(57)【要約】【課題】  実用性に優れた厚さ測定装置および厚さ測定方法を提供する。【解決手段】光源１と、光源からの光を伝送する光ファイバ１２と、光ファイバ１２の出射光を被測定物３に照射して検査用反射光を形成する照射手段（集光レンズ２３）と、該検査用反射光と光ファイバ１２の出射端面１２ａからの端面反射光とを干渉させて干渉光を形成する干渉部３０と、干渉光の光強度を検出する検出手段４、前記端面反射光が、光ファイバ１２の出射端面１２ａから検知手段４に至るまでの光路長を変化させる光路長可変手段（Ｌステージ３９）とを備えてなることを特徴とする厚さ測定装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光源からの光を伝送する光ファイバと、
該光ファイバの出射光を被測定物に照射して検査用反射光を形成する照射手段と、
前記検査用反射光と前記光ファイバの出射端面からの端面反射光とを干渉させて干渉光を形成する干渉手段と、
前記干渉光の光強度を検出する検出手段と、
前記端面反射光が前記光ファイバの出射端面から前記検出手段に至るまでの光路長を変化させる光路長可変手段とを備えてなることを特徴とする厚さ測定装置。
【請求項２】
前記照射手段が、前記光ファイバの出射光を前記被測定物に集光状態で照射する集光手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の厚さ測定装置。
【請求項３】
屈折率ｎが既知の被測定物の厚さを測定する方法であって、
光源からの光を光ファイバに入射させ、該光ファイバの出射光を被測定物に照射し、該被測定物からの検査用反射光と前記光ファイバの出射端面からの端面反射光とを干渉させて得られる干渉光の光強度を検出手段で検出する際に、前記端面反射光が前記検知手段に至るまでの光路長を変化させることによって、前記干渉光の光強度のピークを２つ検出し、
該２つのピーク間における前記端面反射光の光路長の変化量△Ｌを求め、
被測定物の屈折率ｎと△Ｌの値を用いて該被測定物の厚さを求めることを特徴とする厚さ測定方法。
【請求項４】
屈折率ｎが既知の被測定物の厚さを測定する方法であって、
光源からの光を光ファイバに入射させ、該光ファイバの出射光を被測定物に不完全集光状態で照射して検査用反射光を形成するとともに、
前記光源からの光の一部を反射して参照用反射光を形成し、
前記検査用反射光と前記参照用反射光とを干渉させて得られる干渉光の光強度を検出手段で検出する際に、前記参照用反射光が前記検出手段に至るまでの光路長を変化させることによって、前記干渉光の光強度のピークを２つ検出し、
該２つのピーク間における前記参照用反射光の光路長の変化量△Ｌを求め、
被測定物の屈折率ｎと△Ｌの値を用いて該被測定物の厚さを求めることを特徴とする厚さ測定方法。
【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であって、自身の屈折率が既知である被測定物の厚さを測定することができる装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、二以上の光学界面を持つ物質の光学リタデーションを測定する方法および装置が記載されている。
【０００３】
図２は、特許文献１に記載されている装置の例の概略構成図である。
この例の装置にあっては、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の低コヒーレンス光源１４によって生成された低コヒーレンス光が、光ファイバ１７を伝搬し、オプティカルカプラ２２を通り、光ファイバ１６を伝搬し、レンズ１８で集光されてサンプル１２に照射される。レンズ１８は、光ファイバ１６の伝搬光の焦点位置がサンプル１２の表面（光学界面）上となるように構成されている。サンプル１２の光学界面から反射された光の一部はレンズ１８によって収集されて光ファイバ１６に入射される。こうして光ファイバ１６に入射された反射光の一部は、オプティカルカプラ２２および光ファイバ２４を介してマイケルソン干渉計２０（又は、変更可能な差動時間遅延を有する他の光学自己相関器または干渉計）に向けて出射される。マイケルソン干渉計２０では、サンプル１２の光学界面からの反射光が、ビームスプリッタ３０で２つに分岐される。一方の分岐光は固定逆反射体２６に照射され、他方の分岐光は移動可能な逆反射体２８に照射される。固定逆反射体２６で反射された光と、移動可能な逆反射体２８で反射された光は、ビームスプリッタ３０で合波されて干渉光を形成し、該干渉光の光強度がフォトダイオードで検知される。
