JPS63140940A - Measuring method for refractive index and film thickness - Google Patents
Measuring method for refractive index and film thicknessInfo
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- JPS63140940A JPS63140940A JP28749586A JP28749586A JPS63140940A JP S63140940 A JPS63140940 A JP S63140940A JP 28749586 A JP28749586 A JP 28749586A JP 28749586 A JP28749586 A JP 28749586A JP S63140940 A JPS63140940 A JP S63140940A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、屈折率・膜厚測定方法に関する。[Detailed description of the invention] (Technical field) The present invention relates to a method for measuring refractive index and film thickness.
(従来技術)
薄膜の屈折率や膜厚を測定する必要は、光学の技術分野
ではしばしば生ずるが、非接触、非破壊で測定する方法
としてエリプソメトリ−が知られている。しかし、エリ
プソメトリ−は、その実施に複雑で大がかりな装置を必
要とする。(Prior Art) It is often necessary to measure the refractive index and film thickness of thin films in the optical technical field, and ellipsometry is known as a non-contact, non-destructive measuring method. However, ellipsometry requires complex and large-scale equipment for its implementation.
(目 的)
本発明は、簡単かつ手軽に実施でき、尚且つ精度の良い
、新規な屈折率・膜厚測定方法の提供を目的とする。(Objective) The present invention aims to provide a novel method for measuring refractive index and film thickness that is simple and easy to implement and has high accuracy.
(構 成)
本発明は、既知の屈折率を有する基板上に形成された薄
膜の屈折率と膜厚とを測定する方法である。本明細書で
は2種の方法が提案される。(Structure) The present invention is a method of measuring the refractive index and film thickness of a thin film formed on a substrate having a known refractive index. Two methods are proposed herein.
第1種の方法は基板上の薄膜に、所定の入射角でS偏光
とP偏光の波長λ1の単色光を入射させ、各入射光に対
するエネルギー反射率Rs(λ1)、Rp(λ1)を測
定し、さらに上記入射角で、S偏光とP偏光の波長λ2
の単色光を入射させ、各入射光に対するエネルギー反射
率Rs(λ2) 、 Rp (λ2)を測定し、基板の
屈折率と、上記エネルギー反射率R3くλ1)、Rp(
λl)、Rs(λ2) 、 Rp (λ2)、とに基づ
いて、上記薄膜の屈折率N1(λ1)、N1(λ2)を
所定の演算に従って自動的に算出し、上記エネルギー反
射率Rs(λ1)、Rp(λ1)、Rs(λ2) 、
Rp (λ2)、及び屈折率N1(λ1)、N1(λ2
)に基づいて、上記薄膜の膜厚を所定の演算に従って自
動的に算出することを特徴とする。The first type of method is to make monochromatic light of wavelength λ1 of S-polarized light and P-polarized light incident on a thin film on a substrate at a predetermined incident angle, and measure the energy reflectance Rs (λ1) and Rp (λ1) for each incident light. Furthermore, at the above incident angle, the wavelengths λ2 of S-polarized light and P-polarized light are
input monochromatic light, and measure the energy reflectance Rs(λ2), Rp(λ2) for each incident light, and calculate the refractive index of the substrate and the energy reflectance R3(λ1), Rp(
λl), Rs(λ2), Rp(λ2), the refractive index N1(λ1) and N1(λ2) of the thin film are automatically calculated according to a predetermined calculation, and the energy reflectance Rs(λ1 ), Rp(λ1), Rs(λ2),
Rp (λ2), and refractive index N1 (λ1), N1 (λ2
), the thickness of the thin film is automatically calculated according to a predetermined calculation.
第2種の方法は、基板上の薄膜に、所定の入射角θlで
S偏光とP偏光の単色光を入射させ、各入射光に対する
エネルギー反射率Rs(01)、Rp(01)を測定し
、さらに入射角02で、S偏光もしくはP偏光の上記単
色光を入射させ、入射光に対するエネルギー反射率Rs
(02)、もしくはRp(02)を測定し、基板の屈折
率と、上記エネルギー反射率Rs(θ1)、RpH)と
に基づいて、上記薄膜の屈折率N1を所定の演算に従っ
て自動的に算出し、上記エネルギー反射率Rs(θ1)
、Rp(θ1)と、Rs(02)もしくはRp(θ2)
、及び屈折率N1に基づいて、上記薄膜の膜厚を所定の
演算に従って自動的に算出することを特徴とする。In the second type of method, monochromatic light of S-polarized light and P-polarized light is incident on a thin film on a substrate at a predetermined incident angle θl, and the energy reflectances Rs(01) and Rp(01) for each incident light are measured. , Furthermore, the monochromatic light of S polarization or P polarization is made incident at an incident angle of 02, and the energy reflectance Rs for the incident light is
(02) or Rp(02), and automatically calculate the refractive index N1 of the thin film according to a predetermined calculation based on the refractive index of the substrate and the energy reflectance Rs (θ1), RpH). And the above energy reflectance Rs(θ1)
, Rp(θ1) and Rs(02) or Rp(θ2)
, and the refractive index N1, the thickness of the thin film is automatically calculated according to a predetermined calculation.
次に、第1図を参照して、本発明の詳細な説明する。図
に於いて、符号12は基板、符号10は薄膜、符号20
は光源、符号30は反射光を、それぞれ示す。また、空
気と薄膜10との境界面をSl、薄膜10と基板12と
の境界面を32とする。基板12の、既知の屈折率をN
2とし、薄膜10の未知の屈折率をN1とする。Next, the present invention will be described in detail with reference to FIG. In the figure, reference numeral 12 is a substrate, reference numeral 10 is a thin film, and reference numeral 20 is a thin film.
