(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を測定対象膜に照射する投光部と、
前記測定対象膜からの反射光又は透過光を受光する受光部と、
前記投光部から照射される光の焦点位置であり、かつ前記受光部に入射する光の焦点位置でもある共通焦点位置を所定範囲内で走査させる焦点位置走査部と、
前記受光部が受光した光の分光スペクトルデータを取得する分光データ取得部と、
前記分光スペクトルデータに基づいてパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出部と、
前記パワースペクトルのデータに基づいて前記測定対象膜の膜厚を算出する膜厚算出部と、
前記分光スペクトルデータもしくは前記パワースペクトルのデータ又はそれらの両方にしきい値を設け、前記しきい値以上のデータを抽出するデータ抽出部と、を備え、
前記膜厚算出部は前記データ抽出部が抽出したデータに対応する膜厚データを出力する干渉式膜厚計。
【請求項２】
前記投光部及び前記受光部は前記光源からの光を前記測定対象膜に照射するとともに前記測定対象膜からの反射光を受光する投受光部によって構成されている請求項１に記載の干渉式膜厚計。
【請求項３】
前記焦点位置走査部は、前記投受光部と前記測定対象膜との間の光路に厚みもしくは屈折率又はそれらの両方が互いに異なる複数の透明平行平板を順次挿入して、前記共通焦点位置を変化させる請求項２に記載の干渉式膜厚計。
【請求項４】
前記焦点位置走査部は、前記投受光部と前記測定対象膜との間の光路に配置されたミラーを回転させることにより、前記共通焦点位置を変化させる請求項２に記載の干渉式膜厚計。
【請求項５】
前記焦点位置走査部は、前記ミラーと前記測定対象膜との間の光路に厚みもしくは屈折率又はそれらの両方が互いに異なる複数の透明平行平板を順次挿入して、前記共通焦点位置を変化させる請求項４に記載の干渉式膜厚計。
【請求項６】
前記焦点位置走査部は、前記投受光部と前記測定対象膜との間の光路に配置された透明平行平板を、前記投受光部に入射する光の焦点からの光の光軸と前記透明平行平板がなす角度が変化するように回転させることにより、前記共通焦点位置を変化させる請求項２に記載の干渉式膜厚計。
【請求項７】
前記焦点位置走査部は、前記投受光部と前記測定対象膜との間の光路に互いに平行に配置された一対のミラーを連動して回転させることにより、前記共通焦点位置を変化させる請求項２に記載の干渉式膜厚計。
【請求項８】
前記焦点位置走査部は、前記投受光部と前記測定対象膜との間の光路に焦点距離が互いに異なる複数のレンズを順次挿入して、前記共通焦点位置を変化させる請求項２に記載の干渉式膜厚計。
【請求項９】
前記焦点位置走査部は、前記投受光部と前記測定対象膜との間の光路に、ウェッジ角もしくは傾斜面の配置方向又はそれらの両方が互いに異なる複数のウェッジ基板を順次挿入して、前記共通焦点位置を変化させる請求項２に記載の干渉式膜厚計。
【請求項１０】
前記焦点位置走査部は、前記投受光部と前記測定対象膜との間の光路に配置された２つのウェッジ基板を備え、
前記２つのウェッジ基板は、同じウェッジ角をもち、かつ傾斜面が対向配置され、
前記焦点位置走査部は、前記光路に位置する前記２つのウェッジ基板の合計の厚みが変化するように移動させることにより、前記共通焦点位置を変化させる請求項２に記載の干渉式膜厚計。
【請求項１１】
前記投光部と前記受光部は前記測定対象膜を挟む位置に配置されており、
前記受光部は前記測定対象膜からの透過光を受光するものであり、
前記焦点位置走査部は前記投光部と前記受光部の距離及び角度を保持しながら前記投光部及び前記受光部を前記測定対象膜に対して移動させて前記共通焦点位置を変化させる請求項１に記載の干渉式膜厚計。
【請求項１２】
前記データ抽出部は、前記分光スペクトルデータにおける受光強度に前記しきい値を設ける請求項１〜１１のいずれか一項に記載の干渉式膜厚計。
【請求項１３】
前記データ抽出部は、前記分光スペクトルデータにおける受光強度の最大値と最小値の差に前記しきい値を設ける請求項１〜１１のいずれか一項に記載の干渉式膜厚計。
【請求項１４】
前記データ抽出部は、前記パワースペクトルのデータにおけるピーク高さに前記しきい値を設ける請求項１〜１１のいずれか一項に記載の干渉式膜厚計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は干渉式膜厚計に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜の膜厚を測定する装置として、光の干渉現象を利用した干渉式膜厚計が知られている（例えば特許文献１を参照。）。干渉式膜厚計の測定原理について説明する。透明な測定対象に光が照射されると、表面及び裏面から反射光が戻ってくる。このときにそれぞれの反射光が干渉して、ある波長では強めあい、ある波長では弱めあう。強めあう波長と弱めあう波長は測定対象膜の膜厚と屈折率によって決定される。これにより、反射スペクトルの干渉縞の間隔から膜厚が計算される。
【０００３】
図１８は従来の干渉式膜厚計の概略的な構成図である。
膜厚計は、光源１０１、投光用光ファイバー１０３、投受光部１０５、受光用光ファイバー１０７、分光器１０９、演算部１１１を備えている。演算部１１１は、分光データ取得部１１３、パワースペクトル算出部１１５、膜厚算出部１１７を備えている。
