JPS6033034A - 薄膜の偏向解析方法 - Google Patents
薄膜の偏向解析方法Info
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- JPS6033034A JPS6033034A JP14133583A JP14133583A JPS6033034A JP S6033034 A JPS6033034 A JP S6033034A JP 14133583 A JP14133583 A JP 14133583A JP 14133583 A JP14133583 A JP 14133583A JP S6033034 A JPS6033034 A JP S6033034A
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- JP
- Japan
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- refractive index
- thin film
- layer
- substrate
- thickness
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/8422—Investigating thin films, e.g. matrix isolation method
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- Pathology (AREA)
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
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。
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、光素子等に使用される薄膜の偏向解析法によ
る屈折率及び膜厚の測定に関するものである。
る屈折率及び膜厚の測定に関するものである。
従来例の構成とその問題点
近年、電子工業と光学が結びついた、いわゆる′°オグ
トエレクトロニクス″の分野の進歩が著しいが、半導体
レーザー、光導波路等の光素子を設計する上で、それを
構成するエピタキシャル層等の薄膜の正確な屈折率を測
定することは非常に重要である。
トエレクトロニクス″の分野の進歩が著しいが、半導体
レーザー、光導波路等の光素子を設計する上で、それを
構成するエピタキシャル層等の薄膜の正確な屈折率を測
定することは非常に重要である。
特に、工ｎＰ基板上にエピタキシャル成長したＩｎＧａ
ＡｓＰのような半導体混晶は、光集積回路の立場から、
光導波路用物質としてしばし注目されている。このよう
な混晶エピタキシャル層は組成によってそのバンドギャ
ップや屈折率は変化するので、導波光の波長に対して種
々の混晶の屈折率を測定することは必要不可欠である。
ＡｓＰのような半導体混晶は、光集積回路の立場から、
光導波路用物質としてしばし注目されている。このよう
な混晶エピタキシャル層は組成によってそのバンドギャ
ップや屈折率は変化するので、導波光の波長に対して種
々の混晶の屈折率を測定することは必要不可欠である。
偏光解析法とは、物体の表面で光が反射する場合の光の
偏光状態の変化を測定することにより物体の光学定数や
表面の性質を知る方法であり、粘度の良い方法として古
くから知られている。
偏光状態の変化を測定することにより物体の光学定数や
表面の性質を知る方法であり、粘度の良い方法として古
くから知られている。
寸だ、基板上の薄膜の光学定数や膜厚を知るにもこの方
法は適用できる。第１図に示すような、屈折率ｎｓ、消
哀係数ｋｓである基板１上に、ノ１１゜折率ｎｒ、消衰
係数ｋｆのＦｘＤ膜２が存在する場合を考える。これに
入射角ψで直線偏向の入射光３が入射するものとする。
法は適用できる。第１図に示すような、屈折率ｎｓ、消
哀係数ｋｓである基板１上に、ノ１１゜折率ｎｒ、消衰
係数ｋｆのＦｘＤ膜２が存在する場合を考える。これに
