JPS63109304A - 膜厚測定装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、光の干渉を利用して膜厚を測定する装置に
関するものでおる。

［従来の技術］ 光の干渉を利用して被測定対象の膜厚を測定するには、
被測定対象に光源よりの光を投光し、その透過光または
反射光を分光して干渉縞を検出器で検出し、被測定対象
の膜厚を測定しているが、被測定対象の屈折率ｎが波長
λにより変化する場合、正確な膜厚測定が困難となる問
題点があった。

これを解決するため、出願人は、特願昭６１−１９６１
４８号において、被測定対象の屈折率が波長依存性をも
っても、正確な膜厚測定を可能とした膜厚測定装置を提
供した。

［この発明が解決しようとする問題点］しかしながら、
この方法でおっても、被測定対象の屈折率、屈折率の波
長依存係数（分散）をあらかじめ設定しなければならな
い。分散の小さい物、大まかな測定であれば屈折率のみ
あらかじめ測定しておけばよいが、より正確な測定で′
は分散の正確な値が必要でおる。屈折率のデータは比較
的知られているが、分散のデータは少い。また、プラス
チックフィルムでは、添加物の種類、割合、製造方法な
どにより屈折率・分散は異り、実際の測定対象物の屈折
率・分散か分らない場合か多い。

この発明の目的は、以上の点に鑑み、厚さが分っている
試料について、屈折率および分散を求め、膜厚を測定す
るようにした膜厚測定装置を提供することである。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、光源からの光を被測定対象に投光し、その
透過光または反射光を分光して干渉縞を検出器で検出し
、被測定対象の膜厚を求める装置において、検出器の干
渉縞パターンの少くとも２つの異る波長範囲についての
極値を与える波長または波数、次数差から求めた各膜厚
が等しいとして屈折率の波長依存係数を求め、被測定対
象の膜厚を演算するようにした膜厚測定装置でおる。

［実施例］ 第１図は、この発明の一実施例を示す構成説明図でおる
。

図において、１は、光源で、光源１からの光は、レンズ
２によりハーフミラ−３を介してフィルムのような被測
定対象４に投光され、被測定対象４を透過または反射し
た光は、この図ではハーフミラ−３、レンズ５、チョッ
パのようなシャッタ手段６、しほり７、レンズ８を介し
て回折格子等の分光手段って分光され、レンズ１０を介
してＣＣＤのＪ：うなイメージセンサの検出器１１に入
射する。このイメージセンサの検出器１１の各素子には
分光手段９で分光された各波長に対応した光か入射し、
干渉縞パターンの強度が検出される。検出器１１の出力
は増幅器１２で増幅され、演算手段１３で所定の演算が
なされ、被測定対象４の膜厚ｄが演算される。

第２図で示すように、光源からの平行光線Ｌ１、Ｌ２は
、膜厚く厚さ）ｄで、屈折率が波長依存１生をもつ被測
定対象４の表面および裏面で反射し、両光線Ｌ１、Ｌ２
は、光学的光路差２　ｎｄ／ＣＯ３θ′をもち、この光
路差が光の波長の整数倍のとき干渉して第３図のような
干渉縞を形成する。

第３図で示すような干渉縞パターンか得られたとし、測
定領域の極値を与える最小波長λ１、最大波長λ２につ
いて、干渉の各次数をｍ　”　Ｎ　ｓ…、波長λ１、λ
２に対応する被測定対象４の屈折率をｒｚ、ｎ２とし、
次式が成り立つ。

（ｍ＋Ｎ）λ＋　＝　２ｎ　ｌ　ｄ　／ＣＯ３θ′（１
）ｍλ２　＝２ｎ　２ｄ　／ｃｏｓθ′（２）（２）式
よりｍを求め（１〉式に代入して整理すると となる。被測定対象４に垂直に投光するθ′＝Ｏのとき
はＣＯＳθ′−１で（３）式は となる。このように、波長λｉ、λ２、極値の次数差Ｎ
、波長λ１、λ２に対応する屈折率ｎ１、ｎ２から、被
測定対象４の膜厚が（３）、（４）式より求まる。

ここで、波長λの逆数である波数νで（４）式を表わす
と、次式となる（Ｒ大波数ν１＝１／λ・、最少波数ν
２＝１／λ２）。

ここで、屈折率ｎが波数νの１次式で近似されるものと
し、波数ν。での屈折率をｎ。とすると、ｎ　＝　ｎ□
　（１＋α（シーシｏ））　　　　　（６）となる。α
は、屈折率の波長依存性を示す波長依存係数（分散係数
）で、シーン０でｎ’　＝　ｒｌｏで、ν。は基準波数
である。

