CN114325734A - 厚度测量装置及厚度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够准确地测量试样厚度的厚度测量装置及厚度测量方法。厚度测量装置具有：第一透光构件，其具有第一参照面；第二透光构件，其与第一透光构件相向设置，具有第二参照面；第一投光部，其经由第一参照面向设置在第一透光构件和第二透光构件之间的试样照射来自光源的光；第一受光部，其接收来自第一参照面的反射光，并且经由第一参照面接收来自试样的反射光；第二投光部，其经由第二参照面向试样照射来自光源的光；第二受光部，其接收来自第二参照面的反射光，并且经由第二参照面接收来自受光试样的反射光；分光部，其对由第一受光部接收的反射光和由第二受光部接收的反射光进行分光。

Description

厚度测量装置及厚度测量方法

本申请是申请日为2017年01月23日，申请号为“201710058139.5”，发明名称为“厚度测量装置及厚度测量方法”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种厚度测量装置及厚度测量方法，尤其涉及一种利用反射光来测量试样厚度的厚度测量装置及厚度测量方法。

背景技术

近年来，开发出利用光来测量距离的位移测量装置。例如，日本特开2009-270939号公报(专利文献1)中公开了如下结构。即，光学式位移计包括：宽波段光源装置，其用于生成作为测量用检测光的宽波段光；聚光透镜，其用于聚集上述检测光，向测量对象物射出的射出侧端面为平面；分光装置，其对入射至上述聚光透镜的被上述测量对象物反射的反射光和被上述射出侧端面反射的反射光进行分光，并求出波长分布特性曲线的频率，由此计算上述测量对象物和上述射出侧端面之间的距离。上述聚光透镜是一种发射随着远离上述射出侧端面而照射点变宽的上述检测光的透镜。

另外，在日本特开2014-115242号公报(专利文献2)中公开了如下结构。即，位移测量装置包括：点状光源，其用于发射具有扩散了的光谱的光；光学元件，其用于使所述光产生轴向色像差，并且使产生了该轴向色像差的光聚集在测量对象物；开口，其使由所述光学元件聚集的光中对焦在所述测量对象物的光通过；测量部，其求出通过所述开口的光的光谱，并基于所述光谱的峰值波长求出所述光学元件和所述测量对象物之间的距离。所述测量部求出所述测量对象物的分光反射特性，并利用所述求出的分光反射特性，降低该分光反射特性带给距离测量的误差而求出所述距离。

另外，在日本特开2010-121977号公报(专利文献3)中公开了如下结构。即，光学式位移计包括：检测光生成单元，其用于生成检测光；基准面，其反射上述检测光的一部分，并使检测光的另一部分向检查对象物侧穿透；分光单元，其对干涉光进行分光，所述干涉光由被上述基准面反射的反射光和被上述检查对象物反射的反射光构成；光强度分布生成单元，其接收分光后的上述干涉光，并生成与干涉光的波数相关的光强度分布；光强度极大点提取单元，其将与上述波数相关的光强度分布转换为与针对波数的光强度空间频率相关的光强度分布，以规定时间间隔重复进行对上述空间频率相关的光强度分布极大点的提取；相位决定单元，其决定与上述波数相关的光强度分布的上述极大点的空间频率相对应的频率成分的相位；位移量判断单元，其基于上述相位判断上述检查对象物的位移量。上述相位决定单元包括：相对相位判断单元，其在360度的范围内判断上述频率成分的相对相位；绝对相位计算单元，其基于上述相对相位判断单元的判断结果和过去的判断结果结合上述相对相位，并求出绝对相位；相位基准更新单元，其基于重置指示，来更新上述绝对相位的基准点。上述位移量判断单元基于上述绝对相位来判断位移量。

专利文献1：日本特开2009-270939号公报

专利文献2：日本特开2014-115242号公报

专利文献3：日本特开2010-121977号公报

当采用专利文献1至3中记载的技术来测量试样厚度时，例如可以考虑根据离接地的试样的距离的测量结果和离接地面的距离的测量结果而测量该试样厚度的方法。

但是，当试样表面存在凹凸或者试样存在变形或弯曲时，试样的接触面侧表面和接触面之间会产生间隙。在这种情况下，准确测量试样厚度会存在困难。

发明内容

本发明是为解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够准确地测量试样厚度的厚度测量装置及厚度测量方法。

解决问题的技术方案

(1)为解决上述问题，本发明的一方面的厚度测量装置包括：

第一透光构件，其具有第一参照面；

第二透光构件，其与所述第一透光构件相向设置，具有第二参照面；

第一投光部，其经由所述第一参照面向设置在所述第一透光构件和所述第二透光构件之间的试样照射来自光源的光；

第一受光部，其接收来自所述第一参照面的反射光，并且经由所述第一参照面接收来自所述试样的反射光；

第二投光部，其经由所述第二参照面向所述试样照射来自光源的光；

第二受光部，其接收来自所述第二参照面的反射光，并且经由所述第二参照面接收来自所述试样的反射光；

分光部，其对由所述第一受光部接收的反射光和由过所述第二受光部接收的反射光进行分光。

这样，通过经由各个参照面向试样两侧照射光，并且分别使来自试样两侧表面的反射光与来自相对应的参照面的反射光发生干涉并进行分光的结构，来即使试样表面存在凹凸或者试样存在变形或弯曲的情况下，也能够基于分光结果分别计算试样两侧的表面和相对应的参照面之间的距离。并且，例如，能够根据所计算的各距离和各个参照面之间的距离而准确地计算试样厚度。从而，能够准确地测量出试样厚度。

