[go: up one dir, main page]

JP4358982B2 - 分光エリプソメータ - Google Patents

分光エリプソメータ Download PDF

Info

Publication number
JP4358982B2
JP4358982B2 JP2000325362A JP2000325362A JP4358982B2 JP 4358982 B2 JP4358982 B2 JP 4358982B2 JP 2000325362 A JP2000325362 A JP 2000325362A JP 2000325362 A JP2000325362 A JP 2000325362A JP 4358982 B2 JP4358982 B2 JP 4358982B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
incident
prism
light
spectroscopic ellipsometer
optical system
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000325362A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2002131136A (ja
Inventor
久仁夫 大槻
豊 西條
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Horiba Ltd
Original Assignee
Horiba Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Horiba Ltd filed Critical Horiba Ltd
Priority to JP2000325362A priority Critical patent/JP4358982B2/ja
Priority to DE60125131T priority patent/DE60125131T8/de
Priority to EP01125139A priority patent/EP1202033B1/en
Priority to US10/004,250 priority patent/US6714301B2/en
Publication of JP2002131136A publication Critical patent/JP2002131136A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4358982B2 publication Critical patent/JP4358982B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/04Prisms
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211Ellipsometry
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物質の表面で光が反射する際の偏光状態の変化を観測して、その物質の光学定数(屈折率、消衰係数)を、また、物質の表面に薄膜層が存在する場合は、その膜厚、光学定数を測定する分光エリプソメータに関する。
【0002】
【従来の技術】
図4に示すように、表面に薄膜を有する試料8の表面8aに、直線偏光6を斜め上方から入射させれば、試料表面8a上の測定対象物である薄膜の厚さや屈折率、消衰係数によって反射光の偏光状態が変化する。
【0003】
これは、P偏光とS偏光で反射の位相のずれ方と反射率によって反射光に差があるためで、この反射光の偏光変化量を測定し、解析計算を行うことによって、試料表面8aの薄膜の厚さや屈折率を求めることができる。
【0004】
ところで、昨今の半導体業界においては、より薄いゲート酸化膜や低吸収膜などが新世代デバイスに採用されていることもあり、超薄膜の膜質評価が求められている。また、フラッシュメモリに採用されている、シリコンの酸化膜と窒化膜を交互に積み重ねた多層膜構造や、SOIウエハ上の多層膜などをより正確に評価することが求められている。
【0005】
そこで、エリプソメータにおいても、紫外から可視、赤外に至る広い波長領域を高精度に測定できて、薄膜物性の波長依存性測定が可能な分光エリプソメータが注目されている。
【0006】
分光エリプソメータにおいては、多波長の光を直線偏光6にするために偏光子が備えられているが、この分光エリプソメータでは、可視光から紫外領域まで波長領域が広く使用され、その消光比や透過率等から、一般に偏光子としてプリズム5が使用されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このプリズム5は、10mm程度から数十mm程度の厚みがあるため、ビーム径を縮小する場合、光の波長に対する屈折率等の違いによって、広い波長領域の全光軸を一点に集中させることができず、たとえば図5に示すように、短波長の光軸の集光位置Q1に比較して、長波長の光軸の集光位置Q2が遠くなるといった、色収差が発生する問題があった。
【0008】
ここで、色収差とは、波長による屈折率の相違、すなわち分散によって起こる収差(結像学系がガウス結像の条件を満たさないために生ずる欠陥)のことをいう。
【0009】
本発明は、かゝる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、極めて簡単かつ合理的な改良技術によって、多波長の全光軸を一点に集中させることを容易に可能とした分光エリプソメータを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明は、試料表面に多波長の偏光光をスポット入射する入射光学系と、試料表面で反射した楕円偏光の偏光変化量に基づいて試料表面に関する情報を出力する検出光学系とからなる分光エリプソメータにおいて、上記の入射光学系に用いる偏光子として、入射と出射表面の形状が各入射・出射光の直進方向に対して直角な曲面を有するプリズム(以下、球面プリズムという。)を用いた点に特徴がある。
【0011】
この改良技術によれば、マクロ的には、球面プリズムの入射面と出射面が入射光の全光軸に対して直角になることから、入射光の屈折現象が全く起こらなくなり、広い波長領域を使用する場合においても、全波長領域において、光軸を一点に集中させることが可能となり、色収差の発生が効果的に防止される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1にこの発明の分光エリプソメータの一実施例を示す。図1において、1は入射光学系で、たとえば190〜830nmの広い波長領域の光を入射するキセノンランプ等よりなる白色光源2と、スリット3と、ビーム縮小光学系(たとえば2枚の凹面鏡からなる。)4と、偏光方位を一定に保つための偏光子としてのプリズム5とからなる。
【0013】
この入射光学系1は、光源2からの多波長の光を縮小し、かつ、所定の偏光方位の直線偏光6にして、これをステージ7上の試料8の表面8aに、所定角度斜め上方からスポット入射するもので、上記のステージ7は、水平のX−Y方向と鉛直のZ方向の三次元方向に駆動可能に構成されており、試料8は、バキュームによってステージ3上に吸着保持されるようになっている。
【0014】
9は検出光学系で、ステージ7上の試料表面8aで反射した楕円偏光10の偏光変化量の情報をたとえば分光器11に出力するもので、光弾性変調器12と、検光子13と、分光器11への信号取り出し用の光ファイバー14とからなる。
【0015】
白色光源2より出た複数の波長を有する入射光は、ビーム縮小光学系4によりビーム径を絞られ、偏光子としてのプリズム5により一定方向に偏光される。
【0016】
このプリズム5は、入射と出射表面の形状が各入射・出射光の直進方向に対して直角な曲面を有する球面プリズム5であって、この実施の形態では、試料表面8aに対する直線偏光6のスポット入射点を中心Pとする球面プリズム5に構成している。
【0017】
このようにプリズム5を球面に構成すると、図2に示すように、球面プリズム5の入射面と出射面が入射光の全光軸に対して直角になることから、入射光の屈折現象が全く生じず、入射光の全波長領域において、光軸を一点Qに集中させることが容易に可能となり、この結果、色収差の発生が効果的に防止されることになる。
【0018】
かくして直線偏光6となった入射光は、試料表面8a(反射面)での反射により、試料8や試料表面8aの物性特性の結果である振幅及び位相を有する楕円偏光10となる。そして、この楕円偏光10は、光弾性変調器12に入って位相変調され、検光子13に入る。その後、光ファイバー14を経て、分光器11へ送られる。
【0019】
光弾性変調器12は、典型的には、圧電素子によってつくられた周期的なストレスを受けたガラスのバーからなるが、この他、回転偏光子を用いて、楕円偏光10を直線偏光とすることも可能である。また、この光弾性変調器12や回転偏光子を入射光学系に設けることが可能である。
【0020】
尚、上記の実施の形態では、球面プリズム5を一体成形品としているが、図3(A)に示すように、球面プリズム5を、直方体のプリズム体5aと、それぞれ中心Pまわりの凹曲と凸曲の球面A1,A2を備えたプリズム体5b,5cとの結合体や、図3(B)に示すように、球面プリズム5を、それぞれ中心Pまわりの凹曲と凸曲の球面A1,A2を備えたプリズム体5b,5cの結合体などに構成変更が可能である。
【0021】
以上、半導体試料についての実施例を基に説明を行ってきたが、半導体以外の試料たとえば液晶の表面測定に使用できることは言うまでもない。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、偏光子としてのプリズムの入射・出射表面を曲面にすることにより、多波長の全光軸を一点に集中させることが容易に可能な、色収差の発生が効果的に防止される分光エリプソメータを提供でき、よって、より正確、高精度な測定を、多波長を用いた分光エリプソメータで行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】分光エリプソメータの構成図である。
【図2】球面プリズムによる光軸の一点集中の状況を示す説明図である。
【図3】(A),(B)はそれぞれ別の実施の形態による球面プリズムの構成図である。
【図4】従来例の分光エリプソメータの構成図である。
【図5】従来のプリズムによる光軸の屈折状況を示す説明図である。
【符号の説明】
1…入射光学系、5…プリズム、6…直線偏光、8…試料、8a…試料表面、9…入射光学系、10…楕円偏光、P…中心。

