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KR20220169377A - Spectrosmeter, metrology systems and semiconductor inspection methods - Google Patents

Spectrosmeter, metrology systems and semiconductor inspection methods Download PDF

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KR20220169377A
KR20220169377A KR1020220013618A KR20220013618A KR20220169377A KR 20220169377 A KR20220169377 A KR 20220169377A KR 1020220013618 A KR1020220013618 A KR 1020220013618A KR 20220013618 A KR20220013618 A KR 20220013618A KR 20220169377 A KR20220169377 A KR 20220169377A
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KR
South Korea
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light
incident
optical
dmd
focusing lens
Prior art date
Application number
KR1020220013618A
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Korean (ko)
Inventor
김진용
야스히로 히다카
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
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Abstract

Provided are a spectrometer and measurement system capable of improving spectrum performance. The spectrometer regarding to an embodiment is equipped with a collimator lens, a focusing lens, and an SLM, wherein a light reflected by the SLM is emitted from an exit slit through the focusing lens and a dispersion optical element, and the entrance slit, exit slit, and reflective surface are related to conjugation in a second surface orthogonal to a first surface comprising a light path of the light dispersed at different angles.

Description

분광기, 계측 시스템 및 반도체 검사 방법{Spectrosmeter, metrology systems and semiconductor inspection methods}Spectrosmeter, metrology systems and semiconductor inspection methods}

본 발명은 분광기, 계측 시스템 및 반도체 검사 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a spectrometer, metrology system, and semiconductor inspection method.

반도체 제조 공정에 있어서, SR(Spectroscopic Reflectometry), SE(Spectoroscopic Ellipsometry) 등을 이용한 광학 측정기가 널리 사용되고 있다. 상기 광학 측정기는 실리콘 기판 상에 형성된 반도체 회로 구조의 막두께 등의 치수(Dimension)나 굴절률 등의 광학 상수의 고정밀도로 계측할 수 있다. 이러한 광학 측정기는 OCD(Optical Critical Dimension) 측정 장치라고도 지칭되며, 계측 결과를 반도체 회로 구조의 모델을 사용한 시뮬레이션(Simulation) 결과와 비교하고, 피팅시킴으로써, 반도체 회로 구조의 치수나 구성 물질의 광학 상수를 산출한다.In a semiconductor manufacturing process, optical measuring instruments using spectroscopic reflectometry (SR), spectroscopic ellipsometry (SE), and the like are widely used. The optical measuring device can measure optical constants such as refractive index or dimensions such as film thickness of a semiconductor circuit structure formed on a silicon substrate with high precision. Such an optical measuring device is also referred to as an OCD (Optical Critical Dimension) measuring device, and the measurement result is compared with a simulation result using a semiconductor circuit structure model, and by fitting, the dimension of the semiconductor circuit structure or the optical constant of the constituent material is measured. yield

최근 10년 정도로, 로직 반도체 소자의 FinFET 및 메모리 반도차 소자의 3 D-NAND 플래시 메모리 등과 같이 반도체 회로 구조는 3차원화가 진행되어 더 복잡한 구조가 되고 있다. 요구하는 대상의 구조가 복잡해지면, 피팅에 의해 플로팅 파라미터(Floating parameter)의 수가 증가한다. 예컨대, 현재의 FinFET의 OCD 측정 장치에 의한 계측에서는, 20-30개 정도의 플로팅 파라미터를 이용할 필요가 있다.In the last 10 years or so, semiconductor circuit structures such as FinFETs of logic semiconductor devices and 3D-NAND flash memories of memory semiconductor devices have been 3-dimensionalized and become more complex structures. If the structure of the object to be requested becomes complex, the number of floating parameters is increased by fitting. For example, in the current FinFET OCD measuring device measurement, it is necessary to use about 20 to 30 floating parameters.

모델에 피팅함에 있어서 치수의 값을 구하기 위해서는 최소한 플로팅 파라미터의 수보다 많은 개수의 측정치를 구하는 것이 필요하다. 예컨대, SR은 반사율 스펙트럼을 요구하고, SE은Ψ의 스펙트럼 및 Δ의 스펙트럼을 요구한다. 모델 피팅에서, 실제 치수와는 다른 플로팅 파라미터의 조합에 의해 피팅이 수렴하는 커플링 문제가 있다. 커플링을 회피하기 위해, 100개 이상의 파장에 대해 SR이나 SE를 실시 경우도 많다. 이러한 계측 정밀도 상의 요구에도 불구하고, 반도체 제조 공정에서의 OCD 측정에는 매우 단시간의 계측이 요구된다. 예컨대, 웨이퍼 1매당 허용되는 측정 시간은 많아도 수십 초 정도이고, 이에 따라 계측은, 웨이퍼 상의 극히 일부에 한정된다.In fitting a model, it is necessary to obtain a number of measurements greater than the number of floating parameters in order to obtain a dimension value. For example, SR requires a reflectance spectrum, and SE requires a spectrum of Ψ and a spectrum of Δ. In model fitting, there is a coupling problem in which the fitting converges by a combination of floating parameters different from actual dimensions. In order to avoid coupling, in many cases SR or SE is implemented for 100 or more wavelengths. In spite of such demands on measurement accuracy, very short time measurement is required for OCD measurement in a semiconductor manufacturing process. For example, the permissible measurement time per wafer is about several tens of seconds at most, and therefore measurement is limited to a very small portion of the wafer.

OCD 측정 장치에 있어서의 복수 파장의 계측은, 크게 나누어 두 종류 있다. 하나는 광원으로부터 출사한 광을 모노크로미터에 투과시켜 단색화하여 조명하는 방법이다. 또 하나는 넓은 파장 대역의 광으로 조명하여 반사된 광을 스펙트로미터로 분광하여 파장마다 계측하는 방법이다. 스펙트로미터를 이용한 분광 계측은 다파장을 동시에 계측할 수 있기 때문에, 고속 계측을 가능하게 하나, 넓은 시야의 화상 계측이나 동공 상에서의 반사율, 엘립소메트리 계측 등의 요인으로 인해 모노크로미터가 요구받는 경우도 많다.Measurement of multiple wavelengths in the OCD measuring device is roughly divided into two types. One is a method of monochromating light emitted from a light source through a monochromator to illuminate the light. Another is a method of measuring the reflected light by illuminating with light of a wide wavelength band by spectroscopy for each wavelength. Spectroscopic measurement using a spectrometer enables high-speed measurement because it can measure multiple wavelengths simultaneously, but a monochromator is required due to factors such as image measurement with a wide field of view, reflectance on the pupil, and ellipsometry measurement. There are many cases.

일반적으로는, 모노크로미터는 회절 격자나 분산 프리즘을 회전시키는 구성으로 되어 있고, 회전 스테이지의 가감속에 이용하는 시간에 따라, 파장 변환에는 수 10 msec 이상의 시간이 필요하다. 전환하는 파장수가 100개 이상이 된 경우에는, 전환 시간에만 몇 초 이상의 시간을 필요로 하므로, OCD 측정 장치 전체의 스루풋(Throughput)에 대해 큰 저하 요인이 되고 있다.In general, a monochromator has a structure in which a diffraction grating or a dispersion prism is rotated, and depending on the time used for acceleration and deceleration of the rotation stage, it takes several ten milliseconds or more for wavelength conversion. When the number of wavelengths to be switched is 100 or more, it takes several seconds or more for only the switching time, which is a major deterioration factor in the throughput of the entire OCD measuring device.

특허 문헌 1에는, 기계적인 구동 시간을 저감시키기 위해, 분산 소자를 2개 이용한 더블 모노크로미터의 구성으로 하고, 그 중간상 부근에 가동 슬릿을 배치한 스펙트로미터가 기재되어 있다. 특허 문헌 1의 구성을 베이스로 하여, SLM(Spatial Light Modulator)를 이용하여 파장 변환을 실시하는 방법이 제안되고 있다.Patent Document 1 describes a spectrometer having a structure of a double monochromator using two dispersing elements and a movable slit disposed near the middle image in order to reduce the mechanical driving time. Based on the configuration of Patent Literature 1, a method of performing wavelength conversion using an SLM (Spatial Light Modulator) has been proposed.

특허 문헌 2에는, SLM의 일 예시인 Digital Micro Mirror Device(DMD)의 기본 구성이 기재되어 있다. 특허 문헌 2와 같은 DMD를 실용화시킨 많은 시도가 행해지고 있다.Patent Document 2 describes the basic configuration of a Digital Micro Mirror Device (DMD), which is an example of an SLM. Many attempts have been made to put DMD such as Patent Document 2 into practical use.

특허 문헌 3 및 특허 문헌 4에는, SLM(예컨대, DMD)를 이용하여 파장 변환을 실시하는 방법이 제안되고 있다. 특허 문헌 4에서는 파장을 바꾸어 증폭 가능한 레이저 공진기 내의 분광에, SLM(예컨대, DMD)을 사용하고 있다. 구체적으로, 특허 문헌 4의 레이저 공진기 내에서는 SLM(예컨대, DMD)에서 반사한 특정한 파장의 광을 동일 광로 상에서 몇번이나 왕복시킴으로써 광을 증폭한다. 특허 문헌 4의 구성을 모노크로미터에 적용하는 경우에는 분광한 광의 취출 효율이 현저히 저하되는 문제가 있다.In Patent Document 3 and Patent Document 4, a method of performing wavelength conversion using an SLM (eg, DMD) is proposed. In Patent Document 4, an SLM (e.g., DMD) is used for spectroscopy in a laser resonator that can be amplified by changing the wavelength. Specifically, in the laser resonator of Patent Document 4, the light is amplified by reciprocating the light of a specific wavelength reflected from the SLM (e.g., DMD) several times on the same optical path. When the structure of Patent Document 4 is applied to a monochromator, there is a problem that the extraction efficiency of the spectral light is remarkably lowered.

특허 문헌 5에는, 특허 문헌 4의 과제를 해결하기 위해, SLM(예컨대, DMD) 상에서의 반사 전후에 미러를 배치함으로써 SLM(예컨대, DMD)에 입사한 광과 반사된 광이 다른 광로를 갖게하여 광의 취출 효율을 향상시킨 구성이 기재되어 있다.In Patent Document 5, in order to solve the problem of Patent Document 4, mirrors are arranged before and after reflection on the SLM (eg DMD) so that the light incident on the SLM (eg DMD) and the reflected light have different optical paths. A configuration in which light extraction efficiency is improved is described.

특허 문헌 6 및 특허 문헌 7에는, SLM에 광이 비스듬하게 입사되도록 광학계를 구성한 후, 동공 분할로 하여, 미러가 없어도 광 취출 가능한 구성이 기재되어 있다.Patent Literature 6 and Patent Literature 7 describe configurations in which light can be extracted even without a mirror by configuring an optical system so that light is obliquely incident on the SLM and then performing pupil division.

특허 문헌 1: 미국 특허 제4575243호 명세서Patent Document 1: Specification of US Patent No. 4575243 특허 문헌 2: 미국 특허 제5061049호 명세서Patent Document 2: Specification of US Patent No. 5061049 특허 문헌 3: 미국 특허 제5504575호 명세서Patent Document 3: Specification of US Patent No. 5504575 특허 문헌 4: 미국 특허 제7256885호 명세서Patent Document 4: Specification of US Patent No. 7256885 특허 문헌 5: 미국 특허 제6870619호 명세서Patent Document 5: Specification of US Patent No. 6870619 특허 문헌 6: 미국 특허 출원 공개 제2007/296969호 명세서Patent Document 6: Specification of US Patent Application Publication No. 2007/296969 특허 문헌 7: 미국 특허 출원 공개 제2010/245818호 명세서Patent Document 7: Specification of US Patent Application Publication No. 2010/245818

반사형 SLM(Spatial Light Modulator)(예컨대, DMD(Digital Micro Mirror Device))을 이용한 분광기에 있어서는, 분광한 광을 취출하기 위해 SLM 표면을 경사시킨 구성이 특허 문헌 5 내지 7 등에서 제안되고 있다. 이러한 구성은 SLM 상의 각 화소의 미러가 SLM 표면에 대해 평행하다면 성립되는 것이다. 그러나, DMD를 시작으로, 고속에서의 구동이나 넓은 파장 범위의 분광이 가능한 Micro-Mirror-Array(MMA) 구조를 갖는 소자에 있어서, 각 화소의 미러는 ON과 OFF의 양측 모두에서 DMD 표면 전체에 대해 경사져 있다. 그 때문에, 특허 문헌 5 내지 7 등의 실시예에 기재된 배치에서는, DMD에 입사한 광은 포커싱 광학계 측으로 반사되지 않는다. 또한, DMD 각 화소의 미러 표면이 포커싱 광학계의 광축에 수직이 되도록 DMD를 경사지게 배치한 경우, 광은 포커싱 광학계를 향해 반사된다. 그러나, 이 배치에서는 DMD의 중심 부근 바깥으로 분산된 광의 초점이 맞지 않아 DMD의 중심 부근 이외에서는 초점 이탈에 의해 분광 성능을 향상시킬 수 없다.In a spectrometer using a reflective Spatial Light Modulator (SLM) (e.g., Digital Micro Mirror Device (DMD)), configurations in which the surface of the SLM is inclined in order to extract the split light have been proposed in Patent Documents 5 to 7 and the like. This configuration is established if the mirrors of each pixel on the SLM are parallel to the SLM surface. However, starting with the DMD, in a device having a Micro-Mirror-Array (MMA) structure capable of high-speed driving and spectroscopy in a wide wavelength range, the mirror of each pixel covers the entire surface of the DMD both on and off. inclined towards Therefore, in the arrangements described in Examples such as Patent Documents 5 to 7, the light incident on the DMD is not reflected toward the focusing optical system. In addition, when the DMD is inclined so that the mirror surface of each pixel of the DMD is perpendicular to the optical axis of the focusing optical system, light is reflected toward the focusing optical system. However, in this arrangement, light scattered outside the vicinity of the center of the DMD is out of focus, and the spectral performance cannot be improved due to defocusing except near the center of the DMD.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 광의 이용 효율을 향상시키고, 분광 성능을 향상시킬 수 있는 분광기 및 계측 시스템을 제공한다.The present invention has been made to solve these problems, and provides a spectrometer and a measurement system capable of improving light utilization efficiency and spectroscopic performance.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 예시적인 실시예들에 따르면, 분광기가 제공된다. 상기 분광기는, 입사 슬릿을 통과한 광을 시준함(Collimate)으로써 평행 광을 생성하도록 구성된 콜리메이터 렌즈; 상기 평행 광을 파장에 따라 다른 각도로 분산시킴으로써 분산된 광을 생성하도록 구성된 분산 광학 소자; 상기 분산된 광을 포커스시킴으로써 포커스된 광을 생성하도록 구성된 포커싱 렌즈; 및 상기 포커싱 렌즈에 의해 상기 포커스된 광을 반사함으로써 반사 광을 생성하도록 구성된 SLM(Spatial Light Modulator);을 포함하되, 상기 반사 광은 상기 포커싱 렌즈 및 상기 분산 광학 소자를 경유하고 출사 슬릿을 통해 출사되고, 상기 입사 슬릿, 상기 출사 슬릿 및 상기 반사면은, 제1 면에 직교하는 제2 면 상에서 공역(Conjugate) 관계이고, 상기 제1 면은 상기 분산된 광의 광로를 포함하고, 및 상기 제2 면은 상기 콜리메이터 렌즈의 광축 및 상기 포커싱 렌즈의 광축을 포함한다.According to exemplary embodiments for solving the above technical problem, a spectrometer is provided. The spectrometer includes a collimator lens configured to generate collimated light by collimating the light passing through the entrance slit; a dispersive optical element configured to generate dispersed light by dispersing the collimated light at different angles according to wavelengths; a focusing lens configured to generate focused light by focusing the scattered light; and a Spatial Light Modulator (SLM) configured to generate reflected light by reflecting the focused light by the focusing lens, wherein the reflected light passes through the focusing lens and the dispersion optical element and is emitted through an exit slit. The entrance slit, the exit slit, and the reflective surface are in a conjugate relationship on a second surface orthogonal to the first surface, the first surface includes an optical path of the scattered light, and the second surface The plane includes an optical axis of the collimator lens and an optical axis of the focusing lens.

