JP2017133869A - Thickness measuring device and thickness measuring method - Google Patents

Thickness measuring device and thickness measuring method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thickness measuring device and thickness measuring method capable of accurately measuring the thickness of a sample.SOLUTION: A thickness measuring device comprises: a first transmissive member having a first reference surface; a second transmissive member provided opposite the first transmissive member and having a second reference surface; a first light projecting part for applying light from a light source to a sample positioned between the first transmissive member and the second transmissive member via the first reference surface; a first light receiving part for receiving reflected light from the first reference surface and receiving via the first reference surface, reflected light from the sample; a second light projecting part for applying light from a light source to the sample via the second reference surface; a second light receiving part for receiving reflected light from the second reference surface and receiving via the second reference surface, reflected light from the sample; and a spectroscopic part for spectrally decomposing the reflected light received by the first light receiving part and the reflected light received by the second light receiving part.SELECTED DRAWING: Figure 1

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 apparatus and a thickness measuring method, and more particularly to a thickness measuring apparatus 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 Unexamined Patent Application Publication No. 2009-270939 (Patent Document 1) discloses the following configuration. That is, the optical displacement meter includes a broadband light source device that generates broadband light as detection light for measurement, and a condensing lens having a flat exit-side end surface that condenses the detection light and emits it toward the measurement object. The distance between the measurement object and the exit-side end face is obtained by dispersing the reflected light from the measurement object and the reflected light from the exit-side end face incident on the condenser lens to obtain the frequency of the characteristic curve of the wavelength distribution. The condensing lens is a lens that emits the detection light whose irradiation spot becomes wider as the distance from the end face on the emission side 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。   Japanese Patent Laying-Open No. 2014-115242 (Patent Document 2) discloses the following configuration. That is, the displacement measuring device includes a point light source that emits light having a diffused spectrum, and an optical that causes axial chromatic aberration in the light and condenses the light causing the axial chromatic aberration on a measurement object. Among the light collected by the element and the optical element, an aperture that passes through the light to be focused on the measurement object, and a spectrum of the light that has passed through the aperture is obtained, based on the peak wavelength of the spectrum, A measurement unit that obtains a distance between the optical element and the measurement object, the measurement unit obtains a spectral reflection characteristic of the measurement object, and uses the obtained spectral reflection characteristic to The distance is determined so as to reduce the error caused by the reflection characteristics in the distance measurement.

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。   Japanese Patent Laying-Open No. 2010-121977 (Patent Document 3) discloses the following configuration. That is, the optical displacement meter includes 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 splits the interference light composed of the reflected light from the surface and the reflected light from the inspection object; and a light intensity distribution generating unit that receives the interference light after the spectrum and generates a light intensity distribution related to the wave number of the interference light. The light intensity maximum point extraction means that repeats the conversion of the light intensity distribution relating to the wave number into the light intensity distribution relating to the spatial frequency of the light intensity relative to the wave number, and extracting the maximum point of the light intensity distribution relating to the spatial frequency at a constant time interval. Phase determining means for determining a phase of a frequency component corresponding to the spatial frequency of the maximum point of the light intensity distribution relating to the wave number, and a displacement amount determination for determining a displacement amount of the inspection object based on the phase. Means for determining the relative phase of the frequency component within a range of 360 degrees, the relative phase determination means based on the determination result by the relative phase determination means and the previous determination result. An absolute phase calculating means for connecting the phases to obtain an absolute phase; and a phase reference updating means for updating the reference point of the absolute phase based on a reset instruction. Based on this, the amount of displacement is determined.

特開2009−270939号公報JP 2009-270939 A 特開2014−115242号公報JP 2014-115242 A 特開2010−121977号公報JP 2010-121977 A

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 Patent Documents 1 to 3, for example, the thickness of the sample is measured from the measurement result of the distance to the grounded sample and the measurement result of the distance to the ground plane. A method is conceivable.

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。   This invention was made in order to solve the above-mentioned subject, The objective is to provide the thickness measuring apparatus and thickness measuring method which can measure the thickness of a sample correctly.

(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-mentioned problem, a thickness measuring apparatus according to an aspect of the present invention is provided with a first transmission member having a first reference surface and facing the first transmission member, A second transmission member having a second reference surface and light from a light source are irradiated to the sample positioned between the first transmission member and the second transmission member through 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 through the first reference surface A second light projecting unit for irradiating the sample with light from the light source via the second reference surface, and receiving reflected light from the second reference surface, and from the sample A second light receiving part for receiving reflected light through the second reference surface, and the light received by the first light receiving part; Shako, and and a spectroscopic portion for dispersing the reflected light received by said second light receiving portion.

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, light is irradiated to both sides of the sample through each reference surface, and 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, to perform spectroscopy. Even when the surface is uneven or the sample is distorted or warped, the distance between the surface on both sides of the sample and the corresponding reference surface can be calculated based on the spectroscopic result. For example, the thickness of the sample can be accurately calculated from the calculated distances and the distances between the reference surfaces. 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. Is provided with an optical system for guiding the light to the spectrometer.

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 the configuration using such an optical system, the number of expensive spectrometers 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, the axis of the beam bundle of light irradiated from the first light projecting unit through the first reference surface to the sample, and the second reference from the second light projecting unit The axis of the beam bundle of light irradiated to the sample through the surface, the axis of the beam bundle of reflected light from the first reference surface received by the first light receiving unit, and the reflected beam from the sample The axis of the beam bundle, the axis of the beam bundle of the reflected light from the second reference surface received by the second light receiving unit, and the axis of the beam 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 each reference surface is arranged non-parallel, for example, or when 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. And an optical system for guiding reflected light from the sample to the spectrometer via the first reference surface, the first light receiving unit, and the optical system. The distance and the optical distance of the path of reflected light propagating from the sample to the spectroscope via the second reference surface, the second light receiving unit, and the optical system are set to be the same. Yes.

