JP2012112760A - Method and apparatus for measuring film thickness - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フィルムなどの膜厚を測定する方法および装置に関し、特に厚さが数十μm以上の複屈折性を有するフィルムの厚さ測定に用いて好適な膜厚測定方法および装置に関するものである。 The present invention relates to a method and apparatus for measuring a film thickness of a film or the like, and more particularly to a film thickness measuring method and apparatus suitable for use in measuring the thickness of a film having birefringence with a thickness of several tens of μm or more. is there.
図4に、光の干渉を利用した、フィルムの膜厚測定装置の構成を示す。図4において、光源10の白色出力光は光ファイバプローブ11を経由して、膜厚を測定するフィルム12に照射される。
FIG. 4 shows the configuration of a film thickness measuring apparatus using light interference. In FIG. 4, the white output light of the
フィルム12の表面および裏面から反射した反射光は光ファイバプローブ11を経由して分光部13に入力される。分光部13は入力された反射光を分光し、電気信号に変換して反射分光スペクトルを生成し、演算部14に出力する。演算部14は入力された反射分光スペクトルをフーリエ変換してパワースペクトルを算出し、このパワースペクトルのピークの位置からフィルム12の膜厚を測定する。
The reflected light reflected from the front and back surfaces of the
フィルム12の表面から反射した反射光と裏面から反射した反射光は干渉し、干渉縞を生じる。このため、反射分光スペクトルのパワースペクトルには、この干渉縞に起因するピークが表れる。演算部14は、このピークの位置から光学膜厚を求め、この光学膜厚とフィルム12の屈折率から物理膜厚を算出する。
The reflected light reflected from the front surface of the
特許文献1には、このような原理でフィルムの膜厚を測定する膜厚測定装置の発明が記載されている。
複屈折性を有するフィルムの製造工程における品質管理の指標として、リタデーションが用いられる。複屈折性を有するフィルムは、光軸に平行な偏光成分が感じる屈折率と、光軸に垂直な偏光成分が感じる屈折率が異なるという特性を有している。リタデーションは、下記(1)式で算出することができる。なお、δnは屈折率の差、dは被測定フィルムの膜厚である。
リタデーション=δn×d ・・・・・・・ (1)
Retardation is used as an index of quality control in the production process of a film having birefringence. A film having birefringence has a characteristic that a refractive index felt by a polarized component parallel to the optical axis is different from a refractive index felt by a polarized component perpendicular to the optical axis. Retardation can be calculated by the following equation (1). Here, δn is the difference in refractive index, and d is the film thickness of the film to be measured.
Retardation = δn × d (1)
図5に、リタデーション測定装置の構成を示す。図5において、光源20の出力光である白色光は偏光板21で偏光され、リタデーションを測定するフィルム23に照射される。22は偏光板21を回転させる偏光板回転部である。
FIG. 5 shows the configuration of the retardation measuring device. In FIG. 5, the white light which is the output light of the
フィルム23を透過した光は検光板24で検光され、プローブ26、光ファイバ27を経由して分光部28に入力される。25は検光板24を回転させる検光板回転部である。
The light transmitted through the
分光部28は入力された光を分光し、電気信号に変換して分光スペクトルを生成し、演算部29に出力する。演算部29は、入力された分光スペクトルをフーリエ変換してパワースペクトルを演算し、このパワースペクトルのピーク位置からリタデーションを算出する。
The
リタデーションを測定するためには、偏光板21と検光板24の光軸を一致させなければならない。偏光板21とフィルム23の光軸のなす角度が0度または90度になるとパワースペクトルのピークが発生しないので、リタデーションを測定できない。このため、演算部29は最適な測定条件になるように、偏光板回転部22、検光板回転部25を介して偏光板21、検光板24の光軸の向きを制御する。
In order to measure retardation, the optical axes of the polarizing
特許文献2には、平行ニコル状態に置かれた偏光子と検光子の間に被測定試料を挟み、偏光子、試料、検光子を透過した透過光の偏光の方位と強度から、被測定試料の配向と主屈折率の方向を測定するようにした測定方法が記載されている。 In Patent Document 2, a sample to be measured is sandwiched between a polarizer placed in a parallel Nicol state and an analyzer, and the sample to be measured is obtained from the direction and intensity of the polarized light transmitted through the polarizer, the sample, and the analyzer. Describes a method of measuring the orientation and the direction of the main refractive index.
