as shown in Figure 4. It only quenches. Further, even if the beam speed is made parallel by the lens diameter, the light beam reflected from the sample to be measured will not necessarily be parallel, and no improvement in the extinction ratio can be expected. However, the zero-order mode is good in single board! Therefore, if it becomes possible to obtain a material with a value of about 50 ALm due to advances in processing technology, it is considered that it will be fully suitable for a simple ellipsometer.

本発明の目的は、上述の点に鑑み、位相板およびこれを
サポートする光学系の組み合せにより高精度な偏光解析
装置を提供することにある。
In view of the above points, an object of the present invention is to provide a highly accurate polarization analyzer using a combination of a phase plate and an optical system that supports the phase plate.

かかる目的を達成するために、本発明では位相板の入射
面および出射面を平行にすることなく所定の角度を持た
せ、多重反射ビームが0′l相板を通過するたびに光路
を変えて主ビームより離れるよう構成し、検光子を通過
した多重反射ビームを絞り手段にて遮光し、主ビームの
みを検知して消光をとるようにする。
In order to achieve this objective, in the present invention, the incident and exit surfaces of the phase plate are not made parallel but have a predetermined angle, and the optical path is changed each time the multiple reflected beam passes through the 0'l phase plate. It is configured to be separated from the main beam, and the multiple reflected beams that have passed through the analyzer are blocked by a diaphragm means, so that only the main beam is detected and extinguished.

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第5図は、本発明を適用したエリプソメータの光学系基
本構−成を示す。また、第6図(A)〜(D)は、第5
図に示した光学系における透過ビームの偏光状態を示す
FIG. 5 shows the basic configuration of an optical system of an ellipsometer to which the present invention is applied. In addition, FIGS. 6(A) to 6(D) show the fifth
The polarization state of the transmitted beam in the optical system shown in the figure is shown.

第5図において10は偏光子、12は被測定試料、14
は入/4板、16は検光子、18は絞り、2oはフォト
ダイオードなどを用いた光電変換部、22は主軸、24
は多重反射戻りビームである。また、第6図(A)は直
線偏光を、第6図(B)は楕円偏光を、第6図(C)お
よび(It)は直線偏光を示す。但し、第6図(C)に
おいて実線の矢印は主ビーム(直線偏光)を、破線の矢
印は多重反射戻りビーム(直線偏光)を示す。更に、第
6図(D)における破線の矢印は多重反射戻りビーム(
直線偏光)を示す。
In FIG. 5, 10 is a polarizer, 12 is a sample to be measured, and 14 is a polarizer.
16 is an analyzer, 18 is an aperture, 2o is a photoelectric conversion unit using a photodiode, etc., 22 is a main axis, 24
is the multiple reflected return beam. Further, FIG. 6(A) shows linearly polarized light, FIG. 6(B) shows elliptically polarized light, and FIG. 6(C) and (It) show linearly polarized light. However, in FIG. 6(C), the solid line arrow indicates the main beam (linearly polarized light), and the broken line arrow indicates the multiple reflected return beam (linearly polarized light). Furthermore, the dashed arrow in FIG. 6(D) indicates the multiple reflection return beam (
linearly polarized light).

本実施例では消光比を改善し、もって偏光子および検光
子の回転角を精度よく測定できるようにしたエリプソメ
ータを構成するために、第5図口こ示す如く入/4板1
4の両面を平行にすることなく、ある角度αを持たせて
いる。
In this embodiment, in order to construct an ellipsometer that improves the extinction ratio and thereby makes it possible to accurately measure the rotation angles of the polarizer and analyzer, the input /4 plate 1 is constructed as shown in Figure 5.
Both sides of 4 are not parallel, but have a certain angle α.

また、入/4板14の表裏両面により多毛反則されて戻
って来る不要ビーム光を主要ビーム光路に対して傾け、
絞り機構18でこれを遮光し、主要ビーム光のみを検出
できるようにした受光部(光゛屯変換部) 20を用い
る。なお、第5イには透過試料All定型の構成を示す
が、反射試料測定型においても同様である。
In addition, the unnecessary beam light that is reflected by both the front and back surfaces of the input/fourth plate 14 and returns is tilted with respect to the main beam optical path.
A light receiving section (light converting section) 20 is used which blocks this light with a diaphragm mechanism 18 so that only the main beam light can be detected. Although the structure of the transmission sample All standard type is shown in 5th A, the same applies to the reflection sample measurement type.

