JP2020008447A - 膜厚計測方法、膜厚計測装置、及び当該膜厚計測装置を備える塗装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】湿潤状態の膜の膜厚を、非接触で計測することが可能な膜厚計測方法等を提供する。【解決手段】膜厚計測方法は、テラヘルツ波を膜に照射し（ステップＡ１）、膜の表面で反射したテラヘルツ波の第１反射波と、膜を進行し膜との他の物質との間の界面で反射したテラヘルツ波の第２反射波とを検出し（ステップＡ２）、第１反射波の反射率から膜の屈折率を算出し（ステップＡ３、Ａ４）、第１反射波及び第２反射波の各検出の時間差を計測し（ステップＡ５）、算出した屈折率と時間差に基づいて時間差を計測したときの膜の膜厚を算出する（ステップＡ６）。【選択図】図５

Description

本開示は、テラヘルツ時間領域分光法による膜厚計測方法、膜厚計測装置、及び膜厚計測装置を備える塗装装置に関する。

テラヘルツ時間領域分光法(THz-TDS: THz time-domain spectroscopy)は、フェムト秒レーザの登場によって確立した分光法である。THz-TDSでは、フェムト秒レーザを用いて、試料に入射するテラヘルツ(THz)のパルス波の発生と、当該試料を透過した後のパルス波の波形の時間分解計測とを行う。得られた波形のフーリエ変換により周波数スペクトルが得られので、この周波数スペクトルから試料の誘電率や屈折率の周波数依存性などを評価することできる。

特許文献１は、このテラヘルツ時間領域分光法を利用した膜厚計測装置を開示している。特許文献１の膜厚計測では、試料の表面に形成された膜にテラヘルツ波を照射した後、膜の表面で反射したテラヘルツ波の波形と、膜内を一旦進行してその後に反射したテラヘルツ波の波形とを時間分解して計測する。その後、膜の屈折率と各テラヘルツ波を検出した時間の差に基づいて、膜の膜厚（膜厚）を算出している。

特開２０１６−１７７５０号公報

従来の膜厚計測装置としては、超音波膜厚計や電磁膜厚計が知られている。これらの膜厚計は、何れも測定対象である膜と接触する必要がある。従って、塗装膜のように、形成当初は湿潤状態にある膜の膜厚を計測する場合、計測の前に当該膜を十分に乾燥させなければならない。換言すれば、計測による膜の変形が懸念される状況では、これらの膜厚計による計測までに十分な待機時間を確保しなければならない。

また、膜が湿潤状態にあるとき、当該膜は水や有機溶剤などの蒸発成分（揮発成分）を多く含んでいる。この場合、膜の屈折率は乾燥時のものと異なる可能性がある。また、屈折率も、蒸発成分の量に応じて変化する可能性がある。

本開示はこのような事情を鑑みて成されたものである。即ち、本開示は、乾燥前の塗装膜のように湿潤状態にある膜の膜厚を、非接触で計測することが可能な膜厚計測方法、膜厚計測装置、及び膜厚計測装置を備える塗装装置の提供を目的とする。

本開示の第１の態様はテラヘルツ時間領域分光法による膜厚計測方法であって、テラヘルツ波を膜に照射し、前記膜の表面で反射した前記テラヘルツ波の第１反射波と、前記膜を進行し前記膜との他の物質との間の界面で反射した前記テラヘルツ波の第２反射波とを検出し、前記第１反射波の反射率から前記膜の屈折率を算出し、前記第１反射波及び前記第２反射波の各検出の時間差を計測し、算出した前記屈折率と前記時間差に基づいて前記時間差を計測したときの前記膜の膜厚を算出することを要旨とする。

前記膜厚計測方法は、前記膜厚の収束値を推定することを含んでもよい。前記膜厚計測方法は、乾燥前の前記膜に対して前記テラヘルツ波を照射することを含んでもよい。前記膜厚計測方法は、前記膜を形成する塗料を塗装対象に向けて噴射することを含んでもよい。

本開示の第２の態様はテラヘルツ時間領域分光法による膜厚計測装置であって、テラヘルツ波を膜に照射する照射部と、前記膜の表面で反射した前記テラヘルツ波の第１反射波と、前記膜を進行し前記膜との他の物質との間の界面で反射した前記テラヘルツ波の第２反射波とを検出する検出部と、前記第１反射波の反射率から前記膜の屈折率を算出し、前記検出部による前記第１反射波及び前記第２反射波の各検出の時間差を計測し、算出した前記屈折率と前記時間差に基づいて前記時間差を計測したときの前記膜の膜厚を算出する制御部とを備えることを要旨とする。

