JP6725988B2 - Thickness measuring device and thickness measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、厚み測定装置および厚み測定方法に関し、特に、反射光を用いて試料の厚みを測定する厚み測定装置および厚み測定方法に関する。 The present invention relates to a thickness measuring device and a thickness measuring method, and more particularly to a thickness measuring device and a thickness measuring method for measuring the thickness of a sample using reflected light.
近年、光を用いて距離を計測する変位計測装置が開発されている。たとえば、特開2009−270939号公報(特許文献1)には、以下のような構成が開示されている。すなわち、光学式変位計は、計測用の検出光として広帯域光を生成する広帯域光源装置と、上記検出光を集光し、測定対象物に向けて出射する出射側端面が平面の集光レンズと、上記集光レンズに入射された上記測定対象物による反射光及び上記出射側端面による反射光を分光し、波長分布の特性曲線の周波数を求めて上記測定対象物及び上記出射側端面間の距離を算出する分光装置とを備え、上記集光レンズは、上記出射側端面から遠ざかるに従って照射スポットが広くなる上記検出光を出射するレンズである。 In recent years, displacement measuring devices that measure distance using light have been developed. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2009-270939 (Patent Document 1) discloses the following configuration. That is, the optical displacement meter is a broadband light source device that generates broadband light as detection light for measurement, and a condenser lens having a flat emission side end face that collects the detection light and emits it toward the measurement target. , The light reflected by the measurement object and the light reflected by the emission side end surface which are incident on the condenser lens are dispersed, and the frequency of the characteristic curve of the wavelength distribution is obtained to obtain the distance between the measurement object and the emission side end surface. And a spectroscopic device for calculating the above. The condensing lens is a lens that emits the detection light whose irradiation spot becomes wider as the distance from the emission side end face increases.
また、特開2014−115242号公報(特許文献2)には、以下のような構成が開示されている。すなわち、変位計測装置は、拡散したスペクトルを有する光を出射する点状光源と、前記光に軸上色収差を生じさせるとともに、当該軸上色収差を生じさせた光を計測対象物に集光させる光学素子と、前記光学素子で集光した光のうち、前記計測対象物において合焦する光を通過する開口と、前記開口を通過した光のスペクトルを求めて、前記スペクトルのピーク波長に基づいて、前記光学素子と前記計測対象物との間の距離を求める計測部とを備え、前記計測部は、前記計測対象物の分光反射特性を求め、前記求められた分光反射特性を用いて、当該分光反射特性が距離の計測にもたらす誤差を軽減するようにして前記距離を求める。 Further, Japanese Patent Laying-Open No. 2014-115242 (Patent Document 2) discloses the following configuration. That is, the displacement measuring device is a point light source that emits light having a diffused spectrum, and an optical that causes axial chromatic aberration in the light and that condenses the light that causes the axial chromatic aberration on the measurement target. Element, among the light condensed by the optical element, an aperture through which light to be focused in the measurement object is passed, and the spectrum of the light passed through the aperture is obtained, based on the peak wavelength of the spectrum, A measuring unit that obtains a distance between the optical element and the measurement object, the measuring unit obtains a spectral reflection characteristic of the measurement object, and uses the obtained spectral reflection characteristic to disperse the spectrum. The distance is calculated so as to reduce the error caused by the reflection characteristic in the measurement of the distance.
また、特開2010−121977号公報(特許文献3)には、以下のような構成が開示されている。すなわち、光学式変位計は、検出光を生成する検出光生成手段と、上記検出光の一部を反射し、検出光の他の一部を検査対象物側に透過させる基準面と、上記基準面による反射光及び上記検査対象物による反射光からなる干渉光を分光する分光手段と、分光後の上記干渉光を受光し、干渉光の波数に関する光強度分布を生成する光強度分布生成手段と、上記波数に関する光強度分布を波数に対する光強度の空間周波数に関する光強度分布に変換し、上記空間周波数に関する光強度分布の極大点を抽出することを一定の時間間隔で繰返す光強度極大点抽出手段と、上記波数に関する光強度分布の上記極大点の空間周波数に対応する周波数成分の位相を決定する位相決定手段と、上記位相に基づいて、上記検査対象物の変位量を判定する変位量判定手段とを備え、上記位相決定手段が、上記周波数成分の相対位相を360度の範囲内で判定する相対位相判定手段と、上記相対位相判定手段による判定結果及び過去の判定結果に基づいて上記相対位相をつなぎ合わせ、絶対位相を求める絶対位相算出手段と、リセット指示に基づいて、上記絶対位相の基準点を更新する位相基準更新手段とを有し、上記変位量判定手段が、上記絶対位相に基づいて変位量を判定する。 Further, Japanese Patent Laying-Open No. 2010-121977 (Patent Document 3) discloses the following configuration. That is, the optical displacement meter is a detection light generating unit that generates detection light, a reference surface that reflects a part of the detection light and transmits another part of the detection light to the inspection object side, and the reference. A spectroscopic unit that disperses the interference light composed of the reflected light from the surface and the reflected light from the inspection target; and a light intensity distribution generation unit that receives the interference light after the spectroscopic operation and generates a light intensity distribution regarding the wave number of the interference light. A light intensity maximum point extracting means for converting the light intensity distribution relating to the wave number into a light intensity distribution relating to the spatial frequency of the light intensity relating to the wave number, and repeating the extraction of the maximum point of the light intensity distribution relating to the spatial frequency at constant time intervals. A phase determining means for determining the phase of a frequency component corresponding to the spatial frequency of the maximum point of the light intensity distribution related to the wave number; and a displacement amount determining means for determining the displacement amount of the inspection object based on the phase. And a relative phase determination means for determining the relative phase of the frequency component within a range of 360 degrees, and the relative phase determination means based on the determination result by the relative phase determination means and a past determination result. , And an absolute phase calculating means for obtaining an absolute phase, and a phase reference updating means for updating the reference point of the absolute phase based on a reset instruction, and the displacement amount determining means is based on the absolute phase. To determine the amount of displacement.
特許文献1〜3に記載の技術を用いて試料の厚みを測定する場合、たとえば、接地された試料までの距離の測定結果、および接地面までの距離の測定結果から当該試料の厚みを測定する方法が考えられる。
When measuring the thickness of the sample using the techniques described in
しかしながら、試料の表面に凹凸があったり、試料に歪または反りがあったりする場合、試料の接地面側の表面と接地面との間に隙間が生じてしまう。このような場合、試料の厚みを正確に測定することが困難になることがある。 However, when the surface of the sample is uneven or the sample is distorted or warped, a gap is generated between the surface of the sample on the ground surface side and the ground surface. In such a case, it may be difficult to accurately measure the thickness of the sample.
この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、試料の厚みを正確に測定することが可能な厚み測定装置および厚み測定方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a thickness measuring device and a thickness measuring method capable of accurately measuring the thickness of a sample.
(1)上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる厚み測定装置は、第1の参照面を有する第1の透過部材と、前記第1の透過部材と対向して設けられ、第2の参照面を有する第2の透過部材と、光源からの光を前記第1の参照面を介して前記第1の透過部材および前記第2の透過部材の間に位置する試料へ照射するための第1の投光部と、前記第1の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第1の参照面を介して受光するための第1の受光部と、光源からの光を前記第2の参照面を介して前記試料へ照射するための第2の投光部と、前記第2の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第2の参照面を介して受光するための第2の受光部と、前記第1の受光部によって受光された反射光、および前記第2の受光部によって受光された反射光を分光するための分光部とを備える。 (1) In order to solve the above problems, a thickness measuring device according to an aspect of the present invention is provided with a first transmissive member having a first reference surface, and the first transmissive member facing each other. A second transmissive member having a second reference surface and light from a light source is applied to the sample located between the first transmissive member and the second transmissive member via the first reference surface. And a first light receiving unit for receiving reflected light from the first reference surface and receiving reflected light from the sample via the first reference surface. A second light projecting portion for irradiating the sample with light from a light source through the second reference surface, and receiving reflected light from the second reference surface, and A second light receiving unit for receiving reflected light via the second reference surface, a reflected light received by the first light receiving unit, and a reflected light received by the second light receiving unit. And a spectroscopic unit for spectroscopic analysis.
