(57)【要約】【課題】エリプソメータの構成を簡素化しつつ偏光解析に利用される情報を精度良く取得する。【解決手段】エリプソメータ１は、偏光光を基板９へと導く照射部３、および、基板９からの反射光を受光する受光部４を備え、受光部４は、反射光が入射するアナライザ４１、アナライザ４１を経由した光が入射する検出光学系４２、および、検出光学系４２を経由した光を受光する光センサ４３１を備える。エリプソメータ１では、アナライザ４１の回転角度、および、検出光学系４２の反射振幅比角に基づいて受光光の測定強度が補正されてアナライザ通過光の波長毎の補正強度が求められ、アナライザ通過光の補正強度に基づいてアナライザ４１に入射する直前の光の波長毎の偏光状態が求められる。その結果、装置の構成を簡素化しつつ偏光解析に利用される情報を精度良く取得することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エリプソメータであって、
偏光した光を対象物へと導く照射部と、
前記対象物からの前記偏光した光の反射光が入射するとともに光軸方向を向く軸を中心として回転する検出側の回転偏光子と、
前記回転偏光子を経由した光が入射する検出光学系と、
前記検出光学系を経由した光を受光して前記光の強度を検出するセンサと、
前記回転偏光子の回転角度、および、前記検出光学系の反射振幅比角に基づいて前記センサにより検出された前記強度を補正して前記回転偏光子を通過した直後の光の強度を求める演算部と、
を備えることを特徴とするエリプソメータ。
【請求項２】
請求項１に記載のエリプソメータであって、
前記演算部が、所定の基準姿勢からの前記回転偏光子の回転角度をθ、前記検出光学系の反射振幅比角をΨｄｅｔ、前記センサにより検出された前記強度をＩ（θ）とし、前記回転偏光子を通過した直後の光の強度Ｉ０（θ）を、
【数１】
2005337785.tif 000013
により求めることを特徴とするエリプソメータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエリプソメータであって、
前記対象物から前記センサに至る光路上において、前記回転偏光子と前記センサとの間にのみ光学素子が配置されることを特徴とするエリプソメータ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のエリプソメータであって、
前記検出光学系が分光素子を備え、
前記演算部により前記回転偏光子を通過した直後の光の波長毎の強度が求められることを特徴とするエリプソメータ。
【請求項５】
請求項４に記載のエリプソメータであって、
前記分光素子が、回折格子型の分光素子であることを特徴とするエリプソメータ。
【請求項６】
対象物に偏光した光を照射して前記対象物からの光の偏光状態を取得する偏光状態取得方法であって、
対象物上に偏光した光を照射する照射工程と、
前記対象物からの前記偏光した光の反射光を、光軸方向を向く軸を中心として回転する回転偏光子および検出光学系を介してセンサにより受光し、受光した光の強度を検出する検出工程と、
前記回転偏光子の回転角度、および、前記検出光学系の反射振幅比角に基づいて前記センサにより検出された前記強度を補正して前記回転偏光子を通過した直後の光の強度を求める演算工程と、
を備えることを特徴とする偏光状態取得方法。
【請求項７】
回転する回転偏光子を通過した直後の光の強度を求める光強度取得方法であって、
回転偏光子の回転軸に沿って前記回転偏光子に入射した光を、前記回転偏光子から検出光学系を介してセンサにより受光して前記光の強度を検出する検出工程と、
前記回転偏光子の回転角度、および、前記検出光学系の反射振幅比角に基づいて前記センサにより検出された前記強度を補正して前記回転偏光子を通過した直後の光の強度を求める演算工程と、
を備え、
前記演算工程において、所定の基準姿勢からの前記回転偏光子の回転角度をθ、前記検出光学系の反射振幅比角をΨｄｅｔ、前記センサにより検出された前記強度をＩ（θ）とし、前記回転偏光子を通過した直後の光の強度Ｉ０（θ）が、
【数２】
2005337785.tif 000014
