JPH0772013A - Ellipsometer - Google Patents

Ellipsometer

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JPH0772013A
JPH0772013A JP21739793A JP21739793A JPH0772013A JP H0772013 A JPH0772013 A JP H0772013A JP 21739793 A JP21739793 A JP 21739793A JP 21739793 A JP21739793 A JP 21739793A JP H0772013 A JPH0772013 A JP H0772013A
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JP
Japan
Prior art keywords
light
sample
image sensor
incident
ellipsometer
Prior art date
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Pending
Application number
JP21739793A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuru Higashiya
満 東谷
Kunio Sekine
国夫 関根
Masao Koga
正男 古賀
Kazutomi Tomita
千登美 富田
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PHOTO DEVICE KK
Original Assignee
PHOTO DEVICE KK
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to simultaneously measure plural positions of a sample by arranging a beam expander to make light incident on the surface of the sample turn into thick parallel light while an image sensor comprising a plurality of photodetecting members is used as detector. CONSTITUTION:A beam expander 16 which is adapted to make light made incident on a sample 13 turn into thick parallel light in an optical path immediately before light from a light source 11 enters the sample 13 and an image sensor 15 is used as detector for detecting the reflected light from the sample 13. Moreover, a rotation holding mechanism for holding the sensor 15 is provided so as to keep the surface of the sample 13 parallel with a photodetecting surface of the sensor 15 regardless of the incident angle of the light on the surface of the sample 13 to prevent the deformation of the sample 13 developed free from changes in the angle of incidence at which the light emitted from the expander 16 enters the sample 13. This makes simultaneously measure the sample 13 at a plurality of measuring points and dispenses with correction processing in the image display, thereby allowing the lowering of costs.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、基板表面および基板内
部からの出射光の偏光状態の変化から、基板もしくは基
板表面に付着した膜の光学定数や膜厚および複屈折性等
の物理的な量を測定するエリプソメータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is based on a change in the polarization state of light emitted from the surface of the substrate and the inside of the substrate to determine the physical constants such as optical constants, film thickness and birefringence of the film attached to the substrate or the surface of the substrate. An ellipsometer for measuring quantity.

【0002】[0002]

【従来の技術】偏光解析は試料表面に測定用の光を入射
させ、その出射光の偏光状態の変化から試料の物性に起
因する位相差を示すΔと、振幅反射率比を示すΨとを求
め、これらの値から試料または試料表面に付着した膜の
屈折率、吸収率、複屈折性および膜厚等を同定するもの
である。
2. Description of the Related Art In polarization analysis, measurement light is incident on the surface of a sample, and Δ indicating the phase difference due to the physical properties of the sample from the change in the polarization state of the emitted light and Ψ indicating the amplitude reflectance ratio. Then, the refractive index, the absorptivity, the birefringence and the film thickness of the sample or the film attached to the sample surface are identified from these values.

【0003】上記のΔ,Ψを高速に求めるための方法と
して回転検光子法が一般的であり、回転検光子法を実現
するための光学系としては、図8に示されるものがあ
る。
The rotation analyzer method is generally used as a method for obtaining the above Δ and Ψ at high speed, and an optical system for realizing the rotation analyzer method is shown in FIG.

【0004】図示される光学系は、光源81、偏光子8
2、検光子84および検出器85から構成されるもの
で、光源81から出射された光が偏光子82を通過し、
試料83にて反射された後に検光子84を通過して検出
器85に入射するように構成されている(P−S−A
系)。
The illustrated optical system includes a light source 81 and a polarizer 8.
2, the analyzer 84 and the detector 85, the light emitted from the light source 81 passes through the polarizer 82,
After being reflected by the sample 83, it passes through the analyzer 84 and enters the detector 85 (P-S-A).
system).

【0005】Δ,Ψの測定時には、偏光子82を所定の
方位に設定して試料に直線偏光光を入射させ、検光子8
4を回転させたときの検出器85の出力強度変化から
Δ,Ψが変数の関数として表されるフーリエ係数を求
め、これを解いてΔ,Ψを算出する。
At the time of measuring Δ and Ψ, the polarizer 82 is set in a predetermined direction and linearly polarized light is incident on the sample, and the analyzer 8
From the change in the output intensity of the detector 85 when 4 is rotated, a Fourier coefficient in which Δ and Ψ are represented as a function of variables is obtained, and this is solved to calculate Δ and Ψ.

【0006】回転検光子法の他の光学系としては、図9
に示すように、偏光子81と試料83との間に光学位相
板(λ/4板)91を設け、偏光子82と光学位相板9
1を所定の方位に設定して試料83に入射される光を円
偏光光や楕円偏光光とし、検光子84か位相子91を回
転させたときの検出器85の出力強度変化からΔ,Ψを
変数に持つとして表されるフーリエ係数を求め、これを
解いてΔ,Ψを算出するもの(P−C−S−A系)や図
10に示すように光学位相板91を出射光側に設けたも
の(P−S−C−A系)がある。
Another optical system of the rotation analyzer method is shown in FIG.
, An optical phase plate (λ / 4 plate) 91 is provided between the polarizer 81 and the sample 83, and the polarizer 82 and the optical phase plate 9 are provided.
1 is set to a predetermined azimuth and the light incident on the sample 83 is circularly polarized light or elliptically polarized light, and Δ, Ψ from the output intensity change of the detector 85 when the analyzer 84 or the phaser 91 is rotated. To obtain a Fourier coefficient expressed as having a variable and calculate Δ and Ψ (P-C-S-A system) or an optical phase plate 91 on the outgoing light side as shown in FIG. Some are provided (P-S-C-A system).

【0007】試料83が載置される試料台(不図示)は
試料表面と平行に移動可能に構成され、上記の各光学系
を用いた実際の測定においては、所望とする試料の測定
点に光が照射される。試料の複数箇所を測定する場合に
は、試料台を移動させることにより各測定点での測定が
順次行われる。
A sample table (not shown) on which the sample 83 is placed is constructed so as to be movable in parallel with the sample surface. In actual measurement using the above-mentioned optical systems, the sample is measured at a desired measurement point of the sample. Light is emitted. When measuring a plurality of points on the sample, the sample stage is moved to sequentially perform the measurement at each measurement point.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のエリプ
ソメータは、同一の試料に複数の測定点が存在する場合
には各測定点での測定を順次行う構成であるが、成膜動
作中の薄膜の厚さを測定する場合等には測定点を移動さ
せる間に膜厚変化が生じてしまい、測定が意味をなさな
いものとなってしまうという問題点がある。
The above-described conventional ellipsometer has a structure in which, when a plurality of measurement points are present on the same sample, the measurement at each measurement point is sequentially performed. In the case of measuring the thickness of the film, there is a problem that the film thickness changes during the movement of the measurement point, which makes the measurement meaningless.

【0009】本発明は上述したような従来の技術が有す
る問題点に鑑みてなされたものであって、試料の複数箇
所を同時に測定することのできるエリプソメータを実現
することを目的とする。
The present invention has been made in view of the problems of the above-described conventional technique, and an object of the present invention is to realize an ellipsometer capable of simultaneously measuring a plurality of points of a sample.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明のエリプソメータ
は、試料表面に光を入射させ、その出射光の偏光状態の
変化から試料または試料表面に付着した膜の屈折率、吸
収率、複屈折性および膜厚等を測定する演算処理系より
構成されるエリプソメータにおいて、試料表面に入射す
る光を太い平行光とするためのビームエキスパンダが設
けられ、出射光の偏光状態の変化を検出するための検出
器として複数の受光部材からなるイメージセンサが用い
られる。
The ellipsometer of the present invention is characterized in that light is incident on the surface of a sample, and the refractive index, absorptivity, and birefringence of the film adhered to the sample or the sample surface are determined by the change in the polarization state of the emitted light. In an ellipsometer consisting of an arithmetic processing system for measuring the film thickness and the like, a beam expander is provided to make the light incident on the sample surface into a thick parallel light, and to detect changes in the polarization state of the emitted light. An image sensor including a plurality of light receiving members is used as a detector.

【0011】この場合、試料表面に光が入射される角度
に関わらずに、試料表面とイメージセンサの受光面とが
平行を保つようにイメージセンサを保持する回転保持機
構を設けてもよい。
In this case, a rotation holding mechanism for holding the image sensor may be provided so that the surface of the sample and the light receiving surface of the image sensor are kept parallel to each other regardless of the angle of incidence of light on the surface of the sample.

【0012】さらに、イメージセンサを構成する受光部
材のうち、測定に用いられるものが試料表面に光が入射
される角度に応じて決定されるよう構成してもよい。
Further, among the light receiving members constituting the image sensor, the one used for measurement may be determined according to the angle at which the light is incident on the sample surface.

【0013】また、試料表面に光を入射させ、その出射
光の偏光状態の変化を検出する光学系と、該偏光状態の
変化から試料または試料表面に付着した膜の屈折率、吸
収率、複屈折性および膜厚等を測定する演算処理系より
構成されるエリプソメータにおいて、光学系には、試料
に入射する光を太い平行光とするためのビームエキスパ
ンダが設けられるとともに出射光の偏光状態の変化を検
出するための検出器として複数の受光部材からなるイメ
ージセンサが用いられ、演算処理系には、入力信号をデ
ィジタル値に変換する複数のディジタル変換器と、イメ
ージセンサより順次出力される各受光部材の出力信号を
入力し、所定の受光部材から出力される信号は前記複数
のディジタル変換器のうちの特定のディジタル変換器へ
順次切替えて出力する切替スイッチと、前記複数のディ
ジタル変換器の各出力について試料または試料表面に付
着した膜の屈折率、吸収率、複屈折性および膜厚等を演
算する演算処理部とが設けられている。
Further, an optical system for injecting light on the sample surface and detecting a change in the polarization state of the emitted light, and a refractive index, an absorptivity, and a complex index of a film attached to the sample or the sample surface based on the change in the polarization state. In an ellipsometer composed of an arithmetic processing system for measuring refractivity and film thickness, etc., the optical system is provided with a beam expander for making the light incident on the sample into thick parallel light, and the polarization state of the outgoing light An image sensor including a plurality of light receiving members is used as a detector for detecting a change, and the arithmetic processing system includes a plurality of digital converters for converting an input signal into a digital value and the image sensors sequentially outputting the digital signals. An output signal of the light receiving member is input, and a signal output from a predetermined light receiving member is sequentially switched to a specific digital converter of the plurality of digital converters and output. A changeover switch, the refractive index of the film deposited on the sample or specimen surface for each output of said plurality of digital converter, absorption rate, and a calculation processing unit for calculating the birefringence and the film thickness and the like are provided that.

【0014】[0014]

【作用】試料表面に照射される光が太い平行光とされ、
その反射光を検出する検出器にイメージセンサが用いら
れるので、複数の測定点についての測定を同一の時間内
に行うことが可能となる。
[Function] The light irradiating the sample surface is thick parallel light,
Since the image sensor is used as the detector that detects the reflected light, it is possible to perform measurement at a plurality of measurement points within the same time.

【0015】複数のディジタル変換器および切替スイッ
チを設けた場合には、各測定点毎に1つのディジタル変
換器が用いることができるので、1つの測定点を測定す
るのとほぼ同じ測定時間にて測定がなされる。
When a plurality of digital converters and changeover switches are provided, one digital converter can be used for each measuring point, and therefore, at the same measurement time as that for measuring one measuring point. The measurement is made.

【0016】また、試料の移動無しで膜厚や屈折率の分
布を測定できる。
Further, the distribution of the film thickness and the refractive index can be measured without moving the sample.

【0017】回転保持機構を設けたものにおいては、試
料表面に光が入射される角度に関することなく試料表面
での光の形状とイメージセンサの受光面での光の形状が
同じものとなるので、各受光部材の検出結果を用いてイ
メージ表示する場合に補正処理を行う必要がなくなる。
このことは、測定に用いる受光部材を試料表面に光が入
射される角度に応じて決定するものにおいても同様であ
る。
In the case where the rotation holding mechanism is provided, the shape of the light on the sample surface and the shape of the light on the light receiving surface of the image sensor are the same regardless of the angle at which the light is incident on the sample surface. It is not necessary to perform correction processing when displaying an image using the detection result of each light receiving member.
The same applies to the case where the light receiving member used for measurement is determined according to the angle at which light is incident on the sample surface.

【0018】[0018]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.

【0019】図1乃至図3のそれぞれは、図8乃至図1
0に示した従来例と同様の(P−S−A系)、(P−C
−S−A系)および(P−S−C−A系)の光学系に本
発明の構成を用いた実施例の構成を示す図である。
FIGS. 1 to 3 respectively correspond to FIGS.
(P-S-A system), (P-C) similar to the conventional example shown in FIG.
It is a figure which shows the structure of the Example which used the structure of this invention for the optical system of -S-A system) and (P-S-C-A system).

【0020】各図中の光源11、偏光子12、試料1
3、検光子14および光学位相板21のそれぞれは、図
8乃至図9中の光源81、偏光子82、試料83、検光
子84および光学位相板91と同様であるが、図1乃至
図3に示される各実施例とも、試料13に入射する直前
の光路中に、試料13への入射光を太い平行光とするた
めのビームエキスパンダ16が設けられ、また、試料1
3から出射した光を受光する検出器としてイメージセン
サ15が用いられている。
Light source 11, polarizer 12 and sample 1 in each figure
3, the analyzer 14 and the optical phase plate 21 are the same as the light source 81, the polarizer 82, the sample 83, the analyzer 84, and the optical phase plate 91 in FIGS. 8 to 9, respectively. In each of the embodiments shown in FIG. 1, a beam expander 16 for making the incident light on the sample 13 into a thick parallel light is provided in the optical path immediately before entering the sample 13, and the sample 1
The image sensor 15 is used as a detector that receives the light emitted from the light source 3.

【0021】図4は上記の各光学系により検出された測
定光強度からΔ,Ψの値を求める演算処理系の構成を示
すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing the arrangement of an arithmetic processing system for obtaining the values of Δ and Ψ from the measured light intensities detected by the above optical systems.

【0022】本演算処理系は、切替スイッチ31と、デ
ィジタル変換器321,322,・・・,32nより構成
されるディジタル変換処理部32と、演算処理部33お
よび表示部34より構成されている。
This arithmetic processing system is composed of a changeover switch 31, a digital conversion processing section 32 composed of digital converters 32 1 , 32 2 , ..., 32 n , an arithmetic processing section 33 and a display section 34. Has been done.

【0023】上述したイメージセンサ15の各受光部材
からの信号の読出し動作、切替スイッチの切替動作、各
ディジタル変換器321〜32nにおける変換動作は、不
図示の制御装置によって制御される。制御装置はこの他
に、図1乃至図3に示した検光子14の回転状態(必要
に応じて偏光子12および光学位相板21の回転状態)
をも制御するもので、検光子14を所定角度回転させる
毎にイメージセンサ15の出力値をディジタル変換させ
る。
The operation of reading the signals from the respective light receiving members of the image sensor 15, the operation of switching the changeover switch, and the converting operation of each of the digital converters 32 1 to 32 n are controlled by a controller (not shown). In addition to this, the control device also rotates the analyzer 14 shown in FIGS. 1 to 3 (the polarizer 12 and the optical phase plate 21 are rotated if necessary).
The output value of the image sensor 15 is digitally converted every time the analyzer 14 is rotated by a predetermined angle.

【0024】イメージセンサ15を構成する複数の受光
部材から順次読み出される受光信号は切替スイッチ31
に入力される。切替スイッチ31は、目的とする複数の
測定点に設けられた受光部材からの信号をそれぞれ選択
してディジタル変換処理部32内のディジタル変換器3
1〜32nへ順次切替えて出力する。ディジタル変換器
321〜32nのそれぞれは、サンプルホールド回路およ
びA/Dコンバータとを具備するもので、上記の複数ビ
ットの信号は各ディジタル変換器321〜32nにてディ
ジタル信号に変換されて演算処理部33へ出力される。
演算処理部33では、入力値に示される光強度の変化か
ら各測定点におけるΔ,Ψの値を求め、該値を表示する
表示信号を生成して表示部34へ出力する。表示部34
では該表示信号にしたがった表示動作を行い、測定者へ
の測定結果の表示がなされる。
The light receiving signals sequentially read from the plurality of light receiving members forming the image sensor 15 are changeover switches 31.
Entered in. The changeover switch 31 selects the signals from the light receiving members provided at a plurality of target measurement points and selects the digital converter 3 in the digital conversion processing unit 32.
2 1 to 32 n are sequentially switched and output. Each of the digital converters 32 1 to 32 n includes a sample hold circuit and an A / D converter, and the above-mentioned multi-bit signal is converted into a digital signal by each of the digital converters 32 1 to 32 n . And is output to the arithmetic processing unit 33.
The arithmetic processing unit 33 obtains the values of Δ and Ψ at each measurement point from the change in light intensity indicated by the input value, generates a display signal for displaying the values, and outputs the display signal to the display unit 34. Display unit 34
Then, the display operation is performed according to the display signal, and the measurement result is displayed to the measurer.

【0025】測定点に該当するイメージセンサ15の受
光部材を選択する動作は、制御手段が、入力手段(不図
示)になされた測定者入力にしたがってイメージセンサ
15の読出しタイミングに合わせて切替スイッチ31を
切り換えることによってなされる。
In the operation of selecting the light-receiving member of the image sensor 15 corresponding to the measurement point, the control means changes the switch 31 in accordance with the reading timing of the image sensor 15 according to the operator's input to the input means (not shown). Is done by switching.

【0026】測定点としては任意の離れた点を選択する
ことも当然できるが、図5の斜線部に示すように、所定
エリアの受光部材51をまとめて選択することにより、
測定誤差を軽減して測定精度を向上することもできる。
It is of course possible to select arbitrarily distant points as the measurement points, but as shown by the shaded area in FIG. 5, by collectively selecting the light receiving members 51 in a predetermined area,
It is also possible to reduce measurement error and improve measurement accuracy.

【0027】上記のような光学系および演算処理系を用
いることによって、複数の測定点の測定を同時に行うこ
とができ、同一時刻におけるΔ,Ψを求めることが可能
となる。Δ,Ψを用いて膜厚を同定する場合には同一時
刻での試料表面の形状を確認することが可能となる。
By using the optical system and the arithmetic processing system as described above, it is possible to measure a plurality of measurement points at the same time, and it is possible to obtain Δ and Ψ at the same time. When the film thickness is identified using Δ and Ψ, it is possible to confirm the shape of the sample surface at the same time.

【0028】本発明の光学系の構成においては、ビーム
エキスパンダ16が挿入されるため、演算処理部33は
ビームエキスパンダ16を挿入したことによって生じる
誤差(ビームエキスパンダの構成によって異なる)を考
慮してΔ,Ψを算出する。
In the configuration of the optical system of the present invention, since the beam expander 16 is inserted, the arithmetic processing unit 33 considers the error (depending on the configuration of the beam expander) caused by inserting the beam expander 16. Then, Δ and Ψ are calculated.

【0029】また、図1乃至図3のいずれに示した光学
系においても、試料13に照射される光の形状は、ビー
ムエキスパンダ16を出射した光の形状およびイメージ
センサ15の受光面での形状とは異なるものとなる。ビ
ームエキスパンダ16からの出射光の形状を図6(a)
に示すように円形であると仮定すると、試料13上での
照射光の形状は、図6(b)に示すように光の進行方向
に沿って伸びた楕円形となる。この場合の楕円形状は、
測定を行う際のビームエキスパンダ16の出射光が試料
13へ入射する角度(入射角度)によって異なるものと
なる。このため、入射角度が変更されると、試料13の
同一箇所にて反射された光であっても異なる場所に設け
られた受光部材51(図5参照)にて受光されることと
なる。この状態で表示が行われると、試料13の各計測
点について測定者が誤認識をする恐れがあるため、図4
に示される演算処理部33は、各入射角度毎の位置補正
データを備えており、入射角度が変更されたときには、
該入射角度に応じた受光部材51(およびディジタル変
換器出力)を選択するように構成され、表示部34に表
示される試料13に変形が生じることを防いでいる。
Further, in any of the optical systems shown in FIGS. 1 to 3, the shape of the light with which the sample 13 is irradiated depends on the shape of the light emitted from the beam expander 16 and the light receiving surface of the image sensor 15. The shape will be different. The shape of the light emitted from the beam expander 16 is shown in FIG.
Assuming that the sample 13 has a circular shape, the shape of the irradiation light on the sample 13 becomes an elliptical shape extending along the traveling direction of the light, as shown in FIG. 6B. The elliptical shape in this case is
The light emitted from the beam expander 16 at the time of measurement varies depending on the angle of incidence on the sample 13 (incident angle). Therefore, when the incident angle is changed, the light reflected at the same location on the sample 13 is received by the light receiving member 51 (see FIG. 5) provided at a different location. When the display is performed in this state, the measurer may erroneously recognize each measurement point of the sample 13, so that the measurement result shown in FIG.
The arithmetic processing unit 33 shown in FIG. 3 includes position correction data for each incident angle, and when the incident angle is changed,
The light receiving member 51 (and the digital converter output) is selected according to the incident angle, and deformation of the sample 13 displayed on the display unit 34 is prevented.

【0030】上記のような補正を行う場合、各入射角度
毎の補正データの量は大容量となり、装置の製造コスト
が高くなることが考えられる。
When the above-described correction is performed, the amount of correction data for each incident angle becomes large, and the manufacturing cost of the device may increase.

【0031】図7は位置補正データを用いることなく、
試料13の各計測点について測定者が誤認識することを
防止するための光学系を示す図である。
In FIG. 7, without using the position correction data,
FIG. 7 is a diagram showing an optical system for preventing a measurer from erroneously recognizing each measurement point of the sample 13.

【0032】図7中のイメージセンサ15は、その受光
面71が試料13の測定面と平行になるように配置され
ている。入射角度が変更される場合にはイメージセンサ
15も検光子14等の他の光学素子とともに移動(回
転)するが、イメージセンサ15に関しては移動方向と
は逆に回転する回転保持機構(不図示)が設けられ、入
射角度の変更に関わらずに、表示部34に表示される試
料13に変形が生じることが防止される。
The image sensor 15 in FIG. 7 is arranged so that its light receiving surface 71 is parallel to the measurement surface of the sample 13. When the incident angle is changed, the image sensor 15 also moves (rotates) along with other optical elements such as the analyzer 14, but the image sensor 15 rotates in a rotation holding mechanism (not shown) opposite to the moving direction. Is provided to prevent the sample 13 displayed on the display unit 34 from being deformed regardless of the change of the incident angle.

【0033】なお、上記各実施例ではディジタル変換器
を複数設け、イメージセンサからの信号を切替スイッチ
によって切替える構成を示したが、これは測定時間を従
来と同様とするためである。1つのディジタル変換器に
測定点に置かれた受光部材からの信号を順次入力して変
換させる構成としても当然よい。この場合には測定時間
が長くなるものの、演算処理系に掛かるコストが従来の
ものとほぼ同様となるという利点がある。
In each of the above-mentioned embodiments, a plurality of digital converters are provided and the signal from the image sensor is switched by the changeover switch. This is because the measurement time is the same as the conventional one. Of course, the configuration may be such that the signals from the light receiving members placed at the measurement points are sequentially input to one digital converter and converted. In this case, although the measurement time becomes long, there is an advantage that the cost for the arithmetic processing system becomes almost the same as the conventional one.

【0034】また、複数の測定点に同時に光を照射し、
また、測定光を受光するための構成としてビームエキス
パンダおよびイメージセンサを用いるものとして説明し
たが、光照射手段として1平面にのみ収束作用が生じる
シリンドリカルレンズを用い、受光手段としてラインセ
ンサを用いて、試料台をシリンドリカルレンズによる収
束光と垂直な方向に移動させるように構成してもよい。
この場合には、試料台を移動させることが必要となる
が、試料に照射される光が収束されるために光源に要求
される発生光強度を弱いものとすることができる。
Further, a plurality of measuring points are simultaneously irradiated with light,
Further, although the beam expander and the image sensor are used as the structure for receiving the measurement light, the cylindrical lens that causes the converging action only on one plane is used as the light irradiating means, and the line sensor is used as the light receiving means. The sample stage may be moved in a direction perpendicular to the convergent light by the cylindrical lens.
In this case, it is necessary to move the sample stage, but the intensity of generated light required for the light source can be weakened because the light irradiated on the sample is converged.

【0035】さらに、イメージセンサの直前にレンズを
設けてもよい。レンズを設けることによりイメージセン
サに入射する光の径を調節することができるため、使用
するイメージセンサのサイズが制限されることが防がれ
る。特に、レンズに拡大作用が生じるものを用い、大面
積のイメージセンサを用いることによって試料の微小面
積を拡大して偏光解析を行うことができる。
Further, a lens may be provided immediately before the image sensor. Since the diameter of the light incident on the image sensor can be adjusted by providing the lens, it is possible to prevent the size of the image sensor used from being limited. In particular, by using a lens having a magnifying effect and using a large-area image sensor, it is possible to magnify a minute area of the sample and perform polarization analysis.

【0036】上述した実施例においては、回転検光子法
によりΔ,Ψを求めるものとして説明したが、測定法に
はこの他に光学位相板と検光子、または偏光子と検光子
を交互に回転させて消光させたときの回転角度からΔ,
Ψを求める消光法や、検光子を固定とし、光学位相板を
回転させる回転位相子法等がある。
In the above-mentioned embodiments, the description has been made assuming that Δ and Ψ are obtained by the rotation analyzer method. However, in the measurement method, the optical phase plate and the analyzer, or the polarizer and the analyzer are alternately rotated in addition to this. From the rotation angle when the light is extinguished by
There are an extinction method for obtaining Ψ, a rotating phaser method in which an analyzer is fixed and an optical phase plate is rotated, and the like.

【0037】本発明は回転位相子法には当然適用可能で
あり、また、消光法にも適用可能である。
The present invention is naturally applicable to the rotary retarder method and also applicable to the extinction method.

【0038】消光法において、例えば図2に示した(P
−C−S−A)系の光学系を用いる場合には、光学位相
板21を所定の方位角に固定したうえで、試料13の反
射光が直線偏光となるように偏光子12の方位角を調節
する。これにより、検光子14の角度を調節して消光す
ることが可能となる。該消光時の偏光子12と検光子1
4の方位角からΔ,Ψが求められる。消光状態はイメー
ジセンサ15によって検出可能であり、消光点を探すた
めに検光子を回転させるときには偏光子は停止された状
態である。このため、イメージセンサ15の各受光部材
の光検出強度が最低となるときの検光子の回転角度を検
出することにより回転検光子法と同様に複数の測定点の
Δ,Ψを同時に測定することができる。
In the quenching method, for example, as shown in FIG.
-C-S-A) optical system is used, the optical phase plate 21 is fixed to a predetermined azimuth angle, and then the azimuth angle of the polarizer 12 is adjusted so that the reflected light of the sample 13 becomes linearly polarized light. Adjust. As a result, the angle of the analyzer 14 can be adjusted to extinguish the light. Polarizer 12 and analyzer 1 at the time of extinction
Δ and Ψ are obtained from the azimuth angle of 4. The extinction state can be detected by the image sensor 15, and the polarizer is in a stopped state when the analyzer is rotated to search for the extinction point. Therefore, by detecting the rotation angle of the analyzer when the light detection intensity of each light receiving member of the image sensor 15 becomes the minimum, Δ and Ψ at a plurality of measurement points can be simultaneously measured as in the rotation analyzer method. You can

【0039】さらに近年では上述した回転検光子法、回
転位相子法および消光法の他に、力が加えられたときに
複屈折を生じるPEM(Photo Elastic Modulator)変
調素子を用いた偏光解析法が提唱されている。この場合
にも、本発明の構成を適用できる。
Furthermore, in recent years, in addition to the above-described rotation analyzer method, rotation phaser method, and extinction method, a polarization analysis method using a PEM (Photo Elastic Modulator) modulator that produces birefringence when a force is applied is available. Proposed. Also in this case, the configuration of the present invention can be applied.

【0040】また、設定可能な測定点の範囲はビームエ
キスパンダの能力以外に、検光子の有効面積およびイメ
ージセンサの受光面積によって限定されることになるた
め、試料の表面積によっては従来と同様の試料台の移動
機構を併用しても当然よい。
The range of measurement points that can be set is limited by the effective area of the analyzer and the light receiving area of the image sensor in addition to the capability of the beam expander. Of course, the moving mechanism of the sample stage may be used together.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載するような効果を奏する。
Since the present invention is constructed as described above, it has the following effects.

【0042】請求項1に記載のものにおいては、複数の
測定点についての測定を同時に行うことができる効果が
ある。
According to the first aspect of the invention, there is an effect that the measurement at a plurality of measurement points can be performed simultaneously.

【0043】請求項2に記載のものにおいては、各受光
部材の検出結果を用いてイメージ表示を行う際の補正処
理が不要となり、コストが高くなることを防ぐことがで
きる効果がある。
According to the second aspect of the present invention, there is an effect that a correction process is unnecessary when an image is displayed by using the detection result of each light receiving member, and the cost can be prevented from increasing.

【0044】請求項3に記載のものにおいては、各受光
部材の検出結果を用いてイメージ表示を行うものに、入
射角度による変形が生じることを防止することができる
効果がある。
According to the third aspect, there is an effect that it is possible to prevent the deformation due to the incident angle from occurring in the image display using the detection result of each light receiving member.

【0045】請求項4に記載のものにおいては、1つの
測定点を測定するのとほぼ同じ測定時間にて測定がなさ
れるため、上記効果に加えて測定時間を短縮することが
できる効果がある。
According to the fourth aspect of the invention, since the measurement is performed in substantially the same measurement time as that for measuring one measurement point, there is an effect that the measurement time can be shortened in addition to the above effect. .

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

【図1】本発明の実施例の光学系の構成を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical system according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例の光学系の構成を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an optical system according to an example of the present invention.

【図3】本発明の実施例の光学系の構成を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an optical system according to an example of the present invention.

【図4】本発明の実施例の演算処理系の構成を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an arithmetic processing system according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例を用いて測定を行うときの測定
点の設定例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of setting measurement points when performing measurement using the embodiment of the present invention.

【図6】(a),(b)のそれぞれは、ビームエキスパ
ンダ16からの出射光の形状と、試料13上での照射光
の形状を示す図である。
6A and 6B are diagrams showing the shape of light emitted from the beam expander 16 and the shape of irradiation light on the sample 13. FIG.

【図7】本発明の他の実施例の光学系の構成を示す図で
ある。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an optical system according to another embodiment of the present invention.

【図8】従来例の光学系の構成を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a conventional optical system.

【図9】従来例の光学系の構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an optical system of a conventional example.

【図10】従来例の光学系の構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an optical system of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 光源 12 偏光子 13 試料 14 検光子 15 イメージセンサ 16 ビームエキスパンダ 21 光学位相板 31 切替スイッチ 32 ディジタル変換処理部 321〜323 ディジタル変換器 33 演算処理部 34 表示部 51 受光部材11 light source 12 polarizer 13 sample 14 analyzer 15 image sensor 16 beam expander 21 optical phase plate 31 changeover switch 32 digital conversion processing unit 32 1 to 32 3 digital converter 33 arithmetic processing unit 34 display unit 51 light receiving member

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富田 千登美 神奈川県川崎市宮前区土橋5丁目4番1 フォトデバイス株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Chitomi Tomita 5-4-1, Dobashi, Miyamae-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Photo Device Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料表面に光を入射させ、その出射光の
偏光状態の変化から試料または試料表面に付着した膜の
屈折率、吸収率、複屈折性および膜厚等を測定する演算
処理系より構成されるエリプソメータにおいて、 試料表面に入射する光を太い平行光とするためのビーム
エキスパンダが設けられ、 出射光の偏光状態の変化を検出するための検出器として
複数の受光部材からなるイメージセンサが用いられるこ
とを特徴とするエリプソメータ。
1. An arithmetic processing system in which light is incident on a sample surface and the refractive index, absorptivity, birefringence, film thickness, etc. of the sample or a film attached to the sample surface are measured from changes in the polarization state of the emitted light. In the ellipsometer, the beam expander is provided to convert the light incident on the sample surface into thick parallel light, and an image composed of multiple light-receiving members is used as a detector to detect changes in the polarization state of the emitted light. An ellipsometer characterized in that a sensor is used.
【請求項2】 請求項1記載のエリプソメータにおい
て、 試料表面に光が入射される角度に関わらずに、試料表面
とイメージセンサの受光面とが平行を保つようにイメー
ジセンサを保持する回転保持機構を有することを特徴と
するエリプソメータ。
2. The ellipsometer according to claim 1, wherein the rotation holding mechanism holds the image sensor so that the surface of the sample and the light receiving surface of the image sensor remain parallel to each other regardless of the angle at which the light is incident on the surface of the sample. An ellipsometer characterized by having.
【請求項3】 請求項1記載のエリプソメータにおい
て、 イメージセンサを構成する受光部材のうち、測定に用い
られるものが試料表面に光が入射される角度に応じて決
定されることを特徴とするエリプソメータ。
3. The ellipsometer according to claim 1, wherein among the light receiving members constituting the image sensor, one used for measurement is determined according to an angle at which light is incident on the sample surface. .
【請求項4】 試料表面に光を入射させ、その出射光の
偏光状態の変化を検出する光学系と、該偏光状態の変化
から試料または試料表面に付着した膜の屈折率、吸収
率、複屈折性および膜厚等を測定する演算処理系より構
成されるエリプソメータにおいて、 光学系には、 試料に入射する光を太い平行光とするためのビームエキ
スパンダが設けられるとともに出射光の偏光状態の変化
を検出するための検出器として複数の受光部材からなる
イメージセンサが用いられ、 演算処理系には、 入力信号をディジタル値に変換する複数のディジタル変
換器と、 イメージセンサより順次出力される各受光部材の出力信
号を入力し、所定の受光部材から出力される信号は前記
複数のディジタル変換器のうちの特定のディジタル変換
器へ順次切替えて出力する切替スイッチと、 前記複数のディジタル変換器の各出力について試料また
は試料表面に付着した膜の屈折率、吸収率、複屈折性お
よび膜厚等を演算する演算処理部とが設けられているこ
とを特徴とするエリプソメータ。
4. An optical system in which light is incident on a sample surface and a change in the polarization state of the emitted light is detected, and a refractive index, an absorptivity, and a complex index of a film attached to the sample or the sample surface based on the change in the polarization state. In an ellipsometer consisting of an arithmetic processing system that measures refractivity, film thickness, etc., the optical system is equipped with a beam expander for making the light incident on the sample into thick parallel light and An image sensor consisting of a plurality of light receiving members is used as a detector for detecting changes, and the arithmetic processing system has a plurality of digital converters for converting an input signal into a digital value and each output from the image sensor in sequence. The output signal of the light receiving member is input, and the signal output from the predetermined light receiving member is sequentially switched and output to a specific digital converter among the plurality of digital converters. A changeover switch and an arithmetic processing unit for calculating the refractive index, absorptivity, birefringence, film thickness, etc. of the sample or a film attached to the sample surface for each output of the plurality of digital converters are provided. Characteristic ellipsometer.
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