(57)【要約】【課題】  迅速に精度よく面間隔を測定することができる低コヒーレンス光干渉計及びそれを用いた膜厚測定方法を提供する。【解決手段】  第１低コヒーレンス光源１１と被検物６０，１６０との光路中に光路に沿って移動可能な第１干渉光学系２と、第２低コヒーレンス光源１１１と被検物６０，１６０との光路中に光路に沿って移動可能な第２干渉光学系１０２とで、第１被検物６０及び第２被検物１６０の各表面の差を求め、その差から第２被検物１６０の第１面１６０ａから第２面１６０ｂまでの厚さを測定することを特徴とする。【選択図】図１
2009115475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレンス長が短い第１低コヒーレンス光源と、前記第１低コヒーレンス光源と被検物との光路中に光路に沿って移動可能な第１干渉光学系と、光束の光強度を電気信号に変換する第１光電変換手段と、前記第１低コヒーレンス光源からの光束を前記第１干渉光学系側へ導くと共に、前記第１干渉光学系側からの光束を前記第１低コヒーレンス光源とは別の方向の前記第１光電変換手段側へ導く第１光束分岐手段と、を有する第１低コヒーレンス光干渉計、並びに、コヒーレンス長が短い第２低コヒーレンス光源と、前記第２低コヒーレンス光源と被検物との光路中に光路に沿って移動可能な第２干渉光学系と、光束の光強度を電気信号に変換する第２光電変換手段と、前記第２低コヒーレンス光源からの光束を前記第２干渉光学系側へ導くと共に、前記第２干渉光学系側からの光束を前記第２低コヒーレンス光源とは別の方向の前記第２光電変換手段側へ導く第２光束分岐手段と、を有する第２低コヒーレンス光干渉計を備えた低コヒーレンス光干渉計において、
前記第１干渉光学系は、第１光束分割合成手段、第２光束分割合成手段、第１光路補償光束分割合成手段、第１参照鏡、第２参照鏡及び第１光路補償手段を備え、
前記第１低コヒーレンス光源から射出された光束は、前記第１光束分岐手段を経て前記第１光束分割合成手段に入射し、第１参照光路と第１測定光路に分割され、前記第１参照光路の光束は、前記第２光束分割合成手段に対応する前記第１光路補償光束分割合成手段に入射し、その後、前記第１参照鏡で反射し、前記第１参照鏡側から前記第１光路補償光束分割合成手段を経て前記第１光束分割合成手段に入射し、
前記第１光束分割合成手段により前記第１測定光路に分割された光束は、前記第２光束分割合成手段に入射し、第２参照光路と前記第１測定光路に分割され、前記第２参照光路の光束は、前記第２参照鏡で反射し、前記第２参照鏡側から前記第２光束分割合成手段に入射し、
前記第１参照光路又は前記第２参照光路のどちらか一方には、第１光路補償手段が配置され、
前記第２光束分割合成手段により前記第１測定光路に分割された光束は、前記被検物の第１面又は第２面で反射し、前記被検物側から前記第２光束分割合成手段に入射し、
前記第２光束分割合成手段で、前記第２参照光路の光束と前記第１測定光路の光束とが合成され、
前記第１光束分割合成手段で、前記第１参照光路の光束と前記第１測定光路の光束とが合成され、
合成された光束は、前記第１光束分岐手段を経て前記第１光電変換手段に入射し、
前記第２干渉光学系は、少なくとも第３光束分割合成手段及び第３参照鏡を備え、
前記第２低コヒーレンス光源から射出された光束は、前記第２光束分岐手段を経て前記第３光束分割合成手段に入射し、第３参照光路と第２測定光路に分割され、前記第３参照光路の光束は、前記第３参照鏡で反射し、前記第３参照鏡側から前記第３光束分割合成手段に入射し、
前記第３光束分割合成手段により前記第２測定光路に分割された光束は、前記被検物の第１面で反射し、前記被検物側から前記第３光束分割合成手段に入射し、
前記第３光束分割合成手段で、前記第３参照光路の光束と前記第２測定光路の光束とが合成され、
合成された光束は、前記第２光束分岐手段を経て前記第２光電変換手段に入射することを特徴とする低コヒーレンス光干渉計。
【請求項２】
前記被検物は、透明部からなり、前記第２干渉光学系側の第１面及び前記第１干渉光学系側の第２面を有する第１被検物と、透明部と不透明部からなり、前記不透明部の前記第２干渉光学系側の第１面、透明部と不透明部との境界面からなる第２面、及び、前記透明部の前記第１干渉光学系側の第３面を有する第２被検物からなり、
第１被検物の第１面で反射する前記第２測定光路の光路長と、前記第３参照光路の光路長とが一致した状態の前記第２干渉光学系の位置と、第２被検物の第１面で反射する第２測定光路の光路長と、前記第３参照光路の光路長とが一致した状態の前記第２干渉光学系の位置との差、
