專利名稱：光學(xué)測量裝置和光學(xué)測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光譜分析裝置等光學(xué)測量裝置和光學(xué)測量方法。
背景技術(shù)：
以往，使用積分球的光學(xué)特性測量裝置具有反射型和透射型。并且，如專利文獻(xiàn)1、 2所示，通過組合反射型和透射型的光學(xué)特性測量裝置，可以在一個(gè)光學(xué)特性測量裝置中測量試樣的反射特性和透射特性。專利文獻(xiàn)1 (日本專利公開公報(bào)特開2002-243550號(hào))所示光學(xué)特性測量裝置中， 在積分球上設(shè)置有第一開口、第二開口和第三開口。當(dāng)測量反射特性時(shí)，在第一開口上設(shè)置試樣，并且從第二開口和第三開口分別接收反射光和散射光。另一方面，當(dāng)測量透射特性時(shí)，在第三開口上設(shè)置試樣，并且從第二開口和第三開口分別接收透射光和散射光。專利文獻(xiàn)2(日本專利公開公報(bào)特開平6-201581號(hào))所示光學(xué)特性測量裝置中， 在兩個(gè)積分球之間配置試樣，并在兩個(gè)所述積分球上分別設(shè)置檢測器。并且利用入射一側(cè)的積分球檢測全反射光，利用相反一側(cè)的積分球檢測全透射光。然而，上述專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2的光學(xué)特性測量裝置的目的是僅檢測全反射光量和全透射光量，而并非用于全反射光量以外的測量項(xiàng)目，例如散射反射光或反射霧度的測量。而且，以往如專利文獻(xiàn)3 (日本專利公開公報(bào)特開2006-214935號(hào))所示，盡管也使用積分球來測量膜厚，但該例子也并不是用于測量霧度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種光學(xué)測量裝置和光學(xué)測量方法，不僅可以測量(計(jì)算)試樣的全反射光，還可以單獨(dú)測量(計(jì)算)散射反射光和反射霧度等反射特性，從而可以利用該特征計(jì)算出試樣的膜厚。本發(fā)明的光學(xué)測量裝置的特征在于包括第一反射光測量光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)試樣照射光并利用積分球使來自所述試樣的第一反射光聚光；第二反射光測量光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)所述試樣照射光并利用所述積分球使來自所述試樣的第二反射光聚光；以及檢測光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)利用所述積分球聚光后的光進(jìn)行檢測；基于通過所述第一反射光測量光學(xué)系統(tǒng)和所述檢測光學(xué)系統(tǒng)得到的第一反射光、以及通過所述第二反射光測量光學(xué)系統(tǒng)和所述檢測光學(xué)系統(tǒng)得到的第二反射光，求出全反射光和散射反射光，根據(jù)所述全反射光和散射反射光計(jì)算出反射霧度，并且根據(jù)所述全反射光計(jì)算出所述試樣的膜厚。按照上述結(jié)構(gòu)，通過根據(jù)第一反射光和第二反射光求出全反射光和散射反射光， 不僅可以單獨(dú)測量試樣的全反射率和反射霧度等反射特性，還可以使用該全反射光計(jì)算出試樣的膜厚。此外，由于采用積分球得到用于計(jì)算膜厚時(shí)所使用的全反射光，所以可以防止光量損失，并且可以提高膜厚的測量精度。在此，如果所述第一反射光為全反射光，所述第二反射光為散射反射光，則可以節(jié)省根據(jù)第一反射光和第二反射光計(jì)算出全反射光和散射反射光的時(shí)間。并且，在所述第一反射光為正反射光、所述第二反射光為散射反射光時(shí)，可以通過將第一反射光和第二反射光相加求出全反射光。 此外，優(yōu)選的是，所述積分球具有第一開口部和第二開口部，所述第一開口部設(shè)置在朝向試樣的位置上，所述第二開口部設(shè)置在與所述第一開口部相對(duì)的位置上，由通用的反射測量光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成所述第一反射光測量光學(xué)系統(tǒng)和所述第二反射光測量光學(xué)系統(tǒng)，所述反射測量光學(xué)系統(tǒng)從所述第二開口部通過所述第一開口部對(duì)所述試樣照射反射測量用的光，所述光學(xué)測量裝置還包括第一反射構(gòu)件，所述第一反射構(gòu)件能使所述第二開口部打開或關(guān)閉，在反射測量中，所述第一反射構(gòu)件能在開放位置和中間位置之間移動(dòng)，所述開放位置為使所述第二開口部開放的位置，所述中間位置為封閉所述第二開口部的一部分、且使來自所述反射測量光學(xué)系統(tǒng)的光照射所述試樣并使來自所述試樣的正反射光反射到積分球內(nèi)的位置。這樣，通過使第一反射光測量光學(xué)系統(tǒng)和第二反射光測量光學(xué)系統(tǒng)通用化， 不僅減少了發(fā)生測量誤差的因素，能夠簡化裝置結(jié)構(gòu)，而且在反射測量中，通過使反射構(gòu)件在開放位置和中間位置之間移動(dòng)，可以測量試樣的反射特性。另外，從與積分球相反一側(cè)朝向第一開口部對(duì)試樣照射透射測量用的光，此時(shí)通過由反射構(gòu)件對(duì)第二開口部進(jìn)行開閉， 可以測量試樣的透射特性。