JP3179140B2 - 薄膜の屈折率測定装置 - Google Patents
薄膜の屈折率測定装置Info
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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非破壊、非接触で透明
薄膜の屈折率を測定するための屈折率測定装置に関す
る。
薄膜の屈折率を測定するための屈折率測定装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】薄膜の屈折率を高精度に測定する方法と
して、従来から、偏光解析法や、分光反射率又は分光透
過率測定による方法等が、数多く提案されている。
して、従来から、偏光解析法や、分光反射率又は分光透
過率測定による方法等が、数多く提案されている。
【０００３】偏光解析法は、既知の偏光状態の光を試料
表面に対して斜め方向から入射させ、反射による偏光状
態の変化から、試料の屈折率と膜厚を高精度に求める方
法である。又、分光反射率から透明薄膜の屈折率を求め
る方法は、反射率の極小値をＲｍとした場合、次の
（１）式から計算により求められる。 ここで、ｎは薄膜の屈折率、ｎS は基板の屈折率であ
る。又、分光透過率から屈折率を求める方法は、Ｓｗａ
ｎｅｐｏｅｌの方法等が知られている。
表面に対して斜め方向から入射させ、反射による偏光状
態の変化から、試料の屈折率と膜厚を高精度に求める方
法である。又、分光反射率から透明薄膜の屈折率を求め
る方法は、反射率の極小値をＲｍとした場合、次の
（１）式から計算により求められる。 ここで、ｎは薄膜の屈折率、ｎS は基板の屈折率であ
る。又、分光透過率から屈折率を求める方法は、Ｓｗａ
ｎｅｐｏｅｌの方法等が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、偏光解
析による方法は、測定値から薄膜の屈折率と膜厚を解析
する時に複数解が存在するため、解の初期値を必要とす
る。又、一般的に屈折率は波長によりその値が変化する
が、市販の偏光解析装置はそのほとんどが単一波長のみ
による測定である。より正確な解を得るためには複数波
長で測定することが好ましいが、複数波長で測定できる
分光タイプの装置は非常に大がかりであり、しかも高価
になる欠点がある。
析による方法は、測定値から薄膜の屈折率と膜厚を解析
する時に複数解が存在するため、解の初期値を必要とす
る。又、一般的に屈折率は波長によりその値が変化する
が、市販の偏光解析装置はそのほとんどが単一波長のみ
による測定である。より正確な解を得るためには複数波
長で測定することが好ましいが、複数波長で測定できる
分光タイプの装置は非常に大がかりであり、しかも高価
になる欠点がある。
【０００５】又、分光反射率測定から上述の（１）式を
用いて屈折率を求める方法は、反射率が極小値となる波
長でしか解を得られず、任意の波長では解を求められな
いという欠点がある。又、分光透過率測定による方法で
は、基板が測定波長域で透明である必要があり、不便で
あった。
用いて屈折率を求める方法は、反射率が極小値となる波
長でしか解を得られず、任意の波長では解を求められな
いという欠点がある。又、分光透過率測定による方法で
は、基板が測定波長域で透明である必要があり、不便で
あった。
【０００６】又、分光反射率測定の手法を用いた光学薄
膜の膜厚等測定装置において、特開平２−２５１７１１
号公報のように大域最適化法や局所最適化法を用いた手
法もある。この場合、分光反射率測定時の測定のパラメ
ータを増やすことが、より正確な解を求める上で有用で
あり、その手段として光学薄膜に対する測定光の入射角
度を変化させることが考えられる。しかしながら、測定
光の入射角を変化させる機構は一般的に構成が複雑にな
り、装置が大型化するという欠点がある。しかも、試料
の微小部分の測定においては、斜め入射のために測定ス
ポット径が絞りにくいという問題がある。
膜の膜厚等測定装置において、特開平２−２５１７１１
号公報のように大域最適化法や局所最適化法を用いた手
法もある。この場合、分光反射率測定時の測定のパラメ
ータを増やすことが、より正確な解を求める上で有用で
あり、その手段として光学薄膜に対する測定光の入射角
