JPH049704A - 光干渉式膜厚測定装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、位置分解能に優れ、局所的な厚みむらが存
在する測定対象の膜厚の測定に好適な光干渉式膜厚測定
装置に関する。

（従来の技術） 例えば、高分子フィルムの膜厚を測定する装置には、そ
のフィルムによるβ線や赤外線の吸収を利用するように
したものが多いが、これらは何れも高精度な測定には向
かない。より高精度な測定には、例えば特開昭５６−１
１５９０５号公報や特開昭６３−１６３］、０５号公報
に開示されている、いわゆる光干渉式が採用される。

光干渉式膜厚測定装置は、平行な白色光がフィルムによ
って反射されまたは透過するときの、干渉現象による分
光強度の変化が、白色光の入射角と、フィルムの膜厚と
、屈折率とに依存することを利用し、上記反射光または
透過光の分光強度の変化を検出し、その変化から膜厚を
求めるものである。ところが、このような装置で、局所
的な厚みむらの存在するフィルムの膜厚を測定すると、
ＳＮ比が大きく低下するという問題がある。

すなわち、上記のような装置により分光強度の変化を検
出するということは、具体的には干渉現象による明部ま
たは暗部か、いかなる波長のときに生ずるかを知るとい
うことにほかならない。し５たがって、明部または暗部
の位置を高精度で検出するためには明部と暗部との強度
比、ずなわぢコントラストが充分に大きいことが必要に
なる。

しかしながら、フィルムに照射した白色光の光像（以下
［スポット、（と呼ぶ）の領域内で厚さが変化するとい
った局所的な厚みむらが存在すると、十分なコントラス
トが得られなくなってしまう。

すなわち、スポット内の微小領域で反射または透過した
干渉光は、４その微小領域での厚さに対応した波長に明
部と暗部をｔ）つが、スポット内でこの厚さに分布があ
ると、明部と暗部に関して分布を持った分光強度が重な
ってコントラストが大きく低下し５てし７まい、この結
果、正確な測定ができなくなる。

また、こうして測定し７た厚さはスポット内の代表的厚
さであり、スポット内での細かい厚さ分布はキャンセル
されてしまい位置分解能の悪い測定しかできない。

実際、［Ｊ金より溶融吐出して製造し、た高分子フィル
ムでは、口金用１］付近にイ・４着しまた異物などの影
響でフィルムの長丁、力向に筋状に、凸または凹の厚さ
むらを生ずる、コ、とがある。この筋は、製造されたフ
ィルムの品質に大きく影響を与え、従−〕て、この形状
を幅方向に定量的に測定するごとは重要である３、 この筋は、例えば輪？、〜３ｎ＋ｍ、凸部の高さ（凹部
の低ざ）が０．１５μｍ以十のものであるが、例えば、
特開昭６３−１６３１１’、）５公報に開示されている
光干渉式膜厚測定装置のように８ｍｍのスポット径では
この厚さむら形状は測定できないばかりでなく、干渉波
形のコントラストがなくなり、厚さそのものも測定でき
ない。

一方、光干渉式膜１す測定装置においては、スポットの
面積がＳＮ比に影響する。すなわち、フィルムで反射（
または透過）する光量はスポットの面積に比例し、これ
によ−〕で分光器に導かれる光量も変化する。

このためスポット面積を小さくすると分光器に導かれる
光量も減少し、分光器出力もこれに比例し、て小さくな
る。ところが信号処理部のＳＮ比には変化がないため、
装置全体としてのＳＮ比が悪化する。これを補うために
入射光の強度を高めることが考えられる。

しかしながら、平行光をつくるために一般に用いられる
ピンホールレンズ系では、強度を高めるためにピンホー
ル径を大きくすると、光の平行度が低下し、干渉のコン
トラストが悪くなる。

また、光源のランプ強度についても、出力の高いランプ
は一般にフィラメント部を大きくすることでつくられて
おり、フィラメント単位面積当たりの強度が高いわけで
はないので、ピンホールによってこの効果は失われる。

しかも、フィラメント単位面積当たりの強度を高めるこ
とはランプの寿命を著しく短くさせるため実用的ではな
い。

一方、分光器中の光電変換素子の出力の増幅率を高くし
たとしても、暗電流、熱雑音等のノイズ分も増幅するこ
とになり、結果的にＳＮ比を改善することにはならない
。従って、従来の光干渉式膜厚測定装置では、細かい厚
さむらを精度良く測定覆ることはできなかった。

