JP2013195290A - Optical distance measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、比較的小さな距離、例えば各種のエッチング加工によって半導体基板などに形成される微細な孔、例えばTSV（＝Through Silicon Via：シリコン貫通ビア）の深さや段差、各種の研磨加工によって表面が削られる基板や結晶体などの厚さ、或いはCVDなどにより基板表面に成膜を行う際の膜厚など、を光学的に測定するための光学的距離測定装置に関する。 The present invention has a relatively small distance, for example, the depth and level difference of fine holes formed in a semiconductor substrate or the like by various etching processes, such as TSV (= Through Silicon Via), and the surface by various polishing processes. The present invention relates to an optical distance measuring apparatus for optically measuring the thickness of a substrate or crystal body to be scraped, or the film thickness when a film is formed on a substrate surface by CVD or the like.
半導体集積回路の製造プロセスでは、シリコンウエハ等の半導体基板にごく微細な孔や溝を形成するために低圧プラズマ等を用いたエッチング加工が行われている。通常、エッチング工程では、まず、基板上で孔や溝を形成しない部分にレジスト膜によるマスキングを行った上でエッチング加工を実行する。これにより、マスキングされていない部分のみが選択的に削られるから、加工後にレジスト膜を除去することで任意の形状の孔や溝を形成することが可能となる。このときに形成される孔や溝の深さはエッチングの時間、ガス種類、ガス圧などの様々な条件に依存するから、孔や溝の深さを目標深さにするために、加工中に実際の深さをモニタリングしながらエッチングの終了点を決めたり条件を調整したりする制御がなされる。 In the manufacturing process of a semiconductor integrated circuit, an etching process using low-pressure plasma or the like is performed in order to form very fine holes or grooves in a semiconductor substrate such as a silicon wafer. Usually, in the etching step, first, etching is performed after masking a portion of the substrate where a hole or groove is not formed with a resist film. As a result, only the unmasked portion is selectively scraped, so that it is possible to form holes or grooves of any shape by removing the resist film after processing. Since the depth of the hole or groove formed at this time depends on various conditions such as etching time, gas type, gas pressure, etc., in order to set the hole or groove depth to the target depth, Control is performed to determine the end point of etching and adjust the conditions while monitoring the actual depth.
また、エッチングとは逆に、マスキングを施していない部分に酸化膜や金属膜等を生成する成膜処理も行われるが、この場合も、処理の終了時点を定めるために成膜部分の厚さをモニタリングする必要がある。 In contrast to etching, a film forming process for generating an oxide film, a metal film, or the like is also performed on a part that is not masked. In this case, too, the thickness of the film forming part is determined in order to determine the end point of the process. Need to be monitored.
エッチングによって形成される微細孔の深さや段差、削られる膜層の膜厚、研磨等によって表面が徐々に削られる基板や結晶体の厚さ、或いは成膜厚さなどの比較的小さな距離を光学的に測定する技術として、低コヒーレンス光の干渉を用いたものが知られている（特許文献１〜３）。
Optimizing relatively small distances such as the depth and level difference of fine holes formed by etching, the thickness of the film layer to be scraped, the thickness of the substrate or crystal body whose surface is gradually scraped by polishing, or the thickness of the film As a technique for the measurement, a technique using interference of low coherence light is known (
代表例として、特許文献１に記載の光断層画像化装置によりその原理を説明する（図１）。低コヒーレンス光の光源LSとしてSLD（Super Luminescent Diode）が用いられ、その光源LSからの光束が光ファイバFB1を通ってファイバカプラFCに送られて、そこで2つに分割される。一方の光束は光ファイバFB2を通って測定対象面OBに送られ、他方の光束は光ファイバFB3を通って参照面RFに送られる。測定対象面OBと参照面RFに送られた光束は、それぞれの表面で反射され、ファイバカプラFCに戻ってそこで合波されて光ファイバFB4を通って回折格子DGに送られる。合波した光はここで分光され、リニア光検出器DTにより波長毎に並列に検出される。 As a representative example, the principle will be described using an optical tomographic imaging apparatus described in Patent Document 1 (FIG. 1). An SLD (Super Luminescent Diode) is used as the light source LS of the low coherence light, and the light beam from the light source LS is sent to the fiber coupler FC through the optical fiber FB1, where it is divided into two. One light beam is sent to the measurement target surface OB through the optical fiber FB2, and the other light beam is sent to the reference surface RF through the optical fiber FB3. The light beams sent to the measurement target surface OB and the reference surface RF are reflected by the respective surfaces, return to the fiber coupler FC, are combined there, and are sent to the diffraction grating DG through the optical fiber FB4. The combined light is split here and detected in parallel for each wavelength by the linear photodetector DT.
検出されたスペクトルには、測定対象面OBと参照面RFの各表面で反射された2つの光束の干渉によるスペクトルが含まれるが、それ以前に、光源LSのスペクトルも含まれる。そこで、検出器DTで検出された光のスペクトルから光源LSのスペクトルを除去して両測定面からの干渉光のスペクトルのみとした後、フーリエ変換を行うことにより、測定対象面OBの深さ方向の情報を得る。 The detected spectrum includes a spectrum due to interference of two light beams reflected by the surfaces of the measurement target surface OB and the reference surface RF, but before that, a spectrum of the light source LS is also included. Therefore, after removing the spectrum of the light source LS from the spectrum of the light detected by the detector DT to make only the spectrum of the interference light from both measurement surfaces, the Fourier transform is performed to obtain the depth direction of the measurement target surface OB. Get the information.
上記のようにして得られた干渉光のスペクトルには、図２に示すようにリップルと呼ばれる細かい波が現れることがあることが知られている（特許文献１の［００４３］）。干渉スペクトルにこのようなリップルが存在すると、フーリエ変換後の信号において偽ピーク（サイドローブ）が出現する（図３参照）。この偽ピークは見かけ上、測定対象面OBの深さの情報を示す成分と同じとなってしまうため、目的とする情報に対するノイズとなり、用途によって断層画像の画質の劣化や測定精度の低下等の問題を引き起こす。 It is known that fine waves called ripples may appear in the spectrum of the interference light obtained as described above as shown in FIG. 2 ([0043] of Patent Document 1). When such a ripple exists in the interference spectrum, a false peak (side lobe) appears in the signal after Fourier transform (see FIG. 3). This false peak appears to be the same as the component indicating the depth information of the measurement target surface OB, and thus becomes noise for the target information. Depending on the application, the image quality of the tomographic image may be deteriorated or the measurement accuracy may be reduced. Cause problems.
