JP2007248312A - Film thickness measuring method and device - Google Patents

Film thickness measuring method and device Download PDF

Info

Publication number
JP2007248312A
JP2007248312A JP2006073410A JP2006073410A JP2007248312A JP 2007248312 A JP2007248312 A JP 2007248312A JP 2006073410 A JP2006073410 A JP 2006073410A JP 2006073410 A JP2006073410 A JP 2006073410A JP 2007248312 A JP2007248312 A JP 2007248312A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
film thickness
film
reflectance
reflected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2006073410A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5025150B2 (en
Inventor
Mitsuhiro Tomota
光弘 友田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2006073410A priority Critical patent/JP5025150B2/en
Publication of JP2007248312A publication Critical patent/JP2007248312A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5025150B2 publication Critical patent/JP5025150B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film thickness measuring method and so forth capable of precisely measuring a thickness of a light transmitting film provided on a support substrate. <P>SOLUTION: In the film thickness measuring method for measuring the film thickness of the film having light transmitting properties provided on the support substrate, light is incident on the film, reflected light obtained by interference between the light reflected by a surface of the film and the light reflected by a surface of the support substrate is dispersed, the amount of light of the separated reflected light is detected, wavelengths where the reflectance is at the minimum or the maximum are acquired by magnifying reflectance at an arbitrary size when calculating the reflectance from the amount of light, and the wavelengths at which the reflectance is at the minimum and the maximum and refractive index of the film are used to measure the thickness of the film. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、膜厚測定方法及び膜厚測定装置に関する。   The present invention relates to a film thickness measuring method and a film thickness measuring apparatus.

支持基板上に塗布された膜の膜厚測定方法としては、段差計、表面粗さ計、渦電流膜厚計等の接触式膜厚測定方法、静電容量式膜厚計、蛍光X線膜厚計、光干渉式膜厚計等の非接触式膜厚測定方法、光学顕微鏡、電子顕微鏡等の試料断面を観察する写真法等が挙げられる。   As a method for measuring the film thickness of the film applied on the support substrate, a contact film thickness measuring method such as a step gauge, a surface roughness meter, an eddy current film thickness meter, a capacitance film thickness meter, a fluorescent X-ray film Examples include a non-contact film thickness measuring method such as a thickness gauge and a light interference film thickness meter, and a photographic method for observing a sample cross section such as an optical microscope and an electron microscope.

これらのうち、接触式膜厚測定方法は、被測定物を傷つけるため、測定に使用された被測定物を製品として使用できないという問題を有しており、写真法も、被測定物の断面を観察する破壊検査であるため、同様の問題を有している。また、膜厚が1μm以下である場合は、接触式膜厚測定法及び写真法のいずれも、測定時又は試料調製時に、接触による弾性変形が発生し、正確な膜厚を測定できない可能性がある。   Among these, the contact-type film thickness measurement method has a problem that the measurement object used for measurement cannot be used as a product because it damages the measurement object, and the photographic method also has a cross section of the measurement object. Since it is a destructive inspection to observe, it has the same problem. In addition, when the film thickness is 1 μm or less, both the contact-type film thickness measurement method and the photographic method may cause elastic deformation due to contact at the time of measurement or sample preparation, and there is a possibility that an accurate film thickness cannot be measured. is there.

非接触式膜厚測定方法においても、静電容量式膜厚計では、測定精度、測定分解能等に問題があり、蛍光X線膜厚計では、測定できる素材に制約が生じるだけでなく、膜厚が1μm近傍になると、測定精度の問題がある。   Even in the non-contact type film thickness measurement method, the capacitance type film thickness meter has problems in measurement accuracy, resolution, etc., and the fluorescent X-ray film thickness meter has not only limited the material that can be measured, but also the film thickness. When the thickness is around 1 μm, there is a problem of measurement accuracy.

このため、非接触、非破壊で測定精度の高い測定手法が望まれるが、この対応として、光干渉方式の原理を用いた膜厚計が多く用いられてきた。   For this reason, a non-contact, non-destructive measurement technique with high measurement accuracy is desired. As a countermeasure, a film thickness meter using the principle of the optical interference method has been used in many cases.

光干渉方式は、光学的測定であるから、物理的に接触すること無く、膜厚を測定できる利点を有している。しかしながら、表面が粗い場合、散乱が多くなり、反射光量が弱くなる。このため、表面状態によっては、必要な測定精度が得られなくなり、測定できなくなる場合もある。   Since the optical interference method is an optical measurement, it has an advantage that the film thickness can be measured without physical contact. However, when the surface is rough, scattering increases and the amount of reflected light becomes weak. For this reason, depending on the surface state, the required measurement accuracy may not be obtained, and measurement may not be possible.

このように、光干渉方式は、被測定物の表面が平行平面であることが前提条件となり、支持基板や膜の表面が粗い場合には、光の散乱により、十分な反射光量を検出することが困難になる。   As described above, the optical interference method is based on the precondition that the surface of the object to be measured is a parallel plane. If the surface of the support substrate or the film is rough, a sufficient amount of reflected light is detected by light scattering. Becomes difficult.

この問題を解決するために、特に、電子写真感光体の基体の表面が粗い場合に、基体の十点平均粗さより長い波長の光を用いて膜厚を測定する方法が開示されている(特許文献1参照)。しかしながら、基体の十点平均粗さが測定光の波長以上になった場合に、膜厚を測定できないという問題がある。   In order to solve this problem, a method is disclosed in which the film thickness is measured using light having a wavelength longer than the ten-point average roughness of the substrate, particularly when the surface of the substrate of the electrophotographic photosensitive member is rough (patent) Reference 1). However, there is a problem that the film thickness cannot be measured when the ten-point average roughness of the substrate is equal to or greater than the wavelength of the measuring light.

同様に、電子写真感光体の基体の表面が粗い場合に、基体の最大表面粗さ高さより長い波長の光を用いて膜厚を測定する方法が開示されている。しかしながら、基体の最大表面粗さ高さが測定光の波長以上になった場合に、膜厚を測定できないという問題がある。   Similarly, there is disclosed a method for measuring the film thickness using light having a wavelength longer than the maximum surface roughness height of the substrate when the surface of the substrate of the electrophotographic photosensitive member is rough. However, there is a problem that the film thickness cannot be measured when the maximum surface roughness height of the substrate is equal to or greater than the wavelength of the measurement light.

また、光導電性感光体における、光透過性の感光層の表面での反射光の表面での反射光と下引き層の表面での反射光との干渉を用いて、感光層の膜厚を測定する方法が開示されている(特許文献3参照)。しかしながら、この方法は、積層された光導電性感光体の層間の屈折率差を利用した膜厚測定には向いているが、表面が粗い支持基板上の膜、特に、膜厚が1μm以下の膜の膜厚測定には適さないという問題がある。
特開2000−356859号公報 特許第3534632号公報 特開2003−287409号公報
In the photoconductive photoconductor, the thickness of the photosensitive layer can be reduced by using interference between reflected light on the surface of the light-transmitting photosensitive layer and reflected light on the surface of the undercoat layer. A measuring method is disclosed (see Patent Document 3). However, this method is suitable for film thickness measurement using the difference in refractive index between the layers of the laminated photoconductive photoconductor, but the film on the support substrate having a rough surface, in particular, the film thickness is 1 μm or less. There is a problem that it is not suitable for film thickness measurement.
JP 2000-356859 A Japanese Patent No. 3534632 JP 2003-287409 A

本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑み、支持基板上に設けられた光透過性の膜の膜厚を精度よく測定することが可能な膜厚測定方法及び膜厚測定装置を提供することを目的とする。   The present invention provides a film thickness measuring method and a film thickness measuring apparatus capable of accurately measuring the film thickness of a light-transmitting film provided on a support substrate in view of the problems of the above-described conventional technology. For the purpose.

本発明の第一の態様は、支持基板上に設けられた光透過性を有する膜の膜厚を測定する膜厚測定方法において、前記膜に光を入射させ、前記膜の表面で反射された光と、前記支持基板の表面で反射された光との干渉により得られる反射光を分光して、前記分光された反射光の光量を検出し、前記光量から反射率を演算する際に、前記反射率を任意の大きさに拡大することにより前記反射率が極小及び極大となる波長を求め、前記反射率が極小及び極大となる波長並びに前記膜の屈折率を用いて前記膜の膜厚を測定することを特徴とする膜厚測定方法である。   A first aspect of the present invention is a film thickness measuring method for measuring a film thickness of a light-transmitting film provided on a support substrate, wherein light is incident on the film and reflected by the surface of the film When the reflected light obtained by interference between the light and the light reflected on the surface of the support substrate is dispersed, the amount of the reflected reflected light is detected, and the reflectance is calculated from the light amount, The wavelength at which the reflectance becomes minimum and maximum is obtained by expanding the reflectance to an arbitrary size, and the film thickness is determined by using the wavelength at which the reflectance is minimum and maximum and the refractive index of the film. It is a film thickness measuring method characterized by measuring.

本発明の第二の態様は、支持基板上に設けられた光透過性を有する膜の膜厚を測定する膜厚測定装置において、光源と、この光源から放射された光を伝送して射出すると共に前記反射光を受光して伝送するファイバープローブを有し、前記ファイバープローブ射出部から放射された光を前記膜に集光させる集束光学系と、前記膜の表面で反射された光と、前記支持基板の表面で反射された光との干渉により得られる反射光を分光する分光手段と、前記分光された反射光の光量を検出する光量検出手段と、前記光量から反射率を演算する際に、前記反射率を任意の大きさに拡大することにより前記反射率が極小及び極大となる波長を求め、前記反射率が極小及び極大となる波長並びに前記膜の屈折率を用いて前記膜の膜厚を演算する演算手段とを有し、上記光を支持基板上に設けられた光透過性を有する膜の表面に垂直入射させるように構成させたことを特徴とする膜厚測定装置である。   According to a second aspect of the present invention, in a film thickness measuring apparatus for measuring a film thickness of a light-transmitting film provided on a support substrate, a light source and light emitted from the light source are transmitted and emitted. And a fiber probe that receives and transmits the reflected light, and a focusing optical system that condenses the light emitted from the fiber probe emitting portion on the film, the light reflected on the surface of the film, and A spectroscopic means for spectroscopically reflecting reflected light obtained by interference with the light reflected by the surface of the support substrate; a light quantity detecting means for detecting the light quantity of the spectroscopically reflected light; and when calculating the reflectance from the light quantity The wavelength at which the reflectance becomes minimum and maximum is obtained by enlarging the reflectance to an arbitrary size, and the film thickness of the film is determined using the wavelength at which the reflectance becomes minimum and maximum and the refractive index of the film. A calculation means for calculating the thickness; Has a film thickness measuring device which is characterized in that is configured to vertically incident on the surface of the film having optical transparency provided the light on a supporting substrate.

