(57)【要約】【課題】光学的に等方な半導体ウェハーや光学結晶中の残留ひずみや加工歪みにより生じる微少な複屈折を高速かつ高精度に評価測定することができる、半導体又は光学結晶製造分野において製品検査や評価に用いることが可能な装置を提供する。【解決手段】自動複屈折計に使用する回転偏光子と回転検光子をそれぞれ別のパルスモータにより制御し、それぞれを任意の偏光方位に設定することができる構成とし、さらにこれらを回転偏光子・回転検光子同期駆動回路により、同期運転することにより偏光方位を平行又は垂直に正確に保ちながら回転させ、回転偏光子の回転角度φの関数としての平行偏光方位透過光強度及び垂直偏光方位透過光強度をそれぞれ高速かつ高精度で測定できるようにする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部制御信号により任意の偏光方位に設定できる回転偏光子と、制御信号により任意の方位の偏光成分を検出できる回転検光子とを用いる自動複屈折計であって、
光源から出射する偏りの少ない光を、前記回転偏光子を通して、二軸微動テーブルに取り付けた平板状にした複屈折物質の任意の部分に照射して、その透過光を、前記回転検光子を通して、光検出器で測定する偏光透過光測定部と、
前記回転偏光子および前記回転検光子の偏光方位を設定し、平板状にした複屈折物質の照射部分を設定する二軸微動テーブルを制御して、光検出器からの電気出力信号を計測する制御・計測・表示・演算処理部とから構成され、複屈折物質の主振動方位と位相遅れを測定する自動複屈折計において、
第１のパルスモータにより回転角が制御される回転偏光子と、
第２のパルスモータにより回転角が制御される回転検光子と、
前記第１のパルスモータおよび前記第２のパルスモータを同期運転する回転偏光子・回転検光子同期駆動回路と
を備え、
前記回転偏光子・回転検光子同期駆動回路により、回転偏光子の第１のパルスモータと回転検光子の第２のパルスモータとを同期運転して、回転偏光子および回転検光子の偏光方位を平行または垂直に正確に保ちながら回転させ、平行偏光方位透過光強度および垂直偏光方位透過光強度のそれぞれを回転偏光子の回転角度φの関数として測定する
ことを特徴とする自動複屈折計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複屈折物質の主振動方位と位相遅れを精密に決定できる自動複屈折計に関するものであり、更に詳細には、平行偏光方位透過光強度および垂直偏光方位透過光強度のそれぞれを回転偏光子の回転角度φの関数として測定する自動複屈折計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学的に異方性のある物質は、複屈折を示す。また、光学的に等方な物質に応力などが加わることにより光学的に異方性を生じている物質についても、同様に複屈折を示す。複屈折は物質の構造や物質に加わっている応力など外場の影響を敏感に反映するので、複屈折の主振動方位と位相遅れを高い精度で測定することにより、物質の構造や性質を調べることができる。
【０００３】
このため、光学的に等方的な半導体ウェハーや光学結晶中の残留ひずみや加工歪みにより生じる微少な複屈折を高精度に測定することにより、物質の構造や性質を調べることができ、例えば、半導体ウェハーの製造分野においては、複屈折を調べることにより、きわめて有用な検査手段を与える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の複屈折の測定では、一般的に単色光源、偏光子、検光子、および光検出器が用いられ、主振動方位を決めた後に、位相遅れを決定するという、２ステップの操作により測定が行われていた。また、回転偏光子および回転検光子を用いた自動複屈折計においても、それぞれ別々に制御を行い、上記の測定の操作の手順を踏襲していた。
【０００５】
