JP2008292296A - 透明膜の膜厚測定方法およびその装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】表面を部分的に透明膜で被覆され、かつ、透過性を有する光学部材からなる測定対象物の裏面からの反射光と参照面からの反射光により生じる干渉縞波形のピークを検出し、当該ピークの位置情報を利用して光学部材の裏面高さを算出した後に、当該裏面高さと透明膜の既知の屈折率から透明膜の屈折率の影響を除去した物理膜厚を求める。
【選択図】図2
Description
すなわち、従来の手段は、フィルムの膜厚を求めるためバックミラーの表面高さなどの所定条件を予め取得しておく必要がある。すなわち、フィルムをセットして測定する前にバックミラーのみの予備測定と、フィルムセット後の実測定の2回を行う必要があり、測定が煩雑になるとともに、処理時間がかかるといった問題がある。また、2回の測定の間に生じたバックミラーの位置変動が測定誤差となり、正確な測定が困難になっている。
すなわち、第1の発明は、干渉計を利用して測定対象物の表面に形成された透明膜の膜厚を測定する透明膜の膜厚測定方法であって、
前記測定対象物は、透過性を有する光学部材の表面に部分的に透明膜が形成された物であり、
前記測定対象物の測定面と参照面に光を照射したとき、前記光学部材の裏面と参照面からの反射光により生じる干渉縞波形のピークが発生する走査レンジを予め決定する過程と、
前記測定対象物の測定面および参照面に光を照射し、当該測定面と参照面との距離を相対的に変動させながら、両面から反射して同一光路を戻る反射光によって干渉縞の変化を生じさせながら測定面の画像を取得する過程と、
取得した複数枚の前記画像の各画素における干渉光の強度値群の変化を求める過程と、
求めた前記干渉光の強度値群から前記光学部材の裏面で生じる干渉縞波形のピークの位置情報を求める過程と、
前記位置情報から前記光学部材の裏面高さの分布を求める過程と、
前記透明膜の被覆部分と露出部分の裏面高さの偏差を求める過程と、
予め決められた前記透明膜の屈折率と前記裏面高さの偏差に基づいて透明膜の膜厚を求める過程と、
を備えたことを特徴とする。
前記参照面側の光の往復光路上に前記光学部材と同一試料からなる補償板を配備し、前記光学部材の屈折率と厚さの影響を補正することを特徴とする。
前記測定対象物は、透過性を有する光学部材の表面に部分的に透明膜が形成された物であり、
前記測定対象物の測定面と参照面に光を照射したとき、前記光学部材の裏面と参照面からの反射光により生じる干渉縞波形のピークが発生する走査レンジを予め決定し、
前記サンプリング手段は、前記変動手段による測定面と参照面との距離の変動に伴って両面から反射して同一光路を戻る反射光によって生じた干渉縞の変化に応じた前記走査レンジの干渉光の強度値をサンプリング間隔で順次取込み、
前記記憶手段は、取り込まれた複数個の強度値である干渉光強度値群を記憶し、
前記演算手段は、測定面の透明膜の膜厚を以下の処理にしたがって求める
(1)取得した複数枚の前記画像の各画素における干渉光の強度値群の変化を求め、
(2)求めた前記干渉光の強度値群から前記光学部材の裏面で生じる干渉縞波形のピークの位置情報を求め、
(3)前記位置情報から前記光学部材の裏面高さの分布を求め、
(4)前記透明膜の被覆部分と露出部分の裏面高さの偏差を求め、
(5)予め決められた前記透明膜の屈折率と前記偏差に基づいて透明膜の膜厚を求める
ことを特徴とする。
前記参照面側の光の往復光路上に前記光学部材と同一試料からなる補償板を配備したことを特徴とする。
光学系ユニットを図1に示すz軸方向に移動させるための走査速度や走査レンジなどの種々の条件を設定する。本実施例の場合、例えば、走査速度、図3および図4に示す標本点間隔、走査レンジ、およびCCDカメラ19で取得する画像枚数などを設定する。なお、走査レンジは、光学部材30の厚み、および変動距離L1,L2に基づいて、光学部材30の裏面30Aからの反射光によって生じる干渉縞波形のピークを検出できるレンジに設定する。
光学系ユニット1は、光源10から発生される白色光を測定対象物30および参照面15に向けて照射する。
例えば、操作者がモニタ23に表示される測定対対象の透明膜31を観察しながら、その透明膜31の膜厚を測定したい複数の特定箇所または全面を入力部22から入力設定する。CPU20は、入力設定された複数の特定箇所を把握して、複数の特定箇所に相当する画素の濃度値、すなわち特定箇所における干渉光の強度値を、ステップS2で記憶された複数枚の画像データからそれぞれ取込む。これにより、各特定箇所における複数個の強度値(干渉光強度値群)が得られる。
CPU20は、図3に示すように、離散的に取得した特定箇所における干渉光強度値群に基づいて、干渉光の強度値の平均値を求める。さらに、干渉光強度値群の各強度値から平均値を減算した各値(調整値群)を求める。
