JPH0478122B2 - - Google Patents

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。

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。既知の比較エリプソメータを
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
び状層厚の或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％より良い精度で2nｍない
し50μｍ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
ある範囲にまたがつてしまうので、測定精度を上
げるには限界がある。

発明の適要 したがつて、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り、特許請求の範囲第１
項に記載の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5nｍないし500nｍ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、したがつて測定精度は上が
ならい。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
ントであつ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
となるようになつている。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りある
一定範囲がカバーでき、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
に表面のは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り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
る層厚に対するシヤープな測定線を接眼レンズ内
に形成する。

実施例 添付図面により本発明の実施例をさらに詳細に
説明する。

第８図からわかるように入射平行光線は偏光子
５により−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ｉと同一入射角ｉ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。これにより光の偏
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＋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
の配置の代りに、これら２つの表面の間で光の偏
光方向を90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７の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
設けたことにより、異なる反射特性を有してい
る。

とくに第２図および第４図の実施例からわかる
ように、基盤本体１の表面上において（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上の層より厚くしてある。層厚移行に沿
つての層厚差は、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15nｍで始まる20nｍで終る。表面部分３上で
は層厚は20nｍで始まり25nｍ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SiO₂、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17.5nｍと
27.5nｍ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ヤープな測
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
20nｍ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17.5n
ｍないし22.5nｍの範囲にあればその層圧は正確
に測定可能であることを意味している。

第１図からわかるように、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
定層厚に対する利用測定値を示す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
は黒度最大値と両側に存在し、その全範囲にわた
つて△ｄ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△ｄ＝5nｍ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により形成され、これ
らの表面部分は5nｍ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ヤープな輪郭を有
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り、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つて、補
償することができる。

本発明によりえられる測定精度は0.1nｍ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。 １……基盤本体、２……基準表面、３，４……
表面部分、５……偏光子、６……検光子、７……
試料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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。