专利名称：用于测量多层膜厚度的方法和设备的制作方法
技术领域：
本公开涉及能够测量不同种类的多层膜厚度的方法和设备。
背景技术：
图5示出了对多层膜厚度进行测量的膜厚度测量仪的结构。在图5中，从光源11 发出的白光通过光纤12提供到多层膜10。将多层膜10反射的光通过光纤12导向分光镜 13。分光镜13使反射光分散、将分散的光转换成电信号、并且产生光谱。通过光谱数 据获取单元14获取该光谱，并且将该光谱输出到光学厚度计算器15。设定单元16对测量光学厚度的波长带和检测功率谱的峰值的峰值检测范围进行 设定。与光学厚度成比例的频率干涉条纹出现在该光谱中。光学厚度计算器15测量该 干涉条纹并且计算光学厚度。对于由设定单元16设定的波长带，将反射谱转换成波数域反射谱，其中将波长设 置为相等的间隔。然后，对波数域反射谱的数据上执行傅里叶变换来计算所设定的波长带 中的功率谱。在由设定单元16设定的峰值检测范围中检测功率谱的峰值。从峰值位置得 到光学厚度。将通过光学厚度计算器15计算的光学厚度输入到物理厚度计算器17。基于光学 厚度和折射率，物理厚度计算器17计算多层膜10的每层的物理厚度，该物理厚度为实际膜 厚度。在显示单元18上显示物理厚度。接下来，将参考图6来说明光学厚度与物理厚度之间的关系。图6为示出了多层 膜的截面图。该多层膜包括两个层20和21，并且两个层20和21的物理厚度分别为dll和 dl2。层21为膜，并且层20为在膜21上形成涂覆层。层20和21的物理厚度dll和dl2 分另U为Iym禾口 150 μ m。假设将白光从层20进入以测量膜厚度。从层20与21之间的边界表面和多层膜 的后表面反射光，并且由反射光得到光学厚度。从由层20与21之间的边界表面所反射的 光得到的光学厚度为L11，从由多层膜的后表面所反射的光得到的光学厚度为L12。光学厚 度Lll仅与层20有关，而光学厚度L12与层20和21两者都有关。理想地，可以测量对应于多层膜的边界表面的结合数量的光学厚度。然而，因为实 际能够进行测量的光学厚度依赖于每个边界表面的反射或平面度，所以并不一定能够直接 检测所期望层的光学厚度。光学厚度是物理厚度与折射率的乘积。因此，当能够直接测量所期望层的光学厚 度时，则能够通过简单操作来计算物理厚度。然而，当直接测量所期望层的光学厚度有困难时，需要从多个层的光学厚度的结合来导出用于获得物理厚度的表达式。JP-A-200849M73公开了一个示例，其中使用波长与依据该波长的折射率之间的 关系在多个波长范围中对光学厚度进行测量，这使得能够独立地测量每层的物理厚度，即 使多个层具有相同的膜厚度。将参考图6所示的多层膜来描述上述示例。当在波长范围Wl和W2中层20的折射率为nil和nl2并且在波长范围Wl和W2中 层21的折射率为π21和n22时，给出下列表达式(1)和O)。并且，光学厚度L12为层20 和21的光学厚度之和dll = Lll/nll... (1)dl2 = (L12-dllXnl2)/n22— (2)= (L12-Lll/nllXnl2)/n22如图6所示，dll和dl2为物理厚度，Lll和L12为光学厚度。光学厚度L12与层 20和21有关。因此，需要通过表达式(1)计算dll并需要将dll代入表达式(2)来计算 dl2。可以通过表达式(1)和O)以及光学厚度Lll和L12的测量值来计算物理厚度 dll 和 dl2。然而，该膜厚度测量仪具有下列问题。表达式(1)和( 依赖于能够被测量的光 学厚度或者要进行测量的多层膜的结构。然而，用户难以事先知道由波长造成的折射率的 差异并导出用于从光学厚度计算物理厚度的表达式。即使当用户能够导出该表达式，也难 以准备这样一种结构，在该结构中膜厚度测量仪接收任何类型的算术表达式。为了解决上述问题，需要在膜厚度测量仪中事先安装用于从光学厚度计算物理厚 度的所有表达式。然而，由于难以安装所有的算术表达式，因此需要根据每个用户的需求来 安装单独的算术表达式。因此，计算物理厚度费时费力。另外，由于在交付了该设备之后需要对不同牌子的多层膜进行测量，因此用户难 以与环境相对应，并且需要对膜厚度测量仪进行重新设计。

