JP7633137B2 - Ellipsometer and semiconductor device inspection device - Google Patents
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Description
本発明は、エリプソメータ及び半導体装置の検査装置に関する。 The present invention relates to an ellipsometer and an inspection device for semiconductor devices.
エリプソメトリ(ellipsometry)は、1975年にAspnesらによって、自動計測が可能となって以来、測定時間の大幅な短縮と共に精度も大幅に向上し、多波長により計測する分光エリプソメトリも実用化された。これ以降、薄膜や微細構造の非破壊計測において、膜厚などの寸法や屈折率等の光学定数の計測を高精度に行えるという特性を生かして、半導体製造工程でも広く使われるようになった。現在でも、ウェハ上の回路パターンの線幅が10nm以下となる微細構造の寸法(Dimension)を計測するOCD(Optical Critical Dimension)測定装置として、測長SEM(Scanning Electron-beam Microscope)やAFM(Atomic Force Microscope)を相補する形で使用されている。 Since Aspnes et al. made automatic measurement possible in 1975, ellipsometry has significantly reduced measurement time and improved accuracy, and spectroscopic ellipsometry, which measures using multiple wavelengths, has also been put to practical use. Since then, it has been widely used in semiconductor manufacturing processes, taking advantage of its ability to measure dimensions such as film thickness and optical constants such as refractive index with high precision in non-destructive measurements of thin films and fine structures. Even today, it is used as an OCD (Optical Critical Dimension) measuring device to measure the dimensions of fine structures with line widths of circuit patterns on wafers of 10 nm or less, complementing length-measuring SEMs (Scanning Electron-beam Microscopes) and AFMs (Atomic Force Microscopes).
ここ10年ほどで、ロジック(Logic)半導体では、FinFET(Fin Field-Effect Transistor)、メモリでは、3D-NANDなど、半導体回路構造は3次元化が進み、より複雑な構造となってきている。多くのOCDは、分光エリプソメトリを計測原理としており、計測対象である半導体回路構造のDimensionや構成物質の光学定数を求めるためには、モデルを作成して計測対象のDimensionや光学定数を、Floating parameterとして、計測結果にモデルをフィッティングさせて解を得るという手法をとる。そのため、求める対象の構造が複雑になると、Floating parameterの数が増える。例えば、現在のFinFETのOCDによる計測では、20-30個程のFloating parameterを用いる必要がある。エリプソメトリは、一般的に、Ψ及びΔの2つの値を計測結果であるエリプソメトリ係数として得るが、エリプソメトリ係数Ψ及びΔは、共に、波長依存性がある。このため、分光エリプソメトリの場合、エリプソメトリ係数Ψ及びΔは、Ψ(λ)、Δ(λ)と表記することができる。 Over the past decade, semiconductor circuit structures have become more three-dimensional and complex, such as FinFET (Fin Field-Effect Transistor) in logic semiconductors and 3D-NAND in memory. Many OCDs use spectroscopic ellipsometry as their measurement principle, and in order to determine the dimensions of the semiconductor circuit structure being measured and the optical constants of the constituent materials, a model is created, and the dimensions and optical constants of the measurement target are treated as floating parameters, and the model is fitted to the measurement results to obtain a solution. Therefore, as the structure of the target becomes more complex, the number of floating parameters increases. For example, current OCD measurements of FinFETs require the use of around 20-30 floating parameters. In ellipsometry, two values, Ψ and Δ, are generally obtained as the ellipsometry coefficients, which are the measurement results, but both the ellipsometry coefficients Ψ and Δ are wavelength dependent. For this reason, in the case of spectroscopic ellipsometry, the ellipsometry coefficients Ψ and Δ can be written as Ψ(λ) and Δ(λ).
Dimensionの解を求めるためには、Floating parameterの数より多い個数のエリプソメトリ係数Ψ及びΔを計測で得ることが、モデルにフィッティングするために最低限必要であるが、Floating parameterの数が多い場合に発生する問題として、実際のDimensionとは異なったFloating parameterの組み合わせでフィッティングが収束する場合がある。これはカップリングと呼ばれる問題で、これを避けるためには、Floating parameterに対して異なる依存性を持つようなエリプソメトリ係数Ψ及びΔを計測してフィッティングを行うことが有効である。そのため、波長に加え、異なる入射角と入射方位でエリプソメトリ計測を行い、前記のFloating parameterに対して、より異なる依存性を互いに持つエリプソメトリ係数Ψ及びΔが、モデルのフィッティングに使われることが望ましい。 In order to find the solution for the dimension, it is necessary at a minimum to measure and obtain a number of ellipsometry coefficients Ψ and Δ that is greater than the number of floating parameters in order to fit the model. However, when there are a large number of floating parameters, a problem occurs in which the fitting converges to a combination of floating parameters that is different from the actual dimension. This is a problem called coupling, and to avoid this, it is effective to measure and fit ellipsometry coefficients Ψ and Δ that have different dependencies on the floating parameters. Therefore, it is desirable to perform ellipsometry measurements at different angles of incidence and orientations of incidence in addition to wavelengths, and to use ellipsometry coefficients Ψ and Δ that have more different dependencies on the floating parameters for fitting the model.
また、計測感度という観点からは、半導体ウェハへの照明光において、P偏光の反射率が0となるブリュースター角が最も計測感度が高い。このため、エリプソメトリ計測は、ブリュースター角を入射角として行われることが多い。この入射角は、半導体回路構造ではおおよそ60°から75°に相当する。このような斜入射で計測を行う場合、単一の入射角と入射方位に特化した斜入射光学系を用いて分光エリプソメトリ計測が行われることが多い。しかしながら、前述のカップリングの問題を回避するために、複数の入射角や入射方位に対応可能な光学系への要望が大きくなってきている。 In terms of measurement sensitivity, the Brewster angle, at which the reflectance of P-polarized light is zero for the illumination light on a semiconductor wafer, provides the highest measurement sensitivity. For this reason, ellipsometry measurements are often performed using the Brewster angle as the angle of incidence. This angle of incidence corresponds to approximately 60° to 75° in semiconductor circuit structures. When performing measurements with such oblique incidence, spectroscopic ellipsometry measurements are often performed using an oblique incidence optical system specialized for a single angle of incidence and orientation. However, to avoid the coupling problem mentioned above, there is a growing demand for optical systems that can accommodate multiple angles of incidence and orientations of incidence.
この要望に対して、光学系や半導体ウェハを計測ごとに動かしていたのでは、計測時間が非常に長くなってしまう。そのため、前述のブリュースター角を含むような大きなNAを持つ対物レンズを用いて、広い範囲の入射角と入射方位から同時に計測光を入射させる。そして、半導体ウェハからの反射光を対物レンズの射出瞳上に導き、エリプソメトリ計測を行う。このような、瞳画像計測光学系とエリプソメトリ計測の組み合わせが理想と言える。ただし、この場合でも、一般的なエリプソメトリ計測の手法である回転補償子や回転検光子を組み合わせた構成では、取得する瞳画像転送速度の制限によって1波長ごとの計測時間が1秒以上となる。さらに、100波長以上の照明光を用いた分光エリプソメトリ計測を行えば、半導体製造工程でのOCD測定装置としては、非現実的な測定時間となってしまう。 To meet this demand, if the optical system or semiconductor wafer were moved for each measurement, the measurement time would be extremely long. Therefore, an objective lens with a large NA, such as the Brewster angle mentioned above, is used to simultaneously introduce measurement light from a wide range of incident angles and orientations. Then, the reflected light from the semiconductor wafer is guided onto the exit pupil of the objective lens to perform ellipsometry measurement. This combination of the pupil image measurement optical system and ellipsometry measurement is ideal. However, even in this case, in a configuration that combines a rotating compensator and a rotating analyzer, which are common ellipsometry measurement methods, the measurement time for each wavelength is more than one second due to the limitations of the pupil image transfer speed. Furthermore, if spectroscopic ellipsometry measurement is performed using illumination light with more than 100 wavelengths, the measurement time becomes unrealistic for an OCD measurement device in the semiconductor manufacturing process.
半導体製造工程でのOCD測定装置で使用されるエリプソメータは、典型的には、1点の計測に1秒~数秒の計測時間が必要である。測定に割り当てられた時間から、通常は、ウェハ内で数点から数十点程度しか計測できず、ウェハ内の部分的な膜厚変化や線幅変化による歩留まり悪化を見逃している場合もある。この主な理由としては、回転補償子や位相変調素子による変調と同期して、多数の計測点が必要とされること、分光計測の場合に回折格子等の分散素子で各波長に分かれた光の光量を、高いS/N比で計測する必要があること、さらにミュラー行列エリプソメトリの場合に照明光において数種類の偏光状態を切り替えつつ計測しなければならないことなどがある。 Ellipsometers used in OCD measurement devices in semiconductor manufacturing processes typically require a measurement time of one to several seconds to measure one point. Due to the time allocated for measurement, usually only a few to several dozen points on the wafer can be measured, and partial changes in film thickness or line width on the wafer may be overlooked, resulting in a decrease in yield. The main reasons for this include the need for a large number of measurement points synchronized with modulation by rotating compensators and phase modulation elements, the need to measure the amount of light split into each wavelength by a dispersive element such as a diffraction grating with a high S/N ratio in the case of spectroscopic measurement, and the need to measure while switching between several types of polarization states in the illumination light in the case of Mueller matrix ellipsometry.
これに対して、ウェハ内の測定点を増やすことを目的とし、エリプソメトリの測定を短時間化するためには、回転補償子などの可動部を高速化する必要がある。しかしながら、安定性や発熱等がネックとなり、OCD測定等のためのエリプソメトリ係数測定のスループット(Throughput)を向上させることは困難である。 On the other hand, in order to increase the number of measurement points within a wafer and shorten the time required for ellipsometry measurements, it is necessary to increase the speed of moving parts such as rotating compensators. However, stability and heat generation are bottlenecks, making it difficult to improve the throughput of ellipsometry coefficient measurements for OCD measurements, etc.
