JP2015215281A - 層厚計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射基板上に互いに異なる蛍光性を有する半透明層が重ねて形成された検査試料について、各半透明層の層厚を正しく算出する層厚計測装置を提供する。
【解決手段】反射基板１１０の上に複数の半透明層１２０，１３０が重ねて設けられた検査試料１００を計測する層厚計測装置３００であって、各半透明層が反射基板の表層に形成された蛍光補正量算出試料における表面反射光のピーク位置と、蛍光補正量算出試料における各半透明層の蛍光のピーク位置と、に基づいて検査試料の各半透明層における蛍光のピーク位置の補正量を算出する補正量算出部と、補正量算出部により算出された補正量に基づいて各半透明層の補正後表面位置を算出する半透明層位置算出部と、半透明層位置算出部により算出された各半透明層の補正後表面位置に基づいて検査試料の各半透明層の層厚を算出する層厚算出部と、を備えることを特徴とする層厚計測装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、層厚計測装置に関するものである。

複数の層で構成される検査試料について、共焦点レーザー顕微鏡を用いて各層の厚さを計測する技術が知られている。

この技術は、共焦点光学系において検査試料と対物レンズとの相対距離を光軸方向に変化させたときに、蛍光又は反射光の強度が各層の表面に焦点があったときに最大となる特性を利用している。そこで、蛍光又は反射光強度が最大となる光軸位置から各層の表面位置を決定し、各層の表面位置の差分をとることで各層の厚さを算出する。

しかし、従来の共焦点レーザー顕微鏡を用いた層厚計測装置では、反射基板上に形成された互いに異なる蛍光性を有する半透明層の厚さの計測については考慮されていなかった。

ここで、従来の共焦点レーザー顕微鏡を用いた層厚計測装置における半透明層の厚さの算出方法について説明する。

図１０（ａ）は、反射基板１１０上に特定の波長域を吸収する半透明層であるマゼンタトナー層（以下「Ｍトナー層」という。）１２０およびイエロートナー層（以下「Ｙトナー層」という。）１３０が積層された検査試料１００の断面図である。反射基板１１０は、例えば白色塗工紙である。

Ｍトナー層１２０およびＹトナー層１３０は、内部に顔料が分散されて存在しており、Ｍ顔料とＹ顔料とで異なる蛍光性を有している。すなわち、Ｍトナー層１２０およびＹトナー層１３０は、反射基板１１０上に形成された互いに異なる蛍光性を有する複数の半透明層の例である。

ここで、ＺｙはＹトナー層１３０の表面位置、ＺｍはＭトナー層１２０の表面位置、Ｚｗは反射基板１１０の表面位置を示す。

図１０（ｂ）〜１０（ｄ）は、検査試料１００をドライタイプの対物レンズを用いた共焦点レーザー顕微鏡で計測したときに得られる蛍光と反射光との光軸方向の強度分布である。すなわち、Ｙトナー層１３０からの蛍光強度分布を図１０（ｂ）、Ｍトナー層１２０からの蛍光強度分布を図１０（ｃ）、反射基板１１０からの反射光を含む反射光分布を図１０（ｄ）に示す。

なお、反射光分布は、Ｙトナー層１３０とＭトナー層１２０とにおいて透過率の高い長波長光の入射光を用いて検出した。

図１０（ｂ）〜１０（ｃ）の横軸は、蛍光強度を示す。また、図１０（ｄ）の横軸は、反射光強度を示す。さらに、図１０（ｂ）〜１０（ｄ）の縦軸は、光軸方向の距離を示す。ここで、ＺｙｐはＹトナー層１３０の蛍光強度分布のピーク位置、ＺｍｐはＭトナー層１２０の蛍光強度分布のピーク位置を示す。

また、Ｚｗｐ１は反射基板１１０からの反射光を含む反射光分布のピークのうち、検査試料１００の表面付近のピーク位置を示す。さらに、Ｚｗｐ２は、反射基板１１０からの反射光を含む反射光分布のピークのうち、反射基板１１０の表面付近のピーク位置を示す。

図１０（ｂ）〜１０（ｃ）に示すように、Ｍトナー層１２０とＹトナー層１３０とからの蛍光強度は、それぞれの層の表面付近で最大となり、反射基板１１０側になるに従って減衰していく。蛍光強度が減衰するのは、入射される励起光と放出された蛍光とが上層側にあるトナー層に含まれている蛍光物質、すなわち顔料によって吸収又は散乱されるためである。

図１０（ｄ）に示すように、反射基板１１０からの反射光強度は、反射基板１１０の表面付近ではなく、検査試料１００の表面位置で最大となる。これは、空気とトナーとの屈折率差により界面で表面反射が発生し、表面反射光のピーク強度が反射基板１１０からの反射光のピーク強度より大きくなるためである。

反射基板１１０に起因する反射光のピークは、反射基板１１０の表面付近で現れ、焦点距離が反射基板１１０の深部に移動するに従って減衰する。

ここで、従来の共焦点レーザー顕微鏡を用いた層厚計測装置では、各トナー層における光軸方向の蛍光のピーク強度が最大となる位置を各トナー層の表面位置と推定していた。また、光軸方向の反射光のピーク強度が最大となる位置を、反射基板の表面位置と推定していた。

