JPH06147987A

JPH06147987A - 偏光解析装置及び位置ずれ補正方法

Info

Publication number: JPH06147987A
Application number: JP32280092A
Authority: JP
Inventors: Osamu Hinai; 修比内; Masafumi Kamata; 雅史鎌田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-11-05
Filing date: 1992-11-05
Publication date: 1994-05-27

Abstract

(57)【要約】【目的】高精度の測定が可能な偏光解析装置を提供す
ることにある。【構成】光源１と試料Ｓとを結ぶ光路上には、それぞ
れ駆動部４１、４２によって回転制御されるλ／２板
４、λ／４板５が配列され、試料Ｓでの反射方向の光路
上にはビームスプリッタ６が設けられている。ビームス
プリッタ６からの透過及び反射方向には、直交する２方
向の振動成分のみを一方を透過し、他方を反射させる検
光子７、８が設置されている。更に、検光子７、８の透
過及び反射方向には光電検出器９〜１２がそれぞれ配置
されている。また、光電検出器９〜１２には、それぞれ
の出力を増幅するためのプリアンプボード１３が接続さ
れ、更にその出力から試料Ｓの偏光特性を計算する偏光
特性計算部１４が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料の偏光特性及び薄
膜の膜厚、屈折率を測定する偏光解析装置及び位置ずれ
補正方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３は第１の従来例を示し、例えば半
導体レーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー等の光源である光源
１と試料Ｓとを結ぶ光路上には、集光レンズ２、偏光子
３、λ／２板４、λ／４板５が順次に配列され、試料Ｓ
での反射方向の光路上には光束を２分割するビームスプ
リッタ６が設けられている。ビームスプリッタ６からの
透過及び反射方向にはそれぞれ直交する２方向の振動成
分の一方を透過し、他方を反射させるための例えば偏光
プリズム、偏光ビームスプリッタ等の検光子７、８が設
置されている。このうち、検光子８は光束を入射光軸の
廻りに４５°回転するようにされている。更に、検光子
７、８の透過及び反射方向には、例えばフォトダイオー
ド等の光電検出器９〜１２がそれぞれ配置されており、
光電検出器９〜１２にはそれぞれの出力を増幅するため
のプリアンプボード１３を介して、試料Ｓの偏光特性を
計算する偏光特性計算部１４が接続されている。

【０００３】光源１から射出される光束は集光レンズ２
により集光され、試料Ｓ上で最小スポットとなるように
結像し、偏光子３、λ／２板４、λ／４板５を透過して
例えば楕円偏光となる。ここで、この楕円偏光の位相角
を光束が試料Ｓを反射した後に円偏光となるような角度
にすれば、試料Ｓにおける偏光状態の変化が精度良く測
定できる。

【０００４】このときのλ／４板５からの透過光を、Ｅ₀ ＝（Ｅ_x0、Ｅ_y0）として、このときのＥ_x0、Ｅ_y0を、Ｅ_x0＝ａ_x0・ exp（ｉφ_xO）Ｅ_y0＝ａ_y0・ exp（ｉφ_yO）とすれば、ｘ、ｙ方向の振幅比 tanψ₀ 及び位相差Δ₀
は、それぞれ tanψ₀ ＝ａ_y0／ａ_x0、Δ₀ ＝φ_y0−φ_x0
と表される。即ち、楕円偏光は（ψ₀ 、Δ₀ ）で表現す
ることができる。例えば、試料ＳがＳｉ基板の場合に
は、ψ₀ ＝８０°、Δ₀ ＝９４．９４°である。

【０００５】更に、試料Ｓの偏光特性を（ψ、Δ）とお
くと、反射光の偏光特性（ψ_r 、Δ_r ）は、 tanψ_r ＝ tanψ₀ ・ tanψ〜１．０（ψ〜１０°、Ｓ
ｉ基板のとき） Δ_r ＝Δ₀ ＋Δ〜２７０°（Δ＝１７０°、Ｓｉ基板の
とき）の条件を満たすとき、光束はほぼ円偏光になる。