Reference numeral 30 indicates a light source, and reference numeral 30 indicates reflected light. Further, the interface between air and the thin film 10 is S1, and the interface between the thin film 10 and the substrate 12 is indicated as 32. The known refractive index of the substrate 12 is N
2, and the unknown refractive index of the thin film 10 is assumed to be N1.
図の如く、光源20から薄膜10に単色光を入射させる
と、薄膜10中で多重反射されて膜外へ反射される光波
30を全部総計した反射率は、スネルの法則、フレネル
の法則を用いて次の様に表すことができる。As shown in the figure, when monochromatic light is incident on the thin film 10 from the light source 20, the reflectance, which is the sum of all the light waves 30 that are multiple-reflected in the thin film 10 and reflected outside the film, is calculated using Snell's law and Fresnel's law. can be expressed as follows.
但し、添字の1,2は境界面Sl、S2での反射を表し
、Pusは入射光がP偏光かS偏光かを表す。However, the subscripts 1 and 2 represent reflections at the interfaces Sl and S2, and Pus represents whether the incident light is P-polarized light or S-polarized light.
入射角及び屈折角を図の如くにα、β、γ、とすると、
上記n P i r、5. 鉋Gβは、フレネルの式に
よって次の様に表すことができる。If the angle of incidence and angle of refraction are α, β, and γ as shown in the figure,
The above n P i r, 5. The plane Gβ can be expressed by Fresnel's equation as follows.
また、δは、光が境界面Sl 、 32間を通る間に生
ずる位相の遅れで、波長をλとすると
δ= 4x (Nl)(di) (cos β)/λ
(3)で与えられる。In addition, δ is the phase delay that occurs while the light passes between the interfaces Sl and 32, and if the wavelength is λ, then δ = 4x (Nl) (di) (cos β)/λ
It is given by (3).
(1)式によってエネルギー反射率Rp、sを計算する
と次式になる。Calculating the energy reflectance Rp,s using equation (1) results in the following equation.
ここで、入射角αを45度とすると、(2)、(3)式
は次のように簡単化される。Here, if the incident angle α is 45 degrees, equations (2) and (3) can be simplified as follows.
y′7P=((T1−1)/(T1+1))y’;、、
= (1−TI、)/(1+T1)6F = (TI
T2−1)(丁2−Tl)/(TIT2+1)(T2+
T1)胃’z= (TI−T2)/(T1+T2)δ
=2f2π(di)TI/λ
但シ、ここにn−、、rTr了Y巧、 T 2 = 、
r7177]テする。y'7P=((T1-1)/(T1+1))y';
= (1-TI,)/(1+T1)6F = (TI
T2-1) (TIT2-Tl)/(TIT2+1)(T2+
T1) Stomach'z= (TI-T2)/(T1+T2)δ
=2f2π(di)TI/λ However, here n-, , rTr, Takumi, T 2 = ,
r7177].
また、(4)式はこれをS、P偏光のそれぞれにつき、
COSδについて解くと次のようになる。Also, equation (4) expresses this for each of S and P polarized light,
Solving for COS δ is as follows.
(5) 、 (6)式を装置すると次の(7)式が得ら
れる。When formulas (5) and (6) are used, the following formula (7) is obtained.
この(7)式において、エネルギー反射率Rp、Rsが
知れると、屈折率N2が既知であるところから、(7)
式中の未知量はN1のみとなる。従ってRp、Rsを測
定によって求め、N2.Rp、Rsを(7)式に入れて
(7)式をN1に付いて解くことにより、測定対象とし
ての屈折率N1を知ることができる。In this equation (7), if the energy reflectances Rp and Rs are known, since the refractive index N2 is known, (7)
The unknown quantity in the equation is only N1. Therefore, Rp and Rs are determined by measurement, and N2. By putting Rp and Rs into equation (7) and solving equation (7) for N1, it is possible to know the refractive index N1 as the measurement target.
―++−一
尚、(7)式は入射角αの値に依らず成り立つから測定
に際しては、これを適当に定めて良いが、αを45度に
定めた場合は(7)式中の容量が前述の如く簡単な式で
表されるので、N1を算出するための演算が簡単になる
。-++- Incidentally, since equation (7) holds true regardless of the value of the incident angle α, it can be determined appropriately during measurement, but if α is set to 45 degrees, the capacitance in equation (7) Since N1 is expressed by a simple formula as described above, the calculation for calculating N1 becomes simple.
このようにして、屈折率N1が算出されると、薄膜の厚
さdiは<3)式を変形して、
dl=λδ/ (47C(Nl) (CO3β) )
(3a)と表す事が出来る。Once the refractive index N1 is calculated in this way, the thickness di of the thin film can be calculated as follows by modifying the formula (3): dl=λδ/ (47C(Nl) (CO3β) )
It can be expressed as (3a).
ここで、CO3βはスネルの法則により、cosβ=!
〒y訂マ丁/Nl
である。Here, CO3β is determined by Snell's law, cosβ=!
It is 〒y revised edition/Nl.
また、δは屈折率N1が分かれば前述の(5)、(6)
式によって定まるので、此のときのCO3δの値をCと
すると、δはmを整数として
δ=27Cm + ARCCO3C(8)で与えられる
。In addition, if the refractive index N1 is known, δ can be calculated using the above (5) and (6).
Since it is determined by the formula, if the value of CO3δ at this time is C, then δ is given by δ=27Cm + ARCCO3C (8) where m is an integer.