前記制御部は、前記照射部及び前記検出部の制御によって繰り返し計測された前記時間差から前記膜厚の収束値を推定してもよい。前記制御部は、乾燥前の前記膜に対して前記テラヘルツ波を照射するように前記照射部を制御してもよい。

本開示の第３の態様は、第２の態様に係る膜厚計測装置を備え、前記膜を形成する塗料を塗装対象に向けて噴射する塗装装置である。

本開示によれば、湿潤状態にある膜の膜厚を非接触で計測することが可能な膜厚計測方法、膜厚計測装置、及び膜厚計測装置を備える塗装装置を提供することができる。

参照試料によるテラヘルツ波の反射を示す図である。 検出素子によるテラヘルツ波の計測波形（電場強度）の一例を示す図である。 測定試料によるテラヘルツ波の反射を示す図である。 図３に示したテラヘルツ波の反射波と検出時間の関係を示す図である。 本実施形態に係る膜厚計測の各処理を示すフローチャートである。 膜厚が経時変化する膜に対して、異なる時刻に計測した反射波の波形の一例を示す図である。 複数回の計測によって得られた膜厚の経時変化の一例を示す図である。 本実施形態に係る膜厚計測装置の構成図である。 本実施形態に係る塗装装置の模式図である。

以下、本開示の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

（原理）
まず、本実施形態に係る膜厚計測方法の原理について説明する。下記の通り、この方法は上述のテラヘルツ時間領域分光法（以下THz-TDS）を利用している。THz-TDSは、物質と相互作用した後のテラヘルツ波の波形を時間分解計測し、その波形を解析することで当該物質の種々の特性を評価する。

図１は、参照試料２によるテラヘルツ波１の反射を示す図である。図２は、検出素子によって得られるテラヘルツ波１の波形（電場強度）の一例を示す図である。

テラヘルツ波１は約３ｍｍから約３μｍの波長を有する電磁波である。THz-TDSに使用されるテラヘルツ波１は、フェムト秒レーザのレーザ光を、光伝導スイッチ素子（光伝導アンテナ）などの放射素子に照射することで得られる。テラヘルツ波１は極めて短い時間幅を持つパルス波であり、例えばピコ秒（ｐｓ）オーダーの時間幅を有する。

図１に示すように、テラヘルツ波１は、参照試料２に照射され、参照試料２の表面で反射される。参照試料２の表面はテラヘルツ波１に対して高い反射率を有し、テラヘルツ波１の多重反射が十分に抑制されている。このような反射率は、例えば、金や銀などによる参照試料２の表面へのコーティングによって得られる。以下、説明の便宜上、参照試料２の表面で反射されたテラヘルツ波１を反射波３で表す。

テラヘルツ波１の反射波３は、光伝導スイッチ素子などの検出素子によって検出される。検出素子は、フェムト秒レーザのレーザ光が照射された時のみ、テラヘルツ波１を検出する。レーザ光の半値幅は、例えば約１０^−１５ｓｅｃ（＝１ｆｓ）のオーダーである。つまり、検出素子による検出時間も同程度となる。

THz-TDSでは、反射波３の波形の全体を計測する。このために必要な時間は、レーザ光の時間幅よりも１桁以上長い。つまり、検出素子を用いた一回の計測だけでは、反射波３の波形全体を計測することは不可能である。

そこで、THz-TDSでは、検出素子による反射波３の電場強度の計測を、検出タイミングをずらしながら実行する。検出タイミングは、レーザ光を検出素子に入射させる時間を段階的に（或いは連続的に）遅延させることによって調整される。

例えば図２に示すように、所定の時刻からの遅延時間をｔ１に設定した状態でテラヘルツ波１を検出し、その後、遅延時間をｔ２に変更した上で次のテラヘルツ波１を検出する。同様に、遅延時間をｔ３、ｔ４、ｔ５・・・と順に変化させた上でテラヘルツ波１の反射波３を検出することにより、反射波３の波形（換言すれば、電場強度の時間変化）全体を計測することができる。

（膜厚計測方法）
次に、THz-TDSによる膜厚計測方法について説明する。図３は測定試料４によるテラヘルツ波１の反射を示す図である。図４は、図３に示したテラヘルツ波１の反射波と検出時間の関係を示す図である。図５は、本実施形態に係る膜厚計測方法を説明するためのフローチャートである。

