JPH02163603A - 補正系付透過光量測定センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は透過光量測定センサ、特に構成光学素子の透
光能が経時的に減衰する場合に、その補正をする補正系
を備えた補正系付透過光量測定センサに関するものであ
る。

［従来の技術］ 透明な物質からなる膜体の膜厚を測定する技術として、
被測定体である膜体試料に光を照射して、その透光量を
測定し、透光量の減衰から膜厚を測定することは従来か
ら知られており、その様な技術としては、例えば特開昭
４９−９２６４号公報、特開昭４．９−１２３０６０号
公報、及び特開昭５４−８９６８０号公報に示されてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、その膜厚測定を例えば膜形成作業のインプロ
セスで行なう場合は、測定環境に膜厚測定装置を設置す
る必要があるため、膜厚測定が困難になることがある。

例えば被測定対象である試料が蒸着膜である場合に、そ
の蒸着膜の測定を蒸着工程のインプロセスで行なう場合
には、膜厚測定装置を真空蒸着装置の真空チャンバー内
に設置する必要があるため、真空チャンバーが大型化せ
ざるを得なかった。しかも真空チャンバーを大型化した
としても、そこに膜厚測定装置を持ち込むことは、真空
チャンバー内の雰囲気を乱し、かつ膜厚測定装置の光学
系が蒸気に汚損されて、経時的に光透過率が減衰し、試
料の真正な膜厚測定が阻害されるという問題が生じる。

この発明【よ上記の如き事情に鑑みてなされたものであ
って、測定環境内に設置すべき構成部材が少量であり、
かつ光学素子が経時的に汚損されて光透過能が減衰した
場合にも、その補正が可能で、試料の膜厚測定をインプ
ロセスで行なうことができる補正糸付透過光量測定セン
サを提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ この目的に対応して、この発明の補正糸付透過光量測定
センサは、測定環境内に位置するセンサ光学系と測定環
境外に位置する発光受光素子部とを光ファイバーで接続
して備え、前記セン１ノ光学系は、発光側光学素子と光
分割素子と受光側光学素子とを第２の光路上に配設して
備える発光側光学装置と、発光側光学素子と光分割素子
と受光側光学素子とを第３の光路上に配設して備える受
光側光学装置を有し、前記発光側光学装置の光分割素子
と前記受光側光学装置の光分割素子との間の第１の光路
上に被測定試料が位置する試料部を設けたことを特徴と
している。

［作用］ 試料の膜厚測定に先立って試料を光路中に挿入しない状
態において発光受光素子部を発光させ、センサ光学系を
通して再び発光受光素子部で受光して第１の光路、第２
の光路、第３の光路の光の出力光量を求めて本来の光量
減衰弁を求めておく。

次に膜厚測定時に、第１の光路中に試料を挿入した状態
で第１の光路、第２の光路、及び第３の光路の出力光量
を求める。この膜厚測定時の第２の光路及び第３の光路
の出力光量には光路の本来の光量減衰弁とその後の経時
的な光量減衰の変化分が含まれているので、発光受光素
子部３における第１の光路の出力光量を第２の光路、第
３の光路の減衰弁について補正して試料の真の膜厚を求
める。

［実施例］ 以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面について説
明する。

第１図において１は補正糸付透過光量測定センサである
。補正糸付透過光量測定センサーはセンサ光学系２と発
光受光素子部３とを有する。

センサ光学系２は試料４に光を照射するための光学系で
あり、遮蔽壁５で区画された測定環境６内に位置してい
る。

発光受光素子部３はセンサ光学系２に光を供給し、また
センサ光学系２からの光を受光するための装置であって
、遮蔽壁５の外側の測定環境外７に配設されている。

センサ光学系２は２個の光学装置すなわち、発光側光学
装置８及び受光側光学装置１１とを備えでいる。

第２図に示すように発光側光学装置８は発光側光学素子
１２ａ、光分割素子１３ａ及び受光側光学素子１４ａを
一直線上に備えており、発光側光学素子１２ａから光分
割素子１３ａを通って受光側光学素子１４ａに達する第
２の光路１６を形成する。光分割素子１３ａの反射面は
第２の光路１６に対して４５°傾いている。

発光側光学素子１２ａ１光分割素子１３ａ、及び受光側
光学素子１４ａはハウジング１８ａに取付けられており
、発光側光学素子１２ａ及び光分割素子１３ａの反射面
は窓２３ａを通して測定環境６の雰囲気に露出している
が、受光側光学素子１４ａはハウジング１８ａと光分割
素子１３ａに囲まれた空間２１ａに収納されており、測
定環境６の雰囲気から遮蔽されている。但しハウジング
１８ａにはフィルター２２を取付けた通気孔２４が設け
られていて、空間２１ａと測定環境６の気圧を一致させ
ている。

一方受光側光学装置１１は発光側光学素子１２ｂ、光分
割素子１３ｂ及び受光側光学素子１４ｂを一直線上に備
えており、発光側光学素子１２ｂから光分割素子１３ｂ
を通って受光側光学素子１４．　ｂに達する第３の光路
１７を形成する。

光分割素子１３ｂの反射面は第３の光路１７に対して４
５６傾いている。

発光側光学索子１２ｂ、光分割素子１３ｂ１及び受光側
光学素子１４ｂはハウジング１８ｂに取付番プられてお
り、受光側光学素子１．４．ｌ）及び光分割素子１３ｂ
の反射面は窓２３ｂを通して測定環境６の雰囲気に露出
しているが、発光側光学素子１２ｂはハウジング１８ｂ
と光分割索子１３ｂに囲まれた空間２１ｂに収納されて
おり、測定環境６の雰囲気から遮蔽されている。但しハ
ウジング１８ｂにはフィルター２２を取付【プた通気孔
２４が設（プられていて、空間２１ｂと測定環境６の気
圧を一致させている。

発光側光学装置８と受光側光学装置１１とは光分割素子
１３ａ、１３ｂを対向させて、かつ、その光分割索子１
３ａ、１３ｂの間に試料４が位置するように、向合って
おり、従って、発光側光学素子１２ａからの光が光分割
素子１３ａで反射され、試Ｆ８１．　／Ｉを通り、更に
光分割素子１３ｂで反射されて受光側光学素子１４．　
ｂに達する第１の光路１５が形成される。この第１の光
路１５が試料４の光透過率を測定するための光路であり
、前記の第２の光路１６及び第３の光路１７は補正用の
光路である。

一方、発光受光素子部３は第１図及び第３図に示すよう
に発光部２５と受光部３７を有する。発光部２５は１個
の光源２６と光分割素子２８とを有し、光分割素子２８
の２つの出力側にそれぞれ光ファイバー３１．３２の入
力端を配置し、光分割素子２８の出力側と光ファイバー
３１．３２の入力端との間にシャッタ３５．３６を配置
している。受光部３７は２個の受光素子３８．４１を備
えている。

発光側光学装置８の発光側光学素子１２ａは光ファイバ
ー３１で発光受光素子部３の発光部２５に接続し、受光
側光学装置１１の発光側光学素子１２ｂは光ファイバー
３２で発光部２５に接続しでいる。

また、発光側光学装置８の受光側光学素子１４ａは光フ
ァイバー３３によって発光受光素子部３の受光部３７の
受光素子３８に接続し、受光側光学装置１１の受光側光
学素子１４ｂは光ファイバー３４によって受光素子４１
に接続している。

なお、発光側及び受光側の光学装置８，１１における光
学素子１２ａ、１４ａ、１２ｂ、１４ｂとしてはレンズ
を使用し、光分割素子１３ａ。

１３ｂとしては硝子等の表面に金属を蒸着したハーフミ
ラ−を使用することができる。

このように構成した補正系付透過光量測定センサ１にお
いては、次のように試料４の透過光量を測定する。

発光受光素子部３の光源２６を発光させ、この光を光フ
ァイバー３１．３２を通してセンザ光学系２の発光側光
学素子１２ａ、１２ｂに入力し、かつ受光側光学素子１
４ａ、１４ｂから出力した力を光ファイバー３３．３４
で測定環境６外に導いて発光受光素子部３の受光素子３
８．４１に受光させ、試料４を測定するに先立って、発
光側光学素子１２ａ、光分割素子１３ａを通る第１の光
路１６、受光側受光素子１４ｂ、光分割素子１３ｂを通
る第３の光路１７及び発光側光学素子１２ａ１受光側受
光素子１４ｂ、両光分割素子１３ａ、１３ｂを通る第１
の光路１５の透過光量を測定して光の減衰ｍを予め測定
する。

次に試料１４の膜厚を測定する場合は、試料１４の第１
の光路１５内に挿入した状態で、再び第１の光路１５、
第２の光路１６、第３の光路１７の透過光量を測定する
。

光量が減衰する前の光路１５，１６．１７の光量を１．
Ｉ、Ｉｏとし、減衰後の光量をＢ Ｉ、’、Ｉ　　’、ｒ　　’　として、真の測定値（光
Ｃ 量）■ｏｏを求めると １　　−Ｔ　　　’Ｘ（１／Ｉ　　　’）０ＣＡＡ Ｘ（Ｔ　　　／Ｔ　　　’） Ｂ の補正式より求められ、測定物体による光量減衰のみを
求められる。

［発明の効果］ この発明の補正系付透過光量測定センサでは試籾に光を
照射する光学素子が経時的に汚損されて光の減衰量が変
化した場合にも、光路の光量を減衰前の１−夕と比較す
ることができる結果、その変化分を補正することができ
、試料の真の膜厚をインブ］］セヌで測定することがで
きる。

また、この発明の測定センサでは試料を照射するセンサ
光学系と、それに光を授受する発光受光素子部が分離さ
れでおり測定環境にはセンサ光学系だけを持込めばよい
ので、測定環境を大型化する必要がなく、かつ測定環境
に影響を与えることが少ない。すなわち、発光部２５及
び受光部３７をセンサ光学系２より切離し、センサ光学
系２とオプティカルフン・イバーで結合することにより
、温度・電気的ノイズ等、一般空間と異なった環境下に
おいて、発光・受光素子や、その回路等が、影響を受け
ずに測定できる。

［第２の実施例］ 第１図に示ザ発光受光素子部３の発光部２５において、
光源２６と光分割素子２８の間、またはそこにある集光
光学系４２の間、バンドパスフィルタ等のフィルタ４３
を数種類設け、これを切換えることにより、多波長の透
過光量の測定ができる。同様に、波長の異なる発光素子
を切換えることも可能になる。センサ光学系２で、２波
長にＪ：る透過強度の比の式を考えると、 Ω。（Ｉλ２／Ｉλ１） 一ρ　（Ｉｏλ２／Ｉ　　　） ｎＯλ１ ＋（“λＩ　　Ｑ’λ２）ｔ の一般式に、補正項を含めた式の値を代入して、ｎ／Ｔ
　　　　） ｊ２（■Ｃλ２Ｃλ１ 弓　（Ｉ　　　　／Ｉ　　　　） ｎＯλ２０λ１ 十（αλ１−０λ２）１ ゆえに、 ｆｌ　　（（Ｉｏ’、１Ｘ（Ｉ　　　　／Ｉ　　’　　
　）ｎ　　　　　　　　　　　　　　＾λ２　　　　＾
　λ２Ｘ（１／Ｉ’　　　　）） Ｂλ２　　　Ｂ　λ２ ／（Ｉｏ’λ１×四　／Ｉ′　） Ａλ１　　　Ａ　λ１ Ｘ（１／Ｉ　　、’、１））） Ｂλ１ ゜　　　　　／Ｉ　　　　） ＝Ω　（ＩＯλ２０λ１ ＋（αλ１−αλ２）ｔ で表わせる。

ここで ■、ｉ　　　：波長λ　、λ　の測定物体のあλ１　　
λ２　　　１　２ る時の透過光量 １　　　　、Ｉ　　　　：波長λ　、λ２の減衰前の０
λ２　　　　０λ１１ 測定物体のない時の光量 ｒ　　　　、ｒ　　　　：波長λ　、λ２の補正されＣ
２０Ｃ２０ま た透過光量 ｒｃ’、′ｌ１１・　ＩＣ′　λ２　：波長λ　・′２
の減衰した透過光量 １　　　．１　　　　：波長λ　、λ２の光路ＡでＡλ
１　　　　　八２２１ の減衰前の光量 、■　　　二波長λ　、λ２の光路ＢでＩＢλ１Ｂλ２
１ の減衰前の光量 Ａ　λ１　　　Ａ　λ２：波長λ　・λ２Ｉ７）光路Ｉ
　′　　　・　１１ Ａでの減衰後の光量 ■ λ１ １　′　　　：波長λ　、λ　の光路 Ｂ　λ２　　　１　２ Ｂでの減衰後の光量 ｔ：測定物体の厚み（高分子） α　　：測定物体の波長λ１の吸収係数λ１ α２２　：測定物体の波長λ２の吸収係数である。

更に多波長の透過光量を測定することができ、これらの
場合の切換えや素子の交換は測定環境外の手許で容易に
行なうことができる。

また、この発明の光量測定セン与では光フ７Ｉイバ一端
面が光源２６に対向して光源となるため、光ファイバー
の太さを細くすることにより、光源の物体高さが小さく
点光源に近くでき、アフｔカル光線部で１本１本の光束
を同じ角度にそろえやすい。

従って、より正しい物体の厚み測定が行えることになる
。

すなわち、第４図（ａ）に示すように、この発明ではセ
ンサ光学系２の光入力側（発光側）も光出力側（受光側
）も共に小径の光ファイバー（３１，３２，３３，３／
ｌ）であるが、従来の技術では第３図（ｂ）に示すよう
にセンサ光学系２ａの光入力側は大径の発光素子２６ａ
であり、光出力側は大径の受光素子３８ａである。これ
により光線の角度（θ、θ′　）が異なっていると、通
過する光線の通過距離が次の例のように異なり、測定に
影響しでいくる１、すなわち、第５図及び第６図におい
て、 ｔ、　ａ　ｎθ−＝ｓ／ｆ 、、θ−＝ｔａｎ’（ｓ／ｆ） Ｑ　＝　ｔ　／’　ＣＯＳθ ＝ｔ／　（ｃｏｓ　（’ｊａｎ−’（ｓ／ｆ）））光路
差−Δ＝−β−を −（し ／（ｃｏｓ　（ｊａｎ−’（ｓ／ｆ））））Ｓが小さい
ほどΔが小さくなり、より光線角度が一定に近くなる。

よって、正確な光量の減衰量が得られる 上式で、（例）ｆ＝１５ｍ、ｔ　＝　１　ｔｔｖｎとす
ると、よって、測定物の厚みの１／１００以下の厚み変
化が影響を及ぼず透過先回測定において、この効果がき
いてくることになる。

［第３の実施例］ 前記第２図に示す実施例においては、センサ光学系２の
発光側光学装置８及び受光側光学装置１１の受光側光学
素子１４ａ、発光側光学素子１２ｂをそれぞれ空間２１
ａ、２Ｉｂ内に遮蔽し、かつ受光側光学素子１４ａの前
後及び発光側光学素子１２ｂの前後を測定環境６の気圧
と一致させるために通気孔２４を設けている。

しかるに、これを第７図に示すＪ：うに受光側光学素子
１４ａの前後、及び発光側光学素子１２ｂの前後を連通
させれば、通気孔２４の数を少なくなることができ、更
にこれに伴ってフィルタ２２の数も減少させることがで
きる。またこれに加えて、第８図に示すように、発光側
光学素子１２ａの背面の空間５１を空間２１ａと連通さ
せ、受光素子１２．ｂの背面の空間５２を空間２１ｂと
連通させれば、空間５１．５２も測定環１６の気圧と一
致させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係わる補正系付透過光量
測定センサの構成説明図、第２図はセンサ光学系の構成
説明図、第３図は発光部の構成説明図、第４図センサ光
学系における光路を示ず説明図、第５図は試料中の光路
を示す説明図、第６図は試料中の光路を示す拡大説明図
、第７図は試料中のセンサ光学系の他の例を示す構成説
明図、及び第８図はセン１ノ光学系の更に他の例を示す
構成説明図である。 １・・・補正糸付透過光量測定センサ、２・・・センサ
光学系、　３・・・発光受光素子部、４・・・試料、　
５・・・遮蔽壁、　６・・・測定環境、７・・・測定環
境外、　８・・・発光側光学装置、１１・・・受光側光
学装置、 １２ａ、１２ｂ・・・発光側光学素子、１３ａ、１３ｂ
・・・光分割素子、 １４ａ、１４ｂ・・・受光側光学素子、１５・・・第１
の光路、　１６・・・第２の光路、１７・・・第３の光
路、 １８ａ、１８ｂ・・・ハウジング、 ２１ａ、２１ｂ−・・空間、 ２２・・・フィルタ、　２３ａ、２３ｂ・・・窓、２４
・・・通気孔、　２５・・・発光部、２６・・・光源、
　２７・・・光分割素子、３１．３２，３３．３４・・
・光ファイバ３５．３６．・・・シャッタ、　３７・・
・受光部、３８．４１・・・受光素子、　４２・・・集
光光学系、４３・・・フィルタ 第 ５図 第 ８図 １ｂ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定環境内に位置するセンサ光学系と測定環境外
   に位置する発光受光素子部とを光ファイバーで接続して
   備え、前記センサ光学系は、発光側光学素子と光分割素
   子と受光側光学素子とを第２の光路上に配設して備える
   発光側光学装置と、発光側光学素子と光分割素子と受光
   側光学素子とを第３の光路上に配設して備える受光側光
   学装置を有し、前記発光側光学装置の光分割素子と前記
   受光側光学装置の光分割素子との間の第１の光路上に被
   測定試料が位置する試料部を設けたことを特徴とする補
   正系付透過光量測定センサ
2. （２）前記発光側光学装置の受光側光学素子及び前記受
   光側光学装置の発光側光学素子は前記測定環境の雰囲気
   から遮蔽されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の補正系付透過光量測定センサ
3. （３）前記発光側光学装置の発光側光学素子の光入力側
   と前記発光受光素子部の発光素子を光ファイバーで接続
   し、前記発光側光学装置の受光側光学素子の光出力側と
   前記発光受光素子部の受光素子を光ファイバーで接続し
   、前記受光側光学装置の発光側光学素子の光入力側と前
   記発光受光素子部の発光素子を光ファイバーで接続し、
   前記受光側光学装置の受光側光学素子の光出力側と前記
   発光受光素子部の受光素子を光ファイバーで接続してな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の補正系付透過光量測定センサ