JP2015161650A - Measuring device and measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、テラヘルツ波を用いた測定装置および測定方法に関する。 The present invention relates to a measuring apparatus and a measuring method using terahertz waves.
近年、量子エレクトロニクスや半導体工業の進歩によって、テラヘルツ波を応用した様々な技術が提案されている。テラヘルツ波は、主として、周波数が約0.1〜10THzの電磁波である。このようなテラヘルツ波の応用の一例として、以下のような膜厚を測定する技術が提案されている。 In recent years, various technologies applying terahertz waves have been proposed due to advances in quantum electronics and the semiconductor industry. Terahertz waves are mainly electromagnetic waves having a frequency of about 0.1 to 10 THz. As an example of application of such a terahertz wave, a technique for measuring a film thickness as described below has been proposed.
特開2004−028618号公報(特許文献1)は、テラヘルツ電磁波パルスの特徴を利用することにより、ウェット膜、多層膜、膜厚分布、乾燥状態といった測定機能を有する高機能インプロセス膜厚測定法を開示する。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-028618 (Patent Document 1) discloses a high-performance in-process film thickness measurement method having measurement functions such as a wet film, a multilayer film, a film thickness distribution, and a dry state by utilizing the characteristics of terahertz electromagnetic wave pulses. Is disclosed.
特開2011−196990号公報(特許文献2)および特開2012−225718号公報(特許文献3)は、曲面を有する膜厚を正確に計測する構成を開示する。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2011-196990 (Patent Document 2) and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2012-225718 (Patent Document 3) disclose a configuration for accurately measuring a film thickness having a curved surface.
特許文献2に開示された塗装膜の検査装置は、試料において反射したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出器と、検出されたテラヘルツ波の電場強度を時間軸の波形データに表し、波形データから複数のピークを検出するとともに、ピーク間の時間差に基づき膜厚を算出する制御部とを備える。この制御部は、予め入力されたピークパターンに従い、波形データから複数のピークを検出する。
The coating film inspection apparatus disclosed in
特許文献3に開示された膜厚の検査装置は、テラヘルツ波を発生させるテラヘルツ波発生器と、テラヘルツ波を、膜が形成された試料に照射させる照射光学系と、試料において反射したテラヘルツ波を検出し、検出信号を出力するテラヘルツ波検出器と、試料の反射面の形状情報に基づき、当該反射面からテラヘルツ波検出器に至るまでの反射波の電場強度を参照信号として算出し、参照信号を用いて検出信号を補正する制御装置とを備える。 The film thickness inspection apparatus disclosed in Patent Document 3 includes a terahertz wave generator that generates a terahertz wave, an irradiation optical system that irradiates the sample on which the film is formed, and a terahertz wave that is reflected by the sample. Based on the terahertz wave detector that detects and outputs the detection signal and the shape information of the reflecting surface of the sample, the electric field intensity of the reflected wave from the reflecting surface to the terahertz wave detector is calculated as a reference signal, and the reference signal And a control device for correcting the detection signal.
特開2013−228330号公報(特許文献4)は、被測定膜において、屈折率×膜厚の値が75より小さい場合にも、簡易な方法によって、非接触で高精度に膜厚を測定できる膜厚測定装置および膜厚測定方法を開示する。 Japanese Patent Laid-Open No. 2013-228330 (Patent Document 4) can measure a film thickness with high accuracy in a non-contact manner by a simple method even when the value of refractive index × film thickness is smaller than 75 in a film to be measured. A film thickness measuring device and a film thickness measuring method are disclosed.
テラヘルツ波を用いて多層膜の特性値(例えば、膜厚など)を測定しようとすると、テラヘルツ波の発光素子に起因するノイズや、多層膜内で生じる多重反射に起因するノイズなどが生じ、測定精度を高めることができない。単層構造または多層構造を有するサンプルの特性値をより高い精度で測定できる測定装置および測定方法が要望されている。 When trying to measure the characteristic value (for example, film thickness, etc.) of a multilayer film using terahertz waves, noise due to terahertz light emitting elements, noise due to multiple reflections occurring in the multilayer film, etc. are generated and measured. The accuracy cannot be increased. There is a demand for a measuring apparatus and a measuring method that can measure the characteristic value of a sample having a single layer structure or a multilayer structure with higher accuracy.
本発明のある局面に従えば、単層構造または多層構造を有するサンプルの特性値を測定する測定装置が提供される。測定装置は、テラヘルツ波を発生する照射部と、テラヘルツ波を検出する検出部と、照射部から基準サンプルに向けてテラヘルツ波を照射したときに、当該基準サンプルで反射して生じるテラヘルツ波を検出部が検出することで第1の時間波形を取得する手段と、照射部からサンプルに向けてテラヘルツ波を照射したときに、当該サンプルで反射して生じるテラヘルツ波を検出部が検出することで第2の時間波形を取得する手段と、サンプルを構成する各層の特性値を示すパラメータについてそれぞれ初期値を設定するとともに、それぞれのパラメータの初期値から、第1の時間波形を用いてサンプルの各界面で生じるそれぞれの反射波の時間波形を推定する手段と、推定されたそれぞれの反射波の時間波形を合成した時間波形と第2の時間波形との間の誤差が予め定められた値を下回るまで、それぞれのパラメータを初期値から順次変化させることで、サンプルの特性値を探索する手段とを含む。 According to one aspect of the present invention, a measuring apparatus for measuring a characteristic value of a sample having a single layer structure or a multilayer structure is provided. The measurement device detects the terahertz wave that is reflected by the reference sample when the terahertz wave is emitted from the irradiation unit toward the reference sample. Means for detecting the first time waveform by the detection unit, and the detection unit detects the terahertz wave that is reflected by the sample when the terahertz wave is irradiated from the irradiation unit toward the sample. The initial value is set for each of the means for obtaining the time waveform of 2 and the parameter indicating the characteristic value of each layer constituting the sample, and each interface of the sample is determined from the initial value of each parameter using the first time waveform Means for estimating the time waveform of each reflected wave generated in the step, the time waveform obtained by synthesizing the estimated time waveform of each reflected wave and the second time To below the value an error predetermined between the forms, by sequentially changing each parameter from the initial value, and means for searching a characteristic value of a sample.
本発明の別の局面に従えば、単層構造または多層構造を有するサンプルの特性値を測定する測定方法が提供される。測定方法は、照射部から基準サンプルに向けてテラヘルツ波を照射したときに、当該基準サンプルで反射して生じるテラヘルツ波を検出部が検出することで第1の時間波形を取得するステップと、照射部からサンプルに向けてテラヘルツ波を照射したときに、当該サンプルで反射して生じるテラヘルツ波を検出部が検出することで第2の時間波形を取得するステップと、サンプルを構成する各層の特性値を示すパラメータについてそれぞれ設定された初期値から、第1の時間波形を用いてサンプルの各界面で生じるそれぞれの反射波の時間波形を推定するステップと、推定されたそれぞれの反射波の時間波形を合成した時間波形と第2の時間波形との間の誤差が予め定められた値を下回るまで、それぞれのパラメータを初期値から順次変化させることで、サンプルの特性値を探索するステップとを含む。 According to another aspect of the present invention, a measurement method for measuring a characteristic value of a sample having a single layer structure or a multilayer structure is provided. In the measurement method, when the terahertz wave is irradiated from the irradiation unit toward the reference sample, the detection unit detects the terahertz wave that is reflected by the reference sample and acquires the first time waveform; When the terahertz wave is irradiated from the unit toward the sample, the detection unit detects the terahertz wave that is reflected by the sample and acquires the second time waveform, and the characteristic value of each layer constituting the sample A step of estimating a time waveform of each reflected wave generated at each interface of the sample using a first time waveform from an initial value set for each of the parameters indicating, and a time waveform of each estimated reflected wave Each parameter is sequentially changed from the initial value until the error between the synthesized time waveform and the second time waveform falls below a predetermined value. In Rukoto, and a step of searching the characteristic values of the sample.
本実施の形態によれば、テラヘルツ波を用いて、単層構造または多層構造を有するサンプルの特性値をより高い精度で測定できる。 According to the present embodiment, the characteristic value of a sample having a single layer structure or a multilayer structure can be measured with higher accuracy using terahertz waves.
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
<A.先行技術の課題>
まず、本実施の形態に従う測定装置および測定方法について説明する前に、本願発明者が見出した先行技術における課題について説明する。
<A. Issues of prior art>
First, before describing the measuring apparatus and the measuring method according to the present embodiment, problems in the prior art found by the present inventor will be described.
テラヘルツ波を用いて各種の特性値を測定する場合には、一般的には、テラヘルツ時間領域分光法(THz−TDS:Terahertz Time Domain Spectroscopy)が用いられる。テラヘルツ時間領域分光法を用いた単層構造または多層構造を有するサンプルの特性値の測定方法では、パルス光源から1ピコ秒より短いパルス幅を有するテラヘルツパルス波を発生させ、サンプルからの反射波を測定する。テラヘルツパルス波は、光伝導素子(PC(photoconductive)素子)や、DAST(4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium tosylate)素子などが用いられる。 When measuring various characteristic values using terahertz waves, terahertz time domain spectroscopy (THz-TDS) is generally used. In the method for measuring the characteristic value of a sample having a single layer structure or a multilayer structure using terahertz time domain spectroscopy, a terahertz pulse wave having a pulse width shorter than 1 picosecond is generated from a pulse light source, and a reflected wave from the sample is generated. taking measurement. For the terahertz pulse wave, a photoconductive element (PC (photoconductive element) element), a DAST (4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium tosylate) element, or the like is used.
図1は、光伝導素子(PC素子)を用いて発生させたテラヘルツパルス波の時間波形の一例を示す図である。図2は、DAST素子を用いて発生させたテラヘルツパルス波の時間波形の一例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a time waveform of a terahertz pulse wave generated using a photoconductive element (PC element). FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a time waveform of a terahertz pulse wave generated using a DAST element.