測定試料４は、基板５と、基板５上に形成された膜（層）６とを有する。膜６はテラヘルツ波１に対して透過性を有する。測定試料４に照射されたテラヘルツ波１の一部は膜６の表面で反射され、その残りは膜６内を進行し、その後、膜６と基板５との界面で反射される。以下、説明の便宜上、膜６の表面で反射されたテラヘルツ波１を反射波（第１反射波）３ａ、膜６と基板５の界面で反射されたテラヘルツ波１を反射波（第２反射波）３ｂで表す。なお、基板５は膜６と異なる成分を有する物質（他の物質）であるが、その厚さは任意である。従って、基板５は板状、或いは、膜状（層状）に形成された物質である。

測定試料４における反射波３ａ及び反射波３ｂの測定は、参照試料２における反射波３の計測と基本的に同一である。即ち、測定試料４の膜６にテラヘルツ波１を照射する（ステップＡ１）。その後、上述の検出素子を用いて、反射波３ａ及び反射波３ｂを、検出タイミングをずらしながら計測する（ステップＡ２）。ただし、この測定データには、異なるタイミングで検出された反射波３ａと反射波３ｂが重畳している。従って、反射波３ａと反射波３ｂを特定するために、測定データからこれらを分離（抽出）する必要がある。

測定データから反射波３ａと反射波３ｂを抽出するため、測定データに対して回帰分析を実行する。具体的には、参照試料２による反射波３を参照波形として予め計測（取得）しておき、この参照波形を基に、測定データに対して回帰分析を実行する。回帰分析により、測定データから反射波３ａ及び反射波３ｂの各波形を分離することができる。

反射波３ａと反射波３ｂの各波形のピーク或いはディップ等の特定によって、反射波３ａ及び反射波３ｂの検出の時間差Δｔ（図４参照）を算出する（ステップＡ５）。さらに、この時間差Δｔと膜６の屈折率ｎ１とから、下記の式（１）を用いて膜６の膜厚ｄを算出する（ステップＡ６）。なお、式（１）中のｃは光速である。

・・・（１）

冒頭で述べた通り、湿潤状態の膜には、水や有機溶剤などの蒸発成分（揮発成分）が多く含まれている。蒸発成分を多く含んでいる場合、膜の屈折率は乾燥時のものと異なる可能性がある。また、屈折率も蒸発成分の量に応じて変化する可能性がある。さらに、テラヘルツ波に対して屈折率が既知の物質もまだ少数である。従って、膜が湿潤状態にある場合、一定の屈折率を仮定した上述の膜厚算出処理では、算出された膜厚に大きな誤差が含まれる可能性がある。

そこで、本実施形態では、膜６の膜厚を算出する前に膜６の屈折率ｎ１を算出する。具体的には、ステップＡ１として乾燥前の膜６に対してテラヘルツ波１を照射した後、ステップＡ２の処理を経て、反射波３ａを検出した時刻（検出時刻）Ｔにおける反射波３ａの強度（例えば波形のピーク値Ｐ（図５参照））から反射率Ｒ（Ｔ）を算出する（ステップＡ３）。なお、反射率Ｒ（Ｔ）の算出の際の基準強度としては、参照試料２などによって予め得られた測定値を用いることができる。

膜６の反射率Ｒ（Ｔ）と膜６の屈折率ｎ１（Ｔ）との間には次の式（２）の関係がある。なお、式（２）中のｎ０は大気の屈折率である。

・・・（２）
従って、反射率Ｒ（Ｔ）を算出した後、この式（２）に基づき、検出時刻Ｔにおける屈折率ｎ１（Ｔ）を算出する（ステップＡ４）。なお、テラヘルツ波１の入射角を考慮し、反射率Ｒ（Ｔ）を補正した上で、屈折率ｎ１（Ｔ）を算出してもよい。

屈折率ｎ１（Ｔ）の算出後、上述のステップＡ５における時間差Δｔの算出と、ステップＡ６における膜６の膜厚ｄ（Ｔ）の算出を行う。なお、膜厚ｄも検出時刻Ｔで得られる値である。従って、式（１）は次の式（３）で表すことができる。