被測定試料12の物理常数(例えは、屈折(・へと11
り厚)は、消光条件が成立したときにおける偏光子10
・検光子16間の回転角TおよびΔ(第6図(c)参照
)より削出される。ここで、消光状態とは受光部(光電
変換部) 20の出力信号レベルが最小値を示す状態を
いう。このとき、主ビーム白線偏光は検光子(プリズム
)1Bにより阻止されるが、これに直交する多重反射戻
りビーム直線偏光成分は検光子16をそのまま透過して
しまうので、従来のエリプソメータでは消光角を精度よ
< itt++定することができなかった。
Physical constants of the sample 12 to be measured (for example, refraction (・heto 11
thickness) is the thickness of the polarizer 10 when the extinction condition is satisfied.
- It is removed from the rotation angle T and Δ between the analyzers 16 (see FIG. 6(c)). Here, the extinction state refers to a state in which the output signal level of the light receiving section (photoelectric conversion section) 20 shows the minimum value. At this time, the main beam white line polarized light is blocked by the analyzer (prism) 1B, but the linearly polarized light component of the multiple reflected return beam that is perpendicular to this passes through the analyzer 16 as it is, so in the conventional ellipsometer, the extinction angle is The accuracy could not be determined.

すなわち、これらの不要ビームにより受光出力信号の最
小値か与えられるので、第3図に示す如く消光比が劣化
して消光角を精度よく測定できないことになる。更に換
言すれば、多重反射戻りビームの如く入/4板14を2
回だけ余分に通過するので、楕円偏光状態にある入射ビ
ームはこれと直交する2つの直線偏光状態に変換されて
出射するためである。
That is, since the minimum value of the received light output signal is given by these unnecessary beams, the extinction ratio deteriorates as shown in FIG. 3, making it impossible to accurately measure the extinction angle. In other words, the input/4 plate 14 is
This is because the incident beam in the elliptically polarized state is converted into two linearly polarized states perpendicular to the elliptically polarized state and then exits.

このように主ビームの一部が入/4椴出射面で1次反射
され、更にこのうちの一部が入/4板入射面で2次反射
されて戻りビームとなるが、この1次反則面はλ/4板
面に限らない。殊に、検光子18の入射面および出射面
においても1次反射が問題となる。さらに一般的にいえ
ば、エリプソ光学系で起る1次、2次反射成分において
λ/4板を2回余分に通る成分が問題となってくる。
In this way, a part of the main beam is primarily reflected at the entrance/fourth plate exit surface, and a part of this is secondarily reflected at the entrance/fourth board entrance surface to become a return beam. The surface is not limited to a λ/4 plate surface. In particular, primary reflection also poses a problem at the entrance and exit surfaces of the analyzer 18. More generally speaking, among the primary and secondary reflection components that occur in the ellipso optical system, the component that passes through the λ/4 plate twice becomes a problem.

従って、入/4板を通る毎に光軸が変化するようにする
ために、入/4板の入射面と出射面との間に微少角αを
設けておく。すると、入/4&を通る毎しこ(n−1)
−入(ここで、nは位相板も一11成物質の屈折率)だ
け主ビーム軸に対し光路が傾き、ノアリビーム光路は主
ビーム光路に対し2(n−1)・αだけ傾くことになる
。かくして、ある程度のスパンを設けることにより、受
光器の絞り機構によって遮光できることになる。
Therefore, in order to cause the optical axis to change each time the light passes through the input/quarter plate, a small angle α is provided between the incident surface and the output surface of the input/quarter plate. Then, every time passing through /4& (n-1)
The optical path is tilted with respect to the main beam axis by - (here, n is the refractive index of the material in which the phase plate is also 111), and the noari beam optical path is tilted with respect to the main beam optical path by 2(n-1)・α. . Thus, by providing a certain amount of span, light can be blocked by the aperture mechanism of the light receiver.

