JP2011038846A - 干渉膜厚計 - Google Patents

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Abstract

【課題】干渉膜厚計１００において、検査ワークの光反射率測定時に都度必要であった付随計測（特に校正サンプルの計測）を省略可能にして、測定時間の短縮や装置構成の簡単化を促進する。
【解決手段】ヘッド４の内部に光反射率一定の内部反射機構８を配置するとともに、該内部反射機構８で反射した光が、光検出器２で受光されるように構成しておき、光が実質的に導入されていない状態での光検出器２の出力値と、光を実質的に反射しないダークサンプルを用いたときの前記光検出器２の出力値と、光反射率が既知の校正サンプルを用いたときの光検出器２の出力値と、測定対象である検査ワークを用いたときの光検出器２の出力値とに基づいて、前記検査ワークの光反射率を算出するようにした。
【選択図】 図３

Description

この発明は、干渉膜厚計等に関し、特に測定の対象となる検査ワークの光反射率を測定する反射率測定機構に関するものである。
干渉膜厚計とは、特許文献１に示すように、測定対象となる膜体等の検査ワークに対して測定光を照射し、その表面で反射する反射光と、検査ワークの内部を透過して反対側の境界面で反射して表面から出てくる透過反射光とによる干渉光のスペクトルを取得し、その測定スペクトルに基づいて検査ワークの膜厚を求めるものである。
かかる干渉膜厚計においては、検査ワークの光学的反射率を測定する必要がある。そのため、従来は、図１に示すように、反射率が既知で一定の校正サンプルＳＰｒ及び光を全く反射しないダークサンプルＳＰｂに光源１’からそれぞれ光を照射し、各場合における光検出器２’の出力値を計測する。そして、以下の式（数１）から検査ワークＳＰｓの光学的反射率Ｒｓを求めるようにしている。なお、ダークサンプルＳＰｂを計測するのは、反射光が無い状態での光検出器２’の出力値がオフセット量を示すことから、このオフセット量をキャンセルするためである。
ここで、Ｉｓは検査ワークＳＰｓについての光検出器２’の出力値、Ｉｒは校正サンプルＳＰｒについての光検出器２’の出力値、ＩｂはダークサンプルＳＰｂについての光検出器２’の出力値、Ｒｒは校正サンプルＳＰｒの光学的反射率（既知）である。
特開２００５−３４０１号公報
ところで、実際には、ＩｒやＩｂの値にかなりの時間変動が認められることから、従来は、検査ワークＳＰｓを計測する都度、校正サンプルＳＰｒ及びダークサンプルＳＰｂについての光検出器２’の出力値を求めている。
しかしながら、そのために、都度、各サンプルを入れ替えるなどしなければならず、測定に手間と時間がかかるという不具合が生じている。特に校正サンプルＳＰｒは、ヘッド４’からの距離などを検査ワークＳＰｓとほぼ同条件にしなければならず、その計測にかかる手間や時間はかなりのものとなっている。
そこで、例えば図２に示すように、ヘッド４’を可動式にしておき、検査ワークＳＰｓとは異なる場所に載置した校正サンプルＳＰｒやダークサンプルＳＰｂを、前記ヘッド４’を移動させて計測するようにした装置も開発されている。しかしながら、この場合は、装置構成が複雑になり、高価格化を招き得る。
本発明は、かかる不具合を鑑みてなされたものであって、その主たる所期課題は、検査ワークの光反射率測定時に都度必要であった付帯計測（特に校正サンプルの計測）を省略可能にして、測定時間の短縮や装置構成の簡単化を促進することにある。
すなわち、本発明に係る干渉膜厚計は、下記（１）〜（４）に示すヘッド、光検出器、内部反射機構、及び反射率算出部を具備したことを特徴とするものである。
（１）前記ヘッドは、測定光を対象物に向かって射出するとともに該測定光を照射された前記対象物からの反射光を導入するためのものである。
（２）前記光検出器は、受光した光の強度を検出するものであり、その受光部は前記ヘッド内に導入された前記反射光が到達する位置に配置されている。
（３）前記内部反射機構は、前記ヘッド内における前記測定光の一部が到達する位置であって当該内部反射機構で反射した光が前記光検出器の受光部に到達する位置に配置された、光反射率が一定のものである。
（４）前記反射率算出部は、光検出器の出力値変動が実質的に無視できる期間である従計測期間内において、光が実質的に導入されていない状態での光検出器の出力値である第１出力値と、光を実質的に反射しないダークサンプルを対象物として用いたときの前記光検出器の出力値である第２出力値と、光反射率が既知の校正サンプルを対象物として用いたときの前記光検出器の出力値である第３出力値と、を計測するとともに、前記従計測期間以外の期間であって光検出器の出力値変動が実質的に無視できる期間である主計測期間内において、光が実質的に導入されていない状態での光検出器の出力値である第４出力値と、前記ダークサンプルを対象物として用いたときの前記光検出器の出力値である第５出力値と、測定対象である検査ワークを対象物として用いたときの前記光検出器の出力値である第６出力値とを計測し、これら第１〜第６出力値に基づいて、前記検査ワークの光反射率を算出するものである。
このようなものであれば、従来検査ワークの測定の都度必要であった校正サンプルの測定を省略でき、測定の時間短縮を図れる。また、従来のように校正サンプルを計測するためにヘッドを可動式にしたり、あるいは各サンプルを入れ替えたりするといったことが不要になり、機器構成の簡略化や低価格化の促進が可能になる。
その理由は、要すれば、ダークサンプルの計測値を、従来のようにオフセット量として一括に取り扱うのではなく、光源に起因する要因と光源に起因しない要因とに厳密に分けたことにある。すなわち、光が実質的に導入されていない状態での光検出器の出力値、すなわち第１出力値を求めるようにしたことに本発明の大きな特徴があり、このことから、初期調整時等に１回だけ校正サンプルを計測するだけで、あとはダークサンプルの計測のみを検査ワークの測定時に付帯させれば、検査ワークの光反射率を測定することができるようになったものである。なお、この算出法の一例を、後記実施形態において式を用いて詳述する。
より具体的には、前記反射率算出部が、前記第４出力値の計測時の前又は後であって光検出器の出力値変動が実質的に無視できる期間である主計測期間内に前記第１出力値及び第２出力値を計測する一方、前記主計測期間以外の期間に前記第３出力値を計測するとともに、その前又は後であって光検出器の出力値変動が実質的に無視できる期間である従計測期間内に、前記主計測期間における計測とは別に前記第１出力値及び第２出力値をそれぞれ計測し、前記主計測期間に計測した第４出力値、第１出力値及び第２出力値と、前記従計測期間に計測した第３出力値、第１出力値及び第２出力値とに基づいて、前記検査ワークの光反射率を算出するものであることが望ましい。なおここで、「光検出器の出力値変動」とは、光検出器の出力値変動とは、光源の光量変動及び検出器そのもののドリフトやオフセットによる変動の総和による変動のことである。
また、本願他の発明に係る干渉膜厚計は、下記（１）〜（４）に示すヘッド、光検出器、内部反射機構、及び反射率算出部を具備したことを特徴とするものである。
（１）前記ヘッドは、測定光を対象物に向かって射出するとともに該測定光を照射された前記対象物からの反射光を導入するためのものである。
（２）前記光検出器は、受光した光の強度を検出するものであり、その受光部は前記ヘッド内に導入された前記反射光が到達する位置に配置されている。
（３）前記内部反射機構は、前記ヘッド内における前記測定光の一部が到達する位置であって当該内部反射機構で反射した光が前記光検出器の受光部に到達する位置に配置された、光反射率を２値に変更可能なものである。
（４）前記反射率算出部は、光検出器の出力値変動が実質的に無視できる期間である従計測期間内において、以下に示すａ又はｂいずれか一方の動作を行って後述する第１〜第３出力値を計測するとともに、前記従計測期間以外の期間であって光検出器の出力値変動が実質的に無視できる期間である主計測期間内において、以下に示すｃ又はｄいずれか一方の動作を行って後述する第４〜第６出力値を計測し、これら第１〜第６出力値に基づいて、前記検査ワークの光反射率を算出するものである。
ａ．光を実質的に反射しないダークサンプルを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率を２値に変化させたときの前記光検出器のそれぞれの出力値である第１出力値及び第２出力値と、光反射率が既知の校正サンプルを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率をいずれか一方の値に設定したときの前記光検出器の出力値である第３出力値とを計測する。
ｂ．光を実質的に反射しないダークサンプルを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率をいずれか一方の値に設定したときの前記光検出器の出力値である第１出力値と、光反射率が既知の校正サンプルを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率を２値に変化させたときの前記光検出器のそれぞれの出力値である第２出力値及び第３出力値とを計測する。
ｃ．光を実質的に反射しないダークサンプルを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率を２値に変化させたときの前記光検出器のそれぞれの出力値である第４出力値及び第５出力値と、測定対象である検査ワークを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率をいずれか一方の値に設定したときの前記光検出器の出力値である第６出力値とを計測する。
ｄ．光を実質的に反射しないダークサンプルを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率をいずれか一方の値に設定したときの前記光検出器の出力値である第４出力値と、測定対象である検査ワークを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率を２値に変化させたときの前記光検出器のそれぞれの出力値である第５出力値及び第６出力値とを計測する。
このようなものでも、前述同様の作用効果を得られる。特にこのものであれば、光検出器そのもののオフセットを測定するための特段の構成が必要ないという効果をも奏し得る。
より簡単な構成で各出力値を得るための光路を形成するには、前記ヘッド本体内にビームスプリッタを配置し、このビームスプリッタによって、測定光の一部を反射して対象物に照射するとともに測定光の一部を透過させて内部反射機構に照射する一方、対象物で反射した反射光を透過させて光検出器に導くとともに内部反射機構で反射した光を反射して光検出器に導くように構成することが望ましい。
前記ダークサンプルが、測定光が照射される照射位置と照射されない退避位置との間で移動可能に又は着脱可能にヘッドに付帯させてあるものであれば、ダークサンプルの計測時にヘッドを動かす必要がないので、固定式のヘッドを実現できる。
なお、前記内部反射機構は、特に専用に設けたものに限られず、例えばヘッドの内壁を利用したものでも構わない。
以上に述べた本発明によれば、従来検査ワークの測定の都度必要であった校正サンプルの計測を省略でき、測定の時間短縮を図れる。また、従来のように校正サンプルを計測するためにヘッドを可動式にしたり、あるいは各サンプルを入れ替えたりするといったことを不要にでき、機器構成の簡略化や低価格化の促進を図れる。
従来の干渉膜厚計における光反射率の測定原理を示す模式図。 従来の干渉膜厚計の概要を示す模式的全体斜視図。 本発明の第１実施形態における干渉膜厚計の模式的機能図。 同実施形態における干渉膜厚計の模式的全体斜視図。 同実施形態における光検出器の模式図。 同実施形態の干渉膜厚計における測定原理を示す模式図。 同実施形態の干渉膜厚計における測定原理を示す模式図。 同実施形態の干渉膜厚計における測定原理を示す模式図。 同実施形態の干渉膜厚計における測定原理を示す模式図。 本発明の第２実施形態に係る干渉膜厚計の測定原理を示す模式図。 同実施形態の干渉膜厚計における測定原理を示す模式図。 同実施形態の干渉膜厚計における測定原理を示す模式図。 同実施形態の干渉膜厚計における測定原理を示す模式図。 同実施形態の干渉膜厚計における測定原理を示す模式図。 同実施形態の干渉膜厚計における測定原理を示す模式図。 本発明の他の実施形態に係る干渉膜厚計の測定原理を示す模式図。 同実施形態の干渉膜厚計における測定原理を示す模式図。 同実施形態の干渉膜厚計の測定原理を示す模式図。 同実施形態の干渉膜厚計における測定原理を示す模式図。 同実施形態の干渉膜厚計における測定原理を示す模式図。 同実施形態の干渉膜厚計における測定原理を示す模式図。 本発明のさらに他の実施形態における干渉膜厚計の模式的機能図。 本発明のさらに他の実施形態における干渉膜厚計の部分断面図。 本発明のさらに他の実施形態における干渉膜厚計の模式的全体斜視図。 本発明のさらに他の実施形態における干渉膜厚計の模式的全体斜視図。 本発明のさらに他の実施形態における干渉膜厚計の模式的全体斜視図。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態：暗電流測定方式＞
本実施形態に係る干渉膜厚計１００は、太陽電池やフラットパネル用の膜の厚み測定に好適に利用されるものであり、図３に示すように、測定光を前記検査ワークＳＰｓ等の対象物に向かって射出するとともに該測定光を照射された前記対象物からの反射光を導入するヘッド４と、ヘッド４に導入された反射光を受光してその強度を検出する光検出器２と、前記光検出器２の出力値に基づいて前記対象物の光反射率を算出する反射率算出部５とを具備している。
測定光は、この実施形態では、ヘッド４内に搭載された白色光源１から射出されるが、光源１をヘッド４とは別に配置して、光ファイバ等でヘッド４に導くようにしてもよい。
ヘッド４は、図３、図４に示すように、例えば検査ワークＳＰｓに対向する面を開口させて測定光及び反射光の光導出入口４ａとした中空の筐体であり、例えば支持ビーム６によって固定支持されている。
光検出器２は、分光機能を有したもので、例えば図５に示すように、受光した光を一定波長毎に分光する分光手段２１と、この分光手段２１で波長毎に分離された光をそれぞれ受光し、各光の光量に応じた値の電気信号を出力する、アレイ状で複数のチャンネルをもつＣＣＤやＣＭＯＳ、フォトマル等のセンサ素子２２を具備している。また、この光検出器２にはオフセット量検出機構７が付帯させてあって、この光検出器２に実質的に光が入っていない状態での出力値、すなわち各センサ素子２２のオフセット出力値を検出できるようにしてある。具体的に、このオフセット量検出機構７は、図５に示すように、一部のセンサ素子２２’と、その一部のセンサ素子２２’への光を物理的に遮断するマスク部材７１とから構成されるものである。そして、このマスクされたセンサ素子２２’（以下、マスクセンサ素子２２’とも言う）の出力から、他のセンサ素子２２のオフセット出力値を推定算出できるようにしてある。その推定算出方法としては、センサ素子２２のオフセット出力値を、マスクセンサ素子２２’と同じオフセット出力値とする方法や、センサ素子２２のマスクセンサ素子２２’に対するばらつきを予め測定しておいてマスクセンサ素子２２’の出力値から前記ばらつきに基づいて他の各センサ素子２２のオフセット出力値を算出する方法等を挙げることができる。その他に、光検出器２の受光部分にシャッタを設けておき、そのシャッタによって受光部分を完全に光が入らないように覆ったときの各センサ素子２２の出力値をオフセット出力値とするような構成も考えられる。
ヘッド４の内部には、図３に示すように、前記光源１及び光検出器２に加えて、ビームスプリッタ３及び内部反射機構８が配置してある。ビームスプリッタ３は、光の一部を透過し一部を反射する特性を有した等厚平板状をなす透明部材である。この実施形態では、光源１から射出された測定光の光軸に対しビームスプリッタ３の表面が斜め４５°をなすように該ビームスプリッタ３を配置し、このビームスプリッタ３で反射された一部の測定光が前記光導出入口４ａを通って検査ワークＳＰｓ等の対象物の表面に向かって垂直に照射されるようにしてある。また、ビームスプリッタ３を挟んで光源１と対向する位置に、前記内部反射機構８が配置してある。この内部反射機構８は、光反射率が既知かつ一定の等厚板状部材であり、ここではその表面が光源１から出てビームスプリッタ３を透過した測定光の光軸と垂直になるように配置してある。
したがって、光源１から射出された測定光は、ビームスプリッタ３で一部が反射されて検査ワークＳＰｓ等の対象物に向かい、そこで反射されて再度ビームスプリッタ３に向かい、さらにその一部が当該ビームスプリッタ３を透過して光検出器２に照射されることとなる。また、光源１から射出され、ビームスプリッタ３を透過した他の一部の測定光は、内部反射機構８で反射されて再度ビームスプリッタ３に向かい、さらにその一部が当該ビームスプリッタ３で反射されて光検出器２に照射されることとなる。つまり、光検出器２には、主として、検査ワークＳＰｓ等の対象物からの反射光の一部と、内部反射機構８からの反射光の一部が導入されることになるが、その他にヘッド４内部で散乱した光源１による迷光等もわずかに導入される。
反射率算出部５は、図３に示すように、コンピュータ等の情報処理装置がその役割を担うものである。すなわち、情報処理装置を構成するメモリに記憶させたプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器が協働することによって、この情報処理装置が前記反射率算出部５としての機能を発揮する。しかして、この反射率算出部５の機能詳細を測定手順の説明を兼ねて以下に詳述する。
まず、検査ワークＳＰｓの計測に先立って又は後に行われる従計測について説明する。この従計測は、例えば工場出荷時などの初期設定時に行えばよい。この従計測が行われる期間、すなわち従計測期間の長さは、光検出器２の出力値変動が実質的に無視できる時間内に設定されている。
この従計測では、測定光が照射される所定のサンプル載置位置にオペレータがダークサンプルＳＰｂを置く。ダークサンプルＳＰｂとは、図４に示すように、測定に用いる波長領域の光を実質的に反射しない部材で作られた板状のものである。
その後、反射率算出部５が作動して、光検出器２の出力値、つまり各センサ素子２２の出力値を取得する。そしてそれら各出力値を第２出力値Ｉｂとしてメモリに記憶する。
次に、オペレータがダークサンプルＳＰｂに代えて、校正サンプルＳＰｒを前記サンプル載置位置に置く。すると、反射率算出部５は、指令信号を出力して校正サンプルＳＰｒ上にヘッド４を移動させ、図７に示すように、光検出器２の出力値、つまり各センサ素子２２の出力値をそれぞれ取得する。そしてそれら各出力値を第３出力値Ｉｒとしてメモリに記憶する。校正サンプルＳＰｒとは、光反射率が既知の板状のサンプルのことである。
一方で当該反射率算出部５は、光が実質的に導入されていない状態での光検出器２の出力値である第１出力値Ｉｄを取得する。具体的には、前述したようにマスクセンサ素子２２’の出力値に基づいて各センサ素子２２のオフセット出力値を取得し、各オフセット出力値をそれぞれ第１出力値Ｉｄとしてメモリに記憶する。
以上が従計測である。なお、前述した一連の各出力値Ｉｂ、Ｉｒ、Ｉｄの取得順序は問わない。また、従計測前に光源１を予め点灯させて、その光量が十分に安定した状態にしておく必要がある。
次に、検査ワークＳＰｓを計測する主計測について説明する。この主計測が行われる期間、すなわち主計測期間の長さは、従計測期間同様、光検出器２の出力値変動が実質的に無視できる時間内に設定されている。
この主計測では、前記サンプル載置位置にオペレータが検査ワークＳＰｓを置く。その後、反射率算出部５が動作して、図８に示すように、光検出器２の出力値、つまり各センサ素子２２の出力値をそれぞれ取得する。そしてそれら各出力値を第６出力値Ｉｓ’としてメモリに記憶する。
次に、オペレータが検査ワークＳＰｓに代えて、ダークサンプルＳＰｂを前記サンプル載置位置に置く。すると、反射率算出部５は、図９に示すように、各センサ素子２２の出力値を取得し、それら各出力値を第２出力値Ｉｂ’としてメモリに記憶する。
さらに反射率算出部５は、従計測時と同様、マスクセンサ素子２２’の出力値に基づいて各センサ素子２２のオフセット出力値を取得し、これらを第４出力値Ｉｄ’としてメモリに記憶する。
このようにして主計測が終了する。なお、前述した一連の出力値Ｉｓ’、
Ｉｂ’、 Ｉｄ’の取得順序は問わない。また、光源１を予め点灯させて、主計測の期間中、その光量が十分に安定した状態にする必要がある。
次に反射率算出部５は、前記主計測及び従計測で計測した各出力値Ｉｓ’、Ｉｒ、Ｉｂ、Ｉｄ、Ｉｂ’、Ｉｄ’に基づいて検査ワークＳＰｓの光反射率を波長毎に求める。
その算出式は以下の通りである。
この算出式（数２）が導き出される理由を説明する。
従計測におけるダークサンプルＳＰｂからの出力値である第２出力値Ｉｂは、ビームスプリッタ３や内部反射機構８、あるいはヘッド４の内壁等で透過乃至反射し、光検出器２（ここでは、ある１波長について説明しているので、具体的には１つのセンサ素子２２）に導かれた測定光の光量と、前記センサ素子２２の従計測時におけるオフセット出力値である第１出力値Ｉｄとを足しあわせた値である。したがって、前記第２出力値Ｉｂは式（数３）で表される（図６参照）。
ここでαは、ビームスプリッタ３や内部反射機構８、ヘッド４内壁等での透過乃至反射による測定光の減衰率を表すもので、時間変動しないこのヘッド４固有の一定値である。Ｉ０は、従計測時における測定光の光量である。
一方、従計測における校正サンプルＳＰｒからの出力値、つまり第３出力値Ｉｒは、前記ダークサンプルＳＰｂの計測値Ｉｂと、校正サンプルＳＰｒで反射しさらにビームスプリッタ３を透過してセンサ素子２２に導かれた反射光の光量とを足しあわせた値であることから、式（数４）で表される（図７参照）。
ここでβは、ビームスプリッタ３や校正サンプルＳＰｒ、ヘッド４内壁等での透過乃至反射による測定光の減衰率を表すもので、時間変動しないこのヘッド４固有の一定値である。Ｒｒは、校正サンプルＳＰｒの当該波長の光に対する反射率、Ｉ０は従計測時の測定光の光量である。
これら式（数３、数４）からＩ０を消去すれば、下記式（数５）が導き出される。
他方、主計測におけるダークサンプルＳＰｂからの出力値、つまり第５出力値Ｉｂ’は、式（数６）で表される（図８参照）。
ここで、Ｉ０’は主計測時の測定光の光量、Ｉｄ’は前記センサ素子２２の主計測時のオフセット出力値である。
また、検査ワークＳＰｓを対象としたときのセンサ素子２２の出力値である第６出力値Ｉｓ’は、前記ダークサンプルＳＰｂの計測値Ｉｂ’と、検査ワークＳＰｓで反射しさらにビームスプリッタ３を透過してセンサ素子２２に導かれた反射光の光量とを足しあわせた値であることから、式（数７）で表される。
この式（数６、数７）からＩ０を消去すれば、下記式（数８）が導き出される。
しかして、α、βはヘッド固有の一定値と考えられることから、式（数５）と式（数８）の値は等しく、これら式（数５）及び式（数８）から前記式（数２）が導き出される。
したがって、本実施形態によれば、従計測時にのみ、校正サンプルＳＰｒを少なくとも１回だけ計測しておけばよいので、主計測時での校正サンプルＳＰｒの計測が不要となる。そして、この校正サンプルＳＰｒの計測は、ダークサンプルＳＰｂの計測に比して検査ワークとの計測条件を等しくしなければならないなど、制約が多く手間のかかるものであることから、検査ワークＳＰｓの計測時、つまり主計測時に校正サンプルＳＰｒの計測を都度行っていた従来品と比べ、大幅に測定の手間と時間を軽減することが可能になる。
なお、このように、主計測時における校正サンプルＳＰｒの計測を省略できるのは、上述したように、第１出力値、すなわち光源１に起因しないオフセット量を計測し、光源１に起因するオフセット量と分けて考慮するようにしたことに起因する。すなわち、光反射率の算出式（数２）に表面上は現れないが、αとβとの比いうヘッド４固有でなおかつ時間変動しない係数を求めることによって初めて可能になったものである。
また、光源１に起因するオフセット量を、従来のようにできるだけ減少させるのではなく、内部反射機構８によって積極的にその値を増加させたことにも本実施形態の特徴があり、このことによって前記αとβとの比を正確に求めることが可能となる。なお、理論的には、専用の内部反射機構８を積極的に設けず、ヘッド４の内壁での反射光などのような迷光を利用してα、βの比を求めてもよいが、そうすると測定精度上、若干の本実施形態より劣ることとなる。
＜第２実施形態＞
次に本発明の第２実施形態を説明する。
この第２実施形態では、図１０等に示すように、内部反射機構８’が第１実施形態のものとは異なる。すなわち、本実施形態での内部反射機構８’は、例えば、光を実質的に反射しない無反射部材８ｂ’と、光反射率が既知の所定値を有する反射部材８ａ’とを具備したものであり、前記無反射部材８ｂ’が、反射部材８ａ’の表面を覆う位置と反射部材８ａ’の表面を露出させる位置との間でスライド可能に設けられてその光反射率を第１の値（０値）と第２の値（０以外の所定値）との互いに異なる２値に切り替えうるように構成してある。なお、第１の値は０でなくともよい。
しかして、前述した従計測において、オペレータがダークサンプルＳＰｂをヘッド４の直下のサンプル載置位置にセットすると、図１０に示すように、前記反射率算出部５は、無反射部材８ｂ’が反射部材８ａ’を覆い、内部反射機構８’の反射率が第１の値となるように駆動したうえで、光検出器２の出力値（各センサ素子２２の出力値）を取得する。そして、それら各出力値を第１出力値Ｉｂｂとしてそれぞれメモリに記憶する。次に、反射率算出部５は、図１１に示すように、無反射部材８ｂ’を移動させて反射部材８ａ’の表面を露出させ、内部反射機構８’の反射率が第２の値となるようにしたうえで、光検出器２の出力値（各センサ素子２２の出力値）を取得する。そしてそれら各出力値を第２出力値Ｉｂとしてそれぞれメモリに記憶する。
次に、反射率算出部５は、図１２に示すように、オペレータが校正サンプルＳＰｒを前記サンプル載置位置にセットすると、内部反射機構８’の反射率を第２の値とした状態で、光検出器２の出力値（各センサ素子２２の出力値）をそれぞれ取得する。そしてそれら各出力値を第３出力値Ｉｒとしてメモリに記憶する。
以上が従計測である。なお、前述した一連の各出力値Ｉｂｂ、Ｉｂ、Ｉｒの取得順序は問わない。また、従計測前に光源１を予め点灯させて、その光量が十分に安定した状態にしておく必要がある。
次に、検査ワークＳＰｓを計測する主計測を行う。この主計測では、前記従計測における校正サンプルＳＰｒに代えて検査ワークＳＰｓがサンプル載置位置にセットされる以外の手順はほぼ同じである。
すなわち、オペレータがダークサンプルＳＰｂをサンプル載置位置にセットすると、図１３に示すように、前記反射率算出部５は、内部反射機構８’の反射率を第１の値に設定し、光検出器２の出力値（各センサ素子２２の出力値）を取得する。そしてそれら各出力値を第４出力値Ｉｂｂ’としてそれぞれメモリに記憶する。次に、内部反射機構８’の反射率を第２の値に設定し、光検出器２の出力値（各センサ素子２２の出力値）を取得する。そしてそれら各出力値を第５出力値Ｉｂ’としてそれぞれメモリに記憶する。
次に、オペレータが検査ワークＳＰｒをヘッド４の直下にセットすると、反射率算出部５は、内部反射機構８’の反射率を第２の値とした状態で、光検出器２の出力値（各センサ素子２２の出力値）をそれぞれ取得する。そしてそれら各出力値を第６出力値Ｉｓ’としてメモリに記憶する。
このようにして主計測が終了する。なお、前述した一連の出力値Ｉｓ’、Ｉｂ’、Ｉｂｂ’の取得順序は問わない。また、光源１を予め点灯させて、主計測の期間中、その光量が十分に安定した状態にする必要がある。
次に反射率算出部５は、前記主計測及び従計測で計測した各出力値Ｉｒ、Ｉｂ、Ｉｂｂ、Ｉｓ’、Ｉｂ’、Ｉｂｂ’に基づいて検査ワークＳＰｓの光反射率を波長毎に求める。
その算出式は以下の通りである。
この算出式（数９）が導き出される理由を説明する。
従計測において、内部反射機構８’の反射率を第１の値及び第２の値にそれぞれ設定したときのダークサンプルＳＰｂからの出力値である第１出力値Ｉｂｂ及び第２出力値Ｉｂは、ビームスプリッタ３や内部反射機構８、あるいはヘッド４の内壁等で透過乃至反射し、光検出器２（ここでは、ある１波長について説明しているので、具体的には１つのセンサ素子２２）に導かれた測定光の光量と、前記センサ素子２２の従計測時におけるオフセット出力値Ｉｄとを足しあわせた値である。したがって、前記第１出力値Ｉｂｂ及び第２出力値Ｉｂは、式（数１０、数１１）で表される（図１０、１１参照）。
ここでＫＭは、内部反射機構８’の反射率が第１の値（０）のときの測定光の減衰率を表し、内部反射機構８を除くビームスプリッタ３やヘッド４の内壁等での透過乃至反射による測定光の減衰率を表すものである。ＫＲは、内部反射機構８’の反射率を第２の値に設定したときの該内部反射機構８’での同測定光の減衰率を表すものである。これらＫＭ、ＫＲは、時間変動しないこのヘッド４固有の一定値である。
また、従計測における校正サンプルＳＰｒからの出力値、つまり第３出力値Ｉｒは、内部反射機構８’の反射率が第２の値に設定されていることから、前記ダークサンプルＳＰｂの計測値Ｉｂと、校正サンプルＳＰｒで反射しさらにビームスプリッタ３を透過してセンサ素子２２に導かれた反射光の光量とを足しあわせた値となる（式（数１２）、図１２参照）。
これら数１０〜数１２からＩ０及びＫＭを消去すると、式（数１３）が導き出される。
一方、主計測におけるダークサンプルＳＰｂからの出力値である第４出力値Ｉｂｂ’、第５出力値Ｉｂ’、及び検査ワークＳＰＳからの第６出力値Ｉｓ’は、それぞれ以下の式（数１４〜数１６）で表される（図１３〜図１５参照）。
そして、これらから、式（数１７）が導き出される。
しかして、前記β、ＫＲは不変であることから、式（数１３）及び式（数１７）よりＲｓを求めると、
となり、前記式（数９）が導き出される。
この第２実施形態での反射率測定方法の概要をまとめると以下の通りである。
［従計測］
ダークサンプル計測１（図１０参照）
・内部反射機構を第１の値に設定
・第１出力値Ｉｂｂを取得
ダークサンプル計測２（図１１参照）
・内部反射機構を第２の値に設定
・第２出力値Ｉｂを取得
校正サンプル計測（図１２参照）
・内部反射機構を第２の値に設定
・第３出力値Ｉｒを取得
［主計測］
ダークサンプル計測１（図１３参照）
・内部反射機構を第１の値に設定
・第４出力値Ｉｂｂ’を取得
ダークサンプル計測２
・内部反射機構を第２の値に設定（図１４参照）
・第５出力値Ｉｂ’を取得
検査ワーク計測（図１５参照）
・内部反射機構を第２の値に設定
・第６出力値Ｉｓ’を取得
［検査ワークの反射率算出］
前記式（数９）による。
＜他の実施形態＞
次に本発明の他の実施形態について説明する。なお、機器構成については第２実施形態と同様であるので説明を省略する。
第２実施形態では、従計測及び主計測においてそれぞれＫＲ／βを求め、それらが等しい関係であることに基づいて検査ワークＳＰＳの反射率Ｒｓを算出するようにしていた。
しかして、前記ＫＲ／βの求め方は、第２実施形態での方法も含めて、従計測で４種類、主計測で４種類ずつある。そして、これらをどのように組み合わせても、検査ワークＳＰＳの反射率Ｒｓを算出することができる。すなわち、検査ワークＳＰＳの反射率算出方法としては、第２実施形態での方法も含めて合計１６通りあり、どれを用いても構わない。
そこで、第２実施形態での方法を除いた、従計測及び主計測それぞれでのＫＲ／βの求め方を以下に説明する。
従計測では以下の３種類である。
［従計測でのＫＲ／βの算出方法１］
ダークサンプル計測１（図１０参照）
・内部反射機構を第１の値に設定
・第１出力値Ｉｂｂを取得
ダークサンプル計測２（図１１参照）
・内部反射機構を第２の値に設定
・第２出力値Ｉｂを取得
校正サンプル計測（図１６参照）
・内部反射機構を第１の値に設定
・第３出力値Ｉｒを取得
これら各出力値からＫＲ／βを算出する（式（数１９））。
［従計測でのＫＲ／βの算出方法２］
ダークサンプル計測（図１０参照）
・内部反射機構を第１の値に設定
・第１出力値Ｉｂｂを取得
校正サンプル計測１（図１８参照）
・内部反射機構を第１の値に設定
・第２出力値Ｉｒ１を取得
校正サンプル計測２（図１９参照）
・内部反射機構を第２の値に設定
・第３出力値Ｉｒ２を取得
これら各出力値からＫＲ／βを算出する（式（数２０））。
［従計測でのＫＲ／βの算出方法３］
ダークサンプル計測（図１１参照）
・内部反射機構を第２の値に設定
・第１出力値Ｉｂｂを取得
校正サンプル計測１（図１８参照）
・内部反射機構を第１の値に設定
・第２出力値Ｉｒ１を取得
校正サンプル計測２（図１９参照）
・内部反射機構を第２の値に設定
・第３出力値Ｉｒ２を取得
これら各出力値からＫＲ／βを算出する（式（数２１））。
主計測では以下の３種類である。
［主計測でのＫＲ／βの算出方法１］
ダークサンプル計測１（図１３参照）
・内部反射機構を第１の値に設定
・第４出力値Ｉｂｂ’を取得
ダークサンプル計測２
・内部反射機構を第２の値に設定（図１４参照）
・第５出力値Ｉｂ’を取得
検査ワーク計測（図１７参照）
・内部反射機構を第１の値に設定
・第６出力値Ｉｓ’を取得
これら各出力値からＫＲ／βを算出する（式（数２２））。
［主計測でのＫＲ／βの算出方法２］
ダークサンプル計測（図１３参照）
・内部反射機構を第１の値に設定
・第４出力値Ｉｂｂ’を取得
検査ワーク計測１（図２０参照）
・内部反射機構を第１の値に設定
・第５出力値Ｉｓ１’を取得
検査ワーク計測２（図２１参照）
・内部反射機構を第２の値に設定
・第６出力値Ｉｓ２’を取得
これら各出力値からＫＲ／βを算出する（式（数２３））。
［主計測でのＫＲ／βの算出方法３］
ダークサンプル計測（図１４参照）
・内部反射機構を第２の値に設定
・第４出力値Ｉｂｂ’を取得
検査ワーク計測１（図２０参照）
・内部反射機構を第１の値に設定
・第５出力値Ｉｓ１’を取得
検査ワーク計測２（図２１参照）
・内部反射機構を第２の値に設定
・第６出力値Ｉｓ２’を取得
これら各出力値からＫＲ／βを算出する（式（数２４））。
以上に述べたように、ＫＲ／βの算出方法は、従計測においては、数１３、数１９、数２０、数２１の４通りがあり、主計測においては、数１７、数２２、数２３、数２４の４通りがある。光反射率Ｒｓは、これらの組み合わせによって求まるところ、その全てを数式で表すと以下の式（数２５）〜式（数４０）のようになる。
数１３×数１７（第２実施形態と同じ）
数１３×数２２
数１３×数２３
数１３×数２４
数１９×数１７
数１９×数２２
数１９×数２３
数１９×数２４
数２０×数１７
数２０×数２２
数２０×数２３
数２０×数２４
数２１×数１７
数２１×数２２
数２１×数２３
数２１×数２４
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、図２２に示すように、前記光導出入口４ａを開閉可能にダークサンプルＳＰｂをヘッド４に取り付けるようにしてもよい。このようなものであれば、従計測時、主計測時のいずれにおいても、ダークサンプルを計測するためにヘッド４を動かす必要がなくなる。したがって、固定式のヘッド４として構造の単純化や低価格化を促進できる。なお、図１０において、（Ｐ）は測定光が照射される照射位置を示し、（Ｑ）は、測定光が照射されない退避位置を示している。そしてダークサンプルＳＰｂは、前記照射位置（Ｐ）と退避位置（Ｑ）との間でスライド移動可能にヘッド４に付帯させてある。
また、図２３に示すように、ダークサンプルＳＰｒを予め架台９上に固定乃至載置しておき、その上に検査ワークＳＰｓや校正サンプルＳＰｒを載置するようにしておいても構わない。このようにすれば、ダークサンプルを着脱する手間を不要になる。予め固定しておいてもよい。ダークサンプルの上に検査サンプルや校正サンプルが置かれることとなる。その他、ダークサンプルはどこにあってもよい。