このため、複屈折の空間的二次元分布を測定する目的で、多点測定を行う場合には、従来技術によると極めて長い測定時間を要する。自動複屈折計を工業製品の検査の目的で使用するためには、できる限り短時間で検査を行うことが望ましい。本発明は、このような課題を解消するためになされたものであり、本発明の目的は、複屈折を高速かつ高精度に測定する手段を与え、上記検査を短時間で行うことができる自動複屈折計を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するため、本発明の自動複屈折計においては、回転偏光子４と回転検光子７をそれぞれ別のパルスモータにより制御し、それぞれを任意の偏光方位に設定することができるように構成すると共に、これら回転偏光子４と回転検光子７を回転偏光子・回転検光子同期駆動回路１１により、同期運転できるように構成する。これにより、偏光方位を平行または垂直に正確に保ちながら回転させ、回転偏光子４の回転角度φの関数として、平行偏光方位透過光強度Ｉｐおよび垂直偏光方位透過光強度Ｉｎをそれぞれ高速かつ精度良く測定できるようにしている。このため、複屈折の測定のための時間が短縮される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施する場合の形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の一実施例の自動複屈折計の構成を示すブロック図である。図１において、１は光源、２は分光器または干渉フィルタ、３はレンズ、４はパルスモータにより偏光方位を設定できる回転偏光子、５は平板状にした複屈折物質、６は二軸微動テーブル、７はパルスモータにより偏光方位を設定できる回転検光子、８はレンズ、９は光検出器、１０は制御・計測・表示・演算処理部、１１は回転偏光子および回転検光子のパルスモータの同期運転する制御を行う回転偏光子・回転検光子同期駆動回路である。
【０００８】
図１に示す自動複屈折計は、パルスモータの制御によって、外部制御信号により任意の偏光方位に設定できる回転偏光子と、制御信号により偏光方位を設定して任意の方位の偏光成分を検出できる回転検光子とを用いて、偏光方位を制御信号により設定して複屈折を測定する。
【０００９】
偏光透過光測定部において、光源から出射する偏りの少ない光を、回転偏光子を通して、二軸微動テーブルに取り付けた平板状にした複屈折物質の任意の部分に照射し、その透過光を、記回転検光子を通して、光検出器で測定する。このため、複屈折の測定操作のため機構として、二軸微動テーブル６と、制御・計測・表示・演算処理部１０と、回転偏光子・回転検光子同期駆動回路１１とを備えており、回転偏光子および回転検光子のそれぞれのパルスモータを制御することにより、回転偏光子および前記回転検光子の偏光方位を設定し、また、二軸微動テーブル６を制御して、平板状にした複屈折物質の照射部分を設定する。そして、制御・計測・表示・演算処理部１０において、光検出器９から検出された電気出力信号を計測する。このような構成の自動複屈折計により、複屈折物質の主振動方位と位相遅れを測定できる。
【００１０】
また、ここでは、回転偏光子・回転検光子同期駆動回路１１により、回転偏光子４のパルスモータと回転検光子７のパルスモータとを同期運転して、回転偏光子４および回転検光子７の偏光方位を平行または垂直に正確に保ちながら回転させ、光検出器９により、平行偏光方位透過光強度および垂直偏光方位透過光強度のそれぞれを回転偏光子の回転角度φの関数として測定する。なお、測定光を照射し、透過光を測定する場合においては、レンズ３またはレンズ８により、光を集光して、測定感度を高める。
【００１１】