예시적인 실시예들에 따르면, 계측 시스템이 제공된다. 상기 시스템은, 검사 광을 생성하도록 구성된 분광기; 및 상기 분광기로부터 출사된 상기 검사 광을 이용하여 반도체를 검사하도록 구성된 반도체 계측 장치;를 포함하되, 상기 분광기는, 입사 슬릿 통과한 광을 시준함으로써 평행 광을 생성하도록 구성된 콜리메이터 렌즈; 상기 평행 광을 파장에 따라 다른 각도로 분산시킴으로써 분산된 광을 생성하도록 구성된 분산 광학 소자; 상기 분산된 광을 포커스시킴으로써 포커스된 광을 생성하도록 구성된 포커싱 렌즈; 및 상기 포커싱 렌즈에 의해 상기 포커스된 광을 반사함으로써 반사 광을 생성하도록 구성된 SLM(Spatial Light Modulator);을 포함하되, 상기 SLM은, 판상의 기판; 및 상기 기판의 기판 표면에 매트릭스로 배치된 복수의 화소 미러들을 포함하고, 상기 기판 표면의 법선과 상기 포커싱 렌즈의 광축은 평행하고, 상기 복수의 화소 미러들 각각의 미러면과 상기 기판 표면은 비스듬하며, 및 상기 콜리메이터 렌즈의 광축과 상기 포커싱 렌즈의 광축은 비스듬하다.According to example embodiments, a metrology system is provided. The system includes a spectrometer configured to generate inspection light; and a semiconductor measurement device configured to inspect a semiconductor using the inspection light emitted from the spectrometer, wherein the spectrometer includes: a collimator lens configured to generate parallel light by collimating light passing through an incident slit; a dispersive optical element configured to generate dispersed light by dispersing the collimated light at different angles according to wavelengths; a focusing lens configured to generate focused light by focusing the scattered light; and a Spatial Light Modulator (SLM) configured to generate reflected light by reflecting the focused light by the focusing lens, wherein the SLM includes: a plate-shaped substrate; and a plurality of pixel mirrors arranged in a matrix on a substrate surface of the substrate, wherein a normal of the substrate surface and an optical axis of the focusing lens are parallel, and a mirror surface of each of the plurality of pixel mirrors and the substrate surface are oblique. And, the optical axis of the collimator lens and the optical axis of the focusing lens are oblique.

예시적인 실시예들에 따르면, 분광기가 제공된다. 상기 분광기는, 입사 슬릿을 통과한 광을 시준함으로써 평행 광을 생성하도록 구성된 콜리메이터 렌즈; 상기 평행 광을 파장에 따라 다른 각도로 분산시킴으로써 분산된 광을 생성하도록 구성된 분산 광학 소자; 상기 분산된 광을 포커스시킴으로써 포커스된 광을 생성하도록 구성된 포커싱 렌즈; 및 상기 포커싱 렌즈에 의해 상기 포커스된 광을 반사함으로써 반사 광을 생성하도록 구성된 DMD;를 포함하되, 상기 DMD는, 판상의 기판; 및 상기 기판의 기판 표면에 매트릭스로 배치된 복수의 화소 미러들을 포함하고, 상기 복수의 화소 미러들 각각은 상기 광을 반사하는 미러면과, 상기 분산 광학 소자의 분산 방향으로 연장된 회전축을 갖는다.According to exemplary embodiments, a spectrometer is provided. The collimator includes a collimator lens configured to produce collimated light by collimating light passing through an entrance slit; a dispersive optical element configured to generate dispersed light by dispersing the collimated light at different angles according to wavelengths; a focusing lens configured to generate focused light by focusing the scattered light; and a DMD configured to generate reflected light by reflecting the focused light by the focusing lens, wherein the DMD comprises: a plate-shaped substrate; and a plurality of pixel mirrors arranged in a matrix on the substrate surface of the substrate, each of the plurality of pixel mirrors having a mirror surface reflecting the light and a rotation axis extending in a dispersion direction of the dispersion optical element.

예시적인 실시예들에 따르면, 반도체 검사 방법이 제공된다. 상기 방법은, DMD를 포함하는 분광기를 이용하여 검사 광을 생성하는 단계; 상기 검사 광을 반도체에 조사하고, 상기 반도체에 의해 반사된 검사 광을 검출하는 단계를 포함하되, 상기 DMD는, 판상의 기판; 및 상기 기판의 기판 표면에 매트릭스로 배치된 복수의 화소 미러들을 포함하고, 상기 복수의 화소 미러들 각각은 상기 광을 반사하는 미러면과, 상기 분산 광학 소자의 분산 방향으로 연장된 회전축을 갖고, 상기 검사 광을 생성하는 단계는, 상기 복수의 화소 미러들 중 상기 분산 방향에 수직한 방향을 따라 배열된 것들을 포함하는 취출 파장열을 설정함으로써, 상기 포커스된 광 중 상기 취출 파장열에 대응되는 파장 대역의 부분만을 반사하도록 구성된다.According to exemplary embodiments, a semiconductor inspection method is provided. The method may include generating inspection light using a spectrometer including a DMD; radiating the inspection light to the semiconductor and detecting the inspection light reflected by the semiconductor, wherein the DMD comprises: a plate-shaped substrate; and a plurality of pixel mirrors arranged in a matrix on a substrate surface of the substrate, each of the plurality of pixel mirrors having a mirror surface reflecting the light and a rotation axis extending in a dispersion direction of the dispersion optical element; The generating of the inspection light may include setting an extraction wavelength train including those of the plurality of pixel mirrors arranged along a direction perpendicular to the dispersion direction, so as to set a wavelength band corresponding to the extraction wavelength train among the focused lights. It is configured to reflect only a part of

본 발명에 의해, 입사 슬릿을 통과한 광의 이용 효율을 향상시키고, 분광 성능을 향상시킬 수 있는 분광기 및 계측 시스템을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a spectrometer and a measurement system capable of improving the utilization efficiency of light passing through an incident slit and improving spectroscopic performance.

도 1은 실시 형태 1에 관한 분광기를 예시한다.
도 2는 실시 형태 1에 관한 분광기를 예시한다.
도 3은 실시 형태 1에 관한 분광기에 있어서, DMD를 예시한 단면도이다.
도 4는 실시 형태 1에 관한 분광기에 있어서, DMD를 예시한 단면도이다.
도 5는 실시 형태 1에 관한 분광기에 있어서, DMD를 예시한 사시도이다.
도 6은 실시 형태 1에 관한 분광기에 있어서, DMD(Digital Micro Mirror Device)의 화소 미러를 예시한다.
도 7은 실시 형태 1에 관한 분광기에 있어서, DMD의 화소 미러를 예시한 단면도로서, 화소 미러의 회전축에 직교하는 단면을 나타낸다.
도 8은 실시 형태 1에 관한 분광기에 있어서, DMD 상에 형성된 파장에 따라 위치가 다른 입사 슬릿의 상을 예시한다.
도 9는 실시 형태 1에 관한 분광기에 있어서, DMD 상에 형성된 파장에 따라 위치가 다른 입사 슬릿의 상을 예시한다.
도 10은 비교예에 관한 분광기를 예시한다.
도 11은 비교예에 관한 분광기를 예시한다.
도 12는 실시 형태 1의 변형예에 관한 계측 시스템을 예시한다.
도 13은 실시 형태 2에 관한 분광기를 예시한다.
도 14는 실시 형태 2에 관한 분광기를 예시한다.
도 15는 실시 형태 2에 관한 분광기에 있어서, DMD를 예시한 단면도이다.
도 16은 실시 형태 2에 관한 분광기에 있어서, DMD를 예시한 단면도이다.
도 17은 실시 형태 3에 관한 분광기를 예시한다.
도 18은 실시 형태 3에 관한 분광기를 예시한다.
도 19는 실시 형태 3에 관한 분광기에 있어서, DMD를 예시한 단면도이다.
도 20은 실시 형태 3에 관한 분광기에 있어서, DMD를 예시한 단면도이다.
도 21은 실시 형태 4에 관한 분광기를 예시한다.
도 22는 실시 형태 4에 관한 분광기를 예시한다.
도 23은 실시 형태 5에 관한 계측 시스템을 예시한다.
도 24는 실시 형태 5에 관한 계측 시스템에 있어서, 편광 광학 소자, 검광자 및 화상 검출기를 예시한 구성도이다.
도 25는 실시 형태 5에 관한 계측 시스템에 있어서, 검광자를 투과하는 직선 편광을 예시한다.
도 26은 실시 형태 5에 관한 계측 시스템에 있어서, 화상 검출기에 입사하는 반사광에 포함된 각 직선 편광의 파면을 예시한다.
도 27은 실시 형태 5에 관한 계측 시스템에 있어서, 화상 검출기 상에서 간섭한 반사광의 간섭 무늬를 예시한다.
도 28은 실시 형태 5에 관한 계측 시스템에 있어서, 화상 검출기 상의 간섭 무늬로부터 구해진 엘립소메트리 계수를 예시한다.
도 29는 실시 형태 5의 다른 예에 관한 계측 시스템에 있어서, 화상 검출기 상에서 간섭한 반사광의 간섭 무늬를 예시한다.
1 illustrates a spectrometer according to Embodiment 1.
2 illustrates a spectrometer according to Embodiment 1.
3 is a cross-sectional view illustrating a DMD in the spectrometer according to Embodiment 1;
4 is a cross-sectional view illustrating a DMD in the spectrometer according to the first embodiment.
5 is a perspective view illustrating a DMD in the spectrometer according to Embodiment 1;
6 illustrates a pixel mirror of a DMD (Digital Micro Mirror Device) in the spectrometer according to the first embodiment.
Fig. 7 is a cross-sectional view illustrating a pixel mirror of a DMD in the spectrometer according to Embodiment 1, and shows a cross-section orthogonal to the rotation axis of the pixel mirror.
8 illustrates an image of an incident slit formed on a DMD having different positions according to wavelengths in the spectrometer according to Embodiment 1. FIG.
Fig. 9 illustrates an image of an incident slit formed on a DMD having different positions according to wavelengths in the spectrometer according to Embodiment 1.
10 illustrates a spectrometer according to a comparative example.
11 illustrates a spectrometer according to a comparative example.
12 illustrates a measurement system according to a modified example of Embodiment 1.
13 illustrates a spectrometer according to Embodiment 2.
14 illustrates a spectrometer according to Embodiment 2.
15 is a cross-sectional view illustrating a DMD in the spectrometer according to the second embodiment.
16 is a cross-sectional view illustrating a DMD in the spectrometer according to the second embodiment.
17 illustrates a spectrometer according to Embodiment 3.
18 illustrates a spectrometer according to Embodiment 3.
Fig. 19 is a cross-sectional view illustrating a DMD in the spectrometer according to Embodiment 3;
Fig. 20 is a cross-sectional view illustrating a DMD in the spectrometer according to Embodiment 3;
21 illustrates a spectrometer according to Embodiment 4.
22 illustrates a spectrometer according to Embodiment 4.
23 illustrates the measurement system according to the fifth embodiment.
24 is a configuration diagram illustrating a polarization optical element, an analyzer, and an image detector in the measurement system according to the fifth embodiment.
Fig. 25 illustrates linearly polarized light transmitted through an analyzer in the measurement system according to Embodiment 5.
26 illustrates the wavefront of each linearly polarized light included in the reflected light incident on the image detector in the measurement system according to the fifth embodiment.
27 illustrates an interference fringe of reflected light interfering on the image detector in the measurement system according to the fifth embodiment.
28 illustrates ellipsometry coefficients obtained from interference fringes on an image detector in the measurement system according to the fifth embodiment.
29 illustrates an interference fringe of reflected light interfering on an image detector in the measurement system according to another example of the fifth embodiment.

설명의 명확화를 위해, 이하의 기재 및 도면은, 적절히 생략 및 간략화가 이루어져 있다. 또한, 각 도면에 있어서, 동일한 요소에는 동일한 부호가 부여되어 있고, 필요에 따라 중복 설명은 생략되어 있다.For clarity of explanation, the following descriptions and drawings are appropriately omitted and simplified. In addition, in each figure, the same code|symbol is attached|subjected to the same element, and overlapping description is abbreviate|omitted as needed.

(실시 형태 1)(Embodiment 1)

실시 형태 1에 관한 분광기를 설명한다. 실시 형태 1의 분광기는, 예컨대, 반도체 검사 장치 또는 반도체 측정 장치 등의 반도체 계측 장치에서 이용되는 광의 파장을 전환하는 분광기(모노크로미터)이다. 구체적으로 분광기는 반도체 제조 공정에 있어서, 반도체 웨이퍼(Wafer) 등의 시료 상에 형성된 회로 구조의 치수나 왜곡, 물성값의 계측 또는 결함을 검출하기 위한 광학 검사 장치 또는 광학 측정 장치에 이용된다. 또한, 실시 형태 1의 분광기는 반도체 계측 장치 이외에 이용될 수도 있다.The spectrometer according to Embodiment 1 will be described. The spectroscope of Embodiment 1 is a spectroscope (monochrometer) that converts the wavelength of light used in, for example, a semiconductor measuring device such as a semiconductor inspection device or a semiconductor measuring device. Specifically, the spectrometer is used in an optical inspection device or an optical measurement device for measuring dimensions, distortions, and physical property values of a circuit structure formed on a sample such as a semiconductor wafer or the like in a semiconductor manufacturing process, or detecting a defect. Also, the spectrometer of Embodiment 1 may be used other than the semiconductor measurement device.

도 1 및 도 2는 실시 형태 1에 관한 분광기를 예시한 도면이다. 여기서, 분광기의 설명의 편의를 위해, XYZ 직교 좌표축계를 도입한다. 후술하는 분산 광학 소자에 의해 파장에 따라 다른 각도로 분산된 광을 포함하는 면을 XY면으로 한다. 도 1은, - Z축 방향으로 본(즉, Z 축에 수직한) XY면 내의 각 구성의 배치를 나타낸다. 도 2는 +Y축 방향으로 본(즉, Y 축에 수직한) XZ면 내의 각 구성의 배치를 나타낸다. 도 1 내에서의 실선, 파선 및 점선은 다른 파장 광을 구별하기 위해 사용된다.1 and 2 are diagrams illustrating the spectrometer according to the first embodiment. Here, for convenience of description of the spectrometer, an XYZ Cartesian coordinate axis system is introduced. A plane containing light dispersed at different angles depending on the wavelength by a dispersing optical element described later is referred to as an XY plane. Fig. 1 - shows the arrangement of each component in the XY plane as viewed in the Z-axis direction (i.e., perpendicular to the Z-axis). Figure 2 shows the arrangement of each component in the XZ plane viewed in the direction of the +Y axis (i.e., perpendicular to the Y axis). Solid lines, broken lines and dotted lines in Fig. 1 are used to distinguish different wavelength lights.

도면상, +X 축 방향, +Y 축 방향, +Z 축 방향, -X 축 방향, -Y 축 방향 및 -Z 축 방향이 도시되어 있으나, 설명의 편의상, ±X 축 방향은 간단히 X 방향이라고 지칭될 수 있고, ±Y 축 방향은 Y 방향이라고 지칭될 수 있으며, ±Z 축 방향은, 간단히 Z 방향이라고 지칭될 수 있다.In the drawing, +X axis direction, +Y axis direction, +Z axis direction, -X axis direction, -Y axis direction, and -Z axis direction are shown, but for convenience of explanation, ±X axis direction is simply referred to as X direction. The ±Y axis direction may be referred to as the Y direction, and the ±Z axis direction may be referred to simply as the Z direction.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 분광기(1)는 입사 슬릿(10), 콜리메이터 광학계(20), 분산 광학 소자(30), 포커싱 광학계(40), DMD(Digital Micro Mirror Device)(50), 출사 슬릿(60)을 구비하고 있다. 분광기(1)는 반사형 SLM(Spatial Light Modulator)인 DMD(50)를 포함한다. 또한, 분광기(1)는 반사형 SLM으로서, DMD(50)에 한정하지 않고, 액정을 이용한 SLM일 수도 있다.1 and 2, the spectrometer 1 includes an incident slit 10, a collimator optical system 20, a dispersive optical element 30, a focusing optical system 40, and a digital micro mirror device (DMD) 50. , and an exit slit 60. The spectrometer 1 includes a DMD 50 which is a reflective Spatial Light Modulator (SLM). Note that the spectrometer 1 is a reflective SLM, and is not limited to the DMD 50, and may be an SLM using liquid crystal.

입사 슬릿 플레이트(11)는 입사 슬릿(10)을 포함할 수 있다. 또한, 입사 슬릿(10)은 광을 인도하는 파이버의 단면 출사구일 수도 있다. 입사 슬릿(10)은 광원에서 생성된 광을 통과시키고, 콜리메이터 광학계(20)로 인도한다.The incident slit plate 11 may include an incident slit 10 . Also, the incident slit 10 may be a cross-sectional exit port of a fiber that guides light. The incident slit 10 passes the light generated by the light source and guides it to the collimator optical system 20 .

콜리메이터 광학계(20)는, 예컨대, 콜리메이터 렌즈(21), 빔 스플리터(22) 및 콜리메이터 렌즈(23)를 포함하고 있다. 콜리메이터 렌즈(21)는 입사 슬릿(10)을 통과한 광을 평행 광으로 변환한다. 콜리메이터 렌즈(21)에 의해 생성된 평행 광은 빔 스플리터(22)로 입사된다.The collimator optical system 20 includes, for example, a collimator lens 21 , a beam splitter 22 and a collimator lens 23 . The collimator lens 21 converts the light passing through the incident slit 10 into parallel light. The collimated light generated by the collimator lens 21 is incident to the beam splitter 22 .

