厚度測量裝置及厚度測量方法與流程

2023-10-30 16:05:40 1

本發明涉及一種厚度測量裝置及厚度測量方法，尤其涉及一種利用反射光來測量試樣厚度的厚度測量裝置及厚度測量方法。

背景技術：

近年來，開發出利用光來測量距離的位移測量裝置。例如，日本特開2009-270939號公報(專利文獻1)中公開了如下結構。即，光學式位移計包括：寬波段光源裝置，其用於生成作為測量用檢測光的寬波段光；聚光透鏡，其用於聚集上述檢測光，向測量對象物射出的射出側端面為平面；分光裝置，其對入射至上述聚光透鏡的被上述測量對象物反射的反射光和被上述射出側端面反射的反射光進行分光，並求出波長分布特性曲線的頻率，由此計算上述測量對象物和上述射出側端面之間的距離。上述聚光透鏡是一種發射隨著遠離上述射出側端面而照射點變寬的上述檢測光的透鏡。

另外，在日本特開2014-115242號公報(專利文獻2)中公開了如下結構。即，位移測量裝置包括：點狀光源，其用於發射具有擴散了的光譜的光；光學元件，其用於使所述光產生軸向色像差，並且使產生了該軸向色像差的光聚集在測量對象物；開口，其使由所述光學元件聚集的光中對焦在所述測量對象物的光通過；測量部，其求出通過所述開口的光的光譜，並基於所述光譜的峰值波長求出所述光學元件和所述測量對象物之間的距離。所述測量部求出所述測量對象物的分光反射特性，並利用所述求出的分光反射特性，降低該分光反射特性帶給距離測量的誤差而求出所述距離。

另外，在日本特開2010-121977號公報(專利文獻3)中公開了如下結構。即，光學式位移計包括：檢測光生成單元，其用於生成檢測光；基準面，其反射上述檢測光的一部分，並使檢測光的另一部分向檢查對象物側穿透；分光單元，其對幹涉光進行分光，所述幹涉光由被上述基準面反射的反射光和被上述檢查對象物反射的反射光構成；光強度分布生成單元，其接收分光後的上述幹涉光，並生成與幹涉光的波數相關的光強度分布；光強度極大點提取單元，其將與上述波數相關的光強度分布轉換為與針對波數的光強度空間頻率相關的光強度分布，以規定時間間隔重複進行對上述空間頻率相關的光強度分布極大點的提取；相位決定單元，其決定與上述波數相關的光強度分布的上述極大點的空間頻率相對應的頻率成分的相位；位移量判斷單元，其基於上述相位判斷上述檢查對象物的位移量。上述相位決定單元包括：相對相位判斷單元，其在360度的範圍內判斷上述頻率成分的相對相位；絕對相位計算單元，其基於上述相對相位判斷單元的判斷結果和過去的判斷結果結合上述相對相位，並求出絕對相位；相位基準更新單元，其基於重置指示，來更新上述絕對相位的基準點。上述位移量判斷單元基於上述絕對相位來判斷位移量。

專利文獻1：日本特開2009-270939號公報

專利文獻2：日本特開2014-115242號公報

專利文獻3：日本特開2010-121977號公報

當採用專利文獻1至3中記載的技術來測量試樣厚度時，例如可以考慮根據離接地的試樣的距離的測量結果和離接地面的距離的測量結果而測量該試樣厚度的方法。

但是，當試樣表面存在凹凸或者試樣存在變形或彎曲時，試樣的接觸面側表面和接觸面之間會產生間隙。在這種情況下，準確測量試樣厚度會存在困難。

技術實現要素：

本發明是為解決上述問題而提出的，其目的在於提供一種能夠準確地測量試樣厚度的厚度測量裝置及厚度測量方法。

解決問題的技術方案

(1)為解決上述問題，本發明的一方面的厚度測量裝置包括：

第一透光構件，其具有第一參照面；

第二透光構件，其與所述第一透光構件相向設置，具有第二參照面；

第一投光部，其經由所述第一參照面向設置在所述第一透光構件和所述第二透光構件之間的試樣照射來自光源的光；

第一受光部，其接收來自所述第一參照面的反射光，並且經由所述第一參照面接收來自所述試樣的反射光；

第二投光部，其經由所述第二參照面向所述試樣照射來自光源的光；

第二受光部，其接收來自所述第二參照面的反射光，並且經由所述第二參照面接收來自所述試樣的反射光；

分光部，其對由所述第一受光部接收的反射光和由過所述第二受光部接收的反射光進行分光。

這樣，通過經由各個參照面向試樣兩側照射光，並且分別使來自試樣兩側表面的反射光與來自相對應的參照面的反射光發生幹涉並進行分光的結構，來即使試樣表面存在凹凸或者試樣存在變形或彎曲的情況下，也能夠基於分光結果分別計算試樣兩側的表面和相對應的參照面之間的距離。並且，例如，能夠根據所計算的各距離和各個參照面之間的距離而準確地計算試樣厚度。從而，能夠準確地測量出試樣厚度。

