JPH0510726A - 分光光度計 - Google Patents

分光光度計

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Publication number
JPH0510726A
JPH0510726A JP18360491A JP18360491A JPH0510726A JP H0510726 A JPH0510726 A JP H0510726A JP 18360491 A JP18360491 A JP 18360491A JP 18360491 A JP18360491 A JP 18360491A JP H0510726 A JPH0510726 A JP H0510726A
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JP
Japan
Prior art keywords
thin film
refractive index
wavelength
light
transmittance
Prior art date
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Pending
Application number
JP18360491A
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English (en)
Inventor
Ikuhiro Yamaguchi
郁博 山口
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Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
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Publication date
Application filed by Casio Computer Co Ltd filed Critical Casio Computer Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】薄膜の膜厚と屈折率とを同時に高精度で測定す
ることができる分光光度計を提供することを目的とす
る。 【構成】波長が可変の光源1から、薄膜が形成されたサ
ンプル2に各波長の光を照射し、その透過光強度がセン
サ3により感知される。この光強度デ−タはRAM7に
記憶される。CPU5では、薄膜の透過率と、薄膜の膜
厚、屈折率及び照射光の波長との関係を示す理論曲線を
求めおき、各波長において、測定された透過率デ−タ
と、このようにして求めた理論曲線とが最も近似するよ
うに薄膜の膜厚及び屈折率を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、薄膜の膜厚及び屈折
率を同時に測定することができる分光光度計に関する。
【0002】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】薄膜の膜
厚及び屈折率を算出する機能を有する分光光度計として
は、従来、透過率又は反射率の測定をある波長範囲で行
い、多重反射による干渉のピ−ク(山)をカウントする
ものが知られている。例えば入射角θで反射率を測定
し、膜厚又は屈折率を求める場合、以下の式1によりデ
−タが処理される。
【0003】
【数1】 ただし、式1中、dは膜厚、Nは干渉のピ−ク(山)
数、nは屈折率、λ1は一定波長領域内の最小のピ−ク
波長、λ2 は一定波長領域内の最大のピ−ク波長を示
す。
【0004】しかしながら、このような従来の分光光度
計には、以下に示すような種々の欠点がある。
【0005】(1)膜厚及び屈折率のどちらかを測定す
ることができるが、これらを同時に求めることはできな
い。すなわち、膜厚を求める場合には屈折率が既知でな
ければならず、屈折率を求める場合には膜厚が既知でな
ければならない。
【0006】(2)屈折率が知られている材料であって
も、成膜基板温度などの成膜条件により屈折率は変化す
る。従って、精度良く膜厚を求めるためには、サンプル
それ自体の屈折率を別な方法で求めておく必要があり繁
雑である。
【0007】(3)ピ−ク波長は膜厚によって異なるの
で、屈折率の波長依存性を無視することができない場合
には、その波長における屈折率を用いなければならな
い。
【0008】(4)膜厚を求める際には、通常、簡単の
ため同一材料に対しては同一の屈折率を用いる。これ
は、上で述べたように屈折率のサンプル依存性及び波長
依存性を共に無視していることになり膜厚の算出にその
分の誤差が生じるからである。
【0009】(5)逆に膜厚を既知として屈折率を求め
る場合でも、求められる屈折率はピ−ク間の波長におけ
る屈折率であり、従ってサンプル毎に異なる意味を有す
ることとなり、高精度でサンプル評価を行うことができ
ない。
【0010】(6)測定する波長領域において、少なく
とも2つのピ−ク(山)がなければ計算が不能であり、
少なくっとも2つのピ−クをが存在するためには測定す
るサンプルの膜厚×屈折率が大きく、かつ膜厚×吸収係
数が十分小さい必要がある。
【0011】(7)ピ−ク(山)を2つカウントできる
場合でも、ピ−ク波長付近でサンプルの吸収係数が大き
いときは、式1は厳密には成り立たなくなり、求められ
る結果に誤差が生じる。
【0012】すなわち、従来の分光光度計では、薄膜の
膜厚と屈折率とを同時に精度良く求めることができな
い。
【0013】この発明はこのような実情に鑑みてなされ
たものであって、薄膜の膜厚と屈折率とを同時に高精度
で求めることができる分光光度計を提供することを目的
とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決するために、波長が可変の光源と、光源からの各波
長の光が被測定体としての薄膜を透過した後の光強度を
感知するセンサと、このセンサが感知した光強度信号に
基づいて、薄膜の透過率のスペクトルを得る手段と、薄
膜の膜厚、屈折率及び照射光の波長を変数とする透過率
の理論曲線が各波長において、測定された透過率のスペ
クトルデ−タと最も近似するように前記薄膜の膜厚及び
屈折率を求める手段とを具備することを特徴とする分光
光度計を提供する。
【0015】
【作用】この発明においては、センサが感知した光強度
信号に基づいて、薄膜の透過率デ−タを得、この透過率
のスペクトルデ−タに対して、薄膜の膜厚、屈折率及び
照射光の波長を変数とする理論曲線を最適化するので、
薄膜の膜厚及び屈折率を同時に高精度で求めることがで
きる。
【0016】
【実施例】以下、添付図面を参照して、この発明の実施
例について説明する。図1はこの発明の一実施例に係る
分光光度計を示す構成図である。光源1は出射する光の
波長が可変のものであり、CPU5からの制御信号によ
り所定波長の光を出射する。この光は、透明基板の上に
薄膜が形成されたサンプル2に照射される。サンプル2
を透過した光はセンサ3に導かれ、ここで光強度が感知
される。この感知された光強度信号はAD変換器4にア
ナログ出力される。CPU5は光源1及びAD変換器4
の制御及び後述するデ−タ処理を行う。ROM6は、そ
のデ−タ処理のためのプログラム及びそのために必要な
基礎デ−タが格納されている。RAM7はデ−タ処理の
各過程でデ−タの一時保存に用いられる。入力部8は測
定、デ−タ処理に必要なパラメ−タを入力するためのも
のであり、表示部9は測定・デ−タ処理の操作上のプロ
ンプトやデ−タ処理結果等を表示するためのものであ
る。
【0017】次に、このような分光光度計を用いた実際
の測定及びデ−タ処理について説明する。
【0018】先ず、薄膜の測定に先立ち、透明基板(リ
ファレンス)のみの測定を行う。この場合に、測定する
波長範囲及びスキャン間隔は事前に測定者が設定する。
例えば、波長200nmから2600nmの範囲を5n
m毎にサンプリングする。このリファレンスの測定に際
しては、先ず、CPU5が光源1を制御して所定の波長
を出射させる。次に、AD変換器4を制御してセンサ3
からのアナログ信号をAD変換する。そして、サンプリ
ングされたデ−タを光強度に変換し、RAM7に記憶さ
せる。この変換に必要な基礎デ−タ(光強度とセンサの
アナログ出力との対応関係)はROM6に格納されてい
る。CPU5は、以上の測定を設定された波長範囲、波
長間隔で次々に繰り返す。こうしてリファレンスデ−タ
の測定・記憶が終了する。
【0019】次に、サンプル交換を行い、薄膜が形成さ
れたサンプルの測定を行う。測定する波長範囲及びスキ
ャン間隔は、リファレンス測定の際と同一とする。デ−
タの処理も基本的には同一であるが、光強度を測定した
後に、夫々対応する波長のリファレンスデ−タを読出
し、そのリファレンスデ−タとの比、すなわち薄膜の透
過率を計算し、その透過率デ−タをRAM7に記憶させ
る点が付加されている。なお、この透過率デ−タの算出
及び記憶は、各波長での光強度測定毎に順次行っても良
いし、全ての波長での測定が終了した後に一括して行う
ようにしても良い。
【0020】図2は、このようにして測定した結果が表
示部9に表示された例を、非晶質Siの薄膜を測定した
場合について示すものである。
【0021】次に、このようにして求めたデ−タから膜
厚及び屈折率を求めるデ−タ処理について説明する。図
3はこの際の処理を示すフロ−チャ−トである。
【0022】このデ−タ処理は、基本的にはモデル計算
の結果が測定デ−タと最も良く合うように膜厚及び屈折
率を求めるものである。モデル計算では薄膜の吸収係数
を0として計算するので、両者を比較照合する波長範囲
は、測定する材料に応じて吸収を無視することができる
波長範囲に設定する。図2に示した測定結果からする
と、Siの場合には、この波長範囲は1200nm以
上、望ましくは1400nm以上であり、例えば140
0nmから2600nmまでとする。この波長範囲は狭
すぎると測定ノイズが処理結果に影響するなどの不都合
が生じる。また、広すぎるとその波長範囲における屈折
率の変化を無視することができなくなり、処理結果に誤
差が生じてしまう。ただし、同一材料であれば、サンプ
ル毎の膜厚の違いや屈折率の違いがあっても処理結果に
ほとんど影響はなく、この範囲は一定にしておくことが
できる。吸収係数を0とした場合の薄膜の透過率は、以
下の式2で表わすことができる。
【0023】
【数2】 ここでnは薄膜の屈折率、n0 は空気の屈折率、n1
透明基板の屈折率を表わす。r0 は光が空気中から薄膜
に入射する際の振幅反射率、r1 は光が薄膜から透明基
板に入射する際の振幅反射率、δは光が薄膜中を進行す
る際の位相のずれ、δ0 は光が空気中から薄膜に入射す
る際の位相のずれ、δ1 は光が薄膜から透明基板に入射
する際の位相のずれを表わす。
【0024】各振幅反射率r0 ,r1 及び位相のずれ
δ,δ0 ,δ1 は、薄膜、空気及び透明基板の各屈折率
n,n0 ,n1 と薄膜の膜厚d及び光の波長λを用いて
以下の式3〜5のように表わすことができる。
【0025】
【数3】 ここで、各光の波長に対する空気及び透明基板の屈折率
0 及びn1 の値は、事前測定により一義的に決まる値
であり、その波長分散とともにROM6に格納しておけ
ばよい。
【0026】従って、式2に式3〜5で計算した値を代
入すると、薄膜の透過率の理論曲線T(d,n,λ)を
求めることができる。各波長において、測定された透過
率デ−タと、このようにして求めた理論曲線T(d,
n,λ)とが最も近似するようにn及びdを求める。n
及びdを求める方法は種々考えられるが、例えば、式6
に示すように差の自乗和が最小になるように求める。
【0027】
【数4】 図3は、その解法としてGauss-Newton法を用いた場合の
アルゴリズムである。膜厚、屈折率に対応する未知のパ
ラメ−タをX1 、X2 で表わし、波長λk におけるスペ
クトル及び理論値を夫々Tk ,T(X1 、X2 、λk
と表わしている。
【0028】このアルゴリズムはROM6にプログラム
されており、CPU5により実行される。ROM6に複
数種の基板の透過率デ−タが格納されているとすると、
先ず最初に入力部8から基板の材料名を入力してROM
6から基板の屈折率デ−タを読み出す。そして次に、薄
膜の透過率の測定デ−タとモデル計算(理論曲線)とを
比較照合する波長範囲を入力部8から入力し、さらに前
記アルゴリズムに基づく計算処理を実行させるため、薄
膜の膜厚及び屈折率の初期値を入力部8から入力する。
これにより前記アルゴリズムに基づく計算処理が図示の
如く繰り返し実行され、理論曲線T(d,n,λ)が、
測定された透過率デ−タに最も近似する時の薄膜の膜厚
及び屈折率が解として求められる。CPU5はこの処理
を行った後に、求められた膜厚と屈折率とを表示部9に
表示する。
【0029】このように、透過率のスペクトルデ−タに
対して各波長に対応する理論曲線を最適化することによ
り、薄膜の膜厚及び屈折率を同時に高精度で求めること
ができる。このため、膜厚測定において屈折率の変動に
よる誤差を原理的になくすことができる。また、このよ
うにして薄膜の膜厚及び屈折率を求めるので、スペクト
ルデ−タにピ−ク山が2つ以上現れないような薄い膜の
測定も可能である。
【0030】
【発明の効果】この発明によれば、薄膜の膜厚と屈折率
とを同時に高精度で求めることができる分光光度計が提
供される。また、この分光光度計は測定波長範囲に薄膜
による光の吸収を無視できる領域が存在すれば簡単な手
順で膜厚、屈折率を測定することが測定できるので、半
導体材料などの膜厚及び屈折率評価に利用することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例に係る分光光度計を示す構
成図。
【図2】図1の分光光度計を用いて照射光波長と透過率
との関係を求めた例を示す図。
【図3】照射光波長と透過率との関係から薄膜の膜厚及
び屈折率を求めるデ−タ処理を示すフロ−チャ−ト。
【符号の説明】
1;光源、2;サンプル、3;センサ、4;AD変換
器、5;CPU、6;ROM、7;RAM、8;入力
部、9;表示部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 波長が可変の光源と、 光源からの各波長の光が被測定体としての薄膜を透過し
    た後の光強度を感知するセンサと、 このセンサが感知した光強度信号に基づいて、薄膜の透
    過率のスペクトルを得る手段と、 薄膜の膜厚、屈折率及び照射光の波長を変数とする透過
    率の理論曲線が各波長において、測定された透過率のス
    ペクトルデ−タと最も近似するように前記薄膜の膜厚及
    び屈折率を求める手段とを具備することを特徴とする分
    光光度計。
JP18360491A 1991-06-28 1991-06-28 分光光度計 Pending JPH0510726A (ja)

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JP18360491A JPH0510726A (ja) 1991-06-28 1991-06-28 分光光度計

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JP18360491A JPH0510726A (ja) 1991-06-28 1991-06-28 分光光度計

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ID=16138714

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JP18360491A Pending JPH0510726A (ja) 1991-06-28 1991-06-28 分光光度計

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JP (1) JPH0510726A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7304744B1 (en) 1998-12-24 2007-12-04 Sharp Kabushiki Kaisha Apparatus and method for measuring the thickness of a thin film via the intensity of reflected light

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7304744B1 (en) 1998-12-24 2007-12-04 Sharp Kabushiki Kaisha Apparatus and method for measuring the thickness of a thin film via the intensity of reflected light

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