빔 스플리터(22)는 +X축 방향의 광의 왕로(outward path)에 있어서, 입사한 평행광의 일부를 투과시키고, 분산 광학 소자(30)로 인도한다. 또한, 빔 스플리터(22)는 -X축 방향의 광의 복로(return path)에 있어서, 분산 광학 소자(30)를 투과한 광의 일부를 콜리메이터 렌즈(23)에 대해 반사시킨다. 콜리메이터 렌즈(23)는 빔 스플리터(22)에서 반사된 광을 집광하여 출사 슬릿(60)을 통과시킨다.The beam splitter 22 transmits a part of the incident parallel light in the outward path of the light in the +X-axis direction and guides it to the dispersion optical element 30. Further, the beam splitter 22 reflects a part of the light transmitted through the dispersing optical element 30 to the collimator lens 23 in the return path of the light in the -X-axis direction. The collimator lens 23 condenses the light reflected by the beam splitter 22 and passes it through the output slit 60 .

분산 광학 소자(30)는 광을 분산시킨다. 구체적으로 분산 광학 소자(30)는 콜리메이터 렌즈(21)에 의해 평행광으로 변환된 광을 파장에 따라 다른 각도로 분산시킨다. 분산 광학 소자(30)에 의해 분산된 평행 광은 대체로(Alternatively) 분산된 광이라고 지칭될 수도 있다.The dispersing optical element 30 disperses the light. Specifically, the dispersion optical element 30 disperses the light converted into parallel light by the collimator lens 21 at different angles according to wavelengths. The collimated light scattered by the dispersing optical element 30 may also be referred to as alternatively scattered light.

즉, 분산 광학 소자(30)는 파장마다 다른 각도로 분산시킨다. 분산 광학 소자(30)는 회절 격자 또는 프리즘을 포함한다. 분산 광학 소자(30)는, 예컨대, 도 1의 점선, 파선 및 실선과 같이, 빔 스플리터(22)를 투과한 광이 파장에 따라 다른 각도로 진행하도록 빔 스플리터(22)를 투과한 광을 분산시킬 수 있다. 즉, 도 1에서, 점선, 파선 및 실선은 각각 서로 다른 파장의 광의 경로를 나타낸다. 분산 광학 소자(30)가 광을 분산시키는 Y축 방향을 분산 방향이라고 부른다.That is, the dispersion optical element 30 disperses at different angles for each wavelength. Dispersive optical element 30 includes a diffraction grating or prism. The dispersion optical element 30 disperses the light transmitted through the beam splitter 22 so that the light transmitted through the beam splitter 22 travels at different angles depending on the wavelength, as shown in dotted lines, broken lines, and solid lines in FIG. 1 . can make it That is, in FIG. 1 , dotted lines, broken lines, and solid lines indicate paths of light having different wavelengths. The Y-axis direction in which the dispersion optical element 30 disperses light is called a dispersion direction.

포커싱 광학계(40)는 포커싱 렌즈(41)를 포함한다. 포커싱 렌즈(41)는 분산된 광을 집광시킨다. 예컨대, 도 1에 있어서, 분산 방향을 포함하는 XY면 내에서 포커싱 렌즈(41)는 포커싱 렌즈(41)의 -X축 방향측 초점 위치에 분산 광학 소자(30)가 위치하도록 배치될 수 있다. 포커싱 렌즈(41)는 포커싱 렌즈(41)의 +X축 방향측 초점 위치에 DMD(50)가 위치하도록 배치될 있다. 다시 말해, 포커싱 렌즈(41)의 -X축 방향측 초점 위치에 분산 광학 소자(30)가 위치하고, 포커싱 렌즈(41)의 +X축 방향측 초점 위치에 DMD(50)할 수 있다. 이에 따라, XY면 내에서는 파장에 따라 분산된 입사 슬릿(10)의 상(Image)이 DMD(50)에 형성된다.The focusing optical system 40 includes a focusing lens 41 . The focusing lens 41 condenses the scattered light. For example, in FIG. 1 , in the XY plane including the dispersion direction, the focusing lens 41 may be arranged such that the dispersion optical element 30 is located at a focal position on the -X-axis direction side of the focusing lens 41 . The focusing lens 41 may be disposed so that the DMD 50 is located at a focal position of the focusing lens 41 on the +X-axis direction side. In other words, the dispersion optical element 30 is positioned at the focal position of the focusing lens 41 on the -X-axis direction side, and the DMD 50 is positioned at the focal position of the focusing lens 41 on the +X-axis direction side. Accordingly, an image of the incident slit 10 dispersed according to the wavelength in the XY plane is formed on the DMD 50.

또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, XZ면 내에 있어서, 포커싱 렌즈(41)의 광축(41A)은 콜리메이터 렌즈(21)의 광축(21A)으로부터 시프트된 위치에서, 콜리메이터 렌즈(21)의 광축(21A)에 평행하게 배치되어 있다. 예컨대, 포커싱 렌즈(41)의 광축(41A)은 콜리메이터 렌즈(21)의 광축(21A)으로부터 +Z축 방향으로 시프트하고 있다. 즉, 포커싱 렌즈(41)의 광축(41A)의 연장선과 포커싱 렌즈(41)의 광축(41A)의 연장선은 서로 일방향으로(예컨대, ±Z 방향으로) 이격될 수 있다. DMD(50)는 포커싱 렌즈(41)의 광축(41A) 상에 배치될 수 있다. 2, in the XZ plane, the optical axis 41A of the focusing lens 41 is shifted from the optical axis 21A of the collimator lens 21, the optical axis 21A of the collimator lens 21 ) are placed parallel to each other. For example, the optical axis 41A of the focusing lens 41 is shifted from the optical axis 21A of the collimator lens 21 in the +Z-axis direction. That is, the extension of the optical axis 41A of the focusing lens 41 and the extension of the optical axis 41A of the focusing lens 41 may be spaced apart from each other in one direction (eg, in the ±Z direction). The DMD 50 may be disposed on the optical axis 41A of the focusing lens 41 .

도 2에 있어서, 포커싱 렌즈(41)는 렌즈 전체로부터 일부분을 절취한 구성으로 되어 있다. 절취된 부분의 형상은 점선으로 표시되어 있다. 포커싱 렌즈(41)를 실제로 절취할지 여부는 제품 사양에 따라 결정될 수 있다. 분산 광학 소자(30)를 투과한 분산된 광은 포커싱 렌즈(41)의 광축(41A)과 DMD(50)와의 교점을 향해 집광될 수 있다. 즉, 포커싱 렌즈(41)는 분산된 광에 기초하여 포커스된 광을 생성할 수 있다. 이 때문에, 주 광선(광의 중심축)과 포커싱 렌즈(41)의 광축(41A)에 대해 비스듬할 수 있다.In Fig. 2, the focusing lens 41 has a structure in which a part is cut out from the entire lens. The shape of the cut out part is indicated by a dotted line. Whether to actually cut the focusing lens 41 may be determined according to product specifications. Dispersed light passing through the dispersion optical element 30 may be focused toward an intersection of the optical axis 41A of the focusing lens 41 and the DMD 50 . That is, the focusing lens 41 may generate focused light based on the scattered light. For this reason, it can be oblique with respect to the principal ray (central axis of light) and the optical axis 41A of the focusing lens 41.

도 1에 나타낸 바와 같이, 분산 방향을 포함하는 XY면 내에 있어서는 광이 입사되는 입사 슬릿(10)의 파장 별 상이 DMD(50)에 형성된다. DMD(50)에서 반사된 광은 동일한 분산 광학 소자(30)를 다시 투과함으로써 파장 분산을 상쇄한다. 따라서, 파장에 의존하지 않는 동일한 위치(즉, 서로 다른 파장의 광들 각각에 동일한 위치)에 입사 슬릿(10)의 상이 형성된다. 따라서, 입사 슬릿(10)의 상이 형성되는 위치에 출사 슬릿(60)을 배치한다. 한편, 도 2에 도시한 바와 같이, 분산 방향으로 수직인 XZ면 내에서, 콜리메이터 렌즈(21)의 광축(21A)으로부터 시프트된 포커싱 렌즈(41)의 광축(41A) 상에 DMD(50)가 배치되어 있다.As shown in FIG. 1, in the XY plane including the dispersion direction, an image of each wavelength of the incident slit 10 through which light is incident is formed in the DMD 50. The light reflected from the DMD 50 cancels the wavelength dispersion by transmitting back through the same dispersive optical element 30. Accordingly, an image of the incident slit 10 is formed at the same position independent of the wavelength (ie, the same position for each of the lights of different wavelengths). Therefore, the exit slit 60 is disposed at a position where the image of the entrance slit 10 is formed. On the other hand, as shown in FIG. 2, in the XZ plane perpendicular to the dispersion direction, the DMD 50 is on the optical axis 41A of the focusing lens 41 shifted from the optical axis 21A of the collimator lens 21. are placed

분산면, 즉 다른 각도로 분산된 광의 광로를 포함하는 XY면을 제1 면으로 정의한다. 콜리메이터 렌즈(21)의 광축(21A) 및 포커싱 렌즈(41)의 광축(41A)을 포함하여 제1 면에 직교하는 XZ면을 제2 면으로 정의한다. 이와 같이 제1 면 및 제2 면을 정의하였을 때, 제2 면 상에서, 입사 슬릿(10)의 면(19), 출사 슬릿(60)의 면(69) 및 DMD(50)의 반사면(59)은 분광기(1)의 광학계에 대해 공역 관계이다. 또한, 동공 위치(39)에 분산 광학 소자(30)가 배치되어 있다.A dispersion plane, that is, an XY plane including optical paths of light scattered at different angles is defined as the first plane. An XZ plane orthogonal to the first plane including the optical axis 21A of the collimator lens 21 and the optical axis 41A of the focusing lens 41 is defined as the second plane. When the first surface and the second surface are defined in this way, on the second surface, the surface 19 of the entrance slit 10, the surface 69 of the exit slit 60, and the reflection surface 59 of the DMD 50 ) is a conjugate relation to the optical system of the spectrometer 1. In addition, a dispersing optical element 30 is disposed at the pupil position 39 .

도 3 및 도 4는 실시 형태 1에 관한 분광기(1)에 있어서, DMD(50)를 예시한 단면도이다. 도 3은 Z축 방향에 직교하는 단면도를 나타내고 있다. 도 4는 Y축 방향으로 직교하는 단면도를 나타내고 있다. 도 5는 실시 형태 1에 관한 분광기(1)에 있어서, DMD(50)를 예시한 사시도이다. 도 6은 실시 형태 1에 관한 분광기(1)에 있어서, DMD(50)의 복수의 화소 미러들(53)을 예시한 사시도이다. 도 7은, 실시 형태 1에 관한 분광기(1)에 있어서, DMD(50)의 화소 미러(53)를 예시한 단면도로서, 복수의 화소 미러들(53)의 회전축(55)에 직교하는 단면을 나타낸다.3 and 4 are cross-sectional views illustrating the DMD 50 in the spectrometer 1 according to the first embodiment. 3 shows a cross-sectional view orthogonal to the Z-axis direction. 4 shows a cross-sectional view orthogonal to the Y-axis direction. 5 is a perspective view illustrating a DMD 50 in the spectrometer 1 according to the first embodiment. 6 is a perspective view illustrating a plurality of pixel mirrors 53 of the DMD 50 in the spectrometer 1 according to the first embodiment. 7 is a cross-sectional view illustrating the pixel mirror 53 of the DMD 50 in the spectrometer 1 according to Embodiment 1, showing a cross-section perpendicular to the rotational axis 55 of the plurality of pixel mirrors 53. indicate

도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, DMD(50)는 포커싱 렌즈(41)에 의해 포커스된 광을 반사하는 반사면을 갖는다. DMD(50)는 판상의 기판(51)과, 복수의 화소 미러들(53)을 포함할 수 있다. 기판 표면(52)은 기판(51)의 -X축 방향측의 면이다. 복수의 화소 미러들(53)은 기판(51)의 기판 표면(52)에 매트릭스로 배치될 수 있다. 복수의 화소 미러들(53) 각각은 광을 반사하는 미러면(54)을 가지고 있다. 따라서, 미러면(54)은 포커싱 렌즈(41)에 의해 포커스된 광을 반사하는 복수의 화소 미러들(53) 각각의 반사면이다.As shown in FIGS. 3 to 5 , the DMD 50 has a reflective surface that reflects the light focused by the focusing lens 41 . The DMD 50 may include a plate-shaped substrate 51 and a plurality of pixel mirrors 53 . The substrate surface 52 is a surface of the substrate 51 on the -X-axis direction side. A plurality of pixel mirrors 53 may be arranged in a matrix on the substrate surface 52 of the substrate 51 . Each of the plurality of pixel mirrors 53 has a mirror surface 54 that reflects light. Accordingly, the mirror surface 54 is a reflection surface of each of the plurality of pixel mirrors 53 that reflect the light focused by the focusing lens 41 .

도 3에 나타낸 바와 같이, 분산 방향을 포함하는 XY면의 단면 상에서, 기판(51)의 기판 표면(52)(의 절단선)과 복수의 화소 미러들(53) 각각의 미러면(54)(의 절단선)은 평행하다. 이러한 기판 표면(52)(의 절단선) 및 미러면(54)(의 절단선)은 입사광의 주 광선(광의 중심축)과 실질적으로 수직할 된다. 이러한 배치에 의해, XY면 상에서, 분산한 모든 파장에서 광의 초점은 미러면(54)과 일치한다. 따라서, 분광 성능을 향상시킬 수 있다.As shown in FIG. 3, on the cross section of the XY plane including the dispersing direction, (cutting line of) the substrate surface 52 of the substrate 51 and the mirror surface 54 (of each of the plurality of pixel mirrors 53) The cutting line of) is parallel. This substrate surface 52 (cut line) and mirror surface 54 (cut line) are substantially perpendicular to the chief ray of incident light (the central axis of the light). With this arrangement, on the XY plane, the focus of light at all the wavelengths of dispersion coincides with the mirror surface 54. Therefore, the spectral performance can be improved.

또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 분산 방향과 수직한 XZ면의 단면 내에 있어서 기판(51)의 기판 표면(52)과, 포커싱 렌즈(41)의 광축(41A)은 수직이다. 복수의 화소 미러들(53) 각각의 미러면(54)은 입사광의 주 광선(광의 중심축)과 수직이다. 따라서, XZ면 상에서, DMD(50)에 입사되는 광의 중심축은 미러면(54)에 수직으로 입사된다. 이러한 배치에 의해, XZ면 내에 있어서, 분산된 모든 파장에서 광의 초점은 미러면(54)과 일치한다. 따라서, 광 이용 효율 및 분광 성능을 향상시킬 수 있다.As shown in Fig. 4, the substrate surface 52 of the substrate 51 and the optical axis 41A of the focusing lens 41 are perpendicular to each other in the cross section of the XZ plane perpendicular to the dispersion direction. The mirror surface 54 of each of the plurality of pixel mirrors 53 is perpendicular to the principal ray of the incident light (the central axis of the light). Accordingly, on the XZ plane, the central axis of light incident on the DMD 50 is incident perpendicularly to the mirror surface 54. By this arrangement, in the XZ plane, the focus of light at all wavelengths that are scattered coincides with the mirror plane 54. Therefore, light utilization efficiency and spectral performance can be improved.

도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 복수의 화소 미러들(53) 각각은 회전축(55)을 가질 수 있다. 회전축(55)은, 예컨대, Y축 방향으로 연장될 수 있다. 따라서, 회전축(55)은 분산 방향으로 연장될 수 있다. 복수의 화소 미러들(53) 각각은 회전축(55)의 주위에서 회전한다. 복수의 화소 미러(53)의 미러면(54)은 기판(51)의 기판 표면(52)에 대해 소정의 각도를 취한다. 예컨대, 각 화소 미러(53)는 미러면(54)이 기판 표면(52)에 대해 소정의 제1 각도로 경사진 ON 상태와 미러면(54)이 기판 표면(52)에 대해 소정의 제2 각도로 경사진 OFF 상태를 취한다. 이와 같이, 각 화소 미러(53)는 2개의 상태로 전환이 가능하다. 그러나, 각 화소 미러(53)의 미러면(54)은 ON 상태 및 OFF 상태 모두에서 DMD(50) 기판(51)의 기판 표면(52)에 평행하지 않다.As shown in FIGS. 6 and 7 , each of the plurality of pixel mirrors 53 may have a rotation axis 55 . The rotating shaft 55 may extend, for example, in the Y-axis direction. Thus, the axis of rotation 55 can extend in the dispersion direction. Each of the plurality of pixel mirrors 53 rotates around a rotation axis 55 . The mirror surfaces 54 of the plurality of pixel mirrors 53 take a predetermined angle with respect to the substrate surface 52 of the substrate 51 . For example, each pixel mirror 53 has an ON state in which the mirror surface 54 is inclined at a first predetermined angle with respect to the substrate surface 52 and an ON state in which the mirror surface 54 is inclined at a predetermined second angle with respect to the substrate surface 52. Take the OFF state inclined at an angle. In this way, each pixel mirror 53 can switch between two states. However, the mirror surface 54 of each pixel mirror 53 is not parallel to the substrate surface 52 of the substrate 51 of the DMD 50 in both the ON state and the OFF state.

