JP2568653B2 - 偏光解析装置 - Google Patents
偏光解析装置Info
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- JP2568653B2 JP2568653B2 JP63283180A JP28318088A JP2568653B2 JP 2568653 B2 JP2568653 B2 JP 2568653B2 JP 63283180 A JP63283180 A JP 63283180A JP 28318088 A JP28318088 A JP 28318088A JP 2568653 B2 JP2568653 B2 JP 2568653B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、偏光解析装置に関する。
（ロ）従来の技術 半導体基板上にSi単結晶をエピタキシャル成長によっ
て生成させる場合のように、半導体デバイスの製造プロ
セスにおいては、被膜生成が所望通り行われているか否
かを逐次モニタするために、製造途中で表面に形成され
る薄膜の厚さや光学定数に関する情報を得ることが必要
となる。このような場合には、偏光解析装置が適用され
ることがある。
て生成させる場合のように、半導体デバイスの製造プロ
セスにおいては、被膜生成が所望通り行われているか否
かを逐次モニタするために、製造途中で表面に形成され
る薄膜の厚さや光学定数に関する情報を得ることが必要
となる。このような場合には、偏光解析装置が適用され
ることがある。
従来のこの種の偏光解析装置には、第３図に示すもの
がある。この偏光解析装置ｅは、回転検光子型のもので
あって、試料ｓに対する光の入射光路Li上に、He−Neレ
ーザ等の光源ｂおよび偏光子ｃを、反所光路Lo上に検光
子ｆおよび光検出器ｄをそれぞれ配置して構成されてい
る。そして、光源ｂからの光を偏光子ｃを通して直線偏
光として試料ｓに入射し、試料ｓの表面状態に応じて反
射された光を検光子ｆをモータｍ等で回転させつつ光検
出器ｄで検出することにより、試料ｓの表面で光が反射
する際の偏光状態の変化、特に振幅比ψと位相差Δを測
定し、その測定結果に基づいて、被膜の厚さｄや光学定
数（屈折率ｎおよび減衰係数ｋ）が決定される。
がある。この偏光解析装置ｅは、回転検光子型のもので
あって、試料ｓに対する光の入射光路Li上に、He−Neレ
ーザ等の光源ｂおよび偏光子ｃを、反所光路Lo上に検光
子ｆおよび光検出器ｄをそれぞれ配置して構成されてい
る。そして、光源ｂからの光を偏光子ｃを通して直線偏
光として試料ｓに入射し、試料ｓの表面状態に応じて反
射された光を検光子ｆをモータｍ等で回転させつつ光検
出器ｄで検出することにより、試料ｓの表面で光が反射
する際の偏光状態の変化、特に振幅比ψと位相差Δを測
定し、その測定結果に基づいて、被膜の厚さｄや光学定
数（屈折率ｎおよび減衰係数ｋ）が決定される。
この場合、測定される振幅比ψと位相差Δは、それぞ
れ次式で示す変数と関係がある。
れ次式で示す変数と関係がある。
ψ＝ｆ（n1、k1、ｄ、ns、ks、φ０、λ） ……（１） Δ＝ｇ（n1、k1、ｄ、ns、ks、φ０、λ） ……（２） （ただし、n1は被膜の屈折率、k1は被膜の減衰係数、ｄ
は被膜の厚さ、nsは基板の屈折率、ksは基板の減衰係
数、φ０は光の入射角、λは光の波長） ここで、φ０、λは既知であり、また、ns、ksは予め
測定して値を求めておくことができるので、未知の変数
はn1、k1、ｄの３つである。ところが、式は２つなの
で、一度の測定では３つの変数n1、k1、ｄを一義的に確
定することができない。
は被膜の厚さ、nsは基板の屈折率、ksは基板の減衰係
数、φ０は光の入射角、λは光の波長） ここで、φ０、λは既知であり、また、ns、ksは予め
測定して値を求めておくことができるので、未知の変数
はn1、k1、ｄの３つである。ところが、式は２つなの
で、一度の測定では３つの変数n1、k1、ｄを一義的に確
定することができない。
そのため、従来は、３つの変数n1、k1、ｄの内の一
つ、たとえば被膜の厚さｄについて、その成長が一定速
度であると仮定し（すなわち、ｄ＝mt、ｍは比例定数、
ｔは時間）、他の２つの変数n1、k1、ｄの値を求めてい
る。あるいは、入射角φ０を変えていくつかのψ、Δの
組みを測定し、測定値と理論値との差が最小になるよう
にn1、k1、ｄの最適値を求めている。
つ、たとえば被膜の厚さｄについて、その成長が一定速
度であると仮定し（すなわち、ｄ＝mt、ｍは比例定数、
