膜厚測定方法、膜厚測定装置
【課題】多層ディスク等の多層構造体の被測定物について分光干渉法で正確な膜厚測定ができるようにする。
【解決手段】
波長帯域幅を持つ光を、被測定物の表面側から斜め方向となる入射角θiで照射させ、第１の反射膜（記録層Ｌ０）の反射光と第２の反射膜（記録層Ｌ１）の反射光との干渉光から、第１の反射膜と上記第２の反射膜の間の膜厚（スペーサ層の膜厚）を算出するとともに、第２の反射膜の反射光と表面の反射光との干渉光から、第２の反射膜と上記表面の間の膜厚（カバー層の膜厚）を算出する。入射角は、第１の反射膜の反射光と第２の反射膜の反射光との干渉光の特定の高調波成分の光強度より、第２の反射膜の反射光と上記表面の反射光との干渉光の光強度が大きくなる入射角とする。
【解決手段】
波長帯域幅を持つ光を、被測定物の表面側から斜め方向となる入射角θiで照射させ、第１の反射膜（記録層Ｌ０）の反射光と第２の反射膜（記録層Ｌ１）の反射光との干渉光から、第１の反射膜と上記第２の反射膜の間の膜厚（スペーサ層の膜厚）を算出するとともに、第２の反射膜の反射光と表面の反射光との干渉光から、第２の反射膜と上記表面の間の膜厚（カバー層の膜厚）を算出する。入射角は、第１の反射膜の反射光と第２の反射膜の反射光との干渉光の特定の高調波成分の光強度より、第２の反射膜の反射光と上記表面の反射光との干渉光の光強度が大きくなる入射角とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の層の膜厚を測定する膜厚測定方法、膜厚測定装置に関するものであり、特に多層構造を有する被測定物、例えば多層の記録層を有する記録媒体等についての層の膜厚測定に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
【非特許文献１】「レーザー＆オプティクスガイド5（１）」第１版、メレスグリオ株式会社、１９９８年４月１日発行、ｐ．Ａ５．４，Ａ５．５
【非特許文献２】Filmetrics社製（米国）薄膜測定装置カタログ「ADVANCED THIN-FILM MEASUREMENTS SYSTEMS」、松下インターテクノ株式会社、２０００年５月発行、ｐ．１
【非特許文献３】「膜厚測定原理［分光干渉法］技術資料 MC-I001」、大塚電子株式会社、１９９５年６月１５日発行、ｐ．３
【０００３】
被測定物の膜厚測定の手法として、分光干渉法が知られている。図６で分光干渉法について説明する。
図６（ａ）のように、基板１００上に透明な膜１０１が形成された被測定物において膜１０１の膜厚ｄを測定することを考える。なお空気の屈折率をｎ1、膜１０１の屈折率をｎ2、基板１００の屈折率をｎ3とし、ｎ1＜ｎ2、かつｎ2＞ｎ3とする。
この被測定物に対して入射光Ｉを照射する。なお図６（ａ）では図示の都合により斜め方向からの入射光Ｉを示しているが、この入射光Ｉは被測定物の表面に対して垂直に入射させる。入射光Ｉは単一波長ではなく、ある波長帯域幅をもった光である。
入射光Ｉに対して、膜１０１の表面で反射した反射光をＲ10、膜１０１の裏面、つまり膜１０１と基板１００の境界部分で反射した反射光をＲ20としている。
この場合、反射光Ｒ20は、反射光Ｒ10よりも、破線で示す分、光路長が長くなる（光路差＝２ｄ）。このため反射光Ｒ20、反射光Ｒ10には位相差が生じている。このような反射光Ｒ20、反射光Ｒ10の干渉光の波形を図６（ｂ）に示すが、波長により２以上のピークが生ずる。この干渉光を用いて、膜厚ｄを算出することができる。
【０００４】
空気中の波長をλとする。図６（ａ）に破線で示した光学的光路差は２ｄ・ｎ2である。また反射光Ｒ20、反射光Ｒ10の位相差をδとする。すると位相差δは、
δ／２π＝２ｄ・ｎ2／λより、
δ＝（２π・２ｄ・ｎ2）／λ
＝４πｎ2ｄ／λ
となる。
ここで、光は、光学的に媒質との境界面で反射したとき位相がπ変化する。これを考慮すると、
δ＝｛（４ｎ2ｄ／λ）＋１｝π
この位相差δが、2πの整数倍の時、光は強め合う事になるので、
｛（４ｎ2ｄ／λ）＋１｝π＝２πｍ （但し、ｍ＝１，２，３，・・・の整数）。
整理すると、
４ｎ2ｄ／λ＝２ｍ−１
【０００５】
２つの明るいピークを持つ波長をλ1、λ2とすると、
４ｎ2ｄ／λ1＝２（ｍ＋１）−１
＝２（ｍ＋１）＋１ ・・・式１
４ｎ2ｄ／λ2＝２ｍ−１ ・・・式２
【０００６】
上記より、ｄを求めると、式１から、
２ｍ＝（４ｎ2ｄ／λ1）−１
これを式２に代入すると、
４ｎ2ｄ／λ2＝｛（４ｎ2ｄ／λ1）−１｝−１
（４ｎ2ｄ／λ1）−（４ｎ2ｄ／λ2）＝２
４ｎ2ｄ（λ2−λ1）／λ1λ2＝２
従って、膜厚ｄは、
ｄ＝λ1・λ2／２ｎ2（λ2−λ1）
として算出される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、このようにして膜厚測定を行う分光干渉法は、多層構造体の膜厚測定には利用された例が無かった。
そして近年、ブルーレイディスク（Blu-ray Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光ディスクメディアにおいて、複数の記録層を有する多層構造のディスクが開発されており、これのディスクの各層間膜厚の測定に分光干渉法が利用することが検討されたが、以下に述べるように問題が生じた。
【０００８】
図７に、記録層が２層のブルーレイディスクのスペーサ層とカバー層の膜厚を分光干渉法で測定する場合の構成を示す。
まずディスク１の層構造を説明する。ディスク１の厚みは１．２ｍｍとされる。このディスク１は１．１ｍｍの基板層（サブストレート）に第１記録層Ｌ０、スペーサ層、第２記録層Ｌ１、カバー層が順に形成される。例えばポリカーボネイトによるカバー層の表面側が記録再生時にレーザ光が入射される面となる。第１記録層Ｌ０、第２記録層Ｌ１には、それぞれ所要の反射率の反射膜が形成されている。
第１，第２記録層Ｌ０，Ｌ１の間のスペーサ層の厚みは２５μｍ、カバー層の厚みは７５μｍと規定される。
【０００９】
このようなディスク１に対しては、例えば製造工程や試験工程などにおける膜厚測定として、スペーサ層の膜厚とカバー層の膜厚を測定することが行われる。例えばスペーサ層とカバー層が、それぞれ２５μｍ、７５μｍに形成されているかの検査等のために膜厚測定が行われる。
【００１０】
測定には、膜厚測定装置１０が用いられる。膜厚測定装置１０は、ライトソース１１として、ハロゲンランプやＬＥＤ（Light Emitting Diode）等、或る程度の波長帯域幅を持った光を出力する光源を有する。
ライトソース１１からの光は１又は複数の光ファイバ１３によって光出力・検出ユニット１５に導かれる。
光出力・検出ユニット１５は、１又は複数の光ファイバ１３、及び１又は複数の光ファイバ１４を保持し、またレンズアセンブリを有し、光ファイバ１３、１４を被測定物に対向させるユニットである。
光出力・検出ユニット１５が図のようにディスク１の表面側に配置されることで、光ファイバ１３によって導かれた光は、ディスク１の表面に対して垂直（入射角０°）に照射される。
【００１１】