により求められることを特徴とする光強度取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物に偏光した光を照射して対象物からの光の偏光状態を取得する技術、および、回転する回転偏光素子から出射される光の強度を求める方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体基板（以下、「基板」という。）上に形成される膜の厚さや光学定数等の測定にエリプソメータが利用されている。エリプソメータでは偏光した光を基板上に照射してその反射光の偏光状態を取得し、偏光解析を行うことにより各種測定を行う。このようなエリプソメータでは、対象物からの反射光を導く光学系や反射光を受光して偏光状態を取得する光検知器等、エリプソメータを構成する光学要素が反射光の偏光状態に与える影響を抑制するための様々な技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、対象物から光検知器に至る光路上に光ファイバを設けることにより、光検知器の偏光特性による影響を抑制する技術が開示されている。また、偏光解消板等の素子を光路上に配置して光学要素が偏光状態に与える影響を抑制する技術も知られている。
【特許文献１】特開昭６２−２６６４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１のエリプソメータでは、約１ｍ〜１０ｍあるいはそれ以上の長さの光ファイバが設けられるため、装置の構造が複雑化してしまう。また、光ファイバによる光量の減衰が大きく、測定に要する時間が増大してしまう。さらには、光ファイバに対する周囲の温度等の影響により、測定値の再現性や測定精度が低下する恐れもある。偏光解消板等の素子を利用する場合も同様に、エリプソメータの構成の複雑化、および、測定値の再現性や測定精度の低下といった問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、エリプソメータの構成を簡素化しつつ偏光解析に利用される情報を精度良く取得することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、エリプソメータであって、偏光した光を対象物へと導く照射部と、前記対象物からの前記偏光した光の反射光が入射するとともに光軸方向を向く軸を中心として回転する検出側の回転偏光子と、前記回転偏光子を経由した光が入射する検出光学系と、前記検出光学系を経由した光を受光して前記光の強度を検出するセンサと、前記回転偏光子の回転角度、および、前記検出光学系の反射振幅比角に基づいて前記センサにより検出された前記強度を補正して前記回転偏光子を通過した直後の光の強度を求める演算部とを備える。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のエリプソメータであって、前記演算部が、所定の基準姿勢からの前記回転偏光子の回転角度をθ、前記検出光学系の反射振幅比角をΨｄｅｔ、前記センサにより検出された前記強度をＩ（θ）とし、前記回転偏光子を通過した直後の光の強度Ｉ０（θ）を、
【０００８】
【数３】
2005337785.tif 000003
【０００９】
により求める。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のエリプソメータであって、前記対象物から前記センサに至る光路上において、前記回転偏光子と前記センサとの間にのみ光学素子が配置される。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のエリプソメータであって、前記検出光学系が分光素子を備え、前記演算部により前記回転偏光子を通過した直後の光の波長毎の強度が求められる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のエリプソメータであって、前記分光素子が、回折格子型の分光素子である。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、対象物に偏光した光を照射して前記対象物からの光の偏光状態を取得する偏光状態取得方法であって、対象物上に偏光した光を照射する照射工程と、前記対象物からの前記偏光した光の反射光を、光軸方向を向く軸を中心として回転する回転偏光子および検出光学系を介してセンサにより受光し、受光した光の強度を検出する検出工程と、前記回転偏光子の回転角度、および、前記検出光学系の反射振幅比角に基づいて前記センサにより検出された前記強度を補正して前記回転偏光子を通過した直後の光の強度を求める演算工程とを備える。