JPH049704A - Optical interference film thickness measuring apparatus - Google Patents

Optical interference film thickness measuring apparatus

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JPH049704A
JPH049704A JP11375390A JP11375390A JPH049704A JP H049704 A JPH049704 A JP H049704A JP 11375390 A JP11375390 A JP 11375390A JP 11375390 A JP11375390 A JP 11375390A JP H049704 A JPH049704 A JP H049704A
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JP
Japan
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light
film thickness
wavelength
face
intensity
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Application number
JP11375390A
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Japanese (ja)
Inventor
Hajime Hirata
肇 平田
Katsumi Kimura
克己 木村
Jun Torikai
潤 鳥飼
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To improve the positional resolving power and to measure the film thickness with high accuracy by arranging an end face and the other end face of a photoconductive member in tight contact with a projecting surface of an image intensifier and a plane of incidence of a photoelectric converting element, respectively. CONSTITUTION:A light projecting from a white light source 1 passes through an entrance window 8 opened at a light condenser 7 to an object 6 to be measured via a polarizing plate 5 or the like. The condenser 7 and entrance window 8 work as a shielding body and an aperture, respectively. The condenser 7 is comprised of a supporting body 9 and an optical fiber 10. A light image passing through an image intensifier 16 and a photoconductive member 17 via a spectroscope 14 etc. at the other end face of the fiber 10 is input to a photodetecting element 18 and detected as the intensity of the light for every wavelength. A data processor 19 takes the intensity of the light for every wavelength, thereby obtaining the wavelength of a bright part or a dark part resulting from the interference phenomenon and operating the film thickness of the object 6 from a predetermined formula. If one end face of the member 17 and the other end face thereof are held in tight contact with a projecting surface of the intensifier 16 and a plane of incidence of the element 18 respectively, the intensity ratio of the spectroscopic bright and dark parts can be made larger.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、位置分解能に優れ、局所的な厚みむらが存
在する測定対象の膜厚の測定に好適な光干渉式膜厚測定
装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to an optical interference type film thickness measuring device that has excellent positional resolution and is suitable for measuring the film thickness of a measurement target in which local thickness unevenness exists.

(従来の技術) 例えば、高分子フィルムの膜厚を測定する装置には、そ
のフィルムによるβ線や赤外線の吸収を利用するように
したものが多いが、これらは何れも高精度な測定には向
かない。より高精度な測定には、例えば特開昭56−1
15905号公報や特開昭63−163]、05号公報
に開示されている、いわゆる光干渉式が採用される。
(Prior art) For example, many devices that measure the thickness of polymer films utilize the absorption of β-rays or infrared rays by the film, but these methods are not suitable for highly accurate measurements. Not suitable. For more accurate measurements, for example, JP-A-56-1
The so-called optical interference method disclosed in JP-A No. 15905, JP-A-63-163], and JP-A-05 is employed.

光干渉式膜厚測定装置は、平行な白色光がフィルムによ
って反射されまたは透過するときの、干渉現象による分
光強度の変化が、白色光の入射角と、フィルムの膜厚と
、屈折率とに依存することを利用し、上記反射光または
透過光の分光強度の変化を検出し、その変化から膜厚を
求めるものである。ところが、このような装置で、局所
的な厚みむらの存在するフィルムの膜厚を測定すると、
SN比が大きく低下するという問題がある。
Optical interference film thickness measurement equipment uses a method that detects changes in spectral intensity due to interference phenomena when parallel white light is reflected or transmitted by a film, depending on the incident angle of the white light, the film thickness, and the refractive index. By utilizing this dependence, changes in the spectral intensity of the reflected light or transmitted light are detected, and the film thickness is determined from the changes. However, when measuring the thickness of a film with local thickness unevenness using such a device,
There is a problem in that the SN ratio is greatly reduced.

すなわち、上記のような装置により分光強度の変化を検
出するということは、具体的には干渉現象による明部ま
たは暗部か、いかなる波長のときに生ずるかを知るとい
うことにほかならない。し5たがって、明部または暗部
の位置を高精度で検出するためには明部と暗部との強度
比、ずなわぢコントラストが充分に大きいことが必要に
なる。
That is, to detect a change in spectral intensity using the above-mentioned device is to know specifically whether it is a bright region or a dark region due to an interference phenomenon, and at what wavelength it occurs. Therefore, in order to detect the position of a bright area or a dark area with high precision, it is necessary that the intensity ratio and contrast between the bright area and the dark area be sufficiently large.

しかしながら、フィルムに照射した白色光の光像(以下
[スポット、(と呼ぶ)の領域内で厚さが変化するとい
った局所的な厚みむらが存在すると、十分なコントラス
トが得られなくなってしまう。
However, if there is local thickness unevenness such as a change in thickness within an optical image (hereinafter referred to as a spot) of white light irradiated onto the film, sufficient contrast cannot be obtained.

すなわち、スポット内の微小領域で反射または透過した
干渉光は、4その微小領域での厚さに対応した波長に明
部と暗部をt)つが、スポット内でこの厚さに分布があ
ると、明部と暗部に関して分布を持った分光強度が重な
ってコントラストが大きく低下し5てし7まい、この結
果、正確な測定ができなくなる。
In other words, the interference light reflected or transmitted by a minute area within the spot has bright and dark areas at wavelengths corresponding to the thickness of that minute area.If there is a distribution of this thickness within the spot, then The spectral intensities with distributions in bright areas and dark areas overlap, resulting in a significant decrease in contrast, and as a result, accurate measurements cannot be made.

また、こうして測定し7た厚さはスポット内の代表的厚
さであり、スポット内での細かい厚さ分布はキャンセル
されてしまい位置分解能の悪い測定しかできない。
Further, the thickness measured in this manner is a typical thickness within the spot, and the fine thickness distribution within the spot is canceled out, making it possible to only measure with poor positional resolution.

実際、[J金より溶融吐出して製造し、た高分子フィル
ムでは、口金用1]付近にイ・4着しまた異物などの影
響でフィルムの長丁、力向に筋状に、凸または凹の厚さ
むらを生ずる、コ、とがある。この筋は、製造されたフ
ィルムの品質に大きく影響を与え、従−〕て、この形状
を幅方向に定量的に測定するごとは重要である3、 この筋は、例えば輪?、〜3n+m、凸部の高さ(凹部
の低ざ)が0.15μm以十のものであるが、例えば、
特開昭63−16311’、)5公報に開示されている
光干渉式膜厚測定装置のように8mmのスポット径では
この厚さむら形状は測定できないばかりでなく、干渉波
形のコントラストがなくなり、厚さそのものも測定でき
ない。
In fact, in the polymer film manufactured by melting and discharging from J gold, there are deposits of A and 4 near the mouthpiece 1, and due to the influence of foreign substances, the length of the film is streaked in the direction of force, convex or There is a ``ko'' that causes uneven thickness of the concave. These lines have a great influence on the quality of the produced film, so it is important to quantitatively measure this shape in the width direction3. , ~3n+m, and the height of the convex portion (the height of the concave portion) is 0.15 μm or more, for example,
Not only is it impossible to measure this thickness unevenness with a spot diameter of 8 mm using the optical interference type film thickness measuring device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-16311', )5, but also the contrast of the interference waveform is lost. The thickness itself cannot be measured.

一方、光干渉式膜1す測定装置においては、スポットの
面積がSN比に影響する。すなわち、フィルムで反射(
または透過)する光量はスポットの面積に比例し、これ
によ−〕で分光器に導かれる光量も変化する。
On the other hand, in an optical interference film measuring device, the area of the spot affects the S/N ratio. In other words, it is reflected by the film (
The amount of light transmitted (or transmitted) is proportional to the area of the spot, and the amount of light guided to the spectrometer changes accordingly.

このためスポット面積を小さくすると分光器に導かれる
光量も減少し、分光器出力もこれに比例し、て小さくな
る。ところが信号処理部のSN比には変化がないため、
装置全体としてのSN比が悪化する。これを補うために
入射光の強度を高めることが考えられる。
Therefore, when the spot area is reduced, the amount of light guided to the spectroscope is also reduced, and the output of the spectrometer is proportionally reduced. However, since there is no change in the S/N ratio of the signal processing section,
The SN ratio of the entire device deteriorates. In order to compensate for this, it is possible to increase the intensity of the incident light.

