JP2002005823A - Thin-film measuring apparatus - Google Patents
Thin-film measuring apparatusInfo
- Publication number
- JP2002005823A JP2002005823A JP2000182846A JP2000182846A JP2002005823A JP 2002005823 A JP2002005823 A JP 2002005823A JP 2000182846 A JP2000182846 A JP 2000182846A JP 2000182846 A JP2000182846 A JP 2000182846A JP 2002005823 A JP2002005823 A JP 2002005823A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- thin film
- film
- polarization
- thin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Abandoned
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハや金
属基板などの上に形成された薄膜に関して光学的な測定
を行う薄膜測定装置に関し、特に、当該薄膜の膜厚およ
び／または膜質を偏光特性に基づいて測定する薄膜測定
装置（偏光解析装置）に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film measuring apparatus for optically measuring a thin film formed on a semiconductor wafer, a metal substrate, or the like. The present invention relates to a thin-film measurement device (polarization analyzer) for performing measurement based on a thin film.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、半導体製造プロセスにおいては、
シリコンウエハーなど半導体や金属基板上に形成された
透明薄膜の膜厚や膜質を測定する薄膜測定装置として、
干渉式のものや偏光式のものなどの各種方式を用いた測
定装置が用いられている。2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor manufacturing process,
As a thin film measuring device for measuring the thickness and quality of transparent thin films formed on semiconductors such as silicon wafers and metal substrates,
Measuring devices using various methods such as an interference type and a polarization type are used.
【０００３】干渉式の薄膜（膜厚）測定装置は、操作性
が容易であり、微小スポット測定や５００オングストロ
ーム以上の厚膜の膜厚測定を得意とする点を特徴とす
る。一方、偏光式の薄膜測定装置（偏光解析装置）は、
エリプソメータとも称せられ、１００オングストローム
以下の超薄膜を高精度に測定することが可能であり、さ
らに、その薄膜の膜質の測定も可能である点を特徴とす
る。したがって、超薄膜の高精度測定や膜質等の測定を
行いたい場合などにおいては、エリプソメータが有利で
ある。[0003] The interference type thin film (thickness) measuring apparatus is characterized in that it is easy to operate and is good at measurement of minute spots and thickness measurement of a thick film of 500 Å or more. On the other hand, a polarization type thin film measuring device (polarization analyzer)
It is also called an ellipsometer, and is characterized in that it can measure an ultrathin film of 100 angstrom or less with high accuracy and can also measure the film quality of the thin film. Therefore, the ellipsometer is advantageous when it is desired to perform high-precision measurement of ultra-thin films or measurement of film quality.
【０００４】エリプソメータ（偏光解析装置）は、原理
上、試料面に斜めから平行光を照射し、試料面での反射
光の偏光特性を解析することで薄膜の厚さや膜質を測定
する装置である。このエリプソメータにおいては、平行
光の入射角度θは、測定対象とする材質、構造等に応じ
て最適な角度が設定される。たとえば、シリコン上の薄
膜測定時には、通常、入射角度θ＝７０（度）に設定さ
れる。[0004] In principle, an ellipsometer (polarization analyzer) is a device that irradiates a sample surface with parallel light obliquely and analyzes the polarization characteristics of the reflected light on the sample surface to measure the thickness and quality of the thin film. . In this ellipsometer, the incident angle θ of the parallel light is set to an optimum angle according to the material, structure, and the like to be measured. For example, when measuring a thin film on silicon, the incident angle θ is usually set to 70 (degrees).
【０００５】図１４は、従来のエリプソメータ（偏光解
析装置）１００の一例を示す図である。このエリプソメ
ータ１００は、光源１０１、レンズ１０２、偏光子１０
３、レンズ１０４、レンズ１１１、検光子１１２、レン
ズ１１３、および分光器１１５を備えている。また、分
光器１１５は、ピンホール１１６、分光用のグレーティ
ング（回折格子）１１７、および検出器１１８を有して
いる。FIG. 14 is a diagram showing an example of a conventional ellipsometer (polarization analyzer) 100. The ellipsometer 100 includes a light source 101, a lens 102, a polarizer 10
3, a lens 104, a lens 111, an analyzer 112, a lens 113, and a spectroscope 115. Further, the spectroscope 115 has a pinhole 116, a grating (diffraction grating) 117 for spectroscopy, and a detector 118.
【０００６】光源１０１から出射された光は、レンズ１
０２においてコリメートされ、偏光子１０３により、た
とえば４５度の直線偏光を有する状態（入射面に平行な
成分であるｐ成分と入射面に垂直な成分であるｓ成分と
の比が１：１であり、かつ、両成分の位相差が無い状
態、図１５（ａ）参照）にされた後、レンズ１０４によ
り絞られて試料１２０面の所定の微小領域Ｐに導かれ
る。The light emitted from the light source 101 is
02, and a state having linear polarization of, for example, 45 degrees by the polarizer 103 (the ratio between the p component parallel to the incident surface and the s component perpendicular to the incident surface is 1: 1. Then, after the state shown in FIG. 15A, where there is no phase difference between the two components (see FIG. 15A), the lens 104 is squeezed by the lens 104 and guided to a predetermined minute area P on the surface of the sample 120.
【０００７】試料１２０の微小領域Ｐにおいて反射され
た光は、レンズ１１１によりコリメートされた後、所定
方向の偏光成分の光のみが検光子１１２を通過し、レン
ズ１１３で集光された後に分光器１１５に入射する。分
光器１１５のピンホール１１６から入射した光は、グレ
ーティング１１７において複数の波長毎に分離された
後、検出器１１８において検出される。[0007] After the light reflected on the minute area P of the sample 120 is collimated by the lens 111, only light of a polarized component in a predetermined direction passes through the analyzer 112 and is condensed by the lens 113, It is incident on 115. Light incident from the pinhole 116 of the spectroscope 115 is separated by the grating 117 for each of a plurality of wavelengths, and then detected by the detector 118.
【０００８】ここにおいて、検出器１１８は、反射前に
おいて４５度の直線偏光を有していた入射光の偏光状態
が、試料１２０における反射によってどのように変化し
たかを観測する役割を果たす。図１５は、反射前後の光
の偏光状態を表す図であり、図１５（ａ）は反射前の状
態、図１５（ｂ）は反射後の状態を表す図である。具体
的には、検光子１１２を少しずつ回転させつつ、図１５
（ｂ）に示すように、複数の角度α１，α２，α
３，...の方向における各成分の光量（各破線の長さに
比例する量に相当する）を検出器１１８において得るこ
とにより、反射後の光（反射光）の偏光状態を得る。Here, the detector 118 plays a role in observing how the polarization state of the incident light, which had linear polarization of 45 degrees before reflection, has changed due to the reflection at the sample 120. 15A and 15B are diagrams illustrating the polarization state of light before and after reflection. FIG. 15A illustrates a state before reflection, and FIG. 15B illustrates a state after reflection. More specifically, while rotating the analyzer 112 little by little, FIG.
As shown in (b), a plurality of angles α1, α2, α
The amount of light of each component in the direction of 3,... (Corresponding to an amount proportional to the length of each broken line) is obtained by the detector 118, so that the polarization state of the reflected light (reflected light) is obtained.
【０００９】偏光状態は、入射面に平行な成分であるｐ
成分と入射面に垂直な成分であるｓ成分との間におけ
る、振幅強度比と位相差とにより表現することができ
る。[0009] The polarization state is represented by p which is a component parallel to the plane of incidence.
It can be expressed by the amplitude intensity ratio and the phase difference between the component and the s component which is a component perpendicular to the plane of incidence.
【００１０】図１６は、各位相差を有する場合における
各偏光状態を表す図であり、図１６（ａ）のように、ｐ
成分とｓ成分との位相差が０（ゼロ）の場合は、直線偏
光となる。そして、このときの直線の傾きが、ｐ成分と
ｓ成分との振幅強度比を表しており、図に示すように、
ｐ成分とｓ成分とが１：１の場合、すなわち、振幅強度
比が１のときは、４５度の直線偏光となる。FIG. 16 is a diagram showing each polarization state when there is each phase difference. As shown in FIG.
When the phase difference between the component and the s component is 0 (zero), the light is linearly polarized light. Then, the slope of the straight line at this time represents the amplitude intensity ratio between the p component and the s component, and as shown in the figure,
When the p component and the s component are 1: 1, that is, when the amplitude intensity ratio is 1, linear polarized light of 45 degrees is obtained.
【００１１】図１６（ｂ）〜（ｈ）は、その他の位相差
を有する場合の各偏光状態を表している。上述のよう
に、各角度α１，α２，α３，...の方向における各成
分の光量（各破線の長さに比例する量に相当する）を検
出器１１８において得ることにより、反射後の光（反射
光）が図１６において例示するような偏光状態のいずれ
に該当するかを求めることができる。FIGS. 16 (b) to 16 (h) show the polarization states when there is another phase difference. As described above, the amount of light of each component in the directions of the angles α1, α2, α3,... Which of the polarization states (reflected light) corresponds to the example illustrated in FIG. 16 can be obtained.
【００１２】これにより、検出器１１８は、分光器１１
５において分離された各波長ごとに、上記の反射光の偏
光状態の観測を行うことができる。なお、検出器１１８
は、さらに高度な測定をおこなうために複数の波長の光
についての光量を検出するが、原理的には、単一波長の
光を検出することのみにより、反射光の偏光状態の観測
が可能である。Thus, the detector 118 is connected to the spectroscope 11.
The observation of the polarization state of the reflected light can be performed for each wavelength separated in 5. The detector 118
Detects the light quantity of light of multiple wavelengths in order to perform more advanced measurements, but in principle, it is possible to observe the polarization state of reflected light only by detecting light of a single wavelength. is there.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このエ
リプソメータにおいては、（１）測定エリアの微小化に
関する制約、ならびに（２）測定時間の短縮化および測
定精度の向上を行う際の制約が存在するという問題があ
る。これについて具体的に説明する。However, in this ellipsometer, there are (1) restrictions on miniaturization of the measurement area and (2) restrictions on shortening the measurement time and improving the measurement accuracy. There's a problem. This will be described specifically.
【００１４】まず、（１）測定エリアの微小化に関する
制約、について説明する。First, (1) restrictions on miniaturization of a measurement area will be described.
【００１５】従来のエリプソメータにおいては、試料面
に対して斜めから光が照射されるため、試料面における
スポット光は、楕円形状になる。上述のように、シリコ
ンウエハ上の薄膜測定時において入射角度θが７０度に
設定される場合には、試料面上において、スポット光の
短軸方向の長さと長軸方向の長さとの比率が約１：３
（cos７０：１）の楕円形状となる。そのスポット径の
最小値は、光源の波長等にも依存するが、たとえば、１
０μｍ×３０μｍないし１５μｍ×４５μｍなどの値と
なる。この場合、微小スポットに関する解像度は、長軸
方向の長さによって規定されることになるため、スポッ
ト形状が楕円になることにより、解像度を向上させるこ
とが困難になるという問題を有している。In a conventional ellipsometer, light is applied obliquely to the sample surface, so that the spot light on the sample surface has an elliptical shape. As described above, when the incident angle θ is set to 70 degrees at the time of measuring a thin film on a silicon wafer, the ratio of the length of the spot light in the minor axis direction to the major axis direction on the sample surface is About 1: 3
(Cos 70: 1). The minimum value of the spot diameter depends on the wavelength of the light source and the like.
It is a value such as 0 μm × 30 μm to 15 μm × 45 μm. In this case, since the resolution of the minute spot is determined by the length in the long axis direction, there is a problem that it is difficult to improve the resolution due to the elliptical spot shape.
【００１６】また、上記において、レンズ１０４により
光束をさらに絞って試料１２０面の所定の微小領域Ｐに
導くことにより、測定エリアのさらなる微小化を図るこ
とも考えられる。しかしながら、所定の入射角度θを有
する平行光の反射による偏光特性の変化を観察するとい
うエリプソメータにおける測定原理上、レンズ１０４に
おける集光角度をあまり大きくすることができないとい
う制約が存在する。言い換えれば、入射光に複数の入射
角度の光線が含まれる場合には、測定精度に悪影響を与
えるため、レンズ１０４の集光角度をあまり大きくする
ことはできないという制約がある。すなわち、集光角度
を大きくすることによってスポット光の微小化を図るこ
とはできない。In the above description, it is conceivable to further reduce the measurement area by further narrowing the light beam by the lens 104 and guiding the light beam to a predetermined minute region P on the surface of the sample 120. However, due to the measurement principle of the ellipsometer in which a change in polarization characteristics due to reflection of parallel light having a predetermined incident angle θ is observed, there is a restriction that the converging angle of the lens 104 cannot be made too large. In other words, if the incident light includes light rays of a plurality of incident angles, the measurement accuracy is adversely affected, so that there is a restriction that the converging angle of the lens 104 cannot be made too large. That is, the spot light cannot be miniaturized by increasing the condensing angle.
【００１７】このように、測定エリアの微小化に関する
制約が存在するという問題がある。As described above, there is a problem that there is a restriction on miniaturization of the measurement area.
【００１８】つぎに、（２）測定時間の短縮化および測
定精度の向上に関する制約に関する問題について説明す
る。Next, a description will be given of (2) a problem relating to restrictions on shortening of measurement time and improvement of measurement accuracy.
【００１９】従来のエリプソメータにおいては、検光子
１１２を少しずつ回転させて複数の角度α１，α２，α
３，...の方向における成分の光量を検出器１１８にお
いて得ることにより、反射光の偏光状態を得ている。こ
の場合、検光子１１２を所定角度毎に回転させて少しず
つ角度を変更しつつ、異なる時点における各角度ごとに
複数の測定動作（測光動作）を行うことが必要になる。
したがって、測定動作（測光動作）自体に時間がかかる
ため全体の測定時間を短くすることが困難であり、か
つ、得られるデータが複数の時点で取得された時系列デ
ータとなるために外乱（一般的に時変動）等の影響を受
けやすく信頼性が低いという問題がある。これが、測定
時間の短縮化および測定精度の向上に関する制約に関す
る問題である。In the conventional ellipsometer, a plurality of angles α1, α2, α
The polarization state of the reflected light is obtained by obtaining the light amount of the component in the directions of 3,... In this case, it is necessary to rotate the analyzer 112 at a predetermined angle and change the angle little by little, and to perform a plurality of measurement operations (photometry operations) for each angle at different points in time.
Therefore, it is difficult to shorten the entire measurement time because the measurement operation (photometry operation) itself takes time. Further, since the obtained data is time-series data acquired at a plurality of time points, a disturbance (a general And the reliability is low. This is a problem related to restrictions on shortening the measurement time and improving the measurement accuracy.
【００２０】そこで、本発明は前記問題点に鑑み、
（１）測定エリアの微小化を図ることが可能な薄膜測定
装置を提供することを第１の目的とし、（２）測定時間
の短縮化および測定精度の向上を行うことが可能な薄膜
測定装置を提供することを第２の目的とする。Therefore, the present invention has been made in view of the above problems,
(1) A first object is to provide a thin film measuring apparatus capable of miniaturizing a measurement area, and (2) a thin film measuring apparatus capable of shortening a measuring time and improving a measuring accuracy. The second object is to provide
【００２１】[0021]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、測定対象となる薄膜の反
射の際の偏光状態を観測してその薄膜の膜厚および／ま
たは膜質を求める薄膜測定装置であって、光源から出射
された照明光を前記薄膜の微小領域へと集光する照明光
学系と、前記薄膜からの反射光を受光する受光手段と、
前記薄膜からの反射光を前記受光手段へと導く結像光学
系と、前記受光手段において受光される前記反射光を用
いて、前記反射による偏光状態の変化を測定する偏光特
性測定手段と、前記偏光特性測定手段により測定された
偏光特性を用いて、前記薄膜の膜厚および／または膜質
に関する情報を取得する薄膜情報取得手段と、を備え、
前記照明光学系と前記結像光学系とが前記薄膜上におい
て光軸を共有していることを特徴とする。In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is to observe the polarization state at the time of reflection of a thin film to be measured, and to measure the film thickness and / or film quality of the thin film. An illumination optical system that converges illumination light emitted from a light source to a minute area of the thin film, and a light receiving unit that receives light reflected from the thin film,
An imaging optical system that guides light reflected from the thin film to the light receiving unit, and a polarization characteristic measuring unit that measures a change in polarization state due to the reflection using the reflected light received by the light receiving unit; A thin-film information acquisition unit that acquires information on the thickness and / or film quality of the thin film using the polarization characteristics measured by the polarization characteristic measurement unit,
The illumination optical system and the imaging optical system share an optical axis on the thin film.
【００２２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の薄膜測定装置において、前記薄膜の微小領域へと集光
される照明光は、互いに同一の入射角度を有しつつ互い
に異なる複数の方向から前記薄膜の前記微小領域へと向
かう複数の入射光線を含み、前記受光手段は、複数の受
光素子を有し、前記複数の受光素子のそれぞれは、前記
複数の入射光線のそれぞれに対する前記薄膜上での複数
の反射光線のそれぞれを別個にかつ同時に受光し、前記
偏光特性測定手段は、前記複数の受光素子のそれぞれに
おいて受光された前記複数の反射光線のそれぞれに関す
る各受光量を用いることにより、前記反射時における偏
光特性の変化を測定することを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the thin film measuring apparatus according to the first aspect, the illumination light condensed on the minute area of the thin film has a plurality of different incident angles while having the same incident angle. A plurality of incident light beams directed from the direction to the minute area of the thin film, the light receiving means has a plurality of light receiving elements, each of the plurality of light receiving elements, Each of the plurality of reflected light beams on the thin film is separately and simultaneously received, and the polarization characteristic measuring means uses each of the received light amounts of the plurality of reflected light beams received by each of the plurality of light receiving elements. Thus, the change in the polarization characteristics during the reflection is measured.