以上述べた構成の入/4板において、面角瓜αを大きく
(すなわち、平行度を悪イ)すると、ビーム透過光束断
面積が大きい場合には透過する場所によりリタデーンヨ
ン角が所定のπ/2から狂ってくることになるので、第
4図に示す如く中心部分しか消光かとれなくなり消光比
か悪くなる。
In the above-mentioned input /4 plate, if the face angle α is increased (that is, the parallelism is made bad), if the cross-sectional area of the transmitted beam is large, the retardation angle will be changed to a predetermined π/2 depending on the location where the beam is transmitted. As a result, as shown in FIG. 4, only the center part can be extinguished, and the extinction ratio becomes worse.

この対策として、第7図に示す如く接刀層Cを介して2
枚の平行平面位相板AおよびBを角度αで貼り合わせ、
もって入/4板を構成する。
As a countermeasure for this, as shown in FIG.
Two parallel plane phase plates A and B are pasted together at an angle α,
Make up 4 boards.

ここで、位相板Aには(n11) ・入/2板(リタデ
ーション=(n+t)・π/2)を、位相板Bにはn入
/2板(リタデーション=nπ/2)を、接着層Cには
複屈折を起さず屈折率が位相板と等しい接着物質を用い
る。
Here, phase plate A is a (n11)/2 plate (retardation = (n+t)/π/2), phase plate B is an n/2 plate (retardation = nπ/2), and an adhesive layer is used. For C, an adhesive substance that does not cause birefringence and has a refractive index equal to that of the phase plate is used.

上述した位相板Aの光学軸と位相板Bの光学軸とを酌交
させているので、総合リタデーシゴン角Rは となり、0次モードのへ74板を得ることができる。こ
の結果、ビームが位相板を通過する光路長は等しくなり
、ビームが通過する場所でリタデーションが変化するよ
うなことはなくなる。また、水晶を用いた位相板では旋
光性が問題となるが、位相板AおよびBを右旋水晶およ
び左旋水晶に用いて構成することにより、旋光性の小さ
い0次モードの入/4板を1)ることができる。
Since the optical axis of the phase plate A and the optical axis of the phase plate B described above are made to intersect, the total retardation angle R is as follows, and it is possible to obtain a zero-order mode to 74 plates. As a result, the optical path length through which the beam passes through the phase plate becomes equal, and there is no change in retardation at the location where the beam passes. In addition, optical rotation is a problem with phase plates using quartz crystal, but by configuring phase plates A and B using dextrorotating quartz and levorotary quartz, the 0th-order mode input/4 plate with small optical rotation can be used. 1) Can.

第8図は、位相板両面の平行度を測定する方法を示す。FIG. 8 shows a method for measuring parallelism on both sides of a phase plate.

すなわち、本図に示す如くレーザビームを照射し、イ☆
相板の両面で起る反射角の違いを2つのビームスポア)
の距離から測定するものである。これにより、いま貼り
合わせ面平行度の精度を±1分程度として、平行度バイ
アス角α(目標イ+ti )を10分に設定すると、平
行度9〜lO分の位相板を歩留まり良く作ることができ
る。
That is, irradiate the laser beam as shown in this figure, and
(Two beam spores)
It is measured from a distance of As a result, if the accuracy of the parallelism of the bonded surfaces is set to about ±1 minute and the parallelism bias angle α (target i+ti) is set to 10 minutes, it is possible to produce a phase plate with a parallelism of 9 to 10 with a good yield. can.

次に、平行度10分の貼り合わせ弐λ/4板を使用した
場合における消光比の劣化、および入/4に特性に関す
る問題点を検討する。ここでは、構成4゜子である位相
板AおよびBの平行度は非常に良いとして、考慮に入れ
ない。
Next, we will discuss the deterioration of the extinction ratio in the case of using two λ/4 plates bonded together with a parallelism of 10 minutes, and the problems related to the characteristics of the λ/4 plate. Here, the parallelism of the phase plates A and B, which are 4-degree elements, is considered to be very good and is not taken into consideration.

