WO2022130587A1 - 光測定装置および光測定方法 - Google Patents

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WO2022130587A1
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measurement
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measurement mode
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隆典 山内
隼也 西岡
広樹 後藤
巨生 鈴木
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三菱電機株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material

Definitions

  • This disclosure relates to an optical measuring device and an optical measuring method.
  • an interference method optical measurement method using an optical interference phenomenon is known.
  • the interference method light measurement method the light emitted by the light source is branched into the reference light and the measurement light, and the branched reference light interferes with the reflected light reflected by the measurement object to cause the reference light.
  • the distance in the thickness direction of the object to be measured is measured based on the condition that the reflected light and the reflected light are intensified.
  • Non-Patent Document 1 describes a wavelength scanning interference type optical measurement method among interference type optical measurement methods.
  • the wavelength scanning interference method light measurement method sweeps the wavelength of the light emitted by the light source, branches the wavelength-swept light into the measurement light and the reference light, and measures the branched reference light and the reflected object. It interferes with light.
  • the measurement resolution in the thickness direction of the object to be measured is proportional to the reciprocal of the wavelength sweep width of the light emitted by the light source. Therefore, in order to improve the measurement resolution in the thickness direction of the object to be measured, there is a problem that it is necessary to increase the wavelength sweep width of the light emitted from the light source.
  • an object of the present invention is to obtain an optical measuring device and an optical measuring method capable of increasing the measurement resolution without expanding the wavelength sweep width of the light emitted from the light source.
  • the optical measuring device sweeps and outputs the frequency of the light emitted from the light source in the first measurement mode, and two polarizations contained in the light emitted from the light source in the second measurement mode.
  • a transmission unit that modulates the phase difference of the above and outputs the light, a branch portion that branches the light output from the transmission unit into a reference light that is not applied to the measurement object and a measurement light that is applied to the measurement object, and a reference light.
  • the combined wave part that combines the measured light that is irradiated and reflected on the object to be measured, and the light that is combined by the combined wave part is received and converted into an electric signal, and the converted electric signal is used.
  • the measurement object is measured based on the difference frequency between the reference light and the measurement light, and in the second measurement mode, the measurement object is measured based on the phase difference and amplitude ratio of the two polarizations. It is equipped with a receiving unit.
  • the transmitter sweeps and outputs the frequency of the light emitted from the light source in the first measurement mode, and is included in the light emitted from the light source in the second measurement mode.
  • the phase difference of polarization is modulated and output, and the branching section branches the light output from the transmitting section into the reference light that is not irradiated on the measurement target and the measurement light that is irradiated on the measurement target, and the combiner section ,
  • the reference light and the measured light that is irradiated and reflected by the object to be measured are combined, and the receiving unit receives the light combined by the combined wave unit and converts it into an electric signal, and uses the converted electric signal.
  • the measurement object is measured based on the difference frequency between the reference light and the measurement light
  • the second measurement mode the measurement object is measured based on the phase difference and the amplitude ratio of the two polarizations.
  • the measurement mode is performed.
  • the optical measuring device can increase the measurement resolution without expanding the frequency sweep width of the light emitted from the light source.
  • FIG. 3A is a graph showing an outline of frequency sweep of light with respect to time
  • FIG. 3B is a graph showing an outline of phase modulation of two polarizations with respect to time. It is a graph which shows the outline of the time division processing of the frequency sweep in a transmission part and the phase modulation of two polarizations. It is a perspective view which shows an example of the object of measurement. It is a block diagram which shows the structural example of a receiving part.
  • FIG. 7A is a graph showing an interference light spectrum obtained by Fourier transforming the difference frequency component between the reference light and the measurement light
  • FIG. 7B is a graph showing the relationship between the phase difference between the two polarizations and the amplitude ratio. be. It is a flowchart which shows the light measurement method which concerns on Embodiment 1. It is a graph which shows the outline of the simultaneous processing of the frequency sweep and the phase modulation of two polarizations in a transmission part.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical measuring device 1 according to the first embodiment.
  • the optical measuring device 1 is a device that measures a distance (for example, the film thickness of a silicon wafer) in the thickness direction of an object 100 to be measured, and is a transmitting unit 2, a branching unit 3, an irradiation unit 4, a condensing unit 5, and a combined wave.
  • a unit 6 and a receiving unit 7 are provided.
  • a dotted arrow indicates an electrical signal
  • a solid arrow indicates a path through which light propagates. The path indicated by the solid arrow is a path in which the polarization of the propagating light is maintained.
  • the transmission unit 2 sweeps and outputs the frequency of the light emitted from the light source, and in the second measurement mode, the phase difference between the two polarizations separated from the light emitted from the light source. Modulate and output. It is assumed that the two polarizations are p-polarization and s-polarization.
  • the first measurement mode is a measurement mode having a wide measurement range and a low measurement resolution in the thickness direction of the measurement object 100.
  • the second measurement mode is a measurement mode having a narrower measurement range than the first measurement mode and having a higher measurement resolution than the first measurement mode.
  • the first measurement mode and the second measurement mode can be switched to, for example, time division in the transmission unit 2. That is, the light A0 output from the transmission unit 2 is a frequency-swept optical signal in the first measurement mode and a phase-modulated optical signal having two polarizations in the second measurement mode.
  • the light A0 output from the transmission unit 2 is branched into the reference light A1 and the measurement light A2 by the branch unit 3.
  • the reference light A1 is light that is not irradiated on the measurement object 100
  • the measurement light A2 is light that is irradiated on the measurement object 100.
  • the branching unit 3 When the first measurement mode is set in the transmission unit 2 by branching the light A0 according to the switching signal from the transmission unit 2, the branching unit 3 refers to the light A0 as the reference light A1 and the measurement light A2. Branch to. Further, when the transmitting unit 2 is in the second measurement mode, the branching unit 3 does not branch the light A0 to the reference light A1 in order to avoid a decrease in reception sensitivity due to a loss of light due to branching. It is desirable to branch only to the measurement light A2.
  • the irradiation unit 4 irradiates the measurement object 100 with the measurement light A2 using an optical member such as a lens. It is desirable that the incident angle of the measurement light A2 from the irradiation unit 4 to the measurement object 100 is smaller than 90 degrees.
  • the light A0 output from the transmission unit 2 in which the second measurement mode is set includes p-polarization and s-polarization.
  • the change in the physical property value between p-polarization and s-polarization is angle-dependent. For example, when the object to be measured 100 is a glass material in the air, the physical property values of the p-polarized light and the s-polarized light change most when the incident angle of the light A0 is 56 degrees. This angle is called Brewster's angle and depends on the difference in reflectance between the object 100 to be measured and air.
  • the condensing unit 5 uses an optical member such as a lens to condense the measurement light A2 reflected by the measurement object 100 and output it to the confluence unit 6.
  • the combined wave unit 6 combines the reference light A1 branched from the light A0 by the branched unit 3 and the measurement light A2 output from the condensing unit 5, and outputs the combined light A3 to the receiving unit 7.
  • the light A3 is an optical signal having a frequency difference between the reference light A1 and the measurement light A2.
  • the receiving unit 7 receives the light A3 combined by the combining unit 6 via the condensing unit 5, and converts the received light A3 into an electric signal.
  • the receiving unit 7 uses a so-called wavelength scanning interference type optical measuring method based on the difference frequency between the reference light A1 to which the light A0 output from the transmitting unit 2 is branched and the measurement light A2.
  • the measurement object 100 is measured.
  • the receiving unit 7 measures the measurement object 100 based on the phase difference ⁇ and the amplitude ratio ⁇ between the p-polarized light and the s-polarized light by using the electric signal converted from the light A3.
  • the measurement resolution in the thickness direction of the object to be measured 100 is represented by a half-value half-width of the peak of the interference light spectrum obtained by Fourier transforming the electric signal obtained by converting the light A3 by the receiving unit 7. That is, the measurement resolution l FWHM is proportional to the reciprocal of the wavelength sweep width ⁇ of the light emitted by the light source, as shown in the following equation (1).
  • the measurement resolution l FWHM is 5 by using the above equation (1). It is calculated as ( ⁇ m). Therefore, if the thickness of the object to be measured 100 is less than 5 ( ⁇ m), it becomes difficult to measure the thickness of the object to be measured 100 by the first measurement mode.
  • the measurement range of the first measurement mode is determined by the coherence length lc represented by the following formula (2), and is a wider measurement range than the second measurement mode.
  • ⁇ is an instantaneous line width.
  • the receiving unit 7 uses the principle of ellipsometry based on the phase difference ⁇ and the amplitude ratio ⁇ between the p-polarized light and the s-polarized light contained in the light A3 in the thickness direction of the object to be measured 100. Measure the distance.
  • the ellipsometry measures the difference in the polarization state between the light incident on the object to be measured 100 and the light reflected from the object 100 to be measured, and the structure of the object 100 to be measured is based on the information indicating the difference in the measured polarization state. It is an analysis method to analyze.
  • the transmission unit 2 modulates the phase difference between the p-polarization and the s-polarization separated from the light emitted from the light source at high speed by using, for example, a photoelastic modulator (PEM). do.
  • PEM photoelastic modulator
  • the measurement light A2 is incident on the measurement object 100.
  • the receiving unit 7 receives the measurement light A2 reflected by the measurement object 100 and converts it into an electric signal, and the converted electric signal is converted into p-polarization and s by using a method of describing polarization such as Fourier conversion and Muller matrix. Calculate the phase difference ⁇ with the polarization and the amplitude ratio ⁇ .
  • the receiving unit 7 can estimate the structure of the object to be measured 100 by using the phase difference ⁇ and the amplitude ratio ⁇ between the p-polarization and the s-polarization as fitting parameters.
  • the substantial measurement range of ellipsometry is limited to a narrower range than the first measurement mode.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the transmission unit 2.
  • the transmission unit 2 includes a laser light source 21, a sweep unit 22, a splitter 23, a phase modulation unit 24, and a switching circuit 25.
  • the laser light source 21 is a light source that emits laser light having a continuous wavelength.
  • the sweep unit 22 sweeps the frequency of the light emitted by the laser light source 21 in response to the switching signal (indicated by the broken line arrow in FIG. 2) output from the switching circuit 25, and the frequency-swept light is used as the splitter 23. Output to.
  • the splitter 23 sets the polarization state of the light incident on the measurement object 100 to a constant state, and is set to, for example, linear polarization including p-polarization and s-polarization.
  • the polarizing element 23 may be arranged immediately before the sweep portion 22 as long as the polarized state of the passed light is maintained.
  • the phase modulation unit 24 inputs linear polarization including p-polarization and s-polarization, and the phase difference ⁇ between the p-polarization and s-polarization included in the linear polarization corresponding to the switching signal output from the switching circuit 25. Modulate.
  • the phase difference ⁇ between the p-polarization and the s-polarization is expressed by the following equation (3).
  • ⁇ 0 is the maximum phase difference between p-polarization and s-polarization.
  • the phase modulation unit 24 modulates the phase difference ⁇ at a high speed with respect to the time t at the frequency ⁇ .
  • ⁇ ⁇ 0 sin ( ⁇ t) ⁇ ⁇ ⁇ (3)
  • FIG. 3A is a graph showing an overview of frequency sweeping of light over time.
  • the sweep unit 22 sweeps the frequency of the laser light emitted from the laser light source 21 with respect to time so that the frequency difference at the same time becomes ⁇ f, and the frequency is swept.
  • the light is output to the splitter 23.
  • Sweep lights having different frequencies are generated corresponding to a delay time proportional to the distance difference between the path propagated by the reference light A1 and the path propagated by the measurement light A2. Since the wavelength is proportional to the reciprocal of the frequency, the wavelength of the laser light is also swept by sweeping the frequency of the laser light.
  • frequency sweep and wavelength sweep are synonymous.
  • FIG. 3B is a graph showing an overview of the phase modulation of the two polarizations over time.
  • the phase modulation unit 24 modulates the phase difference between the p-polarized pp and the s-polarized ps contained in the laser beam converted into linearly polarized light by the polarizing element 23.
  • the sweep unit 22 and the phase modulation unit 24 are realized by, for example, the same LN (lithium niobate) optical modulator. In this case, the LN light modulator performs both frequency sweeping of the laser light and phase modulation of the two polarizations.
  • LN lithium niobate
  • phase modulation unit 24 is stepwise to a plurality.
  • the p-polarized pp and the s-polarized ps contained in the light having the same wavelength may be phase-modulated.
  • FIG. 4 is a graph showing an outline of the time division processing of the frequency sweep and the phase modulation of the two polarizations in the transmission unit 2.
  • the switching circuit 25 switches between frequency sweep by the sweep unit 22 and phase modulation by the phase modulation unit 24 in a time division.
  • the time elapses from the time interval (1) to the time interval (4), and in the time interval (1) and (3), the sweep unit 22 sweeps the frequency of the laser beam, and the time interval (1) (3).
  • the phase modulation unit 24 performs phase modulation of the phase difference between the p-polarized pp and the s-polarized ps.
