JP2592211B2 - Interference film thickness measuring device - Google Patents

Interference film thickness measuring device

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JP2592211B2 JP13451493A JP13451493A JP2592211B2 JP 2592211 B2 JP2592211 B2 JP 2592211B2 JP 13451493 A JP13451493 A JP 13451493A JP 13451493 A JP13451493 A JP 13451493A JP 2592211 B2 JP2592211 B2 JP 2592211B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光の干渉による薄膜の
膜厚検出技術に関し、特に、透明体の中にある薄膜につ
いて非破壊で膜厚の検出をするためのものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for detecting the thickness of a thin film by interference of light, and more particularly, to non-destructively detecting the thickness of a thin film in a transparent body.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的に、半導体の酸化膜など非常に薄
い薄膜や凸凹などの膜厚段差を測定するには、その表面
で反射した光の干渉をその原理とするマイケルソン干渉
計による方法が知られており、この測定では被測定物か
らの反射光を利用するので、比較的強度の大きな光にて
測定が行えることから高精度の測定方法として確立され
ている。
2. Description of the Related Art Generally, in order to measure a film thickness step of an extremely thin film such as a semiconductor oxide film or an unevenness, a method using a Michelson interferometer based on the principle of interference of light reflected on the surface is used. Since this measurement utilizes reflected light from an object to be measured, it can be measured with light having relatively high intensity, and thus has been established as a highly accurate measurement method.

【0003】図11は、マイケルソン干渉計の基本構成
を示したものである。白色光源104から出射した光束
Lはビームスプリッタ(BS)106によって2方向に
分けられ、一方はミラー107で反射されて参照光とさ
れる。他方は被測定物103の表面S1と表面S2とで
反射され、これらは位相共役光になる。反射して戻った
参照光及び位相共役光はBS106によって光検出器
(この場合、フォトダイオード)109に受光され、こ
れらの干渉状態が光検出器109で電気信号として検出
される。
FIG. 11 shows a basic configuration of a Michelson interferometer. The light beam L emitted from the white light source 104 is split into two directions by a beam splitter (BS) 106, and one of the light beams is reflected by a mirror 107 to be used as reference light. The other is reflected by the surface S1 and the surface S2 of the DUT 103, and these become phase conjugate light. The reflected reference light and phase conjugate light are received by the photodetector (photodiode in this case) 109 by the BS 106, and their interference state is detected by the photodetector 109 as an electric signal.

【0004】被測定物103の表面S1と表面S2の段
差(若しくは膜厚)d1 を測定するには、まず、被測定
物103の表面S1での反射光s1 と反射光R1 とが干
渉するようにミラー107の位置をx軸微動ステージで
調整する(このミラーの位置をx1 とする)。つぎに、
表面S2での反射光s2 と反射光R2 とが干渉するよう
にミラー107の位置を調整し、このミラーの位置をx
2 とすると、位置x1と位置x2 との差が段差d1 に一
致する。ここで、干渉状態の検出はつぎのようにしてあ
らわされる。
In order to measure the step (or film thickness) d 1 between the surface S 1 and the surface S 2 of the object 103, first, the reflected light s 1 and the reflected light R 1 on the surface S 1 of the object 103 are measured. to interfere to adjust the position of the mirror 107 in the x-axis fine movement stage (the position of the mirror and x 1). Next,
The position of the mirror 107 is adjusted so that the reflected light s 2 and the reflected light R 2 on the surface S2 interfere with each other, and the position of this mirror is changed to x
When 2, the difference between the position x 1 and the position x 2 is equal to the step d 1. Here, the detection of the interference state is represented as follows.

【0005】BS106からミラー107までの距離L
0、BS106から表面S1までの距離L1、ミラー1
07の反射率r、表面S1,S2の反射率s1 ’,
2 ’を用いると、反射光s1 と反射光R1 との干渉に
よるBS106での光の強度P1は、L1≠L0のとき
「s1 2 +r2 」であらわされる。L1=L0のとき
(s1 ’+r)2 であらわされ、「2s1 ’・r」だけ
差が生じる。これを光検出器で検出しこのミラーに位置
をx1 とする。同様にして反射光s2 と反射光R1 との
干渉についても行うことにより、位置x2 を求められ
る。こうして段差d1 が求められる。
The distance L from the BS 106 to the mirror 107
0, distance L1 from BS106 to surface S1, mirror 1
07, the reflectances s 1 ′ of the surfaces S1 and S2,
When s 2 ′ is used, the light intensity P 1 at the BS 106 due to the interference between the reflected light s 1 and the reflected light R 1 is expressed as “s 12 + r 2 ” when L 1 ≠ L 0. When L1 = L0, it is represented by (s 1 ′ + r) 2 , and a difference occurs by “2s 1 ′ · r”. This was detected by the photodetector to the position on the mirror and x 1. By also performing the interference between the reflected light R 1 and the reflected light s 2 in the same manner, obtained a position x 2. Thus, the step d 1 is required.