入射角ψで直線偏向の入射光３が入射するものとする。
膜内での繰り返し反射干渉を考慮に入れた、反射面全体
としての振幅反射率は、Ｐ偏向８、Ｓ偏向９についてそ
れぞれ以下のようになる。
としての振幅反射率は、Ｐ偏向８、Ｓ偏向９についてそ
れぞれ以下のようになる。
ここで、添字ｐ、ｓはそれぞれＰ偏向、Ｓ偏向を表わす
。Ｒｐ 、 Ｒｓは面全体としての複素振幅反射率、γ
１゜、γ１．は１９膜表面４ての複素振幅反射率、γ
、γ は薄膜一基板界面６での複素振幅反射２８ ２Ｐ となる。
。Ｒｐ 、 Ｒｓは面全体としての複素振幅反射率、γ
１゜、γ１．は１９膜表面４ての複素振幅反射率、γ
、γ は薄膜一基板界面６での複素振幅反射２８ ２Ｐ となる。
ここでψは入射角、ψ、は薄膜内でのＪｎ＋折角でｓｉ
ｎ ψ＝ ｎ ｆｓｉｎ ｔｐｆ（７）の関係がある。
ｎ ψ＝ ｎ ｆｓｉｎ ｔｐｆ（７）の関係がある。
（１）ｌ （２）式におけるδは膜内１往復によって生
じる位相差で δ＝ （４πｎ ｆｄ ｃｏｓψｆ） ／λ （８）ｄ
ｉｌｌ：薄膜の膜厚、λは入射光の波長である。
じる位相差で δ＝ （４πｎ ｆｄ ｃｏｓψｆ） ／λ （８）ｄ
ｉｌｌ：薄膜の膜厚、λは入射光の波長である。
一般に反射光７は楕円偏光となり、そのＩｆｉ円軌道の
パラメータである楕円の傾きを表わすψと、Ｐ波とＳ波
の位相差Δは全体の振幅反射率Ｒｐ。
パラメータである楕円の傾きを表わすψと、Ｐ波とＳ波
の位相差Δは全体の振幅反射率Ｒｐ。
Ｒｓ と次式の関係にある。
Ｒｐ／Ｒｓ ＝ ｔａｎψａｘｐ（ｉΔ）（９）基板に
ついてのｎｓ、ｋｓ、入射角ψが既知で、薄膜について
のｎｆ、ｋｆ、ｄのうちの１つがわかっている場合、偏
光解析によりΔとψを測定すれば、未知である他の２つ
の値をめることができる。実際はｎｆ、ｋｆ、ｄをパラ
メータとしてΔとψの関係を図表化して決定するのが便
利である。
ついてのｎｓ、ｋｓ、入射角ψが既知で、薄膜について
のｎｆ、ｋｆ、ｄのうちの１つがわかっている場合、偏
光解析によりΔとψを測定すれば、未知である他の２つ
の値をめることができる。実際はｎｆ、ｋｆ、ｄをパラ
メータとしてΔとψの関係を図表化して決定するのが便
利である。
ところで第１図における基板１としてＩｎＰ 、薄ｌｉ
ｄ ２としてＩｎＧａＡｓＰエピタキシャル層、入射光
３としてＩｎＰに対してもＩｎＧａＡｓＰに対しても吸
収のない光、すなわちＩｎ（ｒａＡｓＰのバンドギャッ
プエネルギーに相当する波長（以下楡となる）よりも長
い波長の光で測定を行なう場合を考える（この場合、ｋ
ｓ ＝＝ ｌｃ ｆ：＝ Ｏとおける）。第２図は入射
光３として波長λ＝１・１５３μｍ、ＩｎＰ基板１の屈
折率ｎ５＝３．２５＋入射角ψニアＯ０とし、ＩｎＧａ
ＡｓＰエピタキシャル層２のノ１１（折率ｎｌをそれぞ
れ３．２６゜３・３ｏ、３・３６ とした時のΔとψの
関係を膜厚ｄをパラメータとして図表化したものである
。第２図で実線の各曲線は、図面に示すｎｆＯ値等屈折
率曲線であり、各破線は同じく図面に示す膜厚での等膜
厚曲線である。図面で斜線を示した領域は、ｎｆが３．
２ｂから３．３５、ｄが１００八から１７００八に変化
した時のΔとψのとり得る値を示す。Δとψの測定値を
第２図に照らし合わせてｎｆとｄを読み取ることができ
る。
ｄ ２としてＩｎＧａＡｓＰエピタキシャル層、入射光
３としてＩｎＰに対してもＩｎＧａＡｓＰに対しても吸
収のない光、すなわちＩｎ（ｒａＡｓＰのバンドギャッ
プエネルギーに相当する波長（以下楡となる）よりも長
い波長の光で測定を行なう場合を考える（この場合、ｋ
ｓ ＝＝ ｌｃ ｆ：＝ Ｏとおける）。第２図は入射
光３として波長λ＝１・１５３μｍ、ＩｎＰ基板１の屈
折率ｎ５＝３．２５＋入射角ψニアＯ０とし、ＩｎＧａ
ＡｓＰエピタキシャル層２のノ１１（折率ｎｌをそれぞ
れ３．２６゜３・３ｏ、３・３６ とした時のΔとψの
関係を膜厚ｄをパラメータとして図表化したものである
。第２図で実線の各曲線は、図面に示すｎｆＯ値等屈折
率曲線であり、各破線は同じく図面に示す膜厚での等膜
厚曲線である。図面で斜線を示した領域は、ｎｆが３．
２ｂから３．３５、ｄが１００八から１７００八に変化
