JPS649565B2 - - Google Patents
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- JPS649565B2 JPS649565B2 JP61085195A JP8519586A JPS649565B2 JP S649565 B2 JPS649565 B2 JP S649565B2 JP 61085195 A JP61085195 A JP 61085195A JP 8519586 A JP8519586 A JP 8519586A JP S649565 B2 JPS649565 B2 JP S649565B2
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- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 22
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 22
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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)
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- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Steroid Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は物体の光学的性質を測定する装置に関
し、より詳細には、干渉式楕円偏光計に関する。
し、より詳細には、干渉式楕円偏光計に関する。
楕円偏光解析法は、光ビームの偏光状態に及ぼ
す反射の影響に関する知見から反射物体の性質を
研究する測定技術である。楕円偏光解析法は、物
体の表面に偏光を送ると、入射面内に偏光させら
れている成分と垂直面内に偏光させられている成
分との間の位相差、及びこれらの２つの成分の振
幅間の比が変化するという事実を利用している。
入射面内及び垂直面内に偏光させられている入射
ビーム及び反射ビームの成分の位相をβpi、βsi、
βpr、βsrでそれぞれ示し、且つ入射ビーム及び反
射ビームの成分の振幅をEp、Es、Rp、Rsでそれ
ぞれ示すと、楕円偏光計は次の角度を測定するこ
とができる。
す反射の影響に関する知見から反射物体の性質を
研究する測定技術である。楕円偏光解析法は、物
体の表面に偏光を送ると、入射面内に偏光させら
れている成分と垂直面内に偏光させられている成
分との間の位相差、及びこれらの２つの成分の振
幅間の比が変化するという事実を利用している。
入射面内及び垂直面内に偏光させられている入射
ビーム及び反射ビームの成分の位相をβpi、βsi、
βpr、βsrでそれぞれ示し、且つ入射ビーム及び反
射ビームの成分の振幅をEp、Es、Rp、Rsでそれ
ぞれ示すと、楕円偏光計は次の角度を測定するこ
とができる。
Δ＝（βpr−βsr）−（βpi−βsi）
ψ＝arctanRp／Rs・Es／Ep
Δ、ψの値は、既知の関係に従つて、試験中の
物体の性質に依存し、より具体的には、厚さ及び
屈折率に依存する。基板上に取り付けられた物体
を考慮し、そしてEs＝Epであると仮定すると、
次の式が適用される。
物体の性質に依存し、より具体的には、厚さ及び
屈折率に依存する。基板上に取り付けられた物体
を考慮し、そしてEs＝Epであると仮定すると、
次の式が適用される。
tanψei〓＝Rp／Rs・ei〓
＝（r01）p＋（r12）pe-2i〓／１＋（r01）p（r12）p
e-2i〓 ／（r01）s＋（r12）se-2i〓／１＋（r01）s（r12）s
e-2i〓(1) ここで、r01は試験物体が置かれている媒質
（例えば空気）と物体それ自体との境界面におけ
る反射率であり、r12は物体と基板との境界面に
おける反射率であり、添字ｐ、ｓは、反射率が入
射面内に偏光させられている波に関連するか、あ
るいは垂直面内に偏光面させられている波に関連
するかを示し、δ＝（360／λ）・ｄ（n1 2−sin2φ）1/
２は、基板によつて反射させられる光線によつて
もたらされる、厚さｄ及び屈折率n1を有する物体
を横切る際の物体の表面によつて反射させられる
光線に対しての位相差であり、φは物体における
入射角である。
e-2i〓 ／（r01）s＋（r12）se-2i〓／１＋（r01）s（r12）s
e-2i〓(1) ここで、r01は試験物体が置かれている媒質
（例えば空気）と物体それ自体との境界面におけ
る反射率であり、r12は物体と基板との境界面に
おける反射率であり、添字ｐ、ｓは、反射率が入
射面内に偏光させられている波に関連するか、あ
るいは垂直面内に偏光面させられている波に関連
するかを示し、δ＝（360／λ）・ｄ（n1 2−sin2φ）1/
２は、基板によつて反射させられる光線によつて
もたらされる、厚さｄ及び屈折率n1を有する物体
を横切る際の物体の表面によつて反射させられる
光線に対しての位相差であり、φは物体における
入射角である。
式(1)は、物体と空気との境界面及び基板と物体
との境界面における垂直反射を考慮している。
との境界面における垂直反射を考慮している。
反射率r01、r12は、異なる媒質の屈折率と周知
のフレネルの式によつて関係付けられており、フ
レネルの式によると、r01は次のように与えられ
る。
のフレネルの式によつて関係付けられており、フ
レネルの式によると、r01は次のように与えられ
る。
（r01）p＝n1cosφ−n0cosφ1／n1cosφ＋n0cos