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、回転する回転偏光子を通過した直後の光の強度を求める光強度取得方法であって、回転偏光子の回転軸に沿って前記回転偏光子に入射した光を、前記回転偏光子から検出光学系を介してセンサにより受光して前記光の強度を検出する検出工程と、前記回転偏光子の回転角度、および、前記検出光学系の反射振幅比角に基づいて前記センサにより検出された前記強度を補正して前記回転偏光子を通過した直後の光の強度を求める演算工程とを備え、前記演算工程において、所定の基準姿勢からの前記回転偏光子の回転角度をθ、前記検出光学系の反射振幅比角をΨｄｅｔ、前記センサにより検出された前記強度をＩ（θ）とし、前記回転偏光子を通過した直後の光の強度Ｉ０（θ）が、
【００１５】
【数４】
2005337785.tif 000004
【００１６】
により求められる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、装置の構成を簡素化しつつ偏光解析に利用される情報を精度良く取得することができる。また、請求項２の発明では、偏光解析に利用される情報を容易に取得することができ、請求項３の発明では、偏光解析に利用される情報をより精度良く取得することができる。
【００１８】
請求項４の発明では、波長毎に異なる検出光学系の偏光特性の影響を受けることなく、回転偏光素子を通過した直後の光の波長毎の強度を取得することができる。また、請求項５の発明では、検出光学系が光の偏光状態に影響を与えやすい回折格子型の分光素子を備える場合であっても、偏光状態を精度良く検出することができる。
【００１９】
請求項７の発明では、回転偏光素子を通過した直後の光の強度を精度良く求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の一の実施の形態に係るエリプソメータ１の構成を示す図である。エリプソメータ１は、半導体基板９（以下、「基板９」という。）上に偏光した光を照射し、基板９からの反射光の偏光状態を測定して偏光解析を行う装置である。
【００２１】
エリプソメータ１は、基板９を支持するステージ２、ステージ２を図１中のＸ方向およびＹ方向に移動するステージ移動機構２１、ステージ２を図１中のＺ方向に昇降するステージ昇降機構２４、偏光した光（以下、「偏光光」という。）を基板９上へと導く照射部３、基板９からの偏光光の反射光を受光する受光部４、並びに、これらの構成を制御する制御部５を備え、制御部５は、各種演算処理を行う演算部５１、および、各種情報を記憶する記憶部５２を備える。
【００２２】
ステージ移動機構２１は、ステージ２をＹ方向に移動するＹ方向移動機構２２、および、Ｘ方向に移動するＸ方向移動機構２３を有する。Ｙ方向移動機構２２は、モータ２２１にボールねじ（図示省略）が接続された構成とされ、モータ２２１が回転することにより、Ｘ方向移動機構２３がガイドレール２２２に沿って図１中のＹ方向に移動する。Ｘ方向移動機構２３もＹ方向移動機構２２と同様の構成となっており、モータ２３１が回転するとボールねじ（図示省略）によりステージ２がガイドレール２３２に沿ってＸ方向に移動する。
【００２３】
照射部３は、偏光解析用の光を出射する高輝度キセノン（Ｘｅ）ランプを有する光源部３１、および、光源部３１からの光が入射する偏光素子である（いわゆる、偏光子である）ポーラライザ３２を備え、光源部３１からの光はポーラライザ３２により直線偏光とされて基板９上へと照射される。なお、光源部３１は他の種類のランプ等により構成されてもよい。
【００２４】
受光部４は、基板９からの反射光が入射する回転する偏光素子である（いわゆる、回転検光子である）アナライザ４１、表面がアルミニウム（Ａｌ）により形成された球面ミラー４２１および平板状のミラー４２２、レンズ４２３、並びに、分光器４３を備える。アナライザ４１は、基板９からの反射光の主光線に平行な光軸を有し、光軸方向を向く軸を中心として回転する。分光器４３は、入射した光を波長毎（例えば、紫外線から近赤外線までの波長毎）に分光する回折格子型の光学素子である分光素子４３２、および、受光する位置毎の光の強度、すなわち、受光した光（以下、「受光光」という。）の波長毎の強度を検出する光センサ４３１を備える。
【００２５】
