JPH06288902A - 減衰全反射型薄膜評価装置 - Google Patents
減衰全反射型薄膜評価装置Info
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- JPH06288902A JPH06288902A JP7462793A JP7462793A JPH06288902A JP H06288902 A JPH06288902 A JP H06288902A JP 7462793 A JP7462793 A JP 7462793A JP 7462793 A JP7462793 A JP 7462793A JP H06288902 A JPH06288902 A JP H06288902A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＡＴＲ評価を行うための例えばプリズム底面
での測定用光ビームの照射位置が、その測定用光ビーム
の角度掃引によってずれが生じることを実質的に回避で
きるようにする。 【構成】 被評価薄膜を有する試料６２を載置する載置
台６１を構成するゴニオメータの回転ステージ６０上
に、試料６２が載置され回転ステージ６０の面に沿って
被評価薄膜の法線方向に移動可能な移動ステージ７５を
設け、移動ステージ７５上の試料６２に対する入射測定
用光ビーム１４の光路上にビームシフタ６８を配置し、
このビームシフタ６８によって測定用光ビーム１４の光
軸がシフトさせる。
での測定用光ビームの照射位置が、その測定用光ビーム
の角度掃引によってずれが生じることを実質的に回避で
きるようにする。 【構成】 被評価薄膜を有する試料６２を載置する載置
台６１を構成するゴニオメータの回転ステージ６０上
に、試料６２が載置され回転ステージ６０の面に沿って
被評価薄膜の法線方向に移動可能な移動ステージ７５を
設け、移動ステージ７５上の試料６２に対する入射測定
用光ビーム１４の光路上にビームシフタ６８を配置し、
このビームシフタ６８によって測定用光ビーム１４の光
軸がシフトさせる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜の屈折率、減衰係
数（光吸収）、膜厚等を評価測定する減衰全反射型薄膜
評価装置に係わる。
数（光吸収）、膜厚等を評価測定する減衰全反射型薄膜
評価装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】減衰全反射型薄膜評価方法は、例えば日
本物理学会誌 Vol.43,No.11,1988，第863 〜868 頁に開
示されているように、減衰全反射（以下ＡＴＲという）
の現象を利用して薄膜の光学定数評価を行うものであ
る。
本物理学会誌 Vol.43,No.11,1988，第863 〜868 頁に開
示されているように、減衰全反射（以下ＡＴＲという）
の現象を利用して薄膜の光学定数評価を行うものであ
る。
【０００３】このＡＴＲによる評価は、同じ目的で広く
用いられている偏光解析と比較すると、偏光解析が透明
薄膜や吸収バルク材に適性があるのに対し、ＡＴＲ評価
は被評価薄膜が金属のように光吸収をもつ薄膜である場
合に好適である。
用いられている偏光解析と比較すると、偏光解析が透明
薄膜や吸収バルク材に適性があるのに対し、ＡＴＲ評価
は被評価薄膜が金属のように光吸収をもつ薄膜である場
合に好適である。
【０００４】このＡＴＲ評価は、屈折率の高い媒質Ａか
ら屈折率の小さい媒質Ｂに入射する光が、或る入射角、
すなわち両媒質の屈折率によって決まる全反射臨界角を
越えるときに生じる全反射の現象を利用するものであ
る。このとき、両媒質Ａ及びＢの界面に光を吸収する物
質の薄膜、例えば金属薄膜が存在すると、媒質Ｂから滲
み出した光がこの薄膜で吸収されて反射される光パワー
が減少する。
ら屈折率の小さい媒質Ｂに入射する光が、或る入射角、
すなわち両媒質の屈折率によって決まる全反射臨界角を
越えるときに生じる全反射の現象を利用するものであ
る。このとき、両媒質Ａ及びＢの界面に光を吸収する物
質の薄膜、例えば金属薄膜が存在すると、媒質Ｂから滲
み出した光がこの薄膜で吸収されて反射される光パワー
が減少する。
【０００５】このＡＴＲの現象は、共鳴的な性格を持っ
ている。これは、最も効果的に光パワーを吸収できるモ
ードが金属薄膜表面のプラズマ振動（電気分極の波動）
であり、これが媒質の光学定数で決まる固有の分散関係
（角周波数ωと波数ｋの金属薄膜の面方向成分ｋH とが
満たす一定の関係）を持っていることにより、滲み出し
光が、これと同じω，ｋH を持つときに限って高い効率
でプラズモンへとエネルギーが移動し、反射率が激減す
る。
ている。これは、最も効果的に光パワーを吸収できるモ
ードが金属薄膜表面のプラズマ振動（電気分極の波動）
であり、これが媒質の光学定数で決まる固有の分散関係
（角周波数ωと波数ｋの金属薄膜の面方向成分ｋH とが
満たす一定の関係）を持っていることにより、滲み出し
光が、これと同じω，ｋH を持つときに限って高い効率
でプラズモンへとエネルギーが移動し、反射率が激減す
る。
【０００６】このＡＴＲ薄膜評価方法は、例えば図５に
その一例の基本的構成を示すように、屈折率ｎp のプリ
ズム１の、被評価金属薄膜２、例えばＡｇ蒸着膜が形成
された底面の中央に対して入射光３例えば角周波数ωL
のレーザ光を所要の見掛け入射角（プリズムに入射する
光の、プリズム底面に対する法線とのなす角を見掛けの