PC素子としては、典型的には、低温成長ガリウムヒ素(LT−GaAs)などが用いられる(上述の特許文献1および4などを参照)。図1に示すように、PC素子を用いた場合に発生するテラヘルツパルス波の時間波形は、電極を流れる瞬時電流の微分値となる。つまり、発生するテラヘルツパルス波は、ガウス関数のような対称的な単一ピークを有する波形ではなく、正負の振幅成分を有する複雑な波形となる。
As the PC element, typically, low-temperature grown gallium arsenide (LT-GaAs) or the like is used (see
非線形結晶であるDAST素子をテラヘルツパルス波の光源として用いる場合には、図2に示すような、より複雑な時間波形を有するテラヘルツパルス波形が生じる。 When a DAST element that is a nonlinear crystal is used as a terahertz pulse wave light source, a terahertz pulse waveform having a more complicated time waveform as shown in FIG. 2 is generated.
テラヘルツパルス波を用いて単層構造または多層構造を有するサンプルの特性値を測定しようとすると、層間の界面によって生じる反射波によって、最低でも2つのテラヘルツパルス波形が時間的にずれて重なった状態で観測される。 When trying to measure the characteristic value of a sample having a single layer structure or a multilayer structure using a terahertz pulse wave, at least two terahertz pulse waveforms are shifted in time and overlapped by the reflected wave generated by the interface between layers. Observed.
テラヘルツ時間領域分光法で観測するのは、電場強度(エネルギー値)ではなくて振幅値である。そのため、上述の特許文献2の図10〜12にも説明されているように、反射波の正負の方向は界面の屈折率の大きさに依存して決まり、その屈折率の差の大きさが観測されるピークの高さとなる。正負両成分を有するピークが複数あり、しかもピーク間の振幅に大小の差がある場合には、複数のパルスから主ピークを判別することは容易ではない。
What is observed by terahertz time domain spectroscopy is not the electric field strength (energy value) but the amplitude value. Therefore, as described in FIGS. 10 to 12 of
このような事実を考慮すると、特許文献2に記載されるような、エコーパルスのピーク間隔から膜厚を求める手法は、エコーパルスが十分に離れていて、十分な振幅を有している場合に限って、適用することができる。例えば、PC素子からのテラヘルツパルス波のパルス半値幅は0.4ps程度であり、これは膜厚値20μm程度(屈折率1.5の場合)の光路長に相当するが、それ以下の膜厚値については、著しく精度が低下する可能性が示唆される。さらに、DAST素子からのテラヘルツパルス波のパルス幅は、PC素子からのテラヘルツパルス波のパルス幅よりも狭く、測定可能な膜厚の下限を下げるのには有効であると思われるが、上述の図2に示すような時間波形を見る限り、特許文献2に記載される方法で主ピークを判別することは困難であると思われる。
Considering such facts, the technique for obtaining the film thickness from the peak interval of the echo pulse as described in
単一面からの反射波によるテラヘルツパルス波であっても、その時間波形には複数のピークが含まれている。多層膜の場合には、これらが重なった状態になるため、観測される時間波形に含まれるピークは反射波の本来のピークではない可能性もある。そのため、特許文献3に記載されるような、ピークパターンを用いる方法では、誤ったピークを検出してしまう可能性がある。 Even a terahertz pulse wave generated by a reflected wave from a single plane includes a plurality of peaks in its time waveform. In the case of a multilayer film, they are in an overlapping state, so that the peak included in the observed time waveform may not be the original peak of the reflected wave. Therefore, in the method using the peak pattern as described in Patent Document 3, there is a possibility that an erroneous peak is detected.
特許文献4に記載される方法では、P波およびS波を発生させるための機構が必要である。偏光子および検光子を用いて、P波およびS波のいずれか一方を選択するという構成が採用されているが、偏光子および検光子において、それぞれ強度が1/√2ずつに弱まるので、最終的な受光強度は1/2まで低減することになる。また、P波およびS波のそれぞれについて測定が必要となり、一つの波を用いる場合に比較して、測定時間が2倍になる。さらに、特許文献4に記載される方法では、サンプルへの入射角をブリュースター角近くにする必要があるが、多層膜のブリュースター角は界面両側にある物質の屈折率に依存するため、多層膜の特性値の測定には適さない。 The method described in Patent Document 4 requires a mechanism for generating P waves and S waves. A configuration is adopted in which either a P wave or an S wave is selected using a polarizer and an analyzer. However, in the polarizer and the analyzer, the intensity decreases by 1 / √2, respectively. Thus, the received light intensity is reduced to 1/2. In addition, measurement is required for each of the P wave and the S wave, and the measurement time is doubled compared to the case of using one wave. Furthermore, in the method described in Patent Document 4, it is necessary to make the incident angle to the sample close to the Brewster angle. However, since the Brewster angle of the multilayer film depends on the refractive index of the substance on both sides of the interface, It is not suitable for the measurement of film characteristic values.
本実施の形態に従う測定装置および測定方法は、上述のような先行技術に記載の方法や装置に生じる課題を解決し、単層構造または多層構造を有するサンプルの特性値をより高い精度で測定する。 The measuring apparatus and measuring method according to the present embodiment solves the problems that occur in the method and apparatus described in the prior art as described above, and measures characteristic values of a sample having a single layer structure or a multilayer structure with higher accuracy. .
<B.概要>
本実施の形態に従う測定方法では、観測される時間波形がサンプルの各界面で生じるそれぞれの反射波の時間波形を集合させたものであるとみなし、各反射波のシミュレーション波形を合成して得られる時間波形を、観測される時間波形にフィッティングさせることで、単層構造または多層構造を有するサンプルの特性値を決定する。
<B. Overview>
In the measurement method according to the present embodiment, it is assumed that the observed time waveform is a collection of the time waveforms of the reflected waves generated at each interface of the sample, and is obtained by synthesizing the simulation waveforms of the reflected waves. By fitting the time waveform to the observed time waveform, the characteristic value of the sample having a single layer structure or a multilayer structure is determined.
図3は、本実施の形態に従うサンプルの特性値の測定原理を説明するための模式図である。図3には、典型例として、基板206上に2つの層(第1層202および第2層204)が形成されたサンプルSを例示する。ここで、空気層200の空気屈折率n0とし、入射波210のサンプルSへの入射角(空気層200から第1層202への入射角)をθ0とする。ここで、第1層202の屈折率をn1とし、膜厚をd1とする。また、第2層204の屈折率をn2とし、膜厚をd2とする。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the principle of measuring the characteristic value of the sample according to the present embodiment. FIG. 3 illustrates a sample S in which two layers (a
空気層200と第1層202との界面には入射波210が入射し、その一部が反射されて、空気層−第1層の界面反射波L1として観測される。空気層200と第1層202との界面を透過した透過波L12は、第1層202と第2層204との界面に入射する。第2層204への入射角(第1層202から第2層204への入射角)をθ1とする。第1層202と第2層204との界面で透過波L12の一部が反射されて、その反射波のうち第1層202と空気層200との界面を透過した波が第1層−第2層の界面反射波L2として観測される。
An
また、第1層202と第2層204との界面を透過した透過波L23は、第2層204と基板206との界面に入射する。基板206への入射角(第2層204から基板206への入射角)をθ2とする。第2層204と基板206との界面で透過波L23の一部が反射されて、その反射波のうち、第2層204と第1層202との界面、および、第1層202と空気層200との界面を透過した波が第2層−基板の界面反射波L3として観測される。
In addition, the transmitted wave L23 transmitted through the interface between the
図3に示す界面反射波L1,L2,L3は、空気層200、第1層202、第2層204、基板206の屈折率や膜厚などに依存して定まる。このようなサンプルS(多層膜)の特性値をパラメータとして各界面反射波を定義し、これらの界面反射波を合成した波形を、実際に測定されたサンプルからの反射波に対してフィッティングすることで、サンプルSの特性値を決定する。
The interface reflected waves L1, L2, and L3 shown in FIG. 3 are determined depending on the refractive index and film thickness of the
本実施の形態においては、テラヘルツ時間領域分光法により検出された反射波に対して、新規なアルゴリズムを適合することで、サンプルSの特性値を探索する。本手法によれば、これに限られることはないが、5μm〜1mmの範囲の膜厚が形成されたサンプルを測定することができる。 In the present embodiment, the characteristic value of the sample S is searched by applying a new algorithm to the reflected wave detected by the terahertz time domain spectroscopy. According to this method, although not limited to this, the sample in which the film thickness of the range of 5 micrometers-1 mm was formed can be measured.
以下、本実施の形態に従う測定方法を実現するための装置構成や処理などについて詳述する。 Hereinafter, the apparatus configuration and processing for realizing the measurement method according to the present embodiment will be described in detail.