(2)优选地，所述分光部包括一个分光器，所述厚度测量装置进一步具有光学系统，所述光学系统用于将由所述第一受光部接收的光和由所述第二受光部接收的光向所述分光器引导。

通过采用这种光学系统的结构，能够减少昂贵的分光器的数量，因此能够降低厚度测量装置的制造成本。

(3)优选地，从所述第一投光部经由所述第一参照面而向所述试样照射的光的光束的轴、从所述第二投光部经由所述第二参照而面向所述试样照射的光的光束的轴、所述第一受光部所接收的来自所述第一参照面的反射光的光束的轴和来自所述试样的反射光的光束的轴、以及所述第二受光部所接收的来自所述第二参照面的反射光的光束的轴和来自所述试样的反射光的光束的轴彼此顺沿(along)。

根据这种结构，即使在各个参照面例如非平行地配置或试样相对于参照面不平行地设置的情况下，也能够准确地测量试样厚度。

(4)优选地，所述分光部包括一个分光器；所述厚度测量装置进一步具有光学系统，所述光学系统用于将由所述第一受光部接收的光和由所述第二受光部接收的光向所述分光器引导。设定成，从所述试样经由所述第一参照面、所述第一受光部以及所述光学系统而传播至所述分光器的反射光的路径的光学距离，和从所述试样经由所述第二参照面、所述第二受光部以及所述光学系统而传播至所述分光器的反射光的路径的光学距离相同。

根据这样的结构，由于能够使分别在试样两侧的表面反射的光到达分光器所需的时间几乎相同，因此能够使在各个表面以几乎相同的时间(timing)反射的反射光被分光器分光。由此，即使试样发生移动，也能够利用简易的结构来准确地测量试样厚度。

(5)优选地，所述厚度测量装置进一步具有运算部，所述运算部基于所述分光部的分光结果，计算所述第一参照面和所述试样之间的距离、即第一距离以及所述第二参照面和所述试样之间的距离、即第二距离，所述运算部通过从所述第一参照面和所述第二参照面之间的距离减去所述第一距离及所述第二距离来计算所述试样的厚度。

这样，通过根据与试样外部空间相关的测量结果、即各个距离而计算试样厚度的结构，来即使试样为不透明的物质也能够计算该试样的厚度。另外，不用识别试样的折射率等物性值，也能够容易计算该试样的厚度。

(6)为解决上述问题，本发明的一方面的厚度测量方法为使用厚度测量装置的厚度测量方法，所述厚度测量装置包括：

第一透光构件，其具有第一参照面，

第二透光构件，其与所述第一透光构件相向设置，具有第二参照面，

第一投光部，其经由所述第一参照面向设置在所述第一透光构件和所述第二透光构件之间的试样照射来自光源的光，

第一受光部，其接收来自所述第一参照面的反射光，并且经由所述第一参照面接收来自所述试样的反射光，

第二投光部，其经由所述第二参照面向所述试样照射来自光源的光，

第二受光部，其接收来自所述第二参照面的反射光，并且经由所述第二参照面接收来自所述试样的反射光，

分光部，其对由所述第一受光部接收的反射光和由所述第二受光部接收的反射光进行分光，

所述厚度测量方法包括：

基于所述分光部的分光结果，计算所述第一参照面和所述试样之间的距离、即第一距离以及所述第二参照面和所述试样之间的距离、即第二距离的步骤，

从所述第一参照面和所述第二参照面之间的距离、即表面间距离减去所述第一距离和所述第二距离而计算所述试样的厚度的步骤。

这样，通过经由各个参照面向试样两侧照射光，并且分别使来自试样两侧表面的反射光与来自相对应的参照面的反射光发生干涉并进行分光的结构，来即使试样表面存在凹凸或者试样存在变形或弯曲的情况下，也能够基于分光结果分别计算试样两侧的表面和相对应的参照面之间的距离。并且，能够根据所计算的各距离和各个参照面之间的距离而准确地计算试样厚度。从而，能够准确地计算试样厚度。另外，根据针对试样外部空间的测量结果、即各个距离而计算试样的厚度，从而即使试样为不透明物质，也能够计算该试样的厚度。另外，不用识别试样的折射率等物性值，也能够容易计算该试样的厚度。

(7)优选地，在未设有所述试样的状态下，从所述第一投光部经由所述第一参照面向所述第二参照面照射来自光源的光，来自所述第一参照面的反射光被所述第一受光部接收，并且来自所述第二参照面的反射光经由所述第一参照面被所述第一受光部接收，所述厚度测量方法进一步包括：在未设有所述试样的状态下，基于所述分光部对由所述第一受光部接收到的反射光进行分光后的分光结果而计算所述表面间距离的步骤。

根据这种结构，利用与第一距离和第二距离的计算方法相同的方法来能够计算表面间距离，因此能够以与第一距离和第二距离的计算精度相同程度的高计算精度来计算表面间距离。由此，例如与采用精度较差的其他方法来计算表面间距离的情况相比，能够更准确地计算试样厚度。

根据本发明，能够准确地测量试样的厚度。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的厚度测量装置的结构的图。

图2是表示本发明实施方式的厚度测量装置的探针(probe)周边的放大图的图。

图3是用于说明本发明实施方式的厚度测量装置的光纤连接器(fiber junction)的功能的图。

图4是表示本发明实施方式的厚度测量装置的运算部中生成的功率谱的一例的图。

图5是表示本发明实施方式的厚度测量装置的运算部中生成的功率谱的一例的图。

图6是对使用了本发明实施方式的厚度测量装置的测量方法的步骤的一例进行了规定的流程图。

图7是表示探针的比较例的图。

附图标记说明

1、2探针 3分光部

4光源 5光学系统

6运算部 31、32、33、34光纤

35光纤连接器 36结合部

41分光器 42数据生成部

51、52透镜系统 55、56、57、58透镜

61、62透光基板 65、66、67、68表面

70参照轴 71、72投光光束

73、74、75、76反射光束 77、78端面

81、82表面 91探针

92工作台 93试样

94表面 101厚度测量装置

151试样

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，对附图中的相同或者相等的部分采用相同的附图标记并省略其重复说明。另外，可任意组合以下所记载的实施方式的至少一部分。

图1是表示本发明实施方式的厚度测量装置的结构的图。图2是表示本发明实施方式的厚度测量装置的探针周边的放大图的图。

参照图1和图2，厚度测量装置101包括探针1、2、分光部3、光源4、光学系统5、运算部6。探针1包括透镜系统51和透光基板(第一透光构件)61。透镜系统51包括透镜55和透镜(第一投光部和第一受光部)57。透光基板61具有表面(第一参照面)65和表面67。探针2包括透镜系统52和透光基板(第二透光构件)62。透镜系统52包括透镜56和透镜(第二投光部和第二受光部)58。透光基板62具有表面(第二参照面)66和表面68。分光部3包括分光器41和数据生成部42。光学系统5包括光纤31、32、33、34和光纤连接器35。

厚度测量装置101中的光源4例如是输出频带宽度大的光的激光器。此外，光源4是LED(Light-Emitting Diode)或者白炽灯等。

光学系统5例如将从光源4输出的光向探针1、2引导。更详细而言，光学系统5的光纤34在与光源4光学结合的输入端接收来自光源4的光，并将接收到的光传送至光纤连接器35。

图3是用于说明本发明实施方式的厚度测量装置的光纤连接器的功能的图。

参照图3，光纤连接器35将从光纤34接收的光分配至光纤31、32。

再次参照图1和图2，光纤31将由光纤连接器35分配的来自光源4的光传送至探针1的透镜系统51。另外，光纤32将由光纤连接器35分配的来自光源4的光传送至探针2的透镜系统52。

厚度测量装置101中，例如，从透镜57经由表面65向试样151照射的光的投光光束71的轴、从透镜58经由表面66向试样151照射的光的投光光束72的轴、透镜57所接收的来自表面65的反射光的反射光束73的轴和透镜57所接收的来自试样151的反射光的反射光束75的轴、以及透镜58所接收的来自表面66的反射光的反射光束74的轴和透镜58所接收的来自试样151的反射光的反射光束76的轴彼此顺沿。此处，当光束为平行光束时，光束的轴为沿该平行光束中所包含的光线的轴，另外，当光束为发散光束或者聚焦光束时，光束的轴为具有侧面的圆锥的对称轴，所述侧面沿着该发散光束或者该聚焦光束中所包含的光线。

更详细而言，在透镜系统51中，透镜55、57例如是圆筒形的凸透镜，并设置成光轴彼此顺沿。此处，将沿着透镜55、57的光轴的假想轴定义为参照轴70。

透镜57作为第一投光部，经由表面65向位于透光基板61和透光基板62之间的试样151照射来自光源4的光。

试样151配置在未图示的工作台上，可沿着平行于表面65和66的面在透光基板61和透光基板62之间进行移动。此处，试样151的一部分位于透光基板61和透光基板62之间。此外，试样151的整体也可以位于透光基板61和透光基板62之间。

透镜55对置于与其光学结合的光纤31的端面77，接收来自端面77的光的光束中以透镜55的光轴为轴的光束、即投光光束71，并从发散光束转换为平行光束。从而，投光光束71的轴顺沿参照轴70。

透镜57设置在透镜55和透光基板61之间，将来自透镜55的投光光束71转换为聚焦光束，由此使来自光源4的光经由表面65而聚集在与表面65相向的面、即试样151的表面81附近。

透光基板61和透光基板62相向设置。具体地，透光基板61和透光基板62正面对而设置。更详细而言，透光基板61和透光基板62设置成作为第一参照面的表面65和作为第二参照面的表面66正面对。

此外，透光基板61和透光基板62不限于设置成表面65和表面66正面对的结构，也可相向设置。

透光基板61和透光基板62例如为平行的平面基板，并且在光源4输出的光的频带上为透明或者半透明。更详细而言，透光基板61的表面65和表面67例如为平面且相互平行。透光基板61被设置成表面65的法线沿参照轴70且表面65和表面67分别与试样151的表面81和透镜57相向。

另外，透光基板62的表面66和表面68例如为平面且相互平行。透光基板62被设置成表面66的法线沿参照轴70且表面66和表面68分别与试样151的表面82和透镜58相向。

此外，表面65和表面67也可以互相不平行。另外，表面66和表面68也可以互相不平行。另外，厚度测量装置101也可以为代替透光基板61和透光基板62而具有板状以外的形状的透光构件的结构。

透镜系统51的透镜57作为第一受光部，接收来自透光基板61的表面65的反射光，并且经由表面65接收来自试样151的反射光。

更详细而言，表面65是透光基板61和空气层之间的界面，因此对来自透镜57的光进行反射。另外，试样151的表面81是试样151和空气层之间的界面，因此对经由透光基板61从透镜57接收的光进行反射。

透镜57经由表面65接收被试样151反射的光的光束中以透镜57的光轴为轴的光束、即反射光束75，并从发散光束转换为平行光束。从而，反射光束75的轴顺沿参照轴70。

另外，透镜57接收被表面65反射的光的光束中的以透镜57的光轴为轴的光束、即反射光束73，并从发散光束转换为平行光束。从而，反射光束73的轴顺沿参照轴70。该例子中，表面65和表面81之间的距离短于透镜57和表面81之间的距离，因此反射光束73几乎被透镜57转换为平行光束。

透镜55将来自透镜57的反射光束75转换为聚焦光束，由此将经由表面65的来自试样151的反射光聚集在光纤31的端面77，并且将来自透镜57的反射光束73转换为聚焦光束，从而将来自表面65的反射光聚集在端面77。

一方面，透镜系统52中，透镜56、58例如为圆筒形的凸透镜，并设置呈各个光轴顺沿参照轴70。

透镜58作为第二投光部，经由表面66向试样151照射来自光源4的光。

更详细而言，透镜56对置于与其光学结合的光纤32的端面78，接收来自端面78的光的光束中以透镜56的光轴为轴的光束、即投光光束72，并从发散光束转换为平行光束。从而，投光光束72的轴顺沿参照轴70。

透镜58设置在透镜56和透光基板62之间，将来自透镜56的投光光束72转换为聚焦光束，由此使来自光源4的光经由表面66而聚集在与表面66相向的面、即试样151表面82附近。

透镜系统52的透镜58作为第二受光部，接收来自透光基板62的表面66的反射光，并且经由表面66接收来自试样151的反射光。

更详细而言，表面66是透光基板62和空气层之间的界面，因此对来自透镜58的光进行反射。另外，试样151的表面82是试样151和空气层之间的界面，因此对经由透光基板62从透镜58接收的光进行反射。

透镜58经由表面66接收被试样151反射的光的光束中以透镜58的光轴为轴的光束、即反射光束76，并从发散光束转换为平行光束。从而，反射光束76的轴顺沿参照轴70。

另外，透镜58接收被表面66反射的光的光束中以透镜58的光轴为轴的光束、即反射光束74，并从发散光束转换为平行光束。从而，反射光束74的轴顺沿参照轴70。该例子中，表面66和表面82之间的距离与透镜58和表面82之间的距离相比短，因此反射光束74几乎被透镜58转换为平行光束。

透镜56将来自透镜58的反射光束76转换为聚焦光束，由此使经由表面66的来自试样151的反射光聚集在光纤32的端面78，并且将来自透镜58的反射光束74转换为聚焦光束，从而使来自表面66的反射光聚集在端面78。

光学系统5例如将由透镜57接收的光和由透镜58接收的光向分光部3的分光器41引导。

更详细而言，光学系统5的光纤31将从透镜55接收的反射光向光纤连接器35传送。光纤32将从透镜56接收的反射光向光纤连接器35传送。

再次参照图3，光纤连接器35将从光纤31、32接收的反射光在结合部36中进行混合，并将混合后的反射光向光纤33输出。

再次参照图1，光纤33将被光纤连接器35混合了的各个反射光向分光部3的分光器41传送。

例如，在厚度测量装置101中设定为从试样151经由表面65、透镜57及光学系统5传播至分光器41的反射光的路径的光学距离与从试样151经由表面66、透镜58及光学系统5传播至分光器41的反射光的路径的光学距离相同。

换言之，在厚度测量装置101中，设定成从试样151经由表面65、透镜57以及光学系统5传播至分光器41的反射光的路径的光学距离与从试样151经由表面66、透镜58以及光学系统5传播至分光器41的反射光的路径的光学距离大致相同。

更详细而言，厚度测量装置101中，在表面65和表面81之间的距离以及表面66和表面82之间的距离大致相同的情况下，如下般，设定探针1、2的尺寸和光纤31、32的长度。

即，设定探针1、2的尺寸和光纤31、32的长度，使得光从表面81经由表面65、透镜57、55以及光纤31传播至光纤连接器35的结合部36(参照图3)所需的时间与光从表面82经由表面66、透镜58、56以及光纤32传播至光纤连接器35的结合部36所需的时间大致相同。

在该例子中，设定成，表面65和光纤31端面77之间的距离与表面66和光纤32端面78之间的距离大致相同，并且从光纤31的端面77至光纤连接器35的结合部36为止的长度与从光纤32的端面78至结合部36为止的长度大致相同。

