(57)【要約】【課題】有機ＥＬ素子のガラス基板へ光を照射して、有機膜の特性を解析する。【解決手段】試料解析装置１は、ガラス基板５１が上側となるようにステージ４に有機ＥＬ素子５０を載置し、ガラス基板５１へ向けて光を照射して有機ＥＬ素子５０に係る振幅比及び位相差を測定する。また、試料解析装置１は、照射した光の反射光Ｋ１〜Ｋ３に応じた構造のモデルを選択し、選択したモデルから振幅比及び位相差を有機ＥＬ素子５０の空間６０の厚み寸法に応じて第１演算処理又は第２演算処理で求める。試料解析装置１は測定した結果及びモデルから演算により求めた結果を比較してフィッティングを適宜行うことで、いくつかのモデルの中からベストモデルを決定し、有機ＥＬ素子５０に係る特性を解析する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板に積層した複数の膜をカバー部材で間隔を隔てて覆った試料の光学特性を、偏光された光を照射する測定器で測定し、試料に応じたモデル及び前記測定器の測定結果に基づいて試料の各膜層の特性を解析する試料解析方法であって、
試料の透光性基板へ偏光した光を照射するステップと、
試料で反射した光を取得するステップと、
取得した光の偏光状態を測定するステップと
を備えることを特徴とする試料解析方法。
【請求項２】
空隙層及び膜層が重なり合う第１モデルと、カバー部材に係る層、空隙層、及び膜層が重なり合う第２モデルとを作成しておき、
前記測定器で測定する試料の厚み寸法を受け付けるステップと、
受け付けた厚み寸法に応じて、前記第１モデル及び／又は第２モデルを解析に用いるモデルとして選択するステップと
を備える請求項１に記載の試料解析方法。
【請求項３】
空隙層及び膜層が重なり合う第１モデルと、カバー部材に係る層、空隙層、及び膜層が重なり合う第２モデルと、カバー部材の周囲雰囲気に係る層、カバー部材に係る層、空隙層、及び膜層が重なり合う第３モデルとを作成しておき、
前記測定器で測定する試料の厚み寸法を受け付けるステップと、
前記測定器で測定する試料が透光性のカバー部材を有する場合、受け付けた厚み寸法に応じて、前記第１モデル、第２モデル、及び第３モデルの中から少なくとも１つを解析に用いるモデルとして選択するステップと
を備える請求項１に記載の試料解析方法。
【請求項４】
基板に積層した複数の膜をカバー部材で間隔を隔てて覆った試料の光学特性を、偏光された光を照射する測定器で測定し、試料に応じたモデル及び前記測定器の測定結果に基づいて試料の各膜層の特性を解析する試料解析方法であって、
試料のカバー部材へ偏光した光を照射するステップと、
試料で反射した光を取得するステップと、
取得した光の偏光状態を測定するステップと
を備えることを特徴とする試料解析方法。
【請求項５】
基板に係る層及び膜層が重なり合う第１モデルと、基板の周囲雰囲気に係る層、基板に係る層、及び膜層が重なり合う第２モデルとを作成しておき、
前記測定器で測定する試料の厚み寸法を受け付けるステップと、
前記測定器で測定する試料が透光性の基板を有する場合、受け付けた厚み寸法に応じて、前記第１モデル及び／又は第２モデルを解析に用いるモデルとして選択するステップと
を備える請求項４に記載の試料解析方法。
【請求項６】
解析に用いるモデルを複数選択した場合、各モデルごとにフィッティングを行って平均二乗誤差を算出するステップと、
複数のモデルの中から、最低の平均二乗誤差の値に係るモデル、又は予め設定された膜厚の最小値から最大値までの範囲内に入る平均二乗誤差の値が最低になるモデルを選択するモデル選択ステップと
を備え、
前記モデル選択ステップで選択されたモデルに係る値を解析結果として用いる請求項２、３、５のいずれか１つに記載の試料解析方法。
【請求項７】
解析に用いるモデルに基づいて、前記測定器で測定する項目と同等の項目を演算するステップを備えており、
該ステップでは、光の照射により試料に生じる干渉縞に対応した第１演算処理、又は干渉縞に対応しない第２演算処理のいずれかを行い、
演算した結果を用いて膜の特性を解析する請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の試料解析方法。
【請求項８】
試料の膜からカバー部材までの間隔距離及び基準距離の大小を比較するステップを備え、
間隔距離が基準距離より大きい場合、前記第２演算処理を行う請求項７に記載の試料解析方法。
【請求項９】
前記基準距離の値を変更するステップを備える請求項８に記載の試料解析方法。
【請求項１０】
透光性基板に積層した膜をカバー部材で間隔を隔てて覆った試料へ偏光した光を照射する照射手段及び試料で反射した光を取得して光の偏光状態を測定する手段を有する測定器と、試料に応じたモデル及び該測定器の測定結果に基づいて試料の特性を解析する手段とを備える試料解析装置であって、
相異する構造の複数のモデルを記憶する手段と、
測定する試料の厚み寸法を受け付ける手段と、
受け付けた厚み寸法に応じて、複数のモデルの中から解析に用いるモデルを選択する手段と
を備えることを特徴とする試料解析装置。
【請求項１１】
透光性基板に積層した膜をカバー部材で間隔を隔てて覆った試料へ偏光した光を照射する照射手段及び試料で反射した光を取得して光の偏光状態を測定する手段を有する測定器と、試料に応じたモデル及び該測定器の測定結果に基づいて試料の特性を解析する解析手段とを備える試料解析装置であって、
解析に用いるモデルに基づいて、前記測定器で測定する項目と同等の項目を演算する演算手段を備えており、
該演算手段は、光の照射により試料に生じる干渉縞に対応する第１演算処理、又は干渉縞に対応しない第２演算処理のいずれかを行うようにしており、
前記解析手段は、前記演算手段が演算した結果を用いて膜の特性を解析することを特徴とする試料解析装置。
【請求項１２】
試料の膜からカバー部材までの間隔距離を受け付ける手段と、
受け付けた間隔距離及び基準距離の大小比較を行う手段と、
間隔距離が基準距離より大きい場合、前記演算手段は前記第２演算処理を行う請求項１１に記載の試料解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に積層した膜をカバー部材で覆うと共に膜層とカバー部材の間に空間（ギャップ）が存在する構造の試料をポラリメータ及びエリプソメータのような測定器で測定して膜の特性を解析する場合、試料に存在するギャップの影響、及び試料における光の反射形態に左右されずに安定した解析を行えるようにした試料解析方法、及び試料解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、膜を有する試料の特性（膜の屈折率、消衰係数、膜厚等）を解析するためにポラリメータ及びエリプソメータのような偏光された光を照射して測定を行う測定器を利用することがある。例えば、エリプソメータでは試料に偏光された光を入射させ、入射光及び反射光の偏光状態の変化を測定することで、図１４（ａ）に示すように振幅比（Ψプサイ）及び位相差（Δデルタ）を求めるものである。また、エリプソメータで求められた振幅比及び位相差だけでは、試料に対する唯一の組で膜の屈折率（ｎ）、消衰係数（ｋ）、及び膜厚（ｄ）を求めることができないので、ユーザから入力される解析対象の試料の項目に対する仮定内容（基板の種類、膜厚等）に基づいて試料の構造に応じたモデルをたてて、モデル及びエリプソメータの測定結果を用いて試料の解析を行う。
【０００３】
具体的な解析手順は以下の通りである。先ず、モデルから理論的な演算により求められる振幅比及び位相差と、エリプソメータの測定で求められた振幅比及び位相差を比較し、両者の相異する程度が最小となるように、モデルに係る分散式のパラメータ及びモデルの膜厚等を変更するプロセスを行う（フィッティングと称す）。両者の相異は通常、最小二乗法を用いた演算で求めており、フィッティングにより最小二乗法で得られた結果がある程度小さくなったと判断された場合、そのときの分散式のパラメータの値から膜の屈折率及び消衰係数を求めると共に、そのときの膜厚を試料が有する膜の膜厚として選択する。
【０００４】
なお、モデルの作成、最小二乗法による演算、フィッティング等は、コンピュータを用いて所要のプログラムに基づき手動又は自動で行うことが一般的である（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００２−３４０７８９号公報
【特許文献２】特開２００２−３４０５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したエリプソメータを用いた解析において、解析対象となる試料の種類は多岐に及び、近時では外方に露出していない膜を有する試料を解析したいと云う要望も出ている。例えば次世代ディスプレイ材料として注目を集めている有機ＥＬ（OLED: Organic Light Emitting Diode）素子の研究開発及び製品検査等のために、有機ＥＬ素子が有する有機膜を上述したエリプソメータを利用した解析方法で解析することが期待されている。特に、試作の有機ＥＬ素子又は製造された有機ＥＬ素子が設計通りの構造になっているか、また、設計通りになっていない場合は、どの点が悪かったのかを確認できるようにすることが要望されており、また、経時的に有機ＥＬ素子がどのように変化（劣化）するかを確認可能にすることが希望されている。
【０００６】
しかし、有機ＥＬ素子は、ガラス基板のような透明基板上に陽極、複数の膜（有機膜）、及び陰極を積層すると共に封止キャップで膜を覆い、内部を真空封止又は封止した内部に希ガス類を充填する構造であるため、封止された内部に存在する積層膜へ向けて光を照射し、反射した光を適切に取得して膜の光学特性をエリプソメータで測定することは、非常に困難になると云う問題がある。そのため、出来上がった有機ＥＬ素子が設計通りの構造であるか、どの点が悪かったのか、さらには経時的な変化等を現状では適切に確認できないと云う問題がある。
【０００７】
また、仮に封止キャップ内に配置された積層膜へ光を照射できたとしても、封止キャップは膜との間に空間（ギャップ）を設けているため、ギャップ寸法によっては光の照射により干渉縞が発生し、干渉縞が発生した場合は、測定に非常に時間をかかると共に、モデルに基づいて求めた振幅比（Ψ）及び位相差（Δ）の値が図１４（ｂ）に示すように上下に細かく振幅して良好な解析を行えないと云う問題がある。
【０００８】
さらに、有機ＥＬ素子の構造に起因して、有機ＥＬ素子の膜へ向けて照射された光の反射形態が複数想定されるので、解析に用いるモデルの種類も予め複数準備しておくと共に、反射形態に応じたモデルを適切に選択しなければ、正確な解析が行えないと云う問題がある。
【０００９】
例えば、有機ＥＬ素子のガラス基板側から膜へ向けて光を照射できた状況を想定した場合、照射された光が膜とギャップの境界で反射するとき、ギャップを通過して封止キャップの内面で反射するときなど反射形態が複数起こり得る。しかし、このような場合では、エリプソメータが実際に取得する試料からの反射光は、上述した複数の反射形態の中のいずれの反射形態であるかを一般に判別できないので、解析に用いるモデルの種類も選択できない。そのため、実際の解析では、あらゆる反射形態を考慮できるように全種類のモデルを用いて膨大な量の演算を行い、その中からベストな演算結果を解析結果として選び出す必要があるので、たとえ、有機ＥＬ素子の測定が行えたとしても、解析処理の負担が大きい上に、解析結果を得るまでに長時間を要すると云う問題がある。なお、上述したような各問題は有機ＥＬ素子以外にも、有機ＥＬ素子と同等の構造を有する試料を解析する場合にも生じる。また測定器として、ポラリメータを用いた場合でも、同様に上述した問題が生じる。
【００１０】
本発明は斯かる問題に鑑みてなされたものであり、有機ＥＬ素子のように膜が内部に存在する構造の試料に対しても、膜への光照射及び反射光の取得を確実に行って、外方に表出していない膜の特性を解析できるようにした試料解析方法及び試料解析装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、干渉縞の影響を排除して良好な解析を行えるようにした試料解析方法及び試料解析装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、試料の厚み寸法に応じて解析に用いるモデルの種類を選択して解析に係る処理の効率化を図るようにした試料解析方法及び試料解析装置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】
【００１１】
上記課題を解決するために、第１発明に係る試料解析方法は、透光性基板に積層した複数の膜をカバー部材で間隔を隔てて覆った試料の光学特性を、偏光された光を照射する測定器で測定し、試料に応じたモデル及び前記測定器の測定結果に基づいて試料の各膜層の特性を解析する試料解析方法であって、試料の透光性基板へ偏光した光を照射するステップと、試料で反射した光を取得するステップと、取得した光の偏光状態を測定するステップとを備えることを特徴とする。
【００１２】
第２発明に係る試料解析方法は、空隙層及び膜層が重なり合う第１モデルと、カバー部材に係る層、空隙層、及び膜層が重なり合う第２モデルとを作成しておき、前記測定器で測定する試料の厚み寸法を受け付けるステップと、受け付けた厚み寸法に応じて、前記第１モデル及び／又は第２モデルを解析に用いるモデルとして選択するステップとを備えることを特徴とする。
【００１３】
第３発明に係る試料解析方法は、空隙層及び膜層が重なり合う第１モデルと、カバー部材に係る層、空隙層、及び膜層が重なり合う第２モデルと、カバー部材の周囲雰囲気に係る層、カバー部材に係る層、空隙層、及び膜層が重なり合う第３モデルとを作成しておき、前記測定器で測定する試料の厚み寸法を受け付けるステップと、前記測定器で測定する試料が透光性のカバー部材を有する場合、受け付けた厚み寸法に応じて、前記第１モデル、第２モデル、及び第３モデルの中から少なくとも１つを解析に用いるモデルとして選択するステップとを備えることを特徴とする。
【００１４】
第４発明に係る試料解析方法は、基板に積層した複数の膜をカバー部材で間隔を隔てて覆った試料の光学特性を、偏光された光を照射する測定器で測定し、試料に応じたモデル及び前記測定器の測定結果に基づいて試料の各膜層の特性を解析する試料解析方法であって、試料のカバー部材へ偏光した光を照射するステップと、試料で反射した光を取得するステップと、取得した光の偏光状態を測定するステップとを備えることを特徴とする。
【００１５】
第５発明に係る試料解析方法は、基板に係る層及び膜層が重なり合う第１モデルと、基板の周囲雰囲気に係る層、基板に係る層、及び膜層が重なり合う第２モデルとを作成しておき、前記測定器で測定する試料の厚み寸法を受け付けるステップと、前記測定器で測定する試料が透光性の基板を有する場合、受け付けた厚み寸法に応じて、前記第１モデル及び／又は第２モデルを解析に用いるモデルとして選択するステップとを備えることを特徴とする。
【００１６】
第６発明に係る試料解析方法は、解析に用いるモデルを複数選択した場合、各モデルごとにフィッティングを行って平均二乗誤差を算出するステップと、複数のモデルの中から、最低の平均二乗誤差の値に係るモデル、又は予め設定された膜厚の最小値から最大値までの範囲内に入る平均二乗誤差の値が最低になるモデルを選択するモデル選択ステップとを備え、前記モデル選択ステップで選択されたモデルに係る値を解析結果として用いることを特徴とする。
【００１７】
第７発明に係る試料解析方法は、解析に用いるモデルに基づいて、前記測定器で測定する項目と同等の項目を演算するステップを備えており、該ステップでは、光の照射により試料に生じる干渉縞に対応した第１演算処理、又は干渉縞に対応しない第２演算処理のいずれかを行い、演算した結果を用いて膜の特性を解析することを特徴とする。
第８発明に係る試料解析方法は、試料の膜からカバー部材までの間隔距離及び基準距離の大小を比較するステップを備え、間隔距離が基準距離より大きい場合、前記第２演算処理を行うことを特徴とする。
第９発明に係る試料解析方法は、前記基準距離の値を変更するステップを備えることを特徴とする。
【００１８】
第１０発明に係る試料解析装置は、透光性基板に積層した膜をカバー部材で間隔を隔てて覆った試料へ偏光した光を照射する照射手段及び試料で反射した光を取得して光の偏光状態を測定する手段を有する測定器と、試料に応じたモデル及び該測定器の測定結果に基づいて試料の特性を解析する手段とを備える試料解析装置であって、相異する構造の複数のモデルを記憶する手段と、測定する試料の厚み寸法を受け付ける手段と、受け付けた厚み寸法に応じて、複数のモデルの中から解析に用いるモデルを選択する手段とを備えることを特徴とする。
【００１９】
第１１発明に係る試料解析装置は、透光性基板に積層した膜をカバー部材で間隔を隔てて覆った試料へ偏光した光を照射する照射手段及び試料で反射した光を取得して光の偏光状態を測定する手段を有する測定器と、試料に応じたモデル及び該測定器の測定結果に基づいて試料の特性を解析する解析手段とを備える試料解析装置であって、解析に用いるモデルに基づいて、前記測定器で測定する項目と同等の項目を演算する演算手段を備えており、該演算手段は、光の照射により試料に生じる干渉縞に対応する第１演算処理、又は干渉縞に対応しない第２演算処理のいずれかを行うようにしており、前記解析手段は、前記演算手段が演算した結果を用いて膜の特性を解析することを特徴とする。
【００２０】
第１２発明に係る試料解析装置は、試料の膜からカバー部材までの間隔距離を受け付ける手段と、受け付けた間隔距離及び基準距離の大小比較を行う手段と、間隔距離が基準距離より大きい場合、前記演算手段は前記第２演算処理を行うことを特徴とする。
【００２１】
第１発明にあっては、試料の透光性基板へ向けて光を照射するので、透光性基板を通過させた光を積層された膜へ確実にあてることができ、測定器で膜の光学的な特性を測定できるようになる。そのため、出来上がった有機ＥＬ素子のような試料に対して、設計通りの構造であるか、製造においてどのような点が悪かったのか、経時的な変化が生じているか等を確認できるようになる。なお、試料の透光性基板へ向けて光を照射するには、測定器のステージに透光性基板が上側となるように試料を載置するか、又は孔を設けたステージに透光性基板が下側となるように試料を載置し、ステージの孔を通じて透光性基板へ向けて光を照射することが考えられる。また、測定器にはエリプソメータ及びポラリメータ等を適用できる。
【００２２】
第２発明にあっては、測定対象の試料の厚み寸法に応じて、予め作成しておいた第１モデルと第２モデルのいずれか一方、又は両方を解析に用いるモデルに含ませるので、試料における実際の反射形態から乖離したモデルを用いることなく効率的な解析処理を行える。すなわち、本発明の発明者は、測定器が取得できる光に係る反射形態が試料の全体的な厚みに応じて、ある程度限られることに着目し、解析を行う上で必要な設定対象として受け付ける解析対象の試料の厚み寸法から想定できる反射形態に対応するモデルとして少なくとも第１モデルと第２モデルのいずれかを含ませる。その結果、解析に必要なモデル数を絞り込んで演算を行えるので、解析処理の効率化を図れるようになる。
【００２３】
第３発明にあっては、試料のカバー部材が透光性を有する場合も、測定器が取得できる光に係る反射形態が試料の全体的な厚みに応じて限られるので、この限られる範囲に応じたモデルとして少なくとも第１モデルから第３モデルのいずれかを含ませて、解析を行うようにして、効率的な解析処理を実現できる。
【００２４】
第４発明にあっては、試料の膜を覆うカバー部材が透光性である場合、カバー部材へ向けて光を照射することで、カバー部材を通過させた光を内部の膜へ光をあてることができ、膜の光学的な特性をエリプソメータのような測定器で測定できるようになる。それにより、有機ＥＬ素子のような試料に対して、設計通りの構造になっているか、製造においてどのような点が悪かったのか、経時的な変化が生じているか等を確認できるようになる。なお、カバー部材へ光を照射する場合は、測定器のステージに基板が下側になるように試料を載置できるため、試料の載置形態も安定する。
【００２５】
第５発明にあっては、試料の基板が透光性を有する場合、カバー部材へ向けて光を照射するときも、測定器が取得できる光に係る反射形態が試料の全体的な厚みに応じて限られることから、限られた反射形態に応じたモデルとして第１モデルと第２モデルの少なくともいずれかを含ませて解析を行い、モデルに係る解析処理を効率的に進めることができる。
【００２６】
第６発明にあっては、解析に用いるモデルを複数選択した場合は、それらのモデルの全てに対してフィッティングを行って最小二乗法に係る平均二乗誤差を算出し、その平均二乗誤差が最低となるモデル、又は、構造的に妥当なモデルの中で最低の平均二乗誤差になるモデルに係る値を解析結果に用いるため、複数のモデルを用いても最適な解析結果を得ることができる。
【００２７】
第７発明にあっては、光の照射により干渉縞が生じる試料に応じたモデルを用いた場合、そのモデルから演算で求める振幅比（Ψ）及び位相差（Δ）が上下に振幅するので、このようなときは状況に応じて干渉縞に対応した第１演算処理、又は干渉縞に対応しない第２演算処理のいずれかを用いて演算を行うことにより、ユーザのニーズに応じた解析結果を得ることができる。例えば、実情に応じた解析結果を得る場合は、干渉縞に対応した通常通りの第１演算処理を行い、解析処理に要する時間短縮化を図る場合は干渉縞に対応しない第２演算処理を行うようにする。
【００２８】
第８発明にあっては、膜とカバー部材の間に存在する間隔（ギャップ）の距離（間隔距離）及び基準距離の大小を比較し、間隔距離が基準距離より大きい場合は、第２演算処理で演算を行うので、間隔距離に基づき演算処理選択に対する自動化を導入できる。即ち、第１演算処理と、第２演算処理のいずれを演算に用いるかは、解析対象の試料の特性及び解析に使用できる時間等を考慮してオペレータが選択することが考えられるが、間隔距離の数値によっては、試料に光を照射しても干渉が発生しないことが知られているので、間隔距離と、干渉の発生境界になる基準距離との大小関係に応じていずれの演算処理を用いれば適切に処理を進められるかを判別できるようになる。なお、間隔距離の値は、解析対象になる試料の仕様等で定められる寸法を用いることが好適であり、基準距離としては、干渉縞が無くなる一般的な寸法である１００μｍ前後の値を用いることが好ましい。
【００２９】
第９発明にあっては、間隔距離に対して比較基準になる基準距離の値を変更するので、第１演算処理と第２演算処理のいずれを演算に用いるか決める判別条件を、様々な種類の試料特性を考慮して適宜変更可能になり、試料に合わせてフレキシブルな条件設定を行える。即ち、解析に対する要求レベルによっては、干渉有りに対応した第１演算処理ではなく、干渉無しに対応した第２演算処理を用いることもあり得るので、各処理の選択に係る条件（基準距離）を適宜変更可能にして状況に合わせた解析をスムーズに行えるようになる。
【００３０】
第１０発明にあっては、解析を始めるにあたり、透光性基板を有する試料に応じた複数種類のモデルを準備（記憶）しておくと共に、受け付けた試料の厚み寸法に応じて、準備しておいた複数のモデルの中から解析に適切なモデルを選択するので、効率的な解析処理を行える。即ち、透光性基板を通過させて光を照射した場合、準備したモデルの中でいずれかのモデルに応じた反射形態が生じるため、試料における実際の反射形態から乖離したモデルを用いることなく、適切なモデルに基づいた演算を行える。
【００３１】
第１１発明にあっては、モデルを用いた演算処理において、干渉縞に対応した第１演算処理、又は干渉縞に対応しない第２演算処理のいずれかを用いるので、解析対象の試料が光の照射により干渉縞が生じるような特性であっても、要求される解析レベルに応じた解析を行える。例えば、短時間で解析を終わらせることを優先する場合は、細かく測定を行うことが不要になり測定に要する時間を短縮できると共に、第２演算処理で演算を行うことで、解析時間の短縮化も図れる。
第１２発明にあっては、受け付けた間隔距離が、基準距離より大きい場合に第２演算処理を行うので、オペレータが第１演算処理又は第２演算処理のいずれで演算を行うかを試料解析装置に指示することが不要になり、複雑な構成の試料に対してオペレータの操作負担を低減して効率的な解析処理を実現できる。
【発明の効果】
【００３２】
第１発明にあっては、試料の透光性基板へ向けて光を照射するので、カバー部材の内部に位置する膜へ光をあてることができ、膜の特性を確実に測定できる。
第２発明にあっては、第１モデルと第２モデルの少なくとも一方を解析に用いるモデルとして適用するので、実際の反射形態に応じたモデルを用いて効率的な解析を行える。
第３発明にあっては、試料のカバー部材が透光性を有する場合、第１モデルから第３モデルの少なくとも１つを含ませて解析を行うので、実際の反射形態に合わないモデルを用いた演算を行わずに済み、効率的な解析処理を実現できる。
【００３３】
第４発明にあっては、試料の膜を覆うカバー部材が透光性である場合、カバー部材へ向けて光を照射することで、カバー部材を通過させて内部の膜へ光をあてることができ、膜の特性を確実に測定できる。
第５発明にあっては、カバー部材へ向けて照射した光に対して想定される反射形態に応じたモデルを用いて解析を行うので、無駄な演算を極力省き解析処理の効率化を図れる。
第６発明にあっては、解析に用いるモデルを複数選択した場合でも、最も適切なモデルを算出した平均二乗誤差に基づき特定して、良好な解析結果を得ることができる。
【００３４】
第７発明にあっては、干渉縞に対応した第１演算処理、又は干渉縞に対応しない第２演算処理のいずれかを用いて演算を行うので、干渉縞の生じる試料を解析する場合でもユーザのニーズに応じた解析手段を選択できるようになり、ユーザの利便性を向上できる。
第８発明にあっては、試料の膜からカバー部材までの間隔距離が基準距離より大きい場合、第２演算処理を行うので、演算に係る処理選択を自動化でき、測定時間及び解析時間の短縮を図れる。
第９発明にあっては、基準距離の値を変更するので、解析に対する要求レベルに応じて演算処理の判別基準を変更してユーザのニーズに細かく対応した設定仕様を提供できる。
【００３５】
第１０発明にあっては、受け付けた試料の厚み寸法に応じて、複数種類のモデルから解析に適切なモデルを選択するので、効率的な解析処理を行える。
第１１発明にあっては、モデルを用いた演算処理において、干渉縞に対応した第１演算処理、又は干渉縞に対応しない第２演算処理のいずれかを用いるので、解析対象の試料が光の照射により干渉縞が生じるような特性である場合、要求される解析レベルに応じた解析処理を進めることができ、特に第２演算処理を選択したときは、演算に要する時間を短縮できる。
第１２発明にあっては、受け付けた間隔距離が、基準距離より大きい場合、自動的に第２演算処理を行うので、オペレータの操作負担を低減してスムーズに解析処理を進めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図１は本発明の実施形態に係るエリプソメータ（測定器に相当）を含む試料解析装置１の全体的な構成を示す概略図である。試料解析装置１は、膜を複数積層した試料に偏光した光を照射すると共に、試料で反射した光を取得して反射光の偏光状態を測定し、この測定結果と試料に応じたモデルに基づき試料の各膜層の特性を解析するものである。本実施形態では、試料として有機ＥＬ素子５０を試料解析装置１により解析する場合で説明する。なお、試料解析装置１には、測定器として、エリプソメータの替わりにポラリメータを用いることも可能である。
【００３７】
図２（ａ）は、解析対象である有機ＥＬ素子５０の一例を示している。この有機ＥＬ素子５０は生産タイプのものであり、外観的には２枚のガラス板状部材（ガラス基板）を貼り合わせた形態になっている。有機ＥＬ素子５０の構造は、一方のガラス板材であるガラス基板５１（透光性基板に相当）の一面５１ａに有機膜５６を形成する一方、他方のガラス板材であるカバーガラス５７（カバー部材に相当）に、有機膜５６を収める凹部５７ｄを設けており、凹部５７ｄを設けた面５７ｂをガラス基板５１の一面５１ａに接着剤６１で貼り合わし両者を一体化している。なお、ガラス基板５１とカバーガラス５７の貼り合わせにより封止された凹部５７ｄの内部は、有機膜５６の保護のため真空にされるか、希ガス（例えば窒素ガス）が封入される。
【００３８】
図２（ｂ）は、凹部５７ｄ内に収められた有機膜５６の詳細な構造を示している。有機膜５６は、透光性を有するガラス基板５１の一面５１ａに配置された透明電極である陽極（ITO）５８の上に、正孔輸送層（Hole transport layer）５２、発光層（Emitting layer）５３、正孔ブロッキング層（Hole blocking layer）５４、及び電子輸送層（Electron transport layer）５５と云う計４層の膜層を順次積み重ねている。また、有機膜５６は、カバーガラス５７と対向する表面５６ａに陰極５９を配置している。
【００３９】
有機膜５６は間隔（ギャップ）を隔てて凹部５７ｄの内部に収められており、有機膜５６の表面５６ａを覆うカバーガラス５７のカバー部５７ａとの間には空間６０が生じている。空間６０の厚み寸法Ｄ（有機膜５６の表面５６ａからカバー部５７ａの内面５７ｃまでの垂直寸法。間隔距離に相当）は、有機ＥＬ素子５０の仕様に応じて様々であり、一般には１０μｍ以上４００μｍ以下の範囲で厚み寸法Ｄが設定されていることが多い。なお、ガラス基板５１及びカバーガラス５７は、厚みＴが０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、１．１ｍｍのものが用いられることが多く（０．７ｍｍが最も一般的）、そのため有機ＥＬ素子５０の全体の厚み（２Ｔ）は１．０ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲の寸法になっていることが一般的である。
【００４０】
上述した構造の有機ＥＬ素子５０の有機膜５６を解析する試料解析装置１は、図１に示す構成であり、測定解析系の部分及び駆動系部分に大別される。
試料解析装置１は測定解析系の部分として、キセノンランプ２及び光照射器３を第１光ファイバケーブル１５ａで接続し、ステージ４（試料台）上に載置した試料（有機ＥＬ素子５０）へ偏光した状態の光を照射して光を試料へ入射させると共に、試料で反射した光を光取得器５で取り込む構成にしている。光取得器５は第２光ファイバケーブル１５ｂを介して分光器７に接続されており、分光器７は波長毎に測定を行って測定結果をアナログ信号としてデータ取込機８へ伝送する。データ取込機８は、アナログ信号を所要値に変換してコンピュータ１０へ伝送し、コンピュータ１０で解析を行う。
【００４１】
また、試料解析装置１は駆動系部分として、ステージ４、光照射器３、光取得器５及び分光器７に第１モータＭ１〜第６モータＭ６を夫々設けており、各モータＭ１〜Ｍ６の駆動をコンピュータ１０に接続したモータ制御機９で制御することで、ステージ４、光照射器３、光取得器５及び分光器７を測定に応じた適切な位置、姿勢に変更する。モータ制御機９は、コンピュータ１０から出力される指示に基づき各モータＭ１〜Ｍ６の駆動制御を行う。なお、試料解析装置１において、エリプソメータに相当する部分は、主にキセノンランプ２、光照射器３、ステージ４、光取得器５、分光器７、データ取込機８、モータ制御器９、及びモータＭ１〜Ｍ６で構成される範囲である。
【００４２】
次に、試料解析装置１の上述した各部分を順番に詳述する。まず、キセノンランプ２は光源であり、複数の波長成分を含む白色光を発生し、発生した白色光を光照射器３へ第１光ファイバケーブル１５ａを介して送る。
【００４３】
光照射器３は半円弧状のレール６上に配置され、内部には偏光子３ａを有しており、白色光を偏光子３ａで偏光し、偏光状態の光を試料へ照射する。また、光照射器３は、第４モータＭ４が駆動されることでレール６に沿って移動し、照射する光のステージ４のステージ面４ａの垂線Ｈに対する角度（入射角度φ）を調整可能にしている。
【００４４】
ステージ４は移動レール部（図示せず）に摺動可能に配置されており、第１モータＭ１〜第３モータＭ３の駆動によりステージ４を図１中のＸ方向、Ｙ方向（図１の紙面に直交する方向）及び高さ方向となるＺ方向へ夫々移動可能にしている。ステージ４の移動により、試料へ光を入射させる箇所も適宜変更でき、試料の面分析なども行えるようにしている。なお、ステージ４の試料を載置するステージ面４ａは、光の反射を防止するため黒色にされている。
【００４５】
本実施形態では、有機ＥＬ素子５０のカバーガラス５７で覆われた有機膜５６へ光を照射するために、図３に示すようにカバーガラス５７のカバー部５７ａの外面５７ｆがステージ４のステージ面４ａに接するように天地を逆にして有機ＥＬ素子５０をステージ４に載置する。この状態で光照射器３から光を照射することで、有機ＥＬ素子５０のガラス基板５１の裏面５１ｂから光が入射すると共に透光性のガラス基板５１を通過して有機膜５６へ達する。なお、図３では有機ＥＬ素子５０の陽極５８及び陰極５９の図示を省略している（図２（ａ）及び後述の図１０も同様）。
【００４６】
また、光取得器５は試料（有機ＥＬ素子５０）で反射した光を取得し、取得した光の偏光状態を測定するものである。光取得器５は、光照射器３と同様にレール６上に配置されており、ＰＥＭ（Photo Elastic Modulator：光弾性変調器）５ａ及び検光子（Analyzer）５ｂを内蔵し、試料で反射された光をＰＥＭ５ａを介して検光子５ｂへ導いている。また、光取得器５は、第５モータＭ５の駆動によりレール６に沿って図３中の矢印Ａ１、Ａ２方向に移動可能であり、基本的に光照射器３の移動に連動して反射角度φと入射角度φとが同角度になるようにモータ制御機９で制御されている。なお、光取得器５に内蔵されたＰＥＭ５ａは、取り込んだ光を所要周波数（例えば５０ｋＨｚ）で位相変調することにより直線偏光から楕円偏光を得ている。また、検光子５ｂは、ＰＥＭ５ａで位相変調された各種偏光の中から選択的に偏光を取得して測定する。
【００４７】
分光器７は、反射ミラー、回折格子、フォトマルチプライヤー（ＰＭＴ：光電子倍増管）及び制御ユニット等を内蔵し、光取得器５から第２光ファイバケーブル１５ｂを通じて送られた光を反射ミラーで反射して回折格子へ導いている。回折格子は第６モータＭ６により角度を変更し出射する光の波長を可変する。分光器７の内部へ進んだ光はＰＭＴで増幅され、光の量が少ない場合でも、測定された信号（光）を安定化させる。また、制御ユニットは測定された波長に応じたアナログ信号を生成してデータ取込機８へ送出する処理を行う。なお、測定器にポラリメータを用いる場合は、フォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）を組み合わせた構成にすることも可能である。
【００４８】
データ取込機８は、分光器７からの信号に基づき反射光の偏光状態（ｐ偏光、ｓ偏光）の振幅比Ψ及び位相差Δを算出し、算出した結果をコンピュータ１０へ送出する。なお、振幅比Ψ及び位相差Δは、ｐ偏光の振幅反射係数Ｒｐ及びｓ偏光の振幅反射係数Ｒｓに対し以下の数式（１）の関係が成立する。
Ｒｐ／Ｒｓ＝ｔａｎΨ・ｅｘｐ（ｉ・Δ）・・・（１）
但し、ｉは虚数単位である（以下同様）。また、Ｒｐ／Ｒｓは偏光変化量ρと云う。
【００４９】
また、試料解析装置１が有するコンピュータ１０は、データ取込機８で得られた偏光状態の振幅比Ψ及び位相差Δと、試料に応じたモデルとに基づき試料の解析を行うと共に、ステージ４の移動等に対する制御を行う。
【００５０】
コンピュータ１０自体は、コンピュータ本体１１、ディスプレイ１２、キーボード１３及びマウス１４等から構成されており、コンピュータ本体１１はＣＰＵ１１ａ、記憶部１１ｂ、ＲＡＭ１１ｃ、及びＲＯＭ１１ｄを内部バスで接続している。ＣＰＵ１１ａは記憶部１１ｂに記憶された各種コンピュータプログラムに従って後述するコンピュータ１０に関する種々の処理を行うものであり、ＲＡＭ１１ｃは処理に係る各種データ等を一時的に記憶し、ＲＯＭ１１ｄにはコンピュータ１０の機能に係る内容等を記憶する。
【００５１】
なお、コンピュータ１０の記憶部１１ｂは、試料解析用のコンピュータプログラム、及びステージ４の移動制御用のコンピュータプログラム等の各種プログラムを予め記憶すると共に、ディスプレイ１２へ表示するための各種メニュー画像のデータ、試料に係る既知のデータ、相異する構造のモデルパターン、モデルの作成に利用される複数の分散式、作成されたモデル、各種試料に応じたリファレンスデータ、及び干渉縞に関連した比較処理に用いる基準値等を記憶する。
【００５２】
試料（有機ＥＬ素子５０）の解析に関し、コンピュータ１０は有機ＥＬ素子５０の有機膜５６を構成する各膜層（５２〜５５）の光学特性として屈折率及び消衰係数を解析すると共に、各膜層（５２〜５５）の膜厚等も解析する。
【００５３】
具体的にコンピュータ１０は、測定された振幅比Ψ及び位相差Δから、ガラス基板５１、カバーガラス５７、及び有機ＥＬ素子５０の周囲雰囲気等の複素屈折率を既知とした場合に、記憶部１１ｂに予め記憶されているモデリングプログラムを用いることで、ユーザに設定される試料の項目及び有機ＥＬ素子５０の材料構造に応じたモデルを作成して記憶部１１ｂに記憶しておき、解析段階で記憶しているモデルを用いて有機膜５６の各膜層５２〜５５の膜厚及び複素屈折率を求める。複素屈折率Ｎは、解析する膜層の屈折率ｎ及び消衰係数ｋとした場合、以下の光学式で表した数式（２）の関係が成立する。
Ｎ＝ｎ−ｉｋ・・・（２）
【００５４】
また、入射角度をφ、光照射器３が照射する光の波長をλとすると、データ取込機８から出力されるエリプソメータで測定された振幅比Ψ及び位相差Δは、解析する膜層５２〜５５の膜厚ｄ、屈折率ｎ及び消衰係数ｋに対して以下の数式（３）の関係が成立する。
（ｄ，ｎ，ｋ）＝Ｆ（ρ）＝Ｆ（Ψ（λ，φ），Δ（λ，φ））・・・（３）
【００５５】
なお、コンピュータ１０は、解析する膜層５２〜５５の膜厚、及び複数のパラメータを有する複素誘電率の波長依存性を示す分散式を用いて、記憶したモデルから理論的な演算で得られるモデルスペクトル（ΨM （λi ）、ΔM （λi ））と、データ取込器８から出力される測定結果に係る測定スペクトル（ΨE （λi ）、ΔE （λi ））との差が最小になるように膜厚、分散式のパラメータ等を変化させる処理（フィッティング）を行う。なお、適用される分散式の一例を下記の数式（４）に示す。
【００５６】
【数１】
2007147517.tif 000003
【００５７】
数式（４）において左辺のεは複素誘電率を示し、ε∞、εs は誘電率を示し、Γ0 、ΓD 、γj は粘性力に対する比例係数（damping factor）を示し、ωoj、ωt 、ωp は固有角振動数（oscillator frequency, transverse frequency, plasma frequency）を示す。なお、ε∞は高周波における誘電率（high frequency dielectric constant）であり、εs は低周波における誘電率（static dielectric constant）である。また、複素誘電率ε（ε（λ）に相当）、及び複素屈折率Ｎ（Ｎ（λ）に相当）は、下記の数式（５）の関係が成立する。
ε（λ）＝Ｎ2 （λ）・・・（５）
【００５８】
なお、フィッティングを簡単に説明すると、有機ＥＬ素子５０を測定した場合でＴ個の測定データ対をＥｘｐ（ｉ＝１，２．．．，Ｔ）、Ｔ個のモデルの計算データ対をＭｏｄ（ｉ＝１，２．．．，Ｔ）としたときに測定誤差は正規分布すると考えて標準偏差をσi とした際の最小二乗法に係る平均二乗誤差χ2 は下記の数式（６）で求められる。なお、Ｐはパラメータの数である。平均二乗誤差χ2 の値が小さいときは、測定結果と作成したモデルの一致度が大きいことを意味するため、複数のモデルを比較する場合、平均二乗誤差χ2 の値が最も小さいものがベストモデルに相当する。
【００５９】
【数２】
2007147517.tif 000004
【００６０】
上述したコンピュータ１０が行う試料解析に係る一連の処理は、記憶部１１ｂに記憶された試料解析用のコンピュータプログラムに規定されている。このコンピュータプログラムには、試料の物性に対応して作成するモデルの条件項目として膜厚等を設定するためのメニューをディスプレイ１２の画面に表示させる処理等も含まれる。
【００６１】
また、本実施形態に係る試料解析装置１は、試料における複数の反射形態に対応できるように予め作成されているモデルタイプ（モデルの構造）を記憶部１１ｂに記憶しており、これらのモデルタイプの構造が、記憶部１１ｂに記憶されるコンピュータプログラム（モデリングプログラム）が規定する処理に基づき読み出されて解析に用いられる。
【００６２】
すなわち、本実施形態では有機ＥＬ素子５０を図３に示すような形態で測定するため、有機ＥＬ素子５０へ照射した光Ｋが反射する形態として、一般に３通りの種類が想定される。１つ目の形態は有機ＥＬ素子５０へ入射した光Ｋが有機膜５６と空間６０の境界（有機膜５６の表面５６ａに相当する箇所）で反射する場合であり（図３中、反射光Ｋ１の光路）、２つ目の形態は光Ｋが有機膜５６及び空間６０を通過してカバーガラス５７の内面５７ｃで反射する場合であり（図３中、反射光Ｋ２の光路）、３つ目の形態は透光性のカバーガラス５７を通過してカバーガラス５７とステージ４の境界（カバーガラス５７の外面５７ｆとステージ４のステージ面４ａが接する箇所）で反射する場合である（図３中、反射光Ｋ３の光路）。
【００６３】
なお、実際的には、図３に示すように、ガラス基板表面の点Ｐ１での反射、及びガラス基板５１と有機膜５６の境界となる点Ｐ２での反射や多重反射も含むが、点Ｐ１、Ｐ２での反射は、解析に用いるモデルの選択に直接的に関係しないため、本実施形態では扱いを省略している。また、光Ｋ、及び反射光Ｋ１〜Ｋ３等は、ガラス基板５１及び有機膜５６等に対する入射時に屈折すると共に出射時にも屈折するが、この時入射時と出射時の角度は同じである。さらには多重反射を含めた反射光Ｋ１〜Ｋ３の全てが測定されるかは、試料の厚み寸法に依存するので、試料解析装置１は、試料の厚み寸法によって、解析に用いるモデルの種類も選択している。
【００６４】
上述した３通りの反射形態では、光が通過する層がそれぞれ相異するため、解析に用いるモデルも実際の測定における反射形態に応じた構造のものを選択する必要がある。図４（ａ）は、図３の反射光Ｋ１に対応した構造のモデルｍ１０を示している。モデルｍ１０は、有機膜５６での反射に対応することから、有機膜５６の下方に位置する空間６０をボイド層（空隙層）にして、そのボイド層Ｓ１（基板とみなす）に有機膜層Ｌ１（有機膜５６に相当）、ガラス層Ｌ２（ガラス基板５１の表面粗さが無い部分に相当）、及びラフネス層Ｌ３（ガラス基板５１の表面粗さに応じた部分）が重なり合った構造にしている。
【００６５】
また、図４（ｂ）は、図３の反射光Ｋ２に対応した構造のモデルｍ１１を示している。モデルｍ１１は、カバーガラス５７の内面５７ｃでの反射に対応することから、カバーガラス５７を構成する材料（封止材料）を基板にみなし、その封止材料Ｓ１０（カバー部材に係る層に相当）にボイド層Ｌ１１（空間６０の空隙層に相当）、有機膜層Ｌ１２（有機膜５６に相当）、ガラス層Ｌ１３（ガラス基板５１の表面粗さが無い部分に相当）、及びラフネス層Ｌ１４（ガラス基板５１の表面粗さに応じた部分）が重なり合った構造にしている。
【００６６】
さらに、図４（ｃ）は、図３の反射光Ｋ３に対応した構造のモデルｍ１２を示している。モデルｍ１２は、カバーガラス５７とステージ４の境界面での反射に対応することから、カバーガラス５７の下方の周囲雰囲気を構成する媒体（図３では、カバーガラス５７とステージ４の間に存在する空間のボイド層が相当）を基板にみなし、そのボイド層（周囲雰囲気）Ｓ２０（基板）に封止材料層Ｌ２１（カバーガラス５７を構成する材料の層に相当）、ボイド層Ｌ２２（空間６０の空隙層に相当）、有機膜層Ｌ２３（有機膜５６に相当）、ガラス層Ｌ２４（ガラス基板５１の表面粗さが無い部分に相当）、及びラフネス層Ｌ２５（ガラス基板５１の表面粗さに応じた部分）が重なり合った構造にしている。
【００６７】
なお、上述した各モデルｍ１０、ｍ１１、ｍ１２では、有機膜層Ｌ１、Ｌ１２、Ｌ２３を、図２に示す各膜層５２〜５５をまとめた一つの膜層として簡易的に表しているが、実際のモデリングにおける有機膜層Ｌ１、Ｌ１２、Ｌ２３は、有機ＥＬ素子５０の有機膜５６と同様に、正孔輸送層５２、発光層５３、正孔ブロッキング層５４、及び電子輸送層５５が積層されたものになっており、各膜層５２〜５５に対応した膜厚が設定されるものとする。このように、各膜層５２〜５５に応じたモデリングを行うことで、有機膜５６に含まれる各膜層５２〜５５の特性を解析できるようにしている。
【００６８】
試料解析装置１は、上述した各モデルｍ１０、ｍ１１、ｍ１２の中から解析に用いる構造のモデルを選択するため、試料測定時の準備段階において解析対象の試料に対してユーザから受け付ける設定項目中の試料の厚み寸法を含ませるようにしている。試料解析装置１は、準備段階で解析対象の試料に対する設定項目として基板の種類、膜厚等と共に試料の厚み寸法をユーザの入力により受け付けて、その厚み寸法に応じて解析に用いるモデルをｍ１０、ｍ１１、ｍ１２から選択する。
【００６９】
試料の厚み寸法と測定できる反射光の関係を説明すると、解析対象の試料の厚み寸法が２．２ｍｍ以上である場合、反射光Ｋ３の反射方向が逸れて光取得器５の測定範囲から外れる。そのため、試料解析装置１は試料の厚み寸法が２．２ｍｍ以上である場合、反射光Ｋ３を光取得器５で測定できないので、解析に用いるモデルの構造として図４（ａ）のモデルｍ１０及びモデルｍ１１を選択する。
【００７０】
また、試料の厚み寸法が１．０ｍｍを越えて２．２ｍｍ未満である場合、反射光Ｋ１〜Ｋ３の全てが光取得器５の測定範囲に入る可能性がある。そのため、試料解析装置１は試料の厚み寸法が１．０ｍｍを越えて２．２ｍｍ未満である場合、解析に用いるモデルの構造として反射光Ｋ１〜Ｋ３に対応した全てのモデルｍ１０、ｍ１１、ｍ１２を選択する。
【００７１】
さらに、試料の厚み寸法が１．０ｍｍ以下である場合も、反射光Ｋ１〜Ｋ３の全てが光取得器５の測定範囲に入る可能性がある。そのため、試料解析装置１は試料の厚み寸法が１．０ｍｍ以下である場合、解析に用いるモデルの構造として反射光Ｋ１〜Ｋ３に対応した全てのモデルｍ１０、ｍ１１、ｍ１２を選択する。なお、試料の材質によっては、反射光Ｋ１のみ、又は反射光Ｋ１、Ｋ２の２つのみが測定範囲に入る場合もあり、このような場合はモデルｍ１０のみ、又はモデルｍ１０、ｍ１１の２つを試料解析装置１が選択するようにしてもよい。なお、モデル種類の選択後、試料解析装置１は、ユーザからの入力項目に基づいて選択したモデル構造で解析に用いる具体的なモデルをたてる。
【００７２】
また、本実施形態に係る試料解析装置１が記憶するコンピュータプログラムが規定する処理内容のもう一つの特徴として、解析に用いるモデルに対して振幅比（Ψ）及び位相差（Δ）を求める演算処理を２通りで行うことが挙げられる。１つ目の演算処理（第１演算処理）は、解析に用いるモデルに対して忠実に演算を行って試料の測定範囲に応じた演算結果（振幅比（Ψ）及び位相差（Δ））を得ることである。また、２つ目の演算処理（第２演算処理）は、解析に用いるモデルに基づき振幅に対して演算を行って迅速に演算結果を得ることである。試料解析装置１は、解析対象となる図２（ａ）（ｂ）に示す有機ＥＬ素子５０の空間６０の厚み寸法Ｄ（間隔距離に相当）と、コンピュータ１０の記憶部１１ｂに記憶した基準値（基準距離に相当）との大小を比較し、比較の結果により、第１演算処理又は第２演算処理のいずれで演算を行うかを決定する。
【００７３】
試料解析装置１は、測定準備段階において解析対象の有機ＥＬ素子５０に対してユーザから受け付ける設定項目の中に空間６０の厚み寸法Ｄ（有機ＥＬ素子５０の仕様に基づく数値）及び基準値を含ませており、厚み寸法Ｄが基準値より大きい場合に第２演算処理を行い、厚み寸法Ｄが基準値以下である場合に第１演算処理を行うようにしている。また、第２演算処理は、測定準備段階で入力された項目に基づき選択されたモデルから理論的に得られる値を周知の演算方式を用いて適宜平均化するため、モデルから得た振幅比（Ψ）及び位相差（Δ）に係るグラフは滑らかな曲線になり、解析対象となるモデルが光の照射により干渉縞を発生する試料に応じたものである場合でも、干渉縞にきっちりと対応しないで演算を行うので、演算に係る処理時間を第１演算処理に比べて短くでき、また、測定に要する時間も短くなる。一方、第１演算処理は従来と同様に、モデルに忠実に演算を行うため、解析対象となるモデルが光の照射により干渉縞を発生する試料に応じたものである場合、干渉縞に対応して演算を行うので解析時間が長くなると共に、測定時間も長くなる。
【００７４】
次に、上述した構成の試料解析装置１で図２に示す有機ＥＬ素子５０を解析する方法（試料解析方法）に係る一連の処理手順を図６のフローチャートに基づき説明する。
先ず、試料解析装置１のステージ４に有機ＥＬ素子５０を図３に示すように載置する（Ｓ１）。
【００７５】
次に、試料解析装置１は条件の設定を行うため、解析に必要な項目の入力をユーザから受け付ける（Ｓ２）。項目の受付にあたり、試料解析装置１は図５に示すような設定メニュー２０をディスプレイ１２に表示する。設定メニュー２０は、図２の有機ＥＬ素子５０の構造に対応して空間６０の厚み入力欄２１、有機膜５６に係る膜厚の入力欄２２、基板（カバーガラス５７）に係る入力欄２３を設けており、特に空間（ギャップ）の厚みの入力欄２１に関しては、有機ＥＬ素子５０の仕様に応じた数値（ボイド）の入力欄２１ａと、第１演算処理又は第２演算処理の判別に係る基準値の入力欄２１ｂを設けている。なお、図５の設定メニュー２０では、膜厚の入力に関しては簡略化して入力欄２２のみを示しているが、実際には有機膜層の種類に応じて、各層ごとに入力欄を設けている。
【００７６】
有機ＥＬ素子５０では、空間６０の厚み寸法Ｄが１００μｍより小さい場合に干渉縞が発生しやすいことが従前の研究で判明しているため、基準値として１００μｍを設定することが好適である。なお、設定メニュー２０は、図５で示していない他の項目（測定ポイント、入射角度φ、ガラス基板５１の厚み、カバーガラス５７の厚み等）も受け付ける。
【００７７】
それから、試料解析装置１は、入力された項目の中でガラス基板５１の厚み（Ｔ）及びカバーガラス５７の厚み（Ｔ）より（図２（ａ）参照）、有機ＥＬ素子５０（試料）の厚み寸法（２Ｔ）が１．０ｍｍ以下であるか、１．０ｍｍ超２．２ｍｍ未満の範囲であるか、２．２ｍｍ以上であるかを判別する（Ｓ３）。
【００７８】
厚み寸法（２Ｔ）が１．０ｍｍ以下であると判別した場合（Ｓ３：１．０ｍｍ以下）、試料解析装置１は、解析に用いるモデル構造として図４（ａ）〜（ｃ）のモデルｍ１０〜ｍ１２を選択する（Ｓ４）。また、厚み寸法（２Ｔ）が１．０ｍｍ超２．２ｍｍ未満であると判別した場合（Ｓ３：１．０ｍｍ超２．２ｍｍ未満）、試料解析装置１は、解析に用いるモデル構造として図４（ａ）〜（ｃ）のモデルｍ１０〜ｍ１２を選択する（Ｓ５）。さらに、厚み寸法（２Ｔ）が２．２ｍｍ以上であると判別した場合（Ｓ３：２．２ｍｍ以上）、試料解析装置１は、解析に用いるモデル構造として図４（ａ）（ｂ）のモデルｍ１０、ｍ１１を選択する（Ｓ６）。
【００７９】
なお、モデル選択後、試料解析装置１は、選択されたモデルの構造で入力された項目に応じた解析用のモデルをたてることになり、上述した判別処理で解析に用いるモデルの構造は、解析対象の試料における反射形態（図３参照）に応じたものになっているため、後の解析処理の段階（Ｓ１０〜Ｓ１２）等の処理負担の低減に貢献している。
【００８０】
次に、試料解析装置１は、ステージ４に載置した試料（有機ＥＬ素子５０）へ適切に光を照射して測定に十分な強度の反射光を取得できるようにするため、仮照射を行ってステージ４の高さ調整等を行う（Ｓ７）。ステージ４の高さ調整後、試料解析装置１は、有機ＥＬ素子５０（試料）の測定を行うために本照射として、有機ＥＬ素子５０へ偏光状態の光を照射し（Ｓ８）、ガラス基板５１から出た反射光（Ｋ１〜Ｋ３）を取得して光の偏光状態（振幅比ΨE 、位相差ΔE ）を測定する（Ｓ９）。なお、ΨE は測定された振幅比を表し、ΔE は測定された位相差を表す。
【００８１】
また、試料解析装置１は、選択された構造でたてられたモデルに基づいて測定範囲と対応する範囲で振幅比ΨM 、位相差ΔM を算出する（Ｓ１０）。この際、試料解析装置１は、入力された空間６０の厚み寸法Ｄと基準値との比較を行って第１演算処理又は第２演算処理で振幅比ΨM 、位相差ΔM を求める。ここで、ΨM はモデルから求めた振幅比を表し、ΔM はモデルから求めた位相差を表す。なお、試料解析装置１は、選定したモデルが複数存在する場合、このような演算を全てのモデルに対して行う。
【００８２】
図８のグラフは、空間６０の厚み寸法Ｄが６０μｍである有機ＥＬ素子５０から測定された振幅比ΨE 、位相差ΔE と、モデルから求めた振幅比ΨM 、位相差ΔM とを表した内容を示している。測定された振幅比ΨE 、位相差ΔE はドットで表されており、モデルから求めた振幅比ΨM 、位相差ΔM は曲線（位相差は実線、振幅比は破線）で表されている。図８のグラフに係る有機ＥＬ素子５０は、厚み寸法Ｄが６０μｍであるため、試料解析装置１は第１演算処理により振幅比ΨM 、位相差ΔM を求めており、振幅比ΨM 、位相差ΔM はモデルに応じて忠実に演算されるため、分光器の分解能に応じて測定点のドットが振幅しているような範囲（例えば、光子エネルギー（Photon Energy）が２．２ｅＶ以下の範囲）で、振幅比ΨM 、位相差ΔM を表す曲線も上下に振幅し、干渉縞の発生に対応した内容になっている。また、第１演算処理は、このように振幅する内容までも詳細に演算するため、空間の厚みを算出でき第２演算処理に比べて処理時間は長くなる。
【００８３】
一方、図７のグラフは、比較のために図８のグラフに係る有機ＥＬ素子５０のモデルに対して第２演算処理を行った結果を示している。第２演算処理により振幅比ΨM 、位相差ΔM を求めることで、振幅比ΨM 、位相差ΔM は測定点であるドットの中間を通過するようにスムージングされた形状になっている。
【００８４】
なお、図９のグラフは、空間６０の厚み寸法Ｄが１０μｍである有機ＥＬ素子５０のモデルに対して第１演算処理を行った結果を示しており、上下に振幅する測定点のドットと同様に、モデルから求めた振幅比ΨM 、位相差ΔM を表す曲線も上下に大きく振幅している（特に破線で表す振幅比の振幅が大きい）。
【００８５】
図６のフローチャートに戻り、試料解析方法の処理手順の説明を続けると、エリプソメータによる測定値（測定結果）とモデルから得られた算出値とを比較し（Ｓ１１）、コンピュータ１０は、比較された各値の相異が小さくなるように、モデルにおける各層の厚みなど、及び分散式のパラメータのフィッティングを行う（Ｓ１２）。
【００８６】
なお、解析に用いる複数のモデルに対して上述した段階（Ｓ１０〜Ｓ１２）で、全てのモデルをフィッティングして最小二乗法に係る平均二乗誤差を算出し、最低の平均二乗誤差の値に係るモデル、又は、コンピュータ１０に予め設定された膜厚の最小値から最大値までの範囲内に入る平均二乗誤差の値が最低になるモデルを選択する。
【００８７】
このように選択したモデルにおいて、最終的なフィッティングにより最小二乗法で求めた差が所要の値に収まれば（十分小さくなれば）、そのときに用いたモデルに係る各膜層５２〜５５の膜厚等が物理的に不可能な数値になっていないかを確認した上で、そのときのモデルをベストモデルとして決定する（Ｓ１３）。最後に、試料解析装置１は、そのベストモデルに係る各膜層５２〜５５の膜厚、分散式のパラメータ、ボイド等を参照することで、有機ＥＬ素子５０の有機膜５６の各膜層５２〜５５の特性として膜厚及び光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）等が各膜層で求まる（Ｓ１４）。なお、最小二乗法で求めた差が所要の値に収まるが、そのときのモデルに係る各膜層５２〜５５の膜厚等が物理的に不可能な数値になっている場合は、全てのモデルの構成に係る数値等を変更して再度フィッティング（Ｓ１０以降の処理）を行うことになる。
【００８８】
このように本発明では、有機ＥＬ素子５０の解析対象となる膜が覆われているような場合でも、ガラス基板５１へ向けて光を照射して有機膜５６へ光をあてるので、有機膜５６の各膜層をエリプソメータで測定できる。また、試料解析装置１は、上述した条件に応じて第１演算処理と第２演算処理とを使い分けるので、モデルに係る演算処理を効率的に進めると共に、解析対象となる試料の厚みに応じてモデルの構造種類も絞るため、解析処理の負担を低減できる。
【００８９】
なお、本発明に係る試料解析装置１及び試料解析方法は、上述した形態に限定されるものではなく、種々の変形例の適用が可能である。例えば、有機ＥＬ素子５０のカバーガラス５７が不透明な材料（金属、合成樹脂等）で形成されているときは、図３中に示す反射光Ｋ３のような反射形態は発生しないので、コンピュータ１０は、反射光Ｋ１又は反射光Ｋ２に応じた図４（ａ）のモデルｍ１０又は図４（ｂ）のモデルｍ１１のいずれか一方、若しくは両方を、試料の厚み寸法の比較により解析に用いるモデルの構造として選択を行うようにする。
【００９０】
また、上述した説明では、図５に示す設定メニュー２０では、基準値の入力欄２１ｂに１００μｍを設定することで説明したが、勿論、試料及び測定状況等に応じて他の数値を設定することも可能であり、数値が設定された状態で新たな数値を入力すると、試料解析装置１は基準値を変更するステップを行い、以降、この変更された新たな値を用いて空間６０との厚み寸法Ｄとの比較を行うことになる。このように基準値を変更できるようにすることで、測定状況の影響、及び干渉縞の発生する条件が微妙に相異する試料を測定する場合等に対してスムーズに処理を進行できる。なお、基準値を含む所定の項目には、デフォルト値として適正な値（例えば、基準値には１００μｍ）を設定しておくことが、ユーザの入力負担を低減する観点で好ましい。
【００９１】
さらに、空間６０の厚み寸法Ｄとの比較により第１演算処理又は第２演算処理のいずれを行うかを試料解析装置１が判別する替わりに、ユーザが随時選択できるようにしてもよい。この場合、測定前の設定メニュー等に第１演算処理又は第２演算処理のいずれで処理を行うかを指示する選択ボタンを設け、試料解析装置１はユーザから受け付ける指示に応じて第１演算処理又は第２演算処理のいずれかで処理を行うようにする。
【００９２】
さらに、本実施形態の試料解析装置１は、図２（ａ）（ｂ）に示す生産タイプの有機ＥＬ素子５０以外にも、図１０に示す研究開発タイプの有機ＥＬ素子７０に対しても、同様に解析を行うことが可能である。研究開発タイプの有機ＥＬ素子７０と、生産タイプの有機ＥＬ素子５０との相違点は、有機ＥＬ素子７０は、厚みＴ１の透光性を有するガラス基板７１にキャップ状の封止キャップ７７（高さＴ２）を接着剤８１で取り付けている点である。
【００９３】
封止キャップ７７は、ガラス基板７１の一面５１ａに設けられた有機膜７６（複数層７２〜７５）及び電極５８、５９を覆うように、カバー部７７ａ及び側壁部７７ｂを有して全体的に凹状になっている。また、封止キャップ７７は、有機膜７６の最上面７６ａからカバー部７７ａの内面５７ｃまでを間隔（ギャップ）を開けて厚み寸法Ｄの空間８０を生成している。図１０の有機ＥＬ素子７０を試料解析装置１で解析する場合は、試料の厚み寸法として、ガラス基板７１の厚みＴ１と封止キャップ７７の高さＴ２を加えた数値を入力すれば、他の点は図２（ａ）（ｂ）に示す有機ＥＬ形成５０と同様に扱うことで解析を行える。
【００９４】
さらにまた、有機ＥＬ素子５０のカバーガラス５７が透光性を有する場合は、有機ＥＬ素子５０を図３に示すような形態でステージ４に載置する以外に、図１１に示すように、ガラス基板５１がステージ４のステージ面４ａに接するように、ガラス基板５１を下側にして有機ＥＬ素子５０を載置するようにしてもよい。この場合、試料解析装置１は、カバーガラス５７へ向けて偏光状態の光Ｋを照射し、カバーガラス５７及び空間６０を通過した光Ｋは、複数の膜層５２〜５５（図２（ｂ）参照）で構成される有機膜５６に到達する。さらに光Ｋは有機膜５６を通過してから、図１１に示すように有機膜５６とガラス基板５１の境界で反射する場合（反射光Ｋ１０の場合）と、ガラス基板５１も通過してガラス基板５１とステージ４の境界で反射する場合（反射光Ｋ１１の場合）が生じる。なお、いずれの反射光Ｋ１０、Ｋ１１もカバーガラス５７から出射して光取得器５で取得されて、偏光状態が測定される。
【００９５】
なお、図１１においても実際的には、カバーガラス表面での反射（Ｐ１０）、カバーガラス内面での反射（Ｐ２０）、及び有機膜表面での反射（Ｐ３０）や多重反射も含むが、このような反射（Ｐ１０、Ｐ２０、Ｐ３０）も、解析に用いるモデルの選択に直接的に関係しないため扱いを省略している。
【００９６】
また、図１１に示す有機ＥＬ素子５０の載置形態で試料の解析を行う場合、解析に用いるモデルには、上述した反射光Ｋ１０、Ｋ１１に応じた構造のものを用いる必要がある。図１２（ａ）は、反射光Ｋ１０に応じた構造のモデルｍ２０を示している。モデルｍ２０は、最下方のガラス基板５１を基板（Ｓ３０）にして、その上に有機膜層Ｌ３１（有機膜５６に相当）、ボイド層Ｌ３２（空間６０に相当）、封止材料層Ｌ３３（カバーガラス５７の表面粗さが無い部分に相当）、及びラフネス層Ｌ３４（カバーガラス５７の表面粗さに応じた部分）が重なり合った構造にしている。なお、モデルｍ３０の各層の厚みｄ３１〜ｄ３４は、準備段階でユーザから入力される値により設定される。
【００９７】
一方、図１２（ｂ）は、反射光Ｋ１１に応じた構造のモデルｍ２１を示している。モデルｍ２１は、ガラス基板５１の下方の周囲雰囲気を構成する媒体（図１１では、ガラス基板５１とステージ４の間に存在する空間のボイド層が相当）を基板にみなし、そのボイド層Ｓ４０（基板）にガラス層Ｌ４１（ガラス基板５１に相当）、有機膜層Ｌ４２（有機膜５６に相当）、ボイド層Ｌ４３（空間６０に相当）、封止材料層Ｌ４４（カバーガラス５７の表面粗さが無い部分に相当）、及びラフネス層Ｌ４５（カバーガラス５７の表面粗さに応じた部分）が重なり合った構造にしている。なお、モデルｍ２１の各層の厚みｄ４１〜ｄ４５は、準備段階でユーザから入力された値により設定される。
【００９８】
図１１に示す載置形態では、有機ＥＬ素子５０の厚み寸法に応じて反射光Ｋ１０、Ｋ１１の一方のみ（理論的にはＫ１０のみ）、又は両方が測定される可能性があるので、試料測定装置１は、図６のフローチャートの処理段階（Ｓ３〜Ｓ６）として、試料の厚み寸法に応じて解析に用いるモデルの構造としてモデルｍ２０、ｍ２１の一方（理論的にはモデルｍ２０）、又は両方の選択を行うようにする。なお、モデル選択後は、図６のフローチャートと同様な処理を行って解析を行うことになる。
【００９９】
また、図１１に示す有機ＥＬ素子５０の載置形態でも、モデルに係る値（振幅比及び位相差）を求めるにあたり、空間６０の厚み寸法Ｄと基準値との比較又はユーザの指示に応じて第１演算処理又は第２演算処理を行うことになる。図１３に示すグラフは、空間６０の厚み寸法Ｄを有する有機ＥＬ素子５０を図１１に示す載置形態で測定した振幅比ΨE 、位相差ΔE のドットと、この載置形態に応じた構造のモデルから第２演算処理で求めた振幅比ΨM 、位相差ΔM の曲線を示しており、求めた曲線は測定点（ドット）にほぼ沿った形状になっている。なお、図１１に示す載置形態でも、図１０の研究開発タイプの有機ＥＬ素子７０を測定解析することが可能であり、その場合はカバーガラス５７を封止キャップ７７と考えたモデルを準備することになる（図１２（ａ）（ｂ）参照）。
【０１００】
また、本発明に係る試料解析装置１及び試料解析方法は、有機ＥＬ素子５０に関しては所謂高分子有機ＥＬ素子と、低分子有機ＥＬ素子のいずれのタイプも解析対象にすることができ、また、有機ＥＬ素子以外の試料については、基板上に膜が積層されて、その膜と間隔を隔ててカバー部材で覆う構造であり、基板又はカバー部材の少なくとも一方が透光性を有する試料であれば、上述した有機ＥＬ素子５０と同様の形態で解析可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の実施形態に係る試料解析装置の全体構成図である。
【図２】（ａ）は試料となる有機ＥＬ素子（生産タイプ）の構造を示す概略断面図、（ｂ）は有機ＥＬ素子（生産タイプ）の要部を拡大した断面図である。
【図３】有機ＥＬ素子のガラス基板へ向けて照射を行う場合の載置形態を示す概略図である。
【図４】（ａ）は図３の反射光Ｋ１に対応した構造のモデルを示す概略図、（ｂ）は図３の反射光Ｋ２に対応した構造のモデルを示す概略図、（ｃ）は図３の反射光Ｋ３に対応した構造のモデルを示す概略図である。
【図５】設定メニューの一例を示す概略図である。
【図６】試料解析方法の一連の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】空間の厚みが６０μｍの試料（有機ＥＬ素子）にガラス基板から光を照射した場合の測定結果及び第２演算処理による演算結果を示すグラフである。
【図８】空間の厚みが６０μｍの試料（有機ＥＬ素子）にガラス基板から光を照射した場合の測定結果及び第１演算処理による演算結果を示すグラフである。
【図９】空間の厚みが１０μｍの試料（有機ＥＬ素子）にガラス基板から光を照射した場合の測定結果及び第１演算処理による演算結果を示すグラフである。
【図１０】研究開発タイプの有機ＥＬ素子の構造を示す概略図である。
【図１１】有機ＥＬ素子のカバーガラスへ向けて照射を行う場合の載置形態を示す概略図である。
【図１２】（ａ）は図１１の反射光Ｋ１０に対応した構造のモデルを示す概略図、（ｂ）は図１１の反射光Ｋ１１に対応した構造のモデルを示す概略図である。
【図１３】空間の厚みが６０μｍの試料（有機ＥＬ素子）にカバーガラスから光を照射した場合の測定結果及び第２演算処理による演算結果を示すグラフである。
【図１４】（ａ）は振幅比及び位相差の測定結果の一例を示すグラフであり、（ｂ）は干渉縞の影響により細かく振幅した値を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０２】
１  試料解析装置
２  キセノンランプ
３  光照射器
４  ステージ
５  光取得器
７  分光器
８  データ取込機
９  モータ制御機
１０  コンピュータ
２０  設定メニュー
５０  有機ＥＬ素子（生産タイプ）
５１  ガラス基板
５６  有機膜
５７  カバーガラス
６０  空間（ギャップ）
７０  有機ＥＬ素子（研究開発タイプ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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