JPS598762B2 - カンシヨウケイオシヨウシタソクテイホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光学的に透明又は半透明な被測定物の厚さ、
屈折率のような物理量を非破壊、非接触測定可能にする
測定方法に関する。

例えば、フィルム、フィルム上に塗布された乳剤層、Ｉ
Ｃ基板又はガラス等の土に蒸着された膜状体の厚さを測
定する方法として、被測定物に何らかの方法で段差をつ
けて触針にて膜厚を測定する方法、又やはり段差をつけ
て干渉顕微鏡により膜厚を測定する方法、被測定物から
の分光反射率Ｉ を測定し、反射光量の極大、極小とな
る波長より計算して膜厚を検出する方法等が知られてい
るが前二者についてみると、被測定物に段差をつけるこ
と、すなわち破壊する必要があること、また触針の時は
被測定物に傷をつけやすいこと等があり門 また後者に
ついてみると非破壊であるが測定に時間を要すること、
極大、極小となる波長を検出して膜厚を測定することか
ら、あまり精度が良くない等のそれぞれ欠点を有してい
た。

非破壊かつ非接触で、前記物理量の測定を高速に行なう
方法が、昭和４１年特許出願公告第１２１９２号明細書
に示されている。

この方法は波長幅を有する光源によつて照明された被測
定物の第１の面と第２の面からの反射光をマイケルソン
干渉計等の干渉計に導き、干渉計の分割された光路の一
方の光路長を他の光路のそれに対して変化させるように
２つの反射鏡の一方を他に対してあるスパンに渡つて振
動させ、この振動によつて生じる両サイド干渉ピーク（
信号ピーク）及び中央干渉ピークの現われる時点間の経
過時間を測定し、その経過時間を関数として前記物理量
を測定する方法である。しかしながら、経過時間を測定
する際中央干渉ピークが不都合になる場合が有る。例え
ば薄い被測定物を測定する場合に於いては、干渉ピーク
が有限の幅を有し、しかも中央の干渉ピークに、両側に
生じる被測定物の物理量に対応した信号ピークが近接し
、しかもこれら干渉ピークは重畳するため、信号ピーク
を判別することは困難となる。この様な欠点を除去した
測定法がＪＯｕｒｎａｌＯｆｐｈｙｓｉｃｓＥ；１Ｓｃ
ｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ誌第６巻４８
〜５０ページ（１９７３年）に示されている。これは、
いつたん被測定物層を有しない試料基板からの信号を記
憶装置に記憶し、しかる後に、被測定物からの信号との
減算を行ない中央の干渉ピークを消去する方法である。
しかしながら、この方法も複雑で高価な記憶装置を必要
とすること、記憶装置からの中央ピークと被測定物の中
央ピークを合致させることが必要なこと、消去に手順が
かかり一回の測定に時間を要すること、等の欠点を有し
ている。本発明の目的は、この様な欠点を除去した中央
の干渉ピークの現われない厚み、屈折率等の物理量を測
定する方法を提供することである。

この目的を達成するために、干渉計に被測定物からの光
束と共に参照用の光束を入射させ、被測定物からの光束
によつて形成される中央ピークと時間的に一致した参照
用光束によつて形成される中央ピークを得、この２つの
中央ピークを演算処理することによつて被測定物からの
光束によつて形成させる中央ピークを消去している。第
１図に薄い被測定物の厚みを、白色干渉縞を利用して測
定する従来法を示す。

白色光源１からの光束２は被測定物３を照射する。ここ
で光束は被測定物３の第１の反射面で反射した光束５及
び被測定物の中に屈折して入射し、第２の反射面で反射
した光束４となり、反射光束４は被測定物３から出射し
て反射光束５と平行な光束６となる。今、被測定物の厚
さをｄ、屈折率をｎ、第２の反射面への光束の入射角を
φとすると、光束５と光束６の間に２ｎｄｃ０ｓφの位
相差が生じていることになる。これらの両光束はビーム
スプリツター７、ミラー１０，１１、レンズ１２より構
成された、いわゆるマイケルソン型干渉計に入り、そこ
でビームスプリツター７によりそれぞれ振幅分割されて
、光束８及び光束９となり、光束８はミラー１１で反射
しさらにビームスプリツター７で反射しレンズ１２を介
して光検知器１３に入射する。もう一方の光束９はミラ
ー１０により反射され、ビーム・スプリッター７、エン
ズ１２を介して光検知器１３に入射する。今、片方のミ
ラー１１を固定し、もう一方のミラー１０を光軸に対し
て平行に動かしたときの両者の間に生ずる相対的な光路
差を△とすると光検知器において検知される光量はＩ（
△）二Ｆｉ（ｋ）・ＣＯｓ２（ＫｎｄｃＯｓφ）・ＣＯ
ｓ２（ｋΔ々）Ｄｋなる式によつて記述される。但しｉ
（ｋ）は光源１のスペクトル分布および光検知器１３の
スペクトル感度および光学系の分光透過率の積を表わし
ている。この（ホ）は△を横軸にとつて描くと第２図に
示す様に一般的に現わされる。従つて、片方のミラーを
動かしてやり、光検知器で受ける信号のピークの位置、
つまり△−０および△＝±２ｎｄｃ０ｓφを検出するこ
とにより被測定物の光学的な厚さＮｄを得ることができ
る。このＮｄをあらかじめ知られている測定物の屈折率
で割ることにより厚さｄを知ることができるわけである
。また、被測定物への照射角を変えてやり上記と同様な
操作をすることにより、被測定物の屈折率および厚さを
同時に測定することも可能である。またこの測定は、単
なる物質の厚み測定に限られるものではない。例えばガ
ラス板間の空気間隔や、液体厚も全く同様に測定可能で
あり一般に、互いに位相遅れを有する光波面を生じるす
べての試料に関して適用可能である。しかしながら、被
測定物の厚みの薄い場合たとえばシリコン基板土に厚さ
０．４ミクロンの二酸化シリコン層を有する被測定物の
場合には、干渉縞は第３ａ図に示す様な形状となり、左
右のピークの位置を見きわめることは困難である。

この従来法においてはこの困難を解決するため、以下に
示す手法を使用している。

まず、第一段階として光源１からの光束２は、被測定物
層を有しない再板１４によつて反射され、光束１５とな
る。この光束１５は前記マイケルソン干渉計を介して光
検知器１３に到達する。いま、片方のミラー１１を固定
し、他方のミラー１０を適当な手段１６によつて移動す
るとともに、その位置を電気マイクロ等の検出器１７に
よつて電気信号１８とし、記憶装置１９に入力する。記
憶装置１９には、同時に光検知器１３からの出力２０も
入力され、前記信号１８と対応して記憶される。第二段
階として基板１４は、被測定物３を有する試料と置き換
えられ、ミラー１０は再度同一のスパンに渡つて送られ
る。

ミラー１０の位置の信号２１はＸ−Ｙプロツタ一２５の
Ｘ軸方向の入力となると同時に、記憶装置１９の入力と
なる。記憶装置１９からは信号２１と同一の値の信号１
８に対応した信号２０の値が呼み出され信号２２となる
。光検知器１３の出力信号２３と信号２２とは、減算器
２４によつて減算を行なわれ信号２６となり、これはＸ
−Ｙプロツタ一２５のＹ方向の入力となる。第一段階に
おける光検知器１３上での光強度５（△）を△を横軸に
とつて描くと第３ｂ図に示す様になり、第ヱ段階におけ
る光検知器１３上での光強度１′（△）は同様に第３ａ
図の様に示される。

手段１６を用いてミラー１０を移動すると△は変化し、
それぞれの△に対応するＩ′（△）の値は記憶装置１９
から呼み出され、減算器２４によりＩ（△）−『（△）
が計算される。信号２６はＩ（△）−１５ム）に対応し
、信号２１は△に対応しているため、Ｘ−Ｙプロツタ一
２５上には、第３ｃ図に示す様な図形が描かれる。以上
の力法によつて第３ａ図では観察困難であつた左右のピ
ーク位置は明らかとなる。しかしながら、本従来法はい
くつかの欠点を有している。

第１の欠点は、高価で複雑な記憶装置を必要とすること
である。本従来法を効果的に実行するには、少なくとも
数百の△の値に対する１′（△）の値を記憶する必要が
あり、この様な装置は安価には入手できない。第２の欠
点は、中央ピークを完全に消去するには、第１段階の測
定結果と第２段階の測定結果から減算を行なうにあたつ
て、両方の場合における中央ピークの位置を完全に一致
させる必要のあることである。