  • the switching circuit 25 is capable of time-division switching between frequency sweep and phase modulation, for example, in the order of kHz to MHz. This means that even if the characteristics of the object to be measured 100 change on the order of seconds, it has a time resolution that allows measurement before the characteristics change.
  • the LN light modulator uses an electro-optic effect to electrically modulate the refractive index of the waveguide. Therefore, the sweep unit 22 and the phase modulation unit 24 realized by the LN optical modulator can perform high-speed phase modulation on the order of GHz. Further, the LN light modulator can branch the light emitted from the light source into two polarizations and modulate the phase of each of the branched lights. Further, the LN light modulator can also use an electro-optic effect to perform a wavelength sweep that changes the wavelength of the light emitted from the light source linearly with time.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an example of the measurement object 100.
  • the measurement object 100 is, for example, a semiconductor silicon wafer, and the optical measuring device 1 measures the thickness d of the silicon wafer.
  • the optical measuring device 1 measures the optical path length, which is the product of the distance propagated by the measured light A2 in the measurement object 100 and the refractive index of the measurement object 100. Therefore, if the distance propagated by the measurement light A2 is known, the refractive index can be measured.
  • the optical measuring device 1 can also measure the change in the refractive index of the object to be measured 100 due to the concentration of the absorbed gas. Further, the optical measuring device 1 can be used for the analysis of the structure of the roughness layer and the structure of the electric double layer, similarly to the existing ellipsometry device.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of the receiving unit 7.
  • the receiving unit 7 includes an analyzer 71, a light receiving unit 72, an AD conversion unit 73, a switch 74, an FFT processing unit 75, a first measuring unit 76, a ⁇ calculation unit 77, and a second measuring unit. 78 is provided.
  • the analyzer 71 is an optical element that transmits only the light in a specific phase state among the light A3 combined by the combine unit 6.
  • the light receiving unit 72 receives the light transmitted through the analyzer 71 and converts it into an electric signal.
  • the light receiving unit 72 is a photodetector.
  • the AD conversion unit 73 converts an analog electric signal output from the light receiving unit 72 into a digital signal by sampling it at a fixed cycle.
  • the switch 74 switches the output destination of the signal output from the AD conversion unit 73 to either the FFT processing unit 75 or the ⁇ calculation unit 77 in response to the switching signal output from the switching circuit 25. For example, when the switching signal indicates the first measurement mode, the switch 74 switches the output destination of the signal output from the AD conversion unit 73 to the FFT processing unit 75. When the switching signal indicates the second measurement mode, the switch 74 switches the output destination of the signal output from the AD conversion unit 73 to the ⁇ calculation unit 77. In FIG. 6, the switching signal is indicated by a broken line arrow connected to the switch 74 from the outside of the receiving unit 7.
  • the FFT processing unit 75 calculates the interference light spectrum by performing a fast Fourier transform (FFT) on the signal output from the AD conversion unit 73.
  • the difference frequency component between the reference light A1 and the measurement light A2 is generated by combining the reference light A1 and the measurement light A2.
  • the measurement light A2 propagates on one of the paths, and the measurement light A2 propagating on the path is reflected by the measurement object 100, so that the reference light A1 and the measurement light A2 are used.
  • the difference frequency component of is proportional to the distance to the object to be measured 100.
  • the first measuring unit 76 measures the measurement object 100 based on the difference frequency component between the reference light A1 and the measurement light A2 by using the interference light spectrum calculated by the FFT processing unit 75.
  • FIG. 7A is a graph showing an interference light spectrum obtained by FFTing the difference frequency component between the reference light A1 and the measurement light A2.
  • the peak of the interference light spectrum occurs at the distance DP1 corresponding to the upper surface of the measurement object 100 and the distance DP2 corresponding to the lower surface of the measurement object 100.
  • the difference between the distance DP1 and the distance DP2 corresponds to the distance between the upper surface and the lower surface of the measurement object 100. That is, the distance between the upper surface and the lower surface of the object to be measured 100 is the optical thickness nd. n is the refractive index of the object to be measured 100, and d is the thickness of the object to be measured 100.
  • the first measuring unit 76 calculates the optical thickness nd, which is the distance between peaks, using the interference light spectrum, and measures using the optical thickness nd and the known refractive index n of the object to be measured 100.
  • the thickness d of the object 100 is calculated.
  • the ⁇ calculation unit 77 calculates the phase difference ⁇ and the amplitude ratio ⁇ between the p-polarization and the s-polarization using the digital signal output from the AD conversion unit 73. For example, when the object to be measured 100 is a transparent body, the ⁇ calculation unit 77 uses the signal output from the AD conversion unit 73 to determine the polarization density of the light reflected from the upper surface of the object 100 to be measured and the object 100 to be measured. Calculate the ratio of the reflected light from the lower surface of the to the polarization density. Then, the ⁇ calculation unit 77 calculates the phase difference ⁇ , which is the real part of the polarization density ratio, and calculates the amplitude ratio ⁇ , which is the imaginary part of the polarization density ratio.
  • the second measurement unit 78 calculates the object to be measured based on the phase difference ⁇ and the amplitude ratio ⁇ between the p-polarization and the s-polarization calculated by the ⁇ calculation unit 77.
  • the phase difference ⁇ and the amplitude ratio ⁇ between the p-polarization and the s-polarization have uncertainty for each specific film thickness in the measurement object 100.
  • the specific film thickness is called the film thickness period.
  • FIG. 7B is a graph showing the relationship between the phase difference ⁇ and the amplitude ratio ⁇ of the p-polarization and s-polarization contained in the measurement light A2.
  • the phase difference ⁇ and the amplitude ratio ⁇ determined with respect to the optical thickness nd of the object to be measured 100 draw a closed curve overlapping at the same point for each film thickness period.
  • the second measuring unit 78 calculates the thickness d of the object to be measured 100 based on the film thickness period in which the phase difference ⁇ and the amplitude ratio ⁇ overlap at the same point. That is, since the phase difference ⁇ and the amplitude ratio ⁇ depend on a certain thickness d + N ⁇ film thickness period (N is an integer), one point on the closed curve corresponds to the thickness. However, there is uncertainty for each film thickness cycle.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the optical measurement method according to the first embodiment.
  • the transmission unit 2 sweeps and outputs the frequency of the light emitted from the laser light source 21, and in the second measurement mode, the p-polarized light contained in the light emitted from the laser light source 21 is used.
  • the phase difference ⁇ from the s polarization is modulated and output (step ST1).
  • the branching unit 3 branches the light A0 output from the transmitting unit 2 into a reference light A1 that is not irradiated on the measurement object 100 and a measurement light A2 that is irradiated on the measurement object 100 (step ST2).