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 this configuration, the time required for the light reflected on the surfaces on both sides of the sample to reach the spectroscope can be made substantially the same, so that the reflected light reflected on each surface at almost the same timing can be obtained. Spectroscopy can be performed. Thereby, 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 measurement apparatus further includes a first distance that 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 a 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。   As described above, 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 a measurement result of the space outside the sample. In addition, the thickness of the sample can be easily calculated without recognizing physical property values 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 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 facing the first transmission member, A second transmission member having a second reference surface and light from a light source are irradiated to the sample positioned between the first transmission member and the second transmission member through 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 through the first reference surface A second light projecting unit for irradiating the sample with light from the light source via the second reference surface, and receiving reflected light from the second reference surface, and from the sample A second light receiving part for receiving reflected light through the second reference surface, and the light received by the first light receiving part; A thickness measuring method using a thickness measuring device including incident light and a spectroscopic unit that splits reflected light received by the second light receiving unit, wherein the first reference is based on a spectroscopic result of the spectroscopic unit. Calculating a first distance that is a distance between a surface and the sample and a second distance that is a distance between the second reference surface and the sample; and the first reference surface and the first Calculating the thickness of the sample by subtracting the first distance and the second distance from an inter-surface distance that is a distance between the two reference surfaces.

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, light is irradiated to both sides of the sample through each reference surface, and 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, to perform spectroscopy. Even when the surface is uneven or the sample is distorted or warped, the distance between the surface on both sides of the sample and the corresponding reference surface can be calculated based on the spectroscopic result. Then, the thickness of the sample can be accurately calculated from the calculated distances and the distances between the reference surfaces. Therefore, the thickness of the sample can be accurately measured. Also, by calculating the thickness of the sample from each distance that is a measurement result of the space outside the sample, the thickness of the sample can be calculated even if the sample is an opaque substance. In addition, the thickness of the sample can be easily calculated without recognizing physical property values 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 where the sample is not provided, light from a light source is irradiated from the first light projecting unit to the second reference surface via the first reference surface, Reflected light from one reference surface is received by the first light receiving unit, and reflected light from the second reference surface is received by the first light receiving unit through the first reference surface, The thickness measuring method further includes a step of calculating the inter-plane distance based on a spectral result of the 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 inter-surface distance can be calculated using the same method as the calculation method of the first distance and the second distance. Therefore, the calculation accuracy is as high as the calculation accuracy of the first distance and the second distance. The distance between the planes can be calculated. Thereby, for example, the thickness of the sample can be calculated more accurately as compared with the case where the inter-surface 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.

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。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a thickness measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. 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. 2 is an enlarged view of the vicinity of the probe in the thickness measuring apparatus according to the embodiment of the present invention. 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 apparatus according to the embodiment of the present invention. 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。FIG. 4 is a diagram showing an example of a power spectrum generated in the calculation unit in the thickness measuring apparatus according to the embodiment of the present invention. 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。FIG. 5 is a diagram showing an example of a power spectrum generated in the calculation unit in the thickness measuring apparatus according to the embodiment of the present invention. 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。FIG. 6 is a flowchart defining an example of the procedure of a measurement method using the thickness measurement apparatus according to the embodiment of the present invention. 図7は、プローブの比較例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a comparative example of probes.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated. Moreover, you may combine arbitrarily at least one part of embodiment described below.

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 apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the probe in the thickness measuring apparatus 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。   Referring to FIGS. 1 and 2, thickness measuring apparatus 101 includes probes 1 and 2, a spectroscopic unit 3, a light source 4, an optical system 5, and a calculation unit 6. The probe 1 includes a lens system 51 and a transmission substrate (first transmission member) 61. The lens system 51 includes a lens 55 and a lens (first light projecting unit and first light receiving unit) 57. The transmissive substrate 61 has a surface (first reference surface) 65 and a surface 67. The probe 2 includes a lens system 52 and a transmission substrate (second transmission member) 62. The lens system 52 includes a lens 56 and a lens (second light projecting unit and second light receiving unit) 58. The transmissive substrate 62 has a surface (second reference surface) 66 and a surface 68. The spectroscopic unit 3 includes a spectroscope 41 and a data generation unit 42. The optical system 5 includes optical fibers 31, 32, 33, and 34 and a fiber junction 35.

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 light source 4 in the thickness measuring apparatus 101 is, for example, a laser that outputs light having a wide bandwidth. The light source 4 may be an LED (Light-Emitting Diode) or an incandescent bulb.

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 optical system 5 guides the light output from the light source 4 to the probes 1 and 2, for example. More specifically, the optical fiber 34 in the optical system 5 receives light from the light source 4 at an input end that is optically coupled to the light source 4, and transmits the received light to the fiber junction 35.

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 apparatus 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, fiber junction 35 distributes light received from optical fiber 34 to optical fibers 31 and 32.

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 to FIGS. 1 and 2 again, the optical fiber 31 transmits the light from the light source 4 distributed by the fiber junction 35 to the lens system 51 in the probe 1. The optical fiber 32 transmits the light from the light source 4 distributed by the fiber junction 35 to the lens system 52 in the probe 2.

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 thickness measurement apparatus 101, for example, the axis of the light projection beam bundle 71 of the light irradiated from the lens 57 through the surface 65 to the sample 151 and the light projection from the lens 58 through the surface 66 to the sample 151. From the axis of the light beam 72, the axis of the reflected beam bundle 73 of the reflected light from the surface 65 received by the lens 57, the axis of the reflected beam bundle 75 of the reflected light from the sample 151, and the surface 66 received by the lens 58. The axis of the reflected beam bundle 74 of the reflected light and the axis of the reflected beam bundle 76 of the reflected light from the sample 151 are along each other. Here, the axis of the light bundle is an axis along a light ray included in the parallel light bundle when the light bundle is a parallel light bundle, and when the light bundle is a divergent light beam or a convergent light beam, It is a symmetry axis of a cone having a side surface along a light ray included in the divergent ray bundle or the convergent ray bundle.