このように、試料の両側へ各参照面を介して光を照射し、試料の両側の表面からの反射光を、対応の参照面からの反射光とそれぞれ干渉させて分光する構成により、試料の表面に凹凸があったり、試料に歪または反りがあったりする場合においても、分光結果に基づいて試料の両側の表面と対応の参照面との間の距離をそれぞれ算出することができる。そして、たとえば、算出した各距離、および各参照面間の距離から試料の厚みを正確に算出することができる。したがって、試料の厚みを正確に測定することができる。 In this way, by irradiating light to both sides of the sample through each reference surface, the reflected light from the surfaces on both sides of the sample is caused to interfere with the reflected light from the corresponding reference surface, respectively, and is dispersed. Even when the surface is uneven or the sample is distorted or warped, the distances between the surfaces on both sides of the sample and the corresponding reference surfaces can be calculated based on the spectroscopic results. Then, for example, the thickness of the sample can be accurately calculated from the calculated distances and the distances between the reference planes. Therefore, the thickness of the sample can be accurately measured.
(2)好ましくは、前記分光部は、1つの分光器を含み、前記厚み測定装置は、さらに、前記第1の受光部によって受光された光、および前記第2の受光部によって受光された光を前記分光器へ導くための光学系を備える。 (2) Preferably, the spectroscopic unit includes one spectroscope, and the thickness measuring device further includes light received by the first light receiving unit and light received by the second light receiving unit. An optical system for guiding the light to the spectroscope.
このような光学系を用いる構成により、高価な分光器の個数を最小にすることができるので、厚み測定装置の製造コストを低減することができる。 With such a configuration using the optical system, the number of expensive spectroscopes can be minimized, so that the manufacturing cost of the thickness measuring device can be reduced.
(3)好ましくは、前記第1の投光部から前記第1の参照面を介して前記試料へ照射される光の光線束の軸と、前記第2の投光部から前記第2の参照面を介して前記試料へ照射される光の光線束の軸と、前記第1の受光部が受光する前記第1の参照面からの反射光の光線束の軸および前記試料からの反射光の光線束の軸と、前記第2の受光部が受光する前記第2の参照面からの反射光の光線束の軸および前記試料からの反射光の光線束の軸とが互いに沿っている。 (3) Preferably, an axis of a ray bundle of light emitted from the first light projecting unit to the sample via the first reference surface, and the second reference from the second light projecting unit. The axis of the ray bundle of the light irradiated to the sample through the surface, the axis of the ray bundle of the reflected light from the first reference surface received by the first light receiving unit, and the reflected light from the sample. The axis of the ray bundle, the axis of the ray bundle of the reflected light from the second reference surface received by the second light receiving section, and the axis of the ray bundle of the reflected light from the sample are along each other.
このような構成により、各参照面がたとえば非平行に配置されたり、試料が参照面に対して非平行に設けられたりしている場合においても、試料の厚みを正確に測定することができる。 With such a configuration, the thickness of the sample can be accurately measured even when the reference surfaces are arranged non-parallel to each other or the sample is provided non-parallel to the reference surface.
(4)好ましくは、前記分光部は、1つの分光器を含み、前記厚み測定装置は、さらに、前記第1の受光部によって受光された光、および前記第2の受光部によって受光された光を前記分光器へ導くための光学系を備え、前記試料から前記第1の参照面、前記第1の受光部および前記光学系を経由して前記分光器まで伝搬する反射光の経路の光学的距離と前記試料から前記第2の参照面、前記第2の受光部および前記光学系を経由して前記分光器まで伝搬する反射光の経路の光学的距離とが同じになるように設定されている。 (4) Preferably, the spectroscopic unit includes one spectroscope, and the thickness measuring device further includes light received by the first light receiving unit and light received by the second light receiving unit. An optical system for guiding light to the spectroscope, and an optical path of reflected light propagating from the sample to the spectroscope via the first reference surface, the first light-receiving section, and the optical system. The distance and the optical distance of the path of the reflected light propagating from the sample to the spectroscope via the second reference surface, the second light receiving section and the optical system are set to be the same. There is.
このような構成により、試料の両側の表面においてそれぞれ反射された光が分光器に到達するまでに要する時間をほぼ同じにすることができるので、各表面においてほぼ同じタイミングで反射された反射光を分光器に分光させることができる。これにより、試料が動いているような場合においても、簡易な構成で、試料の厚みを正確に測定することができる。 With such a configuration, it is possible to make the time required for the light reflected on each of the surfaces on both sides of the sample to reach the spectroscope substantially the same, so that the reflected light reflected on each surface at almost the same timing can be obtained. The spectroscope can be used to split the light. Thus, even when the sample is moving, the thickness of the sample can be accurately measured with a simple configuration.
(5)好ましくは、前記厚み測定装置は、さらに、前記分光部による分光結果に基づいて、前記第1の参照面と前記試料との間の距離である第1距離、および前記第2の参照面と前記試料との間の距離である第2距離を算出する演算部を備え、前記演算部は、前記第1の参照面と前記第2の参照面との間の距離から前記第1距離および前記第2距離を差し引くことにより前記試料の厚みを算出する。 (5) Preferably, the thickness measuring device further includes a first distance, which is a distance between the first reference surface and the sample, and the second reference, based on a spectroscopic result by the spectroscopic unit. A calculation unit that calculates a second distance, which is a distance between a surface and the sample, wherein the calculation unit calculates the first distance from the distance between the first reference surface and the second reference surface. And the thickness of the sample is calculated by subtracting the second distance.
このように、試料の外部の空間についての測定結果である各距離から試料の厚みを算出する構成により、試料が不透明な物質であっても当該試料の厚みを算出することができる。また、試料の屈折率等の物性値を認識することなく当該試料の厚みを容易に算出することができる。 In this way, the thickness of the sample can be calculated even if the sample is an opaque substance by the configuration in which the thickness of the sample is calculated from each distance that is the measurement result of the space outside the sample. Further, the thickness of the sample can be easily calculated without recognizing the physical properties such as the refractive index of the sample.
(6)上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる厚み測定方法は、第1の参照面を有する第1の透過部材と、前記第1の透過部材と対向して設けられ、第2の参照面を有する第2の透過部材と、光源からの光を前記第1の参照面を介して前記第1の透過部材および前記第2の透過部材の間に位置する試料へ照射するための第1の投光部と、前記第1の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第1の参照面を介して受光するための第1の受光部と、光源からの光を前記第2の参照面を介して前記試料へ照射するための第2の投光部と、前記第2の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第2の参照面を介して受光するための第2の受光部と、前記第1の受光部によって受光された反射光、および前記第2の受光部によって受光された反射光を分光する分光部とを備える厚み測定装置を用いる厚み測定方法であって、前記分光部による分光結果に基づいて、前記第1の参照面と前記試料との間の距離である第1距離、および前記第2の参照面と前記試料との間の距離である第2距離を算出するステップと、前記第1の参照面と前記第2の参照面との間の距離である面間距離から前記第1距離および前記第2距離を差し引くことにより前記試料の厚みを算出するステップとを含む。 (6) In order to solve the above-mentioned problems, a thickness measuring method according to an aspect of the present invention is provided with a first transmission member having a first reference surface and a first transmission member facing each other. A second transmissive member having a second reference surface and light from a light source is applied to the sample located between the first transmissive member and the second transmissive member via the first reference surface. And a first light receiving unit for receiving reflected light from the first reference surface and receiving reflected light from the sample via the first reference surface. A second light projecting portion for irradiating the sample with light from a light source through the second reference surface, and receiving reflected light from the second reference surface, and A second light receiving unit for receiving reflected light via the second reference surface, a reflected light received by the first light receiving unit, and a reflected light received by the second light receiving unit. A thickness measuring method using a thickness measuring device including a spectroscopic section for spectroscopically separating, based on a spectroscopic result by the spectroscopic section, a first distance which is a distance between the first reference surface and the sample, and Calculating a second distance, which is the distance between the second reference surface and the sample; and calculating the second distance from the inter-surface distance, which is the distance between the first reference surface and the second reference surface. Calculating the thickness of the sample by subtracting the first distance and the second distance.
