JPH09329424A - 光学式膜厚測定方法および装置 - Google Patents
光学式膜厚測定方法および装置Info
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- JPH09329424A JPH09329424A JP17291296A JP17291296A JPH09329424A JP H09329424 A JPH09329424 A JP H09329424A JP 17291296 A JP17291296 A JP 17291296A JP 17291296 A JP17291296 A JP 17291296A JP H09329424 A JPH09329424 A JP H09329424A
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- optical film
- laser light
- thin film
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は基板の屈折率と、薄膜の屈折率との
差が同一であっても、薄膜の厚さを正確に測定するとと
もに、前記薄膜の厚みが測定に使用するレーザ光源の波
長λの１／２以上であっても薄膜の厚さを測定し得るよ
うにする。 【解決手段】 光生成機構１０ａによって主断面に対し
て４５度または１３５度の角度を持つ直線偏光を生成
し、これを被測定物４に照射しながら、光測定機構１１
ａを構成する検出子７の回転角度を順次、切り替えて、
前記被測定物４からの透過光中に含まれている互いに直
交する２つの直線偏光成分およびこれら直線偏光成分に
対して４５度ずれた直交する２つの直線偏光成分を抽出
して、その光強度を検出し、これら各直線偏光成分毎の
検出結果に基づき、位相差を算出して前記薄膜６の膜厚
に換算することで、前記薄膜６の膜厚を測定する。
差が同一であっても、薄膜の厚さを正確に測定するとと
もに、前記薄膜の厚みが測定に使用するレーザ光源の波
長λの１／２以上であっても薄膜の厚さを測定し得るよ
うにする。 【解決手段】 光生成機構１０ａによって主断面に対し
て４５度または１３５度の角度を持つ直線偏光を生成
し、これを被測定物４に照射しながら、光測定機構１１
ａを構成する検出子７の回転角度を順次、切り替えて、
前記被測定物４からの透過光中に含まれている互いに直
交する２つの直線偏光成分およびこれら直線偏光成分に
対して４５度ずれた直交する２つの直線偏光成分を抽出
して、その光強度を検出し、これら各直線偏光成分毎の
検出結果に基づき、位相差を算出して前記薄膜６の膜厚
に換算することで、前記薄膜６の膜厚を測定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、膜厚の測定方法に
係わり、特に光学式で薄膜の膜厚を測定する光学式膜厚
測定方法および装置に関する。
係わり、特に光学式で薄膜の膜厚を測定する光学式膜厚
測定方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】複屈折性を有する基板と、この基板上に
設けられた複屈折性を有する薄膜とからなる被測定物の
前記薄膜の膜厚を測定する方法として、従来、エリプソ
メータを使用して行なう方法が知られている。図４はこ
のような測定方法を使用して薄膜の膜厚を測定する光学
式膜厚測定装置の一例を示す概略構成図である。この図
に示す光学式膜厚測定装置１０１は、光（レーザ光）を
発生するレーザ光源１０２と、このレーザ光源１０２か
ら出射される光を取り込んで、主断面に対し、４５度ま
たは１３５度の角度を持つ直線偏光にして、膜厚の測定
対象となる被測定物、例えば複屈折性を有する基板１０
５と、この基板１０５上に設けられた複屈折性を有する
薄膜１０６とからなる被測定物１０４に対し、斜めに照
射する偏光子１０３と、被測定物１０４で反射された光
（反射光）を取り込んで、一偏波方向の成分光（直線偏
光）を抽出する検出子１０７と、この検出子１０７によ
って抽出された直線偏光の光強度を検出する光検出器１
０８とを備えている。レーザ光源１０２と、偏光子１０
３とで構成される光生成機構１１０によって主断面に対
して４５度または１３５度の角度を持つ直線偏光を生成
し、これを被測定物１０４に対して斜めに照射しなが
ら、検出子１０７と、光検出器１０８とで構成される光
測定機構１１１によって前記被測定物１０４からの反射
光中に含まれている一偏波方向の成分光（直線偏光）を
抽出して、その光強度を検出し、この検出結果に基づ
き、前記薄膜１０６表面で反射される光と、薄膜１０６
と基板１０５との接合面で反射される光との振幅反射比
および位相差を演算して、前記薄膜１０６の膜厚を測定
する。
設けられた複屈折性を有する薄膜とからなる被測定物の
前記薄膜の膜厚を測定する方法として、従来、エリプソ
メータを使用して行なう方法が知られている。図４はこ
のような測定方法を使用して薄膜の膜厚を測定する光学
式膜厚測定装置の一例を示す概略構成図である。この図
