特許 5942494 厚さ測定装置及び厚さ測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5942494

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年6月29日

(54)【発明の名称】厚さ測定装置及び厚さ測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/06 20060101AFI20160616BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/06 H

【請求項の数】7

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2012-54789(P2012-54789)

(22)【出願日】2012年3月12日

(65)【公開番号】特開2013-190224(P2013-190224A)

(43)【公開日】2013年9月26日

【審査請求日】2014年9月5日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の共同研究の成果に係る特許出願（平成２３年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「次世代高効率・高品質照明の基盤技術開発／有機ＥＬ照明の高効率・高品質化に係る基盤技術開発」共同研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）

(73)【特許権者】

【識別番号】000001270

【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001254

【氏名又は名称】特許業務法人光陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】増田 修

(72)【発明者】

【氏名】郡山 康一

(72)【発明者】

【氏名】水越 智秀

【審査官】 ▲うし▼田 真悟

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０８３８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２３５９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０４８６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０１９６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１７４２２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

搬送される、可撓性を有する長尺な基材上に形成される複数の多層膜の厚さを測定する厚さ測定装置であって、
前記多層膜の各層が形成される毎に、当該形成された層に対して、前記基材の搬送方向と直交する直交方向に沿ってライン状に光を照射するライン状光源、及び、前記ライン状光源により光の照射された層からの透過光又は反射光を受光するラインＣＣＤカメラを備え、前記多層膜の各層が形成される毎に、当該形成された層に対して光を照射して、前記光の照射された層からの透過光又は反射光の光強度分布に応じたライン状の画像データを取得する画像データ取得手段と、
前記画像データ取得手段で画像データを取得する際に、当該画像データを取得した多層膜を識別する識別情報を取得する識別情報取得手段と、
前記画像データ取得手段で取得した画像データより、直交方向に沿った厚さ分布データで示される各層の厚さを算出する算出手段と、
前記算出手段により算出した各層の厚さを、前記識別情報取得手段により取得した識別情報と対応付けて記憶する記憶手段と、
を備え、
前記算出手段は、
前記基材上の１層目の第一層の画像データを、予め記憶された基準データと比較して前記第一層の厚さを算出し、
前記第一層上に順次形成される２層目以降の各層の厚さを算出する場合、前記２層目以降の各層の画像データと、下層の厚さに関するデータを所定の理論式に当てはめることで作成された前記光強度分布のシミュレーションデータとを比較して前記２層目以降の各層の厚さを算出し、
前記画像データ取得手段は、
前記２層目以降の各層の画像データを取得する場合、１つ下層の識別情報を参照して位置合わせを行うことを特徴とする厚さ測定装置。

【請求項2】

前記算出手段は、
前記第一膜上に順次形成される２層目以降の各層の厚さを算出する場合、前記２層目以降の各層の画像データと、前記シミュレーションデータとを比較して、その差が最も少ない値を厚さとして算出することを特徴とする請求項１に記載の厚さ測定装置。

【請求項3】

前記画像データ取得手段は、複数の不連続な所定の波長の光を照射することを特徴とする請求項１又は２に記載の厚さ測定装置。

【請求項4】

請求項１〜３の何れか一項に記載の厚さ測定装置を用いた厚さ測定方法であって、
前記基材上に１層目の第一層が形成された場合に、前記画像データ取得手段により前記第一層の画像データを取得すると共に、前記識別情報取得手段により前記第一層の識別情報を取得する第１取得工程と、
前記第１取得工程により取得した前記第一層の画像データを、予め記憶された基準データと比較して前記第一層の厚さを算出する第１算出工程と、
前記第１算出工程により算出した前記第一層の厚さを、前記識別情報取得手段により取得した前記第一層の識別情報と対応付けて前記記憶手段に記憶する第１記憶工程と、
前記第一層上に２層目の第二層が形成された場合に、前記画像データ取得手段により前記第二層の画像データを取得すると共に、前記識別情報取得手段により前記第二層の識別情報を取得する第２取得工程と、
前記第２取得工程により取得した前記第二層の画像データを、前記記憶手段に記憶された厚さに関するデータを所定の理論式に当てはめることで作成されたシミュレーションデータと比較して前記第二層の厚さを算出する第２算出工程と、
前記第２算出工程により算出した前記第二層の厚さを、前記識別情報取得手段により取得した前記第二層の識別情報とともに記憶する第２記憶工程と、
を有することを特徴とする厚さ測定方法。

【請求項5】

前記第２算出工程は、
前記第二層の画像データと、前記シミュレーションデータとを比較して、その差が最も少ない値を厚さとして算出することを特徴とする請求項４に記載の厚さ測定方法。

【請求項6】

前記第１算出工程及び第２算出工程により算出した各層の厚さは、前記基材の搬送方向と直交する直交方向に沿った厚さ分布データで示されることを特徴とする請求項４又は５に記載の厚さ測定方法。