【０００４】
光源１０１から照射された白色光は、投光用光ファイバー１０３によって投受光部１０５に導かれ、集光されて測定対象膜１１９に照射される。測定対象膜１１９の表面と裏面で反射した光は、投受光部１０５に入射し、受光用光ファイバー１０７によって分光器１０９に導かれる。分光器１０９は、受光用光ファイバー１０７からの光を分光して反射分光スペクトルを得て、これを電気信号に変換して出力する。
【０００５】
演算部１１１は、分光器１０９からの電気信号に基づいて測定対象膜１１９の膜厚を演算する。分光データ取得部１１３は、分光部１０９からの電気信号に基づいて分光スペクトルデータを取得する。分光データ取得部１１３は、分光スペクトルデータをパワースペクトル算出部１１５に出力する。
【０００６】
パワースペクトル算出部１１５は、分光スペクトルデータに対して前処理及びフーリエ変換を施して、パワースペクトルを算出する。パワースペクトル算出部１１５はパワースペクトルのデータを膜厚算出部１１７に出力する。
【０００７】
膜厚算出部１１７は、パワースペクトルのピーク位置及び測定対象膜１１９の屈折率に基づいて、測定対象膜１１９の膜厚を算出する。
図１８の従来技術は測定対象膜１１９からの反射光の分光スペクトルに基づいて測定対象膜１１９の膜厚を算出しているが、干渉式膜厚計は測定対象膜からの透過光の分光スペクトルに基づいて測定対象膜の膜厚を算出することもできる。
【０００８】
図１９は従来の干渉式膜厚計の概略的な構成図である。図１９において、図１８と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。
膜厚計は、光源１０１、投光用光ファイバー１０３、投光部１２１、受光部１２３、受光用光ファイバー１０７、分光器１０９、演算部１１１を備えている。演算部１１１は、分光データ取得部１１３、パワースペクトル算出部１１５、膜厚算出部１１７を備えている。
【０００９】
投光部１２１と受光部１２３は測定対象膜１１９を挟む位置に配置されている。
光源１０１からの光は投光用光ファイバー１０３及び投光部１２１を介して測定対象膜１１９に照射される。測定対象膜１１９を透過した光は、受光部１２３に入射し、受光用光ファイバー１０７によって分光器１０９に導かれる。分光器１０９は、受光用光ファイバー１０７からの光を分光して透過分光スペクトルを得て、これを電気信号に変換して出力する。演算部１１１は、分光器１０９からの電気信号に基づいて測定対象膜１１９の膜厚を演算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平７−２８０５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
例えばポリイミド、ポリエチレン、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）等からなるフィルムやシートの製造工程において、干渉式膜厚計はオンライン測定に使用されることがある。オンライン測定では、測定対象膜が連続的に移送される。この場合、測定対象膜が振動したり撓んだりする。測定対象膜が振動したり撓んだりすると、投光部及び受光部と測定対象膜との間の距離や、投光部及び受光部と測定対象膜がなす角度が変化する。
【００１２】
まず、図１９に示したように、投光部と受光部が別々になっている場合について説明する。投光部から照射される光の焦点位置及び受光部に入射する光の焦点位置が測定対象膜から離れると、干渉式膜厚計は測定対象膜の膜厚を算出することができないという不具合があった。本願発明者らはその原因を調査した結果、焦点位置が測定対象膜から離れると測定対象膜における測定スポットが大きくなるために測定できなくなるという知見を得た。
【００１３】
測定スポットが大きくなると、測定スポット内における測定対象膜の厚さの均一性が低下する。例えば図２０に示すように測定スポット内における測定位置Ａと測定位置Ｂとで測定対象膜１１９の膜厚が異なると、測定位置Ａを透過した光と測定位置Ｂを透過した光が受光部に入射する。測定位置Ａを透過した光と測定位置Ｂを透過した光は、強めあう波長と弱めあう波長が互いに少しずつ異なる。これらの光が足し合わされると、図２１に示すように、干渉縞が平均化されて無くなってしまう。このような理由から、焦点位置が測定対象膜から離れると、干渉式膜厚計は測定対象膜の膜厚を算出することができない。
【００１４】
次に、図１８に示したように、投光部及び受光部が投受光部によって構成されている場合について説明する。この場合についても、本願発明者らは調査し、投受光部から照射される光及び投受光部に入射する光の焦点位置が測定対象膜から離れると、測定対象膜からの光が投受光部に入射しなくなることが原因で測定ができなくなることを発見した。
【００１５】
例えば図２２に示すように、測定対象膜１１９の位置が破線位置から実線位置に変化して投受光部１０５と測定対象膜１１９の距離が変化すると、反射光（破線）が投受光部１０５に入射しなくなる。
【００１６】
また、図２３に示すように、測定対象膜１１９の位置が破線位置から実線位置に変化して投受光部１０５から照射される光の光軸と測定対象膜１１９がなす角度が変化すると、反射光（破線）が投受光部１０５に入射しなくなる。
【００１７】