しかし、各トナー層における光軸方向の蛍光強度分布および反射基板の反射光分布は、共焦点光学系における光学断層厚や装置のＭＴＦ特性の影響に加えて、層中における蛍光又は反射物質の分布の影響で変化する。

すなわち、トナー層中の顔料の分布の状態は、トナーにより異なる。そのため、トナー層中の顔料の分布が均一なトナーと、不均一なトナーとでは、顔料による蛍光強度のピーク位置に差異が生じる。特に、トナー層の表面付近の顔料の分布は、蛍光強度のピーク位置に影響を及ぼす。

したがって、各トナー層における光軸方向の蛍光強度分布および反射基板の反射光分布から各トナー層の表面位置を正確に算出するためには、層中における蛍光又は反射物質の分布の影響を考慮する必要がある。

これまでにも、試料内部の蛍光性を有する検査対象層の深さ距離情報を取得する深さ測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、特許文献１で提案されている深さ測定装置は、反射基板上に互いに異なる蛍光性を有する半透明層が重ねて形成された検査試料については考慮されていなかった。

そこで、反射基板上に互いに異なる蛍光性を有する半透明層が重ねて形成された検査試料について、各半透明層の厚さを正しく算出する層厚計測装置が必要とされている。

本発明は、反射基板上に互いに異なる蛍光性を有する半透明層が重ねて形成された検査試料について、各半透明層の層厚を正しく算出することを目的とする。

本発明にかかる層厚計測装置は、反射基板の上に複数の半透明層が重ねて設けられた検査試料を測定する層厚計測装置であって、各半透明層が反射基板の表層に形成された蛍光補正量算出試料における表面反射光のピーク位置と、蛍光補正量算出試料における各半透明層の蛍光のピーク位置と、に基づいて検査試料の各半透明層における蛍光のピーク位置の補正量を算出する補正量算出部と、補正量算出部により算出された補正量に基づいて各半透明層の補正後表面位置を算出する半透明層位置算出部と、半透明層位置算出部により算出された各半透明層の補正後表面位置に基づいて検査試料の各半透明層の層厚を算出する層厚算出部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、反射基板上に互いに異なる蛍光性を有する半透明層が重ねて形成された検査試料について、各半透明層の層厚を正しく算出することができる。

本発明にかかる層厚計測装置の実施の形態を示す模式図である。 Ｍ顔料およびＹ顔料の蛍光強度分布を示すグラフである。 共焦点レーザー顕微鏡の例を示す光学配置図である。 上記層厚計測装置の機能ブロック図である。 蛍光補正量算出試料の蛍光強度分布および反射光強度分布を示すグラフである。 反射光補正量算出試料の反射光強度分布を示すグラフである。 上記層厚計測装置が各半透明層の層厚を算出する層厚計測処理を示すフローチャートである。 本発明にかかる層厚計測装置の別の実施の形態に用いられる油浸対物レンズの模式図である。 上記油浸対物レンズを用いた共焦点レーザー顕微鏡で計測される各層の蛍光強度分布および反射光強度分布を示すグラフである。 ドライタイプの対物レンズを用いた共焦点レーザー顕微鏡で計測される各層の蛍光強度分布および反射光強度分布を示すグラフである。

以下、本発明にかかる層厚計測装置について、図面を参照しながら説明する。

●層厚計測装置（１）●
まず、本発明にかかる層厚計測装置の一実施の形態について説明する。

図１に示すように、層厚計測装置３００は、共焦点レーザー顕微鏡２００により計測された検査試料１００の蛍光強度分布および反射光強度分布を用いて、検査試料１００の各トナー層の層厚を計測する。

検査試料１００は、反射基板１１０上に互いに異なる蛍光性を有する半透明層が重ねて形成された試料である。反射基板１１０は、例えば白色塗工紙である。本実施の形態では、反射基板１１０上には、半透明層であるＭトナー層１２０およびＹトナー層１３０が形成されている。Ｍトナー層１２０の上にＹトナー層１３０が形成されている。Ｍトナー層１２０およびＹトナー層１３０は、例えば電子写真方式の画像形成装置により形成される。

Ｍトナー層１２０中には、図示しないＭ顔料が分散して分布している。また、Ｙトナー層１３０中には、図示しないＹ顔料が分散して分布している。

Ｍ顔料は５００〜６００ｎｍ付近の中波長域の光を吸収する特性を持つ。Ｙ顔料は、４００〜５００ｎｍ付近の短波長域の光を吸収する特性を持つ。Ｍ顔料およびＹ顔料は蛍光性を有し、吸収波長域の光を吸収して吸収波長に応じた波長の蛍光を放出する。

図２は、Ｍ顔料およびＹ顔料の蛍光強度分布を示す。図２の横軸は波長、縦軸は０〜１に規格化された蛍光強度を表している。

Ｍ顔料の蛍光強度分布（図中の「Ｍ蛍光」を指す。）は、波長５６１ｎｍの励起光を照射したときに得られる蛍光強度分布である。また、Ｙ顔料の蛍光強度分布（図中の「Ｙ蛍光」を指す。）は、波長４８８ｎｍの励起光を照射したときに得られる蛍光強度分布である。

励起光のエネルギーの一部が熱エネルギーとして消費されるため、放出される蛍光強度分布は、励起光よりエネルギーの小さい、すなわち励起光より長波長にピークを持つ分布となる。

このように、Ｍ顔料とＹ顔料とから放出される蛍光の波長域は、異なる。したがって、共焦点レーザー顕微鏡２００は、それぞれの蛍光に対応した波長域の光を異なる光検出器で検出することにより、Ｍ顔料による蛍光とＹ顔料による蛍光とを識別することができる。すなわち、共焦点レーザー顕微鏡２００は、Ｍトナー層１２０による蛍光とＹトナー層１３０による蛍光とを識別して計測することができる。

●共焦点レーザー顕微鏡２００
図３に示す共焦点レーザー顕微鏡２００について説明する。共焦点レーザー顕微鏡２００は、検査試料１００に照射したレーザーの焦点スポットのみで発生した蛍光および反射光を検出可能な顕微鏡である。

共焦点レーザー顕微鏡２００は、検査試料１００のＭトナー層１２０からの蛍光強度の３次元分布Ｆｍ（ｘ、ｙ、ｚ）、Ｙトナー層１３０からの蛍光強度の３次元分布Ｆｙ（ｘ、ｙ、ｚ）、および反射光強度の３次元分布Ｒｗ（ｘ、ｙ、ｚ）を計測する。

図３に示すように、共焦点レーザー顕微鏡２００は、レーザー光源２１０、ピンホール２１２、照明レンズ２１４、ダイクロイックミラー２２０、結像レンズ２２５、ドライタイプの対物レンズ２３０、ピンホール２４０および光検出器２５０を有してなる。

レーザー光源２１０から放出される光の進行方向に、ピンホール２１２、照明レンズ２１４、照明レンズ２１４、ダイクロイックミラー２２０がこの順に配置されている。ダイクロイックミラー２２０による反射光の進行方向に、対物レンズ２３０、検査試料１００がこの順に配置されている。

ダイクロイックミラー２２０を透過する検査試料１００側からの反射光の進行方向には、結像レンズ２２５、ピンホール２４０、光検出器がこの順に配置されている。

レーザー光源２１０から放出された励起光は、ダイクロイックミラー２２０で反射し、対物レンズ２３０を通して検査試料１００の焦点スポットに照射される。焦点スポットで発生した蛍光および反射光は、対物レンズ２３０とダイクロイックミラー２２０とを透過し、ピンホール２４０を経て光検出器２５０で検出される。なお、ダイクロイックミラー２２０は、ビームスプリッタとしてもよい。

ドライタイプの対物レンズは、油浸対物レンズと異なりオイルを使用しない。したがって、検査試料１００へのオイルの浸透による反射率低下等の懸念がなく、安定した強度分布を取得することができる。

ピンホール２４０は、焦点面から発生した光のみを透過し、焦点面以外から発生した光を除去する。ピンホール２４０により、光軸方向に解像度が生じ、焦点スポットを３次元的に走査することで検査試料１００からの蛍光強度の３次元強度分布および反射光強度の３次元強度分布を得ることができる。

共焦点レーザー顕微鏡２００は、それぞれの蛍光に対応する波長の励起光を照射し、発生した蛍光を異なる受光器で検出する。したがって、共焦点レーザー顕微鏡２００は、Ｍトナー層からの蛍光の強度分布Ｆｍ（ｘ、ｙ、ｚ）とＹトナー層からの蛍光の強度分布Ｆｙ（ｘ、ｙ、ｚ）を検出することができる。

反射光強度分布Ｒｗ（ｘ、ｙ、ｚ）は、Ｍトナー層とＹトナー層での吸収が小さい長波長の励起光を照射し、同波長の光を受光することで検出できる。反射光強度分布には、主に検査試料１００の表面で発生する表面反射成分と、反射基板１１０内部で発生する内部反射成分と、が含まれている。

●層厚計測装置３００の構成
図４に示す層厚計測装置３００の構成について説明する。

層厚計測装置３００は、平滑化処理部１００１、ピーク検出部１００２、屈折率補正部１００３、補正量算出部１００４、半透明層位置算出部１００５、第２平滑化処理部１０１１、第２ピーク検出部１０１２、第２屈折率補正部１０１３、第２補正量算出部１０１４、反射基板位置算出部１０１５および層厚算出部１００６を備える。

平滑化処理部１００１は、共焦点レーザー顕微鏡２００から蛍光強度分布を取得して、光軸方向に垂直なＸＹ面に対して平滑化処理を行う。平滑化処理部１００１は、例えば２次元のメディアンフィルターによる処理を行う。また、平滑化処理部１００１は、移動平均フィルターなど平滑化が可能なフィルターを適宜選択可能である。

なお、平滑化処理部１００１は、各トナー層の強度分布に対して異なる平滑化処理を適用してもよい。また、平滑化処理部１００１は、蛍光強度分布と反射光強度分布とで異なるサイズのメディアンフィルターを適用してもよい。

蛍光強度分布および反射光強度分布に対して平滑化処理を行うことで、計測値のノイズによる影響を軽減することができ、各トナー層の層厚をより精度良く算出することができる。

ピーク検出部１００２は、平滑化された蛍光強度分布および反射光強度分布を平滑化処理部１００１から取得して、蛍光強度分布のピーク位置と、反射光強度分布のピーク位置と、を検出する。

屈折率補正部１００３は、ピーク検出部１００２が検出したピーク位置の屈折率補正を行う。屈折率補正とは、空気とトナー層との屈折率の差異によって光線が界面で屈折することにより、トナー層中での焦点位置が空気中と異なることを補正する処理である。屈折率補正の方法については、後述する。

補正量算出部１００４は、後述する蛍光補正量算出試料５００における各半透明層の平滑化された表面反射光分布のピーク位置および蛍光強度分布のピーク位置をピーク検出部１００２から取得する。

また、補正量算出部１００４は、検査試料１００の各半透明層における蛍光強度分布のピーク位置の補正量を算出する。補正量の算出の方法については後述する。

半透明層位置算出部１００５は、屈折率補正を行った蛍光強度分布のピーク位置を屈折率補正部１００３から取得する。また、半透明層位置算出部１００５は、補正量算出部１００４から補正量を取得する。半透明層位置算出部１００５は、検査試料１００の蛍光強度分布の屈折率補正を行ったピーク位置と、補正量と、に基づいて、各半透明層の補正後表面位置を算出する。

第２平滑化処理部１０１１は、共焦点レーザー顕微鏡２００から反射光強度分布を取得して、光軸方向に垂直なＸＹ面に対して平滑化処理を行う。第２平滑化処理部１０１１の平滑化処理の方法は、平滑化処理部１００１と同じである。

第２ピーク検出部１０１２は、検査試料１００の平滑化された反射光強度分布を第２平滑化処理部１０１１から取得して、反射光強度分布のピーク位置を検出する。

第２屈折率補正部１０１３は、第２補正量算出部１０１４が検出した反射光強度分布のピーク位置の屈折率補正を行う。屈折率補正の方法は、屈折率補正部１００３での補正方法と同様である。

第２補正量算出部１０１４は、図６について後述する反射光補正量算出試料６００のうち反射基板６１０のみの領域６０１における平滑化された表面反射光分布のピーク位置を第２ピーク検出部１０１２から取得する。また、第２補正量算出部１０１４は、反射光補正量算出試料６００の反射基板６１０上に半透明層６２０が形成された領域６０２における光軸方向の平滑化された内部反射光分布のピーク位置を第２ピーク検出部１０１２から取得する。

また、第２補正量算出部１０１４は、検査試料１００の反射基板１１０の内部反射光によるピーク位置の第２補正量を算出する。補正量の算出の方法については後述する。

ここで、第２補正量算出部１０１４は、検査試料１００の反射光強度分布から得られるピークのうち最も深層側のピークを反射基板１００の内部反射光によるピークとする。最も深層側にあるピーク位置を内部反射光によるピークとすることで、反射基板１１０の表面位置を正しく検出することができる。

反射基板位置算出部１０１５は、屈折率補正を行った検査試料１００の反射光強度分布のピーク位置を第２屈折率補正部１０１３から取得する。また、反射基板位置算出部１０１５は、第２補正量算出部１０１４から第２補正量を取得する。反射基板位置算出部１０１５は、検査試料１００の反射光強度分布の屈折率補正を行ったピーク位置と、第２補正量と、に基づいて、反射基板１１０の補正後表面位置を算出する。

層厚算出部１００６は、半透明層位置算出部１００５により算出された各半透明層の補正後表面位置と、反射基板位置算出部１０１５により算出された反射基板１１０の補正後表面位置と、に基づいて、各半透明層の層厚を算出する。

●補正量の算出について
ここで、補正量算出部１００４が行う検査試料１００の各半透明層における蛍光強度分布のピーク位置の補正量の算出処理について説明する。

図５（ａ）は、Ｍトナー層１２０の蛍光強度分布のピーク位置の補正量ｄＺｍを算出するために用いる蛍光補正量算出試料５００の模式図である。

蛍光補正量算出試料５００は、補正量を算出するトナー層が最表層に形成された１層の試料である。ここでは、Ｍトナー層１２０の補正量を算出するため、反射基板５１０上にはＭトナー層５２０が形成されている。

ここで、反射基板５１０は、反射基板１１０と同一の材料である。また、Ｍトナー層５２０は、Ｍトナー層１２０と同一の材料である。蛍光補正量算出試料５００は、検査試料１００のＭトナー層１２０を反射基板１１０上に形成するときと同じ画像形成装置を用いて形成する。Ｍトナー層５２０形成時の定着温度等の画像形成装置の作像パラメータは、検査試料１００の作製時と同じである。