このように、試料の両側へ各参照面を介して光を照射し、試料の両側の表面からの反射光を、対応の参照面からの反射光とそれぞれ干渉させて分光する構成により、試料の表面に凹凸があったり、試料に歪または反りがあったりする場合においても、分光結果に基づいて試料の両側の表面と対応の参照面との間の距離をそれぞれ算出することができる。そして、算出した各距離、および各参照面間の距離から試料の厚みを正確に算出することができる。したがって、試料の厚みを正確に測定することができる。また、試料の外部の空間についての測定結果である各距離から試料の厚みを算出することにより、試料が不透明な物質であっても当該試料の厚みを算出することができる。また、試料の屈折率等の物性値を認識することなく当該試料の厚みを容易に算出することができる。 In this way, by irradiating light to both sides of the sample through each reference surface, the reflected light from the surfaces on both sides of the sample is caused to interfere with the reflected light from the corresponding reference surface, respectively, and is dispersed. Even when the surface is uneven or the sample is distorted or warped, the distances between the surfaces on both sides of the sample and the corresponding reference surfaces can be calculated based on the spectroscopic results. Then, the thickness of the sample can be accurately calculated from the calculated distances and the distances between the reference planes. Therefore, the thickness of the sample can be accurately measured. Further, by calculating the thickness of the sample from each distance which is the measurement result of the space outside the sample, the thickness of the sample can be calculated even if the sample is an opaque substance. Further, the thickness of the sample can be easily calculated without recognizing the physical properties such as the refractive index of the sample.
(7)好ましくは、前記試料が設けられていない状態において、光源からの光が前記第1の投光部から前記第1の参照面を介して前記第2の参照面へ照射され、前記第1の参照面からの反射光が前記第1の受光部によって受光され、かつ前記第2の参照面からの反射光が前記第1の参照面を介して前記第1の受光部によって受光され、前記厚み測定方法は、さらに、前記試料が設けられていない状態において前記第1の受光部によって受光された反射光の前記分光部による分光結果に基づいて前記面間距離を算出するステップを含む。 (7) Preferably, in a state in which the sample is not provided, the light from the light source is irradiated from the first light projecting unit to the second reference surface via the first reference surface, Reflected light from the first reference surface is received by the first light receiving portion, and reflected light from the second reference surface is received by the first light receiving portion via the first reference surface, The thickness measuring method further includes a step of calculating the inter-plane distance based on a spectroscopic result by the spectroscopic unit of reflected light received by the first light receiving unit in a state where the sample is not provided.
このような構成により、第1距離および第2距離の算出方法と同じ方法を用いて面間距離を算出することができるので、第1距離および第2距離の算出精度と同程度の高い算出精度で面間距離を算出することができる。これにより、たとえば、精度の劣る他の方法を用いて面間距離を算出する場合と比べて、試料の厚さをより正確に算出することができる。 With such a configuration, the face-to-face distance can be calculated using the same method as the method for calculating the first distance and the second distance, so that the calculation accuracy of the first distance and the second distance is as high as the calculation accuracy. The face-to-face distance can be calculated with. Thereby, for example, the thickness of the sample can be calculated more accurately as compared with the case where the inter-face distance is calculated using another method with low accuracy.
本発明によれば、試料の厚みを正確に測定することができる。 According to the present invention, the thickness of the sample can be accurately measured.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated. Further, at least a part of the embodiments described below may be arbitrarily combined.
図1は、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置の構成を示す図である。図2は、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置におけるプローブ周辺の拡大図を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a thickness measuring device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the probe in the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention.
図1および図2を参照して、厚み測定装置101は、プローブ1,2と、分光部3と、光源4と、光学系5と、演算部6とを備える。プローブ1は、レンズ系51と、透過基板(第1の透過部材)61とを含む。レンズ系51は、レンズ55と、レンズ(第1の投光部および第1の受光部)57とを含む。透過基板61は、表面(第1の参照面)65と、表面67とを有する。プローブ2は、レンズ系52と、透過基板(第2の透過部材)62とを含む。レンズ系52は、レンズ56と、レンズ(第2の投光部および第2の受光部)58とを含む。透過基板62は、表面(第2の参照面)66と、表面68とを有する。分光部3は、分光器41と、データ生成部42とを含む。光学系5は、光ファイバ31,32,33,34と、ファイバジャンクション35とを含む。
With reference to FIGS. 1 and 2, the
厚み測定装置101における光源4は、たとえばバンド幅の広い光を出力するレーザである。なお、光源4は、LED(Light‐Emitting Diode)または白熱電球等であってもよい。
The
光学系5は、たとえば、光源4によって出力された光をプローブ1,2へ導く。より詳細には、光学系5における光ファイバ34は、光源4と光学的に結合する入力端において光源4からの光を受け、受けた光をファイバジャンクション35へ伝送する。
The
図3は、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置におけるファイバジャンクションの機能を説明するための図である。 FIG. 3 is a diagram for explaining the function of the fiber junction in the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention.
図3を参照して、ファイバジャンクション35は、光ファイバ34から受ける光を光ファイバ31,32に分配する。
Referring to FIG. 3,
再び図1および図2を参照して、光ファイバ31は、ファイバジャンクション35によって分配された光源4からの光をプローブ1におけるレンズ系51へ伝送する。また、光ファイバ32は、ファイバジャンクション35によって分配された光源4からの光をプローブ2におけるレンズ系52へ伝送する。
Referring again to FIGS. 1 and 2, the
厚み測定装置101では、たとえば、レンズ57から表面65を介して試料151へ照射される光の投光光線束71の軸と、レンズ58から表面66を介して試料151へ照射される光の投光光線束72の軸と、レンズ57が受光する表面65からの反射光の反射光線束73の軸および試料151からの反射光の反射光線束75の軸と、レンズ58が受光する表面66からの反射光の反射光線束74の軸および試料151からの反射光の反射光線束76の軸とが互いに沿っている。ここで、光線束の軸は、光線束が平行光線束である場合、当該平行光線束に含まれる光線に沿った軸であり、また、光線束が発散光線束または収束光線束である場合、当該発散光線束または収束光線束に含まれる光線に沿う側面を有する円錐の対称軸である。
In the
より詳細には、レンズ系51において、レンズ55,57は、たとえば円筒形の凸レンズであり、光軸が互いに沿うように設けられている。ここで、レンズ55,57の光軸に沿う仮想的な軸を参照軸70と定義する。
More specifically, in the
レンズ57は、第1の投光部として、光源4からの光を、表面65を介して透過基板61および透過基板62の間に位置する試料151へ照射する。
The
試料151は、図示しないステージに配置され、表面65および66に平行な面に沿って透過基板61および透過基板62の間を移動することが可能である。ここでは、透過基板61および透過基板62の間において、試料151の一部が位置する。なお、透過基板61および透過基板62の間に試料151の全部が位置してもよい。
The
レンズ55は、自己と光学的に結合した光ファイバ31の端面77と対向し、端面77からの光の光線束のうち、レンズ55の光軸を軸とする光線束である投光光線束71を受光して発散光線束から平行光線束に変換する。したがって、投光光線束71の軸は、参照軸70に沿っている。
The
レンズ57は、レンズ55および透過基板61の間に設けられ、レンズ55からの投光光線束71を収束光線束に変換することにより、光源4からの光を、表面65と対向する面である試料151の表面81付近に表面65を介して集光する。
