膜厚測定装置および膜厚測定方法
【課題】簡便な光源を利用した場合であっても光の反射による外乱の影響を抑えて光透過性薄膜の厚さを確実に算出できるようにする。
【解決手段】光透過性薄膜１０２の表面にレンズが合焦した状態では基板１０１の表面をフォーカスアウトさせて基板１０１から反射される光が合焦判定の外乱として作用することを防止する一方、基板１０１の表面にレンズが合焦した状態では光透過性薄膜１０２の表面をフォーカスアウトさせて光透過性薄膜１０２から反射される光が合焦判定の外乱として作用することを防止し、基板体１００の平面上の同一箇所（ｘｉ，ｙｉ）で光透過性薄膜１０２を含めた基板体１００の厚さと光透過性薄膜１０２を除いた基板１０１のみの厚さの差分に基いて光透過性薄膜１０２の厚さを適切に算出する。
【解決手段】光透過性薄膜１０２の表面にレンズが合焦した状態では基板１０１の表面をフォーカスアウトさせて基板１０１から反射される光が合焦判定の外乱として作用することを防止する一方、基板１０１の表面にレンズが合焦した状態では光透過性薄膜１０２の表面をフォーカスアウトさせて光透過性薄膜１０２から反射される光が合焦判定の外乱として作用することを防止し、基板体１００の平面上の同一箇所（ｘｉ，ｙｉ）で光透過性薄膜１０２を含めた基板体１００の厚さと光透過性薄膜１０２を除いた基板１０１のみの厚さの差分に基いて光透過性薄膜１０２の厚さを適切に算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定装置および膜厚測定方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板の表面に薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える薄膜の厚さを測定することが可能な装置としては、特許文献１に開示される形状測定装置が既に公知である。
このものは、水平に載置された基板体に輝度パターンを投影し、撮像手段の合焦判定機能を利用して、基板体のうちレジスト等の薄膜で覆われた部分の基板体の厚さと基板が剥き出しになった部分の基板体の厚さとを基板体平面上の相異なる位置で測定し、両者間の厚さの差分を求めることによってレジスト等の薄膜の厚さを算出するように構成しているため、基板の反りや傾きの影響によってレジスト等の薄膜の厚さが正確に測定されない可能性があった。これは、輝度パターンの投影方向に沿って基板体の面上の同一位置で薄膜の厚みを測定することができないが故の欠点である。
また、このものは、輝度パターンを投影するための光源の強度を調整するための格別な機能を備えてはいないので、レジスト等の薄膜が仮に光透過性薄膜であったとしても、基板体平面上の同一位置において光透過性薄膜を含めた基板体の厚さと光透過性薄膜を除いた基板のみの厚さとを独立的に測定することは難しい。光透過性薄膜の表面に到達した光によって光透過性薄膜の表面に形成される輝度パターンと光透過性薄膜を透過して基板の表面に到達した光によって基板の表面に形成される輝度パターンとでは明暗やコントラストの具合が相違するため、合焦判定によって光透過性薄膜の表面や基板の表面を独立して適切に検出することが難しくなること、および、光透過性薄膜の表面からの光の反射を利用して光透過性薄膜を含めた基板体全体の厚さを測定する際には基板の表面で反射される光が外乱として作用し、また、基板の表面からの光の反射を利用して光透過性薄膜を除いた基板のみの厚さを測定する際には光透過性薄膜の表面で反射される光が外乱として作用することが其の原因である。
【０００３】
一方、対象物に投光する光の強度を調整可能とした類似装置としては、例えば、特許文献２に開示される３次元測定装置が公知である。
しかし、このものは、測定対象部位毎に相違する反射率の相違を考慮して光の発光強度を調整した上で、水平方向にズレた位置にある測定対象部位の形状を測定するものに過ぎず、基板体平面上の同一箇所で光透過性薄膜を含めた基板体の厚さと光透過性薄膜を除いた基板のみの厚さとを独立的に測定するといった技術思想とは特に関連がない。
【０００４】
基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定装置として特化したものとしては、例えば、特許文献３の膜厚測定装置が知られている。
このものは、基板体平面上の同一箇所で複数層の光透過性薄膜の厚みを独立的に測定することを目的としたもので、各層の光透過性薄膜の反射率に応じて投光手段や検出手段のゲインを調整する機能を備えている。しかし、厚みの測定対象となる光透過性薄膜を除いた他の光透過性薄膜からの光の反射といった外乱を固定式のピンホールによって除去する構成であるため、ゲイン調整によって投光手段の光源の強度を変えて光の特性に変化が生じたような場合、例えば、レンズに対する屈折率の変化によって受光時の光路の角度が変動したり焦点距離が変動したような場合にあっては、厚みの測定対象となる光透過性薄膜を除いた他の光透過性薄膜からの光の反射を必ずしも固定式のピンホールによって適切に除去できるといった保証はなく、測定対象以外からの光の反射がゲインによって増幅される可能性がある。
結果的に、収束したレーザ光を使用しない限りは、他の光透過性薄膜からの光の反射を固定式のピンホールで除去することは困難であり、レーザ光の使用が不可欠となって、装置の製造コストが嵩むといった不都合も生じる。
【０００５】
なお、クリアコート層の膜厚の測定に際してレンズを移動させて合焦させたりレンズの移動距離のデータを利用する点に関しては、例えば、特許文献４等により古くから知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２２６０７２号公報（段落０００６−０００７）
【特許文献２】特開２００９−２５８４３６号公報（段落００２３）
【特許文献３】特開２００２−３９７２０号公報（段落０２３）
【特許文献４】特開平６−３００５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、簡便な光源を利用した場合であっても光の反射による外乱の影響を抑えて基板体平面上の同一箇所で光透過性薄膜を含めた基板体の全体の厚さと光透過性薄膜を除いた基板のみの厚さとを的確に検出し、その差分に基いて光透過性薄膜の厚さを確実に算出することのできる膜厚測定装置および膜厚測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の膜厚測定装置は、基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える前記光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定装置であり、前記目的を達成するため、特に、
前記基板体の裏面を支えるようにして前記基板体を載置するための基板体載置テーブルと、
前記基板体載置テーブルの法線方向に沿って前記基板体に明暗部形成用の光を投光するための投光手段と、
前記光透過性薄膜の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有するレンズの光軸を前記投光手段における光の投光方向と同軸上に位置させ、前記投光手段から投光される光によって前記基板体上に形成される明暗部の像を前記レンズを介して撮像素子上に投影し前記撮像素子の光電変換によって前記明暗部の画像データを得る撮像手段と、
前記撮像手段から前記明暗部の画像データを取り込んで画像処理を施すことにより前記レンズが合焦しているか否かを判定する合焦判定手段と、
前記撮像手段におけるレンズの光軸方向に沿って前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離を変化させる離間距離調整手段と、
前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との離間距離を代表する距離情報の現在値を逐次更新して記憶する距離情報記憶手段と、
前記投光手段の発光強度を調整する発光強度調整手段と、
前記基板体載置テーブルに載置された基板体の光透過性薄膜の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の第１の設定離間距離と、前記基板体載置テーブルに載置された基板体の基板の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の第２の設定離間距離と、前記投光手段から投光される光によって前記光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められた前記投光手段の第１の発光強度と、前記投光手段から投光される光によって前記基板の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められ前記第１の発光強度よりも強い前記投光手段の第２の発光強度とを記憶するための設定データ記憶手段と、
前記設定データ記憶手段に記憶された前記第１，第２の設定離間距離と第１，第２の発光強度とに基いて、前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が前記第１の設定離間距離となるように前記離間距離調整手段を駆動し前記発光強度調整手段に前記第１の発光強度を設定した後、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となるまで前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が縮む方向に前記離間距離調整手段を微小速度で駆動しながら前記撮像手段と前記合焦判定手段を交互に作動させ、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となったときの距離情報記憶手段の値を第１の測定距離として記憶し、更に、前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が前記第２の設定離間距離となるように前記離間距離調整手段を駆動して前記撮像手段のレンズを前記光透過性薄膜の表面からアウトフォーカスさせて前記発光強度調整手段に前記第２の発光強度を設定してから、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となるまで前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が縮む方向に前記離間距離調整手段を微小速度で駆動しながら前記撮像手段と前記合焦判定手段を交互に作動させ、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となったときの距離情報記憶手段の値を第２の測定距離として記憶し、前記第１の測定距離と第２の測定距離の差分を求めて前記光透過性薄膜の厚さとして出力する主制御手段とを備えたことを特徴とする構成を有する。
【０００９】
また、本発明の膜厚測定方法は、基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える前記光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定方法であり、前記と同様の目的を達成するため、
前記基板体の光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が撮像手段の備えるレンズの合焦判定に適するように光の強度を調整して前記基板体の法線方向から光を投光することで前記基板体に明暗部を形成すると共に、前記光透過性薄膜の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有する前記レンズの光軸が前記光の投光方向と同軸上に位置し且つ前記基板体の光透過性薄膜の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように前記撮像手段の位置を調整した後、
前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を徐々に縮めながら前記撮像手段を繰り返し作動させて前記明暗部を撮像し、その都度に得られる明暗部の画像に基いて前記レンズが合焦しているか否かを判定し、前記レンズが合焦したときの前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を測定して第１の測定距離として記憶し、
更に、前記基板体の基板の表面に形成される明暗部の像が撮像手段の備えるレンズの合焦判定に適するように光の強度を強くし、前記基板体の基板の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように前記撮像手段の位置を調整し、前記撮像手段のレンズを前記光透過性薄膜の表面からアウトフォーカスさせてから、
前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を徐々に縮めながら前記撮像手段を繰り返し作動させて前記明暗部を撮像し、その都度に得られる明暗部の画像に基いて前記レンズが合焦しているか否かを判定し、前記レンズが合焦したときの前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を測定して第２の測定距離として記憶し、
前記第１の測定距離と第２の測定距離の差分を求めて前記光透過性薄膜の厚さとすることを特徴とする構成を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の膜厚測定装置および膜厚測定方法は、撮像手段の備えるレンズの合焦判定に適するように光の強度を調整して基板体における光透過性薄膜の表面や基板の表面に光を投光し、光透過性薄膜の表面でも基板の表面でも明暗やコントラストの具合が同等となるようにして明暗部の像を形成すると共に、光透過性薄膜の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有するレンズを光透過性薄膜の表面や基板の表面からレンズの合焦距離よりも僅かに離れた位置から徐々に基板体に接近させながら撮像手段を繰り返し作動させて基板体上の明暗部を撮像し、レンズが合焦したときの基板体とレンズとの間の離間距離を測定して第１，第２の測定距離として記憶した後、第１，第２の測定距離の差分を求めて光透過性薄膜の厚さとして出力するようにしているので、光透過性薄膜の表面にレンズが合焦した状態では基板の表面をフォーカスアウトさせて基板から反射される光が合焦判定の外乱として作用することを防止する一方、基板の表面にレンズが合焦した状態では光透過性薄膜の表面をフォーカスアウトさせて光透過性薄膜から反射される光が合焦判定の外乱として作用することを防止して、基板体平面上の同一箇所で光透過性薄膜を含めた基板体の厚さと光透過性薄膜を除いた基板のみの厚さの差分に基いて光透過性薄膜の厚さを適切に算出することができる。
また、光の屈折率や光路および焦点距離の変動による影響を著しく受ける固定式のピンホールを使用せずに合焦判定の外乱を除去できるので、撮像手段が備えるレンズの合焦判定に適するように光源の強度を変えることによって光の特性に変化が生じたような場合であっても、ハードウェアに手を加えることなく数値的な補正を行なうだけで光の特性変化に容易に対処し、基板体平面上の同一箇所で光透過性薄膜を含めた基板体の厚さと光透過性薄膜を除いた基板のみの厚さの差分から光透過性薄膜の厚さを適切に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用した一実施形態の膜厚測定装置の構成の概略について示した機能ブロック図である。
【図２】同実施形態の膜厚測定装置のハードウェア構成の概略について示した模式図である。
【図３】同実施形態の膜厚測定装置が備える制御装置の構成の概略について示したブロック図である。
【図４】同実施形態の膜厚測定装置における設定データ記憶手段として機能する不揮発性メモリのデータ記憶領域の一部を利用して構成された膜厚測定位置記憶テーブルの論理構成の一例を示した概念図である。
【図５】同実施形態の膜厚測定装置における制御プログラムの構成の概略を示したフローチャートである。
【図６】同実施形態の膜厚測定装置における制御プログラムの構成の概略を示したフローチャートの続きである。
【図７】同実施形態の膜厚測定装置における制御プログラムの構成の概略を示したフローチャートの続きである。
【図８】同実施形態の膜厚測定装置における制御プログラムの構成の概略を示したフローチャートの続きである。
【図９】同実施形態の膜厚測定装置におけるＣＣＤカメラのレンズが光透過性薄膜の表面に合焦したときの状態を示した作用原理図である。
【図１０】同実施形態の膜厚測定装置におけるＣＣＤカメラのレンズが基板や回路パターンの表面に合焦したときの状態を示した作用原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明を実施するための形態について一例を挙げ、図面を参照して具体的に説明する。
【００１３】
図１は本発明を適用した一実施形態の膜厚測定装置１の構成の概略について示した機能ブロック図、図２は同実施形態の膜厚測定装置１のハードウェア構成の概略について示した模式図、図３は同実施形態の膜厚測定装置１が備える制御装置９の構成の概略について示したブロック図である。
【００１４】
この実施形態の膜厚測定装置１は、基板１０１の表面にレジスト等の光透過性薄膜１０２を一体的に形成して得られた基板体１００が備える光透過性薄膜１０２の厚さ、より具体的には、基板１０１の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の各部の厚さや基板１０１上に形成された回路パターン１０３の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の各部の厚さを測定するための膜厚測定装置である。
【００１５】
膜厚測定装置１は、図１に示されるように、基板体１００の裏面を支えるようにして基板体１００を載置するための基板体載置テーブル２と、基板体載置テーブル２の法線方向に沿って基板体１００に明暗部形成用の光を投光するための投光手段Ａと、光透過性薄膜１０２の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有する図示しないレンズの光軸を投光手段Ａにおける光の投光方向と同軸上に位置させ、投光手段Ａから投光される光によって基板体１００上に形成される明暗部の像をレンズを介して図示しない撮像素子上に投影し、この撮像素子の光電変換によって明暗部の画像データを得る撮像手段Ｂと、撮像手段Ｂから明暗部の画像データを取り込んで画像処理を施すことにより撮像手段Ｂのレンズが合焦しているか否かを判定する合焦判定手段Ｃと、撮像手段Ｂにおけるレンズの光軸方向つまり基板体載置テーブル２の法線方向に沿って基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの間の離間距離を変化させる離間距離調整手段Ｄと、基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの離間距離を代表する距離情報の現在値を逐次更新して記憶する距離情報記憶手段Ｅと、投光手段Ａの発光強度を調整するための発光強度調整手段Ｆを備える。
【００１６】
投光手段Ａから投光される光それ自体は特開２００４−２２６０７２号公報等に開示されるような輝度パターン状のものであっても、あるいは、特開２００２−３９７２０号公報等に開示されるようなスポット光状のものであっても、撮像手段Ｂの撮像素子に収まる範囲の像に明暗部が形成されるものであればどのようなものであっても構わない。
【００１７】
また、膜厚測定装置１は、基板体載置テーブル２に載置された基板体１００の光透過性薄膜１０２の表面と撮像手段Ｂのレンズとの間の離間距離が撮像手段Ｂのレンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの間の第１の設定離間距離と、基板体載置テーブル２に載置された基板体１００の基板１０１の表面と撮像手段Ｂのレンズとの間の離間距離が撮像手段Ｂのレンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの間の第２の設定離間距離と、投光手段Ａから投光される光によって光透過性薄膜１０２の表面に形成される明暗部の像が合焦判定手段Ｃにおける合焦判定に最適化するように定められた投光手段Ａの第１の発光強度と、投光手段Ａから投光される光によって基板１０１の表面に形成される明暗部の像が合焦判定手段Ｃにおける合焦判定に最適化するように定められた投光手段Ａの第２の発光強度とを記憶するための設定データ記憶手段Ｇを備える。
【００１８】
投光手段Ａから投光される光が光透過性薄膜１０２を透過して基板１０１の表面に合焦判定手段Ｃの合焦判定に適した明暗部を形成するためには、光透過性薄膜１０２の表面に合焦判定手段Ｃの合焦判定に適した明暗部を形成する場合よりも大光量が必要であるので、第２の発光強度の設定値は第１の発光強度の設定値よりも必然的に大きな値となる。
【００１９】
投光手段Ａの発光強度の変化により投光される光の特性に変化が生じる場合もあるので、厳密には、第１の設定離間距離は、投光手段Ａを第１の発光強度で発光させたときに基板体載置テーブル２に載置された基板体１００の光透過性薄膜１０２の表面と撮像手段Ｂのレンズとの間の離間距離が撮像手段Ｂのレンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの間の離間距離、また、第２の設定離間距離は、投光手段Ａを第２の発光強度で発光させたときに基板体載置テーブル２に載置された基板体１００の基板１０１の表面と撮像手段Ｂのレンズとの間の離間距離が撮像手段Ｂのレンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの間の離間距離である。
【００２０】
膜厚測定装置１は、更に、設定データ記憶手段Ｇに記憶された第１，第２の設定離間距離と第１，第２の発光強度とに基いて、基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの間の離間距離が第１の設定離間距離となるように離間距離調整手段Ｄを駆動して発光強度調整手段Ｆに第１の発光強度を設定した後、合焦判定手段Ｃにおける判定結果が合焦となるまで基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの間の離間距離が縮む方向に離間距離調整手段Ｄを微小速度で駆動しながら撮像手段Ｂと合焦判定手段Ｃを交互に作動させ、合焦判定手段Ｃにおける判定結果が合焦となったときの距離情報記憶手段Ｅの値を第１の測定距離として記憶し、更に、基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの間の離間距離が第２の設定離間距離となるように離間距離調整手段Ｄを駆動して撮像手段Ｂのレンズを光透過性薄膜１０２の表面からアウトフォーカスさせて発光強度調整手段Ｆに第２の発光強度を設定してから、合焦判定手段Ｃにおける判定結果が合焦となるまで基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの間の離間距離が縮む方向に離間距離調整手段Ｄを微小速度で駆動しながら撮像手段Ｂと合焦判定手段Ｃを交互に作動させ、合焦判定手段Ｃにおける判定結果が合焦となったときの距離情報記憶手段Ｅの値を第２の測定距離として記憶し、これら第１の測定距離と第２の測定距離の差分を求めて光透過性薄膜１０２の厚さとして出力するための主制御手段Ｈを備える。
【００２１】
但し、投光手段Ａを第１の発光強度で発光させた場合と投光手段Ａを第２の発光強度で発光させた場合とで撮像手段Ｂのレンズの合焦距離に無視できない差異が生じる場合には、第１の測定距離と第２の測定距離の差分から、更に、投光手段Ａを第１の発光強度で発光させた場合の撮像手段Ｂのレンズの合焦距離と投光手段Ａを第２の発光強度で発光させた場合の撮像手段Ｂのレンズの合焦距離の差分を取り除く必要がある。
