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    公开号:WO1992014119A1
    申请号:PCT/JP1992/000067
    申请日:1992-01-27
    公开日:1992-08-20
    发明作者:Akira Kazama；Takahiko Oshige；Yoshiro Yamada；Takeo Yamada；Tsuyoshi Yamazaki；Takamitsu Takayama；Shuichiro Nomura
    申请人:Nkk Corporation；
    IPC主号:G01B11-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 エリブソメ一タ及びこれを用いた塗布厚制御方法
    [0002] [技術分野]
    [0003] 本発明は、 薄い膜厚を正確に測定するエリプソメータに係わり、 特に、 光検出 部の^部品数を减らし、 力、つこれ等を固定化することによって、 小型で、 力、つ 高い測定精度を得ること力、'できるエリブソメータ及びこれを用いた塗布厚制御方 法に関する。
    [0004] 騰の技術]
    [0005] 例えば数 IOODID以下の薄膜の膜厚を測定する手法としてェリプソメトリ手法が 用いられる。 この手法においては、 薄膜等の試料面で 《反射する際の偏 態 の変化、 すなわち電場べクトルの Λ ί^こ平行な成分 （Ρ成分） の反射率 Rpと、 直角な^ (S^) の反射率 Rsとの（1) 式で示される比 p力、測定される。 そ して、 すでに確立されている偏^射率比 pと膜厚 dとの一定の関係に従って、 前記薄膜の膜厚 d力 <算出される。
    [0006] p =Rp/R s = tan^> exp [ j Δ] …（1) ここで、 偏舰射率比 Ρは、 （1) 式に示すように、 2つのエリプソパラメ一夕、 つまり振 及び位相差厶によって表される。 これら 2つのエリブソパラメ一 タは測定によつて求められる物理量である。
    [0007] 従来、 このエリプソパラメータ <>， 厶を高速に求めるために、 図 18に示すよ うに、 可動部分を除去した 3チャンネルのエリブソメータ力《開発されている （特 開平 1—28509号公報）
    [0008] レーザ光源からなる光源 1から出力された単一波長を有する光は偏光子 2にて 直線偏光に変換されて測定対象としての試料面 3に所定角度 øで入射する。 なお、 試料面 3において、 λ!ί面は紙面と平行である。 そして、 図示するように、紙面 と ¥ίΫする方向を Ρ方向， 紙面と較する方向を S方向とする。 S^面 3からの 反射光は 3個の無偏光のビームスプリッタ 4 a, 4 b, 4 cによって 3本の光に 分岐される。
    [0009] 二つのビームスプリッタ 4 a , 4 bを透過した第 1の光は第 1の検光子 5 aお よび集光レンズ 6 aを介して第 1の ^器 7 aへ Λ ίされる。 第 1の受¾117 a は、 λ!ίした第 1の光の光 I I を電気信号に変換する。 同様に、 ビームスプ リッタ 4 aを透過して次のビームスプリッタ 4 bで反射された第 2の光は第 2の 検光子 5 bおよび集光レンズ 6 bを介して第 2の受¾1§ 7 bへ λ¾される。第 2 の受光器 7 bは、入射した第 2の光の光 I 2 を mm信号に変換する。 さらに、 ビームスプリッタ 4 aで反射され次のビームスプリッタ 4 cを透過した第 3の光 は第 3の検光子 5 cおよび集光レンズ 6 cを介して第 3の受¾117 cへ入射され る。第 3の cは、 Λ ίした第 3の光の光敵 Πを 信号に変換する。 また、各検光子 5 a〜5 cは |¾¾さ ήた方向に »する « ^分のみを ®§させ る。 そして、第 1の検光子 5 aの偏 ^向が^ 方向 LO。 ) に^され、 第 2の検光子 5 bの偏^向が基準方向に対して +4 5。 候斜した方向に 1¾¾さ れ、第 3の検先子 5 cの偏 向が基準方向に対して一 4 5。 觀した方向に設 定されている。 なお、 前 準方向は、 受光器 7 a側から見て図中矢印 a方向で 示すように、資料面 3への光の入射面に ¥ffな方向 （P方向） を方位 0。 とする 方向である。 '
    [0010] したがって、 面 3にて反射された光が図 1 9に示すように楕円偏光されて いた場合においては、第 1の受光器 7 aにて得られる第 1の光強度 1 1 は図 1 9 に示す楕円偏光における横軸 (0° 方向） への正投影の振幅を示す。 また、 第 2 の ^器 7 bにて得られる第 2の光 1 2 は楕円偏光における + 4 5° 斜し た線への正投影の振幅を示す。 さらに、 第 3の受光器 7 cにて得られる第 3の光 ¾J¾I3 は楕円偏光における一 45。 慨斜した線への正投影の振幅を示す。
    [0011] そして、 前述したエリプソパラータ ø, Δは、 図 19に示すように楕円偏光さ れた 面 3からの反射光の P成分と S との間における振 Hi φと位相差厶 である。 よって、 このエリプソパラータ 0, Δは、 簡単な幾何学的考察により、 (2) (3) 式にて求められる。
    [0012] COS (厶ー ）
    [0013] = (12 -13 ) / (211 ) { I 1 / ( I 2 + I 3 - I 1 ) } 1/2
    [0014] … (2) tan^ = a2 tanp { I 1 / ( 12 + I 3 - I 1 ) } 1/2
    [0015] …（3) 但し、 位相差 および振幅比 pは Λ ί光のエリブソパラメータであり、 例えば、 + 45。 の直線偏光であれば、 Φ{ =0° . Ian p =lである。 一 45° の直線 偏光であれば、 Φ -、
    [0016] 1 =0。 . tan '- 1である。 また、 各ビームスプリッタ 4 a〜4 cの各方向への反射率で定まる σは固有の値である。 そして、 予め β¾¾Ιの 楕円偏光を有する 光を各ビームスブリツタ 4 a〜4 cに Λ5ίさせて上記 σを 予め求めておく。
    [0017] 各エリブソパラメータ 0, 厶カ《求まると、 別途計算式を用いて膜厚 dが算出さ れる。
    [0018] このように可動部を用いないェリプソメータにおいては、 1秒間に 1000点 以上の高速測定が可能である。
    [0019] しかし、 光学系の部品, は図 18に示すように非常に多い。 すなわち、 試料 面 3からの反射光を第 1, 第 2, 第 3の 3つの光に分岐させるために 3個のビー ムスプリッ夕 4 a〜4 c力く必要である。 また、 この各ビームスプリッタ 4 a〜4 cの後方にそれぞれ検光子 5 a〜 5 cを配設する必要がある。 これらの光学部材 においては、 立体角を含めて相互の角度を精密にセットする必要がある。 そのた めに、各ビームスプリッタ 4 a〜4 cは最小でも 1個の厚さが 1 era, 高さおよび 長さがそれぞれ 5 cmmgの大きさ力《 ^である。 した力つて、 ビームスプリッタ 4 a〜4 c部分でも 1 5 cm2 の占有面積が必要であった。
    [0020] また、実際にこのエリプソメータを用 、て酸 <kE等の膜厚 dを測定するに先だ つて、各検光子 5 a , 5 b , 5 cの回転角度位置を厳密に する必 がある。 よって、各検光子 5 a， 5 b , 5 cの回転涵機構が複雑化する。 具体的には初 期設定時に検光子を 4 5。 回転させる機構が必要があった。 そのため、 1個の検 光子の大きさ力《やはり 5 cm2 ^^である。 さらに、 各検光子を互いに接触し ないようにセットする^ ¾があるので、 向に 1 5 cra の据付場所が で あった。
    [0021] さらに、 ^面 3から各受¾ 17 a〜7 cまでの距離が長いので、 ¾^面 3か らの反射^《各 器 7 a〜 7 cに達するまでに広がってしまう。 そのために原 理上は^ である集光レンズ 6 a〜6Tcを用いて各受¾||7 a〜7 c上に光を 集光させる必 がある。 その結果、 エリプソメータ全体の光学部品数がさらに增 加する。
    [0022] また、各ビームスプリッタ 4 a〜4 cにおいても光の滅衰は生じるので、 複数 個のビームスプリッタ 4 a〜4 cを適過した光が弒衰して、 受光器 7 a〜7 で 得られる光 ¾J^ I 1 〜1 2 の値が小さくなり、 S ZN力、'低下する。 このような不 都合を解消するためには、 光源 1として例えば大出力のレーザ装置を用いる必要 がある。
    [0023] このように、 図 1 8に示す従来のエリプソメータにおいては、 ¾ ^系の精密性 を確保するために、装置全体を堅牢かつ大型化する' がある。 最も小型の各光 学郜材を組合わせたとしても、 光源 1と偏光子 2からなる光源部と各ビー厶スプ リッタ 4 a〜4 c以降各受光器 7 a〜7 cからなる検出部とを合わせた装置にお いては、 5 0 L の面積と 5 0 cin¾j¾の高さ力《必要である。 また、 重量は 3 0〜 5 O k gとなる。
    [0024] したがって、 このように ^!で力、っ大重量のエリプソメータであれば、 例えば 研^等の室内に据付けて、 測定すべき をこのエリプソメータの据付場所へ 運んで測定しなければならない。
    [0025] 他方、 近年、 例えば工場内の各種 ラインにおいて、 S ^ラインに沿って搬 送される各種帯状製品の表面に塗布された各 料や油をオンライン状態で測定 して、 その塗布厚みを監視する' が生じている。
    [0026] しかしながら、 したような、 機構を備えた多数の:^部材か まれ たェリプソメータをこの製造ラインに設置することは現実問題として、 不可能で
    [0027] ¾ た
    [0028] [発明の開示]
    [0029] 本発明の第 1の目的は、 ビームスプリッタおよび検光子等の光学部品の数を大 幅に减少でき、 さらに測定時に角度調節 :^ になり、 装置全体を携帯可能ま で ^力、っ に構成できるェリプソメータを提供することである。
    [0030] 本発明の第 2の目的は、 ±ί した目的に加え、 少ない 部品を用いた条件に おいても、 高い測定精度をま辦したままで、 測^ ¾を大幅に上昇でき、 かつ測 定範囲を大幅に ¾^できるェリプソメータを提供することである。
    [0031] 本発明の第 3の目的は、 したエリプソメータを用いてオンライン状態で塗 布装置によって塗布された塗布厚みを一定値に精度よく制御できる塗布厚制御方 法を提供することである。
    [0032] 本発明の第 1の目的を達成するために、 本発明のェリプソメータにおいては、 測定対象にて "I射された反射光を第 1および第 2の光路へ分岐する無偏光ビーム スプリッタと、 第 1の光路に分岐された反射光における基準方向の偏 分を通 過させる検光子と、 第 2の光路に分岐された反射光を基準方向に対して互いに異 なる方向の偏：^分に分離する偏光ビームスプリッタと力く設けられている。 そし て、 検光子および偏光ビームスプリッタを通過した各光が第 1， 第 2, 第 3の各
    [0033] ¾t器で受光される。
    [0034] なお、本明細書における 「基準方向」 とは、 角度 のための基準となるべき 方向を意味するものとし、特定の固定された方向 （例えば、 p方向） に^する ものではない。 基準方向に基づき左回りを +方向と定義し、 右回りを-方向と定 義する。 したがって、 本臓明における基準方向も角度^上基準となるべき方 向を意味するものとし、任意に! ^し得るものである。
    [0035] このような構成によると、 光源部から出力された偏光された光は測定対象に対 して所定角度でもつて A tされる。 この測定対象にて反射された反射光は測^ 象の厚みや物理特性に対応して直線偏光から前述した図 1 9で示す楕円偏光に変 化する。 この楕円偏光を有する反射光は無偏光ビームスプリッタで二つの光路に 分岐される。 そして、 一方の: の光は iiii光の偏光方向が図 1 9の縦軸に対応 する基準方向 汸位 0° ) に され 光子を介して第 1の 器に入力され、 苐 1の光 となる。