CPU20は、図4に示すピーク位置Pから光学部材30の裏面高さを算出する。つまり、裏面高さをSとすると、S=P×標本点間隔の式で画素ごとに裏面高さSが算出される。画素単位で算出した裏面高さSを、CCDカメラ19の撮像した所定範囲での分布データとして作成する。
裏面高さSの分布が作成されると、露出部分S1を基準とし、当該露出部分S1と被覆部分S2の偏差(以下、適宜「段差」という)を算出し、その絶対値を求める。すなわち、図7に示すように、露出部分S1を基準としたときの被覆部分S2で生じる光路差に換算される。
算出された光路差は、透明膜31の屈折率nの影響を含むので、当該光学膜厚を既知の屈折率n(n=1.66)を利用してn−1で除算し、図8に示す屈折率の影響を除去した物理膜厚tを算出する。
CPU20は、図9に示すように、モニタ23に測定対象の透明膜31の物理膜厚の情報などを3次元画像で表示したりする。操作者は、これらの表示を観察することで、透明膜31の膜厚分布を把握することができる。
2 … 制御系ユニット
10 … 光源
11 … コリメートレンズ
13 … ハーフミラー
14 … 対物レンズ
15 … 参照面
17 … ビームスプリッタ
18 … 結像レンズ
19 … CCDカメラ
20 … CPU
21 … メモリ
24 … 駆動部
30 … 測定対象物(光学部材)
31 … 透明膜
Claims (4)
- 干渉計を利用して測定対象物の表面に形成された透明膜の膜厚を測定する透明膜の膜厚測定方法であって、
前記測定対象物は、透過性を有する光学部材の表面に部分的に透明膜が形成された物であり、
前記測定対象物の測定面と参照面に光を照射したとき、前記光学部材の裏面と参照面からの反射光により生じる干渉縞波形のピークが発生する走査レンジを予め決定する過程と、
前記測定対象物の測定面および参照面に光を照射し、当該測定面と参照面との距離を相対的に変動させながら、両面から反射して同一光路を戻る反射光によって干渉縞の変化を生じさせながら測定面の画像を取得する過程と、
取得した複数枚の前記画像の各画素における干渉光の強度値群の変化を求める過程と、
求めた前記干渉光の強度値群から前記光学部材の裏面で生じる干渉縞波形のピークの位置情報を求める過程と、
前記位置情報から前記光学部材の裏面高さの分布を求める過程と、
前記透明膜の被覆部分と露出部分の裏面高さの偏差を求める過程と、
予め決められた前記透明膜の屈折率と前記裏面高さの偏差に基づいて透明膜の膜厚を求める過程と、
を備えたことを特徴とする透明膜の膜厚測定方法。 - 請求項1に記載の透明膜の膜厚測定方法において、
前記参照面側の光の往復光路上に前記光学部材と同一試料からなる補償板を配備し、前記光学部材の屈折率と厚さの影響を補正する
ことを特徴とする透明膜の膜厚測定方法。 - 透明膜覆われた測定対象物の測定面と参照面に光を照射する照明手段と、前記測定面と参照面との距離を変動させる変動手段と、光が照射された測定面と参照面との距離の変動に伴って両面とから反射して同一光路を戻る反射光によって干渉縞の変化を生じさせるとともに測定面を撮像する撮像手段と、撮像された測定面上の複数箇所における干渉光の強度値を取り込むサンプリング手段と、サンプリング手段によって取り込まれた箇所ごとの複数個の強度値である各干渉光強度値群を記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された各干渉光強度値群に基づいて特定箇所の透明膜の膜厚を求める演算手段とを備えた透明膜の膜厚測定装置であって、
前記測定対象物は、透過性を有する光学部材の表面に部分的に透明膜が形成された物であり、
前記測定対象物の測定面と参照面に光を照射したとき、前記光学部材の裏面と参照面からの反射光により生じる干渉縞波形のピークが発生する走査レンジを予め決定し、
前記サンプリング手段は、前記変動手段による測定面と参照面との距離の変動に伴って両面から反射して同一光路を戻る反射光によって生じた干渉縞の変化に応じた前記走査レンジの干渉光の強度値をサンプリング間隔で順次取込み、
前記記憶手段は、取り込まれた複数個の強度値である干渉光強度値群を記憶し、
前記演算手段は、測定面の透明膜の膜厚を以下の処理にしたがって求める
(1)取得した複数枚の前記画像の各画素における干渉光の強度値群の変化を求め、
(2)求めた前記干渉光の強度値群から前記光学部材の裏面で生じる干渉縞波形のピークの位置情報を求め、
(3)前記位置情報から前記光学部材の裏面高さの分布を求め、
(4)前記透明膜の被覆部分と露出部分の裏面高さの偏差を求め、
(5)予め決められた前記透明膜の屈折率と前記偏差に基づいて透明膜の膜厚を求める
ことを特徴とする透明膜の膜厚測定装置。 - 請求項3に記載の透明膜の膜厚測定装置において、
前記参照面側の光の往復光路上に前記光学部材と同一試料からなる補償板を配備した
ことを特徴とする透明膜の膜厚測定装置。
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