即，本發(fā)明可以利用現(xiàn)有的透射測量所使用的積分球進(jìn)行反射測量。因此，利用一個(gè)積分球，不必移動(dòng)試樣就可以進(jìn)行反射測量和透射測量。具體而言，為了實(shí)現(xiàn)不移動(dòng)試樣就可以進(jìn)行反射測量和透射測量雙方的測量，優(yōu)選的是，所述光學(xué)測量裝置還包括透射測量光學(xué)系統(tǒng)，從與所述積分球相反一側(cè)朝向所述第一開口部對(duì)所述試樣照射透射測量用的光；以及第二反射構(gòu)件，能使所述第二開口部打開或關(guān)閉；在透射測量中，所述第二反射構(gòu)件能在使所述第二開口部開放的開放位置、以及封閉所述第二開口部整體的封閉位置之間移動(dòng)。為了通過使所述反射構(gòu)件自動(dòng)移動(dòng)，可以在一個(gè)測量順序中取得試樣的各測量項(xiàng)目，并且減輕用戶的負(fù)擔(dān)，優(yōu)選的是，所述光學(xué)測量裝置還設(shè)置有移動(dòng)所述第一反射構(gòu)件的第一移動(dòng)機(jī)構(gòu)和移動(dòng)所述第二反射構(gòu)件的第二移動(dòng)機(jī)構(gòu)，在反射測量中，所述第一移動(dòng)機(jī)構(gòu)使所述第一反射構(gòu)件在所述開放位置和所述中間位置之間移動(dòng)，并且在透射測量中，所述第二移動(dòng)機(jī)構(gòu)使所述第二反射構(gòu)件在所述開放位置和所述封閉位置之間移動(dòng)。此時(shí)，由于在一個(gè)測量順序中連續(xù)進(jìn)行所述試樣的反射測量和透射測量，所以可以實(shí)現(xiàn)反射測量和透射測量的全自動(dòng)化。另外，雖然為了方便起見稱為第一反射構(gòu)件、第二反射構(gòu)件、第一移動(dòng)機(jī)構(gòu)、第二移動(dòng)機(jī)構(gòu)，但是也包含它們?yōu)閱我坏姆瓷錁?gòu)件和移動(dòng)機(jī)構(gòu)，或者由不同的反射構(gòu)件和移動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成的情況。為了使本發(fā)明的光學(xué)測量裝置可以進(jìn)行高速測量，優(yōu)選的是，在所述反射測量中， 進(jìn)行全反射率、散射反射率、反射霧度和膜厚的測量，在所述透射測量中，進(jìn)行全透射率、散射透射率和透射霧度的測量。在所述光學(xué)測量裝置中，用于測量試樣的反射霧度的反射構(gòu)件的具體位置方式優(yōu)選的是，在所述反射測量中，當(dāng)測量全反射率時(shí)，所述反射構(gòu)件位于中間位置，當(dāng)測量散射反射率時(shí)，所述反射構(gòu)件位于開放位置。此外，本發(fā)明的光學(xué)測量方法是采用光學(xué)測量裝置的光學(xué)測量方法，所述光學(xué)測量裝置包括積分球，具有設(shè)置在朝向試樣位置上的第一開口部、設(shè)置在與所述第一開口部相對(duì)位置上的第二開口部、以及設(shè)置在與所述第一、第二開口部不同位置上的受光用開口部；反射測量光學(xué)系統(tǒng)，從所述第二開口部通過所述第一開口部對(duì)所述試樣照射反射測量用的光；透射測量光學(xué)系統(tǒng)，從與所述積分球相反一側(cè)朝向所述第一開口部對(duì)所述試樣照射透射測量用的光；以及反射構(gòu)件，能使所述第二開口部打開或關(guān)閉；所述光學(xué)測量方法的特征在于，在反射測量中，使所述反射構(gòu)件在開放位置和中間位置之間移動(dòng)，所述開放位置為使所述第二開口部開放的位置，所述中間位置為封閉所述第二開口部的一部分、且使來自所述反射測量光學(xué)系統(tǒng)的光照射所述試樣并使來自所述試樣的正反射光反射到積分球內(nèi)的位置，在透射測量中，使所述反射構(gòu)件在所述開放位置和封閉所述第二開口部整體的封閉位置之間移動(dòng)。按照上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明，不僅可以測量(計(jì)算)試樣的全反射光，還可以單獨(dú)測量 (計(jì)算)散射反射光和反射霧度等反射特性，從而可以利用該特征計(jì)算出試樣的膜厚。


圖1是簡要表示本實(shí)施方式的光學(xué)測量裝置結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示同實(shí)施方式的反射測量的示意圖。圖3是表示同實(shí)施方式的透射測量的示意圖。圖4是簡要表示變形實(shí)施方式的光學(xué)測量裝置結(jié)構(gòu)和測量方法的圖。圖5是簡要表示變形實(shí)施方式的光學(xué)測量裝置結(jié)構(gòu)和測量方法的圖。圖6是簡要表示變形實(shí)施方式的光學(xué)測量裝置結(jié)構(gòu)的圖。附圖標(biāo)記說明100…光譜分析裝置(光學(xué)測量裝置)W-試樣
2..積分球
21 第一開口部
22 第二開口部
23 受光用開口部
3..反射測量光學(xué)系統(tǒng)
Ll 反射測量用的光
4..透射測量光學(xué)系統(tǒng)
L2 透射測量用的光
51 第一反射構(gòu)件
P..開放位置
Q-中間位置
52 第二反射構(gòu)件
R-開放位置
S..封閉位置
61 第一移動(dòng)機(jī)構(gòu)
62 第二移動(dòng)機(jī)構(gòu)