このため、従来より、干渉光のスペクトルに含まれるリップルを除去するための様々な処理が行われていた。しかし、原干渉スペクトルにおけるリップル、或いは、それをフーリエ変換した後の信号に現れる偽ピークを除去する方法では、何らかの波形の歪や測定精度の低下を引き起こすおそれがある。 For this reason, conventionally, various processes for removing ripples included in the spectrum of interference light have been performed. However, the method of removing the ripple in the original interference spectrum or the false peak appearing in the signal after Fourier transform of the original interference spectrum may cause some waveform distortion or a decrease in measurement accuracy.
本願発明は、このような事後対策ではなく、そもそもそのようなリップルを生じさせないような根源対策を提供するものである。 The present invention provides a root measure that does not cause such a ripple in the first place, instead of such a follow-up measure.
上記課題を解決するためになされた本発明の第１の態様は、光源からの低コヒーレンス光束を分割して測定面と参照面に照射し、該両面からの反射光束の干渉光を分光器で分光することにより前記測定面における微小距離を測定する光学的距離測定装置において、前記光源から前記分光器の間に用いられている偏波保持光ファイバの長さd(m)を以下の式で算出される値d0よりも長くすることを特徴とする。
d0=d1×(a1/a0)
ここで、a0は前記分光器の波長分解能(nm)に基づいて決定される目標波長分解能の値(nm)、a1は偏波保持光ファイバの長さをd1(m)としたときのリップル波長周期の値(nm)である。
The first aspect of the present invention, which has been made to solve the above problems, divides a low-coherence light beam from a light source and irradiates the measurement surface and the reference surface, and the interference light of the reflected light beam from the both surfaces is obtained by a spectrometer. In the optical distance measuring device that measures a minute distance on the measurement surface by performing spectroscopy, the length d (m) of the polarization maintaining optical fiber used between the light source and the spectrometer is expressed by the following equation: It is characterized by being longer than the calculated value d0.
d0 = d1 × (a1 / a0)
Where a0 is the target wavelength resolution value (nm) determined based on the wavelength resolution (nm) of the spectrometer, and a1 is the ripple wavelength when the length of the polarization maintaining optical fiber is d1 (m). The period value (nm).
目標波長分解能の値a0は、前記分光器の波長分解能(nm)の値そのものとしてもよいし、それよりもやや大きい値として、使用に際して実用上問題ないと判断される値に定めてもよい。 The target wavelength resolution value a0 may be the wavelength resolution (nm) value of the spectroscope itself, or may be set to a value that is determined to have no practical problem in use as a slightly larger value.
また、上記課題を解決するためになされた本発明の第２の態様は、光源からの低コヒーレンス光束を分割して測定面と参照面に照射し、該両面からの反射光束の干渉光を分光器で分光することにより前記測定面における微小距離を測定する光学的距離測定装置において、前記光源から前記分光器の間に用いられている偏波保持光ファイバのいずれかの箇所に偏光解消手段を挿入することを特徴とする。 The second aspect of the present invention, which has been made to solve the above problems, divides a low-coherence light beam from a light source and irradiates the measurement surface and the reference surface, and spectrally analyzes the interference light of the reflected light beam from the both surfaces. In an optical distance measuring device for measuring a minute distance on the measurement surface by performing spectroscopy with a spectroscope, a depolarization means is provided at any location of the polarization maintaining optical fiber used between the light source and the spectroscope. It is characterized by inserting.
なお、この発明態様における偏光解消手段の挿入箇所は、偏波保持光ファイバの途中のいずれかの箇所の他、光源と偏波保持光ファイバの間、又は、偏波保持光ファイバと分光器の間、であってもよい。 In this aspect of the invention, the depolarization means is inserted at any location in the middle of the polarization maintaining optical fiber, between the light source and the polarization maintaining optical fiber, or between the polarization maintaining optical fiber and the spectroscope. It may be between.
この種の光学的距離測定装置では微小な距離を測定するため、僅かのスペクトルの変化も測定誤差に結びつく。光源と分光器の間の光導通路として通常の光ファイバを用いた場合、その光ファイバの状態が変わることにより（例えば、光ファイバが曲げられ、光ファイバに内部応力が加わることにより）スペクトルに変化が生じてしまう可能性がある。そこで最近の装置では、得られる干渉光のスペクトルを安定させるために、光源と分光器の間の光導通路には偏波保持光ファイバを使用することが多い。本願発明者らの研究によれば、前記の干渉光スペクトルに現れるリップルは、この偏波保持光ファイバを使用した場合に現れることが判明した。そして更に研究を行った結果、次のような条件が揃った場合にリップルが出現することが明らかとなった。
[1] 光源に低コヒーレンス光源やレーザダイオード等の偏光発振デバイスが使用されている。
[2] 光源の導波路として複屈折特性を持つ光ファイバ（この中に偏波保持光ファイバが含まれる）が使用されている。
[3] 干渉光を分光する手段として回折格子等の偏光依存性を有する分光素子が使用されている。
Since this type of optical distance measuring device measures a minute distance, even a slight spectral change leads to a measurement error. When a normal optical fiber is used as the optical path between the light source and the spectroscope, the spectrum changes due to a change in the state of the optical fiber (for example, when the optical fiber is bent and internal stress is applied to the optical fiber). May occur. Therefore, in recent apparatuses, in order to stabilize the spectrum of the obtained interference light, a polarization maintaining optical fiber is often used in the optical path between the light source and the spectroscope. According to the study by the present inventors, it has been found that the ripple appearing in the interference light spectrum appears when the polarization maintaining optical fiber is used. As a result of further research, it became clear that ripples appeared when the following conditions were met.
[1] Polarization oscillation devices such as low-coherence light sources and laser diodes are used as light sources.
[2] Optical fibers with birefringence characteristics (including polarization-maintaining optical fibers) are used as waveguides for light sources.
[3] A spectroscopic element having polarization dependency, such as a diffraction grating, is used as a means for dispersing interference light.
従って、干渉光にリップルを出現させないようにするためには、これらのいずれか一つの条件を満たさないようにすればよい。本願発明はこのうち[2]又は[1]の条件を満たさないようするためのものである。 Therefore, in order to prevent ripples from appearing in the interference light, it is only necessary not to satisfy any one of these conditions. The present invention is intended to prevent the condition [2] or [1] from being satisfied.
本発明の第１の態様においては、偏波保持光ファイバの長さd(m)を上記式で算出される値d0よりも長くするが、これは、干渉光スペクトルにおけるリップルの周期（波長の幅）を短くし、距離測定に影響を与えない、或いは、支障を起こさないようにするものである。その原理は次の通りである。 In the first aspect of the present invention, the length d (m) of the polarization maintaining optical fiber is set to be longer than the value d0 calculated by the above equation, which is the ripple period (wavelength of the interference light spectrum). (Width) is shortened so as not to affect the distance measurement or to cause trouble. The principle is as follows.
