JPH04301505A - 光学定数と膜厚の測定方法及び装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分光測定により材料、
特に薄膜材料の光学定数及び膜厚を測定するための方法
と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、分光測定による光学定数の測定方
法として、透明基板上に形成された単層の光学膜の垂直
又は垂直に近い入射光に対する分光反射率測定値Ｒｅｘ
ｐ（λ）及び分光透過率測定値Ｔｅｘｐ（λ）から、所
定の膜厚と光学定数を持つ単層膜の分光反射率及び分光
透過率を与える理論式に基づいて、波長λにおける光学
定数ｎ（λ）を逆算して求める（Ｒ，Ｔ）測定法が知ら
れている（詳細には、Ｔｈｏｍａｓ　　Ｃ．Ｐａｕｌｉ
ｃｋ：Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｏｐｔｉｃｓｖｏｌ．２５，
Ｎｏ．４　　ｐｐ．５６２〜５６４，１９８６年、参照
）。

【０００３】また、一部にＡｌなど反射率の高い遮光膜
が被覆されている透明基板に、光学定数を測定したい薄
膜を単層に被覆したものを用意し、透明部分の分光透過
率Ｔｅｘｐ（λ）と、不透明部分の膜面からの入射光に
対する反射率Ｒｍｅｘｐ（λ）とを測定し、これから前
記（Ｒ、Ｔ）測定法と同様の方法で光学定数を求める（
Ｔ，Ｒｍ）測定法が知られている（詳細には、Ａ．Ｈｊ
ｏｒｔｓｂｅｒｇ：Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｏｐｔｉｃｓ，
ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．７，ｐｐ．１２５４〜１２６３，
１９８１年、参照）。

【０００４】これら従来の（Ｒ，Ｔ）測定法及び（Ｔ，
Ｒｍ）測定法は、共に図１に示すような分光反射率及び
分光透過率の測定装置を使用して波長λにおける分光反
射率と分光透過率を測定している。

【０００５】このような分光測定装置は良く知られてお
り、光源１から射出した光は反射鏡２を経て単色計３を
通り、波長λに単色化されて回転反射鏡４によって試料
側光束５と参照側光束６に分けられて試料室７に入射す
る。該試料室７を出た光は、反射ミラー８及び９、或い
は１０及び１１を経由して検出器１２に入射し、検出信
号は増幅器１３及びＡ・Ｄコンバーター１４を経由して
分光光度計制御部１５に伝送され、コンピュータシステ
ムから成るデータ処理部１６に入力し、分光反射率や分
光透過率の測定値が表示装置やプリンターなどの出力装
置１７に出力され、必要に応じて測定データはフロッピ
ーディスクなどの補助記録装置１８に記録される。

【０００６】通常、反射率と透過率は同時に測定できず
、図１の試料室７内で図２に示すような配置で試料２０
の透過率を測定し、同じ試料を反射測定治具を用いて図
３の配置で参照用反射鏡１９の反射率に対する試料２０
の相対的反射率を測定する。図４は、試料室７内に別の
反射測定治具を設けて試料の反射率絶対値を測定するよ
うにしたＶＮ法として知られている手法を示し、先ず試
料側光束５が第１反射鏡２１に入射し、試料２０は入射
光束から外しておき、参照用第１反射鏡２２で反射した
光が第２反射鏡２３の実線で示した位置で反射したのち
試料室７を出る。この２１−２２−２３のＶ字形の光路
で測定される反射率を１００％に較正しておいて、次に
試料２０を試料台に置き、入射光束が参照用第２反射鏡
２４と第２反射鏡２３の点線位置で測定される逆Ｎ字形
の光路で得られる出力として反射率絶対値を得ようとす
るものである。

【０００７】従来は、光学定数を求めるために、図５に
示すステップＳ１〜Ｓ８に従っている。膜厚ｄは触針式
膜厚計等により予め測定しておき、データ処理のための
入力データとして使用する。波長λにおける反射率Ｒｅ
ｘ（λ）及び透過率Ｔｅｘ（λ）が前記の（Ｒ，Ｔ）測
定法等で得られたら、コンピュータを用いてステップＳ
５に示す連立方程式を逆算して波長λにおける光学定数
がステップＳ６に示すように一般に多重根Ｎ１（λ）、
Ｎ２（λ）、……Ｎｍ（λ）として得られ、どの根もス
テップＳ５に示す連立方程式を満足する。

