JP2006138854A

JP2006138854A - 白色光干渉計を用いた透明薄膜の厚さ及び形状の測定装置及び方法

Info

Publication number: JP2006138854A
Application number: JP2005326722A
Authority: JP
Inventors: Seung Woo Kim; セウンウーキム; Young Sik Ghim; ヨウンシクジム
Original assignee: Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Current assignee: Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2025-11-10
Also published as: US7483147B2; US20060098206A1; JP4237175B2

Abstract

【課題】透明薄膜の厚さと表面形状を同時に測定することのできる、白色光干渉計を用いた透明薄膜の厚さ及び形状の測定装置及び方法を提供する。
【解決手段】本発明においては、干渉光を周波数別に分光させた後、周波数別の第１の干渉縞を得、合成干渉光を周波数別に分光させた後、周波数別の第２の干渉縞を得る。第１の干渉縞から薄膜の厚さによる位相を得、位相から薄膜の厚さ情報のみを得る。第２の干渉縞から位相を求め、薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報を得る。薄膜の厚さ情報を用い、薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報から薄膜の表面情報を得る。
【選択図】図２−Ａ

Description

本発明は、透明薄膜の厚さ及び形状を測定するための装置及び方法に係り、詳しくは、白色光干渉計を用いた透明薄膜の厚さ及び形状の測定装置及び方法に関する。

図１は、既存の白色光走査干渉計を用いた透明薄膜厚さ及び表面形状の測定装置の構成図である。

図１の装置は、遮断面が設けられているマイケルソン干渉計モジュールと、可視光線分光領域の範囲が走査可能な音響光学変調フィルタと、が組み合わせられた構造である。このような構造は、遮断面をオン／オフすることにより別々に薄膜の厚さと表面形状情報を測定することができる。

図１の装置は、音響光学変調フィルタ（以下、ＡＯＴＦと略称する）４０を白色光干渉システムに取り付け、不透明な金属層８２パターンの上に塗布されている透明な微細薄膜層８３よりなる多層構造の測定部８０に対して、単色光の干渉現象を用いて測定厚さに関する情報と形状に関する情報を別々に測定することができる。

白色光が放射される光源１０は光ファイバ１１の一側に接続され、光ファイバ１１の他側に向けて白色光を放射する。光ファイバ１１を通った白色光は、中央にピン孔が形成されている固定部材１２を通ってピン孔を中心として広がり、第１の凸レンズを透過しつつ一定の幅に整列されて第１のビームスプリッタ２０に入射する。第１のビームスプリッタ２０は、透過する白色光を第２の凸レンズ３１に向けて放射する。この白色光は、第２の凸レンズ３１と第２のビームスプリッタ３２を通りつつ、一部は基準面３３に向けて反射され、他の一部はそのまま透過して測定部８０に照射される。

このとき、基準面３３の前面には、所定の間隔をおいてブロッキング・プレート３４が位置する。ブロッキング・プレートは、基準面３３に近づく位置において互いに平行であるが、基準面３３に入射する白色光を選択的に遮断する。

このように、第２の凸レンズ３１と、第２のビームスプリッタ３２及び基準面３３よりなるシステムがマイケルソン干渉モジュール３０であり、ここにブロッキング・プレート３４が含まれることにより、ブロッキング・プレート３４の選択的な白色光の遮断に応じて２通りのモードにて動作する。また、第２のビームスプリッタ３２により分離されて基準面３３と測定部８０にそれぞれ別々に入射した白色光は、特に、測定部８０に照射されつつ波長の変化を引き起こす。かかる変化は、形状情報と厚さ情報を有することに起因し、これらの各情報をブロッキング・プレート３４の動作有無による各モードに応じてそれぞれ別々に測定することができる。このように照射された白色光は、さらに反射されてＡＯＴＦ４０に入射するが、ＡＯＴＦ４０は厚さ情報または形状情報が含まれている帯域の白色光のみをそうでない帯域の白色光とは別途に得るようにフィルタリングする。このようにフィルタリングされた白色光は、第３の凸レンズ５０を通ってＣＣＤセンサー７０に焦点が合わせられて結像する。そして、ＣＣＤセンサー７０に結像された白色光は、分光イメージとしてスキャンして各情報を抽出し、各抽出された情報から得られた最大点情報に基づき、測定部８０における微細薄膜層８３の表面に関する形状情報を最終的に得ることができる。

しかしながら、この干渉計は音響光学変調フィルタのフィルタリング範囲と分解能がシ
ステムの性能に大きく影響し、特定の帯域の短波長を選択的にスキャンするため、リアルタイム測定と外部振動に弱くなる。そして、薄膜の厚さと表面形状を別々に得るためには、遮断面をハードウェア的にオン／オフさせる必要があるため、２つの情報を同時に得ることは困難である。さらに、薄膜の厚さと表面形状に関する複数の未知数を数値解析的なリスト・スクエア・フィッティング方式を用いて求めるため、測定に時間がかかるという欠点がある。

そこで、本発明の目的は、透明薄膜の厚さと表面形状を同時に測定することのできる、白色光干渉計を用いた透明薄膜の厚さ及び形状の測定装置及び方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る白色光干渉計を用いた透明薄膜の厚さ及び形状の測定方法は、薄膜がコートされている測定物の薄膜の厚さ情報と薄膜の表面形状情報を得る方法において、白色光を任意の方向の偏光光にした後、水平偏光光と垂直偏光光に分離する第１の段階と、水平偏光光あるいは垂直偏光光を薄膜がコートされている測定物に入射させ、垂直偏光光あるいは水平偏光光は基準面に入射させる第２の段階と、測定物に入射した光が薄膜の上層部と下層部から反射されつつ干渉され、干渉光を生成する第３の段階と、基準面に入射した光を反射させて反射光を得、前記第３の段階における干渉光と合成して合成干渉光を生成する第４の段階と、前記第３の段階における干渉光を周波数別に分光させた後、周波数別の干渉縞を得る第５の段階と、前記第４の段階における合成干渉光を周波数別に分光させた後、周波数別の干渉縞を得る第６の段階と、前記第５の段階における周波数別の干渉縞から薄膜の厚さによる位相を得、前記位相から薄膜の厚さ情報のみを得る第７の段階と、前記第６の段階における周波数別の干渉縞から位相を求め、薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報を得る第８の段階と、前記第７の段階において得られた薄膜の厚さ情報に基づき、前記第８の段階において得られた薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報から薄膜の表面情報のみを得る第９の段階と、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る白色光干渉計を用いた透明薄膜の厚さ及び形状の測定方法は、薄膜がコートされている測定物の薄膜の厚さ情報と薄膜の表面形状情報を得る方法において、白色光を放射する光源を光分割器を用いて２つに分割する第１の段階と、前記第１の段階において分割された２つの白色光のうち一方の白色光を薄膜がコートされている測定物に入射させた後、薄膜の上層部と薄膜の下層部から反射される光から干渉光を得る第２の段階と、前記第１の段階において分割された２つの白色光のうちもう一方の白色光を基準面に入射させてから反射させ、反射光を得る第３の段階と、前記第２の段階における干渉光と第３の段階における反射光を合成して合成干渉光を生成する第４の段階と、前記第２の段階における干渉光を周波数別に分光させた後、周波数別の干渉縞を得る第５の段階と、前記第４の段階における合成干渉光を周波数別に分光させた後、周波数別の干渉縞を得る第６の段階と、前記第４の段階における周波数別の干渉縞から位相を求め、薄膜の厚さ情報のみを得る第７の段階と、前記第６段階における干渉縞から位相を求め、薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報を得る第８の段階と、前記第７の段階において得られた薄膜の厚さ情報を用い、前記第８の段階において得られた薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報から薄膜の表面情報のみを得る第９の段階と、を含むことを特徴とする。

