JPS6211106A - 干渉法膜厚測定装置 - Google Patents

干渉法膜厚測定装置

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JPS6211106A
JPS6211106A JP4046785A JP4046785A JPS6211106A JP S6211106 A JPS6211106 A JP S6211106A JP 4046785 A JP4046785 A JP 4046785A JP 4046785 A JP4046785 A JP 4046785A JP S6211106 A JPS6211106 A JP S6211106A
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JP
Japan
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film
measured
light
intensity
angle
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JP4046785A
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English (en)
Inventor
Joji Matsuda
浄史 松田
Michio Namiki
並木 道男
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
UNION KOGAKU KK
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
UNION KOGAKU KK
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)発明の目的 [産業上の利用分野] この発明は干渉法を利用した薄膜の膜厚を測定、するた
めの膜厚測定装置に関するものである。
[従来の技術] レンズ等の表面にコーティングした薄膜を測定する場合
に、従来は、例えば第6図に示すような、触針を使用し
た膜厚測定装置を使用し、第6図aに示すようなダイヤ
モンド触針21とスキッド22の先端を、第6図すに示
すようなガラス面23に接触させ、これを移動して膜2
4上を横断させ、変化を電気的に増幅して検出するもの
であり、例えば試料上の膜直径を1゜とすると第6図C
のように測定結果を得るものである。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、このような機械電気的方法は必ずしも高
精度の測定が容易ではなく、また、ガラス面23と膜2
4との間に段差がとれないような場合、すなわち、ガラ
ス面の全面に膜24が形成されているような場合には、
上記の測定手段では、膜厚の測定が不可能であり、この
様なことから薄膜の膜厚測定技術の開発が望まれている
この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、薄膜の膜厚の測定を高精度にかつ非接触で容易に測
定することができる膜厚測定装置を提供することを目的
とするものである。
(ロ)発明の構成 [問題を解決するための手段] この目的に対応して、この発明の干渉法膜厚測定装置は
、被測定体である膜体にレーザ光を照明し得るレーザ光
源と前記被測定体の表面で反射した光と前記被測定体を
透過した光を干渉させて干渉縞を形成する干渉M1と、
前記干渉縞の強度を測定する光強度測定装置と及び前記
被測定体への前記レーザ光の入射角を変化させる回転装
置とを備えることを特徴としている。
以下、この発明の詳細を一実施例について説明する。
第1図において、1は膜厚測定装置である。膜厚測定装
@1はレーザ光源2、ミラー3、ミラー4、ピンホール
5、レンズ6、フォトディテクター7、増幅器8及び処
理袋@11を備えており、ピンホール5とレンズ6との
間に被測定11110を配置するように構成されている
。被測定膜10はレンズやガラス板等の反射内12をも
つ基板13の上に密着して形成されるものである。被測
定膜10及び基板13は一体として回転装置14によっ
てレーザビームの光軸に垂直な回転軸に関して回転変位
可能である。
[作用] レーザ光源2からのレーザ光はミラー3.4で光路変更
されたのち、ピンホール5を通過して被測定H10を照
明する。被測定膜10を照明したレーザ光は、第2図に
示すように、一部分が被測定l1110の表面で反射し
く反射光IA)、残部分は被測定l1110を透過して
被測定膜10の裏面に達し、被測定II!210の裏面
若しくは基板13の反射内12で反射する(反射光1.