特許文献3には、被測定フィルムによって光が吸収される近赤外光と光が吸収されない近赤外光の透過光強度の比からフィルム厚さを測定する厚み測定装置、および偏光子、被測定フィルム、検光子をこの順に配置し、これらの透過光の強度スペクトルからフィルムの複屈折および配向度を測定する装置が記載されている。 Patent Document 3 discloses a thickness measuring device for measuring a film thickness from a ratio of transmitted light intensity of near infrared light in which light is absorbed by a film to be measured and near infrared light in which light is not absorbed, a polarizer, An apparatus is described in which a measurement film and an analyzer are arranged in this order, and the birefringence and the degree of orientation of the film are measured from the intensity spectrum of the transmitted light.
しかしながら、このような膜厚測定装置、およびリタデーション測定装置には次のような課題があった。 However, such a film thickness measuring apparatus and retardation measuring apparatus have the following problems.
図4の膜厚測定装置は、フィルム12の膜厚が0.1〜200μm程度の薄膜では精度よく膜厚を測定することができるが、それ以上の膜厚のフィルムでは干渉が発生し難くなるので、精度よく膜厚を測定することが困難であるという課題があった。
The film thickness measuring apparatus of FIG. 4 can accurately measure the film thickness when the
また、複屈折性を有するフィルムは異なった2つの屈折率を有するので、パワースペクトルのピークが双峰性になり、正確な膜厚を測定することが難しいという課題もあった。従来は双峰性ピークの加重平均を取るなどして測定精度を高めるようにしていたが、正確な膜厚を測定することは困難であった。 In addition, since the birefringent film has two different refractive indexes, the peak of the power spectrum becomes bimodal, and there is a problem that it is difficult to measure an accurate film thickness. Conventionally, measurement accuracy has been improved by taking a weighted average of bimodal peaks, but it has been difficult to measure an accurate film thickness.
特許文献3に記載された厚み測定装置は、フィルムに吸収される波長の光と吸収されない波長の光が必要であるが、これらの波長を選択することが困難な場合もあるので、測定に制限があるという課題があった。 The thickness measuring device described in Patent Document 3 requires light of a wavelength that is absorbed by the film and light of a wavelength that is not absorbed by the film. However, since it may be difficult to select these wavelengths, the measurement is limited. There was a problem that there was.
図4のリタデーション測定装置はリタデーションを測定する装置であり、膜厚を直接測定することができないという課題があった。 The retardation measuring apparatus in FIG. 4 is an apparatus for measuring retardation, and has a problem that the film thickness cannot be directly measured.
また、フィルム23の両側に偏光板21と検光板24を配置して、これら偏光板21と検光板24を光軸が一致するように同期して回転しなければならないので、被測定フィルムが移動するオンライン測定に用いると高度な同期制御が必要になり、装置が複雑になってしまうという課題があった。
Further, since the polarizing
さらに、偏光板21と検光板24の同期がずれると測定誤差が増大してしまうという課題もあった。
Furthermore, there has been a problem that measurement error increases if the
本発明の目的は、複屈折性を有し、かつ膜厚が200μm以上のフィルムでも高精度で膜厚を測定することができる膜厚測定方法およびその装置を実現することにある。 An object of the present invention is to realize a film thickness measuring method and apparatus capable of measuring a film thickness with high accuracy even with a film having birefringence and a film thickness of 200 μm or more.
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
複屈折性を有する被測定物の膜厚を測定する膜厚測定方法において、
偏光された光を被測定物に照射し、この被測定物を透過した光を分光して分光スペクトルを生成して、この分光スペクトルからリタデーションを測定する工程と、
前記測定したリタデーション、および被測定物の屈折率差から、この被測定物の膜厚を演算する工程と、
を具備したものである。膜厚が厚い被測定物でも正確な膜厚を測定できる。
In order to achieve such a problem, the invention according to
In the film thickness measuring method for measuring the film thickness of the object having birefringence,
Irradiating the object to be measured with polarized light, spectroscopically analyzing the light transmitted through the object to be measured, generating a spectrum, and measuring retardation from the spectrum;
From the measured retardation and the refractive index difference of the measured object, a step of calculating the film thickness of the measured object;
Is provided. An accurate film thickness can be measured even for a thick object.