  • the combine unit 6 combines the reference light A1 and the measurement light A2 irradiated and reflected by the measurement object 100 (step ST3).
  • the receiving unit 7 receives the light A3 combined by the combining unit 6 and converts it into an electric signal, and the converted electric signal is used to combine the reference light A1 and the measurement light A2 in the first measurement mode.
  • the measurement object 100 is measured based on the difference frequency, and in the second measurement mode, the measurement object 100 is measured based on the phase difference ⁇ and the amplitude ratio ⁇ between the p-polarization and the s-polarization (step ST4).
  • FIG. 9 is a graph showing an outline of simultaneous processing of frequency sweeping in the transmission unit 2 and phase modulation of p-polarization and s-polarization.
  • the transmission unit 2 may set the first measurement mode and the second measurement mode at the same time without switching between the first measurement mode and the second measurement mode.
  • the frequency sweep by the sweep unit 22 and the phase modulation of p-polarization and s-polarization by the phase modulation unit 24 are executed at the same time.
  • the transmitting unit 2 may not be provided with the switching circuit 25, and the receiving unit 7 may not be provided with the switch 74.
  • the transmitting unit 2 sweeps and outputs the frequency of the light emitted from the laser light source 21 in the first measurement mode, and the second measurement is performed.
  • the mode the phase difference between the p-polarized light and the s-polarized light contained in the light emitted from the laser light source 21 is modulated and output, and the branching unit 3 transfers the light output from the transmitting unit 2 to the measurement object 100.
  • the reference light A1 that is not irradiated and the measurement light A2 that is irradiated to the measurement object 100 are branched, and the combiner 6 combines the reference light A1 and the measurement light A2 that is irradiated and reflected by the measurement object 100.
  • the receiving unit 7 receives the light A3 combined by the combining unit 6 and converts it into an electric signal, and uses the converted electric signal to obtain the reference light A1 and the measurement light A2 in the first measurement mode.
  • the object to be measured 100 is measured based on the difference frequency of, and in the second measurement mode, the object 100 to be measured is measured based on the phase difference ⁇ and the amplitude ratio ⁇ between the p-polarized light and the s-polarized light. Since the first measurement mode in which the frequency sweep of light, that is, the wavelength sweep is performed, and the second measurement mode in which the measurement resolution higher than that in the measurement in the first measurement mode is obtained without performing the wavelength sweep are performed, the measurement mode is performed.
  • the optical measuring device 1 can increase the measurement resolution without expanding the frequency sweep width of the light emitted by the laser light source 21.
  • the transmitting unit 2 switches between the first measurement mode and the second measurement mode in a time division manner.