入射角と称することにする）θi をもって照射すること
によって行われる。
その一例の基本的構成を示すように、屈折率ｎp のプリ
ズム１の、被評価金属薄膜２、例えばＡｇ蒸着膜が形成
された底面の中央に対して入射光３例えば角周波数ωL
のレーザ光を所要の見掛け入射角（プリズムに入射する
光の、プリズム底面に対する法線とのなす角を見掛けの
入射角と称することにする）θi をもって照射すること
によって行われる。
【０００７】図６は、この場合の表面プラズモンの分散
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【０００８】本発明で対象とするＡＴＲ薄膜評価装置
は、入射光の周波数ωL は固定とするものであるが、光
の入射角θi を変えることによって下記数１によって波
数ｋHを選定して、図６の分散曲線上の点Ｐを得ること
ができる。
は、入射光の周波数ωL は固定とするものであるが、光
の入射角θi を変えることによって下記数１によって波
数ｋHを選定して、図６の分散曲線上の点Ｐを得ること
ができる。
【０００９】
【数１】ｋH ＝ωL ｎp ｓｉｎθi ／ｃ ｃは光速を示す。
【００１０】図７は、光の入射角θi に対する反射率の
変化を示し、破線曲線は、プリズムのみの場合、実線曲
線はＡｇ薄膜がある場合で、プリズムのみの場合は、θ
i ＞θc で全反射、Ａｇ薄膜すなわち金属薄膜が存在す
る場合は、図６の点Ｐの分散関係によるＡＴＲによる沈
み込みＡが生じる。θc は全反射臨界角。
変化を示し、破線曲線は、プリズムのみの場合、実線曲
線はＡｇ薄膜がある場合で、プリズムのみの場合は、θ
i ＞θc で全反射、Ａｇ薄膜すなわち金属薄膜が存在す
る場合は、図６の点Ｐの分散関係によるＡＴＲによる沈
み込みＡが生じる。θc は全反射臨界角。
【００１１】このような反射率の角度依存性は、媒質の
光学定数（屈折率ｎ，消衰係数ｋ），金属薄膜の厚さｄ
を仮定して計算することによって求めることができるの
で、計算結果が実測を再現するようにしてｎ，ｋ，ｄの
３者全てを同時に推定できるのである。
光学定数（屈折率ｎ，消衰係数ｋ），金属薄膜の厚さｄ
を仮定して計算することによって求めることができるの
で、計算結果が実測を再現するようにしてｎ，ｋ，ｄの
３者全てを同時に推定できるのである。
【００１２】因みに、良く用いられる、入射角固定，単
一波長の偏光解析装置では、ｋに文献値を仮定してｎと
ｄを求めるとか、膜厚を別法で定めた上でｎ，ｋを求め
るというように、２者の推定しかできないものであり、
ここにＡＴＲ薄膜評価方法の大きな利点が存在する。
一波長の偏光解析装置では、ｋに文献値を仮定してｎと
ｄを求めるとか、膜厚を別法で定めた上でｎ，ｋを求め
るというように、２者の推定しかできないものであり、
ここにＡＴＲ薄膜評価方法の大きな利点が存在する。
【００１３】ところで、上述したＡＴＲ薄膜評価方法で
は、上述したところから明らかなように、全反射臨界角
θc を超える範囲にわたって光の入射角θi の走査すな
わち角度掃引を行うが、いま、図８に示すように小さい
入射角をもってプリズムに対して光を入射させてその底
面の中央の点Ｐc に光を照射させる状態から図９に示す
ように、プリズムを回転させて比較的大きい入射角をも
って光を入射させるとプリズムの底面に対する測定用光
ビームの照射位置が底面の中央位置Ｐc からずれを生じ
る。
は、上述したところから明らかなように、全反射臨界角
θc を超える範囲にわたって光の入射角θi の走査すな
わち角度掃引を行うが、いま、図８に示すように小さい
入射角をもってプリズムに対して光を入射させてその底
面の中央の点Ｐc に光を照射させる状態から図９に示す
ように、プリズムを回転させて比較的大きい入射角をも
って光を入射させるとプリズムの底面に対する測定用光
ビームの照射位置が底面の中央位置Ｐc からずれを生じ
る。
【００１４】そして、このようなずれが生じると、図７
のＡＴＲスペクトルが被評価薄膜のそれぞれ異なる部分
からの上方の寄せ集めになって解析不能となったり、ま
がりなりに解析ができたとしても、どの部分に対しての
解析か特定できないことから膜厚等が異なる場合には、
正確な測定すなわち正確な評価を行うができなくなると
いう問題がある。
のＡＴＲスペクトルが被評価薄膜のそれぞれ異なる部分
からの上方の寄せ集めになって解析不能となったり、ま
がりなりに解析ができたとしても、どの部分に対しての
解析か特定できないことから膜厚等が異なる場合には、
正確な測定すなわち正確な評価を行うができなくなると
いう問題がある。
【００１５】このような不都合を回避するものとして、
３角プリズムに代えて図１０に示すように、半円柱プリ
ズムを用いることの提案もなされている。この場合、図
１１に示すように、その測定用光ビームの入射角が大と
なってもプリズムの底面の中央位置Ｐc からのずれを回
避することができるものの、この場合、図１２に示すよ
うに、実際上測定用光ビームが有限の径Φを有すること
から、円柱プリズムによるレンズ効果によってビームが
約Φ／２ｒ（ｒはプリズムの曲率半径）の集束角θs で
集束する。
３角プリズムに代えて図１０に示すように、半円柱プリ
ズムを用いることの提案もなされている。この場合、図
１１に示すように、その測定用光ビームの入射角が大と
なってもプリズムの底面の中央位置Ｐc からのずれを回
避することができるものの、この場合、図１２に示すよ
うに、実際上測定用光ビームが有限の径Φを有すること