The
透過基板61および透過基板62は、対向して設けられている。具体的には、透過基板61および透過基板62は、正対して設けられている。より詳細には、透過基板61および透過基板62は、第1の参照面である表面65および第2の参照面である表面66が正対するように設けられる。
The
なお、透過基板61および透過基板62は、表面65および表面66が正対するように設けられる構成に限らず、対向して設けられればよい。
The
透過基板61および透過基板62は、たとえば平行平面基板であり、光源4が出力する光の周波数帯域において透明または半透明である。より詳細には、透過基板61における表面65および表面67は、たとえば、平面であり、かつ互いに平行である。透過基板61は、表面65の法線が参照軸70に沿い、かつ表面65および表面67がそれぞれ試料151の表面81およびレンズ57と対向するように設けられている。
The
また、透過基板62における表面66および表面68は、たとえば、平面であり、かつ互いに平行である。透過基板62は、表面66の法線が参照軸70に沿い、かつ表面66および表面68がそれぞれ試料151の表面82およびレンズ58と対向するように設けられている。
Further, the
なお、表面65および表面67は、互いに非平行であってもよい。また、表面66および表面68は、互いに非平行であってもよい。また、厚み測定装置101は、透過基板61および透過基板62の代わりに、板状以外の形状を有する透過部材を備える構成であってもよい。
The
レンズ系51におけるレンズ57は、第1の受光部として、透過基板61における表面65からの反射光を受光し、かつ試料151からの反射光を、表面65を介して受光する。
The
より詳細には、表面65は、透過基板61と空気層との界面であるため、レンズ57から受ける光を反射する。また、試料151における表面81は、試料151と空気層との界面であるため、透過基板61を介してレンズ57から受ける光を反射する。
More specifically, the
レンズ57は、試料151によって反射された光の光線束のうち、レンズ57の光軸を軸とする光線束である反射光線束75を、表面65を介して受光して発散光線束から平行光線束に変換する。したがって、反射光線束75の軸は、参照軸70に沿っている。
The
また、レンズ57は、表面65によって反射された光の光線束のうち、レンズ57の光軸を軸とする光線束である反射光線束73を受光して発散光線束から平行光線束に変換する。したがって、反射光線束73の軸は、参照軸70に沿っている。この例では、表面65と表面81との間の距離がレンズ57と表面81との間の距離と比べて短いため、反射光線束73は、レンズ57によって平行光線束に変換されると近似している。
Further, the
レンズ55は、レンズ57からの反射光線束75を収束光線束に変換することにより、表面65を経由した試料151からの反射光を光ファイバ31の端面77に集光するとともに、レンズ57からの反射光線束73を収束光線束に変換することにより、表面65からの反射光を端面77に集光する。
The
一方、レンズ系52において、レンズ56,58は、たとえば円筒形の凸レンズであり、各光軸が参照軸70に沿うように設けられている。
On the other hand, in the
レンズ58は、第2の投光部として、光源4からの光を、表面66を介して試料151へ照射する。
The
より詳細には、レンズ56は、自己と光学的に結合した光ファイバ32の端面78と対向し、端面78からの光の光線束のうち、レンズ56の光軸を軸とする光線束である投光光線束72を受光して発散光線束から平行光線束に変換する。したがって、投光光線束72の軸は、参照軸70に沿っている。
More specifically, the
レンズ58は、レンズ56および透過基板62の間に設けられ、レンズ56からの投光光線束72を収束光線束に変換することにより、光源4からの光を、表面66と対向する面である試料151の表面82付近に表面66を介して集光する。
The
レンズ系52におけるレンズ58は、第2の受光部として、透過基板62における表面66からの反射光を受光し、かつ試料151からの反射光を、表面66を介して受光する。
The
より詳細には、表面66は、透過基板62と空気層との界面であるため、レンズ58から受ける光を反射する。また、試料151における表面82は、試料151と空気層との界面であるため、透過基板62を介してレンズ58から受ける光を反射する。
More specifically, the
レンズ58は、試料151によって反射された光の光線束のうち、レンズ58の光軸を軸とする光線束である反射光線束76を、表面66を介して受光して発散光線束から平行光線束に変換する。したがって、反射光線束76の軸は、参照軸70に沿っている。
The
また、レンズ58は、表面66によって反射された光の光線束のうち、レンズ58の光軸を軸とする光線束である反射光線束74を受光して発散光線束から平行光線束に変換する。したがって、反射光線束74の軸は、参照軸70に沿っている。この例では、表面66と表面82との間の距離がレンズ58と表面82との間の距離と比べて短いため、反射光線束74は、レンズ58によって平行光線束に変換されると近似している。
Further, the
レンズ56は、レンズ58からの反射光線束76を収束光線束に変換することにより、表面66を経由した試料151からの反射光を光ファイバ32の端面78に集光するとともに、レンズ58からの反射光線束74を収束光線束に変換することにより、表面66からの反射光を端面78に集光する。
The
光学系5は、たとえば、レンズ57によって受光された光、およびレンズ58によって受光された光を分光部3における分光器41へ導く。
The
より詳細には、光学系5における光ファイバ31は、レンズ55から受ける反射光をファイバジャンクション35へ伝送する。光ファイバ32は、レンズ56から受ける反射光をファイバジャンクション35へ伝送する。
More specifically, the
再び図3を参照して、ファイバジャンクション35は、光ファイバ31,32から受ける反射光を結合部36において混合し、混合後の反射光を光ファイバ33へ出力する。
Referring again to FIG. 3, the
再び図1を参照して、光ファイバ33は、ファイバジャンクション35によって混合された各反射光を分光部3における分光器41へ伝送する。
Referring again to FIG. 1, the
たとえば、厚み測定装置101では、試料151から表面65、レンズ57および光学系5を経由して分光器41まで伝搬する反射光の経路の光学的距離と試料151から表面66、レンズ58および光学系5を経由して分光器41まで伝搬する反射光の経路の光学的距離とが同じになるように設定されている。
For example, in the
言い換えると、厚み測定装置101では、試料151から表面65、レンズ57および光学系5を経由して分光器41まで伝搬する反射光の経路の光学的距離と試料151から表面66、レンズ58および光学系5を経由して分光器41まで伝搬する反射光の経路の光学的距離とが略同じである。
In other words, in the
より詳細には、厚み測定装置101では、表面65と表面81との間の距離、および表面66と表面82との間の距離が略同じ場合において、以下のように、プローブ1,2の大きさおよび光ファイバ31,32の長さが設定されている。
More specifically, in the
すなわち、光が表面81から表面65、レンズ57,55および光ファイバ31を介してファイバジャンクション35における結合部36(図3参照)まで伝搬するために要する時間と、光が表面82から表面66、レンズ58,56および光ファイバ32を介してファイバジャンクション35における結合部36まで伝搬するために要する時間とが略同じになるように、プローブ1,2の大きさおよび光ファイバ31,32の長さが設定されている。
That is, the time required for light to propagate from the
この例では、表面65と光ファイバ31の端面77との間の距離、および表面66と光ファイバ32の端面78との間の距離が略同じになるように設定され、かつ、光ファイバ31の端面77からファイバジャンクション35における結合部36までの長さ、および光ファイバ32の端面78から結合部36までの長さが略同じになるように設定されている。
In this example, the distance between the
分光部3は、レンズ57によって受光された反射光、およびレンズ58によって受光された反射光を分光する。
The
より詳細には、分光部3における分光器41では、回折格子および1次元イメージセンサが設けられており、光ファイバ33によって伝送された各反射光は、回折格子によって回折されて1次元イメージセンサに照射される。
More specifically, the
1次元イメージセンサは、回折格子により回折された各反射光を光電変換することにより、各反射光の波長ごとの強度に応じた電荷を蓄積する。 The one-dimensional image sensor photoelectrically converts each reflected light diffracted by the diffraction grating to accumulate electric charges according to the intensity of each reflected light for each wavelength.
データ生成部42は、1次元イメージセンサにおいて所定のゲート時間蓄積された波長ごとの電荷を取得することにより、波長ごとの強度を示す信号を生成し、生成した信号をたとえばRS232Cの通信規格またはイーサネット(登録商標)の通信規格に従って演算部6へ出力する。
The
演算部6は、データ生成部42から信号を受けると、受けた信号の示す波長ごとの強度を波長ごとの反射率に変換する。
Upon receiving the signal from the
より詳細には、演算部6は、たとえば、分光器41に光が入らないようにした状態においてデータ生成部42から受けた信号の示す波長ごとの強度を、ダークスペクトルデータとして保持している。
More specifically, the calculation unit 6 holds, for example, the intensity for each wavelength indicated by the signal received from the
また、演算部6は、たとえば、試料151の代わりにアルミ板等の参照物が透過基板61および透過基板62の間に設けられている状態においてデータ生成部42から受けた信号の示す波長ごとの強度に対して、ダークスペクトルデータに含まれる波長ごとの強度をそれぞれ差し引いた波長ごとの強度を、参照スペクトルデータとして保持している。
In addition, for example, the calculation unit 6 is provided for each wavelength indicated by the signal received from the
演算部6は、試料151が透過基板61および透過基板62の間に設けられている状態においてデータ生成部42から受けた信号の示す波長ごとの強度に対して、ダークスペクトルデータに含まれる波長ごとの強度をそれぞれ差し引いた後、参照スペクトルデータに含まれる波長ごとの強度でそれぞれ除することにより、波長ごとの反射率を含む反射スペクトルデータを生成する。
The calculation unit 6 calculates the intensity for each wavelength indicated by the signal received from the
図4は、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置における演算部において生成されるパワースペクトルの一例を示す図である。なお、図4において、縦軸はパワースペクトル強度を示し、横軸は厚さを示す。 FIG. 4 is a diagram showing an example of a power spectrum generated in the arithmetic unit in the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention. In FIG. 4, the vertical axis represents the power spectrum intensity and the horizontal axis represents the thickness.
図2および図4を参照して、演算部6は、たとえば、分光部3による分光結果に基づいて、表面65と試料151との間の距離であるd1、および表面66と試料151との間の距離であるd2を算出する。
With reference to FIG. 2 and FIG. 4, for example, based on the spectroscopic result by
より詳細には、演算部6は、生成した反射スペクトルデータをフーリエ変換することにより空間周波数ごとのパワースペクトル強度を示すパワースペクトルを算出する。そして、演算部6は、空間周波数を厚さに換算することにより、図4に示すパワースペクトルを生成する。 More specifically, the calculation unit 6 calculates the power spectrum indicating the power spectrum intensity for each spatial frequency by performing the Fourier transform on the generated reflection spectrum data. Then, the calculation unit 6 converts the spatial frequency into the thickness to generate the power spectrum shown in FIG.
演算部6は、表面81からの反射光および表面65からの反射光の干渉に基づくピークP1の位置から距離d1を算出する。また、演算部6は、表面82からの反射光および表面66からの反射光の干渉に基づくピークP2の位置から距離d2を算出する。この例では、演算部6は、距離d1およびd2をそれぞれ168.3マイクロメートルおよび625.4マイクロメートルと算出する。
The calculation unit 6 calculates the distance d1 from the position of the peak P1 based on the interference of the reflected light from the
図5は、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置における演算部において生成されるパワースペクトルの一例を示す図である。なお、図5において、縦軸はパワースペクトル強度を示し、横軸は厚さを示す。 FIG. 5 is a diagram showing an example of a power spectrum generated in the arithmetic unit in the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention. In FIG. 5, the vertical axis represents the power spectrum intensity and the horizontal axis represents the thickness.
図2および図5を参照して、演算部6は、たとえば、表面65と表面66との間の距離である面間距離daから距離d1およびd2を差し引くことにより試料151の厚みを算出する。
2 and 5, the calculation unit 6 calculates the thickness of the
たとえば、面間距離daは、以下の方法により求められる。すなわち、透過基板61および透過基板62の間に試料151が設けられていない状態では、光源4からの光がレンズ57から表面65を介して表面66へ照射され、表面65からの反射光がレンズ57によって受光され、表面66からの反射光が表面65を介してレンズ57によって受光され、光源4からの光がレンズ58から表面66を介して表面65へ照射され、表面66からの反射光がレンズ58によって受光され、かつ表面65からの反射光が表面66を介してレンズ58によって受光される。
For example, the surface distance da is obtained by the following method. That is, in the state where the
このような状態において、演算部6は、データ生成部42から受ける信号の示す波長ごとの強度をフーリエ変換することにより空間周波数ごとのパワースペクトル強度すなわちパワースペクトルを算出する。そして、演算部6は、空間周波数を厚さに換算することにより、図5に示すパワースペクトルを生成する。
In such a state, the calculation unit 6 calculates the power spectrum intensity for each spatial frequency, that is, the power spectrum, by Fourier-transforming the intensity for each wavelength indicated by the signal received from the
演算部6は、たとえば、上述の状態において、表面65からレンズ57への反射光、および表面65を経由した表面66からレンズ57への反射光の干渉、ならびに表面66からレンズ58への反射光、および表面66を経由した表面65からレンズ58への反射光の干渉に基づくピークPaの位置から面間距離daを算出する。この例では、演算部6は、面間距離daを2800.0マイクロメートルと算出する。したがって、演算部6は、(2800.0−168.3−625.4)を演算することにより、試料151の厚さとして2006.3マイクロメートルを算出する。
For example, in the above-described state, the calculation unit 6 interferes with the reflected light from the
なお、厚み測定装置101では、演算部6が、上述の方法により面間距離daを算出する構成であるとしたが、これに限定するものではない。演算部6が、他の方法たとえば機械的に測定する方法により得られた面間距離daを予め保持する構成であってもよい。この場合、演算部6は、保持する面間距離daを用いて試料151の厚みを算出する。
In the
[測定方法]
図6は、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置を用いた測定方法の手順の一例を定めたフローチャートである。
[Measuring method]
FIG. 6 is a flowchart defining an example of a procedure of a measuring method using the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention.
図6を参照して、まず、厚み測定装置101は、試料151が設けられていない状態において、レンズ57によって受光された反射光、およびレンズ58によって受光された反射光の分光部3による分光結果を取得する。具体的には、厚み測定装置101は、図5に示すパワースペクトルを取得する(ステップS102)。
Referring to FIG. 6, first, in the
次に、厚み測定装置101は、取得した分光結果に基づいて面間距離daを算出する。具体的には、厚み測定装置101は、図5に示すパワースペクトルにおけるピークPaの位置から面間距離daを算出する(ステップS104)。
Next, the
次に、測定者は、試料151を透過基板61および透過基板62の間に設置する(ステップS106)。
Next, the measurer installs the
次に、厚み測定装置101は、試料151の設けられた状態において、分光部3による分光結果、具体的には図4に示すパワースペクトルを取得する(ステップS108)。
Next, the
次に、厚み測定装置101は、試料151の設けられた状態において、分光部3による分光結果に基づいて距離d1およびd2を算出する。具体的には、厚み測定装置101は、図4に示すパワースペクトルにおけるピークP1およびP2の位置から距離d1およびd2をそれぞれ算出する(ステップS110)。
Next, the
次に、厚み測定装置101は、面間距離daから距離d1およびd2を差し引くことにより試料151の厚みを算出する(ステップS112)。
Next, the
なお、上記ステップS102〜S104とステップS106〜S110との順番は、上記に限らず、順番を入れ替えてもよい。 The order of steps S102 to S104 and steps S106 to S110 is not limited to the above, and the order may be interchanged.
