(57)【要約】【課題】第１面と第２面の反射率が異なる透明または半透明の基板厚みを高精度に測定する基板厚み測定方法を提供すること。【解決手段】透明な少なくとも界面が２面ある被測定物に光を照明し、前記被測定物からの反射光を振幅分割しながら、前記分割波面を所定の角度で光学的に重ね合わせ、この重ね合わせによって形成された干渉縞のうち、前記被測定物の第１面に相当する干渉縞ピーク位置と第２面に相当する干渉縞ピーク位置を検出した上で、前記第１面及び第２面のピーク位置から前記被測定物の厚みを算出する基板厚み測定方法であって、前記第２面に相当する干渉縞ピーク位置における前記分割波面の各波面強度を同等にすることで解決できる。【選択図】　図１
2004020464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な少なくとも界面が２面ある被測定物に光を照明し、前記被測定物からの反射光を振幅分割しながら、前記分割波面を所定の角度で光学的に重ね合わせ、この重ね合わせによって形成された干渉縞のうち、前記被測定物の第１面に相当する干渉縞ピーク位置と第２面に相当する干渉縞ピーク位置を検出した上で、前記第１面及び第２面のピーク位置から前記被測定物の厚みを算出する基板厚み測定方法であって、前記第２面に相当する干渉縞ピーク位置における前記分割波面の各波面強度を同等にすることを特徴とする基板厚み測定方法。
【請求項２】
偏光素子により振幅分割を行い、前記偏光素子の前に偏光子を、前記偏光素子の後に検光子を配設した基板厚み測定方法であって、前記被測定物の第１面の反射率をＲ１、第２面の反射率をＲ２、前記偏光素子の光学軸方向を基準に前記偏光子の偏光方向をθ１、前記検光子の偏光方向をθ２として、前記第２面に相当する干渉縞ピーク位置における前記偏光子および前記検光子の関係がｔａｎθ１・ｔａｎθ２＝±Ｒ２／Ｒ１またはｔａｎθ１・ｔａｎθ２＝±Ｒ１／Ｒ２であることを特徴とする請求項１記載の基板厚み測定方法。
【請求項３】
前記振幅分割は偏光素子であり、前記偏光素子の前に偏光子を、前記偏光素子の後に検光子を配設した基板厚み測定方法であって、前記偏光子および前記検光子を回転させながら干渉縞ピーク位置を記録し、前記偏光子と前記検光子が直交ニコルの状態で偏光方向が前記偏光素子の光学軸と４５°方向で交わるように配置される際、光学系全体の光軸近傍に形成される干渉縞ピーク位置を記録し、前記偏光子および前記検光子の関係がｔａｎθ１・ｔａｎθ２＝±Ｒ２／Ｒ１またはｔａｎθ１・ｔａｎθ２＝±Ｒ２／Ｒ１としたときに第２面に相当する干渉縞ピーク位置を記録することを特徴とする請求項１記載の基板厚み測定方法。
【請求項４】
前記偏光素子が複屈折性結晶であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載される基板厚み測定方法。
【請求項５】
前記偏光素子がウオラストンプリズムであることを特徴とする請求項２または４記載の基板厚み測定方法。
【請求項６】
前記偏光素子が複屈折性結晶の平行平板であることを特徴とする請求項２または４記載の基板厚み測定方法。
【請求項７】
半透過反射により振幅分割を行い、プリズムによる全反射を用いて所定の角度で光学的に重ね合わせる基板厚み測定方法であって、前記分割波面の一方の波面が透過する前記プリズム内部の経路に透過吸収フィルターが形成され、前記被測定物の第２面に相当する干渉縞ピーク位置における前記分割波面の各波面強度を同等にすることを特徴とする請求項１記載の基板厚み測定方法。
【請求項８】
前記透過吸収フィルターがプリズムの斜面に形成されていることを特徴とする請求項７記載の基板厚み測定方法。
【請求項９】
前記透過吸収フィルターがプリズム内部に形成されていることを特徴とする請求項７記載の基板厚み測定方法。
【請求項１０】