【０００８】これら多重根の中から正しい解を判別する
ために、他に入射角を変えた測定や、Ｋｒａｍｅｒｓ−
Ｋｒｏｎｉｇ解析、その他手間のかかる測定手段、解析
手段を併用する必要があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記多重根が出る原因
は、自然法則に根ざしたもので、（Ｒ，Ｔ）測定法を図
示した図６や（Ｔ，Ｒｍ）測定法を図示した図７に見ら
れるように、反射率の等高線（実線）と透過率の等高線
（点線）の交点として光学定数ｎ−ｉｋが求められるが
、このような交点は一般に２つ以上存在する。図６は、
膜厚ｄの薄膜を被覆した透明基板（屈折率ｎｓ　＝１．
５）への垂直入射光の透過率Ｔのｎ−ｋ面上の等高線（
点線）と反射率Ｒの等高線（実線）を表し、Ｔの等高線
とＲの等高線の交点（一般に複数）の座標で薄膜の光学
定数ｎ−ｉｋが与えられる。また、図７は、一部分に金
属薄膜を被覆した透明基板上に膜厚ｄの吸収膜を形成し
たものの透明部分の垂直入射光透過率Ｔのｎ−ｋ面上の
等高線（点線）と金属薄膜部分の垂直入射光反射率Ｒｍ
の等高線（実線）を示し、吸収膜の光学定数（複素屈折
率）Ｎ＝ｎ−ｉｋは、Ｔの等高線とＲｍの等高線の交点
（一般に複数）の座標で与えられる。尚、透明基板の屈
折率ｎｓ＝１．５、金属薄膜部分の光学定数Ｎｍ＝２０
−ｉ７０、ｄ／λ＝０．１である。

【００１０】従来は、これらの多重根の中から正しい解
を判別するために、手間の掛かる測定手段や解析手段を
併用する必要があり、正しい光学定数を求めるための自
動化が困難であった。また、（Ｒ，Ｔ）測定法や（Ｔ，
Ｒｍ）測定法で得られる光学定数は、膜厚に敏感で、精
度良く膜厚を測定しておかないと、得られる光学定数の
誤差が大きくなり、触針式膜厚計などの測定精度の限界
によって、光学定数を精度良く求めるのが困難であった
。

【００１１】本発明は、多重根の中から正しい解を簡単
に判別すること及び膜厚が精度良く或いは全く測定され
ていなくても精度良く膜厚と光学定数を自動的に得るこ
との可能な光学定数と膜厚の測定方法を提案することを
目的とするものである。

【００１２】更に本発明は、分光反射率と分光透過率を
同時に測定可能な分光測定装置を提供することをも目的
としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明では、分光反射率
及び分光透過率を２つ以上の波長について測定できる装
置と、その測定値に演算処理を施すためのコンピュータ
システムから成るデータ処理部を備えた装置を使用し、
先ず、求めようとする光学定数の波長λにおける分光反
射率及び分光透過率を測定し、次いで別波長λ´におけ
る分光反射率及び分光透過率を測定し、波長λにおける
分光反射率と分光透過率の測定値から逆算して得られる
光学定数の多重解の各々について、分散を無視して前記
別波長λ´における分光反射率及び分光透過率を計算し
、その分光反射率及び分光透過率の計算値と該別波長λ
´における分光反射率及び分光透過率の測定値とを比較
演算し、その計算値が波長λ´における前記測定値と最
も良く合う解を光学定数に採用することにより、上記の
目的を達成するようにしたもので、膜厚が精度良く測定
されていない場合や、全く測定されていない場合でも、
膜厚の範囲を推定し、その膜厚の範囲内で仮想的に膜厚
を変化させ、波長λ´における前記計算値の前記測定値
に対する誤差が最も小さくなる膜厚と光学定数を求め、
これを測定値とすることができる。

【００１４】

【作用】従来の分光測定により光学定数を測定する（Ｒ
，Ｔ）測定法及び（Ｔ，Ｒｍ）測定法では、図５のステ
ップＳ５に示すような波長λにおける光学定数Ｎ（λ）
＝ｎ（λ）−ｉｋ（λ）を含む連立方程式を逆算して、
波長λにおける光学定数を得ようとするものであるが、
図５のステップＳ６に示すように、一般に多重根Ｎ１（
λ）、Ｎ２（λ）、……Ｎｍ（λ）が得られ、そのどの
解もステップＳ５に示す連立方程式を満足してしまう。 そのため、波長λにおける分光反射率及び分光透過率の
測定値が理論値と一致し、どの解が正しい値であるのか
判断に苦しむことになる。