波長λ、屈折率N1、入射角αが既に知れて居るので、
上記(8)式のm(以下、次数という)が分かるとδが
定まり、上記(3a)式に従って膜厚d1を決定できる
。Since the wavelength λ, refractive index N1, and angle of incidence α are already known,
When m (hereinafter referred to as the order) in the above equation (8) is known, δ is determined, and the film thickness d1 can be determined according to the above equation (3a).
次数mを決定する方法としては、(イ)入射光の波長を
変えてエネルギー反射率を測定する方法と、(ロ)入射
角を変えてエネルギー反射率を測定する方法とがあり、
本発明の第1種の方法は上記(イ)の方法を、第2種の
方法は(ロ)の方法を採用している。There are two ways to determine the order m: (a) measuring the energy reflectance by changing the wavelength of the incident light; and (b) measuring the energy reflectance by changing the angle of incidence.
The first type of method of the present invention employs the method (a) above, and the second type of method employs the method (b).
先ず、第1種の方法の理論を説明すると、この方法では
、先の説明に於けるのと同一の入射角で波長の異なる単
色光を用いてエネルギー反射率Rs、Rpを測定し、こ
れらに基づいて薄膜の屈折率を算出し、これを(3a)
式に入れる。First, to explain the theory of the first type of method, in this method, the energy reflectances Rs and Rp are measured using monochromatic light with the same incident angle and different wavelengths as in the previous explanation, and Calculate the refractive index of the thin film based on this and convert it to (3a)
Put it in the formula.
測定に用いた2種の単色光の波長をλ1.λ2とすると
、これらの光に対してdlは
となる。m、m’は次数である。The wavelengths of the two types of monochromatic light used in the measurement were λ1. When λ2 is assumed, dl for these lights becomes. m and m' are orders.
上記のd1(λ1)、d1(λ2)は本来同一の量であ
る。The above d1(λ1) and d1(λ2) are originally the same amount.
そこでrn、m’ を種々の値にかえてdim(λ1)
、 dim’(λ2)を算出し、
S (m、m’)=(dlIT1(入1)−dim’
(λ2))2を計算し、S(m、m”)が最小と成ると
きのdim(A()。Therefore, by changing rn and m' to various values, dim(λ1)
, dim' (λ2) is calculated, and S (m, m') = (dlIT1 (input 1) - dim'
(λ2))2 and dim(A() when S(m, m'') is the minimum.
d1m’ (涜)とを求め、膜厚d1をdim(dim
Cλ1) +d1m’ (λ1))/2として決定する
。Find the film thickness d1 by dim (dim).
Cλ1) +d1m' (λ1))/2.
第1図(A)は、上に説明した第1種の方法をフロー図
として示している。FIG. 1A shows the first type of method described above as a flow diagram.
第1図(B)は、第2種の方法をフロー図として示して
いる。以下、この第2種の方法を説明する。FIG. 1(B) shows the second type of method as a flow diagram. This second type of method will be explained below.
この方法では、先ず第1の入射角θ/で、エネルギー反
射率Rs(θ/) 、 Rp (θI)を測定し、屈折
率N1を算出する。また第2の入射角θ2でエネルギー
反射率Rs(θ2)、Rp<θ2)のうちの一方を測定
する。説明の具体性のため、以下ではRs(θ2)を測
定する場合について説明する。In this method, first, the energy reflectance Rs(θ/) and Rp(θI) are measured at the first incident angle θ/, and the refractive index N1 is calculated. Further, one of the energy reflectances Rs (θ2) and Rp<θ2) is measured at the second incident angle θ2. For the sake of concreteness, a case will be described below in which Rs (θ2) is measured.
屈折率N1が分かると前述の如く、膜厚d1の次数列d
i(m)が(3a) 、 (8)の2式からとして得ら
れる。When the refractive index N1 is known, as mentioned above, the order sequence d of the film thickness d1
i(m) is obtained from the two equations (3a) and (8).
そこで、これらdHm)を(2) 、 (3)式に代入
し、さらに(4)式を用いて、入射角θ2での次数mに
対するエネルギー反射率の次数列Rsm(02)を算出
♀決定するべき次数−は理論的には方程式%式%(2)
を満足するはずである。そこで本発明ではS (m)
=(Rs(θ2)−Rsm(θ2))2を計算しS軸)
が最小となるときの次数mにより(9)式に従って膜厚
d1を決定する。Therefore, by substituting these dHm) into equations (2) and (3), and further using equation (4), calculate and determine the order sequence Rsm (02) of the energy reflectance for the order m at the incident angle θ2. The power order - should theoretically satisfy the equation (2). Therefore, in the present invention, S (m)
= (calculate Rs(θ2)-Rsm(θ2))2 and S axis)
The film thickness d1 is determined according to equation (9) based on the order m when the value is the minimum.
第3図は、本発明の第1種の方法を実施する為の装置の
1例を要部のみ示している。その屈折率を測定されるべ
き薄膜10は基板12上に形成されている。FIG. 3 shows only the essential parts of an example of an apparatus for carrying out the first type of method of the present invention. A thin film 10 whose refractive index is to be measured is formed on a substrate 12 .