から、円柱プリズムによるレンズ効果によってビームが
約Φ／２ｒ（ｒはプリズムの曲率半径）の集束角θs で
集束する。
【００１６】いま、例えばｒ＝２０ｍｍ，Φ＝１ｍｍと
すると、この集束角θs は約１／４０（ｒａｄ）＝１．
４°となる。ところが、薄膜の屈折率ｎ，消衰係数ｋ，
厚さｄの評価を目的とした角度掃引ＡＴＲ解析では、
０．１°以下の精度が必要なので、半円柱プリズムでは
ＡＴＲ評価での要求を満たすことができない。
すると、この集束角θs は約１／４０（ｒａｄ）＝１．
４°となる。ところが、薄膜の屈折率ｎ，消衰係数ｋ，
厚さｄの評価を目的とした角度掃引ＡＴＲ解析では、
０．１°以下の精度が必要なので、半円柱プリズムでは
ＡＴＲ評価での要求を満たすことができない。
【００１７】またこの場合、測定用光ビームがδだけ平
行にずれたとすると、ビームは角度δ／（２ｒ）だけ傾
くことになることから、０．１°の精度を得るために
は、このずれδは０．０７ｍｍ以下であることが必要と
なり、これは実際の装置を構成する上で容易なことでは
ない。
行にずれたとすると、ビームは角度δ／（２ｒ）だけ傾
くことになることから、０．１°の精度を得るために
は、このずれδは０．０７ｍｍ以下であることが必要と
なり、これは実際の装置を構成する上で容易なことでは
ない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は３角プリズム
を用いた場合においても、ＡＴＲ評価を行うための例え
ばプリズム底面での測定用光ビームの照射位置が、その
測定用光ビームの角度掃引によってずれが生じることを
回避する調整機能を有するＡＴＲ型薄膜評価装置を提供
する。
を用いた場合においても、ＡＴＲ評価を行うための例え
ばプリズム底面での測定用光ビームの照射位置が、その
測定用光ビームの角度掃引によってずれが生じることを
回避する調整機能を有するＡＴＲ型薄膜評価装置を提供
する。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明の説明に先立っ
て、本発明装置の拠って来る思想について説明する。
て、本発明装置の拠って来る思想について説明する。
【００２０】いま、一辺の長さが２５ｍｍの正三角柱の
プリズムの底面に被評価薄膜が被着されているとし、図
１３に示すように、プリズム底面に沿ってｘ軸をとり、
底面の中央を通る法線方向をｙ軸にとり、ｙ軸上の点Ｐ
0 （０，ｙ0 ）を通り、ｘ−ｙ面に直交する軸を中心に
プリズムが回転してプリズムの底面の被評価薄膜との界
面に照射する測定用光ビームがｘ−ｙ面内で角度掃引す
るようになされている場合についてみる。
プリズムの底面に被評価薄膜が被着されているとし、図
１３に示すように、プリズム底面に沿ってｘ軸をとり、
底面の中央を通る法線方向をｙ軸にとり、ｙ軸上の点Ｐ
0 （０，ｙ0 ）を通り、ｘ−ｙ面に直交する軸を中心に
プリズムが回転してプリズムの底面の被評価薄膜との界
面に照射する測定用光ビームがｘ−ｙ面内で角度掃引す
るようになされている場合についてみる。
【００２１】そして、測定用光ビームが、ＱからＲを経
てプリズム底面の中央Ｏに達しているものとし、回転軸
の点Ｐ0 から直線ＱＲと平行に直線Ｐ0 Ｑ’をとり、両
直線ＱＲとＱ’Ｐ0 間の間隔をｄevとする。
てプリズム底面の中央Ｏに達しているものとし、回転軸
の点Ｐ0 から直線ＱＲと平行に直線Ｐ0 Ｑ’をとり、両
直線ＱＲとＱ’Ｐ0 間の間隔をｄevとする。
【００２２】プリズムの屈折率を１．５とすると、ＡＴ
Ｒスペクトルの特徴的なプロファイルは図７でわかるよ
うに、３０°〜４０°であるので、この範囲で角度掃引
をこなった場合にプリズムの底面上のビーム照射点はど
こを動くか、いくつかの位置関係に対して計算を行った
結果を図１４に示す。
Ｒスペクトルの特徴的なプロファイルは図７でわかるよ
うに、３０°〜４０°であるので、この範囲で角度掃引
をこなった場合にプリズムの底面上のビーム照射点はど
こを動くか、いくつかの位置関係に対して計算を行った
結果を図１４に示す。
【００２３】これについて下記（ｉ）〜（ｉｖ）で説明
する。ｙ0 及びｄevはいずれも単位はｍｍ。
する。ｙ0 及びｄevはいずれも単位はｍｍ。
【００２４】(i) 回転軸Ｐ0 がプリズム底面上（図１３
において原点）にあり、ビームがこの回転軸Ｐ0 をめが
けてすなわち回転軸Ｐ0 を通る直線上に入射する場合・
・・ｙ0 ＝０，ｄev＝０。 ビームが回転軸を通る配置は、プリズムを排除して調整
することによって容易に行うことができるが、プリズム
を置くとビームはプリズムに入るときに屈折するので、
プリズム底面に達するときには図１４中直線１００に示
すように、中央から２ｍｍ以上ずれる。 (ii)回転軸Ｐ0 がプリズムの底面（図１４において原
点）にあり、ビームをずらすことによって回転軸を横切
るように合わせた場合・・・ｙ0 ＝０，ｄev＝２。 上記の配置からｄevを少しずらすことによって、ビーム
が底面中央を照射するように合わせることができる。こ
の場合は見掛け入射角で丁度中央を照射するが、図１４
中直線１０１に示すように、角度掃引の間に約１ｍｍず
れる。 (iii) 回転軸Ｐ0 がプリズムの外側にあり、ビームが回
転軸Ｐ0 をめがけて入射する場合・・・ｙ0 ＝−３，ｄ
ev＝０。 この配置は、(i) からプリズムをずらして達成できる。
３ｍｍの移動によって底面のほぼ中央を照射できるよう
になるが、図１４中直線１０２に示すように、角度掃引
