JPH055699A - 異方性薄膜の屈折率及び膜厚測定方法 - Google Patents
異方性薄膜の屈折率及び膜厚測定方法Info
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- JPH055699A JPH055699A JP3859991A JP3859991A JPH055699A JP H055699 A JPH055699 A JP H055699A JP 3859991 A JP3859991 A JP 3859991A JP 3859991 A JP3859991 A JP 3859991A JP H055699 A JPH055699 A JP H055699A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】異方性薄膜の屈折率と膜厚を同時に測定し得る
測定法を提供する。 【構成】基板12上に形成された異方性薄膜11中でＸ，
Ｙ，Ｚ軸の夫々の軸方向に電界の振動面を持つ光線に対
する屈折率ｎX，ｎY，ｎZ 及び膜厚ｄ1 を求める測定方
法であって、波長λの単色光を異方性薄膜に入射角を
色々と変えて入射させ、各入射角に対するＳ偏光，Ｐ偏
光のエネルギー反射率を夫々測定し、夫々の反射率が極
値となる時の入射角を求め、次に波長λ'（λ≠λ'）
の単色光を異方性薄膜に入射角を色々と変えて入射さ
せ、各入射角に対するＳ偏光，Ｐ偏光のエネルギー反射
率を夫々測定し夫々の反射率が極値となる時の入射角を
求め、上記，で求めたエネルギー反射率が極値と
なる時の入射角の値を使い、所定の演算に従って異方性
薄膜の波長λに対する屈折率ｎX，ｎY，ｎZ、波長λ'に
対する屈折率ｎX',ｎY',ｎZ'、及び膜厚ｄ1 を算出する
ことを特徴とする。
測定法を提供する。 【構成】基板12上に形成された異方性薄膜11中でＸ，
Ｙ，Ｚ軸の夫々の軸方向に電界の振動面を持つ光線に対
する屈折率ｎX，ｎY，ｎZ 及び膜厚ｄ1 を求める測定方
法であって、波長λの単色光を異方性薄膜に入射角を
色々と変えて入射させ、各入射角に対するＳ偏光，Ｐ偏
光のエネルギー反射率を夫々測定し、夫々の反射率が極
値となる時の入射角を求め、次に波長λ'（λ≠λ'）
の単色光を異方性薄膜に入射角を色々と変えて入射さ
せ、各入射角に対するＳ偏光，Ｐ偏光のエネルギー反射
率を夫々測定し夫々の反射率が極値となる時の入射角を
求め、上記，で求めたエネルギー反射率が極値と
なる時の入射角の値を使い、所定の演算に従って異方性
薄膜の波長λに対する屈折率ｎX，ｎY，ｎZ、波長λ'に
対する屈折率ｎX',ｎY',ｎZ'、及び膜厚ｄ1 を算出する
ことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイスや光デバ
イス等の光学的評価に応用可能な異方性薄膜の屈折率及
び膜厚測定方法に関する。
イス等の光学的評価に応用可能な異方性薄膜の屈折率及
び膜厚測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＬＡＳＥＲ−ＶＡＭＦＯ（Ｖaria
ble-Ａngle Ｍonochromatic ＦringeＯbservation）と
いうレーザーとモノクロメータという２つの光源を使っ
て薄膜の屈折率と膜厚を精度良く測定する方法が知られ
ている（IBM J.Res.Develop.8,pp.43-51(1964)参照)。
ble-Ａngle Ｍonochromatic ＦringeＯbservation）と
いうレーザーとモノクロメータという２つの光源を使っ
て薄膜の屈折率と膜厚を精度良く測定する方法が知られ
ている（IBM J.Res.Develop.8,pp.43-51(1964)参照)。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記ＬＡＳＥ
Ｒ−ＶＡＭＦＯだとモノクロメータを使わなければいけ
ないので、装置が大がかりになり、また測定に時間がか
かるという欠点がある。そこで本発明者は、２つの波長
の入射光を用いて反射率が極値となる入射角度を測定
し、薄膜の屈折率と膜厚を測定する方法を提案した（以
後、この方法を２波長ＶＡＭＦＯ法と呼ぶ）。しかしな
がら、この２波長ＶＡＭＦＯ法では、等方的な膜しか測
定できず、異方性薄膜の屈折率及び膜厚測定には適さな
かった。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであっ
て、新規な異方性薄膜の屈折率及び膜厚測定方法を提供
することを目的とする。
Ｒ−ＶＡＭＦＯだとモノクロメータを使わなければいけ
ないので、装置が大がかりになり、また測定に時間がか
かるという欠点がある。そこで本発明者は、２つの波長
の入射光を用いて反射率が極値となる入射角度を測定
し、薄膜の屈折率と膜厚を測定する方法を提案した（以
後、この方法を２波長ＶＡＭＦＯ法と呼ぶ）。しかしな
がら、この２波長ＶＡＭＦＯ法では、等方的な膜しか測
定できず、異方性薄膜の屈折率及び膜厚測定には適さな
かった。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであっ
て、新規な異方性薄膜の屈折率及び膜厚測定方法を提供
することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
された異方性薄膜の屈折率と膜厚を測定する方法であっ
て、基板面に垂直な方向をＺ軸、基板面に平行で互いに
直交する方向をＸ，Ｙ軸と決めたとき、異方性薄膜中で
Ｘ軸方向に電界の振動面をもつ光線に対する屈折率ｎ
X 、Ｙ軸方向に電界の振動面をもつ光線に対する屈折率
ｎY 、Ｚ軸方向に電界の振動面をもつ光線に対する屈折
率ｎZ 、及び膜厚ｄ1 を求める異方性薄膜の屈折率及び
膜厚測定方法において、まず波長λの単色光を上記異
方性薄膜に入射角φ0 を色々と変えて入射させ、各入射
角に対するＳ偏光のエネルギー反射率Ｒs(φ0)を測定
し、Ｒs(φ0)が極値となる時の入射角φ01，φ02，・・・,
φ0m（ｍは極値の数）を求め、次に波長λの単色光を
上記異方性薄膜に入射角θ0 を色々と変えて入射させ、
各入射角に対するＰ偏光のエネルギー反射率Ｒp(θ0)を
測定し、Ｒp(θ0)が極値となる時の入射角θ01，θ02，
・・・,θ0M（Ｍは極値の数）を求め、次に波長λ'（λ
≠λ'）の単色光を上記異方性薄膜に入射角φ0'を色々
と変えて入射させ、各入射角に対するＳ偏光のエネルギ
ー反射率Ｒs'(φ0')を測定し、Ｒs'(φ0')が極値となる
時の入射角φ01'，φ02'，・・・,φ0m''（ｍ’は極値の
数）を求め、次に波長λ’の単色光を上記異方性薄膜
に入射角θ0'を色々と変えて入射させ各入射角に対する
Ｐ偏光のエネルギー反射率Ｒp'(θ0')を測定し、Ｒp'
(θ0')が極値となる時の入射角θ01'，θ02'，・・・,θ
0M''（Ｍ’は極値の数）を求め、そして上記
を求めた後、φ01，φ02，・・・,φ0mとφ01'，φ02'，・・
・,φ0m''の値を使い所定の演算に従って上記異方性薄膜
のｎY とｎY'とｄ1 を算出し、θ01，θ02，・・・,θ0Mと
θ01'，θ02'，・・・,θ0M''の値を使い所定の演算に従っ
て上記異方性薄膜のｎZ とｎZ'を算出し、得られたｄ1
の値とｎZの値を使って上記異方性薄膜のｎX の値を所
定の演算に従って算出し、且つ得られたｄ1の値とｎZ'
の値を使って上記異方性薄膜のｎX'の値を所定の演算に
従って算出する（但し、ｎX,ｎY,ｎZ は波長λに対する
屈折率、ｎX',ｎY',ｎZ'は波長λ' に対する屈折率）こ
とを特徴とする。
された異方性薄膜の屈折率と膜厚を測定する方法であっ
て、基板面に垂直な方向をＺ軸、基板面に平行で互いに
直交する方向をＸ，Ｙ軸と決めたとき、異方性薄膜中で
Ｘ軸方向に電界の振動面をもつ光線に対する屈折率ｎ
X 、Ｙ軸方向に電界の振動面をもつ光線に対する屈折率
ｎY 、Ｚ軸方向に電界の振動面をもつ光線に対する屈折
率ｎZ 、及び膜厚ｄ1 を求める異方性薄膜の屈折率及び
膜厚測定方法において、まず波長λの単色光を上記異
方性薄膜に入射角φ0 を色々と変えて入射させ、各入射
角に対するＳ偏光のエネルギー反射率Ｒs(φ0)を測定
し、Ｒs(φ0)が極値となる時の入射角φ01，φ02，・・・,
φ0m（ｍは極値の数）を求め、次に波長λの単色光を
上記異方性薄膜に入射角θ0 を色々と変えて入射させ、
各入射角に対するＰ偏光のエネルギー反射率Ｒp(θ0)を
測定し、Ｒp(θ0)が極値となる時の入射角θ01，θ02，
・・・,θ0M（Ｍは極値の数）を求め、次に波長λ'（λ
≠λ'）の単色光を上記異方性薄膜に入射角φ0'を色々
と変えて入射させ、各入射角に対するＳ偏光のエネルギ
ー反射率Ｒs'(φ0')を測定し、Ｒs'(φ0')が極値となる
時の入射角φ01'，φ02'，・・・,φ0m''（ｍ’は極値の
数）を求め、次に波長λ’の単色光を上記異方性薄膜
に入射角θ0'を色々と変えて入射させ各入射角に対する
Ｐ偏光のエネルギー反射率Ｒp'(θ0')を測定し、Ｒp'
(θ0')が極値となる時の入射角θ01'，θ02'，・・・,θ
0M''（Ｍ’は極値の数）を求め、そして上記
を求めた後、φ01，φ02，・・・,φ0mとφ01'，φ02'，・・
・,φ0m''の値を使い所定の演算に従って上記異方性薄膜
のｎY とｎY'とｄ1 を算出し、θ01，θ02，・・・,θ0Mと
θ01'，θ02'，・・・,θ0M''の値を使い所定の演算に従っ
て上記異方性薄膜のｎZ とｎZ'を算出し、得られたｄ1
の値とｎZの値を使って上記異方性薄膜のｎX の値を所
定の演算に従って算出し、且つ得られたｄ1の値とｎZ'
の値を使って上記異方性薄膜のｎX'の値を所定の演算に
従って算出する（但し、ｎX,ｎY,ｎZ は波長λに対する
屈折率、ｎX',ｎY',ｎZ'は波長λ' に対する屈折率）こ
とを特徴とする。
【０００５】以下、本発明の原理について詳細に説明す
る。ここでは、図１に示すような、基板12上の異方性薄
膜11の屈折率、膜厚を測定する場合について説明する。
図１において、基板12面に垂直な方向をＺ軸、基板12面
に平行で互いに直交する方向をＸ，Ｙ軸とし、異方性薄
膜11中でＸ軸方向に電界の振動面をもつ光線に対する屈
折率をｎX 、Ｙ軸方向に電界の振動面をもつ光線に対す
る屈折率をｎY、Ｚ軸方向に電界の振動面をもつ光線に