【０００６】次に、円偏光はビームスプリッタ６により
反射光束Ｒと透過光束Ｔに分割され、検光子７、８によ
って異なる４方向の成分が得られる。

【０００７】この４方向の成分のｙ軸からの角度は右廻
りを正とすれば、０°、９０°、４５°、−４５°であ
り、その強度は順に光電検出器１２、１１、１０、９に
よって検出される。以降、各出力の強度をＩ₀ 、Ｉ₉₀、
Ｉ₄₅、Ｉ_-45 と記すことにする。

【０００８】ここで、ビームスプリッタ６の特性をそれ
ぞれ、振幅透過率：Ｔ_P ＝｜Ｔ_P ｜・ exp（ｉφ_TP）（Ｐ偏
光）Ｔ_S ＝｜Ｔ_S ｜・ exp（ｉφ_Ts）（Ｓ偏光）振幅反射率：Ｒ_P ＝｜Ｒ_P ｜・ exp（ｉφ_RP）（Ｐ偏
光）Ｒ_S ＝｜Ｒ_S ｜・ exp（ｉφ_RS）（Ｓ偏光）とおき、更に、 tanψ_BT＝｜Ｔ_P ｜／｜Ｔ_S ｜、 tanψ_BR＝｜Ｒ_P ｜／
｜Ｒ_S ｜ Δ_BR＝φ_RP−φ_RS とすれば、各光電検出器９〜１２からの出力は次の式
(1) 〜(2) ように表される。

【０００９】Ｉ₀ ＝Ｋ² _A1 ・｜Ｔ_S ｜² ・｜Ｖ_ey｜² ・｜ａ_y ｜² ・tan²φ・tan²φ_BT・ta n²φ_BR …(1) Ｉ₉₀＝Ｋ_A2 ² ・｜Ｔ_S ｜² ・｜Ｖ_ey｜² ・｜ａ_y ｜² …(2) Ｉ₄₅＝１／２Ｋ_A3 ² ・｜Ｒ_S ｜² ・｜Ｖ_ey｜² ・｜ａ_y ｜² ・［tan²φ・tan² φ₀ ・tan²φ_BR＋１＋２ tanφ・ tanφ_BR・ tanφ₀ ・ cos（Δ＋Δ₀ ＋Δ_BR)] …(3) Ｉ_-45 ＝１／２Ｋ_A4 ² ・｜Ｒ_S ｜² ・｜Ｖ_ey｜² ・｜ａ_y ｜² ・［tan²φ・ta n²φ₀ ・tan²φ_BR＋１−２ tanφ・ tanφ_BR・ tanφ₀ ・ cos（Δ＋Δ₀ ＋Δ_BR )] …(4)

【００１０】ここで、Ｋ_A1 ² 〜Ｋ_A4 ² は光電検出器１
２、１１、１０、９のゲイン感度×各検光子の透過率、
Ｖ_eyは試料ＳのＳ方向の振幅反射率を表している。

【００１１】式 (1)、(2) 、(3) 、(4) からψ、Δにつ
いて解くと次のようになる。 ψ＝ Tan^-1[{１／（ tanψ_BT・ tanψ_O )}・{(Ｉ_O ／Ｋ_A1 ² ｜Ｔ_S ² ）／（Ｉ ₉₀ ／Ｋ _A2 ²｜Ｔ_S ｜² )} ^1/2］ …(5) Δ＝ cos^-1[( tanψ_BT／ tanψ_BR) ・{(Ｉ₄₅／Ｋ_A3 ² ・｜Ｒ_S ｜²)−Ｉ_-45 ／（Ｋ² _A4 ・｜Ｒ_S ｜² )}／２{(Ｉ₀ ・Ｉ₉₀）／（Ｋ_A1 ² ・Ｋ_A2 ² ・｜Ｔ_S ｜⁴ )} ^1/2 ] −Δ₀ −Δ_BR …(6)

【００１２】従って、入射光の偏光特性（ψ_O 、Δ
₀ ）、ビームスプリッタ特性（ψ_BT、ψ_BR、Δ_BR、｜Ｔ
_S ｜、｜Ｒ_S ｜）、及び各光電検出器の感度×検光子透
過率（Ｋ_A1 ² 〜Ｋ_A4 ² ）のそれぞれを予め入力すれば、
光電検出器１２、１１、１０、９からの出力Ｉ_O 、
Ｉ₉₀、Ｉ₄₅、Ｉ_-45 を測定することにより、式(5) 、
(6) から試料Ｓの偏光特性（ψ、Δ）を計算することが
できる。

【００１３】実際には、光電検出器９〜１２からの出力
はプリアンプボード１３で増幅され、その出力から式
(5) 、(6) 式を用いて、偏光特性計算部１４において試
料Ｓの偏光特性（ψ、Δ）を計算する。

【００１４】試料Ｓの偏光特性（ψ、Δ）を高精度に測
定するための条件は、式(6) から、 cos^-1[( tanψ_BT／ tanψ_BR）・{(Ｉ₄₅／Ｋ_A3 ² ・｜Ｒ_S ｜² ）−（Ｉ_-45 ／Ｋ_A4 ² ・｜Ｒ_S ｜² )} ／２{(Ｉ₀ ・Ｉ₉₀）／（Ｋ_A1 ² ・Ｋ_A2 ² ・｜Ｔ_S ｜⁴ )} ^1/2 ] ＝９０°ｏｒ２７０° …(7) となる。更に、各光電検出器１２、１１、１０、９へ均
等な光量が入射するための条件は、試料反射後の振幅成
分ａ_x 、ａ_y が等しくなることであり、即ち、 tanψ₀ ・ tanψ＝１ …(8) である。

【００１５】従って、式(5) 、(6) 、(7) 、(8) から、
入射光の偏光特性（ψ₀ 、Δ₀ ）が、 ψ₀ ＝ tan^-1［１／ tanψ］ …(9) Δ₀ ＝９０°−Δ−Δ_BR …(10) となるように、λ／２板４及びλ／４板５を予め設け
る。

【００１６】図１４は第２の従来例を示し、試料Ｓが試
料台２１上に配置され、試料台２１の斜め上方には投光
系２２が設置され、試料Ｓでの反射方向には受光系２３
が設けられている。試料台２１はステージ制御部２４に
よって駆動されるオートステージ２５の駆動によって水
平面上を自在に移動することができ、試料台２１の垂直
上方には顕微鏡筒２６が取り付けられている。顕微鏡筒
２６の下部には対物レンズ２７、上部にはテレビカメラ
２８が固設され、更に側部には照明ランプ２９が顕微鏡
筒２６の下方へ光を照射できるように設置されている。
テレビカメラ２８には、スーパインポーズ制御部３０を
介してテレビモニタ３１が接続されている。

【００１７】投光系２２及び受光系２３はエリプソメー
タ制御部３２によって制御され、ステージ制御部２４及
びエリプソメータ制御部３２はホストコンピュータ３３
により制御される。更に、ホストコンピュータ３３は表
示装置３４及び入力装置３５を有している。

【００１８】投光系２２から射出された光束は入射角θ
で試料台２１上の試料Ｓに入射し、その反射光は受光系
２３で検出される。検出した出力信号から測定スポット
での試料Ｓの膜厚Ｄ及び屈折率ｎを計算して表示装置３
４に出力する。

【００１９】また、測定スポットの観察においては、照
明ランプ２９からの白色光は顕微鏡筒２６、対物レンズ
２７を透過して測定スポットに向けて垂直に入射し、反
射光は再び対物レンズ２７、顕微鏡筒２６を透過してテ
レビカメラ２８に結像されて、テレビモニタ３１上には
測定スポットの周辺の画像と表示用スポットとが映出さ
れる。エリプソメータの入射光が可視光でない場合や測
定スポットが鏡面の場合には、測定スポットがテレビモ
ニタ３１上で認識できないことがあるため、スーパイン
ポーズ制御部３０によりテレビカメラ２８からの出力に
表示用スポットをスーパインポーズする。

【００２０】実際に、エリプソメータ光が入射している
測定スポットと、スーパインポーズによって示される表
示用スポットとを一致させるためには、次の位置合わせ
を行う。

【００２１】(a) 測定スポットの面上に焦点が合うよう
に、対物レンズ２７の位置を調整する。

【００２２】(b) 対物レンズ２７の光軸上にエリプソメ
ータの測定スポットが重なるように、投光系２２及び受
光系２３と試料Ｓとの距離を調整する。

【００２３】(c) スーパインポーズ制御部３０により、
テレビモニタ３１上で測定スポットと重なるように表示
用スポットの位置を調整する。

【００２４】(d) 測定スポットの座標とオートステージ
２５の座標とが合致するようにオートステージ２５のオ
フセットを調整する。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
従来例では測定量である試料Ｓの偏光特性（ψ、Δ）
が、式(9、(10)を満たす近傍においては高精度な測定が
可能であるが、或る試料Ｓの偏光特性（ψ’、Δ’）
が、特に、 tanψθ・ tanψ’〜０ｏｒ ∞ …(11) Δ’＝Δ±９０° …(12) となる近傍においては、極端に精度が低下するという問
題がある。

【００２６】何故ならば、式(11)は試料反射後のｘ、ｙ
方向の振幅比が０又は∞になる条件であり、幾つかの光
電検出器への出力が殆どなくなってＳ／Ｎ比が劣化す
る。また、式(12)は式(7) において左辺＝０°ｏｒ１８
０°となる条件であり、式(7)の左辺の cos^-1の中の変
数（ψ_BT、ψ_BR、Ｋ_A1 ² 〜Ｋ _A4 ²、Ｔ_S 、Ｒ_S 、Ｉ₀ 、
Ｉ₉₀、Ｉ₄₅、Ｉ_-45 ）に誤差が含まれると、式(7) の左
辺の変化量が最も大きくなる。

【００２７】また、第２の従来例では、測定スポットに
おける試料Ｓの膜厚Ｄが変化すると図１１及び図１２に
示すように投光系２２からの光束が試料Ｓの上面で反射
する点が移動することに伴って、エリプソメータの測定
スポットが移動するために、次のような欠点がある。

【００２８】(イ) 実際の測定スポットとスーパインポー
ズによる表示用スポットとが一致しないために、表示用
スポットを測定したい位置に合わせても、異なった場所
が測定される。

【００２９】(ロ) 同様に、オートステージ２５がホスト
コンピュータ３３からの制御で移動した位置が実際の測
定位置にならない。

【００３０】これらの問題点を解決する手段としては、
対物レンズ２７に自動合焦機能を持たせ、測定スポット
における試料Ｓの膜厚Ｄの基準値からの差分を検出し、
投光系２２と受光系２３の双方、又は試料台２１を上下
させるという方法等が考えられるが、何れも平行度を精
度良好に保ちながら上下させることが困難であり、装置
も大掛かりで高価になる。

【００３１】本発明の目的は、高精度の測定を可能とす
る偏光解析装置を提供することにある。

【００３２】また本発明の他の目的は、試料の膜厚変化
に伴う測定スポットと表示用スポットの位置ずれを補正
する位置ずれ補正方法を提供することにある。

【００３３】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係る偏光解析装置は、或る方位角の直線偏
光を生成する手段、２種類の位相板、及び少なくとも３
つの偏光方向の光束を検出する装置から成る偏光解析装
置において、前記直線偏光の方位角を回転する方法を有
し、前記位相板の主軸を回転する手段と前記位相板を光
路外に移動させる手段の少なくとも一方を有するもので
ある。

【００３４】また本発明に係る位置ずれ補正方法は、試
料の位置を移動させるオートステージと、前記試料を観
察する顕微鏡と、前記試料の画像に表示用スポットをス
ーパインポーズする手段を有するエリプソメータにおい
て、前記顕微鏡を前記試料に対して自動合焦することで
得られる前記試料の膜厚の変化量から測定スポットの位
置ずれ量を検出し、該ずれ量からスーパインポーズによ
る前記表示用スポットと前記オートステージの少なくと
も一方の座標を自動的に補正するものである。

【００３５】

【作用】上述の構成を有する偏光解析装置は、試料Ｓの
偏光特性（ψ、Δ）に応じて、式(9、(10)を満たすよう
な入射光の偏光特性（ψ₀ 、Δ₀ ）を変化させることに
より、試料Ｓの偏光特性（ψ、Δ）に依存せずに、常に
式(9) 、(10)の条件を満たし高精度の測定ができる。

【００３６】また位置ずれ補正方法は、試料の膜厚の基
準値からの差分から測定スポットのずれの量を計算する
ことにより、測定スポットとスーパインポーズによる表
示用スポットのずれ、又は試料上の指定座標のずれを補
正する。

【００３７】

【実施例】本発明を図１〜図１２に図示の実施例に基づ
いて詳細に説明する。図１は第１の実施例を示し、図１
３と同一の符号は同一の部材を示している。それぞれの
波長板４、５には、λ／２板４の方位角を回転させるた
めの駆動部４１、λ／４板５の方位角を回転させるため
の駆動部４２が設けられ、駆動部４１、４２の回転量は
回転移動制御部４３によって制御されるようになってい
る。回転駆動制御部４３には、λ／２板４、λ／４板５
の回転量を計算する回転量計算部４４を介して、試料Ｓ
の偏光特性（ψ、Δ）の概略の値（ψ_A 、Δ_A ）を入力
する試料特性入力部４５が接続されている。また、偏光
特性計算部１４の出力が回転量計算部４４に入力されて
いる。

【００３８】解析に当たっては、先ず試料特性入力部４
５から、測定する試料Ｓの概略の偏光特性（ψ_A 、Δ
_A ）の値を入力する。次に、回転量計算部４４におい
て、（ψ_A 、Δ_A ）の値から入射光の偏光特性（ψ₀ 、
Δ₀ ）を求め、（ψ₀ 、Δ₀ ）を生成するようなλ／２
板４、λ／４板５の方位角θ_H 、θ_C を計算する。回転
移動制御部４３は回転量計算部４４の結果に基づいて駆
動部４１、４２の回転量を制御して、λ／２板４、λ／
４板５の方位角をそれぞれ方位角θ_H 、θ_C に設定す
る。

【００３９】次に測定に移り、光源１から射出される光
束は集光レンズ２により集光され、試料Ｓ上で最小スポ
ットとなるように結像される。集光レンズ２を透過した
光束は偏光子３を透過し、図２に示す方向の直線偏光L1
となる。そして、図３に示すθ_H 方向にfast軸が設定さ
れたλ／２板４を透過し、その透過光束は方位角θ_Pの
直線偏光L2となる。更に、図４に示すθ_C の方向にfast
軸の設定されたλ／４板５を透過して、例えば楕円偏光
L5となる。この楕円偏光L5は従来例における式(9、(10)
の条件を満たす近傍に設定されているので、試料Ｓの反
射後の光束はほぼ図５に示す円偏光L6になる。

【００４０】次に、円偏光L6はビームスプリッタ６によ
り反射光束Ｒと透過光束Ｔに分割され、透過光束Ｔから
は検光子７によって図６に示す方向L8、L9の成分のみが
得られ、反射光束Ｒからは検光子８によって図７に示す
方向L11 、L12 の成分のみが得られ、その強度は順に光
電検出器１２、光電検出器１１、光電検出器１０、光電
検出器９によって検出される。ここで、反射光束Ｒ及び
透過光束Ｔは、ビームスプリッタ６の振幅と位相特性と
の影響で一般的には楕円偏光となる。そして、各出力Ｉ
₀ 、Ｉ₉₀、Ｉ₄₅、Ｉ_-45 から、偏光特性計算部１４は式
(5) 、(6) に従って試料Ｓの偏光特性（ψ、Δ）を計算
する。