具體實(shí)施例方式以下參照附圖，作為本發(fā)明光學(xué)測量裝置的一個(gè)例子，對(duì)采用光譜分析裝置時(shí)的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說明。例如在構(gòu)成太陽能電池板等的具有透明導(dǎo)電膜(例如TCO膜)的玻璃基板或半導(dǎo)體基板中，本實(shí)施方式的光譜分析裝置100用于測量該透明導(dǎo)電膜的透射特性和反射特性。具體如圖1所示，光譜分析裝置100包括積分球2，設(shè)置在試樣W的上部；反射測量光學(xué)系統(tǒng)3，對(duì)試樣W照射反射測量用的光Ll ；透射測量光學(xué)系統(tǒng)4，對(duì)試樣W照射透射測量用的光L2 ；反射構(gòu)件5 ；移動(dòng)機(jī)構(gòu)6，用于移動(dòng)該反射構(gòu)件5 ；以及檢測光學(xué)系統(tǒng)7，對(duì)積分球內(nèi)的光進(jìn)行檢測。并且，本實(shí)施方式的光譜分析裝置100相對(duì)于承載有試樣W的載物臺(tái)(未圖示)至少可以在水平方向(XY平面上)上相對(duì)移動(dòng)。另外，暗箱H收納積分球2。以下，具體說明各部分2 7。積分球2的球內(nèi)表面由白色散射反射面構(gòu)成，對(duì)從球外入射到球內(nèi)的光束進(jìn)行多重反射。具體如圖1所示，積分球2被設(shè)置在試樣表面的正上方，其下部形成有朝向試樣表面(本實(shí)施方式中為具有透明導(dǎo)電膜的表面)的第一開口部21。并且，在與該第一開口部 21相對(duì)的位置(積分球2的上部)上設(shè)置有第二開口部22。另外，在與第一開口部21和第二開口部22不同的位置上形成有受光用開口部23。本實(shí)施方式的受光用開口部23設(shè)置在與所述第一開口部21和第二開口部22的相對(duì)方向垂直相交的位置(具體設(shè)置在積分球 2的側(cè)方部位)上。在該受光用開口部23上連接有作為光傳遞元件的光纖71，用于向后述的分光檢測器72傳遞光。上述結(jié)構(gòu)的積分球2與現(xiàn)有的透射測量用的積分球的結(jié)構(gòu)相同。 另外，受光用開口部23的位置可以適當(dāng)設(shè)定，并不限定于垂直相交的位置。如圖1和圖2所示，反射測量光學(xué)系統(tǒng)3從第二開口部22通過第一開口部21對(duì)試樣W照射反射測量用的光Li。具體而言，反射測量光學(xué)系統(tǒng)3用于從積分球2的第二開口部22朝向第一開口部21照射反射測量用的光Li，反射測量光學(xué)系統(tǒng)3包括光源部31， 具有氙燈311 ；以及作為傳遞光學(xué)系統(tǒng)的光纖32，將來自該光源部31的光傳遞到第二開口部22。另外，光源部31除了氙燈以外還可以采用鹵素?zé)舻?。傳遞光學(xué)系統(tǒng)32除了使用光纖以外，還可以使用鏡子或透鏡等光學(xué)元件。此外，光源部31還具有用于控制來自氙燈311 的光量的快門機(jī)構(gòu)312等。如圖2所示，由反射測量光學(xué)系統(tǒng)3從第二開口部22入射到積分球2內(nèi)的光Ll的光軸，從鉛垂方向(第一開口部21和第二開口部22的相對(duì)方向，即試樣表面的法線方向) 發(fā)生若干傾斜。這樣，反射測量用的光Ll以下述位置關(guān)系入射，即，在試樣表面正反射后產(chǎn)生的正反射光被從第二開口部22導(dǎo)出，并且不會(huì)再次返回反射測量光學(xué)系統(tǒng)3 —側(cè)。如圖1和圖3所示，透射測量光學(xué)系統(tǒng)4從與積分球2相反的一側(cè)(試樣背面?zhèn)? 朝向第一開口部21，對(duì)試樣W照射透射測量用的光L2，與所述反射測量光學(xué)系統(tǒng)3相同，透射測量光學(xué)系統(tǒng)4包括光源部41，具有氙燈411 ；以及作為傳遞光學(xué)系統(tǒng)的光纖42，將來自該光源部41的光傳遞到第一開口部21。另外，光源部41除了氙燈之外也可以使用鹵素?zé)舻?。傳遞光學(xué)系統(tǒng)42除了使用光纖之外，還可以使用鏡子或透鏡等光學(xué)元件。另外，光源部41還具有控制來自氙燈411的光量的快門機(jī)構(gòu)412等。
如圖3所示，來自透射測量光學(xué)系統(tǒng)4的光L2以下述位置關(guān)系入射，即，相對(duì)于試樣W垂直入射(沿第一開口部21和第二開口部22的相對(duì)方向，即試樣表面的法線方向)， 并從第一開口部21和第二開口部22向外部射出。通過由計(jì)算控制裝置8進(jìn)行控制，所述反射測量光學(xué)系統(tǒng)3和透射測量光學(xué)系統(tǒng) 4使反射測量用的光Ll和透射測量用的光L2選擇性地照射到積分球2內(nèi)。反射構(gòu)件5可以使第二開口部22打開或關(guān)閉，其包括用于反射測量的第一反射構(gòu)件51 (參照?qǐng)D2)和用于透射測量的第二反射構(gòu)件52 (參照?qǐng)D3)。所述反射構(gòu)件51、52為反射板，其朝向第二開口部22的表面與積分球內(nèi)表面相同，由白色反射散射面構(gòu)成。如圖2所示，第一反射構(gòu)件51與第二開口部22相對(duì)設(shè)置，并且在開放該第二開口部22整體的開放位置P(參照?qǐng)D2的(C))和封閉第二開口部22 —部分的中間位置Q(參照?qǐng)D2的(A)、(B))之間滑動(dòng)移動(dòng)。