サンプル１２が二つの光学界面を有する場合、移動可能な逆反射体２８を微動させることにより２つの干渉光ピークが得られる。サンプル１２が等方性媒質の場合、該２つのピークの間における逆反射体２８の移動量が、サンプル１２の光学リタデーション（屈折率ｎと厚さｔの積）に相当する。
【特許文献１】特開２０００−２８５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の方法では、フォトダイオードで検知される２つの干渉光ピークのうちの一方は、サンプル１２の一方の光学界面からの反射光を２つに分岐した分岐光どうしの干渉光ピーク（第１のピーク）として得られる。他方のピークは、サンプル１２の一方の光学界面からの反射光（の分岐光）と他方の光学界面からの反射光（の分岐光）の干渉光ピーク（第２のピーク）として得られる。
ところが、サンプル１２への照射光の焦点位置は、サンプル１２の一方の光学界面上に位置しているので、第１のピークに比べて第２のピークの強度が非常に小さくなってしまい、このことが測定精度を低下させる一因となっている。
またサンプル１２の表面（光学界面）が平坦でない場合には、良好なピークが得られ難く、測定できない場合もある。
さらに、サンプル１２の光学界面上に照射光の焦点が位置するように位置調整を行う必要があるので、操作が煩雑になり易いという問題もある。
このように、従来の方法および装置は実用性の点で不満があった。
【０００５】
本発明は上記課題の少なくとも１つを解決して実用的な厚さ測定装置および厚さ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】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の厚さ測定装置は、光源と、光源からの光を伝送する光ファイバと、該光ファイバの出射光を被測定物に照射して検査用反射光を形成する照射手段と、前記検査用反射光と前記光ファイバの出射端面からの端面反射光とを干渉させて干渉光を形成する干渉手段と、前記端面反射光が、前記光ファイバの出射端面から前記干渉手段に至るまでの光路長を変化させる光路長可変手段と、前記干渉光の光強度を検出する検出手段とを備えてなることを特徴とする。
前記照射手段が、前記光ファイバの出射光を前記被測定物に集光状態で照射する集光手段を備えていることが好ましい。
【０００７】
本発明は、屈折率ｎが既知の被測定物の厚さを測定する方法であって、光源からの光を光ファイバに入射させ、該光ファイバの出射光を被測定物に照射し、該被測定物からの検査用反射光と前記光ファイバの出射端面からの端面反射光とを干渉させて得られる干渉光の光強度を検出手段で検出する際に、前記端面反射光が前記干渉手段に至るまでの光路長を変化させることによって、前記干渉光の光強度のピークを２つ検出し、該２つのピーク間における前記端面反射光の光路長の変化量△Ｌを求め、被測定物の屈折率ｎと△Ｌの値を用いて該被測定物の厚さを求めることを特徴とする厚さ測定方法を提供する。
【０００８】
また本発明は、屈折率ｎが既知の被測定物の厚さを測定する方法であって、光源からの光を光ファイバに入射させ、該光ファイバの出射光を、被測定物に不完全集光状態で照射して検査用反射光を形成するとともに、前記光源からの光の一部を反射して参照用反射光を形成し、前記検査用反射光と前記参照用反射光とを干渉させて得られる干渉光の光強度を検出手段で検出際に、前記参照用反射光が前記干渉手段に至るまでの光路長を変化させることによって、前記干渉光の光強度のピークを２つ検出し、該２つのピーク間における前記参照用反射光の光路長の変化量△Ｌを求め、被測定物の屈折率ｎと△Ｌの値を用いて該被測定物の厚さを求めることを特徴とする厚さ測定方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、被測定物からの検査用反射光と干渉させる参照用の反射光として、光ファイバの出射端面からの端面反射光を用いることにより、参照用の反射光の強度変動がほとんど無くなるので、第１のピークと第２のピークとの強度差が低減され、その結果、測定精度が向上し、安定化される。また被測定物の光学界面が平坦でない場合も、良好な干渉光ピークを得ることができ、厚さの測定を高精度に行うことができるほか、表面の粗さを測定することも可能である。
しかも、かかる参照用の反射光として、光ファイバの出射端面からの端面反射光を利用するので、参照用の反射光を形成するための光学系を別途設ける必要がない。したがって、装置の小型化、軽量化、低コスト化を図り、操作性の向上を実現することができる。
【００１０】
さらに、被測定物からの検査用反射光と参照用反射光とを干渉させるとともに、被測定物に不完全集光状態の検査用反射光を照射する方法によれば、第１のピークと第２のピークとの強度差がより低減され、その結果、測定精度がさらに向上し、安定化される。また被測定物の光学界面が平坦でない場合も、良好な干渉光ピークを得ることができ、厚さの測定を高精度に行うことができるほか、表面の粗さを測定することも可能である。さらに、被測定物のセット位置の許容範囲が大きくなるので被測定物をセットする作業が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。本実施形態において、被測定物３の屈折率は既知である。
【００１２】
本明細書において、被測定物３の表裏両面のうちの集光レンズ２３側の一方の面を前面といい、他方の面を後面という。被測定物３の前面および後面は光源１からの光を反射すればよく、被測定物３の前面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の後面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。
本実施形態において被測定物３の前面および／または後面は平坦面でもよく、凹凸がある粗面であってもよい。本実施形態における被測定物３の前面の面粗さの許容範囲は、接触式測定装置で測定した面粗さの値が±１μｍ程度の範囲が好ましい。被測定物３の後面の面粗さの許容範囲は、被測定物３を厚さ方向に沿って切断し、その断面を顕微鏡などを用いて観察、測定して得られる面粗さの値が±１μｍ程度の範囲が好ましい。
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３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。被測定物３の厚さの上限は、理論的には、後述する第２のミラー３６の移動可能な距離であるが、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、被測定物３の厚さは１０μｍ〜１０ｍｍ程度が好ましく、より好ましくは１０μｍ〜２ｍｍ程度である。
【００１３】
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、ヘッド部２０内において、第２の光ファイバ１２の先端面（出射端面ということもある）１２ａから出射され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、これら以外の向きには光が通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。
【００１４】
ヘッド部２０内には、集光レンズ２３が、第２の光ファイバ１２と光軸が一致するように、かつ該光軸方向に沿って微動可能に設けられている。そして、第２の光ファイバ１２から出射された光が、集光レンズ２３によって集光され、集光状態の光が被測定物３に対して照射されるようになっている。すなわち、本実施形態では集光レンズ２３が集光手段であり照射手段である。
また被測定物３からの反射光（検査用反射光）は、その全部または一部が、集光レンズ２３を経て第２の光ファイバ１２に入射される。
集光レンズ２３の焦点距離は、特に限定されず、ヘッド部２０の大きさや、ヘッド部２０から被測定物３までの距離等の条件に応じて決められる。例えば、集光レンズ２３の焦点距離が長いほど、測定可能なヘッド部２０から被測定物３までの距離の許容範囲が広くなるが、ヘッド部２０は大型化する傾向がある。
【００１５】
本実施形態において、第２の光ファイバ１２の出射端面１２ａは、例えば反射防止膜や斜めカット等の反射防止のための処理が施されておらず、光源１からサーキュレータ２を経て該第２の光ファイバ１２を伝送されてきた光の一部が、出射端面１２ａでのフレネル反射によりサーキュレータ２へ向かう方向へ戻るように構成されている。本実施形態ではこの戻り光（端面反射光）を参照用反射光として用いる。
出射端面１２ａにおける反射率は特に制限されるものではなく、一般的にフレネル反射による反射率は下記に示すフレネルの公式によって求められる。例えば屈折率１．５のガラスの場合、端面における反射率は約４％程度である。
【００１６】
【数１】