分光部3对由透镜57接收的反射光和由透镜58接收的反射光进行分光。

更详细而言，在分光部3的分光器41设有衍射光栅和一维图像传感器，由光纤33传送的各个反射光被衍射光栅衍射并照射至一维图像传感器。

一维图像传感器对被衍射光栅衍射的各个反射光进行光电转换，从而积攒与各个反射光的每个波长的强度相对应的电荷。

数据生成部42获取在一维图像传感器中以规定的闸控时间积攒了的每个波长的电荷，由此生成用于表示每个波长强度的信号，并将所生成的信号例如根据RS232C通信标准或者以太网(注册商标)通信标准向运算部6输出。

当运算部6从数据生成部42接收到信号时，将接收到的信号所表示的每个波长强度转换为每个波长的反射率。

更详细而言，例如在阻止光进入到分光器41的状态下，运算部6将从数据生成部42接收到的信号所表示的每个波长强度作为参照光谱数据来保持。

另外，例如在透光基板61和透光基板62之间设置铝板等参照物来代替试样151的状态下，运算部6将从数据生成部42接收到的信号所表示的每个波长强度中分别减去基准光谱数据所包含的每个波长强度后的每个波长强度，作为参照光谱数据来保持。

在试样151设置在透光基板61和透光基板62之间的状态下，运算部6从数据生成部42接收到的信号所表示的每个波长强度中分别减去基准光谱数据所包含的每个波长强度之后，再除以参照光谱数据所包含的每个波长强度，从而生成含有每个波长的反射率的反射光谱数据。

图4是表示本发明实施方式的厚度测量装置的运算部中生成的功率谱的一例的图。此外，图4中，纵轴表示功率谱强度，横轴表示厚度。

参照图2和图4，运算部6例如基于分光部3的分光结果，计算表面65和试样151之间的距离d1以及表面66和试样151之间的距离d2。

更详细而言，运算部6通过将所生成的反射光谱数据进行傅里叶变换来计算用于表示每个空间频率的功率谱强度的功率谱。并且，运算部6通过将空间频率换算成厚度来生成图4所示的功率谱。

运算部6根据峰P1的位置来计算距离d1，峰P1基于来自表面81的反射光和来自表面65的反射光的干涉。另外，运算部6根据峰P2的位置来计算距离d2，峰P2基于来自表面82的反射光和来自表面66的反射光的干涉。该例子中，运算部6分别计算了距离d1和d2为168.3微米和625.4微米。

图5是表示本发明实施方式的厚度测量装置的运算部中生成的功率谱的一例的图。此外，图5中，纵轴表示功率谱强度，横轴表示厚度。

参照图2和图5，运算部6例如从表面65和表面66之间的距离、即表面间距离da减去距离d1和d2而计算试样151的厚度。

例如，表面间距离da通过以下方法求出。即，在透光基板61和透光基板62之间未设有试样151的状态下，来自光源4的光从透镜57经由表面65向表面66照射，来自表面65的反射光被透镜57接收，并且来自表面66的反射光经由表面65被透镜57接收，来自光源4的光从透镜58经由表面66向表面65照射，来自表面66的反射光被透镜58接收，并且来自表面65的反射光经由表面66被透镜58接收。

在这种状态下，运算部6对从数据生成部42接收到的信号所表示的每个波长强度进行傅里叶变换，由此计算每个空间频率的功率谱强度、即功率谱。并且，运算部6将空间频率换算为厚度，从而生成图5所示的功率谱。

运算部6例如在上述状态下，根据峰Pa的位置来计算表面间距离da，峰Pa基于从表面65朝向透镜57的反射光、经由表面65的从表面66朝向透镜57的反射光的干涉、从表面66朝向透镜58的反射光以及经由表面66的从表面65朝向透镜58的反射光的干涉。该例子中，运算部6计算表面间距离da为2800.0微米。从而，运算部6通过运算(2800.0-168.3-625.4)来计算试样151的2006.3微米的厚度。

此外，厚度测量装置101中，虽然运算部6为利用上述方法计算表面间距离da的结构，但不限于此。运算部6也可以是事先将利用其他方法例如机械测量方法来获得的表面间距离da保持的结构。此时，运算部6利用保持的表面间距离da来计算试样151的厚度。

[测量方法]

图6是对使用了本发明实施方式的厚度测量装置的测量方法的步骤的一例进行规定的流程图。

参照图6，首先，厚度测量装置101在未设有试样151的状态下，获取分光部3对由透镜57接收到的反射光和由透镜58接收到的反射光进行分光后的分光结果。具体地，厚度测量装置101获取图5所示的功率谱(步骤S102)。

其次，厚度测量装置101基于获取到的分光结果计算表面间距离da。具体地，厚度测量装置101根据图5所示的功率谱的峰Pa位置而计算表面间距离da(步骤S104)。

其次，测量者将试样151设置在透光基板61和透光基板62之间(步骤S106)。

其次，厚度测量装置101在设有试样151的状态下，获取分光部3的分光结果，具体地，获取图4所示的功率谱(步骤S108)。

接着，厚度测量装置101在设有试样151的状态下，基于分光部3的分光结果计算距离d1和d2。具体地，厚度测量装置101根据图4所示的功率谱的峰P1和P2的位置而分别计算距离d1和d2(步骤S110)。

其次，厚度测量装置101从表面间距离da减去距离d1和d2，由此计算试样151的厚度(步骤S112)。

此外，上述步骤S102～S104和步骤S106～S110的顺序不限于上述示例，可调换顺序。

另外，厚度测量装置101在上述步骤S102、S104中计算了表面间距离da，但不限于此。如上所述，当厚度测量装置101事先保持了表面间距离da时，也可以不用计算表面间距离da。

另外，厚度测量装置101在上述步骤S102中，从透镜57、58两者照射光的情况下，获取分光部3对由透镜57接收的反射光和由透镜58接收的反射光进行分光后的分光结果，但并不限于此。厚度测量装置101也可以在上述步骤S102中，从透镜57和透镜58中任意一个照射光的情况下，获取被相对应的透镜接收到的反射光的分光结果。

另外，本发明实施方式的厚度测量装置中，分光部3为具有一个分光器41的结构，但不限于此。分光部3也可以为具有两个分光器41的结构。此时，两个分光器41分别对由透镜57接收到的反射光和由透镜58接收到的反射光进行分光。运算部6基于该两个分光器41的各个分光结果而计算距离d1和d2。

另外，本发明实施方式的厚度测量装置为具有一个光源4的结构，但不限于此。厚度测量装置101也可以为具有两个光源4的结构。该情况下，透镜57将来自一侧光源4的光经由表面65向试样151照射。透镜58将来自另一侧光源4的光经由表面66向试样151照射。

另外，本发明实施方式的厚度测量装置中，第一投光部和第一受光部一体形成，但不限于此。在厚度测量装置101中，第一投光部和第一受光部可以分开设置。

具体地，厚度测量装置101可以为具有作为第一投光部发挥功能的透镜57和作为第一受光部发挥功能的其他透镜的结构，也可以为具有作为第一受光部发挥功能的透镜57和作为第一投光部发挥功能的其他透镜的结构。

即，从透镜57经由表面65向试样151照射的光的投光光束71的轴、从透镜58经由表面66向试样151照射的光的投光光束72的轴、透镜57所接收的来自表面65的反射光的反射光束73的轴和来自试样151的反射光的反射光束75的轴、透镜58所接收的来自表面66的反射光的反射光束74的轴和来自试样151的反射光的反射光束76的轴彼此顺沿。

另外，厚度测量装置101也可以为在图1所示的透光基板61和透镜57之间设有半透半反镜，由此具有作为第一投光部发挥功能的透镜57和作为接收被半透半反镜反射的反射光的第一受光部发挥功能的其他透镜的结构，也可以为具有作为将来自光源4的光经由半透半反镜和表面65向试样151照射的第一投光部发挥功能的其他透镜和作为第一受光部发挥功能的透镜57的结构。在这些结构中，可以使投光光束71和反射光束73、75的轴在表面65和表面81彼此顺沿。

同样，在本发明实施方式的厚度测量装置中，虽然第二投光部和第二受光部一体形成，但不限于此。在厚度测量装置101中，第二投光部和第二受光部可以分开设置。

具体地，厚度测量装置101可以为具有作为第二投光部发挥功能的透镜58和作为第二受光部发挥功能的其他透镜的结构，也可以为具有作为第二受光部发挥功能的透镜58和作为第二投光部发挥功能的其他透镜的结构。

另外，厚度测量装置101也可以为在图1所示的透光基板62和透镜58之间设有半透半反镜，由此具有作为第二投光部发挥功能的透镜58和作为接收被半透半反镜反射的反射光的第二受光部发挥功能的其他透镜的结构，也可以为具有作为将来自光源4的光经由半透半反镜和表面66向试样151照射的第二投光部发挥功能的其他透镜和作为第二受光部发挥功能的透镜58的结构。在这些结构中，可以使投光光束72和反射光束74、76的轴在表面66和表面82彼此顺沿。

另外，在本发明实施方式的厚度测量装置中，将透光基板61的与试样151相向的面、即表面65作为第一参照面，但不限于此。在厚度测量装置101中，也可以将透光基板61的与试样151相反一侧的面、即表面67作为第一参照面。

另外，在本发明实施方式的厚度测量装置中，将透光基板62的与试样151相向的面、即表面66作为第二参照面，但不限于此。在厚度测量装置101中，也可以将透光基板62的与试样151相反一侧的面、即表面68作为第二参照面。

另外，本发明实施方式的厚度测量装置为具有光源4、光学系统5以及运算部6的结构，但不限于此。也可以为光源4、光学系统5以及运算部6中的至少一个设置在厚度测量装置101外部的结构。

另外，在本发明实施方式的厚度测量装置中，分光部3为包括数据生成部42的结构，但不限于此。也可以为数据生成部42设置在厚度测量装置101外部的结构。

然而，当采用专利文献1～3中所述的技术来测量试样厚度时，例如可以考虑根据离试样的距离的测量结果和离接触面的距离的测量结果而测量该试样厚度的方法。

但是，当试样表面存在凹凸或者试样存在变形或弯曲时，试样的接触面侧表面和接触面之间会产生间隙。在这种情况下，准确测量试样厚度会存在困难。

图7是表示探针的比较例的图。参照图7，例如，当利用探针91的投光和受光的光来测量放置在工作台92的试样93的厚度时，将从作为参照面的表面94和工作台92的接触面之间的距离dg减去表面94和试样93之间的距离ds后的距离dw作为试样93的厚度来测量。如图7所示，由于试样93的表面存在凹凸，因此试样93的正确厚度即使是d，也将dw作为试样93的厚度来计算。

对此，在本发明实施方式的厚度测量装置中，透光基板61具有表面65。透光基板62与透光基板61相向设置并具有表面66。透镜57经由表面65向位于透光基板61和透光基板62之间的试样151照射来自光源4的光。透镜57接收来自表面65的反射光，并且经由表面65接收来自受光试样151的反射光。透镜58将来自光源4的光经由表面66向试样151照射。透镜58接收来自表面66的反射光，并且经由表面66接收来自试样151的反射光。并且，分光部3对由透镜57接收的反射光及由透镜58接收的反射光进行分光。

这样，经由表面65、66向试样151的两侧照射光，从而分别使来自试样151两侧的表面81、82的反射光与来自表面65、66的反射光发生干涉并进行分光的结构，从而即使试样151的表面81、82存在凹凸或者试样151存在变形或弯曲，也能够基于分光结果分别计算试样151两侧的表面81、82和表面65、66之间的距离d1、d2。并且，例如，根据所计算的距离d1、d2以及表面65、66之间的表面间距离da而准确地计算试样151的厚度。从而，能够准确测量出试样厚度。

另外，在本发明实施方式的厚度测量装置中，分光部3具有一个分光器41。并且，光学系统5将由透镜57接收的光和由透镜58接收的光向分光器41引导。

通过使用这种光学系统5的结构，能够减少昂贵的分光器41的数量，因此能够降低厚度测量装置101的制造成本。

另外，在本发明实施方式的厚度测量装置中，从透镜57经由表面65向试样151照射的光的投光光束71的轴、从透镜58经由表面66向试样151照射的光的投光光束72的轴、透镜57所接收的来自表面65的反射光的反射光束73的轴和来自试样151的反射光的反射光束75的轴、以及透镜58所接收的来自表面66的反射光的反射光束74的轴和来自试样151的反射光的反射光束76的轴彼此顺沿。

根据这种结构，即使表面65、66例如非平行地配置或者试样151相对于表面65、66不平行地设置的情况下，也能够准确地测量试样厚度。

例如，如图2所示，当试样151沿着参照轴70以速度v向靠近表面65的方向移动时，可能会产生以下问题。即，当来自表面81的反射光到达至分光器41所需的时间T1和来自表面82的反射光到达至分光器41所需的时间T2的差、即(T1-T2)为ΔT时，试样151在时间ΔT的期间靠近表面65的距离只为v×ΔT。从而，运算部6在基于来自表面82的反射光和来自表面66的反射光而计算距离d2，另一方面，基于来自表面81的反射光和来自表面65的反射光而计算距离(d1+v×ΔT)。即，在厚度测量装置101中，准确计算试样151的厚度会存在困难。

另外，例如，还可考虑如下方法。即，准备对由透镜57接收的反射光进行分光的第一分光器、和对由透镜58接收的反射光进行分光的第二分光器，使第一分光器对反射光进行分光的时间比第二分光器对反射光进行分光的时间延迟ΔT，从而准确地计算试样151的厚度。然而，由于对各个分光器的分光时间的控制复杂，因此不是优选的。

对此，在本发明实施方式的厚度测量装置中，分光部3包括一个分光器41。光学系统5将由透镜57接收的光和由透镜58接收的光向分光器41引导。而且，设定成，使从试样151经由表面65、透镜57以及光学系统5传播至分光器41的反射光的路径的光学距离与从试样151经由表面66、透镜58以及光学系统5传播至分光器41的反射光的路径的光学距离相同。

通过这种结构，由于能够使分别在试样151两侧的表面81、82反射的光到达分光器41所需的时间几乎相同，因此能够使在表面81、82几乎以相同的时间反射的反射光被分光器41分光。由此，即使在试样151发生移动，也能够通过简易的结构来准确地测量试样151的厚度。

另外，在本发明实施方式的厚度测量装置中，运算部6基于分光部3的分光结果，计算表面65和试样151之间的距离d1、以及表面66和试样151之间的距离d2。并且，运算部6通过从表面65和表面66之间的表面间距离da减去距离d1和d2来计算试样151的厚度。

这样，通过根据针对试样151的外部空间的测量结果、即各个距离而计算试样151厚度的结构，即使试样151是不透明物质也能够计算试样151的厚度。另外，不用识别试样151的折射率等物性值，也能够容易计算试样151的厚度。

另外，本发明实施方式的厚度测量方法是使用厚度测量装置101的厚度测量方法，所述厚度测量方法包括：基于分光部3的分光结果测量表面65和试样151之间的距离d1、以及表面66和试样151之间的距离d2的步骤；通过从表面65和表面66之间的表面间距离da减去距离d1和d2来计算试样151的厚度的步骤。

这样，通过经由表面65、66向试样151的两侧照射光，并且分别使来自试样151两侧的表面81、82的反射光与来自表面65、66的反射光发生干涉并进行分光的结构，从而即使试样151的表面81、82存在凹凸或者试样151存在变形或弯曲，也能够基于分光结果分别计算试样151两侧的表面81、82和表面65、66之间的距离d1、d2。而且，能够根据所计算的距离d1、d2以及表面65和表面66之间的表面间距离da而准确地计算试样151的厚度。从而，能够准确地计算试样厚度。另外，根据针对试样151外部空间的测量结果、即各个距离来计算试样151的厚度，由此即使试样151是不透明物质，也能够计算试样151的厚度。另外，不用识别试样151的折射率等物性值，也能够容易计算试样151的厚度。

另外，本发明实施方式的厚度测量装置中，在未设有试样151的状态下，从透镜57经由表面65向表面66照射来自光源4的光，并且来自表面65的反射光被透镜57接收，而且来自表面66的反射光经由表面65被透镜57接收。而且，本发明实施方式的厚度测量方法进一步包括：在未设有试样151的状态下，基于分光部3对被透镜57接收的反射光进行分光后的分光结果而计算表面间距离da的步骤。

通过这种结构，利用与计算距离d1、d2的计算方法相同的方法来能够计算表面间距离da，因此，能够以与距离d1、d2的计算精度相同程度的高计算精度来计算表面间距离da。由此，例如与采用精度较差的其他方法来计算表面间距离da的情况相比，能够更准确地计算试样151的厚度。

对于上述实施方式而言，应理解所有的方面是例示而并非是进行制限的。本发明的范围由权利要求书表示而不是上述说明，并包括与权利要求书等同的意思和范围内的所有变更。

Claims (5)

1.一种厚度测量装置，其中，具有：

第一透光构件，具有第一参照面；

第二透光构件，与所述第一透光构件相向设置，具有第二参照面；

第一投光部，经由所述第一参照面向设置在所述第一透光构件和所述第二透光构件之间的试样照射来自光源的光；

第一受光部，接收来自所述第一参照面的反射光，并且经由所述第一参照面接收来自所述试样的反射光；

第二投光部，经由所述第二参照面向所述试样照射来自光源的光；

第二受光部，接收来自所述第二参照面的反射光，并且经由所述第二参照面接收来自所述试样的反射光；

分光部，对由所述第一受光部接收的反射光和由所述第二受光部接收的反射光进行分光，

所述分光部包括一个分光器，

所述厚度测量装置进一步具有光学系统，所述光学系统用于将由所述第一受光部接收的光和由所述第二受光部接收的光混合并经由一根光纤向所述分光器引导。

2.根据权利要求1所述的厚度测量装置，其中，

从所述第一投光部经由所述第一参照面向所述试样照射的光的光束的轴、从所述第二投光部经由所述第二参照面向所述试样照射的光的光束的轴、所述第一受光部所接收的来自所述第一参照面的反射光的光束的轴和来自所述试样的反射光的光束的轴、所述第二受光部所接收的来自所述第二参照面的反射光的光束的轴和来自所述试样的反射光的光束的轴彼此顺沿。

3.根据权利要求1或2所述的厚度测量装置，其中，

所述厚度测量装置进一步具有运算部，所述运算部基于所述分光部的分光结果，计算所述第一参照面和所述试样之间的距离、即第一距离以及所述第二参照面和所述试样之间的距离、即第二距离，

所述运算部通过从所述第一参照面和所述第二参照面之间的距离减去所述第一距离和所述第二距离来计算所述试样的厚度。

4.一种厚度测量方法，其为使用厚度测量装置测量厚度的方法，

所述厚度测量装置包括：

第一透光构件，具有第一参照面，

第二透光构件，与所述第一透光构件相向设置，具有第二参照面，

第一投光部，经由所述第一参照面向设置在所述第一透光构件和所述第二透光构件之间的试样照射来自光源的光，

第一受光部，接收来自所述第一参照面的反射光，并且经由所述第一参照面接收来自所述试样的反射光，

第二投光部，经由所述第二参照面向所述试样照射来自光源的光，

第二受光部，接收来自所述第二参照面的反射光，并且经由所述第二参照面接收来自所述试样的反射光，

分光部，对由所述第一受光部接收的反射光和由所述第二受光部接收的反射光进行分光；

所述厚度测量方法包括：

基于所述分光部的分光结果，计算所述第一参照面和所述试样之间的距离、即第一距离以及所述第二参照面和所述试样之间的距离、即第二距离的步骤，

从所述第一参照面和所述第二参照面之间的距离、即表面间距离减去所述第一距离和所述第二距离而计算所述试样的厚度的步骤，

在计算所述第一距离以及所述第二距离的步骤中，基于将由所述第一受光部接收的反射光和由所述第二受光部接收的反射光混合并经由一根光纤向所述分光部中的一个分光器传送的各所述反射光的分光结果，来计算所述第一距离以及所述第二距离。

5.根据权利要求4所述的厚度测量方法，其中，

在未设有所述试样的状态下，从所述第一投光部经由所述第一参照面向所述第二参照面照射来自光源的光，来自所述第一参照面的反射光被所述第一受光部接收，并且来自所述第二参照面的反射光经由所述第一参照面被所述第一受光部接收，

所述厚度测量方法进一步包括，

在未设有所述试样的状态下，基于所述分光部对由所述第一受光部接收到的反射光进行分光后的分光结果而计算所述表面间距离的步骤。

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