これも本発明者らの研究によれば、分光後の光の検出器により検出される光の強度Iは次の式で表される。
I=D+cosφ・sinφ・Ex・Ey・cos{(nx-ny)・(2π/λ)・d}(s2-t2) …(1)
ここで、Dは光の強度のDC成分であり、光源の強度に依存する。第2項が変動成分、すなわちリップルを表し、各変数は次の物理量を表す。
Ex, Ey：光源光のx方向、y方向の電場成分強度
nx, ny：光ファイバのx方向、y方向の屈折率
λ：使用される光の波長
d：使用される偏波保持光ファイバの長さ
s, t：偏光依存回折格子の2方向の振幅透過率
φ：偏波保持光ファイバの偏波方向x(又はy)と偏光依存分光器の方向s(又はt)の間の角度
According to the study by the present inventors, the intensity I of light detected by the light detector after the spectroscopy is expressed by the following equation.
I = D + cosφ ・ sinφ ・ E x・ E y・ cos {(n x -n y ) ・ (2π / λ) ・ d} (s 2 -t 2 )… (1)
Here, D is a DC component of light intensity and depends on the intensity of the light source. The second term represents the fluctuation component, that is, the ripple, and each variable represents the following physical quantity.
E x , E y : Electric field component intensity in the x and y directions of the source light
n x , n y : refractive index in the x direction and y direction of the optical fiber λ: wavelength of light used
d: Length of polarization maintaining optical fiber used
s, t: Amplitude transmittance in two directions of polarization-dependent diffraction grating φ: Angle between polarization direction x (or y) of polarization-maintaining optical fiber and direction s (or t) of polarization-dependent spectrometer
(1)式は、cos内の式がdに比例することを示している。すなわち、リップルの周期（波長幅）は、偏波保持光ファイバの長さdに反比例する。従って、偏波保持光ファイバの長さdを所定の長さ以上にすることにより、リップルの周期を測定に問題のない領域に押しやることができる。その一つの考え方として、リップルの周期を光検出器の波長分解能以下とすることもできるし、或いは、それ以上であっても、測定の目的に応じて支障のない程度とすることもできる。本発明の第１の態様では、予め、装置で用いる偏波保持光ファイバを長さd1としてその時のリップルの波長周期の値a1(nm)を測定しておき、この目標リップル周期に応じて長さdを設定するというものである。 Equation (1) indicates that the equation in cos is proportional to d. That is, the ripple period (wavelength width) is inversely proportional to the length d of the polarization maintaining optical fiber. Therefore, by setting the length d of the polarization-maintaining optical fiber to a predetermined length or more, the ripple period can be pushed to an area where there is no problem in measurement. One way of thinking is to make the ripple period less than or equal to the wavelength resolution of the photodetector, or even if it is more than that, it can be made to an extent that does not hinder depending on the purpose of the measurement. In the first aspect of the present invention, the polarization maintaining optical fiber used in the apparatus is set to the length d1, and the value of the wavelength period a1 (nm) of the ripple at that time is measured in advance. Is to set d.
また、本発明の第２の態様では、偏波保持光ファイバの途中のいずれかの箇所（或いは、光源と偏波保持光ファイバの間、又は、偏波保持光ファイバと分光器の間）に偏光解消手段を挿入することにより、上記式(1)における(nx-ny)をゼロとするものである。これにより、リップルそのものが解消される。 Further, in the second aspect of the present invention, in any part of the polarization maintaining optical fiber (or between the light source and the polarization maintaining optical fiber or between the polarization maintaining optical fiber and the spectrometer). By inserting the depolarizing means, (n x -n y ) in the above equation (1) is made zero. Thereby, the ripple itself is eliminated.
なお、上記式(1)においてφ=0とする（sinφ=0とする）ことも対応策の一つであるが、ここでは扱わない。また、(s2-t2)=0とすること、すなわち、偏光依存性のない分光器（例えば、プリズム）を用いることも対応策の一つとして考えられるが、ここでは扱わない。 Note that in the above equation (1), φ = 0 (sin φ = 0) is one of the countermeasures, but it is not dealt with here. Further, although it is conceivable to set (s 2 −t 2 ) = 0, that is, to use a spectroscope having no polarization dependency (for example, a prism), it is not dealt with here.
本願発明者は、干渉光のスペクトルに現れるリップルに起因して、フーリエ変換後の信号に偽ピーク（サイドピーク）が出現してしまうという問題を解決するため、まずリップルが発生する原因を究明した。 In order to solve the problem that a false peak (side peak) appears in the signal after the Fourier transform due to the ripple appearing in the spectrum of the interference light, the present inventor first investigated the cause of the occurrence of the ripple. .
SLD光源、偏波保持光ファイバ、回折格子（検光子）、及びセンサからなる構成（図５(a)）をモデルとして、以下の検討を行った。偏波保持光ファイバの長さをd、SLD光源から出射する光の偏波方向と回折格子の回折溝の方向がなす角をφとする。図５(b)に光源光の電場成分強度Ex, Ey、偏波保持光ファイバの屈折率nx, ny、上記長さd、上記角度φをそれぞれ示す。 The following examination was performed using a configuration (FIG. 5 (a)) including an SLD light source, a polarization maintaining optical fiber, a diffraction grating (analyzer), and a sensor as a model. Let d be the length of the polarization-maintaining optical fiber, and φ be the angle formed by the polarization direction of the light emitted from the SLD light source and the direction of the diffraction groove of the diffraction grating. FIG. 5B shows the electric field component strengths E x and E y of the light source light, the refractive indexes n x and n y of the polarization maintaining optical fiber, the length d, and the angle φ.
入射電場のx成分、y成分はそれぞれ
Ex・cos(nx・2π/λ・z-ωt) …(2)
Ey・cos(ny・2π/λ・z-ωt) …(3)
Ex, Ey：光源光のx方向、y方向の電場成分強度
nx, ny：光ファイバのx方向、y方向の屈折率
λ, ω：使用される光の波長と周波数（ω=1/λ）
φ：偏波保持光ファイバの偏波方向x(又はy)と偏光依存分光器の方向s(又はt)の間の角
で表される。この光が長さdの偏波保持光ファイバを通過すると、電場のx成分、y成分は
Ex・cos(nx・2π/λ・d-ωt) …(4)
Ey・cos(ny・2π/λ・d-ωt) …(5)
となる。ここで、回折格子が理想的検光子であるとすると、x軸と角φをなす方向の成分のみが検光子を通過できるので、通過後の電場は
E=Ex・cosφ・cos(nx・2π/λ・d-ωt)+Ey・sinφ・cos(ny・2π/λ・d-ωt) …(6)
となる。
The x and y components of the incident electric field are
E x・ cos (n x・ 2π / λ ・ z-ωt) (2)
E y・ cos (n y・ 2π / λ ・ z-ωt) (3)
E x , E y : Electric field component intensity in the x and y directions of the source light
n x , n y : Refractive index in the x direction and y direction of the optical fiber λ, ω: Wavelength and frequency of light used (ω = 1 / λ)
φ: represented by an angle between the polarization direction x (or y) of the polarization maintaining optical fiber and the direction s (or t) of the polarization dependent spectrometer. When this light passes through a polarization-maintaining optical fiber of length d, the x and y components of the electric field are
E x・ cos (n x・ 2π / λ ・ d-ωt) (4)
E y・ cos (n y・ 2π / λ ・ d-ωt) (5)
It becomes. Here, if the diffraction grating is an ideal analyzer, only the component in the direction that forms an angle φ with the x axis can pass through the analyzer, so the electric field after passing is
E = E x・ cosφ ・ cos (n x・ 2π / λ ・ d-ωt) + E y・ sinφ ・ cos (n y・ 2π / λ ・ d-ωt) (6)
It becomes.