しかしながら、平行光をつくるために一般に用いられる
ピンホールレンズ系では、強度を高めるためにピンホー
ル径を大きくすると、光の平行度が低下し、干渉のコン
トラストが悪くなる。
However, in pinhole lens systems commonly used to create parallel light, increasing the pinhole diameter to increase the intensity reduces the parallelism of the light and deteriorates the interference contrast.

また、光源のランプ強度についても、出力の高いランプ
は一般にフィラメント部を大きくすることでつくられて
おり、フィラメント単位面積当たりの強度が高いわけで
はないので、ピンホールによってこの効果は失われる。
Regarding the lamp intensity of the light source, high-output lamps are generally made by making the filament part larger, and since the intensity per unit area of the filament is not high, this effect is lost due to pinholes.

しかも、フィラメント単位面積当たりの強度を高めるこ
とはランプの寿命を著しく短くさせるため実用的ではな
い。
Moreover, increasing the strength per unit area of the filament is not practical because it significantly shortens the life of the lamp.

一方、分光器中の光電変換素子の出力の増幅率を高くし
たとしても、暗電流、熱雑音等のノイズ分も増幅するこ
とになり、結果的にSN比を改善することにはならない
。従って、従来の光干渉式膜厚測定装置では、細かい厚
さむらを精度良く測定覆ることはできなかった。
On the other hand, even if the amplification factor of the output of the photoelectric conversion element in the spectrometer is increased, noise such as dark current and thermal noise will also be amplified, and the S/N ratio will not be improved as a result. Therefore, with the conventional optical interference type film thickness measuring device, it has not been possible to accurately measure and cover fine thickness unevenness.

(発明が解決しようとする課題) 、二の発明の目的は、従来の装置のト記欠点を解決し、
測定対象が局所的な厚みむらをもつものであっても、明
部と暗部とのコントラストを大きくすることができ、高
精度な測定を位置分解能よく行なうことができる光モ渉
式膜厚測定装置を提供するにある。
(Problem to be solved by the invention) The second purpose of the invention is to solve the above drawbacks of the conventional device,
Optical beam thickness measurement device that can increase the contrast between bright and dark areas even if the object to be measured has local thickness unevenness, and can perform highly accurate measurements with good positional resolution. is to provide.

(課題を解決するための手段) に配置的を達成するためにこの発明においては、平行な
白色光を一定の入射角で測定対象に入射させ、その測定
対象による反射光または透過光を分光器に導き、その分
光強度を検出して測定対象の膜厚を測定するようにした
装置であって、前記白色光の入射光路上に測定対象に照
射する光束の外形を規制する孔を有する遮蔽体を配置し
、かつ、前記分光器は、イメージインテンシファイヤと
、光ファイバを複数本束ねて成形した光伝導部材と2光
電変換素子とを備え、前記光伝導部材の一方の端面を前
記イメージインテンシファイヤの出射面に、他方の端面
を前記光電変換素子の入射面にそれぞれ密着させて配置
したことを特徴とする光干渉式膜厚測定装置が提供され
る。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the arrangement, in this invention, parallel white light is made incident on the measurement object at a constant angle of incidence, and the reflected light or transmitted light from the measurement object is collected using a spectrometer. The device is configured to measure the film thickness of the measurement target by guiding the white light to the target and detecting its spectral intensity, the shielding body having a hole on the incident optical path of the white light for regulating the outer shape of the light beam irradiated onto the measurement target. and the spectrometer includes an image intensifier, a photoconductive member formed by bundling a plurality of optical fibers, and two photoelectric conversion elements, and one end surface of the photoconductive member is connected to the image intensifier. An optical interference type film thickness measuring device is provided, characterized in that the tensifier is disposed on the output surface of the tensifier with the other end surface in close contact with the entrance surface of the photoelectric conversion element.

(作用) 平行な白色光は遮蔽体の孔で光束の外形が規制され、一
定の入射角で測定対象に入射される。測定対象上のスポ
ットは、遮蔽体の孔の形を投影したものとなる。入射さ
れた光は測定対象で反射(または透過)されるが、その
際、干渉現象により周波数成分の強度が変化する。この
光は分光器に入射され、周波数に従った位置に分光され
る。
(Function) The outer shape of the parallel white light is regulated by the hole in the shielding body, and the parallel white light is incident on the measurement target at a constant angle of incidence. The spot on the measurement target is a projection of the shape of the hole in the shield. The incident light is reflected (or transmitted) by the measurement target, and at this time, the intensity of the frequency component changes due to an interference phenomenon. This light is incident on a spectroscope and is separated into positions according to frequency.

干渉現象の各周波数の強度変化は、各位置の強度変化す
なわち、光の像となる。
The intensity change at each frequency of the interference phenomenon results in an intensity change at each position, that is, an image of light.

この光の像は、イメージインテンシファイヤで増幅され
、イメージインテンシファイヤの出射面から光伝導部材
の一方の端面に入り、各光フアイバ内を他に分散するこ
となく伝播し、他方の端面に光像を保持したまま出力さ
れ、受光素子に入力される。この間、光はレンズ系によ
る分散などがなく、光ファイバによる僅かな減衰のみで
受光素子に入力される。受光素子は、予め位置−波長の
対応材をしておくことにより、波長毎の強度すなわち、
分光強度を測定することができる。
This light image is amplified by the image intensifier, enters one end face of the photoconductive member from the output surface of the image intensifier, propagates within each optical fiber without being dispersed, and reaches the other end face. The light image is output while being held and input to the light receiving element. During this time, the light is not dispersed by the lens system and is input to the light receiving element with only slight attenuation caused by the optical fiber. The light-receiving element has a position-wavelength correspondence material in advance, so that the intensity of each wavelength can be adjusted as follows:
Spectral intensity can be measured.

こうして分光された光の強度変化は、周知のように、入
射角と測定対象の屈折率とが一定であれば測定対象の膜
厚に依存する。したがって、入射角θを一定に維持し、
測定対象の屈折率nを予め測定しておくことにより、反
射光の分光強度の変化から次式により膜厚を求めること
ができる。
As is well known, the change in the intensity of the light thus separated depends on the film thickness of the object to be measured if the incident angle and the refractive index of the object to be measured are constant. Therefore, keeping the incident angle θ constant,
By measuring the refractive index n of the object to be measured in advance, the film thickness can be determined from the change in the spectral intensity of the reflected light using the following equation.

d = 1 / [[2(n ” −5in”θ)1′
町× (λ、×λ□+/(λ、−λ、、I)l ]・・
・(1)ここに、dは測定すべき膜厚を、λ1、λ、+
1(λ、〉λ□1)は相隣合う明部または暗部(ピーク
)の波長を表す。
d = 1 / [[2(n''-5in''θ)1'
Town × (λ, ×λ□+/(λ, −λ,,I)l ]・・
・(1) Here, d is the film thickness to be measured, λ1, λ, +
1 (λ, >λ□1) represents the wavelength of adjacent bright or dark areas (peaks).

(実施例) 以下、この発明を一実施例に基づいて詳細に説明する。(Example) Hereinafter, this invention will be explained in detail based on one embodiment.

第1図は、偏光子を入射光路上に配置し、かつ測定対象
からの反射光を受光するようにしたこの発明の装置の構
成を示すものである。
FIG. 1 shows the configuration of an apparatus of the present invention in which a polarizer is disposed on the incident optical path and receives reflected light from the object to be measured.

第1図において、白色光源1から8射した光は、コンデ
ンサレンズ2、ピンホール板3、コリメータレンズ4、
偏光板(偏光子)5を通り、更に後述する集光器7に開
けられた入射窓8を通って測定対象(フィルム)6に導
かれるようになっている。この集光器7および入射窓8
は、それぞれ遮蔽体と孔の役割を果たすものである。尚
、入射窓の大きさは直径2mmの丸孔とした。通常、3
mm以下の丸孔とする。
In FIG. 1, eight lights emitted from a white light source 1 are transmitted through a condenser lens 2, a pinhole plate 3, a collimator lens 4,
The light passes through a polarizing plate (polarizer) 5 and further passes through an entrance window 8 formed in a condenser 7, which will be described later, to be guided to a measurement target (film) 6. This concentrator 7 and entrance window 8
serve as a shield and a hole, respectively. The size of the entrance window was a round hole with a diameter of 2 mm. Usually 3
A round hole with a diameter of mm or less.

白色光源1としては、タングステンランプ、キセノンラ
ンプ、ハロゲンランプなどを使用することができる。ま
た、遮蔽体は、独立したものでなくても構わず、別の要
素の入射光路上に孔をあけたものでも良い。
As the white light source 1, a tungsten lamp, a xenon lamp, a halogen lamp, etc. can be used. Further, the shielding body does not need to be an independent one, and may be one with a hole formed on the incident optical path of another element.

測定対象6には、集光器7が対向して配置されている。A light condenser 7 is placed facing the measurement target 6 .

この集光器7は、測定対象6上の膜厚を測定すべき点に
曲率中心をもち前記入射窓8が穿設された半球状の支持
体9と、多数の光ファイバ10からなり、各光ファイバ
10の各一端は支持体9に穿設された孔に一体的に嵌合
固定され、各他端は束ねられて固定されている。全ての
光ファイバ10の各一端は、繊維軸が測定対象6上の膜
厚を測定すべき点すなわち、支持体9の曲率中心を向く
ように固定されている。
This condenser 7 consists of a hemispherical support 9 having a center of curvature at the point at which the film thickness on the measurement target 6 is to be measured and in which the entrance window 8 is bored, and a number of optical fibers 10. Each one end of the optical fiber 10 is integrally fitted and fixed into a hole bored in the support body 9, and each other end is bundled and fixed. One end of each optical fiber 10 is fixed such that the fiber axis faces the point at which the film thickness on the measurement object 6 is to be measured, that is, the center of curvature of the support 9.

集光器7の後方には、各光ファイバ10の他端面に対向
して分別用レンズ11が配置され、更に、分別用レンズ
11の後方に抽出用ピンホール板12、コリメータレン
ズ13、分光器14、結像レンズ15、イメージインテ
ンシファイヤ16、ファイバプレート(光伝導部材)1
7、受光素子例えば、リニアイメージセンサ18が、こ
の順序で配置されている。
Behind the condenser 7, a sorting lens 11 is arranged facing the other end surface of each optical fiber 10, and further behind the sorting lens 11, an extraction pinhole plate 12, a collimator lens 13, and a spectroscope are arranged. 14, imaging lens 15, image intensifier 16, fiber plate (light conductive member) 1
7. Light receiving elements, such as the linear image sensor 18, are arranged in this order.

分光器14としては、平面回折格子のような回折格子型
のものや、プリズム型のものなどを使用することができ
る。ファイバプレート17としては、例えば、直径6μ
m程度の光ファイバを複数本束ねて成形した板材を用い
る。また、イメージインテンシファイヤ16の出射面と
ファイバプレート17は、好ましくは透明のグリースな
どを介して密着させる。また、リニアイメージセンサ1
8とファイバブレー川・17とも密着さぜ、好ま(−<
はファイバブレー!・17とリニアイメージセンサ18
とを一体化したものを使用4″′る3、 さて、上述した装置の作用を説明するに、白色光源1か
ら出射した白色光は、コンデンサレンズ2によってピン
ホール板3のピンホールに集光され、さらにコリメータ
レンズ4によって平行にされた後、偏光板5によってP
波成分またはS波成分の振動方向をも一つ直線偏光のみ
となり、これが集光器7の入射窓8を通って、測定対象
6上の測定すべき点に入射される。このとき光束は入射
窓8によって2 m、m径のスポットに絞られる。
As the spectrometer 14, a diffraction grating type one such as a plane diffraction grating, a prism type one, etc. can be used. For example, the fiber plate 17 has a diameter of 6μ.
A plate material made by bundling a plurality of optical fibers with a diameter of approximately 1.5 m is used. Further, the output surface of the image intensifier 16 and the fiber plate 17 are preferably brought into close contact with each other via transparent grease or the like. In addition, linear image sensor 1
8 and Fiberbrae River/17 are in close contact, I like it (-<
Fiber Brake!・17 and linear image sensor 18
Now, to explain the operation of the above-mentioned device, the white light emitted from the white light source 1 is focused by the condenser lens 2 onto the pinhole of the pinhole plate 3. After being made parallel by the collimator lens 4, P is
The vibration direction of the wave component or S-wave component becomes only linearly polarized light, which passes through the entrance window 8 of the condenser 7 and is incident on the point to be measured on the measurement object 6. At this time, the light beam is focused by the entrance window 8 into a spot of 2 m and a diameter of m.

測定対象6−Lに入射された光は、該測定対象6によっ
て反射されるが、その際、干渉現象によ−)で第2図に
示すように分光強度1に変化ができる。
The light incident on the measurement object 6-L is reflected by the measurement object 6, and at this time, due to an interference phenomenon, the spectral intensity can change to 1 as shown in FIG.

この変化は、前述したよ・)に光の入射角θと測定対象
の屈折率nが一定であれば該測定対象6の膜厚dに依存
し7でいる。
This change depends on the film thickness d of the measurement object 6 and is 7 if the incident angle θ of the light and the refractive index n of the measurement object 6 are constant as described above.

ところで、測定対象6に入射した光は、通常正反射され
るが、測定対象にしわがあったり、1: −T:の動き
や傾きかある場合には、反射方向か変動し。
Incidentally, the light incident on the measurement object 6 is normally reflected specularly, but if the measurement object has wrinkles or has a movement or inclination of 1:-T:, the direction of reflection may vary.

たり、反射光が拡散ニアたりする、しかしながら、この
実施例では多数の光ファイバIOの各=一端の繊維軸が
、測定対象6の測定すべき点を向(ように配列さオフて
構成されr、いる集光器7を使用しているために極めて
効率的な受光がili]能となる5、さて、反射光は、
分別用レンズ11に導かれ、史に抽出用ピンホール板1
2のピンホールに導かれる、分別用レンズ11は、各光
ファイバlOの各他端からの出射光のうちの同〜・方向
の成分のみを抽出用ピンホール板12の位置として分別
する。そし2て、抽出された反射光は、クリメータレン
ズ13によって平行光にされた後分光器14に導かれて
分光;され、同−平面を形成する各波長毎の光に分離さ
れる。
However, in this embodiment, the fiber axes of each end of a large number of optical fibers IO are arranged so that the point to be measured on the measurement object 6 is directed. , extremely efficient light reception is possible because the condenser 7 is used.
Guided by the separation lens 11, the extraction pinhole plate 1
The sorting lens 11 guided by the second pinhole separates only the components in the same direction of the light emitted from each other end of each optical fiber 10 at the position of the extraction pinhole plate 12. Then, the extracted reflected light is made into parallel light by a cremeter lens 13, and then guided to a spectroscope 14 where it is separated into light beams of each wavelength forming the same plane.

分光器14から出射;7た光は、結像レンズ15により
イメージインテンシファイヤ16−に、:に結像され、
干渉現象によって生じた明部、暗部を有する光が増幅さ
れ出射面に光像となって現れる。
The light emitted from the spectrometer 14 is focused on the image intensifier 16 by the imaging lens 15, and
Light having bright and dark areas generated by the interference phenomenon is amplified and appears as a light image on the output surface.

この光は密着して配設されたファイバプレート17の−
・端面に入射されるが、このとき該ファイバブレー;・
17を構成する各光ファイバの一端面に入射された各光
は、2」応する光フアイバ内だけを透過して各他端面に
出力されるため、光像はほとんどぞのままの強度比でフ
ァイバプレー目7の他端面に出力される。ファイバプレ
ート17の代わりにレンズを用いて結像させる場合は、
光の強度が数分の1から数十分の1に大きく減衰する。
This light is transmitted to the -
・It is incident on the end face, but at this time the fiber break;・
Each light incident on one end face of each optical fiber constituting 17 is transmitted only through the corresponding optical fiber and output to the other end face, so the light image has almost the same intensity ratio. It is output to the other end face of the fiber play eye 7. When imaging using a lens instead of the fiber plate 17,
The intensity of the light is greatly attenuated from a fraction to several tenths.

しかしながら、ファイバプレート17を使用した場合は
、光ファイバの端面や内部での僅かな減衰のみである。
However, when the fiber plate 17 is used, there is only slight attenuation at the end face or inside the optical fiber.

こうし7てファイバブレー)−17を透過した光像は、
そのままリニアイメージセンサ18に入力されて波長毎
の光の強度として検出される。データ処理装置19は、
この検出し7た波長毎の光の強度を取り込み、干渉現象
によって生じた明部または暗部の波長を求め、これに依
存するものとして前述し、た式(1)から後述する膜厚
演算法に従って測定対象6の膜厚dを演算する。
In this way, the light image transmitted through the fiber brake)-17 is
The light is directly input to the linear image sensor 18 and detected as the intensity of light for each wavelength. The data processing device 19 is
The intensity of the detected light for each wavelength is taken in, and the wavelength of the bright or dark area caused by the interference phenomenon is determined. The film thickness d of the measurement object 6 is calculated.

第3図及び第4図はこの発明の装置による波長λ(nm
)と、分光強度■との関係を示す測定例を、第5図及び
第6図はスポット径8mmの従来装置による波長λ (
nrn)と、分光強度Iとの関係を示り″測定例である
。第3図及び第5図はフィルムの平坦部を測定したもの
であり、第4図及び第(5図は白ずし2と呼ばれる局部
的19みむらのある部分を測定し、た場合である。測定
対象は、いずれもポリエステルフィルムで、触針式厚ろ
計によって測定し。
FIGS. 3 and 4 show the wavelength λ (nm
) and the spectral intensity ■. Figures 5 and 6 show measurement examples showing the relationship between the wavelength λ (
nrn) and the spectral intensity I. This is a measurement example. Figures 3 and 5 are measurements of the flat part of the film, and Figures 4 and 5 are measurements of the flat part of the film. This is a case in which a portion with local 19-dimensional unevenness called 2 was measured.The objects to be measured were all polyester films, and the measurements were made using a stylus-type thickness meter.

た厚ろが13.6μn1のものである。The thickness was 13.6 μn1.

これらの例では、実際に検出された分光強度を、装置に
固有の分光特性、ずなわぢ光源1、分光器14、リニア
イメージセンサ18などの固有の分光特性によって正規
化し、干渉現象にJ、って受ける分光強度の変化のみを
取り出している。この方法については後述する。
In these examples, the actually detected spectral intensity is normalized by the spectral characteristics specific to the device, the Zunawaji light source 1, the spectrometer 14, the linear image sensor 18, etc., and the interference phenomenon is Only the changes in spectral intensity received by the light are extracted. This method will be described later.

なお、白色光源lには100Wのハロゲンランプを使用
した。光フフイバlOには、直径1mmのプラスチック
製のものを使用し、これを第1図に示したように600
本配列しまた。更に、分光器14には、ブレーズ波長が
750nm 、溝数が1200本、/ mmの平面回折
格子を使用した。また、リニアイメージセンサ18とし
ては、1024ビツトのPCD(Pla、sma Co
upledDevice>素子を使用した。
Note that a 100 W halogen lamp was used as the white light source 1. A plastic optical fiber with a diameter of 1 mm is used as the optical fiber lO.
This book is also arranged. Furthermore, the spectrometer 14 used a plane diffraction grating with a blaze wavelength of 750 nm and a groove count of 1200/mm. Further, as the linear image sensor 18, a 1024-bit PCD (Pla, sma Co
<upledDevice> element was used.

従来装置では、局部的な厚みむらがあると、分光強度の
明部と暗部との強度比、すなわちコントラストが殆どな
くなり、これから厚さ計算をすることができないのに対
し、本発明の装置では、山部、谷部が検出できるように
なり、厚さが測定できる。また、平坦部においてもコン
トラストが改善されていることがわかる。
In the conventional device, if there is local thickness unevenness, the intensity ratio between the bright and dark portions of the spectral intensity, that is, the contrast, almost disappears, making it impossible to calculate the thickness from this, but with the device of the present invention, The peaks and valleys can now be detected and the thickness can be measured. It can also be seen that the contrast is improved even in flat areas.

次に、データ処理装置I9における膜厚演算法について
詳述する。
Next, the film thickness calculation method in the data processing device I9 will be described in detail.

第7図は本発明におけるデータ処理装置19の内部の構
成を示し、バッファアンプ20、A/D変換器21、マ
イクロコンピュータ22、イメージセンサ駆動回路23
および図示しない入出力装置、記憶装置等により構成さ
れている。
FIG. 7 shows the internal configuration of the data processing device 19 in the present invention, including a buffer amplifier 20, an A/D converter 21, a microcomputer 22, and an image sensor drive circuit 23.
It also includes an input/output device, a storage device, etc. (not shown).

第8図は、データ処理装置19における演算処理のフロ
ーチャートである。
FIG. 8 is a flowchart of arithmetic processing in the data processing device 19.

演算処理は大きく分けて、−点鎖線A、B、Cで囲んだ
ように、 (a)  サンプルを測定する前に行なってお(ブラン
クデータの測定(A) (b)  測定条件(予想膜厚)の入力(B)(C) 
 膜厚測定ルーチン(C) の3部により構成されている。
The calculation processing can be broadly divided into - as shown by the dashed lines A, B, and C. ) input (B) (C)
It consists of three parts: film thickness measurement routine (C);

ここで、ブランクデータとは第1図に示す測定系におい
て測定対象6の代わりに適当な反射板を置き測定した光
学系全体の分光特性のことをいう。
Here, blank data refers to the spectral characteristics of the entire optical system, which is measured by placing a suitable reflector in place of the measurement object 6 in the measurement system shown in FIG.

すなわち、通常の光学系では一般に光源、分光器、イメ
ージセンサ等が各々分光特性をもつので光学系全体とし
て成る分光パターンを持つ。このため、測定されたデー
タは光学系の分光特性(こ、薄膜の干渉によって生じる
分光波形が重畳したものとなって測定される。そこで、
測定対象6の干渉に由来する分光強度の波形を得るため
には、予めブランクデータを測定しておき、サンプルに
より得られた測定データを割り算して光学系全体の分光
特性の影響を除く必要がある。
That is, in a normal optical system, the light source, spectroscope, image sensor, etc. each have their own spectral characteristics, so the optical system as a whole has a spectral pattern. Therefore, the measured data is measured as a superimposition of the spectral characteristics of the optical system (the spectral waveform caused by the interference of the thin film).
In order to obtain the waveform of the spectral intensity resulting from the interference of the measurement target 6, it is necessary to measure blank data in advance and remove the influence of the spectral characteristics of the entire optical system by dividing the measured data obtained by the sample. be.

以下に第8図のフローチャートに基づいて実際の手順を
説明する。
The actual procedure will be explained below based on the flowchart shown in FIG.

まず、ブランクデータ(ステップ1)の測定であるが、
測定対象6と同じ材質で作られ、かつ干渉現象の影響を
受けない程度の充分厚い板を用意し、それを測定対象6
の位置に置き測定する。このブランク測定は、膜厚測定
開始前に行ない記憶装置に記憶しておく。
First, the blank data (step 1) is measured.
Prepare a plate made of the same material as measurement object 6 and thick enough to be unaffected by interference phenomena, and place it as measurement object 6.
Place it in the position and measure. This blank measurement is performed before starting the film thickness measurement and is stored in the storage device.

このときの反射板はミラーでもよいが、ミラーとサンプ
ルとでは反射率が大きく異なるためにサンプル測定時の
ダイナミックレンジが狭くなる。
The reflecting plate at this time may be a mirror, but since the mirror and the sample have significantly different reflectances, the dynamic range when measuring the sample becomes narrow.

従って、反射板は、サンプルと同一素材の板を用いるこ
とが好ましい。
Therefore, it is preferable to use a plate made of the same material as the sample as the reflecting plate.

また、ブランク測定は測定開始前に行なうが、光源ラン
プの経時変化などを補償するために定期的に再測定する
ことが好ましい。第9図にブランクデータの測定例を示
す。
Although blank measurements are performed before starting measurement, it is preferable to periodically re-measure to compensate for changes in the light source lamp over time. FIG. 9 shows an example of measurement of blank data.

次に測定条件の入力であるが、測定対象6の予想される
おおよその膜厚を入力(ステップ2)し、この予想膜厚
に基づいて極値検索時の分割ピッチを計算(ステップ3
)する。この分割ピッチは、膜厚に応じて、干渉波形の
周期を一定の分割数(約10分割)となるように定めた
値である。
Next, enter the measurement conditions by inputting the approximate expected film thickness of the measurement object 6 (step 2), and calculating the dividing pitch for extreme value search based on this expected film thickness (step 3).
)do. This division pitch is a value determined so that the period of the interference waveform is divided into a constant number (approximately 10 divisions) according to the film thickness.

更に、予想膜厚から、次式で与える予想波数間隔Weを
計算(ステップ3)する。
Further, from the expected film thickness, an expected wave number interval We given by the following equation is calculated (step 3).

ここに、nは屈折率、θは入射角、teは予想膜厚を表
す。
Here, n represents the refractive index, θ represents the incident angle, and te represents the expected film thickness.

Weは、隣合う極大(小)値の波数間隔を予想するもの
で、干渉光の分光波形の極値検出後に、波形の中で精度
よく膜厚が測定できる正常部位の判定に用いる。
We predicts the wave number interval between adjacent maximum (minimum) values, and after detecting the extreme value of the spectral waveform of interference light, it is used to determine a normal part of the waveform where the film thickness can be measured with high accuracy.

次に膜厚測定ルーチンの説明を行なう。Next, the film thickness measurement routine will be explained.

第8図に示す様に膜厚測定ルーチンは次の手順で行なわ
れる。
As shown in FIG. 8, the film thickness measurement routine is performed in the following steps.

(a)  分光強度測定 (b)  平滑化 (C)正規化 (d)  差分データ作成 (e)  極値区間検出 げ)極値位置内挿 (g)  正常部位の抽出 fh、)  膜厚演算 以下、各ブロックの機能を詳細に説明する。(a) Spectral intensity measurement (b) Smoothing (C) Normalization (d) Create differential data (e) Extreme value interval detection ) Extreme value position interpolation (g) Extraction of normal parts fh,) Film thickness calculation The functions of each block will be explained in detail below.

分光強度測定ルーチンではデータ処理装置19のマイク
ロコンピュータ22(第7図)の指令によりイメージセ
ンサ18の出力を順次A/D変換器21で読み取り(ス
テップ4)、生の測定データとする。
In the spectral intensity measurement routine, the outputs of the image sensor 18 are sequentially read by the A/D converter 21 according to instructions from the microcomputer 22 (FIG. 7) of the data processing device 19 (step 4), and are used as raw measurement data.

次に平滑化(ステップ5)を行なう。平滑化には様々の
手法があるが、単純な移動平均の様に短時間で行なえる
ものが好ましい。また、移動平均を取るポイント数を2
”  (n=1.2、・・・)に選んでおけば割算をビ
ットシフトで行なうことができるために高速化の点で好
ましい。また、この時リニアイメージセンサ18の有効
部分以外の所を覆って光に感じない様にしたダークセル
を作っておき、各々の出力からこのダークセルの出力を
差し引けばリニアイメージセンサ18の暗電流補償を行
なうことができるので好ましい。
Next, smoothing (step 5) is performed. There are various methods for smoothing, but it is preferable to use one that can be performed in a short time, such as a simple moving average. Also, set the number of points to take the moving average to 2.
” (n=1.2, . . .), it is preferable in terms of speeding up because the division can be performed by bit shifting. It is preferable to create a dark cell that covers the sensor so that it is not sensitive to light, and then subtracts the output of this dark cell from each output to compensate for the dark current of the linear image sensor 18.

この様にして平滑化されたデータを平滑化データと呼ぶ
。次に、前もって測定しておいたブランクデータで平滑
化データを、セル番号を対応させて割算して正規化(ス
テップ6)する。このとき、精度を落とさずに高速で割
算を行なうために平滑化データを2′倍(n−8,9、
・・・、この操作もビットシフトで行なう)しておき整
数どうしの割算とする。得られたデータを正規化データ
と呼ぶ。
Data smoothed in this way is called smoothed data. Next, the smoothed data is normalized by dividing it by blank data measured in advance by corresponding cell numbers (step 6). At this time, the smoothed data is multiplied by 2' (n-8, 9,
..., this operation is also performed by bit shifting) and then divides the integers. The obtained data is called normalized data.

第10図及び第11図に触針式厚み計によって測定した
厚みが14.6μmのポリエステルフィルムを測定した
場合の平滑化データ及び正規化データの例を示す。
FIGS. 10 and 11 show examples of smoothed data and normalized data when a polyester film having a thickness of 14.6 μm was measured using a stylus thickness meter.

次に、差分データの作成(ステップ7)であるが、前も
って定めておいた分割ピッチおきに正規化データをスキ
ャンして差分データを作る。正規化データの有効分の最
初に対応するセルの番号を1とし、最後に対応するセル
の番号をNとすると、5番目(I≦J≦(N−1)/h
)の差分データD (J)は次式で定義される。
Next, in the creation of difference data (step 7), the normalized data is scanned at predetermined division pitches to create difference data. If the number of the cell corresponding to the beginning of the valid portion of normalized data is 1 and the number of the cell corresponding to the end is N, then the fifth (I≦J≦(N-1)/h
) difference data D (J) is defined by the following equation.

D(1)=S (1+Jxh) −3(1+(J−1) xh)   ・・・(3)ここ
に、S (N)はセル番号Nの正規化データ、hは分割
ピッチを表す。
D(1)=S (1+Jxh) -3(1+(J-1) xh) (3) Here, S (N) represents normalized data of cell number N, and h represents the division pitch.

次に差分データに基づいて極値存在区間を検出(ステッ
プ8)する。極大値は、微分係数が正から負へ変化した
点であるので、上式(3)で求めた差分データの符号の
変化より極値の存在区間が検出できる。第12図に差分
データ作成フローチャートを示す。
Next, an extreme value existence section is detected based on the difference data (step 8). Since the local maximum value is the point where the differential coefficient changes from positive to negative, the area where the local value exists can be detected from the change in the sign of the difference data obtained by the above equation (3). FIG. 12 shows a flowchart for creating differential data.

第12図において、正規化データの有効分の1番目に対
応するセル番号を1に、5番目に対応するセル番号をO
に設定(ステップ1)した後、セル番号■に予想膜厚に
よって定まる分割ピッチhを加えた値が正規化データの
有効分の最後に対応するセル番号Nよりも小さい(1+
h≦N)か否かを判別(ステップ2)する。このステッ
プ2の判別答が肯定(Yes)のときには番号Jを1だ
け進め(ステップ3)、5番目の差分データD(1)を
1番目の正規化データ5(1)と(1+h)番目の正規
化データS (1+h)とにより演算(ステップ4)す
る。次いで、セルの番号Iを1だけ進めて(ステップ5
)ステップ2に戻る。かかる演算を繰り返し、ステップ
2の判別答が否定(No)となると、差分データの数D
maxをJに設定(ステップ6)して演算を終了する。
In Figure 12, the cell number corresponding to the first valid portion of the normalized data is 1, and the cell number corresponding to the fifth valid portion is O.
(Step 1), the value obtained by adding the division pitch h determined by the expected film thickness to the cell number ■ is smaller than the cell number N corresponding to the end of the valid part of the normalized data (1+
h≦N) (step 2). When the discriminant answer in step 2 is affirmative (Yes), the number J is advanced by 1 (step 3), and the 5th difference data D(1) is divided between the 1st normalized data 5(1) and the (1+h)th Calculation is performed using the normalized data S (1+h) (step 4). Next, advance the cell number I by 1 (step 5
) Return to step 2. When such calculations are repeated and the discriminant answer in step 2 is negative (No), the number of differential data D
Set max to J (step 6) and end the calculation.

次に、極値存在区間の前後のデータを用いて極値位置を
内挿することにより極値位置を検出(ステップ9)する
Next, the extreme value position is detected by interpolating the extreme value position using data before and after the extreme value existing section (step 9).

通常は差分データの符号が変化した分割ピッチ刻みの3
点のデータを用いて2次補間すれば充分である。この補
間により極値の位置をシメージセンサ18のセルの間も
含めて決定出来る。
Normally, the sign of the difference data changes by 3 division pitch increments.
It is sufficient to perform quadratic interpolation using point data. By this interpolation, the position of the extreme value can be determined including between the cells of the image sensor 18.

この極値の位置を読み換えるためには前もってイメージ
センサI8のセル番号と波長との対応関係を知る必要が
ある。この対応はブランクデータ測定時に反射板の上に
波長既知の干渉フィルタを置いて測定し、そのピーク位
置を求めることにより知ることが出来る。
In order to reread the position of this extreme value, it is necessary to know in advance the correspondence between the cell number of the image sensor I8 and the wavelength. This correspondence can be determined by placing an interference filter with a known wavelength on the reflection plate when measuring blank data, and determining the peak position.

次に正常部位の抽出方法(ステップ10)について詳述
する。
Next, the normal region extraction method (step 10) will be described in detail.

前記手順によって求めた極値には次のような誤判定の可
能性がある。
There is a possibility of the following erroneous judgments in the extreme values obtained by the above procedure.

(a)  電気的、光学的ノイズが重畳していると、そ
のノイズを極値と誤判定してしまう。
(a) If electrical and optical noise are superimposed, the noise will be incorrectly determined to be an extreme value.

(b)  測定対象の局所的厚みむら、しわ等の要因に
より干渉光の分光強度波形が局所的に歪みを生じ、本来
の極値とは異なった値を極値と判定してしまう。
(b) The spectral intensity waveform of the interference light is locally distorted due to factors such as local thickness unevenness and wrinkles of the measurement target, and a value different from the original extreme value is determined to be the extreme value.

(C)  波形に歪みが生じた部分の極値が検出されず
に欠落してしまい、本来隔たった極値を隣りどうしと誤
判定してしまう。
(C) Extreme values in a portion where the waveform is distorted are not detected and are omitted, resulting in erroneous determination that extreme values that were originally separated are adjacent to each other.

特に、本装置のように局所むらのある測定対象物を小径
のスポットで測定する場合にはこれら誤判定の可能性が
高くなり、そのまま演算したのでは測定値に大きな誤差
を生じる。そこで、以下に述べるような方法を用いて波
形の正常部分と歪んだ部分の極値を判別し、正常な部分
の極値だけを用いて膜厚演算することが望ましい。
In particular, when measuring an object with local unevenness using a spot with a small diameter, as with this device, there is a high possibility of these erroneous determinations, and if the calculation is performed as is, a large error will occur in the measured value. Therefore, it is desirable to use the method described below to determine the extreme values of the normal portion and the distorted portion of the waveform, and to calculate the film thickness using only the extreme values of the normal portion.

正常部位の抽出方法としては以下の3通りの方法がある
There are three methods for extracting normal parts:

第1の方法は、検出した極大値の位置(波長)と極小値
の位置(波長)とを順番に並べて極大、極小が交互に並
んでいない部分を異常部のものと判定する方法である。
The first method is to sequentially arrange the positions (wavelengths) of detected local maximum values and the positions (wavelengths) of local minimum values, and determine that a portion where local maximums and minimum values are not arranged alternately is an abnormal portion.

検出した極大点、極小点をpi(i=L2、・・・)、
bi(i=1.2、・・・)と番号付け、極大値の位置
(波長)をλp+(t=1.2、・・・、λ□〉λPl
+1) 、極小値の位置(波長)をλb+(i=1.2
、・・・;λ1〉λ1u+1)とする。
The detected maximum point and minimum point are pi (i=L2,...),
bi (i = 1.2, ...), and the position (wavelength) of the maximum value is λp + (t = 1.2, ..., λ□〉λPl
+1), the position (wavelength) of the minimum value is λb+(i=1.2
,...;λ1>λ1u+1).

そして、これらの波長を大小順に並べたとき、極値検出
に欠落または誤検出(極値でない所を極値として検出)
がなければ、例えば、λ、1〉λ、1〉λ、2〉λ、2
〉・・・・・・、または、λ目〉λp+>λ、2〉λ、
2〉・・・・・・、のようにλ、1とλ1とが交互に並
ぶ。
Then, when these wavelengths are arranged in order of magnitude, there are missing or false detections in extreme value detection (non-extreme values are detected as extreme values).
If not, for example, λ, 1>λ, 1>λ, 2>λ, 2
〉・・・・・・, or λth〉λp+>λ, 2〉λ,
2>..., λ, 1 and λ1 are arranged alternately.

この順番が狂って例えば、λ、;とλ、l+1が並んで
いる場合、両者の間に極値検出の欠落があったか、両者
のうちのどちらか一方または両方が誤検出であるとし、
piとpi+1間(波長にして、λ、+1〜λpi)を
異常区間とする。更に、異常の可能性を取り除くため、
pi、 pi+1に隣接する両側の極小値をbk、 b
k+1としたとき、bk、 bk+1間(波長にして、
λbk+I〜λbk)間を異常区間としても良い。後述
の別方法を組み合わせない場合は、異常区間を広く仮定
した方が良い。λ、1とλ1.+1が並んだ場合、また
3つ以上の極大(小)値が並んだ場合についても同様で
ある。
If this order is out of order and, for example, λ, ; and λ, l+1 are lined up, it is assumed that there is a lack of extreme value detection between them, or that one or both of them is a false detection,
The area between pi and pi+1 (in terms of wavelength, λ, +1 to λpi) is defined as an abnormal section. Furthermore, in order to eliminate the possibility of abnormalities,
The minimum values on both sides adjacent to pi and pi+1 are bk and b
When k+1, between bk and bk+1 (in terms of wavelength,
λbk+I to λbk) may be defined as an abnormal section. If other methods described below are not combined, it is better to assume a wider abnormal interval. λ,1 and λ1. The same applies to cases where +1's are lined up or three or more maximum (minimum) values are lined up.

第2の方法は、検出した極大値間、若しくは極小値間、
若しくは極大極小値間の波数の間隔を、前述の予想波数
間隔Weから求めた上下限値と比較し、この範囲から外
れた極大(小)値を異常部のものと判定する方法である
The second method is between the detected local maximum values or between the local minimum values,
Alternatively, the wave number interval between the maximum and minimum values is compared with the upper and lower limit values obtained from the above-mentioned expected wave number interval We, and a maximum (small) value outside this range is determined to be an abnormal part.

以下に、極大値間の波数間隔で判定する場合について詳
述する。
The case where the determination is made based on the wave number interval between local maximum values will be described in detail below.

検出した極大値の位置(波長)をλ□(i=1.2、・
・・;λ2.〉λpl+1)とする。各極大値の位置(
波長)について、それぞれの逆数である波数を求め、隣
接する極大値間の波数差Wkを次式に従い計算する。
The position (wavelength) of the detected maximum value is λ□(i=1.2,・
...;λ2. >λpl+1). The position of each local maximum (
(wavelength), the wave number which is the reciprocal of each is determined, and the wave number difference Wk between adjacent maximum values is calculated according to the following equation.

λjk+l     λpk ここに、(k−1,2,3、・・・) 式(2)で決定した波数間隔Weに対して誤差許容率を
±a’+(at >o)としたとき、Wkの許容範囲を
次式で定める。
λjk+l λpk Here, (k-1, 2, 3,...) When the error tolerance rate is ±a'+(at >o) for the wave number interval We determined by equation (2), the value of Wk is The allowable range is determined by the following formula.

We(l  at)≦Wk≦We(1+ a +)  
 −(5)この式(5)を満足しない値Wkについては
、両側の極大部pk、 pk+1のどちらか一方または
両方に異常があったか、或いはその間の極大部が欠落し
ているものとし、両方の極大部pk、 pk+1間(波
長にして、λ、に+1〜λ1.)を異常区間と判定して
、膜厚計算に用いないようにする。
We(l at)≦Wk≦We(1+a+)
-(5) For a value Wk that does not satisfy this formula (5), it is assumed that there is an abnormality in either or both of the maximum parts pk and pk+1 on both sides, or that the maximum part between them is missing, and both The area between the maximum parts pk and pk+1 (in terms of wavelength, λ, +1 to λ1) is determined to be an abnormal section, and is not used for film thickness calculation.

なお、極大値、極小値の波数間隔で判定する場合、前述
の第1の方法を組み合わせて、予め極値位置を並べてお
くと良い。なお、極大、極小値間の波数差Wk’の判定
には、Weの代わりにこれを172倍した値We’を用
いる。
Note that when determining based on the wave number interval between the maximum value and the minimum value, it is preferable to combine the first method described above and arrange the positions of the maximum values in advance. Note that in determining the wave number difference Wk' between the maximum and minimum values, a value We' obtained by multiplying this by 172 is used instead of We.

第3の方法は隣り合う極大値、極小値の差(干渉波形の
振幅に相当)を求め、これが他と大きく違っているもの
を異常部のものと判定する方法である。
The third method is to find the difference between adjacent maximum and minimum values (corresponding to the amplitude of the interference waveform), and determine that a value that is significantly different from the others is an abnormal portion.

検出した極大値(強度)をI++(t=1.2、・・・
)、極小値をL+(i=1.2、・・つとする。
The detected local maximum value (intensity) is I++ (t=1.2,...
), and the minimum value is L+(i=1.2, . . . ).

なお、順番はそれぞれの位置(波長)が、λ、l〉λp
l+++  λ1〉λbl+Iとなるように並んでいる
ものとする。
In addition, the order is that each position (wavelength) is λ, l〉λp
It is assumed that they are arranged so that l+++ λ1>λbl+I.

このとき次式(6)に従って山谷間の強度差11を求め
る。
At this time, the intensity difference 11 between the peaks and valleys is determined according to the following equation (6).

1に一1□−1b&           ・・・(6
)(k=1.2、・・・、) そして、求めた■、のうち他と大きく異なるものは、極
大点pkまたはbkのどちらか一方または両方に異常が
あったとして両者pk、 bk間(波長にして、λ−2
.〜λいまたはλ□〜λpk)を異常区間と判定して膜
厚計算に用いないようにする。
1 to 1 □ - 1b & ... (6
) (k=1.2,...,) Then, among the obtained ■, the one that is significantly different from the others is that there is an abnormality in either or both of the maximum points pk and bk, and the difference between both pk and bk is (In terms of wavelength, λ-2
.. ~λpk or λ□~λpk) is determined to be an abnormal section and is not used for film thickness calculation.

Ikの判定には、求めた全てのI、を平均した値1.を
用いて誤差許容率a2に対し、L(lax)≦I、≦r
 −(1+ a 2)   −(71上式(7)に入ら
ないikを異常とするか、或いは計算時間は要するがI
、の分散σ2を求め、1、(1−2σ)≦I、≦I 、
(1+ 2σ) ・・・(8)上式(8)に入らないI
hを異常とする等の方法がある。
To determine Ik, the average value of all I's obtained is 1. For the error tolerance rate a2, L(lax)≦I,≦r
−(1+ a 2) −(71 Either consider ik that does not fit in the above equation (7) as abnormal, or consider I
Find the variance σ2 of , 1, (1-2σ)≦I, ≦I,
(1+2σ) ...(8) I that does not fit into the above formula (8)
There are methods such as making h an abnormality.

また、前述の第1の方法と組み合わせ、極大点、極小点
を交互に並べておき、正しい順番のものについてだけ山
谷差を求めても良い。
Alternatively, in combination with the first method described above, maximum points and minimum points may be arranged alternately, and the peak-to-valley difference may be determined only for the points in the correct order.

上述の3種の判定法は、単独で用いても良く、或いは組
み合わせて用いてもよい。検出した極値のうち、これら
の判定法で異常区間と判定された区間を除外した部分を
正常区間とし、この正常区間だけを用いて膜厚演算する
。また、この正常区間が最も長く連続している部分だけ
を取り出し、その部分だけを用いて膜厚を演算しても良
い。
The three types of determination methods described above may be used alone or in combination. Among the detected extreme values, a portion excluding the section determined as an abnormal section by these determination methods is set as a normal section, and the film thickness is calculated using only this normal section. Alternatively, the film thickness may be calculated by extracting only the longest continuous normal section and using only that part.

第1表は、第11図の正規化データから検出した極大、
極小値の波長である。第2の方法の極大極小値間の波数
間隔を述べる方法を適用した場合、n=1..6、θ=
 yr / 6 (rad) 、予想膜厚14.6 μ
mに対し、予想波数間隔は、 We’= −We =11266     (1/m)
   −(9)波数間隔の許容を20%とすると波数間
隔Wkの上下限は9013≦Wk≦1.351.9とな
り、第11図の波形でこの条件を連続的に満たし、かつ
最も長く連続しているのは長波長側から5周期分になる
Table 1 shows the local maximum detected from the normalized data in Figure 11,
This is the wavelength of the minimum value. When applying the second method of stating the wave number interval between maximum and minimum values, n=1. .. 6, θ=
yr/6 (rad), expected film thickness 14.6 μ
For m, the expected wave number interval is We'= -We =11266 (1/m)
-(9) If the allowable wave number interval is 20%, the upper and lower limits of the wave number interval Wk are 9013≦Wk≦1.351.9, and the waveform in Fig. 11 continuously satisfies this condition and is the longest continuous one. This is five cycles from the long wavelength side.

第1表 または、隣り合う二つの極大点、極小点の波長をλ□、
λ4゛(λ、〉λ□′)としたとき、膜厚演算は、連続
した同一の正常部位(両端を含む)に含まれる極値につ
いて、隣り合う二つの極大点(若しくは極小点)の波形
をλ4、λff1a1としたとき、前式(1)に従って
演算して求める。
Table 1 or the wavelengths of two adjacent maximum points and minimum points are λ□,
When λ4゛(λ,〉λ□′), film thickness calculation is performed using the waveform of two adjacent maximum points (or minimum points) for the extreme values included in the same continuous normal region (including both ends). When λ4 and λff1a1 are used, the calculation is performed according to the above equation (1).

・・・(10) に従って計算する。膜厚が薄い場合、正常部位か小さい
場合にはこの方法か適している。
...Calculate according to (10). This method is suitable for cases where the membrane thickness is thin, the area is normal or small.

正常部位に複数の極点が含まれて隣合った極点のペアが
複数組選べる時、このようにして得られる膜厚も複数個
あるが、これを平均等の手法で処理し、膜厚を求める。
When a normal region contains multiple poles and multiple pairs of adjacent poles can be selected, there are multiple film thicknesses that can be obtained in this way, but these are processed using methods such as averaging to determine the film thickness. .

前記測定例より演算した膜厚は14.57μmであった
The film thickness calculated from the above measurement example was 14.57 μm.

以上の手順はマイクロコピュータ22により全てコント
ロールされ、自動的に行なわれる。測定するサンプルが
異なる場合には予想膜厚の入力から再度行なえば良い。
All of the above procedures are controlled by the microcomputer 22 and are performed automatically. If the sample to be measured is different, it is sufficient to start again by inputting the expected film thickness.

第13図は本装置で測定した、フィルム位置と厚さとの
関係を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between film position and thickness measured with this apparatus.

触針式厚み計によって測定した厚みが]、4.371m
のポリエステルフィルムの厚みを該フィルムの幅方向に
1胴間隔で測定し、上記膜厚演算法を用いて得られた結
果をプロットしたものである。図より、局部的な厚さ変
化がとらえられ“Cいることがわかる。
The thickness measured with a stylus thickness gauge is 4.371 m.
The thickness of the polyester film was measured at intervals of one cylinder in the width direction of the film, and the results obtained using the above film thickness calculation method are plotted. From the figure, it can be seen that local thickness changes are captured and there is "C".

なお、本実施例ではスポット径を2mmとしたが、更に
細かい変化までを測定するためにスポット径を更に小さ
くしてもよい。この場合は、スポット径に応じ、集光器
7の光ファイバlOの径を、スポット径の172以下を
目安に細くし、かつ密にすることが好ましい。
In this example, the spot diameter was set to 2 mm, but the spot diameter may be made smaller in order to measure even finer changes. In this case, it is preferable to make the diameter of the optical fiber 10 of the condenser 7 thinner and denser, with the spot diameter being 172 mm or less, depending on the spot diameter.

(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、平行な白色光を一
定の入射角で測定対象に入射させ、その測定対象による
反射光または透過光を分光器に導き、その分光強度を検
出して測定対象の膜厚を測定するようにした装置であっ
て、前記白色光の入射光路上に測定対象に照射する光束
の外形を規制する孔を有する遮蔽体を配置し、かつ、前
記分光器は、イメージインテンシファイヤと、光ファイ
バを複数本束ねて成形した光伝導部材と、光電変換素子
とを備え、前記光伝導部材の一方の端面を前記イメージ
インテンシファイヤの出射面に、他方の端面を前記光電
変換素子の入射面にそれぞれ密着させて配置したことに
より、測定対象に局部的な厚みむらがあった場合でも分
光強度の明部と暗部との強度比すなわち、コントラスト
を大きくすることができる。この結果、膜厚情報をもつ
明部と暗部との波長を正確に検出することが可能となり
、位置分解能を向上させることができ、高精度の膜厚測
定を行なうことができるという優れた効果がある。
(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, parallel white light is made incident on a measurement object at a constant angle of incidence, and the reflected light or transmitted light from the measurement object is guided to a spectrometer, and its spectral intensity is A device configured to measure the film thickness of a measurement target by detecting the white light, wherein a shielding body having a hole for regulating the outer shape of the light beam irradiated onto the measurement target is disposed on the incident optical path of the white light, and The spectrometer includes an image intensifier, a photoconductive member formed by bundling a plurality of optical fibers, and a photoelectric conversion element, and one end surface of the photoconductive member is connected to the output surface of the image intensifier. By arranging the other end face in close contact with the incident surface of the photoelectric conversion element, even if there is local thickness unevenness in the measurement target, the intensity ratio of the bright part and the dark part of the spectral intensity, that is, the contrast, can be maintained. Can be made larger. As a result, it becomes possible to accurately detect the wavelengths of the bright and dark areas that contain film thickness information, and the excellent effect of improving positional resolution and making it possible to perform highly accurate film thickness measurements is achieved. be.

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

第1図はこの発明に係る光干渉式膜厚測定装置の一実施
例を示す概略構成図、第2図は薄膜による分光強度の干
渉波形を示す模式図、第3図および第4図は本発明装置
による測定例を示すグラフ、第5図および第6図は従来
装置による測定例を示すグラフ、第7図はデータ処理部
の概略構成図、第8図は膜厚測定に必要な演算処理を示
すフローチャート、第9図はブランクデータ、第10図
および第11図は触針式の膜厚測定結果が14.6μm
のポリエステルフィルムを本発明の装置で膜厚測定した
場合の平滑化データおよび正規化データを示す図、第1
2図は差分データを作成するフローチャート、第13図
は触針式の膜厚測定結果が14.3μmのポリエステル
フィルムを本発明の装置で測定した場合の厚みむらを示
す図である。 1・・・白色光源、2・・・コンデンサレンズ、3・・
・ピンホール板、4・・・コリメータレンズ、5・・・
偏光板、6・・・測定対象、7・・・集光器(遮蔽体)
、8・・・入射窓(孔)、9・・・支持体、lO・・・
光ファイバ、11・・・分別用レンズ、12・・・ピン
ホール板、13・・コリメータレンズ、14・・・分光
器、15・・・結像レンズ、16・・・イメージインテ
ンシファイヤ、17・・・ファイバプレート(光伝導部
材)、18・・・リニアイメージセンサ、19・・・デ
ータ処理装置。 出願人  東 し 株 式 会 社 代理人  弁理士  長 門 侃 二 環j図 L−ニコ / 11!l 令米粧剛 虫光較照
Fig. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the optical interference type film thickness measuring device according to the present invention, Fig. 2 is a schematic diagram showing the interference waveform of spectral intensity due to a thin film, and Figs. Graphs showing measurement examples using the invented device; Figures 5 and 6 are graphs showing measurement examples using the conventional device; Figure 7 is a schematic configuration diagram of the data processing section; Figure 8 is the calculation processing necessary for film thickness measurement. Figure 9 is blank data, Figures 10 and 11 are stylus-type film thickness measurement results of 14.6 μm.
Figure 1 shows smoothed data and normalized data when the film thickness of a polyester film of
FIG. 2 is a flowchart for creating differential data, and FIG. 13 is a diagram showing thickness unevenness when a polyester film having a stylus-type film thickness measurement result of 14.3 μm is measured using the apparatus of the present invention. 1... White light source, 2... Condenser lens, 3...
・Pinhole plate, 4... Collimator lens, 5...
Polarizing plate, 6...Measurement object, 7...Concentrator (shielding body)
, 8... Entrance window (hole), 9... Support, lO...
Optical fiber, 11... Lens for classification, 12... Pinhole plate, 13... Collimator lens, 14... Spectroscope, 15... Imaging lens, 16... Image intensifier, 17 ... Fiber plate (photoconductive member), 18... Linear image sensor, 19... Data processing device. Applicant Higashi Co., Ltd. Company Representative Patent Attorney Kan Nagado Figure L-Nico/11! l Comparison of light of light

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 平行な白色光を一定の入射角で測定対象に入射させ、そ
の測定対象による反射光または透過光を分光器に導き、
その分光強度を検出して測定対象の膜厚を測定するよう
にした装置であって、前記白色光の入射光路上に測定対
象に照射する光束の外形を規制する孔を有する遮蔽体を
配置し、かつ、前記分光器は、イメージインテンシファ
イヤと、光ファイバを複数本束ねて成形した光伝導部材
と、光電変換素子とを備え、前記光伝導部材の一方の端
面を前記イメージインテンシファイヤの出射面に、他方
の端面を前記光電変換素子の入射面にそれぞれ密着させ
て配置したことを特徴とする光干渉式膜厚測定装置。
Parallel white light is incident on the measurement target at a constant angle of incidence, and the reflected or transmitted light from the measurement target is guided to a spectrometer.
The apparatus measures the film thickness of the measurement target by detecting the spectral intensity, and the apparatus includes a shielding body having a hole for regulating the outer shape of the light beam irradiated onto the measurement target on the incident optical path of the white light. and the spectrometer includes an image intensifier, a photoconductive member formed by bundling a plurality of optical fibers, and a photoelectric conversion element, and one end surface of the photoconductive member is connected to the image intensifier. An optical interference type film thickness measuring device, characterized in that an output surface is disposed with the other end surface in close contact with the entrance surface of the photoelectric conversion element.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005536740A (en) * 2002-08-23 2005-12-02 コールター インターナショナル コーポレイション Optical fiber device for detecting light scattering to differentiate blood cells and the like
US9698458B2 (en) 2015-08-26 2017-07-04 Raytheon Company UWB and IR/optical feed circuit and related techniques

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63163105A (en) * 1986-12-25 1988-07-06 Toray Ind Inc Light interference type film thickness measuring apparatus
JPH01304332A (en) * 1988-06-01 1989-12-07 Hitachi Ltd Near ultraviolet, visible and near infrared fourier-transform spectroscope

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63163105A (en) * 1986-12-25 1988-07-06 Toray Ind Inc Light interference type film thickness measuring apparatus
JPH01304332A (en) * 1988-06-01 1989-12-07 Hitachi Ltd Near ultraviolet, visible and near infrared fourier-transform spectroscope

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005536740A (en) * 2002-08-23 2005-12-02 コールター インターナショナル コーポレイション Optical fiber device for detecting light scattering to differentiate blood cells and the like
US9698458B2 (en) 2015-08-26 2017-07-04 Raytheon Company UWB and IR/optical feed circuit and related techniques

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