ディスク１に対して照射された光は、一部がその表面で反射し、また一部が第２記録層Ｌ１で、さらに第１記録層Ｌ０で反射される。つまり表面反射光、Ｌ１反射光、Ｌ０反射光が光出力・検出ユニット１５に戻ってくる。光出力・検出ユニット１５に戻った光は光ファイバ１４によってスペクトロメータ１２に供給される。
スペクトロメータ１２は、光ファイバ１４から供給された光を波長毎に分光、解析し、各波長の強度を測定する。
スペクトロメータで解析された情報はコンピュータ装置９に送られ、所定の演算処理が施されてスペーサ層の膜厚及びカバー層の膜厚が算出される。
【００１２】
図６を用いて説明したように各反射光は光路長の差による位相差による干渉が発生し、従ってスペクトロメータ１２では図６（ｂ）のような干渉光波形が検出される。
そして特に図７のようなシステムの場合、ディスク１のＬ０反射光とＬ１反射光の干渉光成分からスペーサ層の膜厚を算出し、またＬ１反射光と表面反射光の干渉光成分からカバー層の膜厚を算出することになる。
ここで図７のシステムにおいて、スペクトロメータ１２が、検出される干渉光波形をＦＦＴ解析し、横軸を周波数、縦軸を光強度としたものが、図８に示されるようになる。
【００１３】
この図８において、周波数軸上のａ値にあらわれる波形のピークは、Ｌ０反射光とＬ１反射光の干渉光成分に相当する。この周波数軸上の値は、等価的に膜厚に換算できる。即ち、ピーク点として検出されたａ値に所定の係数ｋを与えることで、スペーサ層の膜厚が算出される。算出される膜厚は２５μｍ近辺となるはずである。
また周波数軸上のｂ値にあらわれる波形のピークは、Ｌ１反射光と表面反射光の干渉光成分に相当し、このピーク点であるｂ値に所定の係数ｋを与えることで、カバー層の膜厚が算出される。算出される膜厚は７５μｍ近辺となるはずである。
【００１４】
ところが、この図８の波形には、ａ値のスペーサ層に相当する基本波とともに、その二次高調波、三次高調波、四次高調波・・・があらわれる。
そして２５μｍ近辺に相当する周波数軸上のａ値にあらわれる基本波の二次高調波のピークは、５０μｍ近辺に相当する周波数軸上の値にあらわれ、また三次高調波のピークは７５μｍ近辺に相当する周波数軸上の値にあらわれる。
つまりこの場合、ｂ値における波形のピークは、三次高調波成分と、Ｌ１反射光と表面反射光の干渉光成分の合成となってしまう。
そして実際には、記録層Ｌ０、Ｌ１の反射率が１２〜２８％程度であることに比べ、カバー層の表面反射率は４％程度と小さいことから、Ｌ０反射光とＬ１反射光の干渉光の光強度に比べて、Ｌ１反射光と表面反射光の干渉光の光強度はかなり小さくなり、結果として、Ｌ１反射光と表面反射光の干渉光成分は、三次高調波よりも小さくなる。
つまりＬ１反射光と表面反射光の干渉光成分は、三次高調波によって埋もれてしまい、結局ピーク点として検出されるｂ値は、三次高調波のピークとなる。
【００１５】
スペーサ層とカバー層と膜厚算出の際には、例えばまず図８の閾値ｔｈによりピーク点を見つける。なお、二次高調波も閾値ｔｈをこえているが、基本的にはスペーサ層は２５μｍ近辺、カバー層は７５μｍ近辺として計測されるはずであるので、二次高調波に相当する５０μｍ近辺に相当する周波数範囲をマスクして検出を行う。
これにより、ピーク点として図８のａ値、ｂ値が判別され、ａ値からスペーサ層の膜厚が算出され、ｂ値からカバー層の膜厚が算出されるのであるが、上記のようにｂ値はＬ１反射光と表面反射光の干渉光成分のピークではなく、三次高調波のピークである。このため、算出された膜厚は、カバー層の膜厚としての正確な値とはならない。
【００１６】
以上のように、従来の分光干渉法では、多層ディスク等の多層構造体の被測定物について正確な膜厚測定ができない。
そこで本発明では、分光干渉法により、多層構造体の被測定物についての正確な膜厚測定を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の膜厚測定方法は、多層構造を有する被測定物における層の膜厚を測定に好適な膜厚測定方法であり、所要の波長帯域幅を持つ光を、上記被測定物の表面側から斜め方向となる入射角で照射させ、上記被測定物の表面及び内部からの各反射光の干渉光から、上記被測定物内部の層の膜厚を算出する。
また上記被測定物の内部からの反射光とは、上記被測定物の内部の第１の反射膜と第２の反射膜からの反射光であり、上記第１の反射膜の反射光と上記第２の反射膜の反射光との干渉光から、上記第１の反射膜と上記第２の反射膜の間の膜厚を算出するとともに、上記第２の反射膜の反射光と上記表面の反射光との干渉光から、上記第２の反射膜と上記表面の間の膜厚を算出する。
そして上記斜め方向となる入射角とは、上記第１の反射膜の反射光と上記第２の反射膜の反射光との干渉光の特定の高調波成分の光強度より、上記第２の反射膜の反射光と上記表面の反射光との干渉光の光強度が大きくなる入射角である。特には上記斜め方向となる入射角とは、５０°から６０°の範囲である。
【００１８】
本発明の膜厚測定装置は、所定の波長帯域幅を持つ光を発生させる光発生手段と、上記光発生手段で発生された光を上記被測定物の表面側から斜め方向となる入射角で照射させる照射手段と、上記被測定物の表面及び内部からの各反射光の干渉光を検出する光検出手段と、上記光検出手段で検出された干渉光から上記被測定物内部の層の膜厚を算出する算出手段とを備える。
【００１９】
被測定物に対して斜め方向から光を入射すると、その被測定物の表面反射率が大きくなる。またそれに応じて内部の反射膜へ達する光量も少なくなり、結果として内部反射膜からの反射光強度は減る。
即ち、従来のように被測定物に対して光を垂直に入射する場合に比べて、表面反射光の光強度と内部反射光（内部の反射膜の反射光）の光強度として適度なレベルをとることが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、被測定物に対して斜め方向から光を入射することで表面反射光と内部反射光の干渉光の光強度を上げ、複数の内部反射光、例えば第１の反射膜の反射光と第２の反射膜の反射光との干渉光の光強度に対して適度なレベルとすることができる。結果として、各干渉光成分のピークを適切に検出でき、多層構造体としての被測定物の各層の膜厚を適正に測定することができるという効果がある。
【００２１】
特に、第１の反射膜の反射光と第２の反射膜の反射光との干渉光の特定の高調波成分（例えば三次高調波成分）の光強度より、第２の反射膜の反射光と表面反射光との干渉光の光強度が大きくなるように入射角を設定することで、第２の反射膜の反射光と表面反射光との干渉光成分が上記高調波成分に埋もれてピークが検出できないということがなくなり、被測定物の第２の反射膜と表面の間の膜厚を正確に測定できる。
また斜め方向となる入射角とは、５０°から６０°の範囲とすれば、ブルーレイディスクのカバー層の膜厚測定に好適となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の形態を説明する。図１はブルーレイディスクフォーマットのディスク１を対象として、そのスペーサ層及びカバー層の膜厚を測定する本例の膜厚測定システム構成を示している。
