JP2009025181A - 厚み測定用光干渉測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】姿勢が変化し得る状態で保持されたシート状の被検体において、被検層の厚みや厚みムラを測定することが可能な厚み測定用光干渉測定装置を得る。
【解決手段】光源１１からの出力光を、発散レンズ１２およびコリメータレンズ１４を介し平行光からなる測定光として被検体５に照射するとともに、被検体５を透過した光束を、収束レンズ１６および撮像レンズ１７を介し撮像カメラ１８に取り込む。この撮像カメラ１８は、被検体５の被検層を透過した光束のうち、該被検層に対し互いに略同一の位置を通過しつつ、該被検層の両面での反射回数の違いにより互いの光路長が該被検層の厚みの光学距離の２倍だけ異なる光束同士の光干渉によって得られる干渉縞を撮像する。この干渉縞に基づき、被検層の厚みや厚みムラを測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シート状の被検体において測定対象となる被検層（被検体が単層構造の場合は被検体自体）の厚みまたは厚みムラを測定するための光干渉測定装置に関し、特に、測定系に対する姿勢の変化が生じ易い被検体を測定する場合に好適な厚み測定用光干渉測定装置に関する。

従来、測定光束に対して不透明な平行平板の厚みムラを測定する手法として、被検体となる平行平板を挟んで互いに対向するように一対の干渉計を配置し、平行平板の一方の面と干渉計の基準面との形状差と、平行平板の他方の面と他方の干渉計の基準面との形状差とをそれぞれ測定し、測定された各形状差に基づき、平行平板の厚みムラを算定する手法が本願出願人より提案されている（下記特許文献１参照）。

また、測定光束に対して不透明な平行平板の厚み（絶対厚み）を測定する手法として、被検体となる平行平板を挟んで互いに対向するように一対の干渉計を配置するとともに、波長変調光源を用いる手法が本願出願人より提案されている（下記特許文献２参照）。この手法では、測定光を所定の波長ずつ変化させる毎に撮像された複数枚の干渉縞画像に基づき、平行平板の一方の面から一方の干渉計の基準面までの距離と、平行平板の他方の面から他方の干渉計の基準面までの距離と、一対の干渉計各々の基準面間の距離とをそれぞれ測定し、測定された各距離に基づき、平行平板の厚みを算定する。

特開２０００−２７５０２２号公報 特開２００３−２６９９２３号公報

近年、可撓性を有するフィルム等のシート状の被検体において、所定の被検層の厚みまたは厚みムラ、例えば、基材上に形成された蒸着膜の厚みや厚みムラを測定したいという要望が高まっている。このような被検体は、測定系に対して一定の姿勢を維持したまま保持し続けることが難しく、部分的に変形したり全体的に撓んだりするなど、姿勢の変化が起こり易い。

上述の従来手法では、被検体表面からの反射光を被検光とし、該被検光と干渉計の基準面からの基準光とにより形成される干渉縞を観察しているため、被検体の姿勢が変化すると被検光と基準光との光路長が大きく変化してしまい、正確な測定を行うことができなくなる。また、多層構造の被検体における所定の被検層の厚みまたは厚みムラを測定することも原理的に非常に困難である。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、姿勢が変化し得る状態で保持されたシート状の被検体において、測定対象となる所定の被検層の厚みまたは厚みムラを測定することが可能な厚み測定用光干渉測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明では、被検体表面から反射された被検光と干渉計の基準面からの基準光とにより形成される干渉縞を観察するのではなく、被検層を透過した光束のうち、互いの光路長が該被検層の厚みの光学距離の２倍だけ異なる光束同士の光干渉によって得られる干渉縞を観察するようにしている。

すなわち、本発明に係る厚み測定用光干渉測定装置は、姿勢が変化し得る状態で保持されたシート状の被検体において、測定対象となる所定の被検層の厚みまたは厚みムラを測定するものであって、
光源からの出力光を平行光からなる測定光として前記被検体に照射する測定光照射手段と、
前記被検層を透過した光束のうち、該被検層に対し互いに略同一の位置を通過しつつ、該被検層両面での反射回数の違いにより互いの光路長が該被検層の厚みの光学距離の２倍だけ異なる光束同士の光干渉によって得られる干渉縞を観察し得るように配された観察手段と、を備えてなることを特徴とする。