図1は、比較例に係るエリプソメータを例示した構成図である。図1に示すように、特許文献1に記載の比較例のエリプソメータ101は、上述した問題を解決するために考案されたものであり、ノマルスキープリズム131を用いて画像検出器142上で2つの直交する偏光成分を干渉させる。そして、解析装置143は、発生した干渉縞の振幅と位相からΨとΔを求める。このような方法により、半導体製造工程において、高いスループットを実現させ、かつ、可動部がないことによる安定性の高いOCD装置の実用化が期待されている。
Figure 1 is a block diagram illustrating an ellipsometer according to a comparative example. As shown in Figure 1, the
なお、照明光学系110は、光源111、分光器112、ファイバー113、照明レンズ114、偏光子115、ビームスプリッタ116、対物レンズ117を含み、照明光L1で試料50を照明する。集光光学系120は、対物レンズ117、ビームスプリッタ116、リレーレンズ121及び122を含み、試料50で反射した反射光R1を集光する。偏光光学素子130は、ノマルスキープリズム131を含み、受光光学系140は、検光子141、画像検出器142及び解析装置143を含む。
The illumination
この方法は、エリプソメトリ計測で一般的なストークスパラメータを求めることなく、一つの画像からΨとΔを得ることができる。このため、計測効率もよく、高速の分光器と組み合わせることで分光エリプソメトリも可能である。この計測原理を大NAの対物レンズ117を用いた瞳画像計測に適用することで、同時に多数の入射角と入射方位のエリプソメトリ情報を得ることができ、半導体製造における測定装置としては、理想的な性能を実現できる。
This method can obtain Ψ and Δ from a single image without obtaining the Stokes parameters that are common in ellipsometry measurements. This makes the measurement efficient, and by combining it with a high-speed spectrometer, spectroscopic ellipsometry is also possible. By applying this measurement principle to pupil image measurement using a large NA
図2は、比較例に係る画像検出器142上の干渉縞を例示した図である。図2には、横軸に画像検出器142の位置をとり、縦軸に干渉縞を形成する光の強度をとったグラフを干渉縞に対応させて示している。図2に示すように、比較例のエリプソメータ101は、例えば、X偏光及びY偏光の光を干渉させることにより、画像検出器142上に縦縞の干渉縞を形成する。画像検出器142の中心を通る縦線上において、X偏光、Y偏光の光路長差が0になっている。波長幅が広いと両側の干渉縞のコントラストが低下する。
Figure 2 is a diagram illustrating interference fringes on an image detector 142 according to a comparative example. In Figure 2, a graph is shown in which the horizontal axis represents the position of the image detector 142 and the vertical axis represents the intensity of light forming the interference fringes, corresponding to the interference fringes. As shown in Figure 2, the
このように、照明光L1として部分コヒーレント光を使用しているために、瞳上に形成される干渉縞の本数を多くした場合には、図2に示すように、原理的に干渉する2つの偏光成分の光路長差が大きい左右両側の領域において、干渉縞のコントラストが低下する。光路長差が大きい領域において、干渉縞のコントラストが低下する現象は、使用可能な干渉縞の本数に上限があるという意味である。 As described above, because partially coherent light is used as the illumination light L1, if the number of interference fringes formed on the pupil is increased, the contrast of the interference fringes will decrease in the left and right regions where the optical path length difference between the two interfering polarization components is large, as shown in Figure 2. The phenomenon in which the contrast of the interference fringes decreases in regions where the optical path length difference is large means that there is an upper limit to the number of usable interference fringes.
図3は、比較例に係る長波長、中波長及び短波長の照明光において、波長幅が同じ場合の干渉縞を例示した図である。図3に示すように、波長幅が同じ場合には短波長の方が干渉縞の本数が多くなるため、短波長ほど干渉縞のコントラストが低くなる。この問題を回避するためには、ノマルスキープリズム131による偏光分離角を小さくするか、短波長での計測時には波長幅を狭くすることが必要である。しかしながら、前者の場合には特に長波長側で縞間隔が広くなるため、瞳上での計測分解能が低下する。後者の場合には短波長における光量が減ってしまうという副作用が発生する。
Figure 3 is a diagram illustrating interference fringes when the wavelength width is the same for long-, medium-, and short-wavelength illumination light in a comparative example. As shown in Figure 3, when the wavelength width is the same, the number of interference fringes is greater for short wavelengths, so the contrast of the interference fringes is lower for shorter wavelengths. To avoid this problem, it is necessary to reduce the polarization separation angle of the
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、広い波長域をもつ光源と分光器の組み合わせで計測した場合でも、縞間隔が広くなることによる分解能の低下や、分光器の波長幅を狭くするための光量の低下を抑制し、エリプソメトリ係数Ψ及びΔを測定するスループットを向上させることができるエリプソメータ及び半導体装置の検査装置を提供する。 The present invention has been made to solve these problems, and provides an ellipsometer and semiconductor device inspection device that can improve the throughput of measuring the ellipsometry coefficients Ψ and Δ by suppressing the decrease in resolution caused by the widening of the fringe spacing and the decrease in light quantity caused by narrowing the wavelength width of the spectrometer, even when measurements are made using a combination of a light source with a wide wavelength range and a spectrometer.
直線偏光の光を対物レンズに透過させて測定試料を複数の入射角と入射方位から同時に照明し、測定試料で反射した反射光を対物レンズに入射させ、リレーレンズと偏光光学素子部を透過させたのち、対物レンズの瞳共役位置に配置された画像検出器で受光する。 Linearly polarized light is passed through the objective lens to simultaneously illuminate the measurement sample from multiple angles and orientations of incidence, and the light reflected by the measurement sample is made incident on the objective lens, passes through a relay lens and a polarizing optical element, and is then received by an image detector positioned at the pupil conjugate position of the objective lens.
偏光解析部は少なくとも2個の1軸性複屈折結晶(例えばフッ化マグネシウム)と直線偏光子から構成されており、1軸性複屈折結晶は結晶光学軸が互いに垂直かつ光軸に対して垂直な2個が組み合わされており、試料での反射時に2つの偏光成分であった光について光軸を中心とした放射方向に分離する。 The polarization analysis section is composed of at least two uniaxial birefringent crystals (e.g., magnesium fluoride) and a linear polarizer. The uniaxial birefringent crystals are combined so that the crystal optical axes are perpendicular to each other and to the optical axis, and the light that is reflected by the sample is separated into two polarized components in the radial direction centered on the optical axis.
この1軸性複屈折結晶は、それぞれ少なくとも片面が凸面あるいは凹面である球面であり、2個が組み合わされた状態では屈折力を持たない。画像検出器の直前にある直線偏光子(検光子)により結晶で分離された2つの偏光成分は、画像検出器上で互いに可干渉となり、同心円状の干渉縞を形成する。得られた干渉縞画像のコントラストと位相情報を処理してエリプソメトリ計測結果のΨとΔを求める。 These uniaxial birefringent crystals are spherical, with at least one side being convex or concave, and have no refractive power when two are combined. The two polarized light components separated by the crystal through a linear polarizer (analyzer) located just before the image detector interfere with each other on the image detector, forming concentric interference fringes. The contrast and phase information of the resulting interference fringe image are processed to determine the ellipsometry measurement results Ψ and Δ.
一実施形態のエリプソメータは、直線偏光、円偏光及び楕円偏光の少なくともいずれかを含む照明光が試料の測定面で反射した反射光のうち、互いに直交する偏光方向の2つの偏光成分を、前記反射光の光学系の光軸を中心にした放射方向に分離する偏光光学素子部と、前記2つの偏光成分を、各前記偏光方向と異なる方向の成分を透過させて干渉させ、同心円状の干渉縞を形成させる検光子部と、前記干渉縞を検出する画像検出器と、検出した前記干渉縞からエリプソメトリ係数Ψ及びΔを算出する解析装置と、を備える。 The ellipsometer of one embodiment includes a polarizing optical element unit that separates two polarized components with mutually orthogonal polarization directions of the reflected light, which is generated when illumination light containing at least one of linearly polarized light, circularly polarized light, and elliptically polarized light is reflected off the measurement surface of the sample, into a radial direction centered on the optical axis of the optical system of the reflected light; an analyzer unit that transmits components of the two polarized components with directions different from the polarization directions, causing interference to form concentric interference fringes; an image detector that detects the interference fringes; and an analyzer that calculates the ellipsometry coefficients Ψ and Δ from the detected interference fringes.
また、一実施形態のエリプソメータは、直線偏光を含む照明光が試料の測定面で反射した反射光を、互いに直交する偏光方向の2つの直線偏光成分に分離する偏光光学素子部と、各前記偏光方向と異なる方向における前記2つの直線偏光成分を透過させて干渉させ、干渉縞を形成させる検光子部と、前記干渉縞を検出する画像検出器と、検出した前記干渉縞からエリプソメトリ係数Ψ及びΔを算出する解析装置と、を備え、前記干渉縞の縞ピッチが前記照明光の複数の波長において同じ値となる。 In one embodiment, the ellipsometer includes a polarizing optical element that separates the reflected light, which is illumination light including linear polarization and is reflected by the measurement surface of the sample, into two linearly polarized components with mutually orthogonal polarization directions, an analyzer that transmits the two linearly polarized components in directions different from the polarization directions, causing them to interfere with each other and form interference fringes, an image detector that detects the interference fringes, and an analyzer that calculates the ellipsometry coefficients Ψ and Δ from the detected interference fringes, and the fringe pitch of the interference fringes has the same value for multiple wavelengths of the illumination light.
さらに、一実施形態の半導体装置の検査装置は、上記エリプソメータを備える。 Furthermore, in one embodiment, a semiconductor device inspection device includes the above-mentioned ellipsometer.
本発明により、エリプソメトリ係数Ψ及びΔを測定するスループットを向上させることができるエリプソメータ及び半導体装置の検査装置を提供することができる。 The present invention provides an ellipsometer and semiconductor device inspection device that can improve the throughput of measuring the ellipsometry coefficients Ψ and Δ.
説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。 For clarity of explanation, the following description and drawings have been omitted and simplified as appropriate. In addition, the same elements in each drawing are given the same reference numerals, and duplicate explanations have been omitted as necessary.
(実施形態1)
実施形態1に係るエリプソメータを説明する。図4は、実施形態1に係るエリプソメータを例示した構成図である。図4に示すように、エリプソメータ1は、照明光学系10、集光光学系20、偏光光学素子部30、受光光学系40を備えている。エリプソメータ1は、照明光L1が試料50で反射した反射光R1を受光して、エリプソメトリ係数Ψ及びΔを取得する。
(Embodiment 1)
An ellipsometer according to the
照明光学系10は、直線偏光を含む照明光L1で試料50を照明する。照明光学系10は、光源11、分光器12、ファイバー13、照明レンズ14、偏光子部15、ビームスプリッタ16、対物レンズ17を含んでいる。
The illumination
光源11は、照明光L1を生成する。光源11が生成する照明光L1は、広帯域の波長の光を含んでもよい。照明光L1は、例えば、白色光である。なお、光源11が生成する照明光L1は、白色光に限らず、特定の波長を有する単色光または特定の波長幅を有する光でもよい。光源11から生成された照明光L1は、分光器12に入射する。
The
分光器12は、入射した照明光L1から特定の波長幅の光を取り出して出射する。分光器12は、例えば、10nmの波長幅を有する中心波長400nmの光を出射する。分光器12から出射した照明光L1は、ファイバー13に入射する。
The
ファイバー13は、一端及び他端を有するケーブル状の導光部材である。ファイバー13の一端に入射した照明光L1は、ファイバー13の他端から出射する。ファイバー13の他端から出射した照明光L1は、照明レンズ14に入射する。
The
照明レンズ14は、例えば、凸レンズである。照明レンズ14は、入射した照明光L1の角度分布を変化させ、照明光L1を偏光子部15に照射させる。例えば、照明レンズ14は、ファイバー13の他端から出射した照明光L1を平行光に変換する。そして、平行光にした照明光L1を偏光子部15に入射させる。
The
偏光子部15は、光源11から生成された照明光L1が入射される。偏光子部15は、例えば、直線偏光を生成する直線偏光子H1を含む。よって、偏光子部15は、一方向の直線偏光を含む照明光L1を透過させる。例えば、偏光子部15は、偏光方向が紙面に対して45°傾いた直線偏光の照明光L1をビームスプリッタ16に出射する。
The
ビームスプリッタ16は、入射した照明光L1の一部を反射し、一部を透過させる。ビームスプリッタ16は、入射した照明光L1の一部を対物レンズ17に向けて反射する。ビームスプリッタ16で反射した照明光L1は、対物レンズ17に入射する。
The
対物レンズ17は、直線偏光を含む照明光L1で試料50を照明する。対物レンズ17は、ビームスプリッタ16で反射した照明光L1を点状に集光させて試料50を照明する。対物レンズ17は、NAを有している。対物レンズ17は、NA内のあらゆる角度とあらゆる方向から試料50を照明する。対物レンズのNAは、試料50に対してブリュースター角を含む値(例えば、0.95)以上あることが望ましい。
The
対物レンズ17は、照明光L1を透過させるとともに、照明光L1が試料50の測定面で反射した反射光R1を透過させる。本実施形態のエリプソメータ1では、試料50に入射する照明光L1の光軸C、及び、試料50で反射した反射光R1の光軸Cは、試料50の測定面に対して直交している。
The
ここで、エリプソメータ1の説明の便宜のために、XYZ直交座標軸系を導入する。Z軸方向を光軸Cとする。Z軸方向に直交し、相互に直交する2方向をX軸方向及びY軸方向とする。
Here, for ease of explanation of the
試料50を照明する照明光L1は、一方向の直線偏光を含んでいる。そのような一方向の直線偏光を含む照明光L1は、集光されながら、試料50の測定面に入射する。よって照明光L1が完全偏光でかつ直線偏光である場合には、光軸Cが試料50の測定面に直交する場合に、測定面に入射する方向によって、照明光L1は、P偏光の部分もあれば、S偏光の部分もある。照明光L1におけるP偏光の部分は、P偏光として反射する。照明光L1におけるS偏光の部分は、S偏光として反射する。
The illumination light L1 that illuminates the
集光光学系20は、照明光L1が試料50で反射した反射光R1を集光する。集光光学系20は、対物レンズ17、ビームスプリッタ16、リレーレンズ21及び22を含んでいる。対物レンズ17は、照明光学系10の部材でもあり、集光光学系20の部材でもある。試料50で反射した反射光R1は、対物レンズ17の瞳位置23を通過する。なお、瞳位置23は、リレーレンズ21及び22によって、画像検出器42上に再結像する。このように、集光光学系20は、対物レンズ17の射出瞳を画像検出器42上に結像させる。対物レンズ17は、照明光L1が試料50で反射した反射光R1を透過させて、ビームスプリッタ16に入射させる。
The focusing
ビームスプリッタ16は、入射した反射光R1の一部を透過させる。例えば、ビームスプリッタ16を透過した反射光R1は、リレーレンズ21に入射する。
The
リレーレンズ21は、ビームスプリッタ16を透過した反射光R1を集光させ、像を結んだ後にリレーレンズ(relay lens)22に入射させる。リレーレンズ22は、入射した反射光R1を透過させて、偏光光学素子部30に入射させる。
The
偏光光学素子部30は、直線偏光を含む照明光L1が試料50の測定面で反射した反射光R1のうち、互いに直交する偏光方向の2つの直線偏光成分を、反射光R1の集光光学系20の光軸Cを中心にした放射方向に分離する。偏光光学素子部30は、例えば、ウォラストンレンズを含む。偏光光学素子部30は、複数のウォラストンレンズW10及びウォラストンレンズW20を含んでもよい。ウォラストンレンズW10は、2個の複屈折結晶W11及び複屈折結晶W12を含む。ウォラストンレンズW20は、2個の複屈折結晶W21及び複屈折結晶W22を含む。
The polarizing
複屈折結晶W11は、1軸性複屈折結晶を含む。複屈折結晶W11は、入射面が平面形状であり、出射面が凹面の球面形状である。複屈折結晶W11は、X軸方向の結晶光学軸を有する。複屈折結晶W12は、1軸性複屈折結晶を含む。複屈折結晶W12は、入射面が凸面の球面形状であり、出射面が平面形状である。複屈折結晶W12は、Y軸方向の結晶光学軸を有する。よって、ウォラストンレンズW10は、相互に嵌合する球面形状を有する2個の1軸性複屈折結晶を含む。ウォラストンレンズW10の各1軸性複屈折結晶の結晶光学軸は、集光光学系20の光軸Cに直交し、かつ、相互に直交する。
The birefringent crystal W11 includes a uniaxial birefringent crystal. The birefringent crystal W11 has a plane entrance surface and a concave spherical exit surface. The birefringent crystal W11 has a crystal optical axis in the X-axis direction. The birefringent crystal W12 includes a uniaxial birefringent crystal. The birefringent crystal W12 has a convex spherical entrance surface and a plane exit surface. The birefringent crystal W12 has a crystal optical axis in the Y-axis direction. Thus, the Wollaston lens W10 includes two uniaxial birefringent crystals having spherical shapes that fit together. The crystal optical axes of the uniaxial birefringent crystals of the Wollaston lens W10 are perpendicular to the optical axis C of the focusing
複屈折結晶W21は、1軸性複屈折結晶を含む。複屈折結晶W21は、入射面が平面形状であり、出射面が凹面の球面形状である。複屈折結晶W21は、Y軸方向の結晶光学軸を有する。複屈折結晶W22は、1軸性複屈折結晶を含む。複屈折結晶W22は、入射面が凸面の球面形状であり、出射面が平面形状である。複屈折結晶W22は、X軸方向の結晶光学軸を有する。よって、ウォラストンレンズW20は、相互に嵌合する球面形状をする2個の1軸性複屈折結晶を含む。ウォラストンレンズW20の各1軸性複屈折結晶の結晶光学軸は、集光光学系20の光軸Cに直交し、かつ、相互に直交する。
The birefringent crystal W21 includes a uniaxial birefringent crystal. The birefringent crystal W21 has a planar entrance surface and a concave spherical exit surface. The birefringent crystal W21 has a crystal optical axis in the Y-axis direction. The birefringent crystal W22 includes a uniaxial birefringent crystal. The birefringent crystal W22 has a convex spherical entrance surface and a planar exit surface. The birefringent crystal W22 has a crystal optical axis in the X-axis direction. Thus, the Wollaston lens W20 includes two uniaxial birefringent crystals having spherical shapes that fit together. The crystal optical axes of the uniaxial birefringent crystals of the Wollaston lens W20 are perpendicular to the optical axis C of the focusing
各複屈折結晶W11、W12、W21及びW22は、材料として、水晶、フッ化マグネシウム、サファイア、方解石、αBBOのいずれかを含んでもよい。偏光光学素子部30において、ウォラストンレンズW10及びウォラストンレンズW20は、屈折力が0である。よって、偏光光学素子部30は、反射光R1を集光または拡散させなくてもよい。
Each of the birefringent crystals W11, W12, W21, and W22 may contain any of the following materials: quartz, magnesium fluoride, sapphire, calcite, and αBBO. In the polarizing
ウォラストンレンズW10において、複屈折結晶W11の結晶光学軸と、複屈折結晶W12の結晶光学軸とは、互いに垂直かつ光軸Cに対して直交になるように配置される。例えば、複屈折結晶W11の結晶光学軸は、X軸方向であり、複屈折結晶W12の結晶光学軸は、Y軸方向である。これにより、2つの互いに垂直な偏光(図1ではX偏光とY偏光)は、光軸Cを中心とした放射状に分離して異なる方向に進む。例えば、X偏光は、Y偏光よりも光軸Cから離れた外側に分離される。Y偏光は、X偏光よりも光軸Cに近い内側に分離される。 In the Wollaston lens W10, the crystal optical axis of the birefringent crystal W11 and the crystal optical axis of the birefringent crystal W12 are arranged so that they are perpendicular to each other and orthogonal to the optical axis C. For example, the crystal optical axis of the birefringent crystal W11 is in the X-axis direction, and the crystal optical axis of the birefringent crystal W12 is in the Y-axis direction. As a result, the two mutually perpendicular polarized lights (X-polarized light and Y-polarized light in FIG. 1) are radially separated from the optical axis C and travel in different directions. For example, the X-polarized light is separated outward, farther from the optical axis C than the Y-polarized light. The Y-polarized light is separated inward, closer to the optical axis C than the X-polarized light.
偏光光学素子部30は、さらに、もう一組のウォラストンレンズW20を含んでいる。ウォラストンレンズW20において、複屈折結晶W21の結晶光学軸と、複屈折結晶W22の結晶光学軸とは、互いに垂直かつ光軸Cに対して直交になるように配置される。しかしながら、ウォラストンレンズW20では、各複屈折結晶の結晶光学軸は、ウォラストンレンズW10の各複屈折結晶の結晶光学軸と逆になる。例えば、複屈折結晶W21の結晶光学軸は、Y軸方向であり、複屈折結晶W22の結晶光学軸は、X軸方向である。これにより、2組のウォラストンレンズW10及びW20は、それぞれの偏光を反対方向に分離させ、画像検出器42上で2つの偏光光が再び同一点となるように、配置と曲率半径を設計されている。よって、偏光光学素子部30及び検光子部41を透過した反射光R1の2つの偏光成分は、画像検出器42上の同一点で検出される。
The polarizing
受光光学系40は、反射光R1を受光し、エリプソメトリ係数Ψ及びΔを算出する。受光光学系40は、検光子部41、画像検出器42、解析装置43を有している。検光子部41は、例えば、所定の方向の直線偏光成分を透過させる直線偏光子H2を含む。
The light receiving
図5は、実施形態1に係るエリプソメータ1において、検光子部41を透過する直線偏光を例示した図である。図5に示すように、検光子部41は、偏光光学素子部30が分離させたX方向の偏光方向及びY方向の偏光方向と、45[deg]傾いた方向における直線偏光の成分を透過させる。よって、検光子部41は、X方向の偏光方向を有する直線偏光のうち、X方向と45[deg]傾いた偏光成分を透過させる。また、検光子部41は、Y方向の偏光方向を有する直線偏光のうち、Y方向と45[deg]傾いた偏光成分を透過させる。このように、ウォラストンレンズW20と画像検出器42の間に直線偏光子H2等の検光子部41も配置されている。この直線偏光子H2の透過軸方向は、ウォラストンレンズW10及びW20を形成する2個の1軸性の複屈折結晶のそれぞれの光学軸の中間(45[deg])となる方位に配置される。よって、検光子部41は、互いに直交した2つの偏光線分を、各偏光方向と異なる方向の成分を透過させて干渉させ、同心円状の干渉縞を形成させる。すなわち、2つの偏光線分は、検光子部41を透過することによって、同じ方向(45[deg]傾いた方向)に偏光した偏光成分として出射し、干渉する。
5 is a diagram illustrating linearly polarized light passing through the
画像検出器42は、入射した反射光R1を受光する。画像検出器42は、対物レンズ17の瞳位置23と共役な瞳共役位置24に配置されている。反射光R1は、互いに直交した2つの直線偏光における同じ方向の偏光成分を含んでいる。よって、反射光R1は、画像検出器42上で干渉する。これにより、画像検出器42上に同心円状の干渉縞が形成される。画像検出器42は、検光子部41を透過した各偏光成分の干渉縞を検出する。
The
図6は、実施形態1に係る実施形態1に係るエリプソメータ1において、画像検出器42上で干渉した反射光の干渉縞を例示した図である。図6に示すように、画像検出器42上の干渉縞は、同心円状の形状となる。本実施形態において、このような同心円状の干渉縞をウォラストンレンズ干渉縞と呼ぶ。ウォラストンレンズ干渉縞は、X偏光とY偏光との干渉により形成される。ウォラストンレンズ干渉縞において、中心付近の縞間隔は大きく、ブリュースター角で入射した光に対応する瞳の端では細かな縞間隔となる。ウォラストンレンズ干渉縞は、画像検出器42の周辺領域に円状に、X偏光とY偏光の光路長差が0の位置を有している。
Figure 6 is a diagram illustrating interference fringes of reflected light that has interfered on the
図7~図9は、実施形態1に係る画像検出器42上で干渉した反射光R1の干渉縞の解析方法を例示した図である。図7に示すように、解析装置43は、画像検出器42上に検出された画像を取得する。そして、解析装置43は、取得された点対称の同心円状の干渉縞を含む画像を、同心円の中心が座標原点となるように極座標に座標変換する。次に、解析装置43は、座標変換後の画像を、極座標系の半径(動径)及び方位(偏角)を軸とする2次元座標で表す。解析装置43は、2次元座標の平面上において、2次元フーリエ変換を行い、変換後の周波数空間像において、DC成分とAC成分とに分けてトリミングする。
7 to 9 are diagrams illustrating a method for analyzing the interference fringes of the reflected light R1 that has interfered on the
次に、図8に示すように、解析装置43は、DC成分について、ピーク位置を座標原点にシフトした上で逆フーリエ変換を行う。また、図9に示すように、解析装置43は、AC成分について、ピーク位置を座標原点にシフトした上で逆フーリエ変換を行う。解析装置43は、AC成分から、さらに、振幅成分であるAC成分(振幅)と位相成分であるAC成分(位相)を求める。得られたAC成分(位相)は、そのままエリプソメトリ計測のΔに対応する。エリプソメトリ計測のΨは下記の(1)式となる。ここで、DCは、DC成分を示し、AC振幅は、AC成分(振幅)を示す。このようにして、解析装置43は、逆フーリエ変換した結果を基にして、検出した干渉縞からエリプソメトリ係数Ψ及びΔを算出する。
Next, as shown in FIG. 8, the
Ψ=tan-1[DC/AC振幅±√{(DC/AC振幅)2-1}] (1) Ψ=tan -1 [DC/AC amplitude ±√{(DC/AC amplitude) 2 -1}] (1)
次に、本実施形態の効果を説明する。図10は、実施形態1及び比較例に係るエリプソメータ1及び101において、画像検出器42上で干渉した反射光R1の干渉縞を例示した図である。図10に示すように、干渉縞を利用するエリプソメータ1及び101は、計測に用いる光を、時間的、空間的に部分コヒーレントな光としている。よって、干渉する2つの偏光光の光路長差が大きくなる場所においては、干渉縞のコントラストは、著しく低下する。そのため、瞳内に形成される干渉縞の本数には、波長幅や視野領域に依存して上限がある。
Next, the effect of this embodiment will be described. FIG. 10 is a diagram illustrating interference fringes of reflected light R1 that has interfered on the
図10に示すように、本実施形態のエリプソメータ1で形成される同心円状の干渉縞と、比較例のエリプソメータ101で形成される干渉縞とを比較するために、例えば、両方とも同じ5本程度の縞本数とする。そうすると、比較例の干渉縞は、瞳内で等間隔である。これに対し、本実施形態の干渉縞は、中央付近で疎であり、周辺付近で密である。また、同じ5本の干渉縞が含まれる幅は、比較例では瞳直径であるのに対し、本実施形態では瞳半径である。よって、本実施形態のエリプソメータ1では、比較例のエリプソメータ101に比べて、2倍密に干渉縞を配置することができる。特に、瞳の周辺付近においては、数倍から10倍程度、密に干渉縞を形成することができる。
As shown in FIG. 10, in order to compare the concentric interference fringes formed by the
ここで、エリプソメトリ計測における瞳上での重要度を考える。図11は、実施形態1に係る照明光学系10、集光光学系20及び瞳面の配置を例示した斜視図である。瞳面上の位置と試料50への光の入射角と入射方位との関係を例示した図である。瞳上の中心付近には、試料50に垂直に入射した光が到達する。一方、試料50の周辺付近には、試料50に大きな入射角で入射した光が到達する。エリプソメトリ計測においては、後者の斜入射の光がより重要である。特に、入射角が60°~75°にあるブリュースター角付近の照明光L1を用いたエリプソメトリ計測は、最も感度が高い。また、このような入射角の照明光L1は、入射角度依存性と入射方位依存性も大きいため、高い分解能で計測することができる。
Here, we consider the importance of the pupil in ellipsometry measurement. FIG. 11 is a perspective view illustrating the arrangement of the illumination
図12は、実施形態1に係る瞳面上の位置と、試料50への光の入射角及び入射方位との関係を例示した図である。一般的な対物レンズ17のNAの上限であるNA=0.95は、入射角72°に対応し、ブリュースター角をほぼ含んでいる。NA=0.7は、入射角45°に対応する。本実施形態のエリプソメータ1は、瞳上において、より重要な周辺付近に密な干渉縞を形成することができる。したがって、例えば、半導体製造における高精度な計測において、非常に大きな優位性がある。
Figure 12 is a diagram illustrating the relationship between the position on the pupil plane and the angle and direction of incidence of light on the
このように、本実施形態のエリプソメータ1は、異なる2つの偏光光から形成される同心円状の干渉縞からΨ及びΔを算出するという特徴的な測定原理を有している。そして、特に、広帯域の光源と分光器を組み合わせて分光エリプソメトリ測定を行う場合には、瞳上の分解能を向上させ、光量を増加させることができるので、測定時間の短縮が期待される。よって、測定精度を向上させ、スループットを向上させることができる。
In this way, the
(変形例)
次に、実施形態1の変形例を説明する。本変形例は、上述したエリプソメータ1を半導体装置の検査装置に適用した例である。図13は、実施形態1の変形例に係る半導体装置の検査装置を例示した構成図である。図13に示すように、検査装置1Aは、エリプソメータ1、基台80、アイソレータ81、光学定盤82、ステージ83、ウェハホルダ84、フレーム85、環境チャンバー86、温度コントローラユニット87、基板自動搬送装置88を備えている。エリプソメータ1は、光源11、分光器12、照明光学系10、集光光学系20、偏光光学素子部30、受光光学系40を有している。
(Modification)
Next, a modified example of the first embodiment will be described. This modified example is an example in which the above-mentioned
基台80は、土台となる台である。基台80上に設けられたアイソレータ81は、床面からの振動を除振する。光学定盤82は、アイソレータ81上に設けられている。ステージ83及びフレーム85は、光学定盤82上に配置されている。ステージ83は、ウェハホルダ84に取り付けられたSiウェハ等の試料50を載置される。フレーム85は、光学系を固定する。環境チャンバー86は、エリプソメータ1のいくつかの部材、基台80、アイソレータ81、光学定盤82、ステージ83、ウェハホルダ84、フレーム85等を外部環境から隔離する。温度コントローラユニット87は、環境チャンバー86内を所定の温度に維持する。基板自動搬送装置88は、試料50を搬送する。
The
エリプソメータ1の解析装置43は、カメラ等の画像検出器42からの画像を取り込んで、エリプソメトリ計測の処理を行う。解析装置43は、コンピュータ等の制御部91、画像検出器42からの画像を取り込んで処理をするグラバーボード92、試料50を搭載するステージ83を制御するステージコントローラー93、及び、光源11、分光器12を制御するための光源・分光器コントローラー94を含んでもよい。
The
本変形例の半導体装置の検査装置1Aは、前述のエリプソメータ1を備えている。よって、半導体装置の検査における計測制度を向上させ、スループットを向上させることができる。例えば、半導体製造工程におけるCD計測とOverlay評価において、これまで1ウェハ内で数点の測定であったものを、ウェハ上のショット(Shot)内、チップ(Chip)内、メモリーセル(Memory-cell)内の分布評価まで行うことができる。これにより、半導体装置の製造の歩留まりと生産性向上に貢献し、半導体装置のコスト低減にも繋がる。これ以外の構成及び効果は、実施形態1の記載に含まれている。
The semiconductor
(実施形態2)
次に、実施形態2に係るエリプソメータを説明する。本実施形態のエリプソメータは、円偏光を含む照明光L1を用いる。図14は、実施形態2に係るエリプソメータを例示した構成図である。図14に示すように、本実施形態のエリプソメータ2は、偏光子部15の代わりに、偏光子部18を有している。偏光子部18は、照明光L1の光軸を中心にして左回転及び右回転のいずれかに回転する円偏光を生成する円偏光子を含む。円偏光子は、直線偏光子H1及びλ/4波長板H3を含む。
(Embodiment 2)
Next, an ellipsometer according to the second embodiment will be described. The ellipsometer of this embodiment uses illumination light L1 including circularly polarized light. FIG. 14 is a configuration diagram illustrating an ellipsometer according to the second embodiment. As shown in FIG. 14, the
また、本実施形態のエリプソメータ2は、検光子部41の代わりに、検光子部44を有している。検光子部44は、左回転及び右回転のいずれかに回転する円偏光成分を透過させる円偏光子を含む。円偏光子は、直線偏光子H2及びλ/4波長板H4を含む。
In addition, the
さらに、本実施形態のエリプソメータ2は、偏光光学素子部30の代わりに、偏光光学素子部31を有している。偏光光学素子部31は、複屈折結晶F1を含む。複屈折結晶F1は、集光光学系20において、反射光R1が集光または拡散する位置に配置されている。例えば、複屈折結晶F1は、リレーレンズ21とリレーレンズ22との間において、反射光R1が拡散する位置に配置されている。複屈折結晶F1は、平行平板形状を有する。よって、複屈折結晶F1は、平行な2つの板面を有している。複屈折結晶F1は、1軸性の複屈折結晶である。複屈折結晶F1の結晶光学軸は、板面に直交する方向に配置されている。複屈折結晶F1は、板面を光軸に直交するように配置されている。よって、複屈折結晶F1の結晶光学軸は、集光光学系20の光軸Cに平行である。複屈折結晶F1は、例えば、材料として、αBBOを含む。なお、複屈折結晶F1は、水晶、フッ化マグネシウム、サファイア、方解石のいずれかを含んでもよい。
Furthermore, the
本実施形態のエリプソメータ2において、照明レンズ14によって平行光に変換された照明光L1は、直線偏光子H1を透過し、直線偏光を含むようになる。その後、直線偏光を含む照明光L1は、λ/4波長板H3を透過することにより円偏光を含む照明光L1となる。なお、照明光L1は、楕円偏光を含んでもよい。
In the
照明光L1は、ビームスプリッタ16を介して、対物レンズ17を透過する。これにより、対物レンズ17のNA内のあらゆる角度とあらゆる方位から試料50を照明する。この場合の対物レンズ17のNAは、試料50のブリュースター角を含む値以上あることが望ましい。
The illumination light L1 passes through the
試料50で反射した反射光R1は、Radial偏光及びAzimuth偏光を含む。反射光R1は、対物レンズ17の瞳位置23を通過する。瞳位置23と共役な瞳共役位置24は、リレーレンズ21及び22によって、画像検出器42上に結像する。
The reflected light R1 reflected by the
図15は、実施形態2に係るエリプソメータ2において、画像検出器42上で干渉した反射光R1の干渉縞、Radial偏光及びAzimuth偏光を例示した図である。図15に示すように、反射光R1に含まれたRadial偏光及びAzimuth偏光が複屈折結晶F1を透過した際の作用を考える。まず、Azimuth偏光は、常に、複屈折結晶F1の結晶光学軸に垂直である。よって、Azimuth偏光は、常光である。一方、Radial偏光は、光軸C以外では、偏光方向が光軸Cに対して傾いている。このため、複屈折結晶F1の結晶光学軸と電場とが平行となる異常光を含む。
Figure 15 is a diagram illustrating the interference fringes, radial polarization, and azimuth polarization of the reflected light R1 that interfere on the
図16は、実施形態2に係る偏光光学素子部31を例示した図である。図16においては、Radial偏光及びAzimuth偏光の伝播状態を説明するために、検光子部44の直線偏光子H2及びλ/4波長板H4を省いている。図16に示すように、本実施形態の偏光光学素子部31において、複屈折結晶F1を透過するRadial偏光及びAzimuth偏光は、屈折率の違いにより、進行方向と位相が相対的に異なる。すなわち、異常光を含むRadial偏光は、常光を含むAzimuth偏光よりも光軸Cから離れる方向に拡がって進む。一方、複屈折結晶F1を透過後は、Radial偏光及びAzimuth偏光は、互いに平行にシフトして進行する。
Figure 16 is a diagram illustrating a polarizing
そして、リレーレンズ22を透過後には、Radial偏光及びAzimuth偏光は、画像検出器42上(瞳上)の同じ点に再び戻る。ここで、注意が必要なのは、2つの偏光の位相差もそれぞれ異なる量だけ遅延している。光軸C上ではRadial偏光及びAzimuth偏光は同じ位相であるが、画像検出器42上(瞳上)の周辺部にいくにつれて位相が異なる。
After passing through the
画像検出器42とリレーレンズ22との間には、λ/4波長板H4及び直線偏光子H2を含む検光子部44が配置されている。検光子部44は、Radial偏光及びAzimuth偏光の共通の偏光成分のみを透過させる。これにより、検光子部44を透過したRadial偏光及びAzimuth偏光は可干渉となり、画像検出器42上に同心円状の干渉縞を形成する。ここで、Radial偏光は、例えば、半導体ウェハ等の試料50上で、P偏光に対応し、Azimuth偏光は、試料50上でS偏光に対応する。よって、本実施形態のエリプソメータ2は、全方位にわたってP偏光とS偏光に対するエリプソメトリ計測を可能とする構成であり、対称性により計測対象の構造に依存せずに高感度な計測をすることができる。これ以外の構成及び効果は、実施形態1及び変形例の記載に含まれている。
Between the
(実施形態3)
次に、実施形態3に係るエリプソメータを説明する。前述の実施形態2において、Radial偏光及びAzimuth偏光の光路長差が0の位置は、集光光学系20の光軸C上である。これに対して、本実施形態では、Radial偏光及びAzimuth偏光の光路長差が0の位置を、瞳上でより周辺に配置させる。これにより、干渉縞の縞本数を密にして計測することができる。
(Embodiment 3)
Next, an ellipsometer according to
図17は、実施形態3に係るエリプソメータを例示した構成図である。図17に示すように、本実施形態のエリプソメータ3は、偏光光学素子部31の代わりに、偏光光学素子部32を有している。偏光光学素子部32は、複屈折結晶F1の他に複屈折結晶F2を含んでいる。複屈折結晶F2は、リレーレンズ22と検光子部44との間に配置されている。複屈折結晶F2は、入射面及び出射面を有する板状であるが、入射面が凹の円錐形状及び出射面が凸の円錐形状を有している。複屈折結晶F2は、いわば、両面アキシコンレンズ形状を有している。複屈折結晶F2は、一軸性複屈折結晶を含む。複屈折結晶F2の結晶光学軸は、集光光学系20の光軸Cに平行である。
Figure 17 is a configuration diagram illustrating an ellipsometer according to the third embodiment. As shown in Figure 17, the
複屈折結晶F2は、複屈折性が複屈折結晶F1と反対となっている。具体的には、複屈折結晶F1及び複屈折結晶F2は、常光の屈折率n0(以下、n0で示す。)<異常光の屈折率ne(以下、neで示す。)、及び、n0>neの相互に反対の複屈折性を有する。例えば、複屈折結晶F1が負結晶(n0>ne)であれば、複屈折結晶F2は、正結晶(n0<ne)である。複屈折結晶F1が正結晶(n0<ne)であれば、複屈折結晶F2は、負結晶(n0>ne)である。 The birefringent crystal F2 has a birefringence opposite to that of the birefringent crystal F1. Specifically, the birefringent crystal F1 and the birefringent crystal F2 have mutually opposite birefringence, that is, the refractive index of ordinary light n 0 (hereinafter referred to as n 0 )<the refractive index of extraordinary light n e (hereinafter referred to as n e ), and n 0 >n e . For example, if the birefringent crystal F1 is a negative crystal (n 0 >n e ), the birefringent crystal F2 is a positive crystal (n 0 <n e ). If the birefringent crystal F1 is a positive crystal (n 0 <n e ), the birefringent crystal F2 is a negative crystal (n 0 >n e ).
図18は、実施形態3に係るエリプソメータ3において、画像検出器42上で干渉した反射光の干渉縞、Radial偏光及びAzimuth偏光を例示した図である。図19は、実施形態3に係る偏光光学素子部32を例示した図である。図18及び図19に示すように、複屈折結晶F1に複屈折結晶F2を加えることにより、画像検出器42上において、Radial偏光及びAzimuth偏光の光路長差0の位置を、光軸Cよりも外側の位置に移動させることができる。なお、図19では、Radial偏光及びAzimuth偏光の伝播状態を説明するために、検光子部44の直線偏光子H2及びλ/4波長板H4を省いている。
Figure 18 is a diagram illustrating the interference fringes of the reflected light, radial polarization, and azimuth polarization that have interfered on the
(変形例1~4)
次に、実施形態3の変形例1~4を説明する。図20~図23は、実施形態3の変形例1~4に係る偏光光学素子部33~36を例示した図である。図20~図23に示すように、偏光光学素子部33~36が偏光光学素子部32と異なる構成を取った場合でも、偏光光学素子部32と同様の原理により、Radial偏光及びAzimuth偏光の同心円状の干渉縞を画像検出器42上に形成することができる。
(
Next, modified examples 1 to 4 of
図20に示すように、変形例1の偏光光学素子部33は、複屈折結晶F1及び複屈折結晶F3を含んでいる。具体的には、変形例1の偏光光学素子部33は、実施形態3の偏光光学素子部32の構成において、複屈折結晶F2を省くとともに、複屈折結晶F1とリレーレンズ22との間に複屈折結晶F3を配置させている。よって、複屈折結晶F3は、集光光学系20の反射光R1が集光または拡散している領域に配置されている。複屈折結晶F3は、平行平板形状の1軸性の複屈折結晶を含む。複屈折結晶F3は、平行な2つの板面を有する。複屈折結晶F3の結晶光学軸は、板面に直交している。複屈折結晶F3は、板面を集光光学系20の光軸Cに直交させるように配置されている。複屈折結晶F3の結晶光学軸は、光軸Cに平行である。
20, the polarizing
複屈折結晶F3は、複屈折性が複屈折結晶F1と反対となっている。具体的には、複屈折結晶F1及び複屈折結晶F3は、n0<ne及びn0>neの相互に反対の複屈折性を有する。例えば、複屈折結晶F1が負結晶(n0>ne)であれば、複屈折結晶F3は、正結晶(n0<ne)である。複屈折結晶F1が正結晶(n0<ne)であれば、複屈折結晶F3は、負結晶(n0>ne)である。 The birefringent crystal F3 has a birefringence opposite to that of the birefringent crystal F1. Specifically, the birefringent crystal F1 and the birefringent crystal F3 have mutually opposite birefringences of n 0 <n e and n 0 >n e . For example, if the birefringent crystal F1 is a negative crystal (n 0 >n e ), the birefringent crystal F3 is a positive crystal (n 0 <n e ). If the birefringent crystal F1 is a positive crystal (n 0 <n e ), the birefringent crystal F3 is a negative crystal (n 0 >n e ).
図21に示すように、変形例2の偏光光学素子部34は、両面アキシコンレンズ形状の複屈折結晶F2及びメニスカスレンズ形状の複屈折結晶F4を含んでいる。具体的には、変形例2の偏光光学素子部34は、実施形態3の偏光光学素子部32の構成において、複屈折結晶F1の代わりに、リレーレンズ21とリレーレンズ22との間に配置された複屈折結晶F4を含んでいる。よって、複屈折結晶F4は、集光光学系20の反射光R1が集光または拡散している領域に配置されている。複屈折結晶F4は、入射面及び出射面を有している。複屈折結晶F4は、入射面が凹面の球面形状及び出射面が凸面の球面形状を有する。複屈折結晶F4は、1軸性の複屈折結晶を含む。複屈折結晶F4の結晶光学軸は、集光光学系20の光軸Cに平行となるように配置されている。
21, the polarizing
複屈折結晶F4は、複屈折性が複屈折結晶F2と反対となっている。具体的には、複屈折結晶F2及び複屈折結晶F4は、n0<ne及びn0>neの相互に反対の複屈折性を有する。例えば、複屈折結晶F2が負結晶(n0>ne)であれば、複屈折結晶F4は、正結晶(n0<ne)である。複屈折結晶F2が正結晶(n0<ne)であれば、複屈折結晶F4は、負結晶(n0>ne)である。 The birefringent crystal F4 has a birefringence opposite to that of the birefringent crystal F2. Specifically, the birefringent crystal F2 and the birefringent crystal F4 have mutually opposite birefringences of n 0 <n e and n 0 >n e . For example, if the birefringent crystal F2 is a negative crystal (n 0 >n e ), the birefringent crystal F4 is a positive crystal (n 0 <n e ). If the birefringent crystal F2 is a positive crystal (n 0 <n e ), the birefringent crystal F4 is a negative crystal (n 0 >n e ).
図22に示すように、変形例3の偏光光学素子部35は、複屈折結晶F1、複屈折結晶F5、アキシコンレンズ25及び26を含んでいる。具体的には、変形例3の偏光光学素子部35は、実施形態3の構成において、両面アキシコンレンズ形状の複屈折結晶F2の代わりに、凹凸のアキシコンレンズ25及び26で、平行平板状の複屈折結晶F5を挟んだ構成となっている。複屈折結晶F5は、平行平板形状の1軸性の複屈折結晶を含む。複屈折結晶F5は、平行な2つの板面を有している。複屈折結晶F5の結晶光学軸は、板面に直交している。複屈折結晶F5は、板面を集光光学系20の光軸Cに直交させるように配置されている。複屈折結晶F5の結晶光学軸は、光軸Cに平行である。
As shown in FIG. 22, the polarizing
アキシコンレンズ25は、リレーレンズ22と複屈折結晶F5との間に配置されている。よって、アキシコンレンズ25は、複屈折結晶F5の入射面側に配置されている。アキシコンレンズ25は、材料として、例えば、ガラスを含む。アキシコンレンズ25は、入射面が凹の円錐形状及び出射面が平面形状を有する。
The axicon lens 25 is disposed between the
アキシコンレンズ26は、複屈折結晶F5と検光子部44との間に配置されている。よって、アキシコンレンズ26は、複屈折結晶F5の出射面側に配置されている。アキシコンレンズ26は、材料として、例えば、ガラスを含む。アキシコンレンズ26は、入射面が平面形状及び出射面が凸の円錐形状を有する。
The
複屈折結晶F5は、複屈折性が複屈折結晶F1と反対となっている。具体的には、複屈折結晶F1及び複屈折結晶F5は、n0<ne及びn0>neの相互に反対の複屈折性を有する。例えば、複屈折結晶F1が負結晶(n0>ne)であれば、複屈折結晶F5は、正結晶(n0<ne)である。複屈折結晶F1が正結晶(n0<ne)であれば、複屈折結晶F5は、負結晶(n0>ne)である。 The birefringent crystal F5 has a birefringence opposite to that of the birefringent crystal F1. Specifically, the birefringent crystal F1 and the birefringent crystal F5 have mutually opposite birefringences of n 0 <n e and n 0 >n e . For example, if the birefringent crystal F1 is a negative crystal (n 0 >n e ), the birefringent crystal F5 is a positive crystal (n 0 <n e ). If the birefringent crystal F1 is a positive crystal (n 0 <n e ), the birefringent crystal F5 is a negative crystal (n 0 >n e ).
図23に示すように、変形例4の偏光光学素子部36は、複屈折結晶F2、複屈折結晶F6及び複屈折結晶F7を含んでいる。具体的には、変形例4の偏光光学素子部36は、実施形態3の構成において、複屈折結晶F1の代わりに、複屈折結晶F6及び複屈折結晶F7を含んでいる。よって、複屈折結晶F6及び複屈折結晶F7は、集光光学系20の反射光R1が集光または拡散している領域に配置されている。複屈折結晶F6及び複屈折結晶F7は、平行平板形状の1軸性の複屈折結晶を含む。複屈折結晶F6及び複屈折結晶F7は、それぞれ、平行な2つの板面を有している。複屈折結晶F6の結晶光学軸及び複屈折結晶F7の結晶光学軸は、板面に平行である。複屈折結晶F6及び複屈折結晶F7は、板面を集光光学系20の光軸Cに直交させるように配置されている。複屈折結晶F6の結晶光学軸及び複屈折結晶F7の結晶光学軸は、集光光学系20の光軸Cに直交し、かつ、相互に直交する。
23, the polarizing
複屈折結晶F6及び複屈折結晶F7は、複屈折性が複屈折結晶F2と反対となっている。具体的には、複屈折結晶F6及び複屈折結晶F7と、複屈折結晶F2とは、n0<ne及びn0>neの相互に反対の複屈折性を有する。例えば、複屈折結晶F6及び複屈折結晶F7が負結晶(n0>ne)であれば、複屈折結晶F2は、正結晶(n0<ne)である。複屈折結晶F6及び複屈折結晶F7が正結晶(n0<ne)であれば、複屈折結晶F2は、負結晶(n0>ne)である。このように、実施形態3及び変形例1~4において、偏光光学素子部32~36は、n0<ne、及び、n0>neの相互に反対の複屈折性を有する複屈折結晶を含む。これ以外の構成及び効果は、実施形態1~2及び変形例の記載に含まれている。
The birefringent crystal F6 and the birefringent crystal F7 have birefringence opposite to that of the birefringent crystal F2. Specifically, the birefringent crystal F6 and the birefringent crystal F7 and the birefringent crystal F2 have birefringence opposite to each other, n 0 <n e and n 0 >n e . For example, if the birefringent crystal F6 and the birefringent crystal F7 are negative crystals (n 0 >n e ), the birefringent crystal F2 is a positive crystal (n 0 <n e ). If the birefringent crystal F6 and the birefringent crystal F7 are positive crystals (n 0 <n e ), the birefringent crystal F2 is a negative crystal (n 0 >n e ). Thus, in the third embodiment and the first to fourth modifications, the polarizing
(実施形態4)
次に、実施形態4に係るエリプソメータを説明する。図24は、実施形態4に係るエリプソメータを例示した構成図である。図24に示すように、エリプソメータ4において、偏光子部15は、直線偏光子H1を含み、検光子部41は、直線偏光子H2を含む。偏光光学素子部37は、ノマルスキープリズム131及び132を含む。偏光光学素子部37は、n0<neである正の複屈折性を有する1軸性複屈折結晶と、n0>neである負の複屈折性を有する1軸性複屈折結晶とを含むノマルスキープリズム131と、正の複屈折性を有する1軸性複屈折結晶と、負の複屈折性を有する1軸性複屈折結晶とを含むノマルスキープリズム132とを含む。よって、偏光光学素子部37は、直線偏光を含む照明光L1が試料50の測定面で反射した反射光R1を、互いに直交する直線偏光方向の2つの直線偏光成分に分離する。検光子部41は、各偏光方向と異なる方向における2つの直線偏光成分を透過させて干渉させ、干渉縞を形成させる。画像検出器42は、干渉縞を検出する。解析装置43は、検出した干渉縞からエリプソメトリ係数Ψ及びΔを算出する。
(Embodiment 4)
Next, an ellipsometer according to the fourth embodiment will be described. FIG. 24 is a configuration diagram illustrating an ellipsometer according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 24, in the