測定対象膜１１９からの反射光が投受光部１０５に入射しない場合、干渉式膜厚計は測定対象膜１１９の膜厚を算出することができない。したがって、従来の干渉式膜厚計は、オンライン測定において安定した測定ができないという問題があった。なお、この問題は、測定対象膜からの透過光の分光スペクトルに基づいて測定対象膜の膜厚を算出する干渉式膜厚計においても生じる。
【００１８】
本発明は、オンライン測定において安定した測定ができる干渉式膜厚計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明にかかる干渉式膜厚計は、光源からの光を測定対象膜に照射する投光部と、上記測定対象膜からの反射光又は透過光を受光する受光部と、上記投光部から照射される光の焦点位置であり、かつ上記受光部に入射する光の焦点位置でもある共通焦点位置を所定範囲内で走査させる焦点位置走査部と、上記受光部が受光した光の分光スペクトルデータを取得する分光データ取得部と、上記分光スペクトルデータに基づいてパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出部と、上記パワースペクトルのデータに基づいて上記測定対象膜の膜厚を算出する膜厚算出部と、上記分光スペクトルデータもしくは上記パワースペクトルのデータ又はそれらの両方にしきい値を設け、上記しきい値以上のデータを抽出するデータ抽出部と、を備えている。上記膜厚算出部は上記データ抽出部が抽出したデータに対応する膜厚データを出力する。
【００２０】
本発明の干渉式膜厚計において、焦点位置走査部は、投光部から照射される光の焦点位置であり、かつ受光部に入射する光の焦点位置でもある共通焦点位置を所定範囲内で走査させる。これにより、投光部及び受光部と測定対象膜との間の距離が変化した場合や、投光部から照射される光の光軸及び受光部に入射する光の光軸と測定対象膜がなす角度が変化した場合であっても、投光部から測定対象膜へ適切な光が照射されるとともに測定対象膜から適切な反射光又は透過光が受光部に入射する。
【００２１】
さらに、本発明の干渉式膜厚計において、データ抽出部は、分光スペクトルデータもしくはパワースペクトルのデータ又はそれらの両方にしきい値を設け、しきい値以上のデータを抽出する。上記共通焦点位置が走査されると、不必要なデータも取得される。データ抽出部は適切なデータのみを抽出する。そして、膜厚算出部はデータ抽出部が抽出したデータに対応する膜厚データを出力する。
【００２２】
本発明の干渉式膜厚計において、上記投光部及び上記受光部は、例えば上記光源からの光を上記測定対象膜に照射するとともに上記測定対象膜からの反射光を受光する投受光部によって構成されている。ただし、本発明の干渉式膜厚計において、上記投光部及び上記受光部は別々に設けられていてもよい。
【００２３】
上記投受光部を備えた本発明の干渉式膜厚計において、上記焦点位置走査部の一例は、上記投受光部と上記測定対象膜との間の光路に厚みもしくは屈折率又はそれらの両方が互いに異なる複数の透明平行平板を順次挿入して、上記共通焦点位置を変化させる。
【００２４】
上記焦点位置走査部の他の例は、上記投受光部と上記測定対象膜との間の光路に配置されたミラーを回転させることにより、上記共通焦点位置を変化させる。
【００２５】
上記焦点位置走査部のさらに他の例は、上記ミラーと上記測定対象膜との間の光路に厚みもしくは屈折率又はそれらの両方が互いに異なる複数の透明平行平板を順次挿入して、上記共通焦点位置を変化させる。
【００２６】
上記焦点位置走査部のさらに他の例は、上記投受光部と上記測定対象膜との間の光路に配置された透明平行平板を、上記投受光部に入射する光の焦点からの光の光軸と上記透明平行平板がなす角度が変化するように回転させることにより、上記共通焦点位置を変化させる。
【００２７】
上記焦点位置走査部のさらに他の例は、上記投受光部と上記測定対象膜との間の光路に互いに平行に配置された一対のミラーを連動して回転させることにより、上記共通焦点位置を変化させる。
【００２８】
上記焦点位置走査部のさらに他の例は、上記投受光部と上記測定対象膜との間の光路に焦点距離が互いに異なる複数のレンズを順次挿入して、上記共通焦点位置を変化させる。
【００２９】
上記焦点位置走査部のさらに他の例は、上記投受光部と上記測定対象膜との間の光路に、ウェッジ角もしくは傾斜面の配置方向又はそれらの両方が互いに異なる複数のウェッジ基板を順次挿入して、上記共通焦点位置を変化させる。
【００３０】
上記焦点位置走査部のさらに他の例は、上記投受光部と上記測定対象膜との間の光路に配置された２つのウェッジ基板を備えている。上記２つのウェッジ基板は、同じウェッジ角をもち、かつ傾斜面が対向配置される。焦点位置走査部は、上記光路に位置する上記２つのウェッジ基板の合計の厚みが変化するように移動させることにより、上記共通焦点位置を変化させる。
【００３１】
本発明の干渉式膜厚計において、上記投光部及び上記受光部は、例えば上記測定対象膜を挟む位置に配置されている。この構成において、上記受光部は上記測定対象膜からの透過光を受光する。この構成において、上記焦点位置走査部は、例えば上記投光部と上記受光部の距離及び角度を保持しながら上記投光部及び上記受光部を上記測定対象膜に対して移動させて上記共通焦点位置を変化させる。
【００３２】
なお、上記焦点位置走査部は、上記に挙げた構成例に限定されるものではない。本発明の干渉式膜厚計において、上記焦点位置走査部は、上記共通焦点位置を所定範囲内で走査させることができる構成であればどのような構成であってもよい。