도 5 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, ON 상태 및 OFF 상태의 각각에 있어서, 각 미러면(54)의 법선과 기판(51)의 기판 표면(52)의 법선을 포함하는 면(즉 XZ면)이 분산 광학 소자(30)에 의한 광의 분산 방향과 수직이 되도록 배치되어 있다. 이러한 구성에 따라, 입사 슬릿(10)과의 공역 관계를 DMD(50) 전면이 갖게 되므로, 파장 분해능이 높고, 광 이용 효율을 향상시킬 수 있다.As shown in FIGS. 5 to 7, in each of the ON state and the OFF state, the surface including the normal of each mirror surface 54 and the normal of the substrate surface 52 of the substrate 51 (namely, the XZ plane) It is arranged so as to be perpendicular to the dispersion direction of light by this dispersion optical element 30. According to this configuration, since the entire surface of the DMD 50 has a conjugate relationship with the incident slit 10, the wavelength resolution is high and light utilization efficiency can be improved.

분광기(1)를 반도체 계측 장치에서 사용하는 경우, 예컨대, DMD(50)의 각 화소 미러(53) 중 반도체 계측 장치에서 이용하고자 하는 파장의 광에 대응하는 화소 미러(53)만을 ON 상태로 한다. 그리고, ON 상태의 화소 미러(53)에서 반사된 반사광을, 다시 포커싱 광학계(40)를 향해 되돌아 오게 한다. 예컨대, DMD(50)는 Z축 방향을 따른 복수의 화소 미러(53)를 포함하는 취출 파장열을 설정한다. Z축 방향은 분산 방향으로 직교한다.When the spectrometer 1 is used in a semiconductor measurement device, for example, among the pixel mirrors 53 of the DMD 50, only the pixel mirror 53 corresponding to the light of the wavelength to be used in the semiconductor measurement device is turned ON. . Then, the reflected light reflected by the pixel mirror 53 in the ON state is returned to the focusing optical system 40 again . For example, the DMD 50 sets an extraction wavelength train including a plurality of pixel mirrors 53 along the Z-axis direction. The Z-axis direction is orthogonal to the dispersion direction.

도 8 및 도 9는 실시 형태 1에 관한 분광기(1)에 있어서, DMD(50) 상에 형성된 파장에 따라 위치가 다른 입사 슬릿(10)의 상을 예시한다. 도 8 및 도 9에 있어서, 백색 부분은 취출 파장열(56)의 화소 미러(53)를 나타내고, 검은 부분은 취출 파장열(56) 이외의 화소 미러(53)를 나타낸다. DMD(50)는 취출 파장열(56)의 각 화소 미러를 ON 상태로 함으로써, 소정의 파장 대역을 포함하는 광을 출사 슬릿(60)을 통해 출사시킬 수 있다. 또한, DMD(50)는 복수의 취출 파장열(56)을 설정할 수 있다. 그리고, DMD(50)는 복수의 취출 파장열(56)의 각 화소 미러를 ON 상태로 함으로써, 복수의 파장 대역을 포함하는 광을 출사 슬릿(60)으로부터 출사시킬 수 있다.8 and 9 illustrate the images of the incident slit 10 formed on the DMD 50 and having different positions depending on the wavelength in the spectrometer 1 according to the first embodiment. In Figs. 8 and 9, the white portion indicates the pixel mirror 53 of the extracted wavelength column 56, and the black portion indicates the pixel mirror 53 other than the extracted wavelength column 56. The DMD 50 can emit light including a predetermined wavelength band through the emission slit 60 by turning on each pixel mirror of the extraction wavelength column 56 in an ON state. In addition, the DMD 50 can set a plurality of extraction wavelength trains 56. Then, the DMD 50 can emit light including a plurality of wavelength bands from the emission slit 60 by turning on each pixel mirror of the plurality of extraction wavelength columns 56 in an ON state.

또한, 도 8에 나타낸 바와 같이, 슈퍼컨티뉴엄 레이저(Supercontinuum Laser, 이하, SC 레이저라고 함) 등의 백색 레이저를 사용한 경우에는 백색 레이저가 높은 공간 코히어런시(Coherency)에 의해 스페클(Speckle)로 불리는 입상(Particle shaped)의 광량 분포가 발생하는 경우가 있다. 따라서, 도 9에 나타낸 바와 같이, DMD(50)는 취출 파장열(56)의 각 화소 미러(53)를 ON 상태 또는 OFF 상태로 랜덤(Random)으로 변화시킨다. 이와 같이, 사용하는 파장 대역에 있어서, 다수의 화소 미러(53)의 ON 상태 및 OFF 상태를 랜덤으로 전환하면, 스페클을 저감시킬 수 있다. 한편, DMD(50)는 취출 파장열(56) 이외의 복수의 화소 미러(53)를 OFF 상태로 한다.In addition, as shown in FIG. 8, when a white laser such as a supercontinuum laser (hereinafter referred to as an SC laser) is used, the white laser speckles due to high spatial coherency. ), there is a case where a particle shaped light quantity distribution occurs. Therefore, as shown in Fig. 9, the DMD 50 randomly changes each pixel mirror 53 of the extraction wavelength string 56 to an ON state or an OFF state. In this way, in the wavelength band to be used, if the ON state and the OFF state of the plurality of pixel mirrors 53 are randomly switched, the speckle can be reduced. On the other hand, the DMD 50 turns off a plurality of pixel mirrors 53 other than the extraction wavelength column 56.

DMD(50)에서 반사된 광은 포커싱 렌즈(41) 및 분산 광학 소자(30)를 통해 출사 슬릿(60)으로부터 출사된다. 보다 구체적으로, DMD(50)에서 반사된 광은 포커싱 렌즈(41) 및 분산 광학 소자(30)를 투과하고, 콜리메이터 광학계(20)의 빔 스플리터(22) 및 콜리메이터 렌즈(23), 및 출사 슬릿(60)을 통과하여 모노크로미터로부터 출사된다. 이와 같이, 본 실시 형태의 분광기(1)는 Retro 배치를 포함할 수 있다.The light reflected by the DMD 50 is emitted from the exit slit 60 through the focusing lens 41 and the dispersing optical element 30 . More specifically, the light reflected from the DMD 50 passes through the focusing lens 41 and the dispersing optical element 30, and the beam splitter 22 and the collimator lens 23 of the collimator optical system 20, and the exit slit (60) and exits from the monochromator. In this way, the spectrometer 1 of the present embodiment may include a retro arrangement.

(비교예)(Comparative example)

이어서, 비교예에 관한 분광기를 설명한다. 도 10 및 도 11은 비교예에 관한 분광기를 예시한다. 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 비교예의 분광기(101)는 입사 슬릿(110), 콜리메이터 광학계(120), 분산 광학 소자(130), 포커싱 광학계(140), SLM(150), 출사 슬릿(160)을 구비하고 있다. 입사 슬릿(110)은 광원에서 생성된 광을 통과시키고, 콜리메이터 광학계(120)로 인도한다.Next, a spectrometer according to a comparative example will be described. 10 and 11 illustrate a spectrometer according to a comparative example. 10 and 11, the spectrometer 101 of the comparative example includes an entrance slit 110, a collimator optical system 120, a dispersing optical element 130, a focusing optical system 140, an SLM 150, an exit slit ( 160) is provided. The incident slit 110 passes the light generated by the light source and guides it to the collimator optical system 120 .

콜리메이터 광학계(120)는 콜리메이터 렌즈(121), 콜리메이터 렌즈(123)를 포함하고 있다. 콜리메이터 렌즈(121)는 입사 슬릿(110)을 통과한 광을 평행광으로 변환한다. 콜리메이터 렌즈(121)에 의해 평행광으로 변환된 광은 분산 광학 소자(130)로 입사된다.The collimator optical system 120 includes a collimator lens 121 and a collimator lens 123 . The collimator lens 121 converts light passing through the incident slit 110 into parallel light. The light converted into collimated light by the collimator lens 121 is incident to the dispersion optical element 130 .

분산 광학 소자(130)는 콜리메이터 렌즈(121)에 의해 평행광으로 변환된 광을 파장에 따라 다른 각도로 분산시킨다.The dispersion optical element 130 disperses the light converted into parallel light by the collimator lens 121 at different angles according to wavelengths.

포커싱 광학계(140)는 포커싱 렌즈(141)를 포함한다. 예컨대, 도 10의 분산 방향을 포함하는 XY면 내에 있어서는 포커싱 렌즈(141)는 포커싱 렌즈(141)의 -X축 방향측 초점 위치에 분산 광학 소자(130)가 위치하도록 배치되어 있다. 포커싱 렌즈(141)는 포커싱 렌즈(141)의 +X축 방향측의 초점 위치에 SLM(150)이 위치하도록 배치되어 있다. 이에 따라, XY면 내에서는 파장에 따라 분산한 입사 슬릿(110)의 상이 SLM(150)에 형성된다.The focusing optical system 140 includes a focusing lens 141 . For example, in the XY plane including the dispersion direction of FIG. 10 , the focusing lens 141 is arranged so that the dispersion optical element 130 is located at the focus position on the -X-axis direction side of the focusing lens 141 . The focusing lens 141 is arranged so that the SLM 150 is located at a focal point on the +X-axis direction side of the focusing lens 141 . Accordingly, an image of the incident slits 110 dispersed according to the wavelength is formed on the SLM 150 in the XY plane.

또한, 도 11에 나타낸 바와 같이, XZ면 내에 있어서, 포커싱 광학계(140)의 광축(141A)은 콜리메이터 렌즈(121)의 광축(121A)으로부터 시프트된 위치에서 평행하게 배치되어 있다. 예컨대, 포커싱 렌즈(141)의 광축(141A)은 콜리메이터 렌즈(121)의 광축(121A)으로부터 -Z축 방향으로 시프트하고 있다. SLM(150)은 포커싱 광학계(140)의 광축(141A) 상에 배치되어 있다. 분산 광학 소자(130)를 투과한 광은 포커싱 광학계(140)의 광축(141A)과 SLM(150)과의 교점을 향해 집광한다.11, in the XZ plane, the optical axis 141A of the focusing optical system 140 is arranged parallel to the optical axis 121A of the collimator lens 121 at a shifted position. For example, the optical axis 141A of the focusing lens 141 shifts from the optical axis 121A of the collimator lens 121 in the -Z-axis direction. The SLM 150 is disposed on the optical axis 141A of the focusing optical system 140. The light transmitted through the dispersion optical element 130 is condensed toward the intersection of the optical axis 141A of the focusing optical system 140 and the SLM 150 .

비교예에 있어서는, SLM(150)의 반사면은 입사 슬릿(110), 출사 슬릿(160)과 공역 관계이고, 포커싱 렌즈(141)의 광축(141A)에 대해 수직이 되도록 배치되어 있다. 그러나, 분광기(101)에서는 SLM(150)의 중심 부근에서 반사된 경우만, 분산된 광의 초점이 맞는다. 한편, SLM(150)의 중심 부근 이외에서 반사한 분산광은 초점이 어긋난다. 따라서, 비교예에서는 초점 이탈에 의해 분광 성능을 향상시킬 수 없다는 문제가 있다.In the comparative example, the reflection surface of the SLM 150 is in conjugate relationship with the entrance slit 110 and the exit slit 160, and is arranged so as to be perpendicular to the optical axis 141A of the focusing lens 141. However, in the spectrometer 101, the scattered light is focused only when it is reflected near the center of the SLM 150. On the other hand, scattered light reflected from the vicinity of the center of the SLM 150 is out of focus. Therefore, in the Comparative Example, there is a problem that the spectral performance cannot be improved by defocusing.

이어서, 본 실시 형태의 효과를 설명한다. 도 10 및 도 11에 나타내는 비교예와 비교하여, 실시 형태 1의 분광기(1)는 DMD(50)의 전면에 대해 분산된 광의 초점을 맞추면서, DMD(50)의 각 화소 미러(53)의 미러면(54)에 수직하게 광을 입사시킬 수 있다. 따라서, 입사 슬릿(10)을 투과한 광을 고분해능으로 분광할 수 있다. 이에 따라, 분광기(1)는 광 이용 효율 및 분광 성능을 향상시킬 수 있다.Next, the effect of this embodiment is demonstrated. Compared to the comparative example shown in FIGS. 10 and 11, the spectrometer 1 of Embodiment 1 focuses the scattered light on the entire surface of the DMD 50, and the mirror of each pixel mirror 53 of the DMD 50. Light may be incident perpendicularly to the surface 54 . Accordingly, the light passing through the incident slit 10 can be separated with high resolution. Accordingly, the spectrometer 1 can improve light utilization efficiency and spectral performance.

또한, 본 실시 형태의 분광기(1)에 의하면, DMD(50)를 이용한 실용적인 분광기(1)를 실현할 수 있다. 구체적으로는, 지금까지의 회절 격자나 분산 프리즘을 기계적으로 회전시키는 분광기와 비교하여, 파장 변환이 1000배 이상 고속이 된다. 또한 100 nm 이상 떨어진 파장으로의 변환에서는, 10000배 이상의 고속화를 달성할 수 있다. 또한, 복수의 파장을 동시에 투과시킬 수 있고, 화상 검출기를 이용한 계측 시간도 대폭(2배 이상) 단축할 수 있다. 이로부터 반도체 계측 장치를 포함하는 계측 시스템에서의 스루풋(Throughput)을 향상시킬 수 있다.Further, according to the spectrometer 1 of the present embodiment, a practical spectrometer 1 using the DMD 50 can be realized. Specifically, the wavelength conversion is 1000 times or more faster than conventional spectrometers in which a diffraction grating or a dispersion prism is mechanically rotated. Further, in conversion to a wavelength separated by 100 nm or more, a speed-up of 10,000 times or more can be achieved. In addition, a plurality of wavelengths can be simultaneously transmitted, and the measurement time using an image detector can be significantly reduced (by two times or more). Through this, throughput in a measurement system including a semiconductor measurement device can be improved.

(변형예)(modified example)

이어서, 변형예로서 실시 형태 1의 분광기(1)를 반도체 검사 장치 및 반도체 측정 장치 등의 반도체 계측 장치를 포함하는 계측 시스템에 적용한 예를 설명한다. 도 12는 실시 형태 1의 변형예에 관한 계측 시스템을 예시한다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 계측 시스템(1a)은 광원(LS), 분광기(1), 반도체 계측 장치(80), 처리 장치(90)를 구비하고 있다. 본 실시 형태의 계측 시스템(1a)은 분광 엘립소메트리를 원리로서 이용할 수 있다.Next, as a modified example, an example in which the spectrometer 1 of the first embodiment is applied to a measurement system including semiconductor measurement devices such as a semiconductor inspection device and a semiconductor measurement device will be described. 12 illustrates a measurement system according to a modified example of Embodiment 1. As shown in Fig. 12, the measurement system 1a includes a light source LS, a spectrometer 1, a semiconductor measurement device 80, and a processing device 90. The measurement system 1a of this embodiment can use spectroscopic ellipsometry as a principle.

광원(LS)은, 예컨대, SC 레이저이다. 광원(LS)은 싱글 모드 파이버(SFB)에 접속되어 있다. 광원(LS)에서 생성된 광은 싱글 모드 파이버(SFB)를 통해 싱글 모드 파이버 단면(SFBT)으로부터 출사된다. 싱글 모드 파이버 단면(SFBT)은 전형적으로 φ4μm 내지 φ5μm이다. 싱글 모드 파이버 단면(SFBT)은 분광기(1)의 입사 슬릿(10)을 겸할 수 있다. 이와 같이, 광은 파이버로부터 출사한 레이저 광을 포함할 수도 있고, 입사 슬릿(10)은 파이버의 단면을 포함할 수도 있다.The light source LS is, for example, an SC laser. The light source LS is connected to a single mode fiber SFB. The light generated by the light source LS is emitted from the single mode fiber end face SFBT through the single mode fiber SFB. The single mode fiber cross-section (SFBT) is typically φ4 μm to φ5 μm. A single mode fiber cross-section (SFBT) can also serve as the entrance slit 10 of the spectrometer 1. In this way, the light may include laser light emitted from the fiber, and the incident slit 10 may include a cross section of the fiber.

