(57)【要約】【課題】光干渉法を用いた、被測定物の厚さと屈折率の測定を迅速化できるようにする。【解決手段】光源光のうち半透鏡２２の透過光を、集光レンズ２３を介して被測定物３に照射する。Ｚステージ２５をスキャンさせつつ、第１の受光器５で非干渉光のピークを検出することによって、被測定物３の前面上に集光されている第１の状態と、後面上に集光されている第２の状態との間における、Ｚステージの移動量△ｚを得る。第１の状態を保持し、Ｌステージ３９をスキャンさせつつ、第２の受光器４で干渉光の強度が最大となる第３の状態を検知する。第２の状態を保持し、Ｌステージ３９をスキャンさせつつ、第２の受光器４で干渉光の強度が最大となる第４の状態を検知する。第３の状態と第４の状態との間における、Ｌステージ３９の移動量△Ｌと前記△ｚとから被測定物３の屈折率及び厚さを求める。【選択図】  図１
2005106706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源からの光の一部を反射し一部を透過する半透鏡と、
該半透鏡の透過光を集光して被測定物に照射する集光手段と、
前記被測定物で反射された検査光を含む非干渉光の強度を検出する第１の検出手段と、
前記半透鏡で反射された参照光と前記被測定物で反射された検査光とを含む光を、第１の分岐光路と、光路長可変手段を備えた第２の分岐光路に分岐する分岐手段と、
前記第１の分岐光路を経た光と、前記第２の分岐光路を経た光とを合波して干渉光を生成する合波手段と、
前記干渉光の強度を検出する第２の検出手段を備えてなることを特徴とする屈折率及び厚さの測定装置。
【請求項２】
前記半透鏡で反射された参照光と前記被測定物で反射された検査光とを含む光を、前記第１の分岐光路に至る前に分岐して前記第１の検出手段に導く分岐手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の屈折率及び厚さの測定装置。
【請求項３】
前記第２の分岐光路の光路長を、前記第１の分岐光路を経た光と前記第２の分岐光路を経た光とが干渉光を生成しない非干渉領域に調節可能であり、前記第２の検出手段が前記第１の検出手段を兼ねていることを特徴とする請求項１記載の屈折率及び厚さの測定装置。
【請求項４】
前記第１の分岐光路および第２の分岐光路のいずれか一方を遮断し得る手段が設けられており、前記第２の検出手段が前記第１の検出手段を兼ねていることを特徴とする請求項１記載の屈折率及び厚さの測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の測定装置を用いて被測定物の屈折率及び厚さを測定する方法であって、
前記光源からの光のうち前記半透鏡を透過した光を、前記集光手段を介して前記被測定物に照射して、該集光手段と被測定物との間の距離を変化させつつ、前記第１の検出手段で前記非干渉光の強度を検出することによって、前記半透鏡を透過した光が、前記被測定物の光源側の前面上に集光されている第１の状態、および前記被測定物の光源から遠い後面上に集光されている第２の状態をそれぞれ検知し、該第１の状態と第２の状態との間における、前記集光手段と被測定物との間の距離の変化量△ｚを求める工程と、
前記第１の状態を保持した状態で、前記第２の分岐光路の光路長を変化させつつ、前記第２の検出手段で検出される前記干渉光の強度を検出することによって、該干渉光の強度が最大となる第３の状態を検知する工程と、
前記第２の状態を保持した状態で、前記第２の分岐光路の光路長を変化させつつ、前記第２の検出手段で検出される前記干渉光の強度を検出することによって、該干渉光の強度が最大となる第４の状態を検知する工程と、
前記第３の状態と第４の状態との間における、前記第２の分岐光路の光路長の変化量△Ｌを求める工程と、
前記△ｚと△Ｌの値を用いて前記被測定物の屈折率及び厚さを求める工程とを有することを特徴とする屈折率及び厚さの測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば薄膜の屈折率及び厚さなど、光の屈折率が異なる媒質の界面間に挟まれた被測定物における屈折率及び厚さを測定することができる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光干渉法を用いて薄膜等の被測定物の屈折率と厚さを同時に測定できる方法および装置が知られている（例えば、下記特許文献１〜５参照）。
【特許文献１】特開平９−２１８０１６号公報