本発明によれば、支持基板上に設けられた光透過性の膜の膜厚を精度よく測定することが可能な膜厚測定方法及び膜厚測定装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the film thickness measuring method and film thickness measuring apparatus which can measure the film thickness of the light-transmitting film | membrane provided on the support substrate accurately can be provided.

次に、本発明の実施の形態を説明する。   Next, an embodiment of the present invention will be described.

本発明の第1の実施形態は、支持基板上に設けられた光透過性を有する膜の膜厚を測定する膜厚測定方法において、前記膜に光を入射させ、前記膜の表面で反射された光と、前記支持基板の表面で反射された光との干渉により得られる反射光を分光して、前記分光された反射光の光量を検出し、前記光量から反射率を演算する際に、前記反射率を任意の大きさに拡大することにより前記反射率が極小及び極大となる波長を求め、前記反射率が極小及び極大となる波長並びに前記膜の屈折率を用いて前記膜の膜厚を測定することを特徴とする。   According to a first embodiment of the present invention, in a film thickness measurement method for measuring a film thickness of a light-transmitting film provided on a support substrate, light is incident on the film and reflected by the surface of the film. When the reflected light obtained by the interference between the reflected light and the light reflected on the surface of the support substrate is dispersed, the amount of the reflected reflected light is detected, and the reflectance is calculated from the amount of light, The wavelength at which the reflectance becomes minimum and maximum is obtained by enlarging the reflectance to an arbitrary size, and the film thickness of the film is determined using the wavelength at which the reflectance becomes minimum and maximum and the refractive index of the film. Is measured.

本発明の第1の実施形態によれば、前記膜に光を入射させ、前記膜の表面で反射された光と、前記支持基板の表面で反射された光との干渉により得られる反射光を分光して、前記分光された反射光の光量を検出し、前記光量から反射率を演算する際に、前記反射率を任意の大きさに拡大することにより前記反射率が極小及び極大となる波長を求め、前記反射率が極小及び極大となる波長並びに前記膜の屈折率を用いて前記膜の膜厚を測定するので、支持基板上に設けられた膜の膜厚を精度よく測定する膜厚測定方法を提供することができる。   According to the first embodiment of the present invention, light is incident on the film, and reflected light obtained by interference between the light reflected on the surface of the film and the light reflected on the surface of the support substrate is reflected. The wavelength at which the reflectivity is minimized and maximized by expanding the reflectivity to an arbitrary size when spectrally detecting and detecting the light amount of the split reflected light and calculating the reflectivity from the light amount And the film thickness of the film is measured using the wavelength at which the reflectance becomes minimum and maximum and the refractive index of the film, so that the film thickness of the film provided on the support substrate can be accurately measured. A measurement method can be provided.

本発明の第2の実施形態は、本発明の第1の実施形態による膜厚測定装置において、前記支持基板の十点平均粗さは、前記光の波長以上であることを特徴とする。   According to a second embodiment of the present invention, in the film thickness measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention, the ten-point average roughness of the support substrate is equal to or greater than the wavelength of the light.

本発明の第2の実施形態によれば、前記支持基板の十点平均粗さが、前記光の波長以上である場合には、本発明の第1の実施形態による膜厚測定方法により、十点平均粗さよりも短波長領域の測定波長領域で、膜厚を精度よく測定することができる。   According to the second embodiment of the present invention, when the ten-point average roughness of the support substrate is equal to or greater than the wavelength of the light, the film thickness measuring method according to the first embodiment of the present invention The film thickness can be accurately measured in the measurement wavelength region shorter than the point average roughness.

本発明の第3の実施形態は、本発明の第1又は第2の実施形態による膜厚測定方法において、前記支持基板の十点平均粗さは、0.7μm以上1.2μm以下であることを特徴とする。   According to a third embodiment of the present invention, in the film thickness measurement method according to the first or second embodiment of the present invention, the ten-point average roughness of the support substrate is 0.7 μm or more and 1.2 μm or less. It is characterized by.

本発明の第3の実施形態によれば、前記支持基板の十点平均粗さは、0.7μm以上1.2μm以下である場合には、本発明の第1の実施形態による膜厚測定方法により、十点平均粗さ以下の波長を有する光を用いて膜厚を精度よく測定することができる。   According to the third embodiment of the present invention, when the ten-point average roughness of the support substrate is 0.7 μm or more and 1.2 μm or less, the film thickness measuring method according to the first embodiment of the present invention. Thus, the film thickness can be accurately measured using light having a wavelength equal to or less than the ten-point average roughness.

本発明の第4の実施形態は、本発明の第1乃至第3のいずれか一つの実施形態による膜厚測定方法において、前記支持基板は、円筒形状を有することを特徴とする。   According to a fourth embodiment of the present invention, in the film thickness measurement method according to any one of the first to third embodiments of the present invention, the support substrate has a cylindrical shape.

本発明の第4の実施形態によれば、前記支持基板は、円筒形状を有する場合には、本発明の第1の実施形態による膜厚測定方法により、膜厚を精度よく測定することができる。   According to the fourth embodiment of the present invention, when the support substrate has a cylindrical shape, the film thickness can be accurately measured by the film thickness measuring method according to the first embodiment of the present invention. .

本発明の第5の実施形態は、本発明の第1乃至第4のいずれか一つの実施形態による膜厚測定方法において、前記膜の膜厚は、0.3μm以上1.5μm以下であることを特徴とする。   According to a fifth embodiment of the present invention, in the film thickness measurement method according to any one of the first to fourth embodiments of the present invention, the film thickness is not less than 0.3 μm and not more than 1.5 μm. It is characterized by.

本発明の第5の実施形態によれば、前記膜の膜厚は、0.3μm以上1.5μm以下である場合には、本発明の第1の実施形態による膜厚測定方法により、膜厚を精度よく測定することができる。   According to the fifth embodiment of the present invention, when the film thickness is 0.3 μm or more and 1.5 μm or less, the film thickness is measured by the film thickness measuring method according to the first embodiment of the present invention. Can be measured with high accuracy.

本発明の第6の実施形態は、本発明の第1乃至第5のいずれか一つの実施形態による膜厚測定方法において、反射光の反射率を校正する標準試料の反射光の光量を減少させることにより反射率を任意の大きさに拡大することを特徴とする。   According to a sixth embodiment of the present invention, in the film thickness measurement method according to any one of the first to fifth embodiments of the present invention, the amount of reflected light of a standard sample for calibrating the reflectance of reflected light is reduced. Thus, the reflectance is increased to an arbitrary size.

本発明の第6の実施形態によれば、反射光の反射率を校正する標準試料の反射光の光量を減少させることにより反射率を任意の大きさに拡大することを特徴とするので、膜厚を精度よく測定することができる。   According to the sixth embodiment of the present invention, the reflectance is increased to an arbitrary size by reducing the amount of reflected light of the standard sample for calibrating the reflectance of the reflected light. Thickness can be measured accurately.

本発明の第7の実施形態は、本発明の第1乃至第6のいずれか一つの実施形態による膜厚測定方法において、前記膜の表面に入射する光の膜表面における直径が、0.9mm以上、1.5mmとすることを特徴とする。   According to a seventh embodiment of the present invention, in the film thickness measurement method according to any one of the first to sixth embodiments of the present invention, the diameter of light incident on the film surface is 0.9 mm. As described above, the thickness is 1.5 mm.

本発明の第7の実施形態によれば、前記膜の表面に入射する光の膜表面における直径が、0.9mm以上、1.5mmとすることを特徴とするので、支持基板に酸化に依る汚れが有った場合や支持基板の表面粗さが大きい場合でも膜厚を精度よく測定することができる。   According to the seventh embodiment of the present invention, the diameter of light incident on the surface of the film is 0.9 mm or more and 1.5 mm, so that the support substrate depends on oxidation. Even when there is dirt or the surface roughness of the support substrate is large, the film thickness can be accurately measured.

本発明の第8の実施形態は、支持基板上に設けられた光透過性を有する膜の膜厚を測定する膜厚測定装置において、光源と、この光源から放射された光を伝送して射出すると共に前記反射光を受光して伝送するファイバープローブを有し、前記ファイバープローブ射出部から放射された光を前記膜に集光させる集束光学系と、前記膜の表面で反射された光と、前記支持基板の表面で反射された光との干渉により得られる反射光を分光する分光手段と、前記分光された反射光の光量を検出する光量検出手段と、前記光量から反射率を演算する際に、前記反射率を任意の大きさに拡大することにより前記反射率が極小及び極大となる波長を求め、前記反射率が極小及び極大となる波長並びに前記膜の屈折率を用いて前記膜の膜厚を演算する演算手段とを有し、上記光を支持基板上に設けられた光透過性を有する膜の表面に垂直入射させるように構成させたことを特徴とする。   In an eighth embodiment of the present invention, in a film thickness measuring apparatus for measuring the film thickness of a light-transmitting film provided on a support substrate, a light source and light emitted from the light source are transmitted and emitted. And a fiber probe for receiving and transmitting the reflected light, and a focusing optical system for condensing the light emitted from the fiber probe emitting portion on the film, and the light reflected by the surface of the film, A spectroscopic means for spectroscopically reflecting reflected light obtained by interference with the light reflected by the surface of the support substrate; a light quantity detecting means for detecting the light quantity of the spectroscopically reflected light; and calculating the reflectance from the light quantity Further, the wavelength at which the reflectance becomes minimum and maximum is obtained by enlarging the reflectance to an arbitrary size, and the wavelength at which the reflectance becomes minimum and maximum and the refractive index of the film are used. Calculation hand to calculate film thickness It has the door, characterized in that is configured to vertically incident on the surface of the film having optical transparency provided the light on a supporting substrate.

本発明の第8の実施形態によれば、光源と、この光源から放射された光を伝送して射出すると共に前記反射光を受光して伝送するファイバープローブと、前記光源から放射された光を前記膜に集光させる集束光学系と、前記膜の表面で反射された光と、前記支持基板の表面で反射された光との干渉により得られる反射光を分光する分光手段と、前記分光された反射光の光量を検出する光量検出手段と、前記光量から反射率を演算する際に、前記反射率を任意の大きさに拡大することにより前記反射率が極小及び極大となる波長を求め、前記反射率が極小及び極大となる波長並びに前記膜の屈折率を用いて前記膜の膜厚を演算する演算手段とを有し、上記光を支持基板上に設けられた光透過性を有する膜の表面に垂直入射させるように構成させているので、支持基板上に設けられた膜の膜厚を精度よく測定することが可能な膜厚測定装置を提供することができる。   According to an eighth embodiment of the present invention, a light source, a fiber probe that transmits and emits light emitted from the light source and receives and transmits the reflected light, and light emitted from the light source. A focusing optical system for condensing the film; a spectroscopic unit for spectroscopically reflecting reflected light obtained by interference between light reflected from the surface of the film and light reflected from the surface of the support substrate; A light amount detecting means for detecting the amount of reflected light, and calculating the reflectance from the light amount, obtaining a wavelength at which the reflectance is minimized and maximized by expanding the reflectance to an arbitrary size; A light-transmitting film provided on a support substrate, the light source having a calculating means for calculating a film thickness of the film using a wavelength at which the reflectance becomes minimum and maximum and a refractive index of the film Configured to make normal incidence on the surface of Because there can be provided a thickness measuring apparatus capable of measuring the thickness of a film disposed on a supporting substrate accurately.