    [0036] また、無偏光ビームスプリッタの に分岐された光は偏光ビームスプリッタ に Λ5ίされる。 この偏光ビームスプリッタは、 λ!ίした光を前記基準方向に対し て互いに異なる方向の偏 に分離する。 そして、 この偏光ビームスブリツタ を した一方の光は第 2の受光器へ入射され、 第 2の光 ¾J¾ I 2 となる。 さら に、偏光ビームスプリッタを通過した脑の光は第 3の ¾¾ϋへ λ¾され、 第 3 の光強 1 3 となる。
    [0037] した力 <つて、 検光子および偏光ビームスプリッタを通過した各光はそれぞれ図 1 9の椅円偏光を異なる方向から見た各光 ¾JKを有する。 よって、 第 1 , 第 2， 第 3の光 1 1 , 1 2 , 1 3から図 1 9の楕円偏光のエリプソパラメータ ø, Δ力《算出でさる。
    [0038] 本発明のエリプソメータによると、 最低限必要とする ¾ ^部材は、 光源部， 無 偏光ビームスプリッタ， 偏光ビームスプリッタ， 検光子および 3個の^器の合 計 7個である。 よって、 本発明における光学部材の個数は図 18に示した従来ェ リプソメータの^とする^部材の個数に比較して大幅に減少する。
    [0039] また、第 2の目的を達成するために、 本発明のエリプソメータにおいては、 上 述した発明における基準方向力《測定対象にて反射された反射光のうちの測定対象 への入射光の入射面に平行な方向に！^され、 力、つ偏光ビームスプリッタの各偏 光方向が前記基準方位に対して + 45° および一 45。 方向に された条件に おいて、 各エリプソパラメータ厶， ø力く (4) (5)式で算出される。
    [0040] cos( Δ- | ) = [ (1 + σ2 ) (12 — 13 ) 4 I I ]
    [0041] X [2 I 1 / { (1 + σ2 ) ( I 2 + 13 ) - 2 I 1 } ] 1/2
    [0042] . … (4) n<^= np [2ひ2 I 1 /{l ra2 ) (12 + I 3 ) -211 } ] 1/2
    [0043] …（5) 但し、 位相差 および振 Ψϊ^ρは 光のエリプソパラメータであり、 ひは 測定系で定まる定数である。
    [0044] 次に、 図 18に示す無偏光の 3個のビームスプリッタ 4 a〜4 cと 3個の検光 子 5 a〜5 cと力 まれた従来エリプソメータの構成が、 1個の無偏光ビーム スプリッタと 1個の偏光ビームスプリッタと 1個の検光子とかϋΔまれた本発明 エリプソメータの構成に変更されることに伴って、 エリブソパラメータの算出式 が (2) (3)式から (4) (5)に改められる理由を説明する。
    [0045] すなわち、 従来ェリプソメータにおける位相差 Δのェリプソパラメータを算出 する（2) 式は、一般的に表現すると（6) 式に示すように係数 C力《乗算された形式 になる。 また、 本発明屁の適用を考える場合には、
    [0046] (2) 従来ェリプソメータにおける ¾1斗面からの反射光が各受光器に入射する経 路における反射履歴および透過履歴が本発明ェリプソメータにおけるそれらと異 s
    [0047] なるので、 そのまま »方式を本発明に適用することは困^あること、
    [0048] (b) し力、も、 試料の特性 （例えば膜の材質や膜厚） の変化がある場合にも柔軟 に適用できるようにすベきであること力、ら、 厶の値域に応じた係数 Cの値を乗じ て本発明にも適用できるようにして装置自体の汎用性、 実用性を高めることもで さる 0
    [0049] COS )
    [0050] = C ( 1 2 - 1 3 ) / ( 2 I I ) { I I （1 2 十 1 3 — I I ) } 1/2
    [0051] … (6) しかしながら、 （6) 式の計算を実行する前にこの係数 Cの値を特定する必要が ある。 そして、 この係数 Cを得るために、 予め既知の偏光を有する試験光をビー ムスプリッタ 4 aへ Λ ίして前記係数 Cを実験的に求める必要がある。 実際には —定 RJ:の精度で測定を行うためには、 3〜2 0丽のそれぞれ偏 向力、'互い 異なる複数の識光を入射し、 各偏^向における各係数 Cを求める必 がある。 さらに、 実際の測定時に、 試料面 3からの反射光の楕円偏光の方向毎に前記求め られた異なる係数 Cを用いる必 がある。 したがって、 エリプソパラメータ及び 膜厚を精度よく測定するには多大の手間と時間力く必要である。
    [0052] また、振幅比 øのエリプソパラメータを算出する（3) 式においても、 同様な手 法によって予め定数 σの値を求めておく必 がある。 特に、 来知 を正確に測 定しょうとする場合には、 定数びの事前 は必須である。 しかし、 従来装置に おける反射 および iiig ^の相違から、 本発明にも適した正確な定数 σの値 を精度く求めることがでな
    [0053] また、 従来エリプソメータにおいて、 （2) (3)を用いてエリプソパラメータを演 算する場合であっても、 演算値の精度は低く、 実際の値から大きくずれている場 合がある。 特に、振幅比 のずれは顕著である。 これは、 実際の試料の膜質や膜 厚が一定でなく、測定されるべきエリプソパラメータの広い範囲に亘つて、 また、 試料の多樹生 （膜質や膜厚のバリエーション） に対して、 同じ演算式を常に用い ること力 <できないことに起因する。
    [0054] さらには、 試料の膜厚を正確に決定するに当たり、 コンピュータにより、 厶と Φとを交互に計算して両方の値を収束させる演算を行う場合には、 基本的にコン ビュー夕のプログラム力 <繁雑になり、 演算時間も長時間化する。 このような場合 に、演算式が不正確であったり複雑であると、 演算時間の長時間化が助長され、 測定精度も低下する。
    [0055] 結局、 図 1 8に示す光学系を有するエリプソメータにおいては、 前述した（2) ( 3)式を用いてエリプソパラメ一を算出している限り、 測定対象が、 振幅比 øの変 ィ匕が少ない材質を有し、 膜厚が大きく変化してない特定の膜厚範囲であると言う 条件を満足する膜のみに測定が限定される問題があつた。
    [0056] 次に、本発明エリプソメータにおける (4) (5)式の導出手順を説明する。 なお、 本発明ェリブソメータは基本的に図 1に示す構造を有して V、る。
    [0057] まず、最初に図 1 8に示した光学系のェリプソメータと図 1に示した光学系を 有するエリプソメータにおける試料面 3, 1 6力、らの反射光の各^器 7 a〜 7 c , 2 1 a〜2 1 cまでに至る光の に注目する。
    [0058] 光源から 面 3, 1 6への各入射光は等しい。 そして、 この入射光のべクト ルを E i とし、 試料面 3, 1 6におけるべクトル変化を S とする。 また、 図 1 8, 図 1の各無偏光ビームスプリッタ 4 a〜4 c , 1 8において光力《反射した 場合におけるべクトル変化を B r とし、 光が透過した場合におけるべクトル変 化を B t とする。
    [0059] また、 図 1 S, 図 1の基準方向に対して 0° 方向の各検光子 5 a , 1 9を光が ϋ過した場合のベクトル変化を: R Q とし、 図 1 8, 図 1の基準方向に対して十 4 5。 および一 4 5° 方向の各検光子 5 b , 5 cおよび偏光ビー厶スプリ ツ夕 2 0を光カく通過した場合の各べクトル変化を: R +4 5 , R _4 , とする。 なお、 本発明における基準方向とは角度^上、 便宜的に定めた任意の方向で ある点は既に述べた通りである。通常は p方向を基準方向とする力く、 本発明はこ れに^されるものではない。
    [0060] すると、 図 18における各検光子 5 a, 5b, 5 cを通過する各光のベクトル
    [0061] E 2， E , は (7) (8) (9) 式となる。
    [0062] E
    [0063] 1 =Rn B ί 2 S E i … (7)
    [0064] E
    [0065] 2 = R-+45 B t B r S E i … (8)
    [0066] 3 = K..^ B t Br S E i … (9) そして、 (7) (8) (9) の方程式を解けば、 前述した (2) (3)式が得られる。
    [0067] COS (厶 ）
    [0068] = (12 -13 ) / (2 II ) {II / (12 +13 -II ) } 1/2
    [0069] … (2)
    [0070] Ιαιφ^σ2 tanp {II / (12 + 13 - I 1 ) } 1/2
    [0071] … (3) なお、 (7) 式における （： B I 2 ) の項は反射光が 2回ビームスプリッタを することを示す。 また、 （8) (9)式における （B t B r ) の項は反射光が ビームスプリッタを 1回 し、 力、つ 1回反射することを示す。
    [0072] 同様な手法によって、 図 1における検光子 19および偏光ビームスプリッタ 2
    [0073] 0から出力される基準方向に対する 0° , +45。， 一 45°方向の各偏;^分 のべクトノレ: E , E 2 , E 3 は（10) (11) (12)式となる。
    [0074] E l =K.0 B r S E i 〜（I0) E 2 =R+45 B t S E i 〜（11) E 3 =K._45 B I S E〖 - (12) 図 1の光学系に対応する（10) (11) (12)式と、 図 18の光学系に対応する（7) (δ)
    [0075] (5) 式とを比較すれば明らかなように、 たとえ最終的に同じ 0° , +45° , ― 45。 方向の各偏^ ^分であっても、各偏:^分のべクトル値は試料面からの反
    [0076] 9- 射光が各受光器に入射されるまでの光経路における反射および透過の の差に 応じて大きく異なる。 した力くつて、 これらを用いた各エリプソパラメータ厶， φ
    [0077] 1
    [0078] の算出式にも当然羞が生じる。 無偏光ビームスブリッタ 18は厶を保存しても 0
    [0079] Γ
    [0080] は保存しないから、特にエリブソパラメータ øへの影響が大き L、。
    [0081] 2
    [0082] 試料面で受ける光の変化のべクトル Sは当然各エリブソパラメータ厶， (Pに 依存するので、 べクトル Sは（13)式のように示される。
    [0083] o Φ e j厶 0
    [0084] S =R s (13)
    [0085] 0
    [0086] 但し、 は TO面における入射面に直交する成分 （S偏 «分） のフレネル反 射係数である。 ―
    [0087] また、 前述した定数びは、 （14)式に^"すように、 ビームスブリツ夕表面での S 成分と P 分との各フレネル反射係数 で示される (
    [0088] Ρ
    [0089] σ= (1一 (14)
    [0090] s ' Ρ
    [0091] そして、 (10)〜（14)式を Δ, øについて解くと前述した ( （5)式が得られる。
    [0092] cos( Α-Φ: ) = [ (1 +σ2 ) (I 2 - I 3 ) /4 I 1 3
    [0093] x [2 I 1 Z { (1 +び2 ) ( I 2 + I 3 ) - 2 I 1 } ] 1/2
    [0094] … (4) tanp [2σ2 I 1 /|(1 + σ2 ) (12 + 13 ) -211 } 〕 1 2
    [0095] …^ 位相差 および振幅比 Pは入射光のエリプソパラメータである。 そして、一 般的には、 試料面に入射する光は、 ^えば 1Z4波長板を用いて、
    [0096] 条件 A (1ノ4波長板なし） ： 位相差 =0° , 振幅比 ianp = l (p = 45° ) に設定する力、、 又は、 条件 B (1Z4波長板有り） ： 位相差 =90° , 振幅比 np = l (p = 45° ) に^する。