【請求項7】

前記基材を、ロール・ツー・ロール方式により搬送することを特徴とする請求項４〜６の何れか一項に記載の厚さ測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、厚さ測定装置及び厚さ測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子や太陽電池等に代表される大面積の電子デバイスの需要が拡大している。
かかる電子デバイスは、基材上に機能性薄膜が複数積層された多層膜を備えているが、各層の厚さは、発光効率や受光効率等、電子デバイスの性能を大きく左右すると共に、物理的強度、ガスバリア性、接着性等の性質にも影響を与えるため、多層膜の品質管理を行なうために各層の厚さを測定することは重要である。

【0003】

従来より、厚さ測定方法として様々な手法が知られている。
例えば、特許文献１には、カラーカメラを使って予め用意したマスターデータと比較して厚さを算出する方法が開示されている。
しかしながら、上記特許文献１の方法は、単層膜の膜厚測定には適した手法であるが、多層膜に適用した場合、膨大なマスターデータ或いは予測値を準備する必要があるのに加え比較演算量も多く、多層膜の厚さ測定には好ましくない。
そこで、多層膜の厚さ測定方法として、例えば、特許文献２には、レーザー顕微鏡を用い、対物レンズと試料との距離を変化させていくときの光出力変化を元に各層の厚さを推定する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６１−１１７４０４号公報

【特許文献2】特開２００２−３９７２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献２の方法は、ナノオーダーの分解能が必要な場合、対物レンズの移動のステップ数増大による情報量の増大のため高速な処理ができず、また、分解能を保証する対物レンズの移動精度を得るのが困難であった。即ち、上記特許文献２の方法では、高速且つ高精度な測定が行えないという問題があった。

【0006】

本発明の課題は、高速且つ高精度に多層膜の厚さ測定を行うことのできる厚さ測定装置及び厚さ測定方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記の課題を解決するために、
請求項１に記載の発明は、
搬送される、可撓性を有する長尺な基材上に形成される複数の多層膜の厚さを測定する厚さ測定装置であって、
前記多層膜の各層が形成される毎に、当該形成された層に対して、前記基材の搬送方向と直交する直交方向に沿ってライン状に光を照射するライン状光源、及び、前記ライン状光源により光の照射された層からの透過光又は反射光を受光するラインＣＣＤカメラを備え、前記多層膜の各層が形成される毎に、当該形成された層に対して光を照射して、前記光の照射された層からの透過光又は反射光の光強度分布に応じたライン状の画像データを取得する画像データ取得手段と、
前記画像データ取得手段で画像データを取得する際に、当該画像データを取得した多層膜を識別する識別情報を取得する識別情報取得手段と、
前記画像データ取得手段で取得した画像データより、直交方向に沿った厚さ分布データで示される各層の厚さを算出する算出手段と、
前記算出手段により算出した各層の厚さを、前記識別情報取得手段により取得した識別情報と対応付けて記憶する記憶手段と、
を備え、
前記算出手段は、
前記基材上の１層目の第一層の画像データを、予め記憶された基準データと比較して前記第一層の厚さを算出し、
前記第一層上に順次形成される２層目以降の各層の厚さを算出する場合、前記２層目以降の各層の画像データと、下層の厚さに関するデータを所定の理論式に当てはめることで作成された前記光強度分布のシミュレーションデータとを比較して前記２層目以降の各層の厚さを算出し、
前記画像データ取得手段は、
前記２層目以降の各層の画像データを取得する場合、１つ下層の識別情報を参照して位置合わせを行うことを特徴とする。

【0008】

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の厚さ測定装置において、
前記算出手段は、
前記第一膜上に順次形成される２層目以降の各層の厚さを算出する場合、前記２層目以降の各層の画像データと、前記シミュレーションデータとを比較して、その差が最も少ない値を厚さとして算出することを特徴とする。

【0010】

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の厚さ測定装置において、
前記画像データ取得手段は、複数の不連続な所定の波長の光を照射することを特徴とする。

【0011】

また、請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３の何れか一項に記載の厚さ測定装置を用いた厚さ測定方法であって、
前記基材上に１層目の第一層が形成された場合に、前記画像データ取得手段により前記第一層の画像データを取得すると共に、前記識別情報取得手段により前記第一層の識別情報を取得する第１取得工程と、
前記第１取得工程により取得した前記第一層の画像データを、予め記憶された基準データと比較して前記第一層の厚さを算出する第１算出工程と、
前記第１算出工程により算出した前記第一層の厚さを、前記識別情報取得手段により取得した前記第一層の識別情報と対応付けて前記記憶手段に記憶する第１記憶工程と、
前記第一層上に２層目の第二層が形成された場合に、前記画像データ取得手段により前記第二層の画像データを取得すると共に、前記識別情報取得手段により前記第二層の識別情報を取得する第２取得工程と、
前記第２取得工程により取得した前記第二層の画像データを、前記記憶手段に記憶された厚さに関するデータを所定の理論式に当てはめることで作成されたシミュレーションデータと比較して前記第二層の厚さを算出する第２算出工程と、
前記第２算出工程により算出した前記第二層の厚さを、前記識別情報取得手段により取得した前記第二層の識別情報とともに記憶する第２記憶工程と、
を有することを特徴とする。