図１に示すディスク１の構造は、図７で説明したものと同様である。即ち、１．２ｍｍ厚のディスク１は、１．１ｍｍの基板層（サブストレート）に第１記録層Ｌ０、スペーサ層、第２記録層Ｌ１、カバー層が順に形成され、例えばポリカーボネイトによるカバー層の表面側が記録再生時にレーザ光が入射される面となる。第１記録層Ｌ０、第２記録層Ｌ１には、それぞれ所要の反射率の反射膜が形成されている。また第１，第２記録層Ｌ０，Ｌ１の間のスペーサ層の厚みは２５μｍ、カバー層の厚みは７５μｍと規定される。
【００２３】
このようなディスク１に対してスペーサ層の膜厚とカバー層の膜厚を測定するために、膜厚測定装置２が用いられる。膜厚測定装置２は、ライトソース３として、ハロゲンランプやＬＥＤ等、或る程度の波長帯域幅を持った光を出力する光源を有する。例えば４５０ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長帯域幅を有する光の光源である。なお、必要な波長帯域幅は被測定物の膜厚が分光干渉法で検出できるように設定されればよいもので、その波長範囲が限定されるものではない。
【００２４】
ライトソース３からの光は１又は複数の光ファイバ５によって光出力ユニット７に導かれる。
光出力ユニット７は、１又は複数の光ファイバ５を保持し、またレンズアセンブリを有し、光ファイバ５で導かれた光を被測定物に照射させるユニットである。光出力ユニット７は、図のように入射角θiでディスク１の表面側に光を入射させるように配置される。
【００２５】
光出力ユニット７からは入射角θiで入射光Ｉがディスク１の表面に入射されるが、その一部が表面で反射される表面反射光Ｒｓとなる。また一部が第２記録層Ｌ１で反射されたＬ１反射光Ｒ１となり、さらに一部が第１記録層Ｌ０で反射されたＬ０反射光Ｒ０となる。
表面反射光Ｒｓ、Ｌ１反射光Ｒ１、Ｌ０反射光Ｒ０は、それぞれ破線で示す光路長が異なることで位相差が生じ、これによって特定の波長が強められるように干渉する。そして表面反射光Ｒｓ、Ｌ１反射光Ｒ１、Ｌ０反射光Ｒ０の干渉光が光検出ユニット８で検出される。
光検出ユニット８は、レンズアセンブリを介して光を導入する１又は複数の光ファイバ６を保持しており、上記干渉光は、光ファイバ６に入射されてスペクトロメータ４に導かれる。
なお、図では光出力ユニット７と光検出ユニット８は別体として示しているが、実際に被測定物であるディスク１に対向させるデバイスとして、これらが一体化されていても良い。即ち、入射角θiで光をディスク１に照射し、またその反射光を受光できる位置に光検出ユニット８が配置されているものであれば、その構造はどのようなものでもよい。
【００２６】
スペクトロメータ４は、光ファイバ６から供給された光を波長毎に分光、解析し、各波長の強度を測定する。
スペクトロメータで解析された情報はコンピュータ装置９に送られ、所定の演算処理が施されてスペーサ層の膜厚及びカバー層の膜厚が算出される。
【００２７】
基本的にはスペクトロメータ４及びコンピュータ装置９の処理は、図７で説明したものと同様である。即ちディスク１のＬ０反射光Ｒ０とＬ１反射光Ｒ１の干渉光成分からスペーサ層の膜厚を算出し、またＬ１反射光Ｒ１と表面反射光Ｒｓの干渉光成分からカバー層の膜厚を算出することになる。
但し、本例の場合、入射光Ｉは入射角θiとしてディスク１の表面に斜め方向から入射されるようにしている。これによりスペクトロメータ４が、検出される干渉光波形をＦＦＴ解析し、横軸を周波数、縦軸を光強度としたものは図２に示されるようになる。
【００２８】
この図２において、周波数軸上のａ値にあらわれる波形のピークは、Ｌ０反射光Ｒ０とＬ１反射光Ｒ１の干渉光成分に相当する。図８で述べたように、この周波数軸上の値は、等価的に膜厚に換算できる。即ち、ピーク点として検出されたａ値に所定の係数ｋを与えることで、スペーサ層の膜厚が算出される。算出される膜厚は２５μｍ近辺となるはずである。
また周波数軸上のｂ値にあらわれる波形のピークは、Ｌ１反射光Ｒ１と表面反射光Ｒｓの干渉光成分に相当し、このピーク点であるｂ値に所定の係数ｋを与えることで、カバー層の膜厚が算出される。算出される膜厚は７５μｍ近辺となるはずである。
従って、スペーサ層とカバー層と膜厚算出の際には、例えばまず閾値ｔｈによりピーク点を見つける。これにより、ピーク点として図２のａ値、ｂ値が判別され、ａ値からスペーサ層の膜厚が算出され、ｂ値からカバー層の膜厚が算出される。
【００２９】
ここで従来の図７、図８の説明では、ｂ値がＬ１反射光Ｒ１と表面反射光Ｒｓの干渉光成分のピークではなく、Ｌ０反射光Ｒ０とＬ１反射光Ｒ１の干渉光成分の三次高調波のピークとなってしまうため、カバー層の膜厚が正確に検出できないと述べた。
ところが本例の場合、このｂ値のピークはＬ１反射光Ｒ１と表面反射光Ｒｓの干渉光成分のピークとなる。このため、カバー層の膜厚が正確に算出できるものである。この理由は次の通りである。
【００３０】
入射光Ｉは入射角θiとして斜め方向からディスク１の表面に入射されている。このためディスク１の表面での反射率が高くなる。またこれによって表面の透過率が減少し、第１記録層Ｌ０、第２記録層Ｌ１に達する光成分が減少するため、結果として、Ｌ０反射光Ｒ０とＬ１反射光Ｒ１の干渉光の光強度が弱められる。これは図２と図８を比較してわかるように、ａ値におけるピークとしての光強度が減少することにあらわれている。
つまり、Ｌ１反射光Ｒ１と表面反射光Ｒｓの干渉光の光強度が高くなり、またＬ０反射光Ｒ０とＬ１反射光Ｒ１の干渉光の光強度が弱められ、その三次高調波成分も低減することから、
（三次高調波成分のピーク）＜（Ｌ１反射光Ｒ１と表面反射光Ｒｓの干渉光のピーク）
という状態となり、即ちｂ値におけるピークは、Ｌ１反射光Ｒ１と表面反射光Ｒｓの干渉光のピークとなる。そしてこのようにｂ値はカバー層の膜厚に相当する値として検出されることになるため、カバー層の膜厚が正確に算出できるものである。もちろんスペーサ層の膜厚は、ａ値から正確に算出できる。
【００３１】
以上のことから理解されるように本例では、ディスク１の表面に対して斜め方向（入射角θi）から光を入射することで表面反射光ＲｓとＬ１反射光Ｒ１の干渉光の光強度を上げ、またＬ０反射光Ｒ０とＬ１反射光Ｒ１との干渉光の光強度を低下させることで、カバー層とスペーサ層の検出のための周波数軸上のピーク点を適切に検出でき、カバー層とスペーサ層の膜厚を適正に測定することができる。
そして特に、この効果を得るためには、斜め方向となる入射角θiは、Ｌ０反射光Ｒ０とＬ１反射光Ｒ１との干渉光の三次高調波成分よりも、表面反射光ＲｓとＬ１反射光Ｒ１の干渉光の光強度が大きくなるような角度に設定すればよい。
また、本例では、入射角θiを与える光出力ユニット７、及びそれに対応する光検出ユニット８を変更するのみで、他は従来のシステムを流用できることから、実施の手間やコスト的な面で有利であり、安価で信頼できる測定が可能となる。
【００３２】
次に、図１に示した層構造のブルーレイディスクのカバー層、スペーサ層の膜厚検出のために適切な入射角θiとしての具体例を検討する。
まず図５で、入射光Ｉのディスク１内での光路を述べる。
ディスク１の表面（カバー層表面）の反射率をＲとする。また記録層Ｌ１の反射膜の反射率をａとする。表面反射率Ｒは後述するように入射角θiによって変化する。
ブルーレイディスクの場合、記録層Ｌ１の反射膜の反射率ａ、及び記録層Ｌ０の反射膜の反射率は、いづれも１２〜２８％程度である。
【００３３】
入射角θiで入射される入射光Ｉは、一部が表面で反射され、表面反射光Ｒｓとなる。表面反射光Ｒｓは（入射光Ｉ）×（反射率Ｒ）で表される（Ｒｓ＝Ｉ・Ｒ）。
表面を透過した光は、表面での屈折により入射角θtで第２記録層Ｌ１に達する。なお表面を透過する光成分の強度は、Ｉ−（Ｉ・Ｒ）となる。
記録層Ｌ１は反射率ａであるため、記録層Ｌ１で反射される光成分は、
（Ｉ−（Ｉ・Ｒ））・ａ
となる。
この光成分は、表面に達した時点で一部が反射され、一部が透過する。表面での反射成分は、表面反射率Ｒにより（Ｉ−（Ｉ・Ｒ））・ａ・Ｒとなる。そして表面を透過する光成分、つまりＬ１反射光Ｒ１は、
Ｒ１＝（Ｉ−（Ｉ・Ｒ））・ａ・（１−Ｒ）
となる。
また、記録層Ｌ１を透過した透過光Ｔは、
Ｔ＝（Ｉ−（Ｉ・Ｒ））・（１−ａ）
となるが、この透過光Ｔは、破線で示すように一部が記録層Ｌ０で反射され、また一部が記録層Ｌ１、及び表面を透過して、Ｌ０反射光Ｒ０となる。
【００３４】
図３は入射角θiを１０°〜８５°の範囲で変化させた場合の各種の値を示す。ここでは、カバー層がポリカーボネートであるとし、ポリカーボネートの屈折率は１．５８〜１．６程度であることから、屈折率を１．６として検討した。なお、実際のブルーレイディスクでは、カバー層の表面にハードコートをすることがあるが、ハードコートもポリカーボネートとほぼ同じ屈折率であるため、ハードコートについては無視できる。
【００３５】
カバー層の屈折率１．６と入射角θiから角度θtが算出される。また入射角θi毎の表面反射率Ｒを算出するため、Ｓ偏光、Ｐ偏光の反射率ｒｓ、ｐｓ、及びその平均値Ａｖｅが計算されている。
表面反射率Ｒは、平均値Ａｖｅに１００を乗じた値としている。
このように算出された表面反射率Ｒは、入射角θiに応じて図４に示されるようになる。
図４からわかるように、入射角θiが大きくなるほど、表面反射率Ｒは大きくなる。
【００３６】
図３における表面反射光Ｒｓは、入射光Ｉ＝１として、Ｒｓ＝Ｉ・Ｒで算出している。
また記録層Ｌ１の反射率ａ＝０．２２１６としている。ブルーレイディスク規格では記録層Ｌ０、Ｌ１の反射率は１２〜２８％である。通常読出時（垂直入射時）の記録層Ｌ１からの反射率を２０％とすると、Ｌ１反射光Ｒ１は、
Ｒ１＝（Ｉ−（Ｉ・Ｒ））・ａ・（１−Ｒ）
＝０．２
ここで入射光Ｉ＝１、垂直入射時の表面反射率Ｒ＝０．０５として記録層Ｌ１の反射率ａを求めると、ａ＝０．２２１６程度と考えられる。
【００３７】
Ｌ１反射光Ｒ１は、上記のようにＲ１＝（Ｉ−（Ｉ・Ｒ））・ａ・（１−Ｒ）であり、Ｉ＝１、ａ＝０．２２１６に、入射角θi毎の表面反射率Ｒを用いて算出される。
また表面反射光ＲｓとＬ１反射光Ｒ１の干渉光強度（Ｒｓ・Ｒ１）が示される。
また（Ｒ１・Ｒ０・０．３６）、及び（Ｒ１・Ｒ０）が示されている。（Ｒ１・Ｒ０）は、Ｌ０反射光Ｒ０とＬ１反射光Ｒ１の干渉光の光強度である。そして三次高調波は、基本波の約３６％とし、（Ｒ１・Ｒ０・０．３６）により、Ｌ０反射光Ｒ０とＬ１反射光Ｒ１の干渉光の三次高調波が示されている。
【００３８】
上記図２で説明した正確なカバー層の膜厚測定のための入射角θiとしては、
（ＲｓとＲ１の干渉パワー）＞（Ｒ１とＲ０の干渉の３次高調波パワー）
となる様な入射角を求めればよいことになる。
すると、図３の（Ｒｓ・Ｒ１）の値と、（Ｒ１・Ｒ０・０．３６）の値を比較して、入射角θiは５０°以上が適切であるとすることができる。
一方、（Ｒ１・Ｒ０）で示される、Ｌ１反射光Ｒ１とＬ０反射光Ｒ０の干渉パワーは、入射角θiが大きくなるほど低下していくことが図３からわかる。そしてＬ１反射光Ｒ１とＬ０反射光Ｒ０の干渉パワーは、スペーサ層の膜厚測定に用いるため、この（Ｒ１・Ｒ０）の値が小さすぎることも不適当である。図２のａ値でのピークが良好に判別できなくなるためである。
結局、Ｌ１反射光Ｒ１とＬ０反射光Ｒ０の干渉パワーとして或る程度のレベルが維持され、かつ（ＲｓとＲ１の干渉パワー）＞（Ｒ１とＲ０の干渉の３次高調波パワー）となるためには、図３に太線枠で示した範囲、つまり入射角θiとしては５０°〜６０°程度が適切と考えることができる。
つまり図１の例をブルーレイディスクの膜厚測定に用いる場合、入射角θiが５０°〜６０°程度となるように光出力ユニット７を配置すればよい。
【００３９】
なお、５０°〜６０°程度という入射角は、ブルーレイディスク規格においてスペーサ層とカバー層の膜厚測定において適切なものであり、他の種のディスク、或いは他の被測定物の膜厚測定に全て当てはまるものではない。つまり入射角θiとしては被測定物に応じて適切な角度が設定されればよいものであり、換言すれば、本発明の入射角θiは５０°〜６０°に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態の膜厚測定の説明図である。
【図２】実施の形態の膜厚測定で観測される波形の説明図である。
【図３】実施の形態の入射角算出の説明図である。
【図４】入射角に対する表面反射率の説明図である。
【図５】入射光の光路の説明図である。
【図６】分光干渉法の説明図である。
【図７】従来の膜厚測定の説明図である。
【図８】従来の膜厚測定で観測される波形の説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ ディスク、２ 膜厚測定装置、３ ライトソース、４ スペクトロメータ、５，６ 光ファイバ、７ 光出力ユニット、８ 光検出ユニット、９ コンピュータ装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の層の膜厚を測定する膜厚測定方法、膜厚測定装置に関するものであり、特に多層構造を有する被測定物、例えば多層の記録層を有する記録媒体等についての層の膜厚測定に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
【非特許文献１】「レーザー＆オプティクスガイド5（１）」第１版、メレスグリオ株式会社、１９９８年４月１日発行、ｐ．Ａ５．４，Ａ５．５
【非特許文献２】Filmetrics社製（米国）薄膜測定装置カタログ「ADVANCED THIN-FILM MEASUREMENTS SYSTEMS」、松下インターテクノ株式会社、２０００年５月発行、ｐ．１
【非特許文献３】「膜厚測定原理［分光干渉法］技術資料 MC-I001」、大塚電子株式会社、１９９５年６月１５日発行、ｐ．３
【０００３】
被測定物の膜厚測定の手法として、分光干渉法が知られている。図６で分光干渉法について説明する。
図６（ａ）のように、基板１００上に透明な膜１０１が形成された被測定物において膜１０１の膜厚ｄを測定することを考える。なお空気の屈折率をｎ1、膜１０１の屈折率をｎ2、基板１００の屈折率をｎ3とし、ｎ1＜ｎ2、かつｎ2＞ｎ3とする。
この被測定物に対して入射光Ｉを照射する。なお図６（ａ）では図示の都合により斜め方向からの入射光Ｉを示しているが、この入射光Ｉは被測定物の表面に対して垂直に入射させる。入射光Ｉは単一波長ではなく、ある波長帯域幅をもった光である。