【００１５】本発明の方法では、光学定数Ｎ（λ）の分
散（即ち、波長依存性）をひとまず無視し、求めようと
している光学定数の波長λとは別の波長λ´（λ≠λ´
）における光学定数Ｎ（λ´）も波長λにおける光学定
数Ｎ（λ）と等しいと仮定して、それぞれの解について
波長λ´における分光反射率及び分光透過率を理論式に
基づいて計算し、その計算値を波長λ´における分光反
射率及び分光透過率の測定値と比較して見ると、その測
定値と合う解と合わない解が判別されるようになり、一
般に測定値と合う解が一つだけ得られる。尚、付け加え
ると、仮に、前記波長λ´における分光反射率及び分光
透過率の測定値を逆算してみても、波長λ´における光
学定数の多重解が得られ、そのいずれの解も波長λ´に
おける測定値であることを説明するので、問題の解決に
はならない。

【００１６】前記波長λ´における計算値と測定値とを
比較演算するために、計算値の測定値に対する誤差を計
算すると、演算が簡単化され、この誤差が最小になる解
が正しい解に相当する。

【００１７】膜厚が未知の場合、膜厚の範囲を推定し、
この膜厚の範囲内で仮想的に膜厚を変化させると、正し
い解については、前記誤差は正しい膜厚のところで極小
値を示すが、正しくない解については、誤差が大きい上
に極小値を示さないので、正しい膜厚と光学定数の判別
は容易である。

【００１８】

【実施例】第１実施例図１に示す構成の分光反射率及び
分光透過率測定装置を使用し、その試料室７内を図２及
び図３の配置として分光反射率及び分光透過率の測定を
行なった。その測定の仕方は、基本的には従来と同様で
あり、図２の配置で試料２０の透過率を測定し、次に試
料室７の中に反射測定治具を挿入し、図３の配置で試料
２０の反射率を測定した。参照側光束６にはＡｌ蒸着標
準反射鏡１９が置かれ、試料２０の反射率測定に先立っ
て、試料２０の代わりにＡｌ蒸着標準反射鏡１９と同様
の反射鏡を一旦置き、反射率出力を１００％に較正して
おく。従って、測定される試料２０の反射率はＡｌ蒸着
標準反射鏡１９に対する相対的反射率である。試料２０
の反射率絶対値Ｒは次式で与えられる。

【００１９】Ｒ＝ＲＡｌ・ＲＲここで、ＲＡｌはＡｌ蒸
着標準反射鏡１９の反射率絶対値、ＲＲは試料２０の相
対的反射率である。

【００２０】分光反射率測定における光の入射角は、試
料２０の基板の法線に対し５°であった。また、実際に
測定される分光反射率及び分光透過率測定値は、試料２
０の透明基板表面及び裏面による多重反射の効果を含ん
だものであるが、データ処理に際しては、多重反射の影
響を考慮した。

【００２１】分光反射率及び分光透過率測定値は、図１
のデータ処理部１６の中のコンピュータの主記憶装置や
補助記憶装置１８に記録され、ＣＲＴやプリンター１７
などの出力装置に測定波長と共に出力される。光学定数
や膜厚を求めるためのデータ処理は、主にデータの一括
入力及び一括出力で行なった。

【００２２】（Ｒ，Ｔ）測定法で透明石英基板にクロム
酸化膜ＣｒＯｘを蒸着した試料について分光測定を行な
い、第１表の結果を得た。膜厚ｄｅｘｐ　は触針式膜厚
計で測定して５６ｎｍであった。λは求めようとする光
学定数の波長、λ´は別波長である。

【００２３】

【表１】

【００２４】第１表の測定結果について、図８に示す手
順で波長λにおける光学定数を求めるデータ処理を実施
した。同図において、Ｒｅｘｐ（λ）、Ｔｅｘｐ（λ）
は、波長λにおける分光反射率測定値、及び分光透過率
測定値、Ｒｅｘｐ（λ´）、Ｔｅｘｐ（λ´）は波長λ
´における分光反射率測定値、及び分光透過率測定値で
ある。ステップＳ７に示す連立方程式左辺に現れるＲ（
Ｎ，ｄｅｘｐ　／λ）、Ｔ（Ｎ，ｄｅｘｐ　／λ）は、
それぞれ膜厚ｄｅｘｐ　、波長λにおける光学定数Ｎ＝
Ｎ（λ）＝ｎ（λ）−ｉｋ（λ）である単層膜の分光反
射率及び分光透過率の理論的表式であって、膜厚ｄｅｘ
ｐ　、波長λの他に、空気或いは真空の屈折率ｎ０＝１
、透明基板屈折率ｎｇ　、金属基板屈折率Ｎ２　＝Ｎ２
　（λ）＝ｎ２　（λ）−ｉｋ２　（λ）を含んでおり
、その理論的表式は、Ａｍｅｒｉｃａｎ　　Ｉｎｓｔｉ
ｔｕｔｅｏｆ　　Ｐｈｉｓｉｃｓ　　Ｈａｎｄｂｏｏｋ
　　第３版　　ＭａｃＧｒａｗＨｉｌｌＢｏｏｋ　　Ｃ
ｏｍｐａｎｙ　　ｐｐ．６−１１８〜６−１２３（１９
８２）その他に与えられている。

