物性測定装置、物性測定方法、薄膜基板製造システム及びプログラム
【課題】基板表面に形成した薄膜の物性を非破壊かつ高精度で測定することができる物性測定装置、物性測定方法、薄膜基板製造システム及びプログラムを提供する。
【解決手段】基板Ｋ表面に形成された薄膜Ｈの物性を測定する物性測定装置において、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生源と、基板Ｋ表面に薄膜Ｈが形成された成膜領域Ｆ及び該基板Ｋ表面に薄膜Ｈが形成されていない非成膜領域Ｎに、テラヘルツ波発生源からのテラヘルツ波が照射されるように、基板Ｋ及び薄膜Ｈを移動する移動手段と、成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎからの透過波又は反射波の電場強度を複数回検出する検出手段と、検出手段が複数回検出した透過波又は反射波の電場強度を積算する積算手段と、積算手段が積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定する測定手段とを備える。
【解決手段】基板Ｋ表面に形成された薄膜Ｈの物性を測定する物性測定装置において、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生源と、基板Ｋ表面に薄膜Ｈが形成された成膜領域Ｆ及び該基板Ｋ表面に薄膜Ｈが形成されていない非成膜領域Ｎに、テラヘルツ波発生源からのテラヘルツ波が照射されるように、基板Ｋ及び薄膜Ｈを移動する移動手段と、成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎからの透過波又は反射波の電場強度を複数回検出する検出手段と、検出手段が複数回検出した透過波又は反射波の電場強度を積算する積算手段と、積算手段が積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定する測定手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜の物性を非破壊で測定する物性測定装置、物性測定方法、薄膜基板製造システム及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子開発の進展に伴い、新規膜材料の開発が進んでいる。このような新規膜材料を評価する上で、新規膜材料の物性を決定する必要がある。しかし、多くの新規膜材料は入手困難であり、かつ高価であるため、膜材料を破壊して行われる物性測定は敬遠されている。そこで、特許文献１には、非破壊で膜材料の電気的特性を測定するテラヘルツ分光装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−９８６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のテラヘルツ分光装置は、測定値のＳＮ比が小さく、測定精度が低い。そのため、高精度の測定値を得るためには、装置上の工夫が必要である。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、基板表面に形成した薄膜の物性を非破壊かつ高精度で測定することができる物性測定装置、物性測定方法、薄膜基板製造システム及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願に係る物性測定装置は、基板表面に形成された薄膜の物性を測定する物性測定装置において、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生源と、基板表面に薄膜が形成された成膜領域及び該基板表面に薄膜が形成されていない非成膜領域に、前記テラヘルツ波発生源からのテラヘルツ波が照射されるように、該基板及び薄膜を移動する移動手段と、前記成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波の電場強度を複数回検出する検出手段と、該検出手段が複数回検出した透過波又は反射波の電場強度を積算する積算手段と、該積算手段が積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定する測定手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本願に係る物性測定装置は、前記移動手段は、前記成膜領域及び非成膜領域に、テラヘルツ波が交互に照射されるように、前記基板及び薄膜を移動するようにしてあり、前記検出手段は、前記電場強度を交互に複数回検出するようにしてあり、前記積算手段は、前記検出手段が交互に複数回検出した前記電場強度を積算するようにしてあることを特徴とする。
【０００８】
本願に係る物性測定装置は、前記測定手段が測定した時間変化に基づいて、前記薄膜に対するテラヘルツ波の透過率又は反射率を算出する第一算出手段と、前記薄膜の膜厚を受け付ける膜厚受付手段と、前記基板の複素屈折率を受け付ける基板屈折率受付手段と、前記薄膜の複素屈折率に複数の異なる値を設定する薄膜屈折率設定手段と、前記膜厚受付手段が受け付けた薄膜の膜厚、前記基板屈折率受付手段が受け付けた基板の複素屈折率、及び前記薄膜屈折率設定手段が薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の透過率又は反射率を夫々複数算出する第二算出手段と、第一算出手段が算出した透過率及び第二算出手段が算出した複数の透過率、又は第一算出手段が算出した反射率及び第二算出手段が算出した複数の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定する薄膜屈折率決定手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本願に係る物性測定装置は、前記測定手段が測定した時間変化に基づいて、透過波又は反射波の電場強度の時間波形を作成する波形作成手段と、前記基板の厚さを受け付ける基板厚受付手段と、該基板厚受付手段が受け付けた基板の厚さ及び前記基板屈折率受付手段が受け付けた基板の複素屈折率の実部に基づいて、前記波形作成手段により作成した透過波又は反射波の電場強度の時間波形に、夫々基板内で多重反射した透過波又は反射波の電場強度の時間波形が現れる時間を算出する時間算出手段とを備え、前記第一算出手段は、前記時間算出手段が算出した時間に基づいて、前記薄膜に対するテラヘルツ波の透過率又は反射率を算出するようにしてあることを特徴とする。
【００１０】
本願に係る物性測定装置は、前記薄膜屈折率決定手段が決定した薄膜の複素屈折率に基づいて、該薄膜の複素電気伝導度を算出する伝導度算出手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
本願に係る物性測定装置は、電気伝導モデル及び該電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを変更し、薄膜の複素電気伝導度を算出するモデル伝導度算出手段と、前記伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度及び前記モデル伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度に基づいて、前記電気伝導モデルを決定するモデル決定手段と、前記伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度及び前記モデル伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度に基づいて、前記モデル決定手段により決定された電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを決定する第一パラメータ決定手段と、該第一パラメータ決定手段が決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出する手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本願に係る物性測定装置は、前記伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度に基づいて、前記モデル伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度を限定する伝導度限定手段と、該伝導度限定手段が限定した複素電気伝導度に基づいて、前記薄膜に対する赤外線の反射率を算出する反射率算出手段と、前記薄膜に対する赤外線の反射率を受け付ける反射率受付手段と、前記反射率算出手段が算出した赤外線の反射率及び前記反射率受付手段が受け付けた赤外線の反射率に基づいて、前記伝導度限定手段により限定された複素電気伝導度を表すパラメータを決定する第二パラメータ決定手段と、該第二パラメータ決定手段が決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出する手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本願に係る物性測定方法は、基板表面に形成された薄膜の物性を測定する物性測定方法において、基板表面に薄膜が形成された成膜領域及び該基板表面に薄膜が形成されていない非成膜領域にテラヘルツ波を複数回照射し、前記成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波の電場強度を複数回検出し、前記成膜領域及び非成膜領域から複数回検出した透過波又は反射波の電場強度を積算し、積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定し、測定した時間変化に基づいて、前記薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率を算出し、前記薄膜の複素屈折率に複数の異なる値を設定し、前記薄膜の厚さ、基板の複素屈折率及び薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を夫々複数算出し、第一の透過率及び第二の複数の透過率、又は第一の透過率及び第二の複数の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定することを特徴とする。
【００１４】
本願に係る物性測定方法は、前記成膜領域及び非成膜領域にテラヘルツ波を複数回照射するに際し、前記成膜領域及び非成膜領域にテラヘルツ波を交互に複数回照射し、前記電場強度を複数回検出するに際し、前記電場強度を交互に複数回検出し、複数回検出した前記電場強度を積算するに際し、交互に複数回検出した前記電場強度を積算することを特徴とする。
【００１５】
本願に係る物性測定方法は、第二の複数の透過率又は反射率を算出するに際し、前記薄膜の厚さは、膜厚測定装置により測定した厚さであることを特徴とする。
【００１６】
本願に係る物性測定方法は、決定した薄膜の複素屈折率に基づいて、該薄膜の第一の複素電気伝導度を算出し、電気伝導モデル及び該電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを変更して、薄膜の第二の複素電気伝導度を算出し、第一及び第二の複素電気伝導度に基づいて、前記電気伝導モデルを決定し、決定した電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを変更して、薄膜の第三の複素電気伝導度を算出し、前記薄膜に対する赤外線の反射率を測定し、測定した赤外線の反射率に基づいて、薄膜の第四の複素電気伝導度を算出し、第三及び第四の複素電気伝導度に基づいて、決定した前記電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを決定し、決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出することを特徴とする。
【００１７】
本願に係る薄膜基板製造システムは、巻き出しロールに巻かれた可撓性を有する基板を巻き出し、巻き取りロールに巻き取る移送の過程で、該基板表面に薄膜を形成する成膜装置を設けた薄膜基板製造システムにおいて、前記成膜装置が形成した薄膜を任意のアニール条件でアニールするアニール装置と、該アニール装置がアニールした薄膜の物性を測定する前述の物性測定装置とを含むことを特徴とする。
【００１８】
本願に係る薄膜基板製造システムは、前記物性測定装置から信号を受信し、前記成膜装置の動作を制御する制御装置を含み、前記成膜装置、アニール装置及び物性測定装置は、前記巻き出しロール及び巻き取りロールの間の移送路に沿って配置され、前記物性測定装置は、所定の信号を前記制御装置に送信する送信手段を有し、前記制御装置は、前記物性測定装置の送信手段が送信した前記所定の信号を受信した場合、前記成膜装置の動作を停止する手段を有することを特徴とする。
【００１９】
本願に係る薄膜基板製造システムは、前記制御装置は、前記アニール装置のアニール条件を設定するようにしてあり、前記物性測定装置の送信手段が送信した前記所定の信号を受信した場合、前記アニール装置のアニール条件を変更する手段を有することを特徴とする。
【００２０】
本願に係る薄膜基板製造システムは、任意の移送速度で、前記基板を巻き出しロールから巻き出して移送し、該基板表面に薄膜が形成された薄膜基板を巻き取りロールに巻き取る基板移送手段を含み、前記制御装置は、前記基板移送手段の移送速度を制御するようにしてあり、前記物性測定装置の送信手段が送信した前記所定の信号を受信した場合、前記基板移送手段の移送速度を変更する手段を有することを特徴とする。
【００２１】
本願に係るプログラムは、コンピュータに、基板表面に形成された薄膜の物性を測定させるプログラムにおいて、コンピュータに、基板表面に薄膜が形成された成膜領域及び該基板表面に薄膜が形成されていない非成膜領域に照射されたテラヘルツ波の透過波又は反射波の電場強度を複数回検出する検出ステップと、前記成膜領域及び非成膜領域から複数回検出した透過波又は反射波の電場強度を積算する積算ステップと、積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定するステップとを実行させることを特徴とする。
【００２２】
本願に係るプログラムは、前記検出ステップは、前記電場強度を交互に複数回検出し、前記積算ステップは、交互に複数回検出した前記電場強度を積算することを特徴とする。
【００２３】
本願に係るプログラムは、コンピュータに、測定した時間変化に基づいて、前記薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率を算出するステップと、前記薄膜の複素屈折率に複数の異なる値を設定するステップと、前記薄膜の厚さ、基板の複素屈折率及び薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を夫々複数算出するステップと、第一の透過率及び第二の複数の透過率、又は第一の反射率及び第二の複数の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定するステップとを実行させることを特徴とする。
【００２４】
本願に係る物性測定装置にあっては、テラヘルツ波発生源は、テラヘルツ波を発生する。基板には、薄膜が形成された成膜領域及び薄膜が形成されていない非成膜領域がある。テラヘルツ波発生源から放射されたテラヘルツ波は、移動手段に取り付けられた基板の成膜領域及び非成膜領域に複数回照射される。検出手段は、成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波を複数回検出する。検出された透過波又は反射波の電場強度は積算される。測定手段は、積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定する。
【００２５】
本願に係る物性測定装置にあっては、移動手段は成膜領域及び非成膜領域にテラヘルツ波が交互に複数回照射されるように、基板及び薄膜を移動する。検出手段は、成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波の電場強度を交互に複数回検出する。積算手段は、交互に複数回検出した、成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波の電場強度を積算する。
【００２６】
本願に係る物性測定装置にあっては、第一算出手段は、測定したテラヘルツ波の透過波又は反射波の電場強度の時間変化に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率を算出する。第二算出手段は、受け付けた薄膜の厚さ、受け付けた基板の複素屈折率、及び薄膜の複素屈折率について設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を夫々複数算出する。第一の透過率及び薄膜の複素屈折率に応じて異なる第二の透過率、又は第一の反射率及び薄膜の複素屈折率に応じて異なる第二の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定する。
【００２７】
本願に係る物性測定装置にあっては、波形作成手段は、測定した時間変化に基づいて、透過波又は反射波の電場強度の時間波形を作成する。時間算出手段は、受け付けた基板の厚さ及び受け付けた基板の複素屈折率の実部に基づいて、波形作成手段が作成した透過波又は反射波の電場強度の時間波形の中で、夫々基板内で多重反射した透過波又は反射波の電場強度の時間波形が現れる時間を算出する。時間算出手段が算出した時間に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率が算出される。
【００２８】
本願に係る物性測定装置にあっては、伝導度算出手段は、決定した薄膜の複素屈折率に基づいて、薄膜の複素電気伝導度を算出する。
【００２９】
本願に係る物性測定装置にあっては、モデル伝導度算出手段は、電気伝導モデルと、この電気伝導モデルが複素電気伝導度を表すパラメータとを変更し、薄膜の複素電気伝導度を算出する。伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度と、モデル伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度とに基づいて、電気伝導モデルを決定する。また、伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度と、モデル伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度とに基づいて、決定した電気伝導モデルが複素電気伝導度を表すパラメータを決定する。決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出する。
【００３０】
本願に係る物性測定装置にあっては、伝導度限定手段は、テラヘルツ波による測定に由来する薄膜の複素電気伝導度に基づいて、電気伝導モデル及びこの電気伝導モデルが複素電気伝導度を表すパラメータを変更して算出した薄膜の複素電気伝導度を所定数に限定する。反射率算出手段は、限定した複素電気伝導度に基づいて、薄膜に対する赤外線の反射率を算出する。算出した赤外線の反射率及び受け付けた赤外線の反射率に基づいて、限定した複素電気伝導度を表すパラメータを決定する。決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出する。
【００３１】
本願に係る物性測定装置方法にあっては、基板表面に薄膜が形成された成膜領域と、基板表面に薄膜が形成されていない非成膜領域とにテラヘルツ波を複数回照射する。成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波の電場強度を複数回検出し、積算する。積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定し、測定した透過波又は反射波の電場強度の時間変化に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率を算出する。薄膜の厚さ、基板の複素屈折率、及び薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を夫々複数算出する。第一の透過率及び薄膜の複素屈折率に応じて異なる第二の透過率、又は第一の反射率及び薄膜の複素屈折率に応じて異なる第二の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定する。
【００３２】
本願に係る物性測定装置方法にあっては、成膜領域及び非成膜領域にテラヘルツ波を交互に複数回照射する。成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波の電場強度を交互に複数回検出及び積算する。
【００３３】
本願に係る物性測定装置方法にあっては、膜厚測定装置が測定した薄膜の厚さ、基板の複素屈折率、及び薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を夫々複数算出する。
【００３４】
本願に係る物性測定装置方法にあっては、決定した薄膜の複素屈折率に基づいて、薄膜の第一の複素電気伝導度を算出する。電気伝導モデルと、この電気伝導モデルが複素電気伝導度を表すパラメータとを変更し、薄膜の第二の複素電気伝導を算出する。第一の複素電気伝導度と、第二の複素電気伝導度とに基づいて、電気伝導モデルを決定する。決定した電気伝導モデルが複素電気伝導度を表すパラメータを変更し、薄膜の第三の複素電気伝導度を算出する。薄膜に対して測定した赤外線の反射率に基づいて、薄膜の第四の複素電気伝導度を算出する。第三の複素電気伝導度と、第四の複素電気伝導度とに基づいて、決定した電気伝導モデルが複素電気伝導度を表すパラメータを決定する。決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出する。
【００３５】
本願に係る薄膜基板製造システムにあっては、成膜装置、アニール装置及び物性測定装置を含む。成膜装置は、可撓性を有する基板表面に薄膜を形成する。アニール装置は、成膜装置が形成した薄膜を任意のアニール条件でアニールする。物性測定装置は、アニール装置がアニールした薄膜の物性を測定する前述の物性測定装置である。
【００３６】
本願に係る薄膜基板製造システムにあっては、物性測定装置から信号を受信し、成膜装置の動作を制御する制御装置を含む。成膜装置、アニール装置及び物性測定装置は、巻き出しロールと巻き取りロールとの間の移送路に沿って配置される。物性測定装置は、所定の信号を制御装置へ送信する。制御装置は、物性測定装置が送信した所定の信号を受信した場合、成膜装置の動作を停止する。
【００３７】
本願に係る薄膜基板製造システムにあっては、制御装置は、アニール装置のアニール条件を設定する。制御装置は、物性測定装置が送信した所定の信号を受信した場合、アニール装置のアニール条件を変更する。
【００３８】
本願に係る薄膜基板製造システムにあっては、任意の移送速度で、巻き出しロールに巻かれた可撓性の基板を巻き出して移送し、基板表面に薄膜が形成された薄膜基板を巻き取りロールに巻き取る基板移送手段を含む。制御装置は、基板移送手段の移送速度を制御する。制御装置は、物性測定装置が送信した所定の信号を受信した場合、基板移送手段の移送速度を変更する。
【００３９】
本願に係るプログラムにあっては、コンピュータに、テラヘルツ波の透過波又は反射波の電場強度を複数回検出及び積算させる。テラヘルツ波の透過波又は反射波は、基板表面に薄膜が形成された成膜領域及び基板表面に薄膜が形成されていない非成膜領域に照射されたものである。また、コンピュータに、積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定させる。
【００４０】
本願に係るプログラムにあっては、コンピュータに、成膜領域及び非成膜領域からのテラヘルツ波の透過波又は反射波の電場強度を交互に複数回検出及び積算させる。
【００４１】
本願に係るプログラムにあっては、コンピュータに、測定した透過波又は反射波の電場強度の時間変化に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率を算出させる。コンピュータに、薄膜の厚さ、基板の複素屈折率、及び薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を夫々複数算出させる。コンピュータに、薄膜の第一の透過率及び薄膜の複素屈折率に応じて異なる第二の透過率、又は薄膜の第一の反射率及び薄膜の複素屈折率に応じて異なる第二の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定させる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明にあっては、基板表面に形成した薄膜の物性を非破壊かつ高精度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施の形態１に係る物性測定装置のブロック図である。
【図２】実施の形態１に係るテラヘルツ分光装置のブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る分光エリプソメータのブロック図である。
【図４】実施の形態１に係るコンピュータのブロック図である。
【図５】基板内で多重反射したテラヘルツ波を含む電場強度の時間波形、フーリエ変換スペクトル及び透過率を示す説明図である。
【図６】基板内で多重反射したテラヘルツ波を削除した場合の電場強度の時間波形、フーリエ変換スペクトル及び透過率を示す説明図である。
【図７】実施の形態１に係るテラヘルツ分光装置による測定の説明図である。
【図８】透過波の時間領域の電場強度を求める手順を示すフローチャートである。
【図９】透過波の時間領域の電場強度を求める手順を示すフローチャートである。
【図１０】基板内の多重反射を除外した周波数領域の電場強度を求める手順を示すフローチャートである。
【図１１】薄膜の複素屈折率を算出する手順を示すフローチャートである。
【図１２】薄膜の電気的特性値を求める手順を示すフローチャートである。
【図１３】基板内の多重反射による影響を排除した薄膜の電気伝導度の解析結果を示す説明図である。
【図１４】実施の形態２に係る物性測定装置のブロック図である。
【図１５】実施の形態２に係るフーリエ変換赤外分光装置のブロック図である。
【図１６】フリーキャリア以外の複素誘電率を算出する手順を示すフローチャートである。
【図１７】実施の形態２に係る電気伝導モデルのパラメータを決定する手順を示すフローチャートである。
【図１８】実施の形態２に係る電気伝導モデルのパラメータを決定する手順を示すフローチャートである。
【図１９】テラヘルツ帯の電気伝導度とキャリア移動度との関係を示す説明図である。
【図２０】赤外域の反射率とキャリア移動度との関係を示す説明図である。
【図２１】実施の形態３に係る薄膜基板製造システムのブロック図である。
【図２２】実施の形態３に係るコンピュータのブロック図である。
【図２３】実施の形態３に係るアニール装置のブロック図である。
【図２４】実施の形態３に係るコンピュータの制御部が実行する処理の手順を示すフローチャートである。
【図２５】実施の形態４に係る物性測定装置のコンピュータのハードウェア群を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００４５】
実施の形態１
実施の形態１では、テラヘルツ時間領域分光法を用いて、試料を透過又は試料で反射したテラヘルツ波の周波数領域のスペクトルを得る。時間領域分光法は、電磁波の電場強度の時間波形を時系列フーリエ変換することにより、電磁波の周波数領域のスペクトル及び位相差スペクトルを得る分光法である。
【００４６】
図１は、実施の形態１に係る物性測定装置１のブロック図である。実施の形態１に係る物性測定装置１は、テラヘルツ分光装置２、膜厚測定装置３及びコンピュータ４を含む。なお、物性測定装置１は、膜厚測定装置３を含まなくてもよい。また、コンピュータ４は、テラヘルツ分光装置２の内部に組み込まれていてもよい。
テラヘルツ分光装置２及び膜厚測定装置３は、コンピュータ４と電気的に接続されている。
【００４７】
図２は、実施の形態１に係るテラヘルツ分光装置２のブロック図である。テラヘルツ分光装置２は、レーザ２１、ビームスプリッタ２２、テラヘルツ波発生器２３、移動部（移動手段）２４、テラヘルツ波検出器２５及び時間遅延機構２６を含む。レーザ２１は、フェトム秒パルスのレーザパルスをビームスプリッタ２２に射出する。ビームスプリッタ２２は、レーザ２１から射出されたレーザパルスをポンプ光とプローブ光との２つに分ける。ポンプ光は、テラヘルツ波発生器２３に入射される光である。プローブ光は、時間遅延機構２６に入射される光である。プローブ光は、試料Ｓを透過又は試料Ｓで反射したテラヘルツ波の電場強度の時間波形を測定するため、ポンプ光に対して時間遅延が与えられる参照波である。
【００４８】
テラヘルツ波発生器２３は、例えば半導体素子であり、レーザ２１からポンプ光が照射された場合、テラヘルツ波を放射する。テラヘルツ波発生器２３が放射するテラヘルツ波の周波数は、例えば０．１〜５ＴＨｚ（テラヘルツ）である。なお、テラヘルツ波発生器２３は、非線形光学結晶であってもよい。
【００４９】
テラヘルツ波発生器２３により発生したテラヘルツ波は、ミラー２７により反射され、平行光として移動部２４に取り付けられた試料Ｓに照射される。移動部２４は、試料Ｓを把持し、固定する手段を備えている。移動部２４は、テラヘルツ波の進行方向と略直交する一方向に試料Ｓをモータの駆動により前進及び後進させる。
【００５０】
試料Ｓは、基板Ｋ及び基板Ｋ表面の薄膜Ｈを含む。薄膜Ｈは基板Ｋの一面の半分を占める領域にのみ形成されている。基板Ｋの一面の他の領域には、薄膜Ｈは形成されていない。すなわち、基板Ｋの一面には、薄膜が形成された成膜領域Ｆと薄膜が形成されていない非成膜領域Ｎとが形成されている。
【００５１】
試料Ｓを透過又は試料Ｓで反射したテラヘルツ波は、ミラー２８により反射されてテラヘルツ波検出器２５に届く。テラヘルツ波検出器２５は、例えば半導体素子であるが、非線形光学結晶であってもよい。
【００５２】
時間遅延機構２６は、ビームスプリッタ２２によって分けられたプローブ光の光路長を変化させ、ポンプ光に対してプローブ光に時間遅延を与える。時間遅延機構２６には、プローブ光を反射して折り返す可動のミラーが備えられている。このミラーを少しずつ反射方向に対して後方へ移動することにより、プローブ光の光路長は変化する。ポンプ光の光路長は一定であるため、時間遅延機構２６により時間遅延が与えられたプローブ光は、ポンプ光よりも遅れてテラヘルツ波検出器２５に達する。
【００５３】
試料Ｓを透過又は試料Ｓで反射したテラヘルツ波がテラヘルツ波検出器２５に入射する場合、入射したテラヘルツ波の電場強度に比例した電流がテラヘルツ波検出器２５に流れる。この電流は信号として、テラヘルツ波検出器２５からコンピュータ４に送信される。こうして時間遅延機構２６によりプローブ光に任意の時間遅延を与えることにより、テラヘルツ波の電場強度の時間波形が得られる。
【００５４】
実施の形態１に係る膜厚測定装置３は、例えば分光エリプソメータ３０である。
分光エリプソメータ３０は、薄膜Ｈに直線偏光波を照射し、照射光の波長を変えながら、ｐ偏光とｓ偏光の反射振幅比角Ψ及び位相差Δを測定する装置である。
【００５５】
図３は、実施の形態１に係る分光エリプソメータ３０のブロック図である。
Ｘｅランプ３１は、多数の波長成分を含む、いわゆる白色光源である。このＸｅランプ３１の発光は光ファイバ３２を介して偏光子３３に導かれる。偏光子３３により偏光された光は、測定対象である試料Ｓの表面に特定の入射角で入射する。試料Ｓからの反射は、光弾性変調器（ＰＥＭ）３４を介して検光子３５に導かれる。なお、ＰＥＭ３４の位置は偏光子３３の後ろか検光子３５の前のどちらでも可能である。
【００５６】
光弾性変調器（ＰＥＭ）３４により、反射光は５０ｋＨｚの周波数に位相変調されて、直線から楕円偏光までが作られる。そのため、数ミリ秒の分解能でΨ、Δが決定される。検光子３５の出力は光ファイバ３６を介して分光器３７に入力される。分光器３７は、波長ごとに測定を行い、測定結果をアナログ信号としてデータ取込機３８へ伝送する。データ取込機３８は、アナログ信号をデジタル信号に変換してコンピュータ４に送信する。
【００５７】
分光エリプソメトリでは、薄膜Ｈの厚さ、光学定数等を解析変数とする光学モデルを構築し、予め分光エリプソメータに記録しておく。分光エリプソメータは、光学モデルのシミュレーションを行い、Ψ及びΔの参照データを生成する。分光エリプソメータは、測定データ及び参照データをフィッティングし、測定データに最も合致した参照データを与える光学モデルの解析変数を測定結果として出力する。測定データ及び参照データのフィッティングは、単純な差の比較でもよいし、最小二乗法による比較でもよい。また、フィッティング誤差を最小にするために、線形回帰解析を用いてもよい。
【００５８】
分光エリプソメータ３０に、上記のフィッティング解析を実行するコンピュータを含めてもよいが、実施の形態１では、コンピュータ４が、受信した出力データに基づいて、上記のフィッティング解析を実行する。
【００５９】
図４は、実施の形態１に係るコンピュータ４のブロック図である。コンピュータ４は、制御部４１、ＲＯＭ（Read Only Memory）４２、ＲＡＭ（Random Access Memory）４３、通信部４４、操作部４５、表示部４６及び外部インタフェース４７を含む。
ＲＯＭ４２の内部にはプログラムが記録されている。制御部４１は、ＲＯＭ４２からプログラムを読み込み、各種処理を実行する。ＲＡＭ４３は、作業用の変数、測定データ等を一時的に記録する。通信部４４は、膜厚測定装置３から送信される膜厚に係るΨ、Δの信号を受信する。
【００６０】
操作部４５は、キーボード、マウス等の入力機器を含み、ユーザは操作部４５及び通信部４４を介してコンピュータ４を操作する。また、ユーザは操作部４５を介してテラヘルツ分光装置２及び膜厚測定装置３を操作することができる。表示部４６は、通信部４４及び操作部４５を介して入力されたデータ、制御部４１が実行した計算結果等を表示する。外部インタフェース４７は、図示しない外部の記録媒体と情報のやり取りをするインタフェースである。また、外部インタフェース４７はインターネットに接続することができるインタフェースでもある。
【００６１】
実施の形態１に係る基板Ｋは、透過波の測定誤差を低減するため、以下の工夫が施されている。
基板Ｋは結晶石英である。基板Ｋに結晶石英を用いることにより、広い周波数範囲で高精度の透過光の測定が可能になる。テラヘルツ波発生器２３が放射するテラヘルツ波は、中心周波数（０．３〜１ＴＨｚ）付近では強度が大きく、透過率の低い試料Ｓでも測定できる。しかし、５０ＧＨｚ（ギガヘルツ）又は５ＴＨｚ付近では強度が小さく、透過率の低い試料Ｓの測定が困難になる。そこで、基板Ｋに、例えば透過率の低い石英ガラスではなく、透過率の高い結晶石英を用いることにより、測定可能な透過波の周波数範囲を広げることができる。透過波の周波数範囲が広いほど、測定された透過波に基づいて実行される薄膜Ｈの物性解析の精度は向上する。
【００６２】
また、基板Ｋの表面及び裏面は、０．００１度以下、又は厚み１ｍｍに対して誤差１μｍ以下に該当する平行度を有している。後述する薄膜Ｈの透過率を算出するにあたり、基板Ｋは完全な平行平板であることを仮定している。また、基板Ｋのみを透過するテラヘルツ波と、基板Ｋ及び薄膜Ｈを透過するテラヘルツ波とは、同じ厚さの基板Ｋを透過することを仮定している。そのため、基板Ｋの平行度が高いほど、解析上の誤差を小さくすることができる。
【００６３】
さらに、基板Ｋの厚さは、１．０ｍｍと厚くしてある。このことは、基板Ｋ内で多重反射したテラヘルツ波の時間波形の削除と関係する。そこで、以下に基板Ｋ内でテラヘルツ波が多重反射する場合、多重反射が解析に及ぼす影響について説明する。
基板Ｋ内での多重反射の結果、遅れてきたテラヘルツ波の時間波形をフーリエ変換して周波数領域のスペクトルを得る場合、激しい干渉縞が現れ、データ解析を困難にする。そこで、基板Ｋ内で多重反射した反射波が時間波形に現れる時刻以降の波形を削除し、反射波の時間波形が現れない時間幅で、テラヘルツ波の時間波形をフーリエ変換することにより周波数領域のスペクトルを得る。
【００６４】
図５は、基板Ｋ内で多重反射したテラヘルツ波を含む電場強度の時間波形、フーリエ変換スペクトル及び透過率を示す説明図である。図５Ａは、基板Ｋ内で多重反射したテラヘルツ波を含む電場強度の時間波形を示す説明図である。縦軸はテラヘルツ波振幅であり、横軸は時間（単位はｐｓ）である。電場強度はテラヘルツ波振幅に比例する。太線は非成膜領域Ｎを透過した透過波の時間波形を、細線は成膜領域Ｆを透過した透過波の時間波形を示している。図５Ｂは、図５Ａの時間波形をフーリエ変化して得たフーリエ変換スペクトルを示す説明図である。縦軸はテラヘルツ波振幅であり、横軸は周波数（単位はテラヘルツ）である。太線は非成膜領域Ｎを透過した透過波のフーリエ変換スペクトルを、細線は成膜領域Ｆを透過した透過波のフーリエ変換スペクトルを示している。図５Ｃは、図５Ｂのフーリエ変換スペクトルから得た薄膜Ｈの透過率を示す説明図である。縦軸は透過率であり、横軸は周波数（単位はテラヘルツ）である。
【００６５】
図６は、基板Ｋ内で多重反射したテラヘルツ波を削除した場合の電場強度の時間波形、フーリエ変換スペクトル及び透過率を示す説明図である。図６Ａは、図５Ａから基板Ｋ内で多重反射したテラヘルツ波を削除した電場強度の時間波形を示す説明図である。縦軸はテラヘルツ波振幅であり、横軸は時間（単位はｐｓ）である。太線は非成膜領域Ｎを透過した透過波の時間波形を、細線は成膜領域Ｆを透過した透過波の時間波形を示している。図６Ｂは、図６Ａの時間波形をフーリエ変換して得たフーリエ変換スペクトルを示す説明図である。縦軸はテラヘルツ波振幅であり、横軸は周波数（単位はテラヘルツ）である。太線は非成膜領域Ｎを透過した透過波のフーリエ変換スペクトルを、細線は成膜領域Ｆを透過した透過波のフーリエ変換スペクトルを示している。図６Ｃは、図６Ｂのフーリエ変換スペクトルから得た薄膜Ｈの透過率を示す説明図である。縦軸は透過率であり、横軸は周波数（単位はテラヘルツ）である。
【００６６】
図５において、多重反射に起因する電場強度の時間波形を削除しないでフーリエ変換を行った場合、フーリエ変換スペクトルに激しい干渉縞が現れ、かかるフーリエ変換スペクトルから求められる薄膜Ｈの透過率の精度は低い。一方、図６の場合、２５ｐｓ以降に現れる多重反射に起因する電場強度の時間波形を削除している。そのため、フーリエ変換スペクトルに干渉縞は現れず、かかるフーリエ変換スペクトルから求められる薄膜Ｈの透過率の精度は、多重反射に起因する電場強度の時間波形を削除しない場合よりも高い。
【００６７】
最初の多重反射波が最初のメインパルスからΔｔ後に現れる場合、Δｔは式（１）から求められる。
Δｔ＝２ｎｄ／ｃ ・・・（１）
ただし、ｎは基板Ｋのテラヘルツ帯の屈折率、ｄは基板Ｋの厚さ、ｃは光速度である。
【００６８】
テラヘルツ波の吸収をおさえ、テラヘルツ波の透過率を高めるためには、基板Ｋは薄いほどよい。例えば、基板Ｋの厚さを０．２ｍｍ程度にした場合、試料Ｓの持ち運びに支障が出ない程度の機械的な強度を有し、テラヘルツ波の透過率を高めることができる。しかし、式（１）より、基板Ｋの厚さｄが薄いほど、Δｔは短くなり、多重反射波と最初のメインパルスとの分離は困難になる。
【００６９】
図５の例では、１３．５ｐｓのメインパルスはゆっくりした振動成分が２３ｐｓ付近まで続いており、多重反射波とメインパルスとを分離するためには、１０ｐｓ以上のΔｔが必要である。例えば、基板Ｋの厚さｄを１．０ｍｍとした場合、結晶石英のテラヘルツ帯の屈折率ｎはｎ＝２．１であるから、Δｔ＝１４．０ｐｓとなる。Δｔが１４ｐｓであれば、メインパルスと多重反射波との分離は十分可能である。しかし、基板Ｋの厚さを１．０ｍｍより厚くした場合、透過率が低くなり、透過率のＳＮ比が低下する。
【００７０】
実施の形態１では、結晶石英の基板Ｋの厚さは、メインパルスと多重反射波との分離の自由度を上げるために、余裕を持たせて１．０ｍｍという値に設定されている。
なお、基板Ｋの厚さは、例えばΔｔ＝１０ｐｓに対応する０．７ｍｍであってもよい。
ちなみに、図５の例でも、メインパルスが現れる１３．５ｐｓに対して、基板Ｋ内を１回反射した反射波が１４ｐｓ後の約２７．５ｐｓ付近に最初の多重反射波として現れている。
【００７１】
次に、実施の形態１に係る物性測定装置１の動作について説明する。ここでは、テラヘルツ波が試料Ｓを透過した透過波から薄膜Ｈの透過率を求め、この透過率に基づいて各物性を算出する場合について説明する。
ユーザは、基板Ｋのテラヘルツ帯の複素屈折率、基板Ｋの厚さ、真空の誘電率、薄膜Ｈについてのフリーキャリア以外の誘電率及び素電荷量を、操作部４５を介してＲＡＭ４３に記録する。あるいは、これらの数値は予めＲＯＭ４２に記録しておいてもよい。
【００７２】
まず、薄膜ＨのΨ、Δを分光エリプソメータ３０により測定し、測定したΨ、Δに基づいて算出した薄膜Ｈの厚さをＲＡＭ４３に記録しておく。
分光エリプソメータ３０に試料Ｓを設置し、コンピュータ４の操作部４５を介して偏光子３３から薄膜Ｈに偏光を入射する。制御部４１は、通信部４４を介してデータ取込機３８からΨ、Δの測定データを取得する。制御部４１は、測定データ及び参照データのフィッティング解析を実行し、薄膜Ｈの厚さを求める。制御部４１は、求めた薄膜Ｈの厚さをＲＡＭ４３に記録する。
【００７３】
なお、薄膜Ｈの厚さを操作部４５から手入力でＲＡＭ４３に記録する形態であってもよい。かかる場合、分光エリプソメータ３０にフィッティング解析を実行するコンピュータを組み込む。ユーザは、分光エリプソメータ３０と一体になったコンピュータの表示手段から薄膜Ｈの厚さを読み取り、読み取った薄膜Ｈの厚さを、操作部４５を介して手入力でＲＡＭ４３に記録する。
【００７４】
試料Ｓを移動部２４に取り付ける。コンピュータ４の制御部４１は、レーザ２１にフェトム秒パルスのレーザパルスをビームスプリッタ２２に向けて射出させる。レーザパルスは、ビームスプリッタ２２によりポンプ光とプローブ光とに分けられる。
【００７５】
ポンプ光が照射されたテラヘルツ波発生器２３は、テラヘルツ波を放射する。テラヘルツ波発生器２３が放射したテラヘルツ波は、ミラー２７により反射され、平行光として移動部２４に取り付けられた試料Ｓに数秒照射される。
試料Ｓを透過したテラヘルツ波又は試料Ｓで反射したテラヘルツ波は、ミラー２８により反射されてテラヘルツ波検出器２５に届く。
【００７６】
一方、ビームスプリッタ２２により分けられたプローブ光は、時間遅延機構２６により時間遅延が与えられ、テラヘルツ波検出器２５に達する。テラヘルツ波検出器２５は、入射した透過波の電場強度を示す信号をコンピュータ４へ送信する。制御部４１は、通信部４４を介してこの信号を受信し、この信号値をテラヘルツ波検出器２５が測定した透過波の電場強度としてＲＡＭ４３に記録する。
【００７７】
図７は、実施の形態１に係るテラヘルツ分光装置２による測定の説明図である。制御部４１は、前回の透過波が成膜領域Ｆの透過波であった場合、移動部２４をテラヘルツ波の進行方向に対して略直角方向に移動し、テラヘルツ波が非成膜領域Ｎを数秒照射するようにする。制御部４１は、前回の透過波が非成膜領域Ｎの透過波であった場合、移動部２４を上記と逆方向に移動し、テラヘルツ波が成膜領域Ｆを数秒照射するようにする。こうして、制御部４１は、移動部２４を繰り返し逆方向に移動することにより、テラヘルツ波が成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎを交互に照射するようにする。
なお、ここでの交互とは、成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎにテラヘルツ波を夫々１回ずつ照射することを繰り返す場合に限らない。例えば、成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎにテラヘルツ波を夫々２回ずつ照射することを繰り返してもよいし、夫々３回以上ずつ照射することを繰り返してもよい。
【００７８】
テラヘルツ波検出器２５は、試料Ｓの成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎからの透過波を交互に夫々数秒程度測定し、各信号をコンピュータ４に送信する。この測定は、例えば５０〜６０回繰り返される。制御部４１は、繰り返し受信した各信号から成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎにおける透過波の電場強度を積算し、ＲＡＭ４３に記録する。
なお、ロックイン検出法により、テラヘルツ波検出器２５からの信号のＳＮ比を向上させてもよい。
【００７９】
制御部４１は、時間遅延機構２６の反射ミラーを所定量だけ反射方向と反対の後方に移動し、所定の時間遅延を与えたプローブ光を用いて上記の処理を繰り返す。これにより、成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎにおける透過波の電場強度の時間変化がＲＡＭ４３に記録されることになる。つまり、制御部４１は、基板Ｋ及び薄膜Ｈを透過した透過波の時間領域の電場強度と、基板Ｋのみを透過した透過波の時間領域の電場強度とをＲＡＭ４３に記録する。このことは、基板Ｋ及び薄膜Ｈを透過した透過波の電場強度の時間波形を記録したことに該当する。
【００８０】
図８及び図９は、透過波の時間領域の電場強度を求める手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、レーザパルスを射出する（ステップＳ１０１）。制御部４１は、成膜領域Ｆを透過した透過波の電場強度を示す信号を受信し、ＲＡＭ４３に記録する（ステップＳ１０２）。制御部４１は、レーザパルスを停止する（ステップＳ１０３）。制御部４１は、移動部２４を移動して、入射波が非成膜領域Ｎを照射するようにする（ステップＳ１０４）。
制御部４１は、レーザパルスを射出する（ステップＳ１０５）。制御部４１は、非成膜領域Ｎを透過した透過波の電場強度を示す信号を受信し、ＲＡＭ４３に記録する（ステップＳ１０６）。制御部４１は、レーザパルスを停止する（ステップＳ１０７）。制御部４１は、移動部２４を移動して、入射波が成膜領域Ｆを照射するようにする（ステップＳ１０８）。
【００８１】
制御部４１は、所定回数測定したか否か判断する（ステップＳ１０９）。なお、ステップＳ１０９における所定回数は、例えば５０回である。制御部４１は、所定回数測定していないと判断した場合（ステップＳ１０９：ＮＯ）、ステップＳ１０１に処理を戻す。制御部４１は、所定回数測定したと判断した場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎを透過した透過波の電場強度を夫々積算し、積算した値をＲＡＭ４３に記録する（ステップＳ１１０）。
制御部４１は、時間遅延機構２６の反射ミラーが測定終了位置にあるか否か判断する（ステップＳ１１１）。制御部４１は、時間遅延機構２６の反射ミラーが測定終了位置にないと判断した場合（ステップＳ１１１：ＮＯ）、時間遅延機構２６の反射ミラーを所定量後方へ移動し（ステップＳ１１２）、ステップＳ１０１に処理を戻す。制御部４１は、時間遅延機構２６の反射ミラーが測定終了位置にあると判断した場合（ステップＳ１１１：ＹＥＳ）、処理を終了する。
【００８２】
制御部４１は、成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎにおける時間領域の電場強度をＲＡＭ４３から読み込み、読み込んだ時間領域の電場強度を式（２）に示すフーリエ変換により周波数領域の電場強度に変換する。
【００８３】
【数１】
【００８４】
ただし、Ｅ（ω）は周波数領域の電場強度、ωは周波数、Ｅ（ｔ）は時間領域の電場強度、ｔは時間、θ（ω）は位相である。
【００８５】
ここで制御部４１は、式（２）に示すフーリエ変換を実行するにあたり、最初のメインパルスから最初の多重反射波が現れる時刻Δｔを式（１）より求める。そのため、制御部４１は、基板Ｋのテラヘルツ帯の複素屈折率の実部及び基板Ｋの厚さをＲＡＭ４３から読み込み、Δｔを算出する。制御部４１は、試料Ｓの基板Ｋ及び薄膜Ｈにおける電場強度の時間波形と、基板Ｋのみにおける電場強度の時間波形とをＲＡＭ４３から読み込む。制御部４１は、時間領域の各電場強度をΔｔまでの時間幅でフーリエ変換により周波数領域の電場強度に変換する。制御部４１は、基板Ｋ及び薄膜Ｈにおける周波数領域の電場強度と、基板Ｋのみにおける周波数領域の電場強度とをＲＡＭ４３に記録する。
【００８６】
図１０は、基板Ｋ内の多重反射を除外した周波数領域の電場強度を求める手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、基板Ｋの屈折率と基板Ｋの厚さとをＲＡＭ４３から読み込む（ステップＳ２０１）。制御部４１は、基板Ｋの屈折率及び厚さから、メインパルスの後に多重反射波が最初に現れる時間を算出する（ステップＳ２０２）。制御部４１は、成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎにおける電場強度の時間波形をＲＡＭ４３から読み込む（ステップＳ２０３）。制御部４１は、ステップＳ２０２で求めた時間までの時間幅で、基板Ｋ及び薄膜Ｈ、並びに基板Ｋのみを透過した透過波の電場強度の時間波形をフーリエ変換する（ステップＳ２０４）。制御部４１は、フーリエ変換して得られた基板Ｋ及び薄膜Ｈ、並びに基板Ｋのみを透過した透過波の周波数領域の電場強度をＲＡＭ４３に記録し（ステップＳ２０５）、処理を終了する。
【００８７】
制御部４１は、基板Ｋ及び薄膜Ｈにおける周波数領域の電場強度と、基板Ｋのみにおける周波数領域の電場強度とをＲＡＭ４３から読み込む。制御部４１は、式（３）より薄膜Ｈの透過率を算出し、算出した透過率をＲＡＭ４３に記録する。
【００８８】
【数２】
【００８９】
ただし、Ｔ（ω）は薄膜Ｈの透過率、Ｅt2（ω）は基板Ｋ及び薄膜Ｈの周波数領域の電場強度、Ｅt1（ω）は基板Ｋのみの周波数領域の電場強度である。Ｅt2（ω）及びＥt1（ω）は、ある特定の周波数における位相を含めたテラヘルツ波の電場強度である。
【００９０】
なお、透過率の逆数の対数が反射率に該当することから、制御部４１は上記透過率から反射率を算出し、算出した反射率をＲＡＭ４３に記録してもよい。
【００９１】
制御部４１は、薄膜Ｈの複素屈折率を決定する。その決定方法は測定から求めた薄膜Ｈの透過率と計算から求めた薄膜Ｈの透過率との差が最小となるように、薄膜Ｈの複素屈折率を決定する。計算から求める薄膜Ｈの透過率は、以下の過程から求められる。
【００９２】
基板Ｋのテラヘルツ波の透過率は、式（４）で示される。
【００９３】
【数３】
【００９４】
ただし、Ｅ i（ω）は光路に試料Ｓを挿入しない状態での時間波形をフーリエ変換して得られる、ある特定の周波数における位相を含めたテラヘルツ波の電場強度である。また、ｔ02は空気から基板Ｋへテラヘルツ波が透過する場合の基板Ｋ界面での透過率、ｔ20は基板Ｋから空気へテラヘルツ波が透過する場合の基板Ｋ界面での透過率であり、ｔ02＝−ｔ20の関係がある。さらに、Ｎ Sは基板Ｋの複素屈折率Ｎ S＝ｎ−ｉｋ、νはテラヘルツ波の波数、ｄは基板Ｋの厚さである。
【００９５】
基板Ｋ及び薄膜Ｈのテラヘルツ波の透過率は、式（５）で示される。
【００９６】
【数４】
【００９７】
ただし、ｔthinは、テラヘルツ波が薄膜Ｈ内で多重反射する場合を含めた薄膜Ｈの透過率である。なお、式（４）及び式（５）では、基板Ｋは完全な平行平板であると仮定している。また、式（４）及び式（５）では、基板Ｋ内で多重反射した反射波の時間波形は解析において削除するため、テラヘルツ波が基板Ｋ内で多重反射することは考慮に入れていない。
【００９８】
式（４）及び式（５）から、基板Ｋの周波数領域の電場強度を参照用とした場合、薄膜Ｈの透過率Ｔ（ω）は式（６）で示される。
【００９９】
【数５】
【０１００】
式（６）における薄膜Ｈの透過率ｔthinｔ12／ｔ02は、基板Ｋの複素屈折率、薄膜Ｈの複素屈折率及び薄膜Ｈの厚さから計算可能である。
【０１０１】
式（７）は、テラヘルツ分光装置２により測定された透過率Ｅt2（ω）／Ｅt1（ω）と、式（６）より与えられる透過率との差からなる誤差関数Ｆ（ω）である。
【０１０２】
【数６】
【０１０３】
制御部４１は、テラヘルツ分光装置２により測定された透過率をＲＡＭ４３から読み込み、式（７）に代入する。制御部４１は、膜厚測定装置３の測定データに基づいて算出した薄膜Ｈの膜厚をＲＡＭ４３から読み込み、式（７）に代入する。制御部４１は、基板Ｋの複素屈折率をＲＡＭ４３から読み込み、式（７）に代入する。
【０１０４】
制御部４１は、薄膜Ｈの複素屈折率を変更しながら誤差関数Ｆ（ω）を計算し、誤差関数Ｆ（ω）の最小値を与える薄膜Ｈの複素屈折率を最終的な薄膜Ｈの複素屈折率に決定する。制御部４１は、決定した薄膜Ｈの複素屈折率をＲＡＭ４３に記録する。
なお、誤差関数Ｆ（ω）の最小値及び薄膜Ｈの複素屈折率を決定するにあたり、線形計画法のシンプレックス法等により計算の高速化を図ってもよい。また、誤差関数Ｆ（ω）の計算値が所定値より小さくなった場合、又は誤差関数Ｆ（ω）の計算回数が所定回数を超えた場合、計算を終了することにより、計算の高速化を図ってもよい。
【０１０５】
図１１は、薄膜Ｈの複素屈折率を算出する手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、ＲＡＭ４３から基板Ｋ及び薄膜Ｈにおける周波数領域の電場強度と、基板Ｋのみにおける周波数領域の電場強度とを読み込む（ステップＳ３０１）。制御部４１は、基板Ｋ及び薄膜Ｈにおける周波数領域の電場強度と、基板Ｋのみにおける周波数領域の電場強度とから、薄膜Ｈの透過率を算出する（ステップＳ３０２）。制御部４１は、透過率を求める計算式に代入する薄膜Ｈの複素屈折率以外のパラメータをＲＡＭ４３から読み込む（ステップＳ３０３）。
【０１０６】
制御部４１は、テラヘルツ波から測定した透過率と計算から求める透過率との差からなる誤差関数Ｆ（ω）に、薄膜Ｈの複素屈折率以外のパラメータを代入する（ステップＳ３０４）。制御部４１は、薄膜Ｈの複素屈折率を変更しながら誤差関数Ｆ（ω）を計算する（ステップＳ３０５）。制御部４１は、誤差関数Ｆ（ω）が最小となる場合に、薄膜Ｈの複素屈折率を決定し（ステップＳ３０６）、処理を終了する。
【０１０７】
制御部４１は、ＲＡＭ４３から薄膜Ｈの複素屈折率を読み込む。制御部４１は、ＲＡＭ４３から読み込んだ薄膜Ｈの複素屈折率を用いて、薄膜Ｈの複素誘電率及び薄膜Ｈの複素電気伝導度を算出する。ここで制御部４１は、複素誘電率と複素屈折率との関係を示す式（８）〜式（１０）及び複素誘電率と複素電気伝導度との関係を示す式（１１）〜式（１３）より、薄膜Ｈの複素誘電率及び薄膜Ｈの複素電気伝導度を算出する。
【０１０８】
ε＝Ｎ 2 ・・・（８）
ε 1＝ｎ 2−κ 2 ・・・（９）
ε 2＝２ｎκ ・・・（１０）
ただし、εは複素誘電率であり、ε＝ε 1−ｉε 2である。また、Ｎは複素屈折率であり、Ｎ＝ｎ−ｉκである。
【０１０９】
【数７】
【０１１０】
ただし、ε 0は真空の誘電率、ε∞はフリーキャリア以外の誘電率である。また、σは複素電気伝導度であり、σ＝σ 1−ｉσ 2である。
【０１１１】
制御部４１は、真空の誘電率及びフリーキャリア以外の誘電率をＲＡＭ４３から読み込み、読み込んだ真空の誘電率及びフリーキャリア以外の誘電率を上記の計算に使用する。
制御部４１は、算出した薄膜Ｈの複素誘電率及び薄膜Ｈの複素電気伝導度をＲＡＭ４３に記録する。
【０１１２】
制御部４１は、薄膜Ｈのキャリア移動度を決定する。その決定方法は、測定から求めた薄膜Ｈの複素電気伝導度と、電気伝導モデルにより計算した複素電気伝導度との差が最小となるように、薄膜Ｈのキャリア移動度を算出するパラメータを決定する。ここで使用可能な電気伝導モデルには、ドルーデモデル、拡張ドルーデモデル、局在化ドルーデモデル及びドルーデ−スミスモデルが含まれる。
【０１１３】
古典的電子ガスモデルであるドルーデモデルは、シリコン、ＧａＡｓ、一般的な半導体材料等に有効である。拡張ドルーデモデルは、電子相関が強い材料（高温超電導体など）に有効である。キャリアの局在化を考慮した局在化ドルーデモデルは、有機導電性材料等に有効である。ドルーデ−スミスモデルは、シリコンナノクリスタル等に有効である。以下では、ドルーデモデルを用いてキャリア移動度を決定する例について説明する。
【０１１４】
ドルーデモデルにより与えられる複素電気伝導度σ（ω）は、式（１４）で示される。
【０１１５】
【数８】
【０１１６】
ただし、Ｎ cはキャリア密度、ｅは素電荷量、τはキャリアの散乱時間、ｍ *は有効質量、Γ（＝１／τ）は散乱確率である。また、ω p 2はプラズマ周波数であり、式（１５）で示される。
【０１１７】
【数９】
【０１１８】
式（１６）は、測定から求めた薄膜Ｈの複素電気伝導度σ（ω）と、式（１４）により与えられる薄膜Ｈの複素電気伝導度との差からなる誤差関数Ｇ（ω）である。
【０１１９】
【数１０】
【０１２０】
制御部４１は、上記で算出した複素電気伝導度をＲＡＭ４３から読み出し、式（１６）のσ（ω）に代入する。また制御部４１は、真空の誘電率、素電荷量をＲＡＭ４３から読み込み、式（１６）に代入する。
【０１２１】
制御部４１は、薄膜Ｈのキャリア密度と、有効質量と、キャリアの散乱時間又は散乱確率とを変更しながら誤差関数Ｇ（ω）を計算し、誤差関数Ｇ（ω）の最小値を与える薄膜Ｈのキャリア密度と、有効質量と、キャリアの散乱時間又は散乱確率とを決定する。
なお、誤差関数Ｇ（ω）の最小値及び上記パラメータを決定するにあたり、線形計画法のシンプレックス法等により計算の高速化を図ってもよい。また、誤差関数Ｇ（ω）の計算値が所定値より小さくなった場合、又は誤差関数Ｇ（ω）の計算回数が所定回数を超えた場合、計算を終了することにより、計算の高速化を図ってもよい。
【０１２２】
以上は、電気伝導モデルにドルーデモデルを適用した場合のパラメータの決定である。制御部４１は、同様のパラメータ決定を拡張ドルーデモデル、局在化ドルーデモデル及びドルーデ−スミスモデルについても実行し、誤差関数Ｇ（ω）が最小となる電気伝導モデル及びパラメータを決定する。
制御部４１は、決定した電気伝導モデルと、薄膜Ｈのキャリア密度と、有効質量と、キャリアの散乱時間又は散乱確率とをＲＡＭ４３に記録する。
【０１２３】
制御部４１は、ＲＡＭ４３から素電荷量と、有効質量と、キャリアの散乱時間又は散乱確率とを読み込み、式（１７）からキャリア移動度を算出し、算出したキャリア移動度をＲＡＭ４３に記録する。
【０１２４】
【数１１】
【０１２５】
ただし、μはキャリア移動度である。
【０１２６】
図１２は、薄膜Ｈの電気的特性値を求める手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、薄膜Ｈの複素屈折率をＲＡＭ４３から読み込む（ステップＳ４０１）。制御部４１は、真空の誘電率及びフリーキャリア以外の誘電率をＲＡＭ４３から読み込む（ステップＳ４０２）。制御部４１は、読み込んだ薄膜Ｈの複素屈折率、真空の誘電率及びフリーキャリア以外の誘電率に基づいて、薄膜Ｈの複素誘電率及び複素電気伝導度を算出する（ステップＳ４０３）。
【０１２７】
制御部４１は、未選択の電気伝導モデルをドルーデモデル、拡張ドルーデモデル、局在化ドルーデモデル及びドルーデ−スミスモデルの中から１つ選択する（ステップＳ４０４）。制御部４１は、算出した複素電気伝導度を、テラヘルツ波から測定した複素電気伝導度と選択した電気伝導モデルから計算される複素電気伝導度との差からなる誤差関数Ｇ（ω）に代入する（ステップＳ４０５）。制御部４１は、誤差関数Ｇ（ω）に代入するパラメータをＲＡＭ４３から読み込む（ステップＳ４０６）。制御部４１は、誤差関数Ｇ（ω）に読み込んだパラメータを代入する（ステップＳ４０７）。制御部４１は、読み込んだパラメータ以外のパラメータを変更しながら誤差関数Ｇ（ω）を計算する（ステップＳ４０８）。
【０１２８】
制御部４１は、全ての電気伝導モデルについて誤差関数Ｇ（ω）を計算したか否か判断する（ステップＳ４０９）。制御部４１は、全ての電気伝導モデルについて誤差関数Ｇ（ω）を計算していないと判断した場合（ステップＳ４０９：ＮＯ）、別の電気伝導モデルについて誤差関数Ｇ（ω）を計算するため、ステップＳ４０４に処理を戻す。制御部４１は、全ての電気伝導モデルについて誤差関数Ｇ（ω）を計算したと判断した場合（ステップＳ４０９：ＹＥＳ）、誤差関数Ｇ（ω）が最小となる電気伝導モデル及びそのパラメータを決定する（ステップＳ４１０）。制御部４１は、決定した電気伝導モデルのパラメータに基づいて薄膜Ｈのキャリア移動度を算出し（ステップＳ４１１）、処理を終了する。
【０１２９】
実施の形態１に係る物性測定装置１によれば、試料Ｓの成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎを透過した透過波を移動部２４を用いて交互に測定する。これにより、テラヘルツ分光装置２のテラヘルツ波検出器２５の信号値の誤差を低減することができる。
テラヘルツ波検出器２５の信号値は完全に安定ではなく、透過波の１回の測定時間よりも十分長い周期のゆらぎがある。このゆらぎの原因は、例えばレーザ２１の長期的な出力ゆらぎ、外部からの機械的振動がテラヘルツ分光装置２の光学系に与える影響、温度変化等である。薄膜Ｈの膜厚が薄く、キャリア密度が低い場合、テラヘルツ波検出器２５の信号値は小さくなる。従って、テラヘルツ波検出器２５の信号値が小さい場合、テラヘルツ波検出器２５の信号値がゆらぎの中に埋もれてしまうおそれがある。
【０１３０】
また、成膜領域Ｆの測定と非成膜領域Ｎの測定との時間差がゆらぎの周期程度又はそれ以上に長い場合、成膜領域Ｆに照射されるテラヘルツ波の強度と非成膜領域Ｎに照射されるテラヘルツ波の強度とは、異なる。そのため、成膜領域Ｆと非成膜領域Ｎとの透過波の信号値を積算する場合、成膜領域Ｆに照射されるテラヘルツ波の平均強度と非成膜領域Ｎに照射されるテラヘルツ波の平均強度も異なることになる。よって、このようなテラヘルツ波の透過波に基づいて求められる透過率は、誤差が大きくなる。
そこで、ゆらぎの周期よりも十分短い時間間隔で成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎの透過波を交互に測定し、各信号値を積算することにより、成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎに照射されるテラヘルツ波の強度を平均的に同程度し、信号値に現れるゆらぎの影響を低減することができる。
【０１３１】
実施の形態１に係る物性測定装置１によれば、試料Ｓの成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎについて繰り返し測定した透過波の信号値を積算することにより、信号値のＳＮ比を向上させることができる。
テラヘルツ波検出器２５からの信号値には、透過波の信号成分の他にバックグラウンドのランダムな位相を有す白色雑音成分が含まれている。この白色雑音成分の位相は、測定のたびに異なる。しかし、透過波の信号成分の位相は一定である。そこで、透過波の信号値を積算することにより、白色雑音成分をキャンセルすることができ、透過波の信号成分のＳＮ比を向上させることができる。このＳＮ比を向上させることにより、テラヘルツ波発生器２３からのテラヘルツ波の強度が弱い周波数領域でも、透過波の測定が可能となり、薄膜Ｈの物性の解析精度が向上する。
【０１３２】
実施の形態１に係る物性測定装置１によれば、試料Ｓの基板Ｋ内で多重反射した透過波を削除した時間幅で、基板Ｋ及び薄膜Ｈの周波数領域の電場強度を求める。これにより、周波数領域における物性値スペクトルから、基板Ｋ内の多重反射によって生じる周期的な雑音を低減することができる。
【０１３３】
図１３は、基板Ｋ内の多重反射による影響を排除した薄膜Ｈの電気伝導度の解析結果を示す説明図である。縦軸は複素電気伝導度の実部であり、横軸は周波数（単位はテラヘルツ）である。実線は、多重反射波を削除した時間波形を用い、基板Ｋの透過波形を参照波形として解析した結果を示している。点線は、多重反射波を含む透過波の時間波形を用い、空気の透過波形を参照波形として解析した結果を示している。図１３より、多重反射による影響を排除しない場合に比べて、多重反射による影響を排除した場合、薄膜Ｈの電気伝導度スペクトルの精度が高いことは明らかである。
【０１３４】
実施の形態１に係る物性測定装置１によれば、基板Ｋのみの非成膜領域Ｎと基板Ｋ及び薄膜Ｈの成膜領域Ｆを測定対象とし、基板Ｋの周波数領域の電場強度を参照波形とすることにより、薄膜Ｈの透過率を基板Ｋの厚さを用いずに求めることができる。これにより、基板Ｋの厚さ情報を用いて薄膜Ｈの透過率を求める場合に比べて、基板Ｋの厚さの誤差による薄膜Ｈの透過率決定の精度低下を排除することができる。薄膜Ｈの透過率を精度よく求めることは、ひいては複素屈折率、複素誘電率、複素伝導率等の物性値の決定精度向上に寄与する。
【０１３５】
実施の形態１に係る物性測定装置１によれば、薄膜Ｈのキャリア移動度を求めるに際し、ドルーデモデルに加えて、拡張ドルーデモデル、局在化ドルーデモデル及びドルーデ−スミスモデルも利用する。これらのモデルを膜材料の特性に応じて使い分けることにより、より正確な薄膜Ｈのキャリア移動度を求めることができる。
【０１３６】
実施の形態２
実施の形態２は、実施の形態１の物性測定装置１にさらに赤外分光装置を組み込んだ形態に関する。実施の形態２に係る赤外分光装置は、基板Ｋ表面の薄膜Ｈに対して赤外域の反射率を非破壊で測定する。
【０１３７】
図１４は、実施の形態２に係る物性測定装置１０のブロック図である。
実施の形態２に係る物性測定装置１０は、テラヘルツ分光装置２、膜厚測定装置３、コンピュータ４及び赤外分光装置５を含む。なお、実施の形態２に係る物性測定装置１０は、膜厚測定装置３及び赤外分光装置５を含まなくてもよい。また、実施の形態２に係る物性測定装置１０は、膜厚測定装置３又は赤外分光装置５を含まなくてもよい。
テラヘルツ分光装置２、膜厚測定装置３及び赤外分光装置５は、夫々コンピュータ４と電気的に接続されている。
【０１３８】
以下、赤外分光装置５として、フーリエ変換赤外分光装置５０を例に説明するが、赤外分光装置５は分散型赤外分光光度計であってもよい。
フーリエ変換赤外分光装置５０は、干渉計を利用してインタフェログラムを測定する。フーリエ変換赤外分光装置５０が測定したインタフェログラムは、フーリエ変換赤外分光装置５０からコンピュータ４に送信される。コンピュータ４は、インタフェログラムをフーリエ変換して、赤外域の反射率（周波数領域の反射スペクトル）を得る。
【０１３９】
図１５は、実施の形態２に係るフーリエ変換赤外分光装置５０のブロック図である。
フーリエ変換赤外分光装置５０は、赤外光源５１、干渉計５２、試料室５３、検出器５４及びＡＤ変換器５５を含む。
赤外光源５１は、例えばグローバー光源であり、５〜２３４ＴＨｚの赤外光を発生させる。赤外光源５１が発生した赤外光は、干渉計５２に入射する。
【０１４０】
干渉計５２は、例えばマイケルソン干渉計であり、赤外光源５１からの入射光を２分するビームスプリッタ５２１、２分された光を再びビームスプリッタに戻す移動鏡５２２及び固定鏡５２３を含む。２分された光は移動鏡５２２及び固定鏡５２３により反射され、ビームスプリッタ５２１で干渉光に合成される。干渉計５２により合成された干渉光は、試料室５３に設置された試料Ｓに照射される。
【０１４１】
試料室５３は、いわゆる後置試料室である。なお、フーリエ変換赤外分光装置５０は、前置試料室を含んでもよい。試料Ｓを透過又は試料Ｓで反射した干渉光は、検出器５４に集光される。
【０１４２】
検出器５４は、試料Ｓで反射又は試料Ｓを透過した干渉光を検出し、インタフェログラムのアナログ電気信号に変換する。
ＡＤ変換器５５は、検出器５４によりアナログ電気信号に変換されたインタフェログラムを増幅し、デジタル化する。デジタル化されたインタフェログラムは、コンピュータ４へ送信される。
【０１４３】
コンピュータ４の制御部４１は、通信部４４を介して、ＡＤ変換器５５からインタフェログラムを受信する。制御部４１は、受信したインタフェログラムをフーリエ変換し、赤外域の反射スペクトルを算出する。制御部４１は、算出した赤外域の反射スペクトルをＲＡＭ４３に記録する。
【０１４４】
実施の形態２における薄膜Ｈの厚さを測定する測定法は、段差測定法である。実施の形態２における膜厚測定装置３は、例えば触針段差計である。触針段差計は、先の尖った針で試料Ｓの非成膜領域Ｎ及び成膜領域Ｆの間の表面を走査することにより膜厚を測定する。触針段差計は、測定した膜厚に係る信号を物性測定装置１０のコンピュータ４へ送信する送信手段を有している。
【０１４５】
次に、実施の形態２に係る物性測定装置１０の動作について説明する。
ユーザは、基板Ｋのテラヘルツ帯の複素屈折率、基板Ｋの厚さ、真空の誘電率及び素電荷量を、操作部４５を介してＲＡＭ４３に記録する。また、ユーザは、試料Ｓの有効質量を、操作部４５を介してＲＡＭ４３に記録する。あるいは、これらの数値は予めＲＯＭ４２に記録しておいてもよい。
なお、試料Ｓの有効質量は、文献値又は他の確立した移動度評価手段との比較によって決定する。
【０１４６】
まず、試料Ｓを触針段差計に設置し、針を試料Ｓ表面に接触させて成膜領域Ｆから非成膜領域Ｎへ移動させる。成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎの間の段差による針の上下は信号に変換される。変換された信号は送信手段により、コンピュータ４へ送信される。
制御部４１は、通信部４４を介して針の上下を示す信号を触針段差計から受信し、薄膜Ｈの厚さを算出する。制御部４１は、算出した薄膜Ｈの厚さをＲＡＭ４３に記録する。
【０１４７】
なお、薄膜Ｈの厚さを操作部４５から手入力でＲＡＭ４３に記録する形態であってもよい。かかる場合、触針段差計に薄膜Ｈの厚さを算出するコンピュータを組み込む。ユーザは、触針段差計と一体になったコンピュータの表示手段から薄膜Ｈの厚さを読み取り、読み取った薄膜Ｈの厚さを、操作部４５を介して手入力でＲＡＭ４３に記録する。
【０１４８】
次に、試料Ｓをフーリエ変換赤外分光装置５０の試料室５３に設置する。制御部４１は、赤外光源５１に赤外光を放射させる。赤外光源５１から放射された赤外光は、干渉計５２に入射され、干渉光が合成される。合成された干渉光は、試料室５３に設置した試料Ｓの成膜領域Ｆに照射される。試料Ｓからの反射光は、検出器５４に集光され、インタフェログラムのアナログ信号に変換される。インタフェログラムのアナログ信号は、ＡＤ変換器５５により増幅され、デジタル変換される。ＡＤ変換器５５は、変換したインタフェログラムのデジタル信号をコンピュータ４へ送信する。
【０１４９】
制御部４１は、通信部４４を介してインタフェログラムのデジタル信号をＡＤ変換器５５から受信する。制御部４１は、受信したインタフェログラムをフーリエ変換して、成膜領域Ｆの薄膜Ｈに対する反射率（周波数領域の反射スペクトル）を算出する。制御部４１は、算出した反射率をＲＡＭ４３に記録する。
【０１５０】
なお、反射率を操作部４５から手入力でＲＡＭ４３に記録する形態であってもよい。かかる場合、フーリエ変換赤外分光装置５０に反射率を算出するコンピュータを組み込む。ユーザは、フーリエ変換赤外分光装置５０と一体になったコンピュータの表示手段から反射率を読み取り、読み取った反射率を、操作部４５を介して手入力でＲＡＭ４３に記録する。
【０１５１】
試料Ｓをテラヘルツ分光装置２の移動部２４に取り付ける。
実施の形態１と同様に、制御部４１は、テラヘルツ分光装置２の測定データに基づいて、基板Ｋ及び薄膜Ｈを透過した透過波の周波数領域の電場強度と、基板Ｋのみを透過した透過波の周波数領域の電場強度とを求める。
また、実施の形態１と同様に、制御部４１は、基板Ｋ及び薄膜Ｈを透過した透過波の周波数領域の電場強度と、基板Ｋのみを透過した透過波の周波数領域の電場強度とに基づいて、薄膜Ｈの透過率、複素屈折率、複素誘電率及び複素電気伝導度を求める。制御部４１は、これらの各物性値をＲＡＭ４３に記録する。
【０１５２】
ここでは、実施の形態１と異なる部分について説明する。
式（７）から薄膜Ｈの複素屈折率を求めるに際し、制御部４１は式（７）の薄膜Ｈの厚さとして、触針段差計により測定した膜厚をＲＡＭ４３から読み込み、式（７）に代入する。
【０１５３】
実施の形態１ではフリーキャリア以外の誘電率は既知としたが、実施の形態２ではフリーキャリア以外の誘電率は未知とする。そこで、予めキャリア密度が低い膜材料についてフーリエ変換赤外分光装置５０により反射率を測定し、測定した反射率をＲＡＭ４３に記録しておく。そして、測定した反射率からフリーキャリア以外の複素誘電率を算出する。
フリーキャリア以外の複素誘電率は、バックグラウンド成分とも呼ばれる。フリーキャリア以外の複素誘電率が生じる原因には、試料Ｓの分子構造、結晶構造等に依存する振動モード、電子分極等が挙げられるが、試料Ｓの物性によってその内容は異なる。
【０１５４】
図１６は、フリーキャリア以外の複素誘電率を算出する手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、ＲＡＭ４３からキャリア密度が低い膜材料についてフーリエ変換赤外分光装置５０が測定した反射率を読み込む（ステップＳ５０１）。制御部４１は、読み込んだ屈折率からクラマース・クロニッヒ変換により位相変化を算出する（ステップＳ５０２）。制御部４１は、反射率と位相変化とから複素屈折率を算出する（ステップＳ５０３）。制御部４１は、算出した複素屈折率を二乗してフリーキャリア以外の複素誘電率を算出する（ステップＳ５０４）。
【０１５５】
実施の形態１では、テラヘルツ分光装置２の測定に基づく複素電気伝導度と電気伝導モデルにより計算した複素電気伝導度との差から、電気伝導モデルのパラメータを決定した。
実施の形態２では、テラヘルツ分光装置２による複素電気伝導度の測定値と複素電気伝導度の計算値とのフィッティング、及びフーリエ変換赤外分光装置５０による反射率の測定値と反射率の計算値とのフィッティングを行い、電気伝導モデルのパラメータを決定する。
【０１５６】
まず、制御部４１は、４種の電気伝導モデル（ドルーデモデル、拡張ドルーデモデル、局在化ドルーデモデル及びドルーデ−スミスモデル）について、複素電気伝導度を０．１〜２３４ＴＨｚの周波数で算出する。そして、制御部４１は、算出した複素電気伝導度とテラヘルツ分光装置２により測定した複素電気伝導度とのフィッティングを行う。ここでのフィッティングには、テラヘルツ分光装置２が０．１〜５ＴＨｚについて測定した複素電気伝導度が用いられる。
【０１５７】
制御部４１は、４種の電気伝導モデル全体について、一致度の高い順に所定数の各パラメータを決定する。制御部４１は、決定したパラメータと、そのパラメータに対応した複素電気伝導度とをＲＡＭ４３に記録する。
なお、上記では、４種の電気伝導モデル全体について、一致度の高い順に所定数だけパラメータを決定した。しかし、４種の電気伝導モデルごとに、最良フィッティングのパラメータを１通りのみ決定してもよい。あるいは、４種の電気伝導モデルごとに、最良及び最良に次いで一致する２通りのパラメータを決定してもよい。また、４種の電気伝導モデルごとに、３通り以上のパラメータを決定してもよい。
【０１５８】
制御部４１は、決定した複数の複素電気伝導度に基づいて、反射率を算出する。その内容は以下の通りである。
制御部４１は、複素電気伝導度から式（１１）〜式（１３）を用いてフリーキャリアの複素誘電率を算出する。ここで、制御部４１は、図１６で示したように、赤外域の反射率に基づいて求めたフリーキャリア以外の複素誘電率（あるいはバックグラウンド成分）を、算出したフリーキャリアの複素誘電率に加算する。制御部４１は、加算した複素誘電率から式（８）〜式（１０）を用いて複素屈折率を算出する。制御部４１は、求めた複素屈折率から次式（１８）を用いて反射率を算出する。制御部４１は、算出した反射率をＲＡＭ４３に記録する。
【０１５９】
【数１２】
【０１６０】
ただし、Ｒ（ω）は反射率、Ｎt （ω）は複素屈折率である。なお、式（１８）の反射率は、電磁波が試料Ｓの表面に対して垂直に入射した場合に、試料Ｓの表面で反射した成分だけを表す。試料Ｓの表面に対して一定の角度から電磁波を入射させる場合、又は薄膜Ｈ内での多重反射、あるいは電磁波の偏波方向を考慮する場合には、条件に合わせた数式を利用して反射率を算出する。
制御部４１は、テラヘルツ分光装置２の測定データによるフィッティングで決定した複素電気伝導度の数だけ、上記の計算を繰り返す。
【０１６１】
制御部４１は、算出した反射率とフーリエ変換赤外分光装置５０により測定した反射率とのフィッティングを行う。このフィッティングは５〜２３４ＴＨｚの周波数について行われる。
具体的には、算出した反射率の計算値とフーリエ変換赤外分光装置５０により測定した反射率との差が最小となる場合、その反射率の計算値に対応した電気伝導モデルと、パラメータ（キャリア密度、キャリアの散乱時間又は散乱確率）とを決定する。
制御部４１は、予めＲＡＭ４３に記録した有効質量と、決定したキャリアの散乱時間又は散乱確率とに基づいて、式（１７）よりキャリア移動度を算出し、算出したキャリア移動度をＲＡＭ４３に記録する。
【０１６２】
図１７及び図１８は、実施の形態２に係る電気伝導モデルのパラメータを決定する手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、テラヘルツ分光装置２により測定した複素電気伝導度をＲＡＭ４３から読み込む（ステップＳ６０１）。制御部４１は、有効質量をＲＡＭ４３から読み込む（ステップＳ６０２）。制御部４１は、図１６の手順に従ってフリーキャリア以外の複素誘電率を算出し、ＲＡＭ４３に記録する（ステップＳ６０３）。
【０１６３】
制御部４１は、複数の電気伝導モデルについて、複素電気伝導度のパラメータを変更しながら、周波数０．１〜２３４ＴＨｚで複素電気伝導度を算出する（ステップＳ６０４）。ここで、パラメータの一つである有効質量は、ステップＳ６０２で読み込んだ値を使用する。制御部４１は、算出した各複素電気伝導度を算出に用いたパラメータと対応付けてＲＡＭ４３に記録する（ステップＳ６０５）。制御部４１は、ＲＡＭ４３からステップＳ６０５で記録した複素電気伝導度を読み込み、読み込んだ複素電気伝導度と、ステップＳ６０１で読み込んだ複素電気伝導度とのフィッティングを行う（ステップＳ６０６）。制御部４１は、一致度の高い順に所定数のパラメータ及び複素電気伝導度の計算値をＲＡＭ４３に記録する（ステップＳ６０７）。
【０１６４】
制御部４１は、ＲＡＭ４３から一致度のよい一つの複素電気伝導度を読み込む（ステップＳ６０８）。制御部４１は、読み込んだ複素電気伝導度からフリーキャリアの複素誘電率を算出する（ステップＳ６０９）。制御部４１は、算出したフリーキャリアの複素誘電率と、ステップＳ６０３で記録したフリーキャリア以外の複素誘電率とを加算し、トータルの複素誘電率を算出する（ステップＳ６１０）。制御部４１は、算出したトータルの複素誘電率から複素屈折率を算出する（ステップＳ６１１）。
【０１６５】
制御部４１は、算出した複素屈折率から反射率を算出する（ステップＳ６１２）。制御部４１は、ステップＳ６０７で記録した複素電気伝導度の全てについて、反射率を求めたか否か判断する（ステップＳ６１３）。制御部４１は、全ての複素電気伝導度について、反射率を求めていないと判断した場合（ステップＳ６１３：ＮＯ）、ステップＳ６０８へ処理を戻す。制御部４１は、全ての複素電気伝導度について、反射率を求めたと判断した場合（ステップＳ６１３：ＹＥＳ）、測定した赤外域の反射率をＲＡＭ４３から読み込む（ステップＳ６１４）。
【０１６６】
制御部４１は、測定した赤外域の反射率と、算出した赤外域の反射率とのフィッティングを行う（ステップＳ６１５）。制御部４１は、最も一致度のよい赤外域の反射率の計算値に対応する電気伝導モデル及びそのパラメータを決定して、ＲＡＭ４３に記録し（ステップＳ６１６）、処理を終了する。
【０１６７】
実施の形態２に係る物性測定装置１０によれば、薄膜Ｈの厚さを段差法により測定する。段差法は、膜厚が１μｍ以上である場合、高精度で膜厚を測定することができる。
有機薄膜材料等の膜の場合、厚さが１μｍ未満の膜を形成することは困難である。そのため、物性測定対象が有機薄膜材料等の膜である場合には、段差法で膜厚を測定することにより、高精度の測定値を得ることができる。一方、膜厚が１μｍ未満の場合には、実施の形態１で扱った分光エリプソメトリが、高精度かつ非接触で膜厚を測定することができる。従って、測定対象の膜の厚さが１μｍ未満か、１μｍ以上かにより、膜厚測定方法を使い分けることにより、幅広い薄膜材料に対して複素屈折率、電気伝導度等の物性値の測定精度を向上させることができる。
【０１６８】
図１９は、テラヘルツ帯の電気伝導度とキャリア移動度との関係を示す説明図である。縦軸は電気伝導度であり、横軸は周波数（単位はテラヘルツ）である。図１９は、キャリア密度が３×１０20／ｃｍ3 であり、様々な散乱確率（周波数）Γ／２π（ＴＨｚ）及びキャリア移動度μ（ｃｍ2 ／Ｖｓ）を有す試料Ｓについて、測定した電気伝導度を示している。図１９より、キャリア移動度が低い場合、テラヘルツ帯の電気伝導度スペクトルは一定になり、複素電気伝導度のパラメータであるキャリア密度、散乱確率を決定することが困難になることがわかる。キャリア移動度が低い場合は、例えば、μ＝６９．２、１３．６、２．７３ｃｍ2 ／Ｖｓの場合である。従って、試料Ｓのキャリア移動度が低い場合、テラヘルツ分光装置２単体で試料Ｓのキャリア移動度を決定することは困難である。
一方、テラヘルツ帯の電気伝導度実部スペクトルは、バックグラウンド成分に依存しないため、定量性が高い。
【０１６９】
図２０は、赤外域の反射率とキャリア移動度との関係を示す説明図である。縦軸は赤外域の反射率であり、横軸は周波数（単位はテラヘルツ）である。図２０は、キャリア密度が３×１０20／ｃｍ3 であり、様々な散乱確率（周波数）Γ／２π（ＴＨｚ）及びキャリア移動度μ（ｃｍ2 ／Ｖｓ）を有す試料Ｓについて、計算した赤外域の反射率を示している。図２０より、赤外域の反射率はキャリア移動度に応じて変化することがわかる。ただし、図２０の計算はフリーキャリアのみを考慮している。しかし、測定される赤外域の反射率には様々なバックグラウンド成分が含まれており、赤外分光装置５単体で試料Ｓのキャリア移動度を決定することは困難である。
一方、測定される赤外域の反射率からバックグラウンド成分が精度よく得られない場合、定量性は低くなる。
【０１７０】
実施の形態２に係る物性測定装置１０によれば、図１９及び図２０に示されるテラヘルツ分光装置２と赤外分光装置５との長所と短所を互いに補うことで、測定値及び計算値のフィッティングの精度を向上させることができる。
テラヘルツ分光装置２単体では、低キャリア移動度の試料Ｓのキャリア移動度の測定は困難である。そこで、キャリア移動度の低い試料Ｓについてキャリア移動度を測定するためには、赤外分光装置５を併用するとよい。他方、赤外分光装置５単体では、キャリア移動度の評価精度が低い。そこで、テラヘルツ分光装置２を併用するとよい。
つまり、実施の形態２に係る物性測定装置１０によれば、低キャリア移動度の試料Ｓについても、キャリア移動度を高精度で測定することができる。
【０１７１】
テラヘルツ分光装置２と赤外分光装置５とを結合することにより、測定可能な周波数範囲を広げことができ、様々な物性の試料Ｓに対して、電気伝導モデル及びそのパラメータをより高精度で決定することができる。当然、決定した電気伝導モデルのパラメータを用いて計算されるキャリア移動度の精度も担保されることになる。
【０１７２】
本実施の形態２は以上の如きであり、その他は実施の形態１と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１７３】
実施の形態３
実施の形態３は、可撓性を有す基板Ｋの上に薄膜Ｈを形成するロールツーロール製造ラインに、アニール装置と物性測定装置とを組み込んだ薄膜基板製造システムに関する。
【０１７４】
図２１は、実施の形態３に係る薄膜基板製造システム６のブロック図である。
薄膜基板製造システム６は、基板移送部７、成膜装置８、アニール装置９、実施の形態１に係る物性測定装置１及びコンピュータ４０を含む。なお、物性測定装置１は実施の形態２に係る物性測定装置１０でもよい。
成膜装置８、アニール装置９及び物性測定装置１は、この順に移送ラインの上流から下流へ配置されている。
【０１７５】
基板移送部７は、巻き出しロール７１、巻き取りロール７２及び基板Ｋを移送する移送ロール７３ａ、７３ｂを含む。基板移送部７は、巻き出しロール７１に巻かれた基板Ｋを、適切な張力及び速度で引き出し、成膜装置８及びアニール装置９により形成された薄膜基板を巻き取りロール７２に巻き取る。移送ロール７３ａ、７３ｂは、回転駆動により基板Ｋを上流から下流へ移送する。基板移送部７の動作は、連続的又は不連続的である。
【０１７６】
図２１には、移送ロール７３ａ、７３ｂが２本描かれているが、移送ロール７３ａ、７３ｂの数は一例であり、適宜増減することができる。なお、基板移送部７は、基板Ｋの移送能率を向上するために、基板Ｋを移送ロール７３ａ、７３ｂとの間で夫々挟む複数の押さえロールを含んでもよい。
図２１では、基板移送部７は基板Ｋの幅方向を水平方向に保持して、基板Ｋを水平方向に移送している。しかし、基板移送部７は基板Ｋの幅方向を鉛直方向に保持して、基板Ｋを鉛直方向に移送してもよい。
【０１７７】
成膜装置８は、例えば印刷により基板Ｋ表面に膜パターンを形成するパターン形成装置である。印刷によるパターン形成の対象は、ソース・ドレイン印刷、半導体印刷、ゲート印刷等を含む。なお、成膜装置８は、ガスから材料を基板Ｋ上に堆積させるＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置等であってもよい。
【０１７８】
アニール装置９は、成膜装置が形成した基板Ｋ表面の薄膜Ｈに対して、アニール処理を行い、電気伝導度等の膜特性を向上させる。アニール装置９は、センチ波、ミリ波又はサブミリ波の電磁波を薄膜Ｈに照射するアニール装置である。アニール装置９の詳細は後述する。
なお、アニール装置９は、レーザアニール装置又は大気圧プラズマアニール装置であってもよい。
【０１７９】
図２２は、実施の形態３に係るコンピュータ４０のブロック図である。
コンピュータ４０の構成は、物性測定装置１に含まれるコンピュータ４の構成と同様である。なお、コンピュータ４０は、物性測定装置１に含まれるコンピュータ４で代用してもよい。
コンピュータ４０は、実施の形態３に係る基板移送部７、成膜装置８、アニール装置９及び物性測定装置１と電気的に接続されており、これら装置を制御する。
【０１８０】
図２３は、実施の形態３に係るアニール装置９のブロック図である。
実施の形態３に係るアニール装置９は、処理容器９２、ガス導入機構９３、排気機構９４、載置台９５、放射温度計９６、熱電変換素子制御部９７、電磁波供給部９８及びコンピュータ９９を含む。
【０１８１】
処理容器９２は、例えばアルミニウムにより直方体状に形成されており、接地されている。処理容器９２の天井部は開口されており、この開口部にはシール部材９２１を介して、天板９２２が気密に設けられている。天板９２２の材料は、例えば石英、窒化アルミニウム等である。
なお、処理容器９２の形状は、上部が開口された直方体状に限らず、円柱状又は箱状であってもよい。
【０１８２】
処理容器９２の側壁の対向位置に、アニール前の基板Ｋ及び薄膜Ｈを搬入する搬入口９２３と、アニール後の基板Ｋ及び薄膜Ｈを搬出する搬出口９２４とが開口されている。搬入口９２３及び搬出口９２４は、夫々基板Ｋの幅よりも長いスリット状をなし、略同じ高さに設けられている。
搬入口９２３及び搬出口９２４には、夫々シャッタ９２Ａ、９２Ｂが設けられている。シャッタ９２Ａ、９２Ｂは、基板移送部７が基板Ｋの移送を停止し、基板Ｋ及び薄膜Ｈに電磁波が照射される場合、処理容器９２内部の電磁波及びガスが外部へ漏れないように、夫々搬入口９２３及び搬出口９２４を閉じる。また、シャッタ９２Ａ、９２Ｂは、夫々軟らかい金属、例えばインジウム、銅等から形成されており、基板移送部７が基板Ｋの移送を停止した場合、基板Ｋを圧接する。
処理容器９２底部の周縁部には、排気機構９４と接続される排気口９２５が設けられている。
【０１８３】
ガス導入機構９３は、処理容器９２の側壁を貫通する２本のガスノズル９３１Ａ、９３１Ｂからなり、図示しないガス供給源から処理に必要なガスを処理容器９２に供給する。ここでのガスは、例えばアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスや窒素等である。
なお、ガスノズル９３１Ａ、９３１Ｂの本数は、２本に限るものではなく、適宜増減してもよい。
【０１８４】
排気機構９４は、排気が流通する排気通路９４１、排気圧力を制御する圧力制御弁９４２及び処理容器９２内部の雰囲気を排出する排気ポンプ９４３を含む。排気ポンプ９４３は、排気通路９４１及び圧力制御弁９４２を介して、処理容器９２内部の雰囲気を、真空を含む減圧程度まで排気することができる。
【０１８５】
載置台９５は、処理容器９２の底部に形成された開口に、シール部材９２６を介在させて気密に取り付けられている。載置台９５は接地されている。
載置台９５は、載置台本体９５１と、熱電変換素子９５２と、載置板９５３とを含む。載置台本体９５１の上に熱電変換素子９５２が、熱電変換素子９５２の上に載置板９５３が配置される。載置板９５３の上には、基板Ｋが載置するように構成されている。
【０１８６】
放射温度計９６は、放射温度計本体９６１と光ファイバ９６２とを含み、載置板９５３の温度を測定する。放射温度計９６が測定した載置板９５３の温度は、コンピュータ９９に送信される。載置板９５３の温度を受信したコンピュータ９９は、載置板９５３及び薄膜Ｈの間の温度勾配を考慮して、載置板９５３の温度を薄膜Ｈの温度に変換する。
【０１８７】
載置台本体９５１には、上面から下面までを上下方向に貫通する貫通孔９５４が形成されており、貫通孔９５４には光ファイバ９６２が気密に挿通されている。光ファイバ９６２は、載置板９５３の下面直下から載置台本体９５１の底面を突き抜けて下方へ延び、処理容器９２外部に設けられた放射温度計本体９６１と接続されている。光ファイバ９６２は、載置板３４からの輻射光を放射温度計本体９６１に案内することができようになっている。このようにして、放射温度計９６は、載置板９５３の温度を測定することができるように構成されている。
なお、処理容器９２の側壁を貫通する貫通孔を設け、貫通孔に気密に挿通された光ファイバが直接薄膜Ｈからの輻射光を取り入れてもよい。これにより、薄膜Ｈの温度の直接測定が可能となる。
【０１８８】
熱電変換素子９５２は、基板Ｋを冷却する板状の冷却手段であり、例えばペルチェ素子が用いられる。ペルチェ素子は、ペルチェ効果を利用した板状の半導体素子であり、直流電流を流すことにより一面で発熱が起こり、他面で吸熱が起こる。ここでは、基板Ｋに近い熱電変換素子９５２の上側面で吸熱を起こし、基板Ｋを冷却する。他方、熱電変換素子９５２下側面では発熱が起こる。
【０１８９】
熱電変換素子９５２は、処理容器９２外部に設けられた熱電変換素子制御部９７とリード線９７１を介して電気的に接続されている。熱電変換素子制御部９７は、アニール時に熱電変換素子９５２に供給する電流の方向と大きさとを制御する。
【０１９０】
熱電変換素子９５２の下側面と対向する載置台本体９５１の上部には、冷媒流路９５５が載置台本体９５１上面と略平行な面に沿って形成されている。冷媒流路９５５は、冷媒導入管９５６と冷媒排出管９５７とを介して、冷媒を供給する冷媒循環器９５８に接続されている。冷媒循環器９５８が動作することにより、アニール時に冷媒が冷媒流路９５５を流通循環し、熱電変換素子９５２の下側面で発熱した熱を冷媒が奪うように構成されている。これにより、熱電変換素子９５２の冷却効率が向上する。
なお、冷媒流路９５５に高温の温媒を流通循環させることも可能である。
【０１９１】
載置板９５３は、例えば酸化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ゲルマニウム、シリコン等の材料から製作される。
なお、載置台９５に載置板９５３を設けず、熱電変換素子９５２の上に、直接基板Ｋが載置するように構成してもよい。
【０１９２】
電磁波供給部９８は、処理容器９２の天板９２２の上方に設けられている。電磁波供給部９８は、電磁波発生源９８１、導波管９８２及び入射アンテナ９８３を含む。電磁波発生源９８１は導波管９８２の一端と接続され、導波管９８２の他端は入射アンテナ９８３と接続されている。
【０１９３】
電磁波発生源９８１には、例えばジャイロトロン又はマグネトロンを用いることができる。ジャイロトロンはミリ波からサブミリ波にかけての電磁波を発生する。マグネトロンはセンチ波の電磁波を発生する。電磁波発生源９８１は、発生した電磁波を導波管９８２に出力する。
【０１９４】
導波管９８２は、電磁波発生源９８１で発生した電磁波を入射アンテナ９８３に伝搬させる金属製の管であり、円形又は矩形の断面形状を有す。
【０１９５】
入射アンテナ９８３は、天板９２２の上面に設けられた板であり、例えば表面が銀メッキされた銅板又はアルミニウム板である。入射アンテナ９８３には、図示しない複数の鏡面反射レンズや反射ミラーが設けられており、導波管９８２から導かれた電磁波を処理容器９２の処理空間に向けて反射して導入できるよう構成されている。
なお、入射アンテナ９８３は、処理容器９２の側壁に設けられていてもよい。
【０１９６】
コンピュータ９９は、アニール装置９全体の動作を制御する。コンピュータ９９の構成は、物性測定装置１に含まれるコンピュータ４と同様の構成である。
【０１９７】
コンピュータ９９は、例えばガス導入機構９３が処理容器９２に導入するガスの供給及びガスの流量を制御する。コンピュータ９９は、電磁波供給部９８が発生する電磁波、及び電磁波供給部９８への供給電力を制御する。また、コンピュータ９９は、放射温度計９６からの信号に基づき、アニール温度を制御する。
【０１９８】
実施の形態３で対象とする基板Ｋは、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）等のフィルムである。これらのプラスチック基板材料のガラス転移点は、夫々１００、１５５、１４５℃である。ここでは、ＰＥＴ基板を用いる。
【０１９９】
実施の形態３で対象とする薄膜Ｈの材料は、例えば有機伝導性材料であるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、シリルエチン置換ペンタセン、ポリ（３−アルキルチオフェン）等である。ここでは、薄膜Ｈの材料として、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを用いる。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳのアニール温度は約２００℃であり、ＰＥＴのガラス転移点よりも高い。そのため、従来のランプ等によるアニール方法では、ＰＥＴ基板に変形が生じてしまう。
【０２００】
コンピュータ９９のＲＯＭには、試料Ｓの薄膜Ｈに対して照射する電磁波の周波数として、最も適切な周波数を算出するプログラムが記録されている。そのプログラムは、アニール対象の薄膜Ｈの厚さを、浸透深さとして照射する電磁波の周波数を算出する。浸透深さとは、電磁波が垂直に導電性の均質媒質に入射し、当該媒質内を指数関数的に減衰しながら伝搬する場合、電磁波強度が入射強度の１／ｅ（約３７％）に減衰するときの深度のことである。
浸透深さは式（１９）で示される。
【０２０１】
【数１３】
【０２０２】
ただし、δは浸透深さ、ρは抵抗率、μは比透磁率、ｆは電磁波の周波数である。
μは非磁性材の場合、μ＝１となる。実施の形態３で扱う膜材料は非磁性材なので、μは１である。
【０２０３】
センチ波、ミリ波、サブミリ波の電磁波に対するＰＥＴ基板の浸透深さは、薄膜Ｈの浸透深さに比べて遙かに深い。そこで、ＰＥＴ基板をほとんど透過し、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの薄膜Ｈを膜厚の深さまでしか浸透しない電磁波の周波数を算出する。具体的には、式（１９）の浸透深さに膜厚を、抵抗率に薄膜Ｈの抵抗率を代入して周波数を算出する。得られた周波数の電磁波がミリ波又はサブミリ波である場合、電磁波発生源９８１にジャイロトンを搭載したアニール装置９を使用する。得られた周波数の電磁波がセンチ波である場合、電磁波発生源９８１にマグネトロンを搭載したアニール装置９を使用する。
【０２０４】
表１は、有機導電性材料及び無機導電性材料の膜について、周波数を算出した一例である。
【０２０５】
【表１】
【０２０６】
表１のＡの場合、アニールに好適な電磁波は１００ＧＨｚのミリ波に該当するため、電磁波発生源９８１にジャイロトロンを搭載したアニール装置９を使用する。
表１のＢの場合、アニールに好適な電磁波は１ＧＨｚのセンチ波に該当するため、電磁波発生源９８１にマグネトロンを搭載したアニール装置９を使用する。銅は実施の形態３で扱う薄膜材料ではないが、ここでは参考のために例示している。
【０２０７】
次に、実施の形態３に係る薄膜基板製造システム６の動作について説明する。
まず、薄膜基板製造システム６を動作させる準備として、予めアニール装置９の電磁波発生源９８１が発生する電磁波の周波数をコンピュータ９９に設定する。
【０２０８】
コンピュータ４０に、操作部４５０から薄膜Ｈの抵抗率及び膜厚を入力する。コンピュータ４０の制御部４１０は、取得した薄膜Ｈの抵抗率及び膜厚をコンピュータ９９に送信する。コンピュータ９９は、薄膜Ｈの抵抗率及び膜厚を取得し、アニールに好適な電磁波の周波数を算出する。コンピュータ９９は、算出した周波数を電磁波発生源９８１が発生する電磁波の周波数に設定する。
【０２０９】
基板Ｋのロールを巻き出しロール７１に取り付け、薄膜基板製造システム６の動作を開始させる。
【０２１０】
図２４は、実施の形態３に係るコンピュータ４０の制御部４１０が実行する処理の手順を示すフローチャートである。
制御部４１０は、基板移送部７、成膜装置８、アニール装置９及び物性測定装置１の動作を開始する（ステップＳ７０１）。その具体的な内容は、以下の通りである。
制御部４１０は、基板移送部７を動作させ、基板Ｋをロールツーロール生産ラインに引き出す。制御部４１０は、成膜装置８を動作させて、基板Ｋ表面にパターンを印刷させる。制御部４１０は、コンピュータ９９を介して、アニール装置９に成膜装置８が形成した薄膜Ｈをアニールさせる。制御部４１０は、物性測定装置１にアニール装置９がアニールした薄膜Ｈの物性を測定させる。制御部４１０は、製造した薄膜基板を巻き取りロール７２に巻き取らせる。
【０２１１】
物性測定装置１は、測定した物性値をコンピュータ４０に送信する。
制御部４１０は、物性測定装置１から薄膜Ｈの物性値を取得する（ステップＳ７０２）。制御部４１０は、薄膜Ｈの物性値が製造規格の範囲内か否か判断する（ステップＳ７０３）。制御部４１０は、薄膜Ｈの物性値が製造規格の範囲内であると判断した場合（ステップＳ７０３：ＹＥＳ）、ステップＳ７０１に制御を戻す。制御部４１０は、薄膜Ｈの物性値が製造規格の範囲内にないと判断した場合（ステップＳ７０３：ＮＯ）、基板移送部７、成膜装置８、アニール装置９及び物性測定装置１の動作を停止する（ステップＳ７０４）。
制御部４１０は、以上のステップをマルチタスクで連続的に実行する。
基板移送部７、成膜装置８、アニール装置９及び物性測定装置１の動作を停止した場合、ユーザは巻き取りロール７２から製造規格外の薄膜基板を取り外す。
【０２１２】
制御部４１０は、ユーザからの指示待ち状態となる。ユーザは薄膜基板の製造を再開するか否かをコンピュータ４０に指示する。制御部４１０は、ユーザからの指示を受けて、基板移送部７、成膜装置８、アニール装置９及び物性測定装置１の動作を再開するか否か判断する（ステップＳ７０５）。制御部４１０は、動作を再開する場合（ステップＳ７０５：ＹＥＳ）、成膜装置８に成膜条件を変更させるか、又はアニール装置９にアニール条件を変更させ（ステップＳ７０６）、ステップＳ７０１に処理を戻す。ここでの成膜条件の変更は、例えばレジスト条件、プリント速度等のパターン形成条件を変更することである。ここでのアニール条件の変更は、例えば電磁波の強度を所定値だけ大きい値に設定することである。あるいは、アニール条件の変更は、アニール時間を変更することである。制御部４１０は、動作を再開しない場合（ステップＳ７０５：ＮＯ）、処理を終了する。
【０２１３】
実施の形態３に係る薄膜基板製造システム６によれば、ロールツーロール方式により薄膜基板を連続的に製造することができる。また、ロールツーロール製造ラインに物性測定装置１を組み込むことにより、製造中の薄膜基板の品質が製造規格から外れている場合、製造ラインを停止することができる。これにより、歩留りが向上する。
【０２１４】
実施の形態３に係る薄膜基板製造システム６によれば、製造中の薄膜基板の品質が製造規格から外れている場合、短時間で薄膜基板の製造条件を最適化した後、製造を再開することができる。実施の形態３に係る薄膜基板製造システム６は、かかるフィードバック機能を有しているため、薄膜基板の生産効率を向上させることができる。
【０２１５】
本実施の形態３は以上の如きであり、その他は実施の形態１又は実施の形態２と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【０２１６】
実施の形態４
図２５は、実施の形態４に係る物性測定装置のコンピュータ４のハードウェア群を示すブロック図である。実施の形態４に係る物性測定装置は、実施の形態１に係る物性測定装置１でもよいし、実施の形態２に係る物性測定装置１０でもよい。実施の形態４に係る物性測定装置は、実施の形態３に係る物性測定装置１、１０でもよい。
【０２１７】
実施の形態１乃至３に係る物性測定装置１、１０を動作させるためのプログラムは、本実施の形態４のように、外部インタフェース４７にＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）等の可搬型記録媒体１Ａを読み取らせて、ＲＡＭ４３に記録してもよい。また、当該プログラムは、外部インタフェース４７及びインターネット等の通信網Ｎを介して接続される他のサーバコンピュータ（図示せず）からダウンロードすることも可能である。以下に、その内容を説明する。
【０２１８】
図２５に示すコンピュータ４は、上述した各種ソフトウェアを実行するプログラムを可搬型記録媒体１Ａから取得する。あるいは、図２５に示すコンピュータ４は、上述した各種ソフトウェアを実行するプログラムを、通信網Ｎを介して他のサーバコンピュータ（図示せず）からダウンロードする。当該プログラムは、制御プログラムとしてＲＡＭ４３にロードして実行される。これにより、上述したコンピュータ４として機能する。
ある。
【０２１９】
本実施の形態４は以上の如きであり、その他は実施の形態１乃至３と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【符号の説明】
【０２２０】
１ 物性測定装置
２ テラヘルツ分光装置
２１ レーザ
２３ テラヘルツ波発生器
２４ 移動部
２５ テラヘルツ波検出器
２６ 時間遅延機構
４ コンピュータ
Ｋ 基板
Ｈ 薄膜
Ｆ 成膜領域
Ｎ 非成膜領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜の物性を非破壊で測定する物性測定装置、物性測定方法、薄膜基板製造システム及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子開発の進展に伴い、新規膜材料の開発が進んでいる。このような新規膜材料を評価する上で、新規膜材料の物性を決定する必要がある。しかし、多くの新規膜材料は入手困難であり、かつ高価であるため、膜材料を破壊して行われる物性測定は敬遠されている。そこで、特許文献１には、非破壊で膜材料の電気的特性を測定するテラヘルツ分光装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−９８６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のテラヘルツ分光装置は、測定値のＳＮ比が小さく、測定精度が低い。そのため、高精度の測定値を得るためには、装置上の工夫が必要である。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、基板表面に形成した薄膜の物性を非破壊かつ高精度で測定することができる物性測定装置、物性測定方法、薄膜基板製造システム及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願に係る物性測定装置は、基板表面に形成された薄膜の物性を測定する物性測定装置において、テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生源と、基板表面に薄膜が形成された成膜領域及び該基板表面に薄膜が形成されていない非成膜領域に、前記テラヘルツ波発生源からのテラヘルツ波が照射されるように、該基板及び薄膜を移動する移動手段と、前記成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波の電場強度を複数回検出する検出手段と、該検出手段が複数回検出した透過波又は反射波の電場強度を積算する積算手段と、該積算手段が積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定する測定手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本願に係る物性測定装置は、前記移動手段は、前記成膜領域及び非成膜領域に、テラヘルツ波が交互に照射されるように、前記基板及び薄膜を移動するようにしてあり、前記検出手段は、前記電場強度を交互に複数回検出するようにしてあり、前記積算手段は、前記検出手段が交互に複数回検出した前記電場強度を積算するようにしてあることを特徴とする。
【０００８】
本願に係る物性測定装置は、前記測定手段が測定した時間変化に基づいて、前記薄膜に対するテラヘルツ波の透過率又は反射率を算出する第一算出手段と、前記薄膜の膜厚を受け付ける膜厚受付手段と、前記基板の複素屈折率を受け付ける基板屈折率受付手段と、前記薄膜の複素屈折率に複数の異なる値を設定する薄膜屈折率設定手段と、前記膜厚受付手段が受け付けた薄膜の膜厚、前記基板屈折率受付手段が受け付けた基板の複素屈折率、及び前記薄膜屈折率設定手段が薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の透過率又は反射率を夫々複数算出する第二算出手段と、第一算出手段が算出した透過率及び第二算出手段が算出した複数の透過率、又は第一算出手段が算出した反射率及び第二算出手段が算出した複数の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定する薄膜屈折率決定手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本願に係る物性測定装置は、前記測定手段が測定した時間変化に基づいて、透過波又は反射波の電場強度の時間波形を作成する波形作成手段と、前記基板の厚さを受け付ける基板厚受付手段と、該基板厚受付手段が受け付けた基板の厚さ及び前記基板屈折率受付手段が受け付けた基板の複素屈折率の実部に基づいて、前記波形作成手段により作成した透過波又は反射波の電場強度の時間波形に、夫々基板内で多重反射した透過波又は反射波の電場強度の時間波形が現れる時間を算出する時間算出手段とを備え、前記第一算出手段は、前記時間算出手段が算出した時間に基づいて、前記薄膜に対するテラヘルツ波の透過率又は反射率を算出するようにしてあることを特徴とする。
【００１０】
本願に係る物性測定装置は、前記薄膜屈折率決定手段が決定した薄膜の複素屈折率に基づいて、該薄膜の複素電気伝導度を算出する伝導度算出手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
本願に係る物性測定装置は、電気伝導モデル及び該電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを変更し、薄膜の複素電気伝導度を算出するモデル伝導度算出手段と、前記伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度及び前記モデル伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度に基づいて、前記電気伝導モデルを決定するモデル決定手段と、前記伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度及び前記モデル伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度に基づいて、前記モデル決定手段により決定された電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを決定する第一パラメータ決定手段と、該第一パラメータ決定手段が決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出する手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本願に係る物性測定装置は、前記伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度に基づいて、前記モデル伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度を限定する伝導度限定手段と、該伝導度限定手段が限定した複素電気伝導度に基づいて、前記薄膜に対する赤外線の反射率を算出する反射率算出手段と、前記薄膜に対する赤外線の反射率を受け付ける反射率受付手段と、前記反射率算出手段が算出した赤外線の反射率及び前記反射率受付手段が受け付けた赤外線の反射率に基づいて、前記伝導度限定手段により限定された複素電気伝導度を表すパラメータを決定する第二パラメータ決定手段と、該第二パラメータ決定手段が決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出する手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本願に係る物性測定方法は、基板表面に形成された薄膜の物性を測定する物性測定方法において、基板表面に薄膜が形成された成膜領域及び該基板表面に薄膜が形成されていない非成膜領域にテラヘルツ波を複数回照射し、前記成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波の電場強度を複数回検出し、前記成膜領域及び非成膜領域から複数回検出した透過波又は反射波の電場強度を積算し、積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定し、測定した時間変化に基づいて、前記薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率を算出し、前記薄膜の複素屈折率に複数の異なる値を設定し、前記薄膜の厚さ、基板の複素屈折率及び薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を夫々複数算出し、第一の透過率及び第二の複数の透過率、又は第一の透過率及び第二の複数の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定することを特徴とする。
【００１４】
本願に係る物性測定方法は、前記成膜領域及び非成膜領域にテラヘルツ波を複数回照射するに際し、前記成膜領域及び非成膜領域にテラヘルツ波を交互に複数回照射し、前記電場強度を複数回検出するに際し、前記電場強度を交互に複数回検出し、複数回検出した前記電場強度を積算するに際し、交互に複数回検出した前記電場強度を積算することを特徴とする。
【００１５】
本願に係る物性測定方法は、第二の複数の透過率又は反射率を算出するに際し、前記薄膜の厚さは、膜厚測定装置により測定した厚さであることを特徴とする。
【００１６】
本願に係る物性測定方法は、決定した薄膜の複素屈折率に基づいて、該薄膜の第一の複素電気伝導度を算出し、電気伝導モデル及び該電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを変更して、薄膜の第二の複素電気伝導度を算出し、第一及び第二の複素電気伝導度に基づいて、前記電気伝導モデルを決定し、決定した電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを変更して、薄膜の第三の複素電気伝導度を算出し、前記薄膜に対する赤外線の反射率を測定し、測定した赤外線の反射率に基づいて、薄膜の第四の複素電気伝導度を算出し、第三及び第四の複素電気伝導度に基づいて、決定した前記電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを決定し、決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出することを特徴とする。
【００１７】
本願に係る薄膜基板製造システムは、巻き出しロールに巻かれた可撓性を有する基板を巻き出し、巻き取りロールに巻き取る移送の過程で、該基板表面に薄膜を形成する成膜装置を設けた薄膜基板製造システムにおいて、前記成膜装置が形成した薄膜を任意のアニール条件でアニールするアニール装置と、該アニール装置がアニールした薄膜の物性を測定する前述の物性測定装置とを含むことを特徴とする。
【００１８】
本願に係る薄膜基板製造システムは、前記物性測定装置から信号を受信し、前記成膜装置の動作を制御する制御装置を含み、前記成膜装置、アニール装置及び物性測定装置は、前記巻き出しロール及び巻き取りロールの間の移送路に沿って配置され、前記物性測定装置は、所定の信号を前記制御装置に送信する送信手段を有し、前記制御装置は、前記物性測定装置の送信手段が送信した前記所定の信号を受信した場合、前記成膜装置の動作を停止する手段を有することを特徴とする。
【００１９】
本願に係る薄膜基板製造システムは、前記制御装置は、前記アニール装置のアニール条件を設定するようにしてあり、前記物性測定装置の送信手段が送信した前記所定の信号を受信した場合、前記アニール装置のアニール条件を変更する手段を有することを特徴とする。
【００２０】
本願に係る薄膜基板製造システムは、任意の移送速度で、前記基板を巻き出しロールから巻き出して移送し、該基板表面に薄膜が形成された薄膜基板を巻き取りロールに巻き取る基板移送手段を含み、前記制御装置は、前記基板移送手段の移送速度を制御するようにしてあり、前記物性測定装置の送信手段が送信した前記所定の信号を受信した場合、前記基板移送手段の移送速度を変更する手段を有することを特徴とする。
【００２１】
本願に係るプログラムは、コンピュータに、基板表面に形成された薄膜の物性を測定させるプログラムにおいて、コンピュータに、基板表面に薄膜が形成された成膜領域及び該基板表面に薄膜が形成されていない非成膜領域に照射されたテラヘルツ波の透過波又は反射波の電場強度を複数回検出する検出ステップと、前記成膜領域及び非成膜領域から複数回検出した透過波又は反射波の電場強度を積算する積算ステップと、積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定するステップとを実行させることを特徴とする。
【００２２】
本願に係るプログラムは、前記検出ステップは、前記電場強度を交互に複数回検出し、前記積算ステップは、交互に複数回検出した前記電場強度を積算することを特徴とする。
【００２３】
本願に係るプログラムは、コンピュータに、測定した時間変化に基づいて、前記薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率を算出するステップと、前記薄膜の複素屈折率に複数の異なる値を設定するステップと、前記薄膜の厚さ、基板の複素屈折率及び薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を夫々複数算出するステップと、第一の透過率及び第二の複数の透過率、又は第一の反射率及び第二の複数の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定するステップとを実行させることを特徴とする。
【００２４】
本願に係る物性測定装置にあっては、テラヘルツ波発生源は、テラヘルツ波を発生する。基板には、薄膜が形成された成膜領域及び薄膜が形成されていない非成膜領域がある。テラヘルツ波発生源から放射されたテラヘルツ波は、移動手段に取り付けられた基板の成膜領域及び非成膜領域に複数回照射される。検出手段は、成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波を複数回検出する。検出された透過波又は反射波の電場強度は積算される。測定手段は、積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定する。
【００２５】
本願に係る物性測定装置にあっては、移動手段は成膜領域及び非成膜領域にテラヘルツ波が交互に複数回照射されるように、基板及び薄膜を移動する。検出手段は、成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波の電場強度を交互に複数回検出する。積算手段は、交互に複数回検出した、成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波の電場強度を積算する。
【００２６】
本願に係る物性測定装置にあっては、第一算出手段は、測定したテラヘルツ波の透過波又は反射波の電場強度の時間変化に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率を算出する。第二算出手段は、受け付けた薄膜の厚さ、受け付けた基板の複素屈折率、及び薄膜の複素屈折率について設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を夫々複数算出する。第一の透過率及び薄膜の複素屈折率に応じて異なる第二の透過率、又は第一の反射率及び薄膜の複素屈折率に応じて異なる第二の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定する。
【００２７】
本願に係る物性測定装置にあっては、波形作成手段は、測定した時間変化に基づいて、透過波又は反射波の電場強度の時間波形を作成する。時間算出手段は、受け付けた基板の厚さ及び受け付けた基板の複素屈折率の実部に基づいて、波形作成手段が作成した透過波又は反射波の電場強度の時間波形の中で、夫々基板内で多重反射した透過波又は反射波の電場強度の時間波形が現れる時間を算出する。時間算出手段が算出した時間に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率が算出される。
【００２８】
本願に係る物性測定装置にあっては、伝導度算出手段は、決定した薄膜の複素屈折率に基づいて、薄膜の複素電気伝導度を算出する。
【００２９】
本願に係る物性測定装置にあっては、モデル伝導度算出手段は、電気伝導モデルと、この電気伝導モデルが複素電気伝導度を表すパラメータとを変更し、薄膜の複素電気伝導度を算出する。伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度と、モデル伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度とに基づいて、電気伝導モデルを決定する。また、伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度と、モデル伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度とに基づいて、決定した電気伝導モデルが複素電気伝導度を表すパラメータを決定する。決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出する。
【００３０】
本願に係る物性測定装置にあっては、伝導度限定手段は、テラヘルツ波による測定に由来する薄膜の複素電気伝導度に基づいて、電気伝導モデル及びこの電気伝導モデルが複素電気伝導度を表すパラメータを変更して算出した薄膜の複素電気伝導度を所定数に限定する。反射率算出手段は、限定した複素電気伝導度に基づいて、薄膜に対する赤外線の反射率を算出する。算出した赤外線の反射率及び受け付けた赤外線の反射率に基づいて、限定した複素電気伝導度を表すパラメータを決定する。決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出する。
【００３１】
本願に係る物性測定装置方法にあっては、基板表面に薄膜が形成された成膜領域と、基板表面に薄膜が形成されていない非成膜領域とにテラヘルツ波を複数回照射する。成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波の電場強度を複数回検出し、積算する。積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定し、測定した透過波又は反射波の電場強度の時間変化に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率を算出する。薄膜の厚さ、基板の複素屈折率、及び薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を夫々複数算出する。第一の透過率及び薄膜の複素屈折率に応じて異なる第二の透過率、又は第一の反射率及び薄膜の複素屈折率に応じて異なる第二の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定する。
【００３２】
本願に係る物性測定装置方法にあっては、成膜領域及び非成膜領域にテラヘルツ波を交互に複数回照射する。成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波の電場強度を交互に複数回検出及び積算する。
【００３３】
本願に係る物性測定装置方法にあっては、膜厚測定装置が測定した薄膜の厚さ、基板の複素屈折率、及び薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を夫々複数算出する。
【００３４】
本願に係る物性測定装置方法にあっては、決定した薄膜の複素屈折率に基づいて、薄膜の第一の複素電気伝導度を算出する。電気伝導モデルと、この電気伝導モデルが複素電気伝導度を表すパラメータとを変更し、薄膜の第二の複素電気伝導を算出する。第一の複素電気伝導度と、第二の複素電気伝導度とに基づいて、電気伝導モデルを決定する。決定した電気伝導モデルが複素電気伝導度を表すパラメータを変更し、薄膜の第三の複素電気伝導度を算出する。薄膜に対して測定した赤外線の反射率に基づいて、薄膜の第四の複素電気伝導度を算出する。第三の複素電気伝導度と、第四の複素電気伝導度とに基づいて、決定した電気伝導モデルが複素電気伝導度を表すパラメータを決定する。決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出する。
【００３５】
本願に係る薄膜基板製造システムにあっては、成膜装置、アニール装置及び物性測定装置を含む。成膜装置は、可撓性を有する基板表面に薄膜を形成する。アニール装置は、成膜装置が形成した薄膜を任意のアニール条件でアニールする。物性測定装置は、アニール装置がアニールした薄膜の物性を測定する前述の物性測定装置である。
【００３６】
本願に係る薄膜基板製造システムにあっては、物性測定装置から信号を受信し、成膜装置の動作を制御する制御装置を含む。成膜装置、アニール装置及び物性測定装置は、巻き出しロールと巻き取りロールとの間の移送路に沿って配置される。物性測定装置は、所定の信号を制御装置へ送信する。制御装置は、物性測定装置が送信した所定の信号を受信した場合、成膜装置の動作を停止する。
【００３７】
本願に係る薄膜基板製造システムにあっては、制御装置は、アニール装置のアニール条件を設定する。制御装置は、物性測定装置が送信した所定の信号を受信した場合、アニール装置のアニール条件を変更する。
【００３８】
本願に係る薄膜基板製造システムにあっては、任意の移送速度で、巻き出しロールに巻かれた可撓性の基板を巻き出して移送し、基板表面に薄膜が形成された薄膜基板を巻き取りロールに巻き取る基板移送手段を含む。制御装置は、基板移送手段の移送速度を制御する。制御装置は、物性測定装置が送信した所定の信号を受信した場合、基板移送手段の移送速度を変更する。
【００３９】
本願に係るプログラムにあっては、コンピュータに、テラヘルツ波の透過波又は反射波の電場強度を複数回検出及び積算させる。テラヘルツ波の透過波又は反射波は、基板表面に薄膜が形成された成膜領域及び基板表面に薄膜が形成されていない非成膜領域に照射されたものである。また、コンピュータに、積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定させる。
【００４０】
本願に係るプログラムにあっては、コンピュータに、成膜領域及び非成膜領域からのテラヘルツ波の透過波又は反射波の電場強度を交互に複数回検出及び積算させる。
【００４１】
本願に係るプログラムにあっては、コンピュータに、測定した透過波又は反射波の電場強度の時間変化に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率を算出させる。コンピュータに、薄膜の厚さ、基板の複素屈折率、及び薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を夫々複数算出させる。コンピュータに、薄膜の第一の透過率及び薄膜の複素屈折率に応じて異なる第二の透過率、又は薄膜の第一の反射率及び薄膜の複素屈折率に応じて異なる第二の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定させる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明にあっては、基板表面に形成した薄膜の物性を非破壊かつ高精度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施の形態１に係る物性測定装置のブロック図である。
【図２】実施の形態１に係るテラヘルツ分光装置のブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る分光エリプソメータのブロック図である。
【図４】実施の形態１に係るコンピュータのブロック図である。
【図５】基板内で多重反射したテラヘルツ波を含む電場強度の時間波形、フーリエ変換スペクトル及び透過率を示す説明図である。
【図６】基板内で多重反射したテラヘルツ波を削除した場合の電場強度の時間波形、フーリエ変換スペクトル及び透過率を示す説明図である。
【図７】実施の形態１に係るテラヘルツ分光装置による測定の説明図である。
【図８】透過波の時間領域の電場強度を求める手順を示すフローチャートである。
【図９】透過波の時間領域の電場強度を求める手順を示すフローチャートである。
【図１０】基板内の多重反射を除外した周波数領域の電場強度を求める手順を示すフローチャートである。
【図１１】薄膜の複素屈折率を算出する手順を示すフローチャートである。
【図１２】薄膜の電気的特性値を求める手順を示すフローチャートである。
【図１３】基板内の多重反射による影響を排除した薄膜の電気伝導度の解析結果を示す説明図である。
【図１４】実施の形態２に係る物性測定装置のブロック図である。
【図１５】実施の形態２に係るフーリエ変換赤外分光装置のブロック図である。
【図１６】フリーキャリア以外の複素誘電率を算出する手順を示すフローチャートである。
【図１７】実施の形態２に係る電気伝導モデルのパラメータを決定する手順を示すフローチャートである。
【図１８】実施の形態２に係る電気伝導モデルのパラメータを決定する手順を示すフローチャートである。
【図１９】テラヘルツ帯の電気伝導度とキャリア移動度との関係を示す説明図である。
【図２０】赤外域の反射率とキャリア移動度との関係を示す説明図である。
【図２１】実施の形態３に係る薄膜基板製造システムのブロック図である。
【図２２】実施の形態３に係るコンピュータのブロック図である。
【図２３】実施の形態３に係るアニール装置のブロック図である。
【図２４】実施の形態３に係るコンピュータの制御部が実行する処理の手順を示すフローチャートである。
【図２５】実施の形態４に係る物性測定装置のコンピュータのハードウェア群を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００４５】
実施の形態１
実施の形態１では、テラヘルツ時間領域分光法を用いて、試料を透過又は試料で反射したテラヘルツ波の周波数領域のスペクトルを得る。時間領域分光法は、電磁波の電場強度の時間波形を時系列フーリエ変換することにより、電磁波の周波数領域のスペクトル及び位相差スペクトルを得る分光法である。
【００４６】
図１は、実施の形態１に係る物性測定装置１のブロック図である。実施の形態１に係る物性測定装置１は、テラヘルツ分光装置２、膜厚測定装置３及びコンピュータ４を含む。なお、物性測定装置１は、膜厚測定装置３を含まなくてもよい。また、コンピュータ４は、テラヘルツ分光装置２の内部に組み込まれていてもよい。
テラヘルツ分光装置２及び膜厚測定装置３は、コンピュータ４と電気的に接続されている。
【００４７】
図２は、実施の形態１に係るテラヘルツ分光装置２のブロック図である。テラヘルツ分光装置２は、レーザ２１、ビームスプリッタ２２、テラヘルツ波発生器２３、移動部（移動手段）２４、テラヘルツ波検出器２５及び時間遅延機構２６を含む。レーザ２１は、フェトム秒パルスのレーザパルスをビームスプリッタ２２に射出する。ビームスプリッタ２２は、レーザ２１から射出されたレーザパルスをポンプ光とプローブ光との２つに分ける。ポンプ光は、テラヘルツ波発生器２３に入射される光である。プローブ光は、時間遅延機構２６に入射される光である。プローブ光は、試料Ｓを透過又は試料Ｓで反射したテラヘルツ波の電場強度の時間波形を測定するため、ポンプ光に対して時間遅延が与えられる参照波である。
【００４８】
テラヘルツ波発生器２３は、例えば半導体素子であり、レーザ２１からポンプ光が照射された場合、テラヘルツ波を放射する。テラヘルツ波発生器２３が放射するテラヘルツ波の周波数は、例えば０．１〜５ＴＨｚ（テラヘルツ）である。なお、テラヘルツ波発生器２３は、非線形光学結晶であってもよい。
【００４９】
テラヘルツ波発生器２３により発生したテラヘルツ波は、ミラー２７により反射され、平行光として移動部２４に取り付けられた試料Ｓに照射される。移動部２４は、試料Ｓを把持し、固定する手段を備えている。移動部２４は、テラヘルツ波の進行方向と略直交する一方向に試料Ｓをモータの駆動により前進及び後進させる。
【００５０】
試料Ｓは、基板Ｋ及び基板Ｋ表面の薄膜Ｈを含む。薄膜Ｈは基板Ｋの一面の半分を占める領域にのみ形成されている。基板Ｋの一面の他の領域には、薄膜Ｈは形成されていない。すなわち、基板Ｋの一面には、薄膜が形成された成膜領域Ｆと薄膜が形成されていない非成膜領域Ｎとが形成されている。
【００５１】
試料Ｓを透過又は試料Ｓで反射したテラヘルツ波は、ミラー２８により反射されてテラヘルツ波検出器２５に届く。テラヘルツ波検出器２５は、例えば半導体素子であるが、非線形光学結晶であってもよい。
【００５２】
時間遅延機構２６は、ビームスプリッタ２２によって分けられたプローブ光の光路長を変化させ、ポンプ光に対してプローブ光に時間遅延を与える。時間遅延機構２６には、プローブ光を反射して折り返す可動のミラーが備えられている。このミラーを少しずつ反射方向に対して後方へ移動することにより、プローブ光の光路長は変化する。ポンプ光の光路長は一定であるため、時間遅延機構２６により時間遅延が与えられたプローブ光は、ポンプ光よりも遅れてテラヘルツ波検出器２５に達する。
【００５３】
試料Ｓを透過又は試料Ｓで反射したテラヘルツ波がテラヘルツ波検出器２５に入射する場合、入射したテラヘルツ波の電場強度に比例した電流がテラヘルツ波検出器２５に流れる。この電流は信号として、テラヘルツ波検出器２５からコンピュータ４に送信される。こうして時間遅延機構２６によりプローブ光に任意の時間遅延を与えることにより、テラヘルツ波の電場強度の時間波形が得られる。
【００５４】
実施の形態１に係る膜厚測定装置３は、例えば分光エリプソメータ３０である。
分光エリプソメータ３０は、薄膜Ｈに直線偏光波を照射し、照射光の波長を変えながら、ｐ偏光とｓ偏光の反射振幅比角Ψ及び位相差Δを測定する装置である。
【００５５】
図３は、実施の形態１に係る分光エリプソメータ３０のブロック図である。
Ｘｅランプ３１は、多数の波長成分を含む、いわゆる白色光源である。このＸｅランプ３１の発光は光ファイバ３２を介して偏光子３３に導かれる。偏光子３３により偏光された光は、測定対象である試料Ｓの表面に特定の入射角で入射する。試料Ｓからの反射は、光弾性変調器（ＰＥＭ）３４を介して検光子３５に導かれる。なお、ＰＥＭ３４の位置は偏光子３３の後ろか検光子３５の前のどちらでも可能である。
【００５６】
光弾性変調器（ＰＥＭ）３４により、反射光は５０ｋＨｚの周波数に位相変調されて、直線から楕円偏光までが作られる。そのため、数ミリ秒の分解能でΨ、Δが決定される。検光子３５の出力は光ファイバ３６を介して分光器３７に入力される。分光器３７は、波長ごとに測定を行い、測定結果をアナログ信号としてデータ取込機３８へ伝送する。データ取込機３８は、アナログ信号をデジタル信号に変換してコンピュータ４に送信する。
【００５７】
分光エリプソメトリでは、薄膜Ｈの厚さ、光学定数等を解析変数とする光学モデルを構築し、予め分光エリプソメータに記録しておく。分光エリプソメータは、光学モデルのシミュレーションを行い、Ψ及びΔの参照データを生成する。分光エリプソメータは、測定データ及び参照データをフィッティングし、測定データに最も合致した参照データを与える光学モデルの解析変数を測定結果として出力する。測定データ及び参照データのフィッティングは、単純な差の比較でもよいし、最小二乗法による比較でもよい。また、フィッティング誤差を最小にするために、線形回帰解析を用いてもよい。
【００５８】
分光エリプソメータ３０に、上記のフィッティング解析を実行するコンピュータを含めてもよいが、実施の形態１では、コンピュータ４が、受信した出力データに基づいて、上記のフィッティング解析を実行する。
【００５９】
図４は、実施の形態１に係るコンピュータ４のブロック図である。コンピュータ４は、制御部４１、ＲＯＭ（Read Only Memory）４２、ＲＡＭ（Random Access Memory）４３、通信部４４、操作部４５、表示部４６及び外部インタフェース４７を含む。
ＲＯＭ４２の内部にはプログラムが記録されている。制御部４１は、ＲＯＭ４２からプログラムを読み込み、各種処理を実行する。ＲＡＭ４３は、作業用の変数、測定データ等を一時的に記録する。通信部４４は、膜厚測定装置３から送信される膜厚に係るΨ、Δの信号を受信する。
【００６０】
操作部４５は、キーボード、マウス等の入力機器を含み、ユーザは操作部４５及び通信部４４を介してコンピュータ４を操作する。また、ユーザは操作部４５を介してテラヘルツ分光装置２及び膜厚測定装置３を操作することができる。表示部４６は、通信部４４及び操作部４５を介して入力されたデータ、制御部４１が実行した計算結果等を表示する。外部インタフェース４７は、図示しない外部の記録媒体と情報のやり取りをするインタフェースである。また、外部インタフェース４７はインターネットに接続することができるインタフェースでもある。
【００６１】
実施の形態１に係る基板Ｋは、透過波の測定誤差を低減するため、以下の工夫が施されている。
基板Ｋは結晶石英である。基板Ｋに結晶石英を用いることにより、広い周波数範囲で高精度の透過光の測定が可能になる。テラヘルツ波発生器２３が放射するテラヘルツ波は、中心周波数（０．３〜１ＴＨｚ）付近では強度が大きく、透過率の低い試料Ｓでも測定できる。しかし、５０ＧＨｚ（ギガヘルツ）又は５ＴＨｚ付近では強度が小さく、透過率の低い試料Ｓの測定が困難になる。そこで、基板Ｋに、例えば透過率の低い石英ガラスではなく、透過率の高い結晶石英を用いることにより、測定可能な透過波の周波数範囲を広げることができる。透過波の周波数範囲が広いほど、測定された透過波に基づいて実行される薄膜Ｈの物性解析の精度は向上する。
【００６２】
また、基板Ｋの表面及び裏面は、０．００１度以下、又は厚み１ｍｍに対して誤差１μｍ以下に該当する平行度を有している。後述する薄膜Ｈの透過率を算出するにあたり、基板Ｋは完全な平行平板であることを仮定している。また、基板Ｋのみを透過するテラヘルツ波と、基板Ｋ及び薄膜Ｈを透過するテラヘルツ波とは、同じ厚さの基板Ｋを透過することを仮定している。そのため、基板Ｋの平行度が高いほど、解析上の誤差を小さくすることができる。
【００６３】
さらに、基板Ｋの厚さは、１．０ｍｍと厚くしてある。このことは、基板Ｋ内で多重反射したテラヘルツ波の時間波形の削除と関係する。そこで、以下に基板Ｋ内でテラヘルツ波が多重反射する場合、多重反射が解析に及ぼす影響について説明する。
基板Ｋ内での多重反射の結果、遅れてきたテラヘルツ波の時間波形をフーリエ変換して周波数領域のスペクトルを得る場合、激しい干渉縞が現れ、データ解析を困難にする。そこで、基板Ｋ内で多重反射した反射波が時間波形に現れる時刻以降の波形を削除し、反射波の時間波形が現れない時間幅で、テラヘルツ波の時間波形をフーリエ変換することにより周波数領域のスペクトルを得る。
【００６４】
図５は、基板Ｋ内で多重反射したテラヘルツ波を含む電場強度の時間波形、フーリエ変換スペクトル及び透過率を示す説明図である。図５Ａは、基板Ｋ内で多重反射したテラヘルツ波を含む電場強度の時間波形を示す説明図である。縦軸はテラヘルツ波振幅であり、横軸は時間（単位はｐｓ）である。電場強度はテラヘルツ波振幅に比例する。太線は非成膜領域Ｎを透過した透過波の時間波形を、細線は成膜領域Ｆを透過した透過波の時間波形を示している。図５Ｂは、図５Ａの時間波形をフーリエ変化して得たフーリエ変換スペクトルを示す説明図である。縦軸はテラヘルツ波振幅であり、横軸は周波数（単位はテラヘルツ）である。太線は非成膜領域Ｎを透過した透過波のフーリエ変換スペクトルを、細線は成膜領域Ｆを透過した透過波のフーリエ変換スペクトルを示している。図５Ｃは、図５Ｂのフーリエ変換スペクトルから得た薄膜Ｈの透過率を示す説明図である。縦軸は透過率であり、横軸は周波数（単位はテラヘルツ）である。
【００６５】
図６は、基板Ｋ内で多重反射したテラヘルツ波を削除した場合の電場強度の時間波形、フーリエ変換スペクトル及び透過率を示す説明図である。図６Ａは、図５Ａから基板Ｋ内で多重反射したテラヘルツ波を削除した電場強度の時間波形を示す説明図である。縦軸はテラヘルツ波振幅であり、横軸は時間（単位はｐｓ）である。太線は非成膜領域Ｎを透過した透過波の時間波形を、細線は成膜領域Ｆを透過した透過波の時間波形を示している。図６Ｂは、図６Ａの時間波形をフーリエ変換して得たフーリエ変換スペクトルを示す説明図である。縦軸はテラヘルツ波振幅であり、横軸は周波数（単位はテラヘルツ）である。太線は非成膜領域Ｎを透過した透過波のフーリエ変換スペクトルを、細線は成膜領域Ｆを透過した透過波のフーリエ変換スペクトルを示している。図６Ｃは、図６Ｂのフーリエ変換スペクトルから得た薄膜Ｈの透過率を示す説明図である。縦軸は透過率であり、横軸は周波数（単位はテラヘルツ）である。
【００６６】
図５において、多重反射に起因する電場強度の時間波形を削除しないでフーリエ変換を行った場合、フーリエ変換スペクトルに激しい干渉縞が現れ、かかるフーリエ変換スペクトルから求められる薄膜Ｈの透過率の精度は低い。一方、図６の場合、２５ｐｓ以降に現れる多重反射に起因する電場強度の時間波形を削除している。そのため、フーリエ変換スペクトルに干渉縞は現れず、かかるフーリエ変換スペクトルから求められる薄膜Ｈの透過率の精度は、多重反射に起因する電場強度の時間波形を削除しない場合よりも高い。
【００６７】
最初の多重反射波が最初のメインパルスからΔｔ後に現れる場合、Δｔは式（１）から求められる。
Δｔ＝２ｎｄ／ｃ ・・・（１）
ただし、ｎは基板Ｋのテラヘルツ帯の屈折率、ｄは基板Ｋの厚さ、ｃは光速度である。
【００６８】
テラヘルツ波の吸収をおさえ、テラヘルツ波の透過率を高めるためには、基板Ｋは薄いほどよい。例えば、基板Ｋの厚さを０．２ｍｍ程度にした場合、試料Ｓの持ち運びに支障が出ない程度の機械的な強度を有し、テラヘルツ波の透過率を高めることができる。しかし、式（１）より、基板Ｋの厚さｄが薄いほど、Δｔは短くなり、多重反射波と最初のメインパルスとの分離は困難になる。
【００６９】
図５の例では、１３．５ｐｓのメインパルスはゆっくりした振動成分が２３ｐｓ付近まで続いており、多重反射波とメインパルスとを分離するためには、１０ｐｓ以上のΔｔが必要である。例えば、基板Ｋの厚さｄを１．０ｍｍとした場合、結晶石英のテラヘルツ帯の屈折率ｎはｎ＝２．１であるから、Δｔ＝１４．０ｐｓとなる。Δｔが１４ｐｓであれば、メインパルスと多重反射波との分離は十分可能である。しかし、基板Ｋの厚さを１．０ｍｍより厚くした場合、透過率が低くなり、透過率のＳＮ比が低下する。
【００７０】
実施の形態１では、結晶石英の基板Ｋの厚さは、メインパルスと多重反射波との分離の自由度を上げるために、余裕を持たせて１．０ｍｍという値に設定されている。
なお、基板Ｋの厚さは、例えばΔｔ＝１０ｐｓに対応する０．７ｍｍであってもよい。
ちなみに、図５の例でも、メインパルスが現れる１３．５ｐｓに対して、基板Ｋ内を１回反射した反射波が１４ｐｓ後の約２７．５ｐｓ付近に最初の多重反射波として現れている。
【００７１】
次に、実施の形態１に係る物性測定装置１の動作について説明する。ここでは、テラヘルツ波が試料Ｓを透過した透過波から薄膜Ｈの透過率を求め、この透過率に基づいて各物性を算出する場合について説明する。
ユーザは、基板Ｋのテラヘルツ帯の複素屈折率、基板Ｋの厚さ、真空の誘電率、薄膜Ｈについてのフリーキャリア以外の誘電率及び素電荷量を、操作部４５を介してＲＡＭ４３に記録する。あるいは、これらの数値は予めＲＯＭ４２に記録しておいてもよい。
【００７２】
まず、薄膜ＨのΨ、Δを分光エリプソメータ３０により測定し、測定したΨ、Δに基づいて算出した薄膜Ｈの厚さをＲＡＭ４３に記録しておく。
分光エリプソメータ３０に試料Ｓを設置し、コンピュータ４の操作部４５を介して偏光子３３から薄膜Ｈに偏光を入射する。制御部４１は、通信部４４を介してデータ取込機３８からΨ、Δの測定データを取得する。制御部４１は、測定データ及び参照データのフィッティング解析を実行し、薄膜Ｈの厚さを求める。制御部４１は、求めた薄膜Ｈの厚さをＲＡＭ４３に記録する。
【００７３】
なお、薄膜Ｈの厚さを操作部４５から手入力でＲＡＭ４３に記録する形態であってもよい。かかる場合、分光エリプソメータ３０にフィッティング解析を実行するコンピュータを組み込む。ユーザは、分光エリプソメータ３０と一体になったコンピュータの表示手段から薄膜Ｈの厚さを読み取り、読み取った薄膜Ｈの厚さを、操作部４５を介して手入力でＲＡＭ４３に記録する。
【００７４】
試料Ｓを移動部２４に取り付ける。コンピュータ４の制御部４１は、レーザ２１にフェトム秒パルスのレーザパルスをビームスプリッタ２２に向けて射出させる。レーザパルスは、ビームスプリッタ２２によりポンプ光とプローブ光とに分けられる。
【００７５】
ポンプ光が照射されたテラヘルツ波発生器２３は、テラヘルツ波を放射する。テラヘルツ波発生器２３が放射したテラヘルツ波は、ミラー２７により反射され、平行光として移動部２４に取り付けられた試料Ｓに数秒照射される。
試料Ｓを透過したテラヘルツ波又は試料Ｓで反射したテラヘルツ波は、ミラー２８により反射されてテラヘルツ波検出器２５に届く。
【００７６】
一方、ビームスプリッタ２２により分けられたプローブ光は、時間遅延機構２６により時間遅延が与えられ、テラヘルツ波検出器２５に達する。テラヘルツ波検出器２５は、入射した透過波の電場強度を示す信号をコンピュータ４へ送信する。制御部４１は、通信部４４を介してこの信号を受信し、この信号値をテラヘルツ波検出器２５が測定した透過波の電場強度としてＲＡＭ４３に記録する。
【００７７】
図７は、実施の形態１に係るテラヘルツ分光装置２による測定の説明図である。制御部４１は、前回の透過波が成膜領域Ｆの透過波であった場合、移動部２４をテラヘルツ波の進行方向に対して略直角方向に移動し、テラヘルツ波が非成膜領域Ｎを数秒照射するようにする。制御部４１は、前回の透過波が非成膜領域Ｎの透過波であった場合、移動部２４を上記と逆方向に移動し、テラヘルツ波が成膜領域Ｆを数秒照射するようにする。こうして、制御部４１は、移動部２４を繰り返し逆方向に移動することにより、テラヘルツ波が成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎを交互に照射するようにする。
なお、ここでの交互とは、成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎにテラヘルツ波を夫々１回ずつ照射することを繰り返す場合に限らない。例えば、成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎにテラヘルツ波を夫々２回ずつ照射することを繰り返してもよいし、夫々３回以上ずつ照射することを繰り返してもよい。
【００７８】
テラヘルツ波検出器２５は、試料Ｓの成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎからの透過波を交互に夫々数秒程度測定し、各信号をコンピュータ４に送信する。この測定は、例えば５０〜６０回繰り返される。制御部４１は、繰り返し受信した各信号から成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎにおける透過波の電場強度を積算し、ＲＡＭ４３に記録する。
なお、ロックイン検出法により、テラヘルツ波検出器２５からの信号のＳＮ比を向上させてもよい。
【００７９】
制御部４１は、時間遅延機構２６の反射ミラーを所定量だけ反射方向と反対の後方に移動し、所定の時間遅延を与えたプローブ光を用いて上記の処理を繰り返す。これにより、成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎにおける透過波の電場強度の時間変化がＲＡＭ４３に記録されることになる。つまり、制御部４１は、基板Ｋ及び薄膜Ｈを透過した透過波の時間領域の電場強度と、基板Ｋのみを透過した透過波の時間領域の電場強度とをＲＡＭ４３に記録する。このことは、基板Ｋ及び薄膜Ｈを透過した透過波の電場強度の時間波形を記録したことに該当する。
【００８０】
図８及び図９は、透過波の時間領域の電場強度を求める手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、レーザパルスを射出する（ステップＳ１０１）。制御部４１は、成膜領域Ｆを透過した透過波の電場強度を示す信号を受信し、ＲＡＭ４３に記録する（ステップＳ１０２）。制御部４１は、レーザパルスを停止する（ステップＳ１０３）。制御部４１は、移動部２４を移動して、入射波が非成膜領域Ｎを照射するようにする（ステップＳ１０４）。
制御部４１は、レーザパルスを射出する（ステップＳ１０５）。制御部４１は、非成膜領域Ｎを透過した透過波の電場強度を示す信号を受信し、ＲＡＭ４３に記録する（ステップＳ１０６）。制御部４１は、レーザパルスを停止する（ステップＳ１０７）。制御部４１は、移動部２４を移動して、入射波が成膜領域Ｆを照射するようにする（ステップＳ１０８）。
【００８１】
制御部４１は、所定回数測定したか否か判断する（ステップＳ１０９）。なお、ステップＳ１０９における所定回数は、例えば５０回である。制御部４１は、所定回数測定していないと判断した場合（ステップＳ１０９：ＮＯ）、ステップＳ１０１に処理を戻す。制御部４１は、所定回数測定したと判断した場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎを透過した透過波の電場強度を夫々積算し、積算した値をＲＡＭ４３に記録する（ステップＳ１１０）。
制御部４１は、時間遅延機構２６の反射ミラーが測定終了位置にあるか否か判断する（ステップＳ１１１）。制御部４１は、時間遅延機構２６の反射ミラーが測定終了位置にないと判断した場合（ステップＳ１１１：ＮＯ）、時間遅延機構２６の反射ミラーを所定量後方へ移動し（ステップＳ１１２）、ステップＳ１０１に処理を戻す。制御部４１は、時間遅延機構２６の反射ミラーが測定終了位置にあると判断した場合（ステップＳ１１１：ＹＥＳ）、処理を終了する。
【００８２】
制御部４１は、成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎにおける時間領域の電場強度をＲＡＭ４３から読み込み、読み込んだ時間領域の電場強度を式（２）に示すフーリエ変換により周波数領域の電場強度に変換する。
【００８３】
【数１】
【００８４】
ただし、Ｅ（ω）は周波数領域の電場強度、ωは周波数、Ｅ（ｔ）は時間領域の電場強度、ｔは時間、θ（ω）は位相である。
【００８５】
ここで制御部４１は、式（２）に示すフーリエ変換を実行するにあたり、最初のメインパルスから最初の多重反射波が現れる時刻Δｔを式（１）より求める。そのため、制御部４１は、基板Ｋのテラヘルツ帯の複素屈折率の実部及び基板Ｋの厚さをＲＡＭ４３から読み込み、Δｔを算出する。制御部４１は、試料Ｓの基板Ｋ及び薄膜Ｈにおける電場強度の時間波形と、基板Ｋのみにおける電場強度の時間波形とをＲＡＭ４３から読み込む。制御部４１は、時間領域の各電場強度をΔｔまでの時間幅でフーリエ変換により周波数領域の電場強度に変換する。制御部４１は、基板Ｋ及び薄膜Ｈにおける周波数領域の電場強度と、基板Ｋのみにおける周波数領域の電場強度とをＲＡＭ４３に記録する。
【００８６】
図１０は、基板Ｋ内の多重反射を除外した周波数領域の電場強度を求める手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、基板Ｋの屈折率と基板Ｋの厚さとをＲＡＭ４３から読み込む（ステップＳ２０１）。制御部４１は、基板Ｋの屈折率及び厚さから、メインパルスの後に多重反射波が最初に現れる時間を算出する（ステップＳ２０２）。制御部４１は、成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎにおける電場強度の時間波形をＲＡＭ４３から読み込む（ステップＳ２０３）。制御部４１は、ステップＳ２０２で求めた時間までの時間幅で、基板Ｋ及び薄膜Ｈ、並びに基板Ｋのみを透過した透過波の電場強度の時間波形をフーリエ変換する（ステップＳ２０４）。制御部４１は、フーリエ変換して得られた基板Ｋ及び薄膜Ｈ、並びに基板Ｋのみを透過した透過波の周波数領域の電場強度をＲＡＭ４３に記録し（ステップＳ２０５）、処理を終了する。
【００８７】
制御部４１は、基板Ｋ及び薄膜Ｈにおける周波数領域の電場強度と、基板Ｋのみにおける周波数領域の電場強度とをＲＡＭ４３から読み込む。制御部４１は、式（３）より薄膜Ｈの透過率を算出し、算出した透過率をＲＡＭ４３に記録する。
【００８８】
【数２】
【００８９】
ただし、Ｔ（ω）は薄膜Ｈの透過率、Ｅt2（ω）は基板Ｋ及び薄膜Ｈの周波数領域の電場強度、Ｅt1（ω）は基板Ｋのみの周波数領域の電場強度である。Ｅt2（ω）及びＥt1（ω）は、ある特定の周波数における位相を含めたテラヘルツ波の電場強度である。
【００９０】
なお、透過率の逆数の対数が反射率に該当することから、制御部４１は上記透過率から反射率を算出し、算出した反射率をＲＡＭ４３に記録してもよい。
【００９１】
制御部４１は、薄膜Ｈの複素屈折率を決定する。その決定方法は測定から求めた薄膜Ｈの透過率と計算から求めた薄膜Ｈの透過率との差が最小となるように、薄膜Ｈの複素屈折率を決定する。計算から求める薄膜Ｈの透過率は、以下の過程から求められる。
【００９２】
基板Ｋのテラヘルツ波の透過率は、式（４）で示される。
【００９３】
【数３】
【００９４】
ただし、Ｅ i（ω）は光路に試料Ｓを挿入しない状態での時間波形をフーリエ変換して得られる、ある特定の周波数における位相を含めたテラヘルツ波の電場強度である。また、ｔ02は空気から基板Ｋへテラヘルツ波が透過する場合の基板Ｋ界面での透過率、ｔ20は基板Ｋから空気へテラヘルツ波が透過する場合の基板Ｋ界面での透過率であり、ｔ02＝−ｔ20の関係がある。さらに、Ｎ Sは基板Ｋの複素屈折率Ｎ S＝ｎ−ｉｋ、νはテラヘルツ波の波数、ｄは基板Ｋの厚さである。
【００９５】
基板Ｋ及び薄膜Ｈのテラヘルツ波の透過率は、式（５）で示される。
【００９６】
【数４】
【００９７】
ただし、ｔthinは、テラヘルツ波が薄膜Ｈ内で多重反射する場合を含めた薄膜Ｈの透過率である。なお、式（４）及び式（５）では、基板Ｋは完全な平行平板であると仮定している。また、式（４）及び式（５）では、基板Ｋ内で多重反射した反射波の時間波形は解析において削除するため、テラヘルツ波が基板Ｋ内で多重反射することは考慮に入れていない。
【００９８】
式（４）及び式（５）から、基板Ｋの周波数領域の電場強度を参照用とした場合、薄膜Ｈの透過率Ｔ（ω）は式（６）で示される。
【００９９】
【数５】
【０１００】
式（６）における薄膜Ｈの透過率ｔthinｔ12／ｔ02は、基板Ｋの複素屈折率、薄膜Ｈの複素屈折率及び薄膜Ｈの厚さから計算可能である。
【０１０１】
式（７）は、テラヘルツ分光装置２により測定された透過率Ｅt2（ω）／Ｅt1（ω）と、式（６）より与えられる透過率との差からなる誤差関数Ｆ（ω）である。
【０１０２】
【数６】
【０１０３】
制御部４１は、テラヘルツ分光装置２により測定された透過率をＲＡＭ４３から読み込み、式（７）に代入する。制御部４１は、膜厚測定装置３の測定データに基づいて算出した薄膜Ｈの膜厚をＲＡＭ４３から読み込み、式（７）に代入する。制御部４１は、基板Ｋの複素屈折率をＲＡＭ４３から読み込み、式（７）に代入する。
【０１０４】
制御部４１は、薄膜Ｈの複素屈折率を変更しながら誤差関数Ｆ（ω）を計算し、誤差関数Ｆ（ω）の最小値を与える薄膜Ｈの複素屈折率を最終的な薄膜Ｈの複素屈折率に決定する。制御部４１は、決定した薄膜Ｈの複素屈折率をＲＡＭ４３に記録する。
なお、誤差関数Ｆ（ω）の最小値及び薄膜Ｈの複素屈折率を決定するにあたり、線形計画法のシンプレックス法等により計算の高速化を図ってもよい。また、誤差関数Ｆ（ω）の計算値が所定値より小さくなった場合、又は誤差関数Ｆ（ω）の計算回数が所定回数を超えた場合、計算を終了することにより、計算の高速化を図ってもよい。
【０１０５】
図１１は、薄膜Ｈの複素屈折率を算出する手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、ＲＡＭ４３から基板Ｋ及び薄膜Ｈにおける周波数領域の電場強度と、基板Ｋのみにおける周波数領域の電場強度とを読み込む（ステップＳ３０１）。制御部４１は、基板Ｋ及び薄膜Ｈにおける周波数領域の電場強度と、基板Ｋのみにおける周波数領域の電場強度とから、薄膜Ｈの透過率を算出する（ステップＳ３０２）。制御部４１は、透過率を求める計算式に代入する薄膜Ｈの複素屈折率以外のパラメータをＲＡＭ４３から読み込む（ステップＳ３０３）。
【０１０６】
制御部４１は、テラヘルツ波から測定した透過率と計算から求める透過率との差からなる誤差関数Ｆ（ω）に、薄膜Ｈの複素屈折率以外のパラメータを代入する（ステップＳ３０４）。制御部４１は、薄膜Ｈの複素屈折率を変更しながら誤差関数Ｆ（ω）を計算する（ステップＳ３０５）。制御部４１は、誤差関数Ｆ（ω）が最小となる場合に、薄膜Ｈの複素屈折率を決定し（ステップＳ３０６）、処理を終了する。
【０１０７】
制御部４１は、ＲＡＭ４３から薄膜Ｈの複素屈折率を読み込む。制御部４１は、ＲＡＭ４３から読み込んだ薄膜Ｈの複素屈折率を用いて、薄膜Ｈの複素誘電率及び薄膜Ｈの複素電気伝導度を算出する。ここで制御部４１は、複素誘電率と複素屈折率との関係を示す式（８）〜式（１０）及び複素誘電率と複素電気伝導度との関係を示す式（１１）〜式（１３）より、薄膜Ｈの複素誘電率及び薄膜Ｈの複素電気伝導度を算出する。
【０１０８】
ε＝Ｎ 2 ・・・（８）
ε 1＝ｎ 2−κ 2 ・・・（９）
ε 2＝２ｎκ ・・・（１０）
ただし、εは複素誘電率であり、ε＝ε 1−ｉε 2である。また、Ｎは複素屈折率であり、Ｎ＝ｎ−ｉκである。
【０１０９】
【数７】
【０１１０】
ただし、ε 0は真空の誘電率、ε∞はフリーキャリア以外の誘電率である。また、σは複素電気伝導度であり、σ＝σ 1−ｉσ 2である。
【０１１１】
制御部４１は、真空の誘電率及びフリーキャリア以外の誘電率をＲＡＭ４３から読み込み、読み込んだ真空の誘電率及びフリーキャリア以外の誘電率を上記の計算に使用する。
制御部４１は、算出した薄膜Ｈの複素誘電率及び薄膜Ｈの複素電気伝導度をＲＡＭ４３に記録する。
【０１１２】
制御部４１は、薄膜Ｈのキャリア移動度を決定する。その決定方法は、測定から求めた薄膜Ｈの複素電気伝導度と、電気伝導モデルにより計算した複素電気伝導度との差が最小となるように、薄膜Ｈのキャリア移動度を算出するパラメータを決定する。ここで使用可能な電気伝導モデルには、ドルーデモデル、拡張ドルーデモデル、局在化ドルーデモデル及びドルーデ−スミスモデルが含まれる。
【０１１３】
古典的電子ガスモデルであるドルーデモデルは、シリコン、ＧａＡｓ、一般的な半導体材料等に有効である。拡張ドルーデモデルは、電子相関が強い材料（高温超電導体など）に有効である。キャリアの局在化を考慮した局在化ドルーデモデルは、有機導電性材料等に有効である。ドルーデ−スミスモデルは、シリコンナノクリスタル等に有効である。以下では、ドルーデモデルを用いてキャリア移動度を決定する例について説明する。
【０１１４】
ドルーデモデルにより与えられる複素電気伝導度σ（ω）は、式（１４）で示される。
【０１１５】
【数８】
【０１１６】
ただし、Ｎ cはキャリア密度、ｅは素電荷量、τはキャリアの散乱時間、ｍ *は有効質量、Γ（＝１／τ）は散乱確率である。また、ω p 2はプラズマ周波数であり、式（１５）で示される。
【０１１７】
【数９】
【０１１８】
式（１６）は、測定から求めた薄膜Ｈの複素電気伝導度σ（ω）と、式（１４）により与えられる薄膜Ｈの複素電気伝導度との差からなる誤差関数Ｇ（ω）である。
【０１１９】
【数１０】
【０１２０】
制御部４１は、上記で算出した複素電気伝導度をＲＡＭ４３から読み出し、式（１６）のσ（ω）に代入する。また制御部４１は、真空の誘電率、素電荷量をＲＡＭ４３から読み込み、式（１６）に代入する。
【０１２１】
制御部４１は、薄膜Ｈのキャリア密度と、有効質量と、キャリアの散乱時間又は散乱確率とを変更しながら誤差関数Ｇ（ω）を計算し、誤差関数Ｇ（ω）の最小値を与える薄膜Ｈのキャリア密度と、有効質量と、キャリアの散乱時間又は散乱確率とを決定する。
なお、誤差関数Ｇ（ω）の最小値及び上記パラメータを決定するにあたり、線形計画法のシンプレックス法等により計算の高速化を図ってもよい。また、誤差関数Ｇ（ω）の計算値が所定値より小さくなった場合、又は誤差関数Ｇ（ω）の計算回数が所定回数を超えた場合、計算を終了することにより、計算の高速化を図ってもよい。
【０１２２】
以上は、電気伝導モデルにドルーデモデルを適用した場合のパラメータの決定である。制御部４１は、同様のパラメータ決定を拡張ドルーデモデル、局在化ドルーデモデル及びドルーデ−スミスモデルについても実行し、誤差関数Ｇ（ω）が最小となる電気伝導モデル及びパラメータを決定する。
制御部４１は、決定した電気伝導モデルと、薄膜Ｈのキャリア密度と、有効質量と、キャリアの散乱時間又は散乱確率とをＲＡＭ４３に記録する。
【０１２３】
制御部４１は、ＲＡＭ４３から素電荷量と、有効質量と、キャリアの散乱時間又は散乱確率とを読み込み、式（１７）からキャリア移動度を算出し、算出したキャリア移動度をＲＡＭ４３に記録する。
【０１２４】
【数１１】
【０１２５】
ただし、μはキャリア移動度である。
【０１２６】
図１２は、薄膜Ｈの電気的特性値を求める手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、薄膜Ｈの複素屈折率をＲＡＭ４３から読み込む（ステップＳ４０１）。制御部４１は、真空の誘電率及びフリーキャリア以外の誘電率をＲＡＭ４３から読み込む（ステップＳ４０２）。制御部４１は、読み込んだ薄膜Ｈの複素屈折率、真空の誘電率及びフリーキャリア以外の誘電率に基づいて、薄膜Ｈの複素誘電率及び複素電気伝導度を算出する（ステップＳ４０３）。
【０１２７】
制御部４１は、未選択の電気伝導モデルをドルーデモデル、拡張ドルーデモデル、局在化ドルーデモデル及びドルーデ−スミスモデルの中から１つ選択する（ステップＳ４０４）。制御部４１は、算出した複素電気伝導度を、テラヘルツ波から測定した複素電気伝導度と選択した電気伝導モデルから計算される複素電気伝導度との差からなる誤差関数Ｇ（ω）に代入する（ステップＳ４０５）。制御部４１は、誤差関数Ｇ（ω）に代入するパラメータをＲＡＭ４３から読み込む（ステップＳ４０６）。制御部４１は、誤差関数Ｇ（ω）に読み込んだパラメータを代入する（ステップＳ４０７）。制御部４１は、読み込んだパラメータ以外のパラメータを変更しながら誤差関数Ｇ（ω）を計算する（ステップＳ４０８）。
【０１２８】
制御部４１は、全ての電気伝導モデルについて誤差関数Ｇ（ω）を計算したか否か判断する（ステップＳ４０９）。制御部４１は、全ての電気伝導モデルについて誤差関数Ｇ（ω）を計算していないと判断した場合（ステップＳ４０９：ＮＯ）、別の電気伝導モデルについて誤差関数Ｇ（ω）を計算するため、ステップＳ４０４に処理を戻す。制御部４１は、全ての電気伝導モデルについて誤差関数Ｇ（ω）を計算したと判断した場合（ステップＳ４０９：ＹＥＳ）、誤差関数Ｇ（ω）が最小となる電気伝導モデル及びそのパラメータを決定する（ステップＳ４１０）。制御部４１は、決定した電気伝導モデルのパラメータに基づいて薄膜Ｈのキャリア移動度を算出し（ステップＳ４１１）、処理を終了する。
【０１２９】
実施の形態１に係る物性測定装置１によれば、試料Ｓの成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎを透過した透過波を移動部２４を用いて交互に測定する。これにより、テラヘルツ分光装置２のテラヘルツ波検出器２５の信号値の誤差を低減することができる。
テラヘルツ波検出器２５の信号値は完全に安定ではなく、透過波の１回の測定時間よりも十分長い周期のゆらぎがある。このゆらぎの原因は、例えばレーザ２１の長期的な出力ゆらぎ、外部からの機械的振動がテラヘルツ分光装置２の光学系に与える影響、温度変化等である。薄膜Ｈの膜厚が薄く、キャリア密度が低い場合、テラヘルツ波検出器２５の信号値は小さくなる。従って、テラヘルツ波検出器２５の信号値が小さい場合、テラヘルツ波検出器２５の信号値がゆらぎの中に埋もれてしまうおそれがある。
【０１３０】
また、成膜領域Ｆの測定と非成膜領域Ｎの測定との時間差がゆらぎの周期程度又はそれ以上に長い場合、成膜領域Ｆに照射されるテラヘルツ波の強度と非成膜領域Ｎに照射されるテラヘルツ波の強度とは、異なる。そのため、成膜領域Ｆと非成膜領域Ｎとの透過波の信号値を積算する場合、成膜領域Ｆに照射されるテラヘルツ波の平均強度と非成膜領域Ｎに照射されるテラヘルツ波の平均強度も異なることになる。よって、このようなテラヘルツ波の透過波に基づいて求められる透過率は、誤差が大きくなる。
そこで、ゆらぎの周期よりも十分短い時間間隔で成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎの透過波を交互に測定し、各信号値を積算することにより、成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎに照射されるテラヘルツ波の強度を平均的に同程度し、信号値に現れるゆらぎの影響を低減することができる。
【０１３１】
実施の形態１に係る物性測定装置１によれば、試料Ｓの成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎについて繰り返し測定した透過波の信号値を積算することにより、信号値のＳＮ比を向上させることができる。
テラヘルツ波検出器２５からの信号値には、透過波の信号成分の他にバックグラウンドのランダムな位相を有す白色雑音成分が含まれている。この白色雑音成分の位相は、測定のたびに異なる。しかし、透過波の信号成分の位相は一定である。そこで、透過波の信号値を積算することにより、白色雑音成分をキャンセルすることができ、透過波の信号成分のＳＮ比を向上させることができる。このＳＮ比を向上させることにより、テラヘルツ波発生器２３からのテラヘルツ波の強度が弱い周波数領域でも、透過波の測定が可能となり、薄膜Ｈの物性の解析精度が向上する。
【０１３２】
実施の形態１に係る物性測定装置１によれば、試料Ｓの基板Ｋ内で多重反射した透過波を削除した時間幅で、基板Ｋ及び薄膜Ｈの周波数領域の電場強度を求める。これにより、周波数領域における物性値スペクトルから、基板Ｋ内の多重反射によって生じる周期的な雑音を低減することができる。
【０１３３】
図１３は、基板Ｋ内の多重反射による影響を排除した薄膜Ｈの電気伝導度の解析結果を示す説明図である。縦軸は複素電気伝導度の実部であり、横軸は周波数（単位はテラヘルツ）である。実線は、多重反射波を削除した時間波形を用い、基板Ｋの透過波形を参照波形として解析した結果を示している。点線は、多重反射波を含む透過波の時間波形を用い、空気の透過波形を参照波形として解析した結果を示している。図１３より、多重反射による影響を排除しない場合に比べて、多重反射による影響を排除した場合、薄膜Ｈの電気伝導度スペクトルの精度が高いことは明らかである。
【０１３４】
実施の形態１に係る物性測定装置１によれば、基板Ｋのみの非成膜領域Ｎと基板Ｋ及び薄膜Ｈの成膜領域Ｆを測定対象とし、基板Ｋの周波数領域の電場強度を参照波形とすることにより、薄膜Ｈの透過率を基板Ｋの厚さを用いずに求めることができる。これにより、基板Ｋの厚さ情報を用いて薄膜Ｈの透過率を求める場合に比べて、基板Ｋの厚さの誤差による薄膜Ｈの透過率決定の精度低下を排除することができる。薄膜Ｈの透過率を精度よく求めることは、ひいては複素屈折率、複素誘電率、複素伝導率等の物性値の決定精度向上に寄与する。
【０１３５】
実施の形態１に係る物性測定装置１によれば、薄膜Ｈのキャリア移動度を求めるに際し、ドルーデモデルに加えて、拡張ドルーデモデル、局在化ドルーデモデル及びドルーデ−スミスモデルも利用する。これらのモデルを膜材料の特性に応じて使い分けることにより、より正確な薄膜Ｈのキャリア移動度を求めることができる。
【０１３６】
実施の形態２
実施の形態２は、実施の形態１の物性測定装置１にさらに赤外分光装置を組み込んだ形態に関する。実施の形態２に係る赤外分光装置は、基板Ｋ表面の薄膜Ｈに対して赤外域の反射率を非破壊で測定する。
【０１３７】
図１４は、実施の形態２に係る物性測定装置１０のブロック図である。
実施の形態２に係る物性測定装置１０は、テラヘルツ分光装置２、膜厚測定装置３、コンピュータ４及び赤外分光装置５を含む。なお、実施の形態２に係る物性測定装置１０は、膜厚測定装置３及び赤外分光装置５を含まなくてもよい。また、実施の形態２に係る物性測定装置１０は、膜厚測定装置３又は赤外分光装置５を含まなくてもよい。
テラヘルツ分光装置２、膜厚測定装置３及び赤外分光装置５は、夫々コンピュータ４と電気的に接続されている。
【０１３８】
以下、赤外分光装置５として、フーリエ変換赤外分光装置５０を例に説明するが、赤外分光装置５は分散型赤外分光光度計であってもよい。
フーリエ変換赤外分光装置５０は、干渉計を利用してインタフェログラムを測定する。フーリエ変換赤外分光装置５０が測定したインタフェログラムは、フーリエ変換赤外分光装置５０からコンピュータ４に送信される。コンピュータ４は、インタフェログラムをフーリエ変換して、赤外域の反射率（周波数領域の反射スペクトル）を得る。
【０１３９】
図１５は、実施の形態２に係るフーリエ変換赤外分光装置５０のブロック図である。
フーリエ変換赤外分光装置５０は、赤外光源５１、干渉計５２、試料室５３、検出器５４及びＡＤ変換器５５を含む。
赤外光源５１は、例えばグローバー光源であり、５〜２３４ＴＨｚの赤外光を発生させる。赤外光源５１が発生した赤外光は、干渉計５２に入射する。
【０１４０】
干渉計５２は、例えばマイケルソン干渉計であり、赤外光源５１からの入射光を２分するビームスプリッタ５２１、２分された光を再びビームスプリッタに戻す移動鏡５２２及び固定鏡５２３を含む。２分された光は移動鏡５２２及び固定鏡５２３により反射され、ビームスプリッタ５２１で干渉光に合成される。干渉計５２により合成された干渉光は、試料室５３に設置された試料Ｓに照射される。
【０１４１】
試料室５３は、いわゆる後置試料室である。なお、フーリエ変換赤外分光装置５０は、前置試料室を含んでもよい。試料Ｓを透過又は試料Ｓで反射した干渉光は、検出器５４に集光される。
【０１４２】
検出器５４は、試料Ｓで反射又は試料Ｓを透過した干渉光を検出し、インタフェログラムのアナログ電気信号に変換する。
ＡＤ変換器５５は、検出器５４によりアナログ電気信号に変換されたインタフェログラムを増幅し、デジタル化する。デジタル化されたインタフェログラムは、コンピュータ４へ送信される。
【０１４３】
コンピュータ４の制御部４１は、通信部４４を介して、ＡＤ変換器５５からインタフェログラムを受信する。制御部４１は、受信したインタフェログラムをフーリエ変換し、赤外域の反射スペクトルを算出する。制御部４１は、算出した赤外域の反射スペクトルをＲＡＭ４３に記録する。
【０１４４】
実施の形態２における薄膜Ｈの厚さを測定する測定法は、段差測定法である。実施の形態２における膜厚測定装置３は、例えば触針段差計である。触針段差計は、先の尖った針で試料Ｓの非成膜領域Ｎ及び成膜領域Ｆの間の表面を走査することにより膜厚を測定する。触針段差計は、測定した膜厚に係る信号を物性測定装置１０のコンピュータ４へ送信する送信手段を有している。
【０１４５】
次に、実施の形態２に係る物性測定装置１０の動作について説明する。
ユーザは、基板Ｋのテラヘルツ帯の複素屈折率、基板Ｋの厚さ、真空の誘電率及び素電荷量を、操作部４５を介してＲＡＭ４３に記録する。また、ユーザは、試料Ｓの有効質量を、操作部４５を介してＲＡＭ４３に記録する。あるいは、これらの数値は予めＲＯＭ４２に記録しておいてもよい。
なお、試料Ｓの有効質量は、文献値又は他の確立した移動度評価手段との比較によって決定する。
【０１４６】
まず、試料Ｓを触針段差計に設置し、針を試料Ｓ表面に接触させて成膜領域Ｆから非成膜領域Ｎへ移動させる。成膜領域Ｆ及び非成膜領域Ｎの間の段差による針の上下は信号に変換される。変換された信号は送信手段により、コンピュータ４へ送信される。
制御部４１は、通信部４４を介して針の上下を示す信号を触針段差計から受信し、薄膜Ｈの厚さを算出する。制御部４１は、算出した薄膜Ｈの厚さをＲＡＭ４３に記録する。
【０１４７】
なお、薄膜Ｈの厚さを操作部４５から手入力でＲＡＭ４３に記録する形態であってもよい。かかる場合、触針段差計に薄膜Ｈの厚さを算出するコンピュータを組み込む。ユーザは、触針段差計と一体になったコンピュータの表示手段から薄膜Ｈの厚さを読み取り、読み取った薄膜Ｈの厚さを、操作部４５を介して手入力でＲＡＭ４３に記録する。
【０１４８】
次に、試料Ｓをフーリエ変換赤外分光装置５０の試料室５３に設置する。制御部４１は、赤外光源５１に赤外光を放射させる。赤外光源５１から放射された赤外光は、干渉計５２に入射され、干渉光が合成される。合成された干渉光は、試料室５３に設置した試料Ｓの成膜領域Ｆに照射される。試料Ｓからの反射光は、検出器５４に集光され、インタフェログラムのアナログ信号に変換される。インタフェログラムのアナログ信号は、ＡＤ変換器５５により増幅され、デジタル変換される。ＡＤ変換器５５は、変換したインタフェログラムのデジタル信号をコンピュータ４へ送信する。
【０１４９】
制御部４１は、通信部４４を介してインタフェログラムのデジタル信号をＡＤ変換器５５から受信する。制御部４１は、受信したインタフェログラムをフーリエ変換して、成膜領域Ｆの薄膜Ｈに対する反射率（周波数領域の反射スペクトル）を算出する。制御部４１は、算出した反射率をＲＡＭ４３に記録する。