)。このように、被測定膜10を照明したレージ“光の
反射光■ヶの光路長と反射光I8の光路長との間には差
があり、この光路長の差dは d =AB+BC−AD である。
光路長に差がある反射光I と反射光IBは干渉し、レ
ンズ6の焦点位置で干渉縞を生じる。このレンズ6の焦
点位置にはフォトディテクター7が位置し、フォトディ
テクター7が干渉光を検出して光電変換し、干渉光の強
度に応じた電圧を発生する。この電圧を増幅器8で増幅
し、処理装置11に入力して干渉光の強度を検出する。
この干渉光の強度はレーザ光の被測定膜10への入射角
度の変化に応じて変化するから、回転装置14によって
被測定膜10を回転させてレーザ光の被測定膜10への
入射角度を変えながら干渉光の強度を測定し、干渉光の
強度の変化の極値が生ずる回転角を求め、この極値を生
ずる回転角を任意の演算機(図示せず)に入力して被測
定PIA10の厚みを求める。
入射角θ1における入射光と入射角θ2おける入射光と
は波長が同じものでもよいし、波長が異なるものでもよ
い。
次に被測定膜10の膜厚を求める原理について説明する
まず、入射角θ1における入射光と入射角θ2における
入射光との波長が共にλである場合は次の通りである。
第2図のような屈折率n、厚さhの被測定膜10にレー
ザ光が角度θで入射した場合を考える。
被測定膜10の表面からの反射光をIA、裏面からの反
射光を■ とするとI、、IBの光路差dは ABC−AD=d       (1)とすると d=2h八7へin’!?    (2)で表わされる
この場合の干渉光の強度は 1=A+Bcos  (・(2π/λ)d)1=A+B
CO8 X ((47c/λ)hム丁丁卵了7)・・・(3) で表わされる。
入射角度θ の場合の光路差をd 、角度θ2の場合の
光路差をd2とすると干渉縞の強度がWaX及びl1l
inになる位置は dl−d2= (1/2)IIIλ (1ま整数)・・
・(4) = (1/2)aλ       (5)−5η)) 
  (6) で表わすことができる。
よって被測定膜の屈折率n及び入射光の波長λが与えら
れており、かつ(3)式で与えられる干渉光の強度の変
化の極値から入射角θがわかれば被測定WA10の厚さ
hを求めることができる。
次に入射角θ1における入射光の波長がλ1、入射角θ
2における入射光の波長がλ2の場合は次の通りである
波長λ1、角度θ1、波長λ2、角度θ2における位相
は (4π/λ )h に”−コn’a−lπ(4π/λ 
)h 1石璽 =(m+1)π               (8)
と表わされる。これにより膜厚りは よって被測定膜の屈折率及び入射光の波長λ1、λ2が
与えられており、かつ(3)式で与えられる干渉光の強
度の変化の極値から入射角θ1、θ2がわかれば、被測
定膜10の厚さhを求めることができる。
[実際の求め方] A、入射角θ1における入射光と入射角θ2における入
射光の波長が同じ場合 今、(3)式において、 波長  λ−0,4880nm 屈折率 n−1,38 厚さ  h1=1.3μ、  h2=0.65μA=1
.B=1 とした場合、入射角度θを0°〜90°に変化させた時
の強度(I ntensity)の変化をプロットして
いき、第3図を作成した。
この第3図のグラフよりmax 、 l1linを読取
り、(6)式より厚さhを求める。
1)グラフ−1については λ=0.4880nm1n =1.38となり、厚ざh
1=1.3μとよく一致していることがわかる。
2)グラフ−2については λ=0.4880nm、n =1.38となり、厚さh
2=0.65μとよく一致していることがわかる。
B、入射角θ における入射光の波長がλ1入射角θ2
における入射光の波長がλ2の場合今、(3)式におい
て、 波長  λ1=0.4880nl λ2 =0.5145ηm 屈折率 n=1.38 厚さ  h =1.3μ A=1.8−1 とした場合、入射角度θをO°〜90”に変化させた時
の強度< I ntensitV)の変化をプロットし
ていき、第5図を作成した。第5図におけるグラフ1は
λ1 =0.4880nm、グラフ3はλ2 =0.5
145ηmの場合を表わしている。
この第5図のグラフよりmax 、 sinを読取り、
(9)式より厚さhを求める。
この両グラフよりn+ax 、 n+inを読み取って
hを求めてみると となり、厚さ1.3μとよく一致していることがわかる
。この場合にはA、の単一波長を用いる場合に比較して
、小さい角度変化で干渉縞強度の+nax及びminを
求めることかできるので、精度が向上する。
[実験例] 試料としては第4図に示すように、ガラス基板18上に
クロム(Cr)17をコートして反射面12を持つ基板
13を構成し、その反射面12の上にフッ化マグネシウ
ム(MQF2)をコートして被測定膜10とした。
Arイオンレーザを用いて第4図に示す構成の被測定膜
の厚さを測定したところ の値が得られた。同じ試料を触針の膜厚測定装置で測定
したところ厚さ1.25μの値が得られた。
両方法はよく一致していることがわかる。
(ハ)発明の効果 このように、この発明の干渉を利用した膜厚測定装置に
よれば、薄膜の膜厚の測定を高精度にかつ非接触で容易
に測定することができる。しかも基板と被測定膜との間
に段差がとれないような場合でも膜厚の測定が可能であ
る、。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係わる膜厚測定装置を示
す構成説明図、第2図は被測定膜における光路を示す拡
大説明図、第3図は干渉光の強度と被測定膜への光の入
射角度との関係を示すグラフ、第4図は試料の構成を示
す縦断面説明図、第5図は他の干渉光の強度と被測定膜
への光の入射角度の関係を示すグラフ、及び第6図は触
針式膜厚測定装置を示す説明図である。 1・・・膜厚測定装置  2・・・レーザ光源  3・
・・ミラー  4・・・ミラー  5・・・ピンホール
 6・・・レンズ  7・・・フォトディテクター  
8・・・増幅器10・・・被測定膜  11・・・処即
装置  12・・・反射面  13・・・基板  14
・・・回転装置復代理人、代理人、弁叩士   川 井
 治 男第6図 (b) (C) 特許庁長官 宇 賀 道 部 殿 1.事件の表示 昭和60年 特許願 第040467号2、発明の名称 干渉法膜厚測定装置 3、補正をする者 氏名  (114)工業技術院長  等 々 力 達住
所   東京都板橋区志村2丁目20番9号氏名   
ユニオン光学株式会社 代表者 柳川 邦画 4、指定代理人 住所   茨城県新治郡桜村並木1丁目2番地氏名  
(0030)工業技術院機械技術研究所良清水嘉瓜部 5、復代理人 (工業技術院長の復代理人)住所   
〒101東京都千代田区岩本町二丁目8番10号6、代
理人  (ユニオン光学株式会社の代理人)7、補正命
令の日付   自 発 8、補正の対象 明細出の発明の詳細な説明の欄 9、補正の内容    別紙の通り 10、添付書類の目録  別 紙 別紙 1.明m書の発明の詳細な説明の欄の補正明細書第7頁
から第12頁を次の通り訂正する。 [の場合の光路差を62とすると干渉縞の強度がWaX
及び1nになる位置は dl−d2= (1/2)lλ (mは整数)・・・(
4) = (1/2)mλ          ・・・(5)
で表わすことができる。 よって被測定膜の屈折率n及び入射光の波長λが与えら
れており、かつ(3)式で与えられる干渉光の強度の変
化の極値から入射角θがわか机ば被測定膜10の厚さh
を求めることができる。 次に入射角θ における入射光の波長がλ1、入射角θ
 における入射光の波長がλ2の場合は次の通りである
。 波長λ 、角度θ 、波長λ 、角度θ2における位相
は (4π/λ1 ) h 7 =m yr・・・(7) (4π/λ2)h5]7可 −(n++1)π          ・・・(8)・
・・(9) よって被測定膜の屈折率及び入射光の波長λ1、λ2が
与えられており、かつ(3)式で与えられる干渉光の強
度の変化の極値から入射角θ4、θ2がわかれば、被測
定膜10の厚さhを求めることができる。 [実際の求め方] A、入射角θ1における入射光と入射角θ2における入
射光の波長が同じ場合 今、(3)式において、 波長  λ=0.4880μm 屈折率 n=1.38 厚さ h1=L 3u1112=0.65111A=1
.’B=1 とした場合、入射角度θをO°〜90°に変化させた時
の強度(I ntensity)の変化をプロットして
いき、第3図を作成した。 この第3図のグラフよりmax 、 minを読取り、
(6)式より厚さhを求める。 1)グラフ−1については となり、厚さh1=1.3μmとよく一致していること
かわかる。 2)グラフ−2については となり、厚さh2=0.65μmとよく一致しているこ
とがわかる。 B、入射角θ における入射光の波長がλ1入射角θ 
における入射光の波長がλ2の場合今、(3)式におい
て、 波長  λ1=0.4880μm λ2 =0.5145μm 屈折率 n=1.38 厚さ  h=1.3μm A=1.8=1 とした場合、入射角度θを0°〜90’に変化させた時
の強度(l ntensity)の変化をプロットして
いき、第5図を作成した。第5図におけるグラフ1はλ
1=0.4880μm 、グラフ3はλ2−0.514
5μmの場合を表わしている。 この第5図のグラフよりmax 、 minを読取り、
(9)式より厚さhを求める。 この両グラフよりmax 、 minを読み取ってhを
求めてみると となり、厚さ1.3μmとよく一致していることがわか
る。この場合にはA、の単一波長を用いる場合に比較し
て、小さい角度変化で干渉縞強度の max及びmin
を求めることができるので、精度が向上する。 [実験例] 試料としては第4図に示すように、ガラス基板18上に
クロム(Cr)17をコートして反射面12を持つ基板
13を構成し、その反射面12の上にフッ化マグネシウ
ム(MgF2)をコートして被測定膜10とした。 Δrイオンレーザを用いて第4図に示す構成の被測定膜
の厚さを測定したところ の偵が得られた。同じ試料を触針の膜厚測定装置で測定
したところ厚さ1.25μmの値が得られた。両方法は
よく一致していることがわかる。 (ハ)発明の効果 このように、この発明の干渉を利用した膜厚測定装置に
よれば、薄膜の膜厚の測定を高精度にかつ非接触で容易
に測定することができる。しかも基板と被測定膜との間
に段差がとれないような場合でも膜厚の測定が可能であ
る。 4、図面の簡単な説明 第1図はこの発明の一実施例に係わる膜厚測定装置を示
す構成説明図、第2図は被測定膜における光路を示す拡
大説明図、第3図は干渉光の強度と被測定膜への光の入
射角度との関係を示すグラフ、第4図は試料の構成を示
す縦断面説明図、第5図は伯の干渉光の強度と被測定膜
への光の入射」手続補正書 1、事件の表示 昭和60年 特許願 第040467号2、発明の名称 干渉法PIA厚測定装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所   東京都千代田区霞が関1丁目3番1号氏名 
 (114)工業技術院長  等 々 力 達氏名  
(0030)工業技術院機械技術研究所長清水原重部 (2)図面 9.補正の内容  別紙の通り 10、添付書類の目録 (1)別紙   ゛ (2)図面(第7図、第8図、第9図、第10図)別紙 1、明細書の発明の詳細な説明の欄及び図面の簡単な説
明の欄の補正 明llI書第12頁から第13頁を次の通り訂正づる。 。 [ の値が19られた。同じ試料を触釦の膜厚測定装置で測
定したところ厚さ1.25μmの値が得られた。両方法
はよく一致していることがわかる。 (ニ)他の実施例 次にこの発明の他の実施例について説明する。 この第2の実施例ではレーザ光源からの光が被測定膜1
0で2回反射することが1回反射する第一の実施例と異
なっている。すなわら、第7図において、1aは膜厚測
定装置である。膜厚測定装置1aはレーザ光源2、ミラ
ー3、ミラー4、ピンホール5、ビームスプリッタ15
、ミラー16を備え、かつビームスプリッタ15の反射
側にレンズ6、フォトディテクター7、増幅器8及び処
理装fI?filを備えており、ピンホール5とミラー
16との間に被測定膜10を配置するように構成されて
いる。被測定膜10はレンズやガラス板等の反射面12
をもつ基板13の上に密着して形成されるものである。 被測定膜10及び基板13は一体として回転装置14に