    [0097] そして、条件 Aの場合、 （4) (5)式はそれぞれ (15) (16)式となる。
    [0098] cos厶 = [ (l+σ2 ) ( I 2 - I 3 ) /4 I！ ]
    [0099] X [2 II Ζ ί (1+び2 ) ( I 2 + I 3 ) - 2 I 1 } ] 1/2
    [0100] -(15)
    [0101] 【sii0= [2び2 II Ζ { (l + σ2 ) C I 2 + I 3 ) - 2 I 1 } ] 1/2
    [0102] -(16) また、条件 Βの場合、 （4) (5)式はそれぞれ (17) (18)式となる。
    [0103] siiiA= [ (1+び2 ) (12 - 13 ) /4 I 1 ]
    [0104] X [2 II / { (1 + σ2 ) ( I 2 + I 3 ) - 2 I 1 } ] 1/2
    [0105] …（17) [2び2 II / { (1+σ2 τ3 CI2 +13 ) 一 21】 ） ] 1/2
    [0106] …（18) L説明したように、 図 1の光学系に対応する（4) (5)式は図 18の鮮系に対 応する（2) (3)式に比較して、 びの位置が異なる。 した力つて、 図 1の光学系でも つて正しい乃至は高精度のエリプソパラメータ Δ, øを求めるためには、 （4) (5) 式を用いる^ がある。
    [0107] なお、 定数びが 1の条件においては、 （4) (5)式は (2) (3)式に一致する力 図 1 8の^^系においては、 定数 σは 1. 2〜1. 5の値であり、 図 1の光学系にお いては、定数びは 0. 5〜0. 8の値である。 よって、 実際問題として各反射率 力、ら得られる定数 σが 1である条件はほとんど存在しない。
    [0108] したがつて、 本発明ェリプソメータにおいては、 試料面からの反射光が 1回の 反射 を経て 0°方向の偏:^分を取出すため、 および試料面からの反射光が それぞれ 1回の透過履歴を経て + 45° および一 45°方向の各偏う fe/S分を取出 すために、無偏光ビームスプリッタと、 検光子と、 偏光ビ一ムスプリッ夕と、 3 個の受光器と、 （4) (5)式の計算を行うための例えばソフトウエアで構成された演 算部と力備えられている。
    [0109] さらに、 第 3の目的を達成するために、 本発明の塗布厚制御方法においては、 帯状の被塗布板の搬送路に沿って配設された塗布装置の前方および後方に第 1 , 第 2のエリプソメータ力配設されている。 また、 第 1のエリプソメータでもって、 塗布前の被塗布板表面に対する第 1のェリプソパラメ一夕力 <求められ、 第 2のェ リプソメータでもつて、 塗布後の被塗布板表面に対する第 2のェリプソパラメ一 タを求められる。 そして、第 1および第 2のエリプソパラメータの差でもって塗 布装置による塗布厚が制御される。
    [0110] なぜならば、 エリプソパラメータの差は塗布膜厚に相関する （特に塗布膜厚が 小さい場合はエリプソパラメータの差は塗布膜厚に比例する） からである。 エリ ブソパラメータの差を 1台のェリプソメータで計測して塗布膜厚を測定しょうと する場合には、 被塗布基板の表面の屈折率が一定であること力く^条件となる。 しかし、 このように 2台を用いてェリブソパラメータの差で塗布膜厚を求めれば、 たとえ塗布膜基板の屈折率が変化しても、 常に正確な塗布膜厚を求めること力可 能になる。 実際のプロセスにおいては被塗布基板表面の屈折率は少しずつ経時的 に変化していること力〈多いので、 本発明の方法は有効である。
    [0111] 1：図面の簡単な説明〗
    [0112] 図 1は本発明の一実施判に係わるェリプソメータの概略構成を示す模式図であ る 0
    [0113] 図 2は同実施 装笸の測定へッドを示す 視図である。
    [0114] 図 3は同測定へッドを手 jで操作する場合の摸式図である。
    [0115] は同実施列装置の ί言号処理部における信号処理を示すタイムチヤ一トであ 図 5は同^ 例装置におけるエリプソパラメータの算出処理を示す流れ図であ る。
    [0116] 図 6は同^ S例装置にて測定されたェリプソパラメ一タ厶の特性図である。 図 7は同 ^^例装置にて測定されたェリプソパラメータ øの特性図である。 図 8は従来計算式を用いた場合の信号処理を示すタィムチャートである。 図 9は本発明の他の 例に係わるェリプソメ一夕における測定へッドの概略 構成図である。
    [0117] 図 1 0は本発明のさらに別の HJg例に係わるェリプソメ一夕における測定へッ ドの概略構成図である。
    [0118] 図 1 1は実施例装置を用いた塗布厚測定装置の概略構成図である。
    [0119] 図 1 2は同塗布厚測定装置における測定へッドの概略構成図である。
    [0120] 図 1 3は同塗布厚測定装置における他の測定へッドの概略構成図である。
    [0121] 図 1 4は同塗布厚測定装置の電気的 成を示すプロック図である。
    [0122] 図 1 5は本発明の一 ^例に係わる塗布厚制御方法を採用した塗布厚制御装置 の概略構成図である。
    [0123] 図 1 6は実施例装置を用いた膜厚分布測定装置の概略構成図である。
    [0124] 図 1 7は同膜厚分布測定装置の電気的構成を示すプロック図である。
    [0125] 図 1 8は従来ェリプソメ一夕の概略構成を示す摸式図である。
    [0126] 図 1 9は一般的な反射光の楕円偏光を示す図である。
    [0127] 図 2 0は本発明の一実施例に係わる複合偏光ビームスプリッタカ組込まれた光 路分岐結合器の断面図である。
    [0128] [発明を するための最良の形態]
    [0129] 以下本発明の一実施列を図面を用 、て説明する。
    [0130] 図 1は ^冽のェリプソメータ全体を示すプロック図である。 内部に多数の光 学部品が収納された測定へッド 2 2から出力されたアナログの各光 ¾J^ I 1 , I 2 , 13 は信号処理部 23でもってでデジタル値に変換された後、 演算部として のパーソナルコンピュータ 24へ入力される。
    [0131] このパーソナルコンピュータ 24は、 入力された各光 ^ U , 1 2, 13を 用いて前述した (4) (5)式の演算を実行して各エリプソパラメータ , Δを算出す る。 さらに、 算出された各エリプソパラメ一夕 ø, Δを用いて測定対象としての 試料面 16の膜厚 dを所定の演算式を用いて算出する。 パーソナルコンピュータ 24は、 一つの測定点における膜厚 dの算出処理が終了すると、 測定対象力く搭載 された XY移動テーブル 26を移動させて試料面 16上の次の測定点に対する膜 厚 dの測定を開始する。
    [0132] 測定へッド 22内において、 半導体レーザ光源 11から出力された単一波長を 有するレーザ ¾ϋは偏光子 12で直線偏光に変換される。 半導体レーザ光源 11 および偏光子 12は光源部 13を構成する。 直線偏光に変換された入射光 15は 光源部 13力、ら 面 16へ角度 øで Λ¾される。 試料面 16で反射された反射 光 17は ¾1面 16の膜の存在によって、 直線偏光から楕円偏光になり、 無偏光 ビームスプリッタ 18へ Λίされる。
    [0133] 無偏光ビームスプリッタ 18は例えば無偏光ガラス板で形成されている。 そし て、 入射された反射光 17は Ρ波と S波との間の位相差△を保持したまま二つの 光 18a, 18bに分岐される。 反射された反射光 18 aは撿光子 19へ入射さ れる。 そして、 この検光子 19は通過光の偏光方向力、'前述した基準方向に対して 0°方向になるように位置決めされている。 この検光子 19から出力された前記 反射光 18a (反射光 17) の 0。 方向の偏う t ^分は受光器 21 aでもってその 光 ¾¾11力 <検出される。
    [0134] また、 無偏光ビームスプリッタ 18の透過光 18bは偏光ビームスプリッ夕 2 0へ入射される。 この偏光ビームプリッタ 20は、 入射した楕円 i 光を有する透 過光 ISbを互い直交する 2方向の偏 ¾¾分に分離して出力する。 そして、 一方 の偏¾^の偏光方向力前述した基準方向に対して受光器 2 1 b側から見て反時 計方向に + 4 5° になるように位置決めされている。 した力 <つて、 受光器 2 1 b の入射光は前言 S 過光 1 8 b (反射光 1 7) の + 4 5。 方向の偏光成分の光強度 1 2 となる。 偏光ビームスプリッタ 2 0から出力される他方の光は当然前記基準 方向に対して一 4 5° 方向の偏舰分となる。 よって、 受光器 2 1 cから反射光 1 7の一 4 5。 方向の偏«分の光 ¾Jt I 3が得られる。
    [0135] そして、前述した光源音 3, 各ビームスプリッタ 1 8, 2 0, 検光子 1 9お よび各受光器 2 1 a〜2 1 c等の各光学部品は 1枚の軽金属材料で形成された基 板 2 2 aに取付けられている。 そして、 図 2に示すように、 各 部品は共通に 1つの 体形状を有したケース 2 2 bにて覆われている。
    [0136] したか'つて、 測定へッド 2 2は、 図 3に示すように、 操作者が片手で試料面 1 6に押付けて測定できる ¾Jgの大きさと重量を有している。 例えば、 実施冽の測 定へッド 2 2においては、 基板 2 2 aと—ケース 2 2 bとを含む大きさ力 図 2に 示すように、長さ L ： 1 Ο Ο Π, 高さ Η： 5 0ιηπι, 蝠 W : 2 5ramであり、 重量が 3 0 0 gである。
    [0137] ちなみに、従来の一般的なエリブソメータに比較すると、 例の測定へッド 2 2は、 体積で 1/700 〜1/1000、重量で 1/80〜1/120 程 まで小型軽量化を図る こと力 <できた。
    [0138] 図 1において、 信号処理部 2 3は、 光源部 1 3へ図 4に示す一定周期を有する 矩形波信号 gを送出して、 入射光 1 5の光¾ ^を矩形波状に変化させる。 その結 果、 各受光器 2 1 a〜2 1 c力、ら入力される光 ¾：信号の信号レベルも図 4に示 すように、 矩形波 ί言号 gの周期でもって変化する。 そして、 信号処理部 2 3は、 各光 ¾1度信号の高いいベルと低いレベルとの差レベルを新たな光¾ ^として検出 して、 検出された各光 ¾ ^を AZD変換して、 デジタル光¾!^ 1 1 , 1 2 , 1 3 として次のパーソナルコンピュータ 24へ送出する。 U I3H- I3L ノ、'一ソナルコンビータ 24は、 信号処理部 23における矩形信号 の発振や各 光 , 12 , 13 の抽出を制御する。 そして、 このパーソナルコンビ一夕
    [0139] 24は図 5の流れ図に従って、 ^面 16の膜厚 dを算出する。
    [0140] 流れ図力《開始されると、 パーソナルコンビ一夕 24は、 信号処理部 23から入 力された各光 , 12 , 13を読取り、 前述した条件 A (1Z4波長板な し） の 5) (16)式を用いて各エリプソパラメータ Δ, øを算出する。 この場合、 定数ひは前述したように予め試験光を用いて測定されている。 そして、 算出され た位相差厶が 0。 近傍値か又は 180。 近傍値の場合は、 膜厚 dは 0であるか、 または入射光 15の波長等によって定まる特定値である。
    [0141] 算出された位相差厶が 0。 近傍値または 180。 近傍値でなければ、 パーソナ ルコンビータ 24は、 得られたエリプソパラメータ Δ, øに対して所定の計算を 行って試料面 16における膜厚 dを算 tii ^る。 算出結果は例えば CRT表示装置 に表示され、 力、つプリンタにて印字出力される。