本発明の第9の実施形態は、本発明の第8の実施形態による膜厚測定装置において、前記集束光学系の開口数は、0.05以上0.3以下であることを特徴とする。   According to a ninth embodiment of the present invention, in the film thickness measuring apparatus according to the eighth embodiment of the present invention, the numerical aperture of the focusing optical system is 0.05 or more and 0.3 or less.

本発明の第9の実施形態によれば、前記集束光学系の開口数は、0.05以上0.3以下であるので、良好な検出光を得ることができる。0.3以下とすることで最低限度の「干渉計測に必要な垂直入射/垂直受光」の基本原理を満たす検出光を得ることができ、0.05以上とすることで必要最小限の検出光の光量を確保することが可能となる。   According to the ninth embodiment of the present invention, since the numerical aperture of the focusing optical system is not less than 0.05 and not more than 0.3, good detection light can be obtained. By setting it to 0.3 or less, it is possible to obtain detection light that satisfies the basic principle of “vertical incidence / vertical light reception necessary for interference measurement” at the minimum. It is possible to secure a sufficient amount of light.

本発明の第10の実施形態は、本発明の第8又は第9の実施形態による膜厚測定装置において、前記集束光学系は、色消しレンズであることを特徴とする。   According to a tenth embodiment of the present invention, in the film thickness measuring apparatus according to the eighth or ninth embodiment of the present invention, the focusing optical system is an achromatic lens.

本発明の第10の実施形態によれば、前記集束光学系は、色消しレンズであるので、波長の精度が良好な検出光を得ることができる。   According to the tenth embodiment of the present invention, since the focusing optical system is an achromatic lens, detection light with good wavelength accuracy can be obtained.

本発明の第11の実施形態は、本発明の第8乃至第10のいずれか一つの実施形態による膜厚測定装置において、前記光源は、ハロゲン−タングステンランプであることを特徴とする。   According to an eleventh embodiment of the present invention, in the film thickness measuring apparatus according to any one of the eighth to tenth embodiments of the present invention, the light source is a halogen-tungsten lamp.

本発明の第11の実施形態によれば、前記光源は、ハロゲン−タングステンランプであるので、明るい広い波長領域の光を放射することができる。   According to the eleventh embodiment of the present invention, since the light source is a halogen-tungsten lamp, it can emit light in a bright wide wavelength region.

本発明の第12の実施形態は、本発明の第8乃至第11のいずれか一つの実施形態による膜厚測定装置において、前記分光手段は、回折格子、プリズム又は分光フィルタであることを特徴とする。   According to a twelfth embodiment of the present invention, in the film thickness measuring device according to any one of the eighth to eleventh embodiments of the present invention, the spectroscopic means is a diffraction grating, a prism, or a spectroscopic filter. To do.

本発明の第12の実施形態によれば、前記分光手段は、回折格子、プリズム又は分光フィルタであるので、精度よく分光することができる。   According to the twelfth embodiment of the present invention, since the spectroscopic means is a diffraction grating, a prism, or a spectral filter, it is possible to perform spectroscopic analysis with high accuracy.

本発明の第13の実施形態は、本発明の第8乃至第12のいずれか一つの実施形態による膜厚測定装置において、前記光量検出手段は、ラインセンサ又はシリコンフォトダイオード列であることを特徴とする。   According to a thirteenth embodiment of the present invention, in the film thickness measuring apparatus according to any one of the eighth to twelfth embodiments of the present invention, the light amount detecting means is a line sensor or a silicon photodiode array. And

本発明の第13の実施形態によれば、前記光量検出手段は、ラインセンサ又はシリコンフォトダイオード列であるので、精度よく検出光を検出することができる。   According to the thirteenth embodiment of the present invention, since the light amount detection means is a line sensor or a silicon photodiode array, the detection light can be detected with high accuracy.

本発明の第14の実施形態は、本発明の第8乃至第13のいずれか一つの実施形態による膜厚測定装置において、前記光源から放射された光を伝送して射出すると共に前記反射光を受光して伝送するファイバープローブをさらに有し、ファイバープローブの対物レンズ側端部が、検出光伝送用ファイバの端部を中心とし、これを照射光導光用のファイバの射出側端部が囲繞するように構成されていることを特徴とする。   In a fourteenth embodiment of the present invention, in the film thickness measurement device according to any one of the eighth to thirteenth embodiments of the present invention, the light emitted from the light source is transmitted and emitted, and the reflected light is emitted. It further includes a fiber probe that receives and transmits light, and the end of the fiber probe on the objective lens side is centered on the end of the detection light transmission fiber, which is surrounded by the exit side of the irradiation light guiding fiber. It is comprised as follows.

本発明の第14の実施形態によれば、ファイバープローブの対物レンズ側端部が、検出光伝送用ファイバの端部を中心とし、これを照射光導光用のファイバの射出側端部が囲繞するように構成されているので、精度よく干渉計測に必要な検出光を測定することができる。   According to the fourteenth embodiment of the present invention, the end of the fiber probe on the objective lens side is centered on the end of the detection light transmission fiber, and this is surrounded by the emission side end of the irradiation light guide fiber. Thus, the detection light necessary for interference measurement can be measured with high accuracy.

本発明の第15の実施形態は、本発明の第8乃至第14のいずれか一つの実施形態による膜厚測定装置において、前記屈折率は、前記演算手段に利用可能に記憶されていることを特徴とする。   According to a fifteenth embodiment of the present invention, in the film thickness measuring device according to any one of the eighth to fourteenth embodiments of the present invention, the refractive index is stored in the computing unit so as to be usable. Features.

本発明の第15の実施形態によれば、前記屈折率は、前記演算手段に利用可能に記憶されているので、膜厚を精度よく演算することができる。   According to the fifteenth embodiment of the present invention, since the refractive index is stored so as to be usable in the calculation means, the film thickness can be calculated with high accuracy.

本発明の第16の実施形態は、本発明の第8乃至第15のいずれか一つの実施形態による膜厚測定装置において、光源が放射するスペクトル光が、支持基板上に設けられた光透過性を有する膜の光学的吸収端以上の波長領域を含むことを特徴とする。   According to a sixteenth embodiment of the present invention, in the film thickness measuring device according to any one of the eighth to fifteenth embodiments of the present invention, the spectral light emitted from the light source is provided on the support substrate. It includes a wavelength region that is equal to or greater than the optical absorption edge of the film having s.

本発明の第16の実施形態によれば、光源が放射するスペクトル光が、支持基板上に設けられた光透過性を有する膜の光学的吸収端以上の波長領域を含んでいるので、測定に必要な検出光を確保することが可能となる。   According to the sixteenth embodiment of the present invention, the spectral light emitted from the light source includes a wavelength region that is greater than or equal to the optical absorption edge of the light-transmitting film provided on the support substrate. Necessary detection light can be secured.

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に説明する。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の膜厚測定方法は、支持基板上に設けられた光透過性の膜(以下、コート膜という)の膜厚を測定する。具体的には、スペクトル光をコート膜に入射し、コート膜の表面で反射された光と、支持基板の表面で反射された光との干渉により得られる反射光を分光し、分光された反射光の光量を検出する。さらに、光量から反射率を演算する際に、反射率を任意の大きさに拡大することにより反射率が極小及び極大となる波長を求め、反射率が極小及び極大となる波長並びにコート膜の屈折率を用いてコート膜の膜厚を測定する。   The film thickness measuring method of the present invention measures the film thickness of a light transmissive film (hereinafter referred to as a coat film) provided on a support substrate. Specifically, spectral light is incident on the coating film, and the reflected light obtained by the interference between the light reflected on the surface of the coating film and the light reflected on the surface of the support substrate is dispersed, and the reflected light is dispersed. Detect the amount of light. Furthermore, when calculating the reflectance from the light amount, the wavelength at which the reflectance is minimized and maximized is obtained by expanding the reflectance to an arbitrary size, the wavelength at which the reflectance is minimized and maximized, and the refraction of the coating film The film thickness of the coat film is measured using the rate.

本発明において、コート膜は、光学的に透明であれば、特に限定されない。すなわち、支持基板上に、以下に示されるような方法でコート膜が設けられた被測定物であれば、コート膜の膜厚を測定することができる。さらに、支持基板は、膜厚測定に用いられるスペクトル光の波長以上の十点平均粗さを有していてもよい。   In the present invention, the coating film is not particularly limited as long as it is optically transparent. That is, the film thickness of the coating film can be measured as long as it is an object to be measured in which a coating film is provided on the support substrate by the method described below. Furthermore, the support substrate may have a ten-point average roughness equal to or greater than the wavelength of the spectrum light used for film thickness measurement.

支持基板は、膜厚測定に用いられるスペクトル光を反射するものであれば、特に限定されない。シート状(平板状)、パイプ状(曲率を有する円筒形状)等の様々な形状を有する支持基板を用いることができる。   The support substrate is not particularly limited as long as it reflects spectrum light used for film thickness measurement. Support substrates having various shapes such as a sheet shape (flat plate shape) and a pipe shape (a cylindrical shape having a curvature) can be used.

支持基板の具体例としては、アルミニウム、ニッケル、クロム、ニクロム、銅、金、銀、白金等の金属をシート状又はパイプ状に成形した材料、酸化スズ、酸化インジウム等の金属酸化物を蒸着又はスパッタリングにより、シート状又はパイプ状のプラスチック、紙等に被覆した材料、上記材料上に金属粉体等をバインダー樹脂中に分散した層をさらに設けた材料等が挙げられる。   Specific examples of the supporting substrate include a material obtained by molding a metal such as aluminum, nickel, chromium, nichrome, copper, gold, silver, platinum or the like into a sheet or pipe, or a metal oxide such as tin oxide or indium oxide. Examples of the material include a sheet-like or pipe-like plastic, a paper-coated material, a material obtained by further providing a layer in which a metal powder or the like is dispersed in a binder resin.