このためには、高精度で高い再現姓を有するミラー位置
検出器が必要であり、また：回の測定の間における熱変
形や環境の変化により、両方の信号の位置はずれてしま
い、完全な中央ピークの消去のためには両信号の位置の
調節が必要となる。第３の欠点は、１回の測定に、時間
と、手順を要することである。

測定にあたつては、第一段階として基板からの信号を記
憶する必要があり、また、位置の相互ずらしの外に、二
回の測定における信号強度も一致している必要があるこ
とから、一但Ｘ−Ｙプロツタ一に結果を表示し、その結
果を見た後での相互の位置および強度の調節を何度か繰
り返すこととなる。本発明は単純な機構で容易に、中央
のピークを消去し、迅速に被測定物の厚み、屈折率等の
測定を行なう方法を与えるものである。

その原理は被測定物からの光束を干渉計に導くと同時に
基準体からの参照光束も同時に上記干渉計に導き．これ
ら二光束が作る干渉縞をそれぞれ異なる検知器で分離し
て検知し、それら電気信号の差から中央ピークが消去さ
れた二つの信号ピークだけを得るものである。本発明の
力法では被測定物からの光束と、基準体からの参照光束
を同一干渉計で受け、その干渉計の片腕に設けられた同
一の振動鏡により走査されるため、これら二光束の干渉
縞を分離して検知される電気信号の時間軸は両者におい
て完全に一致したものとなり、従来技術のように第１段
階の走査と第２段階の走査における走査系の再現性、時
間座標の位置合せ等が問題とならない。

また、本発明の方法では電気的記憶素子が不要であるこ
とも明らかである。なおこ＼で云う基準体とは、これか
ら射出される光束を干渉計に導いたときに、被測定物か
らの光束と同一の中央ピークだけが形成されるような物
体か、または、被検体が作る信号ピークに重畳しないよ
うな基準ピークを作るような物体及び仮想物体を意味す
る。

次に本発明の第１の実施例を、第４図により説明する。

第４図において、白色光源３１からの光束３２はビーム
スプリツタ一３３によつて振幅分割されて光束３４，３
ＩＩとなる。

光束３４は基板３５土の被測定物３６を照射する。ここ
で光束は被測定物３６の第１の反射面で反射した光束３
８及び被測定物の中に屈折して入射し、第２の反射面で
反射した光束３７となり、反射光束３７は被測定物３６
から出射して反射光束３８と平行な光束３９となる。今
、被測定物の厚さをｄ、屈折率をｎ、第２の反射面への
光束の入射角をφとすると、光束３８と光束３９との間
には２ｎｄ僚４の位相差が生じていることになる。一方
、光束３４′は基準体３５′によつて反射され、光束３
８′となる。

尚、図に於いては通常の反射鏡が基準体３５′として示
されている。この基準体は光源３１からの光を直接干渉
計に入射させる場合は必要が無い。又、反射鏡３５′に
被検体３６に比べて十分厚い透明板を配した基準体でも
良い。光束３８，３９と光束３８′は互いに直交する方
向の偏光を透過する様に置かれた偏光板４０，４０′を
通り、ビームスプリツタ一４１に゛より重ね合わされ、
光束４２となる。光束４２はビームスプリツタ一４３、
ミラー４６，４７、レンズ５０，５０′により構成され
た、いわゆるマイケルソン型干渉計に入り、そこでビー
ムスプリツタ一４３によりそれぞれ振幅分割されて、光
束４４及び光束４５となり、光束４４はミラー４６で光
束４５はミラー４７でそれぞれ反射されてビームスプリ
ツタ一４３によつて重ね合わされる。この光束はビーム
スプリツタ一４８で振幅分割されて、互いに直交した方
向の偏光を透過する様置かれた偏光板４９，４９′を通
る。いま、偏光板４０と偏光板４９、偏光板４σと偏光
板４９′がそれぞれ同一方向の偏光を透過する様置かれ
ているとすると、偏光板４９、レンズ５０を通過した光
束５１には被測定物からの光だけが含まれ、一力偏光板
４５、レンズ５０′を通過した光束２Ｖには基準体３５
′からの光だけを含むこととなる。夫々の光束はレンズ
５０、レンズ５σの焦点面に置かれた光検知器５２，５
２′によつて検出されて電気信号に変換され、増幅率可
変な増幅器５３，５３′によつて増幅されて電気信号５
４，５４′となる。電気信号５４，５４′は減算器５５
に入り、差をとられて電気信号５６となる。今、片方の
ミラー４７を固定し、もう一方のミラー４０を光軸に対
して平行に動かしたときの両者の間に生じる相対的な光
路差を△とすると光検知器５２上に生じる光量１（△）
は、光検知器５２′上に生じる光量『（△）はν
乙 なる式によつて記述される。