    [0142] 次に、 このように構成されたエリプソメータの効果を図 6に示す測定結果を用 いて説明する。 図 6は、 偏光方向が +45° で位相差 Δが 0° の直線偏光とした 場合における種々の膜厚 dを有した材料に対してエリプソパラメ一タ Δを測定し た結果を示す図である。 図 6の横軸は、 図 18の光学系を有するエリプソメータ を用いて測定した正しい位相差 Δ値を示す。 縦軸は図 1の実施 ェリプソメータ を用いて測定された位相差△値を示す。 そして、 図中 A特性は、 （4) 式を用いて 算出した位相差 Δを示す。
    [0143] エリプソメータにおいては、 測定された位相差厶の再現性は 1° 以内であり、 また、 測定誤差は 0° 〜180° の全 $511で 0. 5%未 であることが要求され 、 Oo
    [0144] した力 <つて、 実施判の (4) 式を用いると、 測定された位相差 Δは横蚰の正しい 8
    [0145] 位相差厶にほぼ 1対 1で対応する。 すなわち、 0。 近傍および 1 8 0° 近傍を除 いて、 全領域で誤差 0. 5%未満で測定できる。 一般に、 位相差 0° および位相 差 1 8 0。 は膜が存在しない状態に対応する特異な位相差△であることを考慮す ると、 実施例エリプソメータにおいては、 9 0。 の 1点のみで ί¾Εを実施して定 数 σを決定すればよい。
    [0146] これに対して、 図中 Β特性は、 実施例エリプソメータにおいて、従来の（2) 式 を用いて算出された位相差厶を示す特性である。 この Β特性においては、 びを求 める ^ΙΕ点である 9 0。 近傍では正しい値を示している力 位相差 Δが 9 0。 力、 ら離れるに従って、正しい値と大きく離れること力《理解できる。 例えば、 従来の (2) 式を用いて全位相 域で正しい値との間の誤 Sを 1 %未満に制御しょう とすると、位相差 Δが 0° 〜： L 8 T までの間で 1 0点以上の ^iE点を設定して、 各位相差 Δにおける定数 C (び） を予め 定しておく必要がある。
    [0147] 図 7は、 図 6と同一の λ!ί光を用い 種々の材料に対してエリプソパラメ一 タ を測定した結果を示す図である。 図 7の横軸は、 図 1 8の；^系を有するェ リプソメ一タを用いて測定した正しい ø値を示す。 縦軸は図 1の ΜΜύェリプソ メータを用いて測定された ø値を示す。 そして、 図中 C特性は、 （5) 式を用いて 算出した øを示す。 また、 図中 D, Ε, Fの各特性は、 実施冽エリプソメータで 従来の（3) 式を用いて各 ø値を求めた特性である。 そして、 D, Ε, Fの各特性 は ø値の算出過程でびをそれぞれ 1. 2 , 0. 67, 0. 55に設定した場合における特性 である。
    [0148] このように、 （3) 式を用いた従来手法を採用した場合、 びをある一定 iに設定 すると、 測定対象によって正しい ί盧との間のずれ量が異なり、 主に上下に平行移 動する。 この現象の原因としては、 0ί Ϊが測定対象の材料の光の吸収率に主に起 因しているからであると ί ^できる。 回転険光子法などの他の手法で材料毎に予 めこのずれ量を調べておけば、 限定的な使用は可能であるカヾ、 新たに未知材料を 測定することはできない。 また、 実際問題として、 同一材料であっても、 屈折率， 吸収率等の光学的定数は、 不純物の存在や表面粗さ， 非等方性的材料の場合には 測定方位、 すなわち試料の取付方位によって変化する。 した力《つて、 従来の（3) 式を用いて算出されたエリプソバラメータ øの値は信頼性に乏しいと言える。 これに対して、 （5) 式を用いて算出した C特性においては、 一つの σを設定す れば、 測定対象の材質に依存せずに、 全領域に亘つてほぼ正しいエリプソパラメ 一夕 Φが得られることが理解できる。
    [0149] 次に、 パーソナルコンピュータ 24において、 実際に各エリプソパラメータ△, を算出する場合のプログラムについて考える。
    [0150] 図 5力 <先に説明した実施例ェリプソメータにおける（4) (5)式を用いて各ェリプ ソパラメータ△， 0および膜厚 dを算出するプログラムを示す流れ図である。 ま た、 図 8は実施例エリプソメータを用いて従来の（2) (3)式を用いて厶， øおよび dを算出するプログラムを示す流れ図で'ある。
    [0151] 図 8の流れ図において、 従来式を用いて 0 ° 〜1 8 0° の全位相差範囲でもつ て例えば 0. 5%の精度で位相差厶カ<算出されるためには、 予め 0° 〜； L 8 0。 の全位相差範囲を 1 8等分して、 各位相差領域で該当位相差領域に対応する定数 C (= σ) 力《求められる必要がある。 そして、 予備測定された位相差 Δがどの位 相差領域に所属する力判断される。 そして、 判断された位相差領域に指定されて いる定数 C (= σ) を用いて、 再度エリプソパラメータ厶， øの算出処理を実行 する。 そして、 この再演算によって得られたエリプソパラメータ厶， øを用いて 試料面における膜厚 カ<算出される。
    [0152] したがって、 プログラムが饺雑化するのみならず、 位相差 Δが 1 S CT に近い 場合は十数回の判断処理を実行する必¾:があるので、 一つの測定点に対する膜厚 d測定に多大の時間が必要である。
    [0153] これに対して、 図 5に示す実施判プログラムにおいては、 判断を要する処理は 2回のみである。 また、 定数 (= σ) は予め求められた固定値であるので、 エリ プソパラメータ厶， øに対する予備計算を行う必要がなく、 1回の計算のみでよ い。 よって、 図 8に示す従来プログラムに比較して、 プログラム力簡素化される と共に、 計算処 ίϋ ^か'大幅に向上する。 例えば図 8の 1 8回判断を行う場合に 比較して、約 2 0倍の処 il¾が得られた。
    [0154] 例えば、 実際に製鉄工場における連続して移動する薄鋼蒂の it^処理工程にお ける膜厚の測定に、 1台のパーソナルコンピュータ 24で図 1に示す測定へッド
    [0155] 2 2を薄銅帯の幅方向に 1 0台配設して、 従来の（2) (3)式を用いた処 ili J^と、 実施列の (4) (5)式を用いた処理速度とを測定した。 その結果、 従来の (2) (3)式を 用いた処 ί!ϋ¾にお 、ては、 1台のノ、'一ソナルコンピュータ 24で 1台の測定へ ッド 2 2のみしか管理すること力《できなかった力《、 の（4) (5)式を用いてた 場合には、 1台のパーソナルコンピュータ 24で 1 0台の測定へッド 2 2を余裕 をもって制御できた。 したがって、 パ-^ノナルコンピュータ 24の設置台数を滅 少でき、 システム全体の設備費を大幅に節減できる。
    [0156] 図 9は本発明の他の に係わるエリプソメータにおける測定へッドの概略 構成図である。 図 1の実施冽と同一部分には同一符号が付してある。
    [0157] この実施例においては、 試料面 1 6に対する入射光 1 5または反射光 1 7の光 路に 1 Z4波長板 2 7力《揷脱自在に設けらけている。 そして、 測定された 3つの 各光 1 2 , 1 3 の各値の相互間の差が極端に大きい場合は、 この 1 Z
    [0158] 4波長板 2 7を挿入したり、 取り除いたりして、 各光 1 , 1 2 , 1 3 の ίθϊ 相互間の差が極端に大きくなるのを防止して测定精度を向上させること力 能で l oは本発明のさらに別の実施冽に係わるエリプソメータにおける測定へッ ドの概略構成図である。 図 1の実謂と同一部分には同一苻号が付してある。 厚さ 1 0園のアルミ合金等の軽金属の基板 2 2 a上に、 レーザ光源 1 1と偏光 子 1 2からなる光源部 1 3, 無偏光ガラス 2 9と偏光ビームスプリッタ 3 0とか ら一体的に構成されている複合偏光ビームスプリッタ 2 8， 第 1の受光器 2 1 a , 第 2の受光器 2 1 b , 第 3の 器 2 1 c力、平面的に固定されている。
    [0159] 光源部 1 3から出力される直線偏光された 光 1 5は試料面 1 6で反射され る。試料面 1 6からの反射光 1 7は、 直線偏光から図 1 9に示した楕円偏光に変 換されたのち、 複合偏光ビームスプリッタ 2 8の無偏光ガラス 2 9の入射面に入 射される。
    [0160] 無偏光ガラス 2 9は^えば三角形断面を有するプリズムで形成されている。 無 偏光ガラス 2 9の入射面と反対側の出射面に偏光ビームスプリッタ 3 0の入射面 力接合されている。 面 1 6からの反射光 1 7力《入射面に対してブリースター 角度 Θでもつて入射するように、 偏光ビームスプリッタ 3 0の前記基板 2 2 aに 対する取付け 角力、'!^されている。
    [0161] 周知のように、 ブリースター角度 0で λ射された光は入射面で反射される反射 光と内部へ入る透過光に分離される。 そして、 反射光は入射面 （反射面） に平行 方向に偏光する偏 «分のみとなる。
    [0162] したがって、 この入射面 （反射面） で反射された反射光は入射面に苹行する偏 光方向 （基準方向） のみを有した第 1の偏う t/¾分 2 9 aとなる。 一方、 入射面か ら無偏光ガラス 2 9内へ入射した透過光は、 この無偏光ガラス 2 9の物理特性で 定まる屈折率によって屈折されて反対側の出射面から偏光ビームスプリッタ 3〇 へ入射される。 この場合、 透過光の出射面に対する角度が垂直になるように、 無 偏光ガラス 2 9の断面形状が設定されている。 よって、 透過光は偏光ビームスプ リッタ 3 0の入射面に対して垂直に入射される。
    [0163] 偏光ビームスプリッ夕 3 0は冽えば えばウォーラストンプリズ厶等で形成さ れている。 そして、 無偏光ガラス 2 9からの入射光を互いに偏光方向が 9 0 ° 異 なる第 2 , 第 3の偏 分 3 0 a , 3 0 bに分離する。 そして、 第 2の ίϊ¾¾分 30aの偏光方向が前記第 1の偏«¾^ 29aの偏光方向である基準方向に対し て +45。 になり、 力、つ第 3の偏 Mb^3 Obの偏光方向が基準方向に対して- 45。 になるように、 この偏光ビームスプリッタ 30の無偏光ガラス 29に対す る取付角度力く！^されている。
    [0164] 無偏光ガラス 29と偏光ビームスプリッタ 30とは、 物理的に一つの部材とな るように^的に接合されている。 すなわち、 この両者の平滑な接合面を さ せるか、 ガラスの屈折率に近い性質を有する市販の光学オイルを介在させて密着 させる。 この密着状態は図示しない把持機構 （ ¾えば、 硬樹脂の容器ゃネジ機構） により錐持され、物理的に一つの部材として一体化されている。
    [0165] 他の^的接合状態としては、 両者の平滑な接合面を平行に維持したまま離間 するか、 または、離間した間を市販の^オイノレで充填するもの力、'考えられる。 この離間忧態も図示しない適当な把持機構により実現される。 接合面が密着して いな ゝ場合には物理的に一つの部材でおるとは言 L、がナ: 、が、 本発明は当然この ような のものも含む。 なお、 接合面冠間を充填する物資は、上記光学オイル にがされない。
    [0166] 光は無偏光ガラス 29を出射面に垂直に出射し、 偏光ビームスプリッタ 30の Λ ί面に垂直に入射するので、 光の偏光状態が維持される。 それゆえ、 その光を させる^的に等方的な物質で有る限り、 これを充填物質として採用可能で ある。 した力つて、 無偏光ガラス 29と偏光ビームスプリッタ 30とを物理的に 接合する t、わゆる接着剤であつても採用可能な場合がある。
    [0167] このように、 偏 向力《それぞれ基準方向および +45° , — 45° 方向に設 定された第 1, 第 2, 第 3の各偏光成分 29 a, 30 a, 3 Obはそれぞれ笫 1, 第 2, 第 3の各受光器 2 l a, 21 b, 21 cへ人射される。 した力 <つて、 各受 光器 2 l a, 21b, 21 cから図 19に示す反射光 17の楕円偏光における各 万向から見た各光 ¾J^I 1 , 12 , 13が得られる。 図 10に示すような構造のェリプソメータに対して、 図 18の光学系の^と 同様な手法を適用して、 リプソパラメ一タカく如何なる形で表現されるかを検討 してみる。 複合偏光ビームスプリッタ 28から出力される基準方向に対する 0。， + 45° , — 45。 方向の各偏 «分のベクトル； E Ε 2, Ε 3 は (102) (lis) (12a) 式となる。
