JPH04313007A - 膜検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光を利用して、フィルム
シート材、コーテイング材等の膜厚や膜材質をオンライ
ンで検出する膜検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】フィルムシート材、コーテイング材等の
光が透過する膜に光を照射すると、光は膜の表面と裏面
で反射を繰り返し、同じ波長を持つ光が互いに干渉を起
こすことから、透過光（或いは反射光）強度の波長分布
はある周期をもって規則的に強弱を繰り返す。この周期
は膜の厚さに対応して変化する。また、光透過性を持つ
膜は、材質特有の光吸収特性を持っており、シート材を
透過した光の強度は膜の厚さに応じて強度が変化する。 従来より、このような膜内における光の多重反射或いは
膜による光の吸収現象を利用して、膜厚の測定が行われ
てきた。

【０００３】たとえば図７は特開昭５６−４４８０２号
公報に示された、従来の光の吸収を利用した膜厚測定装
置の構成図であり、図において、５５は測定対象である
フィルムシート材、５６は赤外光を発生する基準光源、
５７は検出ヘッド、５８は検出ヘッドからの出力を増幅
するアンプ、５９はアンプ出力の偏差を示す偏差指示器
である。次に動作を示す。対象となるフィルムシートが
持つ光の吸収波長に合わせた赤外光を基準光源５６から
フィルムシート５５に照射し、その透過光を検出ヘッド
５７で受光する。検出ヘッド５７で光電変換された信号
はアンプ５８によって増幅され、偏差指示器５９に入力
される。偏差指示器では膜厚による透過光強度の変化に
対応した信号出力変化を検出することにより、膜厚測定
を行う。

【０００４】また、図８は特開昭５６−１１５９０５号
公報に示された、光の干渉を利用した従来の膜厚測定装
置の構成図であり、図において、６０は光源、６１は光
源６０から出た光を平行光にするためのレンズ系、６２
は測定対象となるフィルム面、６３、６４はビームを広
げるためのレンズ系、６５は分光するためのプリズム、
６６は結像するためのレンズ、６７は受光素子、６８は
ハーフミラー、６９はプリズム、７０は結像のためのレ
ンズ、７１は受光素子、７２は試料面での照射部、７３
は反射部材である。次に動作について示す。光源６０よ
り出た光はレンズ系６１により平行光線になった後、照
射部７２に至り、フィルム６２により反射される。反射
された光はレンズ系６３、６４によって平行光線になっ
た後、プリズム６５を通り分光され、レンズ６６により
波長によって異なった位置に集光され、受光素子６７の
上にスペクトルを写し出す。受光素子からの出力信号に
よりスペクトルを検出し、得られたスペクトルの極小、
極大を示す波長を見いだし、フィルムの厚さを算出する
。

【０００５】また、図９は特開昭５６−１３２５０７号
公報に示された光の吸収、干渉を利用した従来の膜厚測
定装置の構成図であり、図において、７４は試料、７５
はプリズム６５を回転するための回転台である。次に動
作について説明する。光源６０から出た光はレンズ６１
によって平行光線になった後、試料７４に照射される。 照射された光は試料７４を透過し、コリメートレンズ系
６３、６４によって幅を広げられ、プリズム６５に入射
する。ここで、試料の材質、厚さの範囲に応じた波長範
囲を持つスペクトル情報が受光素子６７によって検出で
きるよう、回転台７５を回転させることによってプリズ
ムへの光の入射角を変化させる。この時受光素子６７へ
入射する光の波長範囲は、検出原理として光の吸収を利
用するか、干渉を利用するかによって決定される。受光
素子６７からの出力信号は、光の吸収を利用する場合は
透過光の吸光度を算出することにより、また干渉を利用
する場合は透過光強度の波長に対する強度変化からその
周期を算出することにより、膜厚を求める。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の膜厚測定は以上
で述べたように、光の吸収または光の干渉を利用したい
ずれかの方式により行われてきた。しかしながら、光の
吸収特性を利用した方式では、膜厚の測定において膜の
材質の吸収係数変化及び外乱光による受光強度変化の影
響を大きく受ける。また、光の干渉を利用した方式では
、膜の材質の屈折率変化の影響を大きく受ける。一方、
シート材などは生産工程において、正規材料の混入比の
変化、異種材料、着色物混入による吸収係数の変化或い
は材質の組成変化による屈折率変化が発生することがあ
る。このような予測されない原因による材質の変化に対
して、従来のように一つの方式のみによる測定では、材
質変化を検知できず測定の誤差となることから、測定デ
ータの信頼性が低下するという問題点があった。 また、一般に生産工程で流れる膜の材質は一種類とは限
られておらず、複数の種類の材質のものが混在して生産
されることもある。このため、測定装置を実ラインへ適
用するにあたっては、材質の変化に対応することが必要
となる。この場合、従来は外部からロット単位で補正し
ていた。このように、材質が異なる事によって発生する
測定データの変化を外部から教示する場合、異なった材
質の膜材が流れる毎に、補正データを入力する必要があ
り、煩雑な作業が必要となることから、自動化にあたっ
て大きな問題となっていた。

【０００７】本発明は、このような問題点の解決を目的
としており、膜の材質の変化或いは外乱光による受光強
度変化などの外乱が発生する場合においても、材質変化
が検知でき、常に測定精度の高いデータが得られる膜検
査装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる膜検査装
置は、紫外領域から赤外領域まで連続的に発光スペクト
ルを有する光源、この光源から出射する光の一部を分岐
し、吸収現象の発生する第１の波長領域の特定波長の光
強度をモニターする第１の光学系、上記光源からの光を
試料に照射する照射光学系、上記試料からの透過光或い
は反射光の赤外領域の光スペクトル分布情報を検出する
第２の光学系、上記透過光或いは反射光の一部を分岐し
、第１の光学系と同じ特定波長の光の強度を検出する第
３の光学系、第１の光学系の受光強度と第３の光学系の
受光強度との強度比と、予め求めておいた上記試料の吸
収係数とによって、上記試料の厚さを算出する第１の演
算手段、第２の光学系からの出力信号をもとに上記試料
の厚さを算出する第２の演算手段、及び第１の演算手段
によって求められた試料厚さの測定値と第２の演算手段
によって得られた試料厚さの測定値とを比較し、２つの
上記測定値の一致度から上記測定値の有効性を判定する
判定手段を備えたものである。