中に２ｍｍずれる。 (iv) 回転軸Ｐ0 がプリズムの内側にあり、ほぼ最適化
された位置関係の場合・・・ｙ0 ＝５，ｄev＝４．６。 この場合、図１４中直線１０３に示すように、見掛け入
射角で３０°〜４０°の角度掃引中に、照射位置のずれ
は０．２ｍｍ以内に抑えられる。ビーム径が普通１ｍｍ
程度であることを考えると、この程度に小さいビームの
ずれは無視できると思われる。
において原点）にあり、ビームがこの回転軸Ｐ0 をめが
けてすなわち回転軸Ｐ0 を通る直線上に入射する場合・
・・ｙ0 ＝０，ｄev＝０。 ビームが回転軸を通る配置は、プリズムを排除して調整
することによって容易に行うことができるが、プリズム
を置くとビームはプリズムに入るときに屈折するので、
プリズム底面に達するときには図１４中直線１００に示
すように、中央から２ｍｍ以上ずれる。 (ii)回転軸Ｐ0 がプリズムの底面（図１４において原
点）にあり、ビームをずらすことによって回転軸を横切
るように合わせた場合・・・ｙ0 ＝０，ｄev＝２。 上記の配置からｄevを少しずらすことによって、ビーム
が底面中央を照射するように合わせることができる。こ
の場合は見掛け入射角で丁度中央を照射するが、図１４
中直線１０１に示すように、角度掃引の間に約１ｍｍず
れる。 (iii) 回転軸Ｐ0 がプリズムの外側にあり、ビームが回
転軸Ｐ0 をめがけて入射する場合・・・ｙ0 ＝−３，ｄ
ev＝０。 この配置は、(i) からプリズムをずらして達成できる。
３ｍｍの移動によって底面のほぼ中央を照射できるよう
になるが、図１４中直線１０２に示すように、角度掃引
中に２ｍｍずれる。 (iv) 回転軸Ｐ0 がプリズムの内側にあり、ほぼ最適化
された位置関係の場合・・・ｙ0 ＝５，ｄev＝４．６。 この場合、図１４中直線１０３に示すように、見掛け入
射角で３０°〜４０°の角度掃引中に、照射位置のずれ
は０．２ｍｍ以内に抑えられる。ビーム径が普通１ｍｍ
程度であることを考えると、この程度に小さいビームの
ずれは無視できると思われる。
【００２５】この(iv)から分かるように、ｙ0 ，ｄevの
選定によって入射角の角度掃引によるビームのずれを問
題ない程度に低減化できる。
選定によって入射角の角度掃引によるビームのずれを問
題ない程度に低減化できる。
【００２６】本発明は、この考察に基いてｙ0 ，ｄevの
選定を可能とするＡＴＲ型薄膜評価装置を提供するもの
である。
選定を可能とするＡＴＲ型薄膜評価装置を提供するもの
である。
【００２７】すなわち、本発明は、図１に本発明の一例
の構成図を示すように、被評価薄膜を有する試料６２を
載置する載置台６１を構成するゴニオメータの回転ステ
ージ６０上に、試料６２が載置され回転ステージ６０の
面に沿って被評価薄膜の法線方向に移動可能な移動ステ
ージ７５を設ける。
の構成図を示すように、被評価薄膜を有する試料６２を
載置する載置台６１を構成するゴニオメータの回転ステ
ージ６０上に、試料６２が載置され回転ステージ６０の
面に沿って被評価薄膜の法線方向に移動可能な移動ステ
ージ７５を設ける。
【００２８】そして、移動ステージ７５上の試料６２に
対する入射測定用光ビーム１４の光路上にビームシフタ
６８を配置し、このビームシフタ６８によって測定用光
ビーム１４の光軸がシフトさせる。
対する入射測定用光ビーム１４の光路上にビームシフタ
６８を配置し、このビームシフタ６８によって測定用光
ビーム１４の光軸がシフトさせる。
【００２９】本発明は、このビームシフタ６８を、光透
過性の平行平板とする。
過性の平行平板とする。
【００３０】他の本発明では、ビームシフタ６８を、光
透過性のくさび形断面体とする。
透過性のくさび形断面体とする。
【００３１】
【作用】本発明では、試料６２に対する測定用光ビーム
１４の角度掃引を行うゴニオメータの回転ステージ６０
に、被評価薄膜１１の法線方向に移動できる移動ステー
ジ７５を設けたことにより、回転軸とプリズムの位置関
係、回転軸と光ビームの位置関係を簡便かつ速やかに変
更、調整して光ビーム１４の角度掃引においての照射位
置のずれを実質的に問題ない程度に小さくする最適状態
に設定できるので、迅速に正確に目的とするＡＴＲ評価
を行うことができる。
１４の角度掃引を行うゴニオメータの回転ステージ６０
に、被評価薄膜１１の法線方向に移動できる移動ステー
ジ７５を設けたことにより、回転軸とプリズムの位置関
係、回転軸と光ビームの位置関係を簡便かつ速やかに変
更、調整して光ビーム１４の角度掃引においての照射位
置のずれを実質的に問題ない程度に小さくする最適状態
に設定できるので、迅速に正確に目的とするＡＴＲ評価
を行うことができる。
【００３２】
【実施例】図１を参照して本発明によるＡＴＲ型薄膜評
価装置の一例を説明する。このＡＴＲ型薄膜評価装置は
標準的なＡＴＲ測定系とすることができる。
価装置の一例を説明する。このＡＴＲ型薄膜評価装置は
標準的なＡＴＲ測定系とすることができる。
【００３３】本発明においては、ＡＴＲ測定による評価
を行う被評価薄膜を有する試料６２を載置する載置台６
１を構成するゴニオメータの回転ステージ６０上に、試
料６２が載置され回転ステージ６０の面に沿って被評価
薄膜の法線方向に移動可能な移動ステージ７５を設け
る。
を行う被評価薄膜を有する試料６２を載置する載置台６
１を構成するゴニオメータの回転ステージ６０上に、試
料６２が載置され回転ステージ６０の面に沿って被評価
薄膜の法線方向に移動可能な移動ステージ７５を設け
る。
