(57)【要約】【課題】透明基体上に塗布された光を拡散する粒子を含む絶縁膜等の膜厚を、非破壊・非接触且つ高精度に測定できるようにする。【解決手段】投光部１６Ａから光拡散透過膜Ｍ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部２２により測定して該光拡散透過膜Ｍの膜厚を測定する際、前記投光部１６Ａから直接偏光を照射し、前記受光部２２により、該直線偏光をカットする偏光フィルタ２４を通して透過光量を測定すると共に、該フィルタ２４を除外して通さない場合の透過光量を測定し、測定された両透過光量の比を、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。【選択図】　　　図３
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【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、
前記投光手段から直線偏光を照射し、
前記受光手段により、該直線偏光をカットする偏光手段を通して透過光量を測定すると共に、通さない場合の透過光量を測定し、
測定された両透過光量の比を、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装置であって、
前記投光手段が直線偏光を照射する機能を有し、
前記受光手段と光拡散透過膜との間に設置可能な前記直線偏光をカットする偏光手段を備えていると共に、
前記偏光手段を通して測定された透過光量と、通さないで測定された透過光量との比を、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３】
前記偏光手段が、偏光フィルタ又はウォラストンプリズムであることを特徴とする請求項２に記載の膜厚測定装置。
【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を拡散すると共に透過する性質を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、光の干渉や吸収を利用するもの、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】
光の干渉を利用する測定方法は、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。
【０００６】
一方、光の吸収を利用する方法は、所定の光照射条件下で膜を透過した光量を測定し、その透過光量を膜厚に変換して測定するものである。
【０００７】
なお、光が膜を透過する際に減衰する要因としては、粒子により光が散乱され、透過光の単位面積当たりの強度が弱まることや、膜自体により吸収されて弱まることがある。透過光の測定に対してどちらの影響が大きいかは、粒子の存在密度や膜材料の光吸光度に依存する。粒子の密度が高く、散乱の影響が大きい膜の場合は、測定対象のばたつき等による位置変動により測定値も変動する。又、膜自体の吸光度の影響が大きい場合は、膜の材質が有する吸収スペクトルに対応する波長の光を出射する光源を使用する必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、測定対象が、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（散乱）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光拡散透過膜である場合は、上述したような光の干渉を利用する測定方法によっては、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。
【０００９】
又、前記光の吸収を利用する方法の場合は、ＬＥＤやハロゲンランプ、メタルハライドランプといった通常使用される光源の波長領域において吸収スペクトルを有する材料であれば問題はないが、ガラスのように波長３００ｎｍから２０００ｎｍにかけてフラットで吸収が小さく、それ以外の領域に吸収がある材料の場合には、上記の光源では３００ｎｍ〜２０００ｎｍ以外の領域の波長の強度が弱いために使用に適さない。又、膜の材質が変わると吸収スペクトルも変わるため、その材質の吸収に適した波長の光を出射できる光源あるいはフィルタを多数用意する必要があり、複数の材質の膜がラインに流れる場合には、光の吸収を利用する方式は膜厚測定に適さないという問題があった。
【００１０】
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、透明基体上に塗布された光を散乱する粒子を含む絶縁膜等の光拡散透過膜の膜厚を、非破壊・非接触且つ高精度に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。
【００１１】
【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、前記投光手段から直線偏光を照射し、前記受光手段により、該直線偏光をカットする偏光手段を通して透過光量を測定すると共に、通さない場合の透過光量を測定し、測定された両透過光量の比を、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、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、前記投光手段が直線偏光を照射する機能を有し、前記受光手段と光拡散透過膜との間に設置可能な前記直線偏光をカットする偏光手段を備えていると共に、前記偏光手段を通して測定された透過光量と、通さないで測定された透過光量との比を、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（ワーク）Ｗを収容するバッファ１０と、該バッファ１０から対象物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、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（投光部）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対象物Ｗの下方には、受光部ヘッド（図示せず）が配設され、該ヘッドに取り付けられているフォトダイオード等からなる受光部２２により、対象物Ｗが有する光拡散透過膜Ｍを透過した透過光量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】
本実施形態の膜厚測定の特徴を説明する。検査対象物Ｗは、上記図３に拡大して示したように、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散乱する微粒子を混合して形成した絶縁膜で、光の散乱性（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、散乱粒子としては、例えば酸化チタンを、それぞれ挙げることができる。ここでの粒子は、光の波長以上の大きさのものを指し、いわゆるミー散乱やレイリー散乱を生じる粒子より大きいものである。
【００１８】
又、前記投光部１６Ａは、直線偏光を照射可能なレーザー光源からなる。又、前記受光部２２と検査対象物Ｗ、即ち拡散透過膜Ｍとの間には、投光部１６Ａから照射される直線偏光の偏光方向と同じ方向の光をカットするように、該偏光方向に直交する方向に偏光面を一致させた偏光フィルタ（偏光手段）２４が配設可能になっており、該偏光フィルタ２４が存在する場合と、図示しない移動機構により移動させ、存在しない状態にした場合とで、それぞれ受光部２２により透過光量を測定できるようになっている。
【００１９】
本実施形態では、検査対象物Ｗについて、偏光フィルタ２４が在る場合と無い場合のそれぞれについて、膜厚を変化させながら透過光量（受光量）を測定し、図４に示すような両者の関係を予め求めておく。
【００２０】
上記のように、光源光として直線偏光を使用し、偏光フィルタ２２を通さずに透過光量を測定する場合は、この図４に実線で示したように膜厚が増大するに従って透過光量は減少する。ところが、偏光フィルタ２４を通して測定する場合は、膜厚が厚くなるに従い散乱光量が増加するため、散乱しつつ膜を透過する光の割合が大きくなる。このように、散乱された光は偏光方向がランダムに変化するため、光源光の偏光方向と直交する偏光成分が増大することになり、同図に破線で示したように、膜厚の増加に従って偏光フィルタ２４を通過する光量も増大する。
【００２１】
本実施形態では、上記上記図４に示した偏光フィルタ２４が在る場合と無い場合の測定結果から、次式
散乱量＝（偏光フィルタが在る場合の受光量）／（偏光フィルタが無い場合の受光量）　　…（１）
に示すように、両者の比から散乱量を算出し、この散乱量と膜厚の関係を図５にイメージを示すように予め求めておく。
【００２２】
そして、実際の膜厚測定時には、上記受光部２２により２つの透過光量（受光量）を測定した後、後述する方法で該光量の比を膜厚に換算する演算を、前記データ処理部２０において実行し、結果として正確な膜厚を測定することができるようになっている。
【００２３】
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。
【００２４】
前記図１に示した本実施形態の測定装置において、以下のようにワーク（検査対象物）Ｗに形成されている光拡散透過膜Ｍの膜厚測定を行なう。
【００２５】
まず、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と受光ヘッドを移動して、投光部１６Ａと受光部２２の光軸上に該測定点を一致させる（ステップ３）。
【００２６】
次いで、図７（Ａ）に示したように、前記偏光フィルタ２４が光軸上の測定位置に存在しない状態で投光部１６Ａにより直線偏光を照射し、受光部２２により光拡散透過膜Ｍを透過した光量（受光量）を測定し、その後移動機構により同図（Ｂ）に示すように、前記偏光フィルタ２４を上記測定位置に移動し、位置決めした後同様に測定する。次いで、両受光量の比から、前述したように散乱量を求め、図８に示すように、前記図５の関係に該散乱量を適用することにより膜厚に換算し、測定値とする（ステップ４）。
【００２７】
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）。
【００２８】
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散乱粒子を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、光源から直線偏光を照射した時の光拡散透過膜Ｍからの透過光を偏光フィルタ２４が存在する場合としない場合とでそれぞれ光量を測定し、両測定光量の比（散乱量）から膜厚を求めるようにしたので、該膜厚を非破壊・非接触且つ高速で測定することができる。
【００２９】
又、２つの受光量の比を膜厚の換算に使用するため、光源の光量変動や受光部の温度ドリフト、周囲光や振動、空気の揺らぎといった外乱の影響を受け難く、更に、膜の材質の変化に伴う吸収スペクトルの変化に影響を受け難いという利点がある。
【００３０】
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。
【００３１】
図９は、本実施形態の膜厚測定装置の測定部を拡大して示す概略正面図であり、前記第１実施形態の場合と同様に、レーザ光源からなる投光部１６Ａからの直線偏光が、レーザ光を拡大し且つ平行にするレンズ１６Ｂを介して検査対象物Ｗに照射されると共に、該検査対象物Ｗを透過した光がウォランストンプリズム（偏光手段）２６に対物レンズ２６Ａを介して入射され、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）からなる受光部２２に受光されるようになっている。このウォランストンプリズム２６は、光を振動方向が直交する２つの光に分ける働きをするもので、受光部２２の直線偏光の偏光方向に一方の振動方向が一致するように配置される。他の構成は、実質的に前記第１実施形態の測定装置と同一である。
【００３２】
本実施形態によれば、前記図１０に作用のイメージを示すように、図中右側の受光部２２の受光面に対しては、散乱されずに透過した光が結像され、左側の受光面には膜中の粒子により散乱された光が結像される。そこで、次式
散乱量＝（ＣＣＤ左側の受光量）／（ＣＣＤ右側の受光量）…（２）
により、両受光量の比から、散乱量を算出し、前記第１実施形態と同様に膜厚を測定する。
【００３３】
前記第１実施形態では、１測定点につき偏光フィルタ２４を移動させ、存在する場合としない場合の２回の測定を行なう必要があったが、本実施形態のようにウォランストンプリズム２６を使用することにより、１回の動作で測定することができる。
【００３４】
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られるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００３５】
例えば、膜厚測定装置の具体的な構成は、前記実施形態に示したものに限定されない。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、透明基体上に塗布された光を散乱する粒子を含む絶縁体膜等の光拡散透過膜の膜厚を、非破壊・非接触且つ高精度に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
【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】上記膜厚測定装置による測定状態のイメージを示す要部拡大正面図
【図４】膜厚と偏光フィルタの有無による透過光量との関係を示す線図
【図５】散乱量と膜厚の関係を示す線図
【図６】第１実施形態の作用を示すフローチャート
【図７】偏光フィルタが有る場合と無い場合の測定状態のイメージを示す概略正面図
【図８】散乱量を膜厚に変換する方法を示す線図
【図９】第２実施形態の測定部を拡大して示す概略正面図
【図１０】第２実施形態による測定時のイメージを示す概略正面図
【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…投光部
１８…制御部
２０…データ処理部
２２…受光部
２４…偏光フィルタ
２６…ウォランストンプリズム
Ｗ…検査対象物
Ｓ…透明基体
Ｍ…光拡散透過膜
【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】
2004125470.tif 000011
【図１０】
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