KR20170089403A - 두께 측정 장치 및 두께 측정 방법 - Google Patents

Abstract

(과제) 시료의 두께를 정확하게 측정하는 것이 가능한 두께 측정 장치 및 두께 측정 방법을 제공한다.
(해결 수단) 두께 측정 장치는, 제 1 참조면을 갖는 제 1 투과 부재와, 상기 제 1 투과 부재와 대향하여 형성되고, 제 2 참조면을 갖는 제 2 투과 부재와, 광원으로부터의 광을 상기 제 1 참조면을 통하여 상기 제 1 투과 부재 및 상기 제 2 투과 부재 사이에 위치하는 시료에 조사하기 위한 제 1 투광부와, 상기 제 1 참조면으로부터의 반사광을 수광하고, 또한 상기 시료로부터의 반사광을 상기 제 1 참조면을 통하여 수광하기 위한 제 1 수광부와, 광원으로부터의 광을 상기 제 2 참조면을 통하여 상기 시료에 조사하기 위한 제 2 투광부와, 상기 제 2 참조면으로부터의 반사광을 수광하고, 또한 상기 시료로부터의 반사광을 상기 제 2 참조면을 통하여 수광하기 위한 제 2 수광부와, 상기 제 1 수광부에 의해 수광된 반사광, 및 상기 제 2 수광부에 의해 수광된 반사광을 분광하기 위한 분광부를 구비한다.

Description

두께 측정 장치 및 두께 측정 방법{THICKNESS MEASURING APPARATUS AND THICKNESS MEASURING METHOD}

본 발명은, 두께 측정 장치 및 두께 측정 방법에 관한 것으로, 특히, 반사광을 사용하여 시료의 두께를 측정하는 두께 측정 장치 및 두께 측정 방법에 관한 것이다.

최근, 광을 사용하여 거리를 계측하는 변위 계측 장치가 개발되고 있다. 예를 들어, 일본 공개특허공보 2009-270939호 (특허문헌 1) 에는, 이하와 같은 구성이 개시되어 있다. 즉, 광학식 변위계는, 계측용 검출광으로서 광대역광을 생성하는 광대역 광원 장치와, 상기 검출광을 집광하고, 측정 대상물을 향하여 출사하는 출사측 단면 (端面) 이 평면의 집광 렌즈와, 상기 집광 렌즈에 입사된 상기 측정 대상물에 의한 반사광 및 상기 출사측 단면에 의한 반사광을 분광하고, 파장 분포의 특성 곡선의 주파수를 구하여 상기 측정 대상물 및 상기 출사측 단면간의 거리를 산출하는 분광 장치를 구비하고, 상기 집광 렌즈는, 상기 출사측 단면으로부터 멀어짐에 따라 조사 스폿이 넓어지는 상기 검출광을 출사하는 렌즈이다.

또, 일본 공개특허공보 2014-115242호 (특허문헌 2) 에는, 이하와 같은 구성이 개시되어 있다. 즉, 변위 계측 장치는, 확산된 스펙트럼을 갖는 광을 출사하는 점상 광원과, 상기 광에 축상 (軸上) 색수차를 발생시킴과 함께, 당해 축상 색수차를 발생시킨 광을 계측 대상물에 집광시키는 광학 소자와, 상기 광학 소자로 집광한 광 중, 상기 계측 대상물에 있어서 합초 (合焦) 하는 광을 통과하는 개구와, 상기 개구를 통과한 광의 스펙트럼을 구하여, 상기 스펙트럼의 피크 파장에 기초하여, 상기 광학 소자와 상기 계측 대상물 사이의 거리를 구하는 계측부를 구비하고, 상기 계측부는, 상기 계측 대상물의 분광 반사 특성을 구하고, 상기 구해진 분광 반사 특성을 사용하여, 당해 분광 반사 특성이 거리의 계측에 가져오는 오차를 경감시키도록 하여 상기 거리를 구한다.

또, 일본 공개특허공보 2010-121977호 (특허문헌 3) 에는, 이하와 같은 구성이 개시되어 있다. 즉, 광학식 변위계는, 검출광을 생성하는 검출광 생성 수단과, 상기 검출광의 일부를 반사하고, 검출광의 다른 일부를 검사 대상물측에 투과시키는 기준면과, 상기 기준면에 의한 반사광 및 상기 검사 대상물에 의한 반사광으로 이루어지는 간섭광을 분광하는 분광 수단과, 분광 후의 상기 간섭광을 수광하고, 간섭광의 파수에 관한 광 강도 분포를 생성하는 광 강도 분포 생성 수단과, 상기 파수에 관한 광 강도 분포를 파수에 대한 광 강도의 공간 주파수에 관한 광 강도 분포로 변환하고, 상기 공간 주파수에 관한 광 강도 분포의 극대점을 추출하는 것을 일정한 시간 간격으로 반복하는 광 강도 극대점 추출 수단과, 상기 파수에 관한 광 강도 분포의 상기 극대점의 공간 주파수에 대응하는 주파수 성분의 위상을 결정하는 위상 결정 수단과, 상기 위상에 기초하여, 상기 검사 대상물의 변위량을 판정하는 변위량 판정 수단을 구비하고, 상기 위상 결정 수단이, 상기 주파수 성분의 상대 위상을 360 도의 범위 내에서 판정하는 상대 위상 판정 수단과, 상기 상대 위상 판정 수단에 의한 판정 결과 및 과거의 판정 결과에 기초하여 상기 상대 위상을 서로 연결하고, 절대 위상을 구하는 절대 위상 산출 수단과, 리셋 지시에 기초하여, 상기 절대 위상의 기준점을 갱신하는 위상 기준 갱신 수단을 갖고, 상기 변위량 판정 수단이, 상기 절대 위상에 기초하여 변위량을 판정한다.

일본 공개특허공보 2009-270939호 일본 공개특허공보 2014-115242호 일본 공개특허공보 2010-121977호

특허문헌 1 ∼ 3 에 기재된 기술을 사용하여 시료의 두께를 측정하는 경우, 예를 들어, 접지된 시료까지의 거리의 측정 결과, 및 접지면까지의 거리의 측정 결과로부터 당해 시료의 두께를 측정하는 방법이 생각된다.

그러나, 시료의 표면에 요철이 있거나, 시료에 변형 또는 휨이 있거나 하는 경우, 시료의 접지면측의 표면과 접지면 사이에 간극이 발생한다. 이와 같은 경우, 시료의 두께를 정확하게 측정하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.

본 발명은, 상기 서술한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적은, 시료의 두께를 정확하게 측정하는 것이 가능한 두께 측정 장치 및 두께 측정 방법을 제공하는 것이다.

(1) 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 어느 국면에 관련된 두께 측정 장치는, 제 1 참조면을 갖는 제 1 투과 부재와, 상기 제 1 투과 부재와 대향하여 형성되고, 제 2 참조면을 갖는 제 2 투과 부재와, 광원으로부터의 광을 상기 제 1 참조면을 통하여 상기 제 1 투과 부재 및 상기 제 2 투과 부재 사이에 위치하는 시료에 조사하기 위한 제 1 투광부 (投光部) 와, 상기 제 1 참조면으로부터의 반사광을 수광하고, 또한 상기 시료로부터의 반사광을 상기 제 1 참조면을 통하여 수광하기 위한 제 1 수광부와, 광원으로부터의 광을 상기 제 2 참조면을 통하여 상기 시료에 조사하기 위한 제 2 투광부와, 상기 제 2 참조면으로부터의 반사광을 수광하고, 또한 상기 시료로부터의 반사광을 상기 제 2 참조면을 통하여 수광하기 위한 제 2 수광부와, 상기 제 1 수광부에 의해 수광된 반사광, 및 상기 제 2 수광부에 의해 수광된 반사광을 분광하기 위한 분광부를 구비한다.

이와 같이, 시료의 양측에 각 참조면을 통하여 광을 조사하고, 시료의 양측의 표면으로부터의 반사광을, 대응의 참조면으로부터의 반사광과 각각 간섭시켜 분광하는 구성에 의해, 시료의 표면에 요철이 있거나, 시료에 변형 또는 휨이 있거나 하는 경우에 있어서도, 분광 결과에 기초하여 시료 양측의 표면과 대응의 참조면 사이의 거리를 각각 산출할 수 있다. 그리고, 예를 들어, 산출한 각 거리, 및 각 참조면 사이의 거리로부터 시료의 두께를 정확하게 산출할 수 있다. 따라서, 시료의 두께를 정확하게 측정할 수 있다.

(2) 바람직하게는, 상기 분광부는, 1 개의 분광기를 포함하고, 상기 두께 측정 장치는, 추가로 상기 제 1 수광부에 의해 수광된 광, 및 상기 제 2 수광부에 의해 수광된 광을 상기 분광기에 안내하기 위한 광학계를 구비한다.

