JPH02124449A - 薄膜の屈折率測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、薄膜の屈折率を測定する方法、詳しくは多層
膜の最上層薄膜の屈折率を測定する方法に関する。

［従来の技術］ 薄膜の屈折率を、非接触、非破壊で測定する方法として
は、従来からエリプソメトリ−が知られているが、実施
に複雑で大がかりな装置を必要とする。

［発明が解決しようとする課題］ 発明者は、先に、屈折率を測定すべきｗｔ膵にＳ偏光と
Ｐ偏光の単色光を入射させ、そのエネルギー反射率を測
定し、その結果に基づき、演算的に屈折率を特定する方
式の屈折率測定方法を提案した（例えば、特開昭８３−
１４０９４０号公報）。

しかし、これらの方法は単層膜の場合にしか適用出来な
い。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって
、その目的とするところは、多層膜の最上層薄膜の屈折
率を測定しうる、新規な屈折率測定方法の提供にある。

［課題を解決するための手段］ 以下１本発明を説明する。

本発明は、屈折率及び吸収係数の知られた基板の上に２
層以上の薄膜が形成されており、最上層以外のａ膜の屈
折率及び吸収係数と膜厚が既知であり、且つ最上層が測
定に用いる単色光に対して吸収の無い透明な膜である場
合に、上記最上層の薄膜の屈折率を測定する方法であっ
て、以下の諸工程を有する。

即ち、エネルギー反射率を測定する工程と、演算用の関
数を特定する工程と、演算工程である。

エネルギー反射率を測定する工程は、基板上の多層膜に
所定の入射角でＰ偏光とＳ偏光の単色光を入射させ、各
入射光に対するエネルギー反射率Ｒｐ、Ｒｓを測定する
工程である。

演算用の関数を特定する工程は、最上層の薄膜の表面と
裏面の間を上記単色光が１往復する間に生ずる位相変化
を２β１．最上層を、最上層薄膜と同一屈折率の入射媒
質で置き換えて下位薄膜層に上記単色光を入射させた場
合の振幅反射率に対する位相変化量をＰ、Ｓ各偏光に対
しδＰ、δＳとするとき、 ｃｏｓ（２β　１＋δ　ｐ）：ｆｐ（口、）ｃｏｓ（２
β１＋δｓ）＝ｆｓ（ｎＩ）の各右辺のｆｐ（ｒ＋１）
、ｒｓ（ｎｔ）を、基板の屈折率及び吸収係数、最上層
以外の薄膜の屈折率及び吸収係数と膜厚、入射媒質の屈
折率、単色光の波長および入射角、上記エネルギー反射
率Ｒｐ、Ｒｓに基づきｎ、のみを変数とする関数として
特定する工程と、δＰ＝ｇＰ（ｎＩ） δｓ”ｇｓ（ｎＩ） の各右辺のｇｐ　（ｎ　ｓ　）　＊　ｇｓ　（ｎ　Ｉ）
を、基板の屈折率及び吸収係数、最上層以外の薄膜の屈
折率及び吸収係数と膜厚、入射媒質の屈折率、単色光の
波長および入射角とに基づき、ｎｌのみを変数とする関
数として特定する工程とを含む。

また、演算工程は、上記ｆｐ（ｎｓ）、ｆｓ（ｎＩ）、
ｇｐ（ｎＩ）、ｇｓ（ｎＩ）に基づき。

方程式 ％式％（ ）］ ））］ を成立せしめるｎ、の値を、　ｎｌをパラメーターとし
て変化させつつ、演算により特定し、上記最上層の：４
股の屈折率ｎ、を得る工程である。

