CN101995224A

CN101995224A - 干涉膜厚仪及反射率测量方法

Info

Publication number: CN101995224A
Application number: CN2010102500051A
Authority: CN
Inventors: 藤井史高
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2030-08-04
Also published as: DE102010033614B4; DE102010033614A1; US8825448B2; KR101738164B1; JP2011038846A; US20110035189A1; CN101995224B; JP5302133B2; KR20110015390A

Abstract

本发明提供一种干涉膜厚仪及反射率测量方法。本发明的干涉膜厚仪(100)，可以省略每次测量检查工件的光反射率时都必须进行的附带测量(特别是测量校正试样)，可以促进缩短测量时间及简化装置结构。在检测头(4)内部配置光反射率固定的内部反射机构(8)，并且被该内部反射机构(8)反射的光被光检测器(2)接收，根据实际上光没有被导入状态下的光检测器(2)的输出值、使用实际上不反射光的黑试样时的所述光检测器(2)的输出值、使用光反射率已知的校正试样时的光检测器(2)的输出值以及使用作为测量对象的检查工件时的光检测器(2)的输出值，计算出所述检查工件的光反射率。

Description

干涉膜厚仪及反射率测量方法

技术领域

本发明涉及干涉膜厚仪等，特别是涉及对作为测量对象的检查工件的光反射率进行测量的反射率测量装置及反射率测量方法。

背景技术

如专利文献1所示，所谓的干涉膜厚仪，向作为测量对象的膜体等检查工件照射测量光，或得干涉光的光谱，根据测量得到的光谱求出检查工件的膜厚，所述干涉光由被检查工件表面反射的反射光与透过检查工件的内部并在相反一侧的界面上反射后从表面出来的透过反射光形成。

在这样的干涉膜厚仪中，需要测量检查工件的光学反射率。为此，以往如图1所示，从光源1’分别向反射率已知且固定的校正试样SP_r及对光完全不反射的黑试样SP_b照射光，测量在各种情况下的光检测器2’的输出值。然后用以下公式(计算式1)求出检查工件SP_s的光学反射率R_s。此外，测量黑试样SP_b是因为由于在没有反射光的状态下，光检测器2’的输出值显示偏移量，所以要消除该偏移量。

[计算式1]

R_{s} = \frac{I_{s} - I_{b}}{I_{r} - I_{b}} R_{r}

其中，I_s是关于检查工件SP_s的光检测器2’的输出值，I_r是关于校正试样SP_r的光检测器2’的输出值，I_b是关于黑试样SP_b的光检测器2’的输出值，R_r是校正试样SP_r的光学反射率(已知)。

专利文献1：日本专利公开公报特开2005-3401号。

但是，实际上，由于认识到I_r和I_b的值随时间有很大变化，因此以往每次测量检查工件SP_s，都要求出关于校正试样SP_r和黑试样SP_b的光检测器2’的输出值。

可是，为此，每次都必须更换各个试样等，测量中会产生浪费工夫和时间的问题。特别是必须使校正试样SP_r距检测头(ヘツド)4’的距离等具有与检查工件SP_s几乎相同的条件，在该测量中所浪费的工夫和时间相当大。

所以，例如如图2所示，开发出一种装置，使检测头4’为可动式，通过使所述检测头4’移动来测量放置在与检查工件SP_s不同位置的校正试样SP_r和黑试样SP_b。但是，在这种情况下，装置结构变得复杂，导致价格提高。

发明内容

鉴于上述问题，本发明所要解决的主要问题是：在测量检查工件的光反射率时，可以省掉每次都必须进行的附带的测量(特别是校正试样的测量)，促进缩短测量时间以及简化装置的结构。

即，本发明提供一种干涉膜厚仪，其特征在于包括：下述(1)～(4)所示的检测头、光检测器、内部反射机构以及反射率计算部，

(1)所述检测头，用于把测量光射向对象物，并且导入来自所述测量光所照射的所述对象物的反射光；

(2)所述光检测器，检测接收到的光的强度，所述光检测器的光接收部被配置在导入所述检测头内的所述反射光到达的位置；

(3)所述内部反射机构，位于所述检测头内的一部分所述测量光到达的位置，并且配置在使被所述内部反射机构反射的光到达所述光检测器的光接收部的位置，所述内部反射机构的光反射率是固定的；

(4)所述反射率计算部，在从属测量期间内，测量：第一输出值，该第一输出值是在实际上光没有被导入状态下的所述光检测器的输出值；第二输出值，该第二输出值是把实际上不反射光的黑试样作为所述对象物使用时的所述光检测器的输出值；以及第三输出值，该第三输出值是把光反射率已知的校正试样作为所述对象物使用时的所述光检测器的输出值，所述从属测量期间是实际上能够忽略所述光检测器的输出值变动的期间；并且在主测量期间内，测量：第四输出值，该第四输出值是在实际上光没有被导入状态下的所述光检测器的输出值；第五输出值，该第五输出值是把所述黑试样作为所述对象物使用时的所述光检测器的输出值；以及第六输出值，该第六输出值是把作为测量对象的检查工件作为所述对象物使用时的所述光检测器的输出值，所述主测量期间是所述从属测量期间以外的期间，并且是实际上能够忽略所述光检测器的输出值变动的期间；根据所述第一输出值～所述第六输出值，计算出所述检查工件的光反射率。

按照这样的干涉膜厚仪，可以省略以往每次测量检查工件时都必须要进行的校正试样的测量，可以实现缩短测量时间。此外，不需要如以往那样为了测量校正试样而使检测头成为可动式，也不需要如以往那样更换各个试样，可以简化设备结构以及促进价格的降低。

总之，其原因在于，不是如以往那样把黑试样的测量值作为偏移量统一对待，而是严格区分由光源引起的因子与不是由光源引起的因子。即，本发明的一大特征在于求出在实际上光没有被导入状态下的光检测器的输出值、亦即第一输出值，因此，只要在初始调整等时仅测量一次校正试样，此后在测量检查工件时仅附带测量黑试样，就可以测量检查工件的光反射率。此外，在后述的实施方式中，使用公式对该计算方法的一个例子进行详细叙述。

