JP2003185416A - Method and apparatus for measurement of film thickness thereof - Google Patents
Method and apparatus for measurement of film thickness thereofInfo
- Publication number
- JP2003185416A JP2003185416A JP2001385257A JP2001385257A JP2003185416A JP 2003185416 A JP2003185416 A JP 2003185416A JP 2001385257 A JP2001385257 A JP 2001385257A JP 2001385257 A JP2001385257 A JP 2001385257A JP 2003185416 A JP2003185416 A JP 2003185416A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- fiber
- optical path
- measured
- film thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜の膜厚を非破
壊的、非接触的に測り表示する装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for non-destructively and non-contactlessly measuring and displaying the thickness of a thin film.
【0002】[0002]
【従来の技術】塗布、塗装、印刷、コーティング、ラミ
ネート、蒸着、堆積、貼付、転写、生成、生育など各種
の方法によって物体上に塗布・形成された薄膜を非破壊
で測定する必要性は、それらの生産工程の管理、製品の
品質管理をはじめ、真珠など薄膜で形成されている宝飾
品の鑑定、鑑別、認証など、工業、流通、一般消費経済
活動の諸分野で、しばしば生ずる。また、筒状やチュー
ブ状体の外面又は内面に形成した薄膜の膜厚の非破壊、
非接触の連続測定による工程管理や歯科、眼科、皮膚科
などにおける層構造を持つ生体組織表面直下の膜厚に関
連する治療、診断、たとえば、ヒトや動物の歯牙のエナ
メル質(あるいはほうろう質)の厚さの非破壊的測定の
必要性などもしばしば生ずる。2. Description of the Related Art The need to measure non-destructively a thin film applied / formed on an object by various methods such as application, painting, printing, coating, laminating, vapor deposition, deposition, pasting, transfer, generation and growth. It often occurs in various fields of industrial, distribution, and general consumer economic activities, such as management of production processes thereof, quality control of products, and identification, identification, and authentication of jewelry formed of thin films such as pearls. Further, non-destructive film thickness of the thin film formed on the outer surface or the inner surface of the tubular or tubular body,
Process control by non-contact continuous measurement and treatment and diagnosis related to the film thickness immediately below the surface of living tissue having a layer structure in dentistry, ophthalmology, dermatology, etc., for example, enamel (or enamel) of human or animal teeth Often the need for non-destructive measurement of the thickness of the will occur.
【0003】フィルムや紙類、プラスチックシートな
ど、独立した単体のシート状薄膜については、マイクロ
メーターその他の機械的な膜厚計で測定可能であるが、
上述のような物体上に形成された薄膜や、筒状又はチュ
ーブ状体の表面の薄膜などについては、このような機械
的な膜厚計測法が適用できない。物体上に形成された薄
膜については、その薄膜が比較的透明なものである場合
には、エリプソメーターが使われる。しかし、エリプソ
メーターによる測定は複雑で、時間を要するものであ
り、一般の工程管理、品質管理、鑑別などの目的には適
さない。An independent single sheet thin film such as a film, paper or plastic sheet can be measured with a micrometer or other mechanical film thickness meter.
Such a mechanical film thickness measuring method cannot be applied to a thin film formed on an object as described above, a thin film on the surface of a tubular or tubular body, or the like. For a thin film formed on an object, an ellipsometer is used when the thin film is relatively transparent. However, ellipsometer measurement is complicated and time-consuming, and is not suitable for general purposes such as process control, quality control, and discrimination.
【0004】薄膜の膜厚が100μm以上あり、必要と
する分解能が10μm以上である場合については、エリ
プソメーターに代わってより簡便な低コヒーレンス干渉
計が使われていた。まず、図7は従来の空間内光伝搬を
用いる低コヒーレンス干渉計の原理を示す図である。図
7において、光源1を出て、ハーフミラー2に入射する
入射光3は、その相対強度を1とするとき、透過光4と
上方への反射光5を、それぞれ相対強度約 0.5ずつ
生ずる。透過光4は被測定物6の表面で反射され、再び
ハーフミラー2に入射する。一方、上方への反射光5は
反射鏡7で反射され、再びハーフミラー2に入射する。
ハーフミラー2に再入射したそれぞれの反射光はハーフ
ミラー2上で干渉して、2本の干渉光8と9を生ずる。
一つの干渉光8は光検出器10に向かい、他方の干渉光
9は光源1に向かう。以上によりいわゆるマイケルソン
干渉計が構成される。When the thickness of the thin film is 100 μm or more and the required resolution is 10 μm or more, a simpler low coherence interferometer has been used instead of the ellipsometer. First, FIG. 7 is a diagram showing the principle of a conventional low coherence interferometer using optical propagation in space. In FIG. 7, when the relative intensity of the incident light 3 emitted from the light source 1 and incident on the half mirror 2 is 1, the transmitted light 4 and the upward reflected light 5 each have a relative intensity of about 0.5. Occurs. The transmitted light 4 is reflected by the surface of the DUT 6 and enters the half mirror 2 again. On the other hand, the upward reflected light 5 is reflected by the reflecting mirror 7 and enters the half mirror 2 again.
The respective reflected lights re-incident on the half mirror 2 interfere on the half mirror 2 to generate two interference lights 8 and 9.
One interference light 8 goes to the photodetector 10, and the other interference light 9 goes to the light source 1. The above constitutes a so-called Michelson interferometer.
【0005】ハーフミラー2から被測定物6までの光路
を干渉計の一方の腕11、ハーフミラー2から反射鏡7
までの光路を干渉計の他方の腕12と呼ぶ。光源のコヒ
ーレンス性がよい場合には、一方の腕の長さを固定して
他方の腕の長さをゆっくりと変化するとき、ハーフミラ
ー2に再入射する2本の反射光の干渉により、2本の干
渉光8と9の強度は図8に示すように、それぞれ正弦波
状に変化する。そして一方の干渉光が強くなるとき、他
方の干渉光は弱くなる。光検出器10からの出力電流
は、干渉光8の強度の変化にしたがって、一方の腕の長
さを変化するとき正弦波状に変化する。図7では、腕1
2の光路長を変化させる場合が示されている。腕12の
光路長を変化させるための変位装置13には、その先端
に反射鏡7が取り付けられている。The optical path from the half mirror 2 to the object 6 to be measured is arranged on one arm 11 of the interferometer, and from the half mirror 2 to the reflecting mirror 7.
The optical path up to is called the other arm 12 of the interferometer. When the coherence of the light source is good, when the length of one arm is fixed and the length of the other arm is slowly changed, the two reflected lights that re-enter the half mirror 2 interfere with each other. As shown in FIG. 8, the intensities of the interference lights 8 and 9 of the book change sinusoidally. When one interference light becomes strong, the other interference light becomes weak. The output current from the photodetector 10 changes sinusoidally when the length of one arm changes according to the change in the intensity of the interference light 8. In FIG. 7, arm 1
The case where the optical path length of 2 is changed is shown. A reflecting mirror 7 is attached to the tip of the displacement device 13 for changing the optical path length of the arm 12.
【0006】以下に、上記の従来の低コヒーレンス干渉
計による薄膜の膜厚計の原理を説明する。膜厚計測のた
めの干渉計の光源1には、低コヒーレンスの光源、すな
わち、コヒーレンス長の短い光源が選ばれる。コヒーレ
ンス長の短い光源としては、いわゆるスーパールミネッ
セントダイオード(以後、SLDと称す)やハロゲンラ
ンプがある。コヒーレンス長が短かければ、干渉計の一
方の腕の長さの変化に対して正弦波状に変化する干渉
光、したがって検出器10からの正弦波状の出力電流
は、図9に示すように干渉計の両腕の長さ(図7)が等
しくなるときの横軸上の包路線の中央の点Mで最大値を
とり、その前後のごく狭い範囲(電流(光入力)の正弦
波状の変化の10ないし数10周期分程度)に局限化さ
れる。したがって、光検出器の出力電流の正弦波状変化
の包路線の最大値を与える反射鏡7の位置を干渉による
位置計測に用いることができる。包絡線の半値幅が狭け
れば狭いだけ分解可能距離を小さくすることができる。The principle of the above-mentioned conventional thin film thickness meter using the low coherence interferometer will be described. A light source of low coherence, that is, a light source of short coherence length is selected as the light source 1 of the interferometer for measuring the film thickness. Light sources with a short coherence length include so-called super luminescent diodes (hereinafter referred to as SLD) and halogen lamps. If the coherence length is short, the interference light that changes sinusoidally with respect to the change in the length of one arm of the interferometer, and thus the sinusoidal output current from the detector 10, is generated as shown in FIG. The maximum value is taken at the center point M of the envelope on the horizontal axis when the lengths of both arms (Fig. 7) are equal, and the sinusoidal change of the narrow range (current (optical input)) before and after that takes place. 10 to several tens of cycles). Therefore, the position of the reflecting mirror 7 that gives the maximum value of the envelope of the sinusoidal change in the output current of the photodetector can be used for position measurement by interference. The narrower the half-width of the envelope is, the smaller the resolvable distance can be.
【0007】干渉計による薄膜の膜厚測定は、その表面
と裏面について、それぞれに屈折率のステップ的変化が
存在するので、2個の反射点が存在することとなる。こ
れら2個の反射点について、それぞれの分解可能距離が
膜厚そのものより小さければ、上述の位置計測を2回適
用することができることとなり、それぞれの位置の差を
薄膜の光学的膜厚とすることができる。光学的膜厚と
は、測定しようとする機械的膜厚に薄膜の屈折率かけた
ものを言う。したがって、薄膜の屈折率が既知の場合に
は、光学的膜厚を屈折率で割ることによって、実際の被
測定膜の機械的膜厚を求めことができる。しかし、薄膜
の屈折率が既知でない場合には、薄膜の屈折率を独立に
測定する必要がある。このように、光学的膜厚と屈折率
とを独立に求める方法について、たとえばOptics Lette
rs, 20巻、21号、2258ページ(1995年11
月)に掲載されたG.J.Tearneyらによる"Determination
of the refractive Index of highly scattering human
tissue by optical doherence tomography"(以下文献
1とする)、同じく、Optics Letters, 21巻、23
号、1942ページ(1996年12月)に掲載された
T.Fukanoらによる"Simultaneous measurement of thick
nesses and refractive Indices of multiple layers"
(以下文献2とする)、また、特開2001−1416
52に開示されている発明者、春名正光の「光干渉法に
よる既知の方法が測定対象物の屈折率と厚さの同時測定
法およびそのための装置」などに、すでに述べられてい
る。When the film thickness of a thin film is measured by an interferometer, since there are step changes in the refractive index on the front surface and the back surface, respectively, there are two reflection points. If the resolvable distance of each of these two reflection points is smaller than the film thickness itself, the above-mentioned position measurement can be applied twice, and the difference between each position is defined as the optical film thickness of the thin film. You can The optical film thickness refers to the mechanical film thickness to be measured multiplied by the refractive index of the thin film. Therefore, when the refractive index of the thin film is known, the actual mechanical thickness of the film to be measured can be obtained by dividing the optical film thickness by the refractive index. However, if the refractive index of the thin film is not known, it is necessary to measure the refractive index of the thin film independently. In this way, for the method of independently obtaining the optical film thickness and the refractive index, for example, Optics Lette
rs, Volume 20, Issue 21, pages 2258 (November 1995)
"Determination by GJ Tearney et al.
of the refractive Index of highly scattering human
tissue by optical doherence tomography "(hereinafter referred to as Reference 1), also Optics Letters, Volume 21, 23
Issue, p. 1942 (December 1996)
"Simultaneous measurement of thick" by T. Fukano et al.
nesses and refractive Indices of multiple layers "
(Hereinafter referred to as Document 2), and Japanese Patent Laid-Open No. 2001-1416.
