专利名称：干涉式膜厚计的制作方法
技术领域：
本发明涉及干涉式膜厚计。
背景技术：
作为对膜的膜厚进行测量的装置，已知利用光的干涉现象的干涉式膜厚计(例如参照专利文献I。)。针对干涉式膜厚计的测量原理进行说明。当向透明的测量对象照射光时，从表面及背面返回来反射光。此时，彼此的反射光进行干涉，在某个波长处变强，在某个波长处变弱。变强的波长和变弱的波长由测量对象膜的膜厚和折射率决定。由此，可根据反射光谱的干涉条纹的间隔来计算膜厚。图18是现有的干涉式膜厚计的示意的构成图。膜厚计具备光源101、投光用光纤103、投受光部105、受光用光纤107、分光器109和运算部111。运算部111具备分光数据获取部113、能谱(power spectrum)算出部115和膜厚算出部117。从光源101照射的白色光通过投光用光纤103被导入投受光部105，被聚光之后照射至测量对象膜119。在测量对象膜119的表面和背面进行反射之后的光入射至投受光部105，通过受光用光纤107被导入分光器109。分光器109对来自受光用光纤107的光进行分光从而获得反射分光光谱，将其变换为电信号之后进行输出。运算部111基于来自分光器109的电信号，对测量对象膜119的膜厚进行运算。分光数据获取部113基于来自分光部109的电信号，来获取分光光谱数据。分光数据获取部113将分光光谱数据输出至能谱算出部115。能谱算出部115针对分光光谱数据实施前处理及傅立叶变换，来算出能谱。能谱算出部115将能谱的数据输出至膜厚算出部117。膜厚算出部117基于能谱的峰值位置及测量对象膜119的折射率，来计算测量对象膜119的膜厚。图18的现有技术中基于来自测量对象膜119的反射光的分光光谱来计算测量对象膜119的膜厚，但干涉式膜厚计也可以基于来自测量对象膜的透射光的分光光谱来计算测量对象膜的膜厚。图19是现有的干涉式膜厚计的示意的构成图。在图19中，对于发挥与图18相同的功能的部分赋予相同的符号。膜厚计具备光源101、投光用光纤103、投光部121、受光部123、受光用光纤107、分光器109和运算部111。运算部111具备分光数据获取部113、能谱算出部115和膜厚算出部117。投光部121和受光部123被配置在夹着测量对象膜119的位置。来自光源101的光经由投光用光纤103及投光部121而被照射至测量对象膜119。透射了测量对象膜119之后的光入射至受光部123，通过受光用光纤107被导入分光器109。分光器109对来自受光用光纤107的光进行分光，获得透射分光光谱，将其变换为电信号之后进行输出。运算部111基于来自分光器109的电信号对测量对象膜119的膜厚进行运算。专利文献I JP特开平7-280520号公报

发明内容
例如在由聚酰亚胺、聚乙烯、PET(Polyethylene terephthalate)等构成的薄膜、薄板的制造工序中，干涉式膜厚计有时被用于在线式(Online)测量。对于在线式测量而言，测量对象膜被连续地传送。此时，测量对象膜会发生振动或者弯曲。当测量对象膜发生振动或者发生弯曲时，投光部及受光部与测量对象膜之间的距离、投光部及受光部与测量对象膜所形成的角度发生变化。首先，如图19所示，说明分别设置了投光部和受光部的情况。当从投光部照射的光的焦点位置以及入射至受光部的光的焦点位置从测量对象膜偏离时，存在干涉式膜厚计无法计算测量对象膜的膜厚的这种不足。本申请发明者对其原因进行了研究，结果发现了当焦点位置从测量对象膜偏离时测量对象膜的测量点变大，因此无法进行测量。在测量点变大时，测量点内的测量对象膜的厚度的均匀性下降。例如如图20所示，当测量点内的测量位置A和测量位置B的测量对象膜119的膜厚不同时，透射测量位置A的光和透射测量位置B的光入射至受光部。透射测量位置A的光和透射测量位置B的光的变强的波长与变弱的波长彼此略有不同。当这些光相叠加时，如图21所示那样干涉条纹被平均化从而消失。根据这种理由，在焦点位置从测量对象膜偏离时，干涉式膜厚计无法计算测量对象膜的膜厚。接下来，说明如图18所示那样投光部及受光部由投受光部构成的情况。在该情况下，本申请发明者进行了调查，发现当从投受光部照射的光以及入射至投受光部的光的焦点位置从测量对象膜偏离时，由于来自测量对象膜的光没有入射至投受光部，因此无法进行测量。