【特許文献２】特開平１０−２８５５号公報
【特許文献３】特開平１０−３２５７９５号公報
【特許文献４】特開平１１−３４４３１３号公報
【特許文献５】特開２００１−４５３８号公報
【０００３】
図５に、光干渉法を用いて媒質の屈折率及び厚さを測定する装置の従来例を示す。
この例の装置にあっては、光源５１から出射された低コヒーレント光が、ビームスプリッタ５２で２つに分岐される。一方の分岐光は集光レンズ５３で集光されて被測定物５４に照射され、他方の分岐光は参照ミラー５５に照射される。被測定物５４で反射された検査光と、参照ミラー５５で反射された参照光は、ビームスプリッタ５２で合波されて干渉光を形成し、該干渉光の光強度が受光器５６で検知されるように構成されている。被測定物５４は微動可能なＺステージ６１上に保持されており、参照ミラー５５は微動可能なＬステージ６２上に保持されている。また参照ミラー５５は振動子（図示略）に固定され、所定の周波数で所定振幅の振動が加えられ、これにより参照光が位相変調されるように構成されている。
【０００４】
かかる構成の装置により、薄膜状の被測定物５４における屈折率及び厚さを測定する方法を説明する。
まず被測定物５４を、その厚さ方向が光軸方向となるようにセットし、光源５１から光を出射させる。
そして、被測定物５４の表裏両面のうち、集光レンズ５３に近い方の面（前面という）に、光源５１からの光が集光し、かつ、ビームスプリッタ５２で分岐された一方の分岐光（検査光）が被測定物５４の前面で反射されて受光器５６に至るまでの光路長と、他方の分岐光（参照光）が参照ミラー５５で反射されて受光器５６に至るまでの光路長とが等しくなるような、被測定物５４と参照ミラー５５の位置を検出する（第１の位置検出）。
さらに、被測定物５４の表裏両面のうち、集光レンズ５３から遠い方の面（後面という）に、光源５１からの光が集光し、かつ、ビームスプリッタ５２で分岐された一方の分岐光（検査光）が被測定物５４の前面で反射されて受光器５６に至るまでの光路長と、他方の分岐光（参照光）が参照ミラー５５で反射されて受光器５６に至るまでの光路長とが等しくなるような、被測定物５４と参照ミラー５５の位置を検出する（第２の位置検出）。
具体的に、上記第１の位置および第２の位置は、受光器５６で検知される干渉光信号のピーク強度が最大となる位置として検出される。
【０００５】
すなわち、図６に示すように、Ｚステージ６１を初期位置「Ｐ０＝０μｍ」に固定した状態でＬステージ６２をスキャンさせて、受光器５６で検知される検査光と参照光の干渉光信号の強度を測定し、ピークが得られるときのＬステージの位置「Ｌ（Ｐ０）」と、その時のピーク強度を測定する。Ｚステージ６１の初期位置は、集光レンズ５３の焦点が被測定物５４の表裏両面のうちのいずれか一方の近傍に位置するように設定するのが好ましい。
この後、Ｚステージ６１を微動させて「Ｐ１＝Ｐ０＋１μｍ」の位置に固定し、その状態で再びＬステージ６２をスキャンさせて干渉光信号の強度を測定し、ピークが得られるときのＬステージの位置「Ｌ（Ｐ１）」と、その時のピーク強度を測定する。このようにしてＺステージ６１の微動および固定とＬステージ６２のスキャンとを交互に繰り返しつつ、干渉光信号のピーク強度を測定し、ピーク強度が最大となるところを上記第１の位置および第２の位置として検出する。
したがって、例えば、Ｚステージの微動可能な最小距離（分解能）が１μｍであり、被測定物５４の厚さ（表裏面間の距離）が５ｍｍの場合、Ｌステージ６２のスキャンは５０００回以上行われることになる。
【０００６】
このようにして上記第１の位置および第２の位置を検出することにより、第１の位置から第２の位置に至るまでのＺステージ６１の移動量△ｚ、およびＬステージ６２の移動量△Ｌが得られるので、この△ｚの値と△Ｌの値とから、被測定物の屈折率と厚さを同時に得ることができる（例えば、上記特許文献４［０００７］〜［００１２］参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、このような測定方法にあっては、測定に時間がかかるという不満があった。すなわち、厚さ未知の被測定物の表面および裏面のそれぞれに光源光が集光されている状態を見つけるためには、Ｚステージ６１を微動させる度にＬステージ６２のスキャンを行う必要があり、測定の迅速性に欠けるものであった。