【0006】上述のマイケルソン干渉計を利用した薄膜
測定装置としては「特開平1−134203」、「特開
平3−110405」などがある。図12は、そのうち
多層薄膜を測定する場合の一例を示したものである。こ
の装置においても白色光源104が用いられ、この光源
からの光は、薄膜の表面102及び下面で反射する。そ
して、反射光121−1及び反射光121−2はハーフ
ミラー106によって振動ミラー108に向かう光12
4と固定ミラー107に向かう光123とに分岐され
る。これらの光124,123はミラー108,107
で反射し、薄膜の反射光121−1及び反射光121−
2との干渉光122−1,122−2として光検出器1
09で検出される。
As a thin film measuring apparatus using the above-mentioned Michelson interferometer, there are “Japanese Patent Laid-Open No. 1-134203” and “Japanese Patent Laid-Open No. 3-110405”. FIG. 12 shows an example of a case where a multilayer thin film is measured. This device also uses a white light source 104, and the light from this light source is reflected by the front surface 102 and the bottom surface of the thin film. The reflected light 121-1 and the reflected light 121-2 are converted by the half mirror 106 into light 12
4 and light 123 directed to the fixed mirror 107. These lights 124 and 123 are reflected by mirrors 108 and 107.
And reflected light 121-1 and reflected light 121-of the thin film
2 as the interference light 122-1 and 122-2 with the photodetector 1
09 is detected.

【0007】ここで、ハーフミラー106と固定ミラー
107との距離l1 が、ハーフミラー106と振動ミラ
ー108との距離l2 と等しくなるようにしておく。そ
して、これを中心として振動ミラー108が圧電駆動回
路112により振動装置110によって振動すると、光
路長の変化による位相の変化により干渉光122−1,
122−2の強度が変化する。距離l1 と距離l2 とが
等しい場合、干渉光122−1は強められ、固定ミラー
107の側についても振動ミラー108の側についても
薄膜の反射光121−2の光路長が等しい場合、干渉光
122−2は強められる。これが検出器109によって
検出され、表示装置113に出力される。この検出信号
は、圧電駆動回路112からの信号をトリガとして同期
して表示装置113に表示される。こうして、振動位置
に応じた干渉状態が表示装置113にモニタされ、検出
器の信号のピークの位置の間隔から膜厚が測定される。
Here, the distance l 1 between the half mirror 106 and the fixed mirror 107 is set equal to the distance l 2 between the half mirror 106 and the vibration mirror 108. When the oscillating mirror 108 is oscillated by the oscillating device 110 by the piezoelectric drive circuit 112 around the center, the interference light 122-1,
The intensity of 122-2 changes. When the distance l 1 is equal to the distance l 2 , the interference light 122-1 is strengthened. When the optical path length of the reflected light 121-2 of the thin film is equal on both the fixed mirror 107 side and the vibration mirror 108 side, the interference light 122-1 is generated. Light 122-2 is enhanced. This is detected by the detector 109 and output to the display device 113. The detection signal is displayed on the display device 113 in synchronization with the signal from the piezoelectric drive circuit 112 as a trigger. Thus, the interference state according to the vibration position is monitored by the display device 113, and the film thickness is measured from the interval between the peak positions of the signal of the detector.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述のような測定で
は、例えば、誘電体膜が、1層の場合、或いは多層膜の
場合であれば各層の膜厚がおよそ分かっており、かつほ
ぼ均一な膜厚であれば有効なものである。しかし、この
条件から外れた場合、上述のような測定では、どの層と
どの層での反射光束による干渉信号なのか識別が不可能
であるため、膜厚測定を行うことができなくなる。
In the above-described measurement, for example, when the dielectric film is a single layer or a multi-layer film, the thickness of each layer is approximately known and is substantially uniform. Any film thickness is effective. However, if the condition is not satisfied, it is impossible to determine which layer and which layer is the interference signal due to the reflected light beam in the above-described measurement, so that the film thickness cannot be measured.

【0009】また、後者の測定では、固定ミラー及び振
動ミラーが各1枚ずつなので、振動ミラーの移動量は被
測定物の全膜厚をカバーする必要がある。単層の場合の
膜厚t,屈折率nとすると、nt/cos φ0 、多層膜で
あれば、「(全膜厚+一番厚い膜厚)×nt/cos
φ0 」をかけたものだけ必要である。そして、計測精度
がミラーの移動装置のリニアリティの影響を受けて悪化
します。さらに、信号処理において振動ミラーの移動装
置の駆動信号を基準としてトリガーをおこなっているの
で、その変動(ジッタ)によって出力波形の再現性が失
われる。
In the latter measurement, since one fixed mirror and one vibrating mirror are provided, the moving amount of the vibrating mirror needs to cover the entire thickness of the object to be measured. Assuming a film thickness t and a refractive index n in the case of a single layer, nt / cos φ 0 , and in the case of a multilayer film, “(total film thickness + the thickest film thickness) × nt / cos
Only the value multiplied by φ 0 is necessary. And the measurement accuracy deteriorates due to the linearity of the mirror moving device. Further, since the trigger is performed in the signal processing based on the drive signal of the moving device of the oscillating mirror, the reproducibility of the output waveform is lost due to the fluctuation (jitter).

