JPS5916643B2 - 被測定物の物理定数を測定する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフィルム、フィルム上に塗布された乳剤厚、Ｉ
Ｃ基板又はガラス等の上に蒸着された蒸着膜ガラスとガ
ラスとの間の間隔、等々一般的にいつて光学的に透明な
物質の膜厚、又はその膜の屈折率等の物理定数を非破壊
、非接触にて測定する方法に関するものである。

従来、上記のような物理定数を測定する方法としては被
測定物に何らかの方法で段差をつけて触針にて膜厚を測
定する方法、又やはり段差をつけて干渉顕微鏡により膜
厚を測定する方法、被測定物からの分光反射率を測定し
、反射の極大・極小となる波長より計算して膜厚を検出
する方法等が知られているが、前二者についてみると被
測定物に段差をつけること、すなわち破壊する必要があ
ること、また触針の時は被測定物に傷をつけやすいこと
等があり、また後者についてみると測定に時間を要する
こと、極大・極小となる波長を検出して膜厚を測定する
ことから、あまり精度が良くない等それぞれ欠点を有し
ていた。被破壊でかつ、非接触で、前記測定するを行う
方法が昭和４１年特許出願公告第１２１９２号明細書に
示されている。

この方法は、波長幅を有する光源によつて照明された被
測定物の第１の面と第２の面からの光をマイケルソン干
渉計等の干渉計に導びき、干渉計の分割された光路の一
方の光路長をあるスパンに渡つて、すなわち、マイケル
ソン干渉計の光分割器によつて分割された２波面が夫々
指向される２つの反射鏡の一方をあるスパンに渡つて振
動させ、この振動の際の移動量を時間軸で表わし、この
振動によつて生じる干渉ピークの表われる時点と、前記
スパン中の振動ミラーのある位置に対応する時点との間
の経過時間を測定しその経過時間を函数として前記物理
定数を測定する方法である。この方法は経過時間を測定
することを特徴としているため、振動ミラーは時間に対
して直線的でなければならない。この様、時間に対して
直線的に振動するミラーを得ることは非常に困難である
。このことは、この方法の発明者が前記明細書の中で前
記経過時間の測定を行わず、振動ミラーの移動量に対応
するパルス数を測定する方法を示していることより明ら
かである。本発明の主たる目的は、この様な測定方法の
振動ミラーの非直線性に影響されない測定方法を提供す
ることである。以下本発明の方法を説明する。

第１図、第２図は、本発明の方法の原理を示すもので、
第１図において白色光源１からの光束２は被測定物３を
照射する。

ここで光束は被測定物３の第１の反射面で反射した光束
５及び被測定物の中に屈折して入射し、第２の反射面で
反射した光束４となり、反射光束４は被測定物３から出
射して反射光束５と乎行な光束６となる。今、被測定物
の厚さをｄ１屈折率をｎ１第２の反射面への光束の入射
角をφとすると、光束５と光束６の間に２ｎｄｃ０ｓφ
の位相差が生じていることになる。これらの両光束はビ
ームスプリツター７、ミラー１０，１１、レンズ１２よ
り構成された、いわゆるマイゲルソン型干渉計に入り、
そこでビームスプリツター７によりそれぞれ振幅分割さ
れて、光束８及び光束９となり、光束８はミラー１１で
反射しさらにビームスプリツター７で反射しレンズ１２
を介して光検知器１３に入射する。もう一方の光束９は
ミラー１０により反射され、ビーム・スプリツター７、
レンズ１２を介して光検知器１３に入射する。今、片方
のミラー１１を固定し、もう一方のミラー１０を光軸に
対して平行に動かしたときの両者の間に生ずる相対的な
光路差をΔとすると光検知器において検知される光量は
１（へ）＝Ｆｉ（ｋ）・ＣＯｓ２（ＫｎｄｃＯｓφ）・
ＣＯｓ２ｋ△／２ｄｋなる式によつて記述される。但し
ｌ（ｋ）は光源１のスペクトル分布および光検知器１３
のスペクトル感度および干渉計の分光透過率を表わして
いる。この１（ロ）はΔを横軸にとつて描くと第２図に
示す様に一般的に現わされる。従つて、片方のミラーを
動かしてやり、光検知器で受ける信号のピークの位置、
つまり△＝ｏおよびΔ＝±２ｎｄｃ０ｓφを検出するこ
とにより被測定物の光学的な厚さＮｄを得ることができ
る。このＮｄをあらかじめ知られている測定物の屈折率
で割ることにより厚さｄを知ることができるわけである
。また、被測定物への照射角を変えてやり上記と同様な
操作をすることにより、被測定物の屈折率および厚さを
同時に測定することも可能である。そして、先に述べた
昭和４１年特許出願公告第１２１９２号の方法ではΔ＝
０１△＝＋２ｎｄｃ０ｓφ又はΔ＝−２ｎｄｃ０ｓφが
検出される間の経過時間を測定している。

この為、振動ミラー１０は直線的に振動しなければなら
ない。本発明はこの振動ミラー１０の振動が非直線的で
あつても正確な測定、例えばΔ＝０、と△＝＋２ｎｄｃ
０ｓφとの間隔を測定可能な方法に係るものである。以
下本発明の概略を第３図を使用して説明する。振動ミラ
ー１０は符号２０で示すスパンに渡つて振動している。