【００２５】図８のステップＳ７の詳細は、図９に示し
てあり、図９のステップＳ１で入力するｎ，ｋの範囲は
、例えば［ｎｍｉｎ　，ｎｍａｘ　］＝［０，４．０］
，［ｋｍｉｎ　，ｋｍａｘ　］＝［０，２．０］，分割
数［ＭＮ，ＭＫ］＝［８０，４０］である。

【００２６】図８のステップＳ７を図９の手順で演算す
ると、図８のステップＳ８で示すように、多重根Ｎ１（
λ），Ｎ２（λ），…Ｎｍ（λ）を出力し、第１表の入
力データに対しては第２表に示すように波長λ＝５００
ｎｍにおいて３つの多重根（ｍ＝３）を出力する。そし
て、これら多重根の各々について、ステップＳ１０に示
すように、求めようとする光学定数Ｎ（λ）の波長λと
は別の波長λ´における分光反射率及び分光透過率Ｒ（
ｐ）　ｃａｌ　（λ´，ｄｅｘ），Ｔ（ｐ）　ｃａｌ　
（λ´，ｄｅｘ）を分散を無視して計算する。更にステ
ップＳ１１で前記計算値の測定値に対する誤差の目安と
なるメリット関数ＭＦ（ｐ）　（λ，ｄｅｘ）を計算す
る。計算結果は第２表に示す通りであって、誤差が最も
小さい解はｐ＝２に対応する解Ｎ（ｐ）　＝ｎ（ｐ）　
（λ）−ｉｋ（ｐ）　（λ）＝２．６７７−０．６６６
ｉであって、この解は同表が示すように、誤差が最も小
さい解であると共に別波長λ´における分光反射率及び
分光透過率計算値が測定値と最も良く合う解となってい
る。

【００２７】

【表２】

【００２８】ここに示した内容の比較演算をステップＳ
１２で行ない、その結果がステップＳ１５に示すように
、正しい光学定数はＮ（λ）＝Ｎ２（λ）＝２．６７７
−０．６６６ｉの形で自動的に出力される。

【００２９】第２実施例分光反射率及び分光透過率の測
定を図１乃至図３の構成・配置の測定装置で第１実施例
と同様に測定すると共に、試料室７内を図１０の配置に
変更して測定を行なった。この図１０の場合、第１反射
鏡２１の前方に退去自在の第３反射鏡２５を設けたこと
と、第２反射鏡２３の後方に、これへ参照用第２反射鏡
２４からの光を入射させないように退去自在の第４反射
鏡２６を設けたことが図４の試料室７の構成と異なって
おり、光路から退去自在の第３、第４反射鏡２５、２６
として回転反射鏡を使用し、シャッターとしても使用で
きるようにした。

【００３０】その具体的な分光測定手順を以下に述べる
。

【００３１】（Ｒ，Ｔ）測定法及び（Ｔ，Ｒｍ）測定法
の測定手順は同じであるが、（Ｔ，Ｒｍ）測定法では試
料２０を測定台に置く時に、試料２０のＡｌ蒸着薄膜部
分２０ａに反射鏡２１からの光５ａが入射し、該試料２
０の基板透明部分２０ｂに退去自在の反射鏡２５からの
光５ｂが入射するように配慮して置かれることが（Ｒ，
Ｔ）測定法の場合と異なる。（Ｒ，Ｔ）測定法の場合は
、試料２０の金属薄膜部分で反射させないのでその配慮
の必要がない。

【００３２】両測定法は、先ず、試料２０の基板を透過
する光５ｂに対して較正を行なうために、第３反射鏡２
５を閉すなわち光路に進出させ、第４反射鏡２６を開す
なわち光路から退去した状態にセットする。試料２０は
測定台から外しておき、透過率出力を１００％に較正し
たのち、試料２０を測定台に載せ、分光透過率を測定す
る。

【００３３】次に、反射する光５ａに対しての較正を行
なうため、第３反射鏡２５を開、第４反射鏡２６を閉と
し、測定台には参照用第２反射鏡２４と同じ標準のＡｌ
蒸着反射鏡を置き、反射率を１００％に較正する。そし
て、Ａｌ蒸着反射鏡の代わりに試料２０をその膜面が入
射光に向くようにして測定台に載せ、分光反射率相対値
の測定を行なう。図１０の配置では、入射角は試料２０
の表面の垂線に対し１２°である。