図５（ｂ）は、Ｍトナー層５２０の光軸方向の蛍光強度分布を計測して得たグラフである。図５（ｃ）は、光軸方向の反射光強度分布を計測して得たグラフである。図５（ｂ）および（ｃ）のＺ軸は、蛍光補正量算出試料５００と対応するように屈折率による焦点位置の変化を補正して示している。

なお、蛍光補正量算出試料５００の蛍光強度分布を求める際に用いる励起光の波長は、Ｍトナー層１２０の蛍光強度分布の検出時と同じ波長を使用している。

ここで、補正量は、蛍光補正量算出試料５００の光軸方向の蛍光強度分布および反射光強度分布を共焦点レーザー顕微鏡２００で計測し、蛍光強度分布のピーク位置と反射光強度分布のピーク位置との差分から算出する。なお、蛍光強度分布と反射光強度分布とは、平滑化処理部１００１により平滑化されている。

蛍光強度分布のピーク位置Ｚｍｐ１は、Ｍトナー層５２０の表面位置より深層側になっている。一方、反射光強度分布のピーク位置Ｚｍｐ２は、空気層とＭトナー層５２０との界面で発生する表面反射光を検出しているため、Ｍトナー層５２０の表面位置Ｚｍと一致する。

よって、Ｍトナー層１２０に対する補正量ｄＺｍは、屈折率による影響を補正すると数式１により算出できる。

（数式１）
ｄＺｍ＝（Ｚｍｐ１−Ｚｍｐ２）／α

Ｙトナー層１３０に関しても同様に、Ｙトナー層１３０が最表層に形成された１層の蛍光補正量算出試料を作製して蛍光強度分布と反射光強度分布を計測し、そのピーク位置の差分を求めることで、ピーク位置の補正量を算出することができる。

すなわち、Ｙトナー層１３０を反射基板１１０上に形成した蛍光補正量算出試料において、蛍光強度分布がピーク位置Ｚｙｐ１、反射光強度分布がピーク位置Ｚｙｐ２であるとき、Ｙトナー層１３０に対する補正量ｄＺｙは、数式２により算出できる。

（数式２）
ｄＺｙ＝（Ｚｙｐ１−Ｚｙｐ２）／α

なお、本実施の形態において検査試料１００のトナー層の数は２層であった。しかし、層厚計測装置３００は、検査試料１００のトナー層の数が３層以上の複数ある場合にも適用可能である。トナー層が３層以上ある場合は、蛍光補正量算出試料をトナー層の数と同数作製し、各トナー層の補正量を算出する。

●第２補正量の算出について
次に、第２補正量算出部１０１４が行う検査試料１００の反射基板１１０における内部反射光分布のピーク位置の第２補正量の算出処理について説明する。

図６（ａ）は、反射基板１１０の反射光強度分布のピーク位置の第２補正量ｄＺｗを算出するために用いる反射光補正量算出試料６００を示す模式図である。

反射光補正量算出試料６００は、反射基板６１０上の一部の領域にＭトナー層６２０が形成されている。反射光補正量算出試料６００は、反射基板６１０上に、Ｍトナー層６２０が形成されている領域６０１と形成されていない領域６０２とを有する画像パターンを形成することにより作製する。

ここで、反射基板６１０は、反射基板１１０と同一の材料である。また、Ｍトナー層６２０は、Ｍトナー層１２０と同一の材料である。反射光補正量算出試料６００は、検査試料１００のＭトナー層１２０を反射基板１１０上に形成するときと同じ画像形成装置を用いて形成する。Ｍトナー層６２０形成時の定着温度等の画像形成装置の作像パラメータは、検査試料１００の作製時と同じである。

図６（ｂ）は、領域６０１における光軸方向の反射光強度分布を示すグラフである。ピークＺｗｐ３は、反射基板６１０の表面反射光のピーク位置である。

図６（ｃ）は、領域６０２における光軸方向の反射光強度分布を示すグラフである。図６（ｂ）および（ｃ）のＺ軸は、反射光補正量算出試料６００と対応するように屈折率による焦点位置の変化を補正して示している。

なお、領域６０１における光軸方向の反射光強度分布および領域６０２における光軸方向の反射光強度分布は、第２平滑化処理部１０１１により平滑化されている。

領域６０２の反射光強度分布は、表層側のピーク位置Ｚｗｐ４、深層側のピーク位置Ｚｗｐ５にピークが生じている。ピーク位置Ｚｗｐ４は、領域６０２の表面反射光のピーク位置である。

共焦点レーザー顕微鏡２００は、領域６０１の光軸方向の反射光強度分布と、領域６０２における光軸方向の反射光強度分布と、を計測する。

第２補正量算出部１０１４は、ピーク位置Ｚｗｐ３およびピーク位置Ｚｗｐ５を求める。

ここで、第２補正量は、反射基板６１０の表面反射光のピーク位置と、反射基板６１０の内部反射光のピーク位置と、の差分から算出する。

反射基板１１０の内部反射光のピーク位置は、領域６０２における反射光強度分布の第２のピーク位置Ｚｗｐ５から求めることができる。

ピーク位置Ｚｗｐ５は、反射基板６１０の表面位置より深層側になっている。反射基板１１０の反射光強度分布のピーク位置に対する第２補正量ｄＺｗは、屈折率による影響を補正した数式３で算出できる。

（数式３）
ｄＺｗ＝Ｚｗｐ５’−Ｚｗｐ３
Ｚｗｐ５’＝Ｚｗｐ４＋（Ｚｗｐ５−Ｚｗｐ４）／α

●層厚計測処理
図７に示す層厚計測処理について説明する。層厚計測処理は、層厚計測装置３００が共焦点レーザー顕微鏡２００で取得した検査試料１００の蛍光強度分布および反射光強度分布に基づいて各トナー層の層厚を算出する処理である。

先ず、平滑化処理部１００１は、共焦点レーザー顕微鏡２００から検査試料１００のＭトナー層からの蛍光強度分布Ｆｍ（ｘ，ｙ，ｚ）およびＹトナー層からの蛍光強度分布Ｆｙ（ｘ，ｙ，ｚ）を取得する。また、第２平滑化処理部１０１１は、共焦点レーザー顕微鏡２００から検査試料１００の反射光強度分布Ｒｗ（ｘ，ｙ，ｚ）を取得する（ステップＳ１）。

次いで、平滑化処理部１００１は、取得した蛍光強度分布に対して平滑化処理を行う。また、第２平滑化処理部１０１１は、取得した反射光強度分布に対して平滑化処理を行う（ステップＳ２）。

ピーク検出部１００２は、平滑化処理部１００１において平滑化処理を施した蛍光強度分布における光軸方向のピーク位置を検出する（ステップＳ３）。

図１０（ｂ）に示すように、Ｍトナー層１２０の蛍光強度分布は、Ｍトナー層１２０の表面付近でピーク位置Ｚｍｐ（ｘ、ｙ）を持つ。また、図１０（ｃ）に示すように、Ｙトナー層１３０の蛍光強度分布は、Ｙトナー層１３０の表面付近でピーク位置Ｚｙｐ（ｘ，ｙ）を持つ。そこで、ピーク検出部１００２は、ピーク位置Ｚｍｐ（ｘ、ｙ）と、ピーク位置Ｚｙｐ（ｘ，ｙ）と、を検出する。

第２ピーク検出部１０１２は、第２平滑化処理部１０１１において平滑化処理を施した反射光強度分布における光軸方向のピーク位置を検出する（ステップＳ４）。

図１０（ｄ）に示すように、第１ピーク位置Ｚｗｐ１（ｘ，ｙ）は、反射光強度分布のピークのうち最も表層側のピーク位置である。第２ピーク検出部１０１２は、Ｚｗｐ１（ｘ，ｙ）を検査試料１００の表面反射光のピークとして検出する。

最も表層部にあるピーク位置を検査試料１００の表面反射光のピークとすることで、試料の表面位置を正しく検出することができる。

また、第２ピーク位置Ｚｗｐ２（ｘ，ｙ）は、反射光強度分布のピークのうち最も深層側のピーク位置である。第２ピーク検出部１０１２は、Ｚｗｐ２（ｘ，ｙ）を反射基板１１０の内部反射光のピークとして検出する。

最も深層部にあるピーク位置を反射基板１１０の内部反射光のピークとすることで、反射基板１１０の表面位置を正しく検出することができる。

なお、反射光強度分布は、Ｙトナー層１３０とＭトナー層１２０とにおいて透過率の高い長波長光の入射光を用いて検出する。

半透明層での透過率の高い波長を選択することで、反射基板１１０からの反射光を感度良く検出することができる。すなわち、反射基板１１０の内部反射光によるピーク位置を正しく算出することができる。

屈折率補正部１００３は、ピークＺｍｐ（ｘ、ｙ）およびピークＺｙｐ（ｘ，ｙ）の屈折率補正を行う。また、第２屈折率補正部１０１３は、第２ピークＺｗｐ２（ｘ，ｙ）の屈折率補正を行う（ステップＳ５）。

ここで、検査試料と対物レンズ間の媒体の屈折率をｎ０、トナーの屈折率をｎ１、共焦点レーザー顕微鏡で用いた対物レンズの開口数をＮＡとする。屈折率補正を行った後のピーク位置Ｚｍｐ’（ｘ，ｙ）、Ｚｙｐ’（ｘ，ｙ）およびＺｗｐ２’（ｘ，ｙ）は、数式４で求められる。

（数式４）
Ｚｙｐ’（ｘ，ｙ）＝Ｚｙｐ（ｘ，ｙ）
Ｚｍｐ’（ｘ，ｙ）＝Ｚｙｐ（ｘ，ｙ）＋（Ｚｍｐ（ｘ、ｙ）−Ｚｙｐ（ｘ、ｙ））／α
Ｚｗｐ２’（ｘ，ｙ）＝Ｚｙｐ（ｘ、ｙ）＋（Ｚｗｐ２（ｘ，ｙ）−Ｚｙｐ（ｘ，ｙ））／α
α＝ｎ０／ｎ１＊√（（１−ＮＡ＾２／ｎ０＾２）／（１−ＮＡ＾２／ｎ１＾２））

次いで、半透明層位置算出部１００５は、屈折率補正を行ったピーク位置に基づいて各トナー層の表面位置を算出する（ステップＳ６）。

ステップＳ５で算出されたピーク位置は、各層の実際の表面位置より検査試料の下面側に位置している。そこで、半透明層位置算出部１００５は、補正量算出部１００４により算出された各トナー層に対する補正量を用いて、算出されたピーク位置Ｚｍｐ’（ｘ，ｙ）、Ｚｙｐ’（ｘ，ｙ）を補正する。

数式１および数式２により、Ｍトナー層１２０のピーク位置に対する補正量はｄＺｍ、Ｙトナー層１３０のピーク位置に対する補正量はｄＺｙである。したがって、Ｍトナー層１２０の表面位置Ｚｙ（ｘ、ｙ）およびＹトナー層１３０の表面位置Ｚｍ（ｘ，ｙ）は、数式５により算出できる。

（数式５）
Ｚｙ（ｘ、ｙ）＝Ｚｙｐ’（ｘ，ｙ）−ｄＺｙ
Ｚｍ（ｘ、ｙ）＝Ｚｍｐ’（ｘ，ｙ）−ｄＺｍ

次いで、反射基板位置算出部１０１５は、屈折率補正を行ったピーク位置に基づいて各層の表面位置を算出する。（ステップＳ７）

反射基板位置算出部１０１５は、第２補正量算出部１０１４により算出された各層に対する第２補正量を用いてＺｗｐ２’（ｘ，ｙ）を補正する。

数式３により、反射基板１１０のピーク位置に対する補正量はｄＺｗである。したがって、反射基板１１０の表面位置Ｚｗ（ｘ、ｙ）は、数式６により算出できる。

（数式６）
Ｚｗ（ｘ，ｙ）＝Ｚｗｐ２’（ｘ，ｙ）−ｄＺｗ

層厚算出部１００６は、各トナー層の表面位置の差分を計算することにより各トナー層の厚さを算出する（ステップＳ８）。すなわち、Ｍトナー層１２０の厚さＨｍ（ｘ，ｙ）およびＹトナー層１３０の厚さＨｙ（ｘ，ｙ）は、数式７により算出できる。

（数式７）
Ｈｙ（ｘ、ｙ）＝Ｚｍ（ｘ，ｙ）−Ｚｙ（ｘ，ｙ）
Ｈｍ（ｘ，ｙ）＝Ｚｗ（ｘ，ｙ）−Ｚｍ（ｘ，ｙ）

算出された各トナー層の厚さＨｍ（ｘ，ｙ）およびＨｙ（ｘ，ｙ）は、共焦点光学系における光学断層厚や装置のＭＴＦ特性、層中における蛍光・反射物質の分布による影響が補正された蛍光・反射光強度分布のピーク位置に基づき算出されている。したがって、層厚計測装置３００は、各トナー層の正しい層厚を求めることができる。

以上説明した実施の形態によれば、蛍光補正量算出試料５００における各半透明層の表面反射光のピーク位置および各半透明層の蛍光のピーク位置に基づいて、検査試料１００の各半透明層における蛍光のピーク位置の補正量を算出することができる。

したがって、反射基板上に互いに異なる蛍光性を有する半透明層が形成された検査試料について、各半透明層の層厚を正しく算出することができる。

また、以上説明した実施の形態によれば、反射基板補正量算出試料６００におけるピーク位置に基づいて、検査試料１００の反射基板１１０における反射光のピーク位置の第２補正量を算出することができる。

したがって、反射基板上に互いに異なる蛍光性を有する半透明層が形成された検査試料について、反射基板１１０の表面位置をより正確に用いて各半透明層の層厚を算出することができる。

●層厚計測装置（２）●
次に、本発明にかかる層厚計測装置の別の実施の形態について、先に説明した実施の形態と異なる部分を中心に説明する。ここで、本実施の形態は、共焦点レーザー顕微鏡２００が油浸対物レンズを用いている点において、これまでに説明した実施の形態と異なる。

図８に示すように、油浸対物レンズ２３１を用いて検査試料１００の蛍光強度分布および反射光強度分布を計測するときは、油浸対物レンズ２３１と検査試料１００との間をイマージョンオイル４００で満たす。

油浸対物レンズ２３１と検査試料１００との間をイマージョンオイル４００で満たすことにより、対物レンズの開口数を向上させることができる。すなわち、油浸対物レンズ２３１を用いた共焦点レーザー顕微鏡２００は、通常のドライタイプの対物レンズと比較して分解能を高くすることができる。

また、イマージョンオイル４００の屈折率は、トナー層の屈折率である約１．５２に設定することが好ましい。イマージョンオイル４００の屈折率とトナー層の屈折率とをほぼ同じにすることにより、界面での屈折率差による表面反射光が発生しないように構成することができる。

図９（ａ）は、反射基板１１０上に特定の波長域を吸収する半透明層であるＭトナー層１２０およびＹトナー層１３０が積層された検査試料１００の断面図である。反射基板１１０は、例えば白色塗工紙である。

図９（ｂ）〜（ｄ）は、油浸対物レンズ２３１を用いた共焦点レーザー顕微鏡２００で検査試料１００を計測したときに得られる蛍光と反射光との光軸方向の強度分布を示す。すなわち、Ｙトナー層１３０からの蛍光強度分布を図９（ｂ）、Ｍトナー層１２０からの蛍光強度分布を図９（ｃ）、反射基板１１０からの反射光を含む反射光分布を図９（ｄ）に示す。

なお、反射光分布は、Ｙトナー層１３０とＭトナー層１２０とにおいて透過率の高い長波長光を用いて検出した。

図９（ｂ）〜９（ｃ）の横軸は、蛍光強度を示す。また、図９（ｄ）の横軸は、反射光強度を示す。さらに、図９（ｂ）〜９（ｃ）の縦軸は、光軸方向の距離を示す。ここで、ＺｙｐはＹトナー層１３０の蛍光強度分布のピーク位置、ＺｍｐはＭトナー層１２０の蛍光強度分布のピーク位置を示す。

ここで、イマージョンオイル４００の屈折率とトナー層の屈折率とはほぼ等しい。したがって、図９（ｄ）に示すように、検査試料１００表面の表面反射光によるピークはなく、反射基板１１０の内部反射光によるピーク位置Ｚｗｐのみが現れる。よって、層厚計測装置３００は、ピーク位置Ｚｗｐを反射基板１１０の内部反射光によるピーク位置として用いる。

以上説明した実施の形態によれば、各トナー層の正確な層厚を求めることができる。

１００ 検査試料
１１０ 反射基板
１２０ マゼンタトナー層
１３０ イエロートナー層
３００ 層厚計測装置
５００ 蛍光補正量算出試料
６００ 反射光補正量算出試料
１００１ 平滑化処理部
１００２ ピーク検出部
１００３ 屈折率補正部
１００４ 補正量算出部
１００５ 半透明層位置算出部
１００６ 層厚算出部

特開２００４−２７９３４２号公報

Claims (8)

1. 反射基板の上に複数の半透明層が重ねて設けられた検査試料を計測する層厚計測装置であって、
   前記各半透明層が前記反射基板の表層に形成された蛍光補正量算出試料における表面反射光のピーク位置と、前記蛍光補正量算出試料における前記各半透明層の蛍光のピーク位置と、に基づいて前記検査試料の前記各半透明層における蛍光のピーク位置の補正量を算出する補正量算出部と、
   前記補正量算出部により算出された前記補正量に基づいて前記各半透明層の補正後表面位置を算出する半透明層位置算出部と、
   前記半透明層位置算出部により算出された前記各半透明層の補正後表面位置に基づいて前記検査試料の各半透明層の層厚を算出する層厚算出部と、
   を備えることを特徴とする層厚計測装置。
2. 前記反射基板における光軸方向の表面反射光のピーク位置と、前記反射基板上に半透明層が形成された領域における光軸方向の内部反射光のピーク位置と、に基づいて前記反射基板の内部反射光によるピーク位置の第２補正量を算出する第２補正量算出部と、
   前記第２補正量算出部により算出された前記第２補正量に基づいて前記反射基板の補正後表面位置を算出する反射基板位置算出部と、
   前記反射基板位置算出部により算出された前記反射基板の補正後表面位置および前記半透明層の補正後表面位置に基づいて各半透明層の層厚を算出する第２層厚算出部と、
   を備える請求項１記載の層厚計測装置。
3. 前記各半透明層の表面反射光のピーク位置は、光軸方向の反射光強度分布から得られるピーク位置のうち最も表層側のピークの位置である請求項１又は２記載の層厚計測装置。
4. 前記反射基板の内部反射光のピーク位置は、光軸方向の反射光強度分布から得られるピーク位置のうち、最も深層側のピークの位置である請求項１乃至３のいずれかに記載の層厚計測装置。
5. 前記反射基板の内部反射光のピーク位置は、前記半透明層の透過率が高い波長の入射光を用いて共焦点レーザー顕微鏡で検出された反射光強度分布のピーク位置である請求項１乃至４のいずれかに記載の層厚計測装置。
6. 取得した蛍光または反射光の光軸に垂直な方向の強度分布に対して平滑化処理を施す平滑化処理部を備え、
   前記ピーク位置の検出は、前記平滑化処理が施された蛍光強度分布と反射光強度分布とに基づいて算出する請求項１乃至５のいずれかに記載の層厚計測装置。
7. 前記検査試料の蛍光強度分布と反射光強度分布とは、ドライタイプの対物レンズを用いた共焦点レーザー顕微鏡により計測された強度分布である請求項１乃至６のいずれかに記載の層厚計測装置。
8. 前記検査試料の蛍光強度分布と反射光強度分布とは、油浸対物レンズを用いた共焦点レーザー顕微鏡により計測された強度分布である請求項１乃至６のいずれかに記載の層厚計測装置。

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