受光部４では、基板９からの反射光がアナライザ４１を経由して球面ミラー４２１に入射し、ミラー４２２、レンズ４２３および分光素子４３２を経由して光センサ４３１により受光される。以下、アナライザ４１を経由した光が入射する球面ミラー４２１、ミラー４２２、レンズ４２３および分光素子４３２をまとめて検出光学系４２と称する。
【００２６】
エリプソメータ１では、これらの構成が制御部５により制御され、基板９により反射されてアナライザ４１を通過した直後の光（以下、「アナライザ通過光」という。）の強度が求められる。なお、アナライザ４１の各回転角度におけるアナライザ通過光の強度を取得することにより、アナライザ４１に入射する直前の光の偏光状態（すなわち、ｐ偏光成分とｓ偏光成分との振幅比角および位相差）が取得されることとなる。
【００２７】
図２は、エリプソメータ１の動作の流れを示す図である。エリプソメータ１により測定が行われる際には、まず、ステージ移動機構２１およびステージ昇降機構２４によりステージ２に支持される基板９の位置が調整され（ステップＳ１１）、続いて、照射部３から基板９上に偏光光が照射される（ステップＳ１２）。偏光光は基板９により反射され、受光部４では、基板９からの反射光がアナライザ４１、球面ミラー４２１およびミラー４２２を介し、レンズ４２３により集光されて分光素子４３２へと導かれ、分光素子４３２により高い波長分解能にて分光されて光センサ４３１により受光される。光センサ４３１では、アナライザ４１を回転させながら、アナライザ４１の各回転角度における受光光の波長毎の強度が好感度に測定され、測定結果が制御部５へと出力される（ステップＳ１３）。
【００２８】
ところで、エリプソメータ１では、アナライザ４１を通過した光が検出光学系４２を経由することにより、検出光学系４２の偏光特性による影響を受けた状態で光センサ４３１により受光される。このため、光センサ４３１により検出された受光光の波長毎の強度（以下、「測定強度」という。）は、アナライザ通過光のその波長における強度とは異なるものになる。
【００２９】
図３〜図７は、基板９の反射特性（すなわち、基板に入射した光と、基板により反射された後の光とを比較した場合の偏光状態の変化）と波長との関係を示す図である。図３〜図７はそれぞれ、厚さ１ｎｍ（ナノメートル），１０ｎｍ，５０ｎｍ，１００ｎｍ，５００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）の単層膜が表面に形成された基板９に対して、照射部３から入射角６５度にて光を入射した場合の基板９の反射特性をシミュレーションにより求めた図である。
【００３０】
図３〜図７中の実線８１１〜８１５、並びに、実線８２１〜８２５はそれぞれ、基板９の理論上の（すなわち、アナライザ通過光に基づいて求めた場合の）反射振幅比角Ψ（度）および位相差Δ（度）を示し、破線８３１〜８３５、並びに、破線８４１〜８４５はそれぞれ、検出光学系４２を経由した後の光をアナライザ通過光とみなして求めた場合の基板９の反射振幅比角Ψおよび位相差Δを示す。なお、破線８３１〜８３５、並びに、破線８４１〜８４５は、検出光学系４２が球面ミラー４２１およびミラー４２２のみから構成されると仮定して行ったシミュレーションの結果であり、両ミラーへの光の入射角は３０度としている。
【００３１】
図８は、シミュレーションに用いた球面ミラー４２１やミラー４２２を形成するアルミニウムの反射特性を示す図である。図８中の線８０１は、アルミニウムのミラーに対して入射角３０度にて光を入射した場合の反射振幅比角をΨｍｉｒとしてｔａｎ（Ψｍｉｒ）を示す。図８に示すように、ミラーに入射する光の波長が約８００ｎｍである場合には、ｔａｎ（Ψｍｉｒ）は約０．９８となる。
【００３２】
このように、アナライザ通過光と検出光学系４２を経由した後の光とでは、検出光学系４２の偏光特性（ミラーの反射特性のみならず、光学素子を通過する場合の光の偏光状態の変化も含む。）により光の強度にずれが生じ、その結果、図３〜図７に示すように、求められる基板９の反射特性にもずれが生じる。特に、位相差Δが１８０度となる付近で比較的大きなずれが生じる。実際のエリプソメータ１では、検出光学系４２が、球面ミラー４２１およびミラー４２２に加えてレンズ４２３および分光素子４３２を備えるため、検出光学系４２の偏光特性による光の強度のずれは更に大きくなる。
【００３３】
