JP5112930B2 - Thickness measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、厚み計測装置に関するものである。   The present invention relates to a thickness measuring apparatus.

半導体ウェハの厚みを計測する装置として特許文献1に開示されたものが知られている。この文献に開示された厚み計測装置は、特に、エッチング液を用いたウェットエッチングの実行中に半導体ウェハの厚みを計測するものであって、マイケルソン干渉計の光学系を用いて、光源から出力された計測光を2分岐し、その一方の分岐光を反射ミラーに入射させて反射させるとともに、他方の分岐光を半導体ウェハに入射させて該半導体ウェハの両面それぞれにおいて反射させ、これら2つの反射光の干渉による干渉光の強度を検出する。   A device disclosed in Patent Document 1 is known as a device for measuring the thickness of a semiconductor wafer. The thickness measuring device disclosed in this document is particularly for measuring the thickness of a semiconductor wafer during the execution of wet etching using an etching solution, and is output from a light source using an optical system of a Michelson interferometer. The measured light is branched into two, one of the branched lights is incident on the reflection mirror and reflected, and the other branched light is incident on the semiconductor wafer and reflected on both sides of the semiconductor wafer. The intensity of interference light due to light interference is detected.

そして、この厚み計測装置は、一方の分岐光の光路長を変化させて干渉光強度を検出することで、その光路長変化に対する干渉光強度の分布を得て、その干渉光強度分布においてピークとなるときの光路長に基づいて半導体ウェハの厚みを算出する。この厚み計測装置は、半導体ウェハの表面の上にエッチング液が存在しても、或いは、そのエッチング液の厚みが変化しても、半導体ウェハの厚みを計測することができる。
特開2002−176087号公報
The thickness measuring device detects the interference light intensity by changing the optical path length of one of the branched lights, thereby obtaining a distribution of the interference light intensity with respect to the change in the optical path length. The thickness of the semiconductor wafer is calculated based on the optical path length. This thickness measuring apparatus can measure the thickness of a semiconductor wafer even if an etching solution exists on the surface of the semiconductor wafer or the thickness of the etching solution changes.
JP 2002-176087 A

特許文献1に開示された厚み計測装置は、厚みを計測しようとする対象物の第1面の側から計測光を入射させて、その光の一部を第1面で反射させるとともに、第1面を透過させた光を第2面で反射させる必要がある。したがって、この厚み計測装置により厚み計測が可能な対象物は、計測光が入射する側の第1面において計測光の反射および透過が可能であって、計測光の波長において透明であることが必要である。   The thickness measuring device disclosed in Patent Document 1 allows measurement light to enter from the first surface side of an object whose thickness is to be measured, reflects a part of the light on the first surface, and first It is necessary to reflect the light transmitted through the surface by the second surface. Therefore, an object whose thickness can be measured by this thickness measuring apparatus needs to be able to reflect and transmit the measurement light on the first surface on which the measurement light is incident, and to be transparent at the wavelength of the measurement light. It is.

すなわち、特許文献1に開示された厚み計測装置は、半導体ウェハであっても不純物濃度が高く不透明の物、第1面に金属コーティング膜等が形成されている物、第1面が粗くて光の散乱が大きい物、等については、厚みを計測することができない。また、この厚み計測装置は、対象物の第2面に不透明膜が形成されている場合に該不透明膜をも含めた対象物の厚みを計測することができない。   That is, the thickness measuring device disclosed in Patent Document 1 is a semiconductor wafer having a high impurity concentration and an opaque object, an object having a metal coating film or the like formed on the first surface, and a light having a rough first surface. Thickness cannot be measured for materials with large scattering. In addition, this thickness measuring device cannot measure the thickness of the object including the opaque film when the opaque film is formed on the second surface of the object.

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、材料や表面状態等に関してより広い範囲の対象物の厚みを計測することができる厚み計測装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a thickness measuring apparatus capable of measuring the thickness of a wider range of objects with respect to materials, surface conditions, and the like.

本発明に係る厚み計測装置は、互いに平行な第1面および第2面を有する対象物の厚みを計測する装置であって、(1) 計測光を出力する計測光源と、(2) 第1端,第2端,第3端および第4端を有し、計測光源から出力される計測光を第1端に入力し、第1端に入力する計測光を2分岐して、一方の分岐光を第2端から参照用光路へ出力するとともに、他方の分岐光を第3端から計測用光路へ出力し、参照用光路を経て第2端に入力する光および計測用光路を経て第3端に入力する光を第4端から出力する光カプラと、(3)光カプラの第2端から参照用光路へ出力されて到達する光を反射させて、その反射した光を参照光として参照用光路を経て光カプラの第2端に入力させるとともに、光カプラの第2端から出力された光が反射されて光カプラの第2端に入力されるまでの参照用光路の光路長を可変とすることができる参照光生成部と、(4)光カプラの第3端から計測用光路へ出力されて到達する光を入力し、この入力光を2分岐して第1分岐光および第2分岐光として出力する第1ビームスプリッタと、(5) 第1ビームスプリッタから出力された第1分岐光を対象物の第1面に入射させて反射させるとともに、その反射により生じる第1反射光を第1ビームスプリッタへ入力させる第1分岐光路と、(6)第1ビームスプリッタから出力された第2分岐光を対象物の第2面に入射させて反射させるとともに、その反射により生じる第2反射光を第1ビームスプリッタへ入力させる第2分岐光路と、(7)光カプラの第4端から出力される参照光、第1反射光および第2反射光それぞれを受光して、その受光した光の強度を検出する光検出器と、(8) 光検出器により検出される光強度と参照用光路の光路長との間の関係に基づいて対象物の厚みを算出する厚み算出部と、を備えることを特徴とする。厚み算出部は、参照光と第1反射光との干渉による干渉光が光検出器により受光されて検出された光強度がピークとなるときの参照用光路の光路長と、参照光と第2反射光との干渉による干渉光が光検出器により受光されて検出された光強度がピークとなるときの参照用光路の光路長とに基づいて、対象物の厚みを算出することを特徴とする。   A thickness measuring device according to the present invention is a device for measuring the thickness of an object having a first surface and a second surface that are parallel to each other, and (1) a measurement light source that outputs measurement light; One of the two branches is provided with an end, a second end, a third end, and a fourth end, the measurement light output from the measurement light source is input to the first end, and the measurement light input to the first end is branched into two The light is output from the second end to the reference optical path, and the other branched light is output from the third end to the measurement optical path. The third light passes through the reference optical path and enters the second end and the measurement optical path. An optical coupler that outputs light input to the end from the fourth end, and (3) reflects the light that reaches the reference optical path from the second end of the optical coupler, and refers to the reflected light as reference light The light is input to the second end of the optical coupler via the optical path, and the light output from the second end of the optical coupler is reflected to reflect the optical coupler. A reference light generator that can change the optical path length of the reference optical path until it is input to the second end, and (4) input the light that reaches the measurement optical path from the third end of the optical coupler. A first beam splitter that divides the input light into two and outputs the first branched light and the second branched light; and (5) the first branched light output from the first beam splitter is used as the first surface of the object. And a first branched light path for inputting the first reflected light generated by the reflection to the first beam splitter, and (6) the second branched light output from the first beam splitter for the first of the object. A second branched optical path for inputting and reflecting the second reflected light generated by the reflection to the two surfaces, and (7) a reference light output from the fourth end of the optical coupler; Receiving each of the reflected light and the second reflected light A photodetector that detects the intensity of the received light, and (8) thickness calculation that calculates the thickness of the object based on the relationship between the light intensity detected by the photodetector and the optical path length of the reference optical path And a section. The thickness calculation unit includes an optical path length of the reference optical path when the interference light caused by the interference between the reference light and the first reflected light is received by the photodetector and the detected light intensity reaches a peak, the reference light, and the second light. The thickness of the object is calculated based on the optical path length of the reference optical path when the light intensity detected by receiving the interference light by the interference with the reflected light is received by the photodetector. .

本発明に係る厚み計測装置では、計測光源から出力される計測光は、光カプラの第1端に入力されて、この光カプラにおいて2分岐される。そのうち一方の分岐光は光カプラの第2端から参照用光路へ出力され、他方の分岐光は光カプラの第3端から計測用光路へ出力される。   In the thickness measurement apparatus according to the present invention, the measurement light output from the measurement light source is input to the first end of the optical coupler, and is branched into two at this optical coupler. One of the branched lights is output from the second end of the optical coupler to the reference optical path, and the other branched light is output from the third end of the optical coupler to the measuring optical path.

光カプラの第2端から参照用光路へ出力された光は、参照光生成部において反射され、その反射された光は参照光として参照用光路を経て光カプラの第2端に入力される。このとき、光カプラの第2端から出力された光が反射されて光カプラの第2端に入力されるまでの参照用光路の光路長は可変である。   The light output from the second end of the optical coupler to the reference optical path is reflected by the reference light generation unit, and the reflected light is input as reference light to the second end of the optical coupler via the reference optical path. At this time, the optical path length of the reference optical path from when the light output from the second end of the optical coupler is reflected and input to the second end of the optical coupler is variable.

光カプラの第3端から計測用光路へ出力された光は、第1ビームスプリッタにより2分岐されて第1分岐光および第2分岐光として出力される。第1ビームスプリッタから出力された第1分岐光は第1分岐光路を経て対象物の第1面に入射されて反射されるとともに、その反射により生じる第1反射光は第1分岐光路を経て第1ビームスプリッタへ入力される。また、第1ビームスプリッタから出力された第2分岐光は第2分岐光路を経て対象物の第2面に入射されて反射されるとともに、その反射により生じる第2反射光は第2分岐光路を経て第1ビームスプリッタへ入力される。第1ビームスプリッタに入力された第1反射光および第2反射光は、計測用光路を経て光カプラの第3端に入力される。   The light output from the third end of the optical coupler to the measurement optical path is bifurcated by the first beam splitter and output as the first branched light and the second branched light. The first branched light output from the first beam splitter is incident on and reflected by the first surface of the object through the first branched optical path, and the first reflected light generated by the reflection passes through the first branched optical path. Input to one beam splitter. The second branched light output from the first beam splitter is incident on the second surface of the object through the second branched optical path and reflected, and the second reflected light generated by the reflection passes through the second branched optical path. Then, it is input to the first beam splitter. The first reflected light and the second reflected light input to the first beam splitter are input to the third end of the optical coupler through the measurement optical path.

参照用光路を経て光カプラの第2端に入力される参照光、ならびに、計測用光路を経て光カプラの第3端に入力される第1反射光および第2反射光は、光カプラの第4端から出力される。光カプラの第4端から出力される参照光,第1反射光および第2反射光それぞれは、光検出器により受光されて、その受光した光の強度が検出される。   The reference light input to the second end of the optical coupler via the reference optical path, and the first reflected light and the second reflected light input to the third end of the optical coupler via the measurement optical path are the first of the optical coupler. Output from 4 ends. Each of the reference light, the first reflected light, and the second reflected light output from the fourth end of the optical coupler is received by the photodetector, and the intensity of the received light is detected.

このとき、光検出器により受光される参照光,第1反射光および第2反射光は、共通の計測光源から出力された計測光が反射されたものである。したがって、これら参照光,第1反射光および第2反射光の間では、計測光源から反射位置までの光路長が一致したときに、干渉が生じるので、光検出器により受光される光の強度が大きくなる。   At this time, the reference light, the first reflected light, and the second reflected light received by the photodetector are reflected from the measurement light output from the common measurement light source. Accordingly, interference occurs between the reference light, the first reflected light, and the second reflected light when the optical path lengths from the measurement light source to the reflection position coincide with each other. Therefore, the intensity of light received by the photodetector is increased. growing.

そこで、厚み算出部により、光検出器により検出される光強度と参照用光路の光路長との間の関係に基づいて、対象物の厚みが算出される。すなわち、厚み算出部により、参照光と第1反射光との干渉による干渉光が光検出器により受光されて検出された光強度がピークとなるときの参照用光路の光路長と、参照光と第2反射光との干渉による干渉光が光検出器により受光されて検出された光強度がピークとなるときの参照用光路の光路長とに基づいて、対象物の厚みが算出される。   Therefore, the thickness calculation unit calculates the thickness of the object based on the relationship between the light intensity detected by the photodetector and the optical path length of the reference optical path. That is, the optical path length of the reference optical path when the detected light intensity reaches the peak when the interference light due to the interference between the reference light and the first reflected light is received by the photodetector by the thickness calculation unit, and the reference light The thickness of the object is calculated based on the optical path length of the reference optical path when the light intensity detected by receiving the interference light due to the interference with the second reflected light is received by the photodetector.

本発明に係る厚み計測装置では、参照用光路および計測用光路それぞれが光ファイバを含むのが好適である。この場合には、これらの光路の扱いが簡便となる。   In the thickness measurement apparatus according to the present invention, it is preferable that each of the reference optical path and the measurement optical path includes an optical fiber. In this case, handling of these optical paths becomes simple.

また、好適には、本発明に係る厚み計測装置は、(a) 第1分岐光路の途中に設けられ、第1ビームスプリッタから対象物の第1面へ向う光の一部を分岐して第3分岐光路へ出力し、第3分岐光路を経て到達した光を第1分岐光路へ出力する第2ビームスプリッタと、(b)第2ビームスプリッタから第3分岐光路へ出力された光を反射させて、その反射により生じる第3反射光を第2ビームスプリッタへ入力させる反射部と、を更に備える。そして、光検出器は、光カプラの第4端から出力される第3反射光をも受光する。また、厚み算出部は、参照光と第1反射光との干渉による干渉光が光検出器により受光されて検出された光強度がピークとなるときの参照用光路の光路長と、参照光と第2反射光との干渉による干渉光が光検出器により受光されて検出された光強度がピークとなるときの参照用光路の光路長とに基づいて、対象物の厚みを仮算出する。さらに、厚み算出部は、参照光と第3反射光との干渉による干渉光が光検出器により受光されて検出された光強度がピークとなるときの参照用光路の光路長に基づいて、仮算出した対象物の厚みを補正する。   Preferably, the thickness measuring apparatus according to the present invention is (a) provided in the middle of the first branching optical path, and a part of the light traveling from the first beam splitter toward the first surface of the object is branched. A second beam splitter that outputs to the first branch optical path and outputs the light that has reached through the third branch optical path to the first branch optical path; and (b) reflects the light output from the second beam splitter to the third branch optical path. And a reflecting section for inputting the third reflected light generated by the reflection to the second beam splitter. The photodetector also receives the third reflected light output from the fourth end of the optical coupler. Further, the thickness calculation unit includes an optical path length of the reference optical path when interference light due to interference between the reference light and the first reflected light is received by the photodetector and the detected light intensity reaches a peak, and the reference light The thickness of the object is provisionally calculated based on the optical path length of the reference optical path when the light intensity detected by receiving the interference light by the interference with the second reflected light is received by the photodetector. Further, the thickness calculation unit is configured to temporarily calculate the optical path length of the reference optical path when the light intensity detected when the interference light due to the interference between the reference light and the third reflected light is received by the photodetector reaches a peak. The calculated thickness of the object is corrected.

この場合には、第1分岐光路の途中に設けられた第2ビームスプリッタにより、第1ビームスプリッタから対象物の第1面へ向う光の一部は、分岐されて第3分岐光路へ出力されて反射部により反射され、また、その反射部における反射により生じる第3反射光は、第3分岐光路を経て第1分岐光路へ出力され、第1ビームスプリッタへ入力される。この第3反射光は、第1反射光および第2反射光と同様に、計測用光路を経て光カプラの第3端に入力され、光カプラの第4端から出力され、光検出器により受光される。そして、この第3反射光と参照光との間でも、計測光源から反射位置までの光路長が一致したときに、干渉が生じるので、光検出器により受光される光の強度が大きくなる。   In this case, a part of the light traveling from the first beam splitter toward the first surface of the object is branched and output to the third branch optical path by the second beam splitter provided in the middle of the first branch optical path. The third reflected light reflected by the reflecting portion and generated by the reflection at the reflecting portion is output to the first branch optical path through the third branch optical path and input to the first beam splitter. The third reflected light is input to the third end of the optical coupler through the measurement optical path, output from the fourth end of the optical coupler, and received by the photodetector, similarly to the first reflected light and the second reflected light. Is done. Also, interference occurs between the third reflected light and the reference light when the optical path lengths from the measurement light source to the reflection position coincide with each other, so that the intensity of light received by the photodetector increases.

そこで、厚み算出部により、参照光と第1反射光との干渉による干渉光が光検出器により受光されて検出された光強度がピークとなるときの参照用光路の光路長と、参照光と第2反射光との干渉による干渉光が光検出器により受光されて検出された光強度がピークとなるときの参照用光路の光路長とに基づいて、対象物の厚みが仮算出される。さらに、厚み算出部により、参照光と第3反射光との干渉による干渉光が光検出器により受光されて検出された光強度がピークとなるときの参照用光路の光路長に基づいて、仮算出した対象物の厚みが補正される。このようにすることにより、参照用光路と計測用光路との間の光路長差が変動する場合であっても、その光路長差変動の影響が補償されて対象物の厚みが精度よく求められ得る。   Therefore, the optical path length of the reference optical path when the light intensity detected when the interference light due to the interference between the reference light and the first reflected light is received by the photodetector reaches a peak by the thickness calculation unit, and the reference light The thickness of the object is provisionally calculated based on the optical path length of the reference optical path when the light intensity detected by receiving the interference light due to the interference with the second reflected light is received by the photodetector. Further, based on the optical path length of the reference optical path when the light intensity detected when the interference light due to the interference between the reference light and the third reflected light is received by the photodetector is peaked by the thickness calculation unit, The calculated thickness of the object is corrected. By doing so, even if the optical path length difference between the reference optical path and the measurement optical path varies, the influence of the optical path length difference variation is compensated, and the thickness of the object can be accurately obtained. obtain.

本発明に係る厚み計測装置は、材料や表面状態等に関してより広い範囲の対象物の厚みを計測することができる。   The thickness measuring apparatus according to the present invention can measure the thickness of a wider range of objects with respect to materials, surface conditions, and the like.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本実施形態に係る厚み計測装置1の構成図である。この図に示される厚み計測装置1は、互いに平行な第1面2aおよび第2面2bを有する対象物2の厚みを計測する装置であって、計測光源11、光カプラ12、プローブヘッド13、参照光生成部14、光検出器15、厚み算出部16、光路長制御部17、入力用光ファイバ11a、参照用光ファイバ14a、計測用光ファイバ13a、出力用光ファイバ15a、第1ビームスプリッタBS1、第2ビームスプリッタBS2、および、ミラーM1〜M5を備える。対象物2は、例えば、半導体ウェハ、フィルム、シート、等である。   FIG. 1 is a configuration diagram of a thickness measuring apparatus 1 according to the present embodiment. A thickness measuring apparatus 1 shown in this figure is an apparatus for measuring the thickness of an object 2 having a first surface 2a and a second surface 2b that are parallel to each other, and includes a measurement light source 11, an optical coupler 12, a probe head 13, Reference light generation unit 14, photodetector 15, thickness calculation unit 16, optical path length control unit 17, input optical fiber 11a, reference optical fiber 14a, measurement optical fiber 13a, output optical fiber 15a, first beam splitter BS1, second beam splitter BS2, and mirrors M1 to M5 are provided. The object 2 is, for example, a semiconductor wafer, a film, a sheet, or the like.

計測光源11は、計測光を入力用光ファイバ11aへ出力する。この計測光は低コヒーレントの光であり、計測光源11は例えばSLD(Super Luminescent Diode)である。また、この計測光の波長は任意でよい。   The measurement light source 11 outputs measurement light to the input optical fiber 11a. The measurement light is low-coherent light, and the measurement light source 11 is, for example, an SLD (Super Luminescent Diode). Moreover, the wavelength of this measurement light may be arbitrary.