【０００８】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、光干渉法を用いた、被測定物の厚さと屈折率の測定を迅速化できるようにした測定装置および測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明の屈折率及び厚さの測定装置は、光源と、該光源からの光の一部を反射し一部を透過する半透鏡と、該半透鏡の透過光を集光して被測定物に照射する集光手段と、前記被測定物で反射された検査光を含む非干渉光の強度を検出する第１の検出手段と、前記半透鏡で反射された参照光と前記被測定物で反射された検査光とを含む光を、第１の分岐光路と、光路長可変手段を備えた第２の分岐光路に分岐する分岐手段と、前記第１の分岐光路を経た光と、前記第２の分岐光路を経た光とを合波して干渉光を生成する合波手段と、前記干渉光の強度を検出する第２の検出手段を備えてなることを特徴とする。
【００１０】
前記半透鏡で反射された参照光と前記被測定物で反射された検査光とを含む光を、前記第１の分岐光路に至る前に分岐して前記第１の検出手段に導く分岐手段を設けることができる。
または、前記第２の分岐光路の光路長を、前記第１の分岐光路を経た光と前記第２の分岐光路を経た光とが干渉光を生成しない非干渉領域に調節可能とし、前記第２の検出手段が前記第１の検出手段を兼ねている構成としてもよい。
または、前記第１の分岐光路および第２の分岐光路のいずれか一方を遮断し得る手段を設け、前記第２の検出手段が前記第１の検出手段を兼ねている構成とすることもできる。
【００１１】
本発明はまた、本発明の測定装置を用いて被測定物の屈折率及び厚さを測定する方法であって、前記光源からの光のうち前記半透鏡を透過した光を、前記集光手段を介して前記被測定物に照射して、該集光手段と被測定物との間の距離を変化させつつ、前記第１の検出手段で前記非干渉光の強度を検出することによって、前記半透鏡を透過した光が、前記被測定物の光源側の前面上に集光されている第１の状態、および前記被測定物の光源から遠い後面上に集光されている第２の状態をそれぞれ検知し、該第１の状態と第２の状態との間における、前記集光手段と被測定物との間の距離の変化量△ｚを求める工程と、
前記第１の状態を保持した状態で、前記第２の分岐光路の光路長を変化させつつ、前記第２の検出手段で検出される前記干渉光の強度を検出することによって、該干渉光の強度が最大となる第３の状態を検知する工程と、
前記第２の状態を保持した状態で、前記第２の分岐光路の光路長を変化させつつ、前記第２の検出手段で検出される前記干渉光の強度を検出することによって、該干渉光の強度が最大となる第４の状態を検知する工程と、
前記第３の状態と第４の状態との間における、前記第２の分岐光路の光路長の変化量△Ｌを求める工程と、
前記△ｚと△Ｌの値を用いて前記被測定物の屈折率及び厚さを求める工程とを有することを特徴とする屈折率及び厚さの測定方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、△ｚと△Ｌを求めるのに必要なステージのスキャン回数を、大幅に減らすことができるので、測定の迅速化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を詳しく説明する。図１は、本発明の測定装置の第１の実施形態を示した概略構成図である。図中符号１は光源を示し、３は被測定物を示す。
光源光は低コヒーレンス光であることが好ましく、光源１としては、広帯域なバンド幅を有する光を出射できるものが好ましく用いられ、例えばＳＬＤ（super-luminescent diode:スーパールミネセントダイオード）やＬＥＤ（light emitting diode:発光ダイオオード）が好適に用いられる。
被測定物３は、薄板や薄膜等、光の屈折率が異なる媒質の界面間に挟まれた層状であり、光源光を透過可能で、かつ光学的に一様な層とみなせるものが適用される。
被測定物３は、光源光の光軸方向が厚さ方向と一致するように保持、固定されている。被測定物３の表裏両面のうちの光源１側の一方の面（以下、前面という）が最表面を成していてもよく、該前面上に光源光を透過する層が設けられていてもよい。また被測定物３の他方の面（以下、後面という）が最表面を成していてもよく、該後面上に被測定物３と屈折率が異なる層が設けられていてもよい。被測定物３の厚さは、使用する広帯域光源１のコヒーレンス長よりも、被測定物の厚さと屈折率の積の値が小さいと分解能の関係により測定が困難になる。一方、厚過ぎると被測定物の前面に焦点を位置させたときの反射光量と、後面に焦点を位置させたときの反射光量との差が大きくなるので、１０μｍ〜１０ｍｍ程度が好ましく、より好ましくは１０μｍ〜２ｍｍ程度である。