請求項2記載の発明は、請求項1に記載の発明において、
前記分光スペクトルからパワースペクトルを演算し、このパワースペクトルの前記被測定物の膜厚に起因するピークから、前記被測定物の屈折率差を算出するようにしたものである。別の装置で被測定物の屈折率を測定する必要がなくなる。
The invention according to claim 2 is the invention according to
A power spectrum is calculated from the spectral spectrum, and a refractive index difference of the measured object is calculated from a peak due to the film thickness of the measured object of the power spectrum. It is not necessary to measure the refractive index of the object to be measured with another device.
請求項3記載の発明は、
複屈折性を有する被測定物の膜厚を測定する膜厚測定装置において、
偏光された光を被測定物に照射し、この被測定物を透過した光を分光して分光スペクトルを生成して、この分光スペクトルから前記被測定物のリタデーションを測定するリタデーション測定部と、
前記リタデーション測定部が測定したリタデーションが入力され、この入力されたリタデーションおよび前記被測定物の屈折率差から、前記被測定物の膜厚を演算する膜厚演算部と、
を備えたものである。膜厚が厚い被測定物でも膜厚を測定できる。
The invention described in claim 3
In a film thickness measuring device that measures the film thickness of an object having birefringence,
A retardation measuring unit that irradiates the object to be measured with polarized light, generates a spectrum by spectroscopically analyzing the light transmitted through the object, and measures the retardation of the object to be measured from the spectrum;
The retardation measured by the retardation measuring unit is input, and from the inputted retardation and the refractive index difference of the measured object, a film thickness calculating unit that calculates the film thickness of the measured object,
It is equipped with. The film thickness can be measured even with a thick object to be measured.
請求項4記載の発明は、請求項3に記載の発明において、
前記リタデーション測定部は、
被測定物に照射する白色光を出力する光源と、
前記光源の出力光を偏光すると共に、前記被測定物から戻ってきた光が入射される偏光板と、
前記被測定物から戻り、かつ前記偏光板を透過した光が入射され、この光の分光スペクトルを生成する分光部と、
前記分光部が生成した分光スペクトルが入力され、この分光スペクトルからリタデーションを演算して出力するリタデーション演算部と、
を備えたものである。検光板を省略できるので複雑な同期制御が必要なく、装置の構成を簡略化できる。
The invention according to claim 4 is the invention according to claim 3,
The retardation measuring unit is
A light source that outputs white light to irradiate the object to be measured;
Polarizing the output light of the light source, and a polarizing plate on which the light returned from the object to be measured is incident,
A light returning from the object to be measured and transmitted through the polarizing plate is incident, and a spectroscopic unit that generates a spectral spectrum of the light;
A spectral spectrum generated by the spectroscopic unit is input, a retardation calculation unit that calculates and outputs a retardation from the spectroscopic spectrum, and
It is equipped with. Since the analyzer plate can be omitted, complicated synchronization control is not required, and the configuration of the apparatus can be simplified.
請求項5記載の発明は、請求項4に記載の発明において、
前記被測定物に対して、前記偏光板と反対側に配置された反射鏡を具備したものである。被測定物を透過した光の大部分を再度被測定物に戻すことができるので、正確な測定が可能になる。
The invention according to claim 5 is the invention according to claim 4,
With respect to the object to be measured, a reflecting mirror disposed on the opposite side of the polarizing plate is provided. Since most of the light transmitted through the object to be measured can be returned to the object to be measured again, accurate measurement becomes possible.
請求項6記載の発明は、請求項4若しくは請求項5記載の発明において、
前記リタデーション演算部は、
前記分光スペクトルからパワースペクトルを演算し、このパワースペクトルの前記被測定物の膜厚に起因するピークから、前記被測定物の屈折率差を算出するようにしたものである。別の装置で被測定物の屈折率を測定する必要がなくなる。
The invention according to claim 6 is the invention according to claim 4 or claim 5,
The retardation calculator is
A power spectrum is calculated from the spectral spectrum, and a refractive index difference of the measured object is calculated from a peak due to the film thickness of the measured object of the power spectrum. It is not necessary to measure the refractive index of the object to be measured with another device.
