專利名稱：膜厚測(cè)定裝置以及膜厚測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過測(cè)定分光反射率來求出形成于基材面的膜的厚度的膜厚測(cè)定裝 置以及膜厚測(cè)定方法。
背景技術(shù)：
作為測(cè)定形成于基材面的膜的厚度的裝置，有橢圓偏振光譜儀(Ellipsometer、例 如專利文獻(xiàn)1)和根據(jù)分光反射率數(shù)據(jù)的極大波長(zhǎng)或極小波長(zhǎng)測(cè)定膜厚的測(cè)定裝置(以下 稱之為PV(Peak-Valley)裝置)(例如專利文獻(xiàn)2)。橢圓偏振光譜儀多用于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的薄膜測(cè)定。然而存在由于投、受光角較 大而難以應(yīng)用于與測(cè)定對(duì)象面之間的距離變化的線的問題，由于旋轉(zhuǎn)投、受光兩方側(cè)的光 學(xué)元件進(jìn)行測(cè)定而光學(xué)系統(tǒng)較為復(fù)雜且成本高昂等問題。PV裝置根據(jù)分光反射率數(shù)據(jù)的極大波長(zhǎng)或極小波長(zhǎng)來測(cè)定膜厚，因此分光反射率 數(shù)據(jù)中必須存在極大波長(zhǎng)或極小波長(zhǎng)。然而在500nm以下的薄膜的分光反射率數(shù)據(jù)中通常 不存在較為明確的極大波長(zhǎng)或極小波長(zhǎng)。因此無法使用現(xiàn)有的PV裝置測(cè)定500nm以下的薄膜。專利文獻(xiàn)1 日本特開2009-68937號(hào)專利文獻(xiàn)2 日本特許3532165號(hào)因此有對(duì)能夠用于測(cè)定500nm以下的薄膜的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的膜厚測(cè)定裝置以及膜厚 測(cè)定方法的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的膜厚測(cè)定裝置具有光源、分光傳感器、處理器和存儲(chǔ)裝置，其構(gòu)成為使來 自上述光源的光垂直地入射到具有膜的測(cè)定對(duì)象面，使被測(cè)定對(duì)象面反射的光入射到上述 分光傳感器。上述存儲(chǔ)裝置存儲(chǔ)每種膜厚的反射率分布的理論值和每種膜厚的顏色特性變 量的理論值，由上述處理器使用存儲(chǔ)于上述存儲(chǔ)裝置的每種膜厚的反射率分布的理論值或 每種膜厚的顏色特性變量的理論值，根據(jù)上述分光傳感器所測(cè)定的反射率分布，求出測(cè)定 對(duì)象面的膜的膜厚。本發(fā)明的膜厚測(cè)定裝置使用每種膜厚的反射率分布的理論值或每種膜厚的顏色 特性變量的理論值，根據(jù)分光傳感器所測(cè)定的反射率分布求出測(cè)定對(duì)象面的膜的厚度，因 此即便在反射率分布中不存在較為明確的極大波長(zhǎng)或極小波長(zhǎng)的情況下，也能求出膜厚。 因此，本發(fā)明的膜厚測(cè)定裝置還能用于測(cè)定500nm以下的薄膜。本發(fā)明實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置還具有分束器，在測(cè)定時(shí)，來自上述光源的光經(jīng) 過上述分束器垂直地入射到測(cè)定對(duì)象面，被測(cè)定對(duì)象面反射之后，沿著垂直于測(cè)定對(duì)象面 的方向行進(jìn)，經(jīng)過上述分束器后到達(dá)上述分光傳感器。根據(jù)本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置，通過使用分束器，能夠使來自光源的光垂直于 測(cè)定對(duì)象面入射之后，把朝測(cè)定對(duì)象面的垂直方向反射的光引導(dǎo)至分光傳感器。因此，本發(fā)明的膜厚測(cè)定裝置，當(dāng)在測(cè)定對(duì)象面上存在薄膜時(shí)，能測(cè)定薄膜造成的多重反射，可以提高 反射率的測(cè)定精度。本發(fā)明實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置還具有包括開口部的反射率零點(diǎn)補(bǔ)償用空洞和 反射率校正板，在進(jìn)行反射率零點(diǎn)補(bǔ)償時(shí)，來自上述光源的光經(jīng)過上述分束器而入射到上 述反射率零點(diǎn)補(bǔ)償用空洞的上述開口部，被反射之后沿著垂直于測(cè)定對(duì)象面的方向行進(jìn)， 經(jīng)過上述分束器到達(dá)上述分光傳感器。本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置，在進(jìn)行反射率校正時(shí)， 來自上述光源的光經(jīng)過上述分束器而垂直地入射到上述反射率校正板，被上述反射率校正 板反射之后沿著垂直于上述反射率校正板的方向行進(jìn)，經(jīng)過上述分束器到達(dá)上述分光傳感 器。在將測(cè)定時(shí)的上述分光傳感器的輸出設(shè)為V(M)、將反射率零點(diǎn)補(bǔ)償時(shí)的上述分光傳感 器的輸出設(shè)為V(D)、將反射率校正時(shí)的上述分光傳感器的輸出設(shè)為V(C)、將反射率校正板 的反射率設(shè)為Rv(Ref)時(shí)，上述存儲(chǔ)裝置保持該反射率校正板的反射率Rv (Ref)，上述處理 器通過式Rv (T) = Rv(Ref) · (V (M)-V (D))/(V (C)-V (D))求出測(cè)定對(duì)象面的反射率Rv (T)。本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置能夠從分光傳感器的輸入中去除被測(cè)定對(duì)象物表面 反射的光之外的光的作用量，因此能正確對(duì)測(cè)定對(duì)象面的反射率分布進(jìn)行測(cè)定。本發(fā)明的膜厚測(cè)定方法通過膜厚測(cè)定裝置對(duì)測(cè)定對(duì)象面的膜厚進(jìn)行測(cè)定，該膜厚 測(cè)定裝置具有分光傳感器、存儲(chǔ)每種膜厚的反射率分布的理論值和每種膜厚的顏色特性 變量的理論值的存儲(chǔ)裝置、和處理器。本發(fā)明的膜厚測(cè)定方法具有通過上述分光傳感器測(cè) 定具有膜的測(cè)定對(duì)象面的反射率分布的步驟；以及由上述處理器使用存儲(chǔ)于上述存儲(chǔ)裝置 的每種膜厚的反射率分布的理論值或每種膜厚的顏色特性變量的理論值，根據(jù)上述分光傳 感器所測(cè)定的反射率分布，求出測(cè)定對(duì)象面的膜的膜厚的步驟。本發(fā)明的膜厚測(cè)定方法使用每種膜厚的反射率分布的理論值或每種膜厚的顏色 特性變量的理論值，根據(jù)分光傳感器測(cè)定的反射率分布求出測(cè)定對(duì)象面的膜的厚度，因此 即便在反射率分布中不存在較為明確的極大波長(zhǎng)或極小波長(zhǎng)的情況下，也能求出膜厚。因 此，本發(fā)明的膜厚測(cè)定方法還能用于測(cè)定500nm以下的薄膜。本發(fā)明實(shí)施方式的膜厚測(cè)定方法在求出上述膜厚的步驟中，根據(jù)所測(cè)定的反射率 分布的極值的有無和包含極值的曲線的曲率，確定要使用每種膜厚的反射率分布的理論值 或每種膜厚的顏色特性變量的理論值中的哪個(gè)來求出膜厚。根據(jù)本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定方法，根據(jù)所測(cè)定的反射率分布的極值的有無和包含 極值的曲線的曲率，確定要使用每種膜厚的反射率分布的理論值或每種膜厚的顏色特性變 量的理論值中的哪個(gè)來求出膜厚，因此能夠測(cè)定500nm以下連續(xù)范圍的膜厚。本發(fā)明實(shí)施方式的膜厚測(cè)定方法在求出上述膜厚的步驟中，在所測(cè)定的反射率分 布沒有極值或包含極值的曲率對(duì)于確定極值的位置而言小的情況下，使用每種膜厚的顏色 特性變量的理論值，而在除此之外的情況下使用反射率分布的理論值，來求出膜厚。根據(jù)本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定方法，即便在無法根據(jù)所測(cè)定的反射率分布的極值求 出膜厚的情況或難以正確求出膜厚的情況下，也能使用顏色特性變量的理論值求出膜厚。 另外，能夠根據(jù)所測(cè)定的反射率分布的極值求出膜厚的情況下，由于使用反射率分布的理 論值求出膜厚，因此能唯一地確定膜厚。本發(fā)明實(shí)施方式的膜厚測(cè)定方法通過以測(cè)定除去膜后的基材的反射率分布與理 論值一致的方式求出的補(bǔ)償系數(shù)對(duì)所測(cè)定的反射率分布進(jìn)行補(bǔ)償后使用。
根據(jù)本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定方法，通過使所測(cè)定的反射率分布與反射率分布的理 論值一致，能正確測(cè)定膜厚。


圖1是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置的構(gòu)成的圖。圖2是表示圖1的膜厚測(cè)定裝置的A-A剖面的圖。圖3是表示分光反射率檢測(cè)部的構(gòu)成的一個(gè)例子的圖。圖4是表示分光反射率檢測(cè)部的準(zhǔn)直儀的構(gòu)成的圖。圖5是表示筒狀準(zhǔn)直儀的構(gòu)成的一個(gè)例子的圖。圖6是表示反射率零點(diǎn)補(bǔ)償用空洞的構(gòu)成的圖。圖7是表示反射率校正板的相對(duì)于波長(zhǎng)的反射率的圖。圖8是表示假定入射側(cè)介質(zhì)為空氣(n = 1. 0)、η = 1. 46、膜厚d = 6 μ m的有機(jī) 涂工膜形成于nm = 1. 63的PET基板上的情況下反射率分布的計(jì)算結(jié)果的圖。圖9是表示本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置對(duì)于在基板上附有薄膜的測(cè)定對(duì)象的反 射率測(cè)定結(jié)果的圖。圖10是表示本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置對(duì)于在硅晶片上附有氧化膜的測(cè)定對(duì)象 的反射率測(cè)定結(jié)果的圖。圖11是表示本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置得出的2張不銹鋼板的反射色的色差值 的圖。圖12是表示本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置得出的2張不銹鋼板的反射色的色彩值 的圖。圖13是表示本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置得出的不銹鋼板的反射率的測(cè)定結(jié)果的 圖。圖14是表示對(duì)板涂覆薄膜的設(shè)備(真空爐)的構(gòu)成的圖。圖15是表示安裝于真空爐的膜厚測(cè)定裝置的構(gòu)成的圖。圖16是表示具有導(dǎo)光器的膜厚測(cè)定裝置對(duì)于測(cè)定對(duì)象的反射率測(cè)定結(jié)果的圖。圖17是表示在一并使用在430nm處具有峰值的紫外發(fā)光二極管光源與在580nm 附近具有峰值的白色發(fā)光二極管光源的情況下鏡面反射率99%的校正板的反射光亮度輸 出的圖。圖18是示意性表示在折射率nm的基板上形成透明薄膜(折射率η、膜厚d)的情 況下反射的情形的圖。圖19是表示假定為基材的折射率nm = 1. 7、薄膜的折射率η = 1. 46、空氣的折射 率Htl = 1.0來進(jìn)行計(jì)算時(shí)的膜厚d與極值波長(zhǎng)XMUmax:極大值波長(zhǎng)、λπ η:極小值波 長(zhǎng))的關(guān)系的圖。圖20是表示通過與圖19相同的條件(基材的折射率 =1.7、薄膜的折射率η =1.46、空氣的折射率Iitl= 1.0)計(jì)算出的膜厚d與反射色三刺激值Χ、Υ、Ζ的關(guān)系的圖。圖21是表示同色異譜的例1的反射率分布的圖。圖22是表示同色異譜的例2的反射率分布的圖。圖23是表示同色異譜的例3的反射率分布的圖。
圖24是表示極值波長(zhǎng)為550nm的膜厚的反射率分布的圖。圖25是表示膜厚(d = 1 500nm)與極值波長(zhǎng)λ N以及曲率系數(shù)rN的關(guān)系的圖。圖26是表示使基材的折射率~ = 1. 70、薄膜的折射率η = 1. 33、1. 46、1. 5、1. 6， 膜厚500nm的情況下按照式(1)計(jì)算反射率分布的結(jié)果的圖。圖27是表示對(duì)基材和樣本(Si、S2和S3)測(cè)定的反射率分布的圖。圖28是表示波長(zhǎng)與補(bǔ)償系數(shù)Κ( λ)的關(guān)系的圖。圖29是表示波長(zhǎng)與補(bǔ)償反射率分布的關(guān)系的圖。圖30是表示膜的折射率與理論反射三刺激值的關(guān)系的圖。圖31是表示通過本發(fā)明實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置測(cè)定3個(gè)樣本的膜厚分布的結(jié) 果的圖。圖32是表示估計(jì)膜厚的方法的流程圖。圖33是用于說明膜厚估計(jì)的事前處理的流程圖。圖34是表示光纖型分光反射率計(jì)的構(gòu)成的一個(gè)例子的圖。
具體實(shí)施例方式圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置100的構(gòu)成的圖。膜厚測(cè)定裝 置100具有測(cè)定部110、處理器120和存儲(chǔ)裝置130。測(cè)定部110具有發(fā)光二極管光源101、 筒狀準(zhǔn)直儀103、分束器105、計(jì)量用窗107和分光反射率檢測(cè)部(分光傳感器)109。發(fā)光二極管光源101在實(shí)施例中一并使用在430nm處具有峰值的紫外發(fā)光二極管 光源和在580nm附近具有峰值的白色發(fā)光二極管光源。圖17是表示一并使用在430nm處 具有峰值的紫外發(fā)光二極管光源和在580nm附近具有峰值的白色發(fā)光二極管光源的情況 下鏡面反射率99%的校正板的反射光亮度輸出的圖。用于反射測(cè)定的光源的亮度分布如圖 17所示，在450nm至500nm附近的輸出變高，相比僅使用白色發(fā)光二極管光源的情況，能提 升450nm至700nm的分光反射率的測(cè)定精度。關(guān)于分束器105的規(guī)格，作為一個(gè)例子舉出Edmond公司制造的立方體型無偏振分 束器(商品編碼47009-J)，在430nm至670nm的寬帶區(qū)域內(nèi)，ρ偏振、s偏振的透過/反射 特性的差異被控制在6%以內(nèi)。來自發(fā)光二極管光源101的光通過筒狀準(zhǔn)直儀103之后被分束器105反射，通過 計(jì)量用窗107之后到達(dá)測(cè)定對(duì)象物501。