入射光Ｉに対して、膜１０１の表面で反射した反射光をＲ10、膜１０１の裏面、つまり膜１０１と基板１００の境界部分で反射した反射光をＲ20としている。
この場合、反射光Ｒ20は、反射光Ｒ10よりも、破線で示す分、光路長が長くなる（光路差＝２ｄ）。このため反射光Ｒ20、反射光Ｒ10には位相差が生じている。このような反射光Ｒ20、反射光Ｒ10の干渉光の波形を図６（ｂ）に示すが、波長により２以上のピークが生ずる。この干渉光を用いて、膜厚ｄを算出することができる。
【０００４】
空気中の波長をλとする。図６（ａ）に破線で示した光学的光路差は２ｄ・ｎ2である。また反射光Ｒ20、反射光Ｒ10の位相差をδとする。すると位相差δは、
δ／２π＝２ｄ・ｎ2／λより、
δ＝（２π・２ｄ・ｎ2）／λ
＝４πｎ2ｄ／λ
となる。
ここで、光は、光学的に媒質との境界面で反射したとき位相がπ変化する。これを考慮すると、
δ＝｛（４ｎ2ｄ／λ）＋１｝π
この位相差δが、2πの整数倍の時、光は強め合う事になるので、
｛（４ｎ2ｄ／λ）＋１｝π＝２πｍ （但し、ｍ＝１，２，３，・・・の整数）。
整理すると、
４ｎ2ｄ／λ＝２ｍ−１
【０００５】
２つの明るいピークを持つ波長をλ1、λ2とすると、
４ｎ2ｄ／λ1＝２（ｍ＋１）−１
＝２（ｍ＋１）＋１ ・・・式１
４ｎ2ｄ／λ2＝２ｍ−１ ・・・式２
【０００６】
上記より、ｄを求めると、式１から、
２ｍ＝（４ｎ2ｄ／λ1）−１
これを式２に代入すると、
４ｎ2ｄ／λ2＝｛（４ｎ2ｄ／λ1）−１｝−１
（４ｎ2ｄ／λ1）−（４ｎ2ｄ／λ2）＝２
４ｎ2ｄ（λ2−λ1）／λ1λ2＝２
従って、膜厚ｄは、
ｄ＝λ1・λ2／２ｎ2（λ2−λ1）
として算出される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、このようにして膜厚測定を行う分光干渉法は、多層構造体の膜厚測定には利用された例が無かった。
そして近年、ブルーレイディスク（Blu-ray Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光ディスクメディアにおいて、複数の記録層を有する多層構造のディスクが開発されており、これのディスクの各層間膜厚の測定に分光干渉法が利用することが検討されたが、以下に述べるように問題が生じた。
【０００８】
図７に、記録層が２層のブルーレイディスクのスペーサ層とカバー層の膜厚を分光干渉法で測定する場合の構成を示す。
まずディスク１の層構造を説明する。ディスク１の厚みは１．２ｍｍとされる。このディスク１は１．１ｍｍの基板層（サブストレート）に第１記録層Ｌ０、スペーサ層、第２記録層Ｌ１、カバー層が順に形成される。例えばポリカーボネイトによるカバー層の表面側が記録再生時にレーザ光が入射される面となる。第１記録層Ｌ０、第２記録層Ｌ１には、それぞれ所要の反射率の反射膜が形成されている。
第１，第２記録層Ｌ０，Ｌ１の間のスペーサ層の厚みは２５μｍ、カバー層の厚みは７５μｍと規定される。
【０００９】
このようなディスク１に対しては、例えば製造工程や試験工程などにおける膜厚測定として、スペーサ層の膜厚とカバー層の膜厚を測定することが行われる。例えばスペーサ層とカバー層が、それぞれ２５μｍ、７５μｍに形成されているかの検査等のために膜厚測定が行われる。
【００１０】
測定には、膜厚測定装置１０が用いられる。膜厚測定装置１０は、ライトソース１１として、ハロゲンランプやＬＥＤ（Light Emitting Diode）等、或る程度の波長帯域幅を持った光を出力する光源を有する。
ライトソース１１からの光は１又は複数の光ファイバ１３によって光出力・検出ユニット１５に導かれる。
光出力・検出ユニット１５は、１又は複数の光ファイバ１３、及び１又は複数の光ファイバ１４を保持し、またレンズアセンブリを有し、光ファイバ１３、１４を被測定物に対向させるユニットである。
光出力・検出ユニット１５が図のようにディスク１の表面側に配置されることで、光ファイバ１３によって導かれた光は、ディスク１の表面に対して垂直（入射角０°）に照射される。
【００１１】
ディスク１に対して照射された光は、一部がその表面で反射し、また一部が第２記録層Ｌ１で、さらに第１記録層Ｌ０で反射される。つまり表面反射光、Ｌ１反射光、Ｌ０反射光が光出力・検出ユニット１５に戻ってくる。光出力・検出ユニット１５に戻った光は光ファイバ１４によってスペクトロメータ１２に供給される。
スペクトロメータ１２は、光ファイバ１４から供給された光を波長毎に分光、解析し、各波長の強度を測定する。
スペクトロメータで解析された情報はコンピュータ装置９に送られ、所定の演算処理が施されてスペーサ層の膜厚及びカバー層の膜厚が算出される。
【００１２】
図６を用いて説明したように各反射光は光路長の差による位相差による干渉が発生し、従ってスペクトロメータ１２では図６（ｂ）のような干渉光波形が検出される。
そして特に図７のようなシステムの場合、ディスク１のＬ０反射光とＬ１反射光の干渉光成分からスペーサ層の膜厚を算出し、またＬ１反射光と表面反射光の干渉光成分からカバー層の膜厚を算出することになる。
ここで図７のシステムにおいて、スペクトロメータ１２が、検出される干渉光波形をＦＦＴ解析し、横軸を周波数、縦軸を光強度としたものが、図８に示されるようになる。
【００１３】
この図８において、周波数軸上のａ値にあらわれる波形のピークは、Ｌ０反射光とＬ１反射光の干渉光成分に相当する。この周波数軸上の値は、等価的に膜厚に換算できる。即ち、ピーク点として検出されたａ値に所定の係数ｋを与えることで、スペーサ層の膜厚が算出される。算出される膜厚は２５μｍ近辺となるはずである。
また周波数軸上のｂ値にあらわれる波形のピークは、Ｌ１反射光と表面反射光の干渉光成分に相当し、このピーク点であるｂ値に所定の係数ｋを与えることで、カバー層の膜厚が算出される。算出される膜厚は７５μｍ近辺となるはずである。
【００１４】
ところが、この図８の波形には、ａ値のスペーサ層に相当する基本波とともに、その二次高調波、三次高調波、四次高調波・・・があらわれる。
そして２５μｍ近辺に相当する周波数軸上のａ値にあらわれる基本波の二次高調波のピークは、５０μｍ近辺に相当する周波数軸上の値にあらわれ、また三次高調波のピークは７５μｍ近辺に相当する周波数軸上の値にあらわれる。
つまりこの場合、ｂ値における波形のピークは、三次高調波成分と、Ｌ１反射光と表面反射光の干渉光成分の合成となってしまう。
そして実際には、記録層Ｌ０、Ｌ１の反射率が１２〜２８％程度であることに比べ、カバー層の表面反射率は４％程度と小さいことから、Ｌ０反射光とＬ１反射光の干渉光の光強度に比べて、Ｌ１反射光と表面反射光の干渉光の光強度はかなり小さくなり、結果として、Ｌ１反射光と表面反射光の干渉光成分は、三次高調波よりも小さくなる。
つまりＬ１反射光と表面反射光の干渉光成分は、三次高調波によって埋もれてしまい、結局ピーク点として検出されるｂ値は、三次高調波のピークとなる。
【００１５】
スペーサ層とカバー層と膜厚算出の際には、例えばまず図８の閾値ｔｈによりピーク点を見つける。なお、二次高調波も閾値ｔｈをこえているが、基本的にはスペーサ層は２５μｍ近辺、カバー層は７５μｍ近辺として計測されるはずであるので、二次高調波に相当する５０μｍ近辺に相当する周波数範囲をマスクして検出を行う。
これにより、ピーク点として図８のａ値、ｂ値が判別され、ａ値からスペーサ層の膜厚が算出され、ｂ値からカバー層の膜厚が算出されるのであるが、上記のようにｂ値はＬ１反射光と表面反射光の干渉光成分のピークではなく、三次高調波のピークである。このため、算出された膜厚は、カバー層の膜厚としての正確な値とはならない。
【００１６】
以上のように、従来の分光干渉法では、多層ディスク等の多層構造体の被測定物について正確な膜厚測定ができない。
そこで本発明では、分光干渉法により、多層構造体の被測定物についての正確な膜厚測定を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の膜厚測定方法は、多層構造を有する被測定物における層の膜厚を測定に好適な膜厚測定方法であり、所要の波長帯域幅を持つ光を、上記被測定物の表面側から斜め方向となる入射角で照射させ、上記被測定物の表面及び内部からの各反射光の干渉光から、上記被測定物内部の層の膜厚を算出する。
また上記被測定物の内部からの反射光とは、上記被測定物の内部の第１の反射膜と第２の反射膜からの反射光であり、上記第１の反射膜の反射光と上記第２の反射膜の反射光との干渉光から、上記第１の反射膜と上記第２の反射膜の間の膜厚を算出するとともに、上記第２の反射膜の反射光と上記表面の反射光との干渉光から、上記第２の反射膜と上記表面の間の膜厚を算出する。
そして上記斜め方向となる入射角とは、上記第１の反射膜の反射光と上記第２の反射膜の反射光との干渉光の特定の高調波成分の光強度より、上記第２の反射膜の反射光と上記表面の反射光との干渉光の光強度が大きくなる入射角である。特には上記斜め方向となる入射角とは、５０°から６０°の範囲である。
【００１８】
本発明の膜厚測定装置は、所定の波長帯域幅を持つ光を発生させる光発生手段と、上記光発生手段で発生された光を上記被測定物の表面側から斜め方向となる入射角で照射させる照射手段と、上記被測定物の表面及び内部からの各反射光の干渉光を検出する光検出手段と、上記光検出手段で検出された干渉光から上記被測定物内部の層の膜厚を算出する算出手段とを備える。
【００１９】
被測定物に対して斜め方向から光を入射すると、その被測定物の表面反射率が大きくなる。またそれに応じて内部の反射膜へ達する光量も少なくなり、結果として内部反射膜からの反射光強度は減る。
即ち、従来のように被測定物に対して光を垂直に入射する場合に比べて、表面反射光の光強度と内部反射光（内部の反射膜の反射光）の光強度として適度なレベルをとることが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、被測定物に対して斜め方向から光を入射することで表面反射光と内部反射光の干渉光の光強度を上げ、複数の内部反射光、例えば第１の反射膜の反射光と第２の反射膜の反射光との干渉光の光強度に対して適度なレベルとすることができる。結果として、各干渉光成分のピークを適切に検出でき、多層構造体としての被測定物の各層の膜厚を適正に測定することができるという効果がある。
【００２１】
特に、第１の反射膜の反射光と第２の反射膜の反射光との干渉光の特定の高調波成分（例えば三次高調波成分）の光強度より、第２の反射膜の反射光と表面反射光との干渉光の光強度が大きくなるように入射角を設定することで、第２の反射膜の反射光と表面反射光との干渉光成分が上記高調波成分に埋もれてピークが検出できないということがなくなり、被測定物の第２の反射膜と表面の間の膜厚を正確に測定できる。
また斜め方向となる入射角とは、５０°から６０°の範囲とすれば、ブルーレイディスクのカバー層の膜厚測定に好適となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の形態を説明する。図１はブルーレイディスクフォーマットのディスク１を対象として、そのスペーサ層及びカバー層の膜厚を測定する本例の膜厚測定システム構成を示している。
図１に示すディスク１の構造は、図７で説明したものと同様である。即ち、１．２ｍｍ厚のディスク１は、１．１ｍｍの基板層（サブストレート）に第１記録層Ｌ０、スペーサ層、第２記録層Ｌ１、カバー層が順に形成され、例えばポリカーボネイトによるカバー層の表面側が記録再生時にレーザ光が入射される面となる。第１記録層Ｌ０、第２記録層Ｌ１には、それぞれ所要の反射率の反射膜が形成されている。また第１，第２記録層Ｌ０，Ｌ１の間のスペーサ層の厚みは２５μｍ、カバー層の厚みは７５μｍと規定される。
【００２３】
このようなディスク１に対してスペーサ層の膜厚とカバー層の膜厚を測定するために、膜厚測定装置２が用いられる。膜厚測定装置２は、ライトソース３として、ハロゲンランプやＬＥＤ等、或る程度の波長帯域幅を持った光を出力する光源を有する。例えば４５０ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長帯域幅を有する光の光源である。なお、必要な波長帯域幅は被測定物の膜厚が分光干渉法で検出できるように設定されればよいもので、その波長範囲が限定されるものではない。
【００２４】
ライトソース３からの光は１又は複数の光ファイバ５によって光出力ユニット７に導かれる。
光出力ユニット７は、１又は複数の光ファイバ５を保持し、またレンズアセンブリを有し、光ファイバ５で導かれた光を被測定物に照射させるユニットである。光出力ユニット７は、図のように入射角θiでディスク１の表面側に光を入射させるように配置される。
【００２５】
光出力ユニット７からは入射角θiで入射光Ｉがディスク１の表面に入射されるが、その一部が表面で反射される表面反射光Ｒｓとなる。また一部が第２記録層Ｌ１で反射されたＬ１反射光Ｒ１となり、さらに一部が第１記録層Ｌ０で反射されたＬ０反射光Ｒ０となる。
表面反射光Ｒｓ、Ｌ１反射光Ｒ１、Ｌ０反射光Ｒ０は、それぞれ破線で示す光路長が異なることで位相差が生じ、これによって特定の波長が強められるように干渉する。そして表面反射光Ｒｓ、Ｌ１反射光Ｒ１、Ｌ０反射光Ｒ０の干渉光が光検出ユニット８で検出される。
光検出ユニット８は、レンズアセンブリを介して光を導入する１又は複数の光ファイバ６を保持しており、上記干渉光は、光ファイバ６に入射されてスペクトロメータ４に導かれる。
なお、図では光出力ユニット７と光検出ユニット８は別体として示しているが、実際に被測定物であるディスク１に対向させるデバイスとして、これらが一体化されていても良い。即ち、入射角θiで光をディスク１に照射し、またその反射光を受光できる位置に光検出ユニット８が配置されているものであれば、その構造はどのようなものでもよい。
【００２６】
スペクトロメータ４は、光ファイバ６から供給された光を波長毎に分光、解析し、各波長の強度を測定する。
スペクトロメータで解析された情報はコンピュータ装置９に送られ、所定の演算処理が施されてスペーサ層の膜厚及びカバー層の膜厚が算出される。
【００２７】