また、図２４、図２５に示すように、ヘッド４は１つである必要はなく、複数でも構わない。複数の場合は、ヘッド４を固定式にすることによって、より大幅なコスト削減と測定時間の短縮を図れる。なお、図２４は面状にヘッド４を配してエリアを測定できる例であり、図２５は、ライン状にヘッド４を配するとともに、検査ワークＳＰｓを前記ライン方向と直角方向に移動させて走査する例を示している。このように、検査ワークが流れていく太陽電池や液晶用のフラットパネルの場合、ヘッドを移動させている時間がないので、固定式のものが特に好ましい。
図２６に示すように、ヘッドを水平２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）方向に移動可能にしてもよいし、さらにＺ方向を加えて３軸方向に移動可能に構成してもよい。
さらに、反射率算出部を必ずしも設ける必要はなく、例えば各出力値に基づいてオペレータや計測者が人手による計算によって光反射率を求めるようにしてもよい。
加えて、前記実施形態では、各波長の光について光反射率を測定するために、光検出器２に分光機能を具備させていたが、光源側に分光手段を設けてもよい。また、単一波長の光や、単に光全体についての反射率を測定するのであれば、光検出器に分光手段は不要であるし、センサ素子も１つで構わない。また、干渉膜厚計のみならず、光反射率測定装置に本発明を適用してもよい。
その他、本発明は前記実施形態等に限られることなく、その趣旨を逸脱しない範囲での種々の変形が可能である。
１００・・・干渉膜厚計
４・・・ヘッド
２・・・光検出器
５・・・反射率算出部
８・・・内部反射機構
３・・・ビームスプリッタ
ＳＰｂ・・・ダークサンプル
ＳＰｒ・・・校正サンプル
ＳＰｓ・・・検査ワーク

Claims (6)

  1. 下記（１）〜（４）に示すヘッド、光検出器、内部反射機構、及び反射率算出部を具備したことを特徴とする干渉膜厚計。
    （１）前記ヘッドは、測定光を対象物に向かって射出するとともに該測定光を照射された前記対象物からの反射光を導入するためのものである。
    （２）前記光検出器は、受光した光の強度を検出するものであり、その受光部は前記ヘッド内に導入された前記反射光が到達する位置に配置されている。
    （３）前記内部反射機構は、前記ヘッド内における前記測定光の一部が到達する位置であって当該内部反射機構で反射した光が前記光検出器の受光部に到達する位置に配置された、光反射率が一定のものである。
    （４）前記反射率算出部は、
    光検出器の出力値変動が実質的に無視できる期間である従計測期間内において、光が実質的に導入されていない状態での光検出器の出力値である第１出力値と、光を実質的に反射しないダークサンプルを対象物として用いたときの前記光検出器の出力値である第２出力値と、光反射率が既知の校正サンプルを対象物として用いたときの前記光検出器の出力値である第３出力値と、を計測するとともに、
    前記従計測期間以外の期間であって光検出器の出力値変動が実質的に無視できる期間である主計測期間内において、光が実質的に導入されていない状態での光検出器の出力値である第４出力値と、前記ダークサンプルを対象物として用いたときの前記光検出器の出力値である第５出力値と、測定対象である検査ワークを対象物として用いたときの前記光検出器の出力値である第６出力値とを計測し、
    これら第１〜第６出力値に基づいて、前記検査ワークの光反射率を算出するものである。
  2. 下記（１）〜（４）に示すヘッド、光検出器、内部反射機構、及び反射率算出部を具備したことを特徴とする干渉膜厚計。
    （１）前記ヘッドは、測定光を対象物に向かって射出するとともに該測定光を照射された前記対象物からの反射光を導入するためのものである。
    （２）前記光検出器は、受光した光の強度を検出するものであり、その受光部は前記ヘッド内に導入された前記反射光が到達する位置に配置されている。
    （３）前記内部反射機構は、前記ヘッド内における前記測定光の一部が到達する位置であって当該内部反射機構で反射した光が前記光検出器の受光部に到達する位置に配置された、光反射率を２値に変更可能なものである。
    （４）前記反射率算出部は、
    光検出器の出力値変動が実質的に無視できる期間である従計測期間内において、以下に示すａ又はｂいずれか一方の動作を行って後述する第１〜第３出力値を計測するとともに、前記従計測期間以外の期間であって光検出器の出力値変動が実質的に無視できる期間である主計測期間内において、以下に示すｃ又はｄいずれか一方の動作を行って後述する第４〜第６出力値を計測し、これら第１〜第６出力値に基づいて、前記検査ワークの光反射率を算出するものである。
    ａ．光を実質的に反射しないダークサンプルを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率を２値に変化させたときの前記光検出器のそれぞれの出力値である第１出力値及び第２出力値と、光反射率が既知の校正サンプルを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率をいずれか一方の値に設定したときの前記光検出器の出力値である第３出力値とを計測する。
    ｂ．光を実質的に反射しないダークサンプルを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率をいずれか一方の値に設定したときの前記光検出器の出力値である第１出力値と、光反射率が既知の校正サンプルを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率を２値に変化させたときの前記光検出器のそれぞれの出力値である第２出力値及び第３出力値とを計測する。
