(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配した複屈折材料からなる膜の厚みを評価する方法であって、
前記膜に対して観測波長域の光を入射し、前記膜内において発生した干渉光の強度を測定し、前記強度の信号波形の包絡線からなるデータを用い、下記の式（１）により前記膜の厚みを評価することを特徴とする膜厚評価方法。
【数１】
0004791243.tif 000020
（ただし、式（１）において、Ｉ（λ）は干渉光の強度、ｎ０は膜における常光の屈折率、ｎｅは膜における異常光の屈折率、ｄは膜の厚み、λは膜に入射した光の波長、をそれぞれ表す。）
【請求項２】
前記膜の厚みの評価は、前記常光と前記異常光が弱め合う条件にて行うことを特徴とする請求項１に記載の膜厚評価方法。
【請求項３】
前記干渉光の強度を測定するために、多重干渉式膜厚測定器を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の膜厚評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に配した複屈折材料からなる膜の厚みを測定する膜厚評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板上に配した透光性の膜の膜厚を測定する方法としては、例えば、この膜に所定の観測波長域の光を入射し、膜内で多重干渉を起こすことにより、膜の光学距離（屈折率×厚み）に関係した光周波数間隔でピークを有する干渉光を発生させ、この干渉光を分光し、波形処理を施すことによって膜厚を測定する方法（例えば、特許文献１参照）が挙げられる。
【０００３】
図３は、基板１０１上に配した透光性の膜１０２に多重干渉した光の光路を示す模式図である。
光路Ａと光路Ｂとの光路長差が波長の整数倍となる場合に、干渉光が強め合う。
膜１０２に対して光を垂直に入射する場合、干渉光が強め合う条件は下記の式（１）で表され、干渉光が弱め合う条件は下記の式（２）で表される。
なお、下記の式（１）および式（２）において、ｎ（λ）は特定波長における膜１０２の屈折率、ｄは膜１０２の厚みをそれぞれ表している。
【０００４】
【数１】
0004791243.tif 000002
【０００５】
【数２】
0004791243.tif 000003
【０００６】
干渉光の強度を縦軸、波長を横軸とすれば、上記の式（１）および式（２）は、図４のように表される。
図４に示すλ１〜λ４は、下記の式（３）〜式（６）で表される。
【０００７】
【数３】
0004791243.tif 000004
【０００８】
【数４】
0004791243.tif 000005
【０００９】
【数５】
0004791243.tif 000006
【００１０】
【数６】
0004791243.tif 000007
【００１１】
上記の式（３）と式（６）から、下記の式（７）〜式（９）で表される関係が導かれる。
【００１２】
【数７】
0004791243.tif 000008
【００１３】
【数８】
0004791243.tif 000009
【００１４】
【数９】
0004791243.tif 000010
【００１５】
上記の式（９）は、４つのピークにより、膜厚ｄを測定することを表している。
一般的に、図４に示すような干渉光の強度を表す波形のピークの数をＸとすると、膜厚ｄは下記の式（１０）で表される。
【００１６】
【数１０】
0004791243.tif 000011
【００１７】
ところで、厚み１０μｍのＬｉＮｂＯ３単結晶のように、ある程度厚みのある複屈折材料に関して干渉光の強度を測定すると、この複屈折材料における常光の屈折率と、異常光の屈折率の差異から、干渉光の強度を表す波形は図５のようになる。図５に示すような波形は、二つの異なる周期の干渉波形の和である。
【特許文献１】特開平７−９１９２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、従来の膜厚の測定方法では、常光と異常光との比率などによって、図５に示すような波形のピークの数が変化する場合や、干渉波形のくびれ、すなわち干渉光が弱め合う部分で、周期とは異なるピーク周期が存在する場合があった。そのため、従来の膜厚の測定方法では、屈折率が等方の材質からなる膜の厚みについては問題なく測定できるものの、屈折率に異方性がある材質、すなわち複屈折材料からなる膜の場合、異方性に起因して干渉光の強度の測定波形が乱れるため、測定が困難であった。
【００１９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、基板上に配した複屈折材料からなる膜の厚みを測定することが可能な膜厚評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明者等は、従来の膜厚の測定方法において、干渉光の強度の測定波形が乱れる原因を検討した結果、干渉光の強度を表す波形は屈折率の異方性による二つの波形の和であり、二つの異なる周期の関数の包絡線を表す関数を用いて、膜厚を評価することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２１】
すなわち、本発明の膜厚評価方法は、基板上に配した複屈折材料からなる膜の厚みを評価する方法であって、前記膜に対して観測波長域の光を入射し、前記膜内において発生した干渉光の強度を測定し、前記強度の信号波形の包絡線からなるデータを用い、下記の式（１１）により前記膜の厚みを評価することを特徴とする。
【００２２】
【数１１】
0004791243.tif 000012
【００２３】
ただし、上記の式（１１）において、Ｉ（λ）は干渉光の強度、ｎ０は膜における常光の屈折率、ｎｅは膜における異常光の屈折率、ｄは膜の厚み、λは膜に入射した光の波長、をそれぞれ表す。
【００２４】
前記膜の厚みの評価は、前記常光と前記異常光が弱め合う条件にて行うことが好ましい。
【００２６】
前記干渉光の強度を測定するために、多重干渉式膜厚測定器を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の膜厚評価方法によれば、基板上に配した複屈折材料からなる膜の厚みを評価する方法であって、前記膜に対して観測波長域の光を入射し、前記膜内において発生した干渉光の強度を測定し、前記強度の信号波形の包絡線からなるデータを用い、上記の式（１１）により前記膜の厚みを評価するので、厚みが１０μｍ程度の複屈折材料からなる膜の厚みを高精度に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の膜厚評価方法の最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００２９】
本実施形態の膜厚評価方法は、基板上に配した複屈折材料からなる膜の厚みを評価する方法であって、前記膜に対して観測波長域の光を入射し、前記膜内において発生した干渉光の強度を測定し、前記強度の信号波形の包絡線からなるデータを用い、下記の式（１２）により前記膜の厚みを評価する膜厚評価方法である。
【００３０】
【数１２】
0004791243.tif 000013
【００３１】
ただし、上記の式（１２）において、Ｉ（λ）は干渉光の強度、ｎ０は膜における常光の屈折率、ｎｅは膜における異常光の屈折率、ｄは膜の厚み、λは膜に入射した光の波長、をそれぞれ表す。
【００３２】
上記の式（１）、（２）から、干渉光の強度は、波長（λ）に対して、下記の式（１３）で表される周期関数であることが分かる。
【００３３】
【数１３】
0004791243.tif 000014
【００３４】
ここで、上記の式（１３）における周期関数ｆをｃｏｓカーブとすると、二つの異なる周期の関数は、下記の式（１４）で表される。
【００３５】
【数１４】
0004791243.tif 000015
【００３６】
ここで、上記の式（１４）の位相部分ａ、ｂに、上記の式（１３）の位相部分を代入すると、上記の式（１４）は下記の式（１５）で表される。なお、被測定物である複屈折材料からなる膜において、常光の屈折率と異常光の屈折率に差異があるため、屈折率ｎ（λ）をｎ０（λ）、ｎｅ（λ）に置き換える。
【００３７】
【数１５】
0004791243.tif 000016
【００３８】
上記の式（１５）を構成する下記の式（１６）で表される成分は、図５における短い周期の成分を表し、下記の式（１７）で表される成分は、長い周期の成分（包絡線の成分）を表す。
【００３９】
【数１６】
0004791243.tif 000017
【００４０】
【数１７】
0004791243.tif 000018
【００４１】
図１は、基材上に配した複屈折材料からなる膜に、光源から光を入射した際に、干渉光の強度を測定した結果を示すグラフであり、常光と異常光の成分比を変化させた場合に、干渉光の強度の変化を示すグラフである。なお、図１中、曲線Ａは常光：異常光＝１：１の場合、曲線Ｂは常光：異常光＝８：２の場合、曲線Ｃは常光：異常光＝２：８の場合をそれぞれ表す。
なお、この実施形態では、干渉光の強度を測定するために、多重干渉式膜厚測定器を用いる。
【００４２】
図１より、常光と異常光の成分比を変化させると、短い周期の成分には周期変動が生じるものの、包絡線成分には周期変動を生じないことが分かる。すなわち、包絡線成分の周期関数を常光と異常光の成分比によって変える必要のないことが分かる。
この結果により、基材上に形成された複屈折材料からなる膜に、光源から光を入射した際に、干渉光の強度を測定した干渉信号データからまず、包絡線成分を取り出し、下記の式（１８）で表される、この包絡線成分の周期関数により、干渉光の強度の変化を示すグラフを最適化することにより、複屈折材料からなる膜の厚みを測定することができる。
【００４３】
【数１８】
0004791243.tif 000019
【００４４】
また、この実施形態の膜厚評価方法では、膜の厚みの評価は、常光と異常光が弱め合う条件、すなわち、図１に示すグラフのくびれにおける波長にて、膜厚を評価（測定）することが好ましい。この条件によれば、より高精度に膜厚を評価（測定）することができる。
【００４５】
図２は、この実施形態の膜厚評価方法に従って、複屈折材料からなる膜の厚みを実際に測定した結果、および、シミュレーションを行った結果を示すグラフである。なお、図２中、曲線Ｄは実際に測定した結果、曲線Ｅはシミュレーションを行った結果を示す。
【００４６】
図２より、実際に測定した場合と、シミュレーションを行った場合とで、包絡線の周期と、短い周期がほぼ一致していることが分かる。この測定およびシミュレーションにおいて、常光と異常光の成分比は、常光：異常光＝０．７２：０．２８であり、複屈折材料からなる膜の厚みは１１．１８９μｍであった。この結果は、測定試料の厚みの予想とほぼ一致していた。ゆえに、この実施形態の膜厚評価方法は、厚みが１０μｍ程度の複屈折材料の厚みを測定する場合に有効な評価方法である。
【００４７】
また、この実施形態の膜厚評価方法では、観測波長域、すなわち、膜厚の測定に用いる光の波長が５５０ｎｍ以上、８００ｎｍ以下であることが好ましい。観測波長域がこの範囲内であれば、干渉光の強度の変化を示すグラフの波形において、ピークとバレー（くびれ）がはっきりするので、より高精度に膜厚を評価（測定）することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】基材上に形成された複屈折材料からなる膜に、光源から光を入射した際に、干渉光の強度を測定した結果を示すグラフであり、常光と異常光の成分比を変化させた場合に、干渉光の強度の変化を示すグラフである。
【図２】本発明の膜厚評価方法に従って、複屈折材料からなる膜の厚みを実際に測定した結果、および、シミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【図３】基板上に形成された透光性の膜に多重干渉した光の光路を示す模式図である。
【図４】基板上に形成された膜に入射した光の干渉光の強度変化を測定した結果を示すグラフである。
【図５】複屈折材料に入射した光の干渉光の強度変化を測定した結果を示すグラフである。
【図１】
0004791243.tif 000021
【図２】
0004791243.tif 000022
【図３】
0004791243.tif 000023
【図４】
0004791243.tif 000024
【図５】
0004791243.tif 000025