対する屈折率をｎZ とする。また入射媒質の屈折率はｎ
0 とする。先ず、図１のように波長λの単色光を入射角
度φ0 で上記異方性薄膜に入射させる。すると、Ｘ−Ｚ
平面が入射面となるので、Ｓ偏光光に対する屈折率はｎ
Yであり、Ｓ偏光のフレネルの反射係数を表す式は等方
性薄膜の場合の膜の屈折率をｎY と置き換えるだけでそ
のまま成り立つ。従って、波長λでＳ偏光の単色光を入
射角φ0 で異方性薄膜に入射させた時、反射率が極大ま
たは極小値となるのは次式を満足する場合である。 ２ｄ1√(ｎY 2−ｎ0 2sin2φ0)＝ｍλ ・・・(1) （但し、ｄ1は薄膜の厚さ、ｍは干渉の次数で整数また
は半整数である）ところが、Ｐ偏光光の場合、電界成分
がＸ−Ｚ平面内にあるため、上記波長λの単色光を入射
角θ0 で入射させた時、反射率が極大または極小となる
のは、次式を満足する場合である。 ２ｄ1ｎX√{１−(ｎ0 2sin2θ0／ｎZ 2）}＝Ｍλ ・・・(2) （但し、Ｍは干渉の次数で整数または半整数である）
る。ここでは、図１に示すような、基板12上の異方性薄
膜11の屈折率、膜厚を測定する場合について説明する。
図１において、基板12面に垂直な方向をＺ軸、基板12面
に平行で互いに直交する方向をＸ，Ｙ軸とし、異方性薄
膜11中でＸ軸方向に電界の振動面をもつ光線に対する屈
折率をｎX 、Ｙ軸方向に電界の振動面をもつ光線に対す
る屈折率をｎY、Ｚ軸方向に電界の振動面をもつ光線に
対する屈折率をｎZ とする。また入射媒質の屈折率はｎ
0 とする。先ず、図１のように波長λの単色光を入射角
度φ0 で上記異方性薄膜に入射させる。すると、Ｘ−Ｚ
平面が入射面となるので、Ｓ偏光光に対する屈折率はｎ
Yであり、Ｓ偏光のフレネルの反射係数を表す式は等方
性薄膜の場合の膜の屈折率をｎY と置き換えるだけでそ
のまま成り立つ。従って、波長λでＳ偏光の単色光を入
射角φ0 で異方性薄膜に入射させた時、反射率が極大ま
たは極小値となるのは次式を満足する場合である。 ２ｄ1√(ｎY 2−ｎ0 2sin2φ0)＝ｍλ ・・・(1) （但し、ｄ1は薄膜の厚さ、ｍは干渉の次数で整数また
は半整数である）ところが、Ｐ偏光光の場合、電界成分
がＸ−Ｚ平面内にあるため、上記波長λの単色光を入射
角θ0 で入射させた時、反射率が極大または極小となる
のは、次式を満足する場合である。 ２ｄ1ｎX√{１−(ｎ0 2sin2θ0／ｎZ 2）}＝Ｍλ ・・・(2) （但し、Ｍは干渉の次数で整数または半整数である）
【０００６】ここで、波長λの入射単色光をＳ偏光光に
して上記異方性膜に入射させ、入射角度を変えて反射率
を測定した結果、φ01とφ02という角度で極小値が表れ
たとする。次に、Ｐ偏光光にして同様に反射率を測定し
た結果、θ01とθ02という角度で極小値が表れたとす
る。さらに、波長λ’(λ’≠λ)の入射単色光をＳ偏光
光にして入射角度を変えて反射率を測定した結果、
φ01’とφ02’という角度で極小値が表れ、Ｐ偏光光に
して入射角度を変えて反射率を測定した結果、θ01’と
θ02’という角度で極小値が表れたとする。また一般的
に屈折率は波長分散があるので、波長λに対する屈折率
をｎX,ｎY,ｎZ とし、波長λ’に対する屈折率はｎX',
ｎY',ｎZ'とする。すると、(1）式(2）式より次式が成
り立つ。 ２ｄ1√(ｎY 2−ｎ0 2sin2φ01)＝ｍ1λ ・・・(3) ２ｄ1√(ｎY 2−ｎ0 2sin2φ02)＝ｍ2λ ・・・(4) ２ｄ1ｎX√{１−(ｎ0 2sin2θ01／ｎZ 2）}＝Ｍ1λ ・・・(5) ２ｄ1ｎX√{１−(ｎ0 2sin2θ02／ｎZ 2）}＝Ｍ2λ ・・・(6) ２ｄ1√(ｎY'2−ｎ0 2sin2φ01')＝ｍ1'λ' ・・・(7) ２ｄ1√(ｎY'2−ｎ0 2sin2φ02')＝ｍ2'λ' ・・・(8) ２ｄ1ｎX'√{１−(ｎ0 2sin2θ01'／ｎZ'2）}＝Ｍ1'λ' ・・・(9) ２ｄ1ｎX'√{１−(ｎ0 2sin2θ02'／ｎZ'2）}＝Ｍ2'λ' ・・・(10) また(3)，(4)式よりｎY を算出する式は次のようにな
る。 ｎY＝ｎ0√{(ｍ1 2sin2φ02−ｍ2 2sin2φ01)／(ｍ1 2−ｍ2 2)} ・・・(11) 従って、次数ｍ1(又はｍ2)を仮定すれば(11)によりｎY
が算出され、その値を(3) 式（又は(4) 式）に代入する
と、膜厚ｄ1 が算出される。また、(5)，(6)式よりｎZ
を算出する式は次のようになる。 ｎZ＝ｎ0√{(Ｍ1 2sin2θ02−Ｍ2 2sin2θ01)／(Ｍ1 2−Ｍ2 2)} ・・・(12) また、(9),(10)式よりｎZ'を算出する式は次のようにな
る。 ｎZ'＝ｎ0√{(Ｍ1'2sin2θ02'−Ｍ2'2sin2θ01')／(Ｍ1'2−Ｍ2'2)}・・・(13)
して上記異方性膜に入射させ、入射角度を変えて反射率
を測定した結果、φ01とφ02という角度で極小値が表れ
たとする。次に、Ｐ偏光光にして同様に反射率を測定し
た結果、θ01とθ02という角度で極小値が表れたとす
る。さらに、波長λ’(λ’≠λ)の入射単色光をＳ偏光
光にして入射角度を変えて反射率を測定した結果、
φ01’とφ02’という角度で極小値が表れ、Ｐ偏光光に
して入射角度を変えて反射率を測定した結果、θ01’と
θ02’という角度で極小値が表れたとする。また一般的
に屈折率は波長分散があるので、波長λに対する屈折率
をｎX,ｎY,ｎZ とし、波長λ’に対する屈折率はｎX',
ｎY',ｎZ'とする。すると、(1）式(2）式より次式が成
り立つ。 ２ｄ1√(ｎY 2−ｎ0 2sin2φ01)＝ｍ1λ ・・・(3) ２ｄ1√(ｎY 2−ｎ0 2sin2φ02)＝ｍ2λ ・・・(4) ２ｄ1ｎX√{１−(ｎ0 2sin2θ01／ｎZ 2）}＝Ｍ1λ ・・・(5) ２ｄ1ｎX√{１−(ｎ0 2sin2θ02／ｎZ 2）}＝Ｍ2λ ・・・(6) ２ｄ1√(ｎY'2−ｎ0 2sin2φ01')＝ｍ1'λ' ・・・(7) ２ｄ1√(ｎY'2−ｎ0 2sin2φ02')＝ｍ2'λ' ・・・(8) ２ｄ1ｎX'√{１−(ｎ0 2sin2θ01'／ｎZ'2）}＝Ｍ1'λ' ・・・(9) ２ｄ1ｎX'√{１−(ｎ0 2sin2θ02'／ｎZ'2）}＝Ｍ2'λ' ・・・(10) また(3)，(4)式よりｎY を算出する式は次のようにな
る。 ｎY＝ｎ0√{(ｍ1 2sin2φ02−ｍ2 2sin2φ01)／(ｍ1 2−ｍ2 2)} ・・・(11) 従って、次数ｍ1(又はｍ2)を仮定すれば(11)によりｎY
が算出され、その値を(3) 式（又は(4) 式）に代入する
と、膜厚ｄ1 が算出される。また、(5)，(6)式よりｎZ
を算出する式は次のようになる。 ｎZ＝ｎ0√{(Ｍ1 2sin2θ02−Ｍ2 2sin2θ01)／(Ｍ1 2−Ｍ2 2)} ・・・(12) また、(9),(10)式よりｎZ'を算出する式は次のようにな
る。 ｎZ'＝ｎ0√{(Ｍ1'2sin2θ02'−Ｍ2'2sin2θ01')／(Ｍ1'2−Ｍ2'2)}・・・(13)
【０００７】次に、以下のような膜を仮定して、ｎX，
ｎY，ｎZ，ｄ1を算出する方法を説明する。 入射媒質の屈折率ｎ0＝1.000 ， 基板12の屈折率ｎ
2*＝3.858−0.018i 波長λ＝6328Åのとき、ｎX＝2.000，ｎY＝1.7000，ｎZ
＝1.460 波長λ'＝5941Åのとき、ｎX'＝2.001，ｎY'＝1.701，
ｎZ'＝1.461 膜厚ｄ1＝32000Å. フレネルの公式を使って上記異方性薄膜11の反射率を計
算した結果、 波長6328ÅでＳ偏光光の場合はφ01＝36.26°，φ02＝5
1.01° 波長6328ÅでＰ偏光光の場合はθ01＝43.43°，θ02＝5
8.49° 波長5941ÅでＳ偏光光の場合はφ01'＝34.50°，φ02'
＝48.60° 波長5941ÅでＰ偏光光の場合はθ01'＝31.74°，θ02'
＝46.47° でそれぞれ極小値が現われる。 １）ここで、先ず、φ01とφ02の値を(11)式に代入し、
次数ｍ1 の値をいろいろと仮定し、ｎY の値を計算し、
その値を(3) 式に代入してｄ1 の値を計算した結果を表
１に示す（φ01とφ02は隣合う極小値なのでφ01の次数
ｍ1 はφ02の次数ｍ2 より１つ大きい）。ところが、表
１の結果だけではどのｎY，ｄ1の組が真の値か決定でき
ない。
ｎY，ｎZ，ｄ1を算出する方法を説明する。 入射媒質の屈折率ｎ0＝1.000 ， 基板12の屈折率ｎ
2*＝3.858−0.018i 波長λ＝6328Åのとき、ｎX＝2.000，ｎY＝1.7000，ｎZ
＝1.460 波長λ'＝5941Åのとき、ｎX'＝2.001，ｎY'＝1.701，
ｎZ'＝1.461 膜厚ｄ1＝32000Å. フレネルの公式を使って上記異方性薄膜11の反射率を計
算した結果、 波長6328ÅでＳ偏光光の場合はφ01＝36.26°，φ02＝5
1.01° 波長6328ÅでＰ偏光光の場合はθ01＝43.43°，θ02＝5
8.49° 波長5941ÅでＳ偏光光の場合はφ01'＝34.50°，φ02'
＝48.60° 波長5941ÅでＰ偏光光の場合はθ01'＝31.74°，θ02'
＝46.47° でそれぞれ極小値が現われる。 １）ここで、先ず、φ01とφ02の値を(11)式に代入し、
次数ｍ1 の値をいろいろと仮定し、ｎY の値を計算し、
その値を(3) 式に代入してｄ1 の値を計算した結果を表
１に示す（φ01とφ02は隣合う極小値なのでφ01の次数
ｍ1 はφ02の次数ｍ2 より１つ大きい）。ところが、表
１の結果だけではどのｎY，ｄ1の組が真の値か決定でき
ない。
【０００８】☆
【表１】 ★
【０００９】２）次に、(7) 式を変形すると、 ｎY'＝√{(ｍ1'2λ'2／４ｄ1 2)＋sin2φ01'} ・・・(7') なので、(7')式にφ01'＝34.50°，λ'＝5941Åを代入
し、ｄ1 に表１のデータを代入し、表１で仮定した次数
と同じ次数、＋１した次数、＋２した次数についてｎY'
を算出した結果を表２，表３，表４に示す。表２を見る
とｎY の値がｎY'の値よりどの次数でも大きくなってい
る。また、表４では、ｎY の値がｎY'の値よりどの次数
でも小さくなっている。ところが、表３では、次数の大
きい方から見ていくとｍ1＝13.5 の時初めてｎY の値よ
りもｎY'の値の方が大きくなり、その後は徐々にその差
が大きくなっている。一般の誘電体の場合、可視光の領
域で波長が短くなると、その波長に対する屈折率はわず
かに大きくなる（セルマイヤーの分散式）。従って、ｎ
Y （波長6328Åに対する屈折率）は1.46029、ｎY'（波
長5941Åに対する屈折率）は1.46072 と決定できる。ま
た、それに対応して、膜厚ｄ1 は 31991.8Åと決定でき
る。
し、ｄ1 に表１のデータを代入し、表１で仮定した次数
と同じ次数、＋１した次数、＋２した次数についてｎY'
を算出した結果を表２，表３，表４に示す。表２を見る
とｎY の値がｎY'の値よりどの次数でも大きくなってい
る。また、表４では、ｎY の値がｎY'の値よりどの次数
でも小さくなっている。ところが、表３では、次数の大
きい方から見ていくとｍ1＝13.5 の時初めてｎY の値よ
りもｎY'の値の方が大きくなり、その後は徐々にその差
が大きくなっている。一般の誘電体の場合、可視光の領
域で波長が短くなると、その波長に対する屈折率はわず
かに大きくなる（セルマイヤーの分散式）。従って、ｎ
Y （波長6328Åに対する屈折率）は1.46029、ｎY'（波
長5941Åに対する屈折率）は1.46072 と決定できる。ま
た、それに対応して、膜厚ｄ1 は 31991.8Åと決定でき
る。
【００１０】☆
【表２】 ★
【００１１】☆
【表３】 ★
【００１２】☆
【表４】 ★
【００１３】３）次にθ01とθ02の値を(12)式に代入
し、次数Ｍ1 の値を色々と仮定してｎZの値を計算した
結果を表５に示す。
し、次数Ｍ1 の値を色々と仮定してｎZの値を計算した
結果を表５に示す。
【００１４】☆
【表５】 ★しかし、表５の結果だけでは、どのｎZ が真の値か決
定できない。
定できない。
【００１５】４）そこでθ01'とθ02'の値を(13)式に代
入し、次数Ｍ1'の値を色々と仮定してｎZ'の値を計算す
る。この時、仮定するＭ1'の値を表５で仮定したＭ1 に
＋１した次数、＋２した次数、＋３した次数についてｎ
Z'を算出した結果を表６，７，８に示す。表６を見る
と、ｎZ の値がｎZ'の値よりどの次数でも大きくなって
いる。また表８では、ｎZ の値がｎZ'の値よりどの次数
でも小さくなっている。ところが、表７では次数の大き
い方から見ていくと、Ｍ1＝18.5 の時、初めてｎZ の値
よりもｎZ'の値の方が大きくなり、その後は徐々にその
差が大きくなっている。従って、前述のセルマイアーの
分散式により、ｎZ(6328Åに対する屈折率）は1.69986
、ｎZ'（5941Åに対する屈折率）は1.70052 と決定で
きる。
入し、次数Ｍ1'の値を色々と仮定してｎZ'の値を計算す
る。この時、仮定するＭ1'の値を表５で仮定したＭ1 に
＋１した次数、＋２した次数、＋３した次数についてｎ
Z'を算出した結果を表６，７，８に示す。表６を見る
と、ｎZ の値がｎZ'の値よりどの次数でも大きくなって
いる。また表８では、ｎZ の値がｎZ'の値よりどの次数
でも小さくなっている。ところが、表７では次数の大き
い方から見ていくと、Ｍ1＝18.5 の時、初めてｎZ の値
よりもｎZ'の値の方が大きくなり、その後は徐々にその
差が大きくなっている。従って、前述のセルマイアーの
分散式により、ｎZ(6328Åに対する屈折率）は1.69986
、ｎZ'（5941Åに対する屈折率）は1.70052 と決定で
きる。
【００１６】☆
【表６】 ★
【００１７】☆
【表７】 ★
【００１８】☆
【表８】 ★
【００１９】５）次に、(5) 式と(9) 式を変形すると次
式が得られる。 ｎX＝(Ｍ1λ／２ｄ1)／{√(１−(ｎ0 2sin2θ01／ｎZ 2))} ・・・(5') ｎX'＝(Ｍ1'λ'／２ｄ1)／{√(１−(ｎ0 2sin2θ01'／ｎZ'2))} ・・・(9') ここで、(5')式に前述の２）で求めたｄ1 の値と４）で
求めたｎZ，Ｍ1の値とｎ0，λ，θ01の値を代入する
と、ｎX(6328Åに対する屈折率）は2.00056 となる。ま
た(9')式に２）で求めたｄ1 の値と４）で求めたｎZ'，
Ｍ1'の値とｎ0，λ'，θ01' の値を代入すると、ｎX'
（5941Åに対する屈折率）は2.00165 となる。
式が得られる。 ｎX＝(Ｍ1λ／２ｄ1)／{√(１−(ｎ0 2sin2θ01／ｎZ 2))} ・・・(5') ｎX'＝(Ｍ1'λ'／２ｄ1)／{√(１−(ｎ0 2sin2θ01'／ｎZ'2))} ・・・(9') ここで、(5')式に前述の２）で求めたｄ1 の値と４）で
求めたｎZ，Ｍ1の値とｎ0，λ，θ01の値を代入する
と、ｎX(6328Åに対する屈折率）は2.00056 となる。ま
た(9')式に２）で求めたｄ1 の値と４）で求めたｎZ'，
Ｍ1'の値とｎ0，λ'，θ01' の値を代入すると、ｎX'
（5941Åに対する屈折率）は2.00165 となる。
【００２０】
【作用】以上説明したように、本発明の測定方法によれ
ば、異方性薄膜の屈折率と膜厚を測定することができ
る。
ば、異方性薄膜の屈折率と膜厚を測定することができ
る。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。こ
の実施例では、ガラス基板（屈折率1.530)上に形成され
たＭＮＡ（2-Methy1-4-Nitroaniline）単結晶薄膜につ