動作の概略を説明すると、複屈折の空間的二次元分布の測定は、第１図に示すように、光源１と分光器または干渉フィルタ２からなる単色光源あるいはレーザまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）から出射する偏りの少ない光を、レンズ３で収束しながら、回転偏光子４を通して、二軸微動テーブル６に取り付けた平板状にした複屈折物質５の任意の部分に照射し、その透過光を、回転検光子７とレンズ８を通して、光検出器９で測定する偏光透過光測定部と、回転偏光子４および回転検光子７の偏光方位を任意に設定できる制御部、および複屈折物質５の照射部分を設定する二軸微動テーブルを制御し、さらに正確に同期運転することができる回転偏光子・回転検光子同期駆動回路１１，および複屈折物質５の照射部分を設定する二軸微動テーブルを制御し、光検出器９からの電気出力信号を計測できる制御・計測・表示・演算処理部１０から構成される自動複屈折計において、次に説明する方法を適用して、複屈折物質の表面状態と入射光源の強度と偏光特性に影響されずに、高い精度で行う。
【００１２】
図２は、回転偏光子・回転検光子同期駆動回路の構成を示すブロック図である。図２に示すように、回転偏光子・回転検光子同期駆動回路１１は、パルス信号源１２が共通となる二組のパルス発生回路１３および１４と、回転偏光子４および回転検光子７の現在の方位（偏向方位）を示す二組のカウンタ１５および１６と、これら二組のカウンタのカウント値を読み取り、適正なパルス発生を行うよう制御するパルス数演算制御回路１７から構成される。
【００１３】
また、図３は、複屈折の空間的二次元分布の測定フローチャートである。例えば、図３に示すような手順により、二軸微動テーブル６を動作させて、複屈折物質の位置を変更し、あらかじめ設定した測定点を１回ずつ、くまなく複屈折測定を行うことで、複屈折を自動で測定する。
【００１４】
次に、外部条件の影響を受けにくい複屈折の測定原理について説明する。第４図に示すように、自動複屈折計の基準方位ＯＸに対して、互いに直交する複屈折物質の主振動方位ＯＤ’とＯＤ”のうちの１つ、例えばＯＤ’が角度ψを、また回転偏光子４の偏光方位ＯＰが角度φをなしており、その回転偏光子４の偏光方位ＯＰに対して回転検光子７の偏光方位ＯＡが角度χをなしている系に、強度Ｉ０の光が入射する場合、その透過光の強度ＩＴは複屈折物質表面における反射率を考慮して、反射率をＲとすると、
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と表される。ここでψとδはそれぞれ測定しようとする平板状の複屈折物質の主振動方位と位相遅れである。この系において、回転偏光子４の偏光方位と回転検光子７の検出方位が平行の場合、χ＝０より式（Ａ）は、
（Ｂ）　Ｉｐ＝Ｉ０（１−Ｒ）２［１−ｓｉｎ２｛２（φ−ψ）｝ｓｉｎ２（δ／２）］
となる。ここで、Ｉｐは、回転偏光子４の偏光方位と回転検光子７の検出方位が平行の場合の透過光強度である。一方、回転偏光子４の偏光方位と回転検光子７の検出方位が垂直の場合、χ＝π／２より、式（Ａ）は、
（Ｃ）　Ｉｎ＝　Ｉ０（１−Ｒ）２ｓｉｎ２｛２（φ−ψ）｝ｓｉｎ２（δ／２）
となる。ここで、Ｉｎは、回転偏光子４の偏光方位と回転検光子７の検出方位が垂直の場合の透過光強度である。式（Ｂ）および式（Ｃ）より、
（Ｄ）　Ｉｎ／（Ｉｐ−Ｉｎ）＝ｓｉｎ２｛２（φ−ψ）｝　ｓｉｎ２（δ／２）
を得る。式（Ｄ）より、第５図に示すように、Ｉｎ／（Ｉｐ−Ｉｎ）の最大値がｓｉｎ２（δ／２）であり、最小値を与えるφが主振動方位ψである。また、式（Ｄ）は入射光強度Ｉ０および複屈折物質表面の反射率Ｒに依存しない。
【００１５】
すなわち、回転偏光子４の偏光方位と回転検光子７の検出方位が平行の場合のφの関数としての偏光透過光強度Ｉｐ、および垂直の場合のφの関数としての偏光透過光強度Ｉｎを測定することにより、複屈折物質の表面状態と入射光源の強度と偏光特性に影響されずに、複屈折物質の主振動方位ψと位相遅れδを精度良く求めることができる。
【００１６】