また、厚み測定装置101は、上記ステップS102,S104において、面間距離daを算出するとしたが、これに限定するものではない。厚み測定装置101は、前述のように面間距離daを予め保持している場合、面間距離daを算出しなくてもよい。
Further, the
また、厚み測定装置101は、上記ステップS102において、レンズ57,58の両方から光が照射される場合において、レンズ57によって受光された反射光、およびレンズ58によって受光された反射光の分光部3による分光結果を取得したが、これに限定するものではない。厚み測定装置101は、上記ステップS102において、レンズ57およびレンズ58のいずれか一方から光が照射される場合において、対応のレンズによって受光された反射光による分光結果を取得してもよい。
Further, in the
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、分光部3は、1つの分光器41を含む構成であるとしたが、これに限定するものではない。分光部3は、2つの分光器41を含む構成であってもよい。この場合、2つの分光器41は、レンズ57によって受光された反射光、およびレンズ58によって受光された反射光をそれぞれ分光する。演算部6は、当該2つの分光器41の各分光結果に基づいて、距離d1およびd2を算出する。
Further, in the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention, the
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置は、1つの光源4を備える構成であるとしたが、これに限定するものではない。厚み測定装置101は、2つの光源4を備える構成であってもよい。この場合、レンズ57は、一方の光源4からの光を、表面65を介して試料151へ照射する。レンズ58は、他方の光源4からの光を、表面66を介して試料151へ照射する。
Further, although the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention is configured to include one
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、第1の投光部および第1の受光部が一体であるとしたが、これに限定するものではない。厚み測定装置101において、第1の投光部および第1の受光部が、別個に設けられてもよい。
In the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention, the first light projecting unit and the first light receiving unit are integrated, but the present invention is not limited to this. In the
具体的には、厚み測定装置101は、第1の投光部として機能するレンズ57と、第1の受光部として機能する他のレンズとを備える構成であってもよいし、第1の受光部として機能するレンズ57と、第1の投光部として機能する他のレンズとを備える構成であってもよい。
Specifically, the
すなわち、レンズ57から表面65を介して試料151へ照射される光の投光光線束71の軸と、レンズ58から表面66を介して試料151へ照射される光の投光光線束72の軸と、レンズ57が受光する表面65からの反射光の反射光線束73の軸および試料151からの反射光の反射光線束75の軸と、レンズ58が受光する表面66からの反射光の反射光線束74の軸および試料151からの反射光の反射光線束76の軸とが互いに沿っていなくてもよい。
That is, the axis of the projected
また、厚み測定装置101は、図1に示す透過基板61とレンズ57との間にハーフミラーを設けることより、第1の投光部として機能するレンズ57と、ハーフミラーによって反射された反射光を受光する第1の受光部として機能する他のレンズとを備える構成であってもよいし、光源4からの光をハーフミラーおよび表面65を介して試料151へ照射する第1の投光部として機能する他のレンズと、第1の受光部として機能するレンズ57とを備える構成であってもよい。これらの構成では、投光光線束71および反射光線束73,75の軸が、表面65および表面81において互いに沿うようにすることが可能である。
Further, in the
同様に、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、第2の投光部および第2の受光部が一体であるとしたが、これに限定するものではない。厚み測定装置101において、第2の投光部および第2の受光部が、別個に設けられてもよい。
Similarly, in the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention, the second light projecting unit and the second light receiving unit are integrated, but the present invention is not limited to this. In the
具体的には、厚み測定装置101は、第2の投光部として機能するレンズ58と、第2の受光部として機能する他のレンズとを備える構成であってもよいし、第2の受光部として機能するレンズ58と、第2の投光部として機能する他のレンズとを備える構成であってもよい。
Specifically, the
また、厚み測定装置101は、図1に示す透過基板62とレンズ58との間にハーフミラーを設けることより、第2の投光部として機能するレンズ58と、ハーフミラーによって反射された反射光を受光する第2の受光部として機能する他のレンズとを備える構成であってもよいし、光源4からの光をハーフミラーおよび表面66を介して試料151へ照射する第2の投光部として機能する他のレンズと、第2の受光部として機能するレンズ58とを備える構成であってもよい。これらの構成では、投光光線束72および反射光線束74,76の軸が、表面66および表面82において互いに沿うようにすることが可能である。
Further, in the
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、透過基板61の試料151と対向する面である表面65を第1の参照面として用いる構成であるとしたが、これに限定するものではない。厚み測定装置101では、透過基板61の試料151と反対側の面である表面67を第1の参照面として用いる構成であってもよい。
In the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention, the
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、透過基板62の試料151と対向する面である表面66を第2の参照面として用いる構成であるとしたが、これに限定するものではない。厚み測定装置101では、透過基板62の試料151と反対側の面である表面68を第2の参照面として用いる構成であってもよい。
Further, although the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention is configured to use the
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置は、光源4、光学系5および演算部6を備える構成であるとしたが、これに限定するものではない。光源4、光学系5および演算部6の少なくともいずれか1つが厚み測定装置101の外部に設けられる構成であってもよい。
Further, although the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention is configured to include the
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、分光部3は、データ生成部42を含む構成であるとしたが、これに限定するものではない。データ生成部42が厚み測定装置101の外部に設けられる構成であってもよい。
Further, in the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention, the
ところで、特許文献1〜3に記載の技術を用いて試料の厚みを測定する場合、たとえば、接地された試料までの距離の測定結果、および接地面までの距離の測定結果から当該試料の厚みを測定する方法が考えられる。 By the way, when measuring the thickness of a sample using the technique of patent documents 1-3, the thickness of the said sample is measured from the measurement result of the distance to a grounded sample, and the measurement result of the distance to a grounding surface, for example. A method of measuring can be considered.
しかしながら、試料の表面に凹凸があったり、試料に歪または反りがあったりする場合、試料の接地面側の表面と接地面との間に隙間が生じてしまう。このような場合、試料の厚みを正確に測定することが困難になることがある。 However, when the surface of the sample is uneven or the sample is distorted or warped, a gap is generated between the surface of the sample on the ground surface side and the ground surface. In such a case, it may be difficult to accurately measure the thickness of the sample.
図7は、プローブの比較例を示す図である。図7を参照して、たとえば、プローブ91によって投光および受光された光を用いて、ステージ92に接地された試料93の厚さを測定する場合、参照面である表面94およびステージ92における接地面の間の距離dgから、表面94および試料93の間の距離dsを差し引いた距離dwを試料93の厚みとして測定してしまう。図7に示すように試料93の表面には凹凸があるため、正しい試料93の厚みがdであるにもかかわらずdwを試料93の厚みとして算出してしまう。
FIG. 7 is a diagram showing a comparative example of the probe. Referring to FIG. 7, for example, when the thickness of
これに対して、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、透過基板61は、表面65を有する。透過基板62は、透過基板61と対向して設けられ、表面66を有する。レンズ57は、光源4からの光を、表面65を介して透過基板61および透過基板62の間に位置する試料151へ照射する。レンズ57は、表面65からの反射光を受光し、かつ試料151からの反射光を、表面65を介して受光する。レンズ58は、光源4からの光を、表面66を介して試料151へ照射する。レンズ58は、表面66からの反射光を受光し、かつ試料151からの反射光を、表面66を介して受光する。そして、分光部3は、レンズ57によって受光された反射光、およびレンズ58によって受光された反射光を分光する。
On the other hand, in the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention, the
このように、試料151の両側へ表面65,66を介して光を照射し、試料151の両側の表面81,82からの反射光を、表面65,66からの反射光とそれぞれ干渉させて分光する構成により、試料151の表面81,82に凹凸があったり、試料151に歪または反りがあったりする場合においても、分光結果に基づいて試料151の両側の表面81,82と表面65,66との間の距離d1,d2をそれぞれ算出することができる。そして、たとえば、算出した距離d1,d2、および表面65,66間の面間距離daから試料151の厚みを正確に算出することができる。したがって、試料の厚みを正確に測定することができる。
In this way, light is emitted to both sides of the
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、分光部3は、1つの分光器41を含む。そして、光学系5は、レンズ57によって受光された光、およびレンズ58によって受光された光を分光器41へ導く。
Moreover, in the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention, the
このような光学系5を用いる構成により、高価な分光器41の個数を最小にすることができるので、厚み測定装置101の製造コストを低減することができる。
With such a configuration using the
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、レンズ57から表面65を介して試料151へ照射される光の投光光線束71の軸と、レンズ58から表面66を介して試料151へ照射される光の投光光線束72の軸と、レンズ57が受光する表面65からの反射光の反射光線束73の軸および試料151からの反射光の反射光線束75の軸と、レンズ58が受光する表面66からの反射光の反射光線束74の軸および試料151からの反射光の反射光線束76の軸とが互いに沿っている。
Further, in the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention, the axis of the projected
このような構成により、表面65,66がたとえば非平行に配置されたり、試料151が表面65,66に対して非平行に設けられたりしている場合においても、試料の厚みを正確に測定することができる。
With such a configuration, even when the
たとえば、図2に示すように、試料151が参照軸70に沿って速度vで表面65に近づく方向へ移動する場合、以下の問題が生ずることがある。すなわち、表面81からの反射光が分光器41へ到達するまでに要する時間T1、および表面82からの反射光が分光器41へ到達するまでに要する時間T2の差である(T1−T2)がΔTである場合、試料151は、時間ΔTの間にv×ΔTの距離だけ表面65に近づく。したがって、演算部6は、表面82からの反射光および表面66からの反射光に基づいて距離d2を算出する一方、表面81からの反射光および表面65からの反射光に基づいて距離(d1+v×ΔT)を算出してしまう。すなわち、厚み測定装置101では、試料151の厚みを正確に算出することが困難となってしまう。
For example, as shown in FIG. 2, when the
また、たとえば、レンズ57によって受光された反射光を分光する第1の分光器、およびレンズ58によって受光された反射光を分光する第2の分光器を準備し、第1の分光器が反射光を分光するタイミングを、第2の分光器が反射光を分光するタイミングに対してΔTだけ遅らせることにより、試料151の厚みを正確に算出する方法が考えられる。しかしながら、各分光器の分光タイミングの制御が複雑になるため、好ましくない。
In addition, for example, a first spectroscope that disperses the reflected light received by the
これに対して、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、分光部3は、1つの分光器41を含む。光学系5は、レンズ57によって受光された光、およびレンズ58によって受光された光を分光器41へ導く。そして、試料151から表面65、レンズ57および光学系5を経由して分光器41まで伝搬する反射光の経路の光学的距離と試料151から表面66、レンズ58および光学系5を経由して分光器41まで伝搬する反射光の経路の光学的距離とが同じになるように設定されている。
On the other hand, in the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention, the
このような構成により、試料151の両側の表面81,82においてそれぞれ反射された光が分光器41に到達するまでに要する時間をほぼ同じにすることができるので、表面81,82においてほぼ同じタイミングで反射された反射光を分光器41に分光させることができる。これにより、試料151が動いているような場合においても、簡易な構成で、試料151の厚みを正確に測定することができる。
With such a configuration, it is possible to make the time required for the lights reflected on the
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、演算部6は、分光部3による分光結果に基づいて、表面65と試料151との間の距離であるd1、および表面66と試料151との間の距離であるd2を算出する。そして、演算部6は、表面65と表面66との間の面間距離daから距離d1およびd2を差し引くことにより試料151の厚みを算出する。
Further, in the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention, the calculation unit 6 calculates the distance d1 between the
このように、試料151の外部の空間についての測定結果である各距離から試料151の厚みを算出する構成により、試料151が不透明な物質であっても試料151の厚みを算出することができる。また、試料151の屈折率等の物性値を認識することなく試料151の厚みを容易に算出することができる。
In this way, the thickness of the
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定方法は、厚み測定装置101を用いる厚み測定方法であって、分光部3による分光結果に基づいて、表面65と試料151との間の距離d1、および表面66と試料151との間の距離d2を算出するステップと、表面65と表面66との間の面間距離daから距離d1およびd2を差し引くことにより試料151の厚みを算出するステップとを含む。
Further, the thickness measuring method according to the embodiment of the present invention is a thickness measuring method using the
このように、試料151の両側へ表面65,66を介して光を照射し、試料151の両側の表面81,82からの反射光を、表面65,66からの反射光とそれぞれ干渉させて分光する構成により、試料151の表面81,82に凹凸があったり、試料151に歪または反りがあったりする場合においても、分光結果に基づいて試料151の両側の表面81,82と表面65,66との間の距離d1,d2をそれぞれ算出することができる。そして、算出した距離d1,d2、および表面65,66間の面間距離daから試料151の厚みを正確に算出することができる。したがって、試料の厚みを正確に測定することができる。また、試料151の外部の空間についての測定結果である各距離から試料151の厚みを算出することにより、試料151が不透明な物質であっても試料151の厚みを算出することができる。また、試料151の屈折率等の物性値を認識することなく試料151の厚みを容易に算出することができる。
In this way, light is emitted to both sides of the
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、試料151が設けられていない状態において、光源4からの光がレンズ57から表面65を介して表面66へ照射され、表面65からの反射光がレンズ57によって受光され、かつ表面66からの反射光が表面65を介してレンズ57によって受光される。そして、本発明の実施の形態に係る厚み測定方法は、さらに、試料151が設けられていない状態においてレンズ57によって受光された反射光の分光部3による分光結果に基づいて面間距離daを算出するステップを含む。
Further, in the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention, light from the
このような構成により、距離d1およびd2の算出方法と同じ方法を用いて面間距離daを算出することができるので、距離d1およびd2の算出精度と同程度の高い算出精度で面間距離daを算出することができる。これにより、たとえば、精度の劣る他の方法を用いて面間距離daを算出する場合と比べて、試料151の厚さをより正確に算出することができる。
With such a configuration, the face-to-face distance da can be calculated using the same method as the method for calculating the distances d1 and d2. Therefore, the face-to-face distance da can be calculated with a calculation accuracy as high as that of the distances d1 and d2. Can be calculated. Thereby, for example, the thickness of the
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the above-described embodiments are illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description but by the claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.
1,2 プローブ
3 分光部
4 光源
5 光学系
6 演算部
31,32,33,34 光ファイバ
35 ファイバジャンクション
36 結合部
41 分光器
42 データ生成部
51,52 レンズ系
55,56,57,58 レンズ
61,62 透過基板
65,66,67,68 表面
70 参照軸
71,72 投光光線束
73,74,75,76 反射光線束
77,78 端面
81,82 表面
91 プローブ
92 ステージ
93 試料
94 表面
101 厚み測定装置
151 試料
1, 2
Claims (7)
前記第1の透過部材と対向して設けられ、第2の参照面を有する第2の透過部材と、
光源からの光を前記第1の参照面を介して前記第1の透過部材および前記第2の透過部材の間に位置する試料へ照射するための第1の投光部と、
前記第1の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第1の参照面を介して受光するための第1の受光部と、
光源からの光を前記第2の参照面を介して前記試料へ照射するための第2の投光部と、
前記第2の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第2の参照面を介して受光するための第2の受光部と、
前記第1の受光部によって受光された反射光、および前記第2の受光部によって受光された反射光を分光するための分光部とを備え、
前記第1の投光部は、光源からの光を、前記試料の表面であって前記第1の参照面に対向する表面付近に集光するためのレンズを含み、
前記第2の投光部は、光源からの光を、前記試料の表面であって前記第2の参照面に対向する表面付近に集光するためのレンズを含み、
前記分光部による分光結果に基づいて、前記第1の参照面と前記試料との間の距離である第1距離、および前記第2の参照面と前記試料との間の距離である第2距離が算出され、
前記第1の参照面と前記第2の参照面との間の距離から前記第1距離および前記第2距離を差し引くことにより前記試料の厚みが算出される、厚み測定装置。 A first transmissive member having a first reference surface;
A second transmissive member that is provided to face the first transmissive member and has a second reference surface;
A first light projecting unit for irradiating light from a light source to a sample located between the first transmissive member and the second transmissive member via the first reference surface;
A first light receiving portion for receiving the reflected light from the first reference surface and receiving the reflected light from the sample via the first reference surface;
A second light projecting unit for irradiating the sample with light from a light source through the second reference surface;
A second light receiving section for receiving the reflected light from the second reference surface and receiving the reflected light from the sample via the second reference surface;
A spectroscopic unit configured to disperse the reflected light received by the first light receiving unit and the reflected light received by the second light receiving unit,
The first light projecting unit includes a lens for condensing the light from the light source near the surface of the sample that is opposite to the first reference surface.
The second light projecting portion, the light from the light source, seen including a lens for condensing in the vicinity of the surface which faces a surface of the sample to the second reference surface,
A first distance, which is a distance between the first reference surface and the sample, and a second distance, which is a distance between the second reference surface and the sample, based on a spectral result by the spectroscopic unit. Is calculated,
A thickness measuring device , wherein the thickness of the sample is calculated by subtracting the first distance and the second distance from the distance between the first reference surface and the second reference surface .
前記厚み測定装置は、さらに、
前記第1の受光部によって受光された光、および前記第2の受光部によって受光された光を前記分光器へ導くための光学系を備える、請求項1に記載の厚み測定装置。 The spectroscopic unit includes one spectroscope,
The thickness measuring device, further,
The thickness measuring device according to claim 1, further comprising an optical system for guiding the light received by the first light receiving unit and the light received by the second light receiving unit to the spectroscope.
