JPS61258104A - 試料表面の物理的特性を検査するためのエリプソメトリ装置 - Google Patents

試料表面の物理的特性を検査するためのエリプソメトリ装置

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JPS61258104A
JPS61258104A JP60208544A JP20854485A JPS61258104A JP S61258104 A JPS61258104 A JP S61258104A JP 60208544 A JP60208544 A JP 60208544A JP 20854485 A JP20854485 A JP 20854485A JP S61258104 A JPS61258104 A JP S61258104A
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    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21Polarisation-affecting properties
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  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、試料の表面の物理的特性又は表面上に存在す
る層若しくは薄膜の物理的特性を検査するためのエリプ
ソメトリ装置に関する。この装置は、一方向に変化する
反射特性を有する基準表面と試料表面とに偏光を指向さ
せる偏光子と、検光子とから成っており、これら基準表
面と試料表面とは、これら両表面への偏光の入射角が等
しくて且つこれら両人射面が互いに垂直となるように、
又はこれら両表面間で偏光方向が90度回転するように
、排列されておシ、検光子は、偏光の進行方向において
2番目に位置した表面から反射された偏光のうちの、第
1回目の反射前の偏光状態ど同じ偏光状態を有する部分
を消すようになっている。
従来技術とその問題点 エリプソメトリ装置は欧州特許明細書第19088号か
ら既知である。既知の比較エリプンメータを使用すれば
、表面の物理的特性、とくに試料表面の層厚を高価な電
子測定装置を使用しなくても接眼レンズ内に直接読取る
ことができる。ここでは偏光子により偏光された光線は
、既知の反射特性を有する基準表面と、検査試料とに等
しい入射角で入射されて反射されるが、この場合基準表
面と試料表面との入射面は相互に直角であるか、又はこ
れら両表面間で光線の偏光方向が90度回転される。基
準表面と試料表面との反射特性が相互に一致したとき、
例えば試料表面上に存在する層が基準表面上に存在する
層と同一の厚みを有したとき、光線は検光子により消光
される。くさび状層厚とそれに付属の読取り目盛とを有
する基準表面を使用すれば、試料表面の層と基準表面上
のくさび状層厚の成る位置との厚みが一致したとき、検
光子のうしろに配置された接眼レンズ内の読取り目盛の
特定の位置に暗い測定線条が現れる。このようにして大
体±2%よシ良い精度で2nmないし団μmの範囲の層
厚をきわめて正確に測定可能である。
従来既知の装置では、測定層厚の指示は接眼レンズ内に
暗い測定線条として現われて、目盛上のある範囲にまた
がってしまうので、測定精度を上げるには限界がある。
発明の適要 したがって、既知の比較エリプソメータにおいて測定精
度を実質的に高めることが本発明の目的である。
この目的は本発明によシ、特許請求の範囲第1項に記載
Ω特徴により達成される。
従属特許請求の範囲は本発明の変更態様を示している。
本発明により、試料表面上の層厚の測定において、基準
表面上になだらかに延在するくさび状基準層厚、たとえ
ば5 nmないし500 nmの範囲のものを設けるこ
とができる。このようになだらかに延在するくさび状の
基準層厚は通常かなり幅広の消光線条すなわち測定線条
をエリプソメータの接眼レンズ内に形成し、したがって
測定精度は上がらない。この問題は本発明により、消光
線条ないし吸光線条の両側への強度分布の対称性を利用
して、基準表面を2つの異なる反射特性を示す表面部分
に分割することで解決され、これらの反射特性は一定方
向に直線的に変化し、この場合基準表面の2つの表面部
分の反射特性の変化は等パーセントであって一定方向に
移行している。この場合層厚測定においては、基準表面
の2つの表面部分に対してくさび状の基準層厚を使用可
能で、これらは相互に平行に移行している。2つの表面
部分は、これらが実質的に試料の反射特性に対し対称と
なるようになっている。基準表面の2つの表面部分にお
ける反射特性のくさび状移行によシある一定範囲がカッ
く−でき、その範囲内であれば、一定の反射特性、たと
えば試料表面上の層厚のように表面の反射性状に影響を
与えるような数値を測定可能である。
この場合検光子によシ2つの消光線条が得られ、これら
の重なり端縁領域ないしこれらの重なり領域内の強度グ
レイ領域ないしグレイゾーンは、試料の反射特性、とく
に試料表面上に存在する層厚に対するシャープな測定線
を接眼レンズ内に形成する。
実施例 添付図面によシ本発明の実施例をさらに詳細に説明する
第8図かられかるように入射平行光線は偏光子5によシ
ー45度に直線的に偏光される。この偏光光線は基準表
面2に入射し、これから反射される。
基準表面2から反射された光は基準表面2の種類に依存
して楕円偏光される。この表面は反射性状に影響を与え
る一定の特性を有し、第2図ないし第6図に示す表面形
状を有することができる。試料表面7は、光が試料表面