【００１４】
本実施形態の装置において、光源１から出射された光は、第１の光ファイバ１１、サーキュレータ２、および第２の光ファイバ１２を順に経て測定部２０に至るように構成されている。
サーキュレータ２は３つのポートを有しており、それぞれに第１の光ファイバ１１、第２の光ファイバ１２、第３の光ファイバ１３が接続されている。サーキュレータ２は、第１の光ファイバ１１から第２の光ファイバ１２へは光が通り、第２の光ファイバ１２から第３の光ファイバ１３へも光が通るが、これらの逆向きには光は戻らないように構成されている。
第１の光ファイバ１１、第２の光ファイバ１２、および第３の光ファイバ１３としては、一般的な伝送用光ファイバが用いられ、石英系ガラスファイバが好適に用いられる。
【００１５】
測定部２０では、コリメータ２１、１／４波長板２４、半透鏡２２、および集光レンズ（集光手段）２３が、光軸が一致するように配置されており、かつ該光軸方向に沿って微動可能なＺステージ２５上に固定されている。
【００１６】
測定部２０において、第２の光ファイバ１２から出射された光は、コリメータ２１で平行光とされた後、半透鏡２２へ入射される。
半透鏡２２は、入射光の一部を反射し一部を透過する特性を有しており、該半透鏡２２の透過光は集光レンズ２３によって集光され、該集光光が被測定物３へ照射される。そして被測定物３の反射光（以下、検査光ということもある）が、集光レンズ２３を経て半透鏡２２を透過した後、コリメータ２１を経て第２の光ファイバ１２に入射されるように構成されている。
一方、半透鏡２２の反射光（以下、参照光ということもある）はコリメータ２１を経て第２の光ファイバ１２に入射される。
【００１７】
半透鏡２２としては、例えばガラス基板上に誘電体多層膜を蒸着した構成のものを用いることができる。半透鏡２２における反射率および透過率は特に制限されるものではないが、透過率が低すぎると、被測定物３からの反射光（検査光）の強度が弱すぎて測定精度の劣化が大きくなる。したがって、半透鏡２２の反射率は、被測定物３の前面および後面における反射率にもよるが、概ね３％〜２０％程度であることが好ましい。
１／４波長板２４は必須ではないが、これを設けると、光源１から第１の光ファイバ１１に入射されて第２の光ファイバ１２から測定部２０へ出射される光の偏波面と、半透鏡２２および被測定物３でそれぞれ反射されて第２の光ファイバ１２に入射される光の偏波面とが直交することになるので、サーキュレータ２の構成を簡易にすることができる。コリメータ２１と半透鏡２２との間に設けることが好ましい。１／４波長板２４と半透鏡２２を一体的に設けることもできる。
【００１８】
このように測定部２０から第２の光ファイバ１２へは、検査光および参照光が入射され、該検査光の光信号と参照光の光信号の両方を含む光が第２の光ファイバ１２、サーキュレータ２、および第３の光ファイバ１３を順に経て干渉部３０に至るように構成されている。
また、本実施形態では、第３の光ファイバ１３の中途に分岐が設けられており、第３の光ファイバ１３を伝搬する光信号の一部が第５の光ファイバ１５を経て、第１の検出手段としての第１の受光器５に入射されるように構成されている。
【００１９】
干渉部３０は、第３の光ファイバ１３からの出射光の光路上に設けられたコリメータ３１、ビームスプリッタ３２、第１のミラー３５、前記ビームスプリッタ３２内で第３の光ファイバ１３からの出射光の光路と直交する光軸を有する第２のミラー３６、および前記ビームスプリッタ３２を挟んで前記第２のミラー３６と対峙する位置関係にあるコリメータ３７を備えている。
【００２０】
干渉部３０では、第３の光ファイバ１３から出射された光がコリメータ３１で平行光とされた後、ビームスプリッタ（分岐手段かつ合波手段）３２で、直進する第１の分岐光路３３と、入射方向に対して直交する第２の分岐光路３４に分岐される。
第１の分岐光路３３を進む光は、第１のミラー３５で反射され、該反射光は第１の分岐光路３３と平行に前記ビームスプリッタ３２に入射される。
一方、第２の分岐光路３４を進む光は、第２のミラー３６で反射され、該反射光は第２の分岐光路３３と平行に前記ビームスプリッタ３２に入射される。