분광기(1)는 입사한 광을 분산시키고, 소망한 파장의 광을 출사광으로서 출사 슬릿(60)으로부터 출사시킨다. 분광기(1)로부터 출사한 광을 멀티 모드 파이버(MFB)에 입사시킨다. 또한, 멀티 모드 파이버(MFB)의 입구가 되는 멀티 모드 파이버 단면(MFBT)은 분광기(1)의 출사 슬릿(60)을 겸할 수 있다. 멀티 모드 파이버 단면(MFBT)에 입사한 분광 후의 광은 멀티 모드 파이버(MFB)를 통해 반도체 계측 장치(80) 내의 광학계(81)로 입사된다. 그리고, 필요한 측정 또는 검사에 이용된다.The spectrometer 1 disperses the incident light and emits light of a desired wavelength from the output slit 60 as output light. Light emitted from the spectrometer 1 is incident on a multi-mode fiber (MFB). In addition, the multi-mode fiber end face (MFBT) serving as an inlet of the multi-mode fiber (MFB) may serve as the output slit 60 of the spectrometer 1. The light incident on the multi-mode fiber end face (MFBT) and after being split is incident to the optical system 81 in the semiconductor measurement device 80 through the multi-mode fiber (MFB). And, it is used for necessary measurement or inspection.

반도체 계측 장치(80)는 분광기(1)로부터 출사된 광을 이용하여 시료(89)를 검사 또는 측정한다. 시료(89)는, 예컨대, 반도체 기판, 반도체 회로 등의 반도체이다. 또한, 시료(89)는 반도체 이외의 부재일 수 있다. 반도체 계측 장치(80)는 광학계(81), 및 화상 검출기(88)를 구비하고 있다. 반도체 계측 장치(80)는 베이스, 아이솔레이터, 광학 정반, 프레임, 스테이지 및 웨이퍼 홀더를 더 포함할 수 있다.The semiconductor measuring device 80 inspects or measures the sample 89 using light emitted from the spectrometer 1 . The sample 89 is, for example, a semiconductor such as a semiconductor substrate or a semiconductor circuit. Also, the sample 89 may be a member other than a semiconductor. The semiconductor measuring device 80 includes an optical system 81 and an image detector 88 . The semiconductor measurement device 80 may further include a base, an isolator, an optical support plate, a frame, a stage, and a wafer holder.

광학계(81)는 프레임에 장착될 수 있고, 프레임은 광학 정반에 고정될 수 있다. 정학 정반은 베이스 상에 배치될 수 있다. 광학 정반과 베이스 사이에 아이솔레이터가 배치될 수 있다. 스테이지는 시료(89)를 지지하는 웨이퍼 홀더를 구동할 수 있다. 스테이지 상에 시료(89)를 홀딩하는 웨이퍼 홀더가 배치될 수 있다. 스테이지는 광학계(81) 아래에 배치될 수 있다. 반도체 계측 장치(80)는 광학계(81)를 이용하여 시료(89)를 화상 검출기(88)로 촬상한다. 이에 따라, 시료(89)를 검사 또는 측정한다.The optical system 81 may be mounted on a frame, and the frame may be fixed to an optical platform. A suspension surface plate may be placed on the base. An isolator may be disposed between the optical surface plate and the base. The stage can drive a wafer holder supporting the sample 89 . A wafer holder holding the sample 89 may be placed on the stage. The stage may be disposed under the optics 81. The semiconductor measuring device 80 uses an optical system 81 to capture an image of a sample 89 with an image detector 88 . Accordingly, the sample 89 is inspected or measured.

처리 장치(90)는, 예컨대, 컴퓨터(91) 등의 정보처리 장치를 포함한다. 또한, 처리 장치(90)는 컴퓨터(91) 이외에, 예컨대, DMD 제어부(92), 화상 검출기 제어부(93), 스테이지 제어부(94)를 구비하고 있다. DMD 제어부(92)는 DMD(50)의 동작을 제어한다. 화상 검출기 제어부(93)는 화상 검출기(88)의 동작을 제어한다. 스테이지 제어부(94)는 스테이지(86)의 동작을 제어한다.The processing device 90 includes, for example, an information processing device such as a computer 91. In addition to the computer 91, the processing device 90 includes, for example, a DMD control unit 92, an image detector control unit 93, and a stage control unit 94. The DMD control unit 92 controls the operation of the DMD 50. The image detector control section 93 controls the operation of the image detector 88. The stage controller 94 controls the operation of the stage 86.

반도체 계측 장치(80)는 분광기(1)로부터 출사된 복수의 파장을 포함하는 광을 독립적으로 이용하여 시료(89)를 검사 또는 측정할 수 있다. 또한, 반도체 계측 장치(80)는 시료(89)로부터 반사된 광 중 서로 다른 편광 성분의 광을 간섭시킨 간섭 무늬로부터 엘립소메트리 계측을 실시할 수 있다. 그리고, 반도체 계측 장치(80)는 간섭 무늬의 주파수 성분으로부터 복수 파장의 광 정보를 분리하여 엘립소메트리 계측을 실시할 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.The semiconductor measuring device 80 may inspect or measure the sample 89 by independently using light including a plurality of wavelengths emitted from the spectrometer 1 . In addition, the semiconductor measuring device 80 may perform ellipsometry measurement from interference fringes obtained by interfering light of different polarization components among light reflected from the specimen 89 . In addition, the semiconductor measurement device 80 may perform ellipsometry measurement by separating optical information of a plurality of wavelengths from the frequency components of the interference fringes. This will be described later.

(실시 형태 2)(Embodiment 2)

이어서, 도 13 및 도 14에 예시된 실시 형태 2에 관한 분광기를 설명한다. 본 실시 형태의 분광기는 XZ면 내에서 입사광과 출사광과의 광로를 동공 분할로 나누고 있다. 그리고, DMD(50)의 각 화소 미러(53)의 미러면(54)에서 입사광의 중심축 입사각과 출사광의 중심축 출사각이 동일한 배치이다. 이에 따라, 콜리메이터 광학계(20)에 있어서, 빔 스플리터(22)를 이용하지 않고도 광 이용 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.Next, the spectrometer according to Embodiment 2 illustrated in FIGS. 13 and 14 will be described. In the spectrometer of this embodiment, the optical path of incident light and outgoing light is divided by pupil division in the XZ plane. In addition, the center-axis incident angle of the incident light and the central-axis exit angle of the outgoing light are the same on the mirror surface 54 of each pixel mirror 53 of the DMD 50 . Accordingly, in the collimator optical system 20 , light utilization efficiency can be further improved without using the beam splitter 22 .

도 13 및 도 14는 실시 형태 2에 관한 분광기를 예시한다. 도 13은 XY면에 직교하는 Z축 방향에서 본 도면으로서, XY면 내의 각 구성의 배치를 나타낸다. 도 14는 Y축 방향에서 본 도면으로서, XZ면 내의 각 구성의 배치를 나타낸다. 도 15 및 도 16은, 실시 형태 2에 관한 분광기에 있어서, DMD(50)를 예시한 단면도이다. 도 15는 Z축 방향으로 직교하는 단면도를 나타내고 있다. 도 16은, Y축 방향으로 직교하는 단면도를 나타내고 있다.13 and 14 illustrate the spectrometer according to Embodiment 2. Fig. 13 is a view in the Z-axis direction orthogonal to the XY plane, and shows the arrangement of each component in the XY plane. Fig. 14 is a view in the Y-axis direction, showing the arrangement of each component in the XZ plane. 15 and 16 are cross-sectional views illustrating the DMD 50 in the spectrometer according to the second embodiment. 15 is a cross-sectional view orthogonal to the Z-axis direction. 16 is a cross-sectional view orthogonal to the Y-axis direction.

도 13 내지 도 16에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 분광기(2)에서는 XZ면 상에서, 미러면(54)으로 입사되는 광의 중심축 입사각은 미러면(54)에서 반사된 광의 중심축 반사각과 동일하다.As shown in Figs. 13 to 16, in the spectrometer 2 of the present embodiment, on the XZ plane, the central axis incident angle of light entering the mirror surface 54 is equal to the central axis reflection angle of the light reflected from the mirror surface 54. Do.

입사 슬릿(10)은 광원에서 생성된 광을 통과시켜 콜리메이터 광학계(20)로 인도한다. 본 실시 형태의 분광기(2)에 있어서, 콜리메이터 광학계(20)는 콜리메이터 렌즈(21) 및 콜리메이터 렌즈(23)를 포함하고 있다. 본 실시 형태의 콜리메이터 광학계(20)는 빔 스플리터(22)를 가지고 있지 않다. 콜리메이터 렌즈(21)는 입사 슬릿(10)을 통과한 광을 평행광으로 변환한다. 콜리메이터 렌즈(21)에 의해 평행광으로 변환된 광은 분산 광학 소자(30)로 입사된다.The incident slit 10 passes the light generated by the light source and guides it to the collimator optical system 20 . In the spectrometer 2 of this embodiment, the collimator optical system 20 includes a collimator lens 21 and a collimator lens 23 . The collimator optical system 20 of this embodiment does not have the beam splitter 22 . The collimator lens 21 converts the light passing through the incident slit 10 into parallel light. The light converted into collimated light by the collimator lens 21 is incident to the dispersion optical element 30 .

분산 광학 소자(30)는 콜리메이터 렌즈(21)에 의해 평행광으로 변환된 광을 파장에 따라 다른 각도로 분산시킨다. 포커싱 광학계(40)는 포커싱 렌즈(41)를 포함한다. 포커싱 렌즈(41)는 분산된 광을 포커스시킨다. 예컨대, 도 13에 나타낸 바와 같이, 분산 방향을 포함하는 XY면 내에 있어서 포커싱 렌즈(41)는 파장에 따라 분산된 광을 DMD(50) 상에 포커스시킨다. 또한, 도 14에 나타낸 바와 같이, XZ면 내에 있어서, 포커싱 렌즈(41)는 분산 광학 소자(30)를 투과한 광을 DMD(50) 상에 포커스시킨다. The dispersion optical element 30 disperses the light converted into collimated light by the collimator lens 21 at different angles according to wavelengths. The focusing optical system 40 includes a focusing lens 41 . The focusing lens 41 focuses the scattered light. For example, as shown in FIG. 13, the focusing lens 41 focuses the light dispersed according to the wavelength onto the DMD 50 in the XY plane including the dispersion direction. Further, as shown in Fig. 14, in the XZ plane, the focusing lens 41 focuses the light transmitted through the dispersion optical element 30 onto the DMD 50.

본 실시 형태에 있어서, 포커싱 렌즈(41)는 DMD(50)에 입사되는 입사광의 중심축이 DMD(50)의 미러면(54)에 대해 입사각을 갖도록 입사시킨다. 이에 따라, DMD(50)의 미러면(54)으로 입사되는 광의 중심축 입사각을 미러면(54)에서 반사된 광의 중심축 반사각과 동일하게 한다.In this embodiment, the focusing lens 41 makes the incident light incident on the DMD 50 such that the central axis of the incident light has an incident angle with respect to the mirror surface 54 of the DMD 50 . Accordingly, the center axis angle of incidence of the light incident on the mirror surface 54 of the DMD 50 is equal to the central axis reflection angle of the light reflected from the mirror surface 54 .

도 15에 나타낸 바와 같이, 분산 방향을 포함하는 XY면의 단면에 있어서, 기판(51)의 기판 표면(52)(의 절단선)과 화소 미러(53)의 미러면(54)(의 절단선)은 평행하다. 이러한 기판 표면(52)(의 절단선) 및 미러면(54)(의 절단선)은 입사광의 중심축과 실질적으로 수직할 수 있다. 이러한 배치에 의해, XY 평면상에서 분산된 모든 파장에서 초점은 미러면(54)과 일치한다. 따라서, 분광 성능을 향상시킬 수 있다.As shown in FIG. 15 , in the cross section of the XY plane including the dispersion direction, the cutting line of (the cutting line of) the substrate surface 52 of the substrate 51 and the mirror surface 54 of the pixel mirror 53 ) is parallel. This substrate surface 52 (cut line) and mirror surface 54 (cut line) may be substantially perpendicular to the central axis of the incident light. By this arrangement, the focal point coincides with the mirror surface 54 at all wavelengths scattered on the XY plane. Therefore, the spectral performance can be improved.

도 16에 나타낸 바와 같이, 분산 방향과 수직한 XZ면의 단면 내에 있어서, 기판(51)의 기판 표면(52)과 포커싱 광학계(40)의 광축(41A)은 수직을 이룬다. 화소 미러(53)의 미러면과 입사광의 주광선은 수직할 수 있다. 이에 따라, XZ면 상에서, 각 화소 미러(53)의 미러면(54)에 입사되는 광의 중심축 입사각은 미러면(54)에서 반사된 광의 중심축 반사각과 동일하다. 이러한 배치에 의해, XZ 면 내에서도 초점이 화소 미러(53)의 미러면(54)과 일치한다. 따라서, 광 이용 효율 및 분광 성능을 향상시킬 수 있다.As shown in Fig. 16, in the cross section of the XZ plane perpendicular to the dispersion direction, the substrate surface 52 of the substrate 51 and the optical axis 41A of the focusing optical system 40 are perpendicular. The mirror surface of the pixel mirror 53 and the chief ray of incident light may be perpendicular to each other. Accordingly, on the XZ plane, the central axis incident angle of light incident on the mirror surface 54 of each pixel mirror 53 is equal to the central axis reflection angle of light reflected from the mirror surface 54 . With this arrangement, the focal point coincides with the mirror surface 54 of the pixel mirror 53 even within the XZ plane. Therefore, light utilization efficiency and spectral performance can be improved.

DMD(50)에서 반사된 광은 포커싱 렌즈(41) 및 분산 광학 소자(30)를 통해 출사 슬릿(60)으로부터 출사된다. 구체적으로 포커싱 렌즈(41) 및 분산 광학 소자(30)를 투과하고, 콜리메이터 렌즈(23) 및 출사 슬릿(60)을 통과하여 분광기(2)로부터 출사된다. 다만, 콜리메이터 렌즈(23)의 광축(23A)은 콜리메이터 렌즈(21)의 광축(21A)보다 -Z축 방향으로 어긋나 있다. 따라서, 콜리메이터 렌즈(23)를 투과하는 광은 콜리메이터 렌즈(21)를 투과하여 분산 광학 소자(30) 및 포커싱 렌즈(41)를 진행하는 입사광의 광로부터 -Z축 방향으로 이격된다. 이 경우에도, 본 실시 형태의 분광기(2)는 Retro 배치로 되어 있다.The light reflected by the DMD 50 is emitted from the exit slit 60 through the focusing lens 41 and the dispersing optical element 30 . Specifically, it passes through the focusing lens 41 and the dispersing optical element 30, passes through the collimator lens 23 and the output slit 60, and is emitted from the spectrometer 2. However, the optical axis 23A of the collimator lens 23 is shifted from the optical axis 21A of the collimator lens 21 in the -Z-axis direction. Accordingly, the light passing through the collimator lens 23 is spaced apart from the light of the incident light passing through the collimator lens 21 and traveling through the dispersing optical element 30 and the focusing lens 41 in the -Z-axis direction. Also in this case, the spectrometer 2 of this embodiment is retro-arranged.

도 15에 나타낸 바와 같이, 분산 방향을 포함하는 XY면 내에 있어서는 광이 입사되는 입사 슬릿(10)의 파장별 상이 DMD(50)에 형성된다. DMD(50)에서 반사된 광은 동일한 분산 광학 소자(30)를 다시 투과함으로써 파장 분산을 상쇄한다. 따라서, 파장에 의존하지 않는 동일한 위치에 입사 슬릿(10)의 상이 형성된다. 따라서, 입사 슬릿(10)의 상이 형성되는 위치에 출사 슬릿(60)을 배치한다.As shown in FIG. 15, in the XY plane including the dispersion direction, an image of each wavelength of the incident slit 10 through which light is incident is formed in the DMD 50. The light reflected from the DMD 50 cancels the wavelength dispersion by transmitting back through the same dispersive optical element 30. Therefore, an image of the incident slit 10 is formed at the same position independent of the wavelength. Therefore, the exit slit 60 is disposed at a position where the image of the entrance slit 10 is formed.

도 16에 나타낸 바와 같이, 분산 방향으로 수직인 XZ면 내에 있어서는 콜리메이터 렌즈(21)의 광축(21A)과 시프트되도록 배치된 포커싱 렌즈(41)의 광축(41A) 상에 DMD(50)가 배치되어 있다. 따라서, 포커싱 렌즈(41)의 광축(41A)은 DMD(50)의 기판 표면(52)과 수직이다.As shown in Fig. 16, in the XZ plane perpendicular to the dispersion direction, the DMD 50 is disposed on the optical axis 41A of the focusing lens 41 arranged so as to be shifted with the optical axis 21A of the collimator lens 21. there is. Accordingly, the optical axis 41A of the focusing lens 41 is perpendicular to the substrate surface 52 of the DMD 50.