【0012】

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の厚さ測定方法において、
前記第２算出工程は、
前記第二層の画像データと、前記シミュレーションデータとを比較して、その差が最も少ない値を厚さとして算出することを特徴とする。

【0013】

また、請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の厚さ測定方法において、
前記第１算出工程及び第２算出工程により算出した各層の厚さは、前記基材の搬送方向と直交する直交方向に沿った厚さ分布データで示されることを特徴とする。

【0014】

また、請求項７に記載の発明は、請求項４〜６の何れか一項に記載の厚さ測定方法において、
前記基材を、ロール・ツー・ロール方式により搬送することを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、搬送される基材上に形成される多層膜の膜厚測定において、基材上の第一層の厚さを算出する場合、第一層の画像データを、予め記憶された基準データと比較して厚さを算出し、第一層上に順次形成される２層目以降の各層の厚さを算出する場合、２層目以降の各層の画像データを、下層の厚さを所定の理論式に当てはめることで作成されるシミュレーションデータと比較して厚さを算出する。
また、２層目以降の各層の画像データを取得する場合、１つ下層の位置情報を参照して位置合わせを行う。
このため、高速且つ高精度に多層膜の厚さ測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係る厚さ測定装置の外観斜視図である。

【図2】図１の厚さ測定装置の測定対象である多層膜を示す上面模式図である。

【図3】多層膜の断面模式図である。

【図4】図１の厚さ測定装置の制御構成を示すブロック図である。

【図5】撮像エリアと、保存する画像データ領域とを示す一例である。

【図6】保存した画像データと、計算領域とを示す一例である。

【図7】実測した光学データを示す一例である。

【図8】シミュレーションデータを示す一例である。

【図9】実測データ及びシミュレーションデータを重ねた状態を示す一例である。

【図10】本発明の実施形態に係る厚さ測定方法を示すフローチャートである。

【図11】図１の厚さ測定装置の変形例１を示した外観斜視図である。

【図12】図１の厚さ測定装置の変形例２を示した外観斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。

【0018】

＜厚さ測定装置＞
先ず、本発明の実施形態に係る厚さ測定装置１００について説明する。
厚さ測定装置１００は、図１に示すように、基材Ｋをロール・ツー・ロール方式により連続搬送している過程において、図示しない成膜部により基材Ｋ上に形成される多層膜１０の厚さを測定する装置である。
具体的に、厚さ測定装置１００は、基材Ｋ上に多層膜１０を構成する各層が形成される毎に、後述する厚さ測定処理を実行してその各層の物理層厚を算出し、最終的に多層膜１０の膜厚を測定することが可能となっている。
なお、以下の説明において、基材Ｋの幅方向（基材Ｋの搬送方向と直交する方向）をＸ方向とし、基材Ｋの搬送方向をＹ方向とする。

【0019】

ここで、厚さ測定装置１００の測定対象である多層膜１０について説明する。
多層膜１０は、図２に示すように、長尺な基材Ｋの長手方向（Ｙ方向）に延在した平面視略長方形状をなしており、基材Ｋ上に幅方向（Ｘ方向）において２列で、かつ、長手方向に沿って複数所定間隔で設けられている。
多層膜１０とは、例えば、有機エレクトロルミネッセンスパネルや有機薄膜太陽電池などの電子デバイスに備えられるものであって、図３に示すように、基材Ｋ上に、複数の薄膜（第一層１０_１〜第Ｎ層１０_Ｎ）が積層された構成である。
なお、以下の説明において、基材Ｋ上に形成される１層目の膜を第一層１０_１とし、第一層上に形成される２層目の膜を第二層１０_２とし、これ以降も同様に、基材Ｋに近い方から数えてＮ層目の膜を第Ｎ層１０_Ｎとする。
多層膜を構成する各層（第一層１０_１〜第Ｎ層１０_Ｎ）は、基材Ｋが搬送方向（Ｙ方向）に沿ってロール・ツー・ロール方式により連続搬送される過程において、図示しない成膜部による塗布、蒸着、またはスパッタリング等の方法により基材Ｋ上に成膜・積層される。