仮に、投光手段Ａを第１の発光強度で発光させた場合の撮像手段Ｂのレンズの合焦距離がｆ１で投光手段Ａを第２の発光強度で発光させた場合の撮像手段Ｂのレンズの合焦距離がｆ２であって、第１の測定距離がｚ１かつ第２の測定距離がｚ２であるとすれば、撮像手段Ｂのレンズの合焦距離ｆ１，ｆ２が同等であれば光透過性薄膜１０２の厚さＴは｜ｚ１−ｚ２｜であり、また、合焦距離ｆ１，ｆ２に無視できない差異があれば、光透過性薄膜１０２の厚さＴは｜ｚ１−ｚ２｜−（ｆ１−ｆ２）である。
【００２２】
この実施形態の膜厚測定装置１は、図２に示されるように、基板体載置テーブル２を上下方向に固定する一方、撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３を膜厚測定装置１のコラム４に取り付け、ＣＣＤカメラ３をＣＣＤカメラ３の図示しないレンズの光軸の方向つまり基板体載置テーブル２の法線方向に沿って基板体１００に対して接離移動可能としている。
【００２３】
基板体載置テーブル２は十字キーやボールナット＆スクリュー等からなる公知の送り機構を備え、テーブル駆動用のサーボモータＭｘ，Ｍｙを駆動することで水平面内つまり膜厚測定装置１のマシン座標系におけるＸ，Ｙ各軸の方向に移動する。
【００２４】
撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３の鏡胴５には投光手段Ａの主要部を構成する１つのランプ光源６とハーフミラー７、および、ランプ光源６の発光強度を調整するための発光強度調整手段Ｆが一体的に取り付けられ、ランプ光源６から照射される光が、鏡胴５内のハーフミラー７で９０°屈折されて基板体載置テーブル２の上に載置された基板体１００に投光されるようになっている。
【００２５】
撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３の図示しないレンズはハーフミラー７を介して基板体載置テーブル２上の基板体１００を撮像するので、ＣＣＤカメラ３の図示しないレンズの光軸と投光手段Ａにおける最終的な光の投光方向つまりハーフミラー７よりも下流側における光の投光方向とは完全に同一軸上に位置し、共に基板体載置テーブル２および基板体１００の面に対して垂直となる。
【００２６】
撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３と、投光手段Ａを構成するランプ光源６およびハーフミラー７と、発光強度調整手段Ｆとは可動ユニット８として一体化して構成されている。
【００２７】
そして、コラム４と可動ユニット８との間にはリニアガイドやボールナット＆スクリュー等を利用した公知の送り機構からなる離間距離調整手段Ｄが設けられ、離間距離調整手段Ｄの主要部を構成するサーボモータＭｚを駆動することにより、可動ユニット８がＣＣＤカメラ３の図示しないレンズの光軸方向つまり基板体載置テーブル２の法線方向に沿って図２の上下方向すなわち膜厚測定装置１のマシン座標系におけるＺ軸の方向に移動するようになっている。
【００２８】
撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３のレンズは大口径長焦点レンズであり、既に述べた通り、光透過性薄膜１０２の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有し、合焦位置の前後から著しくボケが増長する特性を有する。厳密に言えば、投光手段Ａを第１の発光強度で発光させた場合のＣＣＤカメラ３のレンズの合焦距離ｆ１と投光手段Ａを第２の発光強度で発光させた場合のＣＣＤカメラ３のレンズの合焦距離ｆ２との間に微妙な差異が生じる場合があり、これに応じてレンズの焦点深度も変化するが、ここでいう焦点深度とは投光手段Ａを第１の発光強度で発光させた場合の焦点深度である。
【００２９】
膜厚測定装置１を駆動制御する制御装置９は、図３に示されるように、撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３や発光強度調整手段Ｆとして機能するランプ駆動回路１０およびサーボモータＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚ等を駆動制御するためのマイクロプロセッサ１１と、マイクロプロセッサ１１の制御プログラム等を格納したＲＯＭ１２と、各種のパラメータや設定値等を格納するための不揮発性メモリ１３と、演算データの一時記憶等に利用されるＲＡＭ１４と、図示しないセルコントローラや基板体搬送用のハンドリングロボット等に接続して相互に情報を伝達するためのインターフェイス１５を備える。
【００３０】
マイクロプロセッサ１１の入出力回路１６には、前述した第１，第２の設定離間距離や第１，第２の発光強度の設定値の入力操作、更には、基板体載置テーブル２に載置された基板体１００における光透過性薄膜１０２の厚さ測定位置（ｘｉ，ｙｉ）を教示するための教示操作盤１７が接続されている。
【００３１】
モニタ１８は入力データの確認やエラー表示等に利用されるマシン・マン・インターフェイスとして機能する。
【００３２】
撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３は、入出力回路１６を介して主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１に接続され、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１からの撮像指令を受けて、基板体１００上に形成される明暗部の像をＣＣＤカメラ３のレンズを介してＣＣＤカメラ３の撮像素子上に投影し、この撮像素子の光電変換によって明暗部の画像データを得る。
【００３３】
発光強度調整手段Ｆとして機能するランプ駆動回路１０は、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１からの指令を受けて投光手段Ａの主要部を構成するランプ光源６の発光強度を第１の発光強度または第２の発光強度の何れか一方に選択的に調整する。
【００３４】
テーブル送り用のサーボモータＭｘ，Ｍｙは、各々のモータ駆動回路１９，２０と入出力回路１６を介してマイクロプロセッサ１１によって駆動制御され、基板体１００を載置した基板体載置テーブル２を水平面内で移動させて光透過性薄膜１０２の厚さを測定する対象となる基板体１００上の位置（ｘ，ｙ）を可動ユニット８の下方、より厳密には、ＣＣＤカメラ３のレンズの光軸の直下に位置決めする。
【００３５】
サーボモータＭｘ，Ｍｙの回転は各々のパルスコーダＰｘ，Ｐｙによって検出される。マイクロプロセッサ１１は、パルスコーダＰｘ，Ｐｙからの帰還パルスを計数し、その内部処理によって膜厚測定装置１のマシン座標系（Ｘ，Ｙ）上における基板体載置テーブル２のアブソリュートな現在位置を逐次求め、その値を不揮発性メモリ１３内に設けられた各軸の現在位置記憶レジスタＲｘ，Ｒｙに逐次更記憶させる。現在位置記憶レジスタに関しては工作機械等の分野で既に公知である。
【００３６】
離間距離調整手段Ｄの主要部を構成するサーボモータＭｚは、モータ駆動回路２１と入出力回路１６を介して主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１によって駆動制御され、ＣＣＤカメラ３を備えた可動ユニット８を上下方向つまりＺ軸方向の指令位置に移動させて基板体載置テーブル２とＣＣＤカメラ３との間の離間距離を調整する。
【００３７】
サーボモータＭｚの回転はパルスコーダＰｚによって検出される。マイクロプロセッサ１１は、パルスコーダＰｚからの帰還パルスを計数し、その内部処理によって膜厚測定装置１のマシン座標系Ｚ上における可動ユニット８のアブソリュートな現在位置を逐次求め、その値を不揮発性メモリ１３内に設けられた現在位置記憶レジスタＲｚに、基板体載置テーブル２とＣＣＤカメラ３との離間距離を代表する距離情報として逐次更記憶させる。
【００３８】
従って、この実施形態にあっては、ＣＣＤカメラ３を搭載した可動ユニット８のアブソリュートな現在位置を更新記憶する現在位置記憶レジスタＲｚが距離情報記憶手段Ｅとして機能することになる。
【００３９】
制御装置９のマイクロプロセッサ１１は膜厚測定装置１における合焦判定手段Ｃとしても機能する。
【００４０】
図４は設定データ記憶手段Ｇとして機能する不揮発性メモリ１３のデータ記憶領域の一部を利用して構築された測定条件記憶テーブルの論理構成の一例を示した概念図である。
【００４１】
測定条件記憶テーブル２２には、基板体載置テーブル２に載置された基板体１００における光透過性薄膜１０２の測定位置（ｘｉ，ｙｉ）に対応させて、第１，第２の設定離間距離に相当するマシン座標系Ｚ上における可動ユニット８のアブソリュート位置Ｚ１＋ｉ，Ｚ２＋ｉと、各位置（ｘｉ，ｙｉ）における光透過性薄膜１０２の設計上の厚さＴｉと、各位置（ｘｉ，ｙｉ）毎の第１，第２の発光強度Ｌ１ｉ，Ｌ２ｉと、投光手段Ａを第１の発光強度で発光させた場合と投光手段Ａを第２の発光強度で発光させた場合とのＣＣＤカメラ３のレンズの合焦距離の差分ΔＬｉつまり前述したｆ１−ｆ２の値が記憶される。
【００４２】
図２に示される基板体１００の例では基板１０１や光透過性薄膜１０２自体には段差部がなく回路パターン１０３の厚みも一様であるので、基板１０１の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位間においては、第１の設定離間距離に対応する可動ユニット８のアブソリュート位置と第２の設定離間距離に対応する可動ユニット８のアブソリュート位置および第１の発光強度と第２の発光強度の値および光透過性薄膜１０２の設計上の厚さと合焦距離の差分はともに共通の値となる。
【００４３】
同様に、基板１０１上に形成された回路パターン１０３の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位間においても、第１の設定離間距離に対応する可動ユニット８のアブソリュート位置と第２の設定離間距離に対応する可動ユニット８のアブソリュート位置および第１の発光強度と第２の発光強度の値および光透過性薄膜１０２の設計上の厚さと合焦距離の差分は共に共通の値である。
【００４４】
但し、基板１０１と回路パターン１０３との間には上下方向の段差があるため、基板１０１の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位において第２の設定離間距離に対応する可動ユニット８のアブソリュート位置と基板１０１上に形成された回路パターン１０３の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位において第２の設定離間距離に対応する可動ユニット８のアブソリュート位置とでは相互に値が異なり、同様の理由により、基板１０１の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位における第２の発光強度と基板１０１上に形成された回路パターン１０３の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位における第２の発光強度、および、基板１０１の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位における光透過性薄膜１０２の設計上の厚さと基板１０１上に形成された回路パターン１０３の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位における光透過性薄膜１０２の設計上の厚さ、ならびに、基板１０１の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位における合焦距離の差分と基板１０１上に形成された回路パターン１０３の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位における合焦距離の差分とでは相互に値が異なる。
【００４５】
つまり、基板１０１上に形成された回路パターン１０３の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さに比べて基板１０１の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さの方が厚いので、基板１０１上に形成された回路パターン１０３の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位において第２の設定離間距離に対応する可動ユニット８のアブソリュート位置は、基板１０１上の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位において第２の設定離間距離に対応する可動ユニット８のアブソリュート位置に比べて相対的に高い位置となり、また、基板１０１上に形成された回路パターン１０３の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位における第２の発光強度は基板１０１の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位での第２の発光強度に比べて低い値となるということである。
【００４６】
光透過性薄膜１０２の厚さを測定すべき各測定位置（ｘｉ，ｙｉ）毎の可動ユニット８のアブソリュート位置Ｚ１＋ｉ，Ｚ２＋ｉと、各測定位置における光透過性薄膜１０２の設計上の厚さＴｉと、第１，第２の発光強度Ｌ１ｉ，Ｌ２ｉと、合焦距離の差分ΔＬｉの値は、予め教示操作盤１７等を利用して入力し、マイクロプロセッサ１１の処理で測定条件記憶テーブル２２に記憶させておく。
【００４７】
図５〜図８はＲＯＭ１２に記憶されたマイクロプロセッサ１１の制御プログラムの構成の概略を示したフローチャートである。
【００４８】
次に、図５〜図８のフローチャートを参照して、合焦判定手段Ｃ，離間距離調整手段Ｄの一部，発光強度調整手段Ｆの一部および主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１の具体的な処理動作と本実施形態における膜厚測定方法について詳細に説明する。
【００４９】
基板体搬送用のハンドリングロボットを使用して基板体載置テーブル２上の定位置に基板体１００を載置する点や図示しないセルコントローラからの指令によってハンドリングロボットと膜厚測定装置１を協調動作させる点に関しては既に公知であるので、ここでは、一例として、基板体載置テーブル２上の定位置に基板体１００が載置されてから基板体１００上のｎ箇所の位置でレジスト等の光透過性薄膜１０２の膜厚を測定する場合の処理動作について説明する。
【００５０】
まず、ハンドリングロボットが基板体載置テーブル２上の定位置に基板体１００を載置し、ハンドリングロボットの動作完了信号を確認したセルコントローラが制御装置９に測定指令を送信すると、制御装置９のマイクロプロセッサ１１が測定指令の入力を検知する（ステップＳ１）。
【００５１】
次いで、制御装置９のマイクロプロセッサ１１は、ＲＡＭ１４の記憶領域の一部を利用して構成される測定位置検索指標ｉの値を一旦０に初期化し（ステップＳ２）、この指標ｉの値を改めて１インクリメントする（ステップＳ３）。
【００５２】
次いで、マイクロプロセッサ１１は、設定データ記憶手段Ｇとして機能する不揮発性メモリ１３の測定条件記憶テーブル２２（図４参照）から測定位置検索指標ｉの現在値に対応する測定位置（ｘｉ，ｙｉ）と、第１，第２の設定離間距離に相当するマシン座標系Ｚ上における可動ユニット８のアブソリュート位置Ｚ１＋ｉ，Ｚ２＋ｉと、光透過性薄膜１０２の設計上の厚さＴｉと、第１，第２の発光強度Ｌ１ｉ，Ｌ２ｉと、ＣＣＤカメラ３のレンズの合焦距離の差分ΔＬｉとを読み込んでＲＡＭ１４に一時記憶し（ステップＳ４）、不揮発性メモリ１３内の現在位置記憶レジスタＲｘ，Ｒｙに記憶されている基板体載置テーブル２の現在位置（ｘ，ｙ）と測定位置（ｘｉ，ｙｉ）の位置データとに基いてポイントｔｏポイントのインクリメンタル移動量を求め、テーブル送り用の各軸のサーボモータＭｘ，Ｍｙをパルス分配処理により直線補間で駆動し、基板体載置テーブル２を水平方向に移動させて基板体１００上の測定位置（ｘｉ，ｙｉ）を可動ユニット８の下方つまり撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３のレンズの光軸の直下に位置決めする（ステップＳ５）。
【００５３】
次いで、主制御手段Ｈおよび離間距離調整手段Ｄの一部として機能するマイクロプロセッサ１１が、不揮発性メモリ１３内の現在位置記憶レジスタＲｚに記憶されている可動ユニット８の現在位置ｚと第１の設定離間距離に相当するマシン座標系Ｚ上における可動ユニット８のアブソリュート位置Ｚ１＋ｉの位置データとに基いてポイントｔｏポイントのインクリメンタル移動量を求め、離間距離調整手段Ｄの主要部を構成するサーボモータＭｚをパルス分配処理によって駆動し、可動ユニット８すなわちＣＣＤカメラ３を、基板体載置テーブル２の上方に位置する現在の退避位置から垂直方向に下降させてアブソリュート位置Ｚ１＋ｉに位置決めし、基板体載置テーブル２に載置された基板体１００の光透過性薄膜１０２の表面と撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３のレンズとの間に、ＣＣＤカメラ３のレンズの合焦距離よりも僅かに長い第１の設定離間距離を形成させる（ステップＳ６）。
【００５４】
ここでいう「ＣＣＤカメラ３のレンズの合焦距離よりも僅かに長い第１の設定離間距離」の意味合いは、基板体１００の厚みが設計上の許容誤差の最大値となった場合であっても、ＣＣＤカメラ３のレンズの焦点を基板体１００における光透過性薄膜１０２の表面よりも上方に位置させることが可能な離間距離、つまり、ＣＣＤカメラ３を備えた可動ユニット８を単純に下降させることによってＣＣＤカメラ３のレンズを光透過性薄膜１０２の表面に合焦させることが可能な離間距離である。
【００５５】
次いで、主制御手段Ｈおよび発光強度調整手段Ｆの一部として機能するマイクロプロセッサ１１が、発光強度調整手段Ｆの主要部として機能するランプ駆動回路１０に駆動指令を出力し、投光手段Ａのランプ光源６を第１の発光強度Ｌ１ｉつまり投光手段Ａから投光される光によって光透過性薄膜１０２の表面に形成される明暗部の像が合焦判定手段Ｃにおける合焦判定に最適化するように定められた発光強度で発光させ、ハーフミラー７を介して基板体１００の法線方向から光を投光することにより、光透過性薄膜１０２の表面に輝度パターンもしくはスポット光と其の周辺の暗部からなる明暗部を形成させる（ステップＳ７）。
【００５６】
但し、基板体１００の法線方向から投光された光の一部は光透過性薄膜１０２を透過して基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面にも到達するので、基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面にも光透過性薄膜１０２の表面の其れと類似した明暗部が形成されることになる。この際、基板１０１の表面に明暗部が形成されるか回路パターン１０３の表面に明暗部が形成されるかは、この時点での測定位置（ｘｉ，ｙｉ）が基板１０１上にあるのか回路パターン１０３上にあるのかによる。
【００５７】
次いで、マイクロプロセッサ１１が、アブソリュート位置Ｚ１＋ｉからの可動ユニット８の下降距離を積算記憶する下降距離記憶レジスタＺｓの値を０に初期化し（ステップＳ８）、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１が、撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３に撮像指令を出力し、撮像指令を受けたＣＣＤカメラ３が、基板体１００上に形成される明暗部の像をＣＣＤカメラ３のレンズを介してＣＣＤカメラ３の撮像素子上に投影し、この撮像素子の光電変換によって基板体１００上の明暗部の画像データを得る（ステップＳ９）。
【００５８】
そして、合焦判定手段Ｃとして機能するマイクロプロセッサ１１が、ＣＣＤカメラ３から明暗部の画像データを取り込み（ステップＳ１０）、公知の画像処理を施すことによってＣＣＤカメラ３のレンズの合焦状態を調べる（ステップＳ１１）。
【００５９】
ＣＣＤカメラ３のレンズの合焦状態の確認には、例えば、画素の信号レベルの差である微分値を取って其の絶対値の合計を求めるコントラスト検出方式やピーク値検出方式等の公知の方法が適用できる。
【００６０】
この際、画像処理の対象となる明暗部の画像データは光透過性薄膜１０２の表面に形成された明暗部の像と基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面に形成された明暗部の像とを重ね合わせたものとなっている。
【００６１】
しかし、ＣＣＤカメラ３のレンズが光透過性薄膜１０２の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有しており、基板体載置テーブル２に載置された基板体１００の光透過性薄膜１０２の表面とＣＣＤカメラ３のレンズとの間にＣＣＤカメラ３のレンズの合焦距離よりも僅かに長い第１の設定離間距離が形成されているため、ＣＣＤカメラ３のレンズが基板１０１の表面や回路パターン１０３の表面に合焦することはない。
【００６２】
従って、基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面に形成された明暗部の像はＣＣＤカメラ３のレンズから完全にアウトフォーカスしてボケが大きな状態となり、特に、合焦判定のためにコントラスト検出方式を適用した場合においては、基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面に形成された明暗部における画素の信号レベルの差である微分値が小さくなるため、基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面に形成された明暗部の像が合焦判定に与える悪影響を効果的に抑制することができ、投光手段Ａから投光される光によって光透過性薄膜１０２の表面に形成される明暗部の像が合焦判定手段Ｃにおける合焦判定に最適化するように定められた第１の発光強度Ｌ１ｉでランプ光源６を発光させていることと相俟って、ＣＣＤカメラ３のレンズが光透過性薄膜１０２の表面に合焦しているか否かを的確に調べることができる。
【００６３】
次いで、合焦判定手段Ｃとして機能するマイクロプロセッサ１１は、ステップＳ１１の処理で求めた微分値やピーク値等を従来と同様にして合焦判定のための閾値と比較し、この時点でＣＣＤカメラ３のレンズが光透過性薄膜１０２の表面に合焦しているか否かを判定する（ステップＳ１２）。
【００６４】
ＣＣＤカメラ３のレンズが光透過性薄膜１０２の表面に合焦しておらず、ステップＳ１２の判定結果が偽となった場合には、マイクロプロセッサ１１は、下降距離記憶レジスタＺｓの値が下降許容値ε１の範囲内にあるか否か、つまり、可動ユニット８を更に下降させても鏡胴５の先端が基板体１００に接触する等の問題が発生しないかどうかを判定する（ステップＳ１３）。
【００６５】
ここで、下降距離記憶レジスタＺｓの値が下降許容値ε１の範囲内にあり、可動ユニット８の更なる下降が可能であれば、主制御手段Ｈおよび離間距離調整手段Ｄの一部として機能するマイクロプロセッサ１１が、離間距離調整手段Ｄの主要部を構成するサーボモータＭｚをパルス分配処理で駆動して微小量Δｚだけ下降させ、可動ユニット８すなわちＣＣＤカメラ３を基板体載置テーブル２上の基板体１００に僅かに接近させて（ステップＳ１４）、下降距離記憶レジスタＺｓの値をΔｚだけインクリメントする（ステップＳ１５）。
【００６６】
Δｚは光透過性薄膜１０２の厚さやＣＣＤカメラ３のレンズの焦点深度に比べて遥かに小さな値であり、最終的には、必要とされる測定精度やサーボモータＭｚ，パルスコーダＰｚの分解能を考慮して決定される値である。
