JP2806747B2 - 顕微測光装置における反射光測定方法 - Google Patents
顕微測光装置における反射光測定方法Info
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Description
定装置に利用される顕微測光装置に係り、特に、顕微測
光装置を用いて微細な被測定試料からの反射光を測定す
る方法に関する。
どにおいて、例えばシリコン基板上に形成されたシリコ
ン酸化膜の膜厚を測定するには、まず基板表面からの反
射光を測定する。この反射光の測定方法に係る従来例に
ついて、相対反射率測定装置を例に採って以下に説明す
る。
ンプ等の光源からの光を、顕微鏡筒内部に設けられたハ
ーフミラーにより被測定試料方向に反射し、対物レンズ
を介して試料表面に光を照射する。試料表面で反射した
所定波長域の光は、反射対物レンズを介してハーフミラ
ーを透過し、測光分光部へと向かう。この測光分光部の
入射口には、開閉自在の電磁シャッターが配設され、そ
の後部には、ピンホールが配設される。ここを通過した
光は、凹面回折格子により分光され、1次元固体撮像素
子に到達する。この1次元固体撮像素子の信号出力部
は、データ処理部に内蔵されるCPUに接続されてい
る。また、このデータ処理部のCPUは、上述の電磁シ
ャッターの開閉を制御する$ 次に、この装置による相対反射率の測定方法について説
明する。第1の方法は、まず、基準となる被測定試料
(この例では、シリコン酸化膜のないシリコン基板)を
顕微鏡の試料台に載置し、測光分光部に入射する反射光
の光強度C(λ)を測定する。次に、光入射口に配設さ
れた電磁シャッターを閉止して測光分光部を暗状態にし
た後、1次元固体撮像素子の暗電流D(λ)を測定す
る。そして、相対反射率の測定対象である被測定試料
(この例では、シリコン酸化膜のあるシリコン基板)を
顕微鏡の試料台に載置し、測光分光部の電磁シャッター
を開放した状態で光強度M(λ)を測定する。以上の測
定値から、相対反射率R(λ)は、 R(λ)={M(λ)−D(λ)}/{C(λ)−D(λ)}・・・(1) によって求められる。
料(この例では、シリコン酸化膜のないシリコン基板)
を顕微鏡の試料台に載置し、測光分光部に入射する反射
光の光強度C(λ)を測定する。次に、極めて反射率が
小さく反射率0%とみなせる完全拡散板等を試料台に載
置した状態で、光強度D(λ)を測定する。そして、第
1の方法と同様に被測定試料の光強度M(λ)を測定す
る。この方法による相対反射率R(λ)は、(1)式に
よって算出される。
た従来方法には、次のような問題がある。
光強度M,Cに含まれる1次元固体撮像素子の暗電流を
除去することができるが、測光分光部の電磁シャッター
から顕微鏡筒内および被測定試料の間の迷光(正規の屈
折または反射以外の原因により生じる望ましくない光)
は除去することができない。そのため、相対反射率の測
定精度が低いという問題点がある。
説明する。図6は、第1の測定方法により求められた相
対反射率R(λ)と理論的に求められた相対反射率T
(λ)とを描画した図である。理論的な相対反射率T
(λ)は、試料の膜厚、膜の屈折率、膜の吸収係数、基
板の屈折率、基板の吸収係数等から算出している。この
図から明らかなように、迷光の影響により相対反射率R
1(λ)と理論的な相対反射率T(λ)とは、極小部分
において大きく異なっている。
鏡筒内のハーフミラーを透過して、また、対物レンズの
入射面で反射して、試料に照射されることなく測光分光
部に直接に入射することによって発生する。特に、対物
レンズとして複数の凹面または凸面反射鏡で構成された
反射対物レンズを採用する場合には、反射対物レンズ光
軸上に入射された光が反射鏡によって正反射されて測光
分光部に直接入射されるため、迷光の影響が大きくな
る。
させる多毛質の紙等(ラシャ紙)を貼ることによって、
また、反射対物レンズの球面状反射鏡の光軸部に、光を
散乱するような凹部(光トラップ)を設けること等によ
り、ある程度抑えることはできるが、完全に解決するこ
とはできない。
によって、測定反射率M,Cを補正しているので、迷光
の影響をある程度除することはできるが、完全拡散板の
反射率が広い波長域にわたって0%のものは存在しない
ので、迷光を完全に除去することはできない。この方法
で測定精度を上げようとすれば、反射率の複雑な補正計