φ1 （r01）s＝n0cosφ−n1cosφ1／n0cosφ＋n1cos
φ1(2) ここで、φ1は、入射角φを有する光線の屈折
角である。
φ1 （r01）s＝n0cosφ−n1cosφ1／n0cosφ＋n1cos
φ1(2) ここで、φ1は、入射角φを有する光線の屈折
角である。
商業的に入手可能な多くの楕円偏光計は、消光
の原理に基づいている。光源によつて放出され且
つ偏光子において偏光させられた光は、反射によ
つて引き起こされる位相のずれと等しく且つ反対
方向の位相のずれを導入するように調節されてい
る補償板を横切り、そして、直線偏光させられて
いる、反射させられた放射は、該放射を消光する
ように調節される検光子に送られる。
の原理に基づいている。光源によつて放出され且
つ偏光子において偏光させられた光は、反射によ
つて引き起こされる位相のずれと等しく且つ反対
方向の位相のずれを導入するように調節されてい
る補償板を横切り、そして、直線偏光させられて
いる、反射させられた放射は、該放射を消光する
ように調節される検光子に送られる。
補償板の調節の大きさはΔを与え、そして検光
子の調節の大きさはψを与える。補償板と検光子
の調節は相互に作用し合うので、これらの装置に
よる測定は非常に時間がかかるということは明ら
かである。
子の調節の大きさはψを与える。補償板と検光子
の調節は相互に作用し合うので、これらの装置に
よる測定は非常に時間がかかるということは明ら
かである。
上記の不都合は、干渉技術に基づいた楕円偏光
計によつて克服される。この種の楕円偏光計は、
R.M.アツザム（azzam）及びN.M.バシヤラ
（Bashara）による「楕円偏光解析法及び偏光
（Ellipsometry and polarized light）」、北オラ
ンダ出版社（North−Hollbnd Publishing
Company）、1977年、第262〜265頁、並びにH.F.
ハーツエブレツク（Hazebrock）及びW.M.ヴイ
ツサー（Wisser）による論文「自動化されたレ
ーザー干渉式楕円偏光解析法及び精密反射解析法
（Automated laser interferometric
ellipsometry and precision reflectometry）」、
ジヤーナル・オブ・フイジツクス（Journal of
Physics）、セクシヨンＥ、第16巻、1983年に記載
されている。
計によつて克服される。この種の楕円偏光計は、
R.M.アツザム（azzam）及びN.M.バシヤラ
（Bashara）による「楕円偏光解析法及び偏光
（Ellipsometry and polarized light）」、北オラ
ンダ出版社（North−Hollbnd Publishing
Company）、1977年、第262〜265頁、並びにH.F.
ハーツエブレツク（Hazebrock）及びW.M.ヴイ
ツサー（Wisser）による論文「自動化されたレ
ーザー干渉式楕円偏光解析法及び精密反射解析法
（Automated laser interferometric
ellipsometry and precision reflectometry）」、
ジヤーナル・オブ・フイジツクス（Journal of
Physics）、セクシヨンＥ、第16巻、1983年に記載
されている。
そのような楕円偏光計では、偏光させられた放
射がビームスプリツターによつて２つのビームに
分けられる。一方のビームは、試験中のサンプル
に向けて送られ、そして、該一方のビームがそれ
によつてサンプル及びビームスプリツターに向け
て再帰反射させられるところのミラーに送られ
る。基準ビームとして働く他方のビームは、コー
ナーレフレクターに送られ、ミラーで反射させら
れ、そして、そこからコーナーレフレクター及び
ビームスプリツターに送り返される。２つのビー
ムはビームスプリツターによつて単一のビームに
再結合され、該単一のビームの成分であつて、サ
ンプルにおける入射面に対して平行な成分と垂直
な成分は、分離されて別々の検出器に送られる。
ドツプラー効果によつて基準ビームに周波数変動
を引き起こすように、コーナーレフレクターは一
定の速度で並進させられる。
射がビームスプリツターによつて２つのビームに
分けられる。一方のビームは、試験中のサンプル
に向けて送られ、そして、該一方のビームがそれ
によつてサンプル及びビームスプリツターに向け
て再帰反射させられるところのミラーに送られ
る。基準ビームとして働く他方のビームは、コー
ナーレフレクターに送られ、ミラーで反射させら
れ、そして、そこからコーナーレフレクター及び
ビームスプリツターに送り返される。２つのビー
ムはビームスプリツターによつて単一のビームに
再結合され、該単一のビームの成分であつて、サ
ンプルにおける入射面に対して平行な成分と垂直
な成分は、分離されて別々の検出器に送られる。
ドツプラー効果によつて基準ビームに周波数変動
を引き起こすように、コーナーレフレクターは一
定の速度で並進させられる。
上記の楕円偏光計は多数の問題点を有してい
る。具体的には、コーナーレフレクターの位置が
厳密なものとなる。何故ならば、基準放射の偏光
を維持するため、入射基準放射がコーナーレフレ
クターの２つの自己偏光の内の一方と一致するよ
う、該位置が選択されねばならないからである。
また、測定分枝中のミラーの位置も、厳密なもの
となる。何故ならば、偏光の変動を防止し、且つ
２つの反射をサンプル上の同一の点で起こさせる
ために、ミラーは、サンプルによつて反射させら
れる光に対して正確に垂直でなければならないか
らである。更に、上記の楕円偏光計は、信頼性の
問題を常に残すところの可動部分を含んでいる。
る。具体的には、コーナーレフレクターの位置が
厳密なものとなる。何故ならば、基準放射の偏光
を維持するため、入射基準放射がコーナーレフレ
クターの２つの自己偏光の内の一方と一致するよ
う、該位置が選択されねばならないからである。
また、測定分枝中のミラーの位置も、厳密なもの
となる。何故ならば、偏光の変動を防止し、且つ
２つの反射をサンプル上の同一の点で起こさせる
ために、ミラーは、サンプルによつて反射させら
れる光に対して正確に垂直でなければならないか
らである。更に、上記の楕円偏光計は、信頼性の
問題を常に残すところの可動部分を含んでいる。
本発明は、厳密な位置合せを必要とする構成部
品も可動部分も備えていない干渉式楕円偏光計を
提供することを目的としている。
品も可動部分も備えていない干渉式楕円偏光計を
提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明によれば、サ
ンプルの光学的性質を測定するための干渉式楕円
偏光計であつて、数ＭHzだけ異なる周波数を伴つ
た２つの単色光放射を含むビームを発生する光源
と、前記ビームの光路中の偏光手段であつて、該
２つの単色光放射を２つの直交平面内に直線偏光
させるものと、前記光源によつて発生される該ビ
ームの光路中のビームスプリツターであつて、そ
れぞれが数ＭHzだけ異なる周波数を伴つた前記２
つの単色光放射からなる、第１の分割ビームと第
２の分割ビームとに前記ビームを分割し、且つ別
別の光路に沿うように前記分割ビームを方向付け
るものと、前記サンプルを通過せず且つ該サンプ
ルで反射しない前記第１の分割ビームを受光す
る、該第１の分割ビームの光路中の第１の光検出
器であつて、前記２つの単色光放射から第１のう
なりを発生するものと、前記第２の分割ビームの
光路中の分離手段であつて、該第２の分割ビーム
を偏光面が異なる２つの光ビームに分離し、且つ
偏光面が異なる該２つの光ビームを同じではない
第１及び第２の光路に沿つてそれぞれ送るもの
と、前記第１の光路に沿つて配置され、且つ前記
サンプルを通過することなく該第１の光路に沿つ
て送られる、前記偏光面の内の一方の偏光面の光
ビームを受光する第２の光検出器と、前記サンプ
ルを前記第２の光路中に位置させ、前記サンプル
かによつて反射させられた反射ビームであつて、
前記第１の光路に沿つて送られる前記光ビームの
偏光面と同一の偏光面を有する成分を備えるもの
を集め、且つ該反射ビームを、数ＭHzだけ異なる
周波数を伴つた前記２つの単色光放射間の第２の
うなりの周波数を発生する前記第２の光検出器上
に方向付ける手段であつて、該第２のうなりは、
前記成分の大きさに比例する振幅と、前記反射ビ
ームの前記成分及び前記第１の光路に沿つて送ら
れる前記光ビームの間の位相のずれに依存する、
前記第１のうなりに対しての位相差とを有するも
のと、前記第１及び第２の光検出器に電気的に接
続される測定及び計算手段であつて、前記第１の
うなりに関連する前記第２のうなりの前記振幅及
び位相から前記光学的性質の値を計算するもの
と、を具備する干渉式楕円偏光計が提供される。
ンプルの光学的性質を測定するための干渉式楕円
偏光計であつて、数ＭHzだけ異なる周波数を伴つ
た２つの単色光放射を含むビームを発生する光源
と、前記ビームの光路中の偏光手段であつて、該
２つの単色光放射を２つの直交平面内に直線偏光
させるものと、前記光源によつて発生される該ビ
ームの光路中のビームスプリツターであつて、そ
れぞれが数ＭHzだけ異なる周波数を伴つた前記２
つの単色光放射からなる、第１の分割ビームと第
２の分割ビームとに前記ビームを分割し、且つ別
別の光路に沿うように前記分割ビームを方向付け
るものと、前記サンプルを通過せず且つ該サンプ
ルで反射しない前記第１の分割ビームを受光す
る、該第１の分割ビームの光路中の第１の光検出
器であつて、前記２つの単色光放射から第１のう
なりを発生するものと、前記第２の分割ビームの
光路中の分離手段であつて、該第２の分割ビーム
を偏光面が異なる２つの光ビームに分離し、且つ
偏光面が異なる該２つの光ビームを同じではない
第１及び第２の光路に沿つてそれぞれ送るもの
と、前記第１の光路に沿つて配置され、且つ前記
サンプルを通過することなく該第１の光路に沿つ
て送られる、前記偏光面の内の一方の偏光面の光
ビームを受光する第２の光検出器と、前記サンプ
ルを前記第２の光路中に位置させ、前記サンプル
かによつて反射させられた反射ビームであつて、
前記第１の光路に沿つて送られる前記光ビームの
偏光面と同一の偏光面を有する成分を備えるもの
を集め、且つ該反射ビームを、数ＭHzだけ異なる
周波数を伴つた前記２つの単色光放射間の第２の
うなりの周波数を発生する前記第２の光検出器上
に方向付ける手段であつて、該第２のうなりは、
前記成分の大きさに比例する振幅と、前記反射ビ
ームの前記成分及び前記第１の光路に沿つて送ら
れる前記光ビームの間の位相のずれに依存する、
前記第１のうなりに対しての位相差とを有するも
のと、前記第１及び第２の光検出器に電気的に接
続される測定及び計算手段であつて、前記第１の
うなりに関連する前記第２のうなりの前記振幅及
び位相から前記光学的性質の値を計算するもの
と、を具備する干渉式楕円偏光計が提供される。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。
いて説明する。
図面は、基板２に取り付けられている薄い不透
明な層１の屈折率及び厚さを測定するための、本
発明に係る干渉式楕円偏光計の一実施例の概略構
成図である。楕円偏光計の種々の構成部品及び試
験サンプルを支持する手段は図示されていない。
何故ならば、それらは在来の楕円偏光計の支持手
段と同様であるからである。図中の太線は電気的
な接続を示し、そして細線は光路を示している。