（発明が解決しようとする課題） 、二の発明の目的は、従来の装置のト記欠点を解決し、
測定対象が局所的な厚みむらをもつものであっても、明
部と暗部とのコントラストを大きくすることができ、高
精度な測定を位置分解能よく行なうことができる光モ渉
式膜厚測定装置を提供するにある。

（課題を解決するための手段） に配置的を達成するためにこの発明においては、平行な
白色光を一定の入射角で測定対象に入射させ、その測定
対象による反射光または透過光を分光器に導き、その分
光強度を検出して測定対象の膜厚を測定するようにした
装置であって、前記白色光の入射光路上に測定対象に照
射する光束の外形を規制する孔を有する遮蔽体を配置し
、かつ、前記分光器は、イメージインテンシファイヤと
、光ファイバを複数本束ねて成形した光伝導部材と２光
電変換素子とを備え、前記光伝導部材の一方の端面を前
記イメージインテンシファイヤの出射面に、他方の端面
を前記光電変換素子の入射面にそれぞれ密着させて配置
したことを特徴とする光干渉式膜厚測定装置が提供され
る。

（作用） 平行な白色光は遮蔽体の孔で光束の外形が規制され、一
定の入射角で測定対象に入射される。測定対象上のスポ
ットは、遮蔽体の孔の形を投影したものとなる。入射さ
れた光は測定対象で反射（または透過）されるが、その
際、干渉現象により周波数成分の強度が変化する。この
光は分光器に入射され、周波数に従った位置に分光され
る。

干渉現象の各周波数の強度変化は、各位置の強度変化す
なわち、光の像となる。

この光の像は、イメージインテンシファイヤで増幅され
、イメージインテンシファイヤの出射面から光伝導部材
の一方の端面に入り、各光フアイバ内を他に分散するこ
となく伝播し、他方の端面に光像を保持したまま出力さ
れ、受光素子に入力される。この間、光はレンズ系によ
る分散などがなく、光ファイバによる僅かな減衰のみで
受光素子に入力される。受光素子は、予め位置−波長の
対応材をしておくことにより、波長毎の強度すなわち、
分光強度を測定することができる。

こうして分光された光の強度変化は、周知のように、入
射角と測定対象の屈折率とが一定であれば測定対象の膜
厚に依存する。したがって、入射角θを一定に維持し、
測定対象の屈折率ｎを予め測定しておくことにより、反
射光の分光強度の変化から次式により膜厚を求めること
ができる。

ｄ　＝　１　／　［［２（ｎ　”　−５ｉｎ”θ）１′
町×　（λ、×λ□＋／（λ、−λ、、Ｉ）ｌ　］・・
・（１）ここに、ｄは測定すべき膜厚を、λ１、λ、＋
１（λ、〉λ□１）は相隣合う明部または暗部（ピーク
）の波長を表す。

（実施例） 以下、この発明を一実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図は、偏光子を入射光路上に配置し、かつ測定対象
からの反射光を受光するようにしたこの発明の装置の構
成を示すものである。

第１図において、白色光源１から８射した光は、コンデ
ンサレンズ２、ピンホール板３、コリメータレンズ４、
偏光板（偏光子）５を通り、更に後述する集光器７に開
けられた入射窓８を通って測定対象（フィルム）６に導
かれるようになっている。この集光器７および入射窓８
は、それぞれ遮蔽体と孔の役割を果たすものである。尚
、入射窓の大きさは直径２ｍｍの丸孔とした。通常、３
ｍｍ以下の丸孔とする。

白色光源１としては、タングステンランプ、キセノンラ
ンプ、ハロゲンランプなどを使用することができる。ま
た、遮蔽体は、独立したものでなくても構わず、別の要
素の入射光路上に孔をあけたものでも良い。

測定対象６には、集光器７が対向して配置されている。

この集光器７は、測定対象６上の膜厚を測定すべき点に
曲率中心をもち前記入射窓８が穿設された半球状の支持
体９と、多数の光ファイバ１０からなり、各光ファイバ
１０の各一端は支持体９に穿設された孔に一体的に嵌合
固定され、各他端は束ねられて固定されている。全ての
光ファイバ１０の各一端は、繊維軸が測定対象６上の膜
厚を測定すべき点すなわち、支持体９の曲率中心を向く
ように固定されている。

