JPH0692917B2 - 分光楕円偏光計 - Google Patents
分光楕円偏光計Info
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- JPH0692917B2 JPH0692917B2 JP62254829A JP25482987A JPH0692917B2 JP H0692917 B2 JPH0692917 B2 JP H0692917B2 JP 62254829 A JP62254829 A JP 62254829A JP 25482987 A JP25482987 A JP 25482987A JP H0692917 B2 JPH0692917 B2 JP H0692917B2
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- 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
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- 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、試料の表面を所定の入射角で照明するための
焦点を有する照明装置と、試料表面から反射された光を
分析する装置と、試料の表面上の１点を焦点と一致させ
ることができる試料支持装置とを具えた分光楕円偏光計
に関するものである。
焦点を有する照明装置と、試料表面から反射された光を
分析する装置と、試料の表面上の１点を焦点と一致させ
ることができる試料支持装置とを具えた分光楕円偏光計
に関するものである。
慣例の楕円偏光法では平面波を光束の１゜以下の開口角
と関連して用いる。斯かる楕円計は「Applied Optics」
1975年１月に発表されているD.E.Aspensの論文「High P
receision Scanning Ellipsometer」に開示されてい
る。
と関連して用いる。斯かる楕円計は「Applied Optics」
1975年１月に発表されているD.E.Aspensの論文「High P
receision Scanning Ellipsometer」に開示されてい
る。
試料の表面の状態に対し高い感度を得ると共に高い横方
向解像度を得るために集束光を用いる楕円計測技術も既
知である。「Journal de Physique」（Symposium C10,1
983年12月、Vol.44,No.12の付録）に発表されているSti
blert等の論文「Geometrical Resolntion in the Compa
rison Elliyssometer」に、試料の表面状態に対し良好
な感度を有すると共に試料を照明する集束光のスポット
の大きさに対応する２ミクロン程度の高い横方向解像度
を有する比較形楕円計が開示されている。表面状態に対
する感度が規定の偏光状態を有する平面波の存在により
与えられる場合、横方向解像度自体は集束光学系により
得ることができるのみであり、このことは平面波と単一
の入射角の双方の概念に矛盾する。上述の論文では２ミ
クロン程度の横方向解像度を深さ方向の解像度を犠性に
して得ている。
向解像度を得るために集束光を用いる楕円計測技術も既
知である。「Journal de Physique」（Symposium C10,1
983年12月、Vol.44,No.12の付録）に発表されているSti
blert等の論文「Geometrical Resolntion in the Compa
rison Elliyssometer」に、試料の表面状態に対し良好
な感度を有すると共に試料を照明する集束光のスポット
の大きさに対応する２ミクロン程度の高い横方向解像度
を有する比較形楕円計が開示されている。表面状態に対
する感度が規定の偏光状態を有する平面波の存在により
与えられる場合、横方向解像度自体は集束光学系により
得ることができるのみであり、このことは平面波と単一
の入射角の双方の概念に矛盾する。上述の論文では２ミ
クロン程度の横方向解像度を深さ方向の解像度を犠性に
して得ている。
本願人は集束光の使用による測定の摂動を分析して上述
の２つのパラメータに対し満足な精度を有する検光子回
転型の楕円計の概念において生ずる妥協点を計算した。
この妥協点は４〜５゜程度の入射ビームの開口角を用い
て１オングストロームより良い表面状態に対する感度を
維持すると共に10×10ミクロン程度の横方向解像度を得
る点である。
の２つのパラメータに対し満足な精度を有する検光子回
転型の楕円計の概念において生ずる妥協点を計算した。
この妥協点は４〜５゜程度の入射ビームの開口角を用い
て１オングストロームより良い表面状態に対する感度を
維持すると共に10×10ミクロン程度の横方向解像度を得
る点である。
斯かる値の開口角の場合、波は最早平面波とみなせず、
結果の解明には新しい形の計算が必要である。
結果の解明には新しい形の計算が必要である。
慣例の楕円計においては複素反射率ρは次のように測定
される。
される。
ρ＝ＲＰＲＳ -1＝tan ψ exp（ｉΔ） （１） ここで、ＲＰ及びＲＳは入射面にそれぞれ垂直及び平行
の偏光方向の直線偏波の反射計数を示す。
の偏光方向の直線偏波の反射計数を示す。
検光子回転型の楕円偏光計はtan ψ及びcos Δを直接
測定し得る。
測定し得る。
ここで、Ｒｅは複素数の実数部を表す。
非平面波の場合には係数ＲＰ及びＲＳが入射角θに依存
する点を考慮する必要がある。入射光束は平面波の和に
分解され、その分布のフーリエ変換はｇで表され、反射
され集光された光束はｇ′で表される。
する点を考慮する必要がある。入射光束は平面波の和に
分解され、その分布のフーリエ変換はｇで表され、反射
され集光された光束はｇ′で表される。
これがため、次の式がコヒーレント光及び均質試料に対
し得られ（この式において記号＊は畳込み積を表す）： ここで、θ０＝平均入射角 及び 上式は全ての反射係数を関数ｇ・ｇ′（θ）を有するそ
