JPS62134507A - 干渉法膜厚測定方法 - Google Patents

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
の膜厚測定方法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７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７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７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７図Ｃ
のように測定結果を１ｑるものである。

し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
ス面の全面に映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方法を提供することを目的
とづ゛るものである。

（ロ）発明の＋１η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方法は
、レーザ光源から発したレーザ光をビームスプリッタで
２ビームに分割し、前記２ビームのうちの一方のビーム
と前記２ビームのうちの他方のビームを被測定体である
膜体を透過させて１ｑだ透過光どを干渉させて干渉縞を
形成させ、前記干渉縞の干渉光の強度を極値を生じる前
記他方のビームの前記被測定体への入射角を用いて前記
被測定体の厚さを測定す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は本発明の干渉法膜厚測定方法にお
いて使用する膜厚測定装置である。膜厚測定装置１はレ
ーザ光源２、ミラー３、第１のビームスプリッタ−９を
備え、第１のビームスプリッタ−９で２分割した光路の
うちの一方の光路側にミラー１５、光学楔５、レンズ６
、フォトディテクター７、増幅器８及び処理装置１１を
備えており、また第１のビームスプリッタ−９の他方の
光路側に被測定膜１０及びミラー４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によってレーリ“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。また、一方の光路側に′Ｉ
Ｓ２のビームスプリッタ−１６、レンズ１７及びスクリ
ーン１８が配設されている。

［作用］ このように構成された干渉法膜厚測定ＦＡ首における膜
厚測定の作用を次に説明する。

レーザ光源２からのレーザ光はミラー３で光路変更され
たのち、第１のビームスプリッタ−９で２分割される。

２分割されたビームのうち第１のビームスプリッタ−９
で反射したレーザ光（一方のビーム）はミラー１５で反
射した復、第１のビームスプリッタ・−９を透過してレ
ンズ６に達する（ビーム［Ａ）。一方、第１のビームス
プリッタ＝９を透過したレーザ光く他方のビーム）は被
測定膜１０を透過して被測定膜１０の裏面の反射面１２
で反射してミラー４に達し、ミラー４で反射して出射光
と同じ光路を通って、被測定膜１０を透過し、第１のビ
ームスプリッタ−９で反射してレンズ６に達するくビー
ムｌＢ）。

光路良に差があるビームＩ　とビーム■、は干へ 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を回転さけ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
して被測定膜１０の厚みを求める。

入射角θ、における入射光と入射角Ｏ１２におけ１す 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。

なお、被測定膜１０が角度θｉ変化した場合、ミラー４
は２θ、移動し、入射した他方のビーム直 を常にもとの方向へ反射する機構になっている。

そのヂエック刷構として、ミラー４で反射した他方のビ
ームの一部分を第２のビームスプリッタ−１６で反射さ
せて分割し、レンズ１７でスクリーン１８上の一点に集
光させるようになっている。

また、光学楔５は矢印の方向に変位することによって、
一方のビームの位相を変え干渉縞の極舶を調整すること
ができる。

次に被測定膜１０の膜厚を求める原理について説明ザる
。

薄膜の式から明らかなように、一般に反射光の強度分布
Ｉは １＝（７＋ρ２３　　”Ｔ１２Ｄ２３ ｘｃｏｓ（２β−Φ２３）） ／（１＋γ１２　　ρ２３−２γ１２ρ２３ｘｃｏｓ（
’２β−ψ２３）） 但し γ１２２＝（（ｎ２ＣＯ３θ。−ｎ１ｃｏｓθｉ）／（
ｎ１ＣＯ３θ、＋ｎ２ＣＯ３θ。））ρ２３　＝（（ｎ
２ＣＯ３θ。Ｕ３）　　＋　Ｖ　３”　）／　（（ｎ２
ｃｏｓθ。−Ｕ３）　＋Ｖ３　）β−（２π／λ）　ｎ
２ｈｃｏｓθ。

２　　　２　　　２　　　２．２ ２ＬＪ３　　＝ｎ３に３　　ｎ２　　Ｓｌｎ　　θ０＋
（（ｎ３−に３ ２．２　　２ −ｎ２　ｓ団　θ。〕 ＋４ｎ３　ｋ３　） ２ｖ　３＝−（ｎ　３−ｋ　３ ２　・　２ ｎ　２　　ｓｉｎ　　θ。〕 ＋（（ｎ　　２−ｋ　　” ２　、２　　　　２ −ｎ２Ｓｌｎ　　θ。〕 ＋４ｎ３２に３２）１／２ 位相のとびは ψ２３＝ｊａｎ　　（（２Ｖ　３　ｎ　２　ＣＯ３θ。

）／（ｕ　　　＋ｖ　３−ｎ　２ｃｏｓ　　θ。）〕に
よって表わされる。

ここでθｉは被測定膜１０（透明な膜、誘導体）の表面
での入射角及び反射角、θ。は基板１３（金属膜、誘導
体）の反射面１２での入射角及び反射角、ｎｌは空気の
屈折率、ｎ２は被測定膜１０の屈折率、ｎ３は基板１３
の屈折率、Ｋ３は基板１３の吸収係数、ｈは被測定膜１
０の厚さである。

しかし、薄膜の式は複雑で、この式から膜厚を求めるの
は面倒である。従って多重干渉の場合干渉縞の極大値、
極小値は２光束干渉の極大値、極小値と一致する（第３
図参照）ので、これらの値だりを用いて膜厚を求める場
合には三光束から膜厚を求めればよい。

また位相のとび【よψ２３によって与えられ、入射角θ
１が変化しても位相のとびの差は非常に僅かなだめ定数
とみなすことができる。（第４図参照）そこで、第１図
に示すような膜厚測定装置を用いて膜厚測定を行う場合
について三光束干渉に限って議論を進める。

まず、被測定膜１０への入射角θ１１におりる入射光と
入射角θ１２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、Ｊ’７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す る。ビーム■。とビームＩＢの光路差をｄとするＡＢＣ
−ＡＩ）＝ｄ　　　　　　（１）とすると ｄ＝２ｈｐ聞７旺−ｄｏ　　（２） ｄｏ　＝　（λ／２π）Φ２３ で表わされる。

この場合の干渉光の強度は ■＝△＋Ｂｃｏｓ（（２π／λ）ｄ） Ｉ＝八へＢｃｏｓ（（２π／λ） Ｘ　（２ｈ　５７；７扉−ｄｏ）） ・・・（３） で表わされる。

入射角度θ１１の場合の光路差をｄｌ、角度θ１２の場
合の光路差をＵ２どするど干渉縞の強度がｍａｘ及びｍ
ｉｎになる位置は ｄｌ−６２＝　（１／２＞ｍλ　（ｍは整数）・・・（
４） 従って −（λ７／２π）（Φθ１１−Φθ１２）−（１／２）
ｍλ　　　　　　　　　〈５）厚さｈ（よ ｈ＝（λ（ｍ＋（Φθ１１−ψ０１２）／π）〕／（４
（７し 一５７τ市丁弓））　　　　（６） ここで位相のとびの差は非常に僅−ｈＸなため定２りと
みなづことができるから（６）式【よ ｈ＝ｍλ／（４（７几 ｎコＴ巧Ｄ）　　（６）’ で表わすことができる。

よって被測定膜の屈折−率ｎ２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１直から入０４角０１がわかれば被測定膜１
０の厚さｈを求めることができる。

［実際の求め方コ △、入射角θ　における入射光と入射角θ１２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　ｎ２＝１．３８ 定数　　ｄｏ＝λ／８ 厚さ　ｈ１＝１．２５μｍ。

ｈ２＝０．６３μｍ　　　Ａ＝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５図、第６図を作成した。

この第５図のグラフよりｍａｘ、ｍｉｎを読取り、（６
）式より厚さｈを求める。

となり、厚さｈ１＝１．２５μｍとよく一致しているこ
とがわかる。

第６図のグラフよりｍａｘ、ｍｉｎを読取り、（６）式
より厚さｈを求める。

となり、厚さｈ２　＝０．６３μｍとよく一致している
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方法に
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図は透過光による多光束等傾斜角干渉縞
のグラフ、第４図は入０４角と位相のとびの関係を示す
グラフ、第５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６図は干渉光の強度と被
１１＋１定膜への光の入射角度どの関係を示すグラフ、
及び第７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・・・光学楔　　
　６・・・レンズ　　７・・・フォトディテクター　　
８・・・増幅器９・・・第１のビームスプリッタ−１０
・・・被測定ＦＡ　　１１・・・処理装置　　１２・・
・反射面　　１３・・・基板　　１４・・・回転装置　
　１５・・・ミラー１６・・・第２のビームスプリッタ
−１７・・・レンズ　　１８・・・スクリーン　　２１
・・・ダイψ七ンド触針　　２２・・・スキッド　　２
３・・・ガラス面２４・・・膜 復代理人、代理人、弁理士　　　川　井　治　男第１図 第２図 第３図 、ｆｔ＋、（ｉｌ 第７図 （ｂ） （Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ光源から発したレーザ光をビームスプリッタで２
   ビームに分割し、前記２ビームのうちの一方のビームと
   前記２ビームのうちの他方のビームを被測定体である膜
   体を透過させて得た透過光とを干渉させて干渉縞を形成
   させ、前記干渉縞の干渉光の強度を極値を生じる前記他
   方のビームの前記被測定体への入射角を用いて前記被測
   定体の厚さを測定することを特徴とする干渉法膜厚測定
   方法