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JP6239909B2 - Film thickness measuring method and apparatus - Google Patents

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JP6239909B2
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Description

本発明は、光の干渉を利用して、シート状の高分子フィルム、基材上にコートされた薄膜などの厚さを測定する方法および装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for measuring the thickness of a sheet-like polymer film, a thin film coated on a substrate, and the like by utilizing light interference.

高分子フィルムや基材上にコートされた薄膜など、各種フィルム等の膜厚を測定する方法として、光の干渉を利用する方法が知られている。この方法は、連続する波長の光を含む白色光などをフィルムに照射し、その反射光または透過光の分光スペクトルから、干渉による極大値または極小値を示す波長に基づいて膜厚を算出するものである。例えば、特許文献1には、かかる光の干渉を利用した膜厚測定方法および装置が記載されている。   As a method for measuring the film thickness of various films such as a polymer film and a thin film coated on a substrate, a method using light interference is known. This method irradiates the film with white light containing light of continuous wavelengths, etc., and calculates the film thickness from the spectrum of the reflected or transmitted light based on the wavelength that shows the maximum or minimum value due to interference. It is. For example, Patent Document 1 describes a film thickness measuring method and apparatus using such light interference.

前記分光スペクトルから膜厚を算出するには種々の方法があり、なかでも波数(波長の逆数)を横軸とする分光スペクトルを高速フーリエ変換(FFT)してパワースペクトルを求め、パワースペクトル上のピークを与える波長に基づいて膜厚を算出する方法が多く用いられている。例えば、フィルムからの反射光に基づくパワースペクトル上のピークは、フィルムの表面および裏面からの反射光の光路差に対応し、すなわちフィルムの光学的膜厚に対応するので、これと予め設定したフィルムの平均屈折率とから、フィルムの物理的膜厚を求めることができる。   There are various methods for calculating the film thickness from the spectral spectrum, and in particular, the power spectrum is obtained by fast Fourier transform (FFT) of the spectral spectrum with the wave number (reciprocal of wavelength) as the horizontal axis. A method of calculating the film thickness based on the wavelength giving the peak is often used. For example, the peak on the power spectrum based on the reflected light from the film corresponds to the optical path difference of the reflected light from the front and back surfaces of the film, that is, the optical film thickness of the film. From the average refractive index, the physical film thickness of the film can be determined.

ここで、通常は1つのフィルムに対して1本のピークがパワースペクトル上に現れるが、フィルムが複屈折性を有する場合には、照射される光の偏光方向に応じてピークが分裂する。このとき一方のピークのみに基づいてフィルム膜厚を算出すると、算出された膜厚は誤差を含むことになる。この問題に対する1つの解決方法として、特許文献2には、分裂したピークの重心位置を求め、その重心位置に基づいて被測定対象の厚みを求めることが記載されている。   Here, one peak usually appears on the power spectrum for one film, but when the film has birefringence, the peak is split according to the polarization direction of the irradiated light. At this time, if the film thickness is calculated based on only one peak, the calculated film thickness includes an error. As one solution to this problem, Patent Document 2 describes obtaining the center of gravity position of a split peak and obtaining the thickness of the object to be measured based on the center of gravity position.

特開2003−240515号公報JP 2003-240515 A 特開2009−198361号公報JP 2009-198361 A

理想的な状況では、複屈折によって分裂したピークはほぼ同じ高さと広がりを持つので、それらの重心に基づいて膜厚を求めることにより、膜厚測定の誤差を小さくすることができる。   In an ideal situation, the peaks split by birefringence have almost the same height and spread, so that the film thickness measurement error can be reduced by obtaining the film thickness based on their centroids.

しかしながら、実際の測定においては、分裂したピークはその高さや広がりが異なり、非対称であることが少なくない。その原因は、フィルムの結晶質部分と非晶質部分の構造状態、結晶の向き、光源の偏光方向の偏り、測定対象の振動、FFT処理に起因する波形の乱れ、およびそれらの相乗効果などが原因である。しかし、実際の膜厚は、これら構造状態等によって変化することはなく、分裂したピーク位置から算出される膜厚値のおよそ中間値になると考えられる。したがって、分裂したピークの高さが大きく異なる場合には、重心が高い方のピークに引き寄せられるため、重心に基づいて膜厚を算出しても複屈折の影響による誤差を十分に排除できない。   However, in actual measurement, split peaks are often different in height and spread and are often asymmetric. The causes include the structural state of the crystalline and amorphous parts of the film, the orientation of the crystal, the deviation of the polarization direction of the light source, the vibration of the measurement object, the disturbance of the waveform caused by the FFT process, and their synergistic effects. Responsible. However, the actual film thickness does not change depending on the structural state or the like, and is considered to be approximately an intermediate value of the film thickness value calculated from the split peak position. Therefore, when the split peaks are greatly different in height, they are attracted to the peak with the higher center of gravity, so even if the film thickness is calculated based on the center of gravity, an error due to the influence of birefringence cannot be sufficiently eliminated.

上記の課題に対して、パワースペクトル上で分裂したピークが現れる場合に、本発明では、両端のピークについて特性点を定め、それらの中点に基づいてフィルム膜厚を算出する。   In the present invention, when split peaks appear on the power spectrum with respect to the above problem, the present invention determines characteristic points for the peaks at both ends, and calculates the film thickness based on the midpoints.

本発明の膜厚測定方法は、被測定物に連続光を照射してその反射光または透過光の分光スペクトルを得るステップと、前記分光スペクトルからフーリエ変換によってパワースペクトルを得るステップと、前記パワースペクトルに現れる分裂ピークに対して、最も短波長側のピークについての第1の特性点と最も長波長側のピークについての第2の特性点との中点に基づいて前記被測定物の膜厚を求めるステップとを有する。   The film thickness measuring method of the present invention includes a step of irradiating an object to be measured with continuous light to obtain a spectrum of reflected or transmitted light, a step of obtaining a power spectrum from the spectrum by Fourier transform, and the power spectrum. The thickness of the object to be measured is determined based on the midpoint between the first characteristic point for the shortest wavelength side peak and the second characteristic point for the longest wavelength side peak. And obtaining a step.

ここで被測定物としては、いわゆるフィルムやシート等の薄膜が挙げられる。フィルムとは、高分子フィルムそのものや基材に貼着されたフィルム等が例示される。さらに、基材上に浸漬、塗布または噴霧等によりコーティングされた薄膜も被測定物に含まれる。これらフィルム、シートまたはコーティングからなる薄膜の厚みは、通常0.1μm〜1000μm程度であり、本膜厚測定方法は、上記薄膜の厚みが2μm〜200μm程度の場合に特に適した方法である。また、連続光とは、連続する波長の光を含む光、すなわち連続スペクトルを示す光をいう。   Here, examples of the object to be measured include thin films such as so-called films and sheets. Examples of the film include a polymer film itself and a film attached to a substrate. Furthermore, a thin film coated on a substrate by dipping, coating, spraying, or the like is also included in the object to be measured. The thickness of the thin film comprising these films, sheets or coatings is usually about 0.1 μm to 1000 μm, and this film thickness measuring method is particularly suitable when the thickness of the thin film is about 2 μm to 200 μm. Continuous light refers to light that includes light of continuous wavelengths, that is, light that exhibits a continuous spectrum.

上記膜厚測定方法において、前記第1の特性点は前記パワースペクトルと閾値を示す直線との交点のうち最も短波長側の交点とし、前記第2の特性点は前記パワースペクトルと閾値を示す直線との交点のうち最も長波長側の交点とすることができる。 In the film thickness measurement method, the first characteristic point is the intersection of the shortest wavelength side of the intersection of the straight line indicating the power spectrum with a threshold, the second characteristic points are the power spectrum with a threshold value Of the intersections with the straight line shown, it can be the intersection on the longest wavelength side.

また、上記膜厚測定方法において、前記第1の特性点は前記最も短波長側のピークの頂点とし、前記第2の特性点は前記最も長波長側のピークの頂点とすることができる。   In the film thickness measurement method, the first characteristic point may be a peak peak of the shortest wavelength side, and the second characteristic point may be a peak peak of the longest wavelength side.

また、上記膜厚測定方法において、前記第1の特性点は前記最も短波長側のピークを波形分離した図形の頂点とし、前記第2の特性点は前記最も長波長側のピークを波形分離した図形の頂点とすることができる。   In the film thickness measurement method, the first characteristic point is a vertex of a figure obtained by waveform separation of the shortest wavelength peak, and the second characteristic point is waveform separation of the longest wavelength peak. It can be the vertex of a figure.

本発明の膜厚測定装置は、連続光を発生する光源と、前記光源からの光を被測定物に照射する照射部と、前記照射部から照射された光に対する被測定物からの反射光または透過光を受光する受光部と、前記受光部で受光した光を分光して強度に応じた電気信号を発生する分光部と、演算部とを有する。この演算部は、前記分光部からの電気信号を受信して分光スペクトルを作成し、該分光スペクトルからフーリエ変換によってパワースペクトルを作成し、該パワースペクトルに現れる分裂ピークに対して、最も短波長側のピークについての第1の特性点と最も長波長側のピークについての第2の特性点との中点に基づいて前記フィルムの膜厚を算出するものである。   The film thickness measuring apparatus of the present invention includes a light source that generates continuous light, an irradiation unit that irradiates the object to be measured with light from the light source, reflected light from the object to be measured with respect to the light irradiated from the irradiation unit, or A light receiving unit that receives the transmitted light, a light splitting unit that splits the light received by the light receiving unit to generate an electrical signal corresponding to the intensity, and an arithmetic unit. The calculation unit receives an electrical signal from the spectroscopic unit, creates a spectroscopic spectrum, creates a power spectrum from the spectroscopic spectrum by Fourier transform, and has the shortest wavelength side with respect to the splitting peak appearing in the power spectrum. The film thickness of the film is calculated based on the midpoint between the first characteristic point for the first peak and the second characteristic point for the peak on the longest wavelength side.

本発明の膜厚測定方法または装置によれば、光の干渉を利用して、パワースペクトル上のピークが分裂した場合にも、膜厚を精度良く測定することができる。さらに、パワースペクトル上で分裂したピークの高さが大きく異なる場合にも、膜厚を精度良く測定することができる。特に、本発明の膜厚測定方法は、被測定物の測定時において、1本のピークと分裂ピークとが混在するような薄膜に対して有用である。   According to the film thickness measuring method or apparatus of the present invention, the film thickness can be accurately measured even when the peak on the power spectrum is split by utilizing the interference of light. Furthermore, even when the split peaks on the power spectrum have greatly different heights, the film thickness can be measured with high accuracy. In particular, the film thickness measuring method of the present invention is useful for a thin film in which one peak and a splitting peak are mixed when measuring an object to be measured.

本発明の一実施形態の膜厚測定装置の構成図である。It is a block diagram of the film thickness measuring apparatus of one Embodiment of this invention. 反射光の分光スペクトルの例である。It is an example of the spectrum of reflected light. FFTによって得られるパワースペクトルの例である。It is an example of the power spectrum obtained by FFT. 第1の実施形態の膜厚算出方法を説明する図である。It is a figure explaining the film thickness calculation method of 1st Embodiment. 第2の実施形態の膜厚算出方法を説明する図である。It is a figure explaining the film thickness calculation method of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の膜厚算出方法を説明する図である。It is a figure explaining the film thickness calculation method of 3rd Embodiment. 分裂したピークの重心に基づく膜厚算出方法を説明する図である。It is a figure explaining the film thickness calculation method based on the gravity center of the split peak. ポリイミドフィルムの膜厚を測定した実験結果である。It is an experimental result which measured the film thickness of the polyimide film. ポリイミドフィルムの膜厚を測定した実験結果である。It is an experimental result which measured the film thickness of the polyimide film.

本発明の第1の実施形態を図1〜4に基づいて説明する。本実施形態の膜厚測定装置は、フィルムからの反射光を測定する反射式の装置である。本実施形態の膜厚測定方法は、分裂したピークの特性点として、パワースペクトルと閾値を示す直線との交点のうち最も短波長側および最も長波長側の交点を採用する。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The film thickness measuring device of this embodiment is a reflective device that measures the reflected light from the film. Film thickness measurement method of this embodiment employs as the characteristic point of the peak split, the intersection of the shortest wavelength side and longest-wavelength side of the intersection of the straight line indicating the power spectrum with the threshold.

図1に、本実施形態の膜厚測定装置の構成を示す。膜厚測定装置20は、光源21、照射用光ファイバー22、受光用光ファイバー23、分光部24および演算部25を有する。   In FIG. 1, the structure of the film thickness measuring apparatus of this embodiment is shown. The film thickness measuring apparatus 20 includes a light source 21, an irradiation optical fiber 22, a light receiving optical fiber 23, a spectroscopic unit 24, and a calculation unit 25.

図1において、光源21には白色光などの連続光を放射するものが用いられる。光源としては、各種のランプ等を用いることができる。連続光の波長範囲は、測定対象であるフィルムの厚さなどに応じて決定することができる。照射部と受光部は、図1ではそれぞれ照射用光ファイバー22と受光用光ファイバー23を用いるが、これに限られるものではなく、例えばレンズ系で構成されていてもよく、光ファイバーとレンズとが併用される構成でもよい。分光部24には、回折格子を用いたモノクロメーター、ポリクロメーターなど種々の構造のものを用いることができる。分光範囲は、フィルムの厚さなどに応じて決定することができる。   In FIG. 1, a light source 21 that emits continuous light such as white light is used. Various lamps can be used as the light source. The wavelength range of continuous light can be determined according to the thickness of the film to be measured. The irradiation unit and the light receiving unit use the irradiation optical fiber 22 and the light receiving optical fiber 23 in FIG. 1, respectively. However, the irradiation unit and the light receiving unit are not limited thereto. For example, the irradiation unit and the light receiving unit may be configured by a lens system. It may be configured. As the spectroscopic unit 24, various structures such as a monochromator and a polychromator using a diffraction grating can be used. The spectral range can be determined according to the thickness of the film.

次に、図1の装置を用いた第1の実施形態の膜厚測定方法を説明する。   Next, a film thickness measuring method according to the first embodiment using the apparatus of FIG. 1 will be described.

図1において、照射用光ファイバー22から測定対象であるフィルム30に垂直に光が照射され、その反射光が受光用光ファイバー23を介して分光部24に導かれる。分光部24は光強度に応じた電気信号を発生し、演算部25に伝達する。   In FIG. 1, light is irradiated vertically from the irradiation optical fiber 22 onto the film 30 to be measured, and the reflected light is guided to the spectroscopic unit 24 via the light receiving optical fiber 23. The spectroscopic unit 24 generates an electrical signal corresponding to the light intensity and transmits it to the calculation unit 25.

演算部25では、横軸を波長(λ)とする分光スペクトルが生成される。図2にその一例を示す。反射分光スペクトルにはフィルムの表面および裏面からの反射の干渉による振動がみられる。本実施形態では、光がフィルム30に垂直に入射するので、フィルム表面と裏面からの反射光の光学的光路差(Δ)は、Δ=2dnとなる。ここで、dはフィルムの膜厚、nはフィルムの屈折率である。本実施形態では、裏面で反射した光の位相が反転するため、Δ=(m+1/2)λとなる波長λでスペクトルは極大となる。ここで、mは干渉の次数で、自然数である。 In the calculation unit 25, a spectrum with the horizontal axis as the wavelength (λ) is generated. An example is shown in FIG. In the reflection spectrum, vibration due to interference of reflection from the front and back surfaces of the film is observed. In this embodiment, since light enters the film 30 perpendicularly, the optical path difference (Δ) of the reflected light from the film front surface and the back surface is Δ = 2dn. Here, d is the film thickness and n is the refractive index of the film. In the present embodiment, since the phase of the light reflected from the back surface is inverted, the spectrum becomes maximum at the wavelength λ m where Δ = (m + 1/2) λ m . Here, m is the order of interference and is a natural number.

演算部25は、次いで、横軸を波長(λ)とする分光スペクトルから、横軸を波数(1/λ)とする分光スペクトルを生成する。横軸が波数の分光スペクトルでは、次式から明らかなように、極値の間隔は一定となる。2dn=1/(1/λm+1−1/λ)。 Next, the computing unit 25 generates a spectrum having the horizontal axis as the wave number (1 / λ) from the spectrum having the horizontal axis as the wavelength (λ). In the spectrum with the wave number on the horizontal axis, the interval between the extreme values is constant as is apparent from the following equation. 2dn = 1 / (1 / λ m + 1 −1 / λ m ).

演算部25は次いで、横軸が波数の分光スペクトルを高速フーリエ変換(FFT)することによって、パワースペクトルを生成する。元の分光スペクトルの振動の周期をP(=1/λm+1−1/λ)とすると、パワースペクトル上には、2dn=1/Pが成り立つ位置にピークが現れる。パワースペクトルは、横軸を2dn(=1/P)として表してもよいし、予め設定したフィルムの平均屈折率(n)を用いて換算し、横軸をdとして表してもよい。 Next, the calculation unit 25 generates a power spectrum by performing a fast Fourier transform (FFT) on the spectrum having the wave number on the horizontal axis. If the period of vibration of the original spectral spectrum is P (= 1 / λ m + 1 −1 / λ m ), a peak appears on the power spectrum at a position where 2dn = 1 / P holds. In the power spectrum, the horizontal axis may be expressed as 2dn (= 1 / P), or may be converted using a preset average refractive index (n) of the film, and the horizontal axis may be expressed as d.

フィルムが完全に等方性であれば、図3(a)に示すように、パワースペクトル上には1本のピークが現れる。フィルムが複屈折を有する場合は、図3(b)に示すように、パワースペクトル上には分裂した2本のピークが現れる。この2つのピークは、一つのフィルムに対して、複屈折によってもたらされる異なる光学的膜厚に対応する位置に現れたものである。   If the film is completely isotropic, a single peak appears on the power spectrum as shown in FIG. When the film has birefringence, as shown in FIG. 3B, two split peaks appear on the power spectrum. These two peaks appear at positions corresponding to different optical film thicknesses caused by birefringence for one film.

さらに、実際の測定では、図3(c)に示すように、分裂したピークは、その高さや広がりが異なり、非対称に現れることがある。また、測定範囲に結晶質部分と非晶質部分の両方が存在すると、図3(d)に示すように、非晶質部分に起因するピークを結晶質部分に起因する分裂したピークが挟み込んで、3本のピークが現れることもある。   Furthermore, in the actual measurement, as shown in FIG. 3C, the split peaks may differ in height and spread and appear asymmetric. Further, when both a crystalline part and an amorphous part exist in the measurement range, as shown in FIG. 3 (d), a peak caused by the amorphous part is sandwiched by a split peak caused by the crystalline part. Three peaks may appear.

次に、図4に基づいて分裂ピークの特性点を求める方法を説明する。本実施形態では、分裂ピークの特性点として、パワースペクトルと閾値を示す直線の交点のうち、最も短波長側の交点(S)と、最も長波長側の交点(L)を採用する。そして、その中点(M)に基づいて膜厚を算出する。 Next, a method of obtaining the split peak characteristic point will be described with reference to FIG. In the present embodiment, as the characteristic point of the split peaks, among the intersection points of the straight line showing the power spectrum and the threshold, employing the most of the short-wavelength side intersection point (S), and most long wavelength side of the intersection point (L). Then, the film thickness is calculated based on the midpoint (M).

ここで、閾値は、パワースペクトル上のバックグラウンドノイズ等を排除するのに十分な大きさとする必要がある。閾値は、予め設定しておいてもよいし、例えば高さが低い方のピークの高さの30%などとして、測定データに応じて演算部で都度計算してもよい。   Here, the threshold value needs to be large enough to eliminate background noise and the like on the power spectrum. The threshold value may be set in advance, or may be calculated each time by the calculation unit according to the measurement data, for example, as 30% of the height of the lower peak.

図4のように、分裂ピークの特性点の中点を用いることによって、フィルムの有する複屈折性の影響を排して、膜厚を精度良く求めることができる。比較のために、図7に分裂ピークの重心(G)に基づく方法を示す。重心に基づく方法では、重心が2つのピークの中間よりも高いピーク寄りにあるため、2つのピークの高さが大きく異なる場合には複屈折性の影響を幾分残すことになる。これに対して、本実施形態の方法(図4)では、ピークの高さによらず、分裂したピークのほぼ中間値を用いて膜厚が算出されるため、複屈折性の影響をより小さくすることができる。   As shown in FIG. 4, by using the middle point of the characteristic point of the split peak, the film thickness can be obtained with high accuracy by eliminating the influence of the birefringence of the film. For comparison, FIG. 7 shows a method based on the center of gravity (G) of the splitting peak. In the method based on the center of gravity, since the center of gravity is closer to the peak than the middle of the two peaks, if the heights of the two peaks are greatly different, the influence of birefringence remains somewhat. On the other hand, in the method of the present embodiment (FIG. 4), the film thickness is calculated using almost the intermediate value of the split peak regardless of the peak height, so that the influence of birefringence is reduced. can do.

また、本実施形態の方法は、パワースペクトルと閾値を示す直線との交点を求める演算部の処理が軽く、処理時間が短くなるため、高分子フィルム製造工程で、フィルム等の薄膜を搬送しながらのモニタリングなど高速性が求められる用途にも適している。 The method of the present embodiment, the power spectrum and is light processing computing section for obtaining the intersection of the straight line indicating the threshold value, the processing time is shortened, a polymer film production process, to transport the thin film, such as It is also suitable for applications that require high speed such as monitoring.

次に、第1の実施形態の装置および方法を用いて、ポリイミドフィルムの膜厚を測定したので、その実験結果を述べる。なお、複屈折性を有するフィルムやコーティング層としては、上記ポリイミドに限られず、ポリエチレンテレフタレートやポリプロピレン等も挙げられる。ただし、ポリイミド薄膜は、厚み測定時に1本のピークと分裂ピークとが混在する現象が生じるため、本発明をより有効に活用することができる。   Next, since the film thickness of the polyimide film was measured using the apparatus and method of the first embodiment, the experimental results will be described. In addition, as a film and coating layer which have birefringence, not only the said polyimide but a polyethylene terephthalate, a polypropylene, etc. are mentioned. However, in the polyimide thin film, a phenomenon in which one peak and a splitting peak coexist at the time of thickness measurement occurs, so that the present invention can be used more effectively.

実験は、幅が約5cm、長さが約215cm、膜厚が約12.5μm、平均屈折率が2程度のリボン状の単層熱硬化性ポリイミドフィルムを長さ方向に搬送しながら、図1に示した装置を用いて1cm毎にフィルム膜厚を測定した。測定結果は、接触式膜厚計を用いて別途測定した値と比較した。なお、光源には連続光を発する白色LEDを用い、分光スペクトルを取った波長範囲は540nm〜680nmであった。   In the experiment, a ribbon-like single layer thermosetting polyimide film having a width of about 5 cm, a length of about 215 cm, a film thickness of about 12.5 μm, and an average refractive index of about 2 is conveyed in the length direction. The film thickness was measured every 1 cm using the apparatus shown in FIG. The measurement results were compared with values measured separately using a contact-type film thickness meter. In addition, white LED which emits continuous light was used for the light source, and the wavelength range which took the spectrum was 540 nm-680 nm.

図8に示す測定位置において、リボンの端から24〜27cmおよび31cmの位置ではパワースペクトル上のピークは1本であったの対して、28〜30cmの範囲ではパワースペクトル上に分裂したピークが観測された。このように、ピーク形状は、1本から2本へ、2本から再び1本へと変化した。これは、本実験では測定範囲(フィルム上の光照射径)が約40μmであり、フィルム内に分布する結晶質・非晶質領域の個々の大きさが測定範囲よりも大きかったためであると考えられる。   In the measurement position shown in FIG. 8, there was one peak on the power spectrum at positions 24 to 27 cm and 31 cm from the end of the ribbon, whereas a split peak was observed on the power spectrum in the range 28 to 30 cm. It was done. Thus, the peak shape changed from one to two, from two to one again. This is thought to be because the measurement range (light irradiation diameter on the film) was about 40 μm in this experiment, and the individual sizes of the crystalline and amorphous regions distributed in the film were larger than the measurement range. It is done.

図9に、リボンの端から24〜31cmの部分での膜厚測定結果を示す。図中、「接触式」は接触式膜厚計による測定値である。「干渉式(比較例)」は図1の干渉式膜厚計を用い、分裂ピークに対しては単純に高い方のピークに基づいて算出した膜厚である。「干渉式(実施例)」は同じく図1の干渉式膜厚計を用い、分裂ピークに対しては本実施形態の方法によって、すなわちパワースペクトルと閾値を示す直線との交点のうち最も短波長側および最も長波長側の交点の中点に基づいて算出した膜厚である。また、「差分(比較例)」と「差分(実施例)」は、それぞれ「干渉式(比較例)」と「干渉式(実施例)」から「接触式」の膜厚を引いた値である。 In FIG. 9, the film thickness measurement result in a 24-31 cm part from the edge of a ribbon is shown. In the figure, “contact type” is a value measured by a contact type film thickness meter. The “interference type (comparative example)” is a film thickness calculated using the interference type film thickness meter of FIG. 1 based on the higher peak for the splitting peak. "Interference (Example)" is also using an interference film thickness meter of Figure 1, by the method of this embodiment for dividing the peak, i.e. the shortest among the intersection of the straight line showing the power spectrum and the threshold It is the film thickness calculated based on the midpoint of the intersection on the wavelength side and the longest wavelength side. The “difference (comparative example)” and “difference (example)” are values obtained by subtracting the “contact type” film thickness from the “interference type (comparative example)” and “interference type (example)”, respectively. is there.

図9において、ピークが1本の場合(位置24cmおよび31cm)は、接触式、干渉式(比較例)、干渉式(実施例)のいずれも、測定された膜厚値に大きな違いはなかった。一方、分裂ピークが現れた場合(位置28、29、30cm)は、干渉式(比較例)の測定値は接触式のそれと大きく異なり最大0.51μmの差が生じたのに対して、干渉式(実施例)の測定値と接触式のそれとの差は0.20μm以内であった。   In FIG. 9, when there was one peak (positions 24 cm and 31 cm), there was no significant difference in the measured film thickness values for any of the contact type, interference type (comparative example), and interference type (example). . On the other hand, when a split peak appears (positions 28, 29, and 30 cm), the measured value of the interference type (comparative example) is significantly different from that of the contact type, and a difference of 0.51 μm maximum is generated, whereas the interference type The difference between the measured value of (Example) and that of the contact type was within 0.20 μm.

もちろん接触式膜厚計の測定結果も誤差を含むのであるが、接触式膜厚計は原理的に複屈折の影響を受けない。したがって、ピーク分裂の有無に関わらず、図9の全域で干渉式(実施例)の測定値が接触式のそれとほぼ同じ値を示したことは、干渉式(実施例)の方法によって複屈折の影響が十分に排除できたことを示している。   Of course, the measurement result of the contact-type film thickness meter also includes an error, but the contact-type film thickness meter is not influenced by birefringence in principle. Therefore, regardless of the presence or absence of peak splitting, the measured value of the interference type (example) showed almost the same value as that of the contact type in the whole area of FIG. 9 because of the birefringence by the method of the interference type (example). This indicates that the impact has been sufficiently eliminated.

また、この実験ではピークの本数が1本、2本、1本と変化した。これに対して、本実施形態の方法によれば、ピーク本数が1〜3本と変化しても演算方法を変える必要はなく、同じ演算方法で対応することができるという利点もある。   In this experiment, the number of peaks changed from one to two. On the other hand, according to the method of this embodiment, even if the number of peaks changes from 1 to 3, it is not necessary to change the calculation method, and there is an advantage that the same calculation method can be used.

次に、本発明の第2の実施形態を図5に基づいて説明する。本実施形態の膜厚測定装置は、図1に示したものと同じである。本実施形態の膜厚測定方法は、分裂したピークの特性点として、ピークの頂点を採用する点で、第1の実施形態と異なる。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The film thickness measuring apparatus of this embodiment is the same as that shown in FIG. The film thickness measurement method of this embodiment is different from that of the first embodiment in that the peak apex is adopted as the characteristic point of the split peak.

本実施形態では、第1の実施形態と同様にパワースペクトルを作成し、図5において、最も短波長側のピークの頂点(P1)と最も長波長側のピークの頂点(P2)の中点(M’)に基づいて膜厚を算出する。   In this embodiment, a power spectrum is created as in the first embodiment, and in FIG. 5, the midpoint of the peak apex (P1) on the shortest wavelength side and the peak apex (P2) on the longest wavelength side in FIG. The film thickness is calculated based on M ′).

次に、本発明の第3の実施形態を図6に基づいて説明する。本実施形態の膜厚測定装置は、図1に示したものと同じである。本実施形態の膜厚測定方法は、分裂したピークの特性点として、ピークを波形分離した図形の頂点を採用する点で、第1および第2の実施形態と異なる。   Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The film thickness measuring apparatus of this embodiment is the same as that shown in FIG. The film thickness measurement method of this embodiment is different from the first and second embodiments in that the vertex of a figure obtained by waveform-separating the peak is adopted as the characteristic point of the split peak.

本実施形態では、第1および第2の実施形態と同様にパワースペクトルを作成する。次いで、図6において、ピークをガウス関数にカーブフィッティングして波形分離する。次いで、最も短波長側のピークを波形分離した図形の頂点(P3)と、最も長波長側のピークを波形分離した図形の頂点(P4)の中点(M”)に基づいて膜厚を算出する。なお、波形分離については、ピークをローレンツ関数にカーブフィッティングして波形分離する方法等も用いることができる。   In the present embodiment, a power spectrum is created as in the first and second embodiments. Next, in FIG. 6, the peaks are curve-fitted into a Gaussian function to separate the waveforms. Next, the film thickness is calculated based on the apex (P3) of the figure from which the peak on the shortest wavelength side is waveform-separated and the midpoint (M ") of the figure (P4) from which the peak on the longest wavelength side is waveform-separated. For waveform separation, a method of waveform separation by curve fitting a peak into a Lorentz function can be used.

本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。   The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea.

例えば、上記実施形態では、フィルムに垂直に光を照射して、その反射光を利用して膜厚を求めた。しかし、光の照射角度はフィルムに垂直でなくてもよい。また、受光部を照射部とフィルムの反対側に設けて、透過光を利用して膜厚を求めてもよい。   For example, in the said embodiment, light was irradiated to the film perpendicularly | vertically and the film thickness was calculated | required using the reflected light. However, the light irradiation angle may not be perpendicular to the film. Alternatively, the light receiving unit may be provided on the opposite side of the irradiation unit and the film, and the film thickness may be obtained using transmitted light.

また、上記実施形態では、高分子フィルムそのものからなる薄膜の厚さを測定したが、本発明は、基材上にコートされた薄膜の膜厚測定にも適用可能である。さらに、基材上にコートされた多層膜に対しても、それぞれの層に対するパワースペクトル上のピークが分解可能である限り、適用可能である。   Moreover, in the said embodiment, although the thickness of the thin film which consists of polymer films itself was measured, this invention is applicable also to the film thickness measurement of the thin film coated on the base material. Furthermore, the present invention can be applied to a multilayer film coated on a substrate as long as the peak on the power spectrum for each layer can be resolved.