よってレーザビームの光軸に垂直な回転軸に関して回転
変位可能である。 被測定膜10をθ回転した場合、ミラー16は2θ移動
するようになっており、被測定膜10からの反射光を常
にもとの方向に確実に戻す。 [作用] レーザ光源2からのレーザ光はミラー3.4で光路変更
されたのら、ピンホール5を通過して被測定膜10を照
明する。被測定膜10を照明したレーリ“光は、第8図
に示すように、一部分が被測定膜10の表面で反射しく
反射光IA)、残部分は被測定膜10を透過して被測定
膜10の裏面に達し、被測定膜10の裏面若しくは基板
130反射面12で反射する(反射光18)。反射光■
4゜■8は更にミラー16で反射され、再び被測定膜1
0で反射されてビームスプリッタ15に達し、ビームス
プリッタ15でレンズG側に反射される。 まず、入射角θ1における入射光と入射角θ2における
入射光との波長が共にλである場合は次の通りである。 第8図のような屈折率0、厚さhの被測定膜10にレー
ザ光が角度θで入射した場合を考える。 被測定膜10の表面の反射率をr 1 、裏面の反射率
をr2  (ri <r2と)とする。被測定膜10の
表面での反射光JGADFをIA、被測定膜10の裏面
での反射光JGABCE(!−18とする。 今、各々の光がミラー16′C−反射された場合を考え
ると、強度IAのミラー16での反射光FDAGは強度
I8のミラー16での反射光ECBAGに比較して非常
に弱いので、ここでは■8のミラー16での反射光につ
いて考えればよ■ “とすると1’、IB’の光路差d
はB           B CBA−CD=d             ・ (1
a)とすると d= 2 h n    −= (2a )で表わされ
る。 この場合の干渉光の強度は 1=A+Bcos ×((4π/λ)hFr=可) ・・・(3a) で表わされる。 この場合、I’、IB“の干渉ではミラー16により反
射され、再度、被測定膜10で繰返し反射されているの
で、I、、IBの干渉の場合に比較してビジビリティ(
Visibility)の良い干渉が得られる。 入射角度θ1の場合の光路差をdl、角度θ2の場合の
光路差をd2とすると dl−62=mλ (mは干渉縞の次数)従って =mλ              ・・・(5−a)
厚さhは で表わすことができる。 次に入射角θ における入射光の波長がλ1、入射角θ
 における入射光の波Qがλ2の場合は次の通りである
。 波長λ1、角度θ1、波長λ2、角度θ2における位相
は =(m+1)π           ・・・(8a)
で表わすことができる。 [実際の求め方] A、入射角θ1における入射光と入射角θ2における入
射光の波長が同じ場合 今、(3a)式において、 波長  λ=0.4880μm 屈折率 n =1.38 厚さ h1= 1 、3um Sb2 =0.65μm
11A=1.8=1 とした場合、入射角度θをO°〜90°に変化させた時
の強度(l ntensity)の変化をプロットして
いき、第9図を作成した。 この第9図のグラフより極値を読取り、(6a)式より
厚さhを求める。 1)グラフ−1については 2)グラフ−2については λ=0.4880μm 、n =1.38以上のように
、θ1、θ2よりhが求まる。 B、入射角θ における入射光の波長がλ1入射角θ2
における入射光の波長がλ2の場合台、(3a)式にお
いて、 波長  λ1=0.4880μm λ2 =0.5145μm 屈折率 n=1.38 厚さ  h=1.3μm A=1.8=1 とした場合、入射角度θをO°〜90’に変化させた時
の強度(l ntensity)の変化をプロットして
いき、第10図を作成した。第10図におけるグラフ1
はλ1=0.4880μm 、グラフ3はλ2=0.5
145μmの場合を表わしている。 この第10図のグラフより極値を読取り、(9a)式よ
り厚さhを求めてみると となる。 [実験例] 試料としては第4図に示すように、ガラス基板18上に
クロム(Cr)17をコートして反射面12を持つ基板
13を構成し、その反射面12の上にフッ化マグネシウ
ム(MoF3)をコートして被測定膜10とした。 Arイオンレーザを用いて第4図に示す構成の被測定膜
(フッ化マグネシウム<n=1.38))の値が得られ
た。同じ試料を触針の膜厚測定装置(TALY−3UR
E)で測定したところ厚さ1.25μmの値が得られた
。両方法はよく一致していることがわかる。 (ハ)発明の効果 このように、この発明の干渉を利用した膜厚測定装置に
よれば、薄膜の膜厚の測定を高精度にかつ非接触で容易
に測定することができる。しかも基板と被測定膜との間
に段差がとれないような場合でも膜厚の測定が可能であ
る。 4、図面の簡単な説明 第1図はこの発明の一実施例に係わる膜厚測定装置を示
す構成説明図、第2図は被測定膜における光路を示す拡
大説明図、第3図は干渉光の強度と被測定膜への光の入
射角度との関係を示すグラフ、第4図は試料の構成を示
す縦断面説明図、第5図は他の干渉光の強度と被測定膜
への光の入射角度の関係を示すグラフ、第6図は触針式
膜厚測定装置を示す説明図、第7図は他の実施例に係わ
る膜厚測定装置を示す構成説明図、第8図は他の実施例
における被測定膜における光路を示す拡大説明図、第9
図は干渉光の強度と被測定膜への光の入射角度との関係
を示すグラフ、第10図は他の干渉光の強度と被測定膜
への光の入射角度の関係を示すグラフである。 1・・・膜厚測定装置  2・・・レーザ光源  3川
ミラー  4・・くラー  5・・・ピンホール 6・
・・レンズ  7・・・フォトディテクター  8・・
・増幅器10・・・被測定膜  11・・・処理装置 
 12・・・反射面  13・・・基板  14・・・
回転装置  15・・・ビームスプリッタ  16・・
・ミラー復代理人、代理人、弁理上   川 井 治 
男」2、図面の補正 第7図、第8図、第9図及び第10図を追加Vる。 第7図 丁h”c ?+Ij正士 昭和61年8Ju1日 持n庁長官黒田明超殿 1、事件の表示 昭和60年 特訂願 第0/IO/167号2、発明の
名称 干渉法膜厚測定装置 3、補正をするに 氏名 (114)工業技(+i院長 飯塚 幸三住所 
  〒101東京都〔代田区君本町二丁目8番10号6
、代理人  (ユニオン光″デ・株式会社の代理人)住
所   〒101東京都千代田区亡木町二丁目8番10
号8、補正の対象 昭和61年5月30日イ」提出の手続補正出の補正の内
容の欄9、補正の内容 昭和61年5J]30日付提出の手続補正出の「9.補
正の内容」の欄に1別紙の通り」とあるのを 「別紙の通り(補正の対象の欄に記載した事項以外は内
容に変更なし)」と補正J゛る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 被測定体である膜体にレーザ光を照明し得るレーザ光源
    と前記被測定体の表面で反射した光と前記被測定体を透
    過した光を干渉させて干渉縞を形成する干渉計と、前記
    干渉縞の強度を測定する光強度測定装置と及び前記被測
    定体への前記レーザ光の入射角を変化させる回転装置と
    を備えることを特徴とする干渉法膜厚測定装置
JP4046785A 1985-03-01 1985-03-01 干渉法膜厚測定装置 Pending JPS6211106A (ja)

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JP4046785A JPS6211106A (ja) 1985-03-01 1985-03-01 干渉法膜厚測定装置

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JP4046785A JPS6211106A (ja) 1985-03-01 1985-03-01 干渉法膜厚測定装置

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JP4046785A Pending JPS6211106A (ja) 1985-03-01 1985-03-01 干渉法膜厚測定装置

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