ｔは時間）、他の２つの変数n1、k1、ｄの値を求めてい
る。あるいは、入射角φ０を変えていくつかのψ、Δの
組みを測定し、測定値と理論値との差が最小になるよう
にn1、k1、ｄの最適値を求めている。
しかし、被膜の厚さｄや光学定数（屈折率ｎおよび減
衰係数ｋ）を決定するのに際して、前者のように常に一
定の仮定を置くことは、測定精度を高めるには自ら限界
がある。また、後者のように入射角φ０を変えてψ、Δ
のいくつかの組みを測定するのは、被膜成長中にリアル
タイムで光学定数や被膜厚さを決定することができない
ため、モニタ機能を十分に発揮できない問題がある。
衰係数ｋ）を決定するのに際して、前者のように常に一
定の仮定を置くことは、測定精度を高めるには自ら限界
がある。また、後者のように入射角φ０を変えてψ、Δ
のいくつかの組みを測定するのは、被膜成長中にリアル
タイムで光学定数や被膜厚さを決定することができない
ため、モニタ機能を十分に発揮できない問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、試料表面の被膜の厚さや光学定数が被膜生成過程
においてリアルタイムで決定できるようにすることを目
的とする。
って、試料表面の被膜の厚さや光学定数が被膜生成過程
においてリアルタイムで決定できるようにすることを目
的とする。
（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、上記の目的を達成するために、試料に対す
る照射位置が同一でかつ入射角度が互いに異なる複数の
入射光路の設定手段が設けられ、これらの各入射光路上
には、偏光子が個別に配置され、また、前記入射光路に
対応する各反射光路上には検光子および光検出器がそれ
ぞれ配置される一方、前記各検光子を互いに同期回転さ
せる同期制御手段を備え、前記各光検出器の検出出力を
同時に測定してそれぞれの振幅比及び位相差を測定し、
試料からの反射光の偏光状態の変化を測定することによ
り試料の厚さ又は光学定数を求めることを特徴とする。
る照射位置が同一でかつ入射角度が互いに異なる複数の
入射光路の設定手段が設けられ、これらの各入射光路上
には、偏光子が個別に配置され、また、前記入射光路に
対応する各反射光路上には検光子および光検出器がそれ
ぞれ配置される一方、前記各検光子を互いに同期回転さ
せる同期制御手段を備え、前記各光検出器の検出出力を
同時に測定してそれぞれの振幅比及び位相差を測定し、
試料からの反射光の偏光状態の変化を測定することによ
り試料の厚さ又は光学定数を求めることを特徴とする。
（ホ）作用 上記構成によれば、入射光路設定手段によって、試料
に対して照射位置が同一でかつ入射角度が互いに異なる
光が各偏光子を介して照射される。試料表面で反射され
た光は、個別の反射光路上の検出子を介して各光検出器
で検出される。
に対して照射位置が同一でかつ入射角度が互いに異なる
光が各偏光子を介して照射される。試料表面で反射され
た光は、個別の反射光路上の検出子を介して各光検出器
で検出される。
この場合、同期制御手段によって各検光子が互いに同
期回転されるので、一度の測定で複数個の振幅比ψと位
相差Δの各値が得られる。したがって、未知変数に応じ
た数の式を立てることができるので、未知変数をリアル
タイムで一義的に決定することが可能となる。
期回転されるので、一度の測定で複数個の振幅比ψと位
相差Δの各値が得られる。したがって、未知変数に応じ
た数の式を立てることができるので、未知変数をリアル
タイムで一義的に決定することが可能となる。
（ヘ）実施例 第１図は本発明の実施例に係る偏光解析装置の構成図
である。この実施例の偏光解析装置１は、チャンバ２内
に配置される試料４に対する照射位置が同一でかつ入射
角度φ１、φ２が互いに異なる複数（本例では２つ）の
入射光路Li1、Li2の設定手段６が設けられている。この
入射光路設定手段６は、本例ではHe−Neレーザ等の単色
光を発する単一の光源８、部分透過ミラー10および全反
射ミラー12で構成される。そして、各入射光路Li1、Li2
上には、偏光子14a、14bが個別に配置されている。ま
た、各入射光路Li1、Li2に対応する各反射光路Lo1、Lo2
上には検光子16a、16bおよびフォトマルチプライヤ等の
光検出器18a、18bがそれぞれ配置されている。さらに、
各検出子16a、16bには各検光子を回転させるためのモー
タ20a、20bが取り付けられ、各モータ20a、20bにはこれ
らを互いに同期回転させる同期制御手段としてのコンピ