更具体地说，优选的是：所述反射率计算部在测量所述第四输出值的时期之前或之后，在主测量期间内，测量所述第一输出值和第二输出值，所述主测量期间是实际上可以忽略所述光检测器的输出值变动的期间，另一方面，在所述主测量期间以外的期间测量所述第三输出值，并且在测量所述第三输出值的时期之前或之后，在从属测量期间内，区别于所述主测量期间的测量，另外分别测量所述第一输出值和第二输出值，所述从属测量期间是实际上可以忽略所述光检测器的输出值变动的期间，根据在所述主测量期间测量的第四输出值、第一输出值和第二输出值；以及在所述从属测量期间测量的第三输出值、第一输出值和第二输出值，计算出所述检查工件的光反射率。此外，其中所谓的“光检测器的输出值变动”，是指由于光源的光量变动及检测器本身的特性变动(ドリフト)或偏移(オフセツト)造成的变动的总和而导致的变动。

此外，本申请的另外的发明还提供一种干涉膜厚仪，其特征在于包括：下述(1)～(4)所示的检测头、光检测器、内部反射机构以及反射率计算部；

(2)所述光检测器，检测接收的光的强度，所述光检测器的光接收部被配置在导入所述检测头内的所述反射光到达的位置；

(3)所述内部反射机构，位于所述检测头内的一部分所述测量光到达的位置，并且配置在使被所述内部反射机构反射的光到达所述光检测器的光接收部的位置，所述内部反射机构的光反射率能够变更为两个值；

(4)所述反射率计算部，在从属测量期间内，进行以下所示a或b中的任意一个动作，测量后面叙述的第一输出值～第三输出值，所述从属测量期间是实际上能够忽略所述光检测器的输出值变动的期间；并且在主测量期间内，进行以下所示c或d中的任意一个动作，测量后面叙述的第四输出值～第六输出值，所述主测量期间是所述从属测量期间以外的期间，并且是实际上能够忽略所述光检测器的输出值变动的期间；根据所述第一输出值～所述第六输出值，计算出检查工件的光反射率，

a.测量：第一输出值和第二输出值，该第一输出值和第二输出值是在把实际上不反射光的黑试样作为所述对象物使用，并且把所述内部反射机构的光反射率变成所述两个值时的所述光检测器的各个输出值；以及第三输出值，该第三输出值是在把光反射率已知的校正试样作为所述对象物使用，并且把所述内部反射机构的光反射率设定为所述两个值中的任意一个值时的所述光检测器的输出值；

b.测量：第一输出值，该第一输出值是在把实际上不反射光的黑试样作为所述对象物使用，并且把所述内部反射机构的光反射率设定为所述两个值中的任意一个值时的所述光检测器的输出值；以及第二输出值和第三输出值，该第二输出值和第三输出值是在把光反射率已知的校正试样作为所述对象物使用，并且把所述内部反射机构的光反射率变成所述两个值时的所述光检测器的各个输出值；

c.测量：第四输出值和第五输出值，该第四输出值和第五输出值是在把实际上不反射光的黑试样作为所述对象物使用，并且把所述内部反射机构的光反射率变成所述两个值时的所述光检测器的各个输出值；以及第六输出值，该第六输出值是在把作为测量对象的所述检查工件作为所述对象物，并且把所述内部反射机构的光反射率设定为所述两个值中的任意一个值时的所述光检测器的输出值；

d.测量：第四输出值，该第四输出值是在把实际上不反射光的黑试样作为所述对象物，并且把所述内部反射机构的光反射率设定为所述两个值中的任意一个值时的所述光检测器的输出值；以及第五输出值和第六输出值，该第五输出值和第六输出值是在把作为测量对象的所述检查工件作为所述对象物，并且把所述内部反射机构的光反射率变成所述两个值时的所述光检测器的各个输出值。

这样的干涉膜厚仪也能得到与前述相同的作用和效果。特别是如果是这样的干涉膜厚仪，还能起到下述效果，即：不需要用于测量光检测器本身的偏移的特殊结构。

为了利用更简单的结构形成用于获得各输出值的光路，优选的是：在所述检测头主体内配置分束器，通过所述分束器，反射一部分测量光，并使被反射的所述一部分测量光向所述对象物照射；并且使一部分测量光透过，并使透过的所述一部分测量光向所述内部反射机构照射，另一方面，通过所述分束器，使被所述对象物反射的反射光透过，并导入到所述光检测器中；并且反射被所述内部反射机构反射的光，并使被反射的所述被所述内部反射机构反射的光导入到所述光检测器中。

如果使所述黑试样以能够在测量光照射到的照射位置和测量光照射不到的退避位置之间移动的方式附加在所述检测头上，或者以能够装拆的方式附加在所述检测头上，则在测量黑试样时就没有必要使检测头移动，因此可以实现固定式的检测头。

此外，所述内部反射机构不限于特别专门设置的机构，例如所述内部反射机构也可以是利用检测头内壁的机构。

本发明还提供一种反射率测量方法，其特征在于，使测量装置具有：检测头，把测量光射向对象物，并且导入来自所述测量光所照射的所述对象物的反射光；光检测器，配置在导入所述检测头内的所述反射光到达的位置；以及内部反射机构，位于所述检测头内的一部分所述测量光到达的位置，并且配置在使被所述内部反射机构反射的光到达所述光检测器的光接收部的位置，所述内部反射机构的光反射率能够变更为两个值，

然后，在从属测量期间内，测量：第一输出值，该第一输出值是在实际上光没有被导入状态下的所述光检测器的输出值；第二输出值，该第二输出值是把实际上不反射光的黑试样作为所述对象物使用时的所述光检测器的输出值；以及第三输出值，该第三输出值是把光反射率已知的校正试样作为所述对象物使用时的所述光检测器的输出值，所述从属测量期间是实际上能够忽略所述光检测器的输出值变动的期间；

并且在主测量期间内，测量：第四输出值，该第四输出值是在实际上光没有被导入状态下的所述光检测器的输出值；第五输出值，该第五输出值是把所述黑试样作为所述对象物使用时的所述光检测器的输出值；以及第六输出值，该第六输出值是把作为测量对象的检查工件作为所述对象物使用时的所述光检测器的输出值，所述主测量期间是所述从属测量期间以外的期间，并且是实际上能够忽略所述光检测器的输出值变动的期间；

根据所述第一输出值～所述第六输出值，计算所述检查工件的光反射率。

然后，在从属测量期间内，进行以下所示a或b中的任意一个动作，测量后面叙述的第一输出值～第三输出值，所述从属测量期间是实际上能够忽略所述光检测器的输出值变动的期间；