本発明によれば以下のような効果がある。
請求項1、2、3、4、5、および6の発明によれば、偏光した光を被測定物に照射し、この被測定物から戻った光を分光して分光スペクトルを生成し、この分光スペクトルに基づいてリタデーションを演算して、このリタデーションと被測定物の屈折率差から膜厚を算出するようにした。
The present invention has the following effects.
According to the first, second, third, fourth, fifth, and sixth aspects of the invention, the object to be measured is irradiated with polarized light, the light returned from the object to be measured is dispersed, and a spectrum is generated. The retardation was calculated based on the spectral spectrum, and the film thickness was calculated from the retardation and the refractive index difference between the object to be measured.
複屈折率性を有する被測定物でも、正確な膜厚を測定することができるという効果がある。また、光干渉式の膜厚測定装置で測定が困難な200μm以上の厚い膜厚を有する被測定物でも、正確な膜厚を測定することができるという効果もある。 Even with an object to be measured having birefringence, there is an effect that an accurate film thickness can be measured. In addition, there is also an effect that an accurate film thickness can be measured even with an object to be measured having a film thickness of 200 μm or more, which is difficult to measure with an optical interference type film thickness measuring apparatus.
また、リタデーション測定部として、偏光板で白色光を偏光して被測定物に照射し、被測定物から戻ってきた光を再度同じ偏光板に入射する構成を用いることにより、検光板を省略できる。このため、偏光板と検光板を同期して回転することが不要になるので、被測定物が移動するオンライン測定に用いても、装置の構成を簡単にすることができるという効果もある。 Further, as the retardation measuring unit, the analyzer can be omitted by using a configuration in which white light is polarized by the polarizing plate and irradiated on the object to be measured, and light returned from the object to be measured is incident on the same polarizing plate again. . For this reason, since it is not necessary to rotate the polarizing plate and the light detection plate in synchronization, there is also an effect that the configuration of the apparatus can be simplified even when used for on-line measurement in which the object to be measured moves.
このため、装置の原価、故障率を低減でき、かつ偏光板と検光板の角度ずれが発生しないので、測定精度を高めることができるという効果もある。また、光が被測定物を2度透過するので、測定感度を高めることができるという効果もある。 For this reason, the cost and the failure rate of the apparatus can be reduced, and the angle deviation between the polarizing plate and the light detection plate does not occur, so that the measurement accuracy can be improved. In addition, since the light passes through the object to be measured twice, there is an effect that the measurement sensitivity can be increased.
さらに、分光スペクトルのパワースペクトルの膜厚に起因するピークから被測定物の屈折率差を算出することにより、別に屈折率を測定する手間を省くことができるという効果もある。 Furthermore, by calculating the refractive index difference of the object to be measured from the peak due to the film thickness of the power spectrum of the spectral spectrum, there is also an effect that it is possible to save the trouble of measuring the refractive index separately.
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。本発明は複屈折性を有するフィルムを対象とし、このフィルムのリタデーションを測定し、このリタデーション値と別に測定したフィルムの屈折率差から、当該フィルムの膜厚を算出するものである。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention targets a film having birefringence, measures the retardation of the film, and calculates the film thickness of the film from the refractive index difference of the film measured separately from the retardation value.
図1は本発明に係る膜厚測定装置の一実施例を示した構成図である。図1において、膜厚測定装置は白色光を出力する光源30、光ファイバ31および36、光プローブ32、偏光板33、偏光板回転部34、反射鏡35、分光部37、リタデーション演算部38、および膜厚演算部39で構成される。40は膜厚を測定するフィルムである。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a film thickness measuring apparatus according to the present invention. In FIG. 1, the film thickness measuring apparatus includes a
フィルム40は被測定物に相当する。また、光源30、光ファイバ31および36、光プローブ32、偏光板33、偏光板回転部34、反射鏡35、分光部37、リタデーション演算部38でリタデーション測定部を構成している。
The
偏光板33、フィルム40、反射鏡35はこの順番に配置される。また、偏光板33は入射光に対して斜めになるように配置される。この偏光板33は偏光板回転部34で回転される。偏光板33を斜めに配置すると、偏光板33の表面で反射された光は左方向に反射され、光プローブ32に入射しないので、測定のS/N比を改善することができる。
The
光源30の白色出力光は光ファイバ31によって導光され、光プローブ32に入力される。光プローブ32は、入力された光を偏光板33に向かって出射する。この光は、偏光板33、フィルム40を透過して反射鏡35で反射され、再びフィルム40、偏光板33を透過して光プローブ32に入射される。
The white output light of the
すなわち、光プローブ32には、フィルム40から戻った光が入射される。また、偏光板33は入射した光を偏光して、フィルム40に照射する。
That is, the light returned from the
光プローブ32に入射されたフィルム40を透過した光は光ファイバ36によって導光され、分光部37に入射される。分光部37は入射された光を分光、電気信号に変換し、反射分光スペクトルを生成する。この反射分光スペクトルは、分光スペクトルに相当する。
The light transmitted through the
分光部37が生成した反射分光スペクトルはリタデーション演算部38に入力される。リタデーション演算部38は、入力された反射分光スペクトルからフィルム40のリタデーションを算出する。
The reflection spectrum generated by the
リタデーション演算部38は、入力された反射分光スペクトルをフーリエ変換してパワースペクトルを演算し、このパワースペクトルのピークの位置からリタデーションを算出する。
The
フィルム40に入射される光と、反射鏡35で反射されてフィルム40を透過した光は干渉し、リタデーションに起因する干渉縞を生じる。このため、反射分光スペクトルのパワースペクトルにはこの干渉縞に起因するピークが表れる。このピークの位置(波長)がリタデーション値になる。
The light incident on the
リタデーションに起因する干渉縞の振幅は、フィルム40に入射される光の偏光方向によって変化する。フィルム40に入射する光の偏光方向は、偏光板33の光軸を回転することによって、変化させることができる。
The amplitude of interference fringes resulting from retardation varies depending on the polarization direction of light incident on the
フィルム40に入射する光の偏光の方向は、偏光板33を回転してその光軸の角度を変えることにより、変化させることができる。偏光板33の光軸とフィルム40の光軸がなす角度が0または90度のときは干渉縞の振幅が0になり、45度のときに最大になる。リタデーション演算部38は、偏光板回転部34を制御して、干渉縞の振幅、すなわちパワースペクトルのピーク高さが最大になる位置、あるいは並行ニコル状態と直交ニコル状態の中間状態で測定に十分な高さのピークが発生する位置に偏光板33の光軸を調整する。
The direction of polarization of light incident on the
なお、偏光板回転部34は、光プローブ32が出射する光の光軸と平行な軸を中心として偏光板33を回転してもよく、また偏光板33の法線方向を軸として回転してもよい。
The polarizing plate rotating section 34 may rotate the
リタデーション演算部38が算出したリタデーション値は膜厚演算部39に入力される。また、膜厚演算部39には、フィルム40の屈折率が入力される。この屈折率は、フィルム40と同じ特性を有するフィルムの一部を切り取り、屈折率計で測定しておく。
The retardation value calculated by the
フィルム40は複屈折性を有しているので、フィルム40の光軸に平行な入射光に対する屈折率と、光軸に垂直な入射光に対する屈折率が異なる。膜厚演算部39には、この2つの屈折率を入力する。
Since the
膜厚演算部39は、リタデーション演算部38から入力されたフィルム40のリタデーションと別に入力されたフィルム40の屈折率から、フィルム40の膜厚を算出して出力する。
The
前記(1)式で説明したように、リタデーション値は屈折率差と膜厚の積で表される。膜厚演算部39は、入力された2つの屈折率から屈折率差δnを演算し、下記(2)式によってフィルム40の膜厚を算出する。
フィルム40の膜厚=(リタデーション値)/δn ・・・・・・ (2)
なお、膜厚演算部39に屈折率差δnを入力するようにしてもよい。
As explained in the equation (1), the retardation value is represented by the product of the refractive index difference and the film thickness. The
Film thickness of
Note that the refractive index difference δn may be input to the
次に、図2を用いて本発明をより詳細に説明する。図2(A)は分光部37が作成した反射分光スペクトルであり、横軸は波長、縦軸は振幅である。この波長分光スペクトルには、干渉縞に対応した周期性が認められる。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 2A shows a reflection spectral spectrum created by the