センサ上では式(6)の二乗の時間平均で表される強度で光が検出されるため、検出強度は
I0={Ex・cosφ・cos(nx・2π/λ・d-ωt)+Ey・sinφ・cos(ny・2π/λ・d-ωt)}2
=Ex 2・cos2φ・cos2(nx・2π/λ・d-ωt)+Ey 2・sin2φ・cos2(ny・2π/λ・d-ωt)
+2cosφ・sinφ・Ex・Ey・cos(nx・2π/λ・d-ωt)・cos(ny・2π/λ・d-ωt) …(7)
で表される。式(7)の第一項、第二項は時間平均するとn, d, λに依存しないDC項となる。式(7)において、Ex 2・cos2(nx・2π/λ・d-ωt)の時間平均をIx、Ey 2・cos2(ny・2π/λ・d-ωt)の時間平均をIyとする。
On the sensor, light is detected with the intensity represented by the time average of the square of equation (6), so the detection intensity is
I 0 = {E x・ cosφ ・ cos (n x・ 2π / λ ・ d-ωt) + E y・ sinφ ・ cos (n y・ 2π / λ ・ d-ωt)} 2
= E x 2・ cos 2 φ ・ cos 2 (n x・ 2π / λ ・ d-ωt) + E y 2・ sin 2 φ ・ cos 2 (n y・ 2π / λ ・ d-ωt)
+ 2cosφ ・ sinφ ・ E x・ E y・ cos (n x・ 2π / λ ・ d-ωt) ・ cos (n y・ 2π / λ ・ d-ωt) (7)
It is represented by The first term and the second term in Equation (7) are DC terms that do not depend on n, d, or λ when time averaged. In Equation (7), the time average of E x 2 · cos 2 (n x · 2π / λ · d-ωt) is I x , and E y 2 · cos 2 (n y · 2π / λ · d-ωt) Let the time average be I y .
式(7)の第三項を変形すると、
2cosφ・sinφ・Ex・Ey・cos(nx・2π/λ・d-ωt)・cos(ny・2π/λ・d-ωt)
=cosφ・sinφ・Ex・Ey・[cos{nx・2π/λ・d-2ωt}
+cos{(nx-ny)・2π/λ・d}] …(8)
となる。
When the third term of Equation (7) is transformed,
2cosφ ・ sinφ ・ E x・ E y・ cos (n x・ 2π / λ ・ d-ωt) ・ cos (n y・ 2π / λ ・ d-ωt)
= cosφ ・ sinφ ・ E x・ E y・ [cos {n x・ 2π / λ ・ d-2ωt}
+ cos {(n x -n y ) · 2π / λ · d}]… (8)
It becomes.
2ωtで振動する項は時間平均すると0になるため、式(7)は
I0=Ix・cos2φ+Iy・sin2φ+cosφ・sinφ・Ex・Ey・cos{(nx-ny)・2π/λ・d} …(9)
となり、屈折率差(nx-ny)と偏波保持光ファイバの長さdに比例する第三項が波長λとともに振動する項として残る。この項は(nx-ny)、dに比例する一種の干渉効果を表す。つまり、SLD光源の偏光軸が偏波保持光ファイバの軸に対してずれており、かつ検光子の軸が偏光軸とずれている場合には(nx-ny)が0にならず干渉が発生することが分かる。また、偏波保持光ファイバの長さdが長くなると検出強度の振動周期が短くなることが分かる。
Since the term that oscillates at 2ωt is 0 on average over time, Equation (7) becomes
I 0 = I x・ cos 2 φ + I y・ sin 2 φ + cosφ ・ sinφ ・ E x・ E y・ cos {(n x -n y ) ・ 2π / λ ・ d}… (9)
Thus, the third term proportional to the refractive index difference (n x −n y ) and the length d of the polarization maintaining optical fiber remains as a term oscillating with the wavelength λ. This term represents a kind of interference effect proportional to (n x -n y ), d. In other words, if the polarization axis of the SLD light source is deviated from the axis of the polarization-maintaining optical fiber and the analyzer axis is deviated from the polarization axis, (n x -n y ) does not become 0 and interference occurs. It can be seen that occurs. Further, it can be seen that the oscillation period of the detected intensity becomes shorter as the length d of the polarization maintaining optical fiber becomes longer.
上記では計算を容易にするため回折格子が理想的な検光子であるとしたが、以下では一般的な回折格子の場合を考える。 In the above description, it is assumed that the diffraction grating is an ideal analyzer in order to facilitate calculation, but in the following, the case of a general diffraction grating will be considered.
理想的な検光子では検光子のx'軸、y'軸に関する振幅透過率s, tはそれぞれs=1, t=0としたが、一般的な回折格子ではs=√0.8、t=√0.3程度である。このような回折格子の場合、回折格子通過後の電場のx'軸方向の成分は、
s{cosφ・Ex・cos(nx・2π/λ・d-ωt)+sinφ・Ey・cos(ny・2π/λ・d-ωt)} …(10)
となり、y'軸方向の成分は
t{-sinφ・Ex・cos(nx・2π/λ・d-ωt)+cosφ・Ey・cos(ny・2π/λ・d-ωt)} …(11)
となる。
In an ideal analyzer, the amplitude transmittances s and t regarding the x ′ axis and y ′ axis of the analyzer are set to s = 1 and t = 0, respectively, but in a general diffraction grating, s = √0.8 and t = √ It is about 0.3. In the case of such a diffraction grating, the component in the x′-axis direction of the electric field after passing through the diffraction grating is
s {cosφ ・ E x・ cos (n x・ 2π / λ ・ d-ωt) + sinφ ・ E y・ cos (n y・ 2π / λ ・ d-ωt)} (10)
And the y'-axis component is
t {-sinφ ・ E x・ cos (n x・ 2π / λ ・ d-ωt) + cosφ ・ E y・ cos (n y・ 2π / λ ・ d-ωt)} (11)
It becomes.