【００６７】
以下、ステップＳ１２の判定処理でＣＣＤカメラ３のレンズが光透過性薄膜１０２の表面に合焦したことが確認されるか、あるいは、ステップＳ１３の判定処理で可動ユニット８の下降に支障が生じたことが確認されるまでの間、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１は、前記と同様にして、ＣＣＤカメラ３に撮像指令を出力する処理と、ＣＣＤカメラ３によって得られた明暗部の画像データを取り込む処理と、ＣＣＤカメラ３のレンズの合焦状態を判定する処理と、可動ユニット８すなわちＣＣＤカメラ３を微小量Δｚの刻みで下降させて基板体１００に接近させる処理と、下降距離記憶レジスタＺｓの値をインクリメントする処理とを繰り返し実行する（ステップＳ９〜ステップＳ１５）。
【００６８】
そして、ステップＳ９〜ステップＳ１５の処理を繰り返し実行する間にステップＳ１２の判定結果が真となり、ＣＣＤカメラ３のレンズが光透過性薄膜１０２の表面に合焦したことが確認されると、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１は、距離情報記憶手段Ｅとして機能する不揮発性メモリ１３内の現在位置記憶レジスタＲｚから基板体載置テーブル２とＣＣＤカメラ３との離間距離を代表する距離情報の値つまり膜厚測定装置１のマシン座標系Ｚ上における可動ユニット８のアブソリュートな現在位置ｚの値を読み込み（ステップＳ１７）、この値を第１の測定距離として第１測定距離記憶レジスタＺ１に記憶する（ステップＳ１８／図９参照）。
【００６９】
次いで、主制御手段Ｈおよび離間距離調整手段Ｄの一部として機能するマイクロプロセッサ１１は、可動ユニット８の現在位置ｚと第２の設定離間距離に相当するマシン座標系Ｚ上における可動ユニット８のアブソリュート位置Ｚ２＋ｉの位置データとに基いてポイントｔｏポイントのインクリメンタル移動量を求め、離間距離調整手段Ｄの主要部を構成するサーボモータＭｚをパルス分配処理によって駆動し、可動ユニット８すなわちＣＣＤカメラ３を、光透過性薄膜１０２の表面とＣＣＤカメラ３のレンズとの間の距離がＣＣＤカメラ３のレンズの合焦距離と一致している現在の位置から更に垂直方向に下降させ、ＣＣＤカメラ３のレンズを光透過性薄膜１０２の表面からアウトフォーカスさせた後、マシン座標系上のアブソリュート位置Ｚ２＋ｉに位置決めし、基板体載置テーブル２に載置された基板体１００の基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面と撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３のレンズとの間に、ＣＣＤカメラ３レンズの合焦距離よりも僅かに長い第２の設定離間距離を形成させる（ステップＳ１９）。
【００７０】
この際、測定対象が基板１０１の表面となるか回路パターン１０３の表面となるかは、この時点で読み出されている測定位置（ｘｉ，ｙｉ）の値による。
【００７１】
また、ここでいう「ＣＣＤカメラ３のレンズの合焦距離よりも僅かに長い第２の設定離間距離」の意味合いは、測定対象が基板１０１の表面となる場合にあっては基板１０１の厚みが設計上の許容誤差の最大値となった場合であっても、ＣＣＤカメラ３のレンズの焦点を基板１０１の表面よりも上方に位置させることが可能な離間距離であり、測定対象が回路パターン１０３の表面となる場合にあっては基板１０１の厚みと回路パターン１０３の厚みの和が設計上の許容誤差の最大値となった場合であっても、ＣＣＤカメラ３のレンズの焦点を回路パターン１０３の表面よりも上方に位置させることが可能な離間距離である。つまり、何れの場合にあっても、ＣＣＤカメラ３を備えた可動ユニット８を単純に下降させることによってＣＣＤカメラ３のレンズを測定対象の表面に合焦させることが可能な離間距離である。
【００７２】
なお、測定対象が基板１０１の表面となるか回路パターン１０３の表面となるかは測定条件記憶テーブル２２（図４参照）の位置データ（ｘｉ，ｙｉ）とＺ２＋ｉの組み合わせによって予め教示されているので、マイクロプロセッサ１１自体が測定対象の種別を判定する必要はない。
【００７３】
次いで、主制御手段Ｈおよび発光強度調整手段Ｆの一部として機能するマイクロプロセッサ１１が、発光強度調整手段Ｆの主要部として機能するランプ駆動回路１０に駆動指令を出力し、投光手段Ａのランプ光源６を第２の発光強度Ｌ２ｉつまり投光手段Ａから投光される光によって基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面に形成される明暗部の像が合焦判定手段Ｃにおける合焦判定に最適化するように定められた発光強度で発光させ、ハーフミラー７を介して基板体１００の法線方向から光を投光することにより、基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面に輝度パターンもしくはスポット光と其の周辺の暗部からなる明暗部を形成させる（ステップＳ２０）。
【００７４】
基板体１００の法線方向から投光された光の多くは光透過性薄膜１０２の表面で反射されることになるが、発光強度Ｌ１ｉよりも強い発光強度Ｌ２ｉでランプ光源６を発光させているので、光透過性薄膜１０２を透過した光だけでも、合焦判定に十分なコントラストを有する明暗部を基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面に形成させることができる。
【００７５】
この際、基板体１００の法線方向から投光された光の多くは光透過性薄膜１０２の表面で反射されるので、光透過性薄膜１０２の表面にも、基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面の其れに類似した明暗部が形成されることになる。
【００７６】
次いで、マイクロプロセッサ１１が、アブソリュート位置Ｚ２＋ｉからの可動ユニット８の下降距離を積算記憶する下降距離記憶レジスタＺｓの値を０に初期化し（ステップＳ２１）、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１が、撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３に撮像指令を出力し、撮像指令を受けたＣＣＤカメラ３が、基板体１００上に形成される明暗部の像をＣＣＤカメラ３のレンズを介してＣＣＤカメラ３の撮像素子上に投影し、この撮像素子の光電変換によって基板体１００上の明暗部の画像データを得る（ステップＳ２２）。
【００７７】
そして、合焦判定手段Ｃとして機能するマイクロプロセッサ１１が、ＣＣＤカメラ３から明暗部の画像データを取り込み（ステップＳ２３）、公知の画像処理を施すことによってＣＣＤカメラ３のレンズの合焦状態を調べる（ステップＳ２４）。
【００７８】
この際、画像処理の対象となる明暗部の画像データは基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面に形成された明暗部の像と光透過性薄膜１０２の表面に形成された明暗部の像とを重ね合わせたものとなっている。
【００７９】
しかし、ＣＣＤカメラ３のレンズが光透過性薄膜１０２の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有しているためＣＣＤカメラ３のレンズが光透過性薄膜１０２の表面に合焦することはない。
【００８０】
従って、光透過性薄膜１０２の表面に形成された明暗部の像はＣＣＤカメラ３のレンズから完全にアウトフォーカスしてボケが大きな状態となり、特に、合焦判定のためにコントラスト検出方式を適用した場合においては、光透過性薄膜１０２の表面に形成された明暗部における画素の信号レベルの差である微分値が小さくなるため、光透過性薄膜１０２の表面に形成された明暗部の像が合焦判定に与える悪影響を効果的に抑制することができ、投光手段Ａから投光される光によって基板１０１の表面や回路パターン１０３の表面に形成される明暗部の像が合焦判定手段Ｃにおける合焦判定に最適化するように定められた第２の発光強度Ｌ２ｉでランプ光源６を発光させていることと相俟って、ＣＣＤカメラ３のレンズが基板１０１の表面や回路パターン１０３の表面に合焦しているか否かを的確に調べることができる。
【００８１】
次いで、合焦判定手段Ｃとして機能するマイクロプロセッサ１１は、ステップＳ２４の処理で求めた微分値やピーク値等を従来と同様にして合焦判定のための閾値と比較し、この時点でＣＣＤカメラ３のレンズが基板１０１の表面や回路パターン１０３の表面に合焦しているか否かを判定する（ステップＳ２５）。
【００８２】
ＣＣＤカメラ３のレンズが基板１０１の表面や回路パターン１０３の表面に合焦しておらず、ステップＳ２５の判定結果が偽となった場合には、マイクロプロセッサ１１は、下降距離記憶レジスタＺｓの値が下降許容値ε２の範囲内にあるか否か、つまり、可動ユニット８を更に下降させても鏡胴５の先端が基板体１００に接触する等の問題が発生しないかどうかを判定する（ステップＳ２６）。
【００８３】
ここで、下降距離記憶レジスタＺｓの値が下降許容値ε２の範囲内にあり、可動ユニット８の更なる下降が可能であれば、主制御手段Ｈおよび離間距離調整手段Ｄの一部として機能するマイクロプロセッサ１１が、離間距離調整手段Ｄの主要部を構成するサーボモータＭｚをパルス分配処理で駆動して微小量Δｚだけ下降させ、可動ユニット８すなわちＣＣＤカメラ３を基板体載置テーブル２上の基板体１００に僅かに接近させて（ステップＳ２７）、下降距離記憶レジスタＺｓの値をΔｚだけインクリメントする（ステップＳ２８）。
【００８４】
以下、ステップＳ２５の判定処理でＣＣＤカメラ３のレンズが基板１０１の表面や回路パターン１０３の表面に合焦したことが確認されるか、あるいは、ステップＳ２６の判定処理で可動ユニット８の下降に支障が生じたことが確認されるまでの間、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１は、前記と同様にして、ＣＣＤカメラ３に撮像指令を出力する処理と、ＣＣＤカメラ３によって得られた明暗部の画像データを取り込む処理と、ＣＣＤカメラ３のレンズの合焦状態を判定する処理と、可動ユニット８すなわちＣＣＤカメラ３を微小量Δｚの刻みで下降させて基板体１００に接近させる処理と、下降距離記憶レジスタＺｓの値をインクリメントする処理とを繰り返し実行する（ステップＳ２２〜ステップＳ２８）。
【００８５】
そして、ステップＳ２２〜ステップＳ２８の処理を繰り返し実行する間にステップＳ２５の判定結果が真となり、ＣＣＤカメラ３のレンズが基板１０１の表面や回路パターン１０３の表面に合焦したことが確認されると、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１は、距離情報記憶手段Ｅとして機能する不揮発性メモリ１３内の現在位置記憶レジスタＲｚから基板体載置テーブル２とＣＣＤカメラ３との離間距離を代表する距離情報の値つまり膜厚測定装置１のマシン座標系Ｚ上における可動ユニット８のアブソリュートな現在位置ｚの値を読み込み（ステップＳ３０）、この値を第２の測定距離として第２測定距離記憶レジスタＺ２に記憶する（ステップＳ３１／図１０参照）。
【００８６】
次いで、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１は、第１測定距離記憶レジスタＺ１に記憶された第１の測定距離ｚ１の値と第２測定距離記憶レジスタＺ２に記憶された第２の測定距離ｚ２の値に基いて第１の測定距離と第２の測定距離との差分｜ｚ１−ｚ２｜を求める（図１０参照）。
既に述べた通り、ｚ１もｚ２も基板体載置テーブル２とＣＣＤカメラ３との離間距離を代表する同じ座標系つまりマシン座標系Ｚ上の位置情報であるから、｜ｚ１−ｚ２｜の演算を実行することによって容易に光透過性薄膜１０２の厚さを求めることができる。
そして、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１は、この値から、更に、現在の測定位置（ｘｉ，ｙｉ）に対応した合焦距離の差分ΔＬｉ、つまり、ランプ光源６の発光強度Ｌ１ｉとＬ２ｉの相違で生じる合焦距離の変動量ｆ１−ｆ２の値を減算することで光透過性薄膜１０２の真の厚さを求め、この値を当該測定位置（ｘｉ，ｙｉ）における光透過性薄膜１０２の厚さＴｓとしてＲＡＭ１４に一時記憶する（以上、ステップＳ３２）。
【００８７】
次いで、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１は、ステップＳ３２の処理で求めた光透過性薄膜１０２の真の厚さＴｓと当該測定位置（ｘｉ，ｙｉ）に対応する光透過性薄膜１０２の設計上の厚さＴｉとを比較し、両者間の誤差が許容値ε３の範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ３３）。
【００８８】
ここで、両者間の誤差が許容値ε３の範囲内にあってステップＳ３３の判定結果が真となった場合には、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１は当該測定位置（ｘｉ，ｙｉ）における光透過性薄膜１０２の厚さに異常がないものと見做なす。
【００８９】
この場合、主制御手段Ｈおよび離間距離調整手段Ｄの一部として機能するマイクロプロセッサ１１は、不揮発性メモリ１３内の現在位置記憶レジスタＲｚに記憶されている可動ユニット８の現在位置ｚと可動ユニット８の退避位置のデータ（設定値）とに基いてポイントｔｏポイントのインクリメンタル移動量を求め、離間距離調整手段Ｄの主要部を構成するサーボモータＭｚをパルス分配処理によって駆動して、基板体載置テーブル２の上方に位置する退避位置まで可動ユニット８を上昇させ、基板体１００を載置した状態の基板体載置テーブル２の水平方向の移動を許容する（ステップＳ３４）。
【００９０】
次いで、マイクロプロセッサ１１は、測定位置検索指標ｉの現在値が測定条件記憶テーブル２２に記憶された測定位置の総数ｎに達しているか否かを判定する（ステップＳ３５）。
【００９１】
測定位置検索指標ｉの現在値が測定位置の総数ｎに達していなければ、マイクロプロセッサ１１は、測定位置検索指標ｉの値を改めて１インクリメントし（ステップＳ３）、更新された測定位置検索指標ｉの現在値に基いて新たに選択された基板体１００上の測定位置（ｘｉ，ｙｉ）をＣＣＤカメラ３のレンズの光軸の直下に位置決めする処理（ステップＳ４〜ステップＳ５）と、この測定位置（ｘｉ，ｙｉ）において第１，第２の測定距離ｚ１，ｚ２を求める処理（ステップＳ６〜ステップＳ３１）と、第１，第２の測定距離ｚ１，ｚ２および当該測定位置（ｘｉ，ｙｉ）に対応して測定条件記憶テーブル２２に記憶された合焦距離の差分ΔＬｉに基いて当該測定位置（ｘｉ，ｙｉ）における光透過性薄膜１０２の真の厚さＴｓを求める処理（ステップＳ３２）と、当該測定位置（ｘｉ，ｙｉ）における光透過性薄膜１０２の真の厚さＴｓと当該測定位置（ｘｉ，ｙｉ）に対応する設計上の光透過性薄膜１０２の厚さＴｉとを比較して当該測定位置（ｘｉ，ｙｉ）における光透過性薄膜１０２の厚さ異常の有無を判定する処理（ステップＳ３３）と、測定ユニット８を退避位置に戻して次の測定位置への基板体載置テーブル２の移動に備えるための処理（ステップＳ３４）とを繰り返し実行する。
【００９２】
そして、最終的に、ステップＳ３５の判定処理によって測定位置検索指標ｉの現在値が測定位置の総数ｎに達したことが確認されると、マイクロプロセッサ１１は、１枚の基板体１００に対するｎ回の測定処理の全てを終了し、図示しないセルコントローラに測定終了信号を送信し（ステップＳ３６）、初期の待機状態に復帰してセルコントローラから新たな測定指令が入力されるのを待機する（ステップＳ１）。
制御装置９から送信された測定終了信号を受信したセルコントローラは図示しないハンドリングロボットを作動させて膜厚測定装置１の基板体載置テーブル２から検査済みの基板体１００を取り外し、検査対象となる新たな基板体１００を膜厚測定装置１の基板体載置テーブル２に載置する。
そして、基板体１００を基板体載置テーブル２に載置したハンドリングロボットが動作完了信号をセルコントローラに送信し、この動作完了信号を確認したセルコントローラが制御装置９に測定指令を送信することによって、前記と同様の作業シーケンス（ステップＳ１〜ステップＳ１５，ステップＳ１７〜ステップＳ２８，ステップＳ３０〜ステップＳ３１）が再び開始される。
【００９３】
但し、１サイクルの作業シーケンスを実行する間にステップＳ１３の判定処理で光透過性薄膜１０２の表面検出処理の失敗が検出された場合、または、ステップＳ２６の判定処理で基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面検出処理の失敗が検出された場合には、ステップＳ１６またはステップＳ２９の処理に移行してマイクロプロセッサ１１によるエラー処理が実行され、測定ユニット８がステップＳ３４の処理と同等の処理によって退避位置に戻されて膜厚測定装置１の動作が停止し、モニタ１８にアラートが表示されると共に、制御装置９から図示しないセルコントローラにエラー信号が送信される。
【００９４】
また、１サイクルの作業シーケンスを実行する間にステップＳ３３の判定処理で光透過性薄膜１０２の厚さ異常が検出された場合には、ステップＳ３７の処理でマイクロプロセッサ１１による中断処理が実行され、マイクロプロセッサ１１は、ステップＳ３４の処理と同等の処理によって測定ユニット８を退避位置に戻し、図示しないセルコントローラに不良品検出信号を送信してから初期の待機状態に復帰する。
この場合、制御装置９から送信された不良品検出信号を受信したセルコントローラは、ハンドリングロボットを作動させて膜厚測定装置１の基板体載置テーブル２から不良と判定された基板体１００を取り外して不良品パレット等に回収し、検査対象となる新たな基板体１００を膜厚測定装置１の基板体載置テーブル２に改めて載置する。
そして、基板体１００を基板体載置テーブル２に載置したハンドリングロボットが動作完了信号をセルコントローラに送信すると、この動作完了信号を確認したセルコントローラが制御装置９に測定指令を送信し、膜厚測定装置１によって前記と同様の作業シーケンス（ステップＳ１〜ステップＳ１５，ステップＳ１７〜ステップＳ２８，ステップＳ３０〜ステップＳ３１）が再び開始されることになる。
【００９５】
以上に述べた通り、この実施形態では、光透過性薄膜１０２の表面にＣＣＤカメラ３３のレンズを合焦させて光透過性薄膜１０２の表面を検出する際には基板１０１や回路パターン１０３の表面から確実にレンズをフォーカスアウトさせる一方、基板１０１や回路パターン１０３の表面にＣＣＤカメラ３のレンズを合焦させて基板１０１や回路パターン１０３の表面を検出する際には光透過性薄膜１０２の表面から確実にレンズをフォーカスアウトさせるようにしているので、光透過性薄膜１０２の表面検出に際して基板１０１や回路パターン１０３の表面から反射される光によって形成される明暗部が合焦検出の外乱として作用したり、基板１０１や回路パターン１０３の表面検出に際して光透過性薄膜１０２の表面から反射される光によって形成される明暗部が合焦検出の外乱として作用したりすることを効率よく抑制することができ、基板体平面上の同一箇所（ｘｉ，ｙｉ）上で、光透過性薄膜１０２を含めた基板体１００の高さｚ１と光透過性薄膜１０２を除いた基板１０１や回路パターン１０３の高さｚ２の差分｜ｚ１−ｚ２｜に基いて光透過性薄膜１０２の厚さを適切に算出することができる。
【００９６】
しかも、光透過性薄膜１０２の表面に明暗部を形成するのに適した発光強度Ｌ１ｉや基板１０１や回路パターン１０３の表面に明暗部を形成するのに適した発光強度Ｌ２ｉにランプ光源６の発光強度を切り替えることによって光の特性に変化が生じた場合、例えば、レンズに対する屈折率の変化によって受光時の光路の角度が変動したり焦点距離が変動したような場合であっても、ハードウェアに手を加えるとなく入力データ上で数値的な補正を行なうこと、つまり、合焦距離の差分ΔＬｉ＝（ｆ１−ｆ２）を測定条件記憶テーブル２２に記憶させておくことにより、光の特性変化に対処して基板体１００上の各測定位置（ｘｉ，ｙｉ）における光透過性薄膜１０２の真の厚さ｜ｚ１−ｚ２｜−（ｆ１−ｆ２）を適切に算出することができる。
【００９７】
可動ユニット８のアブソリュートな現在位置ｚを逐次更新して記憶する現在位置記憶レジスタＲｚから合焦検出時における距離情報を読み出して第１測定距離記憶レジスタＺ１と第２測定距離記憶レジスタＺ２に記憶させることによって基板体１００の高さｚ１と光透過性薄膜１０２を除いた基板１０１や回路パターン１０３の高さｚ２の差分｜ｚ１−ｚ２｜を求める代わりに、合焦判定手段Ｃにおける判定結果が最初に合焦となってから再び合焦となるまでの間の基板体載置テーブル２と可動ユニット８との間のインクリメンタルな離間距離の変化を更新記憶する距離情報記憶手段Ｅを独立的に設け、この距離情報記憶手段Ｅから差分｜ｚ１−ｚ２｜の値を直接的に求めるようにしてもよい。
この場合の距離情報記憶手段Ｅは、図６におけるステップＳ１２の判定結果が真となった時点でパルスコーダＰｚからの帰還パルスの計数をリスタートし、図７におけるステップＳ２５の判定結果が真となった時点でパルスコーダＰｚからの帰還パルスの計数をストップするカウンタによって構成することができる。カウンタの計数値に帰還パルス１つ分に相当する可動ユニット８の移動量を乗じた値が差分｜ｚ１−ｚ２｜となる。
【００９８】
以上に述べた実施形態では、光透過性薄膜１０２の表面に明暗部を形成するのに適した発光強度Ｌ１ｉから基板１０１や回路パターン１０３の表面に明暗部を形成するのに適した発光強度Ｌ２ｉにランプ光源６の発光強度を瞬間的に切り替えるようにしたが、可動ユニット８の下降動作に応動させて連続的に発光強度を増大させて発光強度Ｌ１ｉから発光強度Ｌ２ｉへの切り替えを行なうようにしてもよい。
【００９９】
また、発光強度Ｌ１ｉで発光するランプ光源と発光強度Ｌ２ｉで発光するランプ光源とを独立的に設け、これらを選択的に発光させることで発光強度Ｌ１ｉ，発光強度Ｌ２ｉの切り替えを行なう構成とすることも可能である。
その場合は、例えば、図２に示されるランプ光源６とハーフミラー７との間の光路にハーフミラー７と同等のハーフミラーを配置し、第２のランプ光源からの光を新たに配置したハーフミラーで反射させてハーフミラー７に導くと共に、図２に示されるランプ光源６からの光を新たに配置したハーフミラーを透過させて図２のハーフミラー７に導くようにし、発光強度調整手段Ｆとして機能する切り替えスイッチを新たに設けて此れらのランプ光源を選択的に駆動する構成が適用できる。
なお、発光強度Ｌ１ｉ，発光強度Ｌ２ｉはランプ光源自体の発光強度ではなく、ハーフミラー７で反射されて基板体１００に向かう最終的な光の強度である。ハーフミラー透過の際には光量の損失があるので、ランプ光源自体の発光強度自体は其れよりも強くする必要がある。
【０１００】
更に、撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３を備えた可動ユニット８をＣＣＤカメラ３のレンズの光軸方向に沿って基板体載置テーブル２の法線方向に移動させる代わりに、撮像手段Ｂを固定側として基板体載置テーブル２を可動させる構成とすることも可能である。
同様に、基板体載置テーブル２に水平方向の送りを掛ける代わりに撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３に水平方向の送りを掛ける構成としてもよい。
【０１０１】
以上に開示した実施形態の一部または全部は、以下の付記に示す記載によって適切に表現され得るが、発明を実施するための形態や発明の技術思想は、これらのものに制限されるものではない。
【０１０２】
〔付記１〕
基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える前記光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定装置であって、
