JPS6257936B2 - - Google Patents
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- JPS6257936B2 JPS6257936B2 JP55051090A JP5109080A JPS6257936B2 JP S6257936 B2 JPS6257936 B2 JP S6257936B2 JP 55051090 A JP55051090 A JP 55051090A JP 5109080 A JP5109080 A JP 5109080A JP S6257936 B2 JPS6257936 B2 JP S6257936B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/21—Polarisation-affecting properties
- G01N21/211—Ellipsometry
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、サンプル又はテストピースの表面特
性、例えばフイルム面の屈折率や厚さ等を測定す
る楕円偏光方法及び装置に関し、特に測定される
べき表面で反射される電磁波を用いて、反射によ
つて直線偏光された放射が検光子によつて消滅さ
せられるようにする方法及び装置に関する。
性、例えばフイルム面の屈折率や厚さ等を測定す
る楕円偏光方法及び装置に関し、特に測定される
べき表面で反射される電磁波を用いて、反射によ
つて直線偏光された放射が検光子によつて消滅さ
せられるようにする方法及び装置に関する。
サンプル又はテストピースの光学的特性を検定
するためには楕円偏光計が用いられ、この偏光計
は平行な単色光が光の直線偏光を行わせる偏光子
を通つて表面上に落ちるという原理によつて作動
する。光はそれから偏光要素間の位相差を発生す
る補償板（コンペンセーター）を通過して光の楕
円偏光を発生する。テストピース表面で反射され
た後の光を解析し計算することによつて、光が反
射された表面の性質に関する情報を得ることがで
きる。
するためには楕円偏光計が用いられ、この偏光計
は平行な単色光が光の直線偏光を行わせる偏光子
を通つて表面上に落ちるという原理によつて作動
する。光はそれから偏光要素間の位相差を発生す
る補償板（コンペンセーター）を通過して光の楕
円偏光を発生する。テストピース表面で反射され
た後の光を解析し計算することによつて、光が反
射された表面の性質に関する情報を得ることがで
きる。
サンプル又はテストピース表面が絶縁フイルム
用の基板として作用する場合は、この面での反射
特性が影響を受ける。従つて、基板の光学的特性
が既知であれば、フイルムの屈折率や厚さを計算
することが可能である。厚さや屈折率の正確度
は、基板の性質、入射角及びフイルムの厚さによ
つて変化する。基板がシリコンで作られ、サンプ
ル又はテストピースへの入射角が70゜であるとす
ると、フイルムの厚さは±0.05nm（ナノメート
ル＝ミリミクロン）の精度で検定することができ
る。
用の基板として作用する場合は、この面での反射
特性が影響を受ける。従つて、基板の光学的特性
が既知であれば、フイルムの屈折率や厚さを計算
することが可能である。厚さや屈折率の正確度
は、基板の性質、入射角及びフイルムの厚さによ
つて変化する。基板がシリコンで作られ、サンプ
ル又はテストピースへの入射角が70゜であるとす
ると、フイルムの厚さは±0.05nm（ナノメート
ル＝ミリミクロン）の精度で検定することができ
る。
しかしながら、薄いフイルムを測定する時は知
られるべき厚さは放射される光の波長の約半分で
あることが必要であり、このため偏光子と検光子
の角度調整が周期的にくり返される。測定作業を
行う前にフイルムの厚さについての大体の基準点
が不明な場合には、多数の異なる値から正確な値
を選ばなければならないという困難に直面する。
すなわち、多数の測定値の中から正しい厚さの値
を決定するためには、楕円偏光計からのデータに
加えて他の情報が必要となる。
られるべき厚さは放射される光の波長の約半分で
あることが必要であり、このため偏光子と検光子
の角度調整が周期的にくり返される。測定作業を
行う前にフイルムの厚さについての大体の基準点
が不明な場合には、多数の異なる値から正確な値
を選ばなければならないという困難に直面する。
すなわち、多数の測定値の中から正しい厚さの値
を決定するためには、楕円偏光計からのデータに
加えて他の情報が必要となる。
それゆえに、かかる設計の楕円偏光計は限られ
た用途にしか使用できない。すなわち、楕円偏光
計は比較的簡単な設計であるけれども、測定値が
偏光子と検光子のセツテイングに依存し、また測
定操作の後で実際の計測値を定めるに際してさら
に追加計算を必要とする点において、比較的複雑
な測定作業を強いられる結果となる。
た用途にしか使用できない。すなわち、楕円偏光
計は比較的簡単な設計であるけれども、測定値が
偏光子と検光子のセツテイングに依存し、また測
定操作の後で実際の計測値を定めるに際してさら
に追加計算を必要とする点において、比較的複雑
な測定作業を強いられる結果となる。
前述の計算作業を遂行するためのコンピユータ
とサーボ機構とを備えた自動楕円偏光計もまた知
