(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の参照面を有する第１の透過部材と、
前記第１の透過部材と対向して設けられ、第２の参照面を有する第２の透過部材と、
光源からの光を前記第１の参照面を介して前記第１の透過部材および前記第２の透過部材の間に位置する試料へ照射するための第１の投光部と、
前記第１の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第１の参照面を介して受光するための第１の受光部と、
光源からの光を前記第２の参照面を介して前記試料へ照射するための第２の投光部と、
前記第２の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第２の参照面を介して受光するための第２の受光部と、
前記第１の受光部によって受光された反射光、および前記第２の受光部によって受光された反射光を分光するための分光部とを備え、
前記第１の投光部は、光源からの光を、前記試料の表面であって前記第１の参照面に対向する表面付近に集光するためのレンズを含み、
前記第２の投光部は、光源からの光を、前記試料の表面であって前記第２の参照面に対向する表面付近に集光するためのレンズを含み、
前記分光部による分光結果に基づいて、前記第１の参照面と前記試料との間の距離である第１距離、および前記第２の参照面と前記試料との間の距離である第２距離が算出され、
前記第１の参照面と前記第２の参照面との間の距離から前記第１距離および前記第２距離を差し引くことにより前記試料の厚みが算出される、厚み測定装置。
【請求項２】
前記分光部は、１つの分光器を含み、
前記厚み測定装置は、さらに、
前記第１の受光部によって受光された光、および前記第２の受光部によって受光された光を前記分光器へ導くための光学系を備える、請求項１に記載の厚み測定装置。
【請求項３】
厚み測定装置であって、
第１の参照面を有する第１の透過部材と、
前記第１の透過部材と対向して設けられ、第２の参照面を有する第２の透過部材と、
光源からの光を前記第１の参照面を介して前記第１の透過部材および前記第２の透過部材の間に位置する試料へ照射するための第１の投光部と、
前記第１の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第１の参照面を介して受光するための第１の受光部と、
光源からの光を前記第２の参照面を介して前記試料へ照射するための第２の投光部と、
前記第２の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第２の参照面を介して受光するための第２の受光部と、
前記第１の受光部によって受光された反射光、および前記第２の受光部によって受光された反射光を分光するための分光部とを備え、
前記分光部は、１つの分光器を含み、
前記厚み測定装置は、さらに、
前記第１の受光部によって受光された光、および前記第２の受光部によって受光された光を混合して１本の光ファイバを介して前記分光器へ導くための光学系を備え、
前記分光部による分光結果に基づいて、前記第１の参照面と前記試料との間の距離である第１距離、および前記第２の参照面と前記試料との間の距離である第２距離が算出され、
前記第１の参照面と前記第２の参照面との間の距離から前記第１距離および前記第２距離を差し引くことにより前記試料の厚みが算出される、厚み測定装置。
【請求項４】
前記第１の投光部から前記第１の参照面を介して前記試料へ照射される光の光線束の軸と、前記第２の投光部から前記第２の参照面を介して前記試料へ照射される光の光線束の軸と、前記第１の受光部が受光する前記第１の参照面からの反射光の光線束の軸および前記試料からの反射光の光線束の軸と、前記第２の受光部が受光する前記第２の参照面からの反射光の光線束の軸および前記試料からの反射光の光線束の軸とが互いに沿っている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の厚み測定装置。
【請求項５】
第１の参照面を有する第１の透過部材と、
前記第１の透過部材と対向して設けられ、第２の参照面を有する第２の透過部材と、
光源からの光を前記第１の参照面を介して前記第１の透過部材および前記第２の透過部材の間に位置する試料へ照射するための第１の投光部と、
前記第１の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第１の参照面を介して受光するための第１の受光部と、
光源からの光を前記第２の参照面を介して前記試料へ照射するための第２の投光部と、
前記第２の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第２の参照面を介して受光するための第２の受光部と、
前記第１の受光部によって受光された反射光、および前記第２の受光部によって受光された反射光を分光する分光部とを備える厚み測定装置を用いる厚み測定方法であって、
前記分光部による分光結果に基づいて、前記第１の参照面と前記試料との間の距離である第１距離、および前記第２の参照面と前記試料との間の距離である第２距離を算出するステップと、
前記第１の参照面と前記第２の参照面との間の距離である面間距離から前記第１距離および前記第２距離を差し引くことにより前記試料の厚みを算出するステップとを含み、
前記第１距離および前記第２距離を算出するステップにおいては、前記第１の受光部によって受光された、前記第１の投光部におけるレンズによって前記試料の表面であって前記第１の参照面に対向する表面付近に集光された光の前記試料からの反射光、および前記第２の受光部によって受光された、前記第２の投光部におけるレンズによって前記試料の表面であって前記第２の参照面に対向する表面付近に集光された光の前記試料からの反射光を含む光を分光した結果に基づいて、前記第１距離および前記第２距離を算出する、厚み測定方法。
【請求項６】
第１の参照面を有する第１の透過部材と、
前記第１の透過部材と対向して設けられ、第２の参照面を有する第２の透過部材と、
光源からの光を前記第１の参照面を介して前記第１の透過部材および前記第２の透過部材の間に位置する試料へ照射するための第１の投光部と、
前記第１の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第１の参照面を介して受光するための第１の受光部と、
光源からの光を前記第２の参照面を介して前記試料へ照射するための第２の投光部と、
前記第２の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第２の参照面を介して受光するための第２の受光部と、
前記第１の受光部によって受光された反射光、および前記第２の受光部によって受光された反射光を分光する分光部とを備える厚み測定装置を用いる厚み測定方法であって、
前記分光部による分光結果に基づいて、前記第１の参照面と前記試料との間の距離である第１距離、および前記第２の参照面と前記試料との間の距離である第２距離を算出するステップと、
前記第１の参照面と前記第２の参照面との間の距離である面間距離から前記第１距離および前記第２距離を差し引くことにより前記試料の厚みを算出するステップとを含み、