【０００９】また第２の発明は、紫外領域から赤外領域
まで連続的に発光スペクトルを有する光源、この光源か
ら出射する光の一部を分岐し、複数の特定波長における
光強度をモニターする複数の検出部からなる第１の光学
系、上記光源からの光を試料に照射する照射光学系、上
記試料からの透過光或いは反射光の、第１の光学系と同
じ複数の特定波長の光の強度を検出する第２の光学系、
第１の光学系と第２の光学系の同一波長における受光強
度の比によって表される透過率を求め、この透過率の各
波長間での相対比から、予め材質ごとに求めた各波長間
の透過率比を記憶したテーブルを基に、試料の材質を同
定し、同定された試料の、特定波長における吸収係数を
決定する吸収係数同定手段、及び上記特定波長における
透過率と上記決定された吸収係数の値とから上記試料の
厚さを算出する演算手段を備えたものである。

【００１０】また第３の発明は、紫外領域から赤外領域
まで連続的に発光スペクトルを有する光源、この光源か
ら出射する光の一部を分岐し、複数の特定波長における
光強度をモニターする複数の検出部からなる第１の光学
系、上記光源からの光を試料に照射する照射光学系、上
記試料からの透過光或いは反射光の赤外領域の光スペク
トル分布情報を検出する第２の光学系、上記試料からの
透過光或いは反射光の一部を分岐し、第１の光学系と同
じ複数の特定波長の光の強度を検出する第３の光学系、
第２の光学系によって得られた光のスペクトル分布情報
から試料の厚さを算出する第１の演算手段、第１の光学
系と第３の光学系の同一波長における受光強度の比から
、各波長での試料の透過率を求める第２の演算手段、第
１の演算手段によって得られた膜厚値と第２の演算手段
によって求められた各波長での透過率とから、複数の特
定波長における吸収係数を求める第３の演算手段、及び
得られた吸収係数の波長分布と予め求めておいた吸収係
数の波長分布を比較し、所定の膜成分であるかどうかを
判定する膜成分判定手段を備えたものである。

【００１１】さらに第４の発明は、紫外領域から赤外領
域まで連続的に発光スペクトルを有する光源、この光源
から出射する光の一部を分岐し、複数の特定波長におけ
る光強度をモニターする複数の検出部からなる第１の光
学系、上記光源からの光を試料に照射する照射光学系、
上記試料からの透過光或いは反射光の赤外領域の光スペ
クトル分布情報を検出する第２の光学系、上記試料から
の透過光或いは反射光の一部を分岐し、第１の光学系と
同じ複数の特定波長の光の強度を検出する第３の光学系
、第１の光学系と第３の光学系の同一波長における受光
強度の比から、各波長での試料の透過率を求め、この透
過率の各波長間での相対比から、予め材質ごとに求めた
各波長間の透過率比を記憶したテーブルを基に、試料の
材質を特定する材質判定手段、この材質判定手段による
材質の特定結果から試料の屈折率を同定する屈折率同定
手段、第１光学系と第３の光学系からの出力信号のうち
の特定波長において得られた透過率と、上記材質判定手
段によって特定された試料の吸収係数とによって、試料
の厚さを算出する第１の演算手段、上記屈折率同定手段
の出力と第２の光学系からの出力信号とから試料の厚さ
を算出する第２の演算手段、及び第１の演算手段と第２
の演算手段によって得られた試料の厚さの測定値を比較
し、２つの上記測定値の一致度から上記測定値の有効性
を判定する判定手段を備えたものである。

【００１２】

【作用】一般に、高分子材料によって構成される膜を透
過した光の強度は、図３のような波長分布を示す。つま
り、可視領域では膜がもつ光の吸収率が波長によって大
きく変化し、波長が短くなるにつれて吸収率が大きくな
り、紫外領域との境界付近において光は透過しなくなる
。このように可視領域では膜の吸光現象が顕著に現れる
。そして特定波長における透過光強度は膜の厚さに対応
して変化する。一方、赤外領域においては、透過率が高
くほぼ一定していることから、膜内において多重反射が
起こり、反射を繰り返した光が膜を透過する際、各波長
毎に干渉する。この結果、波長によって透過光強度が強
めあったり、弱めあったりすることとなり、透過光強度
は波長に対して強弱を周期的に繰り返す。この周期は膜
の厚さに対応して変化する。

【００１３】本発明は、このような吸光現象と多重反射
による干渉現象がそれぞれ可視領域と赤外領域において
同時に発生することに着目したものである。すなわち、
可視領域から赤外領域までの成分を有する白色光を試料
に照射し、試料からの透過光を可視領域及び赤外領域と
に分離し、可視領域において特定波長の透過光強度の検
出結果から膜厚を算出するとともに、赤外領域において
透過光強度の波長分布の周期の検出結果から膜厚を算出
し、得られた２つの膜厚値を比較し、一致度の高いデー
タのみを有効とすることによって、データの信頼性を高
めるものである。すなわち膜の材質の変化或いは外乱光
による受光強度変化などの外乱が発生する場合において
は、２つの測定値は一致しないので、データとして選択
されず、常に所定の材質の箇所のみの、測定精度の高い
データが選択される。

【００１４】また、可視領域における吸収係数の波長分
布は膜の材質によってたとえば図４に示すように変化す
る。第２の発明は、このような試料の材質による吸収係
数の波長分布の変化に着目したもので、可視領域におい
て複数の波長で透過率を測定し、得られた波長間におけ
る透過率の相対的変化に基づいて対象とする膜の材質を
予め入力されていた複数の膜の中から同定するとともに
、同定結果に基づき膜の吸収係数を補正することによっ
て、測定で得られた透過光強度と補正された吸収係数と
から算出される膜厚の測定結果の精度向上を実現できる
。

