JPS6250769B2 - - Google Patents
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- JPS6250769B2 JPS6250769B2 JP22731882A JP22731882A JPS6250769B2 JP S6250769 B2 JPS6250769 B2 JP S6250769B2 JP 22731882 A JP22731882 A JP 22731882A JP 22731882 A JP22731882 A JP 22731882A JP S6250769 B2 JPS6250769 B2 JP S6250769B2
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- JP
- Japan
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- analyzer
- light
- sample
- refractive index
- polarized light
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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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
この発明は測光型偏光解析装置に関するもので
ある。 周知のように、偏光解析は反射面の振幅反射係
数比｜Ｒp｜／｜Ｒs｜と位相差〓を測定し、これ
から反射面の性質を求めることにある。一般に電
媒質の面に直線偏光を入射すると、反射光も直線
偏光となる。入射面に対して45゜傾いた方向に振
動する直線偏光を入射させると、反射光のｐ成分
（入射面内の偏光成分）とｓ成分（入射面に垂直
な偏光成分）との振幅の比はフレネルの振幅反射
係数の比ｒp／ｒsに等しい。ｐ成分とｓ成分の位
相差Δは直線偏光であるから０゜，180゜以外の
値は取り得ない。ところで電媒質の表面に内部と
異なる層が存在すると、反射光は直線偏光となら
ず楕円偏光となる。従つて０゜，180゜以外の位
相差をもつことになる。この反射楕円偏光を測定
すれば表面層の性質すなわち厚さや屈折率を知る
ことができる。 例えば固体表面上に一層の薄膜が形成されてい
る場合を考えてみると、第１図に示すように基体
の屈折率をｎs、薄膜の屈折率をｎ、膜厚をｄと
し、真空中より単色平行光線が入射角φで試料に
入射したとすると、ｐ方向（入射光線と法線を含
む面に平行な方向）およびｓ方向（同じ面に垂直
な方向）の複素反射率Ｒp，Ｒsはそれぞれ で表わされる。 但し、 δ＝（720／λ）ｄ（ｎ−sin2φ）〓
（degree） (3) であり、ここでλは入射光の波長、φ１は薄膜内
の屈折角、φ２は基体内の屈折角、ｉ＝√−１で
ある。 入射光と反射光の間の偏光状態の変化を決める
のは上述のようにＲpとＲsとの比であり、これは Ｒｐ／Ｒｓ＝｜Ｒｐ｜／｜Ｒｓ｜ｅ(〓p-〓s)＝tanψｅ
i〓(4) で表わされ、パラメータψ，Δは表面の光学定数
や膜厚と一定の関係が成り立ち、薄膜の膜厚ｄと
屈折率ｎのみが未知のときはｎ，ｄの関数とな
る。従つて式(1)〜(4)から、パラメータψ，Δは、 で表わされる。 偏光解析法で決められるのは上述のように入射
光と反射光との間の偏光状態の変化を表わすパラ
メータψ，Δすなわち振幅反射係数比および位相
差であり、式(5)を逆に解けば薄膜の膜厚ｄと屈折
率ｎを求めることができる。 ところで偏光部変調測光型偏光解析装置には偏
光子を回転する方法および偏光子の後に電磁気的
変調器を設けて変調する方法がある。この変調さ
れる偏光角をＰとすると反射偏光が検光子を通り
