JPH02297008A - Optical measuring method for thickness of opaque thin film - Google Patents

Optical measuring method for thickness of opaque thin film

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JPH02297008A
JPH02297008A JP11939389A JP11939389A JPH02297008A JP H02297008 A JPH02297008 A JP H02297008A JP 11939389 A JP11939389 A JP 11939389A JP 11939389 A JP11939389 A JP 11939389A JP H02297008 A JPH02297008 A JP H02297008A
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JP
Japan
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light
reflected light
thickness
characteristic absorption
wavelength
Prior art date
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Application number
JP11939389A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsue Kotari
小足 克衛
Norimasa Fujimoto
典正 藤本
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Kurabo Industries Ltd
Kurashiki Spinning Co Ltd
Original Assignee
Kurabo Industries Ltd
Kurashiki Spinning Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To execute the measurement extending over a wide film thickness range by allowing a light beam to be made incident on an opaque thin film, measuring a reflected light transmit ting through the thin film and a reflected light containing a surface reflected light in the outside of a characteristic absorption band, calculating the transmittivity by a specific expres sion, and deriving the thickness from a Beer Lambert law. CONSTITUTION:A light beam (intensity I0) is made incident on an opaque thin film, a reflected light transmitting through the opaque thin film and a reflected light (intensity Im) containing a surface reflected light are measured in the outside of a characteristic absorption band, intensity Ir of the surface reflected light contained in the reflected light is derived, transmittivity T is calculated as (Im - Ir)/(I0 - Ir), and thickness is derived from a Beer Lambert law from transmittivity data by wavelength of the outside of the characteristic absorption band. As for a thin film (opaque film 1) containing light scattering particles, an interference phenomenon comes to be scarcely generated. When the optical wavelength becomes larger than the scattering particle diameter, light is scattered more in front of the particles than in the rear thereof, therefore, the light scattering intensity is not influenced so much as long wavelength. Accordingly, it is desirable to use near infrared rays or infrared rays instead of a visible light, that is, a semiconductor lazer whose wavelength is about 1.3mum band or 1.5mum band is used. Also, in the case of applying an interference method to a painting paint sample, it is desirable to utilize about 2 - 2.5mum band and 3 - 5mum band being a wavelength band being free from an infrared characteristic absorption band, namely, having high transparency in an infrared area.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、不透明薄膜の厚みの光学的測定法に関する。[Detailed description of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a method for optically measuring the thickness of opaque thin films.

(従来の技術と発明が解決しようとする課題)透明な薄
膜についての代表的な光学方式の厚み測定法として、光
干渉法と赤外吸収法が挙げられる。府者は、光学的に透
明な薄膜において、薄膜の表面と裏面における干渉が発
生する現象を利用し、その干渉縞と厚みとの関係式から
厚みを計算する。後者は、薄膜材料に特有な赤外特性吸
収を利用し、厚みと吸光度の関係、いわゆる検量線から
厚みを求める。それぞれの利用する波長刃は異なってい
る。前者は、特性吸収のない透明な波長帯を利用する。
(Prior Art and Problems to be Solved by the Invention) Typical optical thickness measuring methods for transparent thin films include optical interference method and infrared absorption method. In an optically transparent thin film, researchers use the phenomenon that interference occurs between the front and back surfaces of the thin film to calculate the thickness from the relational expression between the interference fringes and the thickness. The latter uses the infrared characteristic absorption characteristic of thin film materials to determine the thickness from the relationship between thickness and absorbance, a so-called calibration curve. Each uses a different wavelength blade. The former uses a transparent wavelength band with no characteristic absorption.

後者は、光学薄膜特有の干渉現象を取り除かなければ精
密な測定はできない。このように、干渉法と吸光度法は
表裏の関係がある。
The latter cannot be accurately measured unless the interference phenomenon peculiar to optical thin films is removed. In this way, interferometry and absorbance measurement are two sides of the same coin.

ところで、光散乱性の粒子を含む薄膜、例えば、不透明
なフィルム、あるいは顔料などを含む塗装膜では、光干
渉法と赤外吸収法のいずれにも適用限界がある。光散乱
性の粒子には、塗膜中の顔料のような入射光の吸収と反
射を生じるa常の粒子の他に、塗膜中のカーボン粒子の
ように可視・赤外入射光を吸収し入射ビームをあまり拡
散させないものや、金属粒子のように、入射光を反射し
マクロ的に拡散反射に近い状態で拡散するものもある。
By the way, for thin films containing light-scattering particles, for example, opaque films, or painted films containing pigments, both the optical interference method and the infrared absorption method have applicability limits. Light-scattering particles include ordinary particles that absorb and reflect incident light, such as pigments in paint films, as well as particles that absorb visible and infrared incident light, such as carbon particles in paint films. There are some that do not diffuse the incident beam very much, and others, such as metal particles, that reflect the incident light and diffuse it in a macroscopic state close to diffuse reflection.

このような光散乱性の粒子を含む薄膜では、サンプル中
の粒子による光散乱現象に伴う光ビームの散乱・減衰と
可干渉性の低下によって干渉現象は発生しにくくなる。
In a thin film containing such light-scattering particles, interference phenomena are less likely to occur due to the scattering and attenuation of the light beam and the decrease in coherence caused by the light scattering phenomenon caused by the particles in the sample.

また、この光散乱による減衰は、赤外特性吸収による減
衰と異なるので、赤外吸収スペクトルも歪む。さらに、
散乱現象が強くなると、干e縞は観測されなくなる。一
方、吸光度は厚みに比例せず、さらには逆転現象を呈す
る。すなわち、ベール・ランベルト則が破綻する。この
ために、両方法とも、これらの問題を解決しなければ、
不透明サンプルや塗装膜の厚み測定には適用できず、ま
た適用範囲を拡大できない。
Furthermore, since the attenuation due to this light scattering is different from the attenuation due to infrared characteristic absorption, the infrared absorption spectrum is also distorted. moreover,
As the scattering phenomenon becomes stronger, e-stripes are no longer observed. On the other hand, the absorbance is not proportional to the thickness and exhibits an inversion phenomenon. In other words, the Beer-Lambert law breaks down. For this reason, both methods must solve these problems.
It cannot be applied to measuring the thickness of opaque samples or paint films, and the range of application cannot be expanded.

本発明の目的は、不透明な薄膜の光学的測定方法を提供
することである。
It is an object of the present invention to provide a method for optical measurement of opaque thin films.