図25は、実施形態4に係るエリプソメータ4において、画像検出器42上で干渉した反射光R1の干渉縞、X偏光及びY偏光を例示した図である。図25には、比較例のエリプソメータ101における画像検出器142上で干渉した反射光R1の干渉縞も示している。本実施形態のエリプソメータ4は、実施形態1~3と異なり、X偏光とY偏光の干渉縞を瞳上で1次元状に縦縞に形成させる。ただし、2種類以上の複屈折性の異なる結晶を用いることで、2つの偏光の分離角を波長ごとに変える。より具体的には、ノマルスキープリズム131及び132は、画像検出器42の直前での2つの偏光の分離角度が、長波長側が大きく、短波長で小さくなるように配置されている。よって、本実施形態では、色消しノマルスキープリズム132を含むことで、比較例に比べて、X軸方向の両端のコントラストの低下を抑制することができる。このようにすることで、干渉縞の間隔の波長の違いによる変化を小さくする。よって、広帯域の光源を用いた計測でも、これまでの方法よりも干渉縞の間隔を狭めたり、波長幅を広げたりすることが可能となる。
25 is a diagram illustrating the interference fringes of the reflected light R1 that interferes on the
図26は、複屈折結晶の各材料における複屈折性の波長依存性を例示したグラフであり、横軸は波長を示し、縦軸は、複屈折性を示す。図26では、(n0-ne)/{(n0+ne)/2}の値を、波長が400nmの場合に1となるように規格化し、αBBO、水晶(Quartz)、フッ化マグネシウム(MgF2)、サファイア(Al2O3)、方解石(Calcit)の各材料でノマルスキープリズムを作成した場合の偏光分離角の波長依存性を表している。図26に示すように、フッ化マグネシウムが比較的偏光分離角の波長依存性が小さく、方解石が偏光分離角の波長依存性が大きい。干渉縞の縞ピッチが照明光の複数の波長において同じ値となる。 Fig. 26 is a graph illustrating the wavelength dependency of birefringence in each material of birefringent crystal, where the horizontal axis indicates wavelength and the vertical axis indicates birefringence. In Fig. 26, the value of (n 0 -n e )/{(n 0 +n e )/2} is normalized to 1 when the wavelength is 400 nm, and the wavelength dependency of the polarization separation angle is shown when a Nomarski prism is made of each material of αBBO, quartz, magnesium fluoride (MgF 2 ), sapphire (Al 2 O 3 ), and calcite (Calcit). As shown in Fig. 26, magnesium fluoride has a relatively small wavelength dependency of the polarization separation angle, and calcite has a large wavelength dependency of the polarization separation angle. The fringe pitch of the interference fringes is the same value for multiple wavelengths of illumination light.
図27は、実施形態4に係る偏光光学素子部37を例示した図である。図27に示すように、ノマルスキープリズム132を方解石とし、ノマルスキープリズム131をフッ化マグネシウムとすれば、画像検出器42直前の偏光分離角は、長波長側で大きく、短波長側で小さくなる。このように設計することで、干渉縞の間隔の波長依存性を小さくすることが可能となる。これ以外の構成及び効果は実施形態1~3及び変形例の記載に含まれている。
Figure 27 is a diagram illustrating the polarizing
本発明は、上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施形態1~4及び各変形例の各構成は、相互に組み合わせることができる。また、実施形態1~4及び各変形例のエリプソメータを備えた半導体装置の検査装置も、本実施形態の技術的思想に含まれる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, the configurations of
1、2、3、4 エリプソメータ
1A 検査装置
10 照明光学系
11 光源
12 分光器
13 ファイバー
14 照明レンズ
15、18 偏光子部
16 ビームスプリッタ
17 対物レンズ
20 集光光学系
21、22 リレーレンズ
23 瞳位置
24 瞳共役位置
25、26 アキシコンレンズ
30、31、32、33、34、35、36、37 偏光光学素子部
40 受光光学系
41、44 検光子部
42 画像検出器
43 解析装置
50 試料
80 基台
81 アイソレータ
82 光学定盤
83 ステージ
84 ウェハホルダ
85 フレーム
86 環境チャンバー
87 温度コントローラユニット
88 基板自動搬送装置
91 制御部
92 グラバーボード
93 ステージコントローラー
94 光源・分光器コントローラー
101 エリプソメータ
110 照明光学系
111 光源
112 分光器
113 ファイバー
114 照明レンズ
115 偏光子
116 ビームスプリッタ
117 対物レンズ
120 集光光学系
121、122 リレーレンズ
130 偏光光学素子
131、132 ノマルスキープリズム
140 受光光学系
141 検光子
142 画像検出器
143 解析装置
C 光軸
H1、H2 直線偏光子
H3、H4 λ/4波長板
F1、F2 複屈折結晶
L1 照明光
R1 反射光
W10、W20 ウォラストンレンズ
Claims (20)
前記2つの偏光成分を、各前記偏光方向と異なる方向の成分を透過させて干渉させ、同心円状の干渉縞を形成させる検光子部と、
前記干渉縞を検出する画像検出器と、
検出した前記干渉縞からエリプソメトリ係数Ψ及びΔを算出する解析装置と、
を備えたエリプソメータ。 a polarizing optical element unit that separates two polarized components having mutually orthogonal polarization directions of reflected light, which is obtained by reflecting illumination light including at least one of linearly polarized light, circularly polarized light, and elliptically polarized light off a measurement surface of a sample, into radial directions centered on an optical axis of an optical system of the reflected light;
an analyzer unit that transmits components of the two polarized components in directions different from the polarization directions of the two polarized components, thereby causing interference and forming concentric interference fringes;
an image detector for detecting the interference fringes;
an analyzer for calculating ellipsometry coefficients Ψ and Δ from the detected interference fringes;
An ellipsometer equipped with
前記光源から生成された前記照明光が入射され、前記直線偏光、前記円偏光及び前記楕円偏光の少なくともいずれかを含む前記照明光を透過させる偏光子部と、
前記照明光を透過させるとともに、前記照明光が前記試料の前記測定面で反射した前記反射光を透過させる対物レンズと、
前記対物レンズの射出瞳を前記画像検出器上に結像させる集光光学系と、
をさらに備えた請求項1に記載のエリプソメータ。 A light source that generates the illumination light;
a polarizer unit to which the illumination light generated by the light source is incident and which transmits the illumination light including at least one of the linearly polarized light, the circularly polarized light, and the elliptically polarized light;
an objective lens that transmits the illumination light and transmits the reflected light that is reflected by the measurement surface of the sample from the illumination light;
a focusing optical system for imaging an exit pupil of the objective lens onto the image detector;
10. The ellipsometer of claim 1 further comprising:
前記検光子部は、所定の方向の直線偏光成分を透過させる直線偏光子を含む、
請求項2に記載のエリプソメータ。 The polarizer unit includes a linear polarizer that generates linearly polarized light,
The analyzer unit includes a linear polarizer that transmits a linearly polarized component in a predetermined direction.
3. The ellipsometer of claim 2.
前記検光子部は、前記左回転及び前記右回転のいずれかに回転する円偏光成分を透過させる円偏光子を含む、
請求項2に記載のエリプソメータ。 the polarizer unit includes a circular polarizer that generates circularly polarized light that rotates left or right around an optical axis of the illumination light,
The analyzer unit includes a circular polarizer that transmits a circularly polarized component that rotates either left or right.
3. The ellipsometer of claim 2.
請求項4に記載のエリプソメータ。 Each of the circular polarizers includes a linear polarizer and a λ/4 wave plate.
5. The ellipsometer of claim 4.
前記ウォラストンレンズは、相互に嵌合する球面形状を有する2個の1軸性複屈折結晶を含み、
各前記1軸性複屈折結晶の結晶光学軸は、前記光学系の前記光軸に直交し、かつ、相互に直交する、
請求項3に記載のエリプソメータ。 the polarizing optical element portion includes a Wollaston lens,
The Wollaston lens includes two uniaxial birefringent crystals having interdigitated spherical shapes;
The crystal optical axis of each of the uniaxial birefringent crystals is perpendicular to the optical axis of the optical system and perpendicular to each other.
4. The ellipsometer of claim 3.
前記偏光光学素子部及び前記検光子部を透過した前記反射光の前記2つの偏光成分は、前記画像検出器上の同一点で検出される、
請求項6に記載のエリプソメータ。 The polarizing optical element portion further includes another Wollaston lens,
the two polarized components of the reflected light transmitted through the polarizing optical element unit and the analyzer unit are detected at the same point on the image detector;
7. The ellipsometer of claim 6.
前記第1の複屈折結晶は、1軸性の複屈折結晶であり、
前記第1の複屈折結晶の結晶光学軸は、前記光学系の光軸に平行である、
請求項4または5に記載のエリプソメータ。 the polarization optical element unit includes a first birefringent crystal having a parallel plate shape arranged at a position in the optical system where the reflected light is condensed or diffused,
the first birefringent crystal is a uniaxial birefringent crystal,
The crystal optical axis of the first birefringent crystal is parallel to the optical axis of the optical system.