【００１５】第３の発明は、膜の材質によって可視領域
における透過率の波長分布が変化する現象と上記赤外域
における膜内多重反射による干渉現象を同時に利用した
ものである。つまり、白色光を試料に照射し、その透過
光を可視領域と赤外領域に分離し、可視領域における複
数の波長の透過光強度の測定結果と、赤外領域における
透過光強度の波長分布の周期から算出した膜厚値から、
複数波長での吸収係数を求め、それぞれの波長間で吸収
係数の測定結果に基づき、予め入力されていた複数の膜
の吸収係数の波長分布から対象とする膜の材質を同定す
る。

【００１６】第４の発明も可視領域における吸光現象と
赤外領域における多重反射による干渉現象を同時に利用
したもので、透過光を可視領域と赤外領域に分離し、可
視域では複数の波長における透過光強度の測定結果から
膜の材質を同定するとともに、同定結果に基づき膜の吸
収係数を補正することによって、透過光強度変化から得
られる膜の測定値の精度を向上させるとともに、赤外域
では、膜の同定結果に基づいて膜の屈折率の値を補正す
るとともに、測定によって得られた透過光強度の波長分
布と補正した屈折率から精度の高い膜厚を算出する。そ
して得られた２つの膜厚値を比較し、一致度の高いデー
タのみを選択することによって、データの信頼性をさら
に高めている。

【００１７】

【実施例】実施例１．次に本発明の一実施例について説
明する。図１において、１は紫外光から赤外光までの波
長を有する連続波長光源、２は光源１からの出射光を分
岐するためのハーフミラー、３は光源のうち特定波長を
選択するための波長フィルター、４は光源１からの発振
強度をモニターするための検出器、５は試料、６は試料
５を透過した光を分岐するためのハーフミラー、７は透
過光のうち特定波長を選択するための波長フィルター、
８は受光素子、９は透過光の集光用レンズ、１０はスリ
ット、１１は波長分離用の回折格子、１２は受光用のラ
インセンサ、１３、１４は検出器からの出力を増幅する
アンプ、１５は透過光強度とモニター強度との比をとる
割算器、１６は出力値の対数をとるログアンプ、１７は
ログアンプからの出力信号をでデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ回路、１８は予め測定した膜の吸収係数をデジタ
ル信号として入力するプリセット回路、１９はＡ／Ｄ回
路１７からの出力信号とプリセット回路１８による設定
値により膜厚値を算出する演算器、２０はラインセンサ
１２からの出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ回
路、２１はデジタル信号に変換されたスペクトル情報か
らスペクトルのピーク間波長を求めるための演算器、２
２は求められたピーク間波長から予め入力されたピーク
間波長−膜厚値のルックアップテーブルのデータと比較
し膜厚を算出する演算器、２３は演算器１９、２２によ
って得られた２つの膜厚値の差を演算する引き算器、２
４は引き算器２３からの出力の絶対値が設定範囲内にあ
るかどうかによりデータの有効性を判定するデータ判定
回路、２５は測定によって得られた膜厚データのうち有
効と判断されたもののみを選択するデータ選択回路を示
す。

【００１８】次に動作について説明する。光源１から出
射された光はハーフミラー２によって一部が分岐され波
長フィルター３によって予め設定した特定波長の強度の
みを検出器４を用いてモニターする。一方、ハーフミラ
ー３を透過した光は試料５を透過し、ハーフミラー６に
よって分岐される。分岐された光は波長フィルター７に
より波長フィルター３と同じ波長の光のみが選択され受
光素子８によって受光される。一方、ハーフミラー６を
透過した光は集光レンズ９によってスリット１０上に絞
りこまれ、回折格子１１に入射される。入射された光は
回折格子によって分散し、回折格子の焦点面に設置され
たラインセンサー１２上に光の波長の順に結像される。 検出器４、及び受光素子８からの出力信号はそれぞれア
ンプ１３、１４によって増幅される。このとき受光素子
８からの出力は下記数式１に示されたＬａｍｂｅｒｔ−
Ｂｅｅｒの法則によって膜厚に対応して変化する。

【００１９】

【数１】

【００２０】アンプ１３、１４からの出力は、それぞれ
割算器１５に入力され、Ｉｏ／Ｉｉが演算され、ｅｘｐ
（−α（λ）ｄ）に比例した信号が出力される。ログア
ンプ１６では割算器１５からの出力を対数演算し、−α
（λ）ｄに比例した信号を出力する。ログアンプからの
出力はＡ／Ｄ回路１７によってデジタル信号に変換され
た後、演算器１９によって予め入力されていた吸収係数
αを用いて膜厚ｄが算出される。一方、ラインセンサ１
２からの出力信号は透過光のスペクトル情報を時系列信
号として出力させたものとなっており、Ａ／Ｄ回路２０
によってデジタル信号に変換された後、演算器２１に入
力される。演算器２１では入力信号の変化からデータの
極大、極小のピーク波長を検出するとともに、各ピーク
間の波長を算出する。演算器２２では得られたピーク間
波長をもとに予め求めておいたピーク間波長−膜厚間の
ルックアップテーブルのデータと比較し、膜厚を同定す
る。可視領域における透過光の強度、及び赤外領域にお
けるスペクトルから算出された膜厚値は、それぞれ引き
算器２３に入力され、両者の測定値の差が求められる。 ここで得られた測定値の差は判定回路２４に入力され、
差の絶対値を予め設定した基準値とその大小を比較する
。判定回路２４では、両方式によって得られた膜厚値の
差が基準値より大きい場合、得られたデータは信頼性が
低く無効と判断するとともに、膜厚値の差が基準値より
小さい場合、データは信頼性が高く有効であると判断す
る。選択回路２５では有効であると判断されたデータの
みを出力する。

