JPH0972723A - フィルムの厚さと屈折率を測定するための測定方法及び測定装置 - Google Patents
フィルムの厚さと屈折率を測定するための測定方法及び測定装置Info
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- JPH0972723A JPH0972723A JP8190180A JP19018096A JPH0972723A JP H0972723 A JPH0972723 A JP H0972723A JP 8190180 A JP8190180 A JP 8190180A JP 19018096 A JP19018096 A JP 19018096A JP H0972723 A JPH0972723 A JP H0972723A
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
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Abstract
(57)【要約】
【課題】透過フィルムの屈折率と厚さとを測定する。
【解決手段】低コヒーレンス光源１２からファイバ１３
を介して第１の入射角でフィルム１５の上部表面に向か
って第１の光信号を送り、鏡１１で反射して前記上部表
面を出る光をファイバ１３で集める。同じく、ファイバ
１４を介して前記第１の入射角とは異なる第２の入射角
で前記フィルム１５の前記上部表面に向かって前記第２
の光信号を送り、前記フィルム１５の前記上部表面を出
る光をファイバ１４で集める。ファイバ１３、１４で集
められた光を結合し、前記フィルム１５の上部表面から
反射する光と下部表面から反射する光との間における時
間遅延を求める。
を介して第１の入射角でフィルム１５の上部表面に向か
って第１の光信号を送り、鏡１１で反射して前記上部表
面を出る光をファイバ１３で集める。同じく、ファイバ
１４を介して前記第１の入射角とは異なる第２の入射角
で前記フィルム１５の前記上部表面に向かって前記第２
の光信号を送り、前記フィルム１５の前記上部表面を出
る光をファイバ１４で集める。ファイバ１３、１４で集
められた光を結合し、前記フィルム１５の上部表面から
反射する光と下部表面から反射する光との間における時
間遅延を求める。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学反射率測定に関す
るものであり、とりわけ、フィルム、シート、または、
ウェブの厚さ及び屈折率を測定するための装置に関する
ものである。
るものであり、とりわけ、フィルム、シート、または、
ウェブの厚さ及び屈折率を測定するための装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】多くの工業プロセスにおいて、フィルム
厚の制御は、極めて重要である。例えば、写真フィルム
の製造には、裏引き層の上に乳剤の均一な層を形成する
必要がある。プロセス制御の見地からすると、フィルム
の製造後に、実験室でフィルム厚の測定を行うよりも、
フィルムの製造工程でフィルム厚の測定を行えるほうが
有利である。オフ・ラインでサンプルの測定を行う場
合、かなりの量の欠陥材料の加工が済むまで、機械の機
能不良を補正することができない。これは、無駄を生じ
ることになる。本明細書において、「フィルム」という
用語には、ウェブ及びシートが含まれるものとする。
厚の制御は、極めて重要である。例えば、写真フィルム
の製造には、裏引き層の上に乳剤の均一な層を形成する
必要がある。プロセス制御の見地からすると、フィルム
の製造後に、実験室でフィルム厚の測定を行うよりも、
フィルムの製造工程でフィルム厚の測定を行えるほうが
有利である。オフ・ラインでサンプルの測定を行う場
合、かなりの量の欠陥材料の加工が済むまで、機械の機
能不良を補正することができない。これは、無駄を生じ
ることになる。本明細書において、「フィルム」という
用語には、ウェブ及びシートが含まれるものとする。
【０００３】先行技術によるフィルム厚の測定方法は、
接触法と非接触法に分類することが可能である。接触法
の１つでは、物理的にフィルムの両面に接触するマイク
ロメータが用いられる。これらの方法には、測定中にフ
ィルムを物理的に変形させるため、測定が不正確にな
り、凹みやかき傷によってフィルムに損傷を与える可能
性があるという欠点がある。さらに、該方法は、高速移
動するフィルム・ウェブのオン・ライン測定の場合には
適用が困難である。
接触法と非接触法に分類することが可能である。接触法
の１つでは、物理的にフィルムの両面に接触するマイク
ロメータが用いられる。これらの方法には、測定中にフ
ィルムを物理的に変形させるため、測定が不正確にな
り、凹みやかき傷によってフィルムに損傷を与える可能
性があるという欠点がある。さらに、該方法は、高速移
動するフィルム・ウェブのオン・ライン測定の場合には
適用が困難である。
【０００４】先行技術では、亜原子粒子のビーム、また
は、ベータ粒子またはガンマ線のような放射線の減衰に
基づく非接触法も周知のところである。例えば、このタ
イプの先行技術による方法の１つでは、フィルムによる
電子ビームの減衰を利用して、フィルム厚が求められ
る。この方法には、３つの欠点がある。第１に、このシ
ステムの場合、減衰がフィルムの化学組成及び密度によ
って決まるので、各フィルム・タイプ毎に較正しなけれ
ばならない。第２に、該システムは、一般に、粒子ビー
ムを発生する放射線源に依存している。一般に、コス
ト、安全性、及び、生理学的理由から、放射性材料の利
用は制限するのが望ましい。第３に、通常、フィルムの
一方の側に放射線源を配置し、もう一方の側に検出器を
配置することができるようにするため、フィルムの両側
に対するアクセスが必要になる。
は、ベータ粒子またはガンマ線のような放射線の減衰に
基づく非接触法も周知のところである。例えば、このタ
イプの先行技術による方法の１つでは、フィルムによる
電子ビームの減衰を利用して、フィルム厚が求められ
る。この方法には、３つの欠点がある。第１に、このシ
ステムの場合、減衰がフィルムの化学組成及び密度によ
って決まるので、各フィルム・タイプ毎に較正しなけれ
ばならない。第２に、該システムは、一般に、粒子ビー
ムを発生する放射線源に依存している。一般に、コス
ト、安全性、及び、生理学的理由から、放射性材料の利
用は制限するのが望ましい。第３に、通常、フィルムの
一方の側に放射線源を配置し、もう一方の側に検出器を
配置することができるようにするため、フィルムの両側
に対するアクセスが必要になる。
【０００５】先行技術では、光学自己相関器を用いるフ
ィルム厚の測定方法も周知のところである。ここで、光
学自己相関器は、可変差分時間遅延を有する干渉計と定
義する。光学自己相関器の実施例の１つについては、例
えば、グッドマンの「統計光学」の第５章（Joseph W.