図2(B)はリタデーション演算部38が算出したパワースペクトルであり、横軸は周波数、縦軸は強度である。41はリタデーションに起因するピークである。リタデーション演算部は入力された反射分光スペクトルをフーリエ変換してパワースペクトルを演算し、このパワースペクトルを検索してリタデーションに起因するピーク41を求め、このピークの位置(波長)からリタデーション値を算出する。
FIG. 2B is a power spectrum calculated by the
次に、図3に基づいて本発明の他の実施例を示す。図1と図4の膜厚測定装置は、光プローブから光を被測定試料に照射し、その反射光の干渉縞に起因するパワースペクトルのピークを検出する点で類似している。従って、フィルム40の膜厚がそれほど厚くない場合には、図4の膜厚測定装置と同様に、フィルム40の表面と裏面から反射した光が干渉した、フィルム40の膜厚に起因する干渉縞が表れる。この実施例は、この膜厚に起因する干渉縞を用いて、屈折率差δnを算出するようにしたものである。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The film thickness measuring apparatus shown in FIGS. 1 and 4 is similar in that the sample to be measured is irradiated with light from the optical probe and the peak of the power spectrum caused by the interference fringes of the reflected light is detected. Therefore, when the film thickness of the
図3に、このような場合のパワースペクトルの例を示す。なお、横軸は光学波長、縦軸は強度である。なお、光学膜厚は物理膜厚と屈折率の積である。 FIG. 3 shows an example of a power spectrum in such a case. The horizontal axis is the optical wavelength, and the vertical axis is the intensity. The optical film thickness is the product of the physical film thickness and the refractive index.
図3において、42はフィルム40のリタデーションに起因するピーク、43、44はフィルム40の膜厚に起因するピークである。フィルム40は複屈折性を有しており、屈折率が2つあるので、膜厚に起因するピークは43と44の2つに分離する。
In FIG. 3, 42 is a peak due to retardation of the
ピーク43の位置から求めた光学膜厚をT1、ピーク44の位置から求めた光学膜厚をT2、フィルムの膜厚をdとすると、屈折率差δnは下記(3)式から得られる。
δn=(T2−T1)/d ・・・・・・・ (3)
When the optical film thickness obtained from the position of the
δn = (T2−T1) / d (3)
このようにすると、図1の構成で屈折率差δnを測定することができるので、別に屈折率計を用いてフィルム40の屈折率を測定する必要がないという利点がある。屈折率差δnと膜厚は別々に測定してもよく、1つのパワースペクトルを用いて同時に測定してもよい。
In this way, since the refractive index difference δn can be measured with the configuration of FIG. 1, there is an advantage that it is not necessary to separately measure the refractive index of the
特に、フィルム製造装置においてオンラインで連続測定する場合は、前回測定した膜厚dを用いて前記(3)式から屈折率差δnを算出し、このδnとリタデーション値を用い、前記(2)式から膜厚を測定すればよい。膜厚は急激には変化しないので、直前の膜厚を用いることにより、屈折率差δnを正確に算出することができる。 In particular, when continuously measuring on-line in a film production apparatus, the refractive index difference δn is calculated from the equation (3) using the film thickness d measured last time, and the equation (2) is calculated using the δn and the retardation value. The film thickness may be measured from Since the film thickness does not change abruptly, the refractive index difference δn can be accurately calculated by using the immediately preceding film thickness.
図4に示した膜厚測定装置は、被測定試料の厚さが厚くなると光学膜厚が大きくなって干渉が発生せず、測定が不可能になることがあった。また、複屈折性を有する試料ではパワースペクトルのピークが双峰性になるので、正確な膜厚を測定することができなかった。 In the film thickness measuring apparatus shown in FIG. 4, when the thickness of the sample to be measured increases, the optical film thickness increases and interference does not occur, which sometimes makes measurement impossible. In addition, in the sample having birefringence, the peak of the power spectrum becomes bimodal, so that an accurate film thickness cannot be measured.
