[發明專利]用于測量多層膜厚度的方法和設備

有效

• 申請號: 201010529517.1
• 申請日: 2010-10-28
• 公開（公告）號: CN102052904A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 西田和史
• 申請（專利權）人: 橫河電機株式會社
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 陳源;張天舒

本申請要求2009年10月30日提交的日本專利申請第

2009-250260號的優先權，其全部內容通過引用并入本文。

技術領域

本公開涉及能夠測量不同種類的多層膜厚度的方法和設備。

背景技術

圖5示出了對多層膜厚度進行測量的膜厚度測量儀的結構。在圖5中，從光源11發出的白光通過光纖12提供到多層膜10。將多層膜10反射的光通過光纖12導向分光鏡13。

分光鏡13使反射光分散、將分散的光轉換成電信號、并且產生光譜。通過光譜數據獲取單元14獲取該光譜，并且將該光譜輸出到光學厚度計算器15。

設定單元16對測量光學厚度的波長帶和檢測功率譜的峰值的峰值檢測范圍進行設定。

與光學厚度成比例的頻率干涉條紋出現在該光譜中。光學厚度計算器15測量該干涉條紋并且計算光學厚度。

對于由設定單元16設定的波長帶，將反射譜轉換成波數域反射譜，其中將波長設置為相等的間隔。然后，對波數域反射譜的數據上執行傅里葉變換來計算所設定的波長帶中的功率譜。在由設定單元16設定的峰值檢測范圍中檢測功率譜的峰值。從峰值位置得到光學厚度。

將通過光學厚度計算器15計算的光學厚度輸入到物理厚度計算器17。基于光學厚度和折射率，物理厚度計算器17計算多層膜10的每層的物理厚度，該物理厚度為實際膜厚度。在顯示單元18上顯示物理厚度。

接下來，將參考圖6來說明光學厚度與物理厚度之間的關系。圖6為示出了多層膜的截面圖。該多層膜包括兩個層20和21，并且兩個層20和21的物理厚度分別為d11和d12。層21為膜，并且層20為在膜21上形成涂覆層。層20和21的物理厚度d11和d12分別為1μm和150μm。

假設將白光從層20進入以測量膜厚度。從層20與21之間的邊界表面和多層膜的后表面反射光，并且由反射光得到光學厚度。從由層20與21之間的邊界表面所反射的光得到的光學厚度為L11，從由多層膜的后表面所反射的光得到的光學厚度為L12。光學厚度L11僅與層20有關，而光學厚度L12與層20和21兩者都有關。

理想地，可以測量對應于多層膜的邊界表面的結合數量的光學厚度。然而，因為實際能夠進行測量的光學厚度依賴于每個邊界表面的反射或平面度，所以并不一定能夠直接檢測所期望層的光學厚度。

光學厚度是物理厚度與折射率的乘積。因此，當能夠直接測量所期望層的光學厚度時，則能夠通過簡單操作來計算物理厚度。然而，當直接測量所期望層的光學厚度有困難時，需要從多個層的光學厚度的結合來導出用于獲得物理厚度的表達式。

JP-A-2008-292473公開了一個示例，其中使用波長與依據該波長的折射率之間的關系在多個波長范圍中對光學厚度進行測量，這使得能夠獨立地測量每層的物理厚度，即使多個層具有相同的膜厚度。將參考圖6所示的多層膜來描述上述示例。

當在波長范圍W1和W2中層20的折射率為n11和n12并且在波長范圍W1和W2中層21的折射率為n21和n22時，給出下列表達式(1)和(2)。并且，光學厚度L12為層20和21的光學厚度之和：

d11＝L11/n11????????????????????????????????…(1)

d12＝(L12-d11×n12)/n22?????????????????????…(2)

＝(L12-L11/n11×n12)/n22

如圖6所示，d11和d12為物理厚度，L11和L12為光學厚度。光學厚度L12與層20和21有關。因此，需要通過表達式(1)計算d11并需要將d11代入表達式(2)來計算d12。

可以通過表達式(1)和(2)以及光學厚度L11和L12的測量值來計算物理厚度d11和d12。

然而，該膜厚度測量儀具有下列問題。表達式(1)和(2)依賴于能夠被測量的光學厚度或者要進行測量的多層膜的結構。然而，用戶難以事先知道由波長造成的折射率的差異并導出用于從光學厚度計算物理厚度的表達式。即使當用戶能夠導出該表達式，也難以準備這樣一種結構，在該結構中膜厚度測量儀接收任何類型的算術表達式。

為了解決上述問題，需要在膜厚度測量儀中事先安裝用于從光學厚度計算物理厚度的所有表達式。然而，由于難以安裝所有的算術表達式，因此需要根據每個用戶的需求來安裝單獨的算術表達式。因此，計算物理厚度費時費力。

另外，由于在交付了該設備之后需要對不同牌子的多層膜進行測量，因此用戶難以與環境相對應，并且需要對膜厚度測量儀進行重新設計。

發明內容