(57)【要約】【課題】光拡散透過膜の膜厚を高精度で測定できるようにする。【解決手段】投光手段から光拡散透過膜に光を照射した際の透過光量を、照射方向に配されている受光手段により測定して該光拡散透過膜の膜厚を測定する際、前記受光手段により画像入力して透過光の光量分布を測定し、測定された該光量分布から予め設定した中心部と周辺部の光量をそれぞれ求め、求められた中心部の光量と周辺部の光量の比を、予め作成してある関係に適用して膜厚に変換し、前記膜厚を測定する。【選択図】      図７
2004156914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光手段から光拡散透過膜に光を照射した際の透過光量を、照射方向に配されている受光手段により測定して該光拡散透過膜の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、
前記受光手段により透過光の光量分布を測定し、
測定された光量分布から、予め設定した中心部と周辺部の光量をそれぞれ求め、
求められた中心部の光量と周辺部の光量の比又は差を、予め作成してある関係に基づいて膜厚に変換し、前記膜厚を測定することを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項２】
投光手段から光拡散透過膜に光を照射した際の透過光量を、照射方向に配されている受光手段により測定して該光拡散透過膜の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、
前記受光手段により透過光の光量分布を測定し、
測定された光量分布から、予め設定した中心部の光量とスポット径をそれぞれ求め、
求められた中心部の光量とスポット径の比を、予め作成してある関係に基づいて膜厚に変換し、前記膜厚を測定することを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項３】
投光手段から光拡散透過膜に光を照射した際の透過光量を、照射方向に配されている受光手段により測定して該光拡散透過膜の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、
前記受光手段により透過光の光量分布を測定し、
測定された光量分布から、予め設定した中心部の光量と、該光量分布をガウス分布とみなした場合の分散とをそれぞれ求め、
求められた中心部の光量と分散の比を、予め作成してある関係に基づいて膜厚に変換し、前記膜厚を測定することを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項４】
投光手段から光拡散透過膜に光を照射した際の透過光量を、照射方向に配されている受光手段により測定して該光拡散透過膜の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、
前記受光手段として透過光の光量分布を測定する光量分布測定手段を備えていると共に、
測定された光量分布から、予め設定した中心部と周辺部の光量をそれぞれ求め、求められた中心部の光量と周辺部の光量の比又は差を、予め作成してある関係に基づいて膜厚に変換する膜厚変換手段を備えたことを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項５】
投光手段から光拡散透過膜に光を照射した際の透過光量を、照射方向に配されている受光手段により測定して該光拡散透過膜の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、
前記受光手段として透過光の光量分布を測定する光量分布測定手段を備えていると共に、
測定された光量分布から、予め設定した中心部の光量とスポット径をそれぞれ求め、求められた中心部の光量とスポット径の比を、予め作成してある関係に基づいて膜厚に変換する膜厚変換手段を備えたことを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項６】
投光手段から光拡散透過膜に光を照射した際の透過光量を、照射方向に配されている受光手段により測定して該光拡散透過膜の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、
前記受光手段として透過光の光量分布を測定する光量分布測定手段を備えていると共に、
測定された光量分布から、予め設定した中心部の光量と、該光量分布をガウス分布とみなした場合の分散とをそれぞれ求め、求められた中心部の光量と分散の比を、予め作成してある関係に基づいて膜厚に変換する膜厚変換手段を備えたことを特徴とする膜厚測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、膜厚測定方法及び装置、特に透明基体上に塗布された光の拡散性と透過性とを併有する光拡散透過膜の厚さを、非破壊・非接触で測定する際に適用して好適な膜厚測定方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
膜厚の測定方法には、膜や膜が塗布されている基体の材質、そのサイズ、膜厚の測定レンジ、測定環境、測定時間等の違いにより、様々なものが存在する。
【０００３】
近年のコーティング技術の発達と、製品に対する要求品質の高まりに伴い、膜厚測定に要求される精度もますます高くなっており、対象によっては１μｍ以内、時には数ｎｍと非常に高い測定精度が要求されるようになっている。又、工場内の製造ラインで、塗布直後のウェット状態の膜を非破壊・非接触で測定し、その膜厚を塗布工程にフィードバックすることは、コーティング品質の安定とロスの低減につながることから、非破壊・非接触且つインライン測定が可能な測定時間の短い測定方法を採用することが大変重要になってきている。
【０００４】
具体的な測定方法としては、光の干渉を利用するもの、Ｘ線やβ線を利用するもの、あるいは変位計を利用するもの等があるが、特に測定対象が光を透過する膜で且つ基体がガラス板等の透明体の場合には、光を利用する方法が適していることが多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば透明基体上にコーティングされた透明材料からなる膜中に光を拡散させる粒子が多数存在するために、膜表面に対して垂直に平行光を照射したとしても拡散光として透過する性質を有する膜があるが、このような光拡散透過膜が測定対象である場合は、上述したような光の干渉を利用する測定方法は、適用不可能である。即ち、この方法は、膜表面の反射光と膜裏面の反射光の干渉を利用するものであるが、このような膜では膜裏面の反射光を事実上検出することが不可能であるため計測不能であるという問題がある。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、投光部から光拡散透過膜に光照射した際の透過光量を、照射方向に配された受光部で測定し、該透過光量に基づいて膜厚を測定する際、膜厚を高精度で測定することができる膜厚測定方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、投光手段から光拡散透過膜に光を照射した際の透過光量を、照射方向に配されている受光手段により測定して該光拡散透過膜の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、前記受光手段により透過光の光量分布を測定し、測定された光量分布から、予め設定した中心部と周辺部の光量をそれぞれ求め、求められた中心部の光量と周辺部の光量の比又は差を、予め作成してある関係に基づいて膜厚に変換し、前記膜厚を測定することにより、前記課題を解決したものである。
【０００８】
本発明は、又、投光手段から光拡散透過膜に光を照射した際の透過光量を、照射方向に配されている受光手段により測定して該光拡散透過膜の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、前記受光手段により透過光の光量分布を測定し、測定された光量分布から、予め設定した中心部の光量とスポット径をそれぞれ求め、求められた中心部の光量とスポット径の比を、予め作成してある関係に基づいて膜厚に変換し、前記膜厚を測定することにより、同様に前記課題を解決したものである。
【０００９】
本発明は、又、投光手段から光拡散透過膜に光を照射した際の透過光量を、照射方向に配されている受光手段により測定して該光拡散透過膜の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、前記受光手段により透過光の光量分布を測定し、測定された光量分布から、予め設定した中心部の光量と、該光量分布をガウス分布とみなした場合の分散とをそれぞれ求め、求められた中心部の光量と分散の比を、予め作成してある関係に基づいて膜厚に変換し、前記膜厚を測定することにより、同様に前記課題を解決したものである。
【００１０】
本発明は、又、投光手段から光拡散透過膜に光を照射した際の透過光量を、照射方向に配されている受光手段により測定して該光拡散透過膜の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、前記受光手段として透過光の光量分布を測定する光量分布測定手段を備えていると共に、測定された光量分布から、予め設定した中心部と周辺部の光量をそれぞれ求め、求められた中心部の光量と周辺部の光量の比又は差を、予め作成してある関係に基づいて膜厚に変換する膜厚変換手段を備えたことにより、同様に前記課題を解決したものである。
【００１１】
本発明は、又、投光手段から光拡散透過膜に光を照射した際の透過光量を、照射方向に配されている受光手段により測定して該光拡散透過膜の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、前記受光手段として透過光の光量分布を測定する光量分布測定手段を備えていると共に、測定された光量分布から、予め設定した中心部の光量とスポット径をそれぞれ求め、求められた中心部の光量とスポット径の比を、予め作成してある関係に基づいて膜厚に変換する膜厚変換手段を備えたことにより、同様に前記課題を解決したものである。
【００１２】
本発明は、又、投光手段から光拡散透過膜に光を照射した際の透過光量を、照射方向に配されている受光手段により測定して該光拡散透過膜の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、前記受光手段として透過光の光量分布を測定する光量分布測定手段を備えていると共に、測定された光量分布から、予め設定した中心部の光量と、該光量分布をガウス分布とみなした場合の分散とをそれぞれ求め、求められた中心部の光量と分散の比を、予め作成してある関係に基づいて膜厚に変換する膜厚変換手段を備えたことにより、同様に前記課題を解決したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る第１実施形態の膜厚測定装置の全体を示す概略斜視図、図２は該装置を構成する各部の関係の概要を示すブロック図である。
【００１５】
本実施形態の膜厚測定装置は、検査対象物Ｗを収容するバッファ１０と、該バッファ１０から検査対象物Ｗを取り出したり収納したりするためのロボット１２と、該ロボット１２により取り出された検査対象物Ｗを所定の位置に載置するステージ１４と、検査対象物Ｗの上方に配された投光部ヘッド（支持体）１６と、該ヘッド１６を矢印で示すＸＹそれぞれの方向に移動させる移動機構と、装置全体の動作を制御する制御部１８と、上記ヘッド１６に取り付けられている投光部（投光手段）から光を検査対象物Ｗに照射したときに測定される透過光の光量分布を膜厚に変換する計算処理により膜厚測定等を行うデータ処理部（膜厚変換手段）２０とを備えている。
【００１６】
又、前記投光部ヘッド１６の下部には、図３に測定部を抽出し、拡大して示すように、検査対象物Ｗの上方に配された光源１６Ａが取り付けられている。又、上記光源１６Ａによる照射方向に位置する検査対象物Ｗの下方には、受光部ヘッド２２が配設され、該ヘッド２２に取り付けられている受光部（エリアセンサカメラ等）２２Ａにより、検査対象物Ｗが有する光拡散透過膜Ｍを透過した透過光の光量分布が測定可能になっていると共に、前記投光部ヘッド１６と同期してＸＹ方向に移動可能になっている。
【００１７】
本実施形態における膜厚測定の特徴を、要部を拡大した図４に模式的に示す。検査対象物Ｗは、ガラス板からなる透明基体Ｓの上面に光拡散透過膜Ｍが塗布されているものである。この光拡散透過膜Ｍは、樹脂等からなる透明基材に光を拡散する微粒子を混合して形成した膜で、光の拡散性と透過性とを併せ持っており、その膜厚としては、例えば１０〜５０μｍを挙げることができる。又、樹脂としては、例えばポリエチレンを、拡散粒子としては、例えば酸化チタンを、それぞれ挙げることができる。
【００１８】
本実施形態では、前記検査対象物Ｗを光拡散透過膜Ｍが上方に位置するように配置し、その上方から光源１６Ａにより平行光を照射し、その際の透過光量を２次元の光量分布の測定が可能な受光素子を有するＣＣＤエリアセンサカメラ等の受光部（光量分布測定手段）２２Ａにより測定している。ここでは、光源１６Ａと受光部２２Ａの間の距離を一定にする。従って、図５に膜厚が小さい場合と大きな場合の特徴を示すように、膜が厚くなるに従い、光軸付近の透過光量（受光量）が減少し、散乱しつつ膜を透過する光の割合が大きくなる。
【００１９】
又、本実施形態では、上記受光部２２Ａにより透過光量（受光量）の分布を測定した後、後述する方法で該光量分布を膜厚に変換する演算を、前記データ処理部２０において実行し、結果として検査対象物Ｗの上下方向の位置が変動する場合でも正確な膜厚を測定することができるようになっている。
【００２０】
次に、本実施形態の作用を、図６に示すフローチャートに従って説明する。
【００２１】
前記図１に示した本実施形態の測定装置において、以下のように検査対象物Ｗに形成されている光拡散透過膜Ｍの膜厚測定を行う。
【００２２】
先ず、手前側のバッファ１０からロボット（ローダ）１２が検査対象物Ｗを取り出すと、ステージ１４がローダ側に動き、ロボット１２が検査対象物Ｗを該ステージ１４の所定位置に載置する（ステップ１）。この検査対象物Ｗはステージ１４に載ったまま、検査する位置に移動し（ステップ２）、その後所定の測定点（位置）に投光部ヘッド１６と受光部ヘッド２２を移動して、光源１６Ａと受光部２２Ａの光軸上に該測定点を一致させる（ステップ３）。
【００２３】
次いで、前記図３に示したように、その位置で光源１６Ａにより光を照射し、受光部２２Ａにより光拡散透過膜Ｍを透過した光量（透過光量、受光量）の分布を測定し、その透過光量の分布から後述する関係を求め、求められた関係を用いて膜厚に換算する（ステップ４）。
【００２４】
このステップ４について、図７のフロチャートに従って詳述する。まず、前記のように受光部２２Ａにより光量分布の画像入力を行い、図８に受光量の強度分布の特徴を、図９（Ａ）に平面方向の輝度分布の広がりを、それぞれイメージで示すような光量分布画像を得る（ステップ１１）。なお、この図９（Ａ）には、輝度値が大きい程濃い色で示してある。
【００２５】
次いで、測定された光量分布から、前記図８に併記した中心部と周辺部を、図９（Ｂ）（Ｃ）にイメージを示すように、それぞれ抽出する（ステップ１２）。この中心部と周辺部は、予め規定し、設定しておく。
【００２６】
具体的には、例えば、光軸からの距離をｘ、受光部での光のスポット径をｒとすると、−（１／３）ｒ≦ｘ≦（１／３）ｒを中心部とし、−ｒ≦ｘ≦−（２／３）ｒ、（２／３）ｒ≦ｘ≦ｒを周辺部とする。
【００２７】
スポット径ｒの設定方法としては、膜厚測定に適した値を実験的に決定する方法や、入力画像のある輝度値以上の領域を２値化で抽出し、抽出された領域の半径を算出する方法などを挙げることができる。前者の方法においては、本発明の実験結果によると光源から照射される平行光の半径の３倍にｒを設定するのが良いという結果が得られている。
【００２８】
その後、このように抽出された中心部（透過光）と周辺部（拡散光）については各輝度値（受光量）の平均値をそれぞれ算出し（ステップ１３）、得られた２つの平均値の比を算出する（ステップ１４）。
【００２９】
以上のようにして得られた２つの平均値の比を、予め作成してある図１０（Ａ）に示すような膜厚との関係曲線に適用し、同図（Ｂ）に示すように膜厚に変換する（ステップ１５）。
【００３０】
前記ステップ３、４による膜厚測定処理を、予め設定してある所定の測定点の全てについて終了したら（ステップ５）、検査対象物Ｗをバッファ１０へ排出し、測定を終了する（ステップ６）。
【００３１】
なお、光量分布を測定して膜厚を測定する場合、得られるスポット径や面積を、直接予め作成してある膜厚との関係に適用して、膜厚を決定する方法も考えられる。ところが、この方法は検査対象物Ｗの上下方向の位置が一定あれば有効であるが、ばたつき等により検査対象物Ｗが上下方向に位置が変動する場合には、スポット径（面積）も変動することになるため、測定誤差が生じるおそれがある。
【００３２】
前述した如く、本実施形態では、光量分布の中心部と周辺部の光量（平均値）の比を膜厚に変換することにより、光源の光量変動や受光部の温度ドリフト、周囲光、検査対象物Ｗ及び測定系の振動、空気の揺らぎ等といった外乱の影響を受け難くなる。その理由を以下に説明する。
【００３３】
図１１は、光源の発光強度及び受光素子の温度ドリフト、検査対象物の上下ばたつきにより受光量のゲイン成分が変動した際の光量変動のイメージを示したものである。受光量あるいはある閾値以上の輝度領域の半径（面積）は光量変動の影響により、値が大きく変動する。しかし、本実施形態のように中心部と周辺部との比をとる方法の場合には、ゲイン成分が変動しても中心部と周辺部の比は変動しないため、全く影響されない。中心部と周辺部の差をとる方法でも、受光量あるいはある閾値以上の輝度領域の半径（面積）を用いる方法と比較してより影響は小さくなる。
【００３４】
又、図１２は、外乱光及び受光素子の暗電流により受光量のオフセット成分が増加した際の光量変動のイメージを示したものである。本実施形態のように中心部と周辺部との差をとる方法では全くオフセット成分の影響を受けず、比をとる方法でも影響は軽減される。
【００３５】
以上詳述した本実施形態によれば、透明基体上に塗布された光拡散粒子を多量に含む絶縁膜等からなる光拡散透過膜Ｍについて、光の透過を利用して膜厚を測定する際、光拡散透過膜Ｍからの透過光の光量分布（直径又は面積）を測定し、該光量分布から更に中心部の平均受光量と周辺部の平均受光量の比を求め、この比から膜厚を求めるようにしたので、該膜厚を非破壊、非接触、且つ高精度で測定することができる。
【００３６】
又、前述したように外乱の影響を受け難くなるので、検査対象物Ｗを搬送しながら、膜厚を測定する場合等のように、検査対象物Ｗが上下にばたついて変動する場合でも、測定誤差が発生することを有効に防止できる。
【００３７】
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。
【００３８】
本実施形態は、前記図６に示したフローチャートのステップ４の膜厚換算を、図１３に示すフローチャートに従って実行するようにした以外は、前記第１実施形態と実質的に同一である。
【００３９】
先ず、前記図７のステップ１１と同様に、図１４に受光量の強度分布（グラフ）の特徴を示すような光量分布を画像入力により取得する（ステップ２１）。
【００４０】
次いで、入力された上記光量分布画像について、図１４に併記するように受光量（輝度）の最大値の５０％の輝度値を閾値に設定し、該閾値位置とグラフの交点とからスポット（スポット径）を抽出する。
【００４１】
次いで、予め設定した中心部の輝度（光量の平均値）を算出する（ステップ２３）。但し、ここでは、中心部と上記スポットが同一であるとする。そして、スポット径（直径）と中心部輝度（スポット輝度）の比を算出し（ステップ２４）、該比を前記１０（Ａ）に示したような、予め作成してある膜厚との関係に適用して膜厚に換算する（ステップ２５）。なお、閾値は５０％に限定されず、適切な値を実験により決定する。又、中心部とスポットは一致しなくともよいことは言うまでもない。
【００４２】
本実施形態も、本発明者が鋭意検討した結果知見し得たものであり、本実施形態によれば、前記第１実施形態の場合と実質的に同一の効果を得ることができる。