本発明ではリタデーションを測定し、このリタデーションから膜厚を算出するようにした。通常屈折率差は屈折率より小さいので、屈折率差と膜厚の積であるリタデーションは屈折率と膜厚の積である光学膜厚より小さな値になる。このため、図4の膜厚測定装置ではピークを検出できない200μmを越える膜厚の試料でもリタデーションに起因するピークを検出することができ、膜厚を正確に測定できるという利点がある。 In the present invention, the retardation is measured, and the film thickness is calculated from the retardation. Since the refractive index difference is usually smaller than the refractive index, the retardation that is the product of the refractive index difference and the film thickness is smaller than the optical film thickness that is the product of the refractive index and the film thickness. For this reason, there is an advantage that a peak due to retardation can be detected even in a sample having a film thickness exceeding 200 μm where the peak cannot be detected by the film thickness measuring apparatus of FIG. 4, and the film thickness can be measured accurately.
また、リタデーションに起因するピークは単峰性なので、ピークの位置を正確に算出することができる。このため、複屈折性を有するフィルムの膜厚を正確に測定することができるという利点もある。 Moreover, since the peak resulting from retardation is unimodal, the position of the peak can be accurately calculated. For this reason, there also exists an advantage that the film thickness of the film which has birefringence can be measured correctly.
また、図5のリタデーション測定装置はフィルム23の両側に偏光板21と検光板24を配置して、これらの板を同期して回転しなければならないので、フィルム23が移動し、かつ回転できないオンライン測定では装置が複雑になってしまうという欠点があった。
Further, the retardation measuring apparatus of FIG. 5 has a
図1の膜厚測定装置は偏光板33とフィルム40を透過した光を反射鏡35で反射させ、再度フィルム40と偏光板33を透過させる構成とした。偏光板33で検光板を兼ねることができるので、フィルム40の片側に偏光板33を配置するだけでリタデーションを測定することができる。このため、装置の構成を大幅に簡略化することができる。
The film thickness measuring apparatus of FIG. 1 has a configuration in which light transmitted through the
また、図1実施例ではフィルム40の透過光を反射鏡35で反射させ、再度フィルム40を透過させる構成とした。光はフィルム40を2度透過するので、図5のリタデーション測定装置に比べてリタデーション値を2倍に拡大して測定することができる。このため、正確なリタデーション値が得られ、膜厚をより正確に測定することができるという利点もある。
In the embodiment of FIG. 1, the light transmitted through the
また、図1と図4の膜厚測定装置は、偏光板33を除いてほぼ同じ構成を有している。従って、膜厚を測定するフィルム40の予想膜厚が薄いとき、あるいは複屈折性を有しないときは、偏光板33を移動させて光プローブ32の出射光の光軸から外して図4従来例と同様の原理で膜厚を測定し、予想膜厚が厚いとき、複屈折性を有するときは偏光板33を図1の位置に戻してリタデーションを測定し、このリタデーション値から膜厚を算出するようにすると、膜厚の測定範囲を大幅に拡大することができる。
Moreover, the film thickness measuring apparatus of FIG. 1 and FIG. Therefore, when the expected film thickness of the
なお、反射鏡35を省略することもできる。この場合フィルム40の裏面から反射した反射光によって干渉が発生し、ピーク41が生じる。但し、通常フィルム40の裏面の反射率は低いために干渉信号の強度が弱くなり、ピーク41の高さは低くなるという欠点がある。
The reflecting
また、一軸延伸フィルム等予め複屈折の軸の角度が予想できる場合には、偏光板33を最適な位置に固定してもよい。このようにすると、偏光板33を回転する機構(偏光板回転部34)が不要になる。
When the birefringent axis angle can be predicted in advance, such as a uniaxially stretched film, the
また、偏光板33の表面から反射した反射光が測定に影響することがない場合には、偏光板33をフィルム40と平行に配置することもできる。
Further, when the reflected light reflected from the surface of the
また、リタデーションを測定する部分は、図5従来例のように被測定フィルムの両側に偏光板と検光板を配置する構成であってもよい。このような構成はオンライン測定には不適であるが、試料を切り取って測定するオフライン測定では支障がない。また、偏光板、検光板を固定し、被測定フィルムを回転させる構成であってもよい。 Moreover, the structure which arrange | positions a polarizing plate and a light-analysis board to the both sides of a to-be-measured film like the example of FIG. Such a configuration is not suitable for on-line measurement, but there is no problem in off-line measurement in which a sample is cut and measured. Moreover, the structure which fixes a polarizing plate and an analyzer plate and rotates a to-be-measured film may be sufficient.