被測定物の具体例としては、光導電性感光体における、アルミニウム切削ドラム上に下引層が形成されたものが挙げられる。   A specific example of the object to be measured includes a photoconductive photosensitive member in which an undercoat layer is formed on an aluminum cutting drum.

一般に、デジタル複写機、プリンター等に使用される感光体の基体では、レーザー光等を散乱させるために表面を粗面化している。しかしながら、表面が粗い基体では、基体の表面で反射される光とコート膜の表面で反射される光との干渉が起こりにくいため、従来の光干渉方式を用いて膜厚を測定することは困難である。   In general, the surface of a photoreceptor substrate used in a digital copying machine, a printer, or the like is roughened to scatter laser light or the like. However, in the case of a substrate having a rough surface, it is difficult to measure the film thickness using the conventional optical interference method because interference between the light reflected on the surface of the substrate and the light reflected on the surface of the coating film hardly occurs. It is.

画像形成装置における露光手段として、レーザー光による光走査装置が用いられる場合、基体の表面を粗面化しないと、レーザー光が導電性基体の表面で反射される光と、中間層の表面で反射される光とが感光層の内部で干渉し、画像上に干渉模様が現れることがある。そこで、干渉を抑制するために、支持基板である基体の表面を粗面化することや、中間層に顔料の微粒子を分散させて乱反射させることが行われている。基体の表面を粗面化する方法としては、ホーニング法、エッチング法、切削、研削等の機械的に粗面化する方法、陽極酸化法、ベーマイト処理法、加熱酸化処理法等の酸化処置を行う方法等が挙げられる。   When an optical scanning device using laser light is used as an exposure means in an image forming apparatus, the light reflected by the surface of the conductive substrate and the surface of the intermediate layer are reflected unless the surface of the substrate is roughened. May interfere with the inside of the photosensitive layer, and an interference pattern may appear on the image. Therefore, in order to suppress interference, the surface of a base body as a support substrate is roughened, or pigment fine particles are dispersed in an intermediate layer and diffusely reflected. As a method for roughening the surface of the substrate, an oxidation treatment such as a mechanical roughening method such as a honing method, an etching method, cutting or grinding, an anodizing method, a boehmite treatment method, a heating oxidation treatment method, or the like is performed. Methods and the like.

本発明において、支持基板は、膜厚測定に用いられるスペクトル光を反射することが肝要であるが、表面粗さの影響を受けるため、10%程度の垂直反射率を有することが好ましい。また、支持基板の十点平均粗さRzは、0.7μm〜1.2μmであることが好ましい。   In the present invention, it is important that the support substrate reflects spectrum light used for film thickness measurement. However, since it is affected by surface roughness, the support substrate preferably has a vertical reflectance of about 10%. The ten-point average roughness Rz of the support substrate is preferably 0.7 μm to 1.2 μm.

コート膜を構成する材料としては、膜厚測定に用いられるスペクトル光を透過する材料であれば、特に限定されないが、有機材料と無機材料に大別される。   The material constituting the coating film is not particularly limited as long as it is a material that transmits spectral light used for film thickness measurement, but is roughly classified into an organic material and an inorganic material.

有機材料としては、オリゴマー、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の樹脂が挙げられる。このような樹脂は、色素、可塑剤、酸化防止剤、導電剤等の添加剤が添加されていてもよい。このような材料は、光学的に透明であることが必要であり、添加剤は、樹脂中に分散されていることが好ましい。具体的には、ポリアミド樹脂、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアレート、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、酢酸セルロース樹脂、エチルセルロース、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリビニルトルエン、ポリビニルアルコール、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂等が挙げられる。   Examples of the organic material include resins such as oligomers, thermoplastic resins, and thermosetting resins. Such resins may be added with additives such as pigments, plasticizers, antioxidants, and conductive agents. Such a material needs to be optically transparent, and the additive is preferably dispersed in the resin. Specifically, polyamide resin, polystyrene, styrene-acrylonitrile copolymer, styrene-butadiene copolymer, styrene-maleic anhydride copolymer, polyester resin, polyvinyl chloride, vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, poly Vinyl acetate, polyvinylidene chloride, polyarate, phenoxy resin, polycarbonate resin, cellulose acetate resin, ethyl cellulose, polyvinyl butyral, polyvinyl formal, polyvinyl toluene, polyvinyl alcohol, poly (N-vinylcarbazole), acrylic resin, silicone resin, epoxy resin, A melamine resin, a urethane resin, a phenol resin, an alkyd resin, etc. are mentioned.

無機材料としては、二酸化ケイ素等の金属酸化物、特開平3−191361号公報に記載されている金属酸化物のガラス質ネットワーク、有機金属化合物を熱架橋させた材料等が挙げられる。   Examples of inorganic materials include metal oxides such as silicon dioxide, glassy networks of metal oxides described in JP-A-3-191361, and materials obtained by thermally cross-linking organometallic compounds.

また、コート膜の形成方法は、特に限定されないが、湿式成膜法と乾式成膜法(真空薄膜作製法)の2つに大別される。   The method for forming the coating film is not particularly limited, but is roughly divided into two methods, a wet film forming method and a dry film forming method (vacuum thin film manufacturing method).

湿式成膜法は、コート膜を形成する材料を溶媒中に溶解又は分散させた塗工液を基板上に成膜することにより形成され、必要に応じて乾燥手段を設ける。塗工方法としては、ブレード塗工、浸漬塗工法、スプレーコート、ビートコート、ノズルコート法等が挙げられ、塗工後は、乾燥や加熱、光等の硬化処理を実施する。   The wet film forming method is formed by forming a coating liquid in which a material for forming a coat film is dissolved or dispersed in a solvent on a substrate, and a drying unit is provided as necessary. Examples of the coating method include blade coating, dip coating, spray coating, beat coating, nozzle coating, and the like. After coating, curing treatment such as drying, heating, and light is performed.

乾式成膜法は、減圧下(真空中)で分子又は原子を基板上に堆積させて成膜する方法である。具体的には、蒸着法、スパッタリング法、CVD法等の方法が挙げられる。このとき、成膜中又は成膜後に基板を加熱して、重合することもできる。   The dry film formation method is a method of forming a film by depositing molecules or atoms on a substrate under reduced pressure (in a vacuum). Specific examples include vapor deposition, sputtering, and CVD. At this time, polymerization can be performed by heating the substrate during film formation or after film formation.

図1に、本発明の膜厚測定装置の一例を略示している。膜厚測定装置は、光源11、伝送光学系として、ファイバプローブ12及び集束光学系として、対物レンズ13を有する。光源11は、スペクトル光を放射する。放射されたスペクトル光は、放射光伝送用ファイバ12aによりファイバプローブ12の射出部へ伝送され、ファイバプローブ12の射出部から被測定物10に向けて射出される。射出されたスペクトル光は、対物レンズ13により、被測定物10のコート膜に集光され、コート膜の表面に対して垂直に入射される。コート膜の表面で反射される光と支持基板の表面で反射される光との干渉により得られる反射光は、対物レンズ13を介して、ファイバプローブ12に受光され、反射光伝送用ファイバ12bにより伝送される。伝送された反射光は、分光手段14により分光され、分光された反射光の光量は、光量検出手段15により検出される。演算手段16は、光量から反射率を演算する際に、反射光の反射率を校正する標準試料を用いて、光源と受光素子の分光特性の正規化を行いながら、反射率を任意の大きさに拡大する。これにより、反射率が極小及び極大となる波長を求める。さらに、これらの波長とコート膜の屈折率とを用いて、コート膜の膜厚を演算する。   FIG. 1 schematically shows an example of a film thickness measuring apparatus according to the present invention. The film thickness measurement apparatus has a light source 11, a fiber probe 12 as a transmission optical system, and an objective lens 13 as a focusing optical system. The light source 11 emits spectrum light. The emitted spectrum light is transmitted to the emission part of the fiber probe 12 by the radiated light transmission fiber 12a, and emitted from the emission part of the fiber probe 12 toward the object to be measured 10. The emitted spectral light is collected by the objective lens 13 onto the coating film of the object to be measured 10 and is incident perpendicularly to the surface of the coating film. The reflected light obtained by the interference between the light reflected on the surface of the coating film and the light reflected on the surface of the support substrate is received by the fiber probe 12 via the objective lens 13 and is reflected by the reflected light transmission fiber 12b. Is transmitted. The transmitted reflected light is split by the spectroscopic means 14, and the light quantity of the reflected reflected light is detected by the light quantity detecting means 15. When calculating the reflectance from the amount of light, the calculation means 16 uses a standard sample for calibrating the reflectance of the reflected light, normalizes the spectral characteristics of the light source and the light receiving element, and sets the reflectance to an arbitrary magnitude. Expand to. As a result, the wavelength at which the reflectance becomes minimum and maximum is obtained. Further, the film thickness of the coat film is calculated using these wavelengths and the refractive index of the coat film.

対物レンズ13の開口数は、0.05以上0.3以下であることが好ましい。開口数を0.05以上とすることにより、膜厚測定に必要な反射光量を確保することができる。また、開口数を0.3以下とすることにより、膜厚測定に必要な「垂直入射/垂直受光」の基本原理を満たすスペクトル光を確保することができる。これにより、精度よく膜厚を測定することができる。   The numerical aperture of the objective lens 13 is preferably 0.05 or more and 0.3 or less. By setting the numerical aperture to 0.05 or more, the amount of reflected light necessary for film thickness measurement can be secured. Further, by setting the numerical aperture to 0.3 or less, it is possible to secure spectral light that satisfies the basic principle of “vertical incidence / vertical light reception” necessary for film thickness measurement. Thereby, the film thickness can be accurately measured.

また膜の表面に入射する光の膜表面における直径が、0.9mm以上1.5mm以下とすることが好ましい。膜の表面に入射する光の膜表面における直径を、0.9mm以上1.5mm以下とすることで、支持基板の酸化による汚れに掛からない照射領域の反射光を取得出来る為、汚れや表面粗さの影響を軽減することが出来る。   The diameter of light incident on the film surface on the film surface is preferably 0.9 mm or more and 1.5 mm or less. By setting the diameter of the light incident on the surface of the film to 0.9 mm or more and 1.5 mm or less, it is possible to obtain the reflected light of the irradiated area that is not affected by the oxidation of the support substrate. This can reduce the effect of height.

0.9mm以下では、支持基板の酸化汚れや切削痕ピッチ等の表面性状の影響を受け、干渉光を検出できない。逆に、1.5mm以上とすると円筒形状に起因する曲率の影響を受け光が散乱してしまう。   If the thickness is 0.9 mm or less, interference light cannot be detected due to the influence of surface properties such as oxidation stains on the support substrate and the pitch of cutting marks. On the contrary, if the thickness is 1.5 mm or more, light is scattered due to the influence of the curvature due to the cylindrical shape.

