特許 7521993 光学測定装置および光学測定方法

(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】

(24)【登録日】2024-07-16

(45)【発行日】2024-07-24

(54)【発明の名称】光学測定装置および光学測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/06 20060101AFI20240717BHJP

【ＦＩ】

G01B11/06 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020168239

(22)【出願日】2020-10-05

(65)【公開番号】P2021113799

(43)【公開日】2021-08-05

【審査請求日】2023-08-17

(31)【優先権主張番号】P 2020006699

(32)【優先日】2020-01-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000206967

【氏名又は名称】大塚電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000682

【氏名又は名称】弁理士法人ワンディ－ＩＰパ－トナ－ズ

(72)【発明者】

【氏名】田口 都一

(72)【発明者】

【氏名】入江 優

【審査官】眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６３－１６３１０５（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】

光学測定装置であって、
複数波長を含む照射光を測定対象物へ照射する照射光学系と、
前記測定対象物への前記照射光の照射により前記測定対象物から生じる透過光または反射光である測定光を受光する受光光学系と、
偏光板とを備え、
前記偏光板が、前記照射光学系および前記受光光学系のいずれか一方に位置することが可能なように構成され、
前記光学測定装置は、さらに、
前記照射光の光路または前記測定光の光路に対して交差する平面上における方向であって前記偏光板の吸収軸の方向を調整可能な調整部を備え、
前記測定対象物は、複屈折性を有し、
（ａ）前記偏光板の吸収軸と前記測定対象物の遅相軸とのなす角度は－１０度以上１０度以下であり、かつ前記偏光板の吸収軸と前記測定対象物の進相軸とのなす角度は８０度以上１００度以下であるか、または、（ｂ）前記偏光板の吸収軸と前記測定対象物の遅相軸とのなす角度は８０度以上１００度以下であり、かつ前記偏光板の吸収軸と前記測定対象物の進相軸とのなす角度は－１０度以上１０度以下である、光学測定装置。

【請求項2】

前記偏光板は、前記照射光学系および前記受光光学系のいずれか一方のみに固定的に設けられている、請求項１に記載の光学測定装置。

【請求項3】

照射光学系と、受光光学系とを備える光学測定装置を用いた光学測定方法であって、
前記照射光学系を用いて、複数波長を含む照射光を測定対象物へ照射するステップと、
前記受光光学系を用いて、前記測定対象物への前記照射光の照射により前記測定対象物から生じる透過光または反射光である測定光を受光するステップとを含み、
前記照射光を前記測定対象物へ照射するステップまたは前記測定光を受光するステップにおいて、偏光板を透過した前記照射光を前記測定対象物へ照射するか、または偏光板を透過した前記測定光を受光し、
前記光学測定方法は、さらに、
前記照射光または前記測定光の光路に対して交差する平面上における方向であって前記偏光板の吸収軸の方向が異なる場合の各々の前記測定光の受光結果に基づいて、前記測定対象物の膜厚を算出するステップを含む、光学測定方法。

【請求項4】

前記偏光板は、前記照射光学系および前記受光光学系のいずれか一方のみに固定的に設けられている、請求項３に記載の光学測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学測定装置および光学測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、測定対象物への光の照射によって測定対象物から生じる透過光または反射光に基づいて、測定対象物の透過率または反射率を測定することにより、たとえば測定対象物の膜厚を測定する技術が知られている。

【0003】

たとえば、特許文献１（特開２０１５－５９７５０号公報）には、以下のような膜厚測定方法が開示されている。すなわち、膜厚測定方法は、被測定物に連続光を照射して、その反射光または透過光の分光スペクトルを得るステップと、前記分光スペクトルからフーリエ変換によってパワースペクトルを得るステップと、前記パワースペクトルに現れる分裂ピークに対して、最も短波長側のピークについての第１の特性点と最も長波長側のピークについての第２の特性点との中点に基づいて前記被測定物の膜厚を求めるステップと、を有する。

【0004】

また、特許文献２（特開２００９－１９８３６１号公報）には、以下のような膜厚測定装置が開示されている。すなわち、膜厚測定装置は、被測定対象に白色光を照射して得られる反射光又は透過光を分光して分光スペクトルを測定する測定部と、当該測定部で測定された分光スペクトルに対して所定の演算を施して前記被測定対象の膜厚を測定する演算部とを備える膜厚測定装置において、前記演算部は、前記分光スペクトルのうち予め設定された波長帯域における分光スペクトルを所定の波数間隔に並べ直した波数域分光スペクトルに変換する第１変換部と、前記第１変換部で変換された波数域分光スペクトルをパワースペクトルに変換する第２変換部と、前記第２変換部で変換された前記パワースペクトル中に現れるピークの重心位置を求め、当該重心位置に基づいて前記被測定対象の厚みを求める算出部とを備える。

【0005】

また、特許文献３（特開２０１１－１３３４２８号公報）には、以下のようなリタデーション測定装置が開示されている。すなわち、リタデーション測定装置は、偏光された光を被測定物に照射し、前記被測定物から戻ってきた光を用いて前記被測定部のリタデーションを測定するリタデーション測定装置において、被測定物に照射する白色光を出力する光源と、前記光源の出力光を偏光すると共に、前記被測定物から戻ってきた光が入射される偏光板と、前記被測定物から戻り、かつ前記偏光板を透過した光が入射され、この光の分光スペクトルを生成する分光部と、前記分光部が生成した分光スペクトルが入力され、この分光スペクトルからリタデーションを演算して出力する演算部と、を備える。

【0006】

また、特許文献４（特開２０１２－１１２７６０号公報）には、以下のような膜厚測定方法が開示されている。すなわち、膜厚測定方法は、複屈折性を有する被測定物の膜厚を測定する膜厚測定方法において、偏光された光を被測定物に照射し、この被測定物を透過した光を分光して分光スペクトルを生成して、この分光スペクトルからリタデーションを測定する工程と、前記測定したリタデーション、および被測定物の屈折率差から、この被測定物の膜厚を演算する工程と、を具備する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１５－５９７５０号公報

【文献】特開２００９－１９８３６１号公報

【文献】特開２０１１－１３３４２８号公報

【文献】特開２０１２－１１２７６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

たとえば、特許文献１には、測定対象物の反射光または透過光の分光スペクトルのパワースペクトルにおいて、測定対象物における異なる２つの光学膜厚に対応する２つのピークが現れることが開示されている。特許文献１および特許文献２に記載の技術では、このようなパワースペクトルに基づいて、測定対象物の膜厚を正確に決定することができない場合がある。

【0009】

このような特許文献１～４に記載の技術を超えて、より正確に測定対象物の透過率または反射率を測定可能とする技術が望まれる。

【0010】

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、より正確に測定対象物の透過率または反射率を測定することが可能な光学測定装置および光学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】

【0011】

（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる光学測定装置は、複数波長を含む照射光を測定対象物へ照射する照射光学系と、前記測定対象物への前記照射光の照射により前記測定対象物から生じる透過光または反射光である測定光を受光する受光光学系と、偏光板とを備え、前記偏光板が、前記照射光学系および前記受光光学系のいずれか一方に位置することが可能なように構成される。

【0012】

このように、照射光学系および受光光学系のいずれか一方に位置することが可能なように構成される偏光板を備え、偏光板を透過した照射光を測定対象物へ照射するか、または偏光板を透過した測定光を受光する構成により、たとえば複屈折性を有する測定対象物の透過率スペクトルまたは反射率スペクトルを測定する場合において、うなり成分が低減された透過率スペクトルまたは反射率スペクトルを測定することができるとともに、照射光学系および受光光学系の両方に偏光板を設けた構成と比べて、受光光学系における測定光の受光強度の低下を抑制することができる。したがって、より正確に測定対象物の透過率または反射率を測定することができる。

