JP2021085698A - エリプソメータ及び半導体装置の検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エリプソメトリ係数を測定するスループットを向上させることができるエリプソメータ及び半導体装置の検査装置を提供する。【解決手段】エリプソメータ１は、直線偏光を含む照明光Ｌ１が試料５０で反射した反射光Ｒ１を、互いに直交する偏光方向の２つの直線偏光に分離する偏光光学素子３０と、分離された各偏光方向と異なる方向における２つの直線偏光の成分を干渉させ、形成された干渉縞からエリプソメトリ係数を算出する受光光学系４０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、エリプソメータ及び半導体装置の検査装置に関する。

エリプソメトリ（ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ）は、１９７５年にＡｓｐｎｅｓらによって、自動計測が可能となって以来、測定時間の大幅な短縮と共に精度も大幅に向上し、多波長により計測する分光エリプソメトリも実用化された。これ以降、薄膜や微細構造の非破壊計測において、膜厚などの寸法や屈折率等の光学定数の計測を高精度に行えるという特性を生かして、半導体製造工程でも広く使われるようになった。現在でも、ウェハ上の回路パターンの線幅が１０ｎｍ以下となる微細構造の寸法（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を計測するＯＣＤ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）測定装置として、測長ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）やＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を相補する形で使用されている。

ここ１０年ほどで、ロジック半導体では、ＦｉｎＦＥＴ、メモリでは、３Ｄ−ＮＡＮＤなど、半導体回路構造は３次元化が進み、より複雑な構造となってきている。多くのＯＣＤは、分光エリプソメトリを計測原理としており、計測対象である半導体回路構造のＤｉｍｅｎｓｉｏｎや構成物質の光学定数を求めるためには、モデルを作成して計測対象のＤｉｍｅｎｓｉｏｎや光学定数を、Ｆｌｏａｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒとして、計測結果にモデルをフィッティングさせて解を得るという手法をとる。そのため、求める対象の構造が複雑になると、Ｆｌｏａｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒの数が増える。例えば、現在のＦｉｎＦＥＴのＯＣＤによる計測では、２０−３０個程のＦｌｏａｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒを用いる必要がある。エリプソメトリは、一般的に、Ψ、Δの２つの値を計測結果であるエリプソメトリ係数として得るが、ΨとΔは共に波長依存性がある。このため、分光エリプソメトリの場合、エリプソメトリ係数は、Ψ(λ)、Δ(λ)と表記することができる。

Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎの解を求めるためには、Ｆｌｏａｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒの数より多い個数のエリプソメトリ係数を計測で得ることが、モデルにフィッティングするために最低限必要であるが、Ｆｌｏａｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒの数が多い場合に発生する問題として、実際のＤｉｍｅｎｓｉｏｎとは異なったＦｌｏａｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒの組み合わせでフィッティングが収束する場合がある。これはカップリングと呼ばれる問題で、これを避けるためには、Ｆｌｏａｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒに対して異なる依存性を持つようなエリプソメトリ係数を計測してフィッティングを行うことが有効である。そのため、波長に加え、入射角と入射方位も異なる条件でエリプソメトリ計測を行い、前記のＦｌｏａｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒに対して、より異なる依存性を持つエリプソメトリ係数が、モデルのフィッティングに使われる。

これらの理由により、半導体製造工程でのＯＣＤ測定装置に使われる分光エリプソメトリには、より短時間で、より多い測定条件でエリプソメトリ係数を計測できることが強く期待されている。

米国特許第５５９６４１１号明細書 米国特許第７６６７８４１号明細書 米国特許第６８５６３８４号明細書 米国特許第８９０８１８０号明細書

半導体製造工程でのＯＣＤ測定装置で使用される分光エリプソメトリは、１点の計測に１秒〜数秒の計測時間が必要である。この理由として、一般的に、エリプソメータに用いられる回転補償子（Ｒｏｔａｔｉｎｇ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）や位相変調素子による変調周期内で、多数の計測点を必要とすることに起因する。さらに、分光計測であるために、回折格子等の分散素子で各波長に分かれた光の光量を、高いＳ／Ｎ比で計測する必要がある。このため、製造工程のウェハを全数検査するためには、ウェハ内で数点から数十点程度しか計測できず、ウェハ全面の評価のためには、膜厚測定器やマクロ検査装置と組み合わせる必要がある。

ウェハ内の測定点を増やすことを目的として、分光エリプソメトリの測定を短時間化するためには、回転補償子などの可動部を高速化する必要があるが、安定性や発熱等がネックとなり、ＯＣＤ測定等のためのエリプソメトリ係数測定のスループット（Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）は向上することは困難である。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ＯＣＤ測定等のためのエリプソメトリ係数を測定するスループットを向上させることができるエリプソメータ及び半導体装置の検査装置を提供する。

従来のエリプソメトリ計測の基本的な手法としては、「単一の偏光状態の光の強度を複数条件で計測する」、ということであったが、本発明では「２つの偏光状態の光の強度比及び位相差を、干渉縞を測定することで求める」という異なったアプローチに基づいている。この測定のために、可干渉かつ完全偏光の照明光で試料を照明し、試料からの反射光を２つの直線偏光に分割した上で、反射光の分割前の同一光線が画像検出器上で再び重なるような光学系とする。これを実現する偏光素子としては、ノマルスキープリズム（ｎｏｍａｒｓｋｉ ｐｒｉｓｍ）が理想的であるが、試料上の照明領域や光源の空間的コヒーレンス（ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）の違いにより、ウォラストンプリズム（ｗｏｌｌａｓｔｏｎ ｐｒｉｓｍ）やローションプリズム（ｒｏｃｈｏｎ ｐｒｉｓｍ）を用いることも可能となる。

より具体的な構成としては、白色光源とモノクロメータ（ｍｏｎｏｃｈｒｏｍｅｔｅｒ）の組み合わせ、または単色光源からの光を照明光として用い、さらに偏光子や波長板を透過させることにより、照明光を完全偏光の直線偏光または楕円偏光とする。試料上の照明光は点状に集光されるが、この際の照明領域の大きさにより、空間的コヒーレンスが変わる。 照明光は試料で反射された後、受光光学系の瞳付近で平行光となり、ノマルスキープリズム等で２つの直線偏光成分が異なる角度に進行するように分割され、画像検出器上で再び同一点で重なる。画像検出器の直前に、分割された２つの直線偏光の偏光方向の中間の透過軸を持つ偏光板が設置され、２つの直線偏光はこの偏光板の透過後に可干渉となり、画像検出器上で干渉縞を形成する。

