(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料及び／又は試料表面の異なる位置に少なくとも１つ形成された層の比電気抵抗及び／又は比導電率の空間分解測定のための配置であって、
ある波長間における電磁放射線の空間分解スペクトル分析のために構成された複数の検出器が、行又は行列型に配置され、
前記検出器は、電子評価ユニットに接続されると共に広帯域放射線源から発せられた２５０ｎｍから２５，０００ｎｍのスペクトル範囲の電磁放射線が、前記試料表面、前記試料に形成された層、又は前記試料内の層表面で反射した後、及び／又は、前記電磁放射線を通過させる試料を通過した後に、該検出器に入射するように配置され、
前記電磁放射線の照射は、前記電磁放射線の強度が、該電磁放射線が反射される表面又は該電磁放射線が通過する表面上で均一となるように実行され、
前記電子評価ユニットは、
各検出位置における波長間で、空間分解能及び波長分解能により検出された前記検出器の測定信号が、
前記試料を形成する全材料及び／又は基板の前記線状光学屈折率ｎ及び前記吸収係数ｋの前記波長依存性の数列を考慮しながら前記試料を物理的に記述する光学モデル下において、特にフレネル関数を考慮しつつ、多層システム内における前記電磁放射線の数列の算出によって波長分解関数と比較されるように、該電子評価ユニットが構成され、対象となる前記材料又は基板の前記線状光学屈折率ｎ及び前記吸収係数ｋの前記波長依存性の数列が、ドルーデモデルにより近似されると共に、
前記測定信号が、ドルーデパラメータの好適な変化により、較正曲線の数列と十分に重複するように繰り返し動かされるように、該電子評価ユニットが構成され、
よって、異なる位置において空間分解能により比電気抵抗及び／又は比導電率を求めるものであって、
前記検出器、前記電子評価ユニット、及び前記広帯域放射線源は、ハイパースペクトル画像システムであることを特徴とする。
【請求項２】
請求項１に記載の配置であって、前記電子評価ユニットが、前記算出された曲線数列の較正用曲線数列への適応を、前記ドルーデ式のパラメータを繰り返し変化させることで達成するように構成されることを特徴とする。
【請求項３】
請求項１に記載の配置であって、前記照射が、前記試料表面の法線に対して少なくとも０°から９０°未満の角度範囲で行われることを特徴とする。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載の配置であって、前記電磁放射線の入射角が、好ましくは６０°から８０°の範囲内で変化可能又は設定可能であり、前記検出及び評価は、好ましくは複数の異なる入射角において実行可能であることを特徴とする。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項に記載の配置であって、前記検出及び評価は、前記入射面に対して規定された既知の偏光面を持つ偏光子を用いつつ実行されることを特徴とする。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項に記載の配置であって、
前記試料又は前記試料に形成された少なくとも１つの層の表面品質又は界面品質を表す、前記層厚さ、前記光学屈折率もしくはその波長依存性数列の横分布、前記吸収係数もしくはその波長依存性数列、並びに／又は、
前記試料や前記少なくとも１つの層内の粒子の、電荷キャリア密度及び／もしくは数及び／もしくはサイズ及び／もしくは欠陥形状、
を求めることを特徴とする。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項に記載の配置であって、前記検出器及び前記試料は、互いに少なくとも１つの軸に沿って移動可能であって、その際、好ましくは互いに一定の間隔を空けて移動することを特徴とする。
【請求項８】
請求項１から７の何れか一項に記載の配置であって、前記放射線源は、前記電磁放射線を形成する光学要素、又は前記表面から前記電磁放射線を拡散的に出射すると共に中空体の内部に配置された放射線源を備え、
散乱した電磁放射線の入射を防ぐ絞りが、好ましくは前記電磁放射線の光路に設けられた前記検出器の前に配置されることを特徴とする。
【請求項９】