在反射測量中，所述中間位置Q為來自反射測量光學(xué)系統(tǒng)3的光Ll照射到試樣W上之后，使來自該試樣W的正反射光Lll反射到積分球內(nèi)的位置。 作為中間位置Q的具體例子，例如為封閉第二開口部22的一半而使另一半開放的位置。并且利用后述的移動(dòng)機(jī)構(gòu)6，使第一反射構(gòu)件51在所述開放位置P和中間位置Q之間滑動(dòng)移動(dòng)。如圖3所示，第二反射構(gòu)件52與第二開口部22相對(duì)設(shè)置，并且在開放該第二開口部22整體的開放位置R(參照?qǐng)D3的(C))和封閉第二開口部22整體的封閉位置S(參照?qǐng)D3的(A)、(B))之間滑動(dòng)移動(dòng)。并且利用后述的移動(dòng)機(jī)構(gòu)6，使第二反射構(gòu)件52在所述開放位置R和封閉位置S之間滑動(dòng)移動(dòng)。移動(dòng)機(jī)構(gòu)6包括第一移動(dòng)機(jī)構(gòu)61，選擇性地使所述第一反射構(gòu)件51向開放位置 P和中間位置Q滑動(dòng)移動(dòng)；以及第二移動(dòng)機(jī)構(gòu)62，選擇性地使所述第二反射構(gòu)件52向開放位置R和封閉位置S滑動(dòng)移動(dòng)。移動(dòng)機(jī)構(gòu)6的具體結(jié)構(gòu)沒有進(jìn)行圖示，其包括電磁元件等驅(qū)動(dòng)器；以及多個(gè)位置傳感器，檢測所述第一、第二反射構(gòu)件51、52的各位置P、Q、R、S。該驅(qū)動(dòng)器由計(jì)算控制裝置8進(jìn)行控制，從位置傳感器接收了位置檢測信號(hào)的計(jì)算控制裝置8 驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，使第一反射構(gòu)件51和第二反射構(gòu)件52移動(dòng)到所希望的位置。檢測光學(xué)系統(tǒng)7包括作為光傳遞部的光纖71，連接在所述積分球2的受光用開口部23上；以及分光檢測器72，對(duì)由該光纖71傳遞來的光進(jìn)行分光。由該分光檢測器72 得到的各個(gè)波長的光強(qiáng)度信號(hào)被輸出到計(jì)算控制裝置8。另外，光傳遞部除了使用光纖以外，還可以使用鏡子或透鏡等光學(xué)元件。計(jì)算控制裝置8根據(jù)得到的光強(qiáng)度信號(hào)，計(jì)算出全反射率(全反射光量)、散射反射率(散射反射光量)和反射霧度，以及全透射率(全光透射量)、散射透射率(散射透射光量)和透射霧度等。另外，以下說明的用于自動(dòng)進(jìn)行光譜分析裝置100的測量順序(sequence)的測量用程序存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，計(jì)算控制裝置8基于所述測量順序，與CPU和外部設(shè)備協(xié)調(diào)動(dòng)作，來控制反射測量光學(xué)系統(tǒng)3、透射測量光學(xué)系統(tǒng)4和移動(dòng)機(jī)構(gòu)6等。下面參照?qǐng)D2和圖3，以霧度測量為例，對(duì)本實(shí)施方式的光譜分析裝置100的動(dòng)作進(jìn)行說明。首先，利用移動(dòng)機(jī)構(gòu)10使設(shè)置在積分球2的第一開口部21上的封閉構(gòu)件9移動(dòng)來封閉第一開口部21，并且利用第二移動(dòng)機(jī)構(gòu)62使設(shè)置在第二開口部22上的第二反射構(gòu)件52移動(dòng)到封閉位置S來封閉第二開口部22。另外，由計(jì)算控制裝置8控制移動(dòng)機(jī)構(gòu)6和移動(dòng)機(jī)構(gòu)10。此外，計(jì)算控制裝置8將此時(shí)由檢測光學(xué)系統(tǒng)7得到的光強(qiáng)度信號(hào)作為背景信號(hào)(暗電流信號(hào))進(jìn)行存儲(chǔ)。另外，封閉構(gòu)件9還可以設(shè)置在透射測量光學(xué)系統(tǒng)4的光源部41上。隨后，計(jì)算控制裝置8在使封閉構(gòu)件9移動(dòng)來開放第一開口部21的同時(shí)，使第二反射構(gòu)件52移動(dòng)到開放位置R來開放第二開口部22。然后進(jìn)行反射測量或透射測量。以下，對(duì)在反射測量后進(jìn)行透射測量時(shí)的測量順序進(jìn)行說明。另外，也可以顛倒所述測量的順序。首先，如圖2的㈧所示，在積分球2的下部設(shè)置反射率已知的標(biāo)準(zhǔn)試樣Ws(例如 Bare Si)，并取得檢測光學(xué)系統(tǒng)7的反射測量用的基準(zhǔn)信號(hào)。此時(shí)，第一反射構(gòu)件51利用第一移動(dòng)機(jī)構(gòu)61從開放位置P等初始位置移動(dòng)到中間位置Q。另外，如果初始位置為中間位置Q，則不移動(dòng)第一反射構(gòu)件51。并且，在第一反射構(gòu)件51處于中間位置Q的狀態(tài)下，第二反射構(gòu)件52位于開放位置R。然后，當(dāng)?shù)谝环瓷錁?gòu)件51移動(dòng)到該中間位置Q之后，反射測量用光源部31使反射測量用的光Ll從第二開口部22照射到積分球2內(nèi)。照射到積分球2內(nèi)的光Ll通過第一開口部21照射到標(biāo)準(zhǔn)試樣Ws上，發(fā)生正反射和散射反射。正反射后的光Lll照射到封閉第二開口部22 —部分的第一反射構(gòu)件51的反射散射面上，被反射到積分球2的內(nèi)部。此外，散射反射后的光L12在積分球2的內(nèi)表面上反射。借助受光用開口部23，由檢測光學(xué)系統(tǒng)7檢測所述光Lll、L12。計(jì)算控制裝置8將此時(shí)由檢測光學(xué)系統(tǒng)7得到的光強(qiáng)度信號(hào)作為反射測量用的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。接著，如圖3的㈧所示，在積分球2的下部未設(shè)置任何試樣的狀態(tài)(即標(biāo)準(zhǔn)試樣 Ws為空氣)下，取得檢測光學(xué)系統(tǒng)7的透射測量用的基準(zhǔn)信號(hào)。此時(shí)，第一反射構(gòu)件51通過第一移動(dòng)機(jī)構(gòu)61向開放位置P移動(dòng)，并且第二反射構(gòu)件52通過第二移動(dòng)機(jī)構(gòu)62從開放位置R向封閉位置S移動(dòng)。隨后，在第二反射構(gòu)件52移動(dòng)到封閉位置S之后，由透射測量用光源部41朝向第一開口部21照射透射測量用的光L2。從第一開口部21照射到積分球 2內(nèi)的光，利用封閉第二開口部22的第二反射構(gòu)件52而反射到積分球2的內(nèi)部。該反射的光在積分球2內(nèi)進(jìn)行反射，并借助受光用開口部23由檢測光學(xué)系統(tǒng)7進(jìn)行檢測。計(jì)算控制裝置8將此時(shí)由檢測光學(xué)系統(tǒng)7得到的光強(qiáng)度信號(hào)作為透射測量用的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。然后，如圖2的(B)所示，在積分球2的下部設(shè)置作為測量對(duì)象試樣的例如具有 TCO膜的玻璃基板W，進(jìn)行全反射光量測量。此時(shí)，第一反射構(gòu)件51位于中間位置Q。然后， 反射測量光學(xué)系統(tǒng)3使反射測量用的光Ll，從因第一反射構(gòu)件51而一部分開放的第二開口部22照射到積分球2內(nèi)。照射到積分球2內(nèi)的光Ll通過第一開口部21照射到測量對(duì)象試樣W上，發(fā)生正反射和散射反射。正反射后的光Lll照射到封閉第二開口部22 —部分的第一反射構(gòu)件51的反射散射面上，被反射到積分球2的內(nèi)部。此外，散射反射后的光L12 在積分球2的內(nèi)表面上進(jìn)行反射。借助受光用開口部23，利用檢測光學(xué)系統(tǒng)7檢測所述光 L11、L12，作為全反射光量(=正反射光量+散射反射光量)。計(jì)算控制裝置8將此時(shí)由檢測光學(xué)系統(tǒng)7得到的光強(qiáng)度信號(hào)作為全反射光量信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。如圖2的(C)所示，在測量上述全反射光量之后，進(jìn)行散射反射光量測量。此時(shí)， 第一反射構(gòu)件51通過第一移動(dòng)機(jī)構(gòu)61從中間位置Q向開放位置P移動(dòng)。然后，在第一反射構(gòu)件51移動(dòng)到開放位置P之后，反射測量光學(xué)系統(tǒng)3使反射測量用的光Ll從第二開口部22照射到積分球2內(nèi)。照射到積分球2內(nèi)的光Ll通過第一開口部21照射到測量對(duì)象試樣W上，發(fā)生正反射和散射反射。正反射后的光Lll從第二開口部22射出到積分球2的外部。另一方面，散射反射后的光L12在積分球2的內(nèi)部進(jìn)行反射，并借助受光用開口部23 由檢測光學(xué)系統(tǒng)7進(jìn)行檢測，作為散射反射光量。計(jì)算控制裝置8將此時(shí)由檢測光學(xué)系統(tǒng) 7得到的光強(qiáng)度信號(hào)作為散射反射光量信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。通過以上一系列的反射測量，可以測量全反射光量和散射反射光量。此外，計(jì)算控制裝置8利用得到的背景信號(hào)、反射測量用的基準(zhǔn)信號(hào)、全反射光量信號(hào)和散射反射光量信號(hào)，計(jì)算出全反射率(={(全反射光量-背景光量)/ (基準(zhǔn)光量-背景光量)} X 100 % )、 散射反射率(=K散射反射光量-背景光量)/(基準(zhǔn)光量-背景光量MXlOO %)、 以及正反射率(=K全反射光量-散射反射光量-背景光量)/(基準(zhǔn)光量-背景光量)} X 100% )。此外，計(jì)算控制裝置8利用所述全反射率和散射反射率，計(jì)算出反射霧度 (=(散射反射率/全反射率)X 100%)。而且，計(jì)算控制裝置8將上述各值與光照射的位置(X坐標(biāo)、Y坐標(biāo))相關(guān)聯(lián)后存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。此外，計(jì)算控制裝置8還可以根據(jù)上述測量的全反射光量和散射反射光量，計(jì)算正反射光量的光譜，從該正反射光量的光譜計(jì)算出試樣W上形成的膜(例如透明導(dǎo)電膜) 的膜厚。此時(shí)，計(jì)算控制裝置8還可以生成由所述正反射光量的光譜得到的膜厚與其它膜厚測量裝置得到的試樣W膜厚的相關(guān)數(shù)據(jù)，基于該相關(guān)數(shù)據(jù)，修正由所述正反射光量的光譜得到的膜厚。