【００３４】経時変化をしない試料２０について、図１
０で分光測定を行なった結果は、入射角の違いを除くと
、図２、図３の配置による測定結果と同じであった。

【００３５】この第２実施例のデータ入力は、図２、図
３の分光測定のときと同様に行なった。

【００３６】この第２実施例を更に詳細に説明すると、
試料２０として、透明石英基板の半分にＡｌを約１００
ｎｍ蒸着したものを用意し、その上から全面にＺｎＳを
単層で蒸着した。ＺｎＳの膜厚は、反射率極値の波長か
ら、透明な光学膜に対する通常の方法で解析して２６４
ｎｍであった。この構成の試料２０を使用し、その基板
の透明部分で分光反射率と分光透過率を（Ｒ，Ｔ）測定
法で測定すると共に、基板の透明部分で分光透過率のみ
を測定し、Ａｌ蒸着部分で分光反射率を測定する（Ｔ，
Ｒｍ）測定法の測定を行なった。

【００３７】（Ｒ，Ｔ）測定法の測定データを第３表に
、（Ｔ，Ｒｍ）測定法の測定データを第４表に示した。 これらの測定法のデータ処理は、図１１の手順で行なっ
た。（Ｔ，Ｒｍ）測定法では、図１１のステップＳ１や
Ｓ２に記したＴｅｘｐ（λ）やＴｅｘｐ（λ´）は、試
料２０の基板の透明部分での分光透過率、Ｒｅｘｐ（λ
）やＲｅｘｐ（λ´）は、試料２０のＡｌ蒸着部分での
反射率測定値を表わす。入力データである透明石英基板
の屈折率はｎｇ　＝１．４７、Ａｌ蒸着膜の光学定数は
波長５００ｎｍでＮ２　＝０．６６７−５．５７ｉを用
いた。データ処理の手順は第１実施例とほぼ同じである
。

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】

【００４０】この第２実施例では、実際は膜厚が既知で
はあるが、未測定であると仮定してデータ処理を行なっ
た。また、図１１のステップＳ６では、膜厚を（ｄｍｉ
ｎ　，ｄｍａｘ　）＝（０，３００）ｎｍであると推定
して入力した。ステップＳ７から先は、ステップＳ８で
示す前記膜厚の推定範囲内で変化させた膜厚ｄｊ　につ
いて、第１実施例と同様のデータ処理を行なった。図１
１では、簡単化の為、別波長λ´は１波長だけとして示
したが、必要に応じて別波長λ´の数ＭＷは２以上であ
っても差支えない。この第２実施例では、ＭＷ＝２とし
たものである。

【００４１】図１１のステップＳ１４のメリット関数の
計算は、複数の別波長λ´についての計算を行なうこと
になり、下記のメリット関数の平均値を誤差の目安とす
ることができる。尚、メリット関数は、以下および図面
においてＭＦと略記する。

【００４２】

【数１】

【００４３】膜厚を仮想的に変化させたデータ処理結果
の一部を（Ｒ，Ｔ）測定法については図１４及び第５表
に、（Ｔ，Ｒｍ）測定法については図１５及び第６表に
示した。図１１のステップＳ１５〜Ｓ１８で、計算値と
測定値を比較演算した結果のステップＳ１９における出
力は、（Ｒ，Ｔ）測定法では、第４表、ｐ＝２のｄ＝２
６４ｎｍ、Ｎ（λ）＝ｎ（２）　（λ）−ｉｋ（２）　
（λ）＝２．３９７−０．００２７０ｉで与えられ、（
Ｔ，Ｒｍ）測定法では、第５表、ｐ＝４，ｄ＝２６４ｎ
ｍ，Ｎ（λ）＝ｎ（４）　（λ）−ｉｋ（４）　（λ）
＝２．３９４−０．００２７５ｉで与えられる。

【００４４】

【表５】

【００４５】

【表６】

【００４６】膜厚は未知であると想定して膜厚の範囲を
推定し、この膜厚の範囲内で仮想的に膜厚を変化させて
得られた膜厚は、別の手法で得られた既知膜厚と一致し
た。また、得られたＺｎＳの光学定数は、通常文献で知
られている値とほぼ一致する。

【００４７】第３実施例分光透過率及び分光反射率を図
１〜図３の配置・構成を有する装置で第１実施例とほぼ
同じ方法で行なった。求めようとする光学定数の波長λ
は、２００〜８００ｎｍであり、分光測定はこの波長の
範囲内で０．１ｎｍの間隔で行なった。光学定数の測定
方法は、（Ｒ，Ｔ）測定法で、透明石英基板の上にＩＴ
Ｏ膜（錫添加酸化インジュウム膜）を蒸着した試料につ
いて行なった。触針式膜厚計による膜厚測定値は、ｄｅ
ｘ＝２００〜２２０ｎｍであった。分光測定の結果の一
部を図１６と第７表に示した。また、この実施例におけ
るデータ処理の手順を示す流れ図を図１２に示した。求
めようとする光学定数Ｎ（λ）の波長λ＝λｉに対して
別波長λ´としてλ´＝λ´ｉを波長λｉの近くに設定
した。

【００４８】

【表７】

【００４９】第７表は、λを１０ｎｍおきにとったとき
のλ´の設定の仕方を示す。別波長λ´の数としてＭＷ
＝４及び１０としたときの設定例を同表に併記した。

【００５０】図１２のステップＳ３〜Ｓ６の内容は上記
の通りである。ステップＳ１の求めようとする光学定数
の波長数ＭＬは６０、ステップＳ７で入力する膜厚範囲
は、データ処理法チェックの目的で（ｄｍｉｎ　，ｄｍ
ａｘ　）＝（１８０，２４０）ｎｍとし、膜厚分割数は
最初３０程度とした。光学定数の範囲は、（ｎｍｉｎ　
，ｎｍａｘ　）＝（１，３）、（ｋｍｉｎ　，ｋｍａｘ
　）＝（０，０．０５），ｎ及びｋの分割数ＭＮ及びＭ
Ｋは４０及び５０とした。 波長の数ＭＷは４とした。図９の流れ図で、計算に一番
時間を消費するのは、ステップＳ３であって、光学定数
の範囲内のメッシュ点上で分光反射率及び分光透過率を
計算する段階であるが、これらの理論式はＥ＝ｄ／λの
関数であるため、ｄとλが変わっても、ｄ／λが同じな
らば、同図のステップＳ２が示すように、同じ（ｎ，ｋ
）に対しては計算を省略することができ、計算時間の節
約がはかれる。図１２のステップＳ８はこの性質を利用
したもので、膜厚ｄと波長λを図１３に示すように、ｄ
＝Ｅλ（Ｅ＝一定）の関係を保ったまま膜厚と波長を変
化させたものである。この場合、波長を先に決めてもよ
いし、膜厚を先に決めてもよい。膜厚を先に決めた場合
は、波長は｛λｉ　｝の不連続な値から外れる場合が出
てくるので、その場合の分光反射率及び分光透過率は不
連続な｛λｉ　｝の値に対応する分光測定値から内挿す
る。

【００５１】ステップＳ１８で、誤差が極小になる解と
、膜厚から正しい膜厚ｄｅｘｐ　が求まり、Ｅ＝ｄ／λ
できまる１つの波長λ＝ｄｅｘｐ　／Ｅにおける光学定
数も求まる。そのあとステップＳ１９以後求めようとす
る光学定数Ｎ（λ）のすべての波長λについて膜厚ｄが
既知ｄ＝ｄｅｘｐ　となり、ステップＳ１９〜２１で正
しい光学定数Ｎ（λ）が求められる。ステップＳ２０は
、第１実施例の図８のステップＳ６と同じである。デー
タ処理結果を図１８に示す。これは（ｎ，ｋ）の波長依
存性を示す。

【００５２】Ｅ＝ｄ／λ＝０．４５０＝一定として膜厚
と波長を変化させて光学定数と誤差ＭＦ／ＭＷを計算し
た結果の一部を図１７に示す。図１７でｐ＝２に対応す
る光学定数の解Ｎ（２）　（λ）＝ｎ（２）　（λ）−
ｉｋ（２）　（λ）＝１．９５６−０．０１０１ｉ　　
（λ＝５２０．８ｎｍ）、ｄ＝２１８ｎｍが誤差が最も
小さく、この膜厚が求める膜厚である。第８表には、膜
厚がｄ＝２１８ｍｎとして求まったあとの波長λ＝５５
０ｎｍにおける光学定数の多重解の一部と、正しい解Ｎ
１（λ）＝ｎ（１）　（λ）−ｉｋ（１）　（λ）＝１
．８６０−０．００９３６ｉ　　（λ＝５５０ｎｍ）が
与えられている。誤差ＭＦ（λ）／ＭＷは、分散の存在
から期待されるように、λ´の波長範囲が広い程大きく
なる傾向が見られる。