・・・（３）

上述の通り、本実施形態に係る膜厚計測方法では、反射波３ａを用いて、これらの検出時刻Ｔにおける膜６の反射率Ｒ（Ｔ）及び屈折率ｎ１（Ｔ）を算出し、得られた反射率Ｒ（Ｔ）及び屈折率ｎ１（Ｔ）を用いて検出時刻Ｔにおける膜の膜厚ｄ（Ｔ）を算出する。膜厚ｄ（Ｔ）を算出する際に屈折率ｎ１（Ｔ）を毎回算出するので、屈折率ｎ１（Ｔ）の経時変化の有無に関わりなく、膜６の膜厚ｄ（Ｔ）を非接触で計測することができる。例えば、膜６が乾燥状態、湿潤状態の何れにあっても、膜６の膜厚ｄ（Ｔ）を非接触で計測することができる。

膜６が湿潤状態にある場合、その膜厚ｄ（Ｔ）は膜６が完全に乾燥するまでに変化する可能性がある。しかしながら、本実施形態に係る膜厚計測方法では、経時変化する膜厚ｄ（Ｔ）も計測できる。即ち、ステップＡ１からステップＡ６までの一連の処理を、所定の時間間隔（例えば数秒〜数分）で所定回数（例えばＮ回）繰り返し（ステップＡ７）、膜厚ｄ（Ｔ）の経時変化を測定することができる。

膜厚ｄ（Ｔ）の経時変化について図６及び図７を用いて説明する。
図６は、膜厚ｄ（Ｔ）が経時変化する膜６に対して、異なる時刻Ｔ１、Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）に計測した反射波３ａ、３ｂの波形の一例を示す図である。この図では、時間の経過に伴って反射波３ａが反射波３ｂに接近し、反射波３ａ、３ｂの検出の時間差Δｔ（Ｔ）が短くなっている。つまり、この傾向は、膜６の膜厚ｄ（Ｔ）が、時間の経過に伴って徐々に薄くなっていることを意味する。なお、図６に示す計測結果では、反射波３ａのピーク値Ｐが経時変化していない。この場合、屈折率ｎ１（Ｔ）は概ね変化していないことが推定できる。

図７は、複数回の計測によって得られた膜厚ｄ（Ｔ）の経時変化の一例を示す図である。各四角は計測した膜厚ｄ（Ｔ）を示している。図中の太線の曲線で示すように、膜厚ｄ（Ｔ）は指数関数的に減少し、一定の値に収束することが判る。この点に着目し、本実施形態では、ステップＡ７の処理後、膜厚ｄ（Ｔ）の最終膜厚（収束値）を推定する（ステップＡ８）。この最終膜厚は、異なる時刻に得られた複数の膜厚ｄ（Ｔ）に対する回帰分析によって得ることができる。

本実施形態によれば、膜６の完全乾燥前に、最終膜厚の推定値を取得できる。従って、膜厚計測までの十分な乾燥が必要な従来の手法に比べ、膜６の形成から最終膜厚の特定までの時間を短縮化できる。従って、所望の膜厚をもつ膜の作製工程を短縮化できる。

なお、最終膜厚の推定に必要な膜厚ｄ（Ｔ）の計測数は、回帰分析における相関の度合いに応じて規定される。例えば、膜６の成分の特性（例えば揮発性）を考慮して規定できる。また、膜６を形成する際の周囲の環境（例えば、温度、湿度など）を考慮して規定してもよい。

（膜厚計測装置）
次に、本実施形態に係る膜厚計測装置１０について説明する。図８は、本実施形態に係る膜厚計測装置１０の構成図である。膜厚計測装置１０は、上述の膜厚計測方法によって膜厚を計測する装置である。

膜厚計測装置１０は、照射部１１と、検出部１２と、制御部２０とを備える。照射部１１は、上述のテラヘルツ波１を測定試料４の膜６に照射する。照射部１１は、放射素子１３と、軸外放物面ミラー１４ａと、反射ミラー１５ａとを備える。放射素子１３は、例えば光伝導スイッチ素子であり、レーザ光源１８からの第１パルス光７ａを受けることで、数十ＴＨｚ以上のテラヘルツ波１を発生する。テラヘルツ波１は、軸外放物面ミラー１４ａと反射ミラー１５ａを介して測定試料４の膜６に照射される。

検出部１２は、測定試料４で反射したテラヘルツ波１の第１反射波３ａと、テラヘルツ波１の第２反射波３ｂとを検出する。検出部１２は、反射ミラー１５ｂと、軸外放物面ミラー１４ｂと、検出素子１６とを備える。第１反射波３ａと第２反射波３ｂは、反射ミラー１５ｂと軸外放物面ミラー１４ｂを介して検出素子１６に入射する。