例如图22所示，当测量对象膜119的位置从虚线位置变化至实线位置从而投受光部105与测量对象膜119的距离发生变化时，反射光(虚线)没有入射至投受光部105。此外，如图23所示，当测量对象膜119的位置从虚线位置变化至实线位置从而从投受光部105照射的光的光轴与测量对象膜119所成的角度发生变化时，反射光(虚线)没有入射至投受光部105。在来自测量对象膜119的反射光没有入射至投受光部105的情况下，干涉式膜厚计无法计算测量对象膜119的膜厚。因此，现有的干涉式膜厚计具有在线式测量中无法进行稳定的测量的这一问题。再者，在基于来自测量对象膜的透射光的分光光谱来计算测量对象膜的膜厚的干涉式膜厚计中也会产生该问题。本发明的目的在于提供一种能够在在线式测量中进行稳定的测量的干涉式膜厚计。本发明所涉及的干涉式膜厚计具备投光部，其将来自光源的光照射至测量对象膜；受光部，其对来自所述测量对象膜的反射光或者透射光进行受光；焦点位置扫描部，其使共同焦点位置在规定范围内进行扫描，该共同焦点位置是被所述投光部照射的光的焦点位置、并且也是入射至所述受光部的光的焦点位置，分光数据获取部，其获取所述受光部所接收的光的分光光谱数据；能谱算出部，其基于所述分光光谱数据来计算能谱；膜厚算出部，其基于所述能谱的数据来计算所述测量对象膜的膜厚；和数据提取部，其针对所述分光光谱数据或者所述能谱的数据或者所述分光光谱数据和所述能谱的数据这两者设置阈值，提取所述阈值以上的数据，所述膜厚算出部输出与所述数据提取部所提取的数据对应的膜厚数据。在本发明的干涉式膜厚计中，焦点位置扫描部使共同焦点位置在规定范围内进行扫描，该共同焦点位置是从投光部照射的光的焦点位置、并且也是入射至受光部的光的焦点位置。由此，即便在投光部及受光部与测量对象膜之间的距离发生了变化时、从投光部照射的光的光轴及入射至受光部的光的光轴与测量对象膜所形成的角度发生变化时，也可从投光部向测量对象膜照射适当的光并且从测量对象膜向受光部入射适当的反射光或者透射光。再有，在本发明的干涉式膜厚计中，数据提取部针对分光光谱数据或能谱的数据或者这两者设置阈值，提取阈值以上的数据。当上述共同焦点位置被扫描时，不必要的数据也被获取。数据提取部只提取适当的数据。并且，膜厚算出部输出与数据提取部所提取的数据对应的膜厚数据。在本发明的干涉式膜厚计中，上述投光部及上述受光部例如由使来自上述光源的光照射至上述测量对象膜并且接收来自上述测量对象膜的反射光的投受光部构成。不过，在本发明的干涉式膜厚计中，也可以分别设置上述投光部及上述受光部。在具备上述投受光部的本发明的干涉式膜厚计中，作为上述焦点位置扫描部的一例，在上述投受光部与上述测量对象膜之间的光路依次插入厚度或折射率或者这两者互相不同的多个透明平行平板，来改变上述共同焦点位置。作为上述焦点位置扫描部的另一例，通过使在上述投受光部与上述测量对象膜之间的光路所配置的反射镜进行转动(回転)，由此改变上述共同焦点位置。作为上述焦点位置扫描部的另一例，在上述反射镜与上述测量对象膜之间的光路依次插入厚度或折射率或者这两者互相不同的多个透明平行平板，来改变上述共同焦点位置。作为上述焦点位置扫描部的另一例，通过使在上述投受光部与上述测量对象膜之间的光路所配置的透明平行平板进行转动，使得来自入射至上述投受光部的光的焦点的光的光轴与上述透明平行平板所形成的角度发生变化，由此改变上述共同焦点位置。作为上述焦点位置扫描部的另一例，使在上述投受光部与上述测量对象膜之间的光路互相平行配置的一对反射镜联动地进行转动，由此改变上述共同焦点位置。作为上述焦点位置扫描部的另一例，在上述投受光部与上述测量对象膜之间的光路中依次插入焦点距离互相不同的多个透镜，来改变上述共同焦点位置。作为上述焦点位置扫描部的另一例，在上述投受光部与上述测量对象膜之间的光路中依次插入楔角或倾斜面的配置方向或者这两者互相不同的多个楔形基板，来改变上述共同焦点位置。作为上述焦点位置扫描部的另一例，具备在上述投受光部与上述测量对象膜之间的光路所配置的2个楔形基板。上述2个楔形基板具有相同的楔角、且倾斜面相对配置。焦点位置扫描部按照位于上述光路的上述2个楔形基板的合计厚度发生变化的方式使其移动，来改变上述共同焦点位置。在本发明的干涉式膜厚计中，例如上述投光部和上述受光部被配置在夹着上述测量对象膜的位置。在该构成中，上述受光部对来自上述测量对象膜的透射光进行受光。在该构成中，上述焦点位置扫描部例如保持上述投光部与上述受光部的距离及角度并且使上述投光部及上述受光部相对于上述测量对象膜进行移动，以改变上述共同焦点位置。再者，上述焦点位置扫描部并不限定于上述列举出的构成例。在本发明的干涉式膜厚计中，上述焦点位置扫描部只要是能够使上述共同焦点位置在规定范围内进行扫描的构成则可以是任意的构成。在本发明的干涉式膜厚计中，上述数据提取部的一例是对上述分光光谱数据中的受光强度设置上述阈值。上述数据提取部的另一例对上述分光光谱数据中的受光强度的最大值与最小值之差设置上述阈值。上述数据提取部的又一例对上述能谱的数据中的峰值高度设置上述阈值。发明的效果在本发明的干涉式膜厚计中，焦点位置扫描部使共同焦点位置在规定范围内进行扫描，该共同焦点位置是从投光部照射的光的焦点位置、并且也是入射至受光部的光的焦点位置。再有，数据提取部对分光光谱数据或能谱的数据或者这两者设置阈值，提取阈值以上的数据。并且，膜厚算出部输出与数据提取部所提取的数据对应的膜厚数据。由此，本发明的干涉式膜厚计即便测量对象膜发生振动或者发生弯曲也能够进行测量对象膜的膜厚测量。因此，本发明的干涉式膜厚计在在线式测量中能够进行稳定的测量。不过，本发明的干涉式膜厚计的用途并不限定于在线式测量。本发明的干涉式膜厚计也能够适用于在规定的位置所配置的测量对象膜的膜厚测量。


图1是用于说明干涉式膜厚计的一实施例的示意的构成图。图2是用于说明构成图1的实施例的投受光探头及焦点位置扫描部、以及测量对象膜的示意的立体图。图3是用于说明图1的实施例中共同焦点位置发生变化的情况的示意图。图4是用于说明数据提取部对分光光谱数据中的受光强度设置了阈值时的数据提取动作的波形图。图5是用于说明数据提取部对分光光谱数据中的受光强度的最大值与最小值之差设置了阈值时的数据提取动作的波形图。图6是用于说明数据提取部对能谱的数据中的峰值高度设置了阈值时的数据提取动作的波形图。图7是表示图1的实施例的膜厚测量结果的一例的曲线。图8是表示现有技术的膜厚测量结果的一例的曲线。图9是用于说明其他实施 例中的焦点位置扫描部的构成及动作的示意的构成图。图10是用于说明又一实施例中的焦点位置扫描部的构成及动作的示意的构成图。
图11是用于说明又一实施例中的焦点位置扫描部的构成及动作的示意的构成图。图12是用于说明又一实施例中的焦点位置扫描部的构成及动作的示意的构成图。图13是用于说明又一实施例中的焦点位置扫描部的构成及动作的示意的构成图。图14是用于说明又一实施例中的焦点位置扫描部的构成及动作的示意的构成图。图15是用于说明又一实施例中的焦点位置扫描部的构成及动作的示意的构成图。图16是用于说明干涉式膜厚计的又一实施例的示意的构成图。图17是用于说明在图16的实施例中共同焦点位置发生变化的情况的示意图。图18是现有的干涉式膜厚计的示意的构成图。图19是现有的干涉式膜 厚计的示意的构成图。图20是用于说明图19的现有的干涉式膜厚计的不良情况的示意图。图21是用于说明图19的现有的干涉式膜厚计的不良情况的示意图。图22是用于说明图18的现有的干涉式膜厚计的不良情况的示意图。图23是用于说明图18的现有的干涉式膜厚计的不良情况的示意图。符号说明I 光源5投受光探头7、25、27、29、31、33、35、37、43 焦点位置扫描部7a、29a透明平行平板15分光数据获取部17能谱算出部19膜厚算出部21数据提取部23测量对象膜25a、31a、31b 反射镜33a 透镜35a楔形基板37a、37b 楔形基板39投光部41受光部