光源20Aは波長λtが6328人のレーザー光を放射
する、出力安定されたHe−Neレーザーであり、光源
21は波長λ2が5941AのHe−Neレーザーであ
る。符号23.25.27はそれぞれシャッター、シャ
ッター、フィルターを示す。フィルター27はダイクロ
イックフィルターである。シャッター23のみを開くと
光源20Aから放射された単色光は図示されていないプ
ラントムソンプリズムを介して薄膜10に入射する。入
射角は45度に固定されている。グラントムソンプリズ
ムをS偏光又はP偏光に合わせ、フォトディテクター2
4により反射光強度を測定すれば、エネルギー反射率R
s(λ1)またはRp(λ1)を知ることができる。シ
ャッター25のみを開いて同様の測定を行ってRs(λ
2) 、 Rp (λ2)を知ることができる。The light source 20A is an output stabilized He-Ne laser that emits laser light with a wavelength λt of 6328 mm, and the light source 21 is a He-Ne laser with a wavelength λ2 of 5941 A. Reference numerals 23, 25, and 27 indicate a shutter, a shutter, and a filter, respectively. Filter 27 is a dichroic filter. When only the shutter 23 is opened, the monochromatic light emitted from the light source 20A enters the thin film 10 via a Plant-Thompson prism (not shown). The angle of incidence is fixed at 45 degrees. Adjust the Glan-Thompson prism to S-polarized light or P-polarized light, and use photodetector 2.
If the reflected light intensity is measured by 4, the energy reflectance R
s(λ1) or Rp(λ1) can be known. Similar measurements were made with only the shutter 25 open, and Rs(λ
2) , Rp (λ2) can be known.
そこで、このようにして知られたRs(λ()、Rp(
λ))、Rs(入2) 、 Rp (λλ)と予め知ら
れている基板屈折率N2に基づきデータ処理系26で演
算により、屈折率N1(λI)、N1(λ″l)の値を
算出してディスプレイ28に表示する。Therefore, Rs(λ(), Rp(
Based on the substrate refractive index N2 known in advance as λ)), Rs (input 2), Rp (λλ), the data processing system 26 calculates the values of the refractive index N1 (λI) and N1 (λ″l). It is calculated and displayed on the display 28.
演算は基本的には方程式(7)をN1に付いて解くこと
であり具体的には種々の方法が可能であるが、ここでは
周知の2分法による演算を1例とじて説明する。The calculation is basically to solve Equation (7) for N1, and various methods are possible, but here, calculation using the well-known bisection method will be explained as an example.
第2図は、この演算例を説明する為のフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram for explaining this calculation example.
具体的なプログラム例(BASICによる)を以下に示
す。A specific program example (based on BASIC) is shown below.
10 REM***り・ノセツリツ ノ エンリン*
**50 DIM N(5)、A(5)、B(5)
、C(5)70 INPIJT ”Ns= ”、
N580 INPtJT ”Rsm ”、R39
0INPtJT ”)lp= −、Rploo
T2=SQR(2*NS*NS−1)120 E1=
0.000001
130 N(1)=1.4
140 N(2)=1.9
150 IF NS<=訃+(2) THEN
N(2)=MS−0.00001160 )+(3
)=(N(1)+N(2))/2170 FORI=
I TO3
180T1=SQR(2*N(I)*N(1)−1)2
00 RIP=(Tl−1)*(Tl−1)/(T1
+1)/(T1+1)210 R2P=(T2−TI
)*(T1*T2−1)/ (T1*丁2+1)/(
T2÷TI)
220 RIS=(1−TI)/(1+T1)230
R25=(TI−T2)/(T1+T2)240
RIP2=RIP*RIP
250 R2P2=R2P*R2P
260 RIS2=RIS*I?l5270 R2
52=R2S*I?2S280 A(I)=(RIP
2+R2P2−Rp*(1+RIP2*R2P2))
/<2*RIP*R2P*(Rp−1))
290 B(I)=(RIS2+R2S2−R3*(
1+RIS2*R252))/(2*RIS*R2S*
(RS−1))
300 C(1)=A(I)−B(I)310 N
EχTl
315 IF C(I)*C(2)>OGo T
O390320IF ABS(N(1)−N(2))
<EI Go To 360330 IF
C(1)*C(3)<OTHEN N(2)=N
(3) ELSEN(1)=N(3)
340 Go TO160
360PRINT ”tH=”、N(3)380
END
390 N(1)=NS+O,OO001400
N(2)=1.9
410 Go To 160
以下、演算の手順を簡単に説明する。第2図を参照する
。まず、Ns、Rs、Rpを入力する。これらは演算の
過程では変数けNS、 R3,Rpとして扱われる(上
記プログラムの行番号70〜90)。10 REM***ri・nosetsuritsunoenrin*
**50 DIM N(5), A(5), B(5)
,C(5)70 INPIJT "Ns=",
N580 INPtJT “Rsm”, R39
0INPtJT ”)lp= −, Rploo
T2=SQR(2*NS*NS-1)120 E1=
0.000001 130 N(1)=1.4 140 N(2)=1.9 150 IF NS<=Death+(2) THEN
N(2)=MS-0.00001160 )+(3
)=(N(1)+N(2))/2170 FORI=
I TO3 180T1=SQR(2*N(I)*N(1)-1)2
00 RIP=(Tl-1)*(Tl-1)/(T1
+1)/(T1+1)210 R2P=(T2-TI
)*(T1*T2-1)/(T1*T2+1)/(
T2÷TI) 220 RIS=(1-TI)/(1+T1)230
R25=(TI-T2)/(T1+T2)240
RIP2=RIP*RIP 250 R2P2=R2P*R2P 260 RIS2=RIS*I? l5270 R2
52=R2S*I? 2S280 A(I)=(RIP
2+R2P2-Rp*(1+RIP2*R2P2))
/<2*RIP*R2P*(Rp-1)) 290 B(I)=(RIS2+R2S2-R3*(
1+RIS2*R252))/(2*RIS*R2S*
(RS-1)) 300 C(1)=A(I)-B(I)310 N
EχTl 315 IF C(I)*C(2)>OGo T
O390320IF ABS (N(1)-N(2))
<EI Go To 360330 IF
C(1)*C(3)<OTHEN N(2)=N
(3) ELSEN(1)=N(3) 340 Go TO160 360PRINT "tH=", N(3) 380
END 390 N(1)=NS+O,OO001400
N(2)=1.9 410 Go To 160 The calculation procedure will be briefly explained below. See Figure 2. First, input Ns, Rs, and Rp. These are treated as variables NS, R3, and Rp in the calculation process (line numbers 70 to 90 of the above program).