并且在主测量期间内，进行以下所示c或d中的任意一个动作，测量后面叙述的第四输出值～第六输出值，所述主测量期间是所述从属测量期间以外的期间，并且是实际上能够忽略所述光检测器的输出值变动的期间；

根据所述第一输出值～所述第六输出值，计算出检查工件的光反射率，

d.测量：第四输出值，该第四输出值是在把实际上不反射光的黑试样作为所述对象物，并且把所述内部反射机构的光反射率设定为所述两个值中的任意一个值时的所述光检测器的输出值；第五输出值和第六输出值，该第五输出值和第六输出值是在把作为测量对象的所述检查工件作为所述对象物，并且把所述内部反射机构的光反射率变成所述两个值时的所述光检测器的各个输出值。

按照上述的本发明，可以省略以往每次测量检查工件时都必须进行的对校正试样的测量，可以实现缩短测量时间。此外，不需要如以往那样为了测量校正试样而使检测头为可动式，也不需要如以往那样更换各个试样，可以实现简化设备结构和促进降低价格。

附图说明

图1是表示以往的干涉膜厚仪的测量光反射率原理的示意图。

图2是示意表示以往的干涉膜厚仪概况的整体立体图。

图3是示意表示本发明第一实施方式的干涉膜厚仪的功能图。

图4是示意表示第一实施方式的干涉膜厚仪的整体的立体图。

图5是第一实施方式的光检测器的示意图。

图6是表示第一实施方式的干涉膜厚仪的测量原理的示意图。

图7是表示第一实施方式的干涉膜厚仪的测量原理的示意图。

图8是表示第一实施方式的干涉膜厚仪的测量原理的示意图。

图9是表示第一实施方式的干涉膜厚仪的测量原理的示意图。

图10是表示本发明第二实施方式的干涉膜厚仪的测量原理的示意图。

图11是表示第二实施方式的干涉膜厚仪的测量原理的示意图。

图12是表示第二实施方式的干涉膜厚仪的测量原理的示意图。

图13是表示第二实施方式的干涉膜厚仪的测量原理的示意图。

图14是表示第二实施方式的干涉膜厚仪的测量原理的示意图。

图15是表示第二实施方式的干涉膜厚仪的测量原理的示意图。

图16是表示本发明另一个实施方式的干涉膜厚仪的测量原理的示意图。

图17是表示另一个实施方式的干涉膜厚仪的测量原理的示意图。

图18是表示另一个实施方式的干涉膜厚仪的测量原理的示意图。

图19是表示另一个实施方式的干涉膜厚仪的测量原理的示意图。

图20是表示另一个实施方式的干涉膜厚仪的测量原理的示意图。

图21是表示另一个实施方式的干涉膜厚仪的测量原理的示意图。

图22是示意表示本发明其它实施方式的干涉膜厚仪的功能图。

图23是本发明其它实施方式的干涉膜厚仪的局部剖视图。

图24是示意表示本发明其它实施方式的干涉膜厚仪的整体的立体图。

图25是示意表示本发明其它实施方式的干涉膜厚仪的整体的立体图。

图26是示意表示本发明其它实施方式的干涉膜厚仪的整体的立体图。

附图标记说明

100…干涉膜厚仪

4…检测头

2…光检测器

5…反射率计算部

8…内部反射机构

3…分束器

SP_b…黑试样

SP_r…校正试样

SP_s…检查工件

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。

第一实施方式：暗电流测量方式

本实施方式的干涉膜厚仪100适合用于测量太阳能电池或平板(flat panel)用膜的厚度，如图3所示，干涉膜厚仪100包括：检测头4，向所述检查工件SP_s等对象物照射测量光，并且导入从被该测量光照射的所述对象物反射的反射光；光检测器2，接收导入检测头4的反射光，并检测该反射光的强度；以及反射率计算部5，根据所述光检测器2的输出值，计算出所述对象物的光反射率。

在该实施方式中，从装在检测头4内的白色光源1射出测量光，也可以与检测头4分开配置光源1，通过光纤等把光导入检测头4。

如图3、图4所示，检测头4例如是中空的框体，具有光导入导出口4a，使检测头4的与检查工件SP_s相对的面开口来作为导入或导出测量光和反射光的光导入导出口4a，例如用支承梁6固定支承检测头4。

例如如图5所示，光检测器2具有分光功能，包括：分光部件21，把接收的光分离成分别具有一定波长的光；传感器元件22，是排列成阵列形且具有多个通道的CCD、CMOS、光电倍增管等，分别接收由所述分光部件21分离成的分别具有一定波长的光，并输出与各光的光量对应的值的电信号。此外，在该光检测器2中附带有偏移量检测机构7，偏移量检测机构7可以检测在实际上光没有进入该光检测器2的状态下的输出值，即可以检测各传感器元件22的偏移输出值。具体地说，如图5所示，该偏移量检测机构7包括：一部分传感器元件22’；以及屏蔽构件71，以物理的方式遮挡光向一部分传感器元件22’入射。而且，可以根据该被屏蔽的传感器元件22’(以下也称为屏蔽传感器元件22’)的输出，推算出其它传感器元件22的偏移输出值。作为该推算方法，可以例举：把传感器元件22的偏移输出值设为与屏蔽传感器元件22’相同的偏移输出值的方法；以及预先测量传感器元件22相对于屏蔽传感器元件22’的偏差，根据所述的偏差从屏蔽传感器元件22’的输出值计算出其它各传感器元件22的偏移输出值的方法等。除此以外，还可以考虑以下构成，即：在光检测器2的光接收部分设置快门，把用该快门覆盖光接收部分使光完全不能进入光检测器2时的各传感器元件22的输出值作为偏移输出值。

如图3所示，在检测头4的内部除了所述光源1和光检测器2以外，还配置有分束器3和内部反射机构8。分束器3是等厚平板形的透明构件，具有透过一部分光反射一部分光的特性。在该实施方式中，以分束器3的表面相对于从光源1射出的测量光的光轴倾斜成45°角的方式配置该分束器3，被该分束器3反射的一部分测量光通过所述光导入导出口4a，向检查工件SP_s等对象物表面垂直照射。此外，在隔着分束器3与光源1相对的位置，配置所述内部反射机构8。该内部反射机构8是光反射率已知且固定的等厚板形构件，在此，把内部反射机构8配置成内部反射机构8的表面与从光源1射出并透过分束器3的测量光的光轴垂直。