受光器に達する光度Ｉ（Ｐ）は一般に Ｉ（Ｐ） ＝I0（１＋ａ・cos2P＋ｂ・sin2P） (6) で表わすことができ、Ｐについて０゜〜360゜の
間の何点かの角度における光度Ｉ（Ｐ）を測定
し、それらの角度Ｐについてフーリエ変換すれば
上記式の係数ａ，ｂを求めることができる。 従来の回転偏光子測光型偏光解析装置では、第
２図に示すように偏光部は光源１と偏光子２とか
ら構成されており、検光子４の方位角は試料３の
入射面（入射光線と試料に対する法線を含む面）
に対し45゜に設定される。また第２図において５
は受光器である。この状態ではψ，Δは式(6)から
得られるa1，b1から関係式 で求めることができる（第４図Ａ）。ところがΔ
についてはΔ＝０゜，180゜の近 傍で
ある。 周知のように、偏光解析は反射面の振幅反射係
数比｜Ｒp｜／｜Ｒs｜と位相差〓を測定し、これ
から反射面の性質を求めることにある。一般に電
媒質の面に直線偏光を入射すると、反射光も直線
偏光となる。入射面に対して45゜傾いた方向に振
動する直線偏光を入射させると、反射光のｐ成分
（入射面内の偏光成分）とｓ成分（入射面に垂直
な偏光成分）との振幅の比はフレネルの振幅反射
係数の比ｒp／ｒsに等しい。ｐ成分とｓ成分の位
相差Δは直線偏光であるから０゜，180゜以外の
値は取り得ない。ところで電媒質の表面に内部と
異なる層が存在すると、反射光は直線偏光となら
ず楕円偏光となる。従つて０゜，180゜以外の位
相差をもつことになる。この反射楕円偏光を測定
すれば表面層の性質すなわち厚さや屈折率を知る
ことができる。 例えば固体表面上に一層の薄膜が形成されてい
る場合を考えてみると、第１図に示すように基体
の屈折率をｎs、薄膜の屈折率をｎ、膜厚をｄと
し、真空中より単色平行光線が入射角φで試料に
入射したとすると、ｐ方向（入射光線と法線を含
む面に平行な方向）およびｓ方向（同じ面に垂直
な方向）の複素反射率Ｒp，Ｒsはそれぞれ で表わされる。 但し、 δ＝（720／λ）ｄ（ｎ−sin2φ）〓
（degree） (3) であり、ここでλは入射光の波長、φ１は薄膜内
の屈折角、φ２は基体内の屈折角、ｉ＝√−１で
ある。 入射光と反射光の間の偏光状態の変化を決める
のは上述のようにＲpとＲsとの比であり、これは Ｒｐ／Ｒｓ＝｜Ｒｐ｜／｜Ｒｓ｜ｅ(〓p-〓s)＝tanψｅ
i〓(4) で表わされ、パラメータψ，Δは表面の光学定数
や膜厚と一定の関係が成り立ち、薄膜の膜厚ｄと
屈折率ｎのみが未知のときはｎ，ｄの関数とな
る。従つて式(1)〜(4)から、パラメータψ，Δは、 で表わされる。 偏光解析法で決められるのは上述のように入射
光と反射光との間の偏光状態の変化を表わすパラ
メータψ，Δすなわち振幅反射係数比および位相
差であり、式(5)を逆に解けば薄膜の膜厚ｄと屈折
率ｎを求めることができる。 ところで偏光部変調測光型偏光解析装置には偏
光子を回転する方法および偏光子の後に電磁気的
変調器を設けて変調する方法がある。この変調さ
れる偏光角をＰとすると反射偏光が検光子を通り
受光器に達する光度Ｉ（Ｐ）は一般に Ｉ（Ｐ） ＝I0（１＋ａ・cos2P＋ｂ・sin2P） (6) で表わすことができ、Ｐについて０゜〜360゜の
間の何点かの角度における光度Ｉ（Ｐ）を測定
し、それらの角度Ｐについてフーリエ変換すれば
上記式の係数ａ，ｂを求めることができる。 従来の回転偏光子測光型偏光解析装置では、第
２図に示すように偏光部は光源１と偏光子２とか
ら構成されており、検光子４の方位角は試料３の
入射面（入射光線と試料に対する法線を含む面）
に対し45゜に設定される。また第２図において５
は受光器である。この状態ではψ，Δは式(6)から
得られるa1，b1から関係式 で求めることができる（第４図Ａ）。ところがΔ
についてはΔ＝０゜，180゜の近 傍で
【式】の誤差に対応したΔの誤差が特
に大きくなる。また一組のa1，b1に対して必ず二