【0013】

（２）好ましくは、前記偏光板は、前記照射光学系および前記受光光学系のいずれか一方のみに固定的に設けられている。

【0014】

このような構成により、測定対象物の透過率または反射率を測定する際に偏光板の位置を移動する等の操作が不要であるので、簡易な構成および簡易な操作により測定対象物の透過率または反射率の測定を開始することができる。

【0015】

（３）好ましくは、前記光学測定装置は、さらに、前記照射光の光路または前記測定光の光路に対して交差する平面上における方向であって前記偏光板の吸収軸の方向を調整可能な調整部を備える。

【0016】

このような構成により、複屈折性を有する測定対象物の光軸に対する偏光板の吸収軸の方向を調整することができ、生成される透過率スペクトルまたは反射率スペクトルにおけるうなり成分をより低減することができる。

【0017】

（４）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる光学測定方法は、照射光学系と、受光光学系とを備える光学測定装置を用いた光学測定方法であって、前記照射光学系を用いて、複数波長を含む照射光を測定対象物へ照射するステップと、前記受光光学系を用いて、前記測定対象物への前記照射光の照射により前記測定対象物から生じる透過光または反射光である測定光を受光するステップとを含み、前記照射光を前記測定対象物へ照射するステップまたは前記測定光を受光するステップにおいて、偏光板を透過した前記照射光を前記測定対象物へ照射するか、または偏光板を透過した前記測定光を受光する。

【0018】

このように、偏光板を透過した照射光を測定対象物へ照射するか、または偏光板を透過した測定光を受光する方法により、たとえば複屈折性を有する測定対象物の透過率スペクトルまたは反射率スペクトルを測定する場合において、うなり成分が低減された透過率スペクトルまたは反射率スペクトルを測定することができるとともに、照射光学系および受光光学系の両方に偏光板を設けた構成と比べて、受光光学系における測定光の受光強度の低下を抑制することができる。したがって、より正確に測定対象物の透過率または反射率を測定することができる。

【0019】

（５）好ましくは、前記偏光板は、前記照射光学系および前記受光光学系のいずれか一方のみに固定的に設けられている。

【0020】

このような構成により、測定対象物の透過率または反射率を測定する際に偏光板の位置を移動する等の操作が不要であるので、簡易な構成および簡易な操作により測定対象物の透過率または反射率の測定を開始することができる。

【0021】

（６）好ましくは、前記光学測定方法は、さらに、前記照射光または前記測定光の光路に対して交差する平面上における方向であって前記偏光板の吸収軸の方向が異なる場合の各々の前記測定光の受光結果に基づいて、前記測定対象物の膜厚を算出するステップを含む。

【0022】

このような構成により、たとえば、複屈折性を有する測定対象物の膜厚を測定する場合において、吸収軸の方向が測定対象物の遅相軸と平行となるように偏光板を配置したときの測定光の受光結果と、吸収軸の方向が測定対象物の進相軸と平行となるように偏光板を配置したときの測定光の受光結果とを用いて、測定対象物の膜厚をより正確に算出することができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、より正確に測定対象物の透過率または反射率を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置の構成の一例を示す図である。

【図2】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置の構成の一例を示す図である。

【図3】図３は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置における受光光学系の構成を示す図である。

【図4】図４は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置における処理装置の構成を示す図である。

【図5】図５は、本発明の第１の実施の形態の比較例１に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルを示す図である。

【図6】図６は、本発明の第１の実施の形態の比較例１に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルのパワースペクトルを示す図である。

【図7】図７は、本発明の第１の実施の形態の比較例２に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルを示す図である。

【図8】図８は、本発明の第１の実施の形態の比較例２に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルのパワースペクトルを示す図である。

【図9】図９は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルを示す図である。

【図10】図１０は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルのパワースペクトルを示す図である。

【図11】図１１は、本発明の第１の実施の形態の比較例３に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルを示す図である。

【図12】図１２は、本発明の第１の実施の形態の比較例３に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルのパワースペクトルを示す図である。

【図13】図１３は、本発明の第１の実施の形態の比較例４に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルを示す図である。

【図14】図１４は、本発明の第１の実施の形態の比較例４に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルのパワースペクトルを示す図である。

【図15】図１５は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルを示す図である。

【図16】図１６は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルのパワースペクトルを示す図である。

【図17】図１７は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置における偏光板の吸収軸の方向と測定対象物の遅相軸の方向との関係を示す図である。

【図18】図１８は、本発明の第１の実施の形態の変形例２に係る光学測定装置の構成の一例を示す図である。

【図19】図１９は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置において測定対象物の膜厚を算出する際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。

【図20】図２０は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置において偏光板の吸収軸の方向を調整する際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。

【図21】図２１は、本発明の第２の実施の形態に係る光学測定装置の構成の一例を示す図である。

【図22】図２２は、本発明の第２の実施の形態に係る光学測定装置の構成の一例を示す図である。

【図23】図２３は、本発明の第２の実施の形態の変形例１に係る光学測定装置の構成の一例を示す図である。

【図24】図２４は、本発明の第２の実施の形態の変形例に係る光学測定装置における照射光学系の構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

【0026】

＜第１の実施の形態＞
［光学測定装置］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置の構成の一例を示す図である。

【0027】

図１を参照して、光学測定装置１０１は、照射光学系１０と、受光光学系２０と、処理装置３０と、調整部５１と、ベース部材４と、支持部材６と、偏光板５０とを備える。ベース部材４および支持部材６は、受光光学系２０を固定する。なお、光学測定装置１０１は、ベース部材４および支持部材６を備える構成に限定されず、ベース部材４および支持部材６の代わりに、またはベース部材４および支持部材６に加えて、受光光学系２０を固定するための他の部材を備える構成であってもよい。

【0028】

偏光板５０は、照射光学系１０および受光光学系２０のいずれか一方に位置することが可能なように構成される。たとえば、偏光板５０は、照射光学系１０および受光光学系２０のいずれか一方のみに固定的に設けられている。図１に示す例において、偏光板５０は、受光光学系２０のみに固定的に設けられている。

【0029】

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置の構成の一例を示す図である。図２は、光学測定装置１０１の測定対象である測定対象物Ｓが配置された状態を示している。

【0030】

図２を参照して、光学測定装置１０１は、対象領域Ｒを通る、フィルム等の測定対象物Ｓの透過率を測定する。

【0031】

たとえば、光学測定装置１０１は、測定対象物Ｓの製造ラインにおいて、対象領域Ｒを通って搬送される測定対象物Ｓ上の、複数の測定位置Ｍにおける透過率スペクトルを自動で測定する。すなわち、光学測定装置１０１は、測定対象物Ｓ上の複数の測定位置Ｍにおける透過率スペクトルをインラインで測定する。

【0032】

より詳細には、光学測定装置１０１は、たとえば周期的に透過率測定を行うことにより、搬送される測定対象物Ｓの測定位置Ｍにおける波長ごとの透過率を算出する。

【0033】

［照射光学系］
照射光学系１０は、複数波長を含む照射光を測定対象物Ｓへ直線状に照射する。より詳細には、照射光学系１０は、測定対象物Ｓが通る直線状の領域である対象領域Ｒへ照射光を照射する。

【0034】

照射光学系１０は、光源１１と、ラインライトガイド１２とを含む。

【0035】

光源１１は、複数波長を含む光を出射する。光源１１が出射する光のスペクトルは、連続スペクトルであってもよいし、線スペクトルであってもよい。光源１１が出射する光の波長は、測定対象物Ｓから取得すべき波長情報の範囲等に応じて設定される。光源１１は、たとえばハロゲンランプである。

【0036】

ラインライトガイド１２は、光源１１から出射される光を受けて、受けた光をライン状の開口部から出射することにより、対象領域Ｒへ照射光を直線状に照射する。ラインライトガイド１２における照射光の出射面には、たとえば、光量ムラを抑制するための拡散部材等が配置される。ラインライトガイド１２は、測定対象物Ｓが搬送される面の直下に配置される。

【0037】

たとえば、照射光学系１０は、測定対象物Ｓの透過率スペクトルのインライン測定を行う場合、測定タイミングにおいて対象領域Ｒへ照射光を照射する一方、測定タイミング以外のタイミングにおいて対象領域Ｒへの照射光の照射を停止する。なお、照射光学系１０は、測定タイミングに関わらず、継続的に対象領域Ｒへ照射光を照射する構成であってもよい。

【0038】

［受光光学系］
受光光学系２０は、測定対象物Ｓへの照射光の照射により測定対象物Ｓから生じる透過光である測定光を受光する。

【0039】

受光光学系２０は、偏光板５０と、対物レンズ２１と、イメージング分光器２２と、撮像部２３とを含む。

【0040】

受光光学系２０は、測定対象物Ｓを挟んで、ラインライトガイド１２と対向する位置に配置される。

【0041】

受光光学系２０は、ラインライトガイド１２から出射された照射光のうち、対象領域Ｒを透過した透過光を測定光として受光する。具体的には、受光光学系２０は、ラインライトガイド１２から出射された照射光のうち、対象領域Ｒを通る測定対象物Ｓの透過光を受光する。

【0042】

図３は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置における受光光学系の構成を示す図である。

【0043】

図３を参照して、イメージング分光器２２は、スリット部２２１と、第１レンズ２２２と、回折格子２２３と、第２レンズ２２４とを有する。スリット部２２１、第１レンズ２２２、回折格子２２３および第２レンズ２２４は、対物レンズ２１側からこの順に配置される。

【0044】

撮像部２３は、２次元の受光面を有する撮像素子２３１により構成される。このような撮像素子２３１は、たとえば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサである。撮像部２３は、イメージング分光器２２から受光した測定光に基づいて、２次元画像Ｐを生成する。撮像部２３によって生成される２次元画像Ｐは、波長情報および位置情報を含む。

【0045】

たとえば、偏光板５０は、対象領域Ｒから対物レンズ２１までの測定光の光路上に配置される。偏光板５０は、吸収軸を有する。たとえば、偏光板５０は、吸収軸の方向を調整可能であり、かつ受光光学系２０との相対的な位置が固定されるように、ボルト等の固定部材を用いて当該光路上に固定される。

【0046】

測定光の光路に対して交差する平面上における偏光板５０の吸収軸の方向は、たとえば測定対象物Ｓの透過率スペクトルのインライン測定を開始する前に、調整部５１により調整される。なお、当該方向は、ユーザによって手動で調整されてもよい。

【0047】

偏光板５０は、対象領域Ｒからの測定光のうち、吸収軸に平行な方向に振動する光を吸収する。偏光板５０を透過する光は、対物レンズ２１へ導かれる。

【0048】

対物レンズ２１は、対象領域Ｒからの測定光のうち、偏光板５０を透過した光を収束してイメージング分光器２２へ導く。

【0049】

イメージング分光器２２におけるスリット部２２１は、スリットを含む。スリット部２２１は、対物レンズ２１を介して自己へ入射した測定光のビーム断面を所定形状に整形する。スリット部２２１におけるスリットの長手方向の長さは、対象領域Ｒの長さに応じた長さに設定され、スリットの短手方向の幅は回折格子２２３の分解能等に応じて設定される。

【0050】

イメージング分光器２２における第１レンズ２２２は、スリット部２２１を通過した測定光を平行光に変換し、変換後の測定光を回折格子２２３へ導く。第１レンズ２２２は、たとえばコリメートレンズである。

【0051】

イメージング分光器２２における回折格子２２３は、測定光を当該測定光の長手方向とは直交する方向に波長展開（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）する。より詳細には、回折格子２２３は、スリット部２２１を通過してきたライン状の測定光を、ライン方向とは直交する方向に波長展開すなわち分光する。

【0052】

イメージング分光器２２における第２レンズ２２４は、回折格子２２３によって波長展開された測定光を、波長情報および位置情報を反映した２次元的な光学スペクトルとして撮像部２３における撮像素子２３１の受光面に結像する。

【0053】

撮像部２３は、撮像素子２３１の受光面に結像された２次元画像Ｐを示す２次元画像データを、受光光学系２０における受光結果として処理装置３０へ送信する。

【0054】

以下では、２次元画像Ｐにおける図３中のＤ１方向を「位置方向」と称し、位置方向と直交する方向であるＤ２方向を「波長方向」と称する。位置方向における各点は、対象領域Ｒ上の各測定点Ｘに対応する。波長方向における各点は、対応する測定点Ｘからの測定光の波長に対応する。また、撮像素子２３１の受光面は、波長方向の分解能としてｍチャネルを有し、位置方向の分解能としてｎチャネルを有しているものとする。ｎは、たとえば１２００である。

【0055】

［処理装置］
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置における処理装置の構成を示す図である。

【0056】

図４を参照して、処理装置３０は、受信部３１と、算出部３２と、記憶部３３と、送信部３４とを含む。処理装置３０は、たとえばパーソナルコンピュータである。

【0057】

受信部３１は、受光光学系２０における撮像部２３から２次元画像データを受信し、受信した２次元画像データを記憶部３３に保存する。

【0058】

算出部３２は、受光光学系２０における測定光の受光結果に基づいて、対象領域Ｒにおける波長λと測定光の強度との関係である受光スペクトルＳ（λ）を生成する。そして、算出部３２は、生成した受光スペクトルＳ（λ）に基づいて、対象領域Ｒを通る測定対象物Ｓの波長ごとの透過率を算出する。

【0059】

より詳細には、算出部３２は、記憶部３３に保存された２次元画像データに基づいて、受光スペクトルＳ（λ）を生成し、生成した受光スペクトルＳ（λ）に基づいて、測定対象物Ｓの波長λごとの透過率を算出する。

【0060】

たとえば、算出部３２は、測定対象物Ｓが存在しないときの対象領域Ｒから生じる測定光に基づく受光スペクトルＳ（λ）である基準スペクトルＳｔｒ（λ）、および測定対象物Ｓが存在するときの対象領域Ｒから生じる測定光に基づく受光スペクトルＳ（λ）である測定スペクトルＳｔｍ（λ）に基づいて、測定対象物Ｓにおける波長λと透過率との関係である透過率スペクトルＳＴ（λ）を算出する。

【0061】

たとえば、算出部３２は、算出した透過率スペクトルＳＴ（λ）に基づいて、測定対象物Ｓの膜厚を算出する。より詳細には、算出部３２は、算出した透過率スペクトルＳＴ（λ）にフーリエ変換等の演算処理を施すことにより、パワースペクトルを生成する。そして、算出部３２は、生成したパワースペクトルにおけるピーク波長に対応する光学膜厚を測定対象物Ｓの膜厚として決定する。

【0062】

たとえば、算出部３２は、対象領域Ｒにおける測定点Ｘごとに、複数の基準スペクトルＳｔｒ（λ）および複数の測定スペクトルＳｔｍ（λ）を生成し、生成した各基準スペクトルＳｔｒ（λ）および各測定スペクトルＳｔｍ（λ）に基づいて、測定点Ｘごとの複数の透過率スペクトルＳＴ（λ）を算出する。そして、算出部３２は、算出した各透過率スペクトルＳＴ（λ）に基づいて、測定対象物Ｓの各測定点Ｘにおける膜厚を示す膜厚分布を生成する。