前記第１距離および前記第２距離を算出するステップにおいては、前記第１の受光部によって受光された反射光、および前記第２の受光部によって受光された反射光を混合して１本の光ファイバを介して前記分光部における１つの分光器へ伝送された各前記反射光の分光結果に基づいて、前記第１距離および前記第２距離を算出する、厚み測定方法。
【請求項７】
前記試料が設けられていない状態において、光源からの光が前記第１の投光部から前記第１の参照面を介して前記第２の参照面へ照射され、前記第１の参照面からの反射光が前記第１の受光部によって受光され、かつ前記第２の参照面からの反射光が前記第１の参照面を介して前記第１の受光部によって受光され、
前記厚み測定方法は、さらに、
前記試料が設けられていない状態において前記第１の受光部によって受光された反射光の前記分光部による分光結果に基づいて前記面間距離を算出するステップを含む、請求項５または請求項６に記載の厚み測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚み測定装置および厚み測定方法に関し、特に、反射光を用いて試料の厚みを測定する厚み測定装置および厚み測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光を用いて距離を計測する変位計測装置が開発されている。たとえば、特開２００９−２７０９３９号公報（特許文献１）には、以下のような構成が開示されている。すなわち、光学式変位計は、計測用の検出光として広帯域光を生成する広帯域光源装置と、上記検出光を集光し、測定対象物に向けて出射する出射側端面が平面の集光レンズと、上記集光レンズに入射された上記測定対象物による反射光及び上記出射側端面による反射光を分光し、波長分布の特性曲線の周波数を求めて上記測定対象物及び上記出射側端面間の距離を算出する分光装置とを備え、上記集光レンズは、上記出射側端面から遠ざかるに従って照射スポットが広くなる上記検出光を出射するレンズである。
【０００３】
また、特開２０１４−１１５２４２号公報（特許文献２）には、以下のような構成が開示されている。すなわち、変位計測装置は、拡散したスペクトルを有する光を出射する点状光源と、前記光に軸上色収差を生じさせるとともに、当該軸上色収差を生じさせた光を計測対象物に集光させる光学素子と、前記光学素子で集光した光のうち、前記計測対象物において合焦する光を通過する開口と、前記開口を通過した光のスペクトルを求めて、前記スペクトルのピーク波長に基づいて、前記光学素子と前記計測対象物との間の距離を求める計測部とを備え、前記計測部は、前記計測対象物の分光反射特性を求め、前記求められた分光反射特性を用いて、当該分光反射特性が距離の計測にもたらす誤差を軽減するようにして前記距離を求める。
【０００４】
また、特開２０１０−１２１９７７号公報（特許文献３）には、以下のような構成が開示されている。すなわち、光学式変位計は、検出光を生成する検出光生成手段と、上記検出光の一部を反射し、検出光の他の一部を検査対象物側に透過させる基準面と、上記基準面による反射光及び上記検査対象物による反射光からなる干渉光を分光する分光手段と、分光後の上記干渉光を受光し、干渉光の波数に関する光強度分布を生成する光強度分布生成手段と、上記波数に関する光強度分布を波数に対する光強度の空間周波数に関する光強度分布に変換し、上記空間周波数に関する光強度分布の極大点を抽出することを一定の時間間隔で繰返す光強度極大点抽出手段と、上記波数に関する光強度分布の上記極大点の空間周波数に対応する周波数成分の位相を決定する位相決定手段と、上記位相に基づいて、上記検査対象物の変位量を判定する変位量判定手段とを備え、上記位相決定手段が、上記周波数成分の相対位相を３６０度の範囲内で判定する相対位相判定手段と、上記相対位相判定手段による判定結果及び過去の判定結果に基づいて上記相対位相をつなぎ合わせ、絶対位相を求める絶対位相算出手段と、リセット指示に基づいて、上記絶対位相の基準点を更新する位相基準更新手段とを有し、上記変位量判定手段が、上記絶対位相に基づいて変位量を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２７０９３９号公報
【特許文献２】特開２０１４−１１５２４２号公報
【特許文献３】特開２０１０−１２１９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜３に記載の技術を用いて試料の厚みを測定する場合、たとえば、接地された試料までの距離の測定結果、および接地面までの距離の測定結果から当該試料の厚みを測定する方法が考えられる。
【０００７】
しかしながら、試料の表面に凹凸があったり、試料に歪または反りがあったりする場合、試料の接地面側の表面と接地面との間に隙間が生じてしまう。このような場合、試料の厚みを正確に測定することが困難になることがある。
【０００８】
この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、試料の厚みを正確に測定することが可能な厚み測定装置および厚み測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる厚み測定装置は、第１の参照面を有する第１の透過部材と、前記第１の透過部材と対向して設けられ、第２の参照面を有する第２の透過部材と、光源からの光を前記第１の参照面を介して前記第１の透過部材および前記第２の透過部材の間に位置する試料へ照射するための第１の投光部と、前記第１の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第１の参照面を介して受光するための第１の受光部と、光源からの光を前記第２の参照面を介して前記試料へ照射するための第２の投光部と、前記第２の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第２の参照面を介して受光するための第２の受光部と、前記第１の受光部によって受光された反射光、および前記第２の受光部によって受光された反射光を分光するための分光部とを備える。
【００１０】
このように、試料の両側へ各参照面を介して光を照射し、試料の両側の表面からの反射光を、対応の参照面からの反射光とそれぞれ干渉させて分光する構成により、試料の表面に凹凸があったり、試料に歪または反りがあったりする場合においても、分光結果に基づいて試料の両側の表面と対応の参照面との間の距離をそれぞれ算出することができる。そして、たとえば、算出した各距離、および各参照面間の距離から試料の厚みを正確に算出することができる。したがって、試料の厚みを正確に測定することができる。
【００１１】
（２）好ましくは、前記分光部は、１つの分光器を含み、前記厚み測定装置は、さらに、前記第１の受光部によって受光された光、および前記第２の受光部によって受光された光を前記分光器へ導くための光学系を備える。
【００１２】
このような光学系を用いる構成により、高価な分光器の個数を最小にすることができるので、厚み測定装置の製造コストを低減することができる。
【００１３】
（３）好ましくは、前記第１の投光部から前記第１の参照面を介して前記試料へ照射される光の光線束の軸と、前記第２の投光部から前記第２の参照面を介して前記試料へ照射される光の光線束の軸と、前記第１の受光部が受光する前記第１の参照面からの反射光の光線束の軸および前記試料からの反射光の光線束の軸と、前記第２の受光部が受光する前記第２の参照面からの反射光の光線束の軸および前記試料からの反射光の光線束の軸とが互いに沿っている。
【００１４】
このような構成により、各参照面がたとえば非平行に配置されたり、試料が参照面に対して非平行に設けられたりしている場合においても、試料の厚みを正確に測定することができる。
【００１５】
（４）好ましくは、前記分光部は、１つの分光器を含み、前記厚み測定装置は、さらに、前記第１の受光部によって受光された光、および前記第２の受光部によって受光された光を前記分光器へ導くための光学系を備え、前記試料から前記第１の参照面、前記第１の受光部および前記光学系を経由して前記分光器まで伝搬する反射光の経路の光学的距離と前記試料から前記第２の参照面、前記第２の受光部および前記光学系を経由して前記分光器まで伝搬する反射光の経路の光学的距離とが同じになるように設定されている。
【００１６】
このような構成により、試料の両側の表面においてそれぞれ反射された光が分光器に到達するまでに要する時間をほぼ同じにすることができるので、各表面においてほぼ同じタイミングで反射された反射光を分光器に分光させることができる。これにより、試料が動いているような場合においても、簡易な構成で、試料の厚みを正確に測定することができる。
【００１７】
（５）好ましくは、前記厚み測定装置は、さらに、前記分光部による分光結果に基づいて、前記第１の参照面と前記試料との間の距離である第１距離、および前記第２の参照面と前記試料との間の距離である第２距離を算出する演算部を備え、前記演算部は、前記第１の参照面と前記第２の参照面との間の距離から前記第１距離および前記第２距離を差し引くことにより前記試料の厚みを算出する。
【００１８】
このように、試料の外部の空間についての測定結果である各距離から試料の厚みを算出する構成により、試料が不透明な物質であっても当該試料の厚みを算出することができる。また、試料の屈折率等の物性値を認識することなく当該試料の厚みを容易に算出することができる。
【００１９】
（６）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる厚み測定方法は、第１の参照面を有する第１の透過部材と、前記第１の透過部材と対向して設けられ、第２の参照面を有する第２の透過部材と、光源からの光を前記第１の参照面を介して前記第１の透過部材および前記第２の透過部材の間に位置する試料へ照射するための第１の投光部と、前記第１の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第１の参照面を介して受光するための第１の受光部と、光源からの光を前記第２の参照面を介して前記試料へ照射するための第２の投光部と、前記第２の参照面からの反射光を受光し、かつ前記試料からの反射光を前記第２の参照面を介して受光するための第２の受光部と、前記第１の受光部によって受光された反射光、および前記第２の受光部によって受光された反射光を分光する分光部とを備える厚み測定装置を用いる厚み測定方法であって、前記分光部による分光結果に基づいて、前記第１の参照面と前記試料との間の距離である第１距離、および前記第２の参照面と前記試料との間の距離である第２距離を算出するステップと、前記第１の参照面と前記第２の参照面との間の距離である面間距離から前記第１距離および前記第２距離を差し引くことにより前記試料の厚みを算出するステップとを含む。
【００２０】
このように、試料の両側へ各参照面を介して光を照射し、試料の両側の表面からの反射光を、対応の参照面からの反射光とそれぞれ干渉させて分光する構成により、試料の表面に凹凸があったり、試料に歪または反りがあったりする場合においても、分光結果に基づいて試料の両側の表面と対応の参照面との間の距離をそれぞれ算出することができる。そして、算出した各距離、および各参照面間の距離から試料の厚みを正確に算出することができる。したがって、試料の厚みを正確に測定することができる。また、試料の外部の空間についての測定結果である各距離から試料の厚みを算出することにより、試料が不透明な物質であっても当該試料の厚みを算出することができる。また、試料の屈折率等の物性値を認識することなく当該試料の厚みを容易に算出することができる。
【００２１】
（７）好ましくは、前記試料が設けられていない状態において、光源からの光が前記第１の投光部から前記第１の参照面を介して前記第２の参照面へ照射され、前記第１の参照面からの反射光が前記第１の受光部によって受光され、かつ前記第２の参照面からの反射光が前記第１の参照面を介して前記第１の受光部によって受光され、前記厚み測定方法は、さらに、前記試料が設けられていない状態において前記第１の受光部によって受光された反射光の前記分光部による分光結果に基づいて前記面間距離を算出するステップを含む。
【００２２】
このような構成により、第１距離および第２距離の算出方法と同じ方法を用いて面間距離を算出することができるので、第１距離および第２距離の算出精度と同程度の高い算出精度で面間距離を算出することができる。これにより、たとえば、精度の劣る他の方法を用いて面間距離を算出する場合と比べて、試料の厚さをより正確に算出することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、試料の厚みを正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置におけるプローブ周辺の拡大図を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置におけるファイバジャンクションの機能を説明するための図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置における演算部において生成されるパワースペクトルの一例を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置における演算部において生成されるパワースペクトルの一例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置を用いた測定方法の手順の一例を定めたフローチャートである。
【図７】図７は、プローブの比較例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置の構成を示す図である。図２は、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置におけるプローブ周辺の拡大図を示す図である。
【００２７】
図１および図２を参照して、厚み測定装置１０１は、プローブ１，２と、分光部３と、光源４と、光学系５と、演算部６とを備える。プローブ１は、レンズ系５１と、透過基板（第１の透過部材）６１とを含む。レンズ系５１は、レンズ５５と、レンズ（第１の投光部および第１の受光部）５７とを含む。透過基板６１は、表面（第１の参照面）６５と、表面６７とを有する。プローブ２は、レンズ系５２と、透過基板（第２の透過部材）６２とを含む。レンズ系５２は、レンズ５６と、レンズ（第２の投光部および第２の受光部）５８とを含む。透過基板６２は、表面（第２の参照面）６６と、表面６８とを有する。分光部３は、分光器４１と、データ生成部４２とを含む。光学系５は、光ファイバ３１，３２，３３，３４と、ファイバジャンクション３５とを含む。
【００２８】
厚み測定装置１０１における光源４は、たとえばバンド幅の広い光を出力するレーザである。なお、光源４は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ‐Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）または白熱電球等であってもよい。
【００２９】
光学系５は、たとえば、光源４によって出力された光をプローブ１，２へ導く。より詳細には、光学系５における光ファイバ３４は、光源４と光学的に結合する入力端において光源４からの光を受け、受けた光をファイバジャンクション３５へ伝送する。
【００３０】
図３は、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置におけるファイバジャンクションの機能を説明するための図である。
【００３１】
図３を参照して、ファイバジャンクション３５は、光ファイバ３４から受ける光を光ファイバ３１，３２に分配する。
【００３２】
再び図１および図２を参照して、光ファイバ３１は、ファイバジャンクション３５によって分配された光源４からの光をプローブ１におけるレンズ系５１へ伝送する。また、光ファイバ３２は、ファイバジャンクション３５によって分配された光源４からの光をプローブ２におけるレンズ系５２へ伝送する。
【００３３】
厚み測定装置１０１では、たとえば、レンズ５７から表面６５を介して試料１５１へ照射される光の投光光線束７１の軸と、レンズ５８から表面６６を介して試料１５１へ照射される光の投光光線束７２の軸と、レンズ５７が受光する表面６５からの反射光の反射光線束７３の軸および試料１５１からの反射光の反射光線束７５の軸と、レンズ５８が受光する表面６６からの反射光の反射光線束７４の軸および試料１５１からの反射光の反射光線束７６の軸とが互いに沿っている。ここで、光線束の軸は、光線束が平行光線束である場合、当該平行光線束に含まれる光線に沿った軸であり、また、光線束が発散光線束または収束光線束である場合、当該発散光線束または収束光線束に含まれる光線に沿う側面を有する円錐の対称軸である。
【００３４】
より詳細には、レンズ系５１において、レンズ５５，５７は、たとえば円筒形の凸レンズであり、光軸が互いに沿うように設けられている。ここで、レンズ５５，５７の光軸に沿う仮想的な軸を参照軸７０と定義する。
【００３５】
レンズ５７は、第１の投光部として、光源４からの光を、表面６５を介して透過基板６１および透過基板６２の間に位置する試料１５１へ照射する。
【００３６】
試料１５１は、図示しないステージに配置され、表面６５および６６に平行な面に沿って透過基板６１および透過基板６２の間を移動することが可能である。ここでは、透過基板６１および透過基板６２の間において、試料１５１の一部が位置する。なお、透過基板６１および透過基板６２の間に試料１５１の全部が位置してもよい。
【００３７】
レンズ５５は、自己と光学的に結合した光ファイバ３１の端面７７と対向し、端面７７からの光の光線束のうち、レンズ５５の光軸を軸とする光線束である投光光線束７１を受光して発散光線束から平行光線束に変換する。したがって、投光光線束７１の軸は、参照軸７０に沿っている。
【００３８】
レンズ５７は、レンズ５５および透過基板６１の間に設けられ、レンズ５５からの投光光線束７１を収束光線束に変換することにより、光源４からの光を、表面６５と対向する面である試料１５１の表面８１付近に表面６５を介して集光する。
【００３９】
透過基板６１および透過基板６２は、対向して設けられている。具体的には、透過基板６１および透過基板６２は、正対して設けられている。より詳細には、透過基板６１および透過基板６２は、第１の参照面である表面６５および第２の参照面である表面６６が正対するように設けられる。
【００４０】
なお、透過基板６１および透過基板６２は、表面６５および表面６６が正対するように設けられる構成に限らず、対向して設けられればよい。
【００４１】
透過基板６１および透過基板６２は、たとえば平行平面基板であり、光源４が出力する光の周波数帯域において透明または半透明である。より詳細には、透過基板６１における表面６５および表面６７は、たとえば、平面であり、かつ互いに平行である。透過基板６１は、表面６５の法線が参照軸７０に沿い、かつ表面６５および表面６７がそれぞれ試料１５１の表面８１およびレンズ５７と対向するように設けられている。
【００４２】
また、透過基板６２における表面６６および表面６８は、たとえば、平面であり、かつ互いに平行である。透過基板６２は、表面６６の法線が参照軸７０に沿い、かつ表面６６および表面６８がそれぞれ試料１５１の表面８２およびレンズ５８と対向するように設けられている。
【００４３】
なお、表面６５および表面６７は、互いに非平行であってもよい。また、表面６６および表面６８は、互いに非平行であってもよい。また、厚み測定装置１０１は、透過基板６１および透過基板６２の代わりに、板状以外の形状を有する透過部材を備える構成であってもよい。
【００４４】
レンズ系５１におけるレンズ５７は、第１の受光部として、透過基板６１における表面６５からの反射光を受光し、かつ試料１５１からの反射光を、表面６５を介して受光する。
【００４５】
より詳細には、表面６５は、透過基板６１と空気層との界面であるため、レンズ５７から受ける光を反射する。また、試料１５１における表面８１は、試料１５１と空気層との界面であるため、透過基板６１を介してレンズ５７から受ける光を反射する。
【００４６】
レンズ５７は、試料１５１によって反射された光の光線束のうち、レンズ５７の光軸を軸とする光線束である反射光線束７５を、表面６５を介して受光して発散光線束から平行光線束に変換する。したがって、反射光線束７５の軸は、参照軸７０に沿っている。
【００４７】
また、レンズ５７は、表面６５によって反射された光の光線束のうち、レンズ５７の光軸を軸とする光線束である反射光線束７３を受光して発散光線束から平行光線束に変換する。したがって、反射光線束７３の軸は、参照軸７０に沿っている。この例では、表面６５と表面８１との間の距離がレンズ５７と表面８１との間の距離と比べて短いため、反射光線束７３は、レンズ５７によって平行光線束に変換されると近似している。
【００４８】
レンズ５５は、レンズ５７からの反射光線束７５を収束光線束に変換することにより、表面６５を経由した試料１５１からの反射光を光ファイバ３１の端面７７に集光するとともに、レンズ５７からの反射光線束７３を収束光線束に変換することにより、表面６５からの反射光を端面７７に集光する。
【００４９】
一方、レンズ系５２において、レンズ５６，５８は、たとえば円筒形の凸レンズであり、各光軸が参照軸７０に沿うように設けられている。
【００５０】
レンズ５８は、第２の投光部として、光源４からの光を、表面６６を介して試料１５１へ照射する。
【００５１】
より詳細には、レンズ５６は、自己と光学的に結合した光ファイバ３２の端面７８と対向し、端面７８からの光の光線束のうち、レンズ５６の光軸を軸とする光線束である投光光線束７２を受光して発散光線束から平行光線束に変換する。したがって、投光光線束７２の軸は、参照軸７０に沿っている。
【００５２】
レンズ５８は、レンズ５６および透過基板６２の間に設けられ、レンズ５６からの投光光線束７２を収束光線束に変換することにより、光源４からの光を、表面６６と対向する面である試料１５１の表面８２付近に表面６６を介して集光する。
【００５３】
レンズ系５２におけるレンズ５８は、第２の受光部として、透過基板６２における表面６６からの反射光を受光し、かつ試料１５１からの反射光を、表面６６を介して受光する。
【００５４】
より詳細には、表面６６は、透過基板６２と空気層との界面であるため、レンズ５８から受ける光を反射する。また、試料１５１における表面８２は、試料１５１と空気層との界面であるため、透過基板６２を介してレンズ５８から受ける光を反射する。
【００５５】
レンズ５８は、試料１５１によって反射された光の光線束のうち、レンズ５８の光軸を軸とする光線束である反射光線束７６を、表面６６を介して受光して発散光線束から平行光線束に変換する。したがって、反射光線束７６の軸は、参照軸７０に沿っている。
【００５６】
また、レンズ５８は、表面６６によって反射された光の光線束のうち、レンズ５８の光軸を軸とする光線束である反射光線束７４を受光して発散光線束から平行光線束に変換する。したがって、反射光線束７４の軸は、参照軸７０に沿っている。この例では、表面６６と表面８２との間の距離がレンズ５８と表面８２との間の距離と比べて短いため、反射光線束７４は、レンズ５８によって平行光線束に変換されると近似している。
【００５７】
レンズ５６は、レンズ５８からの反射光線束７６を収束光線束に変換することにより、表面６６を経由した試料１５１からの反射光を光ファイバ３２の端面７８に集光するとともに、レンズ５８からの反射光線束７４を収束光線束に変換することにより、表面６６からの反射光を端面７８に集光する。
【００５８】
光学系５は、たとえば、レンズ５７によって受光された光、およびレンズ５８によって受光された光を分光部３における分光器４１へ導く。
【００５９】
より詳細には、光学系５における光ファイバ３１は、レンズ５５から受ける反射光をファイバジャンクション３５へ伝送する。光ファイバ３２は、レンズ５６から受ける反射光をファイバジャンクション３５へ伝送する。
【００６０】
再び図３を参照して、ファイバジャンクション３５は、光ファイバ３１，３２から受ける反射光を結合部３６において混合し、混合後の反射光を光ファイバ３３へ出力する。
【００６１】
再び図１を参照して、光ファイバ３３は、ファイバジャンクション３５によって混合された各反射光を分光部３における分光器４１へ伝送する。
【００６２】
たとえば、厚み測定装置１０１では、試料１５１から表面６５、レンズ５７および光学系５を経由して分光器４１まで伝搬する反射光の経路の光学的距離と試料１５１から表面６６、レンズ５８および光学系５を経由して分光器４１まで伝搬する反射光の経路の光学的距離とが同じになるように設定されている。
【００６３】
言い換えると、厚み測定装置１０１では、試料１５１から表面６５、レンズ５７および光学系５を経由して分光器４１まで伝搬する反射光の経路の光学的距離と試料１５１から表面６６、レンズ５８および光学系５を経由して分光器４１まで伝搬する反射光の経路の光学的距離とが略同じである。
【００６４】
より詳細には、厚み測定装置１０１では、表面６５と表面８１との間の距離、および表面６６と表面８２との間の距離が略同じ場合において、以下のように、プローブ１，２の大きさおよび光ファイバ３１，３２の長さが設定されている。
【００６５】
すなわち、光が表面８１から表面６５、レンズ５７，５５および光ファイバ３１を介してファイバジャンクション３５における結合部３６（図３参照）まで伝搬するために要する時間と、光が表面８２から表面６６、レンズ５８，５６および光ファイバ３２を介してファイバジャンクション３５における結合部３６まで伝搬するために要する時間とが略同じになるように、プローブ１，２の大きさおよび光ファイバ３１，３２の長さが設定されている。
【００６６】
この例では、表面６５と光ファイバ３１の端面７７との間の距離、および表面６６と光ファイバ３２の端面７８との間の距離が略同じになるように設定され、かつ、光ファイバ３１の端面７７からファイバジャンクション３５における結合部３６までの長さ、および光ファイバ３２の端面７８から結合部３６までの長さが略同じになるように設定されている。
【００６７】
分光部３は、レンズ５７によって受光された反射光、およびレンズ５８によって受光された反射光を分光する。
【００６８】
より詳細には、分光部３における分光器４１では、回折格子および１次元イメージセンサが設けられており、光ファイバ３３によって伝送された各反射光は、回折格子によって回折されて１次元イメージセンサに照射される。
【００６９】
１次元イメージセンサは、回折格子により回折された各反射光を光電変換することにより、各反射光の波長ごとの強度に応じた電荷を蓄積する。
【００７０】
データ生成部４２は、１次元イメージセンサにおいて所定のゲート時間蓄積された波長ごとの電荷を取得することにより、波長ごとの強度を示す信号を生成し、生成した信号をたとえばＲＳ２３２Ｃの通信規格またはイーサネット（登録商標）の通信規格に従って演算部６へ出力する。
【００７１】
演算部６は、データ生成部４２から信号を受けると、受けた信号の示す波長ごとの強度を波長ごとの反射率に変換する。
【００７２】
より詳細には、演算部６は、たとえば、分光器４１に光が入らないようにした状態においてデータ生成部４２から受けた信号の示す波長ごとの強度を、ダークスペクトルデータとして保持している。
【００７３】
また、演算部６は、たとえば、試料１５１の代わりにアルミ板等の参照物が透過基板６１および透過基板６２の間に設けられている状態においてデータ生成部４２から受けた信号の示す波長ごとの強度に対して、ダークスペクトルデータに含まれる波長ごとの強度をそれぞれ差し引いた波長ごとの強度を、参照スペクトルデータとして保持している。
【００７４】
演算部６は、試料１５１が透過基板６１および透過基板６２の間に設けられている状態においてデータ生成部４２から受けた信号の示す波長ごとの強度に対して、ダークスペクトルデータに含まれる波長ごとの強度をそれぞれ差し引いた後、参照スペクトルデータに含まれる波長ごとの強度でそれぞれ除することにより、波長ごとの反射率を含む反射スペクトルデータを生成する。
【００７５】
図４は、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置における演算部において生成されるパワースペクトルの一例を示す図である。なお、図４において、縦軸はパワースペクトル強度を示し、横軸は厚さを示す。
【００７６】
図２および図４を参照して、演算部６は、たとえば、分光部３による分光結果に基づいて、表面６５と試料１５１との間の距離であるｄ１、および表面６６と試料１５１との間の距離であるｄ２を算出する。
【００７７】
より詳細には、演算部６は、生成した反射スペクトルデータをフーリエ変換することにより空間周波数ごとのパワースペクトル強度を示すパワースペクトルを算出する。そして、演算部６は、空間周波数を厚さに換算することにより、図４に示すパワースペクトルを生成する。
【００７８】
演算部６は、表面８１からの反射光および表面６５からの反射光の干渉に基づくピークＰ１の位置から距離ｄ１を算出する。また、演算部６は、表面８２からの反射光および表面６６からの反射光の干渉に基づくピークＰ２の位置から距離ｄ２を算出する。この例では、演算部６は、距離ｄ１およびｄ２をそれぞれ１６８．３マイクロメートルおよび６２５．４マイクロメートルと算出する。
【００７９】
図５は、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置における演算部において生成されるパワースペクトルの一例を示す図である。なお、図５において、縦軸はパワースペクトル強度を示し、横軸は厚さを示す。
【００８０】
図２および図５を参照して、演算部６は、たとえば、表面６５と表面６６との間の距離である面間距離ｄａから距離ｄ１およびｄ２を差し引くことにより試料１５１の厚みを算出する。
【００８１】
たとえば、面間距離ｄａは、以下の方法により求められる。すなわち、透過基板６１および透過基板６２の間に試料１５１が設けられていない状態では、光源４からの光がレンズ５７から表面６５を介して表面６６へ照射され、表面６５からの反射光がレンズ５７によって受光され、表面６６からの反射光が表面６５を介してレンズ５７によって受光され、光源４からの光がレンズ５８から表面６６を介して表面６５へ照射され、表面６６からの反射光がレンズ５８によって受光され、かつ表面６５からの反射光が表面６６を介してレンズ５８によって受光される。
【００８２】
このような状態において、演算部６は、データ生成部４２から受ける信号の示す波長ごとの強度をフーリエ変換することにより空間周波数ごとのパワースペクトル強度すなわちパワースペクトルを算出する。そして、演算部６は、空間周波数を厚さに換算することにより、図５に示すパワースペクトルを生成する。
【００８３】
演算部６は、たとえば、上述の状態において、表面６５からレンズ５７への反射光、および表面６５を経由した表面６６からレンズ５７への反射光の干渉、ならびに表面６６からレンズ５８への反射光、および表面６６を経由した表面６５からレンズ５８への反射光の干渉に基づくピークＰａの位置から面間距離ｄａを算出する。この例では、演算部６は、面間距離ｄａを２８００．０マイクロメートルと算出する。したがって、演算部６は、（２８００．０−１６８．３−６２５．４）を演算することにより、試料１５１の厚さとして２００６．３マイクロメートルを算出する。
【００８４】
なお、厚み測定装置１０１では、演算部６が、上述の方法により面間距離ｄａを算出する構成であるとしたが、これに限定するものではない。演算部６が、他の方法たとえば機械的に測定する方法により得られた面間距離ｄａを予め保持する構成であってもよい。この場合、演算部６は、保持する面間距離ｄａを用いて試料１５１の厚みを算出する。
【００８５】
［測定方法］
図６は、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置を用いた測定方法の手順の一例を定めたフローチャートである。
【００８６】
図６を参照して、まず、厚み測定装置１０１は、試料１５１が設けられていない状態において、レンズ５７によって受光された反射光、およびレンズ５８によって受光された反射光の分光部３による分光結果を取得する。具体的には、厚み測定装置１０１は、図５に示すパワースペクトルを取得する（ステップＳ１０２）。
【００８７】
次に、厚み測定装置１０１は、取得した分光結果に基づいて面間距離ｄａを算出する。具体的には、厚み測定装置１０１は、図５に示すパワースペクトルにおけるピークＰａの位置から面間距離ｄａを算出する（ステップＳ１０４）。
【００８８】
次に、測定者は、試料１５１を透過基板６１および透過基板６２の間に設置する（ステップＳ１０６）。
【００８９】
次に、厚み測定装置１０１は、試料１５１の設けられた状態において、分光部３による分光結果、具体的には図４に示すパワースペクトルを取得する（ステップＳ１０８）。
【００９０】
次に、厚み測定装置１０１は、試料１５１の設けられた状態において、分光部３による分光結果に基づいて距離ｄ１およびｄ２を算出する。具体的には、厚み測定装置１０１は、図４に示すパワースペクトルにおけるピークＰ１およびＰ２の位置から距離ｄ１およびｄ２をそれぞれ算出する（ステップＳ１１０）。
【００９１】
次に、厚み測定装置１０１は、面間距離ｄａから距離ｄ１およびｄ２を差し引くことにより試料１５１の厚みを算出する（ステップＳ１１２）。
【００９２】
なお、上記ステップＳ１０２〜Ｓ１０４とステップＳ１０６〜Ｓ１１０との順番は、上記に限らず、順番を入れ替えてもよい。
【００９３】
また、厚み測定装置１０１は、上記ステップＳ１０２，Ｓ１０４において、面間距離ｄａを算出するとしたが、これに限定するものではない。厚み測定装置１０１は、前述のように面間距離ｄａを予め保持している場合、面間距離ｄａを算出しなくてもよい。
【００９４】
また、厚み測定装置１０１は、上記ステップＳ１０２において、レンズ５７，５８の両方から光が照射される場合において、レンズ５７によって受光された反射光、およびレンズ５８によって受光された反射光の分光部３による分光結果を取得したが、これに限定するものではない。厚み測定装置１０１は、上記ステップＳ１０２において、レンズ５７およびレンズ５８のいずれか一方から光が照射される場合において、対応のレンズによって受光された反射光による分光結果を取得してもよい。
【００９５】
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、分光部３は、１つの分光器４１を含む構成であるとしたが、これに限定するものではない。分光部３は、２つの分光器４１を含む構成であってもよい。この場合、２つの分光器４１は、レンズ５７によって受光された反射光、およびレンズ５８によって受光された反射光をそれぞれ分光する。演算部６は、当該２つの分光器４１の各分光結果に基づいて、距離ｄ１およびｄ２を算出する。
【００９６】
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置は、１つの光源４を備える構成であるとしたが、これに限定するものではない。厚み測定装置１０１は、２つの光源４を備える構成であってもよい。この場合、レンズ５７は、一方の光源４からの光を、表面６５を介して試料１５１へ照射する。レンズ５８は、他方の光源４からの光を、表面６６を介して試料１５１へ照射する。
【００９７】
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、第１の投光部および第１の受光部が一体であるとしたが、これに限定するものではない。厚み測定装置１０１において、第１の投光部および第１の受光部が、別個に設けられてもよい。
【００９８】
具体的には、厚み測定装置１０１は、第１の投光部として機能するレンズ５７と、第１の受光部として機能する他のレンズとを備える構成であってもよいし、第１の受光部として機能するレンズ５７と、第１の投光部として機能する他のレンズとを備える構成であってもよい。
【００９９】
すなわち、レンズ５７から表面６５を介して試料１５１へ照射される光の投光光線束７１の軸と、レンズ５８から表面６６を介して試料１５１へ照射される光の投光光線束７２の軸と、レンズ５７が受光する表面６５からの反射光の反射光線束７３の軸および試料１５１からの反射光の反射光線束７５の軸と、レンズ５８が受光する表面６６からの反射光の反射光線束７４の軸および試料１５１からの反射光の反射光線束７６の軸とが互いに沿っていなくてもよい。
【０１００】
また、厚み測定装置１０１は、図１に示す透過基板６１とレンズ５７との間にハーフミラーを設けることより、第１の投光部として機能するレンズ５７と、ハーフミラーによって反射された反射光を受光する第１の受光部として機能する他のレンズとを備える構成であってもよいし、光源４からの光をハーフミラーおよび表面６５を介して試料１５１へ照射する第１の投光部として機能する他のレンズと、第１の受光部として機能するレンズ５７とを備える構成であってもよい。これらの構成では、投光光線束７１および反射光線束７３，７５の軸が、表面６５および表面８１において互いに沿うようにすることが可能である。
【０１０１】
同様に、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、第２の投光部および第２の受光部が一体であるとしたが、これに限定するものではない。厚み測定装置１０１において、第２の投光部および第２の受光部が、別個に設けられてもよい。
【０１０２】
具体的には、厚み測定装置１０１は、第２の投光部として機能するレンズ５８と、第２の受光部として機能する他のレンズとを備える構成であってもよいし、第２の受光部として機能するレンズ５８と、第２の投光部として機能する他のレンズとを備える構成であってもよい。
【０１０３】
また、厚み測定装置１０１は、図１に示す透過基板６２とレンズ５８との間にハーフミラーを設けることより、第２の投光部として機能するレンズ５８と、ハーフミラーによって反射された反射光を受光する第２の受光部として機能する他のレンズとを備える構成であってもよいし、光源４からの光をハーフミラーおよび表面６６を介して試料１５１へ照射する第２の投光部として機能する他のレンズと、第２の受光部として機能するレンズ５８とを備える構成であってもよい。これらの構成では、投光光線束７２および反射光線束７４，７６の軸が、表面６６および表面８２において互いに沿うようにすることが可能である。
【０１０４】
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、透過基板６１の試料１５１と対向する面である表面６５を第１の参照面として用いる構成であるとしたが、これに限定するものではない。厚み測定装置１０１では、透過基板６１の試料１５１と反対側の面である表面６７を第１の参照面として用いる構成であってもよい。
【０１０５】
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、透過基板６２の試料１５１と対向する面である表面６６を第２の参照面として用いる構成であるとしたが、これに限定するものではない。厚み測定装置１０１では、透過基板６２の試料１５１と反対側の面である表面６８を第２の参照面として用いる構成であってもよい。
【０１０６】
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置は、光源４、光学系５および演算部６を備える構成であるとしたが、これに限定するものではない。光源４、光学系５および演算部６の少なくともいずれか１つが厚み測定装置１０１の外部に設けられる構成であってもよい。
【０１０７】
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、分光部３は、データ生成部４２を含む構成であるとしたが、これに限定するものではない。データ生成部４２が厚み測定装置１０１の外部に設けられる構成であってもよい。
【０１０８】
ところで、特許文献１〜３に記載の技術を用いて試料の厚みを測定する場合、たとえば、接地された試料までの距離の測定結果、および接地面までの距離の測定結果から当該試料の厚みを測定する方法が考えられる。
【０１０９】
しかしながら、試料の表面に凹凸があったり、試料に歪または反りがあったりする場合、試料の接地面側の表面と接地面との間に隙間が生じてしまう。このような場合、試料の厚みを正確に測定することが困難になることがある。
【０１１０】
図７は、プローブの比較例を示す図である。図７を参照して、たとえば、プローブ９１によって投光および受光された光を用いて、ステージ９２に接地された試料９３の厚さを測定する場合、参照面である表面９４およびステージ９２における接地面の間の距離ｄｇから、表面９４および試料９３の間の距離ｄｓを差し引いた距離ｄｗを試料９３の厚みとして測定してしまう。図７に示すように試料９３の表面には凹凸があるため、正しい試料９３の厚みがｄであるにもかかわらずｄｗを試料９３の厚みとして算出してしまう。
【０１１１】
これに対して、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、透過基板６１は、表面６５を有する。透過基板６２は、透過基板６１と対向して設けられ、表面６６を有する。レンズ５７は、光源４からの光を、表面６５を介して透過基板６１および透過基板６２の間に位置する試料１５１へ照射する。レンズ５７は、表面６５からの反射光を受光し、かつ試料１５１からの反射光を、表面６５を介して受光する。レンズ５８は、光源４からの光を、表面６６を介して試料１５１へ照射する。レンズ５８は、表面６６からの反射光を受光し、かつ試料１５１からの反射光を、表面６６を介して受光する。そして、分光部３は、レンズ５７によって受光された反射光、およびレンズ５８によって受光された反射光を分光する。
【０１１２】
このように、試料１５１の両側へ表面６５，６６を介して光を照射し、試料１５１の両側の表面８１，８２からの反射光を、表面６５，６６からの反射光とそれぞれ干渉させて分光する構成により、試料１５１の表面８１，８２に凹凸があったり、試料１５１に歪または反りがあったりする場合においても、分光結果に基づいて試料１５１の両側の表面８１，８２と表面６５，６６との間の距離ｄ１，ｄ２をそれぞれ算出することができる。そして、たとえば、算出した距離ｄ１，ｄ２、および表面６５，６６間の面間距離ｄａから試料１５１の厚みを正確に算出することができる。したがって、試料の厚みを正確に測定することができる。
【０１１３】
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、分光部３は、１つの分光器４１を含む。そして、光学系５は、レンズ５７によって受光された光、およびレンズ５８によって受光された光を分光器４１へ導く。
【０１１４】
このような光学系５を用いる構成により、高価な分光器４１の個数を最小にすることができるので、厚み測定装置１０１の製造コストを低減することができる。
【０１１５】
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、レンズ５７から表面６５を介して試料１５１へ照射される光の投光光線束７１の軸と、レンズ５８から表面６６を介して試料１５１へ照射される光の投光光線束７２の軸と、レンズ５７が受光する表面６５からの反射光の反射光線束７３の軸および試料１５１からの反射光の反射光線束７５の軸と、レンズ５８が受光する表面６６からの反射光の反射光線束７４の軸および試料１５１からの反射光の反射光線束７６の軸とが互いに沿っている。
【０１１６】
このような構成により、表面６５，６６がたとえば非平行に配置されたり、試料１５１が表面６５，６６に対して非平行に設けられたりしている場合においても、試料の厚みを正確に測定することができる。
【０１１７】
たとえば、図２に示すように、試料１５１が参照軸７０に沿って速度ｖで表面６５に近づく方向へ移動する場合、以下の問題が生ずることがある。すなわち、表面８１からの反射光が分光器４１へ到達するまでに要する時間Ｔ１、および表面８２からの反射光が分光器４１へ到達するまでに要する時間Ｔ２の差である（Ｔ１−Ｔ２）がΔＴである場合、試料１５１は、時間ΔＴの間にｖ×ΔＴの距離だけ表面６５に近づく。したがって、演算部６は、表面８２からの反射光および表面６６からの反射光に基づいて距離ｄ２を算出する一方、表面８１からの反射光および表面６５からの反射光に基づいて距離（ｄ１＋ｖ×ΔＴ）を算出してしまう。すなわち、厚み測定装置１０１では、試料１５１の厚みを正確に算出することが困難となってしまう。
【０１１８】
また、たとえば、レンズ５７によって受光された反射光を分光する第１の分光器、およびレンズ５８によって受光された反射光を分光する第２の分光器を準備し、第１の分光器が反射光を分光するタイミングを、第２の分光器が反射光を分光するタイミングに対してΔＴだけ遅らせることにより、試料１５１の厚みを正確に算出する方法が考えられる。しかしながら、各分光器の分光タイミングの制御が複雑になるため、好ましくない。
【０１１９】
これに対して、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、分光部３は、１つの分光器４１を含む。光学系５は、レンズ５７によって受光された光、およびレンズ５８によって受光された光を分光器４１へ導く。そして、試料１５１から表面６５、レンズ５７および光学系５を経由して分光器４１まで伝搬する反射光の経路の光学的距離と試料１５１から表面６６、レンズ５８および光学系５を経由して分光器４１まで伝搬する反射光の経路の光学的距離とが同じになるように設定されている。
【０１２０】
このような構成により、試料１５１の両側の表面８１，８２においてそれぞれ反射された光が分光器４１に到達するまでに要する時間をほぼ同じにすることができるので、表面８１，８２においてほぼ同じタイミングで反射された反射光を分光器４１に分光させることができる。これにより、試料１５１が動いているような場合においても、簡易な構成で、試料１５１の厚みを正確に測定することができる。
【０１２１】
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、演算部６は、分光部３による分光結果に基づいて、表面６５と試料１５１との間の距離であるｄ１、および表面６６と試料１５１との間の距離であるｄ２を算出する。そして、演算部６は、表面６５と表面６６との間の面間距離ｄａから距離ｄ１およびｄ２を差し引くことにより試料１５１の厚みを算出する。
【０１２２】
このように、試料１５１の外部の空間についての測定結果である各距離から試料１５１の厚みを算出する構成により、試料１５１が不透明な物質であっても試料１５１の厚みを算出することができる。また、試料１５１の屈折率等の物性値を認識することなく試料１５１の厚みを容易に算出することができる。
【０１２３】
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定方法は、厚み測定装置１０１を用いる厚み測定方法であって、分光部３による分光結果に基づいて、表面６５と試料１５１との間の距離ｄ１、および表面６６と試料１５１との間の距離ｄ２を算出するステップと、表面６５と表面６６との間の面間距離ｄａから距離ｄ１およびｄ２を差し引くことにより試料１５１の厚みを算出するステップとを含む。
【０１２４】
このように、試料１５１の両側へ表面６５，６６を介して光を照射し、試料１５１の両側の表面８１，８２からの反射光を、表面６５，６６からの反射光とそれぞれ干渉させて分光する構成により、試料１５１の表面８１，８２に凹凸があったり、試料１５１に歪または反りがあったりする場合においても、分光結果に基づいて試料１５１の両側の表面８１，８２と表面６５，６６との間の距離ｄ１，ｄ２をそれぞれ算出することができる。そして、算出した距離ｄ１，ｄ２、および表面６５，６６間の面間距離ｄａから試料１５１の厚みを正確に算出することができる。したがって、試料の厚みを正確に測定することができる。また、試料１５１の外部の空間についての測定結果である各距離から試料１５１の厚みを算出することにより、試料１５１が不透明な物質であっても試料１５１の厚みを算出することができる。また、試料１５１の屈折率等の物性値を認識することなく試料１５１の厚みを容易に算出することができる。
【０１２５】
また、本発明の実施の形態に係る厚み測定装置では、試料１５１が設けられていない状態において、光源４からの光がレンズ５７から表面６５を介して表面６６へ照射され、表面６５からの反射光がレンズ５７によって受光され、かつ表面６６からの反射光が表面６５を介してレンズ５７によって受光される。そして、本発明の実施の形態に係る厚み測定方法は、さらに、試料１５１が設けられていない状態においてレンズ５７によって受光された反射光の分光部３による分光結果に基づいて面間距離ｄａを算出するステップを含む。
【０１２６】
このような構成により、距離ｄ１およびｄ２の算出方法と同じ方法を用いて面間距離ｄａを算出することができるので、距離ｄ１およびｄ２の算出精度と同程度の高い算出精度で面間距離ｄａを算出することができる。これにより、たとえば、精度の劣る他の方法を用いて面間距離ｄａを算出する場合と比べて、試料１５１の厚さをより正確に算出することができる。
【０１２７】
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１２８】
１，２  プローブ
３  分光部
４  光源
５  光学系
６  演算部
３１，３２，３３，３４  光ファイバ
３５  ファイバジャンクション
３６  結合部
４１  分光器
４２  データ生成部
５１，５２  レンズ系
５５，５６，５７，５８  レンズ
６１，６２  透過基板
６５，６６，６７，６８  表面
７０  参照軸
７１，７２  投光光線束
７３，７４，７５，７６  反射光線束
７７，７８  端面
８１，８２  表面
９１  プローブ
９２  ステージ
９３  試料
９４  表面
１０１  厚み測定装置
１５１  試料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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