度を変化させることが考えられる。しかしながら、測定
光の入射角を変化させる機構は一般的に構成が複雑にな
り、装置が大型化するという欠点がある。しかも、試料
の微小部分の測定においては、斜め入射のために測定ス
ポット径が絞りにくいという問題がある。
【０００７】本発明は、このような課題に鑑みて、分光
反射率測定の手法を用いて、測定波長域内での任意の波
長の測定光により、しかも複数の入射角で、光学薄膜の
屈折率をより正確且つ簡単に求めることができ、しかも
装置を複雑化したり大型化したりすることのないように
した、光学薄膜の屈折率測定装置を提供することを目的
とするものである。
反射率測定の手法を用いて、測定波長域内での任意の波
長の測定光により、しかも複数の入射角で、光学薄膜の
屈折率をより正確且つ簡単に求めることができ、しかも
装置を複雑化したり大型化したりすることのないように
した、光学薄膜の屈折率測定装置を提供することを目的
とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】基板上に光学薄
膜が形成されているとき、その反射率は、入射媒質，基
板及び薄膜の屈折率，薄膜の膜厚，入射光の波長及び入
射角が与えられていれば、これらにより計算で求めるこ
とができる。ここで、薄膜の屈折率を変数として反射率
の理論計算を行い、この計算値が実測された薄膜の反射
率に最も近い又は一致するときの屈折率の値が、求める
べき試料の屈折率となる。
膜が形成されているとき、その反射率は、入射媒質，基
板及び薄膜の屈折率，薄膜の膜厚，入射光の波長及び入
射角が与えられていれば、これらにより計算で求めるこ
とができる。ここで、薄膜の屈折率を変数として反射率
の理論計算を行い、この計算値が実測された薄膜の反射
率に最も近い又は一致するときの屈折率の値が、求める
べき試料の屈折率となる。
【０００９】例えば、測定波長域内の予め選択された複
数の波長の測定光において、屈折率を変数として反射率
計算を行い、反射率の理論値と実測値との差の自乗和を
両数値の一致度を表す評価関数にとれば、この関数が最
小値となるような屈折率の値を求めればよい。しかしな
がら、このような関数系は一般に複数の局所的な解が存
在するので、求める解とは異なる解に収束してしまう可
能性があり、これを避けるような方法を用いる必要があ
る。そこで、測定光の入射角を増やすと反射率の実測値
と理論値のデータが増え、評価関数データが増加するこ
とになり、局所的な解が減少することになるので、ノイ
ズが減り、より正確な解が得られることになる。
数の波長の測定光において、屈折率を変数として反射率
計算を行い、反射率の理論値と実測値との差の自乗和を
両数値の一致度を表す評価関数にとれば、この関数が最
小値となるような屈折率の値を求めればよい。しかしな
がら、このような関数系は一般に複数の局所的な解が存
在するので、求める解とは異なる解に収束してしまう可
能性があり、これを避けるような方法を用いる必要があ
る。そこで、測定光の入射角を増やすと反射率の実測値
と理論値のデータが増え、評価関数データが増加するこ
とになり、局所的な解が減少することになるので、ノイ
ズが減り、より正確な解が得られることになる。
【００１０】ところで、複数の局所的な解が存在する関
数系で大域的な解を求める手法として、大域最適化の手
法がある。しかしながら、一般的にこの手法は膨大な演
算量が必要なため、演算時間が長いという欠点を持つ。
一方、局所最適化法は、関数が複数の極小値を持つ場合
には、与える初期値により何れかの極小値に収束し、必
ずしも最小値に収束するとは限らないという特性を有す
るが、大域最適化法と比べて比較的短時間で収束でき
る、という利点がある。従って、大域最適化法と局所最
適化法を適宜に組み合わせることにより、演算時間を大
幅に短縮して求める解を得られる。
数系で大域的な解を求める手法として、大域最適化の手
法がある。しかしながら、一般的にこの手法は膨大な演
算量が必要なため、演算時間が長いという欠点を持つ。
一方、局所最適化法は、関数が複数の極小値を持つ場合
には、与える初期値により何れかの極小値に収束し、必
ずしも最小値に収束するとは限らないという特性を有す
るが、大域最適化法と比べて比較的短時間で収束でき
る、という利点がある。従って、大域最適化法と局所最
適化法を適宜に組み合わせることにより、演算時間を大
幅に短縮して求める解を得られる。
【００１１】ここで、試料の反射率を複数の入射角で測
定し、評価関数には各入射角における反射率の理論値と
実測値の差の自乗和をとれば、局所的な解はより少なく
なる。一般的に、入射角を変化させ得るような反射率測
定器は、機構が複雑化して装置が大型化するが、顕微鏡
タイプの反射率測定器では、開口数の異なる複数の対物
レンズを切り換えて入射角範囲を変えることにより、試
料表面に対する対物レンズの角度が変化しなくても、通
過光量の変化によって入射角を変化させたのと同様な効
果を持たせることができる。尚、ここで顕微鏡タイプと
は対物レンズを切り換えても光軸が移動せず即ち入射角
が変化せず、レンズ面から試料までの距離も殆ど変化し
ないものをいう。本発明は、この点に着目してなされた
ものである。
定し、評価関数には各入射角における反射率の理論値と
実測値の差の自乗和をとれば、局所的な解はより少なく
なる。一般的に、入射角を変化させ得るような反射率測
定器は、機構が複雑化して装置が大型化するが、顕微鏡
タイプの反射率測定器では、開口数の異なる複数の対物
レンズを切り換えて入射角範囲を変えることにより、試
料表面に対する対物レンズの角度が変化しなくても、通
過光量の変化によって入射角を変化させたのと同様な効
果を持たせることができる。尚、ここで顕微鏡タイプと
は対物レンズを切り換えても光軸が移動せず即ち入射角
が変化せず、レンズ面から試料までの距離も殆ど変化し
ないものをいう。本発明は、この点に着目してなされた
ものである。
【００１２】即ち、本発明による薄膜の屈折率測定装置
は、図１の概念図で示すように、光学薄膜について所定
の波長毎の分光反射率を異なる入射角範囲の測定光で測
定する分光反射率測定手段１と、反射率の測定値と理論
値とに基づいて薄膜の屈折率を演算する屈折率決定手段
２とを備えている。
は、図１の概念図で示すように、光学薄膜について所定
の波長毎の分光反射率を異なる入射角範囲の測定光で測
定する分光反射率測定手段１と、反射率の測定値と理論
値とに基づいて薄膜の屈折率を演算する屈折率決定手段
２とを備えている。
【００１３】分光反射率測定手段１は、入射角範囲の変
更を開口数が互いに異なる複数の対物レンズの切り換え
によって行う入射角変更手段を備え、又、屈折率決定手
段２は、所定の波長毎の光学薄膜の反射率を屈折率のみ
の関数として算出する分光反射率演算手段３と、分光反
射率測定手段１により得られた所定の波長毎の分光反射
率と分光反射率演算手段３により得られた所定の波長毎
の分光反射率との差の総体的な大きさを示す評価関数
を、各波長毎の屈折率を変数として算出する評価関数演
算手段４と、評価関数の最小値近傍での屈折率を大域最
適化法により求める大域最適化手段５と、最小値近傍で
の屈折率を初期値として局所最適化法を用いて評価関数
の最小値での屈折率を求める局所最適化手段６とを備え
たことを特徴とするものである。また、本発明による薄
膜の屈折率測定装置は、前記大域最適化手段および前記
局所最適化手段にそれぞれ収束判定手段を付設したこと
を特徴としている。また、本発明による薄膜の屈折率測
定方法は、屈折率が既知の基板上に形成された、膜厚が
既知の光学薄膜の反射率を、屈折率が既知の媒質中で測
定する薄膜の屈折率測定方法において、前記光学薄膜に
ついて所定の波長毎の分光反射率を、異なる入射角範囲
の測定光で測定する分光反射率測定手順と、開口数が互
いに異なる複数の対物レンズの切り換えによって前記測
定光の入射角範囲の変更を行う入射角制御手順と、所定
の波長毎の前記光学薄膜の反射率を屈折率のみの関数と
して算出する分光反射率演算手順と、前記分光反射率測
定手順と前記分光反射率演算手段とにより夫々得られた
所定の波長毎の各分光反射率同士の差の総体的な大きさ
を示す評価関数を、各波長毎の前記屈折率を変数として
算出する評価関数演算手順と、前記評価関数の最小値近
傍での屈折率を大域最適化法により求める大域最適化手
順と、前記最小値近傍での屈折率を初期値として局所最
適化法を用いて前記評価関数の最小値での屈折率を求め
る局所最適化手順と、を備えたことを特徴としている。
また、本発明による薄膜の屈折率測定方法は、前記大域
最適化手順および前記局所最適化手順にそれぞれ収束判
定手順を付加したことを特徴としている。
更を開口数が互いに異なる複数の対物レンズの切り換え
によって行う入射角変更手段を備え、又、屈折率決定手
段２は、所定の波長毎の光学薄膜の反射率を屈折率のみ
の関数として算出する分光反射率演算手段３と、分光反
射率測定手段１により得られた所定の波長毎の分光反射
率と分光反射率演算手段３により得られた所定の波長毎
の分光反射率との差の総体的な大きさを示す評価関数
を、各波長毎の屈折率を変数として算出する評価関数演
算手段４と、評価関数の最小値近傍での屈折率を大域最
適化法により求める大域最適化手段５と、最小値近傍で
の屈折率を初期値として局所最適化法を用いて評価関数
の最小値での屈折率を求める局所最適化手段６とを備え
たことを特徴とするものである。また、本発明による薄
膜の屈折率測定装置は、前記大域最適化手段および前記
局所最適化手段にそれぞれ収束判定手段を付設したこと
を特徴としている。また、本発明による薄膜の屈折率測
定方法は、屈折率が既知の基板上に形成された、膜厚が
既知の光学薄膜の反射率を、屈折率が既知の媒質中で測
定する薄膜の屈折率測定方法において、前記光学薄膜に
ついて所定の波長毎の分光反射率を、異なる入射角範囲
の測定光で測定する分光反射率測定手順と、開口数が互
いに異なる複数の対物レンズの切り換えによって前記測
定光の入射角範囲の変更を行う入射角制御手順と、所定
の波長毎の前記光学薄膜の反射率を屈折率のみの関数と
して算出する分光反射率演算手順と、前記分光反射率測
定手順と前記分光反射率演算手段とにより夫々得られた
所定の波長毎の各分光反射率同士の差の総体的な大きさ
を示す評価関数を、各波長毎の前記屈折率を変数として
算出する評価関数演算手順と、前記評価関数の最小値近
傍での屈折率を大域最適化法により求める大域最適化手
順と、前記最小値近傍での屈折率を初期値として局所最
適化法を用いて前記評価関数の最小値での屈折率を求め
る局所最適化手順と、を備えたことを特徴としている。
また、本発明による薄膜の屈折率測定方法は、前記大域
最適化手順および前記局所最適化手順にそれぞれ収束判
定手順を付加したことを特徴としている。
【００１４】試料である光学薄膜の屈折率を求める場
合、入射媒質と基板の屈折率と光学薄膜の膜厚とが既知
である光学薄膜について、開口数の異なる対物レンズで
異なる入射角を設定して、分光反射率測定手段１により
所定の波長で、夫々分光反射率を測定する。一方、屈折
率決定手段２においては、基板の屈折率、測定光の入射
角及び波長と膜厚を、屈折率を求める公式に代入し、各
波長の屈折率を変数とする関数として各対物レンズにお
ける分光反射率を、分光反射率演算手段３で計算により
求める。得られた測定値と計算値の各波長毎の差の総体
の大小を判定するために定めた評価関数を、評価関数演
算手段４により求めて、この評価関数が最も小さくなる
ような屈折率の組み合わせを、大域最適化手段５による
大域最適化法と、局所最適化手段６による局所最適化法
の手法とを用いて、決定する。
合、入射媒質と基板の屈折率と光学薄膜の膜厚とが既知
である光学薄膜について、開口数の異なる対物レンズで
異なる入射角を設定して、分光反射率測定手段１により
所定の波長で、夫々分光反射率を測定する。一方、屈折
率決定手段２においては、基板の屈折率、測定光の入射
角及び波長と膜厚を、屈折率を求める公式に代入し、各
波長の屈折率を変数とする関数として各対物レンズにお
ける分光反射率を、分光反射率演算手段３で計算により
求める。得られた測定値と計算値の各波長毎の差の総体
の大小を判定するために定めた評価関数を、評価関数演
算手段４により求めて、この評価関数が最も小さくなる
ような屈折率の組み合わせを、大域最適化手段５による
大域最適化法と、局所最適化手段６による局所最適化法
の手法とを用いて、決定する。
【００１５】本発明においては、異なる開口数の対物レ
ンズを用いて入射角範囲を変化させる効果を生じさせ、
測定した分光反射率の測定値に対し、夫々の演算値がこ
れに一致するように屈折率を決定するという手法を用い
ており、屈折率の決定に大域最適化法と局所最適化法を
適宜組み合わせたものを用いることにより、測定波長内
の任意の波長についてより正確に各波長の屈折率を決定
することができる。
ンズを用いて入射角範囲を変化させる効果を生じさせ、
測定した分光反射率の測定値に対し、夫々の演算値がこ
れに一致するように屈折率を決定するという手法を用い
ており、屈折率の決定に大域最適化法と局所最適化法を
適宜組み合わせたものを用いることにより、測定波長内
の任意の波長についてより正確に各波長の屈折率を決定
することができる。
【００１６】
【実施例】以下、図示した実施例に基づき、本発明を詳
細に説明する。図２は、本発明による屈折率測定装置の
一実施例を示すブロック図である。図２において、分光
反射率測定手段１は、分光器１１と光電変換手段１２を
備えている。又、屈折率決定手段２は、分光反射率演算
手段１３と評価関数演算手段１４と大域最適化手段１５
と局所最適化手段１６とを備えており、大域最適化手段
１５と局所最適化手段１６には、夫々収束判定手段１
７，１８が付加されている。
細に説明する。図２は、本発明による屈折率測定装置の
一実施例を示すブロック図である。図２において、分光
反射率測定手段１は、分光器１１と光電変換手段１２を
備えている。又、屈折率決定手段２は、分光反射率演算
手段１３と評価関数演算手段１４と大域最適化手段１５
と局所最適化手段１６とを備えており、大域最適化手段
１５と局所最適化手段１６には、夫々収束判定手段１
７，１８が付加されている。
【００１７】分光反射率測定手段１においては、既知の
屈折率ｎS を有する基板２０上に、屈折率ｎ及び既知の
膜厚ｄを有する光学薄膜２１が設けられており、これら
は屈折率ｎO の媒質中に置かれている。この薄膜２１に
図示しない光源から所定の波長の光を所定の入射角φO
で入射させるようになっている。
屈折率ｎS を有する基板２０上に、屈折率ｎ及び既知の
膜厚ｄを有する光学薄膜２１が設けられており、これら
は屈折率ｎO の媒質中に置かれている。この薄膜２１に
図示しない光源から所定の波長の光を所定の入射角φO
で入射させるようになっている。
【００１８】ここで、分光反射率測定手段１において、
測定のパラメータを増やすために、入射光の光路上に選
択的に位置し得る開口数の異なる二つ（又はそれ以上）
の対物レンズ２３，２４が設けられ、入射角範囲を変化
させる入射角制御手段を構成する。又、これらの対物レ
ンズ２３，２４は顕微鏡タイプであるから、その何れか
を選択した場合回転により測定光の光路上に配置され、
しかも薄膜２１に対する対物レンズの角度は変化せず、
対物レンズと被測定物との距離はほとんど変化しないか
ら、その変更が容易である。
測定のパラメータを増やすために、入射光の光路上に選
択的に位置し得る開口数の異なる二つ（又はそれ以上）
の対物レンズ２３，２４が設けられ、入射角範囲を変化
させる入射角制御手段を構成する。又、これらの対物レ
ンズ２３，２４は顕微鏡タイプであるから、その何れか
を選択した場合回転により測定光の光路上に配置され、
しかも薄膜２１に対する対物レンズの角度は変化せず、
対物レンズと被測定物との距離はほとんど変化しないか
ら、その変更が容易である。
【００１９】分光反射率測定手段１において、二つの対
物レンズ２３，２４のいずれかを介して、薄膜２１の分
光反射率を所定の波長毎に測定すれば、開口数の違いに
よる通過（入射）光量の相違により、事実上入射角度を
変えて分光反射率を測定したことと等しくなる。
物レンズ２３，２４のいずれかを介して、薄膜２１の分
光反射率を所定の波長毎に測定すれば、開口数の違いに
よる通過（入射）光量の相違により、事実上入射角度を
変えて分光反射率を測定したことと等しくなる。
【００２０】次に、分光反射率演算手段１３において
は、各波長での反射率を求める公式に従い、既知の膜
厚、基板及び入射媒質の屈折率、対物レンズにより設定
される入射角及び波長を用いて薄膜２１の各波長での屈
折率を変数とする分光反射率を計算する。尚、薄膜系の
反射率を求める公式は、例えば光工学ハンドブック（朝
倉書店）ｐｐ１６０−１６９等で詳しく解説されている
ので、ここでは説明を省略する。
は、各波長での反射率を求める公式に従い、既知の膜
厚、基板及び入射媒質の屈折率、対物レンズにより設定
される入射角及び波長を用いて薄膜２１の各波長での屈
折率を変数とする分光反射率を計算する。尚、薄膜系の
反射率を求める公式は、例えば光工学ハンドブック（朝
倉書店）ｐｐ１６０−１６９等で詳しく解説されている
ので、ここでは説明を省略する。
【００２１】このようにして測定された分光反射率と計
算による分光反射率に基づいて、各波長での屈折率の決
定を行う。まず、評価関数演算手段１４において、測定
データと計算データの総体的な差の大きさを評価するた
めの評価関数の例として、次のような式を考える。 この式で、Ｒm ( φ) は測定光の入射角φO における測
定反射率、Ｒc ( φ) は屈折率を変数としたときの反射
率の理論値である。これにより、（２）式の関数は、屈
折率関数であることがわかる。
算による分光反射率に基づいて、各波長での屈折率の決
定を行う。まず、評価関数演算手段１４において、測定
データと計算データの総体的な差の大きさを評価するた
めの評価関数の例として、次のような式を考える。 この式で、Ｒm ( φ) は測定光の入射角φO における測
定反射率、Ｒc ( φ) は屈折率を変数としたときの反射
率の理論値である。これにより、（２）式の関数は、屈
折率関数であることがわかる。
【００２２】この関数が最小値をとる点では、Ｒm ( φ
) とＲc ( φ) との差が全体的にみて最も小さくなって
いるから、この点における各波長での屈折率ｎ（λ）の
値を被測定膜の屈折率と考えてよい。即ち、ここでのポ
イントは、各波長でのいろいろな屈折率ｎについて
（２）式を計算し、値Ｅが最も小さくなるように各波長
での屈折率ｎとの組み合わせを探すことである。
) とＲc ( φ) との差が全体的にみて最も小さくなって
いるから、この点における各波長での屈折率ｎ（λ）の
値を被測定膜の屈折率と考えてよい。即ち、ここでのポ
イントは、各波長でのいろいろな屈折率ｎについて
（２）式を計算し、値Ｅが最も小さくなるように各波長
での屈折率ｎとの組み合わせを探すことである。
【００２３】本発明においては、まず大域最適化法を用
いて評価関数の最小値Ｅを与える屈折率ｎ（λ）の各波
長での夫々のおおよその値を求め、次にこの点を出発点
として、局所最適化法を用いて各波長での正確な屈折率
の値を得る。本実施例に用いられる大域最適化法及び局
所最適化法の概念は、例えば特開平２−２５１７１１号
等に開示されているので、ここでは省略する。
いて評価関数の最小値Ｅを与える屈折率ｎ（λ）の各波
長での夫々のおおよその値を求め、次にこの点を出発点
として、局所最適化法を用いて各波長での正確な屈折率
の値を得る。本実施例に用いられる大域最適化法及び局
所最適化法の概念は、例えば特開平２−２５１７１１号
等に開示されているので、ここでは省略する。
【００２４】この他にも、大域最適化法の例としては、
Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．，ｖｏｌ．７２．１９８２
ｐｐ１５２２−１５２８等がある。又、局所最適化法
の例としては勾配法、共役勾配法、減衰最小自乗法、シ
ンプレックス法等がある。
Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．，ｖｏｌ．７２．１９８２
ｐｐ１５２２−１５２８等がある。又、局所最適化法
の例としては勾配法、共役勾配法、減衰最小自乗法、シ
ンプレックス法等がある。
【００２５】上述のように本実施例によれば、簡単な構
成で測定光の入射角範囲を変化させることができ、より
正確且つ簡便に屈折率を測定できる。しかも、入射角範
囲の変更に際しては、対物レンズの角度や薄膜２１まで
の距離は殆ど変化しないから、切替えは容易であり、構
成が複雑化したり、装置が大型化することはない。
成で測定光の入射角範囲を変化させることができ、より
正確且つ簡便に屈折率を測定できる。しかも、入射角範
囲の変更に際しては、対物レンズの角度や薄膜２１まで
の距離は殆ど変化しないから、切替えは容易であり、構
成が複雑化したり、装置が大型化することはない。
【００２６】（実験例）次に、実験例について説明す
る。ここでは、基板２０上に光学薄膜２１として単層膜
を形成した場合についての測定例を述べる。
る。ここでは、基板２０上に光学薄膜２１として単層膜
を形成した場合についての測定例を述べる。
【００２７】本実験例で用いられた各部材の材質は、入
射媒質は空気、基板２０としてシリコン、薄膜２１とし
て二酸化シリコンを用い、薄膜２１の膜厚は予め８１
４．４ｎｍであると判明している試料について、測定を
行い、解析した。又、分光反射率測定は、入射光の波長
を５００ｎｍから７５０ｎｍの領域に設定し、入射角範
囲を決定する対物レンズを二つ使用するものとして、各
々の開口数をＮ．Ａ．＝０．１３、Ｎ．Ａ．＝０．５５
とした。分光反射率測定手段１において、これら二つの
対物レンズを用いて夫々測定した、薄膜の各波長に対す
る分光反射率は図３に示す通りである。又、このとき、
各波長での屈折率の変動範囲は、１．３から１．５に設
定した。
射媒質は空気、基板２０としてシリコン、薄膜２１とし
て二酸化シリコンを用い、薄膜２１の膜厚は予め８１
４．４ｎｍであると判明している試料について、測定を
行い、解析した。又、分光反射率測定は、入射光の波長
を５００ｎｍから７５０ｎｍの領域に設定し、入射角範
囲を決定する対物レンズを二つ使用するものとして、各
々の開口数をＮ．Ａ．＝０．１３、Ｎ．Ａ．＝０．５５
とした。分光反射率測定手段１において、これら二つの
対物レンズを用いて夫々測定した、薄膜の各波長に対す
る分光反射率は図３に示す通りである。又、このとき、
各波長での屈折率の変動範囲は、１．３から１．５に設
定した。
【００２８】これらの数値により測定した、各波長毎の
薄膜の屈折率は表１に示す通りである。
薄膜の屈折率は表１に示す通りである。
【００２９】尚、偏光解析法における波長６３３ｎｍで
の屈折率は１．４５７０であり、本方法により正確な屈
折率を測定できることが理解できる。
の屈折率は１．４５７０であり、本方法により正確な屈
折率を測定できることが理解できる。
【００３０】又、測定試料である光学薄膜２１は単層膜
に限定されるものではなく、多層膜でもよい。対物レン
ズは上述の実施例で述べた二つに限定されるものでな
く、適宜数採用できることはいうまでもない。
に限定されるものではなく、多層膜でもよい。対物レン
ズは上述の実施例で述べた二つに限定されるものでな
く、適宜数採用できることはいうまでもない。
【００３１】
【発明の効果】上述のように、本発明に係る薄膜の屈折
率測定装置は、入射角制御手段として、開口数の異なる
複数の対物レンズを採用したので、構成が複雑化したり
装置が大型化することなく測定光の入射角範囲を簡単に
変更して、入射角を変化させたのと同様な効果を持たせ
ることができる。しかも、測定波長域内の任意の波長で
薄膜の屈折率を簡便且つ正確に測定でき、又、屈折率の
初期値をより広くとることができ、この中から最適解を
得ることができるという実用上重要な利点を有する。
率測定装置は、入射角制御手段として、開口数の異なる
複数の対物レンズを採用したので、構成が複雑化したり
装置が大型化することなく測定光の入射角範囲を簡単に
変更して、入射角を変化させたのと同様な効果を持たせ
ることができる。しかも、測定波長域内の任意の波長で
薄膜の屈折率を簡便且つ正確に測定でき、又、屈折率の
初期値をより広くとることができ、この中から最適解を
得ることができるという実用上重要な利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による屈折率測定装置の概念図である。
【図２】本発明の一実施例である屈折率測定装置のブロ
ック図である。
ック図である。
【図３】異なる開口数を有する二つの対物レンズで測定
した薄膜の分光反射率データである。
した薄膜の分光反射率データである。
１ 分光反射率測定手段 ２ 屈折率決定手段 ３，１３ 分光反射率演算手段 ４，１４ 評価関数演算手段 ５，１５ 大域最適化手段 ６，１６ 局所最適化手段 ２１ 光学薄膜 ２３，２４ 対物レンズ
Claims (4)
- 【請求項１】屈折率が既知の基板上に形成された、膜厚
が既知の光学薄膜の反射率を、屈折率が既知の媒質中で
測定する薄膜の屈折率測定装置において、 前記光学薄膜について所定の波長毎の分光反射率を、異
なる入射角範囲の測定光で測定する分光反射率測定手段
と、開口数が互いに異なる複数の対物レンズの切り換えによ
って 前記測定光の入射角範囲の変更を行う入射角制御手
段と、 所定の波長毎の前記光学薄膜の反射率を屈折率のみの関
数として算出する分光反射率演算手段と、 前記分光反射率測定手段と前記分光反射率演算手段とに
より夫々得られた所定の波長毎の各分光反射率同士の差
の総体的な大きさを示す評価関数を、各波長毎の前記屈
折率を変数として算出する評価関数演算手段と、 前記評価関数の最小値近傍での屈折率を大域最適化法に