但しｉ（ｋ）は光源１のスペクトル分布および光検知器
５２のスペクトル感度および光束３８，３９に関する光
路全体の透過率の積をあられし、ｉ′（ｋ）は光源１の
スペクトル分布および光検知器５２′および光束３８′
に関する光路全体の透過率の積をあられす。（１）式を
展開して整理すると以下の様になる。

８″ ゜゛−゛−″−ー一゛一 −ーーーーー一”″（
３）式の最終式において第一項は、光の強度の△によら
ないバイアス成分を、第２項は△＝０に生じる中央のピ
ークを第３、第４項はそれぞれ△−２ｎｄｃ０Ｓφ，△
＝２ｎｄｃ０ｓφに生じる左右のピークをあられす。

いま、ｉ′（ｋ）＝ｌ（ｋ）としたときに（２）式はと
なる。

（３）式より（４）式を減じて・・−ｊｌ−・ １Ｐ−
１−ｔｌ ｌ−一 ． Ｊ＼ ．．５″となり、中央
のピーク成分は消去される。

光検知器５２，５７によつて各々の検知器上での光の強
度を電気信号に変換して、増幅率可変の増幅器５３，５
３′によつてこの電気信号を増幅し、等価的にｉ（ｋ）
＝ｉ′（ｋ）となる様にしたときの電気信号５４，５４
′は減算機５５に入り、電気信号５６となる。

△の変化に対する電気信号５４，５４′，５６の変化す
る様子は、前記第３ａ図、第３ｂ図、３ｃ図と全く同一
である。

すなわち△を変化させると、信号５４は第３ａ図、信号
５４′は第３ｂ図、信号５６は第３ｃ図の様に変化する
。これを、直接観察するには適当な駆動装置５７を使用
してミラー４５を光軸と平行方向に周期的に振動させ、
位置検知器５８によつて検出されたミラー位置信号５９
をシンクロスコープの水平方向の入力とし、信号５６を
シンクロスコープの垂直力向の入力とすると管面には第
３ｃ図の形状の信号が観察される。もしも増幅器５３，
５３′の増幅率が不適当であると、信号には第３ｂ図に
示す中央のピークも同時に生じるがこの場合にはシンク
ロスコープの管面を観察しながら、ちようど中央のピー
クが最小となる様増幅器５３，５ごの増幅率を調節すれ
ば良い。またこの調節は、光束５１，５１′の光路中に
光学的くさびを置き、適当な調節手段を用いて夫々のく
さびを出し入れすることによつても可能である。参照波
面を与える光学系は前記実施例以外にも、種々の方式で
実現可能である。それらのいくつかの例を次に示す。第
１の例は第５図に示す光学系である。

白色光源６１からの光束６２はグラントムソンプリズム
、ロツシヨンプリズム、ウオラストンプリズム等の偏光
光学素子６３によつて互いに直交する成分を有する直線
偏光６４，６４′に分割される。光束６４は基板６５上
の被測定物６６を照射する。ここで光束は被測定物６６
の第一の反射面で反射した光束６８及び被測定物の中に
屈折して入射し、第２の反射面で反射した光束６７とな
り、反射光束６７は被測定物６６から出射して反射光束
６８と平行な光束６９となる。一方、光束６４′は基準
体６５′によつて反射され、光束６５となる。光束６８
，６９と光束６９′は前述の偏光光学素子６３と同一の
偏光光学素子７１によつて、全く光量損失無く重ね合わ
され、光束７２となつて干渉計に導かれる。参照波面を
与える第２の光学配置例を第６図に示す。

この配置は照明光を試料に垂直に入射させる場合に有利
である。第６図において、白色光源７５から射出する光
束７６は、ビームスプリツターJモVにより振幅分ノ割さ
れて、光束７８，７８′となる。