(課題を解決するための手段) 本発明に係る第1の不透明薄膜の厚みの光学的測定法は
、不透明薄膜に光(強度Io)を入射し、不透明薄膜を
透過した反射光と表面反射光を含む反射光(強度■l1
1)を特性吸収帯外で測定し、反射光に含まれる表面反
射光の強度Irを求め、透過率Tを(II、l−1,)
/(Io−I、)として計算し、特定吸収帯外の波長で
の透過率データよりベール・ランベルト則から厚みを求
めることを特徴とす本発明に係る第2の不透明薄膜の厚
みの光学的測定法は、不透明薄膜に光(強度I0)を入
射し、不透明薄膜を透過した反射光と表面反射光を含む
反射光(強度Im)の波数依存性を測定し、反射光に含
まれる表面反射光の強度Irを、特性吸収帯外のみかけ
の透過率データから厚みに依存しない部分として分離し
、特性吸収帯を含む広い波数範囲の透過率データから内
挿法により特性吸収帯での特性吸収がないと仮定した場
合の透過率データを求め、特性吸収帯内のある波長にお
いて、表面反射光強度から得られた透過率0%の基準と
内挿法データから計算された透過率100%の基準を求
め、特定吸収帯内の上記波長での透過率データについて
、上記の透過率0%基準と100%基準で換算した透過
率を求め、この透過率よりベール・ランベルト則から厚
みを求めることを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) A first method of optically measuring the thickness of an opaque thin film according to the present invention involves injecting light (intensity Io) into the opaque thin film, and comparing the reflected light transmitted through the opaque thin film and the surface reflected light. Reflected light including (intensity ■l1
1) is measured outside the characteristic absorption band, the intensity Ir of the surface reflected light included in the reflected light is determined, and the transmittance T is (II, l-1,)
/(Io-I,), and the thickness is determined from the Beer-Lambert law from the transmittance data at a wavelength outside the specific absorption band. The measurement method involves injecting light (intensity I0) into an opaque thin film, measuring the wave number dependence of the reflected light (intensity Im) that includes the reflected light that has passed through the opaque thin film, and the surface reflected light, and measuring the surface reflection included in the reflected light. The light intensity Ir is separated from the apparent transmittance data outside the characteristic absorption band as a thickness-independent part, and the characteristic absorption in the characteristic absorption band is calculated by interpolation from the transmittance data in a wide wavenumber range including the characteristic absorption band. Obtain the transmittance data assuming that there is no transmittance, and at a certain wavelength within the characteristic absorption band, calculate the transmittance of 100% calculated from the standard of transmittance of 0% obtained from the surface reflected light intensity and the interpolation data. Determine the standard, calculate the transmittance converted from the transmittance 0% standard and 100% standard for the transmittance data at the above wavelength within the specific absorption band, and calculate the thickness from this transmittance using the Beer-Lambert law. It is characterized by

(作用) 本発明に係る第1の厚み測定法と第2の厚み測定法は、
いずれも不透明薄膜への入射光の反射を測光し、反射光
から表面反射光を除く補正を行い、測定データから真の
入射光強度(Io−I、)と真の透過光強度(It−I
r)を分離し、透過率を求める。そして、第1の厚み測
定法では、特性吸収帯外での透過率データからベール・
ランベルト則より厚みを求める。また、第2の厚み測定
法では、特性吸収帯内の特性吸収がないと仮定される場
合の透過率を広い波長範囲のデータから内挿して求める
。そして、このデータについて、別に求めた透過率0%
基準と100%基準を用いて透過率を求めベール・ラン
ベルト則より厚みを求める。
(Function) The first thickness measurement method and the second thickness measurement method according to the present invention are as follows:
In both cases, the reflection of incident light on an opaque thin film is photometered, the reflected light is corrected to remove the surface reflected light, and the measured data is calculated from the true incident light intensity (Io-I, ) and true transmitted light intensity (It-I).
r) and determine the transmittance. The first thickness measurement method uses transmittance data outside the characteristic absorption band to
Determine the thickness using Lambert's law. Furthermore, in the second thickness measurement method, the transmittance when it is assumed that there is no characteristic absorption within the characteristic absorption band is determined by interpolation from data in a wide wavelength range. Then, regarding this data, the transmittance is 0%, which is calculated separately.
The transmittance is determined using the standard and the 100% standard, and the thickness is determined using the Beer-Lambert law.

(実施例) 以下、添付の図面を参照して本発明の詳細な説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(a)  干渉法と光散乱法を併用した厚み測定法本発
明に係る光散乱法による厚み測定法は、従来の干渉法に
よる測定法と同じ測定装置を用い、本発明に係る光散乱
法による厚み測定法と共通する点がある。両方法は併用
できる。そこで、比較のため、まず、従来法である干渉
法について説明する。
(a) Thickness measurement method using interferometry and light scattering method The thickness measurement method using light scattering method according to the present invention uses the same measuring device as the conventional interferometry method, and the thickness measurement method using the light scattering method according to the present invention There are some points in common with the thickness measurement method. Both methods can be used together. Therefore, for comparison, first, the conventional interference method will be explained.

干渉法は本来は透明なサンプルに対して適用できる測定
法である。最初に、金属反射板2上の透明なサンプルl
の干渉について考える。
Interferometry is originally a measurement method that can be applied to transparent samples. First, a transparent sample l on a metal reflector plate 2
Consider the interference of

第1図に示すように、強度■。、波長λの単色光ビーム
を入射角θでサンプル1に入射させると、サンプル1の
屈折率と空気の屈折率の違いにより、サンプル表面の入
射点BIにおいて、屈折・透過光Ijと表面反射光Ir
に分割される。屈折・透過光Ijは、サンプル裏面の反
射点D1で反射して、再びサンプル表面の点B、から出
射するが、表面反射光しと平行であるために、両成分同
志で干渉現象を呈し真のサンプル透過光成分Ijを強度
変調する。従って、入射光の波長λを走査するか、入射
角θを走査すれば、干渉縞がf[l!測される。
As shown in Figure 1, strength ■. , when a monochromatic light beam of wavelength λ is incident on sample 1 at an incident angle θ, due to the difference between the refractive index of sample 1 and the refractive index of air, at the incident point BI on the sample surface, refracted/transmitted light Ij and surface reflected light Ir
divided into The refracted/transmitted light Ij is reflected at the reflection point D1 on the back surface of the sample and then emitted again from point B on the sample surface, but since it is parallel to the surface reflected light, an interference phenomenon occurs between the two components and the true The sample transmitted light component Ij is intensity-modulated. Therefore, if the wavelength λ of the incident light is scanned or the incident angle θ is scanned, the interference fringes will be f[l! be measured.

第2図は、従来より知られている入射角走査干渉方式の
厚み計の構成を示す。光源3から出射された一定波長λ
の光は、偏光子4を通り、回転ミラー5と凹面反射鏡6
で順次反射されて、サンプルlに入射する。サンプル1
からの反射光は、凹面反射鏡7で反射されて検出器8で
検出される。
FIG. 2 shows the configuration of a conventionally known incident angle scanning interferometry thickness gauge. Constant wavelength λ emitted from light source 3
The light passes through a polarizer 4, a rotating mirror 5 and a concave reflecting mirror 6.
The light is sequentially reflected at and incident on the sample l. sample 1
The reflected light is reflected by the concave reflecting mirror 7 and detected by the detector 8.

光源3としては、HeNeレーザ(波長0.6328μ
m)、あるいは、光情報処理用の半導体レーザ(波長0
.7〜0.8μm帯など)を用いている。入射光は無偏
光、またはS偏光を用いている。回転ミラー5を回転す
ることにより、サンプル1への入射角θを走査できる。
The light source 3 is a HeNe laser (wavelength: 0.6328μ).
m), or a semiconductor laser for optical information processing (wavelength 0
.. 7 to 0.8 μm band, etc.) is used. The incident light is unpolarized light or S-polarized light. By rotating the rotating mirror 5, the angle of incidence θ on the sample 1 can be scanned.

この測定法は、反射測定のために、透明フィルムでも片
側から測定ができる特長がある。
This measurement method has the advantage of being able to measure from one side of a transparent film because it is a reflection measurement.

サンプルlの厚みdは、サンプルの屈折率nがあらかじ
めわかっていれば、干渉縞とサンプル厚みdの関係式か
ら計算することができる。すなわち、d=(λ/2)/
(β”  Sin’(jp  n  Sin  pal
)・・・・・・(υ λ:人射光の波長 n: サンプルの屈折率 θ9.θ、+1=干渉縞中心からp番目、(pal)番
目の干渉縞ピーク(または谷)に対 応する入射角 また、サンプルの屈折率値nが不明の場合は、逆に、厚
み既知の同種のサンプルの干渉縞を測定すれば、屈折率
値nは、式(1)から求めることができるので、以降は
、この値を用いればよい。
The thickness d of the sample l can be calculated from the relational expression between the interference fringes and the sample thickness d, if the refractive index n of the sample is known in advance. That is, d=(λ/2)/
(β” Sin'(jp n Sin pal
)......(υ λ: wavelength of human light n: refractive index of the sample θ9.θ, +1 = incidence corresponding to the pth and (pal)th interference fringe peaks (or valleys) from the center of the interference fringe In addition, if the refractive index value n of the sample is unknown, conversely, by measuring the interference fringes of a sample of the same type with known thickness, the refractive index value n can be obtained from equation (1), so from now on, You can use this value.

次に、光散乱性の粒子を含む薄膜、例えば、不透明なフ
ィルム、あるいは顔料などを含む塗装膜の場合の干渉法
の適用について説明する。これらのサンプルでは、サン
プル中の粒子による光散乱現象に伴う光ビームの散乱、
減衰と可干渉性の低下によって干渉現象は発生しにくく
なる。この光散乱による減衰(以下、散乱・減衰という
)は、赤外特性吸収による減衰(以下、吸収・減衰とい
う)とは異なる。また、可視・赤外吸収体であるカーボ
ン粒子を含む黒色ペイント膜でも、同様に透過光量■t
が著しく減衰し干渉効果は低下する。
Next, the application of the interferometry method to thin films containing light-scattering particles, such as opaque films, or painted films containing pigments, will be described. In these samples, scattering of the light beam due to light scattering phenomena by particles in the sample;
Interference phenomena become less likely to occur due to the reduction in attenuation and coherence. Attenuation due to this light scattering (hereinafter referred to as scattering/attenuation) is different from attenuation due to infrared characteristic absorption (hereinafter referred to as absorption/attenuation). In addition, even with a black paint film containing carbon particles that are visible and infrared absorbers, the amount of transmitted light ■t
is significantly attenuated and the interference effect is reduced.

このような不透明なサンプルに対し干渉法の適用を拡大
するために光の波長を考慮する必要がある。
In order to expand the application of interferometry to such opaque samples, it is necessary to consider the wavelength of light.

光散乱強度は、散乱粒子径aと光波長λとの関係に依存
している。粒子径に比べて、波長が太きくなると、第4
図に示すように、粒子1′の後方よりも前方に多く散乱
される(ミー(Mie)効果と呼ばれている)。すなわ
ち、長波長はど散乱の影響を受けにくい。従って、光散
乱効果の観点からは、可視光より近赤外光、または赤外
光を用いるのがよい。実用的な観点からは、光通信に使
用されている波長1.3μm帯、あるいは1.5μm帯
の半導体レーザを用いるのがよい(しかし、長波長を用
いると、膜厚の薄いサンプルに対しては、厚み測定精度
が落ちるので、用途による妥協か必要になる。)。
The light scattering intensity depends on the relationship between the scattering particle diameter a and the light wavelength λ. When the wavelength becomes thicker than the particle size, the fourth
As shown in the figure, more light is scattered in front of the particle 1' than in the rear (this is called the Mie effect). That is, long wavelengths are less susceptible to scattering. Therefore, from the viewpoint of light scattering effect, it is better to use near-infrared light or infrared light than visible light. From a practical point of view, it is better to use a semiconductor laser with a wavelength of 1.3 μm or 1.5 μm, which is used for optical communications (however, if a long wavelength is used, it may cause damage to thin samples). (The accuracy of thickness measurement will be lower, so a compromise will need to be made depending on the application.)

第3図は、第2図に示す入射角走査方式の装置において
、波長1.3μm帯の半導体レーザを光源3に用いたと
きの、アルミ板上の赤色ペイントサンプルの干渉縞の測
定例である。この測定データよりθ、を求め、厚みdを
計算する。
Figure 3 is an example of measuring interference fringes of a red paint sample on an aluminum plate when a semiconductor laser with a wavelength of 1.3 μm is used as the light source 3 in the incident angle scanning system shown in Figure 2. . From this measurement data, θ is determined and the thickness d is calculated.

透明性のよくない厚いフィルムや塗装ペイントサンプル
に干渉法の適用をさらに拡大する場合には、赤外域で、
サンプルの赤外特性吸収帯のない、すなわち、透明性の
高い波長帯である2〜2.5μm帯、3〜5μm帯を+
l用するのが好ましい。また、可視・赤外吸収体である
カーボン粒子を含む黒色ペイント膜においても、粒子に
よる回折効果の観点から、同様に、長波長を用いるのが
よい。
To further expand the application of interferometry to thick films with poor transparency or painted paint samples, in the infrared region,
The 2-2.5 μm band and the 3-5 μm band, which have no infrared characteristic absorption band of the sample, that is, the wavelength band with high transparency, are +
It is preferable to use 1. Furthermore, in the case of a black paint film containing carbon particles which are visible/infrared absorbers, from the viewpoint of the diffraction effect caused by the particles, it is preferable to similarly use a long wavelength.

波長か5μmが越えると、一般には、サンプルの複雑な
赤外特性吸収があるために効果は少ない。
When the wavelength exceeds 5 μm, the effect is generally small due to the complex infrared characteristic absorption of the sample.

3〜5μm帯で発振するレーザの種類は、現時点では非
常に限定され、人手もむつかしいので、白色光源スペク
トルから干渉フィルタで希望の単色光ビームを選択し利
用する。
At present, the types of lasers that oscillate in the 3-5 μm band are very limited, and it is difficult to do so manually, so a desired monochromatic light beam is selected from the white light source spectrum using an interference filter and used.

(b)  光散乱現象を利用した散乱・透過法による厚
み測定法 干渉効果の観点から最適の長波長を使用しても、サンプ
ルの光散乱・減衰がさらに強くなると、干渉縞のコント
ラストはますまず悪くなり、干渉法の適用は実用上不可
能になる。次に、さらに光散乱・減衰か強くなったサン
プルに適用可能な、光散乱現象を利用する本発明に係る
厚み測定法について説明する。以下、説明を明確にする
ために、赤外特性吸収帯以外の波長帯に限定する。
(b) Thickness measurement method using scattering/transmission method using light scattering phenomenon Even if the optimal long wavelength is used from the viewpoint of interference effects, as the light scattering/attenuation of the sample becomes stronger, the contrast of the interference fringes becomes worse. This makes the application of interferometry practically impossible. Next, a thickness measurement method according to the present invention that utilizes a light scattering phenomenon, which can be applied to samples with even stronger light scattering and attenuation, will be described. Hereinafter, in order to clarify the explanation, wavelength bands other than the infrared characteristic absorption band will be limited.

光散乱強度は、波長、粒子密度などの関数であるから、
粒子径、あるいはその分布が一定ならば、サンプルの厚
みと相関していることが予想される。
Since light scattering intensity is a function of wavelength, particle density, etc.
If the particle size or its distribution is constant, it is expected to be correlated with the thickness of the sample.

すなわち、散乱強度を測定することにより厚みを定量で
きる可能性がある。第1図に示す光学系でサンプルlの
厚みを変えて、前方散乱・透過光のスペクトル強度を赤
外分光器で調べてみると、ペイントサンプルの厚みと定
量的な関係があることが後に説明するように確認される
。さらに具体的には、第2図に示す干渉方式の膜厚計の
光学系は、光散乱性のサンプルに対して、干渉変調を受
けなければ(干渉防止法については後述する)、前方散
乱・透過光強度を測光していることになるか、この前方
散乱・透過光強度は、サンプルの厚みと定量的な関係が
あることが実証できた。すなわち、干渉縞の観測・計測
ができないサンプルに対しては、回転ミラー5を最適な
条件の入射角となる位置、例えば60@となるように固
定すれば、干渉方式の膜厚計と同一の光学系を用いてサ
ンプルの厚み測定ができる。同一の光学系で、厚み測定
の適用範囲を拡大できることは好都合である。
That is, it is possible to quantify the thickness by measuring the scattering intensity. When we change the thickness of sample l using the optical system shown in Figure 1 and examine the spectral intensity of forward scattered and transmitted light using an infrared spectrometer, we find that there is a quantitative relationship with the thickness of the paint sample, which will be explained later. It will be confirmed that More specifically, the optical system of the interferometric film thickness meter shown in FIG. This means that we are measuring the intensity of transmitted light, and we were able to demonstrate that the intensity of forward scattered and transmitted light has a quantitative relationship with the thickness of the sample. In other words, for samples where interference fringes cannot be observed or measured, if the rotating mirror 5 is fixed at a position that provides the optimum angle of incidence, for example 60@, it can be used in the same way as an interferometric film thickness meter. The thickness of the sample can be measured using an optical system. It is advantageous that the range of application of thickness measurement can be expanded with the same optical system.

〈サンプルの表面反射光の影響〉 原理的には、前方散乱・透過光量を測定することから厚
みを計測することができるわけであるが、干渉法の場合
とは異なり、サンプル表面からの正反射光は、精密計測
のための阻害因子となる。表面反射光■、は、たとえ干
渉現象を引き起こさなくとも、真の透過・反射光Ijと
共に検知器8に入り、加算されたものが検知器8の出力
信号となる。この検知信号を■、とすると、 1、=It+Ir         −・”(2)通常
は、■tと■、は分離できないので、この信号lll1
を透過光強度として、透過率のT、計算に用いている。
<Influence of light reflected from the surface of the sample> In principle, thickness can be measured by measuring the amount of forward scattered and transmitted light, but unlike in the case of interferometry, the influence of specular reflection from the sample surface Light becomes an impediment to precision measurement. Even if the surface reflected light (2) does not cause an interference phenomenon, it enters the detector 8 together with the true transmitted and reflected light Ij, and the sum becomes the output signal of the detector 8. If this detection signal is ■, then 1, = It+Ir −・” (2) Normally, ■t and ■ cannot be separated, so this signal lll1
The transmitted light intensity is used to calculate the transmittance T.

すなわち、 T、=1./Io−(I t+ Ir)/Io−−(3
)しかし、これは見かけの透過率である。アルミ板上の
黒色ペイントサンプルについて式(3)のデータから求
めた透過率スペクトルを第5図に示す。
That is, T,=1. /Io-(I t+ Ir)/Io--(3
) However, this is an apparent transmittance. FIG. 5 shows the transmittance spectrum obtained from the data of equation (3) for a black paint sample on an aluminum plate.

点線Aはおよその表面反射の寄与分を示している。Dotted line A shows the approximate contribution of surface reflection.

また、第6図には、吸光度スペクトル(第5図に示す透
過率スペクトルを吸光度スペクトルに変換したもの)を
示すが、吸光度は厚みに比例していないことは明らかで
あり、赤外吸収法はそのままでは適用できないことがわ
かる。
In addition, Figure 6 shows the absorbance spectrum (the transmittance spectrum shown in Figure 5 was converted to an absorbance spectrum), but it is clear that the absorbance is not proportional to the thickness, and the infrared absorption method is It turns out that it cannot be applied as is.

通常の測光法では、表面反射光■、は、入射光ioの数
%以上の大きな値であり、透過光■【が小さくなってく
ると、例えば、■tが■、と同等、あるいはそれ以下に
なってくると、厚みのエラーは100%を越えることに
なる。これが、ベール・ランベルト則が破綻する主原因
である。真の透過率Tは、 T  =  I t/(i o−I 、)     ・
・”=(4)である。真の透過光量1jを求めるには、
表面反射光I、を除去、あるいは補正して、式(4)に
示す透過率を求める必要がある。一方、表面反射光成分
が発生する場合は、真の有効入射光もIoではなく、光
反射光Irを差し引く補正を行った値、すなわち、(I
o−Ir)となる。
In normal photometry, the surface reflected light ■, has a large value of several percent or more of the incident light io, and as the transmitted light ■【 becomes smaller, for example, ■t is equal to or smaller than ■, , the thickness error exceeds 100%. This is the main reason why the Beer-Lambert law breaks down. The true transmittance T is T = I t/(io-I,) ・
・”=(4).To find the true amount of transmitted light 1j,
It is necessary to remove or correct the surface reflected light I to obtain the transmittance shown in equation (4). On the other hand, when a surface reflected light component occurs, the true effective incident light is also not Io, but a value corrected by subtracting the light reflected light Ir, that is, (I
o-Ir).

くサンプル表面反射光の低減法〉 透明な薄膜の場合、P偏光を偏光角で入射させると、サ
ンプル表面反射光成分が低減、または発生しない。従っ
て、光干渉現象を低減、または発生しないことになる(
特開昭第60−224002号公報参照)。また、不透
明サンプルの場合も、P偏光・偏光角入射方式は(また
は、表面反射成分が最も小さくなる入射角を用いると)
、表面反射成分の低減効果かある。また、粒子の光散乱
効果、金属基板の反射特性は、入射光の偏光特性に依存
しているから、入射光の偏光特性を決めておくことは、
信号の再現性と安定性が増す効果もある。
Method for Reducing Sample Surface Reflected Light In the case of a transparent thin film, when P-polarized light is incident at a polarization angle, the sample surface reflected light component is reduced or not generated. Therefore, the optical interference phenomenon will be reduced or will not occur (
(See Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-224002). Also, in the case of opaque samples, the P polarization/polarization angle incidence method (or using the incident angle that minimizes the surface reflection component)
, it has the effect of reducing surface reflection components. Furthermore, since the light scattering effect of particles and the reflection characteristics of metal substrates depend on the polarization characteristics of incident light, it is important to determine the polarization characteristics of incident light.
It also has the effect of increasing signal reproducibility and stability.

〈サンプル表面反射光の補正法〉 このようにして、P偏光、偏光角入射方式により表面反
射成分は低減することはできても、完全には取り除くこ
とはできないので、補正する必要がある。
<Correction Method for Sample Surface Reflection Light> Although the surface reflection component can be reduced using the P-polarized light and polarization angle incident method in this way, it cannot be completely removed, so it is necessary to correct it.

第1の補正法においては、表面反射光のみが反射される
厚いサンプルを用いて、測光を行い、表面反射成分を除
く。表面反射光Irは、正確にいえば、サンプル表面反
射光と表面近傍からの散乱光の正反射方向の成分の和で
あり、非常に薄いサンプルを除いて、通常の測定対象の
サンプルの厚み範囲においては、厚みに無関係に一定と
考えられる。そこで、入射光がサンプル内で完全に吸収
される。すなわち、1j=0となる程度以上の厚いサン
プルを作成して測光すれば、その検知信号■、゛は表面
反射光のみと見なせる。すなわち、■、゛〜■、   
      ・・・・・・(5)従って、この検知信号
■、゛を■、とみなし、透過率を補正できることになる
。すなわち、補正透過率T0は、 T、=(Ill−1°r)/(Io−1’ 、)〜(1
,−1,)/(io−1ρ= Ii/(Io−1ρ=T
・・・・・・(6) となる。
In the first correction method, photometry is performed using a thick sample from which only surface reflected light is reflected, and the surface reflected component is removed. To be precise, the surface reflected light Ir is the sum of the sample surface reflected light and the component of the specular reflection direction of the scattered light from the vicinity of the surface, and is within the normal thickness range of the sample to be measured, except for very thin samples. It is considered to be constant regardless of the thickness. There, the incident light is completely absorbed within the sample. That is, if a sample thick enough to satisfy 1j=0 is prepared and photometered, the detection signals (2) and (2) can be considered to be only surface reflected light. That is, ■、゛〜■、
(5) Therefore, it is possible to correct the transmittance by regarding the detection signals ■ and ゛ as ■. That is, the corrected transmittance T0 is T, = (Ill-1°r)/(Io-1',) ~ (1
,-1,)/(io-1ρ=Ii/(Io-1ρ=T
...(6) becomes.

第2の表面反射光の補正法においては、式(3)の透過
率T1とサンプル厚みの関係において、透過率は厚みの
増加と共に指数間゛数的に減少するので、第1表 各種厚みの黒色ペイントサンプルにおける透過率と吸光
度 指数関数を適合し無限厚みに外挿する。この補正により
、はぼ満足のいく値が得られる。
In the second correction method for surface reflected light, in the relationship between the transmittance T1 in equation (3) and the sample thickness, the transmittance decreases exponentially as the thickness increases. Fit the transmittance and absorbance exponential functions in the black paint sample and extrapolate to infinite thickness. This correction provides a very satisfactory value.

第1表は、各種厚みのアルミ板上の黒色ペイントサンプ
ルにおいて、波数2160cm−’における表面反射補
正をしない場合のみかけの透過率T1= 1 、/ I
 o(式(3))と吸光度Am−IOg(1/Tl11
)、および、第2の補正法による表面反射補正をした場
合の透過率Tc−(1,rr’XI□  Iy’X式(
6)%式%(7) を対比した。測定条件は、第2図に示す装置において、
干渉フィルタ(中心波長λ=4.63μm1半値幅△λ
=150ns)、入射角60°、P偏光を使用した。な
お、各サンプルの厚みは、別の測定法により求める。
Table 1 shows the apparent transmittance of black paint samples on aluminum plates of various thicknesses without surface reflection correction at a wave number of 2160 cm-', T1 = 1, /I
o (formula (3)) and absorbance Am-IOg (1/Tl11
), and the transmittance Tc-(1, rr'XI□ Iy'X formula (
6) % formula %(7) was compared. The measurement conditions were as follows in the apparatus shown in Figure 2.
Interference filter (center wavelength λ = 4.63 μm 1 half width △λ
= 150 ns), the incident angle was 60°, and P-polarized light was used. Note that the thickness of each sample is determined by a different measurement method.

が補正値は、!、°〜0.04331゜であることわか
った。
But the correction value is! ,°~0.04331°.

第7図は、この測定結果のサンプル厚みdと吸光度A0
との関係のグラフを示す。表面反射補正をすると、吸光
度ACと厚みdの関係は直線となることがわかる。しか
も、原点を通る直線として取り扱ってもその誤差は小さ
い。すなわち、はぼベール・ランベルト則が成立する。
Figure 7 shows the sample thickness d and absorbance A0 of this measurement result.
Shows a graph of the relationship between It can be seen that after surface reflection correction, the relationship between absorbance AC and thickness d becomes a straight line. Moreover, even if it is treated as a straight line passing through the origin, the error is small. In other words, the Habo-Beer-Lambert law holds true.

第3の補正法では、第5図に破線Aで示すように、高波
長端の飽和吸収ピークC点と低波長側の散乱スペクトル
の合一するa点の間にベースラインを引き、必要な測定
波長点すでの値を読み取る。この読取値を表面反射光!
、とする。
In the third correction method, as shown by broken line A in Figure 5, a baseline is drawn between point C of the saturated absorption peak at the high wavelength end and point a where the scattering spectra at the low wavelength end merge, and the necessary Read the value at the measurement wavelength point. This reading is surface reflected light!
, and so on.

以上に説明した第2、第3の補正法には、補正用サンプ
ルを必要としないメリットがある。
The second and third correction methods described above have the advantage of not requiring correction samples.

測定に使用する波長については、一般には、長波長はど
散乱の影響を受けにくいので、長波長側の赤外線で、し
かも透明性の高い波長帯、3〜5μm帯を利用するのが
よい。もともと透明性の高い波長帯のために信号強度が
大きく、しかも厚さに対する変化量は、赤外特性吸収法
の変化量に比べて、はるかに大きい。また散乱スペクト
ルの波長に対する変化はゆるやかであるので、フィルタ
のバンド幅は、干渉法や特性吸収法で用いるバンド幅に
比べて、はるかに大きくとれる。従って、測定信号の強
度は、赤外特性吸収法に比べて著しく大きい。しかも、
バンド幅が大きいために、スペクトルの局所的な変動や
ノイズが平均化される効果がある。これらの理由によっ
て、サンプルの適用範囲が拡大できるわけである。
As for the wavelength used for measurement, in general, long wavelengths are less susceptible to the influence of scattering, so it is preferable to use infrared rays on the long wavelength side and a highly transparent wavelength band of 3 to 5 μm. The signal intensity is high because of the highly transparent wavelength band, and the amount of change with respect to thickness is much larger than the amount of change with infrared characteristic absorption method. Furthermore, since the scattering spectrum changes slowly with respect to wavelength, the bandwidth of the filter can be much larger than the bandwidth used in interferometry or characteristic absorption methods. Therefore, the intensity of the measurement signal is significantly greater than that of the infrared characteristic absorption method. Moreover,
The large bandwidth has the effect of averaging local fluctuations in the spectrum and noise. For these reasons, the scope of application of the sample can be expanded.

このようにして、通常の干渉法では測定できない顔料を
含むペイント膜やカーボン粒子を含む黒色塗装膜の厚み
を50μm以上の厚み範囲にわたって測定することがで
きた。
In this way, it was possible to measure the thickness of a paint film containing pigments and a black paint film containing carbon particles over a thickness range of 50 μm or more, which cannot be measured by normal interferometry.

なお、適用サンプルを光散乱性のサンプル、あるいは塗
装ペイントに限定すると、干渉法と併用する必要はなく
、光散乱方式の専用装置とすれば測定装置が単純化でき
る。
Note that if the applicable samples are limited to light-scattering samples or painted paints, there is no need to use the interferometry method in combination, and the measuring device can be simplified by using a dedicated device for the light-scattering method.

(以下余白) (c)赤外吸光度法による厚み測定法 上に説明した光散乱法では、赤外特性吸収範囲外のデー
タから厚みを求めたが、赤外特性吸収範囲での前方散乱
透過光のデータからも赤外吸光度法により厚みを求める
ことができる。この方法を用いると、比較的に透明なフ
ィルムやコーティングサンプルの厚み測定において高精
度が得られる。
(Leaving space below) (c) Thickness measurement method using infrared absorption method In the light scattering method explained above, thickness was determined from data outside the infrared characteristic absorption range, but forward scattered transmitted light in the infrared characteristic absorption range The thickness can also be determined from the data using the infrared absorbance method. This method provides high accuracy in thickness measurements of relatively transparent film and coating samples.

赤外吸光度法による厚みの定量は、原理的には、ベール
・ランベルト則に基づいている。 この赤外吸光度法で
は、干渉現象の影響を取り除かなければならない。赤外
特性吸収を定量するために、参照波長を用いる比率法や
ベースライン法が用いられるが、参照波長やベースライ
ンの基準波長点は、通常、特性吸収のない波長が選択さ
れるために、干渉現象を呈しやすい。そして精密測定を
阻害する。これらの波長帯は、透明な光学薄膜の場合と
同じで、P偏光を偏光角で入射させると、表面反射成分
が低減、または発生しない。すなわち、干渉現象を低減
、または発生しないので、赤外特性吸収範囲外の広い波
長範囲のデータを用いてベースライン法等による補正が
正確に行え、従ってサンプルの赤外吸収を精度よく測定
できる。
Quantification of thickness by infrared absorption method is based on the Beer-Lambert law in principle. In this infrared absorption method, the influence of interference phenomena must be removed. In order to quantify characteristic infrared absorption, the ratio method or baseline method using a reference wavelength is used, but the reference wavelength or baseline wavelength point is usually selected at a wavelength that has no characteristic absorption. Easily exhibits interference phenomena. And it obstructs precise measurement. These wavelength bands are the same as in the case of a transparent optical thin film, and when P-polarized light is incident at a polarization angle, surface reflection components are reduced or not generated. That is, since interference phenomena are reduced or not generated, corrections can be made accurately using the baseline method or the like using data in a wide wavelength range outside the infrared characteristic absorption range, and therefore the infrared absorption of the sample can be measured with high precision.

第8図は、本実施例に用いた赤外吸収方式の膜厚計を示
す。この膜厚計では、光源+1から出射された白色光は
、回転可能なディスク12に設けた回転干渉フィルタ1
3を通って波長λ1.λ7.λ、の単色光となり、さら
に偏光子14を通ってサンプル15に入射する。サンプ
ル15からの反射光は、検知器16で検出され、検知器
16の出力信号は、信号処理部17で処理され、外部に
送られ、記録、表示される。この膜厚計は、入射角が固
定されている点を除いて、第2図の厚み計と本質的に同
じである。
FIG. 8 shows an infrared absorption type film thickness meter used in this example. In this film thickness meter, the white light emitted from the light source +1 is transmitted through the rotating interference filter 1 provided on the rotatable disk 12.
3 through the wavelength λ1. λ7. The light becomes monochromatic light of λ, and further passes through the polarizer 14 and enters the sample 15. The reflected light from the sample 15 is detected by a detector 16, and the output signal of the detector 16 is processed by a signal processing section 17, sent to the outside, and recorded and displayed. This thickness gage is essentially the same as the thickness gage of FIG. 2, except that the angle of incidence is fixed.

〈透過率スペクトルのベースラインのとり方〉第9図は
、鋼板上のレンガ色の塗装ペイントサンプルの透過率ス
ペクトルを示す。また、第10図は、第9図に示す透過
率スペクトルを変換して得られた吸光度スペクトルを示
す。
<How to take the baseline of the transmittance spectrum> FIG. 9 shows the transmittance spectrum of a brick-colored paint sample on a steel plate. Moreover, FIG. 10 shows an absorbance spectrum obtained by converting the transmittance spectrum shown in FIG. 9.

サンプルが光散乱性の不透明な薄膜の場合は、入射光は
散乱粒子による散乱で減衰する。これは赤外特性吸収に
よる減衰とは本質的に異なる物理現象である。光散乱強
度は、波長、粒子密度などの関数であるから、散乱・透
過光は、第5図や第9図に示すように、サンプルの厚み
によってシフトする。このために、ある波長での吸収率
に厚みが比例すると考える比率法では、実用的な定量精
度が得られない。そこで一般には、ベースライン法を用
いている。赤外透過スペクトルのバックグラウンドとは
、この前方散乱・透過スペクトルであるが、このバック
グラウンドは、赤外特性吸収を定量するときの基準にな
るために重要かつ問題になってくる。
When the sample is a light-scattering opaque thin film, the incident light is attenuated by scattering by the scattering particles. This is a physical phenomenon that is essentially different from attenuation due to absorption of infrared characteristics. Since the light scattering intensity is a function of wavelength, particle density, etc., the scattered and transmitted light shifts depending on the thickness of the sample, as shown in FIGS. 5 and 9. For this reason, the ratio method, which assumes that the thickness is proportional to the absorption rate at a certain wavelength, cannot provide practical quantitative accuracy. Therefore, the baseline method is generally used. The background of the infrared transmission spectrum is this forward scattering/transmission spectrum, and this background becomes important and problematic because it becomes a reference when quantifying the infrared characteristic absorption.

従来、特性吸収の定量のためのベースラインのとり方で
は、透過率スペクトルでなく、吸光度スペクトルにおい
て、特性吸収帯をはさむ狭い範囲で、真らしきバックグ
ラウンドを想定して、直線をフィッティング、あるいは
、滑らかな曲線を引く。しかし、第1θ図に示す塗装ペ
イントの吸光度スペクトルからもわかるように、ベース
ラインの引き方は単純ではない。たとえば破線で示す2
本のベースラインCI、C2は、どちらが真のベースラ
インに近いかが判断できない。直線のフィッティングは
適用が限定されることがわかる。
Conventionally, the baseline method for quantifying characteristic absorption has been to fit a straight line or smooth the absorbance spectrum, not the transmittance spectrum, assuming a true-like background in a narrow range sandwiching the characteristic absorption band. Draw a curved line. However, as can be seen from the absorbance spectrum of the paint shown in Figure 1θ, drawing the baseline is not simple. For example, 2 shown by the dashed line
It is not possible to determine which of the book baselines CI and C2 is closer to the true baseline. It can be seen that straight line fitting has limited applicability.

バックグラウンドは散乱スペクトルそのものであり、そ
の強度は波数(波長の逆数)の関数である。
The background is the scattering spectrum itself, the intensity of which is a function of the wave number (the reciprocal of the wavelength).

従って、特性吸収帯をはさむ狭い範囲で判断するのでは
なく、第9図に破線で示すように、透過率スペクトルに
おいて、広い波長帯にわたって波数(+/λ)のべき数
の関数モデルをフィッティングするのが、精度・再現性
がよい。これを特性吸収帯内の仮想的な新しい透過率(
100%基準)とする。そして、必要な特性吸収波長点
、例えば、3440c+a−’のベース値を読み取る。
Therefore, rather than making judgments in a narrow range that spans the characteristic absorption band, a functional model of the power of the wave number (+/λ) is fitted over a wide wavelength band in the transmittance spectrum, as shown by the broken line in Figure 9. This has good accuracy and reproducibility. We define this as a hypothetical new transmittance within the characteristic absorption band (
100% standard). Then, the base value of a necessary characteristic absorption wavelength point, for example, 3440c+a-' is read.

くサンプル表面反射光の補正〉 既に説明したように、表面反射成分Irを低減するため
にP偏光・偏光角入射法を用いるが、それでも表面反射
光を完全には取り除くことができないので、上に説明し
た光散乱法の場合と同様に補正を行う。すなわち、第1
の補正法では、透過光強度Ij =0となる程度以上の
厚いサンプルを作成して測光し、その特性吸収帯での検
知信号を表面反射成分■、とする。第2の補正法では、
透過光強度1jのデータを無限厚みへ外挿して表面反射
成分!、とする。第3の補正法では、第9図に示すよう
に、高波長側の飽和吸収ビークfと低波長側の散乱スペ
クトルの合一する点eとを結んでベースラインDを引く
。そして、このラインを新しい透過率0%基準とし、必
要な特性吸収波長点、例えば3440cm−’のベース
値を読み取る。
Correction of sample surface reflected light> As explained above, the P-polarized light/polarization angle incidence method is used to reduce the surface reflected component Ir, but even so, the surface reflected light cannot be completely removed. Correction is performed in the same way as in the light scattering method described. That is, the first
In the correction method, a sample thick enough to make the transmitted light intensity Ij = 0 is prepared and photometered, and the detected signal in the characteristic absorption band is taken as the surface reflection component (2). In the second correction method,
Extrapolate the data of transmitted light intensity 1j to infinite thickness to find the surface reflection component! , and so on. In the third correction method, as shown in FIG. 9, a baseline D is drawn by connecting the saturated absorption peak f on the high wavelength side and a point e where the scattering spectra on the low wavelength side merge. Then, using this line as a new transmittance reference of 0%, the base value of a necessary characteristic absorption wavelength point, for example, 3440 cm-' is read.

く特性吸収の定量〉 特に、塗装ペイントサンプルにおいて、特性吸収帯の吸
光度と厚みの直線関係、すなわち、ベール・ランベルト
則が破綻する主原因、は、サンプル表面反射光成分の補
正をしていないことと、ベースラインのとり方にある。
Quantification of characteristic absorption In particular, in paint samples, the main reason why the linear relationship between the absorbance of the characteristic absorption band and the thickness, that is, the Beer-Lambert law, breaks down is that the sample surface reflected light component is not corrected. And how to take the baseline.

しかも、透過率スペクトルでなく、吸光度スペクトルを
補正をしようとするところに欠陥がある。
Furthermore, there is a flaw in the attempt to correct the absorbance spectrum rather than the transmittance spectrum.

そこで本実施例においては、まず、第9図に示す通常の
透過率スペクトルにおいて、顔料粒子による光散乱効果
を考慮した数式モデルをフィッティングさせて求めた曲
線を透過率100%基準とする。次に、サンプル表面反
射光成分のみのスペクトルを透過率0%基準とする。特
性吸収のプロフィルはこの範囲にある。特性吸収波長、
例えば、3440cI11−’での値を続み取り、新し
い透過率0%−100%基準で換算した補正 透過率T0を求める。そして、この値から吸光度AC(
−log(1/ To))を計算する。
Therefore, in this example, first, in the normal transmittance spectrum shown in FIG. 9, a curve obtained by fitting a mathematical model that takes into account the light scattering effect of pigment particles is used as the standard for transmittance of 100%. Next, the spectrum of only the light component reflected from the surface of the sample is set as a reference for transmittance of 0%. The characteristic absorption profile lies in this range. characteristic absorption wavelength,
For example, the value at 3440cI11-' is continued and the corrected transmittance T0 is calculated based on the new transmittance 0%-100% standard. Then, from this value, absorbance AC (
-log(1/To)).

この新しい透過率0%−100%基準から見ると、散乱
・減衰の大きいサンプルはど、特性吸収は、著しく圧縮
され歪んでいることがわかる。これが、ベール・ランベ
ルト則の破綻する原因である。
When viewed from this new 0%-100% transmittance standard, it can be seen that in samples with large scattering and attenuation, the characteristic absorption is significantly compressed and distorted. This is the reason why the Beer-Lambert law breaks down.

第11図には、鋼板上のペイントサンプルの吸光度と厚
みの関係を示す。曲線(G)は、上記の補正をしない従
来法によるものである。厚みに対する吸光度の変化量は
小さく、しかも、厚みの増加と共に減少している。すな
わちベール・ランベルト則は破綻している。一方、上記
の補正をすると、線(F)のように、直線関係が回復し
、しかも原点を通ることがわかる。すなわち、ベール・
ランベルト則がほぼ成立する。
FIG. 11 shows the relationship between absorbance and thickness of a paint sample on a steel plate. Curve (G) is based on the conventional method without the above correction. The amount of change in absorbance with respect to thickness is small and decreases as the thickness increases. In other words, the Beer-Lambert law is broken. On the other hand, it can be seen that when the above correction is made, the linear relationship is restored and the line passes through the origin, as shown in line (F). In other words, veil
Lambert's law almost holds true.

〈光散乱法への切り替え〉 しかし、サンプル厚みがさらに厚くなる、あるいは散乱
性がさらに強いサンプルでは、入射光の大部分は散乱、
減衰し、前方散乱・透過光はますます小さくなる。しか
も、特性吸収帯では、さらに、吸収による減衰が加わる
ために、透過光の測光は、測光系のS/Nに関係して、
極端に悪くなる。しかも、定量の手続きとして、透過率
100%−0%の基準を引かなければ、特性吸収が計算
できないので、特性吸収を正確に定量することは困難、
あるいは不可能になってくる。
<Switching to light scattering method> However, when the sample thickness becomes thicker or the sample has stronger scattering properties, most of the incident light is scattered,
Attenuation occurs, and forward scattered/transmitted light becomes smaller and smaller. Moreover, in the characteristic absorption band, attenuation due to absorption is added, so the photometry of transmitted light is related to the S/N of the photometry system.
It gets extremely bad. Moreover, as a quantitative procedure, characteristic absorption cannot be calculated unless the standard of transmittance is 100% - 0% is drawn, so it is difficult to quantify characteristic absorption accurately.
Or it becomes impossible.

一方、すでに(b)節で説明したように、赤外特性吸収
帯からはずれた波長帯での前方散乱・透過光強度は、第
7図に示すように、サンプルの厚みと定量的な関係、す
なわち、ベール・ランベルト則に従う。第8図に示す赤
外吸収方式の膜厚計の光学系では、回転ディスクI2に
は数枚の干渉フィルタ13がセットできるように設計さ
れているので、前方散乱・透過光を測光する干渉フィル
タをあらかじめセットしておけば、単純に、定量手法を
赤外特性吸収法から赤外散乱・透過法に切り替えること
で、適用範囲を拡大することかできる。
On the other hand, as already explained in Section (b), the forward scattered/transmitted light intensity in the wavelength band outside the infrared characteristic absorption band has a quantitative relationship with the sample thickness, as shown in Figure 7. In other words, it follows the Beer-Lambert law. The optical system of the infrared absorption type film thickness meter shown in FIG. 8 is designed so that several interference filters 13 can be set on the rotating disk I2. If this is set in advance, the scope of application can be expanded by simply switching the quantitative method from the infrared characteristic absorption method to the infrared scattering/transmission method.

いわゆるベースラインを引く必要もなく、■波長での測
定であるため、定量は単純である。
Quantification is simple because there is no need to draw a so-called baseline and measurement is performed at ■wavelength.