20 膜厚測定装置
21 光源
22 照射用光ファイバー(照射部)
23 受光用光ファイバー(受光部)
24 分光部
25 演算部
30 高分子フィルム(測定対象)
20 Film thickness measuring device 21 Light source 22 Optical fiber for irradiation (irradiation part)
23 Optical fiber for light receiving (light receiving part)
24 Spectrometer 25 Calculation Unit 30 Polymer Film (Measurement Object)

Claims (6)

被測定物に連続光を照射して、その反射光または透過光の分光スペクトルを得るステップと、
前記分光スペクトルからフーリエ変換によってパワースペクトルを得るステップと、
前記パワースペクトルに現れる非対称な分裂ピークに対して、最も短波長側のピークについての第1の特性点と最も長波長側のピークについての第2の特性点との中点に基づいて前記被測定物の膜厚を求めるステップと、
を有する膜厚測定方法。
Irradiating the object to be measured with continuous light to obtain a spectrum of the reflected or transmitted light;
Obtaining a power spectrum from the spectrum by Fourier transform;
For the asymmetric splitting peak appearing in the power spectrum, based on the midpoint between the first characteristic point for the shortest wavelength side peak and the second characteristic point for the longest wavelength side peak. Determining the thickness of the object,
A method for measuring a film thickness.
前記被測定物が高分子フィルムまたは基材上にコートされた薄膜である、The object to be measured is a polymer film or a thin film coated on a substrate.
請求項1に記載の膜厚測定方法。The film thickness measuring method according to claim 1.
前記第1の特性点は前記パワースペクトルと閾値を示す直線との交点のうち最も短波長側の交点であり、前記第2の特性点は前記パワースペクトルと閾値を示す直線との交点のうち最も長波長側の交点である、
請求項1または2に記載の膜厚測定方法。
Said first characteristic point is the intersection of the shortest wavelength side of the intersection of the straight line indicating the power spectrum with a threshold, the second characteristic point of intersection of the straight line indicating the power spectrum with a threshold value Of which is the intersection on the longest wavelength side,
The film thickness measuring method according to claim 1 or 2 .
前記第1の特性点は前記最も短波長側のピークの頂点であり、前記第2の特性点は前記最も長波長側のピークの頂点である、
請求項1または2に記載の膜厚測定方法。
The first characteristic point is the peak peak of the shortest wavelength side, and the second characteristic point is the peak peak of the longest wavelength side.
The film thickness measuring method according to claim 1 or 2 .
前記第1の特性点は前記最も短波長側のピークを波形分離した図形の頂点であり、前記第2の特性点は前記最も長波長側のピークを波形分離した図形の頂点である、
請求項1または2に記載の膜厚測定方法。
The first characteristic point is a vertex of a figure obtained by waveform separation of the peak on the shortest wavelength side, and the second characteristic point is a vertex of a figure obtained by waveform separation of the peak on the longest wavelength side,
The film thickness measuring method according to claim 1 or 2 .
連続光を発生する光源と、
前記光源からの光を被測定物に照射する照射部と、
前記照射部から照射された光に対する被測定物からの反射光または透過光を受光する受光部と、
前記受光部で受光した光を分光して、強度に応じた電気信号を発生する分光部と、
前記分光部からの電気信号を受信して分光スペクトルを作成し、該分光スペクトルからフーリエ変換によってパワースペクトルを作成し、該パワースペクトルに現れる非対称な分裂ピークに対して、最も短波長側のピークについての第1の特性点と最も長波長側のピークについての第2の特性点との中点に基づいて前記被測定物の膜厚を算出する演算部と、
を有する膜厚測定装置。
A light source that generates continuous light;
An irradiation unit for irradiating the object to be measured with light from the light source;
A light receiving unit that receives reflected light or transmitted light from the object to be measured with respect to light irradiated from the irradiation unit;
A spectroscopic unit that splits the light received by the light receiving unit and generates an electrical signal corresponding to the intensity;
A spectral spectrum is generated by receiving an electrical signal from the spectroscopic section, a power spectrum is generated from the spectral spectrum by Fourier transform, and a peak on the shortest wavelength side is compared with an asymmetric split peak appearing in the power spectrum. A calculation unit for calculating the film thickness of the object to be measured based on the midpoint between the first characteristic point of the first characteristic point and the second characteristic point for the peak on the longest wavelength side;
A film thickness measuring apparatus.
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