基本的にはスペクトロメータ４及びコンピュータ装置９の処理は、図７で説明したものと同様である。即ちディスク１のＬ０反射光Ｒ０とＬ１反射光Ｒ１の干渉光成分からスペーサ層の膜厚を算出し、またＬ１反射光Ｒ１と表面反射光Ｒｓの干渉光成分からカバー層の膜厚を算出することになる。
但し、本例の場合、入射光Ｉは入射角θiとしてディスク１の表面に斜め方向から入射されるようにしている。これによりスペクトロメータ４が、検出される干渉光波形をＦＦＴ解析し、横軸を周波数、縦軸を光強度としたものは図２に示されるようになる。
【００２８】
この図２において、周波数軸上のａ値にあらわれる波形のピークは、Ｌ０反射光Ｒ０とＬ１反射光Ｒ１の干渉光成分に相当する。図８で述べたように、この周波数軸上の値は、等価的に膜厚に換算できる。即ち、ピーク点として検出されたａ値に所定の係数ｋを与えることで、スペーサ層の膜厚が算出される。算出される膜厚は２５μｍ近辺となるはずである。
また周波数軸上のｂ値にあらわれる波形のピークは、Ｌ１反射光Ｒ１と表面反射光Ｒｓの干渉光成分に相当し、このピーク点であるｂ値に所定の係数ｋを与えることで、カバー層の膜厚が算出される。算出される膜厚は７５μｍ近辺となるはずである。
従って、スペーサ層とカバー層と膜厚算出の際には、例えばまず閾値ｔｈによりピーク点を見つける。これにより、ピーク点として図２のａ値、ｂ値が判別され、ａ値からスペーサ層の膜厚が算出され、ｂ値からカバー層の膜厚が算出される。
【００２９】
ここで従来の図７、図８の説明では、ｂ値がＬ１反射光Ｒ１と表面反射光Ｒｓの干渉光成分のピークではなく、Ｌ０反射光Ｒ０とＬ１反射光Ｒ１の干渉光成分の三次高調波のピークとなってしまうため、カバー層の膜厚が正確に検出できないと述べた。
ところが本例の場合、このｂ値のピークはＬ１反射光Ｒ１と表面反射光Ｒｓの干渉光成分のピークとなる。このため、カバー層の膜厚が正確に算出できるものである。この理由は次の通りである。
【００３０】
入射光Ｉは入射角θiとして斜め方向からディスク１の表面に入射されている。このためディスク１の表面での反射率が高くなる。またこれによって表面の透過率が減少し、第１記録層Ｌ０、第２記録層Ｌ１に達する光成分が減少するため、結果として、Ｌ０反射光Ｒ０とＬ１反射光Ｒ１の干渉光の光強度が弱められる。これは図２と図８を比較してわかるように、ａ値におけるピークとしての光強度が減少することにあらわれている。
つまり、Ｌ１反射光Ｒ１と表面反射光Ｒｓの干渉光の光強度が高くなり、またＬ０反射光Ｒ０とＬ１反射光Ｒ１の干渉光の光強度が弱められ、その三次高調波成分も低減することから、
（三次高調波成分のピーク）＜（Ｌ１反射光Ｒ１と表面反射光Ｒｓの干渉光のピーク）
という状態となり、即ちｂ値におけるピークは、Ｌ１反射光Ｒ１と表面反射光Ｒｓの干渉光のピークとなる。そしてこのようにｂ値はカバー層の膜厚に相当する値として検出されることになるため、カバー層の膜厚が正確に算出できるものである。もちろんスペーサ層の膜厚は、ａ値から正確に算出できる。
【００３１】
以上のことから理解されるように本例では、ディスク１の表面に対して斜め方向（入射角θi）から光を入射することで表面反射光ＲｓとＬ１反射光Ｒ１の干渉光の光強度を上げ、またＬ０反射光Ｒ０とＬ１反射光Ｒ１との干渉光の光強度を低下させることで、カバー層とスペーサ層の検出のための周波数軸上のピーク点を適切に検出でき、カバー層とスペーサ層の膜厚を適正に測定することができる。
そして特に、この効果を得るためには、斜め方向となる入射角θiは、Ｌ０反射光Ｒ０とＬ１反射光Ｒ１との干渉光の三次高調波成分よりも、表面反射光ＲｓとＬ１反射光Ｒ１の干渉光の光強度が大きくなるような角度に設定すればよい。
また、本例では、入射角θiを与える光出力ユニット７、及びそれに対応する光検出ユニット８を変更するのみで、他は従来のシステムを流用できることから、実施の手間やコスト的な面で有利であり、安価で信頼できる測定が可能となる。
【００３２】
次に、図１に示した層構造のブルーレイディスクのカバー層、スペーサ層の膜厚検出のために適切な入射角θiとしての具体例を検討する。
まず図５で、入射光Ｉのディスク１内での光路を述べる。
ディスク１の表面（カバー層表面）の反射率をＲとする。また記録層Ｌ１の反射膜の反射率をａとする。表面反射率Ｒは後述するように入射角θiによって変化する。
ブルーレイディスクの場合、記録層Ｌ１の反射膜の反射率ａ、及び記録層Ｌ０の反射膜の反射率は、いづれも１２〜２８％程度である。
【００３３】
入射角θiで入射される入射光Ｉは、一部が表面で反射され、表面反射光Ｒｓとなる。表面反射光Ｒｓは（入射光Ｉ）×（反射率Ｒ）で表される（Ｒｓ＝Ｉ・Ｒ）。
表面を透過した光は、表面での屈折により入射角θtで第２記録層Ｌ１に達する。なお表面を透過する光成分の強度は、Ｉ−（Ｉ・Ｒ）となる。
記録層Ｌ１は反射率ａであるため、記録層Ｌ１で反射される光成分は、
（Ｉ−（Ｉ・Ｒ））・ａ
となる。
この光成分は、表面に達した時点で一部が反射され、一部が透過する。表面での反射成分は、表面反射率Ｒにより（Ｉ−（Ｉ・Ｒ））・ａ・Ｒとなる。そして表面を透過する光成分、つまりＬ１反射光Ｒ１は、
Ｒ１＝（Ｉ−（Ｉ・Ｒ））・ａ・（１−Ｒ）
となる。
また、記録層Ｌ１を透過した透過光Ｔは、
Ｔ＝（Ｉ−（Ｉ・Ｒ））・（１−ａ）
となるが、この透過光Ｔは、破線で示すように一部が記録層Ｌ０で反射され、また一部が記録層Ｌ１、及び表面を透過して、Ｌ０反射光Ｒ０となる。
【００３４】
図３は入射角θiを１０°〜８５°の範囲で変化させた場合の各種の値を示す。ここでは、カバー層がポリカーボネートであるとし、ポリカーボネートの屈折率は１．５８〜１．６程度であることから、屈折率を１．６として検討した。なお、実際のブルーレイディスクでは、カバー層の表面にハードコートをすることがあるが、ハードコートもポリカーボネートとほぼ同じ屈折率であるため、ハードコートについては無視できる。
【００３５】
カバー層の屈折率１．６と入射角θiから角度θtが算出される。また入射角θi毎の表面反射率Ｒを算出するため、Ｓ偏光、Ｐ偏光の反射率ｒｓ、ｐｓ、及びその平均値Ａｖｅが計算されている。
表面反射率Ｒは、平均値Ａｖｅに１００を乗じた値としている。
このように算出された表面反射率Ｒは、入射角θiに応じて図４に示されるようになる。
図４からわかるように、入射角θiが大きくなるほど、表面反射率Ｒは大きくなる。
【００３６】
図３における表面反射光Ｒｓは、入射光Ｉ＝１として、Ｒｓ＝Ｉ・Ｒで算出している。
また記録層Ｌ１の反射率ａ＝０．２２１６としている。ブルーレイディスク規格では記録層Ｌ０、Ｌ１の反射率は１２〜２８％である。通常読出時（垂直入射時）の記録層Ｌ１からの反射率を２０％とすると、Ｌ１反射光Ｒ１は、
Ｒ１＝（Ｉ−（Ｉ・Ｒ））・ａ・（１−Ｒ）
＝０．２
ここで入射光Ｉ＝１、垂直入射時の表面反射率Ｒ＝０．０５として記録層Ｌ１の反射率ａを求めると、ａ＝０．２２１６程度と考えられる。
【００３７】
Ｌ１反射光Ｒ１は、上記のようにＲ１＝（Ｉ−（Ｉ・Ｒ））・ａ・（１−Ｒ）であり、Ｉ＝１、ａ＝０．２２１６に、入射角θi毎の表面反射率Ｒを用いて算出される。
また表面反射光ＲｓとＬ１反射光Ｒ１の干渉光強度（Ｒｓ・Ｒ１）が示される。
また（Ｒ１・Ｒ０・０．３６）、及び（Ｒ１・Ｒ０）が示されている。（Ｒ１・Ｒ０）は、Ｌ０反射光Ｒ０とＬ１反射光Ｒ１の干渉光の光強度である。そして三次高調波は、基本波の約３６％とし、（Ｒ１・Ｒ０・０．３６）により、Ｌ０反射光Ｒ０とＬ１反射光Ｒ１の干渉光の三次高調波が示されている。
【００３８】
上記図２で説明した正確なカバー層の膜厚測定のための入射角θiとしては、
（ＲｓとＲ１の干渉パワー）＞（Ｒ１とＲ０の干渉の３次高調波パワー）
となる様な入射角を求めればよいことになる。
すると、図３の（Ｒｓ・Ｒ１）の値と、（Ｒ１・Ｒ０・０．３６）の値を比較して、入射角θiは５０°以上が適切であるとすることができる。
一方、（Ｒ１・Ｒ０）で示される、Ｌ１反射光Ｒ１とＬ０反射光Ｒ０の干渉パワーは、入射角θiが大きくなるほど低下していくことが図３からわかる。そしてＬ１反射光Ｒ１とＬ０反射光Ｒ０の干渉パワーは、スペーサ層の膜厚測定に用いるため、この（Ｒ１・Ｒ０）の値が小さすぎることも不適当である。図２のａ値でのピークが良好に判別できなくなるためである。
結局、Ｌ１反射光Ｒ１とＬ０反射光Ｒ０の干渉パワーとして或る程度のレベルが維持され、かつ（ＲｓとＲ１の干渉パワー）＞（Ｒ１とＲ０の干渉の３次高調波パワー）となるためには、図３に太線枠で示した範囲、つまり入射角θiとしては５０°〜６０°程度が適切と考えることができる。
つまり図１の例をブルーレイディスクの膜厚測定に用いる場合、入射角θiが５０°〜６０°程度となるように光出力ユニット７を配置すればよい。
【００３９】
なお、５０°〜６０°程度という入射角は、ブルーレイディスク規格においてスペーサ層とカバー層の膜厚測定において適切なものであり、他の種のディスク、或いは他の被測定物の膜厚測定に全て当てはまるものではない。つまり入射角θiとしては被測定物に応じて適切な角度が設定されればよいものであり、換言すれば、本発明の入射角θiは５０°〜６０°に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態の膜厚測定の説明図である。
【図２】実施の形態の膜厚測定で観測される波形の説明図である。
【図３】実施の形態の入射角算出の説明図である。
【図４】入射角に対する表面反射率の説明図である。
【図５】入射光の光路の説明図である。
【図６】分光干渉法の説明図である。
【図７】従来の膜厚測定の説明図である。
【図８】従来の膜厚測定で観測される波形の説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ ディスク、２ 膜厚測定装置、３ ライトソース、４ スペクトロメータ、５，６ 光ファイバ、７ 光出力ユニット、８ 光検出ユニット、９ コンピュータ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長帯域幅を持つ光を、被測定物の表面側から斜め方向となる入射角で照射させ、上記被測定物の表面及び内部からの各反射光の干渉光から、上記被測定物内部の層の膜厚を算出することを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項２】
上記被測定物の内部からの反射光とは、上記被測定物の内部の第１の反射膜と第２の反射膜からの反射光であり、
上記第１の反射膜の反射光と上記第２の反射膜の反射光との干渉光から、上記第１の反射膜と上記第２の反射膜の間の膜厚を算出するとともに、
上記第２の反射膜の反射光と上記表面の反射光との干渉光から、上記第２の反射膜と上記表面の間の膜厚を算出することを特徴とする請求項１に記載の膜厚測定方法。
【請求項３】
上記斜め方向となる入射角とは、上記第１の反射膜の反射光と上記第２の反射膜の反射光との干渉光の特定の高調波成分の光強度より、上記第２の反射膜の反射光と上記表面の反射光との干渉光の光強度が大きくなる入射角であることを特徴とする請求項２に記載の膜厚測定方法。
【請求項４】
上記斜め方向となる入射角とは、５０°から６０°の範囲に設定されることを特徴とする請求項２に記載の膜厚測定方法。
【請求項５】
所定の波長帯域幅を持つ光を発生させる光発生手段と、
上記光発生手段で発生された光を、被測定物の表面側から斜め方向となる入射角で照射させる照射手段と、
上記被測定物の表面及び内部からの各反射光の干渉光を検出する光検出手段と、
上記光検出手段で検出された干渉光から、上記被測定物内部の層の膜厚を算出する算出手段と、
を備えたことを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項１】
波長帯域幅を持つ光を、被測定物の表面側から斜め方向となる入射角で照射させ、上記被測定物の表面及び内部からの各反射光の干渉光から、上記被測定物内部の層の膜厚を算出することを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項２】
上記被測定物の内部からの反射光とは、上記被測定物の内部の第１の反射膜と第２の反射膜からの反射光であり、
上記第１の反射膜の反射光と上記第２の反射膜の反射光との干渉光から、上記第１の反射膜と上記第２の反射膜の間の膜厚を算出するとともに、
上記第２の反射膜の反射光と上記表面の反射光との干渉光から、上記第２の反射膜と上記表面の間の膜厚を算出することを特徴とする請求項１に記載の膜厚測定方法。
【請求項３】
上記斜め方向となる入射角とは、上記第１の反射膜の反射光と上記第２の反射膜の反射光との干渉光の特定の高調波成分の光強度より、上記第２の反射膜の反射光と上記表面の反射光との干渉光の光強度が大きくなる入射角であることを特徴とする請求項２に記載の膜厚測定方法。
【請求項４】
上記斜め方向となる入射角とは、５０°から６０°の範囲に設定されることを特徴とする請求項２に記載の膜厚測定方法。
【請求項５】
所定の波長帯域幅を持つ光を発生させる光発生手段と、
上記光発生手段で発生された光を、被測定物の表面側から斜め方向となる入射角で照射させる照射手段と、
上記被測定物の表面及び内部からの各反射光の干渉光を検出する光検出手段と、
上記光検出手段で検出された干渉光から、上記被測定物内部の層の膜厚を算出する算出手段と、
を備えたことを特徴とする膜厚測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−３４５６（Ｐ２００７−３４５６Ａ）
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８６３３９（Ｐ２００５−１８６３３９）
【出願日】平成１７年６月２７日（２００５．６．２７）
【出願人】（５９４０６４５２９）株式会社ソニー・ディスクアンドデジタルソリューションズ (88)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２７日（２００５．６．２７）
【出願人】（５９４０６４５２９）株式会社ソニー・ディスクアンドデジタルソリューションズ (88)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]