いて測定した結果を示す。図２に測定系の構成を示す。
図２において、符号８はθ−２θ回転系であり、このθ
−２θ回転系は、測定サンプル７がθ回転するとフォト
ディテクタ６が２θ回転する機構になっており、入射角
度を連続的に変えて反射光のパワーをフォトディテクタ
６により検知するようになっている。また、４のダイク
ロイックミラーは、波長λ＝6328ÅのＨｅ−Ｎｅレーザ
１からの光に対しては透過率の方が高いように、λ’＝
5941ÅのＨｅ−Ｎｅレーザ２からの光に対しては、反射
率の方が高いように設計してあり、３ａ，３ｂのシャッ
ターを切り換えることにより測定サンプル７への入射光
を6328Åか5941Åに設定するようになっている。また、
５の偏光子は、この実施例の場合グラントムソンプリズ
ムを使用し、このプリズムの方向を変えて、入射光が入
射面に対してＳ偏光またはＰ偏光になるように偏光方向
を設定する。尚、本発明の測定方法においては、エネル
ギー反射率の極値の現われる入射角度を求め、その値を
使って屈折率及び膜厚を算出するので、エネルギー反射
率の絶対値を測定する必要はない。従って、反射光量を
検知して各入射角に対するエネルギー反射率の相対値が
得られれば良く、入射光量を検知する必要はない。但
し、これは測定時間中の入射光のパワー変動が非常に小
さい場合である。また、入射角度が０°や90°に近いと
ころでは、反射光量を正確に測定することも難しく、ま
た、反射率の極値を求めるのも難しい。従って、精度の
高い屈折率及び膜厚を求めるためには、なるべく０°や
90°に近い極値を与える入射角度は使わない方が良い。
の実施例では、ガラス基板（屈折率1.530)上に形成され
たＭＮＡ（2-Methy1-4-Nitroaniline）単結晶薄膜につ
いて測定した結果を示す。図２に測定系の構成を示す。
図２において、符号８はθ−２θ回転系であり、このθ
−２θ回転系は、測定サンプル７がθ回転するとフォト
ディテクタ６が２θ回転する機構になっており、入射角
度を連続的に変えて反射光のパワーをフォトディテクタ
６により検知するようになっている。また、４のダイク
ロイックミラーは、波長λ＝6328ÅのＨｅ−Ｎｅレーザ
１からの光に対しては透過率の方が高いように、λ’＝
5941ÅのＨｅ−Ｎｅレーザ２からの光に対しては、反射
率の方が高いように設計してあり、３ａ，３ｂのシャッ
ターを切り換えることにより測定サンプル７への入射光
を6328Åか5941Åに設定するようになっている。また、
５の偏光子は、この実施例の場合グラントムソンプリズ
ムを使用し、このプリズムの方向を変えて、入射光が入
射面に対してＳ偏光またはＰ偏光になるように偏光方向
を設定する。尚、本発明の測定方法においては、エネル
ギー反射率の極値の現われる入射角度を求め、その値を
使って屈折率及び膜厚を算出するので、エネルギー反射
率の絶対値を測定する必要はない。従って、反射光量を
検知して各入射角に対するエネルギー反射率の相対値が
得られれば良く、入射光量を検知する必要はない。但
し、これは測定時間中の入射光のパワー変動が非常に小
さい場合である。また、入射角度が０°や90°に近いと
ころでは、反射光量を正確に測定することも難しく、ま
た、反射率の極値を求めるのも難しい。従って、精度の
高い屈折率及び膜厚を求めるためには、なるべく０°や
90°に近い極値を与える入射角度は使わない方が良い。
【００２２】さて、上記の方法により反射光量を測定し
た結果、以下の角度で極値が現われた。 λ＝6328Å ，Ｓ偏光 ，φ01＝40.56°，φ02＝56.1
6° λ＝6328Å ，Ｐ偏光 ，θ01＝40.91°，θ02＝56.9
2° λ'＝5941Å ，Ｓ偏光 ，φ01'＝37.88°，φ02'＝5
2.65° λ'＝5941Å ，Ｐ偏光 ，θ01'＝43.20°，θ02'＝5
8.29° ここで、先ず前述の１），２）の手順により、φ01，φ
02，φ01' を用いて次数ｍ1，ｍ1' を色々と仮定し、算
出したｎY，ｄ1，ｎY'の組みを表９示す。
た結果、以下の角度で極値が現われた。 λ＝6328Å ，Ｓ偏光 ，φ01＝40.56°，φ02＝56.1
6° λ＝6328Å ，Ｐ偏光 ，θ01＝40.91°，θ02＝56.9
2° λ'＝5941Å ，Ｓ偏光 ，φ01'＝37.88°，φ02'＝5
2.65° λ'＝5941Å ，Ｐ偏光 ，θ01'＝43.20°，θ02'＝5
8.29° ここで、先ず前述の１），２）の手順により、φ01，φ
02，φ01' を用いて次数ｍ1，ｍ1' を色々と仮定し、算
出したｎY，ｄ1，ｎY'の組みを表９示す。
【００２３】☆
【表９】 ★
【００２４】表９見ると、ｍ1 ＝12.5の時、初めてｎY
の値よりもｎY'の値の方が大きくなり、その後は徐々に
その差が大きくなっている。従って、波長λ＝6328Åに
対する屈折率はｎY＝1.47023、波長λ'＝5941Åに対す
る屈折率はｎY'＝1.47125 と決定できる。また、膜厚は
ｄ1＝29993.5Åと決定できる。
の値よりもｎY'の値の方が大きくなり、その後は徐々に
その差が大きくなっている。従って、波長λ＝6328Åに
対する屈折率はｎY＝1.47023、波長λ'＝5941Åに対す
る屈折率はｎY'＝1.47125 と決定できる。また、膜厚は