【００３４】この試料６２は、本出願人による出願に係
る特願平５−７２２４５号で提案した試料と同様の構成
を採り得る。
る特願平５−７２２４５号で提案した試料と同様の構成
を採り得る。
【００３５】すなわち、この場合、試料は図２に示すよ
うに、被評価薄膜１１の例えばＡｌ金属薄膜が形成され
た光透過性基板１２より成る。そして、この試料６２の
被評価薄膜１１が形成された側とは反対側の面に、カッ
プリング層１５を介して光結合用プリズム１３が光学的
に結合配置される。
うに、被評価薄膜１１の例えばＡｌ金属薄膜が形成され
た光透過性基板１２より成る。そして、この試料６２の
被評価薄膜１１が形成された側とは反対側の面に、カッ
プリング層１５を介して光結合用プリズム１３が光学的
に結合配置される。
【００３６】このカップリング層１５は、プリズム１３
とこのカップリング層１５との界面での全反射臨界角が
光透過性基板１２と空気との界面での全反射臨界角より
も大となる液体層例えば、水、アーモンド油、ヨウ化メ
チレン等層する。
とこのカップリング層１５との界面での全反射臨界角が
光透過性基板１２と空気との界面での全反射臨界角より
も大となる液体層例えば、水、アーモンド油、ヨウ化メ
チレン等層する。
【００３７】このように、プリズム１３とこのカップリ
ング層１５との界面での全反射臨界角が光透過性基板１
２と空気との界面での全反射臨界角よりも大となる液体
層によるカップリング層１５とするときは、特願平５−
７２２４５号で説明されているように、プリズムと基板
１２間の各界面のＡＴＲ評価への実質的影響を回避でき
る。
ング層１５との界面での全反射臨界角が光透過性基板１
２と空気との界面での全反射臨界角よりも大となる液体
層によるカップリング層１５とするときは、特願平５−
７２２４５号で説明されているように、プリズムと基板
１２間の各界面のＡＴＲ評価への実質的影響を回避でき
る。
【００３８】この場合、プリズム１３の実質的寸法はこ
の基板１２の厚さを含んだものとなる（以下この基板１
２を含めた実質的寸法による底面をプリズムの実効底面
という）。
の基板１２の厚さを含んだものとなる（以下この基板１
２を含めた実質的寸法による底面をプリズムの実効底面
という）。
【００３９】載置台６１を構成するゴニオメータの回転
ステージ６０は、図３にその略線的拡大断面図を示すよ
うに、良く知られているように、例えばそれぞれ２θと
θとの関係で回動する第１及び第２のステージ６３及び
６４を有して成り、第２のステージ６４上に更に互いに
直交するｘ及びｙの２方向に移動可能とした移動ステー
ジ７５が設けられ、これの上に試料６２を載置する。
ステージ６０は、図３にその略線的拡大断面図を示すよ
うに、良く知られているように、例えばそれぞれ２θと
θとの関係で回動する第１及び第２のステージ６３及び
６４を有して成り、第２のステージ６４上に更に互いに
直交するｘ及びｙの２方向に移動可能とした移動ステー
ジ７５が設けられ、これの上に試料６２を載置する。
【００４０】移動ステージ７５は、図３に示すように、
例えばそれぞれ回転ステージ６１の回転面に沿うｘ及び
ｙ軸方向の一方例えばｙ軸に沿って移動できるようにな
された第１の移動体８３を設け、これの上にこれに対し
て他方の例えばｘ軸に沿って移動できるようになされた
第２の移動体８４を設けて構成し得る。
例えばそれぞれ回転ステージ６１の回転面に沿うｘ及び
ｙ軸方向の一方例えばｙ軸に沿って移動できるようにな
された第１の移動体８３を設け、これの上にこれに対し
て他方の例えばｘ軸に沿って移動できるようになされた
第２の移動体８４を設けて構成し得る。
【００４１】載置台６１に対する試料６２の載置は、例
えば移動ステージ７５の移動体８３及び８４を基準位置
とした状態で試料６２が配置されたプリズムと共にその
プリズムの実効底面の中央を回転軸に一致させ、この位
置から所定の角度掃引によって照射位置ずれを小さくで
きる最適位置のｙ0 及びｄevを与える位置に移動ステー
ジ７５をその基準位置から少なくともｙ軸に沿い、更に
必要に応じｘ方向に移動してプリズムに対する回転軸位
置の設定を行い、ビームシフタ６８によってプリズムの
基準入射角の選定を行う。
えば移動ステージ７５の移動体８３及び８４を基準位置
とした状態で試料６２が配置されたプリズムと共にその
プリズムの実効底面の中央を回転軸に一致させ、この位
置から所定の角度掃引によって照射位置ずれを小さくで
きる最適位置のｙ0 及びｄevを与える位置に移動ステー
ジ７５をその基準位置から少なくともｙ軸に沿い、更に
必要に応じｘ方向に移動してプリズムに対する回転軸位
置の設定を行い、ビームシフタ６８によってプリズムの
基準入射角の選定を行う。
【００４２】そして、光源例えばＨｅ−Ｎｅレーザ６５
が設けられ、これよりの測定用光ビーム１４すなわちレ
ーザ光を、偏光子６６、ビームスプリッタ６７、ビーム
シフタ６８を通じてプリズム１３に図２で示す所要の見
掛け入射角θi をもって導入する。
が設けられ、これよりの測定用光ビーム１４すなわちレ
ーザ光を、偏光子６６、ビームスプリッタ６７、ビーム
シフタ６８を通じてプリズム１３に図２で示す所要の見
掛け入射角θi をもって導入する。
【００４３】この測定用光ビーム１４は、その径を光透
過性基板１２の厚さＤより小に選定し、このようにする
ことによって図２で示すようなこの基板１２の各面での
各反射光１４Ｒの１４Ｒ’との干渉による本来の反射光
の測定の阻害を回避するようにする。
過性基板１２の厚さＤより小に選定し、このようにする