【0020】

基材Ｋとしては、例えば、樹脂フィルム、ガラス等であって、特に、可撓性を有する長尺な材料が用いられる。
図２に示すように、この基材Ｋ上の幅方向一端部には、アライメントマーク１１が設けられ、他端部には、バーコード１２が設けられている。
アライメントマーク１１及びバーコード１２は、何れも、搬送方向（Ｙ方向）に沿って所定間隔毎に設けられ、基材Ｋの幅方向（Ｘ方向）に並んだ２つの多層膜１０、１０に対して一つずつ対応している。
アライメントマーク１１は、厚さ測定装置１００による膜厚測定時に、１つのバーコード１２にて付与されるＩＤ毎に保存される画像データ領域を把握するために設けられたものである。アライメントマーク１１は、基材ＫのＸ方向に並んだ２つの多層膜１０、１０の撮像時に、同時にラインＣＣＤカメラ４２（後述）にて撮像される。
また、バーコード１２は、厚さ測定装置１００による測定時に、基材ＫのＸ方向に並んだ２つの多層膜１０、１０を一組として、各組を識別するＩＤを付与するために設けられたものである。バーコード１２は、バーコードリーダー５２（後述）にて読み取られる。

【0021】

厚さ測定装置１００は、図４に示すように、基材Ｋを連続搬送する搬送部２０と、搬送部２０を駆動する搬送制御部３０と、基材Ｋ上に形成された膜に対して光を照射して画像データを取得する画像データ取得部４０と、画像取得用のインターフェース４３と、画像データ取得部４０で画像データを取得した膜のＩＤを取得するＩＤ情報取得部５０と、機器制御部６０と、厚さ測定装置１００の動作を統括的に制御する制御部７０と、表示部８０と、データベース９０等を備えている。

【0022】

搬送部（搬送手段）２０は、例えば、搬送方向の上流側に配置された繰出ロール２１と、搬送方向の下流側に配置された巻取ロール２２とを有し、基材Ｋを繰出ロール２１から繰り出して常時一定速度にて搬送し、巻取ロール２２にて巻き取る構成となっている。
なお、本実施形態においては、搬送部２０は、基材Ｋ上に膜を一層形成する度に基材Ｋを繰出ロール２１から巻き出して巻取ロール２２にて巻き取るようになっている。つまり、基材Ｋ上の薄膜に更に膜を積層する場合には、再度、基材Ｋを繰出ロール２１から巻き出すこととなる。

【0023】

また、繰出ロール２１と及び巻取ロール２２の間には、搬送された基材Ｋを表面で支持するガイドロール２３が設けられている。
搬送された基材Ｋは、ガイドロール２３の表面で支持されることで、平滑性が維持された状態となっている。

【0024】

また、繰出ロール２１には、カップリング等を介してロータリーエンコーダー２４が接続されている。ロータリーエンコーダー２４は繰出ロール２１の回転に同期してパルスを発生する。搬送部２０においては、基材Ｋと繰出ロール２１の間に滑りがなく、機構的な精度が確保されているため、ロータリーエンコーダー２４のパルスは基材Ｋの搬送と同期している。

【0025】

搬送制御部（搬送手段）３０は、図示しないモーターを備え、制御部７０の制御によって、モーターを駆動して繰出ロール２１、巻取ロール２２、及びガイドロール２３を回転駆動させる。

【0026】

画像データ取得部（画像データ取得手段）４０は、基材Ｋの幅方向（Ｘ方向）に沿って、基材Ｋの幅全体に亘ってライン状に光を照射するライン状の光源４１と、光源４１により光の照射された膜からの透過光を受光するラインＣＣＤカメラ４２と、を備えている。
この画像データ取得部４０は、多層膜１０を構成する各層毎に画像データを得るものである。

【0027】

光源４１は、繰出ロール２１とガイドロール２３との間で基材Ｋの下方に配置され、所定波長の照射光を基材Ｋに対して照射する。
光源４１からの照射光は、常時、所定位置にライン状に照射されるようになっており、基材Ｋに形成された膜は、その所定位置を通る際に光が照射される。

【0028】

ラインＣＣＤカメラ４２は、基材Ｋの上方において、当該基材Ｋを挟んで光源４１と対向する位置に設けられ、光源４１より光の照射された膜からの透過光に基づき、基材Ｋの幅方向（Ｘ方向）に並んだ２つの多層膜１０、１０を撮像して画像データを取得し、制御部７０に出力する。
ラインＣＣＤカメラ４２としては、Ｒ、Ｇ、Ｂ専用のＣＣＤ素子が平行に配置され、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号の３原色信号を出力するカラーラインＣＣＤカメラが用いられる。 従って、ラインＣＣＤカメラ４２は、基材Ｋ上の膜からの透過光の光強度分布に応じたＲ、Ｇ、Ｂの３種類の画像データを出力する。出力された画像データは、後述する制御部７０において、厚さ算出処理に用いられることとなる。

【0029】

具体的に、ラインＣＣＤカメラ４２は、ロータリーエンコーダー２４から発信されるパルスのカウント値が所定値に達したときに機器制御部６０から送信されるタイミング信号に基づいて、所定寸法の撮像エリアの画像データの取得を開始する。かかる画像データの取得は、ロータリーエンコーダー２４から発信されるパルスのカウント値に応じて、所定距離に対応するライン数分、行われる。