52, the inventor, Masamitsu Haruna, "A known method by optical interferometry is a method for simultaneously measuring the refractive index and thickness of an object to be measured and a device therefor".
【0008】以上述べてきたような先行例での空間内の
光伝搬に頼る干渉計式の膜厚計測装置は、光学構成部品
の配置、設定、調整に高度の熟練と長時間を要し、ま
た、その完成後の長期安定性についても問題があり、装
置製造後も使用の都度絶えず熟練者による調整を必要と
するなどの問題があった。なぜなら、空間内の光伝搬に
頼る干渉計では、ミラー、ビームスプリッターなどのう
ちの1個の光学部品の配置、設定、調整が、他の光学部
品の配置、設定、調整に相互に関係するため、装置全体
の配置、調整を完了するのに、大略各部品の調節に要す
る調整時間の、ほぼ部品点数をNとしたときN(N−
1)倍の調整時間を要するからである。また、その安定
性についても、個々の部品の安定度に部品点数Nの√N
倍の安定度が要求されるからである。The interferometer type film thickness measuring device which relies on the light propagation in the space in the prior art as described above requires a high degree of skill and a long time for arranging, setting and adjusting the optical components. In addition, there is a problem with respect to long-term stability after completion of the device, and there is a problem that adjustment is required by a skilled person every time the device is used after the device is manufactured. This is because in an interferometer that relies on light propagation in space, the placement, setting, and adjustment of one optical component of the mirror, beam splitter, etc. are interrelated with the placement, setting, and adjustment of other optical components. , N (N-where N is approximately the number of parts in the adjustment time required for adjusting each part to complete the arrangement and adjustment of the entire device).
1) Double adjustment time is required. Also, regarding the stability, the stability of each component is calculated as follows:
This is because the double stability is required.
【0009】もし、1個の光学部品の配置、設定、調整
が、他の光学部品の配置、設定、調整に相互に関係しな
ければ、装置全体の配置、調整を完了するのに要する時
間は、大略各部品の調節に要する調整時間のほぼ部品点
数倍で済み、また、装置全体の安定性も、個々の部品の
安定度がそのまま装置全体の安定度となるだけである。
このように、各光学部品の配置、設定、調整や安定度を
分離独立させるためには、各光学部品間の光伝搬を空間
伝搬に頼らす、光ファイバーに頼ることとし、各光学部
品を空間的光伝搬から独立させればよい。If the arrangement, setting and adjustment of one optical component do not correlate with the arrangement, setting and adjustment of other optical components, the time required to complete the arrangement and adjustment of the entire apparatus is Generally, the adjustment time required for adjusting each component is approximately the number of component times, and the stability of the entire device is the stability of each component as it is.
As described above, in order to separate and independently arrange, set, adjust, and stabilize each optical component, the optical propagation between the optical components depends on the spatial propagation, and the optical fiber depends on the spatial propagation. It should be independent of light propagation.
【0010】図7に示した空間内伝搬光による干渉計を
用いた膜厚測定装置をファイバー化した従来の干渉計膜
厚測定装置を図10に示す。太い実線で示してあるもの
がファイバーである。図7中の構成要素と同一の機能を
果たす図10中の構成要素には、対応する図7中の構成
要素と同一の番号を付してある。図7中のハーフミラー
2は図10中では、ファイバー方向性結合器2に置き換
えられている。ファイバー方向性結合器2の働きは、図
7中のハーフミラー2と同じであり、方向性結合器の端
子21から入った光は端子22と24から等量出て行く
が、端子23からは出て行かない。端子22から入った
光は端21と23から等量出て行くが、端子24からは
出て行かない。端子24から入った光は端21と23か
ら等量出て行くが、端子22からは出て行かない。投射
用の光学素子としてのレンズ16、26は、それぞれの
腕のファイバー端から右向きに出射する発散光を並行光
に変換するためのものであり、被測定物6と反射鏡7に
は、それぞれ、平行光線が入射するように、ファイバー
端とレンズ16、26への距離は、それぞれのレンズの
焦点距離に一致させてある。図10中の14、15で示
すように、各腕には空間伝搬路が存在する。FIG. 10 shows a conventional interferometer film thickness measuring device in which the film thickness measuring device using the interferometer by the light propagating in the space shown in FIG. 7 is made into a fiber. The fiber is shown by a thick solid line. The components in FIG. 10 that perform the same functions as the components in FIG. 7 are assigned the same numbers as the corresponding components in FIG. 7. The half mirror 2 in FIG. 7 is replaced with the fiber directional coupler 2 in FIG. The function of the fiber directional coupler 2 is the same as that of the half mirror 2 in FIG. 7, and the light entering from the terminal 21 of the directional coupler goes out from the terminals 22 and 24 in the same amount, but from the terminal 23. I won't go out. Light entering terminal 22 exits at ends 21 and 23 in equal amounts, but not at terminal 24. The light entering from the terminal 24 exits from the ends 21 and 23 in equal amounts, but does not exit from the terminal 22. The lenses 16 and 26 as optical elements for projection are for converting divergent light emitted rightward from the fiber ends of the respective arms into parallel light, and the DUT 6 and the reflecting mirror 7 are respectively provided with , The distances to the fiber ends and the lenses 16 and 26 are matched to the focal lengths of the respective lenses so that parallel rays are incident. As shown by 14 and 15 in FIG. 10, each arm has a spatial propagation path.
【0011】図10に示す在来のファイバー化した干渉
計膜厚測定装置において、光学部品を多数用いる干渉計
式膜厚測定装置のシステムの組立についても、各光学部
品の配置、設定、調整が独立化される。またそれらの組
立は各部品を単にファイバーコネクターでつなぐだけで
行われる。従って熟練者を必要とせず、組立作業は極端
に短縮される。また、装置の安定性も、先述の理由によ
り、格段に向上する。しかしこの従来の装置では、被測
定物6直前の空間伝搬路14と干渉計の腕12の長さを
変えるための反射鏡7直前の空間伝搬路15は、取り除
くことができない。13は反射鏡7直前の空間伝搬路1
5の伝搬長を変えるための反射鏡7を取り付けた反射鏡
移動機構である。In the conventional fiberized interferometer film thickness measuring device shown in FIG. 10, the arrangement, setting and adjustment of each optical component are also required for the assembly of the system of the interferometer type film thickness measuring device using a large number of optical parts. Be independent. Also, their assembly is performed by simply connecting the respective parts with fiber connectors. Therefore, no expert is required, and the assembly work is extremely shortened. Also, the stability of the device is significantly improved for the reasons described above. However, with this conventional device, the space propagation path 14 immediately before the DUT 6 and the space propagation path 15 immediately before the reflecting mirror 7 for changing the length of the arm 12 of the interferometer cannot be removed. Reference numeral 13 is a spatial propagation path 1 immediately before the reflecting mirror 7.
5 is a reflecting mirror moving mechanism to which a reflecting mirror 7 for changing the propagation length of 5 is attached.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】図10の従来のファイ
バー化干渉計膜厚測定装置において、被測定物に測定光
を非接触に投射する目的及び干渉計の腕の距離を可変と
するためには、被測定物6直前の空間伝搬路14と干渉
計の腕12の長さを変えるための反射鏡7直前の空間伝
搬路15とが必要であった。それ故、空間伝搬路の存在
に起因する従来技術の欠点、すなわち、装置の組み立て
・調整作業の繁雑性、また、周囲の環境からの外乱に敏
感に反応する空間伝搬路干渉計を含むことに起因する装
置の不安定性が解決されていなかった。In the conventional fiberized interferometer film thickness measuring apparatus of FIG. 10, in order to project the measurement light on the object to be measured in a non-contact manner and to change the arm distance of the interferometer. Requires a space propagation path 14 immediately before the DUT 6 and a space propagation path 15 immediately before the reflecting mirror 7 for changing the length of the arm 12 of the interferometer. Therefore, the shortcomings of the prior art caused by the existence of the spatial propagation path, namely, the complexity of the assembly and adjustment work of the device, and the inclusion of the spatial propagation path interferometer which is sensitive to the disturbance from the surrounding environment are included. The resulting instability of the device was not resolved.
【0013】また、光源としては、従来、分解可能距離
を小さく取るため、低コヒーレンス性のSLDやハロゲ
ンランプなどを用いていた。しかしこれらの光源は空間
的にコヒーレンス性が低いため、ファイバー化したとき
には、光源からファイバーへの結合効率が極端に悪くな
り、干渉計測に使える光のパワーのレベルが極端に低下
する。それ故、干渉の結果得られる正弦波状検出電流出
力のSN比を低下させ、得られるべき膜厚分解能の低下
を招く。特に被測定薄膜が透明体ではなく、散乱性ある
いは吸収性を含む媒質であるときには、測定光のパワー
のレベルが低いことは致命的であり、その場合測定が不
可能となる。Further, as the light source, SLDs and halogen lamps having a low coherence have conventionally been used in order to keep the resolvable distance small. However, since these light sources have a low spatial coherence, when they are made into fibers, the coupling efficiency from the light sources to the fibers becomes extremely poor, and the power level of light that can be used for interferometric measurement becomes extremely low. Therefore, the S / N ratio of the sinusoidal detection current output obtained as a result of the interference is lowered, and the film thickness resolution to be obtained is lowered. Particularly when the thin film to be measured is not a transparent body but a medium having a scattering property or an absorbing property, it is fatal that the power level of the measurement light is low, and in that case, the measurement becomes impossible.
【0014】このように、ファイバー化された干渉計式
の膜厚測定装置においては、ファイバー、高分解能の干
渉計式膜厚測定に必要な低コヒーレンス性のSLDやハ
ロゲンランプ光源などからファイバーへ結合効率がファ
イバー化により極端に低下し、それに起因する膜厚分解
能力が低下する問題があった。As described above, in the fiberized interferometer type film thickness measuring device, a fiber, a low coherence SLD or a halogen lamp light source necessary for high resolution interferometric film thickness measurement is coupled to the fiber. There was a problem in that the efficiency was extremely reduced due to the use of fibers, and the film thickness decomposing ability resulting therefrom was reduced.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明のファイバー化干
渉計膜厚測定装置においては、まず、装置に含まれる干
渉計の組み立て・調整作業の容易化、装置の安定性向上
のために、干渉計を構成するファイバーの一部のファイ
バー長自体を可変とすることによって、干渉計の腕の長
さを可変とするために必要であった空間伝搬路を無くし
た。その結果、構成された本発明のファイバー化干渉計
膜厚測定装置を図1に示す。図1においては、被測定物
に測定光を投射するために必要な被測定物6直前の極め
て短い空間伝搬路14以外の空間伝搬路(たとえば、図
10の反射鏡7直前の空間伝搬路15)は、すべてファ
イバー化されている。In the fiberized interferometer film thickness measuring device of the present invention, first, in order to facilitate the assembly and adjustment work of the interferometer included in the device and to improve the stability of the device, the interference By making the fiber length of some of the fibers that make up the meter variable, the spatial propagation path that was necessary to make the arm length of the interferometer variable was eliminated. As a result, the thus constructed fiberized interferometer film thickness measuring device of the present invention is shown in FIG. In FIG. 1, spatial propagation paths other than the extremely short spatial propagation path 14 immediately before the DUT 6 necessary for projecting the measurement light onto the DUT (for example, the spatial propagation path 15 immediately before the reflecting mirror 7 in FIG. 10). ) Are all fiberized.