ことによって図２で示すようなこの基板１２の各面での
各反射光１４Ｒの１４Ｒ’との干渉による本来の反射光
の測定の阻害を回避するようにする。
【００４４】そして、移動ステージ７５上の試料６２に
対する入射測定用光ビーム１４の光路上にビームシフタ
６８を配置し、このビームシフタ６８によって測定用光
ビーム１４の光軸をシフトさせる。
対する入射測定用光ビーム１４の光路上にビームシフタ
６８を配置し、このビームシフタ６８によって測定用光
ビーム１４の光軸をシフトさせる。
【００４５】このビームシフタ６８は、図１で示される
ように、光透過性の平行平板として、これの回転によっ
て光軸を平行にシフトさせるようにする。
ように、光透過性の平行平板として、これの回転によっ
て光軸を平行にシフトさせるようにする。
【００４６】あるいは、このビームシフタ６８を、図４
に示すように、光透過性のくさび形断面体として、これ
を図４中鎖線図示のように、光ビームの入射面６８ａに
沿って移動させることによって出射ビームを平行にシフ
トさせる構成とする。
に示すように、光透過性のくさび形断面体として、これ
を図４中鎖線図示のように、光ビームの入射面６８ａに
沿って移動させることによって出射ビームを平行にシフ
トさせる構成とする。
【００４７】そして、ゴニオメータの回転ステージ６０
すなわち第１及び第２のステージ６３及び６４を２θ及
びθの関係で回転させて測定用光ビームの入射角の角度
掃引を行い、この入射角に対する試料６２からの反射光
１４Ｒを測定するが、この測定に先立って特に本発明装
置においては、所定の基準状態で、移動ステージ７５の
特に被評価薄膜面の法線方向（ｙ方向）の移動と、ビー
ムシフタ６８の回動ないしは移動とによって基板１２を
含むプリズム１３の回転軸の位置とプリズムに対する測
定用光ビームの光軸位置を、前述した角度掃引によって
も実質的プリズム底面すなわち、この場合においては基
板１２の被評価薄膜１１側の面での測定用光ビームの照
射位置のずれが、先に説明したように、実質的に問題と
ならない程度の小さいずれで収まるようにする。
すなわち第１及び第２のステージ６３及び６４を２θ及
びθの関係で回転させて測定用光ビームの入射角の角度
掃引を行い、この入射角に対する試料６２からの反射光
１４Ｒを測定するが、この測定に先立って特に本発明装
置においては、所定の基準状態で、移動ステージ７５の
特に被評価薄膜面の法線方向（ｙ方向）の移動と、ビー
ムシフタ６８の回動ないしは移動とによって基板１２を
含むプリズム１３の回転軸の位置とプリズムに対する測
定用光ビームの光軸位置を、前述した角度掃引によって
も実質的プリズム底面すなわち、この場合においては基
板１２の被評価薄膜１１側の面での測定用光ビームの照
射位置のずれが、先に説明したように、実質的に問題と
ならない程度の小さいずれで収まるようにする。
【００４８】このようにして角度掃引を行って通常のよ
うに、ＡＴＲによる被評価薄膜１１の光学定数の評価を
行う。
うに、ＡＴＲによる被評価薄膜１１の光学定数の評価を
行う。
【００４９】このため、例えば第１のステージ６３に配
置されたフォトダイオード等の第１の光検出器６９によ
って検出する。
置されたフォトダイオード等の第１の光検出器６９によ
って検出する。
【００５０】一方、ビームスプリッタ６７で分離された
レーザ光の一部を、フォトダイオード等の第２の光検出
器７０によってレーザ光すなわち測定用光ビームのパワ
ーを検出し、これら光検出器６９及び７０の各検出出力
をそれぞれ増幅器７１及び７２によって増幅してこれら
出力Ａ及びＢをアナログ割り算器（アナログデバイス
社：ＡＤ−５３３）７３に導入してＡ／Ｂを得、これに
所要の係数を掛けて反射率を算出する。
レーザ光の一部を、フォトダイオード等の第２の光検出
器７０によってレーザ光すなわち測定用光ビームのパワ
ーを検出し、これら光検出器６９及び７０の各検出出力
をそれぞれ増幅器７１及び７２によって増幅してこれら
出力Ａ及びＢをアナログ割り算器（アナログデバイス
社：ＡＤ−５３３）７３に導入してＡ／Ｂを得、これに
所要の係数を掛けて反射率を算出する。
【００５１】割り算器７３の出力はディジタルオシロス
コープを介してパソコン（ＰＣ−９８０１）に導入す
る。そしてここで理論反射率の計算、及び実測値との相
互比較もすべてこのパソコン上で行うことができる。
コープを介してパソコン（ＰＣ−９８０１）に導入す
る。そしてここで理論反射率の計算、及び実測値との相
互比較もすべてこのパソコン上で行うことができる。
【００５２】因みに、１回の測定に要する時間は、上述
のゴニオメータステージ６１の角度掃引とデータ取り込
みを合わせて５分程度である。
のゴニオメータステージ６１の角度掃引とデータ取り込
みを合わせて５分程度である。
【００５３】このようにして本発明装置においても、Ａ
ＴＲによる金属薄膜の光学定数評価を行うことができ
る。
ＴＲによる金属薄膜の光学定数評価を行うことができ
る。
【００５４】尚、プリズム１３は正３角形、２等辺３角
形に限らず種々のプリズムを用いる場合に適用でき、ま
たプリズムに対する被評価薄膜の結合は、上述の例に限
らず従前のクレッチマン配置、オットー配置によること
もできる。
形に限らず種々のプリズムを用いる場合に適用でき、ま
たプリズムに対する被評価薄膜の結合は、上述の例に限
らず従前のクレッチマン配置、オットー配置によること
もできる。
【００５５】
【発明の効果】上述の本発明構成によれば、被評価薄膜