プリズムの出射面に検光子を配設し、半透過反射により振幅分割を行い、前記プリズムによる全反射を用いて所定の角度で光学的に重ね合わせる基板厚み測定方法であって、前記第１面に相当する干渉縞ピーク位置における各波面強度を同等にし、また前記第２面に相当する干渉縞ピーク位置における前記分割波面の各波面強度を同等にすることを特徴とする請求項１記載の基板厚み測定方法。
【請求項１１】
プリズムの出射面に検光子を配設し、半透過反射により振幅分割を行い、前記プリズムによる全反射を用いて所定の角度で光学的に重ね合わせる基板厚み測定方法であって、前記検光子を回転させながら、干渉縞ピーク位置を記録し、前記第１面に相当する干渉縞ピーク位置の各波面強度が同等となる際の光軸近傍に形成される干渉縞ピーク位置を記録し、前記第２面に相当する干渉縞ピーク位置における各波面強度が同等となる際の第２面に相当する干渉縞ピーク位置を記録することを特徴とする請求項１記載の基板厚み測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的に透明または半透明な非測定物の厚さや屈折率を非接触に測定する基板厚み測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の基板厚み測定方法には、被測定物の位相情報を含んだ波面を水晶等の偏光素子でＰ波、Ｓ波に分割し、所定の角度で重ね合わせるいわゆるシアリング干渉方式が知られている。
【０００３】
例えば、特開昭５２−５３４４７号公報には偏光素子としてウオラストンプリズムを用いた例が開示されており、以下、シアリング干渉方式の原理を図８を用いて説明する。
【０００４】
同図において、１は白色光源であり、屈折率ｎ、厚さｄの透明基板２を照明し、第１面と第２面の位相情報を含んだ光が反射される。また、２１，２２はそれぞれ、第１面の反射波面と第２面の反射波面を示す。波面２１，２２間の位相差は透明基板への入射角φに対して２ｎｄ・ｃｏｓφである。この波面２１，２２は偏光子３１を透過した後ウオラストンプリズム４に入射する。
【０００５】
ウオラストンプリズム４は水晶又は方解石などの複屈折性物質の頂角θのプリズムを２枚貼り合わせた構成であり、一方のプリズム４１は紙面に垂直な方向を光学軸とし、また、他方のプリズム４２は紙面の上下方向を光学軸として切り出されている。偏光子３１はその偏光方向がプリズム４１、４２の光学軸と４５°になる様に調整されている。更に、検光子３２は偏光子３１と平行ニコルまたは直行ニコルになる様に配置されている。
【０００６】
以上のような構成でウオラストンプリズムにより前記波面２１、２２はＰ波、Ｓ波の二つに分割され、かつ波面に傾きが生じて、波面２１Ｐ、２１Ｓおよび波面２２Ｐ、２２Ｓとなる。ここで、紙面の上下方向をＰ偏光方向、紙面に垂直な方向をＳ偏光方向とする。今、プリズム４１とプリズム４２の厚さの等しい所を原点として５の様にＹ軸を取ると波面２１Ｐと波面２１Ｓ間及び波面２２Ｐと波面２２Ｓ間に生じる光路差は、複屈折性物質の常光線に対する屈折率をｎｏ、異常光線に対する屈折率をｎｅとすると、２（ｎｅ−ｎｏ）・Ｙ・ｔａｎθで与えられる。
【０００７】
波面２１Ｐと波面２１Ｓ及び波面２２Ｐと波面２２Ｓとが干渉するところは図で点５１近傍であり、すなわちＹ＝０近傍に生じ、白色干渉縞の中央のピークとなる。波面２１Ｐと波面２２Ｓとが干渉するのは図で点５２近傍、波面２２Ｐと波面２１Ｓとが干渉するのは図で点５３近傍であり、これはそれぞれサイドのピークとなる。これは近似的に前述の２ｎｄ・ｃｏｓφと２（ｎｅ−ｎｏ）・Ｙ・ｔａｎθの等しくなるところ、すなわち、波面２１Ｐと２１Ｓの光路差と波面２１Ｐと２２Ｐの光路差が等しくなるところ、および波面２１Ｓと波面２１Ｐの光路差と波面２１Ｓと２２Ｓの光路差が等しくなるところである。
【０００８】
従って、上述する関係から明らかなように、干渉縞は位相Ｙ＝ｎｄ・ｃｏｓφ／（ｎｅ−ｎｏ）ｔａｎθ近傍に生じる。そして前記偏光子３１と検光子３２が平行ニコルの関係にある場合は上記ピーク位置で明るい縞が得られ、直交ニコルの関係にある場合は逆に暗い縞になる。これらの干渉縞をスクリーンに投影し、Ｙ＝０近傍の縞と点５２近傍または点５３近傍の縞との距離を求めることによって透明基板の厚さを逆算することができる。
【０００９】
また、他の方法ではフランソンの干渉計と呼ばれる方法が知られている（Ｍ．Ｆｒａｎｓｏｎ：Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．，４７，５２８（１９５７））。この方法は偏光分割を利用したシアリング干渉計で、図９に示すように方解石等の複屈折性結晶板４による像の横ずれを利用して波面にシヤーを与えるもので、干渉像をつくるため複屈折結晶板４の光学軸に対して４５°の方向に偏光軸をもつ偏光子３１と検光子３２が配置されている。
【００１０】
また、偏光素子を用いない方法では、サウンダースの干渉計等のプリズムを用いた方法が知られている（Ｊ．Ｂ．Ｓａｕｎｄｅｒｓ：Ｊ．Ｒｅｓ．Ｎａｔ．Ｂｕｒ．Ｓｔａｎｄ，６８Ｃ，１５５（１９６４））。この方法は、頂角の異なる２個のプリズムを反透明鏡を境にして接合したものである。白色干渉縞が得られるようにするため、図１０に示すように、プリズムを相対的にずらし光路差が０になるように接合されている。波面がずれる角すなわちシヤー角は頂角の差の２倍であるからプリズムによって定まり固定されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、被測定物の反射率が第１面、第２面とも同等ならば上記干渉縞のコントラストは最大となり測定可能だが、第１面、第２面とで反射率に差があればあるほど干渉縞のコントラストは低下することになる。
【００１２】
例えば、ＣＤやＤＶＤ−ＲＯＭなどの光ディスクの表面から記録面までの距離を測る場合、表面反射は４％程度であるのに対し、記録面はＡｌやＡｇ等反射率の高い金属膜で構成されているので約３０％と大きい。このため、反射率が同一であるときに比べて約４割コントラストが低下することが計算で求められる。特にディスクの製造工程中に検査機として用いる場合には、測定速度が重要になるため、コントラスト低下による処理方法の複雑化や平均化処理データの増大は速度低下につながり不適とされる。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、第１面と第２面の反射率が異なる透明または半透明の基板厚みを高精度に測定する基板厚み測定方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載された基板厚み測定方法は、透明な少なくとも界面が２面ある被測定物に光を照明し、前記被測定物からの反射光を振幅分割しながら、前記分割波面を所定の角度で光学的に重ね合わせ、この重ね合わせによって形成された干渉縞のうち、前記被測定物の第１面に相当する干渉縞ピーク位置と第２面に相当する干渉縞ピーク位置を検出した上で、前記第１面及び第２面のピーク位置から前記被測定物の厚みを算出する基板厚み測定方法であって、前記第２面に相当する干渉縞ピーク位置における前記分割波面の各波面強度を同等にすることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２に記載された基板厚み測定方法は、請求項１における基板厚み測定方法において、偏光素子により振幅分割を行い、前記偏光素子と前記偏光素子の前に偏光子を、前記偏光素子の後に検光子を配設した基板厚み測定方法であって、前記被測定物の第１面の反射率をＲ１、第２面の反射率をＲ２、前記偏光素子の光学軸方向を基準に前記偏光子の偏光方向をθ１、前記検光子の偏光方向をθ２として、前記第２面に相当する干渉縞ピーク位置における前記偏光子および前記検光子の関係がｔａｎθ１・ｔａｎθ２＝±Ｒ２／Ｒ１またはｔａｎθ１・ｔａｎθ２＝±Ｒ１／Ｒ２であることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項３に記載された基板厚み測定方法は、請求項１における基板厚み測定方法において、前記振幅分割は偏光素子であり、前記偏光素子の前に偏光子を、前記偏光素子の後に検光子を配設した基板厚み測定方法であって、前記偏光子および前記検光子を回転させながら干渉縞ピーク位置を記録し、前記偏光子と前記検光子が直交ニコルの状態で偏光方向が前記偏光素子の光学軸と４５°方向で交わるように配置される際、光学系全体の光軸近傍に形成される干渉縞ピーク位置を記録し、前記偏光子および前記検光子の関係がｔａｎθ１・ｔａｎθ２＝±Ｒ２／Ｒ１またはｔａｎθ１・ｔａｎθ２＝±Ｒ２／Ｒ１としたときに第２面に相当する干渉縞ピーク位置を記録することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項４に記載された基板厚み測定方法は、請求項１〜３のいずれか一項に記載される基板厚み測定方法において、前記偏光素子が複屈折性結晶であることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項５に記載された基板厚み測定方法は、請求項２または４に記載される基板厚み測定方法において、前記偏光素子がウオラストンプリズムであることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項６に記載された基板厚み測定方法は、請求項２または４に記載される基板厚み測定方法において、前記偏光素子が複屈折性結晶の平行平板であることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項７に記載された基板厚み測定方法は、請求項１における基板厚み測定方法において、半透過反射により振幅分割を行い、プリズムによる全反射を用いて所定の角度で光学的に重ね合わせる基板厚み測定方法であって、前記分割波面の一方の波面が透過する前記プリズム内部の経路に透過吸収フィルターが形成され、前記被測定物の第２面に相当する干渉縞ピーク位置における前記分割波面の各波面強度を同等にすることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項８に記載された基板厚み測定方法は、請求項７における基板厚み測定方法において、前記透過吸収フィルターがプリズムの斜面に形成されていることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項９に記載された基板厚み測定方法は、請求項７における基板厚み測定方法において、前記透過吸収フィルターがプリズム内部に形成されていることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１０に記載された基板厚み測定方法は、請求項１における基板厚み測定方法において、プリズムの出射面に検光子を配設し、半透過反射により振幅分割を行い、前記プリズムによる全反射を用いて所定の角度で光学的に重ね合わせる基板厚み測定方法であって、前記第１面に相当する干渉縞ピーク位置における各波面強度を同等にし、また前記第２面に相当する干渉縞ピーク位置における前記分割波面の各波面強度を同等にすることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１１に記載された基板厚み測定方法は、請求項１における基板厚み測定方法において、プリズムの出射面に検光子を配設し、半透過反射により振幅分割を行い、前記プリズムによる全反射を用いて所定の角度で光学的に重ね合わせる基板厚み測定方法であって、前記検光子を回転させながら、干渉縞ピーク位置を記録し、前記第１面に相当する干渉縞ピーク位置の各波面強度が同等となる際の光軸近傍に形成される干渉縞ピーク位置を記録し、前記第２面に相当する干渉縞ピーク位置における各波面強度が同等となる際の第２面に相当する干渉縞ピーク位置を記録することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１〜図７を参照しながら本発明における実施の形態を詳述する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
本実施の形態の構成は、図８に示した従来のウオラストンプリズムを用いた例と同様であり、偏光子３１および検光子３２のみ異なるので異なる部分のみ説明する。
【００２７】
図１においてウオラストンプリズムの第２のプリズム４２の光学軸方向（Ｙ軸）を０°とし、反時計回りを正としたとき、偏光子３１の偏光方向をθ１、検光子３２の偏光方向をθ２とする。また、被測定物２の第１の反射面の反射率をＲ１、第２の反射面の反射率をＲ２とする。偏光子３１および検光子３２は回転できるようになっている。
【００２８】
次に、本実施例の干渉縞コントラストを上げる原理を説明する。
【００２９】
偏光子３１を通過した波面はθ１方向に偏光しているので、ウオラストンプリズム４通過による振幅分割でＰ偏光の振幅強度はｃｏｓθ１、Ｓ偏光の振幅強度はｓｉｎθ１だけ掛け合わされる。その後検光子３２により、偏光成分を一方向に揃えられるので、更にＰ偏光の振幅強度はｃｏｓθ２、Ｓ偏光の振幅強度はｓｉｎθ２だけ掛け合わされる。
【００３０】
この結果、反射光の振幅強度は第１面のＳ偏光はＲ１・ｓｉｎθ１・ｓｉｎθ２、第１面Ｐ偏光はＲ１・ｃｏｓθ１・ｃｏｓθ２、第２面Ｓ偏光はＲ２・ｓｉｎθ１・ｓｉｎθ２、第２面Ｐ偏光はＲ２・ｃｏｓθ１・ｃｏｓθ２となる。このため、第１面同士および第２面同士の干渉縞はＲ１・ｓｉｎθ１・ｓｉｎθ２＝±Ｒ１・ｃｏｓθ１・ｃｏｓθ２となるような偏光角のときコントラスト最大となる。
【００３１】
符号が＋のときはピーク位置で明るい縞が得られ、符号が−のときは暗い縞が得られる。この式を変形して、Ｒ１・ｃｏｓ（θ１±θ２）＝０より、θ１±θ２＝９０°である。このような関係式で、干渉縞の強度が最大となるのはＲ１・ｓｉｎθ１・ｓｉｎθ２が最大となるときであり、これはθ１＝θ２＝４５°またはθ１＝１３５°、θ２＝４５°のときに限られる。一方、第１面Ｓ偏光と第２面Ｐ偏光との干渉縞は点５２に現れて、Ｒ１・ｓｉｎθ１・ｓｉｎθ２＝±Ｒ２・ｃｏｓθ１・ｃｏｓθ２となるときにコントラスト最大なので、式を単純化するとｔａｎθ１・ｔａｎθ２＝±Ｒ２／Ｒ１となる。
【００３２】
符号が＋のときはピーク位置で明るい縞が得られ、符号が−のときは暗い縞が得られる。例えば、Ｒ１＝０．０４、Ｒ２＝０．３０であるとすると、θ１＝７０°、θ２＝７０°のときコントラスト、強度ともに最大の明るい縞が得られ、またθ１＝１１０°、θ２＝７０°のときにもコントラスト、強度ともに最大の暗い縞が得られる。同様に、第１面Ｐ偏光と第２面Ｓ偏光との干渉縞は点５３に現れて、Ｒ１・ｃｏｓθ１’・ｃｏｓθ２’＝±Ｒ２・ｓｉｎθ１’・ｓｉｎθ２’となるので、ｔａｎθ１’・ｔａｎθ２’＝±Ｒ１／Ｒ２となる。
【００３３】
このように、第１面同士および第２面同士による干渉縞と、第１面と第２面による干渉縞とでは、強度・コントラストが最大となる偏光子、検光子の偏光軸方向がそれぞれ異なる。そこで、上記のように偏光子、検光子が回転できるようになっているので、測定時は最初にθ１＝θ２＝４５°またはθ１＝１３５°、θ２＝４５°として、第１面同士および第２面同士の干渉縞の位置を記録した後、反射率に応じて最適なθ１、θ２に回転して干渉縞ピーク位置を測定する。これにより透明基板の第１面と第２面との反射率に差があってもコントラストの高い干渉縞が得られ、高精度に厚みを測定することが可能となる。
【００３４】
また、第１面同士および第２面同士による干渉縞は常に同じ場所に発生することを利用して、図２のように点５１近傍、点５２近傍、点５３近傍のそれぞれの領域で偏光子３１および検光子３２の偏光軸方向が異なるものを組み合わせて使用しても良い。このようにすると偏光子３１、検光子３２の回転動作を省けるので測定時間を短縮できるという利点がある。ただし、この場合には予め第１面、第２面の反射率を把握しておき、それに合わせた偏光方向となるように偏光子３１、検光子３２を設計、製造しておく必要がある。
【００３５】
なお、ウオラストンプリズムの代わりにノマルスキープリズム等の偏光素子を使用する場合にも、同様の構成で測定が可能となることは容易に分かる。また、図９に示す従来例のフランソンの干渉計においても偏光子３１、検光子３２に対して同様の方法で測定可能となることは容易に分かる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
本実施の形態を図３及び図４を用いて以下に説明する。
【００３７】
本実施の形態は、サウンダースの干渉計をベースに改良を施したものであり、第１のプリズム６と第２のプリズム７からなり、第２のプリズム７の垂直面７２には透過吸収フィルター８が貼りつけられている。白色光源１によって被測定物２が照明され、被測定物２の第１面、第２面の位相情報を含んだ反射光が第１のプリズム６の左側から底面６１へ入射するようになっている。
【００３８】
図３において、第１のプリズム６の頂角をα、第２のプリズム７の頂角をα’とする。第１のプリズム６の斜面６３には半透明膜が形成されており、反射率をＲ０、透過率をＴ０とする。第１のプリズム６の斜面６３と第２のプリズム７の斜面７３の間は透明な材料で充填されている。
【００３９】
図３の９は当該光学系の光軸を表している。光軸９上の光の経路について以下に説明する。
【００４０】
光軸９上の光は第１のプリズム６の底面６１に垂直に入射した後に第１のプリズム６の斜面６３上の点Ｐ１に到達し、反射光と透過光とに分割される。反射光は第１プリズム６の垂直面６２上の点Ｐ２に到達し、全反射によって反射される。ここで第１のプリズム６の屈折率をｎとすると全反射条件として、ｎ・ｓｉｎ（π／２−２α）≧１なる関係である必要があるが、一般的な硝材としてｎ＝１．５とすると、α≦２４．１°である。
【００４１】
その後、再び第１のプリズム６の斜面６３上の点Ｐ３に到達し、ここでも反射光と透過光に分割される。反射光は第１のプリズム６の垂直面６２より出射する。このような経路による光線を以下９１と呼ぶことにする。一方、点Ｐ１で透過した光は第２のプリズム７内を直進して垂直面７２上の点Ｐ４にて全反射によって反射される。この点での全反射条件は、第２のプリズム７の屈折率ｎに対して、ｎ・ｓｉｎ（π／２−α−α’）≧１である。その後、第１のプリズム６の斜面６３上の点Ｐ３’に到達して、反射光と透過光に分割される。透過光は第１のプリズム６の垂直面６２に到達して出射する。このような経路による光線を以下９２と呼ぶことにする。光線９１と光線９２は角度２（α−α’）だけシヤーしている。点Ｐ３と点Ｐ３’とが一致するようにプリズムの貼り合わせ位置を調整すると干渉縞が第１のプリズム６の斜面６３上に観察される。このとき、第１の実施例と同様に光軸近傍には被測定物２の第１面同士および第２面同士による干渉縞が観察される。また、光軸の両サイドには第１面と第２面による干渉縞、第２面と第１面による干渉縞が観察される。
【００４２】
このとき、被測定物２の第１面の反射率をＲ１と第２面の反射率Ｒ２とすると、光線９１の強度は、Ｒ１・Ｒ０２、およびＲ２・Ｒ０２、光線９２の強度はＲ１・Ｔ０２、およびＲ２・Ｔ０２、であるから、光軸近傍はＲ１・Ｒ０２＝Ｒ１・Ｔ０２、即ちＲ０＝Ｔ０が望ましく、光軸近傍より頂角側の領域ではＲ１・Ｔ０２＝Ｒ２・Ｒ０２、またその逆側の領域ではＲ１・Ｒ０２＝Ｒ２・Ｔ０２が望ましい。但し、便宜上α−α’＞０であるとする。このため、第２のプリズム７の垂直面７２には透過吸収フィルター８が貼りつけられており、点Ｐ４近傍の透過率が１、点Ｐ４近傍よりも頂角側の領域での透過率が√（Ｒ１・Ｔ０２／Ｒ２・Ｒ０２）、その逆側の領域での透過率が√（Ｒ１・Ｒ０２／Ｒ２・Ｔ０２）、となるように設定する。光線９２は透過吸収フィルター８を反射により２回通過するので、平方根が必要である。これにより被測定物の第１面と第２面との反射率に差があってもコントラストの高い干渉縞が得られ、高精度に厚みを測定することが可能となる。この方法によると、第１の実施の形態に比べて複屈折結晶を用いなくても良いので、結晶に特有の収差を考慮する必要がなく、測定精度が向上するという効果もある。
【００４３】
なお、図４に示すように第２のプリズム７における斜面７３に透過吸収フィルター８が貼りつけられており、透過吸収フィルター８の適当な透過率の設定により、同様に第２面に相当する干渉縞ピーク位置における各分割波面の強度を同等にすることができる。
【００４４】
なお、α＋α’＝４５°とするとプリズムによる光軸回転が９０°なので光学系の設計、製造が容易となり好適である。また、プリズムと半透明膜による同様のシアリング干渉計においても、透過吸収フィルターを設置することにより同様の効果が得られる。
【００４５】
（第３の実施の形態）
本実施の形態を図５〜図７を参照しながら以下に説明する。
【００４６】
本実施の形態は、第２の実施の形態の構成と類似しており、光路およびシアリング干渉の原理は同じであるので、第２の実施例の図表番号、記号を用いて説明する。
【００４７】
本実施の形態は、第１のプリズム６と第２のプリズム７と検光子３２で構成され、検光子３２は回転できるようになっている。第１のプリズム６の斜面６３には半透明膜が形成されており、第１のプリズム６の斜面６３と第２のプリズム７の斜面７３の間は透明な材料で充填されている。半透明膜の反射率は偏光方向および入射角度により異なる。
【００４８】
点Ｐ１近傍における入射角度π−αではＰ偏光の反射率をＲ１Ｐ、透過率をＴ１Ｐ、Ｓ偏光反射率をＲ１Ｓ、透過率をＴ１Ｓとし、点Ｐ３近傍における入射角度αではＰ偏光の反射率をＲ３Ｐ、透過率をＴ３Ｐ、Ｓ偏光反射率をＲ３Ｓ、透過率をＴ３Ｓとして以下に説明を行う。なお、Ｐ偏光方向は図５に示すように紙面に平行な方向であり、これをＹ軸と呼ぶことにする。
【００４９】
本光学系の第１のプリズム６の底面６１から入射した光の強度を１とすると、プリズム出射後の光線９１はＰ偏光強度がＲ１Ｐ・Ｒ３Ｐ、Ｓ偏光強度がＲ１Ｓ・Ｒ３Ｓとなる。またプリズム出射後の光線９２はＰ偏光強度がＴ１Ｐ・Ｔ３Ｐ、Ｓ偏光強度がＴ１Ｓ・Ｔ３となる。このため、図７（ａ）に示すように光線９１はｔａｎθ１＝Ｒ１Ｓ・Ｒ３Ｓ／Ｒ１Ｐ・Ｒ３Ｐとなるθ１の方向が偏光方向として最大となり、そのときの光線強度はＩ１＝√（Ｒ１Ｐ２・Ｒ３Ｐ２＋Ｒ１Ｓ２・Ｒ３Ｓ２）となる。
【００５０】
同様に、図７（ｂ）に示すように光線９２はｔａｎθ２＝Ｔ１Ｓ・Ｔ３Ｓ／Ｔ１Ｐ・Ｔ３Ｐとなるθ２の方向が偏光方向として最大となり、そのときの光線強度はＩ２＝√（Ｔ１Ｐ２・Ｔ３Ｐ２＋Ｔ１Ｓ２・Ｔ３Ｓ２）となる。これらの光が同一の強度となる偏光方向に検光子の偏光方向を合わせることにより、コントラストが最大となり好適である。このときの偏光方向を以下θ３と表すと、図７（ｃ）で分かるように、θ１、Ｉ１によるベクトルとθ２、Ｉ２によるベクトルの先端を結び、原点から垂線を下ろした方向がθ３である。即ち、Ｉ１・ｃｏｓ（θ１−θ３）＝Ｉ２・ｃｏｓ（θ２−θ３）となるθ３である。
【００５１】
このとき、被測定物２の第１面の反射率をＲ１と第２面の反射率Ｒ２とすると、光線９１の強度は、Ｒ１・Ｉ１およびＲ２・Ｉ１であり、光線９２の強度はＲ１・Ｉ２およびＲ２・Ｉ２である。従って、光軸上である点Ｐ３近傍は第１面同士および第２面同士による干渉縞が観察され、Ｒ１・Ｉ１・ｃｏｓ（θ１−θ３）＝Ｒ１・Ｉ２・ｃｏｓ（θ２−θ３）となるθ３を検光子３２の偏光方向としたときにコントラストが最大となる。また、点Ｐ３近傍よりも頂角側の領域では、光線９１における第２面と光線９２における第１面との干渉縞が観察され、Ｒ２・Ｉ１・ｃｏｓ（θ１−θ３’）＝Ｒ１・Ｉ２・ｃｏｓ（θ２−θ３’）となるθ３’を検光子３２の偏光方向としたときにコントラストが最大となる。また、その逆側の領域では、光線９１における第１面と光線９２における第２面との干渉縞が観察され、Ｒ１・Ｉ１・ｃｏｓ（θ１−θ３”）＝Ｒ２・Ｉ２・ｃｏｓ（θ２−θ３”）となるθ３”を検光子３２の偏光方向としたときにコントラストが最大となる。
【００５２】
このように、第１面同士および第２面同士による干渉縞と、第１面と第２面による干渉縞、第２面と第１面による干渉縞とでは、強度・コントラストが最大となる検光子３２の偏光軸方向がそれぞれ異なる。そこで、上記のように検光子３２が回転できるようになっているので、測定時は最初にθ３に設定して第１面同士および第２面同士の干渉縞の位置を記録した後、反射率に応じて最適なθ３’またはθ３”に回転して干渉縞ピーク位置を測定する。これにより透明基板の第１面と第２面との反射率に差があってもコントラストの高い干渉縞が得られ、高精度に厚みを測定することが可能となる。
【００５３】
また、第１面同士および第２面同士による干渉縞は常に同じ場所に発生することを利用して、図６のようにそれぞれの領域で検光子３２の偏光軸方向が異なるものを組み合わせて使用しても良い。このようにすると検光子３２の回転動作を省けるので測定時間を短縮できるという利点がある。ただし、この場合には予め第１面、第２面の反射率を把握しておき、それに合わせた偏光方向となるように検光子３２を設計、製造しておく必要がある。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の基板厚み測定方法によれば、透明な少なくとも界面が２面ある被測定物に光を照明し、前記被測定物からの反射光を振幅分割しながら、前記分割波面を所定の角度で光学的に重ね合わせ、この重ね合わせによって形成された干渉縞のうち、前記被測定物の第１面に相当する干渉縞ピーク位置と第２面に相当する干渉縞ピーク位置を検出した上で、前記第１面及び第２面のピーク位置から前記被測定物の厚みを算出する基板厚み測定方法であって、前記第２面に相当する干渉縞ピーク位置における前記分割波面の各波面強度を同等にすることで、第１面と第２面の反射率が異なる透明または半透明の基板厚みを高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す光学系の断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態の別の方法を示す光学系の断面図
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す光学系の断面図
【図４】本発明の第２の実施の形態の別の方法を示す光学系の断面図
【図５】本発明の第３の実施の形態を示す光学系の断面図
【図６】本発明の第３の実施の形態の別の方法を示す光学系の断面図
【図７】本発明の第３の実施の形態における光線の偏光方向を示す図
【図８】従来の透明基板測定方法を示す光学系の断面図
【図９】従来の透明基板測定方法の別の方法を示す光学系の断面図
【図１０】従来の透明基板測定方法の別の方法を示す光学系の断面図
【符号の説明】
１　白色光源
２　被測定物
２１　被測定物の第１面の反射波面
２２　被測定物の第２面の反射波面
３１　偏光子
３２　検光子
４１　ウオラストンプリズムを構成する第１のプリズム
４２　ウオラストンプリズムを構成する第２のプリズム
５１，５２，５３　干渉縞発生点
【図１】
2004020464.tif 000003
【図２】
2004020464.tif 000004
【図３】
2004020464.tif 000005
【図４】
2004020464.tif 000006
【図５】
2004020464.tif 000007
【図６】
2004020464.tif 000008
【図７】
2004020464.tif 000009
【図８】
2004020464.tif 000010
【図９】
2004020464.tif 000011
【図１０】
2004020464.tif 000012