(2)優選地，所述分光部包括一個分光器，所述厚度測量裝置進一步具有光學系統，所述光學系統用於將由所述第一受光部接收的光和由所述第二受光部接收的光向所述分光器引導。

通過採用這種光學系統的結構，能夠減少昂貴的分光器的數量，因此能夠降低厚度測量裝置的製造成本。

(3)優選地，從所述第一投光部經由所述第一參照面而向所述試樣照射的光的光束的軸、從所述第二投光部經由所述第二參照而面向所述試樣照射的光的光束的軸、所述第一受光部所接收的來自所述第一參照面的反射光的光束的軸和來自所述試樣的反射光的光束的軸、以及所述第二受光部所接收的來自所述第二參照面的反射光的光束的軸和來自所述試樣的反射光的光束的軸彼此順沿(along)。

根據這種結構，即使在各個參照面例如非平行地配置或試樣相對於參照面不平行地設置的情況下，也能夠準確地測量試樣厚度。

(4)優選地，所述分光部包括一個分光器；所述厚度測量裝置進一步具有光學系統，所述光學系統用於將由所述第一受光部接收的光和由所述第二受光部接收的光向所述分光器引導。設定成，從所述試樣經由所述第一參照面、所述第一受光部以及所述光學系統而傳播至所述分光器的反射光的路徑的光學距離，和從所述試樣經由所述第二參照面、所述第二受光部以及所述光學系統而傳播至所述分光器的反射光的路徑的光學距離相同。

根據這樣的結構，由於能夠使分別在試樣兩側的表面反射的光到達分光器所需的時間幾乎相同，因此能夠使在各個表面以幾乎相同的時間(timing)反射的反射光被分光器分光。由此，即使試樣發生移動，也能夠利用簡易的結構來準確地測量試樣厚度。

(5)優選地，所述厚度測量裝置進一步具有運算部，所述運算部基於所述分光部的分光結果，計算所述第一參照面和所述試樣之間的距離、即第一距離以及所述第二參照面和所述試樣之間的距離、即第二距離，所述運算部通過從所述第一參照面和所述第二參照面之間的距離減去所述第一距離及所述第二距離來計算所述試樣的厚度。

這樣，通過根據與試樣外部空間相關的測量結果、即各個距離而計算試樣厚度的結構，來即使試樣為不透明的物質也能夠計算該試樣的厚度。另外，不用識別試樣的折射率等物性值，也能夠容易計算該試樣的厚度。

(6)為解決上述問題，本發明的一方面的厚度測量方法為使用厚度測量裝置的厚度測量方法，所述厚度測量裝置包括：

第一透光構件，其具有第一參照面，

第二透光構件，其與所述第一透光構件相向設置，具有第二參照面，

第一投光部，其經由所述第一參照面向設置在所述第一透光構件和所述第二透光構件之間的試樣照射來自光源的光，

第一受光部，其接收來自所述第一參照面的反射光，並且經由所述第一參照面接收來自所述試樣的反射光，

第二投光部，其經由所述第二參照面向所述試樣照射來自光源的光，

第二受光部，其接收來自所述第二參照面的反射光，並且經由所述第二參照面接收來自所述試樣的反射光，

分光部，其對由所述第一受光部接收的反射光和由所述第二受光部接收的反射光進行分光，

所述厚度測量方法包括：

基於所述分光部的分光結果，計算所述第一參照面和所述試樣之間的距離、即第一距離以及所述第二參照面和所述試樣之間的距離、即第二距離的步驟，

從所述第一參照面和所述第二參照面之間的距離、即表面間距離減去所述第一距離和所述第二距離而計算所述試樣的厚度的步驟。

這樣，通過經由各個參照面向試樣兩側照射光，並且分別使來自試樣兩側表面的反射光與來自相對應的參照面的反射光發生幹涉並進行分光的結構，來即使試樣表面存在凹凸或者試樣存在變形或彎曲的情況下，也能夠基於分光結果分別計算試樣兩側的表面和相對應的參照面之間的距離。並且，能夠根據所計算的各距離和各個參照面之間的距離而準確地計算試樣厚度。從而，能夠準確地計算試樣厚度。另外，根據針對試樣外部空間的測量結果、即各個距離而計算試樣的厚度，從而即使試樣為不透明物質，也能夠計算該試樣的厚度。另外，不用識別試樣的折射率等物性值，也能夠容易計算該試樣的厚度。

(7)優選地，在未設有所述試樣的狀態下，從所述第一投光部經由所述第一參照面向所述第二參照面照射來自光源的光，來自所述第一參照面的反射光被所述第一受光部接收，並且來自所述第二參照面的反射光經由所述第一參照面被所述第一受光部接收，所述厚度測量方法進一步包括：在未設有所述試樣的狀態下，基於所述分光部對由所述第一受光部接收到的反射光進行分光後的分光結果而計算所述表面間距離的步驟。

根據這種結構，利用與第一距離和第二距離的計算方法相同的方法來能夠計算表面間距離，因此能夠以與第一距離和第二距離的計算精度相同程度的高計算精度來計算表面間距離。由此，例如與採用精度較差的其他方法來計算表面間距離的情況相比，能夠更準確地計算試樣厚度。

根據本發明，能夠準確地測量試樣的厚度。

附圖說明

圖1是表示本發明實施方式的厚度測量裝置的結構的圖。

圖2是表示本發明實施方式的厚度測量裝置的探針(probe)周邊的放大圖的圖。

圖3是用於說明本發明實施方式的厚度測量裝置的光纖連接器(fiberjunction)的功能的圖。

圖4是表示本發明實施方式的厚度測量裝置的運算部中生成的功率譜的一例的圖。

圖5是表示本發明實施方式的厚度測量裝置的運算部中生成的功率譜的一例的圖。

圖6是對使用了本發明實施方式的厚度測量裝置的測量方法的步驟的一例進行了規定的流程圖。

圖7是表示探針的比較例的圖。

附圖標記說明

1、2探針3分光部

4光源5光學系統

6運算部31、32、33、34光纖

35光纖連接器36結合部

41分光器42數據生成部

51、52透鏡系統55、56、57、58透鏡

61、62透光基板65、66、67、68表面

70參照軸71、72投光光束

73、74、75、76反射光束77、78端面

81、82表面91探針

92工作檯93試樣

94表面101厚度測量裝置

151試樣

具體實施方式

以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。此外，對附圖中的相同或者相等的部分採用相同的附圖標記並省略其重複說明。另外，可任意組合以下所記載的實施方式的至少一部分。

圖1是表示本發明實施方式的厚度測量裝置的結構的圖。圖2是表示本發明實施方式的厚度測量裝置的探針周邊的放大圖的圖。

參照圖1和圖2，厚度測量裝置101包括探針1、2、分光部3、光源4、光學系統5、運算部6。探針1包括透鏡系統51和透光基板(第一透光構件)61。透鏡系統51包括透鏡55和透鏡(第一投光部和第一受光部)57。透光基板61具有表面(第一參照面)65和表面67。探針2包括透鏡系統52和透光基板(第二透光構件)62。透鏡系統52包括透鏡56和透鏡(第二投光部和第二受光部)58。透光基板62具有表面(第二參照面)66和表面68。分光部3包括分光器41和數據生成部42。光學系統5包括光纖31、32、33、34和光纖連接器35。

厚度測量裝置101中的光源4例如是輸出頻帶寬度大的光的雷射器。此外，光源4是led(light-emittingdiode)或者白熾燈等。

光學系統5例如將從光源4輸出的光向探針1、2引導。更詳細而言，光學系統5的光纖34在與光源4光學結合的輸入端接收來自光源4的光，並將接收到的光傳送至光纖連接器35。

圖3是用於說明本發明實施方式的厚度測量裝置的光纖連接器的功能的圖。

參照圖3，光纖連接器35將從光纖34接收的光分配至光纖31、32。

再次參照圖1和圖2，光纖31將由光纖連接器35分配的來自光源4的光傳送至探針1的透鏡系統51。另外，光纖32將由光纖連接器35分配的來自光源4的光傳送至探針2的透鏡系統52。

厚度測量裝置101中，例如，從透鏡57經由表面65向試樣151照射的光的投光光束71的軸、從透鏡58經由表面66向試樣151照射的光的投光光束72的軸、透鏡57所接收的來自表面65的反射光的反射光束73的軸和透鏡57所接收的來自試樣151的反射光的反射光束75的軸、以及透鏡58所接收的來自表面66的反射光的反射光束74的軸和透鏡58所接收的來自試樣151的反射光的反射光束76的軸彼此順沿。此處，當光束為平行光束時，光束的軸為沿該平行光束中所包含的光線的軸，另外，當光束為發散光束或者聚焦光束時，光束的軸為具有側面的圓錐的對稱軸，所述側面沿著該發散光束或者該聚焦光束中所包含的光線。

更詳細而言，在透鏡系統51中，透鏡55、57例如是圓筒形的凸透鏡，並設置成光軸彼此順沿。此處，將沿著透鏡55、57的光軸的假想軸定義為參照軸70。

透鏡57作為第一投光部，經由表面65向位於透光基板61和透光基板62之間的試樣151照射來自光源4的光。

試樣151配置在未圖示的工作檯上，可沿著平行於表面65和66的面在透光基板61和透光基板62之間進行移動。此處，試樣151的一部分位於透光基板61和透光基板62之間。此外，試樣151的整體也可以位於透光基板61和透光基板62之間。

透鏡55對置於與其光學結合的光纖31的端面77，接收來自端面77的光的光束中以透鏡55的光軸為軸的光束、即投光光束71，並從發散光束轉換為平行光束。從而，投光光束71的軸順沿參照軸70。

透鏡57設置在透鏡55和透光基板61之間，將來自透鏡55的投光光束71轉換為聚焦光束，由此使來自光源4的光經由表面65而聚集在與表面65相向的面、即試樣151的表面81附近。

透光基板61和透光基板62相向設置。具體地，透光基板61和透光基板62正面對而設置。更詳細而言，透光基板61和透光基板62設置成作為第一參照面的表面65和作為第二參照面的表面66正面對。

此外，透光基板61和透光基板62不限於設置成表面65和表面66正面對的結構，也可相向設置。

透光基板61和透光基板62例如為平行的平面基板，並且在光源4輸出的光的頻帯上為透明或者半透明。更詳細而言，透光基板61的表面65和表面67例如為平面且相互平行。透光基板61被設置成表面65的法線沿參照軸70且表面65和表面67分別與試樣151的表面81和透鏡57相向。

另外，透光基板62的表面66和表面68例如為平面且相互平行。透光基板62被設置成表面66的法線沿參照軸70且表面66和表面68分別與試樣151的表面82和透鏡58相向。

此外，表面65和表面67也可以互相不平行。另外，表面66和表面68也可以互相不平行。另外，厚度測量裝置101也可以為代替透光基板61和透光基板62而具有板狀以外的形狀的透光構件的結構。

透鏡系統51的透鏡57作為第一受光部，接收來自透光基板61的表面65的反射光，並且經由表面65接收來自試樣151的反射光。

更詳細而言，表面65是透光基板61和空氣層之間的界面，因此對來自透鏡57的光進行反射。另外，試樣151的表面81是試樣151和空氣層之間的界面，因此對經由透光基板61從透鏡57接收的光進行反射。

透鏡57經由表面65接收被試樣151反射的光的光束中以透鏡57的光軸為軸的光束、即反射光束75，並從發散光束轉換為平行光束。從而，反射光束75的軸順沿參照軸70。

另外，透鏡57接收被表面65反射的光的光束中的以透鏡57的光軸為軸的光束、即反射光束73，並從發散光束轉換為平行光束。從而，反射光束73的軸順沿參照軸70。該例子中，表面65和表面81之間的距離短於透鏡57和表面81之間的距離，因此反射光束73幾乎被透鏡57轉換為平行光束。

透鏡55將來自透鏡57的反射光束75轉換為聚焦光束，由此將經由表面65的來自試樣151的反射光聚集在光纖31的端面77，並且將來自透鏡57的反射光束73轉換為聚焦光束，從而將來自表面65的反射光聚集在端面77。

一方面，透鏡系統52中，透鏡56、58例如為圓筒形的凸透鏡，並設置呈各個光軸順沿參照軸70。

透鏡58作為第二投光部，經由表面66向試樣151照射來自光源4的光。

更詳細而言，透鏡56對置於與其光學結合的光纖32的端面78，接收來自端面78的光的光束中以透鏡56的光軸為軸的光束、即投光光束72，並從發散光束轉換為平行光束。從而，投光光束72的軸順沿參照軸70。

透鏡58設置在透鏡56和透光基板62之間，將來自透鏡56的投光光束72轉換為聚焦光束，由此使來自光源4的光經由表面66而聚集在與表面66相向的面、即試樣151表面82附近。

透鏡系統52的透鏡58作為第二受光部，接收來自透光基板62的表面66的反射光，並且經由表面66接收來自試樣151的反射光。

更詳細而言，表面66是透光基板62和空氣層之間的界面，因此對來自透鏡58的光進行反射。另外，試樣151的表面82是試樣151和空氣層之間的界面，因此對經由透光基板62從透鏡58接收的光進行反射。

透鏡58經由表面66接收被試樣151反射的光的光束中以透鏡58的光軸為軸的光束、即反射光束76，並從發散光束轉換為平行光束。從而，反射光束76的軸順沿參照軸70。

另外，透鏡58接收被表面66反射的光的光束中以透鏡58的光軸為軸的光束、即反射光束74，並從發散光束轉換為平行光束。從而，反射光束74的軸順沿參照軸70。該例子中，表面66和表面82之間的距離與透鏡58和表面82之間的距離相比短，因此反射光束74幾乎被透鏡58轉換為平行光束。

透鏡56將來自透鏡58的反射光束76轉換為聚焦光束，由此使經由表面66的來自試樣151的反射光聚集在光纖32的端面78，並且將來自透鏡58的反射光束74轉換為聚焦光束，從而使來自表面66的反射光聚集在端面78。

光學系統5例如將由透鏡57接收的光和由透鏡58接收的光向分光部3的分光器41引導。

更詳細而言，光學系統5的光纖31將從透鏡55接收的反射光向光纖連接器35傳送。光纖32將從透鏡56接收的反射光向光纖連接器35傳送。

再次參照圖3，光纖連接器35將從光纖31、32接收的反射光在結合部36中進行混合，並將混合後的反射光向光纖33輸出。

再次參照圖1，光纖33將被光纖連接器35混合了的各個反射光向分光部3的分光器41傳送。

例如，在厚度測量裝置101中設定為從試樣151經由表面65、透鏡57及光學系統5傳播至分光器41的反射光的路徑的光學距離與從試樣151經由表面66、透鏡58及光學系統5傳播至分光器41的反射光的路徑的光學距離相同。

換言之，在厚度測量裝置101中，設定成從試樣151經由表面65、透鏡57以及光學系統5傳播至分光器41的反射光的路徑的光學距離與從試樣151經由表面66、透鏡58以及光學系統5傳播至分光器41的反射光的路徑的光學距離大致相同。

更詳細而言，厚度測量裝置101中，在表面65和表面81之間的距離以及表面66和表面82之間的距離大致相同的情況下，如下般，設定探針1、2的尺寸和光纖31、32的長度。

即，設定探針1、2的尺寸和光纖31、32的長度，使得光從表面81經由表面65、透鏡57、55以及光纖31傳播至光纖連接器35的結合部36(參照圖3)所需的時間與光從表面82經由表面66、透鏡58、56以及光纖32傳播至光纖連接器35的結合部36所需的時間大致相同。

在該例子中，設定成，表面65和光纖31端面77之間的距離與表面66和光纖32端面78之間的距離大致相同，並且從光纖31的端面77至光纖連接器35的結合部36為止的長度與從光纖32的端面78至結合部36為止的長度大致相同。

分光部3對由透鏡57接收的反射光和由透鏡58接收的反射光進行分光。

更詳細而言，在分光部3的分光器41設有衍射光柵和一維圖像傳感器，由光纖33傳送的各個反射光被衍射光柵衍射並照射至一維圖像傳感器。

一維圖像傳感器對被衍射光柵衍射的各個反射光進行光電轉換，從而積攢與各個反射光的每個波長的強度相對應的電荷。

數據生成部42獲取在一維圖像傳感器中以規定的閘控時間積攢了的每個波長的電荷，由此生成用於表示每個波長強度的信號，並將所生成的信號例如根據rs232c通信標準或者乙太網(註冊商標)通信標準向運算部6輸出。

當運算部6從數據生成部42接收到信號時，將接收到的信號所表示的每個波長強度轉換為每個波長的反射率。

更詳細而言，例如在阻止光進入到分光器41的狀態下，運算部6將從數據生成部42接收到的信號所表示的每個波長強度作為參照光譜數據來保持。

另外，例如在透光基板61和透光基板62之間設置鋁板等參照物來代替試樣151的狀態下，運算部6將從數據生成部42接收到的信號所表示的每個波長強度中分別減去基準光譜數據所包含的每個波長強度後的每個波長強度，作為參照光譜數據來保持。

在試樣151設置在透光基板61和透光基板62之間的狀態下，運算部6從數據生成部42接收到的信號所表示的每個波長強度中分別減去基準光譜數據所包含的每個波長強度之後，再除以參照光譜數據所包含的每個波長強度，從而生成含有每個波長的反射率的反射光譜數據。

圖4是表示本發明實施方式的厚度測量裝置的運算部中生成的功率譜的一例的圖。此外，圖4中，縱軸表示功率譜強度，橫軸表示厚度。

參照圖2和圖4，運算部6例如基於分光部3的分光結果，計算表面65和試樣151之間的距離d1以及表面66和試樣151之間的距離d2。

更詳細而言，運算部6通過將所生成的反射光譜數據進行傅立葉變換來計算用於表示每個空間頻率的功率譜強度的功率譜。並且，運算部6通過將空間頻率換算成厚度來生成圖4所示的功率譜。

運算部6根據峰p1的位置來計算距離d1，峰p1基於來自表面81的反射光和來自表面65的反射光的幹涉。另外，運算部6根據峰p2的位置來計算距離d2，峰p2基於來自表面82的反射光和來自表面66的反射光的幹涉。該例子中，運算部6分別計算了距離d1和d2為168.3微米和625.4微米。

圖5是表示本發明實施方式的厚度測量裝置的運算部中生成的功率譜的一例的圖。此外，圖5中，縱軸表示功率譜強度，橫軸表示厚度。

參照圖2和圖5，運算部6例如從表面65和表面66之間的距離、即表面間距離da減去距離d1和d2而計算試樣151的厚度。

例如，表面間距離da通過以下方法求出。即，在透光基板61和透光基板62之間未設有試樣151的狀態下，來自光源4的光從透鏡57經由表面65向表面66照射，來自表面65的反射光被透鏡57接收，並且來自表面66的反射光經由表面65被透鏡57接收，來自光源4的光從透鏡58經由表面66向表面65照射，來自表面66的反射光被透鏡58接收，並且來自表面65的反射光經由表面66被透鏡58接收。

在這種狀態下，運算部6對從數據生成部42接收到的信號所表示的每個波長強度進行傅立葉變換，由此計算每個空間頻率的功率譜強度、即功率譜。並且，運算部6將空間頻率換算為厚度，從而生成圖5所示的功率譜。

運算部6例如在上述狀態下，根據峰pa的位置來計算表面間距離da，峰pa基於從表面65朝向透鏡57的反射光、經由表面65的從表面66朝向透鏡57的反射光的幹涉、從表面66朝向透鏡58的反射光以及經由表面66的從表面65朝向透鏡58的反射光的幹涉。該例子中，運算部6計算表面間距離da為2800.0微米。從而，運算部6通過運算(2800.0-168.3-625.4)來計算試樣151的2006.3微米的厚度。

此外，厚度測量裝置101中，雖然運算部6為利用上述方法計算表面間距離da的結構，但不限於此。運算部6也可以是事先將利用其他方法例如機械測量方法來獲得的表面間距離da保持的結構。此時，運算部6利用保持的表面間距離da來計算試樣151的厚度。

[測量方法]

圖6是對使用了本發明實施方式的厚度測量裝置的測量方法的步驟的一例進行規定的流程圖。

參照圖6，首先，厚度測量裝置101在未設有試樣151的狀態下，獲取分光部3對由透鏡57接收到的反射光和由透鏡58接收到的反射光進行分光後的分光結果。具體地，厚度測量裝置101獲取圖5所示的功率譜(步驟s102)。

其次，厚度測量裝置101基於獲取到的分光結果計算表面間距離da。具體地，厚度測量裝置101根據圖5所示的功率譜的峰pa位置而計算表面間距離da(步驟s104)。

其次，測量者將試樣151設置在透光基板61和透光基板62之間(步驟s106)。

其次，厚度測量裝置101在設有試樣151的狀態下，獲取分光部3的分光結果，具體地，獲取圖4所示的功率譜(步驟s108)。

接著，厚度測量裝置101在設有試樣151的狀態下，基於分光部3的分光結果計算距離d1和d2。具體地，厚度測量裝置101根據圖4所示的功率譜的峰p1和p2的位置而分別計算距離d1和d2(步驟s110)。

其次，厚度測量裝置101從表面間距離da減去距離d1和d2，由此計算試樣151的厚度(步驟s112)。

此外，上述步驟s102～s104和步驟s106～s110的順序不限於上述示例，可調換順序。

另外，厚度測量裝置101在上述步驟s102、s104中計算了表面間距離da，但不限於此。如上所述，當厚度測量裝置101事先保持了表面間距離da時，也可以不用計算表面間距離da。

另外，厚度測量裝置101在上述步驟s102中，從透鏡57、58兩者照射光的情況下，獲取分光部3對由透鏡57接收的反射光和由透鏡58接收的反射光進行分光後的分光結果，但並不限於此。厚度測量裝置101也可以在上述步驟s102中，從透鏡57和透鏡58中任意一個照射光的情況下，獲取被相對應的透鏡接收到的反射光的分光結果。

另外，本發明實施方式的厚度測量裝置中，分光部3為具有一個分光器41的結構，但不限於此。分光部3也可以為具有兩個分光器41的結構。此時，兩個分光器41分別對由透鏡57接收到的反射光和由透鏡58接收到的反射光進行分光。運算部6基於該兩個分光器41的各個分光結果而計算距離d1和d2。

另外，本發明實施方式的厚度測量裝置為具有一個光源4的結構，但不限於此。厚度測量裝置101也可以為具有兩個光源4的結構。該情況下，透鏡57將來自一側光源4的光經由表面65向試樣151照射。透鏡58將來自另一側光源4的光經由表面66向試樣151照射。

另外，本發明實施方式的厚度測量裝置中，第一投光部和第一受光部一體形成，但不限於此。在厚度測量裝置101中，第一投光部和第一受光部可以分開設置。

具體地，厚度測量裝置101可以為具有作為第一投光部發揮功能的透鏡57和作為第一受光部發揮功能的其他透鏡的結構，也可以為具有作為第一受光部發揮功能的透鏡57和作為第一投光部發揮功能的其他透鏡的結構。

即，從透鏡57經由表面65向試樣151照射的光的投光光束71的軸、從透鏡58經由表面66向試樣151照射的光的投光光束72的軸、透鏡57所接收的來自表面65的反射光的反射光束73的軸和來自試樣151的反射光的反射光束75的軸、透鏡58所接收的來自表面66的反射光的反射光束74的軸和來自試樣151的反射光的反射光束76的軸彼此順沿。

另外，厚度測量裝置101也可以為在圖1所示的透光基板61和透鏡57之間設有半透半反鏡，由此具有作為第一投光部發揮功能的透鏡57和作為接收被半透半反鏡反射的反射光的第一受光部發揮功能的其他透鏡的結構，也可以為具有作為將來自光源4的光經由半透半反鏡和表面65向試樣151照射的第一投光部發揮功能的其他透鏡和作為第一受光部發揮功能的透鏡57的結構。在這些結構中，可以使投光光束71和反射光束73、75的軸在表面65和表面81彼此順沿。

同樣，在本發明實施方式的厚度測量裝置中，雖然第二投光部和第二受光部一體形成，但不限於此。在厚度測量裝置101中，第二投光部和第二受光部可以分開設置。

具體地，厚度測量裝置101可以為具有作為第二投光部發揮功能的透鏡58和作為第二受光部發揮功能的其他透鏡的結構，也可以為具有作為第二受光部發揮功能的透鏡58和作為第二投光部發揮功能的其他透鏡的結構。

另外，厚度測量裝置101也可以為在圖1所示的透光基板62和透鏡58之間設有半透半反鏡，由此具有作為第二投光部發揮功能的透鏡58和作為接收被半透半反鏡反射的反射光的第二受光部發揮功能的其他透鏡的結構，也可以為具有作為將來自光源4的光經由半透半反鏡和表面66向試樣151照射的第二投光部發揮功能的其他透鏡和作為第二受光部發揮功能的透鏡58的結構。在這些結構中，可以使投光光束72和反射光束74、76的軸在表面66和表面82彼此順沿。

另外，在本發明實施方式的厚度測量裝置中，將透光基板61的與試樣151相向的面、即表面65作為第一參照面，但不限於此。在厚度測量裝置101中，也可以將透光基板61的與試樣151相反一側的面、即表面67作為第一參照面。

另外，在本發明實施方式的厚度測量裝置中，將透光基板62的與試樣151相向的面、即表面66作為第二參照面，但不限於此。在厚度測量裝置101中，也可以將透光基板62的與試樣151相反一側的面、即表面68作為第二參照面。

另外，本發明實施方式的厚度測量裝置為具有光源4、光學系統5以及運算部6的結構，但不限於此。也可以為光源4、光學系統5以及運算部6中的至少一個設置在厚度測量裝置101外部的結構。

另外，在本發明實施方式的厚度測量裝置中，分光部3為包括數據生成部42的結構，但不限於此。也可以為數據生成部42設置在厚度測量裝置101外部的結構。

然而，當採用專利文獻1～3中所述的技術來測量試樣厚度時，例如可以考慮根據離試樣的距離的測量結果和離接觸面的距離的測量結果而測量該試樣厚度的方法。

但是，當試樣表面存在凹凸或者試樣存在變形或彎曲時，試樣的接觸面側表面和接觸面之間會產生間隙。在這種情況下，準確測量試樣厚度會存在困難。

圖7是表示探針的比較例的圖。參照圖7，例如，當利用探針91的投光和受光的光來測量放置在工作檯92的試樣93的厚度時，將從作為參照面的表面94和工作檯92的接觸面之間的距離dg減去表面94和試樣93之間的距離ds後的距離dw作為試樣93的厚度來測量。如圖7所示，由於試樣93的表面存在凹凸，因此試樣93的正確厚度即使是d，也將dw作為試樣93的厚度來計算。

對此，在本發明實施方式的厚度測量裝置中，透光基板61具有表面65。透光基板62與透光基板61相向設置並具有表面66。透鏡57經由表面65向位於透光基板61和透光基板62之間的試樣151照射來自光源4的光。透鏡57接收來自表面65的反射光，並且經由表面65接收來自受光試樣151的反射光。透鏡58將來自光源4的光經由表面66向試樣151照射。透鏡58接收來自表面66的反射光，並且經由表面66接收來自試樣151的反射光。並且，分光部3對由透鏡57接收的反射光及由透鏡58接收的反射光進行分光。

這樣，經由表面65、66向試樣151的兩側照射光，從而分別使來自試樣151兩側的表面81、82的反射光與來自表面65、66的反射光發生幹涉並進行分光的結構，從而即使試樣151的表面81、82存在凹凸或者試樣151存在變形或彎曲，也能夠基於分光結果分別計算試樣151兩側的表面81、82和表面65、66之間的距離d1、d2。並且，例如，根據所計算的距離d1、d2以及表面65、66之間的表面間距離da而準確地計算試樣151的厚度。從而，能夠準確測量出試樣厚度。

另外，在本發明實施方式的厚度測量裝置中，分光部3具有一個分光器41。並且，光學系統5將由透鏡57接收的光和由透鏡58接收的光向分光器41引導。

通過使用這種光學系統5的結構，能夠減少昂貴的分光器41的數量，因此能夠降低厚度測量裝置101的製造成本。

另外，在本發明實施方式的厚度測量裝置中，從透鏡57經由表面65向試樣151照射的光的投光光束71的軸、從透鏡58經由表面66向試樣151照射的光的投光光束72的軸、透鏡57所接收的來自表面65的反射光的反射光束73的軸和來自試樣151的反射光的反射光束75的軸、以及透鏡58所接收的來自表面66的反射光的反射光束74的軸和來自試樣151的反射光的反射光束76的軸彼此順沿。

根據這種結構，即使表面65、66例如非平行地配置或者試樣151相對於表面65、66不平行地設置的情況下，也能夠準確地測量試樣厚度。

例如，如圖2所示，當試樣151沿著參照軸70以速度v向靠近表面65的方向移動時，可能會產生以下問題。即，當來自表面81的反射光到達至分光器41所需的時間t1和來自表面82的反射光到達至分光器41所需的時間t2的差、即(t1－t2)為δt時，試樣151在時間δt的期間靠近表面65的距離只為v×δt。從而，運算部6在基於來自表面82的反射光和來自表面66的反射光而計算距離d2，另一方面，基於來自表面81的反射光和來自表面65的反射光而計算距離(d1+v×δt)。即，在厚度測量裝置101中，準確計算試樣151的厚度會存在困難。

另外，例如，還可考慮如下方法。即，準備對由透鏡57接收的反射光進行分光的第一分光器、和對由透鏡58接收的反射光進行分光的第二分光器，使第一分光器對反射光進行分光的時間比第二分光器對反射光進行分光的時間延遲δt，從而準確地計算試樣151的厚度。然而，由於對各個分光器的分光時間的控制複雜，因此不是優選的。

對此，在本發明實施方式的厚度測量裝置中，分光部3包括一個分光器41。光學系統5將由透鏡57接收的光和由透鏡58接收的光向分光器41引導。而且，設定成，使從試樣151經由表面65、透鏡57以及光學系統5傳播至分光器41的反射光的路徑的光學距離與從試樣151經由表面66、透鏡58以及光學系統5傳播至分光器41的反射光的路徑的光學距離相同。

通過這種結構，由於能夠使分別在試樣151兩側的表面81、82反射的光到達分光器41所需的時間幾乎相同，因此能夠使在表面81、82幾乎以相同的時間反射的反射光被分光器41分光。由此，即使在試樣151發生移動，也能夠通過簡易的結構來準確地測量試樣151的厚度。

另外，在本發明實施方式的厚度測量裝置中，運算部6基於分光部3的分光結果，計算表面65和試樣151之間的距離d1、以及表面66和試樣151之間的距離d2。並且，運算部6通過從表面65和表面66之間的表面間距離da減去距離d1和d2來計算試樣151的厚度。

這樣，通過根據針對試樣151的外部空間的測量結果、即各個距離而計算試樣151厚度的結構，即使試樣151是不透明物質也能夠計算試樣151的厚度。另外，不用識別試樣151的折射率等物性值，也能夠容易計算試樣151的厚度。

另外，本發明實施方式的厚度測量方法是使用厚度測量裝置101的厚度測量方法，所述厚度測量方法包括：基於分光部3的分光結果測量表面65和試樣151之間的距離d1、以及表面66和試樣151之間的距離d2的步驟；通過從表面65和表面66之間的表面間距離da減去距離d1和d2來計算試樣151的厚度的步驟。

這樣，通過經由表面65、66向試樣151的兩側照射光，並且分別使來自試樣151兩側的表面81、82的反射光與來自表面65、66的反射光發生幹涉並進行分光的結構，從而即使試樣151的表面81、82存在凹凸或者試樣151存在變形或彎曲，也能夠基於分光結果分別計算試樣151兩側的表面81、82和表面65、66之間的距離d1、d2。而且，能夠根據所計算的距離d1、d2以及表面65和表面66之間的表面間距離da而準確地計算試樣151的厚度。從而，能夠準確地計算試樣厚度。另外，根據針對試樣151外部空間的測量結果、即各個距離來計算試樣151的厚度，由此即使試樣151是不透明物質，也能夠計算試樣151的厚度。另外，不用識別試樣151的折射率等物性值，也能夠容易計算試樣151的厚度。

另外，本發明實施方式的厚度測量裝置中，在未設有試樣151的狀態下，從透鏡57經由表面65向表面66照射來自光源4的光，並且來自表面65的反射光被透鏡57接收，而且來自表面66的反射光經由表面65被透鏡57接收。而且，本發明實施方式的厚度測量方法進一步包括：在未設有試樣151的狀態下，基於分光部3對被透鏡57接收的反射光進行分光後的分光結果而計算表面間距離da的步驟。

通過這種結構，利用與計算距離d1、d2的計算方法相同的方法來能夠計算表面間距離da，因此，能夠以與距離d1、d2的計算精度相同程度的高計算精度來計算表面間距離da。由此，例如與採用精度較差的其他方法來計算表面間距離da的情況相比，能夠更準確地計算試樣151的厚度。

對於上述實施方式而言，應理解所有的方面是例示而並非是進行制限的。本發明的範圍由權利要求書表示而不是上述說明，並包括與權利要求書等同的意思和範圍內的所有變更。