【0016】上に述べてきたファイバー自体の物理的な
長さを可変とする方法として、圧電素子または磁気ひず
み素子に巻き付けた長尺ファイバーを少なくとも干渉型
の一方の腕に挿入し、これに、可変電圧(圧電素子の場
合)または可変電流(磁気ひずみ素子の場合)を印加し
ている。これによって、被測定物直前の空間伝搬路14
以外をすべてファイバー化している。膜厚測定干渉計の
組み立ての容易化、動作の安定化をはかっている。As a method of varying the physical length of the fiber itself described above, a long fiber wound around a piezoelectric element or a magnetostrictive element is inserted into at least one arm of the interference type, and A variable voltage (for piezoelectric element) or variable current (for magnetostrictive element) is applied. As a result, the spatial propagation path 14 immediately before the DUT is measured.
Everything except fiber is made into fiber. It aims at facilitating the assembly and stabilizing the operation of the film thickness measuring interferometer.
【0017】本発明の薄膜の膜厚測定装置は、ギガヘル
ツのオーダーの所定の高周波で変調された光源としての
半導体レーザーと、前記半導体レーザーが発する低コヒ
ーレンス光を導く測定光路腕及び非測定光路腕の2本の
腕を持つ干渉計と、を有し、前記非測定光路腕は実質的
に光ファイバー(以下単にファイバーと称す)のみから
なっていて空間伝搬光路を含まない光路であり、前記測
定光路腕は前記半導体レーザーが発する前記低コヒーレ
ンス光を被測定物の被測定薄膜の表面に投射するための
光ファイバーの端面から被測定薄膜の表面までの所定長
の空間伝搬光路を除いては光ファイバーのみからなるこ
とを特徴とする。本発明の薄膜の膜厚測定方法は、光源
としての半導体レーザーをギガヘルツのオーダーの所定
の高周波で変調して低コヒーレンス光を発生するステッ
プ、前記低コヒーレンス光を干渉計の測定光路腕及び非
測定光路腕の2本の腕に導くステップ、を有し、前記非
測定光路腕は実質的に光ファイバー(以下単にファイバ
ーと称す)のみからなっていて空間伝搬光路を含まない
光路であり、前記測定光路腕は前記半導体レーザーが発
する前記低コヒーレンス光を被測定物の被測定薄膜の表
面に投射するための光ファイバーの端面から被測定薄膜
の表面までの所定長の空間伝搬光路を除いては光ファイ
バーのみからなり、上記干渉計により被測定薄膜の膜厚
を測定することを特徴とする。また、本発明のファイバ
ー干渉計膜厚測定装置においては、パルス発振半導体レ
ーザーを用い、その励起電流に高周波変調をかけること
によって、従来技術で用いられてきたSLDなどに比し
て、半導体レーザーの持つより良好な空間コヒーレンシ
ーを利用しつつ、変調によって実現できる時間コヒーレ
ンシーの低下(膜厚分解能を高めるために必要)をも同
時に実現している。これによって、ファイバー化に際し
ても、光源のファイバーへの高高率な結合が維持でき、
時間的低コヒーレンシー化の実現と相まって、膜厚に対
する感度と分解能とを同時に高めている。The thin film thickness measuring apparatus of the present invention comprises a semiconductor laser as a light source modulated at a predetermined high frequency of the order of gigahertz, and a measurement optical path arm and a non-measurement optical path arm for guiding the low coherence light emitted by the semiconductor laser. And an interferometer having two arms, wherein the non-measurement optical path arm is an optical path that substantially consists of optical fibers (hereinafter simply referred to as “fibers”) and does not include a spatial propagation optical path. The arm is from only the optical fiber except for the spatial propagation optical path of a predetermined length from the end face of the optical fiber for projecting the low coherence light emitted by the semiconductor laser onto the surface of the thin film to be measured of the measured object. It is characterized by The thin film thickness measuring method of the present invention comprises a step of modulating a semiconductor laser as a light source at a predetermined high frequency of the order of gigahertz to generate low coherence light, the low coherence light being measured by an interferometer, an optical path arm and a non-measurement step. Leading to two arms of the optical path arm, wherein the non-measurement optical path arm is an optical path that substantially consists of optical fibers (hereinafter simply referred to as “fiber”) and does not include a spatial propagation optical path. The arm is from only the optical fiber except for the spatial propagation optical path of a predetermined length from the end face of the optical fiber for projecting the low coherence light emitted by the semiconductor laser onto the surface of the thin film to be measured of the measured object. In addition, the film thickness of the thin film to be measured is measured by the interferometer. In addition, in the fiber interferometer film thickness measuring device of the present invention, a pulsed semiconductor laser is used, and the excitation current thereof is subjected to high frequency modulation, so that the semiconductor laser of the semiconductor laser is compared with the SLD and the like used in the prior art. While utilizing the better spatial coherency that it possesses, it also achieves the reduction in temporal coherency (necessary to improve film thickness resolution) that can be realized by modulation. As a result, even at the time of forming a fiber, it is possible to maintain a highly efficient coupling of the light source to the fiber,
Coupled with the realization of low temporal coherency, sensitivity and resolution for film thickness are simultaneously improved.
【0018】さらに、干渉計の腕の長さを可変とするた
めの圧電素子または磁気ひずみ素子に巻き付けた長尺フ
ァイバーを干渉計の両腕に設けて、それぞれを逆位相で
れいきすることにより、測定可能膜厚のレンジを拡大し
ている。Further, a long fiber wound around a piezoelectric element or a magnetostrictive element for varying the length of the arm of the interferometer is provided on both arms of the interferometer, and the long fibers are driven in opposite phases. , The range of measurable film thickness is expanded.
【0019】また、被測定物に光を照射するためのレン
ズのみの移動によって、屈折率未知の膜厚測定のために
必要な光学的膜厚と屈折率を単一の装置で同時に測定で
きる新しい方法が提案されている。これによって、被測
定物直前の空間伝搬路を含む測定ヘッド部分を一体化す
ることができ、先端部を被測定物に接触保持するなどに
より、一層容易に安定な膜厚測定が可能となる。Further, by moving only the lens for irradiating the object to be measured with light, it is possible to simultaneously measure the optical film thickness and the refractive index necessary for measuring the film thickness of unknown refractive index with a single device. A method has been proposed. As a result, the measurement head portion including the space propagation path immediately before the object to be measured can be integrated, and by holding the tip end in contact with the object to be measured, stable film thickness measurement can be performed more easily.
【0020】上記の構成各部の改善が相まって、組み立
てが容易、感度と膜厚分解能が改善され、測定可能膜厚
レンジの拡大された、動作の安定した膜厚と屈折率の同
時・独立測定可能なファイバー化干渉計膜厚測定装置が
実現できる。Combined with the improvements of the above-mentioned components, the assembling is easy, the sensitivity and the film thickness resolution are improved, the measurable film thickness range is widened, and the film thickness and the refractive index can be measured at the same time in a stable operation. A new fiberized interferometer film thickness measuring device can be realized.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明を好適な実施例につ
いて説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the present invention will be described below.
【0022】図1は、本発明の第1の実施例を示したも
のである。図1中の構成要素で図6または図10に示し
た従来例の構成要素と同一の機能を果たす対応要素に
は、図6または図10中の構成要素と同一の符合を付し
てあり、それらについての重複した説明は、ここでは省
略する。FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. Corresponding elements that perform the same functions as the constituent elements of the conventional example shown in FIG. 6 or FIG. 10 in the constituent elements of FIG. 1 have the same reference numerals as those of the constituent elements of FIG. 6 or FIG. The duplicated description thereof will be omitted here.
【0023】光源1には半導体レーザーを用いている。
その半導体レーザー1としては、光LANなどに使われ
るところの、高速変調可能で、接合容量やその他の浮遊
容量が少なく、デバイスリード線が短く誘導性 リアク
タンスが少ない種類の半導体レーザーが使われる。この
ような半導体レーザーに、図中に示される等価回路で表
されるバイアスティー100を通して、直流電源101
からの直流バイアスと、0.8GHzないし3GHz程
度の高周波電源102からの正弦波状の高周波電圧が印
加される。一般に、このように高周波変調可能な半導体
レーザーは、その接合部に存在する電子分布の非線形性
のために、変調度が10パーセントから20パーセント
程度であっても、印加高周波電圧の周波数でくり返すパ
ルス幅数十ピコ秒のパルス状の光を出力する。このパル
ス状のレーザー発振によってパルス幅内の短時間に、上
述の接合部の電子分布の密度が急激に変化する。したが
って接合部の屈折率も急激に変化し、発振光は大きい変
調度で周波数変調を受ける。一般に、周波数変調のスペ
クトルは広い周波数帯域に広がることが知られている。
その結果、直流励起では、ほぼ単一のチップ縦モードで
発振していたレーザーが多くの縦モードで発振すること
となり、広いスペクトルが得られる。なお、上記約0.
8GHz以下の変調周波数では変調波形にほぼ忠実な変
化を示す光強度変化となり、パルス状の光出力とはなら
ない。また約3GHz以上の変調周波数では、光出力は
変調波形に追随できず、一定出力となって、やはりパル
ス状の光出力とはならない。一方レーザー発振は、ハロ
ゲンランプやSLDとは異なり、通常の半導体レーザー
が持つ程度の高い空間コヒーレンス性を持っている。そ
れ故、ハロゲンランプやSLDでは得られなかった低コ
ヒーレンス性と高い空間コヒーレンス性とを併せ持ち、
干渉膜厚測定に最適な光源が、変調半導体レーザーによ
って得られる。A semiconductor laser is used as the light source 1.
As the semiconductor laser 1, a type of semiconductor laser that is capable of high-speed modulation, has a small junction capacitance and other stray capacitances, has a short device lead wire, and has a low inductive reactance, which is used in an optical LAN or the like. A DC power supply 101 is passed through such a semiconductor laser through a bias tee 100 represented by an equivalent circuit shown in the drawing.