れらの畳込み積を置き換えることにより前式から得られ
る。
し得られ（この式において記号＊は畳込み積を表す）： ここで、θ０＝平均入射角 及び 上式は全ての反射係数を関数ｇ・ｇ′（θ）を有するそ
れらの畳込み積を置き換えることにより前式から得られ
る。
非コヒーレント光および均質試料に対しては上式は ここで Ａ＝‖ＲＰ（θ）‖２＊‖ｇ・ｇ′（θ）‖２
（θ０） Ｂ＝‖ＲＳ（θ）‖２＊‖ｇ・ｇ′（θ）‖２
（θ０） 平面波の場合にはθ＝θ０に対してｇ＝ｇ′＝１及びθ
＃θ０に対してｇ＝ｇ′＝０であり、式（４）及び
（６）と式（５）及び（７）は式（２）及び（３）に約
分し得る。
（θ０） Ｂ＝‖ＲＳ（θ）‖２＊‖ｇ・ｇ′（θ）‖２
（θ０） 平面波の場合にはθ＝θ０に対してｇ＝ｇ′＝１及びθ
＃θ０に対してｇ＝ｇ′＝０であり、式（４）及び
（６）と式（５）及び（７）は式（２）及び（３）に約
分し得る。
斯かる楕円偏光計により一定の波長で試料をリニア走査
又は二次走査して試料の地図表示を実現し得るようにす
ることが極めて重要である。斯かる地図製作の分析は主
に平面内の点分布（tan ψ、cosΔ）を調査することに
より実施することができ、また空間軌跡を形成する実験
の点の集合を構造に関連するパラメータの１つを変化さ
せて得られた所定の構造モデルに対する計算された点の
集合に対応する理論的軌跡とつき合わせることができ
る。このパラメータを層の厚さとする場合には厚さパス
と称されるパスが得られる。
又は二次走査して試料の地図表示を実現し得るようにす
ることが極めて重要である。斯かる地図製作の分析は主
に平面内の点分布（tan ψ、cosΔ）を調査することに
より実施することができ、また空間軌跡を形成する実験
の点の集合を構造に関連するパラメータの１つを変化さ
せて得られた所定の構造モデルに対する計算された点の
集合に対応する理論的軌跡とつき合わせることができ
る。このパラメータを層の厚さとする場合には厚さパス
と称されるパスが得られる。
慣例の楕円偏光計は斯かる地図製作の実現に使用され
ず、既知の楕円偏光計の試料支持装置は地図表面を実現
するのに必要な試料走査を行うように考えられていな
い。
ず、既知の楕円偏光計の試料支持装置は地図表面を実現
するのに必要な試料走査を行うように考えられていな
い。
本発明の目的は上述の地図表示を実現し得る試料支持装
置を具える分光楕円偏光計を提供することにある。
置を具える分光楕円偏光計を提供することにある。
この目的のために、本発明は上述した種類の分光楕円偏
光計において、前記試料支持装置は３個の並進板、即ち
第１の水平方向に移動する第１の並進板、試料の地図表
示を実現するために第１の水平方向に垂直の第２の方向
に移動する第２の並進板及び試料の表面上の１点を前記
焦点と一致させるために他の２方向に垂直の第３の方向
に移動する第３の並進板を具えると共に、２個の回転
板、即ち前記第１の水平方向に平行な第１の軸を中心に
回転する第１の回転板及び前記第２の方向に平行な第２
の軸を中心に回転する第２の回転板を具え、前記第１の
軸と第２の軸を前記焦点と一致する点で互いに交差する
ようにして試料を２つの直交面内で前記焦点を中心に回
転させることができるようにしたことを特徴とする。
光計において、前記試料支持装置は３個の並進板、即ち
第１の水平方向に移動する第１の並進板、試料の地図表
示を実現するために第１の水平方向に垂直の第２の方向
に移動する第２の並進板及び試料の表面上の１点を前記
焦点と一致させるために他の２方向に垂直の第３の方向
に移動する第３の並進板を具えると共に、２個の回転
板、即ち前記第１の水平方向に平行な第１の軸を中心に
回転する第１の回転板及び前記第２の方向に平行な第２
の軸を中心に回転する第２の回転板を具え、前記第１の
軸と第２の軸を前記焦点と一致する点で互いに交差する
ようにして試料を２つの直交面内で前記焦点を中心に回
転させることができるようにしたことを特徴とする。
このようにすると試料支持装置を第３の並進板と第１及
び第３の回転板により位置決めして地図製作を第１及び
第２の並進板により行うことができる。
び第３の回転板により位置決めして地図製作を第１及び
第２の並進板により行うことができる。
好適実施例では試料支持装置を前記焦点を通る垂直軸を
有する回転支持体上に装着し、この支持体上に前記分析
装置を装着して入射角を変えることができるようにす
る。
有する回転支持体上に装着し、この支持体上に前記分析
装置を装着して入射角を変えることができるようにす
る。
有利な実施例では試料支持装置に第１及び第２の軸に直
角の第３の軸を有する試料支持用の第３の回転板を設け
て試料を試料面内で回転し得るようにする。
角の第３の軸を有する試料支持用の第３の回転板を設け
て試料を試料面内で回転し得るようにする。
他の実施例では、第１の回転板を第２の回転板上に直接
装着し、第２及び第３の並進板をこの順序で第２の回転
板上に重ね、第３の並進板により試料と一体の第１の並
進板を支持するようにする。
装着し、第２及び第３の並進板をこの順序で第２の回転
板上に重ね、第３の並進板により試料と一体の第１の並
進板を支持するようにする。
以下図面に基き本発明を詳細に説明する。
楕円偏光法は、通常反射モードで且つ斜め入射で用いら
れる光学的に特有な方法である。反射強度測定とは対照
的に、楕円偏光法は強度の絶対値を測定せず光の偏光状
態を決定する。選択されたガスの応答は、入射波の電界
ベクトルが入射面に平行か直交するかにそれぞれ依存す
る。
れる光学的に特有な方法である。反射強度測定とは対照
的に、楕円偏光法は強度の絶対値を測定せず光の偏光状
態を決定する。選択されたガスの応答は、入射波の電界
ベクトルが入射面に平行か直交するかにそれぞれ依存す
る。
入射面に平行で試料表面の法線に対して角度θ０をなす
偏光成分ＥＰ′を有する平面波（第１図）は、入射波に
対してσＰの回転を呈する偏光成分ＥＰ″を有する電磁
波の形態で反射する。同様に、入射面に直交する偏光成
分ＥＳ′を有する平面波は、入射波に対してσＳだけ回
転した偏光成分ＥＳ″を有する電磁波の形態で反射す
る。
偏光成分ＥＰ′を有する平面波（第１図）は、入射波に
対してσＰの回転を呈する偏光成分ＥＰ″を有する電磁
波の形態で反射する。同様に、入射面に直交する偏光成
分ＥＳ′を有する平面波は、入射波に対してσＳだけ回
転した偏光成分ＥＳ″を有する電磁波の形態で反射す
る。
（１）式に表わされている係数ＲＰ及びＲＳは次の有理
式で規定される。
式で規定される。
均質な試料に対する係数はフレネル係数となるから、ρ
は入射角の関数並びに試料の光学特性及び波長の関数と
なる。層構造を有するような不均質な試料の場合、ρは
各層の光学特性及びその厚さの関数となる。空間的に不
均質な試料の場合、ρは同様に試料の厚さ方向の座標の
関数となる。これらの想定は、多数の未知のパラメータ
が考慮されるべきことを示している。
は入射角の関数並びに試料の光学特性及び波長の関数と
なる。層構造を有するような不均質な試料の場合、ρは
各層の光学特性及びその厚さの関数となる。空間的に不
均質な試料の場合、ρは同様に試料の厚さ方向の座標の
関数となる。これらの想定は、多数の未知のパラメータ
が考慮されるべきことを示している。
一般的に、波長が固定されている楕円偏光測定では、充
分な精度で試料解析を行なうことができない。従って、
別のパラメータを用いることが重要であり、空間的な場
合にはパラメータとして波長を用いることが重要であ
る。従って、分光楕円偏光が重要になる。
分な精度で試料解析を行なうことができない。従って、
別のパラメータを用いることが重要であり、空間的な場
合にはパラメータとして波長を用いることが重要であ
る。従って、分光楕円偏光が重要になる。
第２図は高スペクトル分解能を有するプリズムを具える
モノクロメータを示し、このプリズムは測定に特に適し
ている。モノクロメータは輝度光源Ｓとして900Wのキヤ
ノンランプを含んでいる。このランプは良好な安定性を
有するだけでく、遠赤外波長域（波長が数μ）から紫外
波長域（約0.22μｍ）に亘るスペクトル域で連続的な強
度を有している。
モノクロメータを示し、このプリズムは測定に特に適し
ている。モノクロメータは輝度光源Ｓとして900Wのキヤ
ノンランプを含んでいる。このランプは良好な安定性を
有するだけでく、遠赤外波長域（波長が数μ）から紫外
波長域（約0.22μｍ）に亘るスペクトル域で連続的な強
度を有している。
モノクロメータの入射スリットＦをコーラ型（KOHLAER
type）の光学系で照射する。この光学系によって均一な
照射を行なうことができる。この光学系は２個の球面ミ
ラーM1及びM2を有している。第１のミラーM1によって光
源Ｓのアークの像を第２のミラーM2上に投影する。第２
のミラーM2によって第１のミラーM1からの光をモノクロ
メータの入射スリットＦに入射させる。２個の平面ミラ
ーR1及びR2によって球面ミラーM1及びM2に対する入射角
を微小なものとする（約５゜）。入射スリットＦと対面
するレンズＬを用いてミラーM2上に形成したアークの像
をモノクロメータのほぼ無限遠に投影する。
type）の光学系で照射する。この光学系によって均一な
照射を行なうことができる。この光学系は２個の球面ミ
ラーM1及びM2を有している。第１のミラーM1によって光
源Ｓのアークの像を第２のミラーM2上に投影する。第２
のミラーM2によって第１のミラーM1からの光をモノクロ
メータの入射スリットＦに入射させる。２個の平面ミラ
ーR1及びR2によって球面ミラーM1及びM2に対する入射角
を微小なものとする（約５゜）。入射スリットＦと対面
するレンズＬを用いてミラーM2上に形成したアークの像
をモノクロメータのほぼ無限遠に投影する。
天然水晶から成る４個のダブルプリズムPR1,PR2,PR2′,
PR1′を分散配置して光学系を構成する。この光学系
は、中央スリットＡに関して対称に配置した２個の単一
のモノクロメータ（PR1,PR2）及び（PR1′,PR2′）と等
価である。第１の単一モノクロメータを構成するプリズ
ムPR1の入射側の凹面ミラーM3及びプリズムPR2の出射側
の凹面ミラーM5並びに第２の単一のモノクロメータを構
成するプリズムPR2′の入射側の凹面ミラーM5′及びプ
リズムPR1′の出射側のミラーM3′はＺにおいて等しい
入射角を有する２個の光学系を構成する。この光学系に
よって入射スリットＦ、中央スリットＡ及び出射スリッ
トＦ′を共役なものとする。プリズムPR1の出射側であ
ってプリズムPR2の入射側に配置した平面ミラーM4とプ
リズムPR2′の出射側であってプリズムPR1′の入射側に
配置した平面ミラーM4との２個の平面ミラーによって波
長選択を行なう。ステップモータ１によりミラーM4及び
M4′を減速ギィヤ系を介して同時に回転させる。このス
テップモータは、波長を線形に制御し得る精密再生法に
従ってコンピュータにより制御される。
PR1′を分散配置して光学系を構成する。この光学系
は、中央スリットＡに関して対称に配置した２個の単一
のモノクロメータ（PR1,PR2）及び（PR1′,PR2′）と等
価である。第１の単一モノクロメータを構成するプリズ
ムPR1の入射側の凹面ミラーM3及びプリズムPR2の出射側
の凹面ミラーM5並びに第２の単一のモノクロメータを構
成するプリズムPR2′の入射側の凹面ミラーM5′及びプ
リズムPR1′の出射側のミラーM3′はＺにおいて等しい
入射角を有する２個の光学系を構成する。この光学系に
よって入射スリットＦ、中央スリットＡ及び出射スリッ
トＦ′を共役なものとする。プリズムPR1の出射側であ
ってプリズムPR2の入射側に配置した平面ミラーM4とプ
リズムPR2′の出射側であってプリズムPR1′の入射側に
配置した平面ミラーM4との２個の平面ミラーによって波
長選択を行なう。ステップモータ１によりミラーM4及び
M4′を減速ギィヤ系を介して同時に回転させる。このス
テップモータは、波長を線形に制御し得る精密再生法に
従ってコンピュータにより制御される。
第３図は、試料の表面上に例えば10μｍ程度の微小寸法
のスポットを形成する照明アームの構成を示す。この楕
円偏光計は分光型であるから、球面ミラーを具える装置
を用いる。これら球面ミラーは斜め入射で用いられるの
で、これらミラーはある程度の非点収差を有している。
従って、サジッタルの焦点距離とタンゲンシャルの焦点
距離とが互いに相異してしまう。モノクロメータの出射
スリットＦ′と試料表面の点F2′とを単に共役にする光
学系を用いる場合、球面ミラーの非点収差に起因して合
焦しない像が形成されてしまう。非点収差の効果を第３
図に示す装置によって補正する。この第３図の装置では
２個の球面ミラーM7及びM8が用いられており、ミラーM7
はモノクロメータの出射スリットＦ′の２個の像Ｆ1T′
及びＦ1S′を形成する。像Ｆ1S′は第２の調整可能なミ
ラーM8によって再結像され、このミラーM8により像
Ｆ1S′から試料Ｅの表面上の点F2′に近接した入射側及
び出射側に２個の像Ｆ2S′及びＦ2T′が形成される。第
２のスリットをＦ1S′の面内に位置させると共に直交す
るように配置する。
のスポットを形成する照明アームの構成を示す。この楕
円偏光計は分光型であるから、球面ミラーを具える装置
を用いる。これら球面ミラーは斜め入射で用いられるの
で、これらミラーはある程度の非点収差を有している。
従って、サジッタルの焦点距離とタンゲンシャルの焦点
距離とが互いに相異してしまう。モノクロメータの出射
スリットＦ′と試料表面の点F2′とを単に共役にする光
学系を用いる場合、球面ミラーの非点収差に起因して合
焦しない像が形成されてしまう。非点収差の効果を第３
図に示す装置によって補正する。この第３図の装置では
２個の球面ミラーM7及びM8が用いられており、ミラーM7
はモノクロメータの出射スリットＦ′の２個の像Ｆ1T′
及びＦ1S′を形成する。像Ｆ1S′は第２の調整可能なミ
ラーM8によって再結像され、このミラーM8により像
Ｆ1S′から試料Ｅの表面上の点F2′に近接した入射側及
び出射側に２個の像Ｆ2S′及びＦ2T′が形成される。第
２のスリットをＦ1S′の面内に位置させると共に直交す
るように配置する。
非点収差は、上述した２個のスリット間の距離を制御す
ることによって補正されることができる。反射性平面ミ
ラーR3及びR4によってビームを偏向する。この光学系本
体は、光学系が２倍の倍率で作動するように球面ミラー
M7及びM8の焦点距離を適切に選択することにより一層小
型にすることができ、このように構成することによって
固定偏光子Ｐを試料から適切な距離だけ離れた位置に配
置することができ、このために試料を照明するため照明
ビームの一部分を偏光子Ｐの一部分に対応させる。
ることによって補正されることができる。反射性平面ミ
ラーR3及びR4によってビームを偏向する。この光学系本
体は、光学系が２倍の倍率で作動するように球面ミラー
M7及びM8の焦点距離を適切に選択することにより一層小
型にすることができ、このように構成することによって
固定偏光子Ｐを試料から適切な距離だけ離れた位置に配
置することができ、このために試料を照明するため照明
ビームの一部分を偏光子Ｐの一部分に対応させる。
固定偏光子Ｐは方解石で出来ており、ステップモータで
構成される更生制御ユニットと一体化される。このステ
ップモータによって偏光子Ｐの向きを進めながら反射ミ
ラーR4と偏光子Ｐとの間に配置した電子シャッタＣの精
度で測定を行なうことができる。シャッタＣが閉じてい
る位置における連続する成分、例えば検出器の暗電流に
よって生ずる成分を楕円偏光信号から減算する。
構成される更生制御ユニットと一体化される。このステ
ップモータによって偏光子Ｐの向きを進めながら反射ミ
ラーR4と偏光子Ｐとの間に配置した電子シャッタＣの精
度で測定を行なうことができる。シャッタＣが閉じてい
る位置における連続する成分、例えば検出器の暗電流に
よって生ずる成分を楕円偏光信号から減算する。
第４図の試料支持装置では、試料を支持する支持装置は
軸θ1,θ２を中心とする２個の回動の自由度を有すると
共に、軸θ３を中心とする第３の回動の自由度並びに軸
T1,T2及びT3に沿う３個の並進の自由度を有している。
軸θ1,θ２を中心とする２個の回動の自由度を有すると
共に、軸θ３を中心とする第３の回動の自由度並びに軸
T1,T2及びT3に沿う３個の並進の自由度を有している。
第１の回動の自由度は２個の同軸的な回動によって得ら
れる。焦点F2′を通る軸θ１を中心とする第１の回動
は、図示しないマイクロメータスクリューによって制御
される小さな回動板PT1により行なう。この小さな回動
板PT1は、試料用の支持部材及び後述する分析アームを
共に支持するプレート10に一体化される。回動板PT1が
回動することにより後述する方法によって入射角を選択
することができる。
れる。焦点F2′を通る軸θ１を中心とする第１の回動
は、図示しないマイクロメータスクリューによって制御
される小さな回動板PT1により行なう。この小さな回動
板PT1は、試料用の支持部材及び後述する分析アームを
共に支持するプレート10に一体化される。回動板PT1が
回動することにより後述する方法によって入射角を選択
することができる。
調整位置において軸θ１と一致する軸θ１′を中心にし
て回動する第２の小さな回動板PT2によって、第１の回
動板PT1の位置によって決定された入射角を変化させる
ことなく試料Ｅの向きを変えることができる。
て回動する第２の小さな回動板PT2によって、第１の回
動板PT1の位置によって決定された入射角を変化させる
ことなく試料Ｅの向きを変えることができる。
水平軸θ２を中心とする第２の回動は、プレート10上に
装着されている支持部材11（ゴニオクレードル）内で回
転するゴニオクレードル12を変位させることによって1/
100度の精度で得られる。軸θ２は焦点F2′で軸θ１と
交差する。この結果、軸θ１′は焦点F2′を常時通過す
る。
装着されている支持部材11（ゴニオクレードル）内で回