に示す光学式膜厚測定装置１０１は、光（レーザ光）を
発生するレーザ光源１０２と、このレーザ光源１０２か
ら出射される光を取り込んで、主断面に対し、４５度ま
たは１３５度の角度を持つ直線偏光にして、膜厚の測定
対象となる被測定物、例えば複屈折性を有する基板１０
５と、この基板１０５上に設けられた複屈折性を有する
薄膜１０６とからなる被測定物１０４に対し、斜めに照
射する偏光子１０３と、被測定物１０４で反射された光
（反射光）を取り込んで、一偏波方向の成分光（直線偏
光）を抽出する検出子１０７と、この検出子１０７によ
って抽出された直線偏光の光強度を検出する光検出器１
０８とを備えている。レーザ光源１０２と、偏光子１０
３とで構成される光生成機構１１０によって主断面に対
して４５度または１３５度の角度を持つ直線偏光を生成
し、これを被測定物１０４に対して斜めに照射しなが
ら、検出子１０７と、光検出器１０８とで構成される光
測定機構１１１によって前記被測定物１０４からの反射
光中に含まれている一偏波方向の成分光（直線偏光）を
抽出して、その光強度を検出し、この検出結果に基づ
き、前記薄膜１０６表面で反射される光と、薄膜１０６
と基板１０５との接合面で反射される光との振幅反射比
および位相差を演算して、前記薄膜１０６の膜厚を測定
する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな光学式膜厚測定装置１０１では、薄膜１０６の表面
からの反射光と、薄膜１０６と基板１０５との接合面か
らの反射光とを用いて薄膜１０６の膜厚を測定している
ので、被測定物１０４を構成する複屈折性を有する基板
１０５と、この基板１０５上に設けられた複屈折性を有
する薄膜１０６との屈折率差が小さいとき、薄膜１０６
と基板１０５との接合面からの反射光が著しく低減して
測定不能になるという問題があった。さらに、薄膜１０
６と基板１０５との接合面までの光学的光路長がレーザ
光源１０２で生成されたレーザ光の波長λに対して、λ
／２以上あると、被測定物１０４に照射された直線偏光
が薄膜１０６を透過して基板１０５との接合面で反射し
て再度、薄膜１０６を透過するまでの間に、光学的光路
長がレーザ光源１０２の波長λを越えてしまい、これに
よって位相差の変化量が３６０度以上になってしまい、
位相差の絶対量が判断できなくなるという問題があっ
た。
うな光学式膜厚測定装置１０１では、薄膜１０６の表面
からの反射光と、薄膜１０６と基板１０５との接合面か
らの反射光とを用いて薄膜１０６の膜厚を測定している
ので、被測定物１０４を構成する複屈折性を有する基板
１０５と、この基板１０５上に設けられた複屈折性を有
する薄膜１０６との屈折率差が小さいとき、薄膜１０６
と基板１０５との接合面からの反射光が著しく低減して
測定不能になるという問題があった。さらに、薄膜１０
６と基板１０５との接合面までの光学的光路長がレーザ
光源１０２で生成されたレーザ光の波長λに対して、λ
／２以上あると、被測定物１０４に照射された直線偏光
が薄膜１０６を透過して基板１０５との接合面で反射し
て再度、薄膜１０６を透過するまでの間に、光学的光路
長がレーザ光源１０２の波長λを越えてしまい、これに
よって位相差の変化量が３６０度以上になってしまい、
位相差の絶対量が判断できなくなるという問題があっ
た。
【０００４】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、複屈折性を有する基板と、この基板上に設けら
れた複屈折性を有する薄膜とからなる被測定物の前記薄
膜の膜厚を測定する上で、基板の屈折率と、薄膜の屈折
率と差が僅少もしくは同一であっても、薄膜の厚さを正
確に測定することができるとともに、前記薄膜の厚みが
測定に使用するレーザ光源の波長λの１／２以上であっ
ても薄膜の厚さを測定することができる光学式膜厚測定
方法および装置を提供することを目的としている。
であり、複屈折性を有する基板と、この基板上に設けら
れた複屈折性を有する薄膜とからなる被測定物の前記薄
膜の膜厚を測定する上で、基板の屈折率と、薄膜の屈折
率と差が僅少もしくは同一であっても、薄膜の厚さを正
確に測定することができるとともに、前記薄膜の厚みが
測定に使用するレーザ光源の波長λの１／２以上であっ
ても薄膜の厚さを測定することができる光学式膜厚測定
方法および装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、請求項１の光学式膜厚測定方法では、複
屈折性を有する基板と、この基板上に形成された複屈折
性を有する薄膜とからなる被測定物に対して、レーザ光
を照射して、前記薄膜の膜厚を測定する光学式膜厚測定
方法において、レーザ光源から出射されるレーザ光を偏
光子により直線偏光に変換し、この直線偏光を前記被測
定物に照射する一方、前記被測定物を透過したレーザ光
を受けて一偏波方向の成分を抽出する検出子を、入射光
線軸を中心として回転させることにより、互いに直交す
る２つの直線偏光成分およびこれらの直線偏光成分に対
して４５度ずれた互いに直交する２つの直線偏光成分を
抽出し、これらの各直線偏光成分の位相差に基づき、前
記薄膜の膜厚を測定することを特徴としている。また、
請求項２では、請求項１に記載の光学式膜厚測定方法に
おいて、前記基板と同一の屈折率および同一の光路長を
有し、かつ前記基板の主断面に対し、９０度回転した主
断面を有する補正板を前記被測定物の入射面側もしくは
出射面側に配置することにより、前記被測定物を構成す
る薄膜の位相差のみを抽出することを特徴としている。
また、請求項３では、請求項１または２のいずれかに記
載の光学式膜厚測定方法において、互いに異なる波長の
レーザ光を発生する複数のレーザ光源を使用し、前記被
測定物を構成する薄膜が持つ波長依存性を用いて位相差
を抽出することを特徴としている。
めに本発明は、請求項１の光学式膜厚測定方法では、複
屈折性を有する基板と、この基板上に形成された複屈折
性を有する薄膜とからなる被測定物に対して、レーザ光
を照射して、前記薄膜の膜厚を測定する光学式膜厚測定
方法において、レーザ光源から出射されるレーザ光を偏
光子により直線偏光に変換し、この直線偏光を前記被測
定物に照射する一方、前記被測定物を透過したレーザ光
を受けて一偏波方向の成分を抽出する検出子を、入射光
線軸を中心として回転させることにより、互いに直交す
る２つの直線偏光成分およびこれらの直線偏光成分に対
して４５度ずれた互いに直交する２つの直線偏光成分を
抽出し、これらの各直線偏光成分の位相差に基づき、前
記薄膜の膜厚を測定することを特徴としている。また、
請求項２では、請求項１に記載の光学式膜厚測定方法に
おいて、前記基板と同一の屈折率および同一の光路長を
有し、かつ前記基板の主断面に対し、９０度回転した主
断面を有する補正板を前記被測定物の入射面側もしくは
出射面側に配置することにより、前記被測定物を構成す
る薄膜の位相差のみを抽出することを特徴としている。
また、請求項３では、請求項１または２のいずれかに記
載の光学式膜厚測定方法において、互いに異なる波長の
レーザ光を発生する複数のレーザ光源を使用し、前記被
測定物を構成する薄膜が持つ波長依存性を用いて位相差
を抽出することを特徴としている。
【０００６】また、請求項４では、複屈折性を有する基
板と、この基板上に形成された複屈折性を有する薄膜と
からなる被測定物に対して、レーザ光を照射して、前記
薄膜の膜厚を測定する光学式膜厚測定装置において、予
め設定された波長のレーザ光を発生するレーザ光源と、
このレーザ光源から出射されるレーザ光を直線偏光に変
換して前記被測定物に照射する偏光子と、前記被測定物
を透過したレーザ光を複数の偏波方向の成分として抽出
する検出子と、この検出子により抽出された各偏波方向
の成分の光強度を検出する光検出器とを備えたことを特
徴としている。また、請求項５では、請求項４に記載の
光学式膜厚測定装置において、前記偏光子の出射面側ま
たは前記検出子の入射面側のいずれかに、前記基板と同
一の屈折率および同一の光路長を有し、かつ前記基板の
主断面に対し、９０度回転した主断面を有する補正板を
配置したことを特徴としている。
板と、この基板上に形成された複屈折性を有する薄膜と
からなる被測定物に対して、レーザ光を照射して、前記
薄膜の膜厚を測定する光学式膜厚測定装置において、予
め設定された波長のレーザ光を発生するレーザ光源と、
このレーザ光源から出射されるレーザ光を直線偏光に変
換して前記被測定物に照射する偏光子と、前記被測定物
を透過したレーザ光を複数の偏波方向の成分として抽出
する検出子と、この検出子により抽出された各偏波方向
の成分の光強度を検出する光検出器とを備えたことを特
徴としている。また、請求項５では、請求項４に記載の
光学式膜厚測定装置において、前記偏光子の出射面側ま
たは前記検出子の入射面側のいずれかに、前記基板と同
一の屈折率および同一の光路長を有し、かつ前記基板の
主断面に対し、９０度回転した主断面を有する補正板を
配置したことを特徴としている。
【０００７】また、請求項６では、請求項４または５の
いずれかに記載の光学式膜厚測定装置において、前記レ
ーザ光源として、互いに異なる波長のレーザ光を発生す
る複数のレーザ光源のいずれかを使用することを特徴と
している。また、請求項７では、請求項４、５、６のい
ずれかに記載の光学式膜厚測定装置において、前記検出
子を回転駆動するモータと、前記検出子の回転角度を検
出するロータリーエンコーダと設け、前記ロータリーエ
ンコーダによって前記検出子の回転角度を検出しなが
ら、前記モータによって前記検出子を回転させて、前記
検出子の回転角度を順次、切り替えることを特徴として
いる。
いずれかに記載の光学式膜厚測定装置において、前記レ
ーザ光源として、互いに異なる波長のレーザ光を発生す
る複数のレーザ光源のいずれかを使用することを特徴と
している。また、請求項７では、請求項４、５、６のい
ずれかに記載の光学式膜厚測定装置において、前記検出
子を回転駆動するモータと、前記検出子の回転角度を検
出するロータリーエンコーダと設け、前記ロータリーエ
ンコーダによって前記検出子の回転角度を検出しなが
ら、前記モータによって前記検出子を回転させて、前記
検出子の回転角度を順次、切り替えることを特徴として
いる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した形態
例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による光学
式膜厚測定方法および装置の第１形態例を適用した光学
式膜厚測定装置の一例を示す概略構成図である。この図
に示す光学式膜厚測定装置１ａは、光（レーザ光）を発
生するレーザ光源２と、このレーザ光源２から出射され
る光を取り込んで主断面に対し４５度または１３５度の
角度を持つ直線偏光にして膜厚の測定対象となる被測定
物、例えば複屈折性を有する基板５と、この基板５上に
設けられた複屈折性を有する薄膜６とからなる被測定物
４に照射する偏光子３と、入射光線軸を中心として回転
自在に構成され前記被測定物４を透過した光（透過光）
を取り込んで一偏波方向の成分光（直線偏光）を抽出す
ることにより互いに直交する２つの直線偏光成分および
これら直線偏光成分に対して４５度ずれた直交する２つ
の直線偏光成分を抽出する検出子７と、この検出子７に
よって抽出された直線偏光の光強度を検出する光検出器
８とを備えている。
例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による光学
式膜厚測定方法および装置の第１形態例を適用した光学
式膜厚測定装置の一例を示す概略構成図である。この図
に示す光学式膜厚測定装置１ａは、光（レーザ光）を発
生するレーザ光源２と、このレーザ光源２から出射され
る光を取り込んで主断面に対し４５度または１３５度の
角度を持つ直線偏光にして膜厚の測定対象となる被測定
物、例えば複屈折性を有する基板５と、この基板５上に
設けられた複屈折性を有する薄膜６とからなる被測定物
４に照射する偏光子３と、入射光線軸を中心として回転
自在に構成され前記被測定物４を透過した光（透過光）
を取り込んで一偏波方向の成分光（直線偏光）を抽出す
ることにより互いに直交する２つの直線偏光成分および
これら直線偏光成分に対して４５度ずれた直交する２つ
の直線偏光成分を抽出する検出子７と、この検出子７に
よって抽出された直線偏光の光強度を検出する光検出器
８とを備えている。
【０００９】レーザ光源２と偏光子３とで構成される光
生成機構１０ａによって主断面に対して４５度または１
３５度の角度を持つ直線偏光を生成し、これを被測定物
４に対して照射しながら、検出子７と、光検出器８とで
構成される光測定機構１１ａによって前記被測定物４か
らの透過光中に含まれている一偏波方向の成分光（直線
偏光）を抽出して、その光強度を検出する。以下、前記
検出子７を所定角度単位で、順次回転させた状態で、上
述した測定動作を繰り返して、前記被測定物４からの透
過光中に含まれている互いに直交する２つの直線偏光成
分およびこれら直線偏光成分に対して４５度ずれた直交
する２つの直線偏光成分の光強度を検出し、これら４つ
の直線偏光成分毎の検出結果に基づき、位相差を算出し
て前記薄膜６の膜厚に換算することで、前記被測定物４
を構成する薄膜６の膜厚を測定する。
生成機構１０ａによって主断面に対して４５度または１
３５度の角度を持つ直線偏光を生成し、これを被測定物
４に対して照射しながら、検出子７と、光検出器８とで
構成される光測定機構１１ａによって前記被測定物４か
らの透過光中に含まれている一偏波方向の成分光（直線
偏光）を抽出して、その光強度を検出する。以下、前記
検出子７を所定角度単位で、順次回転させた状態で、上
述した測定動作を繰り返して、前記被測定物４からの透
過光中に含まれている互いに直交する２つの直線偏光成
分およびこれら直線偏光成分に対して４５度ずれた直交
する２つの直線偏光成分の光強度を検出し、これら４つ
の直線偏光成分毎の検出結果に基づき、位相差を算出し
て前記薄膜６の膜厚に換算することで、前記被測定物４
を構成する薄膜６の膜厚を測定する。
【００１０】この場合、位相差の算出方法として、次に
述べる方法がとられる。まず、光学式膜厚測定装置１ａ
を構成する偏光子３および検出子７と、被測定物４とを
ジョーンズマトリックス（Ｊｏｎｅｓ Ｍａｔｏｒｉ
ｘ）で表わすと、下記に示す式になる。なお、以下の式
では、“〔〕”で示す記号で行列（マトリックス）を表
わしている。
述べる方法がとられる。まず、光学式膜厚測定装置１ａ
を構成する偏光子３および検出子７と、被測定物４とを
ジョーンズマトリックス（Ｊｏｎｅｓ Ｍａｔｏｒｉ
ｘ）で表わすと、下記に示す式になる。なお、以下の式
では、“〔〕”で示す記号で行列（マトリックス）を表
わしている。
【００１１】
【数１】
【００１２】
【数２】 但し、このマトリックスの要素となるｒ1 〜ｒ4 は、 ｒ1 ＝ｃｏｓ2 θ・ｅｘｐ｛ｉ・（Δ／２）｝＋ｓｉｎ
2 θ・ｅｘｐ｛−ｉ・（Δ／２）｝ ｒ2 ＝２ｉ・ｓｉｎθ・ｃｏｓθ・ｓｉｎ（Δ／２） ｒ3 ＝２ｉ・ｓｉｎθ・ｃｏｓθ・ｓｉｎ（Δ／２） ｒ4 ＝ｓｉｎ2 θ・ｅｘｐ｛ｉ・（Δ／２）｝＋ｃｏｓ
2 θ・ｅｘｐ｛−ｉ・（Δ／２）｝ この際、θ：被測定物４の結晶軸方位角 Δ：被測定物４を構成する基板５の位相と、薄膜６の位
相との位相差 ｉ：虚数を示す記号 ｅｘｐ：自然数ｅを底とする指数関数の指数を示す記号 検出子７＝〔Ｒ〕＝［ｃｏｓＡ ｓｉｎＡ］ …（３） 但し、Ａ：検出子７の回転角 ジョーンズベクトルの解析法により、これら（１）式、
（２）式、（３）式を使用して、検出子７によって抽出
される直線偏光成分の光強度〔Ｉ〕を求めれば、次式が
得られる。 直線偏光成分の光強度 ＝〔Ｉ（θ、Ａ）〕 ＝ｃｏｓ2 Ａ・｛１−ｓｉｎ2 （２θ）・ｓｉｎ2 （Δ／２）｝ ＋１／２ｓｉｎ（４θ）・ｓｉｎ（２Ａ）・ｓｉｎ2 （Δ／２） ＋ｓｉｎ2 （２θ）・ｓｉｎ2 Ａ・ｓｉｎ2 （Δ／２） …（４） そして、今、前記検出子７を順次、回転させてその回転
角Ａを、 Ａ＝θ1 ＝π／２ Ａ＝θ2 ＝π／４ Ａ＝θ3 ＝０ Ａ＝θ4 ＝−π／４ に設定し、これらを前記（４）式に代入すれば、各回転
時において得られる光強度Ｉ1 、Ｉ2 、Ｉ3 、Ｉ4 とし
て、次式が得られる。 Ｉ1 ＝ｓｉｎ2 （２θ）・ｓｉｎ2 （Δ／２） …（５） Ｉ2 ＝１／２｛１＋ｓｉｎ（４θ）・ｓｉｎ2 （Δ／２）｝ …（６） Ｉ3 ＝１−｛ｓｉｎ（２θ）・ｓｉｎ2 （Δ／２）｝ …（７） Ｉ4 ＝１／２｛１−ｓｉｎ（４θ）・ｓｉｎ2 （Δ／２）｝ …（８） 更に、これら（５）式、（６）式、（７）式、（８）式
より、位相差Δは、次式で表わされる。
2 θ・ｅｘｐ｛−ｉ・（Δ／２）｝ ｒ2 ＝２ｉ・ｓｉｎθ・ｃｏｓθ・ｓｉｎ（Δ／２） ｒ3 ＝２ｉ・ｓｉｎθ・ｃｏｓθ・ｓｉｎ（Δ／２） ｒ4 ＝ｓｉｎ2 θ・ｅｘｐ｛ｉ・（Δ／２）｝＋ｃｏｓ
2 θ・ｅｘｐ｛−ｉ・（Δ／２）｝ この際、θ：被測定物４の結晶軸方位角 Δ：被測定物４を構成する基板５の位相と、薄膜６の位
相との位相差 ｉ：虚数を示す記号 ｅｘｐ：自然数ｅを底とする指数関数の指数を示す記号 検出子７＝〔Ｒ〕＝［ｃｏｓＡ ｓｉｎＡ］ …（３） 但し、Ａ：検出子７の回転角 ジョーンズベクトルの解析法により、これら（１）式、
（２）式、（３）式を使用して、検出子７によって抽出
される直線偏光成分の光強度〔Ｉ〕を求めれば、次式が
得られる。 直線偏光成分の光強度 ＝〔Ｉ（θ、Ａ）〕 ＝ｃｏｓ2 Ａ・｛１−ｓｉｎ2 （２θ）・ｓｉｎ2 （Δ／２）｝ ＋１／２ｓｉｎ（４θ）・ｓｉｎ（２Ａ）・ｓｉｎ2 （Δ／２） ＋ｓｉｎ2 （２θ）・ｓｉｎ2 Ａ・ｓｉｎ2 （Δ／２） …（４） そして、今、前記検出子７を順次、回転させてその回転
角Ａを、 Ａ＝θ1 ＝π／２ Ａ＝θ2 ＝π／４ Ａ＝θ3 ＝０ Ａ＝θ4 ＝−π／４ に設定し、これらを前記（４）式に代入すれば、各回転
時において得られる光強度Ｉ1 、Ｉ2 、Ｉ3 、Ｉ4 とし
て、次式が得られる。 Ｉ1 ＝ｓｉｎ2 （２θ）・ｓｉｎ2 （Δ／２） …（５） Ｉ2 ＝１／２｛１＋ｓｉｎ（４θ）・ｓｉｎ2 （Δ／２）｝ …（６） Ｉ3 ＝１−｛ｓｉｎ（２θ）・ｓｉｎ2 （Δ／２）｝ …（７） Ｉ4 ＝１／２｛１−ｓｉｎ（４θ）・ｓｉｎ2 （Δ／２）｝ …（８） 更に、これら（５）式、（６）式、（７）式、（８）式
より、位相差Δは、次式で表わされる。
【００１３】
【数３】 上述した算出方法で算出した位相差Δを用いて、次式に
示す演算式で前記被測定物４を構成する薄膜６の膜厚ｔ
を求める。 ｔ＝（λ／２π）・（１／ｄｎ）・Δ …（１０） 次に、本測定方法を用いた一例として、ＬＮ基板（Ｌｉ
ＮＯ3 基板）をプロトン交換して作成した複屈折性薄膜
の膜厚測定を説明する。まずＬＮ基板をプロトン交換す
る前に、図１に示す光学式膜厚測定装置１ａを使用して
このＬＮ基板の位相差を測定する。次いで、このＬＮ基
板をプロトン交換してこのＬＮ基板上に複屈折性を持つ
薄膜を形成した後、光学式膜厚測定装置１ａを使用して
このＬＮ基板の位相差を測定し、この位相差と前記プロ
トン交換前における前記位相差との差を位相差Δを算出
し、これを前記（１０）式に代入して薄膜の膜厚ｔを求
める。
示す演算式で前記被測定物４を構成する薄膜６の膜厚ｔ
を求める。 ｔ＝（λ／２π）・（１／ｄｎ）・Δ …（１０） 次に、本測定方法を用いた一例として、ＬＮ基板（Ｌｉ
ＮＯ3 基板）をプロトン交換して作成した複屈折性薄膜
の膜厚測定を説明する。まずＬＮ基板をプロトン交換す
る前に、図１に示す光学式膜厚測定装置１ａを使用して
このＬＮ基板の位相差を測定する。次いで、このＬＮ基
板をプロトン交換してこのＬＮ基板上に複屈折性を持つ
薄膜を形成した後、光学式膜厚測定装置１ａを使用して
このＬＮ基板の位相差を測定し、この位相差と前記プロ
トン交換前における前記位相差との差を位相差Δを算出
し、これを前記（１０）式に代入して薄膜の膜厚ｔを求
める。
【００１４】図２は本発明による光学式膜厚測定方法お
よび装置の第２形態例を適用した光学式膜厚測定装置の
一例を示す概略構成図である。なお、この図において、
図１に示す各部と同じ部分には同じ符号が付してある。
この図に示す光学式膜厚測定装置１ｂが図１に示す光学
式膜厚測定装置１ａと異なる点は、偏光子３の光出射側
に被測定物４を構成する基板５と同一の屈折率を持ち、
かつ同一の光路長を持ち、さらに前記基板５の主断面に
対して９０度回転した主断面を持つ補正板１２を配置
し、この補正板１２により前記基板５で生じる位相差を
キャンセルすることにより、前記被測定物４を構成する
薄膜６の膜厚のみに関する信号を抽出し、これによって
測定精度をさらに向上させるようにしたことである。レ
ーザ光源２と、偏光子３と、補正板１２とで構成される
光生成機構１０ｂによって主断面に対して４５度または
１３５度の角度を持ち、前記被測定物４の基板５で生じ
る位相差をキャンセルすることができる直線偏光を生成
し、これを被測定物４に対して照射しながら、検出子７
と、光検出器８とで構成される光測定機構１１ａによっ
て前記被測定物４からの透過光中に含まれている一偏波
方向の成分光（直線偏光）を抽出して、その光強度を検
出する。以下、前記検出子７を所定角度単位で順次回転
させた状態で上述した測定動作を繰り返して、前記被測
定物４からの透過光中に含まれている互いに直交する２
つの直線偏光成分およびこれら直線偏光成分に対して４
５度ずれた直交する２つの直線偏光成分の光強度を検出
し、これら４つの直線偏光成分毎の検出結果に基づき位
相差を算出して前記薄膜６の膜厚に換算することで前記
被測定物４を構成する薄膜６の膜厚を測定する。この
際、被測定物４を構成する基板５によって生じる位相差
をキャンセルすることができるので、薄膜６の膜厚にの
み影響される測定時の温度変化、測定波長変動、入射光
線の角度依存性などをも測定することができる。
よび装置の第２形態例を適用した光学式膜厚測定装置の
一例を示す概略構成図である。なお、この図において、
図１に示す各部と同じ部分には同じ符号が付してある。
この図に示す光学式膜厚測定装置１ｂが図１に示す光学
式膜厚測定装置１ａと異なる点は、偏光子３の光出射側
に被測定物４を構成する基板５と同一の屈折率を持ち、
かつ同一の光路長を持ち、さらに前記基板５の主断面に
対して９０度回転した主断面を持つ補正板１２を配置
し、この補正板１２により前記基板５で生じる位相差を
キャンセルすることにより、前記被測定物４を構成する
薄膜６の膜厚のみに関する信号を抽出し、これによって
測定精度をさらに向上させるようにしたことである。レ
ーザ光源２と、偏光子３と、補正板１２とで構成される
光生成機構１０ｂによって主断面に対して４５度または
１３５度の角度を持ち、前記被測定物４の基板５で生じ
る位相差をキャンセルすることができる直線偏光を生成
し、これを被測定物４に対して照射しながら、検出子７
と、光検出器８とで構成される光測定機構１１ａによっ
て前記被測定物４からの透過光中に含まれている一偏波
方向の成分光（直線偏光）を抽出して、その光強度を検
出する。以下、前記検出子７を所定角度単位で順次回転
させた状態で上述した測定動作を繰り返して、前記被測
定物４からの透過光中に含まれている互いに直交する２
つの直線偏光成分およびこれら直線偏光成分に対して４
５度ずれた直交する２つの直線偏光成分の光強度を検出
し、これら４つの直線偏光成分毎の検出結果に基づき位
相差を算出して前記薄膜６の膜厚に換算することで前記
被測定物４を構成する薄膜６の膜厚を測定する。この
際、被測定物４を構成する基板５によって生じる位相差
をキャンセルすることができるので、薄膜６の膜厚にの
み影響される測定時の温度変化、測定波長変動、入射光
線の角度依存性などをも測定することができる。
【００１５】図３は本発明による光学式膜厚測定方法お
よび装置の第３形態例を適用した光学式膜厚測定装置の
一例を示す概略構成図である。なお、この図において、
図２に示す各部と同じ部分には、同じ符号が付してあ
る。この図に示す光学式膜厚測定装置１ｃが図２に示す
光学式膜厚測定装置１ｂと異なる点は、検出子７に対
し、ロータリーエンコーダ１４と、ステッピングモータ
１３とを接続して、光測定機構１１ｃを構成し、ロータ
リーエンコーダ１４によって検出子７の回転角度Ａを検
出しながら、ステッピングモータ１３によって検出子７
の回転角度Ａを、 Ａ＝θ1 ＝π／２ Ａ＝θ2 ＝π／４ Ａ＝θ3 ＝０ Ａ＝θ4 ＝−π／４ に順次切り替え、各回転角時において得られる光強度を
抽出することにより、測定時間を短くするようにしたこ
とである。
よび装置の第３形態例を適用した光学式膜厚測定装置の
一例を示す概略構成図である。なお、この図において、
図２に示す各部と同じ部分には、同じ符号が付してあ
る。この図に示す光学式膜厚測定装置１ｃが図２に示す
光学式膜厚測定装置１ｂと異なる点は、検出子７に対
し、ロータリーエンコーダ１４と、ステッピングモータ
１３とを接続して、光測定機構１１ｃを構成し、ロータ
リーエンコーダ１４によって検出子７の回転角度Ａを検
出しながら、ステッピングモータ１３によって検出子７