した時のΔとψのとり得る値を示す。Δとψの測定値を
第２図に照らし合わせてｎｆとｄを読み取ることができ
る。
しかしながら第２図の場合のように基板１と薄膜２の屈
折率差が微少な時は、薄膜の屈折率ｎ。
折率差が微少な時は、薄膜の屈折率ｎ。
および膜厚ｄの変化に対するΔとψの変化量（図面の斜
線部分）は小さいので、精度の高い測定は難しい。さら
に基板裏面６での反射光も測定誤差に影響するという問
題点がある。
線部分）は小さいので、精度の高い測定は難しい。さら
に基板裏面６での反射光も測定誤差に影響するという問
題点がある。
発明の目的
本発明は上記従来の問題点を改良すべく、測定試料の構
造を改良することによって、精度の高い屈折率並びに膜
厚の測定値を（４ること金目的とするＯ 発明の構成 本発明は基板と薄膜の間に、両者よりも屈折率が高く、
測、走光を吸収し、かつ屈折率と消衰係数が既知である
高屈折率吸収層を設けた測定試料を用いることによって
、未知である薄膜の屈折率ｎｆと薄膜ｄの変化に対する
楕円偏光パラメータΔとψの変化を大きくシ、さらに基
板裏面からの反射光の影響を除去し、ｎｆ とｄを精度
良く決定することを可能にするものであるＯ 実施例の説明 第３図は本発明の測定用試料をＩｎＰ基板上のＩｎＧａ
ＡｓＰエピタキシャル層の場合についての構造を示した
ものである。ここで１はＩｎＰ基板、２は測定すべきＩ
ｎＧａＡｓＰエピタキシャル層、１０は高屈折率吸収層
でこの場合入射光３を吸収する組成の工ｎＧａＡｓＰも
しくはＩｎＧａＡｓである。各層のバンドギャップ波長
λｇと測定光の波長λは次の関係がある。
造を改良することによって、精度の高い屈折率並びに膜
厚の測定値を（４ること金目的とするＯ 発明の構成 本発明は基板と薄膜の間に、両者よりも屈折率が高く、
測、走光を吸収し、かつ屈折率と消衰係数が既知である
高屈折率吸収層を設けた測定試料を用いることによって
、未知である薄膜の屈折率ｎｆと薄膜ｄの変化に対する
楕円偏光パラメータΔとψの変化を大きくシ、さらに基
板裏面からの反射光の影響を除去し、ｎｆ とｄを精度
良く決定することを可能にするものであるＯ 実施例の説明 第３図は本発明の測定用試料をＩｎＰ基板上のＩｎＧａ
ＡｓＰエピタキシャル層の場合についての構造を示した
ものである。ここで１はＩｎＰ基板、２は測定すべきＩ
ｎＧａＡｓＰエピタキシャル層、１０は高屈折率吸収層
でこの場合入射光３を吸収する組成の工ｎＧａＡｓＰも
しくはＩｎＧａＡｓである。各層のバンドギャップ波長
λｇと測定光の波長λは次の関係がある。
λ、＞λ５．〉λ〉λｇａ （１ｏ）
また各層の屈折率は
ｎ、（ｎｆ＜ ｎａ（１１）
を満たす。
ここで添字ｓ、ｆ、ａはそれぞれＩｎＰ基板１、測定す
べきＩｎＧａＡｓエビタギシャル層２、高屈折率吸収層
１０を表わす。高屈折率吸収層の消衰係数ｋａを０．１
、測定光の波長λ−１・１６３μｍとした場合、その膜
厚は１ μｍ程度以上であれば、屈折光１２はほぼ高屈
折率吸収層内で吸収され、基Ｖ高屈折率層界面１１には
達しない。従って解析には上の２層だけでＩｎＰ基板１
は考える必要はない。高屈折率吸収層１０は、測 すべ
き層２とのＪｉｌｉ折率差が最も大きくとれ、吸収が最
も太きいという点でＩｎＧａＡｓが最も都合が良い。
べきＩｎＧａＡｓエビタギシャル層２、高屈折率吸収層
１０を表わす。高屈折率吸収層の消衰係数ｋａを０．１
、測定光の波長λ−１・１６３μｍとした場合、その膜
厚は１ μｍ程度以上であれば、屈折光１２はほぼ高屈
折率吸収層内で吸収され、基Ｖ高屈折率層界面１１には
達しない。従って解析には上の２層だけでＩｎＰ基板１
は考える必要はない。高屈折率吸収層１０は、測 すべ
き層２とのＪｉｌｉ折率差が最も大きくとれ、吸収が最
も太きいという点でＩｎＧａＡｓが最も都合が良い。
第４図は、λ＝１．１５３μｍの光について、ｎａ＝：
３．５７．に、＝Ｑ、１とした場合のΔとψの関係を膜
厚１００八〜１９００人、ｎｆ＝３．２６゜３・３５に
ついて図表化したものである。第２図と同様に実線は等
屈折率曲線、破線は等膜厚曲線を示し、Δとψの変化量
は斜線で示した領域で示しである。第２図と第４図を比