And a sinusoidal high frequency voltage from the high frequency power supply 102 of about 0.8 GHz to 3 GHz is applied. Generally, such a semiconductor laser capable of high frequency modulation repeats at the frequency of the applied high frequency voltage even if the degree of modulation is about 10% to 20% because of the non-linearity of the electron distribution existing at the junction. It outputs pulsed light with a pulse width of tens of picoseconds. Due to this pulsed laser oscillation, the density of the electron distribution in the above-mentioned junction changes abruptly within a short time within the pulse width. Therefore, the refractive index of the junction also changes abruptly, and the oscillated light undergoes frequency modulation with a large degree of modulation. It is generally known that the spectrum of frequency modulation spreads over a wide frequency band.
As a result, in DC excitation, a laser that oscillates in a substantially single-chip longitudinal mode oscillates in many longitudinal modes, and a wide spectrum can be obtained. In addition, about the above.
At a modulation frequency of 8 GHz or less, the light intensity changes substantially faithfully to the modulation waveform, and the pulsed light output is not obtained. Further, at a modulation frequency of about 3 GHz or higher, the light output cannot follow the modulation waveform, becomes a constant output, and does not become a pulsed light output. On the other hand, laser oscillation has a high spatial coherence, which is different from that of ordinary semiconductor lasers, unlike halogen lamps and SLDs. Therefore, it has both low coherence and high spatial coherence that cannot be obtained with halogen lamps and SLDs.
The most suitable light source for interference film thickness measurement is obtained by the modulated semiconductor laser.
【0024】干渉計の2つの腕のうちファイバーの長さ
を変化する方の腕はこの実施例では非測定光路腕12で
あり、腕12を構成する主要要素であるファイバー18
を数十メートルの長尺なものとしてある。これをジルコ
ン酸チタン酸鉛(いわゆるPZT)などの例えば円筒状
の圧電素子(既知方法でポーリングしてある)の円筒1
91に一定の張力と、好ましくは、一定の逆バイアス電
圧を与えつつ巻き付けた圧電ファイバー長可変装置19
である。この圧電素子の筒191に圧電素子励起電源2
0からの励起電圧を加える。この励起電圧は一定電圧の
もの(DC)でも所望の周波数の所望の波形で変化する
もの(AC)でもよい。圧電ファイバー長可変装置19
の構成の1例を図2に示す。図2では、円筒形の圧電素
子191に長尺ファイバー18を多数回巻き付け、圧電
素子に設置した適当な電極に、すなわちこの実施では図
2で示す円筒内壁と外壁とのそれぞれの全面に金メッキ
などで設けた電極193と194間に、直流電源201
からの電圧、低周波交流電源202からの電圧、また
は、それらの電圧を図示のフィルター回路(L+C)を
介した電圧を同時に印加する。これによって、円筒19
1の直径を一定にまたは周期的に変化させ、ファイバー
に張力を与えてファイバーの長さを一定に、または周期
的に変化させている。図2の構造では、通常のクラッド
径125mmのファイバーを用い、円筒形圧電素子の筒
厚5mmのとき、印加電圧100Vで、ファイバー10
mあたり1mmの伸びが得られた。Of the two arms of the interferometer, the arm that changes the length of the fiber is the non-measuring optical path arm 12 in this embodiment, and the fiber 18 that is the main element constituting the arm 12 is used.
Is as long as several tens of meters. This is a cylinder 1 of, for example, a cylindrical piezoelectric element (poled by a known method) such as lead zirconate titanate (so-called PZT).
A piezoelectric fiber length varying device 19 wound while applying a constant tension and preferably a constant reverse bias voltage to 91.
Is. The piezoelectric element excitation power source 2 is connected to the piezoelectric element cylinder 191.
Apply excitation voltage from zero. The excitation voltage may be a constant voltage (DC) or a voltage that changes with a desired waveform at a desired frequency (AC). Piezoelectric fiber length variable device 19
An example of the above configuration is shown in FIG. In FIG. 2, the long fiber 18 is wound around the cylindrical piezoelectric element 191 a number of times, and appropriate electrodes installed on the piezoelectric element, that is, in this embodiment, gold plating is applied on the entire surfaces of the inner wall and the outer wall of the cylinder shown in FIG. Between the electrodes 193 and 194 provided in
From the low-frequency AC power supply 202, or these voltages are applied at the same time through the illustrated filter circuit (L + C). This allows the cylinder 19
The diameter of 1 is changed constantly or periodically, and the fiber is tensioned to change the length of the fiber constant or periodically. In the structure of FIG. 2, an ordinary fiber having a clad diameter of 125 mm is used, and when the cylindrical piezoelectric element has a tube thickness of 5 mm, the applied voltage is 100 V and the fiber 10
An elongation of 1 mm per m was obtained.
【0025】先にも図9に関してのべたように、本発明
のような低コヒーレンス干渉計において干渉波形が現れ
るのは、干渉計の両腕の長さが等しくなる状態の近辺の
みである。したがって非測定光路腕12が長尺ファイバ
ーを含む本実施例では、腕12のこの長尺ファイバーと
長さのバランスをとるために測定光路腕11の大部分を
構成するファイバー長は、非測定光路腕12の長尺ファ
イバー長から被測定物6直前の空間伝搬路長14(但し
ファイバー内光伝搬路に換算したもの)を差し引いた長
さからなるものでなければならない。それ故図1の測定
光路腕11のファイバー17は空芯に巻き付けた長尺フ
ァイバー199を含んで作られている。As described above with reference to FIG. 9, in the low coherence interferometer according to the present invention, an interference waveform appears only in the vicinity of a state where both arms of the interferometer are equal in length. Therefore, in the present embodiment in which the non-measurement optical path arm 12 includes a long fiber, the fiber length that constitutes the majority of the measurement optical path arm 11 in order to balance the length with this long fiber of the arm 12 is the non-measurement optical path. The length of the long fiber of the arm 12 must be the length obtained by subtracting the spatial propagation path length 14 immediately before the DUT 6 (converted into the in-fiber optical propagation path). Therefore, the fiber 17 of the measuring optical path arm 11 of FIG. 1 is made to include a long fiber 199 wound around an air core.
【0026】上に述べた圧電ファイバー長可変装置19
によって、干渉計の一方の腕12の長さが可変となるの
で、図10に示した従来技術のファイバー干渉計におい
て干渉計の腕12の長さを変えるために設けられていた
反射鏡7直前の空間伝搬路15はもはや必要でなくな
る。それゆえ本発明では腕12を構成するファイバーの
終端の端面に直接高反射コーティング25を施して、こ
れを干渉計の腕12の反射鏡としている。これによっ
て、図10に示したようなの空間伝搬路15を取り除く
ことができ、装置の組立の容易性と(空間伝搬路15の
長さやミラーと光線の垂直性の調整が不要であること)
干渉計の安定性の向上(上記の長さやミラーの角度と運
動の方向のずれの校正が不要であること)に寄与するこ
とができる。The piezoelectric fiber length varying device 19 described above.
As a result, the length of one arm 12 of the interferometer becomes variable, so that the length of the arm 12 of the interferometer in the prior art fiber interferometer shown in FIG. The spatial propagation path 15 of is no longer needed. Therefore, in the present invention, the highly reflective coating 25 is directly applied to the end surface of the end of the fiber forming the arm 12, and this is used as the reflecting mirror of the arm 12 of the interferometer. As a result, the spatial propagation path 15 as shown in FIG. 10 can be eliminated, and the device can be easily assembled (the length of the spatial propagation path 15 and the verticality of the mirror and the light beam need not be adjusted).
This can contribute to the improvement of the stability of the interferometer (the calibration of the above-mentioned length and the deviation between the angle of the mirror and the direction of movement is unnecessary).
【0027】上に述べた圧電ファイバー長可変装置は、
これをアルフェロ合金や希土類金属間化合物(いわゆる
ターフェノール)などの磁気ひずみ体を用いた磁気ひず
みファイバー長可変装置で置き換えてもよい。その一例
を図11に示す。図11に示すものは棒状(a)あるい
はトロイダル状(b)に形成された磁気ひずみ体600
に磁界をかけるための図に細線で示した電気導体巻線5
00と太線で示したファイバー18をともに巻き付けた
ものである。ファイバー巻き付け時に張力を与えつつ巻
くことと、その時に磁気ひずみ体600が細くなる極性
の直流バイアスのかけ方、動作時の直流バイアスのかけ
方などの配慮の仕方は、圧電ファイバー長可変装置の場
合と同様である。The piezoelectric fiber length varying device described above is
This may be replaced with a magnetostrictive fiber length varying device using a magnetostrictive body such as an alfero alloy or a rare earth intermetallic compound (so-called terphenol). An example thereof is shown in FIG. FIG. 11 shows a magnetostrictive body 600 formed in a rod shape (a) or a toroidal shape (b).
Electric conductor winding 5 shown by the thin wire in the figure for applying a magnetic field to
00 and a fiber 18 shown by a thick line are wound together. In the case of the piezoelectric fiber length variable device, the method of considering the winding method while applying tension when winding the fiber, the method of applying the DC bias of the polarity that makes the magnetostrictive body 600 thin at that time, the method of applying the DC bias during operation, etc. Is the same as.
【0028】次に、図1に示した本発明の第1の実施例
による干渉を用いた薄膜膜厚測定装置による測定動作を
説明する。圧電ファイバー長可変装置19に加えられる
圧電素子励起電源20からの電圧を掃引することによっ
て干渉計の一方の腕12の長さを変化させる。圧電ファ
イバー長可変装置19の圧電素子191に巻き付けた長
尺ファイバー18が十分長く、電源20からの挿引電圧
幅も十分大きい場合には、腕12の光学長の変化を被測
定光学膜厚よりも大きくできる。故に腕12の長さの変
化を被測定物6の膜69の光学膜厚よりも大きくでき
る。そして腕11の光線の終端部には、被測定物6の反
射面として膜69の表面6Aと裏面6Bの2面存在する
ことから、このようにすると、腕12の長さの変化に対
する干渉強度波形の変化は、図3に示すように2カ所生
ずる。なお被測定物6は、その被測定薄膜69の表面6
A及び裏面6Bを、ほぼ腕11のレンズ16から投射さ
れる光の光軸に垂直に調整するためのゴニオメータ式の
2自由度角度微調整装置690により保持される。Next, the measuring operation of the thin film thickness measuring apparatus using interference according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described. The length of one arm 12 of the interferometer is changed by sweeping the voltage from the piezoelectric element excitation power source 20 applied to the piezoelectric fiber length varying device 19. When the long fiber 18 wound around the piezoelectric element 191 of the piezoelectric fiber length varying device 19 is sufficiently long and the insertion voltage width from the power source 20 is also sufficiently large, the change in the optical length of the arm 12 is determined from the measured optical film thickness. Can also be large. Therefore, the change in the length of the arm 12 can be made larger than the optical film thickness of the film 69 of the DUT 6. Then, since there are two surfaces 6A and 6B of the film 69 as the reflection surfaces of the DUT 6 at the terminal end of the light beam of the arm 11, the interference intensity with respect to the change in the length of the arm 12 is set in this way. The waveform changes occur at two places as shown in FIG. The measured object 6 is the surface 6 of the measured thin film 69.
The A and the back surface 6B are held by a goniometer type two-degree-of-freedom angle fine adjustment device 690 for adjusting the A and the back surface 6B substantially perpendicularly to the optical axis of the light projected from the lens 16 of the arm 11.
