JP5534315B2 - 物性測定装置、物性測定方法及びプログラム - Google Patents
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Description
波形作成手段は、算出した時間変化に基づいて、透過波又は反射波の電場強度の時間波形を作成する。時間算出手段は、受け付けた基板の厚さ及び受け付けた基板の複素屈折率の実部に基づいて、波形作成手段が作成した透過波又は反射波の電場強度の時間波形の中で、基板内で多重反射した透過波又は反射波の電場強度の時間波形が現れる時間を算出する。削除手段は、時間算出手段が算出した時間に基づいて、透過波又は反射波の電場強度の時間波形から多重反射に起因する電場強度の時間波形を削除する。第一算出手段は、削除手段が削除した透過波又は反射波の電場強度の時間波形から、薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率を算出する。第二算出手段は、受け付けた薄膜の厚さ、受け付けた基板の複素屈折率、及び薄膜の複素屈折率について設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を複数算出する。第一の透過率及び薄膜の複素屈折率に応じて異なる第二の透過率、又は第一の反射率及び薄膜の複素屈折率に応じて異なる第二の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定する。
コンピュータに、算出した透過波又は反射波の電場強度の時間波形に基づいて、透過波又は反射波の電場強度の時間波形を作成させる。コンピュータに、基板の厚さ及び複素屈折率の実部に基づいて、作成した透過波又は反射波の電場強度の時間波形に、基板内で多重反射した透過波又は反射波の電場強度の時間波形が現れる時間を算出させる。コンピュータに、算出した時間に基づいて、透過波又は反射波の電場強度の時間波形から多重反射に起因する電場強度の時間波形を削除させる。コンピュータに、削除した透過波又は反射波の電場強度の時間波形から、薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率を算出させる。コンピュータに、薄膜の厚さ、基板の複素屈折率及び薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を複数算出させる。コンピュータに、薄膜の第一の透過率及び薄膜の複素屈折率に応じて異なる第二の透過率、又は薄膜の第一の反射率及び薄膜の複素屈折率に応じて異なる第二の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定させる。
実施の形態1では、テラヘルツ時間領域分光法を用いて、試料を透過又は試料で反射したテラヘルツ波の周波数領域のスペクトルを得る。時間領域分光法は、電磁波の電場強度の時間波形を時系列フーリエ変換することにより、電磁波の周波数領域のスペクトル及び位相差スペクトルを得る分光法である。
テラヘルツ分光装置2及び膜厚測定装置3は、コンピュータ4と電気的に接続されている。
分光エリプソメータ30は、薄膜Hに直線偏光波を照射し、照射光の波長を変えながら、p偏光とs偏光の反射振幅比角Ψ及び位相差Δを測定する装置である。
Xeランプ31は、多数の波長成分を含む、いわゆる白色光源である。このXeランプ31の発光は光ファイバ32を介して偏光子33に導かれる。偏光子33により偏光された光は、測定対象である試料Sの表面に特定の入射角で入射する。試料Sからの反射は、光弾性変調器(PEM)34を介して検光子35に導かれる。なお、PEM34の位置は偏光子33の後ろか検光子35の前のどちらでも可能である。
ROM42の内部にはプログラムが記録されている。制御部41は、ROM42からプログラムを読み込み、各種処理を実行する。RAM43は、作業用の変数、測定データ等を一時的に記録する。通信部44は、膜厚測定装置3から送信される膜厚に係るΨ、Δの信号を受信する。
基板Kは結晶石英である。基板Kに結晶石英を用いることにより、広い周波数範囲で高精度の透過光の測定が可能になる。テラヘルツ波発生器23が放射するテラヘルツ波は、中心周波数(0.3〜1THz)付近では強度が大きく、透過率の低い試料Sでも測定できる。しかし、50GHz(ギガヘルツ)又は5THz付近では強度が小さく、透過率の低い試料Sの測定が困難になる。そこで、基板Kに、例えば透過率の低い石英ガラスではなく、透過率の高い結晶石英を用いることにより、測定可能な透過波の周波数範囲を広げることができる。透過波の周波数範囲が広いほど、測定された透過波に基づいて実行される薄膜Hの物性解析の精度は向上する。
基板K内での多重反射の結果、遅れてきたテラヘルツ波の時間波形をフーリエ変換して周波数領域のスペクトルを得る場合、激しい干渉縞が現れ、データ解析を困難にする。そこで、基板K内で多重反射した反射波が時間波形に現れる時刻以降の波形を削除し、反射波の時間波形が現れない時間幅で、テラヘルツ波の時間波形をフーリエ変換することにより周波数領域のスペクトルを得る。
Δt=2nd/c ・・・(1)
ただし、nは基板Kのテラヘルツ帯の屈折率、dは基板Kの厚さ、cは光速度である。
なお、基板Kの厚さは、例えばΔt=10psに対応する0.7mmであってもよい。
ちなみに、図5の例でも、メインパルスが現れる13.5psに対して、基板K内を1回反射した反射波が14ps後の約27.5ps付近に最初の多重反射波として現れている。
ユーザは、基板Kのテラヘルツ帯の複素屈折率、基板Kの厚さ、真空の誘電率、薄膜Hについてのフリーキャリア以外の誘電率及び素電荷量を、操作部45を介してRAM43に記録する。あるいは、これらの数値は予めROM42に記録しておいてもよい。
分光エリプソメータ30に試料Sを設置し、コンピュータ4の操作部45を介して偏光子33から薄膜Hに偏光を入射する。制御部41は、通信部44を介してデータ取込機38からΨ、Δの測定データを取得する。制御部41は、測定データ及び参照データのフィッティング解析を実行し、薄膜Hの厚さを求める。制御部41は、求めた薄膜Hの厚さをRAM43に記録する。
試料Sを透過したテラヘルツ波又は試料Sで反射したテラヘルツ波は、ミラー28により反射されてテラヘルツ波検出器25に届く。
なお、ここでの交互とは、成膜領域F及び非成膜領域Nにテラヘルツ波を夫々1回ずつ照射することを繰り返す場合に限らない。例えば、成膜領域F及び非成膜領域Nにテラヘルツ波を夫々2回ずつ照射することを繰り返してもよいし、夫々3回以上ずつ照射することを繰り返してもよい。
なお、ロックイン検出法により、テラヘルツ波検出器25からの信号のSN比を向上させてもよい。
制御部41は、レーザパルスを射出する(ステップS101)。制御部41は、成膜領域Fを透過した透過波の電場強度を示す信号を受信し、RAM43に記録する(ステップS102)。制御部41は、レーザパルスを停止する(ステップS103)。制御部41は、移動部24を移動して、入射波が非成膜領域Nを照射するようにする(ステップS104)。
制御部41は、レーザパルスを射出する(ステップS105)。制御部41は、非成膜領域Nを透過した透過波の電場強度を示す信号を受信し、RAM43に記録する(ステップS106)。制御部41は、レーザパルスを停止する(ステップS107)。制御部41は、移動部24を移動して、入射波が成膜領域Fを照射するようにする(ステップS108)。
制御部41は、時間遅延機構26の反射ミラーが測定終了位置にあるか否か判断する(ステップS111)。制御部41は、時間遅延機構26の反射ミラーが測定終了位置にないと判断した場合(ステップS111:NO)、時間遅延機構26の反射ミラーを所定量後方へ移動し(ステップS112)、ステップS101に処理を戻す。制御部41は、時間遅延機構26の反射ミラーが測定終了位置にあると判断した場合(ステップS111:YES)、処理を終了する。
制御部41は、基板Kの屈折率と基板Kの厚さとをRAM43から読み込む(ステップS201)。制御部41は、基板Kの屈折率及び厚さから、メインパルスの後に多重反射波が最初に現れる時間を算出する(ステップS202)。制御部41は、成膜領域F及び非成膜領域Nにおける電場強度の時間波形をRAM43から読み込む(ステップS203)。制御部41は、ステップS202で求めた時間までの時間幅で、基板K及び薄膜H、並びに基板Kのみを透過した透過波の電場強度の時間波形をフーリエ変換する(ステップS204)。制御部41は、フーリエ変換して得られた基板K及び薄膜H、並びに基板Kのみを透過した透過波の周波数領域の電場強度をRAM43に記録し(ステップS205)、処理を終了する。
なお、誤差関数F(ω)の最小値及び薄膜Hの複素屈折率を決定するにあたり、線形計画法のシンプレックス法等により計算の高速化を図ってもよい。また、誤差関数F(ω)の計算値が所定値より小さくなった場合、又は誤差関数F(ω)の計算回数が所定回数を超えた場合、計算を終了することにより、計算の高速化を図ってもよい。
制御部41は、RAM43から基板K及び薄膜Hにおける周波数領域の電場強度と、基板Kのみにおける周波数領域の電場強度とを読み込む(ステップS301)。制御部41は、基板K及び薄膜Hにおける周波数領域の電場強度と、基板Kのみにおける周波数領域の電場強度とから、薄膜Hの透過率を算出する(ステップS302)。制御部41は、透過率を求める計算式に代入する薄膜Hの複素屈折率以外のパラメータをRAM43から読み込む(ステップS303)。
ε 1=n 2−κ 2 ・・・(9)
ε 2=2nκ ・・・(10)
ただし、εは複素誘電率であり、ε=ε 1−iε 2である。また、Nは複素屈折率であり、N=n−iκである。
制御部41は、算出した薄膜Hの複素誘電率及び薄膜Hの複素電気伝導度をRAM43に記録する。
なお、誤差関数G(ω)の最小値及び上記パラメータを決定するにあたり、線形計画法のシンプレックス法等により計算の高速化を図ってもよい。また、誤差関数G(ω)の計算値が所定値より小さくなった場合、又は誤差関数G(ω)の計算回数が所定回数を超えた場合、計算を終了することにより、計算の高速化を図ってもよい。
制御部41は、決定した電気伝導モデルと、薄膜Hのキャリア密度と、有効質量と、キャリアの散乱時間又は散乱確率とをRAM43に記録する。
制御部41は、薄膜Hの複素屈折率をRAM43から読み込む(ステップS401)。制御部41は、真空の誘電率及びフリーキャリア以外の誘電率をRAM43から読み込む(ステップS402)。制御部41は、読み込んだ薄膜Hの複素屈折率、真空の誘電率及びフリーキャリア以外の誘電率に基づいて、薄膜Hの複素誘電率及び複素電気伝導度を算出する(ステップS403)。
テラヘルツ波検出器25の信号値は完全に安定ではなく、透過波の1回の測定時間よりも十分長い周期のゆらぎがある。このゆらぎの原因は、例えばレーザ21の長期的な出力ゆらぎ、外部からの機械的振動がテラヘルツ分光装置2の光学系に与える影響、温度変化等である。薄膜Hの膜厚が薄く、キャリア密度が低い場合、テラヘルツ波検出器25の信号値は小さくなる。従って、テラヘルツ波検出器25の信号値が小さい場合、テラヘルツ波検出器25の信号値がゆらぎの中に埋もれてしまうおそれがある。
そこで、ゆらぎの周期よりも十分短い時間間隔で成膜領域F及び非成膜領域Nの透過波を交互に測定し、各信号値を積算することにより、成膜領域F及び非成膜領域Nに照射されるテラヘルツ波の強度を平均的に同程度し、信号値に現れるゆらぎの影響を低減することができる。
テラヘルツ波検出器25からの信号値には、透過波の信号成分の他にバックグラウンドのランダムな位相を有す白色雑音成分が含まれている。この白色雑音成分の位相は、測定のたびに異なる。しかし、透過波の信号成分の位相は一定である。そこで、透過波の信号値を積算することにより、白色雑音成分をキャンセルすることができ、透過波の信号成分のSN比を向上させることができる。このSN比を向上させることにより、テラヘルツ波発生器23からのテラヘルツ波の強度が弱い周波数領域でも、透過波の測定が可能となり、薄膜Hの物性の解析精度が向上する。
実施の形態2は、実施の形態1の物性測定装置1にさらに赤外分光装置を組み込んだ形態に関する。実施の形態2に係る赤外分光装置は、基板K表面の薄膜Hに対して赤外域の反射率を非破壊で測定する。
実施の形態2に係る物性測定装置10は、テラヘルツ分光装置2、膜厚測定装置3、コンピュータ4及び赤外分光装置5を含む。なお、実施の形態2に係る物性測定装置10は、膜厚測定装置3及び赤外分光装置5を含まなくてもよい。また、実施の形態2に係る物性測定装置10は、膜厚測定装置3又は赤外分光装置5を含まなくてもよい。
テラヘルツ分光装置2、膜厚測定装置3及び赤外分光装置5は、夫々コンピュータ4と電気的に接続されている。
フーリエ変換赤外分光装置50は、干渉計を利用してインタフェログラムを測定する。フーリエ変換赤外分光装置50が測定したインタフェログラムは、フーリエ変換赤外分光装置50からコンピュータ4に送信される。コンピュータ4は、インタフェログラムをフーリエ変換して、赤外域の反射率(周波数領域の反射スペクトル)を得る。
フーリエ変換赤外分光装置50は、赤外光源51、干渉計52、試料室53、検出器54及びAD変換器55を含む。
赤外光源51は、例えばグローバー光源であり、5〜234THzの赤外光を発生させる。赤外光源51が発生した赤外光は、干渉計52に入射する。
AD変換器55は、検出器54によりアナログ電気信号に変換されたインタフェログラムを増幅し、デジタル化する。デジタル化されたインタフェログラムは、コンピュータ4へ送信される。
ユーザは、基板Kのテラヘルツ帯の複素屈折率、基板Kの厚さ、真空の誘電率及び素電荷量を、操作部45を介してRAM43に記録する。また、ユーザは、試料Sの有効質量を、操作部45を介してRAM43に記録する。あるいは、これらの数値は予めROM42に記録しておいてもよい。
なお、試料Sの有効質量は、文献値又は他の確立した移動度評価手段との比較によって決定する。
制御部41は、通信部44を介して針の上下を示す信号を触針段差計から受信し、薄膜Hの厚さを算出する。制御部41は、算出した薄膜Hの厚さをRAM43に記録する。
実施の形態1と同様に、制御部41は、テラヘルツ分光装置2の測定データに基づいて、基板K及び薄膜Hを透過した透過波の周波数領域の電場強度と、基板Kのみを透過した透過波の周波数領域の電場強度とを求める。
また、実施の形態1と同様に、制御部41は、基板K及び薄膜Hを透過した透過波の周波数領域の電場強度と、基板Kのみを透過した透過波の周波数領域の電場強度とに基づいて、薄膜Hの透過率、複素屈折率、複素誘電率及び複素電気伝導度を求める。制御部41は、これらの各物性値をRAM43に記録する。
式(7)から薄膜Hの複素屈折率を求めるに際し、制御部41は式(7)の薄膜Hの厚さとして、触針段差計により測定した膜厚をRAM43から読み込み、式(7)に代入する。
フリーキャリア以外の複素誘電率は、バックグラウンド成分とも呼ばれる。フリーキャリア以外の複素誘電率が生じる原因には、試料Sの分子構造、結晶構造等に依存する振動モード、電子分極等が挙げられるが、試料Sの物性によってその内容は異なる。
制御部41は、RAM43からキャリア密度が低い膜材料についてフーリエ変換赤外分光装置50が測定した反射率を読み込む(ステップS501)。制御部41は、読み込んだ屈折率からクラマース・クロニッヒ変換により位相変化を算出する(ステップS502)。制御部41は、反射率と位相変化とから複素屈折率を算出する(ステップS503)。制御部41は、算出した複素屈折率を二乗してフリーキャリア以外の複素誘電率を算出する(ステップS504)。
実施の形態2では、テラヘルツ分光装置2による複素電気伝導度の測定値と複素電気伝導度の計算値とのフィッティング、及びフーリエ変換赤外分光装置50による反射率の測定値と反射率の計算値とのフィッティングを行い、電気伝導モデルのパラメータを決定する。
なお、上記では、4種の電気伝導モデル全体について、一致度の高い順に所定数だけパラメータを決定した。しかし、4種の電気伝導モデルごとに、最良フィッティングのパラメータを1通りのみ決定してもよい。あるいは、4種の電気伝導モデルごとに、最良及び最良に次いで一致する2通りのパラメータを決定してもよい。また、4種の電気伝導モデルごとに、3通り以上のパラメータを決定してもよい。
制御部41は、複素電気伝導度から式(11)〜式(13)を用いてフリーキャリアの複素誘電率を算出する。ここで、制御部41は、図16で示したように、赤外域の反射率に基づいて求めたフリーキャリア以外の複素誘電率(あるいはバックグラウンド成分)を、算出したフリーキャリアの複素誘電率に加算する。制御部41は、加算した複素誘電率から式(8)〜式(10)を用いて複素屈折率を算出する。制御部41は、求めた複素屈折率から次式(18)を用いて反射率を算出する。制御部41は、算出した反射率をRAM43に記録する。
制御部41は、テラヘルツ分光装置2の測定データによるフィッティングで決定した複素電気伝導度の数だけ、上記の計算を繰り返す。
具体的には、算出した反射率の計算値とフーリエ変換赤外分光装置50により測定した反射率との差が最小となる場合、その反射率の計算値に対応した電気伝導モデルと、パラメータ(キャリア密度、キャリアの散乱時間又は散乱確率)とを決定する。
制御部41は、予めRAM43に記録した有効質量と、決定したキャリアの散乱時間又は散乱確率とに基づいて、式(17)よりキャリア移動度を算出し、算出したキャリア移動度をRAM43に記録する。
制御部41は、テラヘルツ分光装置2により測定した複素電気伝導度をRAM43から読み込む(ステップS601)。制御部41は、有効質量をRAM43から読み込む(ステップS602)。制御部41は、図16の手順に従ってフリーキャリア以外の複素誘電率を算出し、RAM43に記録する(ステップS603)。
有機薄膜材料等の膜の場合、厚さが1μm未満の膜を形成することは困難である。そのため、物性測定対象が有機薄膜材料等の膜である場合には、段差法で膜厚を測定することにより、高精度の測定値を得ることができる。一方、膜厚が1μm未満の場合には、実施の形態1で扱った分光エリプソメトリが、高精度かつ非接触で膜厚を測定することができる。従って、測定対象の膜の厚さが1μm未満か、1μm以上かにより、膜厚測定方法を使い分けることにより、幅広い薄膜材料に対して複素屈折率、電気伝導度等の物性値の測定精度を向上させることができる。
一方、テラヘルツ帯の電気伝導度実部スペクトルは、バックグラウンド成分に依存しないため、定量性が高い。
一方、測定される赤外域の反射率からバックグラウンド成分が精度よく得られない場合、定量性は低くなる。
テラヘルツ分光装置2単体では、低キャリア移動度の試料Sのキャリア移動度の測定は困難である。そこで、キャリア移動度の低い試料Sについてキャリア移動度を測定するためには、赤外分光装置5を併用するとよい。他方、赤外分光装置5単体では、キャリア移動度の評価精度が低い。そこで、テラヘルツ分光装置2を併用するとよい。
つまり、実施の形態2に係る物性測定装置10によれば、低キャリア移動度の試料Sについても、キャリア移動度を高精度で測定することができる。
実施の形態3は、可撓性を有す基板Kの上に薄膜Hを形成するロールツーロール製造ラインに、アニール装置と物性測定装置とを組み込んだ薄膜基板製造システムに関する。
薄膜基板製造システム6は、基板移送部7、成膜装置8、アニール装置9、実施の形態1に係る物性測定装置1及びコンピュータ40を含む。なお、物性測定装置1は実施の形態2に係る物性測定装置10でもよい。
成膜装置8、アニール装置9及び物性測定装置1は、この順に移送ラインの上流から下流へ配置されている。
図21では、基板移送部7は基板Kの幅方向を水平方向に保持して、基板Kを水平方向に移送している。しかし、基板移送部7は基板Kの幅方向を鉛直方向に保持して、基板Kを鉛直方向に移送してもよい。
なお、アニール装置9は、レーザアニール装置又は大気圧プラズマアニール装置であってもよい。
コンピュータ40の構成は、物性測定装置1に含まれるコンピュータ4の構成と同様である。なお、コンピュータ40は、物性測定装置1に含まれるコンピュータ4で代用してもよい。
コンピュータ40は、実施の形態3に係る基板移送部7、成膜装置8、アニール装置9及び物性測定装置1と電気的に接続されており、これら装置を制御する。
実施の形態3に係るアニール装置9は、処理容器92、ガス導入機構93、排気機構94、載置台95、放射温度計96、熱電変換素子制御部97、電磁波供給部98及びコンピュータ99を含む。
なお、処理容器92の形状は、上部が開口された直方体状に限らず、円柱状又は箱状であってもよい。
搬入口923及び搬出口924には、夫々シャッタ92A、92Bが設けられている。シャッタ92A、92Bは、基板移送部7が基板Kの移送を停止し、基板K及び薄膜Hに電磁波が照射される場合、処理容器92内部の電磁波及びガスが外部へ漏れないように、夫々搬入口923及び搬出口924を閉じる。また、シャッタ92A、92Bは、夫々軟らかい金属、例えばインジウム、銅等から形成されており、基板移送部7が基板Kの移送を停止した場合、基板Kを圧接する。
処理容器92底部の周縁部には、排気機構94と接続される排気口925が設けられている。
なお、ガスノズル931A、931Bの本数は、2本に限るものではなく、適宜増減してもよい。
載置台95は、載置台本体951と、熱電変換素子952と、載置板953とを含む。載置台本体951の上に熱電変換素子952が、熱電変換素子952の上に載置板953が配置される。載置板953の上には、基板Kが載置するように構成されている。
なお、処理容器92の側壁を貫通する貫通孔を設け、貫通孔に気密に挿通された光ファイバが直接薄膜Hからの輻射光を取り入れてもよい。これにより、薄膜Hの温度の直接測定が可能となる。
なお、冷媒流路955に高温の温媒を流通循環させることも可能である。
なお、載置台95に載置板953を設けず、熱電変換素子952の上に、直接基板Kが載置するように構成してもよい。
なお、入射アンテナ983は、処理容器92の側壁に設けられていてもよい。
浸透深さは式(19)で示される。
μは非磁性材の場合、μ=1となる。実施の形態3で扱う膜材料は非磁性材なので、μは1である。
表1のBの場合、アニールに好適な電磁波は1GHzのセンチ波に該当するため、電磁波発生源981にマグネトロンを搭載したアニール装置9を使用する。銅は実施の形態3で扱う薄膜材料ではないが、ここでは参考のために例示している。
まず、薄膜基板製造システム6を動作させる準備として、予めアニール装置9の電磁波発生源981が発生する電磁波の周波数をコンピュータ99に設定する。
制御部410は、基板移送部7、成膜装置8、アニール装置9及び物性測定装置1の動作を開始する(ステップS701)。その具体的な内容は、以下の通りである。
制御部410は、基板移送部7を動作させ、基板Kをロールツーロール生産ラインに引き出す。制御部410は、成膜装置8を動作させて、基板K表面にパターンを印刷させる。制御部410は、コンピュータ99を介して、アニール装置9に成膜装置8が形成した薄膜Hをアニールさせる。制御部410は、物性測定装置1にアニール装置9がアニールした薄膜Hの物性を測定させる。制御部410は、製造した薄膜基板を巻き取りロール72に巻き取らせる。
制御部410は、物性測定装置1から薄膜Hの物性値を取得する(ステップS702)。制御部410は、薄膜Hの物性値が製造規格の範囲内か否か判断する(ステップS703)。制御部410は、薄膜Hの物性値が製造規格の範囲内であると判断した場合(ステップS703:YES)、ステップS701に制御を戻す。制御部410は、薄膜Hの物性値が製造規格の範囲内にないと判断した場合(ステップS703:NO)、基板移送部7、成膜装置8、アニール装置9及び物性測定装置1の動作を停止する(ステップS704)。
制御部410は、以上のステップをマルチタスクで連続的に実行する。
基板移送部7、成膜装置8、アニール装置9及び物性測定装置1の動作を停止した場合、ユーザは巻き取りロール72から製造規格外の薄膜基板を取り外す。
図25は、実施の形態4に係る物性測定装置のコンピュータ4のハードウェア群を示すブロック図である。実施の形態4に係る物性測定装置は、実施の形態1に係る物性測定装置1でもよいし、実施の形態2に係る物性測定装置10でもよい。実施の形態4に係る物性測定装置は、実施の形態3に係る物性測定装置1、10でもよい。
ある。
2 テラヘルツ分光装置
21 レーザ
23 テラヘルツ波発生器
24 移動部
25 テラヘルツ波検出器
26 時間遅延機構
4 コンピュータ
K 基板
H 薄膜
F 成膜領域
N 非成膜領域
Claims (11)
- 基板表面に形成された薄膜の物性を測定する物性測定装置において、
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生源と、
基板表面に薄膜が形成された成膜領域及び該基板表面に薄膜が形成されていない非成膜領域に、前記テラヘルツ波発生源からのテラヘルツ波が照射されるように、該基板及び薄膜を移動する移動手段と、
前記成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波の電場強度を複数回検出する検出手段と、
該検出手段が複数回検出した透過波又は反射波の電場強度を積算する積算手段と、
該積算手段が積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を算出する算出手段と、
該算出手段が算出した時間変化に基づいて、透過波又は反射波の電場強度の時間波形を作成する波形作成手段と、
前記基板の厚さを受け付ける基板厚受付手段と、
前記基板の複素屈折率を受け付ける基板屈折率受付手段と、
前記基板厚受付手段が受け付けた基板の厚さ及び前記基板屈折率受付手段が受け付けた基板の複素屈折率の実部に基づいて、前記波形作成手段により作成した透過波又は反射波の電場強度の時間波形に、基板内で多重反射した透過波又は反射波の電場強度の時間波形が現れる時間を算出する時間算出手段と、
該時間算出手段が算出した時間に基づいて、前記透過波又は反射波の電場強度の時間波形から多重反射に起因する電場強度の時間波形を削除する削除手段と、
該削除手段により多重反射に起因する電場強度の時間波形が削除された前記透過波又は反射波の電場強度の時間波形から、前記薄膜に対するテラヘルツ波の透過率又は反射率を算出する第一算出手段と、
前記薄膜の厚さを受け付ける膜厚受付手段と、
前記薄膜の複素屈折率に複数の異なる値を設定する薄膜屈折率設定手段と、
前記膜厚受付手段が受け付けた薄膜の厚さ、前記基板屈折率受付手段が受け付けた基板の複素屈折率、及び前記薄膜屈折率設定手段が薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の透過率又は反射率を複数算出する第二算出手段と、
前記第一算出手段が算出した透過率又は反射率及び前記第二算出手段が算出した複数の透過率又は反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定する薄膜屈折率決定手段と
を備える
ことを特徴とする物性測定装置。 - 前記移動手段は、
前記成膜領域及び非成膜領域に、テラヘルツ波が交互に照射されるように、前記基板及び薄膜を移動するようにしてあり、
前記検出手段は、
前記電場強度を交互に複数回検出するようにしてあり、
前記積算手段は、
前記検出手段が交互に複数回検出した前記電場強度を積算するようにしてある
ことを特徴とする請求項1に記載の物性測定装置。 - 前記薄膜屈折率決定手段が決定した薄膜の複素屈折率に基づいて、該薄膜の複素電気伝導度を算出する伝導度算出手段
を備える
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の物性測定装置。 - 電気伝導モデル及び該電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを変更し、薄膜の複素電気伝導度を算出するモデル伝導度算出手段と、
前記伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度及び前記モデル伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度に基づいて、前記電気伝導モデルを決定するモデル決定手段と、
前記伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度及び前記モデル伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度に基づいて、前記モデル決定手段により決定された電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを決定する第一パラメータ決定手段と、
該第一パラメータ決定手段が決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出する手段と
を備える
ことを特徴とする請求項3に記載の物性測定装置。 - 前記伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度に基づいて、前記モデル伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度を限定する伝導度限定手段と、
該伝導度限定手段が限定した複素電気伝導度に基づいて、前記薄膜に対する赤外線の反射率を算出する反射率算出手段と、
前記薄膜に対する赤外線の反射率を受け付ける反射率受付手段と、
前記反射率算出手段が算出した赤外線の反射率及び前記反射率受付手段が受け付けた赤外線の反射率に基づいて、前記伝導度限定手段により限定された複素電気伝導度を表すパラメータを決定する第二パラメータ決定手段と、
該第二パラメータ決定手段が決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出する手段と
を備える
ことを特徴とする請求項4に記載の物性測定装置。 - 基板表面に形成された薄膜の物性を測定する物性測定方法において、
基板表面に薄膜が形成された成膜領域及び該基板表面に薄膜が形成されていない非成膜領域にテラヘルツ波を複数回照射し、
前記成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波の電場強度を複数回検出し、
前記成膜領域及び非成膜領域から複数回検出した透過波又は反射波の電場強度を積算し、
積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を算出し、
算出した時間変化に基づいて、透過波又は反射波の電場強度の時間波形を作成し、
前記基板の厚さ及び複素屈折率を受け付け、
受け付けた基板の厚さ及び複素屈折率の実部に基づいて、作成した透過波又は反射波の電場強度の時間波形に、基板内で多重反射した透過波又は反射波の電場強度の時間波形が現れる時間を算出し、
算出した時間に基づいて、前記透過波又は反射波の電場強度の時間波形から多重反射に起因する電場強度の時間波形を削除し、
多重反射に起因する電場強度の時間波形を削除した前記透過波又は反射波の電場強度の時間波形から、前記薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率を算出し、
前記薄膜の複素屈折率に複数の異なる値を設定し、
前記薄膜の厚さ、基板の複素屈折率及び薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を複数算出し、
前記第一の透過率及び第二の複数の透過率、又は前記第一の反射率及び第二の複数の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定する
ことを特徴とする物性測定方法。 - 前記成膜領域及び非成膜領域にテラヘルツ波を複数回照射するに際し、
前記成膜領域及び非成膜領域にテラヘルツ波を交互に複数回照射し、
前記電場強度を複数回検出するに際し、
前記電場強度を交互に複数回検出し、
複数回検出した前記電場強度を積算するに際し、
交互に複数回検出した前記電場強度を積算する
ことを特徴とする請求項6に記載の物性測定方法。 - 第二の複数の透過率又は反射率を算出するに際し、
前記薄膜の厚さは、膜厚測定装置により測定した厚さである
ことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の物性測定方法。 - 決定した薄膜の複素屈折率に基づいて、該薄膜の第一の複素電気伝導度を算出し、
電気伝導モデル及び該電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを変更して、薄膜の第二の複素電気伝導度を算出し、
第一及び第二の複素電気伝導度に基づいて、前記電気伝導モデルを決定し、
決定した電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを変更して、薄膜の第三の複素電気伝導度を算出し、
前記薄膜に対する赤外線の反射率を測定し、
測定した赤外線の反射率に基づいて、薄膜の第四の複素電気伝導度を算出し、
第三及び第四の複素電気伝導度に基づいて、決定した前記電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを決定し、
決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出する
ことを特徴とする請求項6から請求項8までのいずれか一項に記載の物性測定方法。 - コンピュータに、基板表面に形成された薄膜の物性を測定させるプログラムにおいて、
コンピュータに、
基板表面に薄膜が形成された成膜領域及び該基板表面に薄膜が形成されていない非成膜領域に照射されたテラヘルツ波の透過波又は反射波の電場強度を複数回検出する検出ステップと、
前記成膜領域及び非成膜領域から複数回検出した透過波又は反射波の電場強度を積算する積算ステップと、
積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を算出するステップと、
算出した時間変化に基づいて、透過波又は反射波の電場強度の時間波形を作成するステップと、
前記基板の厚さ及び複素屈折率を受け付けるステップと、
受け付けた基板の厚さ及び複素屈折率の実部に基づいて、作成した透過波又は反射波の電場強度の時間波形に、基板内で多重反射した透過波又は反射波の電場強度の時間波形が現れる時間を算出するステップと、
算出した時間に基づいて、前記透過波又は反射波の電場強度の時間波形から多重反射に起因する電場強度の時間波形を削除するステップと、
多重反射に起因する電場強度の時間波形を削除した前記透過波又は反射波の電場強度の時間波形から、前記薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率を算出するステップと、
前記薄膜の厚さを受け付けるステップと、
前記薄膜の複素屈折率に複数の異なる値を設定するステップと、
前記薄膜の厚さ、基板の複素屈折率及び薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を複数算出するステップと、
前記第一の透過率及び第二の複数の透過率、又は前記第一の反射率及び第二の複数の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定するステップと
を実行させることを特徴とするプログラム。 - 前記検出ステップは、
前記電場強度を交互に複数回検出し、
前記積算ステップは、
交互に複数回検出した前記電場強度を積算する
ことを特徴とする請求項10に記載のプログラム。
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