集光器７の後方には、各光ファイバ１０の他端面に対向
して分別用レンズ１１が配置され、更に、分別用レンズ
１１の後方に抽出用ピンホール板１２、コリメータレン
ズ１３、分光器１４、結像レンズ１５、イメージインテ
ンシファイヤ１６、ファイバプレート（光伝導部材）１
７、受光素子例えば、リニアイメージセンサ１８が、こ
の順序で配置されている。

分光器１４としては、平面回折格子のような回折格子型
のものや、プリズム型のものなどを使用することができ
る。ファイバプレート１７としては、例えば、直径６μ
ｍ程度の光ファイバを複数本束ねて成形した板材を用い
る。また、イメージインテンシファイヤ１６の出射面と
ファイバプレート１７は、好ましくは透明のグリースな
どを介して密着させる。また、リニアイメージセンサ１
８とファイバブレー川・１７とも密着さぜ、好ま（−＜
はファイバブレー！・１７とリニアイメージセンサ１８
とを一体化したものを使用４″′る３、 さて、上述した装置の作用を説明するに、白色光源１か
ら出射した白色光は、コンデンサレンズ２によってピン
ホール板３のピンホールに集光され、さらにコリメータ
レンズ４によって平行にされた後、偏光板５によってＰ
波成分またはＳ波成分の振動方向をも一つ直線偏光のみ
となり、これが集光器７の入射窓８を通って、測定対象
６上の測定すべき点に入射される。このとき光束は入射
窓８によって２　ｍ、ｍ径のスポットに絞られる。

測定対象６−Ｌに入射された光は、該測定対象６によっ
て反射されるが、その際、干渉現象によ−）で第２図に
示すように分光強度１に変化ができる。

この変化は、前述したよ・）に光の入射角θと測定対象
の屈折率ｎが一定であれば該測定対象６の膜厚ｄに依存
し７でいる。

ところで、測定対象６に入射した光は、通常正反射され
るが、測定対象にしわがあったり、１：　−Ｔ：の動き
や傾きかある場合には、反射方向か変動し。

たり、反射光が拡散ニアたりする、しかしながら、この
実施例では多数の光ファイバＩＯの各＝一端の繊維軸が
、測定対象６の測定すべき点を向（ように配列さオフて
構成されｒ、いる集光器７を使用しているために極めて
効率的な受光がｉｌｉ］能となる５、さて、反射光は、
分別用レンズ１１に導かれ、史に抽出用ピンホール板１
２のピンホールに導かれる、分別用レンズ１１は、各光
ファイバｌＯの各他端からの出射光のうちの同〜・方向
の成分のみを抽出用ピンホール板１２の位置として分別
する。そし２て、抽出された反射光は、クリメータレン
ズ１３によって平行光にされた後分光器１４に導かれて
分光；され、同−平面を形成する各波長毎の光に分離さ
れる。

分光器１４から出射；７た光は、結像レンズ１５により
イメージインテンシファイヤ１６−に、：に結像され、
干渉現象によって生じた明部、暗部を有する光が増幅さ
れ出射面に光像となって現れる。

この光は密着して配設されたファイバプレート１７の−
・端面に入射されるが、このとき該ファイバブレー；・
１７を構成する各光ファイバの一端面に入射された各光
は、２」応する光フアイバ内だけを透過して各他端面に
出力されるため、光像はほとんどぞのままの強度比でフ
ァイバプレー目７の他端面に出力される。ファイバプレ
ート１７の代わりにレンズを用いて結像させる場合は、
光の強度が数分の１から数十分の１に大きく減衰する。

しかしながら、ファイバプレート１７を使用した場合は
、光ファイバの端面や内部での僅かな減衰のみである。

こうし７てファイバブレー）−１７を透過した光像は、
そのままリニアイメージセンサ１８に入力されて波長毎
の光の強度として検出される。データ処理装置１９は、
この検出し７た波長毎の光の強度を取り込み、干渉現象
によって生じた明部または暗部の波長を求め、これに依
存するものとして前述し、た式（１）から後述する膜厚
演算法に従って測定対象６の膜厚ｄを演算する。