【００４１】例えば、ＳｉＯ₂ ／Ｓｉの特性を求める場
合、ＳｉＯ₂ の膜厚Ｄが１００オングストローム以下と
非常に薄く、偏光特性が（ψ₁ 、Δ₁ ）〜（１０°、１
７０°）であるような試料Ｓを高精度に測定するために
は、θ_H ＝５０°、θ_C ＝−１°とすればよい。この場
合における入射波の偏光特性（ψ₀ 、Δ₀ ）はψ₀ ＝８
０°、Δ₀ ＝９５°となり、式(9、(10)の条件をほぼ満
足する。ただし、これはビームスプリッタ６が無偏光で
ある場合の例である。

【００４２】一般に、偏光解析法により試料Ｓの膜厚Ｄ
と屈折率ｎとを求めることが可能であるが、試料Ｓの膜
厚Ｄが薄いときには試料Ｓの偏光特性（ψ、Δ）の違い
があまり現れないために、屈折率ｎを求めることは不可
能である。そこで、膜厚Ｄが十分に厚い場合における屈
折率ｎを求める必要がある。例えば、ＳｉＯ₂ の場合
に、膜厚Ｄが１３００オングストロームである試料Ｓの
偏光特性はψ₂ 〜４５°、Δ₂ 〜７６°であり、ψ、Δ
は共に１００オングストローム以下の試料Ｓと比べてか
なり変化しているために、θ_H ＝５０°、θ_C ＝−１°
（ψ₀ ＝８０°、Δ₀ ＝９４．９４°）のままでは測定
精度が劣化する。

【００４３】この試料Ｓに対しては、回転移動制御部４
３により、θ_H ＝６７．５°としてλ／４板５を光路外
に移動すれば、ψ₀ ＝４５°、Δ₀ ＝０°となり、式
(9、(10)をほぼ満たして精度の高い測定が可能になる。
或いは、λ／４板５を移動せずに、θ_H ＝６７．５°、
θ_C ＝４５°としてもψ₀ ＝４５°、Δ₀ ＝０°とな
り、式(9、(10)をほぼ満たすので同様に精度の高い測定
が可能である。

【００４４】更に、本実施例においては光路分割により
４方向の偏光量を検出した測光法を示したが、従来の回
転検光子法においても同様の効果が得られる。また、光
路の損失が問題にならなければ、λ／２板４を用いずに
偏光子３を回転させてもよい。

【００４５】また、先の実施例においては試料Ｓの概略
の偏光特性（ψ_A 、Δ_A ）を入力したが、この偏光特性
（ψ_A 、Δ_A ）は次のようにすれば自動的に求めること
ができる。即ち、試料特性入力部４５に基準となる偏光
特性（ψ_B 、Δ_B ）を常に記憶させ、回転量計算部４４
により（ψ_B 、Δ_B ）から基準方位角（θ_HB、θ_CB）を
予め計算しておく。先ず、基準方位角θ_HB、θ_CBの状態
で試料Ｓの偏光特性（ψ_A1、Δ_A1）を測定する。このと
き、（ψ_A1、Δ_A1）は試料Ｓの偏光特性によってはかな
りの誤差を含んでいる。

【００４６】しかし、基準値（ψ_B 、Δ_B ）よりは真値
（ψ、Δ）に近付いているので、偏光特性計算部１７か
らこの測定値（ψ_A1、Δ_A1）を回転量計算部４４に送
り、新しい方位角（θ_H1、θ_C1）を計算し、回転制御部
４３によりλ／２板４及びλ／４板５の方位角を再設定
し、再度、試料Ｓの偏光特性（ψ_A2、Δ_A2）を求める。
この値（ψ_A2、Δ_A2）は更に真値（ψ、Δ）に近付くた
め、試料Ｓの特性が未知であっても、どのような試料Ｓ
に対しても精度の高い測定が可能である。

【００４７】また、（ψ_A2、Δ_A2）を基に（ψ_A3、
Δ_A3）を測定し、誤差が十分小さくなるまでこの作業を
繰り返すことにより、更に精度を向上することができ
る。