１１を有する試料を載置してこれに対する測定用光ビー
ムの角度掃引を行うための回転ステージに、これに対す
る移動ステージ７５を設けたことにより、また測定用光
ビームの光軸を平行シフトするビームシフタ６８を設け
たことにより、角度掃引によってＡＴＲ測定を行うべき
面におけるビームの照射位置をその評価に実質的に問題
を生じない程度の最適状態に選定することができるの
で、迅速に正しい評価を行うことができる。
１１を有する試料を載置してこれに対する測定用光ビー
ムの角度掃引を行うための回転ステージに、これに対す
る移動ステージ７５を設けたことにより、また測定用光
ビームの光軸を平行シフトするビームシフタ６８を設け
たことにより、角度掃引によってＡＴＲ測定を行うべき
面におけるビームの照射位置をその評価に実質的に問題
を生じない程度の最適状態に選定することができるの
で、迅速に正しい評価を行うことができる。
【００５６】特に、上述した実施例のように、被評価薄
膜１１を基板１２に被着してカップリング層１５によっ
て結合した構成とする場合、その被評価薄膜１１をプリ
ズムに直接的に被着するいわゆるクレッチマン配置によ
る場合における問題すなわち高価なプリズムに直接に被
評価薄膜を蒸着等によって被着することによる価格及び
被評価薄膜材料の制約等の問題を解決できるものである
が、この場合において、そのプリズムの実質的寸法が、
プリズム自体の寸法と異なってくる。ところが、本発明
装置によれば、このプリズムの実質的寸法の相違による
回転軸の位置の調整も容易に行うことができるのであ
る。
膜１１を基板１２に被着してカップリング層１５によっ
て結合した構成とする場合、その被評価薄膜１１をプリ
ズムに直接的に被着するいわゆるクレッチマン配置によ
る場合における問題すなわち高価なプリズムに直接に被
評価薄膜を蒸着等によって被着することによる価格及び
被評価薄膜材料の制約等の問題を解決できるものである
が、この場合において、そのプリズムの実質的寸法が、
プリズム自体の寸法と異なってくる。ところが、本発明
装置によれば、このプリズムの実質的寸法の相違による
回転軸の位置の調整も容易に行うことができるのであ
る。
【図１】本発明装置の一例の構成図である。
【図２】本発明装置で用いる被評価薄膜試料とプリズム
との関係を示す略線的平面図である。
との関係を示す略線的平面図である。
【図３】試料載置台の一例の斜視図である。
【図４】ビームシフタの一例の平面図である。
【図５】被評価薄膜試料とプリズムとの関係を示す略線
的平面図である。
的平面図である。
【図６】表面プラズモンの分散関係を示す図である。
【図７】反射率の見掛け入射角の依存性を示す図であ
る。
る。
【図８】三角柱プリズムの光路図である。
【図９】円柱状プリズムの光路図である。
【図１０】円柱状プリズムの光路図である。
【図１１】円柱状プリズムの光路図である。
【図１２】円柱状プリズムのレンズ効果の説明図であ
る。
る。
【図１３】プリズムと測定用光ビームの入射光との関係
を示す図である。
を示す図である。
【図１４】見掛けの入射角に対するプリズム底面の中央
位置からのずれの関係を示す図である。
位置からのずれの関係を示す図である。
１１ 被評価薄膜 １２ 光透過性基板 １３ 光結合用プリズム １５ カップリング層 ６０ 回転ステージ ６１ 載置台 ７５ 移動ステージ ６７ ビームシフタ
Claims (3)
- 【請求項１】 被評価薄膜を有する試料を載置する載置
台を構成するゴニオメータの回転ステージ上に、 上記試料が載置され、上記回転ステージ面に沿って上記
被評価薄膜面の法線方向に移動可能な移動ステージが設
けられ、 該移動ステージ上の上記試料に対する入射測定用光ビー
ムの光路上にビームシフタが配置され、該ビームシフタ
によって上記測定用光ビームの光軸がシフトされるよう
にしたことを特徴とする減衰全反射型薄膜評価装置。 - 【請求項２】 上記ビームシフタが、光透過性の平行平
板より成ることを特徴とする請求項１に記載の減衰全反
射型薄膜評価装置。 - 【請求項３】 上記ビームシフタが、光透過性のくさび
形断面体より成ることを特徴とする減衰全反射型薄膜評
価装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7462793A JPH06288902A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 減衰全反射型薄膜評価装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7462793A JPH06288902A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 減衰全反射型薄膜評価装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06288902A true JPH06288902A (ja) | 1994-10-18 |
Family
ID=13552628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7462793A Pending JPH06288902A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 減衰全反射型薄膜評価装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06288902A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012036075A1 (ja) * | 2010-09-16 | 2012-03-22 | シャープ株式会社 | 屈折率測定装置、及び屈折率測定方法 |