第３図及び第４図はこの発明の装置による波長λ（ｎｍ
）と、分光強度■との関係を示す測定例を、第５図及び
第６図はスポット径８ｍｍの従来装置による波長λ　（
ｎｒｎ）と、分光強度Ｉとの関係を示り″測定例である
。第３図及び第５図はフィルムの平坦部を測定したもの
であり、第４図及び第（５図は白ずし２と呼ばれる局部
的１９みむらのある部分を測定し、た場合である。測定
対象は、いずれもポリエステルフィルムで、触針式厚ろ
計によって測定し。

た厚ろが１３．６μｎ１のものである。

これらの例では、実際に検出された分光強度を、装置に
固有の分光特性、ずなわぢ光源１、分光器１４、リニア
イメージセンサ１８などの固有の分光特性によって正規
化し、干渉現象にＪ、って受ける分光強度の変化のみを
取り出している。この方法については後述する。

なお、白色光源ｌには１００Ｗのハロゲンランプを使用
した。光フフイバｌＯには、直径１ｍｍのプラスチック
製のものを使用し、これを第１図に示したように６００
本配列しまた。更に、分光器１４には、ブレーズ波長が
７５０ｎｍ　、溝数が１２００本、／　ｍｍの平面回折
格子を使用した。また、リニアイメージセンサ１８とし
ては、１０２４ビツトのＰＣＤ（Ｐｌａ、ｓｍａ　Ｃｏ
ｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ＞素子を使用した。

従来装置では、局部的な厚みむらがあると、分光強度の
明部と暗部との強度比、すなわちコントラストが殆どな
くなり、これから厚さ計算をすることができないのに対
し、本発明の装置では、山部、谷部が検出できるように
なり、厚さが測定できる。また、平坦部においてもコン
トラストが改善されていることがわかる。

次に、データ処理装置Ｉ９における膜厚演算法について
詳述する。

第７図は本発明におけるデータ処理装置１９の内部の構
成を示し、バッファアンプ２０、Ａ／Ｄ変換器２１、マ
イクロコンピュータ２２、イメージセンサ駆動回路２３
および図示しない入出力装置、記憶装置等により構成さ
れている。

第８図は、データ処理装置１９における演算処理のフロ
ーチャートである。

演算処理は大きく分けて、−点鎖線Ａ、Ｂ、Ｃで囲んだ
ように、 （ａ）　　サンプルを測定する前に行なってお（ブラン
クデータの測定（Ａ） （ｂ）　　測定条件（予想膜厚）の入力（Ｂ）（Ｃ）　
　膜厚測定ルーチン（Ｃ） の３部により構成されている。

ここで、ブランクデータとは第１図に示す測定系におい
て測定対象６の代わりに適当な反射板を置き測定した光
学系全体の分光特性のことをいう。

すなわち、通常の光学系では一般に光源、分光器、イメ
ージセンサ等が各々分光特性をもつので光学系全体とし
て成る分光パターンを持つ。このため、測定されたデー
タは光学系の分光特性（こ、薄膜の干渉によって生じる
分光波形が重畳したものとなって測定される。そこで、
測定対象６の干渉に由来する分光強度の波形を得るため
には、予めブランクデータを測定しておき、サンプルに
より得られた測定データを割り算して光学系全体の分光
特性の影響を除く必要がある。

以下に第８図のフローチャートに基づいて実際の手順を
説明する。

まず、ブランクデータ（ステップ１）の測定であるが、
測定対象６と同じ材質で作られ、かつ干渉現象の影響を
受けない程度の充分厚い板を用意し、それを測定対象６
の位置に置き測定する。このブランク測定は、膜厚測定
開始前に行ない記憶装置に記憶しておく。

このときの反射板はミラーでもよいが、ミラーとサンプ
ルとでは反射率が大きく異なるためにサンプル測定時の
ダイナミックレンジが狭くなる。

従って、反射板は、サンプルと同一素材の板を用いるこ
とが好ましい。

また、ブランク測定は測定開始前に行なうが、光源ラン
プの経時変化などを補償するために定期的に再測定する
ことが好ましい。第９図にブランクデータの測定例を示
す。

次に測定条件の入力であるが、測定対象６の予想される
おおよその膜厚を入力（ステップ２）し、この予想膜厚
に基づいて極値検索時の分割ピッチを計算（ステップ３
）する。この分割ピッチは、膜厚に応じて、干渉波形の
周期を一定の分割数（約１０分割）となるように定めた
値である。

