JP7245801B2 - 膜厚検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、搬送路上で移動しているサンプルの膜厚を検査する膜厚検査装置に関するものである。

ゴム、プラスチック、半導体を多層膜化することにより、材料性能を向上する研究が盛んにおこなわれている。膜厚の精度は、性能を決定する重要な変数であり、膜厚を精度良く検知する技術として白色分光技術が発展してきている。膜厚検査装置として例えば下記特許文献１や２などが提案されている。

特許文献１は、『測定対象が複屈折をもち、干渉の分光スペクトルが歪む場合でも、高精度な測定を行うことができる光干渉による膜厚測定方法を提供する。』ことを課題として、『シート上の測定点の分光スペクトルを測定する分光スペクトル測定し、この分光スペクトルの極値を与える波長を決定する波長決定する。さらに推定膜厚を決定し推定膜厚から分光スペクトルの極値を与える波長の干渉次数を決定する。そして分光スペクトルの極値を与える波長と干渉次数に基づいてシートの膜厚を算出する。』という技術を記載している（要約参照）。

特許文献２は、『分光測定を用いた膜厚測定の精度の向上を図る。』ことを課題として、『干渉スペクトルの波形形状の特徴により、測定スペクトル波形は複数の基底スペクトルの線形和で近似表現できる。そこで、予め膜厚を変数として定めておいた基底スペクトルを用い、各膜厚において、測定スペクトルに対する二乗誤差が最小になるような近似スペクトルを見つけ、その最小二乗誤差と膜厚との関係をグラフとして求める。そして、最小二乗誤差の極小点を与える膜厚をその試料膜の膜厚とする。』という技術を記載している（要約参照）。

特開２００２－２４３４１５号公報 特開２００３－３４４０２４号公報

多層膜を安価に大量生産しながら性能を確保するためには、自動搬送路上で高速に移動している検査対象の膜厚を高速かつ高精度に検査することが求められる。検査対象を自動搬送路によって移動させる場合、検査対象が上下に振れる面ブレやチルトなどの外乱により、膜厚検査精度が劣化することが課題となる。

特許文献１は、複屈折があっても精度良く膜厚を計測する手法について記載しているが、面ブレやチルトなどの外乱に対する精度向上については十分考慮されていない。特許文献２は膜厚精度の向上に関する手法が記載されているが、特許文献１と同様に面ブレやチルトなどの外乱に対する精度向上については十分考慮されていない。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、自動搬送路上で移動している多層膜の膜厚を高速かつ高精度に検査することができる膜厚検査装置を提供することを目的とする。

本発明に係る膜厚検査装置は、サンプルの膜厚の分光特性と、前記サンプルの面ブレ量との間の関係を記述した分光特性データを用いて、前記サンプルが搬送路上で移動している間に前記サンプルの膜厚を推定する。

本発明に係る膜厚検査装置によれば、搬送路の面ブレによってサンプルに対して外乱が生じる場合であっても、搬送路上で移動している多層膜の膜厚を高速かつ高精度に検査することができる。

実施形態１に係る膜厚検査装置１００の構成図である。 搬送装置２１の外乱を説明する側面模式図である。 面ブレによる反射位置の誤差を説明する図である。 データライブラリセット１４の構造を説明する図である。 データライブラリ１９の構造を説明する図である。 推定部１６が膜厚を推定する手順を説明する図である。 外乱に伴う分光特性データへの影響を説明する図である。 θｙ方向のチルトを計算する方法を説明する図である。 θｘ方向のチルトを計算する方法を説明する図である。 初期キャリブレーション手順を説明するフロー図である。 膜厚検査装置１００が計測する周波数範囲を説明する図である。 実施形態２に係る膜厚検査装置１００の構成図である。 実施形態３に係る膜厚検査装置１００の構成図である。 実施形態４に係る膜厚検査装置１００の構成図である。 外乱のモニタ方法を説明する図である。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る膜厚検査装置１００の構成図である。膜厚検査装置１００は、サンプル９の膜厚を計測する装置である。サンプル９は搬送装置２１により矢印１８の向きに移動している。サンプル９はさらに、搬送装置２１の機械振動により、矢印１７の方向にも振動しながら移動している。矢印１７の方向の振動のことを以降、面ブレと記す。

サンプル９としては、可視光が透過しない有色の多層膜を想定して、特にサブテラヘルツ帯（１００ＧＨｚから１ＴＨｚ）の光を透過させるサンプルを例に説明する。例えば、カーボンを含むゴムやプラスチックなどの高分子材料は、可視光や赤外光の透過特性が著しく低く、テラヘルツ帯で高い透過特性があり、従来膜厚計測が断面観察しかできなかったところテラヘルツ光により非接触での膜厚計測が実現できる。

膜厚検査装置１００は、光源１、レンズ２、３、５、６、反射プリズム４、検出器７、距離センサ８（面ブレ量計測部）、光源制御部１０、検出光処理部１１、分光特性データ処理部１２、位置検出部１３、データライブラリセット１４、データ選択部１５、推定部１６（演算部）を備える。

光源１は、所定の波長帯域の光を出射できる光源である。ここでは、サブテラヘルツ領域（１００ＧＨｚから１ＴＨｚ）の波長掃引可能な光源を想定している。テラヘルツ帯の光を発生させる手法としては例えば、差周波発生による発生方法と、光伝導アンテナによる発生方法が知られており、いずれも光変調により高速に波長掃引可能である。

レンズ２は、光源１から出射した光を平行な光に変換するレンズである。レンズ３は、平行に変換された光をサンプル９に対して集光するレンズである。レンズ５は、サンプル９から反射した光を集光するレンズである。レンズ６は、レンズ５が集光した光を検出器７へ集光するレンズである。レンズ２、３、５、６は、例えばシリコンなどの材料によって形成できる。レンズの代わりに放物面ミラーを用いても構わない。放物面ミラーを用いる場合は、面ブレに伴い収差の劣化が大きいので、面ブレが大きい場合は、レンズを用いた方が望ましい。

サンプル９から反射した光は、面ブレにより、レンズ５上の有効径が紙面上下方向に動くので、面ブレによって光が動いても光を欠けさせないように有効径を大きくすることが望ましい。すなわち、レンズ３の有効径Φｉよりもレンズ５の有効径Φｏを大きく設定すればよい。さらに、面ブレによる影響をレンズ５側においてより小さくするためには、レンズ３の焦点距離よりもレンズ５の焦点距離のほうが短いことが望ましい。

反射プリズム４は、レンズ３から出射した光／レンズ５に向かって進行する光／サンプル９の間に配置されており、２回の反射によって光の進行方向を変換する光学素子である。反射プリズム４は、一般的な金属コート面で実現できる。不要な散乱を防止するために、反射プリズム４の表面は鏡面加工されていることが望ましい。反射プリズム４が光をサンプル９へ向けて反射させる面（第１面）と、反射プリズム４が光をレンズ５へ向けて反射させる面（第２面）との間の角度を、開き角θと呼ぶ。

レンズ５に入射する光の有効径の面ブレによる上下方向の移動を小さくするために、入射角θｉは小さい方が望ましい。反射プリズム４の開き角θと入射角θｉには、次の関係式が成り立つ。

θｉ＝θ－９０° （式１）

面ブレ量をΔとすると、サンプル９上に照射されるスポットの位置移動量Δｓ（有効径の移動量に相当）は、次式で示すことができる。したがって開き角θが９０°に近い値の時、スポットの位置移動量を小さくすることができる。

Δｓ＝Δ・ｔａｎ（θ－９０） （式２）

レンズ３および５の焦点距離をＦとした場合、スポットの移動量Δｓと、面ブレにともなってレンズ５が光を出射するときの出射角の角度ずれ量Δθとの間には、次式の関係が成り立つ。

Δｓ＝Ｆ・ｔａｎΔθ （式３）

レンズ３および５の取り込み角度（半角）をθＬとすると、次式が成り立つ。

θｉ＞θＬ＋Δθ （式４）

以上整理すると、反射プリズム４の開き角θは以下の関係式を満たす。

θ＞９０°＋θＬ＋Δθ （式５）

式１と式５を同時に満たすためには、開き角θは、式５の関係を満足する最小の角度に設定するとよい。

検出器７は、レンズ６が集光した光の強度を検出する検出器である。検出器７は、所定の波長帯域の光を検出できる。ここでは、サブテラヘルツ領域（１００ＧＨｚから１ＴＨｚ）の波長を検出可能な検出器を想定している。例えば、ショットキーバリアダイオードや光伝導アンテナ方式の検出器などが適用可能である。いずれのデバイスも一般的にシリコンレンズが表面にあるので、入射角により検出光量が変化する。したがって、検出器７に入射する光の角度特性を取得し、これにより面ブレ発生時の分光特性データの変化を特定することにより、面ブレによる膜厚計測誤差を最小化することが可能になる。詳細は後述する。

距離センサ８は、サンプル９の面ブレを検知するために配備させている。レーザ式変位センサなど一般的な距離センサを用いることができる。この場合、距離センサ８はサンプル９に対して分光測定のために用いるものとは別の測距光（第２光）を照射し、サンプル９から反射した測距光を検出することにより、測距光検出器とサンプル９との間の距離を計測できる。距離センサ８の距離データの変化量を出力することにより、面ブレ量を取得できる。

光源制御部１０は、光源１が出射する光の強度や周波数を制御する。さらに現在の光周波数を表す光周波数情報を出力することもできる。検出光処理部１１は、検出器７が出力する検出信号をＡＤ変換して、光強度を表すデジタル信号として出力する。分光特性データ処理部１２は、光源制御部１０が出力する光周波数情報と、検出光処理部１１が出力する光強度信号とを用いて、サンプル９の分光特性を記述した分光特性データを生成し、その分光特性データを出力する。

分光特性データ処理部１２は、サンプル９が無い状態で、搬送装置２１から反射した光の検出信号を周波数特性データＡ０（ｆ）として格納し、サンプル９から反射した光の検出信号を周波数特性データＡ１（ｆ）として格納し、次式から周波数特性データＡ（ｆ）を取得する。ｆは光周波数を示す。分光特性データ処理部１２は、周波数特性データＡ（ｆ）をサンプル９の分光特性データとして用いる。

Ａ（ｆ）＝Ａ１（ｆ）÷Ａ０（ｆ） （式６）

搬送装置２１の表面から反射した光を基準信号として利用することにより、正確な分光特性データを取得することができる。したがって、搬送装置２１の表面の分光特性データ（周波数特性データＡ０（ｆ））を定期的に更新することにより、継続的に正確性を維持することが望ましい。

位置検出部１３は、距離センサ８を制御して距離データを取得し、変位量を面ブレ量として出力する。位置検出部１３は、複数点の面ブレ量を距離センサ８から取得し、これを用いて搬送路のチルト量を算出する。算出手順については後述する。

データライブラリセット１４は、サンプル９の膜厚データと分光特性データと面ブレ量およびチルト量との関係性を記憶したデータライブラリ１９（後述）を複数格納したライブラリである。データライブラリセット１４およびデータライブラリ１９は、これらを記述したデータを記憶装置に格納することによって構成できる。

データ選択部１５は、位置検出部１３から面ブレ量とチルト量を取得するとともに、分光特性データ処理部１２から分光特性データを取得する。データ選択部１５は、面ブレ量とチルト量が位置検出部１３から取得したものと一致するデータライブラリ１９を、データライブラリセット１４から選択する。データ選択部１５は、選択したデータライブラリ１９と分光特性データを推定部１６に対して出力する。

推定部１６は、選択したデータライブラリ１９と分光特性データを比較し、最も類似したデータライブラリ１９からサンプル９の膜厚を推定する。推定部１６は、推定した膜厚を出力する。推定部１６、データライブラリ１９の分光特性データＡｌｉｂ（ｆ）と、計測した分光特性データＡ（ｆ）を周波数毎に比較して、誤差係数Ｅが最も小さいものをサンプル９の膜厚として出力する。誤差係数Ｅは例えば次式から算出できる。

Ｅ＝∫（Ａ（ｆ）－Ａｌｉｂ（ｆ））＾２ （式７）

図２は、搬送装置２１の外乱を説明する側面模式図である。搬送装置２１は、送り装置２２、搬送路２３によって構成されている。搬送路２３は、サンプル９を搭載して移動する搬送路である。搬送路２３は、サブテラヘルツを強く反射する材料であることが望ましい。例えば、表面を薄い金属で覆うことが望ましい。送り装置２２は、例えばモータによって搬送路２３を移動させる。

搬送路２３は送り装置２２によって移動する際に、理想搬送路２４に対して、伸びやたわみなどに起因して、周期的に矢印１７の方向に変動し、これがサンプル９の面ブレとなる。また、搬送路２３のうち光を照射する領域において、２個の送り装置２２の間で面ブレに伴い傾き（チルト）も発生してしまう。さらに、紙面垂直方向のチルトが発生することもある。

図２に示した搬送装置２１以外であっても実際の搬送路は、面ブレやチルトを完全にゼロにすることは極めて困難であり、本実施形態１に示すように面ブレやチルトを考慮して分光特性を取得しないと、分光特性データがばらつき、推定されるサンプル９の膜厚が大きく誤差をもってしまう。

図３は、面ブレによる反射位置の誤差を説明する図である。図３左図（Ａ）はレンズ３の焦点距離にサンプル９が合っている場合を示し、図３右図（Ｂ）は面ブレがΔ発生している場合を示している。サンプル９は２個の膜３０、３１を持つ多層膜であり、搬送路２３に接していることを想定している。

図３左図に示すように、レンズ３から入射光３２がサンプル９に照射されると、膜３０の表面、膜３０と３１の境界面、膜３１の裏面（または搬送路２３の表面）から少なくとも３本の反射光が発生し、干渉光３３を形成する。

図３右図に示すように面ブレが発生すると、図３左図に対して面ブレ量Δだけ紙面下側にサンプル９が下がり、入射光３２の反射位置が紙面右側にずれる。膜３０の表面での位置ずれがサンプル９上に照射されるスポットの位置移動量Δｓに相当する。これにより、レンズ５に入射する入射角のずれ量Δθを発生させ、レンズ５が取り込む光の強度や検出器７へ進行する光の角度が変化するので、分光特性データにばらつきを生じさせる。

図４は、データライブラリセット１４の構造を説明する図である。データライブラリセット１４は、サンプル９の膜厚データと分光特性データと面ブレ量およびチルト量の間の関係性を記憶したデータライブラリ１９を複数格納したライブラリである。これによりデータ選択部１５は、面ブレ量とチルト量に対応したデータライブラリ１９を高速に選択できる。

データライブラリ１９は、面ブレ量とチルト量毎に構成されている。データライブラリ１９は、多層膜の膜厚条件毎に分光特性データ２０を有する。これにより推定部１６は、分光特性データ２０と、計測によって取得した分光特性データを高速に比較し、その比較結果に基づき速やかに膜厚を出力することができる。

図５は、データライブラリ１９の構造を説明する図である。データライブラリ１９は、分光特性データ２０を格納している。分光特性データ２０は、膜厚の値の組み合わせごとに、分光特性スペクトルを記述している。ここでは膜３０の膜厚がＤ１＿１～Ｄ１＿Ｎであり、膜３１の膜厚がＤ２＿１～Ｄ２Ｎである場合のデータ構造を例示した。さらに、データライブラリ１９は面ブレ量とチルト量ごとに設けられているので（図４参照）、各データライブラリ１９は自身の面ブレ量Ｆｏ＿１とチルト量Ｔｉ＿１を有している。

図６は、推定部１６が膜厚を推定する手順を説明する図である。図６左図（Ａ）は、計測によって取得した取得データ４０であり、図６右図（Ｂ）は分光特性データ２０が記述している参照用分光特性データ４１である。比較のため取得データ４０を併記した。分光特性データは、波長または周波数に対するサンプル９からの反射光強度をプロットしたものである。ここでは横軸に波長、縦軸に反射光強度を示した。

推定部１６は、取得データ４０と参照用分光特性データ４１との間の誤差係数Ｅを式７にしたがって算出する。推定部１６は、Ｅが最も小さい取得データ４０に対応する分光特性データ２０の膜厚を、膜厚推定結果として出力する。すなわち推定部１６は、取得データ４０の波形と最も近い分光特性データ２０を特定し、その特定した分光特性データ２０の膜厚（Ｄ１＿１～Ｄ１＿ＮとＤ２＿１～Ｄ２Ｎの組み合わせのうちいずれか）を選択する。

図７は、外乱に伴う分光特性データへの影響を説明する図である。図７（Ａ）は所定の膜厚のときのサンプルの分光特性データ４２、図７（Ｂ）は入射光の光量が変化したことによる外乱がある場合の図７（Ａ）と同じ膜厚のサンプルの分光特性データ４３、図７（Ｃ）は面ブレによるによる外乱がある場合の図７（Ａ）と同じ膜厚のサンプルの分光特性データ４３、図７（Ｄ）はチルトによる外乱がある場合の図７（Ａ）と同じ膜厚の分光特性データ４３を示している。

外乱により分光特性データが変化するので、入射光量は推定部１６の膜厚推定に問題ないレベルで一定に制御することが望ましい。面ブレとチルトによる外乱は、面ブレとチルトが発生したときの光学系の特性に依存するので、所定の膜厚で面ブレとチルトを発生させて分光特性データを取得し、シミュレーションにより分光特性データ４３を再現させ、その他の膜厚と面ブレチルトの外乱による分光特性データもシミュレーションにより取得することもできる。近年のコンピュータの発展に伴い、膨大な条件のデータライブラリセットをシミュレーションにより簡易に取得できる。シミュレーションにおいては、検出光での入射角特性、レンズ光学系パラメータなどがより厳密に実機データと等しくなるようにすることにより、推定部１６の推定結果の精度向上が図れる。

図８Ａは、θｙ方向のチルトを計算する方法を説明する図である。図８Ａ上段は、サンプル９上での距離センサ８の光スポット５２とレンズ３で集光された光スポット５１の位置関係を示す平面図である。θｙ方向のチルトとは、図８Ａのｙ軸を中心軸として搬送路を回転させたとき得られる傾斜である。

サンプル９は搬送装置２１によって移動しているので、破線の光スポット５２が所定時間間隔後に実線の光スポット５２に移動する。前者の計測時刻をＴ１、面ブレ量Δ＿Ｔ１とし、後者の計測時刻をＴ２、面ブレ量をΔ＿Ｔ２とし、搬送路の速度をＶとした場合、次式でθｙ方向のチルト量Δθｙが算出できる。

ｔａｎ（Δθｙ）＝（Δ＿Ｔ２－Δ＿Ｔ１）／｛Ｖ（Ｔ２－Ｔ１）｝ （式８）

実際にチルト量が計測するのはある程度時間がかかるので、光スポット５２は光スポット５１より先行させるとよい。これは光スポット５２を光スポット５１に対して、搬送装置２１の進行方向の矢印１８と反対側に配備させることに相当する。このように配置させると、光スポット５２と光スポット５１の距離間隔を初期的に取得することにより、光スポット５１を計測した時間でのチルト量と面ブレ量を事前に計測でき、データ選択部１５で速やかに選択することができ、システムの高速化が図れる。

図８Ｂは、θｘ方向のチルトを計算する方法を説明する図である。図８Ｂ上段は、サンプル９上での距離センサ８の光スポット５３、５４とレンズ３で集光された光スポット５１の位置関係を示す平面図である。θｘ方向のチルトとは、図８Ｂのｘ軸を中心軸として搬送路を回転させたとき得られる傾斜である。

光スポット５３において計測した面ブレ量をΔＡ、光スポット５４において計測した面ブレ量をΔＢ、光スポット５３と５４との間の間隔をＷとすると、次式でθｘ方向のチルト量Δθｘが算出できる。

ｔａｎ（Δθｘ）＝（ΔＡ－ΔＢ）／Ｗ （式９）

図８Ｂにおいてはθｙを併せて算出することもできる。この場合は光スポット５３と光スポット５４で各々算出したΔθｙの平均値を用いるとよい。Δθｙを先行して計測するために、光スポット５３と５４は光スポット５１より先行させるとよい。

図９は、初期キャリブレーション手順を説明するフロー図である。図９左図（Ａ）はシミュレーションを活用した場合の初期キャリブレーション手順を示し、図９右図（Ｂ）はシミュレーションを用いない場合の初期キャリブレーション手順を示す。

図９左図を用いて、シミュレーションを活用した場合の初期キャリブレーションについて説明する。最初にサンプル９の第１多層膜の膜厚の断面を観察し、第１膜厚データを取得する。次に観察したサンプルの第１分光特性データを取得する。次に第１多層膜と異なる第２膜厚の断面を観察し、第２膜厚データを取得する。次に観察したサンプルの第２分光特性データを取得する。このように少なくとも複数の多層膜のサンプルを用いることが望ましい。多層膜のサンプル種類を増やすことにより、推定精度を向上させることが期待される。

次に光学シミュレーションにより、サンプルの複数の分光特性データと膜厚データから、サンプルの膜Ａや膜Ｂの光学定数（屈折率と散乱係数と吸収係数など）を取得する。また計測した際の光学系の条件を取得し、シミュレーションに反映させることにより、精度向上を図る。さらに光学系の条件として、面ブレ量、チルト量を変えて上記を繰り返す。面ブレ量とチルト量の組み合わせ数は推定したい膜厚の精度に応じて決定するとよい。シミュレーション結果を用いて、データライブラリセット１４を生成する。

図９右図を用いて、シミュレーションを用いない場合の初期キャリブレーションについて説明する。最初にサンプル９の分光特性データを取得する。次にサンプル９の性能の良し悪しを判定する。次に光学系の条件と、面ブレ量とチルト量を取得する。次に判定器によって、分光特性データがライブラリとして適しているか否かを判定する。判定基準はあらかじめセットしておく。このフローを複数繰り返す。データライブラリは、ライブラリとして適した分光特性データと面ブレ量、チルト量の情報を格納する。

図１０は、膜厚検査装置１００が計測する周波数範囲を説明する図である。本実施形態１は、サブテラヘルツ領域（３ｍｍ～３００ｕｍ）の光を用いることを説明したが、分光計測データを活用した膜厚検査は、対象とするサンプルに対応させてテラヘルツ領域（３００ｕｍ-３ｕｍ）、テラヘルツ領域（３００ｕｍ-３ｕｍ）、赤外線、可視光、紫外光などの波長範囲を用いることもできる。いずれの波長を用いる場合であっても、搬送装置２１による面ブレ、チルトなどの外乱に対してトレランスの高いシステムを構築できる。

可視光などの短い波長を用いる場合、外乱の要因として、サンプル表面の欠陥等も無視できなくなる。この場合は、分光特性データに特徴的なひずみが発生するので、シミュレーションにより、欠陥をさらにライブラリとして持たせてもよい。これにより、膜厚検査装置１００を用いて、サンプル９の膜厚だけでなく欠陥を検出することもできる。

＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係る膜厚検査装置１００は、サンプル９の膜厚と搬送路の面ブレとの間の対応関係をあらかじめ分光特性データとしてあらかじめ記述しておき、実測した面ブレを用いて分光特性データを参照することにより、サンプル９の膜厚を推定する。これにより、搬送路の面ブレが生じている場合であっても、サンプル９の膜厚を正確に推定することができる。さらに分光特性データは、搬送路の傾斜量と膜厚との間の対応関係を記述することもできる。これにより、搬送路の面ブレに代えてまたはこれに加えて搬送路が傾斜している場合であっても、サンプル９の膜厚を正確に推定することができる。

本実施形態１に係る膜厚検査装置１００は、膜厚ごとの分光特性データ２０を記述したデータライブラリ１９を、面ブレ量ごと／チルト量ごとに配置した、データライブラリセット１４を備える。推定部１６は、まずデータライブラリセット１４のなかからデータライブラリ１９を１次選択し、その選択したデータライブラリ１９に対して、実測した分光特性データをマッチングする。データライブラリ１９を１次選択することにより、マッチング処理を実施すべきデータ量を抑えることができるので、推定結果を速やかに得ることができる。

＜実施の形態２＞
図１１は、本発明の実施形態２に係る膜厚検査装置１００の構成図である。本実施形態２において、膜厚検査装置１００は、クラウド６２上に構成されている訂正器６１と仮データライブラリセット６０へアクセスすることができる。その他構成は実施形態１と同様であるので、以下では差異点について主に説明する。

膜厚検査装置１００を運用しつづけると、搬送装置２１が汚れて、膜厚の出力結果に誤差が発生していくことが予測される。そこで本実施形態２においては、推定部１６が膜厚を推定した結果と、サンプル９の膜厚を実測した結果とを、面ブレ量／チルト量と併せて訂正器６１に対してフィードバックする。訂正器６１は、膜厚の推定結果と実測結果とが一致するように、仮データライブラリセット６０を常に更新する。訂正器６１は、膜厚の推定結果と実測結果とが互いに閾値以上ずれている場合は、仮データライブラリセット６０の内容をデータライブラリセット１４へコピーすることにより、データライブラリセット１４を訂正する。必ずしも仮データライブラリセット６０全体をデータライブラリセット１４へコピーする必要はなく、両者間の差が大きい箇所のみをコピーしてもよい。

本実施形態２に係る膜厚検査装置１００によれば、運用にともなって搬送路２３の表面が汚れるなどによって推定部１６による推定精度が低下し得る場合であっても、高い推定精度を維持することができる。訂正器６１と仮データライブラリセット６０は必ずしも膜厚検査装置１００外に構成する必要はなく、膜厚検査装置１００内部に構成することもできる。演算負荷が大きい場合は、クラウド６２などのような外部環境上にこれらを構成することが望ましい。

＜実施の形態３＞
図１２は、本発明の実施形態３に係る膜厚検査装置１００の構成図である。本実施形態３に係る膜厚検査装置１００は、実施形態１と比較すると、分光特性データを取得する光学系が異なっている。その他構成は実施形態１と同様であるので、以下では主に差異点について説明する。

本実施形態３に係る膜厚検査装置１００は、一体センサ７０とレンズ７１を備えている。一体センサ７０は、光源１と検出器７を一体にした機能を併せ持っている。近年サブテラヘルツ領域においては、共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）と呼ばれる半導体センサの研究がされており、光源１と検出器７を一体にした機能が実証されている。これにより一体センサ７０は近い将来量産されることが期待されている。

レンズ７１は、一体センサ７０から出力する光をサンプル９へ照射する機能と、サンプル９から反射された光を集光して一体センサ７０に導光する機能を併せ持つ。一体センサ７０においては、照射光の光軸と反射光の光軸は一致しているので、搬送路が法線方向に振動したとしても、一体センサ７０がサンプル９に対して照射する光スポットの水平方向位置は変化しない。ただし分光特性は、面ブレやチルトによって変動するので、データライブラリ１９とデータライブラリセット１４の構成は実施形態１～２と同じである。

本実施形態３に係る膜厚検査装置１００は、特に分光特性を取得するための光学系を実施形態１～２よりも簡易化することができる。これにより、特にコスト面でメリットが得られる。

＜実施の形態４＞
図１３は、本発明の実施形態４に係る膜厚検査装置１００の構成図である。本実施形態４に係る膜厚検査装置１００は、実施形態３と比較して、分光特性データを取得するための光学系を３つ（一体センサ８２、８３、８４とレンズ７２、７３、７４）配置した点が異なっている。その他構成は実施形態３と同様である。特定波長のみを出射／受光する一体センサは、周波数可変の一体センサよりも安価であるので、実施形態３と比較してコスト面でメリットがある。

ＲＴＤによる一体センサのなかには、特定の波長だけ出射／受光できるタイプのものがある。一体センサ８２、８３、８４はそのような特定波長のみ出射／受光できるタイプのセンサである。分光特性データ２０の主要変化点、すなわち、分光特性データ２０を波長方向において微分したデータのうち、特に値の大きいものを用いることにより、少ない個数の分光特性データ２０からサンプル９の膜厚を決定できる。

＜実施の形態５＞
本発明の実施形態５では、距離センサ８を用いることなく、サンプル９に対する外乱をモニタする手法について説明する。膜厚検査装置１００の構成は実施形態１～４いずれかのものと同様である。

図１４は、外乱のモニタ方法を説明する図である。図１４（Ａ）は計測データ、図１４（Ｂ）は計測データをフィルタリングしたデータ、図１４（Ｃ）は面ブレのデータである。それぞれ時間に対する波形を示す。

図１４（Ａ）の計測データ９０、９１、９２は、分光特性データのうち所定周波数の計測データだけを抽出したものであり、縦軸が分光データ、横軸が時間である。計測データ９０、９１、９２は、面ブレなどの外乱に伴う揺れと実際のサンプル９の膜厚による誤差によって、周期的に変動している。サンプル９の膜厚による誤差の周期と外乱による周期が異なる点を利用して、推定部１６は周波数フィルタを用い外乱による変動だけを抽出する。抽出されたものがフィルターデータ９３、９４、９５である。

推定部１６はさらに、フィルターデータを用いて外乱の周期を把握し、外乱の実際の振幅を取得することにより、外乱データ９６を取得できる。外乱データ９６は、搬送路の揺れ（すなわち法線方向における搬送路面の位置）を表している。推定部１６は外乱データ９６を用いて、外乱（または搬送路面のｚ軸方向位置）の周期と振幅を特定できる。したがって本実施形態５における推定部１６は、面ブレ量計測部として動作する。

推定部１６は、外乱データ９６によって特定した面ブレ量を、実施形態１～４における距離センサ８による計測結果に代えて用いることができる。本実施形態５においては、距離センサ８が不要であるので、コスト面でメリットがある。本実施形態５は、安定した周期的な外乱が生じている場合は有用であるが、突発的な外乱がある場合は距離センサ８を用いるほうが望ましい。

＜本発明の変形例について＞
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

以上の実施形態において、レンズ２、３、５、６は、例えばＴｓｕｒｕｐｉｃａ（ＵＲＬ：http://www.papapapax.jp/Tsurupica.html）などの材料で実現できる。特にＴｓｕｒｕｐｉｃａは見えないサブテラヘルツ波と可視光の両方を透過させるので、アライメントがしやすく望ましい。

以上の実施形態において、位置検出部１３、光源制御部１０、検出光処理部１１、分光特性データ処理部１２、データ選択部１５、推定部１６などは、その機能を実装した回路デバイスなどのハードウェアを用いて実装することもできるし、その機能を実装したソフトウェアをＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算装置が実行することによって実装することもできる。

以上の実施形態において、データライブラリ１９、データライブラリセット１４、仮データライブラリセット６０は、分光特性データ２０を記憶装置に格納することによって実装することができる。

１：光源
２、３、５、６：レンズ
４：反射プリズム
７：検出器
８：距離センサ
９：サンプル
１０：光源制御部
１１：検出光処理部
１２：分光特性データ処理部
１３：位置検出部
１４：データライブラリセット
１５：データ選択部
１６：推定部
１９：データライブラリ
２０：分光特性データ
２１：搬送装置
２２：送り装置
２３：搬送路
６０：仮データライブラリセット
６１：訂正器
７０：一体センサ
７２～７４：レンズ
８２～８４：一体センサ

Claims (14)

1. 搬送路上で移動しているサンプルの膜厚を検査する膜厚検査装置であって、
   前記搬送路上の前記サンプルを載置する面に対して垂直な方向に前記搬送路が変位することによって生じる前記サンプルの面ブレ量を計測する面ブレ量計測部、
   前記搬送路上において前記サンプルに対して第１光を照射したとき前記サンプルから反射する前記第１光を検出することにより得られる分光特性を記述した分光特性データを格納する記憶部、
   前記分光特性データを用いて前記サンプルの膜厚を推定する演算部、
   を備え、
   前記分光特性データは、前記分光特性として、前記サンプルの膜厚と前記面ブレ量との間の関係を記述しており、
   前記演算部は、前記面ブレ量計測部が計測した前記面ブレ量を用いて前記分光特性データを参照することにより、前記サンプルの膜厚を推定する
   ことを特徴とする膜厚検査装置。
2. 前記分光特性データは、前記分光特性としてさらに、前記サンプルの膜厚と、前記搬送路の傾斜量との間の関係を記述しており、
   前記演算部は、前記面ブレ量計測部が計測した前記面ブレ量を用いて前記傾斜量を算出し、その算出した前記傾斜量を用いて前記分光特性データを参照することにより、前記サンプルの膜厚を推定する
   ことを特徴とする請求項１記載の膜厚検査装置。
3. 前記膜厚検査装置はさらに、
   前記サンプルに対して前記第１光を照射する照射レンズ、
   前記サンプルから反射した前記第１光を集光する集光レンズ、
   を備え、
   前記照射レンズの有効径よりも前記集光レンズの有効径のほうが大きい
   ことを特徴とする請求項１記載の膜厚検査装置。
4. 前記膜厚検査装置はさらに、
   前記第１光を出射する光源、
   前記光源が出射した前記第１光の進行方向を前記サンプルに向けて反射する第１面を有するとともに、前記サンプルから反射した前記第１光の進行方向を光検出器へ向けて反射する第２面を有する、反射プリズム、
   前記サンプルから反射され前記反射プリズムによって反射された前記第１光を集光するレンズ、
   を備え、
   前記第１面と前記第２面との間の開き角をθ、
   前記レンズの取り込み角をθＬ、
   前記レンズが前記第１光を出射するときの出射角が、前記面ブレによってずれたときの角度ずれ量をΔθ、
   とすると、
   θ＞９０°＋θＬ＋Δθ が成り立つ
   ことを特徴とする請求項１記載の膜厚検査装置。
5. 前記膜厚検査装置はさらに、
   前記サンプルから反射した前記第１光を集光する第１集光レンズ、
   前記第１集光レンズが集光した前記第１光を光検出器へ集光する第２集光レンズ、
   を備え、
   前記第１集光レンズの焦点距離よりも前記第２集光レンズの焦点距離のほうが短い
   ことを特徴とする請求項１記載の膜厚検査装置。
6. 前記分光特性データは、前記サンプルの膜厚の値ごとに前記分光特性を記述しており、 前記記憶部はさらに、前記面ブレ量の値ごとに前記分光特性データを配置した分光特性データセットを格納しており、
   前記演算部は、前記面ブレ量計測部が計測した前記面ブレ量に対応する前記分光特性データを前記分光特性データセットのなかから選別し、
   前記演算部は、前記選別した前記分光特性データと、前記サンプルに対して前記第１光を照射することにより取得した分光特性とをマッチングすることにより、前記サンプルの膜厚を推定する
   ことを特徴とする請求項１記載の膜厚検査装置。
7. 前記面ブレ量計測部は、前記サンプルに対して第２光を照射し、前記サンプルから反射された前記第２光を検出することにより、前記第２光の照射点における前記面ブレ量を計測するように構成されており、
   前記演算部は、第１時刻において前記サンプルに対して前記第２光を照射することにより前記面ブレ量計測部が計測した第１面ブレ量と、第２時刻において前記サンプルに対して前記第２光を照射することにより前記面ブレ量計測部が計測した第２面ブレ量とを取得し、
   前記演算部は、前記第１時刻と前記第２時刻との間の差分、前記第１面ブレ量と前記第２面ブレ量との間の差分、および前記搬送路が前記サンプルを移動させる速度を用いて、前記搬送路の移動方向に沿った前記搬送路の前記傾斜量を算出する
   ことを特徴とする請求項２記載の膜厚検査装置。
8. 前記サンプルに対する前記第１光の照射点は、前記サンプルに対する前記第２光の照射点に対して、前記搬送路の進行方向に向かってシフトしている
   ことを特徴とする請求項７記載の膜厚検査装置。
9. 前記面ブレ量計測部は、前記サンプル上の第１照射点に対して第２光を照射し、前記サンプルから反射された前記第２光を検出することにより、前記第１照射点における第１面ブレ量を計測すると同時に、前記サンプル上の第２照射点に対して第２光を照射し、前記サンプルから反射された前記第２光を検出することにより、前記第２照射点における第２面ブレ量を計測するように構成されており、
   前記演算部は、前記第１照射点と前記第２照射点との間の距離、および前記第１面ブレ量と前記第２面ブレ量との間の差分を用いて、前記搬送路の移動方向に対して垂直な方向に沿った前記搬送路の前記傾斜量を算出する
   ことを特徴とする請求項７記載の膜厚検査装置。
10. 前記膜厚検査装置はさらに、前記サンプルの膜厚を測定することによって取得した実膜厚と、前記演算部が推定した前記膜厚との間の差分にしたがって、前記分光特性データを補正する補正器を備える
    ことを特徴とする請求項１記載の膜厚検査装置。
11. 前記膜厚検査装置はさらに、前記サンプルに対して前記第１光を出射するとともに、前記サンプルから反射した前記第１光を検出することにより前記分光特性を取得する、分光特性センサを備える
    ことを特徴とする請求項１記載の膜厚検査装置。
12. 前記分光特性センサは、特定の波長を有する前記第１光を出射するように構成されており、
    前記膜厚検査装置は、前記分光特性センサとして、
    第１波長を有する前記第１光を出射する第１分光特性センサ、
    第２波長を有する前記第１光を出射する第２分光特性センサ、
    を備える
    ことを特徴とする請求項１１記載の膜厚検査装置。
13. 前記面ブレ量計測部は、前記搬送路の前記変位を計測することによって得られる実測データを取得し、
    前記面ブレ量計測部は、前記実測データが記述している前記変位の周期と振幅を計算することを介して、前記面ブレ量を計測する
    ことを特徴とする請求項１記載の膜厚検査装置。
14. 前記膜厚検査装置はさらに、前記第１光を出射する光源を備え、
    前記第１光は、テラヘルツ帯域の波長範囲を有する
    ことを特徴と請求項１記載の膜厚検査装置。

Images