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【００１７】
このようにして、検査用反射光および参照用反射光（端面反射光）が第２の光ファイバ１２内をサーキュレータ２へ向かう方向に伝送される。そして検査用反射光および参照用反射光の両方の光信号を含む光が、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。
【００１８】
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、光軸が前記ビームスプリッタ３２内において第３の光ファイバ１３からの出射光の光路と直交する第２のミラー３６、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。
【００１９】
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（干渉手段）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３６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を経て受光器（検出手段）４に入射され、干渉光信号の光強度が検出されるように構成されている。
【００２０】
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。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。
【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、微動可能なＬ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Ｌステージ３９の移動によって、受光器４に入射される干渉光量の変動を小さくすることができる。
【００２２】
かかる構成の装置を用いて、屈折率が既知である被測定物３の厚さを測定する方法を、以下に説明する。本実施形態では被測定物３の前面が最表面を成していている場合について説明する。
まず、ヘッド部２０を被測定物３に向け、集光レンズ２３から出射される集光状態の光を被測定物３へ照射する。
【００２３】
被測定物３に光を照射する際、該照射光（集光状態の光）の好ましい焦点位置は、被測定物の界面（前面および後面）の状態によっても異なるが、ある程度（±１μｍ以内）の面粗さを持つが、全体的にフラットな面である場合には、照射光の焦点が被測定物３の後面よりも照射手段（集光レンズ２３）から遠い位置にある不完全集光状態であることが好ましい。
被測定物３に照射される光の集光状態は、第２の光ファイバ１２から集光レンズ２３の主面までの距離Ａ、および集光レンズ２３から被測定物３の前面までの距離Ｂの少なくとも一方が変化すれば変わる。なお集光レンズ２３は微動可能に構成されているので、これを前進または後退させることによりＡを調節することができる。またＢは、ヘッド部２０と被測定物３との距離を変化させることにより任意に変更可能である。
例えば、Ｂの好ましい範囲が決まっているときは、まずそのＢの範囲を満たすように被測定物の位置を決めてから、好ましい集光状態が得られるように第２の光ファイバ１２から集光レンズ２３の主面までの距離Ａを決めることができる。またＢが任意に変化する場合は、測定の度に、Ｂに応じて集光レンズ２３を前進または後退させてＡを設定すればよい。
また、被測定物３の前面における照射光のビーム半径は、例えば、第２の光ファイバ１２の出射端面におけるビーム直径が１０μｍの場合、１５〜５０μｍ程度であることが好ましい。
【００２４】
得ようとするビーム半径が決まっているとき、Ａを大きくすればＢは小さくなり、逆にＡを小さくすればＢは大きくなる。測定の操作性からは、ＡよりもＢの方が大きい方が好ましく、被測定物３からの反射光が十分に得られる範囲で、Ｂが大きいほどより好ましい。
また、集光レンズ２３の光軸方向と、被測定物３の厚さ方向とは、ほぼ一致することが好ましいが、本実施形態では若干のズレが許される。具体的には、被測定物３の前面および／または後面の表面粗さ状態にもよるが、例えば集光レンズ２３の光軸方向と被測定物３の厚さ方向との成す角度が、±０．５°以下の範囲で測定が可能である。
【００２５】