請求項１から８の何れか一項に記載の配置であって、前記試料が異なる材料又は基板により形成される複数の層からなる多層構造であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料（具体的には、表面に導電性コーティングが施された試料）の比電気抵抗及び／又は比導電率の空間分解測定のための配置に関する。
【背景技術】
【０００２】
比電気抵抗や比導電率は、従来から、いわゆる四極計測によるマッピングや過電流計測を介したマッピング処理を用いて空間的に分解して測定されている。しかし、四極測定では試料と直接接触する必要があるため、作業及び／又はコストの増加に繋がったり、試料の表面を傷つけたり、その他の影響を与える虞がある。また、直接接触して計測するものであるため、計測に用いる電気的接点へのアクセス性も求められる。過電流計測の場合は、高抵抗のチェックや導電率の低い試料には利用できない。また、これらの計測法にあっては、異なる位置で多数の測定が必要となる大きな試料には不向きであることや、空間分解能が限定的になってしまうことが知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって本発明の目的は、空間分解的な手法により、比抵抗及び／又は比導電率を、同時に非接触計測可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的は、請求項１の特徴を備える配置を持つ発明により達成される。本発明の好適な実施例及び改良案は、従属項に規定される特徴を用いることで実現できる。
【０００５】
本発明は、試料の空間分解的分光分析に基づくものである。空間分解を用いて同時に検出された複数のスペクトルは、導電性材料／物質の複素屈折率の波長依存性の数列（実屈折率及び吸収率又は誘電関数の波長依存性の数列）を記述する物理モデル又は関数（ドルーデモデル（Drude Model））と、上記物理モデルのパラメータ（ドルーデパラメータ：ρ（比抵抗）、τ（平均ピーク時間）、ε∞（高周波誘電定数）、ωP（プラズマ周波数）、μ（電荷キャリア移動度））を決定可能な程度に層システム（フレネル関数等）中における電磁放射線のビーム伝搬を記述するアルゴリズムを用いることにより、評価される。上記パラメータを用いることで固体内の電荷キャリア密度（Ｎ）を直接求めることができる。また、層厚さを考慮しつつ、同様に、表面抵抗を空間分解的手法により求めることができる。
【０００６】
この点、複数の検出器は、ある波長間における電磁放射線の空間分解スペクトル分析に適した構成を備える。該複数の検出器は、行又は行列型に配置される。検出器は、電子評価ユニットに接続されると共に、広帯域放射線源から発せられた電磁放射線が、試料表面、試料上に形成された層、又は試料内の層表面で反射した後、及び／又は、電磁放射線を通過させる試料を照射した後に検出器に入射するように、配置される。試料に対する照射は、電磁放射線の強度が、該電磁放射線が反射される表面又は該電磁放射線が通過する表面上で均一になるように実行される。
【０００７】
電子評価ユニットは、空間分解能及び波長分解能により検出された検出器の測定信号が、層システムを記述する光学モデル（具体的には、複素屈折率の波長依存性の数列のパラメータ化された記述のためのドルーデモデル）を用いて、層システム内の電磁放射線の波長依存性ビームの数列の物理的記述から得られるそれぞれの数列と比較されるように、構成される。空間分解能及び波長分解能により検出される検出器の測定信号は、ドルーデパラメータの好適な選択により、又は、その好適な変化により、各モデルベースの数列と十分に重複するように動かされる。これにより、対応する試料又は試料に形成された少なくとも１つの層の電気表面比抵抗及び／若しくは比導電率が、検出された測定位置において求まり、故にそれらの空間的に分解された分布を求めることができる。
【０００８】
検出器を用いて検出された複数の波長の強度は、複数の位置で空間分解能により算出される。
【０００９】
検出された強度測定値のスペクトルは、観察位置毎に波長分解能により得られる。検出された強度測定値の曲線数列は、（楕円偏光計測定等により）予め求められた対象試料系の曲線数列と比較される。ここで、該数列に用いられたドルーデパラメータは、当該ドルーデパラメータの繰り返し決定用の初期値である。なお、ドルーデパラメータは均一に評価される。