  • the optical measuring device 1 performs the measurement in the first measurement mode and the measurement in the second measurement mode in a time-division manner using the same optical system. This makes it possible to measure the same point of the measurement object 100 in a time-division manner with a wide measurement range and high measurement resolution.
  • the transmitting unit 2 sets the first measuring mode and the second measuring mode at the same time, sweeps the frequency of the light emitted from the laser light source 21, and p-polarizes the light. And the modulation of the phase difference between the s-polarized light and the s-polarized light are performed in parallel.
  • the optical measuring device 1 simultaneously performs the measurement in the first measurement mode and the measurement in the second measurement mode using the same optical system. This makes it possible to simultaneously measure the same point of the measurement object 100 with a wide measurement range and high measurement resolution.
  • the branching unit 3 branches the light A0 output from the transmitting unit 2 only to the measuring light A2 and does not branch to the reference light A1 in the second measurement mode. Since the decrease in reception sensitivity due to the branching to the reference light A1 that does not irradiate the measurement object 100 is avoided, the accuracy of the measurement in the second measurement mode is improved.
  • the optical measuring device can be used, for example, for measuring the thickness of a silicon wafer, which is a semiconductor.
  • Optical measuring device 1 Optical measuring device, 2 Transmitter, 3 Branch, 4 Irradiation, 5 Condensing, 6 Combine, 7 Receiver, 21 Laser light source, 22 Sweep, 23 Polarizer, 24 Phase modulator, 25 Switching Circuit, 71 detector, 72 light receiving unit, 73 AD conversion unit, 74 switch, 75 FFT processing unit, 76 first measurement unit, 77 ⁇ calculation unit, 78 second measurement unit, 100 measurement target.

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Abstract

光測定装置（１）は、第１の測定モードにおいて、光源（２１）から出射された光の周波数を掃引して出力し、第２の測定モードにおいて、光源（２１）から出射された光に含まれる２つの偏光の位相差を変調して出力する送信部（２）と、送信部（２）から出力された光（Ａ０）を参照光（Ａ１）と測定光（Ａ２）とに分岐する分岐部（３）と、参照光（Ａ１）と、測定対象物（１００）に照射されて反射した測定光（Ａ２）とを合波する合波部と、合波部（６）によって合波された光（Ａ３）を受光して電気信号に変換し、変換した電気信号を用いて、第１の測定モードにおいて、参照光（Ａ１）と測定光（Ａ２）との差周波数に基づいて測定対象物（１００）を測定し、第２の測定モードにおいて、２つの偏光の位相差および振幅比に基づいて測定対象物（１００）を測定する受信部（７）とを備える。

Description

光測定装置および光測定方法
　本開示は、光測定装置および光測定方法に関する。
　測定対象物の厚み方向の距離を測定する光測定方法として、光の干渉現象を用いる干渉方式の光測定方法が知られている。干渉方式の光測定方法は、光源が出射した光を参照光と測定光とに分岐し、分岐した参照光と、測定光が測定対象物で反射した反射光とを干渉させることにより、参照光と反射光とが強め合う条件に基づいて測定対象物の厚み方向の距離を測定するものである。
　例えば、非特許文献１には、干渉方式の光測定方法のうち、波長走査干渉方式の光測定方法が記載されている。波長走査干渉方式の光測定方法は、光源が出射した光の波長を掃引し、波長掃引した光を測定光と参照光とに分岐して、分岐した参照光と、測定対象物で反射した測定光とを干渉させるものである。
春名正光、"光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）"、平成２２年、ＭＥＤＩＣＡＬ　ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｅｄｉｃａｌｐｈｏｔｏｎｉｃｓ．ｊｐ／ｐｄｆ／ｍｐ０００１／０００１＿０２９．ｐｄｆ＞
　非特許文献１に記載される従来の光測定方法において、測定対象物の厚み方向における測定分解能は、光源が出射した光の波長掃引幅の逆数に比例する。このため、測定対象物の厚み方向における測定分解能を高めるためには、光源が出射した光の波長掃引幅を拡大する必要があるという課題があった。
　本開示は上記課題を解決するものであり、光源が出射した光の波長掃引幅を拡大することなく、測定分解能を高めることができる光測定装置および光測定方法を得ることを目的とする。
　本開示に係る光測定装置は、第１の測定モードにおいて、光源から出射された光の周波数を掃引して出力し、第２の測定モードにおいて、光源から出射された光に含まれる２つの偏光の位相差を変調して出力する送信部と、送信部から出力された光を、測定対象物に照射されない参照光と測定対象物に照射される測定光とに分岐する分岐部と、参照光と測定対象物に照射されて反射した測定光とを合波する合波部と、合波部によって合波された光を受光して電気信号に変換し、変換した電気信号を用いて、第１の測定モードにおいて、参照光と測定光との差周波数に基づいて測定対象物を測定し、第２の測定モードにおいて、２つの偏光の位相差および振幅比に基づいて測定対象物を測定する受信部とを備える。