【0063】

なお、算出部３２は、算出した透過率スペクトルＳＴ（λ）に基づいて、測定対象物Ｓの色相を算出する構成であってもよい。

【0064】

（偏光板の吸収軸方向の調整処理）
調整部５１は、測定光の光路に対して交差する平面上における方向であって偏光板５０の吸収軸の方向を調整可能である。より詳細には、調整部５１は、測定光の光路に対して直交する平面上における方向であって偏光板５０の吸収軸の方向を調整可能である。調整部５１は、たとえば、電気式アクチュエータ、油圧式アクチュエータ、空気圧式アクチュエータ、化学式アクチュエータ、磁性流体アクチュエータ、または電気粘性流体アクチュエータである。一例として、調整部５１は、偏光板５０の吸収軸と、測定対象物Ｓの光学軸とのなす角度が－１０度以上１０度以下または８０度以上１００度以下となるように偏光板５０の吸収軸の方向を調整する。

【0065】

たとえば、調整部５１は、測定対象物Ｓの透過率スペクトルにフーリエ変換等の演算処理を施すことにより生成されるパワースペクトルにおいて、バックグランドに埋もれない単一のピークが現れるように、偏光板５０の吸収軸の方向を調整する。

【0066】

たとえば、調整部５１は、測定対象物Ｓの透過率スペクトルのインライン測定を開始する前に、処理装置３０からの制御信号に従って、偏光板５０の吸収軸の方向を調整する。

【0067】

より詳細には、算出部３２は、測定対象物Ｓの透過率スペクトルのインライン測定を開始する前に、測定光の光路に対して直交する平面上における所定の基準方向と、当該平面上における方向であって偏光板５０の吸収軸の方向とのなす角度θａを初期値である角度θａｓに調整するための制御信号を送信部３４へ出力する。

【0068】

送信部３４は、算出部３２から制御信号を受けると、受けた制御信号を調整部５１へ送信する。

【0069】

たとえば、調整部５１は、送信部３４から制御信号を受信すると、受信した制御信号に従って、偏光板５０を回転させることにより角度θａを角度θａｓに調整する。

【0070】

算出部３２は、調整部５１によって角度θａが調整されると、測定対象物Ｓにおけるある測定位置Ｍにおける透過率スペクトルＳＴ（λ）を算出する。たとえば、算出部３２は、測定位置Ｍにおいて、対象領域Ｒの長手方向の端部に位置する部分における透過率スペクトルＳＴ（λ）を算出する。次に、算出部３２は、算出した透過率スペクトルＳＴ（λ）にフーリエ変換等の演算処理を施すことにより、パワースペクトルを生成する。そして、算出部３２は、生成したパワースペクトルにおける、最も大きなピークの強度と、２番目に大きなピークの強度との差分Ｄを算出する。算出部３２は、算出した差分Ｄを記憶部３３に保存する。

【0071】

また、算出部３２は、差分Ｄを記憶部３３に保存すると、角度θａをたとえば時計回りに３度回転させた角度に変更するための制御信号を送信部３４経由で調整部５１へ送信する。

【0072】

調整部５１は、送信部３４経由で算出部３２から制御信号を受信すると、受信した制御信号に従って、再び角度θａを調整する。

【0073】

算出部３２は、調整部５１によって角度θａが調整されると、再び測定対象物Ｓにおける測定位置Ｍにおける透過率スペクトルＳＴ（λ）を算出するとともにパワースペクトルを生成し、当該パワースペクトルにおける差分Ｄを算出する。

【0074】

上述のように、算出部３２は、角度θａの変更およびパワースペクトルにおける差分Ｄの算出を所定回数たとえば６０回繰り返し、角度θａごとの差分Ｄを算出する。そして、算出部３２は、差分Ｄが最大となるときの角度θａである角度θｍａｘを検出する。

【0075】

算出部３２は、角度θｍａｘを検出すると、角度θａを角度θｍａｘに設定するための制御信号を送信部３４経由で調整部５１へ送信する。なお、算出部３２は、差分Ｄが所定のしきい値以上となるときの角度θａである角度θｔｈを１または複数検出し、角度θａをいずれかの角度θｔｈに設定するための制御信号を送信部３４経由で調整部５１へ送信する構成であってもよい。また、算出部３２は、パワースペクトルにおいて現れるピークの鋭さを示す指標に基づいて、最も鋭い単一ピークが現れるときの角度θａを角度θｍａｘとして検出し、検出した角度θｍａｘに設定するための制御信号を送信部３４経由で調整部５１へ送信する構成であってもよい。

【0076】

調整部５１は、送信部３４経由で算出部３２から制御信号を受信すると、受信した制御信号に従って、角度θａが角度θｍａｘとなるように偏光板５０を回転させる。

【0077】

光学測定装置１０１は、角度θａが角度θｍａｘに設定された状態において、測定対象物Ｓの透過率スペクトルＳＴ（λ）のインライン測定を開始する。

【0078】

たとえば、光学測定装置１０１は、複屈折性を有する測定対象物Ｓの膜厚測定に用いられる。具体的には、測定対象物Ｓは、たとえばＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）の延伸フィルムである。ＰＥＴの延伸フィルムは、延伸方向および延伸倍率に応じて、光軸たとえば遅相軸Ｎｘおよび進相軸Ｎｙを有する。遅相軸Ｎｘおよび進相軸Ｎｙは、たとえば直交する。測定対象物Ｓの遅相軸Ｎｘおよび進相軸Ｎｙは、測定対象物Ｓの光学軸の一例である。

【0079】

また、たとえば、光学測定装置１０１は、偏光特性を有する測定対象物Ｓの膜厚測定に用いられる。具体的には、測定対象物Ｓは、たとえば長尺状の偏光フィルムである。偏光フィルムは、製造工程において延伸され、延伸方向に応じた方向に吸収軸を有する。測定対象物Ｓの吸収軸は、測定対象物Ｓの光学軸の一例である。

【0080】

従来の光学測定方法では、複屈折性または偏光特性を有する測定対象物Ｓの膜厚を測定する場合、測定対象物Ｓの膜厚を正確に測定できない場合がある。具体的には、たとえば、従来の光学測定方法では、測定対象物Ｓが有する複屈折性の影響により、算出される透過率スペクトルにうなり成分が含まれており、当該透過率スペクトルをフーリエ変換することにより得られるパワースペクトルにおいて、測定対象物Ｓの膜厚に対応するピークとして、異なる位置に複数のピークが生じる場合があり、この場合、測定対象物Ｓの膜厚を正確に測定することが困難である。また、たとえば、従来の光学測定方法では、測定対象物Ｓが有する複屈折性の影響により、パワースペクトルにおいて、測定対象物Ｓの膜厚に対応するピークがバックグラウンドに埋もれる場合があり、この場合、測定対象物Ｓの膜厚を正確に測定することが困難である。また、たとえば、従来の光学測定方法では、測定対象物Ｓが有する偏光折性の影響により、パワースペクトルにおいて、測定対象物Ｓの膜厚に対応するピークがバックグラウンドに埋もれる場合があり、この場合、測定対象物Ｓの膜厚を正確に測定することが困難である。

【0081】

また、特許文献３および特許文献４に記載の技術では、測定対象物のリタデーションを測定するために、測定対象物へ照射される光および測定対象物から出力される光の両方が偏光板を通るように偏光板が配置される構成である。したがって、測定対象物へ照射される光および測定対象物から出力される光の両方が偏光板によって減衰されるので、限られた測定時間内において膜厚を正確に測定できない場合がある。

【0082】

（測定例１）
図５は、本発明の第１の実施の形態の比較例１に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルを示す図である。図５において、縦軸は透過率であり、横軸は波長である。図５は、偏光板５０を備えない光学測定装置１０１により生成される、複屈折性を有する測定対象物Ｓ上のある測定点における透過率スペクトルＳＴｃ１（λ）を示している。

【0083】

図６は、本発明の第１の実施の形態の比較例１に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルのパワースペクトルを示す図である。図６において、縦軸は強度であり、横軸は膜厚である。図６は、図５に示す透過率スペクトルＳＴｃ１（λ）をフーリエ変換することにより得られるパワースペクトルＰｗｃ１を示している。

【0084】

図６を参照して、比較例１に係る光学測定装置１０１により生成されるパワースペクトルＰｗｃ１では、測定対象物Ｓの膜厚に応じて現れるはずのピークがバックグラウンドに埋もれており、最も大きなピークを一意に検出することができない。このため、測定対象物Ｓの膜厚を正確に測定することは困難である。

【0085】

図７は、本発明の第１の実施の形態の比較例２に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルを示す図である。図７において、縦軸は透過率であり、横軸は波長である。図７は、偏光板５０の吸収軸の方向と、測定対象物Ｓの遅相軸Ｎｘの方向とのなす角度が４５度である光学測定装置１０１により生成される、複屈折性を有する測定対象物Ｓ上のある測定点における透過率スペクトルＳＴｃ２（λ）を示している。

【0086】

図８は、本発明の第１の実施の形態の比較例２に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルのパワースペクトルを示す図である。図８において、縦軸は強度であり、横軸は膜厚である。図８は、図７に示す透過率スペクトルＳＴｃ２（λ）をフーリエ変換することにより得られるパワースペクトルＰｗｃ２を示している。

【0087】

図８を参照して、比較例２に係る光学測定装置１０１により生成されるパワースペクトルＰｗｃ２では、パワースペクトルＰｗｃ１と同様に、測定対象物Ｓの膜厚に応じて現れるはずのピークがバックグラウンドに埋もれており、最も大きなピークを一意に検出することができない場合がある。この場合、測定対象物Ｓの膜厚を正確に測定することは困難である。

【0088】

図９は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルを示す図である。図９において、縦軸は透過率であり、横軸は波長である。図９は、偏光板５０の吸収軸の方向が、測定対象物Ｓの遅相軸Ｎｘの方向に対して平行となるように調整された光学測定装置１０１により生成される、複屈折性を有する測定対象物Ｓ上のある測定点における透過率スペクトルＳＴ（λ）を示している。

【0089】

図１０は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルのパワースペクトルを示す図である。図１０において、縦軸は強度であり、横軸は膜厚である。図１０は、図９に示す透過率スペクトルＳＴ（λ）をフーリエ変換することにより得られるパワースペクトルＰｗを示している。

【0090】

図１０を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置１０１により生成されるパワースペクトルＰｗでは、最も大きなピークｐｋを一意に検出することができ、ピークｐｋに対応する測定対象物Ｓの膜厚Ｆを正確に測定することができる。

【0091】

（測定例２）
図１１は、本発明の第１の実施の形態の比較例３に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルを示す図である。図１１において、縦軸は透過率であり、横軸は波長である。図１１は、偏光板５０の吸収軸の方向と、測定対象物Ｓの遅相軸Ｎｘの方向とのなす角度が４５度である光学測定装置１０１により生成される、複屈折性を有する測定対象物Ｓ上のある測定点における透過率スペクトルＳＴｃ３（λ）を示している。

【0092】

図１２は、本発明の第１の実施の形態の比較例３に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルのパワースペクトルを示す図である。図１２において、縦軸は強度であり、横軸は膜厚である。図１２は、図１１に示す透過率スペクトルＳＴｃ３（λ）をフーリエ変換することにより得られるパワースペクトルＰｗｃ３を示している。

【0093】

図１２を参照して、比較例３に係る光学測定装置１０１により生成されるパワースペクトルＰｗｃ３では、ピークｐｋ１，ｐｋ２が生じ、最も大きなピークを一意に検出することができない場合がある。この場合、測定対象物Ｓの膜厚を正確に測定することは困難である。

【0094】

図１３は、本発明の第１の実施の形態の比較例４に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルを示す図である。図１３において、縦軸は透過率であり、横軸は波長である。図１３は、偏光板５０の吸収軸の方向と、測定対象物Ｓの遅相軸Ｎｘの方向とのなす角度が７５度である光学測定装置１０１により生成される、複屈折性を有する測定対象物Ｓ上のある測定点における透過率スペクトルＳＴｃ４（λ）を示している。

【0095】

図１４は、本発明の第１の実施の形態の比較例４に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルのパワースペクトルを示す図である。図１４において、縦軸は強度であり、横軸は膜厚である。図１４は、図１３に示す透過率スペクトルＳＴｃ４（λ）をフーリエ変換することにより得られるパワースペクトルＰｗｃ４を示している。

【0096】

図１４を参照して、比較例４に係る光学測定装置１０１により生成されるパワースペクトルＰｗｃ４では、パワースペクトルＰｗｃ３と同様に、ピークｐｋ１，ｐｋ２が生じる。パワースペクトルＰｗｃ４におけるピークｐｋ２は、パワースペクトルＰｗｃ３におけるピークｐｋ２よりも小さい。しかしながら、パワースペクトルＰｗｃ４では、測定条件等によっては、最も大きなピークを一意に検出することができない場合がある。この場合、測定対象物Ｓの膜厚を正確に測定することは困難である。

【0097】

図１５は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルを示す図である。図１５において、縦軸は透過率であり、横軸は波長である。図１５は、偏光板５０の吸収軸の方向と、測定対象物Ｓの遅相軸Ｎｘの方向とのなす角度が９０度である光学測定装置１０１により生成される、複屈折性を有する測定対象物Ｓ上のある測定点における透過率スペクトルＳＴ２（λ）を示している。

【0098】

図１６は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置により生成される透過率スペクトルのパワースペクトルを示す図である。図１６において、縦軸は強度であり、横軸は膜厚である。図１６は、図１５に示す透過率スペクトルＳＴ２（λ）をフーリエ変換することにより得られるパワースペクトルＰｗ２を示している。

【0099】

図１６を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置１０１により生成されるパワースペクトルＰｗ２では、最も大きなピークｐｋ１を一意に検出することができ、ピークｐｋ１に対応する測定対象物Ｓの膜厚Ｆを正確に測定することができる。

【0100】

図１７は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置における偏光板の吸収軸の方向と測定対象物の遅相軸の方向との関係を示す図である。

【0101】

図１７を参照して、照射光学系１０は、自然光である照射光を測定対象物Ｓへ照射する。測定対象物Ｓを透過する透過光は、測定対象物Ｓの遅相軸Ｎｘと平行な方向に振動する光Ｌｘと、測定対象物Ｓの進相軸Ｎｙと平行な方向に振動する光Ｌｙとを含む。

【0102】

たとえば、パワースペクトルＰｗｃ３，Ｐｗｃ４におけるピークｐｋ１は、光Ｌｘに対応するピークであり、パワースペクトルＰｗｃ３，Ｐｗｃ４におけるピークｐｋ２は、光Ｌｙに対応するピークである。

【0103】

比較例３に係る光学測定装置１０１は、偏光板５０により減衰された光Ｌｘおよび偏光板５０により減衰された光Ｌｙを受光する。ここで、比較例３に係る光学測定装置１０１における偏光板５０の吸収軸の方向と、測定対象物Ｓの遅相軸Ｎｘの方向とのなす角度が４５度であるので、偏光板５０による光Ｌｘの減衰量と、偏光板５０による光Ｌｙの減衰量とは略同一である。したがって、比較例３に係る光学測定装置１０１により生成されるパワースペクトルＰｗｃ３では、光Ｌｘに対応するピークｐｋ１と、光Ｌｙに対応する、ピークｐｋ１と略同一の大きさのピークｐｋ２とが生じてしまう。

【0104】

また、比較例４に係る光学測定装置１０１は、偏光板５０により減衰された光Ｌｘおよび偏光板５０により減衰された光Ｌｙを受光する。ここで、比較例４に係る光学測定装置１０１における偏光板５０の吸収軸の方向と、測定対象物Ｓの遅相軸Ｎｘの方向とのなす角度が７５度であるので、偏光板５０による光Ｌｙの減衰量は、偏光板５０による光Ｌｘの減衰量よりも大きい。したがって、比較例４に係る光学測定装置１０１により生成されるパワースペクトルＰｗｃ４では、光Ｌｘに対応するピークｐｋ１と、光Ｌｙに対応する、ピークｐｋ１よりも小さいピークｐｋ２とが生じてしまう。