（６）式を（５）式に代入して整理すると次式となる。

ｄ　＝Ｎ／（２（シ１−シ２）ｎ□ ・（１＋α（シ１＋シ２−シ０　）））　　　（７）と
ころで、ｎｏとαが既知でおると仮定して、本来の波数
範囲（波長範囲）を２分割し、それぞれの波数範囲で膜
厚測定すると、各膜厚ｄ１、ｄ２は次式となる。各波数
範囲は、シ１１〜シ１２、シイ１〜シ２２とし、各次数
差はＮ＋　、Ｎ２とした。

ｄ　＋　＝　Ｎ＋　／（２（シ１１−シ１２）ｎＯ・（
１＋α（シ１１＋シ１２−シＱ　））Ｈ８）ｄ　２　＝
　Ｎ２　／（２（シ２１−シ２２）ｎＯ・（１＋α（シ
２１＋シ２２−シｏ）））　（９）同一箇所を測定して
いるので、ｄｌ　とｄ２とは等しくなり、＋Ｌ＝６２よ
り次式が得られる。

α＝（Ｎ２（シ１１−シ１２） −Ｎ１　（シ２１−シ２２）） ／　（Ｎ＋　　（Ｌ’２１　　Ｍ２２）Ｉ’２１＋１−
’２’２　　）、’０　）−Ｎ２　〈シ１１−シ１２）
（シラ１＋シ１２−シ０））このαの右辺は、すべて測
定可能な値で必るので、既知のサンプルについてαは求
まる。

また、ｎ□は、真の厚さｄＳが与えられれば、（８）式
、（９）式のいずれか、または、全波数範囲で測りなお
した結果から求めることができる。

（８）式を用いると、ｎ□は、 ｎ□　＝Ｎ　＋　／（２ｄｓ（シ１１−シ１２）・（１
＋α（シ１１＋シ１２−シｏ）））　　（１１）で求め
られる。

このようにして求めたα、ｎ□等を（６）式に用い、任
意波数（波長）の屈折率ｎｌ、ｎ２、・・・が求まり、
（５）式等より膜厚が求まる。

つまり、あらかじめ、分光手段９により検出器１１の各
素子に入射する波長は決まっているので、検出器１１の
各素子番号と波長（波数）との関係を演算手段１３のメ
モリに記憶し設定してあく。

また、波長に対する屈折率の関係も表または式の形で同
様にメモリに記憶しておく。たとえば、測定で求めた上
記のα、ｎ□を用いた（６）式のようなものでおる。

そして、測定時、検出器１１の各素子の出力を順次読み
出し、第３図で示すように、測定範囲内で極値を与える
素子番号からメモリを利用して波長λ１、λ２（波数ν
１、ν２）を求め、このλ１、λ２（ν１、ν２〉に対
応する屈折率ｎ１、ｎ２をメモリの（６〉式等から求め
、（へ値の数の差から次数差Ｎを求め、（３）、（４）
、（５）式または（７）１．（８）、（９）のような演
算を行って被測定対象４の膜厚ｄを求める。　ところで
、被測定対象４の膜厚のバラツキにより干渉縞パターン
がずれて重なり、弱い部分が生じることがある。これを
避けるため、検出器１１の各波長についての出力のうち
極大値と極小値との差が所定の値以上のときの極値につ
いての出力から上記のように膜厚を測定するようにする
。このことにより、不確実で、弱い干渉縞を拾うことな
く、強い確実な干渉縞から被測定対象４の膜厚ｄを測定
できる。

また、検出器１１に電荷蓄積型躍像素子ＣＯＤのような
イメージセンサを用いると、被測定対象４が移動してい
て、その厚さ等がずれると、やや異った干渉縞パターン
か検出器１１の各素子に一走査周期内に入射して合成さ
れ、全体としてコントラストが悪くなる。

このため、モータによりセクタが回転するヂョツパのよ
うなシャッタ手段６により入射光を断続して１回の測定
時間を制限し、検出器１１への入射光の変動の影響を少
くし、干渉縞のコントラストが悪くなるのを防止し、測
定を確実なものとする。

［発明の効果］ 以上述べたように、この発明は、波長に対応した屈折率
を決める波長依存係数（分散）を測定から求め、必らか
しめメモリに記憶して用いるようにしているので、被測
定対象の屈折率が波長依存性をもっても、正確に膜厚の
測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、この発明の一実施例を示す構成説明
図、第３図は、干渉縞の説明図でおる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定対象に光を投光する光源と、被測定対象から
   の透過光または反射光を分光手段で分光し干渉縞を検出
   する検出器と、この検出器の干渉縞パターンの少くとも
   ２つの異る波長範囲についての極値を与える波長または
   波数、次数差から求めた各膜厚が等しいとして屈折率の
   波長依存係数を求め、被測定対象の膜厚を演算する演算
   手段とを備えたことを特徴とする膜厚測定装置。 ２、前記検出器として、イメージセンサを用いたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の膜厚測定装置。