較すれば明らかであるが、第４図の場合はｎｆ、ｃｌの
変化に対して、Δとψの変化量が大きくなり、Δとψの
測定値から精度良（ｎｆ、ｄを決定することができる。
３．５７．に、＝Ｑ、１とした場合のΔとψの関係を膜
厚１００八〜１９００人、ｎｆ＝３．２６゜３・３５に
ついて図表化したものである。第２図と同様に実線は等
屈折率曲線、破線は等膜厚曲線を示し、Δとψの変化量
は斜線で示した領域で示しである。第２図と第４図を比
較すれば明らかであるが、第４図の場合はｎｆ、ｃｌの
変化に対して、Δとψの変化量が大きくなり、Δとψの
測定値から精度良（ｎｆ、ｄを決定することができる。
Δとψが０・１°のケタ捷で正確に測定できれば、ｎｆ
については少なくとも有効数字３ケタ寸では信頼できる
値を得ることができる。高屈折率吸収層１０のＪ＋、＋
ｆ折率ｎａ１消衰係数に、が未知の場合も、この層は吸
収が大きいので、基板上に十分厚く積んだ試別について
別個に単層解析することによってｎａ、ｋａの値を正確
に測定することができる。
については少なくとも有効数字３ケタ寸では信頼できる
値を得ることができる。高屈折率吸収層１０のＪ＋、＋
ｆ折率ｎａ１消衰係数に、が未知の場合も、この層は吸
収が大きいので、基板上に十分厚く積んだ試別について
別個に単層解析することによってｎａ、ｋａの値を正確
に測定することができる。
寸だ前に述べたように屈折光１２は高屈折率吸収層１０
でほとんどすべて吸収されるので、高屈折率吸収層／基
板界面１１−また基板裏面６での反射光がなく、これに
よる測定誤差を取り除くことができる。
でほとんどすべて吸収されるので、高屈折率吸収層／基
板界面１１−また基板裏面６での反射光がなく、これに
よる測定誤差を取り除くことができる。
以」二のように本実施例によれば基板１と測定すべき層
２の間に高屈折率吸収層１ｏを設けることによって、よ
り高精度で屈折率、膜厚を決定することができる。
２の間に高屈折率吸収層１ｏを設けることによって、よ
り高精度で屈折率、膜厚を決定することができる。
尚、従来例、実施例においてはＩｎＰ ／ＩｎＧａＡｓ
Ｐ系について述べたが、条件を満たすものであるなら試
料はこれに限るものではない。
Ｐ系について述べたが、条件を満たすものであるなら試
料はこれに限るものではない。
また高屈折率吸収層１０は高屈折率層および吸収層単独
でも効果を有するものである。
でも効果を有するものである。
発明の効果
本発明の薄膜の偏光解析法では、基板と′Ａ９膜の間に
、両者よりも高屈折率である層、または吸収層、もしく
はその両方の条件を満たす層全設けた測定試料を用いる
ことにより、基板と薄膜の屈折率差が微少でその丑まで
は正確な測定値が得られないような場合でも、薄膜の屈
折率および膜厚を高精度に′６１１１定することができ
、その実用的効果は大きい。
、両者よりも高屈折率である層、または吸収層、もしく
はその両方の条件を満たす層全設けた測定試料を用いる
ことにより、基板と薄膜の屈折率差が微少でその丑まで
は正確な測定値が得られないような場合でも、薄膜の屈
折率および膜厚を高精度に′６１１１定することができ
、その実用的効果は大きい。
第１図は従来の薄膜の偏光解析の図、第２図に４゜従来
例におけるＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰエピタキシャ
ル層のΔ−ψ関係図、第３図は本発明の一実がｊｉ例に
おける中間に高屈折率吸収層を設けた試別の偏光解析の
図、第４図はＩｎＰ基板と測定すべきＩｎＧａＡｓＰ層
の間にＩｎＧａＡｓ高屈折率吸収層を設けた試料のΔ−
ψ関係図である。 １・・・・・・基板、２・・・・・・測定すべき薄膜、
３・・・・・・入射光、４・・・・・・薄膜表面、５・
・・・・・基板／薄膜界面、６・・・・基板裏面、７・
・・・反射光、８・川・・Ｐ偏光、９・・・・Ｓ偏−７
（１，１ｏ・・・・高ｈＩ（折率吸収層、１１・・・・
・・高〕１Ｂ折率吸収層／基板界面、１２・・・・・・
高屈折率吸収層内の力ｆ（折光。 代理人の氏名 ツ１）埋土 中 尾 敏 男 ほか１名
第１図 第２図 １２３４ ５６ｑ８９（劃 第３図
例におけるＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰエピタキシャ
ル層のΔ−ψ関係図、第３図は本発明の一実がｊｉ例に
おける中間に高屈折率吸収層を設けた試別の偏光解析の
図、第４図はＩｎＰ基板と測定すべきＩｎＧａＡｓＰ層
の間にＩｎＧａＡｓ高屈折率吸収層を設けた試料のΔ−
ψ関係図である。 １・・・・・・基板、２・・・・・・測定すべき薄膜、
３・・・・・・入射光、４・・・・・・薄膜表面、５・
・・・・・基板／薄膜界面、６・・・・基板裏面、７・
・・・反射光、８・川・・Ｐ偏光、９・・・・Ｓ偏−７
（１，１ｏ・・・・高ｈＩ（折率吸収層、１１・・・・
・・高〕１Ｂ折率吸収層／基板界面、１２・・・・・・
高屈折率吸収層内の力ｆ（折光。 代理人の氏名 ツ１）埋土 中 尾 敏 男 ほか１名
第１図 第２図 １２３４ ５６ｑ８９（劃 第３図
Claims (2)
- （１）薄膜の屈折率および膜厚の測定において、基板と
薄膜との間に両者よシも高い屈折率を有する層を設けた
試別を用いることを特徴とする薄膜の偏向解析方法。 - （２）薄膜の屈折率および膜厚の測定において、基板と
成膜との間に測定光を吸収する層を設けた試お１を用い
ることを特徴とする薄膜の偏向解析方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14133583A JPS6033034A (ja) | 1983-08-01 | 1983-08-01 | 薄膜の偏向解析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14133583A JPS6033034A (ja) | 1983-08-01 | 1983-08-01 | 薄膜の偏向解析方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6033034A true JPS6033034A (ja) | 1985-02-20 |
Family
ID=15289553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14133583A Pending JPS6033034A (ja) | 1983-08-01 | 1983-08-01 | 薄膜の偏向解析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6033034A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006524828A (ja) * | 2003-01-08 | 2006-11-02 | ケイエルエイ−テンコール テクノロジーズ コーポレーション | 多層基板上の薄膜の厚さを測定するための単一波長偏光解析 |
| JP2007101642A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 光変調器及びその製造方法 |
-
1983
- 1983-08-01 JP JP14133583A patent/JPS6033034A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006524828A (ja) * | 2003-01-08 | 2006-11-02 | ケイエルエイ−テンコール テクノロジーズ コーポレーション | 多層基板上の薄膜の厚さを測定するための単一波長偏光解析 |
| JP2007101642A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 光変調器及びその製造方法 |
| JP4628236B2 (ja) * | 2005-09-30 | 2011-02-09 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調器及びその製造方法 |
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