    [0168] E j = B r S E ί … (10a)
    [0169] E =R†45 B t S E i ...(11a) E 3 =R_45 B t S E 1 … ） 但し、 Sは前述した（13)式で表現されるベクトルである。 また、 この^系で は、 定数びは（14a) 式で示される。
    [0170] び = (1一 rs ) Z (1 - rp ) -(14a) そして、 この^系では、 無偏光ガラス 29に対する入射角度がブリュースタ 一角度に調整されているので、 フレネル反射係数 rQlp =0となる点に注意しな がら、 （10a) 〜Q2a) , (13)および（1 ） 式を厶， 二ついて解くと、 （ ）（5a) 式が得られる。
    [0171] cos ( -φ{ ) = [ (1 +σ2 ) (12 - 13 ) /4σ I 1 ]
    [0172] x C2 I 1 /( (1 + σ2 ) (12 + 13 ) -2σ2 I 1) ] 1/2
    [0173] …(わ） tan0= tanp [|( 1 +び2 ) (I 2 + 13 ) 一 2び2 I I) /2 I 1 ] 1/2
    [0174] -(5a) 試料に入射する光を、 1 4波長板を用いて調整すると、 入射光のエリプソパ ラメータ？^ , Pに関して前述の条件 A, Bを設定することができる。 そして、 条件 Aの場合、 (4a) (5a)式はそれぞれ（15 (16a)式となる。
    [0175] cos厶 = [ (1十ひ2 ) ( I 2 - I 3 ) /4 σ I 1 ]
    [0176] [2 I 1 / { (1 + σ2 ) ( 12 + 13 ) -2σ2 I 1 } ] 1/2 …（15a)
    [0177] ^φ= ί { (1+σ2 ) (12 + 13 ) — 2 σ2 I I } ノ 211 ] 1/2
    [0178] …（】6s) また、条件 Bの場合、 (4a) (5a)式はそれぞ'れ (17a) (18a)式となる。
    [0179] sinA= [ (1+び2 ) (12 一 13 ) Z4ひ I I ]
    [0180] X [2 II / { (l + σ2 ) (12 + 13 ) -2σ2 II } J 1/2 ϋαφ= ί { (1 + σ2 ) (12 + 13 ) 一 2ひ 2 I I } 21】 〕 1/2
    [0181] …（18a) よって、パーソナルコンピュータ 24によって、 前述した（4a) (5a)式を用いて、 エリプソパラメータ Δ, カ《算出される。 そして、 最終的に 面 16の膜厚 d が算出される。
    [0182] このように構成されたエリプソメータ:であれば、 図 10に示すように、 測定へ ッド 22内の基板 22 a上に取付ける:^部品はフ才トダイォードからなる 3個 の ^器 2 l a, 21b, 21 cを別にすれば、 1個の複合偏光ビームスプリッ タ 28および光源部 13のレーザ光源 11と偏光子 12のみである。 した力くつて、 図 18に示した従来のェリプソメータに比較して、 構成光学部品数が格段に少な くなる。
    [0183] また、入射光を基準方向およびこの基準方向に対して互いに + 45。 および- 45° だけ異なる 3つの偏:^分 28 a, 30a, 30 bに分離する複合偏光ビ 一ムスプリッタ 28は 1個の光学部品で構成されて 、るので、 従来装置のように 二つの撿光子相互間の偏光方向を調整する必要がない。 した力《つて、 この複合偏 光ビームスプリッタ 28を基板 22a上に固定すれば、 別途回転調整機構を設け る必要がない。
    [0184] また、無偏光ガラス 29と偏光ビームスプリッ夕 30力《予め所定の相対関^を 有して接合された複合偏光ビームスプリッタ 2 8は、 高々 5〜3 0 rara2 の ¾gの 大きさを有した一体的部品である。 よって、 複合偏光ビームスプリッタ 2 8と各 受光器 2 1〜2 1 c等の周辺部品を含めた検出部全体の大きさは高々 5 cm2で、 高さも 2 cra¾¾である。 また、 重量においても、 2 0 0 g以下である。
    [0185] よって、 図 1に示す 例に比較して測定へッド 2 2をさらに小型軽量に構成 することが可能である。 複合偏光ビームスプリッタ 2 8は作成技術如何で、 さら に小さくすもこと力《できるので、 化により大きく寄与する。
    [0186] さらに、 図 1 0の実施例においても、 図 9と同様に、 ^面 1 6に対する入射 光 1 5または反射光 1 7の光路に対して揷脱自在な 1 4波長板 2 7を設けるこ とも可能である。 図 9の場合においては、 波長板 2 7の挿脱に伴う調整如何で、 (4) (5)式は（15) (16)又は（17) (18)式になるので、 いずれかに基づいてパーソナル コンソュ一タ 2 4でエリプソパラメータ厶， ø力《演算される。 図 1 0の場合は、 波長板 2 7の揷脱に伴う調整如何で、 (4 a) (5a)式は（15a) (I62)又は（17a) (18a)式 になるので、 いずれかに基づき Δ， ø力、'演算される。
    [0187] 図 1 0に示すエリプソメータは、 図 9 (または図 1 ) に示すエリプソメータに 比べて、 より小型 ¾1である力 ブリュースター角度で光を分離する 要索 2 9を採用して固定している閲係上、 測定対象と光学系との間の距離変動の影響を 受けやすい。 このため、 図 9 (または図 1 ) のエリプソメータの方が、 高精度測 定に適している。
    [0188] なお、 図 1 0に示すように構成された複合偏光ビームスプリツ夕 2 8は、 本発 明に係わるエリプソメータの一構成要索であることは言うまでもない。 し力、し、 この複合偏光ビームスプリッタ 1 2 8は、 入力される光学情報を小さな一力、所で 分割し、 光強度情報および偏光情報を伴う 3つの光学情報に分解する機能を有す る。 した力くつて、 この複合偏光ビームスプリッタ 2 8の用途は、 単に前述したェ リブソメータに限らず、 光路分岐结合器、 光導波路等の光学情報機器への採用が 可能である。
    [0189] 図 20は、 ±iSした複合偏光ビームスプリッタカく組込まれた 分岐結合器の 概略構成を示す断面摸式図である。
    [0190] 図 20において、 4つの光フアイバケープノレ 111〜 114の先端部は一力、所 に集められて固定されている。 そして、 その中央部に複合偏光ビームスプリッタ 115力く配設されている。 各光ファイバケーブル 111〜114の先端部分にお いては、 露出した各光ファイバはケース 118内においてそれぞれフエルール 1 21〜124に接続されている。 各フエルール 121〜124はケース 118内 の凹凸部 129a〜l 29gのうちのそれぞれ 129 a〜 129b, 129b〜 129 c, 129d〜129 e〜129 f, 129g〜129 e〜129 fで構 成される lit内にばね 125〜128によって装着されている。 そして、 前記複 合偏光ビーススプリッタ 115は前記各凹凸部 129a〜129gによつて所定 位置に支持されている。 この複合偏光ビーススプリッタ 115は、取付位置がず れないように、 支持部材 116を介してねじ 117により固定されている。
    [0191] このような構成の ¾g各分岐結合器においては、 光ファイバケープノレ 111から 入力さた光情報は、複合偏光ビームスプリッタ 115により、 偏光情報および光 爾青報を有した 3つの光情報に分離され、 各光ファイバ一ケーブル 112, 1 13, 114を介して外部へ出力される。 なお、 光情報を逆方向から入射させる ことによって、 複数の光情報を 1つの光情報に合成することも可能である。
    [0192] 図 11は、 製鉄工場における銅板の迎^1 ί純ラインの最終段階にこの実施例の ェリプソメ一夕を取付けて鋼板上の酸 itl 厚みを測定するシステムの摸式図であ
    [0193] —定 で連統お '鈍ライン 32から綠出される鋼板 31はローラ 33 a， 33 bを轾由した後、 巻取軸 34に巻取られてコイルとなる。 そしてローラ 33 a， 33 b相互間に銅板 31の幅方向に複数の測定へッド 35 (35a, 35 b) 力く この鉄鋼 31の表面および裏面にそれぞれ対向するように配設されている。
    [0194] すなわち、 各測定へッド 35力、らそれぞれの光 1 , I 2, 13が得られ、 これらは、 図示しない信号処理部 23に送信され、 さらに図示しないコンビユー 夕により処理される。 この処理の一例は前述した図 5に示す通りである。 かくし て、 このコンピュータでもって鋼板 31の表面および裏面の酸^^の各膜厚 dが 算出 eれ o0
    [0195] なお、 0.5 〜5ηπι の膜厚 dの範囲においては、 楕円偏光を特定するエリプソパ ラメータのうち位相差厶を特定する cos△と膜厚 dとがほぼ比判関係になる。 一 方、 øはほぼ一定である。 よって、 予めオフライン計測によって cos厶と膜厚 d との関係を測定しておき、 コンピュータに比例係数を入力しておけば、 膜厚 dの 算出 iiigをさらに高速化できる。
    [0196] このような連 鈍ラィンにお t、て、 酸 i 厚 dは鍍金や il^ 理等の後工程 に影響を及ぼすと考えられており、 測定 ることの必要性が認識されていた。 し 力、し、 酸ィ の厚みは 0.5 〜5nmであり、 エリプソメータでもってこの厚みを正 確に測定するには、 測定へッドと測定対象としての鋼板 31との間の距離 Lを厳 密に一定値に保持する必要がある。 しかし、鋼板 31は^えば高速で移動してお り、 移動に伴って振動も発生する。 したがって、 振動の少ないローラ 33 a, 3 3 b近傍で膜厚 dを測定する必要がある。 し力、し、 従来装置においては、 エリプ ソメータの装置自体が大型であり、 ローラ 33a， 33b近傍に配設することが できな力、つた。 特に鋼板 31の ®面の膜厚 dも测定する場合は、 図示するように 銅板 31のローラ 33a, 33 '側には図示するように巻取軸 34に巻取られた コィノレが存在するために、 従来のェリプソメ一夕を配設する空問を確保すること は非常に困難であつ†こ。
    [0197] そこで、 図 2で示したような冽えば 100x50x25咖1¾5の大きさを有し た実施例の測定へッド 35を用いることによって、 この測定へッド 3 をローラ 3 3 aに近接して配設すること力《可能となる。 その結果、 銅板 3 1の振動がほと んど発生しない部位で酸 it^厚 dを測定すること力 <できる。 よって、 十分な測定 精度を確保できる。
    [0198] 実施例においては、 1 0 0 en幅を有した銅板 3 1の幅方向に 2 5卿幅を有する 測定へッド 3 5を表面および裏面にそれぞれ 5個づっ配設している。 このように 幅力狭い測定へッド 3 5を用いることによって、 銅板 3 1の幅方向の酸 ίϋ!厚分 布をオンライン状態で測定できる。
    [0199] ちなみに、 従来においては、 オンライン計測ができなかったために、 健員が 銅板 3 1の一部を切り取って、 実^に持ち帰り酸 ib 厚 dを測定していた。 し たがつて、 実施例装置にいては従来装置に比較して製品の検査作業能率を大幅に 向上できる。
    [0200] 図 1 5は^ ISプロセスの it^処理工場における銅 上に油を塗布する塗布ライ ンの概略構成図である。 そして、 この塗布ラインに実施冽の塗布厚制御方法を採 用した^厚制御装置が組込まれている。