【００４８】更に、実施例においては駆動部４１、４２
を回転移動制御部４３により自動設定を行ったが、λ／
２板４及びλ／４板５に回転角を示す目盛を書き入れ、
その目盛に従ってオペレータがマニュアルで駆動部４
１、４２を操作しても支障はない。

【００４９】図８は第２の実施例を示し、駆動部４２に
よって回転されるλ／４板５がビームスプリッタ６の前
に配置されている。

【００５０】この場合においても、試料Ｓの偏光特性
（ψ、Δ）の値の測定は可能である。この配置の系（Ｐ
ＨＳＣＡ系）においても、駆動部４１、４２によってλ
／２板４、λ／４板５を駆動すれば、第１の実施例と同
様の手順で高精度の測定が可能となる。

【００５１】図９は第３の実施例を示し、図１４と同一
の符号は同一の部材を示している。顕微鏡筒２６の側部
には、自動合焦検出器５１、フォーカス駆動部５２、フ
ォーカス位置検出器５３が配列されている。また、自動
合焦検出器５１、フォーカス駆動部５２、フォーカス位
置検出器５３は自動合焦制御部５４によってそれぞれ制
御され、スーパインポーズ制御部３０、ステージ制御部
２４、エリプソメータ制御部３２、及び自動合焦制御部
５４はホストコンピュータ３３により制御される。

【００５２】投光系２２から射出された光束は入射角θ
で試料台２１上の試料Ｓに入射し、その反射光は受光系
２３で検出される。検出された出力信号は、エリプソメ
ータ制御部３２でＡ／Ｄ変換された後にホストコンピュ
ータ３３に送信され、そのデータから測定スポットでの
試料Ｓの膜厚Ｄ及び屈折率ｎを計算して表示装置３４に
出力する。測定スポットの座標は、ホストコンピュータ
３３からステージ制御部２４に位置座標を指令してオー
トステージ２５を駆動することで指定される。

【００５３】測定スポットの観察を図１０に示す測定フ
ローチャート図に従って説明すると、自動合焦検出器５
１は測定スポットの上面に対する対物レンズ２７の所謂
デフォーカス量に相当する信号を出力し、自動合焦制御
部５４はその出力に応じてデフォーカス量が減少する方
向にフォーカス駆動部５２を制御し、対物レンズ２７を
上下に移動して測定スポットの面上に焦点を合わせる。
焦点が合うと、フォーカス位置検出器５３からの出力で
ある対物レンズ２７の位置を読み取り、予め設定されて
いる基準の焦点位置からの差Δｄをホストコンピュータ
３３に送信する。

【００５４】ホストコンピュータ３３は図１１に示す基
準の焦点位置からの差Δｄ、入射角θから、式Δｘ＝−
Δｄ・tan θによって測定スポットのずれの量Δｘを計
算し、スーパインポーズ制御部３０に対して表示用スポ
ットの位置の補正量を送信し、同時にステージ制御部２
４に対してオートステージ２５のオフセットの補正量を
送信する。

【００５５】スーパインポーズ制御部３０は表示用スポ
ットの位置を補正量に従って移動し、実際の測定スポッ
トとスーパインポーズによる表示用スポットとを重ね合
わせる。更に、ステージ制御部２４はオートステージ２
５のオフセットの補正量に従ってオートステージ２５を
移動し、測定スポットに座標を合わせる。

【００５６】図１２はテレビモニタ３１上における測定
スポットと表示用スポットとの位置関係を示している。
照明ランプ２９からの白色光は、顕微鏡筒２６、対物レ
ンズ２７を透過して測定スポットに向けて垂直入射され
る。反射光は再び対物レンズ２７、顕微鏡筒２６を透過
してテレビカメラ２８に結像され、テレビモニタ３１上
には測定スポットの周辺の画像と表示用スポットとが映
し出される。なお、図１２(a) は試料Ｓが基準の厚みの
場合の実際の測定スポットＡとスパインポーズによる表
示スポットＢを示し、(b) はΔｄだけ試料Ｓが厚く、位
置補正をしない場合を示し、(c) はΔｄだけ厚く、位置
補正をした場合を示している。

【００５７】以上は、表示用スポットの位置のずれとオ
ートステージ２５のオフセットの両方を補正する方法に
ついて説明したが、必要に応じて何れか一方だけを補正
してもよい。また、スーパインポーズ制御部３０、自動
合焦制御部５４、エリプソメータ制御部３２及びステー
ジ制御部２４の４つの制御部が機能を分担し、ホストコ
ンピュータ３３が全ての制御を行っているが、例えば自
動合焦制御部５４とスーパインポーズ制御部３０の機能
を１つにまとめれば、その制御部単独でスーパインポー
ズ制御部３０による表示用スポットの位置のずれの量を
計算できるため、ホストコンピュータ３３との通信を減
少することができ、より高速な測定が可能となり、ホス
トコンピュータ３３のソフトウェアも単純化できる。同
様に、ステージ制御部２４の機能をもまとめてれば、ホ
ストコンピュータ３３の負荷を更に低減できる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る偏光解
析装置は、λ／２板を回転させる手段とλ／４板を回転
及び移動させる手段とを設けることにより、全ゆる偏光
特性の試料に対しても高精度な測定が可能になる。

【００５９】また、位置ずれ補正方法は、対物レンズの
焦点位置の基準の焦点位置からのずれの量を検出し、そ
の値から測定スポットの位置のずれの量を計算すること
により、試料の膜厚が変化しても、測定スポットとテレ
ビモニタ上の表示用スポットの位置を自動的に重ね合わ
せることができ、同様に試料上の指定座標を測定スポッ
ト位置とを自動的に重ね合わせることができ、更にはフ
ォーカスの駆動対象は対物レンズのみであり、エリプソ
メータの投受光系又は試料台を直接上下させる方法より
も小型で安価なシステムとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の構成図である。

【図２】偏光子を介した直線偏光のグラフ図である。

【図３】λ／２板を介した直線偏光のグラフ図である。

【図４】λ／４板を介した楕円偏光のグラフ図である。

【図５】試料を反射した後の円偏光のグラフ図である。

【図６】偏光成分のグラフ図である。

【図７】偏光成分のグラフ図である。

【図８】第２の実施例の構成図である。

【図９】第３の実施例の構成図である。

【図１０】測定フローチャート図である。

【図１１】測定スポットと表示用スポットとのテレビモ
ニタ上における位置関係図である。

【図１２】試料の厚さと測定スポット位置のずれの量と
の関係図である。

【図１３】第１の従来例の構成図である。

【図１４】第２の従来例の構成図である。

【符号の説明】

１光源４ λ／２板５ λ／４板７、８検光子９、１０、１１、１２光電検出器２６顕微鏡筒２８テレビカメラ４１ λ／２板駆動部４２ λ／４板駆動部４３回転制御部４４回転量計算部４５試料特性入力部５１自動合焦検出器５２フォーカス駆動部５３フォーカス位置検出器５４自動合焦制御部Ｓ試料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/027 // Ｇ０３Ｆ 7/207 9122−2Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】或る方位角の直線偏光を生成する手段、
２種類の位相板、及び少なくとも３つの偏光方向の光束
を検出する装置から成る偏光解析装置において、前記直
線偏光の方位角を回転する方法を有し、前記位相板の主
軸を回転する手段と前記位相板を光路外に移動させる手
段の少なくとも一方を有することを特徴とする偏光解析
装置。
【請求項２】試料の位置を移動させるオートステージ
と、前記試料を観察する顕微鏡と、前記試料の画像に表
示用スポットをスーパインポーズする手段を有するエリ
プソメータにおいて、前記顕微鏡を前記試料に対して自
動合焦することで得られる前記試料の膜厚の変化量から
測定スポットの位置ずれ量を検出し、該ずれ量からスー
パインポーズによる前記表示用スポットと前記オートス
テージの少なくとも一方の座標を自動的に補正すること
を特徴とする位置ずれ補正方法。