接著，如圖3的⑶所示，對(duì)積分球2下部的測量對(duì)象試樣、例如具有TCO膜的玻璃基板(試樣)W進(jìn)行全透射光量測量。此時(shí)，第二反射構(gòu)件52位于封閉位置S。然后，透射測量光學(xué)系統(tǒng)4使透射測量用的光L2從與積分球2相反一側(cè)朝向第一開口部21對(duì)試樣 W進(jìn)行照射。透射測量用的光L2在透過試樣W時(shí)發(fā)生正透射和散射透射。正透射后的光 L21利用封閉第二開口部22整體的第二反射構(gòu)件52被反射到積分球2的內(nèi)部。并且散射透射后的光L22在積分球2的內(nèi)表面上發(fā)生反射。借助受光用開口部23，由檢測光學(xué)系統(tǒng) 7檢測所述光L21、L22，作為全透射光量(=正透射光量+散射透射光量)。計(jì)算控制裝置 8將此時(shí)由檢測光學(xué)系統(tǒng)7得到的光強(qiáng)度信號(hào)作為全透射光量信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。如圖3的(C)所示，在測量上述全透射光量后，進(jìn)行散射透射光量測量。此時(shí)，第二反射構(gòu)件52利用第二移動(dòng)機(jī)構(gòu)62，從封閉位置S向開放位置R移動(dòng)。然后，在第二反射構(gòu)件52移動(dòng)到開放位置R之后，透射測量光學(xué)系統(tǒng)4使透射測量用的光L2從與積分球2相反一側(cè)朝向第一開口部21對(duì)試樣W進(jìn)行照射。透射測量用的光L2在透過試樣W時(shí)發(fā)生正透射和散射透射。正透射后的光L21從開放的第二開口部22射出到積分球2的外部。另一方面，散射透射后的光L22在積分球2的內(nèi)部發(fā)生反射，并借助受光用開口部23，由檢測光學(xué)系統(tǒng)7進(jìn)行檢測，作為散射透射光量。計(jì)算控制裝置8將此時(shí)由檢測光學(xué)系統(tǒng)7得到的光強(qiáng)度信號(hào)作為散射透射光量信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。通過以上一系列的透射測量，可以測量全透射光量和散射透射光量。并且根據(jù)該全透射光量和散射透射光量的比值(散射透射光量/全透射光量)可以計(jì)算出透射霧度。此外，計(jì)算控制裝置8利用得到的背景信號(hào)、透射測量用的基準(zhǔn)信號(hào)、全透射光量信號(hào)和散射透射光量信號(hào)，計(jì)算出全透射率(=K全透射光量-背景光量)/(基準(zhǔn)光量-背景光量)} X 100 % )、散射透射率(={(散射透射光量-背景光量)/ (基準(zhǔn)光量-背景光量)} X 100 % )、以及正透射率(={(全透射光量-散射透射光量-背景光量)/ (基準(zhǔn)光量-背景光量)} X 100 % )。此外，計(jì)算控制裝置8利用所述全透射率和散射透射率，計(jì)算出透射霧度(=(散射透射率/全透射率)X 100%)。并且，計(jì)算控制裝置8將上述各值與光照射的位置(X坐標(biāo)、Y坐標(biāo))相關(guān)聯(lián)后存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。另外，以上的測量順序中，也可以在測量了散射反射光量后再測量全反射光量，還可以在測量了散射透射光量后再測量全透射光量。此外，可以適當(dāng)變更散射反射光量、全反射光量、散射透射光量和全透射光量的測量順序。能夠進(jìn)行上述適當(dāng)變更并不是移動(dòng)試樣 W，而是根據(jù)第一反射構(gòu)件51的位置和第二反射構(gòu)件52的位置(即第一移動(dòng)機(jī)構(gòu)61和第二移動(dòng)機(jī)構(gòu)62的控制)，以及反射測量光學(xué)系統(tǒng)3、透射測量光學(xué)系統(tǒng)4的動(dòng)作(即光源部 31、42內(nèi)的快門機(jī)構(gòu)312、412等的控制)，從而能夠切換各測量項(xiàng)目。按照上述結(jié)構(gòu)的本實(shí)施方式的光譜分析裝置100，利用一個(gè)積分球2，不必移動(dòng)試樣W就可以自動(dòng)進(jìn)行試樣W的全反射光量、散射反射光量和反射霧度等反射特性的測量，以及全透射光量、透射散射光量和透射霧度等透射特性的測量。另外，本發(fā)明并不限定于所述實(shí)施方式。例如，所述實(shí)施方式的光學(xué)測量裝置是進(jìn)行反射測量和透射測量來測量反射霧度和透射霧度的裝置，但是也可以僅進(jìn)行反射測量來測量反射霧度。此時(shí)，也可以基于計(jì)算反射霧度時(shí)測量的全反射光，來測量試樣表面形成的膜的膜厚。上述情況下，計(jì)算控制裝置8 通過對(duì)由檢測光學(xué)系統(tǒng)7得到的全反射光的反射光譜進(jìn)行膜厚擬合或傅立葉變換，計(jì)算出試樣表面的膜厚。這樣，通過使用由檢測光學(xué)系統(tǒng)7得到的全反射光計(jì)算出膜厚，不僅可以單獨(dú)測量試樣的全反射率、正反射率和反射霧度等反射特性，還可以利用該全反射光計(jì)算出試樣的膜厚。并且由于利用積分球得到用于計(jì)算膜厚時(shí)所使用的全反射光，所以能夠防止光量損失，從而可以提高膜厚的測量精度。在所述實(shí)施方式中，反射構(gòu)件包括第一反射構(gòu)件，在開放位置和中間位置之間滑動(dòng)移動(dòng)；以及第二反射構(gòu)件，在開放位置和封閉位置之間滑動(dòng)移動(dòng)，但是，也可以使用一個(gè)反射構(gòu)件。此時(shí)，一個(gè)反射構(gòu)件利用一個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)在開放位置、中間位置和封閉位置之間， 以能在各位置停止的方式滑動(dòng)移動(dòng)。在所述實(shí)施方式中，通過一個(gè)反射測量光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成了測量全反射光即第一反射光的第一反射光測量光學(xué)系統(tǒng)、以及測量散射反射光即第二反射光的第二反射光測量光學(xué)系統(tǒng)，但也可以如圖4所示，使用單獨(dú)的光學(xué)系統(tǒng)(第一、第二反射光測量光學(xué)系統(tǒng))3a、!3b 來構(gòu)成反射測量光學(xué)系統(tǒng)。此時(shí)，第一反射光測量光學(xué)系統(tǒng)3a設(shè)置成其射出的光以相對(duì)于鉛垂方向傾斜的方式照射到試樣W上。第二反射光測量光學(xué)系統(tǒng)北設(shè)置成其射出的光從鉛垂方向照射到試樣W上。并且，在全反射光量測量中，來自第一反射光測量光學(xué)系統(tǒng)3a 的光照射到試樣W上(參照?qǐng)D4的(A))，并且在散射反射光量測量中，來自第二反射光測量光學(xué)系統(tǒng)北的光照射到試樣W上(參照?qǐng)D4的(B))。另外，在積分球2上，除了第一開口部21和受光用開口部23以外，還設(shè)置有與第一反射光測量光學(xué)系統(tǒng)3a和第二反射光測量光學(xué)系統(tǒng)北分別對(duì)應(yīng)的開口部對(duì)、25。如圖5所示，也可以利用一個(gè)反射測量光學(xué)系統(tǒng)3構(gòu)成反射測量光學(xué)系統(tǒng)。此時(shí)， 積分球2上設(shè)置有光入射用的開口部沈，并且還設(shè)置有能夠?qū)⒈辉嚇覹正反射的光導(dǎo)出到外部的光導(dǎo)出用的開口部27。另外在開口部27的外側(cè)，設(shè)置有可以使該開口部27開放或關(guān)閉的反射構(gòu)件5。該反射構(gòu)件5通過移動(dòng)機(jī)構(gòu)(未圖示)，在封閉開口部27整體的封閉位置和使開口部27整體開放的開放位置之間滑動(dòng)移動(dòng)。并且，在全反射光量測量中，利用移動(dòng)機(jī)構(gòu)使反射構(gòu)件5移動(dòng)到封閉位置，并利用反射測量光學(xué)系統(tǒng)3對(duì)試樣W照射光(參照?qǐng)D5的(A))。另一方面，在散射反射光量測量中，利用移動(dòng)機(jī)構(gòu)使反射構(gòu)件5移動(dòng)到開放位置，并利用反射測量光學(xué)系統(tǒng)3對(duì)試樣W照射光(參照?qǐng)D5的(B))。另外，第一反射構(gòu)件的中間位置并不限定于如所述實(shí)施方式的封閉第二開口部一半的位置，只要使第二開口部開放成能夠使反射測量用的光入射到積分球內(nèi)、且第二開口部的一部分封閉成使由試樣正反射后的光反射到積分球內(nèi)即可。此外，所述實(shí)施方式中試樣設(shè)置在積分球的下部，但是也可以使試樣設(shè)置在積分球的上部。另外，也可以將試樣設(shè)置在積分球的側(cè)方。而且，也可以將所述實(shí)施方式得到的霧度與其他的分光光度計(jì)的測量值相關(guān)聯(lián)后，對(duì)其測量結(jié)果進(jìn)行相關(guān)修正。另外，所述實(shí)施方式中表示了受光用開口部和檢測光學(xué)系統(tǒng)為一個(gè)的例子，但也可以具有多組受光用開口部和檢測光學(xué)系統(tǒng)。此外，也可以設(shè)置多個(gè)受光用開口部，并利用一個(gè)檢測光學(xué)系統(tǒng)對(duì)來自多個(gè)受光用開口部的光進(jìn)行檢測。此外，所述實(shí)施方式中，反射測量光學(xué)系統(tǒng)和透射測量光學(xué)系統(tǒng)分別設(shè)置有光源部，但也可以如圖6所示，使反射測量光學(xué)系統(tǒng)和透射測量光學(xué)系統(tǒng)的光源部通用，通過傳遞光學(xué)系統(tǒng)切換來自光源部的光來進(jìn)行照射。此外，本發(fā)明并不限定于所述實(shí)施方式，可以在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)測量裝置，其特征在于包括第一反射光測量光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)試樣照射光并利用積分球使來自所述試樣的第一反射光聚光；第二反射光測量光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)所述試樣照射光并利用所述積分球使來自所述試樣的第二反射光聚光；以及檢測光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)利用所述積分球聚光后的光進(jìn)行檢測；基于通過所述第一反射光測量光學(xué)系統(tǒng)和所述檢測光學(xué)系統(tǒng)得到的第一反射光、以及通過所述第二反射光測量光學(xué)系統(tǒng)和所述檢測光學(xué)系統(tǒng)得到的第二反射光，求出全反射光和散射反射光，根據(jù)所述全反射光和散射反射光計(jì)算出反射霧度，并且根據(jù)所述全反射光計(jì)算出所述試樣的膜厚。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)測量裝置，其特征在于，所述第一反射光為全反射光，所述第二反射光為散射反射光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)測量裝置，其特征在于，所述積分球具有第一開口部和第二開口部，所述第一開口部設(shè)置在朝向試樣的位置上，所述第二開口部設(shè)置在與所述第一開口部相對(duì)的位置上，由通用的反射測量光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成所述第一反射光測量光學(xué)系統(tǒng)和所述第二反射光測量光學(xué)系統(tǒng)，所述反射測量光學(xué)系統(tǒng)從所述第二開口部通過所述第一開口部對(duì)所述試樣照射反射測量用的光，所述光學(xué)測量裝置還包括第一反射構(gòu)件，所述第一反射構(gòu)件能使所述第二開口部打開或關(guān)閉，在反射測量中，所述第一反射構(gòu)件能在開放位置和中間位置之間移動(dòng)，所述開放位置為使所述第二開口部開放的位置，所述中間位置為封閉所述第二開口部的一部分、且使來自所述反射測量光學(xué)系統(tǒng)的光照射所述試樣并使來自所述試樣的正反射光反射到積分球內(nèi)的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)測量裝置，其特征在于還包括透射測量光學(xué)系統(tǒng)，從與所述積分球相反一側(cè)朝向所述第一開口部對(duì)所述試樣照射透射測量用的光；以及第二反射構(gòu)件，能使所述第二開口部打開或關(guān)閉；在透射測量中，所述第二反射構(gòu)件能在使所述第二開口部開放的開放位置、以及封閉所述第二開口部整體的封閉位置之間移動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的光學(xué)測量裝置，其特征在于，連續(xù)進(jìn)行所述試樣的反射測量和透射測量。
6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的光學(xué)測量裝置，其特征在于，在所述反射測量中，進(jìn)行全反射率、散射反射率和反射霧度的測量，在所述透射測量中，進(jìn)行全透射率、散射透射率和透射霧度的測量。
7.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的光學(xué)測量裝置，其特征在于，在所述反射測量中，當(dāng)測量全反射率時(shí)，所述第一反射構(gòu)件位于中間位置，當(dāng)測量散射反射率時(shí)，所述第一反射構(gòu)件位于開放位置。
8.一種光學(xué)測量方法，是采用光學(xué)測量裝置的光學(xué)測量方法，所述光學(xué)測量裝置包括積分球，具有設(shè)置在朝向試樣位置上的第一開口部、設(shè)置在與所述第一開口部相對(duì)位置上的第二開口部、以及設(shè)置在與所述第一、第二開口部不同位置上的受光用開口部；反射測量光學(xué)系統(tǒng)，從所述第二開口部通過所述第一開口部對(duì)所述試樣照射反射測量用的光；透射測量光學(xué)系統(tǒng)，從與所述積分球相反一側(cè)朝向所述第一開口部對(duì)所述試樣照射透射測量用的光；以及反射構(gòu)件，能使所述第二開口部打開或關(guān)閉；所述光學(xué)測量方法的特征在于，在反射測量中，使所述反射構(gòu)件在開放位置和中間位置之間移動(dòng)，所述開放位置為使所述第二開口部開放的位置，所述中間位置為封閉所述第二開口部的一部分、且使來自所述反射測量光學(xué)系統(tǒng)的光照射所述試樣并使來自所述試樣的正反射光反射到積分球內(nèi)的位置，在透射測量中，使所述反射構(gòu)件在所述開放位置和封閉所述第二開口部整體的封閉位置之間移動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光學(xué)測量裝置和光學(xué)測量方法，不僅可以測量(計(jì)算)試樣的全反射光，還可以單獨(dú)測量(計(jì)算)散射反射光和反射霧度等反射特性，并利用該特征計(jì)算出試樣的膜厚。上述光學(xué)測量裝置包括第一反射光測量光學(xué)系統(tǒng)(3)，利用積分球(2)對(duì)全反射光進(jìn)行聚光；第二反射光測量光學(xué)系統(tǒng)(3)，利用所述積分球(2)對(duì)散射反射光進(jìn)行聚光；以及檢測光學(xué)系統(tǒng)(7)，對(duì)利用積分球(2)聚光后的光進(jìn)行檢測；基于通過第一反射光測量光學(xué)系統(tǒng)(3)和檢測光學(xué)系統(tǒng)(7)得到的全反射光、以及通過第二反射光測量光學(xué)系統(tǒng)(3)和檢測光學(xué)系統(tǒng)(7)得到的散射反射光，計(jì)算出反射霧度，并且根據(jù)全反射光計(jì)算出試樣的膜厚。
文檔編號(hào)G01B11/06GK102565005SQ201110391018
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者濱田基明 申請(qǐng)人:株式會(huì)社堀場制作所