そして、ビームスプリッタ３２は、第２のミラー３６からの反射光を直進させるとともに、第１のミラー３５からの反射光を、その入射方向に対して直交する方向に進行方向を変えるように構成されており、これによって第１のミラー３５の反射光と第２のミラーの反射光が合波されるようになっている。合波された２つの光は干渉光を生成し、該干渉光は、コリメータ３７を経て第４の光ファイバ１４に入射される。第４の光ファイバ１４を伝送された前記干渉光は、第２の検出手段としての第２の受光器４に入射され、干渉信号の光強度が検出されるように構成されている。
【００２１】
第１のミラー３５および第２のミラー３６は、反射率が高い方が好ましく、全反射ミラーが好適に用いられる。
本実施形態において、第１のミラー３５および第２のミラー３６はいずれも、２枚の全反射ミラーを、反射面が内側となるように、かつ該２つの全反射ミラーがなす角度が９０度となるように配置した光学素子からなっており、ビームスプリッタ３２からの出射光が、該光学素子の一方の反射面に４５度の入射角度で入射するように構成されている。すなわち、ビームスプリッタ３２から第１のミラー３５に入射される光と、第１のミラー３５で反射されてビームスプリッタ３２へ向かう光、およびビームスプリッタ３２から第２のミラー３６に入射される光と、第２のミラー３６で反射されてビームスプリッタ３２へ向かう光とが、それぞれ互いに平行な別々の光路を通るように構成されている。
かかる光学素子を用いると、後述する微動可能な第２のステージ３９の移動中の機械的な角度エラーを、第２の分岐光路３４における光の平行移動に変換することができるので、該第２のステージ３９の移動による、第４の光ファイバ１４に結合する干渉光量の変動を小さくすることができる。
【００２２】
また第１のミラー３５は、第１の分岐光路３３の光軸方向に沿って、進退可能な第１のステージ３８（光路長補正手段）上に固定されており、これによりビームスプリッタ３２から第１のミラー３５までの距離を調節できるように構成されている。
第２のミラー３６は、第２の分岐光路３４の光軸方向に沿って、微動可能な第２のステージ３９（光路長可変手段、以下「Ｌステージ」ということもある）上に固定されている。第２のステージ（Ｌステージ）３９は、所定周波数、所定振幅で振動可能であるとともに、該振動を続けながら第２の分岐光路３４の光軸方向に微細な間隔で進退可能に構成されている。
【００２３】
かかる構成の装置を用いて被測定物３の屈折率及び厚さを測定する方法を、図２を参照しながら説明する。
まず、光源１からの低コヒーレンス光を集光レンズ２３で集光したときの焦点が、被測定物３の前面上に位置する第１の状態、および光源１からの光を集光レンズ２３で集光したときの焦点が、被測定物３の後面上に位置する第２の状態をそれぞれ検知する。
具体的には、光源１から光を出射させて、半透鏡２２の透過光を集光レンズ２３を介して被測定物３へ照射しながら、Ｚステージ２５をスキャンさせる。このとき、第１の受光器５に入射される光には参照光と検査光が互いに干渉されていない状態で含まれている。このような光を本明細書では非干渉光という。かかる非干渉光は直流成分（ＤＣ成分）に相当するものである。
【００２４】
かかる非干渉光の強度は被測定物３の前面が集光レンズ２３の焦点に位置するとき（第１の状態）、および後面が集光レンズ２３の焦点に位置するとき（第２の状態）にピークを示す。
例えば、前記第１の状態では図７（ａ）（ｂ）に示すように、集光レンズ２３の焦点が被測定物３の前面上に位置している。この状態では、図７（ａ）に示すように、第２の光ファイバ１２から出射した光が被測定物３の前面に達し、被測定物３の前面で反射した後、図７（ｂ）に示すように第２の光ファイバ１２の端面に集光されるので、第２の光ファイバ１２に効率良く結合する。したがって、第１の受光器５に入射される非干渉光（ＤＣ成分）の強度は最大となる。前記第２の状態、すなわち集光レンズ２３の焦点が被測定物３の後面上に位置している場合も同様に第２の光ファイバ１２に効率良く結合する。
一方、図８（ａ）（ｂ）に示すように、被測定物３の前面が、集光レンズ２３の焦点よりも該集光レンズ２３に近い位置にある状態では、図８（ａ）に示すように、第２の光ファイバ１２から出射した光が被測定物３の前面で反射した後、図８（ｂ）に示すように、集光する前に第２の光ファイバ１２の端面に到達してしまう。このため、該反射光が第２の光ファイバ１２の端面に集光せず、第２の光ファイバ１２に結合しない。したがって第１の受光器５に入射される非干渉光（ＤＣ成分）の強度は低減する。