ｄ1＝29993.5Åと決定できる。
【００２５】次に、前述の３），４）の手順により、θ
01，θ02，θ01'，θ02'を用いて次数Ｍ1 ，Ｍ1'を色々
と仮定し、算出したｎZ ，ｎZ'の組を表１０に示す。
01，θ02，θ01'，θ02'を用いて次数Ｍ1 ，Ｍ1'を色々
と仮定し、算出したｎZ ，ｎZ'の組を表１０に示す。
【００２６】☆
【表１０】 ★
【００２７】表１０を見ると、Ｍ1 ＝17.5の時、初めて
ｎZ の値よりもｎZ'の値の方が大きくなり、その後は徐
々にその差が大きくなっている。従って、波長λ＝6328
Åに対する屈折率はｎZ＝1.69999、波長λ’＝5941Åに
対する屈折率はｎZ'＝1.70118 と決定できる。次に(5')
式に、求めたｄ1，ｎZ，Ｍ1 の値を代入して、ｎX＝2.0
0045と決定でき、また(9')式に、求めたｄ1，ｎZ'，
Ｍ1' の値を代入して、ｎX'＝2.00139 と決定できる。
ｎZ の値よりもｎZ'の値の方が大きくなり、その後は徐
々にその差が大きくなっている。従って、波長λ＝6328
Åに対する屈折率はｎZ＝1.69999、波長λ’＝5941Åに
対する屈折率はｎZ'＝1.70118 と決定できる。次に(5')
式に、求めたｄ1，ｎZ，Ｍ1 の値を代入して、ｎX＝2.0
0045と決定でき、また(9')式に、求めたｄ1，ｎZ'，
Ｍ1' の値を代入して、ｎX'＝2.00139 と決定できる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の屈折率及
び膜厚測定方法によれば、異方性薄膜の屈折率と膜厚と
を精度良く同時に求めることができる。
び膜厚測定方法によれば、異方性薄膜の屈折率と膜厚と
を精度良く同時に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施例を示す測定系の概略構成図で
ある。
ある。
１ Ｈｅ−Ｎｅレーザ（波長λ＝6328Å) ２ Ｈｅ−Ｎｅレーザ（波長λ'＝5941Å) ３ａ，３ｂ シャッター ４ ダイクロイックミラー ５ 偏光子 ６ フォトディテクター ７ 測定サンプル ８ θ−２θ回転系 １１ 異方性薄膜 １２ 基板
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年９月１６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】基板上に形成された異方性薄膜の屈折率と
膜厚を測定する方法であって、基板面に垂直な方向をＺ
軸、基板面に平行で互いに直交する方向をＸ，Ｙ軸と決
めたとき、異方性薄膜中でＸ軸方向に電界の振動面をも
つ光線に対する屈折率ｎX 、Ｙ軸方向に電界の振動面を
もつ光線に対する屈折率ｎY 、Ｚ軸方向に電界の振動面
をもつ光線に対する屈折率ｎZ 、及び膜厚ｄ1 を求める
異方性薄膜の屈折率及び膜厚測定方法において、まず
波長λの単色光を上記異方性薄膜に入射角φ0 を色々と
変えて入射させ、各入射角に対するＳ偏光のエネルギー
反射率Ｒs(φ0)を測定し、Ｒs(φ0)が極値となる時の入
射角φ01，φ02，・・・,φ0m（ｍは極値の数）を求め、
次に波長λの単色光を上記異方性薄膜に入射角θ0 を色
々と変えて入射させ、各入射角に対するＰ偏光のエネル
ギー反射率Ｒp(θ0)を測定し、Ｒp(θ0)が極値となる時
の入射角θ01，θ02，・・・,θ0M（Ｍは極値の数）を求
め、次に波長λ'（λ≠λ'）の単色光を上記異方性薄
膜に入射角φ0'を色々と変えて入射させ、各入射角に対
するＳ偏光のエネルギー反射率Ｒs'(φ0')を測定し、Ｒ
s'(φ0')が極値となる時の入射角φ01'，φ02'，・・・,φ
0m''（ｍ’は極値の数）を求め、次に波長λ’の単色
光を上記異方性薄膜に入射角θ0'を色々と変えて入射さ
せ各入射角に対するＰ偏光のエネルギー反射率Ｒp'
(θ0')を測定し、Ｒp'(θ0')が極値となる時の入射角θ
01'，θ02'，・・・,θ0M''（Ｍ’は極値の数）を求め、
そして上記を求めた後、φ01，φ02，・・・,φ0m
とφ01'，φ02'，・・・,φ0m''の値を使い所定の演算に従
って上記異方性薄膜のｎY とｎY'とｄ1を算出し、
θ01，θ02，・・・,θ0Mとθ01'，θ02'，・・・,θ0M''の値
を使い所定の演算に従って上記異方性薄膜のｎZ とｎZ'
を算出し、得られたｄ1 の値とｎZ の値を使って上記異
方性薄膜のｎX の値を所定の演算に従って算出し、且つ
得られたｄ1の値とｎZ'の値を使って上記異方性薄膜の
ｎX'の値を所定の演算に従って算出する（但し、ｎX,ｎ
Y,ｎZ は波長λに対する屈折率、ｎX',ｎY',ｎZ'は波長
λ' に対する屈折率）ことを特徴とする異方性薄膜の屈
折率及び膜厚測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3859991A JPH055699A (ja) | 1991-03-05 | 1991-03-05 | 異方性薄膜の屈折率及び膜厚測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3859991A JPH055699A (ja) | 1991-03-05 | 1991-03-05 | 異方性薄膜の屈折率及び膜厚測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH055699A true JPH055699A (ja) | 1993-01-14 |