更に、予想膜厚から、次式で与える予想波数間隔Ｗｅを
計算（ステップ３）する。

ここに、ｎは屈折率、θは入射角、ｔｅは予想膜厚を表
す。

Ｗｅは、隣合う極大（小）値の波数間隔を予想するもの
で、干渉光の分光波形の極値検出後に、波形の中で精度
よく膜厚が測定できる正常部位の判定に用いる。

次に膜厚測定ルーチンの説明を行なう。

第８図に示す様に膜厚測定ルーチンは次の手順で行なわ
れる。

（ａ）　　分光強度測定 （ｂ）　　平滑化 （Ｃ）正規化 （ｄ）　　差分データ作成 （ｅ）　　極値区間検出 げ）極値位置内挿 （ｇ）　　正常部位の抽出 ｆｈ、）　　膜厚演算 以下、各ブロックの機能を詳細に説明する。

分光強度測定ルーチンではデータ処理装置１９のマイク
ロコンピュータ２２（第７図）の指令によりイメージセ
ンサ１８の出力を順次Ａ／Ｄ変換器２１で読み取り（ス
テップ４）、生の測定データとする。

次に平滑化（ステップ５）を行なう。平滑化には様々の
手法があるが、単純な移動平均の様に短時間で行なえる
ものが好ましい。また、移動平均を取るポイント数を２
”　　（ｎ＝１．２、・・・）に選んでおけば割算をビ
ットシフトで行なうことができるために高速化の点で好
ましい。また、この時リニアイメージセンサ１８の有効
部分以外の所を覆って光に感じない様にしたダークセル
を作っておき、各々の出力からこのダークセルの出力を
差し引けばリニアイメージセンサ１８の暗電流補償を行
なうことができるので好ましい。

この様にして平滑化されたデータを平滑化データと呼ぶ
。次に、前もって測定しておいたブランクデータで平滑
化データを、セル番号を対応させて割算して正規化（ス
テップ６）する。このとき、精度を落とさずに高速で割
算を行なうために平滑化データを２′倍（ｎ−８，９、
・・・、この操作もビットシフトで行なう）しておき整
数どうしの割算とする。得られたデータを正規化データ
と呼ぶ。

第１０図及び第１１図に触針式厚み計によって測定した
厚みが１４．６μｍのポリエステルフィルムを測定した
場合の平滑化データ及び正規化データの例を示す。

次に、差分データの作成（ステップ７）であるが、前も
って定めておいた分割ピッチおきに正規化データをスキ
ャンして差分データを作る。正規化データの有効分の最
初に対応するセルの番号を１とし、最後に対応するセル
の番号をＮとすると、５番目（Ｉ≦Ｊ≦（Ｎ−１）／ｈ
）の差分データＤ　（Ｊ）は次式で定義される。

Ｄ（１）＝Ｓ　（１＋Ｊｘｈ） −３（１＋（Ｊ−１）　ｘｈ）　　　・・・（３）ここ
に、Ｓ　（Ｎ）はセル番号Ｎの正規化データ、ｈは分割
ピッチを表す。

次に差分データに基づいて極値存在区間を検出（ステッ
プ８）する。極大値は、微分係数が正から負へ変化した
点であるので、上式（３）で求めた差分データの符号の
変化より極値の存在区間が検出できる。第１２図に差分
データ作成フローチャートを示す。

第１２図において、正規化データの有効分の１番目に対
応するセル番号を１に、５番目に対応するセル番号をＯ
に設定（ステップ１）した後、セル番号■に予想膜厚に
よって定まる分割ピッチｈを加えた値が正規化データの
有効分の最後に対応するセル番号Ｎよりも小さい（１＋
ｈ≦Ｎ）か否かを判別（ステップ２）する。このステッ
プ２の判別答が肯定（Ｙｅｓ）のときには番号Ｊを１だ
け進め（ステップ３）、５番目の差分データＤ（１）を
１番目の正規化データ５（１）と（１＋ｈ）番目の正規
化データＳ　（１＋ｈ）とにより演算（ステップ４）す
る。次いで、セルの番号Ｉを１だけ進めて（ステップ５
）ステップ２に戻る。かかる演算を繰り返し、ステップ
２の判別答が否定（Ｎｏ）となると、差分データの数Ｄ
ｍａｘをＪに設定（ステップ６）して演算を終了する。