ここで、ｐ偏光成分の複素反射率がｒｐｍｉｒ、ｓ偏光成分の複素反射率がｒｓｍｉｒであるミラーにより振幅の大きさが１の直線偏光が反射された場合、反射光のｐ偏光成分Ｅｘおよびｓ偏光成分Ｅｙは、直線偏光の振動方向とミラーの入射面とのなす角度をβ（度）、ミラーの反射振幅比角および位相差をΨｍｉｒ（度），Δｍｉｒ（度）として、数５により表される。ただし、数５の２行目以降のｒｐｍｉｒ，ｒｓｍｉｒは、位相差を分離した後の係数を示す。
【００３４】
【数５】
2005337785.tif 000005
【００３５】
したがって、ミラーに入射する直線偏光の強度をＩｉｎとした場合の反射光の強度Ｉｒｅは、数６により表すことができる。ここで、定数αは、数７により求められる定数である。
【００３６】
【数６】
2005337785.tif 000006
【００３７】
【数７】
2005337785.tif 000007
【００３８】
エリプソメータ１では、アナライザ４１に入射する直前の光の偏光状態を精度良く求めるために、検出光学系４２を数５の説明におけるミラーと仮定して、数５〜数７に示す関係に基づいて、検出光学系４２による偏光状態の変化が補正される。エリプソメータ１では、アナライザ４１の所定の基準姿勢からの回転角度をθ（度）、検出光学系４２の波長毎の反射振幅比角をΨλｄｅｔ（度）、受光光の波長毎の測定強度をＩ(θ)λとして、アナライザ通過光の波長毎の強度Ｉ０(θ)λが、数８により求められる。
【００３９】
【数８】
2005337785.tif 000008
【００４０】
ここで、検出光学系４２の波長毎の反射振幅比角Ψλｄｅｔは、検出光学系４２の構成要素である球面ミラー４２１、ミラー４２２、レンズ４２３および分光素子４３２のその波長における反射振幅比角をまとめたものであり、球面ミラー４２１、ミラー４２２、レンズ４２３および分光素子４３２のそれぞれの反射振幅比角をΨλ１〜Ψλ４とすると、数９により求められ、後述する方法により予め取得されて制御部５の記憶部５２に記憶されている。
【００４１】
【数９】
2005337785.tif 000009
【００４２】
また、アナライザ４１の基準姿勢（すなわち、θが０度となる姿勢）とは、アナライザ４１により直線偏光とされたアナライザ通過光の振動方向の向きと検出光学系４２の基準面（例えば、折れ曲がった光軸を含む面）との成す角度が０度となるときの姿勢、すなわち、検出光学系４２を１つの仮想的な反射面と捉えた場合の仮想的な入射面内にてアナライザ通過光が振動するときのアナライザ４１の姿勢である。エリプソメータ１では、基板９からの反射光のｐ偏光成分を通過させるアナライザ４１の姿勢が基準姿勢とされる。
【００４３】
なお、正確には数８の右辺は（１／αλ）倍（ただし、定数αλは、仮想面のｓ偏光成分の反射率をｒｓλとした場合、検出光学系４２の反射振幅比角をΨλｄｅｔを用いて、数１０により求められる定数である。）されるが、定数αλは最終的な測定結果には影響を与えないため、実際の演算では数８に示すようにαλは無視される。
【００４４】
【数１０】
2005337785.tif 000010
【００４５】
制御部５では、数８に示す関係が予め記憶部５２に記憶されており、制御部５により取得されるアナライザ４１の回転角度θ、および、予め記憶部５２に記憶されている検出光学系４２の波長毎の反射振幅比角Ψλｄｅｔに基づいて、光センサ４３１により検出された受光光の波長毎の測定強度Ｉ(θ)λが演算部５１により補正され、アナライザ４１の各回転角度におけるアナライザ通過光の波長毎の強度（以下、「補正強度」という。）Ｉ０(θ)λが求められる（ステップＳ１４）。
【００４６】
図９は、厚さ５８ｎｍの酸化シリコンの単層膜が表面に形成された基板９に、波長６００ｎｍの偏光光が入射した場合の受光光の測定強度とアナライザ通過光の補正強度とをアナライザ４１の回転角度毎に比較して示す図である。図９中の実線８５１は、回転角度毎の受光光の測定強度を、θの全範囲における測定強度の平均値で割った値（以下、「相対測定強度」という。）を示す。破線８５２は、演算部５１により受光光の測定強度が補正されて求められたアナライザ通過光の補正強度を、θの全範囲における補正強度の平均値で割った値（以下、「相対補正強度」という。）を示す。
【００４７】
エリプソメータ１では、演算部５１により、アナライザ通過光の波長毎の補正強度Ｉ０(θ)λ、あるいは、波長毎に求められた相対補正強度に基づいて（例えば、フーリエ変換することにより）アナライザ４１に入射する直前の光の波長毎の偏光状態が求められ、基板９の波長毎の反射特性が求められる（ステップＳ１５）。