上述したように、センサ上では式(10), (11)の二乗の時間平均で表される強度で光が検出される。x'軸方向の成分の光の検出強度は式(10)の二乗の時間平均となるので、
Ix'=[s{cosφ・Ex・cos(nx・2π/λ・d-ωt)+sinφ・Ey・cos(ny・2π/λ・d-ωt)}]2
=s2{cos2φ・Ex 2・cos2(nx・2π/λ・d-ωt)
+sin2φ・Ey 2・cos2(ny・2π/λ・d-ωt)
+2cosφ・sinφ・Ex・Ey・cos(nx・2π/λ・d-ωt)・cos(ny・2π/λ・d-ωt)}
=s2[cos2φ・Ex 2・cos2(nx・2π/λ・d-ωt)
+sin2φ・Ey 2・cos2(ny・2π/λ・d-ωt)
+cosφ・sinφ・Ex・Ey{cos(nx・2π/λ・d+ny・2π/λ・d-2ωt)
+cos{(nx-ny)・2π/λ・d}]
となる。
As described above, light is detected on the sensor with the intensity represented by the time average of the squares of the equations (10) and (11). Since the detected intensity of light of the component in the x′-axis direction is the time average of the square of Equation (10),
I x ' = [s {cosφ ・ E x・ cos (n x・ 2π / λ ・ d-ωt) + sinφ ・ E y・ cos (n y・ 2π / λ ・ d-ωt)}] 2
= s 2 (cos 2 φ ・ E x 2・ cos 2 (n x・ 2π / λ ・ d-ωt)
+ sin 2 φ ・ E y 2・ cos 2 (n y・ 2π / λ ・ d-ωt)
+ 2cosφ ・ sinφ ・ E x・ E y・ cos (n x・ 2π / λ ・ d-ωt) ・ cos (n y・ 2π / λ ・ d-ωt)}
= s 2 (cos 2 φ ・ E x 2・ cos 2 (n x・ 2π / λ ・ d-ωt)
+ sin 2 φ ・ E y 2・ cos 2 (n y・ 2π / λ ・ d-ωt)
+ cosφ ・ sinφ ・ E x・ E y (cos (n x・ 2π / λ ・ d + n y・ 2π / λ ・ d-2ωt)
+ cos {(n x -n y ) · 2π / λ · d}]
It becomes.
ここで、上式のEx 2・cos2(nx・2π/λ・d-ωt)の時間平均をIx、Ey 2・cos2(ny・2π/λ・d-ωt)の時間平均をIyとする。2ωtの項は時間平均を取ると0になるため、上式は
Ix'=s2{Ix・cos2φ+Iy・sin2φ
+cosφ・sinφ・Ex・Ey・cos{(nx-ny)・2π/λ・d} …(12)
となる。
Here, the time average of E x 2 · cos 2 (n x · 2π / λ · d-ωt) in the above equation is I x , and E y 2 · cos 2 (n y · 2π / λ · d-ωt) Let the time average be I y . Since the 2ωt term is 0 when taking the time average, the above equation becomes
I x ' = s 2 (I x・ cos 2 φ + I y・ sin 2 φ
+ cosφ ・ sinφ ・ E x・ E y・ cos {(n x -n y ) ・ 2π / λ ・ d} (12)
It becomes.
一方、y'軸方向の成分の光の検出強度は式(11)の二乗の時間平均となるので、
Iy'=[t{-sinφ・Ex・cos(nx・2π/λ・d-ωt)+cosφ・Ey・cos(ny・2π/λ・d-ωt)}]2
=t2{sin2φ・Ex 2・cos2(nx・2π/λ・d-ωt)
+cos2φ・Ey 2・cos2(ny・2π/λ・d-ωt)
-2cosφ・sinφ・Ex・Ey・cos(nx・2π/λ・d-ωt)・cos(ny・2π/λ・d-ωt)}
=t2[sin2φ・Ex 2・cos2(nx・2π/λ・d-ωt)
+cos2φ・Ey 2・cos2(ny・2π/λ・d-ωt)
-cosφ・sinφ・Ex・Ey{cos(nx・2π/λ・d+ny・2π/λ・d-2ωt)
+cos{(nx-ny)・2π/λ・d}]
となる。
On the other hand, since the detected intensity of the light component in the y′-axis direction is the time average of the square of equation (11),
I y ' = [t {-sinφ ・ E x・ cos (n x・ 2π / λ ・ d-ωt) + cosφ ・ E y・ cos (n y・ 2π / λ ・ d-ωt)}] 2
= t 2 (sin 2 φ ・ E x 2・ cos 2 (n x・ 2π / λ ・ d-ωt)
+ cos 2 φ ・ E y 2・ cos 2 (n y・ 2π / λ ・ d-ωt)
-2cosφ ・ sinφ ・ E x・ E y・ cos (n x・ 2π / λ ・ d-ωt) ・ cos (n y・ 2π / λ ・ d-ωt)}
= t 2 (sin 2 φ ・ E x 2・ cos 2 (n x・ 2π / λ ・ d-ωt)
+ cos 2 φ ・ E y 2・ cos 2 (n y・ 2π / λ ・ d-ωt)
-cosφ ・ sinφ ・ E x・ E y (cos (n x・ 2π / λ ・ d + n y・ 2π / λ ・ d-2ωt)
+ cos {(n x -n y ) · 2π / λ · d}]
It becomes.
再び、上式のEx 2・cos2(nx・2π/λ・d-ωt)の時間平均をIx、Ey 2・cos2(ny・2π/λ・d-ωt)の時間平均をIyとする。既に述べたように、2ωtの項は時間平均を取ると0になるため、上式は
Iy'=t2{Ix・sin2φ+Iy・cos2φ
-cosφ・sinφ・Ex・Ey・cos{(nx-ny)・2π/λ・d} …(13)
となる。
Again, the time average of E x 2 · cos 2 (n x · 2π / λ · d-ωt) in the above equation is I x , and the time average of E y 2 · cos 2 (n y · 2π / λ · d-ωt) Let I y be the average. As already mentioned, the 2ωt term becomes 0 when taking the time average, so the above equation becomes
I y ' = t 2 (I x・ sin 2 φ + I y・ cos 2 φ
-cosφ ・ sinφ ・ E x・ E y・ cos {(n x -n y ) ・ 2π / λ ・ d} (13)
It becomes.