이와 같은 광학계를 사용하는 구성에 의해, 고가의 분광기의 개수를 최소로 할 수 있으므로, 두께 측정 장치의 제조 비용을 저감시킬 수 있다.

(3) 바람직하게는, 상기 제 1 투광부로부터 상기 제 1 참조면을 통하여 상기 시료에 조사되는 광의 광선속의 축과, 상기 제 2 투광부로부터 상기 제 2 참조면을 통하여 상기 시료에 조사되는 광의 광선속의 축과, 상기 제 1 수광부가 수광하는 상기 제 1 참조면으로부터의 반사광의 광선속의 축 및 상기 시료로부터의 반사광의 광선속의 축과, 상기 제 2 수광부가 수광하는 상기 제 2 참조면으로부터의 반사광의 광선속의 축 및 상기 시료로부터의 반사광의 광선속의 축이 서로 따르고 있다.

이와 같은 구성에 의해, 각 참조면이 예를 들어 비평행하게 배치되거나, 시료가 참조면에 대해 비평행하게 형성되거나 하는 경우에 있어서도, 시료의 두께를 정확하게 측정할 수 있다.

(4) 바람직하게는, 상기 분광부는, 1 개의 분광기를 포함하고, 상기 두께 측정 장치는, 추가로 상기 제 1 수광부에 의해 수광된 광, 및 상기 제 2 수광부에 의해 수광된 광을 상기 분광기에 안내하기 위한 광학계를 구비하고, 상기 시료로부터 상기 제 1 참조면, 상기 제 1 수광부 및 상기 광학계를 경유하여 상기 분광기까지 전파하는 반사광의 경로의 광학적 거리와 상기 시료로부터 상기 제 2 참조면, 상기 제 2 수광부 및 상기 광학계를 경유하여 상기 분광기까지 전파하는 반사광의 경로의 광학적 거리가 동일해지도록 설정되어 있다.

이와 같은 구성에 의해, 시료 양측의 표면에 있어서 각각 반사된 광이 분광기에 도달할 때까지 필요로 하는 시간을 거의 동일하게 할 수 있기 때문에, 각 표면에 있어서 거의 동일한 타이밍으로 반사된 반사광을 분광기에 분광시킬 수 있다. 이로써, 시료가 움직이고 있는 경우에 있어서도, 간단한 구성으로, 시료의 두께를 정확하게 측정할 수 있다.

(5) 바람직하게는, 상기 두께 측정 장치는, 추가로 상기 분광부에 의한 분광 결과에 기초하여, 상기 제 1 참조면과 상기 시료 사이의 거리인 제 1 거리, 및 상기 제 2 참조면과 상기 시료 사이의 거리인 제 2 거리를 산출하는 연산부를 구비하고, 상기 연산부는, 상기 제 1 참조면과 상기 제 2 참조면 사이의 거리로부터 상기 제 1 거리 및 상기 제 2 거리를 빼는 것에 의해 상기 시료의 두께를 산출한다.

이와 같이, 시료의 외부의 공간에 대한 측정 결과인 각 거리로부터 시료의 두께를 산출하는 구성에 의해, 시료가 불투명한 물질이어도 당해 시료의 두께를 산출할 수 있다. 또, 시료의 굴절률 등의 물성값을 인식하지 않고 당해 시료의 두께를 용이하게 산출할 수 있다.

(6) 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 어느 국면에 관련된 두께 측정 방법은, 제 1 참조면을 갖는 제 1 투과 부재와, 상기 제 1 투과 부재와 대향하여 형성되고, 제 2 참조면을 갖는 제 2 투과 부재와, 광원으로부터의 광을 상기 제 1 참조면을 통하여 상기 제 1 투과 부재 및 상기 제 2 투과 부재 사이에 위치하는 시료에 조사하기 위한 제 1 투광부와, 상기 제 1 참조면으로부터의 반사광을 수광하고, 또한 상기 시료로부터의 반사광을 상기 제 1 참조면을 통하여 수광하기 위한 제 1 수광부와, 광원으로부터의 광을 상기 제 2 참조면을 통하여 상기 시료에 조사하기 위한 제 2 투광부와, 상기 제 2 참조면으로부터의 반사광을 수광하고, 또한 상기 시료로부터의 반사광을 상기 제 2 참조면을 통하여 수광하기 위한 제 2 수광부와, 상기 제 1 수광부에 의해 수광된 반사광, 및 상기 제 2 수광부에 의해 수광된 반사광을 분광하는 분광부를 구비하는 두께 측정 장치를 사용하는 두께 측정 방법으로서, 상기 분광부에 의한 분광 결과에 기초하여, 상기 제 1 참조면과 상기 시료 사이의 거리인 제 1 거리, 및 상기 제 2 참조면과 상기 시료 사이의 거리인 제 2 거리를 산출하는 스텝과, 상기 제 1 참조면과 상기 제 2 참조면 사이의 거리인 면간 거리로부터 상기 제 1 거리 및 상기 제 2 거리를 빼는 것에 의해 상기 시료의 두께를 산출하는 스텝을 포함한다.

이와 같이, 시료의 양측에 각 참조면을 통하여 광을 조사하고, 시료 양측의 표면으로부터의 반사광을, 대응의 참조면으로부터의 반사광과 각각 간섭시켜 분광하는 구성에 의해, 시료의 표면에 요철이 있거나, 시료에 변형 또는 휨이 있거나 하는 경우에 있어서도, 분광 결과에 기초하여 시료 양측의 표면과 대응의 참조면 사이의 거리를 각각 산출할 수 있다. 그리고, 산출한 각 거리, 및 각 참조면 사이의 거리로부터 시료의 두께를 정확하게 산출할 수 있다. 따라서, 시료의 두께를 정확하게 측정할 수 있다. 또, 시료의 외부의 공간에 대한 측정 결과인 각 거리로부터 시료의 두께를 산출함으로써, 시료가 불투명한 물질이어도 당해 시료의 두께를 산출할 수 있다. 또, 시료의 굴절률 등의 물성값을 인식하지 않고 당해 시료의 두께를 용이하게 산출할 수 있다.

(7) 바람직하게는, 상기 시료가 형성되어 있지 않은 상태에 있어서, 광원으로부터의 광이 상기 제 1 투광부로부터 상기 제 1 참조면을 통하여 상기 제 2 참조면에 조사되고, 상기 제 1 참조면으로부터의 반사광이 상기 제 1 수광부에 의해 수광되고, 또한 상기 제 2 참조면으로부터의 반사광이 상기 제 1 참조면을 통하여 상기 제 1 수광부에 의해 수광되고, 상기 두께 측정 방법은, 추가로 상기 시료가 형성되어 있지 않은 상태에 있어서 상기 제 1 수광부에 의해 수광된 반사광의 상기 분광부에 의한 분광 결과에 기초하여 상기 면간 거리를 산출하는 스텝을 포함한다.

이와 같은 구성에 의해, 제 1 거리 및 제 2 거리의 산출 방법과 동일한 방법을 사용하여 면간 거리를 산출할 수 있기 때문에, 제 1 거리 및 제 2 거리의 산출 정밀도와 동일한 정도의 높은 산출 정밀도로 면간 거리를 산출할 수 있다. 이로써, 예를 들어, 정밀도가 열등한 다른 방법을 사용하여 면간 거리를 산출하는 경우와 비교하여, 시료의 두께를 보다 정확하게 산출할 수 있다.

본 발명에 의하면, 시료의 두께를 정확하게 측정할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에 있어서의 프로브 주변의 확대도를 나타내는 도면이다.
도 3 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에 있어서의 파이버 정션의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에 있어서의 연산부에 있어서 생성되는 파워 스펙트럼의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에 있어서의 연산부에 있어서 생성되는 파워 스펙트럼의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치를 사용한 측정 방법의 순서의 일례를 정한 플로 차트이다.
도 7 은, 프로브의 비교예를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙여 그 설명은 반복하지 않는다. 또, 이하에 기재하는 실시형태의 적어도 일부를 임의로 조합해도 된다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 2 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에 있어서의 프로브 주변의 확대도를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2 를 참조하여, 두께 측정 장치 (101) 는, 프로브 (1, 2) 와, 분광부 (3) 와, 광원 (4) 과, 광학계 (5) 와, 연산부 (6) 를 구비한다. 프로브 (1) 는, 렌즈계 (51) 와, 투과 기판 (제 1 투과 부재) (61) 을 포함한다. 렌즈계 (51) 는, 렌즈 (55) 와, 렌즈 (제 1 투광부 및 제 1 수광부) (57) 를 포함한다. 투과 기판 (61) 은, 표면 (제 1 참조면) (65) 과 표면 (67) 을 갖는다. 프로브 (2) 는, 렌즈계 (52) 와, 투과 기판 (제 2 투과 부재) (62) 을 포함한다. 렌즈계 (52) 는, 렌즈 (56) 와, 렌즈 (제 2 투광부 및 제 2 수광부) (58) 를 포함한다. 투과 기판 (62) 은, 표면 (제 2 참조면) (66) 과 표면 (68) 을 갖는다. 분광부 (3) 는, 분광기 (41) 와, 데이터 생성부 (42) 를 포함한다. 광학계 (5) 는, 광파이버 (31, 32, 33, 34) 와, 파이버 정션 (35) 을 포함한다.

두께 측정 장치 (101) 에 있어서의 광원 (4) 은, 예를 들어 밴드폭이 넓은 광을 출력하는 레이저이다. 또한, 광원 (4) 은, LED (Light-Emitting Diode) 또는 백열 전구 등이어도 된다.

광학계 (5) 는, 예를 들어, 광원 (4) 에 의해 출력된 광을 프로브 (1, 2) 에 안내한다. 보다 상세하게는, 광학계 (5) 에 있어서의 광파이버 (34) 는, 광원 (4) 과 광학적으로 결합하는 입력단에 있어서 광원 (4) 으로부터의 광을 받고, 받은 광을 파이버 정션 (35) 에 전송한다.

도 3 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에 있어서의 파이버 정션의 기능을 설명하기 위한 도면이다.

도 3 을 참조하여, 파이버 정션 (35) 은, 광파이버 (34) 로부터 받는 광을 광파이버 (31, 32) 에 분배한다.

다시 도 1 및 도 2 를 참조하여, 광파이버 (31) 는, 파이버 정션 (35) 에 의해 분배된 광원 (4) 으로부터의 광을 프로브 (1) 에 있어서의 렌즈계 (51) 에 전송한다. 또, 광파이버 (32) 는, 파이버 정션 (35) 에 의해 분배된 광원 (4) 으로부터의 광을 프로브 (2) 에 있어서의 렌즈계 (52) 에 전송한다.

두께 측정 장치 (101) 에서는, 예를 들어, 렌즈 (57) 로부터 표면 (65) 을 통하여 시료 (151) 에 조사되는 광의 투광 광선속 (71) 의 축과, 렌즈 (58) 로부터 표면 (66) 을 통하여 시료 (151) 에 조사되는 광의 투광 광선속 (72) 의 축과, 렌즈 (57) 가 수광하는 표면 (65) 으로부터의 반사광의 반사 광선속 (73) 의 축 및 렌즈 (57) 가 수광하는 시료 (151) 로부터의 반사광의 반사 광선속 (75) 의 축과, 렌즈 (58) 가 수광하는 표면 (66) 으로부터의 반사광의 반사 광선속 (74) 의 축 및 렌즈 (58) 가 수광하는 시료 (151) 로부터의 반사광의 반사 광선속 (76) 의 축이 서로 따르고 있다. 여기서, 광선속의 축은, 광선속이 평행 광선속인 경우, 당해 평행 광선속에 포함되는 광선을 따른 축이고, 또, 광선속이 발산 광선속 또는 수속 광선속인 경우, 당해 발산 광선속 또는 당해 수속 광선속에 포함되는 광선을 따른 측면을 갖는 원뿔의 대칭축이다.

보다 상세하게는, 렌즈계 (51) 에 있어서, 렌즈 (55, 57) 는, 예를 들어 원통형의 볼록 렌즈이고, 광축이 서로 따르도록 형성되어 있다. 여기서, 렌즈 (55, 57) 의 광축을 따른 가상적인 축을 참조축 (70) 으로 정의한다.

렌즈 (57) 는, 제 1 투광부로서, 광원 (4) 으로부터의 광을, 투과 기판 (61) 및 투과 기판 (62) 사이에 위치하는 시료 (151) 에 표면 (65) 을 통하여 조사한다.

시료 (151) 는, 도시되지 않은 스테이지에 배치되고, 표면 (65 및 66) 에 평행한 면을 따라 투과 기판 (61) 및 투과 기판 (62) 사이를 이동하는 것이 가능하다. 여기서는, 투과 기판 (61) 및 투과 기판 (62) 사이에 있어서, 시료 (151) 의 일부가 위치한다. 또한, 투과 기판 (61) 및 투과 기판 (62) 사이에 시료 (151) 의 전부가 위치해도 된다.

렌즈 (55) 는, 자기와 광학적으로 결합한 광파이버 (31) 의 단면 (77) 과 대향하고, 단면 (77) 으로부터의 광의 광선속 중, 렌즈 (55) 의 광축을 축으로 하는 광선속인 투광 광선속 (71) 을 수광하여 발산 광선속으로부터 평행 광선속으로 변환한다. 따라서, 투광 광선속 (71) 의 축은, 참조축 (70) 을 따르고 있다.

렌즈 (57) 는, 렌즈 (55) 및 투과 기판 (61) 사이에 형성되고, 렌즈 (55) 로부터의 투광 광선속 (71) 을 수속 광선속으로 변환함으로써, 광원 (4) 으로부터의 광을, 표면 (65) 과 대향하는 면인 시료 (151) 의 표면 (81) 부근에 표면 (65) 을 통하여 집광한다.

투과 기판 (61) 및 투과 기판 (62) 은, 대향하여 형성되어 있다. 구체적으로는, 투과 기판 (61) 및 투과 기판 (62) 은, 정면으로 마주하여 형성되어 있다. 보다 상세하게는, 투과 기판 (61) 및 투과 기판 (62) 은, 제 1 참조면인 표면 (65) 및 제 2 참조면인 표면 (66) 이 정면으로 마주하도록 형성되어 있다.

또한, 투과 기판 (61) 및 투과 기판 (62) 은, 표면 (65) 및 표면 (66) 이 정면으로 마주하도록 형성되는 구성에 한정되지 않고, 대향하여 형성되면 된다.

투과 기판 (61) 및 투과 기판 (62) 은, 예를 들어 평행 평면 기판이고, 광원 (4) 이 출력하는 광의 주파수 대역에 있어서 투명 또는 반투명이다. 보다 상세하게는, 투과 기판 (61) 에 있어서의 표면 (65) 및 표면 (67) 은, 예를 들어 평면이고, 또한 서로 평행이다. 투과 기판 (61) 은, 표면 (65) 의 법선이 참조축 (70) 을 따르고, 또한 표면 (65) 및 표면 (67) 이 각각 시료 (151) 의 표면 (81) 및 렌즈 (57) 와 대향하도록 형성되어 있다.

또, 투과 기판 (62) 에 있어서의 표면 (66) 및 표면 (68) 은, 예를 들어 평면이고, 또한 서로 평행이다. 투과 기판 (62) 은, 표면 (66) 의 법선이 참조축 (70) 을 따르고, 또한 표면 (66) 및 표면 (68) 이 각각 시료 (151) 의 표면 (82) 및 렌즈 (58) 와 대향하도록 형성되어 있다.

또한, 표면 (65) 및 표면 (67) 은, 서로 비평행이어도 된다. 또, 표면 (66) 및 표면 (68) 은, 서로 비평행이어도 된다. 또, 두께 측정 장치 (101) 는, 투과 기판 (61) 및 투과 기판 (62) 대신에, 판상 이외의 형상을 갖는 투과 부재를 구비하는 구성이어도 된다.

렌즈계 (51) 에 있어서의 렌즈 (57) 는, 제 1 수광부로서, 투과 기판 (61) 에 있어서의 표면 (65) 으로부터의 반사광을 수광하고, 또한 시료 (151) 로부터의 반사광을, 표면 (65) 을 통하여 수광한다.

보다 상세하게는, 표면 (65) 은, 투과 기판 (61) 과 공기층의 계면이기 때문에, 렌즈 (57) 로부터 받는 광을 반사한다. 또, 시료 (151) 에 있어서의 표면 (81) 은, 시료 (151) 와 공기층의 계면이기 때문에, 투과 기판 (61) 을 통하여 렌즈 (57) 로부터 받는 광을 반사한다.

렌즈 (57) 는, 시료 (151) 에 의해 반사된 광의 광선속 중, 렌즈 (57) 의 광축을 축으로 하는 광선속인 반사 광선속 (75) 을, 표면 (65) 을 통하여 수광하여 발산 광선속으로부터 평행 광선속으로 변환한다. 따라서, 반사 광선속 (75) 의 축은, 참조축 (70) 을 따르고 있다.

또, 렌즈 (57) 는, 표면 (65) 에 의해 반사된 광의 광선속 중, 렌즈 (57) 의 광축을 축으로 하는 광선속인 반사 광선속 (73) 을 수광하여 발산 광선속으로부터 평행 광선속으로 변환한다. 따라서, 반사 광선속 (73) 의 축은, 참조축 (70) 을 따르고 있다. 이 예에서는, 표면 (65) 과 표면 (81) 사이의 거리가 렌즈 (57) 와 표면 (81) 사이의 거리와 비교하여 짧기 때문에, 반사 광선속 (73) 은, 렌즈 (57) 에 의해 평행 광선속으로 변환된다고 근사하고 있다.

렌즈 (55) 는, 렌즈 (57) 로부터의 반사 광선속 (75) 을 수속 광선속으로 변환함으로써, 표면 (65) 을 경유한 시료 (151) 로부터의 반사광을 광파이버 (31) 의 단면 (77) 에 집광함과 함께, 렌즈 (57) 로부터의 반사 광선속 (73) 을 수속 광선속으로 변환함으로써, 표면 (65) 으로부터의 반사광을 단면 (77) 에 집광한다.

한편, 렌즈계 (52) 에 있어서, 렌즈 (56, 58) 는, 예를 들어 원통형의 볼록 렌즈이고, 각 광축이 참조축 (70) 을 따르도록 형성되어 있다.

렌즈 (58) 는, 제 2 투광부로서, 광원 (4) 으로부터의 광을, 표면 (66) 을 통하여 시료 (151) 에 조사한다.

보다 상세하게는, 렌즈 (56) 는, 자기와 광학적으로 결합한 광파이버 (32) 의 단면 (78) 과 대향하고, 단면 (78) 으로부터의 광의 광선속 중, 렌즈 (56) 의 광축을 축으로 하는 광선속인 투광 광선속 (72) 을 수광하여 발산 광선속으로부터 평행 광선속으로 변환한다. 따라서, 투광 광선속 (72) 의 축은, 참조축 (70) 을 따르고 있다.

렌즈 (58) 는, 렌즈 (56) 및 투과 기판 (62) 사이에 형성되고, 렌즈 (56) 로부터의 투광 광선속 (72) 을 수속 광선속으로 변환함으로써, 광원 (4) 으로부터의 광을, 표면 (66) 과 대향하는 면인 시료 (151) 의 표면 (82) 부근에 표면 (66) 을 통하여 집광한다.

렌즈계 (52) 에 있어서의 렌즈 (58) 는, 제 2 수광부로서, 투과 기판 (62) 에 있어서의 표면 (66) 으로부터의 반사광을 수광하고, 또한 시료 (151) 로부터의 반사광을, 표면 (66) 을 통하여 수광한다.

보다 상세하게는, 표면 (66) 은, 투과 기판 (62) 과 공기층의 계면이기 때문에, 렌즈 (58) 로부터 받는 광을 반사한다. 또, 시료 (151) 에 있어서의 표면 (82) 은, 시료 (151) 와 공기층의 계면이기 때문에, 투과 기판 (62) 을 통하여 렌즈 (58) 로부터 받는 광을 반사한다.

렌즈 (58) 는, 시료 (151) 에 의해 반사된 광의 광선속 중, 렌즈 (58) 의 광축을 축으로 하는 광선속인 반사 광선속 (76) 을, 표면 (66) 을 통하여 수광하여 발산 광선속으로부터 평행 광선속으로 변환한다. 따라서, 반사 광선속 (76) 의 축은, 참조축 (70) 을 따르고 있다.

또, 렌즈 (58) 는, 표면 (66) 에 의해 반사된 광의 광선속 중, 렌즈 (58) 의 광축을 축으로 하는 광선속인 반사 광선속 (74) 을 수광하여 발산 광선속으로부터 평행 광선속으로 변환한다. 따라서, 반사 광선속 (74) 의 축은, 참조축 (70) 을 따르고 있다. 이 예에서는, 표면 (66) 과 표면 (82) 사이의 거리가 렌즈 (58) 와 표면 (82) 사이의 거리와 비교하여 짧기 때문에, 반사 광선속 (74) 은, 렌즈 (58) 에 의해 평행 광선속으로 변환된다고 근사하고 있다.

렌즈 (56) 는, 렌즈 (58) 로부터의 반사 광선속 (76) 을 수속 광선속으로 변환함으로써, 표면 (66) 을 경유한 시료 (151) 로부터의 반사광을 광파이버 (32) 의 단면 (78) 에 집광함과 함께, 렌즈 (58) 로부터의 반사 광선속 (74) 을 수속 광선속으로 변환함으로써, 표면 (66) 으로부터의 반사광을 단면 (78) 에 집광한다.

광학계 (5) 는, 예를 들어, 렌즈 (57) 에 의해 수광된 광, 및 렌즈 (58) 에 의해 수광된 광을 분광부 (3) 에 있어서의 분광기 (41) 에 안내한다.

보다 상세하게는, 광학계 (5) 에 있어서의 광파이버 (31) 는, 렌즈 (55) 로부터 받는 반사광을 파이버 정션 (35) 에 전송한다. 광파이버 (32) 는, 렌즈 (56) 로부터 받는 반사광을 파이버 정션 (35) 에 전송한다.

다시 도 3 을 참조하여, 파이버 정션 (35) 은, 광파이버 (31, 32) 로부터 받는 반사광을 결합부 (36) 에 있어서 혼합하고, 혼합 후의 반사광을 광파이버 (33) 에 출력한다.

다시 도 1 을 참조하여, 광파이버 (33) 는, 파이버 정션 (35) 에 의해 혼합된 각 반사광을 분광부 (3) 에 있어서의 분광기 (41) 에 전송한다.

예를 들어, 두께 측정 장치 (101) 에서는, 시료 (151) 로부터 표면 (65), 렌즈 (57) 및 광학계 (5) 를 경유하여 분광기 (41) 까지 전파하는 반사광의 경로의 광학적 거리와 시료 (151) 로부터 표면 (66), 렌즈 (58) 및 광학계 (5) 를 경유하여 분광기 (41) 까지 전파하는 반사광의 경로의 광학적 거리가 동일해지도록 설정되어 있다.

바꾸어 말하면, 두께 측정 장치 (101) 에서는, 시료 (151) 로부터 표면 (65), 렌즈 (57) 및 광학계 (5) 를 경유하여 분광기 (41) 까지 전파하는 반사광의 경로의 광학적 거리와 시료 (151) 로부터 표면 (66), 렌즈 (58) 및 광학계 (5) 를 경유하여 분광기 (41) 까지 전파하는 반사광의 경로의 광학적 거리가 대략 동일하다.

보다 상세하게는, 두께 측정 장치 (101) 에서는, 표면 (65) 과 표면 (81) 사이의 거리, 및 표면 (66) 과 표면 (82) 사이의 거리가 대략 동일한 경우에 있어서, 이하와 같이, 프로브 (1, 2) 의 크기 및 광파이버 (31, 32) 의 길이가 설정되어 있다.

즉, 광이 표면 (81) 으로부터 표면 (65), 렌즈 (57, 55) 및 광파이버 (31) 를 통하여 파이버 정션 (35) 에 있어서의 결합부 (36) (도 3 참조) 까지 전파하기 위해서 필요로 하는 시간과, 광이 표면 (82) 로부터 표면 (66), 렌즈 (58, 56) 및 광파이버 (32) 를 통하여 파이버 정션 (35) 에 있어서의 결합부 (36) 까지 전파하기 위해서 필요로 하는 시간이 대략 동일해지도록, 프로브 (1, 2) 의 크기 및 광파이버 (31, 32) 의 길이가 설정되어 있다.

이 예에서는, 표면 (65) 과 광파이버 (31) 의 단면 (77) 사이의 거리, 및 표면 (66) 과 광파이버 (32) 의 단면 (78) 사이의 거리가 대략 동일해지도록 설정되고, 또한, 광파이버 (31) 의 단면 (77) 으로부터 파이버 정션 (35) 에 있어서의 결합부 (36) 까지의 길이, 및 광파이버 (32) 의 단면 (78) 으로부터 결합부 (36) 까지의 길이가 대략 동일해지도록 설정되어 있다.

분광부 (3) 는, 렌즈 (57) 에 의해 수광된 반사광, 및 렌즈 (58) 에 의해 수광된 반사광을 분광한다.

보다 상세하게는, 분광부 (3) 에 있어서의 분광기 (41) 에서는, 회절 격자 및 1 차원 이미지 센서가 형성되어 있고, 광파이버 (33) 에 의해 전송된 각 반사광은, 회절 격자에 의해 회절되어 1 차원 이미지 센서에 조사된다.

1 차원 이미지 센서는, 회절 격자에 의해 회절된 각 반사광을 광전 변환함으로써, 각 반사광의 파장마다의 강도에 따른 전하를 축적한다.

데이터 생성부 (42) 는, 1 차원 이미지 센서에 있어서 소정의 게이트 시간 축적된 파장마다의 전하를 취득함으로써, 파장마다의 강도를 나타내는 신호를 생성하고, 생성된 신호를 예를 들어 RS232C 의 통신 규격 또는 이더넷 (등록 상표) 의 통신 규격에 따라 연산부 (6) 에 출력한다.

연산부 (6) 는, 데이터 생성부 (42) 로부터 신호를 받으면, 받은 신호가 나타내는 파장마다의 강도를 파장마다의 반사율로 변환한다.

보다 상세하게는, 연산부 (6) 는, 예를 들어, 분광기 (41) 에 광이 들어가지 않도록 한 상태에 있어서 데이터 생성부 (42) 로부터 받은 신호가 나타내는 파장마다의 강도를, 다크 스펙트럼 데이터로서 유지하고 있다.

또, 연산부 (6) 는, 예를 들어, 시료 (151) 대신에 알루미늄판 등의 참조물이 투과 기판 (61) 및 투과 기판 (62) 사이에 형성되어 있는 상태에 있어서 데이터 생성부 (42) 로부터 받은 신호가 나타내는 파장마다의 강도에 대해, 다크 스펙트럼 데이터에 포함되는 파장마다의 강도를 각각 뺀 파장마다의 강도를, 참조 스펙트럼 데이터로서 유지하고 있다.

연산부 (6) 는, 시료 (151) 가 투과 기판 (61) 및 투과 기판 (62) 사이에 형성되어 있는 상태에 있어서 데이터 생성부 (42) 로부터 받은 신호가 나타내는 파장마다의 강도에 대해, 다크 스펙트럼 데이터에 포함되는 파장마다의 강도를 각각 뺀 후, 참조 스펙트럼 데이터에 포함되는 파장마다의 강도로 각각 나눔으로써, 파장마다의 반사율을 포함하는 반사 스펙트럼 데이터를 생성한다.

도 4 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에 있어서의 연산부에 있어서 생성되는 파워 스펙트럼의 일례를 나타내는 도면이다. 또한, 도 4 에 있어서, 세로축은 파워 스펙트럼 강도를 나타내고, 가로축은 두께를 나타낸다.

도 2 및 도 4 를 참조하여, 연산부 (6) 는, 예를 들어, 분광부 (3) 에 의한 분광 결과에 기초하여, 표면 (65) 과 시료 (151) 사이의 거리인 d1, 및 표면 (66) 과 시료 (151) 사이의 거리인 d2 를 산출한다.

보다 상세하게는, 연산부 (6) 는, 생성된 반사 스펙트럼 데이터를 푸리에 변환함으로써 공간 주파수마다의 파워 스펙트럼 강도를 나타내는 파워 스펙트럼을 산출한다. 그리고, 연산부 (6) 는, 공간 주파수를 두께로 환산함으로써, 도 4 에 나타내는 파워 스펙트럼을 생성한다.

연산부 (6) 는, 표면 (81) 으로부터의 반사광 및 표면 (65) 으로부터의 반사광의 간섭에 기초하는 피크 (P1) 의 위치로부터 거리 (d1) 를 산출한다. 또, 연산부 (6) 는, 표면 (82) 으로부터의 반사광 및 표면 (66) 으로부터의 반사광의 간섭에 기초하는 피크 (P2) 의 위치로부터 거리 (d2) 를 산출한다. 이 예에서는, 연산부 (6) 는, 거리 (d1 및 d2) 를 각각 168.3 ㎛ 및 625.4 ㎛ 라고 산출한다.

도 5 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에 있어서의 연산부에 있어서 생성되는 파워 스펙트럼의 일례를 나타내는 도면이다. 또한, 도 5 에 있어서, 세로축은 파워 스펙트럼 강도를 나타내고, 가로축은 두께를 나타낸다.

도 2 및 도 5 를 참조하여, 연산부 (6) 는, 예를 들어, 표면 (65) 과 표면 (66) 사이의 거리인 면간 거리 (da) 로부터 거리 (d1 및 d2) 를 빼는 것에 의해 시료 (151) 의 두께를 산출한다.

예를 들어, 면간 거리 (da) 는, 이하의 방법에 의해 구해진다. 즉, 투과 기판 (61) 및 투과 기판 (62) 사이에 시료 (151) 가 형성되어 있지 않은 상태에서는, 광원 (4) 으로부터의 광이 렌즈 (57) 로부터 표면 (65) 을 통하여 표면 (66) 에 조사되고, 표면 (65) 으로부터의 반사광이 렌즈 (57) 에 의해 수광되고, 표면 (66) 으로부터의 반사광이 표면 (65) 을 통하여 렌즈 (57) 에 의해 수광되고, 광원 (4) 으로부터의 광이 렌즈 (58) 로부터 표면 (66) 을 통하여 표면 (65) 에 조사되고, 표면 (66) 으로부터의 반사광이 렌즈 (58) 에 의해 수광되고, 또한 표면 (65) 으로부터의 반사광이 표면 (66) 을 통하여 렌즈 (58) 에 의해 수광된다.

이와 같은 상태에 있어서, 연산부 (6) 는, 데이터 생성부 (42) 로부터 받는 신호가 나타내는 파장마다의 강도를 푸리에 변환함으로써 공간 주파수마다의 파워 스펙트럼 강도, 즉 파워 스펙트럼을 산출한다. 그리고, 연산부 (6) 는, 공간 주파수를 두께로 환산함으로써, 도 5 에 나타내는 파워 스펙트럼을 생성한다.

연산부 (6) 는, 예를 들어, 상기 서술한 상태에 있어서, 표면 (65) 으로부터 렌즈 (57) 에 대한 반사광, 및 표면 (65) 을 경유한 표면 (66) 으로부터 렌즈 (57) 에 대한 반사광의 간섭, 그리고 표면 (66) 으로부터 렌즈 (58) 에 대한 반사광, 및 표면 (66) 을 경유한 표면 (65) 으로부터 렌즈 (58) 에 대한 반사광의 간섭에 기초하는 피크 (Pa) 의 위치로부터 면간 거리 (da) 를 산출한다. 이 예에서는, 연산부 (6) 는, 면간 거리 (da) 를 2800.0 ㎛ 라고 산출한다. 따라서, 연산부 (6) 는, (2800.0 - 168.3 - 625.4) 를 연산함으로써, 시료 (151) 의 두께로서 2006.3 ㎛ 를 산출한다.

또한, 두께 측정 장치 (101) 에서는, 연산부 (6) 가, 상기 서술한 방법에 의해 면간 거리 (da) 를 산출하는 구성이라고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 연산부 (6) 가, 다른 방법, 예를 들어 기계적으로 측정하는 방법에 의해 얻어진 면간 거리 (da) 를 미리 유지하는 구성이어도 된다. 이 경우, 연산부 (6) 는, 유지하는 면간 거리 (da) 를 사용하여 시료 (151) 의 두께를 산출한다.

[측정 방법]

도 6 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치를 사용한 측정 방법의 순서의 일례를 정한 플로 차트이다.

도 6 을 참조하여, 먼저, 두께 측정 장치 (101) 는, 시료 (151) 가 형성되어 있지 않은 상태에 있어서, 렌즈 (57) 에 의해 수광된 반사광, 및 렌즈 (58) 에 의해 수광된 반사광의 분광부 (3) 에 의한 분광 결과를 취득한다. 구체적으로는, 두께 측정 장치 (101) 는, 도 5 에 나타내는 파워 스펙트럼을 취득한다 (스텝 S102).

다음으로, 두께 측정 장치 (101) 는, 취득한 분광 결과에 기초하여 면간 거리 (da) 를 산출한다. 구체적으로는, 두께 측정 장치 (101) 는, 도 5 에 나타내는 파워 스펙트럼에 있어서의 피크 (Pa) 의 위치로부터 면간 거리 (da) 를 산출한다 (스텝 S104).

다음으로, 측정자는, 시료 (151) 를 투과 기판 (61) 및 투과 기판 (62) 사이에 설치한다 (스텝 S106).

다음으로, 두께 측정 장치 (101) 는, 시료 (151) 가 형성된 상태에 있어서, 분광부 (3) 에 의한 분광 결과, 구체적으로는 도 4 에 나타내는 파워 스펙트럼을 취득한다 (스텝 S108).

다음으로, 두께 측정 장치 (101) 는, 시료 (151) 가 형성된 상태에 있어서, 분광부 (3) 에 의한 분광 결과에 기초하여 거리 (d1 및 d2) 를 산출한다. 구체적으로는, 두께 측정 장치 (101) 는, 도 4 에 나타내는 파워 스펙트럼에 있어서의 피크 (P1 및 P2) 의 위치로부터 거리 (d1 및 d2) 를 각각 산출한다 (스텝 S110).

다음으로, 두께 측정 장치 (101) 는, 면간 거리 (da) 로부터 거리 (d1 및 d2) 를 빼는 것에 의해 시료 (151) 의 두께를 산출한다 (스텝 S112).