さらに、これらの実施例では反射分光スペクトルをフーリエ変換してパワースペクトルを算出し、このパワースペクトルのピーク位置からリタデーションを算出したが、これに限定されることはなく、他の手法でリタデーションを算出してもよい。 Furthermore, in these examples, the reflection spectrum was Fourier-transformed to calculate the power spectrum, and the retardation was calculated from the peak position of this power spectrum. However, the present invention is not limited to this, and the retardation is calculated by other methods. May be.
30 光源
31、36 光ファイバ
32 光プローブ
33 偏光板
34 偏光板回転部
35 反射鏡
37 分光部
38 リタデーション演算部
39 膜厚演算部
40 フィルム
41〜44 パワースペクトルのピーク
DESCRIPTION OF
Claims (6)
偏光された光を被測定物に照射し、この被測定物を透過した光を分光して分光スペクトルを生成して、この分光スペクトルからリタデーションを測定する工程と、
前記測定したリタデーション、および被測定物の屈折率差から、この被測定物の膜厚を演算する工程と、
を具備した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 object having birefringence,
Irradiating the object to be measured with polarized light, spectroscopically analyzing the light transmitted through the object to be measured, generating a spectrum, and measuring retardation from the spectrum;
From the measured retardation and the refractive index difference of the measured object, a step of calculating the film thickness of the measured object;
The film thickness measuring method characterized by comprising.
偏光された光を被測定物に照射し、この被測定物を透過した光を分光して分光スペクトルを生成して、この分光スペクトルから前記被測定物のリタデーションを測定するリタデーション測定部と、
前記リタデーション測定部が測定したリタデーションが入力され、この入力されたリタデーションおよび前記被測定物の屈折率差から、前記被測定物の膜厚を演算する膜厚演算部と、
を備えたことを特徴とする膜厚測定装置。 In a film thickness measuring device that measures the film thickness of an object having birefringence,
A retardation measuring unit that irradiates the object to be measured with polarized light, generates a spectrum by spectroscopically analyzing the light transmitted through the object, and measures the retardation of the object to be measured from the spectrum;
The retardation measured by the retardation measuring unit is input, and from the inputted retardation and the refractive index difference of the measured object, a film thickness calculating unit that calculates the film thickness of the measured object,
A film thickness measuring apparatus comprising:
被測定物に照射する白色光を出力する光源と、
前記光源の出力光を偏光すると共に、前記被測定物から戻ってきた光が入射される偏光板と、
前記被測定物から戻り、かつ前記偏光板を透過した光が入射され、この光の分光スペクトルを生成する分光部と、
前記分光部が生成した分光スペクトルが入力され、この分光スペクトルからリタデーションを演算して出力するリタデーション演算部と、
を備えたことを特徴とする請求項3記載の膜厚測定装置。 The retardation measuring unit is
A light source that outputs white light to irradiate the object to be measured;
Polarizing the output light of the light source, and a polarizing plate on which the light returned from the object to be measured is incident,
A light returning from the object to be measured and transmitted through the polarizing plate is incident, and a spectroscopic unit that generates a spectral spectrum of the light;
A spectral spectrum generated by the spectroscopic unit is input, a retardation calculation unit that calculates and outputs a retardation from the spectroscopic spectrum, and
The film thickness measuring apparatus according to claim 3, comprising:
前記分光スペクトルからパワースペクトルを演算し、このパワースペクトルの前記被測定物の膜厚に起因するピークから、前記被測定物の屈折率差を算出するようにしたことを特徴とする請求項4若しくは請求項5記載の膜厚測定装置。 The retardation calculator is
The power spectrum is calculated from the spectral spectrum, and the refractive index difference of the measured object is calculated from the peak due to the film thickness of the measured object of the power spectrum. The film thickness measuring apparatus according to claim 5.
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