JPH0244204A - 光フアイバ式干渉膜厚計 - 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〕 本発明は膜厚計測に係り、特に半導体産業などの大気と
異なる雰囲気中での膜厚計測に好適な。

光ファイバ式干渉膜厚計に関する。

〔従来の技術〕

従来、膜の表面と裏面からの反射光を干渉計に導き、そ
の干渉図形中に現われる主極大と副極大との光路差から
、屈折率の既知の膜厚を測定する方法が特開昭６２−１
３４５０６号に詳しく述べられている。又、特開昭６２
−２５９００６号では膜厚測定に好適な光源スペクトル
につき説明すると共に、膜厚測定光学系としての光ファ
イバに言及しているが、その目的は照射光学系の簡易化
にすぎない、更に、イメージ干渉計としての偏光干渉計
の差動方式については、特開昭６２−１７７４２０号に
述べられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、大気中に置かれた試料表面の膜厚測定
に適しており、対物レンズを用いた微小領域での膜厚測
定も可能である。ところが、大気とは異なる雰囲気中、
例えば真空中での膜厚測定は、光学系全体をその雰囲気
に置くか、対物レンズなど測定光学系を大気と異なる雰
囲気に置く必要があった。

本発明の目的は、比較的広い表面積での平均的膜厚が求
まれば充分である場合の、真空など大気と異なる雰囲気
中での膜厚測定を、容易にかつ柔軟性高く行うことの出
来る干渉膜厚計の提供にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、分岐形の光ファイバを白色光の照射と反射
光の検出に用いれば、光ファイバの共通端のみを別雰囲
気中に、気密に設置する事により達成される。

〔作用〕

光ファイバは、直径５０μｍ程度の素光ファイバを数百
本末ばねたもので、素ファイバは光の進行する高屈折率
のコア部と、低屈折率のクラッド部とからなっている。

このコアとクラッドの界面で全反射を繰返して、光ファ
イバは光を伝送するので、一般に入射角θは保存されて
出射角Ｏと等しい。

又、光ファイバの材料により、石英ガラス系は低損失で
あるが開口数（Ｎ、Ａ、ｓｉｎθ）が０．２程度と暗く
、多成分ガラス系は０．５　以上と高開口数であるが、
吸収損失も大きいとされている。

分岐形光ファイバは、１個の光ファイバの集合（バンド
ル）を、２個の断面積の等しいバンドルに分割するもの
で、その分割方法により次の３種がある。分割バンドル
が、共通端で同心円状になる同心円形。分割バンドルが
共通端で半円状に対称になる半円形。又、分割バンドル
が共通端で細かく入組むランダム形。

この様な光ファイバを照射光学系、検出光学系の代りに
用いる事ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。白色
光［８は、沃素タングステンランプ２゜集光レンズ４．
光ファイバ取付部５からなり１分岐形光ファイバ１０の
入射分岐端１２が固定されている。イメージ干渉計２０
は、光ファイバ取付部２１．コリメートレンズ２２．偏
光子２３．ウォラストンプリズム２４−２５．検光子２
６．結像レンズ２７と筺体２８で暗箱を構成しており、
分岐形光ファイバユの出射分岐端１４が固定されている
、一方分岐形光ファイバ１ｏの共通端１３は、大気見立
と異なる雰囲気の測定室旦立に導入され５その先端１７
は測定台５５上の表面膜５３を有する被測定試料５２に
対向している。測定室５０は、気密シールされた貫通部
１５を除き隔壁５８で囲まれている。

電源１の供給により点灯した沃素タングステンランプの
光は、集光レンズ４により光ファイバの入射分岐端１２
に集光入射し、共通端の先端１７から試料５２に向って
出射２反射光は再び共通端１３の別のバンドルを通って
、出射分岐端］４に至る。分岐端１４からの光は、コリ
メータレンズ２２により平行光束となり、ウォラストン
プリズム２４の結晶光軸に対し４５°の偏光方向を有す
る偏光子２３で、直交する２偏光光線に分割される。こ
の後再び検光子２６で合成されると２偏光光線は干渉し
て、結像レンズ２７の作用で干渉縞２９を光ダイオード
配列３０の受光面に結像する。

−力先ダイオード駆動電源３１からの駆動信号３２によ
り、光ダイオード配列に入射した光量に対応した画像信
号３４が順次読出され、ＡＤ変換器３５により増幅、サ
ンプリングホールド、ＡＤ変換され、ディジタル信号３
６として演算記憶装置４０に入力してデータ処理される
。この時、偏光子２３．検光子２６の一方の偏光軸を９
０°回転させると、画像信号３４に含まれる干渉図形の
極性が逆転するので、光ダイオード配列からの読出しを
２回行い、両者の画像信号の差を計算するいわゆる差動
形偏光干渉法により、膜厚検出処理に好適な干渉図形を
得ることは公知である。

処理された結果は、インタフェース４５を経て膜厚情報
４８として外部に取出される。

第２図は、内部のバンドルのみに着目した分岐形の光フ
ァイバ１ｏであって、端面Ａを持つバンドル１４と、端
面Ｂを持つバンドル１２が、共通端１３で一緒になり、
端面Ｃではファイバ端ａｂ′とほぼ均等に分布した、い
わゆるランダム形である。ランダム形は、端面Ｃと対向
する試料面の間の作動距離の範囲が最も広く、膜厚測定
に適している方式の一つである。

第３図は、イメージ干渉計における出射分岐端１４と、
コリメータレンズ２２の構成例であり、マスク１６を用
いて出射アパーチャ１８を点光源に近付けれることによ
り、干渉縞のコントラストを高める事ができる。勿論、
アパーチャ１８の代りに、光ファイバのバンドル径を充
分小さくして用いてもかまわない。

第４図は、光ファイバを真空中で使用する例であって、
大気６０と真空且とは隔壁６Ｓで分離されている。光フ
ァイバの共通端１３はこの両性囲気を貫通するのである
から、光ファイバの部分から空気が漏れてはならない。

共通端バンドル１３は金属製のフランジ６１が接着剤６
２により気密に接合してあり、バンドル間も接着剤が充
てんされている。隔壁６５とフランジ６１は、真空機器
で常とう的に使用される○−リング６４で真空封止され
ているが、隔壁６５の貫通孔６６は共通端の先端部又は
最大径部より大きくする。又、光ファイバの保護管６３
．６７はフランジ６１で分離されており、真空中の保護
管６３は排気抵抗が低くなる様に適宜のすき間を設けて
いる。

第５図は、光ファイバ共通端１３の゛先端に円筒状のレ
ンズホルダ５７とレンズ５８を設けた例であって、被測
定試料５２に対する照射光５９を平行又は収斂させる事
により、適当な作動距離において比較的小さいスポット
径を得る事ができる。

この時レンズ５８は対物レンズに相当するが、スポット
径を縮小することが可能で、光ファイバのバンドル径５
６を試料表面膜５３に１対１から１０分の１程度に結像
すると考えるのがよい。ここで用いるレンズは１色収差
を除いたアクロマートレンズ等が望ましく、レンズホル
ダ５７の内外に貫通する適当な排気孔が設けられる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、膜厚測定部を白色光源やイメージ干渉
計の置かれる雰囲気と異なる雰囲気に置く事が可能であ
り、両者の相対位置、固定姿勢等には制限が存在しない
ため、各種の膜生成雰囲気中で容易に膜厚が測定できる
と云う効果がある。

更に、従来被測定試料を測定光学系の下に移動し、膜厚
測定されていたものを、光ファイバ先端を被測定試料の
方に屈曲移動してその場で測定する事ができるから、他
の作業と膜厚測定を同時に行う事も可能で、新しい機能
となり効率も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図は分岐形光
ファイバの説明図、第３図はイメージ干渉計のコリメー
ト光学系の説明図、第４図は気密封止用の光ファイバの
一実施例の斯面図、第５図は対物レンズを備えた光ファ
イバの説明図である。 ２・・・ランプ、４・・・集光レンズ、８・・・白色光
源、旦−＝分岐形光ファイバ、１２．１４・・分岐端、
１３・・・共通端、２０　＝−イメージ干渉計、３０・
・・光ダイオード配列、３５・・・ＡＤ変換器、４０・
・演算記憶装置、４５・・インタフェース、５０　・＝
膜厚測定部、６０−大気、６５・・隔壁。 １−　旨 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、白色光源と、空間に干渉縞を結像するイメージ干渉
   計と、該干渉縞を検出する光ダイオード配列と、該ダイ
   オード配列の出力である干渉図形から膜厚を求める計算
   処理手段とからなる干渉膜厚測定装置において、分岐形
   光ファイバの共通端が被測定膜面に対向し、２個の分岐
   端が前記白色光源と前記イメージ干渉計に光学的に結合
   して成り、膜厚測定部分とそれ以外の部分が光ファイバ
   を介して分離している事を特徴とする光ファイバ式干渉
   膜厚計。 ２、第１項において、イメージ干渉計が２個の偏光板と
   、その間に置かれたウオラストンプリズムと、第１の偏
   光板の前に置かれたコリメータと、第２の偏光板の後に
   置かれた結像光学系とからなる差動形偏光干渉計である
   ことを特徴とする光ファイバ干渉膜厚計。 ３、第１項または第２項において、分岐形光ファイバは
   各分岐端の素ファイバが、共通端に疑似ランダムな位置
   に現われるランダムファイバであることを特徴とする光
   ファイバ式干渉膜厚計。 ４、第１項ないし第３項のいずれか１項において、分岐
   形光ファイバの共通部分に気密性の接合によつて設けら
   れたフランジ部により真空封止を行い、真空中に置かれ
   た被測定膜を大気中の白色光源およびイメージ干渉計で
   測定することを特徴とする光ファイバ式干渉膜厚計。 ５、第１項ないし第４項のいずれか１項において、被測
   定膜に対向する光ファイバの共通端に照射光束を平行化
   もしくは収斂化させるレンズを具備してなることを特徴
   とする光ファイバ式干渉膜厚計。