【００４３】
次に、本発明に係る第３実施形態について説明する。
【００４４】
本実施形態は、前記図６に示したフローチャートのステップ４の膜厚換算を、図１５に示すフローチャートに従って実行するようにした以外は、前記第１実施形態と実質的に同一である。
【００４５】
先ず、前記図７のステップ１１と同様に、光量分布を画像入力する（ステップ３１）。
【００４６】
次いで、この光量分布を、ガウシアン（ガウス分布）とみなし、ガウシアンフィッティングを行う（ステップ３２）。
【００４７】
その後、光軸からの距離の分散σ２を算出し、該分散と予め設定した中心部の輝度（光量の平均値）の比を算出し（ステップ３３）、該比を予め作成してある前記図１０（Ａ）に示したような膜厚との関係に適用して膜厚に換算する（ステップ３４）。
【００４８】
本実施形態によれば、前記第１及び第２実施形態の場合と実質的に同一の効果を得ることができる。
【００４９】
上記ステップ３２のガウシアンフィッティングは、ここでは測定した光量分布よりガウス分布（正規分布）の近似関数を求めることである。画像上の座標（ｘ，ｙ）に対し、ガウス分布に伴う光量ｆ（ｘ，ｙ）は以下のように表される。
【００５０】
【数１】
2004156914.tif 000003
【００５１】
この場合の光量分布は円形なので、σｘ＝σｙ＝σ、ρｘｙ＝０とおくと、次式が得られる。
【００５２】
【数２】
2004156914.tif 000004
【００５３】
最小二乗法を使用し、光量分布を上式で近似することにより、前記分散σ２が求まる。
【００５４】
中心部に関しては、前記図８に併記したように、ここでは光量極大値を有する座標（スポットの中心、光軸）からの距離が標準偏差σ以内である画素を中心と定義する。但し、中心部は、この定義に限定されないことは言うまでもない。
【００５５】
以上、本発明について具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に示したものに限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００５６】
例えば、前記実施形態では、中心部の光量と周辺部の光量の比を使用する場合を説明したが、両者の差を使用するにしてもよい。
【００５７】
又、透過光量の２次元分布を測定する光量分布測定手段は、前記ＣＣＤエリアセンサカメラに限定されるものでなく、同様の機能を有するエリアセンサであれば任意である。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、光拡散透過膜について、投光部から光照射した際の透過光量を、照射方向に配された受光部で測定し、測定された光量分布から得られる中心部の光量に基づいて膜厚を測定することにより、外乱の影響を受けることなく該膜厚を高精度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の膜厚測定装置を示す概略斜視図と要部拡大図
【図２】上記膜厚測定装置を構成する各部の関係を示すブロック図
【図３】上記膜厚測定装置の測定部を拡大して模式的に示す正面図
【図４】上記膜厚測定装置による測定状態のイメージを示す要部拡大正面図
【図５】膜厚と透過光量の分布の関係を示す線図
【図６】第１実施形態の作用を示すフローチャート
【図７】第１実施形態の作用の詳細を示すフローチャート
【図８】光拡散透過膜を透過した光量分布と中心部及び周辺部との関係を示す線図
【図９】光拡散透過膜の透過光画像と中心部及び周辺部との関係を示す説明図
【図１０】透過光量の分布と膜厚の関係を示す線図
【図１１】受光量のゲイン成分が変動した場合の光量変動のイメージを示す線図
【図１２】受光量のオフセット成分が変動した場合の光量変動のイメージを示す線図
【図１３】第２実施形態の作用の詳細を示すフローチャート
【図１４】光拡散透過膜の透過光画像のスポット径を示す線図
【図１５】第３実施形態の作用の詳細を示すフローチャート
【符号の説明】
１０…バッファ
１２…ロボット
１４…ステージ
１６…投光部ヘッド
１６Ａ…光源
１８…制御部
２０…データ処理部
２２…受光部ヘッド
２２Ａ…受光部
Ｗ…検査対象物
Ｓ…透明基体
Ｍ…光拡散透過膜
【図１】
2004156914.tif 000005
【図２】
2004156914.tif 000006
【図３】
2004156914.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
2004156914.tif 000010
【図７】
2004156914.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2004156914.tif 000014
【図１１】
2004156914.tif 000015
【図１２】
2004156914.tif 000016
【図１３】
2004156914.tif 000017
【図１４】
2004156914.tif 000018
【図１５】
2004156914.tif 000019