    [0201] —定 で搬入される鋼板 3 1は、 塗布装置 3 6で油が塗布された後、 ローラ 3 3 a , 3 3 bによって搬出される。 そして塗布装置 3 6の前方位置および口一 ラ 3 3 a , 3 3 b相互間位置において、 鉄銅 3 1の幅方向に複数の第 1 , 第 2の 測定へッド 3 5 a , 3 5 bがこの鉄鋼 3 1の表面に対向するように配設されてい る o
    [0202] なお、 図 1 1および図 1 5の何れの場合においても、 個々の測定へッド 3 5内 にガス供铪管を して、 洌えば乾燥窒索のような測定に影響を与えないガスを 測定へッド 3 5 a , 3 5 b内に供铪し、 このガスを入射光 1 5および反射光 1 7 が入出力する穴から外部に向けて 500 〜5000c cZmi ii 流出させて、 ガス圧により 油， 塵等の光学系への導入を防止する。
    [0203] 具体的には、 図 1 2および図 1 3に示すように、 測定へッド 3 5の光学系の外 部を覆うケース 35 cにはガス供給装置からのガス供給管 100が貫通して、 ケ ース内部に開口している。 ケース 35 cには光源部 13力、らの入射光 15とその 反射光 17力 <出入りする穴 35 d力、'穿設されている。 そして、 この穴 35 cはガ ス供袷管 100からのガスの排気口を兼ねる。 図示するように、 ガス供铪管 10 0のノズル 100 aは穴 35 dに向かってガスを吹付けるように配置されるのが 好ましいが、 これに限定されるものではない。 結果として、 穴 35 dから加圧さ れたガス力 <外部に吹き出し、 内部の光学系への外来物の侵入を回避できれば、 単 にケース 35 c内をガスパージするだけでも良い。 図 12, 図 13に示したもう 一つのノズル 100bは、 特にケース 35 c内のガスパージを意図して設けられ ている。
    [0204] 各測定へッド 35 a, 35 bからそれぞれの光？ M II , 12 , 13力、'得られ る。 そして、 図示しないコンピュータでもって鋼板 31の各幅方向位置における 塗布装置 36で油を塗布する前の状態のエリプソパラメータ厶 1， <p を第 1の 測定ヘッド 35 aの各光強度から求める。 同様に、 コンピュータでもって油を塗 布した後のエリプソパラメータ Δ2 , Φ2を第 2の測定へッド 35bの各光？^ 力、ら求める。
    [0205] 各位相差 Δ1 , Δ2相互間の差 Δ 12が塗布された油の膜厚 dに比例することが 実証されている。
    [0206] cos 厶 12= cos (Δ2 ー厶 1 ) … (19) 第 1の測定へッド 35 aで測定された鋼板 31上の特定位置力く第 2の測定へッ ド 35 bの位置に iijiiする時刻は鋼板 31の移動速度 V力く特定できれば、 同一点 における楕円倡光のエリプソパラメータの変化量を測定できる。 そして、 この変 化量を塗布装置 36に帰遝量として送出することによって、 塗布される油の膜厚 dを一定値に自動制御できる。 この実施^においては、 膜厚 dの変動を ±3nm に 抑制することができた。 なお、 塗布装置 36自体の塗布厚みの制御可能範囲が 2aoiであることを考慮すると、 きわめて良好に膜厚 dを制御できること力 解で きる
    [0207] ちなみに、本難例手法を用いない場合においては、鋼板 3 1の種類によって は、銅板の表面屈折率と塗布された油の屈折率が近似していると、 油の膜厚 dの みを抽出して正確に測定することは困難であった。 また、鋼板 3 1の表面状態か' 連銃的に変化する場合においても、正確に測定することが困難であった。
    [0208] このように、 実施^！の塗布厚制御方法を採用した塗布厚制御装置は、 測定へッ ドが測定処理における高速性を保つたまま/ 化されたことによつて初めて実用 化された。
    [0209] なお、 この^ g列においては、塗布油膜厚 dは 2 〜30ππιである。 この塗布油膜 厚 dの範囲においては、楕円偏光を特定するェリプソパラメータのうち位相差厶 の c os厶と膜厚 dとがほぼ比例関係にある。 そのために、予めオフライン計測に よって c os厶と膜厚 dとの関係を測定し おき、 コンピュータに比例係数を入力 しておくことによって、膜厚 dの算出^ Kをさらに高速化すること力《できる。
    [0210] HJg例のコンピュータは市販の 3 2ビッ卜のマイクロコンピュータである。 こ の場合、 1ライン分の分布（5点） は I ras e c毎に得られる力く、 1000回分を平均し て出力する。銅板 3 1の移動速度 Vは 5 m/s e c であるので、 計測結果は 5 m毎の 平均 ί直である。 計測結果は、前述したように、 塗布装置 3 6に帰還され、 膜厚 d が設定値に維持されるように制御される。
    [0211] なお、 従来においては、 オンライン計測ができなかったために、 例えば膜厚 d の設定値が 20 に対して、鋼板 100 m内において最大 ± 13ηπιの変励が生じていた 力《、 実施例装置を採用することによって、 その変励を ±8ηπ に抑制することがで きた。 よって、 製品の 作業能率を大幅に向上できる。
    [0212] 図 1 1 , 1 5のようなオンライン計測システムの制御プロック図の一判を図 1 4に示す。 この図において、 測定へッドは、 図 1の測定へッド 22と同様に、 信号処理部 とパーソナルコンピュータに接铳されている。 多数の測定へッド 35は鋼板 31 の両側に分割されてグノレープ化されている。 各グループの測定へッド 35 a, 3 5 bはそれぞれ信号処理部 23 a, 23 bを介してそれぞれ 1台のパーソナルコ ンビュータ 24 a, 24bに接続される。 各グループ内において、 各測定へッド 5 a， 35bのそれぞれの測定値は時分割多重通 ί言によつてそれぞれのパーソ ナルコンピュータ 24 a， 24 bへ伝送される。 測定結果はそれぞれのノ、。一ソナ ルコンピュータ 24 a, 24bメメモリに一時蓄積してもよいし、 外部記億部に 記億してもよい。
    [0213] さらに、 各パーソナルコンピュータ 24 a, 24 bは共通パ'スライン 101に 接続されている。 この共通バスライン 101には、 出力表示装置 102, 記億装 置 103, 例えば銅板 31の移動速度や 定対象の製造条件等の製造プロセス情 報を記億する手段 104, 上位コンピュータ 105, 操作者が操作するマンマシ ンインタフェース装置 106, ϋΰϋプロセスコントローラ 107等が接続されて い
    [0214] 例えば、 図 15に示した鋼板 31上への塗布ラインにおいては、 2力、所の測 定ヘッド 35 a , 35 bによる測定結果により各パーソナルコンビュ一夕 24 a , 24 bがエリプソパラメ一夕 Δ1 ， Δ 2 を演算する。 この結果はハーソナルコン ビニータ 24 a, 24 bに一旦記 t:される。 引铳き、 上位コンピュータ 105の 指示により、 エリプソパラメータ Δ1 , Δ2 や プロセスに関する情報等の必 要なデータ力 <読出される。 そして、 上位コンピュータ 105はこれらを用いて膜 厚 を演算する。
    [0215] 上位コンピュータ 105は、 当然、 膜厚計測に閲するシステムを制御する。 さ らに、 この上位コンピュータ 105は、 測定結果に基づいて測定対象の製造プロ セスを最適または目標 J!りになるように自動制御する機能をも有する。 また、 マ ンマシンインタエース装置 1 0 6は、上位コンピュータ 1 0 5と下位コンビユー タ 24 a , 24 bとの間のインタエースの機能を有する。 すなわち、 ^^者の希 望または予め構築されたプログラムに従つて、 必要な計測デー夕は適宜表示され、 言己録される。
    [0216] 図 1 6は本発明の他の 例に係わるエリプソメータをシリコンゥエーハーの 酸 ίί^厚の分布測定装置に組込んだ状態を示す図である。
    [0217] ベース 4 1上に移動テーブル 4 2力《設けられ、 この移動テーブル 4 2上に回転 支持台 4 3力く取付けられている。 そして、 この回転支持台 4 3上に測定対象とし てのシリコンゥエーハー 4 5力く例えば吸着機構によって取付けられる。 したがつ て、 シリコンゥエーハー 4 5は回転しながら矢印方向に直線移動する。 ベース 4 1上にはシリコンゥエーハー 4 5全体の厚みを測定する既存の厚み測定装置 4 6 力 <§e設され、 また、 この厚み測定装置 4_6の対向位置にエリプソメータの測定へ ッド 4 7力、'支持部材 4 8にて固定されている。 なお、 測定へッド 4 7内のレーザ 光源 1 1から出力されるレーザ光における波長は 830nraであり、 出力は l mWで あり、 ビーム径は 0. 8ππηである。
    [0218] そして、厚み測定装置 4 6および測定へッド 4 7は移動テーブル 4 2および回 転支持台 4 3にて制御されて移動しているシリコンゥエーハー 4 5の各測定位置 (R, Θ ) における全体の厚みと酸 iti の厚み dを測定する。
    [0219] 図 1 7は、 図 1 6に示す酸 itil厚の分布測定装置に組込まれているパーソナル コンピュータ 24の電気的椅成を示すブロック図である。 但し、 図中移動機構 5 9, 移動テープノレ 4 2, 回転支持台 4 3およびこれらの制御を除く電気的構成は、 本発明に係わるェリプソメ一夕のための電気的構成として採用できる。 従って、 その残の電気的構成は、 図 1 , 図 9 , 図 1 0における各光強 I 1 , 1 2 , 1 3 や 図 1 1および図 1 5における測定ヘッド 3 5 ( 3 5 a , 3 5 b ) からの各光強 I i , 1 2 , 1 3 を処理できることは明らかである。 さて、 図 17において、 測定へッド 47に組込まれた各受光器 21 a, 21b, 21 cから出力されるアナログの各光 ¾J¾ I 1 , 12 , 13 はそれぞ 曽幅器 5 0 a, 50b, 50 cで一定の増幅率で増幅された後、 それぞれサンプルホール ド （SZH) 回路 5 l a, 51b, 51 cで一定期間サンプルホ一ルドされる。 そして、 サンプルホールドされた各光 ¾ ^はマルチプレクサ回路 52へ入力され る。 マルチプレクサ回路 52は、 入力された 3つの各光 1 〜13を時分割 して一つの時分割多重信号に変換して、 AZD変換器 53へ送出する。 AZD変 換器 53は入力されたアナ口グの時分割多重化信号をデジタルのデータ信号に変 換してバスライン 54へ送出する。
    [0220] ノくスライン 54には各種演算および制御を行う CPU (中央処理装置） 55が ^されている。 そして、 この CPU55は前記バスライン 54を介して、 種々 の制御プログラムが記億されている R 0 56 , 入力されたデジタルの各光強度 11 -13等の各種可変データを記億する RAMで構成されたデータメモリ 57， 演算結果を例えば表示器やプリン夕に出力する出力装置 58等を制御する。
    [0221] データメモリ 57は、 な情報を蓄積する磁気テープ手段を備えていてもよ い。 必要な演算プログラム （冽えば、 (4) (5)式、 (4a) (5s) 式， (15) (16)式、 (15s) (16a)式を実行するプログラム） は、 ROM56に初めから蓄積しておいて もかまわないし、 RAMの中に書き替え自在に蓄積しておいてもよい。
    [0222] バスライン 54には図示しないキーボード手段も接続され、 マンマシンィン夕 フェース力'確保される。 測定者は、 キーボード手段を介して、 ROM56や RA Mから必要な情報やプログラムを読出すことができるし、 RAM内のデータゃプ ログラムを書き替えることも可能である。 また、 測定者は、 測定器や周辺機器の 指令をキーボード手段を介して入力することができる。 特に、 1 4波長板を入 射光 15の:^各に対して揷脱して入射光の設定を行う場合には、 より適当な演淳 プログラムを選択する必要があるが、 このような場合にも測定者はキーボード手 段を介して演算プログラムの選択や必要なデータ， プログラムの修正を行うこと が'できる。