センサで検出される光強度は式(12)と式(13)の和となるので、
I=s2[Ix・cos2φ+Iy・sin2φ+cosφ・sinφ・Ex・Ey・cos{(nx-ny)・2π/λ・d}]
+t2[Ix・sin2φ+Iy・cos2φ-cosφ・sinφ・Ex・Ey・cos{(nx-ny)・2π/λ・d}]
=s2・Ix・cos2φ+s2・Iy・sin2φ
+s2・cosφ・sinφ・Ex・Ey・cos{(nx-ny)・2π/λ・d}+t2・Ix・sin2φ
+t2・Iy・cos2φ-t2・cosφ・sinφ・Ex・Ey・cos{(nx-ny)・2π/λ・d}
=Ix(s2・cos2φ+t2・sin2φ)+Iy(s2・sin2φ+t2・cos2φ)
+cosφ・sinφ・Ex・Ey・cos{(nx-ny)・2π/λ・d}・(s2-t2) …(14)
となり、屈折率差(nx-ny)と偏波保持光ファイバの長さdに比例する第三項が波長λとともに振動する項として残る。この式(14)が上述した式(1)に相当する。
Since the light intensity detected by the sensor is the sum of Equation (12) and Equation (13),
I = s 2 [I x・ cos 2 φ + I y・ sin 2 φ + cosφ ・ sinφ ・ E x・ E y・ cos {(n x -n y ) ・ 2π / λ ・ d}]
+ t 2 [I x・ sin 2 φ + I y・ cos 2 φ-cosφ ・ sinφ ・ E x・ E y・ cos {(n x -n y ) ・ 2π / λ ・ d}]
= s 2・ I x・ cos 2 φ + s 2・ I y・ sin 2 φ
+ s 2・ cosφ ・ sinφ ・ E x・ E y・ cos {(n x -n y ) ・ 2π / λ ・ d} + t 2・ I x・ sin 2 φ
+ t 2・ I y・ cos 2 φ-t 2・ cosφ ・ sinφ ・ E x・ E y・ cos {(n x -n y ) ・ 2π / λ ・ d}
= I x (s 2・ cos 2 φ + t 2・ sin 2 φ) + I y (s 2・ sin 2 φ + t 2・ cos 2 φ)
+ cosφ ・ sinφ ・ E x・ E y・ cos {(n x -n y ) ・ 2π / λ ・ d} ・ (s 2 -t 2 )… (14)
Thus, the third term proportional to the refractive index difference (n x −n y ) and the length d of the polarization maintaining optical fiber remains as a term oscillating with the wavelength λ. This equation (14) corresponds to the above-described equation (1).
式(14)から、リップルの周期は偏波保持光ファイバの長さdに比例して短くなることが分かる。そこで、次に光ファイバの長さと種類を変えたときのリップルの変化を実験的に調べた。光源にはSLD光源D100073（アンリツ株式会社の製品名）、分光器には光スペクトラムアナライザMS9780A（アンリツ株式会社の製品名）を用い、これらの間を光ファイバで接続した。光ファイバには、(i)長さ2mの偏波保持光ファイバSM-85-PS-G20A（株式会社フジクラの製品名）、(ii)長さ4mの偏波保持光ファイバSM-85-PS-G20A（同）、(iii)長さ2mのシングルモードファイバ（米国Thorlabs社製）の3種類を用いた。なお、SLDモジュール内には長さ約2mの偏波保持光ファイバが付属している。光スペクトラムアナライザ内にも同じく光ファイバが付属しており、ファイバから出射した光を回折格子で分光してセンサで検出しているが、光スペクトラムアナライザ内のファイバ長、回折格子の溝本数等の仕様は公開されていない。 From equation (14), it can be seen that the ripple period is shortened in proportion to the length d of the polarization maintaining optical fiber. Therefore, the ripple change when the length and type of the optical fiber were changed was examined experimentally. An SLD light source D100073 (product name of Anritsu Co., Ltd.) was used as the light source and an optical spectrum analyzer MS9780A (product name of Anritsu Co., Ltd.) was used as the spectroscope, and these were connected by an optical fiber. Optical fiber includes (i) 2m long polarization maintaining optical fiber SM-85-PS-G20A (product name of Fujikura Co., Ltd.), (ii) 4m long polarization maintaining optical fiber SM-85-PS -G20A (same as above), (iii) 2 types of single mode fiber (made by Thorlabs, USA) with a length of 2m were used. The SLD module comes with a polarization-maintaining optical fiber with a length of about 2m. An optical fiber is also attached to the optical spectrum analyzer, and the light emitted from the fiber is dispersed by a diffraction grating and detected by a sensor. However, the fiber length in the optical spectrum analyzer, the number of grooves in the diffraction grating, etc. The specification has not been released.
上記(i)の偏波保持光ファイバを用いてSLD光源から出射した光のスペクトルを光スペクトラムアナライザ内のセンサで検出して得た結果を図５(a)、図５(b)に示す。図５(a)はスペクトル全体図、図５(b)はスペクトルの部分拡大図である。上記(ii)の偏波保持光ファイバを用いて得たスペクトルを図６(a)及び図６(b)に示す。偏波保持光ファイバに代えて上記(iii)のシングルモードファイバを用いても同様にリップルが確認された。なお、シングルモードファイバを曲げたところ、リップルの大きさが変化した。 FIG. 5A and FIG. 5B show the results obtained by detecting the spectrum of light emitted from the SLD light source using the polarization maintaining optical fiber of (i) above with a sensor in the optical spectrum analyzer. FIG. 5A is an overall spectrum view, and FIG. 5B is a partially enlarged view of the spectrum. The spectrum obtained using the polarization maintaining optical fiber of (ii) is shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). Ripple was confirmed in the same manner when the single mode fiber (iii) was used instead of the polarization maintaining optical fiber. When the single mode fiber was bent, the magnitude of the ripple changed.
シングルモードファイバでもリップルが確認されたのは、上述したようにSLDモジュール内に偏波保持光ファイバが存在するために伝播する光が楕円偏光になっており、式(14)の第三項（干渉項）が影響してリップルが発生したためと考えられる。 The ripple was confirmed even in the single mode fiber because the propagating light is elliptically polarized because the polarization maintaining optical fiber exists in the SLD module as described above, and the third term (14) ( This is probably because the ripple was generated by the interference term).
また、シングルモードファイバを曲げた際にリップルの大きさが変化したのは、その曲げ応力により断面内のx軸方向・y軸方向の屈折率nx, nyに差が生じ、入射光の偏光状態が変化したためと考えられる。このように、シングルモードファイバでは曲げにより応力を与えることでスペクトルが変化することを考慮すると、測定中の偏光状態を安定させることができる偏波保持光ファイバを使用することが望ましい。 Further, the ripple when the bent single mode fiber the size is changed, x-axis direction · y-axis direction of the refractive indices n x of the cross section by its bending stress, a difference in n y occurs, the incident light This is probably because the polarization state has changed. As described above, in consideration of the change in spectrum caused by applying stress due to bending in a single mode fiber, it is desirable to use a polarization maintaining optical fiber that can stabilize the polarization state during measurement.