본 실시 형태의 분광기(2)도 파장에 따라 분산시킨 광의 초점은 미러면(54)과 일치한다. 따라서, 분광 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 콜리메이터 광학계(20)에 있어서, 빔 스플리터(22)를 필요로 하지 않을 수 있다. 그 밖의 구성 및 효과는 실시 형태 1의 기재에 포함되어 있다.In the spectrometer 2 of this embodiment, the focal point of the light dispersed according to the wavelength also coincides with the mirror surface 54. Therefore, the spectral performance can be improved. In addition, in the collimator optical system 20, the beam splitter 22 may not be required. Other configurations and effects are included in the description of Embodiment 1.

(실시 형태 3)(Embodiment 3)

이어서, 도 17 및 도 18에 예시된 실시 형태 3에 관한 분광기를 설명한다. 본 실시 형태의 분광기는 포커싱 렌즈(41)의 광축(41A)을 콜리메이터 렌즈(21)의 광축(21A)으로부터 시프트시키는 대신에, 포커싱 렌즈(41)는 광학 소자(30)를 통과한 평행광에 대해 비스듬하게 배치된다. 실시 형태 3의 구성에서, 파장에 따라 분산시킨 광의 초점은 미러면(54)과 일치한다.Next, a spectrometer according to Embodiment 3 illustrated in FIGS. 17 and 18 will be described. In the spectroscope of this embodiment, instead of shifting the optical axis 41A of the focusing lens 41 from the optical axis 21A of the collimator lens 21, the focusing lens 41 transmits parallel light passing through the optical element 30. are placed at an angle to In the structure of Embodiment 3, the focal point of the light dispersed according to the wavelength coincides with the mirror surface 54.

도 17 및 도 18은, 실시 형태 3에 관한 분광기를 예시한다. 도 17은 XY면에 직교하는 Z축 방향에서 본 도면으로서, XY면 내의 각 구성의 배치를 나타낸다. 도 18은 Y축 방향에서 본 도면으로서, XZ면 내의 각 구성의 배치를 나타낸다. 도 19 및 도 20은 실시 형태 3에 관한 분광기에 있어서, DMD(50)를 예시한 단면도이다. 도 19는 Z축 방향으로 직교하는 단면도를 나타내고 있다. 도 20은 Y축 방향으로 직교하는 단면도를 나타내고 있다.17 and 18 illustrate the spectrometer according to Embodiment 3. Fig. 17 is a view in the Z-axis direction orthogonal to the XY plane, and shows the arrangement of each component in the XY plane. Fig. 18 is a view as viewed from the Y-axis direction, showing the arrangement of each component in the XZ plane. 19 and 20 are cross-sectional views illustrating the DMD 50 in the spectrometer according to the third embodiment. 19 is a cross-sectional view orthogonal to the Z-axis direction. 20 is a cross-sectional view orthogonal to the Y-axis direction.

도 17 내지 도 20에 나타낸 바와 같이, 포커싱 렌즈(41)의 광축(41A)은 콜리메이터 렌즈(21)의 광축(21A)에 대해 경사져 있다. 구체적으로, 포커싱 렌즈(41)의 광축(41A) 및 콜리메이터 렌즈(21)의 광축(21A)은 XZ 평면 내에 위치하고 있다. 포커싱 렌즈(41)의 광축(41A) 및 콜리메이터 렌즈(21)의 광축(21A)은 XZ 평면 내에서 교차하고 있다. 또한, XZ면 상에서, 미러면(54)에 입사되는 광의 중심축 입사각은 미러면(54)에서 반사된 광의 중심축의 반사각과 동일하다.17 to 20, the optical axis 41A of the focusing lens 41 is inclined with respect to the optical axis 21A of the collimator lens 21. Specifically, the optical axis 41A of the focusing lens 41 and the optical axis 21A of the collimator lens 21 are located in the XZ plane. The optical axis 41A of the focusing lens 41 and the optical axis 21A of the collimator lens 21 intersect in the XZ plane. Further, on the XZ plane, the angle of incidence of the central axis of light incident on the mirror surface 54 is equal to the angle of reflection of the central axis of light reflected from the mirror surface 54.

입사 슬릿(10)은 광원에서 생성된 광을 통과시켜 콜리메이터 광학계(20)로 인도한다. 콜리메이터 광학계(20)의 콜리메이터 렌즈(21)는 입사 슬릿(10)을 통과한 광을 평행광으로 변환한다. 콜리메이터 렌즈(21)에 의해 생성된 평행광은 분산 광학 소자(30)로 입사된다.The incident slit 10 passes the light generated by the light source and guides it to the collimator optical system 20 . The collimator lens 21 of the collimator optical system 20 converts light passing through the incident slit 10 into parallel light. The collimated light generated by the collimator lens 21 is incident to the dispersive optical element 30 .

분산 광학 소자(30)는 콜리메이터 렌즈(21)에 의해 평행광으로 변환된 광을 파장에 따라 다른 각도로 분산시킨다. 포커싱 광학계(40)의 포커싱 렌즈(41)는 분산된 광을 포커스시킨다. 예컨대, 도 17에 나타낸 바와 같이, 분산 방향을 포함하는 XY면 내에 있어서는 포커싱 렌즈(41)는 파장에 따라 분산된 광을 DMD(50) 상에 포커스시킨다. 또한, 도 18에 나타낸 바와 같이, XZ면 내에 있어서, 포커싱 렌즈(41)는 분산 광학 소자(30)를 투과한 광을 DMD(50) 상에 포커스시킨다. DMD(50)에 입사되는 광의 중심축 입사각은 미러면(54)에서 반사된 광의 중심축 반사각과 동일하다.The dispersion optical element 30 disperses the light converted into collimated light by the collimator lens 21 at different angles according to wavelengths. The focusing lens 41 of the focusing optical system 40 focuses the scattered light. For example, as shown in Fig. 17, the focusing lens 41 focuses the light dispersed according to the wavelength onto the DMD 50 in the XY plane including the dispersion direction. Further, as shown in Fig. 18, in the XZ plane, the focusing lens 41 focuses the light transmitted through the dispersion optical element 30 onto the DMD 50. The center axis angle of incidence of light incident on the DMD 50 is equal to the center axis reflection angle of light reflected from the mirror surface 54 .

도 19에 나타낸 바와 같이, 분산 방향을 포함하는 XY면 상에서, 기판(51)의 기판 표면(52)의 절단선과, 화소 미러(53)의 미러면(54)의 절단선은 평행하다. 이러한 절단선과 입사광의 주 광선(광의 중심축)은 수직 배치가 된다. 이러한 배치에 의해, 분산된 모든 파장에서 초점은 미러면(54)과 일치한다. 따라서, 분광 성능을 향상시킬 수 있다.As shown in Fig. 19, on the XY plane including the dispersion direction, the cutting line of the substrate surface 52 of the substrate 51 and the cutting line of the mirror surface 54 of the pixel mirror 53 are parallel. The cut line and the principal ray of incident light (the central axis of light) are arranged vertically. With this arrangement, the focal point coincides with the mirror surface 54 at all scattered wavelengths. Therefore, the spectral performance can be improved.

도 20에 나타낸 바와 같이, 분산 방향과 수직인 XZ면의 단면 내에 있어서 기판(51)의 기판 표면(52)과, 포커싱 광학계(40)의 광축(41A)은 수직이다. XZ면 상에서, 각 화소 미러(53)의 미러면(54)에 입사되는 광의 중심축 입사각은 미러면(54)에서 반사된 광의 중심축 반사각과 동일하다. 실시 형태 3의 배치에 의해, XZ 면 내에서도 초점이 DMD(50)의 화소 미러(53)의 미러면(54)과 일치한다. 따라서, 광 이용 효율 및 분광 성능을 향상시킬 수 있다.As shown in Fig. 20, the substrate surface 52 of the substrate 51 and the optical axis 41A of the focusing optical system 40 are perpendicular to each other in the cross section of the XZ plane perpendicular to the dispersion direction. On the XZ plane, the central axis angle of incidence of light incident on the mirror surface 54 of each pixel mirror 53 is equal to the central axis reflection angle of light reflected from the mirror surface 54 . With the arrangement of Embodiment 3, the focal point coincides with the mirror surface 54 of the pixel mirror 53 of the DMD 50 even within the XZ plane. Therefore, light utilization efficiency and spectral performance can be improved.

DMD(50)에서 반사된 광은 포커싱 렌즈(41) 및 분산 광학 소자(30)를 통해 출사 슬릿(60)으로부터 출사된다. 구체적으로, 포커싱 렌즈(41) 및 분산 광학 소자(30)를 투과하고, 콜리메이터 광학계(20)의 콜리메이터 렌즈(23) 및 출사 슬릿(60)을 통과하여 모노크로미터로부터 출사된다. 다만, 출사되는 광의 광로는 콜리메이터 렌즈(21)를 투과하여 분산 광학 소자(30) 및 포커싱 렌즈(41)를 진행하는 입사광으로부터 -Z축 방향으로 이격된다. 이 경우에도, 본 실시 형태의 분광기(3)는 Retro 배치로 되어 있다.The light reflected by the DMD 50 is emitted from the exit slit 60 through the focusing lens 41 and the dispersing optical element 30 . Specifically, the light passes through the focusing lens 41 and the dispersion optical element 30, passes through the collimator lens 23 of the collimator optical system 20 and the output slit 60, and is emitted from the monochromator. However, the optical path of the emitted light is separated from the incident light passing through the collimator lens 21 and traveling through the dispersion optical element 30 and the focusing lens 41 in the -Z-axis direction. Also in this case, the spectrometer 3 of this embodiment is retro-arranged.

본 실시 형태에서도, 기판(51)의 기판 표면(52)과, 포커싱 광학계(40)의 광축(41A)은 수직이다. 또한, 각 화소 미러(53)의 미러면(54)에 입사되는 광의 중심축 입사각은 미러면(54)에서 반사된 광의 중심축 반사각과 동일하다. 따라서, 분산된 모든 파장의 광의 초점이 미러면(54)에서 일치한다. 따라서, 광 이용 효율 및 분광 성능을 향상시킬 수 있다. 이외의 구성 및 효과는 실시 형태 1 및 2의 기재에 포함되어 있다.Also in this embodiment, the substrate surface 52 of the substrate 51 and the optical axis 41A of the focusing optical system 40 are perpendicular to each other. In addition, the center axis angle of incidence of light incident on the mirror surface 54 of each pixel mirror 53 is equal to the central axis reflection angle of light reflected from the mirror surface 54 . Thus, the focus of all scattered wavelengths of light coincides on the mirror surface 54 . Therefore, light utilization efficiency and spectral performance can be improved. Other configurations and effects are included in the description of Embodiments 1 and 2.

(실시 형태 4)(Embodiment 4)

이어서, 도 21 및 도 22에 예시된 실시 형태 4에 관한 분광기를 설명한다. 본 실시 형태의 분광기는 콜리메이터 광학계(20)와 분산 광학 소자(30) 사이에 계단 형상 프리즘을 배치시키고 있다.Next, a spectrometer according to Embodiment 4 illustrated in FIGS. 21 and 22 will be described. In the spectrometer of this embodiment, a stepped prism is disposed between the collimator optical system 20 and the dispersive optical element 30.

도 21 및 도 22는 실시 형태 4에 관한 분광기를 예시한다. 도 21은 XY면에 직교하는 Z축 방향에서 본 도면으로서, XY면 내의 각 구성의 배치를 나타낸다. 도 22는 Y축 방향에서 본 도면으로서, XZ면 내의 각 구성의 배치를 나타낸다.21 and 22 illustrate the spectrometer according to Embodiment 4. Fig. 21 is a view in the Z-axis direction orthogonal to the XY plane, and shows the arrangement of each component in the XY plane. Fig. 22 is a view as viewed from the Y-axis direction, showing the arrangement of each component in the XZ plane.

도 21 및 도 22에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 분광기(4)는 콜리메이터 광학계(20)와 분산 광학 소자(30) 사이에 광학 부재(25)가 배치되어 있다. 광학 부재(25)는 입사된 광을 분할하고, 분할된 광에 광로 차이를 부여하는 부재이다. 광학 부재(25)는 공간 지연기라고 지칭될 수도 있다. 광학 부재(25)의 일 예시는 계단형 프리즘을 포함한다.21 and 22, in the spectrometer 4 of this embodiment, an optical member 25 is disposed between the collimator optical system 20 and the dispersing optical element 30. The optical member 25 is a member that divides the incident light and gives an optical path difference to the divided light. The optical member 25 may also be referred to as a spatial retarder. One example of the optical member 25 includes a stepped prism.

본 실시 형태의 분광기(4)는 광로 차이를 부여하는 광학 부재(25)를 가지고 있다. 따라서, SC 레이저 등, 공간적 코히어런시가 높은 광원을 사용한 경우라도, 광학 부재(25)로 분할된 광에 간섭이 일어나는 거리 이상의 광로 차이를 마련함으로써, 공간적 코히어런시를 저감시킬 수 있다.The spectrometer 4 of this embodiment has an optical member 25 that provides an optical path difference. Therefore, even when a light source with high spatial coherency, such as an SC laser, is used, spatial coherency can be reduced by providing an optical path difference greater than or equal to the distance at which interference occurs in the light split by the optical member 25. .

또한, 분광기(4)의 동작에 있어서, DMD(50)의 기판 표면(52) 상에서 입사된 입사광이 반사되는 부분의 화소 미러(53)를 모두 ON 상태로 전환하는 것이 아니라, 절반 정도의 화소 미러(53)만을 랜덤한 배치로 반사시킴(예컨대, ON 상태로 전환 시킴)과 더불어, 그 랜덤한 배치가 시간과 더불어 변화되도록 DMD(50)를 구동시킨다. 즉, 도 9에 도시한 바와 같이, DMD(50)는 취출 파장열(56)의 각 화소 미러(53)를 ON 상태 또는 OFF 상태로 무작위로 변화시킨다. 이러한 동작은, 도 12의 컴퓨터(91)의 소프트웨어 및 DMD 제어부(92)를 통해 실현시킨다. 이에 따라, SC 레이저 등의 백색 레이저를 광원으로서 이용하는 경우, 스페클의 발생을 저감시키고, 반도체 계측 장치(80)에 이용되는 광의 조명광으로서의 질을 향상시킬 수 있다. 기타 구성 및 효과는 실시 형태 1 내지 3의 기재에 포함되어 있다.In addition, in the operation of the spectrometer 4, not all of the pixel mirrors 53 of the portion where the incident light incident on the substrate surface 52 of the DMD 50 is reflected are turned ON, but about half of the pixel mirrors. In addition to reflecting only (53) in a random arrangement (eg, switching to an ON state), the DMD 50 is driven so that the random arrangement changes with time. That is, as shown in Fig. 9, the DMD 50 randomly changes each pixel mirror 53 in the extraction wavelength string 56 to an ON state or an OFF state. These operations are realized through the software of the computer 91 in FIG. 12 and the DMD control unit 92. Accordingly, when a white laser such as an SC laser is used as a light source, it is possible to reduce the generation of speckles and improve the quality of light used in the semiconductor measurement device 80 as illumination light. Other configurations and effects are included in the description of Embodiments 1 to 3.

(실시 형태 5)(Embodiment 5)

이어서, 실시 형태 5에 관한 분광기를 설명한다. 본 실시 형태는 자기 간섭 엘립소메트리를 원리로 하는 반도체 계측 장치(80)에 전술한 분광기(1, 2, 3, 4) 중 어느 하나를 적용한 경우의 계측 시스템이다.Next, the spectrometer according to Embodiment 5 will be described. This embodiment is a measurement system in the case where any one of the spectrometers 1, 2, 3, and 4 described above is applied to the semiconductor measurement device 80 based on self-interference ellipsometry.

도 23은 실시 형태 5에 관한 계측 시스템을 예시한다. 도 23에 나타낸 바와 같이, 계측 시스템(5)은 SC 레이저 등의 광원(LS), 분광기(1 ,2, 3, 4) 중 어느 하나, 반도체 계측 장치(80), 처리 장치(90)를 구비하고 있다. 계측 시스템(5)은 조명광(L1)이 시료(89)에서 반사된 반사광(R1)을 수광하여 엘립소메트리 계수(Ψ 및 Δ)를 측정한다.23 illustrates the measurement system according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 23, the measurement system 5 includes a light source LS such as an SC laser, any one of the spectrometers 1, 2, 3, and 4, a semiconductor measurement device 80, and a processing device 90. are doing The measurement system 5 receives the reflected light R1 reflected from the specimen 89 by the illumination light L1 and measures the ellipsometry coefficients Ψ and Δ.

광학계(81)는 조명 렌즈(81a), 편광자(81b), 빔 스플리터(81c), 대물 렌즈(81d), 릴레이 렌즈들(81e, 81f), 편광 광학 소자(81g), 검광자(81h), 화상 검출기(88)를 포함한다. 검광자(81h)는, 예컨대, 편광판이다. 화상 검출기(88)는, 예컨대, 카메라이다.The optical system 81 includes an illumination lens 81a, a polarizer 81b, a beam splitter 81c, an objective lens 81d, relay lenses 81e and 81f, a polarization optical element 81g, an analyzer 81h, An image detector 88 is included. The analyzer 81h is, for example, a polarizing plate. The image detector 88 is, for example, a camera.

