JP3495797B2 - Optical constant measuring method and device - Google Patents

Optical constant measuring method and device

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JP3495797B2
JP3495797B2 JP29540594A JP29540594A JP3495797B2 JP 3495797 B2 JP3495797 B2 JP 3495797B2 JP 29540594 A JP29540594 A JP 29540594A JP 29540594 A JP29540594 A JP 29540594A JP 3495797 B2 JP3495797 B2 JP 3495797B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は光学定数測定方法およ
びその装置に関し、さらに詳細にいえば、透光性のある
基板に光を照射し、反射光の光強度分布を検出すること
により透光性のある基板の光学定数または透光性のある
基板の表面に形成された薄膜の光学定数を測定するため
の方法およびその装置に関する。なお、光学定数とは、
膜厚、屈折率、消衰係数を含む概念であり、必要に応じ
て全ての定数または一部の定数が測定される。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring an optical constant and an apparatus therefor, and more specifically, it illuminates a substrate having a light-transmitting property and detects a light intensity distribution of the reflected light to transmit the light. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and an apparatus for measuring an optical constant of a transparent substrate or an optical constant of a thin film formed on a surface of a transparent substrate. The optical constant is
It is a concept including film thickness, refractive index, and extinction coefficient, and all constants or some constants are measured as necessary.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、非透光性の基板、またはその
基板上に形成された単層、あるいは多層の薄膜層の光学
定数を測定する方法として、特開平3−17505号公
報に示す方法が提案されている。この方法は、光ビーム
を非透光性の基板表面の薄膜に照射し、その反射光の光
強度分布を測定することにより光学定数を測定する方法
であり、例えば、膜厚を測定する場合には、予め既知の
膜厚の薄膜に光ビームを照射して、その反射光の光強度
分布を得ておき、次いで、測定対象となる薄膜に光ビー
ムを照射して、その反射光の光強度分布を得、得られた
光強度分布に基づいて薄膜の膜厚を得る。しかし、この
方法で透光性のある基板、またはその基板上に形成され
た薄膜の光学定数を測定する場合には、反射光の光強度
分布に、薄膜の表面における反射光のみならず透光性の
ある基板の裏面における反射光も含まれていることにな
るので、光学定数を正確に測定することができないとい
う不都合がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for measuring the optical constants of a non-translucent substrate or a single-layer or multi-layer thin film layer formed on the substrate, a method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 17505/1993. Is proposed. This method is a method of irradiating a thin film on the surface of a non-translucent substrate with a light beam and measuring the optical constants by measuring the light intensity distribution of the reflected light, for example, when measuring the film thickness. Is the light intensity distribution of the reflected light obtained by irradiating a thin film with a known film thickness in advance, and then irradiating the thin film to be measured with the light beam to obtain the light intensity of the reflected light. The distribution is obtained, and the film thickness of the thin film is obtained based on the obtained light intensity distribution. However, when measuring the optical constants of a translucent substrate or a thin film formed on the substrate by this method, the light intensity distribution of the reflected light shows that not only the reflected light on the surface of the thin film but also the translucent light. Since the reflected light from the back surface of the substrate having the property is also included, there is a disadvantage that the optical constant cannot be accurately measured.

【0003】この不都合を考慮して、(1)透光性のあ
る基板の裏面に黒色の塗料などを塗布して基板の裏面に
おける反射の量を小さくする方法、および(2)透光性
のある基板の裏面を粗面に加工して基板の裏面における
反射光ビームを散乱させる方法が提案されている。
In view of this inconvenience, (1) a method of applying black paint or the like to the back surface of the transparent substrate to reduce the amount of reflection on the back surface of the substrate, and (2) A method has been proposed in which the back surface of a certain substrate is roughened to scatter the reflected light beam from the back surface of the substrate.

【0004】また、(3)透光性のある基板の裏面にお
ける反射光ビームの光量の理論値を求め、実際の測定値
からこの理論値を予め取り除き、理論値が取り除かれた
値に基づいて光学定数を測定する方法も提案されてい
る。
Further, (3) the theoretical value of the light quantity of the reflected light beam on the back surface of the transparent substrate is obtained, the theoretical value is removed in advance from the actual measured value, and the theoretical value is removed based on the value. A method of measuring the optical constant has also been proposed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前記(1)、(2)の
方法を採用する場合には、透光性のある基板の裏面を汚
し、または傷つけることが必須であるから、透光性のあ
る基板の裏面における反射の量を小さくして光学定数の
測定精度を高めることができるという効果はあっても、
実用的とはいいがたい。すなわち、本来は非破壊的に行
えるべき光学定数の測定において、破壊的測定とならざ
るを得ないのである。
When the methods (1) and (2) are adopted, it is essential to stain or scratch the back surface of the transparent substrate. Even if there is an effect that the amount of reflection on the back surface of a certain substrate can be reduced to improve the measurement accuracy of the optical constant,
It is hard to say that it is practical. That is, destructive measurement is unavoidable in the measurement of optical constants that should be performed nondestructively.

【0006】また、前記(3)の方法を採用する場合に
は、透光性のある基板の裏面における反射光ビームの光
量の理論値が実際の測定値と一致するという保証がない
ので、光学定数を正確に測定できるという保証がない。
また、透光性のある基板の光学定数が未知である場合に
は、基板の裏面における反射光ビームの光量を推定する
ことが困難であり、実用化に当っては、その応用範囲に
著しい制限を生じるという不都合がある。すなわち、透
光性のある基板の光学定数が既知であり、基板の裏面に
おける反射光ビームの光量の推定が簡単に行えるもので
なければならない。
Further, when the method (3) is adopted, there is no guarantee that the theoretical value of the light quantity of the reflected light beam on the back surface of the light-transmitting substrate coincides with the actual measurement value. There is no guarantee that the constant can be measured accurately.
Further, when the optical constant of the translucent substrate is unknown, it is difficult to estimate the light quantity of the reflected light beam on the back surface of the substrate, and in practical application, its application range is significantly limited. There is an inconvenience of causing. That is, the optical constants of the transparent substrate must be known, and the light quantity of the reflected light beam on the back surface of the substrate must be easily estimated.

【0007】[0007]

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、破壊的処理を必要とせず、しかも透光性
のある基板の裏面における反射光の影響を除去して光学
定数の測定精度を高めることができる光学定数測定方法
およびその装置を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and does not require destructive treatment, and eliminates the influence of reflected light on the back surface of a transparent substrate to reduce the optical constant. It is an object of the present invention to provide an optical constant measuring method and an apparatus therefor capable of enhancing the measurement accuracy.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1の光学定数測定
方法は、透光性のある基板表面に収束光または発散光を
照射し、該収束光または発散光の前記透光性のある基板
における反射光の光ビーム内光強度分布をアレイ検出器
を用いて検出し、該光強度分布のうち、前記収束光また
は発散光の反射光が導かれるとともに、裏面における反
射光が入射しない範囲における光強度分布に基づいて前
記透光性のある基板の光学定数または前記透光性のある
基板表面に形成された薄膜の光学定数を測定する方法で
ある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for measuring optical constants, wherein a light-transmissive substrate surface is irradiated with convergent light or divergent light, and the convergent light or divergent light is transmitted through the light-transmissive substrate. The light intensity distribution in the light beam of the reflected light in is detected by using an array detector, and in the light intensity distribution, in the range where the reflected light of the convergent light or the divergent light is guided and the reflected light on the back surface does not enter. It is a method of measuring an optical constant of the transparent substrate or an optical constant of a thin film formed on the surface of the transparent substrate based on a light intensity distribution.

【0009】請求項2の光学定数測定装置は、透光性の
ある基板表面に収束光または発散光を照射する照射光学
系と、前記収束光または発散光の前記透光性のある基板
における反射光を導く受光光学系と、該受光光学系によ
り導かれた該反射光の光ビーム内光強度分布を検出する
アレイ検出器と、検出された該光ビーム内光強度分布に
基づいて前記透光性のある基板の光学定数または前記透
光性のある基板表面に形成された薄膜の光学定数を算出
する光学定数算出手段とを備え、かつ、前記受光光学系
は、前記収束光または前記発散光の前記透光性のある基
板表面における反射光の少なくとも一部を、アレイ検出
器の、前記収束光または前記発散光の前記透光性のある
基板裏面における反射光が導かれない前記受光部位に導
くものであり、前記光学定数算出手段は、前記アレイ検
出器の、前記収束光または前記発散光の前記透光性のあ
る基板裏面における反射光が導かれない受光部位によっ
て検出された光ビーム内強度分布に基づいて前記透光性
のある基板の光学定数または前記透光性のある基板表面
に形成された薄膜の光学定数を算出するものである。
An optical constant measuring device according to a second aspect of the present invention is an irradiation optical system for irradiating a surface of a transparent substrate with convergent light or divergent light, and reflection of the convergent light or divergent light on the transparent substrate. A light receiving optical system that guides light, an array detector that detects the light intensity distribution in the light beam of the reflected light guided by the light receiving optical system, and the light transmission based on the detected light intensity distribution in the light beam A constant substrate optical constant or an optical constant calculating means for calculating the optical constant of the thin film formed on the transparent substrate surface, and the light receiving optical system, the convergent light or the divergent light Of at least a part of the reflected light on the surface of the transparent substrate of the array detector to the light receiving portion where the reflected light of the convergent light or the divergent light on the rear surface of the transparent substrate is not guided. Leading and before The optical constant calculating means is based on an intensity distribution in the light beam detected by a light receiving part of the array detector where the reflected light of the convergent light or the divergent light on the back surface of the transparent substrate is not guided. The optical constant of the transparent substrate or the optical constant of the thin film formed on the surface of the transparent substrate is calculated.

【0010】請求項3の光学定数測定装置は、前記受光
光学系として、前記収束光または前記発散光の前記透光
性のある基板表面における反射光が導かれるアレイ検出
器の受光部位の面積が、前記収束光または前記発散光の
前記透光性のある基板裏面における反射光が導かれるア
レイ検出器の受光部位の面積の2倍以上となるように前
記透光性のある基板における反射光を導くものを採用し
ている。
According to a third aspect of the present invention, in the optical constant measuring device, the light receiving optical system has an area of a light receiving portion of an array detector to which the reflected light of the convergent light or the divergent light on the transparent substrate surface is guided. , The reflected light on the transparent substrate is made to be twice or more the area of the light receiving portion of the array detector to which the reflected light on the back surface of the transparent substrate of the convergent light or the divergent light is guided. It uses the one that guides.

【0011】請求項4の光学定数測定装置は、前記アレ
イ検出器として1次元または2次元のアレイセンサを採
用し、前記受光光学系として、前記収束光または前記発
散光の前記透光性のある基板表面における反射光が導か
れ、かつ前記収束光または前記発散光の前記透光性のあ
る基板裏面における反射光が導かれるアレイセンサの受
光部位における受光ピクセル数が10個以上となるよう
に前記透光性のある基板における反射光を導くものを採
用している。
An optical constant measuring device according to a fourth aspect of the invention employs a one-dimensional or two-dimensional array sensor as the array detector, and has the translucency of the convergent light or the divergent light as the light receiving optical system. The reflected light on the front surface of the substrate is guided, and the reflected light on the back surface of the transparent substrate of the convergent light or the divergent light is guided so that the number of light receiving pixels in the light receiving portion of the array sensor is 10 or more. The one that guides the reflected light from the transparent substrate is adopted.

【0012】ただし、基板における反射光とは、基板の
表面、裏面における反射光および基板の内部での散乱光
を含む概念として使用されている。
However, the reflected light from the substrate is used as a concept including the reflected light from the front and back surfaces of the substrate and the scattered light inside the substrate.

【0013】[0013]

【作用】請求項1の光学定数測定装置であれば、透光性
のある基板表面に収束光または発散光を照射し、該収束
光または発散光の前記透光性のある基板における反射光
の光ビーム内光強度分布をアレイ検出器を用いて検出
し、該光強度分布のうち、前記収束光または発散光の反
射光が導かれるとともに、裏面における反射光が入射し
ない範囲における光強度分布に基づいて前記透光性のあ
る基板の光学定数または前記透光性のある基板表面に形
成された薄膜の光学定数を測定するのであるから、透光
性のある基板の裏面における反射光の影響を除去するこ
とができ、この結果、高精度に光学定数を測定すること
ができる。
According to the optical constant measuring device of claim 1, the surface of the transparent substrate is irradiated with convergent light or divergent light, and the converged light or divergent light is reflected by the transparent substrate. The light intensity distribution in the light beam is detected by using an array detector, and the reflected light of the convergent light or the divergent light is guided in the light intensity distribution, and the light intensity distribution in the range where the reflected light on the back surface does not enter is obtained. Since the optical constant of the transparent substrate or the optical constant of the thin film formed on the transparent substrate surface is measured based on the influence of reflected light on the back surface of the transparent substrate. As a result, the optical constant can be measured with high accuracy.

【0014】請求項2の光学定数測定装置であれば、照
射光学系により透光性のある基板表面に収束光または発
散光を照射し、受光光学系により前記収束光または発散
光の前記透光性のある基板における反射光をアレイ検出
器に導くので、アレイ検出器により該反射光の光ビーム
内光強度分布を検出することができる。この場合におい
て、前記受光光学系は、検出された該光ビーム内光強度
分布に基づいて前記透光性のある基板の光学定数または
前記透光性のある基板表面に形成された薄膜の光学定数
を算出する光学定数算出手段とを備え、かつ、前記受光
光学系は、前記収束光または前記発散光の前記透光性の
ある基板表面における反射光の少なくとも一部を、アレ
イ検出器の、前記収束光または前記発散光の前記透光性
のある基板裏面における反射光が導かれない前記受光部
位に導くものであるから、基板表面における反射光の少
なくとも一部が基板裏面における編者光の影響を受けな
い状態になる。そして、前記光学定数算出手段は、前記
アレイ検出器の、前記収束光または前記発散光の前記透
光性のある基板裏面における反射光が導かれない受光部
位によって検出された光ビーム内強度分布に基づいて前
記透光性のある基板の光学定数または前記透光性のある
基板表面に形成された薄膜の光学定数を算出するもので
あるから、基板表面における反射光の光ビーム内光強度
分布のみに基づいて高精度に光学定数を測定することが
できる。
According to another aspect of the optical constant measuring device of the present invention, the irradiation optical system irradiates the transparent substrate surface with convergent light or divergent light, and the light receiving optical system illuminates the convergent light or divergent light. Since the reflected light from the substrate having properties is guided to the array detector, the array detector can detect the light intensity distribution in the light beam of the reflected light. In this case, the light receiving optical system may be configured such that the optical constant of the transparent substrate or the optical constant of a thin film formed on the transparent substrate surface is based on the detected light intensity distribution in the light beam. And an optical constant calculation means for calculating, and, the light receiving optical system, at least a part of the reflected light on the transparent substrate surface of the convergent light or the divergent light, the array detector, Since the reflected light of the convergent light or the divergent light on the transparent substrate back surface is guided to the light receiving part where it is not guided, at least a part of the reflected light on the substrate surface affects the influence of the knitting light on the substrate back surface. I will not receive it. Then, the optical constant calculation means calculates the intensity distribution within the light beam detected by the light receiving portion of the array detector, to which the reflected light on the back surface of the transparent substrate of the convergent light or the divergent light is not guided. Based on the calculation of the optical constants of the transparent substrate or the optical constants of the thin film formed on the transparent substrate surface based on only the light intensity distribution in the light beam of the reflected light on the substrate surface The optical constant can be measured with high accuracy based on

【0015】請求項3の光学定数測定装置であれば、前
記受光光学系として、前記収束光または前記発散光の前
記透光性のある基板表面における反射光が導かれるアレ
イ検出器の受光部位の面積が、前記収束光または前記発
散光の前記透光性のある基板裏面における反射光が導か
れるアレイ検出器の受光部位の面積の2倍以上となるよ
うに前記透光性のある基板における反射光を導くものを
採用しているので、基板裏面における反射光の影響を受
けない受光部位の面積を十分に大きくすることができ、
この結果、高精度に光学定数を測定することができる。
According to another aspect of the optical constant measuring device of the present invention, the light receiving optical system includes a light receiving portion of an array detector to which the reflected light of the convergent light or the divergent light on the transparent substrate surface is guided. Reflection on the translucent substrate so that the area is at least twice the area of the light receiving portion of the array detector through which the reflected light of the convergent light or the divergent light on the rear surface of the translucent substrate is guided. Since the one that guides the light is adopted, it is possible to sufficiently increase the area of the light receiving portion that is not affected by the reflected light on the back surface of the substrate.
As a result, the optical constant can be measured with high accuracy.

【0016】請求項4の光学定数測定装置は、前記アレ
イ検出器として1次元または2次元のアレイセンサを採
用し、前記受光光学系として、前記収束光または前記発
散光の前記透光性のある基板表面における反射光が導か
れ、かつ前記収束光または前記発散光の前記透光性のあ
る基板裏面における反射光が導かれるアレイセンサの受
光部位における受光ピクセル数が10個以上となるよう
に前記透光性のある基板における反射光を導くものを採
用しているので、10個以上の受光ピクセルにより検出
される光強度分布に基づいて十分な制度で光学定数を測
定することができる。
An optical constant measuring device according to a fourth aspect of the invention employs a one-dimensional or two-dimensional array sensor as the array detector, and has the translucency of the convergent light or the divergent light as the light receiving optical system. The reflected light on the front surface of the substrate is guided, and the reflected light on the back surface of the transparent substrate of the convergent light or the divergent light is guided so that the number of light receiving pixels in the light receiving portion of the array sensor is 10 or more. Since the one that guides the reflected light from the transparent substrate is adopted, the optical constant can be measured with sufficient accuracy based on the light intensity distribution detected by 10 or more light receiving pixels.

【0017】[0017]

【実施例】以下、実施例を示す添付図面によってこの発
明を詳細に説明する。図1はこの発明の光学定数測定装
置の一実施例を示す概略図である。この光学定数測定装
置は、レーザ光源1から出射した光ビームの向きをハー
フミラー2により変更し、レンズ3により集光して透光
性のある基板4の表面(光を入射させる側の面)に形成
された薄膜層4aに照射している。ここで、光ビームの
光軸は透光性のある基板4に対してほぼ直角に設定され
ている。また、透光性のある基板4上には広い入射角を
有する光ビームが形成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings showing embodiments. FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the optical constant measuring device of the present invention. In this optical constant measuring device, the direction of the light beam emitted from the laser light source 1 is changed by the half mirror 2, and the light is converged by the lens 3 and the surface of the transparent substrate 4 (the side on which light is incident). The thin film layer 4a formed in the above is irradiated. Here, the optical axis of the light beam is set to be substantially perpendicular to the transparent substrate 4. A light beam having a wide incident angle is formed on the transparent substrate 4.

【0018】この光ビームは、透光性のある基板4の表
面および薄膜層4aにおいて反射され、ハーフミラー2
を通してアレイ検出器5に入射する。ここで、アレイ検
出器5により検出される反射ビームの光量は、透光性の
ある基板4の光学定数、薄膜層4aの光学定数および入
射角度によって決定される値である。したがって、アレ
イ検出器5により検出される値をコンピュータ6に供給
して所定の計算を行わせることにより、薄膜層4aの光
学定数などを決定することができる。
This light beam is reflected by the surface of the transparent substrate 4 and the thin film layer 4a, and the half mirror 2
Incident on the array detector 5. Here, the light quantity of the reflected beam detected by the array detector 5 is a value determined by the optical constant of the transparent substrate 4, the optical constant of the thin film layer 4a, and the incident angle. Therefore, by supplying the value detected by the array detector 5 to the computer 6 to perform a predetermined calculation, the optical constant of the thin film layer 4a can be determined.

【0019】また、アレイ検出器5は、一次元または二
次元のCCDなどからなるアレイセンサまたはイメージ
インテンシファイアなど、少なくとも一次元的な光強度
の分布を測定できる光のセンサを含み、また、小さな単
一の受光部位が時間的にビーム内を移動するものをも含
む。さらに詳細に説明する。
The array detector 5 includes an array sensor including a one-dimensional or two-dimensional CCD or an image sensor such as an image intensifier capable of measuring at least one-dimensional light intensity distribution. It also includes a small single light receiving site moving in the beam with time. It will be described in more detail.

【0020】光ビームの中央付近から出た光線20Aは
ハーフミラー2により曲げられて光線20Bになり、レ
ンズ3を経て光線20Cになり、基板4および薄膜4a
にほぼ垂直に入射する。この光線20Cは基板4および
薄膜4aにより反射されて光線20Dになり、レンズ3
およびハーフミラー2を経て光線20Eになり、アレイ
検出器5上のセンサ素子50に入射する。また、光ビー
ムの上部から出た光線2nAはハーフミラー2により曲
げられて光線2nBになり、レンズ3を経て光線2nC
になり、基板4および薄膜4aに角度θで入射する。こ
の光線2nCは基板4および薄膜4aにより角度θで反
射されて光線2nDになり、レンズ3およびハーフミラ
ー2を経て光線2nEになり、アレイ検出器5上のセン
サ素子5nに入射する。このようにして、アレイ検出器
5の各センサ素子には、それぞれに異なる角度の反射光
量が入射される。
A light ray 20A emitted from the vicinity of the center of the light beam is bent by the half mirror 2 to become a light ray 20B, passes through a lens 3 and becomes a light ray 20C, and the substrate 4 and the thin film 4a.
Is incident almost vertically on. This light ray 20C is reflected by the substrate 4 and the thin film 4a to become a light ray 20D, and the lens 3
Then, it becomes a light beam 20E through the half mirror 2 and is incident on the sensor element 50 on the array detector 5. Further, the light ray 2nA emitted from the upper part of the light beam is bent by the half mirror 2 to become a light ray 2nB, and passes through the lens 3 and the light ray 2nC.
And enters the substrate 4 and the thin film 4a at an angle θ. The ray 2nC is reflected by the substrate 4 and the thin film 4a at an angle θ to become a ray 2nD, passes through the lens 3 and the half mirror 2 and becomes a ray 2nE, and is incident on the sensor element 5n on the array detector 5. In this way, the reflected light amounts of different angles are incident on the respective sensor elements of the array detector 5.

【0021】これらの各センサ素子による測定値は、例
えば、シリコン基板上に形成された膜厚5,000オン
グストローム、10,000オグストローム、20,0
00オングストロームの酸化膜の場合には、図2、図3
に示すような曲線になる。なお、図2、図3において実
線が5,000オングストロームの場合を、破線が1
0,000オングストロームの場合を、一点鎖線が2
0,000オングストロームの場合をそれぞれ示してい
る。ここで、入射光ビームの直線偏光の振動方向に対し
て平行な方向に観測されるP偏光成分と、垂直方向に観
測されるS偏光成分とに分離して測定することができ、
図2がS偏光、図3がP偏光の場合をそれぞれ示してい
る。ここでは、膜厚が変わった場合について説明した
が、屈折率が変わった場合にもこれらの曲線は異なった
ものになる。
The values measured by each of these sensor elements are, for example, a film thickness formed on a silicon substrate of 5,000 angstroms, 10,000 angstroms, and 20,0.
In the case of an oxide film of 00 angstroms, FIGS.
It becomes a curve as shown in. 2 and 3, the solid line indicates the case of 5,000 Å, and the broken line indicates 1
In the case of 10,000 angstroms, the chain line is 2
The case of 10,000 angstroms is shown. Here, the P-polarized component observed in a direction parallel to the vibration direction of the linearly polarized light of the incident light beam and the S-polarized component observed in the vertical direction can be measured separately.
FIG. 2 shows the case of S-polarized light, and FIG. 3 shows the case of P-polarized light. Here, the case where the film thickness is changed has been described, but these curves are different even when the refractive index is changed.

【0022】また、図4に示すように、透光性のある基
板4上に形成された薄膜層4aに光が入射したことに応
答して光が多重反射されているような数学モデルを考え
ると、その反射率Rは数1で表される。
Further, as shown in FIG. 4, consider a mathematical model in which light is multiple-reflected in response to light being incident on a thin film layer 4a formed on a transparent substrate 4. And the reflectance R thereof is expressed by Equation 1.

【0023】[0023]

【数1】 [Equation 1]

【0024】ここで、r1は空気層と薄膜層4aとの境
界での反射率、r2は薄膜層4aと基板4との境界での
反射率、tは薄膜層4aの膜厚をそれぞれ示し、kは数
2で与えられる。
Here, r1 is the reflectance at the boundary between the air layer and the thin film layer 4a, r2 is the reflectance at the boundary between the thin film layer 4a and the substrate 4, and t is the film thickness of the thin film layer 4a. k is given by the equation 2.

【0025】[0025]

【数2】 [Equation 2]

【0026】ここで、λは光ビームの波長、n1は薄膜
層4aの屈折率をそれぞれ示している。上記反射率r
1、r2はS偏光、P偏光に対する値が異なり、それぞ
れ数3から数6で表される。ただし、添字S,PがS偏
光に対する値、P偏光に対する値であることをそれぞれ
示している。
Here, λ is the wavelength of the light beam, and n1 is the refractive index of the thin film layer 4a. The reflectance r
The values of 1 and r2 are different for S-polarized light and P-polarized light, and are represented by Formulas 3 to 6, respectively. However, the subscripts S and P respectively indicate values for S-polarized light and values for P-polarized light.

【0027】[0027]

【数3】 [Equation 3]

【0028】[0028]

【数4】 [Equation 4]

【0029】[0029]

【数5】 [Equation 5]

【0030】[0030]

【数6】 [Equation 6]

【0031】ここで、n0は空気の屈折率、n2は基板
の屈折率、θ1は空気層から薄膜層4aに入射した光ビ
ームの屈折角、θ2は薄膜層4aから基板4に入射した
光ビームの屈折角をそれぞれ示している。このように連
続した角度に応じて測定された反射率の曲線は膜厚など
の光学定数が変わるとその形を変えることになるが、そ
のことを利用して、測定された角度に対する曲線から、
薄膜層4aの光学定数を逆に求めることができる。
Here, n0 is the refractive index of air, n2 is the refractive index of the substrate, θ1 is the refraction angle of the light beam incident on the thin film layer 4a from the air layer, and θ2 is the light beam incident on the substrate 4 from the thin film layer 4a. The respective refraction angles of are shown. In this way, the curve of the reflectance measured according to the continuous angle changes its shape when the optical constant such as the film thickness changes.By utilizing that, from the curve for the measured angle,
The optical constant of the thin film layer 4a can be obtained in reverse.

【0032】図5はコンピュータ6において、アレイ検
出器5の各センサ素子の出力信号から得られる、角度に
応じた反射率の計算値を用いて薄膜層4aの膜厚を求め
るための処理を説明するフローチャートである。ステッ
プSP1において、アレイ検出器5の各センサ素子によ
り測定した反射光のS偏光成分およびP偏光成分、およ
びレーザ光源1からの出射光強度に基づいて反射率を算
出し、ステップSP2において、角度に応じた反射率の
計算値および数2から数6を用いて数1を解く。この処
理を行うことにより、個々のセンサ素子の出力信号に基
づいて得られる反射率の計算値に対してそれぞれ膜厚の
解が得られ、一群の解が得られることになる。次いで、
ステップSP3において、統計解析処理を行って、これ
ら一群の解の中から最も確からしい解を選定する。そし
て、ステップSP4において、解の精度を向上させるた
めに、材料の吸収、アレイ検出器5の寸法などの寄与を
補正した数1を用いて、最小二乗法による数値解法によ
って解を求める。ただし、この計算は難解であるから、
数値解法を容易にするために、ステップSP3による解
による制限の下で実行する。このようにして、50オン
グストロームから50,000オングストロームまでの
膜厚範囲において、20オングストローム以下の正確さ
で測定が可能である。そして、これらの統計解析、およ
び最小二乗法による数値解法を用いて計算を行うために
は、測定値の数が10以上であればよい。ただし、たと
えば、膜厚の厚い薄膜を測定対象とする場合は、反射率
の曲線の変化の周期が短い(図2または図3の曲線の変
化の上下の極値の出現回数が多い)ため、測定値の数を
多くすることが好ましい。たとえば、膜厚が50,00
0オングストローム程度の薄膜の光学定数を測定する場
合は、測定値の数は15個以上用いるのが好ましく、さ
らに膜厚が100,000オングストローム程度の薄膜
の測定を行なう場合は、30個以上を用いるのが好まし
い。また、測定値は基板の裏側からの反射光の影響のな
い範囲でアレイ検出器5の広い範囲にまんべんなく分布
したセンサ素子により得られたものを用いるのが好まし
い場合が多い。
FIG. 5 illustrates a process in the computer 6 for obtaining the film thickness of the thin film layer 4a using the calculated value of the reflectance according to the angle, which is obtained from the output signal of each sensor element of the array detector 5. It is a flowchart to do. In step SP1, the reflectance is calculated based on the S-polarized component and the P-polarized component of the reflected light measured by each sensor element of the array detector 5 and the intensity of the emitted light from the laser light source 1, and in step SP2, the reflectance is calculated. The equation 1 is solved using the calculated reflectance values and the equations 2 to 6. By performing this processing, the solution of the film thickness is obtained for each calculated value of the reflectance obtained based on the output signal of each sensor element, and a group of solutions is obtained. Then
In step SP3, statistical analysis processing is performed to select the most probable solution from the group of solutions. Then, in step SP4, in order to improve the accuracy of the solution, the solution is obtained by the numerical solution method by the least square method using the equation 1 in which the contributions of the absorption of the material and the size of the array detector 5 are corrected. However, since this calculation is difficult,
In order to facilitate the numerical solution method, it is executed under the restriction by the solution in step SP3. In this way, it is possible to measure with an accuracy of 20 angstroms or less in the film thickness range of 50 angstroms to 50,000 angstroms. Then, in order to perform the calculation using these statistical analysis and the numerical solution method by the least square method, the number of measured values may be 10 or more. However, for example, when a thin film having a large film thickness is to be measured, the period of change in the curve of the reflectance is short (the number of extreme values above and below the change in the curve of FIG. 2 or FIG. 3 is large). It is preferable to increase the number of measured values. For example, if the film thickness is 50,000
When measuring the optical constants of a thin film of about 0 angstrom, it is preferable to use 15 or more measured values, and when measuring a thin film of about 100,000 angstrom, use 30 or more. Is preferred. In many cases, it is preferable to use the measured values obtained by the sensor elements evenly distributed over a wide range of the array detector 5 within a range where the reflected light from the back side of the substrate does not affect.

【0033】また、この光学定数測定方法によれば、薄
膜層4aの膜厚とともに、薄膜層4aまたは基板4の屈
折率を計算することもできる。図6はコンピュータ6に
おいて、アレイ検出器5の各センサ素子の出力信号から
得られる、角度に応じた反射率の計算値を用いて薄膜層
4aまたは基板4の屈折率を求めるための処理を説明す
るフローチャートである。
According to this optical constant measuring method, the refractive index of the thin film layer 4a or the substrate 4 can be calculated together with the film thickness of the thin film layer 4a. FIG. 6 illustrates a process in the computer 6 for obtaining the refractive index of the thin film layer 4a or the substrate 4 by using the calculated value of the reflectance according to the angle, which is obtained from the output signal of each sensor element of the array detector 5. It is a flowchart to do.

【0034】ステップSP1において、アレイ検出器5
の各センサ素子により測定した反射光のS偏光成分およ
びP偏光成分、およびレーザ光源1からの出射光強度に
基づいて反射率を算出し、ステップSP2において、角
度に応じた反射率の計算値、薄膜層4aの膜厚の推定値
および数2から数6を用いて数1を解く。この処理を行
うことにより屈折率の近似解を得る。そして、ステップ
SP3において、角度に応じた反射率の計算値、屈折率
の近似解および数2から数6を用いて数1を解く。この
処理を行うことにより、個々のセンサ素子の出力信号に
基づいて得られる反射率の計算値に対してそれぞれ膜厚
の解が得られ、一群の解が得られることになる。次い
で、ステップSP4において、統計解析処理を行って、
これら一群の解の中から最も確からしい解を選定する。
そして、ステップSP5において、解の精度を向上させ
るために、材料の吸収、アレイ検出器5の寸法などの寄
与を補正した数1を用いて、最小二乗法による数値解法
によって解を求める。ただし、この計算は難解であるか
ら、数値解法を容易にするために、ステップSP4によ
る解による制限の下で実行する。
At step SP1, the array detector 5
The reflectance is calculated based on the S-polarized component and the P-polarized component of the reflected light measured by each sensor element, and the intensity of the light emitted from the laser light source 1, and in step SP2, the calculated value of the reflectance according to the angle, Equation 1 is solved using the estimated value of the film thickness of the thin film layer 4a and Equations 2 to 6. An approximate solution of the refractive index is obtained by performing this process. Then, in step SP3, Equation 1 is solved using the calculated value of the reflectance according to the angle, the approximate solution of the refractive index, and Equations 2 to 6. By performing this processing, the solution of the film thickness is obtained for each calculated value of the reflectance obtained based on the output signal of each sensor element, and a group of solutions is obtained. Next, in step SP4, statistical analysis processing is performed,
The most probable solution is selected from this group of solutions.
Then, in step SP5, in order to improve the accuracy of the solution, the solution is obtained by the numerical solution method by the least square method using the equation 1 in which the contributions of the absorption of the material, the size of the array detector 5 and the like are corrected. However, since this calculation is difficult, it is executed under the limitation of the solution in step SP4 in order to facilitate the numerical solution method.

【0035】しかし、基板4がガラスのように透光性を
有している場合、基板4の裏面からの反射ビームが生じ
る。図7に示すように、ガラス基板4上の薄膜層4aの
点Pに集光している入射光ビームは、破線で示すよう
に、ガラス基板4内に入り、ガラス基板4の裏面で反射
を受ける。このとき、反射光ビームは、点PKガラス基
板4の裏面に対する鏡像点である点Qからあたかも光ビ
ームが出てきているかのようにふるまう。この反射光ビ
ームは、レンズ3によって集光され、その後、再び広が
りながらアレイ検出器5上に到達する。この時、ガラス
基板4の裏面からの反射光ビームはアレイ検出器5上
の、破線で示す光路の範囲内に位置するセンサ素子に影
響を与える。これらは、ガラス基板4の表面の薄膜層4
aからの反射光に対して著しい影響を与えることにな
り、そのままでは正確な測定を妨げることになる。しか
し、ガラス基板4の表面の薄膜層4aからの反射光ビー
ムの照射範囲が、上記破線で示す光路の範囲よりも大き
ければ、破線で示す光路の範囲におけるセンサ素子から
の出力信号を採用せず、ガラス基板4の表面の薄膜層4
aからの反射光ビームのみが照射される範囲におけるセ
ンサ素子からの出力信号を採用することにより、基板裏
面からの反射光ビームの影響を除去して正確な光学定数
の測定を達成できる。もちろん、アレイ検出器5上の、
破線で示す光路の範囲を可能な限り小さくすることが好
ましい。
However, when the substrate 4 is translucent like glass, a reflected beam from the back surface of the substrate 4 is generated. As shown in FIG. 7, the incident light beam focused on the point P of the thin film layer 4 a on the glass substrate 4 enters the glass substrate 4 and is reflected by the back surface of the glass substrate 4 as shown by the broken line. receive. At this time, the reflected light beam behaves as if it came out from the point Q, which is a mirror image point on the back surface of the point PK glass substrate 4. This reflected light beam is condensed by the lens 3 and then reaches the array detector 5 while expanding again. At this time, the reflected light beam from the back surface of the glass substrate 4 affects the sensor element located within the range of the optical path indicated by the broken line on the array detector 5. These are the thin film layers 4 on the surface of the glass substrate 4.
This will have a significant effect on the reflected light from a and will hinder accurate measurement as it is. However, if the irradiation range of the reflected light beam from the thin film layer 4a on the surface of the glass substrate 4 is larger than the range of the optical path indicated by the broken line, the output signal from the sensor element in the range of the optical path indicated by the broken line is not adopted. , Thin film layer 4 on the surface of glass substrate 4
By adopting the output signal from the sensor element in the range where only the reflected light beam from a is irradiated, the influence of the reflected light beam from the back surface of the substrate can be removed and accurate measurement of the optical constant can be achieved. Of course, on the array detector 5,
It is preferable to make the range of the optical path indicated by the broken line as small as possible.

【0036】図7において、点Pの鏡像点である点Qの
位置を空気中での位置に置き換えた点Q´に対して数7
および数8が成り立つ。
In FIG. 7, with respect to the point Q'in which the position of the point Q which is the mirror image point of the point P is replaced with the position in the air, the formula 7
And Equation 8 holds.

【0037】[0037]

【数7】 [Equation 7]

【0038】[0038]

【数8】 [Equation 8]

【0039】ここで、S1はレンズ3から点Q´までの
距離、S1´はレンズ3から点Q´がレンズ3によって
集光される点Rまでの距離、F1はレンズ3の焦点距
離、Tはガラス基板4の厚み、Nはガラス基板4の屈折
率をそれぞれ示している。数7および数8からS1´を
求めると、数9になる。
Here, S1 is the distance from the lens 3 to the point Q ', S1' is the distance from the lens 3 to the point R where the point Q'is condensed by the lens 3, F1 is the focal length of the lens 3, and T is the focal length. Indicates the thickness of the glass substrate 4, and N indicates the refractive index of the glass substrate 4, respectively. When S1 ′ is obtained from the equations 7 and 8, the equation 9 is obtained.

【0040】[0040]

【数9】 [Equation 9]

【0041】レンズ3は光ビームの角度を広くとるため
に開口数の大きいレンズである必要があり、歪みなどを
避けるためには焦点距離の短いレンズが有利である。例
えば、開口数が0.9の、顕微鏡用の対物レンズをレン
ズ3として採用した場合、約64°の広がり角度を有し
ており、上記の測定に適しているが、焦点距離は、たと
えば、市販されているものの例では2.25mmであ
る。したがって、ガラス基板4の厚みが1.1mm、屈
折率が1.54であると仮定すれば、数9から位置Rの
レンズ3からの距離S1´は9.3mmになり、この位
置Rにアレイ検出器5を配置すればよい。ただし、物理
的に配置が困難な場合も考えられる。
The lens 3 needs to be a lens having a large numerical aperture in order to widen the angle of the light beam, and a lens having a short focal length is advantageous in order to avoid distortion or the like. For example, when an objective lens for a microscope having a numerical aperture of 0.9 is adopted as the lens 3, it has a divergence angle of about 64 ° and is suitable for the above measurement, but the focal length is, for example, In the example of what is marketed, it is 2.25 mm. Therefore, assuming that the thickness of the glass substrate 4 is 1.1 mm and the refractive index is 1.54, the distance S1 ′ from the lens 3 at the position R from the formula 9 is 9.3 mm, and the array at the position R is The detector 5 may be arranged. However, it may be difficult to physically arrange.

【0042】図8は上記物理的に配置が困難な場合に対
処するための実施例を示している。この実施例において
は、レンズ3とアレイ検出器5との間にレンズ7を追加
した点が図7の実施例と異なる。ここで、ガラス基板4
の表面の薄膜層4aからの反射光ビームがレンズ7によ
りアレイ検出器5上に照射されるビーム径Dがアレイ検
出器5のセンサ面サイズDとなるように、レンズ7に対
するアレイ検出器5の距離L2を設定する。ただし、レ
ンズ7に入射するガラス基板4の表面における反射光ビ
ームのビーム径をW、レンズ7の焦点距離をF2とすれ
ば、数10が得られる。
FIG. 8 shows an embodiment for coping with the case where the physical arrangement is difficult. This embodiment differs from the embodiment of FIG. 7 in that a lens 7 is added between the lens 3 and the array detector 5. Here, the glass substrate 4
Of the array detector 5 with respect to the lens 7 so that the beam diameter D of the reflected light beam from the thin film layer 4a on the surface of the lens 7 irradiated on the array detector 5 by the lens 7 becomes the sensor surface size D of the array detector 5. Set the distance L2. However, if the beam diameter of the reflected light beam incident on the surface of the glass substrate 4 incident on the lens 7 is W and the focal length of the lens 7 is F2, the following formula 10 is obtained.

【0043】[0043]

【数10】 [Equation 10]

【0044】また、ガラス基板4の裏面からの反射光ビ
ームは、点Pの鏡像点である点Qの位置を空気中での位
置に置き換えた点Q´に対して数11から数14が成り
立つ。
The reflected light beam from the back surface of the glass substrate 4 is expressed by the following equations 11 to 14 with respect to the point Q'in which the position of the point Q which is the mirror image point of the point P is replaced with the position in the air. .

【0045】[0045]

【数11】 [Equation 11]

【0046】[0046]

【数12】 [Equation 12]

【0047】[0047]

【数13】 [Equation 13]

【0048】[0048]

【数14】 [Equation 14]

【0049】ここで、S2は点Rからレンズ7までの距
離、S2´はレンズ7から点Rがレンズ7によって集光
される点R´までの距離をそれぞれ示している。なお、
S1,S1´,F1,T,Nは図7の場合と同様であ
る。数11から数14よりS2´を求めると、数15に
なる。
Here, S2 indicates the distance from the point R to the lens 7, and S2 'indicates the distance from the lens 7 to the point R'where the point R is condensed by the lens 7. In addition,
S1, S1 ', F1, T, N are the same as in the case of FIG. If S2 'is obtained from the equations 11 to 14, the equation 15 is obtained.

【0050】[0050]

【数15】 [Equation 15]

【0051】したがって、S2´とL2とが等しくなる
条件に設定すれば、ガラス基板4の裏面からの反射光ビ
ームがアレイ検出器5に及ぼす影響を最小にすることが
できる。図7、図8の何れの実施例においても、アレイ
検出器5の中央付近のセンサ素子はガラス基板4の裏面
からの反射光ビームの影響を受けることになる。図8に
おいてガラス基板4の裏面からの反射光ビームの影響を
受ける範囲D2は数16となる。
Therefore, by setting the condition that S2 'is equal to L2, the influence of the reflected light beam from the back surface of the glass substrate 4 on the array detector 5 can be minimized. 7 and 8, the sensor element near the center of the array detector 5 is affected by the reflected light beam from the back surface of the glass substrate 4. In FIG. 8, the range D2 affected by the reflected light beam from the back surface of the glass substrate 4 is given by Equation 16.

【0052】[0052]

【数16】 [Equation 16]

【0053】ここで、W´はレンズ7に入射する、ガラ
ス基板4の裏面からの反射光ビームのビーム径である。
したがって、この範囲D2を可能な限り小さくすること
が好ましいが、測定精度を考慮すれば、この範囲D2
が、ガラス基板4の表面の薄膜層4aからの反射光ビー
ムがレンズ7によりアレイ検出器5上に照射される面積
の1/2以下になるように設定すればよい。もちろん、
この範囲D2におけるセンサ素子からの出力信号に基づ
く処理は図5、図6のフローチャートのステップSP1
の処理において除外され、ガラス基板4の裏面からの反
射光ビームの影響を全く受けない状態で光学定数の測定
を行うことができる。
Here, W ′ is the beam diameter of the reflected light beam incident on the lens 7 and reflected from the back surface of the glass substrate 4.
Therefore, it is preferable to make the range D2 as small as possible, but if the measurement accuracy is taken into consideration, this range D2
However, it may be set so that the reflected light beam from the thin film layer 4a on the surface of the glass substrate 4 becomes half or less of the area irradiated onto the array detector 5 by the lens 7. of course,
The processing based on the output signal from the sensor element in this range D2 is step SP1 in the flowcharts of FIGS.
The optical constant can be measured in a state of being excluded from the processing of No. 1 and being not affected by the reflected light beam from the back surface of the glass substrate 4.

【0054】次いで、前記範囲D2の面積が、ガラス基
板4の表面の薄膜層4aからの反射光ビームがレンズ7
によりアレイ検出器5上に照射される範囲Dの面積の1
/m以下である場合の、L2のとり得る範囲は以下のよ
うにして算出される。ただし、前記各範囲D、D2の直
径を、それぞれd、d2で表す。π(d/2)2/π
(d2/2)2=mであるから、d/d2=m1/2=Mと
なる。
Next, in the area of the range D2, the light beam reflected from the thin film layer 4a on the surface of the glass substrate 4 is reflected by the lens 7
1 of the area of the range D irradiated on the array detector 5 by
When L / m or less, the range that L2 can take is calculated as follows. However, the diameters of the respective ranges D and D2 are represented by d and d2, respectively. π (d / 2) 2 / π
Since (d2 / 2) 2 = m, d / d2 = m 1/2 = M.

【0055】L2の最小値L2minは以下の式により
定まる。 S2´:W´=(S2´−L2min):D´ したがって、数17になる。
The minimum value L2min of L2 is determined by the following equation. S2 ′: W ′ = (S2′−L2min): D ′ Therefore, Equation 17 is obtained.

【0056】[0056]

【数17】 [Equation 17]

【0057】また、d/d2=m1/2=Mと数17から
D/M={(S2´−L2min)/S2´}W´であ
るから、数18が得られる。
From d / d2 = m 1/2 = M and the equation 17, D / M = {(S2′−L2min) / S2 ′} W ′, and therefore the equation 18 is obtained.

【0058】[0058]

【数18】 [Equation 18]

【0059】同様にしてL2の最大値L2maxを求め
ると、 S2´:W´=(L2max−S2´):D´ したがって、数19になる。
Similarly, when the maximum value L2max of L2 is obtained, S2 ': W' = (L2max-S2 '): D' Therefore, equation 19 is obtained.

【0060】[0060]

【数19】 [Formula 19]

【0061】また、d/d2=m1/2=Mと数19から
D/M={(L2max−S2´)/S2´}W´であ
るから、数20が得られる。
From d / d2 = m 1/2 = M and the equation 19, D / M = {(L2max-S2 ′) / S2 ′} W ′, and therefore the equation 20 is obtained.

【0062】[0062]

【数20】 [Equation 20]

【0063】したがって、数18、数20より、数21
が得られる。
Therefore, from Equation 18 and Equation 20, Equation 21
Is obtained.

【0064】[0064]

【数21】 [Equation 21]

【0065】そして、M=21/2に設定することによ
り、範囲D2の面積を範囲Dの面積の1/2以下にする
ことができる。ただし、アレイ検出器5として一次元的
な光強度分布を測定するもの(2次元的なアレイ検出器
のうち特定の一次元的な方向に配列したピクセルの値を
利用して一次元的な光強度分布を測定する場合を含む。
以下同じ)を採用した場合には、d/d2=m1/2=M
に代えてd/d2=m=Mを採用すればよい(ここで
は、d、d2はそれぞれ範囲D、D2の長さである)。
したがって、上式においてM=2に設定することによ
り、範囲D2の面積(長さ)を範囲Dの面積(長さ)の
1/2以下にすることができる。
By setting M = 2 1/2 , the area of the range D2 can be reduced to 1/2 or less of the area of the range D. However, one that measures a one-dimensional light intensity distribution as the array detector 5 (one-dimensional light is detected by using the values of pixels arranged in a specific one-dimensional direction of the two-dimensional array detector). Including the case of measuring the intensity distribution.
The same applies hereinafter), d / d2 = m 1/2 = M
Instead, d / d2 = m = M may be adopted (here, d and d2 are the lengths of the ranges D and D2, respectively).
Therefore, by setting M = 2 in the above equation, the area (length) of the range D2 can be made 1/2 or less of the area (length) of the range D.

【0066】また、図7に示す実施例においてレンズ3
とアレイ検出器5との距離をLとすれば、前記範囲D2
の面積が、ガラス基板4の表面の薄膜層4aからの反射
光ビームがレンズ7によりアレイ検出器5上に照射され
る範囲Dの面積の1/m以下である場合の、Lのとり得
る範囲は以下のようにして算出される。π(d/2)2
/π(d2/2)2=mであるから、d/d2=m1/2
Mとなる。
The lens 3 in the embodiment shown in FIG.
If the distance between the array detector 5 and the array detector 5 is L, the range D2
When the area of is less than 1 / m of the area of the range D in which the reflected light beam from the thin film layer 4a on the surface of the glass substrate 4 is irradiated onto the array detector 5 by the lens 7, the range of L Is calculated as follows. π (d / 2) 2
Since / π (d2 / 2) 2 = m, d / d2 = m 1/2 =
It becomes M.

【0067】Lの最小値Lminは以下の式により定ま
る。 S1´:W´=(S1´−Lmin):D´ したがって、数22になる。
The minimum value Lmin of L is determined by the following equation. S1 ′: W ′ = (S1′−Lmin): D ′ Therefore, the equation 22 is obtained.

【0068】[0068]

【数22】 [Equation 22]

【0069】また、d/d2=m1/2=Mと数22から
D/M={(S1´−Lmin)/S1´}W´である
から、Lmin=S1´{1−(D/MW´)}が得ら
れる。したがって、数9より数23が得られる。
Further, d / d2 = m 1/2 = M and from the equation 22, D / M = {(S1'-Lmin) / S1 '} W', so Lmin = S1 '{1- (D / MW ')} is obtained. Therefore, Equation 23 is obtained from Equation 9.

【0070】[0070]

【数23】 [Equation 23]

【0071】同様にしてLの最大値Lmaxを求める
と、 S1´:W´=(Lmax−S1´):D´ したがって、数24になる。
Similarly, when the maximum value Lmax of L is obtained, S1 ': W' = (Lmax-S1 '): D' Therefore, the following equation 24 is obtained.

【0072】[0072]

【数24】 [Equation 24]

【0073】また、d/d2=m1/2=Mと数24から
D/M={(Lmax−S1´)/S1´}W´である
から、Lmax=S1´{1+(D/MW´)}が得ら
れる。したがって、数9より数25が得られる。
Since d / d2 = m 1/2 = M and D / M = {(Lmax−S1 ′) / S1 ′} W ′ from the equation 24, Lmax = S1 ′ {1+ (D / MW ′)} Is obtained. Therefore, Equation 25 is obtained from Equation 9.

【0074】[0074]

【数25】 [Equation 25]

【0075】したがって、数22、数24より、数26
が得られる。
Therefore, from Expressions 22 and 24, Expression 26 is obtained.
Is obtained.

【0076】[0076]

【数26】 [Equation 26]

【0077】そして、M=21/2に設定することによ
り、範囲D2の面積を範囲Dの面積の1/2以下にする
ことができる。ただし、アレイ検出器5として一次元の
ものを採用した場合には、d/d2=m1/2=Mに代え
てd/d2=m=Mを採用すればよい(ここでは、d、
d2はそれぞれ範囲D、D2の長さである)。したがっ
て、上式においてM=2に設定することにより、範囲D
2の面積(長さ)を範囲Dの面積(長さ)の1/2以下
にすることができる。
By setting M = 2 1/2 , the area of the range D2 can be reduced to 1/2 or less of the area of the range D. However, when a one-dimensional array detector 5 is adopted, d / d2 = m = M may be adopted instead of d / d2 = m 1/2 = M (here, d,
d2 is the length of the ranges D and D2, respectively). Therefore, by setting M = 2 in the above equation, the range D
The area (length) of 2 can be half or less of the area (length) of the range D.

【0078】図9、図10はアレイ検出器5の受光幅に
対する基板4の裏面からの反射光ビームの影響が与える
割合に対して測定誤差が変化する様子を実測した図であ
り、図9がアレイ検出器5として一次元的なものを採用
した場合を、図10がアレイ検出器5として二次元的な
ものを採用した場合をそれぞれ示している。また、図9
は膜厚が3710オングストロームのITO膜に対する
測定を行った場合における測定誤差(オングストロー
ム)の、(基板裏面における反射光の影響を受ける長さ
/アレイ検出器の受光幅)の変化に対する変動を示して
いる。図10は膜厚が3710オングストロームのIT
O膜に対する測定を行った場合における測定誤差(オン
グストローム)の、(基板裏面における反射光の影響を
受ける面積/アレイ検出器の受光面積)の変化に対する
変動を示している。測定誤差が約1オングストロームま
での範囲であれば、使用上十分満足できる測定誤差であ
るといえる。この範囲は、アレイ検出器5が一次元的な
ものである場合には、(基板裏面における反射光の影響
を受ける長さ/アレイ検出器の受光幅)が約70%以下
の範囲であり、アレイ検出器5が二次元的なものである
場合には、(基板裏面における反射光の影響を受ける面
積/アレイ検出器の受光面積)が約50%以下の範囲で
ある。ただし、測定誤差をより小さくする必要がある場
合には、(基板裏面における反射光の影響を受ける長さ
/アレイ検出器の受光幅)を約30%以下の範囲に設定
し、アレイ検出器5が二次元的なものである場合には、
(基板裏面における反射光の影響を受ける面積/アレイ
検出器の受光面積)を約10%以下の範囲に設定すれば
よい。
FIG. 9 and FIG. 10 are views in which the measurement error changes with respect to the ratio of the influence of the reflected light beam from the back surface of the substrate 4 on the light receiving width of the array detector 5, and FIG. FIG. 10 shows a case where a one-dimensional array detector 5 is adopted, and FIG. 10 shows a case where a two-dimensional array detector 5 is adopted. In addition, FIG.
Shows the variation of the measurement error (angstrom) when the ITO film having a film thickness of 3710 angstrom is measured, with respect to the change of (length affected by reflected light on back surface of substrate / light receiving width of array detector). There is. FIG. 10 shows an IT having a film thickness of 3710 angstroms.
The figure shows the variation of the measurement error (angstrom) when the measurement is performed on the O film with respect to the change of (area affected by reflected light on substrate back surface / light-receiving area of array detector). If the measurement error is within a range of about 1 angstrom, it can be said that the measurement error is sufficiently satisfactory for use. When the array detector 5 is one-dimensional, this range is such that (length affected by reflected light on the back surface of the substrate / light receiving width of the array detector) is about 70% or less, When the array detector 5 is two-dimensional, (area affected by the reflected light on the back surface of the substrate / light-receiving area of the array detector) is in the range of about 50% or less. However, when it is necessary to reduce the measurement error, (length affected by reflected light on the back surface of the substrate / light receiving width of the array detector) is set within a range of about 30% or less, and the array detector 5 Is a two-dimensional one,
(Area affected by reflected light on the back surface of the substrate / light receiving area of the array detector) may be set within a range of about 10% or less.

【0079】なお、以上には、レンズ3による入射光ビ
ームの集光位置が薄膜層の表面である場合について説明
したが、上記集光位置が薄膜層よりも手前であり、入射
光ビームが一旦集光した後に発散する状態で薄膜層に照
射される場合であっても、同様に光学定数の測定を行う
ことができる。さらに、以上には基板4の裏面からの反
射光ビームをそのままアレイ検出器5に照射させている
が、アレイ検出器5の前面にマスク部材を設けて基板4
の裏面からの反射光ビームの照射を阻止することもでき
る。
Although the case where the converging position of the incident light beam by the lens 3 is on the surface of the thin film layer has been described above, the converging position is before the thin film layer and the incident light beam is once Even when the thin film layer is irradiated with light that has been condensed and then diverged, the optical constants can be similarly measured. Further, although the array detector 5 is directly irradiated with the reflected light beam from the back surface of the substrate 4 as described above, a mask member is provided on the front surface of the array detector 5 to provide the substrate 4
It is also possible to prevent irradiation of the reflected light beam from the back surface of the.

【0080】[0080]

【発明の効果】請求項1の発明は、透光性のある基板の
裏面における反射光の影響を除去することができ、この
結果、高精度に光学定数を測定することができるという
特有の効果を奏する。請求項2の発明は、基板表面にお
ける反射光の光ビーム内光強度分布のみに基づいて高精
度に光学定数を測定することができるという特有の効果
を奏する。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to eliminate the influence of the reflected light on the back surface of the transparent substrate, and as a result, it is possible to measure the optical constant with high accuracy. Play. The invention of claim 2 has a unique effect that the optical constant can be measured with high accuracy based only on the light intensity distribution in the light beam of the reflected light on the substrate surface.

【0081】請求項3の発明は、基板裏面における反射
光の影響を受けない受光部位の面積を十分に大きくする
ことができ、この結果、高精度に光学定数を測定するこ
とができるという特有の効果を奏する。請求項4の発明
は、10個以上の受光ピクセルにより検出される光強度
分布に基づいて十分な精度で光学定数を測定することが
できるという特有の効果を奏する。
According to the third aspect of the present invention, the area of the light receiving portion on the back surface of the substrate that is not affected by the reflected light can be made sufficiently large, and as a result, the optical constant can be measured with high accuracy. Produce an effect. The invention of claim 4 has a unique effect that the optical constant can be measured with sufficient accuracy based on the light intensity distribution detected by 10 or more light receiving pixels.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の光学定数測定の原理を説明する図で
ある。
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of optical constant measurement according to the present invention.

【図2】S偏光成分の反射率の入射角に対する変化特性
の例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a change characteristic of reflectance of an S-polarized component with respect to an incident angle.

【図3】P偏光成分の反射率の入射角に対する変化特性
の例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a change characteristic of reflectance of a P-polarized component with respect to an incident angle.

【図4】入射光を多重反射する数学モデルを概略的に示
す図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a mathematical model for multiple reflection of incident light.

【図5】コンピュータにおいて、アレイ検出器の各セン
サ素子の出力信号から得られる、角度に応じた反射率の
計算値を用いて薄膜層の膜厚を求めるための処理を説明
するフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a process for obtaining a film thickness of a thin film layer by using a calculated value of reflectance according to an angle, which is obtained from an output signal of each sensor element of an array detector in a computer.

【図6】コンピュータにおいて、アレイ検出器の各セン
サ素子の出力信号から得られる、角度に応じた反射率の
計算値を用いて薄膜層または基板の屈折率を求めるため
の処理を説明するフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart illustrating a process for obtaining a refractive index of a thin film layer or a substrate by using a calculated value of reflectance according to an angle, which is obtained from an output signal of each sensor element of an array detector in a computer. is there.

【図7】基板裏面からの反射光ビームの影響を少なくす
るための実施例を示す概略図である。
FIG. 7 is a schematic view showing an embodiment for reducing the influence of a reflected light beam from the back surface of the substrate.

【図8】基板裏面からの反射光ビームの影響を少なくす
るための他の実施例を示す概略図である。
FIG. 8 is a schematic view showing another embodiment for reducing the influence of the reflected light beam from the back surface of the substrate.

【図9】一次元的なアレイ検出器の受光幅に対する基板
の裏面からの反射光ビームの影響が与える割合に対して
測定誤差が変化する様子を実測した図である。
FIG. 9 is a diagram in which a state in which the measurement error changes with respect to the ratio of the influence of the reflected light beam from the back surface of the substrate to the light receiving width of the one-dimensional array detector is actually measured.

【図10】二次元的なアレイ検出器の受光面積に対する
基板の裏面からの反射光ビームの影響が与える割合に対
して測定誤差が変化する様子を実測した図である。
FIG. 10 is a diagram that actually measures how the measurement error changes with respect to the ratio of the influence of the reflected light beam from the back surface of the substrate with respect to the light receiving area of the two-dimensional array detector.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3,7 レンズ 4 透光性のある基板 4a 薄膜層 5 アレイ検出器 6 コンピュータ 3,7 lens 4 translucent substrate 4a thin film layer 5 array detector 6 computer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 PATOLIS─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 21/00-21/01 G01N 21/17-21/61 PATOLIS

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 透光性のある基板(4)表面に収束光ま
たは発散光を照射し、該収束光または発散光の前記透光
性のある基板(4)における反射光の光ビーム内光強度
分布をアレイ検出器(5)を用いて検出し、該光強度分
布のうち、前記収束光または発散光の前記透光性のある
基板(4)表面における反射光が導かれるとともに、裏
面における反射光が入射しない範囲における光強度分布
に基づいて前記透光性のある基板(4)の光学定数また
は前記透光性のある基板(4)表面に形成された薄膜
(4a)の光学定数を測定することを特徴とする光学定
数測定方法。
1. A light in a light beam of a convergent light or a divergent light irradiated onto a surface of a transparent substrate (4) and a reflected light of the convergent light or the divergent light on the transparent substrate (4). The intensity distribution is detected using an array detector (5), and in the light intensity distribution, the reflected light of the convergent light or the divergent light on the front surface of the transparent substrate (4) is guided, and at the back surface. The optical constant of the translucent substrate (4) or the optical constant of the thin film (4a) formed on the surface of the translucent substrate (4) is determined based on the light intensity distribution in the range where reflected light does not enter. A method for measuring optical constants, which comprises measuring.
【請求項2】 透光性のある基板(4)表面に収束光ま
たは発散光を照射する照射系光学系(3)と、前記収束
光または発散光の前記透光性のある基板(4)における
反射光を導く受光光学系(3)(7)と、該受光光学系
(3)(7)により導かれた該反射光の光ビーム内光強
度分布を検出するアレイ検出器(5)と、検出された該
光ビーム内光強度分布に基づいて前記透光性のある基板
(4)の光学定数または前記透光性のある基板(4)表
面に形成された薄膜(4a)の光学定数を算出する光学
定数算出手段(6)とを備え、かつ、前記受光光学系
(3)(7)は、前記収束光または発散光の前記透光性
のある基板(4)表面における反射光の少なくとも一部
を、前記アレイ検出器(5)の、前記収束光または発散
光の前記透光性のある基板(4)裏面における反射光が
導かれない前記アレイ検出器(5)の受光部位に導くも
のであり、前記光学定数算出手段(6)は、前記アレイ
検出器(5)の、前記収束光または発散光の前記透光性
のある基板(4)裏面における反射光が導かれない前記
アレイ検出器(5)の受光部位によって検出された光ビ
ーム内強度分布に基づいて前記透光性のある基板(4)
の光学定数または前記透光性のある基板(4)表面に形
成された薄膜(4a)の光学定数を算出するものである
ことを特徴とする光学定数測定装置。
2. An irradiation system optical system (3) for irradiating the surface of a transparent substrate (4) with convergent light or divergent light, and the transparent substrate (4) of the convergent light or divergent light. A light receiving optical system (3) (7) that guides the reflected light in the light source, and an array detector (5) that detects the light intensity distribution in the light beam of the reflected light guided by the light receiving optical system (3) (7). , An optical constant of the transparent substrate (4) or an optical constant of a thin film (4a) formed on the surface of the transparent substrate (4) based on the detected light intensity distribution in the light beam And an optical constant calculating means (6) for calculating, and the light receiving optical systems (3) and (7) of the reflected light of the convergent light or the divergent light on the surface of the transparent substrate (4). At least a portion of the array detector (5) is transparent to the convergent or divergent light. The reflected light on the back surface of the substrate (4) is guided to the light receiving part of the array detector (5) where it is not guided, and the optical constant calculation means (6) is the converged light of the array detector (5). Alternatively, the translucent substrate (4) having the translucent light based on the intensity distribution in the light beam detected by the light receiving part of the array detector (5) in which the reflected light on the back surface of the translucent substrate (4) is not guided Board (4)
2. The optical constant measuring device for calculating the optical constant of or the optical constant of the thin film (4a) formed on the surface of the transparent substrate (4).
【請求項3】 前記受光光学系(3)(7)は、前記収
束光または前記発散光の前記透光性のある基板(4)表
面における反射光が導かれるアレイ検出器(5)の受光
部位の面積が、前記収束光または前記発散光の前記透光
性のある基板(4)裏面における反射光が導かれるアレ
イ検出器(5)の受光部位の面積の2倍以上となるよう
に前記透光性のある基板(4)における反射光を導くも
のである請求項2に記載の光学定数測定装置。
3. The light receiving optical system (3) (7) receives light of an array detector (5) to which reflected light of the convergent light or the divergent light on the surface of the transparent substrate (4) is guided. The area of the part is at least twice as large as the area of the light receiving part of the array detector (5) to which the reflected light of the convergent light or the divergent light on the back surface of the transparent substrate (4) is guided. The optical constant measuring device according to claim 2, which guides light reflected by the transparent substrate (4).
【請求項4】前記アレイ検出器(5)は1次元または2
次元のアレイセンサであり、前記受光光学系(3)
(7)は、前記収束光または発散光の前記透光性のある
基板(4)表面における反射光が導かれ、かつ前記収束
光または発散光の前記透光性のある基板(4)裏面にお
ける反射光が導かれない前記アレイセンサ(5)の受光
部位における受光ピクセル数が10個以上となるように
前記透光性のある基板(4)における反射光を導くもの
である請求項2に記載の光学定数測定装置。
4. The array detector (5) is one-dimensional or two-dimensional.
-Dimensional array sensor, the light receiving optical system (3)
In (7), the reflected light of the convergent light or the divergent light on the surface of the transparent substrate (4) is guided, and the reflected light of the convergent light or the divergent light on the rear surface of the transparent substrate (4). The reflected light from the transparent substrate (4) is guided so that the number of light receiving pixels in the light receiving portion of the array sensor (5) to which reflected light is not guided is 10 or more. Optical constant measuring device.
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