２１はこの振動ミラー１０の振動によつて生じる光電素
子１３の出力を示すものである。

２２はミラー１０，１１が光分割器７に対して等しい位
置で生じる中央０位ピークである。

２３，２４は第１面、又は第２面を表わす側面０次ピー
クである。

第１面と第２面の間隔を得ようとする場合、例えば、中
央ピーク２２と側面ピーク２３の間隔を測定することに
よつて可能となる。＼２５はスパン２０規準位置である
。

この規準位置はいかなる位置であつても良い。図面に於
いてはスパンの中央である。又図面に於いてはこの中央
は中央ピーク２２に対応している。次いでこのミラー１
０を振動させつつ、図面上方に移動させる−と、スパン
に対して相対的に各干渉ピーク２２，２３，２４は移動
する。従つて、今、スパンの位置２０か２６の位置まで
移動した際、規準位置２５は側面ピーク２３と一致する
。この移動量を測定することによつて、中央ピーク２２
と側面ピーク２３との間隔が測定することができる。以
上の説明ではスパンを移動させるためにミラー１０を移
動させたが、ミラー１１を移動させても良い。以下、ミ
ラー１１を動かすタイプの実施例を第４図を使用して説
明する。第４図において、ミラー１０′は振動ミラーを
示し、１４は振動ミラーの駆動系を示しているもう一方
のミラー１「は手動等によりゆつくりと任意に動くミラ
ーを示し、１５はミラー１『を手動等によりゆつくりと
動かす駆動部を示す。

１６はミラー１１′の動き量を検知するための測長部を
示す。

この測長部には電気マイクロメーター、又は干渉測長機
の様なものを使うことが可能である。今、ミラー１０′
を振動させた状態で、被測定物の厚さ等の情報を含む光
束５および６を干渉計に入射させ、光検知器１３の出力
信号を振動ミラーの駆動系１４の周期と同期させてシン
クロ・スコープ等で観測すると第５図の様になる。第５
図において１７はシンクロ・スコープ等の表示面を示し
２５はその表示面での規準点を示す。この状態において
ミラー１１′を駆動部１５によりゆつくりと前後に動か
すといずれかの方向で第６図の様に中央のピークと規準
点１９が一致することになる。この一致した時のミラー
１１′の位置を測長部１６により検知し、次いで、ミラ
ー１１′をさらに動かすと第７図の様に、側面ピーク２
４が規準点２５に一致する。このときのミラー１『の位
置を測長部１６で検知すると、測長部の両方の指示差よ
りＮｄｃＯｓφが求まることになる。上記の説明におい
ては、規準点２５は同一のものとして説明したが、それ
らの互いの位置関係が既知のものとすれば第１の規準点
、第２の規準点等々と別のものにしても良い。また、上
記の測定プロセスでは中央のピークと側面のピーク間を
読んだが、側面のピーク２４と側面のピーク２３の間の
間隔を読んでも良い０この時は２ｎｄｃ０ｓφが求まる
ことは明らかである。今、中央のピークを第１の干渉ピ
ーク側面のピーク２３または２４のいずれかを第２の干
渉ピークとする組合せ、または側面のピーク２３または
２４を第１の干渉ピーク、側面のピーク２３または２４
を第２の干渉ピークとする組合せを考えると、上記で説
明した測定手順はより一般的に以下の様に書くことがで
きる。すなわち、被測定物からの厚さ等の情報を持つた
光束を干渉計に導びき、干渉計内において分割された光
路の一方の光路長を周期的に変化させると共に少なくと
も一方の光路をゆるやかに変化させ、その時に生ずる干
渉ピークの移動により第１の干渉ピークを第１の規準点
に合せ、次いで第２の干渉ピークを第２の規準点に合せ
た時の光路長の差により被測定物の厚さ、屈折率等の情
報を得ることができる。さて、以上のことにより直線性
の悪い振動ミラーであつても測長素子の良いものであれ
ば、測定精度には影響なく精度の良い測定をすることが
可能である。また、測長素子を読みＮｄｃＯｓφから厚
さｄを手計算によつて算出しても良いが、測長素子の信
号をデータ処理系に入れて自動的に厚さｄをだすことも
可能である。又、シンクロスコープで観察しながら行つ
たが、スパンの基準位置で信号を出す様にしておき、干
渉ピーク信号と一致するまでミラー１１を動かすことに
よつてシンクロスコープを使用しないで行うことも可能
である。

又、白色光学を使用した例について説明したが、要は波
長幅を有する光源であれば、可視光、不可視光であつて
も良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を説明、する図、第２図は白色干
渉縞、第３図は本発明の概略を説明する図、第４図は本
発明の実施例を説明する図、第５図〜第７図は実施例に
おける白色干渉縞の表示を説明する図である。 図中、１は光源、２は光束、３は被測定物、５は第１面
からの波面、６は第２面からの波面、７は光分割器、８
，９は分割された波面、１０，１１はミラー １２はレ
ンズ、１３は光電素子、２０はスパン、２１はスパンの
基準点である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 波長幅を有する光源によつて照明された被測定物の
   第１の面と第２の面からの光を干渉計に導びき、干渉計
   の分割された光路の一方の光路長をあるスパンに渡つて
   周期的に変化させ、この際生じる干渉ピークより被測定
   物の物理定数を測定する方法に於いて、前記スパンに対
   する前記干渉ピークを相対的に移動させるため前記一方
   又は他方の光路長を前記周期的変化に無関係に変化させ
   、スパンのある規準位置と前記干渉ピークを位置合せし
   、この位置合せに要した光路長上の変化により前記測定
   をする方法。