【００３３】
本発明の干渉式膜厚計において、上記データ抽出部の一例は、上記分光スペクトルデータにおける受光強度に上記しきい値を設ける。
【００３４】
上記データ抽出部の他の例は、上記分光スペクトルデータにおける受光強度の最大値と最小値の差に上記しきい値を設ける。
【００３５】
上記データ抽出部のさらに他の例は、上記パワースペクトルのデータにおけるピーク高さに上記しきい値を設ける。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の干渉式膜厚計において、焦点位置走査部は、投光部から照射される光の焦点位置であり、かつ受光部に入射する光の焦点位置でもある共通焦点位置を所定範囲内で走査させる。さらに、データ抽出部は、分光スペクトルデータもしくはパワースペクトルのデータ又はそれらの両方にしきい値を設け、しきい値以上のデータを抽出する。そして、膜厚算出部はデータ抽出部が抽出したデータに対応する膜厚データを出力する。
【００３７】
これにより、本発明の干渉式膜厚計は、測定対象膜が振動したり撓んだりしても測定対象膜の膜厚測定を行なうことができる。したがって、本発明の干渉式膜厚計は、オンライン測定において安定した測定ができる。ただし、本発明の干渉式膜厚計の用途はオンライン測定に限定されるものではない。本発明の干渉式膜厚計は、所定の位置に配置された測定対象膜の膜厚測定にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】干渉式膜厚計の一実施例を説明するための概略的な構成図である。
【図２】図１の実施例を構成する投受光プローブ及び焦点位置走査部、ならびに測定対象膜を説明するための概略的な斜視図である。
【図３】図１の実施例で共通焦点位置が変化される様子を説明するための概略図である。
【図４】データ抽出部が分光スペクトルデータにおける受光強度にしきい値を設けたときのデータ抽出動作を説明するための波形図である。
【図５】データ抽出部が分光スペクトルデータにおける受光強度の最大値と最小値の差にしきい値を設けたときのデータ抽出動作を説明するための波形図である。
【図６】データ抽出部がパワースペクトルのデータにおけるピーク高さにしきい値を設けたときのデータ抽出動作を説明するための波形図である。
【図７】図１の実施例による膜厚測定結果の一例を示すグラフである。
【図８】従来技術による膜厚測定結果の一例を示すグラフである。
【図９】他の実施例における焦点位置走査部の構成及び動作を説明するための概略的な構成図である。
【図１０】さらに他の実施例における焦点位置走査部の構成及び動作を説明するための概略的な構成図である。
【図１１】さらに他の実施例における焦点位置走査部の構成及び動作を説明するための概略的な構成図である。
【図１２】さらに他の実施例における焦点位置走査部の構成及び動作を説明するための概略的な構成図である。
【図１３】さらに他の実施例における焦点位置走査部の構成及び動作を説明するための概略的な構成図である。
【図１４】さらに他の実施例における焦点位置走査部の構成及び動作を説明するための概略的な構成図である。
【図１５】さらに他の実施例における焦点位置走査部の構成及び動作を説明するための概略的な構成図である。
【図１６】干渉式膜厚計のさらに他の実施例を説明するための概略的な構成図である。
【図１７】図１６の実施例で共通焦点位置が変化される様子を説明するための概略図である。
【図１８】従来の干渉式膜厚計の概略的な構成図である。
【図１９】従来の干渉式膜厚計の概略的な構成図である。
【図２０】図１９の従来の干渉式膜厚計の不具合を説明するための概略図である。
【図２１】図１９の従来の干渉式膜厚計の不具合を説明するための概略図である。
【図２２】図１８の従来の干渉式膜厚計の不具合を説明するための概略図である。
【図２３】図１８の従来の干渉式膜厚計の不具合を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１は、干渉式膜厚計の一実施例を説明するための概略的な構成図である。図２は、この実施例を構成する投受光プローブ及び焦点位置走査部、ならびに測定対象膜を説明するための概略的な斜視図である。
【００４０】
膜厚計は、光源１、投光用光ファイバー３、投受光プローブ５、焦点位置走査部７、受光用光ファイバー９、分光器１１、演算部１３を備えている。投受光プローブ５は本発明の干渉式膜厚計における投受光部、投光部及び受光部を構成する。演算部１３は、分光データ取得部１５、パワースペクトル算出部１７、膜厚算出部１９、データ抽出部２１を備えている。
【００４１】
光源１は例えば白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）により実現される。光源１から照射された白色光は、投光用光ファイバー３によって投受光プローブ５に導かれる。投受光プローブ５に導かれた白色光は、投受光プローブ５に設けられた集光レンズ（図示は省略）と焦点位置走査部７の透明平行平板７ａを介して測定対象膜２３に照射される。
【００４２】
測定対象膜２３の表面と裏面で反射した光は、透明平行平板７ａを介して投受光プローブ５に入射し、受光用光ファイバー９によって分光器１１に導かれる。分光器１１は、受光用光ファイバー９からの光を分光して反射分光スペクトルを得て、これを電気信号に変換して出力する。分光器１１の波長範囲は例えばおよそ４００ｎｍ（ナノメートル）〜７００ｎｍである。分光器１１の受光素子は例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）である。分光器１１は例えば２ｋＨｚで反射スペクトルを測定している。
【００４３】
演算部１３は、分光器１１からの電気信号に基づいて測定対象膜２３の膜厚を演算する。分光データ取得部１５は、分光部１１からの電気信号に基づいて分光スペクトルデータを取得する。分光データ取得部１５は、分光スペクトルデータをパワースペクトル算出部１７もしくはデータ抽出部２１又はそれらの両方に出力する。
【００４４】
パワースペクトル算出部１７は、分光スペクトルデータに対して前処理及びフーリエ変換を施して、パワースペクトルを算出する。パワースペクトル算出部１７はパワースペクトルのデータを膜厚算出部１９もしくはデータ抽出部２１又はそれらの両方に出力する。
【００４５】
データ抽出部２１は、分光データ取得部１５からの分光スペクトルデータ、もしくはパワースペクトル算出部１７からのパワースペクトルのデータ、又はそれらの両方にしきい値を設け、しきい値以上のデータを抽出する。
【００４６】
膜厚算出部１９は、パワースペクトルのピーク位置及び測定対象膜２３の屈折率に基づいて、測定対象膜２３の膜厚を算出する。膜厚算出部１９は、データ抽出部２１が抽出したデータに対応する膜厚データを出力する。
【００４７】
図１及び図２に示されるように、焦点位置走査部７は、複数の透明平行平板７ａ、回転板７ｂ及びモータ７ｃを備えている。この実施例では、７枚の透明平行平板７ａが設けられている。７枚の透明平行平板７ａは屈折率が同一で互いに厚みが異なっている。７枚の透明平行平板７ａの厚みは、例えば１ｍｍ（ミリメートル）、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍである。透明平行平板７ａは例えばホウケイ酸クラウンガラス（屈折率は約１.５２）で形成されている。
【００４８】
回転板７ｂは回転軸を中心とする円周上に８箇所の開口を備えている。透明平行平板７ａは回転板７ｂの開口内に１枚ずつ配置される。回転板７ｂの開口のうち１箇所は透明平行平板７ａが配置されていない。
【００４９】
モータ７ｃは回転板７ｂを回転させる。回転板７ｂが回転されることにより、投受光プローブ５と測定対象膜２３との間の光路に、透明平行平板７ａが配置されていない開口と７枚の透明平行平板７ａが順次挿入される。これにより、焦点位置走査部７は、測定対象膜２３の基準位置に対して、投受光プローブ５から照射される光の焦点位置であり、かつ投受光プローブ５に入射する光の焦点位置である共通焦点位置を光軸方向に所定範囲内で走査させる。
【００５０】
図３は、この実施例で共通焦点位置が変化される様子を説明するための概略図である。図１から図３を参照してこの様子を説明する。
【００５１】
モータ７ｃにより回転板７ｂが回転され、投受光プローブ５と測定対象膜２３との間の光路に透明平行平板７ａが配置されていない開口が配置されたとき（平行平板なし）、投受光プローブ５に入射する光の焦点は測定対象膜２３の基準位置に位置している。投受光プローブ５と基準位置との間の距離は例えば２７ｍｍである。
【００５２】
投受光プローブ５と測定対象膜２３との間の光路に比較的厚みが薄い透明平行平板７ａが配置されたとき（平行平板（薄））、投受光プローブ５に入射する光の焦点は基準位置に対してプラス（＋）側に移動される。
【００５３】
投受光プローブ５と測定対象膜２３との間の光路に比較的厚みが厚い透明平行平板７ａが配置されたとき（平行平板（厚））、投受光プローブ５に入射する光の焦点は基準位置に対してさらにプラス（＋）側に移動される。
【００５４】
このようにして、投受光プローブ５に入射する光の焦点が基準位置に対して移動され、共通焦点位置が変化される。
投受光プローブ５に入射する光の焦点が測定対象膜２３の近傍にあるとき、投受光プローブ５に適切な反射光が入射する。
【００５５】
図１及び図４から図６を参照して、データ抽出部の動作について説明する。
図４は、データ抽出部が分光スペクトルデータにおける受光強度にしきい値を設けたときのデータ抽出動作を説明するための波形図である。
【００５６】
データ抽出部２１は、分光データ取得部１５から入力された分光スペクトルデータについて、受光強度がしきい値以上であるか否かを判定する。
分光スペクトルデータにおける受光強度がしきい値以上であるとき、データ抽出部２１は抽出データとして扱う。
分光スペクトルデータにおける受光強度がしきい値よりも小さいとき、データ抽出部２１は排除データとして扱う。
【００５７】
データ抽出部２１は抽出データであると判定した分光スペクトルデータをパワースペクトル算出部１７に出力する。パワースペクトル算出部１７は抽出された分光スペクトルデータに対してフーリエ変換を施してパワースペクトルのデータを得る。パワースペクトル算出部１７はパワースペクトルのデータを膜厚算出部１９に出力する。膜厚算出部１９はパワースペクトルのデータに基づいて測定対象膜２３の膜厚を算出し、その膜厚データを出力する。
これにより、演算部１３は、投受光プローブ５に適切な反射光が入射したときの膜厚データのみを得ることができる。
【００５８】
図５は、データ抽出部が分光スペクトルデータにおける受光強度の最大値と最小値の差にしきい値を設けたときのデータ抽出動作を説明するための波形図である。