明な層１の屈折率及び厚さを測定するための、本
発明に係る干渉式楕円偏光計の一実施例の概略構
成図である。楕円偏光計の種々の構成部品及び試
験サンプルを支持する手段は図示されていない。
何故ならば、それらは在来の楕円偏光計の支持手
段と同様であるからである。図中の太線は電気的
な接続を示し、そして細線は光路を示している。
楕円偏光計はビーム４を発生するビーム源３を
備えており、該ビーム４は２つの周波数1、2の
放射からなつており、該２つの周波数1、2は互
いに僅かに異なつている（差異は数ＭHzのオーダ
ーである）。ビーム源は、例えば、２つの周波数
を発生するゼーマン効果レーザー、あるいはレー
ザーによつて発生された周波数と第２の周波数と
を放出する音響光学セルと結合されている単一モ
ードのレーザーであり、上記第２の周波数は、レ
ーザーによつて発生された周波数と音響光学セル
を駆動する無線周波数との和又は両該周波数間の
差のいずれかに等しい。
備えており、該ビーム４は２つの周波数1、2の
放射からなつており、該２つの周波数1、2は互
いに僅かに異なつている（差異は数ＭHzのオーダ
ーである）。ビーム源は、例えば、２つの周波数
を発生するゼーマン効果レーザー、あるいはレー
ザーによつて発生された周波数と第２の周波数と
を放出する音響光学セルと結合されている単一モ
ードのレーザーであり、上記第２の周波数は、レ
ーザーによつて発生された周波数と音響光学セル
を駆動する無線周波数との和又は両該周波数間の
差のいずれかに等しい。
図面は、偏光面の回転方向に互いに逆向きに円
偏光させられている２つの放射を発生するゼーマ
ン効果レーザーを示している。ビーム源から放出
されたビーム４はλ／４板７に送られ、該λ／４
板７は、２つの円偏光させられた放射を、直交平
面内に直線偏光させられた２つの放射に変換す
る。なお、該直交平面は、簡単化のために、サン
プルにおける入射面及び垂直面と一致するものと
仮定されている。この仮定は一般性を損わしめる
ものではない。何故ならば、上記の構成は、楕円
偏光計の構成部品及び／又はサンプルを適切に配
置することによつて得られるからである。λ／４
板７に続いて、ビーム４を２つのビームに分割す
るビームスプリツター５が配設されている。それ
らの内の一方のビーム４ａは、ビーム４の２つの
成分に対して45゜傾斜している軸を有する偏光板
１３を通して第１の検出器即ちフオトダイオード
６に送られ、該フオトダイオード６は２つの周波
数間のうなりを表す電気信号を発生する。他方の
ビーム４ｂは偏光を分離するための偏光分離装置
８（例えば、ニコルプリズム、ウオラストンプリ
ズム又はグラン・テイラープリズム）に送られ、
該偏光分離装置８は、入射面に垂直な面内に偏光
させられている放射４ｓを、別のλ／４板１２を
通して第２の検出器即ちフオトダイオード９に送
る。他方の放射４ｐは、層１に向けて送られ、そ
して層１及び基板２によつて反射させられる。も
し必要ならば、光学系１０が、反射ビーム４ｒを
フオトダイオード９上に収束する。
偏光させられている２つの放射を発生するゼーマ
ン効果レーザーを示している。ビーム源から放出
されたビーム４はλ／４板７に送られ、該λ／４
板７は、２つの円偏光させられた放射を、直交平
面内に直線偏光させられた２つの放射に変換す
る。なお、該直交平面は、簡単化のために、サン
プルにおける入射面及び垂直面と一致するものと
仮定されている。この仮定は一般性を損わしめる
ものではない。何故ならば、上記の構成は、楕円
偏光計の構成部品及び／又はサンプルを適切に配
置することによつて得られるからである。λ／４
板７に続いて、ビーム４を２つのビームに分割す
るビームスプリツター５が配設されている。それ
らの内の一方のビーム４ａは、ビーム４の２つの
成分に対して45゜傾斜している軸を有する偏光板
１３を通して第１の検出器即ちフオトダイオード
６に送られ、該フオトダイオード６は２つの周波
数間のうなりを表す電気信号を発生する。他方の
ビーム４ｂは偏光を分離するための偏光分離装置
８（例えば、ニコルプリズム、ウオラストンプリ
ズム又はグラン・テイラープリズム）に送られ、
該偏光分離装置８は、入射面に垂直な面内に偏光
させられている放射４ｓを、別のλ／４板１２を
通して第２の検出器即ちフオトダイオード９に送
る。他方の放射４ｐは、層１に向けて送られ、そ
して層１及び基板２によつて反射させられる。も
し必要ならば、光学系１０が、反射ビーム４ｒを
フオトダイオード９上に収束する。
空気と層１との界面及び層１と基板との界面に
おける多重反射のために放射４ｐの振幅及び時間
位相は変化し、他方、偏光面は同一のままであ
る。このため、フオトダイオード９は、反射ビー
ム４ｒとλ／４板１２によつて90゜回転させられ
たビーム４ｓとの間の第２に低い周波数のうなり
を発生する。
おける多重反射のために放射４ｐの振幅及び時間
位相は変化し、他方、偏光面は同一のままであ
る。このため、フオトダイオード９は、反射ビー
ム４ｒとλ／４板１２によつて90゜回転させられ
たビーム４ｓとの間の第２に低い周波数のうなり
を発生する。
放射４ｓは変化を受けないということを考慮す
ると、この第２のうなりの振幅は、ビーム４ｒの
振幅に依存し、且つAp＝ｋ・Rpで与えられる。
ここで、ｋは電子回路の利得に依存する定数であ
る。放射４ｓ，４ｐはビーム４ａと同一の開始位
相を有しているので、フオトダイオード９によつ
て発生されるうなりとフオトダイオード６によつ
て発生されるうなりとの間の位相差は、反射によ
つて生ずる位相差Δを表す。
ると、この第２のうなりの振幅は、ビーム４ｒの
振幅に依存し、且つAp＝ｋ・Rpで与えられる。
ここで、ｋは電子回路の利得に依存する定数であ
る。放射４ｓ，４ｐはビーム４ａと同一の開始位
相を有しているので、フオトダイオード９によつ
て発生されるうなりとフオトダイオード６によつ
て発生されるうなりとの間の位相差は、反射によ
つて生ずる位相差Δを表す。
２つのフオトダイオード６，９に接続されてい
る測定及び計算装置１１は、上述のようにして発
生されたうなりの位相及び振幅の値を測定すると
共に、式(1)及び(2)を適用することによつて屈折率
n1及び厚さｄの値を得る。
る測定及び計算装置１１は、上述のようにして発
生されたうなりの位相及び振幅の値を測定すると
共に、式(1)及び(2)を適用することによつて屈折率
n1及び厚さｄの値を得る。
δの表現、式(2)及びr12についての対応する部
分（n0は既知である）を式(1)に代入し、入射角φ
のみを有するようにスネルの法則を利用し、且つ
式(1)の実数部を虚数部から分離することにより、
Δ及びψをn1及びｄにそれぞれ結び付ける２つの
式が得られ、そしてこの２つの式は測定及び計算
装置１１によつて解かれ得る。
分（n0は既知である）を式(1)に代入し、入射角φ
のみを有するようにスネルの法則を利用し、且つ
式(1)の実数部を虚数部から分離することにより、
Δ及びψをn1及びｄにそれぞれ結び付ける２つの
式が得られ、そしてこの２つの式は測定及び計算
装置１１によつて解かれ得る。
成分４ｐのみがサンプルに向けて送られ、そし
て該サンプルによつて反射させられるのに対し、
成分４ｓはサンプルを通過することなくフオトダ
イオード９に送られる。成分４ｐの偏光面は反射
によつて変化しないので、反射ビーム内には入射
面に垂直な面内に偏光させられている成分は無
く、従つて、反射率（r01）s、（r12）sは考慮する必
要がない。この結果、この場合、前述のΔ及びψ
に関する式、並びに関係式(1)は、入射面内に偏光
させられている成分に関する項（即ち、添字
「ｐ」を有する項）のみを含み、そして、それら
は、それぞれ Δ＝βpr−βpi＝δp ψ＝arctan（Rp／Ep） tanψ・exp（iδp） ＝（Rp／Ep）・exp（iδp） ＝（r01）p＋（r12）pe-2i〓／１＋（r01）p（r1
2）pe-2i〓 となる。測定及び計算装置１１は、上記の簡単化
された式を解くことによつてn1及びｄを得る。
て該サンプルによつて反射させられるのに対し、
成分４ｓはサンプルを通過することなくフオトダ
イオード９に送られる。成分４ｐの偏光面は反射
によつて変化しないので、反射ビーム内には入射
面に垂直な面内に偏光させられている成分は無
く、従つて、反射率（r01）s、（r12）sは考慮する必
要がない。この結果、この場合、前述のΔ及びψ
に関する式、並びに関係式(1)は、入射面内に偏光
させられている成分に関する項（即ち、添字
「ｐ」を有する項）のみを含み、そして、それら
は、それぞれ Δ＝βpr−βpi＝δp ψ＝arctan（Rp／Ep） tanψ・exp（iδp） ＝（Rp／Ep）・exp（iδp） ＝（r01）p＋（r12）pe-2i〓／１＋（r01）p（r1
2）pe-2i〓 となる。測定及び計算装置１１は、上記の簡単化
された式を解くことによつてn1及びｄを得る。
要求されている値は、図面に示されている構成
の楕円偏光計により、上述のようにして、成分４
ｐの反射のみを利用することによつて決定された
ところのn1及びｄの値である。もし別々に偏光さ
せられている成分４ｐ及び４ｓに異なつた影響を
与えるいくつかの因子が存在する可能性があるな
らば、成分４ｓをサンプルに、そして成分４ｐを
λ／４板１２及びフオトダイオード９に送ること
によつて測定が繰り返され得る。この時、フオト
ダイオード９によつて発生されるうなりは、Rs
に比例する振幅、及びフオトダイオード６によつ
て発生されるうなりに対しての位相差δs＝βsi−
βsrを有するであろう。第１の段階でAp、δpを、
そして第２の段階でAs、δsを測定することによ
り、測定及び計算装置１１は、両方の偏光成分が
考慮されているところの完全な形で式(1)を解くこ
とが可能になる。
の楕円偏光計により、上述のようにして、成分４
ｐの反射のみを利用することによつて決定された
ところのn1及びｄの値である。もし別々に偏光さ
せられている成分４ｐ及び４ｓに異なつた影響を
与えるいくつかの因子が存在する可能性があるな
らば、成分４ｓをサンプルに、そして成分４ｐを
λ／４板１２及びフオトダイオード９に送ること
によつて測定が繰り返され得る。この時、フオト
ダイオード９によつて発生されるうなりは、Rs
に比例する振幅、及びフオトダイオード６によつ
て発生されるうなりに対しての位相差δs＝βsi−
βsrを有するであろう。第１の段階でAp、δpを、
そして第２の段階でAs、δsを測定することによ
り、測定及び計算装置１１は、両方の偏光成分が
考慮されているところの完全な形で式(1)を解くこ
とが可能になる。
成分４ｐと異なり、成分４ｓは反射によつて偏
光面の回転を受け、この結果、反射ビームの成分
のみが成分４ｐを干渉するということに注目すべ
きである。
光面の回転を受け、この結果、反射ビームの成分
のみが成分４ｐを干渉するということに注目すべ
きである。
もしビーム４の２つの放射の偏光面がサンプル
における入射面及び垂直面と一致しないならば、
同じことが起る。
における入射面及び垂直面と一致しないならば、
同じことが起る。
明らかに、このようにして行われた測定は、層
１の表面の限られた領域に関するものである。完
全な情報を得るためには、支持手段上のサンプル
を並進させ、あるいはビーム波の向きを変化さ
せ、そして測定を繰り返せば十分である。別のも
のとして、そのような変位の必要性を減少あるい
は除去するために、発散するビームがサンプルに
向けて送られても良く、その場合、生じ得る、発
