JP2013190224A - Thickness measurement device and thickness measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、厚さ測定装置及び厚さ測定方法に関する。 The present invention relates to a thickness measuring apparatus and a thickness measuring method.
近年、有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子や太陽電池等に代表される大面積の電子デバイスの需要が拡大している。
かかる電子デバイスは、基材上に機能性薄膜が複数積層された多層膜を備えているが、各層の厚さは、発光効率や受光効率等、電子デバイスの性能を大きく左右すると共に、物理的強度、ガスバリア性、接着性等の性質にも影響を与えるため、多層膜の品質管理を行なうために各層の厚さを測定することは重要である。
In recent years, the demand for large-area electronic devices typified by organic electroluminescence (EL) elements and solar cells has been increasing.
Such an electronic device includes a multilayer film in which a plurality of functional thin films are laminated on a base material. The thickness of each layer greatly affects the performance of the electronic device, such as light emission efficiency and light reception efficiency, and is physically Since it also affects properties such as strength, gas barrier properties, and adhesiveness, it is important to measure the thickness of each layer in order to control the quality of the multilayer film.
従来より、厚さ測定方法として様々な手法が知られている。
例えば、特許文献1には、カラーカメラを使って予め用意したマスターデータと比較して厚さを算出する方法が開示されている。
しかしながら、上記特許文献1の方法は、単層膜の膜厚測定には適した手法であるが、多層膜に適用した場合、膨大なマスターデータ或いは予測値を準備する必要があるのに加え比較演算量も多く、多層膜の厚さ測定には好ましくない。
そこで、多層膜の厚さ測定方法として、例えば、特許文献2には、レーザー顕微鏡を用い、対物レンズと試料との距離を変化させていくときの光出力変化を元に各層の厚さを推定する方法が開示されている。
Conventionally, various methods are known as thickness measuring methods.
For example, Patent Document 1 discloses a method of calculating a thickness by comparing with master data prepared in advance using a color camera.
However, the method disclosed in Patent Document 1 is a method suitable for measuring the thickness of a single layer film. However, when applied to a multilayer film, it is necessary to prepare enormous master data or predicted values, and in addition to the comparison, The amount of calculation is large, which is not preferable for measuring the thickness of the multilayer film.
Therefore, as a method for measuring the thickness of the multilayer film, for example, Patent Document 2 uses a laser microscope to estimate the thickness of each layer based on the change in light output when the distance between the objective lens and the sample is changed. A method is disclosed.
しかしながら、上記特許文献2の方法は、ナノオーダーの分解能が必要な場合、対物レンズの移動のステップ数増大による情報量の増大のため高速な処理ができず、また、分解能を保証する対物レンズの移動精度を得るのが困難であった。即ち、上記特許文献2の方法では、高速且つ高精度な測定が行えないという問題があった。 However, in the method of Patent Document 2, when nano-order resolution is required, high-speed processing cannot be performed due to an increase in the amount of information due to an increase in the number of steps of movement of the objective lens. It was difficult to obtain movement accuracy. That is, the method of Patent Document 2 has a problem that high-speed and high-precision measurement cannot be performed.
本発明の課題は、高速且つ高精度に多層膜の厚さ測定を行うことのできる厚さ測定装置及び厚さ測定方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a thickness measuring apparatus and a thickness measuring method capable of measuring the thickness of a multilayer film at high speed and with high accuracy.
前記の課題を解決するために、
請求項1に記載の発明は、
搬送される基材上に形成される多層膜の厚さを測定する厚さ測定装置であって、
前記多層膜の各層が形成される毎に、当該形成された層に対して光を照射して、前記形成された層の画像データを取得する画像データ取得手段と、
前記画像データ取得手段で画像データを取得する際に、当該画像データを取得した層を識別する識別情報を取得する識別情報取得手段と、
前記画像データ取得手段で取得した画像データより各層の厚さを算出する算出手段と、
前記算出手段により算出した各層の厚さを、前記識別情報取得手段により取得した識別情報と対応付けて記憶する記憶手段と、
を備え、
前記算出手段は、
前記基材上の1層目の第一層の画像データを、予め記憶された基準データと比較して前記第一層の厚さを算出し、
前記第一層上に順次形成される2層目以降の各層の厚さを算出する場合、前記2層目以降の各層の画像データと、下層の厚さに関するデータを所定の理論式に当てはめることで作成されたシュミレーションデータとを比較して前記2層目以降の各層の厚さを算出し、
前記画像データ取得手段は、
前記2層目以降の各層の画像データを取得する場合、1つ下層の識別情報を参照して位置合わせを行うことを特徴とする。
In order to solve the above problems,
The invention described in claim 1
A thickness measuring device for measuring the thickness of a multilayer film formed on a substrate to be conveyed,
Image data acquisition means for acquiring image data of the formed layer by irradiating the formed layer with light each time each layer of the multilayer film is formed;
When acquiring the image data by the image data acquisition means, identification information acquisition means for acquiring identification information for identifying the layer from which the image data was acquired;
Calculation means for calculating the thickness of each layer from the image data acquired by the image data acquisition means;
Storage means for storing the thickness of each layer calculated by the calculation means in association with the identification information acquired by the identification information acquisition means;
With
The calculating means includes
The first layer image data on the base material is compared with reference data stored in advance to calculate the thickness of the first layer,
When calculating the thickness of each of the second and subsequent layers sequentially formed on the first layer, the image data of each of the second and subsequent layers and the data relating to the thickness of the lower layer are applied to a predetermined theoretical formula. In comparison with the simulation data created in step 1, calculate the thickness of each layer after the second layer,
The image data acquisition means includes
When the image data of each layer after the second layer is acquired, alignment is performed with reference to the identification information of the lower layer.
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の厚さ測定装置において、
前記算出手段は、
前記第一膜上に順次形成される2層目以降の各層の厚さを算出する場合、前記2層目以降の各層の画像データと、前記シュミレーションデータとを比較して、その差が最も少ない値を厚さとして算出することを特徴とする。
Further, the invention according to claim 2 is the thickness measuring device according to claim 1,
The calculating means includes
When calculating the thicknesses of the second and subsequent layers sequentially formed on the first film, the image data of the second and subsequent layers is compared with the simulation data, and the difference is the smallest. The value is calculated as the thickness.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の厚さ測定装置において、
前記画像データ取得手段は、
前記多層膜の各層が形成される毎に、当該形成された層に対して、前記基材の搬送方向と直交する直交方向に沿ってライン状に光を照射するライン状光源と、
前記ライン状光源により光の照射された層からの透過光又は反射光を受光するラインCCDカメラと、を備え、
前記算出手段により算出した各層の厚さは、直交方向に沿った厚さ分布データで示されることを特徴とする。
Further, the invention according to claim 3 is the thickness measuring device according to claim 1 or 2,
The image data acquisition means includes
Each time the layers of the multilayer film are formed, a linear light source that irradiates light in a line along the orthogonal direction orthogonal to the transport direction of the base material, with respect to the formed layer;
A line CCD camera that receives transmitted light or reflected light from a layer irradiated with light by the line light source, and
The thickness of each layer calculated by the calculating means is indicated by thickness distribution data along the orthogonal direction.
また、請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の厚さ測定装置において、
前記基材を、ロール・ツー・ロール方式により搬送する搬送手段を備えることを特徴とする。
Moreover, invention of Claim 4 is the thickness measuring apparatus as described in any one of Claims 1-3,
It has a conveyance means which conveys the said base material by a roll-to-roll system, It is characterized by the above-mentioned.
また、請求項5に記載の発明は、
請求項1〜4の何れか一項に記載の厚さ測定装置を用いた厚さ測定方法であって、
前記基材上に1層目の第一層が形成された場合に、前記画像データ取得手段により前記第一層の画像データを取得すると共に、前記識別情報取得手段により前記第一層の識別情報を取得する第1取得工程と、
前記第1取得工程により取得した前記第一層の画像データを、予め記憶された基準データと比較して前記第一層の厚さを算出する第1算出工程と、
前記第1算出工程により算出した前記第一層の厚さを、前記識別情報取得手段により取得した前記第一層の識別情報と対応付けて前記記憶手段に記憶する第1記憶工程と、
前記第一層上に2層目の第二層が形成された場合に、前記画像データ取得手段により前記第二層の画像データを取得すると共に、前記識別情報取得手段により前記第二層の識別情報を取得する第2取得工程と、
前記第2取得工程により取得した前記第二層の画像データを、前記記憶手段に記憶された厚さに関するデータを所定の理論式に当てはめることで作成されたシュミレーションデータと比較して前記第二層の厚さを算出する第2算出工程と、
前記第2算出工程により算出した前記第二層の厚さを、前記識別情報取得手段により取得した前記第二層の識別情報とともに記憶する第2記憶工程と、
を有することを特徴とする。
The invention according to claim 5
A thickness measuring method using the thickness measuring device according to any one of claims 1 to 4,
When the first layer of the first layer is formed on the substrate, the image data acquisition unit acquires the image data of the first layer, and the identification information acquisition unit acquires the identification information of the first layer. A first acquisition step of acquiring
A first calculation step of calculating the thickness of the first layer by comparing the image data of the first layer acquired by the first acquisition step with reference data stored in advance;
A first storage step of storing the thickness of the first layer calculated in the first calculation step in the storage unit in association with the identification information of the first layer acquired by the identification information acquisition unit;
When the second layer of the second layer is formed on the first layer, the image data acquisition unit acquires the image data of the second layer, and the identification information acquisition unit identifies the second layer. A second acquisition step of acquiring information;
The second layer image data acquired in the second acquisition step is compared with simulation data created by applying data relating to the thickness stored in the storage means to a predetermined theoretical formula. A second calculation step of calculating the thickness of
A second storage step of storing the thickness of the second layer calculated by the second calculation step together with the identification information of the second layer acquired by the identification information acquisition unit;
It is characterized by having.
また、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の厚さ測定方法において、
前記第2算出工程は、
前記第二層の画像データと、前記シュミレーションデータとを比較して、その差が最も少ない値を厚さとして算出することを特徴とする。
The invention described in claim 6 is the thickness measuring method according to claim 5,
The second calculation step includes
The image data of the second layer and the simulation data are compared, and a value with the smallest difference is calculated as the thickness.
また、請求項7に記載の発明は、請求項5又は6に記載の厚さ測定方法において、
前記第1算出工程及び第2算出工程により算出した各層の厚さは、前記基材の搬送方向と直交する直交方向に沿った厚さ分布データで示されることを特徴とする。
The invention described in claim 7 is the thickness measuring method according to claim 5 or 6,
The thickness of each layer calculated by the first calculation step and the second calculation step is indicated by thickness distribution data along an orthogonal direction orthogonal to the transport direction of the base material.
また、請求項8に記載の発明は、請求項5〜7の何れか一項に記載の厚さ測定方法において、
前記基材を、ロール・ツー・ロール方式により搬送することを特徴とする。
Moreover, invention of Claim 8 is the thickness measuring method as described in any one of Claims 5-7,
The substrate is conveyed by a roll-to-roll method.
本発明によれば、搬送される基材上に形成される多層膜の膜厚測定において、基材上の第一層の厚さを算出する場合、第一層の画像データを、予め記憶された基準データと比較して厚さを算出し、第一層上に順次形成される2層目以降の各層の厚さを算出する場合、2層目以降の各層の画像データを、下層の厚さを所定の理論式に当てはめることで作成されるシュミレーションデータと比較して厚さを算出する。
また、2層目以降の各層の画像データを取得する場合、1つ下層の位置情報を参照して位置合わせを行う。
このため、高速且つ高精度に多層膜の厚さ測定を行うことができる。
According to the present invention, when calculating the thickness of the first layer on the base material in the film thickness measurement of the multilayer film formed on the transported base material, the image data of the first layer is stored in advance. When calculating the thickness in comparison with the reference data obtained, and calculating the thickness of each of the second and subsequent layers that are sequentially formed on the first layer, the image data of each of the second and subsequent layers is converted to the thickness of the lower layer. The thickness is calculated by comparing with simulation data created by applying the above to a predetermined theoretical formula.
Further, when acquiring image data of each layer after the second layer, alignment is performed with reference to the position information of the lower layer.
Therefore, the thickness of the multilayer film can be measured at high speed and with high accuracy.
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<厚さ測定装置>
先ず、本発明の実施形態に係る厚さ測定装置100について説明する。
厚さ測定装置100は、図1に示すように、基材Kをロール・ツー・ロール方式により連続搬送している過程において、図示しない成膜部により基材K上に形成される多層膜10の厚さを測定する装置である。
具体的に、厚さ測定装置100は、基材K上に多層膜10を構成する各層が形成される毎に、後述する厚さ測定処理を実行してその各層の物理層厚を算出し、最終的に多層膜10の膜厚を測定することが可能となっている。
なお、以下の説明において、基材Kの幅方向(基材Kの搬送方向と直交する方向)をX方向とし、基材Kの搬送方向をY方向とする。
<Thickness measuring device>
First, the
As shown in FIG. 1, the
Specifically, the
In the following description, the width direction of the base material K (the direction orthogonal to the transport direction of the base material K) is the X direction, and the transport direction of the base material K is the Y direction.
ここで、厚さ測定装置100の測定対象である多層膜10について説明する。
多層膜10は、図2に示すように、長尺な基材Kの長手方向(Y方向)に延在した平面視略長方形状をなしており、基材K上に幅方向(X方向)において2列で、かつ、長手方向に沿って複数所定間隔で設けられている。
多層膜10とは、例えば、有機エレクトロルミネッセンスパネルや有機薄膜太陽電池などの電子デバイスに備えられるものであって、図3に示すように、基材K上に、複数の薄膜(第一層101〜第N層10N)が積層された構成である。
なお、以下の説明において、基材K上に形成される1層目の膜を第一層101とし、第一層上に形成される2層目の膜を第二層102とし、これ以降も同様に、基材Kに近い方から数えてN層目の膜を第N層10Nとする。
多層膜を構成する各層(第一層101〜第N層10N)は、基材Kが搬送方向(Y方向)に沿ってロール・ツー・ロール方式により連続搬送される過程において、図示しない成膜部による塗布、蒸着、またはスパッタリング等の方法により基材K上に成膜・積層される。
Here, the
As shown in FIG. 2, the
The
In the following description, the first layer of the film formed on a substrate K and the first layer 10 1, a second layer of the film formed on the first layer and the
Each layer (the
基材Kとしては、例えば、樹脂フィルム、ガラス等であって、特に、可撓性を有する長尺な材料が用いられる。
図2に示すように、この基材K上の幅方向一端部には、アライメントマーク11が設けられ、他端部には、バーコード12が設けられている。
アライメントマーク11及びバーコード12は、何れも、搬送方向(Y方向)に沿って所定間隔毎に設けられ、基材Kの幅方向(X方向)に並んだ2つの多層膜10、10に対して一つずつ対応している。
アライメントマーク11は、厚さ測定装置100による膜厚測定時に、1つのバーコード12にて付与されるID毎に保存される画像データ領域を把握するために設けられたものである。アライメントマーク11は、基材KのX方向に並んだ2つの多層膜10、10の撮像時に、同時にラインCCDカメラ42(後述)にて撮像される。
また、バーコード12は、厚さ測定装置100による測定時に、基材KのX方向に並んだ2つの多層膜10、10を一組として、各組を識別するIDを付与するために設けられたものである。バーコード12は、バーコードリーダー52(後述)にて読み取られる。
As the base material K, for example, a resin film, glass or the like, in particular, a long material having flexibility is used.
As shown in FIG. 2, an
Both the
The
Further, the
厚さ測定装置100は、図4に示すように、基材Kを連続搬送する搬送部20と、搬送部20を駆動する搬送制御部30と、基材K上に形成された膜に対して光を照射して画像データを取得する画像データ取得部40と、画像取得用のインターフェース43と、画像データ取得部40で画像データを取得した膜のIDを取得するID情報取得部50と、機器制御部60と、厚さ測定装置100の動作を統括的に制御する制御部70と、表示部80と、データベース90等を備えている。
As shown in FIG. 4, the
搬送部(搬送手段)20は、例えば、搬送方向の上流側に配置された繰出ロール21と、搬送方向の下流側に配置された巻取ロール22とを有し、基材Kを繰出ロール21から繰り出して常時一定速度にて搬送し、巻取ロール22にて巻き取る構成となっている。
なお、本実施形態においては、搬送部20は、基材K上に膜を一層形成する度に基材Kを繰出ロール21から巻き出して巻取ロール22にて巻き取るようになっている。つまり、基材K上の薄膜に更に膜を積層する場合には、再度、基材Kを繰出ロール21から巻き出すこととなる。
The transport unit (transport means) 20 includes, for example, a feeding
In the present embodiment, the
また、繰出ロール21と及び巻取ロール22の間には、搬送された基材Kを表面で支持するガイドロール23が設けられている。
搬送された基材Kは、ガイドロール23の表面で支持されることで、平滑性が維持された状態となっている。
Further, a
The conveyed base material K is in a state in which smoothness is maintained by being supported by the surface of the
また、繰出ロール21には、カップリング等を介してロータリーエンコーダー24が接続されている。ロータリーエンコーダー24は繰出ロール21の回転に同期してパルスを発生する。搬送部20においては、基材Kと繰出ロール21の間に滑りがなく、機構的な精度が確保されているため、ロータリーエンコーダー24のパルスは基材Kの搬送と同期している。
Further, a
搬送制御部(搬送手段)30は、図示しないモーターを備え、制御部70の制御によって、モーターを駆動して繰出ロール21、巻取ロール22、及びガイドロール23を回転駆動させる。
The conveyance control unit (conveying means) 30 includes a motor (not shown), and drives the motor to rotate the feeding