【0030】

このときラインＣＣＤカメラ４２は、アライメントマーク１１も同時に撮像している。
アライメントマーク１１は、取得した画像データのうちの、保存する画像データ領域（以下、「保存画像データ領域」という）を認識するために利用される。
具体的には、図５に示すように、ラインＣＣＤカメラ４２が、アライメントマーク１１を含む撮像エリアを撮像すると、制御部７０の制御に基づき、アライメントマーク１１の重心位置が求められ、その重心位置を０点として予め設定された複数の点（０，０）〜（Ｘ_Ｗ，Ｙ_Ｌ）からなる領域が保存画像データ領域として求められる。各保存画像データ領域には、バーコード１２によってＩＤが付与される。そして、各ＩＤ毎に、各点（０，０）〜（Ｘ_Ｗ，Ｙ_Ｌ）に対応する画像データが一時メモリー７３４に保存されるようになっている。
また、図６に示すように、保存画像データ領域のうちの所定領域が、厚さを算出する際に用いる計算領域として用いられる。保存画像データ領域が一時メモリー７３４に保存された後、計算領域のみを抽出した画像データが新たに作成され、一時メモリー７３４に保存される。

【0031】

また、ラインＣＣＤカメラ４２には、画像取得用のインターフェース４３が備えられている。インターフェース４３は、制御部７０に対して取得した画像データの送信を行う。

【0032】

ＩＤ情報取得部（識別情報取得手段）５０は、バーコード１２によって反射された光を検出して検知信号を得るための光電センサー５１と、バーコード１２を読み取るバーコードリーダー５２と等を備えている。

【0033】

光電センサー５１は、投光部及び受光部（何れも図示省略）を備えて構成され、投光部から可視光線や赤外線などの光を出射し、受光部によりバーコード１２によって反射された光を検出して検知信号を出力する。
この光電センサー５１から出力された検知信号をトリガー信号として、ロータリーエンコーダー２４から発信されるパルスのカウントが開始される。

【0034】

バーコードリーダー５２は、ロータリーエンコーダー２４から発信されるパルスのカウント値が、所定値に達したときに機器制御部６０から送信されるタイミング信号に基づいてバーコード１２の読取りを開始し、ＩＤを取得する。
バーコード１２は、基材Ｋ上のＸ方向に並んだ２つの多層膜１０、１０毎に設けられ、バーコード１２により付与されるＩＤは、この一組の多層膜１０、１０のそれぞれを識別するための識別情報として利用される。
即ち、ＩＤは、画像データ取得部４０により取得された画像データ（保存画像データ領域、計算領域）や、後述の厚さ算出処理により算出される厚さと対応づけられて一時メモリー７３４に記憶される。

【0035】

機器制御部６０は、シーケンサーを備え、ロータリーエンコーダー２４のパルスのカウント、バーコードリーダー５２によるバーコード１２の読み取りを開始するためのタイミング信号の生成、ラインＣＣＤカメラ４２による画像データ取得を開始するためのタイミング信号の生成、光源４１の光量制御などを実現する。

【0036】

制御部７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７１、ＲＡＭ（Random Access Memory）７２、記憶部７３等を備えて構成される。

【0037】

ＣＰＵ７１は、記憶部７３に格納された処理プログラム等を読み出して、ＲＡＭ７２に展開して実行することにより、厚さ測定装置１００全体の制御を行う。

【0038】

ＲＡＭ７２は、ＣＰＵ７１により実行された処理プログラム等を、ＲＡＭ７２内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。

【0039】

記憶部７３は、例えば、プログラムやデータ等を記憶する記録媒体（図示省略）を有しており、この記録媒体は、半導体メモリー等で構成されている。
また、記憶部７３は、ＣＰＵ７１が厚さ測定装置１００全体を制御する機能を実現させるための各種データ、各種処理プログラム、これらプログラムの実行により処理されたデータ等を記憶する。
具体的には、記憶部７３には、取得プログラム７３１、算出プログラム７３２、記憶プログラム７３３、一時メモリー（記憶手段）７３４等が格納されている。

【0040】

取得プログラム７３１は、ＣＰＵ７１に、画像データ取得部４０により画像データを取得させると共に、ＩＤ情報取得部５０により画像データを取得した層を識別する識別情報（ＩＤ）を取得させる機能を実現させるプログラムである。

【0041】

具体的に、ＣＰＵ７１は、取得プログラム７３１を実行することにより、ラインＣＣＤカメラ４２によりアライメントマーク１１を含む撮像エリアを撮像して上述した画像データ（保存画像データ領域及び計算領域）を求めると共に、バーコードリーダー５２によりバーコード１２を読み取って、当該画像データを取得した層を識別するための識別情報（ＩＤ）を取得する。

【0042】

また、ＣＰＵ７１は、取得プログラム７３１を実行することにより、２層目以降の各層１０_２〜１０_Ｎの画像データを取得する場合、後述する一時メモリー７３４に記憶された１つ下層１０_１〜１０_Ｎ−１の識別情報を参照し、位置合わせを行うようになっている。
例えば、第二層１０_２の光学データを取得する場合には、ＣＰＵ７１は、そのとき一時メモリー７３４に記憶されている第一層１０_１の識別情報を参照し、第一層１０_１と同一位置で画像データの測定がなされるよう制御している。

【0043】

ＣＰＵ７１は、かかる取得プログラム７３１を実行することにより、画像データ取得部４０と共に画像データ取得手段として機能している。
また、ＣＰＵ７１は、かかる取得プログラム７３１を実行することにより、ＩＤ情報取得部５０と共に識別情報取得手段として機能している。

【0044】

算出プログラム７３２は、ＣＰＵ７１に、上記取得プログラム７３１の実行により取得した画像データを用いて、各層の厚さを算出する機能を実現させるプログラムである。

【0045】

具体的に、基材Ｋ上の第一層１０_１の厚さを算出する場合、ＣＰＵ７１は、算出プログラム７３２を実行することにより、第一層１０_１の画像データを、予め記憶された基準データと比較して厚さを算出する。
この基準データとは、基材Ｋ及び第一層１０_１の複素屈折率やＣＣＤ受光スペクトル及び光源の発光スペクトルを元にユーザにより予め作成されて記憶されたものである。

【0046】

また、第一層１０_１上に順次形成される２層目以降の各層１０_２〜１０_Nの厚さを算出する場合、ＣＰＵ７１は、算出プログラム７３２を実行することにより、一時メモリー７３４に記憶されている下層１０_１〜１０_N−１の計算領域を参照し、２層目以降の各層１０_２〜１０_Nの画像データと、当該下層１０_１〜１０_N−１の厚さに関するデータを下記の所定の理論式に当てはめることで作成されるシミュレーションデータとを比較して、各層の厚さを算出する。

【0047】

ここで、２層目以降の各層１０_２〜１０_Nの厚さを算出するために作成されるシュミレーションデータの作成方法について説明する。

【0048】

各層１０_２〜１０_Nの厚さをパラメータとするＮ層の多層膜１０におけるエネルギー透過率の理論式は、多層膜１０の表面に対して入射角が垂直（９０度）であるとして、下式（１）に示す振幅反射率の式、および下式（２）〜（６）により与えられる。

【0049】

【数1】

【数2】

【数3】

【数4】

【数5】

【数6】

【0050】

ここで、式（１）におけるｔは、式（２）で表され、また、式（２）に示すパラメータｍ₁₁、ｍ₁₂、ｍ₂₁、ｍ₂₂は、式（３）で与えられる全Ｎ層での特性行列Ｍの各要素であり、Ｍ_ｉ（ｉは、１、２、・・・のように１から順にＮまで１ずつ増える整数）の総積によって与えられ、第ｉ層の特性行列Ｍ_ｉは、式（４）で与えられる。式（４）に示すδ_ｉは、式（５）により表されるものであり、式（４）に示すＰ_Sｉは、式（６）により表されるものである。また、ｎ_ｉは複素屈折率、ｄ_ｉは、第ｉ層の物理層厚であり、λは、エネルギー透過率を求める波長が代入される。

【0051】

そこで、これらの式（１）〜式（６）を用い、算出しようとする最上層以外を固定値とし、使用する３色の波長ごとに、最上層の層厚値を変えていったときのエネルギー透過率、並びにエネルギー反射率をシミュレーションデータとして生成することができる。

【0052】

図７は、第二層１０_２の実測した光学データの一例であり、図８は、第二層１０_２の層厚算出のために作成されたシミュレーションデータの一例である。
なお、図７、８において、縦軸はエネルギー透過率（％）、横軸は層厚（ｎｍ）である。また、破線、実線、一点鎖線は、それぞれＲ、Ｂ、Ｇを示す。

【0053】

また、図９は、実測データと、シミュレーションデータとを重ね合わせた（比較した）フィッティングデータの一例である。
図９に示すように、実測データとシミュレーションデータとで、Ｒ、Ｂ、Ｇの各値の差が最も少ないところ（図９では、１４０ｎｍ）が層厚として算出される。
なお、算出された層厚は、位置情報と対応づけられて一時メモリー７３４及びデータベース９０に記憶される。

【0054】

なお、上記厚さ算出処理に用いる波長を複数の非連続的な波長に限定し、且つ比較対象となる層厚の範囲を所望の層厚を含んだ所定の範囲に制限することとしても良い。
また、測定の信頼性を上げるため、ノイズの少ない波長に重みづけをしたり、安定な工程である場合には極力層厚範囲を狭くするのが好ましい。

【0055】

ＣＰＵ７１は、かかる算出プログラム７３２を実行することで、算出手段として機能している。

【0056】

記憶プログラム７３３は、ＣＰＵ７１に、上記算出プログラム７３２の実行により算出した層厚を、上記取得プログラム７３１の実行により取得した識別情報と対応付けて一時メモリー７３４に記憶させる機能を実現させるプログラムである。

【0057】

具体的に、ＣＰＵ７１は、上記算出プログラム７３２の実行により、例えば第一層１０_１の厚さが算出されると、この第一層１０_１の厚さを識別情報と共に、一時メモリー７３４に格納する。
また、ＣＰＵ７１は、上記算出プログラム７３２の実行により、例えば第二層１０_２の厚さが算出されると、既に一時メモリー７３４に格納された第一層１０_１の厚さ及び識別情報と共に、第二層１０_２の厚さを一時メモリー７３４に格納する。

【0058】

ＣＰＵ７１は、かかる記憶プログラム７３３を実行することで、一時メモリー７３４と共に記憶手段として機能している。

【0059】

一時メモリー（記憶手段）７３４は、厚さ測定処理において取得及び算出したデータを格納する。
この一時メモリー７３４には、厚さ測定対象ロットの全ての層の厚さ測定処置が終了するまで当該厚さ測定処置にて取得及び算出した全データが記憶され、ロットの変更に応じて当該データが上書き或いは消去されるようになっている。

【0060】

表示部８０は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）やＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のモニタを備えて構成されており、制御部７０から入力される表示信号の指示に従って、各種画面を表示する。
例えば、表示部８０には、画像データやシミュレーションデータ、これらを比較するためのフィッティングデータ等が表示される。

【0061】

データベース９０は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等により構成され、複数ロットの厚さ測定処理を実行した場合にも、当該複数ロットの厚さ測定処理にて取得及び算出した全データを保存可能な大容量のデータベースである。
即ち、データベース９０には、一時メモリー７３４と同一なデータが格納されており、一時メモリー７３４ではロット変更時にデータが上書き或いは消去されるのに対し、データベース９０ではロットが変更されてもデータが上書きや消去されることなく、蓄積されていく。
従って、例えばデータ破損時等、必要に応じてデータベース９０を参照し、データの復元を行うことができる。

【0062】

＜厚さ測定方法＞
次に、本発明の実施形態に係る厚さ測定方法について図１０のフローチャートを参照しつつ説明する。
なお、下記のフローチャートでは、基材Ｋに二層の膜（第一層１０_１、第二層１０_２）を形成する場合を例示して説明する。
また、厚さ測定方法の前提として、繰出ロール２１、巻取ロール２２、及びガイドロール２３が回転して基材Ｋが搬送されており、また、光源４１からの照射光は、常時ガイドロール２３の所定位置に照射され、ラインＣＣＤカメラ４２は透過光を受光可能となっている。

【0063】

先ず、基材Ｋ上に第一層１０_１が形成されると、制御部７０は、ラインＣＣＤカメラ４２により、第一層１０_１の画像データを取得し、バーコードリーダー５２により、第一層１０_１の識別情報を取得する（第１取得工程：ステップＳ１）。

【0064】

次いで、制御部７０は、第一層１０_１の画像データを、予め記憶された基準データと比較して、第一層１０_１の厚さを算出する（第１算出工程：ステップＳ２）。

【0065】

次いで、制御部７０は、算出した第一層１０_１の厚さを、第一層１０_１の識別情報と対応づけて一時メモリー７３４に記憶する（第１記憶工程：ステップＳ３）。

【0066】

次いで、第一層１０_１上に第二層１２が形成されると、制御部７０は、ラインＣＣＤカメラ４２により、第二層１０_２の画像データを取得し、バーコードリーダー５２により、第二層１０_２の識別情報を取得する（第２取得工程：ステップＳ４）。
このとき、制御部７０は、上記ステップＳ３において一時メモリー７３４に記憶した第一層１０_１の識別情報を参照し、画像データ取得位置の位置合わせを行っている。

【0067】

次いで、制御部７０は、第二層１０_２の画像データを、上記ステップＳ３において一時メモリー７３４に記憶した第一層１０_１の厚さに関するデータを所定の理論式に当てはめることで作成されたシミュレーションデータと比較して、第二層１０_２の厚さを算出する（第２算出工程：ステップＳ５）。

【0068】

次いで、ステップＳ６において、制御部７０は、算出した第二層１０_２の厚さを、第二層１０_２の識別情報とともに一時メモリー７３４に記憶する（第２記憶工程）。

【0069】

なお、上記のフローチャートでは、基材Ｋに二層の膜を形成する場合を例示して説明したが、三層以上の膜を形成する場合は、上記ステップＳ４〜ステップＳ６を繰り返すこととなる。即ち、三層以上の膜を形成する場合も同様にして、最表面の層の画像データを取得し、その時点で既に一時メモリー７３４に記憶されている下層の厚さに関するデータ及び識別情報を用いて、位置合わせを行いつつ当該最表面の層の厚さを算出していくこととなる。

【0070】

以上のように、本実施形態によれば、基材Ｋ上の第一層１０_１の厚さを算出する場合、第一層１０_１の画像データを、予め記憶された基準データと比較して厚さを算出し、第一層１０_１上に順次形成される２層目以降の各層１０_２〜１０_Ｎの厚さを算出する場合、２層目以降の各層１０_２〜１０_Ｎの画像データを、下層１０_１〜１０_Ｎ−１の厚さを所定の理論式に当てはめることで作成されるシミュレーションデータと比較してその差が最も少ない値を厚さとして算出する。
また、２層目以降の各層１０_２〜１０_Ｎの画像データを取得する場合、１つ下層１０_１〜１０_Ｎ−１の識別情報を参照して位置合わせを行う。
このため、高速且つ高精度に多層膜の厚さ測定を行うことができる。

【0071】

また、本実施形態によれば、算出される各層毎の厚さの層厚データは、基材Ｋの幅方向に沿った厚さ分布データである。
このため、より高精度に多層膜の厚さ測定を行うことができる。

【0072】

また、本実施形態によれば、基材Ｋは、ロール・ツー・ロール方式により搬送される。
このため、より生産性の高い方式で生産される基材Ｋに対して、効率よく厚さ測定を行うことができる。

【0073】

なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
以下に、本発明に係る厚さ測定装置の変形例について説明する。

【0074】

＜変形例１＞
変形例１の厚さ測定装置１００Ａは、図１１に示すように、光源４１は、ガイドロール２３の上方に配置され、基材Ｋに対して光を照射し、ラインＣＣＤカメラ４２は、光源４１より光の照射された膜からの反射光に基づき、基材Ｋの幅方向（Ｘ方向）に並んだ２つの多層膜１０、１０を撮像して画像データを取得し、制御部７０に出力する構成となっている。
なお、光源４１からの照射光は、常時、ガイドロール２３の所定位置にライン状に照射されるようになっており、基材Ｋに形成された膜は、そのガイドロール２３の所定位置を通る際に光が照射される。
また、搬送された基材Ｋがガイドロール２３に支持された際に、画像データ取得部４０により基材Ｋ上に形成された膜の画像データが取得されるようになっている。

【0075】

＜変形例２＞
変形例２の厚さ測定装置１００Ｂは、図１２に示すように、３つの光源４１ａ〜２１ｃと、３つの光源４１ａ〜２１ｃに対応する３つのモノクロラインＣＣＤカメラ４２ａ〜２２ｃとが、設けられた構成である。
３つの光源４１ａ〜２１ｃからは、それぞれＲ、Ｂ、Ｇに対応する異なる波長の光が出射するようになっており、各モノクロラインＣＣＤカメラ４２は、Ｒ、Ｂ、Ｇに対応する画像データを取得することができる。
なお、３つのモノクロラインＣＣＤカメラ４２ａ〜２２ｃのぞれぞれに、Ｒ、Ｂ、Ｇに対応するフィルタを設け、３つの光源４１ａ〜２１ｃからは同一波長の光が出射される構成としても良い。

【0076】

上記変形例１及び変形例２の構成であっても、厚さ測定装置１００と同様の画像データを取得することができ、厚さ測定装置１００と同様の厚さ測定処理を実行することができる。

【0077】

なお、上記実施形態及び変形例１、２では、搬送部２０は、膜を一層形成するごとに巻き取る構成であったが、繰出ロール２１と及び巻取ロール２２の間に、成膜部と、画像データ取得部４０と、ＩＤ情報取得部５０とを複数組備え、連続的に処理を行う構成としても良い。

【符号の説明】

【0078】

１００、１００Ａ、１００Ｂ 厚さ測定装置
Ｋ 基材
１０ 多層膜
１０_１〜１０_Ｎ 第一膜〜第Ｎ膜
１１ アライメントマーク
１２ バーコード
２０ 搬送部（搬送手段）
２１ 繰出ロール
２２ 巻取ロール
２３ ガイドロール
２４ ロータリーエンコーダー
３０ 搬送制御部（搬送手段）
４０ 画像データ取得部（画像データ取得手段）
４１ 光源
４２ カメラ
４３ インターフェース
５０ ＩＤ情報取得部（識別情報取得手段）
５１ 光電センサー
５２ バーコードリーダー
６０ 機器制御部
７０ 制御部
７１ ＣＰＵ（画像データ取得手段、識別情報取得手段、算出手段、記憶手段）
７２ ＲＡＭ
７３ 記憶部
７３１ 取得プログラム
７３２ 算出プログラム
７３３ 記憶プログラム
７３４ 一時メモリー（記憶手段）
８０ 表示部
９０ データベース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】