其中，以使得照射到測(cè)定對(duì)象物501的測(cè)定對(duì)象 面的光垂直入射到測(cè)定對(duì)象面的方式配置分光測(cè)定裝置。照射到測(cè)定對(duì)象面的光朝垂直于 測(cè)定對(duì)象面的方向被反射，沿著與照射到測(cè)定對(duì)象面的光相同的路徑反向行進(jìn)到達(dá)分束器 105，通過分束器105后到達(dá)分光反射率檢測(cè)部109。圖1中，用實(shí)線表示照射到測(cè)定對(duì)象物 501的光，用虛線表示被測(cè)定對(duì)象物501反射的光。圖1中，在分束器105的側(cè)面設(shè)置筒狀準(zhǔn)直儀103和光源101，在分束器105的上 側(cè)表面設(shè)置分光反射率檢測(cè)部109。作為其他實(shí)施方式，也可以在分束器105的上側(cè)表面設(shè) 置筒狀準(zhǔn)直儀103和光源101，在分束器105的側(cè)面設(shè)置分光反射率檢測(cè)部109。本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置100還具有反射率校正板201和反射率零點(diǎn)補(bǔ)償用空 洞203。下面說明反射率校正板201和反射率零點(diǎn)補(bǔ)償用空洞203的構(gòu)成和功能。反射率校正板201和反射率零點(diǎn)補(bǔ)償用空洞203的上表面配置于與測(cè)定對(duì)象物501的上表面相同的面內(nèi)。測(cè)定部110構(gòu)成為能夠沿水平方向朝反射率校正板201和反射 率零點(diǎn)補(bǔ)償用空洞203的位置移動(dòng)來測(cè)定反射率?；蛘咭部梢詷?gòu)成為不存在測(cè)定對(duì)象物 501的狀態(tài)下反射率校正板201和反射率零點(diǎn)補(bǔ)償用空洞203能移動(dòng)到測(cè)定對(duì)象物501的位置。圖6是表示反射率零點(diǎn)補(bǔ)償用空洞203的構(gòu)成的圖。反射率零點(diǎn)補(bǔ)償用空洞203 呈圓筒形狀。具有底面的圓筒直徑為50mm、高度為50mm。圓筒上表面中央處具有直徑25_ 的圓形窗。圓筒的內(nèi)表面和外表面被實(shí)施了黑色涂裝，使得光入射到圓形窗的情況下能在 內(nèi)部基本被吸收掉。光入射到圓形窗時(shí)的反射率在0.2%以下。反射率校正板201可以是市面流通的低反射用鏡面板。例如為OceanOptics Inc. 銷售的產(chǎn)品名為STAN-SSL等。圖7是表示反射率校正板對(duì)于波長(zhǎng)的反射率的圖。圖1中，作為入射到分光傳感器109的光，除了被測(cè)定對(duì)象物501表面反射的光 V(T)之外，還具有分束器105下表面的反射光V2、通過了分束器105的光在端面的反射光 在分束器105折返后的光V3、計(jì)量用窗107的反射光V4等。為了對(duì)測(cè)定對(duì)象面的反射率正確進(jìn)行測(cè)定，就需要除去反射光Vl之外的V2、V3、 V4等噪聲。反射率校正板201和反射率零點(diǎn)補(bǔ)償用空洞203的作用就是除去V2、V3、V4等噪聲。設(shè)進(jìn)行反射率零點(diǎn)補(bǔ)償用空洞203的反射率測(cè)定時(shí)的分光反射率檢測(cè)部109 的輸出為V(D)、進(jìn)行反射率校正板201的反射率測(cè)定時(shí)的分光反射率檢測(cè)部109的輸 出為V(C)。其中，如果設(shè)反射率校正板201的反射輸出為V(Ref)，則能表現(xiàn)為V(C)=
V(Ref) +V (D)。因此能表現(xiàn)為 V (Ref) = V (C) -V (D)。如果設(shè)進(jìn)行測(cè)定對(duì)象面501的反射率測(cè)定時(shí)的分光反射率檢測(cè)部109的輸出 為V(M)、測(cè)定對(duì)象面501的反射輸出為V(T)，則能表現(xiàn)為V(M) = V(T)+V(D)、V(T)=
V(M) -V (D)。如果設(shè)反射校正板201的反射率為Rv (Ref)，則測(cè)定對(duì)象面501的反射率Rv (T)能 表現(xiàn)為 Rv (T) = Rv (Ref) · V (T) /V (Ref) · · ·⑴。在膜厚測(cè)定裝置100的存儲(chǔ)裝置130預(yù)先存儲(chǔ)有反射校正板201的每種波長(zhǎng)的反 射率Rv(Ref)。膜厚測(cè)定裝置100定期測(cè)定V(D)和V(C)，把這些值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置130。 膜厚測(cè)定裝置100求出測(cè)定對(duì)象面501的輸出V(M)，使用存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置130的Rv(Ref)、 V(D)和V (C)，能夠根據(jù)式(1)求出測(cè)定對(duì)象面501的每種波長(zhǎng)的反射率Rv (T)。定期測(cè)定 V(D)和V(C)是為了對(duì)應(yīng)于光源101和分光反射率檢測(cè)部109的輸出溫度偏差。圖2是表示圖1的膜厚測(cè)定裝置的A-A剖面的圖。照射在測(cè)定對(duì)象物501的測(cè)定 對(duì)象面的光垂直入射到測(cè)定對(duì)象面。照射在測(cè)定對(duì)象面的光沿著垂直于測(cè)定對(duì)象面的方向 被反射，沿著與照射在測(cè)定對(duì)象面的光相同路徑反向行進(jìn)到達(dá)分束器105，通過分束器105 后到達(dá)分光反射率檢測(cè)部109。分光反射率檢測(cè)部109具有透過波長(zhǎng)可變?yōu)V波器1091、準(zhǔn) 直儀1093和圖像傳感器1095。詳細(xì)情況將在后面說明。圖2中，用實(shí)線表示照射在測(cè)定對(duì) 象物501的光，用虛線表示被測(cè)定對(duì)象物501反射的光。被測(cè)定對(duì)象物501反射的光垂直 入射到分光反射率檢測(cè)部109的圖像傳感器1095的檢測(cè)面。圖3是表示分光反射率檢測(cè)部109的構(gòu)成的一個(gè)例子的圖。如上所述，分光反射率檢測(cè)部109具有透過波長(zhǎng)可變?yōu)V波器1091、準(zhǔn)直儀1093和圖像傳感器1095。透過波長(zhǎng) 可變?yōu)V波器1091是一種入射的白色光的短波長(zhǎng)側(cè)到長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的透過波長(zhǎng)段根據(jù)濾波器的 位置而連續(xù)或階段性變化的干擾濾波器。分光反射率檢測(cè)部109的準(zhǔn)直儀1093被設(shè)置成既能確保透過波長(zhǎng)可變?yōu)V波器 1091和圖像傳感器1095之間既定的間隔，又能以高的分辨率由圖像傳感器1095測(cè)定根據(jù) 波長(zhǎng)可變?yōu)V波器1091的位置而確定的波長(zhǎng)的光。在透過波長(zhǎng)可變?yōu)V波器1091和圖像傳感 器1095之間確保既定的間隔的理由在于，如果采取使兩者接觸的結(jié)構(gòu)，則會(huì)在兩者之間產(chǎn) 生多重反射，導(dǎo)致分光特性惡化。圖4是表示分光反射率檢測(cè)部109的準(zhǔn)直儀1093的構(gòu)成的圖。作為一個(gè)例子，準(zhǔn) 直儀1093的開口部寬度W為2. 2毫米，長(zhǎng)度L為13毫米。另外，準(zhǔn)直儀1093的高度H為 1.5毫米。圖4的比例尺沒有對(duì)應(yīng)于上述尺寸。準(zhǔn)直儀1093的尺寸是如下確定的。圖像 傳感器的受光面為2. 5X12.5毫米的長(zhǎng)方形，在圖4的L方向排列著256個(gè)50X2500微米 (μπι)的感光元件。于是，準(zhǔn)直儀1093的網(wǎng)格間隔a為40微米，重復(fù)間距為圖像傳感器的 間距50微米。為了具有256個(gè)開口部，其具備255個(gè)10微米的網(wǎng)格(SUS板)。網(wǎng)格間隔 b以0. 5毫米在開口部寬度2. 2毫米之中具有4個(gè)開口部。圖中長(zhǎng)度方向的3根梁的寬度 為0. 1毫米，開口部的形狀被設(shè)置為加工時(shí)不會(huì)被破壞。這種準(zhǔn)直儀可如下形成，即交替重 疊具有孔的第1金屬薄板和不具有孔的第2金屬薄板，用按壓板按壓其兩側(cè)，把兩塊金屬薄 板通過熱壓接而擴(kuò)散接合形成為一體，然后沿著上述金屬薄板的層疊方向切斷與第1金屬 薄板具有孔的部分對(duì)應(yīng)的部分。詳細(xì)情況記載于本申請(qǐng)人提出的日本特許3618090號(hào)公報(bào) 中。圖4中長(zhǎng)度L方向是金屬薄板的層疊方向。分光反射率檢測(cè)部109的準(zhǔn)直儀1093的 準(zhǔn)直比為40/1500 = 0. 027、θ = 1. 5°。其中，準(zhǔn)直比為a/H，該值越小則分光波長(zhǎng)的精度 越高。如果準(zhǔn)直儀高度H為3毫米，則準(zhǔn)直比會(huì)提高為0.013，測(cè)定時(shí)間需要大約2倍。于 是作為實(shí)用值采用H = 1. 5毫米。圖5是表示筒狀準(zhǔn)直儀103的構(gòu)成的一個(gè)例子的圖。筒狀準(zhǔn)直儀103的長(zhǎng)度方向 的長(zhǎng)度為40毫米，垂直于長(zhǎng)度方向的剖面是兩條邊分別為6毫米和15毫米的長(zhǎng)方形。長(zhǎng)方 形的大小可按照?qǐng)D像傳感器1095的檢測(cè)面的大小(兩條邊分別為2. 5毫米和12毫米的長(zhǎng) 方形)確定。筒狀準(zhǔn)直儀103的內(nèi)表面上下分別具有8個(gè)高度為1. 5毫米、寬度15毫米的 阱，用以提升來自光源的光的指向性。阱用來防止從光源101擴(kuò)散的光入射到分束器105。 阱表面被實(shí)施了磨砂的鍍黑處理以吸收光。筒狀準(zhǔn)直儀103的準(zhǔn)直比為3/40 = 0. 075。通 常優(yōu)選筒狀準(zhǔn)直儀103的準(zhǔn)直比在0. 1以下。根據(jù)本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置100，通過使用分束器105，使來自光源的光垂直 入射到測(cè)定對(duì)象面之后，能夠?qū)⒊瘻y(cè)定對(duì)象面的垂直方向反射的光引導(dǎo)至分光反射率檢測(cè) 部109。本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置100在光源101與分束器105之間具有筒狀準(zhǔn)直儀103， 因此能使來自光源101的光中既定范圍方向的光大致垂直入射到測(cè)定對(duì)象面。另外，根據(jù) 本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置100，通過分光反射率檢測(cè)部109的準(zhǔn)直儀1093將圖像傳感器 1095獲取的光的受光角范圍限制在1. 5°以下，因此圖像傳感器1095能僅檢測(cè)出朝測(cè)定對(duì) 象面的垂直方向反射的光。本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置通過分光反射率檢測(cè)部109對(duì)測(cè)定對(duì)象面的每種波 長(zhǎng)的反射率、即反射率分布進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)反射率分布求出測(cè)定對(duì)象面的膜的厚度。首先說明本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置的反射率測(cè)定功能。圖18是示意性表示在折射率nm的基板上形成透明薄膜(折射率η、膜厚d)的情 況下反射的情形的圖。關(guān)于分光反射率的求得方式，已在文獻(xiàn)(小檜山光信著「光學(xué)薄膜 乃基礎(chǔ)理論」才卜口二夕7出版第3章單層薄膜3. 1垂直入射P52 55)中如下 描述。反射的菲涅耳系數(shù)可通過下式來表現(xiàn)。P 0 = (n0-n) / (n0+n)ρ ！ = (n-nm) / (n0+nm)其中，Iitl是入射側(cè)的折射率(空氣的情況為Htl = 1. 0)。通過厚度d的薄膜到達(dá)與基板之間的界面的光引起相位變化。入射到基板之前的 相位變化可通過下式表示。τ 0exp (_i δ ) = τ 0e_i δ其中δ = (2πικ1)/λ (λ是入射介質(zhì)中的波長(zhǎng))反射率R可通過下式表示。R= ( ρ 02+ ρ j2+2 P ο P !Cos2 δ ) / (1+ ρ 02 ρ /+2 ρ 0 ρ ροβ〗 δ)... (2)圖8表示假定在式⑵中，入射側(cè)介質(zhì)為空氣(η = 1.0)，η= 1.46、膜厚(1 = 6μπι 的有機(jī)涂工膜形成于nm = 1. 63的PET(p0lyethyleneter印hthalate)基板上的情況下反 射率分布計(jì)算結(jié)果的圖。圖9是表示本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置對(duì)于在基板上附有薄膜的測(cè)定對(duì)象的反 射率的測(cè)定結(jié)果的圖。測(cè)定對(duì)象是在聚對(duì)苯二甲酸乙二酯基板上涂敷透明有機(jī)樹脂等薄膜 的結(jié)構(gòu)。橫軸表示波長(zhǎng)，縱軸表示反射率。另外，實(shí)線表示本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置對(duì)反 射率的測(cè)定結(jié)果，虛線表示分光光度計(jì)對(duì)反射率的測(cè)定結(jié)果。圖9中，本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置得出的反射率變化的振幅在波長(zhǎng)680納米附 近約為1. 2%，分光光度計(jì)得出的反射率變化的振幅在波長(zhǎng)680納米附近約為0. 6%。另外， 本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置得出的反射率的周期性變化在波長(zhǎng)450納米以上時(shí)較為明確， 分光光度計(jì)得出的反射率的周期性變化在波長(zhǎng)580納米以上較為明確。在570納米以下無 法觀測(cè)到周期性變化。根據(jù)以上結(jié)果可知，本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置對(duì)反射率的測(cè)定比 分光光度計(jì)對(duì)反射率的測(cè)定精度更高。圖9中測(cè)定結(jié)果的反射率在短波長(zhǎng)側(cè)變低可認(rèn)為是由于短波長(zhǎng)側(cè)基板和涂工膜 的吸收的影響。由于在圖8的計(jì)算中設(shè)定為不存在吸收，因此波長(zhǎng)400至700納米的整個(gè) 區(qū)域中干擾波的振幅恒定。圖10是表示本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置對(duì)于在硅晶片上附有氧化膜的測(cè)定對(duì)象 的反射率測(cè)定結(jié)果的圖。橫軸表示波長(zhǎng)，縱軸表示反射率。圖10表示從1.3納米到499納 米的6種膜厚的測(cè)定結(jié)果。在本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置中，照射在測(cè)定對(duì)象面的光垂直入射到測(cè)定對(duì)象 面，在測(cè)定對(duì)象面沿著垂直于測(cè)定對(duì)象面的方向被反射。因此，本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置 能對(duì)測(cè)定對(duì)象的薄膜的多重反射進(jìn)行測(cè)定，能提升反射率的測(cè)定精度。與此相對(duì)，人工型分 光光度計(jì)和光纖型分光反射率計(jì)中照射在測(cè)定對(duì)象面的光不會(huì)垂直入射到測(cè)定對(duì)象面，因 此無法對(duì)測(cè)定對(duì)象的薄膜的多重反射進(jìn)行測(cè)定。
圖11是表示本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置得出的2張不銹鋼板的反射色的色差值 的圖。橫軸表示測(cè)定對(duì)象的識(shí)別(第1張表面、第1張背面、第2張表面、第2張背面)，縱 軸表示色差值。色差值是以顯示在最左側(cè)的測(cè)定對(duì)象為基準(zhǔn)表示的。其中，L*、a*和b*表 示CIE顏色空間的坐標(biāo)。色差值ΔΕ通過AE2= Δ L2+Δ a2+Ab2的式子來計(jì)算。不銹鋼板 配置成壓延痕的方向與圖像傳感器1095的長(zhǎng)度方向正交。其中，壓延痕是在壓延不銹鋼板 時(shí)在壓延方向產(chǎn)生的痕跡。圖12是表示本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置得出的2張不銹鋼板的反射色的色彩值 的圖。橫軸表示測(cè)定對(duì)象的識(shí)別(第1張表面、第1張背面、第2張表面、第2張背面)，縱 軸表示色彩值。圖9對(duì)于各個(gè)測(cè)定對(duì)象表示出了將不銹鋼板配置成壓延痕的方向與圖像傳 感器1095的長(zhǎng)度方向正交的方式的情況(圖12中表示為正交)以及將不銹鋼板配置成壓 延痕的方向與圖像傳感器1095的長(zhǎng)度方向平行的方式的情況(圖12中表示為平行)。圖 12中，關(guān)于各個(gè)測(cè)定對(duì)象，正交的情況比平行的情況明度值(L)大。其原因在于，朝垂直于 壓延痕的方向反射的光的光量比朝平行于壓延痕的方向反射的光的光量多。圖13是表示本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置得出的不銹鋼板的反射率的測(cè)定結(jié)果的 圖。橫軸表示波長(zhǎng)，縱軸表示反射率。表示出了將不銹鋼板配置成壓延痕的方向與圖像傳 感器1095的長(zhǎng)度方向正交的方式的情況(圖13中表示為正交)以及將不銹鋼板配置成壓 延痕的方向與圖像傳感器1095的長(zhǎng)度方向平行的方式的情況(圖13中表示為平行)。本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置中，照射到測(cè)定對(duì)象面的光垂直入射到測(cè)定對(duì)象面， 在測(cè)定對(duì)象面朝垂直于測(cè)定對(duì)象面的方向被反射。因此根據(jù)本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置， 對(duì)于通過現(xiàn)有的膜厚測(cè)定裝置無法測(cè)定的具有壓延痕的粗糙表面的反射率也能進(jìn)行測(cè)定。圖14是表示在片上涂覆薄膜的設(shè)備(真空爐)的構(gòu)成的圖。將輥狀板203配置于 真空爐201內(nèi)，卷回后通過蒸鍍裝置205蒸鍍薄膜，再次卷繞成輥狀板209。蒸鍍裝置205 通過電阻加熱、高頻感應(yīng)加熱、電子束加熱等進(jìn)行蒸鍍?？梢栽谟^測(cè)用窗207設(shè)置以下說明 的膜厚測(cè)定裝置100’。圖15是表示安裝于真空爐201的膜厚測(cè)定裝置100’的構(gòu)成的圖。膜厚測(cè)定裝置 100’除了圖1所示的分光裝置100的構(gòu)成要素之外，還具有固定用凸緣111和導(dǎo)光器113。 通過把固定用凸緣111安裝于設(shè)置在真空爐201爐壁的測(cè)定窗的測(cè)定窗用凸緣211，膜厚 測(cè)定裝置100’能夠設(shè)置于真空爐201。作為導(dǎo)光器113的一個(gè)例子，其長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度為 500毫米，垂直于長(zhǎng)度方向的剖面是內(nèi)表面兩條邊分別為27毫米和12毫米的長(zhǎng)方形。導(dǎo)光 器113的長(zhǎng)度可以按照使涂敷了測(cè)定對(duì)象的薄膜的板213位于距導(dǎo)光器113前端為10毫 米的距離處的方式來確定。在測(cè)定時(shí)，將膜厚測(cè)定裝置100’設(shè)置成導(dǎo)光器113的長(zhǎng)度方向 垂直于測(cè)定對(duì)象面。通過以反射率高的材料構(gòu)成導(dǎo)光器113的內(nèi)側(cè)，能減少通過內(nèi)側(cè)的光 的衰減。作為一個(gè)例子，可以通過鋁制管構(gòu)成導(dǎo)光器113。圖16是表示具有上述導(dǎo)光器113的膜厚測(cè)定裝置100’對(duì)于測(cè)定對(duì)象的反射率測(cè) 定結(jié)果的圖。測(cè)定對(duì)象是食品用包裝膜和2種高架投影儀用膜。在測(cè)定時(shí)，將膜厚測(cè)定裝 置100’配置成導(dǎo)光器113的長(zhǎng)度方向垂直于測(cè)定對(duì)象面，從測(cè)定對(duì)象面到導(dǎo)光器113的前 端的距離為10毫米。該測(cè)定結(jié)果與設(shè)置于距離測(cè)定對(duì)象面15毫米的距離處的膜厚測(cè)定裝 置100的測(cè)定結(jié)果大致相同。如上，通過具有導(dǎo)光器113的膜厚測(cè)定裝置100’也能高精度 測(cè)定反射率、即膜厚。因此能通過具有導(dǎo)光器113的膜厚測(cè)定裝置100’測(cè)定真空爐等爐內(nèi)的膜厚。下面說明根據(jù)測(cè)定對(duì)象面501的反射率分布求出膜厚的方法。首先說明使用理論 式求出膜厚的方法。假定基材和膜的反射率，使用式(2)對(duì)既定的膜厚d能夠求出每種波長(zhǎng)的反射率、 即反射率分布的理論值(計(jì)算值)。于是，例如使膜厚d按照每nm變化，根據(jù)式⑵求出可 見光區(qū)域U = 400 700nm的范圍內(nèi)1. 5nm的分辨率)的反射率分布。當(dāng)存在針對(duì)波長(zhǎng) 的反射率極值時(shí)，根據(jù)該反射率分布求出極值。圖19是表示假定為基材的折射率Iim= 1.7、薄膜的折射率η = 1.46、空氣的折射 率Htl = 1.0來進(jìn)行計(jì)算時(shí)的膜厚d與極值波長(zhǎng)XMUmax:極大值波長(zhǎng)、λπ η:極小值波 長(zhǎng))的關(guān)系的圖。橫軸表示膜厚，縱軸表示極值波長(zhǎng)。從膜厚Inm到77nm之間不存在極值波長(zhǎng)，反射率降低。最開始產(chǎn)生的極值波長(zhǎng)λ是極小值。膜厚d = 78nm時(shí)獲得λ 1 = 455. 5nm的極 小值，膜厚d = Illnm時(shí)獲得λ 1 = 648. 2nm的極小值。接著，膜厚d= 112 155nm的范圍不存在極值。d = 156nm時(shí)產(chǎn)生極大值，此時(shí) λ 2 = 455. 13nm。極值波長(zhǎng)增大到 d = 223nm，此時(shí) λ 2 = 651. 16nm。從膜厚224到232nm的范圍內(nèi)不存在極值波長(zhǎng)。膜厚d = 233nm時(shí)產(chǎn)生極小值波長(zhǎng)，此時(shí)λ 3 = 453. 6nm。膜厚d = 334nm時(shí)λ 3 =650. 2nm，膜厚d = 335nm時(shí)極小值消失。如圖可知，在d = 317nm時(shí)產(chǎn)生極大值波長(zhǎng)λ 4 = 462. 87nm。膜厚d = 317nm 334nm之間共存著極小值波長(zhǎng)和極大值波長(zhǎng)。極大值波長(zhǎng)λ 4 存在于 d = 317 446nm，膜厚 d = 446nm 時(shí) λ 4 = 651. 18nm。另外，膜厚d = 389nm時(shí)產(chǎn)生極小值波長(zhǎng)λ 5 = 454. 51nm。膜厚d = 389nm 446nm之間共存著極小值波長(zhǎng)λ 4和極小值波長(zhǎng)λ 5。膜厚d = 500nm時(shí)，極小值波長(zhǎng)λ 5 =584. 05nm。在膜厚d = 467nm時(shí)產(chǎn)生新的極大值波長(zhǎng)λ 6 = 456. 62nm。因此在d = 447 466nm之間僅存在極小值波長(zhǎng)λ 5，膜厚d = 467nm 500nm之間共存著極小值波長(zhǎng)λ 5和 極大值波長(zhǎng)入6。如圖19所示可知，膜厚d= 1 500nm的薄膜區(qū)域可被分類為不存在極值的區(qū)域、 存在1個(gè)極值的區(qū)域、存在2個(gè)極值的區(qū)域這3種。另外，極值波長(zhǎng)存在從λ 到λ6這6 種。由此，為了進(jìn)行膜厚d = 1 500nm的測(cè)定，需要在不存在極值的區(qū)域估計(jì)膜厚的 方法以及區(qū)分極值波長(zhǎng)的種類后估計(jì)膜厚的方法。首先說明不存在極值波長(zhǎng)的區(qū)域的膜厚估計(jì)方法。預(yù)先根據(jù)每種膜厚的反射率分 布求出每種膜厚的反射色三刺激值X、Y、Z。將相對(duì)于根據(jù)測(cè)定出的反射率分布求出的反射 色三刺激值的反射色三刺激值誤差最小的膜厚作為測(cè)定膜厚。反射色三刺激值誤差A(yù)W可 通過下式來定義。數(shù)1AW= ^/(Xi-Xj)2+(Yi-Yj)2+(Zi-Zj)2 ... (3)關(guān)于反射色三刺激值的計(jì)算方法已在《JIS Ζ8722 色^測(cè)定方法反射色及t/透過色》中進(jìn)行了詳細(xì)說明。并且在本實(shí)施方式中通過三刺激值X、Y、Z進(jìn)行了膜厚估計(jì)，也 可以使用根據(jù)反射色三刺激值計(jì)算的色彩值法(例如ΙΛ a*, b*)。本說明書和權(quán)利要求的 范圍將反射色三刺激值等表示顏色特性的變量稱為顏色的特性變量。圖20是表示通過與圖19相同的條件(基材的折射率 =1.7、薄膜的折射率η =1.46、空氣的折射率Iitl= 1.0)計(jì)算出的膜厚d與反射色三刺激值X、Y、Z的關(guān)系的圖。 橫軸表示膜厚，縱軸表示反射色三刺激值。這里應(yīng)該注意，存在盡管反射率完全不同，三刺激值取大致相等的值的“同色異 譜”現(xiàn)象。圖20中，當(dāng)通過計(jì)算求出式(3)的三刺激值誤差A(yù)W較小的例子時(shí)，發(fā)現(xiàn)了 3個(gè) 例子。例1是膜厚d = 21nm和膜厚d = 177nm,例2是膜厚d = 129nm和膜厚d = 492nm, 例3是膜厚d = 219nm和膜厚d = 400nm。圖21是表示例1的反射率分布的圖。橫軸表示波長(zhǎng)，縱軸表示反射率。例1中， 較薄的膜厚的反射率分布不存在極值，而較厚的膜厚的反射率分布存在1個(gè)極值。圖22是表示例2的反射率分布的圖。橫軸表示波長(zhǎng)，縱軸表示反射率。例2中， 較薄的膜厚的反射率分布不存在極值，而較厚的膜厚的反射率分布存在2個(gè)極值。圖23是表示例3的反射率分布的圖。橫軸表示波長(zhǎng)，縱軸表示反射率。例3中， 較薄的膜厚的反射率分布存在1個(gè)極值，而較厚的膜厚的反射率分布存在2個(gè)極值。如上，在例1至例3中，不存在極值的僅為例1的較薄膜厚(21nm)的情況和例2 的較薄膜厚(129nm)的情況。因此，存在極值的情況下，通過極值估計(jì)膜厚，僅在不存在極 值的情況下根據(jù)反射色三刺激值誤差估計(jì)膜厚，這樣就不會(huì)產(chǎn)生“同色異譜”的問題。艮口， 能根據(jù)反射色三刺激值誤差來唯一地估計(jì)膜厚。接著說明區(qū)分極值波長(zhǎng)種類的方法。其中，波長(zhǎng)種類是指圖19所示的λ 到λ6。 如上所述可知，在膜厚1至500nm的范圍內(nèi)按照膜厚的大小順序存在λ 1到λ 6這6種極 值波長(zhǎng)。圖24是表示極值波長(zhǎng)為550nm的膜厚的反射率分布的圖。橫軸表示波長(zhǎng)，縱軸表 示反射率。圖24中，λ 1相當(dāng)于d = 94nm, λ 2相當(dāng)于d = 188nm, λ 3相當(dāng)于d = 282nm， λ 4相當(dāng)于d = 376nm, λ 5相當(dāng)于d = 471nm。以下將表示λ以后的極值種類的數(shù)字稱為 N值。根據(jù)圖24可知，關(guān)于包含λ = 550nm的極值的曲線曲率，當(dāng)N值較小時(shí)小，隨著N值 增加變大。由此，能夠通過包含極值的曲線曲率來區(qū)分極值種類。導(dǎo)入通過下式定義的極值系數(shù)作為表示極值的值。rN = {Rv ( λ N-22. 5nm) +Rv ( λ 1+22. 5nm) -2Rv ( λ N)} / (Rv. max-Rv. min) X 100其中，Rv.max = 6. 72(% )是通過理論計(jì)算求出的最大反射率(nm = 1. 7、η = 1. 46)。另外，Rv. min = 1. 27(% )是通過理論計(jì)算求出的最小反射率(nm = 1. 7、n = 1. 46)。Rv. max-Rv. min = 5. 45 (% )rN的單位是％。其中，這里設(shè)波長(zhǎng)差為士22. 5nm，也可以使用其他的值。而且曲 率系數(shù)只要是表示曲率的就能任意定義。如果根據(jù)圖24 求出曲率系數(shù)，則 rl = _0· 44、r2 = 1. 55、r3 = -3. 87、r4 = 6. 11、 r5 = -10.6。負(fù)值表示極小值，正值表示極大值。這樣就能根據(jù)曲率系數(shù)的符號(hào)和絕對(duì)值 確定極值種類(N值)。圖25是表示膜厚(d= 1 500nm)與極值波長(zhǎng)λ N以及曲率系數(shù)rN的關(guān)系的圖。橫軸表示膜厚，縱軸表示極值波長(zhǎng)(右側(cè)的刻度)和曲率系數(shù)(左側(cè)的刻度)。根據(jù)圖25 可知如下情況。在膜厚d= 1 500nm的范圍內(nèi)不存在極值波長(zhǎng)的膜厚區(qū)域存在3個(gè)。即d = 1 78nm、d = 112 156nm、d = 223 234nm 這 3 個(gè)區(qū)域。λ 1是顯現(xiàn)于膜厚d = 79 Illnm的范圍內(nèi)的極小值。曲率系數(shù)rl是以下范圍 內(nèi)的值。-1. 0 < rl < 0%λ 2是顯現(xiàn)于膜厚d= 157 222nm的范圍內(nèi)的極大值。曲率系數(shù)r2是以下范圍 內(nèi)的值。0. 86 < r2 < 1. 7%λ 3是顯現(xiàn)于膜厚d = 235 646nm的范圍內(nèi)的極小值。曲率系數(shù)r3是以下范圍 內(nèi)的值。-7. 6 < r3 < 3. 7%λ 4以后的極值的曲率系數(shù)絕對(duì)值隨著N值變大而逐漸變大。下面說明基于上述發(fā)現(xiàn)的膜厚估計(jì)方法。假設(shè)測(cè)定對(duì)象的薄膜的折射率(η)和基材的折射率(Iim)，通過計(jì)算求出每種膜厚 的反射率分布(波長(zhǎng)與反射率的關(guān)系)以及反射色三刺激值，作為表的形式存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝 置130。膜厚的范圍為1至500nm，分辨率為0. lnm。在上述表的膜厚d—欄存儲(chǔ)有極值波長(zhǎng)的數(shù)量、極值波長(zhǎng)、曲率系數(shù)、極值組名。 圖25的例子中如下劃分了極值組。IEA組A是不存在極值的區(qū)域。具體而言是膜厚d= 1 78nm、膜厚d= 112 156nm、 膜厚d = 223 234nm這3個(gè)區(qū)域。IEB組B是存在1個(gè)極值，曲率系數(shù)在-6 <r< 0.25的范圍的區(qū)域。具體而言是膜 厚d = 78 112nm、膜厚d = 156 223nm、膜厚d = 234 311nm這3個(gè)區(qū)域。IEC組C是存在1個(gè)極值，曲率系數(shù)在2<r的范圍內(nèi)的區(qū)域以及r<_7的范圍。具 體而言前者是膜厚d = 334 388nm的區(qū)域，后者是膜厚d = 446 466nm的區(qū)域。IED組D是存在2個(gè)極值的區(qū)域。具體而言是膜厚d = 311 334nm、膜厚d = 388 446nm、膜厚d = 466 500nm這3個(gè)區(qū)域。如下說明測(cè)定了反射率分布之后，使用上述表估計(jì)膜厚的方法。圖32是表示估計(jì)膜厚的方法的流程圖。圖32的各步驟是在進(jìn)行了后述膜厚估計(jì)的事前處理后執(zhí)行的。通過事前處理確 定膜的折射率和補(bǔ)償反射率分布的式。在如下所測(cè)定的反射率分布中使用通過補(bǔ)償反射率 分布的式補(bǔ)償后的結(jié)果。在圖32的步驟SOlO中，處理器120根據(jù)所測(cè)定的反射率分布求出極值及其曲率 系數(shù)。將該極值和曲率系數(shù)稱作測(cè)定極值和測(cè)定曲率系數(shù)。
在圖32的步驟S020中，處理器120根據(jù)測(cè)定極值和測(cè)定曲率系數(shù)判定極值組。在圖32的步驟S030中，處理器120判斷極值組是否為組A。如果極值組是組A， 則進(jìn)入步驟S040。如果極值組不是組A，則進(jìn)入步驟S050。在圖32的步驟S040中，處理器120根據(jù)所測(cè)定的反射率分布求出反射色三刺激 值。將該反射色三刺激值稱作測(cè)定反射色三刺激值。接著，處理器120比較存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝 置130的表中組A的范圍內(nèi)的膜厚的反射色三刺激值和測(cè)定反射色三刺激值，求出式(3) 的反射色三刺激值誤差最小的膜厚。在圖32的步驟S050中，處理器120判斷極值組是否為組B。如果極值組是組B， 則進(jìn)入步驟S060。如果極值組不是組B，則進(jìn)入步驟S070。在圖32的步驟S060中，處理器120根據(jù)所測(cè)定的反射率分布求出反射色三刺激 值。將該反射色三刺激值稱作測(cè)定反射色三刺激值。接著，處理器120比較存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝 置130的表中組B的范圍內(nèi)的膜厚的反射色三刺激值和測(cè)定反射色三刺激值，求出式(3) 的反射色三刺激值誤差最小的膜厚。極值組是組B的情況下，無關(guān)是否存在極值，都使用反 射色三刺激值求出膜厚而不使用極值求出膜厚的原因在于，為了正確確定極值的位置，包 含極值的曲線曲率不充分大。在圖32的步驟S070中，處理器120判斷極值組是否為組C。如果極值組是組C， 則進(jìn)入步驟S080。如果極值組不是組C，則進(jìn)入步驟S090。在圖32的步驟S080中，處理器120比較存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置130的表中組C的范圍 內(nèi)的膜厚的極值和測(cè)定極值，求出差最小的膜厚。在圖32的步驟S090中，處理器120判斷極值組是否為組D。如果極值組是組D， 則進(jìn)入步驟SlOO。如果極值組不是組C，則進(jìn)入步驟Sl 10。在圖32的步驟SlOO中，處理器120比較存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置130的表中組D的范圍 內(nèi)的膜厚的極值(2個(gè))和測(cè)定極值(2個(gè))，求出差最小的膜厚。在圖32的步驟SllO中，處理器120進(jìn)行輸出“無法估計(jì)膜厚”的消息等異常處理。圖33是用于說明膜厚估計(jì)的事前處理的流程圖。說明在基材(PET)上形成了薄 膜的樣本。在圖33的步驟S210確定基材的折射率。在圖33的步驟S210計(jì)算基材和樣本的理論反射率分布。圖26是表示基材的折射率nm = 1. 70、薄膜的折射率η = 1. 33、1. 46、1. 5、1. 6，膜 厚500nm的情況下按照式(2)計(jì)算反射率分布的結(jié)果的圖。根據(jù)圖26可知，當(dāng)基材的折射 率 =1. 70時(shí)，反射率最大值為Rv:maX = 6. 72%且恒定，不會(huì)受到薄膜折射率η的影響。 另外，如果薄膜折射率η變大則反射率最小值Rv:min也變大，最大值與最小值之差變小。在圖33的步驟S230測(cè)定基材和樣本的反射率分布。圖27是表示對(duì)基材和樣本(S1、S2和S3)測(cè)定的反射率分布的圖。橫軸表示波長(zhǎng)， 縱軸表示反射率。圖27所測(cè)定的反射率分布比圖26的理論反射率分布要高。其原因在于 式(1)忽視了來自基材底面的反射。另外，圖26中理論反射率分布的最大值是恒定的，而圖 27所測(cè)定的反射率分布的最大值不是恒定值。其原因在于，折射率是具有波長(zhǎng)依賴性的，為 了使所測(cè)定的反射率分布于理論反射率分布一致，就需要用于使所測(cè)定的基材的反射率為 圖26的最大值的補(bǔ)償系數(shù)。
在圖33的步驟S240中，通過下式求出補(bǔ)償系數(shù)K( λ )。Κ(λ ) = Rv. t ( λ :max)/{Rv(A )-Rv. t(A :max)}其中，Rv.tU:max)是圖 26 的最大值(6. 12%).圖28是表示波長(zhǎng)與補(bǔ)償系數(shù)K( λ)的關(guān)系的圖。橫軸表示波長(zhǎng)，縱軸表示補(bǔ)償系 數(shù)(右側(cè)的刻度)和反射率(左側(cè)的刻度)。另外，通過下式求出基材底面的反射率RvO。RvO = Rv (550nm) -Rv. t ( λ :max) = 12. 90-6. 72 = 6. 19 (% )在圖33的步驟250中，求出補(bǔ)償反射率分布λ )。S卩，通過下式使得所測(cè)定的 反射率分布與理論反射率分布一致。Rv*(A ) = (Rv(A)-RvOj ΧΚ(λ ). . . (3)圖29是表示波長(zhǎng)與補(bǔ)償反射率分布的關(guān)系的圖。橫軸表示波長(zhǎng)，縱軸表示補(bǔ)償反 射率分布。在圖32的步驟260中，根據(jù)樣本的補(bǔ)償反射率分布求出樣本的反射三刺激值。在圖32的步驟270中，求出已知樣本膜厚而改變折射率的情況下的理論反射三刺 激值，以與步驟260中求出的反射三刺激值的誤差(式(3))最小的方式確定膜的折射率。圖30是表示膜的折射率與理論反射三刺激值的關(guān)系的圖。橫軸表示膜的折射率， 縱軸表示根據(jù)理論反射三刺激值和補(bǔ)償反射率分布求出的反射三刺激值和理論反射三刺 激值的誤差。理論反射三刺激值是以膜厚80nm、基材折射率nm = 1. 7，通過0. 001的刻度單 位對(duì)薄膜折射率η = 1.26 1.46之間進(jìn)行計(jì)算得到的。另外，可通過式(3)求出樣本S2 的反射率的三刺激值Χ2 = 2. 4016、Υ2 = 2. 5704、Ζ2 = 2. 1954的誤差。誤差最小的膜的折射率為η = 1. 522。如上確定了膜的折射率之后，能通過圖32所述方法估計(jì)膜厚。圖31是表示通過本實(shí)施方式的膜厚測(cè)定裝置測(cè)定3個(gè)樣本的膜厚分布的結(jié)果的 圖。橫軸表示測(cè)定位置，縱軸表示測(cè)定膜厚。平均測(cè)定膜厚表示出樣本Sl為30. 5nm、樣本 S2為78. 2nm、樣本S3為206. 3nm這樣大致適當(dāng)?shù)闹?。圖33所述方法以透明基材上的薄膜為例進(jìn)行了說明，而基材為Si晶片、金屬等不 透明結(jié)構(gòu)的情況下也能進(jìn)行大致同樣的處理。
權(quán)利要求
一種膜厚測(cè)定裝置，其具有光源、分光傳感器、處理器和存儲(chǔ)裝置，該膜厚測(cè)定裝置構(gòu)成為使來自上述光源的光垂直地入射到具有膜的測(cè)定對(duì)象面，使被測(cè)定對(duì)象面反射的光入射到上述分光傳感器，上述存儲(chǔ)裝置存儲(chǔ)有每種膜厚的反射率分布的理論值和每種膜厚的顏色特性變量的理論值，該膜厚測(cè)定裝置構(gòu)成為由上述處理器使用存儲(chǔ)于上述存儲(chǔ)裝置中的、每種膜厚的反射率分布的理論值或每種膜厚的顏色特性變量的理論值，根據(jù)上述分光傳感器所測(cè)定的反射率分布，求出測(cè)定對(duì)象面的膜的膜厚。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜厚測(cè)定裝置，其中，該膜厚測(cè)定裝置還具有分束器，且該膜 厚測(cè)定裝置構(gòu)成為，在測(cè)定時(shí)，使來自上述光源的光經(jīng)過上述分束器而垂直地入射到測(cè)定 對(duì)象面，被測(cè)定對(duì)象面反射之后，沿著垂直于測(cè)定對(duì)象面的方向行進(jìn)，經(jīng)過上述分束器而到 達(dá)上述分光傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜厚測(cè)定裝置，其中，該膜厚測(cè)定裝置還具有包括開口部的 反射率零點(diǎn)補(bǔ)償用空洞和反射率校正板，該膜厚測(cè)定裝置構(gòu)成為，在進(jìn)行反射率零點(diǎn)補(bǔ)償時(shí)，使來自上述光源的光經(jīng)過上述分束器而入射到上述反射率 零點(diǎn)補(bǔ)償用空洞的上述開口部，被反射之后沿著垂直于測(cè)定對(duì)象面的方向行進(jìn)，經(jīng)過上述 分束器而到達(dá)上述分光傳感器，在進(jìn)行反射率校正時(shí)，使來自上述光源的光經(jīng)過上述分束器而垂直地入射到上述反射 率校正板，被上述反射率校正板反射之后沿著垂直于上述反射率校正板的方向行進(jìn)，經(jīng)過 上述分束器而到達(dá)上述分光傳感器，將測(cè)定時(shí)的上述分光傳感器的輸出設(shè)為V(M)、將反射率零點(diǎn)補(bǔ)償時(shí)的上述分光傳感器 的輸出設(shè)為V(D)、將反射率校正時(shí)的上述分光傳感器的輸出設(shè)為V(C)、將反射率校正板的 反射率設(shè)為Rv (Ref)，上述存儲(chǔ)裝置保持該反射率校正板的反射率Rv (Ref)，上述處理器通 過式 Rv (T) = Rv(Ref) · (V (M)-V (D))/(V (C)-V (D))來求出測(cè)定對(duì)象面的反射率 Rv (T)。
4.一種膜厚測(cè)定方法，通過膜厚測(cè)定裝置對(duì)測(cè)定對(duì)象面的膜厚進(jìn)行測(cè)定，該膜厚測(cè)定 裝置具有分光傳感器、存儲(chǔ)有每種膜厚的反射率分布的理論值和每種膜厚的顏色特性變 量的理論值的存儲(chǔ)裝置、以及處理器，該膜厚測(cè)定方法具有通過上述分光傳感器測(cè)定具有膜的測(cè)定對(duì)象面的反射率分布的步驟；以及由上述處理器使用存儲(chǔ)于上述存儲(chǔ)裝置中的、每種膜厚的反射率分布的理論值或每種 膜厚的顏色特性變量的理論值，根據(jù)上述分光傳感器所測(cè)定的反射率分布，求出測(cè)定對(duì)象 面的膜的膜厚的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的膜厚測(cè)定方法，其中，在求出上述膜厚的步驟中，根據(jù)所測(cè)定 的反射率分布的極值的有無和包含極值的曲線的曲率，確定要使用每種膜厚的反射率分布 的理論值或每種膜厚的顏色特性變量的理論值中的哪個(gè)來求出膜厚。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的膜厚測(cè)定方法，其中，在求出上述膜厚的步驟中，在所測(cè)定的 反射率分布沒有極值或包含極值的曲線的曲率對(duì)于確定極值的位置而言小的情況下，使用 每種膜厚的顏色特性變量的理論值、而在除此之外的情況下使用反射率分布的理論值，來
7.椐權(quán)利要求4至6中的任一項(xiàng)所述的膜厚測(cè)定方法，其中，關(guān)于所測(cè)定的反射率分 布i通SSf了 翩= 描艦雜柄想碰—雜方式軸·償系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償后進(jìn)行使用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種膜厚測(cè)定裝置以及膜厚測(cè)定方法，膜厚測(cè)定裝置具有光源(101)、分光傳感器(109)、處理器(120)、和存儲(chǔ)裝置(130)，使來自上述光源的光垂直地入射到具有膜的測(cè)定對(duì)象面(501)，被測(cè)定對(duì)象面反射的光入射到上述分光傳感器。上述存儲(chǔ)裝置存儲(chǔ)每種膜厚的反射率分布的理論值和每種膜厚的顏色特性變量的理論值，上述處理器使用存儲(chǔ)于上述存儲(chǔ)裝置中的每種膜厚的反射率分布的理論值或每種膜厚的顏色特性變量的理論值，根據(jù)上述分光傳感器所測(cè)定的反射率分布，求出測(cè)定對(duì)象面的膜的膜厚。
文檔編號(hào)G01N21/27GK101981406SQ200980111320
公開日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月30日
發(fā)明者山倉(cāng)崇寬, 山本猛, 山田健夫, 林真治, 河合慎吾 申請(qǐng)人:株式會(huì)社尼利可