第1の参照面を有する第1の透過部材と、
前記第1の透過部材と対向して設けられ、第2の参照面を有する第2の透過部材と、
光源からの光を前記第1の参照面を介して前記第1の透過部材および前記第2の透過部材の間に位置する試料へ照射するための第1の投光部と、
前記第1の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第1の参照面を介して受光するための第1の受光部と、
光源からの光を前記第2の参照面を介して前記試料へ照射するための第2の投光部と、
前記第2の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第2の参照面を介して受光するための第2の受光部と、
前記第1の受光部によって受光された反射光、および前記第2の受光部によって受光された反射光を分光するための分光部とを備え、
前記分光部は、1つの分光器を含み、
前記厚み測定装置は、さらに、
前記第1の受光部によって受光された光、および前記第2の受光部によって受光された光を混合して1本の光ファイバを介して前記分光器へ導くための光学系を備え、
前記分光部による分光結果に基づいて、前記第1の参照面と前記試料との間の距離である第1距離、および前記第2の参照面と前記試料との間の距離である第2距離が算出され、
前記第1の参照面と前記第2の参照面との間の距離から前記第1距離および前記第2距離を差し引くことにより前記試料の厚みが算出される、厚み測定装置。 A thickness measuring device,
A first transmissive member having a first reference surface;
A second transmissive member that is provided to face the first transmissive member and has a second reference surface;
A first light projecting unit for irradiating light from a light source to a sample located between the first transmissive member and the second transmissive member via the first reference surface;
A first light receiving portion for receiving the reflected light from the first reference surface and receiving the reflected light from the sample via the first reference surface;
A second light projecting unit for irradiating the sample with light from a light source through the second reference surface;
A second light receiving section for receiving the reflected light from the second reference surface and receiving the reflected light from the sample via the second reference surface;
A spectroscopic unit for dispersing the reflected light received by the first light receiving unit and the reflected light received by the second light receiving unit,
The spectroscopic unit includes one spectroscope,
The thickness measuring device, further,
E Bei an optical system for guiding light, and to the spectrometer via a single optical fiber by mixing light received by the second light receiving portion that is received by the first light receiving portion,
A first distance, which is a distance between the first reference surface and the sample, and a second distance, which is a distance between the second reference surface and the sample, based on a spectral result by the spectroscopic unit. Is calculated,
A thickness measuring device , wherein the thickness of the sample is calculated by subtracting the first distance and the second distance from the distance between the first reference surface and the second reference surface .
前記第1の透過部材と対向して設けられ、第2の参照面を有する第2の透過部材と、
光源からの光を前記第1の参照面を介して前記第1の透過部材および前記第2の透過部材の間に位置する試料へ照射するための第1の投光部と、
前記第1の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第1の参照面を介して受光するための第1の受光部と、
光源からの光を前記第2の参照面を介して前記試料へ照射するための第2の投光部と、
前記第2の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第2の参照面を介して受光するための第2の受光部と、
前記第1の受光部によって受光された反射光、および前記第2の受光部によって受光された反射光を分光する分光部とを備える厚み測定装置を用いる厚み測定方法であって、
前記分光部による分光結果に基づいて、前記第1の参照面と前記試料との間の距離である第1距離、および前記第2の参照面と前記試料との間の距離である第2距離を算出するステップと、
前記第1の参照面と前記第2の参照面との間の距離である面間距離から前記第1距離および前記第2距離を差し引くことにより前記試料の厚みを算出するステップとを含み、
前記第1距離および前記第2距離を算出するステップにおいては、前記第1の受光部によって受光された、前記第1の投光部におけるレンズによって前記試料の表面であって前記第1の参照面に対向する表面付近に集光された光の前記試料からの反射光、および前記第2の受光部によって受光された、前記第2の投光部におけるレンズによって前記試料の表面であって前記第2の参照面に対向する表面付近に集光された光の前記試料からの反射光を含む光を分光した結果に基づいて、前記第1距離および前記第2距離を算出する、厚み測定方法。 A first transmissive member having a first reference surface;
A second transmissive member that is provided to face the first transmissive member and has a second reference surface;
A first light projecting unit for irradiating light from a light source to a sample located between the first transmissive member and the second transmissive member via the first reference surface;
A first light receiving portion for receiving the reflected light from the first reference surface and receiving the reflected light from the sample via the first reference surface;
A second light projecting unit for irradiating the sample with light from a light source through the second reference surface;
A second light receiving section for receiving the reflected light from the second reference surface and receiving the reflected light from the sample via the second reference surface;
A thickness measuring method using a thickness measuring device comprising: a spectroscopic unit that disperses reflected light received by the first light receiving unit and reflected light received by the second light receiving unit,
A first distance, which is a distance between the first reference surface and the sample, and a second distance, which is a distance between the second reference surface and the sample, based on a spectral result by the spectroscopic unit. And a step of calculating
Calculating the thickness of the sample by subtracting the first distance and the second distance from the inter-plane distance that is the distance between the first reference surface and the second reference surface,
In the step of calculating the first distance and the second distance, the first reference surface, which is the surface of the sample, is received by the lens in the first light projecting unit, which is received by the first light receiving unit. The reflected light from the sample of the light collected near the surface facing the surface of the sample, and the surface of the sample that is received by the lens of the second light projecting unit, which is received by the second light receiving unit. 2. The thickness measuring method, wherein the first distance and the second distance are calculated based on a result of spectrally dispersing light including reflected light from the sample of light condensed near a surface facing the reference surface of No. 2.
前記第1の透過部材と対向して設けられ、第2の参照面を有する第2の透過部材と、
光源からの光を前記第1の参照面を介して前記第1の透過部材および前記第2の透過部材の間に位置する試料へ照射するための第1の投光部と、
前記第1の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第1の参照面を介して受光するための第1の受光部と、
光源からの光を前記第2の参照面を介して前記試料へ照射するための第2の投光部と、
前記第2の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第2の参照面を介して受光するための第2の受光部と、
前記第1の受光部によって受光された反射光、および前記第2の受光部によって受光された反射光を分光する分光部とを備える厚み測定装置を用いる厚み測定方法であって、
前記分光部による分光結果に基づいて、前記第1の参照面と前記試料との間の距離である第1距離、および前記第2の参照面と前記試料との間の距離である第2距離を算出するステップと、
前記第1の参照面と前記第2の参照面との間の距離である面間距離から前記第1距離および前記第2距離を差し引くことにより前記試料の厚みを算出するステップとを含み、
前記第1距離および前記第2距離を算出するステップにおいては、前記第1の受光部によって受光された反射光、および前記第2の受光部によって受光された反射光を混合して1本の光ファイバを介して前記分光部における1つの分光器へ伝送された各前記反射光の分光結果に基づいて、前記第1距離および前記第2距離を算出する、厚み測定方法。 A first transmissive member having a first reference surface;
A second transmissive member that is provided to face the first transmissive member and has a second reference surface;
A first light projecting unit for irradiating light from a light source to a sample located between the first transmissive member and the second transmissive member via the first reference surface;
A first light receiving portion for receiving the reflected light from the first reference surface and receiving the reflected light from the sample via the first reference surface;
A second light projecting unit for irradiating the sample with light from a light source through the second reference surface;
A second light receiving section for receiving the reflected light from the second reference surface and receiving the reflected light from the sample via the second reference surface;
A thickness measuring method using a thickness measuring device comprising: a spectroscopic unit that disperses reflected light received by the first light receiving unit and reflected light received by the second light receiving unit,
A first distance, which is a distance between the first reference surface and the sample, and a second distance, which is a distance between the second reference surface and the sample, based on a spectral result by the spectroscopic unit. And a step of calculating
Calculating the thickness of the sample by subtracting the first distance and the second distance from the inter-plane distance that is the distance between the first reference surface and the second reference surface,
In the step of calculating the first distance and the second distance, the reflected light received by the first light receiving unit and the reflected light received by the second light receiving unit are mixed to form one light beam. A thickness measuring method for calculating the first distance and the second distance based on a spectral result of each of the reflected lights transmitted to one spectroscope in the spectroscopic unit via a fiber.
前記厚み測定方法は、さらに、
前記試料が設けられていない状態において前記第1の受光部によって受光された反射光の前記分光部による分光結果に基づいて前記面間距離を算出するステップを含む、請求項5または請求項6に記載の厚み測定方法。
In the state where the sample is not provided, the light from the light source is radiated from the first light projecting portion to the second reference surface through the first reference surface, and the light from the first reference surface is emitted. Reflected light is received by the first light receiving portion, and reflected light from the second reference surface is received by the first light receiving portion via the first reference surface,
The thickness measurement method, further,
In a state in which the sample is not provided comprising the step of calculating a distance between the surface based on the spectral result of the spectral portion of the reflected light received by said first light receiving portion, to claim 5 or claim 6 The described thickness measuring method.
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