関数ｆｐ（ｎＩ）、ｆｓ（ｎυ＋ｇｐ（ｎＩＬｇｓ（ｎ
Ｉ）の特定にあたっては、光学上の諸原理、とくにフレ
ネルの公式が使用される。

また、上記関数の特定を行なう工程や演算工程は、演算
手段、具体的にはコンピューターが行なう。

［作　　用］ 第１図を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図（Ａ）に於いて、符号１３は基板、符号１１．１
２は基板１３上に積層された薄膜を示している０図のご
とく薄膜１１が最上層薄膜であり、この薄膜の屈折率を
測定する場合を例にとって説明する。この最上層＠１ｐ
Ｊ１１は測定に使用する単色光に対して吸収のない透明
な層である。

図の如く、入射媒質と薄膜１１との境界面をＳ。Ｉ。

薄膜１１．１２の境界面をＳ１２．薄膜１２と基板１３
の境界面を５２３とする。

屈折率は、入射媒質のそれをｎ。、薄膜１１の屈折率を
ｎＩ　＋簿膜１２．基板１３の屈折率をぞれぞれ。

Ｆｌｚ”β２−ｉｋｌ　、ｎ３＝ｎｓ−１ｋ３とする。

これらの式の右辺の虚数部分が吸収係数である。また、
薄膜１１，１２の膜厚を図の如＜ｄ、、ｄ２とし、薄膜
１１への光の入射角をθ。、境界面５０１および５１２
．Ｓｚ３での屈折角を、それぞれβ１．θ１．０１とす
る。

上に出てきた量のうちで既知の量は、　ｎｏ、ｉ’ｉ□
Ｓ。

、ｄ２．であり、また入射角θ。やレーザー光［ＬＳか
らの入射光の波長λは、８ｉβ定の条件として一義的に
定めることができる。

さて第１図（Ｂ）は、基板１３の上に形成された薄ｇｔ
ｚに、屈折率ｎ、の入射媒質中を光が入射角θ。

で入射している状態、即ち、第１図（Ａ）の状態で薄膜
１１を屈折率ｎの入射媒質で置き換えた状態を示してい
る。

この第１図（Ｂ）のように、レーザー光源ＬＳから単色
光を入射させた場合、その振幅反射率は次ぎの様になる
。

ｒａ、ｐ”［ｒｔｔａ、ｐ”ｒｚ３ａ、ｐｅＸｐ（２ｉ
　β１）］／［Ｄｒ＋ｚｓ、ｐｒｘｓｍ、ｐｅｘｐ（２
１β１）コ　　　　（１）添字のＳ、Ｐは入射光がＳ偏
光かＰ偏光かを示し。

ｍｌ！ｔｒ□は境界面Ｓ＋ｚｌＳ１３でのフレネルの反
射係数である。

これら反射係数は入射角β１．屈折角θｉ、β１を用い
て次ぎのように表すことができる。

ｒ＋ｘｐ”（？１ｘｅＯ８θ　１−ｎ１ｅＯ８θ　１）
／（６ｚｃｏｓθｔ”ｎ１ｃＯ８θ１）　　　　　（２
−１）ｒＩｘｓ＝（ｎ＠ｃｏｓθｌ−’ＬｅＯ３θ１）
／（ｎｌｃｏｓθｓ＋８ｚｃｏｓθ＝）　　　　　（２
−２）β２３　ｐ”　（Ｉｔ３ＣＯ８θトｒｒｚｃｏｓ
θ１）／（ｎ３ｃｏｓθ：＋Ｅ１ｃｏｓθ：）　　　　
　（２−３）ｒ２ユｓ”（ＦＪＣＯ＄　θｆ−ｒ？３ｃ
ｏｓθ　１）／（ｎｚｃｏｓθ１÷６３ｃｏｓθ’Ａ）
　　　　　　（２−４）また、（１）式に於ける２β１
は、光が境界面Ｓ１□とＳＸＳとの間を通る間に生ずる
位相の変化で、入射光の波長λ、膜厚ｄ２．屈折角Ｑｊ
、屈折率ｎ２を用いて、 ２β：”４　ｇ　Ｒ２ｄ２　（ＣＯ２Ｏ３）／λ　　　
　　　　　（３）と表される。