コート層の表面性に寄与するコート層界面の垂直反射率は、コート層の表面(空気と接触する面)での反射率に対する支持基板界面の反射率を確保する観点から、400nm〜1000nmの波長領域に対して4%以上90%未満で有ることが好ましい。コート層の界面での反射率が90%を超えると、振動する分光スペクトル強度の極大・極小の差が小さくなり、測定の感度が低下する。また、4%以下では、分光スペクトル強度が小さくなり、迅速な膜厚測定が難しくなる。   The vertical reflectivity of the coat layer interface that contributes to the surface properties of the coat layer is a wavelength of 400 nm to 1000 nm from the viewpoint of ensuring the reflectivity of the support substrate interface with respect to the reflectivity at the coat layer surface (the surface in contact with air). It is preferably 4% or more and less than 90% with respect to the region. When the reflectance at the interface of the coat layer exceeds 90%, the difference between the maximum and minimum of the spectral spectrum intensity to be oscillated becomes small, and the sensitivity of measurement is lowered. On the other hand, if it is 4% or less, the spectral spectrum intensity becomes small, and rapid film thickness measurement becomes difficult.

以下、対物レンズ13として、レンズ径12.5mm、焦点距離15mm、開口数0.09の色消しレンズが被測定物から65mmの距離で設置されている場合について説明する。対物レンズ13は、鏡筒17の一端に固定され、鏡筒17の他端には、ファイバプローブ12の射出側の端部を保持している。対物レンズ13とコート膜の表面との距離は、65mm、対物レンズ13とファイバプローブ12の射出側の端部との距離は、19.5mmである。   Hereinafter, a case where an achromatic lens having a lens diameter of 12.5 mm, a focal length of 15 mm, and a numerical aperture of 0.09 is installed as the objective lens 13 at a distance of 65 mm from the object to be measured will be described. The objective lens 13 is fixed to one end of the lens barrel 17, and the other end of the lens barrel 17 holds an end portion on the emission side of the fiber probe 12. The distance between the objective lens 13 and the surface of the coating film is 65 mm, and the distance between the objective lens 13 and the end on the emission side of the fiber probe 12 is 19.5 mm.

光源11は、ハロゲン−タングステンランプであることが好ましく、可視領域から近赤外領域に亘る広い波長領域の明るいスペクトル光を放射することができる。   The light source 11 is preferably a halogen-tungsten lamp, and can emit bright spectrum light in a wide wavelength range from the visible region to the near infrared region.

ファイバプローブ12の射出側の端部は、図2に示すように、反射光伝送用ファイバ12bを放射光伝送用ファイバ12aが囲むように構成されていることが好ましい。ファイバプローブ12から射出された光は、対物レンズ13により、コート膜の表面に直径1.32mmの光スポットとして集光される。すなわち、放射光伝送用ファイバ12aの端面の直径は、0.2mmであり、図2に示す放射光伝送用ファイバ12aの束を直径0.4mmの円形光源とすると、対物レンズ13の結像倍率(=65/19.5=3.3)を用いて、光スポットの直径は、1.32mmとなる。   As shown in FIG. 2, the end of the fiber probe 12 on the emission side is preferably configured so that the reflected light transmission fiber 12b is surrounded by the radiated light transmission fiber 12a. The light emitted from the fiber probe 12 is collected by the objective lens 13 as a light spot having a diameter of 1.32 mm on the surface of the coating film. That is, the diameter of the end face of the radiated light transmission fiber 12a is 0.2 mm. If the bundle of radiated light transmission fibers 12a shown in FIG. Using (= 65 / 19.5 = 3.3), the diameter of the light spot is 1.32 mm.

分光手段14は、回折格子であることが好ましく、具体的には、分光領域が220nm〜850nm、分解能が1.23nm/ポイントである固定型ツェルニターナ型回折格子が挙げられる。また、回折格子の波長分解能は、0.7nm〜1.5nm/ポイントであることが好ましい。回折格子の波長分解能を高めることは、電気信号取得時のサンプリング周波数を高めることと同様の効果を有する。これにより、コート膜の膜厚が大きい場合及び散乱により波形の形が崩れる場合に、情報を欠落することなく離散サンプリングすることができ、表面の粗い支持基板における膜厚測定を精度よく行うことができる。   The spectroscopic means 14 is preferably a diffraction grating, and specifically includes a fixed Zernitana diffraction grating having a spectral region of 220 nm to 850 nm and a resolution of 1.23 nm / point. The wavelength resolution of the diffraction grating is preferably 0.7 nm to 1.5 nm / point. Increasing the wavelength resolution of the diffraction grating has the same effect as increasing the sampling frequency when acquiring an electrical signal. As a result, when the film thickness of the coating film is large and when the waveform shape is lost due to scattering, it is possible to perform discrete sampling without missing information, and to accurately measure the film thickness on a support substrate having a rough surface. it can.

また、回折格子の以外の分光手段14としては、プリズム又は分光フィルタを用いることもできる。回折格子等の分光手段14は、回転により分光波長領域を変化させる回転方式のものを用いることもできるが、空間的に固定して用いられる回折格子等の固定型の分光手段14を用いると、回転のためのスペースや回転機構が不要となるため、膜厚測定装置のコンパクト化が可能になる。   Further, as the spectral means 14 other than the diffraction grating, a prism or a spectral filter can be used. As the spectroscopic means 14 such as a diffraction grating, a rotating type that changes the spectral wavelength region by rotation can be used, but when a fixed spectroscopic means 14 such as a diffraction grating that is spatially fixed is used, Since a space for rotation and a rotation mechanism are not required, the film thickness measuring apparatus can be made compact.

光量検出手段15は、ラインセンサであることが好ましく、具体的には、検出範囲が200nm〜1000nm、受光素子数が512であるラインセンサが挙げられる。光量検出手段15としては、ラインセンサの他に、シリコンフォトダイオード列を用いることもできる。シリコンフォトダイオードは、小型、軽量、安価であり、膜厚測定装置を小型化して製造ラインに持ち込む場合にも回路構成が容易である。   The light quantity detection means 15 is preferably a line sensor, and specifically, a line sensor having a detection range of 200 nm to 1000 nm and a light receiving element number of 512 is exemplified. As the light quantity detection means 15, a silicon photodiode array can be used in addition to the line sensor. Silicon photodiodes are small, light, and inexpensive, and the circuit configuration is easy even when the film thickness measuring device is downsized and brought into a production line.

コート膜の膜厚測定の原理を、図3に示す被測定物を用いて説明する。ここでは、被測定物は、Rzが0.7μm〜1.2μmの支持基板31及びコート膜32から構成される。   The principle of measuring the thickness of the coat film will be described using the object to be measured shown in FIG. Here, the object to be measured is composed of the support substrate 31 and the coating film 32 having Rz of 0.7 μm to 1.2 μm.

コート膜32の膜厚をd、屈折率をn1とし、対物レンズ13によりスペクトル光をコート膜32の表面に集光すると共に垂直入射する場合を考える。   Consider a case where the film thickness of the coating film 32 is d, the refractive index is n1, and the spectral light is condensed and perpendicularly incident on the surface of the coating film 32 by the objective lens 13.

入射されたスペクトル光は、一部が、コート膜32の表面に対して垂直に反射され、一部は、コート膜32内に入射し、支持基板31の表面に対して垂直に反射される。これらは、干渉し、非常に微弱な反射光となるが、反射光は対物レンズ13を介して反射光伝送用ファイバ12bの端部に集光され、分光手段14へ伝送される。反射光は、分光手段14により分光され、光量検出手段15により、分光された反射光の光量が検出される。   A part of the incident spectrum light is reflected perpendicularly to the surface of the coat film 32, and a part of the incident spectrum light is incident on the coat film 32 and reflected perpendicularly to the surface of the support substrate 31. These interfere and become very weak reflected light, but the reflected light is condensed at the end of the reflected light transmission fiber 12 b via the objective lens 13 and transmitted to the spectroscopic means 14. The reflected light is split by the spectroscopic means 14, and the light amount detecting means 15 detects the light amount of the reflected reflected light.

図4に、本発明の膜厚測定装置を用いて測定した結果の一例を示す。ここでは、光量検出手段15により検出された反射光量から光源の分光分布と受光素子の分光特性と標準試料の反射特性を正規化した後の反射率曲線41及び演算手段16により反射光量41から演算される理論値反射率曲線42が示されている。なお、反射率42は、光学モデルから非線形最小二乗法(例えば、シンプレックス法等のカーブフィットアルゴリズム)により、連続する反射率として、演算された理論値の反射率曲線を示す。   In FIG. 4, an example of the result measured using the film thickness measuring apparatus of this invention is shown. Here, the reflectance distribution 41 after normalizing the spectral distribution of the light source, the spectral characteristic of the light receiving element, and the reflection characteristic of the standard sample from the reflected light amount detected by the light amount detecting means 15 and the reflected light quantity 41 are calculated by the calculating means 16. A theoretical reflectance curve 42 is shown. The reflectance 42 indicates a theoretical reflectance curve calculated as a continuous reflectance from an optical model by a nonlinear least square method (for example, a curve fitting algorithm such as a simplex method).

反射率の振動は、反射光の干渉の結果であるが、反射率の振動の振幅は、十点平均粗さより小さい400nm〜600nmの波長領域でも出現しており、十点平均粗さの下限である700nm以上の波長領域でも出現している。しかしながら、膜厚が0.3μm〜1.5μm程度となった場合、干渉の次数の関係で膜厚測定に必要な反射率の極大と極小が多く出現するのは十点平均粗さ以下の波長領域となり、十点平均粗さ以上となる0.7μm〜1.2μmの波長領域では、反射率の極大と極小の一部しか確認できない場合がある。   The vibration of the reflectance is a result of the interference of the reflected light, but the amplitude of the vibration of the reflectance appears even in the wavelength region of 400 nm to 600 nm, which is smaller than the ten-point average roughness, and is the lower limit of the ten-point average roughness. It appears even in a certain wavelength region of 700 nm or more. However, when the film thickness is about 0.3 μm to 1.5 μm, the maximum and minimum reflectances necessary for film thickness measurement appear due to the order of interference. In the wavelength region of 0.7 μm to 1.2 μm, which is a region and is equal to or greater than the ten-point average roughness, only a maximum and a minimum of the reflectance may be confirmed.