ュータ22が接続されている。
である。この実施例の偏光解析装置１は、チャンバ２内
に配置される試料４に対する照射位置が同一でかつ入射
角度φ１、φ２が互いに異なる複数（本例では２つ）の
入射光路Li1、Li2の設定手段６が設けられている。この
入射光路設定手段６は、本例ではHe−Neレーザ等の単色
光を発する単一の光源８、部分透過ミラー10および全反
射ミラー12で構成される。そして、各入射光路Li1、Li2
上には、偏光子14a、14bが個別に配置されている。ま
た、各入射光路Li1、Li2に対応する各反射光路Lo1、Lo2
上には検光子16a、16bおよびフォトマルチプライヤ等の
光検出器18a、18bがそれぞれ配置されている。さらに、
各検出子16a、16bには各検光子を回転させるためのモー
タ20a、20bが取り付けられ、各モータ20a、20bにはこれ
らを互いに同期回転させる同期制御手段としてのコンピ
ュータ22が接続されている。
上記構成において、光源８からの光は、一部が部分透
過ミラー10を透過し、残りが反射され、さらにこの反射
光は、全反射ミラー12で再度反射される。部分透過ミラ
ー10の透過光と全反射ミラー12による反射光とは、それ
ぞれ偏光子14a、14bを介して試料４表面に照射される。
この場合、２つの光は、反射ミラー12の角度を適宜設定
することにより、入射角度φ１、φ２が互いに異なるが
同一の位置ｐに照射されることになる。そして、試料４
表面で反射された光は、それぞれ検光子16a、16bを介し
て各光検出器18a、18bで検出される。
過ミラー10を透過し、残りが反射され、さらにこの反射
光は、全反射ミラー12で再度反射される。部分透過ミラ
ー10の透過光と全反射ミラー12による反射光とは、それ
ぞれ偏光子14a、14bを介して試料４表面に照射される。
この場合、２つの光は、反射ミラー12の角度を適宜設定
することにより、入射角度φ１、φ２が互いに異なるが
同一の位置ｐに照射されることになる。そして、試料４
表面で反射された光は、それぞれ検光子16a、16bを介し
て各光検出器18a、18bで検出される。
その際、コンピュータ22からの同期制御信号がモータ
20a、20bに与えられるので、これによって各検光子16
a、16bが互いに同期回転される。このため、一度の測定
で複数子の振幅比ψと位相差Δの各値が得られる。
20a、20bに与えられるので、これによって各検光子16
a、16bが互いに同期回転される。このため、一度の測定
で複数子の振幅比ψと位相差Δの各値が得られる。
したがって、入射角度φ１、φ２が異なる幅振比ψと
位相差Δの式（前述の（１）、（２）式）を立てること
ができるので、未知変数をリアルタイムで一義的に決定
することができる。
位相差Δの式（前述の（１）、（２）式）を立てること
ができるので、未知変数をリアルタイムで一義的に決定
することができる。
そして、被膜成長中に、上記の測定を繰り返し行うこ
とにより、被膜成長が所望通り行われているか否かをモ
ニタすることができる。具体的には、第２図に示すよう
に、まず、振幅比ψと位相差Δを測定して基板の光学定
数を求め（同図ａ）、次に被膜成長に応じて、第２図
（ａ）の状態で求めたns、ksを（１）式、（２）式に代
入してn1、k1、d1を求め（同図ｂ）、続いて、第２図
（ｂ）の状態での測定値ψ、Δより、全体を基板モデル
とみなして、ns′、ks′を求める（同図ｃ）。さらに、
引き続いて、ψ、Δを測定し、第２図（ｃ）の下で求め
たns′、ks′を代入してn2、k2、d2を求める。以降、こ
の操作を繰り返して行う。
とにより、被膜成長が所望通り行われているか否かをモ
ニタすることができる。具体的には、第２図に示すよう
に、まず、振幅比ψと位相差Δを測定して基板の光学定
数を求め（同図ａ）、次に被膜成長に応じて、第２図
（ａ）の状態で求めたns、ksを（１）式、（２）式に代
入してn1、k1、d1を求め（同図ｂ）、続いて、第２図
（ｂ）の状態での測定値ψ、Δより、全体を基板モデル
とみなして、ns′、ks′を求める（同図ｃ）。さらに、
引き続いて、ψ、Δを測定し、第２図（ｃ）の下で求め
たns′、ks′を代入してn2、k2、d2を求める。以降、こ
の操作を繰り返して行う。
なお、上記の実施例では、入射光路設定手段６を単一
の光源８、部分透過ミラー10および全反射ミラー12で構
成しているが、その他、光源を複数個設けることによ
り、入射光路設定手段とすることも可能である。
の光源８、部分透過ミラー10および全反射ミラー12で構