【０１５０】
なお、反射率を操作部４５から手入力でＲＡＭ４３に記録する形態であってもよい。かかる場合、フーリエ変換赤外分光装置５０に反射率を算出するコンピュータを組み込む。ユーザは、フーリエ変換赤外分光装置５０と一体になったコンピュータの表示手段から反射率を読み取り、読み取った反射率を、操作部４５を介して手入力でＲＡＭ４３に記録する。
【０１５１】
試料Ｓをテラヘルツ分光装置２の移動部２４に取り付ける。
実施の形態１と同様に、制御部４１は、テラヘルツ分光装置２の測定データに基づいて、基板Ｋ及び薄膜Ｈを透過した透過波の周波数領域の電場強度と、基板Ｋのみを透過した透過波の周波数領域の電場強度とを求める。
また、実施の形態１と同様に、制御部４１は、基板Ｋ及び薄膜Ｈを透過した透過波の周波数領域の電場強度と、基板Ｋのみを透過した透過波の周波数領域の電場強度とに基づいて、薄膜Ｈの透過率、複素屈折率、複素誘電率及び複素電気伝導度を求める。制御部４１は、これらの各物性値をＲＡＭ４３に記録する。
【０１５２】
ここでは、実施の形態１と異なる部分について説明する。
式（７）から薄膜Ｈの複素屈折率を求めるに際し、制御部４１は式（７）の薄膜Ｈの厚さとして、触針段差計により測定した膜厚をＲＡＭ４３から読み込み、式（７）に代入する。
【０１５３】
実施の形態１ではフリーキャリア以外の誘電率は既知としたが、実施の形態２ではフリーキャリア以外の誘電率は未知とする。そこで、予めキャリア密度が低い膜材料についてフーリエ変換赤外分光装置５０により反射率を測定し、測定した反射率をＲＡＭ４３に記録しておく。そして、測定した反射率からフリーキャリア以外の複素誘電率を算出する。
フリーキャリア以外の複素誘電率は、バックグラウンド成分とも呼ばれる。フリーキャリア以外の複素誘電率が生じる原因には、試料Ｓの分子構造、結晶構造等に依存する振動モード、電子分極等が挙げられるが、試料Ｓの物性によってその内容は異なる。
【０１５４】
図１６は、フリーキャリア以外の複素誘電率を算出する手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、ＲＡＭ４３からキャリア密度が低い膜材料についてフーリエ変換赤外分光装置５０が測定した反射率を読み込む（ステップＳ５０１）。制御部４１は、読み込んだ屈折率からクラマース・クロニッヒ変換により位相変化を算出する（ステップＳ５０２）。制御部４１は、反射率と位相変化とから複素屈折率を算出する（ステップＳ５０３）。制御部４１は、算出した複素屈折率を二乗してフリーキャリア以外の複素誘電率を算出する（ステップＳ５０４）。
【０１５５】
実施の形態１では、テラヘルツ分光装置２の測定に基づく複素電気伝導度と電気伝導モデルにより計算した複素電気伝導度との差から、電気伝導モデルのパラメータを決定した。
実施の形態２では、テラヘルツ分光装置２による複素電気伝導度の測定値と複素電気伝導度の計算値とのフィッティング、及びフーリエ変換赤外分光装置５０による反射率の測定値と反射率の計算値とのフィッティングを行い、電気伝導モデルのパラメータを決定する。
【０１５６】
まず、制御部４１は、４種の電気伝導モデル（ドルーデモデル、拡張ドルーデモデル、局在化ドルーデモデル及びドルーデ−スミスモデル）について、複素電気伝導度を０．１〜２３４ＴＨｚの周波数で算出する。そして、制御部４１は、算出した複素電気伝導度とテラヘルツ分光装置２により測定した複素電気伝導度とのフィッティングを行う。ここでのフィッティングには、テラヘルツ分光装置２が０．１〜５ＴＨｚについて測定した複素電気伝導度が用いられる。
【０１５７】
制御部４１は、４種の電気伝導モデル全体について、一致度の高い順に所定数の各パラメータを決定する。制御部４１は、決定したパラメータと、そのパラメータに対応した複素電気伝導度とをＲＡＭ４３に記録する。
なお、上記では、４種の電気伝導モデル全体について、一致度の高い順に所定数だけパラメータを決定した。しかし、４種の電気伝導モデルごとに、最良フィッティングのパラメータを１通りのみ決定してもよい。あるいは、４種の電気伝導モデルごとに、最良及び最良に次いで一致する２通りのパラメータを決定してもよい。また、４種の電気伝導モデルごとに、３通り以上のパラメータを決定してもよい。
【０１５８】
制御部４１は、決定した複数の複素電気伝導度に基づいて、反射率を算出する。その内容は以下の通りである。
制御部４１は、複素電気伝導度から式（１１）〜式（１３）を用いてフリーキャリアの複素誘電率を算出する。ここで、制御部４１は、図１６で示したように、赤外域の反射率に基づいて求めたフリーキャリア以外の複素誘電率（あるいはバックグラウンド成分）を、算出したフリーキャリアの複素誘電率に加算する。制御部４１は、加算した複素誘電率から式（８）〜式（１０）を用いて複素屈折率を算出する。制御部４１は、求めた複素屈折率から次式（１８）を用いて反射率を算出する。制御部４１は、算出した反射率をＲＡＭ４３に記録する。
【０１５９】
【数１２】
【０１６０】
ただし、Ｒ（ω）は反射率、Ｎt （ω）は複素屈折率である。なお、式（１８）の反射率は、電磁波が試料Ｓの表面に対して垂直に入射した場合に、試料Ｓの表面で反射した成分だけを表す。試料Ｓの表面に対して一定の角度から電磁波を入射させる場合、又は薄膜Ｈ内での多重反射、あるいは電磁波の偏波方向を考慮する場合には、条件に合わせた数式を利用して反射率を算出する。
制御部４１は、テラヘルツ分光装置２の測定データによるフィッティングで決定した複素電気伝導度の数だけ、上記の計算を繰り返す。
【０１６１】
制御部４１は、算出した反射率とフーリエ変換赤外分光装置５０により測定した反射率とのフィッティングを行う。このフィッティングは５〜２３４ＴＨｚの周波数について行われる。
具体的には、算出した反射率の計算値とフーリエ変換赤外分光装置５０により測定した反射率との差が最小となる場合、その反射率の計算値に対応した電気伝導モデルと、パラメータ（キャリア密度、キャリアの散乱時間又は散乱確率）とを決定する。
制御部４１は、予めＲＡＭ４３に記録した有効質量と、決定したキャリアの散乱時間又は散乱確率とに基づいて、式（１７）よりキャリア移動度を算出し、算出したキャリア移動度をＲＡＭ４３に記録する。
【０１６２】
図１７及び図１８は、実施の形態２に係る電気伝導モデルのパラメータを決定する手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、テラヘルツ分光装置２により測定した複素電気伝導度をＲＡＭ４３から読み込む（ステップＳ６０１）。制御部４１は、有効質量をＲＡＭ４３から読み込む（ステップＳ６０２）。制御部４１は、図１６の手順に従ってフリーキャリア以外の複素誘電率を算出し、ＲＡＭ４３に記録する（ステップＳ６０３）。
【０１６３】
制御部４１は、複数の電気伝導モデルについて、複素電気伝導度のパラメータを変更しながら、周波数０．１〜２３４ＴＨｚで複素電気伝導度を算出する（ステップＳ６０４）。ここで、パラメータの一つである有効質量は、ステップＳ６０２で読み込んだ値を使用する。制御部４１は、算出した各複素電気伝導度を算出に用いたパラメータと対応付けてＲＡＭ４３に記録する（ステップＳ６０５）。制御部４１は、ＲＡＭ４３からステップＳ６０５で記録した複素電気伝導度を読み込み、読み込んだ複素電気伝導度と、ステップＳ６０１で読み込んだ複素電気伝導度とのフィッティングを行う（ステップＳ６０６）。制御部４１は、一致度の高い順に所定数のパラメータ及び複素電気伝導度の計算値をＲＡＭ４３に記録する（ステップＳ６０７）。
【０１６４】
制御部４１は、ＲＡＭ４３から一致度のよい一つの複素電気伝導度を読み込む（ステップＳ６０８）。制御部４１は、読み込んだ複素電気伝導度からフリーキャリアの複素誘電率を算出する（ステップＳ６０９）。制御部４１は、算出したフリーキャリアの複素誘電率と、ステップＳ６０３で記録したフリーキャリア以外の複素誘電率とを加算し、トータルの複素誘電率を算出する（ステップＳ６１０）。制御部４１は、算出したトータルの複素誘電率から複素屈折率を算出する（ステップＳ６１１）。
【０１６５】
制御部４１は、算出した複素屈折率から反射率を算出する（ステップＳ６１２）。制御部４１は、ステップＳ６０７で記録した複素電気伝導度の全てについて、反射率を求めたか否か判断する（ステップＳ６１３）。制御部４１は、全ての複素電気伝導度について、反射率を求めていないと判断した場合（ステップＳ６１３：ＮＯ）、ステップＳ６０８へ処理を戻す。制御部４１は、全ての複素電気伝導度について、反射率を求めたと判断した場合（ステップＳ６１３：ＹＥＳ）、測定した赤外域の反射率をＲＡＭ４３から読み込む（ステップＳ６１４）。
【０１６６】
制御部４１は、測定した赤外域の反射率と、算出した赤外域の反射率とのフィッティングを行う（ステップＳ６１５）。制御部４１は、最も一致度のよい赤外域の反射率の計算値に対応する電気伝導モデル及びそのパラメータを決定して、ＲＡＭ４３に記録し（ステップＳ６１６）、処理を終了する。
【０１６７】
実施の形態２に係る物性測定装置１０によれば、薄膜Ｈの厚さを段差法により測定する。段差法は、膜厚が１μｍ以上である場合、高精度で膜厚を測定することができる。
有機薄膜材料等の膜の場合、厚さが１μｍ未満の膜を形成することは困難である。そのため、物性測定対象が有機薄膜材料等の膜である場合には、段差法で膜厚を測定することにより、高精度の測定値を得ることができる。一方、膜厚が１μｍ未満の場合には、実施の形態１で扱った分光エリプソメトリが、高精度かつ非接触で膜厚を測定することができる。従って、測定対象の膜の厚さが１μｍ未満か、１μｍ以上かにより、膜厚測定方法を使い分けることにより、幅広い薄膜材料に対して複素屈折率、電気伝導度等の物性値の測定精度を向上させることができる。
【０１６８】
図１９は、テラヘルツ帯の電気伝導度とキャリア移動度との関係を示す説明図である。縦軸は電気伝導度であり、横軸は周波数（単位はテラヘルツ）である。図１９は、キャリア密度が３×１０20／ｃｍ3 であり、様々な散乱確率（周波数）Γ／２π（ＴＨｚ）及びキャリア移動度μ（ｃｍ2 ／Ｖｓ）を有す試料Ｓについて、測定した電気伝導度を示している。図１９より、キャリア移動度が低い場合、テラヘルツ帯の電気伝導度スペクトルは一定になり、複素電気伝導度のパラメータであるキャリア密度、散乱確率を決定することが困難になることがわかる。キャリア移動度が低い場合は、例えば、μ＝６９．２、１３．６、２．７３ｃｍ2 ／Ｖｓの場合である。従って、試料Ｓのキャリア移動度が低い場合、テラヘルツ分光装置２単体で試料Ｓのキャリア移動度を決定することは困難である。
一方、テラヘルツ帯の電気伝導度実部スペクトルは、バックグラウンド成分に依存しないため、定量性が高い。
【０１６９】
図２０は、赤外域の反射率とキャリア移動度との関係を示す説明図である。縦軸は赤外域の反射率であり、横軸は周波数（単位はテラヘルツ）である。図２０は、キャリア密度が３×１０20／ｃｍ3 であり、様々な散乱確率（周波数）Γ／２π（ＴＨｚ）及びキャリア移動度μ（ｃｍ2 ／Ｖｓ）を有す試料Ｓについて、計算した赤外域の反射率を示している。図２０より、赤外域の反射率はキャリア移動度に応じて変化することがわかる。ただし、図２０の計算はフリーキャリアのみを考慮している。しかし、測定される赤外域の反射率には様々なバックグラウンド成分が含まれており、赤外分光装置５単体で試料Ｓのキャリア移動度を決定することは困難である。
一方、測定される赤外域の反射率からバックグラウンド成分が精度よく得られない場合、定量性は低くなる。
【０１７０】
実施の形態２に係る物性測定装置１０によれば、図１９及び図２０に示されるテラヘルツ分光装置２と赤外分光装置５との長所と短所を互いに補うことで、測定値及び計算値のフィッティングの精度を向上させることができる。
テラヘルツ分光装置２単体では、低キャリア移動度の試料Ｓのキャリア移動度の測定は困難である。そこで、キャリア移動度の低い試料Ｓについてキャリア移動度を測定するためには、赤外分光装置５を併用するとよい。他方、赤外分光装置５単体では、キャリア移動度の評価精度が低い。そこで、テラヘルツ分光装置２を併用するとよい。
つまり、実施の形態２に係る物性測定装置１０によれば、低キャリア移動度の試料Ｓについても、キャリア移動度を高精度で測定することができる。
【０１７１】
テラヘルツ分光装置２と赤外分光装置５とを結合することにより、測定可能な周波数範囲を広げことができ、様々な物性の試料Ｓに対して、電気伝導モデル及びそのパラメータをより高精度で決定することができる。当然、決定した電気伝導モデルのパラメータを用いて計算されるキャリア移動度の精度も担保されることになる。
【０１７２】
本実施の形態２は以上の如きであり、その他は実施の形態１と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１７３】
実施の形態３
実施の形態３は、可撓性を有す基板Ｋの上に薄膜Ｈを形成するロールツーロール製造ラインに、アニール装置と物性測定装置とを組み込んだ薄膜基板製造システムに関する。
【０１７４】
図２１は、実施の形態３に係る薄膜基板製造システム６のブロック図である。
薄膜基板製造システム６は、基板移送部７、成膜装置８、アニール装置９、実施の形態１に係る物性測定装置１及びコンピュータ４０を含む。なお、物性測定装置１は実施の形態２に係る物性測定装置１０でもよい。
成膜装置８、アニール装置９及び物性測定装置１は、この順に移送ラインの上流から下流へ配置されている。
【０１７５】
基板移送部７は、巻き出しロール７１、巻き取りロール７２及び基板Ｋを移送する移送ロール７３ａ、７３ｂを含む。基板移送部７は、巻き出しロール７１に巻かれた基板Ｋを、適切な張力及び速度で引き出し、成膜装置８及びアニール装置９により形成された薄膜基板を巻き取りロール７２に巻き取る。移送ロール７３ａ、７３ｂは、回転駆動により基板Ｋを上流から下流へ移送する。基板移送部７の動作は、連続的又は不連続的である。
【０１７６】
図２１には、移送ロール７３ａ、７３ｂが２本描かれているが、移送ロール７３ａ、７３ｂの数は一例であり、適宜増減することができる。なお、基板移送部７は、基板Ｋの移送能率を向上するために、基板Ｋを移送ロール７３ａ、７３ｂとの間で夫々挟む複数の押さえロールを含んでもよい。
図２１では、基板移送部７は基板Ｋの幅方向を水平方向に保持して、基板Ｋを水平方向に移送している。しかし、基板移送部７は基板Ｋの幅方向を鉛直方向に保持して、基板Ｋを鉛直方向に移送してもよい。
【０１７７】
成膜装置８は、例えば印刷により基板Ｋ表面に膜パターンを形成するパターン形成装置である。印刷によるパターン形成の対象は、ソース・ドレイン印刷、半導体印刷、ゲート印刷等を含む。なお、成膜装置８は、ガスから材料を基板Ｋ上に堆積させるＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置等であってもよい。
【０１７８】
アニール装置９は、成膜装置が形成した基板Ｋ表面の薄膜Ｈに対して、アニール処理を行い、電気伝導度等の膜特性を向上させる。アニール装置９は、センチ波、ミリ波又はサブミリ波の電磁波を薄膜Ｈに照射するアニール装置である。アニール装置９の詳細は後述する。
なお、アニール装置９は、レーザアニール装置又は大気圧プラズマアニール装置であってもよい。
【０１７９】
図２２は、実施の形態３に係るコンピュータ４０のブロック図である。
コンピュータ４０の構成は、物性測定装置１に含まれるコンピュータ４の構成と同様である。なお、コンピュータ４０は、物性測定装置１に含まれるコンピュータ４で代用してもよい。
コンピュータ４０は、実施の形態３に係る基板移送部７、成膜装置８、アニール装置９及び物性測定装置１と電気的に接続されており、これら装置を制御する。
【０１８０】
図２３は、実施の形態３に係るアニール装置９のブロック図である。
実施の形態３に係るアニール装置９は、処理容器９２、ガス導入機構９３、排気機構９４、載置台９５、放射温度計９６、熱電変換素子制御部９７、電磁波供給部９８及びコンピュータ９９を含む。
【０１８１】
処理容器９２は、例えばアルミニウムにより直方体状に形成されており、接地されている。処理容器９２の天井部は開口されており、この開口部にはシール部材９２１を介して、天板９２２が気密に設けられている。天板９２２の材料は、例えば石英、窒化アルミニウム等である。
なお、処理容器９２の形状は、上部が開口された直方体状に限らず、円柱状又は箱状であってもよい。
【０１８２】
処理容器９２の側壁の対向位置に、アニール前の基板Ｋ及び薄膜Ｈを搬入する搬入口９２３と、アニール後の基板Ｋ及び薄膜Ｈを搬出する搬出口９２４とが開口されている。搬入口９２３及び搬出口９２４は、夫々基板Ｋの幅よりも長いスリット状をなし、略同じ高さに設けられている。
搬入口９２３及び搬出口９２４には、夫々シャッタ９２Ａ、９２Ｂが設けられている。シャッタ９２Ａ、９２Ｂは、基板移送部７が基板Ｋの移送を停止し、基板Ｋ及び薄膜Ｈに電磁波が照射される場合、処理容器９２内部の電磁波及びガスが外部へ漏れないように、夫々搬入口９２３及び搬出口９２４を閉じる。また、シャッタ９２Ａ、９２Ｂは、夫々軟らかい金属、例えばインジウム、銅等から形成されており、基板移送部７が基板Ｋの移送を停止した場合、基板Ｋを圧接する。
処理容器９２底部の周縁部には、排気機構９４と接続される排気口９２５が設けられている。
【０１８３】
ガス導入機構９３は、処理容器９２の側壁を貫通する２本のガスノズル９３１Ａ、９３１Ｂからなり、図示しないガス供給源から処理に必要なガスを処理容器９２に供給する。ここでのガスは、例えばアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスや窒素等である。
なお、ガスノズル９３１Ａ、９３１Ｂの本数は、２本に限るものではなく、適宜増減してもよい。
【０１８４】
排気機構９４は、排気が流通する排気通路９４１、排気圧力を制御する圧力制御弁９４２及び処理容器９２内部の雰囲気を排出する排気ポンプ９４３を含む。排気ポンプ９４３は、排気通路９４１及び圧力制御弁９４２を介して、処理容器９２内部の雰囲気を、真空を含む減圧程度まで排気することができる。
【０１８５】
載置台９５は、処理容器９２の底部に形成された開口に、シール部材９２６を介在させて気密に取り付けられている。載置台９５は接地されている。
載置台９５は、載置台本体９５１と、熱電変換素子９５２と、載置板９５３とを含む。載置台本体９５１の上に熱電変換素子９５２が、熱電変換素子９５２の上に載置板９５３が配置される。載置板９５３の上には、基板Ｋが載置するように構成されている。
【０１８６】
放射温度計９６は、放射温度計本体９６１と光ファイバ９６２とを含み、載置板９５３の温度を測定する。放射温度計９６が測定した載置板９５３の温度は、コンピュータ９９に送信される。載置板９５３の温度を受信したコンピュータ９９は、載置板９５３及び薄膜Ｈの間の温度勾配を考慮して、載置板９５３の温度を薄膜Ｈの温度に変換する。
【０１８７】
載置台本体９５１には、上面から下面までを上下方向に貫通する貫通孔９５４が形成されており、貫通孔９５４には光ファイバ９６２が気密に挿通されている。光ファイバ９６２は、載置板９５３の下面直下から載置台本体９５１の底面を突き抜けて下方へ延び、処理容器９２外部に設けられた放射温度計本体９６１と接続されている。光ファイバ９６２は、載置板３４からの輻射光を放射温度計本体９６１に案内することができようになっている。このようにして、放射温度計９６は、載置板９５３の温度を測定することができるように構成されている。
なお、処理容器９２の側壁を貫通する貫通孔を設け、貫通孔に気密に挿通された光ファイバが直接薄膜Ｈからの輻射光を取り入れてもよい。これにより、薄膜Ｈの温度の直接測定が可能となる。
【０１８８】
熱電変換素子９５２は、基板Ｋを冷却する板状の冷却手段であり、例えばペルチェ素子が用いられる。ペルチェ素子は、ペルチェ効果を利用した板状の半導体素子であり、直流電流を流すことにより一面で発熱が起こり、他面で吸熱が起こる。ここでは、基板Ｋに近い熱電変換素子９５２の上側面で吸熱を起こし、基板Ｋを冷却する。他方、熱電変換素子９５２下側面では発熱が起こる。
【０１８９】
熱電変換素子９５２は、処理容器９２外部に設けられた熱電変換素子制御部９７とリード線９７１を介して電気的に接続されている。熱電変換素子制御部９７は、アニール時に熱電変換素子９５２に供給する電流の方向と大きさとを制御する。
【０１９０】
熱電変換素子９５２の下側面と対向する載置台本体９５１の上部には、冷媒流路９５５が載置台本体９５１上面と略平行な面に沿って形成されている。冷媒流路９５５は、冷媒導入管９５６と冷媒排出管９５７とを介して、冷媒を供給する冷媒循環器９５８に接続されている。冷媒循環器９５８が動作することにより、アニール時に冷媒が冷媒流路９５５を流通循環し、熱電変換素子９５２の下側面で発熱した熱を冷媒が奪うように構成されている。これにより、熱電変換素子９５２の冷却効率が向上する。
なお、冷媒流路９５５に高温の温媒を流通循環させることも可能である。
【０１９１】
載置板９５３は、例えば酸化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ゲルマニウム、シリコン等の材料から製作される。
なお、載置台９５に載置板９５３を設けず、熱電変換素子９５２の上に、直接基板Ｋが載置するように構成してもよい。
【０１９２】
電磁波供給部９８は、処理容器９２の天板９２２の上方に設けられている。電磁波供給部９８は、電磁波発生源９８１、導波管９８２及び入射アンテナ９８３を含む。電磁波発生源９８１は導波管９８２の一端と接続され、導波管９８２の他端は入射アンテナ９８３と接続されている。
【０１９３】
電磁波発生源９８１には、例えばジャイロトロン又はマグネトロンを用いることができる。ジャイロトロンはミリ波からサブミリ波にかけての電磁波を発生する。マグネトロンはセンチ波の電磁波を発生する。電磁波発生源９８１は、発生した電磁波を導波管９８２に出力する。
【０１９４】
導波管９８２は、電磁波発生源９８１で発生した電磁波を入射アンテナ９８３に伝搬させる金属製の管であり、円形又は矩形の断面形状を有す。
【０１９５】
入射アンテナ９８３は、天板９２２の上面に設けられた板であり、例えば表面が銀メッキされた銅板又はアルミニウム板である。入射アンテナ９８３には、図示しない複数の鏡面反射レンズや反射ミラーが設けられており、導波管９８２から導かれた電磁波を処理容器９２の処理空間に向けて反射して導入できるよう構成されている。
なお、入射アンテナ９８３は、処理容器９２の側壁に設けられていてもよい。
【０１９６】
コンピュータ９９は、アニール装置９全体の動作を制御する。コンピュータ９９の構成は、物性測定装置１に含まれるコンピュータ４と同様の構成である。
【０１９７】
コンピュータ９９は、例えばガス導入機構９３が処理容器９２に導入するガスの供給及びガスの流量を制御する。コンピュータ９９は、電磁波供給部９８が発生する電磁波、及び電磁波供給部９８への供給電力を制御する。また、コンピュータ９９は、放射温度計９６からの信号に基づき、アニール温度を制御する。
【０１９８】
実施の形態３で対象とする基板Ｋは、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）等のフィルムである。これらのプラスチック基板材料のガラス転移点は、夫々１００、１５５、１４５℃である。ここでは、ＰＥＴ基板を用いる。
【０１９９】
実施の形態３で対象とする薄膜Ｈの材料は、例えば有機伝導性材料であるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、シリルエチン置換ペンタセン、ポリ（３−アルキルチオフェン）等である。ここでは、薄膜Ｈの材料として、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを用いる。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳのアニール温度は約２００℃であり、ＰＥＴのガラス転移点よりも高い。そのため、従来のランプ等によるアニール方法では、ＰＥＴ基板に変形が生じてしまう。
【０２００】
コンピュータ９９のＲＯＭには、試料Ｓの薄膜Ｈに対して照射する電磁波の周波数として、最も適切な周波数を算出するプログラムが記録されている。そのプログラムは、アニール対象の薄膜Ｈの厚さを、浸透深さとして照射する電磁波の周波数を算出する。浸透深さとは、電磁波が垂直に導電性の均質媒質に入射し、当該媒質内を指数関数的に減衰しながら伝搬する場合、電磁波強度が入射強度の１／ｅ（約３７％）に減衰するときの深度のことである。
浸透深さは式（１９）で示される。
【０２０１】
【数１３】
【０２０２】
ただし、δは浸透深さ、ρは抵抗率、μは比透磁率、ｆは電磁波の周波数である。
μは非磁性材の場合、μ＝１となる。実施の形態３で扱う膜材料は非磁性材なので、μは１である。
【０２０３】
センチ波、ミリ波、サブミリ波の電磁波に対するＰＥＴ基板の浸透深さは、薄膜Ｈの浸透深さに比べて遙かに深い。そこで、ＰＥＴ基板をほとんど透過し、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの薄膜Ｈを膜厚の深さまでしか浸透しない電磁波の周波数を算出する。具体的には、式（１９）の浸透深さに膜厚を、抵抗率に薄膜Ｈの抵抗率を代入して周波数を算出する。得られた周波数の電磁波がミリ波又はサブミリ波である場合、電磁波発生源９８１にジャイロトンを搭載したアニール装置９を使用する。得られた周波数の電磁波がセンチ波である場合、電磁波発生源９８１にマグネトロンを搭載したアニール装置９を使用する。
【０２０４】
表１は、有機導電性材料及び無機導電性材料の膜について、周波数を算出した一例である。
【０２０５】
【表１】
【０２０６】
表１のＡの場合、アニールに好適な電磁波は１００ＧＨｚのミリ波に該当するため、電磁波発生源９８１にジャイロトロンを搭載したアニール装置９を使用する。
表１のＢの場合、アニールに好適な電磁波は１ＧＨｚのセンチ波に該当するため、電磁波発生源９８１にマグネトロンを搭載したアニール装置９を使用する。銅は実施の形態３で扱う薄膜材料ではないが、ここでは参考のために例示している。
【０２０７】
次に、実施の形態３に係る薄膜基板製造システム６の動作について説明する。
まず、薄膜基板製造システム６を動作させる準備として、予めアニール装置９の電磁波発生源９８１が発生する電磁波の周波数をコンピュータ９９に設定する。
【０２０８】
コンピュータ４０に、操作部４５０から薄膜Ｈの抵抗率及び膜厚を入力する。コンピュータ４０の制御部４１０は、取得した薄膜Ｈの抵抗率及び膜厚をコンピュータ９９に送信する。コンピュータ９９は、薄膜Ｈの抵抗率及び膜厚を取得し、アニールに好適な電磁波の周波数を算出する。コンピュータ９９は、算出した周波数を電磁波発生源９８１が発生する電磁波の周波数に設定する。
【０２０９】
基板Ｋのロールを巻き出しロール７１に取り付け、薄膜基板製造システム６の動作を開始させる。
【０２１０】
図２４は、実施の形態３に係るコンピュータ４０の制御部４１０が実行する処理の手順を示すフローチャートである。
制御部４１０は、基板移送部７、成膜装置８、アニール装置９及び物性測定装置１の動作を開始する（ステップＳ７０１）。その具体的な内容は、以下の通りである。
制御部４１０は、基板移送部７を動作させ、基板Ｋをロールツーロール生産ラインに引き出す。制御部４１０は、成膜装置８を動作させて、基板Ｋ表面にパターンを印刷させる。制御部４１０は、コンピュータ９９を介して、アニール装置９に成膜装置８が形成した薄膜Ｈをアニールさせる。制御部４１０は、物性測定装置１にアニール装置９がアニールした薄膜Ｈの物性を測定させる。制御部４１０は、製造した薄膜基板を巻き取りロール７２に巻き取らせる。
【０２１１】
物性測定装置１は、測定した物性値をコンピュータ４０に送信する。
制御部４１０は、物性測定装置１から薄膜Ｈの物性値を取得する（ステップＳ７０２）。制御部４１０は、薄膜Ｈの物性値が製造規格の範囲内か否か判断する（ステップＳ７０３）。制御部４１０は、薄膜Ｈの物性値が製造規格の範囲内であると判断した場合（ステップＳ７０３：ＹＥＳ）、ステップＳ７０１に制御を戻す。制御部４１０は、薄膜Ｈの物性値が製造規格の範囲内にないと判断した場合（ステップＳ７０３：ＮＯ）、基板移送部７、成膜装置８、アニール装置９及び物性測定装置１の動作を停止する（ステップＳ７０４）。
制御部４１０は、以上のステップをマルチタスクで連続的に実行する。
基板移送部７、成膜装置８、アニール装置９及び物性測定装置１の動作を停止した場合、ユーザは巻き取りロール７２から製造規格外の薄膜基板を取り外す。
【０２１２】
制御部４１０は、ユーザからの指示待ち状態となる。ユーザは薄膜基板の製造を再開するか否かをコンピュータ４０に指示する。制御部４１０は、ユーザからの指示を受けて、基板移送部７、成膜装置８、アニール装置９及び物性測定装置１の動作を再開するか否か判断する（ステップＳ７０５）。制御部４１０は、動作を再開する場合（ステップＳ７０５：ＹＥＳ）、成膜装置８に成膜条件を変更させるか、又はアニール装置９にアニール条件を変更させ（ステップＳ７０６）、ステップＳ７０１に処理を戻す。ここでの成膜条件の変更は、例えばレジスト条件、プリント速度等のパターン形成条件を変更することである。ここでのアニール条件の変更は、例えば電磁波の強度を所定値だけ大きい値に設定することである。あるいは、アニール条件の変更は、アニール時間を変更することである。制御部４１０は、動作を再開しない場合（ステップＳ７０５：ＮＯ）、処理を終了する。
【０２１３】
実施の形態３に係る薄膜基板製造システム６によれば、ロールツーロール方式により薄膜基板を連続的に製造することができる。また、ロールツーロール製造ラインに物性測定装置１を組み込むことにより、製造中の薄膜基板の品質が製造規格から外れている場合、製造ラインを停止することができる。これにより、歩留りが向上する。
【０２１４】
実施の形態３に係る薄膜基板製造システム６によれば、製造中の薄膜基板の品質が製造規格から外れている場合、短時間で薄膜基板の製造条件を最適化した後、製造を再開することができる。実施の形態３に係る薄膜基板製造システム６は、かかるフィードバック機能を有しているため、薄膜基板の生産効率を向上させることができる。
【０２１５】
本実施の形態３は以上の如きであり、その他は実施の形態１又は実施の形態２と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【０２１６】
実施の形態４
図２５は、実施の形態４に係る物性測定装置のコンピュータ４のハードウェア群を示すブロック図である。実施の形態４に係る物性測定装置は、実施の形態１に係る物性測定装置１でもよいし、実施の形態２に係る物性測定装置１０でもよい。実施の形態４に係る物性測定装置は、実施の形態３に係る物性測定装置１、１０でもよい。
【０２１７】
実施の形態１乃至３に係る物性測定装置１、１０を動作させるためのプログラムは、本実施の形態４のように、外部インタフェース４７にＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）等の可搬型記録媒体１Ａを読み取らせて、ＲＡＭ４３に記録してもよい。また、当該プログラムは、外部インタフェース４７及びインターネット等の通信網Ｎを介して接続される他のサーバコンピュータ（図示せず）からダウンロードすることも可能である。以下に、その内容を説明する。
【０２１８】
図２５に示すコンピュータ４は、上述した各種ソフトウェアを実行するプログラムを可搬型記録媒体１Ａから取得する。あるいは、図２５に示すコンピュータ４は、上述した各種ソフトウェアを実行するプログラムを、通信網Ｎを介して他のサーバコンピュータ（図示せず）からダウンロードする。当該プログラムは、制御プログラムとしてＲＡＭ４３にロードして実行される。これにより、上述したコンピュータ４として機能する。
ある。
【０２１９】
本実施の形態４は以上の如きであり、その他は実施の形態１乃至３と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【符号の説明】
【０２２０】
１ 物性測定装置
２ テラヘルツ分光装置
２１ レーザ
２３ テラヘルツ波発生器
２４ 移動部
２５ テラヘルツ波検出器
２６ 時間遅延機構
４ コンピュータ
Ｋ 基板
Ｈ 薄膜
Ｆ 成膜領域
Ｎ 非成膜領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に形成された薄膜の物性を測定する物性測定装置において、
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生源と、
基板表面に薄膜が形成された成膜領域及び該基板表面に薄膜が形成されていない非成膜領域に、前記テラヘルツ波発生源からのテラヘルツ波が照射されるように、該基板及び薄膜を移動する移動手段と、
前記成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波の電場強度を複数回検出する検出手段と、
該検出手段が複数回検出した透過波又は反射波の電場強度を積算する積算手段と、
該積算手段が積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定する測定手段と
を備える
ことを特徴とする物性測定装置。
【請求項２】
前記移動手段は、
前記成膜領域及び非成膜領域に、テラヘルツ波が交互に照射されるように、前記基板及び薄膜を移動するようにしてあり、
前記検出手段は、
前記電場強度を交互に複数回検出するようにしてあり、
前記積算手段は、
前記検出手段が交互に複数回検出した前記電場強度を積算するようにしてある
ことを特徴とする請求項１に記載の物性測定装置。
【請求項３】
前記測定手段が測定した時間変化に基づいて、前記薄膜に対するテラヘルツ波の透過率又は反射率を算出する第一算出手段と、
前記薄膜の膜厚を受け付ける膜厚受付手段と、
前記基板の複素屈折率を受け付ける基板屈折率受付手段と、
前記薄膜の複素屈折率に複数の異なる値を設定する薄膜屈折率設定手段と、
前記膜厚受付手段が受け付けた薄膜の膜厚、前記基板屈折率受付手段が受け付けた基板の複素屈折率、及び前記薄膜屈折率設定手段が薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の透過率又は反射率を夫々複数算出する第二算出手段と、
第一算出手段が算出した透過率及び第二算出手段が算出した複数の透過率、又は第一算出手段が算出した反射率及び第二算出手段が算出した複数の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定する薄膜屈折率決定手段と
を備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の物性測定装置。
【請求項４】
前記測定手段が測定した時間変化に基づいて、透過波又は反射波の電場強度の時間波形を作成する波形作成手段と、
前記基板の厚さを受け付ける基板厚受付手段と、
該基板厚受付手段が受け付けた基板の厚さ及び前記基板屈折率受付手段が受け付けた基板の複素屈折率の実部に基づいて、前記波形作成手段により作成した透過波又は反射波の電場強度の時間波形に、夫々基板内で多重反射した透過波又は反射波の電場強度の時間波形が現れる時間を算出する時間算出手段と
を備え、
前記第一算出手段は、
前記時間算出手段が算出した時間に基づいて、前記薄膜に対するテラヘルツ波の透過率又は反射率を算出するようにしてある
ことを特徴とする請求項３に記載の物性測定装置。
【請求項５】
前記薄膜屈折率決定手段が決定した薄膜の複素屈折率に基づいて、該薄膜の複素電気伝導度を算出する伝導度算出手段
を備える
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の物性測定装置。
【請求項６】
電気伝導モデル及び該電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを変更し、薄膜の複素電気伝導度を算出するモデル伝導度算出手段と、
前記伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度及び前記モデル伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度に基づいて、前記電気伝導モデルを決定するモデル決定手段と、
前記伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度及び前記モデル伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度に基づいて、前記モデル決定手段により決定された電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを決定する第一パラメータ決定手段と、
該第一パラメータ決定手段が決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出する手段と
を備える
ことを特徴とする請求項５に記載の物性測定装置。
【請求項７】
前記伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度に基づいて、前記モデル伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度を限定する伝導度限定手段と、
該伝導度限定手段が限定した複素電気伝導度に基づいて、前記薄膜に対する赤外線の反射率を算出する反射率算出手段と、
前記薄膜に対する赤外線の反射率を受け付ける反射率受付手段と、
前記反射率算出手段が算出した赤外線の反射率及び前記反射率受付手段が受け付けた赤外線の反射率に基づいて、前記伝導度限定手段により限定された複素電気伝導度を表すパラメータを決定する第二パラメータ決定手段と、
該第二パラメータ決定手段が決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出する手段と
を備える
ことを特徴とする請求項６に記載の物性測定装置。
【請求項８】
基板表面に形成された薄膜の物性を測定する物性測定方法において、
基板表面に薄膜が形成された成膜領域及び該基板表面に薄膜が形成されていない非成膜領域にテラヘルツ波を複数回照射し、
前記成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波の電場強度を複数回検出し、
前記成膜領域及び非成膜領域から複数回検出した透過波又は反射波の電場強度を積算し、
積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定し、
測定した時間変化に基づいて、前記薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率を算出し、
前記薄膜の複素屈折率に複数の異なる値を設定し、
前記薄膜の厚さ、基板の複素屈折率及び薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を夫々複数算出し、
第一の透過率及び第二の複数の透過率、又は第一の透過率及び第二の複数の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定する
ことを特徴とする物性測定方法。
【請求項９】
前記成膜領域及び非成膜領域にテラヘルツ波を複数回照射するに際し、
前記成膜領域及び非成膜領域にテラヘルツ波を交互に複数回照射し、
前記電場強度を複数回検出するに際し、
前記電場強度を交互に複数回検出し、
複数回検出した前記電場強度を積算するに際し、
交互に複数回検出した前記電場強度を積算する
ことを特徴とする請求項８に記載の物性測定方法。
【請求項１０】
第二の複数の透過率又は反射率を算出するに際し、
前記薄膜の厚さは、膜厚測定装置により測定した厚さである
ことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の物性測定方法。
【請求項１１】
決定した薄膜の複素屈折率に基づいて、該薄膜の第一の複素電気伝導度を算出し、
電気伝導モデル及び該電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを変更して、薄膜の第二の複素電気伝導度を算出し、
第一及び第二の複素電気伝導度に基づいて、前記電気伝導モデルを決定し、
決定した電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを変更して、薄膜の第三の複素電気伝導度を算出し、
前記薄膜に対する赤外線の反射率を測定し、
測定した赤外線の反射率に基づいて、薄膜の第四の複素電気伝導度を算出し、
第三及び第四の複素電気伝導度に基づいて、決定した前記電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを決定し、
決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出する
ことを特徴とする請求項８から請求項１０までのいずれか一項に記載の物性測定方法。
【請求項１２】
巻き出しロールに巻かれた可撓性を有する基板を巻き出し、巻き取りロールに巻き取る移送の過程で、該基板表面に薄膜を形成する成膜装置を設けた薄膜基板製造システムにおいて、
前記成膜装置が形成した薄膜を任意のアニール条件でアニールするアニール装置と、
該アニール装置がアニールした薄膜の物性を測定する請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の物性測定装置と
を含むことを特徴とする薄膜基板製造システム。
【請求項１３】
前記物性測定装置から信号を受信し、前記成膜装置の動作を制御する制御装置
を含み、
前記成膜装置、アニール装置及び物性測定装置は、前記巻き出しロール及び巻き取りロールの間の移送路に沿って配置され、
前記物性測定装置は、
所定の信号を前記制御装置に送信する送信手段
を有し、
前記制御装置は、
前記物性測定装置の送信手段が送信した前記所定の信号を受信した場合、前記成膜装置の動作を停止する手段
を有する
ことを特徴とする請求項１２に記載の薄膜基板製造システム。
【請求項１４】
前記制御装置は、
前記アニール装置のアニール条件を設定するようにしてあり、
前記物性測定装置の送信手段が送信した前記所定の信号を受信した場合、前記アニール装置のアニール条件を変更する手段
を有する
ことを特徴とする請求項１３に記載の薄膜基板製造システム。
【請求項１５】
任意の移送速度で、前記基板を巻き出しロールから巻き出して移送し、該基板表面に薄膜が形成された薄膜基板を巻き取りロールに巻き取る基板移送手段
を含み、
前記制御装置は、
前記基板移送手段の移送速度を制御するようにしてあり、
前記物性測定装置の送信手段が送信した前記所定の信号を受信した場合、前記基板移送手段の移送速度を変更する手段
を有する
ことを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の薄膜基板製造システム。
【請求項１６】
コンピュータに、基板表面に形成された薄膜の物性を測定させるプログラムにおいて、
コンピュータに、
基板表面に薄膜が形成された成膜領域及び該基板表面に薄膜が形成されていない非成膜領域に照射されたテラヘルツ波の透過波又は反射波の電場強度を複数回検出する検出ステップと、
前記成膜領域及び非成膜領域から複数回検出した透過波又は反射波の電場強度を積算する積算ステップと、
積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定するステップと
を実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１７】
前記検出ステップは、
前記電場強度を交互に複数回検出し、
前記積算ステップは、
交互に複数回検出した前記電場強度を積算する
ことを特徴とする請求項１６に記載のプログラム。
【請求項１８】
コンピュータに、
測定した時間変化に基づいて、前記薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率を算出するステップと、
前記薄膜の複素屈折率に複数の異なる値を設定するステップと、
前記薄膜の厚さ、基板の複素屈折率及び薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を夫々複数算出するステップと、
第一の透過率及び第二の複数の透過率、又は第一の反射率及び第二の複数の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定するステップと
を実行させることを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載のプログラム。
【請求項１】
基板表面に形成された薄膜の物性を測定する物性測定装置において、
テラヘルツ波を発生するテラヘルツ波発生源と、
基板表面に薄膜が形成された成膜領域及び該基板表面に薄膜が形成されていない非成膜領域に、前記テラヘルツ波発生源からのテラヘルツ波が照射されるように、該基板及び薄膜を移動する移動手段と、
前記成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波の電場強度を複数回検出する検出手段と、
該検出手段が複数回検出した透過波又は反射波の電場強度を積算する積算手段と、
該積算手段が積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定する測定手段と
を備える
ことを特徴とする物性測定装置。
【請求項２】
前記移動手段は、
前記成膜領域及び非成膜領域に、テラヘルツ波が交互に照射されるように、前記基板及び薄膜を移動するようにしてあり、
前記検出手段は、
前記電場強度を交互に複数回検出するようにしてあり、
前記積算手段は、
前記検出手段が交互に複数回検出した前記電場強度を積算するようにしてある
ことを特徴とする請求項１に記載の物性測定装置。
【請求項３】
前記測定手段が測定した時間変化に基づいて、前記薄膜に対するテラヘルツ波の透過率又は反射率を算出する第一算出手段と、
前記薄膜の膜厚を受け付ける膜厚受付手段と、
前記基板の複素屈折率を受け付ける基板屈折率受付手段と、
前記薄膜の複素屈折率に複数の異なる値を設定する薄膜屈折率設定手段と、
前記膜厚受付手段が受け付けた薄膜の膜厚、前記基板屈折率受付手段が受け付けた基板の複素屈折率、及び前記薄膜屈折率設定手段が薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の透過率又は反射率を夫々複数算出する第二算出手段と、
第一算出手段が算出した透過率及び第二算出手段が算出した複数の透過率、又は第一算出手段が算出した反射率及び第二算出手段が算出した複数の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定する薄膜屈折率決定手段と
を備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の物性測定装置。
【請求項４】
前記測定手段が測定した時間変化に基づいて、透過波又は反射波の電場強度の時間波形を作成する波形作成手段と、
前記基板の厚さを受け付ける基板厚受付手段と、
該基板厚受付手段が受け付けた基板の厚さ及び前記基板屈折率受付手段が受け付けた基板の複素屈折率の実部に基づいて、前記波形作成手段により作成した透過波又は反射波の電場強度の時間波形に、夫々基板内で多重反射した透過波又は反射波の電場強度の時間波形が現れる時間を算出する時間算出手段と
を備え、
前記第一算出手段は、
前記時間算出手段が算出した時間に基づいて、前記薄膜に対するテラヘルツ波の透過率又は反射率を算出するようにしてある
ことを特徴とする請求項３に記載の物性測定装置。
【請求項５】
前記薄膜屈折率決定手段が決定した薄膜の複素屈折率に基づいて、該薄膜の複素電気伝導度を算出する伝導度算出手段
を備える
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の物性測定装置。
【請求項６】
電気伝導モデル及び該電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを変更し、薄膜の複素電気伝導度を算出するモデル伝導度算出手段と、
前記伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度及び前記モデル伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度に基づいて、前記電気伝導モデルを決定するモデル決定手段と、
前記伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度及び前記モデル伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度に基づいて、前記モデル決定手段により決定された電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを決定する第一パラメータ決定手段と、
該第一パラメータ決定手段が決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出する手段と
を備える
ことを特徴とする請求項５に記載の物性測定装置。
【請求項７】
前記伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度に基づいて、前記モデル伝導度算出手段が算出した薄膜の複素電気伝導度を限定する伝導度限定手段と、
該伝導度限定手段が限定した複素電気伝導度に基づいて、前記薄膜に対する赤外線の反射率を算出する反射率算出手段と、
前記薄膜に対する赤外線の反射率を受け付ける反射率受付手段と、
前記反射率算出手段が算出した赤外線の反射率及び前記反射率受付手段が受け付けた赤外線の反射率に基づいて、前記伝導度限定手段により限定された複素電気伝導度を表すパラメータを決定する第二パラメータ決定手段と、
該第二パラメータ決定手段が決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出する手段と
を備える
ことを特徴とする請求項６に記載の物性測定装置。
【請求項８】
基板表面に形成された薄膜の物性を測定する物性測定方法において、
基板表面に薄膜が形成された成膜領域及び該基板表面に薄膜が形成されていない非成膜領域にテラヘルツ波を複数回照射し、
前記成膜領域及び非成膜領域からの透過波又は反射波の電場強度を複数回検出し、
前記成膜領域及び非成膜領域から複数回検出した透過波又は反射波の電場強度を積算し、
積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定し、
測定した時間変化に基づいて、前記薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率を算出し、
前記薄膜の複素屈折率に複数の異なる値を設定し、
前記薄膜の厚さ、基板の複素屈折率及び薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を夫々複数算出し、
第一の透過率及び第二の複数の透過率、又は第一の透過率及び第二の複数の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定する
ことを特徴とする物性測定方法。
【請求項９】
前記成膜領域及び非成膜領域にテラヘルツ波を複数回照射するに際し、
前記成膜領域及び非成膜領域にテラヘルツ波を交互に複数回照射し、
前記電場強度を複数回検出するに際し、
前記電場強度を交互に複数回検出し、
複数回検出した前記電場強度を積算するに際し、
交互に複数回検出した前記電場強度を積算する
ことを特徴とする請求項８に記載の物性測定方法。
【請求項１０】
第二の複数の透過率又は反射率を算出するに際し、
前記薄膜の厚さは、膜厚測定装置により測定した厚さである
ことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の物性測定方法。
【請求項１１】
決定した薄膜の複素屈折率に基づいて、該薄膜の第一の複素電気伝導度を算出し、
電気伝導モデル及び該電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを変更して、薄膜の第二の複素電気伝導度を算出し、
第一及び第二の複素電気伝導度に基づいて、前記電気伝導モデルを決定し、
決定した電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを変更して、薄膜の第三の複素電気伝導度を算出し、
前記薄膜に対する赤外線の反射率を測定し、
測定した赤外線の反射率に基づいて、薄膜の第四の複素電気伝導度を算出し、
第三及び第四の複素電気伝導度に基づいて、決定した前記電気伝導モデルの複素電気伝導度を表すパラメータを決定し、
決定したパラメータに基づいて、薄膜のキャリア移動度を算出する
ことを特徴とする請求項８から請求項１０までのいずれか一項に記載の物性測定方法。
【請求項１２】
巻き出しロールに巻かれた可撓性を有する基板を巻き出し、巻き取りロールに巻き取る移送の過程で、該基板表面に薄膜を形成する成膜装置を設けた薄膜基板製造システムにおいて、
前記成膜装置が形成した薄膜を任意のアニール条件でアニールするアニール装置と、
該アニール装置がアニールした薄膜の物性を測定する請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の物性測定装置と
を含むことを特徴とする薄膜基板製造システム。
【請求項１３】
前記物性測定装置から信号を受信し、前記成膜装置の動作を制御する制御装置
を含み、
前記成膜装置、アニール装置及び物性測定装置は、前記巻き出しロール及び巻き取りロールの間の移送路に沿って配置され、
前記物性測定装置は、
所定の信号を前記制御装置に送信する送信手段
を有し、
前記制御装置は、
前記物性測定装置の送信手段が送信した前記所定の信号を受信した場合、前記成膜装置の動作を停止する手段
を有する
ことを特徴とする請求項１２に記載の薄膜基板製造システム。
【請求項１４】
前記制御装置は、
前記アニール装置のアニール条件を設定するようにしてあり、
前記物性測定装置の送信手段が送信した前記所定の信号を受信した場合、前記アニール装置のアニール条件を変更する手段
を有する
ことを特徴とする請求項１３に記載の薄膜基板製造システム。
【請求項１５】
任意の移送速度で、前記基板を巻き出しロールから巻き出して移送し、該基板表面に薄膜が形成された薄膜基板を巻き取りロールに巻き取る基板移送手段
を含み、
前記制御装置は、
前記基板移送手段の移送速度を制御するようにしてあり、
前記物性測定装置の送信手段が送信した前記所定の信号を受信した場合、前記基板移送手段の移送速度を変更する手段
を有する
ことを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の薄膜基板製造システム。
【請求項１６】
コンピュータに、基板表面に形成された薄膜の物性を測定させるプログラムにおいて、
コンピュータに、
基板表面に薄膜が形成された成膜領域及び該基板表面に薄膜が形成されていない非成膜領域に照射されたテラヘルツ波の透過波又は反射波の電場強度を複数回検出する検出ステップと、
前記成膜領域及び非成膜領域から複数回検出した透過波又は反射波の電場強度を積算する積算ステップと、
積算した透過波又は反射波の電場強度の時間変化を測定するステップと
を実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１７】
前記検出ステップは、
前記電場強度を交互に複数回検出し、
前記積算ステップは、
交互に複数回検出した前記電場強度を積算する
ことを特徴とする請求項１６に記載のプログラム。
【請求項１８】
コンピュータに、
測定した時間変化に基づいて、前記薄膜に対するテラヘルツ波の第一の透過率又は反射率を算出するステップと、
前記薄膜の複素屈折率に複数の異なる値を設定するステップと、
前記薄膜の厚さ、基板の複素屈折率及び薄膜の複素屈折率に設定した複数の異なる値に基づいて、薄膜に対するテラヘルツ波の第二の透過率又は反射率を夫々複数算出するステップと、
第一の透過率及び第二の複数の透過率、又は第一の反射率及び第二の複数の反射率に基づいて、薄膜の複素屈折率を決定するステップと
を実行させることを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載のプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１１−１７９９７１（Ｐ２０１１−１７９９７１Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４４５４６（Ｐ２０１０−４４５４６）
【出願日】平成２２年３月１日（２０１０．３．１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（３０４０２３９９４）国立大学法人山梨大学 (223)
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１日（２０１０．３．１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（３０４０２３９９４）国立大学法人山梨大学 (223)
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
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