検出素子１６は、例えば光伝導スイッチ素子であり、レーザ光源１８からの第２パルス光７ｂが入射したときの第１反射波３ａ又は第２反射波３ｂの電場強度を検出し、その電気信号を制御部２０へ出力する。検出素子１６は、第２パルス光７ｂが入射した時点のみ、テラヘルツ波１を検出する。

図８に示すように、照射部１１と検出部１２は、単体の計測アタッチメント（筐体）１７に収容されている。レーザ光源１８からの第１パルス光７ａ及び第２パルス光７ｂは、光ファイバ９ａ、９ｂを介して、計測アタッチメント１７内の放射素子１３及び検出素子１６に導入される。光ファイバ９ａ、９ｂの長さはレーザ光の減衰が許容される範囲内で自由に設定できる。従って、計測アタッチメント１７（換言すれば、照射部１１及び検出部１２）は、膜厚計測装置１０の他の機器から離れた場所に設置することができる。

制御部２０は、演算部、記憶部、入出力部等を備えるコンピュータを含む。制御部２０は、少なくとも、上述の膜厚計測方法における各演算処理の実行、及び、膜厚計測装置内の各装置の制御を行う。即ち、制御部２０は、少なくとも、第１反射波３ａの反射率Ｒ（Ｔ）から膜６の屈折率ｎ１（Ｔ）を算出し、検出部１２による第１反射波３ａ及び第２反射波３ｂの各検出の時間差Δｔ（Ｔ）を計測し、算出した屈折率ｎ１（Ｔ）と時間差Δｔ（Ｔ）に基づいて時間差Δｔ（Ｔ）を計測したとき（即ち時刻Ｔ）の膜６の膜厚ｄ（Ｔ）を算出する。

膜厚計測装置１０のその他の構成は、THz-TDSを利用した周知の膜厚計測装置と同様の構成が適用できる。

レーザ光源１８はフェトム秒レーザであり、パルス光としてのレーザ光７を繰り返し出力する。レーザ光７の半値幅は例えば数フェムト秒（ｆｓ）である。なお、レーザ光７のパルスの間隔は、例えば、テラヘルツ波１の波形の時間幅（例えば１０ピコ秒（ｐｓ））以上であってもよい。

ビームスプリッタ１９は、レーザ光７を第１パルス光７ａと第２パルス光７ｂに分岐する。第１パルス光７ａは、ビームスプリッタ１９を透過して放射素子１３に入射する。第２パルス光７ｂは、ビームスプリッタ１９及び反射ミラー１５ｃで反射して、リニアステージ２１に入射する。

リニアステージ２１には、第２パルス光７ｂの反射器２１ａが設けられている。反射ミラー１５ｃから出射した第２パルス光７ｂは、反射器２１ａによって反射し、その後、光ファイバ９ｂを介して、検出素子１６に入射する。リニアステージ２１は、第２パルス光７ｂの光路長を変更し、第２パルス光７ｂが検出素子１６に到着するタイミングをずらす機能を有する。従って、リニアステージ２１は、反射器２１ａから検出素子１６までの第２パルス光７ｂの光路長が変化するように、移動可能に構成されている。

なお、リニアステージ２１には、後述の第１再帰反射器２５も設けられている。従って、リニアステージ２１の移動に合わせて、反射器２１ａ及び第１再帰反射器２５は同方向に同距離だけ移動する。リニアステージ２１の移動に伴って、検出素子１６への第２パルス光７ｂの到達の遅延時間も変化する。後述するように、この遅延時間は、光検出器２７による混合光８ｃの検出によって計測される。

レーザ光源２２は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザであり、連続光としてのレーザ光８を出力する。レーザ光８は、反射ミラー２３で反射され、ビームスプリッタ２４に入射する。ビームスプリッタ２４は、レーザ光８を第１連続光８ａと第２連続光８ｂに分岐する。

第１再帰反射器２５はリニアステージ２１に設けられている。第１再帰反射器２５は、ビームスプリッタ２４からの第１連続光８ａを、ビームスプリッタ２４に向けて反射する。この時の往復の光路長はリニアステージ２１の移動によって変化する。