【００１０】
ドルーデモデルは、以下の式に基づく：
【数１】
0006778691.tif 000002
【００１１】
各エネルギＥに対する実屈折率ｎと吸収係数ｋは、それぞれ対応する導電性材料／物質に関し、３つのパラメータ（ρ（比抵抗）、τ（平均ピーク時間）、ε∞（高周波誘電定数））を用いて式（１）から算出される。照射・検出された表面の各位置は曲線数列を与える。該曲線数列では、式（２）に応じて実光学屈折率ｎが、又は式（３）に応じて吸収係数ｋが、対応する位置で測定された強度測定値に対して適用される。
【００１２】
上記３つのパラメータを用いて算出された曲線数列と、検出された測定位置の曲線数列との差が過度に大きい場合、ドルーデ式（１）のパラメータを変化させて繰り返し調整が図られ、上記対比される２つの曲線数列が十分に一致するまで曲線数列の算出が行われる。
【００１３】
光学モデルを用いることにより、各試料及び／又は該試料の表面に施されたコーティングの実光学屈折率ｎ及び吸収係数ｋが算出される。なお、コーティングがある場合はそのフィルムの厚さｄも考慮されるが、これは後述するフレネル係数の決定及び伝達マトリックスアプローチにより達成することができる。ドルーデ式（１）の他のパラメータは、ピーク時間τ、高周波誘電定数ε∞、比伝導率ρは、比電気抵抗又は比伝導率を求める際に考慮される。式（１）の解は、数値最適化アルゴリズムによって求められ、好ましくは最小二乗法や最小二乗法から導き出される方法が用いられる。
【００１４】
試料の境界層における電磁放射線の挙動は、境界層に関与する材料／物質の複素屈折率や電磁放射線の入射角及び偏光を考慮しつつ、かつフレネル係数の算出により、考慮することができる。
【００１５】
なお、検出器を用いた強度測定値が、反射Ｒ後に検出器に入射した電磁放射線に依るものなのか、あるいは試料を介した照射（即ち、透過Ｔ）後に検出器に入射した電磁放射線に依るものなのかを検討するべきである。また、各境界層のフレネル係数から、放射線の偏光及び／又は入射角といった測定条件を考慮しつつ、厚さｄと試料の検出位置における電磁放射線の全強度とを、波長に基づき算出することができる。なお、伝達マトリックスアプローチ又は他の数学的変換を適用することにより、各境界層から対応する試料（例えば、基板／層、層／層、又は層／空気）が形成される。このことは特に、全反射Ｒ及び／又は総透過率Ｔと関連性を持つ。
【００１６】
検出した強度測定値の数列と、算出した強度測定値の数列とが十分に一致しない場合には、ドルーデ式（１）の推定パラメータの調整、及び基板又は基板自体におけるドルーデ関数で記述される層の層厚さの調整が行われる。上記算出処理及び検出した強度値の数列との比較処理は、該２つの数列が十分に一致するまで繰返し行われ、これをフィッティング（回帰）と呼ぶことができる。フィッティングは特に、最小二乗法や最小二乗法から導き出される数値最適化アルゴリズム（例えば、レーベンバーグ・マルカート・アルゴリズム（Levenberg-Marquardt algorithm））により実行される。
【００１７】
なお、強度測定値の検出には、少なくとも３０個、好ましくは１００個の検出器を一列に並べるべきである。
【００１８】
表面に対する照射は、試料表面の法線に対して少なくとも０°から９０°未満の角度範囲で行うべきである。電磁放射線を透過する試料に対する照射（透過）の場合、試料の法線に対して少なくとも約０°の角度が好ましい。即ち、試料の表面に対して可能な限り直交するように照射を行う。照射及び検出処理は、電磁放射線の複数の入射角に対して同時又は連続して実行することができる。上述した通り、この場合、入射角は０°から最大８９°の範囲から選択することができる。反射した放射線を検出する場合は、入射角が一定か変化するかに拘わらず、入射角の角度は６０°から８０°までの範囲が好ましい。
【００１９】
照射及び／又は検出は、偏光電磁放射線で行うこともできる。この場合、偏光面のアライメントを変更し、異なる偏光で電磁放射線を出射及び／又は検出しても良い。
【００２０】
検出器及び試料は、互いに少なくとも１つの軸に沿って移動させることができる。その際、好ましくは、大面積の試料を用いて互いから一定の間隔を空けて移動させることができる。したがって、静的に固定された検出器と放射線源とを有する軸に沿って試料を移動させることもできる。また、試料をｘ方向に配列すると共に場合によってはｙ方向にも配列した可動テーブルに沿って該試料を移動させることもできる。ただし、試料が柔らかく変形可能な材料（例えば、フィルム形状）である場合は、ロール・ツー・ロール方式の巻き出しも可能である。