転するゴニオクレードル12を変位させることによって1/
100度の精度で得られる。軸θ２は焦点F2′で軸θ１と
交差する。この結果、軸θ１′は焦点F2′を常時通過す
る。
ゴニオクレードル11は第２の回動板PT2を支持し、この
回動板PT2は軸T1,T2,T3に沿う３個の並進並びに軸θ３
を中心とする回動を行なう装置の残りの部分を支持す
る。軸θ２に平行な軸T2に沿う並進は回動板PT2上に装
着されているプレート20により行なう。軸T2及び軸
θ１′にそれぞれ直交する軸T3に沿う並進は、プレート
20上に装着したプレート30によって行なう。最後に、軸
θ１′に平行な軸T1に沿う並進は、プラケット41によっ
てプレート30上に支持されると共に軸T3に平行な軸θ３
を具える回動板50を支持するプレート40によって行な
う。試料Ｅを回動板50の前面51上に固定し、この回動板
50によって試料をその軸を中心に回動させることができ
る。これにより、試料を好適な方向（金属化ライン等）
の所望の向きに位置させることができる。
回動板PT2は軸T1,T2,T3に沿う３個の並進並びに軸θ３
を中心とする回動を行なう装置の残りの部分を支持す
る。軸θ２に平行な軸T2に沿う並進は回動板PT2上に装
着されているプレート20により行なう。軸T2及び軸
θ１′にそれぞれ直交する軸T3に沿う並進は、プレート
20上に装着したプレート30によって行なう。最後に、軸
θ１′に平行な軸T1に沿う並進は、プラケット41によっ
てプレート30上に支持されると共に軸T3に平行な軸θ３
を具える回動板50を支持するプレート40によって行な
う。試料Ｅを回動板50の前面51上に固定し、この回動板
50によって試料をその軸を中心に回動させることができ
る。これにより、試料を好適な方向（金属化ライン等）
の所望の向きに位置させることができる。
T3方向に並進移動させて試料表面を焦点F2′に一致させ
れば、ステップモータによって0.1μｍづつT1及びT2方
向に並進させることにより試料の地図表示を行うなうこ
とができる。T1及びT2方向に並進させる場合、このT3方
向の並進作業を省略することができない。軸θ１′，θ
２は焦点F2′を通るので、軸θ１′，θ２及びθ３を中
心とする３個の回動調整を行なっても焦点F2′に一致し
ている地図表面上の点が焦点F2′からずれることはな
い。
れば、ステップモータによって0.1μｍづつT1及びT2方
向に並進させることにより試料の地図表示を行うなうこ
とができる。T1及びT2方向に並進させる場合、このT3方
向の並進作業を省略することができない。軸θ１′，θ
２は焦点F2′を通るので、軸θ１′，θ２及びθ３を中
心とする３個の回動調整を行なっても焦点F2′に一致し
ている地図表面上の点が焦点F2′からずれることはな
い。
第５図に示す構成では、分析アームは可動プレート（プ
レートPT1）に一体化され軸θ１を中心としてその面内
で回動することができ、これにより入射角を変化させる
ことができると共に楕円偏光装置を試料で反射が生じな
い直線形態とすることもできる。このように構成するこ
とにより光学系本体を整列させることができると共に入
射角の測定基準を定めることができる。この分析アーム
は試料支持部材を具えると共に、Ｚに位置する同一焦点
の２個の球面ミラーM9及びM10、回転検光子及び種々の
検出器が設けられているターレットを有する光検出系を
含む検出系と、整列用のレーザと、並びに観察用顕微鏡
とを具えている。
レートPT1）に一体化され軸θ１を中心としてその面内
で回動することができ、これにより入射角を変化させる
ことができると共に楕円偏光装置を試料で反射が生じな
い直線形態とすることもできる。このように構成するこ
とにより光学系本体を整列させることができると共に入
射角の測定基準を定めることができる。この分析アーム
は試料支持部材を具えると共に、Ｚに位置する同一焦点
の２個の球面ミラーM9及びM10、回転検光子及び種々の
検出器が設けられているターレットを有する光検出系を
含む検出系と、整列用のレーザと、並びに観察用顕微鏡
とを具えている。
試料で反射した照明ビームはミラーM3に入射し、このミ
ラーM9によりミラーM10に向けて反射し、ミラーM10によ
り回転検光子Ａを通過した後ターレットの検出器上に集
束する。ミラーM9及びM10への入射角はできるだけ小さ
くなるように選択し、特に約６゜程度に選択して反射の
偏光状態が乱されないようにする。
ラーM9によりミラーM10に向けて反射し、ミラーM10によ
り回転検光子Ａを通過した後ターレットの検出器上に集
束する。ミラーM9及びM10への入射角はできるだけ小さ
くなるように選択し、特に約６゜程度に選択して反射の
偏光状態が乱されないようにする。
回転検光子Ａは方解石でできており、直流モータの中空
ブランチ内に装着されている。光符号器はモータの軸に
一体化されている。
ブランチ内に装着されている。光符号器はモータの軸に
一体化されている。
ターレットは軸YY′を中心にして回転することができ、
この結果このターレットに支持されている別の検出器を
光路中に位置させることができると共に、整列用レーザ
及び観察用顕微鏡を用いて別のスペクトル域をカバーす
る。検出器は焦点面からいくぶんひっ込んでいるため、
焦点面内に配置され感知表面の小さい検出器を用いなく
ても各検出器を均一に照明することができる。
この結果このターレットに支持されている別の検出器を
光路中に位置させることができると共に、整列用レーザ
及び観察用顕微鏡を用いて別のスペクトル域をカバーす
る。検出器は焦点面からいくぶんひっ込んでいるため、
焦点面内に配置され感知表面の小さい検出器を用いなく
ても各検出器を均一に照明することができる。
低い倍率の観察用顕微鏡により、分析光学系を介して試
料を観察できると共にミラーM8の位置及び照明アームの
スリットＦ1S′の位置を調整することができる。
料を観察できると共にミラーM8の位置及び照明アームの
スリットＦ1S′の位置を調整することができる。
本例では整列用レーザをHe−Neレーザとし、この整列用
レーザによって試料を支持する光学系本体の位置合せを
行なう。
レーザによって試料を支持する光学系本体の位置合せを
行なう。
検出器からの信号Ｉは、回転検光子の周波数の２倍の周
波数でシヌソイドになる。Ａが回転検光子の軸ｐに対す
る角度を示し、Ｐが偏光子の軸ｐに対する角度を示すも
のとすれば、次式が成立する。
波数でシヌソイドになる。Ａが回転検光子の軸ｐに対す
る角度を示し、Ｐが偏光子の軸ｐに対する角度を示すも
のとすれば、次式が成立する。
Ｉ＝ｋ（１＋α0cos2A＋β0sin2A） 上式においてα０及びβ０は正規化されたフーリエ係数
である。
である。
この結果、 後者の２個の式は、楕円偏光測定が角度測定に対してあ
る程度要約され得ることを表わしている。測定者が良好
な絶対精度を有するには、全ての角度、すなわち入射
角、偏光子の配向角並びに回転検光子の位置決めを正確
に決定することが重要である。試料の向きも同様に重要
である。けだし、入射角を定めることになるからであ
る。
る程度要約され得ることを表わしている。測定者が良好
な絶対精度を有するには、全ての角度、すなわち入射
角、偏光子の配向角並びに回転検光子の位置決めを正確
に決定することが重要である。試料の向きも同様に重要
である。けだし、入射角を定めることになるからであ
る。
楕円偏光装置、分析アーム及び直線形態で示される試料
支持装置の更生方法について説明する。第１の作業は、
観察用顕微鏡を用いて光照明アームのミラーM8及びスリ
ットＦ1S′の位置を調整することである。試料がない状
態で、ターレット上に配置したレーザからのビームを反
射させずに逆方向からの軌跡で光学系を通過させる。レ
ーザビームが全てのミラーの中心を通るように回動板PT
1によって規定される分析アームの位置を、入射角測定
用の基準とする。レーザビームの光軸を用いて試料表面
とレーザビームとの間で完全な平行が維持されるよう
に、すなわちレーザビームが試料表面をかすめて入射す
るように試料支持装置の軸θ１′及びθ２を中心として
回動させる。次に、軸T3に沿ってレーザビームの半分が
かくれるまで並進させる。これにより、照明アームの焦
点F2′が試料表面上に位置することになる。軸θ１′，
θ2,θ３を中心として回動させても（同様に軸T1及びT2
に沿って並進させても）、試料軸T3に沿う位置は変化し
ないので、調整が改善されセッティングを確実に行なう
ことができる。
支持装置の更生方法について説明する。第１の作業は、
観察用顕微鏡を用いて光照明アームのミラーM8及びスリ
ットＦ1S′の位置を調整することである。試料がない状
態で、ターレット上に配置したレーザからのビームを反
射させずに逆方向からの軌跡で光学系を通過させる。レ
ーザビームが全てのミラーの中心を通るように回動板PT
1によって規定される分析アームの位置を、入射角測定
用の基準とする。レーザビームの光軸を用いて試料表面
とレーザビームとの間で完全な平行が維持されるよう
に、すなわちレーザビームが試料表面をかすめて入射す
るように試料支持装置の軸θ１′及びθ２を中心として
回動させる。次に、軸T3に沿ってレーザビームの半分が
かくれるまで並進させる。これにより、照明アームの焦
点F2′が試料表面上に位置することになる。軸θ１′，
θ2,θ３を中心として回動させても（同様に軸T1及びT2
に沿って並進させても）、試料軸T3に沿う位置は変化し
ないので、調整が改善されセッティングを確実に行なう
ことができる。
これらの調整の後、分析アームを回動させて測定位置に
セットすることができる。回動板PT1の回動は1/100゜の
精度で測定されるので、入射角は高精度に決定される。
セットすることができる。回動板PT1の回動は1/100゜の
精度で測定されるので、入射角は高精度に決定される。
測定系の本体を上述した測定形態とすることによって検
出した信号を考慮することにより、試料表面の全方位に
ついて測定することができる。回転検光子を角周波数ω
で回転させる。検出信号は２ωの周期の周波数を有す
る。試料が入射面に対して正しくない位置にあれば、周
波数ωの周期的な期間が信号に現われる。従って、試料
の位置決めは軸θ１′及びθ２について回動させること
により達成されるので、周波数ωの寄生成分が除去され
る。周波数２ωの信号の２個の周期を重ね合せることに
よりオシロスコープに表示される信号を可視的に検査す
ることにより周波数ωの全ての成分を示すことができ
る。
出した信号を考慮することにより、試料表面の全方位に
ついて測定することができる。回転検光子を角周波数ω
で回転させる。検出信号は２ωの周期の周波数を有す
る。試料が入射面に対して正しくない位置にあれば、周
波数ωの周期的な期間が信号に現われる。従って、試料
の位置決めは軸θ１′及びθ２について回動させること
により達成されるので、周波数ωの寄生成分が除去され
る。周波数２ωの信号の２個の周期を重ね合せることに
よりオシロスコープに表示される信号を可視的に検査す
ることにより周波数ωの全ての成分を示すことができ
る。
自由度（θ3,T1,T2）を維持することにより、もはや試
料面の配向は変化しなくなる。これらの自由度によって
試料上の測定点を選択できる（T1及びT2の並進）と共に
試料の地図表示を達成することができ、試料が動的要因
を示している場合試料と所定の方向、例えば水平方向又
は垂直方向に整列させることができる（軸θ３を中心と
する回転）。
料面の配向は変化しなくなる。これらの自由度によって
試料上の測定点を選択できる（T1及びT2の並進）と共に
試料の地図表示を達成することができ、試料が動的要因
を示している場合試料と所定の方向、例えば水平方向又
は垂直方向に整列させることができる（軸θ３を中心と
する回転）。
試料支持装置の自由度の機能は、次のように要約するこ
とができる。
とができる。
軸θ１を中心にして回動することにより入射角を調整
することができる。
することができる。
軸θ１′及びθ２を中心にして回動させることによ