射角に対する依存性は補償される。
１の表面の限られた領域に関するものである。完
全な情報を得るためには、支持手段上のサンプル
を並進させ、あるいはビーム波の向きを変化さ
せ、そして測定を繰り返せば十分である。別のも
のとして、そのような変位の必要性を減少あるい
は除去するために、発散するビームがサンプルに
向けて送られても良く、その場合、生じ得る、発
射角に対する依存性は補償される。
以上に記載した事項は非限定的な例としてのみ
与えられており、本発明の範囲から逸脱すること
なく、変形及び変更が可能であるということは明
らかである。
与えられており、本発明の範囲から逸脱すること
なく、変形及び変更が可能であるということは明
らかである。
具体的には、互いに異なる周波数を有する２つ
のビームが単一モードレーザーと音響光学セルと
によつて発生される場合、２つのビームは別々の
光路に従つて放出されると共に、適切な光学系が
それらをフオトダイオード６上で結合するために
必要となろう。更に、単一のλ／４板７の代わり
に別々の偏光子が必要となろう。
のビームが単一モードレーザーと音響光学セルと
によつて発生される場合、２つのビームは別々の
光路に従つて放出されると共に、適切な光学系が
それらをフオトダイオード６上で結合するために
必要となろう。更に、単一のλ／４板７の代わり
に別々の偏光子が必要となろう。
更に、n1及びｄに関する測定がビーム４ｂの１
つの成分のみを利用して行われる場合、図示され
ているところの成分４ｐに代えて、成分４ｓでも
よい。しかしながら、もし成分４ｐがサンプルに
送られるならば、サンプルの光学的性質について
のより多くの情報が得られ得る。何故ならば、そ
れにより、ブルースター角も決定され得るからで
ある。実際、その角度では、ビーム４ｐは層１の
外表面によつて完全に反射させられ、そして、ビ
ーム４ｒは層１と基板との境界面によつて反射さ
せられたビームのみからなつている。そして、入
射角を変化させた場合、ブルースター角におい
て、うなりの振幅中に不連続箇所が現れるであろ
う。
つの成分のみを利用して行われる場合、図示され
ているところの成分４ｐに代えて、成分４ｓでも
よい。しかしながら、もし成分４ｐがサンプルに
送られるならば、サンプルの光学的性質について
のより多くの情報が得られ得る。何故ならば、そ
れにより、ブルースター角も決定され得るからで
ある。実際、その角度では、ビーム４ｐは層１の
外表面によつて完全に反射させられ、そして、ビ
ーム４ｒは層１と基板との境界面によつて反射さ
せられたビームのみからなつている。そして、入
射角を変化させた場合、ブルースター角におい
て、うなりの振幅中に不連続箇所が現れるであろ
う。
以上のように、本発明によれば、厳密な位置合
せを必要とする構成部品も可動部分も備えていな
い、従つて、調整が容易で且つ信頼性の高い干渉
式楕円偏光計が得られる。
せを必要とする構成部品も可動部分も備えていな
い、従つて、調整が容易で且つ信頼性の高い干渉
式楕円偏光計が得られる。
図面は本発明に係る干渉式楕円偏光計の一実施
例の概略構成図である。 １……層、２……基板、３……ビーム波、４…
…ビーム、５……ビームスプリツター、６，９…
…フオトダイオード、７，１２……λ／４板、８
……偏光分離装置、１０……光学系、１１……測
定及び計算装置。
例の概略構成図である。 １……層、２……基板、３……ビーム波、４…
…ビーム、５……ビームスプリツター、６，９…
…フオトダイオード、７，１２……λ／４板、８
……偏光分離装置、１０……光学系、１１……測
定及び計算装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ サンプルの光学的性質を測定するための干渉
式楕円偏光計であつて、 数ＭHzだけ異なる周波数を伴つた２つの単色光
放射を含むビームを発生する光源と、 前記ビームの光路中の偏光手段であつて、該２
つの単色光放射を２つの直交平面内に直線偏光さ
せるものと、 前記光源によつて発生される該ビームの光路中
のビームスプリツターであつて、それぞれが数Ｍ
Hzだけ異なる周波数を伴つた前記２つの単色光放
射からなる、第１の分割ビームと第２の分割ビー
ムとに前記ビームを分割し、且つ別々の光路に沿
うように前記分割ビームを方向付けるものと、 前記サンプルを通過せず且つ該サンプルで反射
しない前記第１の分割ビームを受光する、該第１
の分割ビームの光路中の第１の光検出器であつ
て、前記２つの単色光放射から第１のうなりを発
生するものと、 前記第２の分割ビームの光路中の分離手段であ
つて、該第２の分割ビームを偏光面が異なる２つ
の光ビームに分離し、且つ偏光面が異なる該２つ
の光ビームを同じではない第１及び第２の光路に
沿つてそれぞれ送るものと、 前記第１の光路に沿つて配置され、且つ前記サ
ンプルを通過することなく該第１の光路に沿つて
送られる、前記偏光面の内の一方の偏光面の光ビ
ームを受光する第２の光検出器と、 前記サンプルを前記第２の光路中に位置させ、
前記サンプルによつて反射させられた反射ビーム
であつて、前記第１の光路に沿つて送られる前記
光ビームの偏光面と同一の偏光面を有する成分を
備えるものを集め、且つ該反射ビームを、数ＭHz
だけ異なる周波数を伴つた前記２つの単色光放射
間の第２のうなりの周波数を発生する前記第２の
光検出器上に方向付ける手段であつて、該第２の
うなりは、前記成分の大きさに比例する振幅と、
前記反射ビームの前記成分及び前記第１の光路に
沿つて送られる前記光ビームの間の位相のずれに
依存する、前記第１のうなりに対しての位相差と
を有するものと、 前記第１及び第２の光検出器に電気的に接続さ
れる測定及び計算手段であつて、前記第１のうな
りに関連する前記第２のうなりの前記振幅及び位