再び、第１図（Ａ）に戻ると、同図のような２７Ｍの薄
膜１１．１２が積層されている場合の振幅反射率ｒ８１
．は、境界面Ｓ＋Ｚに於ける振幅反射率が上記（１）式
に於けるｒａ、　Ｆと等価であるので、「ａ、ｐ”［ｒ
ｏｔａ、Ｐ＋ｒａ、ｐｅＸＰ（２１β　１）］／［Ｄｒ
ｏｔａ、　ｐｒｓ、　ｐｅｘｐ（２ｉβ、）］　　　　
（４）と表せる。但し、ｒｏｔは境界面Ｓｏｌに於ける
フレネルの反射係数で、 ｒｏｌＦ”（ｎｌｃＯ９θｏ−ｎｏｃＯ５θＩ）／（ｎ
ｌｃｏｓθｏ”ｎｏｃｏｓθｔ）　　　　　　（２−１
）ｒ６Ｈ＠−（ｎｏｃ６ｓθＱ−ｎｌｃＯ３θＩ）／（
ｎ、ｃｏｓθｏ＋ｎ１ｅＯ＄θ、）　　　　　　（２−
２）であり光が境界面ＳＫＩとＳ＋Ｚの間を１往復する
間に生ずる位相の変化２β、は。

２β１”？＋ｃｎ＋ｄ＋（Ｃｏｓθ、）／λ　　　　　
　（６）である。

基板１３の上に薄膜１１．１２の他にさらに他の薄膜が
形成されている場合（他の薄ＩＩは順次、薄１ｉ１２と
基板Ｉ３との間に設けられているものとする）は、上記
の手続きを繰り返すことにより、一般に基板上に形成さ
れた多層膜の最上ＪＧ薄膜での振幅反射率ｒｓ、　ｐは
、最上層と入射媒質との境界面に於ける振幅反射率をｒ
。ｔｐ、ａとし、上記最上層薄膜をそれと屈折率の等し
い入射媒質（屈折率ｎｏ）で置き換えて、直下の薄膜に
直接単色光入射させたときの振幅反射率をｒｓ、　？と
すれば、上記の（４）式をそのまま適用できる。

ｒａ、　Ｐは一般には複素量であるので、これをｒａ、
Ｐミル　ｍ、　ｐｅｘｐ（ｉδ３．Ｐ）とすると、（４
）式は。

ｒ　＠　ｒ　？　：［ｒ　（ｌ　Ｉｍ　ｒ　ｔ÷ｐ　ｍ
、ｐｅｘｐ（ｉ（２β　１＋δ　ｍ、、）］／［１◆ｒ
ｏｂｓ、　ｐ　１１　ａ、　ｐａｘｐ（ｉ　（２β、＋
δ、、、）］となり、エネルギー反射率は以下のように
なる。

Ｒｐ”　ｌ　ｒｐ　ｌ　” ［ｒｌ　−ｐす（◆２ｒｏｓｐ／）　、ｃｏｓ（２β１
＋δ、）］／［１＋ｒＬｐｐ寥＋２ｒｏｔｐρｐｃｏｓ
（２β、＋６．）］　（７）Ｒｓ＝　ｌ　ｒｐ　ｌ　’
＝ ［ｒＬｓ”ｐ：÷２ｒｏｔｓρ＠ｃｏｓ（２β、÷δ−
］ｌ［１＋ｒｇｔｍ−！”２ｒｏ＋ｓρａｃｏｓ（２β
、＋６．）］　（８）（７）、（８）を、それぞれｃｏ
ｓ（２β、◆δｐ）＋Ｃ０５（２β、◆δ、）に付いて
解くと。