次いで、集光レンズ２３から出射された集光状態の光が被測定物３の前面上に照射された状態で、受光器４において干渉光の第１のピークが得られるようにＬステージ３９を移動させる。具体的には、Ｌステージ３９を、一定周波数、一定振幅で振動させつつ移動させて、受光器４で干渉光の光強度を測定すれば、例えば、まずビームスプリッタ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０のときに零交差位置に対応するピークが得られ、次いで、第２の光ファイバ１２の出射端面１２ａから被測定物３の前面までの距離をＸとすると、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とほぼ等しくなったときに第１のピークが得られる。第１のピークが得られるときの第２のミラー３６の位置をＬ１とする。
【００２６】
次いで、第２のミラー３６の振動を続けながら、Ｌステージ３９を駆動することによって第２のミラー３６をビームスプリッター３２から離れる向きに移動させて、受光器４において第２のピークが得られる位置を見つける。このとき集光レンズ（照射手段）２３から被測定物３までの距離は変化させない。第１のミラー３５も移動させない。
第２のピークが得られるときの第２のミラー３６の位置をＬ２とする。そして、前記Ｌ１からＬ２へ至るまでの第２のミラー３６の移動量をΔＬとする。
前記零交差位置に対応するピークの検知は省略することができる。第２のミラー３６の移動を開始する前の初期位置は第１のピークが得られる直前であることが好ましい。また第２のミラー３６の初期位置を位置センサ等を用いて常に一定に合わせるようにすれば、被測定物３の表面（前面または後面）の表面変位（粗さ）の測定が可能となる。
【００２７】
本実施形態の装置にあっては、第３の光ファイバ１３から出射される光は、第２の光ファイバ１２の出射端面１２ａからの参照用反射光と被測定物３からの検査用反射光の両方を含んでいる。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の透過分岐光および第２の分岐光路３４の反射分岐光）の光強度に関しては、いずれも参照用反射光に由来する参照ピークと、被測定物３の前面からの反射光に由来する前面ピークと、被測定物３の後面からの反射に由来する後面ピークを含んでいる。
そして、参照ピークと前面ピークの時間軸上のずれは出射端面１２ａから被測定物３の前面までの距離Ｘに対応する。また、前面ピークと後面ピークの時間軸上のずれは被測定物３の厚さｔに対応する。したがって、第２のミラー３６の移動量ΔＬはｔに比例する。具体的には△Ｌ（ｍｍ）＝ｎ×ｔ（ｍｍ）という関係が成り立つ。
本実施形態において被測定物３の屈折率（ｎ）は既知であるので、第２のミラー３６の移動量ΔＬから被測定物３の厚さ（ｔ）を求めることができる。
【００２８】
一般に、被測定物３の前面および／または後面が粗面である場合、被測定物３からの反射光は、その面粗さによってランダムな方向に、広がりをもつようになる。本実施形態では、特に、集光レンズ２３を用いて被測定物３に対して集光状態で照射するので、被測定物３からの反射光の角度が集光レンズ２３により修正され、第２の光ファイバ１２に戻り易くなる。このため、被測定物３の前面および後面の表面状態の制限が緩和され、反射光が散乱してしまう被測定物３に対する測定も可能となる。したがって、測定対象が拡大され、装置の実用性がより向上する。また、被測定物３の厚さ方向と光軸方向のずれの許容範囲も大きくなり、測定形態の多様化、測定の迅速化を達成することができる。
【００２９】
また、被測定物３からの検査用反射光と第２の光ファイバ１２の出射端面１２ａからの端面反射光とを干渉させるので、参照用の反射光（端面反射光）をその強度変動がほとんど無い状態で得ることができる。したがって、被測定物からの反射光を分岐した分岐光どうしを干渉させる場合に比べて、第１のピークと第２のピークとの強度差が低減され、その結果、測定精度が向上し、安定化される。また、参照用の反射光強度が安定しているので、被測定物３の前面および／または後面に面粗さがある場合でも、良好な干渉光ピークを得ることができる。よって、表面粗さを持つ場合も厚さの測定を精度良く行うことができるほか、表面粗さを測定することも可能である。
しかも、かかる参照用の反射光として、光ファイバの出射端面からの端面反射光を利用するので、参照用の反射光を形成するための光学系を別途設ける必要がない。したがって、装置の小型化、軽量化、低コスト化を図り、操作性の向上を実現することができる。
また、被測定物３の前面上に照射光の焦点を位置させなくてもよいので、被測定物３の位置決めが容易である。
【００３０】
さらに、本実施形態では、第１〜第３の光ファイバ１１、１２、１３を用いて光路を形成しているため、それらの光路では曲げが許される。これにより、光路設計や部品の配置の自由度が増し、装置の小型化、操作性の向上を達成することができる。
また、サーキュレータ２を用いたことにより、反射光が光源１に戻るのを効果的に防止することができるので、反射光の戻りが原因で光源１が壊れるおそれがない。
【００３１】
なお、本実施形態におけるビームスプリッタ３２として、偏光ビームスプリッタを用いてもよい。
また、第１および第３の光ファイバ１１、１３については、その一部または全部を、空間中の光路に置き換えることも可能である。
【００３２】
第２の実施形態として、前記第１の実施形態において、被測定物３に照射される光を平行光状態に変更し、その他は同様の構成とした形態も用いることができる。
具体的には、集光レンズ２３の主面から第２の光ファイバ１２の出射端面１２ａまでの距離Ａを、集光レンズ２３の焦点距離ｆと等しくする（ｆ＝Ａ）ことにより、被測定物３に平行光を照射することができる。
【００３３】
第２の実施形態においては、第１の実施形態に比べて、被測定物３の前面および／または後面の面粗さの許容範囲、および集光レンズ２３の光軸方向と被測定物３の厚さ方向とのずれの許容範囲は小さくなるが、集光レンズ２３から被測定物３までの距離Ｂの制限が緩和される。すなわち、Ｂは被測定物３からの十分な検査用反射光が得られる範囲で任意に設定することができるので、使用形態が緩和され、操作性も向上する。
【００３４】
本発明は、表面上のコーティング材の厚さや、完全に固体になっていない膜の厚さ測定に適用することができる。
例えば、本発明の厚さ測定装置を備えた塗布装置を構成すれば、塗布直後の膜厚を厚さ測定装置にて非接触で測定し、その測定結果を塗布装置にフィードバックすることにより塗布量を調整して膜厚を精密に制御することができる。
【実施例】
【００３５】
（試験例１）
図１に示す構成の装置において、集光レンズ２３の主面から第２の光ファイバ１２の出射端面１２ａまでの距離Ａ（単位：ｍｍ）、および集光レンズ２３から被測定物３の前面までの距離Ｂ（単位：ｍｍ）を下記表１に示すように変化させた。被測定物３は、前面が平坦面で、後面が面粗さ１μｍ、粗さ周期１０μｍである光学的に一様な膜サンプルを用いた。集光レンズ２３の焦点距離は２．３ｍｍ（曲率半径２ｍｍ）とした。
その結果、被測定物３の厚さを測定できた場合を○、良好なピークが得られずに測定できなかった場合を×として表１に示す。また、○の評価が得られたものについては、１０回の繰り返し測定で良好な再現性が得られた。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
（実施例１）
図１に示す構成の装置を用いて、透明な塗膜の厚さを測定した。該塗膜の後面の面粗さを、被測定物の断面を観察する方法で測定したところ１μｍ（粗さ周期はランダム）であった。塗膜の前面は平坦であった。
集光レンズ２３としては、焦点距離２．８ｍｍのレンズを用いた。集光レンズ２３の主面から第２の光ファイバ１２の出射端面１２ａまでの距離Ａ（単位：ｍｍ）が約３．２ｍｍで、集光レンズ２３から被測定物３の前面までの距離Ｂ（単位：ｍｍ）が約１４ｍｍのとき、塗膜の後面上に焦点が位置している状態となった。そのときの塗膜の前面上におけるビーム半径は、計算によれば２０μｍ程度となる。この状態を初期状態とする。
集光レンズ２３の光軸方向と被測定物３の厚さ方向との成す角度を変化させたところ、初期状態に対して、約±０．５°の範囲で測定が可能であった。
また、距離Ａを固定して、距離Ｂを変化させたところ、初期状態に対して約±７ｍｍの範囲で測定が可能であった。
また、ヘッド部２０の大きさは直径３ｍｍ×長さ１８ｍｍの円柱状に形成でき、小型、かつ軽量で操作性に優れていた。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】従来の装置の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…光源、３…被測定物、４…受光器（検出手段）
１１…第１の光ファイバ、１２…第２の光ファイバ、
１３…第３の光ファイバ、２３…集光レンズ（集光手段）、
３２…ビームスプリッタ（干渉手段）、
３３…第１の分岐光路、３４…第２の分岐光路、
３９…Ｌステージ（光路長可変手段）。
【図１】
2005274428.tif 000005
【図２】
2005274428.tif 000006