Claims (1)

  1. 試料表面に多波長の偏光光をスポット入射する入射光学系と、試料表面で反射した楕円偏光の偏光変化量に基づいて試料表面に関する情報を出力する検出光学系とからなる分光エリプソメータであって、入射光学系に用いる偏光子として、入射と出射表面の形状が各入射・出射光の直進方向に対して直角な曲面を有するプリズムを用いることを特徴とする分光エリプソメータ。
JP2000325362A 2000-10-25 2000-10-25 分光エリプソメータ Expired - Fee Related JP4358982B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000325362A JP4358982B2 (ja) 2000-10-25 2000-10-25 分光エリプソメータ
DE60125131T DE60125131T8 (de) 2000-10-25 2001-10-23 Spektralellipsometer
EP01125139A EP1202033B1 (en) 2000-10-25 2001-10-23 Spectral ellipsometer
US10/004,250 US6714301B2 (en) 2000-10-25 2001-10-23 Spectral ellipsometer without chromatic aberrations

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000325362A JP4358982B2 (ja) 2000-10-25 2000-10-25 分光エリプソメータ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002131136A JP2002131136A (ja) 2002-05-09
JP4358982B2 true JP4358982B2 (ja) 2009-11-04

Family

ID=18802741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000325362A Expired - Fee Related JP4358982B2 (ja) 2000-10-25 2000-10-25 分光エリプソメータ

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6714301B2 (ja)
EP (1) EP1202033B1 (ja)
JP (1) JP4358982B2 (ja)
DE (1) DE60125131T8 (ja)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7301631B1 (en) 2004-09-17 2007-11-27 J.A. Woollam Co., Inc. Control of uncertain angle of incidence of beam from Arc lamp
EP1376100B1 (en) * 2002-06-17 2006-04-05 Horiba Jobin Yvon S.A.S. Achromatic spectroscopic ellipsometer with high spatial resolution
US7369234B2 (en) * 2003-02-03 2008-05-06 Rudolph Technologies, Inc. Method of performing optical measurement on a sample
JP2005003666A (ja) * 2003-05-20 2005-01-06 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 分光エリプソメータ
KR100574776B1 (ko) * 2004-01-15 2006-04-28 한국표준과학연구원 분광결상을 이용한 타원계측 장치 및 타원계측 방법
US8189193B1 (en) 2004-04-23 2012-05-29 J.A. Woollam Co., Inc. System and method of applying horizontally oriented arc-lamps in ellipsometer or the like systems
US7738105B1 (en) 2004-04-23 2010-06-15 Liphardt Martin M System and method of applying horizontally oriented arc-lamps in ellipsometer or the like systems
JP4363368B2 (ja) * 2005-06-13 2009-11-11 住友電気工業株式会社 化合物半導体部材のダメージ評価方法、及び化合物半導体部材の製造方法
US7285767B2 (en) * 2005-10-24 2007-10-23 General Electric Company Methods and apparatus for inspecting an object
FR2925685B1 (fr) * 2007-12-21 2010-02-05 Centre Nat Rech Scient Procede et dispositif de mesure monocoup de la birefringence transitoire induite par une perturbation appartenant au domaine des frequences terahertz
KR102208089B1 (ko) * 2015-05-27 2021-01-28 엘지전자 주식회사 편광필름 부착 시스템 및 편광필름 부착 방법
CN115248191A (zh) * 2021-04-26 2022-10-28 上海济物光电技术有限公司 中红外波段宽光谱测量系统
CN114894311B (zh) * 2022-03-24 2025-02-07 中北大学 一种宽光谱双变入射角系统广义椭偏仪
CN116045828B (zh) * 2023-03-29 2023-10-20 睿励科学仪器(上海)有限公司 一种光谱椭偏测量系统和一种光谱椭偏测量方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4053232A (en) * 1973-06-25 1977-10-11 International Business Machines Corporation Rotating-compensator ellipsometer
US3904293A (en) * 1973-12-06 1975-09-09 Sherman Gee Optical method for surface texture measurement
US5166752A (en) * 1990-01-11 1992-11-24 Rudolph Research Corporation Simultaneous multiple angle/multiple wavelength ellipsometer and method
US5581350A (en) * 1995-06-06 1996-12-03 Tencor Instruments Method and system for calibrating an ellipsometer
US6134011A (en) * 1997-09-22 2000-10-17 Hdi Instrumentation Optical measurement system using polarized light
JP3447654B2 (ja) * 2000-03-24 2003-09-16 Necエレクトロニクス株式会社 異方性薄膜評価法及び評価装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP1202033B1 (en) 2006-12-13
DE60125131T2 (de) 2007-09-20
US6714301B2 (en) 2004-03-30
EP1202033A3 (en) 2004-03-03
EP1202033A2 (en) 2002-05-02
JP2002131136A (ja) 2002-05-09
DE60125131D1 (de) 2007-01-25
US20020126284A1 (en) 2002-09-12
DE60125131T8 (de) 2008-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4358982B2 (ja) 分光エリプソメータ
KR100600126B1 (ko) 프리즘 역행반사기가 장착된 공동 링다운 분광용 광학공진기
CN102269623B (zh) 垂直入射宽带偏振光谱仪和光学测量系统
US11255658B2 (en) Ellipsometer and method for estimating thickness of film
JP2002510797A (ja) 軸外球面鏡と屈折素子を用いる分光計測システム
JP2003520955A (ja) ブルースター角プリズム逆反射体に基づく共振空洞リングダウン分光のための改善されたモードマッチング
JP4399126B2 (ja) 分光エリプソメータ
KR101922973B1 (ko) 4-반사경을 적용한 마이크로 스폿 분광 타원계
US7184145B2 (en) Achromatic spectroscopic ellipsometer with high spatial resolution
US20100085637A1 (en) Differential interference contrast microscope
Eckhardt et al. 3M PBS for high-performance LCOS optical engine
TWI861868B (zh) 橢偏測量裝置和用於獲取待測對象的表面訊息的方法
JPH08152307A (ja) 光学定数測定方法およびその装置
KR102545519B1 (ko) 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계 및 이를 구비한 분광 타원계
JP6448528B2 (ja) エリプソメータ
JP7221433B1 (ja) 光学素子及び光学素子の製造方法
JPH10176952A (ja) フーリエ分光器
JPS60211304A (ja) 平行度測定装置
JPH04208901A (ja) 偏光プリズム
JPS6041732B2 (ja) 偏光解析装置
JP2022135684A5 (ja)
WO2017038219A1 (ja) 観察装置
JPH01212304A (ja) 縞走査・シアリング方法
JP2006308722A (ja) 低反射パターン膜及び高さ測定装置
JPS6244603B2 (ja)

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070828

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090707

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090721

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090807

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120814

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120814

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120814

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees