专利名称：膜厚度测量设备的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及一种通过使用光干涉来测量薄膜厚度的膜厚度测量设备。更具体 地，本发明涉及一种对表面不平坦而大量散射光的薄膜的厚度进行精确测量的膜厚度测量 设备。
背景技术：
图6的框图示出了根据现有技术的膜厚度测量设备。该膜厚度测量设备通过使用 光干涉来测量薄膜的厚度。膜厚度测量设备通常被用作生产包装材料或光学材料的膜或薄 片工艺中的在线膜厚度测量仪器。膜厚度测量设备还被用于在加工薄膜片期间测量膜厚度 分布或膜厚度误差。膜厚度测量设备还可被用在处理玻璃面板的XY工作台(XY-Stage)中。膜厚度测量设备包括反射光谱获取单元10和操作单元20。反射光谱获取单元10 包括光源11和分光单元13。反射光谱获取单元10将白光照射到作为厚度测量目标的测量 目标膜15上，并获取由测量目标膜15反射的光的光谱。通过光纤12传输来自能够发射宽 波长范围的白光的光源11的输出光，并将其照射到测量目标膜15上。通过光纤12传输由 测量目标膜15所反射的反射光，并且分光单元13接收该反射光。分光单元13利用光谱对 接收光进行分散以获取反射光谱，将反射光谱转换成电信号，并输出该电信号。操作单元20包括分光数据接收单元21、波长变换单元22、频率分析单元23、膜厚 度计算单元24、膜厚度输出单元25、以及设置单元26。操作单元20根据反射光谱来计算膜 厚度并输出该膜厚度。分光数据接收单元21获取从分光单元13输出的反射光谱，并将反 射光谱输出到波长变换单元22。波长变换单元22从反射光谱中选择预定波长范围，并在等 标尺波数域中对所选波长范围的反射光谱进行重排。随后，波长变换单元22计算波数域反 射光谱并将该波数域反射光谱输出到频率分析单元23。频率分析单元23对波数域反射光谱进行傅立叶变换以获得功率谱，并且将该功 率谱输出到膜厚度计算单元24。膜厚度计算单元24计算与获得输入功率谱峰值处的频率 相对应的光学膜厚度，并根据测量目标膜15的折射率来计算对应的物理膜厚度。膜厚度输 出单元25将物理膜厚度输出到外部单元。设置单元26对波长变换单元22、膜厚度计算单 元24以及膜厚度输出单元25中的计算所需的参数之类的数据进行设置。由于在膜15的表面和背面反射的反射光具有依赖于测量目标膜15的折射率与厚 度的乘积的光程差，因此反射光发生干涉并产生周期性干涉条纹。通过对干涉条纹进行傅 立叶变换而获得的功率谱在对应于光程差的频率处出现峰值。通过检测对应于该峰值点的 频率而获得光学膜厚度，进而可以通过用折射率除光学膜厚度来获得物理膜厚度。虽然如图6所示，根据利用光谱分散由测量目标膜15所反射的反射光而得到的反 射光谱来计算出膜厚度，但是也可以通过利用光谱分散透射通过测量目标膜15的光来获
5取透射光谱，进而根据该透射光谱对膜厚度进行计算。日本未审查专利申请第一次公开第2003-161605号公开了一种膜厚度测量设备， 其中近红外范围的闪光被照射到移动的多层膜上，并且接收每层界面处所反射的光，从而 根据反射光的功率谱来高精度地测量每层的厚度。日本未审查专利申请第一次公开第2005308394号公开了另一种膜厚度测量设 备，其中将白光照射到测量目标多层膜上，通过利用光谱分散来自测量目标多层膜的透射 光或反射光来获得光谱，将该光谱转换成频率信号，进行小波处理来消除干涉信号以外的 成分并执行频率分析，从而对膜厚度进行测量。日本未审查专利申请第一次公开第H11-314298号公开了一种生产多层膜的方 法，其中从卤素灯将光照射到膜上，对所得到的光干涉波形进行傅立叶变换以获取谱，将对 应于该谱最大峰值的厚度确定为膜厚度。在现有技术中公开的膜厚度测量设备具有相同的问题，即测量误差增加或者如果 测量目标膜中存在雾度(haze)则无法进行测量。雾度是指在表面或内侧产生漫射。存在雾度时，由于膜边界面以外的区域中产生的漫射光使得一致性变弱，因此干 涉条纹的幅度减小，并且功率谱的峰值高度降低。如果峰值高度低于噪声成分高度，则无法 进行测量。尤其是由于在聚丙烯或聚乙烯制成的膜中产生了相当大的雾度，因此很难获得 稳定的测量值。图7是示出了根据现有技术的膜厚度测量设备的测量示例的示图。图7的横轴表 示测量数量。图7的纵轴表示膜厚度。黑点表示测量值。能够意识到，测量值分布广泛，并 且如参考数字30所示频繁产生不正常的测量值。如果以在线方式连续测量一致性较差的膜厚度，则由于膜的振动会使膜与测量膜 厚度的探针之间的距离发生变化。为此，只有在探针接近膜时才能得到合适的测量值，并且 由于非正常峰值被噪声成分掩盖而不能测量到非正常峰值。因此，如参考数字30所示，测 量值显著偏移。如果由于振动或膜吸收光而使膜起褶皱或倾斜，则很难使用测量设备来获取反射 光。在此情况下，由于未出现由膜厚度所引起的功率谱峰值，所以如参考数字30所示，随机 地获得了与膜厚度无关的测量值。因此，用户在观察测量波形时必须确定测量值是否合适，或者如果测量值随机变 化则必须确定测量值并不合适。因此，根据现有技术的测量设备并不可靠、并且难以在自动 测量系统或自动控制系统中使用。

发明内容
即使在测量目标膜中存在雾度以及很少发生干涉条纹的情况下，根据本发明的膜 厚度测量设备也能通过检测由膜中较弱的一致性等导致的不精确测量值，来获得稳定的测量值。膜厚度测量设备可包括光谱获取单元，其将光照射到测量目标膜上，该光谱获取 单元获取由测量目标膜所反射的反射光和透射通过测量目标膜的透射光中的至少一个的 光谱；功率谱计算单元，其接收光谱来计算功率谱；膜厚度计算单元，其接收功率谱来检测 功率谱的峰值位置，该膜厚度计算单元根据峰值位置来计算测量目标膜的厚度；测量质量
6计算单元，其计算厚度的测量质量；测量质量确定单元，其接收测量质量，该测量质量确定单元根据测量质量和阈值来确定厚度是有效还是无效；以及膜厚度输出单元，其接收厚度， 如果测量质量确定单元确定厚度有效则该膜厚度输出单元输出厚度。测量质量可由功率谱峰值位置处的峰值高度和峰值面积之一来表示。该膜厚度测量设备还可包括阈值计算单元，其接收功率谱，该阈值计算单元根据 功率谱来计算阈值，该阈值计算单元将阈值输出到测量质量确定单元。阈值计算单元可对处在并不包括峰值位置的范围内的功率谱的最大值和标准差 中的至少一个进行计算，并且该阈值计算单元可将最大值和标准差之一的常数倍数作为阈 值输出。阈值计算单元可计算功率谱的整个范围和指定范围中的一个范围内的第一标准 差。在将以下处理重复至少两次之后将临时阈值作为阈值输出，所述处理包括将第一标准 差的第一常数倍数设置为临时阈值、计算该范围内小于临时阈值的第二标准差、以及将临 时阈值更新为第二标准差的第二常数倍数。测量质量计算单元可计算测量目标膜反射率的平均值和测量目标膜反射率的最 大值与最小值之差中的一个。如果测量质量确定单元确定厚度无效，则膜厚度输出单元可输出指示厚度测量失 败的数据。如果测量质量确定单元确定厚度有效，则膜厚度输出单元除可输出厚度以外还可 输出测量质量。测量目标膜可以是多层膜。膜厚度计算单元可计算多层膜的每一层的厚度。测量 质量计算单元可计算厚度的测量质量。膜厚度输出单元可以只有在测量质量确定单元确定多层膜的所有层的厚度都有 效的情况下才输出厚度。对沿着测量目标膜长度方向移动的测量目标膜的厚度进行测量的膜厚度测量设 备可包括膜厚度测量单元和扫描单元，其中所述膜厚度测量单元包括光谱获取单元，其将 光照射到测量目标膜上，该光谱获取单元获取由测量目标膜所反射的反射光和透射通过测 量目标膜的透射光中的至少一个的光谱；功率谱计算单元，其接收光谱来计算功率谱；膜 厚度计算单元，其接收功率谱来检测功率谱的峰值位置，该膜厚度计算单元根据峰值位置 来计算测量目标膜的第一厚度；测量质量计算单元，其计算第一厚度的测量质量；测量质 量确定单元，其接收测量质量，该测量质量确定单元根据测量质量和阈值来确定第一厚度 是有效还是无效；以及膜厚度输出单元，其接收第一厚度，如果测量质量确定单元确定第一 厚度有效则该膜厚度输出单元输出第一厚度，并且其中所述扫描单元在测量目标膜的宽度 方向上移动膜厚度测量单元。如果测量质量确定单元确定第一厚度无效，则膜厚度输出单元可输出先前的测量 值。如果测量质量确定单元确定第一厚度无效，则膜厚度输出单元可输出在测量目标 膜传送方向上相邻部分处的测量目标膜的第二厚度。如果测量质量确定单元确定第一厚度无效，则膜厚度输出单元可输出在测量目标 膜宽度方向上相邻部分处的测量目标膜的第二厚度。
如果测量质量确定单元确定第一厚度无效，则膜厚度输出单元可输出在测量目标 膜宽度方向上相邻部分处的测量目标膜的第二厚度与在测量目标膜传送方向上相邻部分 处的测量目标膜的第三厚度之间的平均值。对测量目标膜的厚度进行测量的膜厚度测量设备可包括功率谱计算单元，其接 收由测量目标膜所反射的反射光和透射通过测量目标膜的透射光中的至少一个的光谱，该 功率谱计算单元根据该光谱计算功率谱；膜厚度计算单元，其接收功率谱来检测功率谱的 峰值位置，该膜厚度计算单元根据峰值位置来计算测量目标膜的厚度；测量质量计算单元， 其计算厚度的测量质量；测量质量确定单元，其接收测量质量，该测量质量确定单元根据测 量质量和阈值来确定厚度是有效还是无效；以及膜厚度输出单元，其接收厚度，如果测量质 量确定单元确定厚度有效则该膜厚度输出单元输出厚度。该膜厚度测量设备还可包括阈值计算单元，其接收功率谱，该阈值计算单元根据 功率谱来计算阈值，该阈值计算单元将阈值输出到测量质量确定单元。阈值计算单元可对处在并不包括峰值位置的范围内的功率谱的最大值和标准差 中的至少一个进行计算，并且该阈值计算单元可将最大值和标准差之一的常数倍数作为阈 值输出。阈值计算单元可计算功率谱的整个范围和指定范围之一的范围内的第一标准差。 在将以下处理重复至少两次之后将临时阈值作为阈值输出，所述处理包括将第一标准差 的第一常数倍数设置为临时阈值、计算该范围内小于临时阈值的第二标准差、以及将临时 阈值更新为第二标准差的第二常数倍数。测量目标膜可以是多层膜。膜厚度计算单元可计算多层膜的每一层的厚度。测量 质量计算单元可计算厚度的测量质量。根据本发明的膜厚度测量设备将光照射到测量目标膜上，根据反射光或透射光的 光谱来计算功率谱，并根据功率谱的峰值来计算膜厚度。只要计算膜厚度就还计算诸如峰 值高度、峰值面积或者反射率之类的测量质量。根据测量质量和阈值来确定测量是否有效。 如果确定测量为有效，则输出膜厚度测量值。由于没有输出由不确定测量所导致的非正常测量值，所以能够对测量目标膜的膜 厚度分布进行测量并改进测量可靠性。另外，即使在由具有一定量雾度的诸如聚丙烯或聚 乙烯之类的材料制成膜从而导致现有技术的测量设备很难对厚度进行测量的情况下，也可 以测量厚度。另外，由于不会输出由膜的褶皱或倾斜引起的不确定的测量值，所以能够将本发 明应用于在线膜厚度测量仪器。在现有技术中由于操作者需监视功率谱来消除不确定的测 量值，因此很难对膜厚度测量设备实现自动化。相反，在根据本发明的膜厚度测量设备中， 能够自动去除不确定的测量值。因此，根据本发明的膜厚度测量设备能够用作自动控制设 备的膜厚度测量仪器。


下面结合附图描述特定优选实施例，从而使本发明的上述特征和优点更加清楚， 附图中图1是示出根据本发明第一优选实施例的膜厚度测量设备的框8
图2是示出由图1的膜厚度测量设备进行的测量示例的示图；图3是示出根据本发明第二优选实施例的膜厚度测量设备的框图；图4是示出根据本发明第三优选实施例的膜厚度测量设备的框图；图5是示出包括根据本发明的膜厚度测量设备的在线膜厚度测量仪器的配置的 示图；图6是示出根据现有技术的膜厚度测量设备的框图；以及图7是示出由根据现有技术的膜厚度测量设备进行的测量示例的示图。
具体实施例方式这里将参考图示的实施例来描述本发明。本领域技术人员将认识到可以使用本 发明的指教来实现多个可替换的实施例，并且本发明并不限于出于说明目的而示出的实施 例。第一优选实施例下面将描述本发明的第一优选实施例。图1是示出根据本发明第一优选实施例的 膜厚度测量设备的框图。在图1中，与图6相同的部件使用了相同的参考数字，并且省略了 对它们的描述。根据本发明第一优选实施例的膜厚度测量设备包括反射光谱获取单元10和操作 单元40。反射光谱获取单元10包括光源11和分光单元13。在反射光谱获取单元10中， 从光源11照射白光，并通过光纤12将白光传输到测量目标膜15。分光单元13接收由测量 目标膜15反射的光。分光单元13利用光谱来分散该反射光以获取反射光谱，并且将反射 光谱转换成电信号以输出该电信号。操作单元40包括分光数据接收单元21、波长变换单元22、频率分析单元23、膜厚 度计算单元24、测量质量计算单元41、测量质量确定单元42、膜厚度输出单元43、以及设置 单元44。波长变换单元22和频率分析单元23构成了功率谱操作单元。分光数据接收单元21从分光单元13接收反射光谱并，并将该反射光谱输出到波 长变换单元22。波长变换单元22选择反射光谱的预定波长范围，在等标尺波数域上对所选 波长范围的反射光谱进行重排，计算波数域反射光谱，并将该波数域反射光谱输出到频率 分析单元23。频率分析单元23对波数域反射光谱施加傅立叶变换来计算功率谱，并将功率谱 输出到膜厚度计算单元24。膜厚度计算单元24计算与获得输入功率谱峰值处的频率相对 应的光学膜厚度，并根据膜15的折射率来计算物理膜厚度。这样的操作与图6所描述的现 有技术中的操作类似。测量质量计算单元41接收由频率分析单元23计算的功率谱。膜厚度计算单元24 向测量质量计算单元41报告使用哪个峰值来计算物理膜厚度。测量质量计算单元41计算 用于测量膜厚度的峰值的峰值高度或峰值面积，并将计算出的峰值高度或峰值面积输出到 测量质量确定单元42。峰值高度是功率谱峰值处的功率谱的高度。峰值面积是功率谱峰值 处的功率谱的面积。测量质量确定单元42将由测量质量计算单元41计算出的值与阈值进 行比较，确定测量是有效还是无效，并输出关于测量是有效还是无效的数据以及输入的测 量质量。
膜厚度输出单元43接收由膜厚度计算单元24测量的物理膜厚度、测量质量以及 由测量质量确定单元42确定的关于测量是有效还是无效的数据。如果输入的测量质量有 效，则膜厚度输出单元43将测量质量和从膜厚度计算单元24输入的物理膜厚度输出到外 部单元。如果输入的测量质量无效，则膜厚度输出单元43不输出测量质量和物理膜厚度。 设置单元44对波长变换单元22、膜厚度计算单元24以及膜厚度输出单元43中的操作所需 的参数之类的数据进行设置，并对测量质量确定单元42中的阈值进行设置。接下来将描述测量质量确定单元42所使用的测量质量和阈值。阈值被设置为能 够对膜厚度测量中所使用的峰值是否由噪声成分产生进行确定的值。例如，如果包括了反 射光谱获取单元10的光学系统的噪声以及由分光单元13中所使用的电荷耦合器件(CCD) 引起的噪声的噪声成分为0. 03，则峰值高度的阈值被设置为0. 05，峰值面积的阈值被设置 为 1. 0。通过将峰值高度的阈值设置为大于噪声成分，可以确定地对噪声和干涉条纹所引 起的峰值进行区分。另外，通过将峰值面积的阈值设置为相对较大的值，可以只分辨出具有 较大高度和较宽面积的峰值，从而更加确定地区分出噪声。能够用简单的方法来计算峰值 高度或峰值面积。 测量质量可以是峰值高度或峰值面积本身。如果通过用阈值除峰值高度或峰值来 使测量质量标准化，则以后可方便地进行评估。如果峰值高度或峰值面积大于或等于阈值， 则测量质量确定单元42确定膜厚度测量值有效。如果峰值高度或峰值面积小于阈值，则测 量质量确定单元42确定膜厚度测量值无效。只有在来自测量质量确定单元42的输出被确 定为有效时，膜厚度输出单元43才输出由膜厚度计算单元24所计算的膜厚度。从膜厚度输 出单元43输出的数据可以只包括膜厚度。但是，如果该数据同时包括膜厚度和测量质量， 则以后可对测量值进行评估。针对阈值和测量质量的计算公式并不限于以上数值。具体地，阈值可被设置为可 与噪声区分开的任意值，并且测量质量可被设置为表示测量值精度的任意指标。如果阈值 增加，则可提高测量值的可靠性并且可减少测量频率。图2是示出由图1的膜厚度测量设备进行的测量示例的示图。图2的横轴表示测量数量。图2的纵轴表示膜厚度。在图7的现有技术测量示例 中，如参考数字30所示，频繁出现偏离平均值的非正常测量值。相反，在图2的测量示例中， 由于如果测量质量小于阈值则不输出膜厚度测量值，因此不会出现非正常测量值。另外，测 量值的离散度也减小了。第二优选实施例下面将描述本发明的第二优选实施例。图3是示出根据本发明第二优选实施例的 膜厚度测量设备的框图。在图3中，与图1相同的部件使用了相同的参考数字，并省略对它 们的描述。在根据本发明第二优选实施例的膜厚度测量设备中，使用膜15的反射率作为测
量质量。根据本发明第二优选实施例的膜厚度测量设备包括反射光谱获取单元10和操作 单元50。操作单元50包括分光数据接收单元21、波长变换单元22、频率分析单元23、膜厚 度计算单元24、膜厚度输出单元43、反射率测量单元51、测量质量确定单元52、以及设置单 元53。反射率测量单元51作为测量质量计算单元来进行操作。另外，测量膜厚度的配置与图1类似，并且省略其描述。分光数据接收单元21接收反射的光谱并将该反射的光谱输出到反射率测量单元 51。反射率测量单元51根据输入的反射率光谱来计算膜15的平均反射率或者反射率的最 大值与最小值之间的差，并且将该平均反射率或差输出到测量质量确定单元52。测量质量确定单元52从设置单元53接收阈值。测量质量确定单元52根据阈值 和由反射率测量单元测量的反射率来确定膜厚度测量值是有效还是无效，并且将确定结果 输出到膜厚度输出单元43。如果膜厚度测量值有效，则膜厚度输出单元43将膜厚度和测量 质量输出到外部单元。相反，如果膜厚度测量值无效，则膜厚度输出单元43不输出膜厚度 和测量质量。下面将描述反射率测量单元51的操作。反射率测量单元51存储作为反射率的基 准的基准光谱，并且通过用基准光谱除由分光数据接收单元21所获取的反射率光谱来计 算反射率。针对每个波数来计算反射率，并且计算平均反射率或反射率的最大值与最小值 之间的差并将它们输出。平均反射率是表示已有多少反射光被输入到分光单元13中的指标。例如，如果膜 15倾斜，则反射光不会输入到分光单元13，并且平均反射率接近0%。在此情况下，不可能 执行精确测量。另外，反射率的最大值与最小值之间的差表示干涉振幅。如果差值大于或 等于预定水平，则出现干涉条纹，从而可以精确测量膜厚度。为了获取基准光谱，从包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(以下称为PET)、玻璃、硅晶片 等的组中选出由反射率与膜15的反射率接近的材料制成的板，并对该板进行设置使得输 入到分光单元13的反射光变成最大。反射率测量单元51接收分光数据接收单元21的输 出光谱同时将其作为基准光谱。如果使用PET或玻璃之类的透明材料，则选择厚度大于或 等于500 μ m的较厚材料，从而将不会出现干涉条纹。测量质量确定单元52将输入的平均反射率或反射率的最大值和最小值之间的差 值与阈值进行比较，以确定膜厚度测量值是有效还是无效，并且将确定结果输出到膜厚度 输出单元43。测量质量可由输入的平均反射率的值或反射率的最大值和最小值之间的差 值表示。如果通过用阈值除反射率来对测量质量标准化，则以后可方便地进行评估。如果 膜厚度测量值有效，则膜厚度输出单元43将膜厚度测量值和测量质量输出到外部单元。相 反，如果膜厚度测量值无效，则膜厚度输出单元43不将膜厚度测量值和测量质量输出到外 部单元。如果反射率高于或等于阈值(例如，对于平均反射率为10%，或对于最大值和最 小值之间的差值为5% )，则形成由干涉产生的峰值，并且能够精确测量膜厚度。如果由于 膜倾斜等原因而使反射率低于或等于阈值，则不可能执行精确测量。在此情况下，不输出膜 厚度测量值。不管实施例如何，都可根据情况任意设置阈值。另外，可在测量过程中检查膜厚度 测量值。如果异常测量值的数量过多，则可调整阈值使其增加。如果测量输出数量过少，则 可调整阈值使其减小。另外，测量反射率的方法并不特别限于本发明第二优选实施例的方 法，而是可以使用其他方法。第三优选实施例下面将描述本发明的第三优选实施例。在本发明的第一优选实施例中，阈值是常
11数。相反，在本发明的第三优选实施例中，阈值是在测量过程中动态确定的。图4是示出根 据本发明第三优选实施例的膜厚度测量设备的框图。在图4中，与图1相同的部件使用相 同的参考数字，并且省略对它们的描述。根据本发明第三示例实施例的膜厚度测量设备包括反射光谱获取单元10和操作 单元60。反射光谱获取单元10包括光源11和分光单元13。操作单元60包括分光数据接 收单元21、波长变换单元22、频率分析单元23、膜厚度计算单元24、测量质量计算单元41、 测量质量确定单元42、膜厚度输出单元43、设置单元44、以及阈值计算单元61。除了阈值 计算单元61以外，膜厚度测量设备的其他操作都与参考图1所描述的操作相似，因此省略 这些描述。频率分析单元23将功率谱输出到阈值计算单元61。阈值计算单元61根据输入的 功率谱计算阈值，并将阈值输出到测量质量确定单元42。下面将描述阈值计算单元61的操作。测量质量计算单元41计算被测量的膜厚度 的峰值处的峰值高度或峰值面积，并将峰值高度或峰值面积输出到测量质量确定单元42。 使用以下两种方式之一来执行阈值计算单元61的操作。作为第一种方式，对没有出现由膜15引起的干涉峰值的频率范围内的最大值或 标准差进行计算，并且将该最大值或标准差的整数倍数作为阈值输出。如果使用最大值，则 整数值被设置在1. 2到2. 0之间。如果使用标准差，则整数值被设置在6. 0。作为第二种方式，跨越整个功率谱或在功率谱的指定范围内获取标准差，并将该 标准差的整数倍数设置为临时阈值。而且，针对小于临时阈值的功率谱信号获取标准差，并 再次将这个标准差的整数倍数设置为临时阈值。可以将通过递归重复这样的处理而获取的 临时阈值设置为阈值。例如，标准差的整数倍可设置为6.0，并且重复次数可设置为10。第一种方式简单，但由于应该选择没有干扰峰值的区域因此会不易操作。另一方 面，在第二方式中，计算较复杂，但由于无需考虑峰值出现的位置，因此能够容易地进行设 置。结果，即使在测量过程中噪声水平发生变化，也可以总是自动地确定最佳阈值。在 第一优选实施例中，考虑噪声水平的变化必须对阈值赋予余量。因此，会增加无效测量值的 比例，并且需要花大量时间来完成测量。在第三优选实施例中，由于阈值也随着噪声水平而变化，所以无需为阈值提供余 量。因此，会减小无效测量值的比例，并且可以在较短时间内完成测量。具体来说，如果测量是连续进行的在线测量，则光源的输出光量会变化，并且由于 膜的波动而使反射光量也发生变化。因此，噪声水平频繁变化。在第三优选实施例中，由于 阈值能够根据噪声水平的变化而自动变化，因此其可被优选地用于在线测量。如果测量质量被确定为无效，则可能会输出非可测量数据，或者可能会输出先前 的测量值以及非可测量数据。在前述实施例中，膜厚度是根据通过利用光谱对膜15的反射光进行分散而获取 的功率谱来计算的。也可以根据通过利用光谱对膜15的透射光进行分散而获取的功率谱 来计算膜厚度。除了使用透射光以外，本发明的第一、第二和第三优选实施例彼此类似，因 此将省略其的描述。而且，能够测量多层膜的每个层的厚度以及单层膜的厚度。多层膜的每个层产生的干涉条纹通常在功率谱的不同位置处产生峰值。因此，可以使用前述方法通过根据那些峰值计算各个厚度来分别测量多层膜的每个层的厚度。在本发明的全部第一、第二和第三优选实施例中测量多层膜的每层的厚度的情况 下，只有在所有层的测量质量的全部确定值都表现为有效时才将数据输出到外部单元，或 者只针对峰值高度或峰值面积大于或等于阈值的层才将其数据输出到外部单元。图5是示出包括了根据本发明的膜厚度测量设备的在线膜厚度测量仪器的配置 的示图。在线膜厚度测量仪器用于膜制造工厂。在线膜厚度测量仪器包括扫描单元71，该 扫描单元71包括膜厚度测量设备72。膜厚度测量设备72具有根据本发明第一、第二或第 三优选实施例的膜厚度测量设备的构造。在在线膜厚度测量仪器中，所制造的膜70被向右 传送。箭头73表示膜厚度测量设备72的扫描方向。扫描单元71驱动膜厚度测量设备 72沿箭头73的方向进行扫描。由于所制造的膜70被向右传送，所以膜厚度测量设备72的 测量轨迹变为锯齿线74。由此，可以同时在所制造的膜70的宽度方向和长度方向上测量膜 厚度。锯齿线74表示测量轨迹。在根据本发明第一、第二和第三优选实施例的膜厚度测量设备中，如果峰值高度、 峰值面积或者反射率低于对应的阈值，则不输出膜厚度测量值。因此，可能出现没有膜厚度 测量值的点。可使用宽度或长度方向上相邻点的膜厚度测量值或先前的膜厚度测量值来设 置该点的膜厚度值，或者可使用宽度或长度方向上相邻点的膜厚度测量值的平均值来对该 点的膜厚度值进行插值。结果，如果将根据本发明第一、第二或第三优选实施例的膜厚度测 量设备用作在线膜厚度测量仪器，则能够防止测量值的遗漏。本文中所使用的以下方向性术语“向前、向后、向上、向下、竖直、水平、在下面和横 向”以及其他类似的方向性术语是指装备有本发明的设备的方向。因此，用来描述本发明的 这些术语都应相对于装备有本发明的设备来进行解释。术语“配置为”用于描述装置的部件、部分或零件包括被构造为和/或被编程为执 行期望功能的硬件和/或软件。此外，权利要求中表达为“装置加功能”的术语应包括可被利用来执行本发明部分 功能的任何结构。本文中使用的程度术语诸如“基本上”、“大约”、“接近”以及“近似”表示被修饰的 术语的合理偏移量，使得最终结果不会显著改变。例如，如果偏移不会使其所修饰的字义无 效，则这些术语可被解释为包括被修饰的术语的至少士5%的偏移。尽管已经在上面描述并示出了本发明的优选实施例，但是应当明白，这些实施例 是本发明的示例，而不应被看作是限制性的。此外，在不背离本发明范围的情况下，可以进 行添加、省略、替换以及其它修改。因此，本发明不应被看作是由前述描述进行限定的，而仅 由权利要求来对本发明进行限定。
权利要求
1.一种膜厚度测量设备，包括光谱获取单元，其将光照射到测量目标膜上，该光谱获取单元获取由测量目标膜所反 射的反射光和透射通过测量目标膜的透射光中的至少一个的光谱；功率谱计算单元，其接收光谱来计算功率谱；膜厚度计算单元，其接收功率谱来检测功率谱的峰值位置，该膜厚度计算单元根据峰 值位置来计算测量目标膜的厚度；测量质量计算单元，其计算厚度的测量质量；测量质量确定单元，其接收测量质量，该测量质量确定单元根据测量质量和阈值来确 定厚度是有效还是无效；以及膜厚度输出单元，其接收厚度，如果测量质量确定单元确定厚度有效则该膜厚度输出 单元输出厚度。
2.根据权利要求1所述的膜厚度测量设备，其中测量质量由功率谱峰值位置处的峰值 高度和峰值面积之一来表示。
3.根据权利要求1所述的膜厚度测量设备，还包括阈值计算单元，其接收功率谱，该阈值计算单元根据功率谱来计算阈值，该阈值计算单 元将阈值输出到测量质量确定单元。
4.根据权利要求3所述的膜厚度测量设备，其中阈值计算单元对处在并不包括峰值位 置的范围内的功率谱的最大值和标准差中的至少一个进行计算，并且该阈值计算单元将最 大值和标准差之一的常数倍数作为阈值输出。
5.根据权利要求3所述的膜厚度测量设备，其中阈值计算单元计算功率谱的整个范围 和指定范围中的一个范围内的第一标准差，并且在将以下处理重复至少两次之后将临时阈 值作为阈值输出，所述处理包括将第一标准差的第一常数倍数设置为临时阈值、计算该范 围内小于临时阈值的第二标准差、以及将临时阈值更新为第二标准差的第二常数倍数。
6.根据权利要求1所述的膜厚度测量设备，其中测量质量计算单元计算测量目标膜反 射率的平均值和测量目标膜反射率的最大值与最小值之差中的一个。
7.根据权利要求1所述的膜厚度测量设备，其中如果测量质量确定单元确定厚度无 效，则膜厚度输出单元输出指示厚度测量失败的数据。
8.根据权利要求1所述的膜厚度测量设备，其中如果测量质量确定单元确定厚度有 效，则膜厚度输出单元除输出厚度以外还输出测量质量。
9.根据权利要求1所述的膜厚度测量设备，其中测量目标膜是多层膜，膜厚度计算单 元计算多层膜的每一层的厚度，并且测量质量计算单元计算厚度的测量质量。
10.根据权利要求9所述的膜厚度测量设备，其中膜厚度输出单元只有在测量质量确 定单元确定多层膜的所有层的厚度都有效的情况下才输出厚度。
11.一种膜厚度测量设备，其对沿着测量目标膜长度方向移动的测量目标膜的厚度进 行测量，该膜厚度测量设备包括膜厚度测量单元，其包括光谱获取单元，其将光照射到测量目标膜上，该光谱获取单元获取由测量目标膜所反 射的反射光和透射通过测量目标膜的透射光中的至少一个的光谱；功率谱计算单元，其接收光谱来计算功率谱；膜厚度计算单元，其接收功率谱来检测功率谱的峰值位置，该膜厚度计算单元根据峰 值位置来计算测量目标膜的第一厚度；测量质量计算单元，其计算第一厚度的测量质量；测量质量确定单元，其接收测量质量，该测量质量确定单元根据测量质量和阈值来确 定第一厚度是有效还是无效；以及膜厚度输出单元，其接收第一厚度，如果测量质量确定单元确定第一厚度有效则该膜 厚度输出单元输出第一厚度，以及扫描单元，其在测量目标膜的宽度方向上移动膜厚度测 量单元。
12.根据权利要求11所述的膜厚度测量设备，其中如果测量质量确定单元确定第一厚 度无效，则膜厚度输出单元输出先前的测量值。
13.根据权利要求11所述的膜厚度测量设备，其中如果测量质量确定单元确定第一厚 度无效，则膜厚度输出单元输出在测量目标膜传送方向上相邻部分处的测量目标膜的第二厚度。
14.根据权利要求11所述的膜厚度测量设备，其中如果测量质量确定单元确定第一厚 度无效，则膜厚度输出单元输出在测量目标膜宽度方向上相邻部分处的测量目标膜的第二厚度。
15.根据权利要求11所述的膜厚度测量设备，其中如果测量质量确定单元确定第一厚 度无效，则膜厚度输出单元输出在测量目标膜宽度方向上相邻部分处的测量目标膜的第二 厚度与在测量目标膜传送方向上相邻部分处的测量目标膜的第三厚度之间的平均值。
16.一种对测量目标膜的厚度进行测量的膜厚度测量设备，包括功率谱计算单元，其接收由测量目标膜所反射的反射光和透射通过测量目标膜的透射 光中的至少一个的光谱，该功率谱计算单元根据该光谱计算功率谱；膜厚度计算单元，其接收功率谱来检测功率谱的峰值位置，该膜厚度计算单元根据峰 值位置来计算测量目标膜的厚度；测量质量计算单元，其计算厚度的测量质量；测量质量确定单元，其接收测量质量，该测量质量确定单元根据测量质量和阈值来确 定厚度是有效还是无效；以及膜厚度输出单元，其接收厚度，如果测量质量确定单元确定厚度有效则该膜厚度输出 单元输出厚度。
17.根据权利要求16所述的膜厚度测量设备，还包括阈值计算单元，其接收功率谱，该阈值计算单元根据功率谱来计算阈值，该阈值计算单 元将阈值输出到测量质量确定单元。
18.根据权利要求17所述的膜厚度测量设备，其中阈值计算单元对处在并不包括峰值 位置的范围内的功率谱的最大值和标准差中的至少一个进行计算，并且该阈值计算单元将 最大值和标准差之一的常数倍数作为阈值输出。
19.根据权利要求17所述的膜厚度测量设备，其中阈值计算单元计算功率谱的整个范 围和指定范围中的一个范围内的第一标准差，并且在将以下处理重复至少两次之后将临时 阈值作为阈值输出，所述处理包括将第一标准差的第一常数倍数设置为临时阈值、计算该 范围内小于临时阈值的第二标准差、以及将临时阈值更新为第二标准差的第二常数倍数。
20.根据权利要求16所述的膜厚度测量设备，其中测量目标膜是多层膜，膜厚度计算 单元计算多层膜的每一层的厚度，并且测量质量计算单元计算厚度的测量质量。
全文摘要
一种膜厚度测量设备可包括光谱获取单元，其将光照射到测量目标膜上并获取反射光或透射光的光谱；功率谱计算单元，其计算功率谱；膜厚度计算单元，其检测功率谱的峰值位置并计算膜的厚度；测量质量计算单元，其计算厚度的测量质量；测量质量确定单元，其确定厚度是有效还是无效；以及膜厚度输出单元，如果测量质量确定单元确定厚度有效则输出厚度。
文档编号G01B11/06GK101995225SQ20101025772
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月16日 优先权日2009年8月17日
发明者西田和史 申请人:横河电机株式会社