第１被検物の第１面で反射する前記第１測定光路の光路長と、前記第１参照光路又は前記第２参照光路のうち、一方の前記第１光路補償手段が配置された光路の光路長とが一致した状態の前記第１干渉光学系の位置と、第２被検物の第２面で反射する前記第１測定光路の光路長と、前記第１参照光路又は前記第２参照光路のうち、一方の前記第１光路補償手段が配置された光路の光路長とが一致した状態の前記第１干渉光学系の位置との差、並びに、第１被検物の第２面で反射する前記第１測定光路の光路長と、前記第１参照光路又は前記第２参照光路のうち、他方の光路の光路長とが一致した状態の前記第１干渉光学系の位置と、第２被検物の第３面で反射する前記第１測定光路の光路長と、前記第１参照光路又は前記第２参照光路のうち、他方の光路の光路長とが一致した状態の前記第１干渉光学系の位置との差、
を求め、その差から前記第２被検物の第１面から第２面までの厚さを測定することを特徴とする請求項１に記載の低コヒーレンス光干渉計を用いた膜厚測定方法。
【請求項３】
前記第１被検物の第１面から第２面までの厚さと、前記第２被検物の第２面から第３面までの厚さとの関係を補正することを特徴とする請求項２に記載の低コヒーレンス光干渉計を用いた膜厚測定方法。
【請求項４】
前記第２被検物の第１面から第２面までの距離は、以下の式（３）から求められることを特徴とする請求項３に記載の膜厚測定方法。
ｔ＝（Ｚ１０１―Ｚ１０２）＋（１／ｎ）×（Ｚ２0−Ｚ２）
＋｛（ｎ−１）／ｎ｝×（Ｚ３0−Ｚ３）
・・・（３）
ただし、Ｚ１０１は、第１被検物の第１面で反射する第２測定光路の光路長と、第３参照光路の光路長とが一致した状態の第２干渉光学系の位置、
Ｚ１０２は、第２被検物の第１面で反射する第２測定光路の光路長と、第３参照光路の光路長とが一致した状態の第２干渉光学系の位置
Ｚ２0は、第１被検物の第１面で反射する第１測定光路の光路長と、前記第１参照光路又は前記第２参照光路のうち、一方の前記第１光路補償手段が配置された光路の光路長とが一致した状態の第１干渉光学系の位置、
Ｚ２は、第２被検物の第２面で反射する第１測定光路の光路長と、前記第１参照光路又は前記第２参照光路のうち、一方の前記第１光路補償手段が配置された光路の光路長とが一致した状態の第１干渉光学系の位置、
Ｚ３0は、第１被検物の第２面で反射する第１測定光路の光路長と、前記第１参照光路又は前記第２参照光路のうち、他方の光路の光路長とが一致した状態の第１干渉光学系の位置、
Ｚ３は、第２被検物の第３面で反射する第１測定光路の光路長と、前記第１参照光路又は前記第２参照光路のうち、他方の光路の光路長とが一致した状態の第１干渉光学系の位置、
である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光路差を検出することによって被検物の厚さや面間隔を測定する低コヒーレンス光干渉計及びそれを用いた膜厚測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、白色光源からの光に光路差を生成するための第１の光学系と、該第１の光学系からの光の光路差を検出するための第２の光学系と、を有し、該第２の光学系は光を２つに分岐する分岐手段と該分岐手段からの光によって生成された干渉縞を検出するための光検出装置を有することにより、可動ミラーのための移動装置及び変位測定装置を必要としない白色光干渉計がある。（特許文献１）。
【０００３】
このような従来の白色光干渉計の構造で薄膜等の膜厚を測定する場合について説明する。白色光干渉計５００は、図１１（ａ）に示すように、低コヒーレンス光源、例えば、白色光源５０１からの光をコリメートレンズ５０２で平行光線化し、平行光線化した光を第１のビームスプリッタ５０３によって反射し、第２のビームスプリッタ５０４で２つの光に分岐する。第１の光である物体光は、対物レンズ５０５で集光した後、サンプル５０６の表面５０６ａで反射し、対物レンズ５０５で平行光線化され、第２のビームスプリッタ５０４に戻り、第２の光である参照光は、対物レンズ５０５と等価な等価レンズ５０７で集光され、鏡５０８で反射してから第２のビームスプリッタ５０４に戻る。その後、第１及び第２の光は、第１のビームスプリッタ５０３を通過して、ＣＣＤカメラ５０９に入射される。
【０００４】
そして、対物レンズ５０５による第１の光である物体光の焦点位置がサンプル５０６の表面５０６ａに一致するように白色光干渉計５００のステージ５００ａを配置すると共に、第２ビームスプリッタ５０４とサンプル５０６表面５０６ａの間の光路長と、第２のビームスプリッタ５０４と鏡５０８との間の光路長とが同一となるように鏡５０８を配置させ、等価レンズ５０７の焦点位置が鏡５０８の表面に一致するよう配置することにより、ＣＣＤカメラ５０９において、干渉縞が検出される。