また、本発明によれば、干渉縞から位相を求める段階は、干渉縞を数式としてモデリングする段階（単層薄膜の厚さを測定する場合には数式６を参照、単層薄膜の形状を測定する場合には数式１２を参照）と、干渉縞に載せられている低周波成分を除去するために、
高周波フィルタリングを行う段階と、前記低周波成分が除かれている干渉縞からエンベロープ成分を除去し、薄膜の厚さと形状情報が含まれている位相値のみよりなるコサイン関数として整理する段階（単層薄膜の厚さを測定する場合には数式８を参照、単層薄膜の形状を測定する場合には数式１４を参照）と、前記整理されたコサイン関数を高速フーリエ変換して正の周波数成分のみを取った後、さらに逆高速フーリエ変換を行う段階と、前記逆高速フーリエ変換により得られた結果に自然ログを取り、虚数部が位相値になるように変換した後、前記位相値を求める段階（単層薄膜の厚さを測定する場合には数式１０を参照、単層薄膜の形状を測定する場合には数式１６を参照）と、前記周波数による位相値の勾配と薄膜の屈折率Ｎから薄膜の厚さと形状を求める段階（数式７及び数式１７ないし１９を参照）と、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る白色光干渉計を用いた透明薄膜の厚さ及び形状の測定装置は、任意の薄膜の厚さと薄膜の表面形状を測定する装置において、白色光を放射する光源と、白色光を任意の方向に偏光して偏光光にする偏光装置と、前記偏光光を水平偏光光と垂直偏光光に分離する偏光光分割器と、を備え、前記水平偏光光を薄膜がコートされている測定物に入射させた後、薄膜の上層部と薄膜の下層部から反射される光から干渉光を得、前記垂直偏光光を基準面に入射させてから反射させて反射光を得、前記干渉光の位相を求めた後、前記位相から薄膜の厚さ情報のみを得、前記干渉光と前記反射光を干渉させて得られた合成干渉光から位相を求めた後、前記合成干渉光の位相から薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報を得、前記干渉光から得られる薄膜の厚さ情報と合成干渉光から得られた薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報から薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得ることを特徴とする。

また、本発明によれば、前記干渉光から位相を求めるために、前記干渉光を周波数別に分光させて分光光を得る回折グレーティングと、前記分光光を得る映像獲得部と、を備え、前記分光光を映像処理してアルゴリズムを適用することにより位相を求め、前記合成干渉光から位相を求めるために合成干渉光を得る４５°偏光板と、前記合成干渉光を周波数別に分光させて分光光を得る回折グレーティングと、前記分光光を得る映像獲得部と、を備え、前記合成干渉光から得られた分光光を映像処理してアルゴリズムを適用して位相を求めることにより、薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得ることを特徴とする。

また、本発明に係る白色光干渉計を用いた透明薄膜の厚さ及び形状の測定装置は、任意の薄膜の厚さと薄膜の表面形状を測定する装置において、白色光を放射する光源と、前記白色光を分割する光分割器と、を備え、前記光分割器において分割された一部の白色光は薄膜がコートされている測定物に入射させた後、薄膜の上層部と薄膜の下層部から反射される光から干渉光を得、前記光分割器において分割された残りの白色光は基準面に入射させてから反射させて反射光を得るが、反射光を遮断可能な遮断板を備え、前記干渉光の位相を求めるために、前記遮断板を作動させて反射光を遮断した後、干渉光から位相を求めて薄膜の厚さ情報のみを得、前記遮断板を除去し、前記干渉光と前記反射光を干渉させて得られた合成干渉光から位相を求めた後、前記合成干渉光の位相から薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報を得、前記干渉光から得られる薄膜の厚さ情報と合成干渉光から得られた薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報から薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得ることを特徴とする。

また、本発明によれば、前記干渉光と前記合成干渉光から位相を求めるために、周波数別に分光させて分光光を得る回折グレーティングと、前記分光光を得る映像獲得部と、を備え、前記分光光を映像処理してアルゴリズムを適用して位相を得ることにより、薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得ることを特徴とする。

また、本発明に係る白色光干渉計を用いた透明薄膜の厚さ及び形状の測定装置は、任意
の薄膜の厚さと薄膜の表面形状を測定する装置において、白色光を放射する光源と、白色光を任意の方向に偏光して偏光光にする偏光装置と、前記偏光光を水平偏光光と垂直偏光光に分離する偏光光分割器と、を備え、前記水平偏光光を薄膜がコートされている測定物に入射させた後、薄膜の上層部と薄膜の下層部から反射される光から干渉光を得、前記垂直偏光光を基準面に入射させてから反射させて反射光を得、前記干渉光の位相を求めるために、前記干渉光を周波数別に分光させて分光光を得る回折グレーティングと、前記分光光を得る映像獲得部と、を備え、前記分光光を映像処理してアルゴリズムを適用することにより位相を求めた後、前記位相から薄膜の厚さ情報のみを得、前記干渉光と前記反射光を干渉させて得られた合成干渉光から位相を求めるために合成干渉光を得る４５°偏光板と、前記合成干渉光を周波数別に分光させて分光光を得る回折グレーティングと、前記分光光を得る映像獲得部と、を備え、前記合成干渉光から得られた分光光を映像処理してアルゴリズムを適用することにより位相を求めた後、前記合成干渉光の位相から薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報を得、前記干渉光から得られる薄膜の厚さ情報と合成干渉光から得られた薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報から薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得ることを特徴とする。

また、本発明によれば、前記干渉光と前記反射光及び前記合成干渉光をライン状に得るために、筒状レンズを用い、且つ、前記ライン状の干渉光と前記ライン状の合成干渉光から周波数別の干渉縞を得るために、筒状レンズを用いて薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得ることを特徴とする。

また、本発明に係る白色光干渉計を用いた透明薄膜の厚さ及び形状の測定装置は、任意の薄膜の厚さと薄膜の表面形状を測定する装置において、白色光を放射する光源と、白色光を任意の方向に偏光して偏光光にする偏光装置と、前記偏光光を水平偏光光と垂直偏光光に分離する偏光光分割器と、光軸方向に前記薄膜の測定面を走査移動させるための圧電駆動器と、光路差による干渉縞を得るためのＣＣＤと、を備え、前記水平偏光光を薄膜がコートされている測定物に入射させた後、薄膜の上層部と薄膜の下層部から反射される光から干渉光を得、前記垂直偏光光を基準面に入射させてから反射させて反射光を得、前記干渉光の位相を求めた後、前記位相から薄膜の厚さ情報のみを得、前記干渉光と前記反射光を干渉させて得られた合成干渉光から位相を求めた後、前記合成干渉光の位相から薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報を得、前記干渉光から得られる薄膜の厚さ情報と合成干渉光から得られた薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報から薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得ることを特徴とする。

また、本発明によれば、前記干渉光と合成干渉光から１本のラインに対する波長別の光強度の分布を得るためのイメージング分光器を含み、イメージング分光器において得られた各ラインに対する波長別の光強度の分布を分析して薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得ることを特徴とする。

また、本発明によれば、上記の透明薄膜の厚さ及び形状の測定装置は自動焦点調節装置をさらに含むことを特徴とする。

本発明は、別途の駆動装置無しにリアルタイム測定と一回の測定により単一点または単一ラインに対する処理を行うことができ、しかも外部振動に強いという効果がある。また、マイケルソン干渉計モジュールの遮断面を用いるか、あるいは、光の偏光を用いることにより、単層の薄膜の厚さと表面形状に関する情報を別々に抽出することができ、しかも高い測定分解能を保持できるという効果がある。

以下、添付した図２ないし図１１を参照して本発明の好適な実施例を詳述する。

図２−Ａ、図２−Ｂ、図３−Ａ及び図３−Ｂは、本発明による白色光干渉計を用いた透明薄膜厚さ及び表面形状の測定装置の一実施例であり、下記の実施例は、大きく薄膜の厚さ測定モードと、薄膜の表面形状の測定モードと、により構成される。薄膜の厚さ測定モードにおいては、薄膜の上層部と下層部からそれぞれ反射される光路差による光干渉信号（薄膜の厚さ情報）を有する干渉光を分析する。また、薄膜の表面形状の測定モードにおいては、基準面と薄膜からそれぞれ反射されて光路差による光干渉信号（薄膜の形状情報）を有する合成干渉光を分析する。

図２−Ａは、本発明の第１の実施例に係る、白色光干渉計を用いた透明薄膜厚さ及び表面形状の測定装置の構成図であり、マイケルソン干渉計モジュールに設けられている遮断面を用い、厚さと表面形状情報を得ることを例示している。

図２−Ａの白色光干渉計を用いた透明薄膜の厚さ及び表面形状の測定装置は、遮断面が設けられているマイケルソン干渉計モジュール１３０と、集光レンズ及び回折グレーティングを用い、リアルタイムにて測定領域に関する情報を得るような構造となっている。この構造は、遮断面をオン／オフすることにより、別々に薄膜の厚さと表面形状情報を測定することができる。

図２−Ａの装置は、不透明な金属層（図示せず）パターンの上に塗布されている透明な微細薄膜層（図示せず）よりなる多層構造の測定部１８０に対して、単色光の干渉現象を用いて測定厚さに関する情報と形状に関する情報をそれぞれ別々に測定することができる構造である。

光源１００は、白色光を放射するタングステン−ハロゲンランプであり、放射方向にシングルモード光ファイバ１１１の一側が接続され、放射される白色光を光ファイバ１１１の他側に送信する。光ファイバ１１１の他側には固定部材１１２が位置するが、中央のピン孔に光ファイバ１１１の他側が対応接続されている。ピン孔を介して放射される白色光は、ピン孔を中心として広がる。このとき、固定部材１１２の前面である白色光の放射方向に所定の距離をおいて第１の凸レンズ１１３が位置する。白色光は第１の凸レンズ１１３を透過しつつ、一定の幅の平行光として放射される。第１の凸レンズ１１３を透過した白色光は、第１の凸レンズ１１３に所定の距離をおいて位置する第１のビームスプリッタ１２０に入射する。第１のビームスプリッタ１２０は、入射する白色光を５０：５０の割合にて分離可能な無偏光キューブ（Non Polarized Cube）状であり、分離は同時に行われるのではなく、測定過程に従って順次に行われる。

第１のビームスプリッタ１２０の反射角は、白色光の入射方向に対して約４５゜であるため、白色光は、その反射に当たり、入射方向とは垂直に反射される。第１のビームスプリッタ１２０の反射角に対応して第２の凸レンズ１３１が位置する。第１の凸レンズ１１３が透過する白色光を平行光として放射することとは異なり、第２の凸レンズ１３１は、透過する白色光の幅を進行方向に応じて１ヶ所に集める焦点合わせを行う。このとき、第２のビームスプリッタ１３２に達した白色光の一部は、基準面１３３に向けて反射され、他の一部はそのまま透過して測定部１８０に照射される。このとき、基準面１３３の前面には所定の間隔をおいてブロッキング・プレート１３４が位置する。ブロッキング・プレート１３４は、基準面１３３に近づく位置において互いに平行であるが、基準面１３３に入射する白色光を選択的に遮断する。

このように第２の凸レンズ１３１と、第２のビームスプリッタ１３２及び基準面１３３よりなるシステムがマイケルソン干渉モジュール１３０であり、ここにブロッキング・プ
レート１３４が含まれることにより、ブロッキング・プレート１３４の選択的な白色光の遮断に応じて２通りのモードにて動作する。

また、第２のビームスプリッタ１３２により分離されて基準面１３３と測定部１８０にそれぞれ入射した白色光は、特に、測定部１８０に照射されつつ波長の変化を引き起こす。この変化は、形状情報と厚さ情報を有することに起因し、これらの各情報をブロッキング・プレート１３４の動作有無による各モードに応じて別々に測定することができる。

このように照射された白色光は、さらに反射されて第２のビームスプリッタ１３２を透過した後、第２の凸レンズ１３１を透過しつつ、進行幅がさらに整列されて平行光となる。そして、第１のビームスプリッタ１２０と反射鏡１４０から反射されて集光レンズ１５０に入射する。さらに、集光レンズ１５０を通った光は、回折グレーティング１６０にぶつかりつつ回折現象が起こる。このように回折グレーティング１６０を通りつつ回折された白色光は、ＣＣＤ１７０により検出されて薄膜の厚さ情報と表面形状情報を有する干渉信号として得られる。

すなわち、これらの過程をモード別に述べると、まず、薄膜の厚さ情報を得るために、光分割器１２０において分割された白色光は、薄膜がコートされている測定部１８０に入射し、薄膜の上層部と薄膜の下層部から反射されて干渉光を得、干渉光の位相を求めるために、ブロッキング・プレート１３４が"オン"になって薄膜の厚さ情報のみを得ることができる。そして、形状情報を得るために、ブロッキング・プレート１３４を"オフ"にして光分割器１２０において分割された白色光から、測定部１８０から反射された干渉光と、基準面１３３からの反射光とを干渉させて合成干渉光を得ることにより、薄膜の形状情報を得ることができる。すなわち、合成干渉光の位相から薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報を得るが、干渉光から得られる薄膜の厚さ情報と合成干渉光から得られた薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報から薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得る。

このような過程を段階別に述べると、白色光を放射する光源を光分割器により２つに分割し、分割された２つの白色光のうち一方の白色光を薄膜がコートされている測定部に入射させた後、薄膜の上層部と薄膜の下層部から反射される光から干渉光を得る。そして分割された２つの白色光のうちもう一方の白色光を基準面に入射させてから反射させて反射光を得る。ここで、干渉光と反射光を合成して合成干渉光を生成する。

図２−Ｂは、本発明の第２の実施例に係る、白色光干渉計を用いた透明薄膜の厚さ及び表面形状の測定装置の構成図であり、図２−Ｂによれば、光の偏光を用いて薄膜の厚さ及び表面形状情報を直接的に分離した後、リアルタイムにて測定する。

図２−Ｂを参照すれば、光源２１１から放射される白色光はコリメートレンズ２１２を通りつつ平行光となり、偏光装置２１３に入射する。偏光装置２１３は、基準面と測定面に入射した光の強度を略同じくする役割を果たし、入射する平行光を任意の偏光光として放射する。すなわち、偏光装置２１３は、水平、垂直の偏光光の強さを全く同じくするものであり、水平偏光光２１４と垂直偏光光２１５はそれぞれ別々に測定面２５２と基準面２４１に入射する。測定面２５２の薄膜の厚さにより形成された干渉信号は水平偏光光２１４であり、この水平偏光光２１４は、測定面２５２から反射されて干渉光として放射し、基準面２４１により反射された光は垂直偏光光２１５であり、この垂直偏光光２１５は、基準面２４１から反射光を放射する。これら２つの光２１４，２１５が光分割器２３１を介してさらに光分割器２２１，２６１に順次に入射する。光分割器２６１は、入射する光を反射させ、薄膜厚さの測定のために水平偏光装置２７１に向けて放射して透過させ、薄膜の形状の測定のために偏光器２８１に向けて放射する。水平偏光装置２７１は、水平
偏光光としての干渉光のみを通過させ、集光レンズ２７２を介して回折グレーティング２７３に入射させる。回折グレーティング２７３は、分光光をＣＣＤ２７４に送信し、１点に対する波長別の強度分布を得る。一方、偏光器２８１は、水平偏光光２１４としての干渉光と垂直偏光光２１５としての反射光を互いに干渉させて合成干渉光を得、回折グレーティング２８３に透過させてＣＣＤ２８４において周波数別に分光された分光光を得る。このような合成干渉光から得られた分光光を映像処理してアルゴリズムを適用することにより位相を求めた後、合成干渉光の位相から薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報を得、干渉光から得られた薄膜の厚さ情報と合成干渉光から得られた薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報から薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得る。

このような過程を段階別に述べると、白色光を任意の偏光光にしてから水平偏光光と垂直偏光光に分離し、水平偏光光を薄膜がコートされている測定面に入射させ、垂直偏光光を基準面に入射させる。そして、測定面に入射した光が薄膜の上層部と下層部から反射されつつ干渉されて干渉光を生成し、基準面に入射した光を反射させて反射光を生成する。そして、干渉光と反射光を合成して合成干渉光を生成する。

図３−Ａは、本発明の第３の実施例に係る、白色光干渉計を用いた透明薄膜厚さ及び表面形状の測定装置の構成図である。

図３−Ａの実施例は、上記の図２−Ａの第１の実施例と同じ構成の装置であるが、相違点があれば、集光レンズの代わりに筒状のレンズ３３１，３５０を用いるということである。そして、残りの構成については、図２−Ａと同じ参照符号が付されているものは同じ機能を行うものであるため、その詳細な説明を省く。図３−Ａを参照すれば、筒状のレンズ３３１，３５０は測定領域を１点から１ラインへと広げる。

図３−Ｂは、本発明の第４の実施例に係る、白色光干渉計を用いた透明薄膜厚さ及び表面形状の測定装置の構成図である。

図３−Ｂの実施例は、上記の図２−Ｂの第２の実施例と同じ構成の装置であるが、相違点があれば、集光レンズの代わりに筒状のレンズ３４２，３５１，３７２，３８２を用いるということである。そして、残りの構成については、図２−Ｂと同じ参照符号が付されているものは同じ機能を行うものであるため、その詳細な説明を省く。図３−Ｂを参照すれば、筒状のレンズ３４２，３５１，３７２，３８２は、測定領域を１点から１ラインに広げる。

図３−Ｃは、図２−Ｂと図３−Ｂの実施例の筒状レンズを用いて光を単面光（Sheet Light）にする過程を示す図である。すなわち、図３−Ｃの筒状レンズは、光の形状を単面
光の形状にしてＰの位置に放射する。

また、図３−Ｄは、２次元ＣＣＤ面の上に表示される情報であり、Ｘ軸は測定領域における１ラインを、Ｙ軸は波長別の光強度の分布を示す図である。すなわち、第３及び第４の実施例において用いられる筒状レンズにより測定領域が１点から１ラインに広がるときにＣＣＤ面上に表示され、ＣＣＤのＸ軸に示された各ピクセルは測定領域である１ラインの各点を示し、ＣＣＤのＹ軸に示された各ピクセルは波長別の光強度の分布を示す。

以下、図４ないし図８を参照し、上記の第１ないし第４の実施例における、干渉計を用いた透明薄膜の厚さ及び形状の測定装置により得られた干渉信号に基づき、透明薄膜の厚さ及び形状を測定する方法について一層詳細に説明する。

以下で、干渉信号とは、干渉光と合成干渉光を言う。

図４は、本発明による薄膜の厚さと表面形状情報を同時に算出する過程を示す図である。

図４は、測定対象物である薄膜構造物から薄膜の厚さ情報と形状情報をそれぞれ別々に求め、最終的に薄膜の表面形状及び厚さ情報を得ることを示している。表面の形状情報はｈで示し、厚さ情報はｄで示す。