【００２１】
電磁放射線を形成するエレメントであって、試料サイズや横方向分解能に関する有利なマッピング及び／又は試料表面に対する有利な均一照射を実現するエレメントは、上記放射線源に存在する。ある実施例にあっては、かかるエレメントとして顕微鏡を用いても良い。また、エレメントは、電磁放射線を拡散的即ち被照射表面上に均一に照射する、好適に配置された単一（又は複数の）放射線源を有する中空体であっても良い。かかる中空体は、球体又は筒状体とすることができる。被検出表面は均一に照射される。ビーム状光学要素を持つ放射線源を用いる場合、使用波長領域に応じてそのビーム形状を形作る光学エレメントが選択される。
【００２２】
好ましくは、電磁放射線のビーム路には、検出器の前に、散乱した電磁放射線の入射を防ぐ絞りが設けられる。
【００２３】
放射線源からは、ＵＶ線から赤外線までの波長を持った電磁放射線が出射される。好ましくは、２５０ｎｍから２５，０００ｎｍのスペクトル範囲の放射線が用いられる。また、可能であれば、それぞれの間隔内における全ての波長が、使用される範囲内の照射において使用可能でなければならない。境界は、用いる検出器の感度範囲とビーム案内要素の光学特性とによって予め定められる。
【００２４】
また、電磁放射線の偏光を直接的に決める少なくとも１つの要素もここに設けられる、又はこれと一体的に設けられる。
【００２５】
試料は、異なる材料又は基板から形成される複数の層からなる多層構造であっても良い。例えば、用いられる電磁放射線に対して少なくとも部分的に透明な層が複数形成された基板であっても良い。また、基板自体が同様に透明であっても良い。なお、ここでいう透明性とは、照射される電磁放射線の波長スペクトルの一部、及び／又は該放射線の全波長スペクトルの非吸収部分に関連するものである。
【００２６】
用いられる検出器や電子評価ユニット、及び場合によって放射線源は、いわゆるハイパースペクトル画像システムとも呼ばれ、本発明に係る配置に用いることができる。
【００２７】
空間分解能と共に同時に検出されるスペクトルは、（各測定位置において）対象となる材料のパラメータ若しくは基板のパラメータ又はその特性に対して評価される。
【００２８】
また、異なる測定条件を組み合わせても良い。この場合、透過／反射測定、異なる入射角の組合せ、電磁放射線の異なる偏光面の使用又は組合せ、を最も多様な態様で互いに組み合わせることもできる。
【００２９】
また、例えば移動方向に沿って検出器を順次並べた複数の列又は複数の行列を用いても良い。検出器のかかる配置は、それぞれ異なる測定条件下において検出処理を行っても良い。
【００３０】
異なる光学配置（異なる光学要素）を用いて構成又は改良された行／列を持つ検出器の配置を用いて、それぞれ異なる測定条件下で検出を行っても良い。
【００３１】
既知の測定処理に対し、試料又はコーティングの全表面に関してほぼ完全な、実質的に高い空間分解能を達成することができる。また、完全又はほぼ完全な品質制御や、製造又はマシニング処理も達成することができる。
【００３２】
本発明は、半導体産業、光電池の製造、タッチパネルやフラットスクリーンといったアクティブパネルの製造、静電防止装置・電極材料・パネル加熱装置・光源（ＯＬＥＤｓ）の製造等の異なる技術分野においても利用可能である。具体的には酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の光学的に透明導電性酸化物（ＴＣＯ）で構成された層の比電気抵抗は、例えば空間分解能により求められる。
【００３３】
本発明の詳細に関しては、以下の実施例により説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明において、比電気抵抗をどのように測定するかを示した概略図である。
【図２】ガラスＢＫ７で構成された基板上に設けられたＩＴＯ層の比電気抵抗を測定可能な処理を示す概略図である。
【図１】
0006778691.tif 000003
【図２】
0006778691.tif 000004