<C.測定装置の装置構成>
図4は、本実施の形態に従う測定装置1の装置構成を示す模式図である。図4を参照して、測定装置1は、サンプルSに向けてテラヘルツ波を照射し、サンプルSからの反射波を用いてサンプルSの物理的または光学的な特性値を測定する。
<C. Configuration of measuring device>
FIG. 4 is a schematic diagram showing a device configuration of measuring
測定装置1は、テラヘルツ時間領域分光法を用いた反射型の測定系を採用し、テラヘルツ波を発生する照射部と、サンプルSによって反射したテラヘルツ波を検出する検出部とを含む。測定装置1は、サンプルに加えて、基準サンプルにもテラヘルツ波を照射する。
The
測定装置1は、パルス光源2と、バンドパスフィルタ4と、ビームスプリッタ6と、エミッタユニット10と、アンテナユニット20と、凸レンズ12,22と、軸外し放物面ミラー14,24と、ミラー8,18,32,34,36と、遅延ステージ30と、信号処理装置100とを含む。
The measuring
テラヘルツ波は、エミッタユニット10、軸外し放物面ミラー14、および、凸レンズ12の経路でサンプルSへ照射される。サンプルSで照射されたテラヘルツ波は、凸レンズ22、軸外し放物面ミラー24、アンテナユニット20の経路で受信される。アンテナユニット20で検出された反射波の振幅の時間波形を示す信号は、信号処理装置100へ出力される。
The terahertz wave is applied to the sample S through the path of the
パルス光源2は、エミッタユニット10およびアンテナユニット20を駆動するためのパルス光を発生する。パルス光源2は、レーザ光源であり、フェムト秒(10−15秒)オーダーのパルス幅をもつフェムト秒パルスパルス光を発生し照射する。パルス光源2におけるパルス光の発振周期は、数10MHz(数n秒周期)オーダーである。
The
バンドパスフィルタ4は、パルス光源2が発生する波長の異なる複数のパルス光のうち、目的の波長を有するパルス光のみを通過させる。例えば、パルス光源2は、基本波長の1560nmのパルス光に加えて、その半長波である760nmのパルス光を発生するものとする。このような場合には、バンドパスフィルタ4は、エミッタユニット10およびアンテナユニット20の駆動に適した1560nmのパルス光のみを透過させる。
The band pass filter 4 allows only pulse light having a target wavelength to pass among a plurality of pulse lights having different wavelengths generated by the
ビームスプリッタ6は、バンドパスフィルタ4を透過したパルス光を所定の比率で2つのパルス光に分配し、それぞれをエミッタユニット10およびアンテナユニット20へ導く。エミッタユニット10へ導かれるパルス光は、エミッタユニット10を励起するためのポンプ光として用いられる。アンテナユニット20へ導かれるパルス光は、アンテナユニット20を励起するためのプローブ光として用いられる。
The
エミッタユニット10は、テラヘルツ波の発生源(照射部)であり、パルス光を受けてテラヘルツ波を発生する。エミッタユニット10は、典型的には、低温成長ガリウムヒ素(LT−GaAs)などからなるPC素子、または非線形結晶であるDAST素子が用いられる。
The
エミッタユニット10で発生したされたテラヘルツ波は、軸外し放物面ミラー14でその照射方向を変えられた上で、凸レンズ12で集光されて、サンプルSの目的の位置へ照射される。サンプルSに入射したテラヘルツ波の一部は、サンプルSで反射され、凸レンズ22で平行光とされた上で、軸外し放物面ミラー24によってアンテナユニット20へ導かれる。
The terahertz wave generated by the
アンテナユニット20は、検出部に相当し、サンプルSで反射されたテラヘルツ波を受光して、テラヘルツ波(反射波)の受光強度の時間波形を示す信号を信号処理装置100へ出力する。アンテナユニット20は、パルス光源2からのパルス光(プローブ光)を受信している間、受光しているテラヘルツ波の時間波形を示す信号を出力する。アンテナユニット20についても、低温成長ガリウムヒ素(LT−GaAs)を用いて実現できる。あるいは、InGaAsからなる基板を用いてアンテナユニット20を構成してもよい。
The
エミッタユニット10およびアンテナユニット20は、共通のパルス光源2からのパルス光を受光するように構成されており、このパルス光によって、テラヘルツ光の照射および受光の同期が実現される。
The
測定装置1は、テラヘルツ時間領域分光法に係る構成として、遅延ステージ30を含む。遅延ステージ30は、駆動機構(図示しない)によって紙面上下方向に予め定められた一定速度で往復運動するように構成されている。ビームスプリッタ6からのパルス光は、ミラー36によって遅延ステージ30へ導かれ、遅延ステージ30と一体的に移動するミラー32およびミラー34で順次反射されて、ミラー18へ導かれる。遅延ステージ30が紙面上下方向に一定速度で往復運動することで、ビームスプリッタ6からアンテナユニット20までの光路長は時間的に変化することになる。このような光路長の時間的変化は、サンプルSから生じるテラヘルツ波を検出する位相の時間的なずれを生じる。つまり、テラヘルツ時間領域分光法では、位相をずらして複数回測定した結果を用いて、テラヘルツ波の時間波形を合成する。これによって、時間領域を拡大してテラヘルツ波の時間波形を測定することができる。なお、測定装置1では、P波およびS波を切り替えて測定する必要はない。
The
凸レンズ12および22とサンプルSとの間の距離を約10mm程度とすることが好ましい。このような構成を採用することで、測定装置1をサンプルSへ接近させる必要がなく、測定手順をより容易化できる。
It is preferable that the distance between the
また、軸外し放物面ミラー14および24は、サンプルSへ照射されるテラヘルツ波の入射角およびサンプルSで反射されるテラヘルツ光の出射角がいずれも15°程度になるように構成されることが好ましい。このような入射角および出射角をいずれも比較的小さい値に維持することで、サンプルSの表面の凹凸による測定誤差への影響を低減できる。 Further, the off-axis parabolic mirrors 14 and 24 are configured such that the incident angle of the terahertz wave irradiated to the sample S and the emission angle of the terahertz light reflected by the sample S are both about 15 °. Is preferred. By maintaining both the incident angle and the outgoing angle at a relatively small value, it is possible to reduce the influence on the measurement error due to the unevenness of the surface of the sample S.
図4に示す測定装置1に代えて、図5に示す測定装置1Aを採用してもよい。図5は、本実施の形態の変形例に従う測定装置1Aの装置構成を示す模式図である。
Instead of the measuring
図5に示す測定装置1Aでは、サンプルSに向けて照射するテラヘルツ波の光軸と、サンプルSで反射波されたテラヘルツ波の光軸とが同じになっている。測定装置1Aは、測定装置1に比較して、凸レンズ12および22に代えて、凸レンズ28およびハーフミラー26を有している。さらに、軸外し放物面ミラー14および24の向きが変更されている。つまり、エミッタユニット10で発生したテラヘルツ波は、軸外し放物面ミラー14で反射されて紙面左方向に伝搬し、その後ハーフミラー26によって紙面上下方向に反射される。そして、テラヘルツ波は、凸レンズ28を通じてサンプルSへ照射される。サンプルSで反射されたテラヘルツ波は、ハーフミラー26で反射されて紙面左方向に伝搬し、その後軸外し放物面ミラー24で反射されてアンテナユニット20へ入射する。
In the
テラヘルツ波に対するハーフミラー26としては、ワイヤーグリッドなどを用いることができる。この場合には、エミッタユニット10に対してアンテナユニット20を90°回転させて配置することで、偏光を利用して、テラヘルツ波を分離することができる。
As the
その他の構成については、図4に示す測定装置1と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
Since other configurations are the same as those of measuring
<D.信号処理装置の装置構成>
次に、信号処理装置100の装置構成について説明する。図6は、本実施の形態に従う測定装置1の信号処理装置100の装置構成を示す模式図である。
<D. Device Configuration of Signal Processing Device>
Next, the device configuration of the
図6を参照して、信号処理装置100は、典型的には汎用的なコンピュータによって実現され、オペレーティングシステム(OS:Operating System)を含む各種プログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)102と、CPU102でのプログラムの実行に必要なデータを一時的に記憶するメモリ104と、CPU102で実行されるプログラムを不揮発的に記憶するハードディスク106とを含む。信号処理装置100を構成する各コンポーネントは、バス120を介して互いに通信可能に接続されている。
Referring to FIG. 6,
ハードディスク106には、本実施の形態に従う測定方法を実現するための測定プログラム108が予め格納されている。このような測定プログラム108は、CD−ROM(Compact Disk-Read Only Memory)ドライブ110によって、記録媒体の一例であるCD−ROM112などから読取られる。すなわち、本実施の形態に従う測定方法を実現するための測定プログラム108は、CD−ROM112などの記録媒体などに格納されて流通する。あるいは、ネットワークを介して測定プログラム108を配信してもよい。このような場合、測定プログラム108は、信号処理装置100のネットワークインターフェイス114を介して受信され、ハードディスク106に格納される。
ディスプレイ116は、測定結果などをユーザへ表示する。入力部118は、典型的には、キーボードやマウスなどを含み、ユーザの操作を受付ける。
The
なお、上述の機能の一部または全部を専用のハードウェアで実現してもよい。また、測定装置1とは別体として、信号処理装置100を設けてもよい。つまり、測定装置1のアンテナユニット20で検出された反射波の振幅の時間波形を何らかの手段を用いて格納し、信号処理装置100が格納された時間波形を読み出して処理するようにしてもよい。
Note that some or all of the above functions may be realized by dedicated hardware. Further, the
<E.信号処理装置の機能構成>
次に、本実施の形態に従う測定装置1の信号処理装置100における機能構成について説明する。上述したように、本実施の形態に従う測定方法では、サンプルの各界面で生じるそれぞれの反射波の時間波形を集合させたものであるとみなし、各反射波のシミュレーション波形を合成することで得られる時間波形を観測される時間波形にフィッティングさせる。
<E. Functional configuration of signal processing device>
Next, a functional configuration in
本実施の形態においては、基準サンプルから測定された時間波形データをリファレンスデータに設定し、サンプルから測定された時間波形データは各界面で反射したリファレンスデータの集合と仮定する。各界面で反射したリファレンスデータの間隔と各層の屈折率とをパラメータとしてフィッティング(典型的には、最小二乗法)する。残差計算の範囲内において、各界面での透過波および反射波をすべてシミュレーションし、フィッティング結果であるリファレンスデータの間隔および屈折率から、サンプルSの各層の特性値を取得する。 In this embodiment, time waveform data measured from a reference sample is set as reference data, and the time waveform data measured from the sample is assumed to be a set of reference data reflected at each interface. Fitting (typically, the method of least squares) is performed with the interval between the reference data reflected at each interface and the refractive index of each layer as parameters. Within the range of residual calculation, all the transmitted waves and reflected waves at each interface are simulated, and the characteristic values of each layer of the sample S are obtained from the interval and refractive index of the reference data as the fitting results.