第7図に示す如く、角度αで貼り合わせた入/4板の入
射面に対して垂直にビームが照射されるとき、B面への
入射角はαとなる。従って、位相板Bの厚さを文とする
と、垂直入射に比へて光路差(Δ文=1)2 文書α2
)を生ずる。 13人/4板としてのリタデーション誤
差ΔRは次式で与えられる。
As shown in FIG. 7, when a beam is irradiated perpendicularly to the incident plane of the incident quarter plates bonded together at an angle α, the incident angle to the B plane is α. Therefore, if the thickness of the phase plate B is expressed as a term, then the optical path difference (∆ term = 1) 2 document α2 compared to normal incidence
). The retardation error ΔR for 13 people/4 boards is given by the following equation.

= 0.087 ミリラジアン=0.3分よって、ビー
ムの拡がり(1ミリラジアン程度)がある場合にも特に
旋光性が大きくない限り、この程度のバイアス角では、
ビーム断面での一様な消光が容易にとれることになる。
= 0.087 milliradian = 0.3 minute Therefore, even if there is a beam spread (about 1 milliradian), unless the optical rotation is particularly large, at a bias angle of this degree,
Uniform extinction in the beam cross section can be easily achieved.

これに対し、位相板の平行度誤差に起因するリタデーシ
ョン誤差は1次の項により効いてくるので、極めて厳し
くなる。すなわち、構成素子AあるいはBの平行度誤差
へ〇に起因するリタデーション誤差ΔRは である。そこで、いまΔθ=20” =0.1  ミリ
ラジアンとして、 =1.8 ミリラジアン=6分 となる。このように、貼り合わせ角αにょるIIIII
ル′誤差は構成素子の平行度に比べてはるかに小さいこ
とが判る。また、旋光性による1誤差も同様に小さい。
On the other hand, the retardation error caused by the parallelism error of the phase plate becomes extremely severe because it becomes more effective in the first-order term. That is, the retardation error ΔR due to the parallelism error of component A or B is. Therefore, now Δθ = 20" = 0.1 milliradian, = 1.8 milliradian = 6 minutes. In this way, depending on the bonding angle α, III
It can be seen that the error is much smaller than the parallelism of the constituent elements. Furthermore, the 1 error due to optical rotation is similarly small.

第9図は、主ビームと多重反射ビームとの分醐例を示す
。入/4板での多重反射が最も分#遮光しにくいので、
その具体的数仙例を示すと、αが10分、入/4板と受
光面との距離が1mのとき、受光面での光路の隔りは3
mmとなる。そこで、ビーム拡がりが±1ミリラジアン
のレーザービームを用いると、受光面でのスポットは約
2mmφとなって充分に分離することができる。
FIG. 9 shows an example of separating the main beam and multiple reflected beams. Since the multiple reflections on the input/four plates are the most difficult to block,
To give a concrete example, when α is 10 minutes and the distance between the input/quarter plate and the light-receiving surface is 1 m, the distance between the optical paths at the light-receiving surface is 3
It becomes mm. Therefore, if a laser beam with a beam spread of ±1 milliradian is used, the spot on the light-receiving surface will be about 2 mm in diameter and can be sufficiently separated.

以上説明したとおり、本発明によれば、■ エリプソメ
ータ内の多重反射ビームを遮光し、主ビームのみを検出
することができるので、泊光比かよくなり消光角度を精
度よく測定できる。よって、20A以下の酸化膜などを
再現性より1.+−価することが可能となる。
As explained above, according to the present invention, (1) multiple reflected beams within the ellipsometer can be blocked and only the main beam can be detected, so the extinction ratio can be improved and the extinction angle can be measured with high precision. Therefore, the reproducibility of oxide films of 20A or less is 1. It becomes possible to evaluate +-.

■ エリプソメータ光学系内の光学素子には反射防止コ
ーティング処理が困難な素子が多い(例えば、検光・偏
光子プリズム等)が、これら素子間の多重反射は避られ
ないものの、その光軸をそらすことによりその影響を除
去して測定精度の晶い装置を得ることができる。
■ Many of the optical elements in the ellipsometer optical system are difficult to apply anti-reflection coating to (for example, analyzer/polarizer prisms, etc.), and although multiple reflections between these elements are unavoidable, it is possible to divert the optical axis. By doing so, the influence can be removed and a device with high measurement accuracy can be obtained.

■ エリプソメータ光学系に測定試料を置かない場合、
すなわち4111定系の較正を行う場合にも、望遠鏡観
察により完全な消光が得られる。そこで、測定試料を置
いて測定した場合に、その消光状態における変化を定量
化することにより、偏光子・検光子の回転角から算出し
た屈折率、膜厚、その低温3のパラメータ(屈折率また
は膜厚の標準偏差値)を評価することができるようにな
る。
■ If no measurement sample is placed in the ellipsometer optical system,
That is, even when calibrating the 4111 constant system, complete extinction can be obtained by telescopic observation. Therefore, by quantifying the change in the extinction state when a measurement sample is placed and measured, the refractive index calculated from the rotation angle of the polarizer/analyzer, the film thickness, and its low temperature 3 parameters (refractive index or The standard deviation value of film thickness) can be evaluated.

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

第1図は消光式エリプソメークのノ1(本市構成図、第
2図は消光曲線を示す線図、第3図は消光川幅を示す線
図、第4図は中心のみ消光かとれた場合について表わす
圀、第5図は本発明の一実施例を示す図、第6図(A)
〜(D)は第5図における透光ビームの偏光状態を示す
線図、第7図は2枚の位相板を用いた四分の一波長板の
構成図、!′08図は位相板両面の平行度測定法を示す
図、第9 UAは主ビームと多重反射ビームとの分離を
説明する図である。 2・・・偏光子、 4・・・被測定試料、 6・・・四分の一波長板(入/4板)、8・・・検光子
、 10・・・偏光子、 12・・・被測定試料、 14・・・四分の一波長板(入/4&)、16・・・検
光子、 18・・・絞り、 20・・・充電変換部、 22・・・主軸、 24・・・多重反射戻りビーム。 特 許 出 ρn 人 東洋通信機株式会社同 出 願
 人H本放送協会 第 第2図 1図
Figure 1 is No. 1 of the extinction type ellipsome make (Motoichi configuration diagram, Figure 2 is a line diagram showing the extinction curve, Figure 3 is a line diagram showing the extinction river width, Figure 4 is the case where only the center is removed) FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 6 (A)
~(D) is a diagram showing the polarization state of the transmitted light beam in FIG. 5, and FIG. 7 is a configuration diagram of a quarter-wave plate using two phase plates. Figure '08 is a diagram showing a method for measuring parallelism on both sides of a phase plate, and 9th UA is a diagram explaining separation of a main beam and multiple reflected beams. 2... Polarizer, 4... Sample to be measured, 6... Quarter wavelength plate (included/quarter plate), 8... Analyzer, 10... Polarizer, 12... Sample to be measured, 14... Quarter wavelength plate (in/4&), 16... Analyzer, 18... Diaphragm, 20... Charging converter, 22... Main axis, 24...・Multiple reflection return beam. Patent issued by ρn Toyo Tsushinki Co., Ltd. Applicant H Hon Broadcasting Corporation Figure 2 Figure 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】 l)位相板の入用面および出射面を平行にすることなく
所定の角飯を持たせ、多重反射ビームが該位相Myを通
過するたびに光路を変えて主ビームより塾れるよう構成
し、検光子を通過した前記多重反射ビームを絞り手段に
て遮光し、11J記主ビームのみを検知して消光をとる
ようにしたことを特徴とする偏光解析装置。 2)前記位相板として四分の一波長板を用いるようにし
たことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の偏光解
析装置。
[Claims] l) The entrance and exit surfaces of the phase plate are not made parallel but have a predetermined angle, and each time the multiple reflected beam passes through the phase My, the optical path is changed so that the main beam is 1. A polarization analyzer characterized in that the multiple reflected beams passing through the analyzer are blocked by a diaphragm means, and only the 11J main beam is detected and extinguished. 2) The polarization analyzer according to claim 1, wherein a quarter wavelength plate is used as the phase plate.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7443503B2 (en) 2003-11-05 2008-10-28 Fujitsu Limited Polarization measuring apparatus

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