画像データ取得部(画像データ取得手段)40は、基材Kの幅方向(X方向)に沿って、基材Kの幅全体に亘ってライン状に光を照射するライン状の光源41と、光源41により光の照射された膜からの透過光を受光するラインCCDカメラ42と、を備えている。
この画像データ取得部40は、多層膜10を構成する各層毎に画像データを得るものである。
The image data acquisition unit (image data acquisition means) 40 includes a linear
The image
光源41は、繰出ロール21とガイドロール23との間で基材Kの下方に配置され、所定波長の照射光を基材Kに対して照射する。
光源41からの照射光は、常時、所定位置にライン状に照射されるようになっており、基材Kに形成された膜は、その所定位置を通る際に光が照射される。
The
Irradiation light from the
ラインCCDカメラ42は、基材Kの上方において、当該基材Kを挟んで光源41と対向する位置に設けられ、光源41より光の照射された膜からの透過光に基づき、基材Kの幅方向(X方向)に並んだ2つの多層膜10、10を撮像して画像データを取得し、制御部70に出力する。
ラインCCDカメラ42としては、R、G、B専用のCCD素子が平行に配置され、R信号、G信号、B信号の3原色信号を出力するカラーラインCCDカメラが用いられる。 従って、ラインCCDカメラ42は、基材K上の膜からの透過光の光強度分布に応じたR、G、Bの3種類の画像データを出力する。出力された画像データは、後述する制御部70において、厚さ算出処理に用いられることとなる。
The
As the
具体的に、ラインCCDカメラ42は、ロータリーエンコーダー24から発信されるパルスのカウント値が所定値に達したときに機器制御部60から送信されるタイミング信号に基づいて、所定寸法の撮像エリアの画像データの取得を開始する。かかる画像データの取得は、ロータリーエンコーダー24から発信されるパルスのカウント値に応じて、所定距離に対応するライン数分、行われる。
Specifically, the
このときラインCCDカメラ42は、アライメントマーク11も同時に撮像している。
アライメントマーク11は、取得した画像データのうちの、保存する画像データ領域(以下、「保存画像データ領域」という)を認識するために利用される。
具体的には、図5に示すように、ラインCCDカメラ42が、アライメントマーク11を含む撮像エリアを撮像すると、制御部70の制御に基づき、アライメントマーク11の重心位置が求められ、その重心位置を0点として予め設定された複数の点(0,0)〜(XW,YL)からなる領域が保存画像データ領域として求められる。各保存画像データ領域には、バーコード12によってIDが付与される。そして、各ID毎に、各点(0,0)〜(XW,YL)に対応する画像データが一時メモリー734に保存されるようになっている。
また、図6に示すように、保存画像データ領域のうちの所定領域が、厚さを算出する際に用いる計算領域として用いられる。保存画像データ領域が一時メモリー734に保存された後、計算領域のみを抽出した画像データが新たに作成され、一時メモリー734に保存される。
At this time, the
The
Specifically, as illustrated in FIG. 5, when the
Also, as shown in FIG. 6, a predetermined area of the stored image data area is used as a calculation area used when calculating the thickness. After the saved image data area is saved in the
また、ラインCCDカメラ42には、画像取得用のインターフェース43が備えられている。インターフェース43は、制御部70に対して取得した画像データの送信を行う。
Further, the
ID情報取得部(識別情報取得手段)50は、バーコード12によって反射された光を検出して検知信号を得るための光電センサー51と、バーコード12を読み取るバーコードリーダー52と等を備えている。
The ID information acquisition unit (identification information acquisition means) 50 includes a
光電センサー51は、投光部及び受光部(何れも図示省略)を備えて構成され、投光部から可視光線や赤外線などの光を出射し、受光部によりバーコード12によって反射された光を検出して検知信号を出力する。
この光電センサー51から出力された検知信号をトリガー信号として、ロータリーエンコーダー24から発信されるパルスのカウントが開始される。
The
The count of pulses transmitted from the
バーコードリーダー52は、ロータリーエンコーダー24から発信されるパルスのカウント値が、所定値に達したときに機器制御部60から送信されるタイミング信号に基づいてバーコード12の読取りを開始し、IDを取得する。
バーコード12は、基材K上のX方向に並んだ2つの多層膜10、10毎に設けられ、バーコード12により付与されるIDは、この一組の多層膜10、10のそれぞれを識別するための識別情報として利用される。
即ち、IDは、画像データ取得部40により取得された画像データ(保存画像データ領域、計算領域)や、後述の厚さ算出処理により算出される厚さと対応づけられて一時メモリー734に記憶される。
The
The
That is, the ID is stored in the
機器制御部60は、シーケンサーを備え、ロータリーエンコーダー24のパルスのカウント、バーコードリーダー52によるバーコード12の読み取りを開始するためのタイミング信号の生成、ラインCCDカメラ42による画像データ取得を開始するためのタイミング信号の生成、光源41の光量制御などを実現する。
The
制御部70は、CPU(Central Processing Unit)71、RAM(Random Access Memory)72、記憶部73等を備えて構成される。
The
CPU71は、記憶部73に格納された処理プログラム等を読み出して、RAM72に展開して実行することにより、厚さ測定装置100全体の制御を行う。
The
RAM72は、CPU71により実行された処理プログラム等を、RAM72内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。
The
記憶部73は、例えば、プログラムやデータ等を記憶する記録媒体(図示省略)を有しており、この記録媒体は、半導体メモリー等で構成されている。
また、記憶部73は、CPU71が厚さ測定装置100全体を制御する機能を実現させるための各種データ、各種処理プログラム、これらプログラムの実行により処理されたデータ等を記憶する。
具体的には、記憶部73には、取得プログラム731、算出プログラム732、記憶プログラム733、一時メモリー(記憶手段)734等が格納されている。
The
Further, the
Specifically, the
取得プログラム731は、CPU71に、画像データ取得部40により画像データを取得させると共に、ID情報取得部50により画像データを取得した層を識別する識別情報(ID)を取得させる機能を実現させるプログラムである。
The
具体的に、CPU71は、取得プログラム731を実行することにより、ラインCCDカメラ42によりアライメントマーク11を含む撮像エリアを撮像して上述した画像データ(保存画像データ領域及び計算領域)を求めると共に、バーコードリーダー52によりバーコード12を読み取って、当該画像データを取得した層を識別するための識別情報(ID)を取得する。
Specifically, the
また、CPU71は、取得プログラム731を実行することにより、2層目以降の各層102〜10Nの画像データを取得する場合、後述する一時メモリー734に記憶された1つ下層101〜10N−1の識別情報を参照し、位置合わせを行うようになっている。