この偏光板は従来のエリプソメータの検光子と同じように検出器の前に配置されているが、役割としては２つの偏光方向が直交する直線偏光を可干渉にするためであり、目的は全く異なる。

一般的なエリプソメータは照明光学系と受光光学系が別の構成が多い。この構成の利点としては、波長域が広くできることや、偏光子と検光子を試料と光学系の間に配置することができるために、レンズによる複屈折の影響を受けにくい等がある。しかし、同時には１つの入射角、入射方位しか計測できないため、スループットが非常に重要である半導体製造における計測、検査装置としては最適な構成とは言えない。

一方で大きなＮＡを持つ対物レンズを用い、対物レンズの瞳共役位置に画像検出器を配置する構成のエリプソメータは、同時に複数の入射角、入射方位を計測できるため、半導体検査装置としては優位性がある。本発明のエリプソメータは短時間での計測を利点の一つとしており、後者の光学系構成との組み合わせが最も効果を発揮することができる。

さらに白色光源を用いた場合に、画像検出器上の干渉縞をフーリエ（ｆｏｕｒｉｅｒ）変換することで、各波長のΨとΔを単一の画像から得ることも可能となり、分光エリプソメータとして用いることも可能となる。

本発明にかかる半導体装置の検査装置は、上記記載の前記エリプソメータを備える。

本発明により、エリプソメトリ係数を測定するスループットを向上させることができるエリプソメータ及び半導体装置の検査装置を提供することができる。

実施形態１に係るエリプソメータ（ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒ）を例示した構成図である。 実施形態１に係るエリプソメータにおいて、偏光光学素子及び受光光学系を例示した構成図である。 実施形態１に係るエリプソメータにおいて、検光子を透過する直線偏光を例示した図である。 実施形態１に係るエリプソメータにおいて、画像検出器に入射する反射光に含まれた各直線偏光の波面を例示した図である。 実施形態１に係るエリプソメータにおいて、画像検出器上で干渉した反射光の干渉縞を例示した図である。 実施形態１に係るエリプソメータにおいて、画像検出器上の干渉縞から求められたエリプソメトリ係数を例示した図である。 実施形態２に係るエリプソメータを例示した構成図である。 実施形態２に係るエリプソメータにおいて、ノマルスキープリズムの複数の分割片及び各分割片が２つの直線偏光に分離する方向を例示した図である。 実施形態２に係るエリプソメータにおいて、画像検出器上で干渉した反射光の干渉縞を例示した図である。 実施形態２に係るエリプソメータにおいて、画像検出器上の干渉縞を例示した図であり、図９のＡＡ線及びＢＢ線の強度を示す。 実施形態３に係るエリプソメータを例示した構成図である。 実施形態３に係るエリプソメータにおいて、画像検出器上で干渉した反射光の干渉縞を例示した図である。 実施形態３に係るエリプソメータにおいて、画像検出器上で干渉した反射光の干渉縞に含まれた強度及び位相を、反射光の波長に関してフーリエ変換した結果を例示したグラフである。 実施形態４に係るエリプソメータを例示した構成図である。 実施形態４に係るエリプソメータにおいて、２つの画像検出器上で干渉した反射光の干渉縞を例示した図である。 実施形態４に係るエリプソメータにおいて、偏光ビームスプリッタの反射及び透過する偏光方向を、偏光光学素子が分離する２つの直線方向に対して、４５［ｄｅｇ］からずらした場合の各成分を例示した図である。 実施形態５に係るエリプソメータを例示した構成図である。 実施形態６に係るエリプソメータを例示した構成図である。 実施形態７に係るエリプソメータを例示した構成図である。 実施形態８に係るエリプソメータを例示した構成図である。 実施形態８に係るエリプソメータにおいて、偏光光学素子及び受光光学系を例示した構成図である。

説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

（実施形態１）
実施形態１に係るエリプソメータを説明する。図１は、実施形態１に係るエリプソメータを例示した構成図である。図１に示すように、エリプソメータ１は、照明光学系１０、集光光学系２０、偏光光学素子３０、受光光学系４０を備えている。エリプソメータ１は、照明光Ｌ１が試料５０で反射した反射光Ｒ１を受光して、エリプソメトリ係数Ψ及びΔを測定する。

照明光学系１０は、直線偏光を含む照明光Ｌ１で試料５０を照明する。照明光学系１０は、光源１１、モノクロメータ１２、ファイバー１３、照明レンズ１４、偏光子１５、ビームスプリッタ１６、対物レンズ１７を含んでいる。

光源１１は、照明光Ｌ１を生成する。光源１１が生成する照明光Ｌ１は、例えば、白色光である。なお、光源１１が生成する照明光Ｌ１は、白色光に限らず、特定の波長を有する単色光でもよい。光源１１から生成された照明光Ｌ１は、モノクロメータ１２に入射する。

モノクロメータ１２は、入射した照明光Ｌ１から特定の波長の単色光を取り出して出射する。モノクロメータ１２から出射した照明光Ｌ１は、単色光であり、ファイバー１３に入射する。

ファイバー１３は、一端及び他端を有するケーブル状の導光部材である。ファイバー１３の一端に入射した照明光Ｌ１は、ファイバー１３の他端から出射する。ファイバー１３の他端から出射した照明光Ｌ１は、照明レンズ１４に入射する。

照明レンズ１４は、例えば、凸レンズである。照明レンズ１４は、入射した照明光Ｌ１の角度分布を変化させ、照明光Ｌ１を偏光子１５に照射させる。例えば、照明レンズ１４は、ファイバー１３の他端から出射した照明光Ｌ１を平行光に変換する。そして、平行光にした照明光Ｌ１を偏光子１５に入射させる。

偏光子１５は、光源１１から生成された照明光Ｌ１が入射される。偏光子１５は、一方向の直線偏光を含む照明光Ｌ１を透過させる。例えば、偏光子１５は、偏光方向が紙面に対して４５°傾いた直線偏光の照明光Ｌ１をビームスプリッタ１６に出射する。

ビームスプリッタ１６は、入射した照明光Ｌ１の一部を反射し、一部を透過させる。ビームスプリッタ１６は、入射した照明光Ｌ１の一部を対物レンズ１７に向けて反射する。ビームスプリッタ１６で反射した照明光Ｌ１は、対物レンズ１７に入射する。

対物レンズ１７は、直線偏光を含む照明光Ｌ１で試料５０を照明する。対物レンズ１７は、ビームスプリッタ１６で反射した照明光Ｌ１を点状に集光させて試料５０を照明する。そして、対物レンズ１７は、照明光Ｌ１が試料５０で反射した反射光Ｒ１を透過させる。本実施形態のエリプソメータ１では、試料５０に入射する照明光Ｌ１の光軸Ｃ、及び、試料５０で反射した反射光Ｒ１の光軸Ｃは、試料５０の測定面に対して直交している。

試料５０を照明する照明光Ｌ１は、一方向の直線偏光を含んでいる。そのような一方向の直線偏光を含む照明光Ｌ１は、集光されながら、試料５０の測定面に入射する。よって照明光Ｌ１が完全偏光でかつ直線偏光である場合には、光軸Ｃが試料５０の測定面に直交する場合に、測定面に入射する方位によって、照明光Ｌ１は、Ｐ偏光の部分もあれば、Ｓ偏光の部分もある。照明光Ｌ１におけるＳ偏光の部分は、Ｓ偏光として反射する。照明光Ｌ１におけるＰ偏光の部分は、Ｐ偏光として反射する。

集光光学系２０は、照明光Ｌ１が試料５０で反射した反射光Ｒ１を集光する。集光光学系２０は、対物レンズ１７、ビームスプリッタ１６、リレーレンズ２１及び２２を含んでいる。対物レンズ１７は、照明光学系１０の部材でもあり、集光光学系２０の部材でもある。対物レンズ１７は、照明光Ｌ１が試料５０で反射した反射光Ｒ１を透過させて、ビームスプリッタ１６に入射させる。

ビームスプリッタ１６は、入射した反射光Ｒ１の一部を透過させる。例えば、ビームスプリッタ１６を透過した反射光Ｒ１は、リレーレンズ２１に入射する。

リレーレンズ２１は、ビームスプリッタ１６を透過した反射光Ｒ１を集光させ、像を結んだ後にリレーレンズ（ｒｅｌａｙ ｌｅｎｓ）２２に入射させる。リレーレンズ２２は、入射した反射光Ｒ１を透過させて、偏光光学素子３０に入射させる。

図２は、実施形態１に係るエリプソメータにおいて、偏光光学素子及び受光光学系を例示した構成図である。図２に示すように、偏光光学素子３０は、直線偏光を含む照明光Ｌ１が試料５０で反射した反射光Ｒ１を、互いに直交する偏光方向の２つの直線偏光に分離して出射させる。偏光光学素子３０は、例えば、ノマルスキープリズム３１である。

偏光光学素子３０が分離する互いに直交した偏光方向を、Ｘ方向及びＹ方向とする。この場合、Ｘ方向とＹ方向が作る面と反射光Ｒ１の光軸は直交する。そうすると、ノマルスキープリズム３１は、Ｘ方向の直線偏光とＹ方向の直線偏光とに分離する。そして、ノマルスキープリズム３１は、分離させたＸ方向の直線偏光とＹ方向の直線偏光とを、画像検出器上で再び同一点となるように偏向して出射させる。なお、偏光光学素子３０は、ノマルスキープリズム３１に限らず、ウォラストンプリズム、または、ローションプリズムを含んでもよい。

受光光学系４０は、反射光Ｒ１を受光し、エリプソメトリ係数Ψ及びΔを算出する。受光光学系４０は、検光子４１、画像検出器４２、画像処理部４３を有している。検光子４１は、例えば、偏光板である。

図３は、実施形態１に係るエリプソメータにおいて、検光子を透過する直線偏光を例示した図である。図３に示すように、検光子４１は、偏光光学素子３０が分離させたＸ方向の偏光方向及びＹ方向の偏光方向と、４５［ｄｅｇ］傾いた方向における直線偏光の成分を透過させる。よって、検光子４１は、Ｘ方向の偏光方向を有する直線偏光のうち、Ｘ方向と４５［ｄｅｇ］傾いた偏光成分を透過させる。また、検光子４１は、Ｙ方向の偏光方向を有する直線偏光のうち、Ｙ方向と４５［ｄｅｇ］傾いた偏光成分を透過させる。よって、互いに直交した２つの直線偏光は、検光子４１を透過することによって、同じ方向（４５［ｄｅｇ］傾いた方向）に偏光した偏光成分として出射する。検光子４１から出射した当該偏光成分を含む反射光Ｒ１は、画像検出器４２に入射する。

画像検出器４２は、入射した反射光Ｒ１を受光する。画像検出器４２は、対物レンズ１７の瞳位置１９aと共役な瞳共役位置１９ｂに配置されている。反射光Ｒ１は、互いに直交した２つの直線偏光における同じ方向の偏光成分を含んでいる。よって、反射光Ｒ１は、画像検出器４２上で干渉する。これにより、画像検出器４２上に干渉縞が形成される。画像検出器４２は、検光子４１を透過した各偏光成分の干渉縞を検出する。

図４は、実施形態１に係るエリプソメータにおいて、画像検出器に入射する反射光に含まれた各直線偏光の波面を例示した図である。図５は、実施形態１に係るエリプソメータにおいて、画像検出器上で干渉した反射光の干渉縞を例示した図である。図４及び図５に示すように、偏光光学素子３０によって分離された２つの直線偏光Ｒ１Ｘ及びＲ１Ｙを含む反射光Ｒ１は、検光子４１を透過し、画像検出器４２上で干渉縞を形成する。

画像処理部４３は、例えば、ＰＣである。画像処理部４３は、画像検出器４２が検出した干渉縞から、エリプソメトリ係数Ψ及びΔを算出する。例えば、画像処理部４３は、干渉縞における反射光Ｒ１の強度分布Ｉｆｒｉｎｇｅを以下の（１）式にフィッティングすることにより、エリプソメトリ係数Ψ及びΔを算出する。ここで、強度分布Ｉｆｒｉｎｇｅは画像検出器４２上の位置の関数である。

ここで、エリプソメトリ係数Ψは、（２）式より算出する。

図６は、実施形態１に係るエリプソメータにおいて、画像検出器上の干渉縞から求められたエリプソメトリ係数を例示した図である。図６に示すように、２つの偏光の強度の比（Ψ）と位相差（Δ）を変化させた場合には、画像検出器４２の各位置において、干渉縞を形成する反射光Ｒ１の強度が変化する。この関係を利用して干渉縞から、エリプソメトリ係数Ψ及びΔを求めることができる。