    ｃ．光を実質的に反射しないダークサンプルを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率を２値に変化させたときの前記光検出器のそれぞれの出力値である第４出力値及び第５出力値と、測定対象である検査ワークを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率をいずれか一方の値に設定したときの前記光検出器の出力値である第６出力値とを計測する。
    ｄ．光を実質的に反射しないダークサンプルを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率をいずれか一方の値に設定したときの前記光検出器の出力値である第４出力値と、測定対象である検査ワークを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率を２値に変化させたときの前記光検出器のそれぞれの出力値である第５出力値及び第６出力値とを計測する。
  3. 前記ヘッド本体内に配置したビームスプリッタをさらに具備し、該ビームスプリッタが、測定光の一部を反射して対象物に照射するとともに測定光の一部を透過させて前記内部反射機構に照射する一方、ヘッド内に導入された前記反射光を透過させて光検出器に導くとともに内部反射機構で反射した光を反射して光検出器に導くように配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の干渉膜厚計。
  4. 前記ダークサンプルが、測定光が照射される照射位置と照射されない退避位置との間で移動可能に又は着脱可能にヘッドに付帯させてある請求項１乃至３いずれか記載の干渉膜厚計。
  5. 測定光を対象物に向かって射出するとともに該測定光を照射された前記対象物からの反射光を導入するヘッドと、前記ヘッド内に導入された前記反射光が到達する位置に配置された光検出器と、前記ヘッド内における前記測定光の一部が到達する位置であって当該内部反射機構で反射した光が前記光検出器の受光部に到達する位置に配置された、光反射率を２値に変更可能な内部反射機構とを設けたうえで、
    光検出器の出力値変動が実質的に無視できる期間である従計測期間内において、光が実質的に導入されていない状態での光検出器の出力値である第１出力値と、光を実質的に反射しないダークサンプルを対象物として用いたときの前記光検出器の出力値である第２出力値と、光反射率が既知の校正サンプルを対象物として用いたときの前記光検出器の出力値である第３出力値と、を計測するとともに、
    前記従計測期間以外の期間であって光検出器の出力値変動が実質的に無視できる期間である主計測期間内において、光が実質的に導入されていない状態での光検出器の出力値である第４出力値と、前記ダークサンプルを対象物として用いたときの前記光検出器の出力値である第５出力値と、測定対象である検査ワークを対象物として用いたときの前記光検出器の出力値である第６出力値とを計測し、
    これら第１〜第６出力値に基づいて、前記検査ワークの光反射率を算出することを特徴とする反射率測定方法。
  6. 測定光を対象物に向かって射出するとともに該測定光を照射された前記対象物からの反射光を導入するヘッドと、前記ヘッド内に導入された前記反射光が到達する位置に配置された光検出器と、前記ヘッド内における前記測定光の一部が到達する位置であって当該内部反射機構で反射した光が前記光検出器の受光部に到達する位置に配置された、光反射率を２値に変更可能な内部反射機構とを設けたうえで、
    光検出器の出力値変動が実質的に無視できる期間である従計測期間内において、以下に示すａ又はｂいずれか一方の動作を行って後述する第１〜第３出力値を計測するとともに、
    前記従計測期間以外の期間であって光検出器の出力値変動が実質的に無視できる期間である主計測期間内において、以下に示すｃ又はｄいずれか一方の動作を行って後述する第４〜第６出力値を計測し、
    これら第１〜第６出力値に基づいて、前記検査ワークの光反射率を算出することを特徴とする反射率測定方法。
    ａ．光を実質的に反射しないダークサンプルを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率を２値に変化させたときの前記光検出器のそれぞれの出力値である第１出力値及び第２出力値と、光反射率が既知の校正サンプルを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率をいずれか一方の値に設定したときの前記光検出器の出力値である第３出力値とを計測する。
    ｂ．光を実質的に反射しないダークサンプルを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率をいずれか一方の値に設定したときの前記光検出器の出力値である第１出力値と、光反射率が既知の校正サンプルを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率を２値に変化させたときの前記光検出器のそれぞれの出力値である第２出力値及び第３出力値とを計測する。
    ｃ．光を実質的に反射しないダークサンプルを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率を２値に変化させたときの前記光検出器のそれぞれの出力値である第４出力値及び第５出力値と、測定対象である検査ワークを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率をいずれか一方の値に設定したときの前記光検出器の出力値である第６出力値とを計測する。
    ｄ．光を実質的に反射しないダークサンプルを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率をいずれか一方の値に設定したときの前記光検出器の出力値である第４出力値と、測定対象である検査ワークを対象物として用い、かつ前記内部反射機構の光反射率を２値に変化させたときの前記光検出器のそれぞれの出力値である第５出力値及び第６出力値とを計測する。
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