因此，从光源1射出的一部分测量光被分束器3反射，朝向检查工件SP_s等对象物，并被检查工件SP_s反射，然后再次朝向分束器3，再次朝向分束器3的一部分光透过该分束器3，照射到光检测器2。此外，从光源1射出并透过分束器3的另一部分测量光被内部反射机构8反射，再朝向分束器3，再朝向分束器3的一部分光被该分束器3反射，照射到光检测器2。即，主要是来自检查工件SP_s等对象物的一部分反射光和来自内部反射机构8的一部分反射光导入光检测器2中，除此以外，在检测头4内部散射的由光源1形成的杂散光等也稍微能导入光检测器2中。

如图3所示，反射率计算部5是能够承担反射率计算部5的作用的计算机等信息处理装置。即，通过按照存储在构成信息处理装置的存储器中的程序，CPU和其外围设备协调动作，所述信息处理装置发挥作为所述反射率计算部5的功能。下面，兼做对测量顺序进行的说明，对该反射率计算部5的详细功能进行详细描述。

首先，对在测量检查工件SP_s之前或之后进行的从属测量进行说明。该从属测量例如可以在出厂时等初始设定时进行。进行该从属测量的期间，即从属测量期间的长度被设定为在实际上可以忽略光检测器2的输出值变动的时间内。

在该从属测量中，操作人员把黑试样SP_b放置在测量光所照射的规定的试样放置位置。如图4所示，黑试样SP_b是用实际上不反射在测量中所使用的波长区域的光的构件制成的板状件。

此后，如图6所示，反射率计算部5工作，获得光检测器2的输出值，即获得各传感器元件22的输出值。然后把这些输出值作为第二输出值I_b存储在存储器中。

接着，代替黑试样SP_b，操作人员把校正试样SP_r放置在所述试样放置位置。于是，反射率计算部5如图7所示，获得光检测器2的输出值，即分别获得各传感器元件22的输出值。然后把这些输出值作为第三输出值I_r存储在存储器中。校正试样SP_r是光反射率已知的板状的试样。

另一方面，该反射率计算部5获得作为在实际上光未被导入状态下的光检测器2输出值的第一输出值I_d。具体地说，如前述那样，根据屏蔽传感器元件22’的输出值，获得各传感器元件22的偏移输出值，把各偏移输出值分别作为第一输出值I_d存储在存储器中。

以上是从属测量。此外，对获得前述一系列的各输出值I_b、I_r、I_d的顺序没有限定。此外，在从属测量前需要预先点亮光源1，使其成为光量足够稳定的状态。

下面，对测量检查工件SP_s的主测量进行说明。与从属测量期间相同，进行该主测量的期间，即主测量期间的长度被设定为在实际上可以忽略光检测器2的输出值变动的时间内。

在该主测量中，操作人员把检查工件SP_s放置在所述试样放置位置。此后，反射率计算部5工作，如图9所示，获得光检测器2的输出值，即分别获得各传感器元件22的输出值。然后把这些输出值作为第六输出值I_s’存储在存储器中。

然后，代替检查工件SP_s，操作人员把黑试样SP_b放置在所述试样放置位置。于是，如图8所示，反射率计算部5获得各传感器元件22的输出值，把这些输出值作为第五输出值I_b’存储在存储器中。

此外，与从属测量时相同，反射率计算部5根据屏蔽传感器元件22’的输出值，获得各传感器元件22的偏移输出值，把它们作为第四输出值I_d’存储在存储器中。

这样，完成了主测量。此外，对前述一系列的输出值I_s’、I_b’、I_d’的获得顺序没有限定。此外，需要预先点亮光源1，在主测量期间使其光量足够稳定。

然后，反射率计算部5根据在所述主测量和从属测量中测量得到的各输出值I_s’、I_r、I_b、I_d、I_b’及I_d’，在每个波长求出检查工件SP_s的光反射率。

其计算公式如下。

[计算式2]

R_{s} = \frac{({I_{s}}^{'} - {I_{b}}^{'}) (I_{b} - I_{d})}{({I_{b}}^{'} - {I_{d}}^{'}) (I_{r} - I_{b})} R_{r}

下面，对导出该计算公式(计算式2)的理由进行说明。

作为来自从属测量中的黑试样SP_b的输出值的第二输出值I_b，是把在分束器3、内部反射机构8或者检测头4的内壁等透过或反射，并导入到光检测器2(在此，由于是对某一个波长进行说明，所以具体地说是一个传感器元件22)中的测量光的光量，与作为所述传感器元件22在从属测量时的偏移输出值的第一输出值I_d加在一起所得到的值。因此，所述第二输出值I_b用下述公式(计算式3)表示(参照图6)。

[计算式3]

I_b＝αI₀+I_d

其中，α表示由于在分束器3、内部反射机构8或者检测头4的内壁等透过或反射所造成的测量光的衰减率，是不产生时间变动的该检测头4固有的固定值。I₀是从属测量时的测量光的光量。

另一方面，来自从属测量中的校正试样SP_r的输出值，即第三输出值I_r，是把所述黑试样SP_b的测量值I_b，与被校正试样SP_r反射并透过分束器3导入到传感器元件22的反射光的光量加在一起得到的值，所以可以用下述公式(计算式4)表示(参照图7)。

[计算式4]

I_r＝βR_rI₀+I_b＝βR_rI₀+αI₀+I_d

其中，β表示由于在分束器3、校正试样SP_r或者检测头4的内壁等透过或反射所造成的测量光的衰减率，是不产生时间变动的该检测头4固有的固定值。R_r是校正试样SP_r对该波长的光的反射率，I₀是从属测量时的测量光的光量。

从这些公式(计算式3、计算式4)消去I₀，可以导出下述公式(计算式5)。

[计算式5]

\frac{α}{β} = \frac{I_{b} - I_{d}}{I_{r} - I_{b}} R_{r}

另一方面，来自主测量中的黑试样SP_b的输出值，即第五输出值I_b’可以用下述公式(计算式6)表示(参照图8)。

[计算式6]

I_b′＝αI₀′+I_d′

其中，I₀’是主测量时的测量光的光量，I_d’是所述传感器元件22在主测量时的偏移输出值。

此外，作为以检查工件SP_s为对象时的传感器元件22输出值的第六输出值I_s’，是把所述黑试样SP_b的测量值I_b’，与被检查工件SP_s反射后再透过分束器3导入到传感器元件22中的反射光的光量加在一起得到的值，所以可以用下述公式(计算式7)表示。

[计算式7]

I_s′＝βR_sI₀′+I_b′＝βR_sI₀′+αI₀′+I_d′

从所述公式(计算式6、计算式7)消去I₀，可以导出下述公式(计算式8)。

[计算式8]

\frac{α}{β} = \frac{{I_{b}}^{'} - {I_{d}}^{'}}{{I_{s}}^{'} - {I_{b}}^{'}} R_{s}

然后，由于可以认为α、β是检测头固有的固定值，所以上述公式(计算式5)和上述公式(计算式8)的值相等，从上述公式(计算式5)和上述公式(计算式8)可以导出所述公式(计算式2)。

因此，按照本实施方式，由于只要在从属测量时对校正试样SP_r最少只测量一次就可以，所以在主测量时不需要测量校正试样SP_r。而且，测量所述校正试样SP_r与测量黑试样SP_b相比，必须与检查工件的测量条件相同，制约多而且费事，所以与在测量检查工件SP_s时，即在主测量时，每次都要测量校正试样SP_r的以往产品相比，本实施方式的产品可以大幅度降低测量的工夫和时间。

此外，如上所述，可以这样在主测量时省略测量校正试样SP_r是因为：测量第一输出值，即测量不是因光源1引起的偏移量，把它与因光源1引起的偏移量分开进行考虑。即，虽然在光反射率的计算公式(计算式2)中表面上看不出来，但通过求α和β之比这样的检测头4固有且不随时间变动的系数，从而首次使在主测量时省略测量校正试样SP_r成为可能。

此外，不是如以往那样尽可能减小因光源1引起的偏移量，而是利用内部反射机构8主动使该值增加，这也是本实施方式的特征，通过这样做可以正确地求出所述α和β之比。此外，在理论上，不主动设置专用的内部反射机构8，利用在检测头4内壁的反射光等杂散光，也可以求出α和β之比，但是这样做，在测量精度上比本实施方式差。

第二实施方式

下面对本发明的第二实施方式进行说明。

如图10等所示，在该第二实施方式中，内部反射机构8’与第一实施方式的不同。即，在本实施方式中的内部反射机构8’例如包括：无反射构件8b’，实际上不反射光；以及反射构件8a’，反射构件8a’的光反射率为已知的规定值，所述无反射构件8b’设置成能够在覆盖反射构件8a’表面的位置与使反射构件8a’表面露出的位置之间滑动，把反射构件8a’的光反射率切换成第一值(0)和第二值(0以外的规定值)这样的相互不同的两个值。此外，第一值也可以不是0。

然后，在前述的从属测量中，如果操作人员把黑试样SP_b装在检测头4正下方的试样放置位置，则如图10所示，所述反射率计算部5进行驱动，使无反射构件8b’覆盖反射构件8a’，内部反射机构8’的反射率成为第一值之后，所述反射率计算部5获得光检测器2的输出值(各传感器元件22的输出值)。然后把这些输出值作为第一输出值I_bb分别存储在存储器中。接着，如图11所示，反射率计算部5在使无反射构件8b’移动，使反射构件8a’的表面露出，内部反射机构8’的反射率成为第二值后，反射率计算部5获得光检测器2的输出值(各传感器元件22的输出值)。然后把这些输出值作为第二输出值I_b分别存储在存储器中。

接着，如图12所示，如果操作人员把校正试样SP_r装在所述试样放置位置，则在使内部反射机构8’的反射率为第二值的状态下，反射率计算部5分别获得光检测器2的输出值(各传感器元件22的输出值)。然后把这些输出值作为第三输出值I_r存储在存储器中。

以上是从属测量。此外，对于获得前述一系列的各输出值I_bb、I_b、I_r的顺序没有限定。此外，在从属测量前需要预先点亮光源1，使其光量成为足够稳定的状态。

然后，进行测量检查工件SP_s的主测量。在该主测量中，替代所述从属测量中的校正试样SP_r，把检查工件SP_s装在试样放置位置，除此以外的步骤几乎相同。

即，如图13所示，如果操作人员把黑试样SP_b装在试样放置位置后，则所述反射率计算部5把内部反射机构8’的反射率设定为第一值，获得光检测器2的输出值(各传感器元件22的输出值)。然后把这些输出值作为第四输出值I_bb’分别存储在存储器中。然后把内部反射机构8’的反射率设定为第二值，获得光检测器2的输出值(各传感器元件22的输出值)。然后把这些输出值作为第五输出值I_b’分别存储在存储器中。

然后，如果操作人员把检查工件SP_s装在检测头4的正下方后，则反射率计算部5在使内部反射机构8’的反射率为第二值的状态下，分别获得光检测器2的输出值(各传感器元件22的输出值)。然后把这些输出值作为第六输出值I_s’存储在存储器中。

这样完成了主测量。此外，对于获得前述的一系列的输出值I_s’、I_b’、I_bb’的顺序没有限定。此外，需要预先点亮光源1，在主测量期间使其光量为足够稳定的状态。

然后，反射率计算部5根据在所述主测量和从属测量中测量得到的各输出值I_r、I_b、I_bb、I_s’、I_b’、I_bb’，在每个波长求出检查工件SP_s的光反射率。

其计算公式如下。

[计算式9]

R_{s} = \frac{({I_{s}}^{'} - {I_{b}}^{'}) (I_{b} - I_{bb})}{({I_{b}}^{'} - {I_{bb}}^{'}) (I_{r} - I_{b})} R_{r}

下面对导出该计算公式(计算式9)的理由进行说明。

在从属测量中，在把内部反射机构8’的反射率分别设定为第一值和第二值时，作为来自黑试样SP_b的输出值的第一输出值I_bb和第二输出值I_b，是把在分束器3、内部反射机构8’或者检测头4内壁等透射或反射并导向光检测器2(在此，由于对某一个波长进行说明，所以具体地说是一个传感器元件22)的测量光的光量，与所述传感器元件22在从属测量时的偏移输出值I_d加在一起得到的值。因此，所述第一输出值I_bb和第二输出值I_b可以用下述公式(计算式10、计算式11)表示(参照图10、11)。

[计算式10]

I_bb＝K_MI₀+I_d

[计算式11]

I_b＝(K_M+K_R)I₀+I_d

其中，K_M表示内部反射机构8’的反射率在第一值(0)时的测量光的衰减率，表示由于在除了内部反射机构8’以外的分束器3和检测头4的内壁等透射或反射造成的测量光的衰减率。K_R表示把内部反射机构8’的反射率设定为第二值时，因该内部反射机构8’造成的相同测量光的衰减率。这些K_M、K_R是不随时间变动的该检测头4固有的固定值。

此外，在从属测量中来自校正试样SP_r的输出值，即第三输出值I_r，由于内部反射机构8’的反射率被设定为第二值，所以是把所述黑试样SP_b的测量值I_b，与被校正试样SP_r反射再透过分束器3导向传感器元件22的反射光的光量加在一起得到的值(参照下述公式(计算式12)、图12)。

[计算式12]

I_r＝βR_rI₀+I_b

从这些计算式10～计算式12消去I₀和K_M，导出下述公式(计算式13)。

[计算式13]

\frac{K_{R}}{β} = \frac{I_{b} - I_{bb}}{I_{r} - I_{b}} R_{r}

另一方面，作为在主测量中来自黑试样SP_b的输出值的第四输出值I_bb’、第五输出值I_b’以及来自检查工件SP_s的第六输出值I_s’分别用以下公式(计算式14～计算式16)表示(参照图13～图15)。

[计算式14]

I_bb′＝K_MI₀′+I_d′

[计算式15]

I_b′＝(K_M+K_R)I₀′+I_d′

[计算式16]

I_s′＝βR_sI₀′+I_b′

然后从它们导出下述公式(计算式17)。

[计算式17]

\frac{K_{R}}{β} = \frac{{I_{b}}^{'} - {I_{bb}}^{'}}{{I_{s}}^{'} - {I_{b}}^{'}} R_{s}

然后，由于所述β、K_R是不变的，所以根据上述公式(计算式13)和上述公式(计算式17)求出R_s，则成为下述计算式18，

[计算式18]

R_{s} = \frac{({I_{s}}^{'} - {I_{b}}^{'}) (I_{b} - I_{bb})}{({I_{b}}^{'} - {I_{bb}}^{'}) (I_{r} - I_{b})} R_{r}

即导出了所述公式(计算式9)。

在该第二实施方式中的反射率测量方法的概要汇总如下。

[从属测量]

测量黑试样的测量1(参照图10)

·把内部反射机构的反射率设定为第一值

·获得第一输出值I_bb

测量黑试样的测量2(参照图11)

·把内部反射机构的反射率设定为第二值

·获得第二输出值I_b

测量校正试样(参照图12)

·把内部反射机构的反射率设定为第二值

·获得第三输出值I_r

[主测量]

测量黑试样的测量1(参照图13)

·把内部反射机构的反射率设定为第一值

·获得第四输出值I_bb’

测量黑试样的测量2

·把内部反射机构的反射率设定为第二值(参照图14)

·获得第五输出值I_b’

测量检查工件(参照图15)

·把内部反射机构的反射率设定为第二值

·获得第六输出值I_s’

[计算检查工件的反射率]

利用所述公式(计算式9)进行。

另一个实施方式

下面对本发明的另一个实施方式进行说明。此外，由于设备构成与第二实施方式相同，所以省略了说明。

在第二实施方式中，在从属测量和主测量中分别求出K_R/β，根据它们是相等的关系，求出检查工件SP_S的反射率R_s。

于是，求出所述K_R/β的方法，包括在第二实施方式中的方法，在从属测量中有四种，在主测量中有四种。无论把它们怎么组合都可以计算出检查工件SP_s的反射率R_s。即，作为检查工件SP_s的反射率的计算方法，包括在第二实施方式中的方法，合计共有16种，使用哪种都可以。

所以，除了在第二实施方式中的方法以外，以下分别对在从属测量和主测量中求出K_R/β的其它方法进行说明。

求出K_R/β的方法在从属测量中有以下三种。

[在从属测量中计算K_R/β的方法1]

测量黑试样的测量1(参照图10)

·把内部反射机构的反射率设定为第一值

·获得第一输出值I_bb

测量黑试样的测量2(参照图11)

·把内部反射机构的反射率设定为第二值

·获得第二输出值I_b

测量校正试样(参照图16)

·把内部反射机构的反射率设定为第一值

·获得第三输出值I_r

根据这些输出值计算出K_R/β(下述公式(计算式19))。

[计算式19]

\frac{K_{R}}{β} = \frac{I_{b} - I_{bb}}{I_{r} - I_{bb}} R_{r}

[在从属测量中计算K_R/β的方法2]

测量黑试样(参照图10)

·把内部反射机构的反射率设定为第一值

·获得第一输出值I_bb

测量校正试样的测量1(参照图18)

·把内部反射机构的反射率设定为第一值

·获得第二输出值I_r1

测量校正试样的测量2(参照图19)

·把内部反射机构的反射率设定为第二值

·获得第三输出值I_r2

根据这些输出值计算出K_R/β(下述公式(计算式20))。

[计算式20]

\frac{K_{R}}{β} = \frac{I_{r 2} - I_{r 1}}{I_{r 1} - I_{bb}} R_{r}

[在从属测量中计算K_R/β的方法3]

测量黑试样(参照图11)

·把内部反射机构的反射率设定为第二值

·获得第一输出值I_b

测量校正试样的测量1(参照图18)

·把内部反射机构的反射率设定为第一值

·获得第二输出值I_r1

测量校正试样的测量2(参照图19)

·把内部反射机构的反射率设定为第二值

·获得第三输出值I_r2

根据这些输出值计算出K_R/β(下述公式(计算式21))。

[计算式21]

\frac{K_{R}}{β} = \frac{I_{r 2} - I_{r 1}}{I_{r 2} - I_{b}} R_{r}

求出K_R/β的方法在主测量中有以下三种。

[在主测量中计算K_R/β的方法1]

测量黑试样的测量1(参照图13)

·把内部反射机构的反射率设定为第一值

·获得第四输出值I_bb’