【０００５】
次に、図１１（ｂ）に示すように、白色光干渉計５００のステージ５００ａを距離Ａだけ移動させ、サンプル５０６の裏面５０６ｂに第１の光である物体光の焦点位置を一致させる。そして、光路上の条件を揃えるために、サンプル５０６と同一の屈折率をもち、ほぼ同一で既知の厚さをもつ光路補償板５１０を等価レンズ５０７と鏡５０８との間に挿入する。この状態で第２のビームスプリッタ５０４から鏡５０８までの距離が、距離Ｂ（図１１（ａ）参照）から距離Ｃとなるように鏡５０８を移動させ、等価レンズ５０７の焦点位置が鏡５０８の表面に一致するように配置することにより、ＣＣＤカメラ５０９において、干渉縞が検出される。
【０００６】
そして、既知である光路補償板５１０の屈折率と厚さ及び干渉縞が検出された時点での鏡５０８の移動距離からサンプル５０６の厚さを得ることができる。
【０００７】
また、塗布前後の表面をレーザフォーカス変位計で測定し、差を膜厚とする方式（特許文献２）や膜に白色光を照射し、反射光のスペクトルにより膜厚を測定する方式（特許文献３）がある。
【特許文献１】特開平８−５２７４９号公報
【特許文献２】特開２０００−１９７８４４号公報
【特許文献３】特開２００３−１３０６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の白色光干渉計５００では、サンプル５０６の裏面５０６ｂに対する干渉縞を測定するためには、（１）表面側測定後に光路補償板５１０が抜き差し可能な構造及び（２）鏡５０８の位置を厳密に移動可能とする構造が必要となり、光路補償板５１０の挿入時や鏡５０８の移動時の微振動等が問題となっていた。また、サンプルとして透明な物体と不透明な物体が積層された物体に対しては、計測することができなかった。
【０００９】
さらに、特許文献２に記載された方式では、塗布直後の膜厚以外には測定できず、特許文献３に記載された方式では、不透明膜を測定することはできない。
【００１０】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光路補償板の挿入可能な構造及び鏡の位置を移動する構造を必要とせず、干渉光学系を移動するだけで位置決めができると共に、透明な被検物のみならず、不透明な被検物に対してもその被検物の厚さを計測することができ、迅速に精度よく面間隔を測定することができる低コヒーレンス光干渉計及びそれを用いた膜厚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】
【００１１】
本発明の低コヒーレンス光干渉計は、上記課題を解決するものであって、コヒーレンス長が短い第１低コヒーレンス光源と、前記第１低コヒーレンス光源と被検物との光路中に光路に沿って移動可能な第１干渉光学系と、光束の光強度を電気信号に変換する第１光電変換手段と、前記第１低コヒーレンス光源からの光束を前記第１干渉光学系側へ導くと共に、前記第１干渉光学系側からの光束を前記第１低コヒーレンス光源とは別の方向の前記第１光電変換手段側へ導く第１光束分岐手段と、を有する第１低コヒーレンス光干渉計、並びに、コヒーレンス長が短い第２低コヒーレンス光源と、前記第２低コヒーレンス光源と被検物との光路中に光路に沿って移動可能な第２干渉光学系と、光束の光強度を電気信号に変換する第２光電変換手段と、前記第２低コヒーレンス光源からの光束を前記第２干渉光学系側へ導くと共に、前記第２干渉光学系側からの光束を前記第２低コヒーレンス光源とは別の方向の前記第２光電変換手段側へ導く第２光束分岐手段と、を有する第２低コヒーレンス光干渉計を備えた低コヒーレンス光干渉計において、前記第１干渉光学系は、第１光束分割合成手段、第２光束分割合成手段、第１光路補償光束分割合成手段、第１参照鏡、第２参照鏡及び第１光路補償手段を備え、前記第１低コヒーレンス光源から射出された光束は、前記第１光束分岐手段を経て前記第１光束分割合成手段に入射し、第１参照光路と第１測定光路に分割され、前記第１参照光路の光束は、前記第２光束分割合成手段に対応する前記第１光路補償光束分割合成手段に入射し、その後、前記第１参照鏡で反射し、前記第１参照鏡側から前記第１光路補償光束分割合成手段を経て前記第１光束分割合成手段に入射し、前記第１光束分割合成手段により前記第１測定光路に分割された光束は、前記第２光束分割合成手段に入射し、第２参照光路と前記第１測定光路に分割され、前記第２参照光路の光束は、前記第２参照鏡で反射し、前記第２参照鏡側から前記第２光束分割合成手段に入射し、前記第１参照光路又は前記第２参照光路のどちらか一方には、第１光路補償手段が配置され、前記第２光束分割合成手段により前記第１測定光路に分割された光束は、前記被検物の第１面又は第２面で反射し、前記被検物側から前記第２光束分割合成手段に入射し、前記第２光束分割合成手段で、前記第２参照光路の光束と前記第１測定光路の光束とが合成され、前記第１光束分割合成手段で、前記第１参照光路の光束と前記第１測定光路の光束とが合成され、合成された光束は、前記第１光束分岐手段を経て前記第１光電変換手段に入射し、前記第２干渉光学系は、少なくとも第３光束分割合成手段及び第３参照鏡を備え、前記第２低コヒーレンス光源から射出された光束は、前記第２光束分岐手段を経て前記第３光束分割合成手段に入射し、第３参照光路と第２測定光路に分割され、前記第３参照光路の光束は、前記第３参照鏡で反射し、前記第３参照鏡側から前記第３光束分割合成手段に入射し、前記第３光束分割合成手段により前記第２測定光路に分割された光束は、前記被検物の第１面で反射し、前記被検物側から前記第３光束分割合成手段に入射し、前記第３光束分割合成手段で、前記第３参照光路の光束と前記第２測定光路の光束とが合成され、合成された光束は、前記第２光束分岐手段を経て前記第２光電変換手段に入射することを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明の低コヒーレンス光干渉計を用いた膜厚測定方法は、前記被検物は、透明部からなり、前記第２干渉光学系側の第１面及び前記第１干渉光学系側の第２面を有する第１被検物と、透明部と不透明部からなり、前記不透明部の前記第２干渉光学系側の第１面、透明部と不透明部との境界面からなる第２面、及び、前記透明部の前記第１干渉光学系側の第３面を有する第２被検物からなり、第１被検物の第１面で反射する前記第２測定光路の光路長と、前記第３参照光路の光路長とが一致した状態の前記第２干渉光学系の位置と、第２被検物の第１面で反射する第２測定光路の光路長と、前記第３参照光路の光路長とが一致した状態の前記第２干渉光学系の位置との差、第１被検物の第１面で反射する前記第１測定光路の光路長と、前記第１参照光路又は前記第２参照光路のうち、一方の前記第１光路補償手段が配置された光路の光路長とが一致した状態の前記第１干渉光学系の位置と、第２被検物の第２面で反射する前記第１測定光路の光路長と、前記第１参照光路又は前記第２参照光路のうち、一方の前記第１光路補償手段が配置された光路の光路長とが一致した状態の前記第１干渉光学系の位置との差、並びに、第１被検物の第２面で反射する前記第１測定光路の光路長と、前記第１参照光路又は前記第２参照光路のうち、他方の光路の光路長とが一致した状態の前記第１干渉光学系の位置と、第２被検物の第３面で反射する前記第１測定光路の光路長と、前記第１参照光路又は前記第２参照光路のうち、他方の光路の光路長とが一致した状態の前記第１干渉光学系の位置との差、を測定し、その測定値から前記第２被検物の第１面から第２面までの厚さを測定することを特徴とする。
【００１３】
また、前記第１被検物の第１面から第２面までの厚さと、前記第２被検物の第２面から第３面までの厚さとの関係を補正することを特徴とする。
【００１４】
また、前記第２被検物の第１面から第２面までの距離は、以下の式から求められることを特徴とする。
【００１５】
ｔ＝（Ｚ１０１―Ｚ１０２）＋（１／ｎ）×（Ｚ２0−Ｚ２）
＋｛（ｎ−１）／ｎ｝×（Ｚ３0−Ｚ３）
・・・（３）
ただし、Ｚ１０１は、第１被検物の第１面で反射する第２測定光路の光路長と、第３参照光路の光路長とが一致した状態の第２干渉光学系の位置、
Ｚ１０２は、第２被検物の第１面で反射する第２測定光路の光路長と、第３参照光路の光路長とが一致した状態の第２干渉光学系の位置
Ｚ２0は、第１被検物の第１面で反射する第１測定光路の光路長と、前記第１参照光路又は前記第２参照光路のうち、一方の前記第１光路補償手段が配置された光路の光路長とが一致した状態の第１干渉光学系の位置、
Ｚ２は、第２被検物の第２面で反射する第１測定光路の光路長と、前記第１参照光路又は前記第２参照光路のうち、一方の前記第１光路補償手段が配置された光路の光路長とが一致した状態の第１干渉光学系の位置、
Ｚ３0は、第１被検物の第２面で反射する第１測定光路の光路長と、前記第１参照光路又は前記第２参照光路のうち、他方の光路の光路長とが一致した状態の第１干渉光学系の位置、
Ｚ３は、第２被検物の第３面で反射する第１測定光路の光路長と、前記第１参照光路又は前記第２参照光路のうち、他方の光路の光路長とが一致した状態の第１干渉光学系の位置、