次に、極値存在区間の前後のデータを用いて極値位置を
内挿することにより極値位置を検出（ステップ９）する
。

通常は差分データの符号が変化した分割ピッチ刻みの３
点のデータを用いて２次補間すれば充分である。この補
間により極値の位置をシメージセンサ１８のセルの間も
含めて決定出来る。

この極値の位置を読み換えるためには前もってイメージ
センサＩ８のセル番号と波長との対応関係を知る必要が
ある。この対応はブランクデータ測定時に反射板の上に
波長既知の干渉フィルタを置いて測定し、そのピーク位
置を求めることにより知ることが出来る。

次に正常部位の抽出方法（ステップ１０）について詳述
する。

前記手順によって求めた極値には次のような誤判定の可
能性がある。

（ａ）　　電気的、光学的ノイズが重畳していると、そ
のノイズを極値と誤判定してしまう。

（ｂ）　　測定対象の局所的厚みむら、しわ等の要因に
より干渉光の分光強度波形が局所的に歪みを生じ、本来
の極値とは異なった値を極値と判定してしまう。

（Ｃ）　　波形に歪みが生じた部分の極値が検出されず
に欠落してしまい、本来隔たった極値を隣りどうしと誤
判定してしまう。

特に、本装置のように局所むらのある測定対象物を小径
のスポットで測定する場合にはこれら誤判定の可能性が
高くなり、そのまま演算したのでは測定値に大きな誤差
を生じる。そこで、以下に述べるような方法を用いて波
形の正常部分と歪んだ部分の極値を判別し、正常な部分
の極値だけを用いて膜厚演算することが望ましい。

正常部位の抽出方法としては以下の３通りの方法がある
。

第１の方法は、検出した極大値の位置（波長）と極小値
の位置（波長）とを順番に並べて極大、極小が交互に並
んでいない部分を異常部のものと判定する方法である。

検出した極大点、極小点をｐｉ（ｉ＝Ｌ２、・・・）、
ｂｉ（ｉ＝１．２、・・・）と番号付け、極大値の位置
（波長）をλｐ＋（ｔ＝１．２、・・・、λ□〉λＰｌ
＋１）　、極小値の位置（波長）をλｂ＋（ｉ＝１．２
、・・・；λ１〉λ１ｕ＋１）とする。

そして、これらの波長を大小順に並べたとき、極値検出
に欠落または誤検出（極値でない所を極値として検出）
がなければ、例えば、λ、１〉λ、１〉λ、２〉λ、２
〉・・・・・・、または、λ目〉λｐ＋＞λ、２〉λ、
２〉・・・・・・、のようにλ、１とλ１とが交互に並
ぶ。

この順番が狂って例えば、λ、；とλ、ｌ＋１が並んで
いる場合、両者の間に極値検出の欠落があったか、両者
のうちのどちらか一方または両方が誤検出であるとし、
ｐｉとｐｉ＋１間（波長にして、λ、＋１〜λｐｉ）を
異常区間とする。更に、異常の可能性を取り除くため、
ｐｉ、　ｐｉ＋１に隣接する両側の極小値をｂｋ、　ｂ
ｋ＋１としたとき、ｂｋ、　ｂｋ＋１間（波長にして、
λｂｋ＋Ｉ〜λｂｋ）間を異常区間としても良い。後述
の別方法を組み合わせない場合は、異常区間を広く仮定
した方が良い。λ、１とλ１．＋１が並んだ場合、また
３つ以上の極大（小）値が並んだ場合についても同様で
ある。

第２の方法は、検出した極大値間、若しくは極小値間、
若しくは極大極小値間の波数の間隔を、前述の予想波数
間隔Ｗｅから求めた上下限値と比較し、この範囲から外
れた極大（小）値を異常部のものと判定する方法である
。

以下に、極大値間の波数間隔で判定する場合について詳
述する。

検出した極大値の位置（波長）をλ□（ｉ＝１．２、・
・・；λ２．〉λｐｌ＋１）とする。各極大値の位置（
波長）について、それぞれの逆数である波数を求め、隣
接する極大値間の波数差Ｗｋを次式に従い計算する。

λｊｋ＋ｌ　　　　　λｐｋ ここに、（ｋ−１，２，３、・・・） 式（２）で決定した波数間隔Ｗｅに対して誤差許容率を
±ａ’＋（ａｔ　＞ｏ）としたとき、Ｗｋの許容範囲を
次式で定める。

