JP2018004534A - Film thickness distribution measurement method, film thickness distribution measurement device and film thickness distribution measurement program - Google Patents

Film thickness distribution measurement method, film thickness distribution measurement device and film thickness distribution measurement program Download PDF

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康隆 篠浦
Yasutaka Shinoura
康隆 篠浦
理規 杉原
Osanori Sugihara
理規 杉原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film thickness distribution measurement method that can efficiently measure a film thickness distribution of a broad range.SOLUTION: A film thickness distribution measurement method according to one embodiment of the present invention has: a spectral transmittance calculation step S5 that weight-averages a theoretical value TT(λ, t) of spectral transmittance for each film thickness t of a thin film by a distribution function f(t, P) including a distribution parameter P to calculate a weighted-average spectral transmittance T(λ, P); and an analysis step S6 that applies the weighted-average spectral transmittance T(λ, P) to an actual measurement value TM(λ) of the spectral transmittance of the thin film to calculate the distribution parameter P.SELECTED DRAWING: Figure 11

Description

本発明は、膜厚分布測定方法、膜厚分布測定装置および膜厚分布測定プログラムに関する。   The present invention relates to a film thickness distribution measuring method, a film thickness distribution measuring apparatus, and a film thickness distribution measuring program.

薄膜の膜厚を測定する装置として、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope、特許文献1参照)および原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope、特許文献2参照)が知られている。これらの装置では、一回に測定できる範囲が非常に小さく、測定結果の解析も複雑である。そのため、広い範囲の膜厚分布を効率よく測定することが難しい。   As an apparatus for measuring the thickness of a thin film, a transmission electron microscope (TEM: Transmission Electron Microscope, see Patent Document 1) and an atomic force microscope (AFM: Atomic Force Microscope, see Patent Document 2) are known. In these apparatuses, the range that can be measured at one time is very small, and the analysis of the measurement results is complicated. Therefore, it is difficult to efficiently measure a wide range of film thickness distribution.

広い範囲を効率よく測定する手段としては、反射分光膜厚計が知られている。反射分光膜厚計では、薄膜干渉の理論を用いて膜厚の測定が行われる。薄膜干渉とは、薄膜の上面で反射した光と下面で反射した光が干渉して、膜厚に応じた波長の光が強めあう、または弱めあう現象をいう。薄膜に光を照射し、反射スペクトルのピーク波長を検出することで膜厚が測定されるため、測定が容易である。   As a means for efficiently measuring a wide range, a reflection spectral film thickness meter is known. In the reflective spectral film thickness meter, the film thickness is measured using the theory of thin film interference. Thin film interference refers to a phenomenon in which light reflected from the upper surface of a thin film interferes with light reflected from the lower surface, and light having a wavelength corresponding to the film thickness is strengthened or weakened. Measurement is easy because the film thickness is measured by irradiating the thin film with light and detecting the peak wavelength of the reflection spectrum.

特開2008−203001号公報JP 2008-203001A 特開2011−220723号公報JP 2011-220723 A

従来の反射分光膜厚計では、測定範囲の膜厚が一定である場合の分光反射率の理論値を用いて実測値が近似される。そのため、膜厚分布は得られない。また、膜厚分布を考慮しない理論値を用いて実測値が近似されるため、実測値と理論値との間に乖離が生じやすい。よって、演算によって得られる膜厚と実際の膜厚との間に誤差が生じやすい。   In the conventional reflection spectral film thickness meter, the actual measurement value is approximated using the theoretical value of the spectral reflectance when the film thickness in the measurement range is constant. Therefore, the film thickness distribution cannot be obtained. In addition, since the actual measurement value is approximated using a theoretical value that does not consider the film thickness distribution, a divergence is likely to occur between the actual measurement value and the theoretical value. Therefore, an error is likely to occur between the film thickness obtained by calculation and the actual film thickness.

本発明の目的は、広い範囲の膜厚分布を効率よく測定することが可能な膜厚分布測定方法、膜厚分布測定装置および膜厚分布測定プログラムを提供することにある。   The objective of this invention is providing the film thickness distribution measuring method, film thickness distribution measuring apparatus, and film thickness distribution measuring program which can measure the film thickness distribution of a wide range efficiently.

本発明の一態様に係る膜厚分布測定方法は、薄膜の膜厚ごとの分光透過率の理論値を分布パラメータを含む分布関数で加重平均して加重平均分光透過率を算出する加重平均分光透過率算出ステップと、前記薄膜の分光透過率の実測値に前記加重平均分光透過率を当てはめて前記分布パラメータを算出する解析ステップと、を有する。   The thickness distribution measuring method according to one aspect of the present invention is a weighted average spectral transmission that calculates a weighted average spectral transmittance by weighted averaging a theoretical value of spectral transmittance for each thin film thickness with a distribution function including distribution parameters. A rate calculating step, and an analyzing step of calculating the distribution parameter by applying the weighted average spectral transmittance to an actual measurement value of the spectral transmittance of the thin film.

この構成によれば、一回の分光透過率の測定によって測定領域内の膜厚分布が得られる。一回に測定できる範囲が広く、実測値の解析も容易であるため、広い範囲の膜厚分布が効率よく測定される。また、膜厚分布を考慮した加重平均分光透過率で実測値が近似されるため、実測値と計算値(加重平均分光透過率)とが一致しやすい。そのため、演算により算出される膜厚分布と実際の膜厚分布との間に誤差が生じにくい。   According to this configuration, the film thickness distribution in the measurement region can be obtained by measuring the spectral transmittance once. Since the range that can be measured at one time is wide and analysis of actual measurement values is easy, a wide range of film thickness distribution can be measured efficiently. In addition, since the actual measurement value is approximated by the weighted average spectral transmittance considering the film thickness distribution, the actual measurement value and the calculated value (weighted average spectral transmittance) are likely to coincide. Therefore, an error hardly occurs between the film thickness distribution calculated by the calculation and the actual film thickness distribution.

本発明の一態様に係る膜厚分布測定方法では、例えば、前記解析ステップでは、回帰分析の手法を用いて前記分布パラメータを算出する。   In the film thickness distribution measuring method according to one aspect of the present invention, for example, in the analysis step, the distribution parameter is calculated using a regression analysis technique.

この構成によれば、任意の波長分散を有する実測値に加重平均分光透過率を機械的に当てはめることができ、近似精度も高い。   According to this configuration, the weighted average spectral transmittance can be mechanically applied to an actual measurement value having an arbitrary wavelength dispersion, and the approximation accuracy is high.

本発明の一態様に係る膜厚分布測定方法では、例えば、前記分布関数は、ガウス分布またはラプラス分布を示す分布関数である。分布関数としては、平均値を持ち、分散値をもとに確率分布が計算される分布関数が好適に用いられる。膜厚分布は製膜条件によって変化する。そのため、製膜条件に応じて適切な分布関数を採用することが好ましい。製膜工程で生じる膜厚分布の偏りを考慮して、上述の分布関数に、独自に偏りを定義できるような関数または係数を付け加えることも可能である。   In the film thickness distribution measuring method according to one aspect of the present invention, for example, the distribution function is a distribution function indicating a Gaussian distribution or a Laplace distribution. As the distribution function, a distribution function having an average value and calculating a probability distribution based on the variance value is preferably used. The film thickness distribution varies depending on the film forming conditions. Therefore, it is preferable to employ an appropriate distribution function according to the film forming conditions. In consideration of the deviation of the film thickness distribution generated in the film forming process, it is possible to add a function or a coefficient that can uniquely define the deviation to the above distribution function.

この構成によれば、蓋然性の高い分布関数を用いることで、膜厚分布を精度よく近似することができる。   According to this configuration, the film thickness distribution can be accurately approximated by using a highly probable distribution function.

本発明の一態様に係る膜厚分布測定方法では、例えば、前記解析ステップでは、前記薄膜が配置される基材の吸収波長域以外の波長域で前記実測値に前記加重平均分光透過率を当てはめる。   In the film thickness distribution measuring method according to one aspect of the present invention, for example, in the analysis step, the weighted average spectral transmittance is applied to the measured value in a wavelength region other than the absorption wavelength region of the substrate on which the thin film is disposed. .

この構成によれば、実測値に加重平均分光透過率を精度よく当てはめることができる。よって、演算により算出される膜厚分布と実際の膜厚分布との間に誤差が生じにくい。   According to this configuration, the weighted average spectral transmittance can be accurately applied to the actually measured value. Therefore, an error hardly occurs between the film thickness distribution calculated by the calculation and the actual film thickness distribution.

本発明の一態様に係る膜厚分布測定方法では、例えば、前記実測値は、1mm以上の測定領域の分光透過率の測定値である。 In the film thickness distribution measuring method according to one aspect of the present invention, for example, the actual measured value is a measured value of spectral transmittance in a measurement region of 1 mm 2 or more.

この構成によれば、一回の分光透過率の測定によって、1mm以上もの大きな測定領域の膜厚分布が得られる。よって、二次元配列された複数の測定領域に順次測定を行う場合でも、短い時間で測定が完了する。 According to this configuration, a film thickness distribution of a measurement region as large as 1 mm 2 or more can be obtained by one spectral transmittance measurement. Therefore, even when the measurement is sequentially performed on a plurality of measurement regions arranged two-dimensionally, the measurement is completed in a short time.

本発明の一態様に係る膜厚分布測定方法では、例えば、前記薄膜は複数の層によって構成され、前記加重平均分光透過率算出ステップでは、前記層ごとに前記分布関数を設定し、前記層ごとに前記加重平均分光透過率を算出し、各層の前記加重平均分光透過率の総和を前記薄膜の加重平均分光透過率として算出し、前記解析ステップでは、前記実測値に前記薄膜の加重平均分光透過率を当てはめて、各層の前記分布関数に含まれる前記分布パラメータを算出する。   In the film thickness distribution measuring method according to one aspect of the present invention, for example, the thin film is configured by a plurality of layers, and in the weighted average spectral transmittance calculation step, the distribution function is set for each layer, and The weighted average spectral transmittance of the thin film is calculated as the weighted average spectral transmittance of the thin film. The weighted average spectral transmittance of the thin film is calculated as the weighted average spectral transmittance of the thin film. The distribution parameter included in the distribution function of each layer is calculated by applying a rate.

この構成によれば、一回の分光透過率の測定によって、薄膜を構成する複数の層の膜厚分布を同時に算出することができる。また、各層の膜厚分布を考慮した加重平均分光透過率で実測値が近似されるため、実測値と計算値(加重平均分光透過率)とが一致しやすい。そのため、演算により算出される各層の膜厚分布と実際の各層の膜厚分布との間に誤差が生じにくい。   According to this configuration, the film thickness distribution of a plurality of layers constituting the thin film can be calculated simultaneously by measuring the spectral transmittance once. In addition, since the actual measurement value is approximated by the weighted average spectral transmittance considering the film thickness distribution of each layer, the actual measurement value and the calculated value (weighted average spectral transmittance) are likely to match. Therefore, an error hardly occurs between the film thickness distribution of each layer calculated by the calculation and the actual film thickness distribution of each layer.

本発明の一態様に係る膜厚分布測定装置は、薄膜の膜厚ごとの分光透過率の理論値を分布パラメータを含む分布関数で加重平均して加重平均分光透過率を算出する加重平均分光透過率算出部と、前記薄膜の分光透過率の実測値に前記加重平均分光透過率を当てはめて前記分布パラメータを算出する解析部と、を有する。   A thickness distribution measuring apparatus according to an aspect of the present invention is a weighted average spectral transmittance that calculates a weighted average spectral transmittance by weighted averaging a theoretical value of spectral transmittance for each thin film thickness with a distribution function including a distribution parameter. A rate calculation unit, and an analysis unit that calculates the distribution parameter by applying the weighted average spectral transmittance to an actual measurement value of the spectral transmittance of the thin film.

この構成によれば、一回の分光透過率の測定によって測定領域内の膜厚分布が得られる。一回に測定できる範囲が広く、実測値の解析も容易であるため、広い範囲の膜厚分布が効率よく測定される。また、膜厚分布を考慮した加重平均分光透過率で実測値が近似されるため、実測値と計算値(加重平均分光透過率)とが一致しやすい。そのため、演算により算出される膜厚分布と実際の膜厚分布との間に誤差が生じにくい。   According to this configuration, the film thickness distribution in the measurement region can be obtained by measuring the spectral transmittance once. Since the range that can be measured at one time is wide and analysis of actual measurement values is easy, a wide range of film thickness distribution can be measured efficiently. In addition, since the actual measurement value is approximated by the weighted average spectral transmittance considering the film thickness distribution, the actual measurement value and the calculated value (weighted average spectral transmittance) are likely to coincide. Therefore, an error hardly occurs between the film thickness distribution calculated by the calculation and the actual film thickness distribution.

本発明の一態様に係る膜厚分布測定プログラムは、薄膜の膜厚ごとの分光透過率の理論値を分布パラメータを含む分布関数で加重平均して加重平均分光透過率を算出する加重平均分光透過率算出ステップと、前記薄膜の分光透過率の実測値に前記加重平均分光透過率を当てはめて前記分布パラメータを算出する解析ステップと、をコンピュータに実行させる。   The film thickness distribution measurement program according to an aspect of the present invention is a weighted average spectral transmittance that calculates a weighted average spectral transmittance by weighted averaging a theoretical value of spectral transmittance for each thin film thickness with a distribution function including distribution parameters. And causing the computer to execute a rate calculating step and an analysis step of calculating the distribution parameter by applying the weighted average spectral transmittance to an actual measured value of the spectral transmittance of the thin film.