第２再帰反射器２６は、ビームスプリッタ２４に対して一定の距離だけ離れた所定位置に設けられている。第２再帰反射器２６は、ビームスプリッタ２４からの第２連続光８ｂをビームスプリッタ２４に向けて反射する。

ビームスプリッタ２４では、第１再帰反射器２５で反射された第１連続光８ａと、第２再帰反射器２６で反射された第２連続光８ｂが合流し、混合光８ｃとして光検出器２７に入射する。光検出器２７は、この混合光８ｃを受け、その強度に応じた信号を時間演算部２８に出力する。

混合光８ｃの強度は、第１連続光８ａと第２連続光８ｂの位相差によって変化する。時間演算部２８は、光検出器２７の出力から第１連続光８ａと第２連続光８ｂの位相差による混合光８ｃの強度変化から、リニアステージ２１（第１再帰反射器２５）の移動量を算出する。更に、時間演算部２８は、算出した移動量から第２パルス光７ｂの光路長の変化量を算出する。

時間演算部２８は、算出された変化量に基づき、検出素子１６への第２パルス光７ｂの到達の遅延時間（図２に示すｔ１等）を算出し、その結果を制御部２０に送信する。制御部２０は、それぞれの遅延時間における反射波３ａ、３ｂの強度を、検出部１２（検出素子１６）を介して取得している。従って、制御部２０は、それぞれの遅延時間とその時の反射波３ａ、３ｂの強度とを対応付け、図２に示す波形を得る。その後、制御部２０は、上述の演算処理を実行し、時刻Ｔにおける膜６の膜厚ｄ（Ｔ）を算出する。

（塗装装置）
本実施形態に係る方法及び装置は、湿潤状態の（即ち、乾燥前の）膜６へのテラヘルツ波の照射によって、その状態の膜６の膜厚を計測することができる。従って、当該方法及び当該装置を膜６の形成装置に装備させることで、膜６の膜厚を形成直後から計測することができる。換言すれば、膜６に対するインプロセス膜厚計測が可能である。更に、膜６の最終膜厚、即ち、乾燥した時の膜６の膜厚を推定できる。従って、実際に乾燥させた上での膜厚計測を必要とせず、所望の膜厚をもつ膜６の作製工程を短縮化できる。或いは、所望の膜厚に至る膜６の作製工程を短縮化できる。このような利点があるため、本実施形態に係る膜厚計測装置１０は、例えば、後述の塗装装置に適用できる。

図９は、本実施形態に係る塗装装置３０の概略構成図である。この図に示すように、塗装装置３０は、塗料３１を噴射するノズル３２と、可動アーム３３とを備えた所謂塗装ロボットである。ノズル３２は、可動アーム３３の先端に取り付けられている。可動アーム３３は、複数の関節３４を有しており、所望の領域に所望の角度でノズル３２を配置させることができる。

塗装装置３０は、更に、上述の膜厚計測装置１０を備える。塗料３１は、塗装対象である基板５に向けてノズル３２から噴射され、基板５上に付着し、膜６としての塗装膜６ａを形成する。その後、膜厚計測装置１０は、塗装膜６ａの膜厚ｄ（Ｔ）を乾燥前から計測する。

上述の通り、膜厚計測装置１０の計測アタッチメント１７（照射部１１及び検出部１２）は、光ファイバ９ａ、９ｂを用いた接続により、レーザ光源１８等の比較的大型な設備から離れた位置に設置できる。そこで、本実施形態の塗装装置３０では、少なくとも膜厚計測装置１０の計測アタッチメント１７が、ノズル３２の近傍に取り付けられている。なお、計測アタッチメント１７の取付け位置は図９に示すものに限られず、テラヘルツ波１による塗装膜６ａの膜厚計測が可能な範囲で任意に設定できる。

本実施形態に係る塗装装置３０では、塗装のタイミングと連動して塗装膜６ａの膜厚ｄ（Ｔ）を計測する。例えば、塗装膜６ａの形成直後（即ち乾燥前）から塗装膜６ａの膜厚ｄ（Ｔ）を計測する。即ち、塗装作業中に塗装膜６ａの膜厚ｄ（Ｔ）を計測することができる。

また、膜厚ｄ（Ｔ）を非接触に計測できるので、塗装膜６ａの変形や損傷を回避できる。更に、完全に乾燥した後での計測が必要な従来の膜厚計測と比べて、最終膜厚を早い段階で特定できる。例えば、変形や混合等のおそれが無い場合、塗装膜６ａが完全に乾燥する前から、その上に新たな塗装膜を形成することもできる。つまり、所望の膜厚をもつ多層膜の作製時間を短縮化できる。

また、計測アタッチメント１７は可動アーム３３に取り付けられている。従って、塗装装置３０は、可動アーム３３の走査（スキャン）により、塗装膜６ａの２次元分布（２次元マップ）を取得してもよい。この２次元分布から、塗装膜６ａの膜厚に対する評価（例えば合否判定）に応用できる。なお、塗装の際の可動アーム３３の走査制御を、膜厚計測時にも適用してもよい。この場合、可動アーム３３の制御に係る製造コストの削減が図れる。

塗装装置３０は、可動アーム３３の代わりに、塗装時は姿勢が固定されたアーム（図示せず）を備えてもよい。この場合、基板５が載置されるステージ３５が可動機構を有する。

なお、本開示は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。

１…テラヘルツ波、２…参照試料、３…反射波、３ａ…第１反射波、３ｂ…第２反射波、４…測定試料、５…基板、６…膜（層）、６ａ…塗装膜、７…レーザ光、７ａ…第１パルス光、７ｂ…第２パルス光、８…レーザ光、８ａ…第１連続光、８ｂ…第２連続光、８ｃ…混合光、９ａ、９ｂ…光ファイバ、１０…膜厚計測装置、１１…照射部、１２…検出部、１３…放射素子、１４ａ、１４ｂ…軸外放物面ミラー、１４ｂ…軸外放物面ミラー、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ…反射ミラー、１６…検出素子、１７…計測アタッチメント（筐体）、１８…レーザ光源、１９…ビームスプリッタ、２０…制御部、２１…リニアステージ、２１ａ…反射器、２２…レーザ光源、２３…反射ミラー、２４…ビームスプリッタ、２５…第１再帰反射器、２６…第２再帰反射器、２７…光検出器、２８…時間演算部、３０…塗装装置、３１…塗料、３２…ノズル、３３…可動アーム、３４…関節、３５…ステージ、ｄ…膜厚、ｎ１…屈折率、Ｐ…ピーク値、Ｒ…反射率、Δｔ…時間差

Claims (8)

1. テラヘルツ時間領域分光法による膜厚計測方法であって、
   テラヘルツ波を膜に照射し、
   前記膜の表面で反射した前記テラヘルツ波の第１反射波と、前記膜を進行し前記膜との他の物質との間の界面で反射した前記テラヘルツ波の第２反射波とを検出し、
   前記第１反射波の反射率から前記膜の屈折率を算出し、
   前記第１反射波及び前記第２反射波の各検出の時間差を計測し、
   算出した前記屈折率と前記時間差に基づいて前記時間差を計測したときの前記膜の膜厚を算出する、
   膜厚計測方法。
2. 前記膜厚の収束値を推定すること、
   を含む請求項１に記載の膜厚計測方法。
3. 乾燥前の前記膜に対して前記テラヘルツ波を照射すること、
   を含む請求項１または２に記載の膜厚計測方法。
4. 前記膜を形成する塗料を塗装対象に向けて噴射すること、
   を含む請求項１〜３のうちの何れか一項に記載の膜厚計測方法。
5. テラヘルツ時間領域分光法による膜厚計測装置であって、
   テラヘルツ波を膜に照射する照射部と、
   前記膜の表面で反射した前記テラヘルツ波の第１反射波と、前記膜を進行し前記膜との他の物質との間の界面で反射した前記テラヘルツ波の第２反射波とを検出する検出部と、
   前記第１反射波の反射率から前記膜の屈折率を算出し、
   前記検出部による前記第１反射波及び前記第２反射波の各検出の時間差を計測し、
   算出した前記屈折率と前記時間差に基づいて前記時間差を計測したときの前記膜の膜厚を算出する制御部と
   を備える膜厚計測装置。
6. 前記制御部は、前記照射部及び前記検出部の制御によって繰り返し計測された前記時間差から前記膜厚の収束値を推定する、
   請求項５に記載の膜厚計測装置。
7. 前記制御部は、乾燥前の前記膜に対して前記テラヘルツ波を照射するように前記照射部を制御する、
   請求項５または６に記載の膜厚計測装置。
8. 請求項５〜７のうちの何れか一項に記載の膜厚計測装置を備え、前記膜を形成する塗料を塗装対象に向けて噴射する塗装装置。

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