| JP2012523567A (ja) * | 2009-04-07 | 2012-10-04 | レア ライト インコーポレイテッド | 近臨界反射分光測定デバイス、システム、及び方法 |
| US8730468B2 (en) | 2008-02-01 | 2014-05-20 | Rare Light, Inc. | Methods, devices and kits for peri-critical reflectance spectroscopy |
| US8970838B2 (en) | 2011-04-29 | 2015-03-03 | Avolonte Health LLC | Method and apparatus for evaluating a sample through variable angle Raman spectroscopy |
| CN110941138A (zh) * | 2018-09-21 | 2020-03-31 | 佳能株式会社 | 异物检查装置、曝光装置以及物品制造方法 |
| US11404571B2 (en) | 2017-07-10 | 2022-08-02 | Micron Technology, Inc. | Methods of forming NAND memory arrays |
| US11538919B2 (en) | 2021-02-23 | 2022-12-27 | Micron Technology, Inc. | Transistors and arrays of elevationally-extending strings of memory cells |
-
1993
- 1993-03-31 JP JP7462793A patent/JPH06288902A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8730468B2 (en) | 2008-02-01 | 2014-05-20 | Rare Light, Inc. | Methods, devices and kits for peri-critical reflectance spectroscopy |
| JP2012523567A (ja) * | 2009-04-07 | 2012-10-04 | レア ライト インコーポレイテッド | 近臨界反射分光測定デバイス、システム、及び方法 |
| US9041923B2 (en) | 2009-04-07 | 2015-05-26 | Rare Light, Inc. | Peri-critical reflection spectroscopy devices, systems, and methods |
| WO2012036075A1 (ja) * | 2010-09-16 | 2012-03-22 | シャープ株式会社 | 屈折率測定装置、及び屈折率測定方法 |
| CN103119420A (zh) * | 2010-09-16 | 2013-05-22 | 夏普株式会社 | 折射率测定装置和折射率测定方法 |
| US8947650B2 (en) | 2010-09-16 | 2015-02-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | Refractive index measuring device and refractive index measuring method |
| US8970838B2 (en) | 2011-04-29 | 2015-03-03 | Avolonte Health LLC | Method and apparatus for evaluating a sample through variable angle Raman spectroscopy |
| US11404571B2 (en) | 2017-07-10 | 2022-08-02 | Micron Technology, Inc. | Methods of forming NAND memory arrays |
| CN110941138A (zh) * | 2018-09-21 | 2020-03-31 | 佳能株式会社 | 异物检查装置、曝光装置以及物品制造方法 |
| JP2020051759A (ja) * | 2018-09-21 | 2020-04-02 | キヤノン株式会社 | 異物検査装置、露光装置、および物品製造方法 |
| CN110941138B (zh) * | 2018-09-21 | 2023-12-08 | 佳能株式会社 | 异物检查装置、曝光装置以及物品制造方法 |
| US11538919B2 (en) | 2021-02-23 | 2022-12-27 | Micron Technology, Inc. | Transistors and arrays of elevationally-extending strings of memory cells |
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