【００２１】実施例２．次に第２の発明について、図を
用いて説明する。図２において、１は光源、２、２ー１
、２ー２は光を分岐するためのハーフミラー、３、３ー
１、３ー２は特定の波長λ０，λ１，λ２　を選択する
ための波長フィルター、４、４ー１、４ー２は波長フィ
ルターを透過した光を受光する検出器、５は試料、６、
６ー１、６ー２は試料を透過した光を分岐するためのハ
ーフミラー、７、７ー１、７ー２は透過光のうち波長λ
０，λ１，λ２　をそれぞれ選択する波長フィルター、
８、８ー１、８ー２は光検出器、１５、１５ー１、１５
ー２はモニター強度と透過光強度の比をとる除算器、１
６、１６ー１、１６ー２は除算器の出力の対数をとるロ
グアンプ、２６ー１、２６ー２はログアンプからの出力
の比をとる除算器、２７ー１、２７ー２はＡ／Ｄ変換器
、２８ー１、２８ー２は膜の透過率の２波長間の比を巻
くの材質毎にデータとしてまとめたルックアップテーブ
ル、２９ー１、２９ー２は引き算器、３０ー１、３０ー
２は引き算器の演算結果の大小を判定する判定回路、３
１は３０ー１、３０ー２の両判定回路の結果を比較する
一致度判定回路、３２は波長λでの膜の透過率を材質毎
にまとめたルックアップテーブル、３３はコントロール
回路、３４は除算器、５４はラッチである。また、図３
は膜の透過光強度とモニター強度との比で表される透過
率の波長分布を示すもので、３５は分布曲線、Ａ、Ｂ、
Ｃはそれぞれの波長λ０，λ１，λ２における透過光と
モニター光との強度比つまり透過率の値を示す。また、
図４は膜の吸収係数αの波長分布を示すもので、３６、
３７、３８はそれぞれ膜の種類ｍ１、ｍ２、ｍ３におけ
る吸収係数の波長分布曲線、Ｄ、Ｅ、Ｆはｍ１の波長λ
０，λ１，λ２　における吸収係数の値、Ｇ、Ｈ、Ｉは
ｍ２の波長λ０，λ１，λ２における吸収係数の値、Ｊ
、Ｋ、Ｌはｍ３の波長λ０，λ１，λ２における吸収係
数の値を示す。

【００２２】次に動作について説明する。光源１から出
射した光はハーフミラー２によって分岐される。分岐さ
れた光の一方は、ハーフミラー２ー１、２ー２によって
３つに分岐される。これら３つの光は波長選択フィルタ
ー３、３ー１、３ー２によって、それぞれλ０，λ１，
λ２　の波長の光のみが選択される。膜の透過光強度は
前記数式１に示されるＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則
にしたがって減衰する。このとき吸収係数αは波長によ
って変化することから、光の透過率Ｉｏ／Ｉｉは曲線３
５に示すような変化を示す。また吸収係数αの波長分布
は膜を構成している材料によって異なっており、たとえ
ば図４中の曲線３６、３７、３８のような変化を示す。 波長選択フィルタ３、３ー１、３ー２によって選択する
波長は、曲線３５の特徴が顕著に現れるものたとえばλ
０，λ１，λ２　を選択する。波長選択フィルター３、
３ー１、３ー２を透過した光はそれぞれ光検出器４、４
ー１、４ー２によって受光され、モニター強度として検
出される。 ハーフミラー２を透過した光は試料５に照射され、透過
した光がハーフミラー６、６ー１によって３つに分岐さ
れる。３つに分岐された光はモニター光と同様に、それ
ぞれ波長選択フィルター７、７−１、７ー２によってλ
０，λ１，λ２　の波長の光のみがそれぞれ光検出器８
、８ー１、８ー２によって受光され電気信号に変換され
る。除算器１５、１５ー１、１５ー２はそれぞれモニタ
ー強度と透過光強度との比をとり、各波長λ０，λ１，
λ２　における透過率Ｉｏ／Ｉｉを演算する。演算した
結果はそれぞれログアンプ１６、１６ー１、１６ー２に
入力され演算結果として、−α（λｉ）・ｄに比例した
値を出力する。このうち、１６、１６ー１のログアンプ
からの出力信号は除算器２６ー１に入力され、α（λ１
　）／α（λ０　）に比例した値が出力される。もう一
方の除算器には１６、１６ー２のログアンプからの出力
信号が入力され、α（λ２　）／α（λ０　）が演算さ
れる。これに加えログアンプ１６からの出力信号はＡ／
Ｄ変換器１７に入力されデジタル信号に変換される。ま
た、除算器２６ー１、２６ー２によって演算された結果
はそれぞれＡ／Ｄ変換器２７ー１、２７ー２に入力され
、デジタル信号に変換される。予め想定される複数の膜
の材質について、各波長λ０，λ１，λ２　での吸収係
数α（λｉ）を測定にて求め、２８ー１のルックアップ
テーブルには波長λ０，λ１　の係数値の比α（λ１　
）／α（λ０　）を、２８ー２のルックアップテーブル
には波長λ０，λ２　の係数値の比α（λ２　）／α（
λ０　）をそれぞれ膜の材質の種類に対応させて入力さ
せておく。引き算器２９ー１では、コントロール回路３
３からのクロック信号に同期して、波長λ０，λ１　で
の吸収係数の比α（λ１　）／α（λ０　）について、
測定値と予め求めておいたルックアップテーブルの値と
の差を取る。同様に引き算器２９ー２でも、波長λ０，
λ２　の係数値の比α（λ２　）／α（λ０　）につい
て、測定値と予め求めておいたルックアップテーブルの
値との差をとる。このとき、ルックアップテーブル３２
はコントロール回路３３のクロック信号と同期して、ル
ックアップテーブル２８ー１、２８ー２から出力される
膜のλ０　における吸収係数α（λ０　）を出力する。 一方、引き算器２９ー１、２９ー２からの出力信号はそ
れぞれ判定回路３０ー１、３０ー２に入力され、引き算
結果の絶対値が予め設定した値と比較して大きいか小さ
いかの大小関係を判定する。一致度判定回路３１では、
両判定回路における判定結果が何れも小の場合、つまり
測定によって求められた吸収係数の比α（λ１　）／α
（λ０　）、α（λ２　）／α（λ０　）が２波長にお
いてともに、ルックアップテーブルの値とよく一致して
いる場合、測定の対象となる膜の材質とルックアップテ
ーブルから出力された膜の材質とが一致したと判定する
。ラッチ５４は、膜の材質が一致したときの吸収係数α
（λ０　）のみを出力し保持する。除算器３４はＡ／Ｄ
変換器１７からの出力信号α（λ０　）・ｄと真の吸収
係数値であるラッチ５４からの出力信号を基に、除算を
実施し、膜の厚さｄを求める。

【００２３】実施例３．次に第３の発明について説明す
る。図５において、１は光源、２、２−１、２−２は光
を分岐するためのハーフミラー、３、３−１、３ー２は
特定の波長λ０，λ１，λ２　を選択するための波長フ
ィルター、４、４ー１、４ー２は波長フィルターを透過
した光を受光する検出器、５は試料、６、６ー１、６ー
２は試料を透過した光を分岐するためのはーフミラー、
７、７ー１、７ー２は透過光のうち波長λ０，λ１，λ
２　をそれぞれ選択する波長フィルター、８、８ー１、
８ー２は光検出器、１５、１５ー１、１５ー２はモニタ
ー強度と透過光強度との比をとる除算器、１６、１６ー
１、１６ー２は除算器の出力の対数をとるログアンプ、
２７ー１、２７ー２、２７ー３はＡ／Ｄ変換器、２８は
各波長における膜の吸収係数を膜の材質毎にデータとし
てまとめたルックアップテーブル、３９−１、３９ー２
、３９ー３はわり算器、４０ー１、４０ー２、４０ー３
は引き算器、４１は加算器、４２は加算の結果を所定の
設定値と比較する判定回路、４３は判定回路の結果によ
り同定された膜の材質を出力する材質出力回路、３３は
コントロール回路、９は透過光の集光用レンズ、１１は
波長分離用の回折格子、１２は受光用のラインセンサ、
１３、１４は検出器からの出力を増幅するアンプ、２０
はラインセンサ１２からの出力信号をデジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換回路、２１はデジタル信号に変換され
たスペクトル情報からスペクトルのピーク間波長を求め
るための演算器、２２は求められたピーク間波長から予
め入力されたピーク間波長−膜厚値のルックアップテー
ブルのデータと比較し膜厚を算出する演算器である。

【００２４】次に動作について説明する。光源１から出
射した光はハーフミラー２によって分岐される。分岐さ
れた光の一方は、ハーフミラー２ー１、２ー２によって
３つに分岐される。これら３つの光は波長選択フィルタ
３、３ー１、３ー２によって、それぞれλ０，λ１，λ
２　の波長の光のみが選択される。膜の透過光強度は前
記数式１に示されるＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則に
したがって減衰する。このとき吸収係数αは波長によっ
て変化することから、光の透過率Ｉｏ／Ｉｉは図３の曲
線３５に示すような変化を示す。また吸収係数αの波長
分布は膜を構成している材料によって異なっており、た
とえば図４中の曲線３６、３７、３８の様な変化を示す
。波長選択フィルター３、３ー１、３ー２によって選択
する波長は、曲線３５の特徴が顕著に現れるもの、たと
えばλ０，λ１，λ２　を選択する。波長選択フィルタ
ー３、３ー１、３ー２を透過した光はそれぞれ光検出器
４、４ー１、４ー２によって受光され、モニター強度と
して検出される。ハーフミラー２を透過した光は試料５
に照射され、透過した光がハーフミラー６、６ー１によ
って３つに分岐される。３つに分岐された光はモニター
光と同様に、それぞれ波長選択フィルター７、７ー１、
７ー２によってλ０，λ１，λ２　の波長の光のみがそ
れぞれ光検出器８、８ー１、８ー２によって受光され電
気信号に変換される。除算器１５、１５ー１、１５ー２
はそれぞれモニター強度と透過光強度との比を取り、各
波長λ０，λ１，λ２　における透過率Ｉｏ／Ｉｉを演
算する。演算した結果はそれぞれログアンプ１６、１６
ー１、１６ー２に入力され演算結果として、−α（λｉ
　）・ｄに比例した値を出力する。一方、ハーフミラー
６を透過した光は集光レンズ９によってによって回折格
子１１に入射される。入射された光は回折格子によって
分散し、回折格子の焦点面に設置されたラインセンサー
１２上に光の波長順に結像される。ラインセンサ１２か
らの出力信号は透過光のスペクトル情報を時系列信号と
して出力させたものとなっており、Ａ／Ｄ変換回路２０
によってデジタル信号に変換されたのち、演算器２１に
入力される。演算器２１では入力信号の強度変化からデ
ータの極大、極小のピーク波長を検出するとともに、各
ピーク間の波長を算出する。演算器２２では得られたピ
ーク間波長を基に予め求めておいたピーク間波長と膜厚
とを対応させたルックアップテーブルのデータと比較し
、膜厚を求める。ログアンプ１６、１６ー１、１６ー２
からの出力値はそれぞれＡ／Ｄ変換器２７ー１、２７ー
２、２７ー３に入力されデジタル信号に変換される。わ
り算器３９ー１、３９ー２、３９ー３はＡ／Ｄ変換器２
７ー１、２７ー２、２７ー３の出力値と演算器２２の出
力値である膜厚値ｄとの間で除算が実施され、それぞれ
のわり算器から各波長での吸収係数α（λｉ　）が出力
される。予め想定される複数の膜の材質について、各波
長λ０，λ１，λ２　での吸収係数α（λｉ　）を測定
にて求め、２８のルックアップテーブルに波長λ０，λ
１，λ２　の吸収係数をそれぞれ膜の材質に対応させて
入力させておく。引き算器４０ー１、４０ー２、４０ー
３では波長λ０，λ１，λ２　での吸収係数について、
測定値と予め求めておいたルックアップテーブルの値と
の差をとる。このときコントロール回路３３からのクロ
ックに同期してルックアップテーブル中のデータが出力
される。引き算器４０ー１、４０ー２、４０ー３からの
出力信号はそれぞれ加算器４１に入力され、引き算の結
果の絶対値を加算する。判定回路４２では、加算器での
演算結果が予め設定した値より小さい場合、吸収係数α
（λｏ　）、α（λ１　）、α（λ２　）が３波長にお
いてともにルックアップテーブルの値とよく一致してい
ると判定し、信号を出力する。材質出力回路４３では、
判定回路４２からの出力結果を基に一致したと判定され
た膜の材質を出力する。

【００２５】実施例４．次に第４の発明について説明す
る。図６において、１は光源、２、２−１、２−２は光
を分岐するためのハーフミラー、３、３−１、３ー２は
特定の波長λ０，λ１，λ２　を選択するための波長フ
ィルター、４、４ー１、４ー２は波長フィルターを透過
した光を受光する検出器、５は試料、６、６ー１、６ー
２は試料を透過した光を分岐するためのはーフミラー、
７、７ー１、７ー２は透過光のうち波長λ０，λ１，λ
２　をそれぞれ選択する波長フィルター、８、８ー１、
８ー２は光検出器、１５、１５ー１、１５ー２はモニタ
ー強度と透過光強度との比をとる除算器、１６、１６ー
１、１６ー２は除算器の出力の対数をとるログアンプ、
２６ー１、２６ー２はログアンプからの出力の比をとる
除算器、２７ー１、２７ー２はＡ／Ｄ変換器、２８ー１
、２８ー２は膜の透過率の２波長間の比を膜の材質毎に
データとしてまとめたルックアップテーブル、２９ー１
、２９ー２は引き算器、３０ー１、３０ー２は引き算器
の演算結果の大小を判定する判定回路、３１は３０ー１
、３０ー２の両判定回路の結果を比較する一致度判定回
路、３２は波長λ０　での膜の吸収率を材質毎にまとめ
たルックアップテーブル、３３はコントロール回路であ
る。９は透過光の集光用レンズ、１１は波長分離用の回
折格子、１２は受光用のラインセンサ、１３、１４は検
出器からの出力を増幅するアンプ、２０はラインセンサ
１２からの出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変
換回路、２１はデジタル信号に変換されたスペクトル情
報からスペクトルのピーク間波長を求めるための演算器
、２２は求められたピーク間波長から予め入力されたピ
ーク間波長−膜厚値のルックアップテーブルのデータと
比較し膜厚を算出する演算器である。２２ー１は膜の材
質毎にその屈折率をまとめて入力したルックアップテー
ブル、２３は演算器１９、２２によって得られた２つの
膜厚値の差を演算する引き算器、２４は引き算器２３か
らの出力の絶対値が設定範囲内にあるかどうかによりデ
ータの有効性を判定するデータ判定回路、２５は測定に
よって得られた膜厚データのうち有効と判断されたもの
のみを選択するデータ選択回路を示す。

【００２６】次に動作について説明する。光源１から出
射した光はハーフミラー２によって分岐される。分岐さ
れた光の一方は、ハーフミラー２ー１、２ー２によって
３つに分岐される。これら３つの光は波長選択フィルタ
３、３ー１、３ー２によって、それぞれλ０，λ１，λ
２　の波長の光のみが選択される。膜の透過光強度は前
記数式１に示されるＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則に
したがって減衰する。このとき吸収係数αは波長によっ
て変化することから、光の透過率Ｉｏ／Ｉｉは図３の曲
線３５に示すような変化を示す。また吸収係数αの波長
分布は膜を構成している材料によって異なっており、た
とえば図４中の曲線３６、３７、３８の様な変化を示す
。波長選択フィルター３、３ー１、３ー２によって選択
する波長は、曲線３５の特徴が顕著に現れるもの、たと
えばλ０，λ１，λ２　を選択する。波長選択フィルタ
ー３、３ー１、３ー２を透過した光はそれぞれ光検出器
４、４ー１、４ー２によって受光され、モニター強度と
して検出される。ハーフミラー２を透過した光は試料５
に照射され、透過した光がハーフミラー６、６ー１によ
って３つに分岐される。３つに分岐された光はモニター
光と同様に、それぞれ波長選択フィルター７、７ー１、
７ー２によってλ０，λ１，λ２　の波長の光のみがそ
れぞれ光検出器８、８ー１、８ー２によって受光され電
気信号に変換される。除算器１５、１５ー１、１５ー２
はそれぞれモニター強度と透過光強度との比を取り、各
波長λ０，λ１，λ２　における透過率Ｉｏ／Ｉｉを演
算する。演算した結果はそれぞれログアンプ１６、１６
ー１、１６ー２に入力され演算結果として、−α（λｉ
　）・ｄに比例した値を出力する。このうち、１６、１
６ー１のログアンプからの出力信号は除算器２６ー１に
入力され、α（λ１　）／α（λ０　）に比例した値が
出力される。もう一方の除算器には１６、１６ー２のロ
グアンプからの出力信号が入力され、α（λ２　）／α
（λ０　）が演算される。これに加えログアンプ１６か
らの出力信号はＡ／Ｄ変換器１７に入力されデジタル信
号に変換される。また、除算器２６ー１、２６ー２によ
って演算された結果はそれぞれＡ／Ｄ変換器２７ー１、
２７ー２に入力され、デジタル信号に変換される。予め
想定される複数の膜の材質について、各波長λ０，λ１
，λ２　での吸収係数α（λｉ　）を測定にて求め、２
８ー１のルックアップテーブルには波長λ０，λ１　の
係数値の比α（λ１　）／α（λ０　）を、２８ー２の
ルックアップテーブルには波長λ０，λ２　の係数値の
比α（λ２　）／α（λ０　）をそれぞれ膜の材質の種
類に対応させて入力させておく。引き算器２９ー１では
波長λ０，λ１　での吸収係数の比について、測定値と
予め求めておいたルックアップテーブルの値との差をと
る。同様に引き算器２９ー１では、波長λ０，λ２　で
の吸収係数の比について、測定値と予め求めておいたル
ックアップテーブルの値との差をとる。コントロール回
路３３からのクロックに同期してルックアップテーブル
中のデータが出力される。このとき同じ膜の材質の２つ
の吸収係数の比（α（λ１　）／α（λ０　）、α（λ
２　）／α（λ０　））が出力される構成となっており
、両引き算器２９ー１、２９ー２において同時に演算を
行う。また、ルックアップテーブル３２はコントロール
回路３３のクロック信号と同期して、ルックアップテー
ブル２８ー１、２８ー２から出力される膜の材質と同じ
ものについてのλ０　における吸収係数α（λ０　）を
出力する。一方、引き算器２９ー１、２９ー２からの出
力信号はそれぞれ判定回路３０ー１、３０ー２に入力さ
れ、引き算の結果の絶対値が予め設定した値と比較して
大きいか小さいかの大小関係を判定する。一致度判定回
路３１では、両判定回路における判定結果が何れも小の
場合、つまり、測定によって求められた吸収係数の比が
２波長においてともに、ルックアップテーブルの値とよ
く一致している場合、測定の対象となる膜の材質とルッ
クアップテーブルでの膜の材質とが一致したと判定する
。ルックアップテーブル３２は、一致したと判定された
膜の材質における吸収係数α（λ０　）を保持し、除算
器３４に出力する。 除算器３４では、Ａ／Ｄ変換器より出力されたα（λ０
　）・ｄに相当するデジタル信号とルックアップテーブ
ル３２からの出力であるα（λ０　）の値とから厚さｄ
を算出する。一方、ハーフミラー６を透過した光は集光
レンズ９によってによって回折格子１１に入射される。 入射された光は回折格子によって分散し、回折格子の焦
点面に設置されたラインセンサー１２上に光の波長順に
結像される。ラインセンサ１２からの出力信号は透過光
のスペクトル情報を時系列信号として出力させたものと
なっており、Ａ／Ｄ変換回路２０によってデジタル信号
に変換されたのち、演算器２１に入力される。演算器２
１では入力信号の強度変化からデータの極大、極小のピ
ーク波長を検出するとともに、各ピーク間の波長を算出
する。また、ルックアップテーブル２２ー１には想定さ
れる複数の膜の材質に応じた屈折率が入力されており、
コントロール回路３３からのクロック信号に同期して屈
折率の値が演算器２２に出力される。このとき一致度判
定回路３１からの出力信号により対象の試料と一致した
と判定された膜の材質の持つ屈折率が保持される。演算
器２２では得られたピーク間波長をもとに予め求めてお
いたピーク間波長−膜厚間のルックアップテーブルのデ
ータと比較するとともに、ルックアップテーブル２２ー
１から出力される屈折率の値を用いて、膜厚を算出する
。 透過光の強度及びスペクトルから算出された膜厚値は、
それぞれ引き算器２３に入力され、両者の測定値の差が
求められる。ここで得られた測定値の差は判定回路２４
に入力され、差の絶対値を予め設定した基準値とその大
小を比較する。判定回路では両方式によって得られた膜
厚値の差が基準値より大きい場合、得られたデータは信
頼性が低く無効と判断するとともに、膜厚値の差が基準
値より小さい場合、データは信頼性が高く有効であると
判断する。選択回路２５は判定回路２４で有効であると
判断されたデータのみを選択し出力する。

【００２７】なお、上記実施例においては有効と判定さ
れた膜厚測定値のみを出力するようにしたが、一致度判
定回路３１で一致したと判定された膜の材質も出力する
ようにしてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、第１の発明においては、
光の可視領域における膜の吸光特性と赤外領域における
膜内での多重反射現象を同時に利用して、同一の試料の
同一の箇所での膜厚を２方式で同時に測定し、それぞれ
の方式によって得られた測定結果を比較して、一致度の
高いデータのみを選択する構成としたことにより、膜の
材質の変化或いは外乱光による受光強度変化などの外乱
の影響のない、精度の高い測定結果が得られる効果があ
る。

【００２９】また、第２の発明においては、複数波長に
おける吸収係数の相対的変化を検知することにより、膜
の材質を同定し、材質に応じて膜の吸収係数を補正し、
この補正された吸収係数と特定波長の透過光強度とから
膜厚を算出するようにしたので、膜の材質変化にも対応
可能な高精度な膜厚測定が可能となる効果がある。

【００３０】また、第３の発明においては、光の可視領
域における膜の吸光特性と赤外領域における膜内での多
重反射現象を同時に利用し、可視領域では複数波長での
透過率を、赤外領域では膜厚値を同一箇所でそれぞれ独
立に測定し、これら両結果をもとに求めた複数波長での
吸収係数によって膜の材質を判定するよう装置を構成し
たので、高精度な膜材質の判定が可能となる。

【００３１】さらに、第４の発明においては、可視領域
での複数波長における膜の吸光特性、及び赤外領域にお
ける膜内での多重反射による透過光のスペクトル情報を
同時に検出できるよう光学系を構成し、可視領域におい
て複数波長の測定結果から膜の材質を同定し、同定した
膜の材質に対応した吸収係数を用いて膜厚値を補正する
とともに、赤外領域のスペクトル情報から得られた膜厚
の値を同定した膜の材質に対応する屈折率を用いて補正
し、可視領域での膜厚の測定値と赤外領域における測定
値とを比較して一致度の高いデータのみを選択するよう
にしたので、より高精度な膜厚測定ができ、かつ膜の材
質も同時に求めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１による膜検査装置を示す構成
図である。