【0105】

これに対して、第１の実施の形態に係る光学測定装置１０１における偏光板５０の吸収軸の方向と、測定対象物Ｓの遅相軸Ｎｘの方向とのなす角度が９０度であるので、図１７に示すように、光Ｌｘは偏光板５０により減衰されることなく偏光板５０を透過する一方で、光Ｌｙは偏光板５０により吸収される。したがって、第１の実施の形態に係る光学測定装置１０１により生成されるパワースペクトルＰｗ２では、光Ｌｘに対応するピークｐｋ１が生じる一方で、光Ｌｙに対応するピークが生じないので、最も大きなピークｐｋ１を一意に検出することができ、ピークｐｋ１に対応する測定対象物Ｓの膜厚Ｆを正確に測定することができる。

【0106】

［変形例１］
算出部３２は、照射光の光路に対して直交する平面上における偏光板の吸収軸の方向が異なる場合の各々の測定光の受光結果に基づいて、測定対象物Ｓの膜厚を算出する。

【0107】

たとえば、算出部３２は、角度θａが角度θｍａｘに設定された状態において、測定位置Ｍから生じる測定光の受光光学系２０による受光結果に基づいて算出される膜厚Ｆｍａｘ１と、角度θａが角度（θｍａｘ＋９０°）に設定された状態において、測定位置Ｍから生じる測定光の受光光学系２０による受光結果に基づいて算出される膜厚Ｆｍａｘ２との平均値を、測定対象物Ｓの膜厚として決定する。

【0108】

たとえば、角度θａが角度θｍａｘに設定された状態における偏光板５０の吸収軸の方向Ｄａは、測定対象物Ｓの遅相軸Ｎｘに平行な方向であり、角度θａが角度（θｍａｘ＋９０°）に設定された状態における偏光板５０の吸収軸の方向Ｄｂは、測定対象物Ｓの進相軸Ｎｙに平行な方向である。

【0109】

より詳細には、光学測定装置１０１は、測定対象物Ｓの搬送方向に沿って並ぶ照射光学系１０ａおよび照射光学系１０ｂと、測定対象物Ｓの搬送方向に沿って並ぶ受光光学系２０ａおよび受光光学系２０ｂとを備える。

【0110】

照射光学系１０ａおよび照射光学系１０ｂは、測定対象物Ｓにおける測定位置Ｍへ照射光を照射する。

【0111】

受光光学系２０ａは、照射光学系１０ａによる測定位置Ｍへの照射光の照射により測定位置Ｍから生じる測定光を受光する。受光光学系２０ｂは、照射光学系１０ｂによる測定位置Ｍへの照射光の照射により測定位置Ｍから生じる測定光を受光する。

【0112】

受光光学系２０ａにおける偏光板５０の吸収軸の方向Ｄａと、受光光学系２０ｂにおける偏光板５０の吸収軸の方向Ｄｂとは、互いに直交する。より詳細には、受光光学系２０ａにおける偏光板５０の吸収軸は、角度θａが角度θｍａｘに設定されており、受光光学系２０ｂにおける偏光板５０の吸収軸は、角度θａが角度（θｍａｘ＋９０°）に設定されている。

【0113】

算出部３２は、測定位置Ｍから生じる測定光の受光光学系２０ａによる受光結果に基づいて算出される膜厚Ｆｍａｘ１と、測定位置Ｍから生じる測定光の受光光学系２０ｂによる受光結果に基づいて算出される膜厚Ｆｍａｘ２との平均値を、測定対象物Ｓの膜厚として決定する。

【0114】

［変形例２］
なお、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置１０１では、偏光板５０は受光光学系２０のみに固定的に設けられる構成であるとしたが、これに限定するものではない。偏光板５０は、照射光学系１０のみに固定的に設けられる構成であってもよい。

【0115】

図１８は、本発明の第１の実施の形態の変形例２に係る光学測定装置の構成の一例を示す図である。

【0116】

図１８を参照して、光学測定装置１０１では、受光光学系２０が偏光板５０を含まない一方で、照射光学系１０が偏光板５０を含む。

【0117】

より詳細には、たとえば、偏光板５０は、ラインライトガイド１２から対象領域Ｒまでの照射光の光路上に配置される。たとえば、偏光板５０は、吸収軸の方向を調整可能であり、かつ照射光学系１０との相対的な位置が固定されるように、ボルト等の固定部材を用いて当該光路上に固定される。

【0118】

調整部５１は、照射光の光路に対して直交する平面上における偏光板５０の吸収軸の方向を調整する。

【0119】

変形例２に係る光学測定装置１０１では、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置１０１と同様に、生成したパワースペクトルＰｗにおいて、最も大きなピークｐｋを一意に検出することができ、ピークｐｋに対応する測定対象物Ｓの膜厚Ｆを正確に測定することができる。

【0120】

［動作の流れ］
本発明の実施の形態に係る光学測定装置は、メモリを含むコンピュータを備え、当該コンピュータにおけるＣＰＵ等の演算処理部は、以下のフローチャートの各ステップの一部または全部を含むプログラムを当該メモリから読み出して実行する。この装置のプログラムは、外部からインストールすることができる。この装置のプログラムは、記録媒体に格納された状態で流通する。

【0121】

図１９は、本発明の第１の実施の形態の変形例１に係る光学測定装置において測定対象物の膜厚を算出する際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。

【0122】

図１９を参照して、まず、光学測定装置１０１は、測定対象物Ｓの透過率分布のインライン測定を開始する前に、測定対象物Ｓの透過率スペクトルにフーリエ変換等の演算処理を施すことにより生成されるパワースペクトルにおいて、バックグランドに埋もれない単一のピークが現れるように、受光光学系２０ａ，２０ｂの各々の偏光板５０の吸収軸の方向を調整する。具体的には、光学測定装置１０１は、測定光の光路に対して直交する平面上における、所定の基準方向と、受光光学系２０ａにおける偏光板５０の吸収軸の方向とのなす角度θａを角度θｍａｘに設定する。また、光学測定装置１０１は、測定光の光路に対して直交する平面上における、所定の基準方向と、受光光学系２０ｂにおける偏光板５０の吸収軸の方向とのなす角度θａを角度（θｍａｘ＋９０°）に設定する（ステップＳ１０２）。

【0123】

次に、光学測定装置１０１は、インライン測定の開始後、測定を行うべきタイミングである測定タイミングを待ち受け（ステップＳ１０４でＮＯ）、測定タイミングにおいて（ステップＳ１０４でＹＥＳ）、測定対象物Ｓへ照射光を直線状に照射する。具体的には、光学測定装置１０１は、照射光学系１０ａ，１０ｂを用いて、測定対象物Ｓにおける測定位置Ｍへ照射光を直線状に照射する（ステップＳ１０６）。

【0124】

次に、光学測定装置１０１は、測定対象物Ｓへの照射光の照射による測定対象物Ｓから生じ、かつ偏光板５０を透過した測定光すなわち透過光を受光する。具体的には、光学測定装置１０１は、受光光学系２０ａ，２０ｂを用いて、測定対象物Ｓを透過する透過光を受光する（ステップＳ１０８）。

【0125】

次に、光学測定装置１０１は、測定光の受光結果に基づいて、透過率スペクトルＳＴ（λ）を算出する。具体的には、光学測定装置１０１は、受光光学系２０ａによる受光結果に基づく透過率スペクトルＳＴ（λ）と、受光光学系２０ｂによる受光結果に基づく透過率スペクトルＳＴ（λ）とを算出する（ステップＳ１１０）。