例えば、第二層102の光学データを取得する場合には、CPU71は、そのとき一時メモリー734に記憶されている第一層101の識別情報を参照し、第一層101と同一位置で画像データの測定がなされるよう制御している。
When the
For example, when acquiring the optical data of the
CPU71は、かかる取得プログラム731を実行することにより、画像データ取得部40と共に画像データ取得手段として機能している。
また、CPU71は、かかる取得プログラム731を実行することにより、ID情報取得部50と共に識別情報取得手段として機能している。
The
Further, the
算出プログラム732は、CPU71に、上記取得プログラム731の実行により取得した画像データを用いて、各層の厚さを算出する機能を実現させるプログラムである。
The
具体的に、基材K上の第一層101の厚さを算出する場合、CPU71は、算出プログラム732を実行することにより、第一層101の画像データを、予め記憶された基準データと比較して厚さを算出する。
この基準データとは、基材K及び第一層101の複素屈折率やCCD受光スペクトル及び光源の発光スペクトルを元にユーザにより予め作成されて記憶されたものである。
Specifically, when calculating the
And the reference data, which has been formed and stored in advance by the user based on the emission spectrum of the complex refractive index of the substrate K and the
また、第一層101上に順次形成される2層目以降の各層102〜10Nの厚さを算出する場合、CPU71は、算出プログラム732を実行することにより、一時メモリー734に記憶されている下層101〜10N−1の計算領域を参照し、2層目以降の各層102〜10Nの画像データと、当該下層101〜10N−1の厚さに関するデータを下記の所定の理論式に当てはめることで作成されるシュミレーションデータとを比較して、各層の厚さを算出する。
Also, when calculating the thickness of the
ここで、2層目以降の各層102〜10Nの厚さを算出するために作成されるシュミレーションデータの作成方法について説明する。
Here, a method of creating simulation data created for calculating the thickness of each of the second and
各層102〜10Nの厚さをパラメータとするN層の多層膜10におけるエネルギー透過率の理論式は、多層膜10の表面に対して入射角が垂直(90度)であるとして、下式(1)に示す振幅反射率の式、および下式(2)〜(6)により与えられる。
The theoretical formula of energy transmittance in the N-
ここで、式(1)におけるtは、式(2)で表され、また、式(2)に示すパラメータm11、m12、m21、m22は、式(3)で与えられる全N層での特性行列Mの各要素であり、Mi(iは、1、2、・・・のように1から順にNまで1ずつ増える整数)の総積によって与えられ、第i層の特性行列Miは、式(4)で与えられる。式(4)に示すδiは、式(5)により表されるものであり、式(4)に示すPSiは、式(6)により表されるものである。また、niは複素屈折率、diは、第i層の物理層厚であり、λは、エネルギー透過率を求める波長が代入される。 Here, t in the formula (1) is expressed by the formula (2), and parameters m 11 , m 12 , m 21 , and m 22 shown in the formula (2) are all N given by the formula (3). Each element of the characteristic matrix M in the layer, which is given by the total product of M i (i is an integer that increases by 1 from 1 to 1, as in 1, 2,...) The matrix M i is given by equation (4). Δ i shown in Formula (4) is represented by Formula (5), and P Si shown in Formula (4) is represented by Formula (6). Further, n i is the complex refractive index, d i is the physical layer thickness of the i layer, lambda is the wavelength for obtaining the energy transmission is assigned.
そこで、これらの式(1)〜式(6)を用い、算出しようとする最上層以外を固定値とし、使用する3色の波長ごとに、最上層の層厚値を変えていったときのエネルギー透過率、並びにエネルギー反射率をシュミレーションデータとして生成することができる。 Therefore, when these equations (1) to (6) are used, the values other than the uppermost layer to be calculated are fixed values, and the layer thickness value of the uppermost layer is changed for each wavelength of the three colors to be used. The energy transmittance as well as the energy reflectance can be generated as simulation data.
図7は、第二層102の実測した光学データの一例であり、図8は、第二層102の層厚算出のために作成されたシュミレーションデータの一例である。
なお、図7、8において、縦軸はエネルギー透過率(%)、横軸は層厚(nm)である。また、破線、実線、一点鎖線は、それぞれR、B、Gを示す。
Figure 7 is an example of an optical data measured in the
7 and 8, the vertical axis represents energy transmittance (%), and the horizontal axis represents layer thickness (nm). A broken line, a solid line, and an alternate long and short dash line indicate R, B, and G, respectively.
また、図9は、実測データと、シュミレーションデータとを重ね合わせた(比較した)フィッティングデータの一例である。
図9に示すように、実測データとシュミレーションデータとで、R、B、Gの各値の差が最も少ないところ(図9では、140nm)が層厚として算出される。
なお、算出された層厚は、位置情報と対応づけられて一時メモリー734及びデータベース90に記憶される。
FIG. 9 is an example of fitting data obtained by superimposing (comparing) actual measurement data and simulation data.
As shown in FIG. 9, the layer thickness where the difference between the R, B, and G values is the smallest between the measured data and the simulation data (140 nm in FIG. 9) is calculated as the layer thickness.
The calculated layer thickness is stored in the
なお、上記厚さ算出処理に用いる波長を複数の非連続的な波長に限定し、且つ比較対象となる層厚の範囲を所望の層厚を含んだ所定の範囲に制限することとしても良い。
また、測定の信頼性を上げるため、ノイズの少ない波長に重みづけをしたり、安定な工程である場合には極力層厚範囲を狭くするのが好ましい。
The wavelength used for the thickness calculation process may be limited to a plurality of discontinuous wavelengths, and the range of the layer thickness to be compared may be limited to a predetermined range including a desired layer thickness.
In order to increase the reliability of the measurement, it is preferable to weight the wavelength with less noise, or to narrow the layer thickness range as much as possible in a stable process.
CPU71は、かかる算出プログラム732を実行することで、算出手段として機能している。
The
記憶プログラム733は、CPU71に、上記算出プログラム732の実行により算出した層厚を、上記取得プログラム731の実行により取得した識別情報と対応付けて一時メモリー734に記憶させる機能を実現させるプログラムである。
The
具体的に、CPU71は、上記算出プログラム732の実行により、例えば第一層101の厚さが算出されると、この第一層101の厚さを識別情報と共に、一時メモリー734に格納する。
また、CPU71は、上記算出プログラム732の実行により、例えば第二層102の厚さが算出されると、既に一時メモリー734に格納された第一層101の厚さ及び識別情報と共に、第二層102の厚さを一時メモリー734に格納する。
Specifically,
Further,
CPU71は、かかる記憶プログラム733を実行することで、一時メモリー734と共に記憶手段として機能している。
The
一時メモリー(記憶手段)734は、厚さ測定処理において取得及び算出したデータを格納する。
この一時メモリー734には、厚さ測定対象ロットの全ての層の厚さ測定処置が終了するまで当該厚さ測定処置にて取得及び算出した全データが記憶され、ロットの変更に応じて当該データが上書き或いは消去されるようになっている。
The temporary memory (storage means) 734 stores data acquired and calculated in the thickness measurement process.
This
表示部80は、例えば、CRT(Cathode Ray Tube)やLCD(Liquid Crystal Display)等のモニタを備えて構成されており、制御部70から入力される表示信号の指示に従って、各種画面を表示する。
例えば、表示部80には、画像データやシュミレーションデータ、これらを比較するためのフィッティングデータ等が表示される。
The
For example, the
データベース90は、HDD(Hard Disk Drive)等により構成され、複数ロットの厚さ測定処理を実行した場合にも、当該複数ロットの厚さ測定処理にて取得及び算出した全データを保存可能な大容量のデータベースである。
即ち、データベース90には、一時メモリー734と同一なデータが格納されており、一時メモリー734ではロット変更時にデータが上書き或いは消去されるのに対し、データベース90ではロットが変更されてもデータが上書きや消去されることなく、蓄積されていく。
従って、例えばデータ破損時等、必要に応じてデータベース90を参照し、データの復元を行うことができる。
The
That is, the same data as the
Accordingly, the data can be restored by referring to the
<厚さ測定方法>
次に、本発明の実施形態に係る厚さ測定方法について図10のフローチャートを参照しつつ説明する。
なお、下記のフローチャートでは、基材Kに二層の膜(第一層101、第二層102)を形成する場合を例示して説明する。
また、厚さ測定方法の前提として、繰出ロール21、巻取ロール22、及びガイドロール23が回転して基材Kが搬送されており、また、光源41からの照射光は、常時ガイドロール23の所定位置に照射され、ラインCCDカメラ42は透過光を受光可能となっている。
<Thickness measurement method>
Next, a thickness measurement method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG.
In the following flowchart, a case where two layers of films (
Further, as a premise of the thickness measuring method, the feeding
先ず、基材K上に第一層101が形成されると、制御部70は、ラインCCDカメラ42により、第一層101の画像データを取得し、バーコードリーダー52により、第一層101の識別情報を取得する(第1取得工程:ステップS1)。
First, when the
次いで、制御部70は、第一層101の画像データを、予め記憶された基準データと比較して、第一層101の厚さを算出する(第1算出工程:ステップS2)。
Then, the
次いで、制御部70は、算出した第一層101の厚さを、第一層101の識別情報と対応づけて一時メモリー734に記憶する(第1記憶工程:ステップS3)。
Then, the
次いで、第一層101上に第二層12が形成されると、制御部70は、ラインCCDカメラ42により、第二層102の画像データを取得し、バーコードリーダー52により、第二層102の識別情報を取得する(第2取得工程:ステップS4)。
このとき、制御部70は、上記ステップS3において一時メモリー734に記憶した第一層101の識別情報を参照し、画像データ取得位置の位置合わせを行っている。
Then, when the
At this time, the
次いで、制御部70は、第二層102の画像データを、上記ステップS3において一時メモリー734に記憶した第一層101の厚さに関するデータを所定の理論式に当てはめることで作成されたシュミレーションデータと比較して、第二層102の厚さを算出する(第2算出工程:ステップS5)。
Then, the
次いで、ステップS6において、制御部70は、算出した第二層102の厚さを、第二層102の識別情報とともに一時メモリー734に記憶する(第2記憶工程)。
Then, in step S6, the
なお、上記のフローチャートでは、基材Kに二層の膜を形成する場合を例示して説明したが、三層以上の膜を形成する場合は、上記ステップS4〜ステップS6を繰り返すこととなる。即ち、三層以上の膜を形成する場合も同様にして、最表面の層の画像データを取得し、その時点で既に一時メモリー734に記憶されている下層の厚さに関するデータ及び識別情報を用いて、位置合わせを行いつつ当該最表面の層の厚さを算出していくこととなる。
In the above flowchart, the case where two layers of films are formed on the substrate K has been described as an example. However, when three or more layers of films are formed, the above steps S4 to S6 are repeated. That is, when forming a film of three or more layers, the image data of the outermost layer is acquired in the same manner, and the data and identification information regarding the thickness of the lower layer already stored in the
以上のように、本実施形態によれば、基材K上の第一層101の厚さを算出する場合、第一層101の画像データを、予め記憶された基準データと比較して厚さを算出し、第一層101上に順次形成される2層目以降の各層102〜10Nの厚さを算出する場合、2層目以降の各層102〜10Nの画像データを、下層101〜10N−1の厚さを所定の理論式に当てはめることで作成されるシュミレーションデータと比較してその差が最も少ない値を厚さとして算出する。
また、2層目以降の各層102〜10Nの画像データを取得する場合、1つ下層101〜10N−1の識別情報を参照して位置合わせを行う。
このため、高速且つ高精度に多層膜の厚さ測定を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, when calculating the
Also, when acquiring the image data of the second and subsequent layers each layer 10 2 to 10 N, performs alignment with reference to one identification information of the lower layer 10 1 to 10 N-1.
Therefore, the thickness of the multilayer film can be measured at high speed and with high accuracy.
また、本実施形態によれば、算出される各層毎の厚さの層厚データは、基材Kの幅方向に沿った厚さ分布データである。
このため、より高精度に多層膜の厚さ測定を行うことができる。
In addition, according to the present embodiment, the calculated layer thickness data for each layer is thickness distribution data along the width direction of the substrate K.
For this reason, the thickness of the multilayer film can be measured with higher accuracy.
また、本実施形態によれば、基材Kは、ロール・ツー・ロール方式により搬送される。
このため、より生産性の高い方式で生産される基材Kに対して、効率よく厚さ測定を行うことができる。
Moreover, according to this embodiment, the base material K is conveyed by a roll-to-roll system.
For this reason, it is possible to efficiently measure the thickness of the base material K produced by a more productive method.
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
以下に、本発明に係る厚さ測定装置の変形例について説明する。
The embodiments to which the present invention can be applied are not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
Below, the modification of the thickness measuring apparatus which concerns on this invention is demonstrated.
<変形例1>
変形例1の厚さ測定装置100Aは、図11に示すように、光源41は、ガイドロール23の上方に配置され、基材Kに対して光を照射し、ラインCCDカメラ42は、光源41より光の照射された膜からの反射光に基づき、基材Kの幅方向(X方向)に並んだ2つの多層膜10、10を撮像して画像データを取得し、制御部70に出力する構成となっている。
なお、光源41からの照射光は、常時、ガイドロール23の所定位置にライン状に照射されるようになっており、基材Kに形成された膜は、そのガイドロール23の所定位置を通る際に光が照射される。
また、搬送された基材Kがガイドロール23に支持された際に、画像データ取得部40により基材K上に形成された膜の画像データが取得されるようになっている。
<Modification 1>
As shown in FIG. 11, in the
In addition, the irradiation light from the
Further, when the transported base material K is supported by the
<変形例2>
変形例2の厚さ測定装置100Bは、図12に示すように、3つの光源41a〜21cと、3つの光源41a〜21cに対応する3つのモノクロラインCCDカメラ42a〜22cとが、設けられた構成である。
3つの光源41a〜21cからは、それぞれR、B、Gに対応する異なる波長の光が出射するようになっており、各モノクロラインCCDカメラ42は、R、B、Gに対応する画像データを取得することができる。
なお、3つのモノクロラインCCDカメラ42a〜22cのぞれぞれに、R、B、Gに対応するフィルタを設け、3つの光源41a〜21cからは同一波長の光が出射される構成としても良い。
<Modification 2>
As shown in FIG. 12, the
The three light sources 41a to 21c emit light of different wavelengths corresponding to R, B, and G, respectively, and each monochrome
A filter corresponding to R, B, and G may be provided in each of the three monochrome line CCD cameras 42a to 22c, and light having the same wavelength may be emitted from the three light sources 41a to 21c. .
上記変形例1及び変形例2の構成であっても、厚さ測定装置100と同様の画像データを取得することができ、厚さ測定装置100と同様の厚さ測定処理を実行することができる。
Even in the configurations of the first modification and the second modification, image data similar to that of the
なお、上記実施形態及び変形例1、2では、搬送部20は、膜を一層形成するごとに巻き取る構成であったが、繰出ロール21と及び巻取ロール22の間に、成膜部と、画像データ取得部40と、ID情報取得部50とを複数組備え、連続的に処理を行う構成としても良い。
In addition, in the said embodiment and the modifications 1 and 2, although the
100、100A、100B 厚さ測定装置
K 基材
10 多層膜
101〜10N 第一膜〜第N膜
11 アライメントマーク
12 バーコード
20 搬送部(搬送手段)
21 繰出ロール
22 巻取ロール
23 ガイドロール
24 ロータリーエンコーダー
30 搬送制御部(搬送手段)
40 画像データ取得部(画像データ取得手段)
41 光源
42 カメラ
43 インターフェース
50 ID情報取得部(識別情報取得手段)
51 光電センサー
52 バーコードリーダー
60 機器制御部
70 制御部
71 CPU(画像データ取得手段、識別情報取得手段、算出手段、記憶手段)
72 RAM
73 記憶部
731 取得プログラム
732 算出プログラム
733 記憶プログラム
734 一時メモリー(記憶手段)
80 表示部
90 データベース
100, 100A, 100B Thickness measuring device
21
40 Image data acquisition unit (image data acquisition means)
41
51
72 RAM
73
80
Claims (8)
前記多層膜の各層が形成される毎に、当該形成された層に対して光を照射して、前記形成された層の画像データを取得する画像データ取得手段と、
前記画像データ取得手段で画像データを取得する際に、当該画像データを取得した層を識別する識別情報を取得する識別情報取得手段と、
前記画像データ取得手段で取得した画像データより各層の厚さを算出する算出手段と、
前記算出手段により算出した各層の厚さを、前記識別情報取得手段により取得した識別情報と対応付けて記憶する記憶手段と、
を備え、
前記算出手段は、
前記基材上の1層目の第一層の画像データを、予め記憶された基準データと比較して前記第一層の厚さを算出し、
前記第一層上に順次形成される2層目以降の各層の厚さを算出する場合、前記2層目以降の各層の画像データと、下層の厚さに関するデータを所定の理論式に当てはめることで作成されたシュミレーションデータとを比較して前記2層目以降の各層の厚さを算出し、
前記画像データ取得手段は、
前記2層目以降の各層の画像データを取得する場合、1つ下層の識別情報を参照して位置合わせを行うことを特徴とする厚さ測定装置。 A thickness measuring device for measuring the thickness of a multilayer film formed on a substrate to be conveyed,
Image data acquisition means for acquiring image data of the formed layer by irradiating the formed layer with light each time each layer of the multilayer film is formed;
When acquiring the image data by the image data acquisition means, identification information acquisition means for acquiring identification information for identifying the layer from which the image data was acquired;
Calculation means for calculating the thickness of each layer from the image data acquired by the image data acquisition means;
Storage means for storing the thickness of each layer calculated by the calculation means in association with the identification information acquired by the identification information acquisition means;
With
The calculating means includes
The first layer image data on the base material is compared with reference data stored in advance to calculate the thickness of the first layer,