測定に用いる波長については、一般的には、長波長はど
散乱の影響を受けにくいので、長波長側が赤外で、しか
も透明性の高い波長帯、例えば、3〜5μm帯を利用す
るのがよい。らともと透明性の高い波長帯のために信号
強度が大きい。しかも、厚みに対する変化量は、特性吸
収帯における変化量に比べて、はるかに大きい。また、
散乱スペクトルの波長に対する変化は非常にゆるやかで
あるので、フィルタ13のバンド幅は、特性吸収を測定
する場合のバンド幅に比べて、はるかに大きくとれる。
Regarding the wavelength used for measurement, in general, long wavelengths are less affected by scattering, so it is best to use a wavelength band where the long wavelength side is infrared and is highly transparent, for example, the 3 to 5 μm band. good. The signal strength is high due to the highly transparent wavelength band. Moreover, the amount of change with respect to thickness is much larger than the amount of change in the characteristic absorption band. Also,
Since the scattering spectrum changes very slowly with respect to wavelength, the bandwidth of the filter 13 can be much larger than the bandwidth when measuring characteristic absorption.

例えば、数1100nの広幅バンドフィルタを用いるこ
とができるので、さらに信号強度が大きくなる。しかも
、スペクトルの局所的な変動やノイズは平均化されるの
で安定性も改善されこれらの理由で、感度と安定性は、
従来の特性吸収帯のみを測光する赤外特性吸収法に比べ
て著しく高い。従って、サンプルの適用範囲が拡大でき
るわけである。
For example, a wide band filter of several 1100n can be used, further increasing the signal strength. Furthermore, stability is improved because local fluctuations and noise in the spectrum are averaged out.For these reasons, sensitivity and stability are
This is significantly higher than the conventional infrared characteristic absorption method, which measures only characteristic absorption bands. Therefore, the scope of application of the sample can be expanded.

(発明の効果) 不透明な薄膜の厚みの定量が、かなり広い膜厚範囲で可
能になった。
(Effect of the invention) It has become possible to quantify the thickness of an opaque thin film over a fairly wide range of film thicknesses.

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

第1図は、平行平面サンプルの正反射光学系を示す図で
ある。 第2図は、入射角走査干渉方式の厚み計の断面図である
。 第3図は、アルミ板上の赤色ペイントサンプルの入射角
走査干渉方式の厚み計の干渉縞を示すグラフである。 第4図は、粒子によるミー散乱効果を説明するための図
である。 第5図は、アルミ板上の黒色ペイントサンプルの透過率
スペクトルの図である。 第6図は、アルミ板上の黒色ペイントサシプルの吸光度
スペクトルの図である。 第7図は、黒色ペイントサンプル厚みと吸光度の関係の
グラフである。 第8図は、赤外吸収方式の膜厚計を示す図である。 第9図は、鋼板上の塗装ペイントサンプルの透過率スペ
クトルの図である。 第1θ図は、鋼板上の塗装ペイントサンプルの吸光度ス
ペクトルの図である。 第11図は、鋼板上の塗装ペイント膜の吸光度とサンプ
ル厚みの関係のグラフである。 l・・・不透明薄膜、3・・・光源、8・・・デテクタ
。 特許出願人 ・    倉敷紡績株式会社代理人  弁
理士  青白 葆はか!名11図 第2図 ス 第3図 第4図 入射角度θ (鷹)
FIG. 1 is a diagram showing a specular reflection optical system for a parallel plane sample. FIG. 2 is a cross-sectional view of a thickness gauge using an incident angle scanning interference method. FIG. 3 is a graph showing interference fringes of a red paint sample on an aluminum plate using an incident angle scanning interference type thickness gauge. FIG. 4 is a diagram for explaining the Mie scattering effect due to particles. FIG. 5 is a diagram of the transmittance spectrum of a black paint sample on an aluminum plate. FIG. 6 is a diagram of the absorbance spectrum of a black paint scepter on an aluminum plate. FIG. 7 is a graph of the relationship between black paint sample thickness and absorbance. FIG. 8 is a diagram showing an infrared absorption type film thickness meter. FIG. 9 is a diagram of the transmittance spectrum of a paint sample painted on a steel plate. FIG. 1θ is an absorbance spectrum of a paint sample painted on a steel plate. FIG. 11 is a graph of the relationship between the absorbance of the paint film on the steel plate and the sample thickness. l... Opaque thin film, 3... Light source, 8... Detector. Patent applicant/Kurashiki Boseki Co., Ltd. agent Patent attorney Blue and white Blue and white! Figure 11 Figure 2 S Figure 3 Figure 4 Incident angle θ (hawk)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)不透明薄膜に光(強度I_o)を入射し、不透明
薄膜を透過した反射光と表面反射光を含む反射光(強度
I_m)を特性吸収帯外で測定し、 反射光に含まれる表面反射光の強度I_rを求め、透過
率Tを(I_m−I_r)/(I_o−I_r)として
計算し、 特性吸収帯外の波長での透過率データよりベール・ラン
ベルト則から厚みを求めることを特徴とする不透明薄膜
の厚みの光学的測定法。
(1) Light (intensity I_o) is incident on the opaque thin film, and the reflected light (intensity I_m), which includes the reflected light transmitted through the opaque thin film and the surface reflected light, is measured outside the characteristic absorption band, and the surface reflection included in the reflected light is measured. The light intensity I_r is determined, the transmittance T is calculated as (I_m-I_r)/(I_o-I_r), and the thickness is determined from the transmittance data at a wavelength outside the characteristic absorption band using the Beer-Lambert law. An optical method for measuring the thickness of opaque thin films.
(2)不透明薄膜に光(強度I_o)を入射し、不透明
薄膜を透過した反射光と表面反射光を含む反射光(強度
I_m)を測定し、 反射光に含まれる表面反射光の強度I_rを、特性吸収
帯外のみかけの透過率データから厚みに依存しない部分
として分離し、 特性吸収帯を含む広い波数範囲の透過率データから内挿
法により特性吸収帯での特性吸収がないと仮定した場合
の透過率データを求め、 特性吸収帯内のある波長において、表面反射光強度から
得られた透過率0%の基準と内挿法データから計算され
た透過率100%の基準を求め、特定吸収帯内の上記の
波長での透過率データについて、上記の透過率0%基準
と100%基準で換算した透過率を求め、 この透過率よりベール・ランベルト則から厚みを求める
ことを特徴とする不透明薄膜の厚みの光学的測定法。
(2) Inject light (intensity I_o) into the opaque thin film, measure the reflected light that has passed through the opaque thin film and the reflected light (intensity I_m), which includes the surface reflected light, and calculate the intensity I_r of the surface reflected light included in the reflected light. , it was separated from the apparent transmittance data outside the characteristic absorption band as a thickness-independent part, and it was assumed that there was no characteristic absorption in the characteristic absorption band by interpolation from the transmittance data in a wide wavenumber range including the characteristic absorption band. At a certain wavelength within the characteristic absorption band, find the standard of 0% transmittance obtained from the surface reflected light intensity and the standard of 100% transmittance calculated from the interpolation data. Regarding the transmittance data at the above-mentioned wavelength within the absorption band, the transmittance is calculated based on the above-mentioned transmittance 0% standard and 100% standard, and the thickness is calculated from this transmittance using the Beer-Lambert law. Optical method for measuring the thickness of opaque thin films.
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