【００２３】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の薄膜測定装置において、前記受光手段は、前記複数の
反射光線のそれぞれを分散させて複数の波長成分に分離
する分光手段をさらに有し、前記分光手段は、前記複数
の反射光線のそれぞれを複数の波長成分に分離し、前記
複数の受光素子のそれぞれは、前記複数の反射光線のそ
れぞれについて複数の波長成分に分離されたそれぞれの
光を別個かつ同時に受光し、前記偏光特性測定手段は、
前記複数の受光素子のそれぞれにおいて受光された、各
波長成分に分離された前記複数の反射光線のそれぞれの
光に関する各受光量を用いることにより、前記反射時に
おける偏光特性の変化を測定することを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the thin film measuring apparatus according to the second aspect, the light receiving means further includes a spectroscopic means for dispersing each of the plurality of reflected light beams and separating them into a plurality of wavelength components. And the spectroscopy unit separates each of the plurality of reflected light beams into a plurality of wavelength components, and each of the plurality of light receiving elements is separated into a plurality of wavelength components for each of the plurality of reflected light beams. And separately received at the same time, the polarization characteristic measuring means,
Each of the plurality of light receiving elements, received by each of the plurality of light receiving elements, by using each received light amount of each of the plurality of reflected light beams separated into each wavelength component, to measure the change in polarization characteristics during the reflection. Features.
【００２４】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の薄膜測定装置において、前記複数の受光素子は、第１
の方向および第２の方向の２つの方向にマトリクス状に
配列されており、前記第１の方向に配置される複数の受
光素子は、互いに異なる反射光線に関する光を受光し、
前記第２の方向に配置される複数の受光素子は、互いに
異なる波長成分に関する光を受光することを特徴とす
る。According to a fourth aspect of the present invention, in the thin film measuring apparatus according to the third aspect, the plurality of light receiving elements include a first light receiving element.
Are arranged in a matrix in two directions of a second direction and a second direction, and the plurality of light receiving elements arranged in the first direction receive light regarding reflected light beams different from each other,
The plurality of light receiving elements arranged in the second direction receive light with respect to wavelength components different from each other.
【００２５】請求項５に記載の発明は、請求項２ないし
請求項４のいずれかに記載の薄膜測定装置において、前
記照明光は、前記複数の入射光線である第１の複数の入
射光線とは異なる第２の複数の入射光線を含み、前記第
２の複数の入射光線は、前記第１の複数の入射光線の入
射角度とは異なる入射角度であり且つ互いに同一の入射
角度を有しつつ、互いに異なる複数の方向から前記薄膜
の前記微小領域へと向かう複数の入射光線であり、前記
複数の受光素子のそれぞれは、前記第１および第２の複
数の入射光線のそれぞれに対する前記薄膜上での複数の
反射光線のそれぞれを別個にかつ同時に受光し、前記偏
光特性測定手段は、前記複数の受光素子のそれぞれにお
いて受光された前記複数の反射光線のそれぞれに関する
各受光量を用いることにより、前記反射時における偏光
特性の変化を測定することを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, in the thin film measuring apparatus according to any one of the second to fourth aspects, the illumination light includes a first plurality of incident light beams which are the plurality of incident light beams. Includes a second plurality of incident light beams different from each other, wherein the second plurality of incident light beams has an incident angle different from the incident angle of the first plurality of incident light beams and has the same incident angle to each other. A plurality of incident light beams from a plurality of different directions toward the minute region of the thin film, and each of the plurality of light receiving elements is on the thin film for each of the first and second plurality of incident light beams. Each of the plurality of reflected light beams is separately and simultaneously received, and the polarization characteristic measuring means uses each light reception amount regarding each of the plurality of reflected light beams received by each of the plurality of light receiving elements. And by, and measuring the change in polarization characteristics at the reflection.
【００２６】請求項６に記載の発明は、請求項１ないし
請求項５のいずれかに記載の薄膜測定装置において、前
記照明光学系は、前記複数の入射光線のそれぞれの偏光
方向を揃える偏光子を有し、前記結像光学系は、前記複
数の反射光線のそれぞれについて互いに異なる角度の偏
光成分を透過させる検光子を有することを特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, in the thin film measuring apparatus according to any one of the first to fifth aspects, the illumination optical system is configured to align the polarization directions of the plurality of incident light beams. Wherein the imaging optical system includes an analyzer that transmits polarized light components having different angles with respect to each of the plurality of reflected light beams.
【００２７】請求項７に記載の発明は、請求項１ないし
請求項６のいずれかに記載の薄膜測定装置において、前
記照明光学系は、反射対物光学系を用いて前記照明光を
前記薄膜における微小領域へと集光することを特徴とす
る。According to a seventh aspect of the present invention, in the thin-film measuring apparatus according to any one of the first to sixth aspects, the illumination optical system transmits the illumination light to the thin film using a reflection objective optical system. Light is condensed on a minute area.
【００２８】請求項８に記載の発明は、請求項１ないし
請求項７のいずれかに記載の薄膜測定装置において、前
記反射対物光学系は、前記光軸近傍位置において対物レ
ンズを有しており、前記薄膜測定装置は、さらに、前記
対物レンズにより集光され前記薄膜において反射された
光を用いて、前記薄膜の微小領域付近の画像を撮像する
前記撮像手段と、前記撮像手段により撮像した画像に基
づいて位置情報を取得する画像処理手段と、を備えるこ
とを特徴とする。According to an eighth aspect of the present invention, in the thin film measuring apparatus according to any one of the first to seventh aspects, the reflection objective optical system has an objective lens at a position near the optical axis. The thin-film measuring apparatus further includes: an imaging unit configured to capture an image near a minute area of the thin film using light collected by the objective lens and reflected by the thin film; and an image captured by the imaging unit. And image processing means for acquiring position information based on the information.
【００２９】請求項９に記載の発明は、請求項１ないし
請求項８のいずれかに記載の薄膜測定装置において、前
記反射対物光学系は、前記光軸近傍位置において対物レ
ンズを有しており、前記薄膜測定装置は、さらに、前記
対物レンズにより集光され前記薄膜において反射された
光を受光し、当該受光された光を用いて、その干渉特性
を測定することにより、前記薄膜の各種パラメータを同
定する干渉式薄膜測定手段、をさらに備えることを特徴
とする。According to a ninth aspect of the present invention, in the thin film measuring apparatus according to any one of the first to eighth aspects, the reflective objective optical system has an objective lens at a position near the optical axis. The thin film measuring apparatus further receives light condensed by the objective lens and reflected by the thin film, and measures the interference characteristics of the light using the received light, whereby various parameters of the thin film are measured. And an interference type thin film measuring means for identifying
【００３０】請求項１０に記載の発明は、測定対象とな
る薄膜の反射の際の偏光状態を観測してその薄膜の膜厚
および／または膜質を求める薄膜測定装置であって、光
源から出射された照明光を前記薄膜の微小領域へと導く
照明光学系と、前記薄膜からの反射光を受光する受光手
段と、前記薄膜からの反射光を前記受光手段へと導く結
像光学系と、前記受光手段において受光される前記反射
光を用いて、前記反射による偏光状態の変化を測定する
偏光特性測定手段と、前記偏光特性測定手段により測定
された偏光特性を用いて、前記薄膜の膜厚および／また
は膜質に関する情報を取得する薄膜情報取得手段と、を
備え、前記受光手段は、複数の受光素子を有し、前記複
数の受光素子のそれぞれは、前記照明光に含まれる入射
光線に対する前記薄膜上での反射光線が各偏光角度成分
ごとに分離された光を別個にかつ同時に受光し、前記偏
光特性測定手段は、前記複数の受光素子のそれぞれにお
ける各受光量を用いることにより、前記反射時における
偏光特性の変化を測定することを特徴とする。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a thin film measuring apparatus for observing a polarization state of a thin film to be measured upon reflection to determine the thickness and / or quality of the thin film. An illumination optical system that guides the reflected illumination light to a minute area of the thin film, a light receiving unit that receives the reflected light from the thin film, an imaging optical system that guides the reflected light from the thin film to the light receiving unit, Using the reflected light received by the light receiving unit, a polarization characteristic measuring unit that measures a change in polarization state due to the reflection, and using the polarization characteristic measured by the polarization characteristic measuring unit, the thickness of the thin film and And / or a thin-film information acquisition unit for acquiring information on a film quality, wherein the light-receiving unit has a plurality of light-receiving elements, and each of the plurality of light-receiving elements is provided with respect to an incident light included in the illumination light. The reflected light on the film separately and simultaneously receives the light separated for each polarization angle component, and the polarization characteristic measuring means uses the respective light receiving amounts in each of the plurality of light receiving elements to perform the reflection. It is characterized in that a change in polarization characteristics at the time is measured.
【００３１】請求項１１に記載の発明は、請求項１０に
記載の薄膜測定装置において、前記受光手段は、前記反
射光線を分散させて複数の波長成分に分離する分光手段
をさらに有し、前記分光手段は、前記反射光線を複数の
波長成分に分離し、前記複数の受光素子のそれぞれは、
前記反射光線が各偏光角度成分ごとにかつ複数の波長成
分ごとに分離された光を別個かつ同時に受光し、前記偏
光特性測定手段は、前記複数の受光素子のそれぞれにお
いて受光された、各波長成分に分離された前記複数の反
射光線のそれぞれの光に関する各受光量を用いることに
より、前記反射時における偏光特性の変化を測定するこ
とを特徴とする。According to an eleventh aspect of the present invention, in the thin film measuring apparatus according to the tenth aspect, the light receiving means further includes a spectral means for dispersing the reflected light beam and separating the reflected light into a plurality of wavelength components. The spectral unit separates the reflected light beam into a plurality of wavelength components, and each of the plurality of light receiving elements includes
The reflected light beam separately and simultaneously receives light separated for each polarization angle component and for each of a plurality of wavelength components, and the polarization characteristic measuring unit receives each of the wavelength components received by each of the plurality of light receiving elements. The change in the polarization characteristic at the time of the reflection is measured by using each of the received light amounts of the plurality of reflected light beams separated into the plurality of reflected light beams.
【００３２】請求項１２に記載の発明は、請求項１１に
記載の薄膜測定装置において、前記複数の受光素子は、
第１の方向および第２の方向の２つの方向にマトリクス
状に配列されており、第１の方向に配置される複数の受
光素子は、互いに異なる偏光角度成分に関する光を受光
し、第２の方向に配置される複数の受光素子は、互いに
異なる波長成分に関する光を受光することを特徴とす
る。According to a twelfth aspect of the present invention, in the thin film measuring apparatus according to the eleventh aspect, the plurality of light receiving elements are
A plurality of light receiving elements are arranged in a matrix in two directions of a first direction and a second direction, and the plurality of light receiving elements arranged in the first direction receive light with respect to polarization angle components different from each other. The plurality of light receiving elements arranged in the directions receive light with respect to wavelength components different from each other.
【００３３】[0033]
【発明の実施の形態】＜Ａ．構成および動作＞ ＜Ａ１．全体構成＞図１は、本発明の実施形態に係る薄
膜測定装置（偏光解析装置）１（１Ａ）を示す概略構成
図である。この偏光解析装置１は、測定対象である薄膜
に関して光学的な測定を行う装置であり、より具体的に
は、半導体基板の表面上等に形成された透明薄膜の反射
の際の偏光状態の変化を観測して、透明薄膜の膜厚ｄお
よび／または膜質ｎ，ｋを非接触で測定する偏光解析装
置（エリプソメータ）である。なお、膜質としては、薄
膜の屈折率ｎおよび吸収率ｋが存在する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS <A. Configuration and Operation><A1. Overall Configuration> FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a thin film measuring apparatus (polarization analyzer) 1 (1A) according to an embodiment of the present invention. The polarization analyzer 1 is a device that performs optical measurement on a thin film to be measured, and more specifically, changes in a polarization state when a transparent thin film formed on a surface of a semiconductor substrate or the like is reflected. Is a polarization analyzer (ellipsometer) that measures the film thickness d and / or the film quality n, k of the transparent thin film in a non-contact manner by observing. The film quality includes the refractive index n and the absorption coefficient k of the thin film.
【００３４】また、ここに示す偏光解析装置（エリプソ
メータ）は、白色光源に含まれる複数の波長の光に関す
る偏光特性の測定を、分光器により複数の波長の光を分
光することにより行うことができるので分光エリプソメ
ータとも称せられる。The polarization analyzer (ellipsometer) shown here can measure the polarization characteristics of light of a plurality of wavelengths contained in a white light source by dispersing light of a plurality of wavelengths with a spectroscope. Therefore, it is also called a spectroscopic ellipsometer.
【００３５】この偏光解析装置１によれば、薄膜に対し
て非破壊かつ非接触で、薄膜に関する上記の各情報を得
ることができる。According to the ellipsometer 1, the above-mentioned information on the thin film can be obtained in a non-destructive and non-contact manner with respect to the thin film.
【００３６】図１を参照しながら、この偏光解析装置１
の構成について説明する。Referring to FIG. 1, the polarization analyzer 1
Will be described.
【００３７】偏光解析装置１は、Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向に
移動可能なＸＹＺステージ４と、微小範囲の調整を可能
にするピエゾアクチュエータによる駆動が可能な載置台
３とを有している。そして、この載置台３の上に、測定
の対象となる試料２が載置される。ここでは、図２に示
すように、試料２として薄膜Ｆがその表面に形成された
半導体ウエハＷに関する測定を行う場合、言い換えれ
ば、半導体ウエハＷ上に形成された薄膜Ｆに関する測定
を行う場合について説明する。なお、図２は、試料２の
縦断面図であり、半導体ウエハＷ上に薄膜Ｆが形成され
ている様子を示している。The polarization analyzer 1 has an XYZ stage 4 movable in each of the X, Y, and Z directions, and a mounting table 3 that can be driven by a piezo actuator capable of adjusting a minute range. . Then, the sample 2 to be measured is mounted on the mounting table 3. Here, as shown in FIG. 2, a case where measurement is performed on a semiconductor wafer W on which a thin film F is formed as a sample 2, in other words, a case where measurement is performed on a thin film F formed on a semiconductor wafer W explain. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the sample 2 and shows a state where the thin film F is formed on the semiconductor wafer W.
【００３８】また、偏光解析装置１は、照明光学系１０
と結像光学系２０と撮像用光学系３０とを備えている。
以下では、それぞれの構成および動作について説明す
る。The polarization analyzer 1 includes an illumination optical system 10.
And an imaging optical system 20 and an imaging optical system 30.
Hereinafter, each configuration and operation will be described.
【００３９】＜Ａ２．照明光学系＞照明光学系１０は、
光源１１、レンズ１２、ピンホール１３、偏光子１７
（１７Ａ）、ビームスプリッタ１４、反射対物光学系１
５、および対物レンズ１６を備える。<A2. Illumination optical system> The illumination optical system 10
Light source 11, lens 12, pinhole 13, polarizer 17
(17A), beam splitter 14, reflection objective optical system 1
5 and an objective lens 16.
【００４０】ここでは光源１１として、白色光源である
キセノンランプを採用するものとする。なお、光源はこ
れに限定されず、たとえばハロゲンランプからの光と重
水素ランプからの光とをハーフミラーにより合成するこ
とにより光源として用いてもよい。Here, a xenon lamp which is a white light source is employed as the light source 11. The light source is not limited to this, and for example, light from a halogen lamp and light from a deuterium lamp may be combined by a half mirror and used as a light source.
【００４１】また、反射対物光学系１５としては、内側
に円環状に設けられる内側鏡面１５ａとその外側に円環
状に設けられる外側鏡面１５ｂとを有する二重鏡面構
造、すなわち、いわゆるカセグレン式の反射対物光学系
を採用する。なお、反射対物光学系１５としては、この
カセグレン式に限定されず、その他の構造を有する反射
対物光学系であってもよい。The reflection objective optical system 15 has a double mirror structure having an inner mirror surface 15a provided in an annular shape inside and an outer mirror surface 15b provided in a ring shape outside thereof, that is, a so-called Cassegrain type reflection. Adopt objective optics. The reflective objective optical system 15 is not limited to the Cassegrain type, but may be a reflective objective optical system having another structure.
【００４２】さらに、対物レンズ１６は、光軸ＡＸ１の
近傍位置において、より具体的には、反射対物光学系１
５の内側鏡面１５ａの中央の中空部において設けられて
おり、対物レンズ１６の中心が光軸ＡＸ１の中心と一致
するように設けられている。なお、この対物レンズ１６
によって、試料２に向けて集光され試料２において反射
される光については後述する。Further, the objective lens 16 is located at a position near the optical axis AX 1, more specifically, the reflection objective optical system 1.
5 is provided in the central hollow portion of the inner mirror surface 15a, and the center of the objective lens 16 is provided so as to coincide with the center of the optical axis AX1. Note that this objective lens 16
The light condensed toward the sample 2 and reflected by the sample 2 will be described later.
【００４３】光源１１としてのキセノンランプから出射
された照明光は、レンズ１２において集光されてピンホ
ール１３において結像する。そして、ピンホール１３を
通過した光は、ビームスプリッタ１４に到達し、ビーム
スプリッタ１４において下向き（−Ｚ方向）にその向き
が変更されて反射対物光学系１５に向けて進行し、試料
２の薄膜Ｆの微小領域（結像位置）へと集光される。こ
のように、レンズ１２、ピンホール１３、ビームスプリ
ッタ１４、および反射対物光学系１５は、光源１１から
出射された照明光を薄膜Ｆの微小領域へと集光する照明
光学系１０を構成する。The illumination light emitted from the xenon lamp as the light source 11 is condensed by the lens 12 and forms an image on the pinhole 13. The light that has passed through the pinhole 13 reaches the beam splitter 14, the direction thereof is changed downward (−Z direction) by the beam splitter 14, and travels toward the reflection objective optical system 15, and the thin film of the sample 2 is formed. The light is condensed on a minute area (imaging position) of F. As described above, the lens 12, the pinhole 13, the beam splitter 14, and the reflection objective optical system 15 constitute the illumination optical system 10 that condenses the illumination light emitted from the light source 11 onto a minute area of the thin film F.