광학계(81)는 직선 편광을 포함하는 조명광(L1)으로 반도체 등의 시료(89)를 조명한다. 또한, 광학계(81)는 조명광(L1)이 시료(89)에서 반사된 반사광(R1)을 집광한다. 구체적으로 조명 렌즈(81a)는 조명광(L1)을 편광자(81b)에 조사시킨다. 예컨대, 조명 렌즈(81a)는 멀티 파이버(MFB)로부터 출사한 조명광(L1)을 평행광으로 변환한다. 그리고, 평행광으로 변환한 조명광(L1)을 편광자(81b)에 입사시킨다.The optical system 81 illuminates the sample 89, such as a semiconductor, with illumination light L1 containing linearly polarized light. In addition, the optical system 81 collects the reflected light R1 of the illumination light L1 reflected by the sample 89 . Specifically, the illumination lens 81a irradiates the illumination light L1 to the polarizer 81b. For example, the illumination lens 81a converts the illumination light L1 emitted from the multi-fiber MFB into parallel light. Then, the illumination light L1 converted into parallel light is made incident on the polarizer 81b.

편광자(81b)는 일 방향의 직선 편광을 포함하는 조명광(L1)을 투과시킨다. 예컨대, 편광자(81b)는 편광 방향이 지면에 대해 45˚경사진 직선 편광의 조명광(L1)을 빔 스플리터(81c)로 출사된다. 빔 스플리터(81c)는 입사된 조명광(L1)의 일부를 반사하고, 일부를 투과시킨다. 빔 스플리터(81c)는 입사된 조명광(L1)의 일부를 대물 렌즈(81d)를 향해 반사한다. 빔 스플리터(81c)에서 반사된 조명광(L1)은 대물 렌즈(81d)로 입사된다.The polarizer 81b transmits the illumination light L1 including linearly polarized light in one direction. For example, the polarizer 81b emits linearly polarized illumination light L1 whose polarization direction is inclined at 45 degrees with respect to the ground to the beam splitter 81c. The beam splitter 81c reflects part of the incident illumination light L1 and transmits part of it. The beam splitter 81c reflects part of the incident illumination light L1 toward the objective lens 81d. The illumination light L1 reflected by the beam splitter 81c is incident on the objective lens 81d.

대물 렌즈(81d)는 직선 편광을 포함하는 조명광(L1)으로 시료(89)를 조명한다. 대물 렌즈(81d)는 빔 스플리터(81c)에서 반사된 조명광(L1)을 도트 형상으로 집광시켜 시료(89)를 조명한다. 그리고, 대물 렌즈(81d)는 조명광(L1)이 시료(89)에서 반사된 반사광(R1)을 투과시킨다. 본 실시 형태의 계측 시스템(5)에서는 시료(89)에 입사되는 조명광(L1)의 광축(C), 및 시료(89)에서 반사된 반사광(R1)의 광축(C)은 시료(89)의 측정면에 대해 직교하고 있다.The objective lens 81d illuminates the specimen 89 with illumination light L1 containing linearly polarized light. The objective lens 81d condenses the illumination light L1 reflected by the beam splitter 81c into a dot shape to illuminate the sample 89. Then, the objective lens 81d transmits the reflected light R1 in which the illumination light L1 is reflected from the sample 89. In the measurement system 5 of this embodiment, the optical axis C of the illumination light L1 incident on the sample 89 and the optical axis C of the reflected light R1 reflected from the sample 89 are It is orthogonal to the measurement plane.

시료(89)를 조명하는 조명광(L1)은 일 방향의 직선 편광을 포함하고 있다. 그러한 일 방향의 직선 편광을 포함하는 조명광(L1)은 집광되면서, 시료(89)의 측정면에 입사된다. 따라서, 조명광(L1)이 완전 편광이고, 직선 편광이며, 광축(C)이 시료(89)의 측정면에 직교하는 경우, 측정면에 입사되는 방위에 따라, 조명광(L1)은 P편광 성분 및 S편광 성분을 포함할 수 있다. 조명광(L1)의 S편광 부분은 S편광으로서 반사된다. 조명광(L1)의 P편광 부분은 P편광으로서 반사된다.The illumination light L1 illuminating the sample 89 includes linearly polarized light in one direction. The illumination light L1 including linearly polarized light in one direction is incident on the measurement surface of the sample 89 while being condensed. Therefore, when the illumination light L1 is completely polarized and linearly polarized, and the optical axis C is orthogonal to the measurement plane of the sample 89, depending on the direction incident on the measurement plane, the illumination light L1 is a P polarization component and It may contain an S polarization component. The S-polarized portion of the illumination light L1 is reflected as S-polarized light. The P-polarized portion of the illumination light L1 is reflected as P-polarized light.

대물 렌즈(81d)는 조명광(L1)이 시료(89)의 측정면에서 반사된 반사광(R1)을 투과시키고, 빔 스플리터(81c)로 입사시킨다. 빔 스플리터(81c)는 입사된 반사광(R1)의 일부를 투과시킨다. 예컨대, 빔 스플리터(81c)를 투과한 반사광(R1)은 릴레이 렌즈(81e)로 입사된다. 릴레이 렌즈(81e)는 빔 스플리터(81c)를 투과한 반사광(R1)을 집광시키고, 결상시킨 후에 릴레이 렌즈(81f)로 입사시킨다. 릴레이 렌즈(81f)는 입사된 반사광(R1)을 투과시켜 편광 광학 소자(81g)로 입사시킨다.The objective lens 81d transmits the reflected light R1 reflected from the measurement surface of the specimen 89 by the illumination light L1 and enters the beam splitter 81c. The beam splitter 81c transmits a part of the incident reflected light R1. For example, the reflected light R1 transmitted through the beam splitter 81c is incident to the relay lens 81e. The relay lens 81e condenses the reflected light R1 transmitted through the beam splitter 81c, forms an image, and then makes it incident to the relay lens 81f. The relay lens 81f transmits the incident reflected light R1 and makes it incident to the polarization optical element 81g.

도 24는 실시 형태 5에 관한 계측 시스템(5)에 있어서, 편광 광학 소자(81g), 검광자(81h) 및 화상 검출기(88)를 예시한 구성도이다. 도 24에 나타낸 바와 같이, 편광 광학 소자(81g)는 직선 편광을 포함하는 조명광(L1)이 시료(89)에서 반사된 반사광(R1)을 서로 직교하는 편광 방향의 2개의 직선 편광으로 분리하여 출사시킨다. 편광 광학 소자(81g)는, 예컨대, 노마스키 프리즘이다.Fig. 24 is a configuration diagram illustrating the polarization optical element 81g, the analyzer 81h, and the image detector 88 in the measurement system 5 according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 24, the polarization optical element 81g separates the reflected light R1 of the illumination light L1 including linearly polarized light reflected from the sample 89 into two linearly polarized light with mutually orthogonal polarization directions, and emits the light. let it The polarization optical element 81g is, for example, a Nomarsky prism.

편광 광학 소자(81g)가 분리하는 서로 직교하는 편광 방향을 α방향 및 β방향으로 한다. 이 경우,α방향과 β방향이 만드는 면과 반사광(R1)의 광축은 직교한다. 그렇다면, 편광 광학 소자(81g)는 α방향의 직선 편광과 β방향의 직선 편광으로 분리한다. 그리고, 편광 광학 소자(81g)는 분리시킨 α방향의 직선 편광과 β방향의 직선 편광을 화상 검출기(88) 상에서 다시 동일점이 되도록 편향하여 출사시킨다. 또한, 편광 광학 소자(81g)는 노마스키 프리즘에 한정하지 않고, 월라스톤 프리즘, 또는 로션 프리즘을 포함할 수 있다.The mutually orthogonal polarization directions separated by the polarization optical element 81g are the α direction and the β direction. In this case, the plane formed by the α and β directions and the optical axis of the reflected light R1 are orthogonal. Then, the polarization optical element 81g separates linearly polarized light in the α-direction and linearly polarized light in the β-direction. Then, the polarization optical element 81g deflects the separated linearly polarized light in the α-direction and the linearly polarized light in the β-direction to the same point again on the image detector 88 and emits them. In addition, the polarization optical element 81g is not limited to a Nomarsky prism, and may include a Wollaston prism or a Lotion prism.

도 25는 실시 형태 5에 관한 계측 시스템(5)에 있어서, 검광자를 투과하는 직선 편광을 예시한다. 도 25에 나타낸 바와 같이, 검광자(81h)는 편광 광학 소자(81g)가 분리시킨 α방향의 편광 방향 및 β방향의 편광 방향과 45[deg]경사진 방향의 직선 편광의 성분을 투과시킨다. 따라서, 검광자(81h)는 α방향의 편광 방향을 갖는 직선 편광 중 α방향과 45[deg] 경사진 편광 성분을 투과시킨다. 또한, 검광자(81h)는 β방향의 편광 방향을 갖는 직선 편광 중 β방향과 45[deg] 경사진 편광 성분을 투과시킨다. 따라서, 서로 직교하는 2개의 직선 편광은 검광자(81h)를 투과함으로써, 동일 방향(45[deg]경사진 방향)으로 편광된 편광 성분으로서 출사된다. 검광자(81h)로부터 출사된 당해 편광 성분을 포함하는 반사광(R1)은 화상 검출기(88)로 입사된다.Fig. 25 illustrates linearly polarized light passing through the analyzer in the measurement system 5 according to the fifth embodiment. As shown in Fig. 25, the analyzer 81h transmits the component of linearly polarized light separated by the polarization optical element 81g in the direction inclined at 45 [deg] from the polarization direction of the α direction and the polarization direction of the β direction. Accordingly, the analyzer 81h transmits a polarized component at an angle of 45 [deg] to the α direction among linearly polarized light having a polarization direction of the α direction. In addition, the analyzer 81h transmits a polarized component at an angle of 45 [deg] to the β direction among linearly polarized light having a polarization direction in the β direction. Accordingly, the two linearly polarized light orthogonal to each other pass through the analyzer 81h and are emitted as polarized components polarized in the same direction (45 [deg] inclined direction). The reflected light R1 including the polarization component emitted from the analyzer 81h is incident on the image detector 88.

화상 검출기(88)는 입사된 반사광(R1)을 수광한다. 화상 검출기(88)는 대물 렌즈(81d)의 동공 위치(19a)와 공역인 동공 공역 위치(19b)에 배치되어 있다. 반사광(R1)은 서로 직교하는 2개의 직선 편광 광의 동일 방향의 편광 성분을 포함하고 있다. 따라서, 반사광(R1)은 화상 검출기(88) 상에서 간섭한다. 이에 따라, 화상 검출기(88) 상에 간섭 무늬가 형성된다. 화상 검출기(88)는 검광자(81h)를 투과한 각 편광 성분의 간섭 무늬를 검출한다.The image detector 88 receives the incident reflected light R1. The image detector 88 is disposed at a pupil conjugate position 19b that is conjugate with the pupil position 19a of the objective lens 81d. The reflected light R1 includes polarization components in the same direction of two linearly polarized lights orthogonal to each other. Accordingly, the reflected light R1 interferes on the image detector 88. As a result, interference fringes are formed on the image detector 88. The image detector 88 detects an interference fringe of each polarization component transmitted through the analyzer 81h.

도 26은 실시 형태 5에 관한 계측 시스템(5)에 있어서, 화상 검출기(88)로 입사되는 반사광에 포함된 각 직선 편광의 파면(wave surface)을 예시한다. 도 27은 실시 형태 5에 관한 계측 시스템(5)에 있어서, 화상 검출기(88) 상에서 간섭한 반사광의 간섭 무늬를 예시한다. 도 26 및 도 27에 나타낸 바와 같이, 편광 광학 소자(81g)에 의해 분리된 2개의 직선 편광(R1α 및 R1β)을 포함하는 반사광(R1)은 검광자(81h)를 투과하고, 화상 검출기(88) 상에서 간섭 무늬를 형성한다.26 illustrates the wave surface of each linearly polarized light included in the reflected light incident on the image detector 88 in the measurement system 5 according to the fifth embodiment. 27 illustrates an interference fringe of reflected light interfering on the image detector 88 in the measurement system 5 according to the fifth embodiment. 26 and 27, the reflected light R1 comprising two linearly polarized lights R1α and R1β separated by the polarization optical element 81g passes through the analyzer 81h and detects an image detector 88 ) form an interference fringe.

처리 장치(90)는 화상 검출기(88)가 검출한 간섭 무늬로부터, 엘립소메트리 계수(Ψ 및 Δ)를 산출한다. 예컨대, 처리 장치(90)는 간섭 무늬에 있어서의 반사광(R1)의 강도 분포 Ifringe를 이하의 (1) 식에 피팅함으로써, 엘립소메트리 계수(Ψ 및 Δ)를 산출한다. 여기서, 강도 분포 Ifringe는 화상 검출기(88) 상의 위치의 함수이다.The processing device 90 calculates ellipsometry coefficients Ψ and Δ from the interference fringes detected by the image detector 88. For example, the processing device 90 calculates the ellipsometry coefficients Ψ and Δ by fitting the intensity distribution Ifringe of the reflected light R1 in the interference fringe to the following equation (1). Here, the intensity distribution Ifringe is a function of the position on the image detector 88.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, 엘립소메트리 계수(Ψ)는 (2)식으로부터 산출한다.Here, the ellipsometry coefficient Ψ is calculated from equation (2).

Figure pat00002
Figure pat00002

도 28은 실시 형태 5에 관한 계측 시스템(5)에 있어서, 화상 검출기(88) 상의 간섭 무늬로부터 구해진 엘립소메트리 계수를 예시한다. 도 28에 나타낸 바와 같이, 2개의 편광의 강도의 비(Ψ)와 위상차(Δ)를 변화시킨 경우에는, 화상 검출기(88)의 각 위치에 있어서, 간섭 무늬를 형성하는 반사광(R1)의 강도가 변화된다. 이 관계를 이용하여 간섭 무늬로부터, 엘립소메트리 계수(Ψ 및 Δ)를 구할 수 있다.28 illustrates ellipsometry coefficients obtained from interference fringes on the image detector 88 in the measurement system 5 according to the fifth embodiment. As shown in Fig. 28, when the ratio (Ψ) of the intensity of the two polarizations and the phase difference (Δ) are changed, the intensity of the reflected light R1 forming the interference fringe at each position of the image detector 88. is changed Using this relationship, the ellipsometry coefficients Ψ and Δ can be obtained from the interference fringes.

예컨대, 굵은 선이 나타내는 강도 변화를 갖는 반사광(R1)에 대해서는, 2개의 편광의 강도비 E1:E2는 1:1이고, 위상차Δ는 0이다. 또한, 점선이 나타내는 강도 변화를 갖는 반사광(R1)에 대해서는 2개의 편광의 강도비 E1:E2는 1:1이고, 위상차Δ는 π/4이다. 또한, 가는 선이 나타내는 강도 변화를 갖는 반사광(R1)에 대해서는 2개의 편광의 강도비 E1:E2는 2:1이고, 위상차Δ는 0이다. 이와 같이, 광학계(81)는 분리된 각 편광 방향(α방향 및 β방향)의 직선 편광을 45[deg] 경사시킨 투과축을 갖는 검광자를 투과시킴으로써, 2개의 직선 편광의 성분을 간섭시키고, 화상 검출기(88) 상의 간섭 무늬로부터 엘립소메트리 계수(Ψ와 Δ)를 산출한다.For example, for reflected light R1 having an intensity change indicated by a thick line, the intensity ratio E1:E2 of two polarizations is 1:1, and the phase difference Δ is zero. In addition, for the reflected light R1 having an intensity change indicated by a dotted line, the intensity ratio E1:E2 of the two polarizations is 1:1, and the phase difference Δ is π/4. In addition, for the reflected light R1 having an intensity change indicated by the thin line, the intensity ratio E1:E2 of the two polarizations is 2:1, and the phase difference Δ is zero. In this way, the optical system 81 transmits the separated linearly polarized light in each polarization direction (α direction and β direction) through an analyzer having a transmission axis tilted by 45 [deg], thereby interfering with components of the two linearly polarized light, and detecting an image detector. Calculate the ellipsometry coefficients Ψ and Δ from the interference fringes on (88).