支持基板の十点平均粗さが0.7μm〜1.2μmである場合、約700nm以下の波長の光の多くは、支持基板の表面で散乱されるが、反射光の中で微弱な垂直成分だけを検出することができれば、膜厚測定が可能な干渉波形の可視度を確保することができる。   When the 10-point average roughness of the support substrate is 0.7 μm to 1.2 μm, most of the light having a wavelength of about 700 nm or less is scattered on the surface of the support substrate, but the weak vertical component in the reflected light If it is possible to detect only the interference waveform, the visibility of the interference waveform capable of measuring the film thickness can be ensured.

またこの場合、光源が放射するスペクトル光が、支持基板上に設けられた光透過性を有する膜の光学的吸収端以上の波長領域を含んでいることが好ましい。   In this case, it is preferable that the spectrum light emitted from the light source includes a wavelength region equal to or greater than the optical absorption edge of the light-transmitting film provided on the support substrate.

光透過性を有するとは、光に対して吸収が無い、即ち光学的な消光係数がゼロの場合で有るが、膜の消光係数がゼロでも、膜物性から決まるバンドギャップ以上のエネルギーを有する波長領域の場合では、光の吸収が起こってしまい干渉計測が成り立たなくなってしまう。   Having light transmittance means that there is no absorption of light, that is, the optical extinction coefficient is zero, but the wavelength has energy equal to or greater than the band gap determined by the film properties even if the extinction coefficient of the film is zero. In the case of the region, light absorption occurs, and interference measurement is not realized.

一般には、支持基板の凹凸の周期と振幅が入射光の波長と同程度の表面粗さか、それ以上の場合、凹凸が周期的であれば、回折が生じ、特定の角度に強く反射する。また、凹凸がランダムであれば、全方向に一様に散乱する。なお、支持基板の表面粗さが入射光の波長と同程度の場合に、散乱が最も多くなる。   In general, when the irregularity of the support substrate has a period and amplitude equal to or larger than the surface roughness of the wavelength of incident light, if the irregularities are periodic, diffraction occurs and strongly reflects at a specific angle. Moreover, if the unevenness is random, it is uniformly scattered in all directions. In addition, when the surface roughness of the support substrate is about the same as the wavelength of the incident light, the scattering is the largest.

一方、入射光の波長が支持基板の凹凸よりも一桁以上大きくなるか、支持基板の凹凸が入射光の波長より一桁以上小さい周期と振幅であれば、レイリー散乱のメカニズムに従い、入射光は、支持基板の凹凸に散乱されなくなり、反射光は、良好に干渉する。   On the other hand, if the wavelength of the incident light is more than an order of magnitude larger than the unevenness of the support substrate, or if the unevenness of the support substrate is a period and amplitude that is an order of magnitude smaller than the wavelength of the incident light, the incident light will follow the Rayleigh scattering mechanism. The light is not scattered by the unevenness of the support substrate, and the reflected light interferes satisfactorily.

コート膜に入射されるスペクトル光の波長が支持基板の凹凸よりも小さい場合、完全にランダムであれば、反射光は全方向に一様に散乱し、周期的であれば、特定の角度(ブレーズ角)に強く反射する。しかしながら、支持基板で光が散乱しても、膜厚測定に必要な垂直反射光は、弱いながらも存在する。   If the wavelength of the spectrum light incident on the coating film is smaller than the unevenness of the support substrate, the reflected light is uniformly scattered in all directions if it is completely random, and if it is periodic, a specific angle (blazed) Reflects strongly at corners. However, even if light is scattered by the support substrate, the vertically reflected light necessary for film thickness measurement is present although it is weak.

この微弱な垂直反射光は、通常の受光手段では、顕在化しないため、散乱光の中の微弱な垂直反射光を受光する為に、光束の状態をペンシル状(開口数を小さく)にしたり、膜の表面に入射する光の膜表面における直径を大きくしたり、可干渉性を高めた垂直入射されるスペクトル光を用いると共に反射率を任意の大きさに拡大することによって、干渉波形の可視性を向上させることができる。   This weak vertical reflected light is not manifested by ordinary light receiving means, so in order to receive the weak vertical reflected light in the scattered light, the state of the light flux is made into a pencil shape (small numerical aperture), Visibility of interference waveforms by increasing the diameter of light incident on the surface of the film, increasing the reflectivity to an arbitrary size, and using vertically incident spectral light with increased coherence Can be improved.

本発明の場合、図4における理論値反射率曲線42の380nmを超える波長領域において、反射率の隣接する極大と極小の適当なものを選択し、極大及び極小を与える波長を、それぞれλ2m及びλ2m+1とする。mは、干渉の次数であり適宜に定めることができる。 In the case of the present invention, in the wavelength region exceeding 380 nm of the theoretical reflectance curve 42 in FIG. 4, an appropriate maximum and minimum adjacent reflectances are selected, and the wavelengths that give the maximum and minimum are respectively λ 2m and Let λ 2m + 1 . m is the order of interference and can be determined as appropriate.

コート膜の膜厚d、屈折率n1及び干渉の次数mの間には、
2m=4nd/λ2m
2m+1=4nd/λ2m+1
の関係が成り立つので、mを消去すると、
d=λ2m・λ2m+1/4(λ2m−λ2m+1
の関係が得られる。
Between the thickness d of the coating film, the refractive index n1, and the order of interference m,
2m = 4n 1 d / λ 2m
2m + 1 = 4n 1 d / λ 2m + 1
Since the relationship is established, if m is deleted,
n 1 d = λ 2m · λ 2m + 1/4 (λ 2m −λ 2m + 1 )
The relationship is obtained.

したがって、λ2m、λ2m+1が与えられると、コート膜の光学的膜厚ndが得られる。さらに、屈折率n1が与えられると、コート膜の膜厚dは、
d=λ2m・λ2m+1/4n(λ2m−λ2m+1) (1)
として、演算することができる。
Therefore, when λ 2m and λ 2m + 1 are given, the optical film thickness n 1 d of the coating film is obtained. Further, given the refractive index n1, the film thickness d of the coat film is
d = λ 2m · λ 2m + 1 / 4n 12m −λ 2m + 1 ) (1)
Can be computed as

屈折率nは、コート膜の材質が定まれば一義的に定まるものであり、その分光特性、すなわち、波長による屈折率の変化(以下、分光屈折率という)を予め演算手段16内にテーブル又は波長の関数として記憶しておくことができる。これにより、λ2m、λ2m+1及びnから、コート膜の膜厚dを、式(1)に従って演算することができる。 The refractive index n 1 is uniquely determined when the material of the coating film is determined, and the spectral characteristics, that is, the change in refractive index depending on the wavelength (hereinafter referred to as the spectral refractive index) is previously stored in the calculation means 16. Alternatively, it can be stored as a function of wavelength. Thereby, the film thickness d of the coating film can be calculated from λ 2m , λ 2m + 1 and n 1 according to the equation (1).

この際、式(1)からも明らかなように、コート膜の膜厚の演算に際しては、反射率の絶対値は必要無く、極大及び極小を与える波長が高精度で取得できれば、コート膜の分光屈折率を用いて、コート膜の膜厚dが測定できる。そこで、反射率の極大及び極小を与える波長の精度を高めるために、反射率を任意の大きさに拡大する。   At this time, as is clear from the equation (1), when calculating the film thickness of the coating film, the absolute value of the reflectance is not required, and if the wavelength that gives the maximum and minimum values can be obtained with high accuracy, The film thickness d of the coating film can be measured using the refractive index. Therefore, in order to increase the accuracy of the wavelength that gives the maximum and minimum reflectance, the reflectance is increased to an arbitrary size.

一般に、分光光度計、分光反射率測定計、光干渉膜厚計等で直接測定されるのは、試料からの反射光量で、反射率を求めるためには、反射率が既知の標準試料を事前に測定して校正する必要がある。これにより、試料の反射率R(λ)は、
R(λ)=(I(λ)−I(λ))/(I(λ)−I(λ))・r(λ) (2)
として算出することができる。ここで、I(λ)は、試料からの反射光を受光して演算手段内で扱われるデジタルデータ、I(λ)は、演算手段内で扱われる受光器の暗電流成分のデジタルデータ、I(λ)は、標準試料からの反射光を受光演算手段内で扱われるデジタルデータ、r(λ)は、標準試料の反射率を意味する。
Generally, the spectrophotometer, spectral reflectance meter, optical interference film thickness meter, etc. directly measure the amount of light reflected from the sample. In order to obtain the reflectance, a standard sample with a known reflectance is used in advance. It is necessary to measure and calibrate. Thus, the reflectance R (λ) of the sample is
R (λ) = (I s (λ) −I d (λ)) / (I r (λ) −I d (λ)) · r (λ) (2)
Can be calculated as Here, I s (λ) is the digital data received in the calculation means by receiving the reflected light from the sample, and I d (λ) is the digital data of the dark current component of the light receiver handled in the calculation means. , I r (λ) is digital data in which the reflected light from the standard sample is handled in the light receiving calculation means, and r (λ) means the reflectance of the standard sample.

本発明においては、標準試料の反射光量を減少させることにより、R(λ)を任意の大きさに拡大することが好ましい。具体的には、Ir1(λ)及びr(λ)を有する標準試料に対して、Ir1(λ)より小さいIr2(λ)を有する標準試料を用意し、Ir2(λ)及びr(λ)を用いて、R(λ)を演算する。 In the present invention, it is preferable to expand R (λ) to an arbitrary size by reducing the amount of reflected light of the standard sample. Specifically, a standard sample having I r2 (λ) smaller than I r1 (λ) is prepared for a standard sample having I r1 (λ) and r 1 (λ), and I r2 (λ) and R (λ) is calculated using r 1 (λ).

すなわち、演算手段16は、光量検出手段15により検出された反射光の光量から反射率を演算する際に、反射率を任意の大きさに拡大する。さらに、得られた測定値である反射率に対して光学モデルから理論値の反射率曲線を更に計算させた後、理論値反射率曲線に対して微分演算等により、極小及び極大を与える各波長λ2m+1及びλ2mを求め、コート膜の屈折率nに基づいて、コート膜の膜厚dを、式(1)に従って演算する。 That is, when calculating the reflectance from the light amount of the reflected light detected by the light amount detecting means 15, the calculating means 16 enlarges the reflectance to an arbitrary size. Furthermore, after further calculating the theoretical reflectance curve from the optical model for the reflectance that is the measured value, each wavelength that gives the minimum and maximum by differentiating the theoretical reflectance curve, etc. λ 2m + 1 and λ 2m are obtained, and the film thickness d of the coat film is calculated according to the equation (1) based on the refractive index n 1 of the coat film.