り、すなわち試料を焦点F2′を中心にして直交する２個
の面内で回動させることにより光路に対して試料を配向
させることができる。
り、すなわち試料を焦点F2′を中心にして直交する２個
の面内で回動させることにより光路に対して試料を配向
させることができる。
軸θ３を中心にして回動させることにより焦点F2′を
通る軸を中心にして試料面内で試料を回動させることが
できる。
通る軸を中心にして試料面内で試料を回動させることが
できる。
T1及びT2方向に並進させることにより測定されるべき
試料上の点を選択することができる。
試料上の点を選択することができる。
T3方向に並進させることにより、焦点F2′の面内に試
料を位置させることができ、試料の厚さが異なる場合に
有効である。
料を位置させることができ、試料の厚さが異なる場合に
有効である。
試料を位置決めしたら、偏光子及び検光子の角度位置を
マークする。これは、次式で規定される残差Ｒを最小に
することにより行なわれる。
マークする。これは、次式で規定される残差Ｒを最小に
することにより行なわれる。
Ｒ＝１−η２（α２＋β２） ここで、η２は検出器から供給される信号を濾波する電
子検出系により発生する減衰係数である。
子検出系により発生する減衰係数である。
残差Ｒを測定するため偏光子を手動によって位置Ｐの近
傍、すなわち位置P0に位置させる。残差及び信号の位相
の値を、間隔P0−ΔP0,P0＋ΔP0の2N＋１個の等距離点
で測定する。最小値付近の残差の変化を、最小象限法に
よって係数が計算されるパラボリック関数によって近似
する。
傍、すなわち位置P0に位置させる。残差及び信号の位相
の値を、間隔P0−ΔP0,P0＋ΔP0の2N＋１個の等距離点
で測定する。最小値付近の残差の変化を、最小象限法に
よって係数が計算されるパラボリック関数によって近似
する。
この手法により、2/100゜の角度の精度で偏光子を位置
決めできると共に測定されたフーリエ係数から減衰及び
位相差について補正されたフーリエ係数を形成するため
に必要な全てのパラメータを決定することができる。
決めできると共に測定されたフーリエ係数から減衰及び
位相差について補正されたフーリエ係数を形成するため
に必要な全てのパラメータを決定することができる。
減衰η２をＲ＝１−η２の最小値から取り出す。この値
は増幅器の時定数及び検出器の帯域に依存する。フォト
マルチプライヤに関し、その帯域は変調周波数に関し極
めて大きく、時定数は0.1m秒であり検光子の回転周波数
は20Hzであるから、Ｒの最小値は約0.004になる。
は増幅器の時定数及び検出器の帯域に依存する。フォト
マルチプライヤに関し、その帯域は変調周波数に関し極
めて大きく、時定数は0.1m秒であり検光子の回転周波数
は20Hzであるから、Ｒの最小値は約0.004になる。
位相差の測定に関し、偏光子がＰ＝０に位置する場合α
及びβの値はそれぞれ１及び０とする必要がある。Ｐ＝
０におけるフーリエ係数の測定により位相差の値は次
式で与えられる。
及びβの値はそれぞれ１及び０とする必要がある。Ｐ＝
０におけるフーリエ係数の測定により位相差の値は次
式で与えられる。
測定を行なうに当って、偏光子を再生位相として決定し
た位置Ｐ＝０からある角度だけずらす。
た位置Ｐ＝０からある角度だけずらす。
第１図は試料表面での反射場の状態を示す模式図、 第２図は本発明による楕円偏光計に用いるモノクロメー
タの構成を示す線図、 第３図は本発明による照明アームの構成を示す線図、 第４図は本発明により楕円偏計の地図表示に好適な試料
支持装置の構成を示す斜視図、 第５図は試料支持装置及び検出計を具える分析アームの
構成を示す線図である。 Ｅ……試料、Ｓ……光源 Ｆ……入射スリット M1,M2,M9,M10……球面ミラー PR1,PR2,PR1′,PR2′……プリズム Ｆ′……出射スリット、PT1,PT2……回動板 10,20,30,40……プレート 11,12……ゴニオクレードル Ｐ……偏光子、Ａ……検光子
タの構成を示す線図、 第３図は本発明による照明アームの構成を示す線図、 第４図は本発明により楕円偏計の地図表示に好適な試料
支持装置の構成を示す斜視図、 第５図は試料支持装置及び検出計を具える分析アームの
構成を示す線図である。 Ｅ……試料、Ｓ……光源 Ｆ……入射スリット M1,M2,M9,M10……球面ミラー PR1,PR2,PR1′,PR2′……プリズム Ｆ′……出射スリット、PT1,PT2……回動板 10,20,30,40……プレート 11,12……ゴニオクレードル Ｐ……偏光子、Ａ……検光子
Claims (5)
- 【請求項１】試料の表面を所定の入射角で照明するため
の焦点を有する照明装置と、試料表面から反射された光
を分析する装置と、試料の表面上の１点を焦点と一致さ
せることができる試料支持装置とを具えた分光楕円偏光
計において、前記試料支持装置は３個の並進板、即ち第
１の水平方向に移動する第１の並進板、試料の地図表示
を実現するために第１の水平方向に垂直の第２の方向に
移動する第２の並進板及び試料の表面上の１点を前記焦
点と一致させるために他の２方向に垂直の第３の方向に
移動する第３の並進板を具えると共に、２個の回転板、
即ち前記第１の水平方向に平行な第１の軸を中心に回転
する第１の回転板及び前記第２の方向に平行な第２の軸
を中心に回転する第２の回転板を具え、前記第１の軸と
第２の軸を前記焦点と一致する点で互いに交差するよう
して試料を２つの直交面内で前記焦点を中心に回転させ
ることができるようにしたことを特徴とする分光楕円偏
光計。 - 【請求項２】前記試料支持装置は前記焦点を通る垂直軸
を有する回転支持体を具え、その上に前記分析装置を装
着して入射角を変え得るようにしてあることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の分光楕円偏光計。 - 【請求項３】前記試料支持装置は前記第１及び第２の軸
に垂直の第３の軸を有する試料支持用の第３の回転板を
具え、試料を試料平面内で回転し得るようにしてあるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
分光楕円偏光計。 - 【請求項４】前記第１の回転板を前記第２の回転板上に
直接装着し、且つ前記第２及び第３の並進板をこの順序
で前記第２の回転板上に重ね、前記第３の並進板により
試料と一体の第１の並進板を支持してあることを特徴と
する特許請求の範囲第１〜３項の何れかに記載の分光楕
円偏光計。 - 【請求項５】前記第３の回転板は前記第１の並進板上に
装着してあることを特徴とする特許請求の範囲第３項に
記載の分光楕円偏光計。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8614124A FR2605106B1 (fr) | 1986-10-10 | 1986-10-10 | Porte-echantillon pour un ellipsometre spectroscopique a haute resolution laterale |
| FR8614124 | 1986-10-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63108236A JPS63108236A (ja) | 1988-05-13 |
| JPH0692917B2 true JPH0692917B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=9339749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62254829A Expired - Lifetime JPH0692917B2 (ja) | 1986-10-10 | 1987-10-12 | 分光楕円偏光計 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4834539A (ja) |
| EP (1) | EP0266814B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0692917B2 (ja) |
| DE (1) | DE3770760D1 (ja) |
| FR (1) | FR2605106B1 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0374348U (ja) * | 1989-11-20 | 1991-07-25 | ||
| US5166752A (en) * | 1990-01-11 | 1992-11-24 | Rudolph Research Corporation | Simultaneous multiple angle/multiple wavelength ellipsometer and method |
| JP2574720Y2 (ja) * | 1990-10-15 | 1998-06-18 | 富士ゼロックス株式会社 | 傷検査用光学装置の位置調整装置 |
| US5129724A (en) * | 1991-01-29 | 1992-07-14 | Wyko Corporation | Apparatus and method for simultaneous measurement of film thickness and surface height variation for film-substrate sample |
| JPH06281567A (ja) * | 1992-02-29 | 1994-10-07 | New Oji Paper Co Ltd | 複屈折測定装置 |
| US6734967B1 (en) * | 1995-01-19 | 2004-05-11 | Kla-Tencor Technologies Corporation | Focused beam spectroscopic ellipsometry method and system |
| US5608526A (en) * | 1995-01-19 | 1997-03-04 | Tencor Instruments | Focused beam spectroscopic ellipsometry method and system |
| US5581350A (en) * | 1995-06-06 | 1996-12-03 | Tencor Instruments | Method and system for calibrating an ellipsometer |
| US5866900A (en) * | 1996-01-05 | 1999-02-02 | Raytheon Ti Systems, Inc. | Method and apparatus for calibrating a focal plane array of an image detector |
| JP4168543B2 (ja) * | 1998-10-08 | 2008-10-22 | 株式会社ニコン | 光学特性測定ユニット |
| US7230699B1 (en) * | 2002-10-15 | 2007-06-12 | J.A. Woollam Co., Inc. | Sample orientation system and method |
| US6642066B1 (en) | 2002-05-15 | 2003-11-04 | Advanced Micro Devices, Inc. | Integrated process for depositing layer of high-K dielectric with in-situ control of K value and thickness of high-K dielectric layer |
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