JPS62204104A - 薄膜の膜厚及び光学定数測定装置 - Google Patents
薄膜の膜厚及び光学定数測定装置Info
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- JPS62204104A JPS62204104A JP4653786A JP4653786A JPS62204104A JP S62204104 A JPS62204104 A JP S62204104A JP 4653786 A JP4653786 A JP 4653786A JP 4653786 A JP4653786 A JP 4653786A JP S62204104 A JPS62204104 A JP S62204104A
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- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 38
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 27
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は薄膜の膜厚及び光学定数を光学的手段を用いて
非接触で測定する装置に関する。
非接触で測定する装置に関する。
従来の技術
薄膜の膜厚や光学定数を正確に測定することは、薄膜の
性質が膜厚によって変化することもあることから、薄膜
の分野では重要な技術である。光学的手段を用いて非接
触で薄膜の膜厚や光学定数を測定する装置としては、エ
リプソメーターが知られている。
性質が膜厚によって変化することもあることから、薄膜
の分野では重要な技術である。光学的手段を用いて非接
触で薄膜の膜厚や光学定数を測定する装置としては、エ
リプソメーターが知られている。
エリプソメーターの一つの方式の原理を第５図に示す。
試料４からの反射光は検光子６、集光レンズ８を経て受
光器６により検出される。光源１からの光はコリメート
レンズ了を通した後、偏光子２、％波長板３を経て試料
４に照射される。Ｖ４波長板３を試料４への入′射角に
対して４５°になるように固定し、偏光子２と検光子５
を回転させ、検光子５を通った光の強度が最小てなるよ
うな、偏光子２と検光子５の回転位置を求める方式であ
る。偏光子２と検光子５０回転位置から、試料４で反射
された光のＰ成分とＳ成分の振幅比ｔａｎψとＰ、Ｓ成
分の相対位相差Δを求めることができる。薄膜のない基
材の表面からの反射に対するψとΔと、薄膜のある表面
からの反射に対するψとΔとから、薄膜の光学定数と厚
さが得られる。
光器６により検出される。光源１からの光はコリメート
レンズ了を通した後、偏光子２、％波長板３を経て試料
４に照射される。Ｖ４波長板３を試料４への入′射角に
対して４５°になるように固定し、偏光子２と検光子５
を回転させ、検光子５を通った光の強度が最小てなるよ
うな、偏光子２と検光子５の回転位置を求める方式であ
る。偏光子２と検光子５０回転位置から、試料４で反射
された光のＰ成分とＳ成分の振幅比ｔａｎψとＰ、Ｓ成
分の相対位相差Δを求めることができる。薄膜のない基
材の表面からの反射に対するψとΔと、薄膜のある表面
からの反射に対するψとΔとから、薄膜の光学定数と厚
さが得られる。
発明が解決しようとする問題点
エリプソメーターでは、偏光を扱うため光学系が複雑で
あり、光学系の調整が困難である。また、偏光子・検光
子を精度良く回転させなくてはならず、機構も複雑にな
る。測定に際しても、偏光子と検光子を独立に回転させ
、受光器に達する光の強度が最小になる回転位置をさが
すため、測定操作が複雑である。また、測定てよって得
られるψとΔから、薄膜の光学定数と膜厚を求める計算
も複雑であり、計算に時間がかかる。
あり、光学系の調整が困難である。また、偏光子・検光
子を精度良く回転させなくてはならず、機構も複雑にな
る。測定に際しても、偏光子と検光子を独立に回転させ
、受光器に達する光の強度が最小になる回転位置をさが
すため、測定操作が複雑である。また、測定てよって得
られるψとΔから、薄膜の光学定数と膜厚を求める計算
も複雑であり、計算に時間がかかる。
本発明は、単純な光学系を用いて薄膜の光学定数ととも
に膜厚を短時間で精度良く測定することを目的としてい