　本開示によれば、送信部が、第１の測定モードにおいて、光源から出射された光の周波数を掃引して出力し、第２の測定モードにおいて、光源から出射された光に含まれる２つの偏光の位相差を変調して出力し、分岐部が、送信部から出力された光を、測定対象物に照射されない参照光と測定対象物に照射される測定光に分岐し、合波部が、参照光と測定対象物に照射されて反射した測定光とを合波し、受信部が、合波部によって合波された光を受光して電気信号に変換し、変換した電気信号を用いて、第１の測定モードにおいて、参照光と測定光との差周波数に基づいて測定対象物を測定し、第２の測定モードにおいて、２つの偏光の位相差および振幅比に基づいて測定対象物を測定する。
　光の周波数掃引、すなわち波長掃引を行う第１の測定モードと、波長掃引を行わずに、第１の測定モードの測定よりも高い測定分解能が得られる第２の測定モードとを実施するので、本開示に係る光測定装置は、光源が出射した光の波長掃引幅を拡大することなく、測定分解能を高めることができる。
実施の形態１に係る光測定装置の構成を示すブロック図である。 送信部の構成例を示すブロック図である。 図３Ａは、時間に対する光の周波数掃引の概要を示すグラフであり、図３Ｂは、時間に対する２つの偏光の位相変調の概要を示すグラフである。 送信部における周波数掃引と２つの偏光の位相変調との時分割処理の概要を示すグラフである。 測定対象物の一例を示す斜視図である。 受信部の構成例を示すブロック図である。 図７Ａは、参照光と測定光との差周波数成分をフーリエ変換して得られる干渉光スペクトルを示すグラフであり、図７Ｂは、２つの偏光の位相差と振幅比との関係を示すグラフである。 実施の形態１に係る光測定方法を示すフローチャートである。 送信部における周波数掃引と２つの偏光の位相変調との同時処理の概要を示すグラフである。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る光測定装置１の構成を示すブロック図である。光測定装置１は、測定対象物１００の厚み方向の距離（例えば、シリコンウェハの膜厚）を測定する装置であり、送信部２、分岐部３、照射部４、集光部５、合波部６および受信部７を備える。図１において、点線の矢印は、電気信号を示しており、実線の矢印は、光が伝搬する経路を示している。また、実線の矢印で示す経路は、伝搬する光の偏光が保持される経路である。
　送信部２は、第１の測定モードにおいて、光源から出射された光の周波数を掃引して出力し、第２の測定モードにおいて、光源から出射された光から分離した２つの偏光の位相差を変調して出力する。２つの偏光は、ｐ偏光とｓ偏光であるものとする。第１の測定モードは、広い測定レンジでかつ測定対象物１００の厚み方向における測定分解能が低い測定モードである。第２の測定モードは、第１の測定モードよりも狭い測定レンジで、かつ第１の測定モードよりも上記測定分解能が高い測定モードである。
　第１の測定モードと第２の測定モードとは、送信部２において、例えば、時分割に切り替えられる。すなわち、送信部２から出力される光Ａ０は、第１の測定モードにおける周波数掃引された光信号と、第２の測定モードにおける２つの偏光が位相変調された光信号である。送信部２から出力された光Ａ０は、分岐部３によって参照光Ａ１と測定光Ａ２に分岐される。参照光Ａ１は、測定対象物１００に照射されない光であり、測定光Ａ２は、測定対象物１００に照射される光である。
　分岐部３は、送信部２からのスイッチング信号に応じて光Ａ０を分岐することにより、送信部２に第１の測定モードが設定されていると、光Ａ０を参照光Ａ１と測定光Ａ２とに分岐する。また、分岐部３は、送信部２に第２の測定モードである場合、分岐による光の損失に起因した受信感度の低下を回避するために、光Ａ０を、参照光Ａ１に分岐させず、測定光Ａ２のみに分岐させることが望ましい。
　照射部４は、レンズなどの光学部材を用いて、測定光Ａ２を測定対象物１００に照射する。照射部４から測定対象物１００への測定光Ａ２の入射角は、９０度よりも小さいことが望ましい。第２の測定モードが設定された送信部２から出力された光Ａ０には、ｐ偏光とｓ偏光が含まれる。ｐ偏光とｓ偏光との物性値の変化には角度依存性がある。例えば、測定対象物１００が空気中のガラス材料である場合、光Ａ０の入射角が５６度であるときに、ｐ偏光とｓ偏光との物性値が最も大きく変化する。この角度は、ブリュースター角と呼ばれ、測定対象物１００と空気との反射率の差分に依存する。
　集光部５は、レンズなどの光学部材を用いて、測定対象物１００で反射した測定光Ａ２を集光して合波部６に出力する。合波部６は、分岐部３によって光Ａ０から分岐した参照光Ａ１と集光部５から出力された測定光Ａ２を合波し、合波した光Ａ３を受信部７に出力する。光Ａ３は、参照光Ａ１と測定光Ａ２との差周波数の光信号である。
　受信部７は、集光部５を介して、合波部６によって合波された光Ａ３を受光し、受光した光Ａ３を電気信号に変換する。第１の測定モードにおいて、受信部７は、送信部２から出力された光Ａ０が分岐された参照光Ａ１と測定光Ａ２との差周波数に基づく、いわゆる波長走査干渉方式の光測定方法を用いて測定対象物１００を測定する。第２の測定モードにおいて、受信部７は、光Ａ３を変換した電気信号を用いることで、ｐ偏光とｓ偏光との位相差Δおよび振幅比Ψに基づいて測定対象物１００を測定する。
　第１の測定モードにおいて、測定対象物１００の厚み方向における測定分解能は、受信部７によって光Ａ３を変換した電気信号をフーリエ変換して得られる干渉光スペクトルのピークの半値半幅で表される。すなわち、測定分解能ｌＦＷＨＭは、下記式（１）に示すように、光源が出射した光の波長掃引幅Δλの逆数に比例する。下記式（１）において、光源から照射される光の中心周波数がλｃである。
　ｌＦＷＨＭ＝（２Ｌｎ（２）／π）×（λｃ ２／Δλ）　・・・（１）
　例えば、光源から照射される光の中心周波数λｃが１０６０（ｎｍ）であり、波長掃引幅Δλが２００（ｎｍ）である場合、上記式（１）を用いることで、測定分解能ｌＦＷＨＭが５（μｍ）と算出される。このため、測定対象物１００の厚みが５（μｍ）を下回ると、第１の測定モードによる測定対象物１００の厚さの測定は困難になる。第１の測定モードの測定レンジは、下記式（２）で表されるコヒーレンス長ｌｃによって決定され、第２の測定モードより広い測定レンジである。下記式（２）において、δλは瞬時線幅である。
　ｌｃ＝（２Ｌｎ（２）／π）×（λｃ ２／δλ）　　　・・・（２）
　第２の測定モードにおいて、受信部７は、光Ａ３に含まれるｐ偏光とｓ偏光との位相差Δおよび振幅比Ψに基づくエリプソメトリの原理を用いることで、測定対象物１００の厚み方向の距離を測定する。エリプソメトリは、測定対象物１００への入射光と測定対象物１００からの反射光との偏光状態の差分を測定し、測定した偏光状態の差分を示す情報に基づいて、測定対象物１００の構造を解析する分析方法である。
　送信部２は、第２の測定モードにおいて、光源から出射された光から分離したｐ偏光とｓ偏光との位相差を、例えば、光弾性変調器（ＰＥＭ；ＰｈｏｔｏＥｌａｓｔｉｃ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を用いて高速で変調する。送信部２によって位相差が変調された光Ａ０のうち、測定光Ａ２は、測定対象物１００に入射される。受信部７は、測定対象物１００で反射した測定光Ａ２を受光して電気信号に変換し、変換した電気信号をフーリエ変換とＭｕｌｌｅｒ行列といった偏光を記述する方法を用いることにより、ｐ偏光とｓ偏光との位相差Δおよび振幅比Ψを算出する。
　例えば、受信部７は、ｐ偏光とｓ偏光との位相差Δおよび振幅比Ψを、フィッティングパラメータとして用いることで、測定対象物１００の構造を推定することが可能である。ただし、エリプソメトリの実質的な測定レンジは、第１の測定モードより狭い範囲に限定されている。
　図２は、送信部２の構成例を示すブロック図である。送信部２は、図２に示すように、レーザ光源２１、掃引部２２、偏光子２３、位相変調部２４、および切り替え回路２５を備える。レーザ光源２１は、連続した波長のレーザ光を出射する光源である。掃引部２２は、切り替え回路２５から出力された切替信号（図２において破線の矢印で示す）に対応して、レーザ光源２１が照射した光の周波数を掃引し、周波数掃引した光を偏光子２３に出力する。
　偏光子２３は、測定対象物１００に入射する光の偏光状態を一定の状態に設定するものであり、例えば、ｐ偏光およびｓ偏光を含む直線偏光に設定する。なお、偏光子２３は、通過した光の偏光状態が保持されるのであれば、掃引部２２の直前に配置されてもよい。
　位相変調部２４は、ｐ偏光およびｓ偏光を含む直線偏光を入力し、切り替え回路２５から出力された切替信号に対応して上記直線偏光に含まれているｐ偏光とｓ偏光との位相差Δを変調する。ｐ偏光とｓ偏光との位相差Δは、下記式（３）で表される。下記式（３）において、δ０は、ｐ偏光とｓ偏光との最大位相差である。位相変調部２４は、時間ｔに対して、周波数ωで位相差Δを高速に変調する。
　Δ＝δ０ｓｉｎ（ωｔ）　　　・・・（３）
　図３Ａは、時間に対する光の周波数掃引の概要を示すグラフである。例えば、図３Ａに示すように、掃引部２２は、同一の時刻における周波数差がΔｆになるように、レーザ光源２１から出射されたレーザ光の周波数を時間に対して掃引し、周波数掃引したレーザ光を偏光子２３へ出力する。周波数が異なる掃引光は、参照光Ａ１が伝搬する経路と測定光Ａ２が伝搬する経路との距離差分に比例した遅延時間に対応して生じる。
　なお、波長は周波数の逆数に比例するので、レーザ光の周波数を掃引することにより、当該レーザ光の波長も掃引される。以下の説明では周波数掃引と波長掃引とが同義なものとする。
　図３Ｂは、時間に対する２つの偏光の位相変調の概要を示すグラフである。例えば、図３Ｂに示すように、位相変調部２４は、偏光子２３によって直線偏光に変換されたレーザ光に含まれるｐ偏光ｐｐとｓ偏光ｐｓとの位相差を変調する。掃引部２２および位相変調部２４は、例えば、同一のＬＮ（ニオブ酸リチウム）光変調器によって実現される。この場合、ＬＮ光変調器は、レーザ光の周波数掃引と２つの偏光の位相変調との両方を行う。
　なお、単一波長のレーザ光に含まれるｐ偏光ｐｐおよびｓ偏光ｐｓの位相変調を示したが、光源が複数の波長の光を出射可能である場合、位相変調部２４は、ステップ的に複数の波長の光のそれぞれに含まれるｐ偏光ｐｐおよびｓ偏光ｐｓを位相変調してもよい。
　図４は、送信部２における周波数掃引と２つの偏光の位相変調との時分割処理の概要を示すグラフである。切り替え回路２５は、切替信号を掃引部２２および位相変調部２４へ出力することにより、掃引部２２による周波数掃引と位相変調部２４による位相変調とを時分割に切り替える。図４においては、時間区間（１）から時間区間（４）へ時間が経過し、時間区間（１）および（３）において、掃引部２２によってレーザ光の周波数の掃引が行われ、時間区間（２）および（４）において、位相変調部２４によってｐ偏光ｐｐとｓ偏光ｐｓとの位相差の位相変調が行われる。
　既存の波長掃引光源の掃引周期に基づくと、切り替え回路２５は、例えば、ｋＨｚからＭＨｚのオーダーで周波数掃引と位相変調との時分割な切り替えが可能である。これは、測定対象物１００の特性が秒オーダーで変化する場合であっても、特性の変化前に測定が行える時間分解能を有していることを意味する。
　ＬＮ光変調器は、電気光学効果を用いて導波路の屈折率を電気によって変調するものである。このため、ＬＮ光変調器で実現される掃引部２２および位相変調部２４は、ＧＨｚオーダーの高速な位相変調が可能である。また、ＬＮ光変調器は、光源から照射された光を２つの偏光に分岐し、分岐したそれぞれの光の位相を変調することが可能である。さらに、ＬＮ光変調器は、電気光学効果を用いて、光源から照射された光の波長を時間に対して線形に変化させる波長掃引も可能である。
　図５は、測定対象物１００の一例を示す斜視図である。測定対象物１００は、例えば、半導体のシリコンウェハであり、光測定装置１は、シリコンウェハの厚みｄを測定する。光測定装置１は、測定対象物１００において測定光Ａ２が伝搬した距離と測定対象物１００の屈折率との積である光路長を測定する。このため、測定光Ａ２が伝搬した距離が既知であれば、屈折率の測定も可能である。また、光測定装置１は、吸収ガス濃度に起因した測定対象物１００の屈折率の変化も測定することができる。さらに、光測定装置１は、既存のエリプソメトリ装置と同様に、ラフネス層の構造の解析と電気二重層の構造の解析に利用可能である。
　図６は、受信部７の構成例を示すブロック図である。受信部７は、図６に示すように、検光子７１、受光部７２、ＡＤ変換部７３、スイッチ７４、ＦＦＴ処理部７５、第１の測定部７６、ΔΨ算出部７７および第２の測定部７８を備える。検光子７１は、合波部６によって合波された光Ａ３のうち、特定の位相状態の光のみを透過させる光学素子である。受光部７２は、検光子７１を透過した光を受光して電気信号に変換する。例えば、受光部７２はフォトディテクタである。ＡＤ変換部７３は、受光部７２から出力されるアナログの電気信号を一定周期でサンプリングすることにより、デジタル信号に変換する。
　スイッチ７４は、切り替え回路２５から出力された切替信号に対応して、ＡＤ変換部７３から出力された信号の出力先を、ＦＦＴ処理部７５またはΔΨ算出部７７のいずれかに切り替える。例えば、切替信号が第１の測定モードを示している場合、スイッチ７４は、ＡＤ変換部７３から出力された信号の出力先をＦＦＴ処理部７５に切り替える。切替信号が第２の測定モードを示している場合、スイッチ７４は、ＡＤ変換部７３から出力された信号の出力先をΔΨ算出部７７に切り替える。なお、図６において、切替信号は、受信部７の外部からスイッチ７４につながる破線の矢印で示している。
　ＦＦＴ処理部７５は、ＡＤ変換部７３から出力された信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を施すことにより干渉光スペクトルを算出する。参照光Ａ１と測定光Ａ２との差周波数成分は、参照光Ａ１と測定光Ａ２とを合波することで生じる。分岐部３によって分岐された光の経路のうち、一方の経路を測定光Ａ２が伝搬し、当該経路を伝搬した測定光Ａ２が測定対象物１００で反射するので、参照光Ａ１と測定光Ａ２との差周波数成分は測定対象物１００までの距離に比例する。
　第１の測定部７６は、ＦＦＴ処理部７５によって算出された干渉光スペクトルを用い、参照光Ａ１と測定光Ａ２との差周波数成分に基づいて、測定対象物１００を測定する。
　図７Ａは、参照光Ａ１と測定光Ａ２との差周波数成分をＦＦＴして得られる干渉光スペクトルを示すグラフである。測定対象物１００が透明体である場合、測定対象物１００に照射された測定光Ａ２は、測定対象物１００において、測定光Ａ２が直接照射される上面と、測定光Ａ２が測定対象物１００の内部を伝搬して到達した下面の二箇所で得られる。
　図７Ａにおいて、干渉光スペクトルのピークは、測定対象物１００の上面に対応する距離ＤＰ１と測定対象物１００の下面に対応する距離ＤＰ２とに生じる。距離ＤＰ１と距離ＤＰ２との差分は、測定対象物１００の上面と下面との間の距離に対応する。すなわち、測定対象物１００の上面と下面との距離は光学厚みｎｄである。ｎは測定対象物１００の屈折率であり、ｄは測定対象物１００の厚みである。例えば、第１の測定部７６は、干渉光スペクトルを用いて、ピーク間の距離である光学厚みｎｄを算出し、光学厚みｎｄと測定対象物１００の既知の屈折率ｎとを用いて、測定対象物１００の厚みｄを算出する。
　ΔΨ算出部７７は、ＡＤ変換部７３から出力されたデジタル信号を用いて、ｐ偏光とｓ偏光との位相差Δおよび振幅比Ψを算出する。例えば、測定対象物１００が透明体である場合、ΔΨ算出部７７は、ＡＤ変換部７３から出力された信号を用いて、測定対象物１００の上面からの反射光の偏光密度と測定対象物１００の下面からの反射光の偏光密度との比を算出する。そして、ΔΨ算出部７７は、偏光密度の比の実数部である位相差Δを算出し、偏光密度の比の虚数部である振幅比Ψを算出する。
　第２の測定部７８は、ΔΨ算出部７７によって算出されたｐ偏光とｓ偏光との位相差Δおよび振幅比Ψに基づいて、測定対象物を算出する。ｐ偏光とｓ偏光との位相差Δおよび振幅比Ψは、測定対象物１００における特定の膜厚ごとに不確実性を有する。特定の膜厚は、膜厚周期と呼ばれる。
　図７Ｂは、測定光Ａ２に含まれるｐ偏光およびｓ偏光の位相差Δと振幅比Ψとの関係を示すグラフである。測定対象物１００の光学厚みｎｄに対して決定された位相差Δおよび振幅比Ψは、図７Ｂに示すように、膜厚周期ごとに同じ点で重なる閉曲線を描く。第２の測定部７８は、位相差Δと振幅比Ψとが同じ点で重なる膜厚周期に基づいて、測定対象物１００の厚みｄを算出する。つまり、位相差Δと振幅比Ψは、ある厚みｄ＋Ｎ×膜厚周期（Ｎは整数）に依存するため、閉曲線上のある一点が厚みに対応する。ただし、膜厚周期ごとの不確実性を持つ。
　図８は、実施の形態１に係る光測定方法を示すフローチャートである。
　送信部２は、第１の測定モードにおいて、レーザ光源２１から出射された光の周波数を掃引して出力し、第２の測定モードにおいて、レーザ光源２１から出射された光に含まれるｐ偏光とｓ偏光との位相差Δを変調して出力する（ステップＳＴ１）。
　分岐部３は、送信部２から出力された光Ａ０を、測定対象物１００に照射されない参照光Ａ１と測定対象物１００に照射される測定光Ａ２とに分岐する（ステップＳＴ２）。
　合波部６は、参照光Ａ１と測定対象物１００に照射されて反射した測定光Ａ２とを合波する（ステップＳＴ３）。
　受信部７は、合波部６によって合波された光Ａ３を受光して電気信号に変換し、変換した電気信号を用いて、第１の測定モードにおいて、参照光Ａ１と測定光Ａ２との差周波数に基づいて測定対象物１００を測定し、第２の測定モードにおいて、ｐ偏光とｓ偏光との位相差Δおよび振幅比Ψに基づいて測定対象物１００を測定する（ステップＳＴ４）。
　図９は、送信部２における周波数掃引と、ｐ偏光とｓ偏光との位相変調との同時処理の概要を示すグラフである。送信部２は、第１の測定モードと第２の測定モードを切り替えず、第１の測定モードと第２の測定モードとが同時に設定されてもよい。この場合、図９に示すように、掃引部２２による周波数掃引と位相変調部２４によるｐ偏光およびｓ偏光の位相変調とが同時に実行される。また、送信部２は、切り替え回路２５を備えていなくてもよく、受信部７は、スイッチ７４を備えていなくてもよい。
　以上のように、実施の形態１に係る光測定装置１は、送信部２が、第１の測定モードにおいて、レーザ光源２１から出射された光の周波数を掃引して出力し、第２の測定モードにおいて、レーザ光源２１から出射された光に含まれるｐ偏光とｓ偏光との位相差を変調して出力し、分岐部３が、送信部２から出力された光を、測定対象物１００に照射されない参照光Ａ１と測定対象物１００に照射される測定光Ａ２とに分岐し、合波部６が、参照光Ａ１と測定対象物１００に照射されて反射した測定光Ａ２とを合波し、受信部７が、合波部６によって合波された光Ａ３を受光して電気信号に変換し、変換した電気信号を用いて、第１の測定モードにおいて、参照光Ａ１と測定光Ａ２との差周波数に基づいて測定対象物１００を測定し、第２の測定モードにおいて、ｐ偏光とｓ偏光との位相差Δおよび振幅比Ψに基づいて測定対象物１００を測定する。
　光の周波数掃引、すなわち波長掃引を行う第１の測定モードと、波長掃引を行わずに、第１の測定モードの測定よりも高い測定分解能が得られる第２の測定モードとを実施するので、光測定装置１は、レーザ光源２１が出射した光の波長掃引幅を拡大することなく、測定分解能を高めることができる。
　実施の形態１に係る光測定装置１において、送信部２は、第１の測定モードと第２の測定モードとを時分割で切り替える。光測定装置１は、第１の測定モードによる測定と第２の測定モードによる測定を、同一の光学系を用いて時分割に実施する。これにより、広い測定レンジおよび高い測定分解能で測定対象物１００の同一箇所を時分割に測定することが可能である。
　実施の形態１に係る光測定装置１において、送信部２は、第１の測定モードと第２の測定モードとを同時に設定し、レーザ光源２１から出射された光の周波数の掃引と、ｐ偏光とｓ偏光との位相差の変調とを並行して行う。光測定装置１は、第１の測定モードによる測定と第２の測定モードによる測定とを、同一の光学系を用いて同時に実施する。これにより、広い測定レンジおよび高い測定分解能で測定対象物１００の同一箇所を同時に測定することが可能である。
　実施の形態１に係る光測定装置１において、分岐部３は、第２の測定モードにおいて、送信部２から出力された光Ａ０を、測定光Ａ２のみに分岐させて参照光Ａ１へ分岐させない。測定対象物１００に照射されない参照光Ａ１への分岐による受信感度の低下が回避されるので、第２の測定モードにおける測定の精度が高められる。
　なお、実施の形態の任意の構成要素の変形もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
　本開示に係る光測定装置は、例えば、半導体であるシリコンウェハの厚みの測定に利用可能である。
　１　光測定装置、２　送信部、３　分岐部、４　照射部、５　集光部、６　合波部、７　受信部、２１　レーザ光源、２２　掃引部、２３　偏光子、２４　位相変調部、２５　切り替え回路、７１　検光子、７２　受光部、７３　ＡＤ変換部、７４　スイッチ、７５　ＦＦＴ処理部、７６　第１の測定部、７７　ΔΨ算出部、７８　第２の測定部、１００　測定対象物。

Claims (5)

  1. 　第１の測定モードにおいて、光源から出射された光の周波数を掃引して出力し、第２の測定モードにおいて、前記光源から出射された光に含まれる２つの偏光の位相差を変調して出力する送信部と、
    　前記送信部から出力された光を、測定対象物に照射されない参照光と、前記測定対象物に照射される測定光とに分岐する分岐部と、
    　前記参照光と前記測定対象物に照射されて反射した前記測定光とを合波する合波部と、
    　前記合波部によって合波された光を受光して電気信号に変換し、変換した前記電気信号を用いて、前記第１の測定モードにおいて、前記参照光と前記測定光との差周波数に基づいて前記測定対象物を測定し、前記第２の測定モードにおいて、前記２つの偏光の位相差および振幅比に基づいて前記測定対象物を測定する受信部と、
    　を備えたことを特徴とする光測定装置。
  2. 　前記送信部は、前記第１の測定モードと前記第２の測定モードとを時分割で切り替えること
    　を特徴とする請求項１に記載の光測定装置。
  3. 　前記送信部は、前記第１の測定モードと前記第２の測定モードとを同時に設定し、前記光源から出射された光の周波数の掃引と前記２つの偏光の位相差の変調とを並行して行うこと
    　を特徴する請求項１に記載の光測定装置。
  4. 　前記分岐部は、前記第２の測定モードにおいて、前記送信部から出力された光を、前記測定光のみに分岐させて前記参照光へ分岐させないこと
    　を特徴とする請求項１に記載の光測定装置。
  5. 　送信部が、第１の測定モードにおいて、光源から出射された光の周波数を掃引して出力し、第２の測定モードにおいて、前記光源から出射された光に含まれる２つの偏光の位相差を変調して出力するステップと、
    　分岐部が、前記送信部から出力された光を、測定対象物に照射されない参照光と、前記測定対象物に照射される測定光とに分岐するステップと、
    　合波部が、前記参照光と前記測定対象物に照射されて反射した前記測定光とを合波するステップと、
    　受信部が、前記合波部によって合波された光を受光して電気信号に変換し、変換した前記電気信号を用いて、前記第１の測定モードにおいて、前記参照光と前記測定光との差周波数に基づいて前記測定対象物を測定し、前記第２の測定モードにおいて、前記２つの偏光の位相差および振幅比に基づいて前記測定対象物を測定するステップと、
    　を備えたことを特徴とする光測定方法。
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