When calculating the thickness of each of the second and subsequent layers sequentially formed on the first layer, the image data of each of the second and subsequent layers and the data relating to the thickness of the lower layer are applied to a predetermined theoretical formula. In comparison with the simulation data created in step 1, calculate the thickness of each layer after the second layer,
The image data acquisition means includes
The thickness measuring apparatus according to claim 1, wherein when acquiring image data of each of the second and subsequent layers, positioning is performed with reference to identification information of one lower layer.
前記第一膜上に順次形成される2層目以降の各層の厚さを算出する場合、前記2層目以降の各層の画像データと、前記シュミレーションデータとを比較して、その差が最も少ない値を厚さとして算出することを特徴とする請求項1に記載の厚さ測定装置。 The calculating means includes
When calculating the thicknesses of the second and subsequent layers sequentially formed on the first film, the image data of the second and subsequent layers is compared with the simulation data, and the difference is the smallest. The thickness measuring apparatus according to claim 1, wherein the value is calculated as a thickness.
前記多層膜の各層が形成される毎に、当該形成された層に対して、前記基材の搬送方向と直交する直交方向に沿ってライン状に光を照射するライン状光源と、
前記ライン状光源により光の照射された層からの透過光又は反射光を受光するラインCCDカメラと、を備え、
前記算出手段により算出した各層の厚さは、直交方向に沿った厚さ分布データで示されることを特徴とする請求項1又は2に記載の厚さ測定装置。 The image data acquisition means includes
Each time the layers of the multilayer film are formed, a linear light source that irradiates light in a line along the orthogonal direction orthogonal to the transport direction of the base material, with respect to the formed layer;
A line CCD camera that receives transmitted light or reflected light from a layer irradiated with light by the line light source, and
The thickness measuring apparatus according to claim 1 or 2, wherein the thickness of each layer calculated by the calculating means is indicated by thickness distribution data along an orthogonal direction.
前記基材上に1層目の第一層が形成された場合に、前記画像データ取得手段により前記第一層の画像データを取得すると共に、前記識別情報取得手段により前記第一層の識別情報を取得する第1取得工程と、
前記第1取得工程により取得した前記第一層の画像データを、予め記憶された基準データと比較して前記第一層の厚さを算出する第1算出工程と、
前記第1算出工程により算出した前記第一層の厚さを、前記識別情報取得手段により取得した前記第一層の識別情報と対応付けて前記記憶手段に記憶する第1記憶工程と、
前記第一層上に2層目の第二層が形成された場合に、前記画像データ取得手段により前記第二層の画像データを取得すると共に、前記識別情報取得手段により前記第二層の識別情報を取得する第2取得工程と、
前記第2取得工程により取得した前記第二層の画像データを、前記記憶手段に記憶された厚さに関するデータを所定の理論式に当てはめることで作成されたシュミレーションデータと比較して前記第二層の厚さを算出する第2算出工程と、
前記第2算出工程により算出した前記第二層の厚さを、前記識別情報取得手段により取得した前記第二層の識別情報とともに記憶する第2記憶工程と、
を有することを特徴とする厚さ測定方法。 A thickness measuring method using the thickness measuring device according to any one of claims 1 to 4,
When the first layer of the first layer is formed on the substrate, the image data acquisition unit acquires the image data of the first layer, and the identification information acquisition unit acquires the identification information of the first layer. A first acquisition step of acquiring
A first calculation step of calculating the thickness of the first layer by comparing the image data of the first layer acquired by the first acquisition step with reference data stored in advance;
A first storage step of storing the thickness of the first layer calculated in the first calculation step in the storage unit in association with the identification information of the first layer acquired by the identification information acquisition unit;
When the second layer of the second layer is formed on the first layer, the image data acquisition unit acquires the image data of the second layer, and the identification information acquisition unit identifies the second layer. A second acquisition step of acquiring information;
The second layer image data acquired in the second acquisition step is compared with simulation data created by applying data relating to the thickness stored in the storage means to a predetermined theoretical formula. A second calculation step of calculating the thickness of
A second storage step of storing the thickness of the second layer calculated by the second calculation step together with the identification information of the second layer acquired by the identification information acquisition unit;
A thickness measuring method comprising:
前記第二層の画像データと、前記シュミレーションデータとを比較して、その差が最も少ない値を厚さとして算出することを特徴とする請求項5に記載の厚さ測定方法。 The second calculation step includes
The thickness measurement method according to claim 5, wherein the image data of the second layer and the simulation data are compared, and a value with the smallest difference is calculated as the thickness.
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