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 lens system 51, the lenses 55 and 57 are, for example, cylindrical convex lenses, and are provided so that the optical axes are along each other. Here, a virtual axis along the optical axis of the lenses 55 and 57 is defined as a reference axis 70.

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 lens 57 irradiates the sample 151 located between the transmissive substrate 61 and the transmissive substrate 62 through the surface 65 as the first light projecting unit.

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 sample 151 is disposed on a stage (not shown), and can move between the transmission substrate 61 and the transmission substrate 62 along a plane parallel to the surfaces 65 and 66. Here, a part of the sample 151 is located between the transmissive substrate 61 and the transmissive substrate 62. Note that the entire sample 151 may be located between the transmissive substrate 61 and the transmissive substrate 62.

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 lens 55 faces the end face 77 of the optical fiber 31 optically coupled with itself, and among the light bundles of light from the end face 77, a light projecting light bundle 71 that is a light bundle having the optical axis of the lens 55 as an axis. Is received and converted from a divergent beam to a parallel beam. Therefore, the axis of the projection light beam 71 is along the reference axis 70.

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 lens 57 is provided between the lens 55 and the transmission substrate 61, and is a surface that opposes the light from the light source 4 to the surface 65 by converting the projected light bundle 71 from the lens 55 into a convergent light bundle. Light is collected near the surface 81 of the sample 151 via the surface 65.

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 transmissive substrate 61 and the transmissive substrate 62 are provided to face each other. Specifically, the transmissive substrate 61 and the transmissive substrate 62 are provided facing each other. More specifically, the transmissive substrate 61 and the transmissive substrate 62 are provided such that the surface 65 that is the first reference surface and the surface 66 that is the second reference surface face each other.

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。   Note that the transmissive substrate 61 and the transmissive substrate 62 are not limited to the configuration in which the surface 65 and the surface 66 face each other, and may be provided to face each other.

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 transmissive substrate 61 and the transmissive substrate 62 are, for example, parallel plane substrates, and are transparent or translucent in the frequency band of light output from the light source 4. More specifically, the surface 65 and the surface 67 in the transmissive substrate 61 are, for example, flat and parallel to each other. The transmission substrate 61 is provided so that the normal line of the surface 65 is along the reference axis 70 and the surface 65 and the surface 67 are opposed to the surface 81 of the sample 151 and the lens 57, respectively.

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。   Moreover, the surface 66 and the surface 68 in the transmissive substrate 62 are, for example, flat and parallel to each other. The transmission substrate 62 is provided so that the normal of the surface 66 is along the reference axis 70 and the surface 66 and the surface 68 are opposed to the surface 82 of the sample 151 and the lens 58, respectively.

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 surface 65 and the surface 67 may be non-parallel to each other. Further, the surface 66 and the surface 68 may be non-parallel to each other. Further, the thickness measuring apparatus 101 may be configured to include a transmissive member having a shape other than a plate instead of the transmissive substrate 61 and the transmissive substrate 62.

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 lens 57 in the lens system 51 receives the reflected light from the surface 65 of the transmission substrate 61 and receives the reflected light from the sample 151 through the surface 65 as a first light receiving unit.

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, since the surface 65 is an interface between the transmission substrate 61 and the air layer, the surface 65 reflects light received from the lens 57. Further, the surface 81 of the sample 151 is an interface between the sample 151 and the air layer, and thus reflects light received from the lens 57 through the transmission substrate 61.

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 lens 57 receives a reflected light bundle 75, which is a light bundle having the optical axis of the lens 57 as an axis, among the light bundles of the light reflected by the sample 151 via the surface 65, and generates a parallel ray from the divergent ray bundle. Convert to a bunch. Accordingly, the axis of the reflected light bundle 75 is along the reference axis 70.

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。   The lens 57 receives a reflected light bundle 73 that is a light bundle having the optical axis of the lens 57 as an axis out of the light bundle reflected by the surface 65, and converts the divergent light bundle into a parallel light bundle. . Therefore, the axis of the reflected light bundle 73 is along the reference axis 70. In this example, since the distance between the surface 65 and the surface 81 is shorter than the distance between the lens 57 and the surface 81, the reflected light flux 73 is approximated when converted into a parallel light flux by the lens 57. ing.

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 lens 55 condenses the reflected light from the sample 151 via the surface 65 onto the end face 77 of the optical fiber 31 by converting the reflected light bundle 75 from the lens 57 into a convergent light bundle, and from the lens 57. By converting the reflected light bundle 73 into a convergent light bundle, the reflected light from the surface 65 is condensed on the end face 77.

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 lens system 52, the lenses 56 and 58 are, for example, cylindrical convex lenses, and are provided so that each optical axis is along the reference axis 70.

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 lens 58 irradiates the sample 151 with light from the light source 4 through the surface 66 as a second light projecting unit.

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 lens 56 is a light bundle that faces the end face 78 of the optical fiber 32 optically coupled with itself and that has the optical axis of the lens 56 as an axis out of the light bundle of light from the end face 78. The projected light beam 72 is received and converted from a divergent beam beam to a parallel beam beam. Therefore, the axis of the projection light beam 72 is along the reference axis 70.

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 lens 58 is provided between the lens 56 and the transmissive substrate 62, and is a surface facing the surface 66 with the light from the light source 4 by converting the projected light bundle 72 from the lens 56 into a convergent light bundle. Light is collected near the surface 82 of the sample 151 via the surface 66.

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 lens 58 in the lens system 52 receives the reflected light from the surface 66 of the transmissive substrate 62 and receives the reflected light from the sample 151 via the surface 66 as a second light receiving unit.

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 surface 66 is an interface between the transmission substrate 62 and the air layer, and thus reflects light received from the lens 58. Further, the surface 82 of the sample 151 is an interface between the sample 151 and the air layer, and thus reflects light received from the lens 58 via the transmission substrate 62.

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 lens 58 receives a reflected light beam 76, which is a light beam having the optical axis of the lens 58 as an axis, out of the light beam reflected by the sample 151 through the surface 66, and generates a parallel light beam from the divergent light beam. Convert to a bunch. Therefore, the axis of the reflected light beam 76 is along the reference axis 70.

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 lens 58 receives a reflected light beam 74 that is a light beam having the optical axis of the lens 58 as an axis out of the light beam reflected by the surface 66, and converts the divergent light beam into a parallel light beam. . Therefore, the axis of the reflected light bundle 74 is along the reference axis 70. In this example, since the distance between the surface 66 and the surface 82 is short compared to the distance between the lens 58 and the surface 82, the reflected ray bundle 74 is approximated as being converted into a parallel ray bundle by the lens 58. ing.

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 lens 56 condenses the reflected light from the sample 151 via the surface 66 on the end face 78 of the optical fiber 32 by converting the reflected light bundle 76 from the lens 58 into a convergent light bundle, and from the lens 58. By converting the reflected light beam 74 into a convergent light beam, the reflected light from the surface 66 is condensed on the end surface 78.

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。   For example, the optical system 5 guides the light received by the lens 57 and the light received by the lens 58 to the spectroscope 41 in the spectroscopic unit 3.

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 optical fiber 31 in the optical system 5 transmits the reflected light received from the lens 55 to the fiber junction 35. The optical fiber 32 transmits the reflected light received from the lens 56 to the fiber junction 35.

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 fiber junction 35 mixes the reflected light received from the optical fibers 31 and 32 at the coupling unit 36, and outputs the mixed reflected light to the optical fiber 33.

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 optical fiber 33 transmits each reflected light mixed by the fiber junction 35 to the spectroscope 41 in the spectroscopic unit 3.

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 thickness measuring apparatus 101, the optical distance of the path of reflected light propagating from the sample 151 to the spectroscope 41 via the surface 65, the lens 57 and the optical system 5, and the surface 151 from the sample 151 to the surface 66, the lens 58 and the optical system. The optical distance of the path of the reflected light propagating to the spectroscope 41 via 5 is set to be the same.

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 thickness measuring apparatus 101, the optical distance of the path of the reflected light propagating from the sample 151 to the spectroscope 41 via the surface 65, the lens 57 and the optical system 5, and the sample 151 to the surface 66, the lens 58 and optical. The optical distance of the path of reflected light propagating to the spectroscope 41 via the system 5 is substantially the same.

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 thickness measurement apparatus 101, when the distance between the surface 65 and the surface 81 and the distance between the surface 66 and the surface 82 are substantially the same, the size of the probes 1 and 2 is as follows. The lengths of the optical fibers 31 and 32 are set.

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 surface 81 through the surface 65, the lenses 57 and 55 and the optical fiber 31 to the coupling portion 36 (see FIG. 3) in the fiber junction 35, and the light from the surface 82 to the surface 66, The sizes of the probes 1 and 2 and the lengths of the optical fibers 31 and 32 are set so that the time required for propagation to the coupling portion 36 in the fiber junction 35 through the lenses 58 and 56 and the optical fiber 32 is substantially the same. Is set.

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 surface 65 and the end face 77 of the optical fiber 31 and the distance between the surface 66 and the end face 78 of the optical fiber 32 are set to be substantially the same. The length from the end surface 77 to the coupling portion 36 in the fiber junction 35 and the length from the end surface 78 of the optical fiber 32 to the coupling portion 36 are set to be substantially the same.

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 spectroscopic unit 3 splits the reflected light received by the lens 57 and the reflected light received by the lens 58.

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 spectroscope 41 in the spectroscopic unit 3 is provided with a diffraction grating and a one-dimensional image sensor, and each reflected light transmitted by the optical fiber 33 is diffracted by the diffraction grating and becomes a one-dimensional image sensor. Irradiated.

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 accumulates electric charges according to the intensity of each reflected light for each wavelength by photoelectrically converting each reflected light diffracted by the diffraction grating.

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 data generation unit 42 acquires a charge for each wavelength accumulated in a predetermined gate time in the one-dimensional image sensor, thereby generating a signal indicating the intensity for each wavelength, and the generated signal is, for example, an RS232C communication standard or Ethernet. According to the (registered trademark) communication standard, the data is output to the calculation unit 6.

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。   When receiving a signal from the data generation unit 42, the calculation unit 6 converts the intensity for each wavelength indicated by the received signal into a reflectance for each wavelength.

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, for example, the calculation unit 6 holds, as dark spectrum data, the intensity for each wavelength indicated by the signal received from the data generation unit 42 in a state where light does not enter the spectroscope 41.

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, the calculation unit 6 performs, for example, for each wavelength indicated by the signal received from the data generation unit 42 in a state where a reference object such as an aluminum plate is provided between the transmission substrate 61 and the transmission substrate 62 instead of the sample 151. The intensity for each wavelength obtained by subtracting the intensity for each wavelength included in the dark spectrum data from the intensity is held as reference spectrum data.

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 wavelength for each wavelength included in the dark spectrum data with respect to the intensity for each wavelength indicated by the signal received from the data generation unit 42 when the sample 151 is provided between the transmission substrate 61 and the transmission substrate 62. After subtracting the respective intensities, the respective spectral intensities are divided by the intensities for each wavelength included in the reference spectrum data, thereby generating reflection spectrum data including the reflectance for each wavelength.