図5に、通常の膜厚測定方法を用いて得られる反射率の一例を示す。ここでは、反射率を任意の大きさに拡大していないので、反射光の反射率の極大及び極小を分離できず、λ2m及びλ2m+1を求めることが困難となり、測定精度が低下する。 FIG. 5 shows an example of the reflectance obtained using a normal film thickness measurement method. Here, since the reflectance is not enlarged to an arbitrary size, the maximum and minimum of the reflectance of the reflected light cannot be separated, and it becomes difficult to obtain λ 2m and λ 2m + 1 , resulting in a decrease in measurement accuracy.

演算手段16は、コート膜の分光屈折率を利用可能に記憶していることが好ましい。これにより、コート膜の膜厚の演算に、分光屈折率を用いることができる。膜厚測定装置の汎用性を高め、複数種の被測定物に対して適応できるように、演算手段16は、1種以上のコート膜の分光屈折率を利用可能に記憶していることが好ましい。   The computing means 16 preferably stores the spectral refractive index of the coat film so as to be usable. Thereby, the spectral refractive index can be used for the calculation of the film thickness of the coat film. In order to increase the versatility of the film thickness measuring device and to adapt to a plurality of types of objects to be measured, the calculation means 16 preferably stores the spectral refractive index of one or more types of coating films so as to be usable. .

図6に、本発明で用いられるコート膜の分光屈折率の一例を示す。   FIG. 6 shows an example of the spectral refractive index of the coating film used in the present invention.

式(1)におけるコート膜の膜厚dの演算においては、分光屈折率nは、波長λ2m〜λ2m+1の範囲で一定としている。これは、図6に示すように、分光屈折率は、800nm以上の波長領域では、一般に傾きが小さいので、λ2m〜λ2m+1の測定波長領域を800nmより長い波長領域にすることにより、誤差を小さくすることができるためである。ただし、700nm以下の波長領域では、屈折率が大きく変化するので、誤差低減の観点から、演算手段16に、分光屈折率を利用可能に記憶させておくことが好ましい。 In the calculation of the film thickness d of the coating film in Expression (1), the spectral refractive index n 1 is constant in the range of wavelengths λ 2m to λ 2m + 1 . As shown in FIG. 6, since the spectral refractive index generally has a small slope in the wavelength region of 800 nm or more, an error is caused by setting the measurement wavelength region of λ 2m to λ 2m + 1 to a wavelength region longer than 800 nm. This is because it can be made smaller. However, since the refractive index changes greatly in the wavelength region of 700 nm or less, it is preferable to store the spectral refractive index in the computing unit 16 so that the spectral refractive index can be used from the viewpoint of error reduction.

本発明の膜厚測定装置では、伝送光学系12から射出されるスペクトル光を対物レンズ13によりコート膜に集光させているが、比較例として、図7に示すように、ファイバプローブ12をコート膜の表面から0.5mmの距離に近接させ、射出光を直接被測定物10の表面に入射するようにしたところ、反射率は、図8のようになった。   In the film thickness measuring apparatus of the present invention, the spectral light emitted from the transmission optical system 12 is condensed on the coating film by the objective lens 13, but as a comparative example, the fiber probe 12 is coated as shown in FIG. When the surface of the film was brought close to a distance of 0.5 mm and the emitted light was directly incident on the surface of the object 10 to be measured, the reflectance was as shown in FIG.

図8から明らかなように、反射率は、振動の振幅が極めて小さく、波長λ2m及びλ2m+1を求めることが困難となり、膜厚を精度よく測定することが困難である。 As is apparent from FIG. 8, the reflectance has a very small vibration amplitude, and it is difficult to obtain the wavelengths λ 2m and λ 2m + 1 and it is difficult to accurately measure the film thickness.

(実施例1及び2)
直径が100mm、十点平均粗さが0.9μmのアルミシリンダー上に、アルコール可溶性ナイロンのアミランCM8000(東レ社製)4部、メタノール70部及びn−ブタノール30部からなる塗工液を浸漬塗工法により塗布し、指触乾燥後、130℃で10分加熱乾燥し、塗膜を形成した。このとき、塗工液を直径133mmのガラスシリンダーに入れ、塗工速度を変えることにより、アルミシリンダー上に膜厚0.3μm及び0.7μmの塗膜を形成し、それぞれ被測定物1及び2を作製した。
(Examples 1 and 2)
A coating solution comprising 4 parts of alcohol-soluble nylon Amilan CM8000 (manufactured by Toray Industries, Inc.), 70 parts of methanol and 30 parts of n-butanol is dip-coated on an aluminum cylinder having a diameter of 100 mm and a 10-point average roughness of 0.9 μm. It was applied by a construction method, dried by touching and then dried by heating at 130 ° C. for 10 minutes to form a coating film. At this time, the coating liquid is put into a glass cylinder having a diameter of 133 mm and the coating speed is changed to form a coating film having a film thickness of 0.3 μm and 0.7 μm on the aluminum cylinder. Was made.

(実施例3及び4)
直径100mm、十点平均粗さが0.7μmのアルミシリンダー上に、アルコール可溶性ナイロンのアミランCM8000(東レ社製)7部、メタノール70部及びn−ブタノール30部からなる塗工液を浸漬塗工法により塗布し、指触乾燥後、130℃で10分加熱乾燥し、塗膜を形成した。このとき、塗工液を直径133mmのガラスシリンダーに入れ、塗工速度を変えることにより、アルミシリンダー上に膜厚0.9μm及び1.2μmの塗膜を形成し、それぞれ被測定物3及び4を作製した。
(Examples 3 and 4)
A coating solution comprising 7 parts of alcohol-soluble nylon Amilan CM8000 (manufactured by Toray Industries, Inc.), 70 parts of methanol and 30 parts of n-butanol on an aluminum cylinder having a diameter of 100 mm and an average 10-point roughness of 0.7 μm. After coating with a finger and drying with a finger, the coating was dried by heating at 130 ° C. for 10 minutes. At this time, the coating liquid is put into a glass cylinder having a diameter of 133 mm and the coating speed is changed to form a coating film having a film thickness of 0.9 μm and 1.2 μm on the aluminum cylinder. Was made.

(実施例5)
直径100mm、十点平均粗さが0.7μmのアルミシリンダー上に、トリブトキシジルコニウムアセチルアセトネートのトルエン溶液ZC540(松本交商社製)、γ−アミノプロピルトリメトキシシランA1110(日本ユニカー社製)12部、エタノール600部及びn−ブタノール150部からなる塗工液を浸漬塗工法により塗布し、指触乾燥後、130℃で10分加熱乾燥し、塗膜を形成した。このとき、塗工液を直径133mmのガラスシリンダーに入れ、塗工することにより、アルミシリンダー上に膜厚0.3μmの塗膜を形成し、被測定物5を作製した。
(評価結果)
図1に示す膜厚測定装置を用いて被測定物1〜5の塗膜の膜厚を測定したところ、0.01μm以下の分解能で精度よく測定することができた。
(Example 5)
A toluene solution of tributoxyzirconium acetylacetonate ZC540 (manufactured by Matsumoto Kosho Co., Ltd.), γ-aminopropyltrimethoxysilane A1110 (manufactured by Nippon Unicar Co., Ltd.) 12 on an aluminum cylinder having a diameter of 100 mm and a ten-point average roughness of 0.7 μm. A coating solution consisting of 150 parts of ethanol, 150 parts of ethanol and 150 parts of n-butanol was applied by a dip coating method, dried by touch and then dried by heating at 130 ° C. for 10 minutes to form a coating film. At this time, the coating solution was put in a glass cylinder having a diameter of 133 mm and coated to form a coating film having a film thickness of 0.3 μm on the aluminum cylinder, and the DUT 5 was prepared.
(Evaluation results)
When the film thicknesses of the coating films of the objects to be measured 1 to 5 were measured using the film thickness measuring apparatus shown in FIG. 1, it was possible to accurately measure with a resolution of 0.01 μm or less.

なお、数値範囲A〜Bは、A以上B以下であることを意味する。   The numerical range A to B means A or more and B or less.

以上、本発明の実施の形態及び実施例を具体的に説明してきたが、本発明は、これらの実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、これら本発明の実施の形態及び実施例を、本発明の主旨及び範囲を逸脱することなく、変更又は変形することができる。   Although the embodiments and examples of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to these embodiments and examples, and these embodiments and examples of the present invention are not limited thereto. Can be changed or modified without departing from the spirit and scope of the present invention.

本発明は、支持基板上に設けられた光透過性のコート層の膜厚を精度よく測定することが可能な膜厚測定方法及び膜厚測定装置に適用することができる。   The present invention can be applied to a film thickness measuring method and a film thickness measuring apparatus capable of accurately measuring the film thickness of a light-transmitting coat layer provided on a support substrate.

本発明の膜厚測定装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the film thickness measuring apparatus of this invention. 本発明の膜厚測定装置に用いられる伝送光学系の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the transmission optical system used for the film thickness measuring apparatus of this invention. 本発明で用いられる被測定物の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the to-be-measured object used by this invention. 本発明の膜厚測定装置を用いて測定した結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result measured using the film thickness measuring apparatus of this invention. 通常の膜厚測定方法を用いて得られる反射率の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the reflectance obtained using a normal film thickness measuring method. 本発明で用いられるコート膜の分光屈折率の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the spectral refractive index of the coat film used by this invention. 比較例の膜厚測定装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the film thickness measuring apparatus of a comparative example. 比較例の膜厚測定装置を用いて得られる反射率の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the reflectance obtained using the film thickness measuring apparatus of a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

10 被測定物
11 光源
12 ファイバプローブ
12a 放射光伝送用ファイバ
12b 反射光伝送用ファイバ
13 対物レンズ
14 分光手段
15 光量検出手段
16 演算手段
17 鏡筒
31 支持基板
32 コート膜
41 反射光量
42 反射率
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Measured object 11 Light source 12 Fiber probe 12a Radiation light transmission fiber 12b Reflected light transmission fiber 13 Objective lens 14 Spectroscopic means 15 Light quantity detection means 16 Calculation means 17 Lens barrel 31 Support substrate 32 Coat film 41 Reflected light quantity 42 Reflectance

Claims (16)