より求める大域最適化手段と、 前記最小値近傍での屈折率を初期値として局所最適化法
を用いて前記評価関数の最小値での屈折率を求める局所
最適化手段と、 を備えたことを特徴とする薄膜の屈折率測定装置。 - 【請求項２】前記大域最適化手段および前記局所最適化
手段にそれぞれ収束判定手段を付設したことを特徴とす
る、請求項１に記載の薄膜の屈折率測定装置。 - 【請求項３】屈折率が既知の基板上に形成された、膜厚
が既知の光学薄膜の反射率を、屈折率が既知の媒質中で
測定する薄膜の屈折率測定方法において、 前記光学薄膜について所定の波長毎の分光反射率を、異
なる入射角範囲の測定光で測定する分光反射率測定手順
と、開口数が互いに異なる複数の対物レンズの切り換えによ
って 前記測定光の入射角範囲の変更を行う入射角制御手
順と、 所定の波長毎の前記光学薄膜の反射率を屈折率のみの関
数として算出する分光反射率演算手順と、 前記分光反射率測定手順と前記分光反射率演算手順とに
より夫々得られた所定の波長毎の各分光反射率同士の差
の総体的な大きさを示す評価関数を、各波長毎の前記屈
折率を変数として算出する評価関数演算手順と、 前記評価関数の最小値近傍での屈折率を大域最適化法に
より求める大域最適化手順と、 前記最小値近傍での屈折率を初期値として局所最適化法
を用いて前記評価関数の最小値での屈折率を求める局所
最適化手順と、 を備えたことを特徴とする薄膜の屈折率測定方法。 - 【請求項４】前記大域最適化手順および前記局所最適化
手順にそれぞれ収束判定手順を付加したことを特徴とす
る、請求項３に記載の薄膜の屈折率測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19657591A JP3179140B2 (ja) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | 薄膜の屈折率測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19657591A JP3179140B2 (ja) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | 薄膜の屈折率測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0540089A JPH0540089A (ja) | 1993-02-19 |
| JP3179140B2 true JP3179140B2 (ja) | 2001-06-25 |
Family
ID=16360025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19657591A Expired - Fee Related JP3179140B2 (ja) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | 薄膜の屈折率測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3179140B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6281941B2 (ja) * | 2014-01-31 | 2018-02-21 | 一般財団法人電力中央研究所 | 誘電体の屈折率の検出方法およびその装置、膜厚検出方法およびその装置ならびに表面粗さ検出方法およびその装置 |
| DE102016000051A1 (de) * | 2016-01-05 | 2017-07-06 | Siltectra Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum planaren Erzeugen von Modifikationen in Festkörpern |
-
1991
- 1991-08-06 JP JP19657591A patent/JP3179140B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0540089A (ja) | 1993-02-19 |
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