である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光路補償板の挿入可能な構造及び鏡の位置を移動する構造を必要とせず、干渉光学系を移動するだけで位置決めができると共に、透明な被検物のみならず、不透明な被検物に対してもその被検物の厚さを計測することができ、迅速に精度よく膜厚を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照にして本発明の低コヒーレンス光干渉計の実施形態を説明する。図１は、本実施形態の０点測定用の第１被検物の一例としての第１サンプル６０の下側に配置する第１低コヒーレンス光干渉計としての下側白色光干渉計１を示す。
【００１８】
本実施形態の白色光干渉計１は、第１低コヒーレンス光源の一例としての第１白色光源１１からの光束を平行光線化する第１平行光線化手段１０を有し、平行光線化した光束を第１光束分岐手段の一例としての第１光束分岐ビームスプリッタ２０で反射し、第１白色光源１１と第１サンプル６０との間の光路中の光路に沿って移動可能な第１干渉光学系の一例としての下側干渉光学系２で第１参照光路３０、第２参照光路４０及び第１測定光路５０に光束を分岐する。その後分岐した光をそれぞれ反射させ、第１光束分岐ビームスプリッタ２０を通過して、第１光電変換手段の一例としての第１ＣＣＤカメラ７０に入射させる。
【００１９】
第１平行光線化手段１０は、第１白色光源１１、第１集光レンズ１２、第１ピンホール１３、第１コリメートレンズ１４、第１光線制限手段１５を有し、第１白色光源１１からの光は第１集光レンズ１２で集光され、第１ピンホール１３で点光源化される。その後、第１コリメートレンズ１４で平行光線化され、第１光線制限手段１５で光線枠を制限される。
【００２０】
次に、第１平行光線化手段１０からの光は、第１光束分岐ビームスプリッタ２０によって反射され、下側干渉光学系２に入射する。下側干渉光学系２における光束は、第１参照光路３０、第２参照光路４０及び第１測定光路５０に分けられる。そして、第１参照光路３０には、第１光束分割合成手段の一例としての第１ビームスプリッタ３１、第１光路補償光束分割合成手段の一例としての第１光路補償ビームスプリッタ３２、第１対物レンズ３３及び第１参照鏡３４を有し、第２参照光路４０には、第２光束分割合成手段の一例としての第２ビームスプリッタ４１、第２対物レンズ４２、第１光路補償手段の一例としての第１光路補償板４３及び第２参照鏡４４を有する。
【００２１】
ここで、第２ビームスプリッタ４１と第１光路補償ビームスプリッタ３２とは、同一構成で、第１ビームスプリッタ３１からの光路長も同一に設定されると好ましい。
【００２２】
また、第１対物レンズ３３及び第２対物レンズ４２は、第１測定用対物レンズ５１と同一構成で、第１光路補償ビームスプリッタ３２と第１対物レンズ３３との間の光路長及び第２ビームスプリッタ４１と第２対物レンズ４２との間の光路長は、第２ビームスプリッタ４１と第１測定用対物レンズ５１との光路長に等しく設定されると好ましい。
【００２３】
また、第１光路補償手段の一例としての第１光路補償板４３は、第１サンプル６０と同一の屈折率をもち、ほぼ同一厚さで既知の厚さをもつ。
【００２４】
下側干渉光学系２に入射した光束は、まず、第１ビームスプリッタ３１で第１参照光路３０と第１測定光路５０の２つの光束に分割される。第１測定光路５０の光束は、第２ビームスプリッタ４１で、さらに第２参照光路４０に分岐される。
【００２５】
第１ビームスプリッタ３１で第１測定光路５０の光束と分割された第１参照光路３０の光束は、第２ビームスプリッタ４１と対応し、同一構成の第１光路補償ビームスプリッタ３２に入射し、その後、第１測定用対物レンズ５１と対応し、同一構成の第１対物レンズ３３に入射し集光されて、第１参照鏡３４表面で反射される。反射後、第１対物レンズ３３に入射し平行光とされ、第１光路補償ビームスプリッタ３２、第１ビームスプリッタ３１、第１光束分岐ビームスプリッタ２０を経て、第１ＣＣＤカメラ７０に入射される。
【００２６】
第２ビームスプリッタ４１で第１測定光路５０の光束と分割された第２参照光路４０の光束は、第１測定用対物レンズ５１と対応し、同一構成の第２対物レンズ４２で集光され、第１サンプル６０と同一の屈折率をもち、ほぼ同一で既知の厚さをもつ第１光路補償板４３を通過し、第２参照鏡４４表面で反射される。反射後、第１光路補償板４３を通過し、第２対物レンズ４２で平行光とされ、第２ビームスプリッタ４１、第１ビームスプリッタ３１、第１光束分岐ビームスプリッタ２０を経て、第１ＣＣＤカメラ７０に入射される。