【００４８】
図１０は、演算部５１により補正強度Ｉ０(θ)λに基づいて求められた基板９の反射特性（すなわち、補正後の反射特性）と、仮に測定強度Ｉ(θ)λに基づいて求めた場合の基板９の反射特性（すなわち、補正前の反射特性）とを比較して示す図である。
【００４９】
図１０中の実線８６１，８６２はそれぞれ、補正前の基板９の反射特性を表す反射振幅比角Ψおよび位相差Δを示し、破線８６３，８６４はそれぞれ、補正後の基板９の反射特性を表す反射振幅比角Ψおよび位相差Δを示す。例えば、光の波長が６００ｎｍである場合、補正前の反射振幅比角Ψおよび位相差Δはそれぞれ３０．１度および１０６．４度であり、補正後の反射振幅比角Ψおよび位相差Δはそれぞれ２７．８度および１０６．９度である。エリプソメータ１では、演算部５１による補正により、検出光学系４２による偏光状態の変化が補正されて基板９の反射特性が求められ、偏光解析が行われる。
【００５０】
なお、エリプソメータ１の演算部５１では、受光光の波長毎の測定強度Ｉ(θ)λから求められた波長毎の相対測定強度をＩ(θ)λｒｅｌとして、波長毎の相対補正強度Ｉ０(θ)λｒｅｌが数１１により求められてもよく、この場合、相対補正強度Ｉ０(θ)λｒｅｌに基づいて基板９の反射特性が求められる。
【００５１】
【数１１】
2005337785.tif 000011
【００５２】
また、エリプソメータ１では、検出光学系４２の反射振幅比角Ψλｄｅｔを４５度に近づけることにより、検出光学系４２による偏光状態のずれを小さくして演算部５１による補正量を小さくすることができる。
【００５３】
図１１は、上述のアナライザ通過光の波長毎の補正強度Ｉ０(θ)λの算出（ステップＳ１４）に利用される検出光学系４２の波長毎の反射振幅比角Ψλｄｅｔの取得作業を示す図である。反射振幅比角Ψλｄｅｔの取得作業は、通常、エリプソメータ１が製造されたときに行われる。
【００５４】
エリプソメータ１では、まず、既知の膜厚の単層膜が形成された基板９が準備され（ステップＳ２１）、基板９とアナライザ４１との間の光路上においてアナライザ４１の直前に偏光子が所定の向き（通常、偏光子の偏光方向を基板９の入射面に対して４５度だけ傾けた向き）で設置され（ステップＳ２２）、アナライザ４１に入射する光の振幅比角が全ての波長において同一とされる。ここで、アナライザ４１に入射する光の振幅比角ψｉｄｅが計算により求められる（ステップＳ２３）。
【００５５】
次に、エリプソメータ１による測定が行われ、光センサ４３１により検出光学系４２を通過した後の測定強度Ｉ(θ)λが取得され、検出光学系４２を通過した後の光の振幅比角ψλｍｅａｓが求められる（ステップＳ２４）。そして、振幅比角ψｉｄｅ，ψｍｅａｓに基づいて、検出光学系４２の反射振幅比角Ψλｄｅｔが数１２により求められる（ステップＳ２５）。これにより、簡単に反射振幅比角Ψλｄｅｔを求めることができる。
【００５６】
【数１２】
2005337785.tif 000012
【００５７】
図１２は、検出光学系４２の反射振幅比角Ψλｄｅｔを示す図であり、図１２中の線８７１は、検出光学系４２の反射振幅比角Ψλｄｅｔと検出光学系４２に入射する光の波長との関係を示す。エリプソメータ１では、上述の取得作業により取得された検出光学系４２の反射振幅比角Ψλｄｅｔが、制御部５の記憶部５２に記憶されてアナライザ通過光の補正強度Ｉ０(θ)λの算出に利用される。
【００５８】
なお、エリプソメータ１では、既知の膜厚を有する基板について、受光光の測定強度Ｉ(θ)λから求めた振幅比角ψλｍｅａｓと、演算により求めたアナライザ４１入射直前の光の振幅比角ψλｉｅｓとに基づいて、検出光学系４２の反射振幅比角Ψλｄｅｔが数１２により求められてもよい。
【００５９】
以上に説明したように、エリプソメータ１では、基板９から反射された光に対する検出光学系４２の影響を抑制するための新たな光学要素（例えば、光ファイバや偏光解消板）が不要であるため、装置の構成を簡素化することができるとともに、周囲温度等の外的要因による装置構成への影響を軽減し、光センサ４３１により検出される測定強度の再現性を向上することができる。
【００６０】
エリプソメータ１では、アナライザ４１と光センサ４３１との間に配置された検出光学系４２による影響を補正してアナライザ通過光の補正強度を精度良く求めることができる。その結果、基板９からの反射光の偏光状態、すなわち、基板９の偏光解析に利用される情報を精度良く取得することができる。このとき、検出光学系４２の反射振幅比角Ψλｄｅｔを予め取得しておき、数８に示す関係に基づいてアナライザ通過光の補正強度を求めることにより、偏光解析に利用される情報を容易に取得することができる。
【００６１】
エリプソメータ１は、基板９から光センサ４３１に至る光路上において、アナライザ４１と光センサ４３１との間にのみ検出光学系４２等の光学素子が配置されるため（すなわち、基板９とアナライザ４１との間には光学素子が配置されない。）、基板９からの反射光が光センサ４３１に至るまでに経由する全ての光学素子（アナライザ４１を除く。）の偏光特性による影響を補正することができ、偏光解析に利用される情報をより精度良く取得することができる。
【００６２】
エリプソメータ１では、演算部５１により、検出光学系４２の波長毎の反射振幅比角Ψλｄｅｔに基づいてアナライザ通過光の補正強度が求められるため、入射する光の波長毎に異なる検出光学系４２の偏光特性の影響を受けることなく、アナライザ通過光の波長毎の補正強度を取得することができる。その結果、表面に多層膜が形成された基板についても、偏光解析に利用される情報を精度良く取得することができる。
【００６３】
また、エリプソメータ１は、検出光学系４２の影響を精度良く補正することができるため、検出光学系４２が光の偏光状態に影響を与えやすい回折格子型の分光素子４３２を備える場合であっても、アナライザ４１に入射する直前の光の波長毎の偏光状態を精度良く検出することができる。
【００６４】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００６５】
例えば、分光素子４３２は回折格子型の光学素子に限定される必要はなく、その他の様々なタイプの分光素子が用いられてもよい。また、照射部３の光源部３１では、キセノン（Ｘｅ）ランプに代えて単波長の光ビームを出射する半導体レーザが設けられてもよく、この場合、受光部４では、分光器４３に代えてフォトダイオード等が設けられる。
【００６６】
エリプソメータ１の受光部４は、基板９から光センサ４３１に至る光路上において、基板９とアナライザ４１との間に光学素子が配置されない構成とされることが好ましいが、基板９とアナライザ４１との間に光学素子が配置される場合であっても、上述のように受光光の測定強度の補正を行うことにより、補正を行わない場合に比べて基板９の反射特性を精度良く求めることができる。
【００６７】
基板９は、半導体基板に限定されず、例えば、液晶表示装置やその他のフラットパネル表示装置等に使用されるガラス基板であってもよい。さらに、エリプソメータ１による測定対象は、微細パターンが形成される基板以外の物に形成された膜であってもよい。
【００６８】
また、回転する回転偏光子を通過した直後の光の強度を数８に示す関係を用いて求める方法は、エリプソメータ以外の他の装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】一の実施の形態に係るエリプソメータの構成を示す図である。
【図２】エリプソメータの動作の流れを示す図である。
【図３】基板の反射特性と入射光の波長との関係を示す図である。
【図４】基板の反射特性と入射光の波長との関係を示す図である。
【図５】基板の反射特性と入射光の波長との関係を示す図である。
【図６】基板の反射特性と入射光の波長との関係を示す図である。
【図７】基板の反射特性と入射光の波長との関係を示す図である。
【図８】アルミニウムミラーの反射特性を示す図である。
【図９】測定強度と補正強度とを比較して示す図である。
【図１０】補正前後の検出光学系の偏光特性を比較して示す図である。
【図１１】検出光学系の反射振幅比角の取得作業の流れを示す図である。
【図１２】検出光学系の反射振幅比角と入射光の波長との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１    エリプソメータ
３    照射部
９    基板
４１    アナライザ
４２    検出光学系
５１    演算部
４３１    光センサ
４３２    分光素子
Ｓ１１〜Ｓ１５，Ｓ２１〜Ｓ２５    ステップ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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