【0029】図3の横軸は、あらかじめ、被測定物6を
反射鏡に置き換えて、これを所定の距離ずつ移動するこ
とにより、腕12の機械的な長さ、すなわち、通常の意
味での実際の長さの変化として目盛ることが可能である
から、図3中での横軸は腕12の機械的長さとして示せ
る。このような横軸の目盛りの上での2つの干渉ピーク
間の間隔をLで表す。また、上の2カ所の干渉ピークは
薄膜69内の光の往復に基づいて起こるから、これら2
カ所の干渉ピークの(機械的距離で目盛った)間隔L
は、薄膜69の光学長、すなわち、薄膜69の光学的厚
さ(薄膜の機械的厚さに薄膜の屈折率をかけた値)To
ptの1/2である。したがって、The horizontal axis of FIG. 3 represents the mechanical length of the arm 12, that is, in the normal sense, by replacing the object 6 to be measured with a reflecting mirror in advance and moving this by a predetermined distance. Since it can be calibrated as a change in the actual length, the horizontal axis in FIG. 3 can be shown as the mechanical length of the arm 12. The interval between two interference peaks on the scale of such a horizontal axis is represented by L. Further, since the interference peaks at the above two positions occur due to the round trip of light in the thin film 69, these two peaks
Interval L between interference peaks (scaled by mechanical distance)
Is the optical length of the thin film 69, that is, the optical thickness of the thin film 69 (value obtained by multiplying the mechanical thickness of the thin film by the refractive index of the thin film) To.
It is 1/2 of pt. Therefore,
【0030】[0030]
【数1】 [Equation 1]
【0031】と表される。すなわち、図3の強度変化の
ピーク間隔で測定された距離Lは、測定しようとしてい
る薄膜の機械的な膜厚の1/2ではなく、薄膜の光学膜
厚Toptの1/2である。It is expressed as That is, the distance L measured at the peak interval of intensity change in FIG. 3 is not 1/2 of the mechanical film thickness of the thin film to be measured, but 1/2 of the optical film thickness Topt of the thin film.
【0032】被測定物6の薄膜69の屈折率nが既知で
ある場合には、測定された光学膜厚Toptから、求め
る薄膜の機械的な膜厚Tは、先に述べた光学長と機械長
との関係によってWhen the refractive index n of the thin film 69 of the DUT 6 is known, the mechanical film thickness T of the thin film to be obtained from the measured optical film thickness Topt is the optical length and the mechanical film thickness described above. Depending on the relationship with the chief
【0033】[0033]
【数2】 [Equation 2]
【0034】で与えられる。以上によって、屈折率nが
既知である場合には薄膜69の膜厚Tが求められること
になる。Is given by As described above, the film thickness T of the thin film 69 is obtained when the refractive index n is known.
【0035】被測定物6の薄膜69の屈折率nが未知で
ある場合には、上で測定された光学膜厚Toptと独立
に被測定物6の屈折率nを測定しなければならない。こ
のように、光学膜厚Toptと屈折率nを互いに独立に
求める方法としては、すでに、先にも述べたように、文
献1,文献2,特開平9−218016などがある。When the refractive index n of the thin film 69 of the DUT 6 is unknown, the refractive index n of the DUT 6 must be measured independently of the optical film thickness Topt measured above. As described above, as methods for obtaining the optical film thickness Topt and the refractive index n independently of each other, as described above, there are Document 1, Document 2, and JP-A-9-218016.
【0036】本発明では、よりシンプルで安定な方法と
して、以下に述べる可動部分の少ない方法を用いてい
る。先に述べた方法によって、被測定物6の光学膜69
の厚さToptは既に求まっているものとする。このT
optの測定中の腕11のファイバー17、光投射光学
手段であるレンズ16、そのレンズを光軸方向に移動す
る移動ヘリコイド160、測定物6、測定物6をその被
測定薄膜69の面内で直交する2軸XとYとの回りに2
自由度で姿勢微調整するゴニオメータ式調整装置69
0、の相互位置の配置を図4(a)に示す。この状態で
は、ファイバー17の端面とレンズ16の間の距離はレ
ンズの焦点距離fに保たれていて、レンズ16からの出
射光は並行光となっており、それによって、図3に示し
たように、干渉強度変化の上に、2つののピークを得て
いる。この状態において、ファイバー17の端面と被測
定物6の間の距離gを、たとえば、レンズ16の焦点距
離fの4倍以上5倍までの距離、すなわち、In the present invention, as a simpler and more stable method, the following method with a small number of moving parts is used. By the method described above, the optical film 69 of the DUT 6 is measured.
It is assumed that the thickness Topt has already been obtained. This T
The fiber 17 of the arm 11 during the measurement of the opt, the lens 16 which is the optical projection optical means, the moving helicoid 160 for moving the lens in the optical axis direction, the object 6 to be measured, and the object 6 to be measured in the plane of the thin film 69 to be measured. 2 around the two orthogonal axes X and Y
Goniometer type adjustment device 69 for fine adjustment of posture
The arrangement of the mutual positions of 0 and 0 is shown in FIG. In this state, the distance between the end face of the fiber 17 and the lens 16 is kept at the focal length f of the lens, and the light emitted from the lens 16 is parallel light, which results in the parallel light as shown in FIG. In addition, two peaks are obtained on the interference intensity change. In this state, the distance g between the end surface of the fiber 17 and the DUT 6 is, for example, 4 to 5 times the focal length f of the lens 16, that is,
【0037】[0037]
【数3】 [Equation 3]
【0038】の範囲の所定の距離gに固定する。つぎ
に、このように一旦距離gを固定したまま、レンズ16
だけを被測定物の方向に移動させる。その結果、レンズ
16から出射した光は並行光ではなくなり、被測定物6
の薄膜69の表面6A、裏面6Bのいずれからの反射光
も発散するため、大部分の光はファイバー17には戻ら
ない。この結果、干渉ピークは消失する。[式3]は、
1枚のレンズ16で、レンズの移動に対して、被測定薄
膜69の表面6A、裏面6Bで結像を得るための条件で
ある。It is fixed at a predetermined distance g within the range of. Next, with the distance g fixed once, the lens 16
Move only in the direction of the object to be measured. As a result, the light emitted from the lens 16 is not parallel light, and the DUT 6
Since the reflected light from both the front surface 6A and the back surface 6B of the thin film 69 is diverged, most of the light does not return to the fiber 17. As a result, the interference peak disappears. [Formula 3] is
This is a condition for obtaining an image on the front surface 6A and the back surface 6B of the measured thin film 69 with respect to the movement of the lens with one lens 16.
【0039】さらに、レンズ16を被測定物6の薄膜6
9の方向に移動させてゆくと、やがて図4(b)に示す
ように、集光束は被測定薄膜69の裏面6Bで結像す
る。裏面6Bで結像の様子をさらに詳しく示すために、
図4(d)に図4(b)の拡大図を示す。集光光線は、
被測定薄膜69の持つ屈折率のため薄膜69の表面6A
で屈折する。光線の入射角と屈折角とは屈折の法則を満
足するように屈折する。このときのレンズ16の最初の
状態からの移動距離をaとする。ここで、薄膜の裏面6
Bへの入射光と反射光とは互いに共焦点の関係となって
おり、反射光の大きな部分が、ファイバー17に戻り、
干渉計中での干渉強度パターン上に1個のピークが現れ
る。このとき、表面6Aでは結像しておらず、共焦点状
態を満足していないので、表面からの反射光による干渉
ピークは現れない。すなわち、裏面と表面とからの2個
のピークは同時には現れず、上述のように1個のピーク
が現れるのみである。Further, the lens 16 is attached to the thin film 6 of the DUT 6.
As it is moved in the direction of 9, the converged light flux forms an image on the back surface 6B of the measured thin film 69 as shown in FIG. 4 (b). In order to show the state of image formation on the back surface 6B in more detail,
FIG. 4 (d) shows an enlarged view of FIG. 4 (b). The condensed light beam is
The surface 6A of the thin film 69 due to the refractive index of the measured thin film 69.
Refract at. The incident angle and the refraction angle of the light beam are refracted so as to satisfy the law of refraction. The moving distance from the initial state of the lens 16 at this time is defined as a. Here, the back surface 6 of the thin film
The incident light on B and the reflected light have a confocal relationship with each other, and a large part of the reflected light returns to the fiber 17,
One peak appears on the interference intensity pattern in the interferometer. At this time, since no image is formed on the surface 6A and the confocal state is not satisfied, the interference peak due to the reflected light from the surface does not appear. That is, two peaks from the back surface and the front surface do not appear at the same time, and only one peak appears as described above.
【0040】さらに、レンズ16を被測定物の方向に移
動させてゆくと、やがて、図4(c)に示すように、集
光束は被測定薄膜69の表面6Aに結像する。このと
き、裏面6Bでの結像の場合と同様、反射光の大きな部
分が、ファイバー17に戻り、干渉計中での干渉強度パ
ターン上に1個のピークが現れる。ここでのレンズ16
の、図4(c)の状態からの移動距離をbとする。レン
ズの焦点距離f、上記の距離、a、b、c、gおよび、
薄膜69の屈折率nなどの間には、レンズの結像関係式
と屈折の法則から図4を参照して以下の諸式が成立する
ことがわかる。Further, when the lens 16 is moved in the direction of the object to be measured, the converged light flux eventually forms an image on the surface 6A of the thin film to be measured 69, as shown in FIG. 4C. At this time, as in the case of imaging on the back surface 6B, a large part of the reflected light returns to the fiber 17, and one peak appears on the interference intensity pattern in the interferometer. Lens 16 here
The moving distance from the state of FIG. 4C is b. Lens focal length f, the above distances, a, b, c, g and
It will be understood from the image formation relational expression of the lens and the law of refraction that the following various expressions are established between the refractive index n and the like of the thin film 69 with reference to FIG.
【0041】図4(b)において、cはレンズ16から
被測定薄膜69への収束入射光束の膜69中への延長線
(破線)の交点までの距離である。レンズの結像公式か
ら、In FIG. 4B, c is the distance from the lens 16 to the intersection of the extended line (broken line) of the convergent incident light flux on the thin film 69 to be measured into the film 69. From the imaging formula of the lens,
【0042】[0042]
【数4】 [Equation 4]
【0043】が成立する。また、図から明らかなよう
に、Is satisfied. Also, as is clear from the figure,
【0044】[0044]
【数5】 [Equation 5]
【0045】の関係がある。被測定薄膜69の表面6A
で起こる屈折について、屈折の法則から、次の[式6]
が成立する。There is a relationship of Surface 6A of thin film to be measured 69
For the refraction that occurs in, from the law of refraction, the following [Equation 6]
Is established.
【0046】[0046]
【数6】 [Equation 6]
【0047】[式4]、[式5]、[式6]からcを消
去して次の[式7]が得られる。By deleting c from [Equation 4], [Equation 5] and [Equation 6], the following [Equation 7] is obtained.
【0048】[0048]
【数7】 [Equation 7]
【0049】[式7]の最右辺はすべて既知量である。
先の[式2]よりThe rightmost side of [Equation 7] is a known quantity.