【0010】このように、上述した測定では、測定しよ
うとする薄膜が測定対象の表面上でなく、下層にある場
合にあまり都合の良いものであるとはいえなかった。そ
こで、本発明は、上述の問題点に鑑み、測定しようとす
る薄膜が測定対象の表面下にある場合にも良好に測定を
行い得る膜厚計測装置を提供することを目的とする。
As described above, in the above-described measurement, it is not very convenient when the thin film to be measured is not on the surface of the object to be measured but in the lower layer. In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a film thickness measuring device capable of performing good measurement even when a thin film to be measured is below the surface of a measurement object.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の干渉膜厚計測装置は、白色光を含む光を出
す光源と、測定対象表面の透明体の厚さに白色光の光路
長の差を対応させるように配置された第1及び第2のミ
ラーと、光路長の差を変化させるように第1及び第2の
ミラーを振動させる微動ステージと、白色光を測定対象
及び第1,第2のミラーに与えるとともに、第1,第2
のミラーの反射光それぞれを測定対象からの反射光と干
渉させる光学的手段と、第1のミラーの反射光と測定対
象からの反射光との干渉状態を検出する第1の光検出器
と、第2のミラーの反射光と測定対象からの反射光との
干渉状態を検出する第2の光検出器とを備え、第1又は
第2いずれか一方の光検出器の検出出力を基準にして他
方の光検出器の検出出力の間隔から測定対象の膜厚を測
定する。
In order to solve the above-mentioned problems, an interference film thickness measuring apparatus according to the present invention comprises a light source which emits light including white light, and a light source which emits white light. First and second mirrors arranged to correspond to the difference in optical path length, a fine movement stage for oscillating the first and second mirrors to change the difference in optical path length, To the first and second mirrors and to the first and second mirrors.
Optical means for causing each of the reflected light of the mirrors to interfere with the reflected light from the measurement target; a first photodetector for detecting an interference state between the reflected light of the first mirror and the reflected light from the measurement target; A second photodetector that detects an interference state between the reflected light of the second mirror and the reflected light from the measurement target, and based on a detection output of one of the first and second photodetectors. The thickness of the object to be measured is measured from the interval between the detection outputs of the other photodetector.

【0012】光源は、白色光源と、コヒーレント長の長
いすなわちスペクトル幅の狭い光源とを含んで構成され
ていることを特徴としても良い。
The light source may include a white light source and a light source having a long coherent length, that is, a light source having a narrow spectrum width.

【0013】[0013]

【作用】本発明の干渉膜厚計測装置では、白色光は測定
対象及び第1,第2のミラーに与えられ、上記光学的手
段にて第1,第2のミラーの反射光それぞれと測定対象
からの反射光とが干渉する。第1のミラーの反射光と測
定対象からの反射光との干渉状態は第1の光検出器で、
第2のミラーの反射光と測定対象からの反射光との干渉
状態は第2の光検出器で検出される。
In the interference film thickness measuring apparatus according to the present invention, white light is given to the object to be measured and the first and second mirrors, and the reflected light of the first and second mirrors and the object to be measured by the optical means. Interference with reflected light from The state of interference between the reflected light of the first mirror and the reflected light from the measurement object is a first photodetector,
The interference state between the reflected light from the second mirror and the reflected light from the measurement target is detected by the second photodetector.

【0014】ここで、第1及び第2のミラーは微動ステ
ージによって振動し、白色光の光路長が変化することか
ら、これらの反射光と測定対象からの反射光との干渉状
態が変化する。第1(または第2)のミラーの反射光と
測定対象からの反射光とが光源からの光路長に等しけれ
ば、光検出器での検出出力はピークを示す。
Here, the first and second mirrors are vibrated by the fine movement stage, and the optical path length of the white light changes, so that the interference between the reflected light and the reflected light from the object to be measured changes. If the reflected light from the first (or second) mirror and the reflected light from the measurement target are equal to the optical path length from the light source, the detection output from the photodetector shows a peak.

【0015】測定対象の薄膜が透明体に覆われている場
合、測定対象からの反射光は透明体表面での反射光の成
分(以下、第1の成分)と薄膜上面での反射光の成分
(以下、第2の成分)と薄膜下面での反射光の成分(以
下、第3の成分)とを含むものになっている。そして、
光源から第1及び第2のミラーへの光路長の差を透明体
の厚さ程度に調整しておくと、第1の成分との干渉状態
がピークを示すミラーの位置近傍で、第2及び第3の成
分との干渉状態は他方のミラーの反射光によってピーク
を示す。これらのピークは第1及び第2の光検出器で検
出され、第1の成分との干渉状態のピークを目印として
第2及び第3の成分の干渉状態のピーク位置が検出でき
ることになる。第2及び第3の成分の干渉状態のピーク
を示す微動ステージの振動位置の差から薄膜の厚さが検
出される。
When the thin film to be measured is covered with a transparent body, the reflected light from the measured object is a component of light reflected on the surface of the transparent body (hereinafter, a first component) and a component of light reflected on the upper surface of the thin film. (Hereinafter, a second component) and a component of light reflected on the lower surface of the thin film (hereinafter, a third component). And
If the difference between the optical path lengths from the light source to the first and second mirrors is adjusted to about the thickness of the transparent body, the second and third mirrors will be located near the position of the mirror where the interference state with the first component shows a peak. The state of interference with the third component shows a peak due to the reflected light of the other mirror. These peaks are detected by the first and second photodetectors, and the peak position of the interference state of the second and third components can be detected using the peak of the interference state with the first component as a mark. The thickness of the thin film is detected from the difference between the vibration positions of the fine movement stage indicating the peak of the interference state between the second and third components.

【0016】光源が、白色光源と、コヒーレント長の長
い若しくはスペクトル幅の狭い光源とを含むものである
場合、後者の光源にしておくことで、第1の成分との干
渉状態、第2及び第3の成分との干渉状態それぞれを第
1及び第2の光検出器でモニタしながら第1及び第2の
ミラーの角度調整および光路長の差を調整し、光路長の
差が透明体の厚さ程度になるように位置を合わせること
ができる。
In the case where the light source includes a white light source and a light source having a long coherent length or a narrow spectrum width, the latter light source is used to obtain the interference state with the first component, the second and third light sources. The angle of the first and second mirrors and the difference in optical path length are adjusted while monitoring the interference state with the components with the first and second photodetectors, and the difference in optical path length is about the thickness of the transparent body. Can be adjusted so that

【0017】[0017]

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
前述の従来例と同一または同等のものについてはその説
明を簡略化し若しくは省略するものとする。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The description of the same or equivalent components as those of the above-described conventional example will be simplified or omitted.

【0018】図1は、本発明の干渉膜厚計測装置の光学
系に付いてその構成を示したものである。この装置の光
源は、白色光源104a及び光源104bで構成され、
白色光源104aには干渉長が非常に短く平行に近い光
束を出射するものが用いられる。光源104bには、L
ED、SLDなどが用いられ、コヒーレント長の長い
(白色光源104aの光の数十倍)すなわちスペクトル
幅の狭い光が得られるようになっている。白色光源10
4aからの白色光及び光源104bの光は、ハーフミラ
ー104cによってハーフミラー106に向かうように
なっている。光源104bの代りに白色光源104aの
後にバンドパスフィルターを置いてもよい。
FIG. 1 shows the configuration of an optical system of an interference film thickness measuring apparatus according to the present invention. The light source of this device is composed of a white light source 104a and a light source 104b,
As the white light source 104a, a light source that emits a light beam having a very short interference length and being nearly parallel is used. The light source 104b has L
An ED, an SLD, or the like is used to obtain light having a long coherent length (several tens times the light of the white light source 104a), that is, a light having a narrow spectrum width. White light source 10
White light from the light source 4a and light from the light source 104b are directed to the half mirror 106 by the half mirror 104c. A bandpass filter may be placed after the white light source 104a instead of the light source 104b.

【0019】ハーフミラー(ビームスプリッタ)106
は、白色光(または光源104bの光)を測定対象10
3及びミラーR1,R2に与えるとともに、ミラーR
1,R2の反射光(参照光)それぞれを測定対象103
からの反射光と干渉させるためのもので、測定対象10
3及びミラーR1,R2までの距離がほぼ同じになって
いる。ミラーR1,R2は、微動xステージ110上に
距離dだけ隔てて配置されており、これらで反射した光
の光路長は違ったものになる。なお、距離dは調整ステ
ージ110bによって調節が可能になっていて、微動x
ステージ110で距離dを保ったままミラーR1,R2
全体が振動するようになっている。
Half mirror (beam splitter) 106
Converts white light (or light from the light source 104b) into the object 10 to be measured.
3 and mirrors R1 and R2, and mirror R
The reflected light (reference light) of each of R1 and R2 is measured 103
To interfere with the reflected light from the
3 and the distances to the mirrors R1 and R2 are almost the same. The mirrors R1 and R2 are arranged on the fine movement x stage 110 at a distance of d, and the optical path lengths of the light reflected by these are different. The distance d can be adjusted by the adjustment stage 110b, and the fine movement x
Mirrors R1 and R2 while maintaining distance d on stage 110
The whole vibrates.

【0020】図の配置をとることにより、白色光(また
は光源104bの光)がその一部がハーフミラー106
で反射して測定対象103に向かい、一部がミラーR
1,R2に向かう。そして、測定対象103で反射した
光及びミラーR1,R2で反射した光をミラー130に
向かう。ハーフミラー106からの光は、ミラーR1の
反射光、ミラーR2の反射光それぞれと、測定対象10
3の反射光とが干渉したものになっている。ミラー13
0は、2つのミラーからなり、ハーフミラー106から
の光のうち、ミラーR1の反射光との干渉光、ミラーR
2の反射光との干渉光をそれぞれフォトダイオードD
1,D2へ分岐するためのものである。
With the arrangement shown in the figure, white light (or light from the light source 104b) is partially
And reflected toward the measurement target 103, and a part of the mirror R
Head to 1, R2. Then, the light reflected by the measurement target 103 and the light reflected by the mirrors R1 and R2 are directed to the mirror 130. The light from the half mirror 106 includes the reflected light from the mirror R1 and the reflected light from the mirror R2,
3 and the reflected light interfered. Mirror 13
0 is composed of two mirrors, among the light from the half mirror 106, the interference light with the reflected light of the mirror R1, and the mirror R
The interference light with the reflected light of the two
1, for branching to D2.

【0021】図2は、測定対象103を液晶パネルとし
た場合のサンプル例を示したものであり、液晶層103
a(屈折率n2 )がガラス103b,103c(屈折率
1,屈折率n3 )に挟まれた構造を有している。ガラ
ス103bの表面S1,液晶層103aの表面S2,ガ
ラス103cの表面S3,S4の反射率s1 ,s2 ,s
3 ,s4 を持つものとすると、表面S1の反射光と比較
して表面S2,表面S3の反射光は非常に微弱になる。
また、非常に多くの反射なされる。さらに、通常、液晶
層103aの厚さd2 は約4μm程度であり、ガラス1
03b,103cの厚さ約1.1mmと比較して非常に小
さいものになっているため、従来の方法では非常に測定
が困難である。このような測定対象を用いて、液晶層1
03aの膜厚d2 の測定を説明する。
FIG. 2 shows an example of a sample in which the object 103 to be measured is a liquid crystal panel.
a (refractive index n 2 ) has a structure sandwiched between glasses 103b and 103c (refractive index n 1 , refractive index n 3 ). The reflectances s 1 , s 2 , and s of the surface S1 of the glass 103b, the surface S2 of the liquid crystal layer 103a, the surfaces S3 and S4 of the glass 103c.
3, assuming that with s 4, the surface S2, as compared to the reflected light of the surface S1, light reflection surface S3 are become very weak.
There are also so many reflections. Further, the thickness d 2 of the liquid crystal layer 103a is usually about 4 μm,
Since the thickness is very small compared to the thickness of about 1.1 mm of the layers 03b and 103c, it is very difficult to measure with the conventional method. Using such an object to be measured, the liquid crystal layer 1
Explaining the measurement of the film thickness d 2 of 03a.

【0022】まず、距離dを、ガラス103bの厚さd
3 に応じた値「d3 ×n1 」程度となるように調整す
る。このとき、光源として白色光源104aでなく光源
104bからの光を用いる。光源104bの光のうち、
ガラス103bの表面S1の反射光とミラーR1の反射
光との干渉状態をフォトダイオードD1でモニタし、フ
ォトダイオードD1の検出出力がピークを示すようにし
ておく。つぎに、液晶層103aの表面S2の反射光と
ミラーR2の反射光との干渉状態をフォトダイオードD
2でモニタしながら距離dを大きくし、距離dが「d3
×n1 」のとき即ちフォトダイオードD2の検出出力が
ピークのときの距離dにミラーR2を位置させる。
First, the distance d is set to the thickness d of the glass 103b.
The value is adjusted so as to be approximately “d 3 × n 1 ” according to 3 . At this time, the light from the light source 104b is used instead of the white light source 104a. Of the light of the light source 104b,
The interference state between the reflected light of the surface S1 of the glass 103b and the reflected light of the mirror R1 is monitored by the photodiode D1 so that the detection output of the photodiode D1 shows a peak. Next, the state of interference between the reflected light of the surface S2 of the liquid crystal layer 103a and the reflected light of the mirror R2 will be described with reference to a photodiode D
The distance d is increased while monitoring in step 2, and the distance d becomes "d 3
× n 1 ”, that is, the mirror R2 is positioned at the distance d when the detection output of the photodiode D2 is at the peak.

【0023】こうして前準備をした後に、膜厚d2 の測
定をはじめる。
After the above preparation, measurement of the film thickness d 2 is started.

【0024】光源を光源104にかえて白色光源104
aとし、微動xステージ110によりミラーR1,R2
全体を振動させると(±(d4/2)+α程度)、ミラ
ーR1,R2の振動に応じてフォトダイオードD1,D
2の検出出力が変化する。図3はそのときの様子を示し
たものであり、(a)は微動xステージ110(ミラー
R1,R2)の振動位置、(b)はフォトダイオードD
1の検出出力、(c)はフォトダイオードD2の検出出
力を示したものである。上述の調整により、振動位置が
ほぼ0のときフォトダイオードD1,D2の検出出力は
ともにピークを示す。そして、振動位置が厚さd2 (負
方向)になると、液晶層103aの表面S3の反射光と
ミラーR2の反射光との干渉によるピークが検出される
(但し屈折率は無視するものとする)。
The white light source 104 is used instead of the light source 104.
a, mirrors R1 and R2
When the whole is vibrated (about ± (d4 / 2) + α), the photodiodes D1 and D2 are driven in accordance with the vibration of the mirrors R1 and R2.
The detection output of No. 2 changes. 3A and 3B show the state at that time, wherein FIG. 3A shows the vibration position of the fine movement x-stage 110 (mirrors R1 and R2), and FIG.
1 shows a detection output, and (c) shows a detection output of the photodiode D2. By the above adjustment, when the vibration position is substantially zero, the detection outputs of the photodiodes D1 and D2 both show peaks. When the vibration position becomes the thickness d 2 (negative direction), a peak due to interference between the reflected light from the surface S3 of the liquid crystal layer 103a and the reflected light from the mirror R2 is detected (however, the refractive index is ignored). ).

【0025】図4(a)〜(d)は、フォトダイオード
D1,D2の検出出力(図3(b),(c))を波形整
形し、膜厚d2 を得るようにした信号処理の概念図を示
したものである。(b)はフォトダイオードD1の検出
出力を波形整形した信号w1、(e)はフォトダイオー
ドD1の検出出力を波形整形した信号w3 を示す。信号
1 をδだけ遅延した信号w2 (図4(c))と微動x
ステージ110の駆動信号t2 (図4(a))とのアン
ドを取って同期信号Tを作る。これをトリガとして信号
3 のパルスの間隔ΔWから膜厚d2 を得ることができ
る。
FIG. 4 (a) ~ (d), the detection output of the photodiode D1, D2 (FIG. 3 (b), (c) ) to the waveform shaping, the signal processing to obtain a film thickness d 2 It is a conceptual diagram. (B) the signals w 1 obtained by waveform shaping the detection output of the photodiode D1, indicating the (e) is a signal w 3 that waveform shaping detection output of the photodiode D1. The signal w 2 (FIG. 4C) obtained by delaying the signal w 1 by δ and the fine movement x
An AND with the drive signal t 2 (FIG. 4A) of the stage 110 is generated to generate a synchronization signal T. This can be obtained thickness d 2 from the pulse interval ΔW of signal w 3 as a trigger.

【0026】図5は、この信号処理のための回路の一例
を示したものである。同期信号Tを入力CK1に、信号
3 を入力CK2に与えて膜厚d2 に対応したパルスの
間隔ΔWの出力信号OUTを得るようになっている。図
6は、その動作のタイミングチャートを示したもので、
図6(c)は各フリップフロップの状態を示している。
FIG. 5 shows an example of a circuit for this signal processing. The input CK1 of the synchronizing signal T, which is to obtain an output signal OUT of the distance ΔW of pulses corresponding giving signal w 3 to the input CK2 to the thickness d 2. FIG. 6 shows a timing chart of the operation.
FIG. 6C shows the state of each flip-flop.

【0027】さて、実際にフォトダイオードD1,D2
の検出出力(図3(b),(c))が同じタイミングで
ピークが得られるように、ミラーR1,R2の距離dを
調節するのは困難であるため、現実には若干のずれが生
じる。図7はその様子を示したものであり、(a)は微
動xステージ110(ミラーR1,R2)の振動位置、
(g)はフォトダイオードD1の検出出力、(b)〜
(f)はフォトダイオードD2の検出出力を示したもの
である。(c)の場合はフォトダイオードD1,D2の
検出出力のタイミングがあっているのであるが、(b)
は遅れた場合を、(c)は進んだ場合を示している。
(c)の場合は図5の回路でも処理できるのであるが、
(a),(d)〜(e)の場合フリップフロップの段数
を変える必要が生じてくる。しかし、図8の回路とする
ことで、このような場合でも処理することができる。
Now, the photodiodes D1, D2
It is difficult to adjust the distance d between the mirrors R1 and R2 so that the detection outputs (FIGS. 3 (b) and 3 (c)) have peaks at the same timing. . FIG. 7 shows this state, where (a) shows the vibration position of the fine movement x stage 110 (mirrors R1 and R2),
(G) is the detection output of the photodiode D1, (b) to
(F) shows the detection output of the photodiode D2. In the case of (c), the detection output timings of the photodiodes D1 and D2 are synchronized, but (b)
Indicates a case where the vehicle is late, and (c) indicates a case where the vehicle advances.
In the case of (c), the circuit of FIG. 5 can also process,
In the cases of (a) and (d) to (e), it is necessary to change the number of flip-flop stages. However, the circuit shown in FIG. 8 can handle such a case.