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 calculation unit in the thickness measuring apparatus according to the embodiment of the present invention. In FIG. 4, the vertical axis indicates the power spectrum intensity, and the horizontal axis indicates 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。   Referring to FIG. 2 and FIG. 4, for example, based on the spectroscopic result of spectroscopic unit 3, arithmetic unit 6 determines d1 that is the distance between surface 65 and sample 151, and between surface 66 and sample 151. D2 which is the distance of is calculated.

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。   In more detail, the calculating part 6 calculates the power spectrum which shows the power spectrum intensity | strength for every spatial frequency by Fourier-transforming the produced | generated reflection spectrum data. And the calculating part 6 produces | generates the power spectrum shown in FIG. 4 by converting a spatial frequency into thickness.

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 computing unit 6 calculates the distance d1 from the position of the peak P1 based on the interference between the reflected light from the surface 81 and the reflected light from the surface 65. In addition, the calculation unit 6 calculates the distance d2 from the position of the peak P2 based on the interference of the reflected light from the surface 82 and the reflected light from the surface 66. In this example, the calculation unit 6 calculates the distances d1 and d2 as 168.3 micrometers and 625.4 micrometers, respectively.

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 calculation unit in the thickness measuring apparatus according to the embodiment of the present invention. In FIG. 5, the vertical axis indicates the power spectrum intensity, and the horizontal axis indicates 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。   Referring to FIGS. 2 and 5, calculation unit 6 calculates the thickness of sample 151 by subtracting distances d1 and d2 from inter-surface distance da, which is the distance between surface 65 and surface 66, for example.

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 inter-surface distance da is obtained by the following method. That is, in a state where the sample 151 is not provided between the transmissive substrate 61 and the transmissive substrate 62, light from the light source 4 is irradiated from the lens 57 to the surface 66 through the surface 65, and reflected light from the surface 65 is reflected on the lens. 57, the reflected light from the surface 66 is received by the lens 57 through the surface 65, the light from the light source 4 is irradiated from the lens 58 to the surface 65 through the surface 66, and the reflected light from the surface 66 is reflected. Light received by the lens 58 and reflected light from the surface 65 is received by the lens 58 through the surface 66.

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 performing Fourier transform on the intensity for each wavelength indicated by the signal received from the data generation unit 42. And the calculating part 6 produces | generates the power spectrum shown in FIG. 5 by converting a spatial frequency into thickness.

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 state described above, the calculation unit 6 interferes with reflected light from the surface 65 to the lens 57, interference of reflected light from the surface 66 to the lens 57 via the surface 65, and reflected light from the surface 66 to the lens 58. And the inter-surface distance da is calculated from the position of the peak Pa based on the interference of reflected light from the surface 65 to the lens 58 via the surface 66. In this example, the calculation unit 6 calculates the inter-surface distance da as 2800.0 micrometers. Therefore, the calculation unit 6 calculates 2006.3 micrometers as the thickness of the sample 151 by calculating (2800.0-168.3-625.4).

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 thickness measuring apparatus 101, the calculation unit 6 is configured to calculate the inter-surface distance da by the above-described method, but is not limited thereto. The calculation unit 6 may be configured to hold in advance the inter-surface distance da obtained by another method, for example, a mechanical measurement method. In this case, the calculation unit 6 calculates the thickness of the sample 151 using the inter-surface distance da that is held.

[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 the procedure of a measurement method using the thickness measurement apparatus 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)。   With reference to FIG. 6, first, the thickness measurement apparatus 101 performs a spectral result by the spectroscopic unit 3 of the reflected light received by the lens 57 and the reflected light received by the lens 58 in a state where the sample 151 is not provided. To get. Specifically, the thickness measuring apparatus 101 acquires the power spectrum shown in FIG. 5 (step S102).

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 thickness measuring apparatus 101 calculates the inter-surface distance da based on the acquired spectral result. Specifically, the thickness measuring apparatus 101 calculates the inter-surface distance da from the position of the peak Pa in the power spectrum shown in FIG. 5 (step S104).

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 places the sample 151 between the transmission substrate 61 and the transmission substrate 62 (step S106).

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 thickness measuring apparatus 101 acquires the spectral result by the spectroscopic unit 3, specifically, the power spectrum shown in FIG. 4 in the state where the sample 151 is provided (step S108).

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 thickness measuring apparatus 101 calculates the distances d1 and d2 based on the spectroscopic result by the spectroscopic unit 3 in the state where the sample 151 is provided. Specifically, thickness measuring apparatus 101 calculates distances d1 and d2 from the positions of peaks P1 and P2 in the power spectrum shown in FIG. 4 (step S110).

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 thickness measuring apparatus 101 calculates the thickness of the sample 151 by subtracting the distances d1 and d2 from the inter-surface distance da (step S112).

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。   Note that the order of steps S102 to S104 and steps S106 to S110 is not limited to the above, and the order may be switched.

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, although the thickness measuring apparatus 101 calculates the inter-surface distance da in steps S102 and S104, the present invention is not limited to this. The thickness measuring apparatus 101 does not have to calculate the inter-surface distance da when the inter-surface distance da is previously held as described above.

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, the thickness measurement apparatus 101, in the case where light is irradiated from both of the lenses 57 and 58 in the above-described step S102, reflects the reflected light received by the lens 57 and the reflected light received by the lens 58. However, the present invention is not limited to this. In the above step S102, the thickness measuring apparatus 101 may acquire the spectral result of the reflected light received by the corresponding lens when light is emitted from either the lens 57 or the lens 58.

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。   In the thickness measuring device according to the embodiment of the present invention, the spectroscopic unit 3 is configured to include one spectroscope 41. However, the present invention is not limited to this. The spectroscopic unit 3 may include two spectroscopes 41. In this case, the two spectroscopes 41 separate the reflected light received by the lens 57 and the reflected light received by the lens 58, respectively. The calculation unit 6 calculates the distances d1 and d2 based on the spectral results of the two spectroscopes 41.

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。   Moreover, although the thickness measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention was set as the structure provided with the one light source 4, it is not limited to this. The thickness measuring apparatus 101 may be configured to include two light sources 4. In this case, the lens 57 irradiates the sample 151 with light from one light source 4 through the surface 65. The lens 58 irradiates the sample 151 with light from the other light source 4 via the surface 66.

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 thickness measuring apparatus 101, the first light projecting unit and the first light receiving unit may be provided separately.

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 thickness measuring apparatus 101 may be configured to include a lens 57 that functions as a first light projecting unit and another lens that functions as a first light receiving unit. It may be configured to include a lens 57 that functions as a unit and another lens that functions as a first light projecting unit.

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 light projection beam bundle 71 of light irradiated from the lens 57 to the sample 151 through the surface 65 and the axis of the light projection beam bundle 72 of light irradiated from the lens 58 through the surface 66 to the sample 151. The axis of the reflected beam bundle 73 of the reflected light from the surface 65 received by the lens 57 and the axis of the reflected beam bundle 75 of the reflected light from the sample 151, and the reflected beam of the reflected light from the surface 66 received by the lens 58. The axis of the bundle 74 and the axis of the reflected light bundle 76 of the reflected light from the sample 151 may not be along each other.

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, the thickness measuring apparatus 101 is provided with a half mirror between the transmission substrate 61 and the lens 57 shown in FIG. 1, so that the lens 57 functioning as a first light projecting unit and the reflected light reflected by the half mirror. The first light projecting unit that irradiates the sample 151 with the light from the light source 4 through the half mirror and the surface 65 may be used. It is also possible to have a configuration including another lens that functions as a lens 57 and a lens 57 that functions as a first light receiving unit. In these configurations, the axes of the projection beam bundle 71 and the reflected beam bundles 73 and 75 can be aligned with each other on the surface 65 and the surface 81.

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 apparatus 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 thickness measuring apparatus 101, the second light projecting unit and the second light receiving unit may be provided separately.

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 thickness measuring apparatus 101 may be configured to include a lens 58 that functions as a second light projecting unit and another lens that functions as a second light receiving unit. A configuration may be provided that includes a lens 58 that functions as a unit and another lens that functions as a second light projecting unit.

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, the thickness measuring apparatus 101 is provided with a half mirror between the transmission substrate 62 and the lens 58 shown in FIG. 1, so that the lens 58 functioning as the second light projecting unit and the reflected light reflected by the half mirror are provided. And a second light projecting unit that irradiates the sample 151 with light from the light source 4 via the half mirror and the surface 66. The other lens that functions as the lens and the lens 58 that functions as the second light receiving unit may be included. In these configurations, the axes of the projection beam bundle 72 and the reflected beam bundles 74 and 76 can be aligned with each other at the surface 66 and the surface 82.

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 apparatus according to the embodiment of the present invention, the surface 65 that is the surface facing the sample 151 of the transmission substrate 61 is used as the first reference surface. However, the present invention is not limited to this. Absent. The thickness measuring apparatus 101 may have a configuration in which a surface 67 that is a surface opposite to the sample 151 of the transmission substrate 61 is used as the first reference surface.

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。   Moreover, in the thickness measuring apparatus according to the embodiment of the present invention, the surface 66 that is the surface facing the sample 151 of the transmission substrate 62 is used as the second reference surface. However, the present invention is not limited to this. Absent. The thickness measuring apparatus 101 may have a configuration in which the surface 68 that is the surface opposite to the sample 151 of the transmission substrate 62 is used as the second reference surface.

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。   Moreover, although the thickness measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention was set as the structure provided with the light source 4, the optical system 5, and the calculating part 6, it is not limited to this. A configuration in which at least one of the light source 4, the optical system 5, and the calculation unit 6 is provided outside the thickness measuring device 101 may be employed.

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。   In the thickness measurement device according to the embodiment of the present invention, the spectroscopic unit 3 includes the data generation unit 42, but the configuration is not limited thereto. The data generation unit 42 may be provided outside the thickness measuring apparatus 101.

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 the sample using the techniques described in Patent Documents 1 to 3, for example, the thickness of the sample is determined from the measurement result of the distance to the grounded sample and the measurement result of the distance to the ground plane. A method of measuring is conceivable.

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 illustrating a comparative example of probes. Referring to FIG. 7, for example, when the thickness of the sample 93 grounded to the stage 92 is measured using the light projected and received by the probe 91, the surface 94 as a reference surface and the contact at the stage 92 are measured. The distance dw obtained by subtracting the distance ds between the surface 94 and the sample 93 from the distance dg between the ground is measured as the thickness of the sample 93. As shown in FIG. 7, since the surface of the sample 93 has irregularities, dw is calculated as the thickness of the sample 93 even though the correct thickness of the sample 93 is d.

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 apparatus according to the embodiment of the present invention, the transmission substrate 61 has a surface 65. The transmissive substrate 62 is provided to face the transmissive substrate 61 and has a surface 66. The lens 57 irradiates the sample 151 located between the transmissive substrate 61 and the transmissive substrate 62 through the surface 65 with the light from the light source 4. The lens 57 receives the reflected light from the surface 65 and receives the reflected light from the sample 151 via the surface 65. The lens 58 irradiates the sample 151 with light from the light source 4 via the surface 66. The lens 58 receives reflected light from the surface 66 and receives reflected light from the sample 151 through the surface 66. The spectroscopic unit 3 splits the reflected light received by the lens 57 and the reflected light received by the lens 58.

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 irradiated to both sides of the sample 151 through the surfaces 65 and 66, and the reflected light from the surfaces 81 and 82 on both sides of the sample 151 is caused to interfere with the reflected light from the surfaces 65 and 66, respectively. Even if the surfaces 81 and 82 of the sample 151 are uneven or the sample 151 is distorted or warped, the surfaces 81 and 82 on both sides of the sample 151 and the surfaces 65 and 66 are based on the spectroscopic result. The distances d1 and d2 between the two can be calculated. For example, the thickness of the sample 151 can be accurately calculated from the calculated distances d1 and d2 and the inter-surface distance da between the surfaces 65 and 66. Therefore, the thickness of the sample can be accurately measured.

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。   Further, in the thickness measuring apparatus according to the embodiment of the present invention, the spectroscopic unit 3 includes one spectroscope 41. Then, the optical system 5 guides the light received by the lens 57 and the light received by the lens 58 to the spectroscope 41.

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 optical system 5, the number of expensive spectrometers 41 can be minimized, so that the manufacturing cost of the thickness measuring apparatus 101 can be reduced.

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 apparatus according to the embodiment of the present invention, the axis of the projection beam 71 of the light irradiated from the lens 57 through the surface 65 to the sample 151 and the sample 151 from the lens 58 through the surface 66 are used. The axis of the projected light bundle 72 of the light irradiated to the lens, the axis of the reflected light bundle 73 of the reflected light from the surface 65 received by the lens 57, the axis of the reflected light bundle 75 of the reflected light from the sample 151, and the lens The axis of the reflected beam bundle 74 of the reflected light from the surface 66 received by the 58 and the axis of the reflected beam bundle 76 of the reflected light from the sample 151 are along each other.

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 surfaces 65 and 66 are arranged non-parallel, or when the sample 151 is provided non-parallel to the surfaces 65 and 66, the thickness of the sample is accurately measured. be able to.

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 sample 151 moves along the reference axis 70 in the direction approaching the surface 65 at a speed v, the following problem may occur. That is, the difference between the time T1 required for the reflected light from the surface 81 to reach the spectroscope 41 and the time T2 required for the reflected light from the surface 82 to reach the spectroscope 41 is (T1-T2). If ΔT, the sample 151 approaches the surface 65 by a distance of v × ΔT during the time ΔT. Accordingly, the calculation unit 6 calculates the distance d2 based on the reflected light from the surface 82 and the reflected light from the surface 66, while calculating the distance (d1 + v × based on the reflected light from the surface 81 and the reflected light from the surface 65. ΔT) is calculated. In other words, it becomes difficult for the thickness measuring apparatus 101 to accurately calculate the thickness of the sample 151.

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。   Further, for example, a first spectroscope that splits the reflected light received by the lens 57 and a second spectroscope that splits the reflected light received by the lens 58 are prepared, and the first spectroscope reflects the reflected light. A method of accurately calculating the thickness of the sample 151 by delaying the timing of separating the light by ΔT with respect to the timing at which the second spectrometer separates the reflected light is conceivable. However, it is not preferable because the control of the spectroscopic timing of each spectroscope becomes complicated.

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 apparatus according to the embodiment of the present invention, the spectroscopic unit 3 includes one spectroscope 41. The optical system 5 guides the light received by the lens 57 and the light received by the lens 58 to the spectroscope 41. Then, the optical distance of the path of the reflected light propagating from the sample 151 to the spectroscope 41 via the surface 65, the lens 57 and the optical system 5, and the spectral from the sample 151 via the surface 66, the lens 58 and the optical system 5. The optical distance of the path of the reflected light propagating to the device 41 is set to be the same.

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, the time required for the light reflected on the surfaces 81 and 82 on both sides of the sample 151 to reach the spectroscope 41 can be made substantially the same. The spectroscope 41 can split the reflected light reflected by. Thereby, even when the sample 151 is moving, the thickness of the sample 151 can be accurately measured with a simple configuration.

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 apparatus according to the embodiment of the present invention, the calculation unit 6 is based on the spectroscopic result obtained by the spectroscopic unit 3 and d1 which is the distance between the surface 65 and the sample 151, and the surface 66 and the sample 151. D2 which is the distance between the two is calculated. Then, the calculation unit 6 calculates the thickness of the sample 151 by subtracting the distances d1 and d2 from the inter-surface distance da between the surface 65 and the surface 66.

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。   As described above, the thickness of the sample 151 can be calculated even if the sample 151 is an opaque substance by the configuration in which the thickness of the sample 151 is calculated from each distance that is a measurement result of the space outside the sample 151. In addition, the thickness of the sample 151 can be easily calculated without recognizing a physical property value such as the refractive index of the sample 151.

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。   Moreover, the thickness measuring method according to the embodiment of the present invention is a thickness measuring method using the thickness measuring apparatus 101, and based on the spectral result by the spectroscopic unit 3, the distance d1 between the surface 65 and the sample 151, And calculating the distance d2 between the surface 66 and the sample 151, and calculating the thickness of the sample 151 by subtracting the distances d1 and d2 from the inter-surface distance da between the surface 65 and the surface 66. Including.

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 irradiated to both sides of the sample 151 through the surfaces 65 and 66, and the reflected light from the surfaces 81 and 82 on both sides of the sample 151 is caused to interfere with the reflected light from the surfaces 65 and 66, respectively. Even if the surfaces 81 and 82 of the sample 151 are uneven or the sample 151 is distorted or warped, the surfaces 81 and 82 on both sides of the sample 151 and the surfaces 65 and 66 are based on the spectroscopic result. The distances d1 and d2 between the two can be calculated. The thickness of the sample 151 can be accurately calculated from the calculated distances d1 and d2 and the inter-surface distance da between the surfaces 65 and 66. Therefore, the thickness of the sample can be accurately measured. In addition, by calculating the thickness of the sample 151 from each distance that is a measurement result of the space outside the sample 151, the thickness of the sample 151 can be calculated even if the sample 151 is an opaque substance. In addition, the thickness of the sample 151 can be easily calculated without recognizing a physical property value such as the refractive index of the sample 151.

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 apparatus according to the embodiment of the present invention, in a state where the sample 151 is not provided, the light from the light source 4 is irradiated from the lens 57 to the surface 66 through the surface 65 and reflected from the surface 65. Light is received by the lens 57, and reflected light from the surface 66 is received by the lens 57 through the surface 65. In the thickness measurement method according to the embodiment of the present invention, the inter-surface distance da is further calculated based on the spectral result by the spectroscopic unit 3 of the reflected light received by the lens 57 in the state where the sample 151 is not provided. Including the steps of:

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 inter-surface distance da can be calculated using the same method as the calculation method of the distances d1 and d2. Therefore, the inter-surface distance da can be calculated with high calculation accuracy comparable to the calculation accuracy of the distances d1 and d2. Can be calculated. Thereby, for example, the thickness of the sample 151 can be calculated more accurately than in the case where the inter-surface distance da is calculated using another method with inaccurate accuracy.

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。   The above embodiment should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Probe 3 Spectrometer 4 Light source 5 Optical system 6 Arithmetic unit 31, 32, 33, 34 Optical fiber 35 Fiber junction 36 Coupling part 41 Spectroscope 42 Data generation part 51, 52 Lens system 55, 56, 57, 58 Lens 61, 62 Transmission substrate 65, 66, 67, 68 Surface 70 Reference axis 71, 72 Emitted beam bundle 73, 74, 75, 76 Reflected beam bundle 77, 78 End surface 81, 82 Surface 91 Probe 92 Stage 93 Sample 94 Surface 101 Thickness measuring device 151 Sample

Claims (7)

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、厚み測定装置。
A first transmissive member having a first reference surface;
A second transmission member provided opposite to the first transmission member and having a second reference surface;
A first light projecting unit for irradiating a sample located between the first transmission member and the second transmission member through the first reference surface with light from a light source;
A first light receiving unit for receiving reflected light from the first reference surface and receiving reflected light from the sample through the first reference surface;
A second light projecting unit for irradiating the sample with light from a light source via the second reference surface;
A second light receiving unit for receiving reflected light from the second reference surface and receiving reflected light from the sample through the second reference surface;
A thickness measuring device comprising: a reflected light received by the first light receiving part; and a spectroscopic part for dispersing the reflected light received by the second light receiving part.
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、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 includes:
The thickness measuring apparatus 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 spectrometer.
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、請求項1または請求項2に記載の厚み測定装置。   An axis of a light bundle of light irradiated from the first light projecting unit through the first reference surface to the sample, and the sample from the second light projecting unit through the second reference surface An axis of a light bundle of light irradiated onto the first light receiving portion, an axis of a light bundle of reflected light from the first reference surface received by the first light receiving unit, and an axis of a light bundle of reflected light from the sample; The axis of the beam bundle of reflected light from the second reference surface received by the second light receiving unit and the axis of the beam bundle of reflected light from the sample are along each other. The thickness measuring device described in 1. 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、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の厚み測定装置。
The spectroscopic unit includes one spectroscope,
The thickness measuring device further includes:
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 spectrometer;
The optical distance of the path of reflected light propagating from the sample to the spectroscope via the first reference surface, the first light receiving unit and the optical system, and the second reference surface from the sample, The optical distance of the path | route of the reflected light which propagates through the 2nd light-receiving part and the said optical system to the said spectrometer is set so that it may become the same. The thickness measuring device according to item.
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、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の厚み測定装置。
The thickness measuring device further includes:
Based on the spectroscopic result of the spectroscopic unit, a first distance that is a distance between the first reference surface and the sample, and a second distance that is a distance between the second reference surface and the sample. An arithmetic unit for calculating
The calculation unit calculates the thickness of the sample by subtracting the first distance and the second distance from a distance between the first reference surface and the second reference surface. Item 5. The thickness measuring device according to any one of items 4 to 5.
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、厚み測定方法。
A first transmissive member having a first reference surface;
A second transmission member provided opposite to the first transmission member and having a second reference surface;
A first light projecting unit for irradiating light from a light source to the sample located between the first transmission member and the second transmission member via the first reference surface;
A first light receiving unit for receiving reflected light from the first reference surface and receiving reflected light from the sample through the first reference surface;
A second light projecting unit for irradiating the sample with light from a light source via the second reference surface;
A second light receiving unit for receiving reflected light from the second reference surface and receiving reflected light from the sample through the second reference surface;
A thickness measuring method using a thickness measuring device comprising: a reflected light received by the first light receiving unit; and a spectroscopic unit that splits the reflected light received by the second light receiving unit,
Based on the spectroscopic result of the spectroscopic unit, a first distance that is a distance between the first reference surface and the sample, and a second distance that is a distance between the second reference surface and the sample. Calculating steps,
Calculating a thickness of the sample by subtracting the first distance and the second distance from an inter-surface distance that is a distance between the first reference surface and the second reference surface. Measuring method.
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、請求項6に記載の厚み測定方法。
In a state where the sample is not provided, light from a light source is irradiated from the first light projecting unit to the second reference surface via the first reference surface, and from the first reference surface. Reflected light is received by the first light receiving unit, and reflected light from the second reference surface is received by the first light receiving unit through the first reference surface,
The thickness measurement method further includes:
The thickness measurement according to claim 6, comprising a step of calculating the inter-surface 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. Method.
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