测量黑试样的测量2

·把内部反射机构的反射率设定为第二值(参照图14)

·获得第五输出值I_b’

测量检查工件(参照图17)

·把内部反射机构的反射率设定为第一值

·获得第六输出值I_s’

根据这些输出值计算出K_R/β(下述公式(计算式22))。

[计算式22]

\frac{K_{R}}{β} = \frac{{I_{b}}^{'} - {I_{bb}}^{'}}{{I_{s}}^{'} - {I_{bb}}^{'}} R_{s}

[在主测量中计算K_R/β的方法2]

测量黑试样(参照图13)

·把内部反射机构的反射率设定为第一值

·获得第四输出值I_bb’

测量检查工件的测量1(参照图20)

·把内部反射机构的反射率设定为第一值

·获得第五输出值I_s1’

测量检查工件的测量2(参照图21)

·把内部反射机构的反射率设定为第二值

·获得第六输出值I_s2’

根据这些输出值计算出K_R/β(下述公式(计算式23))。

[计算式23]

\frac{K_{R}}{β} = \frac{{I_{s 2}}^{'} - {I_{s 1}}^{'}}{{I_{s 1}}^{'} - {I_{bb}}^{'}} R_{s}

[在主测量中计算K_R/β的方法3]

测量黑试样(参照图14)

·把内部反射机构的反射率设定为第二值

·获得第四输出值I_b’

测量检查工件的测量1(参照图20)

·把内部反射机构的反射率设定为第一值

·获得第五输出值I_s1’

测量检查工件的测量2(参照图21)

·把内部反射机构的反射率设定为第二值

·获得第六输出值I_s2’

根据这些输出值计算出K_R/β(下述公式(计算式24))。

[计算式24]

\frac{K_{R}}{β} = \frac{{I_{s 2}}^{'} - {I_{s 1}}^{'}}{{I_{s 2}}^{'} - {I_{b}}^{'}} R_{s}

如以上叙述的那样，K_R/β的计算方法在从属测量中有计算式13、计算式19、计算式20及计算式21四种，在主测量中有计算式17、计算式22、计算式23及计算式24四种。在通过它们的组合来求光反射率R_s时，如果把光反射率R_s全部用计算式表示，则为下述公式(计算式25)～下述公式(计算式40)。

组合计算式13及计算式17(与第二实施方式相同)

[计算式25]

R_{s} = \frac{({I_{s}}^{'} - {I_{b}}^{'}) (I_{b} - I_{bb})}{({I_{b}}^{'} - {I_{bb}}^{'}) (I_{r} - I_{b})} R_{r}

组合计算式13及计算式22

[计算式26]

R_{s} = \frac{{I_{s}}^{'} - {I_{bb}}^{'}}{{I_{b}}^{'} - {I_{bb}}^{'}} \cdot \frac{I_{b} - I_{bb}}{I_{r} - I_{b}} R_{r}

组合计算式13及计算式23

[计算式27]

R_{s} = \frac{{I_{s 1}}^{'} - {I_{bb}}^{'}}{{I_{s 2}}^{'} - {I_{s 1}}^{'}} \cdot \frac{I_{b} - I_{bb}}{I_{r} - I_{b}} R_{r}

组合计算式13及计算式24

[计算式28]

R_{s} = \frac{{I_{s 2}}^{'} - {I_{b}}^{'}}{{I_{s 2}}^{'} - {I_{s 1}}^{'}} \cdot \frac{I_{b} - I_{bb}}{I_{r} - I_{b}} R_{r}

组合计算式19及计算式17

[计算式29]

R_{s} = \frac{{I_{s}}^{'} - {I_{b}}^{'}}{{I_{b}}^{'} - {I_{bb}}^{'}} \cdot \frac{I_{b} - I_{bb}}{I_{r} - I_{bb}} R_{r}

组合计算式19及计算式22

[计算式30]

R_{s} = \frac{{I_{s}}^{'} - {I_{bb}}^{'}}{{I_{b}}^{'} - {I_{bb}}^{'}} \cdot \frac{I_{b} - I_{bb}}{I_{r} - I_{bb}} R_{r}

组合计算式19及计算式23

[计算式31]

R_{s} = \frac{{I_{s 1}}^{'} - {I_{bb}}^{'}}{{I_{s 2}}^{'} - {I_{s 1}}^{'}} \cdot \frac{I_{b} - I_{bb}}{I_{r} - I_{bb}} R_{r}

组合计算式19及计算式24

[计算式32]

R_{s} = \frac{{I_{s 2}}^{'} - {I_{b}}^{'}}{{I_{s 2}}^{'} - {I_{s 1}}^{'}} \cdot \frac{I_{b} - I_{bb}}{I_{r} - I_{bb}} R_{r}

组合计算式20及计算式17

[计算式33]

R_{s} = \frac{{I_{s}}^{'} - {I_{b}}^{'}}{{I_{b}}^{'} - {I_{bb}}^{'}} \cdot \frac{I_{r 2} - I_{r 1}}{I_{r 1} - I_{bb}} R_{r}

组合计算式20及计算式22

[计算式34]

R_{s} = \frac{{I_{s}}^{'} - {I_{bb}}^{'}}{{I_{b}}^{'} - {I_{bb}}^{'}} \cdot \frac{I_{r 2} - I_{r 1}}{I_{r 1} - I_{bb}} R_{r}

组合计算式20及计算式23

[计算式35]

R_{s} = \frac{{I_{s 1}}^{'} - {I_{bb}}^{'}}{{I_{s 2}}^{'} - {I_{s 1}}^{'}} \cdot \frac{I_{r 2} - I_{r 1}}{I_{r 1} - I_{bb}} R_{r}

组合计算式20及计算式24

[计算式36]

R_{s} = \frac{{I_{s 2}}^{'} - {I_{b}}^{'}}{{I_{s 2}}^{'} - {I_{s 1}}^{'}} \cdot \frac{I_{r 2} - I_{r 1}}{I_{r 1} - I_{bb}} R_{r}

组合计算式21及计算式17

[计算式37]

R_{s} = \frac{{I_{s}}^{'} - {I_{b}}^{'}}{{I_{b}}^{'} - {I_{bb}}^{'}} \cdot \frac{I_{r 2} - I_{r 1}}{I_{r 2} - I_{b}} R_{r}