算が必要となる。
は、上記完全拡散板が紫外光により劣化し、光学的に反
射率0%を保つことは極めて困難である。
たものであって、完全拡散板等を用いることなく、顕微
鏡筒内部の迷光を除去して正確に反射光を測定すること
ができる顕微測光装置による反射光測定方法を提供する
ことを目的とする。
的を達成するために、次のような方法をとる。すなわ
ち、本発明に係る顕微測光装置における反射光測定方法
は、対物レンズを介して被測定試料に光を照射し、前記
被測定試料が対物レンズの合焦位置に置かれているとき
の反射光を対物レンズを介して取り込んで測定するとと
もに、前記対物レンズを含む顕微光学系から生じる迷光
を測定し、前記測定反射光と前記迷光との差を被測定試
料の実反射光とする顕微測光装置における反射光測定方
法であって、前記迷光は、前記対物レンズの非合焦位置
に前記被測定試料が位置しているときに測定されること
を特徴とする。
対物レンズの非合焦位置に被測定試料が位置している状
態で、対物レンズを介して光を照射しても、その反射光
は対物レンズに入射しない。したがって、このとき測定
される光強度は、顕微光学系の迷光成分である。それ
故、被測定試料が対物レンズの焦点位置に置かれている
ときの実測反射光から、上記の様に測定される光強度
(迷光成分)を差し引くことにより、迷光成分が除去さ
れた実反射光が測定される。
明する。 <第1実施例>図1は、本発明に係る方法を使用した顕
微測光装置の概略構成図である。図中、顕微光学系1
は、反射対物レンズ2、後述する光源部からの光を反射
対物レンズ2の方向に反射するハーフミラー3、被測定
試料4で反射した光を集光する集光レンズ5及びハーフ
ミラー15を含む。集光レンズ5の上部には、集光され
た光の一部を取り出す接眼レンズ部6が配設される。ハ
ーフミラー3の側部には、光源部7が設けられている。
この光源部7は、赤外光を放射するハロゲンランプと、
紫外光を放射する重水素ランプと、照明用レンズ等によ
って構成されている。フォーカス検出部16は、半導体
レーザ、光学的位置検出素子等を含み、データ処理部1
2からの指令に基づいて、反射対物レンズ2の合焦位置
に対する被測定試料4の位置ずれを検出し、その位置ず
れ情報をデータ処理部12に送る。そして、顕微光学系
1、接眼レンズ部6、光源部7及びフォーカス検出部1
6は図示しない顕微鏡筒の内部に配設されている。
スペクトル強度を検出する測光分光部8が設けられてい
る。この測光分光部8の下部の光入射口には、ピンホー
ルが形成されたピンホール板9が配設され、その上部に
は、反射光を単波長の分光スペクトルに分解する凹面回
折格子10が設けられている。凹面回折格子10により
分光スペクトルに分解された光は、1次元固体撮像素子
であるCCD(ChargeCoupled Device) 11の表面で結
像する。なお、従来設けられていた電磁シャッターは除
去されている。
号に変換された信号は、CPU等を備えるデータ処理部
12に送られて処理される。このデータ処理部12は、
測光分光部8から受けた信号に基づいて、後述の相対反
射率を演算する機能を有している。また、データ処理部
12は、フォーカス検出部16から得られた位置ずれ情
報に基づいてパルスモーター14を駆動し、被測定試料
4が載置された試料台13を適宜昇降させることによっ
て、被測定試料4を反射対物レンズ2の合焦位置に位置
させる機能、さらに被測定試料4を反射対物レンズ2の
非合焦位置に位置させる機能も担っている。
トと図3の焦点が合った状態と焦点がずれた状態を示す
動作説明図を参照して、この装置による相対反射率の測
定方法を説明する。一例として、シリコン基板に対する
シリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜の相対反射
率を測定する。
なる試料、すなわちシリコン酸化膜が形成されていない
シリコン基板(基準試料)の反射光測定を行なう。この
基準試料を試料台13に載置し、フォーカス検出部16
を用いて、反射対物レンズ2の合焦位置に基準試料が位
置するように、試料台13を移動する(ステップS
1)。図3の合焦位置で示すように、この状態で、反射
対物レンズ2から出射された光は試料面で反射され、そ
の反射光は、反射対物レンズ2を介して装置内に取り込
まれ、反射光強度C(λ)が測定される(ステップS
2)。なお、反射光強度C(λ)には、顕微鏡筒内の迷