光束７８は偏光板７９を通り、直線偏光となつて被測定
物８１に入射し、その一部は被測定物の第一の面で反射
され、他の一部分は被測定物の第二の面で反射されて被
測定物の第一の面から射出し、両者は重なつて光束８０
となる。一方光束７ざは偏光板７ｑを通り、直線偏光と
なつて基準体８２″に入射し、反射されて光束８０′と
なる。光束８０，８０′はそれぞれ偏光板７９，７９′
を通り、ビームスプリツターJモVにより重ね合わされて
光束８３となり、干渉計に導かれる。さらに図７に示す
光源配置によつても参照波面を得ることができる。

白色光源８５から射出する光束８６はビームスプリツタ
一８７を通つた後、グラムトムソンプリズム、ロツシヨ
ンプリズム、ウオラストンプリズム、セナルモンプリズ
ム等の偏光光学素子により、互いに直交する成分を有す
る二つの直線偏光８９，８９′に分割される。光束８９
は被測定物９０に入射し、被測定物９０の第一の面から
反射された光束と、被測定物に入射し、被測定物９０の
第二の面から反射された光束は光束８９と同一の経路を
逆力向に進行し、ビームスプリツタ一８７によつて反射
される。−方、光束８９′は基準体９Ｖにより反射され
て元の光路を戻リビームスプリツタ一８７により反射さ
れ、被測定物からの光束と重なつて光束９２となり、干
渉計に入射する。第１実施例の干渉計から射出される二
つの互いに直交する偏光成分の光を検出する力法として
は、他にもいくつかの実施例が考えられる。

その例を第８図に示す。

千渉計より射出された光束９５は、グラントムソンプリ
ズム等の偏光光学素子により、被測定物からの光束９７
と基準体からの光束９７″に分割される。光束９７はレ
ンズ９８を介して光検知器９９に入射し、光束９７′は
レンズ９８′を介して光検知器９９′に入射する。さら
に他の光学配置例を第９図に示す。干渉計から射出した
光束１００はウオラストンプリズム、ロツシヨンプリズ
ム等の角度分離の小さな偏光光学素子１０１に入射し、
被測定物からの光束１０２と基準体からの光束１０２′
に分割される。光束１０２はレンズ１０３により光検知
器１０４上に集光され、光束１０７はレンズ１０３によ
り光検知器１０１上に集光される。以上の例において被
測定物からの光と参照用の光は、それぞれ直交した力向
の直線偏光として干渉計に導かれ、干渉計から射出した
後分離されている。

しかし、ここで使用可能な偏光は単に直線偏光には限定
されない。たとえば、右回り円偏光と左回り円偏光は従
来から種々の装置で利用されている。その他いかなる偏
光の組合せでも、その姓質を利用して分離可能であれば
使用可能である。以上に示した第一の実施例においては
、被測定物からの光と参照用の光とは、別々の偏光状態
に変換されて同一の光路を通され、この偏光状態の差よ
り分離を行なつたが、本発明は他の分離方法でも実施で
きる。次に本発明の第２の実施例につき、第１０図を使
用して説明する。白色光源１１０からの光束１１１の一
部は被測定物１１２の第１面で反射され、光束１１４と
なる。光束１１１の一部は被測定物中に屈折して入射し
、被測定物１１２の第２面で反射されて被測定物の第１
面より射出し、光束１１５となる。一力白色光源１１０
′からの光束１１Ｖは基準体１１３′により反射されて
光束１１ｉ１となる。被測定物からの光束１１４，１１
５と参照用の光束１１４′は、互いに平行で、かつ空間
的に分離されて、ビームスプリツタ一１１６、ミラー１
１７，１１８、レンズ１２０，１２０′より成るマイケ
ルソン干渉計に入射する。このとき被測定物からの光束
１１４，１１５と参照用の光束１１４′干渉計内の異な
つた場所を通つてそれぞれレンズ１２０，１２０′を介
して夫々のレンズの焦点面に置かれた光検知器１２１上
に集光する。本実施例では、異なる光源１１０，１１０
′を用いたがこれらの光源のスペクトル分布は等しいこ
とが望ましい。勿論、先の実施例と同様に同一光源から
射出される光束を２分しそれらで被測定物１１２、基準
体１１３′のそれぞれを照明しても良い。次に、本発明
の第３の実施例を第１１図に示す。

白色光源１２３から射出された光はレンズ１２４により
平行光束１２５となり、ビームスプリツタ一１２６に入
射し、光束１２７，１２７″に分割される。光束１２７
の一部は被測定物１２９の第１の面で反射され、また一
部は被測定物１２９の第２の面で反射されて射出し、両
者は重なつて光束１２８となる。ここで被測定物１２９
は照明光１２７に光して微少角傾けてあるため、光束１
２８は光束１２７と微小角をなして戻る。一方、光束１
２ｒは基準体１３０′により反射されて参照用の光束１
２８′となる。基準体１３０′も光束１２７′に対して
微小角傾けてあるため、光束１２８′は光束１２７′と
微小角をなして戻る。光束１２８と光束１２８′はビー
ムスプリツタ一１２６を介して光束１３１，１３Ｖとな
り、これらはビームスプリツタ一１３２、ミラー１３３
，１３４、より成るマイケルソン干渉計に互いに微小角
をなして入射する。被測定物からの光束は光束１３５、
参照用の光束は光束１３５１となつて、互いに角度をな
して干渉計より射出する。両光束はレンズ１３６を介し
て、その焦点面付近に並べて置かれた光検知器１３７，
１３７′に集光する。次に本発明の第４の実施例を第１
２図に示す。白色光源１４１からの光はレンズ１４２を
介して光束１４３，１４３′となる。光束１４３は被測
定物１４５を照射し、被測定物の第１の面で反射された
光と、第２の面で反射された光はビームスプリツタ一１
４４を通つて光束１４７となる。一方光束１４３′は、
被測定物１４５と同一面上に隣合つて置かれた基準体１
４６′により反射され、ビームスプリツタ一１４４を通
つて光束１４７′となる。いま、被測定物１４５と、光
検知器１５４の置かれている面は、間にビームスプリツ
タ一１４９、ミラー１５０，１５１により構成されてい
るマイケルソン干渉計をはさんで置かれているレンズ１
４８，１５３により結像の関係に置かれているとする。
この結果、被測定物１４５から反射された光は、全光学
系を通つた後光検知器１５４上に集められ基準体１４６
′により反射された光は、光学系によつて光検知器１５
４′土に集められる。第１３図に第４実施例の変形を示
す。白色光源１６１からの光はレンズ１６２を介して光
束１６３，１６３′となる。

光束１６３はビームスプリツタ一１６４で反射されて、
マスク１６５の開口部から被測定物１６６に入射する。
被測定物の第１の面で反射された光および被測定物中に
入り、その第２の面で反射されて射出した光は、ビーム
スプリツタ一１６４を通つて光束１６８となる。一方、
光束１６３Ｘはビームスプリツタ一１６４を通過し、マ
スク１６５′の開口を通つて基準体１６ｒに入射する。
基準体１６ｒにより反射された光はビームスプリツタ一
１６４により反射されて光束１６８′となる。いま、ビ
ームスプリツタ一１７０およびミラー１７１，１７２に
よつてマイケルソン干渉計が形成されていてレンズ１６
９およびレンズ１７４はこの干渉計を間にして結像系を
形成している。マスク１６５とマスク１７５、マスク１
６５′とマスク１７５′は互いに結像関係に置かれてい
るため、光束１６８は干渉計を通り光束１７３となり、
これはレンズ１７４を介してマスク１７５の開口よりそ
の後力に置かれた光検知器１７６に入射する。また、光
束１６８′は干渉計を通り光束１７３′となり、これは
レンズ１７４を介してマスク１７５′の開口を通り光検
知器１７６′に入射する。第１４図に実際的な装置の一
構成例を示す。

タングステンランプ２０１のフイラメントの像はレンズ
２０２によつてピンホール２０３土に結像される。ピン
ホール２０３を通つた光はレンズ２０４により平行光２
０５となり、ビームスプリツタ一２０６に入射する。ビ
ームスプリツタ一２０６を透過した光２０７は偏光板２
０８を通つて紙面に垂直方向の直線偏光となり被測定物
２０９を照射する。被測定物の第１面で反射された光と
、第２面で反射された光は同一光路上に重なり光束２１
１となる。一方ビームスプリツタ一２０６により反射さ
れた光束２０γは偏光板２０８′を通つて紙面に平行な
力向の直線偏光となり、基準体２１σにより反射されて
光束２１１′となる。光束２１１は偏光板２０８を通り
、光束２１Ｖは偏光板２０５を通り、両者はビームスプ
リツタ一２０６により重ね合わされて光束２１２となる
。この光束２１２はビームスプリツタ一２１３、コーナ
ーキユーブ２１４，２１１より成立つマイケルソン干渉
計を通つて光束２１５となつて干渉計より射出する。干
渉計の直後にはウオラストンプリズムＰが置かれていて
、これは、紙面に垂直力向の偏光と平行方向の偏光を角
度的に分離する。この結果被測定物からの光束は光束２
１９、参照用の光は光束２１ＣＪと分離されてレンズ２
２０を通りその焦点面に並べて置かれた光検知器２２１
，２２１′上に集光される。ここで使用しているウオラ
ストンプリズムＰは水晶、力解石等の複屈折姓物質を、
光学軸を紙面に垂直な方向にしたプリズム２１８および
紙面の水平方向にしたプリズム２１ざを切り出して貼り
合わせたものである。

今、方解石を使用して夫々のプリズムの頂角を２０゜に
作成したウオラストンプリズムは、紙面に垂直方向と水
平方向の偏光を、互いに７．５゜だけ分離する。したが
つて光路の幅を２０顛とすると、厚さ７．３顛のプリズ
ムですみ、レンズの焦点距離を５０７Ｑとすると光検知
器の間隔は６．６７１１１１ｔとなり、これはシリコン
フオトダイオードをプリント基板２２２上に並べて置く
のに適当な寸法である。今、コーナーキユーブ２１４′
を固定し、コーナーキユーブ２１４を手段２１６によつ
て光軸に平行に周期的に振動させる。

この場合、振動波型は特別に正弦波や鋸歯状波である必
要は無い。コーナーキユーブ２１４の変位は検出器２１
７によつて検出され、電気信号２２４となつて二現象オ
シロスコープ２２５の水平入力となる。光検知器２２１
，２２１′の出力２２３，２２３′の出力は二現象オシ
ロスコープ２２５のＡ，Ｂ、両チヤンネルの入力となる
。

オシロスコープの入力の極姓を、一方の信号は正、一方
の信号は負として、両信号の和を表示することにより、
差がとられる。両信号に対する増幅率の調節は、オシロ
スコープの増幅率調節ツマミを調節するてとにより行な
える。したがつて、管面の信号を観察して増幅率を調整
して最も中央のピークが良く消去される様にし、管面上
での信号ピークの間隔を測定することにより、光路長Ｎ
ｄが測定される。本実施例では、コーナーキユーブ２１
４の位置を検知器２１７により検出してオシロスコープ
の水平入力とし、オシロスコープの管面上の信号ピーク
の間隔を読取る方法を示したがピークの間隔を検出する
方法は、種々の変形が考えられる。その１つは、ＪＯｕ
ｒｎａｌＯｆＰｈｙｓｉｃｓＥｉＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ誌第６巻４８〜５０ページ（１
９７３年）に示されている力法で、一方のミラーをゆつ
くりと動かし、その位置を検出してＸ−Ｙプロツタ一の
Ｘ軸の入力とする方法である。第２の方法は、昭和４１
年特許出願公告第１２１９２号明細書に示されている方
法で、一方のミラーを時間軸に対して線型に動かし、干
渉ピークの現われる時点間の経過時間を測定する方法で
ある。

第３の方法は、前記明細書中に示されている方法で、振
動ミラーの一定移動量に対応してパルスを発生させ、ピ
ークからピークまでに生じるパルス数を数える方法であ
る。

第４の方法は、一力のミラーを一定振幅で周期的に振動
し、その一定位置においてパルスを発生させ、このパル
スをトリカーとしてオシロスコープの水平掃引を行ない
、他方のミラーを適当な手段を用いて光軸方向に動かし
、その動きを電気マイクロ等の測定器によつて測定し、
オシロスコープの管面上の標線に一方のピークを一致さ
せた時のミラー位置と、ミラーを調節してもう一つのピ
ークを管面の標線に一致させたときのミラー位置との差
を読み取る力法である。

尚、ここでは白色光源を使用した例について説明したが
要は波長幅を有する光源であれば青色等の色を有しても
良く、可視光には限らず、不可視光であつても良い。ま
た、干渉計の腕の一方の長さを時間的に変化できる干渉
計として、ビームスプリツタ一、ミラー、およびレンズ
を使用したマイケルソン干渉計を使用して説明したが、
干渉計の構成要素としてはこれのみに限られず、ハーフ
ミラー、コーナーキユーブ等を使用して構成することも
可能であり、また同一の効果を生じる干渉計も全く同一
の目的に使用できることは明らかであろう。被測定物と
しては、本文では反射光の場合のみを取扱つたが透過光
を用いることも全く同様に可能である。

また参照用の光としては、以上の実施例においては説明
上の便より、同一、または別個の白色光源からの白色光
を、基準体に照射してその反射光を使用した実施例を示
したが要は、同一の形状の中央の干渉ピークを形成する
光であれば良いのであるから光源のスペクトル分布と、
光学系全体の透過率と、光検知器のスペクトル感度の積
が同一の形状になれば良く、スペクトル分布の調節のた
めに夫々の光路中に色フイルタ一を置くことも実施可能
である。現実に使用できる最良の基準体としては、被測
定物と同一の基板上に、被測定物に比して十分厚い、被
測定物と同一の材料の層を有するものをあげることがで
きる。

また以上の実施例では基準体から射出される光束を基準
光束として説明して来たが、基準光束は必ずしも基準体
からの射出光である必要はなし、光源から直接射出され
る光束でも良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は白色干渉を利用した光路長を測定する方法の従
来技術を説明する図、第２図は従来技術によつて厚い被
測定物により生じる干渉波形を表わす図、第３図は従来
技術および本測定法によつて得られる干渉波形を表わす
図で、第４図は本発明の第一実施例、第５〜第９図は第
一実施例の変形、第１０図は第２実施例、第１１図は第
３実施例、第１２、第１３図は第４実施例を示したもの
であり、第１４図はより具体的な構成を示したものであ
る。 図中、３１は白色光源、３３，４１，４３，４８はビー
ムスプリツタ一 ３６は被測定物、３５′は基準体、４
０，４０′，４９，４９′は偏光板、４６，４７はレン
ズ、５８は変位検出器、５０，５Ｖは光検知器、５３，
５３′は増幅器、５５は減算器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 波長幅を有する光束によつて照明されている被測定
   物からの厚さ、屈折率等の情報を含んだ光束を干渉計に
   導き、干渉計の分割された光路の一方の光路長を時間的
   に変化させこの際得られた干渉縞の干渉ピークより被測
   定物の厚さ、屈折率等を測定する方法に於いて、前記干
   渉計に波長幅を有する参照光を同時に導き、被測定物か
   らの光によつて形成される干渉縞と前記参照光によつて
   形成される干渉縞を分離的に夫々検出器で検出し、両検
   出信号を演算処理することによつて干渉計の分割された
   光路の光路長の一致の際生じる中央ピークを消去するこ
   とを特徴とする測定法。 ２ 特許請求の範囲第１項の測定法に於いて、前記夫々
   の検出器に向けられる被測定物からの光と参照光とは夫
   々偏光状態が異なる光であることを特徴とする測定法。 ３ 特許請求の範囲第１項の測定に於いて、前記被測定
   物からの光と前記参照用の光を、光路中の異なった空間
   的位置に配置して前記干渉計に導き、該干渉計より射出
   される光から、該被測定物からの光と、該参照用の光と
   を該空間的位置の差を使用して分離することを特徴とす
   る測定法。 ４ 特許請求の範囲第１項の測定に於て、前記被測定物
   からの光と前記参照用の光を、互いに入射角度を変えて
   前記干渉計に導き、該干渉計より射出される光から該被
   測定物からの光と、該参照用の光とを、射出角度の差を
   使用して分離することを特徴とする測定法。 ５ 特許請求の範囲第１項の測定法に於いて、前記干渉
   計の前、後、又は前後に結像系を有し、前記被測定物又
   は該被測定物からの光束中に置かれた開口に対する結像
   位置の近傍に、第１の光検知器又は該光検知器の直前に
   置かれた開口を有し、前記基準体又は前記参照用の光束
   中に置かれた開口に対する結像位置の近傍に第２の光検
   知器又は該光検知器の直前に置かれた開口を有し、該被
   測定物からの光と、該参照用の光を分離して検出するこ
   とを特徴とする測定法。