加えて、パルスモータの制御による回転偏光子と回転検光子の偏光方位に設定と、これらのパルスモータの同期運転を行うことにより、正確な偏光方位を保ったままの同期回転により、二軸微動テーブルの制御により、複屈折物質の任意の部分の複屈折測定が可能となるので、複屈折の空間的二次元分布を高精度かつ高速に測定することが可能となる。このため、高性能自動複屈折計が提供される。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の自動複屈折計によれば、光学的に等方な半導体ウェハーや光学結晶中の残留ひずみや加工歪みにより生じる微少な複屈折を高速かつ高精度に評価測定することができるので、半導体または光学結晶製造分野において製品検査や評価に用いることが可能である。したがって、各種製造分野における評価あるいは検査手段としての複屈折計の用途が拡大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の自動複屈折計の構成を示すブロック図である。
【図２】回転偏光子・回転検光子同期駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図３】複屈折の空間的二次元分布の測定フローチャートである。
【図４】偏光透過光測定における基準方位ＯＸに対して複屈折物質の主振動方位ＯＤ’とＯＤ”、回転偏光子の偏光方位ＯＰ、および回転検光子の検出方位ＯＡの関係を示す図である。
【図５】自動複屈折計における透過光測定結果とそれに基づく主振動方位と位相遅れの決定法を説明する図である。
【符号の説明】
１　光源
２　分光器または干渉フィルタ
３　レンズ
４　回転偏光子
５　平板状にした複屈折物質
６　二軸微動テーブル
７　回転検光子
８　レンズ
９　光検出器
１０　制御・計測・表示・演算処理部
１１　回転偏光子・回転検光子同期駆動回路
１２　パルス信号源
１３　回転偏光子駆動パルス発生器
１４　回転検光子駆動パルス発生器
１５　回転偏光子パルスカウンタ
１６　回転検光子パルスカウンタ
１７　パルス数演算制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年7月1日(2002.7.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
次に、外部条件の影響を受けにくい複屈折の測定原理について説明する。第４図に示すように、自動複屈折計の基準方位ＯＸに対して、互いに直交する複屈折物質の主振動方位ＯＤ’とＯＤ”のうちの１つ、例えばＯＤ’が角度ψを、また回転偏光子４の偏光方位ＯＰが角度φをなしており、その回転偏光子４の偏光方位ＯＰに対して回転検光子７の偏光方位ＯＡが角度χをなしている系に、強度Ｉ０の光が入射する場合、その透過光の強度ＩＴは複屈折物質表面における反射率を考慮して、反射率をＲとすると、
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と表される。ここでψとδはそれぞれ測定しようとする平板状の複屈折物質の主振動方位と位相遅れである。この系において、回転偏光子４の偏光方位と回転検光子７の検出方位が平行の場合、χ＝０より式（Ａ）は、
（Ｂ）　Ｉｐ＝Ｉ０（１−Ｒ）２［１−ｓｉｎ２｛２（φ−ψ）｝ｓｉｎ２（δ／２）］
となる。ここで、Ｉｐは、回転偏光子４の偏光方位と回転検光子７の検出方位が平行の場合の透過光強度である。一方、回転偏光子４の偏光方位と回転検光子７の検出方位が垂直の場合、χ＝π／２より、式（Ａ）は、
（Ｃ）　Ｉｎ＝Ｉ０（１−Ｒ）２ｓｉｎ２｛２（φ−ψ）｝ｓｉｎ２（δ／２）
となる。ここで、Ｉｎは、回転偏光子４の偏光方位と回転検光子７の検出方位が垂直の場合の透過光強度である。式（Ｂ）および式（Ｃ）より、
（Ｄ）　Ｉｎ／（Ｉｐ＋Ｉｎ）＝ｓｉｎ２｛２（φ−ψ）｝　ｓｉｎ２（δ／２）
を得る。式（Ｄ）より、第５図に示すように、Ｉｎ／（Ｉｐ＋Ｉｎ）の最大値がｓｉｎ２（δ／２）であり、最小値を与えるφが主振動方位ψである。また、式（Ｄ）は入射光強度Ｉ０および複屈折物質表面の反射率Ｒに依存しない。