【００５３】

【表８】

【００５４】以上のように、本発明によれば、光学定数
の多重解の中から正しい解の判別と、膜厚の算出をでき
る。これを第１実施例の膜厚既知の場合について説明す
ると、求めようとする光学定数Ｎ（λ）の波長λにおけ
る分光反射率及び分光透過率の測定値から逆算すると、
光学定数の多重解（第２表では、ｐ＝１，２，３）に対
応する解Ｎ１（λ），Ｎ２（λ），Ｎ３（λ）が得られ
、同表の（　　）内に示すように、これらの解は求めよ
うとする光学定数の波長λではいずれも測定値を説明し
てしまうことになる。ところが、これら多重解の各々に
ついて、分散を無視して別波長λ´における分光反射率
及び分光透過率を計算してみると、これら多重解の中で
、測定値を説明するのは一つだけであり、第２表ではｐ
＝２の解だけである。この関係を図示したのが、第３実
施例の図１６である。図１６の波長λ＝５５０ｎｍにお
ける曲線１，２，３は、膜厚ｄ＝２１８ｎｍとしたとき
の３つの多重解（第８表のｐ＝１，２，３）にそれぞれ
対応しており、分散を無視して（即ち、Ｎ（ｐ）　（λ
´）＝Ｎ（ｐ）　（λ）として）、１０の別波長λ´に
ついて分光反射率及び分光透過率を計算したものを、測
定した分光カーブと比較したものである。正しくない解
も求めようとしている光学定数Ｎ（λ）の波長λでは測
定値を説明するが、別波長では著しく測定値から外れて
おり、その外れ方は正しい解ｐ＝１に対応する計算値１
の値と、実測値を示す分光曲線との差、即ち、分散の効
果をはるかにこえている。このことから、分散があって
も、正しい解をこの方法で判別できる。第８表から、別
波長の数を４０とし、別波長をλ´＝λ±２００ｎｍの
範囲まで拡げても、図１８に示すように、この範囲内で
かなりのｋについての分散があるにもかかわらず、まだ
十分に正しい解が判別できる。

【００５５】また、膜厚が未知であっても、膜厚範囲を
推定して、膜厚を仮想的に変化させつつ誤差を計算する
ことにより、第２実施例の図１４、第４表、図１５が示
すように、最小の誤差を示す解は同時に膜厚に対しても
正しい膜厚で極小値を示すので、正しい膜厚は、最小の
誤差を示す解に着目すれば得られる。このことは、第３
実施例のｄ／λ＝Ｅを一定に保ちつつ膜厚と波長を変化
させた場合のデータ処理結果（図１７）についても見ら
れる。第３実施例ではＥ＝ｄ／λ＝一定の条件で膜厚を
仮想的に変化させているので、第２実施例の波長を一定
として膜厚を変化させた図１４、図１５の場合に比べて
、計算時間が著しく短縮されている。

【００５６】本実施例では、図９の流れ図のステップＳ
３において、データ処理の段階ではじめてＥ＝ｄ／λに
ついて反射率と透過率を計算したが、計算時間を短縮す
るために、あらかじめＥ＝ｄ／λのいろいろな値につい
てステップＳ３の計算をしておいて、計算結果をデータ
として補助記憶装置に記録しておき、データ処理の段階
で必要に応じてデータを読み出すようにしてもよい。ま
た、本実施例では、分光測定が終わってから一括入力、
一括処理、一括出力の形でデータ処理を行ったが、分光
測定を行いながら実時間で測定データを入力、データ処
理、及び演算結果を出力するようにしてもよい。更に、
本実施例では、図１〜図３、図１０のような分光測定系
、データ処理系の構成で測定とデータ処理を行ったが、
その他の分光測定系とデータ処理系で構成してもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上のように本発明では、（Ｒ，Ｔ）測
定法や（Ｔ，Ｒｍ）測定法での測定から求めようとする
光学定数の波長における分光反射率及び分光透過率を逆
算して得られる光学定数の多重解の各々について、分散
を無視し且つ求めようとする光学定数の波長とは別の波
長についての分光反射率及び分光透過率を計算し、前記
別波長における分光測定値と比較演算し、誤差の最も小
さい解に着目してデータ処理を行うようにしたので、膜
厚が正確に分かっている場合には正しい解が直ちに得ら
れ、膜厚が未知の場合でも推定膜厚範囲内で膜厚を仮想
的に変化させることにより、正しい膜厚と光学定数が簡
単に求められ、通常の簡単な分光測定だけで正しい膜厚
や光学定数が自動的に測定することが可能になる効果が
ある。更に、広い波長範囲で分光測定を行ない、膜厚と
波長の比を一定に保ちつつ且つ膜厚を仮想的に変化させ
つつ前記誤差を計算すると、短時間で正しい膜厚と光学
定数が得られる効果があり、また、経時変化をする試料
については、図１０に示すように第１、第２反射鏡の前
方と後方に第３、第４反射鏡を設けて試料の隣り合う測
定面の反射率と透過率を同時に測定することができ、（
Ｒ，Ｔ）測定法の他に（Ｔ，Ｒｍ）測定法での測定も簡
単に行なうことが可能になる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に使用した分光測定系とデータ処
理系の構成図