6. An ellipsometer according to claim 4 or 5.
前記光学系において前記反射光が集光または拡散する位置に配置された平行平板形状を有する第1の複屈折結晶と、
入射面が凹の円錐形状及び出射面が凸の円錐形状を有する第2の複屈折結晶と、
を含み、
前記第1の複屈折結晶及び前記第2の複屈折結晶は、1軸性の複屈折結晶であり、
前記第1の複屈折結晶の結晶光学軸及び前記第2の複屈折結晶の結晶光学軸は、前記光学系の光軸に平行である、
請求項4または5に記載のエリプソメータ。 The polarizing optical element unit is
a first birefringent crystal having a parallel plate shape arranged at a position in the optical system where the reflected light is focused or diffused;
a second birefringent crystal having a concave conical entrance surface and a convex conical exit surface;
Including,
the first birefringent crystal and the second birefringent crystal are uniaxial birefringent crystals,
a crystal optical axis of the first birefringent crystal and a crystal optical axis of the second birefringent crystal are parallel to an optical axis of the optical system;
6. An ellipsometer according to claim 4 or 5.
前記光学系において前記反射光が集光または拡散する位置に配置された平行平板形状を有する第1の複屈折結晶と、
前記光学系において前記反射光が集光または拡散する位置に配置された平行平板形状を有する第3の複屈折結晶と、
を含み、
前記第1の複屈折結晶及び前記第3の複屈折結晶は、1軸性の複屈折結晶であり、
前記第1の複屈折結晶の結晶光学軸及び前記第3の複屈折結晶の結晶光学軸は、前記光学系の光軸に平行である、
請求項4または5に記載のエリプソメータ。 The polarizing optical element unit is
a first birefringent crystal having a parallel plate shape arranged at a position in the optical system where the reflected light is focused or diffused;
a third birefringent crystal having a parallel plate shape arranged at a position in the optical system where the reflected light is focused or diffused;
Including,
the first birefringent crystal and the third birefringent crystal are uniaxial birefringent crystals,
a crystal optical axis of the first birefringent crystal and a crystal optical axis of the third birefringent crystal are parallel to an optical axis of the optical system;
6. An ellipsometer according to claim 4 or 5.
前記光学系において前記反射光が集光または拡散する位置に配置され、入射面が凹面の球面形状及び出射面が凸面の球面形状を有する第4の複屈折結晶と、
入射面が凹の円錐形状及び出射面が凸の円錐形状を有する第2の複屈折結晶と、
を含み、
前記第2の複屈折結晶及び前記第4の複屈折結晶は、1軸性の複屈折結晶であり、
前記第2の複屈折結晶の結晶光学軸及び前記第4の複屈折結晶の結晶光学軸は、前記光学系の光軸に平行である、
請求項4または5に記載のエリプソメータ。 The polarizing optical element unit is
a fourth birefringent crystal that is disposed in the optical system at a position where the reflected light is condensed or diffused, the fourth birefringent crystal having an incident surface that is a concave spherical shape and an exit surface that is a convex spherical shape;
a second birefringent crystal having a concave conical entrance surface and a convex conical exit surface;
Including,
the second birefringent crystal and the fourth birefringent crystal are uniaxial birefringent crystals,
a crystal optical axis of the second birefringent crystal and a crystal optical axis of the fourth birefringent crystal are parallel to an optical axis of the optical system;
6. An ellipsometer according to claim 4 or 5.
前記光学系において前記反射光が集光または拡散する位置に配置された平行平板形状を有する第1の複屈折結晶と、
前記平行平板形状を有する第5の複屈折結晶と、
前記第5の複屈折結晶の入射面側に配置され、入射面が凹の円錐形状及び出射面が平面形状を有する第1のガラス基板と、
前記第5の複屈折結晶の出射面側に配置され、入射面が平面形状及び出射面が凸の円錐形状を有する第2のガラス基板と、
を含み、
前記第1の複屈折結晶及び前記第5の複屈折結晶は、1軸性の複屈折結晶であり、
前記第1の複屈折結晶の結晶光学軸及び前記第5の複屈折結晶の結晶光学軸は、前記光学系の光軸に平行である、
請求項4または5に記載のエリプソメータ。 The polarizing optical element unit is
a first birefringent crystal having a parallel plate shape arranged at a position in the optical system where the reflected light is focused or diffused;
a fifth birefringent crystal having the parallel plate shape;
a first glass substrate disposed on the incident surface side of the fifth birefringent crystal, the first glass substrate having an incident surface in a concave conical shape and an exit surface in a planar shape;
a second glass substrate disposed on the exit surface side of the fifth birefringent crystal, the second glass substrate having an entrance surface in a planar shape and an exit surface in a convex cone shape;
Including,
the first birefringent crystal and the fifth birefringent crystal are uniaxial birefringent crystals,
The crystal optical axis of the first birefringent crystal and the crystal optical axis of the fifth birefringent crystal are parallel to the optical axis of the optical system.
6. An ellipsometer according to claim 4 or 5.
前記光学系において前記反射光が集光または拡散する位置に配置された平行平板形状を有する第6の複屈折結晶と、
前記光学系において前記反射光が集光または拡散する位置に配置された平行平板形状を有する第7の複屈折結晶と、
入射面が凹の円錐形状及び出射面が凸の円錐形状を有する第2の複屈折結晶と、
を含み、
前記第2の複屈折結晶、前記第6の複屈折結晶及び前記第7の複屈折結晶は、1軸性の複屈折結晶であり、
前記第2の複屈折結晶の結晶光学軸は、前記光学系の光軸に平行であり、
前記第6の複屈折結晶の結晶光学軸及び前記第7の複屈折結晶の結晶光学軸は、前記光学系の前記光軸に直交し、かつ、相互に直交する、
請求項4または5に記載のエリプソメータ。 The polarizing optical element unit is
a sixth birefringent crystal having a parallel plate shape and arranged at a position in the optical system where the reflected light is focused or diffused;
a seventh birefringent crystal having a parallel plate shape and arranged at a position in the optical system where the reflected light is focused or diffused;
a second birefringent crystal having a concave conical entrance surface and a convex conical exit surface;
Including,
the second birefringent crystal, the sixth birefringent crystal, and the seventh birefringent crystal are uniaxial birefringent crystals;
a crystal optical axis of the second birefringent crystal is parallel to an optical axis of the optical system;
The crystal optical axis of the sixth birefringent crystal and the crystal optical axis of the seventh birefringent crystal are perpendicular to the optical axis of the optical system and perpendicular to each other.
6. An ellipsometer according to claim 4 or 5.
請求項9~13のいずれか1項に記載のエリプソメータ。 The polarization optical element unit includes the birefringent crystal having mutually opposite birefringence, that is, a refractive index n 0 of ordinary light is smaller than a refractive index n e of extraordinary light, and a refractive index n 0 of ordinary light is larger than a refractive index n e of extraordinary light.
The ellipsometer according to any one of claims 9 to 13.
各前記偏光方向と異なる方向における前記2つの直線偏光成分を透過させて干渉させ、干渉縞を形成させる検光子部と、
前記干渉縞を検出する画像検出器と、
検出した前記干渉縞からエリプソメトリ係数Ψ及びΔを算出する解析装置と、
を備え、
前記干渉縞の縞ピッチが前記照明光の複数の波長において同じ値となる、
エリプソメータ。 a polarization optical element unit that separates the reflected light, which is illumination light including linear polarization and is reflected by a measurement surface of a sample, into two linearly polarized components having polarization directions perpendicular to each other;
an analyzer unit that transmits the two linearly polarized components in directions different from the polarization directions, causes them to interfere with each other, and forms interference fringes;
an image detector for detecting the interference fringes;
an analyzer for calculating ellipsometry coefficients Ψ and Δ from the detected interference fringes;
Equipped with
the fringe pitch of the interference fringes is the same for a plurality of wavelengths of the illumination light;
Ellipsometer.
常光の屈折率n0<異常光の屈折率neである正の複屈折性を有する1軸性複屈折結晶と、常光の屈折率n0>異常光の屈折率neである負の複屈折性を有する1軸性複屈折結晶と、を含む第1のノマルスキープリズムと、
前記正の複屈折性を有する1軸性複屈折結晶と、前記負の複屈折性を有する1軸性複屈折結晶と、を含む第2のノマルスキープリズムと、
を含む、
請求項15に記載のエリプソメータ。 The polarizing optical element unit is
A first Nomarski prism including a uniaxial birefringent crystal having positive birefringence, where the refractive index of ordinary light is n0 < the refractive index of extraordinary light, n2 , and a uniaxial birefringent crystal having negative birefringence, where the refractive index of ordinary light is n0 > the refractive index of extraordinary light, n2,
a second Nomarski prism including the uniaxial birefringent crystal having the positive birefringence and the uniaxial birefringent crystal having the negative birefringence;
Including,
16. The ellipsometer of claim 15.
請求項16に記載のエリプソメータ。 the first Nomarski prism and the second Nomarski prism are arranged such that a separation angle of the two polarized lights immediately before the image detector is large on the long wavelength side and small on the short wavelength side;
17. The ellipsometer of claim 16.
請求項6~14、16~17のいずれか1項に記載のエリプソメータ。 The birefringent crystal includes any one of quartz, magnesium fluoride, sapphire, calcite, and αBBO;
The ellipsometer according to any one of claims 6 to 14 and 16 to 17.
前記同心円状の干渉縞を含む画像を、同心円の中心が座標原点となるように極座標に座標変換し、
前記極座標の動径及び偏角を軸とする2次元座標の平面上において2次元フーリエ変換し、
前記2次元フーリエ変換後の周波数空間像において、DC成分とAC成分とに分けてトリミングし、
トリミングした部分を逆フーリエ変換した結果を基にしてΨとΔを求める、
請求項1~14のいずれか1項に記載のエリプソメータ。 The analysis device includes:
The image including the concentric interference fringes is transformed into polar coordinates so that the center of the concentric circle becomes the coordinate origin;
A two-dimensional Fourier transform is performed on a two-dimensional coordinate plane having the radius and the deviation angle of the polar coordinates as axes;
In the frequency space image after the two-dimensional Fourier transform, a DC component and an AC component are separated and trimmed;
Ψ and Δ are calculated based on the results of the inverse Fourier transform of the trimmed area.
The ellipsometer according to any one of claims 1 to 14.
半導体装置の検査装置。 An ellipsometer comprising the ellipsometer according to any one of claims 1 to 19.
Inspection equipment for semiconductor devices.
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| US20130265576A1 (en) | 2010-07-19 | 2013-10-10 | Horiba Jobin Yvon Sas | Device and method for polarimetric measurement with microscopic resolution, polarimetry accessory for a microscope, ellipsomicroscope and ellipsometric contrast microscope |
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