ｃｏｓ（２β、＋δ、）”［ｒＬｐ＋ρ：　−Ｒｐ（１
＋ｒＭｔｐρｉ）／［２ｒｏ　＊　ｐ　ｐ　ｐ　（Ｒｐ
−１）　］＝ｆｐ　　　　　　　　（９）ｃｏｓ（２β
、◆δ−）＝［ｒＬ−◆ｐ　ｉ　−Ｒｓ（１＋ｒＬｓ／
１１　Ｍ）／［２ｒｏ＋ａｐ　５（Ｒｓ−１）］ミｆｓ
　　　　　　　　　　　　　　（１０）となる。

一方に於いて、δ、、δｐ、　ｐ□ρ３は、基板の屈折
率（吸収係数も含む）と最上層薄膜以外の薄膜の屈折率
と膜厚（吸収係数を含む）が知れていれば、最上層薄膜
の屈折率ｎ、の関数として表せる量であり１例えば第１
図（Ａ）のような２層膜の場合であれば、以下のように
表すことができる。

ｔａｎδｐ”［ｐｓ３ｐ（１−ρｆａｙ）ｓｉｎ（ｕ２
ａ＋φａｓｐ）＋１　　＋ｔｐ（ｅＸＰ（Ｖｇ　（Ｅ　
）−ｆ）ｉｘｐｅｘｐ（−ｖ２　ａ　））ｓｉｎφ　ｌ
！Ｐ］／　［ρｚｉｐ（１＋　ｐ↑ｔｐ）ｃｏｓ（ｕ２
ａ＋φ！３？）”／）　　＋ｚｐ（ｅＸＰ（Ｖｚ　（Ｅ
　Ｄ　Ｐ　　ＬｐｅＸＰ（−Ｖｚ　α　））ｅＯ５φ　
１２Ｐ］Ｅｇｐ　　　　　　　　　　　　　　（１１）
ｔａｎ　５　ｇ”［ρｉ：＋ｓ（］−７）　Ｌｓ）Ｓｉ
ｎ（ｕ２（ｘ÷φ！３ｓ）”ｐ　　ｔｘｓ（ｅｘＰ（Ｎ
２ａ　）−ｐ　　ｆｉｘｓｅｘｐ（−ｖｌａ　　））ｓ
ｉｎφ　ｌ！３］／　［ｊ）　ｔｘｓ（１”　Ｐ　Ｌｓ
）ｃｏｓ（ｕ２　ａ＋φ２３ａ）”Ｐ　　＋ｚａ（ｅＸ
Ｐ（Ｎ２１１　＞÷ρ多ｓｍｅＸＰ（−Ｖｌａ））ｃｏ
ｓφ　１！ｓ］＝ｇｓ　　　　　　　　　　　　　　（
１２）Ｉ　／）　ｐ　Ｉ　”［ρＶｘｐ”ρＬｐｅＸＰ
（−２Ｖｚａ　）”２ｊ）＊ｘｐＰ　　ｚｘｐｅＸＰ（
−Ｖｌａ　）ｃｏｓ（φ　２３Ｆ−φ　１１Ｐ”ＬＩＪ
　α　）］／　［ｌ”ρ　ｈｐｌ）Ｎ３ｐｅｘｐ（−２
ｖｚ　ａ　）＋２ρ　５ｔｐＰ　　ｘコｐｅＸＰ（−Ｎ
２　ａ　）ｃｏｓ（φ８．ＩＰ＋φ２３Ｐ＋Ｊ　ａ　）
］　　　　　（１３）１　ρ　ｓ　　ｌ　　”［ρ　Ｌ
ｍ”／１１　　Ｎ３１ｅＸＰ（−２Ｖ２　（！　）”２
ρｒ＊愈Ｐ　ｔｓｍｅＸＰ（−Ｖ＊α）ｃｏｓ（φ２３
１−φ１■◆ｕ２α）］／　［Ｉ＋　ｐ　　ｔｘｍ　ｐ
　１ｓｔａｅｘｐ（−２ｖｘ　ａ　）＋２ｐ　ｔｔｓｐ
　ｔｓａｅＩＰ（−ｖｌａ）ｃｏｓ（φｍ１．÷φｎユ
ｍｂｕｓ　ＣＬ　）］　　　　　（１４）但し、　？ｌ
１ｃｏｓθ電ミ＋ｇ＋ｉｖｌ、８３ｃｏｓθｆＥｕ３”
ｌＶ３と置き、　またｓ　　ｒ＋＊ｐ＝＃　　ｍｇｐｅ
ｘｐ（ｉφ　ｘ＊Ｐ）ｐｒｔｚａＥｐ　　１！１ｅＸｐ
ｈｉφ　ｓ＊ｓＬｒ鵞１ｐ＝１１　　ｔｓｐｅｘｐ（Ｌ
ｍ　ｘｓｐ＞ｔｒｘｓｍ＝Ｐ　　＊ｓ＊ｅＸｐｈｉφ８
１．）と置いた。また、αは、αミ４πｄｘ／λと置い
た。

（２−１）〜（２−４）式を用いると、ρ、２Ｆ、ρ１
．．ρ、３Ｐ＊ｐ！ユ畠ｐφｌ！Ｐｗφ鳳Ｒ爲ｐφｔ３
ｐ−φ２３ｓはサフィックスｊをｊ＝２．３として、そ
れぞれ、以下のように表すことができる。

ρ　Ｌ−＋＋＊ｐ”（（ｑｌ・ｑ３＋ｑ２・９４）２◆
（９２・ｑ３−ｑｌ・ｑ４）”）／（ｑ３”＋ｑ４”）
”　　　　　　　　　　（ｌｓ）ｐ　＋ｊ−＊＋Ｊｓ”
（（ｕＬ　ｔ−ｕＦｖｉ−＋−ｖｉ）２＋４（ｕ＊ｖｉ
−１−ｕＪ−ＩＶＪ）’）／（（ＬＩＪ−１＋ｕ４）”
（Ｖｌ−４◆Ｖｊ）”＞”　　　　　　　　　　　　（
１６）ｔａｎφ＋ｓ−ｒ　＋ａｍ＝（ｑ２・ｑ３−ｑｌ
・ｑ４）／（ｑｌ・ｑ３＋ｑ２・ｑ４）、、、、、、　
　（１７） ｔａｎφ　＋ト＋＋ｊａ”２（ｕｊｖｊ−＋−ｕ−−ｔ
ｖｊ）ｉＣｕｉ−＋−ｕｊ＋ｖｌ−５−ｖＤ　　　　　
　（ｔａ）ｔａｎφｍ３ｓ＝［ｑ２ｑ３−ｑｌ−ｑ４］
／［ｑｌ−ｑ３＋ｑＺｑ４］　　　（１９）但し、これ
らの式中に於いて、 ｑｌ＝Ｃｎ５−ｋｉ）ｕｊ−ｘ”２ｒＪｋｌＶｉ−１−
（ｎＬ　、−ｋｆｆ−１）ＬＩＪ−２ｎｊ−＋Ｊ−ｓＶ
ｉ ｑ２Ｅ（ｎｆ−ｋｊ）ＶＪ−ｔ＋２ｎ４Ｊｕｆｆ−＋−
（ｎｉ−ｔ−ｋｆｆ−１）ｖ。

÷２ｎｊ−＋ｋＪ−５ｕ１ ９３ミ（ｎｉ−ｋｉ）ｕａ−１÷２０Ｊ４Ｖｆｆ−＋”
（Ｏｆｆ−１−ｋｆｆ−１）１１４＋２ｎｊ−５ｋｊ−
１Ｖｉ Ｑ４＝（ｎｆ−ｋｆ）Ｖａ−ｍ−２ｎ４に４ｕｉ−、＋
　（ｒｌｆｆ−、−ｋｊ−１）Ｎ４−２ｎｊ−１ｋＪ−
１ｕＪ ２ｕ：”ｎｊ−に５−ｎＭｓｌｎ”θ０＋Ｖ’（ｎｆ−
ｋｆ−ｎ４ｓｉｎ２θ。）！÷４ｎｊｋｉ２ｖｉ＝−（
ｎｆｆｉ−ｋｆ−ｎ４ｓｉｎ２θ。）＋（ｎｉ−ｋｉ−
ｎＭｓｉｎ”θｏ）’＋４ｎｉｋｊである。

ここで、　ｃｏｓ（２β、÷δ、）、ｅｏｓ（２β、÷
δ３）という量を考えてみると、これらの量は（９）　
、　（１０）式を用いると、結局は、 ｃｏｓ（２β　１÷δ　、）ミｆｐ（λ　、θ　０＋ｆ
ｌＯｓｎｌ＊？ｌ意冷コｔｄ２．ＲＰ）、、、、、　（
２０） ｃｏｓ（２β、＋６ｍ　）　三ｆ　ｓ　（λ、θ１１ｙ
ｎｏｔｎｌｔｎ！ｐｆ１３＊ｄｌＲ５）、、、、、（２
１） と表すことができる。

また、δ２．δ、なる量も（１１）、（１２）を用いれ
ば。

δρ＝ｇｐ（λｔθ０ｔｎＯｔｎｌ＋′？Ｉ！＋１３ｙ
ｄりδｓａｇｓ（λ・θａ、ｎ（１，ｎ＋＋？Ｉ４Ｊ１
３ｙｄｇ）として特定できる。

関数ｆＰ＊ｆｓ＋ｇρｔｇｓの形は必ずしも単純でない
が、基本的には、（９）、（１０）、（１１）、（１２
）の定義式の各要素を基本的な上記変数λ、θ０ｐｎＯ
ｔｎｌｒ？Ｉｘ＋′ｎｓ＊ｄｔｒＲＰ、Ｒｓの関数とし
て順次還元して計算することができ、このプロセスはコ
ンピューターにその演算プロセスをプログラミングして
おけば良い。

さて、上記変数λ、θＯ＊ｎＯ＋ｎｌ＋？＋２＊？１３
＋ｄｆｆ＋ＲＰ＋Ｒ８のうちで、　１ｇｌｎ２ｔｎユ、
ｄ２は既知の量である。

また、λは照射光の光源に用いるレーザーにより一義的
に定まる値であり、θ０は入射角であるから測定の条件
として定めることができる。そしてＲＰ＋Ｒｓは測定に
より決定される。

関数ｆｐ、ｆｓ１ｇｐ９ｇｓに於いてこれらの変数の値
を具体的に指定すると関数ｆＰｔｆｓ＊ｇＰｖｇＢは何
れもｎｌのみを変数とする関数となる。

次に、上記（２０）、（２１）の各左辺を三角関数の公
式に従って展開し、５ｉｎ２β、、ｃｏｓ２β１に付い
て解くと、これらはそれぞれ、 ５ｉｎ２βｘ：（ｆｐ（ｎｚ）ｃｏｓδ、−ｆｓ（ｎｌ
）ｃｏｓδ、）／（ｓｉｎδａｃｏｓδ、−５ｉｎδ、
ｃｏｓ６　ｍ）　　　（２２）ｃｏｓ２β＋＝（ｆｐ（
ｎｔ）ｓｉｎδ、１−ｆｓ（ｎｌ）ｓｉｎδ、）／（ｓ
ｉｎδ５ｃＯ８δｐ−５ｉｎδｐｃｏｓ８　ｇ）　　　
（２３）と表される。

５ｉｎ２β、とｃｏｓ２β１とは、周知の恒等式％式％ を満足するから、この式を（２２）　、　（２３）の右
辺を用いて表すと、前述の方程式 ％式％（（ ））］ ）］ この方程式（Ａ）は、ｎ、のみを未知数とする方程式で
あり、方程式（Ａ）を満足するｎ、は、最上層薄膜の実
際の屈折率であることになる。

方程式（Ａ）を演算的に解くには、変数ｎ、をパラメー
ターとして微少値刻みで変化させつつ、その度に方程式
（Ａ）の左辺を計算し、計算値が１になるときのパラメ
ーターｎ、の値を決定すればよい。

以上は、基板１３の上に薄膜１１．１２が形成されてい
る場合の説明であるが、本発明の方法は薄膜が３層以上
形成されている場合にも容易に一般化が可能である。

即ち、基板の屈折率（吸収係数を含む）ｎ、と、最上層
薄膜以外の薄膜の屈折率（吸収係数を含む）ｎｚ、、、
、、ｎ、、厚さｄ、、、、、、ｄ、（ｍは３以上の整数
）が既知であればｃｏｓ（２β１◆δ、）、ｃｏｓ（２
β１＋６３）、δ。

、δ、は屈折率ｎｌのみの関数として特定できる。

即ち、 ｃｏｓ（２β　１＋δ　ｐ）”ｆＰ（ｎｌ　）、ｃｏｓ
（２β　１＋δ　ｇ）＝ｆｓ（ｎｌ）δｐ”ｇＰ　（ｎ
　ｌ　）　ｒδｓ”ｇｓ（１１１）となるので、何れに
せよ上記方程式（Ａ）を得ることができ、方程式（Ａ）
を解くことにより所望の屈折率［ｎｌを得ることができ
るのである。

［実施例］ 以下、具体的な実施例に即して説明する。

第２図は、本発明を実施するための装置の１例を示して
いる。

光源３１．３２は波長６３２８人の出力安定Ｈｅ−Ｎｏ
レーザーであり、偏光子４４　、４５によりそれぞれＳ
偏光、Ｐ偏光を取り出し得るようになっている。ｓ、ｐ
偏光の選択はシャッター４３Ａ、４３Ｂの開閉により行
なう、符号４６は消光比の高い偏光ビームスプリッタ−
であり、ｓ、ｐ８偏光を測定試料０へ導く。

測定試料Ｏとフォトデテクター４７とはθ−２θ系に図
の如く設定される。即ち、測定試料Ｏは、ターンテーブ
ル４８上に設置され、フォトデテクター４７はアーム４
９の先端部に固定されている。アーム４９を２０だけ回
転させると、ターンテーブル４８はθだけ同方向へ回転
する。従って測定試料Ｏへの入射角を０〜９０度の範囲
で任意に設定できる。

フォトデテクター４７の出力はデータ処理系３８に入力
される。データ処理系３８は光電変換系と、その出力を
演算処理するコンピューターとで構成され、前記関数ｆ
Ｐ、ｆｓｙｇｐ２ｇｌｉをｎｌの関数として特定する工
程、方程式（Ａ）を解いてｎ８を特定する演算工程を実
行する。

測定試料として屈折率３．８５８−０．０１８ｉの、　
Ｓｔの基板上に屈折率２．０−０．１ｉノＳｉＮ膜をプ
ラズ？ＣＶＤ法により厚さ１００ＯＡに形成し、さらに
その上にＳｊＯ□膜をスパッタリングにより形成したも
のを用意した。

このＳｉｎ、の薄膜の屈折率が測定対象である。

この測定試料を第２図の装置にセットし、入射角θ。を
４５度に設定した。

シャッター４３Ａ、４３Ｂの開閉により、Ｓ偏光単色光
、Ｐ偏光単色光を順次測定試料０に照射し、フォトデデ
クタ−４７により反射光量を測定し、エネルギー反射率
Ｒｐ、Ｒｓを求めた。