【図２】図１の試料室内の配置図

【図３】図１の試料室内の配置図

【図４】図１の試料室内の配置図

【図５】従来の光学定数を求めるための流れ図

【図６】
（Ｒ，Ｔ）測定法の説明図

【図７】（Ｔ，Ｒｍ）測定法の説明図

【図８】本発明の実施例を示す流れ図

【図９】本発明の実施例を示す流れ図

【図１０】本発明の実施例を示す試料室内の配置図

【図
１１】本発明の実施例を示す流れ図

【図１２】本発明の
実施例を示す流れ図

【図１３】本発明の方法の第３実施
例の説明図

【図１４】本発明の方法の第２実施例の（Ｒ
，Ｔ）測定法に基づくデータ処理の結果を示すグラフ

【
図１５】本発明の方法の第２実施例の（Ｔ，Ｒｍ）測定
法に基づくデータ処理の結果を示すグラフ

【図１６】本
発明の方法の第３実施例の分光測定結果とデータ処理結
果を示すグラフ

【図１７】本発明の方法の第３実施例のデータ処理結果
を示すグラフ

【図１８】本発明の方法の第３実施例のデータ処理結果
を示すグラフ

【符号の説明】

５　　試料側光束　　　　　　　　　　　　６　　参照
側光束　　　　　　　　　　　　７　　試料室２０　　
試料２０ａ　　蒸着薄膜部分　　　　　　２０ｂ　　基
板透明部分２１　　第１反射鏡　　　　　　　　　　２
２　　参照用第１反射鏡　　　　２３　　第２反射鏡２
４　　参照用第２反射鏡　　　　２５　　第３反射鏡　
　　　　　　　　　２６　　第４反射鏡

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】分光反射率及び分光透過率を２つ以上の波
   長について測定できる装置と、その測定値に演算処理を
   施すためのコンピュータシステムから成るデータ処理部
   を備えた装置を使用し、求めようとする光学定数の波長
   における分光反射率及び分光透過率の測定値から逆算し
   て得られる光学定数の多重解の各々について、分散を無
   視して得られる別波長における分光反射率及び分光透過
   率の計算値と前記別波長における分光反射率及び分光透
   過率の測定値とを比較演算して、前記求めようとする光
   学定数の波長における分光反射率及び分光透過率の測定
   値と最も良く合う計算値に対応する解である光学定数を
   採用することを特徴とする光学定数及び膜厚の測定方法
   。
2. 【請求項２】前記比較演算の方法は、分散を無視して得
   られる別波長における分光反射率及び分光透過率の計算
   値と前記別波長における分光反射率及び分光透過率の測
   定値との誤差を算出する方法であることを特徴とする請
   求項１に記載の光学定数と膜厚の測定方法。
3. 【請求項３】分光反射率と分光透過率とを波長の広い範
   囲で行ない、膜厚ｄと波長λを、その比Ｅ＝ｄ／λを一
   定に保ったまま変化させてデータ処理を行うことを特徴
   とする請求項１に記載の光学定数と膜厚の測定方法。
4. 【請求項４】膜厚の範囲を推定し、この膜厚範囲内で仮
   想的に膜厚を変化させ、請求項２に於ける誤差が最も小
   さくなる膜厚と光学定数を求めることを特徴とする請求
   項２に記載の光学定数及び膜厚の測定方法。
5. 【請求項５】分光測定装置の試料室内に、入射する光を
   第１反射鏡と参照用第１反射鏡と第２反射鏡で反射させ
   て該試料室から出射する光路を設け、該第１反射鏡と参
   照用第１反射鏡の間に用意される試料からの反射光を第
   ２反射鏡へと反射させる参照用第２反射鏡を設けたもの
   に於いて、該第１反射鏡の前方に、該第１反射鏡へ入射
   する光路から退去自在の第３反射鏡を設けると共に、該
   参照用第２反射鏡からの反射光を第２反射鏡に入射させ
   ずに該試料室から出射させる第４反射鏡を設けたことを
   特徴とする光学定数及び膜厚の測定装置。