【図２】本発明の実施例２による膜検査装置を示す構成
図である。

【図３】膜の透過率の波長に対する変化を示す特性図で
ある。

【図４】複数の材質について膜の吸収係数の波長に対す
る変化を示す特性図である。

【図５】本発明の実施例３による膜検査装置を示す構成
図である。

【図６】本発明の実施例４による膜検査装置を示す構成
図である。

【図７】光の吸収を利用した従来の膜厚測定装置を示す
構成図である。

【図８】光の干渉を利用した従来の膜厚測定装置を示す
構成図である。

【図９】光の吸収および干渉を利用した従来の膜厚測定
装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１　　光源 ２　　ハーフミラー ３　　波長フィルター ４　　検出器 ５　　試料 ６　　ハーフミラー ７　　波長フィルター ８　　検出器 ９　　集光用レンズ １０　　スリット １１　　回折格子 １２　　ラインセンサ １５　　割算器 １９　　演算器 ２１　　演算器 ２２　　演算器 ２３　　引き算器 ２４　　データ判定回路 ２５　　データ選択回路 ２６　　除算器 ２８　　ルックアップテーブル ２９　　引き算器 ３０　　判定回路 ３１　　一致度判定回路 ３２　　ルックアップテーブル ３３　　コントロール回路 ３４　　除算器 ３９　　わり算器 ４０　　引き算器 ４１　　加算器 ４２　　判定回路 ４３　　材質出力回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　紫外領域から赤外領域まで連続的に発
   光スペクトルを有する光源、この光源から出射する光の
   一部を分岐し、吸収現象の発生する第１の波長領域の特
   定波長の光強度をモニターする第１の光学系、上記光源
   からの光を試料に照射する照射光学系、上記試料からの
   透過光或いは反射光の赤外領域の光スペクトル分布情報
   を検出する第２の光学系、上記透過光或いは反射光の一
   部を分岐し、第１の光学系と同じ特定波長の光の強度を
   検出する第３の光学系、第１の光学系の受光強度と第３
   の光学系の受光強度との強度比と、予め求めておいた上
   記試料の吸収係数とによって、上記試料の厚さを算出す
   る第１の演算手段、第２の光学系からの出力信号をもと
   に上記試料の厚さを算出する第２の演算手段、及び第１
   の演算手段によって求められた試料厚さの測定値と第２
   の演算手段によって得られた試料厚さの測定値とを比較
   し、２つの上記測定値の一致度から上記測定値の有効性
   を判定する判定手段を備えた膜検査装置。
2. 【請求項２】　　紫外領域から赤外領域まで連続的に発
   光スペクトルを有する光源、この光源から出射する光の
   一部を分岐し、複数の特定波長における光強度をモニタ
   ーする複数の検出部からなる第１の光学系、上記光源か
   らの光を試料に照射する照射光学系、上記試料からの透
   過光或いは反射光の、第１の光学系と同じ複数の特定波
   長の光の強度を検出する第２の光学系、第１の光学系と
   第２の光学系の同一波長における受光強度の比によって
   表される透過率を求め、この透過率の各波長間での相対
   比から、予め材質ごとに求めた各波長間の透過率比を記
   憶したテーブルを基に、試料の材質を同定し、同定され
   た試料の、特定波長における吸収係数を決定する吸収係
   数同定手段、及び上記特定波長における透過率と上記決
   定された吸収係数の値とから上記試料の厚さを算出する
   演算手段を備えた膜検査装置。
3. 【請求項３】　　紫外領域から赤外領域まで連続的に発
   光スペクトルを有する光源、この光源から出射する光の
   一部を分岐し、吸収現象の発生する第１の波長領域の複
   数の特定波長における光強度をモニターする複数の検出
   部からなる第１の光学系、上記光源からの光を試料に照
   射する照射光学系、上記試料からの透過光或いは反射光
   の赤外領域の光スペクトル分布情報を検出する第２の光
   学系、上記試料からの透過光或いは反射光の一部を分岐
   し、第１の光学系と同じ複数の特定波長の光の強度を検
   出する第３の光学系、第２の光学系によって得られた光
   のスペクトル分布情報から試料の厚さを算出する第１の
   演算手段、第１の光学系と第３の光学系の同一波長にお
   ける受光強度の比から、各波長での試料の透過率を求め
   る第２の演算手段、第１の演算手段によって得られた膜
   厚値と第２の演算手段によって求められた各波長での透
   過率とから、複数の特定波長における吸収係数を求める
   第３の演算手段、及び得られた吸収係数の波長分布と予
   め求めておいた吸収係数の波長分布を比較し、所定の膜
   成分であるかどうかを判定する膜成分判定手段を備えた
   膜検査装置。
4. 【請求項４】　　紫外領域から赤外領域まで連続的に発
   光スペクトルを有する光源、この光源から出射する光の
   一部を分岐し、吸収現象の発生する第１の波長領域の複
   数の特定波長における光強度をモニターする複数の検出
   部からなる第１の光学系、上記光源からの光を試料に照
   射する照射光学系、上記試料からの透過光或いは反射光
   の赤外領域の光スペクトル分布情報を検出する第２の光
   学系、上記試料からの透過光或いは反射光の一部を分岐
   し、第１の光学系と同じ複数の特定波長の光の強度を検
   出する第３の光学系、第１の光学系と第３の光学系の同
   一波長における受光強度の比から、各波長での試料の透
   過率を求め、この透過率の各波長間での相対比から、予
   め材質ごとに求めた各波長間の透過率比を記憶したテー
   ブルを基に、試料の材質を特定する材質判定手段、この
   材質判定手段による材質の特定結果から試料の屈折率を
   同定する屈折率同定手段、第１光学系と第３の光学系か
   らの出力信号のうちの特定波長において得られた透過率
   と、上記材質判定手段によって特定された試料の吸収係
   数とによって、試料の厚さを算出する第１の演算手段、
   上記屈折率同定手段の出力と第２の光学系からの出力信
   号とから試料の厚さを算出する第２の演算手段、及び第
   １の演算手段と第２の演算手段によって得られた試料の
   厚さの測定値を比較し、２つの上記測定値の一致度から
   上記測定値の有効性を判定する判定手段を備えた膜検査
   装置。