From [Equation 2] above
【0050】[0050]
【数8】 [Equation 8]
【0051】である。Toptは既に測定されている既
知量である。 [式6]、[式7]、[式8]からIt is Topt is a known quantity that has already been measured. From [Equation 6], [Equation 7], and [Equation 8]
【0052】[0052]
【数9】 [Equation 9]
【0053】[0053]
【数10】 [Equation 10]
【0054】dは[式7]により既知量であるから、
[式9][式10]により薄膜69の膜厚Tと屈折率n
がそれぞれ独立に得られたことになる。この測定の間、
ファイバー出力端と被測定物との間の距離gは一定に保
たれている。なお、図4の(c)では、レンズの位置が
さらに図中に示したbだけ前進しており、被測定薄膜の
表面6Aで結像しており、干渉強度パターンにピークが
現れるので、表面6Aの結像を確認することができる。
このbの値と先にも用いたa,f,gの値の間には[式
4]と同様なレンズによる結像関係が成立している。こ
のときのファイバー17の端面とレンズ16の間の距
離、レンズ16と被測定薄膜の表面6Aとの間の距離、
はいずれもレンズ16の焦点距離fのほぼ2倍となって
いる。Since d is a known quantity according to [Equation 7],
The film thickness T and the refractive index n of the thin film 69 are calculated by [Equation 9] and [Equation 10].
Will be obtained independently. During this measurement
The distance g between the fiber output end and the object to be measured is kept constant. In FIG. 4C, the position of the lens is further advanced by b shown in the figure, and an image is formed on the surface 6A of the thin film to be measured, and a peak appears in the interference intensity pattern. The image of 6A can be confirmed.
An imaging relationship by a lens similar to [Equation 4] is established between the value of b and the values of a, f, and g used previously. At this time, the distance between the end surface of the fiber 17 and the lens 16, the distance between the lens 16 and the surface 6A of the thin film to be measured,
Is almost twice the focal length f of the lens 16.
【0055】上の測定の間、ファイバー出力端と被測定
物との間の距離gは先にも述べたように一定に保たれて
いた。このような測定が可能なgの範囲は、gが[式
3]を満足しておればよく、厳密に定められた値である
必要はない。そこで、調節可能で、かつ、固定可能な枠
構造(投射光を遮らない)をファイバー出力端に取り付
けて、ひ測定物にこの枠構造先端部を軽くタッチして測
定を行うことにより被測定物の設定がシンプルで安定な
測定が可能となる。During the above measurement, the distance g between the fiber output end and the object to be measured was kept constant as described above. The range of g in which such measurement is possible is sufficient if g satisfies [Equation 3] and does not need to be a strictly defined value. Therefore, an adjustable and fixed frame structure (which does not block the projected light) is attached to the fiber output end, and the tip of the frame structure is lightly touched on the measured object to perform the measurement. Setting is simple and stable measurement is possible.
【0056】次に被測定薄膜が、レンズの焦点fにくら
べて半径の小さい円筒体や球殻体状の曲面状の薄膜であ
る場合について、第2の実施例を図5を用いて説明す
る。円筒体状薄膜の例としては、細管チューブそのも
の、またはその外面上に形成された薄膜、球殻体状薄膜
についての例としては、真珠の成長層などがある。これ
らの場合には、被測定薄膜が平面状の場合の図4
(a)、(b)、(c)、(d)が図5(a)、
(b)、(c)、(d)に置き換わる。図4(a)では
Toptを測定する際のファイバー17とレンズ16間
の距離をレンズの焦点距離fに一致させたが、球体薄膜
の場合には図5(a)に示すように、その距離を焦点距
離fの2倍付近の値h、すなわち、Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. 5 in the case where the thin film to be measured is a cylindrical thin film having a radius smaller than the focal point f of the lens or a spherical shell-like curved thin film. . Examples of the cylindrical thin film include a thin tube itself or a thin film formed on the outer surface thereof, and examples of the spherical shell thin film include a pearl growth layer. In these cases, the case where the thin film to be measured is flat is shown in FIG.
(A), (b), (c) and (d) are shown in FIG.
It replaces (b), (c), and (d). In FIG. 4A, the distance between the fiber 17 and the lens 16 at the time of measuring Topt is matched with the focal length f of the lens, but in the case of a spherical thin film, as shown in FIG. Is a value h near twice the focal length f, that is,
【0057】[0057]
【数11】 [Equation 11]
【0058】にとり、干渉強度パターン上に2つのピー
クが生じるよう球状被測定物をセットすればよい。これ
以後の測定プロセスは、図の4の(b),(c),
(d)と同様な図5の(b),(c),(d)のプロセ
スとなるので、[式4]〜[式7]中のfをhに置き換
えればよく、最終的には、、[式8]〜[式9]がその
まま適用でき、球面上薄膜についても、膜厚Tと屈折率
nとをそれぞれ独立に測定することができる。In particular, the spherical object to be measured may be set so that two peaks are generated on the interference intensity pattern. The subsequent measurement process is shown in (b), (c), and 4 in FIG.
Since the processes in (b), (c), and (d) of FIG. 5 are similar to those in (d), f in [Expression 4] to [Expression 7] may be replaced with h, and finally, , [Equation 8] to [Equation 9] can be applied as they are, and the film thickness T and the refractive index n of the spherical thin film can be measured independently.
【0059】第3の実施例の配置図を図6に示す。本実
施例では、腕11と腕12の両方に同一の特性を持つ圧
電ファイバー長可変装置19A、19Bを、それぞれに
設置している。圧電ファイバー長可変装置19A、19
Bには、それぞれ励起電源20A、20Bからの励起電
圧が印加される。直流を印加するか、低周波交流電圧を
印加するか、あるいは、それらを重畳して印加するか、
いずれの場合にしても、それらを独立に印加しても、共
通の電圧を印加してもよい。特に共通の電圧を印加する
場合には、それらの波形が両圧電素子に互いに逆相とし
て働くように印加すれば、同一電圧で両腕の長さの差を
図1の単一のファイバー長可変装置の場合の2倍変化さ
せることができ、測定可能膜厚レンジを拡大することが
できる。また、同一電圧を印加する場合は、電源を1個
として、各圧電素子への印加方向を逆にしても、同様の
効果が得られることはいうまでもない。The layout of the third embodiment is shown in FIG. In this embodiment, the piezoelectric fiber length variable devices 19A and 19B having the same characteristics are installed on both the arm 11 and the arm 12, respectively. Piezoelectric fiber length variable device 19A, 19
Excitation voltages from excitation power supplies 20A and 20B are applied to B, respectively. Whether DC is applied, low frequency AC voltage is applied, or they are superimposed and applied,
In any case, they may be applied independently or a common voltage may be applied. In particular, if a common voltage is applied so that their waveforms act in opposite phases on both piezoelectric elements, the difference in the length of both arms at the same voltage can be used to change the length of a single fiber shown in FIG. It can be changed twice as much as in the case of the device, and the measurable film thickness range can be expanded. Further, when the same voltage is applied, it goes without saying that the same effect can be obtained even if one power source is used and the direction of application to each piezoelectric element is reversed.
【0060】本発明は、実施例とその各種の側面に関し
て特に説明してきたが、その種々の変更や変形が本発明
の精神と目的から逸脱することなくなされ得ることは当
該分野に通常に精通したなんびとによっても理解される
ところであろう。While the present invention has been particularly described with respect to the embodiments and various aspects thereof, it is generally familiar to those skilled in the art that various modifications and variations thereof can be made without departing from the spirit and purpose of the invention. It will be understood by some people.
【0061】[0061]
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
被測定薄膜の直前の光空間伝搬路以外の部分の干渉計の
光伝搬路をすべてファイバーとすることが可能となる。
また、低コヒーレンス光源として高周波変調半導体レー
ザーを用いたことで、光伝搬路をほぼファイバー化した
にもかかわらず、光源出力の利用効率を高めることがで
きる。しかも被測定物の膜厚と屈折率を単一の装置の単
一の可動部分の操作によって測定できる。また、これら
の測定方法と測定装置は、平面状薄膜に限らず、球面
状、円筒状その他各種の曲面状薄膜の測定にも適用でき
る。これらの結果、他物体上に形成された薄膜、あるい
は、チューブ状、曲面状の薄膜に適用できる。しかもこ
の膜厚測定装置は組立容易で、使用の都度専門家による
調整など不要で、安定性に優れ、膜厚が安定して測定可
能である。したがって産業上の効果は極めて大きい。As described above, according to the present invention,
It is possible to use all the optical propagation paths of the interferometer other than the optical space propagation path immediately before the thin film to be measured as fibers.
Further, by using the high frequency modulation semiconductor laser as the low coherence light source, it is possible to improve the utilization efficiency of the light source output, even though the optical propagation path is made almost fiber. Moreover, the film thickness and refractive index of the object to be measured can be measured by operating a single movable part of a single device. Further, these measuring methods and measuring devices are not limited to the planar thin film, and can be applied to the measurement of spherical, cylindrical, and various other curved thin films. As a result, it can be applied to a thin film formed on another object, or a thin film having a tube shape or a curved surface. Moreover, this film thickness measuring device is easy to assemble, does not require adjustment by a specialist every time it is used, has excellent stability, and can measure the film thickness stably. Therefore, the industrial effect is extremely large.
【図1】第1の実施例の膜厚測定装置の光学的配置図と
光源励起電源回路FIG. 1 is an optical layout diagram of a film thickness measuring apparatus according to a first embodiment and a light source excitation power supply circuit.
【図2】第1の実施例に使われる圧電式ファイバー長可
変装置の斜視図とその励起電願部の回路図FIG. 2 is a perspective view of a piezoelectric fiber length varying device used in the first embodiment and a circuit diagram of its excitation application unit.
【図3】第1の実施例における干渉計の腕の長さに対す
る干渉強度波形の変化FIG. 3 is a diagram showing changes in the interference intensity waveform with respect to the arm length of the interferometer in the first embodiment.
【図4】第1の実施例の測定原理を説明するための、被
測定物直前の空間伝搬部の種々の光学的配置状態の図FIG. 4 is a diagram of various optical arrangement states of a space propagating portion immediately before an object to be measured, for explaining the measurement principle of the first embodiment.
【図5】第2の実施例の測定原理を説明するための被測
定物直前の空間伝搬部の種々の光学配置状態の図5A and 5B are diagrams of various optical arrangement states of a space propagating unit immediately before an object to be measured for explaining the measurement principle of the second embodiment.
【図6】第3の実施例の膜厚測定装置の光学配置図FIG. 6 is an optical layout diagram of a film thickness measuring device according to a third embodiment.
【図7】従来の空間伝搬光路型膜厚計測装置の原理を示
す光学的配置図FIG. 7 is an optical layout diagram showing the principle of a conventional space propagation optical path type film thickness measuring device.
【図8】従来の空間伝搬形の干渉計において、コヒーレ
ンス光源を用いたときの1個の反射鏡の変位に対する両
腕からの干渉強度の変化を示す図FIG. 8 is a diagram showing a change in interference intensity from both arms with respect to displacement of one reflecting mirror when a coherence light source is used in a conventional space propagation type interferometer.