【0028】図9はその動作のタイミングチャートを示
したもので、(a)は微動xステージ110の駆動信号
2 、(b)はフォトダイオードD1の検出出力を波形
整形した信号w1 を示す。そして、信号w1 をπ/2だ
け遅延した信号w2 を用い(図9(c))、これと微動
xステージ110の駆動信号t2 とのアンドを取って同
期信号Tを作る(図9(d))。フォトダイオードD1
の検出出力を波形整形した信号w3 を入力CK2に、同
期信号Tを入力CK1に与えて膜厚d2 に対応したパル
スの間隔ΔWの出力信号OUTが得られる。図9(e)
〜(i)は信号w3 に上述のずれが生じた場合をそれぞ
れ示したもので、これらの場合においても同期信号Tが
立ち上がってから信号w3 のパルスの間隔ΔWを検出す
ることができる。こうしてこのパルスの間隔ΔWから膜
厚d2 を得ることができる。
FIGS. 9A and 9B show a timing chart of the operation, wherein FIG. 9A shows a drive signal t 2 for the fine movement x stage 110, and FIG. 9B shows a signal w 1 obtained by shaping the detection output of the photodiode D1. . Then, using the signal w 2 obtained by delaying the signal w 1 by [pi / 2 (FIG. 9 (c)), taking the AND between this and the driving signal t 2 of the fine x stage 110 make a synchronization signal T (FIG. 9 (D)). Photodiode D1
The detection output to the input CK2 signal w 3 that waveform shaping of the output signal OUT of the distance ΔW of pulses corresponding to the film thickness d 2 is given to the input CK1 of the synchronizing signal T is obtained. FIG. 9 (e)
~ (I) is shows the case where the deviation of the above the signal w 3 occurs respectively, it is also possible to detect the distance ΔW of signal w 3 from the rise of the synchronizing signal T pulse in the case of these. Thus, the film thickness d 2 can be obtained from the pulse interval ΔW.

【0029】このように、ミラーR1,R2を距離dは
なして測定を行うことによって、測定対象内部の液晶層
の厚さ程度ミラーR1,R2を振動させることで、測定
対象の表面の反射光と参照光との干渉状態が検出され
る。そして、この検出出力をトリガとしてフォトダイオ
ードD1の検出出力から測定対象内部の薄膜の上面及び
下面での反射光との干渉状態を検出することにより、こ
の検出信号及び振動の位置から液晶層の厚さを求めるこ
とができる。特に、振動が小さくて済むので高精度に測
定することができる。
As described above, the measurement is performed with the distance d between the mirrors R1 and R2, and the mirrors R1 and R2 are oscillated about the thickness of the liquid crystal layer inside the object to be measured. An interference state with the reference light is detected. The detection output is used as a trigger to detect the interference state between the detection output of the photodiode D1 and the light reflected on the upper and lower surfaces of the thin film inside the measurement object. You can ask for it. In particular, the measurement can be performed with high accuracy because the vibration is small.

【0030】本発明は前述の実施例に限らず様々な変形
が可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified.

【0031】例えば、図10は、光源の構成を具体的に
示すとともにミラー130にかえてレンズ131を用い
てミラーR1の反射光との干渉光、ミラーR2の反射光
との干渉光をそれぞれフォトダイオードD1,D2へ与
えるようにしたものである。このようにミラーで分岐し
なくてもフォトダイオードD1,D2へビームが与えら
れるような配置にすれば、同様に検出が行える。
For example, FIG. 10 specifically shows the configuration of the light source, and uses a lens 131 instead of the mirror 130 to transmit the interference light with the reflection light of the mirror R1 and the interference light with the reflection light of the mirror R2. This is applied to the diodes D1 and D2. In this way, if the arrangement is such that a beam is applied to the photodiodes D1 and D2 without branching by a mirror, detection can be performed similarly.

【0032】また、図1、図10では、白色光のビーム
1本による測定が示されているが、ビームを2本として
各ミラーでそれぞれ反射させてそれぞれの光路長の差が
ことなるようにしても良い。
Although FIGS. 1 and 10 show the measurement using one white light beam, two beams are reflected by each mirror so that the differences in the optical path lengths are different. May be.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上の通り本発明によれば、測定対象か
らの反射光は透明体表面での反射光の成分(第1の成
分),薄膜上面での反射光の成分(第2の成分),薄膜
下面での反射光の成分(第2の成分)それぞれの干渉状
態のピークを第1及び第2の光検出器で検出し、第1の
成分との干渉状態のピークを目印として第2及び第3の
成分の干渉状態のピーク位置を検出することにより、測
定対象が透明体に覆われていても非破壊で透明体の下に
ある薄膜の厚さを検出することができる。
As described above, according to the present invention, the reflected light from the object to be measured is a component of the reflected light on the transparent body surface (first component) and a component of the reflected light on the thin film upper surface (second component). ), The peak of the interference state of each component (second component) of the reflected light on the lower surface of the thin film is detected by the first and second photodetectors, and the peak of the interference state with the first component is used as a mark to detect the interference. By detecting the peak position of the interference state between the second and third components, it is possible to detect the thickness of the thin film under the transparent body in a nondestructive manner even when the measurement target is covered with the transparent body.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の光学系の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of an optical system of the present invention.