光学系全体に含まれる偏波保持光ファイバの長さ、つまりSLDモジュール内の偏波保持光ファイバの長さ2mを含む偏波保持光ファイバの長さとリップルの周期を比較した。その結果を図７に示す。式(14)から予想されたように、図７ではファイバの長さdとリップルの周期は反比例するという傾向が確認された。完全な反比例でないのは、SLDモジュール内の偏波保持光ファイバとSLDモジュール外に接続した偏波保持光ファイバの種類が異なり、複屈折(nx-ny)の値がこれらのファイバ間で異なったためであると考えられる。
The length of the polarization-maintaining optical fiber included in the entire optical system, that is, the length of the polarization-maintaining optical fiber including the
上記の結果を踏まえると、偏波保持光ファイバを更に長くすることによりリップルの周期を更に短くして分光器の波長分解能よりも小さくすると、スペクトル上にリップルを生じさせないように構成することができることが分かる。 Based on the above results, if the polarization-maintaining optical fiber is further lengthened to further reduce the ripple period and make it smaller than the wavelength resolution of the spectrometer, it can be configured not to generate ripples on the spectrum. I understand.
図８に偏波保持光ファイバの長さを21mにしたときに取得したスペクトルの部分拡大図を示す。このスペクトルにはリップルが現れていない。これは、偏波保持光ファイバの長さdを21mにしたことにより、リップルの周期を分光器の波長分解能以下に抑えられたものである。図９に、スペクトルをフーリエ変換した後に生じる偽ピークの周波数と偏波保持光ファイバの長さdの関係を示す。 FIG. 8 shows a partially enlarged view of the spectrum acquired when the length of the polarization maintaining optical fiber is 21 m. No ripple appears in this spectrum. This is because the length d of the polarization-maintaining optical fiber is set to 21 m, so that the ripple period can be suppressed to be equal to or less than the wavelength resolution of the spectrometer. FIG. 9 shows the relationship between the frequency of the false peak generated after Fourier transform of the spectrum and the length d of the polarization maintaining optical fiber.
また、式(14)から、屈折率差(nx-ny)を0にすることによりリップルの発生そのものを解消することができることが分かる。これは偏波保持光ファイバの途中のいずれかの箇所（或いは、光源と偏波保持光ファイバの間、又は、偏波保持光ファイバと分光器の間）に偏光解消手段を挿入することにより達成可能である。 Further, it can be seen from the equation (14) that the occurrence of ripple itself can be eliminated by setting the refractive index difference (n x -n y ) to 0. This can be achieved by inserting a depolarization means anywhere in the middle of the polarization maintaining optical fiber (or between the light source and the polarization maintaining optical fiber, or between the polarization maintaining optical fiber and the spectrometer). Is possible.
なお、上記式(14)においてsinφあるいはcosφが0となるように偏光軸を調整することや、(s2−t2)=0とする、即ち偏光依存性のない分光器（例えばプリズム）を用いることによりリップルを生じさせないように構成することもできる。 In the above formula (14), the polarization axis is adjusted so that sinφ or cosφ is 0, or (s 2 −t 2 ) = 0, that is, a spectroscope (for example, prism) having no polarization dependency is used. It can also be configured not to cause ripples when used.
本発明に係る光学的距離測定装置を表面処理状況モニタリング装置に用いる一実施例を図１０により説明する。 An embodiment in which the optical distance measuring device according to the present invention is used in a surface treatment status monitoring device will be described with reference to FIG.
この表面処理状況モニタリング装置は、例えばプラズマエッチング装置や基板研磨装置などにより加工処理される試料の基板厚みや形成されるトレンチ深さなど、時々刻々と変化する試料との間の距離をモニタリングする装置である。この装置は、光源・分光検出部１０、観測部２０、及びエッチング装置３０を備える。光源・分光検出部１０には、SLD光源１１、分光ユニット１２、ファイバカプラ１３と、SLD光源１１とファイバカプラ１３の間に接続された偏波保持光ファイバ１４、ファイバカプラ１３と観測部２０との間に接続された偏波保持光ファイバ１５を備える。分光ユニット１２には、回折格子１７及びアレイ型検出器１８が内蔵されており、アレイ型検出器１８により検出した信号は図示しないデータ処理部により処理される。
This surface treatment status monitoring device is a device that monitors the distance between samples, such as the substrate thickness of a sample processed by a plasma etching device, a substrate polishing device, or the like, or the trench depth to be formed. It is. This apparatus includes a light source /
観測部２０は、観察用カメラ２５、観察用光源２６、対物レンズ２１、ビームスプリッタ２２、２４、及び光学レンズ２３、２７を備えている。観測部２０は、SLD光源１１からの光を用いて試料表面処理状況をモニタリングする際に、モニタリングする場所の観察を行うために用いられており、従来知られた構成であるため詳細な説明は省略する。 The observation unit 20 includes an observation camera 25, an observation light source 26, an objective lens 21, beam splitters 22 and 24, and optical lenses 23 and 27. The observation unit 20 is used for observing a place to be monitored when monitoring the sample surface treatment status using the light from the SLD light source 11, and since it has a conventionally known configuration, a detailed description will be given. Omitted.