도 29는 실시 형태 5의 다른 예에 관한 계측 시스템(5)에 있어서, 화상 검출기(88) 상에서 간섭한 반사광의 간섭 무늬를 예시한다. 도 29에 나타낸 바와 같이, DMD(50)에서, 2개의 파장 I 및 파장 II에 대응되는 취출 파장열(56)의 화소 미러(53)를 ON 상태로 하고, 파장 I 및 파장 II를 포함하는 광을 반도체 계측 장치(80)로 인도할 수 있다. 이 경우의 간섭 무늬는 파장 I의 간섭 무늬 및 파장 II의 간섭 무늬가 합성된 것이 된다.29 illustrates an interference fringe of reflected light that has interfered on the image detector 88 in the measurement system 5 according to another example of the fifth embodiment. As shown in Fig. 29, in the DMD 50, the pixel mirror 53 of the extraction wavelength column 56 corresponding to the two wavelengths I and II is turned ON, and the light containing the wavelengths I and II is turned on. can be guided to the semiconductor measurement device 80. In this case, the interference pattern is a combination of the interference pattern of wavelength I and the interference pattern of wavelength II.

얻어진 간섭 무늬로부터 푸리에 변환에 의해 특정의 주파수 성분의 진폭과 위상의 정보를 얻음으로써, 시료(89)의 표면 상태를 해석한다. 두 개의 파장의 광들을 동시에 입사시킨 경우에는 푸리에 변환시의 윈도우 함수를 2개소에 마련함으로써, 두 개의 파장의 광들에 의한 간섭 무늬를 동시에 해석하는 것이 가능해진다.The surface state of the sample 89 is analyzed by obtaining information on the amplitude and phase of a specific frequency component by Fourier transform from the obtained interference fringes. When the lights of two wavelengths are simultaneously incident, it is possible to simultaneously analyze the interference fringes of the lights of the two wavelengths by providing window functions at two locations during Fourier transformation.

이어서, 본 실시 형태의 효과를 설명한다. 본 실시 형태의 계측 시스템(5)은 엘립소메트리 계수(Ψ 및 Δ)의 측정에서, 편광 광학 소자(81g)를 이용한다. 편광 광학 소자(81g)는 시료(89)에서 반사된 반사광(R1)을 서로 직교하는 편광 방향의 2개의 직선 편광(R1α 및 R1β)으로 분리하고, 분리한 2개의 직선 편광으로부터 간섭 무늬를 화상 검출기(88) 상에 형성한다. 그 간섭 무늬의 콘트라스트 및 위상의 측정 결과로부터, 2개의 독립 파라미터인 엘립소메트리 계수(Ψ와 Δ)를 직접 측정한다. 이에 따라, 지금까지의 엘립소메트리 계수(Ψ와 Δ)의 측정에 필요한 회전하는 편광자나 보상자를 이용한 시계열의 적어도 4개의 편광 성분의 광량 측정을 불요하게 한다.Next, the effect of this embodiment is demonstrated. The measurement system 5 of this embodiment uses the polarization optical element 81g in measuring the ellipsometry coefficients Ψ and Δ. The polarization optical element 81g separates the reflected light R1 reflected from the specimen 89 into two linearly polarized rays (R1α and R1β) of polarization directions orthogonal to each other, and generates interference fringes from the separated two linearly polarized light into an image detector. Form on (88). From the measurement results of the contrast and phase of the interference fringe, ellipsometry coefficients (Ψ and Δ), which are two independent parameters, are directly measured. Accordingly, it is unnecessary to measure the amount of light of at least four polarization components in time series using a rotating polarizer or a compensator necessary for measuring the ellipsometry coefficients (Ψ and Δ) so far.

또한, 지금까지의 엘립소메트리 계수(Ψ와 Δ)의 측정은, 복수가 다른 편광 상태의 광의 광량으로부터 스토크스(stokes) 파라미터를 구하고, 구한 스토크스 파라미터로부터 엘립소메트리 계수(Ψ 및 Δ)를 구하고 있다. 본 실시 형태에서는, 직접적으로, 또한 단일 화상으로부터 엘립소메트리 계수(Ψ와 Δ)를 구할 수 있다. 따라서, 단시간에 측정 가능하므로, OCD 측정의 스루풋을 향상시킬 수 있다.In addition, in the measurement of the ellipsometry coefficients (Ψ and Δ) so far, a Stokes parameter is obtained from the light quantity of light in a plurality of different polarization states, and the ellipsometry coefficients (Ψ and Δ) are obtained from the obtained Stokes parameters. is looking for In this embodiment, the ellipsometry coefficients Ψ and Δ can be obtained directly and from a single image. Therefore, since measurement can be performed in a short time, the throughput of OCD measurement can be improved.

또한, 지금까지의 엘립소미터와 비교하여 가동부가 없으므로, 더욱 안정된 엘립소메트리 계수(Ψ와 Δ)의 측정을 할 수 있다.In addition, compared to conventional ellipsometers, since there are no moving parts, more stable ellipsometry coefficients (Ψ and Δ) can be measured.

또한, OCD 측정 장치에 이용되는 많은 엘립소미터에서 시료(89)의 표면에 입사시키는 조명광(L1)의 입사각은 브루스터(brewster) 각도로 고정하였다. 그러나, 본 실시 형태에서는 대(大)NA(Numerical Aperture)의 대물 렌즈(17)의 동공 위치에 공역인 동공 공역 위치에 화상 검출기(42)를 배치시킴으로써, 임의의 입사각, 입사 방위에서의 엘립소메트리 계수(Ψ와 Δ)의 측정을 가능하게 한다. 이러한 구성은, 검광자 등을 회전시키는 지금까지의 엘립소미터의 구성으로는 용이한 실현이 불가능하다.In addition, in many ellipsometers used in OCD measuring devices, the angle of incidence of the illumination light L1 incident on the surface of the sample 89 was fixed to a brewster angle. However, in the present embodiment, by arranging the image detector 42 at a pupil conjugate position that is conjugate to the pupil position of the large NA (Numerical Aperture) objective lens 17, ellipsometry at an arbitrary angle of incidence and direction of incidence is achieved. Allows measurement of tree coefficients (Ψ and Δ). Such a configuration cannot be easily realized with conventional ellipsometer configurations in which an analyzer or the like is rotated.

그 결과, 예컨대, 웨이퍼 상의 미세 구조 모델로의 피팅에서, 보다 많은 조건에서의 계측 결과를 이용할 수 있고, OCD 측정 장치에서 문제가 되는 것이 많은, 다른 치수(Dimension)의 커플링 저감에도 연결되므로, 특히 3차원화가 진전된 현재의 반도체 구조의 계측에 있어서 정밀도 향상이 기대된다. 또한, 조명광(L1)에 의한 시료(89)의 조명 영역을 지금까지의 φ30[μm] 정도로부터 φ1[μm]이하까지 작게 할 수 있고, 칩 내의 치수 분포의 평가도 더 높은 위치 분해능으로 실시하는 것이 가능하다. 이러한 측정 결과를 석판 인쇄나 성막, 에칭 공정에 반영시키고, 반도체 제조의 프로세스 컨트롤을 적절히 실시할 수 있다. 이에 따라, 반도체 제조에 있어서의 제품 수율 및 생산성을 향상시킬 수 있다.As a result, for example, in fitting to a microstructure model on a wafer, measurement results under more conditions can be used, and coupling reduction in other dimensions, which is a problem in OCD measuring devices, is also reduced. In particular, an improvement in precision is expected in the measurement of current semiconductor structures where three-dimensionalization has advanced. In addition, the illumination area of the sample 89 by the illumination light L1 can be reduced from about φ30 [μm] up to now to φ1 [μm] or less, and evaluation of the dimensional distribution within the chip is also performed with higher positional resolution. it is possible These measurement results are reflected in lithography, film formation, and etching processes, and process control in semiconductor manufacturing can be appropriately performed. Accordingly, product yield and productivity in semiconductor manufacturing can be improved.

또한, 로직에 있어서, 반도체 칩 내에 배치되어 있는 엘립소메트리 계수의 측정용 테스트 패턴을 지금까지의 수십 [μm]각인 것을, 수[μm]각 이하까지 작게 할 수 있다. 이 때문에, 반도체 칩 내의 회로에 사용할 수 있는 영역이 증가하고, 반도체 디바이스의 코스트 저감에도 공헌할 수 있다.Further, in logic, test patterns for measuring ellipsometry coefficients arranged in a semiconductor chip can be reduced from several tens [μm] squares to several [μm] squares or less. For this reason, the area usable for the circuit in a semiconductor chip increases, and it can also contribute to cost reduction of a semiconductor device.

본 발명은 상기 실시의 형태에 한정된 것이 아니며, 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다. 예컨대, 실시 형태 1 내지 5의 각 구성은 서로 조합할 수 있다.The present invention is not limited to the above embodiment, and appropriate changes are possible within a range not departing from the gist. For example, each configuration of Embodiments 1 to 5 can be combined with each other.

1, 2, 3, 4 분광기
1a, 5 계측 시스템
10  입사 슬릿
11  입사 슬릿부
19  면
20  콜리메이터 광학계
21  콜리메이터 렌즈
21A  광축
22  빔 스플리터
23  콜리메이터 렌즈
25  광학 부재
30  분산 광학 소자
40  포커싱 광학계
41  포커싱 렌즈
41A  광축
50  DMD
51  기판
52  기판 표면
53  화소 미러
54  미러면
55  회전축
56 취출 파장열
59  반사면
60  출사 슬릿
69  면
80  반도체 계측 장치
81  광학계
81a  조명 렌즈
81b  편광자
81c  빔 스플리터
81d  대물 렌즈
81e, 81f  릴레이 렌즈
81g  편광 광학 소자
81h 검광자
82 기대
83  아이소레이타
84  광학 정반
85  프레임
86  스테이지
87  웨이퍼 홀더
88  화상 검출기
89  시료
90  처리 장치
91  컴퓨터
92  DMD 제어부
93  화상 검출기 제어부
94  스테이지 제어부
101  분광기
110  입사 슬릿
120  콜리메이터 광학계
121  콜리메이터 렌즈
121A  광축
123  콜리메이터 렌즈
130  분산 광학 소자
140  포커싱 광학계
141  포커싱 렌즈
141A  광축
150  SLM
160  출사 슬릿
LS  광원
MFB  멀티 모드 파이버
MFBT  멀티 모드 파이버 단면
SFB  싱글 모드 파이버
SFBT  싱글 모드 파이버 단면
1, 2, 3, 4 spectrographs
1a, 5 measurement system
10 entrance slits
11 entrance slit part
19 sides
20 collimator optics
21 collimator lens
21A optical axis
22 beam splitter
23 collimator lens
25 optical elements
30 Dispersive Optical Elements
40 focusing optics
41 focusing lens
41A optical axis
50 DMD
51 substrate
52 board surface
53 pixel mirror
54 mirror face
55 axis of rotation
56 take-out wavelength train
59 reflector
60 exit slits
69 sides
80 Semiconductor Measuring Device
81 Optics
81a lighting lens
81b polarizer
81c beam splitter
81d objective lens
81e, 81f relay lens
81g polarized optical element
81h Analyzer
82 expectations
83 Isolator
84 optical table
85 frames
86 stage
87 wafer holder
88 image detector
89 samples
90 processing unit
91 computer
92 DMD Control
93 image detector control unit
94 stage control
101 Spectrograph
110 entrance slit
120 collimator optics
121 collimator lens
121A optical axis
123 collimator lens
130 Dispersive Optics
140 focusing optics
141 Focusing Lens
141A optical axis
150 SLM
160 exit slits
LS light source
MFB multimode fiber
MFBT multimode fiber cross section
SFB singlemode fiber
SFBT singlemode fiber cross section

Claims (10)

입사 슬릿을 통과한 광을 시준함(Collimate)으로써 평행 광을 생성하도록 구성된 콜리메이터 렌즈;
상기 평행 광을 파장에 따라 다른 각도로 분산시킴으로써 분산된 광을 생성하도록 구성된 분산 광학 소자;
상기 분산된 광을 포커스시킴으로써 포커스된 광을 생성하도록 구성된 포커싱 렌즈; 및
상기 포커싱 렌즈에 의해 상기 포커스된 광을 반사함으로써 반사 광을 생성하도록 구성된 반사면을 갖는 SLM(Spatial Light Modulator);을 포함하되,
상기 반사 광은 상기 포커싱 렌즈 및 상기 분산 광학 소자를 경유하고 출사 슬릿을 통해 출사되고,
상기 입사 슬릿, 상기 출사 슬릿 및 상기 반사면은, 제1 면에 직교하는 제2 면 상에서 공역(Conjugate) 관계이고,
상기 제1 면은 상기 분산된 광의 광로를 포함하고, 및
상기 제2 면은 상기 콜리메이터 렌즈의 광축 및 상기 포커싱 렌즈의 광축을 포함하는 것을 특징으로 하는 분광기.
a collimator lens configured to generate collimated light by collimating the light passing through the entrance slit;
a dispersive optical element configured to generate dispersed light by dispersing the collimated light at different angles according to wavelengths;
a focusing lens configured to generate focused light by focusing the scattered light; and
A Spatial Light Modulator (SLM) having a reflective surface configured to generate reflected light by reflecting the focused light by the focusing lens;
The reflected light passes through the focusing lens and the dispersing optical element and exits through an exit slit;
The entrance slit, the exit slit, and the reflective surface have a conjugate relationship on a second surface orthogonal to the first surface,
The first surface includes an optical path of the scattered light, and
The second surface comprises an optical axis of the collimator lens and an optical axis of the focusing lens.
제1항에 있어서,
상기 포커싱 렌즈의 광축은 상기 콜리메이터 렌즈의 광축과 시프트된 것을 특징으로 하는 분광기.
According to claim 1,
The optical axis of the focusing lens is shifted from the optical axis of the collimator lens.
제1항에 있어서,
상기 광은 파이버로부터 출사된 레이저 광을 포함하고,
상기 입사 슬릿은 상기 파이버의 단면을 포함하는 것을 특징으로 하는 분광기.
According to claim 1,
The light includes laser light emitted from the fiber,
Wherein the incident slit comprises a cross section of the fiber.
제1항에 있어서,
상기 콜리메이터 렌즈와 상기 분산 광학 소자와의 사이에 배치되고, 상기 시준된 광을 분할하고 분할된 상기 시준된 광에 광로 차이를 유발하는 광학 부재를 더 포함하는 분광기.
According to claim 1,
and an optical member disposed between the collimator lens and the dispersing optical element, splitting the collimated light and causing an optical path difference in the divided collimated light.
제4항에 있어서,
상기 광학 부재는 계단형 프리즘을 포함하는 것을 분광기.
According to claim 4,
The optical member is a spectrometer that includes a stepped prism.
제1항에 있어서,
상기 SLM은 판상의 기판과, 상기 기판의 기판 표면에 매트릭스로 배치된 복수의 화소 미러들을 포함하는 DMD(Digital Micro Mirror Device)이고,
상기 복수의 화소 미러들 각각은 상기 광을 반사하는 미러면과, 상기 제2 면에 직교하는 방향으로 연장된 회전축을 갖는 것을 특징으로 하는 분광기.
According to claim 1,
The SLM is a DMD (Digital Micro Mirror Device) including a plate-shaped substrate and a plurality of pixel mirrors arranged in a matrix on the substrate surface of the substrate,
wherein each of the plurality of pixel mirrors has a mirror surface reflecting the light and a rotation axis extending in a direction orthogonal to the second surface.
제6항에 있어서,
상기 제2 면 상에서 상기 미러면으로 입사하는 상기 포커스된 광의 중심축은 상기 미러면에 수직인 것을 특징으로 하는 분광기.
According to claim 6,
A central axis of the focused light incident on the mirror surface on the second surface is perpendicular to the mirror surface.
제6항에 있어서,
상기 제2 면상에서, 상기 미러면으로 입사하는 상기 포커스된 광의 중심축의 입사각은 상기 미러면에서 반사된 상기 광의 상기 중심축의 반사각과 동일한 것을 특징으로 하는 분광기.
According to claim 6,
On the second surface, an incident angle of a central axis of the focused light incident on the mirror surface is equal to a reflection angle of the central axis of the light reflected from the mirror surface.
제6항에 있어서,
상기 포커싱 렌즈의 광축은 상기 콜리메이터 렌즈의 광축에 대해 경사지고,
상기 제2 면 상에서, 상기 미러면으로 입사하는 상기 포커스된 광의 중심축의 입사각은 상기 미러면에서 반사된 상기 반사 광의 중심축의 반사각과 동일한 것을 특징으로 하는 분광기.
According to claim 6,
An optical axis of the focusing lens is inclined with respect to an optical axis of the collimator lens;
On the second surface, an incident angle of a central axis of the focused light incident on the mirror surface is equal to a reflection angle of a central axis of the reflected light reflected from the mirror surface.
제6항에 있어서,
상기 복수의 화소 미러들 각각은 상기 미러면이 상기 기판 표면에 대해 제1 각도로 경사진 제1 상태와, 상기 미러면이 상기 기판 표면에 대해 제2 각도로 경사진 제2 상태 중 어느 하나에 있는 분광기.

According to claim 6,
Each of the plurality of pixel mirrors is in any one of a first state in which the mirror surface is inclined at a first angle with respect to the substrate surface and a second state in which the mirror surface is inclined at a second angle with respect to the substrate surface. collimator.

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