    [0223] さらに、 CPU55は、 各サンプルホールド回路 51 a〜51 dにおけるサン プルホールドタイミングを制御し、 マルチプレクサ回路 52の動作を制御する。 また、 CPU55は、 前言 動テーブル 42および回転支持台 43を! する移 動機構 5 に対して制御信号を送出して、 移動テーブル 42および回転支持台 4 3の移動位置を制御する。
    [0224] そして、 前記 CPU65は外部から測定指令か'入力すると、 移動機構 59へ制 御信号を送出してシリコンゥヱ一ハー 45上の測定位置 （R, Θ を初期化する。 次に、 該当測定位置における各光 I 1 〜13 を AZD変換器 53を介して読 取り、一旦データメモリ 57へ書込む。 そして、 つた各光 ¾¾Ι1 〜13 を (4) (5)式に ftAしてエリプソパラメータ , Δを算出する。 エリプソパラメータ , Δ, 力《求まると、 ^^計算式を用い" Tシリコンゥエーハー 45上の該当測定 位置 (R, Θ) における膜厚 dおよび屈折率を算出する。 一つの測定位置におけ る膜厚 dおよび屈折率の測定が終了すると、 移動機構 59へ制御信号を送出して 測定位置 （R, Θ) を移動して再度測定を実行する。 そして、 すべての測定位置 における測定処理が終了すると、 1枚のシリコンゥエーハー 45に対する測定が 終了する。
    [0225] なお、 測定結果の中間値や最終値は CPU55で制御される出力装置 58を介 してプリンタゃ CRT画面のような周知の表示手段にて表示される。
    [0226] そして、既存の厚み測定装置 46が 1枚のシリコンゥエーハー 45の厚みを測 定するのに要する時間は約 20秒であり、 この問にェリプソメータは別途設置さ れた図 17のマイクロコンピュータによる計算を含めてシリコンゥェ一ハー面を 約 1000点測定可能である。
    [0227] した力くつて、 この測定へッド 47を取付けることによって、 移動テーブル 42 力《停止したり、 搬送速度力《低下することはない。 また、 このエリプソメータを取 付けることによって、 膜厚 d力く許容範囲を外れた規 のシリコンゥエーハー 4 5を排除できる。 よって、 規麟のシリコンゥエーハー 4 5力'次の工程へ ¾igさ れることはないので、 全体の生産性を向上できる。
    [0228] なお、 例においては、 2 0台のゥエーハ一搬送機にそれぞれ前述した測定 へッド 4 7を取付けて、 1台のパーソナルコンピュータ 24でもって測定を行つ た。 1個の測定へッド 4 7における 1回の酸ィ tl 厚 dの測定に要する時間は、 パ 一ソナルコンピュータ 24における計算時間をも含めて約 l msである。 一方、 測 定へッド 4 7の下方位置をシリコンゥヱーハー 4 5力、'通り過ぎる時間は 1台当り 1/20秒である。 した力つて、 ゥエーハー搬送 0台同時に稼働したとしても 測定および計算処理は十分に追従できる。
    [0229] なお、 一般的なゥエーハー搬送機の周辺は空間的余裕が少なく、 従来のェリブ ソメータを設置することは非常に困難であった。 なお、 シリコンゥエーハー 4 5 の酸 ίϋ!厚 dのみを専門に測定する測定工程を別途設ければ、 従来装置において も測定可能である。 しかしそうすると、 シリコンゥェ一ハー 4 5の製造工程力《増 加するのみならず、 増加することによって、 埃や塵力、'表面に付着する確率か く なり、 製品の歩留まりを低下させる懸念が新たに生じる。
    [0230] このように、 実施例エリプソメータにおいては、 測定へッ ド 4 7力、'大幅に小型 化されているので、 ±ίΒした各適用冽に限らず、 既存の設備に簡単に付加す ることによって、 窒 ί U . ポリシリコン膜， 透明電極材料， 油膜等のォンライン 計測への応用が可能である。
    权利要求:
    Claims 請求の範囲 (1) 偏光した光を痴淀対象に所定角度で入射させる光源部と、 前記測定対象に て ¾rされた反射光を第 1および第 2の光路へ分岐する無偏光ビームスプリッタ と、前言 1の«に分岐された反射光における基準方向の偏« ^を通過させ る検光子と、 この検光子を通過した光の 5¾を検出する第 1の受光器と、 前言 2の^に分岐された反射光を前記基準方向に対して互いに異なる方向の偏舰 分に分離する偏光ビームスプリッタと、 この偏光ビームスプリッタにて分離され た各光の光 を検出する第 2および第 3の受光器と、 m i, 第 2, 第 3の 受光器にて検出された各光 ^から前 射光における楕円偏光のェリプソバラ メ一夕を算出する演算部とを備えたェリ "ソメータ。 (2) 前言 5»方向は前記測定対象にて反射された反射光のうちの前記測定対象 への λ!ί光の入射面に平行な方向に Ιδ^され、 前記偏光ビームスプリッタの各偏 ^向カ 記基準方位に対して +4 5。 および一 4 5。 方向に されたことを 特徵とする請求の範囲第 1項記載のェリプソメータ。 (3) 前記測定対象と無偏光ビームスプリッタとの間の に初期校正用の直線 倔光子および 1/4波長扳を揷脱自在に設けたことを特徴とする請求の範囲第 1項 mのエリプソメータ。 (4) 光した光を測定対象に所定角度で入射させる光源部と、 前記測定対象に て反射された反射光を偏光方向力、'基準方向に設定された第 1の偏舰分と偏光方 向カヾ前記基準方向に対してそれそ · ϋなる方向に設定された第 2および第 3の偏 分とに分離する複合偏光ビームスプリッタと、 この複合偏光ビ一ムスプリッ タにて分離された第 1， 第 2および第 3の偏う t ^分の各光¾ ^を検出する笫 1 , 第 2および第 3の受光器と、 この第 1, 笫 2および笫 3の受光器の各光 から 前記反射光におる楕円偏光のェリプソパラメータを算出する演算部とを備えたェ リプソメータ。 (5) 前記複合偏光ビームスプリッタは、 前記測定対象からの入射光に対する入 射角度がブリュースター角度に設定され、 前記入射光を、 入射面で前記第 1の受 光器へ反射される反射光と内部へ入る透過光とに分岐する無偏光ガラスと、 この 無偏光ガラスにおける前言 過光の出射面に接合され、 前記無偏光ガラスを透過 した光を、 偏 向力 <前記基準方向に対してそれそ' なる方向に向く前記第 2 および第 3の偏«分に分離する偏光ビームスプリッタとで構成されたことを特 徴とする請求の範囲第 4項記載のェリプソメータ。 (6) 前記基準方向は前記測定対象にて反射された反射光のうちの前記測定対象 への入射光の入射面に ¥ffな方向に設定され、 前記偏光ビームスプリッタの各偏 ¾ ^向力 記基準方位に対して + 4 5° および一 4 5。 方向に！^されたことを 特徴とする請求の範囲第 5項記載のェリブソメータ。 (7) 前記光源部， 各ビームスプリッタ， 各受光器等の各光学部材を 1枚の軽金 属基^！:に取付けたことを特徴とする請求の範囲第 1項記載のェリブソメータ。(8) 前記光源部， 各ビームスプリッタ， 各受光器等の各光学部材を 1枚の軽金 属基^ ±に取付けたことを特徴とする請求の範囲第 4項記載のェリプソメータ。(9) 前記光源部， 各ビームスプリッタ, 各受光器等の各光学部材を収納するケ ースと、 このケースの前記測定対象に対向する位置に穿設され、 前記測定対象に 対する入射う t¾び反射光が入出力する穴と、 前記ケースに接続され、 このケース 内に ϋϋϋするガス供給管と、 このガス供給管を介して前記ケース内に加圧ガスを 供耠して、 この加圧ガスを前記穴からケ一ス外へ排気する加圧ガス供給手段とを 備えた請求の範囲第 1項記載のエリプソメータ。 (1 ΰ) 前記光源部， 各ビームスプリッタ， 各受光器等の各光学部材を収納するケ —スと、 このケースの前記測定対象に対向する位^に穿設され、 前記測定対象に 対する び反射光が入出力する穴と、 前記ケースに接続され、 前記ケース 内に連通するガス供袷管と、 このガス供给管を介して前記ケース内に加圧ガスを 供铪して、 この加圧ガスを前記穴からケース外へ排気する加圧ガス供給手段とを 備えた請求の範囲第 4 J頁言 Stのェリプソメ一タ。 (11) 偏光した光を測定対象に所定角度で Λίさせる光源部と前記測定対象にて 反射された反射光における互いに異なる 3方向の偏 ¾ζ分の各光 ¾Jgを検出する 光測定部とを収納するケースと、 このケースの前記測定対象に対向する位置に穿 設され、 前記測定対象に対する入射舰び反射光が入出力する穴と、 前記ケース に接続され、 前記ケース内に連通するガス供給管と、 このガス供給管を介して前 記ケース内に加圧ガスを供給して、 この加圧ガスを前記穴からケース外へ排気す る加圧ガス供給手段とを備えたェリプソメータ。 (12) 偏光した光を測定対象に所定角度で入射させる光源部と、 前記測定対象か らの反射光を反射 び透過光に分岐する無偏光ビームスプリッタと、 前記無偏 光ビームスプリッ夕の反射光から前記測定対象への入射光の入射面に平行な方向 を基準方向とした場合における 0° 方向の偏^^を取出す検光子と、 m rn 光を前記基準方向に対して +45°方向及び一 45° 方向の各偏舰分に分離す る偏光ビームスプリッタと、 前記検光子及び偏光ビームスプリッタから出力され る 0。 ， +45。 及び- 45° 方向の各偏舰分の各光艇 I I , 12 , I 3 を 検出する複数の受光器と、 この各受光器にて検出された各光 ¾ ^から下式を用い て前記測定対象からの反射光における楕円偏光の位相差△および振幅比 øからな るェリプソパラメータを算出する演算部とを備えたェリプソメータ。 cos( Δ- ι ) = [ (1+σ2 ) (12 - 13 ) /4 I 1 ] x [2 I 1 / { (1 + σ2 ) CI 2 + 13 ) -211 } ] 1/2 tanp [2 σ2 I I / び2 ) (12 + 13 ) -211 } ] 1/2 但し、 位相差 および振幅比 Ρは入射光のエリプソパラメータであり、 ひは 測定系で定まる定数である。 (13) 偏光した光を測定対象に所定角度で入射させる光源部と、 前記測定対象か らの反射光が入射面に対してプリユースター角度で入射され、 この入射光を入射 面で反射光と内部へ入る透過光とに分離する無偏光ガラスと、 この無偏光ガラス における前言 過光の出射面に光学的に接合され、 前言 過光を前記測定対象へ の入射光の入射面に平行な方向を基準方向とした場合における + 45。 方向及び — 45。 方向の各偏光成分に分離する偏光ビームスプリッタと、 前記基準方向に 対して 0 ° 方向の偏 分となる前記無偏光ガラスの反射光および前記偏光ビー ムスプリッタからの + 45。 及び一 45。 方向の各偏光成分の各光 ¾Jg I 1 , 12 , 13を検出する複数の受光器と、 この各受光器にて検出された各光 ¾ 力、 ら下式を用 、て前記測定対象からの反射光における楕円偏光の位相差厶および振 幅比 からなるエリプソバラメータを算出する演算部とを備えたエリプソメータ。 cos ( Α-φ; ) = [ (1 +σ2 ) ( 12 — 13 ) ノ 4 cr I I ] x 一 1/2 [2 I 1 / { (1 + 2 ) ( 12 + 13 ) 2び2 I I } ] 1/2 tanp ί (1 +σ2 ) ( 12 + 13 ) - 2 σ2 I 1 /2 I 1 } ] 但し、 位相差 および振幅比 Pは入射光のエリプソパラメータであり、 びは測 定系で定まる定数である。 (14) 偏光した光を測定対象に所定角度で入射させ、 その測定対象からの反射光 を第 1および第 2の光路の反射 分に分離し、 前記第 1の光路の反射: ^分に おける基準方向の偏光成分の光強度を検出し、 前記第 2の光路の反射光成分にお ける前記基準方向に対する異なる 2方向の偏 分の光 を検出し、 検出され た合計 3つの光 ¾JKから前言 ^射光におけるエリプソパラメータを演算するェリ プソパラメータ測定方法。 (15) 前記測定対象からの反射光を物理的に一体化されたビームスプリッタによ り 3つの偏 分に分離することを特徴とする請求の範 ES第 14项記載のェリプ ソパラメータ測定方法。 (16) 光の入射角度がブリュースター角度に され、 入射光を Al面で反射光 と内部へ入る透過光とに分離する無偏光ガラス部分と、 この無偏光ガラス部分に おける前S^過光の出射面に * ^的に接合され、 前言 過光を異なる偏: 分の 光に分離して出射する偏光ビームスプリッタ部分と力く、 物理的に一 ί«成されて なることを特徴とする複合偏光ビームスプリッタ。 (17) 帯状の被塗布板の搬送路に沿って第 1のエリプソメータ， 塗布装置および 第 2のエリプソメータを配設して、第 1のエリプソメータでもって、 塗布前の被 塗布板表面に対する第 1のエリプソパラメータを求め、 第 2のエリプソメータで もって、塗布後の被塗布板表面に対する第 2のェリプソパラメ一夕を求め、 この 第 1および第 2のエリプソノヽ'ラメータの差でもつて前記塗布装置による塗布厚を 制御する塗布厚制御方法。 (18) 前記第 1および第 2のエリプソメータは、 偏光した光を測定対象に所定角 度で A させる光源部と、 前記測定対象にて反射された反射光を第 1および第 2 の へ分岐する無偏光ビームスプリッタと、 前記第 1の光路に分岐された反射 光における基準方向の偏 ¾2分を通過させる検光子と、 この検光子を通過した光 の を検出する第 1の受光器と、 前記第 2の光路に分岐された反射光を前記基 準方向に対して互いに異なる方向の偏う1 ^分に分離する偏光ビームスプリッタと、 この偏光ビームスプリッタにて分離された各光の光 ¾ ^を検出する第 2および第 3の受光器と、 前記第 1 , 第 2, 第 3の受光器にて検出された各光 から前記 反射光におる精円偏光のェリプソパラメータを算出する演算部とを備えたことを 特徴とする請求の範囲第 1 7項記載の塗布厚制御方法。 補正された請求の範囲 [1992年 5月 21日（21.05.92)国際事務局受理；出願当初の請求の範囲 16は補正された;新し い請求の範囲 19が加わった;他の請求の範囲は変更なし。 は頁 )j
    (1) 偏光した光を測^象に所定角度で Λ ίさせる光源部と、 前記測定対象に mされた s i光を第 1および第 2の: へ分岐する無偏光ビームスプリッタ と、 前 § 1の に分岐された反射光における 方向の偏^^を ϋϋさせ る検光子と、 この検光子を ¾ϋした光の を検出する第 1の ¾ ^と、 前言 en 2の に分岐された si*光を前e»方向に対して互いに異なる方向の偏 分に分離する偏光ビームスプリッタと、 この偏光ビームスプリッタにて分離され た各光の光 を検出する第 2および第 3の^^と、 前言 第 2, 第 3の ^^にて検出された各光 から前言 SS i光における楕円偏光のェリプソパラ メ一夕を算出する演算部とを備えたェリプソメータ。
    (2) 前言 方向は前言 S»淀対象にて Stiされた S i光のうちの前 £ ^定対象 への λ!ί光の λ!ί面に な方向に^され、 前記偏光ビームスプリッ夕の^ ¾ 向カ 言2¾準方位に対して+4 5。 および一 4 5。 方向に IS¾されたことを 特徴とする請求の範囲第 1項言 Bi¾のェリプソメータ。
    (3) 前記 定対象と無偏光ビームスプリッ夕との間の光路に初期 ¾IE用の直線 偏光子および 1/4波長板を挿脱自在に設けたことを特徴とする請求の範囲第 1項 言^のエリプソメータ。
    (4) 偏光した光を測定対象に所定角度で λ!ίさせる光源部と、 前記測定対象に て反射された 光を偏 ¾¾τ向力《基準方向に された第 1の偏 分と偏光方 向が前言 方向に対してそれぞ i なる方向に 1¾¾された第 2および第 3の偏 分とに分離する複合偏光ビームスプリッ夕と、 この複合偏光ビームスプリッ 夕にて分離された第 1， 第 2および第 3の偏 ¾ ^分の各光 を検出する第 1， 第 2および第 3の 器と、 この第 1， 第 2および第 3の ¾¾¾の各光 から 前言 SM i光におる楕円偏光のエリプソパラメータを算出する演算部とを備えたェ リプソメータ。
    (5) 前記複合偏光ビームスプリッタは、前記測定対象からの λ!ί光に対する入 射角度がブリュースター角度に され、 前記 Λ¾光を、 Λ ί面で前言 1の受 へ S iされる ^ ί光と内部へ入る 光とに分岐する無偏光ガラスと、 この 無偏光ガラスにおける前 ¾1光の出射面に接合され、前記無偏光ガラスを; ¾ϋ した光を、 偏^向か 1言 2»方向に対してそれぞ ¾なる方向に向く前 Ϊ2^2 および第 3の偏¾ ^に分離する偏光ビームスプリッタとで構成されたことを特 徴とする請求の範囲第 4項言 Ξ¾のェリプソメータ。
    (6) 前 B»方向は前記别定対象にて ίされた S i光のうちの前 象 への Λ ί光の λ!ί面に ¥ffな方向に さ 前記偏光ビームスプリッ夕の^ 向か 言 2»方位に対して +4 5。 および一 4 5。 方向に されたことを 特徴とする請求の範囲第 5項 ΪΒ«のェリプソメ一夕。
    (7) 前記 «部， 各ビームスプリッタ， 各 ¾ ^等の各»¾^"を 1枚の 属基 に取付けたことを特徴とする請求の範囲第 1項言 Β«のェリプソメ一夕。
    (8) 前記光源部， 各ビームスプリッタ， 各^^等の各 を 1枚の ¾^ 属基 feiに取付けたことを とする請求の範囲第 4項言 e«のェリプソメータ。
    (9) 編己光源部， 各ビームスプリッタ， 各 ¾ ^等の各^部材を TOするケ ースと、 このケースの前言 定対象に対向する位置に穿設され、前記測定対象に 対する び励 入出力する穴と、 前記ケースに驗さ このケース 内に ¾ϋするガス供^ と、 このガス供^ を介し "Ο記ケース内に加圧ガスを 供給して、 この加圧ガスを前言 からケース外へ排気する加圧ガス供給手段とを 備えた請求の範囲第 1項^のェリプソメータ。
    (10) 藤己光源部， 各ビ一ムスプリッタ， 各 ¾ ^等の各^部材を収納するケ ースと、 このケースの前言 定対象に対向する位置に穿設され、 前記 定対象に 対する A* fe¾c'S i光が入出力する穴と、 記ケースに され、 前記ケース 内に するガス供^ と、 このガス供^ を介して前記ケース内に加圧ガスを 供給して、 この加圧ガスを前記穴からケース外へ排気する加圧ガス供給手段とを 備えた請求の範囲第 4項言 B¾のェリプソメータ。
    (11) 偏光した光を測定対象に所定角度で Λίさせる光源部と前記測定対象にて された 光における互いに異なる 3方向の偏« ^の各光 ¾JKを検出する ¾淀部とを するケースと、 このケースの前記湖^象に対向する位置に穿 設され、 前記 象に対する Λ ί:¾¾び反射 ¾6《入出力する穴と、 前記ケース に 1¾され、 前記ケース内に するガス供^と、 このガス供^ Wを介して前 記ケース内に加圧ガスを供給して、 この加圧ガスを前記穴からケース外へ排気す る加圧ガス供給手段とを備えたェリプソメータ。
    (12) 偏光した光を測定対象に所定角度で λ!ίさせる光源部と、 前記測定対象か らの Μί光を反射 び ¾ϋ光に分岐する無偏光ビームスプリッタと、 前記無偏 光ビームスプリッ夕の 光から前記測定対象への Λ ί光の Λί面に ¥ίίな方向 を,方向とした場合における 0° 方向の偏« ^を取出す検光子と、 前S^ii 光を前言 準方向に対して +45。 方向及び一 45。 方向の^ ΐ«分に分離す る偏光ビームスプリッタと、 前記検光子及び偏光ビームスプリッタから出力され る 0。， +45° 及び一 45。 方向の各偏 分の各光 ¾Jg I I， 12 , 13 を 検出する複数の受光器と、 この各 器にて検出された各光 ¾Jgから下式を用い て前 i¾¾定対象からの 光における楕円偏光の位相差厶および振幅比 Φからな るェリプソパラメータを算出する演算部とを備えたェリプソメータ。
    cos ( 厶一ί^ ) = [ (1+び2 ) (12 - 13 ) /4 I I ]
    X [2 I I / { (l + σ2 ) (12 + 13 ) -211 } ] 1/2 + σ2 ) (12 + 13 ) -211 } ] 1/2 但し、 位相差 <^ および振 i itpは入射光のエリプソパラメータであり、 びは 别 で定まる定数である。
    (13) 偏光した光を測定対象に所定角度で Λ ίさせる光源部と、前記測定対象力、 らの 面に対してプリユースター角度で され、 この Λ ί光を λ!ί 面で ¾f光と内部へ入る 光とに分離する無偏光ガラスと、 この無偏光ガラス における前 §Β¾ 光の出射面に 的に接合され、前言 S it光を前記湖定対象へ の Λί光の λ!ί面に ifな方向を ¾^方向とした における +45°方向及び -45°方向の^ ΐ¾ ^に分離する偏光ビームスプリッタと、 前記 »方向に 対して 0 ° 方向の偏 ¾^となる前記無偏光ガラスの ¾f光およひ * ^記偏光ビー ムスプリッタからの + 45°及び— 45°方向の^: 分の各光 11 , 12， 13を検出する複数の^器と、 この各¾«にて検出された各光 ¾Kか ら下式を用いて前言 2¾定文像からの S i光における楕円偏光の位相差厶および振 からなるエリプソパラメータを算出する演算部とを備えたエリプソメータ。 cos (厶ー ) = [ (1+び2 ) ( I 2 - I 3 ) X4 σ 11 ]
    X [2 II / { ί1+σύ ) (12 +13 ) 一 2び2 II } ] 1/2 tan^= tanp [((1 + σ2 ) (12 +13 ) -2aL 11 /211 ) 1 1/2 但し、位相差 および振 i J pは Λ ί光のエリプソパラメータであり、 びは測 で定まる定 ieある。
    (14) 握光した光を測^象に所定角度で Λ ίさせ、 その ϊ¾ ^象からの Κ ί光 を第 1および第 2の の S i^fc^に分離し、 前言 の の に おける S^方向の偏¾ ^の光 を検出し、 前記第 2の光路の «分にお ける前言 2»方向に対する異なる 2方向の偏« ^の光 を検出し、検出され た合計 3つの光 ¾Sから前言 £Κ ί光におけるェリプソパラメータを演算するエリ プソパラメータ測^法。
    (15) 前言 ¾¾定対象からの ¾f光を物理的に一体化されたビームスプリッタによ り 3つの偏¾ ^に分離することを特徴とする請求の範囲第 14項言 のェリプ ソパラメータ潮^法 o
    (16) (捕正後） 光の 角度がブリュースタ—角度に され、 λ!ί光を λ!ί 面で ¾f光と内部へ入る ¾ϋ光とに分離する無偏光ガラス部分と、 この無偏光ガ ラス部分における前言 a¾®光の出射面に 的に接合され、 前言 a¾i光を異なる 偏^^の光に分離して出射する偏光ビームスプリッタ部分とを備えた複合偏光 ビームスプリッタ。
    (17) 帯状の ^板の に沿って第 1のエリプソメータ， «装置および 第 2のエリブソメータを配設して、第 1のエリプソメータでもって、 の被 板表面に る第 1のェリプソパラメータを求め、 第 2のエリプソメータで もって、 ^後の 板表面に対する第 2のエリプソパラメータを求め、 この 第 1および第 2のェリプソパラメータの差でもって前言 布装置による塗布厚を 制御する^ ΐ厚制 ¾im
    (18) 前言 1および第 2のエリプソメータは、 偏光した光を測 象に所定角 度で A*fさせる光源部と、前言 象にて された H¾光を第 1および第 2 の へ分岐する無偏光ビームスプリッタと、 前言 1の«に分岐された 光における ¾ ^方向の偏^^を させる検 と、 この検»を した光 の ¾Sを検出する第 1の と、 M 2の: に分岐された^ f光を前言 £S 準方向に対して互いに異なる方向の偏 に分離する偏光ビームスプリッタと、 この偏光ビームスプリッタにて分離された各光の光強度を検出する第 2および第 3の^^と、 前言 1 , 第 2， 第 3の ¾ ^にて検出された各光 から前記 ¾f光におる楕円偏光のエリプソパラメータを算出する演算部とを備えたことを ^^とする請求の範囲第 1 7項言^の塗布厚制御方法。
    (19) WJQ 前記無偏光ガラス部分と前記偏光ビームスプリッタ部分とは、 物 理的に Ηί¾成されていることを特徴とする請求の範囲第 1 6項言 Bi¾の複合偏光 ビームスプリッタ。
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