【００５９】
データ抽出部２１は、分光データ取得部１５から入力された分光スペクトルデータについて、受光強度の最大値と最小値の差がしきい値以上であるか否かを判定する。
分光スペクトルデータにおける受光強度の最大値と最小値の差がしきい値以上であるとき、データ抽出部２１は抽出データとして扱う。
分光スペクトルデータにおける受光強度の最大値と最小値の差がしきい値よりも小さいとき、データ抽出部２１は排除データとして扱う。
【００６０】
この後の演算部１３の膜厚算出動作は図４を参照して説明した動作と同じである。
これにより、演算部１３は、投受光プローブ５に適切な反射光が入射したときの膜厚データのみを得ることができる。
【００６１】
図６は、データ抽出部がパワースペクトルのデータにおけるピーク高さにしきい値を設けたときのデータ抽出動作を説明するための波形図である。
【００６２】
パワースペクトル算出部１７は分光データ取得部１５から入力された分光スペクトルデータに基づいてパワースペクトルを得る。パワースペクトル算出部１７はパワースペクトルのデータをデータ抽出部２１に出力する。
【００６３】
データ抽出部２１は、パワースペクトル算出部１７から入力されたパワースペクトルのデータについて、ピーク高さがしきい値以上であるか否かを判定する。
パワースペクトルのデータにおけるピーク高さがしきい値以上であるとき、データ抽出部２１は抽出データとして扱う。
パワースペクトルのデータにおけるピーク高さがしきい値よりも小さいとき、データ抽出部２１は排除データとして扱う。
【００６４】
データ抽出部２１は抽出データであると判定したパワースペクトルのデータを膜厚算出部１９に出力する。膜厚算出部１９は抽出されたパワースペクトルのデータに基づいて測定対象膜２３の膜厚を算出し、その膜厚データを出力する。
これにより、演算部１３は、投受光プローブ５に適切な反射光が入射したときの膜厚データのみを得ることができる。
【００６５】
図４から図６を参照して説明したデータ抽出動作において、データ抽出部２１はしきい値を１つのみ用いているが、本発明はこれらに限定されない。データ抽出部２１は、上記３種類のしきい値のうち複数のしきい値を用いて、上記３種類のデータ抽出動作を組み合わせてデータ抽出動作を行なってもよい。これにより、適切なデータの抽出精度が向上する。
【００６６】
図７は、図１の実施例による膜厚測定結果の一例を示すグラフである。図８は、図１８の従来技術による膜厚測定結果の一例を示すグラフである。図７及び図８の縦軸は膜厚値（単位はμｍ（マイクロメートル））を示す。図７及び図８の横軸は測定対象膜の位置（単位はｍｍ）を示す。
【００６７】
測定対象膜の位置について、基準位置は投受光プローブと測定対象膜との間の光路に透明平行平板が配置されていないときの焦点位置である。基準位置における測定対象膜の位置は０ｍｍである。測定対象膜の位置は−１ｍｍ、基準位置、＋１ｍｍ、＋２ｍｍ、＋３ｍｍに設定された（基準位置に対するプラス方向及びマイナス方向については図２を参照。）。
【００６８】
測定対象膜のサンプルは膜厚が約１２μｍのＰＥＴフィルムである。
図１の実施例について、焦点位置走査部７は、モータ７ｃの駆動により、回転板７ｂを１５Ｈｚの速度で回転させた。
【００６９】
図１８の従来の干渉式膜厚計は、投受光部１０５に入射される光の焦点が基準位置に固定されている。したがって、図８に示されるように、従来の干渉式膜厚計は基準位置におけるサンプルの膜厚を測定できた。しかし、測定対象膜の位置が基準位置から１ｍｍでもずれると、従来の干渉式膜厚計は膜厚測定をできなかった。
【００７０】
図１の実施例の干渉式膜厚計は、焦点位置走査部７の動作により、投受光プローブ５に入射する光の焦点位置を所定範囲内で走査させる。これにより、図７に示されるように、実施例の干渉式膜厚計は基準位置、＋１ｍｍ、＋２ｍｍにおける測定対象膜の膜厚を測定できた。
【００７１】
基準位置におけるサンプルの膜厚は、透明平行平板７ａが配置されていない開口が投受光プローブ５とサンプルの間の光路に配置されたときの分光スペクトルデータに基づいて算出された。＋１ｍｍの位置におけるサンプルの膜厚は、厚みが３ｍｍの透明平行平板７ａが投受光プローブ５とサンプルの間の光路に配置されたときの分光スペクトルデータに基づいて算出された。＋２ｍｍの位置におけるサンプルの膜厚は、厚みが６ｍｍの透明平行平板７ａが投受光プローブ５とサンプルの間の光路に配置されたときの分光スペクトルデータに基づいて算出された。
【００７２】
このように、図１の実施例の干渉式膜厚計は、測定対象膜の位置が基準位置からずれても、測定対象膜の膜厚を算出できる。
【００７３】
図１の実施例では、透明平行平板７ａが配置されていない開口が投受光プローブ５の光路に配置されたときの焦点位置を測定対象膜２３の基準位置としているが、基準位置はこれに限定されない。本発明において、測定対象膜の基準位置は、共通焦点位置が走査されたときに、測定対象膜から適切な反射光又は透過光が受光部に入射する測定対象膜の位置であればどの位置でもよい。
【００７４】
また、図１の実施例では、複数の透明平行平板７ａとして互いに厚みが異なるものを用いているが、複数の透明平行平板は厚みが同じで互いに屈折率が異なるものであってもよい。また、複数の透明平行平板は互いに厚み及び屈折率が異なるものであってもよい。また、回転板７ｂのすべての開口に透明平行平板が配置されていてもよい。