Nsは基板の屈折率であり上の説明ではN2として説明
してきたものであるが、固定的であるときはプログラム
中に定数として入れておいても良く、測定の度に変わる
可能性のあるときは、キーボードから入力する。Rs
、 Rpはフォトディテクター24の出力をデジタル変
換したものを入力する。従ってRs、Rpの入力はデー
タ処理系26のインターフェイスを介して行われる。Ns is the refractive index of the substrate and has been explained as N2 in the above explanation, but if it is fixed, it can be entered as a constant in the program, or if it is likely to change each time a measurement is made. is entered from the keyboard. Rs.
, Rp inputs the digitally converted output of the photodetector 24. Therefore, input of Rs and Rp is performed via the interface of the data processing system 26.
さて、プログラム中には、薄膜10の屈折率の大まかな
範囲が下限値1.4、上限値1.9として設定されてい
る。これら上、下限値は、測定対象に応じて改定して良
い。Now, in the program, the rough range of the refractive index of the thin film 10 is set as a lower limit of 1.4 and an upper limit of 1.9. These upper and lower limit values may be revised depending on the object to be measured.
まず、入力されたNsと上限値との大小関係が比較され
Ns<1.9のときは、N(2)=NS−0,OOO’
01.N(1)=1.4.N(3)=(N(1)+N(
2))/2として、これら3変数に対してA(I)=F
p(N(f))、B(I)=Fs(N(I))、C(1
)=A(I)−B(I)、(■=1〜3)が計算される
(行番号150〜310)。Fp、Fsはそれぞれ(5
) 、 (6)式の右辺で与えられる関数である。First, the magnitude relationship between the input Ns and the upper limit value is compared, and when Ns<1.9, N(2)=NS-0, OOO'
01. N(1)=1.4. N(3)=(N(1)+N(
2))/2, A(I)=F for these three variables
p(N(f)), B(I)=Fs(N(I)), C(1
)=A(I)-B(I), (■=1-3) are calculated (row numbers 150-310). Fp and Fs are each (5
), which is a function given by the right side of equation (6).
次に、C(1)とC<2)との積の符号が判別される。Next, the sign of the product of C(1) and C<2) is determined.
N(1)〈N(3)〈N(2)であるから、C(1)*
C(2)>Oであれば、方程式(7)の根は上記N(1
)、N(2)間に存在せず、従って此の場合は、根を捜
すべき領域を新たにN(1)=NS+0.00001.
N(2)=1.9の間に設定して上の演算を繰り返す(
行番号390以下)。Since N(1)〈N(3)〈N(2), C(1)*
If C(2)>O, then the root of equation (7) is the above N(1
), N(2), so in this case, the area in which the root should be searched is newly set to N(1)=NS+0.00001.
Set between N(2) = 1.9 and repeat the above calculation (
line number 390 and below).
また、C(1)*C(2)〈Oとなるときは、求める根
はN(1)、N(2)間に在るので、この場合は根を求
めるべき領域をC(1)*C(3)の符号に応じてN(
1)〜N(3)もしくはN(3)〜N(2)に設定し直
して上記の計算を繰り返す(行番号330〜340)。Also, when C(1)*C(2)<O, the root to be sought is between N(1) and N(2), so in this case, the area where the root is to be found is C(1)* Depending on the sign of C(3), N(
1) to N(3) or N(3) to N(2) and repeat the above calculation (line numbers 330 to 340).
演算の遂行に従って、根を求めるべき領域は順次1/2
ずつにせばまって行き、その度にN(1)−N(2)の
絶対値が小さくなっていく。そこで上記絶対値が0.0
00001より小さくなったら、N(3)が求めている
屈折率に十分に近いものとして、 N(3)を求める屈
折率Nfとして出力するのである(行番号 320.3
60 )。なお、Nfは、上の説明でN1と書いていた
ものである。かくして、薄膜の屈折率かもとまる。プロ
グラム中のElの値をより小さく設定すれば測定の精度
を更に上げる事が出来る。As the calculation is performed, the area in which roots should be found is sequentially reduced to 1/2.
The longer it gets, the smaller the absolute value of N(1)-N(2) becomes. Therefore, the above absolute value is 0.0
If it becomes smaller than 00001, N(3) is assumed to be sufficiently close to the desired refractive index, and N(3) is output as the desired refractive index Nf (line number 320.3).
60). Note that Nf was written as N1 in the above explanation. Thus, the refractive index of the thin film also stops. If the value of El in the program is set smaller, the accuracy of measurement can be further improved.
このようにして、波長入1.λ2に対する屈折率N1く
入()、N1(N2)を得、これらをディスプレイ28
に表示したら、次には、これら屈折率を用いて膜厚の次
数列dimC入()、dim’(N2)を各次数m、
m’につき計算し、S(m、m’)の最小値を与えるd
lm(λイ)、dim’(N1)の平均値として膜厚d
1を決定し、その結果をディスプレイ28に表示する。In this way, wavelength input 1. Obtain the refractive index N1 () and N1 (N2) for λ2, and display these on the display 28.
, then use these refractive indices to calculate the film thickness order series dimCin(), dim'(N2) for each order m,
d, which is calculated for m' and gives the minimum value of S(m, m')
The film thickness d is the average value of lm (λi) and dim' (N1).
1 is determined and the result is displayed on the display 28.
具体的な実施例を挙げると、屈折率3.42のSiの基
板上にSiOをスパッターしたものをサンプルとし、第
3図に示した装置を用い、先に示したプログラムに従っ
た演算により、 SiOの薄膜の屈折率を求めたところ
、Rs(χ1)=0.417574.RpOイ)=0.
177269 、 Rs (λZ) =0.07082
53. Rp (N1)=0.0852274で薄膜ノ
屈折率N1(λ()、N1(N2)は共り、m 1.4
571と求めることができた。To give a specific example, using a sample of SiO sputtered on a Si substrate with a refractive index of 3.42, using the apparatus shown in FIG. 3, and performing calculations according to the program shown above, The refractive index of the SiO thin film was found to be Rs(χ1)=0.417574. RpOi)=0.
177269, Rs (λZ) =0.07082
53. Rp (N1) = 0.0852274, the refractive index of the thin film N1 (λ (), N1 (N2) are both m 1.4
I was able to find 571.
波長6328人の光に対する膜厚の次数列の例を挙げる
と表1のようになる。Table 1 shows an example of the order sequence of film thickness for light with a wavelength of 6328 people.
表 1
m dim(λj) −m
dlm(N1)5 12547.04
−5 12286.076 15030.3
5 −6 14769.387 17
513.66 −7 17252.708
19996.97 −8 1973
6.019 22480.28 −9
22219.30波長5941人の光に対する膜厚の
次数列の例を挙げると表2のようになる。Table 1 m dim(λj) −m
dlm(N1)5 12547.04
-5 12286.076 15030.3
5 -6 14769.387 17
513.66 -7 17252.708
19996.97 -8 1973
6.019 22480.28 -9
Table 2 shows an example of the order sequence of film thickness for 22219.30 wavelengths of 5941 human light.
表 2
m’ d1m’ (スZ) −m’
dim’ (λλ)5 12645.10
−5 10672.856 14
976.90 −6 13004.65
7 17308.69 −7 15
336.408 19640.49 −8
17668.249 21972.29
−9 20000.04S(m、m’)
の値が最小値をとるのは波長6328大の光に対してm
=8の19996.97、波長5941人の光に対して
m”=−9の20000.04のときである。Table 2 m'd1m' (SZ) -m'
dim' (λλ)5 12645.10
-5 10672.856 14
976.90 -6 13004.65
7 17308.69 -7 15
336.408 19640.49 -8
17668.249 21972.29
-9 20000.04S (m, m')
The value of m takes the minimum value for light with a wavelength of 6328
= 8, 19996.97, and m''=-9, 20000.04 for the wavelength of 5941 people's light.
従って、求める膜厚d1は、
dl=(19996,97+20000.04)/2=
19998.5人と決定される。Therefore, the desired film thickness d1 is dl=(19996,97+20000.04)/2=
19998.5 people.
第4図は、第2種の方法の実施例を示している。符号2
2はプラントムソンプリズムを示す。この装置では、各
エネルギー反射率を入射角45度、 60度に対して、
測定出来るようになっている。第5図は第2種の方法の
他の実施例を示している。第4図の例との違いは、光源
20Bがランダム偏光のHe−Ne レーザーであり、
ポーラライザー22Aを用いている点である。ポーララ
イザー22Δを回転させながら反射光強度を測定すれば
、最大になるときがS偏光、最小になるときがP偏光(
またはその逆)であることから、Rs、Rpの比を極め
て精度よく求めることができる。FIG. 4 shows an embodiment of the second type of method. code 2
2 shows a Plant-Thompson prism. In this device, each energy reflectance is calculated for incident angles of 45 degrees and 60 degrees.
It can be measured. FIG. 5 shows another embodiment of the second type of method. The difference from the example in FIG. 4 is that the light source 20B is a randomly polarized He-Ne laser;
The point is that a polarizer 22A is used. If you measure the reflected light intensity while rotating the polarizer 22Δ, the maximum value is S-polarized light, and the minimum value is P-polarized light (
or vice versa), the ratio of Rs and Rp can be determined with extremely high accuracy.
また、上記ランダム偏光のHe−Neレーザーにかえて
直線偏光のHe−Neレーザーを、ポーラライザーに替
えて回転旋光子を用いてもよい。Further, a linearly polarized He-Ne laser may be used instead of the randomly polarized He-Ne laser, and a rotational rotator may be used instead of the polarizer.
以下、第4図の実施例による具体的な測定例を挙げる。A specific measurement example according to the embodiment shown in FIG. 4 will be given below.
屈折率3.42のSiの法板上にSiOをスパッターし
たものをサンプルとし、グラントムソンプリズム22を
S偏光またはP偏光に合わせ、入射角45度に対するエ
ネルギー反射率Rs (Ak@) 、 Rp (4t’
)及び入射角60度似たいするRs(#)を測定したと
ころRs (4F’) =0.417574. Rp
<lr’) =0.177269. Rs (1; )
=0.0976178となった。Rs (*f’)
、 Rp (4t’)を用いて前述のプログラムに従い
算出された屈折率は、N1=1.457である。この屈
折率を用いると膜厚の次数列かえられる。また、各次数
mに応じて入射角60度に対するエネルギー反射率Rs
m(At)が算出される。Using a sample made by sputtering SiO on a Si substrate with a refractive index of 3.42, the Glan-Thompson prism 22 is set to S-polarized light or P-polarized light, and the energy reflectances Rs (Ak@) and Rp (at an incident angle of 45 degrees) are obtained. 4t'
) and the incident angle of 60 degrees were measured. Rs (4F') = 0.417574. Rp
<lr') =0.177269. Rs (1; )
=0.0976178. Rs (*f')
, Rp (4t') according to the above program, the refractive index is N1=1.457. Using this refractive index, the film thickness can be changed in order. Also, depending on each order m, the energy reflectance Rs for an incident angle of 60 degrees
m(At) is calculated.
各次数mに対する膜厚dim、エネルギー反射率Rsm
(、to’)を示すと表3のようになる。Film thickness dim and energy reflectance Rsm for each order m
(, to') is shown in Table 3.
表 3
m dml Rs
m<j;)÷1 2613.79
0.541302−1 2352.80
0.50221+2 5097
.11 0.512296−2
4836.14 0.428837+3
7580.42 0.44702
−3 7319.14 0
.312593+4 10063.70
0.3:39668−4
9802.76 0.163712+5
12547 0.19477
8−5 12286.1
0.0360576+6 15030.
3 0.0556253−6
14769.4 0.0192554
+7 17513.7 0
.110021−7 17252.7
0.128063+8 1
9997 0.0994979−8
19736 0.27
9207÷9 22480.3
0.249358−9 22219.
3 0.40514Rsm<lj)がRs
(に)の実測値0.0976178に最も近くなって、
(Rs(lO′)−Rsm(&o))の値が最小値をと
るのは、m=8のときであることが分かる。従って求め
る膜厚dl=19997人がデータ処理系26で演算に
より決定され、ディスプレイ28に表示される。Table 3 m dml Rs
m<j;)÷1 2613.79
0.541302-1 2352.80
0.50221+2 5097
.. 11 0.512296-2
4836.14 0.428837+3
7580.42 0.44702
-3 7319.14 0
.. 312593+4 10063.70
0.3:39668-4
9802.76 0.163712+5
12547 0.19477
8-5 12286.1
0.0360576+6 15030.
3 0.0556253-6
14769.4 0.0192554
+7 17513.7 0
.. 110021-7 17252.7
0.128063+8 1
9997 0.0994979-8
19736 0.27
9207÷9 22480.3
0.249358-9 22219.
3 0.40514Rsm<lj) is Rs
(to) is closest to the actual measured value of 0.0976178,
It can be seen that the value of (Rs(lO')-Rsm(&o)) takes the minimum value when m=8. Therefore, the desired film thickness dl=19997 is determined by calculation in the data processing system 26 and displayed on the display 28.
(効 果)
以上、本発明によれは、薄膜の屈折率および膜厚の新規
な測定方法を提供できる。(Effects) As described above, the present invention can provide a novel method for measuring the refractive index and thickness of a thin film.
この方法は、上記の如くに構成されているので、エネル
ギー反射率Rs、Rpを測定するのみで求める屈折率お
よび膜厚を自動的に知ることができる。また、簡単な装
置で実行でき、測定精度も高い。なお、本発明の方法は
測定部分と演算部分とからなっており、測定部分を先に
行った後、演算部分を行ってもよいが、第1図のフロー
図に示すように、測定の一部を行ったのち演算の一部を
行い、ついで残りの測定部分を行ったのち、残りの演算
部分を行ってもよい。Since this method is configured as described above, it is possible to automatically determine the refractive index and film thickness by simply measuring the energy reflectances Rs and Rp. Furthermore, it can be performed with a simple device and has high measurement accuracy. The method of the present invention consists of a measurement part and a calculation part, and the measurement part may be performed first and then the calculation part; however, as shown in the flow diagram of FIG. It is also possible to perform part of the calculation after performing the first part, then perform the remaining measurement part, and then perform the remaining calculation part.
なお、第1種の方法では膜厚の次数列は二 子(ど)句
+−6(λ)
のように波長によって周期の異なるものとなるので、周
期f(入1)の次数列と、周期f(λ2)の次数列との
差が最小となる値を以て膜厚としている。In addition, in the first type of method, the order sequence of the film thickness has a period that differs depending on the wavelength, such as 2 + - 6 (λ), so the order sequence of the period f (input 1) is The film thickness is determined by the value that minimizes the difference from the order sequence of the period f(λ2).
また第2種の方法では、次数列Rsm(θ2)もしくは
l’?pm(θ2)と実測値Rs(θ2)もしくはRp
(θ2)との比較により膜厚を決定している。In the second type of method, the order sequence Rsm(θ2) or l'? pm(θ2) and actual value Rs(θ2) or Rp
The film thickness is determined by comparison with (θ2).
従って、第1種の方法の場合周期の異なる次数列の比較
の際1両周期のビートのため両者の一致点はビート周期
で現れ、数学的には膜厚を特定する事は出来ないが、実
際に測定される膜厚の大きさは全く未知ではなく大体の
オーダーは分かっているので膜厚特定に実際上の問題は
ない。上記ビートの周期は2種の測定波長の差を小さく
することにより大きくできるので、この周期を十分に大
きくして置けば、実際の膜厚を与える値を唯ひとつに絞
り込むことは容易である。Therefore, in the case of the first type of method, when comparing order sequences with different periods, since there is a beat in both periods, the point of agreement between the two appears at the beat period, and although it is not possible to specify the film thickness mathematically, The size of the film thickness that is actually measured is not unknown at all, and the approximate order is known, so there is no practical problem in determining the film thickness. The beat period can be increased by reducing the difference between the two measurement wavelengths, so if this period is set sufficiently large, it is easy to narrow down the value that gives the actual film thickness to only one value.