本発明において、前記光源は、白色光を出力する白色光源とされ、
前記観察手段において観察される前記干渉縞の色情報に基づき、前記被検層の厚みまたは厚みムラを解析する解析手段が設けられている、とすることができる。

一方、前記光源は、前記被検層の厚みの光学距離の２倍よりも短い可干渉距離を有する低可干渉光を出力する低可干渉光源とされ、
前記測定光照射手段は、前記低可干渉光源から出力された前記低可干渉光を２光束に分岐し、該２光束の一方を他方に対して所定の光路長分迂回させた後に１光束に再合波するパスマッチ経路部を有し、
前記所定の光路長は、該所定の光路長と前記被検層の厚みの光学距離の２倍との差が、前記低可干渉光の可干渉距離以下となるように設定されている、としてもよい。

この場合、前記パスマッチ経路部において、前記２光束の一方の光路長を他方に対して微小変化させるフリンジスキャン機構を設けることができる。

本発明において、前記観察手段は、前記被検体に対し前記測定光照射手段とは反対側に配することができる。

また、前記被検体を挟んで前記測定光照射手段と対向する位置に、該測定光照射手段から前記被検体に向けて照射され該被検体を透過した光を再帰反射する反射基準面を配し、前記観察手段を、前記被検体に対し前記測定光照射手段と同じ側に配することもできる。

なお、被検体の姿勢の変化とは、被検体が部分的に変形したり、全体的に撓んだりすることや、変形は伴わずに全体的な傾きが変化する場合等を意味する。

また、上記「白色光」とは、複数の波長成分を含んだ光を意味するものであり、視覚的に白色と認識される光に限定されるものではない。

さらに、上記「低可干渉光源」とは、白色光のように多数の波長成分を含んでいるために可干渉距離が短くなっている通常の低可干渉光源の他に、干渉縞の像を撮像素子で取り込んだ際に、通常の低可干渉光源が有する可干渉距離と等価の可干渉距離となるように調整された波長変調光源（特許第３６２１６９３号公報参照）を含む概念である。

また、上記「観察手段」とは、得られた干渉縞を投影し得るように、その結像面上に配されたスクリーンや、結像面上に配された撮像素子を有する撮像カメラ等を意味する。

本発明の厚み測定用光干渉測定装置によれば、平行光からなる測定光を被検体に照射し、該被検体の被検層を透過した光束のうち、該被検層に対し互いに略同一の位置を通過しつつ、該被検層両面での反射回数の違いにより互いの光路長が該被検層の厚みの光学距離の２倍だけ異なる光束同士の光干渉によって得られる干渉縞を観察するように構成されていることにより、以下のような効果を奏する。

すなわち、被検層に対し互いに略同一の位置を通過しつつ、互いの光路長が該被検層の厚みの光学距離の２倍だけ異なる光束同士の光干渉によって得られる干渉縞は、測定中に被検体の姿勢が変化しても干渉する光束間の光路長差が殆ど変化しないので、被検体表面から反射された被検光と干渉計の基準面からの基準光とにより形成される干渉縞とは異なり、被検体の姿勢変化に影響を受けることなく観察することが可能である。

したがって、可撓性を有するフィルムのような被検体で、測定中に被検体の姿勢が変化するような場合であっても、所定の被検層の厚みや厚みムラを測定することが可能となる。また、このような特長を有しているので、振動等により被検体の姿勢が変化し易いインプロセス計測への適用が有効である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

〈第１実施形態〉
図１は本発明の第１実施形態に係る厚み測定用光干渉測定装置の概略構成図であり、図２および図３はその光干渉の原理を示す模式図（図２は被検体が単層構造の場合を示し、図３は被検体が２層構造の場合を示している）である。

図１に示す厚み測定用光干渉測定装置１（以下「第１実施形態装置１」と称することがある）は、姿勢が変化し得る状態で保持された、可撓性を有するフィルム等のシート状の被検体５において、測定対象となる所定の被検層の厚みまたは厚みムラを測定するものであり、測定系１０および解析演算部２０を備えてなる。なお、図１において１点鎖線で示すのは、測定系１０の光軸Ｘである。

上記測定系１０は、測定光照射手段を構成する光源１１、ビーム径拡大用の発散レンズ１２およびコリメータレンズ１４と、被検体５に対し測定光照射手段とは反対側に配された観察手段を構成する収束レンズ１６、撮像レンズ１７および撮像カメラ１８とを備えてなる。