Family
ID=12529744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3859991A Pending JPH055699A (ja) | 1991-03-05 | 1991-03-05 | 異方性薄膜の屈折率及び膜厚測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH055699A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6151116A (en) * | 1998-09-07 | 2000-11-21 | Nec Corporation | Evaluation method for thin film molecular orientation, evaluation apparatus for the orientation and recording medium |
| KR20020040593A (ko) * | 2000-11-22 | 2002-05-30 | 가네꼬 히사시 | 막의 규칙도 및 배향방위를 고속으로 측정하는 것이가능한 이방성 박막평가방법 및 장치 |
| US6486951B2 (en) | 2000-03-24 | 2002-11-26 | Nec Corporation | Method of evaluating an anisotropic thin film and an evaluating apparatus |
| JP2007225426A (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Nippon Zeon Co Ltd | 光学異方性膜の試験方法 |
| JP2008157834A (ja) * | 2006-12-26 | 2008-07-10 | Kanazawa Univ | 透明層の厚さ測定方法及び測定装置 |
| CN109839079A (zh) * | 2017-11-27 | 2019-06-04 | 源奇科技股份有限公司 | 光学感测装置及结构光投射器 |
| US11474366B2 (en) | 2017-11-27 | 2022-10-18 | Liqxtal Technology Inc. | Light projector |
-
1991
- 1991-03-05 JP JP3859991A patent/JPH055699A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6151116A (en) * | 1998-09-07 | 2000-11-21 | Nec Corporation | Evaluation method for thin film molecular orientation, evaluation apparatus for the orientation and recording medium |
| US6486951B2 (en) | 2000-03-24 | 2002-11-26 | Nec Corporation | Method of evaluating an anisotropic thin film and an evaluating apparatus |
| KR20020040593A (ko) * | 2000-11-22 | 2002-05-30 | 가네꼬 히사시 | 막의 규칙도 및 배향방위를 고속으로 측정하는 것이가능한 이방성 박막평가방법 및 장치 |
| JP2007225426A (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Nippon Zeon Co Ltd | 光学異方性膜の試験方法 |
| JP2008157834A (ja) * | 2006-12-26 | 2008-07-10 | Kanazawa Univ | 透明層の厚さ測定方法及び測定装置 |
| CN109839079A (zh) * | 2017-11-27 | 2019-06-04 | 源奇科技股份有限公司 | 光学感测装置及结构光投射器 |
| US11269193B2 (en) | 2017-11-27 | 2022-03-08 | Liqxtal Technology Inc. | Optical sensing device and structured light projector |
| US11474366B2 (en) | 2017-11-27 | 2022-10-18 | Liqxtal Technology Inc. | Light projector |
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