组合计算式21及计算式22

[计算式38]

R_{s} = \frac{{I_{s}}^{'} - {I_{bb}}^{'}}{{I_{b}}^{'} - {I_{bb}}^{'}} \cdot \frac{I_{r 2} - I_{r 1}}{I_{r 2} - I_{b}} R_{r}

组合计算式21及计算式23

[计算式39]

R_{s} = \frac{{I_{s 1}}^{'} - {I_{bb}}^{'}}{{I_{s 2}}^{'} - {I_{s 1}}^{'}} \cdot \frac{I_{r 2} - I_{r 1}}{I_{r 2} - I_{b}} R_{r}

组合计算式21及计算式24

[计算式40]

R_{s} = \frac{{I_{s 2}}^{'} - {I_{b}}^{'}}{{I_{s 2}}^{'} - {I_{s 1}}^{'}} \cdot \frac{I_{r 2} - I_{r 1}}{I_{r 2} - I_{b}} R_{r}

此外，本发明不限于所述实施方式。

例如如图22所示，也可以以能够打开或关闭所述光导入导出口4a的方式，把黑试样SP_b安装在检测头4上。按照这样的方式，不管是在从属测量时，还是在主测量时，为了测量黑试样都无需移动检测头4。因此，作为固定式的检测头4可以促进简化结构和降低价格。此外在图22中，(P)表示测量光照射到的照射位置，(Q)表示测量光照射不到的退避位置。而且，黑试样SP_b以可以在所述照射位置(P)和退避位置(Q)之间滑动的方式附加在检测头4上。

此外，如图23所示，也可以把黑试样SP_b预先固定或放置在台架9上，再在其上放置检查工件SP_s或校正试样SP_r。这样的话，就不需要装拆黑试样的工夫。此外，黑试样放在什么地方都可以。

此外，如图24、图25所示，检测头4并不必须是一个，也可以是多个。在是多个的情况下，通过使检测头4为固定式的，可以实现大幅度降低成本和缩短测量时间。此外，图24是把检测头4配置成面状从而可以测量区域的例子，图25是把检测头4配置成线状，并且使检查工件SP_s在与所述线的方向垂直的方向上移动进行扫描的例子。这样，在检查工件是移动中的太阳能电池或液晶用平板的情况下，由于没有使检测头移动的时间，所以优选采用固定式的检测头。

如图26所示，可以使检测头在水平两个轴(X轴、Y轴)的方向上移动，此外也可以再加上Z方向，使检测头在三个轴的方向上移动。

此外，不一定非要设置反射率计算部，例如根据各输出值由操作人员或测量者通过手工计算，也可以求出光反射率。

此外，在所述实施方式中，为了对各波长的光测量光反射率，使光检测器2具有分光功能，但也可以把分光部件设置在光源一侧。此外，如果是测量单一波长的光的反射率或只是测量全波长的光的反射率，则光检测器不需要分光部件，传感器元件只有一个就可以。此外，本发明不仅可以用于干涉膜厚仪，也可以用于光反射率测量装置。

此外，本发明不限于所述实施方式等，在不脱离本发明宗旨的范围内可以进行各种变形。

Claims

1.一种干涉膜厚仪，其特征在于包括：下述(1)～(4)所示的检测头、光检测器、内部反射机构以及反射率计算部，

(4)所述反射率计算部，

在从属测量期间内，测量：第一输出值，该第一输出值是在实际上光没有被导入状态下的所述光检测器的输出值；第二输出值，该第二输出值是把实际上不反射光的黑试样作为所述对象物使用时的所述光检测器的输出值；以及第三输出值，该第三输出值是把光反射率已知的校正试样作为所述对象物使用时的所述光检测器的输出值，所述从属测量期间是实际上能够忽略所述光检测器的输出值变动的期间；

根据所述第一输出值～所述第六输出值，计算出所述检查工件的光反射率。

2.根据权利要求1所述的干涉膜厚仪，其特征在于还包括：分束器，所述分束器配置在所述检测头主体内，所述分束器反射一部分测量光，并使被反射的所述一部分测量光向所述对象物照射；并且使一部分测量光透过，并使透过的所述一部分测量光向所述内部反射机构照射，另一方面，所述分束器使导入所述检测头内的所述反射光透过，并导入到所述光检测器中；并且反射被所述内部反射机构反射的光，并使被反射的所述被所述内部反射机构反射的光导入到所述光检测器中。

3.根据权利要求1所述的干涉膜厚仪，其特征在于，所述黑试样以能够在测量光照射到的照射位置和测量光照射不到的退避位置之间移动的方式附加在所述检测头上，或者以能够装拆的方式附加在所述检测头上。

4.一种干涉膜厚仪，其特征在于包括：下述(1)～(4)所示的检测头、光检测器、内部反射机构以及反射率计算部，

(4)所述反射率计算部，

在从属测量期间内，进行以下所示a或b中的任意一个动作，测量后面叙述的第一输出值～第三输出值，所述从属测量期间是实际上能够忽略所述光检测器的输出值变动的期间；

5.根据权利要求4所述的干涉膜厚仪，其特征在于还包括：分束器，所述分束器配置在所述检测头主体内，所述分束器反射一部分测量光，并使被反射的所述一部分测量光向所述对象物照射；并且使一部分测量光透过，并使透过的所述一部分测量光向所述内部反射机构照射，另一方面，所述分束器使导入所述检测头内的所述反射光透过，并导入到所述光检测器中；并且反射被所述内部反射机构反射的光，并使被反射的所述被所述内部反射机构反射的光导入到所述光检测器中。

6.根据权利要求4所述的干涉膜厚仪，其特征在于，所述黑试样以能够在测量光照射到的照射位置和测量光照射不到的退避位置之间移动的方式附加在所述检测头上，或者以能够装拆的方式附加在所述检测头上。

7.一种反射率测量方法，其特征在于，

使测量装置具有：检测头，把测量光射向对象物，并且导入来自所述测量光所照射的所述对象物的反射光；光检测器，配置在导入所述检测头内的所述反射光到达的位置；以及内部反射机构，位于所述检测头内的一部分所述测量光到达的位置，并且配置在使被所述内部反射机构反射的光到达所述光检测器的光接收部的位置，所述内部反射机构的光反射率能够变更为两个值，

8.一种反射率测量方法，其特征在于，