図7は、本実施の形態に従う測定装置1の信号処理装置100の機能構成を示す模式図である。図7に示す各モジュールは、典型的には、信号処理装置100のCPU102が測定プログラム108を実行することで実現される。但し、それらの機能の全部または一部を、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのハードワイヤード回路を用いて実現してもよい。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a functional configuration of the
図7を参照して、信号処理装置100は、その機能構成として、リファレンス時間波形データ保持部152と、サンプル時間波形データ保持部154と、評価モジュール156と、換算モジュール158と、反射波シミュレート部160とを含む。
Referring to FIG. 7,
リファレンス時間波形データ保持部152は、リファレンス測定によって測定されたリファレンス時間波形データを保持する。すなわち、リファレンス時間波形データ保持部152は、エミッタユニット10(照射部)から基準サンプルに向けてテラヘルツ波を照射したときに、基準サンプルで反射して生じるテラヘルツ波をアンテナユニット20(検出部)が検出することでリファレンス時間波形(第1の時間波形)を取得する。基準サンプルは、エミッタユニット10から照射されるテラヘルツ波の(生の)時間波形を取得するためのものであり、図4または図5の構成においてサンプルSに代えて配置される。すなわち、リファレンス測定では、上述の図1または図2に示すような時間波形が取得される。基準サンプルとしては、照射されたテラヘルツ波に対して単一の反射波を生じるような構造が好ましく、例えば、導電率の高い金などを表面にメッキした平面板などが用いられる。
The reference time waveform
サンプル時間波形データ保持部154は、サンプル測定によって測定されたサンプル時間波形データを保持する。すなわち、サンプル時間波形データ保持部154は、エミッタユニット10(照射部)から測定対象のサンプルSに向けてテラヘルツ波を照射したときに、サンプルSで反射して生じるテラヘルツ波をアンテナユニット20(検出部)が検出することでサンプル時間波形(第2の時間波形)を取得する。本実施の形態において、サンプルSの層構造は既知であるとする。後述するフィッティングの精度を高めるために、リファレンス測定によって取得された時間波形中の反射波ピークの位置に、サンプル測定によって取得された時間波形中の第1番目のピークの位置が近接するように、サンプル測定および後処理が行われることが好ましい。
The sample time waveform
反射波シミュレート部160は、サンプルSを構成する各層の特性値を示すパラメータについてそれぞれ初期値を設定するとともに、それぞれのパラメータの初期値から、リファレンス時間波形(第1の時間波形)を用いてサンプルSの各界面で生じるそれぞれの反射波の時間波形(以下、「シミュレーション波形」とも称す。)を推定する。より具体的には、反射波シミュレート部160は、各層情報保持部162と、開始位置オフセット保持部164と、シミュレーション波形生成モジュール166と、シミュレーション波形保持部168と、加算モジュール169とを含む。
The reflected
各層情報保持部162は、サンプルSの各層の特性値を保持する。入射したテラヘルツ波の反射および透過の挙動を特定できれば、各層の特性値としては、どのような情報を用いてもよい。本実施の形態においては、一例として、サンプルSの各層について、光路長Dおよび屈折率nの組を有しているとする。但し、計算の便宜上、光路長Dは、時間波形データと同一の時間軸上でのデータ数を用いる。つまり、テラヘルツ波がその膜厚(光路)を伝搬するのに要する時間に相当する時間軸上におけるデータ数を、各層の光路長(すなわち、反射波間の時間間隔)として用いる。このように、サンプルSを構成する各層の特性値は、各層の屈折率および膜厚に相当する光路長を含む。
Each layer
あるいは、サンプルSの各層について、光路長Dおよび反射率Rの組を有しているものとしてもよい。反射率Rは、各界面を構成する層の屈折率に依存して定まるので、各層の屈折率に代えて、反射率Rを用いても実質的に等価な処理を行うことができる。このように、サンプルSを構成する各層の特性値は、各層の反射率および膜厚に相当する光路長を含んでいてもよい。 Alternatively, each layer of the sample S may have a set of optical path length D and reflectance R. Since the reflectance R is determined depending on the refractive index of the layer constituting each interface, a substantially equivalent process can be performed even if the reflectance R is used instead of the refractive index of each layer. Thus, the characteristic value of each layer constituting the sample S may include an optical path length corresponding to the reflectance and film thickness of each layer.
各層情報保持部162が保持するサンプルSの各層の特性値は、フィッティングの初期段階では、既知の情報に基づいて、何らかの初期値が設定される。そして、フィッティングの進行に伴って、評価モジュール156からの修正指示に従って、サンプルSの各層の特性値は、順次更新される。
The characteristic value of each layer of the sample S held by each layer
開始位置オフセット保持部164は、リファレンス時間波形とサンプル時間波形との時間軸上のずれを修正するための開始位置オフセットを保持する。計算の便宜上、開始位置オフセットは、時間軸上におけるデータ数として定義される。
The start position offset holding
シミュレーション波形生成モジュール166は、各層情報保持部162が保持するサンプルSの各層の特性値を示すパラメータ、および開始位置オフセット保持部164が保持する開始位置オフセットなどを用いて、テラヘルツ波がサンプルSへ入射したときに各界面で生じるであろう反射波の時間波形、つまりシミュレーション波形を生成する。すなわち、シミュレーション波形生成モジュール166は、リファレンス時間波形データ保持部152が保持するリファレンス時間波形を、各反射波の伝搬経路(光路)に応じた時間(データ数)だけ遅延させるとともに、伝搬経路に存在する界面の屈折率および反射率に応じた値を乗じて振幅を補正する。
The simulation
シミュレーション波形生成モジュール166は、例えば、層数LのサンプルSについては、各層のパラメータ(D1,n1),(D2,n2),…,(DL,nL)と、基板の反射率R0と、開始位置オフセット(データ数)とを用いて、推定されたそれぞれの反射波の時間波形を生成する。
For example, for the sample S with the number L of layers, the simulation
あるいは、シミュレーション波形生成モジュール166は、例えば、層数LのサンプルSについては、層のパラメータ(D1,R1),(D2,R2),…,(DL,RL)と、基板の反射率R0と、開始位置オフセット(データ数)とを用いて、推定されたそれぞれの反射波の時間波形を生成する。
Alternatively, for example, for the sample S having the number L of layers, the simulation
シミュレーション波形保持部168は、シミュレーション波形生成モジュール166がそれぞれ生成したシミュレーション波形を保持する。
The simulation
加算モジュール169は、シミュレーション波形保持部168に保持されているそれぞれのシミュレーション波形を合成する。
The
評価モジュール156は、反射波シミュレート部160から出力される、それぞれのシミュレーション波形を合成した時間波形と、サンプル時間波形データ保持部154が保持するサンプル時間波形との類似度を評価し、両時間波形が類似していない場合には、各層情報保持部162、および/または、開始位置オフセット保持部164へ修正指示を与える。評価モジュール156は、このような評価および修正を繰返すことで、実際に検出されたサンプル時間波形データに対して、最も確からしいサンプルSの各層の特性値を決定する。
The
すなわち、評価モジュール156は、それぞれのシミュレーション波形(推定された反射波の時間波形)を合成した時間波形とサンプル時間波形(第2の時間波形)との間の誤差が予め定められた値を下回るまで、それぞれのパラメータを初期値から順次変化させることで、サンプルSの特性値を探索する。評価モジュール156は、サンプルSを構成する各層の特性値(光路長Dおよび屈折率nの組)に加えて、それぞれのシミュレーション波形(推定された反射波の時間波形)を合成した時間波形とサンプル時間波形(第2の時間波形)との間の時間軸上のオフセット(開始位置オフセット)の大きさについても変更する。
That is, the
評価モジュール156の探索手法としては、公知の各種手法を採用できるが、以下の説明では、典型例として、最小二乗法を用いた例を示す。
Various known methods can be employed as the search method of the
換算モジュール158は、評価モジュール156による探索の結果決定されたサンプルSの各層の特性値を示すパラメータ(例えば、(D1,n1),(D2,n2),…,(DL,nL))から、各層の現実の膜厚を計算する。
The
以上のように、本実施の形態に従う測定装置1では、サンプルSで生じる各反射波の時間波形を推定するとともに、それぞれの推定された反射波の合成波を実際に測定された時間波形に対してフィッティングすることで、サンプルSの特性値を決定する。
As described above, in measuring
<F.処理手順>
次に、本実施の形態に従う測定方法の処理手順について説明する。
<F. Processing procedure>
Next, the procedure of the measurement method according to the present embodiment will be described.
(f1:全体処理手順)
図8は、本実施の形態に従う測定方法の処理手順を示すフローチャートである。図8を参照して、まず、ユーザは、リファレンス測定を実行し、リファレンス時間波形データを取得する(ステップS2)。すなわち、ユーザは、測定装置1の所定位置に基準サンプルを配置し、基準サンプルに向けてテラヘルツ波を照射することで、リファレンス時間波形データを測定する。
(F1: Overall processing procedure)
FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of the measurement method according to the present embodiment. Referring to FIG. 8, first, the user performs reference measurement to acquire reference time waveform data (step S2). That is, the user measures the reference time waveform data by placing the reference sample at a predetermined position of the measuring
続いて、ユーザは、サンプル測定を実行し、サンプル時間波形データを取得する(ステップS4)。すなわち、ユーザは、測定装置1の所定位置にサンプルを配置し、当該サンプルに向けてテラヘルツ波を照射することで、サンプル時間波形データを測定する。
Subsequently, the user performs sample measurement and acquires sample time waveform data (step S4). That is, the user measures sample time waveform data by placing a sample at a predetermined position of the measuring
なお、ステップS2およびステップS4の実行順序は問わない。また、複数のサンプルSを測定する場合には、リファレンス測定によって取得されたリファレンス時間波形を共通に用いて、各サンプルSを構成する多層膜の特性値を決定してもよい。 In addition, the execution order of step S2 and step S4 is not ask | required. Further, when measuring a plurality of samples S, the characteristic value of the multilayer film constituting each sample S may be determined using the reference time waveform acquired by the reference measurement in common.
続いて、ユーザは、リファレンス時間波形とサンプル時間波形との時間軸上のずれを修正するための開始位置オフセットに初期値を設定する(ステップS6)。なお、サンプル測定およびリファレンス測定の間で時間合わせが適切に行われている場合には、開始位置オフセットの初期値としてゼロを設定してもよい。 Subsequently, the user sets an initial value as a start position offset for correcting a deviation on the time axis between the reference time waveform and the sample time waveform (step S6). Note that if time adjustment is appropriately performed between the sample measurement and the reference measurement, zero may be set as the initial value of the start position offset.
続いて、ステップS10〜S32に示す、フィッティングが実行される。図8には、一例として、シンプレックス法による最小二乗法を用いてフィッティングする例を示す。 Subsequently, fitting shown in steps S10 to S32 is performed. FIG. 8 shows an example of fitting using the least square method based on the simplex method as an example.
より具体的には、まず、ユーザは、サンプルSを構成する各層の特性値を示すパラメータについてそれぞれ初期値を設定する(ステップS10)。以下の説明では、サンプルS(層数L)についてのパラメータ(D1,n1),(D2,n2),…,(DL,nL)、開始位置オフセット(データ数)、および基板の反射率R0とのセットをパラメータ・ベクトルと記す。 More specifically, the user first sets an initial value for each parameter indicating the characteristic value of each layer constituting the sample S (step S10). In the following description, parameters (D1, n1), (D2, n2),..., (DL, nL), start position offset (data number), and substrate reflectivity R0 for sample S (number of layers L) Is a parameter vector.
続いて、信号処理装置100は、パラメータ・ベクトルの初期値に基づいて1つの変数のみに揺らぎを与えるための新たなパラメータ・ベクトルを作成する(ステップS12)。このとき、パラメータ・ベクトルの総数は、パラメータ・ベクトルに含まれるパラメータ数+1個になる。なお、値を固定したいパラメータに対しては、揺らぎ値を0とする。
Subsequently, the
続いて、信号処理装置100は、各パラメータ・ベクトルに基づいて残差を計算する(ステップS14)。より具体的には、信号処理装置100は、各パラメータ・ベクトルに基づいて、リファレンス時間波形からそれぞれの反射波の時間波形を決定し、それぞれの反射波の時間波形を合成することで、サンプル時間波形のシミュレーション結果を計算し、実測されたサンプル時間波形との間の残差を計算する。
Subsequently, the
続いて、信号処理装置100は、全パラメータ・ベクトルを用いてシンプレックスサイズを計算する(ステップS16)。そして、信号処理装置100は、計算されたシンプレックスサイズが予め定められた設定値以下であるか否かを判断する(ステップS18)。計算されたシンプレックスサイズが予め定められた設定値以下である場合(ステップS18においてYESの場合)には、信号処理装置100は、最小二乗法の処理を終了する(ステップS32)。
Subsequently, the
計算されたシンプレックスサイズが予め定められた設定値を超えている場合(ステップS18においてNOの場合)には、信号処理装置100は、各パラメータ・ベクトルについての残差をその値が大きい順に並べ替えるとともに、全パラメータ・ベクトルを用いて、鏡映・拡大・縮小鏡映・縮小のパラメータ・ベクトルを計算する(ステップS20)。
If the calculated simplex size exceeds a predetermined set value (NO in step S18), the
信号処理装置100は、計算されたパラメータ・ベクトルによる残差が一番目のパラメータ・ベクトルの残差より小さいか否かを判断する(ステップS22)。計算されたパラメータ・ベクトルによる残差が一番目のパラメータ・ベクトルの残差より小さい場合(ステップS22においてYESの場合)には、信号処理装置100は、ベクトル値を入れ替える(ステップS24)。そして、信号処理装置100は、計算された残差の最小値が予め定められた設定値以下であるか否かを判断する(ステップS26)。計算された残差の最小値が予め定められた設定値以下である場合(ステップS26においてYESの場合)には、信号処理装置100は、最小二乗法の処理を終了する(ステップS32)。
The
一方、計算された残差の最小値が予め定められた設定値を超えている場合(ステップS26においてNOの場合)には、信号処理装置100は、繰返し回数が予め設定した設定値に到達したか否かを判断する(ステップS28)。繰返し回数が予め設定した設定値に到達している場合(ステップS28においてYESの場合)には、信号処理装置100は、最小二乗法の処理を終了する(ステップS32)。繰返し回数が予め設定した設定値に到達していない場合(ステップS28においてNOの場合)には、ステップS14以下の処理が繰返される。
On the other hand, when the calculated minimum value of the residual exceeds a predetermined set value (NO in step S26),
これに対して、計算されたパラメータ・ベクトルによる残差が一番目のパラメータ・ベクトルの残差以上である場合(ステップS22においてNOの場合)には、信号処理装置100は、元のパラメータ・ベクトルを縮小する(ステップS30)。そして、ステップS14以下の処理が繰返される。
On the other hand, when the residual by the calculated parameter vector is equal to or larger than the residual of the first parameter vector (in the case of NO in step S22), the
ステップS10〜S32に示すフィッティングが完了すると、その結果として、サンプルSの各層について、光路長Dと屈折率nとの組が計算される。最終的に、信号処理装置100は、計算された光路長Dと屈折率nとの組から、サンプルSの各層の膜厚を計算する(ステップS40)。すなわち、信号処理装置100は、推定されたそれぞれの反射波の時間波形を合成した時間波形とサンプル時間波形(第2の時間波形)との間の誤差が予め定められた値を下回るまで、それぞれのパラメータを初期値から順次変化させることで、サンプルSの特性値を探索する。
When the fitting shown in steps S10 to S32 is completed, as a result, a set of the optical path length D and the refractive index n is calculated for each layer of the sample S. Finally, the
なお、サンプルSの特性値としては、各層の膜厚に限らず、界面の反射率などを併せて計算するようにしてもよい。あるいは、各層の屈折率をそのまま測定結果として出力してもよい。 Note that the characteristic value of the sample S is not limited to the film thickness of each layer, and the reflectance of the interface may be calculated together. Or you may output the refractive index of each layer as a measurement result as it is.
(f2:残差計算)
図9は、図8に示すフローチャート中の残差計算の処理手順を示すフローチャートである。図9に示すフローチャートでは、パラメータ・ベクトルに含まれる各層の屈折率を用いて、フレネルの式に基づいて、サンプルSの各界面の反射率および透過率が計算される。なお、シミュレーションにより計算される反射波の時間波形と実測のサンプル時間波形との間のピーク高さを調整するために、反射率が既知のサンプルで予め算出しておいた定数を用いることが好ましい。
(F2: residual calculation)
FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure of residual calculation in the flowchart shown in FIG. In the flowchart shown in FIG. 9, the reflectance and transmittance of each interface of the sample S are calculated based on the Fresnel equation using the refractive index of each layer included in the parameter vector. In order to adjust the peak height between the time waveform of the reflected wave calculated by simulation and the actually measured sample time waveform, it is preferable to use a constant calculated in advance for a sample with a known reflectance. .
まず、信号処理装置100は、テラヘルツ波がサンプルSに入射する面における透過波(次の界面へ移動する波)および反射波(空気層へ反射する波)の挙動データを計算する(ステップS100)。挙動データは、反射率、データ数、これまで通過してきた境界、正負の向きなどの情報を含む。例えば、図3の○印で示す初期位置(計算の便宜上、界面番号を「0」とする)において、空気層200の空気屈折率n0と第1層202の屈折率n1とを用いて、透過波および反射波の比率などを決定する。そして、信号処理装置100は、反射波のデータをシミュレーション波形(実測されるはずである波)として格納する。一方、信号処理装置100は、透過光のデータを次の界面に入射する波の挙動データとして用いる。
First, the
続いて、信号処理装置100は、次の界面における透過波(次の界面へ移動する波)および反射波(空気層へ反射する波)の挙動データを計算する(ステップS102)。すなわち、信号処理装置100は、前の界面における計算において計算された透過波の挙動データを用いて対象の界面に入射するテラヘルツ波の挙動を評価する。
Subsequently, the
そして、信号処理装置100は、計算した透過波の挙動データに基づいて、透過光が次に続く状態であるか否かを判断する(ステップS104)。ここで、「透過光が次に続く状態である」とは、本実施の形態に従うフィッティングにおいて挙動を計算することに意味があることを示し、例えば、対象の界面における反射率(強度)が予め定められた設定値以上であること、および時間波形を示すデータ数が計算範囲内にあること、といった条件を満たす状態を意味する。
Then, the
透過光が次に続く状態である場合(ステップS104においてYESの場合)には、信号処理装置100は、当該透過光のデータを次の界面に入射する波の挙動データとして用いる(ステップS106)。
When the transmitted light is in the next state (YES in step S104), the
さらに、信号処理装置100は、計算した反射波の挙動データに基づいて、反射光が次に続く状態であるか否かを判断する(ステップS108)。ここで、「反射光が次に続く状態である場合」とは、本実施の形態に従うフィッティングにおいて挙動を計算することに意味があることを示し、例えば、対象の界面における反射率(強度)が予め定められた設定値以上であること、および時間波形を示すデータ数が計算範囲内にあること、といった条件を満たす状態を意味する。
Further, the
反射光が次に続く状態である場合(ステップS108においてYESの場合)には、信号処理装置100は、当該反射光のデータを内部光のデータとして格納する(ステップS110)。
When the reflected light is in the following state (YES in step S108), the
反射光が次に続く状態ではない場合(ステップS108においてNOの場合)、またはステップS110の実行後、ステップS102以下の処理が繰返される。 If the reflected light is not in the following state (NO in step S108), or after execution of step S110, the processes in and after step S102 are repeated.
これに対して、透過光が次に続く状態ではない場合(ステップS104においてNOの場合)には、信号処理装置100は、当該透過光のデータがサンプルS表面の空気層との界面を抜けてアンテナユニット20へ向けて伝搬する状態であるか否かを判断する(ステップS112)。透過光のデータがサンプルS表面の空気層との界面を抜けてアンテナユニット20へ向けて伝搬する状態である場合(ステップS112においてYESの場合)には、信号処理装置100は、当該透過波のデータをシミュレーション波形として格納する(ステップS114)。
On the other hand, when the transmitted light is not in the following state (NO in step S104), the
透過光のデータがサンプルS表面の空気層との界面を抜けてアンテナユニット20へ向けて伝搬する状態ではない場合(ステップS112においてNOの場合)、またはステップS114の実行後、信号処理装置100は、計算した反射波の挙動データに基づいて、反射光が次に続く状態であるか否かを判断する(ステップS116)。反射光が次に続く状態である場合(ステップS116においてYESの場合)には、信号処理装置100は、当該反射光のデータを次の界面に入射する波の挙動データとして用いる(ステップS118)。そして、ステップS102以下の処理が繰返される。
When the transmitted light data is not in a state of propagating through the interface with the air layer on the surface of the sample S toward the antenna unit 20 (NO in step S112), or after executing step S114, the
一方、反射光が次に続く状態ではない場合(ステップS116においてNOの場合)には、信号処理装置100は、先に格納した内部光のデータが存在するか否かを判断する(ステップS120)。先に格納した内部光のデータが存在する場合(ステップS120においてYESの場合)には、当該内部光のデータを次の界面に入射する波の挙動データとして用いる(ステップS122)。そして、ステップS102以下の処理が繰返される。
On the other hand, when the reflected light is not in the following state (NO in step S116), the
先に格納した内部光のデータが存在しない場合(ステップS120においてNOの場合)には、シミュレーション波形の生成処理は終了する。そして、信号処理装置100は、生成したシミュレーション波形を合成した時間波形を生成する(ステップS130)。すなわち、信号処理装置100は、サンプルSを構成する各層の特性値を示すパラメータについてそれぞれ設定された初期値から、リファレンス時間波形(第1の時間波形)を用いてサンプルSの各界面で生じるそれぞれの反射波の時間波形を推定する。なお、格納されたシミュレーション波形の挙動データに含まれる、データ数や反射率に基づいて、シミュレーション波形を総和したシミュレーションデータを計算する。そして、信号処理装置100は、予め定められた範囲について、実測されたサンプル時間波形と、計算されたシミュレーションデータとの差の2乗和平均を残差として出力する(ステップS132)。
If the previously stored internal light data does not exist (NO in step S120), the simulation waveform generation process ends. And the
<G.解析例>
次に、本実施の形態に従う測定方法を用いて解析例について説明する。図10は、本実施の形態に従う測定方法を用いて単層構造を有するサンプルの特性値を測定した解析例を示す。図10に示す解析例では、銅板を基板とし、薄膜を貼り付けたサンプルを用いた。なお、図10には、1回当たりの測定時間を3.1秒とした測定を40回行った平均値を示す。図10(a)には、サンプル測定によって測定されたサンプル時間波形データ(実測データ)と、サンプルで生じ得るシミュレーション波形L1〜L5とを示す。また、図10(a)には、シミュレーション波形L1〜L5を合成した時間波形と、当該合成した時間波形の実測データに対する誤差についても併せて示す。図10(b)には、シミュレーション波形L1〜L5の時間波形のみを示す。
<G. Analysis example>
Next, an analysis example will be described using the measurement method according to the present embodiment. FIG. 10 shows an analysis example in which the characteristic value of a sample having a single layer structure is measured using the measurement method according to the present embodiment. In the analysis example shown in FIG. 10, the sample which used the copper plate as the board | substrate and stuck the thin film was used. In addition, in FIG. 10, the average value which performed the measurement which made the measurement time per time 3.1 seconds was performed 40 times is shown. FIG. 10A shows sample time waveform data (actual measurement data) measured by the sample measurement and simulation waveforms L1 to L5 that can occur in the sample. FIG. 10A also shows a time waveform obtained by synthesizing the simulation waveforms L1 to L5 and an error with respect to the actually measured data of the synthesized time waveform. FIG. 10B shows only the time waveforms of the simulation waveforms L1 to L5.
なお、図3に示す模式図を参照しつつ、シミュレーション波形L1〜L5の伝搬経路(光路)を示すと、以下のようになる。 In addition, it is as follows when the propagation path (optical path) of simulation waveform L1-L5 is shown, referring the schematic diagram shown in FIG.
L1:R[0]
L2:T[0]⇒R[1]⇒T[0]
L3:T[0]⇒R[1]⇒R[0]⇒R[1]⇒T[0]
L4:T[0]⇒R[1]⇒R[0]⇒R[1]⇒R[0]⇒R[1]⇒T[0]
L5:T[0]⇒R[1]⇒R[0]⇒R[1]⇒R[0]⇒R[1]⇒R[0]⇒R[1]⇒T[0]
図10(a)に示すように、本実施の形態に従う測定方法によれば、実測データに対して生じる誤差がわずかであることが分かる。具体的には、サンプル上に形成された薄膜の膜厚は、マイクロメーターノギス測定で63.2μm(10回平均)であったのに対して、本実施の形態に従う測定方法によって同一のサンプルを測定して得られた膜厚は、63.3μmであった。つまり、誤差は、1.5μmとなり、誤差率は約2.37%となり、十分に高い測定精度が得られていることが分かる。
L1: R [0]
L2: T [0] ⇒R [1] ⇒T [0]
L3: T [0] ⇒R [1] ⇒R [0] ⇒R [1] ⇒T [0]
L4: T [0] ⇒R [1] ⇒R [0] ⇒R [1] ⇒R [0] ⇒R [1] ⇒T [0]
L5: T [0] ⇒R [1] ⇒R [0] ⇒R [1] ⇒R [0] ⇒R [1] ⇒R [0] ⇒R [1] ⇒T [0]
As shown in FIG. 10 (a), according to the measurement method according to the present embodiment, it can be seen that there is only a slight error with respect to the actual measurement data. Specifically, the thickness of the thin film formed on the sample was 63.2 μm (average of 10 times) by micrometer caliper measurement, whereas the same sample was obtained by the measurement method according to the present embodiment. The film thickness obtained by the measurement was 63.3 μm. That is, the error is 1.5 μm and the error rate is about 2.37%, which indicates that sufficiently high measurement accuracy is obtained.
<H.変形例>
上述の実施の形態においては、サンプルを構成する膜の屈折率または反射率が既知である場合にサンプルの特性値を測定する方法について説明したが、本実施の形態に従う測定方法は、膜厚が既知である場合に、未知の屈折率を測定することも可能である。
<H. Modification>
In the above-described embodiment, the method for measuring the characteristic value of the sample when the refractive index or reflectance of the film constituting the sample is known has been described. However, the measurement method according to the present embodiment has a film thickness. It is also possible to measure an unknown refractive index if known.
図11は、本発明の実施の形態の変形例に従う測定方法の処理手順を示すフローチャートである。図11に示すフローチャートでは、ピーク分離していない、生のサンプル時間波形データを解析対象のデータとする。本測定方法では、開始位置オフセットを調整することで、既知の膜厚との差(以下「膜厚差」とも称す。)が最小となるようにピークの位置を探索し、続いて、探索の結果決定された開始位置オフセットを用いて、屈折率を決定する。すなわち、開始位置オフセットの探索処理が実行され、続いて、屈折率の探索処理が実行される。 FIG. 11 is a flowchart showing a processing procedure of the measurement method according to the modification of the embodiment of the present invention. In the flowchart shown in FIG. 11, raw sample time waveform data that has not undergone peak separation is taken as data to be analyzed. In this measurement method, by adjusting the start position offset, the peak position is searched so that the difference from the known film thickness (hereinafter also referred to as “film thickness difference”) is minimized. The refractive index is determined using the resulting starting position offset. That is, the search process for the start position offset is executed, and then the search process for the refractive index is executed.
開始位置オフセットの探索処理では、開始位置オフセットを複数の値にそれぞれ設定するとともに、各設定された開始位置オフセットについて、膜厚差を評価する。すなわち、上述した図8に示す処理手順では、開始位置オフセットについても、フィッティング時の変動パラメータとしていたが、図11に示す処理手順において実行される図8に示す処理手順では、開始位置オフセットとしては予め設定された固定値を用いる。本変形例においては、図11に示すサンプルSの特性値の探索処理では、サンプルSの特性値として各層の膜厚が探索される。 In the start position offset search process, the start position offset is set to a plurality of values, and the film thickness difference is evaluated for each set start position offset. That is, in the processing procedure shown in FIG. 8 described above, the start position offset is also a variation parameter at the time of fitting. However, in the processing procedure shown in FIG. 8 executed in the processing procedure shown in FIG. A preset fixed value is used. In this modification, the film thickness of each layer is searched as the characteristic value of the sample S in the characteristic value searching process of the sample S shown in FIG.
より具体的には、信号処理装置100は、サンプル時間波形データの振幅が正になる位置(データ番号)を開始位置オフセットの初期値として設定する(ステップS200)。そして、信号処理装置100は、開始位置オフセットの設定値を用いて、図8に示す処理手順を実行し、サンプルの各層の膜厚を計算する(ステップS202)。信号処理装置100は、計算された膜厚と開始位置オフセットの値とを対応付けて格納する。すなわち、信号処理装置100は、それぞれのシミュレーション波形を合成した時間波形とサンプル時間波形(第2の時間波形)との間の時間軸上のオフセット(開始位置オフセット)の大きさを複数に異ならせるとともに、それぞれのオフセットの大きさについてサンプルSの膜厚をそれぞれ計算する。
More specifically, the
そして、信号処理装置100は、開始位置オフセットを探索間隔だけインクリメントし(ステップS204)、インクリメント後の開始位置オフセットがサンプル時間波形データの振幅が最大となる位置(データ番号)に到達したか否かを判断する(ステップS206)。インクリメント後の開始位置オフセットがサンプル時間波形データの振幅が最大となる位置(データ番号)に到達していない場合(ステップS206においてNOの場合)には、ステップS202以下の処理が繰返される。
Then, the
これに対して、インクリメント後の開始位置オフセットがサンプル時間波形データの振幅が最大となる位置(データ番号)に到達している場合(ステップS206においてYESの場合)には、計算された膜厚のうち、既知の膜厚との差が最小となる膜厚に関連付けられる開始位置オフセットを決定する(ステップS208)。すなわち、信号処理装置100は、サンプルSの膜厚と既知の膜厚との差が最小となるオフセット(開始位置オフセット)の大きさを決定する。以上で、開始位置オフセットの探索処理が完了する。
On the other hand, when the incremented start position offset has reached the position (data number) where the amplitude of the sample time waveform data is maximum (in the case of YES in step S206), the calculated film thickness Of these, the start position offset associated with the film thickness that minimizes the difference from the known film thickness is determined (step S208). That is, the
図12は、本発明の実施の形態の変形例に従う測定方法における開始位置オフセットの探索範囲の一例を示す図である。図12に示すように、開始位置オフセットの探索範囲は、(サンプル時間波形データの振幅が正になる位置+探索間隔)から(サンプル時間波形データの振幅が最大となる位置−探索間隔)の範囲となる。 FIG. 12 is a diagram showing an example of a search range for the start position offset in the measurement method according to the modification of the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, the search range of the start position offset is a range from (position where the amplitude of the sample time waveform data is positive + search interval) to (position where the amplitude of the sample time waveform data is maximum−search interval). It becomes.
なお、探索間隔を段階的に狭くしつつ、ステップS202〜S208の処理を繰返し実行してもよい。例えば、計算時間の短縮のため、最初の探索では探索範囲を10等分するような探索間隔を設定し、次の探索では膜厚差が最小となった位置±探索間隔の範囲を10等分して新たな探索間隔を決定するという手順で、探索間隔が順次小さくしていき、最小単位(すなわち、1データ)となるまで繰返してもよい。 Note that the processing in steps S202 to S208 may be repeatedly executed while the search interval is narrowed in steps. For example, in order to shorten the calculation time, a search interval that divides the search range into 10 equal parts is set in the first search, and a position where the film thickness difference is minimized in the next search ± the search interval range is divided into 10 equal parts. Then, the search interval may be sequentially reduced by the procedure of determining a new search interval, and repeated until the minimum unit (ie, one data) is reached.
図13は、本発明の実施の形態の変形例に従う測定方法における探索過程の評価値の一例を示す図である。図13(a)には、開始位置オフセットと膜厚差との関係を示し、図13(b)および図13(c)には、屈折率と膜厚差との関係を示す。 FIG. 13 is a diagram showing an example of the evaluation value of the search process in the measurement method according to the modification of the embodiment of the present invention. FIG. 13A shows the relationship between the start position offset and the film thickness difference, and FIGS. 13B and 13C show the relationship between the refractive index and the film thickness difference.
ステップS200〜S208に示す開始位置オフセットの探索処理では、開始位置オフセットの値を予め設定することになるが、開始位置オフセットを変化させることで、シミュレーション波形を合成した時間波形に生じるピーク高さが変化し、計算される膜厚差および屈折率も変化することになる(図13(a)および図13(b)参照)。 In the start position offset search process shown in steps S200 to S208, the value of the start position offset is set in advance. By changing the start position offset, the peak height generated in the time waveform obtained by synthesizing the simulation waveform is reduced. As a result, the calculated film thickness difference and refractive index also change (see FIGS. 13A and 13B).
続いて、屈折率の探索処理が実行される。この屈折率の探索処理では、探索範囲内で屈折率を順次変化させて、膜厚差が最も小さくなる屈折率を決定する。すなわち、上述した図8に示す処理手順では、屈折率をフィッティング時の変動パラメータとしていたが、図11に示す処理手順において実行される図8に示す処理手順では、屈折率は予め設定された固定値を用いる。 Subsequently, a refractive index search process is executed. In this refractive index search process, the refractive index is sequentially changed within the search range to determine the refractive index with the smallest difference in film thickness. That is, in the processing procedure shown in FIG. 8 described above, the refractive index is used as a fluctuation parameter at the time of fitting. However, in the processing procedure shown in FIG. 8 executed in the processing procedure shown in FIG. Use the value.
より具体的には、信号処理装置100は、開始位置オフセットの探索処理で決定された開始位置オフセットを初期値に設定するとともに、屈折率およびその探索範囲の初期値を設定する(ステップS210)。より具体的には、屈折率の探索範囲の初期値は、(1)開始位置オフセットの探索処理で計算された膜厚値差のうち、その大きさが小さい方から2番目および3番目となる屈折率の範囲、あるいは、(2)開始位置オフセットの探索処理で計算された膜厚値差が最小となる屈折率±定数(例えば、0.05)の範囲、などが設定される。
More specifically, the
続いて、信号処理装置100は、屈折率の初期値を用いて、図8に示す処理手順を実行し、サンプルの各層の膜厚を計算する(ステップS212)。信号処理装置100は、計算された膜厚と屈折率の値とを対応付けて格納する。すなわち、信号処理装置100は、決定されたオフセットの大きさの下で、サンプルSの各層の屈折率を複数に異ならせるとともに、それぞれの屈折率についてサンプルSの膜厚をそれぞれ計算する。
Subsequently, the
そして、信号処理装置100は、屈折率を探索間隔だけインクリメントし(ステップS214)、インクリメント後の屈折率が予め設定した探索範囲内に存在するか否かを判断する(ステップS216)。インクリメント後の屈折率が予め設定した探索範囲内に存在する場合(ステップS216においてYESの場合)には、ステップS212以下の処理が繰返される。
Then, the
これに対して、インクリメント後の屈折率が予め設定した探索範囲内に存在しない場合(ステップS216においてNOの場合)には、計算された膜厚のうち、既知の膜厚との差が最小となる膜厚に関連付けられる屈折率を決定する(ステップS218)。すなわち、信号処理装置100は、サンプルSの膜厚と既知の膜厚との差が最小となる屈折率をサンプルSの屈折率として出力する。以上で、屈折率の探索処理が完了する。
On the other hand, when the refractive index after increment does not exist within the preset search range (NO in step S216), the difference between the calculated film thickness and the known film thickness is the minimum. The refractive index associated with the film thickness is determined (step S218). That is, the
そして、信号処理装置100は、決定されたサンプルSの屈折率を最終的な結果として出力する(ステップS220)。
Then, the
なお、探索間隔を段階的に狭くしつつ、ステップS212〜S218の処理を繰返し実行してもよい。例えば、計算時間の短縮のため、最初の探索では探索範囲を10等分するような探索間隔を設定し、次の探索では膜厚差が最小となった位置±探索間隔の範囲を10等分して新たな探索間隔を決定するという手順で、探索間隔が順次小さくしていき、十分に小さい間隔(例えば、0.001)となるまで繰返してもよい。このような探索を繰返すことで、図13(b)に示すような評価結果を、図13(c)に示すまで詳細に評価することができる。 Note that the processing of steps S212 to S218 may be repeatedly executed while the search interval is narrowed stepwise. For example, in order to shorten the calculation time, a search interval that divides the search range into 10 equal parts is set in the first search, and a position where the film thickness difference is minimized in the next search ± the search interval range is divided into 10 equal parts. Then, the search interval may be sequentially decreased by the procedure of determining a new search interval and repeated until the interval becomes sufficiently small (for example, 0.001). By repeating such a search, the evaluation result as shown in FIG. 13B can be evaluated in detail until it is shown in FIG. 13C.
サンプルSが多層構造を有している場合には、各層について、図11に示す処理を繰返すようにしてもよい。また、サンプルSの膜厚が不明である場合には、探索処理において、残差が最小となるような膜厚および屈折率を探索してもよい。 When the sample S has a multilayer structure, the process shown in FIG. 11 may be repeated for each layer. If the film thickness of the sample S is unknown, the search process may search for a film thickness and a refractive index that minimize the residual.
なお、開始位置オフセットの初期揺らぎにより生じる誤差を評価してもよい。より具体的には、図11に示す屈折率の探索処理によって決定された屈折率の値を用いるとともに、サンプル時間波形データの振幅が正になる位置とサンプル時間波形データの振幅が最大となる位置との間の中間値を、開始位置オフセットの初期値として設定する。そして、開始位置オフセットの探索範囲×定数(例えば、0.8)を開始位置オフセットの初期揺らぎとして、図8に示す処理手順に従って、サンプルSの各層の膜厚を評価する。 An error caused by the initial fluctuation of the start position offset may be evaluated. More specifically, the refractive index value determined by the refractive index search process shown in FIG. 11 is used, and the position where the amplitude of the sample time waveform data becomes positive and the position where the amplitude of the sample time waveform data becomes maximum. Is set as the initial value of the start position offset. Then, using the search range of the start position offset × constant (for example, 0.8) as the initial fluctuation of the start position offset, the film thickness of each layer of the sample S is evaluated according to the processing procedure shown in FIG.
図14は、開始位置オフセットの初期揺らぎにより生じる誤差の評価を説明するための図である。図14を参照して、予め定められる開始位置オフセットに対して、何らかの初期揺らぎを与えることで、その場合に計算される膜厚などを評価する。 FIG. 14 is a diagram for explaining an evaluation of an error caused by the initial fluctuation of the start position offset. Referring to FIG. 14, by giving some initial fluctuation to a predetermined starting position offset, the film thickness calculated in that case is evaluated.
<I.利点>
本実施の形態に従う測定方法を用いることで、テラヘルツ時間領域分光法の反射光学系を用いて、不透明な膜や多層膜であるサンプルからの時間波形データである反射波(反射パルス)を取得する。また、振幅反射率が100%となるように補正した基準サンプルから時間波形データをリファレンスデータとして取得する。サンプルからの反射パルスに関して、当該サンプルの各界面からの反射パルスに分解した上でフィッティングを実行する。これによって、各界面の反射率ならびに各層の屈折率および光路長を取得する。さらに、各層の屈折率から層内への入射角度および反射角度を計算し、先に取得された光路長と合わせて膜厚値を決定できる。このような新規なアルゴリズムを採用することで、薄膜についても信頼性の高い膜厚値を測定することができる。
<I. Advantage>
By using the measurement method according to this embodiment, a reflected wave (reflected pulse) that is time waveform data from a sample that is an opaque film or a multilayer film is acquired using a reflection optical system of terahertz time domain spectroscopy. . Further, time waveform data is acquired as reference data from a reference sample corrected so that the amplitude reflectance is 100%. With respect to the reflected pulse from the sample, the fitting is performed after decomposing the reflected pulse from each interface of the sample. Thereby, the reflectance of each interface and the refractive index and optical path length of each layer are obtained. Furthermore, the incident angle and reflection angle into the layer can be calculated from the refractive index of each layer, and the film thickness value can be determined in combination with the optical path length acquired previously. By adopting such a novel algorithm, a highly reliable film thickness value can be measured even for a thin film.
本実施の形態に従う測定方法では、各界面の反射率および光路長をフィッティングのパラメータに設定し、決定された反射率から各層の屈折率を計算する方法、ならびに、各層の屈折率および光路長をフィッティングのパラメータに設定し、上下層の屈折率から界面の反射率を計算し残差を縮小していく方法をそれぞれ提案している。 In the measurement method according to the present embodiment, the reflectance and optical path length of each interface are set as fitting parameters, the refractive index of each layer is calculated from the determined reflectance, and the refractive index and optical path length of each layer are calculated. Each method proposes to set the fitting parameters, calculate the interface reflectivity from the refractive index of the upper and lower layers, and reduce the residual.
例えば、パルス幅の10倍以上の時間幅を有するパルス波形をリファレンスデータとして採用することで、ピークの前後のテラヘルツ波の細かい上下波形についても考慮したフィッティングが可能となり、ピークの揺らぎを誤判断する可能性を低減できる。実測データとの残差を小さくするフィッティングにより、先行技術に記載されているような、ピーク間隔を用いて求める方法では難しかった20μm以下の膜厚をより高い精度で測定できる。 For example, by adopting as a reference data a pulse waveform having a time width of 10 times or more of the pulse width, it is possible to perform fitting in consideration of fine upper and lower waveforms of terahertz waves before and after the peak, and erroneously determine peak fluctuations. The possibility can be reduced. By fitting to reduce the residual with the actual measurement data, a film thickness of 20 μm or less, which is difficult to obtain by the method using the peak interval as described in the prior art, can be measured with higher accuracy.
さらに、屈折率が未知のサンプルについても、反射率(振幅の正負および振幅強度)が界面を形成する2つの材質の屈折率に依存することを利用して、フィッティングのパラメータに反射率を設定し、その解から屈折率を計算する方法、あるいは、フィッティングの変数に屈折率を設定し測定データと一致する振幅反射率を得ることでサンプル層の屈折率を計算し、その屈折率を用いてより高い精度で膜厚などを測定できる。 In addition, for samples with unknown refractive index, the reflectance (positive / negative amplitude and amplitude intensity) depends on the refractive index of the two materials forming the interface, and the reflectance is set as the fitting parameter. Calculate the refractive index from the solution, or calculate the refractive index of the sample layer by setting the refractive index to the fitting variable and obtain the amplitude reflectivity that matches the measured data, and use the refractive index The film thickness can be measured with high accuracy.
本実施の形態に従う測定方法では、テラヘルツ波を照射し、その反射波を用いて計測を行うので、可視光を透過しない材質からなる膜であっても、その特性値を正確に測定できる。このような測定方法を用いることで、各種フィルムの製造・開発、自動車等の塗装膜の測定・検査、半導体(IC基板上の酸化膜など)の製造・測定・検査、樹脂塗装の製造・開発などに活用できる。 In the measurement method according to the present embodiment, since the terahertz wave is irradiated and measurement is performed using the reflected wave, the characteristic value can be accurately measured even for a film made of a material that does not transmit visible light. By using such a measurement method, various films are manufactured and developed, coating films for automobiles are measured and inspected, semiconductors (such as oxide films on IC substrates) are manufactured, measured and inspected, and resin coatings are manufactured and developed. It can be used for
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1,1A 測定装置、2 パルス光源、4 バンドパスフィルタ、6 ビームスプリッタ、8,18,32,34,36 ミラー、10 エミッタユニット、12,22,28 凸レンズ、14,24 軸外し放物面ミラー、20 アンテナユニット、26 ハーフミラー、30 遅延ステージ、100 信号処理装置、102 CPU、104 メモリ、106 ハードディスク、108 測定プログラム、110 CD−ROMドライブ、112 CD−ROM、114 ネットワークインターフェイス、116 ディスプレイ、118 入力部、120 バス、152 リファレンス時間波形データ保持部、154 サンプル時間波形データ保持部、156 評価モジュール、158 換算モジュール、160 反射波シミュレート部、162 各層情報保持部、164 開始位置オフセット保持部、166 シミュレーション波形生成モジュール、168 シミュレーション波形保持部、169 加算モジュール、200 空気層、202 第1層、204 第2層、206 基板、210 入射波。 1,1A measuring device, 2 pulse light source, 4 band pass filter, 6 beam splitter, 8, 18, 32, 34, 36 mirror, 10 emitter unit, 12, 22, 28 convex lens, 14, 24 off-axis parabolic mirror , 20 antenna unit, 26 half mirror, 30 delay stage, 100 signal processing device, 102 CPU, 104 memory, 106 hard disk, 108 measurement program, 110 CD-ROM drive, 112 CD-ROM, 114 network interface, 116 display, 118 Input unit, 120 bus, 152 reference time waveform data holding unit, 154 sample time waveform data holding unit, 156 evaluation module, 158 conversion module, 160 reflected wave simulation unit, 162 information on each layer Lifting unit, 164 start position offset holding unit, 166 simulation waveform generating module, 168 simulation waveform holding unit, 169 addition module, 200 an air layer, 202 first layer 204 a second layer, 206 a substrate, 210 the incident wave.
Claims (6)
テラヘルツ波を発生する照射部と、
前記テラヘルツ波を検出する検出部と、
前記照射部から基準サンプルに向けてテラヘルツ波を照射したときに、当該基準サンプルで反射して生じるテラヘルツ波を前記検出部が検出することで第1の時間波形を取得する手段と、
前記照射部からサンプルに向けてテラヘルツ波を照射したときに、当該サンプルで反射して生じるテラヘルツ波を前記検出部が検出することで第2の時間波形を取得する手段と、
前記サンプルを構成する各層の特性値を示すパラメータについてそれぞれ初期値を設定するとともに、それぞれのパラメータの初期値から、前記第1の時間波形を用いて前記サンプルの各界面で生じるそれぞれの反射波の時間波形を推定する手段と、
推定されたそれぞれの反射波の時間波形を合成した時間波形と前記第2の時間波形との間の誤差が予め定められた値を下回るまで、それぞれのパラメータを前記初期値から順次変化させることで、前記サンプルの特性値を探索する手段とを備える、測定装置。 A measuring device for measuring a characteristic value of a sample having a single layer structure or a multilayer structure,
An irradiation unit that generates terahertz waves;
A detection unit for detecting the terahertz wave;
Means for acquiring a first time waveform by detecting the terahertz wave reflected by the reference sample when the terahertz wave is irradiated from the irradiation unit toward the reference sample;
Means for obtaining a second temporal waveform by detecting the terahertz wave reflected by the sample when the terahertz wave is irradiated from the irradiation unit toward the sample;
An initial value is set for each parameter indicating the characteristic value of each layer constituting the sample, and each reflected wave generated at each interface of the sample using the first time waveform is determined from the initial value of each parameter. Means for estimating the time waveform;
By sequentially changing each parameter from the initial value until an error between a time waveform obtained by synthesizing the estimated time waveform of each reflected wave and the second time waveform falls below a predetermined value, And a means for searching for a characteristic value of the sample.
前記測定装置は、さらに
前記合成した時間波形と前記第2の時間波形との間の時間軸上のオフセットの大きさを複数に異ならせるとともに、それぞれのオフセットの大きさについて前記サンプルの膜厚をそれぞれ計算する手段と、
前記サンプルの膜厚と既知の膜厚との差が最小となるオフセットの大きさを決定する手段と、
前記決定されたオフセットの大きさの下で、前記サンプルの各層の屈折率を複数に異ならせるとともに、それぞれの屈折率について前記サンプルの膜厚をそれぞれ計算する手段と、
前記サンプルの膜厚と既知の膜厚との差が最小となる屈折率を前記サンプルの屈折率として出力する手段とを備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の測定装置。 The means for searching searches the film thickness of each layer as the characteristic value of the sample,
The measurement apparatus further varies the magnitude of the offset on the time axis between the synthesized time waveform and the second time waveform, and sets the film thickness of the sample for each offset magnitude. Means for calculating each,
Means for determining the magnitude of the offset that minimizes the difference between the thickness of the sample and the known thickness;
Means for differentiating the refractive index of each layer of the sample into a plurality under the determined offset magnitude, and calculating the film thickness of the sample for each refractive index;
The measurement apparatus according to claim 1, further comprising: means for outputting a refractive index that minimizes a difference between a film thickness of the sample and a known film thickness as a refractive index of the sample.
照射部から基準サンプルに向けてテラヘルツ波を照射したときに、当該基準サンプルで反射して生じるテラヘルツ波を検出部が検出することで第1の時間波形を取得するステップと、
前記照射部からサンプルに向けてテラヘルツ波を照射したときに、当該サンプルで反射して生じるテラヘルツ波を前記検出部が検出することで第2の時間波形を取得するステップと、
前記サンプルを構成する各層の特性値を示すパラメータについてそれぞれ設定された初期値から、前記第1の時間波形を用いて前記サンプルの各界面で生じるそれぞれの反射波の時間波形を推定するステップと、
推定されたそれぞれの反射波の時間波形を合成した時間波形と前記第2の時間波形との間の誤差が予め定められた値を下回るまで、それぞれのパラメータを前記初期値から順次変化させることで、前記サンプルの特性値を探索するステップとを備える、測定方法。 A measurement method for measuring a characteristic value of a sample having a single layer structure or a multilayer structure,
A step of acquiring a first time waveform by detecting a terahertz wave generated by reflection from the reference sample when the terahertz wave is irradiated from the irradiation unit toward the reference sample;
Obtaining a second time waveform by detecting the terahertz wave generated by reflection from the sample when the terahertz wave is irradiated from the irradiation unit toward the sample; and
Estimating a time waveform of each reflected wave generated at each interface of the sample from the initial value set for each parameter indicating a characteristic value of each layer constituting the sample, using the first time waveform;
By sequentially changing each parameter from the initial value until an error between a time waveform obtained by synthesizing the estimated time waveform of each reflected wave and the second time waveform falls below a predetermined value, And a step of searching for a characteristic value of the sample.
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