Ｗｅ（ｌ　　ａｔ）≦Ｗｋ≦Ｗｅ（１＋　ａ　＋）　　
　−（５）この式（５）を満足しない値Ｗｋについては
、両側の極大部ｐｋ、　ｐｋ＋１のどちらか一方または
両方に異常があったか、或いはその間の極大部が欠落し
ているものとし、両方の極大部ｐｋ、　ｐｋ＋１間（波
長にして、λ、に＋１〜λ１．）を異常区間と判定して
、膜厚計算に用いないようにする。

なお、極大値、極小値の波数間隔で判定する場合、前述
の第１の方法を組み合わせて、予め極値位置を並べてお
くと良い。なお、極大、極小値間の波数差Ｗｋ’の判定
には、Ｗｅの代わりにこれを１７２倍した値Ｗｅ’を用
いる。

第３の方法は隣り合う極大値、極小値の差（干渉波形の
振幅に相当）を求め、これが他と大きく違っているもの
を異常部のものと判定する方法である。

検出した極大値（強度）をＩ＋＋（ｔ＝１．２、・・・
）、極小値をＬ＋（ｉ＝１．２、・・つとする。

なお、順番はそれぞれの位置（波長）が、λ、ｌ〉λｐ
ｌ＋＋＋　　λ１〉λｂｌ＋Ｉとなるように並んでいる
ものとする。

このとき次式（６）に従って山谷間の強度差１１を求め
る。

１に一１□−１ｂ＆　　　　　　　　　　　・・・（６
）（ｋ＝１．２、・・・、） そして、求めた■、のうち他と大きく異なるものは、極
大点ｐｋまたはｂｋのどちらか一方または両方に異常が
あったとして両者ｐｋ、　ｂｋ間（波長にして、λ−２
．〜λいまたはλ□〜λｐｋ）を異常区間と判定して膜
厚計算に用いないようにする。

Ｉｋの判定には、求めた全てのＩ、を平均した値１．を
用いて誤差許容率ａ２に対し、Ｌ（ｌａｘ）≦Ｉ、≦ｒ
　−（１＋　ａ　２）　　　−（７１上式（７）に入ら
ないｉｋを異常とするか、或いは計算時間は要するがＩ
、の分散σ２を求め、１、（１−２σ）≦Ｉ、≦Ｉ　、
（１＋　２σ）　・・・（８）上式（８）に入らないＩ
ｈを異常とする等の方法がある。

また、前述の第１の方法と組み合わせ、極大点、極小点
を交互に並べておき、正しい順番のものについてだけ山
谷差を求めても良い。

上述の３種の判定法は、単独で用いても良く、或いは組
み合わせて用いてもよい。検出した極値のうち、これら
の判定法で異常区間と判定された区間を除外した部分を
正常区間とし、この正常区間だけを用いて膜厚演算する
。また、この正常区間が最も長く連続している部分だけ
を取り出し、その部分だけを用いて膜厚を演算しても良
い。

第１表は、第１１図の正規化データから検出した極大、
極小値の波長である。第２の方法の極大極小値間の波数
間隔を述べる方法を適用した場合、ｎ＝１．．６、θ＝
　ｙｒ　／　６　（ｒａｄ）　、予想膜厚１４．６　μ
ｍに対し、予想波数間隔は、 Ｗｅ’＝　−Ｗｅ　＝１１２６６　　　　　（１／ｍ）
　　　−（９）波数間隔の許容を２０％とすると波数間
隔Ｗｋの上下限は９０１３≦Ｗｋ≦１．３５１．９とな
り、第１１図の波形でこの条件を連続的に満たし、かつ
最も長く連続しているのは長波長側から５周期分になる
。

第１表 または、隣り合う二つの極大点、極小点の波長をλ□、
λ４゛（λ、〉λ□′）としたとき、膜厚演算は、連続
した同一の正常部位（両端を含む）に含まれる極値につ
いて、隣り合う二つの極大点（若しくは極小点）の波形
をλ４、λｆｆ１ａ１としたとき、前式（１）に従って
演算して求める。