发明内容
本发明的示例性实施例针对上述缺陷以及以上未描述的其他缺陷。然而，本发明 并不需要消除上述所有缺陷，因此本发明的示例性实施例可能没有消除一些缺陷。根据本发明的一个或多个示例说明的方面，提供一种方法，该方法根据多层膜的 每一层的光学厚度对多层膜的每一层的物理厚度进行测量。该方法包括(a)设定层的折 射率；(b)使用折射率计算系数矩阵；(c)将光提供到多层膜以便根据由多层膜反射的光对 光学厚度进行测量；以及(d)根据光学厚度和系数矩阵计算物理厚度。根据本发明的一个或多个示例说明的方面，提供一种设备，该设备根据多层膜的 每一层的光学厚度对多层膜的每一层的物理厚度进行测量。该设备包括光学厚度测量单 元，配置来将光提供到多层膜以便根据由多层膜反射的光对光学厚度进行测量；折射率设 定单元，配置来设定层的折射率；系数矩阵计算器，配置来使用折射率计算系数矩阵；以及 物理厚度计算器，配置来根据光学厚度和系数矩阵计算物理厚度。通过下列描述、附图和权利要求，本发明的其它方面和优点将变得明显。


图1为示出了本发明实施例的流程图；图2为示出了多层膜的截面图；图3A至图3C为示出了光学厚度检测设定屏和折射率设定屏的示图；图4为示出了根据本发明实施例的多层膜厚度测量设备的示图；图5为示出了现有技术中膜厚度测量仪的示图；以及图6为示出了多层膜的截面图。
具体实施例方式在下文中，将参考附图对本发明的示例性实施例进行详细描述。图1为示出了根 据本发明实施例的对多层膜厚度进行测量的方法的流程图。执行初步的测量步骤来确定要 进行测量的光学厚度。要进行测量的光学厚度的数量等于多层膜的层的数量。在图1中，在步骤S 1，输入用于检测光学厚度的设定值和多层膜的每层的折射 率。在下面将描述设定值和折射率的输入。然后，在步骤S2，使用输入的折射率计算系数矩阵，该系数矩阵用于从光学厚度计 算物理厚度。使用该系数矩阵来从光学厚度计算物理厚度。然后，在步骤S3，使用与现有技术中相同的方法来对光学厚度进行测量。S卩，将白 光提供到多层膜，并且使该多层膜反射的光分散以获得光谱。将该光谱转换成波数域反射 谱，其中将波长设置为相等的间隔，并且对波数域反射谱的数据执行傅里叶变换来计算设 定的波长带的功率谱。然后，在步骤Sl输入的峰值检测范围中检测功率谱的峰值，并且在 改峰值的位置处计算光学厚度。然后，在步骤S4，根据测量的光学厚度和在步骤S2中计算的系数矩阵来计算物理厚度。接下来，将更加详细地描述本实施例。图2为示出了要进行测量的多层膜的截面 图。在图2在，Dl至D3为形成多层膜的各个层，dl至d3为层Dl至D3各自的物理厚度。 多层膜包括三个层Dl至D3。层Dl至D3，例如，为塑料膜或膜上的涂覆层。Ll至L3为测量的光学厚度。通过测量由从多层膜的前表面反射的光与从层Dl和 D2之间的边界表面反射的光之间的干涉而产生的干涉条纹来获得光学厚度Li。通过测量 由从多层膜的前表面反射的光与从层D2和D3之间的边界表面反射的光之间的干涉而产生 的干涉条纹来获得光学厚度L2。通过测量由从多层膜的前表面反射的光与从多层膜的后表 面反射的光之间的干涉而产生的干涉条纹来获得光学厚度L3。光学厚度Ll仅与层Dl有 关，而光学厚度L2与层Dl和D2有关。光学厚度L3与所有层Dl至D3有关。图3A至图3C示出了用于在步骤Sl中输入的数据的输入屏。图3A示出了用于检 测光学厚度的设定值输入屏。图3B和图3C示出了折射率输入屏。如图3A所示，为了检测光学厚度，为光学厚度Ll至L3中的每一个光学厚度输入 用于测量光学厚度的波长范围(左侧)和用于检索功率谱的峰值的光学厚度检索范围(右 侧)。在此实施例中，将光学厚度Ll和L2的波长范围设定在500nm至900nm的范围内，将 光学厚度L3的波长范围设定在SOOnm至900nm的范围内。由于层Dl至D3的折射率依赖 于光学厚度，所以光学厚度L3的波长范围不同于其他光学厚度的波长范围。