光カプラ12は、第1端12a,第2端12b,第3端12cおよび第4端12dを有する。光カプラ12は、計測光源11から出力されて入力用光ファイバ11aにより導波されて到達する計測光を第1端12aに入力する。そして、光カプラ12は、第1端12aに入力する計測光を2分岐して、一方の分岐光を第2端12bから参照用光路としての参照用光ファイバ14aへ出力するとともに、他方の分岐光を第3端12cから計測用光路としての計測用光ファイバ13aへ出力する。また、光カプラ12は、参照用光ファイバ14aを経て第2端12bに入力する光、および、計測用光ファイバ13aを経て第3端12cに入力する光を、第4端12dから出力用光ファイバ15aへ出力する。   The optical coupler 12 has a first end 12a, a second end 12b, a third end 12c, and a fourth end 12d. The optical coupler 12 inputs measurement light output from the measurement light source 11 and guided by the input optical fiber 11a to the first end 12a. Then, the optical coupler 12 splits the measurement light input to the first end 12a into two, and outputs one branched light from the second end 12b to the reference optical fiber 14a as a reference optical path and the other branch. The light is output from the third end 12c to the measurement optical fiber 13a as the measurement optical path. The optical coupler 12 outputs light that is input to the second end 12b via the reference optical fiber 14a and light that is input to the third end 12c via the measurement optical fiber 13a from the fourth end 12d. Output to the fiber 15a.

参照光生成部14は、光カプラ12の第2端12bから出力され参照用光ファイバ14aにより導波されて到達する光をミラー14cで反射させて、その反射した光を参照光として参照用光ファイバ14aを経て光カプラ12の第2端12bに入力させる。また、参照光生成部14は、光カプラ12の第2端12bから出力された光がミラー14cで反射されて光カプラ12の第2端12bに入力されるまでの参照用光路14bの光路長を可変とすることができる。この参照用光路14bの光路長を可変とするために、参照光生成部14は、ガラス基板14dおよびガルバノメータ14eを含む。   The reference light generation unit 14 reflects the light output from the second end 12b of the optical coupler 12 and guided by the reference optical fiber 14a to be reflected by the mirror 14c, and uses the reflected light as reference light. The light is input to the second end 12b of the optical coupler 12 through the fiber 14a. The reference light generation unit 14 also includes an optical path length of the reference optical path 14b until the light output from the second end 12b of the optical coupler 12 is reflected by the mirror 14c and input to the second end 12b of the optical coupler 12. Can be made variable. In order to make the optical path length of the reference optical path 14b variable, the reference light generation unit 14 includes a glass substrate 14d and a galvanometer 14e.

ガラス基板14dは、計測光の波長において透明なガラスからなり、対向する2つの主面が互いに平行であり、参照用光路14bの途中に挿入される。ガルバノメータ14eは、参照光路長制御部17からの指示に従って、ガラス基板14dの方位を周期的に変化させる。ガラス基板14dの方位を変化させることにより、そのガラス基板14aを通過する光の光路長を変化させることができるので、光カプラ12の第2端12bから出力された光がミラー14cで反射されて光カプラ12の第2端12bに入力されるまでの参照用光路14bの光路長を可変とすることができる。   The glass substrate 14d is made of glass that is transparent at the wavelength of the measurement light, and the two opposing principal surfaces are parallel to each other, and is inserted in the middle of the reference optical path 14b. The galvanometer 14 e periodically changes the orientation of the glass substrate 14 d in accordance with an instruction from the reference optical path length control unit 17. Since the optical path length of the light passing through the glass substrate 14a can be changed by changing the orientation of the glass substrate 14d, the light output from the second end 12b of the optical coupler 12 is reflected by the mirror 14c. The optical path length of the reference optical path 14b until it is input to the second end 12b of the optical coupler 12 can be made variable.

プローブヘッド13は、計測用光ファイバ13aの先端に設けられている。プローブヘッド13は、光カプラ12の第3端12cから出力されて計測用光ファイバ13aにより導波されて他端に達した光を外部空間へ出力する。また、プローブヘッド13は、外部から到達した光を計測用光ファイバ13aへ入力させて、該光を計測用光ファイバ13aにより導波させる。   The probe head 13 is provided at the tip of the measurement optical fiber 13a. The probe head 13 outputs light output from the third end 12c of the optical coupler 12, guided by the measurement optical fiber 13a, and reaching the other end to the external space. Further, the probe head 13 inputs light reaching from the outside to the measurement optical fiber 13a and guides the light through the measurement optical fiber 13a.

第1ビームスプリッタBS1は、光カプラ12の第3端12cから出力され計測用光ファイバ13aにより導波されてプローブヘッド13から外部空間へ出力されて到達する光を入力し、この入力光を2分岐して第1分岐光および第2分岐光として出力する。第1ビームスプリッタBS1は、第1分岐光をミラーM1へ出力し、第2分岐光をミラーM3へ出力する。   The first beam splitter BS1 inputs light that is output from the third end 12c of the optical coupler 12, is guided by the measurement optical fiber 13a, is output from the probe head 13 to the external space, and reaches the input light. The light is branched and output as first branched light and second branched light. The first beam splitter BS1 outputs the first branched light to the mirror M1, and outputs the second branched light to the mirror M3.

第1分岐光路は、第1ビームスプリッタBS1からミラーM1,M2および第2ビームスプリッタBS2を経て対象物2の第1面2aに到るまでの第1分岐光の光路である。この第1分岐光路は、第1ビームスプリッタBS1から出力された第1分岐光を対象物2の第1面2aに入射させて反射させるとともに、その反射により生じる第1反射光を逆経路で第1ビームスプリッタBS1へ入力させる。   The first branched light path is an optical path of the first branched light from the first beam splitter BS1 to the first surface 2a of the object 2 via the mirrors M1 and M2 and the second beam splitter BS2. The first branched light path causes the first branched light output from the first beam splitter BS1 to be incident on the first surface 2a of the object 2 and reflected, and the first reflected light generated by the reflection is reflected in the reverse path. Input to one beam splitter BS1.

第2分岐光路は、第1ビームスプリッタBS1からミラーM3,M4を経て対象物2の第2面2bに到るまでの第2分岐光の光路である。この第2分岐光路は、第1ビームスプリッタBS1から出力された第2分岐光を対象物2の第2面2bに入射させて反射させるとともに、その反射により生じる第2反射光を逆経路で第1ビームスプリッタBS1へ入力させる。   The second branched optical path is an optical path of the second branched light from the first beam splitter BS1 through the mirrors M3 and M4 to the second surface 2b of the object 2. The second branched light path causes the second branched light output from the first beam splitter BS1 to be incident on the second surface 2b of the object 2 and reflected, and the second reflected light generated by the reflection is reflected on the second path. Input to one beam splitter BS1.

第2ビームスプリッタBS2は、第1分岐光路の途中に設けられている。この第2ビームスプリッタBS2は、第1ビームスプリッタBS1から対象物2の第1面2aへ向う光の一部を分岐して、その分岐した光をミラーM5へ向う第3分岐光路に出力する。また、この第2ビームスプリッタBS2は、ミラーM5から第3分岐光路を経て到達した光を第1分岐光路へ出力する。ミラーM5は、第2ビームスプリッタBS2から第3分岐光路へ出力されて到達した光を反射させて、その反射により生じる第3反射光を第2ビームスプリッタBS2へ入力させる。   The second beam splitter BS2 is provided in the middle of the first branch optical path. The second beam splitter BS2 branches a part of the light from the first beam splitter BS1 toward the first surface 2a of the object 2, and outputs the branched light to the third branch optical path toward the mirror M5. The second beam splitter BS2 outputs the light that has reached from the mirror M5 via the third branch optical path to the first branch optical path. The mirror M5 reflects the light which has been output from the second beam splitter BS2 to the third branch optical path and arrived, and inputs the third reflected light generated by the reflection to the second beam splitter BS2.

光検出器15は、光カプラ12の第4端12dから出力され出力用光ファイバ15aにより導波されて到達する参照光、第1反射光、第2反射光および第3反射光それぞれを受光し、その受光した光の強度を検出して、その光強度を表す電気信号を厚み算出部16へ出力する。この光検出器15は例えばフォトダイオードである。   The photodetector 15 receives the reference light, the first reflected light, the second reflected light, and the third reflected light that are output from the fourth end 12d of the optical coupler 12 and guided by the output optical fiber 15a. Then, the intensity of the received light is detected, and an electric signal representing the light intensity is output to the thickness calculator 16. The photodetector 15 is, for example, a photodiode.

光路長制御部17は、参照光生成部14におけるガルバノメータ14eを制御することでガラス基板14dの方位を周期的に変化させ、これにより、参照用光路14bの光路長を周期的に変化させる。また、光路長制御部17は、ガラス基板14dの方位に関する情報(すなわち、参照用光路14bの光路長に関する情報)を表す電気信号を厚み算出部16へ与える。なお、参照用光路14bの光路長は、必ずしも絶対値である必要はなく、或る基準値に対する相対値であってもよい。   The optical path length controller 17 periodically changes the orientation of the glass substrate 14d by controlling the galvanometer 14e in the reference light generator 14, and thereby periodically changes the optical path length of the reference optical path 14b. Further, the optical path length control unit 17 gives an electrical signal representing information related to the orientation of the glass substrate 14 d (that is, information related to the optical path length of the reference optical path 14 b) to the thickness calculation unit 16. The optical path length of the reference optical path 14b is not necessarily an absolute value and may be a relative value with respect to a certain reference value.

厚み算出部16は、光検出器15により検出される光強度と参照用光路14bの光路長との間の関係に基づいて対象物2の厚みを算出する。厚み算出部16は、信号処理回路16a、生厚み値算出部16bおよび統計厚み値算出部16cを含む。   The thickness calculator 16 calculates the thickness of the object 2 based on the relationship between the light intensity detected by the photodetector 15 and the optical path length of the reference optical path 14b. The thickness calculator 16 includes a signal processing circuit 16a, a raw thickness value calculator 16b, and a statistical thickness value calculator 16c.

信号処理回路16aは、光検出器15から出力される電気信号を入力して、この電気信号に基づいて、光検出器15が受光した光の強度の情報を得る。また、信号処理回路16aは、光路長制御部17から出力される電気信号を入力して、この電気信号に基づいて、参照用光路14bの光路長に関する情報を得る。信号処理回路16aは、これらの入力した情報をデジタル値に変換して生厚み値算出部16bに与える。   The signal processing circuit 16a receives an electrical signal output from the photodetector 15, and obtains information on the intensity of light received by the photodetector 15 based on the electrical signal. Further, the signal processing circuit 16a receives an electrical signal output from the optical path length control unit 17, and obtains information on the optical path length of the reference optical path 14b based on the electrical signal. The signal processing circuit 16a converts the input information into a digital value and gives it to the raw thickness value calculation unit 16b.

生厚み値算出部16bは、信号処理回路16aから出力される光強度情報および光路長情報を入力する。このとき、生厚み値算出部16bは、参照用光路14bの光路長の各値と、この光路長の値に対応する光検出器15における受光強度の値とを、互いに対応付けて入力して記憶する。そして、生厚み値算出部16bは、光検出器15により検出される光強度と参照用光路14bの光路長との間の関係を求める。すなわち、生厚み値算出部16bは、参照用光路14bの光路長を一方の軸とし、光検出器15により検出される光強度を他方の軸として、光路長に対する光強度の分布を求める。さらに、生厚み値算出部16bは、この光強度分布で特定される複数の光強度ピークの位置に基づいて、所要の処理を行って対象物2の厚みを算出し、その算出した厚みの値を出力する。光強度分布から対象物2の厚みを算出する方法については後述する。   The raw thickness value calculation unit 16b receives the light intensity information and the optical path length information output from the signal processing circuit 16a. At this time, the raw thickness value calculation unit 16b inputs each value of the optical path length of the reference optical path 14b and the value of the received light intensity in the photodetector 15 corresponding to this optical path length value in association with each other. Remember. Then, the raw thickness value calculation unit 16b obtains a relationship between the light intensity detected by the photodetector 15 and the optical path length of the reference optical path 14b. In other words, the raw thickness value calculation unit 16b obtains the light intensity distribution with respect to the optical path length by using the optical path length of the reference optical path 14b as one axis and the light intensity detected by the photodetector 15 as the other axis. Furthermore, the raw thickness value calculation unit 16b calculates the thickness of the object 2 by performing a necessary process based on the positions of the plurality of light intensity peaks specified by the light intensity distribution, and calculates the calculated thickness value. Is output. A method for calculating the thickness of the object 2 from the light intensity distribution will be described later.

統計厚み値算出部16cは、生厚み値算出部16bから出力される対象物2の厚みの値(以下「生厚み値」という。)を入力し、その入力した生厚み値に関して統計処理をして、その統計処理後の厚みの値(以下「統計厚み値」という。)を出力する。例えば、ウェットエッチング処理の過程における対象物2の厚みを計測する場合であって、時間の経過とともに対象物2の厚みが一定速度で小さくなっていくことが期待されるとき、統計厚み値算出部16cは、時間経過に対して生厚み値が一次関数式で表されるものとして、その一次関数式を決定し、その一次関数式を用いることで、より精度が高い統計厚み値を得ることができる。また、例えば、時間の経過に対して対象物2の厚みが大きく変化しないことが期待されるとき、或いは、時間の経過とともに対象物2の厚みが一定速度で変化することが期待されるとき、統計厚み値算出部16cは、その期待から大きく外れる生厚み値をノイズとして扱うことで、より精度が高い統計厚み値を得ることができる。   The statistical thickness value calculation unit 16c inputs the thickness value of the object 2 (hereinafter referred to as “raw thickness value”) output from the raw thickness value calculation unit 16b, and performs statistical processing on the input raw thickness value. The thickness value after the statistical processing (hereinafter referred to as “statistical thickness value”) is output. For example, when measuring the thickness of the target object 2 in the course of the wet etching process, and when it is expected that the thickness of the target object 2 will decrease at a constant speed with time, a statistical thickness value calculation unit 16c can obtain a statistical thickness value with higher accuracy by determining the linear function formula and using the linear function formula, assuming that the raw thickness value is expressed by a linear function formula over time. it can. For example, when it is expected that the thickness of the object 2 does not change greatly with the passage of time, or when the thickness of the object 2 is expected to change at a constant speed with the passage of time, The statistical thickness value calculation unit 16c can obtain a statistical thickness value with higher accuracy by treating the raw thickness value greatly deviating from the expectation as noise.

次に、本実施形態に係る厚み計測装置1の動作について説明する。計測光源11から出力された低コヒーレントの計測光は、入力用光ファイバ11aにより導かれて光カプラ12の第1端12aに入力され、この光カプラ12において2分岐される。光カプラ12において2分岐されて生成された一方の分岐光は、光カプラ12の第2端12bから参照用光路としての参照用光ファイバ14aへ出力される。また、他方の分岐光は、光カプラ12の第3端12cから計測用光路としての計測用光ファイバ13aへ出力される。   Next, operation | movement of the thickness measuring apparatus 1 which concerns on this embodiment is demonstrated. The low-coherent measurement light output from the measurement light source 11 is guided by the input optical fiber 11 a, input to the first end 12 a of the optical coupler 12, and branched into two in this optical coupler 12. One branched light generated by being branched into two in the optical coupler 12 is output from the second end 12b of the optical coupler 12 to a reference optical fiber 14a as a reference optical path. The other branched light is output from the third end 12c of the optical coupler 12 to the measurement optical fiber 13a as the measurement optical path.

光カプラ12の第2端12bから出力された光は、参照光生成部14において、ミラー14cで反射されて光カプラ12の第2端12bに入力されるとともに、その間の参照用光路14bの光路長が可変とされる。すなわち、光カプラ12の第2端12bから出力された光は、参照用光ファイバ14aにより導波され、参照用光ファイバ14aの端面から出力され、ガラス基板14dを通過して、ミラー14cで反射される。このミラー14cで反射された光は、参照光として、ガラス基板14dを通過して、参照用光ファイバ14aの端面に入力され、参照用光ファイバ14aにより導波されて、光カプラ12の第2端12bに入力される。このとき、計測光の波長において透明なガラスからなり参照用光路14bの途中に挿入されたガラス基板14dの方位は、参照光路長制御部17により制御されたガルバノメータ14eにより周期的に変化する。ガラス基板14dの方位が変化することにより、参照用光路14bの光路長が可変となる。   The light output from the second end 12b of the optical coupler 12 is reflected by the mirror 14c and input to the second end 12b of the optical coupler 12 in the reference light generation unit 14, and the optical path of the reference optical path 14b therebetween. The length is variable. That is, the light output from the second end 12b of the optical coupler 12 is guided by the reference optical fiber 14a, output from the end face of the reference optical fiber 14a, passes through the glass substrate 14d, and is reflected by the mirror 14c. Is done. The light reflected by the mirror 14c passes through the glass substrate 14d as reference light, is input to the end face of the reference optical fiber 14a, and is guided by the reference optical fiber 14a. Input to the end 12b. At this time, the orientation of the glass substrate 14d made of transparent glass at the wavelength of the measurement light and inserted in the middle of the reference optical path 14b is periodically changed by the galvanometer 14e controlled by the reference optical path length control unit 17. By changing the orientation of the glass substrate 14d, the optical path length of the reference optical path 14b becomes variable.

光カプラ12の第3端12cから出力された光は、計測用光ファイバ13aに導かれ、計測用光ファイバ13aの先端に設けられているプローブヘッド13から外部空間へ出力される。プローブヘッド13から出力された光は、第1ビームスプリッタBS1により2分岐されて第1分岐光および第2分岐光とされる。   The light output from the third end 12c of the optical coupler 12 is guided to the measurement optical fiber 13a and output from the probe head 13 provided at the tip of the measurement optical fiber 13a to the external space. The light output from the probe head 13 is branched into two by the first beam splitter BS1 to be the first branched light and the second branched light.

第1ビームスプリッタBS1から出力された第1分岐光は、ミラーM1,ミラーM2および第2ビームスプリッタBS2を含む第1分岐光路を経て、対象物2の第1面2aに入射されて、その第1面2aにおいて反射される。その反射により生じた第1反射光は、第1分岐経路を入射時とは逆の経路を辿って、第1ビームスプリッタBS1に入力される。   The first branched light output from the first beam splitter BS1 is incident on the first surface 2a of the object 2 via the first branched optical path including the mirror M1, the mirror M2, and the second beam splitter BS2, and the first branched light is inputted. Reflected on the first surface 2a. The first reflected light generated by the reflection follows the path opposite to that at the time of entering the first branch path, and is input to the first beam splitter BS1.

第1ビームスプリッタBS1から出力された第2分岐光は、ミラーM3およびミラーM4を含む第2分岐光路を経て、対象物2の第2面2bに入射されて、その第2面2bにおいて反射される。その反射により生じた第2反射光は、第2分岐経路を入射時とは逆の経路を辿って、第1ビームスプリッタBS1に入力される。   The second branched light output from the first beam splitter BS1 is incident on the second surface 2b of the object 2 through the second branched optical path including the mirror M3 and the mirror M4, and is reflected on the second surface 2b. The The second reflected light generated by the reflection follows the path opposite to the incident time on the second branch path, and is input to the first beam splitter BS1.

また、第1ビームスプリッタBS1から出力された第1分岐光の一部は、第1分岐光路の途中に設けられている第2ビームスプリッタBS2により、ミラーM5へ向う第3分岐光路に分岐される。その分岐された光はミラーM5で反射される。その反射により生じた第3反射光は、第2ビームスプリッタBS2に入力され、第2ビームスプリッタBS2からミラーM2,M1を経て第1ビームスプリッタBS1に入力される。   Further, a part of the first branched light output from the first beam splitter BS1 is branched to the third branched optical path toward the mirror M5 by the second beam splitter BS2 provided in the middle of the first branched optical path. . The branched light is reflected by the mirror M5. The third reflected light generated by the reflection is input to the second beam splitter BS2, and is input from the second beam splitter BS2 to the first beam splitter BS1 via the mirrors M2 and M1.

これら第1反射光,第2反射光および第3反射光は、第1ビームスプリッタBS1およびプローブヘッド13を経て計測用光ファイバ13aに入力され、この計測用光ファイバ13aにより導かれて光カプラ12の第3端12cに入力される。また、参照光は、参照光生成部14から参照用光ファイバ14aにより導かれて光カプラ12の第2端12bに入力される。   The first reflected light, the second reflected light, and the third reflected light are input to the measurement optical fiber 13a via the first beam splitter BS1 and the probe head 13, guided by the measurement optical fiber 13a, and the optical coupler 12. Is input to the third end 12c. Further, the reference light is guided from the reference light generation unit 14 through the reference optical fiber 14 a and input to the second end 12 b of the optical coupler 12.

参照用光ファイバ14aを経て光カプラ12の第2端12bに入力される参照光、ならびに、計測用光ファイバ13aを経て光カプラ12の第3端12cに入力される第1反射光,第2反射光および第3反射光は、光カプラ12の第4端12dから出力され、出力用光ファイバ15aにより導かれて光検出器15により受光される。そして、この光検出器15において、受光された光の強度が検出されて、その光強度を表す電気信号が厚み算出部16へ出力される。   Reference light input to the second end 12b of the optical coupler 12 through the reference optical fiber 14a, and first reflected light and second input to the third end 12c of the optical coupler 12 through the measurement optical fiber 13a The reflected light and the third reflected light are output from the fourth end 12d of the optical coupler 12, guided by the output optical fiber 15a, and received by the photodetector 15. Then, the light detector 15 detects the intensity of the received light, and an electric signal representing the light intensity is output to the thickness calculator 16.

光検出器15により受光される参照光,第1反射光,第2反射光および第3反射光は、共通の計測光源11から出力された低コヒーレントの光が反射されたものである。したがって、これら参照光,第1反射光,第2反射光および第3反射光の間では、計測光源11から反射位置までの光路長が一致したときに、干渉が生じるので、光検出器15により受光される光の強度が大きくなる。計測光源11から出力される光のコヒーレンシが低いほど2つの光の間の光路長差が小さくなければ干渉が生じない。   The reference light, the first reflected light, the second reflected light, and the third reflected light received by the photodetector 15 are reflected from the low coherent light output from the common measurement light source 11. Accordingly, interference occurs between the reference light, the first reflected light, the second reflected light, and the third reflected light when the optical path lengths from the measurement light source 11 to the reflection position coincide with each other. The intensity of received light increases. As the coherency of light output from the measurement light source 11 is lower, interference does not occur unless the optical path length difference between the two lights is small.

図2および図3それぞれは、本実施形態に係る厚み計測装置1において対象物2での光反射の様子を示すとともに、厚み算出部16で求められる光強度分布を示す図である。各図(a)は、本実施形態に係る厚み計測装置1において対象物2での光反射の様子を示しており、対象物2の第1面2aに対して光が入射および反射する第1分岐光路をP1で表し、対象物2の第2面2bに対して光が入射および反射する第2分岐光路をP2で表している。また、各図(b)は、本実施形態に係る厚み計測装置1の厚み算出部16で求められる光強度分布を示す。   FIG. 2 and FIG. 3 are diagrams showing the light intensity distribution obtained by the thickness calculator 16 while showing the state of light reflection on the object 2 in the thickness measuring apparatus 1 according to the present embodiment. Each figure (a) has shown the mode of light reflection in subject 2 in thickness measuring device 1 concerning this embodiment, and the 1st which light injects and reflects with respect to the 1st surface 2a of subject 2 is shown. A branched optical path is represented by P1, and a second branched optical path through which light is incident and reflected on the second surface 2b of the object 2 is represented by P2. Moreover, each figure (b) shows the light intensity distribution calculated | required by the thickness calculation part 16 of the thickness measuring apparatus 1 which concerns on this embodiment.

図2では、第1分岐光路および第2分岐光路のうち第1分岐光路が考慮されている。この場合、光カプラ12からミラー14cまでの光路長が、光カプラ12から対象物2の第1面2aまでの光路長と等しいときに、参照光と第1反射光とが互いに干渉して強め合い、光検出器15による光検出の強度が大きくなる。ただし、光カプラ12からミラー14cまでの光路長の可変範囲の最大値をLとし、その可変範囲の幅をΔmaxとしたとき、光カプラ12から対象物2の第1面2aまでの光路長Lは、「L−Δmax<L<L」なる範囲にあることが必要である。このとき、同図(b)に示される光強度分布において、参照用光路の光路長変化量ΔP1の位置に、参照光と第1反射光との干渉に因る光強度ピークが得られる。 In FIG. 2, the first branched optical path is considered among the first branched optical path and the second branched optical path. In this case, when the optical path length from the optical coupler 12 to the mirror 14c is equal to the optical path length from the optical coupler 12 to the first surface 2a of the object 2, the reference light and the first reflected light interfere with each other and strengthen. Accordingly, the intensity of light detection by the light detector 15 increases. However, when the maximum value of the variable range of the optical path length from the optical coupler 12 to the mirror 14c is L, and the width of the variable range and delta max, the optical path length from the optical coupler 12 to the first surface 2a of the object 2 L 1 needs to be in a range of “L−Δ max <L 1 <L”. At this time, in the light intensity distribution shown in FIG. (B), the position of the optical path length change amount delta P1 of the reference optical path, the light intensity peak due to interference between the reference beam and the first reflected light is obtained.

図3では、第1分岐光路および第2分岐光路のうち第2分岐光路が考慮されている。この場合、光カプラ12からミラー14cまでの光路長が、光カプラ12から対象物2の第2面2bまでの光路長と等しいときに、参照光と第2反射光とが互いに干渉して強め合い、光検出器15による光検出の強度が大きくなる。ただし、光カプラ12からミラー14cまでの光路長の可変範囲の最大値をLとし、その可変範囲の幅をΔmaxとしたとき、光カプラ12から対象物2の第2面2bまでの光路長Lは、「L−Δmax<L<L」なる範囲にあることが必要である。このとき、同図(b)に示される光強度分布において、参照用光路の光路長変化量ΔP2の位置に、参照光と第2反射光との干渉に因る光強度ピークが得られる。 In FIG. 3, the second branch optical path is considered among the first branch optical path and the second branch optical path. In this case, when the optical path length from the optical coupler 12 to the mirror 14c is equal to the optical path length from the optical coupler 12 to the second surface 2b of the object 2, the reference light and the second reflected light interfere with each other and strengthen. Accordingly, the intensity of light detection by the light detector 15 increases. However, when the maximum value of the variable range of the optical path length from the optical coupler 12 to the mirror 14c is L, and the width of the variable range and delta max, the optical path length from the optical coupler 12 to the second surface 2b of the object 2 L 2 needs to be in a range of “L−Δ max <L 2 <L”. At this time, in the light intensity distribution shown in FIG. (B), the position of the optical path length change amount delta P2 of the reference optical path, the light intensity peak due to the interference between the reference light and the second reflected light can be obtained.

図4は、本実施形態に係る厚み計測装置1の厚み算出部16で求められる光強度分布を示す図である。光路長Lおよび光路長Lの何れも上記関係式を満たすようにミラーや対象物2の配置が調整されることにより、図4に示されるように、厚み算出部16で得られた光強度分布において、参照用光路の光路長変化量ΔP1の位置に参照光と第1反射光との干渉に因る光強度ピークが得られ、また同時に、参照用光路の光路長変化量ΔP2の位置に参照光と第2反射光との干渉に因る光強度ピークが得られる。 FIG. 4 is a diagram illustrating a light intensity distribution obtained by the thickness calculation unit 16 of the thickness measuring apparatus 1 according to the present embodiment. The light obtained by the thickness calculation unit 16 as shown in FIG. 4 by adjusting the arrangement of the mirror and the object 2 so that both the optical path length L 1 and the optical path length L 2 satisfy the above relational expression. in the intensity distribution, obtained light intensity peak due to interference between the reference beam and the first reflected light at the position of the optical path length change amount delta P1 of the reference light path, and at the same time, the optical path length change amount of the reference optical path delta P2 A light intensity peak due to interference between the reference light and the second reflected light is obtained at the position.

図5は、本実施形態に係る厚み計測装置1の厚み算出部16において対象物2の厚みを算出する方法を説明する図である。ここで、図5(a)に示されるように、既知の厚みtを有する基準対象物2cが用いられて、図5(b)に示されるように、その基準対象物2cの場合に厚み算出部16で得られた光強度分布において、参照用光路の光路長変化量ΔP1cの位置に参照光と第1反射光との干渉に因る光強度ピークが得られ、また同時に、参照用光路の光路長変化量ΔP2cの位置に参照光と第2反射光との干渉に因る光強度ピークが得られるとする。 FIG. 5 is a diagram illustrating a method for calculating the thickness of the target object 2 in the thickness calculation unit 16 of the thickness measurement apparatus 1 according to the present embodiment. Here, as shown in FIG. 5A, a reference object 2c having a known thickness t c is used, and as shown in FIG. 5B, the thickness of the reference object 2c is increased. In the light intensity distribution obtained by the calculation unit 16, a light intensity peak due to interference between the reference light and the first reflected light is obtained at the position of the optical path length variation ΔP1c of the reference optical path, and at the same time, for reference It is assumed that a light intensity peak due to interference between the reference light and the second reflected light is obtained at the position of the optical path length variation ΔP2c of the optical path.

そして、図5(c)に示されるように、基準対象物2cの第1面に対して対象物2の第1面2aの位置が異なれば、図5(d)に示されるように、その位置の差に応じた光路長差(ΔP1−ΔP1c)だけ異なる位置に、参照光と第1反射光との干渉に因る光強度ピークが得られる。また、図5(c)に示されるように、基準対象物2cの第2面に対して対象物2の第2面2bの位置が異なれば、図5(d)に示されるように、その位置の差に応じた光路長差(ΔP2−ΔP2c)だけ異なる位置に、参照光と第2反射光との干渉に因る光強度ピークが得られる。このことから、対象物2の厚みtは、下記(1)式で得られる。 If the position of the first surface 2a of the object 2 is different from the first surface of the reference object 2c as shown in FIG. 5C, as shown in FIG. A light intensity peak due to interference between the reference light and the first reflected light is obtained at a position that differs by an optical path length difference (Δ P1 −Δ P1c ) according to the position difference. Further, as shown in FIG. 5C, if the position of the second surface 2b of the target object 2 is different from the second surface of the reference target object 2c, as shown in FIG. A light intensity peak due to interference between the reference light and the second reflected light is obtained at a position that differs by an optical path length difference (Δ P2 −Δ P2c ) according to the position difference. From this, the thickness t of the object 2 is obtained by the following equation (1).

Figure 0005112930
Figure 0005112930

このように、本実施形態に係る厚み計測装置1は、既知の厚みtを有する基準対象物2cに対する光強度分布において光強度ピークが得られる参照用光路の光路長変化量ΔP1c,ΔP2cを用いるとともに、厚みを計測しようとする対象物2に対する光強度分布において光強度ピークが得られる参照用光路の光路長変化量ΔP1,ΔP2を求めることにより、上記(1)式に従って対象物2の厚みtを算出することができる。また、上記(1)式から判るように、対象物2が上下しても同じ厚みtが得られるので、対象物2の上下動に対して安定した厚み計測が行われ得る。 Thus, the thickness measuring device 1 according to this embodiment, the optical path length change amount of the reference optical path for the light intensity peak is obtained at a light intensity distribution with respect to reference object 2c having a known thickness t c Δ P1c, Δ P2c And obtaining the optical path length variation Δ P1 , Δ P2 of the reference optical path from which the light intensity peak is obtained in the light intensity distribution with respect to the object 2 whose thickness is to be measured, thereby obtaining the object according to the above equation (1). A thickness t of 2 can be calculated. Further, as can be seen from the above equation (1), the same thickness t can be obtained even when the object 2 moves up and down, so that stable thickness measurement can be performed with respect to the vertical movement of the object 2.

本実施形態に係る厚み計測装置1では、計測光が対象物2の内部を通過する必要がないので、計測光の波長において透明でない対象物2についても厚みを計測することができ、例えば、不純物濃度が高く不透明の半導体ウェハ、表面に金属コーティング膜等が形成されている対象物、表面が粗くて光の散乱が大きい対象物、等についても、厚みを計測することができる。このように、本実施形態に係る厚み計測装置1は、材料や表面状態等に関してより広い範囲の対象物の厚みを計測することができる。また、本実施形態に係る厚み計測装置1では、計測光の波長が任意でよいので、計測光源11の選択の幅が広い。   In the thickness measuring apparatus 1 according to the present embodiment, since the measurement light does not need to pass through the inside of the object 2, the thickness can be measured even for the object 2 that is not transparent at the wavelength of the measurement light. Thickness can also be measured for highly-concentrated and opaque semiconductor wafers, objects having a metal coating film formed on the surface, objects having a rough surface and large light scattering, and the like. Thus, the thickness measuring apparatus 1 according to the present embodiment can measure the thickness of the object in a wider range with respect to the material, the surface state, and the like. Further, in the thickness measuring apparatus 1 according to the present embodiment, the wavelength of the measurement light may be arbitrary, so that the selection range of the measurement light source 11 is wide.

次に、本実施形態に係る厚み計測装置1において温度等の環境の変動に因り参照用光ファイバ14aおよび計測用光ファイバ13aそれぞれの光路長が変動した場合について説明する。   Next, the case where the optical path lengths of the reference optical fiber 14a and the measurement optical fiber 13a are changed in the thickness measurement apparatus 1 according to the present embodiment due to changes in the environment such as temperature will be described.

仮に、参照用光ファイバ14aおよび計測用光ファイバ13aそれぞれの光路長が互いに同じ量だけ変動した場合には、参照光と第1反射光との間の光路長差は変動せず、また、参照光と第2反射光との間の光路長差も変動しないので、上記(1)式による厚みtの算出結果は変動しない。したがって、参照用光ファイバ14aおよび計測用光ファイバ13aは、温度変動があっても互いに同じ量だけ光路長が変動するように、同一種のものが同一長さで用いられるのが好ましい。また、参照用光ファイバ14aおよび計測用光ファイバ13aを一定温度に維持するのも好ましい。   If the optical path lengths of the reference optical fiber 14a and the measurement optical fiber 13a vary by the same amount, the optical path length difference between the reference light and the first reflected light does not vary, and the reference Since the optical path length difference between the light and the second reflected light does not vary, the calculation result of the thickness t according to the above equation (1) does not vary. Therefore, it is preferable that the same type of reference optical fiber 14a and the measurement optical fiber 13a are used with the same length so that the optical path length varies by the same amount even if there is a temperature variation. It is also preferable to maintain the reference optical fiber 14a and the measurement optical fiber 13a at a constant temperature.

しかし、参照用光ファイバ14aおよび計測用光ファイバ13aが異種もしくは異なる長さである場合、または、参照用光ファイバ14aおよび計測用光ファイバ13aが同一種かつ同一長さであっても温度変動が互いに異なる場合には、参照用光ファイバ14aおよび計測用光ファイバ13aそれぞれの光路長の変動量が互いに異なり、参照用光ファイバ14aと計測用光ファイバ13aとの間の光路長差が変動する。それ故、参照光と第1反射光との間の光路長差が変動し、また、参照光と第2反射光との間の光路長差も変動する。このとき、参照光と第1反射光との間の光路長差の変動量と、参照光と第2反射光との間の光路長差の変動量とは、共に、参照用光ファイバ14aと計測用光ファイバ13aとの間の光路長差の変動量ΔLに等しい。   However, when the reference optical fiber 14a and the measurement optical fiber 13a are of different or different lengths, or even if the reference optical fiber 14a and the measurement optical fiber 13a are the same type and the same length, temperature fluctuation occurs. When they are different from each other, the variation amounts of the optical path lengths of the reference optical fiber 14a and the measurement optical fiber 13a are different from each other, and the optical path length difference between the reference optical fiber 14a and the measurement optical fiber 13a varies. Therefore, the optical path length difference between the reference light and the first reflected light varies, and the optical path length difference between the reference light and the second reflected light also varies. At this time, both the fluctuation amount of the optical path length difference between the reference light and the first reflected light and the fluctuation amount of the optical path length difference between the reference light and the second reflected light are both the same as the reference optical fiber 14a. It is equal to the fluctuation amount ΔL of the optical path length difference with the measurement optical fiber 13a.

図6は、本実施形態に係る厚み計測装置1において、参照用光ファイバ14aと計測用光ファイバ13aとの間の光路長差がΔLだけ変動したときに、厚み算出部16で求められる光強度分布の変化を説明する図である。ここでも、図6(a)に示されるように、既知の厚みtを有する基準対象物2cが用いられて、図6(b)に示されるように、その基準対象物2cの場合に厚み算出部16で得られた光強度分布において、参照用光路の光路長変化量ΔP1cの位置に参照光と第1反射光との干渉に因る光強度ピークが得られ、また同時に、参照用光路の光路長変化量ΔP2cの位置に参照光と第2反射光との干渉に因る光強度ピークが得られるとする。 FIG. 6 shows the light intensity obtained by the thickness calculator 16 when the optical path length difference between the reference optical fiber 14a and the measurement optical fiber 13a varies by ΔL in the thickness measurement apparatus 1 according to the present embodiment. It is a figure explaining the change of distribution. Again, as shown in FIG. 6 (a), a reference object 2c having a known thickness t c is used, and as shown in FIG. 6 (b), the thickness of the reference object 2c is as follows. In the light intensity distribution obtained by the calculation unit 16, a light intensity peak due to interference between the reference light and the first reflected light is obtained at the position of the optical path length variation ΔP1c of the reference optical path, and at the same time, for reference It is assumed that a light intensity peak due to interference between the reference light and the second reflected light is obtained at the position of the optical path length variation ΔP2c of the optical path.

このとき、参照用光ファイバ14aと計測用光ファイバ13aとの間の光路長差がΔLだけ変動すると、図6(c)に示されるように、厚み算出部16で得られた光強度分布において、参照用光路の光路長変化量ΔP1(=ΔP1c+ΔL)の位置に参照光と第1反射光との干渉に因る光強度ピークが得られ、また、参照用光路の光路長変化量ΔP2(=ΔP2c+ΔL)の位置に参照光と第2反射光との干渉に因る光強度ピークが得られる。この結果を上記(1)式に当てはめると、下記(2)式のようになり、あたかも基準対象物2cの厚みが2ΔLだけ厚くなったかのような結果となる。 At this time, if the optical path length difference between the reference optical fiber 14a and the measurement optical fiber 13a varies by ΔL, the light intensity distribution obtained by the thickness calculator 16 as shown in FIG. A light intensity peak due to the interference between the reference light and the first reflected light is obtained at the position of the optical path length variation Δ P1 (= Δ P1c + ΔL) of the reference optical path, and the optical path length variation of the reference optical path A light intensity peak due to interference between the reference light and the second reflected light is obtained at a position of Δ P2 (= Δ P2c + ΔL). When this result is applied to the above equation (1), the following equation (2) is obtained, and the result is as if the thickness of the reference object 2c is increased by 2ΔL.

Figure 0005112930
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次に、本実施形態に係る厚み計測装置1において、参照用光ファイバ14aと計測用光ファイバ13aとの間の光路長差が変動する場合であっても、その光路長差変動の影響を補償して対象物2の厚みを精度よく求める方法について説明する。   Next, in the thickness measuring apparatus 1 according to the present embodiment, even when the optical path length difference between the reference optical fiber 14a and the measuring optical fiber 13a varies, the influence of the optical path length difference variation is compensated. A method for accurately obtaining the thickness of the object 2 will be described.

本実施形態に係る厚み計測装置1の厚み算出部16は、参照光と第1反射光との干渉による干渉光が光検出器15により受光されて検出された光強度がピークとなるときの参照用光路の光路長ΔP1と、参照光と第2反射光との干渉による干渉光が光検出器15により受光されて検出された光強度がピークとなるときの参照用光路の光路長ΔP2とに基づいて、前述したようにして対象物2の厚みを仮算出する。そして、厚み算出部16は、参照光と第3反射光との干渉による干渉光が光検出器15により受光されて検出された光強度がピークとなるときの参照用光路の光路長ΔPRに基づいて、上記の仮算出した対象物2の厚みを補正する。より具体的な処理内容について以下に説明する。 The thickness calculation unit 16 of the thickness measurement apparatus 1 according to the present embodiment refers to when interference light caused by interference between the reference light and the first reflected light is received by the photodetector 15 and the detected light intensity reaches a peak. the optical path length delta P1 of use light path, the reference beam and the optical path length of the reference optical path when the light intensity detected is received reaches a peak interference light by the photodetector 15 due to interference between the second reflected light delta P2 Based on the above, the thickness of the object 2 is provisionally calculated as described above. Then, the thickness calculating unit 16, the optical path length delta PR of the reference optical path when the reference light and the light intensity interference light is detected is received by the photodetector 15 due to the interference between the third reflected light has a peak Based on the above, the provisionally calculated thickness of the object 2 is corrected. More specific processing contents will be described below.

位置が固定されたミラーM5での反射により生じた第3反射光と参照光との干渉による光強度ピークが得られる参照用光路の光路長ΔPRは、参照用光ファイバ14aと計測用光ファイバ13aとの間の光路長差ΔLのみに依存する。したがって、この参照用光路の光路長ΔPRを用いることにより、光路長差ΔLの影響を補償して対象物2の厚みを精度よく求めることができる。 The optical path length Δ PR of the reference optical path from which the light intensity peak due to the interference between the third reflected light and the reference light generated by the reflection at the mirror M5 whose position is fixed is obtained by the reference optical fiber 14a and the measurement optical fiber. It depends only on the optical path length difference ΔL from 13a. Accordingly, by using the optical path length delta PR of the reference optical path, the effect thickness of the object 2 by compensating for the optical path length difference ΔL can be accurately obtained.

図7は、本実施形態に係る厚み計測装置1において、参照用光ファイバ14aと計測用光ファイバ13aとの間の光路長差が変動しても、厚み算出部16で光路長差ΔLの影響を補償して対象物2の厚みを算出する方法を説明する図である。図7(a)に示されるように、既知の厚みtを有する基準対象物2cが用いられて、図7(b)に示されるように、その基準対象物2cの場合に厚み算出部16で得られた光強度分布において、参照用光路の光路長変化量ΔP1cの位置に参照光と第1反射光との干渉に因る光強度ピークが得られ、参照用光路の光路長変化量ΔP2cの位置に参照光と第2反射光との干渉に因る光強度ピークが得られ、また、参照用光路の光路長変化量ΔPRcの位置に参照光と第3反射光との干渉に因る光強度ピークが得られるとする。 FIG. 7 shows the influence of the optical path length difference ΔL in the thickness calculator 16 even if the optical path length difference between the reference optical fiber 14a and the measurement optical fiber 13a varies in the thickness measuring apparatus 1 according to the present embodiment. It is a figure explaining the method which compensates for and calculates the thickness of the target object. As shown in FIG. 7 (a), a reference object 2c having a known thickness t c is used, and as shown in FIG. 7 (b), the thickness calculation unit 16 in the case of the reference object 2c. In the light intensity distribution obtained in step 1, a light intensity peak due to the interference between the reference light and the first reflected light is obtained at the position of the optical path length variation ΔP1c of the reference optical path, and the optical path length variation of the reference optical path is obtained. delta position of P2c light intensity peak due to interference between the reference light and the second reflected light is obtained, also the interference of the reference beam at the position of the optical path length change amount delta PRc of the reference optical path and the third reflected light It is assumed that a light intensity peak due to the above is obtained.

また、図7に示されるように、参照用光ファイバ14aと計測用光ファイバ13aとの間の光路長差ΔLが生じた場合に、厚み算出部16で得られた光強度分布において、参照用光路の光路長変化量ΔP1の位置に参照光と第1反射光との干渉に因る光強度ピークが得られ、参照用光路の光路長変化量ΔP2の位置に参照光と第2反射光との干渉に因る光強度ピークが得られ、また、参照用光路の光路長変化量ΔPRの位置に参照光と第3反射光との干渉に因る光強度ピークが得られるとする。 Further, as shown in FIG. 7, when the optical path length difference ΔL between the reference optical fiber 14a and the measurement optical fiber 13a occurs, the light intensity distribution obtained by the thickness calculation unit 16 is used for reference. light intensity peak due to interference between the reference beam and the first reflected light at the position of the optical path length change amount delta P1 of the optical path is obtained, the reference light and the second reflection on the position of the optical path length change amount delta P2 of the reference light path light intensity peak due to interference with the light can be obtained and the light intensity peak due to the interference of the reference beam at the position of the optical path length change amount delta PR and the third reflected light of the reference light path is to be obtained .

ここで、差(ΔPR−ΔPRc)は、参照用光ファイバ14aと計測用光ファイバ13aとの間の光路長差ΔLのみに応じたものである。また、差(ΔP1−ΔP1c)および差(ΔP2−ΔP2c)それぞれは、対象物2の厚み及び光路長差ΔLに応じたものである。このことから、光路長差ΔLの影響を補償して対象物2の厚みtを算出する式は下記(3)式で与えられる。この(3)式を用いることにより、参照用光ファイバ14aと計測用光ファイバ13aとの間の光路長差が変動する場合であっても、その光路長差変動の影響を補償して対象物2の厚みを精度よく求めることができる。 Here, the difference (Δ PR −Δ PRc ) corresponds to only the optical path length difference ΔL between the reference optical fiber 14a and the measurement optical fiber 13a. Further, the difference (Δ P1 −Δ P1c ) and the difference (Δ P2 −Δ P2c ) respectively correspond to the thickness of the object 2 and the optical path length difference ΔL. From this, an equation for calculating the thickness t of the object 2 while compensating for the influence of the optical path length difference ΔL is given by the following equation (3). By using the equation (3), even if the optical path length difference between the reference optical fiber 14a and the measurement optical fiber 13a varies, the influence of the optical path length difference variation is compensated for. The thickness of 2 can be obtained with high accuracy.

Figure 0005112930
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仮に、ミラーM5および上記(3)式を用いないとすると、前述したように、参照用光ファイバ14aおよび計測用光ファイバ13aを高精度に一定温度に管理したり、対象物2について計測する度に基準サンプルについても毎回計測したり、基準サンプル計測と対象物2の計測との間の時間を極力短くしたりする等の必要性がある。しかし、ミラーM5および上記(3)式を用いることにより、参照用光ファイバ14aと計測用光ファイバ13aとの間の光路長差の変動があっても、その光路長差変動の影響を補償して対象物2の厚みを精度よく求めることができる。   If the mirror M5 and the above expression (3) are not used, as described above, the reference optical fiber 14a and the measurement optical fiber 13a are managed at a constant temperature with high accuracy, or the object 2 is measured. In addition, there is a need to measure the reference sample every time or to shorten the time between the reference sample measurement and the measurement of the object 2 as much as possible. However, by using the mirror M5 and the above equation (3), even if there is a variation in the optical path length difference between the reference optical fiber 14a and the measurement optical fiber 13a, the influence of the optical path length difference variation is compensated. Thus, the thickness of the object 2 can be obtained with high accuracy.

次に、対象物2の一方の面に透明膜が存在する場合に、その透明膜を除いた対象物2の厚みを計測する方法について説明する。例えば、研削中の半導体ウェハにおいてデバイス形成面に保護テープが貼られる。このようなウェハを対象物2として厚みを計測する場合には、保護テープの厚みを含まないウェハの厚みを計測する必要がある。このように対象物2の一方の面に透明膜が存在する場合には、以下のようにして対象物2の厚みを計測する。   Next, a method for measuring the thickness of the object 2 excluding the transparent film when the transparent film exists on one surface of the object 2 will be described. For example, a protective tape is affixed to the device forming surface of a semiconductor wafer being ground. When measuring the thickness of such a wafer as the object 2, it is necessary to measure the thickness of the wafer not including the thickness of the protective tape. Thus, when a transparent film exists on one surface of the object 2, the thickness of the object 2 is measured as follows.

図8は、本実施形態に係る厚み計測装置1において、対象物2の一方の面に透明膜3が存在する場合に対象物2の厚みを算出する方法を説明する図である。図8(a)に示されるように、既知の厚みtを有する基準対象物2cが用いられるとする。ここでは基準対象物2cの面に透明膜3は存在しないとする。このとき、図8(b)に示されるように、その基準対象物2cの場合に厚み算出部16で得られた光強度分布において、参照用光路の光路長変化量ΔP1cの位置に参照光と第1反射光との干渉に因る光強度ピークが得られ、参照用光路の光路長変化量ΔP2cの位置に参照光と第2反射光との干渉に因る光強度ピークが得られ、また、参照用光路の光路長変化量ΔPRcの位置に参照光と第3反射光との干渉に因る光強度ピークが得られるとする。 FIG. 8 is a diagram illustrating a method for calculating the thickness of the target object 2 when the transparent film 3 is present on one surface of the target object 2 in the thickness measuring apparatus 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 8A, it is assumed that a reference object 2c having a known thickness t c is used. Here, it is assumed that the transparent film 3 does not exist on the surface of the reference object 2c. At this time, as shown in FIG. 8B, in the light intensity distribution obtained by the thickness calculator 16 in the case of the reference object 2c, the reference light is positioned at the position of the optical path length variation ΔP1c of the reference optical path. A light intensity peak due to the interference between the reference light and the first reflected light is obtained, and a light intensity peak due to the interference between the reference light and the second reflected light is obtained at the position of the optical path length variation ΔP2c of the reference light path. In addition, it is assumed that a light intensity peak due to interference between the reference light and the third reflected light is obtained at the position of the optical path length variation ΔPRc of the reference optical path.

図8(c)に示されるように、対象物2の第2面に透明膜3が貼られているとする。このとき、図8(d)に示されるように、厚み算出部16で得られた光強度分布において、参照用光路の光路長変化量ΔP1の位置に参照光と第1反射光との干渉に因る光強度ピークが得られ、参照用光路の光路長変化量ΔP2の位置に参照光と第2反射光(透明膜3の表面で生じる反射光)との干渉に因る光強度ピークが得られ、また、参照用光路の光路長変化量ΔPRの位置に参照光と第3反射光との干渉に因る光強度ピークが得られるとする。また、参照用光路の光路長変化量ΔPTの位置に、対象物2の第2面(対象物2と透明膜3との界面)で生じる第4反射光と参照光との干渉に因る光強度ピークが得られるとする。 As shown in FIG. 8C, it is assumed that the transparent film 3 is pasted on the second surface of the object 2. At this time, as shown in FIG. 8 (d), interference between the light intensity distribution obtained by the thickness calculating section 16, the reference beam and the first reflected light at the position of the optical path length change amount delta P1 of the reference light path obtained light intensity peak due to the light intensity peak due to the interference between the reference light and the second reflected light at the position of the optical path length change amount delta P2 of the reference light path (reflected light generated at the surface of the transparent film 3) is obtained, the light intensity peak due to the interference of the reference beam and the position of the optical path length change amount delta PR and the third reflected light of the reference light path is to be obtained. Also, the position of the optical path length change amount delta PT of the reference optical path, due to interference with the fourth reflected light and the reference light generated at the second surface of the object 2 (the interface between the object 2 and the transparent layer 3) Assume that a light intensity peak is obtained.

これらから、上記(3)式に従って、対象物2の厚みtと透明膜3の厚みtとの和tall(=t+t)が算出される。また、透明膜3の両面それぞれで生じる反射光と参照光との干渉に因る光強度ピークが得られる参照用光路の光路長変化量ΔPT,ΔP2および透明膜3の屈折率n が用いられ、下記(4)式に従って、透明膜3の厚みtが算出される。そして、下記(5)式に従って、対象物2の厚みtが算出される。 From these, the sum t all (= t + t T ) of the thickness t of the object 2 and the thickness t T of the transparent film 3 is calculated according to the above equation (3). Further, the optical path length variations Δ PT and Δ P2 of the reference optical path from which the light intensity peak due to the interference between the reflected light and the reference light generated on both surfaces of the transparent film 3 are obtained, and the refractive index n T of the transparent film 3 are The thickness t T of the transparent film 3 is calculated according to the following equation (4). Then, the thickness t of the object 2 is calculated according to the following equation (5).

Figure 0005112930
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Figure 0005112930
Figure 0005112930

なお、上記(4)式に従って透明膜3の厚みtを算出する方法は、特許文献1に開示されている。また、透明膜3の厚みtを計測する際には、第2反射光および第4反射光は必要であるものの、第1反射光および第3反射光は不要であるので、第1分岐経路の途中にシャッタを設けて、このシャッタを閉じることとしてもよい。 A method for calculating the thickness t T of the transparent film 3 in accordance with the above equation (4) is disclosed in Patent Document 1. Further, when the thickness t T of the transparent film 3 is measured, the second reflected light and the fourth reflected light are necessary, but the first reflected light and the third reflected light are unnecessary. It is good also as providing a shutter in the middle and closing this shutter.

本実施形態に係る厚み計測装置1の構成図である。It is a lineblock diagram of thickness measuring device 1 concerning this embodiment. 本実施形態に係る厚み計測装置1において対象物2での光反射の様子を示すとともに、厚み算出部16で求められる光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution calculated | required in the thickness calculation part 16, while showing the mode of the light reflection in the target object 2 in the thickness measuring apparatus 1 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る厚み計測装置1において対象物2での光反射の様子を示すとともに、厚み算出部16で求められる光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution calculated | required in the thickness calculation part 16, while showing the mode of the light reflection in the target object 2 in the thickness measuring apparatus 1 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る厚み計測装置1の厚み算出部16で求められる光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution calculated | required by the thickness calculation part 16 of the thickness measuring apparatus 1 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る厚み計測装置1の厚み算出部16において対象物2の厚みを算出する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method to calculate the thickness of the target object 2 in the thickness calculation part 16 of the thickness measuring apparatus 1 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る厚み計測装置1において、参照用光ファイバ14aと計測用光ファイバ13aとの間の光路長差がΔLだけ変動したときに、厚み算出部16で求められる光強度分布の変化を説明する図である。In the thickness measurement apparatus 1 according to the present embodiment, when the optical path length difference between the reference optical fiber 14a and the measurement optical fiber 13a varies by ΔL, the change in the light intensity distribution obtained by the thickness calculation unit 16 is changed. It is a figure explaining. 本実施形態に係る厚み計測装置1において、参照用光ファイバ14aと計測用光ファイバ13aとの間の光路長差が変動しても、厚み算出部16で光路長差ΔLの影響を補償して対象物2の厚みを算出する方法を説明する図である。In the thickness measuring apparatus 1 according to the present embodiment, even if the optical path length difference between the reference optical fiber 14a and the measuring optical fiber 13a varies, the thickness calculator 16 compensates for the influence of the optical path length difference ΔL. It is a figure explaining the method to calculate the thickness of the target object. 本実施形態に係る厚み計測装置1において、対象物2の一方の面に透明膜3が存在する場合に対象物2の厚みを算出する方法を説明する図である。In the thickness measurement apparatus 1 which concerns on this embodiment, it is a figure explaining the method of calculating the thickness of the target object 2 when the transparent film 3 exists in the one surface of the target object 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…厚み計測装置、2…対象物、11…計測光源、11a…入力用光ファイバ、12…光カプラ、13…プローブヘッド、13a…計測用光ファイバ、14…参照光生成部、14a…参照用光ファイバ、14b…参照用光路、14c…反射ミラー、14d…ガラス基板、14e…ガルバノメータ、15…光検出器、15a…出力用光ファイバ、16…厚み算出部、16a…信号処理回路、16b…生厚み値算出部、16c…統計厚み値算出部、17…参照光路長制御部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thickness measuring apparatus, 2 ... Object, 11 ... Measurement light source, 11a ... Optical fiber for input, 12 ... Optical coupler, 13 ... Probe head, 13a ... Optical fiber for measurement, 14 ... Reference light production | generation part, 14a ... reference Optical fiber, 14b ... Optical path for reference, 14c ... Reflection mirror, 14d ... Glass substrate, 14e ... Galvanometer, 15 ... Photo detector, 15a ... Optical fiber for output, 16 ... Thickness calculating section, 16a ... Signal processing circuit, 16b ... Raw thickness value calculation unit, 16c ... Statistical thickness value calculation unit, 17 ... Reference optical path length control unit.

Claims (2)

互いに平行な第1面および第2面を有する対象物の厚みを計測する装置であって、
計測光を出力する計測光源と、
第1端,第2端,第3端および第4端を有し、前記計測光源から出力される計測光を前記第1端に入力し、前記第1端に入力する計測光を2分岐して、一方の分岐光を前記第2端から参照用光路へ出力するとともに、他方の分岐光を前記第3端から計測用光路へ出力し、前記参照用光路を経て前記第2端に入力する光および前記計測用光路を経て前記第3端に入力する光を前記第4端から出力する光カプラと、
前記光カプラの第2端から前記参照用光路へ出力されて到達する光を反射させて、その反射した光を参照光として前記参照用光路を経て前記光カプラの第2端に入力させるとともに、前記光カプラの第2端から出力された光が反射されて前記光カプラの第2端に入力されるまでの前記参照用光路の光路長を可変とすることができる参照光生成部と、
前記光カプラの第3端から前記計測用光路へ出力されて到達する光を入力し、この入力光を2分岐して第1分岐光および第2分岐光として出力する第1ビームスプリッタと、
前記第1ビームスプリッタから出力された第1分岐光を前記対象物の第1面に入射させて反射させるとともに、その反射により生じる第1反射光を前記第1ビームスプリッタへ入力させる第1分岐光路と、
前記第1ビームスプリッタから出力された第2分岐光を前記対象物の第2面に入射させて反射させるとともに、その反射により生じる第2反射光を前記第1ビームスプリッタへ入力させる第2分岐光路と、
前記第1分岐光路の途中に設けられ、前記第1ビームスプリッタから前記対象物の第1面へ向う光の一部を分岐して第3分岐光路へ出力し、前記第3分岐光路を経て到達した光を前記第1分岐光路へ出力する第2ビームスプリッタと、
前記第2ビームスプリッタから前記第3分岐光路へ出力された光を反射させて、その反射により生じる第3反射光を前記第2ビームスプリッタへ入力させる反射部と、
前記光カプラの第4端から出力される前記参照光、前記第1反射光前記第2反射光および前記第3反射光それぞれを受光して、その受光した光の強度を検出する光検出器と、
前記光検出器により検出される光強度と前記参照用光路の光路長との間の関係に基づいて前記対象物の厚みを算出する厚み算出部と、
を備え、
前記厚み算出部が、
前記参照光と前記第1反射光との干渉による干渉光が前記光検出器により受光されて検出された光強度がピークとなるときの前記参照用光路の光路長と、前記参照光と前記第2反射光との干渉による干渉光が前記光検出器により受光されて検出された光強度がピークとなるときの前記参照用光路の光路長とに基づいて、前記対象物の厚みを仮算出し、
前記参照光と前記第3反射光との干渉による干渉光が前記光検出器により受光されて検出された光強度がピークとなるときの前記参照用光路の光路長に基づいて、仮算出した前記対象物の厚みを補正する、
ことを特徴とする厚み計測装置。
An apparatus for measuring the thickness of an object having a first surface and a second surface parallel to each other,
A measurement light source that outputs measurement light;
It has a first end, a second end, a third end, and a fourth end. The measurement light output from the measurement light source is input to the first end, and the measurement light input to the first end is branched into two. Then, one branched light is output from the second end to the reference optical path, and the other branched light is output from the third end to the measuring optical path, and is input to the second end via the reference optical path. An optical coupler that outputs light and light input to the third end via the measurement optical path from the fourth end;
Reflecting the light that is output from the second end of the optical coupler and reaching the reference optical path, and inputting the reflected light as reference light to the second end of the optical coupler via the reference optical path; A reference light generation unit capable of changing the optical path length of the reference optical path from the time when the light output from the second end of the optical coupler is reflected and input to the second end of the optical coupler;
A first beam splitter that inputs light that reaches the measurement optical path from the third end of the optical coupler and that divides the input light into two to output the first branched light and the second branched light;
A first branched light path for causing the first branched light output from the first beam splitter to be incident on the first surface of the object and reflected, and to input the first reflected light generated by the reflection to the first beam splitter. When,
A second branch optical path for causing the second branched light output from the first beam splitter to be incident on the second surface of the object and reflected, and to input the second reflected light generated by the reflection to the first beam splitter. When,
Provided in the middle of the first branch optical path, part of the light traveling from the first beam splitter toward the first surface of the object is branched and output to the third branch optical path, and arrives via the third branch optical path A second beam splitter for outputting the processed light to the first branch optical path;
A reflection unit configured to reflect light output from the second beam splitter to the third branch optical path and input third reflected light generated by the reflection to the second beam splitter;
A photodetector that receives each of the reference light, the first reflected light , the second reflected light, and the third reflected light output from the fourth end of the optical coupler and detects the intensity of the received light. When,
A thickness calculator that calculates the thickness of the object based on the relationship between the light intensity detected by the photodetector and the optical path length of the reference optical path;
With
The thickness calculator is
The optical path length of the reference optical path when the light intensity detected when the interference light due to the interference between the reference light and the first reflected light is received by the photodetector reaches a peak, the reference light, and the first light The thickness of the object is provisionally calculated based on the optical path length of the reference optical path when the light intensity detected when the interference light due to the interference with the two reflected light is received by the photodetector reaches a peak. ,
The provisional calculation based on the optical path length of the reference optical path when the light intensity detected when the interference light due to the interference between the reference light and the third reflected light is received by the photodetector reaches a peak Correct the thickness of the object,
Thickness measuring device characterized by the above.
前記参照用光路および前記計測用光路それぞれが光ファイバを含むことを特徴とする請求項1に記載の厚み計測装置。   The thickness measuring apparatus according to claim 1, wherein each of the reference optical path and the measurement optical path includes an optical fiber.
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