成しているが、その他、光源を複数個設けることによ
り、入射光路設定手段とすることも可能である。
（ト）効果 本発明によれば、試料表面の被膜の厚さや光学定数が
リアルタイムで決定できるようになる。そのため、半導
体デバイス等の製造プロセスにおけるモニタ機能を十分
に発揮できるようになる。
リアルタイムで決定できるようになる。そのため、半導
体デバイス等の製造プロセスにおけるモニタ機能を十分
に発揮できるようになる。
第１図は本発明の実施例を示す偏光解析装置の構成図、
第２図は同装置を適用して被膜の厚さや光学定数を決定
する場合の説明図、第３図は従来の偏光解析装置の構成
図である。 １……偏光解析装置、４……試料、６……入射光路設定
手段、８……光源（He−Neレーザ）、14a、14b……偏光
子、16a、16b……検光子、18a、18b……光検出器、22…
…同期制御手段（コンピュータ）、Li1、Li2……入射光
路、Lo1、Lo2……反射光路。
第２図は同装置を適用して被膜の厚さや光学定数を決定
する場合の説明図、第３図は従来の偏光解析装置の構成
図である。 １……偏光解析装置、４……試料、６……入射光路設定
手段、８……光源（He−Neレーザ）、14a、14b……偏光
子、16a、16b……検光子、18a、18b……光検出器、22…
…同期制御手段（コンピュータ）、Li1、Li2……入射光
路、Lo1、Lo2……反射光路。
Claims (1)
- 【請求項１】試料に対する照射位置が同一でかつ入射角
度が互いに異なる複数の入射光路の設定手段が設けら
れ、これらの各入射光路上には、偏光子が個別に配置さ
れ、また、前記入射光路に対応する各反射光路上には検
光子及び光検出器がそれぞれ配置される一方、前記各検
光子を互いに同期回転させる同期制御手段を備え、前記
各光検出器の検出出力を同時に測定してそれぞれの振幅
比及び位相差を測定し、試料からの反射光の偏光状態の
変化を測定することにより試料の厚さ又は光学定数を求
めることを特徴とする偏光解析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63283180A JP2568653B2 (ja) | 1988-11-09 | 1988-11-09 | 偏光解析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63283180A JP2568653B2 (ja) | 1988-11-09 | 1988-11-09 | 偏光解析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02129503A JPH02129503A (ja) | 1990-05-17 |
| JP2568653B2 true JP2568653B2 (ja) | 1997-01-08 |
Family
ID=17662180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63283180A Expired - Fee Related JP2568653B2 (ja) | 1988-11-09 | 1988-11-09 | 偏光解析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2568653B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2810737B1 (fr) | 2000-06-23 | 2003-04-18 | Oreal | Appareil et procede d'examen d'une surface |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6228606A (ja) * | 1985-07-30 | 1987-02-06 | Toshiba Corp | 膜厚測定装置 |
-
1988
- 1988-11-09 JP JP63283180A patent/JP2568653B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 「光学的測定ハンドブック」ＰＰ．２５６−２６４朝倉書店１９８１年７月２５日 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02129503A (ja) | 1990-05-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |