CN101514888A - 膜厚测定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种膜厚测定装置及方法，能安定而连续地测定具复折射性的待测定对象的膜厚。膜厚测定装置(1)，包含：光谱测定部(10)，将对于待测定膜F照射白色光而得到的反射光予以分光，并测定反射分光光谱；运算部(20)，对于经测定的反射分光光谱施加既定运算，而测定待测定膜F膜厚。运算部(20)，包含：波数转换部(23)，将反射分光光谱之中，预先设定的波长区域的反射分光光谱转换为重排为既定波数间隔的波数域反射分光光谱；傅利叶转换部(24)，将波数域反射分光光谱转换为功率谱；计算部(峰部检测部(25)、加权平均部(26)，及膜厚计算部(27))，求出在功率谱中出现的峰部的重心位置，依据此重心位置求出待测定膜F厚度。

Description

膜厚测定装置及方法

技术领域

本发明是关于利用光干涉以非接触地测定薄膜膜厚的膜厚测定装置及方法。

现有技术

利用光干涉的膜厚测定装置，其用在以非接触测定膜或片材等薄膜的膜厚分布或膜厚误差。图7显示现有膜厚测定装置的概略构成。如图7所示，现有膜厚测定装置100，包含光源101、照射用光纤102、接收光线用光纤103、分光计104、及运算部105，以非接触式进行测定膜或片材等待测定对象200膜厚。

光源101是发出广波长区域的白色光的光源。照射用光纤102是将光源101所发光的光引导并照射到待测定对象200的导光构件，接收光线用光纤103是将待测定对象200的反射光引导到分光计104的导光构件。分光计104，将以接收光线用光纤103引导的待测定对象200的反射光予以分光并转换为电讯号，而得反射分光光谱。

运算部105，对于以分光计104得到的反射分光光谱施加既定运算，并测定待测定对象200膜厚。具体而言，运算部105，从分光计104得到的反射分光光谱之中，选择1个既定波长范围，并进行以下运算：将此选择的波长范围中的反射分光光谱重排成等波数间隔并计算波数域反射分光光谱；对于显示波数域反射分光光谱的讯号施加傅利叶转换而得功率谱；计算功率谱之中可得峰部的频率所对应的光学膜厚；及从得到的光学膜厚考虑折射率，计算待测定对象200的实体膜厚。

上述构成中，从光源101射出的白色光，其引导到照射用光纤102而照射到待测定对象200。对于待测定对象200照射白色光而得的反射光中，对于接收光线用光纤103入射的反射光，藉由接收光线用光纤103而引导到分光计104，经分光后进行光电转换。经光电转换的电讯号，输入到运算部105，施加上述各种运算。藉此求出待测定对象200膜厚。

在此，于待测定对象200的表背界面反射的白色光，对应于待测定对象200表背界面间距离(膜厚)及待测定对象200折射率的乘积，具光路差。具光路差的白色光彼此干涉，在波数域反射分光光谱出现周期性的干涉条纹。相对于此周期性干涉条纹进行傅利叶转换得到的功率谱，由于在因应于光路长差的频率具峰部，因此，可藉由检测此峰部，求出光路长差(光学膜厚)。并且，藉由将得到的光学膜厚除以待测定对象200的折射率，能求出待测定对象200的实体膜厚。

以下专利文献1中，揭示一技术：为了以良好精度测定移动的多层膜中的膜厚，对于移动的多层膜照射由近红外光区构成的频闪光，接收来自于多层膜各层的反射光，测定构成多层膜的膜厚。又，以下专利文献2中，揭示一技术：为了以更高精度测定多层薄膜各膜厚，对于具多层薄膜的试样照射白色光，将从试样得到的反射光或透射光予以分光，将得到的光谱转换为波数单位的频率讯号后，藉由进行小波处理，从频率讯号除去干涉讯号以外成分，进行频率解析处理。

再者，以下专利文献3中，揭示一种多层膜的制造方法，将以干涉膜厚计测定的光干涉波形进行傅利叶转换，以得到的光谱中相当于最大峰部值的值作为多层膜表面层厚度。

【专利文献1】日本特开2003-161605号公报

【专利文献2】日本特开2005-308394号公报

【专利文献3】日本特开平11-314298号公报

发明欲解决的课题

然而，图7所示现有膜厚测定装置100，当待测定对象200为PET(聚对苯二甲酸乙二酯)膜等具复折射性时，会发生无法安定测定膜厚的问题。原因在于：当待测定对象200具复折射性时，由于因应于所照射的白色光的偏光方向，待测定对象200的折射率相异，因此，如图8所示，在功率谱会出现双峰性的峰部。

图8显示以现有膜厚测定装置100测定具复折射性待测定对象200得到的功率谱之一例。图8所示例之中，在功率谱出现显示双峰性的峰部P101、P102，对应于峰部P101顶点(极大值)的频率，光学膜厚T101约55.9[μm]，对应于峰部P102顶点(极大值)的频率，光学膜厚T102约57.2[μm]。

在此，现有膜厚测定装置100的运算部105，如前述，是进行以下处理：检测功率谱的峰部，求出对应于该峰部所得频率的光学膜厚。因此，即使出现双峰性的峰部，只要有一方峰部的极大值一直大于另一方峰部的极大值的关系，则从稳定进行待测定对象200膜厚测定的观点，可认为并不生任何问题。

然而，如图8所示，当成双峰性的峰部P101、P102的极大值大致相等时，由于测定杂讯或待测定对象200膜厚变动，峰部P101的极大值与峰部P102的极大值的大小关系会不规则变化。如此一来，尽管峰部P101、P102的极大值非大幅变化，运算部105所检测的峰部仍会不规则地变化为峰部P101或峰部P102。就结果而言，运算部105所求出的光学膜厚亦会不规则地变化为光学膜厚T101或光学膜厚T102，因此会有无法安定测定待测定对象200膜厚的问题。

图9显示以现有膜厚测定装置100反复测定具复折射性的待测定对象200而得光学膜厚之一例。若参照图9，就待测定对象200的光学膜厚而言，会求出图8所示光学膜厚为T101即55.9[μm]附近的值，或图8所示光学膜厚为T102即57.2[μm]附近的值，可知求出的任一值均无规则性(不规则)。

为了消除测定膜厚的不安定性，有人考虑藉由使用者设定，将检测功率谱的峰部的频率范围，限定为成双峰性的峰部之中其中之一出现的频率范围即可。然而，双峰性的峰部，由于因应于反射分光光谱的波长范围选择方法或待测定对象200的复折射性变化而变化成单峰性峰部，或者出现在与原本出现的位置分离的位置，因此，即使限定检测峰部的频率范围仍无法进行安定测定。

且，以线上连续测定制造中的膜的厚度时，由于所制造的膜的厚度超出相当于双峰性峰部间隔的厚度而变动，因此，原本就无法将检测峰部的频率范围限定如上述。如上，以往并无法于待测定对象为具复折射性时，稳定测定膜厚。不仅是上述PET膜，由于塑胶膜或结晶性薄膜亦多少具复折射性，因此，若能将具复折射性的待测定对象的膜厚安定测定，可认为能够大幅地扩大能以膜厚测定装置测定的待测定对象范围。

本发明是有鉴于上述情事而生，目的在于提供一种膜厚测定装置及方法，能够安定连续测定具有复折射性的待测定对象的膜厚。

发明内容

为了解决上述课题，本发明的膜厚测定装置，是膜厚测定装置(1)，包含测定部(10)，将对于待测定对象(F)照射白色光得到的反射光或透射光予以分光，并测定分光光谱；运算部(20)，对于以该测定部测定的分光光谱施加既定运算，并测定前述待测定对象的膜厚，前述运算部，包含：第1转换部(23)，将前述分光光谱之中，预先设定的波长区域中的分光光谱转换为重排为既定波数间隔的波数域分光光谱；第2转换部(24)，将以前述第1转换部转换的波数域分光光谱转换为功率谱；计算部(25、26、27)，求出经前述第2转换部转换的前述功率谱中出现的峰部的重心位置，依据该重心位置，求出前述待测定对象的厚度。

依照本发明，可求出对于待测定对象照射白色光得到的反射光或透射光的分光光谱，将此分光光谱之中，预设的波长区域中的分光光谱转换成既定间隔的波数域分光光谱，将各波数域分光光谱转换为功率谱后，求出功率谱中出现的峰部的重心位置，依据此重心位置，求出待测定对象厚度。