・・・（１０） に従って計算する。膜厚が薄い場合、正常部位か小さい
場合にはこの方法か適している。

正常部位に複数の極点が含まれて隣合った極点のペアが
複数組選べる時、このようにして得られる膜厚も複数個
あるが、これを平均等の手法で処理し、膜厚を求める。

前記測定例より演算した膜厚は１４．５７μｍであった
。

以上の手順はマイクロコピュータ２２により全てコント
ロールされ、自動的に行なわれる。測定するサンプルが
異なる場合には予想膜厚の入力から再度行なえば良い。

第１３図は本装置で測定した、フィルム位置と厚さとの
関係を示す図である。

触針式厚み計によって測定した厚みが］、４．３７１ｍ
のポリエステルフィルムの厚みを該フィルムの幅方向に
１胴間隔で測定し、上記膜厚演算法を用いて得られた結
果をプロットしたものである。図より、局部的な厚さ変
化がとらえられ“Ｃいることがわかる。

なお、本実施例ではスポット径を２ｍｍとしたが、更に
細かい変化までを測定するためにスポット径を更に小さ
くしてもよい。この場合は、スポット径に応じ、集光器
７の光ファイバｌＯの径を、スポット径の１７２以下を
目安に細くし、かつ密にすることが好ましい。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、平行な白色光を一
定の入射角で測定対象に入射させ、その測定対象による
反射光または透過光を分光器に導き、その分光強度を検
出して測定対象の膜厚を測定するようにした装置であっ
て、前記白色光の入射光路上に測定対象に照射する光束
の外形を規制する孔を有する遮蔽体を配置し、かつ、前
記分光器は、イメージインテンシファイヤと、光ファイ
バを複数本束ねて成形した光伝導部材と、光電変換素子
とを備え、前記光伝導部材の一方の端面を前記イメージ
インテンシファイヤの出射面に、他方の端面を前記光電
変換素子の入射面にそれぞれ密着させて配置したことに
より、測定対象に局部的な厚みむらがあった場合でも分
光強度の明部と暗部との強度比すなわち、コントラスト
を大きくすることができる。この結果、膜厚情報をもつ
明部と暗部との波長を正確に検出することが可能となり
、位置分解能を向上させることができ、高精度の膜厚測
定を行なうことができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る光干渉式膜厚測定装置の一実施
例を示す概略構成図、第２図は薄膜による分光強度の干
渉波形を示す模式図、第３図および第４図は本発明装置
による測定例を示すグラフ、第５図および第６図は従来
装置による測定例を示すグラフ、第７図はデータ処理部
の概略構成図、第８図は膜厚測定に必要な演算処理を示
すフローチャート、第９図はブランクデータ、第１０図
および第１１図は触針式の膜厚測定結果が１４．６μｍ
のポリエステルフィルムを本発明の装置で膜厚測定した
場合の平滑化データおよび正規化データを示す図、第１
２図は差分データを作成するフローチャート、第１３図
は触針式の膜厚測定結果が１４．３μｍのポリエステル
フィルムを本発明の装置で測定した場合の厚みむらを示
す図である。 １・・・白色光源、２・・・コンデンサレンズ、３・・
・ピンホール板、４・・・コリメータレンズ、５・・・
偏光板、６・・・測定対象、７・・・集光器（遮蔽体）
、８・・・入射窓（孔）、９・・・支持体、ｌＯ・・・
光ファイバ、１１・・・分別用レンズ、１２・・・ピン
ホール板、１３・・コリメータレンズ、１４・・・分光
器、１５・・・結像レンズ、１６・・・イメージインテ
ンシファイヤ、１７・・・ファイバプレート（光伝導部
材）、１８・・・リニアイメージセンサ、１９・・・デ
ータ処理装置。 出願人　　東　し　株　式　会　社 代理人　　弁理士　　長　門　侃　二 環ｊ図 Ｌ−ニコ ／ １１！ｌ 令米粧剛 虫光較照

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平行な白色光を一定の入射角で測定対象に入射させ、そ
   の測定対象による反射光または透過光を分光器に導き、
   その分光強度を検出して測定対象の膜厚を測定するよう
   にした装置であって、前記白色光の入射光路上に測定対
   象に照射する光束の外形を規制する孔を有する遮蔽体を
   配置し、かつ、前記分光器は、イメージインテンシファ
   イヤと、光ファイバを複数本束ねて成形した光伝導部材
   と、光電変換素子とを備え、前記光伝導部材の一方の端
   面を前記イメージインテンシファイヤの出射面に、他方
   の端面を前記光電変換素子の入射面にそれぞれ密着させ
   て配置したことを特徴とする光干渉式膜厚測定装置。