られている。しかしながら、この種の偏光計は複
雑で高価な装置となることが避けられない。
とサーボ機構とを備えた自動楕円偏光計もまた知
られている。しかしながら、この種の偏光計は複
雑で高価な装置となることが避けられない。
本発明の目的は、テストサンプルの表面特性を
測定するための、従来技術よりもはるかに単純な
方法及び装置を提供することにある。
測定するための、従来技術よりもはるかに単純な
方法及び装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、単色光のみでなく紫外線
及び赤外線をも用いることによつて、表面の物理
的特性を直接測定することができる楕円偏光計を
提供することにある。
及び赤外線をも用いることによつて、表面の物理
的特性を直接測定することができる楕円偏光計を
提供することにある。
本発明の他の目的は、測定されるべきテスト表
面と既知の特性を有する基準表面との２つの表面
間で点と点とを比較することを含む楕円偏光計の
使用方法を提供することにある。
面と既知の特性を有する基準表面との２つの表面
間で点と点とを比較することを含む楕円偏光計の
使用方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、迅速で便利な使用がで
き、特に日常計測や生産制御に適した新規な楕円
偏光計を提供することにある。
き、特に日常計測や生産制御に適した新規な楕円
偏光計を提供することにある。
これら及び他の目的は、フイルム表面で反射さ
れる電磁波を用いて反射の後に偏光された放射が
検光子によつて消滅させられるようにして、テス
トピース又はサンプルの表面の物理的特性を測定
する楕円偏光方法によつて達成される。即ち、そ
の方法とは、偏光子５により偏光された放射が２
つの表面６，７で同一の入射角ｉで夫々反射さ
れ、 第２の表面７により反射された前記放射が、そ
の放射方向に見て、最初の反射以前と同じ偏光状
態の放射成分に関する限り、検光子８により消滅
させられるようにした物体表面の特性を測定する
楕円偏光方法において、 既知の反射特性を有する基準表面が一の表面６
又は７として使用され、かつ測定されるべきテス
トピース表面が他の表面７又は６として使用さ
れ、 ２つの表面６，７はそれらの入射平面が互いに
直交しているか、又は、前記２つの表面はそれら
の間に放射の偏光方向を90゜回転させる光学的要
素を設けられてそれらの入射平面が互いに同一面
内にあることを特徴とするものである。
れる電磁波を用いて反射の後に偏光された放射が
検光子によつて消滅させられるようにして、テス
トピース又はサンプルの表面の物理的特性を測定
する楕円偏光方法によつて達成される。即ち、そ
の方法とは、偏光子５により偏光された放射が２
つの表面６，７で同一の入射角ｉで夫々反射さ
れ、 第２の表面７により反射された前記放射が、そ
の放射方向に見て、最初の反射以前と同じ偏光状
態の放射成分に関する限り、検光子８により消滅
させられるようにした物体表面の特性を測定する
楕円偏光方法において、 既知の反射特性を有する基準表面が一の表面６
又は７として使用され、かつ測定されるべきテス
トピース表面が他の表面７又は６として使用さ
れ、 ２つの表面６，７はそれらの入射平面が互いに
直交しているか、又は、前記２つの表面はそれら
の間に放射の偏光方向を90゜回転させる光学的要
素を設けられてそれらの入射平面が互いに同一面
内にあることを特徴とするものである。
表面で反射させられる白色光のような電磁波を
用いてテストピース又はサンプルの表面特性を測
定する本発明の楕円偏光装置は次のようである。
即ち、偏光子５と、検光子８と、それらの間に配
された２つの反射表面６，７とを有し、該偏光子
５により直線偏光された放射が前記２つの反射表
面６，７で同一の入射角で夫々反射される構成の
物体表面の特性を測定する楕円偏光装置におい
て、 前記一の表面６は既知の反射特性を有する基準
表面として形成され、かつ前記他の表面７は測定
されるべきテストピース表面として形成され、 前記２つの表面６，７はそれらの入射平面が互
いに垂直であるか、又は前記２つの表面はそれら
の間に放射の偏光方向を90゜回転させる光学的要
素を設けられてそれらの入射平面が互いに同一面
内にあることを特徴とするものである。
用いてテストピース又はサンプルの表面特性を測
定する本発明の楕円偏光装置は次のようである。
即ち、偏光子５と、検光子８と、それらの間に配
された２つの反射表面６，７とを有し、該偏光子
５により直線偏光された放射が前記２つの反射表
面６，７で同一の入射角で夫々反射される構成の
物体表面の特性を測定する楕円偏光装置におい
て、 前記一の表面６は既知の反射特性を有する基準
表面として形成され、かつ前記他の表面７は測定
されるべきテストピース表面として形成され、 前記２つの表面６，７はそれらの入射平面が互
いに垂直であるか、又は前記２つの表面はそれら
の間に放射の偏光方向を90゜回転させる光学的要
素を設けられてそれらの入射平面が互いに同一面
内にあることを特徴とするものである。
以下、添付図面を参照しながらさらに詳細に説
明する。
明する。
第１図は従来の楕円偏光計を表わしており、平
行な単色光が偏光子１に進入し、偏光子１は所望
の角度で直線偏光された光を発する。この所望の
角度の直線偏光は該所望角度から＋45゜及び−45
゜の角度で夫々偏光する２つの直交偏光要素の合
成波と考えることができ、以下この偏光要素の考
え方を導入する。直線偏光された光は1/4波長板
の形状をした補償板２を通過する。補償板２は、
＋45゜の角度で偏光された一の偏光要素が−45゜
の角度で偏光された他の偏光要素と比較して1/4
波長だけ位相が遅れるようにセツトされている。
この角度は、光源から見て反時計回り方向を正と
し、入射平面から測つた値である。従つて、補償
板２から出る光は上記位相差に基付き楕円偏光さ
れてテスト表面３に進入する。テスト表面３は、
上記楕円偏光（上述の如く位相差を有して互いに
直交する２つの偏光要素よりなる）の入射平面に
垂直な偏光要素と、異なる時間遅れ効果と強度を
有する入射平面に平行な偏光要素とを反射する。
尚この場合入射平面とは、テスト表面３への入射
光とテスト表面３の反射点における法線とを含む
平面のことであり、テスト表面３が平面であれば
入射平面内に反射光も含まれる。楕円偏光は、テ
スト表面３の性質に従い、反射の後で直線偏光さ
れる。つまり、この際に上記位相差が補償され
る。テスト表面３の下流側に配置された検光子４
は、この直線偏光された光が消滅させられるよう
にセツトすることができる。検光子４の角度セツ
テイングは後で、反射中における強度変化に関す
る情報を供給する。偏光子１の角度セツテイング
は、反射の際の光の位相変化に関する情報を供給
する。偏光子１と検光子４の角度セツテイングの
値を結合評価することによつて、テスト表面３の
光学的特性、例えば屈折率や金属表面での減衰率
等を計算することができる。
行な単色光が偏光子１に進入し、偏光子１は所望
の角度で直線偏光された光を発する。この所望の
角度の直線偏光は該所望角度から＋45゜及び−45
゜の角度で夫々偏光する２つの直交偏光要素の合
成波と考えることができ、以下この偏光要素の考
え方を導入する。直線偏光された光は1/4波長板
の形状をした補償板２を通過する。補償板２は、
＋45゜の角度で偏光された一の偏光要素が−45゜
の角度で偏光された他の偏光要素と比較して1/4
波長だけ位相が遅れるようにセツトされている。
この角度は、光源から見て反時計回り方向を正と
し、入射平面から測つた値である。従つて、補償
板２から出る光は上記位相差に基付き楕円偏光さ
れてテスト表面３に進入する。テスト表面３は、
上記楕円偏光（上述の如く位相差を有して互いに
直交する２つの偏光要素よりなる）の入射平面に
垂直な偏光要素と、異なる時間遅れ効果と強度を
有する入射平面に平行な偏光要素とを反射する。
尚この場合入射平面とは、テスト表面３への入射
光とテスト表面３の反射点における法線とを含む
平面のことであり、テスト表面３が平面であれば
入射平面内に反射光も含まれる。楕円偏光は、テ
スト表面３の性質に従い、反射の後で直線偏光さ
れる。つまり、この際に上記位相差が補償され
る。テスト表面３の下流側に配置された検光子４
は、この直線偏光された光が消滅させられるよう
にセツトすることができる。検光子４の角度セツ
テイングは後で、反射中における強度変化に関す
る情報を供給する。偏光子１の角度セツテイング
は、反射の際の光の位相変化に関する情報を供給
する。偏光子１と検光子４の角度セツテイングの
値を結合評価することによつて、テスト表面３の
光学的特性、例えば屈折率や金属表面での減衰率
等を計算することができる。
テスト表面上の薄い絶縁フイルムの厚さは、テ
スト表面自体の光学的特性が予めわかつていれ
ば、測定領域を限定することによつて決定でき
る。
スト表面自体の光学的特性が予めわかつていれ
ば、測定領域を限定することによつて決定でき
る。
第２図は本発明の原理を表わす装置が示されて
おり、従来の楕円偏光計とは異なり、第１図の1/
４波長板の補償板２が追加の基準反射表面６で置
き換えられている。加えて、この装置では所定の
波長領域内にある放射、例えば白色光が用いられ
る。この実施例では、入射したこの放射の平行ビ
ームは偏光子５によつて−45゜偏光される。この
−45゜偏光は、上記の場合と同様、０゜と−90゜
との２つの直交偏光要素の合成波と考えることが
できる。その後この直線偏光された放射は最初に
基準表面６に進入しそこで反射される。基準表面
６で反射された光は、基準表面６の性質に従い上
記の場合と同様楕円偏光される。テスト表面７は
基準表面６と同じ材料で作られ、かつテスト表面
７に進入する光がテスト表面６に進入する光の入
射角度と同じ入射角度で進入するように配置され
ている。しかしながらこの実施例では、テスト表
面７における入射平面は基準表面６における入射
平面に対して垂直になつている。基準表面６とテ
スト表面７とが同一であれば、楕円偏光の２つの
偏光要素は同じ反射角で反射することになる。
おり、従来の楕円偏光計とは異なり、第１図の1/
４波長板の補償板２が追加の基準反射表面６で置
き換えられている。加えて、この装置では所定の
波長領域内にある放射、例えば白色光が用いられ
る。この実施例では、入射したこの放射の平行ビ
ームは偏光子５によつて−45゜偏光される。この
−45゜偏光は、上記の場合と同様、０゜と−90゜
との２つの直交偏光要素の合成波と考えることが
できる。その後この直線偏光された放射は最初に
基準表面６に進入しそこで反射される。基準表面
６で反射された光は、基準表面６の性質に従い上
記の場合と同様楕円偏光される。テスト表面７は
基準表面６と同じ材料で作られ、かつテスト表面
７に進入する光がテスト表面６に進入する光の入
射角度と同じ入射角度で進入するように配置され
ている。しかしながらこの実施例では、テスト表
面７における入射平面は基準表面６における入射
平面に対して垂直になつている。基準表面６とテ
スト表面７とが同一であれば、楕円偏光の２つの
偏光要素は同じ反射角で反射することになる。
このことは、テスト表面７で反射された光がテ
スト表面７の性質に従い最初の基準表面６での反
射以前の直線偏光と全く同一の状態となるよう再
び直線偏光されることを意味する。尚、テスト表
面７で反射された直線偏光が、最初に基準表面６
で反射される以前の直線偏光と同一方向に偏光す
る状態は、第２図中両偏光がｘ，ｙ平面中、共に
x1，y1，x2，y2内で偏光していることから明らか
である。この偏光された光は、偏光子５の偏光方
向と垂直な偏光方向を有する検光子（アナライザ
ー）８を通過させられる。従つて、検光子８に入
る直線偏光と検光子８自体の偏光方向とは互いに
直交しており、偏光方向が異なるため、直線偏光
のうち基準表面６とテスト表面７の光学的反射特
性が同一である光の成分は検光子８の中で消滅さ
せられる。つまり、使用された放射が白色光であ
るか又は所定の波長領域内にある場合は、２つの
表面が同一であればすべての波長について総合的
な消滅が発生する。
スト表面７の性質に従い最初の基準表面６での反
射以前の直線偏光と全く同一の状態となるよう再
び直線偏光されることを意味する。尚、テスト表
面７で反射された直線偏光が、最初に基準表面６
で反射される以前の直線偏光と同一方向に偏光す
る状態は、第２図中両偏光がｘ，ｙ平面中、共に
x1，y1，x2，y2内で偏光していることから明らか
である。この偏光された光は、偏光子５の偏光方
向と垂直な偏光方向を有する検光子（アナライザ
ー）８を通過させられる。従つて、検光子８に入
る直線偏光と検光子８自体の偏光方向とは互いに
直交しており、偏光方向が異なるため、直線偏光
のうち基準表面６とテスト表面７の光学的反射特
性が同一である光の成分は検光子８の中で消滅さ
せられる。つまり、使用された放射が白色光であ
るか又は所定の波長領域内にある場合は、２つの
表面が同一であればすべての波長について総合的
な消滅が発生する。
尚基準表面６とテスト表面７との順番を入れ換
えても全く同様の結果が得られる。
えても全く同様の結果が得られる。
本発明の方法は、例えば基準表面６の光学的特
性が公知の方法で変化するようにすれば、さらに
その操作性を改良し容易にすることができる。か
かる場合には、この装置は異なる光学的特性に関
してテスト表面７の対応する情報をも供給する。
性が公知の方法で変化するようにすれば、さらに
その操作性を改良し容易にすることができる。か
かる場合には、この装置は異なる光学的特性に関
してテスト表面７の対応する情報をも供給する。
第２図の装置は、1/4波長板のような補償板を
使用しない。このことは、放射が単色光に限定さ
れず、所定の波長領域内の放射、例えば白色光を
用いることができることを意味する。これは特に
薄いフイルムの厚さを測定するのに有利である。
かかる目的のために基準表面６が既知の均等厚さ
のフイルムで覆われ、あるいはフイルムの厚さが
公知の方法で変えられ、例えば写真記録法によつ
てテスト表面を測定する場合には、基準表面６上
の既知の層と同じ厚さのテスト表面７上の層の凸
状パターンの位置に黒い帯又は線が得られること
になる。テスト表面及び基準表面上のフイルムの
厚さが変化し、フイルムが相互に同一である時
は、対応する数の黒い帯又は線が第５ａ図の符号
ａに相当するものが写真上に見出される。
使用しない。このことは、放射が単色光に限定さ
れず、所定の波長領域内の放射、例えば白色光を
用いることができることを意味する。これは特に
薄いフイルムの厚さを測定するのに有利である。
かかる目的のために基準表面６が既知の均等厚さ
のフイルムで覆われ、あるいはフイルムの厚さが
公知の方法で変えられ、例えば写真記録法によつ
てテスト表面を測定する場合には、基準表面６上
の既知の層と同じ厚さのテスト表面７上の層の凸
状パターンの位置に黒い帯又は線が得られること
になる。テスト表面及び基準表面上のフイルムの
厚さが変化し、フイルムが相互に同一である時
は、対応する数の黒い帯又は線が第５ａ図の符号
ａに相当するものが写真上に見出される。
着色された帯又は線は、白色光の個別の波長要
素の消滅に依存して、フイルムの対応する厚さに
関する指標となる上記黒い帯又は線の両側に現わ
れる。着色帯から黒い帯又は線を消すことは容易
に行える。公知の楕円偏光法に用いられる単色光
を用いた時は、多数の黒い帯が発生し、どの黒い
帯が真のフイルム厚さに対応するかを定めるため
には、さらに追加の評価手段を用いなければなら
ない。
素の消滅に依存して、フイルムの対応する厚さに
関する指標となる上記黒い帯又は線の両側に現わ
れる。着色帯から黒い帯又は線を消すことは容易
に行える。公知の楕円偏光法に用いられる単色光
を用いた時は、多数の黒い帯が発生し、どの黒い
帯が真のフイルム厚さに対応するかを定めるため
には、さらに追加の評価手段を用いなければなら
ない。
従つて本発明によれば、テスト表面７を直接測
定することが可能になり、測定作業がはるかに容
易になる。例えば基準表面６がその厚さが一方向
に変化する既知の層を有している場合は、その厚
さの変化は例えば接眼レンズを用いてテスト表面
７に沿つて測定し検出することができる。このよ
うな例の写真は、第７図の下側の図に示す如く所
定のスタート地点からテスト表面７に沿つて測つ
た距離（mm）の関数として基準表面６のフイルム
の厚さ（nm）を示す曲線を生じるようにして撮
影することができる。
定することが可能になり、測定作業がはるかに容
易になる。例えば基準表面６がその厚さが一方向
に変化する既知の層を有している場合は、その厚
さの変化は例えば接眼レンズを用いてテスト表面
７に沿つて測定し検出することができる。このよ
うな例の写真は、第７図の下側の図に示す如く所
定のスタート地点からテスト表面７に沿つて測つ
た距離（mm）の関数として基準表面６のフイルム
の厚さ（nm）を示す曲線を生じるようにして撮
影することができる。
この測定方法は、偏光子５と検光子８を移動さ
せる必要がないという点でさらに容易な方法とな
る。
せる必要がないという点でさらに容易な方法とな
る。
テスト表面７を直接測定できることは、例えば
異なる合金表面を比較するために表面を解析する
のに必要な条件をも提供する。
異なる合金表面を比較するために表面を解析する
のに必要な条件をも提供する。
第２図は本発明の原理を示すための単純化した
システムであることは理解されよう。従つて、２
つの表面６，７の間に所定の光学的要素、例えば
プリズムを配置してこれらの表面間で光の偏光方
向が90゜変換するようにすることも可能である。
この配置では、ビームが同一平面、例えば同一の
入射平面内を伸びることもできる。例えば総反射
プリズムを用いて、ビームは、基準表面６とテス
ト表面７が同一平面内に配置され、例えばテーブ
ル上に置かれるようにして伸びることもできる。
この配置はまた、両方の表面が流体表面から成る
時にも有利である。この種のシステムを用いれ
ば、コンパクトな組立体を得ることもできる。
システムであることは理解されよう。従つて、２
つの表面６，７の間に所定の光学的要素、例えば
プリズムを配置してこれらの表面間で光の偏光方
向が90゜変換するようにすることも可能である。
この配置では、ビームが同一平面、例えば同一の
入射平面内を伸びることもできる。例えば総反射
プリズムを用いて、ビームは、基準表面６とテス
ト表面７が同一平面内に配置され、例えばテーブ
ル上に置かれるようにして伸びることもできる。
この配置はまた、両方の表面が流体表面から成る
時にも有利である。この種のシステムを用いれ
ば、コンパクトな組立体を得ることもできる。
本発明のシステムの操作モードは、放射の波長
によつては制限を受けない。この点において、楕
円偏光分光器としても用いられる。すなわち、テ
スト表面７の片側に沿つて波長を変えることによ
つて分光器の作用が行われ、表面特性が波長に依
存するというやり方で直接表示される。このこと
は特に、染料や着色料を含む薄い層内での吸収を
測定する際に有利である。
によつては制限を受けない。この点において、楕
円偏光分光器としても用いられる。すなわち、テ
スト表面７の片側に沿つて波長を変えることによ
つて分光器の作用が行われ、表面特性が波長に依
存するというやり方で直接表示される。このこと
は特に、染料や着色料を含む薄い層内での吸収を
測定する際に有利である。
本発明は、可視光の波長領域の光に限定される
ことなく、他の波長領域の電磁波を用いることも
できる。かかる目的のために追加の手段を備える
ことによつて、放射の波長や性質に依存して放射
を可視光に変換することができる。例えば赤外線
を可視光に変換させるために像変換手段を用いる
ことができる。
ことなく、他の波長領域の電磁波を用いることも
できる。かかる目的のために追加の手段を備える
ことによつて、放射の波長や性質に依存して放射
を可視光に変換することができる。例えば赤外線
を可視光に変換させるために像変換手段を用いる
ことができる。
本発明は、電磁波を用いて２つの表面の反射特
性を比較することを可能にする。すなわち、表面
の物理的特性が知られている基準表面と比較する
ことによつて、テスト表面の物理的特性を測定す
ることが可能になる。かくして本発明の方法及び
装置は、光学的に活性でない等方性の表面に対し
て、光の２つの偏光要素（入射平面に平行及び垂
直）が相互に独立して反射されるという原理を利
用している。
性を比較することを可能にする。すなわち、表面
の物理的特性が知られている基準表面と比較する
ことによつて、テスト表面の物理的特性を測定す
ることが可能になる。かくして本発明の方法及び
装置は、光学的に活性でない等方性の表面に対し
て、光の２つの偏光要素（入射平面に平行及び垂
直）が相互に独立して反射されるという原理を利
用している。
第３図は、ビームの方向に沿つて見た測定装置
の配列を示しており、この装置は、ランプ９、コ
リメータ１０、偏光子１１、基準表面１２、テス
ト表面１３、検光子１４及びカメラ１５を含んで
いる。尚第３図は、基準表面１２及びテスト表面
１３がその互いの入射平面が直交することを象徴
的に示すために描いた図であり、実際には両表面
１２，１３は第２図に示す両表面６，７の関係と
同様の関係で配設されている。この種の測定装置
は金属表面の分析を行うのに用いられ、この測定
結果は第４図に示されている。テストを実施する
ために、顕微鏡スライド上に厚さ100ミクロンの
金フイルムが蒸着された。それから、銀、アルミ
ニウム、クローム及びニツケルの帯が適当なマス
キング技術を用いてフイルム表面上に相互に等間
隔で蒸着された。人の裸眼では、銀とアルミニウ
ムの帯、あるいはクロームとニツケルの帯を判別
することは不可能であつた。
の配列を示しており、この装置は、ランプ９、コ
リメータ１０、偏光子１１、基準表面１２、テス
ト表面１３、検光子１４及びカメラ１５を含んで
いる。尚第３図は、基準表面１２及びテスト表面
１３がその互いの入射平面が直交することを象徴
的に示すために描いた図であり、実際には両表面
１２，１３は第２図に示す両表面６，７の関係と
同様の関係で配設されている。この種の測定装置
は金属表面の分析を行うのに用いられ、この測定
結果は第４図に示されている。テストを実施する
ために、顕微鏡スライド上に厚さ100ミクロンの
金フイルムが蒸着された。それから、銀、アルミ
ニウム、クローム及びニツケルの帯が適当なマス
キング技術を用いてフイルム表面上に相互に等間
隔で蒸着された。人の裸眼では、銀とアルミニウ
ムの帯、あるいはクロームとニツケルの帯を判別
することは不可能であつた。
第３図のテスト配列を用いれば第４図に示す写
真を撮ることができた。第４図の写真では、金の
層が暗い背景として現われ、銀、アルミニウム、
クローム及びニツケルの帯は上方及び右方に移動
する帯としてはつきりと判別することができる。
同様の結果は類似の特性を有する合金でも得られ
る。
真を撮ることができた。第４図の写真では、金の
層が暗い背景として現われ、銀、アルミニウム、
クローム及びニツケルの帯は上方及び右方に移動
する帯としてはつきりと判別することができる。
同様の結果は類似の特性を有する合金でも得られ
る。
第５ａ図及び第５ｂ図は、二酸化ケイ素SiO2
フイルムの厚さを測定して得られた結果の写真で
ある。基準表面はシリコン基板上に厚さ１ミクロ
ンのSiO2が付着した面であつた。第５ａ図は、
単色光を用いて楕円偏光計によつて得られた測定
結果を示す。第５ａ図は、測定結果を４つの黒い
帯又は線ａで明確に示しているが、フイルムの厚
さの実測値はこの中の１つで表わされる。従つ
て、実際のフイルム厚さを定めるためには追加の
評価手段が必要となる。
フイルムの厚さを測定して得られた結果の写真で
ある。基準表面はシリコン基板上に厚さ１ミクロ
ンのSiO2が付着した面であつた。第５ａ図は、
単色光を用いて楕円偏光計によつて得られた測定
結果を示す。第５ａ図は、測定結果を４つの黒い
帯又は線ａで明確に示しているが、フイルムの厚
さの実測値はこの中の１つで表わされる。従つ
て、実際のフイルム厚さを定めるためには追加の
評価手段が必要となる。
これに対し、第５ｂ図は本発明を用いてフイル
ム厚さを測定した結果として１つの黒い帯又は線
（第５ｂ図中の３本のハツチング線のうち最右方
の線a′を意味する。中央及び左方の線は写真では
実際にはもつと薄く現われている）を直接表示し
ている。かくして、適当な目盛りｂ（第５ａ図乃
至第６図中複数の黒い上下線で示してある）を利
用して直接読み取りが可能である。光あるいは黒
い帯又は線の消滅は、基準表面とテスト表面とが
同じ屈折率を有する時に生じる。しかしながら、
屈折率が約1.50の有機膜の厚さは、屈折率が約
1.46のSiO2フイルムを基準表面として測定するこ
とができる。
ム厚さを測定した結果として１つの黒い帯又は線
（第５ｂ図中の３本のハツチング線のうち最右方
の線a′を意味する。中央及び左方の線は写真では
実際にはもつと薄く現われている）を直接表示し
ている。かくして、適当な目盛りｂ（第５ａ図乃
至第６図中複数の黒い上下線で示してある）を利
用して直接読み取りが可能である。光あるいは黒
い帯又は線の消滅は、基準表面とテスト表面とが
同じ屈折率を有する時に生じる。しかしながら、
屈折率が約1.50の有機膜の厚さは、屈折率が約
1.46のSiO2フイルムを基準表面として測定するこ
とができる。
第６図は、フオトレジストの薄いフイルムの厚
さがSiO2フイルムを基準表面として測定できる
ことを示している。
さがSiO2フイルムを基準表面として測定できる
ことを示している。
第７図は、免疫生物学的反応によつて得られた
層についての２つの曲線を示している。各曲線
は、基準表面上の層の厚さ（縦軸：nm）をテス
ト表面に対する接眼レンズの移動距離（横軸：
mm）の関数で表わしたものである。上側の曲線
は、従来の楕円偏光計を用いて曲線上の各点につ
いて約５分の測定時間をかけて得られたものであ
る。全部の曲線を完成させるためには約２時間が
必要であつた。第７図の下側の曲線は、本発明に
よつてカメラで記録した、すなわち直接測定され
た値をプロツトしたものである。比較用の基準表
面６，１２は、長さ20mmの距離に沿つてその厚さ
が２ミクロンから25ミクロンまで直線的に変化す