に対し基準表面2に対する入射角1と同一人射角1で入
射するように配置されている。記載の実施例では、基準
表面2と試料表面7とは、その入射面が相互に直角とな
るように配置されている。これによシ光の偏光方向は確
実に90度回転される。すなわち試料表面を離れる光は
−1−45度に直線偏光されている。
第8図に示すような基準表面2と試料表面7との配置の
代シに、これら2つの表面の間で光の偏光方向を弱度回
転させるような、例えばプリズムのような光学要素を挿
入することも可能である。
偏光子5と検光子6とは位置が固定され、それらの偏光
方向は相互に直角をなしている。
試料表面70層厚測定のためにエリプソメータを使用す
るとき、基準表面2は実質的に同等の表面部分3,4(
第2図ないし第7図)を有し、これらは、基盤本体1上
にくさび状に延在する層を設けたことKより、異なる反
射特性を有している。、とくに第2図および第4図の実
施例かられかるようK、基盤本体10表面上において(
とくに第2図からよくわかる)表面の半分の部分(表面
部分4)は層ないし薄膜で被覆され、その層厚はくさび
状に移行する。同様に表面部分3も層ないし薄膜で被覆
され、これらの層ないし薄膜も同様にくさび状移行を示
している。この2つの層厚の移行は相互に平行であるが
、表面部分3上の層は表面部分4上の層より厚くしであ
る。層厚移行に沿っての層厚差は、記載実施例において
は5nmである。記載実施例において表面部分4上では
層厚は15 nmで始まり20nm で終る。表面部分
3上では層厚は20nmで始まり25 nm で終る。
表面部分3,4の2つの層は、同一屈折率を有する材料
たとえば5iOz、からなる。このように形成された基
準表面2が試料表面と共に比較エリプソメータ内に挿入
されると、試料表面の層厚が175nrnと27.5n
mの範囲内であればこの層厚は正確に測定される。この
層厚範囲にあれば、基準表面2上のこの2つの表面部分
3゜4により、検光子6を介して2つの消光線条ないし
吸光線条が確実に形成され、これらの端縁部分ないしグ
レイゾーンは重なり合い、この重なり領域内に相当シャ
ープな測定線が形成され、この線が指示目盛上に試料表
面7上の正確な層厚値を与える。
第2図ないし第7図に示す実施例において、基準表面2
の表面部分3.4上の層において、表面部分3上の層厚
の大きい方の層の最小層厚値と表面部分4上の層厚の小
さい方の層の最大層厚値とは等寸法を有している。たと
えば第2図の実施例では、表面部分3に存在する層の最
小層厚値は20皿を示し、一方この値は表面部分4上に
存在する最大層厚値(20nm)と等しい。表面部分3
,4上の平行に移行する2つの層厚の差は図示の実施例
では5nmに設定されている。これは、図示の実施例に
おいて試料表面上の層厚が175 n rllないし2
2.5 n mの範囲にあればその層厚は正確に測定可
能であることを意味している。
第1図かられかるように、消光線条ないし吸光線条は放
物線状の強度分布を有し、この分布は測定層厚に対する
理想測定値を示すdMにおける黒度最大値の両側にほぼ
対称的な移行を示している。
本発明においては、基準表面2上の基準層厚は黒度最大
値の両側に存在し、その全範囲忙わたってΔdという一
定間隔を有するという薄膜層の測定の際に現われる効果
が利用されている。図示の実施例においてはΔd=5n
mである。
既述のとおり、第2図および第4図に示す実施例では基
準表面2はくさび状の平行層厚移行を有する2つの表面
部分3,4によシ形成され、これらの表面部分は5 n
mの差厚を有している。第3図および第5図の実施例で
はしま状ラスタが、第6図の実施例では四角形状ラスタ
が、また第7図の実施例では三角形状ラスタが設けられ
ている。
基準表面の異なるくさび状層厚が設けられている2つの
表面部分3,4に対してはこれ以外のラスタ形状の使用
もまたもちろん可能である。
本発明においては単色光を使用するのが好ましいが、こ
れは得られる2つの測定線条が一色強度分布となりその
重なり領域にシャープな輪郭を有する測定線が形成され
るからである。
試料7が可動であることによシ、試料表面の局部的な厚
肉部を確定可能である。このような厚肉部はたとえば生
物分子反応すなわち抗原−抗体反応などで発生すること
がある。
消光線条ないし吸光線条の強度分布のわずかな非対称は
、基準表面2の表面部分3.4のくさび状層厚移行に関
連して定められる読取り目盛を、その非対称に対応させ
てずらすことによって、補償することができる。
本発明によシえられる測定精度はO,J、 n mのオ
ー・ダである。
記載実施例においては基準表面2の表面部分3゜4内の
層厚移行はくさび状に形成されている。しかしながら各
表面部分3,4内の層厚移行を直線的に形成しないで曲
線状にすることもまた可能であるが、この場合でも表面
部分3,4の2つの曲線状移行は相互に平行であり、す
なわち2つの表面部分3,4の層厚差は基準表面2全体
にわたり常に一定である。
さらに基準表面2上に2つの表面部分3,4を多重配置
とすることも可能である。この場合は、試料において異
なる反射特性、とくに異なる層厚を有する対応する数だ
けの表面層を測定ないし求めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は比較エリプソメータの接眼レンズ内に現れる測
定線条の強度分布略図、 第2図は基準表面の実施例の断面略図、第3図は基準表
面の他の実施例の断面図、第4図は第2図の基準表面の
平面図、 第5図は第3図の基準表面の平面図、 第6図は基準表面の他の実施例の平面図、第7図は基準
表面の他の実施例の平面図、第8図は比較エリプソメー
タの実施例の略図である。

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一方向に変化する反射特性を有する基準表面(2
    )と試料表面とに偏光を指向させる偏光子(5)と、検
    光子(6)とから成つており、これら基準表面と試料表
    面とは、これら両表面への偏光の入射角が等しくて且つ
    これら両入射面が互いに垂直となるように、又はこれら
    両表面間で偏光方向が90度回転するように、排列され
    ており、検光子(6)は、偏光の進行方向において2番
    目に位置した表面から反射された偏光のうちの、第1回
    目の反射前の偏光状態と同じ偏光状態を有する部分を消
    すようになつている、試料(7)の表面の物理的特性又
    は表面上に存在する層若しくは薄膜の物理的特性を検査
    するためのエリプソメトリ装置であつて、基準表面(2
    )は反射特性の異なる2つの表面部分(3、4)を有し
    ており、これら表面部分の反射特性は、試料(7)の測
    定すべき反射特性又は選択された反射特性に対してほぼ
    対称的であり、これら表面部分に同時に偏光が入射され
    ることを特徴とするエリプソメトリ装置。
  2. (2)基準表面(2)の2つの表面部分(3、4)の反
    射特性は、検光子(6)により消光線条のまわりに同一
    強度分布を有する表面領域(グレイゾーン)を形成する
    ように調整されていることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の装置。
  3. (3)検光子(6)により2つの消光線条が形成され、
    これらの消光線条の重なり端縁領域(グレイゾーン)は
    その重なり領域において試料(7)の反射特性の測定線
    を形成することを特徴とする特許請求の範囲第1項また
    は第2項記載の装置。
  4. (4)試料表面の反射特性値は基準表面(2)の2つの
    表面部分(3、4)の2つの反射特性値の間に存在する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3項の
    いずれかに記載の装置。
  5. (5)試料表面(7)の反射特性は基準表面(2)の2
    つの表面部分(3、4)の反射特性の平均値にほぼ等し
    いことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第4項
    のいずれかに記載の装置。
  6. (6)基準表面(2)の2つの表面部分(3、4)の反
    射特性の差は変化方向にわたり同一に保たれることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項ないし第5項のいずれか
    に記載の装置。
  7. (7)基準表面(2)の2つの表面部分(3、4)の反
    射特性の変化は直線的であることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項ないし第6項のいずれかに記載の装置。
  8. (8)基準表面(2)の2つの表面部分(3、4)は相
    互に平行に延在する厚みの異なる表面層を有することを
    特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第7項のいずれ
    かに記載の装置。
  9. (9)反射特性は2つの表面(3、4)に沿つて同一方
    向に2つの表面部分(3、4)に対し等パーセント変化
    を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし
    第6項のいずれかに記載の装置。
  10. (10)2つの表面部分(3、4)は基準表面(2)の
    2つの半表面で形成されていることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項ないし第9項のいずれかに記載の装置。
  11. (11)2つの表面部分(3、4)は2つの反射特性が
    交互に交代するしま状ラスタ(第5図)で形成されてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第9項
    のいずれかに記載の装置。
  12. (12)2つの表面部分(3、4)は四角形状(第6図
    )または三角形状(第7図)のラスタで形成されている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第9項の
    いずれかに記載の装置。
  13. (13)2つの表面部分(3、4)は実質的に同一表面
    を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし
    第12項のいずれかに記載の装置。
  14. (14)試料(7)は可動に配置されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項ないし第13項のいずれか
    に記載の装置。
  15. (15)消光線条まわりの光線強度分布の非対称を調節
    するために読取り目盛をそれに応じて移動することを特
    徴とする特許請求の範囲第1項ないし第14項のいずれ
    かに記載の装置。
  16. (16)消光線条のまわりの光線強度分布の非対称を調
    節するため目盛部分の間隔はそれに応じて異つているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第15項の
    いずれかに記載の装置。
  17. (17)基準表面(2)上で、層厚の大きい方の表面部
    分(3)上のくさび状層の最小層厚値は、層厚の小さい
    方の表面部分(4)上の最大層厚値と等しいことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項ないし第16項のいずれか
    に記載の装置。
  18. (18)基準表面(2)上で2つの表面部分(3、4)
    の多重配置が行われていることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項ないし、第17項のいずれかに記載の装置。
  19. (19)2つの表面部分の2重配置が行われていること
    を特徴とする特許請求の範囲第13項に記載の装置。
JP60208544A 1984-09-20 1985-09-20 試料表面の物理的特性を検査するためのエリプソメトリ装置 Granted JPS61258104A (ja)

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DE3434575.2 1984-09-20

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JPH0478122B2 JPH0478122B2 (ja) 1992-12-10

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