【００２７】
第１測定光路５０の光束は、第１測定用対物レンズ５１で集光され、第１サンプル６０の第１面としての表面６０ａ又は第２面としての裏面６０ｂで反射される。反射後、第１測定光路５０の光束は、第１測定用対物レンズ５１、第２ビームスプリッタ４１、第１ビームスプリッタ３１、第１光束分岐ビームスプリッタ２０を経て、第１ＣＣＤカメラ７０に入射される。
【００２８】
したがって、各光束は、第２ビームスプリッタ４１において、第２参照光路４０の光束と、第１測定光路５０の光束とが合成され、第１ビームスプリッタ３１において、第１参照光路３０の光束と、第１測定光路５０の光束とが合成され、第１光束分岐ビームスプリッタ２０を経て、第１ＣＣＤカメラ７０に入射される。
【００２９】
図２は、本実施形態の第１サンプル６０の上側に配置する第２低コヒーレンス光干渉計としての上側白色光干渉計１０１を示す。本実施形態における下側白色光干渉計１と上側白色光干渉計１０１とは、同一の構成を有しているので、説明は省略する。
【００３０】
このような低コヒーレンス光干渉計において、膜厚測定用の第２サンプル１６０の不透明部１６１を測定する場合の作動について説明する。
【００３１】
最初に、下側白色光干渉計１と上側白色光干渉計１０１との座標系を一致させるために、０点補正を実行する。理想的には、０点補正は、図３に示すように、厚さ０のサンプル等を載置した状態での０点位置を求め、その０点位置を求められればよい。この時の仮想的な下側干渉光学系２の位置をＺ１0、上側干渉光学系１０２の位置をＺ１０１とする。
【００３２】
しかしながら、実際には、サンプル等を載置した状態での０点位置を求め、サンプル等の厚さを測定することにより補正して、０点を求める。図４は、０点補正時の下側干渉光学系２及び上側干渉光学系１０２付近の拡大図を示す。
【００３３】
まず、上側白色光干渉計１０１の上側干渉光学系１０２を、第１サンプル６０の表面６０ａで反射する第２測定光路１５０の光束の光路長と、図２に示した第３参照鏡１３４の表面で反射する第３参照光路１３０の光束の光路長とが一致し、第２ＣＣＤカメラ１７０で干渉縞が観測できるように光路に沿って移動させる。この時の上側干渉光学系１０２の位置は、図３に示す位置Ｚ１０１と同じである。
【００３４】
次に、下側白色光干渉計１の下側干渉光学系２を、第１サンプル６０の表面６０ａで反射する第１測定光路５０の光束の光路長と、図１に示した第２参照鏡４４の表面で反射する第２参照光路４０の光束の光路長とが一致し、第１ＣＣＤカメラ７０で干渉縞が観測できるように光路に沿って移動させる。この時の下側干渉光学系２の位置をＺ２0とする。
【００３５】
この時点で、上側白色光干渉計１０１と下側白色光干渉計１との０点補正が完了する。ただし、この０点補正時の下側干渉光学系２の位置Ｚ２0は、光路内に第１サンプル６０を配置した状態での位置となり、図３に示すような第１サンプル６０の配置しない場合のＺ１0とは異なる位置となる。
【００３６】
続いて、図５に示すように、下側干渉光学系２を、第１サンプル６０裏面６０ｂで反射する第１測定光路５０の光束の光路長と、図１に示した第１参照鏡３４の表面で反射する第１参照光路３０の光束の光路長とが一致し、第１ＣＣＤカメラ７０で干渉縞が観測できるように光路に沿って移動させる。この時の下側干渉光学系２の位置をＺ３0とする。
【００３７】
次に、図６に示すような膜厚測定用の第２被検物としての第２サンプル１６０の不透明部１６１の測定について説明する。第２サンプル１６０は、一方に厚さｔの不透明部１６１を有し、他方に厚さｄ２、屈折率ｎの透明部１６２を有する積層状の部材である。
【００３８】
まず、図６に示すように、上側白色光干渉計１０１の上側干渉光学系１０２を、第２サンプル１６０の不透明部１６１の第１面としての表面１６０ａで反射する第２測定光路１５０の光束の光路長と、図２に示した第３参照鏡１３４の表面で反射する第３参照光路１３０の光束の光路長とが一致し、第２ＣＣＤカメラ１７０で干渉縞が観測できるように光路に沿って移動させる。この時の上側干渉光学系１０２の位置をＺ１０２とする。
【００３９】
次に、下側白色光干渉計１の下側干渉光学系２を、第２サンプル１６０の不透明部１６１と透明部１６２の第２面としての境界面１６０ｂで反射する第１測定光路５０の光束の光路長と、図１に示した第２参照鏡４４の表面で反射する第２参照光路４０の光束の光路長とが一致し、第１ＣＣＤカメラ７０で干渉縞が観測できるように光路に沿って移動させる。この時の下側干渉光学系２の位置をＺ２とする。
【００４０】
続いて、図７に示すように、下側白色光干渉計１の下側干渉光学系２を、第２サンプル１６０の透明部１６２の第３面としての裏面１６０ｃで反射する第１測定光路５０の光束の光路長と、図１に示した第１参照鏡３４の表面で反射する第１参照光路３０の光束の光路長とが一致し、第１ＣＣＤカメラ７０で干渉縞が観測できるように光路に沿って移動させる。この時の下側干渉光学系２の位置をＺ３とする。
【００４１】
次に、それぞれの状態での下側干渉光学系２及び上側干渉光学系１０２の位置から不透明部１６１の厚さｔを求める方法について説明する。
【００４２】
図８は、第１サンプル６０の厚さｄ１と第２サンプル１６０の透明部１６２の厚さｄ２が同じ場合の０点補正時と膜厚測定時の下側干渉光学系２及び上側干渉光学系１０２の位置を示す図である。
【００４３】
０点補正時の第１サンプル６０の厚さｄ１と膜厚測定時の第２サンプル１６０の透明部１６２の厚さｄ２が同じ場合には、不透明部１６１の厚さｔは、以下の式（１）から求められる。
ｔ＝（Ｚ１０１−Ｚ１０２）＋（Ｚ２0−Ｚ２）      ・・・（１）
【００４４】
しかしながら、０点補正時の第１サンプル６０の厚さｄ１と膜厚測定時の第２サンプル１６０の透明部１６２の厚さｄ２は、同じとは限らないので、膜厚測定時にはその都度、０点補正時の第１サンプル６０の厚さｄ１と膜厚測定時の第２サンプル１６０の透明部１６２の厚さの差を測定し、第１サンプル６０の第１面から第２面までの厚さｄ１と、第２サンプル１６０の第２面から第３面までの透明部１６２の厚さｄ２との関係を補正する必要がある。ただし、０点補正時の第１サンプル６０厚さｄ１と膜厚測定時の第２サンプル１６０の厚さｄ２を実際に測定する必要はない。
【００４５】
図９は、第１サンプル６０の厚さｄ１と第２サンプル１６０の透明部１６２の厚さｄ２が異なる場合の０点補正時と膜厚測定時の下側干渉光学系２及び上側干渉光学系１０２の位置を示す図である。
【００４６】
ガラスの厚さが変化すると、光路長が変化するため、０点補正時の第１サンプル６０の厚さｄ１と膜厚測定時の第２サンプル１６０の透明部１６２の厚さｄ２の差Δｔを求め、補正する必要がある。Ｚ2realを膜厚測定時の第２サンプル１６０の透明部１６２の厚さｄ２と０点補正時の第１サンプル６０の厚さｄ１とが等しいと仮定した場合の下側干渉光学系２の位置とすると、以下の式（２）から求められる。
Ｚ2real＝Ｚ２−（ｎ−１）Δｔ
＝Ｚ２−｛（ｎ−１）／ｎ｝×｛（Ｚ３0−Ｚ３）−（Ｚ２0−Ｚ２）｝
・・・（２）
【００４７】
図１０は、第２サンプル１６０の不透明部１６１の厚さの算出を示す図である。図１０に示すように、第２サンプル１６０の不透明部１６１の厚さは、以下の式（３）から求められる。
ｔ＝リブ表面の変位＋リブ裏面の変位
＝（Ｚ１０１―Ｚ１０２）＋（Ｚ２0−［Ｚ２−｛（ｎ−１）／ｎ｝×｛（Ｚ３0−Ｚ３）−（Ｚ２0−Ｚ２）｝］）
＝（Ｚ１０１―Ｚ１０２）＋（１／ｎ）×（Ｚ２0−Ｚ２）
＋｛（ｎ−１）／ｎ｝×（Ｚ３0−Ｚ３）
・・・（３）
【００４８】
このように、第１サンプル６０表面６０ａで反射する第２測定光路１５０の光束の光路長と、第３参照鏡１３４の表面で反射する第３参照光路１３０の光束の光路長とが一致し、第２ＣＣＤカメラ１７０で干渉縞が観測できる状態での上側干渉光学系１０２の位置Ｚ１０１と、第２サンプル１６０の不透明部１６１の第１面としての表面１６０ａで反射する第２測定光路１５０の光束の光路長と、第３参照鏡１３４の表面で反射する第３参照光路１３０の光束の光路長とが一致し、第２ＣＣＤカメラ１７０で干渉縞が観測できる状態での上側干渉光学系１０２の位置Ｚ１０２との差、第１サンプル６０表面６０ａで反射する第１測定光路５０の光束の光路長と、第２参照鏡４４の表面で反射する第２参照光路４０の光束の光路長とが一致し、第１ＣＣＤカメラ７０で干渉縞が観測できる状態での下側干渉光学系２の位置Ｚ２0と、第２サンプル１６０の不透明部１６１と透明部１６２の第２面としての境界面１６０ｂで反射する第１測定光路５０の光束の光路長と、第２参照鏡４４の表面で反射する第２参照光路４０の光束の光路長とが一致し、第１ＣＣＤカメラ７０で干渉縞が観測できる状態での下側干渉光学系２の位置Ｚ２との差、及び、第１サンプル６０裏面６０ｂで反射する第１測定光路５０の光束の光路長と、第１参照鏡３４の表面で反射する第１参照光路３０の光束の光路長とが一致し、第１ＣＣＤカメラ７０で干渉縞が観測できる状態での下側干渉光学系２の位置Ｚ３0と、第２サンプル１６０の透明部１６２の第３面としての裏面１６０ｃで反射する第１測定光路５０の光束の光路長と、第１参照鏡３４の表面で反射する第１参照光路３０の光束の光路長とが一致し、第１ＣＣＤカメラ７０で干渉縞が観測できる状態での下側干渉光学系２の位置Ｚ３との差を測定し、式（３）に代入することで、不透明部１６１の厚さｔを簡単に精度良く求めることができる。