具体实施例方式图1是用于说明干涉式膜厚计的一实施例的示意的构成图。图2是用于说明构成该实施例的投受光探头及焦点位置扫描部、以及测量对象膜的示意的立体图。膜厚计具备光源1、投光用光纤3、投受光探头5、焦点位置扫描部7、受光用光纤9、分光器11和运算部13。投受光探头5构成本发明的干涉式膜厚计中的投受光部、投光部及受光部。运算部13具备分光数据获取部15、能谱算出部17、膜厚算出部19和数据提取部21。光源I例如由白色LED (Light Emitting Diode,发光二极管)实现。从光源I照射的白色光通过投光用光纤3被导入投受光探头5。被导入到投受光探头5的白色光经由在投受光探头5设置的聚光透镜(省略图示)和焦点位置扫描部7的透明平行平板7a被照射至测量对象膜23。在测量对象膜23的表面和背面进行反射之后的光经由透明平行平板7a入射至投受光探头5，并通过受光用光纤9而导入分光器11。分光器11对来自受光用光纤9的光进行分光从而获得反射分光光谱，将其变换为电信号进行输出。分光器11的波长范围例如大致为400nm(纳米) 700nm。分光器11的受光元件例如是CO) (Charge Coupled Device)。分光器11例如以2kHz来测量反射光谱。运算部13基于来自分光器11的电信号，来对测量对象膜23的膜厚进行运算。分光数据获取部15基于来自分光部11的电信号，获取分光光谱数据。分光数据获取部15将分光光谱数据输出至能谱算出部17或数据提取部21或者其双方。能谱算出部17针对分光光谱数据实施前一处理及傅立叶变换，来计算能谱。能谱算出部17将能谱的数据输出至膜厚算出部19或数据提取部21或者其双方。数据提取部21针对来自分光数据获取部15的分光光谱数据、或来自能谱算出部17的能谱的数据、或者其双方设置阈值，并提取阈值以上的数据。膜厚算出部19基于能谱的峰值位置及测量对象膜23的折射率，来计算测量对象膜23的膜厚。膜厚算出部19输出与数据提取部21所提取的数据对应的膜厚数据。如图1及图2所示，焦点位置扫描部7具备多个透明平行平板7a、转动板7b及电动机7c。在该实施例中，设置了 7片透明平行平板7a。7片透明平行平板7a的折射率相同而彼此的厚度不同。7片透明平行平板7a的厚度例如为Imm(毫米)、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm。透明平行平板7a例如由硼娃酸盐冕玻璃(borosilicate crown glass)(折射率约为1.52)形成。转动板7b在以转动轴为中心的圆周上具有8处的开口。在转动板7b的开口内各配置一个透明平行平板7a。在转动板7b的开口之中的一个开口处没有配置透明平行平板7a。电动机7c使转动板7b进行转动。通过转动板7b被转动，由此在投受光探头5与测量对象膜23之间的光路上依次插入没有配置透明平行平板7a的开口和7片透明平行平板7a。由此，焦点位置扫描部7相对于测量对象膜23的基准位置，使共同焦点位置在光轴方向上在规定范围内进行扫描，该共同焦点位置是从投受光探头5照射的光的焦点位置、且入射至投受光探头5的光的焦点位置。图3是用于说明该实施例中共同焦点位置发生变化的情况的示意图。参照图1至图3来说明该情况。由电动机7c使转动板7b进行转动，在投受光探头5与测量对象膜23之间的光路上配置了没有配置透明平行平板7a的开口时(没有平行平板)。入射至投受光探头5的光的焦点位于测量对象膜23的基准位置。投受光探头5与基准位置之间的距离例如为27mm。
在投受光探头5与测量对象膜23之间的光路配置了厚度比较薄的透明平行平板7a时(平行平板(薄))，入射至投受光探头5的光的焦点相对于基准位置向正(+)侧移动。在投受光探头5与测量对象膜23之间的光路配置了厚度比较厚的透明平行平板7a时(平行平板(厚))，入射至投受光探头5的光的焦点相对于基准位置进一步向正(+)侧移动。这样一来，入射至投受光探头5的光的焦点相对于基准位置进行移动，共同焦点位置发生变化。入射至投受光探头5的光的焦点处于测量对象膜23的附近时，在投受光探头5中入射适当的反射光。参照图1及图4至图6，说明数据提取部的动作。图4是用于说明数据提取部针对分光光谱数据中的受光强度设置了阈值时的数据提取动作的波形图。数据提取部21针对从分光数据获取部15输入的分光光谱数据，判定受光强度是否为阈值以上。在分光光谱数据中的受光强度为阈值以上时，数据提取部21将其作为提取数据进行处理。在分光光谱数据中的受光强度小于阈值时，数据提取部21将其作为排除数据进行处理。数据提取部21将判定为是提取数据的分光光谱数据输出至能谱算出部17。能谱算出部17针对被提取出的分光光谱数据实施傅立叶变换从而获得能谱的数据。能谱算出部17将能谱的数据输出至膜厚算出部19。膜厚算出部19基于能谱的数据来计算测量对象膜23的膜厚，并输出该膜厚数据。由此，运算部13能够仅获得投受光探头5中入射了适当的反射光时的膜厚数据。图5是用于说明数据提取部针对分光光谱数据中的受光强度的最大值和最小值之差设置了阈值时的数据提取动作的波形图。数据提取部21针对从分光数据获取部15输入的分光光谱数据，判定受光强度的最大值与最小值之差是否为阈值以上。在分光光谱数据中的受光强度的最大值与最小值之差为阈值以上时，数据提取部21将其作为提取数据进行处理。在分光光谱数据中的受光强度的最大值与最小值之差小于阈值时，数据提取部21作为排除数据进行处理。之后的运算部13的膜厚算出动作与参照图4所说明的动作相同。由此，运算部13能够获得投受光探头5中入射了适当的反射光时的膜厚数据。图6是用于说明数据提取部对能谱的数据中的峰值高度设置了阈值时的数据提取动作的波形图。能谱算出部17基于从分光数据获取部15输入的分光光谱数据获得能谱。能谱算出部17将能谱的数据输出至数据提取部21。数据提取部21针对从能谱算出部17输入的能谱的数据，判定峰值高度是否为阈值以上。
在能谱的数据中的峰值高度为阈值以上时，数据提取部21作为提取数据进行处理。在能谱的数据中的峰值高度小于阈值时，数据提取部21作为排除数据进行处理。数据提取部21将判定为是提取数据的能谱的数据输出至膜厚算出部19。膜厚算出部19基于被提取出 的能谱的数据来计算测量对象膜23的膜厚，并输出该膜厚数据。由此，运算部13能够仅获得投受光探头5中入射了适当的反射光时的膜厚数据。在参照图4至图6所说明的数据提取动作中，数据提取部21仅使用了一个阈值，但本发明并不限定于此。数据提取部21可以使用上述三种阈值之中的多个阈值来组合上述三种的数据提取动作进行数据提取动作。由此，可提高适当的数据的提取精度。图7是图1的实施例的I吴厚测量结果的一例的图表。图8是表不图18的现有技术的膜厚测量结果的一例的曲线。图7及图8的纵轴表示膜厚值(单位为ym(微米))。图7及图8的横轴表示测量对象膜的位置(单位为mm)。对于测量对象膜的位置而言，基准位置是在投受光探头与测量对象膜之间的光路没有配置透明平行平板时的焦点位置。基准位置的测量对象膜的位置为0_。测量对象膜的位置被设定为-1mm、基准位置、+1mm、+2mm、+3mm(关于相对于基准位置的正方向及负方向，可参照图2。)。测量对象膜的样本是膜厚约为12 μ m的PET薄膜。对于图1的实施例，焦点位置扫描部7通过电动机7c的驱动，使转动板7b以15Hz的速度进行转动。图18的现有的干涉式膜厚计中入射至投受光部105的光的焦点被固定在基准位置。因此，如图8所示，现有的干涉式膜厚计能够测量基准位置处的样本的膜厚。但是，若测量对象膜的位置从基准位置仅偏离了 1_，则现有的干涉式膜厚计就无法进行膜厚测量。图1的实施例的干涉式膜厚计通过焦点位置扫描部7的动作，使入射至投受光探头5的光的焦点位置在规定范围内进行扫描。由此，如图7所示，实施例的干涉式膜厚计能够测量基准位置、+1mm、+2mm处的测量对象膜的膜厚。基于没有配置透明平行平板7a的开口被配置在投受光探头5与样本之间的光路时的分光光谱数据，来计算基准位置处的样本的膜厚。基于厚度为3mm的透明平行平板7a被配置在投受光探头5与样本之间的光路时的分光光谱数据，来计算+1_的位置处的样本的膜厚。基于厚度为6_的透明平行平板7a被配置在投受光探头5与样本之间的光路时的分光光谱数据，来计算+2mm的位置处的样本的膜厚。这样，图1的实施例的干涉式膜厚计即便测量对象膜的位置从基准位置偏离也能够计算测量对象膜的膜厚。在图1的实施例中，将没有配置透明平行平板7a的开口被配置在投受光探头5的光路中时的焦点位置作为测量对象膜23的基准位置，但基准位置并不限定于此。在本发明中，测量对象膜的基准位置只要是在共同焦点位置被扫描时适当的反射光或透射光从测量对象膜入射至受光部的测量对象膜的位置，则可以是任意的位置。此外，在图1的实施例中，作为多个透明平行平板7a而使用互相厚度不同的透明平行平板，但多个透明平行平板也可以是厚度相同而折射率互相不同的平板。此外，多个透明平行平板还可以是厚度及折射率互相不同的平板。此外，也可以在转动板7b的全部开口配置透明平行平板。此外，当测量对象膜中存在伤痕等的缺陷时，由于测量光没有从缺陷部分返回来，因此膜厚数据欠缺。 本发明的干涉式膜厚计仅提取测量光返回来的数据，因此还具有能够进行将这种的缺陷排除在外的测量的效果。图9是用于说明其他实施例中的焦点位置扫描部的构成及动作的示意的构成图。在该实施例中，焦点位置扫描部以外的构成与参照图1所说明的实施例相同。焦点位置扫描部25通过驱动机构(省略图示)使投受光探头5与测量对象膜23之间的光路中所配置的反射镜25a进行转动，由此改变共同焦点位置。通过焦点位置扫描部25的动作，相对于测量对象膜23的基准位置，入射至反射镜25a的光的光轴与测量对象膜23所成的角度变化。反射镜25a例如由通过MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)形成的倾斜镜(tiltmirror)、多角镜构成。图10是用于说明另一实施例中的焦点位置扫描部的构成及动作的示意的构成图。在该实施例中，焦点位置扫描部以外的构成与参照图1所说明的实施例相同。焦点位置扫描部27组合了图1所示的焦点位置扫描部7和图9所示的焦点位置扫描部25。焦点位置扫描部27具备多个透明平行平板7a、转动板7b、电动机7c、反射镜25a、使反射镜25a转动的驱动机构(省略图示)。再有，焦点位置扫描部27还具备与反射镜25a的转动相应地使转动板7b及电动机7c的配置位置转动的驱动机构(省略图示)。来自反射镜25a的光的光轴与透明平行平板7a的平面形成90度的角度。通过焦点位置扫描部27的动作，相对于测量对象膜23的基准位置，入射至投受光探头5的光的光轴与测量对象膜23所形成的角度、入射至投受光探头5的光的焦点距离发生变化。在该实施例中,转动板7b及电动机7c与反射镜25a的转动相应地进行转动,但转动板7b及电动机7c的配置位置也可以固定。此时，来自反射镜25a的光的光轴与透明平行平板7a的平面所构成的角度发生变化。图11是用于说明又一实施例中的焦点位置扫描部的构成及动作的示意的构成图。在该实施例中，焦点位置扫描部以外的构成与参照图1所说明的实施例相同。焦点位置扫描部29按照来自入射至投受光探头5的光的焦点的光的光轴与透明平行平板29a所形成的角度发生变化的方式，通过驱动机构(省略图示)使在投受光探头5与测量对象膜23之间的光路中配置的透明平行平板29a进行转动，由此使得共同焦点位置发生变化。通过焦点位置扫描部29的动作，入射至投受光探头5的光的焦点距离变化。图12是用于说明又一实施例中的焦点位置扫描部的构成及动作的示意的构成图。在该实施例中，焦点位置扫描部以外的构成与参照图1所说明的实施例相同。焦点位置扫描部31通过驱动机构(省略图示)使在投受光探头5与测量对象膜23之间的光路彼此平行地配置的一对反射镜31a、31b联动地进行转动，由此改变共同焦点位置。通过焦点位置扫描部31的动作，入射至投受光探头5的光的焦点距离发生变化。反射镜31a、31b例如由通过MEMS形成的倾斜镜或多角镜构成。图13是用于说明又一实施例中的焦点位置扫描部的构成及动作的示意的构成图。在该实施例中，焦点位置扫描部以外的构成与参照图1所说明的实施例相同。
焦点位置扫描部33在投受光探头5与测量对象膜23之间的光路依次插入焦点距离互相不同的多个透镜33a和没有配置透镜的开口 33b，由此来改变共同焦点位置。焦点位置扫描部33通过在例如图1所示的焦点位置扫描部7中替换透明平行平板7a而配置透镜33a来实现。通过焦点位置扫描部33的动作，入射至投受光探头5的光的焦点距离变化。再者，也可以在转动板的全部的开口配置透镜。此外，在转动板配置的多个透镜既可以仅仅是凸透镜，也可以仅仅是凹透镜。图14是用于说明又一实施例中的焦点位置扫描部的构成及动作的示意的构成图。在该实施例中，焦点位置扫描部以外的构成与参照图1所说明的实施例相同。焦点位置扫描部35通过在投受光探头5与测量对象膜23之间的光路上依次插入楔角或者倾斜面的配置方向或者这两者互相不同的多个楔形基板35a和没有配置楔形基板的开口 35b，由此改变共同焦点位置。焦点位置扫描部35通过在例如图1所示的焦点位置扫描部7中替换透明平行平板7a而配置楔形基板35a来实现。通过焦点位置扫描部35的动作，入射至投受光探头5的光的焦点距离、入射至楔形基板35a的光的光轴与测量对象膜23所构成的角度发生变化。再者，也可以在转动板的全部的开口配置楔形板。图15是用于说明又一实施例中的焦点位置扫描部的构成及动作的示意的构成图。在该实施例中，焦点位置扫描部以外的构成与参照图1所说明的实施例相同。焦点位置扫描部37具备在投受光探头5与测量对象膜23之间的光路配置的2个楔形基板37a、37b。2个楔形基板37a、37b具有相同的楔角，且倾斜面相对置配置。焦点位置扫描部37通过驱动机构(省略图示)进行移动，使得位于入射至投受光探头5的光的光路的楔形基板37a、37b的合计的厚度产生变化，由此来改变共同焦点位置。通过焦点位置扫描部37的动作，入射至投受光探头5的光的焦点距离产生变化。在上述实施例中，作为投光部及受光部而使用投受光探头5，但也可以分别设置投光部和受光部。此外，在上述实施例中，取得来自测量对象膜的反射光的分光光谱以求取测量对象膜的膜厚，但本发明的干涉式膜厚计也可以求得通过了测量对象膜的透射光的分光光谱以求取测量对象膜的膜厚。图16是用于说明干涉式膜厚计的又一实施例的示意的构成图。在图16中，对于实现与图1相同的功能的部分赋予相同的符号。对于实现与图1相同的功能的部分，省略其详细说明。膜厚计具备光源1、投光用光纤3、投光部39、受光部41、受光用光纤9、分光器11、运算部13、和焦点位置扫描部43。运算部13具备分光数据获取部15、能谱算出部17、膜厚算出部19、和数据提取部21。投光部39和受光部41配置在夹着测量对象膜23的位置。从投光部39照射的光的焦点位置和入射至受光部的光的焦点位置被设定为相同的位置(共同焦点位置)。从投光部39照射的光的光轴和入射至受光部的光的光轴被配置在同一直线上。从光源I照射的白色光通过投光用光纤3而被导入到投光部39。被导入到投光部39的白色光经由在投光部39所设置的聚光透镜(省略图示)而被照射至测量对象膜23。透射了测量对象膜23的光入射至受光部41，通过受光用光纤9而被导入到分光器
11。分光器11对来自受光用光纤9的光进行分光从而获得反射分光光谱，将其变换为电信号进行输出。运算部13基于来自分光器11的电信号，对测量对象膜23的膜厚进行运算。图17是用于说明该实施例中共同焦点位置发生变化的情况的示意图。参照图16及图17说明该情况。焦点位置扫描部43保持投光部39与受光部41的距离及角度，并且使投光部39及受光部41相对于测量对象膜23进行移动。由此，作为从投光部39照射的光的焦点位置、且入射至受光部41的光的焦点位置的共同焦点位置在规定范围内被扫描。例如，焦点位置扫描部43使投光部39及受光部41在与从投光部39照射的光及入射至受光部41的光的光轴平行的方向上移动。如图16所示，从投光部39照射的光及入射至受光部41的光的焦点相对于基准位置而移动，共同焦点位置发生变化。从投光部39照射的光及入射至受光部41的光的焦点处于测量对象膜23的附近时，对受光部41入射适当的反射光。以上，说明了本发明的实施例，但材料、形状、配置、尺寸等仅是一例，本发明并不限定于此，可以在权利要求书所记载的本发明的范围内进行各种的变更。
权利要求
1.一种干涉式膜厚计，具备 投光部，其将来自光源的光照射至测量对象膜； 受光部，其对来自所述测量对象膜的反射光或者透射光进行受光； 焦点位置扫描部，其使共同焦点位置在规定范围内进行扫描，该共同焦点位置是被所述投光部照射的光的焦点位置、并且也是入射至所述受光部的光的焦点位置， 分光数据获取部，其获取所述受光部所接收的光的分光光谱数据； 能谱算出部，其基于所述分光光谱数据来计算能谱； 膜厚算出部，其基于所述能谱的数据来计算所述测量对象膜的膜厚；和数据提取部，其针对所述分光光谱数据或者所述能谱的数据或者所述分光光谱数据和所述能谱的数据这两者设置阈值，提取所述阈值以上的数据， 所述膜厚算出部输出与所述数据提取部所提取的数据对应的膜厚数据。
2.根据权利要求1所述的干涉式膜厚计，其特征在于， 所述投光部及所述受光部由使来自所述光源的光照射至所述测量对象膜并且接收来自所述测量对象膜的反射光的投受光部构成。
3.根据权利要求2所述的干涉式膜厚计，其特征在于， 所述焦点位置扫描部在所述投受光部与所述测量对象膜之间的光路依次插入厚度或者折射率或者厚度和折射率这两者互相不同的多个透明平行平板，来改变所述共同焦点位置。
4.根据权利要求2所述的干涉式膜厚计，其特征在于， 所述焦点位置扫描部通过使在所述投受光部与所述测量对象膜之间的光路所配置的反射镜进行转动，由此改变所述共同焦点位置。
5.根据权利要求4所述的干涉式膜厚计，其特征在于， 所述焦点位置扫描部在所述反射镜与所述测量对象膜之间的光路依次插入厚度或者折射率或者厚度和折射率这两者互相不同的多个透明平行平板，来改变所述共同焦点位置。
6.根据权利要求2所述的干涉式膜厚计，其特征在于， 所述焦点位置扫描部通过使在所述投受光部与所述测量对象膜之间的光路所配置的透明平行平板进行转动，使得来自入射至所述投受光部的光的焦点的光的光轴与所述透明平行平板所形成的角度发生变化，由此改变所述共同焦点位置。
7.根据权利要求2所述的干涉式膜厚计，其特征在于， 所述焦点位置扫描部使在所述投受光部与所述测量对象膜之间的光路中互相平行配置的一对反射镜联动地进行转动，由此改变所述共同焦点位置。
8.根据权利要求2所述的干涉式膜厚计，其特征在于， 所述焦点位置扫描部在所述投受光部与所述测量对象膜之间的光路中依次插入焦点距离互相不同的多个透镜，来改变所述共同焦点位置。
9.根据权利要求2所述的干涉式膜厚计，其特征在于， 所述焦点位置扫描部在所述投受光部与所述测量对象膜之间的光路中依次插入楔角或者倾斜面的配置方向或者楔角和倾斜面的配置方向这两者互相不同的多个楔形基板，来改变所述共同焦点位置。
10.根据权利要求2所述的干涉式膜厚计，其特征在于， 所述焦点位置扫描部具备在所述投受光部与所述测量对象膜之间的光路中所配置的2个楔形基板， 所述2个楔形基板具有相同的楔角、且倾斜面对置配置， 所述焦点位置扫描部按照位于所述光路的所述2个楔形基板的合计厚度发生变化的方式移动，来改变所述共同焦点位置。
11.根据权利要求1所述的干涉式膜厚计，其特征在于， 所述投光部和所述受光部被配置在夹着所述测量对象膜的位置， 所述受光部对来自所述测量对象膜的透射光进行受光， 所述焦点位置扫描部保持所述投光部与所述受光部的距离及角度并且使所述投光部及所述受光部相对于所述测量对象膜进行移动，以改变所述共同焦点位置。
12.根据权利要求1 11任一项所述的干涉式膜厚计，其特征在于， 所述数据提取部针对所述分光光谱数据中的受光强度设置所述阈值。
13.根据权利要求1 11任一项所述的干涉式膜厚计，其特征在于， 所述数据提取部针对所述分光光谱数据中的受光强度的最大值与最小值之差设置所述阈值。
14.根据权利要求1 11任一项所述的干涉式膜厚计，其特征在于， 所述数据提取部针对所述能谱的数据中的峰值高度设置所述阈值。
全文摘要
本发明提供一种能够在在线式测量中进行稳定的测量的干涉式膜厚计。该干涉式膜厚计设置有焦点位置扫描部(7)，该焦点位置扫描部(7)使作为从投受光探头(5)照射的光的焦点位置、且入射至投受光探头(5)的光的焦点位置的共同焦点位置在规定范围内进行扫描。运算部(13)具备分光数据获取部(15)，其获取投受光探头(5)所接收的光的分光光谱数据；能谱算出部(17)，其基于分光光谱数据来计算能谱；膜厚算出部(19)，其基于能谱的数据来计算测量对象膜(23)的膜厚；和数据提取部(21)，其针对分光光谱数据或能谱的数据或者这两者设置阈值，对阈值以上的数据进行提取。膜厚算出部(19)输出与数据提取部(21)所提取的数据对应的膜厚数据。
文档编号G01B11/06GK103063149SQ201210394819
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月17日 优先权日2011年10月20日
发明者中谷贵之, 横田博 申请人:仓敷纺织株式会社