るSiO2のフイルムであつた。このことは、平ら
な有機単分子の層も測定できることを意味する。
層についての２つの曲線を示している。各曲線
は、基準表面上の層の厚さ（縦軸：nm）をテス
ト表面に対する接眼レンズの移動距離（横軸：
mm）の関数で表わしたものである。上側の曲線
は、従来の楕円偏光計を用いて曲線上の各点につ
いて約５分の測定時間をかけて得られたものであ
る。全部の曲線を完成させるためには約２時間が
必要であつた。第７図の下側の曲線は、本発明に
よつてカメラで記録した、すなわち直接測定され
た値をプロツトしたものである。比較用の基準表
面６，１２は、長さ20mmの距離に沿つてその厚さ
が２ミクロンから25ミクロンまで直線的に変化す
るSiO2のフイルムであつた。このことは、平ら
な有機単分子の層も測定できることを意味する。
本発明によれば、基準表面６，１２と同じ特性
を有する領域が暗く現われるような像を、テスト
表面７，１３から得ることによつて、表面の物理
的特性を直接測定することが可能になる。測定は
白色光領域のみならず、紫外領域及び赤外領域に
おいても行うことができる。楕円偏光分光器とし
ての使用もまた可能である。使用範囲は、免疫生
物学的テストから半導体製造の表面テストに至る
まで広範囲な対象に用いることができる。
を有する領域が暗く現われるような像を、テスト
表面７，１３から得ることによつて、表面の物理
的特性を直接測定することが可能になる。測定は
白色光領域のみならず、紫外領域及び赤外領域に
おいても行うことができる。楕円偏光分光器とし
ての使用もまた可能である。使用範囲は、免疫生
物学的テストから半導体製造の表面テストに至る
まで広範囲な対象に用いることができる。
本発明のシステムは、測定されるべきテスト表
面と特性が既知の基準表面との間での点と点との
比較を行い、基準表面の特性に依存して異なつた
測定値を得ることができる。このシステムはその
操作が迅速で便利であり、特に日常的な計測作業
や生産制御用として好適に利用できる。このシス
テムは可動部分を有さず、実用向きの小型なモデ
ルを作ることもできる。
面と特性が既知の基準表面との間での点と点との
比較を行い、基準表面の特性に依存して異なつた
測定値を得ることができる。このシステムはその
操作が迅速で便利であり、特に日常的な計測作業
や生産制御用として好適に利用できる。このシス
テムは可動部分を有さず、実用向きの小型なモデ
ルを作ることもできる。
本発明は、前述の実施例に限定されることなく
種々の変形を加えることができる。
種々の変形を加えることができる。
第１図は従来の楕円偏光計の原理を示す概略
図、第２図は本発明の装置の原理を示す概略図、
第３図は測定装置の概略断面図、第４図はテスト
ピース上に金属層を付着して撮つた偏光状態の概
略図、第５ａ図は従来の楕円偏光計を用いた偏光
状態の概略図、第５ｂ図は本発明の装置を用いた
偏光状態の概略図、第６図はフイルム厚さを測定
した偏光状態の概略図、第７図は免疫生物学的反
応によつて得られた層を測定したグラフであつ
て、上側の曲線は従来装置による測定結果を下側
の曲線は本発明による測定結果をプロツトしたも
のである。１，５…偏光子、２…補償板、３，
７，１３…テスト表面、４，８…検光子、６，１
２…基準表面。
図、第２図は本発明の装置の原理を示す概略図、
第３図は測定装置の概略断面図、第４図はテスト
ピース上に金属層を付着して撮つた偏光状態の概
略図、第５ａ図は従来の楕円偏光計を用いた偏光
状態の概略図、第５ｂ図は本発明の装置を用いた
偏光状態の概略図、第６図はフイルム厚さを測定
した偏光状態の概略図、第７図は免疫生物学的反
応によつて得られた層を測定したグラフであつ
て、上側の曲線は従来装置による測定結果を下側
の曲線は本発明による測定結果をプロツトしたも
のである。１，５…偏光子、２…補償板、３，
７，１３…テスト表面、４，８…検光子、６，１
２…基準表面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 偏光子５により偏光された放射が２つの表面
６，７で同一の入射角ｉで夫々反射され、 第２の表面７により反射された前記放射が、そ
の放射方向に見て、最初の反射以前と同じ偏光状
態の放射成分に関する限り、検光子８により消滅
させられるようにした物体表面の特性を測定する
楕円偏光方法において、 既知の反射特性を有する基準表面が一の表面６
又は７として使用され、かつ測定されるべきテス
トピース表面が他の表面７又は６として使用さ
れ、 ２つの表面６，７はそれらの入射平面が互いに
直交しているか、又は、前記２つの表面はそれら
の間に放射の偏光方向を90゜回転させる光学的要
素を設けられてそれらの入射平面が互いに同一面
内にあることを特徴とする方法。 ２ 前記放射は直線偏光であることを特徴とする
第１項記載の方法。 ３ 白色光が使用されるか又は放射の波長が変え
られることを特徴とする第２項記載の方法。 ４ 直線偏光放射は最初に前記基準表面６に向け
られ、該基準表面により反射された楕円偏光反射
が前記テストピース表面７に向けられることを特
徴とする第１項乃至第３項のうち何れか１項記載
の方法。 ５ 偏光子５と、検光子８と、それらの間に配さ
れた２つの反射表面６，７とを有し、該偏光子５
により直線偏光された放射が前記２つの反射表面
６，７で同一の入射角で夫々反射される構成の物
体表面の特性を測定する楕円偏光装置において、 前記一の表面６は既知の反射特性を有する基準
表面として形成され、かつ前記他の表面７は測定
されるべきテストピース表面として形成され、 前記２つの表面６，７はそれらの入射平面が互
いに垂直であるか、又は前記２つの表面はそれら
の間に放射の偏光方向を90゜回転させる光学的要
素を設けられてそれらの入射平面が互いに同一面
内にあることを特徴とする装置。 ６ 前記偏光子５は直線偏光を作り出すために使
用されていることを特徴とする第５項記載の装
置。 ７ 前記直線偏光放射は最初に前記基準表面６に
向けられ、かつ該基準表面６により反射された楕
円偏光放射がテストピース表面７に向けられるこ
とを特徴とする第５項又は第６項記載の装置。 ８ 前記偏光子５及び検光子８は夫々固定配置さ
れていることを特徴とする第５項乃至第７項のう
ち何れか１項記載の装置。 ９ 前記基準表面６が異なる部分又は厚さの表面
層を有していることを特徴とする第５項乃至第８
項のうち何れか１項記載の装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE7903311A SE416681B (sv) | 1979-04-17 | 1979-04-17 | Sett att jemfora tva ytors reflexionsegenskaper |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5649910A JPS5649910A (en) | 1981-05-06 |
| JPS6257936B2 true JPS6257936B2 (ja) | 1987-12-03 |
Family
ID=20337810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5109080A Granted JPS5649910A (en) | 1979-04-17 | 1980-04-17 | Method of and apparatus for measuring property of matter surface |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4332476A (ja) |
| EP (1) | EP0019088B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5649910A (ja) |
| AT (1) | ATE6888T1 (ja) |
| BR (1) | BR8002380A (ja) |
| CA (1) | CA1140771A (ja) |
| DE (1) | DE3067238D1 (ja) |
| IN (1) | IN153131B (ja) |
| SE (1) | SE416681B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7330276B2 (en) | 2003-06-12 | 2008-02-12 | Fujifilm Corporation | Optical interference substrate, target detecting substrate, target detecting apparatus, and target detecting process |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4502762A (en) * | 1982-11-12 | 1985-03-05 | Northern Telecom Limited | Dual wavelength optical system |
| JPS59103255U (ja) * | 1982-12-28 | 1984-07-11 | 日本真空技術株式会社 | 偏光計測装置における偏光用ミラ− |
| JPS6052706A (ja) * | 1983-08-31 | 1985-03-26 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 膜厚測定装置 |
| DE3419463C1 (de) * | 1984-05-24 | 1985-09-12 | Sagax Instrument AB, Sundbyberg | Vorrichtung zur Erfassung von Stoffeigenschaften von Probenoberflaechen |
| DE3434575C1 (de) * | 1984-09-20 | 1986-03-13 | Sagax Instrument AB, Sundbyberg | Ellipsometrische Vorrichtung zur Untersuchung der physikalischen Eigenschaften der Oberflaeche einer Probe |
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