【図9】従来の空間伝搬形の干渉計において、低コヒー
レンス光源を用いたときの1個の反射鏡の変位に対する
両腕からの干渉強度の変化を示す図FIG. 9 is a diagram showing a change in interference intensity from both arms with respect to displacement of one reflecting mirror when a low coherence light source is used in a conventional space propagation type interferometer.
【図10】従来のファイバー化膜厚測定装置の光学的配
置図FIG. 10 is an optical layout diagram of a conventional fiberized film thickness measuring device.
【図11】本発明の実施例に使用する磁気ひずみ装置の
2つの例を示す斜視図であり、(a)は円筒状の構造を
持つもの、(b)はトロイダル状の構造を持つものであ
る。11A and 11B are perspective views showing two examples of the magnetostrictive device used in the embodiment of the present invention, where FIG. 11A shows a cylindrical structure, and FIG. 11B shows a toroidal structure. is there.
1 光源、半導体レーザー 2 ハーフミラー 3 入射光 4 透過光 5 反射光 6 被測定物 6A 被測定薄膜の表面 6B 被測定薄膜の裏面 7 反射鏡 8、9 干渉光 10 光検出器 11、12 干渉計の腕 13 変位装置 14、15 空間伝搬路 16、26 レンズ 17 ファイバー 18 長尺ファイバー 19、19A、19B 圧電ファイバー長可変装置 20、20A、20B 圧電素子励起電源 21、22、23、24 方向性結合器の端子 25 高反射コーティング 69 膜 100 バイアスティー 101 直流電源 102 高周波電源 191 圧電素子 193、194 電極 201 直流電源 500 電気導体巻線 600 磁気ひずみ体 1 light source, semiconductor laser 2 half mirror 3 incident light 4 transmitted light 5 reflected light 6 DUT 6A Surface of thin film to be measured 6B Back side of thin film to be measured 7 Reflector 8, 9 Interference light 10 Photodetector 11,12 Interferometer arm 13 Displacement device 14, 15 Spatial propagation path 16, 26 lens 17 fiber 18 long fiber 19, 19A, 19B Piezoelectric fiber length variable device 20, 20A, 20B Piezoelectric element excitation power supply 21, 22, 23, 24 Terminals of directional coupler 25 Highly reflective coating 69 membrane 100 Bias Tee 101 DC power supply 102 high frequency power supply 191 Piezoelectric element 193 and 194 electrodes 201 DC power supply 500 electric conductor winding 600 magnetostrictive body
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F064 AA01 BB07 CC02 CC04 DD01 EE01 FF01 GG02 GG17 GG22 GG24 GG63 GG64 HH01 HH05 JJ03 KK01 2F065 AA30 CC31 DD03 DD11 DD15 FF51 GG06 LL02 NN06 NN08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F term (reference) 2F064 AA01 BB07 CC02 CC04 DD01 EE01 FF01 GG02 GG17 GG22 GG24 GG63 GG64 HH01 HH05 JJ03 KK01 2F065 AA30 CC31 DD03 DD11 DD15 FF51 GG06 LL02 NN06 NN08
Claims (22)
変調された光源としての半導体レーザーと、 前記半導体レーザーが発する低コヒーレンス光を導く測
定光路腕及び非測定光路腕の2本の腕を持つ干渉計と、 を有し、 前記非測定光路腕は実質的に光ファイバー(以下単にフ
ァイバーと称す)のみからなっていて空間伝搬光路を含
まない光路であり、 前記測定光路腕は前記半導体レーザーが発する前記低コ
ヒーレンス光を被測定物の被測定薄膜の表面に投射する
ための光ファイバーの端面から被測定薄膜の表面までの
所定長の空間伝搬光路を除いては光ファイバーのみから
なる、 ことを特徴とする薄膜の膜厚測定装置。1. An interferometer having a semiconductor laser as a light source modulated at a predetermined high frequency on the order of gigahertz, and two arms, a measurement optical path arm and a non-measurement optical path arm for guiding low coherence light emitted by the semiconductor laser. And the non-measurement optical path arm is an optical path that is substantially composed of only optical fibers (hereinafter simply referred to as “fiber”) and does not include a spatial propagation optical path, and the measurement optical path arm is the low optical path emitted by the semiconductor laser. The thin film is characterized by comprising only an optical fiber except for a spatial propagation optical path of a predetermined length from the end face of the optical fiber for projecting coherence light to the surface of the thin film to be measured of the object to be measured to the surface of the thin film to be measured. Film thickness measuring device.
が圧電素子にファイバーを巻き付けた圧電型のファイバ
ー長可変装置を含み、 前記非測定光路腕の光ファイバーの端面が高反射コーテ
ィングされた反射鏡である、 ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜の膜厚測定装
置。2. A reflecting mirror in which at least the measurement optical path arm of the interferometer includes a piezoelectric type fiber length varying device in which a fiber is wound around a piezoelectric element, and an end face of an optical fiber of the non-measurement optical path arm is highly reflective coated. The film thickness measuring device for a thin film according to claim 1, wherein:
イバーを巻き付けた圧電型のファイバー長可変装置を含
み、 前記非測定光路腕の光ファイバーの端面が高反射コーテ
ィングされた反射鏡である、 ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜の膜厚測定装
置。3. An interferometer, both arms of which include a piezoelectric type fiber length variable device in which fibers are wound around a piezoelectric element, and an end face of an optical fiber of the non-measurement optical path arm is a reflecting mirror having a high reflection coating. The thin film thickness measuring device according to claim 1, wherein.
磁気ひずみ体にファイバーを巻き付けた磁気ひずみ型の
ファイバー長可変装置を含み、前記非測定航路腕の光フ
ァイバーの端面が高反射コーティングされた反射鏡であ
る、 ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜の膜厚測定装
置。4. A reflection in which at least a pre-measurement optical path arm of the interferometer includes a magnetostrictive fiber length varying device in which a fiber is wound around a magnetostrictive body, and an end face of an optical fiber of the non-measurement path arm is highly reflective coated. It is a mirror, The film thickness measuring device of the thin film of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
ファイバーを巻き付けた磁気ひずみ型のファイバー長可
変装置を含み、 前記非測定光路腕の光ファイバーの端面が高反射コーテ
ィングされた反射鏡である、 ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜の膜厚測定装
置。5. An interferometer, wherein both arms of the interferometer include a magnetostrictive fiber length varying device in which a fiber is wound around a magnetostrictive body, and the end face of the optical fiber of the non-measurement optical path arm is a reflecting mirror having a high reflection coating. The film thickness measuring device for a thin film according to claim 1, wherein:
り、その筒面にファイバーが巻き付けられている、 ことを特徴とする請求項4または5に記載の薄膜の膜厚
測定装置。6. The thin film thickness measuring device according to claim 4, wherein the magnetostrictive body has a substantially cylindrical shape, and a fiber is wound around the cylindrical surface.
形であり、そのトロイダル面のまわりにファイバーが巻
き付けられている、 ことを特徴とする請求項4または5に記載の薄膜の膜厚
測定装置。7. The thin film thickness measuring apparatus according to claim 4, wherein the magnetostrictive body is substantially toroidal, and a fiber is wound around the toroidal surface. .
測定薄膜の表面との相対的空間位置関係を固定する固定
手段と、 前記ファイバーの端面から被測定薄膜の表面までの所定
長の空間伝搬光路上に置いた投射光学手段を空間伝搬光
路に沿って移動する移動手段と、 をさらに具えた請求項1ないし7のいずれかに1つに記
載の薄膜の膜厚測定装置。8. Fixing means for fixing the relative spatial positional relationship between the end face of the fiber of the measurement optical path arm and the surface of the thin film to be measured, and space propagation of a predetermined length from the end face of the fiber to the surface of the thin film to be measured. 8. The thin film thickness measuring apparatus according to claim 1, further comprising: a moving unit that moves the projection optical unit placed on the optical path along the spatial propagation optical path.
あり、 この平面又は曲面の法線を空間伝搬光路の光軸に実質的
に一致させるように被測定物の姿勢を微細に調整して保
持する保持具をさらに具えた、 ことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記
載の薄膜の膜厚測定装置。9. The thin film to be measured is an arbitrary flat surface or curved surface, and the posture of the measured object is finely adjusted so that the normal line of the flat surface or curved surface substantially coincides with the optical axis of the spatial propagation optical path. 9. The thin film thickness measuring device according to claim 1, further comprising a holder for holding the thin film.
上又は不定形である請求項8に記載の薄膜の膜厚測定装
置。10. The thin film thickness measuring device according to claim 8, wherein the curved surface of the thin film to be measured is cylindrical, spherical or irregular.
ギガヘルツの範囲である請求項1ないし10のいずれか
1つに記載の薄膜の膜厚測定装置。11. The predetermined high frequency is 0.8 to 3
11. The thin film thickness measuring device according to claim 1, wherein the film thickness measuring device is in the gigahertz range.
ルツのオーダーの所定の高周波で変調して低コヒーレン
ス光を発生するステップ、及び前記低コヒーレンス光を
干渉計の測定光路腕及び非測定光路腕の2本の腕に導く
ステップ、 を有し、 前記非測定光路腕は実質的に光ファイバー(以下単にフ
ァイバーと称す)のみからなっていて空間伝搬光路を含
まない光路であり、 前記測定光路腕は前記半導体レーザーが発する前記低コ
ヒーレンス光を被測定物の被測定薄膜の表面に投射する
ための光ファイバーの端面から被測定薄膜の表面までの
所定長の空間伝搬光路を除いては光ファイバーのみから
なり、 上記干渉計により被測定薄膜の膜厚を測定する、ことを
特徴とする薄膜の膜厚測定方法。12. A step of modulating low-coherence light by modulating a semiconductor laser as a light source at a predetermined high frequency of the order of gigahertz, and two low-coherence lights of a measurement optical path arm and a non-measurement optical path arm of an interferometer. The step of guiding the non-measurement optical path arm is an optical path that substantially consists of optical fibers (hereinafter simply referred to as “fiber”) and does not include a spatial propagation optical path, and the measurement optical path arm is the semiconductor laser. Of the low coherence light emitted from the optical fiber for projecting the low coherence light onto the surface of the thin film to be measured of the object to be measured, except for the spatial propagation optical path of a predetermined length from the end surface of the thin film to be measured to the surface of the thin film to be measured. A method for measuring the thickness of a thin film, wherein the thickness of the thin film to be measured is measured by.
腕が圧電素子にファイバーを巻き付けた圧電型のファイ
バー長可変装置を含み、その圧電作用によってファイバ
ー長を有意に変化させ、 前記非測定光路腕の光ファイバーの端面が高反射コーテ
ィングされた反射鏡であることにより常に安定な非測定
光路腕長を保たせる、 ことを特徴とする請求項12に記載の薄膜の膜厚測定方
法。13. At least the measurement optical path arm of the interferometer includes a piezoelectric type fiber length variable device in which a fiber is wound around a piezoelectric element, and the fiber length is significantly changed by the piezoelectric action, and the non-measurement optical path arm The method for measuring the film thickness of a thin film according to claim 12, wherein a stable non-measurement optical path arm length is always maintained by using a reflecting mirror whose end face of the optical fiber is highly reflective coated.