例えば、太線が示す強度変化を有する反射光Ｒ１については、２つの偏光の強度比Ｅ１：Ｅ２は１：１であり、位相差Δは０である。また、点線が示す強度変化を有する反射光Ｒ１については、２つの偏光の強度比Ｅ１：Ｅ２は１：１であり、位相差Δはπ／４である。また、細線が示す強度変化を有する反射光Ｒ１については、２つの偏光の強度比Ｅ１：Ｅ２は２：１であり、位相差Δは０である。このように、受光光学系４０は、分離された各偏光方向（Ｘ方向及びＹ方向）の直線偏光を、４５[ｄｅｇ]傾斜させた透過軸を持つ検光子を透過させることで、２つの直線偏光の成分を干渉させ、画像検出器４２上の干渉縞からエリプソメトリ係数ΨとΔを算出する。

次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態のエリプソメータ１は、エリプソメトリ係数Ψ及びΔの測定において、偏光光学素子３０を利用する。偏光光学素子３０は、試料５０で反射した反射光Ｒ１を、互いに直交する偏光方向の２つの直線偏光Ｒ１Ｘ及びＲ１Ｙに分離し、分離した２つの直線偏光から干渉縞を画像検出器４２上に形成する。その干渉縞のコントラスト及び位相の測定結果から、２つの独立パラメータであるエリプソメトリ係数ΨとΔを直接測定する。これにより、これまでのエリプソメトリ係数ΨとΔの測定に必要であった回転する偏光子や補償子を用いた時系列の少なくとも４個の偏光成分の光量測定を不要とする。

また、これまでのエリプソメトリ係数ΨとΔの測定は、複数の異なる偏光状態の光の光量からストークス（ｓｔｏｋｅｓ）パラメータを求め、求めたストークスパラメータからエリプソメトリ係数Ψ及びΔを求めている。本実施形態では、直接かつ単一画像からエリプソメトリ係数ΨとΔを求めることができる。よって、短時間で測定することができるので、ＯＣＤ測定のスループットを向上させることができる。

また、これまでのエリプソメータと比較して、可動部がないため、より安定したエリプソメトリ係数ΨとΔの測定をすることができる。

さらに、ＯＣＤ測定装置に用いられる多くのエリプソメータにおいては、試料５０の表面に入射させる照明光Ｌ１の入射角は、ブリュースター（ｂｒｅｗｓｔｅｒ）角で固定であった。しかしながら、本実施形態では、大ＮＡの対物レンズ１７の瞳位置に共役な瞳共役位置に画像検出器４２を配置させることで、任意の入射角、入射方位でのエリプソメトリ係数ΨとΔの測定を可能とする。このような構成は、検光子等を回転させるこれまでのエリプソメータの構成では容易には実現することができない。

その結果、例えば、ウェハ上の微細構造モデルへのフィッティングにおいて、より多くの条件での計測結果を用いることができ、ＯＣＤ測定装置で問題となることの多い、異なるＤｉｍｅｎｓｉｏｎのカップリングの低減にもつながるため、特に３次元化が進展した現在の半導体構造の計測において精度を向上させることが期待される。さらに、照明光Ｌ１による試料５０の照明領域を、これまでのφ３０［μｍ］程度からφ１［μｍ］以下まで小さくすることができ、チップ内のＤｉｍｅｎｓｉｏｎの分布の評価もより高い位置分解能で行うことが可能となる。これらの測定結果をリソグラフィーや成膜、エッチング工程に反映させ、半導体製造のプロセスコントロールを適切に行うことができる。これにより、半導体製造における歩留まり及び生産性を向上させることができる。

さらに、ロジックにおいて、半導体チップ内に配置されているエリプソメトリ係数の測定用のテストパターンを、これまでの数十［μｍ］角であったものを、数［μｍ］角以下まで小さくすることができる。このため、半導体チップ内の回路に使える領域が増え、半導体デバイスのコスト低減にも貢献することができる。

（実施形態２）
次に、実施形態２に係るエリプソメータを説明する。本実施形態のエリプソメータ２では、偏光子１８、ノマルスキープリズム３２、検光子４４が４分割されている。図７は、実施形態２に係るエリプソメータを例示した構成図である。図７に示すように、エリプソメータ２は、実施形態１のエリプソメータ１と、偏光子１８、ノマルスキープリズム３２、検光子４４が異なっている。

図８は、実施形態２に係るエリプソメータにおいて、ノマルスキープリズムの複数の分割片及び各分割片が２つの直線偏光に分離する方向を例示した図である。図８に示すように、ノマルスキープリズム３２は反射光Ｒ１の光軸Ｃに直交する面内で、４分割されている。

光軸Ｃを中心にした３６０［ｄｅｇ］を等分割されている。例えば、ノマルスキープリズム３２は、中心角が９０［ｄｅｇ］の４つの扇型状の分割片３２ａ〜３２ｄに分割されている。各分割片３２ａ〜３２ｄは、中心角の二等分線に直交する方向に、２つの直線偏光を分離する。

よって、光軸Ｃを挟んで対向する分割片３２ａ及び３２ｃが分離する方向は平行であり、分割片３２ｂ及び３２ｄが分離する方向は平行である。各分割片３２ａ〜３２ｄが分離する方向は、隣り合う分割片３２ａ〜３２ｄが分離する方向と直交する。すなわち、分割片３２ａ及び３２ｃが分離する方向は、分割片３２ｂ及び３２ｄが分離する方向と直交する。

検光子４４も、ノマルスキープリズム３２の分割に伴って、分割片４４ａ〜４４ｄに分割されている。検光子４４は、透過する反射光Ｒ１の光軸Ｃに直交する面内で、光軸Ｃの周り１回転の回転角を等分割した中心角を有する扇型状の複数の分割片を含んでいる。具体的には、検光子４４は、中心角が９０［ｄｅｇ］の４つの扇型状の分割片４４ａ〜４４ｄに分割されている。

各分割片４４ａ〜４４ｄは、各分割片３２ａ〜３２ｄと対応している。各分割片４４ａ〜４４ｄは、各分割片３２ａ〜３２ｄを透過した反射光Ｒ１が入射する。したがって各分割片４４ａ〜４４ｄは、分割片３２ａ〜３２ｄが分離した２つの直線偏光と４５度傾いた偏光方向の反射光Ｒ１を透過させる。

偏光子１８も、透過する照明光Ｌ１の光軸Ｃ方向に直交する面内で、光軸Ｃの周り１回転の回転角を等分割した中心角を有する扇型状の複数の分割片を含んでいる。具体的には、偏光子１８は、中心角が９０［ｄｅｇ］の４つの扇型状の分割片１８ａ〜１８ｄに分割されている。各分割片１８ａ〜１８ｄは、各分割片３２ａ〜３２ｄと対応している。各分割片３２ａ〜３２ｄには、各分割片１８ａ〜１８ｄを透過し、試料５０によって反射した反射光Ｒ１が入射する。

画像検出器４２上の瞳面において、中心部分は、試料５０に対して垂直に照明光Ｌ１を入射させた場合の反射光Ｒ１である。一方、瞳面において、周辺部分は、試料５０に対して傾いて照明光Ｌ１を入射させた場合の反射光Ｒ１である。エリプソメータ２による測定において、照明光Ｌ１の試料５０に対する入射角が変わると、エリプソメトリ係数Ψ及びΔも変わる。

そこで、本実施形態では、ノマルスキープリズム３２を４分割して、分離方向が各分割片３２ａ〜３２ｄの中心角の二等分線に直交する方向としている。これにより、分離方向が光軸Ｃを中心軸とした円筒の接線方向となる部分を有するようにしている。反射光Ｒ１の干渉縞に上述の（１）式をフィッティングさせる場合には、ある程度の範囲のプロファイルに（１）式をフィッティングする。その場合に、照明光Ｌ１の入射角を一定にするためには、光軸Ｃを中心軸とした円筒の接線方向に沿った干渉縞のプロファイルを用いることが好ましい。

図９は、実施形態２に係るエリプソメータにおいて、画像検出器上で干渉した反射光の干渉縞を例示した図である。図１０は、実施形態２に係るエリプソメータにおいて、画像検出器上の干渉縞を例示した図であり、図９のＡＡ線及びＢＢ線の強度を示す。

図９及び図１０に示すように、本実施形態のエリプソメータ２では、４つの分割片３２ａ〜３２ｄの干渉縞が並ぶ方向が、図９のＡＡ線及びＢＢ線に示すように、光軸Ｃを中心軸とした円筒の接線方向に沿った部分を有している。そうすると、図１０に示すように、照明光Ｌ１が試料５０に入射する入射角をほぼ一定の反射光をフィッティングすることができる。よって、エリプソメトリ係数Ψ及びΔを精度よく測定することができる。

図１０に示すように、干渉縞の位置から位相差（Δ）が求められる。また、干渉縞のＡＣ／ＤＣ比から強度比（Ψ）が求められる。なお、本実施形態では、ノマルスキープリズム３２等を４分割したが、これに限らず、８分割してもよいし、１６分割してもよい。これ以外の構成及び効果は、実施形態１の記載に含まれている。

（実施形態３）
次に、実施形態３に係るエリプソメータを説明する。図１１は、実施形態３に係るエリプソメータを例示した構成図である。図１１に示すように、エリプソメータ３は、モノクロメータを備えていない。これ以外の構成は、実施形態２のエリプソメータ２の構成と同様である。

本実施形態のエリプソメータ３において、照明光Ｌ１は、白色光である。実施形態１及び２のエリプソメータのように、照明光Ｌ１が単色光の場合には、位相がそろった干渉縞が測定される。一方、照明光Ｌ１が白色光の場合には、位相がそろったところだけ、コントラストが強くなる。

図１２上は、実施形態３に係るエリプソメータにおいて、画像検出器上で干渉した反射光の干渉縞を例示した図である。図１２下は、ＡＡ‘線に沿った強度を示している。図１３は、実施形態３に係るエリプソメータにおいて、画像検出器上で干渉した反射光の干渉縞の強度分布をフーリエ変換し、振幅を表す実数部分と位相を表す虚数部分に分け、周波数を照明光Ｌ１の波長に関連付けた結果を例示したグラフである。

図１２に示すように、例えば、光軸Ｃを中心軸とした円筒の接線方向に沿った干渉縞は、干渉している２つの直線偏光成分の光路差が小さい中心部分において、コントラストが大きく、両端部において、コントラストが小さい。本実施形態では、画像処理部４３は、干渉縞をフーリエ変換し、フーリエ変換された干渉縞からエリプソメトリ係数を算出する。

本実施形態の照明光Ｌ１は白色光であり、様々な波長を含んでいる。干渉縞の周期も白色光に含まれる波長によって変化する。よって、図１３に示すように、フーリエ変換により、それぞれの波長の成分の強度及びそれぞれの波長の位相をフーリエ変換により取り出す。これにより、波長ごとに、エリプソメトリ係数Ψ及びΔを求める。

本実施形態によれば、モノクロメータ１２を不要とすることができる。よって、装置を簡素化することができ、低コスト化することができる。また、様々な波長で測定する場合に、モノクロメータを切り替えることが不要になる。よって、測定時間を短縮することができる。これ以外の構成及び効果は実施形態１及び２の記載に含まれている。

（実施形態４）
次に、実施形態４に係るエリプソメータを説明する。本実施形態のエリプソメータは、受光光学系４０において、検光子４１の代わりに、偏光ビームスプリッタ４５を配置する。以下、図面を参照して説明する。

図１４は、実施形態４に係るエリプソメータを例示した構成図である。図１４に示すように、エリプソメータ４の受光光学系４０は、偏光ビームスプリッタ４５と、２つの画像検出器４２ａ及び４２ｂを有している。

前述の実施形態１の検光子４１は、例えば、偏光光学素子３０により、０［ｄｅｇ］及び９０［ｄｅｇ］の偏光方向に分離された２つの直線偏光の４５［ｄｅｇ］成分を透過させて干渉させるものである。この場合には、検光子４１は、１３５［ｄｅｇ］成分を吸収または反射している。

一方、本実施形態の偏光ビームスプリッタ４５は、４５［ｄｅｇ］成分を反射させ、１３５［ｄｅｇ］成分を透過させるように配置されている。このように、偏光ビームスプリッタ４５は、各偏光方向と異なる方向における２つの直線偏光の成分を反射させるとともに、異なる方向と直交した方向における２つの直線偏光の成分を透過させる。具体的には、偏光光学素子３０が分離した各直線偏光のうち、４５［ｄｅｇ］傾いた方向の直線偏光を反射させ、１３５［ｄｅｇ］傾いた方向の直線偏光を透過させる。

画像検出器４２は、画像検出器４２ａ及び４２ｂを含む。画像検出器４２ａは、偏光ビームスプリッタ４５で反射した（４５［ｄｅｇ］方向の）各偏光成分の干渉縞を検出する。画像検出器４２ｂは、偏光ビームスプリッタ４５を透過した（１３５［ｄｅｇ］方向の）各偏光成分の干渉縞を検出する。

図１５は、実施形態４に係るエリプソメータにおいて、２つの画像検出器上で干渉した反射光Ｒ１の干渉縞を例示した図である。図１５に示すように、各画像検出器４２ａ及び４２上には、位相が１８０［ｄｅｇ］反転した干渉縞が形成される。

図１６は、実施形態４に係るエリプソメータにおいて、偏光ビームスプリッタの反射及び透過する偏光方向を、偏光光学素子が分離する２つの直線方向に対して、４５［ｄｅｇ］からずらした場合の各成分を例示した図である。

図１６に示すように、Ｘ方向の成分とＹ方向の成分との強度が異なる場合、例えば、Ｘ方向の成分の強度が２で、Ｙ方向の成分の強度が１の場合を検討する。偏光ビームスプリッタ４５の反射及び透過する偏光方向を、偏光光学素子３０が分離する２つの直線方向に対して４５［ｄｅｇ］から４０［ｄｅｇ］にずらした場合には、Ｘ方向の成分は大きくなり、Ｙ方向の成分は小さくなる。よって、Ｘ方向の成分とＹ方向の成分との差は、ますます大きくなり、コントラストは低下する。

一方、１３５［ｄｅｇ］から１３０［ｄｅｇ］にずらした場合には、Ｘ方向の成分は小さくなり、Ｙ方向の成分は大きくなる。よって、Ｘ方向の成分とＹ方向の成分との差は小さくなり、コントラストは増加する。実施形態１では、偏光光学素子３０によって分離された２つの直線偏光のうち、一方の強度が低下するとコントラストが低下する。この場合に、どちらの直線偏光が低下したかまでは測定することができない。しかしながら、本実施形態では、どちらの直線偏光が低下したかも判別することができる。

なお、図１４では、偏光ビームスプリッタ４５で反射及び透過した反射光Ｒ１が紙面に平行な面内の２つの方向に進んでいるが、実際は、４５［ｄｅｇ］傾いた方向に進んでいる。これ以外の構成及び効果は、実施形態１〜３の記載に含まれている。

（実施形態５）
次に、実施形態５に係るエリプソメータを説明する。本実施形態のエリプソメータは、実施形態４における偏光ビームスプリッタの代わりに、２つの三角柱を接合させた偏光ビームスプリッタを用いている。

図１７は、実施形態５に係るエリプソメータを例示した構成図である。図１７に示すように、実施形態５のエリプソメータ５において、受光光学系４０は、２つの三角柱４６及び４７を接合させた偏光ビームスプリッタを有している。２つの三角柱４６及び４７は、直角三角形を底面する。三角柱４６は、直角のエッジを挟む２つの側面４６ａ及び４６ｃ、並びに、エッジに対向する側面４６ｂを有しており、直角以外の頂点の角度は３０［ｄｅｇ］と６０［ｄｅｇ］である。三角柱４７は、直角のエッジを挟む２つの側面４７ａ及び４７ｃ、並びに、エッジに対向する側面４７ｂを有しており、三角柱４６と４７ａを軸として線対称である。三角柱４６の側面４６ａと三角柱４７の側面４７ａは接合されている。接合面である側面４６ａ及び４７ａは、偏光光学素子３０が分離した各直線偏光のうち、例えば、４５［ｄｅｇ］傾いた方向の直線偏光を反射させるとともに、１３５［ｄｅｇ］傾いた方向の直線偏光を透過させる。

反射光Ｒ１は、三角柱４６の側面４６ｂから入射する。入射する場合には、側面４６ｂに対して反射光Ｒ１の光軸Ｃが直交ように偏光ビームスプリッタは設置される。入射した反射光Ｒ１は、接合面である側面４６ａ及び４７ａにおいて、反射及び透過される。反射した反射光Ｒ１は、三角柱の側面４６ｂで反射する。この場合、三角柱４６のガラス材料を適切に選べば、反射光Ｒ１は、側面４６ｂにおいて全反射する。側面４６ｂで反射した反射光Ｒ１は、三角柱４６の側面４６ｃから出射する。

接合面である側面４６ａ及び４７ａを透過した反射光Ｒ１は、三角柱４７の側面４７ｂで反射する。この場合も、三角柱４７のガラス材料を適切に選ぶことで、反射光Ｒ１は、側面４７ｂにおいて全反射する。側面４７ｂで反射した反射光Ｒ１は、三角柱４７の側面４７ｃから出射する。

このように、本実施形態の偏光ビームスプリッタは、各偏光方向と異なる方向（例えば、４５［ｄｅｇ］方向）における２つの直線偏光の成分を反射させるとともに、異なる方向に直交した方向（例えば、１３５［ｄｅｇ］）における２つの直線偏光の成分を透過させる。そして、偏光ビームスプリッタは、反射させた各成分及び透過させた各成分を同じ画像検出器４２の瞳面上に出射する。例えば、偏光ビームスプリッタは、反射させた各成分及び透過させた各成分を同じ方向に出射する。

このような構成とすると、偏光ビームスプリッタで反射及び透過した反射光Ｒ１は、２つの三角柱４６及び４７の側面４６ｃ及び４７ｃから出射される。このため、１つの画像検出器４２で反射光Ｒ１を受光することができる。

また、実施形態４と同様に、偏光ビームスプリッタを反射及び透過する偏光方向を、偏光光学素子３０が分離する２つの直線方向に対して４５［ｄｅｇ］からずらした場合には、２つの直線方向の強度比を容易に求めることができる。よって、どちらの直線偏光が低下したかを測定することができる。これ以外の構成及び効果は、実施形態１〜４の記載に含まれている。

（実施形態６）
次に、実施形態６に係るエリプソメータを説明する。本実施形態のエリプソメータは、照明光を斜入射させる。そして、試料を点照明し、対物レンズの瞳位置に画像検出器を配置する。

図１８は、実施形態６に係るエリプソメータを例示した構成図である。図１８に示すように、本実施形態のエリプソメータ６は、照明光学系１０、集光光学系２０、偏光光学素子３０、受光光学系４０を備えている。

照明光学系１０は、直線偏光を含む照明光Ｌ１で試料５０を照明する。照明光学系１０は、光源１１、モノクロメータ１２、ファイバー１３、照明レンズ１４、偏光子１５を含んでいる。実施形態１と異なり、ビームスプリッタ１６及び対物レンズ１７を有していない。また、試料５０に入射する照明光Ｌ１の光軸Ｃは、試料５０に対して傾斜している。

光源１１から生成された照明光Ｌ１は、モノクロメータ１２に入射する。モノクロメータ１２は、入射した照明光Ｌ１から特定の波長の単色光を取り出してファイバー１３に出射する。モノクロメータ１２は、照明光Ｌ１として、紫外光から赤外光までの範囲の所定の波長の単色光を選択して出射する。ファイバー１３の一端に入射した照明光Ｌ１は、ファイバー１３の他端から出射する。ファイバー１３の他端から出射した照明光Ｌ１は、照明レンズ１４に入射する。

照明レンズ１４は、偏光子１５を介して、入射した照明光Ｌ１を点状に集光させて試料５０を照明する。偏光子１５は、光源１１から生成された照明光Ｌ１が入射され、一方向の直線偏光を含む照明光Ｌ１を透過させる。したがって、照明レンズ１４は、直線偏光を含む照明光Ｌ１で試料５０の一点を点照明する。

集光光学系２０は、集光レンズ２３を含んでいる。集光レンズ２３は、照明光Ｌ１が試料５０で反射した反射光Ｒ１を透過させて、偏光光学素子３０に入射させる。試料５０で反射した反射光の光軸Ｃは、試料５０の測定面に対して傾斜している。画像検出器４２は、集光レンズ２３の瞳共役位置１９ｂに配置されている。これ以外の偏光光学素子３０及び受光光学系４０の構成は、実施形態１と同様である。

本実施形態のエリプソメータ６によれば、一般的なエリプソメータでよくみられる斜入射の構成でもエリプソメトリ係数Ψ及びΔを直接測定することができる。これ以外の構成及び効果は、実施形態１〜５の記載に含まれている。

（実施形態７）
次に、実施形態７に係るエリプソメータを説明する。本実施形態のエリプソメータは、照明レンズで、面照射し、試料上の広がりを持った領域を測定する。図１９は、実施形態７に係るエリプソメータを例示した構成図である。

図１９に示すように、本実施形態のエリプソメータ７において、照明レンズ１４は、試料５０を点照射するのではなく、試料５０を面照射する。すなわち、照明レンズ１４は、照明光Ｌ１を試料５０における所定の広がりを有する領域を照明する。例えば、照明レンズ１４は、平行光とした照明光Ｌ１で試料５０を照明する。画像検出器４２は、瞳位置に配置されるのではなく、試料５０の集光レンズ２３が作る像位置５２に配置されている。例えば、画像検出器４２はシャインプルーフの条件を満たすように光軸Ｃに対して傾いて配置される。画像検出器４２は、試料５０上の広がりを持った領域を測定する。

本実施形態のエリプソメータ７において、照明光Ｌ１が試料５０に入射する入射角は、一定なので、像位置５２に配置された画像検出器４２は、イメージとして干渉縞を検出することができる。これ以外の構成及び効果は実施形態１〜６の記載に含まれている。

（実施形態８）
次に、実施形態８に係るエリプソメータを説明する。本実施形態のエリプソメータは、瞳空間にノマルスキープリズムを配置する代わりに、像空間にビームディスプレーサ（ｂｅａｍ ｄｉｓｐｌａｃｅｒ）を配置する。瞳空間は、試料５０上の１点を照明した照明光の反射光が平行になる空間であり、像空間は、反射光が集光／拡散する空間である。

図２０は、実施形態８に係るエリプソメータを例示した構成図である。図２１は、実施形態８に係るエリプソメータにおいて、偏光光学素子及び受光光学系を例示した構成図である。図２０及び図２１に示すように、実施形態８のエリプソメータ８において、偏光光学素子３０は、ビームディスプレーサ３３である。

ビームディスプレーサ３３は、リレーレンズ２１とリレーレンズ２２との間における像空間に配置されている。具体的には、ビームディスプレーサ３３は、リレーレンズ２２の焦点と、リレーレンズ２２との間に配置されている。よって、反射光Ｒ１が発散する領域に配置されている。

ビームディスプレーサ３３は、直線偏光を含む照明光Ｌ１が試料５０で反射した反射光Ｒ１を、互いに直交する偏光方向の２つの直線偏光に分離する。そして、ビームディスプレーサ３３は、分離した２つの直線偏光を出射させる際に、一方の直線偏光を平行にシフトさせて出射させる。ビームディスプレーサ３３を出射した２つの直線偏光を含む反射光Ｒ１は、リレーレンズ２２に入射する。

リレーレンズ２２は、検光子４１を介して、入射した反射光Ｒ１を画像検出器４２上に集光させる。具体的には、リレーレンズ２２は、分離させたＸ方向の直線偏光とＹ方向の直線偏光とを、画像検出器上で再び同一点となるように出射させる。

検光子４１は、ビームディスプレーサ３３が分離させたＸ方向の偏光方向及びＹ方向の偏光方向と、４５［ｄｅｇ］傾いた方向における２つの直線偏光成分を透過させる。よって、互いに直交した２つの直線偏光は、検光子４１を透過することによって、同じ方向（４５［ｄｅｇ］傾いた方向）に偏光した偏光成分として出射する。検光子４１から出射した当該偏光成分を含む反射光Ｒ１は、画像検出器４２に入射する。

本実施形態のエリプソメータ８によれば、偏光光学素子３０として、ビームディスプレーサ３３を用いることができる。よって、偏光光学素子３０を、瞳空間に配置する代わりに、像空間に配置することもできる。これ以外の構成及び効果は、実施形態１〜７の記載に含まれている。

（実施形態９）
次に、実施形態９に係る半導体装置の検査装置を説明する。本実施形態の半導体装置の検査装置は、実施形態１〜８に記載のエリプソメータを備えている。よって、本実施形態の半導体装置の検査装置は、半導体装置の検査に要する時間を短縮することができる。また、検査精度を向上させることができる。さらに、半導体装置のサイズの縮小化に貢献する。これ以外の構成及び効果は、実施形態１〜８の記載に含まれている。

本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施形態１〜９の各構成は相互に組み合わせることができる。

１、２、３、４、５、６、７、８ エリプソメータ
１０ 照明光学系
１１ 光源
１２ モノクロメータ
１３ ファイバー
１４ 照明レンズ
１５、１８ 偏光子
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ 分割片
１６ ビームスプリッタ
１７ 対物レンズ
１９ａ 瞳位置
１９ｂ 瞳共役位置
２０ 集光光学系
２１、２２ リレーレンズ
２３ 集光レンズ
３０ 偏光光学素子
３１、３２ ノマルスキープリズム
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ 分割片
３３ ビームディスプレーサ
４０ 受光光学系
４１、４４ 検光子
４２、４２ａ、４２ｂ 画像検出器
４３ 画像処理部
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ 分割片
４５ 偏光ビームスプリッタ
４６、４７ 三角柱
４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４７ａ、４７ｂ、４７ｃ 側面
５０ 試料
５２ 像位置
Ｌ１ 照明光
Ｒ１ 反射光

Claims (20)

1. 直線偏光を含む照明光が試料で反射した反射光を、互いに直交する偏光方向の２つの直線偏光に分離する偏光光学素子と、
   各前記偏光方向と異なる方向における前記２つの直線偏光の成分を干渉させた干渉縞からエリプソメトリ係数を算出する受光光学系と、
   を備えたエリプソメータ。
2. 照明光を生成する光源と、
   前記光源から生成された前記照明光が入射され、一方向の直線偏光を含む前記照明光を透過させる偏光子と、
   前記直線偏光を含む前記照明光で前記試料を照明するとともに、前記照明光が前記試料で反射した前記反射光を透過させる対物レンズと、
   をさらに備え、
   前記受光光学系は、
   前記干渉縞を検出する画像検出器と、
   前記干渉縞から前記エリプソメトリ係数を算出する画像処理部と、
   を有する、
   請求項１に記載のエリプソメータ。
3. 前記試料に入射する前記照明光の光軸、及び、前記試料で反射した前記反射光の光軸は、前記試料に対して直交する、
   請求項２に記載のエリプソメータ。
4. 前記対物レンズは、前記照明光を点状に集光させて前記試料を照明し、
   前記画像検出器は、前記対物レンズの瞳位置と共役な瞳共役位置に配置された、
   請求項２または３に記載のエリプソメータ。
5. 照明光を生成する光源と、
   前記光源から生成された前記照明光が入射され、一方向の直線偏光を含む前記照明光を透過させる偏光子と、
   前記直線偏光を含む前記照明光で前記試料を照明する照明レンズと、
   前記照明光が前記試料で反射した前記反射光を透過させる集光レンズと、
   をさらに備え、
   前記受光光学系は、
   前記干渉縞を検出する画像検出器と、
   前記干渉縞から前記エリプソメトリ係数を算出する画像処理部と、
   を有する、
   請求項１に記載のエリプソメータ。
6. 前記試料に入射する前記照明光の光軸、及び、前記試料で反射した前記反射光の光軸は、前記試料に対して傾斜した、
   請求項５に記載のエリプソメータ。
7. 前記照明レンズは、前記照明光を点状に集光させて前記試料を照明し、
   前記画像検出器は、前記集光レンズの瞳位置に配置された、
   請求項５または６に記載のエリプソメータ。
8. 前記照明レンズは、前記照明光を前記試料における所定の広がりを有する領域に集光させて前記試料を照明し、
   前記画像検出器は、前記試料の像位置に配置された、
   請求項５または６に記載のエリプソメータ。
9. 前記受光光学系は、各前記偏光方向と４５［ｄｅｇ］傾いた方向における前記２つの直線偏光の成分を透過させる検光子をさらに有し、
   前記画像検出器は、前記検光子を透過した各前記成分の前記干渉縞を検出する、
   請求項２〜８のいずれか１項に記載のエリプソメータ。
10. 前記受光光学系は、各前記偏光方向と異なる方向における前記２つの直線偏光の成分を反射させるとともに、前記異なる方向と直交した方向における前記２つの直線偏光の成分を透過させる偏光ビームスプリッタを有し、
    前記画像検出器は、
    前記偏光ビームスプリッタで反射した各前記成分の前記干渉縞を検出する第１画像検出器と、
    前記偏光ビームスプリッタを透過した各前記成分の前記干渉縞を検出する第２画像検出器と、
    を含む、
    請求項２〜８のいずれか１項に記載のエリプソメータ。
11. 前記受光光学系は、各前記偏光方向と異なる方向における前記２つの直線偏光の成分を反射させるとともに、前記異なる方向に直交した方向における前記２つの直線偏光の成分を透過させる偏光ビームスプリッタを有し、
    前記偏光ビームスプリッタは、反射させた前記各成分及び透過させた前記各成分を同じ前記画像検出器上に出射する、
    請求項２〜８のいずれか１項に記載のエリプソメータ。
12. 前記偏光光学素子は、ノマルスキープリズムである、
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載のエリプソメータ。
13. 前記ノマルスキープリズムは、前記反射光の光軸に直交する面内で、前記光軸の周り１回転の回転角を等分割した中心角を有する扇型状の複数の分割片を含み、
    各前記分割片は、各前記中心角の二等分線に直交する方向に、前記２つの直線偏光を分離する、
    請求項１２に記載のエリプソメータ。
14. 前記偏光光学素子は、ウォラストンプリズムまたはローションプリズムを含む、
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載のエリプソメータ。
15. 前記偏光光学素子は、分離した前記２つの直線偏光を出射させる際に、一方の直線偏光を平行にシフトさせて出射させるビームディスプレーサである、
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載のエリプソメータ。
16. 前記照明光は、単色光である、
    請求項１〜１５のいずれか１項に記載のエリプソメータ。
17. 前記照明光は、白色光であり、
    前記受光光学系は、
    前記干渉縞を検出する画像検出器と、
    前記干渉縞をフーリエ変換し、前記フーリエ変換された前記干渉縞から前記エリプソメトリ係数を算出する画像処理部と、
    を有する、
    請求項１〜１５のいずれか１項に記載のエリプソメータ。
18. 前記直線偏光を含む照明光は、完全偏光の直線偏光である、
    請求項１〜１７のいずれか１項に記載のエリプソメータ。
19. 前記直線偏光を含む照明光は、完全偏光の楕円偏光である、
    請求項１〜１７のいずれか１項に記載のエリプソメータ。
20. 請求項１〜１９のいずれか１項に記載の前記エリプソメータを備えた半導体装置の検査装置。

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