又，本发明的膜厚测定装置特征在于：前述计算部，以将前述功率谱强度作为权重的频率的加权平均，求出前述功率谱中出现的峰部的重心位置。

又，本发明的膜厚测定装置特征在于：前述计算部，对于前述功率谱设定既定阈值，就强度高于该阈值的部分，将该阈值与前述功率谱的强度间的差值作为权重。

又，本发明的膜厚测定装置，特征在于：前述计算部，对于前述功率谱设定既定阈值，将连续于强度高于该阈值的第1部分而位于该第1部分的两端的各两端部分的强度分别第一次成为极小的极小部彼此连接的线段与前述功率谱强度的差值，及该极小部的平均值与前述功率谱强度的差值，其中之一的值作为权重。

又，本发明的膜厚测定装置，特征在于：前述第1转换部。将前述测定部所测定的分光光谱，转换为重排成对于前述待测定对象的各波长的折射率成反比例的波数间隔的波数域分光光谱。

为了解决上述课题，本发明的膜厚测定方法，将对于待测定对象(F)照射白色光得到的反射光或透射光予以分光，测定分光光谱，并对于该分光光谱施加既定运算，测定前述待测定对象的膜厚，特征在于包含：第1转换步骤，将前述分光光谱之中，预设的波长区域中的分光光谱转换为重排为既定波数间隔的波数域分光光谱；第2转换步骤，将于前述第1转换步骤经转换的波数域分光光谱转换为功率谱；厚度计算步骤，求出经前述第2转换步骤转换的前述功率谱中出现的峰部的重心位置，并依据该重心位置，求出前述待测定对象的厚度。

发明的效果

依照本发明，是求出对于待测定对象照射白色光得到的反射光或透射光的分光光谱，并于此分光光谱之中，将预设波长区域之中的分光光谱转换为既定间隔的波数域分光光谱，将该波数域分光光谱的每一个转换为功率谱后，求出功率谱中出现的峰部的重心位置，并依据该重心位置，求出待测定对象的厚度。因此，具有能将具复折射性的待测定对象的膜厚安定连续测定的效果。

附图说明

图1显示本发明一实施形态的膜厚测定装置的要部构成方块图。

图2显示对于功率谱设定阈值之一例。

图3显示利用本发明一实施形态的膜厚测定装置1进行待测定膜F膜厚测定的结果之一例。

图4(a-c)说明膜厚测定装置1的第1变形例。

图5(a、b)说明膜厚测定装置1的第2变形例。

图6显示待测定膜F具复折射性时得到的反射分光光谱之一例。

图7显示现有膜厚测定装置的概略构成。

图8显示以现有膜厚测定装置100测定具复折射性的待测定对象200得到的功率谱之一例。

图9显示以现有膜厚测定装置100反复测定具复折射性的待测定对象200得到的光学膜厚之一例。

附图标记说明

P101、P102    峰部

T101、T102    光学膜厚

F  待测定对象(待测定膜)(膜)

D1      分光资料

f0      峰部的重心位置

TH      阈值

UP      上部

M1、M2  极小部

L1      线段

1       膜厚测定装置

10      光谱测定部(测定部)

11      光源

12      照射用光纤

13      接收光线用光纤

14      分光计

20      运算部

21      分光资料取得部

22      设定部

22a     记忆部

23      波数转换部(第1转换部)

24      傅利叶转换部(第2转换部)

25      峰部检测部

26      加权平均部

27      膜厚计算部

30      显示部

100     膜厚测定装置

101     光源

102     照射用光纤纤

103     接收光线用光

104     分光计

105     运算部

200     待测定对象

具体实施方式

以下，参照图式对于本发明之一实施形态的膜厚测定装置及方法详细说明。图1显示本发明之一实施形态的膜厚测定装置的要部构成方块图。如图1所示，本实施形态的膜厚测定装置1，包含光谱测定部10(测定部)、运算部20，及显示部30，测定待测定膜F(待测定对象)的膜厚。又，待测定膜F，为例如PET、聚丙烯、聚乙烯等结晶性树脂或非结晶性树脂构成的薄膜，定为具复折射性者。

光谱测定部10，包含光源11、照射用光纤12、接收光线用光纤13，及分光计14，将对于待测定膜F照射白色光而得的反射光予以分光，并测定反射分光光谱，将显示该反射分光光谱的资料，即分光资料D1输出到运算部20。光源11，发出对于待测定膜F照射的跨数百nm～千数百nm的广波长范围的白色光。照射用光纤12，是将于光源11发光的白色光引导并照射到待测定膜F的导光构件。具体而言，照射用光纤12，配置在待测定膜F的其中一面侧(例如表面侧)，并且将于光源11发光的白色光引导成使得从另一面侧照射到待测定膜F。

接收光线用光纤13，是将待测定膜F的反射光引导到分光计14的导光构件。具体而言，接收光线用光纤13，与照射用光纤12同样，配置于待测定膜F其中一面侧(例如表面侧)，将待测定膜F其中一面侧的反射光引导到分光计14。分光计14，将以接收光线用光纤13引导的待测定膜F的反射光予以分光，同时将经分光的光予以光电转换，输出显示反射分光光谱的资料，即分光资料D1。该分光计14，包含分光器，由用以将反射光予以分光的棱镜或绕射栅等分散元件，及将由分散元件分光的光予以光电转换的CCD(Charge Coupled Device：电荷结合元件)等光电转换元件所构成。又，分光计14具备的分光器，可为单色器，亦可为多色器。

运算部20，包含分光资料取得部21、设定部22、波数转换部23(第1转换部)、傅利叶转换部24(第2转换部)、峰部检测部25(计算部)、加权平均部26(计算部)，及膜厚计算部27(计算部)，对于从光谱测定部10的分光计14输出的分光资料D1，施加既定运算，而测定待测定膜F膜厚。分光资料取得部21，取得从分光计14输出的分光资料D1。亦即，分光资料取得部21，取得待测定膜F当中，反射光的反射分光光谱。

设定部22，包含记忆部22a，该记忆部22a记忆相关于待测定膜F折射率的资料(以下称折射率资料)，进行为了待测定膜F膜厚必要的各种设定。具体而言，进行以下(1)～(5)所示设定。

(1)为了测定待测定膜F膜厚使用的波长区域的设定

(2)检测功率谱的峰部的频率范围(峰部检测范围)的设定

(3)是否计算峰部的重心位置(频率)的设定

(4)计算峰部的重心位置时使用的阈值及权重的设定

(5)计算待测定膜F膜厚时的折射率的设定

设定部22，对于波数转换部23进行上述(1)的设定，对于峰部检测部25进行上述(2)的设定，对于加权平均部26进行上述(3)、(4)的设定，对于膜厚计算部27进行上述(5)的设定。

波数转换部23，从显示分光资料取得部21所取得反射分光光谱的资料，即分光资料D1，选择包含在依据上述(1)的设定的波长区域者，藉由对于所选择的分光资料D1施加既定处理，将此波长区域中的反射分光光谱转换为重排为等波数间隔的波数域反射分光光谱。傅利叶转换部24，对于显示经以波数转换部23转换的波数域反射分光光谱的资料，进行傅利叶转换而转换为功率谱。峰部检测部25，检测依据上述(2)的设定的峰部检测范围内的功率谱的峰部。在此，峰部检测部25，于出现双峰性的峰部时，将极大值较大的峰部检测作为该峰部检测范围内的峰部。

加权平均部26，于上述(3)的设定是计算峰部重心位置时，求出在经以傅利叶转换部24转换的功率谱中出现的峰部的重心位置。相对于此，于上述(3)的设定是不计算峰部的重心位置时，不进行重心位置计算，而将经以峰部检测部25检测的峰部的位置(能得到峰部的极大值的频率)输出到膜厚计算部27。

上述(3)的设定是计算峰部的重心位置时，加权平均部26，进行以功率谱的强度作为权重的频率的加权平均，而求出峰部的重心位置。具体而言，以成为功率谱的资料的资料编号定为n(n为1以上的整数)，令第n个资料的强度为I(n)，令频率为f(n)，则加权平均部26进行以下(A)式所示加权平均，求出在功率谱中出现的峰部的重心位置f0。

f0＝∑(I(n)×f(n))/∑(I(n))  ...(A)

在此，在功率谱中出现的峰部的重心位置f0，基本上可利用上述式所示加权平均求出，但是若有杂讯影响，则会认为测定精度有恶化之虞。为了将该杂讯的不利影响排除，较佳为使用上述(4)的设定所设阈值来求出峰部的重心位置f0。图2显示对于功率谱设定的阈值之一例。又，图2所示图中，横轴采光学膜厚，纵轴采强度(任意单位)。如图2所示，于功率谱出现显示双峰性的峰部P1、P2，对应于峰部P1的顶点(极大值)的频率，光学膜厚T1，约55.9[μm]，对应于峰部P2的顶点(极大值)的频率，光学膜厚T2为约57.2[μm]。

图2中，标记符号R1的范围，是以设定部22设定于峰部检测部25的峰部检测范围(图2是换算为光学膜厚并图示)，标记符号TH的直线，是以设定部22设定于加权平均部26的阈值。该阈值TH，使用对于以峰部检测部25检测的峰部(图2所示例为峰部P1)的极大值，乘上以设定部22设定的既定阈值系数α(0＜α＜1)而得的值。该阈值系数α，希望设定在约「0.1」～「0.6」的范围内，更佳为设定在约「0.3」。

又，除了上述阈值TH的设定以外，较佳为使用上述(4)的设定所得权重，求出峰部的重心位置f0。具体而言，关于强度高于阈值TH的部分(图2当中，标记斜线的部分)，进行以阈值TH与功率谱强度的差值作为权重的频率的加权平均。亦即，若令阈值TH的值为Ith，则加算平均部26，使用阈值TH与功率谱强度的差值(I(n)-Ith)作为权重，进行加权平均。亦即，在计算重心位置f0的前述(A)式中，将式中的权重I(n)取代成权重(I(n)-Ith)，进行加权平均。藉此，可求出峰部P1、P2的重心位置f0，及与该重心位置f0对应的光学膜厚T0(参照图2)。又，对应于重心位置f0的光学膜厚约56.6[μm]。

膜厚计算部27，使用上述(5)的设定所得折射率，求出待测定膜F的实体膜厚。在此，由于待测定膜F具复折射性，待测定膜F的折射率会由于所照射白色光的偏光方向而变化。又，由于白色光的波长，待测定膜F的折射率亦会变化。因此，于膜厚计算部27，希望使用尚考量到例如于波数转换部23设定的波长区域中的复折射性，经过平均考量的折射率。又，以高精度测定待测定膜F膜厚时，需要更严谨地考率待测定膜F的复折射性大小，及膜厚测定使用的波长区域。

显示部30，包含例如CRT(阴极射线管，Cathode Ray Tube)或液晶显示装置等显示装置，显示经膜厚计算部27计算的待测定膜F膜厚。又，于图1虽将图示省略，但是，亦可在显示部30显示经以分光资料取得部21取得的分光资料D1本身，或经以傅利叶转换部24转换的功率谱。

其次，对于本发明之一实施形态的膜厚测定方法进行说明。在测定待测定对象的待测定膜F前，使用者在设定部22包含的记忆部22a中，预先记忆好待测定膜F在每一波长的折射率、显示复折射性的资料，以作为折射率资料。当待测定膜F的膜厚测定开始，则开始光源11的发光。光源11所发出的白色光，经由照射用光纤12而从例如表面侧照射到待测定膜F。

照射到待测定膜F的白色光之中，于待测定膜F的表面侧在界面所反射的光，以及在背面侧反射的光即在表面侧透射界面的光，成为待测定膜F的反射光。待测定膜F的反射光中，接收光线用光纤13入射的反射光，被引导到分光计14经分光后，进行光电转换。藉此，从分光计14输出显示反射分光光谱的资料，即分光资料D1。来自于分光计14的分光资料D1，于运算部20的分光资料取得部21取得并输出到波数转换部23。

波数转换部23，从显示来自于分光资料取得部21的反射分光光谱的分光资料D1，选择于设定部22设定的波长区域。并且，对于所选的分光资料施加既定处理，将此波长区域当中的反射分光光谱，转换为重排为等波数间隔的波数域反射分光光谱(第1转换步骤)。从波数转换部23输出的波数域反射分光光谱，输入到傅利叶转换部24，被施加傅利叶转换。藉此，求出于待测定膜F的反射光之中，经设定部22设定的波长区域当中的功率谱(第2转换步骤)。又，在此，如图2所示，求得具有呈现双峰性的峰部P1、P2的功率谱。

傅利叶转换部24得到的功率谱，输出到峰部检测部25，检测于设定部22设定的峰部检测范围(图2中的峰部检测范围R1)内的功率谱的峰部。傅利叶转换部24得到的功率谱当为如图2所示时，将呈现双峰性的峰部P1、P2之中，极大值较大的峰部P1，检测作为峰部检测范围R1内的功率谱的峰部。

峰部检测部25的检测结果，与上述傅利叶转换部24得到的功率谱同时输入到加权平均部26。在此，当设定部22设定是计算峰部的重心位置时，以加权平均部26求出在经傅利叶转换部24转换的功率谱中出现的峰部的重心位置。具体而言，首先依据设定部22的设定内容，设定阈值TH(参照图2)，该阈值TH是将经峰部检测部25检测的峰部P1的极大值乘上阈值系数α得到的值。并且，对于强度高于阈值TH的部分(图2当中标记斜线的部分)，进行以阈值TH与功率谱强度的差值(I(n)-Ith)作为权重的频率的加权平均。藉此，求出峰部P1、P2的重心位置f0，及该重心位置f0对应的光学膜厚T0(参照图2)。

经加权平均部26求出的光学膜厚T0输出到膜厚计算部27。并且，于膜厚计算部27，藉由将光学膜厚T0除以光学膜厚T0藉由设定部22设定的折射率，计算待测定膜F的实体厚度(厚度计算步骤)。当待测定膜F的膜厚经计算，则将此计算结果显示在显示部30。

相对于此，当设定部22设定为对于加权平均部26不计算峰部的重心位置时，则不进行以上说明的重心位置计算，而从加权平均部26将经峰部检测部25检测的峰部的位置(能得到峰部极大值的频率)输出到膜厚计算部27。并且，于膜厚计算部27，计算依据峰部的位置的待测定膜F膜厚，并将其计算结果显示在显示部30。

又，显示部30不仅可显示待测定膜F的膜厚计算结果，亦可在显示于分光资料取得部21取得的分光资料D1本身，或经傅利叶转换部24转换的功率谱。使用者可藉由参照显示部30的显示内容，而确认是否已制造了具设定厚度的待测定膜F。又，可依据以上处理测定的膜厚，自动控制制造待测定膜F的制造装置，以使得待测定膜F的膜厚成为如同设计值。

图3显示本发明一实施形态的膜厚测定装置1所得待测定膜F的膜厚测定结果的一例。若参照图3可知，就待测定膜F的光学膜厚而言，可得对应于图2所示峰部P1、P2的重心位置f0的光学膜厚T056.6[μm]附近的值。而且，即使反复测定亦能安定得到与光学膜厚T0大致同样的光学膜厚，可知不会产生如图9所示的不规则变动。

如以上说明，本实施形态，求出对于待测定膜F照射白色光得到的反射光的反射分光光谱，将此反射分光光谱之中，预设波长区域的反射光谱转换为等波数间隔的波数域反射分光光谱，并将此经转换的波数域反射分光光谱的每一个转换为功率谱后，藉由以功率谱的强度为权重的频率的加权平均，来计算功率谱的峰部的重心位置。因此，即使因为待测定膜F的复折射性而于功率谱出现双峰性的峰部时，亦能安定且连续测定待测定膜F的膜厚。

其次，对于以上说明的膜厚测定装置1的变形例进行说明。膜厚测定装置1的变形例，例如：(a)于加权平均部26进行的加权平均使用的权重相异的第1变形例，(2)以面积重心求出峰部的重心位置的第2变形例，(3)于波数转换部23进行的反射分光光谱的重排法相异的第3变形例。以下，对于此等变形例依序说明。

<第1变形例>

图4是说明膜厚测定装置1的第1变形例。前述实施形态之中，于加权平均部26，对于具有呈现双峰性的峰部P1、P2的功率谱，设定阈值TH，对于强度高于阈值TH的部分，进行以阈值TH与功率谱强度的差值作为权重的频率的加权平均。该加权平均，是与计算如图4(a)所示标记斜线部分的面积重心的处理为等价的处理，从排出除杂讯的不利影响的观点为有用。然而，为了将杂讯的不利影响排除并同时更为精确地求出呈现双峰性的峰部P1、P2的重心位置，可以使用图4(b)或图4(c)所示权重，进行加权平均。

图4(b)所示例中，对于功率谱设定既定阈值TH，并连续于强度高于此阈值TH的部分，即上部UP，求出位在此上部UP两端的两端部分每一个的强度第一次成为极小的极小部M1、M2。并且，在以该极小部M1、M2包夹的范围内，求出连接彼此极小部M1、M2的线段L1，将此线段L1与功率谱强度的差值作为权重。若使用此权重进行加权平均，则可求出图4(b)之中标记斜线部分的面积重心，能反映出呈现双峰性的峰部P1、P2的形状，求出更精确的重心位置。

图4(c)所示例中，与图4(b)所示例同样地，对于功率谱设定既定阈值TH，并连续于强度高于此阈值TH的部分，即上部UP，求出位在该上部UP两端的两端部分每一个的强度第一次成为极小的极小部M1、M2。并且，求出极小部M1、M2的平均值(图4(c)中所示线段L2)，将此极小部M1、M2包夹的范围中，线段L2与功率谱强度的差值作为权重。当使用此权重进行加权平均，则可求出图4(c)中标记斜线部分的面积重心，与图4(b)所示情形同样，能反映呈现双峰性的峰部P1、P2形状，求得更为精确的重心位置。又，希望能以设定部22的设定来切换使用以上图4(a)～图4(c)所说明的3种权重中的任一者。

<第2变形例>

图5说明膜厚测定装置1的第2变形例。前述实施形态中，以加权平均部26进行的加权平均，是与求出图5(a)所示标记斜线部分的面积重心的处理为等价处理。然而，亦可不进行加权平均，而以面积重心求出峰部的重心位置。亦即，如图5(b)所示，可将成为功率谱的资料以直线或曲线内插，求出以此等直线或曲线与阈值TH所包围的区域(图5(b)之中标记斜线的部分)的面积重心。在此，成为功率谱的资料的内插能使用任意函数进行。又，希望能以设定部22的设定来切换为了求出峰部的重心位置是否使用加权平均。

<第3变形例>

前述实施形态之中，是在波数转换部23中，施加以下处理：对于显示反射分光光谱的分光资料D1施加既定处理，将反射分光光谱转换成重排为等波数间隔的波数域反射分光光谱。然而，不一定需要重排成等波数间隔，亦可为以下处理：将反射分光光谱转换成重排成与待测定膜F的每一波长的折射率成反比例的波数间隔的波数域反射分光光谱。

在此，当待测定膜F具复折射性时，会产生因为频率略有相异的干涉波所致的「差频」，有时于反射分光光谱会出现振幅大的部分及振幅小的部分。图6显示待测定膜F具复折射性时所得反射分光光谱之一例。图6所示例中，反射分光光谱的振幅，于短波长侧的波长域较在550[nm]附近为小，但是长波长侧的波长域较在750[nm]附近为大。

若将具如此「差频」的反射分光光谱予以频率解析数，则在振幅大的波长领域的折射率，相对于所输出的光学膜厚成为优势。「差频」的腹部位置，由于即使待测定膜F膜厚固定仍会依存于待测定膜F的复折射性而变化，因此，若产生「差频」，便无法安定的进行膜厚测定。所以，本变形例之中，在波数转换部23中进行以下处理：将反射分光光谱转换为重排成与待测定膜F的每一波长的折射率成反比例的波数间隔的波数域反射分光光谱。

一般而言，待测定膜F的折射率，对于短波长的光大，随着光的波长增长而呈缓缓减小的变化。因此，藉由使反射分光光谱重排为与待测定膜F的每一波长的折射率成反比例的波数间隔，能得到在短波长侧稀疏但随着往长波长侧变密的波数域反射分光光谱。藉此转换处理，能不拘于反射分光光谱的「差频」的腹部位置，实现安定的膜厚测定。又，当待测定膜F具复折射率时，因应于所照射白色光的偏光方向，折射率有所差异，但是相对于波长的变化率(波长依存性)大致相同。因此，当将反射分光光谱重排为与待测定膜F的每一波长的折射率成反比例的波数间隔时，不论使用任何折射率均不生问题。

以上，已对于本发明一实施形态的膜厚测定装置及方法进行说明，但是，本发明不限于上述实施形态，可在本发明的范围内自由变更。例如，上述实施形态中，是将经峰部检测部25检测的峰部的极大值乘上既定阈值系数α而得的值，作为对于功率谱的阈值TH使用，但是此阈值可设定为任意值。