ァイバーを巻き付けた圧電型のファイバー長可変装置を
含み、 前記非測定光路腕の光ファイバーの端面が高反射コーテ
ィングされた反射鏡であり、 両方の腕のファイバー長を圧電作用によって有意に変化
させることにより、上記干渉計により被測定薄膜の膜厚
を測定する、 ことを特徴とする請求項12に記載の薄膜の膜厚測定方
法。14. A mirror, wherein both arms of the interferometer include a piezoelectric type fiber length variable device in which fibers are wound around a piezoelectric element, and an end face of an optical fiber of the non-measurement optical path arm is a reflecting mirror having a high reflection coating, 13. The thin film thickness measuring method according to claim 12, wherein the film thickness of the thin film to be measured is measured by the interferometer by significantly changing the fiber lengths of both arms by a piezoelectric action.
腕が磁気ひずみ体にファイバーを巻き付けた磁気ひずみ
型のファイバー長可変装置を含み、その磁気ひずみ作用
によってファイバー長を有意に変化させ、 前記非測定光路腕の光ファイバーの端面が高反射コーテ
ィングされた反射鏡であることにより常に安定な非測定
光路腕長を保たせる、 ことを特徴とする請求項12に記載の薄膜の膜厚測定装
置。15. At least the measurement optical path arm of the interferometer includes a magnetostrictive fiber length varying device in which a fiber is wound around a magnetostrictive body, and the fiber length is significantly changed by the magnetostrictive action, and the non-measurement is performed. 13. The thin film thickness measuring device according to claim 12, wherein a stable non-measurement optical path arm length can be maintained at all times by using a reflecting mirror having a highly reflective coating on the end surface of the optical fiber of the optical path arm.
にファイバーを巻き付けた磁気ひずみ型のファイバー長
可変装置を含み、その磁気ひずみ作用によってファイバ
ー長を有意に変化させ、 前記非測定光路腕の光ファイバーの端面が高反射コーテ
ィングされた反射鏡であることにより常に安定な非測定
光路腕長を保たせる、 ことを特徴とする請求項12に記載の薄膜の膜厚測定方
法。16. The non-measurement optical path arm, wherein both arms of the interferometer include a magnetostrictive fiber length varying device in which fibers are wound around a magnetostrictive body, and the fiber length is significantly changed by the magnetostrictive action. 13. The method for measuring the film thickness of a thin film according to claim 12, wherein a stable non-measuring optical path arm length is always maintained by using a reflecting mirror having an end face of the optical fiber with high reflection coating.
あり、その筒面にファイバーが巻き付けられている、 ことを特徴とする請求項15または16に記載の薄膜の
膜厚測定方法。17. The method for measuring the film thickness of a thin film according to claim 15, wherein the magnetostrictive body has a substantially cylindrical shape, and a fiber is wound around the cylindrical surface.
ル形であり、そのトロイダル面の回りにファイバーが巻
き付けられている、 ことを特徴とする請求項15または16に記載の薄膜の
膜厚測定方法。18. The method for measuring the film thickness of a thin film according to claim 15, wherein the magnetostrictive body has a substantially toroidal shape, and a fiber is wound around the toroidal surface. .
被測定薄膜の表面との相対的空間位置関係を固定手段に
より固定するステップ、及び前記ファイバーの端面から
被測定薄膜の表面までの所定長の空間伝搬光路上に置い
た投射光学手段を空間伝搬光路に沿って移動するステッ
プ、 をさらに具えた請求項12ないし18のいずれか1つに
記載の薄膜の膜厚測定方法。19. A step of fixing the relative spatial positional relationship between the end surface of the fiber of the measurement optical path arm and the surface of the thin film to be measured by a fixing means, and a predetermined length from the end surface of the fiber to the surface of the thin film to be measured. 19. The method for measuring the film thickness of a thin film according to claim 12, further comprising a step of moving the projection optical means placed on the spatial propagation optical path along the spatial propagation optical path.
であり、 この平面又は曲面の法線を空間伝搬光路の光軸に実質的
に一致させるように被測定物の姿勢を姿勢調整保持具で
微細に調整保持するステップ、をさらに具えた、 ことを特徴とする請求項12ないし19のいずれか1つ
に記載の薄膜の膜厚測定方法。20. The posture adjusting holder for adjusting the posture of the object to be measured so that the thin film to be measured is an arbitrary flat surface or curved surface, and the normal line of the flat surface or curved surface is substantially aligned with the optical axis of the spatial propagation optical path. 20. The method for measuring the film thickness of a thin film according to claim 12, further comprising a step of finely adjusting and holding with.
状又は不定形である請求項20に記載の薄膜の膜厚測定
方法。21. The method for measuring the thickness of a thin film according to claim 20, wherein the curved surface of the thin film to be measured has a cylindrical shape, a spherical shell shape, or an amorphous shape.
ギガヘルツの範囲である請求項12ないし21のいずれ
か1つに記載の薄膜の膜厚測定方法。22. The predetermined high frequency is 0.8 to 3
The thin film thickness measuring method according to any one of claims 12 to 21, which is in a range of gigahertz.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001385257A JP3542346B2 (en) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | Method and apparatus for measuring thin film thickness |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001385257A JP3542346B2 (en) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | Method and apparatus for measuring thin film thickness |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003185416A true JP2003185416A (en) | 2003-07-03 |
JP3542346B2 JP3542346B2 (en) | 2004-07-14 |
Family
ID=27594761
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001385257A Expired - Fee Related JP3542346B2 (en) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | Method and apparatus for measuring thin film thickness |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3542346B2 (en) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100395516C (en) * | 2004-12-25 | 2008-06-18 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | Optical fiber interference type device and method for measuring thickness |
JP2010523336A (en) * | 2007-04-05 | 2010-07-15 | プレシテク オプトロニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Processing apparatus and material processing method |
EP2274570A1 (en) * | 2008-04-28 | 2011-01-19 | Innovia Films Sarl | Method of authenticating a polymer film |
JP2011038829A (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Topcon Corp | Interference microscope and measuring apparatus |
CN102183491A (en) * | 2006-03-14 | 2011-09-14 | 王辉 | Detecting device for internal structure of jewelry |
JP2013187206A (en) * | 2012-03-05 | 2013-09-19 | Canon Inc | Detection device, exposure device, and method for manufacturing device |
JP2016161437A (en) * | 2015-03-03 | 2016-09-05 | 株式会社ティーワイテクノ | Optical interference tomographic measurement device |
CN107167085A (en) * | 2017-04-25 | 2017-09-15 | 哈尔滨工程大学 | A kind of light path self calibration apparatus for measuring thickness of thin film and measuring method altogether |
JP2018501462A (en) * | 2014-11-03 | 2018-01-18 | トルタグ・テクノロジーズ・インコーポレーテッドTrutag Technologies Incorporated | Fabry-Perot spectral image measurement |
JP2018048989A (en) * | 2016-09-25 | 2018-03-29 | 株式会社 エフケー光学研究所 | Phase measurement apparatus |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5177548B2 (en) | 2008-12-12 | 2013-04-03 | アイシン精機株式会社 | Non-contact film thickness measuring apparatus and method |
-
2001
- 2001-12-18 JP JP2001385257A patent/JP3542346B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100395516C (en) * | 2004-12-25 | 2008-06-18 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | Optical fiber interference type device and method for measuring thickness |
CN102183491A (en) * | 2006-03-14 | 2011-09-14 | 王辉 | Detecting device for internal structure of jewelry |
JP2010523336A (en) * | 2007-04-05 | 2010-07-15 | プレシテク オプトロニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Processing apparatus and material processing method |
EP2274570A1 (en) * | 2008-04-28 | 2011-01-19 | Innovia Films Sarl | Method of authenticating a polymer film |
JP2011038829A (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Topcon Corp | Interference microscope and measuring apparatus |
JP2013187206A (en) * | 2012-03-05 | 2013-09-19 | Canon Inc | Detection device, exposure device, and method for manufacturing device |
JP2018501462A (en) * | 2014-11-03 | 2018-01-18 | トルタグ・テクノロジーズ・インコーポレーテッドTrutag Technologies Incorporated | Fabry-Perot spectral image measurement |
JP2016161437A (en) * | 2015-03-03 | 2016-09-05 | 株式会社ティーワイテクノ | Optical interference tomographic measurement device |
JP2018048989A (en) * | 2016-09-25 | 2018-03-29 | 株式会社 エフケー光学研究所 | Phase measurement apparatus |
CN107167085A (en) * | 2017-04-25 | 2017-09-15 | 哈尔滨工程大学 | A kind of light path self calibration apparatus for measuring thickness of thin film and measuring method altogether |
CN107167085B (en) * | 2017-04-25 | 2019-09-27 | 哈尔滨工程大学 | A kind of optical path self calibration apparatus for measuring thickness of thin film and measurement method altogether |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3542346B2 (en) | 2004-07-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4543180B2 (en) | Shape measuring method, shape measuring device, and frequency comb light generator | |
CN101322025B (en) | Optical image measuring instrument | |
TWI282405B (en) | Overlapping common-path interferometers for two-sided measurement | |
US8760664B2 (en) | Imaging apparatus and imaging method using optical coherence tomography | |
US20050254059A1 (en) | Low coherence interferometric system for optical metrology | |
JP4555074B2 (en) | Apparatus for imaging an object and apparatus for delivering low coherence optical radiation | |
US8199327B2 (en) | System for optical coherence tomography | |
CN101617195B (en) | System and method for optical coherence tomography | |
JP3542346B2 (en) | Method and apparatus for measuring thin film thickness | |
CN110831478B (en) | Optical system and method | |
Bush et al. | All-fiber optic coherence domain interferometric techniques | |
US20120013849A1 (en) | Apparatus and method of monitoring and measurement using spectral low coherence interferometry | |
US10006754B2 (en) | Associated interferometers using multi-fiber optic delay lines | |
Schulz et al. | Measurement of distance changes using a fibre-coupled common-path interferometer with mechanical path length modulation | |
JPH08271219A (en) | Device and method for determining physical characteristic ofbody to be measured | |
Ismail et al. | SiON integrated optics elliptic couplers for Fizeau-based optical coherence tomography | |
Vilches et al. | Miniaturized Fourier-plane fiber scanner for OCT endoscopy | |
Tan et al. | New method for lens thickness measurement by the frequency-shifted confocal feedback | |
TW200848785A (en) | Optical head | |
JP2015010899A (en) | Wavelength selection filter, wavelength variable light source using the same, optical interference fault meter using the wavelength variable light source, and photodetector using the wavelength selection filter | |
JP2000186912A (en) | Method and device for measuring minute displacements | |
Imran et al. | Measurement of the group-delay dispersion of femtosecond optics using white-light interferometry | |
CN108007869B (en) | Measuring device for measuring evanescent wave | |
JP3295993B2 (en) | Surface accuracy measuring device | |
Wang et al. | Field-tracing modeling of the ultra-small gradient-index fiber probe |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20031208 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040106 |
|
RD13 | Notification of appointment of power of sub attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7433 Effective date: 20040126 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20040126 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040126 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040323 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040330 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090409 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090409 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100409 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100409 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110409 Year of fee payment: 7 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |