JPH04313007A - Film inspecting device - Google Patents

Film inspecting device

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Publication number
JPH04313007A
JPH04313007A JP7486491A JP7486491A JPH04313007A JP H04313007 A JPH04313007 A JP H04313007A JP 7486491 A JP7486491 A JP 7486491A JP 7486491 A JP7486491 A JP 7486491A JP H04313007 A JPH04313007 A JP H04313007A
Authority
JP
Japan
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light
sample
wavelength
optical system
film
Prior art date
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Pending
Application number
JP7486491A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiro Nakajima
利郎 中島
Mitsuhito Kamei
光仁 亀井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP7486491A priority Critical patent/JPH04313007A/en
Publication of JPH04313007A publication Critical patent/JPH04313007A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To realize high-accuracy measurement which is not affected by a change in material and disturbance by simultaneously utilizing the light absorbing property of a film in a visible light region and intra-film multi-reflection phenomenon in an infrared region and simultaneously measures the thickness of the film at the same point, and then, adopting the data having high coincidence after comparing the measurements with each other. CONSTITUTION:The component of the light of a light source 1 having a specific wavelength intensity set by a wavelength filter 3 is monitored with a detector 4 after part of the light is branched at a half mirror 2. The light transmitted through the filter 3 is branched at a half mirror 6 after passing through a sample 5 and only the component having the save wavelength as that the filter 3 has enters a photoreceptor element 8 after passing through a wavelength filter 7. The light transmitted through the mirror 6 forms images in the order of wavelength on a line sensor 12 after being scattered by means of a diffraction grating 11. The outputs of the detector 4 and element 8 are fed to a computing element 19 through a divider 15 and the film thickness of the sample 5 is calculated by using the absorption coefficient of the sample 5. The output of the sensor 12 is supplied to a computing element 22 by which the film thickness is identified by comparing the output with inter-peak wavelength-film thickness lookup data. A subtracter finds the difference between both film thicknesses and a discrimination circuit 24 compares the difference with a set reference value. When the difference is smaller than the reference value, the circuit 24 judges that the data are highly reliable and valid.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は光を利用して、フィルム
シート材、コーテイング材等の膜厚や膜材質をオンライ
ンで検出する膜検出装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a film detection device that uses light to detect the thickness and material of a film sheet material, coating material, etc. on-line.

【0002】0002

【従来の技術】フィルムシート材、コーテイング材等の
光が透過する膜に光を照射すると、光は膜の表面と裏面
で反射を繰り返し、同じ波長を持つ光が互いに干渉を起
こすことから、透過光(或いは反射光)強度の波長分布
はある周期をもって規則的に強弱を繰り返す。この周期
は膜の厚さに対応して変化する。また、光透過性を持つ
膜は、材質特有の光吸収特性を持っており、シート材を
透過した光の強度は膜の厚さに応じて強度が変化する。 従来より、このような膜内における光の多重反射或いは
膜による光の吸収現象を利用して、膜厚の測定が行われ
てきた。
[Prior Art] When light is irradiated onto a light-transmitting film such as a film sheet material or coating material, the light is repeatedly reflected on the front and back surfaces of the film, and light with the same wavelength interferes with each other, so the light is not transmitted through the film. The wavelength distribution of light (or reflected light) intensity repeats its strength and weakness regularly with a certain period. This period changes depending on the thickness of the film. Furthermore, a light-transmitting film has light absorption characteristics specific to the material, and the intensity of light transmitted through the sheet material changes depending on the thickness of the film. Conventionally, film thickness has been measured by utilizing such multiple reflection of light within the film or absorption of light by the film.

【0003】たとえば図7は特開昭56−44802号
公報に示された、従来の光の吸収を利用した膜厚測定装
置の構成図であり、図において、55は測定対象である
フィルムシート材、56は赤外光を発生する基準光源、
57は検出ヘッド、58は検出ヘッドからの出力を増幅
するアンプ、59はアンプ出力の偏差を示す偏差指示器
である。次に動作を示す。対象となるフィルムシートが
持つ光の吸収波長に合わせた赤外光を基準光源56から
フィルムシート55に照射し、その透過光を検出ヘッド
57で受光する。検出ヘッド57で光電変換された信号
はアンプ58によって増幅され、偏差指示器59に入力
される。偏差指示器では膜厚による透過光強度の変化に
対応した信号出力変化を検出することにより、膜厚測定
を行う。
For example, FIG. 7 is a block diagram of a conventional film thickness measuring device using light absorption, disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 56-44802. In the figure, 55 indicates a film sheet material to be measured. , 56 is a reference light source that generates infrared light;
57 is a detection head, 58 is an amplifier that amplifies the output from the detection head, and 59 is a deviation indicator that indicates the deviation of the amplifier output. The operation is shown below. A reference light source 56 irradiates the film sheet 55 with infrared light matching the absorption wavelength of light possessed by the target film sheet, and the detection head 57 receives the transmitted light. The signal photoelectrically converted by the detection head 57 is amplified by an amplifier 58 and input to a deviation indicator 59. The deviation indicator measures film thickness by detecting changes in signal output corresponding to changes in transmitted light intensity due to film thickness.

【0004】また、図8は特開昭56−115905号
公報に示された、光の干渉を利用した従来の膜厚測定装
置の構成図であり、図において、60は光源、61は光
源60から出た光を平行光にするためのレンズ系、62
は測定対象となるフィルム面、63、64はビームを広
げるためのレンズ系、65は分光するためのプリズム、
66は結像するためのレンズ、67は受光素子、68は
ハーフミラー、69はプリズム、70は結像のためのレ
ンズ、71は受光素子、72は試料面での照射部、73
は反射部材である。次に動作について示す。光源60よ
り出た光はレンズ系61により平行光線になった後、照
射部72に至り、フィルム62により反射される。反射
された光はレンズ系63、64によって平行光線になっ
た後、プリズム65を通り分光され、レンズ66により
波長によって異なった位置に集光され、受光素子67の
上にスペクトルを写し出す。受光素子からの出力信号に
よりスペクトルを検出し、得られたスペクトルの極小、
極大を示す波長を見いだし、フィルムの厚さを算出する
FIG. 8 is a block diagram of a conventional film thickness measuring device using optical interference, which is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 115905/1982. In the figure, 60 is a light source, and 61 is a light source 60. Lens system for converting light emitted from into parallel light, 62
is the film surface to be measured, 63 and 64 are lens systems for spreading the beam, 65 is a prism for spectroscopy,
66 is a lens for forming an image, 67 is a light receiving element, 68 is a half mirror, 69 is a prism, 70 is a lens for forming an image, 71 is a light receiving element, 72 is an irradiation part on the sample surface, 73
is a reflective member. The operation will be explained next. The light emitted from the light source 60 is converted into parallel light by the lens system 61, reaches the irradiation section 72, and is reflected by the film 62. The reflected light is turned into parallel light beams by lens systems 63 and 64, then is separated by a prism 65, focused by a lens 66 at different positions depending on the wavelength, and a spectrum is projected onto a light receiving element 67. The spectrum is detected by the output signal from the light receiving element, and the minimum of the obtained spectrum,
Find the wavelength that shows the maximum and calculate the thickness of the film.

【0005】また、図9は特開昭56−132507号
公報に示された光の吸収、干渉を利用した従来の膜厚測
定装置の構成図であり、図において、74は試料、75
はプリズム65を回転するための回転台である。次に動
作について説明する。光源60から出た光はレンズ61
によって平行光線になった後、試料74に照射される。 照射された光は試料74を透過し、コリメートレンズ系
63、64によって幅を広げられ、プリズム65に入射
する。ここで、試料の材質、厚さの範囲に応じた波長範
囲を持つスペクトル情報が受光素子67によって検出で
きるよう、回転台75を回転させることによってプリズ
ムへの光の入射角を変化させる。この時受光素子67へ
入射する光の波長範囲は、検出原理として光の吸収を利
用するか、干渉を利用するかによって決定される。受光
素子67からの出力信号は、光の吸収を利用する場合は
透過光の吸光度を算出することにより、また干渉を利用
する場合は透過光強度の波長に対する強度変化からその
周期を算出することにより、膜厚を求める。
FIG. 9 is a block diagram of a conventional film thickness measuring device using light absorption and interference disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 56-132507. In the figure, 74 indicates a sample, 75
is a rotating table for rotating the prism 65. Next, the operation will be explained. The light emitted from the light source 60 passes through the lens 61
After the light becomes parallel, the sample 74 is irradiated with it. The irradiated light passes through the sample 74, is widened by the collimating lens systems 63 and 64, and enters the prism 65. Here, the angle of incidence of light on the prism is changed by rotating the rotary table 75 so that the light receiving element 67 can detect spectrum information having a wavelength range corresponding to the material and thickness range of the sample. At this time, the wavelength range of the light incident on the light receiving element 67 is determined depending on whether light absorption or interference is used as the detection principle. The output signal from the light receiving element 67 is obtained by calculating the absorbance of the transmitted light when using light absorption, or by calculating the period from the change in the intensity of the transmitted light with respect to the wavelength when using interference. , find the film thickness.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来の膜厚測定は以上
で述べたように、光の吸収または光の干渉を利用したい
ずれかの方式により行われてきた。しかしながら、光の
吸収特性を利用した方式では、膜厚の測定において膜の
材質の吸収係数変化及び外乱光による受光強度変化の影
響を大きく受ける。また、光の干渉を利用した方式では
、膜の材質の屈折率変化の影響を大きく受ける。一方、
シート材などは生産工程において、正規材料の混入比の
変化、異種材料、着色物混入による吸収係数の変化或い
は材質の組成変化による屈折率変化が発生することがあ
る。このような予測されない原因による材質の変化に対
して、従来のように一つの方式のみによる測定では、材
質変化を検知できず測定の誤差となることから、測定デ
ータの信頼性が低下するという問題点があった。 また、一般に生産工程で流れる膜の材質は一種類とは限
られておらず、複数の種類の材質のものが混在して生産
されることもある。このため、測定装置を実ラインへ適
用するにあたっては、材質の変化に対応することが必要
となる。この場合、従来は外部からロット単位で補正し
ていた。このように、材質が異なる事によって発生する
測定データの変化を外部から教示する場合、異なった材
質の膜材が流れる毎に、補正データを入力する必要があ
り、煩雑な作業が必要となることから、自動化にあたっ
て大きな問題となっていた。
As described above, conventional film thickness measurements have been carried out using either light absorption or light interference. However, in the method using light absorption characteristics, the measurement of film thickness is greatly affected by changes in the absorption coefficient of the material of the film and changes in received light intensity due to ambient light. Furthermore, methods that utilize light interference are greatly affected by changes in the refractive index of the film material. on the other hand,
During the production process of sheet materials, changes in the absorption coefficient may occur due to changes in the mixing ratio of regular materials, changes in the absorption coefficient due to the mixing of different materials or colored substances, or changes in the refractive index due to changes in the composition of the material. In response to such changes in material properties due to unforeseen causes, conventional measurements using only one method cannot detect changes in material properties, resulting in measurement errors, which reduces the reliability of measurement data. There was a point. Furthermore, the material of the membrane flowing in the production process is generally not limited to one type, and may be produced using a mixture of multiple types of materials. Therefore, when applying a measuring device to an actual production line, it is necessary to deal with changes in material quality. In this case, conventionally corrections were made externally on a lot-by-lot basis. In this way, when externally teaching changes in measurement data caused by different materials, it is necessary to input correction data each time a membrane material of a different material flows, which requires complicated work. Since then, automation has become a major problem.

【0007】本発明は、このような問題点の解決を目的
としており、膜の材質の変化或いは外乱光による受光強
度変化などの外乱が発生する場合においても、材質変化
が検知でき、常に測定精度の高いデータが得られる膜検
査装置を提供することにある。
The present invention aims to solve these problems, and even when disturbances occur such as changes in the material of the film or changes in received light intensity due to ambient light, changes in the material can be detected and measurement accuracy can always be maintained. The object of the present invention is to provide a membrane inspection device that can obtain high-quality data.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明に係わる膜検査装
置は、紫外領域から赤外領域まで連続的に発光スペクト
ルを有する光源、この光源から出射する光の一部を分岐
し、吸収現象の発生する第1の波長領域の特定波長の光
強度をモニターする第1の光学系、上記光源からの光を
試料に照射する照射光学系、上記試料からの透過光或い
は反射光の赤外領域の光スペクトル分布情報を検出する
第2の光学系、上記透過光或いは反射光の一部を分岐し
、第1の光学系と同じ特定波長の光の強度を検出する第
3の光学系、第1の光学系の受光強度と第3の光学系の
受光強度との強度比と、予め求めておいた上記試料の吸
収係数とによって、上記試料の厚さを算出する第1の演
算手段、第2の光学系からの出力信号をもとに上記試料
の厚さを算出する第2の演算手段、及び第1の演算手段
によって求められた試料厚さの測定値と第2の演算手段
によって得られた試料厚さの測定値とを比較し、2つの
上記測定値の一致度から上記測定値の有効性を判定する
判定手段を備えたものである。
[Means for Solving the Problems] A film inspection device according to the present invention includes a light source having a continuous emission spectrum from the ultraviolet region to the infrared region, and a part of the light emitted from this light source is branched to detect absorption phenomena. a first optical system that monitors the light intensity of a specific wavelength in the first wavelength range that is generated; an irradiation optical system that irradiates the sample with light from the light source; a second optical system that detects light spectrum distribution information; a third optical system that branches part of the transmitted light or reflected light and detects the intensity of light having the same specific wavelength as that of the first optical system; a first calculation means for calculating the thickness of the sample based on the intensity ratio of the light reception intensity of the optical system and the light reception intensity of the third optical system and a predetermined absorption coefficient of the sample; a second calculation means for calculating the thickness of the sample based on the output signal from the optical system; The apparatus is equipped with a determination means for comparing the measured value of the sample thickness and determining the validity of the measured value based on the degree of coincidence between the two measured values.

【0009】また第2の発明は、紫外領域から赤外領域
まで連続的に発光スペクトルを有する光源、この光源か
ら出射する光の一部を分岐し、複数の特定波長における
光強度をモニターする複数の検出部からなる第1の光学
系、上記光源からの光を試料に照射する照射光学系、上
記試料からの透過光或いは反射光の、第1の光学系と同
じ複数の特定波長の光の強度を検出する第2の光学系、
第1の光学系と第2の光学系の同一波長における受光強
度の比によって表される透過率を求め、この透過率の各
波長間での相対比から、予め材質ごとに求めた各波長間
の透過率比を記憶したテーブルを基に、試料の材質を同
定し、同定された試料の、特定波長における吸収係数を
決定する吸収係数同定手段、及び上記特定波長における
透過率と上記決定された吸収係数の値とから上記試料の
厚さを算出する演算手段を備えたものである。
The second invention also provides a light source having a continuous emission spectrum from the ultraviolet region to the infrared region, and a plurality of light sources that branch part of the light emitted from this light source and monitor the light intensity at a plurality of specific wavelengths. a first optical system comprising a detection unit; an irradiation optical system for irradiating the sample with light from the light source; a second optical system for detecting intensity;
The transmittance expressed by the ratio of the received light intensity at the same wavelength of the first optical system and the second optical system is determined, and from the relative ratio of this transmittance between each wavelength, the distance between each wavelength determined in advance for each material is determined. absorption coefficient identification means for identifying the material of the sample and determining the absorption coefficient at a specific wavelength of the identified sample based on a table storing the transmittance ratio of the sample; The apparatus is equipped with calculation means for calculating the thickness of the sample from the value of the absorption coefficient.

【0010】また第3の発明は、紫外領域から赤外領域
まで連続的に発光スペクトルを有する光源、この光源か
ら出射する光の一部を分岐し、複数の特定波長における
光強度をモニターする複数の検出部からなる第1の光学
系、上記光源からの光を試料に照射する照射光学系、上
記試料からの透過光或いは反射光の赤外領域の光スペク
トル分布情報を検出する第2の光学系、上記試料からの
透過光或いは反射光の一部を分岐し、第1の光学系と同
じ複数の特定波長の光の強度を検出する第3の光学系、
第2の光学系によって得られた光のスペクトル分布情報
から試料の厚さを算出する第1の演算手段、第1の光学
系と第3の光学系の同一波長における受光強度の比から
、各波長での試料の透過率を求める第2の演算手段、第
1の演算手段によって得られた膜厚値と第2の演算手段
によって求められた各波長での透過率とから、複数の特
定波長における吸収係数を求める第3の演算手段、及び
得られた吸収係数の波長分布と予め求めておいた吸収係
数の波長分布を比較し、所定の膜成分であるかどうかを
判定する膜成分判定手段を備えたものである。
The third invention also provides a light source having a continuous emission spectrum from the ultraviolet region to the infrared region; a first optical system consisting of a detection unit, an irradiation optical system that irradiates the sample with light from the light source, and a second optical system that detects light spectrum distribution information in the infrared region of transmitted light or reflected light from the sample. a third optical system that branches part of the transmitted light or reflected light from the sample and detects the intensity of light having the same plurality of specific wavelengths as the first optical system;
a first calculation means for calculating the thickness of the sample from the light spectral distribution information obtained by the second optical system; A second calculation means for calculating the transmittance of the sample at a certain wavelength, from the film thickness value obtained by the first calculation means and the transmittance at each wavelength calculated by the second calculation means, a plurality of specific wavelengths are calculated. a third calculating means for determining the absorption coefficient in the film; and a film component determining means for comparing the wavelength distribution of the obtained absorption coefficient with the wavelength distribution of the absorption coefficient determined in advance to determine whether the film is a predetermined film component. It is equipped with the following.

【0011】さらに第4の発明は、紫外領域から赤外領
域まで連続的に発光スペクトルを有する光源、この光源
から出射する光の一部を分岐し、複数の特定波長におけ
る光強度をモニターする複数の検出部からなる第1の光
学系、上記光源からの光を試料に照射する照射光学系、
上記試料からの透過光或いは反射光の赤外領域の光スペ
クトル分布情報を検出する第2の光学系、上記試料から
の透過光或いは反射光の一部を分岐し、第1の光学系と
同じ複数の特定波長の光の強度を検出する第3の光学系
、第1の光学系と第3の光学系の同一波長における受光
強度の比から、各波長での試料の透過率を求め、この透
過率の各波長間での相対比から、予め材質ごとに求めた
各波長間の透過率比を記憶したテーブルを基に、試料の
材質を特定する材質判定手段、この材質判定手段による
材質の特定結果から試料の屈折率を同定する屈折率同定
手段、第1光学系と第3の光学系からの出力信号のうち
の特定波長において得られた透過率と、上記材質判定手
段によって特定された試料の吸収係数とによって、試料
の厚さを算出する第1の演算手段、上記屈折率同定手段
の出力と第2の光学系からの出力信号とから試料の厚さ
を算出する第2の演算手段、及び第1の演算手段と第2
の演算手段によって得られた試料の厚さの測定値を比較
し、2つの上記測定値の一致度から上記測定値の有効性
を判定する判定手段を備えたものである。
Furthermore, a fourth invention provides a light source having a continuous emission spectrum from the ultraviolet region to the infrared region; a first optical system comprising a detection unit; an irradiation optical system that irradiates the sample with light from the light source;
A second optical system that detects optical spectrum distribution information in the infrared region of the transmitted light or reflected light from the sample, which branches part of the transmitted light or reflected light from the sample, and is the same as the first optical system. A third optical system detects the intensity of light at a plurality of specific wavelengths, and the transmittance of the sample at each wavelength is determined from the ratio of the received light intensity at the same wavelength of the first optical system and the third optical system. A material determination means for identifying the material of the sample based on a table storing the transmittance ratio between each wavelength determined in advance for each material from the relative ratio of transmittance between each wavelength; A refractive index identifying means for identifying the refractive index of the sample from the identification results, a transmittance obtained at a specific wavelength of the output signals from the first optical system and the third optical system, and a material determining means identified by the material determining means. A first calculation means for calculating the thickness of the sample based on the absorption coefficient of the sample, and a second calculation means for calculating the thickness of the sample from the output of the refractive index identification means and the output signal from the second optical system. means, and a first calculation means and a second calculation means.
The apparatus is equipped with a determining means for comparing the measured values of the thickness of the sample obtained by the calculating means and determining the validity of the measured value based on the degree of coincidence between the two measured values.

【0012】0012

【作用】一般に、高分子材料によって構成される膜を透
過した光の強度は、図3のような波長分布を示す。つま
り、可視領域では膜がもつ光の吸収率が波長によって大
きく変化し、波長が短くなるにつれて吸収率が大きくな
り、紫外領域との境界付近において光は透過しなくなる
。このように可視領域では膜の吸光現象が顕著に現れる
。そして特定波長における透過光強度は膜の厚さに対応
して変化する。一方、赤外領域においては、透過率が高
くほぼ一定していることから、膜内において多重反射が
起こり、反射を繰り返した光が膜を透過する際、各波長
毎に干渉する。この結果、波長によって透過光強度が強
めあったり、弱めあったりすることとなり、透過光強度
は波長に対して強弱を周期的に繰り返す。この周期は膜
の厚さに対応して変化する。
[Operation] Generally, the intensity of light transmitted through a film made of a polymeric material exhibits a wavelength distribution as shown in FIG. That is, in the visible region, the light absorption rate of the film changes greatly depending on the wavelength, and as the wavelength becomes shorter, the absorption rate increases, and light no longer passes near the boundary with the ultraviolet region. In this way, the phenomenon of light absorption by the film appears prominently in the visible region. The intensity of transmitted light at a specific wavelength changes depending on the thickness of the film. On the other hand, in the infrared region, since the transmittance is high and almost constant, multiple reflections occur within the film, and when the repeatedly reflected light passes through the film, it interferes with each wavelength. As a result, the intensity of the transmitted light becomes stronger or weaker depending on the wavelength, and the intensity of the transmitted light periodically repeats its strength and weakness with respect to the wavelength. This period changes depending on the thickness of the film.

【0013】本発明は、このような吸光現象と多重反射
による干渉現象がそれぞれ可視領域と赤外領域において
同時に発生することに着目したものである。すなわち、
可視領域から赤外領域までの成分を有する白色光を試料
に照射し、試料からの透過光を可視領域及び赤外領域と
に分離し、可視領域において特定波長の透過光強度の検
出結果から膜厚を算出するとともに、赤外領域において
透過光強度の波長分布の周期の検出結果から膜厚を算出
し、得られた2つの膜厚値を比較し、一致度の高いデー
タのみを有効とすることによって、データの信頼性を高
めるものである。すなわち膜の材質の変化或いは外乱光
による受光強度変化などの外乱が発生する場合において
は、2つの測定値は一致しないので、データとして選択
されず、常に所定の材質の箇所のみの、測定精度の高い
データが選択される。
The present invention focuses on the fact that such a light absorption phenomenon and an interference phenomenon due to multiple reflection occur simultaneously in the visible region and the infrared region, respectively. That is,
A sample is irradiated with white light having components from the visible region to the infrared region, the transmitted light from the sample is separated into the visible region and the infrared region, and the film is determined based on the detection result of the transmitted light intensity of a specific wavelength in the visible region. In addition to calculating the thickness, the film thickness is also calculated from the detection results of the period of the wavelength distribution of transmitted light intensity in the infrared region, the two obtained film thickness values are compared, and only the data with a high degree of agreement is valid. This increases the reliability of the data. In other words, when a disturbance occurs such as a change in the material of the film or a change in the received light intensity due to disturbance light, the two measured values will not match and will not be selected as data, and the measurement accuracy will always be limited to only the part of the specified material. High data is selected.

【0014】また、可視領域における吸収係数の波長分
布は膜の材質によってたとえば図4に示すように変化す
る。第2の発明は、このような試料の材質による吸収係
数の波長分布の変化に着目したもので、可視領域におい
て複数の波長で透過率を測定し、得られた波長間におけ
る透過率の相対的変化に基づいて対象とする膜の材質を
予め入力されていた複数の膜の中から同定するとともに
、同定結果に基づき膜の吸収係数を補正することによっ
て、測定で得られた透過光強度と補正された吸収係数と
から算出される膜厚の測定結果の精度向上を実現できる
Further, the wavelength distribution of the absorption coefficient in the visible region varies depending on the material of the film, as shown in FIG. 4, for example. The second invention focuses on changes in the wavelength distribution of the absorption coefficient depending on the material of the sample, and measures the transmittance at multiple wavelengths in the visible region and calculates the relative transmittance between the obtained wavelengths. Based on the change, the material of the target film is identified from among the multiple films entered in advance, and the absorption coefficient of the film is corrected based on the identification results, thereby correcting the transmitted light intensity obtained in the measurement. It is possible to improve the accuracy of the measurement result of the film thickness calculated from the absorption coefficient obtained.

【0015】第3の発明は、膜の材質によって可視領域
における透過率の波長分布が変化する現象と上記赤外域
における膜内多重反射による干渉現象を同時に利用した
ものである。つまり、白色光を試料に照射し、その透過
光を可視領域と赤外領域に分離し、可視領域における複
数の波長の透過光強度の測定結果と、赤外領域における
透過光強度の波長分布の周期から算出した膜厚値から、
複数波長での吸収係数を求め、それぞれの波長間で吸収
係数の測定結果に基づき、予め入力されていた複数の膜
の吸収係数の波長分布から対象とする膜の材質を同定す
る。
The third invention simultaneously utilizes the phenomenon that the wavelength distribution of transmittance in the visible region changes depending on the material of the film and the interference phenomenon caused by multiple reflection within the film in the infrared region. In other words, the sample is irradiated with white light, the transmitted light is separated into the visible region and the infrared region, and the results of measuring the transmitted light intensity of multiple wavelengths in the visible region and the wavelength distribution of the transmitted light intensity in the infrared region are obtained. From the film thickness value calculated from the period,
The absorption coefficients at multiple wavelengths are determined, and the material of the target film is identified from the wavelength distribution of the absorption coefficients of the multiple films input in advance based on the measurement results of the absorption coefficients between the respective wavelengths.

【0016】第4の発明も可視領域における吸光現象と
赤外領域における多重反射による干渉現象を同時に利用
したもので、透過光を可視領域と赤外領域に分離し、可
視域では複数の波長における透過光強度の測定結果から
膜の材質を同定するとともに、同定結果に基づき膜の吸
収係数を補正することによって、透過光強度変化から得
られる膜の測定値の精度を向上させるとともに、赤外域
では、膜の同定結果に基づいて膜の屈折率の値を補正す
るとともに、測定によって得られた透過光強度の波長分
布と補正した屈折率から精度の高い膜厚を算出する。そ
して得られた2つの膜厚値を比較し、一致度の高いデー
タのみを選択することによって、データの信頼性をさら
に高めている。
The fourth invention also utilizes the light absorption phenomenon in the visible region and the interference phenomenon caused by multiple reflection in the infrared region, and separates the transmitted light into the visible region and the infrared region, and in the visible region, it separates the transmitted light into the visible region and the infrared region. By identifying the material of the film from the measurement results of the transmitted light intensity and correcting the absorption coefficient of the film based on the identification results, we can improve the accuracy of the film measurement values obtained from changes in the transmitted light intensity. The refractive index value of the film is corrected based on the film identification results, and the film thickness is calculated with high accuracy from the wavelength distribution of transmitted light intensity obtained by measurement and the corrected refractive index. The reliability of the data is further increased by comparing the two obtained film thickness values and selecting only the data with a high degree of agreement.

【0017】[0017]

【実施例】実施例1.次に本発明の一実施例について説
明する。図1において、1は紫外光から赤外光までの波
長を有する連続波長光源、2は光源1からの出射光を分
岐するためのハーフミラー、3は光源のうち特定波長を
選択するための波長フィルター、4は光源1からの発振
強度をモニターするための検出器、5は試料、6は試料
5を透過した光を分岐するためのハーフミラー、7は透
過光のうち特定波長を選択するための波長フィルター、
8は受光素子、9は透過光の集光用レンズ、10はスリ
ット、11は波長分離用の回折格子、12は受光用のラ
インセンサ、13、14は検出器からの出力を増幅する
アンプ、15は透過光強度とモニター強度との比をとる
割算器、16は出力値の対数をとるログアンプ、17は
ログアンプからの出力信号をでデジタル信号に変換する
A/D回路、18は予め測定した膜の吸収係数をデジタ
ル信号として入力するプリセット回路、19はA/D回
路17からの出力信号とプリセット回路18による設定
値により膜厚値を算出する演算器、20はラインセンサ
12からの出力信号をデジタル信号に変換するA/D回
路、21はデジタル信号に変換されたスペクトル情報か
らスペクトルのピーク間波長を求めるための演算器、2
2は求められたピーク間波長から予め入力されたピーク
間波長−膜厚値のルックアップテーブルのデータと比較
し膜厚を算出する演算器、23は演算器19、22によ
って得られた2つの膜厚値の差を演算する引き算器、2
4は引き算器23からの出力の絶対値が設定範囲内にあ
るかどうかによりデータの有効性を判定するデータ判定
回路、25は測定によって得られた膜厚データのうち有
効と判断されたもののみを選択するデータ選択回路を示
す。
[Example] Example 1. Next, one embodiment of the present invention will be described. In FIG. 1, 1 is a continuous wavelength light source having wavelengths from ultraviolet light to infrared light, 2 is a half mirror for branching the light emitted from light source 1, and 3 is a wavelength for selecting a specific wavelength from the light source. A filter, 4 is a detector for monitoring the oscillation intensity from the light source 1, 5 is a sample, 6 is a half mirror for branching the light transmitted through the sample 5, 7 is for selecting a specific wavelength from the transmitted light wavelength filter,
8 is a light receiving element, 9 is a condensing lens for transmitted light, 10 is a slit, 11 is a diffraction grating for wavelength separation, 12 is a line sensor for receiving light, 13 and 14 are amplifiers that amplify the output from the detector, 15 is a divider that takes the ratio between the transmitted light intensity and the monitor intensity, 16 is a log amplifier that takes the logarithm of the output value, 17 is an A/D circuit that converts the output signal from the log amplifier into a digital signal, and 18 is a A preset circuit inputs the previously measured absorption coefficient of the film as a digital signal; 19 is a calculator that calculates a film thickness value based on the output signal from the A/D circuit 17 and a value set by the preset circuit 18; and 20 is a calculation unit from the line sensor 12. 21 is an A/D circuit that converts the output signal of the digital signal into a digital signal; 21 is an arithmetic unit that calculates the peak-to-peak wavelength of the spectrum from the spectral information converted to the digital signal;
2 is an arithmetic unit that calculates the film thickness by comparing the obtained peak-to-peak wavelength with data in a look-up table of peak-to-peak wavelength-film thickness values input in advance; Subtractor for calculating the difference in film thickness values, 2
4 is a data determination circuit that determines the validity of the data based on whether the absolute value of the output from the subtracter 23 is within a set range; 25 is only the film thickness data obtained by measurement that is determined to be valid; This figure shows a data selection circuit that selects .

【0018】次に動作について説明する。光源1から出
射された光はハーフミラー2によって一部が分岐され波
長フィルター3によって予め設定した特定波長の強度の
みを検出器4を用いてモニターする。一方、ハーフミラ
ー3を透過した光は試料5を透過し、ハーフミラー6に
よって分岐される。分岐された光は波長フィルター7に
より波長フィルター3と同じ波長の光のみが選択され受
光素子8によって受光される。一方、ハーフミラー6を
透過した光は集光レンズ9によってスリット10上に絞
りこまれ、回折格子11に入射される。入射された光は
回折格子によって分散し、回折格子の焦点面に設置され
たラインセンサー12上に光の波長の順に結像される。 検出器4、及び受光素子8からの出力信号はそれぞれア
ンプ13、14によって増幅される。このとき受光素子
8からの出力は下記数式1に示されたLambert−
Beerの法則によって膜厚に対応して変化する。
Next, the operation will be explained. A portion of the light emitted from the light source 1 is split by a half mirror 2, and a wavelength filter 3 monitors only the intensity of a preset specific wavelength using a detector 4. On the other hand, the light that has passed through the half mirror 3 passes through the sample 5 and is split by the half mirror 6. Of the branched lights, only the light having the same wavelength as the wavelength filter 3 is selected by the wavelength filter 7 and is received by the light receiving element 8 . On the other hand, the light transmitted through the half mirror 6 is focused onto a slit 10 by a condenser lens 9, and is incident on a diffraction grating 11. The incident light is dispersed by the diffraction grating, and images are formed on the line sensor 12 installed at the focal plane of the diffraction grating in the order of the wavelength of the light. The output signals from the detector 4 and the light receiving element 8 are amplified by amplifiers 13 and 14, respectively. At this time, the output from the light receiving element 8 is Lambert-
It changes depending on the film thickness according to Beer's law.

【0019】[0019]

【数1】[Math 1]

【0020】アンプ13、14からの出力は、それぞれ
割算器15に入力され、Io/Iiが演算され、exp
(−α(λ)d)に比例した信号が出力される。ログア
ンプ16では割算器15からの出力を対数演算し、−α
(λ)dに比例した信号を出力する。ログアンプからの
出力はA/D回路17によってデジタル信号に変換され
た後、演算器19によって予め入力されていた吸収係数
αを用いて膜厚dが算出される。一方、ラインセンサ1
2からの出力信号は透過光のスペクトル情報を時系列信
号として出力させたものとなっており、A/D回路20
によってデジタル信号に変換された後、演算器21に入
力される。演算器21では入力信号の変化からデータの
極大、極小のピーク波長を検出するとともに、各ピーク
間の波長を算出する。演算器22では得られたピーク間
波長をもとに予め求めておいたピーク間波長−膜厚間の
ルックアップテーブルのデータと比較し、膜厚を同定す
る。可視領域における透過光の強度、及び赤外領域にお
けるスペクトルから算出された膜厚値は、それぞれ引き
算器23に入力され、両者の測定値の差が求められる。 ここで得られた測定値の差は判定回路24に入力され、
差の絶対値を予め設定した基準値とその大小を比較する
。判定回路24では、両方式によって得られた膜厚値の
差が基準値より大きい場合、得られたデータは信頼性が
低く無効と判断するとともに、膜厚値の差が基準値より
小さい場合、データは信頼性が高く有効であると判断す
る。選択回路25では有効であると判断されたデータの
みを出力する。
The outputs from the amplifiers 13 and 14 are input to a divider 15, where Io/Ii is calculated, and exp
A signal proportional to (-α(λ)d) is output. The log amplifier 16 performs a logarithmic operation on the output from the divider 15, and calculates −α
(λ) Outputs a signal proportional to d. After the output from the log amplifier is converted into a digital signal by the A/D circuit 17, the film thickness d is calculated by the arithmetic unit 19 using the absorption coefficient α inputted in advance. On the other hand, line sensor 1
The output signal from A/D circuit 20 is the spectral information of the transmitted light as a time series signal.
After the signal is converted into a digital signal, it is input to the arithmetic unit 21. The arithmetic unit 21 detects maximum and minimum peak wavelengths of data from changes in the input signal, and calculates the wavelength between each peak. The arithmetic unit 22 compares the obtained peak-to-peak wavelength with data in a look-up table between peak-to-peak wavelength and film thickness determined in advance to identify the film thickness. The film thickness values calculated from the intensity of transmitted light in the visible region and the spectrum in the infrared region are each input to a subtracter 23, and the difference between the two measured values is determined. The difference between the measured values obtained here is input to the judgment circuit 24,
The absolute value of the difference is compared with a preset reference value. In the determination circuit 24, if the difference between the film thickness values obtained by both formulas is larger than the reference value, the obtained data is judged to be unreliable and invalid, and if the difference between the film thickness values is smaller than the reference value, We judge the data to be reliable and valid. The selection circuit 25 outputs only data determined to be valid.

【0021】実施例2.次に第2の発明について、図を
用いて説明する。図2において、1は光源、2、2ー1
、2ー2は光を分岐するためのハーフミラー、3、3ー
1、3ー2は特定の波長λ0,λ1,λ2 を選択する
ための波長フィルター、4、4ー1、4ー2は波長フィ
ルターを透過した光を受光する検出器、5は試料、6、
6ー1、6ー2は試料を透過した光を分岐するためのハ
ーフミラー、7、7ー1、7ー2は透過光のうち波長λ
0,λ1,λ2 をそれぞれ選択する波長フィルター、
8、8ー1、8ー2は光検出器、15、15ー1、15
ー2はモニター強度と透過光強度の比をとる除算器、1
6、16ー1、16ー2は除算器の出力の対数をとるロ
グアンプ、26ー1、26ー2はログアンプからの出力
の比をとる除算器、27ー1、27ー2はA/D変換器
、28ー1、28ー2は膜の透過率の2波長間の比を巻
くの材質毎にデータとしてまとめたルックアップテーブ
ル、29ー1、29ー2は引き算器、30ー1、30ー
2は引き算器の演算結果の大小を判定する判定回路、3
1は30ー1、30ー2の両判定回路の結果を比較する
一致度判定回路、32は波長λでの膜の透過率を材質毎
にまとめたルックアップテーブル、33はコントロール
回路、34は除算器、54はラッチである。また、図3
は膜の透過光強度とモニター強度との比で表される透過
率の波長分布を示すもので、35は分布曲線、A、B、
Cはそれぞれの波長λ0,λ1,λ2における透過光と
モニター光との強度比つまり透過率の値を示す。また、
図4は膜の吸収係数αの波長分布を示すもので、36、
37、38はそれぞれ膜の種類m1、m2、m3におけ
る吸収係数の波長分布曲線、D、E、Fはm1の波長λ
0,λ1,λ2 における吸収係数の値、G、H、Iは
m2の波長λ0,λ1,λ2における吸収係数の値、J
、K、Lはm3の波長λ0,λ1,λ2における吸収係
数の値を示す。
Example 2. Next, the second invention will be explained using figures. In Figure 2, 1 is a light source, 2, 2-1
, 2-2 is a half mirror for splitting light; 3, 3-1, and 3-2 are wavelength filters for selecting specific wavelengths λ0, λ1, and λ2; 4, 4-1, and 4-2 are wavelength filters for selecting specific wavelengths λ0, λ1, and λ2. a detector that receives the light transmitted through the wavelength filter; 5 is a sample; 6;
6-1 and 6-2 are half mirrors for splitting the light transmitted through the sample, and 7, 7-1 and 7-2 are the wavelength λ of the transmitted light.
wavelength filters that select 0, λ1, and λ2, respectively;
8, 8-1, 8-2 are photodetectors, 15, 15-1, 15
-2 is a divider that calculates the ratio of monitor intensity and transmitted light intensity; 1
6, 16-1, 16-2 are log amplifiers that take the logarithm of the output of the divider, 26-1, 26-2 are dividers that take the ratio of the outputs from the log amplifiers, and 27-1, 27-2 are A /D converters, 28-1 and 28-2 are look-up tables that summarize the ratio of film transmittance between two wavelengths as data for each material; 29-1 and 29-2 are subtractors; 30- 1, 30-2 is a determination circuit that determines the magnitude of the operation result of the subtracter; 3
1 is a coincidence judgment circuit that compares the results of both judgment circuits 30-1 and 30-2, 32 is a look-up table that summarizes the transmittance of the film at wavelength λ for each material, 33 is a control circuit, and 34 is a The divider 54 is a latch. Also, Figure 3
indicates the wavelength distribution of transmittance expressed by the ratio of the transmitted light intensity of the film to the monitor intensity, 35 is the distribution curve, A, B,
C indicates the intensity ratio between the transmitted light and the monitor light at the respective wavelengths λ0, λ1, and λ2, that is, the transmittance value. Also,
Figure 4 shows the wavelength distribution of the absorption coefficient α of the film, 36,
37 and 38 are absorption coefficient wavelength distribution curves for film types m1, m2, and m3, respectively, and D, E, and F are wavelengths λ of m1.
0, λ1, λ2, G, H, I are the absorption coefficient values at wavelengths λ0, λ1, λ2 of m2, J
, K, and L indicate the absorption coefficient values of m3 at wavelengths λ0, λ1, and λ2.

【0022】次に動作について説明する。光源1から出
射した光はハーフミラー2によって分岐される。分岐さ
れた光の一方は、ハーフミラー2ー1、2ー2によって
3つに分岐される。これら3つの光は波長選択フィルタ
ー3、3ー1、3ー2によって、それぞれλ0,λ1,
λ2 の波長の光のみが選択される。膜の透過光強度は
前記数式1に示されるLambert−Beerの法則
にしたがって減衰する。このとき吸収係数αは波長によ
って変化することから、光の透過率Io/Iiは曲線3
5に示すような変化を示す。また吸収係数αの波長分布
は膜を構成している材料によって異なっており、たとえ
ば図4中の曲線36、37、38のような変化を示す。 波長選択フィルタ3、3ー1、3ー2によって選択する
波長は、曲線35の特徴が顕著に現れるものたとえばλ
0,λ1,λ2 を選択する。波長選択フィルター3、
3ー1、3ー2を透過した光はそれぞれ光検出器4、4
ー1、4ー2によって受光され、モニター強度として検
出される。 ハーフミラー2を透過した光は試料5に照射され、透過
した光がハーフミラー6、6ー1によって3つに分岐さ
れる。3つに分岐された光はモニター光と同様に、それ
ぞれ波長選択フィルター7、7−1、7ー2によってλ
0,λ1,λ2 の波長の光のみがそれぞれ光検出器8
、8ー1、8ー2によって受光され電気信号に変換され
る。除算器15、15ー1、15ー2はそれぞれモニタ
ー強度と透過光強度との比をとり、各波長λ0,λ1,
λ2 における透過率Io/Iiを演算する。演算した
結果はそれぞれログアンプ16、16ー1、16ー2に
入力され演算結果として、−α(λi)・dに比例した
値を出力する。このうち、16、16ー1のログアンプ
からの出力信号は除算器26ー1に入力され、α(λ1
 )/α(λ0 )に比例した値が出力される。もう一
方の除算器には16、16ー2のログアンプからの出力
信号が入力され、α(λ2 )/α(λ0 )が演算さ
れる。これに加えログアンプ16からの出力信号はA/
D変換器17に入力されデジタル信号に変換される。ま
た、除算器26ー1、26ー2によって演算された結果
はそれぞれA/D変換器27ー1、27ー2に入力され
、デジタル信号に変換される。予め想定される複数の膜
の材質について、各波長λ0,λ1,λ2 での吸収係
数α(λi)を測定にて求め、28ー1のルックアップ
テーブルには波長λ0,λ1 の係数値の比α(λ1 
)/α(λ0 )を、28ー2のルックアップテーブル
には波長λ0,λ2 の係数値の比α(λ2 )/α(
λ0 )をそれぞれ膜の材質の種類に対応させて入力さ
せておく。引き算器29ー1では、コントロール回路3
3からのクロック信号に同期して、波長λ0,λ1 で
の吸収係数の比α(λ1 )/α(λ0 )について、
測定値と予め求めておいたルックアップテーブルの値と
の差を取る。同様に引き算器29ー2でも、波長λ0,
λ2 の係数値の比α(λ2 )/α(λ0 )につい
て、測定値と予め求めておいたルックアップテーブルの
値との差をとる。このとき、ルックアップテーブル32
はコントロール回路33のクロック信号と同期して、ル
ックアップテーブル28ー1、28ー2から出力される
膜のλ0 における吸収係数α(λ0 )を出力する。 一方、引き算器29ー1、29ー2からの出力信号はそ
れぞれ判定回路30ー1、30ー2に入力され、引き算
結果の絶対値が予め設定した値と比較して大きいか小さ
いかの大小関係を判定する。一致度判定回路31では、
両判定回路における判定結果が何れも小の場合、つまり
測定によって求められた吸収係数の比α(λ1 )/α
(λ0 )、α(λ2 )/α(λ0 )が2波長にお
いてともに、ルックアップテーブルの値とよく一致して
いる場合、測定の対象となる膜の材質とルックアップテ
ーブルから出力された膜の材質とが一致したと判定する
。ラッチ54は、膜の材質が一致したときの吸収係数α
(λ0 )のみを出力し保持する。除算器34はA/D
変換器17からの出力信号α(λ0 )・dと真の吸収
係数値であるラッチ54からの出力信号を基に、除算を
実施し、膜の厚さdを求める。
Next, the operation will be explained. Light emitted from a light source 1 is split by a half mirror 2. One of the branched lights is split into three by half mirrors 2-1 and 2-2. These three lights are filtered by wavelength selection filters 3, 3-1, and 3-2, λ0, λ1, and
Only light of wavelength λ2 is selected. The intensity of light transmitted through the film attenuates according to the Lambert-Beer law shown in Equation 1 above. At this time, since the absorption coefficient α changes depending on the wavelength, the light transmittance Io/Ii is calculated by curve 3.
It shows the changes shown in 5. Further, the wavelength distribution of the absorption coefficient α differs depending on the material forming the film, and shows changes such as curves 36, 37, and 38 in FIG. 4, for example. The wavelengths selected by the wavelength selection filters 3, 3-1, and 3-2 are wavelengths that exhibit the characteristics of the curve 35, for example, λ.
0, λ1, λ2. wavelength selection filter 3,
The light transmitted through 3-1 and 3-2 is detected by photodetectors 4 and 4, respectively.
-1 and 4-2 are received and detected as monitor intensity. The light transmitted through the half mirror 2 is irradiated onto the sample 5, and the transmitted light is split into three by the half mirrors 6 and 6-1. Similar to the monitor light, the three branched lights are filtered by wavelength selection filters 7, 7-1, and 7-2, respectively.
Only the light of wavelengths 0, λ1, and λ2 is detected by the photodetector 8.
, 8-1 and 8-2, the light is received and converted into an electrical signal. Dividers 15, 15-1, and 15-2 each calculate the ratio between the monitor intensity and the transmitted light intensity, and calculate the ratio of each wavelength λ0, λ1,
Transmittance Io/Ii at λ2 is calculated. The calculated results are input to log amplifiers 16, 16-1, and 16-2, respectively, and a value proportional to -α(λi)·d is output as the calculated result. Among these, the output signals from the log amplifiers 16 and 16-1 are input to the divider 26-1, and α(λ1
)/α(λ0) is output. The output signals from the log amplifiers 16 and 16-2 are input to the other divider, and α(λ2)/α(λ0) is calculated. In addition to this, the output signal from the log amplifier 16 is
The signal is input to the D converter 17 and converted into a digital signal. Further, the results calculated by the dividers 26-1 and 26-2 are input to A/D converters 27-1 and 27-2, respectively, and converted into digital signals. The absorption coefficient α (λi) at each wavelength λ0, λ1, λ2 is determined by measurement for a plurality of film materials assumed in advance, and the ratio of the coefficient values at wavelengths λ0, λ1 is stored in the lookup table of 28-1. α(λ1
)/α(λ0), and the lookup table of 28-2 contains the ratio of coefficient values of wavelengths λ0 and λ2 α(λ2)/α(
λ0) is input in correspondence with the type of membrane material. In the subtracter 29-1, the control circuit 3
In synchronization with the clock signal from 3, the absorption coefficient ratio α(λ1)/α(λ0) at wavelengths λ0 and λ1 is expressed as follows:
The difference between the measured value and the value in the lookup table determined in advance is calculated. Similarly, in the subtracter 29-2, the wavelength λ0,
Regarding the ratio α(λ2)/α(λ0) of the coefficient values of λ2, the difference between the measured value and the value in the lookup table determined in advance is taken. At this time, the lookup table 32
synchronizes with the clock signal of the control circuit 33 and outputs the absorption coefficient α (λ0) of the film at λ0 output from the look-up tables 28-1 and 28-2. On the other hand, the output signals from the subtracters 29-1 and 29-2 are input to judgment circuits 30-1 and 30-2, respectively, and are used to determine whether the absolute value of the subtraction result is larger or smaller than a preset value. Determine the relationship. In the matching degree determination circuit 31,
If the judgment results in both judgment circuits are both small, that is, the ratio of absorption coefficients obtained by measurement α(λ1)/α
(λ0) and α(λ2)/α(λ0) at two wavelengths both agree well with the values in the lookup table, the material of the film to be measured and the value of the film output from the lookup table. It is determined that the material matches. The latch 54 has an absorption coefficient α when the membrane materials match.
(λ0) is output and held. The divider 34 is an A/D
Based on the output signal α(λ0)·d from the converter 17 and the output signal from the latch 54, which is the true absorption coefficient value, division is performed to determine the film thickness d.

【0023】実施例3.次に第3の発明について説明す
る。図5において、1は光源、2、2−1、2−2は光
を分岐するためのハーフミラー、3、3−1、3ー2は
特定の波長λ0,λ1,λ2 を選択するための波長フ
ィルター、4、4ー1、4ー2は波長フィルターを透過
した光を受光する検出器、5は試料、6、6ー1、6ー
2は試料を透過した光を分岐するためのはーフミラー、
7、7ー1、7ー2は透過光のうち波長λ0,λ1,λ
2 をそれぞれ選択する波長フィルター、8、8ー1、
8ー2は光検出器、15、15ー1、15ー2はモニタ
ー強度と透過光強度との比をとる除算器、16、16ー
1、16ー2は除算器の出力の対数をとるログアンプ、
27ー1、27ー2、27ー3はA/D変換器、28は
各波長における膜の吸収係数を膜の材質毎にデータとし
てまとめたルックアップテーブル、39−1、39ー2
、39ー3はわり算器、40ー1、40ー2、40ー3
は引き算器、41は加算器、42は加算の結果を所定の
設定値と比較する判定回路、43は判定回路の結果によ
り同定された膜の材質を出力する材質出力回路、33は
コントロール回路、9は透過光の集光用レンズ、11は
波長分離用の回折格子、12は受光用のラインセンサ、
13、14は検出器からの出力を増幅するアンプ、20
はラインセンサ12からの出力信号をデジタル信号に変
換するA/D変換回路、21はデジタル信号に変換され
たスペクトル情報からスペクトルのピーク間波長を求め
るための演算器、22は求められたピーク間波長から予
め入力されたピーク間波長−膜厚値のルックアップテー
ブルのデータと比較し膜厚を算出する演算器である。
Example 3. Next, the third invention will be explained. In Fig. 5, 1 is a light source, 2, 2-1, 2-2 are half mirrors for splitting light, and 3, 3-1, 3-2 are for selecting specific wavelengths λ0, λ1, λ2. wavelength filter; 4, 4-1, and 4-2 are detectors that receive the light that has passed through the wavelength filter; 5 is the sample; and 6, 6-1, and 6-2 are for branching the light that has passed through the sample. -fmirror,
7, 7-1, 7-2 are the wavelengths λ0, λ1, λ of the transmitted light
wavelength filters for selecting 2, 8, 8-1, respectively;
8-2 is a photodetector; 15, 15-1, and 15-2 are dividers that take the ratio of the monitor intensity and the transmitted light intensity; and 16, 16-1, and 16-2 take the logarithm of the output of the divider. log amp,
27-1, 27-2, 27-3 are A/D converters, 28 is a look-up table that summarizes the absorption coefficient of the film at each wavelength as data for each film material, 39-1, 39-2
, 39-3 is a division calculator, 40-1, 40-2, 40-3
41 is a subtracter, 41 is an adder, 42 is a determination circuit that compares the result of addition with a predetermined set value, 43 is a material output circuit that outputs the material of the membrane identified by the result of the determination circuit, 33 is a control circuit, 9 is a lens for condensing transmitted light, 11 is a diffraction grating for wavelength separation, 12 is a line sensor for receiving light,
13 and 14 are amplifiers that amplify the output from the detector; 20
21 is an A/D conversion circuit that converts the output signal from the line sensor 12 into a digital signal, 21 is an arithmetic unit that calculates the peak-to-peak wavelength of the spectrum from the spectrum information converted to the digital signal, and 22 is the calculated peak-to-peak wavelength. This is an arithmetic unit that calculates the film thickness by comparing the wavelength with data in a lookup table of peak-to-peak wavelength-film thickness values input in advance.

【0024】次に動作について説明する。光源1から出
射した光はハーフミラー2によって分岐される。分岐さ
れた光の一方は、ハーフミラー2ー1、2ー2によって
3つに分岐される。これら3つの光は波長選択フィルタ
3、3ー1、3ー2によって、それぞれλ0,λ1,λ
2 の波長の光のみが選択される。膜の透過光強度は前
記数式1に示されるLambert−Beerの法則に
したがって減衰する。このとき吸収係数αは波長によっ
て変化することから、光の透過率Io/Iiは図3の曲
線35に示すような変化を示す。また吸収係数αの波長
分布は膜を構成している材料によって異なっており、た
とえば図4中の曲線36、37、38の様な変化を示す
。波長選択フィルター3、3ー1、3ー2によって選択
する波長は、曲線35の特徴が顕著に現れるもの、たと
えばλ0,λ1,λ2 を選択する。波長選択フィルタ
ー3、3ー1、3ー2を透過した光はそれぞれ光検出器
4、4ー1、4ー2によって受光され、モニター強度と
して検出される。ハーフミラー2を透過した光は試料5
に照射され、透過した光がハーフミラー6、6ー1によ
って3つに分岐される。3つに分岐された光はモニター
光と同様に、それぞれ波長選択フィルター7、7ー1、
7ー2によってλ0,λ1,λ2 の波長の光のみがそ
れぞれ光検出器8、8ー1、8ー2によって受光され電
気信号に変換される。除算器15、15ー1、15ー2
はそれぞれモニター強度と透過光強度との比を取り、各
波長λ0,λ1,λ2 における透過率Io/Iiを演
算する。演算した結果はそれぞれログアンプ16、16
ー1、16ー2に入力され演算結果として、−α(λi
 )・dに比例した値を出力する。一方、ハーフミラー
6を透過した光は集光レンズ9によってによって回折格
子11に入射される。入射された光は回折格子によって
分散し、回折格子の焦点面に設置されたラインセンサー
12上に光の波長順に結像される。ラインセンサ12か
らの出力信号は透過光のスペクトル情報を時系列信号と
して出力させたものとなっており、A/D変換回路20
によってデジタル信号に変換されたのち、演算器21に
入力される。演算器21では入力信号の強度変化からデ
ータの極大、極小のピーク波長を検出するとともに、各
ピーク間の波長を算出する。演算器22では得られたピ
ーク間波長を基に予め求めておいたピーク間波長と膜厚
とを対応させたルックアップテーブルのデータと比較し
、膜厚を求める。ログアンプ16、16ー1、16ー2
からの出力値はそれぞれA/D変換器27ー1、27ー
2、27ー3に入力されデジタル信号に変換される。わ
り算器39ー1、39ー2、39ー3はA/D変換器2
7ー1、27ー2、27ー3の出力値と演算器22の出
力値である膜厚値dとの間で除算が実施され、それぞれ
のわり算器から各波長での吸収係数α(λi )が出力
される。予め想定される複数の膜の材質について、各波
長λ0,λ1,λ2 での吸収係数α(λi )を測定
にて求め、28のルックアップテーブルに波長λ0,λ
1,λ2 の吸収係数をそれぞれ膜の材質に対応させて
入力させておく。引き算器40ー1、40ー2、40ー
3では波長λ0,λ1,λ2 での吸収係数について、
測定値と予め求めておいたルックアップテーブルの値と
の差をとる。このときコントロール回路33からのクロ
ックに同期してルックアップテーブル中のデータが出力
される。引き算器40ー1、40ー2、40ー3からの
出力信号はそれぞれ加算器41に入力され、引き算の結
果の絶対値を加算する。判定回路42では、加算器での
演算結果が予め設定した値より小さい場合、吸収係数α
(λo )、α(λ1 )、α(λ2 )が3波長にお
いてともにルックアップテーブルの値とよく一致してい
ると判定し、信号を出力する。材質出力回路43では、
判定回路42からの出力結果を基に一致したと判定され
た膜の材質を出力する。
Next, the operation will be explained. Light emitted from a light source 1 is split by a half mirror 2. One of the branched lights is split into three by half mirrors 2-1 and 2-2. These three lights are filtered by wavelength selection filters 3, 3-1, and 3-2 to λ0, λ1, and λ, respectively.
Only 2 wavelengths of light are selected. The intensity of light transmitted through the film attenuates according to the Lambert-Beer law shown in Equation 1 above. At this time, since the absorption coefficient α changes depending on the wavelength, the light transmittance Io/Ii shows a change as shown by the curve 35 in FIG. Further, the wavelength distribution of the absorption coefficient α differs depending on the material constituting the film, and shows changes such as curves 36, 37, and 38 in FIG. 4, for example. The wavelengths selected by the wavelength selection filters 3, 3-1, and 3-2 are selected such that the characteristics of the curve 35 appear prominently, for example, λ0, λ1, and λ2. The light transmitted through the wavelength selection filters 3, 3-1, and 3-2 is received by photodetectors 4, 4-1, and 4-2, respectively, and detected as monitor intensity. The light transmitted through half mirror 2 is sample 5.
The transmitted light is split into three by half mirrors 6 and 6-1. Similar to the monitor light, the three branched lights pass through wavelength selection filters 7, 7-1, and 7-1, respectively.
7-2, only the light having wavelengths λ0, λ1, and λ2 is received by photodetectors 8, 8-1, and 8-2, respectively, and converted into electrical signals. Divider 15, 15-1, 15-2
calculates the transmittance Io/Ii at each wavelength λ0, λ1, λ2 by taking the ratio of the monitor intensity and the transmitted light intensity. The calculated results are sent to log amplifiers 16 and 16, respectively.
-1, 16-2 and as the calculation result, -α(λi
)・Outputs a value proportional to d. On the other hand, the light transmitted through the half mirror 6 is incident on the diffraction grating 11 by the condensing lens 9. The incident light is dispersed by the diffraction grating, and images are formed on the line sensor 12 installed at the focal plane of the diffraction grating in the order of the wavelengths of the light. The output signal from the line sensor 12 is the spectral information of the transmitted light as a time series signal, and is sent to the A/D conversion circuit 20.
After the signal is converted into a digital signal, it is input to the arithmetic unit 21. The arithmetic unit 21 detects maximum and minimum peak wavelengths of data from changes in the intensity of the input signal, and calculates the wavelength between each peak. The arithmetic unit 22 compares the obtained peak-to-peak wavelength with data in a look-up table that correlates the peak-to-peak wavelength and film thickness obtained in advance to determine the film thickness. Log amplifier 16, 16-1, 16-2
The output values are input to A/D converters 27-1, 27-2, and 27-3, respectively, and converted into digital signals. Dividers 39-1, 39-2, and 39-3 are A/D converters 2
Division is performed between the output values of 7-1, 27-2, and 27-3 and the film thickness value d, which is the output value of the arithmetic unit 22, and the absorption coefficient α (λi ) is output. The absorption coefficient α (λi) at each wavelength λ0, λ1, λ2 is determined by measurement for a plurality of film materials assumed in advance, and the wavelengths λ0, λ are entered in 28 lookup tables.
The absorption coefficients of 1 and λ2 are input in correspondence with the material of the film. The subtracters 40-1, 40-2, and 40-3 calculate the absorption coefficients at wavelengths λ0, λ1, and λ2.
The difference between the measured value and the value in the lookup table determined in advance is calculated. At this time, data in the lookup table is output in synchronization with the clock from the control circuit 33. The output signals from the subtracters 40-1, 40-2, and 40-3 are input to an adder 41, respectively, and the absolute values of the subtraction results are added. In the determination circuit 42, if the calculation result in the adder is smaller than a preset value, the absorption coefficient α
It is determined that (λo), α(λ1), and α(λ2) closely match the values in the lookup table at the three wavelengths, and a signal is output. In the material output circuit 43,
Based on the output result from the determination circuit 42, the material of the film determined to match is output.

【0025】実施例4.次に第4の発明について説明す
る。図6において、1は光源、2、2−1、2−2は光
を分岐するためのハーフミラー、3、3−1、3ー2は
特定の波長λ0,λ1,λ2 を選択するための波長フ
ィルター、4、4ー1、4ー2は波長フィルターを透過
した光を受光する検出器、5は試料、6、6ー1、6ー
2は試料を透過した光を分岐するためのはーフミラー、
7、7ー1、7ー2は透過光のうち波長λ0,λ1,λ
2 をそれぞれ選択する波長フィルター、8、8ー1、
8ー2は光検出器、15、15ー1、15ー2はモニタ
ー強度と透過光強度との比をとる除算器、16、16ー
1、16ー2は除算器の出力の対数をとるログアンプ、
26ー1、26ー2はログアンプからの出力の比をとる
除算器、27ー1、27ー2はA/D変換器、28ー1
、28ー2は膜の透過率の2波長間の比を膜の材質毎に
データとしてまとめたルックアップテーブル、29ー1
、29ー2は引き算器、30ー1、30ー2は引き算器
の演算結果の大小を判定する判定回路、31は30ー1
、30ー2の両判定回路の結果を比較する一致度判定回
路、32は波長λ0 での膜の吸収率を材質毎にまとめ
たルックアップテーブル、33はコントロール回路であ
る。9は透過光の集光用レンズ、11は波長分離用の回
折格子、12は受光用のラインセンサ、13、14は検
出器からの出力を増幅するアンプ、20はラインセンサ
12からの出力信号をデジタル信号に変換するA/D変
換回路、21はデジタル信号に変換されたスペクトル情
報からスペクトルのピーク間波長を求めるための演算器
、22は求められたピーク間波長から予め入力されたピ
ーク間波長−膜厚値のルックアップテーブルのデータと
比較し膜厚を算出する演算器である。22ー1は膜の材
質毎にその屈折率をまとめて入力したルックアップテー
ブル、23は演算器19、22によって得られた2つの
膜厚値の差を演算する引き算器、24は引き算器23か
らの出力の絶対値が設定範囲内にあるかどうかによりデ
ータの有効性を判定するデータ判定回路、25は測定に
よって得られた膜厚データのうち有効と判断されたもの
のみを選択するデータ選択回路を示す。
Example 4. Next, the fourth invention will be explained. In FIG. 6, 1 is a light source, 2, 2-1, 2-2 are half mirrors for splitting light, and 3, 3-1, 3-2 are for selecting specific wavelengths λ0, λ1, λ2. wavelength filter; 4, 4-1, and 4-2 are detectors that receive the light that has passed through the wavelength filter; 5 is the sample; and 6, 6-1, and 6-2 are for branching the light that has passed through the sample. -fmirror,
7, 7-1, 7-2 are the wavelengths λ0, λ1, λ of the transmitted light
wavelength filters for selecting 2, 8, 8-1, respectively;
8-2 is a photodetector; 15, 15-1, and 15-2 are dividers that take the ratio of the monitor intensity and the transmitted light intensity; and 16, 16-1, and 16-2 take the logarithm of the output of the divider. log amp,
26-1 and 26-2 are dividers that take the ratio of outputs from log amplifiers, 27-1 and 27-2 are A/D converters, and 28-1
, 28-2 is a look-up table that summarizes the ratio of film transmittance between two wavelengths as data for each film material, 29-1
, 29-2 is a subtracter, 30-1 and 30-2 are determination circuits that determine the magnitude of the operation result of the subtracter, and 31 is 30-1.
, 30-2 is a coincidence determination circuit that compares the results of both determination circuits, 32 is a look-up table that summarizes the absorption coefficient of the film at wavelength λ0 for each material, and 33 is a control circuit. 9 is a condensing lens for transmitted light, 11 is a diffraction grating for wavelength separation, 12 is a line sensor for receiving light, 13 and 14 are amplifiers that amplify the output from the detector, and 20 is an output signal from the line sensor 12. 21 is an arithmetic unit for determining the peak-to-peak wavelength of the spectrum from the spectrum information converted into the digital signal; 22 is the peak-to-peak wavelength inputted in advance from the determined peak-to-peak wavelength; This is an arithmetic unit that calculates the film thickness by comparing it with the data in the wavelength-thickness lookup table. 22-1 is a look-up table into which refractive indexes are collectively input for each film material; 23 is a subtracter that calculates the difference between the two film thickness values obtained by the calculators 19 and 22; and 24 is a subtracter 23. 25 is a data selection circuit that determines the validity of data based on whether the absolute value of the output is within a set range; and 25 is a data selection circuit that selects only those determined to be valid from among the film thickness data obtained by measurement. Shows the circuit.

【0026】次に動作について説明する。光源1から出
射した光はハーフミラー2によって分岐される。分岐さ
れた光の一方は、ハーフミラー2ー1、2ー2によって
3つに分岐される。これら3つの光は波長選択フィルタ
3、3ー1、3ー2によって、それぞれλ0,λ1,λ
2 の波長の光のみが選択される。膜の透過光強度は前
記数式1に示されるLambert−Beerの法則に
したがって減衰する。このとき吸収係数αは波長によっ
て変化することから、光の透過率Io/Iiは図3の曲
線35に示すような変化を示す。また吸収係数αの波長
分布は膜を構成している材料によって異なっており、た
とえば図4中の曲線36、37、38の様な変化を示す
。波長選択フィルター3、3ー1、3ー2によって選択
する波長は、曲線35の特徴が顕著に現れるもの、たと
えばλ0,λ1,λ2 を選択する。波長選択フィルタ
ー3、3ー1、3ー2を透過した光はそれぞれ光検出器
4、4ー1、4ー2によって受光され、モニター強度と
して検出される。ハーフミラー2を透過した光は試料5
に照射され、透過した光がハーフミラー6、6ー1によ
って3つに分岐される。3つに分岐された光はモニター
光と同様に、それぞれ波長選択フィルター7、7ー1、
7ー2によってλ0,λ1,λ2 の波長の光のみがそ
れぞれ光検出器8、8ー1、8ー2によって受光され電
気信号に変換される。除算器15、15ー1、15ー2
はそれぞれモニター強度と透過光強度との比を取り、各
波長λ0,λ1,λ2 における透過率Io/Iiを演
算する。演算した結果はそれぞれログアンプ16、16
ー1、16ー2に入力され演算結果として、−α(λi
 )・dに比例した値を出力する。このうち、16、1
6ー1のログアンプからの出力信号は除算器26ー1に
入力され、α(λ1 )/α(λ0 )に比例した値が
出力される。もう一方の除算器には16、16ー2のロ
グアンプからの出力信号が入力され、α(λ2 )/α
(λ0 )が演算される。これに加えログアンプ16か
らの出力信号はA/D変換器17に入力されデジタル信
号に変換される。また、除算器26ー1、26ー2によ
って演算された結果はそれぞれA/D変換器27ー1、
27ー2に入力され、デジタル信号に変換される。予め
想定される複数の膜の材質について、各波長λ0,λ1
,λ2 での吸収係数α(λi )を測定にて求め、2
8ー1のルックアップテーブルには波長λ0,λ1 の
係数値の比α(λ1 )/α(λ0 )を、28ー2の
ルックアップテーブルには波長λ0,λ2 の係数値の
比α(λ2 )/α(λ0 )をそれぞれ膜の材質の種
類に対応させて入力させておく。引き算器29ー1では
波長λ0,λ1 での吸収係数の比について、測定値と
予め求めておいたルックアップテーブルの値との差をと
る。同様に引き算器29ー1では、波長λ0,λ2 で
の吸収係数の比について、測定値と予め求めておいたル
ックアップテーブルの値との差をとる。コントロール回
路33からのクロックに同期してルックアップテーブル
中のデータが出力される。このとき同じ膜の材質の2つ
の吸収係数の比(α(λ1 )/α(λ0 )、α(λ
2 )/α(λ0 ))が出力される構成となっており
、両引き算器29ー1、29ー2において同時に演算を
行う。また、ルックアップテーブル32はコントロール
回路33のクロック信号と同期して、ルックアップテー
ブル28ー1、28ー2から出力される膜の材質と同じ
ものについてのλ0 における吸収係数α(λ0 )を
出力する。一方、引き算器29ー1、29ー2からの出
力信号はそれぞれ判定回路30ー1、30ー2に入力さ
れ、引き算の結果の絶対値が予め設定した値と比較して
大きいか小さいかの大小関係を判定する。一致度判定回
路31では、両判定回路における判定結果が何れも小の
場合、つまり、測定によって求められた吸収係数の比が
2波長においてともに、ルックアップテーブルの値とよ
く一致している場合、測定の対象となる膜の材質とルッ
クアップテーブルでの膜の材質とが一致したと判定する
。ルックアップテーブル32は、一致したと判定された
膜の材質における吸収係数α(λ0 )を保持し、除算
器34に出力する。 除算器34では、A/D変換器より出力されたα(λ0
 )・dに相当するデジタル信号とルックアップテーブ
ル32からの出力であるα(λ0 )の値とから厚さd
を算出する。一方、ハーフミラー6を透過した光は集光
レンズ9によってによって回折格子11に入射される。 入射された光は回折格子によって分散し、回折格子の焦
点面に設置されたラインセンサー12上に光の波長順に
結像される。ラインセンサ12からの出力信号は透過光
のスペクトル情報を時系列信号として出力させたものと
なっており、A/D変換回路20によってデジタル信号
に変換されたのち、演算器21に入力される。演算器2
1では入力信号の強度変化からデータの極大、極小のピ
ーク波長を検出するとともに、各ピーク間の波長を算出
する。また、ルックアップテーブル22ー1には想定さ
れる複数の膜の材質に応じた屈折率が入力されており、
コントロール回路33からのクロック信号に同期して屈
折率の値が演算器22に出力される。このとき一致度判
定回路31からの出力信号により対象の試料と一致した
と判定された膜の材質の持つ屈折率が保持される。演算
器22では得られたピーク間波長をもとに予め求めてお
いたピーク間波長−膜厚間のルックアップテーブルのデ
ータと比較するとともに、ルックアップテーブル22ー
1から出力される屈折率の値を用いて、膜厚を算出する
。 透過光の強度及びスペクトルから算出された膜厚値は、
それぞれ引き算器23に入力され、両者の測定値の差が
求められる。ここで得られた測定値の差は判定回路24
に入力され、差の絶対値を予め設定した基準値とその大
小を比較する。判定回路では両方式によって得られた膜
厚値の差が基準値より大きい場合、得られたデータは信
頼性が低く無効と判断するとともに、膜厚値の差が基準
値より小さい場合、データは信頼性が高く有効であると
判断する。選択回路25は判定回路24で有効であると
判断されたデータのみを選択し出力する。
Next, the operation will be explained. Light emitted from a light source 1 is split by a half mirror 2. One of the branched lights is split into three by half mirrors 2-1 and 2-2. These three lights are filtered by wavelength selection filters 3, 3-1, and 3-2 to λ0, λ1, and λ, respectively.
Only 2 wavelengths of light are selected. The intensity of light transmitted through the film attenuates according to the Lambert-Beer law shown in Equation 1 above. At this time, since the absorption coefficient α changes depending on the wavelength, the light transmittance Io/Ii shows a change as shown by the curve 35 in FIG. Further, the wavelength distribution of the absorption coefficient α differs depending on the material constituting the film, and shows changes such as curves 36, 37, and 38 in FIG. 4, for example. The wavelengths selected by the wavelength selection filters 3, 3-1, and 3-2 are selected such that the characteristics of the curve 35 appear prominently, for example, λ0, λ1, and λ2. The light transmitted through the wavelength selection filters 3, 3-1, and 3-2 is received by photodetectors 4, 4-1, and 4-2, respectively, and detected as monitor intensity. The light transmitted through half mirror 2 is sample 5.
The transmitted light is split into three by half mirrors 6 and 6-1. Similar to the monitor light, the three branched lights pass through wavelength selection filters 7, 7-1, and 7-1, respectively.
7-2, only the light having wavelengths λ0, λ1, and λ2 is received by photodetectors 8, 8-1, and 8-2, respectively, and converted into electrical signals. Divider 15, 15-1, 15-2
calculates the transmittance Io/Ii at each wavelength λ0, λ1, λ2 by taking the ratio of the monitor intensity and the transmitted light intensity. The calculated results are sent to log amplifiers 16 and 16, respectively.
-1, 16-2 and as the calculation result, -α(λi
)・Outputs a value proportional to d. Of these, 16.1
The output signal from the log amplifier 6-1 is input to the divider 26-1, and a value proportional to α(λ1)/α(λ0) is output. The output signal from the 16, 16-2 log amplifier is input to the other divider, and α(λ2)/α
(λ0) is calculated. In addition, the output signal from the log amplifier 16 is input to an A/D converter 17 and converted into a digital signal. Further, the results calculated by the dividers 26-1 and 26-2 are sent to A/D converters 27-1 and 26-2, respectively.
27-2 and is converted into a digital signal. Regarding the materials of multiple films assumed in advance, each wavelength λ0, λ1
, λ2, the absorption coefficient α(λi) is determined by measurement, and 2
The lookup table 8-1 contains the ratio α(λ1)/α(λ0) of the coefficient values of wavelengths λ0 and λ1, and the lookup table 28-2 contains the ratio α(λ2) of the coefficient values of wavelengths λ0 and λ2. )/α(λ0) are input in correspondence with the type of film material. The subtracter 29-1 calculates the difference between the measured value and the value in the lookup table determined in advance with respect to the ratio of absorption coefficients at wavelengths λ0 and λ1. Similarly, the subtracter 29-1 calculates the difference between the measured value and the predetermined value in the look-up table regarding the ratio of absorption coefficients at wavelengths λ0 and λ2. Data in the lookup table is output in synchronization with the clock from the control circuit 33. At this time, the ratio of the two absorption coefficients of the same film material (α(λ1)/α(λ0), α(λ
2)/α(λ0)) is output, and both subtracters 29-1 and 29-2 perform calculations simultaneously. In addition, the look-up table 32 outputs the absorption coefficient α (λ0) at λ0 for the same film material as that output from the look-up tables 28-1 and 28-2 in synchronization with the clock signal of the control circuit 33. do. On the other hand, the output signals from the subtracters 29-1 and 29-2 are input to judgment circuits 30-1 and 30-2, respectively, to determine whether the absolute value of the subtraction result is larger or smaller than a preset value. Determine the size relationship. In the coincidence degree judgment circuit 31, when the judgment results in both judgment circuits are both small, that is, when the ratio of absorption coefficients determined by measurement closely matches the value in the lookup table at both wavelengths, It is determined that the material of the film to be measured matches the material of the film in the lookup table. The look-up table 32 holds the absorption coefficient α (λ0) of the film material determined to be a match, and outputs it to the divider 34. In the divider 34, α(λ0
)・d from the digital signal and the value of α(λ0) which is the output from the lookup table 32.
Calculate. On the other hand, the light transmitted through the half mirror 6 is incident on the diffraction grating 11 by the condenser lens 9. The incident light is dispersed by the diffraction grating, and images are formed on the line sensor 12 installed at the focal plane of the diffraction grating in the order of the wavelengths of the light. The output signal from the line sensor 12 is the spectral information of the transmitted light as a time series signal, which is converted into a digital signal by the A/D conversion circuit 20 and then input to the arithmetic unit 21. Arithmetic unit 2
In step 1, the maximum and minimum peak wavelengths of data are detected from changes in the intensity of the input signal, and the wavelength between each peak is calculated. In addition, refractive indexes corresponding to the materials of a plurality of assumed films are input to the lookup table 22-1.
The refractive index value is output to the calculator 22 in synchronization with a clock signal from the control circuit 33. At this time, the refractive index of the material of the film determined to match the target sample is maintained based on the output signal from the match degree determination circuit 31. The arithmetic unit 22 compares the obtained peak-to-peak wavelength with data in a look-up table between peak-to-peak wavelength and film thickness determined in advance, and also compares the refractive index output from the look-up table 22-1. Using the value, calculate the film thickness. The film thickness value calculated from the intensity and spectrum of transmitted light is
Each is input to the subtracter 23, and the difference between the two measured values is determined. The difference between the measured values obtained here is determined by the judgment circuit 24.
The absolute value of the difference is compared with a preset reference value. In the judgment circuit, if the difference between the film thickness values obtained by both methods is larger than the reference value, the obtained data is judged to be unreliable and invalid, and if the difference in film thickness values is smaller than the reference value, the data is Judged as reliable and valid. The selection circuit 25 selects and outputs only the data determined to be valid by the determination circuit 24.

【0027】なお、上記実施例においては有効と判定さ
れた膜厚測定値のみを出力するようにしたが、一致度判
定回路31で一致したと判定された膜の材質も出力する
ようにしてもよい。
In the above embodiment, only the film thickness measurement values determined to be valid are output, but it is also possible to output the material of the film determined to be a match by the matching degree judgment circuit 31. good.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上のように、第1の発明においては、
光の可視領域における膜の吸光特性と赤外領域における
膜内での多重反射現象を同時に利用して、同一の試料の
同一の箇所での膜厚を2方式で同時に測定し、それぞれ
の方式によって得られた測定結果を比較して、一致度の
高いデータのみを選択する構成としたことにより、膜の
材質の変化或いは外乱光による受光強度変化などの外乱
の影響のない、精度の高い測定結果が得られる効果があ
る。
[Effect of the invention] As described above, in the first invention,
Using the absorption characteristics of the film in the visible region of light and the multiple reflection phenomenon within the film in the infrared region, the film thickness at the same location on the same sample can be measured simultaneously using two methods, and the thickness can be measured by each method. By comparing the obtained measurement results and selecting only data with a high degree of agreement, highly accurate measurement results are obtained without the influence of external disturbances such as changes in film material or changes in received light intensity due to external light. There is an effect that can be obtained.

【0029】また、第2の発明においては、複数波長に
おける吸収係数の相対的変化を検知することにより、膜
の材質を同定し、材質に応じて膜の吸収係数を補正し、
この補正された吸収係数と特定波長の透過光強度とから
膜厚を算出するようにしたので、膜の材質変化にも対応
可能な高精度な膜厚測定が可能となる効果がある。
Further, in the second invention, the material of the film is identified by detecting relative changes in the absorption coefficient at a plurality of wavelengths, and the absorption coefficient of the film is corrected according to the material.
Since the film thickness is calculated from the corrected absorption coefficient and the intensity of transmitted light at a specific wavelength, it is possible to measure the film thickness with high precision, which can also accommodate changes in the material of the film.

【0030】また、第3の発明においては、光の可視領
域における膜の吸光特性と赤外領域における膜内での多
重反射現象を同時に利用し、可視領域では複数波長での
透過率を、赤外領域では膜厚値を同一箇所でそれぞれ独
立に測定し、これら両結果をもとに求めた複数波長での
吸収係数によって膜の材質を判定するよう装置を構成し
たので、高精度な膜材質の判定が可能となる。
In addition, in the third invention, the absorption characteristics of the film in the visible region of light and the multiple reflection phenomenon within the film in the infrared region are simultaneously used, and the transmittance at multiple wavelengths in the visible region is In the outer region, the film thickness value is measured independently at the same location, and the device is configured to determine the material of the film based on the absorption coefficient at multiple wavelengths determined based on both results, so it is possible to determine the film material with high precision. It becomes possible to judge.

【0031】さらに、第4の発明においては、可視領域
での複数波長における膜の吸光特性、及び赤外領域にお
ける膜内での多重反射による透過光のスペクトル情報を
同時に検出できるよう光学系を構成し、可視領域におい
て複数波長の測定結果から膜の材質を同定し、同定した
膜の材質に対応した吸収係数を用いて膜厚値を補正する
とともに、赤外領域のスペクトル情報から得られた膜厚
の値を同定した膜の材質に対応する屈折率を用いて補正
し、可視領域での膜厚の測定値と赤外領域における測定
値とを比較して一致度の高いデータのみを選択するよう
にしたので、より高精度な膜厚測定ができ、かつ膜の材
質も同時に求めることが可能となる。
Furthermore, in the fourth invention, the optical system is configured to simultaneously detect the absorption characteristics of the film at multiple wavelengths in the visible region and the spectrum information of transmitted light due to multiple reflections within the film in the infrared region. Then, the material of the film is identified from the measurement results of multiple wavelengths in the visible region, and the film thickness value is corrected using the absorption coefficient corresponding to the identified film material. Correct the thickness value using the refractive index corresponding to the identified film material, compare the film thickness measurements in the visible region and the infrared region, and select only the data with a high degree of agreement. By doing so, it becomes possible to measure the film thickness with higher precision and to determine the material of the film at the same time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明の実施例1による膜検査装置を示す構成
図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a film inspection apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例2による膜検査装置を示す構成
図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a film inspection apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図3】膜の透過率の波長に対する変化を示す特性図で
ある。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing changes in film transmittance with respect to wavelength.

【図4】複数の材質について膜の吸収係数の波長に対す
る変化を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing changes in absorption coefficient of a film with respect to wavelength for a plurality of materials.

【図5】本発明の実施例3による膜検査装置を示す構成
図である。
FIG. 5 is a configuration diagram showing a film inspection apparatus according to Example 3 of the present invention.

【図6】本発明の実施例4による膜検査装置を示す構成
図である。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a film inspection apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】光の吸収を利用した従来の膜厚測定装置を示す
構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram showing a conventional film thickness measuring device that utilizes light absorption.

【図8】光の干渉を利用した従来の膜厚測定装置を示す
構成図である。
FIG. 8 is a configuration diagram showing a conventional film thickness measuring device using optical interference.

【図9】光の吸収および干渉を利用した従来の膜厚測定
装置を示す構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram showing a conventional film thickness measuring device that utilizes light absorption and interference.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  光源 2  ハーフミラー 3  波長フィルター 4  検出器 5  試料 6  ハーフミラー 7  波長フィルター 8  検出器 9  集光用レンズ 10  スリット 11  回折格子 12  ラインセンサ 15  割算器 19  演算器 21  演算器 22  演算器 23  引き算器 24  データ判定回路 25  データ選択回路 26  除算器 28  ルックアップテーブル 29  引き算器 30  判定回路 31  一致度判定回路 32  ルックアップテーブル 33  コントロール回路 34  除算器 39  わり算器 40  引き算器 41  加算器 42  判定回路 43  材質出力回路 1. Light source 2 Half mirror 3 Wavelength filter 4 Detector 5 Sample 6 Half mirror 7 Wavelength filter 8 Detector 9. Focusing lens 10 slit 11 Diffraction grating 12 Line sensor 15 Divider 19 Arithmetic unit 21 Arithmetic unit 22 Arithmetic unit 23 Subtractor 24 Data judgment circuit 25 Data selection circuit 26 Divider 28 Lookup table 29 Subtractor 30 Judgment circuit 31 Matching degree judgment circuit 32 Lookup table 33 Control circuit 34 Divider 39 Divider 40 Subtractor 41 Adder 42 Judgment circuit 43 Material output circuit

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  紫外領域から赤外領域まで連続的に発
光スペクトルを有する光源、この光源から出射する光の
一部を分岐し、吸収現象の発生する第1の波長領域の特
定波長の光強度をモニターする第1の光学系、上記光源
からの光を試料に照射する照射光学系、上記試料からの
透過光或いは反射光の赤外領域の光スペクトル分布情報
を検出する第2の光学系、上記透過光或いは反射光の一
部を分岐し、第1の光学系と同じ特定波長の光の強度を
検出する第3の光学系、第1の光学系の受光強度と第3
の光学系の受光強度との強度比と、予め求めておいた上
記試料の吸収係数とによって、上記試料の厚さを算出す
る第1の演算手段、第2の光学系からの出力信号をもと
に上記試料の厚さを算出する第2の演算手段、及び第1
の演算手段によって求められた試料厚さの測定値と第2
の演算手段によって得られた試料厚さの測定値とを比較
し、2つの上記測定値の一致度から上記測定値の有効性
を判定する判定手段を備えた膜検査装置。
Claim 1: A light source having a continuous emission spectrum from the ultraviolet region to the infrared region, a part of the light emitted from this light source being branched, and a light intensity of a specific wavelength in a first wavelength region where an absorption phenomenon occurs. an irradiation optical system that irradiates the sample with light from the light source; a second optical system that detects light spectrum distribution information in the infrared region of transmitted light or reflected light from the sample; a third optical system that branches part of the transmitted light or reflected light and detects the intensity of light having the same specific wavelength as that of the first optical system;
A first calculation means calculates the thickness of the sample based on the intensity ratio of the received light intensity of the optical system and the predetermined absorption coefficient of the sample, and the output signal from the second optical system is a second calculation means for calculating the thickness of the sample; and a first calculation means for calculating the thickness of the sample.
The measured value of the sample thickness obtained by the calculating means of
A film inspection device comprising: a determining means for comparing a measured value of the sample thickness obtained by the calculating means, and determining the validity of the measured value from the degree of coincidence between the two measured values.
【請求項2】  紫外領域から赤外領域まで連続的に発
光スペクトルを有する光源、この光源から出射する光の
一部を分岐し、複数の特定波長における光強度をモニタ
ーする複数の検出部からなる第1の光学系、上記光源か
らの光を試料に照射する照射光学系、上記試料からの透
過光或いは反射光の、第1の光学系と同じ複数の特定波
長の光の強度を検出する第2の光学系、第1の光学系と
第2の光学系の同一波長における受光強度の比によって
表される透過率を求め、この透過率の各波長間での相対
比から、予め材質ごとに求めた各波長間の透過率比を記
憶したテーブルを基に、試料の材質を同定し、同定され
た試料の、特定波長における吸収係数を決定する吸収係
数同定手段、及び上記特定波長における透過率と上記決
定された吸収係数の値とから上記試料の厚さを算出する
演算手段を備えた膜検査装置。
[Claim 2] A light source that has a continuous emission spectrum from the ultraviolet region to the infrared region, and a plurality of detection units that branch part of the light emitted from this light source and monitor the light intensity at a plurality of specific wavelengths. a first optical system, an irradiation optical system that irradiates the sample with light from the light source, and a first optical system that detects the intensity of transmitted light or reflected light from the sample having the same plurality of specific wavelengths as the first optical system; In the second optical system, the transmittance expressed by the ratio of the received light intensity at the same wavelength of the first optical system and the second optical system is determined, and from the relative ratio of this transmittance between each wavelength, it is determined in advance for each material. Absorption coefficient identification means for identifying the material of the sample and determining the absorption coefficient at a specific wavelength of the identified sample based on a table storing the calculated transmittance ratio between each wavelength; and the transmittance at the specific wavelength. and the determined absorption coefficient value.
【請求項3】  紫外領域から赤外領域まで連続的に発
光スペクトルを有する光源、この光源から出射する光の
一部を分岐し、吸収現象の発生する第1の波長領域の複
数の特定波長における光強度をモニターする複数の検出
部からなる第1の光学系、上記光源からの光を試料に照
射する照射光学系、上記試料からの透過光或いは反射光
の赤外領域の光スペクトル分布情報を検出する第2の光
学系、上記試料からの透過光或いは反射光の一部を分岐
し、第1の光学系と同じ複数の特定波長の光の強度を検
出する第3の光学系、第2の光学系によって得られた光
のスペクトル分布情報から試料の厚さを算出する第1の
演算手段、第1の光学系と第3の光学系の同一波長にお
ける受光強度の比から、各波長での試料の透過率を求め
る第2の演算手段、第1の演算手段によって得られた膜
厚値と第2の演算手段によって求められた各波長での透
過率とから、複数の特定波長における吸収係数を求める
第3の演算手段、及び得られた吸収係数の波長分布と予
め求めておいた吸収係数の波長分布を比較し、所定の膜
成分であるかどうかを判定する膜成分判定手段を備えた
膜検査装置。
3. A light source that has a continuous emission spectrum from the ultraviolet region to the infrared region, and a part of the light emitted from this light source is branched to emit light at a plurality of specific wavelengths in a first wavelength region in which an absorption phenomenon occurs. a first optical system consisting of a plurality of detection units that monitors light intensity; an irradiation optical system that irradiates the sample with light from the light source; and an optical spectral distribution information in the infrared region of transmitted light or reflected light from the sample. a second optical system for detection, a third optical system that branches part of the transmitted light or reflected light from the sample and detects the intensity of light of the same plurality of specific wavelengths as the first optical system; A first calculating means calculates the thickness of the sample from the spectral distribution information of light obtained by the optical system; A second calculating means for calculating the transmittance of the sample, from the film thickness value obtained by the first calculating means and the transmittance at each wavelength calculated by the second calculating means, the absorption at a plurality of specific wavelengths is calculated. A third calculating means for calculating a coefficient, and a film component determining means for comparing the wavelength distribution of the obtained absorption coefficient with the wavelength distribution of the absorption coefficient determined in advance and determining whether the film is a predetermined film component. membrane inspection equipment.
【請求項4】  紫外領域から赤外領域まで連続的に発
光スペクトルを有する光源、この光源から出射する光の
一部を分岐し、吸収現象の発生する第1の波長領域の複
数の特定波長における光強度をモニターする複数の検出
部からなる第1の光学系、上記光源からの光を試料に照
射する照射光学系、上記試料からの透過光或いは反射光
の赤外領域の光スペクトル分布情報を検出する第2の光
学系、上記試料からの透過光或いは反射光の一部を分岐
し、第1の光学系と同じ複数の特定波長の光の強度を検
出する第3の光学系、第1の光学系と第3の光学系の同
一波長における受光強度の比から、各波長での試料の透
過率を求め、この透過率の各波長間での相対比から、予
め材質ごとに求めた各波長間の透過率比を記憶したテー
ブルを基に、試料の材質を特定する材質判定手段、この
材質判定手段による材質の特定結果から試料の屈折率を
同定する屈折率同定手段、第1光学系と第3の光学系か
らの出力信号のうちの特定波長において得られた透過率
と、上記材質判定手段によって特定された試料の吸収係
数とによって、試料の厚さを算出する第1の演算手段、
上記屈折率同定手段の出力と第2の光学系からの出力信
号とから試料の厚さを算出する第2の演算手段、及び第
1の演算手段と第2の演算手段によって得られた試料の
厚さの測定値を比較し、2つの上記測定値の一致度から
上記測定値の有効性を判定する判定手段を備えた膜検査
装置。
4. A light source that has a continuous emission spectrum from the ultraviolet region to the infrared region, and a part of the light emitted from this light source is branched to emit light at a plurality of specific wavelengths in a first wavelength region where an absorption phenomenon occurs. a first optical system consisting of a plurality of detection units that monitors light intensity; an irradiation optical system that irradiates the sample with light from the light source; and an optical spectral distribution information in the infrared region of transmitted light or reflected light from the sample. a second optical system for detection, a third optical system that branches part of the transmitted light or reflected light from the sample and detects the intensity of light of the same plurality of specific wavelengths as the first optical system; The transmittance of the sample at each wavelength is determined from the ratio of the received light intensity at the same wavelength of the optical system and the third optical system, and from the relative ratio of this transmittance between each wavelength, each A material determination means for identifying the material of the sample based on a table storing transmittance ratios between wavelengths; a refractive index identification means for identifying the refractive index of the sample from the material determination result obtained by the material determination means; and a first optical system. and a first calculating means for calculating the thickness of the sample based on the transmittance obtained at a specific wavelength of the output signal from the third optical system and the absorption coefficient of the sample specified by the material determining means. ,
a second calculation means for calculating the thickness of the sample from the output of the refractive index identification means and the output signal from the second optical system, and a thickness of the sample obtained by the first calculation means and the second calculation means; A film inspection device comprising a determining means for comparing measured values of thickness and determining the validity of the measured value based on the degree of coincidence between the two measured values.
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