【0126】

次に、光学測定装置１０１は、算出した各透過率スペクトルＳＴ（λ）に基づいて、測定対象物Ｓの測定位置Ｍの膜厚を算出する。具体的には、光学測定装置１０１は、受光光学系２０ａによる受光結果に基づいて算出される膜厚Ｆｍａｘ１と、受光光学系２０ｂによる受光結果に基づいて算出される膜厚Ｆｍａｘ２との平均値を、測定対象物Ｓの測定位置Ｍの膜厚として決定する（ステップＳ１１２）。

【0127】

なお、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置１０１において、１組の照射光学系１０ａおよび受光光学系２０ａを用いて測定対象物の膜厚を算出する場合には、受光光学系２０ｂにおける偏光板５０の吸収軸の方向の設定（ステップＳ１０２）、照射光学系１０ｂを用いた照射光の照射（ステップＳ１０６）、受光光学系２０ｂを用いた透過光の受光（ステップＳ１０８）、および受光光学系２０ｂによる受光結果に基づく透過率スペクトルＳＴ（λ）の算出（ステップＳ１１０）を行う必要はなく、受光光学系２０ａによる受光結果に基づいて算出される膜厚Ｆｍａｘ１を測定対象物Ｓの測定位置Ｍの膜厚として決定すればよい（ステップＳ１１２）。また、本発明の第１の実施の形態の変形例２に係る光学測定装置１０１を用いて測定対象物の膜厚を算出する場合、光学測定装置１０１は、ステップＳ１０６において、測定対象物Ｓへ偏光板５０を透過した照射光を直線状に照射し、ステップＳ１０８において、偏光板５０を透過していない測定光を受光する。

【0128】

図２０は、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置において偏光板の吸収軸の方向を調整する際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。図２０は、図１９におけるステップＳ１０２の詳細を示している。

【0129】

図２０を参照して、まず、光学測定装置１０１は、偏光板５０を回転させることにより角度θａを初期値である角度θａｓに調整する（ステップＳ２０２）。

【0130】

次に、光学測定装置１０１は、測定対象物Ｓにおけるある測定位置Ｍにおける透過率スペクトルＳＴ（λ）を算出し、算出した透過率スペクトルＳＴ（λ）にフーリエ変換等の演算処理を施すことにより、パワースペクトルを生成する（ステップＳ２０４）。

【0131】

次に、光学測定装置１０１は、生成したパワースペクトルにおける、最も大きなピークの強度と、２番目に大きなピークの強度との差分Ｄを算出し、算出した差分Ｄを記憶部３３に保存する（ステップＳ２０６）。

【0132】

次に、光学測定装置１０１は、ステップＳ２０４およびステップＳ２０６の処理回数が所定回数未満である場合（ステップＳ２０８でＮＯ）、偏光板５０を回転させることにより角度θａを時計回りに３度回転させた角度に調整し（ステップＳ２１０）、ステップＳ２０４およびステップＳ２０６を繰り返す。

【0133】

次に、光学測定装置１０１は、ステップＳ２０４およびステップＳ２０６の処理回数が所定回数に到達すると（ステップＳ２０８でＹＥＳ）、差分Ｄが最大となるときの角度θａである角度θｍａｘを検出する（ステップＳ２１２）。

【0134】

次に、光学測定装置１０１は、角度θａが角度θｍａｘとなるように偏光板５０を回転させる（ステップＳ２１２）。

【0135】

なお、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置１０１では、照射光学系１０は、測定対象物Ｓが通る直線状の領域である対象領域Ｒへ照射光を照射する構成であるとしたが、これに限定するものではない。照射光学系１０は、点状の対象位置へ照射光を照射する構成であってもよい。

【0136】

また、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置１０１は、調整部５１を備える構成であるとしたが、これに限定するものではない。光学測定装置１０１は調整部５１を備えない構成であってもよい。この場合、偏光板５０の吸収軸の方向は、一例として、予め、測定光の光路に対して直交する平面上において、測定対象物Ｓの遅相軸Ｎｘまたは進相軸Ｎｙの方向に対して平行となるように固定される。

【0137】

また、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置１０１では、調整部５１は、送信部３４から受信した制御信号に従って、偏光板５０の吸収軸の方向を調整する構成であるとしたが、これに限定するものではない。調整部５１は、自動調整に限らず、手動で偏光板５０の吸収軸の方向を調整可能な機構を有する構成であってもよい。この場合、ユーザは、図２０のステップＳ２０２およびステップＳ２１０において、角度θａの調整を手動で行う。

【0138】

また、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置１０１では、偏光板５０は、対象領域Ｒから対物レンズ２１までの測定光の光路上に配置される構成であるとしたが、これに限定するものではない。偏光板５０は、対物レンズ２１とスリット部２２１との間、スリット部２２１と第１レンズ２２２との間、または第１レンズ２２２と回折格子２２３との間に配置される構成であってもよい。

【0139】

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0140】

また、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置１０１では、偏光板５０は、照射光学系１０および受光光学系２０のいずれか一方のみに固定的に設けられる構成であるとしたが、これに限定するものではない。

【0141】

たとえば、光学測定装置１０１は、照射光学系１０に設けられる偏光板５０である偏光板５０Ａと、受光光学系２０に設けられる偏光板５０である偏光板５０Ｂとを備える構成であってもよい。より詳細には、偏光板５０Ａは、たとえば支持クランプを有するスタンドＳ１により、ラインライトガイド１２から対象領域Ｒまでの照射光の光路ＯＰ１上に配置され、偏光板５０Ｂは、たとえば支持クランプを有するスタンドＳ２により、対象領域Ｒから対物レンズ２１までの測定光の光路ＯＰ２上に配置される。この場合、測定対象物Ｓの膜厚測定を開始する際に、たとえば測定対象物Ｓの種類等に応じて、ユーザにより、偏光板５０Ａが光路ＯＰ１から外れた位置に移動されるか、または偏光板５０Ｂが光路ＯＰ２から外れた位置に移動される。なお、偏光板５０Ａまたは偏光板５０Ｂは、処理装置３０からの制御信号を受信する図示しないアクチュエータに搭載され、当該アクチュエータの動作に伴って自動的に移動される構成であってもよい。

【0142】

また、たとえば、光学測定装置１０１は、照射光学系１０および受光光学系２０のいずれか一方に設けられる、移動可能な偏光板５０である偏光板５０Ｃを備える構成であってもよい。より詳細には、偏光板５０Ｃは、処理装置３０からの制御信号を受信する図示しないアクチュエータに搭載され、当該アクチュエータの動作に伴って、光路ＯＰ１と光路ＯＰ２との間を自動的に移動されることにより、光路ＯＰ１上または光路ＯＰ２上に配置される。なお、偏光板５０Ｃは、当該アクチュエータの動作に伴って、光路ＯＰ１と光路ＯＰ１から外れた所定位置との間を自動的に移動されることにより、光路ＯＰ１上または当該所定位置に配置される構成であってもよい。あるいは、偏光板５０Ｃは、当該アクチュエータの動作に伴って、光路ＯＰ２と光路ＯＰ２から外れた所定位置との間を自動的に移動されることにより、光路ＯＰ２上または当該所定位置に配置される構成であってもよい。

【0143】

＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る光学測定装置１０１と比べて、対象領域Ｒから生じる反射光を用いる光学測定装置１０２に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る光学測定装置１０１と同様である。

【0144】

［光学測定装置］
図２１は、本発明の第２の実施の形態に係る光学測定装置の構成の一例を示す図である。

【0145】

図２１を参照して、光学測定装置１０２は、照射光学系１０と、受光光学系２０と、処理装置３０と、調整部５１と、ベース部材４と、支持部材６、偏光板５０ととを備える。ベース部材４および支持部材６は、受光光学系２０を固定する。なお、光学測定装置１０２は、ベース部材４および支持部材６を備える構成に限定されず、ベース部材４および支持部材６の代わりに、またはベース部材４および支持部材６に加えて、受光光学系２０を固定するための他の部材を備える構成であってもよい。

【0146】

偏光板５０は、照射光学系１０および受光光学系２０のいずれか一方に位置することが可能なように構成される。たとえば、偏光板５０は、照射光学系１０および受光光学系２０のいずれか一方のみに固定的に設けられている。図２１に示す例において、偏光板５０は、受光光学系２０のみに固定的に設けられている。

【0147】

図２２は、本発明の第２の実施の形態に係る光学測定装置の構成の一例を示す図である。図２２は、光学測定装置１０２の測定対象である測定対象物Ｓが配置された状態を示している。

【0148】

図２２を参照して、光学測定装置１０２は、対象領域Ｒを通る測定対象物Ｓの反射率スペクトルを測定する。

【0149】

たとえば、光学測定装置１０２は、測定対象物Ｓの製造ラインにおいて、対象領域Ｒを通って搬送される測定対象物Ｓ上の、複数の測定位置Ｍにおける反射率スペクトルを自動で測定する。すなわち、光学測定装置１０２は、測定対象物Ｓ上の複数の測定位置Ｍにおける反射率スペクトルをインラインで測定する。

【0150】

より詳細には、光学測定装置１０２は、たとえば周期的に反射率測定を行うことにより、搬送される測定対象物Ｓの測定位置Ｍにおける波長ごとの反射率を算出する。

【0151】

［照射光学系］
照射光学系１０は、複数波長を含む照射光を測定対象物Ｓへ直線状に照射する。より詳細には、照射光学系１０は、測定対象物Ｓが通る直線状の領域である対象領域Ｒへ照射光を照射する。

【0152】

照射光学系１０のラインライトガイド１２は、対象領域Ｒを通る測定対象物Ｓへの照射光の入射角がθとなるように配置される。

【0153】

［受光光学系］
受光光学系２０は、測定対象物Ｓへの照射光の照射により測定対象物Ｓから生じる反射光である測定光を受光する。

【0154】

受光光学系２０は、測定対象物Ｓに関してラインライトガイド１２と同じ側であって、かつ、測定対象物Ｓにおける反射角がθの反射光を受光可能な位置に配置される。

【0155】

受光光学系２０は、偏光板５０と、対物レンズ２１と、イメージング分光器２２と、撮像部２３とを含む。

【0156】

偏光板５０は、対象領域Ｒから対物レンズ２１までの測定光の光路上に配置される。偏光板５０は、吸収軸を有する。

【0157】

受光光学系２０は、ラインライトガイド１２から出射された照射光のうち、測定対象物Ｓにおいて反射した反射光を測定光として受光する。具体的には、受光光学系２０は、ラインライトガイド１２から出射された照射光のうち、対象領域Ｒを通る測定対象物Ｓの反射光を受光する。

【0158】

［処理装置］
処理装置３０における算出部３２は、受光光学系２０における測定光の受光結果に基づいて、対象領域Ｒにおける波長λと測定光の強度との関係である受光スペクトルＳ（λ）を生成する。そして、算出部３２は、生成した受光スペクトルＳ（λ）に基づいて、対象領域Ｒを通る測定対象物Ｓの波長ごとの反射率を算出する。

【0159】

より詳細には、算出部３２は、記憶部３３に保存された２次元画像データに基づいて、受光スペクトルＳ（λ）を生成し、生成した受光スペクトルＳ（λ）に基づいて、測定対象物Ｓの波長λごとの反射率を算出する。

【0160】

たとえば、算出部３２は、対象領域Ｒに反射板が配置された状態において、対象領域Ｒに配置された反射板から生じる測定光に基づく受光スペクトルＳ（λ）である基準スペクトルＳｒｒ（λ）、および測定対象物Ｓが存在するときの対象領域Ｒから生じる測定光に基づく受光スペクトルＳ（λ）である測定スペクトルＳｒｍ（λ）に基づいて、測定対象物Ｓの反射率スペクトルＳＲ（λ）を算出する。

【0161】

たとえば、算出部３２は、算出した反射率スペクトルＳＲ（λ）に基づいて、測定対象物Ｓの膜厚を算出する。より詳細には、算出部３２は、算出した反射率スペクトルＳＲ（λ）にフーリエ変換等の演算処理を施すことにより、パワースペクトルを生成する。そして、算出部３２は、生成したパワースペクトルにおけるピーク波長に対応する光学膜厚を測定対象物Ｓの膜厚として決定する。

【0162】

たとえば、算出部３２は、対象領域Ｒにおける測定点Ｘごとに、複数の基準スペクトルＳｒｒ（λ）および複数の測定スペクトルＳｒｍ（λ）を生成し、生成した各基準スペクトルＳｒｒ（λ）および各測定スペクトルＳｒｍ（λ）に基づいて、測定点Ｘごとの複数の反射率スペクトルＳＲ（λ）を算出する。そして、算出部３２は、算出した各反射率スペクトルＳＲ（λ）に基づいて、測定対象物Ｓの各測定点Ｘにおける膜厚を示す膜厚分布を生成する。

【0163】

なお、本発明の第２の実施の形態に係る光学測定装置１０２では、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る光学測定装置１０１と同様に、処理装置３０における算出部３２が、照射光の光路に対して交差する平面上における偏光板の吸収軸の方向が異なる場合の各々の測定光の受光結果に基づいて、測定対象物Ｓの膜厚を算出する構成であってもよい。

【0164】

［変形例１］
図２３は、本発明の第２の実施の形態の変形例１に係る光学測定装置の構成の一例を示す図である。

【0165】

図２３を参照して、ラインライトガイド１２は、ハーフミラー１２１を有する。ラインライトガイド１２は、ハーフミラー１２１において反射された照射光を対象領域Ｒに照射する。この場合、たとえば、ラインライトガイド１２は、対象領域Ｒを通る測定対象物Ｓへの照射光の入射角が０°となるように、測定対象物Ｓが搬送される面の直上に配置される。すなわち、光学測定装置１０２の照射光学系１０は、同軸落射照明である。

【0166】

受光光学系２０は、測定対象物Ｓへの照射光の照射により測定対象物Ｓから生じる反射光を、ハーフミラー１２１を介して受光する。この場合、たとえば、受光光学系２０は、測定対象物Ｓにおける反射角が０°の反射光を受光可能な位置、すなわちラインライトガイド１２を挟んで対象領域Ｒと対向する位置に配置される。

【0167】

［変形例２］
なお、本発明の第２の実施の形態に係る光学測定装置１０２では、偏光板５０は受光光学系２０のみに固定的に設けられる構成であるとしたが、これに限定するものではない。偏光板５０は、照射光学系１０のみに固定的に設けられる構成であってもよい。

【0168】

図２４は、本発明の第２の実施の形態の変形例に係る光学測定装置における照射光学系の構成の一例を示す図である。

【0169】

図２４を参照して、光学測定装置１０２では、受光光学系２０が偏光板５０を含まない一方で、照射光学系１０が偏光板５０を含む。

【0170】

より詳細には、偏光板５０は、ラインライトガイド１２から対象領域Ｒまでの照射光の光路上に配置される。

【0171】

本発明の第２の実施の形態に係る光学測定装置１０２、変形例１に係る光学測定装置１０２および変形例２に係る光学測定装置１０２では、本発明の第１の実施の形態に係る光学測定装置１０１と同様に、生成したパワースペクトルＰｗにおいて、最も大きなピークｐｋを一意に検出することができ、ピークｐｋに対応する測定対象物Ｓの膜厚Ｆを正確に測定することができる。

【0172】

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0173】

１０ 照射光学系
２０ 受光光学系
３０ 処理装置
３１ 受信部
３２ 算出部
３３ 記憶部
３４ 送信部
５０ 偏光板
５１ 調整部
１０１，１０２ 光学測定装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】