또한, 상기 스텝 S102 ∼ S104 와 스텝 S106 ∼ S110 의 순서는, 상기에 한정되지 않고, 순서를 바꿔도 된다.

또, 두께 측정 장치 (101) 는, 상기 스텝 S102, S104 에 있어서, 면간 거리 (da) 를 산출한다고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 두께 측정 장치 (101) 는, 전술한 바와 같이 면간 거리 (da) 를 미리 유지하고 있는 경우, 면간 거리 (da) 를 산출하지 않아도 된다.

또, 두께 측정 장치 (101) 는, 상기 스텝 S102 에 있어서, 렌즈 (57, 58) 의 양방으로부터 광이 조사되는 경우에 있어서, 렌즈 (57) 에 의해 수광된 반사광, 및 렌즈 (58) 에 의해 수광된 반사광의 분광부 (3) 에 의한 분광 결과를 취득했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 두께 측정 장치 (101) 는, 상기 스텝 S102 에 있어서, 렌즈 (57) 및 렌즈 (58) 의 어느 일방으로부터 광이 조사되는 경우에 있어서, 대응의 렌즈에 의해 수광된 반사광에 의한 분광 결과를 취득해도 된다.

또, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에서는, 분광부 (3) 는, 1 개의 분광기 (41) 를 포함하는 구성이라고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 분광부 (3) 는, 2 개의 분광기 (41) 을 포함하는 구성이어도 된다. 이 경우, 2 개의 분광기 (41) 는, 렌즈 (57) 에 의해 수광된 반사광, 및 렌즈 (58) 에 의해 수광된 반사광을 각각 분광한다. 연산부 (6) 는, 당해 2 개의 분광기 (41) 의 각 분광 결과에 기초하여, 거리 (d1 및 d2) 를 산출한다.

또, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치는, 1 개의 광원 (4) 을 구비하는 구성이라고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 두께 측정 장치 (101) 는, 2 개의 광원 (4) 을 구비하는 구성이어도 된다. 이 경우, 렌즈 (57) 는, 일방의 광원 (4) 으로부터의 광을, 표면 (65) 을 통하여 시료 (151) 에 조사한다. 렌즈 (58) 는, 타방의 광원 (4) 으로부터의 광을, 표면 (66) 을 통하여 시료 (151) 에 조사한다.

또, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에서는, 제 1 투광부 및 제 1 수광부가 일체라고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 두께 측정 장치 (101) 에 있어서, 제 1 투광부 및 제 1 수광부가, 별개로 형성되어도 된다.

구체적으로는, 두께 측정 장치 (101) 는, 제 1 투광부로서 기능하는 렌즈 (57) 와, 제 1 수광부로서 기능하는 다른 렌즈를 구비하는 구성이어도 되고, 제 1 수광부로서 기능하는 렌즈 (57) 와, 제 1 투광부로서 기능하는 다른 렌즈를 구비하는 구성이어도 된다.

즉, 렌즈 (57) 로부터 표면 (65) 을 통하여 시료 (151) 에 조사되는 광의 투광 광선속 (71) 의 축과, 렌즈 (58) 로부터 표면 (66) 을 통하여 시료 (151) 에 조사되는 광의 투광 광선속 (72) 의 축과, 렌즈 (57) 가 수광하는 표면 (65) 으로부터의 반사광의 반사 광선속 (73) 의 축 및 시료 (151) 로부터의 반사광의 반사 광선속 (75) 의 축과, 렌즈 (58) 가 수광하는 표면 (66) 으로부터의 반사광의 반사 광선속 (74) 의 축 및 시료 (151) 로부터의 반사광의 반사 광선속 (76) 의 축이 서로 따르고 있지 않아도 된다.

또, 두께 측정 장치 (101) 는, 도 1 에 나타내는 투과 기판 (61) 과 렌즈 (57) 사이에 하프 미러를 형성하는 것보다, 제 1 투광부로서 기능하는 렌즈 (57) 와, 하프 미러에 의해 반사된 반사광을 수광하는 제 1 수광부로서 기능하는 다른 렌즈를 구비하는 구성이어도 되고, 광원 (4) 으로부터의 광을 하프 미러 및 표면 (65) 을 통하여 시료 (151) 에 조사하는 제 1 투광부로서 기능하는 다른 렌즈와, 제 1 수광부로서 기능하는 렌즈 (57) 를 구비하는 구성이어도 된다. 이들 구성에서는, 투광 광선속 (71) 및 반사 광선속 (73, 75) 의 축이, 표면 (65) 및 표면 (81) 에 있어서 서로 따르도록 하는 것이 가능하다.

동일하게, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에서는, 제 2 투광부 및 제 2 수광부가 일체라고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 두께 측정 장치 (101) 에 있어서, 제 2 투광부 및 제 2 수광부가, 별개로 형성되어도 된다.

구체적으로는, 두께 측정 장치 (101) 는, 제 2 투광부로서 기능하는 렌즈 (58) 와, 제 2 수광부로서 기능하는 다른 렌즈를 구비하는 구성이어도 되고, 제 2 수광부로서 기능하는 렌즈 (58) 와, 제 2 투광부로서 기능하는 다른 렌즈를 구비하는 구성이어도 된다.

또, 두께 측정 장치 (101) 는, 도 1 에 나타내는 투과 기판 (62) 과 렌즈 (58) 사이에 하프 미러를 형성하는 것보다, 제 2 투광부로서 기능하는 렌즈 (58) 와, 하프 미러에 의해 반사된 반사광을 수광하는 제 2 수광부로서 기능하는 다른 렌즈를 구비하는 구성이어도 되고, 광원 (4) 으로부터의 광을 하프 미러 및 표면 (66) 을 통하여 시료 (151) 에 조사하는 제 2 투광부로서 기능하는 다른 렌즈와, 제 2 수광부로서 기능하는 렌즈 (58) 를 구비하는 구성이어도 된다. 이들 구성에서는, 투광 광선속 (72) 및 반사 광선속 (74, 76) 의 축이, 표면 (66) 및 표면 (82) 에 있어서 서로 따르도록 하는 것이 가능하다.

또, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에서는, 투과 기판 (61) 의 시료 (151) 와 대향하는 면인 표면 (65) 을 제 1 참조면으로서 사용하는 구성이라고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 두께 측정 장치 (101) 에서는, 투과 기판 (61) 의 시료 (151) 와 반대측의 면인 표면 (67) 을 제 1 참조면으로서 사용하는 구성이어도 된다.

또, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에서는, 투과 기판 (62) 의 시료 (151) 와 대향하는 면인 표면 (66) 을 제 2 참조면으로서 사용하는 구성이라고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 두께 측정 장치 (101) 에서는, 투과 기판 (62) 의 시료 (151) 와 반대측의 면인 표면 (68) 을 제 2 참조면으로서 사용하는 구성이어도 된다.

또한, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치는, 광원 (4), 광학계 (5) 및 연산부 (6) 를 구비하는 구성이라고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 광원 (4), 광학계 (5) 및 연산부 (6) 의 적어도 어느 1 개가 두께 측정 장치 (101) 의 외부에 형성되는 구성이어도 된다.

또, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에서는, 분광부 (3) 는, 데이터 생성부 (42) 를 포함하는 구성이라고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 데이터 생성부 (42) 가 두께 측정 장치 (101) 의 외부에 형성되는 구성이어도 된다.

그런데, 특허문헌 1 ∼ 3 에 기재된 기술을 사용하여 시료의 두께를 측정하는 경우, 예를 들어, 접지된 시료까지의 거리의 측정 결과, 및 접지면까지의 거리의 측정 결과로부터 당해 시료의 두께를 측정하는 방법이 생각된다.

그러나, 시료의 표면에 요철이 있거나, 시료에 변형 또는 휨이 있거나 하는 경우, 시료의 접지면측의 표면과 접지면 사이에 간극이 발생한다. 이와 같은 경우, 시료의 두께를 정확하게 측정하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.

도 7 은, 프로브의 비교예를 나타내는 도면이다. 도 7 을 참조하여, 예를 들어, 프로브 (91) 에 의해 투광 및 수광된 광을 사용하여, 스테이지 (92) 에 접지된 시료 (93) 의 두께를 측정하는 경우, 참조면인 표면 (94) 및 스테이지 (92) 에 있어서의 접지면 사이의 거리 (dg) 로부터, 표면 (94) 및 시료 (93) 사이의 거리 (ds) 를 뺀 거리 (dw) 를 시료 (93) 의 두께로서 측정한다. 도 7 에 나타내는 바와 같이 시료 (93) 의 표면에는 요철이 있기 때문에, 정확한 시료 (93) 의 두께가 d 임에도 불구하고 dw 를 시료 (93) 의 두께로서 산출한다.

이것에 대하여, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에서는, 투과 기판 (61) 은, 표면 (65) 을 갖는다. 투과 기판 (62) 은, 투과 기판 (61) 과 대향하여 형성되고, 표면 (66) 을 갖는다. 렌즈 (57) 는, 광원 (4) 으로부터의 광을, 표면 (65) 을 통하여 투과 기판 (61) 및 투과 기판 (62) 사이에 위치하는 시료 (151) 에 조사한다. 렌즈 (57) 는, 표면 (65) 으로부터의 반사광을 수광하고, 또한 시료 (151) 로부터의 반사광을, 표면 (65) 을 통하여 수광한다. 렌즈 (58) 는, 광원 (4) 으로부터의 광을, 표면 (66) 을 통하여 시료 (151) 에 조사한다. 렌즈 (58) 는, 표면 (66) 으로부터의 반사광을 수광하고, 또한 시료 (151) 로부터의 반사광을, 표면 (66) 을 통하여 수광한다. 그리고, 분광부 (3) 는, 렌즈 (57) 에 의해 수광된 반사광, 및 렌즈 (58) 에 의해 수광된 반사광을 분광한다.

이와 같이, 시료 (151) 의 양측에 표면 (65, 66) 을 통하여 광을 조사하고, 시료 (151) 의 양측의 표면 (81, 82) 으로부터의 반사광을, 표면 (65, 66) 으로부터의 반사광과 각각 간섭시켜 분광하는 구성에 의해, 시료 (151) 의 표면 (81, 82) 에 요철이 있거나, 시료 (151) 에 변형 또는 휨이 있거나 하는 경우에 있어서도, 분광 결과에 기초하여 시료 (151) 의 양측의 표면 (81, 82) 과 표면 (65, 66) 사이의 거리 (d1, d2) 를 각각 산출할 수 있다. 그리고, 예를 들어, 산출한 거리 (d1, d2), 및 표면 (65, 66) 사이의 면간 거리 (da) 로부터 시료 (151) 의 두께를 정확하게 산출할 수 있다. 따라서, 시료의 두께를 정확하게 측정할 수 있다.

또, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에서는, 분광부 (3) 는, 1 개의 분광기 (41) 를 포함한다. 그리고, 광학계 (5) 는, 렌즈 (57) 에 의해 수광된 광, 및 렌즈 (58) 에 의해 수광된 광을 분광기 (41) 에 안내한다.

이와 같은 광학계 (5) 를 사용하는 구성에 의해, 고가의 분광기 (41) 의 개수를 최소로 할 수 있으므로, 두께 측정 장치 (101) 의 제조 비용을 저감시킬 수 있다.

또, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에서는, 렌즈 (57) 로부터 표면 (65) 을 통하여 시료 (151) 에 조사되는 광의 투광 광선속 (71) 의 축과, 렌즈 (58) 로부터 표면 (66) 을 통하여 시료 (151) 에 조사되는 광의 투광 광선속 (72) 의 축과, 렌즈 (57) 가 수광하는 표면 (65) 으로부터의 반사광의 반사 광선속 (73) 의 축 및 시료 (151) 로부터의 반사광의 반사 광선속 (75) 의 축과, 렌즈 (58) 가 수광하는 표면 (66) 으로부터의 반사광의 반사 광선속 (74) 의 축 및 시료 (151) 로부터의 반사광의 반사 광선속 (76) 의 축이 서로 따르고 있다.

이와 같은 구성에 의해, 표면 (65, 66) 이 예를 들어 비평행하게 배치되거나, 시료 (151) 가 표면 (65, 66) 에 대해 비평행하게 형성되거나 하는 경우에 있어서도, 시료의 두께를 정확하게 측정할 수 있다.

예를 들어, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 시료 (151) 가 참조축 (70) 을 따라 속도 (v) 로 표면 (65) 에 가까워지는 방향으로 이동하는 경우, 이하의 문제가 발생하는 경우가 있다. 즉, 표면 (81) 으로부터의 반사광이 분광기 (41) 에 도달할 때까지 필요로 하는 시간 (T1), 및 표면 (82) 으로부터의 반사광이 분광기 (41) 에 도달할 때까지 필요로 하는 시간 (T2) 의 차이인 (T1 - T2) 가 ΔT 인 경우, 시료 (151) 는, 시간 (ΔT) 동안에 v × ΔT 의 거리만큼 표면 (65) 에 가까워진다. 따라서, 연산부 (6) 는, 표면 (82) 으로부터의 반사광 및 표면 (66) 으로부터의 반사광에 기초하여 거리 (d2) 를 산출하는 한편, 표면 (81) 으로부터의 반사광 및 표면 (65) 으로부터의 반사광에 기초하여 거리 (d1 ＋ v × ΔT) 를 산출한다. 즉, 두께 측정 장치 (101) 에서는, 시료 (151) 의 두께를 정확하게 산출하는 것이 곤란해진다.

또, 예를 들어, 렌즈 (57) 에 의해 수광된 반사광을 분광하는 제 1 분광기, 및 렌즈 (58) 에 의해 수광된 반사광을 분광하는 제 2 분광기를 준비하고, 제 1 분광기가 반사광을 분광하는 타이밍을, 제 2 분광기가 반사광을 분광하는 타이밍에 대해 ΔT 만큼 늦춤으로써, 시료 (151) 의 두께를 정확하게 산출하는 방법이 생각된다. 그러나, 각 분광기의 분광 타이밍의 제어가 복잡해지므로, 바람직하지 않다.

이것에 대하여, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에서는, 분광부 (3) 는, 1 개의 분광기 (41) 를 포함한다. 광학계 (5) 는, 렌즈 (57) 에 의해 수광된 광, 및 렌즈 (58) 에 의해 수광된 광을 분광기 (41) 에 안내한다. 그리고, 시료 (151) 로부터 표면 (65), 렌즈 (57) 및 광학계 (5) 를 경유하여 분광기 (41) 까지 전파하는 반사광의 경로의 광학적 거리와 시료 (151) 로부터 표면 (66), 렌즈 (58) 및 광학계 (5) 를 경유하여 분광기 (41) 까지 전파하는 반사광의 경로의 광학적 거리가 동일해지도록 설정되어 있다.

이와 같은 구성에 의해, 시료 (151) 의 양측의 표면 (81, 82) 에 있어서 각각 반사된 광이 분광기 (41) 에 도달할 때까지 필요로 하는 시간을 거의 동일하게 할 수 있기 때문에, 표면 (81, 82) 에 있어서 거의 동일한 타이밍으로 반사된 반사광을 분광기 (41) 에 분광시킬 수 있다. 이로써, 시료 (151) 가 움직이고 있는 경우에 있어서도, 간단한 구성으로, 시료 (151) 의 두께를 정확하게 측정할 수 있다.

또, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에서는, 연산부 (6) 는, 분광부 (3) 에 의한 분광 결과에 기초하여, 표면 (65) 과 시료 (151) 사이의 거리인 d1, 및 표면 (66) 과 시료 (151) 사이의 거리인 d2 를 산출한다. 그리고, 연산부 (6) 는, 표면 (65) 과 표면 (66) 사이의 면간 거리 (da) 로부터 거리 (d1 및 d2) 를 빼는 것에 의해 시료 (151) 의 두께를 산출한다.

이와 같이, 시료 (151) 의 외부의 공간에 대한 측정 결과인 각 거리로부터 시료 (151) 의 두께를 산출하는 구성에 의해, 시료 (151) 가 불투명한 물질이어도 시료 (151) 의 두께를 산출할 수 있다. 또, 시료 (151) 의 굴절률 등의 물성값을 인식하지 않고 시료 (151) 의 두께를 용이하게 산출할 수 있다.

또, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 방법은, 두께 측정 장치 (101) 를 사용하는 두께 측정 방법으로서, 분광부 (3) 에 의한 분광 결과에 기초하여, 표면 (65) 과 시료 (151) 사이의 거리 (d1), 및 표면 (66) 과 시료 (151) 사이의 거리 (d2) 를 산출하는 스텝과, 표면 (65) 과 표면 (66) 사이의 면간 거리 (da) 로부터 거리 (d1 및 d2) 를 빼는 것에 의해 시료 (151) 의 두께를 산출하는 스텝을 포함한다.

이와 같이, 시료 (151) 의 양측에 표면 (65, 66) 을 통하여 광을 조사하고, 시료 (151) 의 양측의 표면 (81, 82) 으로부터의 반사광을, 표면 (65, 66) 으로부터의 반사광과 각각 간섭시켜 분광하는 구성에 의해, 시료 (151) 의 표면 (81, 82) 에 요철이 있거나, 시료 (151) 에 변형 또는 휨이 있거나 하는 경우에 있어서도, 분광 결과에 기초하여 시료 (151) 의 양측의 표면 (81, 82) 과 표면 (65, 66) 사이의 거리 (d1, d2) 를 각각 산출할 수 있다. 그리고, 산출한 거리 (d1, d2), 및 표면 (65, 66) 사이의 면간 거리 (da) 로부터 시료 (151) 의 두께를 정확하게 산출할 수 있다. 따라서, 시료의 두께를 정확하게 측정할 수 있다. 또, 시료 (151) 의 외부의 공간에 대한 측정 결과인 각 거리로부터 시료 (151) 의 두께를 산출함으로써, 시료 (151) 가 불투명한 물질이어도 시료 (151) 의 두께를 산출할 수 있다. 또, 시료 (151) 의 굴절률 등의 물성값을 인식하지 않고 시료 (151) 의 두께를 용이하게 산출할 수 있다.

또, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 장치에서는, 시료 (151) 가 형성되어 있지 않은 상태에 있어서, 광원 (4) 으로부터의 광이 렌즈 (57) 로부터 표면 (65) 을 통하여 표면 (66) 에 조사되고, 표면 (65) 으로부터의 반사광이 렌즈 (57) 에 의해 수광되고, 또한 표면 (66) 으로부터의 반사광이 표면 (65) 을 통하여 렌즈 (57) 에 의해 수광된다. 그리고, 본 발명의 실시형태에 관련된 두께 측정 방법은, 추가로 시료 (151) 가 형성되어 있지 않은 상태에 있어서 렌즈 (57) 에 의해 수광된 반사광의 분광부 (3) 에 의한 분광 결과에 기초하여 면간 거리 (da) 를 산출하는 스텝을 포함한다.

이와 같은 구성에 의해, 거리 (d1 및 d2) 의 산출 방법과 동일한 방법을 사용하여 면간 거리 (da) 를 산출할 수 있기 때문에, 거리 (d1 및 d2) 의 산출 정밀도와 동일한 정도의 높은 산출 정밀도로 면간 거리 (da) 를 산출할 수 있다. 이로써, 예를 들어, 정밀도가 열등한 다른 방법을 사용하여 면간 거리 (da) 를 산출하는 경우와 비교하여, 시료 (151) 의 두께를 보다 정확하게 산출할 수 있다.

상기 실시형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기 설명이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 나타나며, 특허 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1, 2 : 프로브
3 : 분광부
4 : 광원
5 : 광학계
6 : 연산부
31, 32, 33, 34 : 광파이버
35 : 파이버 정션
36 : 결합부
41 : 분광기
42 : 데이터 생성부
51, 52 : 렌즈계
55, 56, 57, 58 : 렌즈
61, 62 : 투과 기판
65, 66, 67, 68 : 표면
70 : 참조축
71, 72 : 투광 광선속
73, 74, 75, 76 : 반사 광선속
77, 78 : 단면
81, 82 : 표면
91 : 프로브
92 : 스테이지
93 : 시료
94 : 표면
101 : 두께 측정 장치
151 : 시료

Claims (7)

1. 제 1 참조면을 갖는 제 1 투과 부재와,
   상기 제 1 투과 부재와 대향하여 형성되고, 제 2 참조면을 갖는 제 2 투과 부재와,
   광원으로부터의 광을 상기 제 1 참조면을 통하여 상기 제 1 투과 부재 및 상기 제 2 투과 부재 사이에 위치하는 시료에 조사하기 위한 제 1 투광부와,
   상기 제 1 참조면으로부터의 반사광을 수광하고, 또한 상기 시료로부터의 반사광을 상기 제 1 참조면을 통하여 수광하기 위한 제 1 수광부와,
   광원으로부터의 광을 상기 제 2 참조면을 통하여 상기 시료에 조사하기 위한 제 2 투광부와,
   상기 제 2 참조면으로부터의 반사광을 수광하고, 또한 상기 시료로부터의 반사광을 상기 제 2 참조면을 통하여 수광하기 위한 제 2 수광부와,
   상기 제 1 수광부에 의해 수광된 반사광, 및 상기 제 2 수광부에 의해 수광된 반사광을 분광하기 위한 분광부를 구비하는, 두께 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 분광부는, 1 개의 분광기를 포함하고,
   상기 두께 측정 장치는, 추가로
   상기 제 1 수광부에 의해 수광된 광, 및 상기 제 2 수광부에 의해 수광된 광을 상기 분광기에 안내하기 위한 광학계를 구비하는, 두께 측정 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 투광부로부터 상기 제 1 참조면을 통하여 상기 시료에 조사되는 광의 광선속의 축과, 상기 제 2 투광부로부터 상기 제 2 참조면을 통하여 상기 시료에 조사되는 광의 광선속의 축과, 상기 제 1 수광부가 수광하는 상기 제 1 참조면으로부터의 반사광의 광선속의 축 및 상기 시료로부터의 반사광의 광선속의 축과, 상기 제 2 수광부가 수광하는 상기 제 2 참조면으로부터의 반사광의 광선속의 축 및 상기 시료로부터의 반사광의 광선속의 축이 서로 따르고 있는, 두께 측정 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 분광부는, 1 개의 분광기를 포함하고,
   상기 두께 측정 장치는, 추가로
   상기 제 1 수광부에 의해 수광된 광, 및 상기 제 2 수광부에 의해 수광된 광을 상기 분광기에 안내하기 위한 광학계를 구비하고,
   상기 시료로부터 상기 제 1 참조면, 상기 제 1 수광부 및 상기 광학계를 경유하여 상기 분광기까지 전파하는 반사광의 경로의 광학적 거리와 상기 시료로부터 상기 제 2 참조면, 상기 제 2 수광부 및 상기 광학계를 경유하여 상기 분광기까지 전파하는 반사광의 경로의 광학적 거리가 동일해지도록 설정되어 있는, 두께 측정 장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 두께 측정 장치는, 추가로
   상기 분광부에 의한 분광 결과에 기초하여, 상기 제 1 참조면과 상기 시료 사이의 거리인 제 1 거리, 및 상기 제 2 참조면과 상기 시료 사이의 거리인 제 2 거리를 산출하는 연산부를 구비하고,
   상기 연산부는, 상기 제 1 참조면과 상기 제 2 참조면 사이의 거리로부터 상기 제 1 거리 및 상기 제 2 거리를 빼는 것에 의해 상기 시료의 두께를 산출하는, 두께 측정 장치.
6. 제 1 참조면을 갖는 제 1 투과 부재와,
   상기 제 1 투과 부재와 대향하여 형성되고, 제 2 참조면을 갖는 제 2 투과 부재와,
   광원으로부터의 광을 상기 제 1 참조면을 통하여 상기 제 1 투과 부재 및 상기 제 2 투과 부재 사이에 위치하는 시료에 조사하기 위한 제 1 투광부와,
   상기 제 1 참조면으로부터의 반사광을 수광하고, 또한 상기 시료로부터의 반사광을 상기 제 1 참조면을 통하여 수광하기 위한 제 1 수광부와,
   광원으로부터의 광을 상기 제 2 참조면을 통하여 상기 시료에 조사하기 위한 제 2 투광부와,
   상기 제 2 참조면으로부터의 반사광을 수광하고, 또한 상기 시료로부터의 반사광을 상기 제 2 참조면을 통하여 수광하기 위한 제 2 수광부와,
   상기 제 1 수광부에 의해 수광된 반사광, 및 상기 제 2 수광부에 의해 수광된 반사광을 분광하는 분광부를 구비하는 두께 측정 장치를 사용하는 두께 측정 방법으로서,
   상기 분광부에 의한 분광 결과에 기초하여, 상기 제 1 참조면과 상기 시료 사이의 거리인 제 1 거리, 및 상기 제 2 참조면과 상기 시료 사이의 거리인 제 2 거리를 산출하는 스텝과,
   상기 제 1 참조면과 상기 제 2 참조면 사이의 거리인 면간 거리로부터 상기 제 1 거리 및 상기 제 2 거리를 빼는 것에 의해 상기 시료의 두께를 산출하는 스텝을 포함하는, 두께 측정 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 시료가 형성되어 있지 않은 상태에 있어서, 광원으로부터의 광이 상기 제 1 투광부로부터 상기 제 1 참조면을 통하여 상기 제 2 참조면에 조사되고, 상기 제 1 참조면으로부터의 반사광이 상기 제 1 수광부에 의해 수광되고, 또한 상기 제 2 참조면으로부터의 반사광이 상기 제 1 참조면을 통하여 상기 제 1 수광부에 의해 수광되고,
   상기 두께 측정 방법은, 추가로
   상기 시료가 형성되어 있지 않은 상태에 있어서 상기 제 1 수광부에 의해 수광된 반사광의 상기 분광부에 의한 분광 결과에 기초하여 상기 면간 거리를 산출하는 스텝을 포함하는, 두께 측정 방법.

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