一方、上記解析演算部２０は、縞解析等のための各種演算を行う解析装置２１と、解析結果等を表示する画像表示装置２２と、解析装置２１に対する各種入力を行うための入力装置２３とを備えてなる。

この第１実施形態装置１において、光源１１から出力された光束は、発散レンズ１２およびコリメータレンズ１４を介して平行光からなる測定光に変換され、光軸Ｘに沿って被検体５に照射される。照射された測定光のうち被検体５を透過した光束は、収束レンズ１６および撮像レンズ１７を介して撮像カメラ１８に取り込まれる。

この撮像カメラ１８は、ＣＣＤ等の撮像素子を備え、被検体５を透過した光束のうち、上記被検層に対し互いに略同一の位置を通過しつつ、該被検層両面での反射回数の違いにより互いの光路長が該被検層の厚みの光学距離の２倍だけ異なる光束同士の光干渉によって得られる干渉縞を撮像するように構成されている。

この点について、図２および図３を用いてより詳細に説明する。図２に示すように、単層構造を有する被検体５Ａを測定する場合、被検層は被検体５Ａ自体となる。撮像カメラ１８により撮像されるのは、被検体５Ａの内部で１回も反射することなく被検体５Ａを透過した光束Ｌ_１と、被検体５Ａの表面５Ａａを透過した後、被検体５Ａの裏面５Ａｂおよび表面５Ａａで１回ずつ内部反射された後、被検体５Ａを透過した光束Ｌ_２との光干渉によって形成される干渉縞である。すなわち、光束Ｌ_１と光束Ｌ_２とは、互いの光路長が被検体５Ａの厚みの光学距離の２倍だけ異なっており、被検体５Ａの厚みが位置によって異なる（厚みムラがある）場合、その厚みムラの情報が担持された干渉縞が、撮像カメラ１８により撮像されることになる。

撮像カメラ１８により撮像された干渉縞は、解析装置２１において解析され、これにより被検体５Ａの厚みや厚みムラが計測される。

なお、原理的には、被検体５Ａの内部で４回以上反射した後、被検体５Ａを透過する光束も存在するが、このような光束は光量が大きく減衰するため、干渉縞の形成に影響しないとみなせる。また、光源１１としては、単色レーザ光等の高可干渉光を出力する高可干渉光源や、被検体５Ａの厚みによっては、ＬＥＤ、ＳＬＤ、ハロゲンランプ等の可干渉距離の短い低可干渉光を出力する低可干渉光源を用いることが可能である。低可干渉光源を用いる場合は、出力する低可干渉光の可干渉距離が、光束Ｌ_１と光束Ｌ_２との光路長差よりも長いことが条件となる。また、低可干渉光源として、前掲の特許第３６２１６９３号公報に記載された波長変調光源を用いることも可能である。

さらに、このような低可干渉光源として白色光源を用いた場合、形成される干渉縞には、干渉する光束間の光路長差に応じた色情報が担持されるので、この色情報に基づき被検体５Ａの厚みや厚みムラを測定することが可能である。なお、色情報に基づき光路長差を解析する手法としては、例えば、特開平９−２３６４０４号公報に記載された手法を用いることができる。この手法は、２系の白色光の干渉により得られた白色干渉縞の色をスペクトル分析することによって、白色干渉縞の色と光路差との関係を示すスケール曲線を形成し、このスケール曲線に基づき、光路差未知の２系の白色光により生じるスペクトル分布から、該２系の光路差を求めるものである。

一方、図３に示すように、ベース層５１の表面に被検層としての膜層５２が形成されてなる２層構造を有する被検体５Ｂを測定する場合を考察する。この場合、撮像カメラ１８により撮像されるのは、図示した光束Ｌ_１１と光束Ｌ_１２との光干渉や、光束Ｌ_１３と光束Ｌ_１４との光干渉によって形成される干渉縞である。すなわち、光束Ｌ_１１と光束Ｌ_１２、および光束Ｌ_１３と光束Ｌ_１４は、互いの光路長が膜層５２の厚みの光学距離の２倍だけ異なっており、膜層５２の厚みが位置によって異なる（厚みムラがある）場合、その厚みムラの情報が担持された干渉縞が、撮像カメラ１８により撮像されることになる。なお、光束Ｌ_１３と光束Ｌ_１４との光干渉によって形成される干渉縞が有効となるのは、ベース層５１が高精度な平行性を有しており、その厚みムラが無視し得る場合である。

ここで、光束Ｌ_１１は、被検体５Ｂの内部で１回も反射することなく被検体５Ｂを透過した光束であり、光束Ｌ_１２は、被検体５Ｂの表面５Ｂａを透過した後、ベース層５１と膜層５２との境界面５３と表面５Ｂａで１回ずつ反射されて、被検体５Ｂを透過した光束である。また、光束Ｌ_１３は、膜層５２を透過した後、被検体５Ｂの裏面５Ｂｂで内部反射され、さらに境界面５３で反射された後、ベース層５１を透過した光束であり、光束Ｌ_１４は、膜層５２を透過した後、被検体５Ｂの裏面５Ｂｂで内部反射され、さらにベース層５１を透過した後、表面５Ｂａで反射されて被検体５Ｂを透過した光束である。

撮像カメラ１８により撮像された干渉縞は、解析装置２１において解析され、これにより膜層５２の厚みや厚みムラが計測される。

なお、光源１１として高可干渉光源を用いた場合は、光束Ｌ_１１と光束Ｌ_１３や光束Ｌ_１２と光束Ｌ_１４との光干渉（互いの光路長がベース層５１の厚みの２倍だけ異なっている光束同士の光干渉）も生じることになるが、ベース層５１が高精度な平行性を有している場合は、ベース層５１自体の厚みが位置によって変化しない（ベース層５１自体の厚みムラが無い）とみなせるので、このような他の光干渉は干渉縞の形成に影響しないとみなせる。一方、ベース層５１の厚みムラが無視し得ない場合は、高可干渉光源を用いた測定は困難となる。このような場合は、可干渉距離が膜層５２の厚みの光学距離の２倍よりは長く、かつベース層５１の厚みの光学距離の２倍よりも短い低可干渉光を出力する低可干渉光源を光源１１として用いることにより、光束Ｌ_１１と光束Ｌ_１３との光干渉や光束Ｌ_１２と光束Ｌ_１４との光干渉が生じないようにすることが可能となる。また、単層構造の被検体５Ａの場合と同様に、白色光源を光源１１として用いた測定解析も可能である。

〈第２実施形態〉
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図４は本発明の第２実施形態に係る厚み測定用光干渉測定装置の概略構成図であり、図５および図６はその光干渉の原理を示す模式図（図５は被検体が単層構造の場合を示し、図６は被検体が２層構造の場合を示している）である。

図４に示す厚み測定用光干渉測定装置１Ａ（以下「第２実施形態装置１Ａ」と称することがある）は、被検体５の所定の被検層の厚みまたは厚みムラを測定するものであり、測定系１０Ａおよび解析演算部２０Ａを備えてなる。なお、図４において測定系１０Ａの光軸Ｘ_Ａを１点鎖線で示す。

上記測定系１０Ａは、測定光照射手段を構成する光源１１Ａ、ビーム径拡大用の発散レンズ１２Ａ、ビームスプリッタ１３Ａおよびコリメータレンズ１４Ａと、被検体５に対し測定光照射手段と同じ側に配された観察手段を構成する撮像レンズ１７Ａおよび撮像カメラ１８Ａと、被検体５を挟んで測定光照射手段と対向する位置に配された反射基準板１５Ａとを備えてなる。なお、反射基準板１５Ａは、測定光照射手段から被検体５に向けて照射され該被検体５を透過した光を再帰反射する反射基準面１５Ａａを有してなり、該反射基準面１５Ａａが光軸Ｘ_Ａと垂直となるように傾き調整ステージ１９Ａ上に載置保持されている。

一方、上記解析演算部２０Ａは、縞解析等のための各種演算を行う解析装置２１Ａと、解析結果等を表示する画像表示装置２２Ａと、解析装置２１Ａに対する各種入力を行うための入力装置２３Ａとを備えてなる。

この第２実施形態装置１Ａにおいて、光源１１Ａから出力された光束は、発散レンズ１２Ａ、ビームスプリッタ１３Ａおよびコリメータレンズ１４Ａを介して平行光からなる測定光に変換され、光軸Ｘ_Ａに沿って被検体５に照射される。照射された測定光のうち被検体５を透過した光束は、反射基準板１５Ａの反射基準面１５Ａａで再帰反射され、その一部が再び被検体５を透過してコリメータレンズ１４Ａに入射し、撮像レンズ１７Ａを介して撮像カメラ１８Ａに取り込まれる。