前記基板体の裏面を支えるようにして前記基板体を載置するための基板体載置テーブルと、
前記基板体載置テーブルの法線方向に沿って前記基板体に明暗部形成用の光を投光するための投光手段と、
前記光透過性薄膜の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有するレンズの光軸を前記投光手段における光の投光方向と同軸上に位置させ、前記投光手段から投光される光によって前記基板体上に形成される明暗部の像を前記レンズを介して撮像素子上に投影し前記撮像素子の光電変換によって前記明暗部の画像データを得る撮像手段と、
前記撮像手段から前記明暗部の画像データを取り込んで画像処理を施すことにより前記レンズが合焦しているか否かを判定する合焦判定手段と、
前記撮像手段におけるレンズの光軸方向に沿って前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離を変化させる離間距離調整手段と、
前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との離間距離を代表する距離情報の現在値を逐次更新して記憶する距離情報記憶手段と、
前記投光手段の発光強度を調整する発光強度調整手段と、
前記レンズの合焦判定に適するように前記投光手段の発光強度を調整して前記光透過性薄膜の表面及び前記基板の表面に光を投光し、前記光透過性薄膜の表面でも基板の表面でも明暗やコントラストの具合が同等となるようにして前記明暗部の像を形成すると共に、前記レンズを前記光透過性薄膜の表面及び基板の表面からレンズの合焦距離よりも離れた位置から徐々に基板体に接近させながら撮像手段を繰り返し作動させて前記基板体上の明暗部を撮像し、前記レンズが最初に合焦したときの基板体とレンズとの間の離間距離を測定して第１の測定距離として記憶する一方、前記レンズが再び合焦したときの基板体とレンズとの間の離間距離を測定して第２の測定距離として記憶し、前記第１の測定距離と第２の測定距離の差分を求めて前記光透過性薄膜の厚さとして出力する主制御手段とを備えたことを特徴とする膜厚測定装置。
【０１０３】
〔付記２〕
前記基板体載置テーブルに載置された基板体の光透過性薄膜の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の第１の設定離間距離と、前記基板体載置テーブルに載置された基板体の基板の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の第２の設定離間距離と、前記投光手段から投光される光によって前記光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められた前記投光手段の第１の発光強度と、前記投光手段から投光される光によって前記基板の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められ前記第１の発光強度よりも強い前記投光手段の第２の発光強度とを記憶するための設定データ記憶手段を更に備え、
前記主制御手段は、前記設定データ記憶手段に記憶された前記第１，第２の設定離間距離と第１，第２の発光強度とに基いて、前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が前記第１の設定離間距離となるように前記離間距離調整手段を駆動し前記発光強度調整手段に前記第１の発光強度を設定した後、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となるまで前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が縮む方向に前記離間距離調整手段を微小速度で駆動しながら前記撮像手段と前記合焦判定手段を交互に作動させ、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となったときの距離情報記憶手段の値を第１の測定距離として記憶し、更に、前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が前記第２の設定離間距離となるように前記離間距離調整手段を駆動して前記撮像手段のレンズを前記光透過性薄膜の表面からアウトフォーカスさせて前記発光強度調整手段に前記第２の発光強度を設定してから、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となるまで前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が縮む方向に前記離間距離調整手段を微小速度で駆動しながら前記撮像手段と前記合焦判定手段を交互に作動させ、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となったときの距離情報記憶手段の値を第２の測定距離として記憶するように構成されていることを特徴とした付記１記載の膜厚測定装置。
【０１０４】
〔付記３〕
前記投光手段が１つの光源を備え、前記発光強度調整手段は、前記１つの光源の発光強度を、前記光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められた第１の発光強度と、前記基板の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められ前記第１の発光強度よりも強い第２の発光強度に選択的に調整するように構成されていることを特徴とする付記１または付記２のうち何れか一項に記載の膜厚測定装置。
【０１０５】
〔付記４〕
前記発光強度調整手段が、前記光源の発光強度を前記第１の発光強度から前記第２の発光強度に連続的に変化させるように構成されていることを特徴とする付記３記載の膜厚測定装置。
【０１０６】
〔付記５〕
前記投光手段は、前記光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められた第１の発光強度を有する光源と、前記投光手段から投光される光によって前記基板の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められ前記第１の発光強度よりも強い第２の発光強度を有する光源とを備え、前記発光強度調整手段は、前記２つの光源から１つの光源を選択して駆動するように構成されていることを特徴とする付記１または付記２記載の膜厚測定装置。
【０１０７】
〔付記６〕
前記基板体載置テーブルと前記撮像手段のうち何れか一方のみを前記撮像手段におけるレンズの光軸方向に沿って移動可能な可動ユニットとして構成し、前記距離情報記憶手段は、膜厚測定装置のマシン座標系上における前記可動ユニットのアブソリュート位置を、前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との離間距離を代表する距離情報として逐次更新して記憶するように構成されていることを特徴とする付記１，付記２，付記３，付記４または付記５のうち何れか一項に記載の膜厚測定装置。
【０１０８】
〔付記７〕
前記距離情報記憶手段は、前記合焦判定手段における判定結果が最初に合焦となってから再び合焦となるまでの間の前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間のインクリメンタルな離間距離の変化を前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との離間距離を代表する距離情報として逐次更新して記憶するように構成されていることを特徴とする付記１，付記２，付記３，付記４または付記５のうち何れか一項に記載の膜厚測定装置。
【０１０９】
〔付記８〕
基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える前記光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定方法であって、
前記基板体の光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が撮像手段の備えるレンズの合焦判定に適するように光の強度を調整して前記光透過性薄膜の表面及び前記基板の表面に光を投光し、前記光透過性薄膜の表面でも基板の表面でも明暗やコントラストの具合が同等となるようにして前記明暗部の像を形成すると共に、
前記レンズを前記光透過性薄膜の表面及び基板の表面からレンズの合焦距離よりも離れた位置から徐々に基板体に接近させながら撮像手段を繰り返し作動させて前記基板体上の明暗部を撮像し、前記レンズが最初に合焦したときの基板体とレンズとの間の離間距離を測定して第１の測定距離として記憶する一方、前記レンズが再び合焦したときの基板体とレンズとの間の離間距離を測定して第２の測定距離として記憶し、
前記第１の測定距離と第２の測定距離の差分を求めて前記光透過性薄膜の厚さとすることを特徴とする膜厚測定方法。
【０１１０】
〔付記９〕
基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える前記光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定方法であって、
前記基板体の光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が撮像手段の備えるレンズの合焦判定に適するように光の強度を調整して前記基板体の法線方向から光を投光することで前記基板体に明暗部を形成すると共に、前記光透過性薄膜の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有する前記レンズの光軸が前記光の投光方向と同軸上に位置し且つ前記基板体の光透過性薄膜の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように前記撮像手段の位置を調整した後、
前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を徐々に縮めながら前記撮像手段を繰り返し作動させて前記明暗部を撮像し、その都度に得られる明暗部の画像に基いて前記レンズが合焦しているか否かを判定し、前記レンズが最初に合焦したときの前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を測定して第１の測定距離として記憶し、
更に、前記基板体の基板の表面に形成される明暗部の像が撮像手段の備えるレンズの合焦判定に適するように光の強度を強くして、前記基板体の基板の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように前記撮像手段の位置を調整し、前記撮像手段の前記レンズを前記光透過性薄膜の表面からアウトフォーカスさせてから、
前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を徐々に縮めながら前記撮像手段を繰り返し作動させて前記明暗部を撮像し、その都度に得られる明暗部の画像に基いて前記レンズが合焦しているか否かを判定し、前記レンズが再び合焦したときの前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を測定して第２の測定距離として記憶し、
前記第１の測定距離と第２の測定距離の差分を求めて前記光透過性薄膜の厚さとすることを特徴とする膜厚測定方法。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定装置および膜厚測定方法に適用できる。
【符号の説明】
【０１１２】
１ 膜厚測定装置
２ 基板体載置テーブル
３ ＣＣＤカメラ
４ コラム
５ 鏡胴
６ ランプ光源
７ ハーフミラー
８ 可動ユニット
９ 制御装置
１０ ランプ駆動回路
１１ マイクロプロセッサ
１２ ＲＯＭ
１３ 不揮発性メモリ
１４ ＲＡＭ
１５ インターフェイス
１６ 入出力回路
１７ 教示操作盤
１８ モニタ
１９，２０，２１ モータ駆動回路
２２ 膜厚測定位置記憶テーブル
１００ 基板体
１０１ 基板
１０２ 光透過性薄膜
１０３ 回路パターン
Ａ 投光手段
Ｂ 撮像手段
Ｃ 合焦判定手段
Ｄ 離間距離調整手段
Ｅ 距離情報記憶手段
Ｆ 発光強度調整手段
Ｇ 設定データ記憶手段
Ｈ 主制御手段
Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ サーボモータ
Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ パルスコーダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定装置および膜厚測定方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板の表面に薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える薄膜の厚さを測定することが可能な装置としては、特許文献１に開示される形状測定装置が既に公知である。
このものは、水平に載置された基板体に輝度パターンを投影し、撮像手段の合焦判定機能を利用して、基板体のうちレジスト等の薄膜で覆われた部分の基板体の厚さと基板が剥き出しになった部分の基板体の厚さとを基板体平面上の相異なる位置で測定し、両者間の厚さの差分を求めることによってレジスト等の薄膜の厚さを算出するように構成しているため、基板の反りや傾きの影響によってレジスト等の薄膜の厚さが正確に測定されない可能性があった。これは、輝度パターンの投影方向に沿って基板体の面上の同一位置で薄膜の厚みを測定することができないが故の欠点である。
また、このものは、輝度パターンを投影するための光源の強度を調整するための格別な機能を備えてはいないので、レジスト等の薄膜が仮に光透過性薄膜であったとしても、基板体平面上の同一位置において光透過性薄膜を含めた基板体の厚さと光透過性薄膜を除いた基板のみの厚さとを独立的に測定することは難しい。光透過性薄膜の表面に到達した光によって光透過性薄膜の表面に形成される輝度パターンと光透過性薄膜を透過して基板の表面に到達した光によって基板の表面に形成される輝度パターンとでは明暗やコントラストの具合が相違するため、合焦判定によって光透過性薄膜の表面や基板の表面を独立して適切に検出することが難しくなること、および、光透過性薄膜の表面からの光の反射を利用して光透過性薄膜を含めた基板体全体の厚さを測定する際には基板の表面で反射される光が外乱として作用し、また、基板の表面からの光の反射を利用して光透過性薄膜を除いた基板のみの厚さを測定する際には光透過性薄膜の表面で反射される光が外乱として作用することが其の原因である。
【０００３】
一方、対象物に投光する光の強度を調整可能とした類似装置としては、例えば、特許文献２に開示される３次元測定装置が公知である。
しかし、このものは、測定対象部位毎に相違する反射率の相違を考慮して光の発光強度を調整した上で、水平方向にズレた位置にある測定対象部位の形状を測定するものに過ぎず、基板体平面上の同一箇所で光透過性薄膜を含めた基板体の厚さと光透過性薄膜を除いた基板のみの厚さとを独立的に測定するといった技術思想とは特に関連がない。
【０００４】
基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定装置として特化したものとしては、例えば、特許文献３の膜厚測定装置が知られている。
このものは、基板体平面上の同一箇所で複数層の光透過性薄膜の厚みを独立的に測定することを目的としたもので、各層の光透過性薄膜の反射率に応じて投光手段や検出手段のゲインを調整する機能を備えている。しかし、厚みの測定対象となる光透過性薄膜を除いた他の光透過性薄膜からの光の反射といった外乱を固定式のピンホールによって除去する構成であるため、ゲイン調整によって投光手段の光源の強度を変えて光の特性に変化が生じたような場合、例えば、レンズに対する屈折率の変化によって受光時の光路の角度が変動したり焦点距離が変動したような場合にあっては、厚みの測定対象となる光透過性薄膜を除いた他の光透過性薄膜からの光の反射を必ずしも固定式のピンホールによって適切に除去できるといった保証はなく、測定対象以外からの光の反射がゲインによって増幅される可能性がある。
結果的に、収束したレーザ光を使用しない限りは、他の光透過性薄膜からの光の反射を固定式のピンホールで除去することは困難であり、レーザ光の使用が不可欠となって、装置の製造コストが嵩むといった不都合も生じる。
【０００５】
なお、クリアコート層の膜厚の測定に際してレンズを移動させて合焦させたりレンズの移動距離のデータを利用する点に関しては、例えば、特許文献４等により古くから知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２２６０７２号公報（段落０００６−０００７）
【特許文献２】特開２００９−２５８４３６号公報（段落００２３）
【特許文献３】特開２００２−３９７２０号公報（段落０２３）
【特許文献４】特開平６−３００５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、簡便な光源を利用した場合であっても光の反射による外乱の影響を抑えて基板体平面上の同一箇所で光透過性薄膜を含めた基板体の全体の厚さと光透過性薄膜を除いた基板のみの厚さとを的確に検出し、その差分に基いて光透過性薄膜の厚さを確実に算出することのできる膜厚測定装置および膜厚測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の膜厚測定装置は、基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える前記光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定装置であり、前記目的を達成するため、特に、
前記基板体の裏面を支えるようにして前記基板体を載置するための基板体載置テーブルと、
前記基板体載置テーブルの法線方向に沿って前記基板体に明暗部形成用の光を投光するための投光手段と、
前記光透過性薄膜の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有するレンズの光軸を前記投光手段における光の投光方向と同軸上に位置させ、前記投光手段から投光される光によって前記基板体上に形成される明暗部の像を前記レンズを介して撮像素子上に投影し前記撮像素子の光電変換によって前記明暗部の画像データを得る撮像手段と、
前記撮像手段から前記明暗部の画像データを取り込んで画像処理を施すことにより前記レンズが合焦しているか否かを判定する合焦判定手段と、
前記撮像手段におけるレンズの光軸方向に沿って前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離を変化させる離間距離調整手段と、
前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との離間距離を代表する距離情報の現在値を逐次更新して記憶する距離情報記憶手段と、
前記投光手段の発光強度を調整する発光強度調整手段と、
前記基板体載置テーブルに載置された基板体の光透過性薄膜の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の第１の設定離間距離と、前記基板体載置テーブルに載置された基板体の基板の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の第２の設定離間距離と、前記投光手段から投光される光によって前記光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められた前記投光手段の第１の発光強度と、前記投光手段から投光される光によって前記基板の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められ前記第１の発光強度よりも強い前記投光手段の第２の発光強度とを記憶するための設定データ記憶手段と、
前記設定データ記憶手段に記憶された前記第１，第２の設定離間距離と第１，第２の発光強度とに基いて、前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が前記第１の設定離間距離となるように前記離間距離調整手段を駆動し前記発光強度調整手段に前記第１の発光強度を設定した後、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となるまで前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が縮む方向に前記離間距離調整手段を微小速度で駆動しながら前記撮像手段と前記合焦判定手段を交互に作動させ、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となったときの距離情報記憶手段の値を第１の測定距離として記憶し、更に、前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が前記第２の設定離間距離となるように前記離間距離調整手段を駆動して前記撮像手段のレンズを前記光透過性薄膜の表面からアウトフォーカスさせて前記発光強度調整手段に前記第２の発光強度を設定してから、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となるまで前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が縮む方向に前記離間距離調整手段を微小速度で駆動しながら前記撮像手段と前記合焦判定手段を交互に作動させ、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となったときの距離情報記憶手段の値を第２の測定距離として記憶し、前記第１の測定距離と第２の測定距離の差分を求めて前記光透過性薄膜の厚さとして出力する主制御手段とを備えたことを特徴とする構成を有する。
【０００９】
また、本発明の膜厚測定方法は、基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える前記光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定方法であり、前記と同様の目的を達成するため、
前記基板体の光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が撮像手段の備えるレンズの合焦判定に適するように光の強度を調整して前記基板体の法線方向から光を投光することで前記基板体に明暗部を形成すると共に、前記光透過性薄膜の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有する前記レンズの光軸が前記光の投光方向と同軸上に位置し且つ前記基板体の光透過性薄膜の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように前記撮像手段の位置を調整した後、
前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を徐々に縮めながら前記撮像手段を繰り返し作動させて前記明暗部を撮像し、その都度に得られる明暗部の画像に基いて前記レンズが合焦しているか否かを判定し、前記レンズが合焦したときの前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を測定して第１の測定距離として記憶し、
更に、前記基板体の基板の表面に形成される明暗部の像が撮像手段の備えるレンズの合焦判定に適するように光の強度を強くし、前記基板体の基板の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように前記撮像手段の位置を調整し、前記撮像手段のレンズを前記光透過性薄膜の表面からアウトフォーカスさせてから、
前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を徐々に縮めながら前記撮像手段を繰り返し作動させて前記明暗部を撮像し、その都度に得られる明暗部の画像に基いて前記レンズが合焦しているか否かを判定し、前記レンズが合焦したときの前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を測定して第２の測定距離として記憶し、
前記第１の測定距離と第２の測定距離の差分を求めて前記光透過性薄膜の厚さとすることを特徴とする構成を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の膜厚測定装置および膜厚測定方法は、撮像手段の備えるレンズの合焦判定に適するように光の強度を調整して基板体における光透過性薄膜の表面や基板の表面に光を投光し、光透過性薄膜の表面でも基板の表面でも明暗やコントラストの具合が同等となるようにして明暗部の像を形成すると共に、光透過性薄膜の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有するレンズを光透過性薄膜の表面や基板の表面からレンズの合焦距離よりも僅かに離れた位置から徐々に基板体に接近させながら撮像手段を繰り返し作動させて基板体上の明暗部を撮像し、レンズが合焦したときの基板体とレンズとの間の離間距離を測定して第１，第２の測定距離として記憶した後、第１，第２の測定距離の差分を求めて光透過性薄膜の厚さとして出力するようにしているので、光透過性薄膜の表面にレンズが合焦した状態では基板の表面をフォーカスアウトさせて基板から反射される光が合焦判定の外乱として作用することを防止する一方、基板の表面にレンズが合焦した状態では光透過性薄膜の表面をフォーカスアウトさせて光透過性薄膜から反射される光が合焦判定の外乱として作用することを防止して、基板体平面上の同一箇所で光透過性薄膜を含めた基板体の厚さと光透過性薄膜を除いた基板のみの厚さの差分に基いて光透過性薄膜の厚さを適切に算出することができる。
また、光の屈折率や光路および焦点距離の変動による影響を著しく受ける固定式のピンホールを使用せずに合焦判定の外乱を除去できるので、撮像手段が備えるレンズの合焦判定に適するように光源の強度を変えることによって光の特性に変化が生じたような場合であっても、ハードウェアに手を加えることなく数値的な補正を行なうだけで光の特性変化に容易に対処し、基板体平面上の同一箇所で光透過性薄膜を含めた基板体の厚さと光透過性薄膜を除いた基板のみの厚さの差分から光透過性薄膜の厚さを適切に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用した一実施形態の膜厚測定装置の構成の概略について示した機能ブロック図である。
【図２】同実施形態の膜厚測定装置のハードウェア構成の概略について示した模式図である。
【図３】同実施形態の膜厚測定装置が備える制御装置の構成の概略について示したブロック図である。
【図４】同実施形態の膜厚測定装置における設定データ記憶手段として機能する不揮発性メモリのデータ記憶領域の一部を利用して構成された膜厚測定位置記憶テーブルの論理構成の一例を示した概念図である。
【図５】同実施形態の膜厚測定装置における制御プログラムの構成の概略を示したフローチャートである。
【図６】同実施形態の膜厚測定装置における制御プログラムの構成の概略を示したフローチャートの続きである。
【図７】同実施形態の膜厚測定装置における制御プログラムの構成の概略を示したフローチャートの続きである。
【図８】同実施形態の膜厚測定装置における制御プログラムの構成の概略を示したフローチャートの続きである。
【図９】同実施形態の膜厚測定装置におけるＣＣＤカメラのレンズが光透過性薄膜の表面に合焦したときの状態を示した作用原理図である。
【図１０】同実施形態の膜厚測定装置におけるＣＣＤカメラのレンズが基板や回路パターンの表面に合焦したときの状態を示した作用原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明を実施するための形態について一例を挙げ、図面を参照して具体的に説明する。
【００１３】
図１は本発明を適用した一実施形態の膜厚測定装置１の構成の概略について示した機能ブロック図、図２は同実施形態の膜厚測定装置１のハードウェア構成の概略について示した模式図、図３は同実施形態の膜厚測定装置１が備える制御装置９の構成の概略について示したブロック図である。
【００１４】
この実施形態の膜厚測定装置１は、基板１０１の表面にレジスト等の光透過性薄膜１０２を一体的に形成して得られた基板体１００が備える光透過性薄膜１０２の厚さ、より具体的には、基板１０１の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の各部の厚さや基板１０１上に形成された回路パターン１０３の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の各部の厚さを測定するための膜厚測定装置である。
【００１５】
膜厚測定装置１は、図１に示されるように、基板体１００の裏面を支えるようにして基板体１００を載置するための基板体載置テーブル２と、基板体載置テーブル２の法線方向に沿って基板体１００に明暗部形成用の光を投光するための投光手段Ａと、光透過性薄膜１０２の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有する図示しないレンズの光軸を投光手段Ａにおける光の投光方向と同軸上に位置させ、投光手段Ａから投光される光によって基板体１００上に形成される明暗部の像をレンズを介して図示しない撮像素子上に投影し、この撮像素子の光電変換によって明暗部の画像データを得る撮像手段Ｂと、撮像手段Ｂから明暗部の画像データを取り込んで画像処理を施すことにより撮像手段Ｂのレンズが合焦しているか否かを判定する合焦判定手段Ｃと、撮像手段Ｂにおけるレンズの光軸方向つまり基板体載置テーブル２の法線方向に沿って基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの間の離間距離を変化させる離間距離調整手段Ｄと、基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの離間距離を代表する距離情報の現在値を逐次更新して記憶する距離情報記憶手段Ｅと、投光手段Ａの発光強度を調整するための発光強度調整手段Ｆを備える。
【００１６】
投光手段Ａから投光される光それ自体は特開２００４−２２６０７２号公報等に開示されるような輝度パターン状のものであっても、あるいは、特開２００２−３９７２０号公報等に開示されるようなスポット光状のものであっても、撮像手段Ｂの撮像素子に収まる範囲の像に明暗部が形成されるものであればどのようなものであっても構わない。
【００１７】
また、膜厚測定装置１は、基板体載置テーブル２に載置された基板体１００の光透過性薄膜１０２の表面と撮像手段Ｂのレンズとの間の離間距離が撮像手段Ｂのレンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの間の第１の設定離間距離と、基板体載置テーブル２に載置された基板体１００の基板１０１の表面と撮像手段Ｂのレンズとの間の離間距離が撮像手段Ｂのレンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの間の第２の設定離間距離と、投光手段Ａから投光される光によって光透過性薄膜１０２の表面に形成される明暗部の像が合焦判定手段Ｃにおける合焦判定に最適化するように定められた投光手段Ａの第１の発光強度と、投光手段Ａから投光される光によって基板１０１の表面に形成される明暗部の像が合焦判定手段Ｃにおける合焦判定に最適化するように定められた投光手段Ａの第２の発光強度とを記憶するための設定データ記憶手段Ｇを備える。
【００１８】
投光手段Ａから投光される光が光透過性薄膜１０２を透過して基板１０１の表面に合焦判定手段Ｃの合焦判定に適した明暗部を形成するためには、光透過性薄膜１０２の表面に合焦判定手段Ｃの合焦判定に適した明暗部を形成する場合よりも大光量が必要であるので、第２の発光強度の設定値は第１の発光強度の設定値よりも必然的に大きな値となる。
【００１９】
投光手段Ａの発光強度の変化により投光される光の特性に変化が生じる場合もあるので、厳密には、第１の設定離間距離は、投光手段Ａを第１の発光強度で発光させたときに基板体載置テーブル２に載置された基板体１００の光透過性薄膜１０２の表面と撮像手段Ｂのレンズとの間の離間距離が撮像手段Ｂのレンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの間の離間距離、また、第２の設定離間距離は、投光手段Ａを第２の発光強度で発光させたときに基板体載置テーブル２に載置された基板体１００の基板１０１の表面と撮像手段Ｂのレンズとの間の離間距離が撮像手段Ｂのレンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの間の離間距離である。
【００２０】
膜厚測定装置１は、更に、設定データ記憶手段Ｇに記憶された第１，第２の設定離間距離と第１，第２の発光強度とに基いて、基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの間の離間距離が第１の設定離間距離となるように離間距離調整手段Ｄを駆動して発光強度調整手段Ｆに第１の発光強度を設定した後、合焦判定手段Ｃにおける判定結果が合焦となるまで基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの間の離間距離が縮む方向に離間距離調整手段Ｄを微小速度で駆動しながら撮像手段Ｂと合焦判定手段Ｃを交互に作動させ、合焦判定手段Ｃにおける判定結果が合焦となったときの距離情報記憶手段Ｅの値を第１の測定距離として記憶し、更に、基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの間の離間距離が第２の設定離間距離となるように離間距離調整手段Ｄを駆動して撮像手段Ｂのレンズを光透過性薄膜１０２の表面からアウトフォーカスさせて発光強度調整手段Ｆに第２の発光強度を設定してから、合焦判定手段Ｃにおける判定結果が合焦となるまで基板体載置テーブル２と撮像手段Ｂとの間の離間距離が縮む方向に離間距離調整手段Ｄを微小速度で駆動しながら撮像手段Ｂと合焦判定手段Ｃを交互に作動させ、合焦判定手段Ｃにおける判定結果が合焦となったときの距離情報記憶手段Ｅの値を第２の測定距離として記憶し、これら第１の測定距離と第２の測定距離の差分を求めて光透過性薄膜１０２の厚さとして出力するための主制御手段Ｈを備える。
【００２１】
但し、投光手段Ａを第１の発光強度で発光させた場合と投光手段Ａを第２の発光強度で発光させた場合とで撮像手段Ｂのレンズの合焦距離に無視できない差異が生じる場合には、第１の測定距離と第２の測定距離の差分から、更に、投光手段Ａを第１の発光強度で発光させた場合の撮像手段Ｂのレンズの合焦距離と投光手段Ａを第２の発光強度で発光させた場合の撮像手段Ｂのレンズの合焦距離の差分を取り除く必要がある。
仮に、投光手段Ａを第１の発光強度で発光させた場合の撮像手段Ｂのレンズの合焦距離がｆ１で投光手段Ａを第２の発光強度で発光させた場合の撮像手段Ｂのレンズの合焦距離がｆ２であって、第１の測定距離がｚ１かつ第２の測定距離がｚ２であるとすれば、撮像手段Ｂのレンズの合焦距離ｆ１，ｆ２が同等であれば光透過性薄膜１０２の厚さＴは｜ｚ１−ｚ２｜であり、また、合焦距離ｆ１，ｆ２に無視できない差異があれば、光透過性薄膜１０２の厚さＴは｜ｚ１−ｚ２｜−（ｆ１−ｆ２）である。
【００２２】
この実施形態の膜厚測定装置１は、図２に示されるように、基板体載置テーブル２を上下方向に固定する一方、撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３を膜厚測定装置１のコラム４に取り付け、ＣＣＤカメラ３をＣＣＤカメラ３の図示しないレンズの光軸の方向つまり基板体載置テーブル２の法線方向に沿って基板体１００に対して接離移動可能としている。
【００２３】
基板体載置テーブル２は十字キーやボールナット＆スクリュー等からなる公知の送り機構を備え、テーブル駆動用のサーボモータＭｘ，Ｍｙを駆動することで水平面内つまり膜厚測定装置１のマシン座標系におけるＸ，Ｙ各軸の方向に移動する。
【００２４】
撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３の鏡胴５には投光手段Ａの主要部を構成する１つのランプ光源６とハーフミラー７、および、ランプ光源６の発光強度を調整するための発光強度調整手段Ｆが一体的に取り付けられ、ランプ光源６から照射される光が、鏡胴５内のハーフミラー７で９０°屈折されて基板体載置テーブル２の上に載置された基板体１００に投光されるようになっている。
【００２５】
撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３の図示しないレンズはハーフミラー７を介して基板体載置テーブル２上の基板体１００を撮像するので、ＣＣＤカメラ３の図示しないレンズの光軸と投光手段Ａにおける最終的な光の投光方向つまりハーフミラー７よりも下流側における光の投光方向とは完全に同一軸上に位置し、共に基板体載置テーブル２および基板体１００の面に対して垂直となる。
【００２６】
撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３と、投光手段Ａを構成するランプ光源６およびハーフミラー７と、発光強度調整手段Ｆとは可動ユニット８として一体化して構成されている。
【００２７】
そして、コラム４と可動ユニット８との間にはリニアガイドやボールナット＆スクリュー等を利用した公知の送り機構からなる離間距離調整手段Ｄが設けられ、離間距離調整手段Ｄの主要部を構成するサーボモータＭｚを駆動することにより、可動ユニット８がＣＣＤカメラ３の図示しないレンズの光軸方向つまり基板体載置テーブル２の法線方向に沿って図２の上下方向すなわち膜厚測定装置１のマシン座標系におけるＺ軸の方向に移動するようになっている。
【００２８】
撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３のレンズは大口径長焦点レンズであり、既に述べた通り、光透過性薄膜１０２の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有し、合焦位置の前後から著しくボケが増長する特性を有する。厳密に言えば、投光手段Ａを第１の発光強度で発光させた場合のＣＣＤカメラ３のレンズの合焦距離ｆ１と投光手段Ａを第２の発光強度で発光させた場合のＣＣＤカメラ３のレンズの合焦距離ｆ２との間に微妙な差異が生じる場合があり、これに応じてレンズの焦点深度も変化するが、ここでいう焦点深度とは投光手段Ａを第１の発光強度で発光させた場合の焦点深度である。
【００２９】
膜厚測定装置１を駆動制御する制御装置９は、図３に示されるように、撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３や発光強度調整手段Ｆとして機能するランプ駆動回路１０およびサーボモータＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚ等を駆動制御するためのマイクロプロセッサ１１と、マイクロプロセッサ１１の制御プログラム等を格納したＲＯＭ１２と、各種のパラメータや設定値等を格納するための不揮発性メモリ１３と、演算データの一時記憶等に利用されるＲＡＭ１４と、図示しないセルコントローラや基板体搬送用のハンドリングロボット等に接続して相互に情報を伝達するためのインターフェイス１５を備える。
【００３０】
マイクロプロセッサ１１の入出力回路１６には、前述した第１，第２の設定離間距離や第１，第２の発光強度の設定値の入力操作、更には、基板体載置テーブル２に載置された基板体１００における光透過性薄膜１０２の厚さ測定位置（ｘｉ，ｙｉ）を教示するための教示操作盤１７が接続されている。
【００３１】
モニタ１８は入力データの確認やエラー表示等に利用されるマシン・マン・インターフェイスとして機能する。
【００３２】
撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３は、入出力回路１６を介して主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１に接続され、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１からの撮像指令を受けて、基板体１００上に形成される明暗部の像をＣＣＤカメラ３のレンズを介してＣＣＤカメラ３の撮像素子上に投影し、この撮像素子の光電変換によって明暗部の画像データを得る。
【００３３】
発光強度調整手段Ｆとして機能するランプ駆動回路１０は、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１からの指令を受けて投光手段Ａの主要部を構成するランプ光源６の発光強度を第１の発光強度または第２の発光強度の何れか一方に選択的に調整する。
【００３４】
テーブル送り用のサーボモータＭｘ，Ｍｙは、各々のモータ駆動回路１９，２０と入出力回路１６を介してマイクロプロセッサ１１によって駆動制御され、基板体１００を載置した基板体載置テーブル２を水平面内で移動させて光透過性薄膜１０２の厚さを測定する対象となる基板体１００上の位置（ｘ，ｙ）を可動ユニット８の下方、より厳密には、ＣＣＤカメラ３のレンズの光軸の直下に位置決めする。
【００３５】
サーボモータＭｘ，Ｍｙの回転は各々のパルスコーダＰｘ，Ｐｙによって検出される。マイクロプロセッサ１１は、パルスコーダＰｘ，Ｐｙからの帰還パルスを計数し、その内部処理によって膜厚測定装置１のマシン座標系（Ｘ，Ｙ）上における基板体載置テーブル２のアブソリュートな現在位置を逐次求め、その値を不揮発性メモリ１３内に設けられた各軸の現在位置記憶レジスタＲｘ，Ｒｙに逐次更記憶させる。現在位置記憶レジスタに関しては工作機械等の分野で既に公知である。
【００３６】
離間距離調整手段Ｄの主要部を構成するサーボモータＭｚは、モータ駆動回路２１と入出力回路１６を介して主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１によって駆動制御され、ＣＣＤカメラ３を備えた可動ユニット８を上下方向つまりＺ軸方向の指令位置に移動させて基板体載置テーブル２とＣＣＤカメラ３との間の離間距離を調整する。
【００３７】
サーボモータＭｚの回転はパルスコーダＰｚによって検出される。マイクロプロセッサ１１は、パルスコーダＰｚからの帰還パルスを計数し、その内部処理によって膜厚測定装置１のマシン座標系Ｚ上における可動ユニット８のアブソリュートな現在位置を逐次求め、その値を不揮発性メモリ１３内に設けられた現在位置記憶レジスタＲｚに、基板体載置テーブル２とＣＣＤカメラ３との離間距離を代表する距離情報として逐次更記憶させる。
【００３８】
従って、この実施形態にあっては、ＣＣＤカメラ３を搭載した可動ユニット８のアブソリュートな現在位置を更新記憶する現在位置記憶レジスタＲｚが距離情報記憶手段Ｅとして機能することになる。
【００３９】
制御装置９のマイクロプロセッサ１１は膜厚測定装置１における合焦判定手段Ｃとしても機能する。
【００４０】
図４は設定データ記憶手段Ｇとして機能する不揮発性メモリ１３のデータ記憶領域の一部を利用して構築された測定条件記憶テーブルの論理構成の一例を示した概念図である。
【００４１】
測定条件記憶テーブル２２には、基板体載置テーブル２に載置された基板体１００における光透過性薄膜１０２の測定位置（ｘｉ，ｙｉ）に対応させて、第１，第２の設定離間距離に相当するマシン座標系Ｚ上における可動ユニット８のアブソリュート位置Ｚ１＋ｉ，Ｚ２＋ｉと、各位置（ｘｉ，ｙｉ）における光透過性薄膜１０２の設計上の厚さＴｉと、各位置（ｘｉ，ｙｉ）毎の第１，第２の発光強度Ｌ１ｉ，Ｌ２ｉと、投光手段Ａを第１の発光強度で発光させた場合と投光手段Ａを第２の発光強度で発光させた場合とのＣＣＤカメラ３のレンズの合焦距離の差分ΔＬｉつまり前述したｆ１−ｆ２の値が記憶される。
【００４２】
図２に示される基板体１００の例では基板１０１や光透過性薄膜１０２自体には段差部がなく回路パターン１０３の厚みも一様であるので、基板１０１の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位間においては、第１の設定離間距離に対応する可動ユニット８のアブソリュート位置と第２の設定離間距離に対応する可動ユニット８のアブソリュート位置および第１の発光強度と第２の発光強度の値および光透過性薄膜１０２の設計上の厚さと合焦距離の差分はともに共通の値となる。
【００４３】
同様に、基板１０１上に形成された回路パターン１０３の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位間においても、第１の設定離間距離に対応する可動ユニット８のアブソリュート位置と第２の設定離間距離に対応する可動ユニット８のアブソリュート位置および第１の発光強度と第２の発光強度の値および光透過性薄膜１０２の設計上の厚さと合焦距離の差分は共に共通の値である。
【００４４】
但し、基板１０１と回路パターン１０３との間には上下方向の段差があるため、基板１０１の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位において第２の設定離間距離に対応する可動ユニット８のアブソリュート位置と基板１０１上に形成された回路パターン１０３の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位において第２の設定離間距離に対応する可動ユニット８のアブソリュート位置とでは相互に値が異なり、同様の理由により、基板１０１の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位における第２の発光強度と基板１０１上に形成された回路パターン１０３の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位における第２の発光強度、および、基板１０１の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位における光透過性薄膜１０２の設計上の厚さと基板１０１上に形成された回路パターン１０３の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位における光透過性薄膜１０２の設計上の厚さ、ならびに、基板１０１の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位における合焦距離の差分と基板１０１上に形成された回路パターン１０３の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位における合焦距離の差分とでは相互に値が異なる。
【００４５】
つまり、基板１０１上に形成された回路パターン１０３の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さに比べて基板１０１の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さの方が厚いので、基板１０１上に形成された回路パターン１０３の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位において第２の設定離間距離に対応する可動ユニット８のアブソリュート位置は、基板１０１上の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位において第２の設定離間距離に対応する可動ユニット８のアブソリュート位置に比べて相対的に高い位置となり、また、基板１０１上に形成された回路パターン１０３の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位における第２の発光強度は基板１０１の表面から光透過性薄膜１０２の表面に至る光透過性薄膜１０２の厚さを測定する各部位での第２の発光強度に比べて低い値となるということである。