光成分が含まれる。
を、反射対物レンズ2の合焦位置から反射対物レンズ2
に対して離れる方向に十分ずれた位置(以下、非合焦位
置と称する)に移動する(ステップS3)。この例で
は、試料台13を10mm下降する。好ましくは、非合
焦位置は、反射対物レンズ2の焦点深度の100倍以上
に設定する。このような非合焦状態において、反射対物
レンズ2から基準試料に照射された光は、基準試料で反
射して再び反射対物レンズ2に入射することなく、顕微
測光装置の外部にほぼ全部が放射される(図3の非合焦
位置参照)。そして、この状態で反射光強度D(λ)を
測定する(ステップS4)。この値は、顕微鏡筒の内部
で生じる迷光及びCCD11の暗電流を表している。
を取り除き、被測定試料4として相対反射率の測定対象
である試料、すなわちシリコン酸化膜が形成されたシリ
コン基板(対象試料)を試料台13に載置する。そし
て、フォーカス検出部16を用いて、対象試料が載置さ
れた試料台13を合焦位置へ移動し(ステップS5)、
対象試料からの反射光強度M(λ)を測定する(ステッ
プS6)。
は、相対反射率R(λ)を(1)式によって算出する
(ステップS7)。
試料が載置された試料台13を非合焦位置に移動させて
反射光強度D(λ)を測定したが、これは、対象試料が
載置された状態であっもよい。また、迷光の測定に関し
ては、被測定試料を何も載せていない状態で試料台13
を非合焦位置に移動させ、反射光強度D(λ)を測定す
るものであってもよい。
である反射光強度D(λ)を測定するために、試料台1
3を非合焦位置へ移動させたが、本発明は必ずしもこれ
に限定されない。以下、図4を参照して説明する。
対物レンズ2より下方の要部の概略構成を示す図であ
る。図中、図1の第1実施例と同じ符号は、それと同じ
構成部品である。符号20は、被測定試料4の自動交換
を行なうための試料搬送部であり、回転自在の支持部に
支持された回転アーム21と試料吸着部22等から構成
される。試料搬送部20によって搬送される被測定試料
4は、中央部に開口13bが形成された試料台13aに
載置される。
強度D(λ)の測定は、試料搬送部20が回転アームを
回転、移動して、試料台13a上に載置された被測定試
料4を搬送している最中に行なわれる。つまり、試料台
13aには、中央部に開口13bが設けられているの
で、反射対物レンズ2から照射される光は、この開口1
3bを通過するので、その反射光が反射対物レンズ2に
入射することはない。本実施例によれば、試料台13を
移動させることなく非合焦状態を得ることができるの
で、反射率の測定を効率よく行なうことができる。
相対反射率R(λ)の精度について、図5を参照して説
明する。図5は、上述の各実施例の方法により求められ
た相対反射率R(λ)と理論的に求められた相対反射率
T(λ)とを描画した図である。理論的な相対反射率T
(λ)は、従来例で述べたように試料の膜厚、膜の屈折
率等から算出している。この図から、相対反射率R
(λ)と理論的な相対反射率T(λ)とは上記従来例
(図6参照)に比較して、極小部分においても、よく一
致していることが分かる。
る反射光測定方法を例に採って説明したが、本発明はこ
れに限定されることなく反射光の測定を利用した例え
ば、膜厚測定装置、線幅測定装置等、種々の装置に適用
することができる。
によれば、迷光の測定を、対物レンズの非合焦位置に被
測定試料が位置しているときに測定するので、容易に、
しかも、顕微鏡筒の迷光を除去して正確に被測定試料か
らの反射光を測定することができる。
ある。
略構成図である。
射率を示すグラフである。
率を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項1】 対物レンズを介して被測定試料に光を照
射し、前記被測定試料が対物レンズの合焦位置に置かれ
ているときの反射光を対物レンズを介して取り込んで測
定するとともに、前記対物レンズを含む顕微光学系から
生じる迷光を測定し、前記測定反射光と前記迷光との差
を被測定試料の実反射光とする顕微測光装置における反
射光測定方法であって、 前記迷光は、前記対物レンズの非合焦位置に前記被測定
試料が位置しているときに測定されることを特徴とする
顕微測光装置における反射光測定方法。
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