Goodman, Statistical Optics, chapter 5, pp.157-17
0, John Wiley & Sons, 1985）に解説がある。当該技術
の熟練者であれば、光学自己相関器の動作原理に通じて
いるが、本特許に関連するので、ここで、いくつかの原
理について明らかにしておくことにする。光を２つの異
なる経路に分割し、その後、再結合して、フォトダイオ
ードに送る自己相関干渉計の場合、検出される光の強度
は、あるパラメータの関数として測定される。このパラ
メータは、干渉計の差分光路長△Ｌとすることもできる
し、あるいは、干渉計の差分時間遅延△ｔとすることも
可能である。これらのパラメータは、△Ｌ＝ｎｃ△ｔに
よって関連づけられるが、ここで、ｃは真空中における
光の速度であり、ｎは、差分光路長の媒体（通常は、空
気）の群屈折率である。差分時間遅延の関数として表さ
れる検出光の強度は、入力光のコヒーレンス関数と呼ば
れる。従って、フィルムの異なる表面から反射した光の
間における時間遅延を求める受信器は、フィルムの異な
る表面から反射した光の間における光路遅延を求める受
信器と同じ機能を果たす。反射光のコヒーレンス関数に
おけるピーク間の間隔を求めるのは、同じ機能を表すさ
らにもう１つのやり方である。ここで、差分時間遅延と
いう用語には、差分光路遅延が含まれるものとする。
ィルム厚の測定方法も周知のところである。ここで、光
学自己相関器は、可変差分時間遅延を有する干渉計と定
義する。光学自己相関器の実施例の１つについては、例
えば、グッドマンの「統計光学」の第５章（Joseph W.
Goodman, Statistical Optics, chapter 5, pp.157-17
0, John Wiley & Sons, 1985）に解説がある。当該技術
の熟練者であれば、光学自己相関器の動作原理に通じて
いるが、本特許に関連するので、ここで、いくつかの原
理について明らかにしておくことにする。光を２つの異
なる経路に分割し、その後、再結合して、フォトダイオ
ードに送る自己相関干渉計の場合、検出される光の強度
は、あるパラメータの関数として測定される。このパラ
メータは、干渉計の差分光路長△Ｌとすることもできる
し、あるいは、干渉計の差分時間遅延△ｔとすることも
可能である。これらのパラメータは、△Ｌ＝ｎｃ△ｔに
よって関連づけられるが、ここで、ｃは真空中における
光の速度であり、ｎは、差分光路長の媒体（通常は、空
気）の群屈折率である。差分時間遅延の関数として表さ
れる検出光の強度は、入力光のコヒーレンス関数と呼ば
れる。従って、フィルムの異なる表面から反射した光の
間における時間遅延を求める受信器は、フィルムの異な
る表面から反射した光の間における光路遅延を求める受
信器と同じ機能を果たす。反射光のコヒーレンス関数に
おけるピーク間の間隔を求めるのは、同じ機能を表すさ
らにもう１つのやり方である。ここで、差分時間遅延と
いう用語には、差分光路遅延が含まれるものとする。
【０００６】マイケルソン干渉計は、こうした自己相関
器の一例である。マイケルソン干渉計を利用したフィル
ム厚測定装置の一例が、米国特許出願第３、３１９、５
１５号においてフラワノイ（Flournoy)により教示され
ている。このシステムの場合、フィルム表面に対してあ
る角度をなす平行光ビームによって、フィルムの照射が
行われる。フィルムの正面と背面によって、反射光信号
が発生する。次に、２つの反射表面の距離が、反射光を
入力として受けるマイケルソン干渉計において発生した
自己相関スペクトルのピークを調べることによって求め
られる。あいにく、この方法では、群屈折率とフィルム
厚の積だけしか求めることができない。この量に変動が
検出されると、追加測定を行って、フィルム組成が変化
したか、あるいは、フィルム厚が変化したかを判定しな
ければならない。群屈折率は、媒体における光パルスの
伝搬速度対真空におけるパルスの伝搬速度の比と定義さ
れる。
器の一例である。マイケルソン干渉計を利用したフィル
ム厚測定装置の一例が、米国特許出願第３、３１９、５
１５号においてフラワノイ（Flournoy)により教示され
ている。このシステムの場合、フィルム表面に対してあ
る角度をなす平行光ビームによって、フィルムの照射が
行われる。フィルムの正面と背面によって、反射光信号
が発生する。次に、２つの反射表面の距離が、反射光を
入力として受けるマイケルソン干渉計において発生した
自己相関スペクトルのピークを調べることによって求め
られる。あいにく、この方法では、群屈折率とフィルム
厚の積だけしか求めることができない。この量に変動が
検出されると、追加測定を行って、フィルム組成が変化
したか、あるいは、フィルム厚が変化したかを判定しな
ければならない。群屈折率は、媒体における光パルスの
伝搬速度対真空におけるパルスの伝搬速度の比と定義さ
れる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】一般に、本発明の目的
は、薄膜の厚さ及び屈折率を測定するための改良された
装置及び方法を提供することにある。
は、薄膜の厚さ及び屈折率を測定するための改良された
装置及び方法を提供することにある。
【０００８】本発明のもう１つの目的は、フィルムと測
定装置の接触を必要としないシステムを提供することに
ある。
定装置の接触を必要としないシステムを提供することに
ある。
【０００９】本発明のさらにもう１つの目的は、フィル
ムのばたつきに適応可能なシステムを提供することにあ
る。
ムのばたつきに適応可能なシステムを提供することにあ
る。
【００１０】本発明のさらにもう１つの目的は、屈折率
とフィルム厚の両方を別個に求めることが可能なシステ
ムを提供することにある。
とフィルム厚の両方を別個に求めることが可能なシステ
ムを提供することにある。
【００１１】本発明のさらにもう１つの目的は、フィル
ムの両面へのアクセスを必要とせずに、フィルムの屈折
率と厚さの両方を求めることが可能なシステムを提供す
ることにある。
ムの両面へのアクセスを必要とせずに、フィルムの屈折
率と厚さの両方を求めることが可能なシステムを提供す
ることにある。
【００１２】本発明の以上の及びその他の目的について
は、当該技術の熟練者には、本発明に関する以下の詳細
な説明及び添付の図面から明らかになるであろう。
は、当該技術の熟練者には、本発明に関する以下の詳細
な説明及び添付の図面から明らかになるであろう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上部表面と下
部表面を備えたフィルムの厚さを測定するための装置及
び方法から構成される。該装置には、低コヒーレント光
源から第１のプローブ光信号及び第２のプローブ光信号
を発生するための第１のカップラまたはビーム分割器が
含まれている。第１のプローブ光信号は、第１の入射角
でフィルムの上部表面に向けて送られ、フィルムの上部
表面を出る光が集められる。同様に、第２のプローブ光
信号は、前記第１の入射角とは異なる第２の入射角でフ
ィルムの上部表面に向けて送られ、やはり、フィルムの
上部表面を出る光が集められる。集められた光を結合し
て、集光光信号が形成され、これが受信器に入力され
て、フィルムの上部表面から反射した光と下部表面から
反射した光との間における時間遅延が求められる。本発
明の望ましい実施例の場合、受信器は、結合光信号から
測定される周波数領域スペクトルのフーリエ変換を可能
にする回路要素を含む、光学自己相関器または光学スペ
クトル解析器から構成される。
部表面を備えたフィルムの厚さを測定するための装置及
び方法から構成される。該装置には、低コヒーレント光
源から第１のプローブ光信号及び第２のプローブ光信号
を発生するための第１のカップラまたはビーム分割器が
含まれている。第１のプローブ光信号は、第１の入射角
でフィルムの上部表面に向けて送られ、フィルムの上部
表面を出る光が集められる。同様に、第２のプローブ光
信号は、前記第１の入射角とは異なる第２の入射角でフ
ィルムの上部表面に向けて送られ、やはり、フィルムの
上部表面を出る光が集められる。集められた光を結合し
て、集光光信号が形成され、これが受信器に入力され
て、フィルムの上部表面から反射した光と下部表面から
反射した光との間における時間遅延が求められる。本発
明の望ましい実施例の場合、受信器は、結合光信号から
測定される周波数領域スペクトルのフーリエ変換を可能
にする回路要素を含む、光学自己相関器または光学スペ
クトル解析器から構成される。
【００１４】
【実施例】先行技術に対する本発明の方法の利点は、本
発明による厚さモニタ装置の望ましい実施例に関する略
図である図１を参照することによって容易に理解するこ
とが可能である。装置１０は、低コヒーレント光源１２
を利用して、光信号を発生し、該光信号は、３ｄＢカッ
プラ１６によって、その厚さを測定すべきフィルム１５
に加えられる２つの部分光信号に分割される。これらの
光信号は、ファイバ１３及び１４を介してフィルムに加
えられる。第１の信号は、ほぼ垂直な入射角でフィルム
１５に当たり、第２の信号は、斜めの入射角でフィルム
に当たる。フィルム表面から反射した光は、光ファイバ
によって集められる。鏡１１が、フィルムによって反射
されたファイバ１３からの光を反射して、ファイバ１３
に戻す。集められた光はカップラ１６によって結合され
て、ファイバ１７に出力光信号として送り出され、これ
が、光学自己相関器が望ましい受信器に送られる。
発明による厚さモニタ装置の望ましい実施例に関する略
図である図１を参照することによって容易に理解するこ
とが可能である。装置１０は、低コヒーレント光源１２
を利用して、光信号を発生し、該光信号は、３ｄＢカッ
プラ１６によって、その厚さを測定すべきフィルム１５
に加えられる２つの部分光信号に分割される。これらの
光信号は、ファイバ１３及び１４を介してフィルムに加
えられる。第１の信号は、ほぼ垂直な入射角でフィルム
１５に当たり、第２の信号は、斜めの入射角でフィルム
に当たる。フィルム表面から反射した光は、光ファイバ
によって集められる。鏡１１が、フィルムによって反射
されたファイバ１３からの光を反射して、ファイバ１３
に戻す。集められた光はカップラ１６によって結合され
て、ファイバ１７に出力光信号として送り出され、これ
が、光学自己相関器が望ましい受信器に送られる。
【００１５】光源１２のコヒーレンス長は、測定される
フィルム厚よりも短くなければならない。こうした光源
は、光学反射率測定技術において一般的であり、従っ
て、ここでは詳述しない。ここでの論述のためには、光
源に端面発光型発光ダイオードを利用することが可能で
あるという点に言及すれば十分である。
フィルム厚よりも短くなければならない。こうした光源
は、光学反射率測定技術において一般的であり、従っ
て、ここでは詳述しない。ここでの論述のためには、光
源に端面発光型発光ダイオードを利用することが可能で
あるという点に言及すれば十分である。
【００１６】マイケルソン干渉計から構成される典型的
な自己相関器１８が、１８で示されている。マイケルソ
ン干渉計に入射する光は、ビーム分割器１９によって、
異なる光路に進む２つのビームに分割される。第１の光
路は、固定鏡２０の位置によって決まり、第２の光路
は、可動鏡２１の位置によって決まる。それぞれ異なる
光路を通り抜けた光は、分割器１９によって再結合され
て、フォトダイオード２２に送られ、光の干渉のために
鏡２１の位置に応じて変動する光の強度がフォトダイオ
ード２２で測定される。
な自己相関器１８が、１８で示されている。マイケルソ
ン干渉計に入射する光は、ビーム分割器１９によって、
異なる光路に進む２つのビームに分割される。第１の光
路は、固定鏡２０の位置によって決まり、第２の光路
は、可動鏡２１の位置によって決まる。それぞれ異なる
光路を通り抜けた光は、分割器１９によって再結合され
て、フォトダイオード２２に送られ、光の干渉のために
鏡２１の位置に応じて変動する光の強度がフォトダイオ
ード２２で測定される。
【００１７】次に、斜めのビームが当たる、フィルム１
５の表面領域に関する拡大図である図２を参照する。フ
ィルムの屈折率は「ｎ」で表す。光路２４に対する光路
２５に沿った光路遅延Ｂは、次の式（１）の値に略等し
い。 ２ｎｔ（１ーｓｉｎ2Θ1／ｎ2）／ｃｏｓΘ2 （１）
５の表面領域に関する拡大図である図２を参照する。フ
ィルムの屈折率は「ｎ」で表す。光路２４に対する光路
２５に沿った光路遅延Ｂは、次の式（１）の値に略等し
い。 ２ｎｔ（１ーｓｉｎ2Θ1／ｎ2）／ｃｏｓΘ2 （１）
【００１８】ここで、群屈折率と屈折率はほぼ等しいも
のと仮定される。この近似が満たされない場合、式
（１）におけるｎ2は、ｎｎgに置き換えなければならな
いが、ここで、ｎgは群屈折率であり、式（１）の分子
におけるｎは、ｎgに置き換えなければならない。
のと仮定される。この近似が満たされない場合、式
（１）におけるｎ2は、ｎｎgに置き換えなければならな
いが、ここで、ｎgは群屈折率であり、式（１）の分子
におけるｎは、ｎgに置き換えなければならない。
【００１９】垂直に入射する光信号に関する光路遅延差
Ａは、下記式（２）によって得られる。 Ａ＝２ｎgｔ （２） Ａは略２ｎｔに等しい。
Ａは、下記式（２）によって得られる。 Ａ＝２ｎgｔ （２） Ａは略２ｎｔに等しい。
【００２０】ここで、再び、ｎは略ｎgと等しいと仮定
する。Θ1の値は、幾何学から分かる。Θ2の値は、Θ1
から求められ、ｎはスネルの法則を用いて求められる。
従って、Ａ及びＢが分かれば、式（１）及び式（２）を
解いて、ｎ及びｔを求めることが可能である。
する。Θ1の値は、幾何学から分かる。Θ2の値は、Θ1
から求められ、ｎはスネルの法則を用いて求められる。
従って、Ａ及びＢが分かれば、式（１）及び式（２）を
解いて、ｎ及びｔを求めることが可能である。
【００２１】Ａ及びＢの値は、自己相関器の出力から求
めることが可能である。次に、自己相関器１８の出力を
表した図３を参照する。自己相関器に入力される信号パ
ターンは、常にそれ自体と相関させられるので、Ｘ＝０
の場合の３０で示す大信号が常に存在する。自己相関器
の分岐の１つにおける光学遅延が、２つの反射間におけ
る遅延と一致する場合、自己相関器の出力にピークが生
じることになる。これは、光源１２の低コヒーレンス長
の直接的な結果である。従って、自己相関器の出力は、
フィルムの正面と背面から反射する垂直に入射した光に
関する光路差に対応するピーク３１を有することにな
る。さらに、フィルムの正面と背面からの斜めの反射に
関する光路差に対応するピーク３２も存在する。ファイ
バ１３及び１４の信号は、同じ光源から得られるので、
ファイバ１３及び１４の長さが等しければ、垂直入射ア
ームにおける反射と斜め入射アームにおける反射との間
のオーバラップに対応するピークも存在することにな
る。こうしたピークは、データの解釈を複雑にするの
で、本発明の望ましい実施例では、この問題を回避する
ようにファイバ長を選んでいる。最後に、留意すべき
は、負のＸ値に対しても対称にピーク・パターンが観測
されるという点である。
めることが可能である。次に、自己相関器１８の出力を
表した図３を参照する。自己相関器に入力される信号パ
ターンは、常にそれ自体と相関させられるので、Ｘ＝０
の場合の３０で示す大信号が常に存在する。自己相関器
の分岐の１つにおける光学遅延が、２つの反射間におけ
る遅延と一致する場合、自己相関器の出力にピークが生
じることになる。これは、光源１２の低コヒーレンス長
の直接的な結果である。従って、自己相関器の出力は、
フィルムの正面と背面から反射する垂直に入射した光に
関する光路差に対応するピーク３１を有することにな
る。さらに、フィルムの正面と背面からの斜めの反射に
関する光路差に対応するピーク３２も存在する。ファイ
バ１３及び１４の信号は、同じ光源から得られるので、
ファイバ１３及び１４の長さが等しければ、垂直入射ア
ームにおける反射と斜め入射アームにおける反射との間
のオーバラップに対応するピークも存在することにな
る。こうしたピークは、データの解釈を複雑にするの
で、本発明の望ましい実施例では、この問題を回避する
ようにファイバ長を選んでいる。最後に、留意すべき
は、負のＸ値に対しても対称にピーク・パターンが観測
されるという点である。
【００２２】本発明の上述の実施例は、フィルムに近接
して配置された２つのファイバ端に関して説明を行っ
た。本発明の望ましい実施例の場合、フィルムからある
距離をあけてファイバ端を配置し、フィルムが高速走行
してばたつく場合にどうしても生じやすいフィルムの反
射表面の角度変動に関する許容差とばたつきに対する余
裕が得られるようにする。追加距離に適応し、所望の公
差が得られるようにするため、レンズ及び反射表面が利
用される。この装置の機能の仕方については、ファイバ
端、レンズ、及び、測定を受けるフィルムの断面図であ
る図４を参照することによってより容易に理解すること
が可能になる。ファイバ１３を出る光は、レンズ１０３
によって平行化される。フィルム１５を出る光は、レン
ズ１０４及び鏡１１０によって集束し、ファイバ１３に
戻される。同様に、レンズ１０２は、ファイバ１４を出
る光をフィルムに向け、フィルムから反射によって戻さ
れる光を集め、フィルムを出る光を結合し、集まった光
を集束させてファイバ１４に戻す。
して配置された２つのファイバ端に関して説明を行っ
た。本発明の望ましい実施例の場合、フィルムからある
距離をあけてファイバ端を配置し、フィルムが高速走行
してばたつく場合にどうしても生じやすいフィルムの反
射表面の角度変動に関する許容差とばたつきに対する余
裕が得られるようにする。追加距離に適応し、所望の公
差が得られるようにするため、レンズ及び反射表面が利
用される。この装置の機能の仕方については、ファイバ
端、レンズ、及び、測定を受けるフィルムの断面図であ
る図４を参照することによってより容易に理解すること
が可能になる。ファイバ１３を出る光は、レンズ１０３
によって平行化される。フィルム１５を出る光は、レン
ズ１０４及び鏡１１０によって集束し、ファイバ１３に
戻される。同様に、レンズ１０２は、ファイバ１４を出
る光をフィルムに向け、フィルムから反射によって戻さ
れる光を集め、フィルムを出る光を結合し、集まった光
を集束させてファイバ１４に戻す。
【００２３】図５には、所望の間隔を得るための代替光
学装置が示されている。この場合、ファイバ１３の代わ
りに、２つのファイバ１３１及び１３２が用いられる。
ファイバ１３１及びレンズ１３４は、フィルムに送られ
る平行ビームを生じる光源の働きをする。レンズ１３３
及びファイバ１３２は、フィルムから反射する光を集め
る。ファイバ１３２からの光は、自己相関器が受ける前
に、カップラにおいてファイバ１４からの光と結合され
る。
学装置が示されている。この場合、ファイバ１３の代わ
りに、２つのファイバ１３１及び１３２が用いられる。
ファイバ１３１及びレンズ１３４は、フィルムに送られ
る平行ビームを生じる光源の働きをする。レンズ１３３
及びファイバ１３２は、フィルムから反射する光を集め
る。ファイバ１３２からの光は、自己相関器が受ける前
に、カップラにおいてファイバ１４からの光と結合され
る。
【００２４】本発明の上述の実施例は、自己相関器とし
てマイケルソン干渉計を利用しているが、他の形態の自
己相関器を利用することも可能である。例えば、波長ま
たは光周波数の関数として光パワーを測定する光学スペ
クトル解析器を利用することが可能である。周波数領域
スペクトルのフーリエ変換によって、自己相関器と同じ
出力が得られる。
てマイケルソン干渉計を利用しているが、他の形態の自
己相関器を利用することも可能である。例えば、波長ま
たは光周波数の関数として光パワーを測定する光学スペ
クトル解析器を利用することが可能である。周波数領域
スペクトルのフーリエ変換によって、自己相関器と同じ
出力が得られる。
【００２５】本発明の上述の実施例は、受信器に自己相
関器を利用したが、他のタイプの反射率計による受信器
を利用することも可能である。図６には、こうした代替
実施例が１００で示されている。低コヒーレンス光源１
２からの光が、第１のカップラ１６１によって２つの信
号に分割される。ファイバ１６４の信号は、２つの信号
に分割され、フィルム１５に対して２つの入射角でこれ
らの信号を加え、フィルム１５から反射によって戻され
る光を集める、ファイバ１３０及び１４０から構成され
るプローブ対が形成されるようにする。第２の光信号が
可動鏡１２１から構成される可変基準光路を通り抜ける
と、集められた光とカップラ１６１で発生する第２の光
信号が、カップラによって再結合される。基準光路の遅
延が反射率計のプローブ・アームにおける信号の通過時
間と一致する場合、カップラ１６１において結合される
信号は、構成的干渉を受けることになる。カップラ１６
１を出る光の強度は、光検出器１２１によって測定され
る。このタイプの受信器は、市販品として購入可能であ
る（米国ヒューレット・パッカード社製ＨＰ８５０４
高精度反射率計（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｒｅｆｌｅｃｔ
ｏｍｅｒ））。鏡位置Ｘの関数としてのフォトダイオー
ドの出力から、上述のように、フィルム厚及び屈折率を
求めることが可能である。
関器を利用したが、他のタイプの反射率計による受信器
を利用することも可能である。図６には、こうした代替
実施例が１００で示されている。低コヒーレンス光源１
２からの光が、第１のカップラ１６１によって２つの信
号に分割される。ファイバ１６４の信号は、２つの信号
に分割され、フィルム１５に対して２つの入射角でこれ
らの信号を加え、フィルム１５から反射によって戻され
る光を集める、ファイバ１３０及び１４０から構成され
るプローブ対が形成されるようにする。第２の光信号が
可動鏡１２１から構成される可変基準光路を通り抜ける
と、集められた光とカップラ１６１で発生する第２の光
信号が、カップラによって再結合される。基準光路の遅
延が反射率計のプローブ・アームにおける信号の通過時
間と一致する場合、カップラ１６１において結合される
信号は、構成的干渉を受けることになる。カップラ１６
１を出る光の強度は、光検出器１２１によって測定され
る。このタイプの受信器は、市販品として購入可能であ
る（米国ヒューレット・パッカード社製ＨＰ８５０４
高精度反射率計（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｒｅｆｌｅｃｔ
ｏｍｅｒ））。鏡位置Ｘの関数としてのフォトダイオー
ドの出力から、上述のように、フィルム厚及び屈折率を
求めることが可能である。
【００２６】フィルムの反射を識別するのに十分な空間
解像度を有する任意のタイプの反射率計を用いることが
可能である。しかし、この構成は、その結果が個々のフ
ァイバの長さの変動に影響されやすいので、望ましくは
ない。こうした変動は、温度の変動または機械的応力の
ために生じる可能性がある。これに対し、自己相関器に
よって得られる結果は、こうした揺動に左右されない。
解像度を有する任意のタイプの反射率計を用いることが
可能である。しかし、この構成は、その結果が個々のフ
ァイバの長さの変動に影響されやすいので、望ましくは
ない。こうした変動は、温度の変動または機械的応力の
ために生じる可能性がある。これに対し、自己相関器に
よって得られる結果は、こうした揺動に左右されない。
【００２７】本発明の上記実施例は、２つのプローブ光
信号、すなわち、垂直に入射する光信号と斜めに入射す
る光信号に関連して説明したが、当該技術の熟練者には
明らかなように、入射角が異なれば、両方の信号を斜め
に入射することも可能である。計算結果が、アライメン
ト・エラーの影響を受けにくくなるので、上記構成が望
ましい。
信号、すなわち、垂直に入射する光信号と斜めに入射す
る光信号に関連して説明したが、当該技術の熟練者には
明らかなように、入射角が異なれば、両方の信号を斜め
に入射することも可能である。計算結果が、アライメン
ト・エラーの影響を受けにくくなるので、上記構成が望
ましい。
【００２８】以上の説明では、上部表面と下部表面を備
えるものとしてフィルムに言及してきたが、当該技術の
熟練者には明らかなように、これらの用語は、フィルム
の２つの表面に関する便宜上の表示でしかない。
えるものとしてフィルムに言及してきたが、当該技術の
熟練者には明らかなように、これらの用語は、フィルム
の２つの表面に関する便宜上の表示でしかない。
【００２９】以上の説明及び添付の図面から、当該技術
の熟練者にはさまざまな修正が明らかになるであろう。
以下に本発明の実施態様のいくつかを示す。
の熟練者にはさまざまな修正が明らかになるであろう。
以下に本発明の実施態様のいくつかを示す。
【００３０】（実施態様１）上部表面と下部表面を備え
る透過フィルム［１５］の厚さを測定するための装置
［１０、１００］において、低コヒーレンス光源［１
２］から第１のプローブ光信号と第２のプローブ光信号
を発生するための手段［１６、１６２］と、第１の入射
角で前記フィルム［１５］の前記上部表面に向かって前
記第１のプローブ光信号を送り、前記フィルム［１５］
の前記上部表面を出る光を集める第１の方向づけ手段
［１３］と、前記第１の入射角とは異なる第２の入射角
で前記フィルム［１５］の前記上部表面に向かって前記
第２のプローブ光信号を送り、前記フィルム［１５］の
前記上部表面を出る光を集める第２の方向づけ手段［１
４］と、前記第１の方向づけ手段及び前記第２の方向づ
け手段によって集められた前記光を結合して、集光信号
を形成するための手段［１６、１６２］と、前記集光信
号を受信して、前記集光信号から、前記フィルム［１
５］の前記上部表面から反射する光と下部表面から反射
する光との間における時間遅延を求めるための受信器
「１８」とから構成される測定装置。
る透過フィルム［１５］の厚さを測定するための装置
［１０、１００］において、低コヒーレンス光源［１
２］から第１のプローブ光信号と第２のプローブ光信号
を発生するための手段［１６、１６２］と、第１の入射
角で前記フィルム［１５］の前記上部表面に向かって前
記第１のプローブ光信号を送り、前記フィルム［１５］
の前記上部表面を出る光を集める第１の方向づけ手段
［１３］と、前記第１の入射角とは異なる第２の入射角
で前記フィルム［１５］の前記上部表面に向かって前記
第２のプローブ光信号を送り、前記フィルム［１５］の
前記上部表面を出る光を集める第２の方向づけ手段［１
４］と、前記第１の方向づけ手段及び前記第２の方向づ
け手段によって集められた前記光を結合して、集光信号
を形成するための手段［１６、１６２］と、前記集光信
号を受信して、前記集光信号から、前記フィルム［１
５］の前記上部表面から反射する光と下部表面から反射
する光との間における時間遅延を求めるための受信器
「１８」とから構成される測定装置。
【００３１】（実施態様２）前記受信器［１８］が、光
学自己相関器から構成されることを特徴とする、実施態
様１に記載の測定装置［１０、１００］。 （実施態様３）前記受信器［１８］が、光学反射率計か
ら構成されることを特徴とする、実施態様１に記載の測
定装置［１０、１００］。 （実施態様４）前記受信器［１８］が、光学スペクトル
解析器から構成されることを特徴とする、実施態様１に
記載の測定装置［１０、１００］。
学自己相関器から構成されることを特徴とする、実施態
様１に記載の測定装置［１０、１００］。 （実施態様３）前記受信器［１８］が、光学反射率計か
ら構成されることを特徴とする、実施態様１に記載の測
定装置［１０、１００］。 （実施態様４）前記受信器［１８］が、光学スペクトル
解析器から構成されることを特徴とする、実施態様１に
記載の測定装置［１０、１００］。
【００３２】（実施態様５）上部表面と下部表面を備え
る透明フィルムの厚さを測定するための方法において、
低コヒーレンス光源［１２］から第１のプローブ光信号
と第２のプローブ光信号を発生するステップと、第１の
入射角で前記フィルム［１５］の前記上部表面に向かっ
て前記第１のプローブ光信号を送り、前記フィルム［１
５］の上部表面を出る光を集めるステップと、前記第１
の入射角とは異なる第２の入射角で前記フィルム［１
５］の前記上部表面に向かって前記第２のプローブ光信
号を送り、前記フィルム［１５］の前記上部表面を出る
光を集めるステップと、前記第１と第２のプローブ光信
号から集めた前記光を結合して、集光信号を形成するス
テップと、受信器［１８］において、前記集光信号か
ら、前記フィルム［１５］の前記上部表面から反射した
光と前記下部表面から反射した光との間における時間遅
延を求めるステップと、から構成される測定方法。 （実施態様６）前記受信器［１８］が、自己相関器から
構成されることを特徴とする、実施態様５に記載の測定
方法。 （実施態様７）前記受信器［１８］が、光学反射率計か
ら構成されることを特徴とする、実施態様５に記載の測
定方法。 （実施態様８）前記受信器［１８］が、光学スペクトル
解析器から構成されることを特徴とする、実施態様５に
記載の測定方法。
る透明フィルムの厚さを測定するための方法において、
低コヒーレンス光源［１２］から第１のプローブ光信号
と第２のプローブ光信号を発生するステップと、第１の
入射角で前記フィルム［１５］の前記上部表面に向かっ
て前記第１のプローブ光信号を送り、前記フィルム［１
５］の上部表面を出る光を集めるステップと、前記第１
の入射角とは異なる第２の入射角で前記フィルム［１
５］の前記上部表面に向かって前記第２のプローブ光信
号を送り、前記フィルム［１５］の前記上部表面を出る
光を集めるステップと、前記第１と第２のプローブ光信
号から集めた前記光を結合して、集光信号を形成するス
テップと、受信器［１８］において、前記集光信号か
ら、前記フィルム［１５］の前記上部表面から反射した
光と前記下部表面から反射した光との間における時間遅
延を求めるステップと、から構成される測定方法。 （実施態様６）前記受信器［１８］が、自己相関器から
構成されることを特徴とする、実施態様５に記載の測定
方法。 （実施態様７）前記受信器［１８］が、光学反射率計か
ら構成されることを特徴とする、実施態様５に記載の測
定方法。 （実施態様８）前記受信器［１８］が、光学スペクトル
解析器から構成されることを特徴とする、実施態様５に
記載の測定方法。
【図１】本発明を使用した厚さモニタ装置の望ましい実
施例に関する概略図である。
施例に関する概略図である。
【図２】測定されるフィルム表面を示すのフィルムの拡
大断面図である。
大断面図である。
【図３】本発明に用いられた場合に、自己相関受信器に
よって発生する出力を表した図である。
よって発生する出力を表した図である。
【図４】本発明の望ましい実施例に用いられる配置のフ
ァイバ端及びレンズの断面図である。
ァイバ端及びレンズの断面図である。
【図５】本発明の代替実施例に用いられる配置のファイ
バ端及びレンズの断面図である。
バ端及びレンズの断面図である。
【図６】受信器に光学反射率計を利用した本発明の実施
例の略図である。
例の略図である。
１０ 厚さモニタ装置 １１ 鏡 １２ 低コヒーレント光源 １３、１４、１５ ファイバ １６ カップラ １７ ファイバ １８ 自己相関器 １９ ビーム分割器 ２０ 固定鏡 ２１ 可動鏡 ２２ フォトダイオード ２４ 光路 ２５ 光と １０２、１０３、１０４ レンズ １１０ 鏡 １２１ 可動鏡 １３０、１３１、１３２、１４０、１６４ ファイバ １３３、１３４ レンズ １６１ カップラ
Claims (1)
- 【請求項１】上部表面と下部表面を備える透過フィルム
［１５］の厚さを測定するための装置［１０、１００］
において、 低コヒーレンス光源［１２］から第１のプローブ光信号
と第２のプローブ光信号を発生するための手段［１６、
１６２］と、 第１の入射角で前記フィルム［１５］の前記上部表面に
向かって前記第１のプローブ光信号を送り、前記フィル
ム［１５］の前記上部表面を出る光を集める第１の方向
づけ手段［１３］と、前記第１の入射角とは異なる第２
の入射角で前記フィルム［１５］の前記上部表面に向か
って前記第２のプローブ光信号を送り、前記フィルム
［１５］の前記上部表面を出る光を集める第２の方向づ
け手段［１４］と、前記第１の方向づけ手段及び前記第
２の方向づけ手段によって集められた前記光を結合し
て、集光信号を形成するための手段［１６、１６２］
と、前記集光信号を受信して、前記集光信号から、前記
フィルム［１５］の前記上部表面から反射する光と下部
表面から反射する光との間における時間遅延を求めるた
めの受信器「１８」とから構成される測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/520,200 US5646734A (en) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | Method and apparatus for independently measuring the thickness and index of refraction of films using low coherence reflectometry |
| US520,200 | 1995-08-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0972723A true JPH0972723A (ja) | 1997-03-18 |
| JP3691597B2 JP3691597B2 (ja) | 2005-09-07 |
Family
ID=24071586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19018096A Expired - Fee Related JP3691597B2 (ja) | 1995-08-28 | 1996-07-19 | フィルムの厚さと屈折率を測定するための測定方法及び測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5646734A (ja) |
| EP (1) | EP0760459B1 (ja) |
| JP (1) | JP3691597B2 (ja) |
| DE (1) | DE69617335T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6393168B1 (en) | 1998-03-31 | 2002-05-21 | Ntt Advanced Technology Corporation | Method and apparatus for maintaining optical signal having low degree of polarization in specific state of polarization |
| JP2004286575A (ja) * | 2003-03-20 | 2004-10-14 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 光学材料の群屈折率精密計測方法及び装置 |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5838448A (en) * | 1997-03-11 | 1998-11-17 | Nikon Corporation | CMP variable angle in situ sensor |
| NO307675B1 (no) * | 1997-04-18 | 2000-05-08 | Lasse Leirfall | Anvendelse av en mÕleanordning til indikering av en forurenset, tilsmusset eller brannfarlig tilstand |
| US5923425A (en) * | 1997-11-20 | 1999-07-13 | Tropel Corporation | Grazing incidence interferometry for measuring transparent plane-parallel plates |
| US6157037A (en) * | 1998-12-04 | 2000-12-05 | Photosense, Llc | Sensing device and method for measuring emission time delay during irradiation of targeted samples |
| US6172756B1 (en) | 1998-12-11 | 2001-01-09 | Filmetrics, Inc. | Rapid and accurate end point detection in a noisy environment |
| US6204922B1 (en) | 1998-12-11 | 2001-03-20 | Filmetrics, Inc. | Rapid and accurate thin film measurement of individual layers in a multi-layered or patterned sample |
| US6184985B1 (en) | 1998-12-11 | 2001-02-06 | Filmetrics, Inc. | Spectrometer configured to provide simultaneous multiple intensity spectra from independent light sources |
| US6252670B1 (en) | 1999-10-29 | 2001-06-26 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Method for accurately calibrating a constant-angle reflection-interference spectrometer (CARIS) for measuring photoresist thickness |