る。
に膜厚を短時間で精度良く測定することを目的としてい
る。
問題点を解決するだめの手段
本発明の装置は、反射率と透過率を測定するための光学
測定系と、測定された薄膜側からの反射率・基材側から
の反射率・薄膜側もしくは基材側からの透過率と、薄膜
の光学定数と膜厚をパラメーターとして計算される反射
率と透過率との差が最小となるパラメーターを探すため
の演算部とから成る。
測定系と、測定された薄膜側からの反射率・基材側から
の反射率・薄膜側もしくは基材側からの透過率と、薄膜
の光学定数と膜厚をパラメーターとして計算される反射
率と透過率との差が最小となるパラメーターを探すため
の演算部とから成る。
作用
光学測定系では、試料の反射率と透過率を測定する。反
射率・透過率の測定は、単純な光学系で行なうことがで
き、しかも、複雑な測定操作を必要としない。
射率・透過率の測定は、単純な光学系で行なうことがで
き、しかも、複雑な測定操作を必要としない。
演算部では、薄膜の光学定数と膜厚をパラメーターとし
て反射率と透過率を計算し、測定値との差を求め、パラ
メーターを変えていって６１１１定値との差が最小とな
るパラメーターを見い出す。測定値との差が最小となる
パラメーターが、膜の光学定数と膜厚である。
て反射率と透過率を計算し、測定値との差を求め、パラ
メーターを変えていって６１１１定値との差が最小とな
るパラメーターを見い出す。測定値との差が最小となる
パラメーターが、膜の光学定数と膜厚である。
実施例
第１に本発明の装置の反射率・透過率測定部の一例につ
いて示す。試料１０の一方に光源１１＆と受光器１２２
Ｌを、他方にも光源１１ｂと受光器１２ｂを試料を通る
部分では光路を共有するように設ける。試料１ｏと各々
の光源１１１Ｌ、１１ｂ間にはコリメートレンズ１３４
，１３１）及び、ハーフミラ−１４＆、１４ｂが配置さ
れる。また受光器１２ａ、１２ｂの直前には集束レンズ
１６＆。
いて示す。試料１０の一方に光源１１＆と受光器１２２
Ｌを、他方にも光源１１ｂと受光器１２ｂを試料を通る
部分では光路を共有するように設ける。試料１ｏと各々
の光源１１１Ｌ、１１ｂ間にはコリメートレンズ１３４
，１３１）及び、ハーフミラ−１４＆、１４ｂが配置さ
れる。また受光器１２ａ、１２ｂの直前には集束レンズ
１６＆。
１５ｂが配置される。一方の光源のみを点灯し、２つの
受光路で光を受けると、試料に対して点灯している光源
と同じ側の受光器で受けた光強度から試料の反射率が、
反対側の受光器で受けた光強度から透過率が測定される
。次に、点灯している光源を消灯し逆の側の光源を点灯
すると、試料の逆側からの反射率と透過率を測定できる
。第６図の構成を用いると、試料を光路中に置くだけで
、試料の両側からの反射率と透過率を機械的には何も動
かさずに測定することができる。
受光路で光を受けると、試料に対して点灯している光源
と同じ側の受光器で受けた光強度から試料の反射率が、
反対側の受光器で受けた光強度から透過率が測定される
。次に、点灯している光源を消灯し逆の側の光源を点灯
すると、試料の逆側からの反射率と透過率を測定できる
。第６図の構成を用いると、試料を光路中に置くだけで
、試料の両側からの反射率と透過率を機械的には何も動
かさずに測定することができる。
光源を点灯・消灯するかわりに、光源は点灯させたまま
にし、光源の前部にシャッターを設け、このシャッター
を開閉するようにすることにより、光源を点灯・消灯す
るのと同等の働きをさせることもできる。この場合は、
光源が点灯したままなので、光源の発光が安定し、反射
率・透過率の測定精度を、光源を点滅させる場合より向
上させることができる。
にし、光源の前部にシャッターを設け、このシャッター
を開閉するようにすることにより、光源を点灯・消灯す
るのと同等の働きをさせることもできる。この場合は、
光源が点灯したままなので、光源の発光が安定し、反射
率・透過率の測定精度を、光源を点滅させる場合より向
上させることができる。
第２図に本発明の装置の構成の概念図を示す。
反射率・透過率測定部１６で測定された屈折率が既知の
透明体基材上に形成された薄膜の薄膜が形成された側か
ら測定した反射率と、薄膜が形成されていない側から測
定した反射率と、いずれか一方の側から測定された透過
率は、演算部１７に送られる。演算部１７で以下に述べ
る方法で演算を行ない、薄膜の膜厚及び光学定数を求め
る。求められた膜厚及び光学定数は、表示・記録部１８
に出力される。
透明体基材上に形成された薄膜の薄膜が形成された側か
ら測定した反射率と、薄膜が形成されていない側から測
定した反射率と、いずれか一方の側から測定された透過
率は、演算部１７に送られる。演算部１７で以下に述べ
る方法で演算を行ない、薄膜の膜厚及び光学定数を求め
る。求められた膜厚及び光学定数は、表示・記録部１８
に出力される。
本発明の装置の反射率・透過率測定部は、単純な光学系
で十分であり、反射率・透過率が既知の標準試料を用い
ることにより、極めて容易に反射率・透過率の較正を行
なうことができる。
で十分であり、反射率・透過率が既知の標準試料を用い
ることにより、極めて容易に反射率・透過率の較正を行
なうことができる。
第３図に本発明の装置による膜厚及び光学定数の測定の
原理を示す。光学定数は、複素屈折率とも呼ぶ。図中１
９は透明体基板で屈折率はｎｌ、厚さは任意であるが、
光の多重反射による位相の干渉が起こらない程度の厚さ
があるものとする。図中２０は膜厚を測定しようとする
薄膜であり、複素屈折率ｎ”＝ｎ−ｉＫと膜厚ｄは未知
である。
原理を示す。光学定数は、複素屈折率とも呼ぶ。図中１
９は透明体基板で屈折率はｎｌ、厚さは任意であるが、
光の多重反射による位相の干渉が起こらない程度の厚さ
があるものとする。図中２０は膜厚を測定しようとする
薄膜であり、複素屈折率ｎ”＝ｎ−ｉＫと膜厚ｄは未知
である。
透明体基板１９上の薄膜２０が屈折率ｎ。の雰囲気中に
あるとする。薄膜２Ｑ側から膜面に垂直に入射光２１が
入射したとき、入射光２１と反射光２２の強度比を膜側
からの反射率ｎｆｓとする。また、基板１９側から基板
表面に垂直に入射光２３が入射したとき、入射光２３と
反射光２４の強度比を基板側からの反射率Ｒｓｓ、入射
光２３と透過光２６の強度比を基板側からの透過率Ｔｓ
ｓとする。
あるとする。薄膜２Ｑ側から膜面に垂直に入射光２１が
入射したとき、入射光２１と反射光２２の強度比を膜側
からの反射率ｎｆｓとする。また、基板１９側から基板
表面に垂直に入射光２３が入射したとき、入射光２３と
反射光２４の強度比を基板側からの反射率Ｒｓｓ、入射
光２３と透過光２６の強度比を基板側からの透過率Ｔｓ
ｓとする。
一方、反射率と透過率Ｒ８ｓ、Ｔｓｓ、Ｒｆ８は、電磁
気等を用いることてよジ、屈折率や膜厚を用いて、次式
のように表わせる。
気等を用いることてよジ、屈折率や膜厚を用いて、次式
のように表わせる。
・・・・・・・・・（３）
ここで、
である。また、λは測定弦長である。
式（１）がら式（３）では、透明体基板１９は測定に用
いる光のコヒーレント長より十分厚く、透明体基板では
多重干渉の影響はないとしている。透明体基板１９につ
いては、界面の反射の効果を２次まで考慮に入れている
。
いる光のコヒーレント長より十分厚く、透明体基板では
多重干渉の影響はないとしている。透明体基板１９につ
いては、界面の反射の効果を２次まで考慮に入れている
。
測定によって得られた反射率と透明率を各々Ｒｓｓ
” Ｔｓｓ ” Ｒｆ♂と書き、計算によって得られ
た反射率と透過率をＲお・Ｔｓｓ ” Ｒｆｓと書くこ
とにする。
” Ｔｓｓ ” Ｒｆ♂と書き、計算によって得られ
た反射率と透過率をＲお・Ｔｓｓ ” Ｒｆｓと書くこ
とにする。
本発明の装置による膜厚及び光学定数の測定では、測定
によって得られた反射率・透過率と、薄膜の複素屈折率
と膜厚の組（ｎ、に、ｌ）を仮定することにより、式（
１）から式（４）を用いて計算される反射率と透過率と
の差Ｒ５５ｔｎ”ｓｓ’ Ｔｓｓ！ＩＩ”ｓｓ。
によって得られた反射率・透過率と、薄膜の複素屈折率
と膜厚の組（ｎ、に、ｌ）を仮定することにより、式（
１）から式（４）を用いて計算される反射率と透過率と
の差Ｒ５５ｔｎ”ｓｓ’ Ｔｓｓ！ＩＩ”ｓｓ。
Ｒｆｓ” ”ｆｓが最も小さくなるような（ｎ、に、
ｄ）の組を探すことによって、複素屈折率とともに膜厚
を決定する。
ｄ）の組を探すことによって、複素屈折率とともに膜厚
を決定する。
本発明の装置による膜厚及び光学定数の測定では、未知
数がｎ、にと膜厚ｄの３個であり、測定によっテ得られ
た既知ｘカＲ５５ｍ、 Ｔ８．ｍ、 Ｒ（８ｍｔｖ３個
であるので、原理的に膜厚ｄと光学定数ｎ、ｋを決定す
ることができる。
数がｎ、にと膜厚ｄの３個であり、測定によっテ得られ
た既知ｘカＲ５５ｍ、 Ｔ８．ｍ、 Ｒ（８ｍｔｖ３個
であるので、原理的に膜厚ｄと光学定数ｎ、ｋを決定す
ることができる。
具体的には、式（５）によって定義される測定された反
射率と透過率と計算された反射率と透過率との差の二乗
平均δが最小となる（ｎ、に、ｄ）の組を探せばよい。
射率と透過率と計算された反射率と透過率との差の二乗
平均δが最小となる（ｎ、に、ｄ）の組を探せばよい。
δ＝上（（Ｒｓｓｍ−Ｒｓｓ）２＋（Ｔｓｓｍ−Ｔｓｓ
）２＋（Ｒｆｓ ”ｆＢ）２１” ・−−”（６）
δが最小となるような（ｎ、に、ｄ）の組の探し方とし
ては、例えば、膜厚ｄをパラメーターとしである膜厚に
対してδが最小となる（ｎ、Ｋ）の組を求め、順に膜厚
を変化させてδの膜厚依存性を求めて、δが最小となる
（ｎ、に、ｄ）の組を探す。
）２＋（Ｒｆｓ ”ｆＢ）２１” ・−−”（６）
δが最小となるような（ｎ、に、ｄ）の組の探し方とし
ては、例えば、膜厚ｄをパラメーターとしである膜厚に
対してδが最小となる（ｎ、Ｋ）の組を求め、順に膜厚
を変化させてδの膜厚依存性を求めて、δが最小となる
（ｎ、に、ｄ）の組を探す。
第４図は、Ｔａ系合金薄膜について、前記の方法によっ
て、膜厚を変化させていったときのδの値を示した図で
ある。第４図に示した薄膜の膜厚は、第４図より３１８
人であると決定できる。膜厚の測定誤差は、反射率・透
過率の迎ｊ定精度を０．０１％程度におさえれば、±２
人程度以下におさえられることがわかる。
て、膜厚を変化させていったときのδの値を示した図で
ある。第４図に示した薄膜の膜厚は、第４図より３１８
人であると決定できる。膜厚の測定誤差は、反射率・透
過率の迎ｊ定精度を０．０１％程度におさえれば、±２
人程度以下におさえられることがわかる。
発明の効果
本発明の装置は、反射率・透過率を測定して薄膜の光学
定数と膜厚を求めるものである。反射率・透過率を測定
するだめの光学系は、偏光を扱うエリプソメーターの光
学系と比べて単純である。また、測定に際しても、試料
を光路中に挿入するだけで良く、測定操作は特に必要と
しない。計算も測定値と計算値の差が最小となるパラメ
ーターを見い出せば、その見い出されたパラメーターが
得ようとする薄膜の光学定数と膜厚であるので、比較的
短時間で精度良く行なうことができる。
定数と膜厚を求めるものである。反射率・透過率を測定
するだめの光学系は、偏光を扱うエリプソメーターの光
学系と比べて単純である。また、測定に際しても、試料
を光路中に挿入するだけで良く、測定操作は特に必要と
しない。計算も測定値と計算値の差が最小となるパラメ
ーターを見い出せば、その見い出されたパラメーターが
得ようとする薄膜の光学定数と膜厚であるので、比較的
短時間で精度良く行なうことができる。
第１図は、本発明の一実施例における光学定数測定装置
の要部を示す側面図、第２図は、同装置の概念図、第３
図は本発明の装置での膜厚及び光学定数測定の原理を説
明するための図、第４図は本発明の装置で用いている方
法によるδの膜厚依存性の一例のグラフ、第５図は、従
来例であるエリプソメータの一例の原理を示す側面図で
ある。 １ｏ１０１１１．試料、１１ ａ 、 １ ｌ ｂ−団
−ｉ源、１２＆。 １２ｂ・・・・・・受光器、１３ｆＬ、１３ｂ・・・・
・・コリメートレンズ、１４２Ｌ、１４ｂ・・・・・・
ハーフミラ−１１５２Ｌ、１５ｂ・・・・・・集光レン
ズ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 １Ｉｂカシ見 第２図 第３図 第４図 膜Ｘ（久）
の要部を示す側面図、第２図は、同装置の概念図、第３
図は本発明の装置での膜厚及び光学定数測定の原理を説
明するための図、第４図は本発明の装置で用いている方
法によるδの膜厚依存性の一例のグラフ、第５図は、従
来例であるエリプソメータの一例の原理を示す側面図で
ある。 １ｏ１０１１１．試料、１１ ａ 、 １ ｌ ｂ−団
−ｉ源、１２＆。 １２ｂ・・・・・・受光器、１３ｆＬ、１３ｂ・・・・
・・コリメートレンズ、１４２Ｌ、１４ｂ・・・・・・
ハーフミラ−１１５２Ｌ、１５ｂ・・・・・・集光レン
ズ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 １Ｉｂカシ見 第２図 第３図 第４図 膜Ｘ（久）
Claims (2)
- （１）屈折率が既知の透明体基材上に薄膜が形成された
資料を用い、前記薄膜の膜厚及び光学定数を測定する装
置であって、薄膜側から膜面に垂直に光を入射させたと
きの反射率と、前記基材側から垂直に光を入射させたと
きの反射率と、薄膜側または前記基材側から垂直に光を
入射させたときの透過率とを測定する手段を有し、薄膜
の複素屈折率と膜厚とを与えることにより計算される反
射率と透過率と、前記手段によって測定された反射率と
透過率との差が最小となるような薄膜の複素屈折率と膜
厚を求めることにより、薄膜の膜厚及び光学定数を決定
するよう構成された演算部を備えた薄膜の膜厚及び光学
定数測定装置。 - （２）試料の一方の側に１個の光源と受光部、他方にも
１個の光源と受光部を各々試料を通る部分では光路を共
有するように配し、２つの光源のうちいずれか一方の光
源からの光のみが試料に入射するようにすることにより
、試料の各側からの反射率と透過率とを測定する特許請
求の範囲第１項記載の薄膜の膜厚及び光学定数測定装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4653786A JPS62204104A (ja) | 1986-03-04 | 1986-03-04 | 薄膜の膜厚及び光学定数測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4653786A JPS62204104A (ja) | 1986-03-04 | 1986-03-04 | 薄膜の膜厚及び光学定数測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62204104A true JPS62204104A (ja) | 1987-09-08 |
Family
ID=12750039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4653786A Pending JPS62204104A (ja) | 1986-03-04 | 1986-03-04 | 薄膜の膜厚及び光学定数測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62204104A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04109147A (ja) * | 1990-08-29 | 1992-04-10 | Hitachi Ltd | 複素屈折率の測定方法及びその測定装置 |
| JP2006300811A (ja) * | 2005-04-22 | 2006-11-02 | Hitachi Displays Ltd | 薄膜の膜厚測定方法、多結晶半導体薄膜の形成方法、半導体デバイスの製造方法、およびその製造装置、並びに画像表示装置の製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6285846A (ja) * | 1985-10-11 | 1987-04-20 | Asahi Optical Co Ltd | 蒸着膜の光学定数計算器 |
-
1986
- 1986-03-04 JP JP4653786A patent/JPS62204104A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6285846A (ja) * | 1985-10-11 | 1987-04-20 | Asahi Optical Co Ltd | 蒸着膜の光学定数計算器 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04109147A (ja) * | 1990-08-29 | 1992-04-10 | Hitachi Ltd | 複素屈折率の測定方法及びその測定装置 |
| JP2006300811A (ja) * | 2005-04-22 | 2006-11-02 | Hitachi Displays Ltd | 薄膜の膜厚測定方法、多結晶半導体薄膜の形成方法、半導体デバイスの製造方法、およびその製造装置、並びに画像表示装置の製造方法 |
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