JPS6350706A - 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
関するものである。

［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。

［この発明が解決しようとする問題点］しかしながら、
被測定対象の膜厚を測定するには、あらかじめ屈折率が
既知である必要があり、被測定対象の種類が変更となり
屈折率が変わるとこれに応じて測定系の設定値等を変更
する必要があり、非常に不便であった。

この発明の目的は、以上の点に鑑み、被測定対［問題点
を解決するための手段］ この発明は、２個以上の角度で被測定対象に投光を行い
、この各々についての干渉縞を検出器で検出し、極値を
与える波長から被測定対象の屈折率を求め、膜厚を演算
するようにした膜厚測定装置である。

［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ある
。

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、しぼり７、レンズを介して
回折格子等の分光手段９で分光され、レンズ１０を介し
てＣＯＤのよ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が入射し、干渉′・＼ 縞パターンの強度が検出される。イメージセンサ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）ｄ１屈折率ｎの被測定対象４の表面およ
び裏面で反射し、両光線Ｌ＋　、Ｌ２は、光学的光路差
２ｎｄ／ｃｏｓθ′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が１９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、　ｍとし次式が成り
立つ。

（ｍ＋Ｎ）λ＋　＝　２　ｎｄ／　ｃｏｓθ′　　　（
１）ｍλ２　＝　２　ｎｄ／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。このように波長λ１、λ２、（産額の次数差Ｎ
、あらかじめ求めた屈折率ｎから、被測定対象４の膜厚
が（３）、（４）式より求まる。

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
各素子番号と波長との関係を演算手段１３のメモリに記
憶しておく。

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を求め、
極値の数の差から次数差Ｎを求め、メモリ等に格納され
た屈折率ｎを用い、（３）、（４）式のような演算を行
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の屈折率ｎが未知の場を求め、
自動的に補正する。

第４図で示すように、光源１ａ、１ｂを被測定対象４の
測定位置の法線に対し、異なる角度θａ、θｂで投光し
、検出部１４ａ、１４ｂで被測定対象を反射または透過
した光を検出し、第１図と同様な検出系で干渉縞を検出
する。

λ１　：角度θａで投受光したときの干渉縞パターンの
極値を与える最小波長 λ２：同上最大波長 λ１′　二角度θｂで投受光したときの干渉糸島ノ（タ
ーンの極値を与える最小波長 λ２′　二同上最大波長 ｍ　１　　：　角ａ　ｅ　ａで投光したときの最小波長
λ１での干渉の次数 ｍ２　：角度θａで投光したときの最大波長λ２での干
渉の次数 ２２′での干渉の次数 ｎ　　：屈折率、　ｄ：膜厚 Ｎ＝ｍ＋ｍ２、　Ｎ　’＝ＩＴｌ＋’　　ｍ２’とし、
ｎ　＝ｓｉｎθａ　／ｓｉｎθａ　’　、ｓｉｎθｌ）
　／ｓｉｎθｂ′を利用して次式が成り立つ。

ｍ１λ’２　＝　２　ｎｄ／ｃｏｓθａ′＝　２　ｎｄ
／　ｒ丁７訂了７１丁７ ＝２ｎｄ／　　　−５ｉｎ　２　＆ａフｎ２　　（５）
ｍ２λ２＝２ｎｄ／　　　−ｓ＋ｎ２　　ａ／ｎｚ（６
）ｍ　＋’λ＋’＝２ｎｄ／ｖ　　−３ｌｎ２　　ｂ／
ｎ２　　（７）ｍ　２′λ２’＝２ｎｄ／　　　−５ｉ
ｎ　２　　　／ｎ　２　　（８）Ｎ＝ｌＩｌ＋ｍ２ （９）、（１０）式より次式となる。

（１１）式よりｎ以外は既知であるので、ｎが求まる。

今、簡単のためθａ＝Ｑのときを考えると、となる。右
辺は測定等で求まるので、これより屈折率ｎの値を求め
、（３）、（４）式等より膜厚ｄが求まる。

このように、被測定対象４の屈折率ｎが不明でおっても
容易にその屈折率ｎを求めることができ、膜厚ｄの測定
が可能となる。

また、光源１ａ、１ｂ、検出部１４ａ　、１４ｂとして
、各々の同一のものを用い、あらかじめ測定前に適当な
移動手段で角度を変えて測定し、実際の測定時は、たと
えば垂直方法から測定するようにしてもよい。

なお、第３図Ａ、Ｂで示すように、被測定対象避けるた
め、極大値と極小（直との差が所定の（直以上のときの
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ＣＣＤ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
が検出器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チョッパのよ
うなシャッタ手段７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］ いるので、屈折率の補正を自動的に行うことができ、被
測定対象の種類、屈折率が変わっても常に正確な膜厚測
定が可能となる。特に干渉の次数については任意にとる
ことができるので、屈折率の算出が確実となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第４図は、この発明の一実施例を示す
考成説明図、第３図は、干渉縞の説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被測定対象の測定位置の法線に対し少くとも２個以
   上の角度で投光する光源と、この光源の２個以上の角度
   の投光についての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２個以上の角度についての各干渉縞パターンの最
   大値または最小値を与える波長のうち測定領域の最大波
   長および最小波長とそれらの間の極値の数から所定の演
   算を行って被測定対象の屈折率を求め、この屈折率から
   被測定対象の膜厚を求める演算手段とを備えたことを特
   徴とする膜厚測定装置。