相から前記光学的性質の値を計算するものと、 を具備する干渉式楕円偏光計。 ２ 前記光源がゼーマン効果レーザーであり、且
つ前記偏光手段が、前記ビームスプリツターの上
流における前記ビームの光路中の、λ／４板であ
る特許請求の範囲第１項記載の干渉式楕円偏光
計。 ３ 前記２つの直交平面の内の一方が、前記サン
プル上の前記第２の光路に沿つて送られる前記光
ビームの入射面と一致し、且つ前記分離手段が、
前記入射面内に偏光させられている放射を前記第
２の光路に沿つて送出する特許請求の範囲第１項
記載の干渉式楕円偏光計。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT67378/85A IT1184100B (it) | 1985-04-23 | 1985-04-23 | Ellissometro interferometrico statico |
| IT67378-A/85 | 1985-04-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61259127A JPS61259127A (ja) | 1986-11-17 |
| JPS649565B2 true JPS649565B2 (ja) | 1989-02-17 |
Family
ID=11301892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61085195A Granted JPS61259127A (ja) | 1985-04-23 | 1986-04-15 | 干渉式楕円偏光計 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4762414A (ja) |
| EP (1) | EP0200978B1 (ja) |
| JP (1) | JPS61259127A (ja) |
| CA (1) | CA1264959A (ja) |
| DE (2) | DE200978T1 (ja) |
| IT (1) | IT1184100B (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5042951A (en) * | 1989-09-19 | 1991-08-27 | Therma-Wave, Inc. | High resolution ellipsometric apparatus |
| GB8926574D0 (en) * | 1989-11-24 | 1990-01-17 | Renishaw Plc | Laser interferometer |
| US5218424A (en) * | 1991-03-19 | 1993-06-08 | Zygo Corporation | Flying height and topography measuring interferometer |
| US5133602A (en) * | 1991-04-08 | 1992-07-28 | International Business Machines Corporation | Particle path determination system |
| NL194893C (nl) * | 1992-12-31 | 2003-06-04 | Univ Delft Tech | Zeeman-ellipsometer. |
| US5325172A (en) * | 1993-01-13 | 1994-06-28 | Hitachi Koki Company Limited | Optical system for analyzing samples separated by a centrifugal separator |
| US5557399A (en) * | 1995-03-22 | 1996-09-17 | Zygo Corporation | Optical gap measuring apparatus and method |
| CN1131741A (zh) * | 1995-03-22 | 1996-09-25 | 载歌公司 | 光学间隙测量装置和方法 |
| US5953125A (en) * | 1995-09-01 | 1999-09-14 | Zygo Corporation | Optical gap measuring apparatus and method |
| AUPN875296A0 (en) * | 1996-03-19 | 1996-04-18 | Manakato Pty Ltd | Method and apparatus for monitoring materials processing |
| US6414302B1 (en) | 1998-08-11 | 2002-07-02 | Interface Studies Inc | High photon energy range reflected light characterization of solids |
| US6222199B1 (en) | 1999-05-25 | 2001-04-24 | Interface Studies Inc. | Ultrathin layer measurement having a controlled ambient of light path |
| US6710881B1 (en) * | 1999-09-28 | 2004-03-23 | Nanyang Technological University | Heterodyne interferometry for small spacing measurement |