SLD光源１１からの光は、偏波保持光ファイバ１４を通ってファイバカプラ１３に入射され、さらに偏波保持光ファイバ１５を通って観測部２０に入射する。観測部２０に入射した光はビームスプリッタ２２を通って試料側に進み、対物レンズ２１を介してエッチング装置３０に入射する。
The light from the SLD light source 11 enters the fiber coupler 13 through the polarization maintaining optical fiber 14, and further enters the observation unit 20 through the polarization maintaining optical fiber 15. The light incident on the observation unit 20 travels to the sample side through the beam splitter 22 and enters the
試料３１の測定対象構造における干渉の状態を図１１を用いて説明する。例えばエッチング中のトレンチ深さを測定する場合には、図１１(a)に示すように基板３２表面のレジスト層３４表面からの反射光４２と、レジスト層３４中に入り込んだ光に対する基板３２表面からの反射光４３と、被エッチング部であるトレンチ孔３３の底面からの反射光４１と、が主として干渉する。また、研磨中の基板３１Ｂの厚みを測定する場合には、図１１(b)に示すように、基板３１Ｂ表面からの反射光４４、及び基板３１Ｂ中に進入した光による裏面からの反射光４５の２つの反射光による干渉が生ずる。これら反射光４１〜４３又は４４、４５は光照射時とは逆の経路を辿って偏波保持光ファイバ１５に入射する。そして、ファイバカプラ１３を経て分光ユニット１２に達する。偏波保持光ファイバ１５、１６を通って分光ユニット１２に達するまでに、複数の反射光は十分に干渉し干渉光となる。
The state of interference in the measurement target structure of the
本実施例では、SLD光源１１にSLD光源D100073（製品名。アンリツ株式会社製）、分光ユニット１２に光スペクトラムアナライザMS9780A（製品名。アンリツ株式会社製）を用いた。上述した実験結果に基づき、偏波保持光ファイバの長さdを21mとし、リップルの周期が光スペクトラムアナライザMS9780Aの波長分解能以下になるよう構成した。
In this example, an SLD light source D100073 (product name, manufactured by Anritsu Corporation) was used as the SLD light source 11, and an optical spectrum analyzer MS9780A (product name: manufactured by Anritsu Corporation) was used as the
試料３１において干渉した光を検出して作成したスペクトルを図１２(a)に、これを高速フーリエ変換した結果を図１２(b)にそれぞれ示す。図１２(a)のスペクトルにはリップルが現れていない。そのため、図１２(b)に示すように、偽ピークの影響を受けることなく測定時に試料表面が約120μm処理された状態であることを確認することができる。つまり、従来のように、リップルが現れた干渉スペクトルにおけるリップルをフーリエ変換した後の信号に現れる偽ピークを除去することなく、正確に試料の表面状態を測定することができる。また従来の方法では、測定する穴深さが深くなると真のピークが高周波数側に移動して偽ピークと重なってしまい、ローパスフィルタ等を用いて偽ピークを除去することができないという問題があったが、本実施例の装置ではこうした問題も生じない。
FIG. 12 (a) shows the spectrum created by detecting the interference light in the
上記実施例は本発明の単なる一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜修正、追加、変更を加えることができる。上記実施例では、光スペクトラムアナライザMS9780Aの波長分解能を考慮して、リップルの周期が波長分解能以下になるように偏波保持光ファイバの長さdを21mとした。他の分光器を使用する場合は、その波長分解能を考慮して偏波保持光ファイバの長さdを決定する。具体的には、偏波保持光ファイバの長さd(m)を、以下の式で算出される値d0よりも長くする。
d0=d1×(a1/a0)
ここで、a0は分光器の波長分解能に基づいて決定される目標波長分解能の値(nm)、a1は偏波保持光ファイバの長さをd1(m)としたときのリップル波長周期の値(nm)である。これにより、干渉光スペクトルにおけるリップルの周期を短くし、距離測定に影響を与えない、あるいは距離測定に支障を起こさないように光学的距離測定装置を構成することができる。
The above embodiment is merely an example of the present invention, and modifications, additions, and changes can be made as appropriate within the scope of the present invention. In the above embodiment, in consideration of the wavelength resolution of the optical spectrum analyzer MS9780A, the length d of the polarization maintaining optical fiber is set to 21 m so that the period of the ripple is equal to or less than the wavelength resolution. When another spectroscope is used, the length d of the polarization maintaining optical fiber is determined in consideration of the wavelength resolution. Specifically, the length d (m) of the polarization maintaining optical fiber is set longer than the value d0 calculated by the following equation.
d0 = d1 × (a1 / a0)
Where a0 is the target wavelength resolution value (nm) determined based on the wavelength resolution of the spectrometer, and a1 is the value of the ripple wavelength period when the length of the polarization maintaining optical fiber is d1 (m) ( nm). Thus, the optical distance measuring device can be configured so that the ripple period in the interference light spectrum is shortened and the distance measurement is not affected or the distance measurement is not hindered.
上記実施例では偏波保持光ファイバの長さdを長くし、リップルの周期を分光ユニットの波長分解能以下に抑えることでリップルの影響を排除するよう構成したが、上述したように偏光解消板を用いることで屈折率差(nx-ny)を0にしてリップルの発生そのものを解消するように構成することもできる。この方法の一つとして、偏波保持光ファイバの途中のいずれかの箇所、光源と偏波保持光ファイバの間、又は偏波保持光ファイバと分光器の間、に偏光解消手段を挿入することを挙げることができる。 In the above embodiment, the length d of the polarization-maintaining optical fiber is increased and the ripple period is suppressed to be equal to or less than the wavelength resolution of the spectroscopic unit so as to eliminate the influence of the ripple. By using it, the difference in refractive index (n x -n y ) can be set to 0 to eliminate the occurrence of ripple itself. As one of the methods, a depolarization means is inserted at any point in the middle of the polarization maintaining optical fiber, between the light source and the polarization maintaining optical fiber, or between the polarization maintaining optical fiber and the spectrometer. Can be mentioned.
また、上記式(14)においてsinφ又はcosφが0となるように偏光軸を調整することや、(s2−t2)=0とすること、即ち、偏光依存性のない分光器（例えばプリズム）を用いることによりリップルの発生を解消するように構成することもできる。 Further, in the above equation (14), the polarization axis is adjusted so that sinφ or cosφ is 0, or (s 2 −t 2 ) = 0, that is, a spectroscope having no polarization dependency (for example, a prism) ) Can be used to eliminate the occurrence of ripples.
１０…光源・分光検出部
１１…SLD光源
１２…分光ユニット
１３…ファイバカプラ
１４、１５…偏波保持光ファイバ
１７…回折格子
１８…アレイ型検出器
２０…観測部
２１…対物レンズ
２２…ビームスプリッタ
２３…光学レンズ
２５…観察用カメラ
２６…観察用光源
３０…エッチング装置
３１…試料
３２…基板
３３…トレンチ孔
３４…レジスト層
４１〜４５…反射光
DESCRIPTION OF
Claims (3)
a0を前記分光器の波長分解能(nm)に基づいて決定される目標波長分解能の値(nm)、a1を偏波保持光ファイバの長さをd1(m)としたときのリップル波長周期の値(nm)として、
前記光源から前記分光器の間に用いられている偏波保持光ファイバの長さd(m)を
d0=d1×(a1/a0)
により算出される値d0よりも長くすることを特徴とする光学的距離測定装置。 An optical distance measuring device that divides a low-coherence light beam from a light source, irradiates the measurement surface and the reference surface, and disperses the interference light of the reflected light beam from the both surfaces with a spectroscope to measure a minute distance on the measurement surface. Because
a0 is a target wavelength resolution value (nm) determined based on the wavelength resolution (nm) of the spectrometer, and a1 is a ripple wavelength period value when the length of the polarization maintaining optical fiber is d1 (m). (nm) as
The length d (m) of the polarization maintaining optical fiber used between the light source and the spectrometer
d0 = d1 × (a1 / a0)
The optical distance measuring device is characterized by being longer than the value d0 calculated by
前記光源から前記分光器の間に用いられている偏波保持光ファイバのいずれかの箇所に偏光解消手段を挿入することを特徴とする光学的距離測定装置。 An optical distance measuring device that divides a low-coherence light beam from a light source, irradiates the measurement surface and the reference surface, and disperses the interference light of the reflected light beam from the both surfaces with a spectroscope to measure a minute distance on the measurement surface. Because
An optical distance measuring device, wherein a depolarizing means is inserted in any part of a polarization maintaining optical fiber used between the light source and the spectrometer.
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