【００７５】
ところで、測定対象膜にキズなどの欠陥があると、欠陥部分からは測定光が戻ってこないので膜厚データが欠落してしまう。
本発明の干渉式膜厚計は、測定光が戻ってきたデータのみを抽出しているので、このような欠陥を除外した測定が可能になる効果もある。
【００７６】
図９は、他の実施例における焦点位置走査部の構成及び動作を説明するための概略的な構成図である。この実施例において、焦点位置走査部以外の構成は図１を参照して説明した実施例と同じである。
【００７７】
焦点位置走査部２５は、投受光プローブ５と測定対象膜２３との間の光路に配置されたミラー２５ａを駆動機構（図示は省略）により回転させることにより、共通焦点位置を変化させる。焦点位置走査部２５の動作により、測定対象膜２３の基準位置に対して、ミラー２５ａに入射する光の光軸と測定対象膜２３がなす角度が変化する。ミラー２５ａは例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）で作成されたチルトミラーやポリゴンミラーで構成される。
【００７８】
図１０は、さらに他の実施例における焦点位置走査部の構成及び動作を説明するための概略的な構成図である。この実施例において、焦点位置走査部以外の構成は図１を参照して説明した実施例と同じである。
【００７９】
焦点位置走査部２７は、図１に示された焦点位置走査部７と図９に示された焦点位置走査部２５が組み合わされたものである。焦点位置走査部２７は、複数の透明平行平板７ａ、回転板７ｂ、モータ７ｃ、ミラー２５ａ、ミラー２５ａを回転させる駆動機構（図示は省略）を備えている。さらに、焦点位置走査部２７は、ミラー２５ａの回転に合わせて回転板７ｂ及びモータ７ｃの配置位置を回転させる駆動機構（図示は省略）を備えている。ミラー２５ａからの光の光軸と透明平行平板７ａの平面は９０度の角度をなす。
【００８０】
焦点位置走査部２７の動作により、測定対象膜２３の基準位置に対して、投受光プローブ５に入射する光の光軸と測定対象膜２３がなす角度と、投受光プローブ５に入射する光の焦点距離が変化する。
この実施例では、回転板７ｂ及びモータ７ｃがミラー２５ａの回転に合わせて回転されているが、回転板７ｂ及びモータ７ｃの配置位置は固定されていてもよい。この場合、ミラー２５ａからの光の光軸と透明平行平板７ａの平面がなす角度は変化する。
【００８１】
図１１は、さらに他の実施例における焦点位置走査部の構成及び動作を説明するための概略的な構成図である。この実施例において、焦点位置走査部以外の構成は図１を参照して説明した実施例と同じである。
【００８２】
焦点位置走査部２９は、投受光プローブ５と測定対象膜２３との間の光路に配置された透明平行平板２９ａを、投受光プローブ５に入射する光の焦点からの光の光軸と透明平行平板２９ａがなす角度が変化するように駆動機構（図示は省略）により回転させることにより、共通焦点位置を変化させる。焦点位置走査部２９の動作により、投受光プローブ５に入射する光の焦点距離が変化する。
【００８３】
図１２は、さらに他の実施例における焦点位置走査部の構成及び動作を説明するための概略的な構成図である。この実施例において、焦点位置走査部以外の構成は図１を参照して説明した実施例と同じである。
【００８４】
焦点位置走査部３１は、投受光プローブ５と測定対象膜２３との間の光路に互いに平行に配置された一対のミラー３１ａ，３１ｂを駆動機構（図示は省略）により連動して回転させることにより、共通焦点位置を変化させる。焦点位置走査部３１の動作により、投受光プローブ５に入射する光の焦点距離が変化する。ミラー３１ａ，３１ｂは例えばＭＥＭＳで作成されたチルトミラーやポリゴンミラーで構成される。
【００８５】
図１３は、さらに他の実施例における焦点位置走査部の構成及び動作を説明するための概略的な構成図である。この実施例において、焦点位置走査部以外の構成は図１を参照して説明した実施例と同じである。
【００８６】
焦点位置走査部３３は、投受光プローブ５と測定対象膜２３との間の光路に、焦点距離が互いに異なる複数のレンズ３３ａとレンズが配置されていない開口３３ｂを順次挿入することにより、共通焦点位置を変化させる。焦点位置走査部３３は、例えば図１に示された焦点位置走査部７において透明平行平板７ａに替えてレンズ３３ａが配置されることにより、実現される。焦点位置走査部３３の動作により、投受光プローブ５に入射する光の焦点距離が変化する。なお、回転板のすべての開口にレンズが配置されていてもよい。また、回転板に配置される複数のレンズは、凸レンズのみであってもよいし、凹レンズのみであってもよい。
【００８７】
図１４は、さらに他の実施例における焦点位置走査部の構成及び動作を説明するための概略的な構成図である。この実施例において、焦点位置走査部以外の構成は図１を参照して説明した実施例と同じである。
【００８８】
焦点位置走査部３５は、投受光プローブ５と測定対象膜２３との間の光路に、ウェッジ角もしくは傾斜面の配置方向又はそれらの両方が互いに異なる複数のウェッジ基板３５ａとウェッジ基板が配置されていない開口３５ｂを順次挿入することにより、共通焦点位置を変化させる。焦点位置走査部３５は、例えば図１に示された焦点位置走査部７において透明平行平板７ａに替えてウェッジ基板３５ａが配置されることにより、実現される。焦点位置走査部３５の動作により、投受光プローブ５に入射する光の焦点距離と、ウェッジ基板３５ａに入射する光の光軸と測定対象膜２３がなす角度が変化する。なお、回転板のすべての開口にウェッジ板が配置されていてもよい。