また、図９（ａ）（ｂ）に示すように、被測定物３の前面が、集光レンズ２３の焦点よりも該集光レンズ２３から遠い位置にある状態では、図９（ａ）に示すように、第２の光ファイバ１２から出射した光が被測定物３の前面で反射した後、図９（ｂ）に示すように、第２の光ファイバ１２の端面に到達する前に集光してしまう。そして、該反射光が広がった状態で第２の光ファイバ１２の端面に到達するので、第２の光ファイバ１２に結合しない。したがって第１の受光器５に入射される非干渉光（ＤＣ成分）の強度は低減する。
【００２５】
これにより、Ｚステージ２５をスキャンさせつつ第１の受光器５で光強度を測定することにより、第１の状態が得られるときのＺステージ２５の位置（Ｐ＝Ａ）と、第２の状態が得られるときのＺステージ２５の位置（Ｐ＝Ｂ）を検知することができる。
そして、これより第１の状態（Ｐ＝Ａ）と第２の状態（Ｐ＝Ｂ）との間における、集光レンズ２３と被測定物３との距離の変化量、すなわち第１の状態から第２の状態に至るまでのＺステージ２５の移動量（△ｚ）が得られる。
【００２６】
次いで、Ｚステージ２５を第１の状態が得られる位置（Ｐ＝Ａ）に固定する。そして、この状態での半透鏡２２の反射面から被測定物３の前面までの距離をＸとすると、ビームスプリッタ３２で分岐された第１の分岐光路３３と第２の分岐光路３４との光路長差が前記Ｘとほぼ等しくなるように、第１のステージ３８の位置を設定する。具体的には、ビームスプリッタ３２から第１のミラー３５までの距離と、ビームスプリッタ３２から第２のミラー３６までの距離との差が前記Ｘとほぼ等しくなるように設定すればよい。
そして、第２のステージ（Ｌステージ）３９を、一定周波数、一定振幅で振動させながらスキャンしつつ、第２の受光器４で干渉信号の光強度を測定し、該干渉信号のピーク強度が最大となる第３の状態を検知する（Ｌステージの１回目のスキャン）。これにより、第３の状態が得られるときの第２のステージ３９の位置（Ｌ(ＰＡ)）を検知することができる。
【００２７】
次いで、Ｚステージ２５を第２の状態が得られる位置（Ｐ＝Ｂ）に固定する。そして、２のステージ３９の振動を続けながら、該第２のステージ３９をスキャンしつつ、第２の受光器４で干渉信号の光強度を測定し、該干渉信号のピーク強度が最大となる第４の状態を検知する（Ｌステージの２回目のスキャン）。これにより、第４の状態が得られる第２のステージ３９の位置（Ｌ(ＰＢ)）を検知することができる。
そして、第３の状態と第４の状態の間における第２の分岐光路の光路長の変化量△Ｌ、すなわち、第３の状態から第４の状態に至るまでの、第２のステージ（Ｌステージ）３９の移動量（△Ｌ）が得られる。
【００２８】
本実施形態において、第３の光ファイバ１３から出射される光は、半透鏡２２からの反射光（参照光）と被測定物３からの反射光（検査光）とを含んでいる。したがってこれをビームスプリッタ３２で分岐した２つの分岐光（第１の分岐光路３３の伝搬光および第２の分岐光路３４の伝搬光）の光強度に関しては、いずれも参照光に由来するピークと検査光に由来するピークとを含んでおり、該２つのピークの時間軸上のずれは半透鏡２２の反射面から被測定物３の前面までの距離Ｘに相当する。
そこで、前記第１の分岐光路３３と第２の分岐光路３４の光路長差を前記Ｘとほぼ等しくした状態で、前記２つの分岐光を合波して得られる干渉光強度が最大となる状態を検出することによって、参照光と検査光（前面からの反射光）とが干渉し合う状態（第３の状態）を検知することができる。
この後、第１のステージ３８を固定し、光源光の焦点を被測定物３の後面上に移動させて、受光器４で検出される干渉光強度が最大となる状態を検出することによって、参照光と検査光（後面からの反射光）とが干渉し合う状態（第４の状態）を検知することができる。
【００２９】
このようにして得られるＺステージ２５の移動量（△ｚ）と第２のステージ（Ｌステージ）３９の移動量（△Ｌ）の値から、被測定物３の位相屈折率ｎと厚さｔを、次のようにして導出することができる。
すなわち、低コヒーレンス光を被測定物３に対して集光させる集光レンズ２３の開口数をＳ、被測定物３の位相屈折率をｎ、被測定物３の屈折率波長分散量を△ｎとする。波長分散量△ｎ＜＜１と近似すると、被測定物３の位相屈折率ｎは下記数式（１）で表される。
数式（１）中の波長分散量△ｎは、前記△Ｌおよび△ｚと、定数ａおよびｂを用いて、下記数式（２）で表される。ここで定数ａおよびｂは、実験的に得られており、被測定物３が固体である場合はａが０．０２４１、ｂが１．６９となり、被測定物３が液体である場合はａが０．０４６０、ｂが１．５３となる。
さらに被測定物３の厚さｔは、ここで求められる被測定物３の位相屈折率ｎ、波長分散量△ｎと、前記△Ｌと△ｚを用いて下記数式（３）で表される。
【００３０】
【数１】
2005106706.tif 000003
【００３１】
【数２】
2005106706.tif 000004
【００３２】
【数３】
2005106706.tif 000005
【００３３】
このように、本実施形態によれば、光干渉法を用いた測定方法により、被測定物３の位相屈折率ｎと厚さｔを同時に、非接触、非破壊で測定することができる。
本実施形態によれば、まず、第１の受光器５で非干渉光の強度を測定しながら、Ｚステージ２５を１回スキャンさせるだけで、△ｚを得ることができる。
そして、Ｚステージ２５を第１の状態が得られる位置に固定して、Ｌステージを１回スキャンさせ、さらにＺステージ２５を第２の状態が得られる位置に固定して、Ｌステージを１回スキャンさせるだけで△Ｌを得ることができるので、△ｚと△Ｌを得るのに必要なスキャン回数を、従来に比べて大幅に減らすことができる。
したがって、これまで多数回のスキャンに費やしていた測定時間を短縮することができ、被測定物に厚さおよび屈折率の測定を迅速化することができる。
【００３４】
図３は、本発明の測定装置の第２の実施形態を示した概略構成図である。本実施形態の装置が前記第１の実施形態と大きく異なる点は、第３の光ファイバ１３の中途に分岐が設けられておらず、第２のステージ（Ｌステージ）３９が、第２の分岐光路３４を第１の実施形態よりも長く調整可能に構成されている点である。
第１の分岐光路３３の光路長を固定して、第２の分岐光路３４の光路長を長くするとき、第２の分岐光路３４の光路長が特定の範囲外（非干渉領域）になると、第１の分岐光路３３を経た光と第２の分岐光路３４を経た光とがビームスプリッタ３２で合波されたときに、干渉光を生成できなくなる。本実施形態において、第２の分岐光路３４の光路長は、この非干渉領域に調整できるように構成されている。
すなわち、半透鏡２２の反射面から被測定物３の前面までの距離をＸ、被測定物３の位相屈折率をｎで厚さをｔとすると、第１の分岐光路３３の光路長と第２の分岐光路３４の光路長との差が、Ｘに等しいとき、およびＸ＋ｎｔに等しいときに参照光と検査光との干渉状態が得られるので、かかる干渉状態とならないように第１の分岐光路３３の光路長および第２の分岐光路３４の光路長を調整することにより、ビームスプリッタ３２で合波された光が非干渉光となる。
したがって、第１の分岐光路３３の光路長と第２の分岐光路３４の光路長との差がＸより小さいか、またはＸ＋ｎｔよりも大きい状態（非干渉領域）に設定されていれば、ビームスプリッタ３２で合波された光が非干渉光となる。測定前において、Ｘは測定可能であるが、ｎおよびｔは未知であるので、第１の分岐光路３３の光路長および第２の分岐光路３４の光路長を、両者の差がＸより小さく設定できるか、またはＸ＋ｎｔよりも確実に大きくなる程度に十分大きく設定できるように構成すればよい。
【００３５】
かかる構成の装置を用いて被測定物３の屈折率及び厚さを測定する方法は、前記第１の実施形態とほぼ同様であるが、異なるのは、第１の状態および第２の状態を検知して△ｚを求める工程において、第２のステージ（Ｌステージ）３９を後退させることによって第２の分岐光路３４の光路長を前記非干渉領域に調節した状態で、光源１から光を出射させて、第２の受光器４で非干渉光の強度を測定する点である。
すなわち、ビームスプリッタ３２で合波される２つの分岐光は互いに干渉しないので、光源１から光を出射させ、半透鏡２２の透過光を集光レンズ２３を介して被測定物３へ照射しながら、Ｚステージ２５をスキャンさせると、第２の受光器４で非干渉光の強度のピークを検出することができる。これにより、前記第１の状態が得られるときのＺステージ２５の位置（Ｐ＝Ａ）と、第２の状態が得られるときのＺステージ２５の位置（Ｐ＝Ｂ）を検知することができ、△ｚが得られる。
この後、第２のステージ（Ｌステージ）３９を前進させて第２の分岐光路３４の光路長を前記第１の実施形態と同程度に戻してから、前記第１の実施形態と同様の手順で△Ｌを得ることができる。
そして、得られた△ｚおよび△Ｌより、被測定物３の位相屈折率ｎと厚さｔを求めることができる。
【００３６】
本実施形態によれば、前記第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができるほか、特に、第２のステージ３９を特定範囲に移動させることによって第２の受光器４で非干渉光を検出できるようにしたので、部品点数が少なくて済む、被測定光の損失が小さい等の利点が得られる。
【００３７】
図４は、本発明の測定装置の第３の実施形態を示した概略構成図である。本実施形態の装置が前記第１の実施形態と大きく異なる点は、第３の光ファイバ１３の中途に分岐が設けられておらず、第１の分岐光路３３上に、該光路を遮断するシャッター６が設けられている点である。シャッター６は開閉自在である。
【００３８】
かかる構成の装置を用いて被測定物３の屈折率及び厚さを測定する方法は、前記第１の実施形態とほぼ同様であるが、異なるのは、第１の状態および第２の状態を検知して△ｚを求める工程において、シャッター６を閉じて第１の分岐光路３３を遮断した状態で、光源１から光を出射させて、第２の受光器４で非干渉光の強度を測定する点である。
すなわち、第１の分岐光路３３を経た光は、第２の受光器４へ入射されないので、第２の受光器４へは第２の分岐光路３４を経た光のみ、すなわち非干渉光が入射される。したがって、光源１から光を出射させ、半透鏡２２の透過光を集光レンズ２３を介して被測定物３へ照射しながら、Ｚステージ２５をスキャンさせると、第２の受光器４で非干渉光の強度のピークを検出することができる。これにより、第１の状態が得られるときのＺステージ２５の位置（Ｐ＝Ａ）と、第２の状態が得られるときのＺステージ２５の位置（Ｐ＝Ｂ）を検知することができ、△ｚが得られる。
この後、シャッター６を開いて第１の分岐光路３３の遮断状態を解除してから、前記第１の実施形態と同様の手順で△Ｌを得ることができる。
そして、得られた△ｚおよび△Ｌより、被測定物３の位相屈折率ｎと厚さｔを求めることができる。
【００３９】
本実施形態によれば、前記第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができるほか、特に、第１の分岐光路３３をシャッター６で遮断することによって第２の受光器４で非干渉光を検出できるようにしたので、装置を大型化しない、被測定光の損失が小さいという利点が得られる。
なお、シャッター６は、第１の分岐光路３３および第２の分岐光路３４のいずれか一方に設ければよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、表面上のコーティング材の厚さと屈折率分布の測定や、完全に固体になっていないものの厚さ測定に適用することができる。
特に樹脂の硬化状態の確認や液晶画面のガラス間にあるバッファー層の測定など、非破壊・非接触で測定する必要のある対象物等に最適である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の測定装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の測定方法の一実施形態を示すフローシートである。
【図３】本発明の測定装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。
【図４】本発明の測定装置の第３の実施形態を示す概略構成図である。
【図５】従来の測定装置の例を示す概略構成図である。
【図６】従来の測定方法の例を示すフローシートである。
【図７】本発明に係る測定方法の説明図である。
【図８】本発明に係る測定方法の説明図である。
【図９】本発明に係る測定方法の説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…光源、３…被測定物、４…第２の受光器（第２の検出手段）、
５…第１の受光器（第１の検出手段）、６…シャッター（遮断手段）
２２…半透鏡、２３…集光レンズ（集光手段）、
２５…Ｚステージ、
３２…ビームスプリッタ（分岐手段・合波手段）、
３３…第１の分岐光路、３４…第２の分岐光路、
３８…第１のステージ（光路長補正手段）、
３９…第２のステージ（光路長可変手段、Ｌステージ）。
【図１】
2005106706.tif 000006
【図２】
2005106706.tif 000007
【図３】
2005106706.tif 000008
【図４】
2005106706.tif 000009
【図５】
2005106706.tif 000010
【図６】
2005106706.tif 000011
【図７】
2005106706.tif 000012
【図８】
2005106706.tif 000013
【図９】
2005106706.tif 000014