【００４４】ここにおいて、照明光学系１０により集束
されて試料面の微小領域に導かれる照明光には、互いに
同一の入射角度を有しつつ互いに異なる複数の方向から
試料２の微小領域へと向かう複数の入射光線が含まれ
る。Here, the illumination light converged by the illumination optical system 10 and guided to the minute area on the sample surface is directed to the minute area of the sample 2 from a plurality of different directions while having the same incident angle. Includes multiple incident rays.
【００４５】図３は、照明光に含まれる同一入射角度θ
１を有する複数の入射光線を表す図である。このよう
に、この照明光には同一の入射角度θ１で入射する複数
の入射光線が含まれる。これらの各入射光線は、逆円錐
面上の複数の母線のそれぞれとして表現することができ
る。FIG. 3 shows the same incident angle θ included in the illumination light.
FIG. 2 is a diagram illustrating a plurality of incident light beams having a 1; Thus, the illumination light includes a plurality of incident light beams incident at the same incident angle θ1. Each of these incident rays can be represented as each of a plurality of generatrixes on an inverted conical surface.
【００４６】また、この照明光には、この入射角度θ１
とは異なる角度θ２で入射する複数の入射光線も含まれ
る。図４は、このような異なる角度θ２で入射する複数
の入射光線を表す図である。この図４には、さらに異な
る角度θ３で入射する複数の入射光線も併せて示されて
いる。The illumination light has the incident angle θ1
A plurality of incident light rays incident at an angle θ2 different from the above are also included. FIG. 4 is a diagram illustrating a plurality of incident light beams incident at such different angles θ2. FIG. 4 also shows a plurality of incident light rays incident at different angles θ3.
【００４７】さらに、偏光子１７は、これらの複数の入
射光線のそれぞれの偏光状態を整える役割を果たすが、
これについては後に詳述する。Further, the polarizer 17 plays a role of adjusting the polarization state of each of the plurality of incident light beams.
This will be described later in detail.
【００４８】＜Ａ３．結像光学系＞結像光学系２０は、
ピンホールミラー２１、パラボラミラー２２、検光子２
３（２３Ａ）、接続子２４、光ファイバケーブル２５、
および分光器２９を備える。また分光器２９は、ホログ
ラフィックグレーティング２６、および２次元ＣＣＤエ
リアセンサ２７を有している。<A3. Imaging optical system>
Pinhole mirror 21, parabolic mirror 22, analyzer 2
3 (23A), connector 24, optical fiber cable 25,
And a spectroscope 29. Further, the spectroscope 29 has a holographic grating 26 and a two-dimensional CCD area sensor 27.
【００４９】次述するように、これらの各部分に加え
て、前述の反射対物光学系１５（および／または対物レ
ンズ１６）により、薄膜Ｆからの反射光を２次元ＣＣＤ
エリアセンサ（受光手段）２７へと導く結像光学系２０
が構成される。なお、ここでは、受光手段として、複数
の受光セル（受光素子）が２つの方向（Ｖ方向およびＷ
方向）にマトリクス状に配列された２次元ＣＣＤエリア
センサを用いるが、これに限定されず、フォトマル（光
電子倍増管）などの他の受光素子を用いたものであって
もよい。また、この分光器２９においては、ホログラフ
ィックグレーティング２６を用いて分光させているが、
これに限定されず、ミラーと平面グレーティングとを組
み合わせたツェルニターナ型のものを用いて分光させて
もよく、あるいは、平面グレーティング、ホログラフィ
ックグレーティング、ミラー、およびレンズなどを適宜
に組み合わせたものを用いて分光させてもよい。また、
回折格子（ホログラフィックグレーティング２６）に限
定されず、たとえばプリズムなどによってこのような分
光機能を実現してもよい。As described below, in addition to these parts, the reflected light from the thin film F is reflected by the above-mentioned reflective objective optical system 15 (and / or the objective lens 16) into a two-dimensional CCD.
Imaging optical system 20 leading to area sensor (light receiving means) 27
Is configured. Here, as the light receiving means, a plurality of light receiving cells (light receiving elements) are provided in two directions (V direction and W direction).
Although two-dimensional CCD area sensors arranged in a matrix in the direction (direction) are used, the present invention is not limited to this, and other light receiving elements such as photomultipliers (photomultiplier tubes) may be used. In the spectroscope 29, the light is separated using the holographic grating 26.
The present invention is not limited to this, and the light may be separated using a Czernitana-type device combining a mirror and a planar grating, or using a combination of a planar grating, a holographic grating, a mirror, and a lens as appropriate. It may be spectrally separated. Also,
Not limited to the diffraction grating (holographic grating 26), such a spectral function may be realized by, for example, a prism.
【００５０】上記の照明光学系１０により試料２に導か
れ試料２において反射した光は、再び反射対物光学系１
５において反射された後、ビームスプリッタ１４を透過
し、ピンホールミラー２１のピンホールにおいて結像す
る。このとき、ピンホールミラー２１の中心部と試料２
における反射位置とは結像関係にあり、試料２の表面上
の光軸中心近傍の微小領域で反射した光がピンホールミ
ラー２１のピンホールを通過する。The light guided to the sample 2 by the illumination optical system 10 and reflected by the sample 2 is again reflected by the reflection objective optical system 1.
After being reflected at 5, the light passes through the beam splitter 14 and forms an image at the pinhole of the pinhole mirror 21. At this time, the center of the pinhole mirror 21 and the sample 2
The light reflected at a minute area near the center of the optical axis on the surface of the sample 2 passes through the pinhole of the pinhole mirror 21.
【００５１】また、試料２において反射した光のうち光
軸ＡＸ１付近へと反射した光は、対物レンズ１６で屈折
された後、ビームスプリッタ１４を透過し、ピンホール
ミラー２１のピンホールにおいて結像する。The light reflected on the sample 2 near the optical axis AX 1 is refracted by the objective lens 16, passes through the beam splitter 14, and forms an image on the pinhole of the pinhole mirror 21. I do.
【００５２】ピンホールミラー２１を通過したこれらの
光は、その後拡散して、パラボラミラー２２に向けて進
行する。ここで、拡散光は、反射対物光学系１５で試料
面を照射した際における入射角度（各入射光線と光軸Ａ
Ｘ１との間の角度）θに応じて同心円状に拡散してい
る。なお、入射角度θと反射角度θとは同一の値となる
ので、拡散光は、試料面において反射された際における
反射角度（各反射光線と光軸ＡＸ１との間の角度）θに
応じて同心円状に拡散しているとも表現できる。The light that has passed through the pinhole mirror 21 is then diffused and travels toward the parabolic mirror 22. Here, the diffused light is incident on the sample surface with the reflection objective optical system 15 (each incident ray and the optical axis A).
(The angle with X1) θ. Since the incident angle θ and the reflection angle θ have the same value, the diffused light depends on the reflection angle (the angle between each reflected light beam and the optical axis AX1) θ when reflected on the sample surface. It can also be described as being concentrically diffused.
【００５３】また、上述したように、試料２の微小領域
に集光される照明光には、複数の方向から試料２の微小
領域に向かう同一入射角度を有する複数の入射光線が含
まれており、これらの複数の入射光線は、入射角度θと
同一の反射角度θで試料面において反射された後、ビー
ムスプリッタ１４などを経由して、ピンホールミラー２
１において結像した後、拡散しながらパラボラミラー２
２へ向けて進行する。As described above, the illumination light focused on the minute area of the sample 2 includes a plurality of incident light beams having the same incident angle from a plurality of directions toward the minute area of the sample 2. After the plurality of incident light beams are reflected on the sample surface at the same reflection angle θ as the incident angle θ, the pinhole mirror 2 passes through the beam splitter 14 and the like.
After imaging at 1, the parabolic mirror 2 diffuses
Proceed to 2.
【００５４】図５は、仮想断面Ｓ２（図１）における光
の分布を表す図である。この図５に示すように、仮想断
面Ｓ２においては、円状（より正確には二重円環状）に
その拡散光が分布しており、外側の環状部分の光は、反
射対物光学系１５により試料２に対して集光され試料２
において反射された光を表し、内側の円状部分の光は、
対物レンズ１６により試料２に対して集光され試料２に
おいて反射された光を表す。この外側の環状領域Ｒ１の
拡散光の最外周部（円周部分）の位置には、最大入射角
度θｍａｘとなる入射角度θで試料面に対して入射した
各入射光線に対応する各反射光線が存在し、その内側の
円状領域Ｒ２の拡散光の中心位置には、最小入射角度θ
ｍｉｎ＝０で試料面に対して入射した入射光線の反射光
線が存在する。また、領域Ｒ１と領域Ｒ２との間の空白
領域は、反射対物光学系１５において試料面からの反射
光が得られなかった部分に対応する。FIG. 5 is a diagram showing the light distribution in the virtual section S2 (FIG. 1). As shown in FIG. 5, in the virtual cross section S2, the diffused light is distributed in a circular shape (more precisely, a double annular shape), and the light in the outer annular portion is reflected by the reflective objective optical system 15. Sample 2 is focused on Sample 2
Represents the light reflected at, the light in the inner circle is
It represents light condensed on the sample 2 by the objective lens 16 and reflected on the sample 2. At the position of the outermost peripheral portion (circumferential portion) of the diffused light in the outer annular region R1, each reflected light beam corresponding to each incident light beam incident on the sample surface at an incident angle θ that becomes the maximum incident angle θmax. Exists, and the minimum incident angle θ is located at the center position of the diffused light in the inner circular region R2.
There is a reflected light beam of the incident light beam that has entered the sample surface at min = 0. The blank region between the region R1 and the region R2 corresponds to the portion where the reflected light from the sample surface was not obtained in the reflective objective optical system 15.
【００５５】そして、パラボラミラー２２に到達しパラ
ボラミラー２２において反射された光はコリメート（平
行化）されて、検光子２３に対して平行光として入射さ
れる。ここで、仮想断面Ｓ３の拡散光は、仮想断面Ｓ２
の拡散光と類似の円状分布を有しており、反射対物光学
系１５で試料面を照射した際における入射角度θ（各入
射光線と光軸ＡＸ１との間の角度）に応じて同心円状に
拡散している。The light that reaches the parabolic mirror 22 and is reflected by the parabolic mirror 22 is collimated (parallelized) and is incident on the analyzer 23 as parallel light. Here, the diffused light of the virtual section S3 is
And a concentric distribution according to the incident angle θ (the angle between each incident light beam and the optical axis AX1) when the sample surface is irradiated by the reflective objective optical system 15. Has spread to.
【００５６】なお、各仮想断面Ｓ１，Ｓ４における光
（光束）も、仮想断面Ｓ２と類似の円状分布を有してお
り、反射対物光学系１５で試料面を照射した際における
入射角度θ（各入射光線と光軸ＡＸ１との間の角度）に
応じて同心円状に分布している。The light (light flux) in each of the virtual cross sections S1 and S4 also has a circular distribution similar to that of the virtual cross section S2, and the incident angle θ when the reflection objective optical system 15 irradiates the sample surface. (The angle between each incident light beam and the optical axis AX1).
【００５７】さらに、検光子２３を透過した光は、複数
の接続子２４およびそれぞれに対応する複数の光ファイ
バケーブル２５を介して導かれ、分光器２９へと入射さ
れる。Further, the light transmitted through the analyzer 23 is guided through a plurality of connectors 24 and a plurality of optical fiber cables 25 corresponding to the respective connectors 24 and enters a spectroscope 29.
【００５８】図６は、仮想断面Ｓ４（図１）における断
面図であり、複数の接続子２４の配置を示す図である。
各接続子２４は、仮想断面Ｓ４内の各位置における光を
光ファイバケーブル２５へと導くための中継部材であ
り、たとえば、マイクロレンズなどにより構成される。
各接続子により取り出された各位置の光は、対応する光
ファイバケーブル２５などを介して２次元ＣＣＤエリア
センサ２７内の各受光セルへと導かれる。図６に示すよ
うに、これらの複数の接続子２４は、同心円状に配列さ
れている。ここでは、複数の接続子２４が３つの互いに
異なる半径ｒ１，ｒ２，ｒ３を有する各円上において３
列に整列配置される場合を示している。以下、この各列
ごとに、接続子群２４ａ，２４ｂ，２４ｃと称する。な
お、ここでは、検光子２３の各位置における光を取り出
すにあたって複数の接続子２４を設ける場合を例示して
いるが、このような接続子２４を設けることなく、検光
子２３から直接光ファイバケーブル２５へと光を導くよ
うにしてもよい。FIG. 6 is a cross-sectional view of the virtual cross section S4 (FIG. 1) showing the arrangement of the plurality of connectors 24.
Each connector 24 is a relay member for guiding light at each position in the virtual cross section S4 to the optical fiber cable 25, and is configured by, for example, a microlens.
The light at each position extracted by each connector is guided to each light receiving cell in the two-dimensional CCD area sensor 27 via the corresponding optical fiber cable 25 or the like. As shown in FIG. 6, these connectors 24 are arranged concentrically. Here, the plurality of connectors 24 are divided by three on each circle having three different radii r1, r2, and r3.
This shows a case in which they are arranged in a column. Hereinafter, each row is referred to as a connector group 24a, 24b, 24c. Here, the case where a plurality of connectors 24 are provided for extracting light at each position of the analyzer 23 is illustrated, but the optical fiber cable is directly connected from the analyzer 23 without providing such connectors 24. The light may be guided to 25.
【００５９】このうち、半径ｒ１の円上に配置される接
続子群２４ａに含まれる複数の接続子２４のそれぞれ
は、最大入射角度θ１＝θｍａｘで試料面に対して入射
した各入射光線に対応する各反射光線を取り出す。同様
に、半径ｒ２（＜ｒ１）の円上に配置される接続子群２
４ｂに含まれる複数の接続子２４のそれぞれは、入射角
度θ２（＜θ１）で試料面に対して入射した各入射光線
に対応する各反射光線を取り出し、半径ｒ３（＜ｒ２）
の円上に配置される接続子群２４ｃに含まれる複数の接
続子２４のそれぞれは、入射角度θ３（＜θ２）で試料
面に対して入射した各入射光線に対応する各反射光線を
取り出す。なお、ここでは、各接続子群２４ａ，２４
ｂ，２４ｃは、それぞれ、８個の接続子２４を有する場
合を図示しているが、これに限定されず、その他の数の
接続子２４を有していてもよい。測定精度を向上させる
ためには、より多くの数の接続子２４によって、より多
くの位置の反射光線を取り出すことが好ましい。なお、
中央の接続子２４ｚにより取り出される光に関しては後
述する。Each of the plurality of connectors 24 included in the connector group 24a arranged on the circle having the radius r1 corresponds to each incident light beam incident on the sample surface at the maximum incident angle θ1 = θmax. Take out each reflected light beam. Similarly, a connector group 2 arranged on a circle having a radius r2 (<r1)
4b takes out each reflected light beam corresponding to each incident light beam incident on the sample surface at an incident angle θ2 (<θ1), and a radius r3 (<r2).
Each of the plurality of connectors 24 included in the connector group 24c arranged on the circle extracts the reflected light beam corresponding to each incident light beam incident on the sample surface at an incident angle θ3 (<θ2). Here, each connector group 24a, 24
Each of b and 24c illustrates a case having eight connectors 24, but is not limited thereto, and may have another number of connectors 24. In order to improve the measurement accuracy, it is preferable that a larger number of connectors 24 take out reflected light rays at more positions. In addition,
The light extracted by the central connector 24z will be described later.
【００６０】複数の接続子２４のそれぞれにおいて取り
出された光は、光ファイバケーブル２５を介して導か
れ、分光器２９へと入射される。分光器２９において、
各接続子２４から光ファイバケーブル２５を介して導か
れた光は、図１に示すように、それぞれ、ホログラフィ
ックグレーティング２６において反射および分光され、
各波長成分毎に分離された状態で、２次元ＣＣＤエリア
センサ２７上の各受光セル（受光素子）において別個か
つ同時に受光され、光電変換された後に、電気信号とし
て得られる。The light extracted from each of the plurality of connectors 24 is guided through an optical fiber cable 25 and enters a spectroscope 29. In the spectroscope 29,
The light guided from each connector 24 via the optical fiber cable 25 is reflected and split at the holographic grating 26, respectively, as shown in FIG.
In a state of being separated for each wavelength component, the light is separately and simultaneously received in each light receiving cell (light receiving element) on the two-dimensional CCD area sensor 27, and is obtained as an electric signal after being photoelectrically converted.
【００６１】ここにおいて、複数の光ファイバケーブル
２５の一方の端は同心円状に配置された複数の接続子２
４のそれぞれに接続されているが、複数の光ファイバケ
ーブル２５の他方の端は、分光器２９における入射時に
おいて図１の紙面に垂直な方向（Ｙ（Ｖ）方向）に一列
に配列されている。そして、これらの一列に配置された
複数の光ファイバケーブル２５の他端から出射される光
のそれぞれについて、分光動作が行われる。この動作に
ついて図７を参照しながら詳細に説明する。Here, one ends of the plurality of optical fiber cables 25 are connected to a plurality of connectors 2 arranged concentrically.