この撮像カメラ１８Ａは、上記撮像カメラ１８と同様にＣＣＤ等の撮像素子を備え、被検体５を透過した光束のうち、上記被検層に対し互いに略同一の位置を通過しつつ、該被検層両面での反射回数の違いにより互いの光路長が該被検層の厚みの光学距離の２倍だけ異なる光束同士の光干渉によって得られる干渉縞を撮像するように構成されている。

この点について、図５および図６を用いてより詳細に説明する。図５に示すように、単層構造を有する被検体５Ａを測定する場合、被検層は被検体５Ａ自体となる。撮像カメラ１８Ａにより撮像されるのは、図示した光束Ｌ_２１と光束Ｌ_２２との光干渉および光束Ｌ_２１と光束Ｌ_２３との光干渉によって形成される干渉縞である。すなわち、光束Ｌ_２１と光束Ｌ_２２および光束Ｌ_２１と光束Ｌ_２３は、互いの光路長が被検体５Ａの厚みの光学距離の２倍だけ異なっており、被検体５Ａの厚みが位置によって異なる（厚みムラがある）場合、その厚みムラの情報が担持された干渉縞が、撮像カメラ１８Ａにより撮像されることになる。

ここで、光束Ｌ_２１は、被検体５Ａの内部で１回も反射することなく被検体５Ａを透過した後、反射基準面１５Ａａで再帰反射され、再び被検体５Ａの内部で１回も反射することなく被検体５Ａを透過した光束であり、光束Ｌ_２２は、被検体５Ａの表面５Ａａを透過した後、被検体５Ａの裏面５Ａｂおよび表面５Ａａで１回ずつ反射されて被検体５Ａを透過し、さらに反射基準面１５Ａａで再帰反射されて被検体５Ａを透過した光束である。また、光束Ｌ_２３は、被検体５Ａの内部で１回も反射することなく被検体５Ａを透過した後、反射基準面１５Ａａで再帰反射されて被検体５Ａの裏面５Ａｂを透過し、さらに被検体５Ａの表面５Ａａおよび裏面５Ａｂで１回ずつ反射されて被検体５Ａを透過した光束である。

撮像カメラ１８Ａにより撮像された干渉縞は、解析装置２１Ａにおいて解析され、これにより被検体５Ａの厚みや厚みムラが計測される。

なお、原理的には、被検体５Ａの内部で４回以上反射した後、測定光照射手段側に戻る光束も存在するが、このような光束は光量が大きく減衰するため、干渉縞の形成に影響しないとみなせる。また、光源１１Ａとしては、レーザ光等の高可干渉光を出力する高可干渉光源や、被検体５Ａの厚みによっては、可干渉距離の短い低可干渉光を出力する低可干渉光源を用いることが可能である。低可干渉光源を用いる場合は、出力する低可干渉光の可干渉距離が、光束Ｌ_２１と光束Ｌ_２２および光束Ｌ_２１と光束Ｌ_２３との光路長差よりも長いことが条件となる。

さらに、上記第１実施形態と同様に、低可干渉光源として白色光源を用いることも可能である。また、高可干渉光源を用いる場合、図示のように反射基準面１５Ａａに対して検体５Ａを傾けて保持し、被検体５Ａの表裏面５Ａａ，５Ａｂで外部反射された光束が上記撮像カメラ１８Ａに入射しないようにすることが好ましい。これにより、被検体５Ａの表裏面５Ａａ，５Ａｂで外部反射された光束が絡んだ不要な光干渉によるノイズの発生を大幅に抑制することが可能となる。

一方、図６に示すように、ベース層５１の表面に被検層としての膜層５２が形成されてなる２層構造を有する被検体５Ｂを測定する場合、撮像カメラ１８Ａにより撮像されるのは、図示した光束Ｌ_３１と、光束Ｌ_３２または光束Ｌ_３３との光干渉や、光束Ｌ_３４と光束Ｌ_３５との光干渉によって形成される干渉縞である。すなわち、光束Ｌ_３１と、光束Ｌ_３２または光束Ｌ_３３、および光束Ｌ_３４と光束Ｌ_３５とは、互いの光路長が膜層５２の厚みの光学距離の２倍だけ異なっており、膜層５２の厚みが位置によって異なる（厚みムラがある）場合、その厚みムラの情報が担持された干渉縞が、撮像カメラ１８Ａにより撮像されることになる。なお、光束Ｌ_３４と光束Ｌ_３５との光干渉によって形成される干渉縞が有効となるのは、ベース層５１が高精度な平行性を有しており、その厚みムラが無視し得る場合である。

ここで、光束Ｌ_３１は、被検体５Ｂの内部で１回も反射することなく被検体５Ｂを透過した後、反射基準面１５Ａａで再帰反射され、再び被検体５Ｂの内部で１回も反射することなく被検体５Ｂを透過した光束であり、光束Ｌ_３２は、被検体５Ｂの表面５Ｂａを透過した後、ベース層５１と膜層５２との境界面５３および表面５Ｂａで１回ずつ反射されて被検体５Ｂを透過し、さらに反射基準面１５Ａａで再帰反射されて被検体５Ｂを透過した光束である。また、光束Ｌ_３３は、被検体５Ｂの内部で１回も反射することなく被検体５Ｂを透過した後、反射基準面１５Ａａで再帰反射されてベース層５１を透過し、さらに被検体５Ｂの表面５Ｂａおよび境界面５３で１回ずつ反射されて膜層５２を透過した光束である。また、光束Ｌ_３４は、膜層５２を透過した後、裏面５Ｂｂおよび境界面５３で１回ずつ反射されて被検体５Ｂを透過し、さらに反射基準面１５Ａａで再帰反射されて被検体５Ｂを透過した光束であり、光束Ｌ_３５は、膜層５２を透過した後、裏面５Ｂｂおよび表面５Ｂａで１回ずつ内部反射されて被検体５Ｂを透過し、さらに反射基準面１５Ａａで再帰反射されて被検体５Ｂを透過した光束である。

撮像カメラ１８Ａにより撮像された干渉縞は、解析装置２１Ａにおいて解析され、これにより膜層５２の厚みや厚みムラが計測される。

なお、光源１１Ａとして高可干渉光源を用いた場合は、光束Ｌ_３１と光束Ｌ_３４による光干渉や光束Ｌ_３２または光束Ｌ_３３と光束Ｌ_３５による光干渉も生じることになるが、ベース層５１が高精度な平行性を有している場合は、このような他の光干渉は干渉縞の形成に影響しないとみなせる。一方、ベース層５１の厚みムラが無視し得ない場合は、高可干渉光源を用いた測定は困難となる。このような場合は、可干渉距離が膜層５２の厚みの光学距離の２倍よりは長く、かつベース層５１の厚みの光学距離の２倍よりも短い低可干渉光を出力する低可干渉光源を光源１１Ａとして用いることにより、光束Ｌ_３１と光束Ｌ_３４による光干渉や光束Ｌ_３２または光束Ｌ_３３と光束Ｌ_３５による光干渉が生じないようにすることが可能となる。また、単層構造の被検体５Ａの場合と同様に、白色光源を光源１１Ａとして用いた測定解析も可能である。

〈第３実施形態〉
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図７は本発明の第３実施形態に係る厚み測定用光干渉測定装置の概略構成図である。なお、この第３実施形態を示す図７において、上記第２実施形態と概念的に共通する構成要素については、図４で用いた符号に付けた文字「Ａ」を文字「Ｂ」に置き換えた符号を用いることとし、重複する部分については詳細な説明は省略する。

図７に示す厚み測定用光干渉測定装置１Ｂ（以下「第３実施形態装置１Ｂ」と称することがある）は、光源１１Ｂと発散レンズ１２Ｂとの間に、パスマッチ経路部３０を備えている点において上記第２実施形態装置１Ａと異なっており、測定系１０Ｂおよび解析演算部２０Ｂ等の他の構成は、第２実施形態装置１Ａと同様である。

上記パスマッチ経路部３０は、光源１１Ｂから出力された光束を２光束に分岐するビームスプリッタ３１と、分岐された２光束の一方を再帰反射させる第１反射ミラー３２と、分岐された２光束の他方を再帰反射させる第２反射ミラー３３と、第１および第２反射ミラー３２，３３から再帰反射され、ビームスプリッタ３１において１光束に再合波された低可干渉光を、光軸Ｘ_Ｂに沿って測定系１０Ｂに入射させるための第３および第４反射ミラー３４，３５とを備えてなる。

上記第１反射ミラー３２は、ピエゾ素子等から構成される位置調整機構３６によって保持されており、該位置調整機構３６によってビームスプリッタ３１までの距離が変化せしめられるようになっている。なお、この位置調整機構３６は、フリンジスキャン測定を行う際に、上記２光束のうちの一方の光路長を他方に対して微小変化させるフリンジスキャン機構としても機能する。

このパスマッチ経路部３０は、被検体５の被検層の厚みの光学距離の２倍よりも短い可干渉距離を有する低可干渉光を出力する低可干渉光源（白色光源を含む）が用いられる場合に有効となる。すなわち、パスマッチ経路部３０において、第１反射ミラー３２からビームスプリッタ３１までの距離を調整することにより、ビームスプリッタ３１において分岐された２光束のうち、第１反射ミラー３２で反射される一方の光束を、他方の光束に対して所定の光路長分迂回させる。このとき、この所定の光路長と被検層の厚みの光学距離の２倍との差が、光源１１Ｂから出力される低可干渉光の可干渉距離以下となるように設定することにより、被検層の厚み情報を担持した干渉縞を得ることが可能となる。

すなわち、図５に示す態様において、被検体５の厚みの光学距離の２倍よりも短い可干渉距離を有する低可干渉光を測定光として用い、かつパスマッチ経路部３０を経由しないで測定光を被検体５Ａに照射した場合には、光束Ｌ_２１と、光束Ｌ_２２または光束Ｌ_２３との光干渉は起きない。これに対し、パスマッチ経路部３０を経由させて測定光を被検体５Ａに照射した場合には、パスマッチ経路部３０において長い方の経路を経由した後、光束Ｌ_２１と同じ光路を辿る光束と、パスマッチ経路部３０において短い方の経路を経由した後、光束Ｌ_２２または光束Ｌ_２３と同じ光路を辿る光束との光干渉が生じるため、被検体５Ａの厚み情報を担持した干渉縞を得ることが可能となる。

同様に、図６に示す態様において、膜層５２の厚みの光学距離の２倍よりも短い可干渉距離を有する低可干渉光を測定光として用い、かつパスマッチ経路部３０を経由しないで測定光を被検体５Ｂに照射した場合には、光束Ｌ_３１と、光束Ｌ_３２または光束Ｌ_３３との光干渉、および光束Ｌ_３４と光束Ｌ_３５との光干渉は起きない。これに対し、パスマッチ経路部３０を経由させて測定光を被検体５Ｂに照射した場合には、パスマッチ経路部３０において長い方の経路を経由した後、光束Ｌ_３１と同じ光路を辿る光束と、パスマッチ経路部３０において短い方の経路を経由した後、光束Ｌ_３２または光束Ｌ_３３と同じ光路を辿る光束との光干渉、およびパスマッチ経路部３０において長い方の経路を経由した後、光束Ｌ_３４と同じ光路を辿る光束と、パスマッチ経路部３０において短い方の経路を経由した後、光束Ｌ_３５と同じ光路を辿る光束との光干渉が生じるため、膜層５２の厚み情報を担持した干渉縞を得ることが可能となる。なお、このようなパスマッチ経路部の機能については、特開平９−２１６０６号公報等において詳述されている。

また、図６に示す態様のように、ベース層５１の厚みの光学距離が膜層５２の厚みの光学距離よりもかなり大きいような場合、パスマッチ経路部３０を有する第３実施形態装置１Ｂによれば、光束Ｌ_３１と光束Ｌ_３４との光干渉や光束Ｌ_３２と光束Ｌ_３５との光干渉は生じない。このため、ベース層５１の厚みムラが無視し得ない場合においても、膜層５２の厚みや厚みムラを高精度に測定することが可能となる。

なお、上述した各実施形態においては、被検体５（５Ａ，５Ｂ）として、可撓性を有するフィルムを例示しているが、本発明は、液晶パネル等の可撓性を有しない板状の被検体に対しても適用し得る。

また、上述した各実施形態においては、単層構造の被検体５Ａおよび２層構造の被検体５Ｂを例示しているが、本発明は、３層以上の多層構造の被検体に対しても適用し得る。

第１実施形態装置の概略構成図 第１実施形態の光干渉の原理を示す模式図（被検体が単層構造） 第１実施形態の光干渉の原理を示す模式図（被検体が２層構造） 第２実施形態装置の概略構成図 第２、第３実施形態の光干渉の原理を示す模式図（被検体が単層構造） 第２、第３実施形態の光干渉の原理を示す模式図（被検体が２層構造） 第３実施形態装置の概略構成図

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ 厚み測定用光干渉測定装置
５，５Ａ，５Ｂ 被検体
５Ａａ，５Ｂａ 表面
５Ａｂ，５Ｂｂ 裏面
１０，１０Ａ，１０Ｂ 測定系
１１，１１Ａ，１１Ｂ 光源
１２，１２Ａ，１２Ｂ 発散レンズ
１３Ａ，１３Ｂ，３１ ビームスプリッタ
１４，１４Ａ，１４Ｂ コリメータレンズ
１５Ａ，１５Ｂ 反射基準板
１５Ａａ，１５Ｂａ 反射基準面
１６ 収束レンズ
１７，１７Ａ，１７Ｂ 撮像レンズ
１８ 撮像カメラ
１９ 傾き調整ステージ
２０，２０Ａ，２０Ｂ 解析演算部
２１，２１Ａ，２１Ｂ 解析装置
２２，２２Ａ，２２Ｂ 画像表示装置
２３，２３Ａ，２３Ｂ 入力装置
３０ パスマッチ経路部
３２〜３５ 第１〜第４反射ミラー
３６ 位置調整機構（フリンジスキャン機構）
５１ ベース層
５２ 膜層
Ｌ_１〜Ｌ_３，Ｌ_１１〜Ｌ_１４，Ｌ_２１〜Ｌ_２３，Ｌ_３１〜Ｌ_３５ 光束
Ｘ，Ｘ_Ａ，Ｘ_Ｂ 光軸

Claims (6)

1. 姿勢が変化し得る状態で保持されたシート状の被検体において、測定対象となる所定の被検層の厚みまたは厚みムラを測定する厚み測定用光干渉測定装置であって、
   光源からの出力光を平行光からなる測定光として前記被検体に照射する測定光照射手段と、
   前記被検層を透過した光束のうち、該被検層に対し互いに略同一の位置を通過しつつ、該被検層両面での反射回数の違いにより互いの光路長が該被検層の厚みの光学距離の２倍だけ異なる光束同士の光干渉によって得られる干渉縞を観察し得るように配された観察手段と、を備えてなることを特徴とする厚み測定用光干渉測定装置。
2. 前記光源は、白色光を出力する白色光源とされ、
   前記観察手段において観察される前記干渉縞の色情報に基づき、前記被検層の厚みまたは厚みムラを解析する解析手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の厚み測定用光干渉測定装置。
3. 前記光源は、前記被検層の厚みの光学距離の２倍よりも短い可干渉距離を有する低可干渉光を出力する低可干渉光源とされ、
   前記測定光照射手段は、前記低可干渉光源から出力された前記低可干渉光を２光束に分岐し、該２光束の一方を他方に対して所定の光路長分迂回させた後に１光束に再合波するパスマッチ経路部を有し、
   前記所定の光路長は、該所定の光路長と前記被検層の厚みの光学距離の２倍との差が、前記低可干渉光の可干渉距離以下となるように設定されている、ことを特徴とする請求項１記載の厚み測定用光干渉測定装置。
4. 前記パスマッチ経路部において、前記２光束の一方の光路長を他方に対して微小変化させるフリンジスキャン機構が設けられていることを特徴とする請求項３記載の厚み測定用光干渉測定装置。
5. 前記観察手段は、前記被検体に対し前記測定光照射手段とは反対側に配されていることを特徴とする請求項１〜４までのうちいずれか１項記載の厚み測定用光干渉測定装置。
6. 前記被検体を挟んで前記測定光照射手段と対向する位置に、該測定光照射手段から前記被検体に向けて照射され該被検体を透過した光を再帰反射する反射基準面が配され、
   前記観察手段は、前記被検体に対し前記測定光照射手段と同じ側に配されていることを特徴とする請求項１〜４までのうちいずれか１項記載の厚み測定用光干渉測定装置。
   

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