第2種の方法の場合も次数列Rsm(+5’2)もしく
はRpm(θ2)が周期的で有るので、上記と同様の問
題が数学的には存在するが、上記と同様の理由で膜厚特
定に実際上の問題はない。また、上記数学上の問題は測
定波長の種類、測定入射角の種類を3種類以上とするこ
とで解決できる。In the case of the second type of method, the order sequence Rsm (+5'2) or Rpm (θ2) is periodic, so the same problem as above exists mathematically, but for the same reason as above, the film thickness There are no particular practical problems. Further, the above mathematical problem can be solved by using three or more types of measurement wavelengths and measurement angles of incidence.
第1図は本発明を説明する為のフロー図、第2図は屈折
率算出の演算方法の1例を説明するための原理を説明す
るための図である。FIG. 1 is a flowchart for explaining the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of an example of a calculation method for calculating a refractive index.
Claims (1)
折率と膜厚とを測定する方法であって、基板上の薄膜に
、所定の入射角でS偏光とP偏光の波長λ1の単色光を
入射させ、各入射光に対するエネルギー反射率Rs(λ
1)、Rp(λ1)を測定し、さらに上記入射角で、S
偏光とP偏光の波長λ2の単色光を入射させ、各入射光
に対するエネルギー反射率Rs(λ2)、Rp(λ2)
を測定し、基板の屈折率と、上記エネルギー反射率Rs
(λ1)、Rp(λ1)、Rs(λ2)、Rp(λ2)
とに基づいて、上記薄膜の屈折率N1(λ1)、N1(
λ2)を所定の演算に従って自動的に算出し、 上記エネルギー反射率Rs(λ1)、Rp(λ1)、R
s(λ2)、Rp(λ2)、及び屈折率N1(λ1)、
N1(λ2)に基づいて、上記薄膜の膜厚を所定の演算
に従って自動的に算出することを特徴とする、屈折率・
膜厚測定方法。 2 既知の屈折率を有する基板上に形成された薄膜の屈
折率と膜厚とを測定する方法であって、基板上の薄膜に
、所定の入射角θ1でS偏光とP偏光の単色光を入射さ
せ、各入射光に対するエネルギー反射率Rs(θ1)、
Rp(θ1)を測定し、さらに入射角θ2で、S偏光も
しくはP偏光の上記単色光を入射させ、入射光に対する
エネルギー反射率Rs(θ2)、もしくはRp(θ2)
を測定し基板の屈折率と、上記エネルギー反射率Rs(
θ1)、Rp(θ1)とに基づいて、上記薄膜の屈折率
N1を所定の演算に従って自動的に算出し、 上記エネルギー反射率Rs(θ1)、Rp(θ1)と、
Rs(θ2)もしくはRp(θ2)、及び屈折率N1に
基づいて、上記薄膜の膜厚を所定の演算に従って自動的
に算出することを特徴とする、屈折率・膜厚測定方法。[Claims] 1. A method for measuring the refractive index and film thickness of a thin film formed on a substrate having a known refractive index, the method comprising: Monochromatic light with a polarized wavelength λ1 is incident, and the energy reflectance Rs(λ
1), Rp(λ1) is measured, and at the above incident angle, S
Inject monochromatic light of wavelength λ2 of polarized light and P-polarized light, and calculate the energy reflectance Rs(λ2) and Rp(λ2) for each incident light.
is measured, and the refractive index of the substrate and the energy reflectance Rs
(λ1), Rp (λ1), Rs (λ2), Rp (λ2)
Based on the refractive index N1(λ1), N1(
λ2) is automatically calculated according to a predetermined calculation, and the energy reflectances Rs(λ1), Rp(λ1), R
s(λ2), Rp(λ2), and refractive index N1(λ1),
The refractive index and
Film thickness measurement method. 2 A method for measuring the refractive index and film thickness of a thin film formed on a substrate having a known refractive index, in which monochromatic light of S-polarized light and P-polarized light is applied to the thin film on the substrate at a predetermined incident angle θ1. energy reflectance Rs (θ1) for each incident light,
Measure Rp(θ1), and then inject the monochromatic light of S polarization or P polarization at an incident angle θ2, and measure the energy reflectance Rs(θ2) or Rp(θ2) for the incident light.
The refractive index of the substrate and the energy reflectance Rs (
θ1), Rp(θ1), the refractive index N1 of the thin film is automatically calculated according to a predetermined calculation, and the energy reflectance Rs(θ1), Rp(θ1),
A refractive index/film thickness measuring method, characterized in that the thickness of the thin film is automatically calculated according to a predetermined calculation based on Rs (θ2) or Rp (θ2) and the refractive index N1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28749586A JPS63140940A (en) | 1986-12-02 | 1986-12-02 | Measuring method for refractive index and film thickness |
Applications Claiming Priority (1)
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JP28749586A JPS63140940A (en) | 1986-12-02 | 1986-12-02 | Measuring method for refractive index and film thickness |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPS63140940A true JPS63140940A (en) | 1988-06-13 |
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ID=17718080
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JP28749586A Pending JPS63140940A (en) | 1986-12-02 | 1986-12-02 | Measuring method for refractive index and film thickness |
Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JPS63140940A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1986-12-02 JP JP28749586A patent/JPS63140940A/en active Pending
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