【００４９】
なお、本実施形態では、第１光路補償板４３を第２参照光路４０に配置したが、第１参照光路３０の第３対物レンズ３３と第１参照鏡３４の間に配置してもよい。その際、第１参照光路３０は、第２サンプル１６０の不透明部１６１と透明部１６２の境界面１６０ｂと対応し、第２参照光路４０は、第２サンプル１６０の透明部１６２の裏面１６０ｃと対応することになる。
【００５０】
また、一方の上側白色光干渉計１の上側干渉光学系２は、第２参照光路１４０を設けなくてもよい。
【００５１】
さらに、光路が十分長い場合には、第１乃至第４対物レンズ並びに第１及び第２測定用対物レンズはなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態の下側白色光干渉計による第１サンプルの表面測定時を示す図である。
【図２】本実施形態の上側白色光干渉計による第１サンプルの裏面測定時を示す図である。
【図３】本実施形態の白色光干渉計による理想状態の合焦点位置付近の概略拡大図である。
【図４】本実施形態の白色光干渉計による０点補正時の合焦点位置付近の概略拡大図である。
【図５】本実施形態の白色光干渉計による第１サンプルの表面測定時の概略拡大図である。
【図６】本実施形態の下側白色光干渉計による第２サンプルの境界面測定時の概略拡大図である。
【図７】本実施形態の下側白色光干渉計による第２サンプルの裏面測定時の概略拡大図である。
【図８】本実施形態の第１サンプルの厚さと第２サンプルの厚さが同じ場合の０点補正時と膜厚測定時の下側干渉光学系及び上側干渉光学系の位置を示す図である。
【図９】第１サンプルの厚さと第２サンプルの厚さが異なる場合の０点補正時と膜厚測定時の下側干渉光学系及び上側干渉光学系の位置を示す図である。
【図１０】第２サンプルの不透明部の厚さの算出を示す図である。
【図１１】従来の技術を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…下側白色光干渉計（第１低コヒーレンス光干渉計）
２…下側干渉光学系（第１干渉光学系）
１０…第１平行光線化手段
１１…第１白色光源（第１低コヒーレンス光源）
１２…第１集光レンズ
１３…第１ピンホール
１４…第１コリメートレンズ
１５…第１光線制限手段
２０…第１光束分岐ビームスプリッタ（第１光束分岐手段）
３０…第１参照光路
３１…第１ビームスプリッタ（第１光束分割合成手段）
３２…第１光路補償ビームスプリッタ（第１光路補償光束分割合成手段）
３３…第１対物レンズ
３４…第１参照鏡
４０…第２参照光路
４１…第２ビームスプリッタ（第２光束分割合成手段）
４２…第２対物レンズ
４３…第１光路補償板
４４…第２参照鏡
５０…第１測定光路
５１…第１測定用対物レンズ
６０…第１サンプル（第１被検物）
７０…第１ＣＣＤカメラ（第１光電変換手段）
１０１…上側白色光干渉計（第２低コヒーレンス光干渉計）
１０２…上側干渉光学系（第２干渉光学系）
１１０…第２平行光線化手段
１１１…第２白色光源（第２低コヒーレンス光源）
１１２…第２集光レンズ
１１３…第２ピンホール
１１４…第２コリメートレンズ
１１５…第２光線制限手段
１２０…第２光束分岐ビームスプリッタ（第２光束分岐手段）
１３０…第３参照光路
１３１…第３ビームスプリッタ（第１光束分割合成手段）
１３２…第２光路補償ビームスプリッタ（第２光路補償光束分割合成手段）
１３３…第３対物レンズ
１３４…第３参照鏡
１４０…第４参照光路
１４１…第４ビームスプリッタ（第２光束分割合成手段）
１４２…第４対物レンズ
１４３…第２光路補償板
１４４…第４参照鏡
１５０…第２測定光路
１５１…第２測定用対物レンズ
１６０…第２サンプル（第２被検物）
１７０…第２ＣＣＤカメラ（第２光電変換手段）
【図１】
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【図２】
2009115475.tif 000004
【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】
2009115475.tif 000009
【図８】
2009115475.tif 000010
【図９】
2009115475.tif 000011
【図１０】
2009115475.tif 000012
【図１１】
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