| US6323947B1 (en) | 1999-12-14 | 2001-11-27 | Interface Studies Corporation | Angle of incidence accuracy in ultrathin dielectric layer ellipsometry measurement |
| JP2002107119A (ja) * | 2000-07-26 | 2002-04-10 | Nippi:Kk | 被測定物の厚さ測定方法及びその装置 |
| US7589843B2 (en) * | 2005-09-27 | 2009-09-15 | Verity Instruments, Inc. | Self referencing heterodyne reflectometer and method for implementing |
| US7545503B2 (en) * | 2005-09-27 | 2009-06-09 | Verity Instruments, Inc. | Self referencing heterodyne reflectometer and method for implementing |
| DE102007062052A1 (de) * | 2007-12-21 | 2009-06-25 | Siemens Ag | Schichtdickenmessung an transparenten Schichten |
| EP3114429B1 (en) * | 2014-03-07 | 2020-01-29 | Trustees of Boston University | Polarization enhanced interferometric imaging |
| JP6194922B2 (ja) * | 2015-05-13 | 2017-09-13 | トヨタ自動車株式会社 | 不透明積層体の層厚み測定方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4053232A (en) * | 1973-06-25 | 1977-10-11 | International Business Machines Corporation | Rotating-compensator ellipsometer |
| EP0075689A1 (en) * | 1981-09-28 | 1983-04-06 | International Business Machines Corporation | Optical instruments for viewing a sample surface |
| IT1155284B (it) * | 1982-02-10 | 1987-01-28 | Cselt Centro Studi Lab Telecom | Procedimento e apparecchiatura per la misura dell'indice di rifrazione e dello spessore di materiali trasparenti |
| US4511430A (en) * | 1984-01-30 | 1985-04-16 | International Business Machines Corporation | Control of etch rate ratio of SiO2 /photoresist for quartz planarization etch back process |
-
1985
- 1985-04-23 IT IT67378/85A patent/IT1184100B/it active
-
1986
- 1986-04-10 US US06/850,493 patent/US4762414A/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-04-11 CA CA000506489A patent/CA1264959A/en not_active Expired
- 1986-04-15 JP JP61085195A patent/JPS61259127A/ja active Granted
- 1986-04-21 DE DE198686105472T patent/DE200978T1/de active Pending
- 1986-04-21 DE DE8686105472T patent/DE3666511D1/de not_active Expired
- 1986-04-21 EP EP86105472A patent/EP0200978B1/en not_active Expired
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3666511D1 (en) | 1989-11-23 |
| IT8567378A0 (it) | 1985-04-23 |
| CA1264959A (en) | 1990-01-30 |
| IT1184100B (it) | 1987-10-22 |
| IT8567378A1 (it) | 1986-10-23 |
| US4762414A (en) | 1988-08-09 |
| EP0200978B1 (en) | 1989-10-18 |
| JPS61259127A (ja) | 1986-11-17 |
| DE200978T1 (de) | 1987-03-19 |
| EP0200978A1 (en) | 1986-11-12 |
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