図５は、図４の測定物体である薄膜のある層のパターン（薄膜）に対する入射光と反射光、そして透過光を示す図である。

図５を参照すれば、薄膜の上層部から反射された光をＥ_r1とし、薄膜の下部層部から反射された光をＥ_r2,Ｅ_r3,・・・としたとき、薄膜の厚さｄを算出するためのアルゴリズムは、下記式１ないし下記式１１から得ることができ、薄膜の形状Ｌを算出するためのアルゴリズムは、下記式１２ないし下記式１９から得ることができる。

アルゴリズムについて簡略に述べると、上記の装置により得られた干渉信号（ここでは、干渉光の干渉信号を言う。）を高周波フィルタリング等して不要な低周波成分を除去した後、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行う。そして、さらに逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を行い、最終的な干渉縞の位相値のみを求める。このときの位相値には薄膜の厚さと形状情報が含まれているため、２つの値を別々に求めることができる。

まず、薄膜の厚さｄを算出するためのアルゴリズムについて述べる。図５の上層部と下層部から反射された干渉光の干渉信号の干渉縞の式は、下記式１の通りである。

このとき、Ｅ_r1,Ｅ_r2,Ｅ_r3,・・・は、下記式２の通りである。

このとき、ｒ_ij,ｔ_ijはｉ，ｊ層におけるフレネル（fresnel）反射係数及び透過係数を示し、βは厚さｄの薄膜の内部を進行する光に起こる位相変化量であり、下記式３で表わされる。

ここで、θ＝０°としたとき、
β＝２ｋＮｄ
薄膜が可逆的（reversible）、すなわち、実数値の屈折率を有すれば、
ｒ₀₁＝−ｒ₁₀，ｔ₀₁ｔ₁₀＝１−ｒ² ₀₁
の関係を適用することができるため、簡単に下記式４の通りとなる。

前記式４を一層簡単に表わすために、
（１−ｒ² ₀₁）ｒ₁₂＝ａ，（−ｒ₀₁ｒ₁₂）＝ｂ
とすれば、下記式５の通りとなる。

前記式１に前記式５を代入すれば、下記式６の通りである。

前記式６を参照すれば、薄膜の厚さを得るための干渉縞の式が得られる。すなわち、薄膜の厚さ情報を含んでいるβがコサイン関数の繰り返し周波数成分に載せられていることが分かる。

数式３におけるβとｄの関係を用い、薄膜の厚さｄを下記式７のように表わすことができる。

前記式３から分かるように、βがｋの関数であるため、前記式６をｋに対してＦＦＴ(Fast Fourier Transform)して得られる周波数別の光強度の分布は、図６−Ａの通りである。

図６−Ａから分かるように、薄膜の厚さｄに相当する値が周波数成分であり、
Ｎｄ／π，２Ｎｄ／π，３Ｎｄ／π，・・・，ｎＮｄ／π
となる。このため、信号が最も強い周波数成分であるＮＤ／π成分のみをフィルタリングすれば、図６−Ｂの通りである。

そして、図６−Ｂから得られた信号をＩＦＦＴ(Inverse Fast Fourier Transform)すれば、下記式８が得られる。

コサイン関数である前記式８をさらにＦＦＴすれば、図６−Ｃのように−ＮＤ／πとＮＤ／πの周波数成分が得られ、正の周波数成分のみフィルタリングしてＩＦＦＴを行えば、得られる信号は下記式９の通りである。

前記式９に自然ログを取ると、下記式１０の通りである。

前記式１０から虚数部のみを取ると、位相値を得ることができる。

そして、前記式７を用い、図６−Ｄのように波数による位相値の勾配を求めると、薄膜の厚さｄを得ることができる。このとき、ｄは屈折率Ｎに影響されるため、正確な厚さｄを得るためには、屈折率を補償する必要がある。

このため、図７のようにコーシー方程式により屈折率Ｎを下記式１１のように曲線合わせを行い、波数による屈折率値を前記式７により補償すれば、分散への影響を考慮した薄膜の厚さｄを求めることが可能になる。

前記式１１において、Ａ，Ｂ，Ｃは物質の屈折率曲線による定数値である。

次に、薄膜の表面形状Ｌを算出するアルゴリズムは、上記の厚さｄを求める過程と同じであり、これについての説明は、次の通りである。

薄膜の表面形状の測定モードにおいて一般に得られる干渉信号とは、合成干渉光を言い、その干渉信号の干渉縞の式は、下記式１２の通りである。

Ａ（ν）は、光源の周波数分布関数であり、低周波成分が載せられている。前記式１２により、低周波成分であるＡ（ν）をフィルタリングして除去すれば、下記式１３が得られる。

ここで、求めようとする成分はｃｏｓφ（ν）であるため、Ｉのエンベロープ成分であるＢ（ν）を求めて除算すれば、下記式１４が得られる。

コサイン関数である前記式１４をＦＦＴして正の周波数成分のみを取り出し、さらにＩＦＦＴすれば、下記式１５が得られる。

前記式１５に自然ログを取ると、下記式１６の通りである。

前記式１６から虚数部のみを取ると、位相成分を容易に求めることができる。ここで、位相成分φ（ν）は、下記式１７の通りである。

このとき、δ（ｄ）は薄膜厚さｄにより生じる位相変化量であり、
δ(ｄ)＝（２π／ｃ）２ｎｄν
のように表わすことができ、ここで、ｎは薄膜の屈折率を表す。

前記式１７において、δ（ｄ）は薄膜の厚さ測定モードにて予め測定して既知の値であるため、前記式１７により容易に分離して下記式１８のように表わすことができる。

前記式１８を用いると、形状成分Ｌは数式１９のように求めることができる。

このため、前記式７と前記式１９を用いると、薄膜に関する厚さ情報ｄと表面形状情報Ｌを別々に容易に求めることが可能になる。

このような過程を段階別に述べると、干渉光を周波数別に分光させた後、周波数別の第１の干渉縞を得、合成干渉光を周波数別に分光させた後、周波数別の第２の干渉縞を得る。第１の干渉縞から薄膜の厚さによる位相を得、位相から薄膜の厚さ情報のみを得る。第２の干渉縞から位相を求め、薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報を得る。薄膜の厚さ情報を用いて薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報から薄膜の表面情報を得る。

図８−Ａは、本発明の第５の実施例に係る、白色光干渉計を用いた透明薄膜厚さ及び表面形状の測定装置の構成図である。

図８−Ａの実施例と、上記の図２−Ｂの第２の実施例との構成上の相違点は、圧電駆動器８０を取り付け、光路差による干渉縞が得られるようにＣＣＤ８４を備えるというところにある。そして、干渉光と合成干渉光を得るための図２−Ｂの第２の実施例のＣＣＤ２７４，２８４を含む構成をイメージング分光器８１，８３に置換する。すなわち、図２−
Ｂの第２の実施例における集光レンズ２７２と回折グレーティング２７３、及びＣＣＤ２７４をイメージング分光器８１に置換し、集光レンズ２８２と回折グレーティング２８３、及びＣＣＤ２８４をイメージング分光器８３に置換する。このようなイメージング分光器８１，８３は、図９に基づき後述する。

図８−Ａの第５の実施例において、図２−Ｂの第２の実施例と同じ構成に対しては同じ動作を行い、圧電駆動器８０は、光軸方向に測定面２５２を走査移動させて光路差による干渉縞をＣＣＤ８４により得ることができる。この第５の実施例は、分散型白色光干渉計（上記の第２の実施例を参照）に白色光走査干渉法を結合したものであり、白色光走査干渉法には、測定対象物を光軸の方向に連続的に移動させる移送メカニズムが求められる。測定対象物が移送されれば、それぞれの受光素子（すなわち、イメージング分光器８１，８３）において得られる光の強度は、サイン関数に囲まれた調和関数であり、このとき、光の強度が最大となる点を感知する。移送装置としては、上記の圧電駆動器（piezoelectric actuator）８０が用いられ、ナノメートル級の分解能の移送が行える。位置検出器としては、定電容量型やＬＶＤＴ（linear variable differential transformer）が汎用される。また、別途の位置検出器無しに、圧電駆動器に加えられる入力電圧から圧電駆動器の位置を推定する方法も多用され、この場合、圧電駆動器が有するヒステリシスに対する適切な補正が必要となる。それぞれの受光素子から最大の光の強度が得られる点における位置検出器からの距離を用いて組み合わせを行うと、測定対象物の微細な３次元形状を構成することができる。以上のように、白色光を用いると、測定対象物の段差には制限されることなく、圧電駆動器の行程範囲内における全ての段差を含む形状の測定が可能になる。

図８−Ｂは、本発明の第６の実施例に係る、白色光干渉計と自動焦点調節装置を用いた透明薄膜厚さ及び表面形状の測定装置の構成図である。

図８−Ｂの第６の実施例は、上記の第５の実施例と同じ構成であり、同じ構成のものは同じ機能を行う。但し、構成上の相違点があれば、自動焦点調節装置８０１をさらに有するということである。この自動焦点調節装置８０１は、本発明者により先出願（大韓民国特許出願第１０−２００４−５１７８８号公報）されたものであるため、それについての詳細な説明は省く。この自動焦点調節装置８０１をさらに備えることにより、第６の実施例の干渉計を用いると、既存の薄膜の厚さ情報及び薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報から薄膜の表面情報を得ると共に、自動焦点調節機能をも有することができる。

図８−Ｃは、本発明の第７の実施例に係る、白色光干渉計を用いた透明薄膜厚さ及び表面形状の測定装置の構成図である。

図８−Ｃの第７の実施例は、上記の第５の実施例と同じ構成であり、同じ構成のものは同じ機能を行う。但し、構成を一層簡略化するために、光分割器（図２−Ｂにおける光分割器２２１）の構成を省いている。すなわち、測定面２５２からの干渉光と基準面２４１からの反射光は光分割器２３１を介してさらに光分割器２６１に入射して反射または透過され、イメージング分光器８１，８３において１ラインに対する波長別の強度分布を得る。すなわち、偏光装置２１３は、水平偏光光２１４と垂直偏光光２１５をそれぞれ別々に測定面２５２と基準面２４１に入射させる。このとき、λ／４プレート９２を通った水平偏光光は、測定面２５２から反射された後、さらにλ／４プレート９２を通って垂直偏光された干渉光として放射され、λ／４プレート９１を通った垂直偏光光は、基準面２４１から反射された後、さらにλ／４プレート９１を通って水平偏光された反射光として放射される。これらの２つの光２１４，２１５が光分割器２３１を介してさらに光分割器２６１に入射し、光分割器２６１は、入射する光を反射して薄膜の厚さ測定のために垂直偏光光のみを透過するように構成された水平偏光装置２７１に向けて放射し、光分割器２６１
を透過した光は、薄膜の形状測定のために水平偏光光の一部と垂直偏光光の一部を透過するように構成された偏光器２８１に向けて放射する。水平偏光装置２７１は、水平偏光光としての干渉光のみを通過させ、イメージング分光器８１において１ラインに対する波長別の強度分布を得る。一方、偏光器２８１は、水平偏光光２１４としての干渉光と垂直偏光光２１５としての反射光を互いに干渉させて合成干渉光を得る。このような合成干渉光からイメージング分光器８３において１ラインに対する波長別の強度分布を得る。したがって、干渉光から得られた薄膜の厚さ情報と合成干渉光から得られた薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報から薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得る。

図９は、上記の第５の実施例ないし第８の実施例におけるイメージング分光器の詳細構成図である。

図９を参照すれば、上記の第５ないし第７の実施例において用いられるイメージング分光器は、測定ビームが照射される領域１１００内に１本のラインに対して波長別の光強度の分布を得るためのものである。すなわち、測定ビーム照射領域１１００内に測定ライン１２００をコリメートレンズ１３００を通った光からスリット１４００を上下に移動して選択する。このようにして選択された測定ライン１２００に相当するスリット１４００を通った光は、コリメートレンズ１５００、分散板１６００、及び集光レンズ１７００を介してＣＣＤ１８００において１ラインに対する波長別の光強度の分布を得ることができる。これを分析して１ラインに対する厚さ情報及び厚さ情報が含まれている表面情報から厚さ情報と表面情報を得ることができる。

図１０は、本発明の第８の実施例に係る、白色光干渉計を用いた透明薄膜の厚さ及び表面形状の測定装置の構成図である。

図１０の第８の実施例において、上記の図８−Ａの第５の実施例と同じ構成要素は同じ動作を行うため、その詳細な説明は省く。

図１０を図８−Ａと比較して説明すれば、測定面２５２を含む点線ボックスＤの内部に図８−Ａの圧電駆動器が省かれている構成であり、圧電駆動器が省かれることに伴い、光路差による干渉縞を得るためのＣＣＤが省かれて２つのＣＣＤ８１，８３よりなる構成となっている。

図１１−Ａ及び図１１−Ｂは、第８の実施例の変形例を説明するための構成図である。

図１１−Ａは、図１０の点線ボックスＤ部分を点線ボックスＤ１に置換して変形したものであり、点線ボックスＤ１の内部には、ミラウ干渉対物レンズ系Ｍ１を組み付ける。

図１１−Ｂは、図１０の点線ボックスＤ部分を点線ボックスＤ２に置換して変形したものであり、点線ボックスＤ２の内部には、マイケルソン干渉対物レンズ系Ｍ２を組み付ける。

これらの対物レンズ系Ｍ１，Ｍ２は、基準面と偏光光分割器を含んでなり、このような構成については、当該分野における技術者にとって公知であるため、その詳細な説明を省く。

また、本発明の上記の実施例においては、点とラインに対する波長別の光強度の分布を得るものとしたが、干渉光と合成干渉光から一つの面積に対する波長別の光強度の分布を得るためのＡＯＴＦ（Acousto-Optical Tunable Filter）やＬＣＴＦ（Liquid Crystal Tunable Filter）などの面積を波長別にイメージング可能な分光器を含んで、イメージン
グ分光器において得られた面積に対する波長別の光強度の分布を分析し、薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得ることも可能である。

既存の白色光走査干渉計を用いた透明薄膜厚さ及び表面形状の測定装置の構成図である。図２−Ａは、本発明の第１の実施例に係る、白色光干渉計を用いた透明薄膜厚さ及び表面形状の測定装置の構成図である。図２−Ｂは、本発明の第２の実施例に係る、白色光干渉計を用いた透明薄膜の厚さ及び表面形状の測定装置の構成図である。図３−Ａは、本発明の第３の実施例に係る、白色光干渉計を用いた透明薄膜厚さ及び表面形状の測定装置の構成図である。図３−Ｂは、本発明の第４の実施例に係る、白色光干渉計を用いた透明薄膜厚さ及び表面形状の測定装置の構成図である。図３−Ｃは、図３−Ｂの実施例の筒状レンズを用いて光を単面光（Sheet Light）にする過程を示す図である。図３−Ｄは、ＣＣＤ面上に表示される情報であり、Ｘ軸は測定領域における１ラインを、Ｙ軸は波長別の光強度の分布を示す図である。本発明による薄膜の厚さと表面形状情報を同時に算出する過程を示す図である。本発明において測定対象物となるある層のパターン（薄膜）に対する入射光と反射光、そして透過光を示す図である。図６−Ａは、ある層の薄膜から反射された光を周波数分析したとき、前記式６をＦＦＴしたときに得られる周波数別の光強度の分布図である。図６−Ｂは、図６−Ａに示す各種の周波数成分のうち１成分のみをフィルタリングした場合に得られる周波数別の光強度の分布図である。図６−Ｃは、前記式１４をＦＦＴしたときに得られる周波数別の光強度の分布図である。図６−Ｄは、透明薄膜の厚さの算出に当たり、膜厚さと波数による位相の勾配関係を示す図である。波長による屈折率の変化をコーシー（Cauchy）方程式により曲線合わせした図である。図８−Ａは、本発明の第５の実施例に係る、白色光干渉計を用いた透明薄膜厚さ及び表面形状の測定装置の構成図である。図８−Ｂは、本発明の第６の実施例に係る、白色光干渉計と自動焦点調節装置を用いた透明薄膜厚さ及び表面形状の測定装置の構成図である。図８−Ｃは、本発明の第７の実施例に係る、白色光干渉計を用いた透明薄膜厚さ及び表面形状の測定装置の構成図である。上記の第５の実施例ないし第８の実施例におけるイメージング分光器の詳細構成図である。本発明の第８の実施例に係る、白色光干渉計を用いた透明薄膜の厚さ及び表面形状の測定装置の構成図である。図１１−Ａは、第８の実施例の変形例を説明するための構成図である。図１１−Ｂは、第８の実施例の変形例を説明するための構成図である。

符号の説明

１００光源
１２０第１のビームスプリッタ
１３０マイケルソン干渉モジュール
１４０反射鏡
１５０集光レンズ
１６０回折グレーティング
１７０ＣＣＤ
１８０測定部

Claims

薄膜がコートされている測定物の薄膜の厚さ情報と薄膜の表面形状情報を得る方法において、
白色光を任意の方向の偏光光にした後、水平偏光光と垂直偏光光に分離する第１の段階と、
水平偏光光あるいは垂直偏光光を薄膜がコートされている測定物に入射させ、垂直偏光光あるいは水平偏光光を基準面に入射させる第２の段階と、
測定物に入射した光が薄膜の上層部と下層部から反射されつつ干渉され、干渉光を生成する第３の段階と、
基準面に入射した光を反射させて反射光を得、前記第３の段階における干渉光と合成して合成干渉光を生成する第４の段階と、
前記第３の段階における干渉光を周波数別に分光させた後、周波数別の干渉縞を得る第５の段階と、
前記第４の段階における合成干渉光を周波数別に分光させた後、周波数別の干渉縞を得る第６の段階と、
前記第５の段階における周波数別の干渉縞から薄膜の厚さによる位相を得、前記位相から薄膜の厚さ情報のみを得る第７の段階と、
前記第６の段階における周波数別の干渉縞から位相を求め、薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報を得る第８の段階と、
前記第７の段階において得られた薄膜の厚さ情報に基づき、前記第８の段階において得られた薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報から薄膜の表面情報のみを得る第９の段階と、を含むことを特徴とする透明薄膜の厚さ及び形状の測定方法。
薄膜がコートされている測定物の薄膜の厚さ情報と薄膜の表面形状情報を得る方法において、
白色光を放射する光源を光分割器を用いて２つに分割する第１の段階と、
前記第１の段階において分割された２つの白色光のうち一方の白色光を薄膜がコートされている測定物に入射させた後、薄膜の上層部と薄膜の下層部から反射される光から干渉光を得る第２の段階と、
前記第１の段階において分割された２つの白色光のうちもう一方の白色光を基準面に入射させてから反射させ、反射光を得る第３の段階と、
前記第２の段階における干渉光と第３の段階における反射光を合成して合成干渉光を生成する第４の段階と、
前記第２の段階における干渉光を周波数別に分光させた後、周波数別の干渉縞を得る第５の段階と、
前記第４の段階における合成干渉光を周波数別に分光させた後、周波数別の干渉縞を得る第６の段階と、
前記第４の段階における周波数別の干渉縞から位相を求め、薄膜の厚さ情報のみを得る第７の段階と、
前記第６段階における干渉縞から位相を求め、薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報を得る第８の段階と、
前記第７の段階において得られた薄膜の厚さ情報を用い、前記第８の段階において得られた薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報から薄膜の表面情報のみを得る第９の段階と、を含むことを特徴とする透明薄膜の厚さ及び形状の測定方法。
干渉縞から位相を求める段階は、
干渉縞を数式としてモデリングする段階（単層薄膜の厚さを測定する場合には数式６を参照、単層薄膜の形状を測定する場合には数式１２を参照）と、
干渉縞に載せられている低周波成分を除去するために、高周波フィルタリングを行う段
階と、
前記低周波成分が除かれている干渉縞からエンベロープ成分を除去し、薄膜の厚さと形状情報が含まれている位相値のみよりなるコサイン関数として整理する段階（単層薄膜の厚さを測定する場合には数式８を参照、単層薄膜の形状を測定する場合には数式１４を参照）と、
前記整理されたコサイン関数を高速フーリエ変換して正の周波数成分のみを取った後、さらに逆高速フーリエ変換を行う段階と、
前記逆高速フーリエ変換により得られた結果に自然ログを取り、虚数部が位相値になるように変換した後、前記位相値を求める段階（単層薄膜の厚さを測定する場合には数式１０を参照、単層薄膜の形状を測定する場合には数式１６を参照）と、
前記周波数による位相値の勾配と薄膜の屈折率Ｎから薄膜の厚さと形状を求める段階（数式７及び数式１７ないし１９を参照）と、を含むことを特徴とする請求項１または２記載の透明薄膜の厚さ及び形状の測定方法。
任意の薄膜の厚さと薄膜の表面形状を測定する装置において、
白色光を放射する光源と、白色光を任意の方向に偏光して偏光光にする偏光装置と、前記偏光光を水平偏光光と垂直偏光光に分離する偏光光分割器と、を備え、前記水平偏光光を薄膜がコートされている測定物に入射させた後、薄膜の上層部と薄膜の下層部から反射される光から干渉光を得、前記垂直偏光光を基準面に入射させてから反射させて反射光を得、前記干渉光の位相を求めた後、前記位相から薄膜の厚さ情報のみを得、前記干渉光と前記反射光を干渉させて得られた合成干渉光から位相を求めた後、前記合成干渉光の位相から薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報を得、前記干渉光から得られる薄膜の厚さ情報と合成干渉光から得られた薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報から薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得ることを特徴とする透明薄膜の厚さ及び形状の測定装置。
前記干渉光から位相を求めるために、前記干渉光を周波数別に分光させて分光光を得る回折グレーティングと、前記分光光を得る映像獲得部と、を備え、前記分光光を映像処理してアルゴリズムを適用することにより位相を求め、前記合成干渉光から位相を求めるために合成干渉光を得る４５°偏光板と、前記合成干渉光を周波数別に分光させて分光光を得る回折グレーティングと、前記分光光を得る映像獲得部と、を備え、前記合成干渉光から得られた分光光を映像処理してアルゴリズムを適用して位相を求めることにより、薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得ることを特徴とする請求項４記載の透明薄膜の厚さ及び形状の測定装置。
任意の薄膜の厚さと薄膜の表面形状を測定する装置において、
白色光を放射する光源と、前記白色光を分割する光分割器と、を備え、前記光分割器において分割された一部の白色光は薄膜がコートされている測定物に入射させた後、薄膜の上層部と薄膜の下層部から反射される光から干渉光を得、前記光分割器において分割された残りの白色光は基準面に入射させてから反射させて反射光を得るが、反射光を遮断可能な遮断板を備え、前記干渉光の位相を求めるために、前記遮断板を作動させて反射光を遮断した後、干渉光から位相を求めて薄膜の厚さ情報のみを得、前記遮断板を除去し、前記干渉光と前記反射光を干渉させて得られた合成干渉光から位相を求めた後、前記合成干渉光の位相から薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報を得、前記干渉光から得られる薄膜の厚さ情報と合成干渉光から得られた薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報から薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得ることを特徴とする透明薄膜の厚さ及び形状の測定装置。
前記干渉光と前記合成干渉光から位相を求めるために、周波数別に分光させて分光光を得る回折グレーティングと、前記分光光を得る映像獲得部と、を備え、前記分光光を映像
処理してアルゴリズムを適用して位相を得ることにより、薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得ることを特徴とする請求項６記載の透明薄膜の厚さ及び形状の測定装置。
任意の薄膜の厚さと薄膜の表面形状を測定する装置において、
白色光を放射する光源と、白色光を任意の方向に偏光して偏光光にする偏光装置と、前記偏光光を水平偏光光と垂直偏光光に分離する偏光光分割器と、を備え、前記水平偏光光を薄膜がコートされている測定物に入射させた後、薄膜の上層部と薄膜の下層部から反射される光から干渉光を得、前記垂直偏光光を基準面に入射させてから反射させて反射光を得、前記干渉光の位相を求めるために、前記干渉光を周波数別に分光させて分光光を得る回折グレーティングと、前記分光光を得る映像獲得部と、を備え、前記分光光を映像処理してアルゴリズムを適用することにより位相を求めた後、前記位相から薄膜の厚さ情報のみを得、前記干渉光と前記反射光を干渉させて得られた合成干渉光から位相を求めるために合成干渉光を得る４５°偏光板と、前記合成干渉光を周波数別に分光させて分光光を得る回折グレーティングと、前記分光光を得る映像獲得部と、を備え、前記合成干渉光から得られた分光光を映像処理してアルゴリズムを適用することにより位相を求めた後、前記合成干渉光の位相から薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報を得、前記干渉光から得られる薄膜の厚さ情報と合成干渉光から得られた薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報から薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得ることを特徴とする透明薄膜の厚さ及び形状の測定装置。
前記干渉光と前記反射光及び前記合成干渉光をライン状に得るために、筒状レンズを用い、且つ、前記ライン状の干渉光と前記ライン状の合成干渉光から周波数別の干渉縞を得るために、筒状レンズを用いて薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得ることを特徴とする請求項４，６及び８のうちいずれかに記載の透明薄膜の厚さ及び形状の測定装置。
任意の薄膜の厚さと薄膜の表面形状を測定する装置において、
白色光を放射する光源と、白色光を任意の方向に偏光して偏光光にする偏光装置と、前記偏光光を水平偏光光と垂直偏光光に分離する偏光光分割器と、光軸方向に前記薄膜の測定面を走査移動させるための圧電駆動器と、光路差による干渉縞を得るためのＣＣＤと、を備え、前記水平偏光光を薄膜がコートされている測定物に入射させた後、薄膜の上層部と薄膜の下層部から反射される光から干渉光を得、前記垂直偏光光を基準面に入射させてから反射させて反射光を得、前記干渉光の位相を求めた後、前記位相から薄膜の厚さ情報のみを得、前記干渉光と前記反射光を干渉させて得られた合成干渉光から位相を求めた後、前記合成干渉光の位相から薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報を得、前記干渉光から得られる薄膜の厚さ情報と合成干渉光から得られた薄膜の厚さ情報が含まれている薄膜の表面情報から薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得ることを特徴とする透明薄膜の厚さ及び形状の測定装置。
前記干渉光と合成干渉光から１本のラインに対する波長別の光強度の分布を得るためのイメージング分光器を含み、イメージング分光器において得られた各ラインに対する波長別の光強度の分布を分析して薄膜の厚さ情報と薄膜の表面情報を得ることを特徴とする請求項１０記載の透明薄膜の厚さ及び形状の測定装置。
自動焦点調節装置をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の透明薄膜の厚さ及び形状の測定装置。