【００８９】
図１５は、さらに他の実施例における焦点位置走査部の構成及び動作を説明するための概略的な構成図である。この実施例において、焦点位置走査部以外の構成は図１を参照して説明した実施例と同じである。
【００９０】
焦点位置走査部３７は、投受光プローブ５と測定対象膜２３との間の光路に配置された２つのウェッジ基板３７ａ，３７ｂを備えている。２つのウェッジ基板３７ａ，３７ｂは、同じウェッジ角をもち、かつ傾斜面が対向配置されている。焦点位置走査部３７は、投受光プローブ５に入射する光の光路に位置するウェッジ基板３７ａ，３７ｂの合計の厚みが変化するように駆動機構（図示は省略）により移動させることにより、共通焦点位置を変化させる。焦点位置走査部３７の動作により、投受光プローブ５に入射する光の焦点距離が変化する。
【００９１】
上記実施例では、投光部及び受光部として投受光プローブ５を用いているが、投光部と受光部は別々に設けられていてもよい。
【００９２】
また、上記実施例では、測定対象膜からの反射光の分光スペクトルを得て測定対象膜の膜厚を求めているが、本発明の干渉式膜厚計は測定対象膜を通過した透過光の分光スペクトルを得て測定対象膜の膜厚を求めてもよい。
【００９３】
図１６は、干渉式膜厚計のさらに他の実施例を説明するための概略的な構成図である。図１６において、図１と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。図１と同じ機能を果たす部分の詳細な説明は省略される。
【００９４】
膜厚計は、光源１、投光用光ファイバー３、投光部３９、受光部４１、受光用光ファイバー９、分光器１１、演算部１３、焦点位置走査部４３を備えている。演算部１３は、分光データ取得部１５、パワースペクトル算出部１７、膜厚算出部１９、データ抽出部２１を備えている。
【００９５】
投光部３９と受光部４１は測定対象膜２３を挟む位置に配置されている。投光部３９から照射される光の焦点位置と受光部に入射される光の焦点位置は同じ位置（共通焦点位置）に設定されている。投光部３９から照射される光の光軸と受光部に入射される光の光軸は同一直線上に配置されている。
【００９６】
光源１から照射された白色光は、投光用光ファイバー３によって投光部３９に導かれる。投光部３９に導かれた白色光は、投光部３９に設けられた集光レンズ（図示は省略）を介して測定対象膜２３に照射される。
【００９７】
測定対象膜２３を透過した光は、受光部４１に入射し、受光用光ファイバー９によって分光器１１に導かれる。分光器１１は、受光用光ファイバー９からの光を分光して反射分光スペクトルを得て、これを電気信号に変換して出力する。演算部１３は、分光器１１からの電気信号に基づいて測定対象膜２３の膜厚を演算する。
【００９８】
図１７は、この実施例で共通焦点位置が変化される様子を説明するための概略図である。図１６及び図１７を参照してこの様子を説明する。
【００９９】
焦点位置走査部４３は投光部３９と受光部４１の距離及び角度を保持しながら投光部３９及び受光部４１を測定対象膜２３に対して移動させる。これにより、投光部３９から照射される光の焦点位置であり、かつ受光部４１に入射する光の焦点位置である共通焦点位置が所定範囲内で走査される。例えば、焦点位置走査部４３は、投光部３９及び受光部４１を、投光部３９から照射される光及び受光部４１に入射する光の光軸に平行な方向に移動させる。
【０１００】
図１６に示すように、投光部３９から照射される光及び受光部４１に入射する光の焦点が基準位置に対して移動され、共通焦点位置が変化される。
投光部３９から照射される光及び受光部４１に入射する光の焦点が測定対象膜２３の近傍にあるとき、受光部４１に適切な反射光が入射する。
【０１０１】
以上、本発明の実施例を説明したが、材料、形状、配置、寸法等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１  光源
５  投受光プローブ
７，２５，２７，２９，３１，３３，３５，３７，４３  焦点位置走査部
７ａ，２９ａ  透明平行平板
１５  分光データ取得部
１７  パワースペクトル算出部
１９  膜厚算出部
２１  データ抽出部
２３  測定対象膜
２５ａ，３１ａ，３１ｂ  ミラー
３３ａ  レンズ
３５ａ  ウェッジ基板
３７ａ，３７ｂ  ウェッジ基板
３９  投光部
４１  受光部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0005756733.tif 000013
【図１３】
0005756733.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0005756733.tif 000016
【図１６】
0005756733.tif 000017
【図１７】
0005756733.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
0005756733.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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