JP4336676B2 - Sample analysis method and sample analysis apparatus - Google Patents
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本発明は、基板に積層した膜をカバー部材で覆うと共に膜層とカバー部材の間に空間(ギャップ)が存在する構造の試料をポラリメータ及びエリプソメータのような測定器で測定して膜の特性を解析する場合、試料に存在するギャップの影響、及び試料における光の反射形態に左右されずに安定した解析を行えるようにした試料解析方法、及び試料解析装置に関する。 In the present invention, a film laminated on a substrate is covered with a cover member, and a sample having a structure in which a space (gap) exists between the film layer and the cover member is measured with a measuring instrument such as a polarimeter and an ellipsometer to determine the characteristics of the film. In the case of analysis, the present invention relates to a sample analysis method and a sample analysis apparatus capable of performing a stable analysis without being influenced by the influence of a gap existing in a sample and the reflection form of light in the sample.
従来、膜を有する試料の特性(膜の屈折率、消衰係数、膜厚等)を解析するためにポラリメータ及びエリプソメータのような偏光された光を照射して測定を行う測定器を利用することがある。例えば、エリプソメータでは試料に偏光された光を入射させ、入射光及び反射光の偏光状態の変化を測定することで、図14(a)に示すように振幅比(Ψプサイ)及び位相差(Δデルタ)を求めるものである。また、エリプソメータで求められた振幅比及び位相差だけでは、試料に対する唯一の組で膜の屈折率(n)、消衰係数(k)、及び膜厚(d)を求めることができないので、ユーザから入力される解析対象の試料の項目に対する仮定内容(基板の種類、膜厚等)に基づいて試料の構造に応じたモデルをたてて、モデル及びエリプソメータの測定結果を用いて試料の解析を行う。 Conventionally, in order to analyze the characteristics (film refractive index, extinction coefficient, film thickness, etc.) of a sample having a film, a measuring instrument that performs measurement by irradiating polarized light such as a polarimeter and an ellipsometer is used. There is. For example, in an ellipsometer, polarized light is incident on a sample, and changes in the polarization state of incident light and reflected light are measured. As shown in FIG. 14A, an amplitude ratio (Ψ psi) and a phase difference (Δ Delta). In addition, the film refractive index (n), extinction coefficient (k), and film thickness (d) cannot be obtained only by the amplitude ratio and phase difference obtained by the ellipsometer, so that the user Build a model according to the sample structure based on the assumptions (analyzer type, film thickness, etc.) for the sample item to be analyzed that are input from, and analyze the sample using the model and ellipsometer measurement results. Do.
具体的な解析手順は以下の通りである。先ず、モデルから理論的な演算により求められる振幅比及び位相差と、エリプソメータの測定で求められた振幅比及び位相差を比較し、両者の相異する程度が最小となるように、モデルに係る分散式のパラメータ及びモデルの膜厚等を変更するプロセスを行う(フィッティングと称す)。両者の相異は通常、最小二乗法を用いた演算で求めており、フィッティングにより最小二乗法で得られた結果がある程度小さくなったと判断された場合、そのときの分散式のパラメータの値から膜の屈折率及び消衰係数を求めると共に、そのときの膜厚を試料が有する膜の膜厚として選択する。 The specific analysis procedure is as follows. First, the amplitude ratio and phase difference obtained by theoretical calculation from the model are compared with the amplitude ratio and phase difference obtained by ellipsometer measurement, and the degree of difference between the two is minimized. A process of changing the parameters of the dispersion formula and the film thickness of the model is performed (referred to as fitting). The difference between the two is usually obtained by calculation using the least square method, and if it is determined that the result obtained by the least square method has been reduced to some extent by fitting, the value of the parameter of the dispersion equation at that time The refractive index and extinction coefficient are determined, and the film thickness at that time is selected as the film thickness of the sample.
なお、モデルの作成、最小二乗法による演算、フィッティング等は、コンピュータを用いて所要のプログラムに基づき手動又は自動で行うことが一般的である(特許文献1、2参照)。
上述したエリプソメータを用いた解析において、解析対象となる試料の種類は多岐に及び、近時では外方に露出していない膜を有する試料を解析したいと云う要望も出ている。例えば次世代ディスプレイ材料として注目を集めている有機EL(OLED: Organic Light Emitting Diode)素子の研究開発及び製品検査等のために、有機EL素子が有する有機膜を上述したエリプソメータを利用した解析方法で解析することが期待されている。特に、試作の有機EL素子又は製造された有機EL素子が設計通りの構造になっているか、また、設計通りになっていない場合は、どの点が悪かったのかを確認できるようにすることが要望されており、また、経時的に有機EL素子がどのように変化(劣化)するかを確認可能にすることが希望されている。 In the analysis using the above-described ellipsometer, there are various types of samples to be analyzed, and recently there has been a demand for analyzing samples having a film that is not exposed to the outside. For example, for the research and development of organic light emitting diode (OLED) elements, which are attracting attention as next-generation display materials, and for product inspection, etc., an analysis method using the above-described ellipsometer for the organic film of organic EL elements It is expected to be analyzed. In particular, if the prototype organic EL element or the manufactured organic EL element has a structure as designed, or if it does not meet the design, it is desired to be able to confirm which point was bad. In addition, it is desired to be able to confirm how the organic EL element changes (deteriorates) over time.
しかし、有機EL素子は、ガラス基板のような透明基板上に陽極、複数の膜(有機膜)、及び陰極を積層すると共に封止キャップで膜を覆い、内部を真空封止又は封止した内部に希ガス類を充填する構造であるため、封止された内部に存在する積層膜へ向けて光を照射し、反射した光を適切に取得して膜の光学特性をエリプソメータで測定することは、非常に困難になると云う問題がある。そのため、出来上がった有機EL素子が設計通りの構造であるか、どの点が悪かったのか、さらには経時的な変化等を現状では適切に確認できないと云う問題がある。 However, the organic EL element has an internal structure in which an anode, a plurality of films (organic films), and a cathode are laminated on a transparent substrate such as a glass substrate, and the film is covered with a sealing cap, and the inside is vacuum sealed or sealed. It is very difficult to measure the optical properties of the film with an ellipsometer by irradiating light toward the sealed laminated film and acquiring the reflected light appropriately. There is a problem that it becomes difficult. For this reason, there is a problem that the completed organic EL element has a structure as designed, which point is bad, and further a change with time cannot be properly confirmed at present.
また、仮に封止キャップ内に配置された積層膜へ光を照射できたとしても、封止キャップは膜との間に空間(ギャップ)を設けているため、ギャップ寸法によっては光の照射により干渉縞が発生し、干渉縞が発生した場合は、測定に非常に時間をかかると共に、モデルに基づいて求めた振幅比(Ψ)及び位相差(Δ)の値が図14(b)に示すように上下に細かく振幅して良好な解析を行えないと云う問題がある。 Even if light can be irradiated to the laminated film disposed in the sealing cap, the sealing cap has a space (gap) between the film and the interference due to light irradiation depending on the gap size. When a fringe occurs and an interference fringe occurs, it takes a very long time to measure, and the values of the amplitude ratio (Ψ) and the phase difference (Δ) obtained based on the model are as shown in FIG. However, there is a problem that fine analysis cannot be performed by finely oscillating vertically.
さらに、有機EL素子の構造に起因して、有機EL素子の膜へ向けて照射された光の反射形態が複数想定されるので、解析に用いるモデルの種類も予め複数準備しておくと共に、反射形態に応じたモデルを適切に選択しなければ、正確な解析が行えないと云う問題がある。 Furthermore, due to the structure of the organic EL element, a plurality of reflection modes of light irradiated toward the film of the organic EL element are assumed. Therefore, a plurality of types of models to be used for analysis are prepared in advance and reflection is performed. There is a problem that accurate analysis cannot be performed unless a model corresponding to the form is appropriately selected.
例えば、有機EL素子のガラス基板側から膜へ向けて光を照射できた状況を想定した場合、照射された光が膜とギャップの境界で反射するとき、ギャップを通過して封止キャップの内面で反射するときなど反射形態が複数起こり得る。しかし、このような場合では、エリプソメータが実際に取得する試料からの反射光は、上述した複数の反射形態の中のいずれの反射形態であるかを一般に判別できないので、解析に用いるモデルの種類も選択できない。そのため、実際の解析では、あらゆる反射形態を考慮できるように全種類のモデルを用いて膨大な量の演算を行い、その中からベストな演算結果を解析結果として選び出す必要があるので、たとえ、有機EL素子の測定が行えたとしても、解析処理の負担が大きい上に、解析結果を得るまでに長時間を要すると云う問題がある。なお、上述したような各問題は有機EL素子以外にも、有機EL素子と同等の構造を有する試料を解析する場合にも生じる。また測定器として、ポラリメータを用いた場合でも、同様に上述した問題が生じる。 For example, assuming a situation where light can be irradiated from the glass substrate side of the organic EL element toward the film, when the irradiated light is reflected at the boundary between the film and the gap, the inner surface of the sealing cap passes through the gap. Multiple reflection modes can occur, such as when reflecting off the screen. However, in such a case, the reflected light from the sample actually acquired by the ellipsometer cannot generally be identified as any of the above-described reflection forms. Cannot be selected. Therefore, in actual analysis, it is necessary to perform an enormous amount of calculations using all types of models so that all reflection forms can be considered, and it is necessary to select the best calculation result as the analysis result. Even if the EL element can be measured, there is a problem that the burden of the analysis process is large and it takes a long time to obtain the analysis result. In addition to the organic EL element, each problem as described above also occurs when a sample having a structure equivalent to the organic EL element is analyzed. In addition, even when a polarimeter is used as a measuring instrument, the above-described problems similarly occur.
本発明は斯かる問題に鑑みてなされたものであり、有機EL素子のように膜が内部に存在する構造の試料に対しても、膜への光照射及び反射光の取得を確実に行って、外方に表出していない膜の特性を解析できるようにした試料解析方法及び試料解析装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、干渉縞の影響を排除して良好な解析を行えるようにした試料解析方法及び試料解析装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、試料の厚み寸法に応じて解析に用いるモデルの種類を選択して解析に係る処理の効率化を図るようにした試料解析方法及び試料解析装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a problem, and it is possible to reliably irradiate a film and acquire reflected light even for a sample having a film inside such as an organic EL element. Another object of the present invention is to provide a sample analysis method and a sample analysis apparatus that can analyze the characteristics of a film that is not exposed to the outside.
Another object of the present invention is to provide a sample analysis method and a sample analysis apparatus that can perform good analysis by eliminating the influence of interference fringes.
It is another object of the present invention to provide a sample analysis method and a sample analysis apparatus that select a model type used for analysis in accordance with the thickness dimension of the sample to improve the efficiency of processing related to the analysis. .
上記課題を解決するために、第1発明に係る試料解析方法は、透光性基板に積層した複数の膜をカバー部材で間隔を隔てて覆った試料の光学特性を、偏光された光を照射する測定器で測定し、試料に応じたモデル及び前記測定器の測定結果に基づいて試料の各膜層の特性を解析する試料解析方法であって、前記透光性基板の一面と前記カバー部材の一面とが貼り合わされた試料を、前記カバー部材の外面がステージに接するように載置するステップと、試料の透光性基板へ偏光した光を照射するステップと、試料で反射した光を取得するステップと、取得した光の偏光状態を測定するステップとを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the sample analysis method according to the first aspect of the invention irradiates the optical characteristics of a sample in which a plurality of films laminated on a light-transmitting substrate are covered with a cover member at an interval, and applies polarized light. A sample analysis method for analyzing characteristics of each film layer of a sample based on a model corresponding to the sample and a measurement result of the measurement device, the one surface of the translucent substrate and the cover member The step of placing the sample bonded to one surface of the cover member so that the outer surface of the cover member is in contact with the stage, the step of irradiating the sample with the light that has been polarized, and the light reflected by the sample are obtained. And measuring the polarization state of the acquired light.
第2発明に係る試料解析方法は、空隙層及び膜層が重なり合う第1モデルと、カバー部材に係る層、空隙層、及び膜層が重なり合う第2モデルとを作成しておき、前記測定器で測定する試料の厚み寸法を受け付けるステップと、受け付けた厚み寸法に応じて、前記第1モデル及び/又は第2モデルを解析に用いるモデルとして選択するステップとを備えることを特徴とする。 In the sample analysis method according to the second invention, a first model in which a void layer and a film layer overlap and a second model in which a layer, a void layer, and a film layer according to a cover member overlap are prepared, The method includes a step of receiving a thickness dimension of a sample to be measured, and a step of selecting the first model and / or the second model as a model to be used for analysis according to the received thickness dimension.
第3発明に係る試料解析方法は、空隙層及び膜層が重なり合う第1モデルと、カバー部材に係る層、空隙層、及び膜層が重なり合う第2モデルと、カバー部材の周囲雰囲気に係る層、カバー部材に係る層、空隙層、及び膜層が重なり合う第3モデルとを作成しておき、前記測定器で測定する試料の厚み寸法を受け付けるステップと、前記測定器で測定する試料が透光性のカバー部材を有する場合、受け付けた厚み寸法に応じて、前記第1モデル、第2モデル、及び第3モデルの中から少なくとも1つを解析に用いるモデルとして選択するステップとを備えることを特徴とする。 The sample analysis method according to the third invention includes a first model in which the void layer and the film layer overlap, a second model in which the layer related to the cover member, the void layer, and the film layer overlap, a layer related to the ambient atmosphere of the cover member, A third model in which a layer related to the cover member, a void layer, and a film layer are overlapped, a step of accepting a thickness dimension of the sample measured by the measuring instrument, and a sample measured by the measuring instrument is translucent Selecting at least one of the first model, the second model, and the third model as a model to be used for analysis according to the received thickness dimension. To do.
第4発明に係る試料解析方法は、基板に積層した複数の膜をカバー部材で間隔を隔てて覆った試料の光学特性を、偏光された光を照射する測定器で測定し、試料に応じたモデル及び前記測定器の測定結果に基づいて試料の各膜層の特性を解析する試料解析方法であって、透光性基板の一面と前記カバー部材の一面とが貼り合わされた試料の前記透光性基板を下側にしてステージ上に載置するステップと、試料のカバー部材へ偏光した光を照射するステップと、試料で反射した光を取得するステップと、取得した光の偏光状態を測定するステップとを備えることを特徴とする。 In the sample analysis method according to the fourth aspect of the present invention, the optical characteristics of a sample in which a plurality of films laminated on a substrate are covered with a cover member at an interval are measured with a measuring instrument that emits polarized light, and the sample is analyzed. model and based on a measurement result of the measuring device a sample analyzing method for analyzing the properties of each layer of the sample, the translucent in one surface of said cover member and a surface of the translucent substrate is bonded samples Placing on the stage with the conductive substrate facing down, irradiating the sample cover member with polarized light, obtaining the light reflected from the sample, and measuring the polarization state of the obtained light And a step.
第5発明に係る試料解析方法は、基板に係る層及び膜層が重なり合う第1モデルと、基板の周囲雰囲気に係る層、基板に係る層、及び膜層が重なり合う第2モデルとを作成しておき、前記測定器で測定する試料の厚み寸法を受け付けるステップと、前記測定器で測定する試料が透光性の基板を有する場合、受け付けた厚み寸法に応じて、前記第1モデル及び/又は第2モデルを解析に用いるモデルとして選択するステップとを備えることを特徴とする。 The sample analysis method according to the fifth aspect of the invention creates a first model in which a layer and a film layer related to a substrate overlap, and a second model in which a layer related to the ambient atmosphere of the substrate, a layer related to the substrate, and a film layer overlap. And receiving the thickness dimension of the sample to be measured by the measuring instrument, and when the sample to be measured by the measuring instrument has a light-transmitting substrate, the first model and / or the first model is selected according to the received thickness dimension. Selecting two models as models to be used for analysis.
第6発明に係る試料解析方法は、解析に用いるモデルを複数選択した場合、各モデルごとにフィッティングを行って平均二乗誤差を算出するステップと、複数のモデルの中から、最低の平均二乗誤差の値に係るモデル、又は予め設定された膜厚の最小値から最大値までの範囲内に入る平均二乗誤差の値が最低になるモデルを選択するモデル選択ステップとを備え、前記モデル選択ステップで選択されたモデルに係る値を解析結果として用いることを特徴とする。 In the sample analysis method according to the sixth aspect of the invention, when a plurality of models to be used for analysis are selected, fitting is performed for each model to calculate a mean square error, and a minimum mean square error is selected from the plurality of models. A model selection step of selecting a model related to the value, or a model having a minimum mean square error value falling within a range from a minimum value to a maximum value of a preset film thickness, and selected in the model selection step A value relating to the model is used as an analysis result.
第7発明に係る試料解析方法は、解析に用いるモデルに基づいて、前記測定器で測定する項目と同等の項目を演算するステップを備えており、該ステップでは、光の照射により試料に生じる干渉縞に対応した第1演算処理、又は干渉縞に対応しない第2演算処理のいずれかを行い、演算した結果を用いて膜の特性を解析することを特徴とする。
第8発明に係る試料解析方法は、試料の膜からカバー部材までの間隔距離及び基準距離の大小を比較するステップを備え、間隔距離が基準距離より大きい場合、前記第2演算処理を行うことを特徴とする。
第9発明に係る試料解析方法は、前記基準距離の値を変更するステップを備えることを特徴とする。
A sample analysis method according to a seventh aspect of the invention includes a step of calculating an item equivalent to an item to be measured by the measuring device based on a model used for analysis, and in this step, interference generated in the sample by light irradiation. One of the first calculation processing corresponding to the fringes or the second calculation processing not corresponding to the interference fringes is performed, and the characteristics of the film are analyzed using the calculated results.
The sample analysis method according to an eighth aspect of the present invention includes a step of comparing the distance between the sample film and the cover member and the reference distance, and when the distance is larger than the reference distance, the second calculation process is performed. Features.
A sample analysis method according to a ninth aspect includes a step of changing the value of the reference distance.
第10発明に係る試料解析装置は、透光性基板に積層した膜をカバー部材で間隔を隔てて覆った試料へ偏光した光を照射する照射手段及び試料で反射した光を取得して光の偏光状態を測定する手段を有する測定器と、試料に応じたモデル及び該測定器の測定結果に基づいて試料の特性を解析する手段とを備える試料解析装置であって、相異する構造の複数のモデルを記憶する手段と、前記透光性基板の一面と前記カバー部材の一面とが貼り合わされた試料の前記透光性基板の厚みと前記カバー部材との厚みの和である厚み寸法を受け付ける手段と、受け付けた前記厚み寸法に応じて、複数のモデルの中から解析に用いるモデルを選択する手段とを備えることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a sample analyzing apparatus that obtains light reflected by a sample by irradiating means for irradiating polarized light onto a sample having a film laminated on a light-transmitting substrate and covered with a cover member. A sample analyzer comprising a measuring device having means for measuring a polarization state, and a model corresponding to the sample and means for analyzing the characteristics of the sample based on the measurement results of the measuring device, and a plurality of different structures And a thickness dimension that is the sum of the thickness of the translucent substrate and the thickness of the cover member of the sample in which one surface of the translucent substrate and one surface of the cover member are bonded together is received. and means, in response to the thickness accepted, characterized in that it comprises means for selecting a model used in the analysis from the plurality of models.
第11発明に係る試料解析装置は、透光性基板に積層した膜をカバー部材で間隔を隔てて覆った試料へ偏光した光を照射する照射手段及び試料で反射した光を取得して光の偏光状態を測定する手段を有する測定器と、試料に応じたモデル及び該測定器の測定結果に基づいて試料の特性を解析する解析手段とを備える試料解析装置であって、解析に用いるモデルに基づいて、前記測定器で測定する項目と同等の項目を演算する演算手段を備えており、該演算手段は、光の照射により試料に生じる干渉縞に対応する第1演算処理、又は干渉縞に対応しない第2演算処理のいずれかを行うようにしており、前記解析手段は、前記演算手段が演算した結果を用いて膜の特性を解析し、前記透光性基板の一面と前記カバー部材の一面とが貼り合わされた試料の膜からカバー部材までの間隔距離を受け付ける手段と、受け付けた間隔距離及び基準距離の大小比較を行う手段と、間隔距離が基準距離より大きい場合、前記演算手段は前記第2演算処理を行うことを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a sample analyzing apparatus that obtains light reflected by a sample by irradiating means for irradiating polarized light onto a sample that covers a film laminated on a translucent substrate with a cover member at an interval. A sample analyzer comprising a measuring instrument having a means for measuring the polarization state, a model corresponding to the sample, and an analyzing means for analyzing the characteristics of the sample based on the measurement result of the measuring instrument, the model being used for the analysis Based on the first measurement processing corresponding to the interference fringes generated in the sample by light irradiation, or the interference fringes. Any one of the non-corresponding second calculation processes is performed, and the analysis means analyzes the characteristics of the film using the result calculated by the calculation means, and the one surface of the translucent substrate and the cover member are analyzed . One side was pasted together Performing charge film and means for receiving the spacing distance to the cover member from, and means for comparing the spacing distance and the reference distance is accepted, if the gap distance is greater than the reference distance, the calculating means said second arithmetic processing It is characterized by that.
本発明に係る試料解析方法は、透光性基板に積層した複数の膜をカバー部材で間隔を隔てて覆った試料の光学特性を、偏光された光を照射する測定器で測定し、試料に応じたモデル及び前記測定器の測定結果に基づいて試料の各膜層の特性を解析する試料解析方法であって、試料の透光性基板へ偏光した光を照射するステップと、試料で反射した光を取得するステップと、取得した光の偏光状態を測定するステップと、空隙層及び膜層が重なり合う第1モデルと、カバー部材に係る層、空隙層、及び膜層が重なり合う第2モデルとを作成しておくステップと、前記測定器で測定する試料の厚み寸法を受け付けるステップと、受け付けた厚み寸法に応じて、前記第1モデル及び/又は第2モデルを解析に用いるモデルとして選択するステップとを備えることを特徴とする。本発明に係る試料解析方法は、基板に積層した複数の膜をカバー部材で間隔を隔てて覆った試料の光学特性を、偏光された光を照射する測定器で測定し、試料に応じたモデル及び前記測定器の測定結果に基づいて試料の各膜層の特性を解析する試料解析方法であって、試料のカバー部材へ偏光した光を照射するステップと、試料で反射した光を取得するステップと、取得した光の偏光状態を測定するステップと、基板に係る層及び膜層が重なり合う第1モデルと、基板の周囲雰囲気に係る層、基板に係る層、及び膜層が重なり合う第2モデルとを作成しておくステップと、前記測定器で測定する試料の厚み寸法を受け付けるステップと、前記測定器で測定する試料が透光性の基板を有する場合、受け付けた厚み寸法に応じて、前記第1モデル及び/又は第2モデルを解析に用いるモデルとして選択するステップとを備えることを特徴とする。 In the sample analysis method according to the present invention, the optical characteristics of a sample in which a plurality of films laminated on a light-transmitting substrate are covered with a cover member at an interval are measured with a measuring instrument that irradiates polarized light. A sample analysis method for analyzing the characteristics of each film layer of a sample based on a corresponding model and the measurement result of the measuring device, the step of irradiating polarized light to the light-transmitting substrate of the sample, and the sample reflected by the sample A step of acquiring light, a step of measuring a polarization state of the acquired light, a first model in which the gap layer and the film layer overlap, and a second model in which the layer, the gap layer, and the film layer according to the cover member overlap. A step of preparing, a step of receiving a thickness dimension of a sample to be measured by the measuring instrument, and a step of selecting the first model and / or the second model as a model to be used for analysis according to the received thickness dimension; Characterized in that it comprises. In the sample analysis method according to the present invention, the optical characteristics of a sample in which a plurality of films laminated on a substrate are covered with a cover member at an interval are measured with a measuring instrument that emits polarized light, and a model corresponding to the sample is measured. And a sample analysis method for analyzing characteristics of each film layer of the sample based on the measurement result of the measuring device, the step of irradiating the sample cover member with polarized light, and the step of acquiring the light reflected by the sample Measuring a polarization state of the acquired light; a first model in which a layer and a film layer related to the substrate overlap; a layer related to an ambient atmosphere of the substrate; a layer related to the substrate; and a second model in which the film layer overlaps. A step of accepting a thickness dimension of a sample to be measured by the measuring instrument, and a sample to be measured by the measuring instrument having a light-transmitting substrate, the first dimension is determined according to the accepted thickness dimension. 1 model Characterized in that it comprises the steps of selecting a model used to analyze the beauty / or the second model.
第1発明にあっては、試料の透光性基板へ向けて光を照射するので、透光性基板を通過させた光を積層された膜へ確実にあてることができ、測定器で膜の光学的な特性を測定できるようになる。そのため、出来上がった有機EL素子のような試料に対して、設計通りの構造であるか、製造においてどのような点が悪かったのか、経時的な変化が生じているか等を確認できるようになる。なお、試料の透光性基板へ向けて光を照射するには、測定器のステージに透光性基板が上側となるように試料を載置するか、又は孔を設けたステージに透光性基板が下側となるように試料を載置し、ステージの孔を通じて透光性基板へ向けて光を照射することが考えられる。また、測定器にはエリプソメータ及びポラリメータ等を適用できる。 In the first invention, since light is irradiated toward the translucent substrate of the sample, the light passed through the translucent substrate can be reliably applied to the laminated film, and the film of the film can be measured with a measuring instrument. Optical characteristics can be measured. For this reason, it is possible to confirm whether or not the sample such as the completed organic EL element has a structure as designed, what kind of point is bad in manufacturing, and whether a change with time has occurred. In addition, in order to irradiate light toward the translucent substrate of the sample, the sample is placed on the stage of the measuring instrument so that the translucent substrate is on the upper side, or the translucent stage is provided with a hole. It is conceivable that the sample is placed so that the substrate is on the lower side, and light is irradiated toward the translucent substrate through the hole of the stage. Moreover, an ellipsometer, a polarimeter, etc. are applicable to a measuring device.
第2発明にあっては、測定対象の試料の厚み寸法に応じて、予め作成しておいた第1モデルと第2モデルのいずれか一方、又は両方を解析に用いるモデルに含ませるので、試料における実際の反射形態から乖離したモデルを用いることなく効率的な解析処理を行える。すなわち、本発明の発明者は、測定器が取得できる光に係る反射形態が試料の全体的な厚みに応じて、ある程度限られることに着目し、解析を行う上で必要な設定対象として受け付ける解析対象の試料の厚み寸法から想定できる反射形態に対応するモデルとして少なくとも第1モデルと第2モデルのいずれかを含ませる。その結果、解析に必要なモデル数を絞り込んで演算を行えるので、解析処理の効率化を図れるようになる。 In the second invention, since one or both of the first model and the second model prepared in advance are included in the model used for the analysis in accordance with the thickness dimension of the sample to be measured. Efficient analysis processing can be performed without using a model that deviates from the actual reflection form. That is, the inventor of the present invention pays attention to the fact that the reflection form related to the light that can be acquired by the measuring instrument is limited to some extent according to the overall thickness of the sample, and accepts it as a setting target necessary for performing the analysis. At least one of the first model and the second model is included as a model corresponding to the reflection form that can be assumed from the thickness dimension of the target sample. As a result, the number of models required for the analysis can be narrowed down and the calculation can be performed, so that the analysis process can be made more efficient.
第3発明にあっては、試料のカバー部材が透光性を有する場合も、測定器が取得できる光に係る反射形態が試料の全体的な厚みに応じて限られるので、この限られる範囲に応じたモデルとして少なくとも第1モデルから第3モデルのいずれかを含ませて、解析を行うようにして、効率的な解析処理を実現できる。 In the third invention, even when the cover member of the sample has translucency, the reflection form related to the light that can be obtained by the measuring instrument is limited according to the overall thickness of the sample. An efficient analysis process can be realized by including at least one of the first model to the third model as the corresponding model and performing the analysis.
第4発明にあっては、試料の膜を覆うカバー部材が透光性である場合、カバー部材へ向けて光を照射することで、カバー部材を通過させた光を内部の膜へ光をあてることができ、膜の光学的な特性をエリプソメータのような測定器で測定できるようになる。それにより、有機EL素子のような試料に対して、設計通りの構造になっているか、製造においてどのような点が悪かったのか、経時的な変化が生じているか等を確認できるようになる。なお、カバー部材へ光を照射する場合は、測定器のステージに基板が下側になるように試料を載置できるため、試料の載置形態も安定する。 In the fourth invention, when the cover member covering the sample film is translucent, the light that has passed through the cover member is applied to the internal film by irradiating the cover member with light. The optical properties of the film can be measured with a measuring instrument such as an ellipsometer. Thereby, it becomes possible to confirm whether the sample has a structure as designed with respect to a sample such as an organic EL element, what kind of point is bad in manufacturing, whether a change with time has occurred, or the like. In addition, when irradiating light to a cover member, since a sample can be mounted so that a board | substrate may become a lower side on the stage of a measuring device, the mounting form of a sample is also stabilized.
第5発明にあっては、試料の基板が透光性を有する場合、カバー部材へ向けて光を照射するときも、測定器が取得できる光に係る反射形態が試料の全体的な厚みに応じて限られることから、限られた反射形態に応じたモデルとして第1モデルと第2モデルの少なくともいずれかを含ませて解析を行い、モデルに係る解析処理を効率的に進めることができる。 In the fifth invention, when the substrate of the sample has translucency, the reflection form related to the light that can be acquired by the measuring instrument also depends on the overall thickness of the sample even when irradiating the light toward the cover member. Therefore, it is possible to perform analysis by including at least one of the first model and the second model as a model corresponding to the limited reflection form, and to efficiently perform analysis processing related to the model.
第6発明にあっては、解析に用いるモデルを複数選択した場合は、それらのモデルの全てに対してフィッティングを行って最小二乗法に係る平均二乗誤差を算出し、その平均二乗誤差が最低となるモデル、又は、構造的に妥当なモデルの中で最低の平均二乗誤差になるモデルに係る値を解析結果に用いるため、複数のモデルを用いても最適な解析結果を得ることができる。 In the sixth invention, when a plurality of models to be used for the analysis are selected, fitting is performed on all of the models to calculate a mean square error according to the least square method, and the mean square error is the lowest. Or a value related to a model having the lowest mean square error among structurally valid models is used as the analysis result. Therefore, even if a plurality of models are used, an optimal analysis result can be obtained.
第7発明にあっては、光の照射により干渉縞が生じる試料に応じたモデルを用いた場合、そのモデルから演算で求める振幅比(Ψ)及び位相差(Δ)が上下に振幅するので、このようなときは状況に応じて干渉縞に対応した第1演算処理、又は干渉縞に対応しない第2演算処理のいずれかを用いて演算を行うことにより、ユーザのニーズに応じた解析結果を得ることができる。例えば、実情に応じた解析結果を得る場合は、干渉縞に対応した通常通りの第1演算処理を行い、解析処理に要する時間短縮化を図る場合は干渉縞に対応しない第2演算処理を行うようにする。 In the seventh invention, when a model corresponding to a sample in which interference fringes are generated by light irradiation is used, the amplitude ratio (Ψ) and the phase difference (Δ) obtained by calculation from the model are vertically amplified. In such a case, an analysis result according to the user's needs can be obtained by performing a calculation using either the first calculation process corresponding to the interference fringes or the second calculation process not corresponding to the interference fringes depending on the situation. Obtainable. For example, when obtaining an analysis result according to the actual situation, the first calculation process is performed as usual corresponding to the interference fringes, and when the time required for the analysis process is reduced, the second calculation process not corresponding to the interference fringes is performed. Like that.
第8発明にあっては、膜とカバー部材の間に存在する間隔(ギャップ)の距離(間隔距離)及び基準距離の大小を比較し、間隔距離が基準距離より大きい場合は、第2演算処理で演算を行うので、間隔距離に基づき演算処理選択に対する自動化を導入できる。即ち、第1演算処理と、第2演算処理のいずれを演算に用いるかは、解析対象の試料の特性及び解析に使用できる時間等を考慮してオペレータが選択することが考えられるが、間隔距離の数値によっては、試料に光を照射しても干渉が発生しないことが知られているので、間隔距離と、干渉の発生境界になる基準距離との大小関係に応じていずれの演算処理を用いれば適切に処理を進められるかを判別できるようになる。なお、間隔距離の値は、解析対象になる試料の仕様等で定められる寸法を用いることが好適であり、基準距離としては、干渉縞が無くなる一般的な寸法である100μm前後の値を用いることが好ましい。 In the eighth invention, the distance (interval distance) of the gap (gap) existing between the membrane and the cover member is compared with the reference distance, and if the distance is larger than the reference distance, the second calculation process is performed. Since the calculation is performed in the above, automation for calculation processing selection can be introduced based on the interval distance. That is, the operator can select which of the first calculation process and the second calculation process is used for the calculation in consideration of the characteristics of the sample to be analyzed and the time available for the analysis. Depending on the numerical value of, it is known that interference does not occur even when the sample is irradiated with light, so which calculation processing is used depending on the magnitude relationship between the interval distance and the reference distance that becomes the interference occurrence boundary. If it is, it will be possible to determine whether the process can proceed appropriately. It is preferable to use the dimension determined by the specification of the sample to be analyzed as the value of the distance, and the reference distance is a value around 100 μm, which is a general dimension that eliminates interference fringes. Is preferred.
第9発明にあっては、間隔距離に対して比較基準になる基準距離の値を変更するので、第1演算処理と第2演算処理のいずれを演算に用いるか決める判別条件を、様々な種類の試料特性を考慮して適宜変更可能になり、試料に合わせてフレキシブルな条件設定を行える。即ち、解析に対する要求レベルによっては、干渉有りに対応した第1演算処理ではなく、干渉無しに対応した第2演算処理を用いることもあり得るので、各処理の選択に係る条件(基準距離)を適宜変更可能にして状況に合わせた解析をスムーズに行えるようになる。 In the ninth invention, since the value of the reference distance which becomes a comparison reference with respect to the interval distance is changed, there are various kinds of determination conditions for determining which of the first calculation process and the second calculation process is used for the calculation. Thus, it is possible to appropriately change in consideration of the sample characteristics, and it is possible to set flexible conditions according to the sample. That is, depending on the level required for the analysis, the second calculation process corresponding to the absence of interference may be used instead of the first calculation process corresponding to the presence of interference. Changes can be made as appropriate to enable smooth analysis according to the situation.
第10発明にあっては、解析を始めるにあたり、透光性基板を有する試料に応じた複数種類のモデルを準備(記憶)しておくと共に、受け付けた試料の厚み寸法に応じて、準備しておいた複数のモデルの中から解析に適切なモデルを選択するので、効率的な解析処理を行える。即ち、透光性基板を通過させて光を照射した場合、準備したモデルの中でいずれかのモデルに応じた反射形態が生じるため、試料における実際の反射形態から乖離したモデルを用いることなく、適切なモデルに基づいた演算を行える。 In the tenth invention, at the start of analysis, a plurality of types of models corresponding to the sample having the light-transmitting substrate are prepared (stored), and prepared according to the thickness dimension of the received sample. Since an appropriate model for analysis is selected from a plurality of placed models, efficient analysis processing can be performed. That is, when the light is transmitted through the translucent substrate, a reflection form corresponding to any of the prepared models occurs, so without using a model deviating from the actual reflection form in the sample, Perform calculations based on the appropriate model.
第11発明にあっては、モデルを用いた演算処理において、干渉縞に対応した第1演算処理、又は干渉縞に対応しない第2演算処理のいずれかを用いるので、解析対象の試料が光の照射により干渉縞が生じるような特性であっても、要求される解析レベルに応じた解析を行える。例えば、短時間で解析を終わらせることを優先する場合は、細かく測定を行うことが不要になり測定に要する時間を短縮できると共に、第2演算処理で演算を行うことで、解析時間の短縮化も図れる。
本発明にあっては、受け付けた間隔距離が、基準距離より大きい場合に第2演算処理を行うので、オペレータが第1演算処理又は第2演算処理のいずれで演算を行うかを試料解析装置に指示することが不要になり、複雑な構成の試料に対してオペレータの操作負担を低減して効率的な解析処理を実現できる。
In the eleventh aspect of the invention, in the calculation process using the model, either the first calculation process corresponding to the interference fringes or the second calculation process not corresponding to the interference fringes is used. Even if the characteristic is such that interference fringes are generated by irradiation, analysis according to the required analysis level can be performed. For example, if priority is given to ending the analysis in a short time, it is not necessary to perform detailed measurement and the time required for measurement can be shortened, and the analysis time can be shortened by performing calculations in the second calculation process. Can also be planned.
In the present invention, since the second calculation process is performed when the received interval distance is larger than the reference distance, it is determined whether the operator performs the calculation in the first calculation process or the second calculation process. It is not necessary to give an instruction, and an efficient analysis process can be realized by reducing an operator's operation burden on a sample having a complicated configuration.
第1発明にあっては、試料の透光性基板へ向けて光を照射するので、カバー部材の内部に位置する膜へ光をあてることができ、膜の特性を確実に測定できる。
第2発明にあっては、第1モデルと第2モデルの少なくとも一方を解析に用いるモデルとして適用するので、実際の反射形態に応じたモデルを用いて効率的な解析を行える。
第3発明にあっては、試料のカバー部材が透光性を有する場合、第1モデルから第3モデルの少なくとも1つを含ませて解析を行うので、実際の反射形態に合わないモデルを用いた演算を行わずに済み、効率的な解析処理を実現できる。
In the first invention, since light is irradiated toward the light-transmitting substrate of the sample, light can be applied to the film located inside the cover member, and the characteristics of the film can be reliably measured.
In the second invention, since at least one of the first model and the second model is applied as a model used for the analysis, an efficient analysis can be performed using a model corresponding to the actual reflection form.
In the third invention, when the cover member of the sample has translucency, the analysis is performed by including at least one of the first model to the third model. Therefore, a model that does not match the actual reflection form is used. Therefore, efficient analysis processing can be realized.
第4発明にあっては、試料の膜を覆うカバー部材が透光性である場合、カバー部材へ向けて光を照射することで、カバー部材を通過させて内部の膜へ光をあてることができ、膜の特性を確実に測定できる。
第5発明にあっては、カバー部材へ向けて照射した光に対して想定される反射形態に応じたモデルを用いて解析を行うので、無駄な演算を極力省き解析処理の効率化を図れる。
第6発明にあっては、解析に用いるモデルを複数選択した場合でも、最も適切なモデルを算出した平均二乗誤差に基づき特定して、良好な解析結果を得ることができる。
In the fourth invention, when the cover member covering the sample film is translucent, the cover member can be irradiated with light so that the light is applied to the inner film through the cover member. The film characteristics can be measured reliably.
In the fifth aspect of the invention, the analysis is performed using the model corresponding to the reflection form assumed for the light irradiated toward the cover member, so that wasteful calculation can be omitted as much as possible and the efficiency of the analysis process can be improved.
In the sixth invention, even when a plurality of models to be used for analysis are selected, the most appropriate model can be specified based on the calculated mean square error, and a good analysis result can be obtained.
第7発明にあっては、干渉縞に対応した第1演算処理、又は干渉縞に対応しない第2演算処理のいずれかを用いて演算を行うので、干渉縞の生じる試料を解析する場合でもユーザのニーズに応じた解析手段を選択できるようになり、ユーザの利便性を向上できる。
第8発明にあっては、試料の膜からカバー部材までの間隔距離が基準距離より大きい場合、第2演算処理を行うので、演算に係る処理選択を自動化でき、測定時間及び解析時間の短縮を図れる。
第9発明にあっては、基準距離の値を変更するので、解析に対する要求レベルに応じて演算処理の判別基準を変更してユーザのニーズに細かく対応した設定仕様を提供できる。
In the seventh invention, since the calculation is performed using either the first calculation process corresponding to the interference fringes or the second calculation process not corresponding to the interference fringes, the user can analyze the sample in which the interference fringes are generated. The analysis means according to the needs of the user can be selected, and the convenience for the user can be improved.
In the eighth invention, when the distance from the film of the sample to the cover member is larger than the reference distance, the second calculation process is performed, so that the process selection related to the calculation can be automated, and the measurement time and the analysis time can be shortened. I can plan.
In the ninth invention, since the value of the reference distance is changed, it is possible to provide a setting specification that precisely corresponds to the user's needs by changing the determination criterion of the arithmetic processing according to the required level for analysis.
第10発明にあっては、受け付けた試料の厚み寸法に応じて、複数種類のモデルから解析に適切なモデルを選択するので、効率的な解析処理を行える。
第11発明にあっては、モデルを用いた演算処理において、干渉縞に対応した第1演算処理、又は干渉縞に対応しない第2演算処理のいずれかを用いるので、解析対象の試料が光の照射により干渉縞が生じるような特性である場合、要求される解析レベルに応じた解析処理を進めることができ、特に第2演算処理を選択したときは、演算に要する時間を短縮できる。
本発明にあっては、受け付けた間隔距離が、基準距離より大きい場合、自動的に第2演算処理を行うので、オペレータの操作負担を低減してスムーズに解析処理を進めることができる。
In the tenth invention, an appropriate analysis process is selected from a plurality of types of models in accordance with the thickness dimension of the received sample, so that efficient analysis processing can be performed.
In the eleventh aspect of the invention, in the calculation process using the model, either the first calculation process corresponding to the interference fringes or the second calculation process not corresponding to the interference fringes is used. When the characteristics are such that interference fringes are generated by irradiation, the analysis processing according to the required analysis level can proceed, and particularly when the second calculation processing is selected, the time required for the calculation can be shortened.
In the present invention, when the received interval distance is larger than the reference distance, the second calculation process is automatically performed, so that the operation burden on the operator can be reduced and the analysis process can proceed smoothly.
図1は本発明の実施形態に係るエリプソメータ(測定器に相当)を含む試料解析装置1の全体的な構成を示す概略図である。試料解析装置1は、膜を複数積層した試料に偏光した光を照射すると共に、試料で反射した光を取得して反射光の偏光状態を測定し、この測定結果と試料に応じたモデルに基づき試料の各膜層の特性を解析するものである。本実施形態では、試料として有機EL素子50を試料解析装置1により解析する場合で説明する。なお、試料解析装置1には、測定器として、エリプソメータの替わりにポラリメータを用いることも可能である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a
図2(a)は、解析対象である有機EL素子50の一例を示している。この有機EL素子50は生産タイプのものであり、外観的には2枚のガラス板状部材(ガラス基板)を貼り合わせた形態になっている。有機EL素子50の構造は、一方のガラス板材であるガラス基板51(透光性基板に相当)の一面51aに有機膜56を形成する一方、他方のガラス板材であるカバーガラス57(カバー部材に相当)に、有機膜56を収める凹部57dを設けており、凹部57dを設けた面57bをガラス基板51の一面51aに接着剤61で貼り合わし両者を一体化している。なお、ガラス基板51とカバーガラス57の貼り合わせにより封止された凹部57dの内部は、有機膜56の保護のため真空にされるか、希ガス(例えば窒素ガス)が封入される。
FIG. 2A shows an example of the
図2(b)は、凹部57d内に収められた有機膜56の詳細な構造を示している。有機膜56は、透光性を有するガラス基板51の一面51aに配置された透明電極である陽極(ITO)58の上に、正孔輸送層(Hole transport layer)52、発光層(Emitting layer)53、正孔ブロッキング層(Hole blocking layer)54、及び電子輸送層(Electron transport layer)55と云う計4層の膜層を順次積み重ねている。また、有機膜56は、カバーガラス57と対向する表面56aに陰極59を配置している。
FIG. 2B shows a detailed structure of the
有機膜56は間隔(ギャップ)を隔てて凹部57dの内部に収められており、有機膜56の表面56aを覆うカバーガラス57のカバー部57aとの間には空間60が生じている。空間60の厚み寸法D(有機膜56の表面56aからカバー部57aの内面57cまでの垂直寸法。間隔距離に相当)は、有機EL素子50の仕様に応じて様々であり、一般には10μm以上400μm以下の範囲で厚み寸法Dが設定されていることが多い。なお、ガラス基板51及びカバーガラス57は、厚みTが0.5mm、0.7mm、1.1mmのものが用いられることが多く(0.7mmが最も一般的)、そのため有機EL素子50の全体の厚み(2T)は1.0mm〜2.2mmの範囲の寸法になっていることが一般的である。
The
上述した構造の有機EL素子50の有機膜56を解析する試料解析装置1は、図1に示す構成であり、測定解析系の部分及び駆動系部分に大別される。
試料解析装置1は測定解析系の部分として、キセノンランプ2及び光照射器3を第1光ファイバケーブル15aで接続し、ステージ4(試料台)上に載置した試料(有機EL素子50)へ偏光した状態の光を照射して光を試料へ入射させると共に、試料で反射した光を光取得器5で取り込む構成にしている。光取得器5は第2光ファイバケーブル15bを介して分光器7に接続されており、分光器7は波長毎に測定を行って測定結果をアナログ信号としてデータ取込機8へ伝送する。データ取込機8は、アナログ信号を所要値に変換してコンピュータ10へ伝送し、コンピュータ10で解析を行う。
The
As a part of the measurement analysis system, the
また、試料解析装置1は駆動系部分として、ステージ4、光照射器3、光取得器5及び分光器7に第1モータM1〜第6モータM6を夫々設けており、各モータM1〜M6の駆動をコンピュータ10に接続したモータ制御機9で制御することで、ステージ4、光照射器3、光取得器5及び分光器7を測定に応じた適切な位置、姿勢に変更する。モータ制御機9は、コンピュータ10から出力される指示に基づき各モータM1〜M6の駆動制御を行う。なお、試料解析装置1において、エリプソメータに相当する部分は、主にキセノンランプ2、光照射器3、ステージ4、光取得器5、分光器7、データ取込機8、モータ制御器9、及びモータM1〜M6で構成される範囲である。
In addition, the
次に、試料解析装置1の上述した各部分を順番に詳述する。まず、キセノンランプ2は光源であり、複数の波長成分を含む白色光を発生し、発生した白色光を光照射器3へ第1光ファイバケーブル15aを介して送る。
Next, each part mentioned above of
光照射器3は半円弧状のレール6上に配置され、内部には偏光子3aを有しており、白色光を偏光子3aで偏光し、偏光状態の光を試料へ照射する。また、光照射器3は、第4モータM4が駆動されることでレール6に沿って移動し、照射する光のステージ4のステージ面4aの垂線Hに対する角度(入射角度φ)を調整可能にしている。
The
ステージ4は移動レール部(図示せず)に摺動可能に配置されており、第1モータM1〜第3モータM3の駆動によりステージ4を図1中のX方向、Y方向(図1の紙面に直交する方向)及び高さ方向となるZ方向へ夫々移動可能にしている。ステージ4の移動により、試料へ光を入射させる箇所も適宜変更でき、試料の面分析なども行えるようにしている。なお、ステージ4の試料を載置するステージ面4aは、光の反射を防止するため黒色にされている。
The
本実施形態では、有機EL素子50のカバーガラス57で覆われた有機膜56へ光を照射するために、図3に示すようにカバーガラス57のカバー部57aの外面57fがステージ4のステージ面4aに接するように天地を逆にして有機EL素子50をステージ4に載置する。この状態で光照射器3から光を照射することで、有機EL素子50のガラス基板51の裏面51bから光が入射すると共に透光性のガラス基板51を通過して有機膜56へ達する。なお、図3では有機EL素子50の陽極58及び陰極59の図示を省略している(図2(a)及び後述の図10も同様)。
In this embodiment, in order to irradiate light to the
また、光取得器5は試料(有機EL素子50)で反射した光を取得し、取得した光の偏光状態を測定するものである。光取得器5は、光照射器3と同様にレール6上に配置されており、PEM(Photo Elastic Modulator:光弾性変調器)5a及び検光子(Analyzer)5bを内蔵し、試料で反射された光をPEM5aを介して検光子5bへ導いている。また、光取得器5は、第5モータM5の駆動によりレール6に沿って図3中の矢印A1、A2方向に移動可能であり、基本的に光照射器3の移動に連動して反射角度φと入射角度φとが同角度になるようにモータ制御機9で制御されている。なお、光取得器5に内蔵されたPEM5aは、取り込んだ光を所要周波数(例えば50kHz)で位相変調することにより直線偏光から楕円偏光を得ている。また、検光子5bは、PEM5aで位相変調された各種偏光の中から選択的に偏光を取得して測定する。
Moreover, the
分光器7は、反射ミラー、回折格子、フォトマルチプライヤー(PMT:光電子倍増管)及び制御ユニット等を内蔵し、光取得器5から第2光ファイバケーブル15bを通じて送られた光を反射ミラーで反射して回折格子へ導いている。回折格子は第6モータM6により角度を変更し出射する光の波長を可変する。分光器7の内部へ進んだ光はPMTで増幅され、光の量が少ない場合でも、測定された信号(光)を安定化させる。また、制御ユニットは測定された波長に応じたアナログ信号を生成してデータ取込機8へ送出する処理を行う。なお、測定器にポラリメータを用いる場合は、フォトダイオードアレイ(PDA)を組み合わせた構成にすることも可能である。
The
データ取込機8は、分光器7からの信号に基づき反射光の偏光状態(p偏光、s偏光)の振幅比Ψ及び位相差Δを算出し、算出した結果をコンピュータ10へ送出する。なお、振幅比Ψ及び位相差Δは、p偏光の振幅反射係数Rp及びs偏光の振幅反射係数Rsに対し以下の数式(1)の関係が成立する。
Rp/Rs=tanΨ・exp(i・Δ)・・・(1)
但し、iは虚数単位である(以下同様)。また、Rp/Rsは偏光変化量ρと云う。
The
Rp / Rs = tan Ψ · exp (i · Δ) (1)
However, i is an imaginary unit (the same applies hereinafter). Rp / Rs is called the polarization change amount ρ.
また、試料解析装置1が有するコンピュータ10は、データ取込機8で得られた偏光状態の振幅比Ψ及び位相差Δと、試料に応じたモデルとに基づき試料の解析を行うと共に、ステージ4の移動等に対する制御を行う。
The
コンピュータ10自体は、コンピュータ本体11、ディスプレイ12、キーボード13及びマウス14等から構成されており、コンピュータ本体11はCPU11a、記憶部11b、RAM11c、及びROM11dを内部バスで接続している。CPU11aは記憶部11bに記憶された各種コンピュータプログラムに従って後述するコンピュータ10に関する種々の処理を行うものであり、RAM11cは処理に係る各種データ等を一時的に記憶し、ROM11dにはコンピュータ10の機能に係る内容等を記憶する。
The
なお、コンピュータ10の記憶部11bは、試料解析用のコンピュータプログラム、及びステージ4の移動制御用のコンピュータプログラム等の各種プログラムを予め記憶すると共に、ディスプレイ12へ表示するための各種メニュー画像のデータ、試料に係る既知のデータ、相異する構造のモデルパターン、モデルの作成に利用される複数の分散式、作成されたモデル、各種試料に応じたリファレンスデータ、及び干渉縞に関連した比較処理に用いる基準値等を記憶する。
The storage unit 11b of the
試料(有機EL素子50)の解析に関し、コンピュータ10は有機EL素子50の有機膜56を構成する各膜層(52〜55)の光学特性として屈折率及び消衰係数を解析すると共に、各膜層(52〜55)の膜厚等も解析する。
Regarding the analysis of the sample (organic EL element 50), the
具体的にコンピュータ10は、測定された振幅比Ψ及び位相差Δから、ガラス基板51、カバーガラス57、及び有機EL素子50の周囲雰囲気等の複素屈折率を既知とした場合に、記憶部11bに予め記憶されているモデリングプログラムを用いることで、ユーザに設定される試料の項目及び有機EL素子50の材料構造に応じたモデルを作成して記憶部11bに記憶しておき、解析段階で記憶しているモデルを用いて有機膜56の各膜層52〜55の膜厚及び複素屈折率を求める。複素屈折率Nは、解析する膜層の屈折率n及び消衰係数kとした場合、以下の光学式で表した数式(2)の関係が成立する。
N=n−ik・・・(2)
Specifically, when the
N = n−ik (2)
また、入射角度をφ、光照射器3が照射する光の波長をλとすると、データ取込機8から出力されるエリプソメータで測定された振幅比Ψ及び位相差Δは、解析する膜層52〜55の膜厚d、屈折率n及び消衰係数kに対して以下の数式(3)の関係が成立する。
(d,n,k)=F(ρ)=F(Ψ(λ,φ),Δ(λ,φ))・・・(3)
Further, when the incident angle is φ and the wavelength of the light irradiated by the
(D, n, k) = F (ρ) = F (Ψ (λ, φ), Δ (λ, φ)) (3)
なお、コンピュータ10は、解析する膜層52〜55の膜厚、及び複数のパラメータを有する複素誘電率の波長依存性を示す分散式を用いて、記憶したモデルから理論的な演算で得られるモデルスペクトル(ΨM (λi )、ΔM (λi ))と、データ取込器8から出力される測定結果に係る測定スペクトル(ΨE (λi )、ΔE (λi ))との差が最小になるように膜厚、分散式のパラメータ等を変化させる処理(フィッティング)を行う。なお、適用される分散式の一例を下記の数式(4)に示す。
The
数式(4)において左辺のεは複素誘電率を示し、ε∞、εs は誘電率を示し、Γ0 、ΓD 、γj は粘性力に対する比例係数(damping factor)を示し、ωoj、ωt 、ωp は固有角振動数(oscillator frequency, transverse frequency, plasma frequency)を示す。なお、ε∞は高周波における誘電率(high frequency dielectric constant)であり、εs は低周波における誘電率(static dielectric constant)である。また、複素誘電率ε(ε(λ)に相当)、及び複素屈折率N(N(λ)に相当)は、下記の数式(5)の関係が成立する。
ε(λ)=N2 (λ)・・・(5)
In equation (4), ε on the left side represents a complex dielectric constant, ε ∞ and ε s represent dielectric constants, Γ 0 , Γ D , and γ j represent damping factors for viscous forces, ω oj , ω t and ω p represent natural angular frequencies (oscillator frequency, transverse frequency, plasma frequency). Note that ε ∞ is a dielectric constant at a high frequency (high frequency dielectric constant), and ε s is a dielectric constant at a low frequency (static dielectric constant). The complex dielectric constant ε (corresponding to ε (λ)) and the complex refractive index N (corresponding to N (λ)) satisfy the relationship of the following mathematical formula (5).
ε (λ) = N 2 (λ) (5)
なお、フィッティングを簡単に説明すると、有機EL素子50を測定した場合でT個の測定データ対をExp(i=1,2...,T)、T個のモデルの計算データ対をMod(i=1,2...,T)としたときに測定誤差は正規分布すると考えて標準偏差をσi とした際の最小二乗法に係る平均二乗誤差χ2 は下記の数式(6)で求められる。なお、Pはパラメータの数である。平均二乗誤差χ2 の値が小さいときは、測定結果と作成したモデルの一致度が大きいことを意味するため、複数のモデルを比較する場合、平均二乗誤差χ2 の値が最も小さいものがベストモデルに相当する。
The fitting will be briefly described. When the
上述したコンピュータ10が行う試料解析に係る一連の処理は、記憶部11bに記憶された試料解析用のコンピュータプログラムに規定されている。このコンピュータプログラムには、試料の物性に対応して作成するモデルの条件項目として膜厚等を設定するためのメニューをディスプレイ12の画面に表示させる処理等も含まれる。
A series of processes related to sample analysis performed by the
また、本実施形態に係る試料解析装置1は、試料における複数の反射形態に対応できるように予め作成されているモデルタイプ(モデルの構造)を記憶部11bに記憶しており、これらのモデルタイプの構造が、記憶部11bに記憶されるコンピュータプログラム(モデリングプログラム)が規定する処理に基づき読み出されて解析に用いられる。
In addition, the
すなわち、本実施形態では有機EL素子50を図3に示すような形態で測定するため、有機EL素子50へ照射した光Kが反射する形態として、一般に3通りの種類が想定される。1つ目の形態は有機EL素子50へ入射した光Kが有機膜56と空間60の境界(有機膜56の表面56aに相当する箇所)で反射する場合であり(図3中、反射光K1の光路)、2つ目の形態は光Kが有機膜56及び空間60を通過してカバーガラス57の内面57cで反射する場合であり(図3中、反射光K2の光路)、3つ目の形態は透光性のカバーガラス57を通過してカバーガラス57とステージ4の境界(カバーガラス57の外面57fとステージ4のステージ面4aが接する箇所)で反射する場合である(図3中、反射光K3の光路)。
That is, in this embodiment, since the
なお、実際的には、図3に示すように、ガラス基板表面の点P1での反射、及びガラス基板51と有機膜56の境界となる点P2での反射や多重反射も含むが、点P1、P2での反射は、解析に用いるモデルの選択に直接的に関係しないため、本実施形態では扱いを省略している。また、光K、及び反射光K1〜K3等は、ガラス基板51及び有機膜56等に対する入射時に屈折すると共に出射時にも屈折するが、この時入射時と出射時の角度は同じである。さらには多重反射を含めた反射光K1〜K3の全てが測定されるかは、試料の厚み寸法に依存するので、試料解析装置1は、試料の厚み寸法によって、解析に用いるモデルの種類も選択している。
In practice, as shown in FIG. 3, the reflection at the point P1 on the surface of the glass substrate, the reflection at the point P2 that is the boundary between the
上述した3通りの反射形態では、光が通過する層がそれぞれ相異するため、解析に用いるモデルも実際の測定における反射形態に応じた構造のものを選択する必要がある。図4(a)は、図3の反射光K1に対応した構造のモデルm10を示している。モデルm10は、有機膜56での反射に対応することから、有機膜56の下方に位置する空間60をボイド層(空隙層)にして、そのボイド層S1(基板とみなす)に有機膜層L1(有機膜56に相当)、ガラス層L2(ガラス基板51の表面粗さが無い部分に相当)、及びラフネス層L3(ガラス基板51の表面粗さに応じた部分)が重なり合った構造にしている。
In the three reflection modes described above, the layers through which light passes are different from each other. Therefore, it is necessary to select a model used for analysis according to the reflection mode in actual measurement. FIG. 4A shows a model m10 having a structure corresponding to the reflected light K1 in FIG. Since the model m10 corresponds to the reflection on the
また、図4(b)は、図3の反射光K2に対応した構造のモデルm11を示している。モデルm11は、カバーガラス57の内面57cでの反射に対応することから、カバーガラス57を構成する材料(封止材料)を基板にみなし、その封止材料S10(カバー部材に係る層に相当)にボイド層L11(空間60の空隙層に相当)、有機膜層L12(有機膜56に相当)、ガラス層L13(ガラス基板51の表面粗さが無い部分に相当)、及びラフネス層L14(ガラス基板51の表面粗さに応じた部分)が重なり合った構造にしている。
FIG. 4B shows a model m11 having a structure corresponding to the reflected light K2 in FIG. Since the model m11 corresponds to reflection on the
さらに、図4(c)は、図3の反射光K3に対応した構造のモデルm12を示している。モデルm12は、カバーガラス57とステージ4の境界面での反射に対応することから、カバーガラス57の下方の周囲雰囲気を構成する媒体(図3では、カバーガラス57とステージ4の間に存在する空間のボイド層が相当)を基板にみなし、そのボイド層(周囲雰囲気)S20(基板)に封止材料層L21(カバーガラス57を構成する材料の層に相当)、ボイド層L22(空間60の空隙層に相当)、有機膜層L23(有機膜56に相当)、ガラス層L24(ガラス基板51の表面粗さが無い部分に相当)、及びラフネス層L25(ガラス基板51の表面粗さに応じた部分)が重なり合った構造にしている。
Further, FIG. 4C shows a model m12 having a structure corresponding to the reflected light K3 in FIG. Since the model m12 corresponds to the reflection at the boundary surface between the
なお、上述した各モデルm10、m11、m12では、有機膜層L1、L12、L23を、図2に示す各膜層52〜55をまとめた一つの膜層として簡易的に表しているが、実際のモデリングにおける有機膜層L1、L12、L23は、有機EL素子50の有機膜56と同様に、正孔輸送層52、発光層53、正孔ブロッキング層54、及び電子輸送層55が積層されたものになっており、各膜層52〜55に対応した膜厚が設定されるものとする。このように、各膜層52〜55に応じたモデリングを行うことで、有機膜56に含まれる各膜層52〜55の特性を解析できるようにしている。
In each of the models m10, m11, and m12 described above, the organic film layers L1, L12, and L23 are simply expressed as one film layer in which the film layers 52 to 55 shown in FIG. As in the
試料解析装置1は、上述した各モデルm10、m11、m12の中から解析に用いる構造のモデルを選択するため、試料測定時の準備段階において解析対象の試料に対してユーザから受け付ける設定項目中の試料の厚み寸法を含ませるようにしている。試料解析装置1は、準備段階で解析対象の試料に対する設定項目として基板の種類、膜厚等と共に試料の厚み寸法をユーザの入力により受け付けて、その厚み寸法に応じて解析に用いるモデルをm10、m11、m12から選択する。
Since the
試料の厚み寸法と測定できる反射光の関係を説明すると、解析対象の試料の厚み寸法が2.2mm以上である場合、反射光K3の反射方向が逸れて光取得器5の測定範囲から外れる。そのため、試料解析装置1は試料の厚み寸法が2.2mm以上である場合、反射光K3を光取得器5で測定できないので、解析に用いるモデルの構造として図4(a)のモデルm10及びモデルm11を選択する。
The relationship between the thickness dimension of the sample and the reflected light that can be measured will be described. When the thickness dimension of the sample to be analyzed is 2.2 mm or more, the reflection direction of the reflected light K3 is deviated and deviates from the measurement range of the
また、試料の厚み寸法が1.0mmを越えて2.2mm未満である場合、反射光K1〜K3の全てが光取得器5の測定範囲に入る可能性がある。そのため、試料解析装置1は試料の厚み寸法が1.0mmを越えて2.2mm未満である場合、解析に用いるモデルの構造として反射光K1〜K3に対応した全てのモデルm10、m11、m12を選択する。
Further, when the thickness dimension of the sample exceeds 1.0 mm and is less than 2.2 mm, all of the reflected lights K1 to K3 may enter the measurement range of the
さらに、試料の厚み寸法が1.0mm以下である場合も、反射光K1〜K3の全てが光取得器5の測定範囲に入る可能性がある。そのため、試料解析装置1は試料の厚み寸法が1.0mm以下である場合、解析に用いるモデルの構造として反射光K1〜K3に対応した全てのモデルm10、m11、m12を選択する。なお、試料の材質によっては、反射光K1のみ、又は反射光K1、K2の2つのみが測定範囲に入る場合もあり、このような場合はモデルm10のみ、又はモデルm10、m11の2つを試料解析装置1が選択するようにしてもよい。なお、モデル種類の選択後、試料解析装置1は、ユーザからの入力項目に基づいて選択したモデル構造で解析に用いる具体的なモデルをたてる。
Furthermore, even when the thickness dimension of the sample is 1.0 mm or less, all of the reflected lights K1 to K3 may fall within the measurement range of the
また、本実施形態に係る試料解析装置1が記憶するコンピュータプログラムが規定する処理内容のもう一つの特徴として、解析に用いるモデルに対して振幅比(Ψ)及び位相差(Δ)を求める演算処理を2通りで行うことが挙げられる。1つ目の演算処理(第1演算処理)は、解析に用いるモデルに対して忠実に演算を行って試料の測定範囲に応じた演算結果(振幅比(Ψ)及び位相差(Δ))を得ることである。また、2つ目の演算処理(第2演算処理)は、解析に用いるモデルに基づき振幅に対して演算を行って迅速に演算結果を得ることである。試料解析装置1は、解析対象となる図2(a)(b)に示す有機EL素子50の空間60の厚み寸法D(間隔距離に相当)と、コンピュータ10の記憶部11bに記憶した基準値(基準距離に相当)との大小を比較し、比較の結果により、第1演算処理又は第2演算処理のいずれで演算を行うかを決定する。
Further, as another feature of the processing content defined by the computer program stored in the
試料解析装置1は、測定準備段階において解析対象の有機EL素子50に対してユーザから受け付ける設定項目の中に空間60の厚み寸法D(有機EL素子50の仕様に基づく数値)及び基準値を含ませており、厚み寸法Dが基準値より大きい場合に第2演算処理を行い、厚み寸法Dが基準値以下である場合に第1演算処理を行うようにしている。また、第2演算処理は、測定準備段階で入力された項目に基づき選択されたモデルから理論的に得られる値を周知の演算方式を用いて適宜平均化するため、モデルから得た振幅比(Ψ)及び位相差(Δ)に係るグラフは滑らかな曲線になり、解析対象となるモデルが光の照射により干渉縞を発生する試料に応じたものである場合でも、干渉縞にきっちりと対応しないで演算を行うので、演算に係る処理時間を第1演算処理に比べて短くでき、また、測定に要する時間も短くなる。一方、第1演算処理は従来と同様に、モデルに忠実に演算を行うため、解析対象となるモデルが光の照射により干渉縞を発生する試料に応じたものである場合、干渉縞に対応して演算を行うので解析時間が長くなると共に、測定時間も長くなる。
The
次に、上述した構成の試料解析装置1で図2に示す有機EL素子50を解析する方法(試料解析方法)に係る一連の処理手順を図6のフローチャートに基づき説明する。
先ず、試料解析装置1のステージ4に有機EL素子50を図3に示すように載置する(S1)。
Next, a series of processing procedures relating to a method (sample analysis method) for analyzing the
First, the
次に、試料解析装置1は条件の設定を行うため、解析に必要な項目の入力をユーザから受け付ける(S2)。項目の受付にあたり、試料解析装置1は図5に示すような設定メニュー20をディスプレイ12に表示する。設定メニュー20は、図2の有機EL素子50の構造に対応して空間60の厚み入力欄21、有機膜56に係る膜厚の入力欄22、基板(カバーガラス57)に係る入力欄23を設けており、特に空間(ギャップ)の厚みの入力欄21に関しては、有機EL素子50の仕様に応じた数値(ボイド)の入力欄21aと、第1演算処理又は第2演算処理の判別に係る基準値の入力欄21bを設けている。なお、図5の設定メニュー20では、膜厚の入力に関しては簡略化して入力欄22のみを示しているが、実際には有機膜層の種類に応じて、各層ごとに入力欄を設けている。
Next, in order to set conditions, the
有機EL素子50では、空間60の厚み寸法Dが100μmより小さい場合に干渉縞が発生しやすいことが従前の研究で判明しているため、基準値として100μmを設定することが好適である。なお、設定メニュー20は、図5で示していない他の項目(測定ポイント、入射角度φ、ガラス基板51の厚み、カバーガラス57の厚み等)も受け付ける。
In the
それから、試料解析装置1は、入力された項目の中でガラス基板51の厚み(T)及びカバーガラス57の厚み(T)より(図2(a)参照)、有機EL素子50(試料)の厚み寸法(2T)が1.0mm以下であるか、1.0mm超2.2mm未満の範囲であるか、2.2mm以上であるかを判別する(S3)。
Then, the
厚み寸法(2T)が1.0mm以下であると判別した場合(S3:1.0mm以下)、試料解析装置1は、解析に用いるモデル構造として図4(a)〜(c)のモデルm10〜m12を選択する(S4)。また、厚み寸法(2T)が1.0mm超2.2mm未満であると判別した場合(S3:1.0mm超2.2mm未満)、試料解析装置1は、解析に用いるモデル構造として図4(a)〜(c)のモデルm10〜m12を選択する(S5)。さらに、厚み寸法(2T)が2.2mm以上であると判別した場合(S3:2.2mm以上)、試料解析装置1は、解析に用いるモデル構造として図4(a)(b)のモデルm10、m11を選択する(S6)。
When it is determined that the thickness dimension (2T) is 1.0 mm or less (S3: 1.0 mm or less), the
なお、モデル選択後、試料解析装置1は、選択されたモデルの構造で入力された項目に応じた解析用のモデルをたてることになり、上述した判別処理で解析に用いるモデルの構造は、解析対象の試料における反射形態(図3参照)に応じたものになっているため、後の解析処理の段階(S10〜S12)等の処理負担の低減に貢献している。
After the model selection, the
次に、試料解析装置1は、ステージ4に載置した試料(有機EL素子50)へ適切に光を照射して測定に十分な強度の反射光を取得できるようにするため、仮照射を行ってステージ4の高さ調整等を行う(S7)。ステージ4の高さ調整後、試料解析装置1は、有機EL素子50(試料)の測定を行うために本照射として、有機EL素子50へ偏光状態の光を照射し(S8)、ガラス基板51から出た反射光(K1〜K3)を取得して光の偏光状態(振幅比ΨE 、位相差ΔE )を測定する(S9)。なお、ΨE は測定された振幅比を表し、ΔE は測定された位相差を表す。
Next, the
また、試料解析装置1は、選択された構造でたてられたモデルに基づいて測定範囲と対応する範囲で振幅比ΨM 、位相差ΔM を算出する(S10)。この際、試料解析装置1は、入力された空間60の厚み寸法Dと基準値との比較を行って第1演算処理又は第2演算処理で振幅比ΨM 、位相差ΔM を求める。ここで、ΨM はモデルから求めた振幅比を表し、ΔM はモデルから求めた位相差を表す。なお、試料解析装置1は、選定したモデルが複数存在する場合、このような演算を全てのモデルに対して行う。
Further, the
図8のグラフは、空間60の厚み寸法Dが60μmである有機EL素子50から測定された振幅比ΨE 、位相差ΔE と、モデルから求めた振幅比ΨM 、位相差ΔM とを表した内容を示している。測定された振幅比ΨE 、位相差ΔE はドットで表されており、モデルから求めた振幅比ΨM 、位相差ΔM は曲線(位相差は実線、振幅比は破線)で表されている。図8のグラフに係る有機EL素子50は、厚み寸法Dが60μmであるため、試料解析装置1は第1演算処理により振幅比ΨM 、位相差ΔM を求めており、振幅比ΨM 、位相差ΔM はモデルに応じて忠実に演算されるため、分光器の分解能に応じて測定点のドットが振幅しているような範囲(例えば、光子エネルギー(Photon Energy)が2.2eV以下の範囲)で、振幅比ΨM 、位相差ΔM を表す曲線も上下に振幅し、干渉縞の発生に対応した内容になっている。また、第1演算処理は、このように振幅する内容までも詳細に演算するため、空間の厚みを算出でき第2演算処理に比べて処理時間は長くなる。
The graph of FIG. 8 shows the amplitude ratio Ψ E and the phase difference Δ E measured from the
一方、図7のグラフは、比較のために図8のグラフに係る有機EL素子50のモデルに対して第2演算処理を行った結果を示している。第2演算処理により振幅比ΨM 、位相差ΔM を求めることで、振幅比ΨM 、位相差ΔM は測定点であるドットの中間を通過するようにスムージングされた形状になっている。
On the other hand, the graph of FIG. 7 shows the result of performing the second calculation process on the model of the
なお、図9のグラフは、空間60の厚み寸法Dが10μmである有機EL素子50のモデルに対して第1演算処理を行った結果を示しており、上下に振幅する測定点のドットと同様に、モデルから求めた振幅比ΨM 、位相差ΔM を表す曲線も上下に大きく振幅している(特に破線で表す振幅比の振幅が大きい)。
The graph of FIG. 9 shows the result of performing the first calculation process on the model of the
図6のフローチャートに戻り、試料解析方法の処理手順の説明を続けると、エリプソメータによる測定値(測定結果)とモデルから得られた算出値とを比較し(S11)、コンピュータ10は、比較された各値の相異が小さくなるように、モデルにおける各層の厚みなど、及び分散式のパラメータのフィッティングを行う(S12)。
Returning to the flowchart of FIG. 6, the explanation of the processing procedure of the sample analysis method will be continued. The measured value (measurement result) by the ellipsometer and the calculated value obtained from the model are compared (S11), and the
なお、解析に用いる複数のモデルに対して上述した段階(S10〜S12)で、全てのモデルをフィッティングして最小二乗法に係る平均二乗誤差を算出し、最低の平均二乗誤差の値に係るモデル、又は、コンピュータ10に予め設定された膜厚の最小値から最大値までの範囲内に入る平均二乗誤差の値が最低になるモデルを選択する。
Note that, in the above-described steps (S10 to S12) for a plurality of models used for analysis, all models are fitted to calculate the mean square error according to the least square method, and the model according to the lowest mean square error value is calculated. Alternatively, a model in which the value of the mean square error that falls within the range from the minimum value to the maximum value of the film thickness preset in the
このように選択したモデルにおいて、最終的なフィッティングにより最小二乗法で求めた差が所要の値に収まれば(十分小さくなれば)、そのときに用いたモデルに係る各膜層52〜55の膜厚等が物理的に不可能な数値になっていないかを確認した上で、そのときのモデルをベストモデルとして決定する(S13)。最後に、試料解析装置1は、そのベストモデルに係る各膜層52〜55の膜厚、分散式のパラメータ、ボイド等を参照することで、有機EL素子50の有機膜56の各膜層52〜55の特性として膜厚及び光学定数(屈折率n、消衰係数k)等が各膜層で求まる(S14)。なお、最小二乗法で求めた差が所要の値に収まるが、そのときのモデルに係る各膜層52〜55の膜厚等が物理的に不可能な数値になっている場合は、全てのモデルの構成に係る数値等を変更して再度フィッティング(S10以降の処理)を行うことになる。
In the model selected in this manner, if the difference obtained by the least square method by final fitting falls within a required value (if it becomes sufficiently small), the films of the film layers 52 to 55 according to the model used at that time After confirming whether the thickness or the like is a physically impossible value, the model at that time is determined as the best model (S13). Finally, the
このように本発明では、有機EL素子50の解析対象となる膜が覆われているような場合でも、ガラス基板51へ向けて光を照射して有機膜56へ光をあてるので、有機膜56の各膜層をエリプソメータで測定できる。また、試料解析装置1は、上述した条件に応じて第1演算処理と第2演算処理とを使い分けるので、モデルに係る演算処理を効率的に進めると共に、解析対象となる試料の厚みに応じてモデルの構造種類も絞るため、解析処理の負担を低減できる。
As described above, in the present invention, even when the film to be analyzed of the
なお、本発明に係る試料解析装置1及び試料解析方法は、上述した形態に限定されるものではなく、種々の変形例の適用が可能である。例えば、有機EL素子50のカバーガラス57が不透明な材料(金属、合成樹脂等)で形成されているときは、図3中に示す反射光K3のような反射形態は発生しないので、コンピュータ10は、反射光K1又は反射光K2に応じた図4(a)のモデルm10又は図4(b)のモデルm11のいずれか一方、若しくは両方を、試料の厚み寸法の比較により解析に用いるモデルの構造として選択を行うようにする。
The
また、上述した説明では、図5に示す設定メニュー20では、基準値の入力欄21bに100μmを設定することで説明したが、勿論、試料及び測定状況等に応じて他の数値を設定することも可能であり、数値が設定された状態で新たな数値を入力すると、試料解析装置1は基準値を変更するステップを行い、以降、この変更された新たな値を用いて空間60との厚み寸法Dとの比較を行うことになる。このように基準値を変更できるようにすることで、測定状況の影響、及び干渉縞の発生する条件が微妙に相異する試料を測定する場合等に対してスムーズに処理を進行できる。なお、基準値を含む所定の項目には、デフォルト値として適正な値(例えば、基準値には100μm)を設定しておくことが、ユーザの入力負担を低減する観点で好ましい。
In the above description, the setting
さらに、空間60の厚み寸法Dとの比較により第1演算処理又は第2演算処理のいずれを行うかを試料解析装置1が判別する替わりに、ユーザが随時選択できるようにしてもよい。この場合、測定前の設定メニュー等に第1演算処理又は第2演算処理のいずれで処理を行うかを指示する選択ボタンを設け、試料解析装置1はユーザから受け付ける指示に応じて第1演算処理又は第2演算処理のいずれかで処理を行うようにする。
Furthermore, instead of the
さらに、本実施形態の試料解析装置1は、図2(a)(b)に示す生産タイプの有機EL素子50以外にも、図10に示す研究開発タイプの有機EL素子70に対しても、同様に解析を行うことが可能である。研究開発タイプの有機EL素子70と、生産タイプの有機EL素子50との相違点は、有機EL素子70は、厚みT1の透光性を有するガラス基板71にキャップ状の封止キャップ77(高さT2)を接着剤81で取り付けている点である。
In addition to the production type
封止キャップ77は、ガラス基板71の一面51aに設けられた有機膜76(複数層72〜75)及び電極58、59を覆うように、カバー部77a及び側壁部77bを有して全体的に凹状になっている。また、封止キャップ77は、有機膜76の最上面76aからカバー部77aの内面57cまでを間隔(ギャップ)を開けて厚み寸法Dの空間80を生成している。図10の有機EL素子70を試料解析装置1で解析する場合は、試料の厚み寸法として、ガラス基板71の厚みT1と封止キャップ77の高さT2を加えた数値を入力すれば、他の点は図2(a)(b)に示す有機EL形成50と同様に扱うことで解析を行える。
The sealing
さらにまた、有機EL素子50のカバーガラス57が透光性を有する場合は、有機EL素子50を図3に示すような形態でステージ4に載置する以外に、図11に示すように、ガラス基板51がステージ4のステージ面4aに接するように、ガラス基板51を下側にして有機EL素子50を載置するようにしてもよい。この場合、試料解析装置1は、カバーガラス57へ向けて偏光状態の光Kを照射し、カバーガラス57及び空間60を通過した光Kは、複数の膜層52〜55(図2(b)参照)で構成される有機膜56に到達する。さらに光Kは有機膜56を通過してから、図11に示すように有機膜56とガラス基板51の境界で反射する場合(反射光K10の場合)と、ガラス基板51も通過してガラス基板51とステージ4の境界で反射する場合(反射光K11の場合)が生じる。なお、いずれの反射光K10、K11もカバーガラス57から出射して光取得器5で取得されて、偏光状態が測定される。
Furthermore, when the
なお、図11においても実際的には、カバーガラス表面での反射(P10)、カバーガラス内面での反射(P20)、及び有機膜表面での反射(P30)や多重反射も含むが、このような反射(P10、P20、P30)も、解析に用いるモデルの選択に直接的に関係しないため扱いを省略している。 11 also includes reflection on the surface of the cover glass (P10), reflection on the inner surface of the cover glass (P20), reflection on the surface of the organic film (P30), and multiple reflection. Neither reflection (P10, P20, P30) is omitted because it is not directly related to the selection of the model used for the analysis.
また、図11に示す有機EL素子50の載置形態で試料の解析を行う場合、解析に用いるモデルには、上述した反射光K10、K11に応じた構造のものを用いる必要がある。図12(a)は、反射光K10に応じた構造のモデルm20を示している。モデルm20は、最下方のガラス基板51を基板(S30)にして、その上に有機膜層L31(有機膜56に相当)、ボイド層L32(空間60に相当)、封止材料層L33(カバーガラス57の表面粗さが無い部分に相当)、及びラフネス層L34(カバーガラス57の表面粗さに応じた部分)が重なり合った構造にしている。なお、モデルm30の各層の厚みd31〜d34は、準備段階でユーザから入力される値により設定される。
Further, when analyzing the sample in the mounting form of the
一方、図12(b)は、反射光K11に応じた構造のモデルm21を示している。モデルm21は、ガラス基板51の下方の周囲雰囲気を構成する媒体(図11では、ガラス基板51とステージ4の間に存在する空間のボイド層が相当)を基板にみなし、そのボイド層S40(基板)にガラス層L41(ガラス基板51に相当)、有機膜層L42(有機膜56に相当)、ボイド層L43(空間60に相当)、封止材料層L44(カバーガラス57の表面粗さが無い部分に相当)、及びラフネス層L45(カバーガラス57の表面粗さに応じた部分)が重なり合った構造にしている。なお、モデルm21の各層の厚みd41〜d45は、準備段階でユーザから入力された値により設定される。
On the other hand, FIG. 12B shows a model m21 having a structure corresponding to the reflected light K11. In the model m21, a medium (in FIG. 11, a void layer in a space existing between the
図11に示す載置形態では、有機EL素子50の厚み寸法に応じて反射光K10、K11の一方のみ(理論的にはK10のみ)、又は両方が測定される可能性があるので、試料測定装置1は、図6のフローチャートの処理段階(S3〜S6)として、試料の厚み寸法に応じて解析に用いるモデルの構造としてモデルm20、m21の一方(理論的にはモデルm20)、又は両方の選択を行うようにする。なお、モデル選択後は、図6のフローチャートと同様な処理を行って解析を行うことになる。
In the mounting form shown in FIG. 11, only one of the reflected lights K10 and K11 (theoretically only K10) or both may be measured according to the thickness dimension of the
また、図11に示す有機EL素子50の載置形態でも、モデルに係る値(振幅比及び位相差)を求めるにあたり、空間60の厚み寸法Dと基準値との比較又はユーザの指示に応じて第1演算処理又は第2演算処理を行うことになる。図13に示すグラフは、空間60の厚み寸法Dを有する有機EL素子50を図11に示す載置形態で測定した振幅比ΨE 、位相差ΔE のドットと、この載置形態に応じた構造のモデルから第2演算処理で求めた振幅比ΨM 、位相差ΔM の曲線を示しており、求めた曲線は測定点(ドット)にほぼ沿った形状になっている。なお、図11に示す載置形態でも、図10の研究開発タイプの有機EL素子70を測定解析することが可能であり、その場合はカバーガラス57を封止キャップ77と考えたモデルを準備することになる(図12(a)(b)参照)。
In addition, in the mounting form of the
また、本発明に係る試料解析装置1及び試料解析方法は、有機EL素子50に関しては所謂高分子有機EL素子と、低分子有機EL素子のいずれのタイプも解析対象にすることができ、また、有機EL素子以外の試料については、基板上に膜が積層されて、その膜と間隔を隔ててカバー部材で覆う構造であり、基板又はカバー部材の少なくとも一方が透光性を有する試料であれば、上述した有機EL素子50と同様の形態で解析可能である。
In addition, the
1 試料解析装置
2 キセノンランプ
3 光照射器
4 ステージ
5 光取得器
7 分光器
8 データ取込機
9 モータ制御機
10 コンピュータ
20 設定メニュー
50 有機EL素子(生産タイプ)
51 ガラス基板
56 有機膜
57 カバーガラス
60 空間(ギャップ)
70 有機EL素子(研究開発タイプ)
DESCRIPTION OF
51
70 Organic EL device (Research and development type)
Claims (13)
前記透光性基板の一面と前記カバー部材の一面とが貼り合わされた試料を、前記カバー部材の外面がステージに接するように載置するステップと、
試料の透光性基板へ偏光した光を照射するステップと、
試料で反射した光を取得するステップと、
取得した光の偏光状態を測定するステップと
を備えることを特徴とする試料解析方法。 The optical characteristics of a sample in which a plurality of films laminated on a light-transmitting substrate are covered with a cover member at an interval are measured with a measuring instrument that emits polarized light, and the model corresponding to the sample and the measurement of the measuring instrument are measured. A sample analysis method for analyzing characteristics of each film layer of a sample based on a result,
Placing the sample in which one surface of the translucent substrate and one surface of the cover member are bonded together so that the outer surface of the cover member is in contact with the stage;
Irradiating polarized light to the light-transmitting substrate of the sample;
Obtaining light reflected from the sample;
And a step of measuring the polarization state of the acquired light.
前記測定器で測定する試料の厚み寸法を受け付けるステップと、
受け付けた厚み寸法に応じて、前記第1モデル及び/又は第2モデルを解析に用いるモデルとして選択するステップと
を備える請求項1に記載の試料解析方法。 Create a first model in which the void layer and the membrane layer overlap, and a second model in which the layer related to the cover member, the void layer, and the membrane layer overlap,
Receiving a thickness dimension of a sample to be measured by the measuring device;
The sample analysis method according to claim 1, further comprising: selecting the first model and / or the second model as a model to be used for analysis according to the accepted thickness dimension.
前記測定器で測定する試料の厚み寸法を受け付けるステップと、
前記測定器で測定する試料が透光性のカバー部材を有する場合、受け付けた厚み寸法に応じて、前記第1モデル、第2モデル、及び第3モデルの中から少なくとも1つを解析に用いるモデルとして選択するステップと
を備える請求項1に記載の試料解析方法。 A first model in which the void layer and the membrane layer overlap; a second model in which the layer related to the cover member, the void layer, and the membrane layer overlap; a layer related to the ambient atmosphere of the cover member; a layer related to the cover member; Create a third model with overlapping membrane layers,
Receiving a thickness dimension of a sample to be measured by the measuring device;
When the sample to be measured by the measuring instrument has a translucent cover member, a model that uses at least one of the first model, the second model, and the third model for analysis according to the received thickness dimension The sample analysis method according to claim 1, further comprising:
透光性基板の一面と前記カバー部材の一面とが貼り合わされた試料の前記透光性基板を下側にしてステージ上に載置するステップと、
試料のカバー部材へ偏光した光を照射するステップと、
試料で反射した光を取得するステップと、
取得した光の偏光状態を測定するステップと
を備えることを特徴とする試料解析方法。 The optical characteristics of a sample in which a plurality of films stacked on a substrate are covered with a cover member at an interval are measured with a measuring instrument that irradiates polarized light, and based on the model corresponding to the sample and the measurement results of the measuring instrument A sample analysis method for analyzing the characteristics of each film layer of the sample ,
A step of placing on the stage of the translucent substrate of the sample one side and is bonded to one surface and the cover member of the translucent substrate and the lower side,
Irradiating the sample cover member with polarized light;
Obtaining light reflected from the sample;
And a step of measuring the polarization state of the acquired light.
前記測定器で測定する試料の厚み寸法を受け付けるステップと、
前記測定器で測定する試料が透光性の基板を有する場合、受け付けた厚み寸法に応じて、前記第1モデル及び/又は第2モデルを解析に用いるモデルとして選択するステップと
を備える請求項4に記載の試料解析方法。 Create a first model in which the layers and film layers related to the substrate overlap, and a second model in which the layers related to the ambient atmosphere of the substrate, the layers related to the substrate, and the film layers overlap,
Receiving a thickness dimension of a sample to be measured by the measuring device;
When the sample to be measured by the measuring instrument has a translucent substrate, the step of selecting the first model and / or the second model as a model to be used for analysis according to the accepted thickness dimension is provided. 2. The sample analysis method described in 1.
複数のモデルの中から、最低の平均二乗誤差の値に係るモデル、又は予め設定された膜厚の最小値から最大値までの範囲内に入る平均二乗誤差の値が最低になるモデルを選択するモデル選択ステップと
を備え、
前記モデル選択ステップで選択されたモデルに係る値を解析結果として用いる請求項2、3、5のいずれか1つに記載の試料解析方法。 When multiple models to be used for analysis are selected, a step of performing fitting for each model to calculate a mean square error;
Select the model with the lowest mean square error value or the model with the lowest mean square error value that falls within the preset minimum to maximum film thickness range from multiple models. A model selection step and
The sample analysis method according to claim 2, wherein a value related to the model selected in the model selection step is used as an analysis result.
該ステップでは、光の照射により試料に生じる干渉縞に対応した第1演算処理、又は干渉縞に対応しない第2演算処理のいずれかを行い、
演算した結果を用いて膜の特性を解析する請求項1乃至請求項6のいずれか1つに記載の試料解析方法。 Based on a model used for analysis, comprising a step of calculating an item equivalent to an item to be measured by the measuring instrument,
In this step, either the first calculation process corresponding to the interference fringes generated in the sample by light irradiation or the second calculation process not corresponding to the interference fringes is performed.
The sample analysis method according to claim 1, wherein the characteristic of the film is analyzed using the calculated result.
間隔距離が基準距離より大きい場合、前記第2演算処理を行う請求項7に記載の試料解析方法。 Comparing the distance between the sample film and the cover member and the size of the reference distance,
The sample analysis method according to claim 7, wherein the second calculation process is performed when the interval distance is larger than the reference distance.
相異する構造の複数のモデルを記憶する手段と、
前記透光性基板の一面と前記カバー部材の一面とが貼り合わされた試料の前記透光性基板の厚みと前記カバー部材との厚みの和である厚み寸法を受け付ける手段と、
受け付けた前記厚み寸法に応じて、複数のモデルの中から解析に用いるモデルを選択する手段と
を備えることを特徴とする試料解析装置。 Measuring device having irradiation means for irradiating polarized light to a sample covered with a film laminated on a light-transmitting substrate with a gap, and means for measuring the polarization state of light by obtaining light reflected by the sample A sample analysis apparatus comprising: a model corresponding to the sample; and a means for analyzing the characteristics of the sample based on the measurement result of the measuring instrument
Means for storing a plurality of models of different structures;
Means for receiving a thickness dimension that is a sum of a thickness of the light-transmitting substrate and a thickness of the cover member of a sample in which one surface of the light-transmitting substrate and one surface of the cover member are bonded together ;
Depending on the thickness accepted, the sample analyzing apparatus, characterized in that it comprises a means for selecting a model used in the analysis from the plurality of models.
解析に用いるモデルに基づいて、前記測定器で測定する項目と同等の項目を演算する演算手段を備えており、
該演算手段は、光の照射により試料に生じる干渉縞に対応する第1演算処理、又は干渉縞に対応しない第2演算処理のいずれかを行うようにしており、
前記解析手段は、前記演算手段が演算した結果を用いて膜の特性を解析し、
前記透光性基板の一面と前記カバー部材の一面とが貼り合わされた試料の膜からカバー部材までの間隔距離を受け付ける手段と、
受け付けた間隔距離及び基準距離の大小比較を行う手段と、
間隔距離が基準距離より大きい場合、前記演算手段は前記第2演算処理を行う試料解析装置。 Measuring device having irradiation means for irradiating polarized light to a sample covered with a film laminated on a light-transmitting substrate with a gap, and means for measuring the polarization state of light by obtaining light reflected by the sample A sample analysis apparatus comprising: a model corresponding to the sample; and an analysis means for analyzing the characteristics of the sample based on the measurement result of the measuring instrument,
Based on the model used for the analysis, equipped with a calculation means for calculating an item equivalent to the item measured by the measuring instrument,
The calculation means is configured to perform either a first calculation process corresponding to an interference fringe generated in the sample by light irradiation or a second calculation process not corresponding to the interference fringe,
The analysis means analyzes the characteristics of the film using the result calculated by the calculation means ,
Means for receiving an interval distance from a film of a sample in which one surface of the translucent substrate and one surface of the cover member are bonded to each other; and
Means for comparing the received distance and reference distance, and
The sample analysis apparatus in which the calculation means performs the second calculation process when the interval distance is larger than the reference distance .
試料の透光性基板へ偏光した光を照射するステップと、Irradiating polarized light to the light-transmitting substrate of the sample;
試料で反射した光を取得するステップと、Obtaining light reflected from the sample;
取得した光の偏光状態を測定するステップと、Measuring the polarization state of the acquired light;
空隙層及び膜層が重なり合う第1モデルと、カバー部材に係る層、空隙層、及び膜層が重なり合う第2モデルとを作成しておくステップと、Creating a first model in which the void layer and the membrane layer overlap, and a second model in which the layer related to the cover member, the void layer, and the membrane layer overlap;
前記測定器で測定する試料の厚み寸法を受け付けるステップと、Receiving a thickness dimension of a sample to be measured by the measuring device;
受け付けた厚み寸法に応じて、前記第1モデル及び/又は第2モデルを解析に用いるモデルとして選択するステップとSelecting the first model and / or the second model as a model to be used for analysis according to the accepted thickness dimension;
を備える試料解析方法。A sample analysis method comprising:
試料のカバー部材へ偏光した光を照射するステップと、Irradiating the sample cover member with polarized light;
試料で反射した光を取得するステップと、Obtaining light reflected from the sample;
取得した光の偏光状態を測定するステップと、Measuring the polarization state of the acquired light;
基板に係る層及び膜層が重なり合う第1モデルと、基板の周囲雰囲気に係る層、基板に係る層、及び膜層が重なり合う第2モデルとを作成しておくステップと、Creating a first model in which a layer and a film layer related to the substrate overlap, and a second model in which a layer related to the ambient atmosphere of the substrate, a layer related to the substrate, and a film layer overlap;
前記測定器で測定する試料の厚み寸法を受け付けるステップと、Receiving a thickness dimension of a sample to be measured by the measuring device;
前記測定器で測定する試料が透光性の基板を有する場合、受け付けた厚み寸法に応じて、前記第1モデル及び/又は第2モデルを解析に用いるモデルとして選択するステップとWhen the sample to be measured by the measuring instrument has a translucent substrate, selecting the first model and / or the second model as a model to be used for analysis according to the received thickness dimension;
を備える試料解析方法。A sample analysis method comprising:
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