これらの値は。

ＲＰ＝″０．０３１９Ｇ、Ｒｓ＝０．１２２２８である
。

これらの値と、基板の屈折率ｎ３”３．８５８−０．０
１８ｉ　。

ＳｉＮの薄膜の屈折率ｎ１＝２．０−０．１ｉと薄膜ｄ
、＝１０００人、波長λ＝６３２８人、入射角θ。＝４
５”をもとに、方程式（Ａ）を解いた。即ち、パラメー
ターｎ１の値を１．３から１．６まで０．００１刻み（
この刻み量は適宜設定できる）で変化させ、各値に対す
る方程式（Ａ）の左辺を計算した。この計算の結果を第
３図に示す。

この第３図から明らかな様に、方程式（Ａ）が成り立つ
のは、　ｎ、＝１．４６０のときである。

従って、Ｓｉｎ、の薄膜の屈折率は１．４６０と決定で
きた。

［発明の効果］ 以上１本発明によれば新規な屈折率測定方法を提供でき
る。この方法は上述のごとき楕成となっているので、多
層膜の最上層薄膜の屈折率を非破壊、非接触で精度良く
且つ簡易に測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の詳細な説明するための図、第２図は
、本発明の実施に用いる装置の１例を要部のみ略示する
図、第３図は、第２図の装置を用いた実施例を説明する
ための図である。 １１０．最上層の４簾、 １２、、、薄膜、 １３、、、基板。 ０゜ 本 多 章 悟 第 図 （Ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 屈折率と吸収係数の知られた基板の上に２層以上の薄膜
   が形成されており、最上層以外の薄膜の屈折率と吸収係
   数及び膜厚が既知であり、上記最上層が測定用の単色光
   に対して吸収のない透明な膜である場合に、上記最上層
   の薄膜の屈折率を測定する方法であて、 基板上の多層膜に所定の入射角でＰ偏光とＳ偏光の単色
   光を入射させ、各入射光に対するエネルギー反射率Ｒｐ
   、Ｒｓを測定する工程と、 最上層の薄膜の表面と裏面の間を上記単色光が１往復す
   る間に生ずる位相変化を２β＿１、最上層を、最上層薄
   膜と同一屈折率の入射媒質で置き換えて下位薄膜層に上
   記単色光を入射させた場合の振幅反射率における位相変
   化量をＰ、Ｓ各偏光に対しδｐ、δｓとするとき、 ｃｏｓ（２β＿１＋δｐ）＝ｆｐ（ｎ＿１）ｃｏｓ（２
   β＿１＋δｓ）＝ｆｓ（ｎ＿１）の各右辺のｆｐ（ｎ＿
   １）、ｆｓ（ｎ＿１）を、基板の屈折率及び吸収係数、
   最上層以外の各薄膜の屈折率及び吸収係数と膜厚、入射
   媒質の屈折率、入射角、単色光の波長及び上記エネルギ
   ー反射率Ｒｐ、Ｒｓに基づきｎ＿１のみを変数とする関
   数として特定する工程と、δｐ＝ｇｐ（ｎ＿１） δｓ＝ｇｓ（ｎ＿１） の各右辺のｇｐ（ｎ＿１）、ｇｓ（ｎ＿１）を、基板の
   屈折率及び吸収係数、最上層以外の各薄膜の屈折率及び
   吸収係数と膜厚、入射媒質の屈折率、単色光の波長及び
   入射角とに基づき、ｎ＿１のみを変数とする関数として
   特定する工程と、 上記ｆｐ（ｎ＿１）、ｆｓ（ｎ＿１）、ｇｐ（ｎ＿１）
   、ｇｓ（ｎ＿１）に基づき、方程式 ▲数式、化学式、表等があります▼ を成立せしめるｎ＿１の値を、ｎ＿１をパラメーターと
   して変化させつつ、演算により特定し、上記最上層の薄
   膜の屈折率ｎ＿１を得る工程とを有する、薄膜の屈折率
   測定方法。