| KR20030016935A (ko) * | 2001-08-23 | 2003-03-03 | 광주과학기술원 | 광섬유 렌즈의 초점거리를 이용한 물질의 두께 측정장치및 그 방법 |
| US6806969B2 (en) * | 2001-10-19 | 2004-10-19 | Agilent Technologies, Inc. | Optical measurement for measuring a small space through a transparent surface |
| DE602004031749D1 (de) * | 2003-09-29 | 2011-04-21 | Photosense L L C | Frequenzdomänenlumineszenzinstrumentierung |
| WO2013019776A2 (en) | 2011-08-01 | 2013-02-07 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Simultaneous refractive index and thickness measurments with a monochromatic low-coherence interferometer |
| CN103267743B (zh) * | 2013-04-08 | 2018-09-21 | 辽宁科旺光电科技有限公司 | 一种折射率测量装置及方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3631526A (en) * | 1969-11-05 | 1971-12-28 | Brun Sensor Systems Inc | Apparatus and methods for eliminating interference effect errors in dual-beam infrared measurements |
| DE2448294A1 (de) * | 1974-10-10 | 1976-04-22 | Bbc Brown Boveri & Cie | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von schichtdicke und brechungsindex von duennen durchsichtigen schichten |
| DE2758149C2 (de) * | 1977-12-27 | 1979-10-04 | Ibm Deutschland Gmbh, 7000 Stuttgart | Interferometrisches Verfahren mit λ /4-Auflösung zur Abstands-, Dicken- und/oder Ebenheitsmessung |
| US4453828A (en) * | 1981-12-02 | 1984-06-12 | Advanced Semiconductor Products, Inc. | Apparatus and methods for measuring the optical thickness and index of refraction of thin, optical membranes |
| JPS6435306A (en) * | 1987-07-31 | 1989-02-06 | Ricoh Kk | Incidence angle determining method for refractive index and film thickness measurement |
| US5323229A (en) * | 1992-08-31 | 1994-06-21 | Science Applications International Corporation | Measurement system using optical coherence shifting interferometry |
-
1995
- 1995-08-28 US US08/520,200 patent/US5646734A/en not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-07-19 JP JP19018096A patent/JP3691597B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1996-07-31 DE DE69617335T patent/DE69617335T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-07-31 EP EP96305652A patent/EP0760459B1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6393168B1 (en) | 1998-03-31 | 2002-05-21 | Ntt Advanced Technology Corporation | Method and apparatus for maintaining optical signal having low degree of polarization in specific state of polarization |
| JP2004286575A (ja) * | 2003-03-20 | 2004-10-14 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 光学材料の群屈折率精密計測方法及び装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0760459A2 (en) | 1997-03-05 |
| DE69617335T2 (de) | 2002-05-08 |
| JP3691597B2 (ja) | 2005-09-07 |
| DE69617335D1 (de) | 2002-01-10 |
| US5646734A (en) | 1997-07-08 |
| EP0760459B1 (en) | 2001-11-28 |
| EP0760459A3 (en) | 1997-11-26 |
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