分别针对光学厚度Ll至L3将光学厚度检索范围设定在3. 0至5. 0、10. 0至15. 0 以及110.0至120.0的范围内。为每个多层膜设定波长范围和光学厚度检索范围，使得能 够对光学厚度准确地进行测量。整个范围都可以是目标范围而不设定波长范围和光学厚度 检索范围。图;3B示出了用于输入层Dl至D3的折射率的屏。行Dl至D3分别对应于层Dl至 D3，列Ll至L3分别对应于光学厚度Ll至L3。将在如图3A所示的光学厚度检测值输入屏 中设定的波长范围中的折射率输入到行与列的交点处的输入区。与每个光学厚度都无关的 层的折射率为零。这样，设定了关于每层的每个光学厚度的灵敏度。在图2中，由于光学厚度Ll仅与层Dl有关，因此将在500nm至900nm的波长处的 层D 1的折射率1. 52输入到Dl与Ll的交点处的输入区，并且将0. 00输入到D2和D3与 Ll之间的交点处的输入区。光学厚度L2与层D 1和D2有关，但与层D3无关。因此，将1. 52 (其等于输入到 Dl与Ll的交点处的输入区的值)输入到Dl与L2的交点处的输入区，并且将在500nm至 900nm的波长处的层D2的折射率1. 42输入到D2与L2的交点处的输入区。将0. 00输入到 D3与L2的交点处的输入区。光学厚度L3与所有层Dl至D3有关。将在800nm至900nm的波长处的层Dl至D3 的折射率1. 48、1. 40和1. 61分别输入到L3与Dl至D3的交点处的输入区。当层Dl至D3的物理厚度为dl至d3时，如下给出表达式(3)至(5)，这是因为通 过将物理厚度乘以折射率得到光学厚度Ll = 1.52 Xdl(3)L2 = 1. 52 X dl+1. 42 X d2(4)L3 = 1. 48Xdl+l. 4Xd2+l. 61Xd3(5)当把物理厚度dl至d3作为分量的列向量为S、把光学厚度Ll至L3作为分量的列 向量为并且输入到如图2B所示的输入屏中的折射率转置矩阵为η时，如下给出表达式 (6
权利要求
1.根据多层膜的每一层的光学厚度对多层膜的每一层的物理厚度进行测量的方法，该 方法包括步骤(a)设定层的折射率；(b)使用折射率计算系数矩阵；(c)将光提供到多层膜以便根据由多层膜反射的光来对光学厚度进行测量；以及(d)根据光学厚度和系数矩阵计算物理厚度。
2.根据权利要求1的方法，其中当将不能在步骤(c)中进行测量的光学厚度设定为无 效值时，将无效值与0的乘积设定为0，将无效值与非0的特定值的乘积设定为无效值，并且 将无效值与特定值的和设定为无效值。
3.根据权利要求1的方法，还包括步骤(e)根据进入多层膜的光的衰减量计算多层膜的每一层的伪光学厚度；以及(f)根据多个层的灵敏度比计算层的伪折射率，其中步骤(b)包括使用伪折射率以及折射率计算系数矩阵，并且 其中步骤(d)包括根据伪光学厚度以及光学厚度和系数矩阵计算物理厚度。
4.一种设备，该设备根据多层膜的每一层的光学厚度对多层膜的每一层的物理厚度进 行测量，该设备包括光学厚度测量单元，配置来将光提供到多层膜以便根据由多层膜反射的光对光学厚度 进行测量；折射率设定单元，配置来设定层的折射率；系数矩阵计算器，配置来使用折射率计算系数矩阵；以及物理厚度计算器，配置来根据光学厚度和系数矩阵计算物理厚度。
5.根据权利要求4的设备，还包括监控单元，配置来监控系数矩阵的每个分量的绝对值，并且当该绝对值超过阈值时输出警告。
6.根据权利要求4的设备，其中当将不能通过光学厚度测量单元进行测量的光学厚度 设定为无效值时，将无效值与0的乘积设定为0，将无效值与非0的特定值的乘积设定为无 效值，并且将无效值与特定值的和设定为无效值。
全文摘要
本发明提供一种根据多层膜的每一层的光学厚度对多层膜的每一层的物理厚度进行测量的方法。该方法包括(a)设定层的折射率；(b)使用折射率计算系数矩阵；(c)将光提供到多层膜以便根据由多层膜反射的光来对光学厚度进行测量；以及(d)根据光学厚度和系数矩阵计算物理厚度。
文档编号G01B11/06GK102052904SQ20101052951
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月28日 优先权日2009年10月30日
发明者西田和史 申请人:横河电机株式会社