当与功率谱的峰部的极大值无关地设定阈值时，于峰部检测部25检测的峰部的极大值发生低于阈值的状况，此状况中，若以加权平均测定膜厚，据认为会发生测定误差。因此，当从峰部检测部25对于加权平均部26输出显示经检测的峰部的极大值是否超过阈值的测定强度指标值，并且从峰部检测部25输出的测定强度指标值显示峰部的极大值未超过阈值时，可以省略于加权平均部26的处理。

又，上述实施形态中是说明，如图1所示，是将照射用光纤12及接收光线用光纤13两者均配置在待测定膜F之一面侧(例如表面侧)，将对于待测定膜F照射白色光得到的反射光予以分光而求出反射分光光谱，测定待测定膜F的膜厚的情形。然而，本发明亦能应用在以下情形：将照射用光纤12配置在待测定膜F其中一面侧(例如，表面侧)，同时，将接收光线用光纤13配置在待测定膜F另一面侧(例如背面侧)，将对于待测定膜F照射白色光得到的透射光予以分光，求出透射分光光谱而测定待测定膜F的膜厚。

在此，从待测定膜F的透射光得到的透射分光光谱出现的干涉条纹的振幅，一般而言，小于从待测定膜F的反射光得到的反射分光光谱出现的干涉条纹的振幅。因此，测定待测定膜F膜厚时，从确保测定精度的观点，几乎都使用待测定膜F的反射光。然而，当以线上连续测定制造中膜的厚度时，因为膜的皱纹等造成膜发生倾斜，有时无法以接收光线用光纤接收来自于待测定膜F的反射光，变得无法测定。相对于此，由于即便膜稍微倾斜仍可接收待测定膜F的透射光，因此具有能连续安定测定待测定膜F的膜厚的优点。

又，本发明即使于待测定膜F为可挠基板、多层复合膜片材、其他多层薄膜时，亦可测定膜厚(各层膜厚)。再者，本发明即使于待测定膜F不具复折射性亦能测定膜厚。而且，本发明当对于波数转换部23设定多数波长区域时，亦能应用。于该情形，对于各波长区域求出功率谱，进行求取各功率谱的峰部的重心位置的处理。

Claims (6)

1.一种膜厚测定装置，包含：

测定部，将对于待测定对象照射白色光得到的反射光或透射光予以分光并测定分光光谱；

运算部，对于经该测定部测定的分光光谱施加既定运算，而测定该待测定对象的膜厚；

其特征在于：

该运算部，包含：

第1转换部，将该分光光谱之中，预设的波长区域中的分光光谱转换成重排为既定波数间隔的波数域分光光谱；

第2转换部，将经该第1转换部转换的波数域分光光谱转换为功率谱；及

计算部，求出经该第2转换部转换的该功率谱中出现的峰部的重心位置，依据该重心位置求出该待测定对象的厚度。

2.如权利要求1所述的膜厚测定装置，其中，该计算部，藉由以该功率谱的强度作为权重的频率的加权平均，求出该功率谱中出现的峰部的重心位置。

3.如权利要求2所述的膜厚测定装置，其中，该计算部，对于该功率谱设定既定阈值，对于强度高于该阈值的部分，将该阈值与该功率谱强度的差值定为权重。

4.如权利要求2所述的膜厚测定装置，其中，该计算部对于该功率谱设定既定的阈值，将连接在强度高于该阈值的第1部分而位于该第1部分两端的两端部分各自的强度分别第一次成为极小的极小部彼此予以连接，以连接成的线段与该功率谱强度的差值，及该极小部的平均值与该功率谱强度的差值，其中之一的差值作为权重。

5.如权利要求1至4项中任一项所述的膜厚测定装置，其中，该第1转换部，将经该测定部测定的分光光谱，转换为重排成与该待测定对象的每一波长的折射率成反比例的波数间隔的波数域分光光谱。

6.一种膜厚测定方法，将对于待测定对象照射白色光得到的反射光或透射光予以分光并测定分光光谱，对于该分光光谱施加既定运算而测定该待测定对象的膜厚，

特征在于包含：

第1转换步骤，将该分光光谱之中，预设波长区域中的分光光谱转换为重排成既定波数间隔的波数域分光光谱；

第2转换步骤，将经该第1转换步骤转换的波数域分光光谱转换为功率谱；及

厚度计算步骤，求出经该第2转换步骤转换的该功率谱中出现的峰部的重心位置，依据该重心位置求出该待测定对象的厚度。

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