つの解Δ１，Δ２が求まるが、０゜，180゜の近
傍にあるときはΔ１とΔ２は近い値をとるためど
ちらが正しいΔの値であるかの判定は困難であ
る。 そこでこのような場合従来の方法では第３図に
示すように検光子４と試料３との間にさらに1/4
波長板６を進相軸を90゜方位に向けて挿入し、同
じようにフーリエ変換係数a2，b2を求める。この
ときa2，b2とΔとの関係は で表わされる（第４図Ｂ）。このようにして求め
たΔはΔ＝０゜，180゜の近傍では逆に
つの解Δ１，Δ２が求まるが、０゜，180゜の近
傍にあるときはΔ１とΔ２は近い値をとるためど
ちらが正しいΔの値であるかの判定は困難であ
る。 そこでこのような場合従来の方法では第３図に
示すように検光子４と試料３との間にさらに1/4
波長板６を進相軸を90゜方位に向けて挿入し、同
じようにフーリエ変換係数a2，b2を求める。この
ときa2，b2とΔとの関係は で表わされる（第４図Ｂ）。このようにして求め
たΔはΔ＝０゜，180゜の近傍では逆に
【式】の誤差に対応したΔの誤差は特に小
さく、またΔ１，Δ２のうちのどちらが正しい値
であるかを判定することができる。しかしはじめ
から1/4波長板６を90゜方位に向けて挿入してお
いてもΔ＝90゜，270゜のときの測定が困難とな
る。 すなわち第４図のａ，ｂの値からΔを求める曲
線からわかるようにＡの曲線の場合もＢの曲線の
場合も
であるかを判定することができる。しかしはじめ
から1/4波長板６を90゜方位に向けて挿入してお
いてもΔ＝90゜，270゜のときの測定が困難とな
る。 すなわち第４図のａ，ｂの値からΔを求める曲
線からわかるようにＡの曲線の場合もＢの曲線の
場合も
【式】の値が±１に近くなる山や谷の
部分を避け、
【式】が０に近くなるようにし
て測定した方が誤差が少なく、測定も一度です
む。しかしａ，ｂの値やΔの値は測定してはじめ
てわかる数値であり、Ａ，Ｂどちらの方法が良い
かは予じめわからない。そこで従来は通常、検光
子のみで測定し、Ａの曲線で
む。しかしａ，ｂの値やΔの値は測定してはじめ
てわかる数値であり、Ａ，Ｂどちらの方法が良い
かは予じめわからない。そこで従来は通常、検光
子のみで測定し、Ａの曲線で
【式】とな
るΔ＝０゜，180゜に近くなつた場合のみ1/4波長
板を90゜方位に挿入して
板を90゜方位に挿入して
【式】の値を０に近
づけ、Ｂの曲線からΔを求め直すようにしてい
る。 一定の膜厚d0および一定の屈折率n0を有する薄
膜を定常的に形成できるようにした薄膜形成装置
において、形成された膜は装置の種々の条件の時
間的な変動があるため、膜厚ｄ、屈折率ｎについ
てはある範囲のばらつきをもつていると考えられ
る。この範囲の幅をそれぞれεd，εoとすると、
ｄ，ｎは基準となる値d0，n0の近傍の値を取り、 となる。このような膜の形成された試料を偏光解
析装置を用いて測定する場合求まるψ，Δは予じ
め式(5)の関係すなわち式(1)〜(4)にｎ，ｄを代入す
ることによつて予想がつく。その基準値をψ０，
Δ０、範囲の幅をε〓，ε〓とすると、 で表わされる。従つて、予じめΔの値の範囲がわ
かつていれば、従来の測定法でもその範囲が第４
図ＡまたはＢの曲線の山と谷のできる限り中間に
収まるように検光子４だけか域いは1/4波長板６
を挿入するかのいずれかの測定法を予じめ選択し
ておけば、１回限りの測定で済ませることができ
る。 しかし、従来の測定法ではａ，ｂからΔへ変換
するための式が式(7)または(8)、曲線が第４図Ａま
たはＢの２通りに限られており、必ずしも最適の
条件で測定されるとは限らない。またε〓が大き
い場合、Δの範囲が第４図ＡまたはＢの曲線の山
や谷を越えて範囲内でΔが二つ求まる可能性があ
り、この場合は二度測定を行なわなければならな
い。なお検光子を45゜からＡ゜に変えても式(7)ま
たは(8)のΔに関する関係式は変わらない。 この発明の目的は、従来装置に比べて測定操作
を簡略化できるだけでなく高い測定精度を得るこ
とのできる測光型偏光解析装置を提供することに
ある。 この目的のため、この発明によれば光源、偏光
子、検光子および受光器から成る偏光部変調測光
型偏光解析装置において、検光子と試料との間に
1/4波長板が、進相軸が45゜方位となるように固
定配置される。 この発明による装置は特に自動化ラインにおい
て薄膜の膜厚、膜質検査等に有利に用いられる。
すなわち、連続的に等厚、等質の薄膜を形成する
ラインにおいて膜厚、膜質検査を行なう場合、薄
膜の膜厚および屈折率は所定の膜厚d0、屈折率n0
の近傍にある誤差の範囲内でばらついている。こ
のような場合、膜厚d0、屈折率n0に対応する偏光
解析パラメータΔ０を予じめ計算しておき、検光
子の方位角を−Δ０／２または−（Δ０−360
゜）／２におけばΔ０の近傍でΔに関する
る。 一定の膜厚d0および一定の屈折率n0を有する薄
膜を定常的に形成できるようにした薄膜形成装置
において、形成された膜は装置の種々の条件の時
間的な変動があるため、膜厚ｄ、屈折率ｎについ
てはある範囲のばらつきをもつていると考えられ
る。この範囲の幅をそれぞれεd，εoとすると、
ｄ，ｎは基準となる値d0，n0の近傍の値を取り、 となる。このような膜の形成された試料を偏光解
析装置を用いて測定する場合求まるψ，Δは予じ
め式(5)の関係すなわち式(1)〜(4)にｎ，ｄを代入す
ることによつて予想がつく。その基準値をψ０，
Δ０、範囲の幅をε〓，ε〓とすると、 で表わされる。従つて、予じめΔの値の範囲がわ
かつていれば、従来の測定法でもその範囲が第４
図ＡまたはＢの曲線の山と谷のできる限り中間に
収まるように検光子４だけか域いは1/4波長板６
を挿入するかのいずれかの測定法を予じめ選択し
ておけば、１回限りの測定で済ませることができ
る。 しかし、従来の測定法ではａ，ｂからΔへ変換
するための式が式(7)または(8)、曲線が第４図Ａま
たはＢの２通りに限られており、必ずしも最適の
条件で測定されるとは限らない。またε〓が大き
い場合、Δの範囲が第４図ＡまたはＢの曲線の山
や谷を越えて範囲内でΔが二つ求まる可能性があ
り、この場合は二度測定を行なわなければならな
い。なお検光子を45゜からＡ゜に変えても式(7)ま
たは(8)のΔに関する関係式は変わらない。 この発明の目的は、従来装置に比べて測定操作
を簡略化できるだけでなく高い測定精度を得るこ
とのできる測光型偏光解析装置を提供することに
ある。 この目的のため、この発明によれば光源、偏光
子、検光子および受光器から成る偏光部変調測光
型偏光解析装置において、検光子と試料との間に
1/4波長板が、進相軸が45゜方位となるように固
定配置される。 この発明による装置は特に自動化ラインにおい
て薄膜の膜厚、膜質検査等に有利に用いられる。
すなわち、連続的に等厚、等質の薄膜を形成する
ラインにおいて膜厚、膜質検査を行なう場合、薄
膜の膜厚および屈折率は所定の膜厚d0、屈折率n0
の近傍にある誤差の範囲内でばらついている。こ
のような場合、膜厚d0、屈折率n0に対応する偏光
解析パラメータΔ０を予じめ計算しておき、検光
子の方位角を−Δ０／２または−（Δ０−360
゜）／２におけばΔ０の近傍でΔに関する
【式】の曲線の傾斜が大きく、精確な測定が
でき、また１回の測定だけで膜厚、屈折率を決定
できるΔの範囲を広げることができる。 以下この発明を添付図面を参照してさらに説明
する。 第５図にはこの発明による装置の構成を概略的
に示し、第１、第２図に示すものに対応した要素
は同じ符号で示す。すなわち１は光源、２は偏光
子、３は試料、４は検光子、５は受光器である。
検光子４と試料３との間には進相軸が45゜方位に
なるように1/4波長板６が固定されている。 今、検光子４の方位角をＡ゜とし、1/4波長板
６の進相軸を45゜方位に向けて設定した場合、偏
光部の変調、例えば偏光子２を回転して得られる
光量変化をフーリエ変換して求めた式(6)のａ，ｂ
に対応する係数a3，b3は偏光解析パラメータψ，
Δとの間に関係式、 が成り立ち、Δは検光子４の方位角Ａに依存す
る。一方、一定の膜厚d0および一定の屈折率n0を
有する薄膜を定常的に形成する場合、評価すべき
膜の膜厚ｄや屈折率ｎは式(9)の範囲内にあり、そ
の結果ΔがΔ０−ε〓〜Δ０＋ε〓の範囲にある
ことがわかる。そこでΔ＝Δ０で
できるΔの範囲を広げることができる。 以下この発明を添付図面を参照してさらに説明
する。 第５図にはこの発明による装置の構成を概略的
に示し、第１、第２図に示すものに対応した要素
は同じ符号で示す。すなわち１は光源、２は偏光
子、３は試料、４は検光子、５は受光器である。
検光子４と試料３との間には進相軸が45゜方位に
なるように1/4波長板６が固定されている。 今、検光子４の方位角をＡ゜とし、1/4波長板
６の進相軸を45゜方位に向けて設定した場合、偏
光部の変調、例えば偏光子２を回転して得られる
光量変化をフーリエ変換して求めた式(6)のａ，ｂ
に対応する係数a3，b3は偏光解析パラメータψ，
Δとの間に関係式、 が成り立ち、Δは検光子４の方位角Ａに依存す
る。一方、一定の膜厚d0および一定の屈折率n0を
有する薄膜を定常的に形成する場合、評価すべき
膜の膜厚ｄや屈折率ｎは式(9)の範囲内にあり、そ
の結果ΔがΔ０−ε〓〜Δ０＋ε〓の範囲にある
ことがわかる。そこでΔ＝Δ０で
【式】が
０、すなわちsin（Δ＋2A）が０となるように検
光子４の方位角Ａを−Δ０／２または−（Δ０−
360゜）／２に予じめ設定しておけば、 となり、上述のような範囲内で全体的にΔの誤差
がより小さくなる。またε〓が90゜を越えなけれ
ばΔについて求まるのはこの範囲内で一つだけで
あり、１回の測定だけで済すことができ、従来の
方法に較べε〓についてより大きい値の範囲まで
二度測定する必要はなくなる。この状態を第６図
に示す。 また偏光子と試料との間に1/4波長板を45゜方
位に固定設置し、偏光子を適当な方位角に置き、
検光部側を変調する測定型偏光解析装置と比較す
ると、検光部側は1/4波長板、検光子および受光
器だけで構成され、変調器や回転機構を必要とし
ないため極めて簡単かつ小型となり、プロセス装
置へ組み込む場合、プロセス装置内へそのまま設
置することも可能である。 以上説明してきたように、この発明による測光
型偏光解析装置では検光子と試料との間に1/4波
長板を進相軸が45゜方位になるように設けたこと
により従来の方法より精確に測定を行なうことが
できるだけでなく、測定操作も簡略化できる等の
効果が得られ、また検光部側とプロセス装置へ組
み込んで使用することも容易となる。
光子４の方位角Ａを−Δ０／２または−（Δ０−
360゜）／２に予じめ設定しておけば、 となり、上述のような範囲内で全体的にΔの誤差
がより小さくなる。またε〓が90゜を越えなけれ
ばΔについて求まるのはこの範囲内で一つだけで
あり、１回の測定だけで済すことができ、従来の
方法に較べε〓についてより大きい値の範囲まで
二度測定する必要はなくなる。この状態を第６図
に示す。 また偏光子と試料との間に1/4波長板を45゜方
位に固定設置し、偏光子を適当な方位角に置き、
検光部側を変調する測定型偏光解析装置と比較す
ると、検光部側は1/4波長板、検光子および受光
器だけで構成され、変調器や回転機構を必要とし
ないため極めて簡単かつ小型となり、プロセス装
置へ組み込む場合、プロセス装置内へそのまま設
置することも可能である。 以上説明してきたように、この発明による測光
型偏光解析装置では検光子と試料との間に1/4波
長板を進相軸が45゜方位になるように設けたこと
により従来の方法より精確に測定を行なうことが
できるだけでなく、測定操作も簡略化できる等の
効果が得られ、また検光部側とプロセス装置へ組
み込んで使用することも容易となる。
第１図は単層膜による光の干渉を示す図、第
２，３図は従来の測光型偏光解析装置を示す概略
図、第４図は第２，３図に示す装置によるパラメ
ータの変化を示す図、第５図はこの発明による装
置の概略図、第６図は第５図の装置の場合の第４
図と同様な図である。 図中、１：光源、２：偏光子、３：試料、４：
検光子、５：受光器、６：1/4波長板（方位角45
゜）。
２，３図は従来の測光型偏光解析装置を示す概略
図、第４図は第２，３図に示す装置によるパラメ
ータの変化を示す図、第５図はこの発明による装
置の概略図、第６図は第５図の装置の場合の第４
図と同様な図である。 図中、１：光源、２：偏光子、３：試料、４：
検光子、５：受光器、６：1/4波長板（方位角45
゜）。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光源、偏光子、検光子および受光器を有し、
変調された偏光を試料に入射し、反射偏光を検光
子側で測定するようにした測光型偏光解析装置に
おいて、検光子と試料との間に1/4波長板を、進
相角が45゜の方位角となるように固定配置し、ま
た検光子の方位角Ａを、偏光部の変調により得ら
れる光量変化のフーリエ変換係数ａ，ｂと偏光解
析パラメータΔとの間に成り立つ関係式 sin（Δ＋2A）＝ｂ／√１−2 に基づいて設定したことを特徴とする測光型偏光
解析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22731882A JPS59120928A (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | 測光型偏光解析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22731882A JPS59120928A (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | 測光型偏光解析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59120928A JPS59120928A (ja) | 1984-07-12 |
| JPS6250769B2 true JPS6250769B2 (ja) | 1987-10-27 |
Family
ID=16858919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22731882A Granted JPS59120928A (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | 測光型偏光解析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59120928A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63135844A (ja) * | 1986-11-27 | 1988-06-08 | Ricoh Co Ltd | 屈折率測定方法 |
| KR100957722B1 (ko) | 2005-12-27 | 2010-05-12 | 주식회사 에이디피엔지니어링 | 기판 결함 검출 방법 및 장치 |
-
1982
- 1982-12-28 JP JP22731882A patent/JPS59120928A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59120928A (ja) | 1984-07-12 |
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