支持基板上に設けられた光透過性を有する膜の膜厚を測定する膜厚測定方法において、
前記膜に光を入射させ、
前記膜の表面で反射された光と、前記支持基板の表面で反射された光との干渉により得られる反射光を分光して、前記分光された反射光の光量を検出し、
前記光量から反射率を演算する際に、前記反射率を任意の大きさに拡大することにより前記反射率が極小及び極大となる波長を求め、
前記反射率が極小及び極大となる波長並びに前記膜の屈折率を用いて前記膜の膜厚を測定することを特徴とする膜厚測定方法。
In the film thickness measuring method for measuring the film thickness of the light-transmitting film provided on the support substrate,
Light is incident on the film,
The reflected light obtained by interference between the light reflected on the surface of the film and the light reflected on the surface of the support substrate is dispersed to detect the amount of the reflected reflected light,
When calculating the reflectance from the light amount, obtain the wavelength at which the reflectance becomes minimum and maximum by enlarging the reflectance to an arbitrary size,
A film thickness measuring method, comprising: measuring a film thickness of the film by using a wavelength at which the reflectance becomes minimum and maximum and a refractive index of the film.
前記支持基板の十点平均粗さは、前記光の波長以上であることを特徴とする請求項1に記載の膜厚測定方法。   The film thickness measurement method according to claim 1, wherein the ten-point average roughness of the support substrate is equal to or greater than the wavelength of the light. 前記支持基板の十点平均粗さは、0.7μm以上1.2μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の膜厚測定方法。   The film thickness measuring method according to claim 1 or 2, wherein the ten-point average roughness of the supporting substrate is 0.7 µm or more and 1.2 µm or less. 前記支持基板は、円筒形状を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の膜厚測定方法。   The film thickness measuring method according to claim 1, wherein the support substrate has a cylindrical shape. 前記膜の膜厚は、0.3μm以上1.5μm以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の膜厚測定方法。   5. The film thickness measuring method according to claim 1, wherein the film has a thickness of not less than 0.3 μm and not more than 1.5 μm. 反射光の反射率を校正する標準試料の反射光の光量を減少させることにより反射率を任意の大きさに拡大することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の膜厚測定方法。   The film thickness according to any one of claims 1 to 5, wherein the reflectance is increased to an arbitrary size by reducing the amount of reflected light of a standard sample for calibrating the reflectance of the reflected light. Measuring method. 前記膜の表面に入射する光の膜表面における直径が、0.9mm以上1.5mm以下とすることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の膜厚測定方法。   The film thickness measuring method according to any one of claims 1 to 6, wherein a diameter of light incident on the surface of the film is 0.9 mm or more and 1.5 mm or less. 支持基板上に設けられた光透過性を有する膜の膜厚を測定する膜厚測定装置において、
光源と、
この光源から放射された光を伝送して射出すると共に前記反射光を受光して伝送するファイバープローブを有し、前記ファイバープローブ射出部から放射された光を前記膜に集光させる集束光学系と、
前記膜の表面で反射された光と、前記支持基板の表面で反射された光との干渉により得られる反射光を分光する分光手段と、
前記分光された反射光の光量を検出する光量検出手段と、
前記光量から反射率を演算する際に、前記反射率を任意の大きさに拡大することにより前記反射率が極小及び極大となる波長を求め、前記反射率が極小及び極大となる波長並びに前記膜の屈折率を用いて前記膜の膜厚を演算する演算手段と
を有し、
上記光を支持基板上に設けられた光透過性を有する膜の表面に垂直入射させるように構成させたことを特徴とする膜厚測定装置。
In the film thickness measuring device for measuring the film thickness of the light-transmitting film provided on the support substrate,
A light source;
A focusing optical system having a fiber probe that transmits and emits light emitted from the light source and receives and transmits the reflected light, and condenses the light emitted from the fiber probe emitting unit on the film; ,
A spectroscopic means for splitting the reflected light obtained by interference between the light reflected by the surface of the film and the light reflected by the surface of the support substrate;
A light amount detecting means for detecting a light amount of the reflected reflected light;
When calculating the reflectance from the light amount, the wavelength at which the reflectance becomes minimum and maximum is obtained by expanding the reflectance to an arbitrary size, the wavelength at which the reflectance becomes minimum and maximum, and the film And calculating means for calculating the film thickness of the film using the refractive index of
A film thickness measuring apparatus configured to cause the light to vertically enter a surface of a light-transmitting film provided on a support substrate.
前記集束光学系の開口数は、0.05以上0.3以下であることを特徴とする請求項7に記載の膜厚測定装置。   The film thickness measuring apparatus according to claim 7, wherein the numerical aperture of the focusing optical system is 0.05 to 0.3. 前記集束光学系は、色消しレンズであることを特徴とする請求項8又は9に記載の膜厚測定装置。   10. The film thickness measuring device according to claim 8, wherein the focusing optical system is an achromatic lens. 前記光源は、ハロゲン−タングステンランプであることを特徴とする請求項8乃至10のいずれか一項に記載の膜厚測定装置。   The film thickness measuring device according to any one of claims 8 to 10, wherein the light source is a halogen-tungsten lamp. 前記分光手段は、回折格子、プリズム又は分光フィルタであることを特徴とする請求項8乃至11のいずれか一項に記載の膜厚測定装置。   The film thickness measuring apparatus according to claim 8, wherein the spectroscopic means is a diffraction grating, a prism, or a spectroscopic filter. 前記光量検出手段は、ラインセンサ又はシリコンフォトダイオード列であることを特徴とする請求項8乃至12のいずれか一項に記載の膜厚測定装置。   The film thickness measuring device according to any one of claims 8 to 12, wherein the light amount detecting means is a line sensor or a silicon photodiode array. ファイバープローブの対物レンズ側端部が、検出光伝送用ファイバの端部を中心とし、これを照射光導光用のファイバの射出側端部が囲繞するように構成されていることを特徴とする請求項8乃至13のいずれか一項に記載の膜厚測定装置。   The objective lens side end of the fiber probe is centered on the end of the detection light transmission fiber, and is configured to surround the emission side end of the irradiation light guiding fiber. Item 14. The film thickness measuring device according to any one of Items 8 to 13. 前記屈折率は、前記演算手段に利用可能に記憶されていることを特徴とする請求項8乃至14のいずれか一項に記載の膜厚測定装置。   The film thickness measurement apparatus according to claim 8, wherein the refractive index is stored in the calculation unit so as to be usable. 光源が放射するスペクトル光が、支持基板上に設けられた光透過性を有する膜の光学的吸収端以上の波長領域を含むことを特徴とする請求項8乃至15のいずれか一項に記載の膜厚測定装置。   The spectrum light emitted from the light source includes a wavelength region that is equal to or greater than the optical absorption edge of the light-transmitting film provided on the support substrate. Film thickness measuring device.
JP2006073410A 2006-03-16 2006-03-16 Film thickness measuring device Expired - Fee Related JP5025150B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006073410A JP5025150B2 (en) 2006-03-16 2006-03-16 Film thickness measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006073410A JP5025150B2 (en) 2006-03-16 2006-03-16 Film thickness measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007248312A true JP2007248312A (en) 2007-09-27
JP5025150B2 JP5025150B2 (en) 2012-09-12

Family

ID=38592776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006073410A Expired - Fee Related JP5025150B2 (en) 2006-03-16 2006-03-16 Film thickness measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5025150B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07280520A (en) * 1994-04-11 1995-10-27 Toray Ind Inc Method and device for measuring thickness of thin film, and manufacture of optical filter and high polymer film
JP2000241127A (en) * 1999-02-25 2000-09-08 Toppan Printing Co Ltd Film thickness measurement method and winding-up vacuum film-forming device
JP2002328009A (en) * 2001-04-27 2002-11-15 Sharp Corp System and method for measuring thickness of film
JP2003287409A (en) * 2001-11-09 2003-10-10 Ricoh Co Ltd Film thickness-measuring method and apparatus, image- forming apparatus having the film thickness-measuring apparatus, photoconductive photosensor, and manufacturing method thereof
JP2007198771A (en) * 2006-01-24 2007-08-09 Ricoh Co Ltd Method and apparatus for measuring film thickness

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07280520A (en) * 1994-04-11 1995-10-27 Toray Ind Inc Method and device for measuring thickness of thin film, and manufacture of optical filter and high polymer film
JP2000241127A (en) * 1999-02-25 2000-09-08 Toppan Printing Co Ltd Film thickness measurement method and winding-up vacuum film-forming device
JP2002328009A (en) * 2001-04-27 2002-11-15 Sharp Corp System and method for measuring thickness of film
JP2003287409A (en) * 2001-11-09 2003-10-10 Ricoh Co Ltd Film thickness-measuring method and apparatus, image- forming apparatus having the film thickness-measuring apparatus, photoconductive photosensor, and manufacturing method thereof
JP2007198771A (en) * 2006-01-24 2007-08-09 Ricoh Co Ltd Method and apparatus for measuring film thickness

Also Published As

Publication number Publication date
JP5025150B2 (en) 2012-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4912687B2 (en) Film thickness measuring method and film thickness measuring apparatus
CA2578625C (en) Biosensor substrate structure for reducing the effects of optical interference
JP6550101B2 (en) Film thickness measuring method and film thickness measuring apparatus
JP5521607B2 (en) Film thickness measuring method, film thickness measuring apparatus, image forming apparatus having the film thickness measuring apparatus, photoconductive photoreceptor manufacturing method, and photoconductive photoreceptor
JP2008180736A (en) Method and apparatus for measuring optical and physical thickness of optically transparent target
CN105911025A (en) Distributed spiral core optical fiber surface plasmon resonance sensor and measurement method thereof
US20070279634A1 (en) Label-free grating-based surface plasmon resonance sensor
US20130120743A1 (en) Integrated Surface Plasmon Resonance Sensor
JP2006162513A (en) Method and instrument for measuring film thickness
KR20100106082A (en) Surface plasmon resonance optical sensor
JP5025150B2 (en) Film thickness measuring device
US9891041B2 (en) Apparatus and method for measuring thickness of transparent and/or translucent mediums using a reflecting signal that is normal or near normal to the mediums
JP4481850B2 (en) Surface state measuring method and surface state measuring apparatus
JP4080119B2 (en) Film defect inspection method
Zhou et al. Effect of spectral power distribution on the resolution enhancement in surface plasmon resonance
KR101245544B1 (en) Bio Sense Apparatus using Optical Interference Change Characteristic by Surface Plasmon Phenomenon
JP3534632B2 (en) Film thickness measurement method
Karabchevsky et al. Techniques for signal analysis in surface plasmon resonance sensors
CN106908155B (en) A kind of wavelength measurement instrument
JP2001116518A (en) Method and instrument for measuring film thickness
Künne et al. Investigation of measurement data of low-coherence interferometry at tilted surfaces in the 3D spatial frequency domain
JP2009139360A (en) Film-thickness measurement method, film-thickness measurement device, image formation apparatus having the same, photoreceptor, and its manufacturing method
EP2278290B1 (en) Method for making marks on a surface to be detected by optical means and in reflection, and corresponding thermometer
Suzuki et al. Development of a dual-color optical fiber SPR sensor
US20110170097A1 (en) Fiber-Based Optical Probe With Decreased Sample-Positioning Sensitivity

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080902

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110201

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110208

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A132

Effective date: 20120228

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120427

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120522

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120619

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150629

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5025150

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees