JP2008039789A - 光ディスクの厚さ測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 波長による屈折率の変化、つまり波長の関数で屈折率を反映したスペクトルを高速フーリエ変換を通じて得られた干渉空間での反射光のピーク値の位置を通じて、速やかな分析速度および高精密度を有した光ディスクの厚さ測定方法を提供すること。
【解決手段】 光の波長の長さによる反射光の強度を波長別スペクトルデータとして検出する段階と、前記検出された波長別スペクトルデータを波長の関数として屈折率を反映したスペクトル値に変換処理する段階と、前記変換処理された値を高速フーリエ変換を通じて光ディスクの厚さを表す間接空間の長さに変換処理して反射光の強度がピーク値を有する位置をそれぞれスペーサーレイヤーおよびカバーレイヤーの厚さとして検出する段階とを含むことを特徴とする。
【選択図】 図3
Description
図1に示したように、反射率スペクトルの測定によって薄膜の厚さを測定する装置は、ハロゲンランプ12からの光を光ファイバ20の一方22とレンズ26を介して薄膜32がある基板30に垂直に入射させ、基板から反射させる。レンズ26と光ファイバの他方24を介して受光された反射光を分光器42に伝達する。分光器42は、各波長の強度によって基板30の試料の表面から反射された光を分割した後、光測定素子の配列44に入れ、各波長での光量をコンピュータ46に提供する。コンピュータ46は、各波長における光量を波長別スペクトルデータとして用い、多様な方法により薄膜の厚さを測定することができる。
式1
Δλ << λの条件で、
2nd=mλ=(m−1)(λ+Δλ)、
展開すると、
mλ=(m−1)(λ+Δλ)=mλ+mΔλ−(λ+Δλ)
mΔλ=λ+Δλ
即ち、m=(λ+Δλ)/Δλとなる。
したがって、
2nd=mλ=λ(λ+Δλ)/Δλ ≒ λ2/Δλ=1/Δ(1/λ)
ここで、ピークが現れるd値が求めようとする厚さに当たる。
また、図5aは本発明に係る光波長の長さによる反射光の強度を測定して波長別スペクトルデータを示したグラフで、図5bは図5aを用いて反射された光の強度を縦軸にし、波長の関数で屈折率を反映した値を横軸にして示したグラフで、図5cは図5bを用いて波長別スペクトルの高速フーリエ変換したグラフである。
光ディスクの厚さ測定のために使用される測定装置は、図1で示したように、光源、光繊維、レンズ、薄膜を設けた基板、分光器、光測定素子配列、コンピュータを備えている。
式3
2n(λ)d=mλ
2n(λ+Δλ)d=(m−1)(λ+Δλ)
二番目の式を下記のように展開する、
2n(λ)d+2Δnλd=mλ+mΔλ−λ−Δλ
ここで、Δn=n(λ+Δλ)−n(λ)で、上記式を最初の式に代入して展開すると次の通りである。
m=(2Δnd/Δλ)+(λ+Δλ/Δλ) ⇒ 最初の前提式に代入すると、
2n(λ)d=(2λΔnd/ Δλ)+((λ+Δλ)λ/Δλ)
2(n(λ)−λΔn/Δλ)d=(λ+Δλ)λ/Δλ
(2λ2/Δλ)((n(λ)Δλ−λΔn)/λ2)d=(λ+Δλ)λ/Δλ
2Δ(n(λ)/λ)d=(λ+Δλ)/λ=1+Δλ/λ≒1(Δλ/λ≪1)
ここで、一番最後の項は第一近似を適用して無視しても良い。
図5cの横軸でd1の位置に現れるピーク値は、スペーサレイヤーに対する屈折率(n1)を波長の関数n1(λ)として高速フーリエ変換をした場合に現れる値で、このピーク値が現れる位置の値が光ディスクのスペーサーレイヤーの厚さを現す。そして、d2の位置に現れるピーク値は、カバーレイヤーに対する屈折率(n2)を波長の関数n2(λ)として高速フーリエ変換をした場合に現れるもので、このピーク値が現れる位置の値が光ディスクのカバーレイヤーの厚さを表す。
図6に示したように、高速フーリエ変換をする時、屈折率分散を反映させることでピーク幅が減り、ピークの大きさが大きくなることを厚さが30μmの誘電薄膜による反射率スペクトル分析を通じて先に確認できる。このとき、誘電薄膜は支持する基層がなく、空気中で薄膜単独で存在するものとした。
以上で説明したような本発明に係る光ディスクレイヤーの干渉効果を用いた光ディスクの厚さ測定方法は次のような効果が得られる。
Claims (23)
- 光ディスク・レイヤーの干渉効果を用いることによりスペーサー・レイヤー及びカバー・レイヤーを含む光ディスクの1つ又は複数のレイヤーの厚さを測定するシステムであって、装置は、
光ディスクの表面から反射された光を分離し成分周波数に分ける分光器と、
それぞれデータの第1のスペクトルとして前記成分周波数の強度を測定する光強度測定ユニットと、
少なくとも、
前記第1のスペクトル・データを、変化を波長及び屈折率の関数として示す値の第2のスペクトルに変換することと、
高速フーリエ変換を用いて前記第2のスペクトルを変換することと、
前記スペーサー・レイヤー及び前記カバー・レイヤーのうちの1つ又は複数の厚さを検出することとを、
それぞれ、前記変換されたスペクトルに基づいて行うプロセッサとを備えるシステム。 - 前記プロセッサは、さらに、nを屈折率、λを波長として、前記第2のスペクトルをn(λ)/2λの関数として決定するように動作可能である請求項1に記載のシステム。
- 前記スペーサー・レイヤーは、屈折率n1を有し、前記カバー・レイヤーは、前記屈折率n1と異なる屈折率n2を有する請求項1に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、さらに、位置d1及びd2における前記変換されたスペクトルの強度のピーク値を、d1及びd2をそれぞれのレイヤーの厚さであるものとして示すものとして取り扱うように動作可能である請求項3に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、さらに、式
2n(λ)d=mλ
2n(λ+Δλ)d=(m−1)(λ+Δλ)
を用いて前記第1のスペクトル・データを第2のスペクトルに変換するように動作可能であり、
ただし、式中、dは厚さであり、nは前記光ディスク・レイヤーの屈折率であり、λは波長であり、mは整数値である請求項1に記載のシステム。 - 前記変換されたスペクトルは、強度を干渉空間の長さ(d)の関数として表し、前記長さdは、所定のレイヤーの厚さをさらに表す請求項1に記載のシステム。
- 前記第2のスペクトルは、屈折率である第1の係数と波長である別の第2の係数の関数として変化する請求項1に記載のシステム。
- 前記第2のスペクトルは、式
n/bλ
の関数として変化し、
ただし、式中、λは波長であって、前記第2の係数であり、nは屈折率であって、前記第1の係数であり、それ自体λの関数であり、bは整数である請求項7に記載のシステム。 - 前記屈折率は、波長に依存する請求項1に記載のシステム。
- 干渉効果を用いることにより光ディスクの1つ又は複数のレイヤーの厚さを測定する装置であって、
複数の波長に応じて反射光の複数の強度を測定し、前記複数の強度を波長の関数として変化する第1の一組の強度として供給する手段と、
前記第1の一組の強度を、屈折率と前記波長の関数として変化する第2の一組の強度に変換する手段と、
高速フーリエ変換を前記第2の一組の強度に適用する手段と、
前記変換された一組の強度に基づいて前記光ディスクの1つ又は複数のレイヤーの厚さを決定する手段とを備える装置。 - 前記第2の一組の強度は、屈折率である第1の係数と波長である別の第2の係数の関数として変化する請求項10に記載の装置。
- 前記第2の一組の強度は、式
n/bλ
の関数として変化し、
ただし、式中、λは波長であって、前記第2の係数であり、
nは屈折率であって、前記第1の係数であり、それ自体λの関数であり、bは整数である請求項11に記載の装置。 - 前記屈折率は、波長に依存する請求項10に記載の装置。
- 光ディスク・レイヤーの干渉効果を用いることによりスペーサー・レイヤー及びカバー・レイヤーを含む光ディスクの1つ又は複数のレイヤーの厚さを決定するデバイスであって、
複数の命令からなるプログラムを実行するように動作可能なプロセッサと、
前記プロセッサにより実行される機械実行可能命令を格納する、前記プロセッサに動作可能なように接続されている、機械可読媒体とを備え、前記命令は、
強度の変化を波長及び屈折率の関数として示す、光ディスクの表面から反射された光を表す、値のスペクトルを受け取ることと、
高速フーリエ変換を用いて前記スペクトルを変換することと、
前記スペーサー・レイヤー及び前記カバー・レイヤーのうちの1つ又は複数の厚さを、それぞれ、前記変換されたスペクトルに基づいて、検出することとを含むデバイス。 - 前記プロセッサは、さらに、nを屈折率、λを波長として、前記スペクトルをn(λ)/2λの関数として他のスペクトルに変換するように動作可能である請求項14に記載のデバイス。
- 前記スペーサー・レイヤーは、屈折率n1を有し、前記カバー・レイヤーは、前記屈折率n1と異なる屈折率n2を有する請求項14に記載のデバイス。
- 前記命令は、さらに、位置d1及びd2における前記変換されたスペクトルの強度のピーク値を、d1及びd2をそれぞれのレイヤーの厚さであるものとして示すものとして取り扱うことを含む請求項16に記載のデバイス。
- 前記変換する命令は、式
2n(λ)d=mλ
2n(λ+Δλ)d=(m−1)(λ+Δλ)
を使用することを含み、
ただし、式中、dは厚さであり、nは光ディスク・レイヤーの屈折率であり、λは波長であり、mは整数値である請求項14に記載のデバイス。 - 前記変換されたスペクトルは、強度を干渉空間の長さ(d)の関数として表し、前記長さdは、所定のレイヤーの厚さを表す請求項14に記載のデバイス。
- 前記他のスペクトルは、屈折率である第1の係数と波長である別の第2の係数の関数として変化する請求項15に記載のデバイス。
- 前記プロセッサは、さらに、前記スペクトルを、式
n(λ)/bλ
の関数として変化する他のスペクトルに変換するように動作可能であり、
ただし、式中、λは波長であり、nは屈折率であって、それ自体λの関数であり、bは整数である請求項20に記載のデバイス。 - 前記屈折率は、波長に依存する請求項14に記載のデバイス。
- 機械可読命令を格納する機械可読媒体であって、前記命令が機械により実行されると、光ディスク・レイヤーの干渉効果を用いることによりスペーサー・レイヤー及びカバー・レイヤーを含む光ディスクの1つ又は複数のレイヤーの厚さが決定される機械可読媒体であって、前記機械可読命令は、
強度の変化を波長及び屈折率の関数として示す、光ディスクの表面から反射された光を表す、値のスペクトルを受け取ることと、
高速フーリエ変換を用いて前記スペクトルを変換することと、
前記スペーサー・レイヤー及び前記カバー・レイヤーのうちの1つ又は複数の厚さを、それぞれ、前記変換されたスペクトルに基づいて、検出することとを含む機械可読媒体。
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