4 are connected to each other, but the other ends of the plurality of optical fiber cables 25 are arranged in a line (Y (V) direction) perpendicular to the plane of FIG. I have. Then, a spectral operation is performed on each of the lights emitted from the other ends of the plurality of optical fiber cables 25 arranged in one row. This operation will be described in detail with reference to FIG.
【００６２】図７は、図１における分光器２９を紙面内
の上方からみた図である。この図に示されるように、２
次元ＣＣＤエリアセンサ２７は、Ｖ方向およびＷ方向の
２つの方向に２次元的に配置された複数の受光セルを有
している。これらの各受光セルにより、複数の光ファイ
バケーブル２５を介して導かれてきた各光の光量が検出
される。FIG. 7 is a view of the spectroscope 29 in FIG. 1 as viewed from above in the plane of the paper. As shown in this figure, 2
The dimensional CCD area sensor 27 has a plurality of light receiving cells arranged two-dimensionally in two directions, a V direction and a W direction. Each of these light receiving cells detects the amount of each light guided through the plurality of optical fiber cables 25.
【００６３】具体的には、複数の光ファイバケーブル２
５を介して導かれてきた複数の反射光線のそれぞれは、
反射ミラーとしての機能（反射機能）をも有するホログ
ラフィックグレーティング２６において反射され、Ｖ方
向に配列する複数の受光セルのそれぞれに向けて進行す
る。さらに、光ファイバケーブル２５を介して導かれて
きたこれら複数の反射光線のそれぞれは、同時に、ホロ
グラフィックグレーティング２６により分光されて、２
次元ＣＣＤエリアセンサ２７のＷ方向に配列する複数の
受光セルのそれぞれに向けて進行する。そして、Ｖ方向
の１列に配置される複数の受光セルのそれぞれは、別個
の（互いに異なる）反射光線に関する同一の波長成分の
光を受光し、Ｗ方向の１列に配置される複数の受光素子
のそれぞれは、同一の反射光線における別個の（互いに
異なる）波長成分に関する光を受光する。なお、上述し
たように、このホログラフィックグレーティング２６
は、複数の反射光線のそれぞれを別個の位置に反射投影
する反射機能と、複数の反射光線のそれぞれを分散させ
て複数の波長成分に分離する分光機能とを有している。Specifically, a plurality of optical fiber cables 2
Each of the plurality of reflected rays guided through 5
The light is reflected by the holographic grating 26 which also has a function as a reflection mirror (reflection function), and travels toward each of the plurality of light receiving cells arranged in the V direction. Further, each of the plurality of reflected light beams guided through the optical fiber cable 25 is simultaneously split by the holographic grating 26 and
The light travels toward each of the plurality of light receiving cells arranged in the W direction of the dimensional CCD area sensor 27. Then, each of the plurality of light receiving cells arranged in one row in the V direction receives light of the same wavelength component regarding separate (different) reflected light beams, and the plurality of light receiving cells arranged in one row in the W direction. Each of the elements receives light for distinct (different) wavelength components in the same reflected light beam. As described above, this holographic grating 26
Has a reflection function of reflecting and projecting each of a plurality of reflected light beams to separate positions, and a spectral function of dispersing each of the plurality of reflected light beams and separating them into a plurality of wavelength components.
【００６４】＜Ａ４．偏光特性測定部および薄膜情報取
得部＞ ＜概要＞つぎに、偏光特性測定部４０および薄膜情報取
得部５０（図１）について説明する。偏光特性測定部４
０は、２次元ＣＣＤエリアセンサ２７の各受光セルにお
いて受光される反射光を用いて、試料面における反射に
よる偏光状態の変化を測定する動作を行う。また、薄膜
情報取得部５０は、偏光特性測定部４０により測定され
た偏光特性を用いて、薄膜の膜厚および／または膜質に
関する情報を取得する動作を行う。この実施形態に係る
偏光解析装置１は、図１に示すように、ＣＰＵ３７を有
しており、このＣＰＵ３７により、偏光特性測定部４０
および薄膜情報取得部５０の各機能が実現される。<A4. Polarization Characteristic Measurement Unit and Thin Film Information Acquisition Unit><Overview> Next, the polarization characteristic measurement unit 40 and the thin film information acquisition unit 50 (FIG. 1) will be described. Polarization characteristics measurement section 4
0 performs an operation of measuring a change in the polarization state due to reflection on the sample surface using reflected light received by each light receiving cell of the two-dimensional CCD area sensor 27. Further, the thin film information acquisition unit 50 performs an operation of acquiring information on the film thickness and / or film quality of the thin film using the polarization characteristics measured by the polarization characteristic measurement unit 40. The polarization analyzer 1 according to this embodiment has a CPU 37 as shown in FIG.
Each function of the thin-film information acquisition unit 50 is realized.
【００６５】一般に、偏光解析法は、（１）試料表面に
おける２つの値tanΨ，Δを測定する段階、および
（２）測定された２つの値tanΨ，Δに基づいて、試料
表面の光学定数等（薄膜の膜厚、膜質など）を求める段
階の２つの段階により構成される。ここでは、偏光特性
測定部４０が、このうちの前者の段階（１）に関する動
作を行い、薄膜情報取得部５０が、後者の段階（２）に
関する動作を行う。In general, ellipsometry consists of (1) the step of measuring two values tanΨ, Δ on the sample surface, and (2) the optical constant of the sample surface based on the measured two values tanΨ, Δ. (Thin film thickness, film quality, etc.). Here, the polarization characteristic measuring section 40 performs the operation relating to the former step (1), and the thin film information acquiring section 50 performs the operation relating to the latter step (2).
【００６６】図８は、試料面に入射する入射光線とその
反射光線とを示す図である。この図８に示すように、光
が試料表面で反射される際には、ｐ成分（電場ベクトル
が入射面に平行な成分）とｓ成分（電場ベクトルが入射
面に垂直な成分）とでは、それぞれ異なる振幅の変化と
位相の飛びが生じる。上記の２つの値tanΨ，Δは、反
射による振幅の変化と位相の飛びとに関する両成分間の
関係を表す値であり、値tanΨは、ｐ成分とｓ成分との
間の振幅反射率比を表し、値Δは、ｐ成分とｓ成分との
間の反射による位相差を表す。上記の２つの値tanΨ，
Δは、ｐ成分の振幅反射率をｒｐ、ｓ成分の振幅反射率
をｒｓとし、ｐ成分の位相の飛びをδｐ、ｓ成分の位相
の飛びをδｓとすると（すなわち、試料面のｐ成分に対
する複素振幅反射率をＲｐ＝ｒｐ×exp（ｊ×δｐ）と
し、試料面のｓ成分に対する複素振幅反射率をＲｓ＝ｒ
ｓ×exp（ｊ×δｓ）とすると）、数１のように表現さ
れる。FIG. 8 is a diagram showing an incident light beam incident on the sample surface and its reflected light beam. As shown in FIG. 8, when light is reflected on the sample surface, the p component (the component whose electric field vector is parallel to the incident surface) and the s component (the component whose electric field vector is perpendicular to the incident surface) are: Different amplitude changes and phase jumps occur. The above two values tanΨ and Δ are values representing the relationship between the two components relating to the change in amplitude due to reflection and the jump in phase, and the value tanΨ represents the amplitude reflectance ratio between the p component and the s component. And the value Δ represents the phase difference due to reflection between the p and s components. The above two values tanΨ,
Δ is given assuming that the amplitude reflectance of the p component is rp, the amplitude reflectance of the s component is rs, the phase jump of the p component is δp, and the phase jump of the s component is δs (that is, with respect to the p component of the sample surface, The complex amplitude reflectance is Rp = rp × exp (j × δp), and the complex amplitude reflectance for the s component of the sample surface is Rs = r
s × exp (j × δs)), it is expressed as in Equation 1.
【００６７】[0067]
【数１】 (Equation 1)
【００６８】また、これらの２つの値tanΨ，Δは、入
射光線の偏光状態χｉ（ｐ，ｓ成分間の複素振幅比）お
よび反射光線の偏光状態χｒ（ｐ，ｓ成分間の複素振幅
比）を用いて、次の数２のように表現される。なお、こ
の数２は、複素数表現を用いて表されている。These two values tan Ψ, Δ are the polarization state 入射 i (complex amplitude ratio between the p and s components) of the incident light beam and the polarization state χr (complex amplitude ratio between the p and s components) of the reflected light beam. Is expressed as in the following Expression 2. Note that this Expression 2 is represented using a complex number expression.
【００６９】[0069]
【数２】 (Equation 2)
【００７０】なお、数２は、入射光線のｐ，ｓ成分間の
振幅強度比tanψｉ、反射光線のｐ，ｓ成分間の振幅強
度比tanψｒ、入射光線のｐ，ｓ成分間の位相差δｉ、
反射光線のｐ，ｓ成分間の位相差δｒとすると、数３の
ようにも表現できる。[Mathematical formula-see original document] Equation 2 represents the amplitude intensity ratio tanψi between the p and s components of the incident light beam, the amplitude intensity ratio tanψr between the p and s components of the reflected light beam, the phase difference δi between the p and s components of the incident light beam,
Assuming that the phase difference δr is between the p and s components of the reflected light beam, it can be expressed as in Equation 3.
【００７１】[0071]
【数３】 (Equation 3)
【００７２】したがって、入射光線の偏光状態χｉ（ta
nψｉ，δｉ）および反射光線の偏光状態χｒ（tanψ
ｒ，δｒ）を求めることにより、これらの２つの値tan
Ψ，Δを求めることが可能である。Therefore, the polarization state 入射 i (ta
nψi, δi) and the polarization state of the reflected ray {r (tan 反射)
r, δr), these two values tan
Ψ and Δ can be obtained.
【００７３】＜測定原理等＞図９は、反射前後の偏光状
態、すなわち入射光線の偏光状態χｉおよび反射光線の
偏光状態χｒの一例を示す図である。ここでは、図９
（ａ）に示すように試料２での反射前に４５度の直線偏
光を有していた光が、試料２における反射後において図
９（ｂ）に示すような偏光特性を有するものに変化する
ものとする。<Measurement Principle, etc.> FIG. 9 is a diagram showing an example of the polarization state before and after reflection, that is, the polarization state Δi of the incident light beam and the polarization state Δr of the reflected light beam. Here, FIG.
As shown in FIG. 9A, light having a linear polarization of 45 degrees before reflection at the sample 2 changes to light having a polarization characteristic as shown in FIG. 9B after reflection at the sample 2. Shall be.
【００７４】入射光線が４５度の直線偏光である場合に
は、tanψｉ＝１、δｉ＝０なので、数３は数４のよう
に書き換えられる。When the incident light beam is linearly polarized light of 45 degrees, tanψi = 1 and δi = 0, so that equation (3) can be rewritten as equation (4).
【００７５】[0075]
【数４】 (Equation 4)
【００７６】したがって、この反射後の偏光状態（反射
光線のtanψｒ，δｒ）を検出することにより、２つの
値tanΨ，Δを測定することができる。以下では、この
測定原理について説明する。Therefore, two values tan 状態 and Δ can be measured by detecting the polarization state after reflection (tan 反射 r, δr of the reflected light). Hereinafter, this measurement principle will be described.
【００７７】図１に示すように、偏光解析装置１は、偏
光子１７および検光子２３を備えており、これらの偏光
子１７および検光子２３を用いてその偏光特性を測定す
ることができる。偏光子１７（１７Ａ）は、ピンホール
１３を通過した光がビームスプリッタ１４に到達するま
での間の位置に配置され、検光子２３は、パラボラミラ
ー２２からの光が接続子２４に導かれるまでの間に配置
される。As shown in FIG. 1, the polarization analyzer 1 includes a polarizer 17 and an analyzer 23, and the polarization characteristics can be measured using the polarizer 17 and the analyzer 23. The polarizer 17 (17A) is arranged at a position until the light passing through the pinhole 13 reaches the beam splitter 14, and the analyzer 23 operates until the light from the parabolic mirror 22 is guided to the connector 24. Placed between.
【００７８】図１０は、偏光子１７Ａおよび検光子２３
Ａの偏光特性を表す図である。図１０における矢印の方
向は、各位置における偏光方向を表す。図１０に示すよ
うに、偏光子１７Ａは、複数の入射光線のそれぞれの偏
光方向を揃える偏光光学手段であり、検光子２３Ａは、
複数の反射光線のそれぞれについて互いに異なる角度を
有する偏光方向の成分を透過させる偏光光学手段であ
る。FIG. 10 shows the polarizer 17A and the analyzer 23.
FIG. 3 is a diagram illustrating polarization characteristics of A. The direction of the arrow in FIG. 10 indicates the polarization direction at each position. As shown in FIG. 10, the polarizer 17A is a polarization optical unit that aligns the polarization directions of a plurality of incident light beams.
This is a polarization optical unit that transmits components of polarization directions having different angles for each of the plurality of reflected light beams.
【００７９】具体的には、偏光子１７Ａは、図１０
（ａ）に示すように、仮想断面（たとえば図１のＳ１）
内の円周上の各位置において異なる偏光方向を有する特
性を有しており、各位置における入射光線が、各位置と
中心Ｃとを結ぶ仮想的な線に対して所定の角度（ここで
は４５度）を有する直線偏光となるような偏光状態を生
成する。このような偏光子１７Ａを透過することによ
り、同一の入射角度を有し複数の方向から試料へと向か
う複数の入射光線は、いずれも４５度の直線偏光を有す
るものとなる。なお、偏光子１７Ａにおける直線偏光の
偏光方位は、測定精度を向上させるため、好ましくは４
５度に近い角度であり、最も好ましくは４５度である
が、それ以外の角度であってもよい。Specifically, the polarizer 17A is configured as shown in FIG.
As shown in (a), a virtual cross section (for example, S1 in FIG. 1)
Has a characteristic of having a different polarization direction at each position on the inner circle, and the incident light beam at each position is at a predetermined angle (45 in this case) with respect to a virtual line connecting each position and the center C. A polarization state is generated so as to be linearly polarized light having a degree (degree). By transmitting such a polarizer 17A, a plurality of incident light beams having the same incident angle and traveling from a plurality of directions to the sample all have a linear polarization of 45 degrees. The polarization direction of the linearly polarized light in the polarizer 17A is preferably 4 in order to improve the measurement accuracy.
The angle is close to 5 degrees, most preferably 45 degrees, but may be other angles.
【００８０】一方、検光子２３Ａは、検光子２３Ａの全
面にわたって所定の一方向の偏光成分のみを透過させる
ことにより、結果的に、複数の入射光線のそれぞれに対
する各反射光線について、検光子２３Ａの各位置と中心
Ｃとを結ぶ仮想的な線に対して互いに異なる角度を有す
る偏光方向の成分を透過させることができる。ここで
は、検光子２３Ａは、１枚の偏光板により構成され、図
１０（ｂ）に示すように、その全面にわたって所定の一
方向の成分のみを透過させるものとする。On the other hand, the analyzer 23A transmits only a predetermined one-way polarization component over the entire surface of the analyzer 23A, and as a result, the analyzer 23A Components in the polarization direction having different angles with respect to a virtual line connecting each position and the center C can be transmitted. Here, it is assumed that the analyzer 23A is formed of one polarizing plate, and transmits only a predetermined one-directional component over the entire surface thereof, as shown in FIG.
【００８１】ここで、偏光子１７Ａとしては、マイクロ
パターニング技術を用いて製作される偏光アレイを用い
ることができる。より具体的には、薄板状の透明なガラ
ス板の表面において、微小幅（たとえば数百ナノメート
ル程度）を有する複数の平行線をアルミなどの金属を用
いて所定の間隔を空けて描くことにより得られるワイヤ
ーグリッドをこの偏光アレイとして利用することができ
る。すなわち、この互いに平行な複数の線を、円周上の
各点において円周上の各点と円の中心Ｃとを結ぶ（仮想
的な）線に対して４５（度）の角度を有するように描く
ことにより、円周上の各点において当該角度に偏光させ
る偏光アレイを構成することが可能である。Here, as the polarizer 17A, a polarizing array manufactured using a micro-patterning technique can be used. More specifically, by drawing a plurality of parallel lines having a small width (for example, about several hundred nanometers) on a surface of a thin transparent glass plate at predetermined intervals using a metal such as aluminum. The obtained wire grid can be used as this polarizing array. That is, the plurality of parallel lines have an angle of 45 (degrees) with respect to a (virtual) line connecting each point on the circumference and the center C of the circle at each point on the circumference. , It is possible to configure a polarization array that polarizes at each point on the circumference to the angle.
【００８２】ここでは、まず、接続子群２４ａに含まれ
る複数の接続子２４および複数の光ファイバケーブル２
５によって導かれた反射光線、すなわち、互いに同一の
入射角度θ１（図３参照）を有しつつ互いに異なる複数
の方向から薄膜Ｆの微小領域Ｐへと向かう複数の入射光
線のそれぞれに対する薄膜Ｆ上での複数の反射光線を用
いて、試料面における反射による偏光状態の変化の測定
等を行う場合について説明する。Here, first, the plurality of connectors 24 and the plurality of optical fiber cables 2 included in the connector group 24a are set.
5, on the thin film F for each of a plurality of incident light beams having the same incident angle θ1 (see FIG. 3) and traveling from a plurality of different directions toward the minute area P of the thin film F while having the same incident angle θ1. A case will be described in which a change in polarization state due to reflection on a sample surface is measured using a plurality of reflected light beams in the above.
【００８３】これら複数の反射光線は、それぞれ、ホロ
グラフィックグレーティング２６において反射および分
光されて、２次元ＣＣＤエリアセンサ２７のＶ方向およ
びＷ方向の２つの方向にマトリクス状に配列された別個
の受光セルにおいて同時に測光されることになる。言い
換えれば、２次元ＣＣＤエリアセンサ２７の複数の受光
セルのそれぞれは、複数の反射光線のそれぞれについて
複数の波長成分に分離されたそれぞれの光を別個かつ同
時に受光する。Each of the plurality of reflected light beams is reflected and separated by the holographic grating 26, and separate light receiving cells are arranged in a matrix in two directions of the two-dimensional CCD area sensor 27 in the V direction and the W direction. At the same time. In other words, each of the plurality of light receiving cells of the two-dimensional CCD area sensor 27 separately and simultaneously receives each of the plurality of reflected light beams separated into a plurality of wavelength components.
【００８４】ここにおいて、２次元ＣＣＤエリアセンサ
２７においてＶ方向において１列に配列される各受光セ
ルにおいては、分光された光のうちの所定の波長成分
（たとえば波長λ１近傍の成分）に関し、異なる複数の
接続子２４により導かれた光がそれぞれ受光される。そ
して、このＶ方向に配列される１列の各受光セルにおけ
る受光量に基づいて、反射光の偏光特性を測定すること
ができる。Here, in each of the light receiving cells arranged in one line in the V direction in the two-dimensional CCD area sensor 27, a different wavelength component (for example, a component near the wavelength λ1) of the dispersed light is different. Light guided by the plurality of connectors 24 is respectively received. Then, the polarization characteristics of the reflected light can be measured based on the amount of light received in each row of light receiving cells arranged in the V direction.
【００８５】図１１は、反射前後の光の偏光特性の変化
について説明する図である。具体的には、図１１（ａ）
は、偏光子１７Ａを透過した後であってかつ試料２にお
ける反射前の光の偏光特性を表し、中心Ｃから見るとい
ずれの点においても４５度の直線偏光を有する状態とな
っている。一方、図１１（ｂ）は、試料２における反射
後であって検光子２３を透過した後の光の偏光特性を示
す図である。なお、図１１においては、各入射光線、お
よび各入射光線のそれぞれに対応する各反射光線が、図
１１（ａ），（ｂ）の各円周上の対応する位置に、それ
ぞれ示されているものとする。FIG. 11 is a diagram for explaining changes in the polarization characteristics of light before and after reflection. Specifically, FIG.
Represents the polarization characteristics of the light after passing through the polarizer 17A and before reflection on the sample 2, and has 45 ° linearly polarized light at any point when viewed from the center C. On the other hand, FIG. 11B is a diagram illustrating the polarization characteristics of light after being reflected by the sample 2 and transmitted through the analyzer 23. In FIG. 11, each incident light beam and each reflected light beam corresponding to each incident light beam are shown at corresponding positions on the circumferences of FIGS. 11A and 11B, respectively. Shall be.
【００８６】ここで、検光子２３は、反射光をその全面
にわたって所定の一方向に偏光させるので、中心Ｃから
見るとその偏光方向が円周にわたって順次に回転するこ
とになる。したがって、たとえば位置ＰＴ０における検
出光がｐ成分であるとすると、ＰＴ０に対して９０度ず
れた位置である位置ＰＴ２における検出光はｓ成分であ
る。すなわち、各位置ＰＴ０，ＰＴ１，ＰＴ２，...に
おける各検出光は、上記の図９（ｂ）に示すように、偏
光特性が変化した後の光に関して、各角度α（ゼロ度，
４５度，９０度，...など）における光を検出すること
になる。検出された各光の光量は、図９の各角度αにお
ける破線の長さに相当するので、これらの光量を検出す
ることにより、反射後の偏光状態（反射光線のｐ，ｓ成
分間の振幅強度比tanψｒ、および反射光線のｐ，ｓ成
分間の位相差δｒ）を得ることができる。したがって、
得られた偏光状態の各値tanψｒ，δｒに基づいて、数
４に基づき、２つの値tanΨ，Δを求めることができ
る。Here, since the analyzer 23 polarizes the reflected light in a predetermined direction over the entire surface thereof, when viewed from the center C, the polarization direction is sequentially rotated around the circumference. Therefore, for example, assuming that the detection light at the position PT0 is a p component, the detection light at the position PT2 which is a position shifted by 90 degrees with respect to the PT0 is an s component. That is, as shown in FIG. 9B, the detection light at each of the positions PT0, PT1, PT2,... Has the angle α (zero degree,
45 degrees, 90 degrees, etc.). The detected light amount of each light corresponds to the length of a broken line at each angle α in FIG. 9, and by detecting these light amounts, the polarization state after reflection (the amplitude between the p and s components of the reflected light beam) The intensity ratio tan 強度 r and the phase difference δr) between the p and s components of the reflected light can be obtained. Therefore,
Based on the obtained values tanΔr, δr of the polarization state, two values tanΨ, Δ can be obtained based on Equation 4.
【００８７】各位置ＰＴ０，ＰＴ１，ＰＴ２，...にお
ける複数の反射光線のそれぞれは、複数の受光セルのそ
れぞれにおいて受光されており、その各受光セルの各受
光量を用いることにより、反射時における偏光特性の変
化、すなわち、２つの値tanΨ，Δを測定することがで
きる。このような動作が偏光特性測定部４０によって行
われることにより、上述の前者の段階、すなわち、
（１）試料表面における２つの値tanΨ，Δを測定する
段階が終了する。Each of the plurality of reflected light beams at each of the positions PT0, PT1, PT2,... Is received by each of the plurality of light receiving cells. , Ie, two values tanΨ and Δ can be measured. By performing such an operation by the polarization characteristic measuring unit 40, the former stage described above, that is,
(1) The step of measuring the two values tanΨ and Δ on the sample surface ends.
【００８８】このように、偏光解析装置１によれば、従
来技術のように検光子を機械的に回転させることなく、
複数の方向の偏光成分を検出することが可能になるの
で、反射後の偏光状態を高速かつ正確に得ることができ
る。As described above, according to the ellipsometer 1, the analyzer does not need to be mechanically rotated unlike the prior art.
Since it becomes possible to detect polarization components in a plurality of directions, the polarization state after reflection can be obtained quickly and accurately.
【００８９】つぎに、（２）測定された２つの値tan
Ψ，Δに基づいて、試料表面の光学定数等（薄膜の膜
厚、膜質など）を求める段階に移行する。Next, (2) two measured values tan
Based on Ψ and Δ, the process shifts to the stage of obtaining optical constants and the like (thickness, film quality, etc. of the thin film) on the sample surface.
【００９０】この２つの値tanΨ，Δは、入射角度θ、
波長λ、試料２における下地（この場合はシリコン）の
屈折率ｎｓ、および薄膜の屈折率ｎ，膜厚ｄの関数であ
る。ここで、入射角度θ、波長λ、屈折率ｎｓが既知で
ある（たとえば、θ１，λ１，ｎｓ１である）とすれ
ば、薄膜の屈折率ｎと膜厚ｄとは、上記において算出さ
れた２つの値tanΨ，Δに基づいて、これらの薄膜の屈
折率ｎと膜厚ｄとを求めることができる。このような動
作は、薄膜情報取得部５０によって行われる。These two values tanΨ, Δ are the incident angles θ,
It is a function of the wavelength λ, the refractive index ns of the underlayer (in this case, silicon) in the sample 2, the refractive index n of the thin film, and the film thickness d. Here, assuming that the incident angle θ, the wavelength λ, and the refractive index ns are known (for example, θ1, λ1, ns1), the refractive index n and the film thickness d of the thin film are calculated as 2 Based on the two values tanΨ and Δ, the refractive index n and the film thickness d of these thin films can be obtained. Such an operation is performed by the thin film information acquisition unit 50.
【００９１】これにより、複数の接続子２４のうち、接
続子群２４ａに属する接続子２４からの光のうち、特定
の波長成分（たとえばλ１近傍の波長成分）を用いて偏
光解析を行うこと、言い換えれば、最大入射角度θ１＝
θｍａｘで複数の方向から試料面に向けて入射した各入
射光線に対応する各反射光線のうちの特定波長成分を用
いて偏光状態の変化を測定することができる。With this, the polarization analysis is performed using a specific wavelength component (for example, a wavelength component near λ1) of the light from the connectors 24 belonging to the connector group 24a among the plurality of connectors 24. In other words, the maximum incident angle θ1 =
The change of the polarization state can be measured by using a specific wavelength component of each reflected light beam corresponding to each of the incident light beams incident on the sample surface from a plurality of directions at θmax.
【００９２】上記のようにして、波長λ１に対する反射
光線に基づく偏光解析を行うことができる。As described above, the polarization analysis based on the reflected light with respect to the wavelength λ1 can be performed.
【００９３】＜複数の波長成分についての測定＞ここに
おいて、２次元ＣＣＤエリアセンサ２７においてＷ方向
に配列される各受光セルにおいては、異なる波長成分に
関する光がそれぞれ受光される。そして、Ｗ方向の異な
る位置においてＶ方向に配列される１列の各受光セル
は、複数の反射光線に関し、異なる波長成分（たとえば
λ２）の各光を受光する。したがって、これらの各受光
セルにおける受光量に基づいて、その異なる波長成分に
関する反射光線についての偏光特性を測定することがで
きる。すなわち、λ１とは異なるλ２に対する２つの値
tanΨ，Δを得ることができる。<Measurement of a plurality of wavelength components> Here, in each of the light receiving cells arranged in the W direction in the two-dimensional CCD area sensor 27, light having different wavelength components is received. Each row of light receiving cells arranged in the V direction at different positions in the W direction receives light of a different wavelength component (for example, λ2) with respect to a plurality of reflected light beams. Therefore, based on the amount of light received by each of these light receiving cells, it is possible to measure the polarization characteristics of the reflected light beam with respect to the different wavelength components. That is, two values for λ2 different from λ1
tanΨ, Δ can be obtained.
【００９４】このように、複数の波長の光について同様
の偏光状態の測定を行うことにより、さらに詳細な偏光
解析が可能になる。たとえば、薄膜の屈折率ｎは、異な
る波長に対しては異なる値となるが、これらの波長依存
性を有する屈折率について、各波長に対する屈折率を求
めることができる。As described above, by performing the same polarization state measurement on the light of a plurality of wavelengths, more detailed polarization analysis becomes possible. For example, the refractive index n of the thin film has a different value for different wavelengths, and the refractive index for each wavelength can be obtained for the refractive index having the wavelength dependency.
【００９５】なお、上記において、より正確な測定を行
うためには、複数の入射光線のそれぞれの光強度は全て
等しいことが好ましい。ただし、仮にこれらの各光強度
が不均一である場合においても、ｎ，ｄなどの光学定数
が既知の試料について計測を行うことによりキャリブレ
ーションを行うことが可能である。言い換えれば、光学
定数が未知の試料についての測定結果と、光学定数が既
知の試料についての測定結果とを比較することにより、
複数の入射光線のそれぞれの光強度のばらつきを補償す
ることが可能である。In the above, in order to perform more accurate measurement, it is preferable that all the light intensities of a plurality of incident light beams are all equal. However, even when these light intensities are non-uniform, calibration can be performed by measuring a sample whose optical constants such as n and d are known. In other words, by comparing the measurement result of the sample whose optical constant is unknown with the measurement result of the sample whose optical constant is known,
It is possible to compensate for variations in the light intensity of each of the plurality of incident light beams.
【００９６】＜異なる入射角度（θ２，θ３）の入射光
線を用いた測定＞さらに、複数の接続子２４のうち、接
続子群２４ｂに含まれる複数の接続子２４および複数の
光ファイバケーブル２５によって導かれた反射光線、す
なわち、互いに同一の入射角度θ２（＜θ１）を有しつ
つ互いに異なる複数の方向から薄膜Ｆの微小領域Ｐへと
向かう複数の入射光線のそれぞれに対する薄膜Ｆ上での
複数の反射光線を用いて、試料面における反射による偏
光状態の変化の測定等を行うこともできる。<Measurement Using Incident Light Rays with Different Incident Angles (θ2, θ3)> Further, among the plurality of connectors 24, the plurality of connectors 24 and the plurality of optical fiber cables 25 included in the connector group 24b are used. A plurality of guided reflected light rays, that is, a plurality of incident light rays on the thin film F for each of a plurality of incident light rays having the same incident angle θ2 (<θ1) and traveling toward the minute region P of the thin film F from a plurality of different directions. Can be used to measure changes in the polarization state due to reflection on the sample surface.
【００９７】また、複数の接続子２４のうち、接続子群
２４ｃに含まれる複数の接続子２４および複数の光ファ
イバケーブル２５によって導かれた反射光線、すなわ
ち、互いに同一の入射角度θ３（＜θ２）を有しつつ互
いに異なる複数の方向から薄膜Ｆの微小領域Ｐへと向か
う複数の入射光線のそれぞれに対する薄膜Ｆ上での複数
の反射光線を用いて、試料面における反射による偏光状
態の変化の測定等を行うこともできる。Further, among the plurality of connectors 24, the reflected light rays guided by the plurality of connectors 24 and the plurality of optical fiber cables 25 included in the connector group 24c, that is, the same incident angle θ3 (<θ2 ), Using a plurality of reflected light rays on the thin film F for each of a plurality of incident light rays directed toward the minute region P of the thin film F from a plurality of different directions while changing the polarization state due to reflection on the sample surface. Measurement and the like can also be performed.
【００９８】これらの複数の入射角度θ１，θ２，θ３
（たとえば、７０，６０，５０（deg））のそれぞれに
ついて、同様の偏光状態の変化の測定を行うことによ
り、さらに詳細な偏光解析が可能になる。具体的には、
より多くの未知パラメータの特定（同定）が可能にな
る。The plurality of incident angles θ1, θ2, θ3
(For example, 70, 60, and 50 (deg)), a more detailed polarization analysis can be performed by measuring the same change in the polarization state. In particular,
More unknown parameters can be specified (identified).
【００９９】＜中央の接続子２４ｚを用いた測定＞ま
た、上述したように、対物レンズ１６を介して試料２に
向けて進行し試料２で反射された後に再び対物レンズ１
６を透過する光が存在する。この反射光は、その後、ビ
ームスプリッタ１４を透過して、ピンホールミラー２１
へと至る。この反射光のうち中央部の光は、ピンホール
ミラー２１のピンホールを通過し、パラボラミラー２２
および検光子２３を経由して、仮想断面Ｓ４における中
央に位置する接続子２４（接続子２４ｚ）に到達する。
この光を光ファイバケーブル２５を介して分光器２９に
導き、２次元ＣＣＤエリアセンサ２７内のＷ方向に配列
する複数の受光セルのそれぞれにおいて、分光器２９の
ホログラフィックグレーティング２６において分離され
た各波長成分の光が受光される。<Measurement Using Central Connector 24z> As described above, the light travels toward the sample 2 via the objective lens 16 and is reflected by the sample 2 again.
There is light passing through 6. This reflected light then passes through the beam splitter 14 and is reflected by the pinhole mirror 21.
To. The central part of the reflected light passes through the pinhole of the pinhole mirror 21 and becomes parabolic mirror 22.
And a connector 24 (connector 24z) located at the center of the virtual cross section S4 via the analyzer 23.
This light is guided to the spectroscope 29 via the optical fiber cable 25, and in each of the plurality of light receiving cells arranged in the W direction in the two-dimensional CCD area sensor 27, each of the plurality of light-receiving cells separated by the holographic grating 26 of the spectroscope 29. Light of the wavelength component is received.
【０１００】図１に示すように、この偏光解析装置１
は、ＣＰＵ３７内に干渉式薄膜測定部６０を有してい
る。この干渉式薄膜測定部６０は、接続子２４ｚおよび
光ファイバケーブル２５を介して２次元ＣＣＤエリアセ
ンサ２７の所定の受光セルにおいて受光された各光の受
光量に基づいて、その干渉特性を測定することにより、
薄膜の各種パラメータを同定することが可能である。た
とえば、干渉式の膜厚測定の原理を用いて、試料２の薄
膜Ｆの膜厚測定を行うことが可能である。As shown in FIG. 1, this polarization analyzer 1
Has an interference type thin film measuring unit 60 in the CPU 37. The interference-type thin-film measuring section 60 measures the interference characteristic of the two-dimensional CCD area sensor 27 via the connector 24z and the optical fiber cable 25 based on the amount of light received by each predetermined light receiving cell. By doing
It is possible to identify various parameters of the thin film. For example, it is possible to measure the thickness of the thin film F of the sample 2 using the principle of the interference type film thickness measurement.
【０１０１】＜Ａ５．撮像用光学系＞さらに、この偏光
解析装置１は、撮像用光学系３０として、図１に示すよ
うに、撮像用光源３１、レンズ３２，３４、シャッター
ミラー３３、ＣＣＤカメラ３５、画像処理装置３６をも
さらに備えている。<A5. Imaging Optical System> Further, as shown in FIG. 1, the polarization analyzer 1 includes an imaging light source 31, lenses 32 and 34, a shutter mirror 33, a CCD camera 35, and an image processing device 36 as an imaging optical system 30. Is also provided.
【０１０２】撮像用光源３１から出射された光は、レン
ズ３２、シャッターミラー３３を介して、光源１１から
出射された光と共に、ビームスプリッタ１４、および対
物レンズ１６を介して試料２に対して入射した後、試料
２で反射される。この反射光の中には、ピンホールミラ
ー２１のピンホールを通過せずに、ピンホールミラー２
１において反射される光が存在する。図中、上向きから
左向きへとその進行方向を変更したピンホールミラー２
１における反射光は、レンズ３４へ向けて進行する。そ
の後、この光は、レンズ３４において集光された後、Ｃ
ＣＤカメラ３５に到達し、ＣＣＤカメラ３５において撮
像画像として取得される。画像処理装置３６は、この撮
像画像を用いて所定の画像処理を行うことにより、位置
の自動補正を行うことが可能である。The light emitted from the imaging light source 31 enters the sample 2 via the beam splitter 14 and the objective lens 16 together with the light emitted from the light source 11 via the lens 32 and the shutter mirror 33. After that, the light is reflected by the sample 2. The reflected light does not pass through the pinhole of the pinhole mirror 21 and the pinhole mirror 2
There is light reflected at 1. In the figure, the pinhole mirror 2 whose traveling direction has been changed from upward to left
The reflected light at 1 travels toward the lens 34. After that, this light is condensed by the lens 34,
The image reaches the CD camera 35 and is captured by the CCD camera 35 as a captured image. The image processing device 36 can perform automatic position correction by performing predetermined image processing using the captured image.
【０１０３】ここにおいて、ピンホールミラー２１にお
いて反射された比較的広い範囲にわたる画像が取得され
る。そして、そのうちピンホールミラー２１のピンホー
ルを通過した部分の光は、ＣＣＤカメラ３５には到達し
ないので黒い部分として撮像されることになる。Here, an image over a relatively wide range reflected by the pinhole mirror 21 is obtained. The light of the portion that has passed through the pinhole of the pinhole mirror 21 does not reach the CCD camera 35, and is captured as a black portion.
【０１０４】すなわち、ＣＣＤカメラ３５による撮像画
像は、薄膜Ｆの微小領域Ｐ付近の画像であり、かつ、そ
の一部領域において黒い部分（点）を有する画像とな
る。したがって、ＣＣＤカメラ３５における撮像画像に
おける黒い部分を用いることにより、その撮像画像中に
おける位置の特定を行うことが可能である。That is, the image picked up by the CCD camera 35 is an image near the minute area P of the thin film F, and an image having a black portion (dot) in a part of the area. Therefore, by using the black portion in the captured image of the CCD camera 35, it is possible to specify the position in the captured image.
【０１０５】＜Ａ６．実施形態における効果など＞上記
実施形態の偏光解析装置１においては、照明光学系１０
と結像光学系２０とは、薄膜Ｆ上において光軸ＡＸ１を
共有している。したがって、この光軸ＡＸ１は、薄膜Ｆ
に対して垂直であるので、微小スポットは略円形とな
る。したがって、上述したような、斜めから略平行光を
照射するタイプの従来のエリプソメータにおいてその微
小スポットが楕円形になる場合と比較して、その微小ス
ポットのスポット径を微小化することができる。言い換
えれば、スポット光による測定対象エリア（観測領域）
を微小化することが可能である。<A6. Effects of Embodiment> In the polarization analyzer 1 of the above embodiment, the illumination optical system 10
And the imaging optical system 20 share the optical axis AX1 on the thin film F. Therefore, this optical axis AX1 is
, The minute spot is substantially circular. Therefore, the spot diameter of the minute spot can be reduced as compared with the case where the minute spot becomes elliptical in the conventional ellipsometer of the type that irradiates substantially parallel light obliquely as described above. In other words, the area to be measured by the spot light (observation area)
Can be miniaturized.
【０１０６】また、照明光学系１０は、反射対物光学系
１５を用いて照明光を薄膜における微小領域へと集光し
ているので、色収差を抑制しつつ、より大きな入射角度
で薄膜の微小領域へと照明光を導くことができる。そし
て、偏光解析においては、入射角度θが大きな入射光線
を用いて偏光特性の解析する場合の方が、角度θが小さ
な入射光線を用いて偏光特性の解析する場合に比べて、
より高精度にその解析を行うことが可能である。したが
って、反射対物光学系１５を用いてより大きな入射角度
を有する入射光線に関する偏光解析動作を実現できるの
で、偏光解析における精度を向上させることが可能であ
る。Since the illumination optical system 10 uses the reflection objective optical system 15 to converge the illumination light to a small area in the thin film, the illuminating light is suppressed at a larger incident angle while suppressing chromatic aberration. The illumination light can be guided to Then, in the polarization analysis, the case where the polarization characteristic is analyzed using the incident light beam having the large incident angle θ is compared with the case where the polarization characteristic is analyzed using the incident light beam having the small angle θ.
The analysis can be performed with higher accuracy. Therefore, since the polarization analysis operation for the incident light beam having a larger incident angle can be realized using the reflection objective optical system 15, it is possible to improve the precision in the polarization analysis.
【０１０７】また、偏光解析においては、測定対象物
（試料）に関するブリュースター角の近傍の値の入射角
度の入射光線を用いて偏光解析を行うことが好ましい。
ブリュースター角は、測定対象物の材質等によって異な
る値を有するが、たとえば、シリコン上に形成された薄
膜を測定する場合には、７０度近傍の値（７０度、７２
度、７５度など）を有する入射角度θの入射光線を用い
ることが好ましい。したがって、反射対物光学系１５を
用いることにより、より大きな入射角度を有する入射光
線を実現できるので、このような大きな角度（７０度な
ど）のブリュースター角を有する測定対象についても好
ましい角度の入射光線を用いた偏光解析動作が可能にな
る。In the ellipsometry, the ellipsometry is preferably performed using an incident light beam having an incident angle near the Brewster angle with respect to the measurement object (sample).
The Brewster angle has different values depending on the material or the like of the object to be measured. For example, when a thin film formed on silicon is measured, a value near 70 degrees (70 degrees, 72 degrees) is used.
, 75 degrees) is preferably used. Therefore, by using the reflective objective optical system 15, an incident light beam having a larger incident angle can be realized, so that the incident light beam having a preferable angle is also used for a measurement object having a Brewster angle of such a large angle (eg, 70 degrees). To perform an ellipsometric analysis operation.
【０１０８】さらに、反射対物光学系１５を用いて開口
数を増大させることにより、反射対物光学系１５による
集束光のスポット径をさらに微小化することも可能であ
る。Further, by increasing the numerical aperture using the reflective objective optical system 15, the spot diameter of the converged light by the reflective objective optical system 15 can be further reduced.
【０１０９】また、互いに同一の入射角度（たとえばθ
１）を有しつつ互いに異なる複数の方向から薄膜Ｆの微
小領域Ｐへと向かう複数の入射光線のそれぞれに対する
薄膜Ｆ上での複数の反射光線のそれぞれが、２次元ＣＣ
Ｄエリアセンサ２７の複数の受光セルのそれぞれにより
別個にかつ同時に受光された受光量を用いることによ
り、反射時における偏光特性の変化を測定することがで
きるので、測定時間の短縮化および測定精度の向上を行
うことが可能である。Further, the same incident angle (for example, θ
Each of the plurality of reflected light beams on the thin film F for each of the plurality of incident light beams directed to the minute region P of the thin film F from a plurality of different directions while having the condition 1) is a two-dimensional CC.
By using the amount of light received separately and simultaneously by each of the plurality of light receiving cells of the D area sensor 27, it is possible to measure a change in polarization characteristics at the time of reflection, so that measurement time can be reduced and measurement accuracy can be reduced. Improvements can be made.
【０１１０】また、上記実施形態において、上記の照明
光は、同一の入射角度θ（たとえばθ１）を有しつつ異
なる複数の方向から薄膜Ｆの微小領域へと向かう複数の
入射光線を含んでおり、これらの複数の入射光線のそれ
ぞれに対する薄膜Ｆ上での各反射光線が、複数の接続子
２４を介して２次元ＣＣＤエリアセンサ２７の複数の受
光セルにおいて受光される。したがって、これらの複数
の接続子２４のそれぞれにおいて受光される複数の反射
光線の偏光特性が同時に測定される。したがって、測定
時間を短縮することができる。また、同時に測定される
ことから、時系列データを取得する場合に比べて時変動
外乱の影響を受けにくいため、その測定精度を向上させ
ることも可能である。In the above embodiment, the illumination light includes a plurality of incident light beams having the same incident angle θ (for example, θ1) and traveling from a plurality of different directions to the minute area of the thin film F. The respective reflected light beams on the thin film F with respect to each of the plurality of incident light beams are received by the plurality of light receiving cells of the two-dimensional CCD area sensor 27 via the plurality of connectors 24. Therefore, the polarization characteristics of the plurality of reflected light beams received by each of the plurality of connectors 24 are simultaneously measured. Therefore, the measurement time can be reduced. In addition, since the measurement is performed simultaneously, it is less susceptible to time-varying disturbance than when time-series data is acquired, so that the measurement accuracy can be improved.
【０１１１】さらに、複数の入射角度θ１，θ２，...
についても同様の動作を行うことにより、さらに詳細な
偏光解析を行うことが可能になる。上述したように、単
一の入射角度θについて、上記の動作を行うことによ
り、反射時における偏光成分の振幅比と位相差とのそれ
ぞれに関する関係式を２つ得ることにより、２つの未知
数を特定することができるので、これをｎ個の入射角度
θについて行うことにより、２×ｎの関係式を得ること
が可能である。したがって、より多くの未知変数を特定
することが可能であることに加え、さらにその測定精度
を向上させることも可能である。Further, a plurality of incident angles θ1, θ2,.
By performing the same operation as above, more detailed polarization analysis can be performed. As described above, two unknowns are specified by performing the above operation for a single incident angle θ to obtain two relational expressions relating to the amplitude ratio and the phase difference of the polarization component at the time of reflection. By performing this for n incident angles θ, a 2 × n relational expression can be obtained. Therefore, in addition to being able to specify more unknown variables, it is also possible to further improve the measurement accuracy.
【０１１２】＜Ｂ．その他＞上記実施形態においては、
偏光子１７としては、１枚の偏光板を用いるのではな
く、偏光アレイを用いる場合を例示したが、これに限定
されない。たとえば、図１２に示すように、全面にわた
って所定の方向に偏光させる１枚の偏光板１７Ｂを用い
て所定の方向に直線偏光させた後、さらに１／４波長板
（λ／４板）１８を用いて円偏光にし、試料２の表面を
照射するようにしてもよい。この場合には、互いに同一
の入射角度を有する複数の入射光線のそれぞれが同様の
偏光特性を有する一方で、検光子２３によって各反射光
線における所定方向の偏光成分が抽出されることによ
り、上記の２つの値tanΨ，Δを求めることが可能であ
る。<B. Others> In the above embodiment,
Although the case where a polarizing array is used as the polarizer 17 instead of using one polarizing plate has been exemplified, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 12, after linearly polarizing in a predetermined direction using a single polarizing plate 17B for polarizing the entire surface in a predetermined direction, a １ ／ wavelength plate (λ / 4 plate) 18 is further added. Alternatively, the surface of the sample 2 may be irradiated with circularly polarized light. In this case, while each of the plurality of incident light beams having the same incident angle has the same polarization characteristic, the analyzer 23 extracts the polarized light component in a predetermined direction in each reflected light beam, thereby It is possible to determine two values tanΨ, Δ.
【０１１３】また、上記実施形態においては、光源１１
から出射された照明光を薄膜Ｆの微小領域へと集光する
照明光学系１０において、反射対物光学系１５が用いら
れていたが、この反射対物光学系１５の代わりに対物レ
ンズを用いてもよい。なお、その場合には、開口数ＮＡ
が高いレンズを用いることが好ましい。In the above embodiment, the light source 11
The reflection objective optical system 15 is used in the illumination optical system 10 for condensing the illumination light emitted from the light into a small area of the thin film F, but an objective lens may be used instead of the reflection objective optical system 15. Good. In this case, the numerical aperture NA
It is preferable to use a lens having a high refractive index.
【０１１４】さらに、上記実施形態においては、同軸落
射の光学系（照明光学系１０と結像光学系２０とが光軸
を共有する光学系）において、微小領域Ｐに集束する照
明光に含まれる複数の入射光線およびその反射光線を用
いて、反射前後の偏光状態の変化を示す２つの値tan
Ψ，Δを求める場合について説明したが、これに限定さ
れない。図１３は、このような変形例に係る偏光解析装
置１Ｃについて説明する図である。なお、この図１３に
おいては、主要部分のみを示しており、偏光特性測定部
４０および薄膜情報取得部５０などについては図示を省
略している。Further, in the above embodiment, in the coaxial incident light optical system (the optical system in which the illumination optical system 10 and the imaging optical system 20 share an optical axis), it is included in the illumination light focused on the minute area P. Two values tan indicating the change in polarization state before and after reflection using a plurality of incident light rays and reflected light rays thereof.
Although the case of obtaining Ψ and Δ has been described, the present invention is not limited to this. FIG. 13 is a diagram illustrating an ellipsometer 1C according to such a modification. In FIG. 13, only the main part is shown, and the illustration of the polarization characteristic measuring unit 40 and the thin film information acquiring unit 50 is omitted.
【０１１５】偏光解析装置１Ｃは、光源８１、レンズ８
２、偏光子８３、レンズ８４、レンズ８６、レンズ８
８、および分光器９０を備えている。また、分光器９０
は、ピンホール９１、ミラー９２、検光子９３、接続子
９４、光ファイバケーブル２５、ホログラフィックグレ
ーティング２６、および２次元ＣＣＤエリアセンサ２７
を有している。The polarization analyzer 1C comprises a light source 81, a lens 8
2, polarizer 83, lens 84, lens 86, lens 8
8 and a spectroscope 90. Also, the spectroscope 90
Are a pinhole 91, a mirror 92, an analyzer 93, a connector 94, an optical fiber cable 25, a holographic grating 26, and a two-dimensional CCD area sensor 27.
have.
【０１１６】光源８１から出射された光は、レンズ８２
においてコリメートされ、偏光子８３により、たとえば
４５度の直線偏光を有する状態（入射面に平行な成分で
あるｐ成分と入射面に垂直な成分であるｓ成分との比が
１：１であり、かつ、両成分の位相差が無い状態）にさ
れた後、レンズ８４により絞られて試料２の所定の微小
領域Ｐに導かれる。そして、試料２の微小領域Ｐにおい
て反射された光は、レンズ８６によりコリメートされた
後、レンズ８３で集光された後に分光器９０に入射す
る。The light emitted from the light source 81 is
And a state having linear polarization of, for example, 45 degrees by the polarizer 83 (the ratio of the p component parallel to the incident surface to the s component perpendicular to the incident surface is 1: 1; After the phase of the two components has no phase difference), it is narrowed down by the lens 84 and guided to a predetermined minute area P of the sample 2. Then, the light reflected on the minute area P of the sample 2 is collimated by the lens 86, condensed by the lens 83, and then enters the spectroscope 90.
【０１１７】ピンホール９１を通過した光は、ミラー９
２において反射される。そして、ミラー９２において反
射された光は、図１３の紙面に平行な平面内において点
Ｑに向けて集光されるとともに点Ｑを通り紙面に垂直な
直線上において広がることにより、点Ｑを通り紙面に垂
直な直線上の複数の点に分かれて集光される。また点Ｑ
を通り紙面に垂直な直線上のこれらの複数の点には、互
いに異なる向きに偏光した光を通過させる複数の検光子
９３が備えられており、また各検光子９３を通過した光
は、それぞれに対応して設けられる複数の接続子９４お
よび複数の光ファイバケーブル２５のそれぞれを介し
て、ホログラフィックグレーティング２６へ向けて出射
され、２次元ＣＣＤエリアセンサ２７の各受光セルにお
いて受光される。また、複数の光ファイバケーブル２５
のそれぞれの他端（接続子９４の反対側の端）は、点Ｔ
を通り紙面に垂直な直線上の複数の点に配置されてお
り、これらの端から出射される光は、点Ｔを通り紙面に
垂直な直線上のこれらの複数の点からホログラフィック
グレーティング２６へ向けて出射される。さらに、これ
らの複数の光ファイバケーブル２５に導かれた各光は、
ホログラフィックグレーティング２６において複数の波
長毎に分離された後、２次元ＣＣＤエリアセンサ２７の
各受光セルにおいて検出される。The light passing through the pinhole 91 is reflected by the mirror 9
2 is reflected. The light reflected by the mirror 92 is converged toward the point Q in a plane parallel to the paper of FIG. 13 and spreads on a straight line passing through the point Q and perpendicular to the paper. Light is condensed into a plurality of points on a straight line perpendicular to the paper. Point Q
Are provided with a plurality of analyzers 93 that pass light polarized in different directions from each other on a straight line perpendicular to the paper surface, and the light that has passed through each analyzer 93 is The light is emitted toward the holographic grating 26 via a plurality of connectors 94 and a plurality of optical fiber cables 25 provided correspondingly to the holographic grating 26, and is received by each light receiving cell of the two-dimensional CCD area sensor 27. Also, a plurality of optical fiber cables 25
Are connected to a point T (an end opposite to the connector 94).
Are arranged at a plurality of points on a straight line perpendicular to the plane of the drawing, and light emitted from these ends passes from these plurality of points on a straight line perpendicular to the plane of the drawing through the point T to the holographic grating 26. It is emitted toward. Further, each light guided to the plurality of optical fiber cables 25 is
After being separated for each of a plurality of wavelengths in the holographic grating 26, it is detected in each light receiving cell of the two-dimensional CCD area sensor 27.
【０１１８】複数の光ファイバケーブル２５のそれぞれ
から出射された光は、上記第１実施形態と同様にして、
２次元ＣＣＤエリアセンサ２７において受光される。２
次元ＣＣＤエリアセンサ２７においては、複数の受光セ
ル（受光素子）が、第１の方向および第２の方向の２つ
の方向にマトリクス状に配列されており、Ｖ方向（紙面
に垂直な方向）に配置される複数の受光素子は、互いに
異なる偏光角度成分に関する光を受光し、Ｗ方向に配置
される複数の受光素子は、互いに異なる波長成分に関す
る光を受光する。言い換えれば、これらの複数の受光素
子のそれぞれは、複数の検光子９３のそれぞれにおいて
各偏光角度成分ごとに分離された反射光線の各成分の光
を別個かつ同時に受光し、偏光特性測定部４０は、複数
の受光素子のそれぞれにおいて受光された、各波長成分
に分離された複数の反射光線のそれぞれの光に関する各
受光量を用いることにより、反射時における偏光特性の
変化を測定することができる。The light emitted from each of the plurality of optical fiber cables 25 is transmitted in the same manner as in the first embodiment.
The light is received by the two-dimensional CCD area sensor 27. 2
In the three-dimensional CCD area sensor 27, a plurality of light receiving cells (light receiving elements) are arranged in a matrix in two directions of a first direction and a second direction, and are arranged in a V direction (a direction perpendicular to the paper surface). The plurality of light receiving elements arranged receive light with respect to mutually different polarization angle components, and the plurality of light receiving elements arranged in the W direction receive light with respect to mutually different wavelength components. In other words, each of the plurality of light receiving elements separately and simultaneously receives the light of each component of the reflected light beam separated for each polarization angle component in each of the plurality of analyzers 93, and the polarization characteristic measuring unit 40 By using the respective light receiving amounts of the plurality of reflected light beams received by each of the plurality of light receiving elements and separated into the respective wavelength components, it is possible to measure the change in the polarization characteristic at the time of reflection.
【０１１９】ここにおいて、複数の検光子９３のそれぞ
れは、互いに異なる向きに偏光した光を通過させる（す
なわち互いに異なる偏光角度成分を通過させる）ので、
これらの複数の検光子９３のそれぞれを通過して光ファ
イバケーブル２５によって導かれ各受光セルにおいて受
光される各光の受光量を検出することにより、上述した
原理と同様にして、反射前後の偏光状態の変化を示す２
つの値tanΨ，Δを求めることができる。すなわち、１
回の測光動作によって反射前後の偏光状態の変化を求め
ることができるので、従来技術に係るエリプソメータ１
００のように検光子１１２を回転させて時系列のデータ
を得る場合に比べて、測定時間を短縮し、かつ、測定精
度を向上させることができる。Here, each of the plurality of analyzers 93 transmits light polarized in different directions (ie, transmits different polarization angle components).
By detecting the amount of light received by each of the plurality of analyzers 93 and guided by the optical fiber cable 25 and received by each light receiving cell, the polarization before and after the reflection is detected in the same manner as described above. 2 showing a change in state
Two values tanΨ and Δ can be obtained. That is, 1
The change in the polarization state before and after the reflection can be obtained by two photometric operations, so that the ellipsometer 1 according to the related art can be obtained.
Compared with the case where the analyzer 112 is rotated to obtain time-series data as in 00, the measurement time can be reduced and the measurement accuracy can be improved.
【０１２０】[0120]
【発明の効果】以上のように、請求項１ないし請求項９
に記載の発明によれば、照明光学系と結像光学系とが薄
膜上において光軸を共有しているので、光軸は、薄膜に
対して垂直になる。したがって、微小スポットが楕円形
とならず略円形となるので、測定対象となる薄膜の微小
領域の微小化を図ることができる。As described above, claims 1 to 9 are as described above.
According to the invention described in (1), since the illumination optical system and the imaging optical system share the optical axis on the thin film, the optical axis is perpendicular to the thin film. Therefore, since the minute spot is not elliptical but substantially circular, the minute region of the thin film to be measured can be miniaturized.
【０１２１】特に、請求項２に記載の発明によれば、互
いに同一の入射角度を有しつつ互いに異なる複数の方向
から前記薄膜の前記微小領域へと向かう複数の入射光線
のそれぞれに対する薄膜上での複数の反射光線のそれぞ
れを、複数の受光素子のそれぞれにより別個にかつ同時
に受光し、偏光特性測定手段は、複数の受光素子のそれ
ぞれにおいて受光された複数の反射光線のそれぞれに関
する各受光量を用いることにより、反射時における偏光
特性の変化を測定することができるので、測定時間の短
縮化および測定精度の向上を行うことが可能である。In particular, according to the second aspect of the present invention, on the thin film for each of a plurality of incident light beams which have the same incident angle to each other and are directed to the minute area of the thin film from a plurality of different directions from each other. Each of the plurality of reflected light beams is separately and simultaneously received by each of the plurality of light receiving elements, and the polarization characteristic measuring means calculates the amount of each received light regarding each of the plurality of reflected light beams received by each of the plurality of light receiving elements. By using this, it is possible to measure the change in the polarization characteristics at the time of reflection, so that the measurement time can be shortened and the measurement accuracy can be improved.
【０１２２】また、請求項３に記載の発明によれば、複
数の反射光線のそれぞれを分散させて複数の波長成分に
分離する分光手段により、複数の反射光線のそれぞれが
複数の波長成分に分離され、複数の受光素子のそれぞれ
は、複数の反射光線のそれぞれについて複数の波長成分
に分離されたそれぞれの光を別個かつ同時に受光し、偏
光特性測定手段は、複数の受光素子のそれぞれにおいて
受光された、各波長成分に分離された複数の反射光線の
それぞれの光に関する各受光量を用いることにより、反
射時における偏光特性の変化を測定するので、さらに詳
細な偏光解析が可能になる。According to the third aspect of the present invention, each of the plurality of reflected light beams is separated into a plurality of wavelength components by the spectral means for dispersing each of the plurality of reflected light beams and separating them into a plurality of wavelength components. Each of the plurality of light receiving elements separately and simultaneously receives the respective light separated into the plurality of wavelength components for each of the plurality of reflected light beams, and the polarization characteristic measuring unit receives the light in each of the plurality of light receiving elements. In addition, since the change in the polarization characteristic at the time of reflection is measured by using the respective received light amounts of the plurality of reflected light beams separated into the respective wavelength components, more detailed polarization analysis becomes possible.
【０１２３】さらに、請求項５に記載の発明によれば、
照明光は、第１の複数の入射光線の入射角度とは異なる
入射角度であり且つ互いに同一である入射角度を有しつ
つ互いに異なる複数の方向から薄膜の微小領域へと向か
う複数の入射光線である第２の複数の入射光線をも含
み、複数の受光素子のそれぞれは、第１および第２の複
数の入射光線のそれぞれに対する薄膜上での複数の反射
光線のそれぞれを別個にかつ同時に受光し、偏光特性測
定手段は、複数の受光素子のそれぞれにおいて受光され
た複数の反射光線のそれぞれに関する各受光量を用いる
ことにより、反射時における偏光特性の変化を測定する
ので、さらに詳細な偏光解析が可能になる。Further, according to the fifth aspect of the present invention,
The illuminating light is a plurality of incident light beams which are incident angles different from the incident angles of the first plurality of incident light beams and have the same incident angles to each other, and which are directed to the minute region of the thin film from a plurality of different directions. A second plurality of incident light beams, wherein each of the plurality of light receiving elements separately and simultaneously receives each of the plurality of reflected light beams on the thin film with respect to each of the first and second plurality of incident light beams. The polarization characteristic measuring means measures the change in the polarization characteristic at the time of reflection by using the respective received light amounts of the plurality of reflected light beams received by each of the plurality of light receiving elements, so that more detailed polarization analysis is performed. Will be possible.
【０１２４】また、請求項７に記載の発明によれば、照
明光学系は、反射対物光学系を用いて照明光を薄膜にお
ける微小領域へと集光するので、色収差を抑制しつつ、
より大きな入射角度で薄膜の微小領域へと照明光を導く
ことができる。したがって、偏光解析における精度を向
上させることが可能である。また、開口数を増大させる
ことにより、スポット径をさらに微小化することが可能
である。According to the seventh aspect of the present invention, the illumination optical system uses the reflective objective optical system to converge the illumination light to a small area in the thin film, so that chromatic aberration can be suppressed.
Illumination light can be guided to a small area of the thin film at a larger incident angle. Therefore, it is possible to improve the precision in the ellipsometry. Also, by increasing the numerical aperture, the spot diameter can be further reduced.
【０１２５】さらに、請求項１０ないし請求項１２に記
載の発明によれば、複数の受光素子のそれぞれは、照明
光に含まれる入射光線に対する薄膜上での反射光線を、
各偏光角度成分ごとに分離された状態で別個にかつ同時
に受光し、偏光特性測定手段は、複数の受光素子のそれ
ぞれにおける各受光量を用いることにより、反射時にお
ける偏光特性の変化を測定することができるので、測定
時間の短縮化および測定精度の向上を行うことが可能で
ある。Further, according to the tenth to twelfth aspects of the present invention, each of the plurality of light receiving elements reflects a reflected light on the thin film with respect to an incident light included in the illumination light.
Separately and simultaneously receive light in a state of being separated for each polarization angle component, and the polarization characteristic measuring means measures the change in the polarization characteristic at the time of reflection by using each received light amount in each of the plurality of light receiving elements. Therefore, the measurement time can be shortened and the measurement accuracy can be improved.
【図１】本発明の実施形態に係る薄膜測定装置（偏光解
析装置）１を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a thin-film measurement apparatus (polarization analyzer) 1 according to an embodiment of the present invention.
【図２】半導体ウエハＷ上に薄膜Ｆが形成されている試
料２の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a sample 2 in which a thin film F is formed on a semiconductor wafer W.
【図３】照明光に含まれる同一入射角度θ１を有する複
数の入射光線を表す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a plurality of incident light beams having the same incident angle θ1 included in the illumination light.
【図４】異なる角度θ１，θ２，θ３で入射する複数の
入射光線を表す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a plurality of incident light beams incident at different angles θ1, θ2, and θ3.
【図５】仮想断面Ｓ２（図１）における光の分布を表す
図である。FIG. 5 is a diagram showing light distribution in a virtual cross section S2 (FIG. 1).
【図６】仮想断面Ｓ４（図１）における断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a virtual section S4 (FIG. 1).
【図７】分光器２９を上方からみた図である。FIG. 7 is a diagram of the spectroscope 29 viewed from above.
【図８】試料面に入射する入射光線とその反射光線とを
示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an incident light beam incident on a sample surface and its reflected light beam.
【図９】反射前後の偏光状態、すなわち入射光線の偏光
状態χｉおよび反射光線の偏光状態χｒの一例を示す図
である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a polarization state before and after reflection, that is, an example of a polarization state Δi of an incident light ray and a polarization state Δr of a reflected light ray.
【図１０】偏光子１７（１７Ａ）および検光子２３（２
３Ａ）の偏光特性を表す図である。FIG. 10 shows a polarizer 17 (17A) and an analyzer 23 (2
It is a figure showing the polarization characteristic of 3A).
【図１１】反射前後の光の偏光特性の変化について説明
する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a change in polarization characteristics of light before and after reflection.
【図１２】変形例に係る偏光解析装置１Ｂの構成を表す
図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a polarization analyzer 1B according to a modification.
【図１３】変形例に係る偏光解析装置１Ｃの構成を表す
図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of an ellipsometer 1C according to a modification.
【図１４】従来のエリプソメータ（偏光解析装置）１０
０の一例を示す図である。FIG. 14 shows a conventional ellipsometer (polarization analyzer) 10
It is a figure showing an example of 0.
【図１５】反射前後の光の偏光状態の一例を表す図であ
る。FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a polarization state of light before and after reflection.
【図１６】各位相差を有する場合における各偏光状態を
表す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating each polarization state when there is each phase difference.
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 偏光解析装置（薄膜測定装置） ２ 試料 １０ 照明光学系 ２０ 結像光学系 ３０ 撮像用光学系 ４０ 偏光特性測定部 ５０ 薄膜情報取得部 ６０ 干渉式薄膜測定部 １１，３１ 光源 １２，１６，３２，３４ レンズ １４ ビームスプリッタ １５ 反射対物光学系 １７，１７Ａ，１７Ｂ 偏光子 ２１ ピンホールミラー ２２ パラボラミラー ２３，２３Ａ，２３Ｂ 検光子 ２４，２４ｚ 接続子 ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 接続子群 ２５ 光ファイバケーブル ２６ ホログラフィックグレーティング ２７ ２次元ＣＣＤエリアセンサ ２９ 分光器 1, 1A, 1B, 1C Ellipsometer (thin film measuring device) 2 Sample 10 Illumination optical system 20 Imaging optical system 30 Imaging optical system 40 Polarization characteristic measuring unit 50 Thin film information acquiring unit 60 Interferometric thin film measuring unit 11, 31 Light source 12, 16, 32, 34 Lens 14 Beam splitter 15 Reflective objective optical system 17, 17A, 17B Polarizer 21 Pinhole mirror 22 Parabolic mirror 23, 23A, 23B Analyzer 24, 24z Connector 24a, 24b, 24c Connector Group 25 optical fiber cable 26 holographic grating 27 two-dimensional CCD area sensor 29 spectrograph
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｊ 4/04 Ｇ０１Ｊ 4/04 Ｚ Ｇ０１Ｎ 21/27 Ｇ０１Ｎ 21/27 Ａ (72)発明者 林 尚久 京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神 北町１番地の１ 大日本スクリーン製造株 式会社内 (72)発明者 堀江 正浩 京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神 北町１番地の１ 大日本スクリーン製造株 式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA30 CC19 CC31 DD03 DD06 FF01 FF49 FF52 GG02 GG03 GG23 GG24 HH04 HH12 HH13 JJ03 JJ05 JJ08 JJ09 JJ17 JJ26 LL00 LL02 LL04 LL19 LL30 LL33 LL36 LL42 LL46 LL67 MM03 PP12 2G020 BA02 BA18 CA15 CB04 CB26 CB32 CB33 CC05 CC29 CC47 CD12 CD15 CD23 CD24 2G059 AA03 BB10 BB16 CC20 DD13 EE02 EE05 EE09 FF01 GG04 GG10 JJ05 JJ06 JJ11 JJ13 JJ17 JJ19 JJ22 KK03 KK04Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification FI FI Theme Court II (Reference) G01J 4/04 G01J 4/04 Z G01N 21/27 G01N 21/27 A (72) Inventor Naohisa Hayashi Horikawa, Kamigyo-ku, Kyoto-shi (1) Dai Nippon Screen Manufacturing Co., Ltd. (72) Inventor Masahiro Horie 4th Tenjin, Kitamachi 1-chome Tenjin Kitamachi, Kamigyo-ku, Kyoto City F-term within the company (reference) 2F065 AA30 CC19 CC31 DD03 DD06 FF01 FF49 FF52 GG02 GG03 GG23 GG24 HH04 HH12 HH13 JJ03 JJ05 JJ08 JJ09 JJ17 JJ26 LL00 LL02 LL04 LL19 LL30 LB18 LL33 CB33 CC05 CC29 CC47 CD12 CD15 CD23 CD24 2G059 AA03 BB10 BB16 CC20 DD13 EE02 EE05 EE09 FF01 GG04 GG10 JJ05 JJ06 JJ11 JJ13 JJ17 JJ19 JJ22 KK04 KK04
Claims (12)
態を観測してその薄膜の膜厚および／または膜質を求め
る薄膜測定装置であって、 光源から出射された照明光を前記薄膜の微小領域へと集
光する照明光学系と、 前記薄膜からの反射光を受光する受光手段と、 前記薄膜からの反射光を前記受光手段へと導く結像光学
系と、 前記受光手段において受光される前記反射光を用いて、
前記反射による偏光状態の変化を測定する偏光特性測定
手段と、 前記偏光特性測定手段により測定された偏光特性を用い
て、前記薄膜の膜厚および／または膜質に関する情報を
取得する薄膜情報取得手段と、を備え、 前記照明光学系と前記結像光学系とが前記薄膜上におい
て光軸を共有していることを特徴とする薄膜測定装置。1. A thin film measuring apparatus for observing a polarization state of a thin film to be measured upon reflection and obtaining a film thickness and / or a film quality of the thin film, wherein an illumination light emitted from a light source is applied to the thin film. An illumination optical system for condensing light on a minute area; a light receiving unit for receiving reflected light from the thin film; an imaging optical system for guiding the reflected light from the thin film to the light receiving unit; Using the reflected light
A polarization characteristic measurement unit configured to measure a change in a polarization state due to the reflection; and a thin film information acquisition unit configured to acquire information on a film thickness and / or a film quality of the thin film using the polarization characteristic measured by the polarization characteristic measurement unit. Wherein the illumination optical system and the imaging optical system share an optical axis on the thin film.
て、 前記薄膜の微小領域へと集光される照明光は、互いに同
一の入射角度を有しつつ互いに異なる複数の方向から前
記薄膜の前記微小領域へと向かう複数の入射光線を含
み、 前記受光手段は、複数の受光素子を有し、 前記複数の受光素子のそれぞれは、前記複数の入射光線
のそれぞれに対する前記薄膜上での複数の反射光線のそ
れぞれを別個にかつ同時に受光し、 前記偏光特性測定手段は、前記複数の受光素子のそれぞ
れにおいて受光された前記複数の反射光線のそれぞれに
関する各受光量を用いることにより、前記反射時におけ
る偏光特性の変化を測定することを特徴とする薄膜測定
装置。2. The thin-film measuring apparatus according to claim 1, wherein the illumination light condensed on a minute area of the thin film has a same incident angle with respect to the thin film from a plurality of different directions. A plurality of light receiving elements having a plurality of light receiving elements, each of the plurality of light receiving elements having a plurality of reflections on the thin film for each of the plurality of incident light rays; Each of the light beams is separately and simultaneously received, and the polarization characteristic measuring means uses the respective light receiving amounts of the plurality of reflected light beams received by each of the plurality of light receiving elements, so that the polarization at the time of the reflection is obtained. A thin film measuring device for measuring a change in characteristics.
て、 前記受光手段は、前記複数の反射光線のそれぞれを分散
させて複数の波長成分に分離する分光手段をさらに有
し、 前記分光手段は、前記複数の反射光線のそれぞれを複数
の波長成分に分離し、 前記複数の受光素子のそれぞれは、前記複数の反射光線
のそれぞれについて複数の波長成分に分離されたそれぞ
れの光を別個かつ同時に受光し、 前記偏光特性測定手段は、前記複数の受光素子のそれぞ
れにおいて受光された、各波長成分に分離された前記複
数の反射光線のそれぞれの光に関する各受光量を用いる
ことにより、前記反射時における偏光特性の変化を測定
することを特徴とする薄膜測定装置。3. The thin film measuring apparatus according to claim 2, wherein the light receiving unit further includes a spectroscopic unit that disperses each of the plurality of reflected light beams and separates the plurality of reflected light beams into a plurality of wavelength components. Separating each of the plurality of reflected light beams into a plurality of wavelength components, and each of the plurality of light receiving elements separately and simultaneously receives each of the plurality of reflected light beams separated into a plurality of wavelength components. Then, the polarization characteristic measuring means, the light received by each of the plurality of light receiving elements, by using each received light amount of each of the plurality of reflected light beams separated into each wavelength component, at the time of the reflection A thin-film measurement device for measuring a change in polarization characteristics.
て、 前記複数の受光素子は、第１の方向および第２の方向の
２つの方向にマトリクス状に配列されており、 前記第１の方向に配置される複数の受光素子は、互いに
異なる反射光線に関する光を受光し、 前記第２の方向に配置される複数の受光素子は、互いに
異なる波長成分に関する光を受光することを特徴とする
薄膜測定装置。4. The thin-film measurement device according to claim 3, wherein the plurality of light receiving elements are arranged in a matrix in two directions of a first direction and a second direction, and the first direction A plurality of light receiving elements disposed in the thin film receiving light on reflected light beams different from each other, and a plurality of light receiving elements disposed in the second direction receive light on different wavelength components from each other. measuring device.
載の薄膜測定装置において、 前記照明光は、前記複数の入射光線である第１の複数の
入射光線とは異なる第２の複数の入射光線を含み、 前記第２の複数の入射光線は、前記第１の複数の入射光
線の入射角度とは異なる入射角度であり且つ互いに同一
の入射角度を有しつつ、互いに異なる複数の方向から前
記薄膜の前記微小領域へと向かう複数の入射光線であ
り、 前記複数の受光素子のそれぞれは、前記第１および第２
の複数の入射光線のそれぞれに対する前記薄膜上での複
数の反射光線のそれぞれを別個にかつ同時に受光し、 前記偏光特性測定手段は、前記複数の受光素子のそれぞ
れにおいて受光された前記複数の反射光線のそれぞれに
関する各受光量を用いることにより、前記反射時におけ
る偏光特性の変化を測定することを特徴とする薄膜測定
装置。5. The thin-film measurement apparatus according to claim 2, wherein the illumination light is a second plurality of light beams different from the first plurality of incident light beams that are the plurality of incident light beams. Including an incident light beam, the second plurality of incident light beams have an incident angle different from the incident angle of the first plurality of incident light beams and have the same incident angle to each other, and from a plurality of different directions. A plurality of incident light beams directed to the minute area of the thin film, wherein each of the plurality of light receiving elements is the first and second light receiving elements;
Receiving separately and simultaneously each of the plurality of reflected light beams on the thin film with respect to each of the plurality of incident light beams, wherein the polarization characteristic measuring means comprises: the plurality of reflected light beams received by each of the plurality of light receiving elements. A thin-film measuring apparatus for measuring a change in polarization characteristics at the time of the reflection by using each light reception amount for each of the above.
載の薄膜測定装置において、 前記照明光学系は、前記複数の入射光線のそれぞれの偏
光方向を揃える偏光子を有し、 前記結像光学系は、前記複数の反射光線のそれぞれにつ
いて互いに異なる角度の偏光成分を透過させる検光子を
有することを特徴とする薄膜測定装置。6. The thin-film measuring apparatus according to claim 1, wherein the illumination optical system has a polarizer that aligns a polarization direction of each of the plurality of incident light beams. The thin-film measurement apparatus according to claim 1, wherein the optical system includes an analyzer that transmits polarized light components having different angles with respect to each of the plurality of reflected light beams.
載の薄膜測定装置において、 前記照明光学系は、反射対物光学系を用いて前記照明光
を前記薄膜における微小領域へと集光することを特徴と
する薄膜測定装置。7. The thin-film measuring device according to claim 1, wherein the illumination optical system focuses the illumination light on a minute area in the thin film using a reflection objective optical system. A thin film measuring device characterized by the above-mentioned.
載の薄膜測定装置において、 前記反射対物光学系は、前記光軸近傍位置において対物
レンズを有しており、前記薄膜測定装置は、さらに、 前記対物レンズにより集光され前記薄膜において反射さ
れた光を用いて、前記薄膜の微小領域付近の画像を撮像
する前記撮像手段と、 前記撮像手段により撮像した画像に基づいて位置情報を
取得する画像処理手段と、を備えることを特徴とする薄
膜測定装置。8. The thin-film measuring apparatus according to claim 1, wherein the reflection objective optical system has an objective lens near the optical axis, and the thin-film measuring apparatus includes: Further, using the light condensed by the objective lens and reflected by the thin film, the imaging unit that captures an image in the vicinity of a minute area of the thin film, and acquiring position information based on the image captured by the imaging unit A thin-film measuring apparatus comprising:
載の薄膜測定装置において、 前記反射対物光学系は、前記光軸近傍位置において対物
レンズを有しており、前記薄膜測定装置は、さらに、 前記対物レンズにより集光され前記薄膜において反射さ
れた光を受光し、当該受光された光を用いて、その干渉
特性を測定することにより、前記薄膜の各種パラメータ
を同定する干渉式薄膜測定手段、をさらに備えることを
特徴とする薄膜測定装置。9. The thin-film measuring apparatus according to claim 1, wherein the reflection objective optical system has an objective lens at a position near the optical axis, and the thin-film measuring apparatus includes: Further, an interference type thin film measurement for identifying various parameters of the thin film by receiving light condensed by the objective lens and reflected by the thin film, and measuring the interference characteristics using the received light. Means for measuring thin films.
状態を観測してその薄膜の膜厚および／または膜質を求
める薄膜測定装置であって、 光源から出射された照明光を前記薄膜の微小領域へと導
く照明光学系と、 前記薄膜からの反射光を受光する受光手段と、 前記薄膜からの反射光を前記受光手段へと導く結像光学
系と、 前記受光手段において受光される前記反射光を用いて、
前記反射による偏光状態の変化を測定する偏光特性測定
手段と、 前記偏光特性測定手段により測定された偏光特性を用い
て、前記薄膜の膜厚および／または膜質に関する情報を
取得する薄膜情報取得手段と、を備え、 前記受光手段は、複数の受光素子を有し、 前記複数の受光素子のそれぞれは、前記照明光に含まれ
る入射光線に対する前記薄膜上での反射光線が各偏光角
度成分ごとに分離された光を別個にかつ同時に受光し、 前記偏光特性測定手段は、前記複数の受光素子のそれぞ
れにおける各受光量を用いることにより、前記反射時に
おける偏光特性の変化を測定することを特徴とする薄膜
測定装置。10. A thin film measuring apparatus for observing a polarization state of a thin film to be measured upon reflection and obtaining a film thickness and / or film quality of the thin film, wherein an illumination light emitted from a light source is applied to the thin film. An illumination optical system that guides the light to the minute region; a light receiving unit that receives the reflected light from the thin film; an imaging optical system that guides the reflected light from the thin film to the light receiving unit; Using reflected light,
A polarization characteristic measuring unit that measures a change in a polarization state due to the reflection; and a thin film information acquiring unit that acquires information about the film thickness and / or film quality of the thin film using the polarization characteristic measured by the polarization characteristic measuring unit. The light receiving means has a plurality of light receiving elements, and each of the plurality of light receiving elements separates a reflected light on the thin film with respect to an incident light included in the illumination light for each polarization angle component. Received separately and simultaneously, the polarization characteristic measuring means measures the change in the polarization characteristic at the time of reflection by using the amount of light received by each of the plurality of light receiving elements. Thin film measuring device.
いて、 前記受光手段は、前記反射光線を分散させて複数の波長
成分に分離する分光手段をさらに有し、 前記分光手段は、前記反射光線を複数の波長成分に分離
し、 前記複数の受光素子のそれぞれは、前記反射光線が各偏
光角度成分ごとにかつ複数の波長成分ごとに分離された
光を別個かつ同時に受光し、 前記偏光特性測定手段は、前記複数の受光素子のそれぞ
れにおいて受光された、各波長成分に分離された前記複
数の反射光線のそれぞれの光に関する各受光量を用いる
ことにより、前記反射時における偏光特性の変化を測定
することを特徴とする薄膜測定装置。11. The thin-film measuring apparatus according to claim 10, wherein the light receiving unit further includes a spectral unit that disperses the reflected light beam and separates the reflected light beam into a plurality of wavelength components. Is separated into a plurality of wavelength components, and each of the plurality of light receiving elements separately and simultaneously receives light in which the reflected light beam is separated for each polarization angle component and for each of a plurality of wavelength components, and the polarization characteristic measurement is performed. The means measures the change in the polarization characteristic at the time of the reflection by using each received light amount of each of the plurality of reflected light beams received by each of the plurality of light receiving elements and separated into each wavelength component. A thin film measuring apparatus characterized in that:
いて、 前記複数の受光素子は、第１の方向および第２の方向の
２つの方向にマトリクス状に配列されており、 第１の方向に配置される複数の受光素子は、互いに異な
る偏光角度成分に関する光を受光し、 第２の方向に配置される複数の受光素子は、互いに異な
る波長成分に関する光を受光することを特徴とする薄膜
測定装置。12. The thin-film measuring device according to claim 11, wherein the plurality of light receiving elements are arranged in a matrix in two directions, a first direction and a second direction. The plurality of light receiving elements arranged receive light with respect to mutually different polarization angle components, and the plurality of light receiving elements arranged in the second direction receive light with respect to mutually different wavelength components. apparatus.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000182846A JP2002005823A (en) | 2000-06-19 | 2000-06-19 | Thin-film measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000182846A JP2002005823A (en) | 2000-06-19 | 2000-06-19 | Thin-film measuring apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002005823A true JP2002005823A (en) | 2002-01-09 |
Family
ID=18683524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000182846A Abandoned JP2002005823A (en) | 2000-06-19 | 2000-06-19 | Thin-film measuring apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002005823A (en) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006184060A (en) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Toppan Printing Co Ltd | Instrument and method for measuring film thickness |
| US7528967B2 (en) * | 2007-05-16 | 2009-05-05 | Otsuka Electronics Co., Ltd. | Optical characteristic measuring apparatus and measuring method using light reflected from object to be measured |
| JP2009541735A (en) * | 2006-06-22 | 2009-11-26 | コリア リサーチ インスティチュート オブ スタンダーズ アンド サイエンス | Focus ellipse measuring instrument |
| JP2009294059A (en) * | 2008-06-05 | 2009-12-17 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Coating adhesion amount measuring method and device of galvannealed steel sheet with coating |
| JP2010530074A (en) * | 2007-11-13 | 2010-09-02 | コリア リサーチ インスティチュート オブ スタンダーズ アンド サイエンス | Single polarizer focus ellipsometer |
| JP2010530971A (en) * | 2007-11-14 | 2010-09-16 | コリア リサーチ インスティチュート オブ スタンダーズ アンド サイエンス | High speed and large area precision measuring device and method |
| CN103017670A (en) * | 2012-12-13 | 2013-04-03 | 北京航空航天大学 | Glass coating film quality detecting system based on frustrated total reflection |
| JP2013195114A (en) * | 2012-03-16 | 2013-09-30 | Mitsutoyo Corp | White light interference measurement device |
| JP2018021761A (en) * | 2016-08-01 | 2018-02-08 | 株式会社ディスコ | Measurement device |
| JP2018021760A (en) * | 2016-08-01 | 2018-02-08 | 株式会社ディスコ | Thickness measurement device |
| CN108955579A (en) * | 2018-08-06 | 2018-12-07 | 深圳精创视觉科技有限公司 | A kind of high-precision optical film absorption axiss measuring device |
| JP2019027886A (en) * | 2017-07-28 | 2019-02-21 | 株式会社分光応用技術研究所 | Radiation characteristic measurement system and radiation characteristic measurement method |
| JP2019191605A (en) * | 2015-03-25 | 2019-10-31 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | Metrology method, metrology device, and device manufacturing apparatus |
| KR102315016B1 (en) * | 2020-06-12 | 2021-10-22 | 한국표준과학연구원 | Reflective Fourier ptychographic microscopy using segmented mirrors and a mask |
-
2000
- 2000-06-19 JP JP2000182846A patent/JP2002005823A/en not_active Abandoned
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006184060A (en) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Toppan Printing Co Ltd | Instrument and method for measuring film thickness |
| JP4715199B2 (en) * | 2004-12-27 | 2011-07-06 | 凸版印刷株式会社 | Film thickness measuring apparatus and film thickness measuring method |
| JP2009541735A (en) * | 2006-06-22 | 2009-11-26 | コリア リサーチ インスティチュート オブ スタンダーズ アンド サイエンス | Focus ellipse measuring instrument |
| US7528967B2 (en) * | 2007-05-16 | 2009-05-05 | Otsuka Electronics Co., Ltd. | Optical characteristic measuring apparatus and measuring method using light reflected from object to be measured |
| JP2010530074A (en) * | 2007-11-13 | 2010-09-02 | コリア リサーチ インスティチュート オブ スタンダーズ アンド サイエンス | Single polarizer focus ellipsometer |
| JP2010530971A (en) * | 2007-11-14 | 2010-09-16 | コリア リサーチ インスティチュート オブ スタンダーズ アンド サイエンス | High speed and large area precision measuring device and method |
| JP2009294059A (en) * | 2008-06-05 | 2009-12-17 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Coating adhesion amount measuring method and device of galvannealed steel sheet with coating |
| JP2013195114A (en) * | 2012-03-16 | 2013-09-30 | Mitsutoyo Corp | White light interference measurement device |
| CN103017670A (en) * | 2012-12-13 | 2013-04-03 | 北京航空航天大学 | Glass coating film quality detecting system based on frustrated total reflection |
| JP2019191605A (en) * | 2015-03-25 | 2019-10-31 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | Metrology method, metrology device, and device manufacturing apparatus |
| JP2018021761A (en) * | 2016-08-01 | 2018-02-08 | 株式会社ディスコ | Measurement device |
| JP2018021760A (en) * | 2016-08-01 | 2018-02-08 | 株式会社ディスコ | Thickness measurement device |
| CN107677210A (en) * | 2016-08-01 | 2018-02-09 | 株式会社迪思科 | Measurement apparatus |
| JP2019027886A (en) * | 2017-07-28 | 2019-02-21 | 株式会社分光応用技術研究所 | Radiation characteristic measurement system and radiation characteristic measurement method |
| CN108955579A (en) * | 2018-08-06 | 2018-12-07 | 深圳精创视觉科技有限公司 | A kind of high-precision optical film absorption axiss measuring device |
| CN108955579B (en) * | 2018-08-06 | 2024-05-24 | 深圳精创视觉科技有限公司 | High-precision optical film absorption axis measuring device |
| KR102315016B1 (en) * | 2020-06-12 | 2021-10-22 | 한국표준과학연구원 | Reflective Fourier ptychographic microscopy using segmented mirrors and a mask |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4880791B2 (en) | System for measuring the polarimeter spectrum and other properties of a sample | |
| JP3697279B2 (en) | Thin film thickness measuring device | |
| US7495762B2 (en) | High-density channels detecting device | |
| US5581350A (en) | Method and system for calibrating an ellipsometer | |
| US6778273B2 (en) | Polarimetric scatterometer for critical dimension measurements of periodic structures | |
| US6734967B1 (en) | Focused beam spectroscopic ellipsometry method and system | |
| US5764365A (en) | Two-dimensional beam deflector | |
| US11262293B2 (en) | System and method for use in high spatial resolution ellipsometry | |
| JP2511057B2 (en) | Spectral analysis method and apparatus | |
| KR20030041147A (en) | Differential numerical aperture methods and device | |
| JP2010530074A (en) | Single polarizer focus ellipsometer | |
| US20060103844A1 (en) | Beam profile ellipsometer with rotating compensator | |
| KR20180058005A (en) | Optical inspection apparatus and method, and method for fabricating semiconductor using the inspection apparatus | |
| JP2002005823A (en) | Thin-film measuring apparatus | |
| KR100203345B1 (en) | Simultaneous multiple angle/multiple wavelength ellipsometer and method | |
| JPH01308930A (en) | Microspectroscopic apparatus | |
| US20020024669A1 (en) | Spectral ellipsometer having a refractive illuminating optical system | |
| USRE38153E1 (en) | Two-dimensional beam deflector | |
| US20080043232A1 (en) | Multi-angle and multi-channel inspecting device | |
| JPS61292043A (en) | Photodetecting probe for spectocolorimeter | |
| KR101987402B1 (en) | Optical measuring system for thicknesses of thin and thick films and 3D surface profile using a polarized pixel array | |
| US20170045397A1 (en) | Device for analysing a specimen and corresponding method | |
| KR100574776B1 (en) | An Ellipsometry Device Using Spectral Imaging And Ellipsometry Method Thereof | |
| KR102015811B1 (en) | Apparatus for inspecting surfaceusing using spectroscopic ellipsometer | |
| US8643841B1 (en) | Angle-resolved spectroscopic instrument |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060113 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060124 |
|
| A762 | Written abandonment of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762 Effective date: 20060209 |