【００４６】
光透過性薄膜１０２の厚さを測定すべき各測定位置（ｘｉ，ｙｉ）毎の可動ユニット８のアブソリュート位置Ｚ１＋ｉ，Ｚ２＋ｉと、各測定位置における光透過性薄膜１０２の設計上の厚さＴｉと、第１，第２の発光強度Ｌ１ｉ，Ｌ２ｉと、合焦距離の差分ΔＬｉの値は、予め教示操作盤１７等を利用して入力し、マイクロプロセッサ１１の処理で測定条件記憶テーブル２２に記憶させておく。
【００４７】
図５〜図８はＲＯＭ１２に記憶されたマイクロプロセッサ１１の制御プログラムの構成の概略を示したフローチャートである。
【００４８】
次に、図５〜図８のフローチャートを参照して、合焦判定手段Ｃ，離間距離調整手段Ｄの一部，発光強度調整手段Ｆの一部および主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１の具体的な処理動作と本実施形態における膜厚測定方法について詳細に説明する。
【００４９】
基板体搬送用のハンドリングロボットを使用して基板体載置テーブル２上の定位置に基板体１００を載置する点や図示しないセルコントローラからの指令によってハンドリングロボットと膜厚測定装置１を協調動作させる点に関しては既に公知であるので、ここでは、一例として、基板体載置テーブル２上の定位置に基板体１００が載置されてから基板体１００上のｎ箇所の位置でレジスト等の光透過性薄膜１０２の膜厚を測定する場合の処理動作について説明する。
【００５０】
まず、ハンドリングロボットが基板体載置テーブル２上の定位置に基板体１００を載置し、ハンドリングロボットの動作完了信号を確認したセルコントローラが制御装置９に測定指令を送信すると、制御装置９のマイクロプロセッサ１１が測定指令の入力を検知する（ステップＳ１）。
【００５１】
次いで、制御装置９のマイクロプロセッサ１１は、ＲＡＭ１４の記憶領域の一部を利用して構成される測定位置検索指標ｉの値を一旦０に初期化し（ステップＳ２）、この指標ｉの値を改めて１インクリメントする（ステップＳ３）。
【００５２】
次いで、マイクロプロセッサ１１は、設定データ記憶手段Ｇとして機能する不揮発性メモリ１３の測定条件記憶テーブル２２（図４参照）から測定位置検索指標ｉの現在値に対応する測定位置（ｘｉ，ｙｉ）と、第１，第２の設定離間距離に相当するマシン座標系Ｚ上における可動ユニット８のアブソリュート位置Ｚ１＋ｉ，Ｚ２＋ｉと、光透過性薄膜１０２の設計上の厚さＴｉと、第１，第２の発光強度Ｌ１ｉ，Ｌ２ｉと、ＣＣＤカメラ３のレンズの合焦距離の差分ΔＬｉとを読み込んでＲＡＭ１４に一時記憶し（ステップＳ４）、不揮発性メモリ１３内の現在位置記憶レジスタＲｘ，Ｒｙに記憶されている基板体載置テーブル２の現在位置（ｘ，ｙ）と測定位置（ｘｉ，ｙｉ）の位置データとに基いてポイントｔｏポイントのインクリメンタル移動量を求め、テーブル送り用の各軸のサーボモータＭｘ，Ｍｙをパルス分配処理により直線補間で駆動し、基板体載置テーブル２を水平方向に移動させて基板体１００上の測定位置（ｘｉ，ｙｉ）を可動ユニット８の下方つまり撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３のレンズの光軸の直下に位置決めする（ステップＳ５）。
【００５３】
次いで、主制御手段Ｈおよび離間距離調整手段Ｄの一部として機能するマイクロプロセッサ１１が、不揮発性メモリ１３内の現在位置記憶レジスタＲｚに記憶されている可動ユニット８の現在位置ｚと第１の設定離間距離に相当するマシン座標系Ｚ上における可動ユニット８のアブソリュート位置Ｚ１＋ｉの位置データとに基いてポイントｔｏポイントのインクリメンタル移動量を求め、離間距離調整手段Ｄの主要部を構成するサーボモータＭｚをパルス分配処理によって駆動し、可動ユニット８すなわちＣＣＤカメラ３を、基板体載置テーブル２の上方に位置する現在の退避位置から垂直方向に下降させてアブソリュート位置Ｚ１＋ｉに位置決めし、基板体載置テーブル２に載置された基板体１００の光透過性薄膜１０２の表面と撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３のレンズとの間に、ＣＣＤカメラ３のレンズの合焦距離よりも僅かに長い第１の設定離間距離を形成させる（ステップＳ６）。
【００５４】
ここでいう「ＣＣＤカメラ３のレンズの合焦距離よりも僅かに長い第１の設定離間距離」の意味合いは、基板体１００の厚みが設計上の許容誤差の最大値となった場合であっても、ＣＣＤカメラ３のレンズの焦点を基板体１００における光透過性薄膜１０２の表面よりも上方に位置させることが可能な離間距離、つまり、ＣＣＤカメラ３を備えた可動ユニット８を単純に下降させることによってＣＣＤカメラ３のレンズを光透過性薄膜１０２の表面に合焦させることが可能な離間距離である。
【００５５】
次いで、主制御手段Ｈおよび発光強度調整手段Ｆの一部として機能するマイクロプロセッサ１１が、発光強度調整手段Ｆの主要部として機能するランプ駆動回路１０に駆動指令を出力し、投光手段Ａのランプ光源６を第１の発光強度Ｌ１ｉつまり投光手段Ａから投光される光によって光透過性薄膜１０２の表面に形成される明暗部の像が合焦判定手段Ｃにおける合焦判定に最適化するように定められた発光強度で発光させ、ハーフミラー７を介して基板体１００の法線方向から光を投光することにより、光透過性薄膜１０２の表面に輝度パターンもしくはスポット光と其の周辺の暗部からなる明暗部を形成させる（ステップＳ７）。
【００５６】
但し、基板体１００の法線方向から投光された光の一部は光透過性薄膜１０２を透過して基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面にも到達するので、基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面にも光透過性薄膜１０２の表面の其れと類似した明暗部が形成されることになる。この際、基板１０１の表面に明暗部が形成されるか回路パターン１０３の表面に明暗部が形成されるかは、この時点での測定位置（ｘｉ，ｙｉ）が基板１０１上にあるのか回路パターン１０３上にあるのかによる。
【００５７】
次いで、マイクロプロセッサ１１が、アブソリュート位置Ｚ１＋ｉからの可動ユニット８の下降距離を積算記憶する下降距離記憶レジスタＺｓの値を０に初期化し（ステップＳ８）、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１が、撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３に撮像指令を出力し、撮像指令を受けたＣＣＤカメラ３が、基板体１００上に形成される明暗部の像をＣＣＤカメラ３のレンズを介してＣＣＤカメラ３の撮像素子上に投影し、この撮像素子の光電変換によって基板体１００上の明暗部の画像データを得る（ステップＳ９）。
【００５８】
そして、合焦判定手段Ｃとして機能するマイクロプロセッサ１１が、ＣＣＤカメラ３から明暗部の画像データを取り込み（ステップＳ１０）、公知の画像処理を施すことによってＣＣＤカメラ３のレンズの合焦状態を調べる（ステップＳ１１）。
【００５９】
ＣＣＤカメラ３のレンズの合焦状態の確認には、例えば、画素の信号レベルの差である微分値を取って其の絶対値の合計を求めるコントラスト検出方式やピーク値検出方式等の公知の方法が適用できる。
【００６０】
この際、画像処理の対象となる明暗部の画像データは光透過性薄膜１０２の表面に形成された明暗部の像と基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面に形成された明暗部の像とを重ね合わせたものとなっている。
【００６１】
しかし、ＣＣＤカメラ３のレンズが光透過性薄膜１０２の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有しており、基板体載置テーブル２に載置された基板体１００の光透過性薄膜１０２の表面とＣＣＤカメラ３のレンズとの間にＣＣＤカメラ３のレンズの合焦距離よりも僅かに長い第１の設定離間距離が形成されているため、ＣＣＤカメラ３のレンズが基板１０１の表面や回路パターン１０３の表面に合焦することはない。
【００６２】
従って、基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面に形成された明暗部の像はＣＣＤカメラ３のレンズから完全にアウトフォーカスしてボケが大きな状態となり、特に、合焦判定のためにコントラスト検出方式を適用した場合においては、基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面に形成された明暗部における画素の信号レベルの差である微分値が小さくなるため、基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面に形成された明暗部の像が合焦判定に与える悪影響を効果的に抑制することができ、投光手段Ａから投光される光によって光透過性薄膜１０２の表面に形成される明暗部の像が合焦判定手段Ｃにおける合焦判定に最適化するように定められた第１の発光強度Ｌ１ｉでランプ光源６を発光させていることと相俟って、ＣＣＤカメラ３のレンズが光透過性薄膜１０２の表面に合焦しているか否かを的確に調べることができる。
【００６３】
次いで、合焦判定手段Ｃとして機能するマイクロプロセッサ１１は、ステップＳ１１の処理で求めた微分値やピーク値等を従来と同様にして合焦判定のための閾値と比較し、この時点でＣＣＤカメラ３のレンズが光透過性薄膜１０２の表面に合焦しているか否かを判定する（ステップＳ１２）。
【００６４】
ＣＣＤカメラ３のレンズが光透過性薄膜１０２の表面に合焦しておらず、ステップＳ１２の判定結果が偽となった場合には、マイクロプロセッサ１１は、下降距離記憶レジスタＺｓの値が下降許容値ε１の範囲内にあるか否か、つまり、可動ユニット８を更に下降させても鏡胴５の先端が基板体１００に接触する等の問題が発生しないかどうかを判定する（ステップＳ１３）。
【００６５】
ここで、下降距離記憶レジスタＺｓの値が下降許容値ε１の範囲内にあり、可動ユニット８の更なる下降が可能であれば、主制御手段Ｈおよび離間距離調整手段Ｄの一部として機能するマイクロプロセッサ１１が、離間距離調整手段Ｄの主要部を構成するサーボモータＭｚをパルス分配処理で駆動して微小量Δｚだけ下降させ、可動ユニット８すなわちＣＣＤカメラ３を基板体載置テーブル２上の基板体１００に僅かに接近させて（ステップＳ１４）、下降距離記憶レジスタＺｓの値をΔｚだけインクリメントする（ステップＳ１５）。
【００６６】
Δｚは光透過性薄膜１０２の厚さやＣＣＤカメラ３のレンズの焦点深度に比べて遥かに小さな値であり、最終的には、必要とされる測定精度やサーボモータＭｚ，パルスコーダＰｚの分解能を考慮して決定される値である。
【００６７】
以下、ステップＳ１２の判定処理でＣＣＤカメラ３のレンズが光透過性薄膜１０２の表面に合焦したことが確認されるか、あるいは、ステップＳ１３の判定処理で可動ユニット８の下降に支障が生じたことが確認されるまでの間、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１は、前記と同様にして、ＣＣＤカメラ３に撮像指令を出力する処理と、ＣＣＤカメラ３によって得られた明暗部の画像データを取り込む処理と、ＣＣＤカメラ３のレンズの合焦状態を判定する処理と、可動ユニット８すなわちＣＣＤカメラ３を微小量Δｚの刻みで下降させて基板体１００に接近させる処理と、下降距離記憶レジスタＺｓの値をインクリメントする処理とを繰り返し実行する（ステップＳ９〜ステップＳ１５）。
【００６８】
そして、ステップＳ９〜ステップＳ１５の処理を繰り返し実行する間にステップＳ１２の判定結果が真となり、ＣＣＤカメラ３のレンズが光透過性薄膜１０２の表面に合焦したことが確認されると、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１は、距離情報記憶手段Ｅとして機能する不揮発性メモリ１３内の現在位置記憶レジスタＲｚから基板体載置テーブル２とＣＣＤカメラ３との離間距離を代表する距離情報の値つまり膜厚測定装置１のマシン座標系Ｚ上における可動ユニット８のアブソリュートな現在位置ｚの値を読み込み（ステップＳ１７）、この値を第１の測定距離として第１測定距離記憶レジスタＺ１に記憶する（ステップＳ１８／図９参照）。
【００６９】
次いで、主制御手段Ｈおよび離間距離調整手段Ｄの一部として機能するマイクロプロセッサ１１は、可動ユニット８の現在位置ｚと第２の設定離間距離に相当するマシン座標系Ｚ上における可動ユニット８のアブソリュート位置Ｚ２＋ｉの位置データとに基いてポイントｔｏポイントのインクリメンタル移動量を求め、離間距離調整手段Ｄの主要部を構成するサーボモータＭｚをパルス分配処理によって駆動し、可動ユニット８すなわちＣＣＤカメラ３を、光透過性薄膜１０２の表面とＣＣＤカメラ３のレンズとの間の距離がＣＣＤカメラ３のレンズの合焦距離と一致している現在の位置から更に垂直方向に下降させ、ＣＣＤカメラ３のレンズを光透過性薄膜１０２の表面からアウトフォーカスさせた後、マシン座標系上のアブソリュート位置Ｚ２＋ｉに位置決めし、基板体載置テーブル２に載置された基板体１００の基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面と撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３のレンズとの間に、ＣＣＤカメラ３レンズの合焦距離よりも僅かに長い第２の設定離間距離を形成させる（ステップＳ１９）。
【００７０】
この際、測定対象が基板１０１の表面となるか回路パターン１０３の表面となるかは、この時点で読み出されている測定位置（ｘｉ，ｙｉ）の値による。
【００７１】
また、ここでいう「ＣＣＤカメラ３のレンズの合焦距離よりも僅かに長い第２の設定離間距離」の意味合いは、測定対象が基板１０１の表面となる場合にあっては基板１０１の厚みが設計上の許容誤差の最大値となった場合であっても、ＣＣＤカメラ３のレンズの焦点を基板１０１の表面よりも上方に位置させることが可能な離間距離であり、測定対象が回路パターン１０３の表面となる場合にあっては基板１０１の厚みと回路パターン１０３の厚みの和が設計上の許容誤差の最大値となった場合であっても、ＣＣＤカメラ３のレンズの焦点を回路パターン１０３の表面よりも上方に位置させることが可能な離間距離である。つまり、何れの場合にあっても、ＣＣＤカメラ３を備えた可動ユニット８を単純に下降させることによってＣＣＤカメラ３のレンズを測定対象の表面に合焦させることが可能な離間距離である。
【００７２】
なお、測定対象が基板１０１の表面となるか回路パターン１０３の表面となるかは測定条件記憶テーブル２２（図４参照）の位置データ（ｘｉ，ｙｉ）とＺ２＋ｉの組み合わせによって予め教示されているので、マイクロプロセッサ１１自体が測定対象の種別を判定する必要はない。
【００７３】
次いで、主制御手段Ｈおよび発光強度調整手段Ｆの一部として機能するマイクロプロセッサ１１が、発光強度調整手段Ｆの主要部として機能するランプ駆動回路１０に駆動指令を出力し、投光手段Ａのランプ光源６を第２の発光強度Ｌ２ｉつまり投光手段Ａから投光される光によって基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面に形成される明暗部の像が合焦判定手段Ｃにおける合焦判定に最適化するように定められた発光強度で発光させ、ハーフミラー７を介して基板体１００の法線方向から光を投光することにより、基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面に輝度パターンもしくはスポット光と其の周辺の暗部からなる明暗部を形成させる（ステップＳ２０）。
【００７４】
基板体１００の法線方向から投光された光の多くは光透過性薄膜１０２の表面で反射されることになるが、発光強度Ｌ１ｉよりも強い発光強度Ｌ２ｉでランプ光源６を発光させているので、光透過性薄膜１０２を透過した光だけでも、合焦判定に十分なコントラストを有する明暗部を基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面に形成させることができる。
【００７５】
この際、基板体１００の法線方向から投光された光の多くは光透過性薄膜１０２の表面で反射されるので、光透過性薄膜１０２の表面にも、基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面の其れに類似した明暗部が形成されることになる。
【００７６】
次いで、マイクロプロセッサ１１が、アブソリュート位置Ｚ２＋ｉからの可動ユニット８の下降距離を積算記憶する下降距離記憶レジスタＺｓの値を０に初期化し（ステップＳ２１）、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１が、撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３に撮像指令を出力し、撮像指令を受けたＣＣＤカメラ３が、基板体１００上に形成される明暗部の像をＣＣＤカメラ３のレンズを介してＣＣＤカメラ３の撮像素子上に投影し、この撮像素子の光電変換によって基板体１００上の明暗部の画像データを得る（ステップＳ２２）。
【００７７】
そして、合焦判定手段Ｃとして機能するマイクロプロセッサ１１が、ＣＣＤカメラ３から明暗部の画像データを取り込み（ステップＳ２３）、公知の画像処理を施すことによってＣＣＤカメラ３のレンズの合焦状態を調べる（ステップＳ２４）。
【００７８】
この際、画像処理の対象となる明暗部の画像データは基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面に形成された明暗部の像と光透過性薄膜１０２の表面に形成された明暗部の像とを重ね合わせたものとなっている。
【００７９】
しかし、ＣＣＤカメラ３のレンズが光透過性薄膜１０２の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有しているためＣＣＤカメラ３のレンズが光透過性薄膜１０２の表面に合焦することはない。
【００８０】
従って、光透過性薄膜１０２の表面に形成された明暗部の像はＣＣＤカメラ３のレンズから完全にアウトフォーカスしてボケが大きな状態となり、特に、合焦判定のためにコントラスト検出方式を適用した場合においては、光透過性薄膜１０２の表面に形成された明暗部における画素の信号レベルの差である微分値が小さくなるため、光透過性薄膜１０２の表面に形成された明暗部の像が合焦判定に与える悪影響を効果的に抑制することができ、投光手段Ａから投光される光によって基板１０１の表面や回路パターン１０３の表面に形成される明暗部の像が合焦判定手段Ｃにおける合焦判定に最適化するように定められた第２の発光強度Ｌ２ｉでランプ光源６を発光させていることと相俟って、ＣＣＤカメラ３のレンズが基板１０１の表面や回路パターン１０３の表面に合焦しているか否かを的確に調べることができる。
【００８１】
次いで、合焦判定手段Ｃとして機能するマイクロプロセッサ１１は、ステップＳ２４の処理で求めた微分値やピーク値等を従来と同様にして合焦判定のための閾値と比較し、この時点でＣＣＤカメラ３のレンズが基板１０１の表面や回路パターン１０３の表面に合焦しているか否かを判定する（ステップＳ２５）。
【００８２】
ＣＣＤカメラ３のレンズが基板１０１の表面や回路パターン１０３の表面に合焦しておらず、ステップＳ２５の判定結果が偽となった場合には、マイクロプロセッサ１１は、下降距離記憶レジスタＺｓの値が下降許容値ε２の範囲内にあるか否か、つまり、可動ユニット８を更に下降させても鏡胴５の先端が基板体１００に接触する等の問題が発生しないかどうかを判定する（ステップＳ２６）。
【００８３】
ここで、下降距離記憶レジスタＺｓの値が下降許容値ε２の範囲内にあり、可動ユニット８の更なる下降が可能であれば、主制御手段Ｈおよび離間距離調整手段Ｄの一部として機能するマイクロプロセッサ１１が、離間距離調整手段Ｄの主要部を構成するサーボモータＭｚをパルス分配処理で駆動して微小量Δｚだけ下降させ、可動ユニット８すなわちＣＣＤカメラ３を基板体載置テーブル２上の基板体１００に僅かに接近させて（ステップＳ２７）、下降距離記憶レジスタＺｓの値をΔｚだけインクリメントする（ステップＳ２８）。
【００８４】
以下、ステップＳ２５の判定処理でＣＣＤカメラ３のレンズが基板１０１の表面や回路パターン１０３の表面に合焦したことが確認されるか、あるいは、ステップＳ２６の判定処理で可動ユニット８の下降に支障が生じたことが確認されるまでの間、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１は、前記と同様にして、ＣＣＤカメラ３に撮像指令を出力する処理と、ＣＣＤカメラ３によって得られた明暗部の画像データを取り込む処理と、ＣＣＤカメラ３のレンズの合焦状態を判定する処理と、可動ユニット８すなわちＣＣＤカメラ３を微小量Δｚの刻みで下降させて基板体１００に接近させる処理と、下降距離記憶レジスタＺｓの値をインクリメントする処理とを繰り返し実行する（ステップＳ２２〜ステップＳ２８）。
【００８５】
そして、ステップＳ２２〜ステップＳ２８の処理を繰り返し実行する間にステップＳ２５の判定結果が真となり、ＣＣＤカメラ３のレンズが基板１０１の表面や回路パターン１０３の表面に合焦したことが確認されると、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１は、距離情報記憶手段Ｅとして機能する不揮発性メモリ１３内の現在位置記憶レジスタＲｚから基板体載置テーブル２とＣＣＤカメラ３との離間距離を代表する距離情報の値つまり膜厚測定装置１のマシン座標系Ｚ上における可動ユニット８のアブソリュートな現在位置ｚの値を読み込み（ステップＳ３０）、この値を第２の測定距離として第２測定距離記憶レジスタＺ２に記憶する（ステップＳ３１／図１０参照）。
【００８６】
次いで、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１は、第１測定距離記憶レジスタＺ１に記憶された第１の測定距離ｚ１の値と第２測定距離記憶レジスタＺ２に記憶された第２の測定距離ｚ２の値に基いて第１の測定距離と第２の測定距離との差分｜ｚ１−ｚ２｜を求める（図１０参照）。
既に述べた通り、ｚ１もｚ２も基板体載置テーブル２とＣＣＤカメラ３との離間距離を代表する同じ座標系つまりマシン座標系Ｚ上の位置情報であるから、｜ｚ１−ｚ２｜の演算を実行することによって容易に光透過性薄膜１０２の厚さを求めることができる。
そして、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１は、この値から、更に、現在の測定位置（ｘｉ，ｙｉ）に対応した合焦距離の差分ΔＬｉ、つまり、ランプ光源６の発光強度Ｌ１ｉとＬ２ｉの相違で生じる合焦距離の変動量ｆ１−ｆ２の値を減算することで光透過性薄膜１０２の真の厚さを求め、この値を当該測定位置（ｘｉ，ｙｉ）における光透過性薄膜１０２の厚さＴｓとしてＲＡＭ１４に一時記憶する（以上、ステップＳ３２）。
【００８７】
次いで、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１は、ステップＳ３２の処理で求めた光透過性薄膜１０２の真の厚さＴｓと当該測定位置（ｘｉ，ｙｉ）に対応する光透過性薄膜１０２の設計上の厚さＴｉとを比較し、両者間の誤差が許容値ε３の範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ３３）。
【００８８】
ここで、両者間の誤差が許容値ε３の範囲内にあってステップＳ３３の判定結果が真となった場合には、主制御手段Ｈとして機能するマイクロプロセッサ１１は当該測定位置（ｘｉ，ｙｉ）における光透過性薄膜１０２の厚さに異常がないものと見做なす。
【００８９】
この場合、主制御手段Ｈおよび離間距離調整手段Ｄの一部として機能するマイクロプロセッサ１１は、不揮発性メモリ１３内の現在位置記憶レジスタＲｚに記憶されている可動ユニット８の現在位置ｚと可動ユニット８の退避位置のデータ（設定値）とに基いてポイントｔｏポイントのインクリメンタル移動量を求め、離間距離調整手段Ｄの主要部を構成するサーボモータＭｚをパルス分配処理によって駆動して、基板体載置テーブル２の上方に位置する退避位置まで可動ユニット８を上昇させ、基板体１００を載置した状態の基板体載置テーブル２の水平方向の移動を許容する（ステップＳ３４）。
【００９０】
次いで、マイクロプロセッサ１１は、測定位置検索指標ｉの現在値が測定条件記憶テーブル２２に記憶された測定位置の総数ｎに達しているか否かを判定する（ステップＳ３５）。
【００９１】
測定位置検索指標ｉの現在値が測定位置の総数ｎに達していなければ、マイクロプロセッサ１１は、測定位置検索指標ｉの値を改めて１インクリメントし（ステップＳ３）、更新された測定位置検索指標ｉの現在値に基いて新たに選択された基板体１００上の測定位置（ｘｉ，ｙｉ）をＣＣＤカメラ３のレンズの光軸の直下に位置決めする処理（ステップＳ４〜ステップＳ５）と、この測定位置（ｘｉ，ｙｉ）において第１，第２の測定距離ｚ１，ｚ２を求める処理（ステップＳ６〜ステップＳ３１）と、第１，第２の測定距離ｚ１，ｚ２および当該測定位置（ｘｉ，ｙｉ）に対応して測定条件記憶テーブル２２に記憶された合焦距離の差分ΔＬｉに基いて当該測定位置（ｘｉ，ｙｉ）における光透過性薄膜１０２の真の厚さＴｓを求める処理（ステップＳ３２）と、当該測定位置（ｘｉ，ｙｉ）における光透過性薄膜１０２の真の厚さＴｓと当該測定位置（ｘｉ，ｙｉ）に対応する設計上の光透過性薄膜１０２の厚さＴｉとを比較して当該測定位置（ｘｉ，ｙｉ）における光透過性薄膜１０２の厚さ異常の有無を判定する処理（ステップＳ３３）と、測定ユニット８を退避位置に戻して次の測定位置への基板体載置テーブル２の移動に備えるための処理（ステップＳ３４）とを繰り返し実行する。
【００９２】
そして、最終的に、ステップＳ３５の判定処理によって測定位置検索指標ｉの現在値が測定位置の総数ｎに達したことが確認されると、マイクロプロセッサ１１は、１枚の基板体１００に対するｎ回の測定処理の全てを終了し、図示しないセルコントローラに測定終了信号を送信し（ステップＳ３６）、初期の待機状態に復帰してセルコントローラから新たな測定指令が入力されるのを待機する（ステップＳ１）。
制御装置９から送信された測定終了信号を受信したセルコントローラは図示しないハンドリングロボットを作動させて膜厚測定装置１の基板体載置テーブル２から検査済みの基板体１００を取り外し、検査対象となる新たな基板体１００を膜厚測定装置１の基板体載置テーブル２に載置する。
そして、基板体１００を基板体載置テーブル２に載置したハンドリングロボットが動作完了信号をセルコントローラに送信し、この動作完了信号を確認したセルコントローラが制御装置９に測定指令を送信することによって、前記と同様の作業シーケンス（ステップＳ１〜ステップＳ１５，ステップＳ１７〜ステップＳ２８，ステップＳ３０〜ステップＳ３１）が再び開始される。
【００９３】
但し、１サイクルの作業シーケンスを実行する間にステップＳ１３の判定処理で光透過性薄膜１０２の表面検出処理の失敗が検出された場合、または、ステップＳ２６の判定処理で基板１０１の表面もしくは回路パターン１０３の表面検出処理の失敗が検出された場合には、ステップＳ１６またはステップＳ２９の処理に移行してマイクロプロセッサ１１によるエラー処理が実行され、測定ユニット８がステップＳ３４の処理と同等の処理によって退避位置に戻されて膜厚測定装置１の動作が停止し、モニタ１８にアラートが表示されると共に、制御装置９から図示しないセルコントローラにエラー信号が送信される。
【００９４】
また、１サイクルの作業シーケンスを実行する間にステップＳ３３の判定処理で光透過性薄膜１０２の厚さ異常が検出された場合には、ステップＳ３７の処理でマイクロプロセッサ１１による中断処理が実行され、マイクロプロセッサ１１は、ステップＳ３４の処理と同等の処理によって測定ユニット８を退避位置に戻し、図示しないセルコントローラに不良品検出信号を送信してから初期の待機状態に復帰する。
この場合、制御装置９から送信された不良品検出信号を受信したセルコントローラは、ハンドリングロボットを作動させて膜厚測定装置１の基板体載置テーブル２から不良と判定された基板体１００を取り外して不良品パレット等に回収し、検査対象となる新たな基板体１００を膜厚測定装置１の基板体載置テーブル２に改めて載置する。
そして、基板体１００を基板体載置テーブル２に載置したハンドリングロボットが動作完了信号をセルコントローラに送信すると、この動作完了信号を確認したセルコントローラが制御装置９に測定指令を送信し、膜厚測定装置１によって前記と同様の作業シーケンス（ステップＳ１〜ステップＳ１５，ステップＳ１７〜ステップＳ２８，ステップＳ３０〜ステップＳ３１）が再び開始されることになる。
【００９５】
以上に述べた通り、この実施形態では、光透過性薄膜１０２の表面にＣＣＤカメラ３３のレンズを合焦させて光透過性薄膜１０２の表面を検出する際には基板１０１や回路パターン１０３の表面から確実にレンズをフォーカスアウトさせる一方、基板１０１や回路パターン１０３の表面にＣＣＤカメラ３のレンズを合焦させて基板１０１や回路パターン１０３の表面を検出する際には光透過性薄膜１０２の表面から確実にレンズをフォーカスアウトさせるようにしているので、光透過性薄膜１０２の表面検出に際して基板１０１や回路パターン１０３の表面から反射される光によって形成される明暗部が合焦検出の外乱として作用したり、基板１０１や回路パターン１０３の表面検出に際して光透過性薄膜１０２の表面から反射される光によって形成される明暗部が合焦検出の外乱として作用したりすることを効率よく抑制することができ、基板体平面上の同一箇所（ｘｉ，ｙｉ）上で、光透過性薄膜１０２を含めた基板体１００の高さｚ１と光透過性薄膜１０２を除いた基板１０１や回路パターン１０３の高さｚ２の差分｜ｚ１−ｚ２｜に基いて光透過性薄膜１０２の厚さを適切に算出することができる。
【００９６】
しかも、光透過性薄膜１０２の表面に明暗部を形成するのに適した発光強度Ｌ１ｉや基板１０１や回路パターン１０３の表面に明暗部を形成するのに適した発光強度Ｌ２ｉにランプ光源６の発光強度を切り替えることによって光の特性に変化が生じた場合、例えば、レンズに対する屈折率の変化によって受光時の光路の角度が変動したり焦点距離が変動したような場合であっても、ハードウェアに手を加えるとなく入力データ上で数値的な補正を行なうこと、つまり、合焦距離の差分ΔＬｉ＝（ｆ１−ｆ２）を測定条件記憶テーブル２２に記憶させておくことにより、光の特性変化に対処して基板体１００上の各測定位置（ｘｉ，ｙｉ）における光透過性薄膜１０２の真の厚さ｜ｚ１−ｚ２｜−（ｆ１−ｆ２）を適切に算出することができる。
【００９７】
可動ユニット８のアブソリュートな現在位置ｚを逐次更新して記憶する現在位置記憶レジスタＲｚから合焦検出時における距離情報を読み出して第１測定距離記憶レジスタＺ１と第２測定距離記憶レジスタＺ２に記憶させることによって基板体１００の高さｚ１と光透過性薄膜１０２を除いた基板１０１や回路パターン１０３の高さｚ２の差分｜ｚ１−ｚ２｜を求める代わりに、合焦判定手段Ｃにおける判定結果が最初に合焦となってから再び合焦となるまでの間の基板体載置テーブル２と可動ユニット８との間のインクリメンタルな離間距離の変化を更新記憶する距離情報記憶手段Ｅを独立的に設け、この距離情報記憶手段Ｅから差分｜ｚ１−ｚ２｜の値を直接的に求めるようにしてもよい。
この場合の距離情報記憶手段Ｅは、図６におけるステップＳ１２の判定結果が真となった時点でパルスコーダＰｚからの帰還パルスの計数をリスタートし、図７におけるステップＳ２５の判定結果が真となった時点でパルスコーダＰｚからの帰還パルスの計数をストップするカウンタによって構成することができる。カウンタの計数値に帰還パルス１つ分に相当する可動ユニット８の移動量を乗じた値が差分｜ｚ１−ｚ２｜となる。
【００９８】
以上に述べた実施形態では、光透過性薄膜１０２の表面に明暗部を形成するのに適した発光強度Ｌ１ｉから基板１０１や回路パターン１０３の表面に明暗部を形成するのに適した発光強度Ｌ２ｉにランプ光源６の発光強度を瞬間的に切り替えるようにしたが、可動ユニット８の下降動作に応動させて連続的に発光強度を増大させて発光強度Ｌ１ｉから発光強度Ｌ２ｉへの切り替えを行なうようにしてもよい。
【００９９】
また、発光強度Ｌ１ｉで発光するランプ光源と発光強度Ｌ２ｉで発光するランプ光源とを独立的に設け、これらを選択的に発光させることで発光強度Ｌ１ｉ，発光強度Ｌ２ｉの切り替えを行なう構成とすることも可能である。
その場合は、例えば、図２に示されるランプ光源６とハーフミラー７との間の光路にハーフミラー７と同等のハーフミラーを配置し、第２のランプ光源からの光を新たに配置したハーフミラーで反射させてハーフミラー７に導くと共に、図２に示されるランプ光源６からの光を新たに配置したハーフミラーを透過させて図２のハーフミラー７に導くようにし、発光強度調整手段Ｆとして機能する切り替えスイッチを新たに設けて此れらのランプ光源を選択的に駆動する構成が適用できる。
なお、発光強度Ｌ１ｉ，発光強度Ｌ２ｉはランプ光源自体の発光強度ではなく、ハーフミラー７で反射されて基板体１００に向かう最終的な光の強度である。ハーフミラー透過の際には光量の損失があるので、ランプ光源自体の発光強度自体は其れよりも強くする必要がある。
【０１００】
更に、撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３を備えた可動ユニット８をＣＣＤカメラ３のレンズの光軸方向に沿って基板体載置テーブル２の法線方向に移動させる代わりに、撮像手段Ｂを固定側として基板体載置テーブル２を可動させる構成とすることも可能である。
同様に、基板体載置テーブル２に水平方向の送りを掛ける代わりに撮像手段Ｂとして機能するＣＣＤカメラ３に水平方向の送りを掛ける構成としてもよい。
【０１０１】
以上に開示した実施形態の一部または全部は、以下の付記に示す記載によって適切に表現され得るが、発明を実施するための形態や発明の技術思想は、これらのものに制限されるものではない。
【０１０２】
〔付記１〕
基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える前記光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定装置であって、
前記基板体の裏面を支えるようにして前記基板体を載置するための基板体載置テーブルと、
前記基板体載置テーブルの法線方向に沿って前記基板体に明暗部形成用の光を投光するための投光手段と、
前記光透過性薄膜の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有するレンズの光軸を前記投光手段における光の投光方向と同軸上に位置させ、前記投光手段から投光される光によって前記基板体上に形成される明暗部の像を前記レンズを介して撮像素子上に投影し前記撮像素子の光電変換によって前記明暗部の画像データを得る撮像手段と、
前記撮像手段から前記明暗部の画像データを取り込んで画像処理を施すことにより前記レンズが合焦しているか否かを判定する合焦判定手段と、
前記撮像手段におけるレンズの光軸方向に沿って前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離を変化させる離間距離調整手段と、
前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との離間距離を代表する距離情報の現在値を逐次更新して記憶する距離情報記憶手段と、
前記投光手段の発光強度を調整する発光強度調整手段と、
前記レンズの合焦判定に適するように前記投光手段の発光強度を調整して前記光透過性薄膜の表面及び前記基板の表面に光を投光し、前記光透過性薄膜の表面でも基板の表面でも明暗やコントラストの具合が同等となるようにして前記明暗部の像を形成すると共に、前記レンズを前記光透過性薄膜の表面及び基板の表面からレンズの合焦距離よりも離れた位置から徐々に基板体に接近させながら撮像手段を繰り返し作動させて前記基板体上の明暗部を撮像し、前記レンズが最初に合焦したときの基板体とレンズとの間の離間距離を測定して第１の測定距離として記憶する一方、前記レンズが再び合焦したときの基板体とレンズとの間の離間距離を測定して第２の測定距離として記憶し、前記第１の測定距離と第２の測定距離の差分を求めて前記光透過性薄膜の厚さとして出力する主制御手段とを備えたことを特徴とする膜厚測定装置。
【０１０３】
〔付記２〕
前記基板体載置テーブルに載置された基板体の光透過性薄膜の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の第１の設定離間距離と、前記基板体載置テーブルに載置された基板体の基板の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の第２の設定離間距離と、前記投光手段から投光される光によって前記光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められた前記投光手段の第１の発光強度と、前記投光手段から投光される光によって前記基板の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められ前記第１の発光強度よりも強い前記投光手段の第２の発光強度とを記憶するための設定データ記憶手段を更に備え、
前記主制御手段は、前記設定データ記憶手段に記憶された前記第１，第２の設定離間距離と第１，第２の発光強度とに基いて、前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が前記第１の設定離間距離となるように前記離間距離調整手段を駆動し前記発光強度調整手段に前記第１の発光強度を設定した後、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となるまで前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が縮む方向に前記離間距離調整手段を微小速度で駆動しながら前記撮像手段と前記合焦判定手段を交互に作動させ、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となったときの距離情報記憶手段の値を第１の測定距離として記憶し、更に、前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が前記第２の設定離間距離となるように前記離間距離調整手段を駆動して前記撮像手段のレンズを前記光透過性薄膜の表面からアウトフォーカスさせて前記発光強度調整手段に前記第２の発光強度を設定してから、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となるまで前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が縮む方向に前記離間距離調整手段を微小速度で駆動しながら前記撮像手段と前記合焦判定手段を交互に作動させ、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となったときの距離情報記憶手段の値を第２の測定距離として記憶するように構成されていることを特徴とした付記１記載の膜厚測定装置。
【０１０４】
〔付記３〕
前記投光手段が１つの光源を備え、前記発光強度調整手段は、前記１つの光源の発光強度を、前記光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められた第１の発光強度と、前記基板の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められ前記第１の発光強度よりも強い第２の発光強度に選択的に調整するように構成されていることを特徴とする付記１または付記２のうち何れか一項に記載の膜厚測定装置。
【０１０５】
〔付記４〕
前記発光強度調整手段が、前記光源の発光強度を前記第１の発光強度から前記第２の発光強度に連続的に変化させるように構成されていることを特徴とする付記３記載の膜厚測定装置。
【０１０６】
〔付記５〕
前記投光手段は、前記光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められた第１の発光強度を有する光源と、前記投光手段から投光される光によって前記基板の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められ前記第１の発光強度よりも強い第２の発光強度を有する光源とを備え、前記発光強度調整手段は、前記２つの光源から１つの光源を選択して駆動するように構成されていることを特徴とする付記１または付記２記載の膜厚測定装置。
【０１０７】
〔付記６〕
前記基板体載置テーブルと前記撮像手段のうち何れか一方のみを前記撮像手段におけるレンズの光軸方向に沿って移動可能な可動ユニットとして構成し、前記距離情報記憶手段は、膜厚測定装置のマシン座標系上における前記可動ユニットのアブソリュート位置を、前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との離間距離を代表する距離情報として逐次更新して記憶するように構成されていることを特徴とする付記１，付記２，付記３，付記４または付記５のうち何れか一項に記載の膜厚測定装置。
【０１０８】
〔付記７〕
前記距離情報記憶手段は、前記合焦判定手段における判定結果が最初に合焦となってから再び合焦となるまでの間の前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間のインクリメンタルな離間距離の変化を前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との離間距離を代表する距離情報として逐次更新して記憶するように構成されていることを特徴とする付記１，付記２，付記３，付記４または付記５のうち何れか一項に記載の膜厚測定装置。
【０１０９】
〔付記８〕
基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える前記光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定方法であって、
前記基板体の光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が撮像手段の備えるレンズの合焦判定に適するように光の強度を調整して前記光透過性薄膜の表面及び前記基板の表面に光を投光し、前記光透過性薄膜の表面でも基板の表面でも明暗やコントラストの具合が同等となるようにして前記明暗部の像を形成すると共に、
前記レンズを前記光透過性薄膜の表面及び基板の表面からレンズの合焦距離よりも離れた位置から徐々に基板体に接近させながら撮像手段を繰り返し作動させて前記基板体上の明暗部を撮像し、前記レンズが最初に合焦したときの基板体とレンズとの間の離間距離を測定して第１の測定距離として記憶する一方、前記レンズが再び合焦したときの基板体とレンズとの間の離間距離を測定して第２の測定距離として記憶し、
前記第１の測定距離と第２の測定距離の差分を求めて前記光透過性薄膜の厚さとすることを特徴とする膜厚測定方法。
【０１１０】
〔付記９〕
基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える前記光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定方法であって、
前記基板体の光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が撮像手段の備えるレンズの合焦判定に適するように光の強度を調整して前記基板体の法線方向から光を投光することで前記基板体に明暗部を形成すると共に、前記光透過性薄膜の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有する前記レンズの光軸が前記光の投光方向と同軸上に位置し且つ前記基板体の光透過性薄膜の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように前記撮像手段の位置を調整した後、
前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を徐々に縮めながら前記撮像手段を繰り返し作動させて前記明暗部を撮像し、その都度に得られる明暗部の画像に基いて前記レンズが合焦しているか否かを判定し、前記レンズが最初に合焦したときの前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を測定して第１の測定距離として記憶し、
更に、前記基板体の基板の表面に形成される明暗部の像が撮像手段の備えるレンズの合焦判定に適するように光の強度を強くして、前記基板体の基板の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように前記撮像手段の位置を調整し、前記撮像手段の前記レンズを前記光透過性薄膜の表面からアウトフォーカスさせてから、
前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を徐々に縮めながら前記撮像手段を繰り返し作動させて前記明暗部を撮像し、その都度に得られる明暗部の画像に基いて前記レンズが合焦しているか否かを判定し、前記レンズが再び合焦したときの前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を測定して第２の測定距離として記憶し、
前記第１の測定距離と第２の測定距離の差分を求めて前記光透過性薄膜の厚さとすることを特徴とする膜厚測定方法。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定装置および膜厚測定方法に適用できる。
【符号の説明】
【０１１２】
１ 膜厚測定装置
２ 基板体載置テーブル
３ ＣＣＤカメラ
４ コラム
５ 鏡胴
６ ランプ光源
７ ハーフミラー
８ 可動ユニット
９ 制御装置
１０ ランプ駆動回路
１１ マイクロプロセッサ
１２ ＲＯＭ
１３ 不揮発性メモリ
１４ ＲＡＭ
１５ インターフェイス
１６ 入出力回路
１７ 教示操作盤
１８ モニタ
１９，２０，２１ モータ駆動回路
２２ 膜厚測定位置記憶テーブル
１００ 基板体
１０１ 基板
１０２ 光透過性薄膜
１０３ 回路パターン
Ａ 投光手段
Ｂ 撮像手段
Ｃ 合焦判定手段
Ｄ 離間距離調整手段
Ｅ 距離情報記憶手段
Ｆ 発光強度調整手段
Ｇ 設定データ記憶手段
Ｈ 主制御手段
Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ サーボモータ
Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ パルスコーダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える前記光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定装置であって、
前記基板体の裏面を支えるようにして前記基板体を載置するための基板体載置テーブルと、
前記基板体載置テーブルの法線方向に沿って前記基板体に明暗部形成用の光を投光するための投光手段と、
前記光透過性薄膜の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有するレンズの光軸を前記投光手段における光の投光方向と同軸上に位置させ、前記投光手段から投光される光によって前記基板体上に形成される明暗部の像を前記レンズを介して撮像素子上に投影し前記撮像素子の光電変換によって前記明暗部の画像データを得る撮像手段と、
前記撮像手段から前記明暗部の画像データを取り込んで画像処理を施すことにより前記レンズが合焦しているか否かを判定する合焦判定手段と、
前記撮像手段におけるレンズの光軸方向に沿って前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離を変化させる離間距離調整手段と、
前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との離間距離を代表する距離情報の現在値を逐次更新して記憶する距離情報記憶手段と、
前記投光手段の発光強度を調整する発光強度調整手段と、
前記レンズの合焦判定に適するように前記投光手段の発光強度を調整して前記光透過性薄膜の表面及び前記基板の表面に光を投光し、前記光透過性薄膜の表面でも基板の表面でも明暗やコントラストの具合が同等となるようにして前記明暗部の像を形成すると共に、前記レンズを前記光透過性薄膜の表面及び基板の表面からレンズの合焦距離よりも離れた位置から徐々に基板体に接近させながら撮像手段を繰り返し作動させて前記基板体上の明暗部を撮像し、前記レンズが最初に合焦したときの基板体とレンズとの間の離間距離を測定して第１の測定距離として記憶する一方、前記レンズが再び合焦したときの基板体とレンズとの間の離間距離を測定して第２の測定距離として記憶し、前記第１の測定距離と第２の測定距離の差分を求めて前記光透過性薄膜の厚さとして出力する主制御手段とを備えたことを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項２】
前記基板体載置テーブルに載置された基板体の光透過性薄膜の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の第１の設定離間距離と、前記基板体載置テーブルに載置された基板体の基板の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の第２の設定離間距離と、前記投光手段から投光される光によって前記光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められた前記投光手段の第１の発光強度と、前記投光手段から投光される光によって前記基板の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められ前記第１の発光強度よりも強い前記投光手段の第２の発光強度とを記憶するための設定データ記憶手段を更に備え、
前記主制御手段は、前記設定データ記憶手段に記憶された前記第１，第２の設定離間距離と第１，第２の発光強度とに基いて、前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が前記第１の設定離間距離となるように前記離間距離調整手段を駆動し前記発光強度調整手段に前記第１の発光強度を設定した後、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となるまで前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が縮む方向に前記離間距離調整手段を微小速度で駆動しながら前記撮像手段と前記合焦判定手段を交互に作動させ、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となったときの距離情報記憶手段の値を第１の測定距離として記憶し、更に、前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が前記第２の設定離間距離となるように前記離間距離調整手段を駆動して前記撮像手段のレンズを前記光透過性薄膜の表面からアウトフォーカスさせて前記発光強度調整手段に前記第２の発光強度を設定してから、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となるまで前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が縮む方向に前記離間距離調整手段を微小速度で駆動しながら前記撮像手段と前記合焦判定手段を交互に作動させ、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となったときの距離情報記憶手段の値を第２の測定距離として記憶するように構成されていることを特徴とした請求項１記載の膜厚測定装置。
【請求項３】
前記投光手段が１つの光源を備え、前記発光強度調整手段は、前記１つの光源の発光強度を、前記光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められた第１の発光強度と、前記基板の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められ前記第１の発光強度よりも強い第２の発光強度に選択的に調整するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２のうち何れか一項に記載の膜厚測定装置。
【請求項４】
前記発光強度調整手段が、前記光源の発光強度を前記第１の発光強度から前記第２の発光強度に連続的に変化させるように構成されていることを特徴とする請求項３記載の膜厚測定装置。
【請求項５】
前記投光手段は、前記光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められた第１の発光強度を有する光源と、前記投光手段から投光される光によって前記基板の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められ前記第１の発光強度よりも強い第２の発光強度を有する光源とを備え、前記発光強度調整手段は、前記２つの光源から１つの光源を選択して駆動するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２のうち何れか一項に記載の膜厚測定装置。
【請求項６】
前記基板体載置テーブルと前記撮像手段のうち何れか一方のみを前記撮像手段におけるレンズの光軸方向に沿って移動可能な可動ユニットとして構成し、前記距離情報記憶手段は、膜厚測定装置のマシン座標系上における前記可動ユニットのアブソリュート位置を、前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との離間距離を代表する距離情報として逐次更新して記憶するように構成されていることを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３，請求項４または請求項５のうち何れか一項に記載の膜厚測定装置。
【請求項７】
前記距離情報記憶手段は、前記合焦判定手段における判定結果が最初に合焦となってから再び合焦となるまでの間の前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間のインクリメンタルな離間距離の変化を前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との離間距離を代表する距離情報として逐次更新して記憶するように構成されていることを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３，請求項４または請求項５のうち何れか一項に記載の膜厚測定装置。
【請求項８】
基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える前記光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定方法であって、
前記基板体の光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が撮像手段の備えるレンズの合焦判定に適するように光の強度を調整して前記光透過性薄膜の表面及び前記基板の表面に光を投光し、前記光透過性薄膜の表面でも基板の表面でも明暗やコントラストの具合が同等となるようにして前記明暗部の像を形成すると共に、
前記レンズを前記光透過性薄膜の表面及び基板の表面からレンズの合焦距離よりも離れた位置から徐々に基板体に接近させながら撮像手段を繰り返し作動させて前記基板体上の明暗部を撮像し、前記レンズが最初に合焦したときの基板体とレンズとの間の離間距離を測定して第１の測定距離として記憶する一方、前記レンズが再び合焦したときの基板体とレンズとの間の離間距離を測定して第２の測定距離として記憶し、
前記第１の測定距離と第２の測定距離の差分を求めて前記光透過性薄膜の厚さとすることを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項９】
基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える前記光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定方法であって、
前記基板体の光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が撮像手段の備えるレンズの合焦判定に適するように光の強度を調整して前記基板体の法線方向から光を投光することで前記基板体に明暗部を形成すると共に、前記光透過性薄膜の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有する前記レンズの光軸が前記光の投光方向と同軸上に位置し且つ前記基板体の光透過性薄膜の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように前記撮像手段の位置を調整した後、
前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を徐々に縮めながら前記撮像手段を繰り返し作動させて前記明暗部を撮像し、その都度に得られる明暗部の画像に基いて前記レンズが合焦しているか否かを判定し、前記レンズが最初に合焦したときの前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を測定して第１の測定距離として記憶し、
更に、前記基板体の基板の表面に形成される明暗部の像が撮像手段の備えるレンズの合焦判定に適するように光の強度を強くし、前記基板体の基板の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように前記撮像手段の位置を調整し、前記撮像手段のレンズを前記光透過性薄膜の表面からアウトフォーカスさせてから、
前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を徐々に縮めながら前記撮像手段を繰り返し作動させて前記明暗部を撮像し、その都度に得られる明暗部の画像に基いて前記レンズが合焦しているか否かを判定し、前記レンズが再び合焦したときの前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を測定して第２の測定距離として記憶し、
前記第１の測定距離と第２の測定距離の差分を求めて前記光透過性薄膜の厚さとすることを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項１】
基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える前記光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定装置であって、
前記基板体の裏面を支えるようにして前記基板体を載置するための基板体載置テーブルと、
前記基板体載置テーブルの法線方向に沿って前記基板体に明暗部形成用の光を投光するための投光手段と、
前記光透過性薄膜の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有するレンズの光軸を前記投光手段における光の投光方向と同軸上に位置させ、前記投光手段から投光される光によって前記基板体上に形成される明暗部の像を前記レンズを介して撮像素子上に投影し前記撮像素子の光電変換によって前記明暗部の画像データを得る撮像手段と、
前記撮像手段から前記明暗部の画像データを取り込んで画像処理を施すことにより前記レンズが合焦しているか否かを判定する合焦判定手段と、
前記撮像手段におけるレンズの光軸方向に沿って前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離を変化させる離間距離調整手段と、
前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との離間距離を代表する距離情報の現在値を逐次更新して記憶する距離情報記憶手段と、
前記投光手段の発光強度を調整する発光強度調整手段と、
前記レンズの合焦判定に適するように前記投光手段の発光強度を調整して前記光透過性薄膜の表面及び前記基板の表面に光を投光し、前記光透過性薄膜の表面でも基板の表面でも明暗やコントラストの具合が同等となるようにして前記明暗部の像を形成すると共に、前記レンズを前記光透過性薄膜の表面及び基板の表面からレンズの合焦距離よりも離れた位置から徐々に基板体に接近させながら撮像手段を繰り返し作動させて前記基板体上の明暗部を撮像し、前記レンズが最初に合焦したときの基板体とレンズとの間の離間距離を測定して第１の測定距離として記憶する一方、前記レンズが再び合焦したときの基板体とレンズとの間の離間距離を測定して第２の測定距離として記憶し、前記第１の測定距離と第２の測定距離の差分を求めて前記光透過性薄膜の厚さとして出力する主制御手段とを備えたことを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項２】
前記基板体載置テーブルに載置された基板体の光透過性薄膜の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の第１の設定離間距離と、前記基板体載置テーブルに載置された基板体の基板の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように定めた前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の第２の設定離間距離と、前記投光手段から投光される光によって前記光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められた前記投光手段の第１の発光強度と、前記投光手段から投光される光によって前記基板の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められ前記第１の発光強度よりも強い前記投光手段の第２の発光強度とを記憶するための設定データ記憶手段を更に備え、
前記主制御手段は、前記設定データ記憶手段に記憶された前記第１，第２の設定離間距離と第１，第２の発光強度とに基いて、前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が前記第１の設定離間距離となるように前記離間距離調整手段を駆動し前記発光強度調整手段に前記第１の発光強度を設定した後、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となるまで前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が縮む方向に前記離間距離調整手段を微小速度で駆動しながら前記撮像手段と前記合焦判定手段を交互に作動させ、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となったときの距離情報記憶手段の値を第１の測定距離として記憶し、更に、前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が前記第２の設定離間距離となるように前記離間距離調整手段を駆動して前記撮像手段のレンズを前記光透過性薄膜の表面からアウトフォーカスさせて前記発光強度調整手段に前記第２の発光強度を設定してから、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となるまで前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間の離間距離が縮む方向に前記離間距離調整手段を微小速度で駆動しながら前記撮像手段と前記合焦判定手段を交互に作動させ、前記合焦判定手段における判定結果が合焦となったときの距離情報記憶手段の値を第２の測定距離として記憶するように構成されていることを特徴とした請求項１記載の膜厚測定装置。
【請求項３】
前記投光手段が１つの光源を備え、前記発光強度調整手段は、前記１つの光源の発光強度を、前記光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められた第１の発光強度と、前記基板の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められ前記第１の発光強度よりも強い第２の発光強度に選択的に調整するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２のうち何れか一項に記載の膜厚測定装置。
【請求項４】
前記発光強度調整手段が、前記光源の発光強度を前記第１の発光強度から前記第２の発光強度に連続的に変化させるように構成されていることを特徴とする請求項３記載の膜厚測定装置。
【請求項５】
前記投光手段は、前記光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められた第１の発光強度を有する光源と、前記投光手段から投光される光によって前記基板の表面に形成される明暗部の像が前記合焦判定手段における合焦判定に最適化するように定められ前記第１の発光強度よりも強い第２の発光強度を有する光源とを備え、前記発光強度調整手段は、前記２つの光源から１つの光源を選択して駆動するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２のうち何れか一項に記載の膜厚測定装置。
【請求項６】
前記基板体載置テーブルと前記撮像手段のうち何れか一方のみを前記撮像手段におけるレンズの光軸方向に沿って移動可能な可動ユニットとして構成し、前記距離情報記憶手段は、膜厚測定装置のマシン座標系上における前記可動ユニットのアブソリュート位置を、前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との離間距離を代表する距離情報として逐次更新して記憶するように構成されていることを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３，請求項４または請求項５のうち何れか一項に記載の膜厚測定装置。
【請求項７】
前記距離情報記憶手段は、前記合焦判定手段における判定結果が最初に合焦となってから再び合焦となるまでの間の前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との間のインクリメンタルな離間距離の変化を前記基板体載置テーブルと前記撮像手段との離間距離を代表する距離情報として逐次更新して記憶するように構成されていることを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３，請求項４または請求項５のうち何れか一項に記載の膜厚測定装置。
【請求項８】
基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える前記光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定方法であって、
前記基板体の光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が撮像手段の備えるレンズの合焦判定に適するように光の強度を調整して前記光透過性薄膜の表面及び前記基板の表面に光を投光し、前記光透過性薄膜の表面でも基板の表面でも明暗やコントラストの具合が同等となるようにして前記明暗部の像を形成すると共に、
前記レンズを前記光透過性薄膜の表面及び基板の表面からレンズの合焦距離よりも離れた位置から徐々に基板体に接近させながら撮像手段を繰り返し作動させて前記基板体上の明暗部を撮像し、前記レンズが最初に合焦したときの基板体とレンズとの間の離間距離を測定して第１の測定距離として記憶する一方、前記レンズが再び合焦したときの基板体とレンズとの間の離間距離を測定して第２の測定距離として記憶し、
前記第１の測定距離と第２の測定距離の差分を求めて前記光透過性薄膜の厚さとすることを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項９】
基板の表面に光透過性薄膜を一体的に形成して得られた基板体が備える前記光透過性薄膜の厚さを測定するための膜厚測定方法であって、
前記基板体の光透過性薄膜の表面に形成される明暗部の像が撮像手段の備えるレンズの合焦判定に適するように光の強度を調整して前記基板体の法線方向から光を投光することで前記基板体に明暗部を形成すると共に、前記光透過性薄膜の設計上の厚さよりも浅い焦点深度を有する前記レンズの光軸が前記光の投光方向と同軸上に位置し且つ前記基板体の光透過性薄膜の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように前記撮像手段の位置を調整した後、
前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を徐々に縮めながら前記撮像手段を繰り返し作動させて前記明暗部を撮像し、その都度に得られる明暗部の画像に基いて前記レンズが合焦しているか否かを判定し、前記レンズが最初に合焦したときの前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を測定して第１の測定距離として記憶し、
更に、前記基板体の基板の表面に形成される明暗部の像が撮像手段の備えるレンズの合焦判定に適するように光の強度を強くし、前記基板体の基板の表面と前記レンズとの間の離間距離が前記レンズの合焦距離よりも僅かに長くなるように前記撮像手段の位置を調整し、前記撮像手段のレンズを前記光透過性薄膜の表面からアウトフォーカスさせてから、
前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を徐々に縮めながら前記撮像手段を繰り返し作動させて前記明暗部を撮像し、その都度に得られる明暗部の画像に基いて前記レンズが合焦しているか否かを判定し、前記レンズが再び合焦したときの前記基板体と前記レンズとの間の離間距離を測定して第２の測定距離として記憶し、
前記第１の測定距離と第２の測定距離の差分を求めて前記光透過性薄膜の厚さとすることを特徴とする膜厚測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−３７３６５（Ｐ２０１２−３７３６５Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７７３６０（Ｐ２０１０−１７７３６０）
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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