この構成によれば、一回の分光透過率の測定によって測定領域内の膜厚分布が得られる。一回に測定できる範囲が広く、実測値の解析も容易であるため、広い範囲の膜厚分布が効率よく測定される。また、膜厚分布を考慮した加重平均分光透過率で実測値が近似されるため、実測値と計算値(加重平均分光透過率)とが一致しやすい。そのため、演算により算出される膜厚分布と実際の膜厚分布との間に誤差が生じにくい。   According to this configuration, the film thickness distribution in the measurement region can be obtained by measuring the spectral transmittance once. Since the range that can be measured at one time is wide and analysis of actual measurement values is easy, a wide range of film thickness distribution can be measured efficiently. In addition, since the actual measurement value is approximated by the weighted average spectral transmittance considering the film thickness distribution, the actual measurement value and the calculated value (weighted average spectral transmittance) are likely to coincide. Therefore, an error hardly occurs between the film thickness distribution calculated by the calculation and the actual film thickness distribution.

本発明によれば、広い範囲の膜厚分布を効率よく測定することが可能な膜厚分布測定方法、膜厚分布測定装置および膜厚分布測定プログラムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the film thickness distribution measuring method, film thickness distribution measuring apparatus, and film thickness distribution measuring program which can measure the film thickness distribution of a wide range efficiently can be provided.

図1は、第一の実施形態に係る膜厚分布測定装置の概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a film thickness distribution measuring apparatus according to the first embodiment. 図2は、薄膜に設けられた複数の測定領域を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a plurality of measurement regions provided in the thin film. 図3は、測定部の測定原理を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the measurement principle of the measurement unit. 図4は、測定データの波形の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a waveform of measurement data. 図5は、分光透過率の実測値と理論値を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing measured values and theoretical values of spectral transmittance. 図6は、膜厚の異なる複数の領域を含む薄膜に対して分光透過率の測定を行う様子を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which spectral transmittance is measured for a thin film including a plurality of regions having different film thicknesses. 図7は、第一の領域と第二の領域の分光透過率を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the spectral transmittance of the first region and the second region. 図8は、薄膜の膜厚分布の一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of the film thickness distribution of the thin film. 図9は、薄膜の膜厚ごとの分光透過率の理論値の一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a theoretical value of spectral transmittance for each film thickness of the thin film. 図10は、薄膜の加重平均分光透過率の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a weighted average spectral transmittance of a thin film. 図11は、膜厚分布測定方法を説明するフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart for explaining the film thickness distribution measuring method. 図12は、実施例1における実測値と加重平均分光透過率との比較結果を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a comparison result between the actually measured value and the weighted average spectral transmittance in Example 1. 図13は、実施例2における実測値と加重平均分光透過率との比較結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a comparison result between the actually measured value and the weighted average spectral transmittance in Example 2. 図14は、実施例3における実測値と加重平均分光透過率との比較結果を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a comparison result between the actually measured value and the weighted average spectral transmittance in Example 3. 図15は、実施例4における実測値と加重平均分光透過率との比較結果を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a comparison result between the actually measured value and the weighted average spectral transmittance in Example 4. 図16は、実施例1から実施例4の製膜条件、二乗平均平方根偏差の実測値、本解析手法による平均膜厚および分散を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing film forming conditions, measured values of root mean square deviation, average film thickness and dispersion according to the present analysis method in Examples 1 to 4. 図17は、分散と二乗平均平方根偏差との関係を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating the relationship between variance and root mean square deviation. 図18は、第二の実施形態に係る膜厚分布測定方法を示す概念図である。FIG. 18 is a conceptual diagram showing a film thickness distribution measuring method according to the second embodiment. 図19は、膜厚分布測定方法を説明するフローチャートである。FIG. 19 is a flowchart for explaining a film thickness distribution measuring method. 図20は、実施例7における分光透過率の実測値と加重平均分光透過率とを比較した結果を示す図である。FIG. 20 is a diagram illustrating a result of comparison between an actual measurement value of spectral transmittance and a weighted average spectral transmittance in Example 7. 図21は、薄膜の解析に使用したパラメータの値を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing values of parameters used for the analysis of the thin film. 図22は、分布関数のバリエーションを示す図である。FIG. 22 is a diagram showing variations of the distribution function. 図23は、分布関数のバリエーションを示す図である。FIG. 23 is a diagram showing variations of the distribution function. 図24は、単層膜の光学系の概念図である。FIG. 24 is a conceptual diagram of an optical system of a single layer film. 図25は、多層膜の光学系の概念図である。FIG. 25 is a conceptual diagram of a multilayer optical system.

[第一の実施形態]
図1は、第一の実施形態に係る膜厚分布測定装置1の概略図である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram of a film thickness distribution measuring apparatus 1 according to the first embodiment.

膜厚分布測定装置1は、測定部10と、処理部20と、入力部30と、データ記憶部31と、表示部32と、を有する。   The film thickness distribution measuring apparatus 1 includes a measurement unit 10, a processing unit 20, an input unit 30, a data storage unit 31, and a display unit 32.

測定部10は、例えば、光源11と、分光器12と、ハーフミラー13と、を有する。光源11は、例えば、白色の照明光Liを照射する白色光源である。光源11から照射された照明光Liは、薄膜40および基材BMを透過した後、ハーフミラー13を介して基準板RSに入射する。基準板RSで反射された照明光Li(透過光Lt)は、ハーフミラー13を介して分光器12に入射する。薄膜40および基材BMを配置しない時の透過光Lt0の分光強度によって透過光Ltの分光強度を除することによって分光透過率が算出される。分光器12は、透過光Ltの分光強度のデータMDを処理部20に供給する。処理部20は、測定部10で測定した分光強度のデータMDを解析し、薄膜40の膜厚分布に関する分布情報Dを検出する。   The measurement unit 10 includes, for example, a light source 11, a spectroscope 12, and a half mirror 13. The light source 11 is a white light source that emits white illumination light Li, for example. The illumination light Li emitted from the light source 11 passes through the thin film 40 and the base material BM, and then enters the reference plate RS via the half mirror 13. The illumination light Li (transmitted light Lt) reflected by the reference plate RS enters the spectroscope 12 via the half mirror 13. The spectral transmittance is calculated by dividing the spectral intensity of the transmitted light Lt by the spectral intensity of the transmitted light Lt0 when the thin film 40 and the base material BM are not disposed. The spectroscope 12 supplies the spectral intensity data MD of the transmitted light Lt to the processing unit 20. The processing unit 20 analyzes the spectral intensity data MD measured by the measurement unit 10 and detects distribution information D related to the film thickness distribution of the thin film 40.

測定部10で測定可能な波長範囲は、例えば、300nmから3000nmである。これにより、様々な膜厚の薄膜40を測定することができる。測定部10で実際に測定する波長範囲は、膜厚と屈折率に依って透過率のピークが現れる波長領域にもよるが、測定波長範囲の最小波長と最大波長の差が100nm以上800nm以下が好ましい。これにより、短い測定時間で、解析に必要な一以上のピークを検出することができる。ただし、測定したい膜厚と屈折率に依っては測定波長範囲の最小波長と最大波長の差が800nm以上となる領域を必要とすることもある。測定波長間隔は50nm以下が好ましく、より好ましくは10nm以下がよく、さらに好ましくは5nm以下がよい。測定にあたっては、基準板RSとしてアルミナ、硫化バリウムなどの白色板による反射率を基準値100%としてベースライン合わせを行うことが好ましい。   The wavelength range that can be measured by the measurement unit 10 is, for example, 300 nm to 3000 nm. Thereby, the thin film 40 of various film thickness can be measured. The wavelength range actually measured by the measurement unit 10 depends on the wavelength region where the transmittance peak appears depending on the film thickness and the refractive index, but the difference between the minimum wavelength and the maximum wavelength in the measurement wavelength range is 100 nm to 800 nm. preferable. Thereby, one or more peaks required for analysis can be detected in a short measurement time. However, depending on the film thickness to be measured and the refractive index, a region where the difference between the minimum wavelength and the maximum wavelength in the measurement wavelength range is 800 nm or more may be required. The measurement wavelength interval is preferably 50 nm or less, more preferably 10 nm or less, and further preferably 5 nm or less. In the measurement, it is preferable to perform baseline matching with the reflectance of a white plate such as alumina or barium sulfide as the reference plate RS, with a reference value of 100%.

図2は、薄膜40に設けられた複数の測定領域MAを示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing a plurality of measurement areas MA provided in the thin film 40.

薄膜40には、複数の測定領域MAが設けられている。図2では、例えば、複数の測定領域MAとして、X列およびY行で二次元配列されたXY個の測定領域MA11〜MAXYが設けられている。測定部10は、二次元配列された複数の測定領域MAを順次測定する。測定領域MAは、一回の測定で照明光Liが照射される領域である。一つの測定領域MAの大きさは、例えば、1mm以上である。処理部20は、一回の測定につき、一つの測定領域MA内の分布情報Dを検出する。 The thin film 40 is provided with a plurality of measurement areas MA. In Figure 2, for example, as a plurality of measurement areas MA, XY number of measurement areas MA 11 to MA XY is provided which is arranged two-dimensionally in X rows and Y rows. The measurement unit 10 sequentially measures a plurality of measurement areas MA that are two-dimensionally arranged. The measurement area MA is an area where the illumination light Li is irradiated in one measurement. The size of one measurement area MA is, for example, 1 mm 2 or more. The processing unit 20 detects the distribution information D in one measurement area MA for each measurement.

分布情報Dは、測定領域MA内の膜厚ごとの占有面積の割合(占有率)に関する情報である。分布情報Dは、例えば、膜厚と占有率との関係を示す分布関数でもよいし、膜厚分布を特徴づける要素パラメータでもよい。要素パラメータとしては、例えば、膜厚の平均値、膜厚の最頻値および分散などが挙げられる。処理部20は、各測定領域MAの分布情報D(D11〜DXY)を測定領域MAの位置に対応付けてデータ記憶部31(図1参照)に供給する。 The distribution information D is information relating to the ratio (occupancy) of the occupied area for each film thickness in the measurement area MA. The distribution information D may be, for example, a distribution function indicating the relationship between the film thickness and the occupation ratio, or may be an element parameter that characterizes the film thickness distribution. Examples of the element parameter include an average value of film thickness, a mode value of film thickness, and dispersion. The processing unit 20 supplies the distribution information D (D 11 to D XY ) of each measurement area MA to the data storage unit 31 (see FIG. 1) in association with the position of the measurement area MA.

図3は、測定部10の測定原理を示す図である。図4は、測定データの波形の一例を示す図である。以下の説明では、照明光Liが入射する側の薄膜40の面を上面40aといい、照明光Liが入射する側とは反対側の薄膜40の面(基材BMとの界面)を下面40bという。透過光Ltの分光強度は、照明光Liの分光強度と反射光Lrの分光強度との差として算出される。   FIG. 3 is a diagram illustrating the measurement principle of the measurement unit 10. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a waveform of measurement data. In the following description, the surface of the thin film 40 on the side on which the illumination light Li is incident is referred to as the upper surface 40a, and the surface of the thin film 40 on the side opposite to the side on which the illumination light Li is incident (interface with the base material BM) is the lower surface 40b. That's it. The spectral intensity of the transmitted light Lt is calculated as the difference between the spectral intensity of the illumination light Li and the spectral intensity of the reflected light Lr.

測定部10は、薄膜干渉の理論を用いて薄膜40の膜厚tを測定する。薄膜干渉とは、薄膜40の上面40aで反射した光L1と下面40bで反射した光L2とが干渉して、膜厚tに応じた波長λの光が強めあう、または弱めあう現象をいう。光L1と光L2との間には、膜厚tに比例した位相差φが生じる。反射光Lrは、光L1と光L2とを含む。照明光Liから反射光Lrとなった光成分を除いたものが透過光Ltである。測定部10は、透過光Ltの分光強度のデータMDを測定し、処理部20に供給する。   The measuring unit 10 measures the film thickness t of the thin film 40 using the theory of thin film interference. Thin film interference refers to a phenomenon in which light L1 reflected by the upper surface 40a of the thin film 40 and light L2 reflected by the lower surface 40b interfere with each other and light of a wavelength λ corresponding to the film thickness t is strengthened or weakened. A phase difference φ proportional to the film thickness t is generated between the light L1 and the light L2. The reflected light Lr includes light L1 and light L2. The transmitted light Lt is obtained by removing the light component that becomes the reflected light Lr from the illumination light Li. The measurement unit 10 measures the spectral intensity data MD of the transmitted light Lt and supplies it to the processing unit 20.

なお、測定部10の測定で用いられる波長領域では、薄膜40および基材BMの光吸収率は小さいことが好ましい。薄膜40と基材BMとは、互いに異なる屈折率を有する材料で形成されていればよい。例えば、基材BMとして、ガラスなどの無機材料を用いることもできるし、ポリカーボネートおよびアクリルなどの有機材料を用いることもできる。薄膜40は、散乱剤を含まないことが好ましい。しかし、光L1と光L2との干渉を大きく損なわない弱い散乱剤であれば、薄膜40に含まれてもよい。例えば、屈折率が1.0である空気を粒子の内部に有するような中空粒子においては、粒子径が十分に小さい時、見かけの屈折率が低くなる。この時の粒子径としては、例えば、薄膜干渉効果を利用したい光の波長の10分の1以下を目安とする。このような材料を用いた場合、内部に別材料を含有しつつも散乱を生じることなく薄膜干渉効果を得ることが可能である。   In the wavelength region used for measurement by the measurement unit 10, it is preferable that the light absorption rate of the thin film 40 and the base material BM is small. The thin film 40 and the base material BM need only be formed of materials having different refractive indexes. For example, as the base material BM, an inorganic material such as glass can be used, and an organic material such as polycarbonate and acrylic can also be used. It is preferable that the thin film 40 does not contain a scattering agent. However, any thin scattering agent that does not significantly impair the interference between the light L1 and the light L2 may be included in the thin film 40. For example, in a hollow particle having air having a refractive index of 1.0 inside the particle, the apparent refractive index is low when the particle diameter is sufficiently small. As a particle diameter at this time, for example, a standard is 1/10 or less of the wavelength of light for which the thin film interference effect is desired. When such a material is used, it is possible to obtain a thin film interference effect without causing scattering while containing another material therein.

分光透過率Tは、照明光Liと透過光Ltの強度比で表される。膜厚tを一定とした単純なモデルでは、分光透過率Tの理論値TTは、後述のマトリックス法を用いた計算方法によって算出される。計算方法の詳細は、後述の[干渉現象の算術的取扱い]の項を参照されたい。分光透過率Tは、例えば、下記式(1)で表される。理論値TTは、図4に示すような波形を示す。   The spectral transmittance T is represented by the intensity ratio between the illumination light Li and the transmitted light Lt. In a simple model in which the film thickness t is constant, the theoretical value TT of the spectral transmittance T is calculated by a calculation method using a matrix method described later. For details of the calculation method, refer to the section “Arithmetic treatment of interference phenomenon” described later. The spectral transmittance T is represented by the following formula (1), for example. The theoretical value TT shows a waveform as shown in FIG.

式(1)において、Rは、薄膜40による吸収率である。nは、薄膜40の屈折率である。αは、照明光Liの入射角によって決まる定数である。吸収率Rは、波長λの関数であるが、本実施形態では定数として扱う。αの値は、照明光Liの入射角によって変化する。本実施形態では、例えば、照明光Liは薄膜40に垂直に入射する。そのため、αの値は1である。 In Formula (1), R 0 is the absorption rate by the thin film 40. n f is the refractive index of the thin film 40. α is a constant determined by the incident angle of the illumination light Li. The absorption rate R 0 is a function of the wavelength λ, but is treated as a constant in this embodiment. The value of α varies depending on the incident angle of the illumination light Li. In the present embodiment, for example, the illumination light Li enters the thin film 40 perpendicularly. Therefore, the value of α is 1.

基材BMの影響を考慮した場合には、基材BMの屈折率が理論値Tに含まれることもある。基材BMがポリカーボネートである場合、基材BMの屈折率は1.59である。屈折率の大きさは波長λによって変化するため、薄膜40および基材BMの屈折率を波長λの関数として記載すると、正確な理論値Tが得られる。簡便化のために屈折率の波長依存性をabbe数によって補正することもできる。屈折率を波長によらず一定にするよりも計算結果の精度が向上するため好適である。   In consideration of the influence of the base material BM, the refractive index of the base material BM may be included in the theoretical value T. When the base material BM is polycarbonate, the refractive index of the base material BM is 1.59. Since the magnitude of the refractive index changes depending on the wavelength λ, when the refractive index of the thin film 40 and the base material BM is described as a function of the wavelength λ, an accurate theoretical value T can be obtained. For simplification, the wavelength dependence of the refractive index can be corrected by the abbe number. Since the accuracy of the calculation result is improved rather than making the refractive index constant regardless of the wavelength, it is preferable.

図5は、分光透過率の実測値TMと理論値TTを示す図である。実測値TMは、目標膜厚を107nmとして製膜された薄膜40の分光透過率である。理論値TTは、目標膜厚でばらつきなく均一に製膜された場合の理想的なモデルにおいて得られる分光透過率である。薄膜の屈折率nは1.41である。 FIG. 5 is a diagram showing the measured value TM and the theoretical value TT of the spectral transmittance. The actual measurement value TM is the spectral transmittance of the thin film 40 formed with a target film thickness of 107 nm. The theoretical value TT is a spectral transmittance obtained in an ideal model when the film is formed uniformly with no variation in target film thickness. The refractive index n f of the thin film is 1.41.

実測値TMおよび理論値TTは、いずれも波長λが400nm付近に極大値を持ち、波長λが550mnから600nmの範囲に極小値を持つ。しかし、詳細に検討すると、極小値を示す波長λは、理論値TTでは550nm付近であるのに対し、実測値TMでは600nm付近である。また、分光透過率Tの絶対値は、実測値TMと理論値TTとで大きく異なっている。   The measured value TM and the theoretical value TT both have a maximum value in the vicinity of the wavelength λ of 400 nm and a minimum value in the range of the wavelength λ from 550 mn to 600 nm. However, when examined in detail, the wavelength λ indicating the minimum value is around 550 nm in the theoretical value TT, but around 600 nm in the actual measurement value TM. Further, the absolute value of the spectral transmittance T is greatly different between the actual measurement value TM and the theoretical value TT.

実測値TMと理論値TTとは、必ずしも良好には一致しない。発明者が検討した結果、測定領域MA内の膜厚のばらつき(膜厚分布)が分光透過率の波形に大きく影響することが分かった。すなわち、理論値TTは、膜厚が一定である理想的なモデルを前提として算出される。しかし、実際の薄膜には、膜厚の異なる複数の領域が存在し、それぞれの領域を透過した光が重畳される。そのため、理論値TTとは異なる波形の分光透過率が測定されたと考えられる。   The actual measurement value TM and the theoretical value TT do not necessarily match well. As a result of examination by the inventors, it has been found that the variation in film thickness (film thickness distribution) in the measurement region MA greatly affects the waveform of the spectral transmittance. That is, the theoretical value TT is calculated on the assumption of an ideal model with a constant film thickness. However, in an actual thin film, there are a plurality of regions having different thicknesses, and light transmitted through each region is superimposed. Therefore, it is considered that the spectral transmittance having a waveform different from the theoretical value TT was measured.

図6は、膜厚の異なる複数の領域(第一の領域FA、第二の領域FB)を含む薄膜40に対して分光透過率の測定を行う様子を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing a state in which the spectral transmittance is measured for the thin film 40 including a plurality of regions (first region FA, second region FB) having different film thicknesses.

第一の領域FAからの透過光Ltaと第二の領域FBからの透過光Ltbとは、同時に分光器12(図1参照)に入射する。そのため、透過光Ltaの分光透過率TTaの値と透過光Ltbの分光透過率TTbの値とが測定領域MA全体の分光透過率の実測値TMに同時に寄与する。第一の領域FAと第二の領域FBの面積とを小さくすると、それぞれの領域内では、膜厚は均一とみなせる。そのため、分光透過率TTaと分光透過率TTbとは、式(1)で示した理論値TTで表される。   The transmitted light Lta from the first area FA and the transmitted light Ltb from the second area FB are simultaneously incident on the spectroscope 12 (see FIG. 1). Therefore, the value of the spectral transmittance TTa of the transmitted light Lta and the value of the spectral transmittance TTb of the transmitted light Ltb simultaneously contribute to the actual measured value TM of the spectral transmittance of the entire measurement region MA. When the areas of the first region FA and the second region FB are reduced, the film thickness can be regarded as uniform within each region. For this reason, the spectral transmittance TTa and the spectral transmittance TTb are represented by the theoretical value TT represented by the equation (1).

なお、図6において、符号Lraは、第一の領域FAからの反射光を示す。符号Lrbは、第二の領域FBからの反射光を示す。符号RTaは、反射光Lraの分光反射率を示す。符号RTbは、反射光Lrbの分光反射率を示す。   In FIG. 6, the symbol Lra indicates the reflected light from the first area FA. A symbol Lrb indicates reflected light from the second region FB. The symbol RTa indicates the spectral reflectance of the reflected light Lra. The symbol RTb indicates the spectral reflectance of the reflected light Lrb.

図7は、第一の領域FAと第二の領域FBの分光透過率を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing the spectral transmittance of the first area FA and the second area FB.

第一の領域FAの膜厚taと第二の領域FBの膜厚tbとは異なる。そのため、分光透過率TTaの波形と分光透過率TTbの波形とは異なる。そのため、分光透過率TTaと分光透過率TTbとを加算すると、極値を示す波長λおよび分光透過率の値が変化する。一つの測定領域MAには、膜厚の異なる多数の領域が存在し、測定領域MA全体の分光透過率の実測値TMは、それぞれの領域の分光透過率を加算したものとなる。膜厚にばらつきがあれば、ばらつきの大きさに応じて、分光透過率の波形は変化する。よって、分光透過率の実測値TMの波形を解析すれば、測定領域MA内の膜厚分布の情報が得られる。   The film thickness ta of the first area FA is different from the film thickness tb of the second area FB. Therefore, the waveform of the spectral transmittance TTa and the waveform of the spectral transmittance TTb are different. Therefore, when the spectral transmittance TTa and the spectral transmittance TTb are added, the wavelength λ indicating the extreme value and the value of the spectral transmittance change. In one measurement area MA, there are a large number of areas having different film thicknesses, and the actual measurement value TM of the spectral transmittance of the entire measurement area MA is obtained by adding the spectral transmittances of the respective areas. If there is a variation in the film thickness, the spectral transmittance waveform changes according to the size of the variation. Therefore, if the waveform of the measured value TM of the spectral transmittance is analyzed, information on the film thickness distribution in the measurement area MA can be obtained.

図8から図10は、膜厚分布の測定原理を示す図である。図8は、薄膜40の膜厚分布の一例を示す図である。図9は、薄膜40の膜厚tごとの分光透過率の理論値TTの一例を示す図である。図10は、薄膜40の加重平均分光透過率Tavの一例を示す図である。以下、図8から図10を参照しながら、図1を用いて処理部20の構成を説明する。処理部20は、プロセッサとメモリとで構成されるコンピュータである。メモリには、RAM(Random Access Memory)およびROM(Read Only Memory)が含まれる。 8 to 10 are diagrams showing the measurement principle of the film thickness distribution. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the film thickness distribution of the thin film 40. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the theoretical value TT of the spectral transmittance for each film thickness t of the thin film 40. FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the weighted average spectral transmittance T av of the thin film 40. Hereinafter, the configuration of the processing unit 20 will be described with reference to FIGS. 8 to 10 and FIG. The processing unit 20 is a computer composed of a processor and a memory. The memory includes a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory).

図1に示すように、処理部20は、分布関数作成部21と、無分布分光透過率作成部22と、加重平均分光透過率算出部23と、実測データ取得部24と、解析部25と、出力部26と、プログラム記憶部29と、を有する。   As shown in FIG. 1, the processing unit 20 includes a distribution function creation unit 21, a non-distributed spectral transmittance creation unit 22, a weighted average spectral transmittance calculation unit 23, an actual measurement data acquisition unit 24, and an analysis unit 25. And an output unit 26 and a program storage unit 29.

分布関数作成部21は、薄膜40の膜厚分布を特徴づける分布パラメータPを用いて、薄膜40の膜厚分布を示す分布関数f(t、P)を作成する。分布関数f(t、P)は、測定領域MA内において薄膜40の膜厚がtである領域の占有面積の割合(占有率)を示す。分布パラメータPは、薄膜40の膜厚分布を特徴づけるq個(qは1以上の整数)の要素パラメータP〜Pの組み合わせとして表される。各要素パラメータの値は、解析部25によって実測値TMが解析されることにより算出される。図8に示すように、膜厚分布は、連続分布CDでもよいし、離散分布DDでもよい。 The distribution function creating unit 21 creates a distribution function f (t, P) indicating the film thickness distribution of the thin film 40 using the distribution parameter P characterizing the film thickness distribution of the thin film 40. The distribution function f (t, P) indicates the ratio (occupancy) of the occupied area of the region where the thickness of the thin film 40 is t in the measurement region MA. The distribution parameter P is expressed as a combination of q element parameters P 1 to P q that characterize the film thickness distribution of the thin film 40 (q is an integer of 1 or more). The value of each element parameter is calculated by analyzing the actual measurement value TM by the analysis unit 25. As shown in FIG. 8, the film thickness distribution may be a continuous distribution CD or a discrete distribution DD.

無分布分光透過率作成部22は、式(1)に基づいて、薄膜40の膜厚tごとの分光透過率の理論値TT(λ、t)を作成する。図8および図9に示すように、無分布分光透過率作成部22は、複数の膜厚値(t、t、…、t)についてそれぞれ理論値TT(λ、t)を算出する。複数の膜厚値は、膜厚分布が存在する範囲に、Δtごとに設定される。膜厚分布が存在する範囲および膜厚のピッチΔtの大きさは、例えば、入力部30から入力される。 The non-distributed spectral transmittance creating unit 22 creates the theoretical value TT (λ, t) of the spectral transmittance for each film thickness t of the thin film 40 based on the formula (1). As shown in FIGS. 8 and 9, the non-distributed spectral transmittance creating unit 22 calculates theoretical values TT (λ, t) for a plurality of film thickness values (t 1 , t 2 ,..., T N ), respectively. . The plurality of film thickness values are set for each Δt within a range where the film thickness distribution exists. The range in which the film thickness distribution exists and the size of the film thickness pitch Δt are input from the input unit 30, for example.

加重平均分光透過率算出部23は、薄膜40の膜厚tごとの分光透過率の理論値TT(λ、t)を分布関数f(t、P)で加重平均して加重平均分光透過率Tav(λ、P)を算出する。加重平均分光透過率Tav(λ、P)は、分光透過率の実測値TMを近似する近似式である。図10は、膜厚分布をガウス分布としたときの加重平均分光透過率Tav(λ、P)の一例を示す図である。 The weighted average spectral transmittance calculating unit 23 weights and averages the theoretical value TT (λ, t) of the spectral transmittance for each film thickness t of the thin film 40 using the distribution function f (t, P). Av (λ, P) is calculated. The weighted average spectral transmittance T av (λ, P) is an approximate expression that approximates the measured value TM of the spectral transmittance. FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the weighted average spectral transmittance T av (λ, P) when the film thickness distribution is a Gaussian distribution.

実測データ取得部24は、測定部10で測定された透過光Ltの分光強度のデータMDを取得する。実測データ取得部24は、分光強度のデータMDを分光透過率のデータに変換し、実測値TM(λ)として解析部25に供給する。   The actual measurement data acquisition unit 24 acquires the spectral intensity data MD of the transmitted light Lt measured by the measurement unit 10. The actual measurement data acquisition unit 24 converts the spectral intensity data MD into spectral transmittance data, and supplies the spectral transmittance data MD to the analysis unit 25 as the actual measurement value TM (λ).

解析部25は、薄膜40の分光透過率の実測値TM(λ)に加重平均分光透過率Tav(λ、P)を当てはめて分布パラメータPを算出する。解析部25は、分布パラメータPを出力部26に供給する。 The analysis unit 25 calculates the distribution parameter P by applying the weighted average spectral transmittance T av (λ, P) to the measured value TM (λ) of the spectral transmittance of the thin film 40. The analysis unit 25 supplies the distribution parameter P to the output unit 26.

出力部26は、分布パラメータPを用いて、膜厚分布に関する分布情報Dを検出する。分布情報Dは、例えば、分布パラメータPを構成する一部または全部の要素パラメータの値である。分布情報Dは、分布パラメータPを含む分布関数f(t、P)でもよい。出力部26は、分布情報Dを測定領域MAの位置および薄膜40の製膜条件などと対応付けてデータ記憶部31および表示部32に供給する。   The output unit 26 uses the distribution parameter P to detect distribution information D related to the film thickness distribution. The distribution information D is, for example, values of some or all of the element parameters that make up the distribution parameter P. The distribution information D may be a distribution function f (t, P) including a distribution parameter P. The output unit 26 supplies the distribution information D to the data storage unit 31 and the display unit 32 in association with the position of the measurement region MA and the film forming conditions of the thin film 40.

プログラム記憶部29は、処理部20が各種の処理を行うための膜厚分布測定プログラムおよびデータなどを記憶する。膜厚分布測定プログラムは、本実施形態に係る膜厚分布測定方法をコンピュータに実行させるプログラムである。処理部20は、プログラム記憶部29に記憶されている膜厚分布測定プログラムにしたがって各種の処理を行う。処理部20は、膜厚分布測定プログラムを実行することにより、分布関数作成部21、無分布分光透過率作成部22、加重平均分光透過率算出部23、実測データ取得部24、解析部25および出力部26として機能する。   The program storage unit 29 stores a film thickness distribution measurement program and data for the processing unit 20 to perform various processes. The film thickness distribution measurement program is a program that causes a computer to execute the film thickness distribution measurement method according to the present embodiment. The processing unit 20 performs various processes according to the film thickness distribution measurement program stored in the program storage unit 29. The processing unit 20 executes a film thickness distribution measurement program to thereby distribute a distribution function creation unit 21, a non-distributed spectral transmittance creation unit 22, a weighted average spectral transmittance calculation unit 23, an actual measurement data acquisition unit 24, an analysis unit 25, and It functions as the output unit 26.

入力部30は、処理部20が各種の処理を実行するために必要な情報を処理部20に入力する。入力部30は、通信回線を通じて外部記憶装置から取得した情報を処理部20に入力してもよいし、ユーザがタッチパネルおよびキーボードなどを用いて入力した情報を処理部20に入力してもよい。入力部30は、例えば、分布関数作成部21に、分布関数の種類、分布パラメータPを構成する要素パラメータの変動範囲、および膜厚分布が存在する範囲などの情報を入力する。入力部30は、例えば、無分布分光透過率作成部22に、薄膜40の屈折率n、膜厚分布が存在する範囲、および膜厚のピッチΔtなどの情報を入力する。理論値に基材BMの屈折率が含まれる場合には、入力部30は、基材BMの屈折率に関する情報も無分布分光透過率作成部22に入力する。 The input unit 30 inputs information necessary for the processing unit 20 to execute various processes to the processing unit 20. The input unit 30 may input information acquired from the external storage device through the communication line to the processing unit 20 or may input information input by the user using a touch panel, a keyboard, or the like to the processing unit 20. For example, the input unit 30 inputs information such as the type of the distribution function, the variation range of the element parameters constituting the distribution parameter P, and the range in which the film thickness distribution exists to the distribution function creation unit 21. For example, the input unit 30 inputs information such as the refractive index n f of the thin film 40, the range in which the film thickness distribution exists, and the film thickness pitch Δt to the non-distributed spectral transmittance creating unit 22. When the theoretical value includes the refractive index of the base material BM, the input unit 30 also inputs information regarding the refractive index of the base material BM to the non-distributed spectral transmittance creating unit 22.

データ記憶部31は、例えば、分布情報Dを測定領域MAの位置および薄膜40の製膜条件などと対応付けて記憶する。データ記憶部31は、分光強度のデータMDおよび分光透過率の実測値TMを記憶してもよい。データ記憶部31は、処理部20が各種の処理を実行するために必要な情報を記憶してもよい。データ記憶部31は、例えば、半導体メモリまたはハードディスクなどの記憶装置である。   For example, the data storage unit 31 stores the distribution information D in association with the position of the measurement region MA and the film forming conditions of the thin film 40. The data storage unit 31 may store spectral intensity data MD and spectral transmittance actual measurement values TM. The data storage unit 31 may store information necessary for the processing unit 20 to execute various processes. The data storage unit 31 is a storage device such as a semiconductor memory or a hard disk.

表示部32は、例えば、各測定領域MAの分布情報Dを表示画面に表示する。表示部32は、分布情報Dを薄膜40の製膜条件および分光透過率の実測値TMなどと対応付けて表示してもよい。表示部32は、液晶ディスプレイなどの表示装置である。   For example, the display unit 32 displays the distribution information D of each measurement area MA on the display screen. The display unit 32 may display the distribution information D in association with the film forming conditions of the thin film 40 and the measured value TM of the spectral transmittance. The display unit 32 is a display device such as a liquid crystal display.

図11は、本実施形態の膜厚分布測定方法を説明するフローチャートである。   FIG. 11 is a flowchart for explaining the film thickness distribution measuring method of the present embodiment.

まず、測定部10が、複数の測定領域MAに順次分光透過率の測定を行う。これにより、各測定領域MAの分光透過率の実測値TM(λ)が得られる(測定ステップS1)。   First, the measurement unit 10 sequentially measures the spectral transmittance in a plurality of measurement areas MA. Thereby, the actual measurement value TM (λ) of the spectral transmittance of each measurement area MA is obtained (measurement step S1).

次に、入力部30が、処理部20に対して、処理部20が各種の処理を実行するために必要な情報を入力する(入力ステップS2)。例えば、分布関数作成部21に、分布関数の種類、分布パラメータPを構成する要素パラメータの変動範囲、および膜厚分布が存在する範囲などの情報が入力される。無分布分光透過率作成部22に、薄膜40の屈折率n、膜厚分布が存在する範囲、および膜厚のピッチΔtなどの情報が入力される。理論値に基材BMの屈折率が含まれる場合には、基材BMの屈折率に関する情報も無分布分光透過率作成部22に入力される。 Next, the input unit 30 inputs information necessary for the processing unit 20 to execute various processes to the processing unit 20 (input step S2). For example, information such as the type of distribution function, the variation range of element parameters constituting the distribution parameter P, and the range in which the film thickness distribution exists is input to the distribution function creation unit 21. Information such as the refractive index n f of the thin film 40, the range in which the film thickness distribution exists, and the film thickness pitch Δt is input to the non-distributed spectral transmittance creating unit 22. When the theoretical value includes the refractive index of the base material BM, information regarding the refractive index of the base material BM is also input to the non-distributed spectral transmittance creating unit 22.

次に、分布関数作成部21が、薄膜40の膜厚分布を特徴づける分布パラメータPを用いて、膜厚分布を示す分布関数f(t、P)を作成する(分布関数作成ステップS3)。例えば、分布関数作成部21は、図8の連続分布CDに対応する分布関数を作成する。図8の膜厚分布は、例えば、ガウス分布である。ガウス分布のように蓋然性の高い分布関数を用いることで、膜厚分布を精度よく近似することができる。分布パラメータPは、例えば、平均膜厚tAおよび分散σをそれぞれ要素パラメータとして含む。   Next, the distribution function creating unit 21 creates a distribution function f (t, P) indicating the film thickness distribution using the distribution parameter P characterizing the film thickness distribution of the thin film 40 (distribution function creating step S3). For example, the distribution function creation unit 21 creates a distribution function corresponding to the continuous distribution CD in FIG. The film thickness distribution in FIG. 8 is, for example, a Gaussian distribution. By using a highly probable distribution function such as a Gaussian distribution, the film thickness distribution can be approximated with high accuracy. The distribution parameter P includes, for example, the average film thickness tA and the variance σ as element parameters.

次に、無分布分光透過率作成部22が、式(1)を用いて、薄膜40の膜厚tごとの分光透過率の理論値TT(λ、t)を作成する(無分布分光透過率作成ステップS4)。例えば、無分布分光透過率作成部22は、入力部30からの情報に基づいて、膜厚分布が存在する範囲に、Δtのピッチで複数の膜厚値(t、t、…、t)を設定する。無分布分光透過率作成部22は、各膜厚値に対応した理論値TT(λ、t)を作成する。 Next, the non-distributed spectral transmittance creating unit 22 creates a theoretical value TT (λ, t) of the spectral transmittance for each film thickness t of the thin film 40 using the formula (1) (non-distributed spectral transmittance). Creating step S4). For example, the non-distributed spectral transmittance creating unit 22 creates a plurality of film thickness values (t 1 , t 2 ,..., T at a pitch of Δt in a range where the film thickness distribution exists based on information from the input unit 30. N ). The non-distributed spectral transmittance creating unit 22 creates a theoretical value TT (λ, t) corresponding to each film thickness value.

次に、加重平均分光透過率算出部23が、薄膜40の膜厚tごとの分光透過率の理論値TT(λ、t)を分布パラメータPを含む分布関数f(t、P)で加重平均して加重平均分光透過率Tav(λ、P)を算出する(加重平均分光透過率算出ステップS5)。薄膜40の加重平均分光透過率Tav(λ、P)は、下記式(2)で表される。 Next, the weighted average spectral transmittance calculating unit 23 performs the weighted average of the theoretical value TT (λ, t) of the spectral transmittance for each film thickness t of the thin film 40 with the distribution function f (t, P) including the distribution parameter P. Then, the weighted average spectral transmittance T av (λ, P) is calculated (weighted average spectral transmittance calculating step S5). The weighted average spectral transmittance T av (λ, P) of the thin film 40 is represented by the following formula (2).

次に、解析部25が、薄膜40の分光透過率の実測値TM(λ)に加重平均分光透過率Tav(λ、P)を当てはめて分布パラメータPを算出する(解析ステップS6)。例えば、解析部25は、回帰分析の手法を用いて分布パラメータPを算出する。回帰分析の手法としては、最小二乗法などの公知の手法を用いることができる。 Next, the analysis unit 25 calculates the distribution parameter P by applying the weighted average spectral transmittance T av (λ, P) to the measured value TM (λ) of the spectral transmittance of the thin film 40 (analysis step S6). For example, the analysis unit 25 calculates the distribution parameter P using a regression analysis technique. As a method of regression analysis, a known method such as a least square method can be used.

例えば、解析部25は、薄膜40、および、薄膜40が配置される基材BMの吸収波長域以外の波長域で実測値TM(λ)に加重平均分光透過率Tav(λ、P)を当てはめる。これにより、実測値TM(λ)に加重平均分光透過率Tav(λ、P)を精度よく当てはめることができる。よって、演算により算出される膜厚分布と実際の膜厚分布との間に誤差が生じにくい。 For example, the analysis unit 25 sets the weighted average spectral transmittance T av (λ, P) to the actual measurement value TM (λ) in a wavelength region other than the absorption wavelength region of the thin film 40 and the base material BM on which the thin film 40 is disposed. Apply. Thereby, the weighted average spectral transmittance T av (λ, P) can be accurately applied to the actual measurement value TM (λ). Therefore, an error hardly occurs between the film thickness distribution calculated by the calculation and the actual film thickness distribution.

解析部25は、加重平均分光透過率Tav(λ、P)と実測値TM(λ)との比較結果を参照しながら、分布パラメータP(要素パラメータである平均膜厚tAおよび分散σ)を変化させる。解析部25は、加重平均分光透過率Tav(λ、P)と実測値TM(λ)との差が最小となった分布パラメータPを薄膜40の分布パラメータPとして決定する。これにより、一つの測定領域MAの分布パラメータPが算出される。解析部25は、算出された分布パラメータPを測定領域MAの位置と対応付けて出力部26に出力する。 The analysis unit 25 refers to a comparison result between the weighted average spectral transmittance T av (λ, P) and the actual measurement value TM (λ), and determines the distribution parameter P (the average film thickness tA and the variance σ, which are element parameters). Change. The analysis unit 25 determines the distribution parameter P that minimizes the difference between the weighted average spectral transmittance T av (λ, P) and the actual measurement value TM (λ) as the distribution parameter P of the thin film 40. Thereby, the distribution parameter P of one measurement area MA is calculated. The analysis unit 25 outputs the calculated distribution parameter P to the output unit 26 in association with the position of the measurement region MA.

次に、解析部25は、薄膜40に設定された全ての測定領域MAの分布パラメータPが算出されたか否かを判定する(判定ステップS7)。解析部25が、全ての測定領域MAの分布パラメータPが算出されていないと判定した場合には(判定ステップS7:No)、分布関数作成ステップS3に戻り、同様の手順に従って、分布パラメータPが算出されていない測定領域MAの分布パラメータPを算出する。解析部25が、全ての測定領域MAの分布パラメータPが算出されていると判定した場合には(判定ステップS7:Yes)、解析が終了する。   Next, the analysis unit 25 determines whether or not the distribution parameters P of all measurement regions MA set on the thin film 40 have been calculated (determination step S7). When the analysis unit 25 determines that the distribution parameters P of all the measurement areas MA have not been calculated (determination step S7: No), the process returns to the distribution function creation step S3, and the distribution parameter P is set according to the same procedure. The distribution parameter P of the measurement area MA that has not been calculated is calculated. If the analysis unit 25 determines that the distribution parameters P of all the measurement areas MA have been calculated (determination step S7: Yes), the analysis ends.

全ての測定領域MAの分布パラメータPが算出されたら、出力部26は、各測定領域MAの分布パラメータPを用いて、測定領域MAごとに分布情報Dを検出する。出力部26は、各測定領域MAの分布情報Dを測定領域MAの位置および薄膜40の製膜条件などと対応付けてデータ記憶部31および表示部32に供給する(出力ステップS8)。   When the distribution parameters P of all the measurement areas MA are calculated, the output unit 26 detects the distribution information D for each measurement area MA using the distribution parameters P of each measurement area MA. The output unit 26 supplies the distribution information D of each measurement region MA to the data storage unit 31 and the display unit 32 in association with the position of the measurement region MA and the film forming conditions of the thin film 40 (output step S8).

図12から図15は、実施例1から実施例4における、実測値TMと加重平均分光透過率Tavとの比較結果を示す図である。基材は、ポリカーボネートである。ポリカーボネートには、およそ650nm以下の波長域に吸収波長域WR1があるため、吸収波長域WR1以外の波長域WR2で実測値TMと加重平均分光透過率Tavとの当てはめが行われている。薄膜に吸収の大きい波長域が存在する場合には、薄膜の吸収波長域以外の波長域で実測値TMと加重平均分光透過率Tavとの当てはめが行われることが好ましい。 FIGS. 12 to 15 are diagrams showing comparison results between the actual measurement value TM and the weighted average spectral transmittance T av in the first to fourth embodiments. The substrate is polycarbonate. Since polycarbonate has an absorption wavelength region WR1 in a wavelength region of approximately 650 nm or less, the measured value TM and the weighted average spectral transmittance T av are applied in a wavelength region WR2 other than the absorption wavelength region WR1. When the thin film has a wavelength region with large absorption, it is preferable to apply the measured value TM and the weighted average spectral transmittance T av in a wavelength region other than the absorption wavelength region of the thin film.

ポリカーボネートの吸収率は、400nm以下の短波長側の波長域で顕著に高くなる。そのため、少なくとも400nm以下の波長域は、実測値TMと加重平均分光透過率Tavとの当てはめに適さない非適正領域となる。しかし、光の吸収率が小さくても、基材BMの厚みが大きくなると、トータルの吸収量が多くなり、解析結果に影響を与えるようになる。そのため、分光透過率の実測値TMを解析する場合には、非適正領域が400nmよりも長波長側の波長域まで広がる。本実施形態では、そのような非適正領域が吸収波長域WR1として設定されている。 The absorptance of polycarbonate is remarkably increased in the wavelength region on the short wavelength side of 400 nm or less. Therefore, a wavelength region of at least 400 nm or less is an inappropriate region that is not suitable for fitting the actual measurement value TM and the weighted average spectral transmittance T av . However, even if the light absorptance is small, if the thickness of the base material BM increases, the total amount of absorption increases and the analysis result is affected. Therefore, when analyzing the measured value TM of the spectral transmittance, the improper region extends to a wavelength region longer than 400 nm. In the present embodiment, such an inappropriate region is set as the absorption wavelength region WR1.

図16は、実施例1から実施例4の製膜条件、二乗平均平方根偏差Sの実測値、本解析手法による平均膜厚tAおよび分散σを示す図である。図17は、分散σと二乗平均平方根偏差Sとの関係を示す図である。 Figure 16 is a diagram showing film forming conditions of Example 4 from Example 1, the measured value of the root mean square deviation S q, the average thickness tA and variance σ by this analysis method. FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the variance σ and the root mean square deviation Sq .

図16において、「工程A」は、目標膜厚が180nmとなる条件で薄膜が形成される工程を意味する。「工程B」は、目標膜厚が120nmとなる条件で薄膜が形成される工程を意味する。製膜条件には、それぞれの工程が実施される回数が示されている。工程の回数が多いほど、膜厚は大きくなる。   In FIG. 16, “Process A” means a process in which a thin film is formed under the condition that the target film thickness is 180 nm. “Process B” means a process in which a thin film is formed under the condition that the target film thickness is 120 nm. The number of times each process is performed is shown in the film forming conditions. The greater the number of steps, the greater the film thickness.

「工程A」は、グラビアオフセット印刷の手法を用いて行われる。グラビアオフセット印刷は、特定の凹みパターンを有するグラビア版胴を転写用ブランケット胴に転移させ、転写用ブランケット胴上のインクを被印刷物に転写する印刷手法である。グラビアオフセット印刷では、グラビア印刷とオフセット印刷の特性を組み合わせることにより、グラビア版胴から直接印刷できない固いもの、曲面になっているもの、および壊れやすいものへの印刷が可能となっている。「工程A」では、25μmの凹みパターンを有するグラビア版胴を用いることで、おおよその目標膜厚を制御した。「工程B」では、54μmの凹みパターンを有するグラビア版胴を用いることで、おおよその目標膜厚を制御した。   “Step A” is performed using a gravure offset printing technique. Gravure offset printing is a printing technique in which a gravure plate cylinder having a specific dent pattern is transferred to a transfer blanket cylinder, and ink on the transfer blanket cylinder is transferred to a substrate. In gravure offset printing, by combining the characteristics of gravure printing and offset printing, it is possible to print on hard, curved, and fragile objects that cannot be printed directly from the gravure plate cylinder. In “Process A”, an approximate target film thickness was controlled by using a gravure plate cylinder having a 25 μm recess pattern. In “Process B”, an approximate target film thickness was controlled by using a gravure plate cylinder having a concave pattern of 54 μm.

図12から図15に示すように、加重平均分光透過率Tavの波形と実測値TMの波形は良好に一致する。図16に示すように、製膜条件によって示唆される平均膜厚と、演算によって算出される平均膜厚tAとの間には、高い相関がある。また、図17に示すように、膜厚粗さを示す二乗平均平方根偏差Sの実測値と、演算によって算出される分散σとの間にも、高い相関がある。よって、薄膜の膜厚分布が、本実施形態の解析手法によって精度よく検出されていると予想される。 As shown in FIGS. 12 to 15, the waveform of the weighted average spectral transmittance T av and the waveform of the actual measurement value TM are in good agreement. As shown in FIG. 16, there is a high correlation between the average film thickness suggested by the film forming conditions and the average film thickness tA calculated by calculation. Further, as shown in FIG. 17, the measured value of the root mean square deviation S q showing the film thickness roughness, also between the variance σ calculated by the calculation, there is a high correlation. Therefore, it is expected that the film thickness distribution of the thin film is accurately detected by the analysis method of this embodiment.

発明者の検討によれば、少なくともグラビアコーティングおよびスピンコーティングの手法で製膜された薄膜の実測値TMが本実施形態の解析手法によって良好に近似されることが確認されている。例えば、図12ないし図15は、グラビアオフセット印刷で製膜された薄膜の実測値が本実施形態の解析手法で良好に近似されることを示している。発明者は、スピンコートを用いて製膜した薄膜についても同様の解析を行っている。その結果、スピンコートで製膜された薄膜の実測値TMも本実施形態の解析手法によって良好に近似されることが確認されている。   According to the inventor's investigation, it has been confirmed that the measured value TM of the thin film formed by at least the gravure coating and spin coating techniques can be satisfactorily approximated by the analysis technique of this embodiment. For example, FIG. 12 to FIG. 15 show that the actual measurement value of the thin film formed by gravure offset printing can be satisfactorily approximated by the analysis method of this embodiment. The inventor has performed the same analysis on a thin film formed by spin coating. As a result, it has been confirmed that the actual measurement value TM of the thin film formed by spin coating is well approximated by the analysis method of this embodiment.

製膜手法は本実施形態の解析手法に影響しないため、種々の方法で製膜された薄膜について本実施形態の解析手法が適用できると考えられる。例えば、他の製膜手法としては、バーコート、スパッタリングおよびCVD(Chemical Vapor Deposition)などが挙げられる。また、単層の薄膜であれば、20nmから2300nmの薄膜の実測値TMが本実施形態の解析手法で良好に近似されることが確認されている。そのため、少なくとも10nmから5000nmまでの膜厚の薄膜に対して本実施形態の解析手法が適用可能と考えられる。測定波長域を2000nm〜3000nm程度の長波長領域にすることで、40μm程度の膜厚に対応した分光透過率のピークを確認しやすくなることがある。よって、ピークが確認しやすい波長域を選んで測定を行うことが好ましい。   Since the film formation method does not affect the analysis method of this embodiment, it is considered that the analysis method of this embodiment can be applied to thin films formed by various methods. For example, other film forming methods include bar coating, sputtering, and CVD (Chemical Vapor Deposition). In the case of a single-layer thin film, it has been confirmed that the measured value TM of a thin film of 20 nm to 2300 nm is satisfactorily approximated by the analysis method of this embodiment. Therefore, it is considered that the analysis method of this embodiment can be applied to a thin film having a thickness of at least 10 nm to 5000 nm. By setting the measurement wavelength range to a long wavelength range of about 2000 nm to 3000 nm, it may be easy to confirm the peak of the spectral transmittance corresponding to the film thickness of about 40 μm. Therefore, it is preferable to perform measurement by selecting a wavelength range in which a peak is easily confirmed.

以上説明したように、本実施形態の膜厚分布測定方法によれば、一回の分光透過率の測定によって測定領域MA内の膜厚分布が得られる。一回に測定できる範囲が広く、実測値TMの解析も容易であるため、広い範囲の膜厚分布が効率よく測定される。また、膜厚分布を考慮した加重平均分光透過率Tavで実測値TMが近似されるため、実測値TMと計算値(加重平均分光透過率Tav)とが一致しやすい。そのため、演算により算出される膜厚分布と実際の膜厚分布との間に誤差が生じにくい。 As described above, according to the film thickness distribution measuring method of the present embodiment, the film thickness distribution in the measurement region MA can be obtained by measuring the spectral transmittance once. Since the range that can be measured at once is wide and analysis of the actual measurement value TM is easy, a wide range of film thickness distribution can be measured efficiently. In addition, since the actual measurement value TM is approximated by the weighted average spectral transmittance T av considering the film thickness distribution, the actual measurement value TM and the calculated value (weighted average spectral transmittance T av ) are likely to match. Therefore, an error hardly occurs between the film thickness distribution calculated by the calculation and the actual film thickness distribution.

本実施形態では、回帰分析の手法を用いて分布パラメータPを算出する。そのため、任意の波長分散を有する実測値TMに加重平均分光透過率Tavを機械的に当てはめることができ、近似精度も高い。 In the present embodiment, the distribution parameter P is calculated using a regression analysis technique. Therefore, the weighted average spectral transmittance T av can be mechanically applied to the actual measurement value TM having an arbitrary wavelength dispersion, and the approximation accuracy is high.

本実施形態では、基材BMの吸収波長域WR1以外の波長域WR2で実測値TMに加重平均分光透過率Tavを当てはめる。そのため、実測値TMに加重平均分光透過率Tavを精度よく当てはめることができる。よって、演算により算出される膜厚分布と実際の膜厚分布との間に誤差が生じにくい。 In the present embodiment, the weighted average spectral transmittance T av is applied to the actual measurement value TM in a wavelength region WR2 other than the absorption wavelength region WR1 of the base material BM. Therefore, the weighted average spectral transmittance T av can be accurately applied to the actual measurement value TM. Therefore, an error hardly occurs between the film thickness distribution calculated by the calculation and the actual film thickness distribution.

本実施形態では、測定領域MAの大きさを小さくする必要がない。測定領域MAを大きくしても、測定領域MA全体の膜厚分布が一度に検出される。そのため、一回当たりの測定領域MAの大きさを大きくして、広範囲の膜厚分布を効率よく測定することができる。例えば、本実施形態では、実測値TMは、1mm以上の測定領域MAの分光透過率の測定値である。一回の分光透過率の測定によって、1mm以上もの大きな測定領域MAの膜厚分布が得られる。よって、二次元配列された複数の測定領域MAに順次測定を行う場合でも、短い時間で測定が完了する。 In the present embodiment, it is not necessary to reduce the size of the measurement area MA. Even if the measurement area MA is enlarged, the film thickness distribution of the entire measurement area MA is detected at a time. Therefore, it is possible to efficiently measure a wide range of film thickness distribution by increasing the size of the measurement area MA per time. For example, in the present embodiment, the actual measurement value TM is a measurement value of the spectral transmittance of the measurement area MA of 1 mm 2 or more. By measuring the spectral transmittance once, the film thickness distribution of the measurement area MA as large as 1 mm 2 or more can be obtained. Therefore, even when the measurement is sequentially performed on a plurality of measurement areas MA arranged two-dimensionally, the measurement is completed in a short time.

測定領域MAの大きさは、例えば、照明光Liによって薄膜40が照射される領域を目視することにより把握される。発明者が観測した結果、実施例1から実施例6の薄膜には、およそ幅1mmおよび長さ9mmの矩形の領域に照明光Liが照射されていた。したがって、実際の測定では、10mm程度の非常に大きな測定領域MAの膜厚分布が一度に測定される。上述のように、実施例1から実施例6の実測値の波形は加重平均分光透過率の波形と良好に一致する。よって、10mm程度の非常に大きな測定領域MAの膜厚分布についても短時間で精度よく測定することができることがわかる。 The size of the measurement area MA is grasped by, for example, visually observing the area where the thin film 40 is irradiated with the illumination light Li. As a result of observation by the inventors, the thin film of Example 1 to Example 6 was irradiated with illumination light Li on a rectangular region having a width of about 1 mm and a length of 9 mm. Therefore, in actual measurement, the film thickness distribution of a very large measurement area MA of about 10 mm 2 is measured at a time. As described above, the waveform of the actually measured values in Examples 1 to 6 agrees well with the waveform of the weighted average spectral transmittance. Therefore, it can be seen that the film thickness distribution of a very large measurement area MA of about 10 mm 2 can be measured with high accuracy in a short time.

[第二の実施形態]
図18は、第二の実施形態に係る膜厚分布測定方法を示す概念図である。本実施形態において第一の実施形態と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 18 is a conceptual diagram showing a film thickness distribution measuring method according to the second embodiment. In this embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態において第一の実施形態と異なる点は、薄膜40が複数の層41によって構成されている点である。薄膜40は、例えば、複数の層41として、一番目の層41からM番目の層41までのM個(Mは2以上の整数)の層を含む。隣り合う層41の屈折率は互いに異なる。 The present embodiment is different from the first embodiment in that the thin film 40 is composed of a plurality of layers 41. The thin film 40 includes, for example, M layers (M is an integer of 2 or more) from the first layer 41 1 to the M-th layer 41 M as the plurality of layers 41. The refractive indexes of the adjacent layers 41 are different from each other.

図19は、本実施形態の膜厚分布測定方法を説明するフローチャートである。以下、フローチャートを参照しながら、第一の実施形態との相違点を中心に、処理部20の構成および動作について説明する。   FIG. 19 is a flowchart for explaining the film thickness distribution measuring method of the present embodiment. Hereinafter, the configuration and operation of the processing unit 20 will be described with a focus on differences from the first embodiment with reference to a flowchart.

まず、測定部10が、複数の測定領域MAに順次分光透過率の測定を行う。これにより、各測定領域MAの分光透過率の実測値TM(λ)が得られる(測定ステップS11)。   First, the measurement unit 10 sequentially measures the spectral transmittance in a plurality of measurement areas MA. Thereby, the actual measurement value TM (λ) of the spectral transmittance of each measurement area MA is obtained (measurement step S11).

次に、入力部30が、処理部20に対して、処理部20が各種の処理を実行するために必要な情報を入力する(入力ステップS12)。例えば、分布関数作成部21に、各層41の分布関数の種類、分布パラメータPを構成する要素パラメータの変動範囲、および膜厚分布が存在する範囲などの情報が入力される。無分布分光透過率作成部22に、各層41の屈折率n、膜厚分布が存在する範囲、および膜厚のピッチΔtなどの情報が入力される。 Next, the input unit 30 inputs information necessary for the processing unit 20 to execute various processes to the processing unit 20 (input step S12). For example, information such as the type of distribution function of each layer 41, the variation range of element parameters constituting the distribution parameter P, and the range in which the film thickness distribution exists is input to the distribution function creation unit 21. Information such as the refractive index n f of each layer 41, the range in which the film thickness distribution exists, and the film thickness pitch Δt is input to the non-distributed spectral transmittance creating unit 22.

次に、分布関数作成部21が、層41ごとに分布関数を設定する(分布関数作成ステップS13)。例えば、i番目の層41(iは1からMまでの整数)については、層41の膜厚分布を特徴づける分布パラメータPを用いて、膜厚分布を示す分布関数f(t、P)を作成する。分布関数f(t、P)は、測定領域MA内において層41の膜厚がtである領域の占有面積の割合(占有率)を示す。分布パラメータPは、層41の膜厚分布を特徴づけるq個(qは1以上の整数)の要素パラメータPi1〜Piqの組み合わせとして表される。 Next, the distribution function creation unit 21 sets a distribution function for each layer 41 (distribution function creation step S13). For example, for an i-th layer 41 i (i is an integer from 1 to M), a distribution function f i (t) indicating the film thickness distribution is used by using a distribution parameter P i characterizing the film thickness distribution of the layer 41 i. , P i ). The distribution function f i (t, P i ) indicates the ratio (occupancy ratio) of the occupied area of the region where the film thickness of the layer 41 i is t in the measurement region MA. The distribution parameter P i is expressed as a combination of q element parameters P i1 to P iq that characterize the film thickness distribution of the layer 41 i (q is an integer of 1 or more).

膜厚分布は、連続分布CDでもよいし、離散分布DDでもよい。例えば、分布関数作成部21は、図8の連続分布CDに対応する分布関数を作成する。図8の膜厚分布は、例えば、ガウス分布である。分布パラメータPは、例えば、平均膜厚tAおよび分散σをそれぞれ要素パラメータとして含む。   The film thickness distribution may be a continuous distribution CD or a discrete distribution DD. For example, the distribution function creation unit 21 creates a distribution function corresponding to the continuous distribution CD in FIG. The film thickness distribution in FIG. 8 is, for example, a Gaussian distribution. The distribution parameter P includes, for example, the average film thickness tA and the variance σ as element parameters.

次に、無分布分光透過率作成部22は、式(1)に基づいて、層41ごとに分光透過率の理論値を作成する(無分布分光透過率作成ステップS14)。例えば、i番目の層41については、層41の膜厚tごとの分光透過率の理論値TT(λ、t)を作成する。無分布分光透過率作成部22は、入力部30からの情報に基づいて、膜厚分布が存在する範囲に、Δtのピッチで複数の膜厚値(t、t、…、t)を設定する。無分布分光透過率作成部22は、それぞれの膜厚値について、理論値TT(λ、t)を作成する。 Next, the non-distributed spectral transmittance creating unit 22 creates a theoretical value of the spectral transmittance for each layer 41 based on the formula (1) (non-distributed spectral transmittance creating step S14). For example, for the i-th layer 41 i , a theoretical value TT i (λ, t) of the spectral transmittance for each film thickness t of the layer 41 i is created. Based on information from the input unit 30, the non-distributed spectral transmittance creating unit 22 has a plurality of film thickness values (t 1 , t 2 ,..., T N ) at a pitch of Δt within a range where the film thickness distribution exists. Set. The non-distributed spectral transmittance creating unit 22 creates a theoretical value TT i (λ, t) for each film thickness value.

次に、加重平均分光透過率算出部23が、層41ごとに加重平均分光透過率を算出し、各層41の加重平均分光透過率の総和を薄膜40の加重平均分光透過率として算出する(加重平均分光透過率算出ステップS15)。例えば、i番目の層41については、層41の膜厚tごとの分光透過率の理論値TT(λ、t)を分布関数f(t、P)で加重平均して加重平均分光透過率Tavi(λ、P)を算出する。層41の加重平均分光透過率Tavi(λ、P)は、下記式(3)で表される。薄膜の加重平均分光透過率Tavt(λ、P、…、P)は、下記式(4)で表される。 Next, the weighted average spectral transmittance calculating unit 23 calculates the weighted average spectral transmittance for each layer 41, and calculates the sum of the weighted average spectral transmittance of each layer 41 as the weighted average spectral transmittance of the thin film 40 (weighted). Average spectral transmittance calculation step S15). For example, for the i-th layer 41 i , the theoretical value TT i (λ, t) of the spectral transmittance for each film thickness t of the layer 41 i is weighted and averaged with the distribution function f i (t, P i ). The average spectral transmittance T avi (λ, P i ) is calculated. The weighted average spectral transmittance T avi (λ, P i ) of the layer 41 i is represented by the following formula (3). The weighted average spectral transmittance T avt (λ, P 1 ,..., P M ) of the thin film is expressed by the following formula (4).

次に、解析部25が、薄膜40の分光透過率の実測値TM(λ)に薄膜40の加重平均分光透過率Tavt(λ、P、…、P)を当てはめて、各層41の分布関数f(t、P)〜f(t、P)に含まれる分布パラメータP〜Pを算出する(解析ステップS16)。例えば、解析部25は、回帰分析の手法を用いて分布パラメータP〜Pを算出する。 Next, the analysis unit 25 applies the weighted average spectral transmittance T avt (λ, P 1 ,..., P M ) of the thin film 40 to the measured value TM (λ) of the spectral transmittance of the thin film 40, and Distribution parameters P 1 to P M included in the distribution functions f 1 (t, P 1 ) to f M (t, P M ) are calculated (analysis step S16). For example, the analysis unit 25 calculates the distribution parameter P 1 to P M using techniques regression analysis.

例えば、解析部25は、各層41、および各層41が配置される基材BMの吸収波長域以外の波長域で実測値TM(λ)に加重平均分光透過率Tavt(λ、P、…、P)を当てはめる。これにより、実測値TM(λ)に加重平均分光透過率Tavt(λ、P、…、P)を精度よく当てはめることができる。よって、演算により算出される各層41の膜厚分布と実際の各層41の膜厚分布との間に誤差が生じにくい。 For example, the analysis unit 25 calculates the weighted average spectral transmittance T avt (λ, P 1 ,...) To the measured value TM (λ) in a wavelength region other than the absorption wavelength region of each layer 41 and the base material BM on which each layer 41 is disposed. , P M ). Thereby, the weighted average spectral transmittance T avt (λ, P 1 ,..., P M ) can be accurately applied to the actual measurement value TM (λ). Therefore, an error hardly occurs between the film thickness distribution of each layer 41 calculated by calculation and the actual film thickness distribution of each layer 41.

以上により、一つの測定領域MA内の各層41の分布パラメータP〜Pが算出される。解析部25は、算出された各層41の分布パラメータP〜Pを測定領域MAの位置と対応付けて出力部26に出力する。 As described above, the distribution parameters P 1 to P M of each layer 41 in one measurement region MA are calculated. The analysis unit 25 outputs the calculated distribution parameters P 1 to P M of each layer 41 to the output unit 26 in association with the position of the measurement region MA.

次に、解析部25は、薄膜40に設定された全ての測定領域MAの分布パラメータP〜Pが算出されたか否かを判定する(判定ステップS17)。解析部25が、全ての測定領域MAの分布パラメータP〜Pが算出されていないと判定した場合には(判定ステップS17:No)、分布関数作成ステップS13に戻り、同様の手順に従って、分布パラメータP〜Pが算出されていない測定領域MAの分布パラメータP〜Pを算出する。解析部25が、全ての測定領域MAの分布パラメータP〜Pが算出されていると判定した場合には(判定ステップS17:Yes)、解析が終了する。 Next, the analyzing unit 25 determines whether the distribution parameter P 1 to P M of all the measurement areas MA, which is set to the thin film 40 is calculated (decision step S17). Analysis unit 25, when it is determined that the distribution parameter P 1 to P M of all the measurement regions MA not calculated (decision step S17: No), returns to the distribution function creating step S13, following the same procedure, The distribution parameters P 1 to P M of the measurement area MA for which the distribution parameters P 1 to P M are not calculated are calculated. Analysis unit 25, when it is determined that the distribution parameter P 1 to P M of all the measurement regions MA is calculated (decision step S17: Yes), the analysis is completed.

全ての測定領域MAの分布パラメータP〜Pが算出されたら、出力部26は、各測定領域MAの層41ごとの分布パラメータP〜Pを用いて、測定領域MAごとに、各層41の分布情報Dを検出する。出力部26は、各層41の分布情報Dを測定領域MAの位置および各層41の製膜条件などと対応付けてデータ記憶部31および表示部32に供給する(出力ステップS18)。 After distribution parameter P 1 to P M of all the measurement area MA is calculated, the output unit 26, using the distribution parameter P 1 to P M of each layer 41 of each measurement area MA, for each measurement area MA, the layers 41 distribution information D is detected. The output unit 26 supplies the distribution information D of each layer 41 to the data storage unit 31 and the display unit 32 in association with the position of the measurement region MA and the film forming conditions of each layer 41 (output step S18).

図20は、実施例7における実測値TMと加重平均分光透過率Tavtとの比較結果を示す図である。図21は、実施例7の薄膜の解析に使用したパラメータの値を示す図である。図20では、比較のため、分光透過率の理論値TTを併記している。 FIG. 20 is a diagram illustrating a comparison result between the actual measurement value TM and the weighted average spectral transmittance T avt in Example 7. FIG. 21 is a diagram illustrating parameter values used in the analysis of the thin film of Example 7. In FIG. 20, the theoretical value TT of the spectral transmittance is also shown for comparison.

実施例7の薄膜は、塗膜1および塗膜2によって構成されている。塗膜1および塗膜2の構成は以下のとおりである。   The thin film of Example 7 is composed of the coating film 1 and the coating film 2. The composition of the coating film 1 and the coating film 2 is as follows.

<塗膜1>
塗膜1は、以下の各原料を混合した塗液をスピンコートして得られた薄膜である。
・中空シリカ(粒径1〜5nm、[商品名等]エクセルピュアBD−P01):5重量%
・アルコール系溶媒(エタノール):30重量%
・アルコール系溶媒(ノルマルプロピルアルコール):30重量%
・アルコール系溶媒(メタノール):5重量%
・エーテル系溶媒(プロピレングリコールモノメチルエーテル):30重量%
<Coating film 1>
The coating film 1 is a thin film obtained by spin-coating a coating liquid in which the following raw materials are mixed.
Hollow silica (particle size 1-5 nm, [trade name etc.] Excel Pure BD-P01): 5% by weight
・ Alcohol solvent (ethanol): 30% by weight
・ Alcohol solvent (normal propyl alcohol): 30% by weight
・ Alcohol solvent (methanol): 5% by weight
Ether solvent (propylene glycol monomethyl ether): 30% by weight

<塗膜2>
塗膜2は、以下の各原料を混合した塗液をスピンコートして得られた薄膜である。
・二酸化ジルコニウム粒子(粒径15〜25nm、[商品名等]リオデュラスTYZ):17.5重量%
・アクリル系モノマー(α−(アリルオキシメチル)アクリレート):7.5重量%
・エーテル系溶媒(プロピレングリコールモノメチルエーテル):74.5重量%
・光重合開始剤(アセトフェノン系化合物):0.5重量%
<Coating film 2>
The coating film 2 is a thin film obtained by spin-coating a coating liquid in which the following raw materials are mixed.
・ Zirconium dioxide particles (particle size: 15 to 25 nm, [trade name, etc.] Rioduras TYZ): 17.5% by weight
Acrylic monomer (α- (allyloxymethyl) acrylate): 7.5% by weight
Ether solvent (propylene glycol monomethyl ether): 74.5% by weight
-Photopolymerization initiator (acetophenone compound): 0.5% by weight

基材には、短波長側に吸収波長域WR1があるため、吸収波長域WR1以外の波長域WR2で実測値TMと加重平均分光透過率Tavtとの当てはめが行われている。図20に示すように、加重平均分光透過率Tavtの波形と実測値TMの波形は良好に一致する。よって、多層構造を有する薄膜についても、一回の測定で各層の膜厚分布が精度よく検出されると予想される。 Since the base material has an absorption wavelength region WR1 on the short wavelength side, the measured value TM and the weighted average spectral transmittance T avt are applied in a wavelength region WR2 other than the absorption wavelength region WR1. As shown in FIG. 20, the waveform of the weighted average spectral transmittance T avt and the waveform of the actual measurement value TM are in good agreement. Therefore, even for a thin film having a multilayer structure, it is expected that the film thickness distribution of each layer can be accurately detected by a single measurement.

以上説明したように、本実施形態の膜厚分布測定方法によれば、一回の分光透過率の測定によって、薄膜40を構成する複数の層41の膜厚分布を同時に算出することができる。また、各層41の膜厚分布を考慮した加重平均分光透過率Tavtで実測値TMが近似されるため、実測値TMと計算値(加重平均分光透過率Tavt)とが一致しやすい。そのため、演算により算出される各層41の膜厚分布と実際の各層41の膜厚分布との間に誤差が生じにくい。 As described above, according to the film thickness distribution measuring method of the present embodiment, the film thickness distributions of the plurality of layers 41 constituting the thin film 40 can be calculated simultaneously by measuring the spectral transmittance once. In addition, since the actual measurement value TM is approximated by the weighted average spectral transmittance T avt considering the film thickness distribution of each layer 41, the actual measurement value TM and the calculated value (weighted average spectral transmittance T avt ) are likely to match. Therefore, an error is unlikely to occur between the film thickness distribution of each layer 41 calculated by calculation and the actual film thickness distribution of each layer 41.

図20では、二層構造の薄膜について本実施形態の解析手法が適用されたが、適用対象となる薄膜の層構造は二層構造に限られない。三層以上の積層構造を有する薄膜についても本実施形態の解析手法を良好に適用できると考えられる。   In FIG. 20, the analysis method of the present embodiment is applied to a thin film having a two-layer structure, but the layer structure of the thin film to be applied is not limited to the two-layer structure. It is considered that the analysis method of the present embodiment can be favorably applied to a thin film having a laminated structure of three or more layers.

[第一の変形例]
以下、第一の実施形態の変形例を説明する。本変形例について第一の実施形態と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
[First modification]
Hereinafter, modifications of the first embodiment will be described. Constituent elements common to the first embodiment in this modification are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.

本変形例において第一の実施形態と異なる点は、膜厚分布が、図8に示した離散分布DDである点である。図1に示した分布関数作成部21は、膜厚分布が存在する範囲に、t〜tまでのN個(Nは2以上の整数)の膜厚値をΔtごとに離散的に設定する。分布関数作成部21は、分布関数f(t、P)として、各膜厚t〜tに対応する占有率f〜fを設定する。 In this modification, the difference from the first embodiment is that the film thickness distribution is the discrete distribution DD shown in FIG. Distribution function creating unit 21 shown in FIG. 1, the range where the film thickness distribution is present, discretely setting the film thickness value of N to t 1 ~t N (N is an integer of 2 or more) for each Δt To do. The distribution function creation unit 21 sets the occupation ratios f 1 to f N corresponding to the film thicknesses t 1 to t N as the distribution function f (t, P).

分布関数f(t、P)は、膜厚t〜tに対応した複数の占有率f〜fの数値の組み合わせとして作成される。分布パラメータPは、各膜厚の占有率f〜fをそれぞれ要素パラメータとして含む。各要素パラメータの値(占有率f〜f)は、解析部25によって実測値TMが解析されることにより算出される。膜厚分布が存在する範囲、膜厚のピッチΔtの大きさは、例えば、入力部30から入力される。 The distribution function f (t, P) is created as a combination of numerical values of a plurality of occupation ratios f 1 to f N corresponding to the film thicknesses t 1 to t N. The distribution parameter P includes the occupancy rates f 1 to f N of the respective film thicknesses as element parameters. The value of each element parameter (occupancy ratios f 1 to f N ) is calculated by analyzing the actual measurement value TM by the analysis unit 25. The range in which the film thickness distribution exists and the size of the film thickness pitch Δt are input from the input unit 30, for example.

加重平均分光透過率Tav(λ、P)は、下記式(5)で表される。 The weighted average spectral transmittance T av (λ, P) is expressed by the following formula (5).

解析部25は、薄膜40の分光透過率の実測値TM(λ)に加重平均分光透過率Tav(λ、P)を当てはめて分布パラメータPを算出する。解析部25は、例えば、離散的に設定されたN個の膜厚値t〜tと同数の波長λ〜λを選択し、下記式(6)を用いて分布パラメータPの値を算出する。 The analysis unit 25 calculates the distribution parameter P by applying the weighted average spectral transmittance T av (λ, P) to the measured value TM (λ) of the spectral transmittance of the thin film 40. Analyzing section 25, for example, discretely set by selecting N thickness value t 1 ~t N same number of wavelengths lambda 1 to [lambda] N was the value of the distribution parameter P using the following equation (6) Is calculated.

式(6)の連立方程式を解くことで、各膜厚t〜tに対応する占有率f〜fが算出される。λ〜λは、任意に設定できる。λ〜λは、例えば、薄膜40、および薄膜40が配置される基材BMの吸収波長域以外の波長域の波長として設定される。これにより、実測値TM(λ)に近似式Tav(λ、P)を精度よく当てはめることができる。よって、演算により算出される膜厚分布と実際の膜厚分布との間に誤差が生じにくい。 By solving the simultaneous equations of formula (6), occupancy f 1 ~f N corresponding to the respective film thickness t 1 ~t N is calculated. λ 1 to λ N can be set arbitrarily. λ 1 to λ N are set as wavelengths in a wavelength region other than the absorption wavelength region of the thin film 40 and the base material BM on which the thin film 40 is disposed, for example. Thereby, the approximate expression T av (λ, P) can be accurately applied to the actual measurement value TM (λ). Therefore, an error hardly occurs between the film thickness distribution calculated by the calculation and the actual film thickness distribution.

本変形例によっても、一回の分光透過率の測定によって測定領域MA内の膜厚分布が得られる。また、単純な連立方程式を解くことによって膜厚分布が算出されるため、演算が容易である。   Also according to this modification, the film thickness distribution in the measurement region MA can be obtained by measuring the spectral transmittance once. Further, since the film thickness distribution is calculated by solving a simple simultaneous equation, the calculation is easy.

[第二の変形例]
図22および図23は、分布関数のバリエーションを示す図である。
[Second modification]
22 and 23 are diagrams showing variations of the distribution function.

第一の実施形態および第二の実施形態では、膜厚分布として、図22に示すようなガウス分布を用いたが、膜厚分布はガウス分布に限られない。膜厚分布としては、図23に示すラプラス分布を用いてもよい。分布関数としては、平均値を持ち、分散値をもとに確率分布が計算される分布関数が好適に用いられる。膜厚分布は製膜条件によって変化する。そのため、製膜条件に応じて適切な分布関数を採用することが好ましい。製膜工程で生じる膜厚分布の偏りを考慮して、上述の分布関数に、独自に偏りを定義できるような関数または係数を付け加えることも可能である。蓋然性の高い分布関数を用いることで、膜厚分布を精度よく近似することができる。   In the first embodiment and the second embodiment, the Gaussian distribution as shown in FIG. 22 is used as the film thickness distribution, but the film thickness distribution is not limited to the Gaussian distribution. As the film thickness distribution, a Laplace distribution shown in FIG. 23 may be used. As the distribution function, a distribution function having an average value and calculating a probability distribution based on the variance value is preferably used. The film thickness distribution varies depending on the film forming conditions. Therefore, it is preferable to employ an appropriate distribution function according to the film forming conditions. In consideration of the deviation of the film thickness distribution generated in the film forming process, it is possible to add a function or a coefficient that can uniquely define the deviation to the above distribution function. By using a highly probable distribution function, the film thickness distribution can be accurately approximated.

以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。上述した発明を基にして当業者が適宜設計変更して実施しうる全ての発明も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の技術的範囲に属する。   The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to such an embodiment. The content disclosed in the embodiment is merely an example, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Appropriate changes made without departing from the spirit of the present invention naturally belong to the technical scope of the present invention. All the inventions that can be implemented by those skilled in the art based on the above-described inventions are also within the technical scope of the present invention as long as they include the gist of the present invention.

[干渉現象の算術的取扱い]
干渉現象の算術的取り扱いは、一般的にマトリックス法と呼ばれる計算手法が用いられる。マトリックス法で計算される値は、界面反射率、界面透過率および界面吸収率である。マトリックス法では、二つの媒質の界面での光学特性が計算される。以下、計算に用いる記号について記載する。下記の記号は、上述した実施形態において用いられる符号とは関係がない。
[Arithmetic handling of interference phenomena]
For the arithmetic treatment of the interference phenomenon, a calculation method generally called a matrix method is used. The values calculated by the matrix method are interface reflectance, interface transmittance, and interface absorption rate. In the matrix method, optical properties at the interface between two media are calculated. The symbols used for calculation are described below. The following symbols are not related to the symbols used in the above-described embodiments.

[A]界面での光の反射および透過について
異なる2つの媒質の境界面では必ず光の反射が起こる。屈折率がn0の媒体と屈折率がn1の媒体との境界面での振幅反射係数rは、下記式(7)で表される。振幅透過係数tは、下記式(8)で表される。ρは、界面の複素屈折率の比である。
r=(1−ρ)/(1+ρ) ・・・(7)
t=2/(1+ρ) ・・・(8)
[A] Reflection and transmission of light at the interface
Reflection of light always occurs at the interface between two different media. The amplitude reflection coefficient r at the boundary surface between the medium having the refractive index n0 and the medium having the refractive index n1 is expressed by the following formula (7). The amplitude transmission coefficient t is expressed by the following equation (8). ρ is the ratio of the complex refractive index of the interface.
r = (1−ρ) / (1 + ρ) (7)
t = 2 / (1 + ρ) (8)

光が境界面に垂直に入射する場合には、反射率Rと透過率Tは、振幅反射係数rと振幅透過係数tを用いて、下記式(9)および下記式(10)で表される。
r=(N−N)/(N+N) ・・・(9)
t=2N/(N+N) ・・・(10)
When light is incident perpendicular to the boundary surface, the reflectance R and the transmittance T are expressed by the following formula (9) and the following formula (10) using the amplitude reflection coefficient r and the amplitude transmission coefficient t. .
r = (N 0 −N 1 ) / (N 0 + N 1 ) (9)
t = 2N 0 / (N 0 + N 1 ) (10)

屈折率Nおよび屈折率Nが実数である場合、すなわち入射媒質および出射媒質が透明である場合には、反射率Rと透過率Tは、下記式(11)および下記式(12)で表される。
R=r={(N−N)/(N+N)} ・・・(11)
T=N・t/N=4N/(N+N ・・・(12)
When the refractive index N 0 and the refractive index N 1 are real numbers, that is, when the incident medium and the output medium are transparent, the reflectance R and the transmittance T are expressed by the following expressions (11) and (12). expressed.
R = r 2 = {(N 0 −N 1 ) / (N 0 + N 1 )} 2 (11)
T = N 1 · t 2 / N 0 = 4N 0 N 1 / (N 0 + N 1 ) 2 (12)

式(11)式および式(12)より、R+T=1であることが解る。   From Equation (11) and Equation (12), it is understood that R + T = 1.

[B]光学計算で扱う物理量について
[B−1]屈折率
屈折率Nは真空中での光の速度cと媒質中での光の速度vとの比で定義される。
N=n−ik ・・・(13)
[B] Physical quantities handled in optical calculation [B-1] Refractive index The refractive index N is defined by the ratio of the speed of light c in a vacuum to the speed of light v in a medium.
N = n−ik (13)

式(13)において、iは虚数であり、i=−1である。Nは複素屈折率と呼ばれ、nは屈折率実数部、kは屈折率虚数部である。誘電体膜を扱う場合には、薄膜は透明体(すなわちk=0)であるので、nが屈折率と称されることもある。 In formula (13), i is an imaginary number and i 2 = −1. N is called the complex refractive index, n is the real part of the refractive index, and k is the imaginary part of the refractive index. When dealing with a dielectric film, since the thin film is a transparent body (ie, k = 0), n is sometimes referred to as a refractive index.

kは薄膜の吸収を表現する値である。kは吸収係数αと次の関係を有する。
α=4πk/λ ・・・(14)
k is a value expressing the absorption of the thin film. k has the following relationship with the absorption coefficient α.
α = 4πk / λ (14)

式(14)において、αは、入射光の強度を1/eの強度に減ずる伝播距離の逆数である。λは光の波長である。   In equation (14), α is the reciprocal of the propagation distance that reduces the intensity of the incident light to 1 / e. λ is the wavelength of light.

[B−2]位相膜厚
光が媒質中を伝播するときの位相の変化を表現する位相膜厚δは次式のように表される。
δ=2πNdcosθ/λ ・・・(15)
[B-2] Phase thickness The phase thickness δ expressing the change in phase when light propagates through the medium is expressed as the following equation.
δ = 2πNd cos θ / λ (15)

式(15)において、θは光の入射角度(基材の法線となす角度)である。λは光の波長である。dは物理的膜厚である。   In the formula (15), θ is an incident angle of light (an angle formed with a normal line of the base material). λ is the wavelength of light. d is a physical film thickness.

[B−3]マトリックス計算
マトリックス法では、扱う薄膜に固有の量である光学定数で定義される特性マトリックスから光学特性が計算される。多層膜の場合には、各層の特性マトリックスの積が多層膜全体の特性マトリックスとして扱われる。
[B-3] Matrix calculation In the matrix method, optical characteristics are calculated from a characteristic matrix defined by optical constants, which are quantities inherent to the thin film to be handled. In the case of a multilayer film, the product of the characteristic matrix of each layer is treated as the characteristic matrix of the entire multilayer film.

[C]特性マトリックスについて
[C−1]単層膜の光学系
単層膜の光学系における薄膜の特性マトリックスMは、下記式(16)で表される。
[C] Characteristic Matrix [C-1] Single Layer Film Optical System A thin film characteristic matrix M in the single layer film optical system is represented by the following formula (16).

基材の特性マトリックスは、下記式(17)で表される。下記式(17)において、Nsは基材の複素屈折率を示す。   The characteristic matrix of the substrate is represented by the following formula (17). In following formula (17), Ns shows the complex refractive index of a base material.

[C−2]反射率および透過率の計算方法
以下、基材上に単層膜が形成されている場合の反射率および透過率の計算方法を述べる。図24は、単層膜の光学系の概念図である。
[C-2] Method for calculating reflectance and transmittance Hereinafter, a method for calculating the reflectance and transmittance when a single-layer film is formed on a substrate will be described. FIG. 24 is a conceptual diagram of an optical system of a single layer film.

反射率および透過率は、光の入射する媒質からみた光学系(薄膜と基材とを含めた光学系)の特性マトリクスを求めることによって算出される。単層膜の光学系の特性マトリクス(B,C)は、薄膜の特性マトリックスMと基材のマトリックスMsとの積として算出される。計算結果は下記式(18)のように示される。   The reflectance and transmittance are calculated by obtaining a characteristic matrix of an optical system (an optical system including a thin film and a base material) viewed from a light incident medium. The characteristic matrix (B, C) of the optical system of the single layer film is calculated as the product of the characteristic matrix M of the thin film and the matrix Ms of the substrate. The calculation result is shown as the following formula (18).

光学アドミッタンスYは下記式(19)で表わされる。光学アドミッタンスは、屈折率と同様に扱える数値である。
Y=C/B ・・・(19)
The optical admittance Y is represented by the following formula (19). The optical admittance is a numerical value that can be handled in the same manner as the refractive index.
Y = C / B (19)

振幅反射係数rおよび振幅透過係数tを求めるために、式(7)および式(8)を利用することができる。基材上に薄膜が形成されている場合の反射率は、光学アドミッタンスη0を持つ入力媒質と光学アドミッタンスYを有する媒体との単純な境界面での反射率を求めることで計算できる。   In order to obtain the amplitude reflection coefficient r and the amplitude transmission coefficient t, Expression (7) and Expression (8) can be used. The reflectance when the thin film is formed on the substrate can be calculated by obtaining the reflectance at a simple interface between the input medium having the optical admittance η0 and the medium having the optical admittance Y.

したがって、式(7)から振幅反射係数rは、下記式(20)で表される。
r=(η0−Y)/(η0+Y) ・・・(20)
Therefore, from equation (7), the amplitude reflection coefficient r is expressed by the following equation (20).
r = (η0−Y) / (η0 + Y) (20)

反射率Rは、下記式(21)で表される。
The reflectance R is represented by the following formula (21).

式(20)および式(21)から、反射率Rは、下記式(22)で表される。r*はrの共役複素数である。   From the equations (20) and (21), the reflectance R is expressed by the following equation (22). r * is a conjugate complex number of r.

透過率と吸収率は、それぞれ下記式(23)および下記式(24)で表される。ηsは基材の光学アドミッタンスである。real(η)はηの実数部を求める計算式である。   The transmittance and the absorptance are represented by the following formula (23) and the following formula (24), respectively. ηs is the optical admittance of the substrate. real (η) is a calculation formula for obtaining the real part of η.

[C−3]多層膜の光学系
多層膜の光学系における計算方法は、上述の単層膜の光学系における計算方法と同じである。図25は、多層膜の光学系の概念図である。図25では、例えば、薄膜はp個の層によって構成されている。
[C-3] Multilayer Optical System The calculation method in the multilayer optical system is the same as the calculation method in the single-layer optical system described above. FIG. 25 is a conceptual diagram of a multilayer optical system. In FIG. 25, for example, the thin film is composed of p layers.

q番目の層の特性マトリックスMqは、下記式(25)ないし下記式(27)を用いて算出される。   The characteristic matrix Mq of the q-th layer is calculated using the following formula (25) to the following formula (27).

反射率、透過率および吸収率は、単層膜の場合と同様に、式(18)、式(19)、式(22)、式(23)および式(24)を用いて算出される。   The reflectance, transmittance, and absorptance are calculated using Equation (18), Equation (19), Equation (22), Equation (23), and Equation (24), as in the case of the single layer film.

なお、反射率を算出する際には、基材の裏面を考慮した計算を行うことができない。そのため、基材の表面による反射のみが計算される。また、物質の屈折率は複雑な波長依存性を持ち、一様に表現することができない。そのため、仮に基材の表面だけであっても、実測の反射率を計算によって正確に再現することは難しい。   In addition, when calculating a reflectance, the calculation which considered the back surface of the base material cannot be performed. Therefore, only the reflection from the surface of the substrate is calculated. Moreover, the refractive index of a substance has complicated wavelength dependence and cannot be expressed uniformly. Therefore, even if it is only the surface of the base material, it is difficult to accurately reproduce the measured reflectance by calculation.

基材の影響を排除するには、薄膜を製膜する前の基材の反射率と、薄膜を製膜した後の反射率と、の差分を計算することが好ましい。また、基材の影響を排除した反射率の理論値を算出し、この理論値を上述の差分と比較することが好ましい。これにより、理論値と実測値とを正確に対比することができる。   In order to eliminate the influence of the base material, it is preferable to calculate the difference between the reflectance of the base material before forming the thin film and the reflectance after forming the thin film. Further, it is preferable to calculate a theoretical value of the reflectance excluding the influence of the base material and compare this theoretical value with the above-mentioned difference. As a result, the theoretical value and the actual measurement value can be accurately compared.

基材は平坦であっても曲面であってもよい。ただし、曲面状の基材を評価する際は、分光光度計による測定時において、入射角によって光路長が変化することが想定されるため、算出した膜厚に補正をかける必要がある。   The substrate may be flat or curved. However, when evaluating a curved substrate, it is assumed that the optical path length varies depending on the incident angle during measurement with a spectrophotometer, and thus the calculated film thickness needs to be corrected.

反射率の値を予測する場合には、次の方法を用いることができる。まず、実測による基材の反射率をベースラインとして、薄膜干渉によって増減する値を計算によって求める。そして、反射率が基材のベースラインをもとにどのように変動するかを算出する。これにより、反射率の値を予測することができる。   When predicting the reflectance value, the following method can be used. First, the value which increases / decreases by thin film interference is calculated | required by calculation by making the reflectance of the base material by measurement into a baseline. Then, how the reflectance varies based on the base line of the base material is calculated. Thereby, the value of reflectance can be predicted.

同様の膜厚分布の推測を透過率データを用いて行うこともできる。薄膜が、ポリカーボネートおよびアクリルなどの透明材料の場合、吸収の小さい波長域においては透過率においても薄膜干渉による透過率の増減が現れる。反射率および透過率のいずれの実測値を用いても膜厚分布を算出することができる。   A similar estimation of the film thickness distribution can also be performed using the transmittance data. In the case where the thin film is a transparent material such as polycarbonate and acrylic, an increase or decrease in the transmittance due to the thin film interference also appears in the transmittance in the wavelength region where the absorption is small. The film thickness distribution can be calculated using any measured value of reflectance and transmittance.

1 膜厚分布測定装置
21 分布関数作成部
23 加重平均分光透過率算出部
25 解析部
40 薄膜
41 層
MA 測定領域
P 分布パラメータ
T 分光透過率
av、Tavt 加重平均分光透過率
TM 分光透過率の実測値
TT 分光透過率の理論値
WR1 基材の吸収波長域
WR2 基材の吸収波長域以外の波長域
1 the film thickness distribution measuring device 21 distribution function creating unit 23 weighted mean spectral transmittance calculating unit 25 analyzing unit 40 thin film 41 layered MA measuring area P distribution parameter T spectral transmittance T av, T avt weighted average spectral transmittance TM spectral transmittance Actual value TT Theoretical value of spectral transmittance WR1 Absorption wavelength region of substrate WR2 Wavelength region other than absorption wavelength region of substrate

Claims (8)

薄膜の膜厚ごとの分光透過率の理論値を分布パラメータを含む分布関数で加重平均して加重平均分光透過率を算出する加重平均分光透過率算出ステップと、
前記薄膜の分光透過率の実測値に前記加重平均分光透過率を当てはめて前記分布パラメータを算出する解析ステップと、
を有する膜厚分布測定方法。
A weighted average spectral transmittance calculating step of calculating a weighted average spectral transmittance by weighted averaging a theoretical value of spectral transmittance for each film thickness of the thin film with a distribution function including a distribution parameter;
An analysis step of calculating the distribution parameter by applying the weighted average spectral transmittance to the measured value of the spectral transmittance of the thin film;
A method for measuring film thickness distribution.
前記解析ステップでは、回帰分析の手法を用いて前記分布パラメータを算出する
請求項1に記載の膜厚分布測定方法。
The film thickness distribution measuring method according to claim 1, wherein in the analyzing step, the distribution parameter is calculated using a regression analysis technique.
前記分布関数は、ガウス分布またはラプラス分布を示す分布関数である
請求項2に記載の膜厚分布測定方法。
The film thickness distribution measuring method according to claim 2, wherein the distribution function is a distribution function indicating a Gaussian distribution or a Laplace distribution.
前記解析ステップでは、前記薄膜が配置される基材の吸収波長域以外の波長域で前記実測値に前記加重平均分光透過率を当てはめる
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の膜厚分布測定方法。
4. The film thickness distribution according to claim 1, wherein in the analysis step, the weighted average spectral transmittance is applied to the actual measurement value in a wavelength region other than the absorption wavelength region of the substrate on which the thin film is disposed. Measuring method.
前記実測値は、1mm以上の測定領域の分光透過率の測定値である
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の膜厚分布測定方法。
The film thickness distribution measurement method according to any one of claims 1 to 4, wherein the actual measurement value is a measurement value of spectral transmittance in a measurement region of 1 mm 2 or more.
前記薄膜は複数の層によって構成され、
前記加重平均分光透過率算出ステップでは、前記層ごとに前記分布関数を設定し、前記層ごとに前記加重平均分光透過率を算出し、各層の前記加重平均分光透過率の総和を前記薄膜の加重平均分光透過率として算出し、
前記解析ステップでは、前記実測値に前記薄膜の加重平均分光透過率を当てはめて、各層の前記分布関数に含まれる前記分布パラメータを算出する
請求項1ないし5のいずれか1項に記載の膜厚分布測定方法。
The thin film is composed of a plurality of layers,
In the weighted average spectral transmittance calculating step, the distribution function is set for each of the layers, the weighted average spectral transmittance is calculated for each of the layers, and the sum of the weighted average spectral transmittance of each layer is weighted of the thin film. Calculated as the average spectral transmittance,
6. The film thickness according to claim 1, wherein in the analysis step, the distribution parameter included in the distribution function of each layer is calculated by applying a weighted average spectral transmittance of the thin film to the actual measurement value. Distribution measurement method.
薄膜の膜厚ごとの分光透過率の理論値を分布パラメータを含む分布関数で加重平均して加重平均分光透過率を算出する加重平均分光透過率算出部と、
前記薄膜の分光透過率の実測値に前記加重平均分光透過率を当てはめて前記分布パラメータを算出する解析部と、
を有する膜厚分布測定装置。
A weighted average spectral transmittance calculating unit that calculates a weighted average spectral transmittance by weighted averaging a theoretical value of spectral transmittance for each thin film thickness with a distribution function including a distribution parameter;
An analyzer that calculates the distribution parameter by applying the weighted average spectral transmittance to the measured value of the spectral transmittance of the thin film;
A film thickness distribution measuring apparatus.
薄膜の膜厚ごとの分光透過率の理論値を分布パラメータを含む分布関数で加重平均して加重平均分光透過率を算出する加重平均分光透過率算出ステップと、
前記薄膜の分光透過率の実測値に前記加重平均分光透過率を当てはめて前記分布パラメータを算出する解析ステップと、
をコンピュータに実行させる膜厚分布測定プログラム。
A weighted average spectral transmittance calculating step of calculating a weighted average spectral transmittance by weighted averaging a theoretical value of spectral transmittance for each film thickness of the thin film with a distribution function including a distribution parameter;
An analysis step of calculating the distribution parameter by applying the weighted average spectral transmittance to the measured value of the spectral transmittance of the thin film;
Is a film thickness distribution measurement program that runs a computer.
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