の回転角度Ａを、 Ａ＝θ1 ＝π／２ Ａ＝θ2 ＝π／４ Ａ＝θ3 ＝０ Ａ＝θ4 ＝−π／４ に順次切り替え、各回転角時において得られる光強度を
抽出することにより、測定時間を短くするようにしたこ
とである。
【００１６】このようにすることにより、被測定物４を
構成する薄膜６の膜厚を自動的に測定して、測定に要す
る時間を大幅に短縮することができるとともに、測定に
要する手間を簡略化することができる。また、上述した
第１〜第３形態例においては、被測定物４を構成する薄
膜６の膜厚に関係なく１つの波長λを持つレーザ光を発
生するレーザ光源２を使用するようにしているが、薄膜
６の光学的光路長が前記レーザ光源２の波長λに対し
て、λ／２以上になる比較的厚い薄膜６の膜厚を測定す
る場合には、波長λが異なる複数のレーザ光源を使用し
て、被測定物４を構成する薄膜６が持っている波長依存
性に応じた複数の位相差を求めた後、これらの各位相差
の最小公倍数を求めて、３６０度以上の位相差範囲で、
膜厚を測定するようにしても良い。
構成する薄膜６の膜厚を自動的に測定して、測定に要す
る時間を大幅に短縮することができるとともに、測定に
要する手間を簡略化することができる。また、上述した
第１〜第３形態例においては、被測定物４を構成する薄
膜６の膜厚に関係なく１つの波長λを持つレーザ光を発
生するレーザ光源２を使用するようにしているが、薄膜
６の光学的光路長が前記レーザ光源２の波長λに対し
て、λ／２以上になる比較的厚い薄膜６の膜厚を測定す
る場合には、波長λが異なる複数のレーザ光源を使用し
て、被測定物４を構成する薄膜６が持っている波長依存
性に応じた複数の位相差を求めた後、これらの各位相差
の最小公倍数を求めて、３６０度以上の位相差範囲で、
膜厚を測定するようにしても良い。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
屈折性を有する基板と、この基板上に設けられた複屈折
性を有する薄膜とからなる被測定物の前記薄膜の膜厚を
測定する上で、基板の屈折率と、薄膜の屈折率と差が僅
少もしくは同一であっても、薄膜の厚さを正確に測定す
ることができるとともに、前記薄膜の厚みが測定に使用
するレーザ光源の波長λの１／２以上であっても薄膜の
厚さを測定することができる。
屈折性を有する基板と、この基板上に設けられた複屈折
性を有する薄膜とからなる被測定物の前記薄膜の膜厚を
測定する上で、基板の屈折率と、薄膜の屈折率と差が僅
少もしくは同一であっても、薄膜の厚さを正確に測定す
ることができるとともに、前記薄膜の厚みが測定に使用
するレーザ光源の波長λの１／２以上であっても薄膜の
厚さを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学式膜厚測定方法および装置の
第１形態例を適用した光学式膜厚測定装置の一例を示す
概略構成図である。
第１形態例を適用した光学式膜厚測定装置の一例を示す
概略構成図である。
【図２】本発明による光学式膜厚測定方法および装置の
第２形態例を適用した光学式膜厚測定装置の一例を示す
概略構成図である。
第２形態例を適用した光学式膜厚測定装置の一例を示す
概略構成図である。
【図３】本発明による光学式膜厚測定方法および装置の
第３形態例を適用した光学式膜厚測定装置の一例を示す
概略構成図である。
第３形態例を適用した光学式膜厚測定装置の一例を示す
概略構成図である。
【図４】従来から知られている光学式膜厚測定方法を使
用した光学式膜厚測定装置の一例を示す概略構成図であ
る。
用した光学式膜厚測定装置の一例を示す概略構成図であ
る。
１ａ、１ｂ、１ｃ 光学式膜厚測定装置 ２ レーザ光源 ３ 偏光子 ４ 被測定物 ５ 基板 ６ 薄膜 ７ 検出子 ８ 光検出器 １０ａ、１０ｂ 光生成機構 １１ａ、１１ｃ 光測定機構 １２ 補正板 １３ ステッピングモータ（モータ） １４ ロータリーエンコーダ
Claims (7)
- 【請求項１】 複屈折性を有する基板と、この基板上に
形成された複屈折性を有する薄膜とからなる被測定物に
対して、レーザ光を照射して、前記薄膜の膜厚を測定す
る光学式膜厚測定方法において、 レーザ光源から出射されるレーザ光を偏光子により直線
偏光に変換し、この直線偏光を前記被測定物に照射する
一方、 前記被測定物を透過したレーザ光を受けて一偏波方向の
成分を抽出する検出子を、入射光線軸を中心として回転
させることにより、互いに直交する２つの直線偏光成分
およびこれらの直線偏光成分に対して４５度ずれた互い
に直交する２つの直線偏光成分を抽出し、 これらの各直線偏光成分の位相差に基づき、前記薄膜の
膜厚を測定するようにしたことを特徴とする光学式膜厚
測定方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光学式膜厚測定方法に
おいて、 前記基板と同一の屈折率および同一の光路長を有し、か
つ前記基板の主断面に対し、９０度回転した主断面を有
する補正板を前記被測定物の入射面側もしくは出射面側
に配置することにより、前記被測定物を構成する薄膜の
位相差のみを抽出するようにしたことを特徴とする光学
式膜厚測定方法。 - 【請求項３】 請求項１または２のいずれかに記載の光
学式膜厚測定方法において、 互いに異なる波長のレーザ光を発生する複数のレーザ光
源を使用し、前記被測定物を構成する薄膜が持つ波長依
存性を用いて位相差を抽出するようにしたことを特徴と
する光学式膜厚測定方法。 - 【請求項４】 複屈折性を有する基板と、この基板上に
形成された複屈折性を有する薄膜とからなる被測定物に
対して、レーザ光を照射して、前記薄膜の膜厚を測定す
る光学式膜厚測定装置において、 予め設定された波長のレーザ光を発生するレーザ光源
と、 このレーザ光源から出射されるレーザ光を直線偏光に変
換して前記被測定物に照射する偏光子と、 前記被測定物を透過したレーザ光を複数の偏波方向の成
分として抽出する検出子と、 この検出子により抽出された各偏波方向の成分の光強度
を検出する光検出器とを備えたことを特徴とする光学式
膜厚測定装置。 - 【請求項５】 請求項４に記載の光学式膜厚測定装置に
おいて、 前記偏光子の出射面側または前記検出子の入射面側のい
ずれかに、前記基板と同一の屈折率および同一の光路長
を有し、かつ前記基板の主断面に対し、９０度回転した
主断面を有する補正板を配置したことを特徴とする光学
式膜厚測定装置。 - 【請求項６】 請求項４または５のいずれかに記載の光
学式膜厚測定装置において、 前記レーザ光源として、互いに異なる波長のレーザ光を
発生する複数のレーザ光源のいずれかを使用することを
特徴とする光学式膜厚測定装置。 - 【請求項７】 請求項４、５、６のいずれかに記載の光
学式膜厚測定装置において、 前記検出子を回転駆動するモータと、前記検出子の回転
角度を検出するロータリーエンコーダと設け、前記ロー
タリーエンコーダによって前記検出子の回転角度を検出
しながら、前記モータによって前記検出子を回転させ
て、前記検出子の回転角度を順次、切り替えることを特
徴とする光学式膜厚測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17291296A JPH09329424A (ja) | 1996-06-12 | 1996-06-12 | 光学式膜厚測定方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17291296A JPH09329424A (ja) | 1996-06-12 | 1996-06-12 | 光学式膜厚測定方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09329424A true JPH09329424A (ja) | 1997-12-22 |
Family
ID=15950657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17291296A Pending JPH09329424A (ja) | 1996-06-12 | 1996-06-12 | 光学式膜厚測定方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09329424A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007154287A (ja) * | 2005-12-08 | 2007-06-21 | Fujifilm Corp | メッキ厚モニタ装置およびメッキ停止装置 |
| CN103403528A (zh) * | 2011-02-28 | 2013-11-20 | 国立大学法人香川大学 | 光学特性测量装置以及光学特性测量方法 |
| CN103411888A (zh) * | 2013-08-27 | 2013-11-27 | 南京信息工程大学 | 一种气体浓度测量方法及测量装置 |
-
1996
- 1996-06-12 JP JP17291296A patent/JPH09329424A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007154287A (ja) * | 2005-12-08 | 2007-06-21 | Fujifilm Corp | メッキ厚モニタ装置およびメッキ停止装置 |
| JP4762702B2 (ja) * | 2005-12-08 | 2011-08-31 | 富士フイルム株式会社 | メッキ厚モニタ装置およびメッキ停止装置 |
| CN103403528A (zh) * | 2011-02-28 | 2013-11-20 | 国立大学法人香川大学 | 光学特性测量装置以及光学特性测量方法 |
| CN103411888A (zh) * | 2013-08-27 | 2013-11-27 | 南京信息工程大学 | 一种气体浓度测量方法及测量装置 |
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