【図2】測定対象のサンプルを示す図。FIG. 2 is a diagram showing a sample to be measured.

【図3】ミラーR1,R2を振動させたときのフォトダ
イオードD1,D2の検出出力を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing detection outputs of photodiodes D1 and D2 when mirrors R1 and R2 are vibrated.

【図4】信号処理の概念図。FIG. 4 is a conceptual diagram of signal processing.

【図5】信号処理のための回路の一例を示した図。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a circuit for signal processing.

【図6】図5の回路の動作を示す図。FIG. 6 is a diagram showing the operation of the circuit of FIG. 5;

【図7】ミラーR1,R2に若干のずれが生じたときの
フォトダイオードD1,D2の検出出力を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing detection outputs of photodiodes D1 and D2 when mirrors R1 and R2 are slightly displaced.

【図8】信号処理のための回路の一例を示した図。FIG. 8 illustrates an example of a circuit for signal processing.

【図9】図8の回路の動作のタイミングチャートを示し
た図。
9 is a diagram showing a timing chart of the operation of the circuit in FIG.

【図10】変形例の構成を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a modification.

【図11】マイケルソン干渉計の基本構成を示した図。FIG. 11 is a diagram showing a basic configuration of a Michelson interferometer.

【図12】従来例の構成図。FIG. 12 is a configuration diagram of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

103…測定対象、103c…液晶膜、103a,c…
ガラス、104a,104b…光源、104c,106
…ハーフミラー、110…振動xステージ、D1,D2
…フォトダイオード、R1,R2…ミラー
103 ... Measurement object, 103c ... Liquid crystal film, 103a, c ...
Glass, 104a, 104b ... light source, 104c, 106
... half mirror, 110 ... vibration x stage, D1, D2
... photodiodes, R1, R2 ... mirrors

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市江 更治 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松 ホトニクス株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−168102(JP,A) 特開 平2−52205(JP,A) 特開 昭59−131106(JP,A) 特開 昭55−29708(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Saraji Ichie 1126 No. 1 Ichinomachi, Hamamatsu-shi, Shizuoka Prefecture Inside Hamamatsu Photonics Co., Ltd. (56) References 2-52205 (JP, A) JP-A-59-131106 (JP, A) JP-A-55-29708 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 白色光を含む光を出す光源と、 測定対象表面の透明体の厚さに前記白色光の光路長の差
を対応させるように配置された第1及び第2のミラー
と、 前記光路長の差を変化させるように前記第1及び第2の
ミラーを振動させる微動ステージと、 前記白色光を前記測定対象及び前記第1,第2のミラー
に与えるとともに、前記第1,第2のミラーの反射光そ
れぞれを前記測定対象からの反射光と干渉させる光学的
手段と、 前記第1のミラーの反射光と前記測定対象からの反射光
との干渉状態を検出する第1の光検出器と、 前記第2のミラーの反射光と前記測定対象からの反射光
との干渉状態を検出する第2の光検出器とを備え、 前記第1又は第2いずれか一方の光検出器の検出出力を
基準にして他方の光検出器の検出出力の間隔から前記測
定対象の膜厚を測定する干渉膜厚計測装置。
A light source that emits light including white light; a first mirror and a second mirror that are arranged so that a difference in an optical path length of the white light corresponds to a thickness of a transparent body on a surface to be measured; A fine movement stage for vibrating the first and second mirrors so as to change the difference in the optical path length; and providing the white light to the object to be measured and the first and second mirrors; Optical means for causing each of the reflected lights of the second mirror to interfere with the reflected light from the object to be measured; and first light for detecting an interference state between the reflected light of the first mirror and the reflected light from the object to be measured. A detector, and a second photodetector that detects an interference state between the reflected light of the second mirror and the reflected light from the measurement target, and the first or second photodetector is provided. Is the interval between the detection outputs of the other photodetector based on the detection output of An interference film thickness measuring device for measuring the film thickness of the object to be measured.
【請求項2】 前記光源は、白色光源と、コヒーレント
長の長いすなわちスペクトル幅の狭い光源とを含んで構
成されていることを特徴とする請求項1記載の干渉膜厚
計測装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein the light source includes a white light source and a light source having a long coherent length, that is, a light source having a narrow spectrum width.
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