特開 2021-89252 膜厚測定装置及び膜厚測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-89252(P2021-89252A)

(43)【公開日】2021年6月10日

(54)【発明の名称】膜厚測定装置及び膜厚測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/06 20060101AFI20210514BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/06 G

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2019-221038(P2019-221038)

(22)【出願日】2019年12月6日

(71)【出願人】

【識別番号】597147038

【氏名又は名称】テクノス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114421

【弁理士】

【氏名又は名称】薬丸 誠一

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 泰弘

(72)【発明者】

【氏名】中嶋 孝

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA30

2F065BB17

2F065CC02

2F065CC17

2F065DD03

2F065DD06

2F065FF52

2F065GG07

2F065HH12

2F065JJ03

2F065JJ26

2F065LL19

2F065LL28

2F065LL42

2F065MM03

2F065PP12

2F065UU07

(57)【要約】

【課題】入射角補正が不要となり、高速、高精度で膜厚測定を行うことができる膜厚測定装置及び膜厚測定方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る膜厚測定装置は、測定対象物Ｓに対して光を照射する光源３と、測定対象物Ｓで反射又は透過した反射光又は透過光の干渉光を受光する分光ユニット２とを備え、分光ユニット２は、干渉光を受光する受光部２０と、干渉光から受光部２０の光軸ＣＬを中心とする円弧線状に測定光を抽出する抽出部２２と、円弧線状の測定光を分光する分光部２４と、分光を撮像して二次元分光画像を取得する撮像部２５と、二次元分光画像の情報に基づいて測定対象物Ｓの膜厚を算出する処理部とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象物に対して光を照射する光源と、
測定対象物で反射又は透過した反射光又は透過光の干渉光を受光する分光ユニットとを備え、
分光ユニットは、
干渉光を受光する受光部と、
干渉光から受光部の光軸を中心とする円弧線状に測定光を抽出する抽出部と、
円弧線状の測定光を分光する分光部と、
分光を撮像して二次元分光画像を取得する撮像部と、
二次元分光画像の情報に基づいて測定対象物の膜厚を算出する処理部とを備える
膜厚測定装置。

【請求項2】

受光部は、受光部の光軸が測定対象物の測定面と直交するように配置される
請求項１に記載の膜厚測定装置。

【請求項3】

抽出部は、円弧線状のスリットを有するスリット板である
請求項１又は請求項２に記載の膜厚測定装置。

【請求項4】

光源は、円弧線状の測定光に対応する円弧線状の仮想線光源を含む帯状の発光面を有する
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の膜厚測定装置。

【請求項5】

分光部は、凸面回折格子を有し、
分光ユニットは、受光部と分光部との間及び分光部と撮像部との間のそれぞれに、凹面反射部を備える
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の膜厚測定装置。

【請求項6】

測定対象物に対して光を照射し、
測定対象物で反射又は透過した反射光又は透過光の干渉光を受光し、
干渉光から受光部の光軸を中心とする円弧線状に測定光を抽出し、
円弧線状の測定光を分光し、
分光を撮像して二次元分光画像を取得し、
二次元分光画像の情報に基づいて測定対象物の膜厚を算出する
膜厚測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、線状に取得した測定対象物の測定光に基づいて測定対象物の膜厚を測定する膜厚測定装置及び膜厚測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、フィルム、シート、半導体基板などの二次元膜厚分布を測定する膜厚測定装置としては、ｉ）光源から照射され、測定対象物で反射又は透過した反射光又は透過光の干渉光を受光し、ｉｉ）干渉光から直線状に測定光を抽出し、ｉｉｉ）直線状の測定光を回折格子により直線方向と直交する方向に分光し、ｉｖ）分光を撮像素子で撮像することにより、第１方向を回折格子により波長展開された波長情報とし、第１方向と直交する第２方向を各測定点の位置情報として有する二次元分光画像を取得し、ｖ）二次元分光画像から得られる各測定点の波形データに基づいて各測定点の膜厚を算出することにより、測定対象物の１ラインにおける膜厚分布を求め、ｖｉ）これらｉ）〜ｖ）までの処理を、測定対象物を相対的に移動させつつ測定対象物の所定領域（全領域の場合を含む）に対して連続して行うことにより、測定対象物の所定領域における二次元膜厚分布を求める、という分光方式の膜厚測定装置が知られている。

【0003】

膜厚の算出に際しては、光学シミュレーションを用いて、測定対象とする膜の各膜厚値に対する分光反射率を計算しておき、これを実測の波形データと照合し、膜厚の最確値を算出するという方法が採られる。ただし、波形データは、そのまま使用するとデータ量が多いため、波形から何らかの特徴を抽出する。この抽出方法としては、実測の波形データと、膜厚参照テーブルの各膜厚値に対応する波形データとの「相関」を算出し、この値が最も大きいところを膜厚値とするという方法（いわゆる相関法）や、波形データをＦＦＴ変換（フーリエ変換）し、この周波数の特徴を用いて膜厚値と波形とを照合するという方法（いわゆるＦＦＴ法）などがある。

【0004】

図１１（ａ）に、一般的な反射型の膜厚測定装置を示す。光源３’から照射された光は、ステージ１’上に載置された測定対象物Ｓで反射され、この反射光の干渉光が対物レンズ２１’を経て回折格子２４’に入射される。回折格子２４’に入射した測定光は、各波長に分光され、撮像素子２５’の撮像面で結像する。これが二次元分光画像となる。図１１（ｂ）に、一般的な透過型の膜厚測定装置を示す。光源３’から照射された光は、ステージ１’上に載置された測定対象物Ｓで透過し、この透過光の干渉光が対物レンズ２１’を経て回折格子２４’に入射される。回折格子２４’に入射した測定光は、各波長に分光され、撮像素子２５’の撮像面で結像する。これが二次元分光画像となる。

【0005】

ここで、反射型であれ透過型であれ、図１１（ｃ）及び（ｄ）に示すように、測定対象物Ｓ上の測定線ＭＬのうち、中心の測定点からの干渉光は、分光ユニットの受光部２０’（対物レンズ２１’）の光軸に沿った光路で受光部２０’に入射する。しかし、測定線ＭＬのうち、中心から端側にずれる測定点ほど、測定点からの干渉光は、入射角が大きくなって（最大入射角θｙ）受光部２０’に入射する。この入射角の差異によって、測定線ＭＬ上の各測定点間で、同一の膜厚であっても、二次元分光画像に現れる情報が異なったものとなる。そこで、この入射角の差異に応じて、二次元分光画像の情報を補正する膜厚測定装置が提案されている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第６２８５５９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、入射角補正（視野角補正ともいう）は、膜厚測定アルゴリズムを複雑にし、処理の高速化を妨げるという問題がある。この問題は、膜厚測定の密度（解像度）を上げるために測定点を増やすほど、顕著となる。また、入射角補正を行っても、それが適切な光学定数を用いなければ、逆に誤差を増やすことになり、膜厚測定の高精度化にはつながらない。

【0008】

そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、入射角補正が不要となり、高速、高精度で膜厚測定を行うことができる膜厚測定装置及び膜厚測定方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る膜厚測定装置は、
測定対象物に対して光を照射する光源と、
測定対象物で反射又は透過した反射光又は透過光の干渉光を受光する分光ユニットとを備え、
分光ユニットは、
干渉光を受光する受光部と、
干渉光から受光部の光軸を中心とする円弧線状に測定光を抽出する抽出部と、
円弧線状の測定光を分光する分光部と、
分光を撮像して二次元分光画像を取得する撮像部と、
二次元分光画像の情報に基づいて測定対象物の膜厚を算出する処理部とを備える
膜厚測定装置である。

【0010】

また、本発明に係る膜厚測定方法は、
測定対象物に対して光を照射し、
測定対象物で反射又は透過した反射光又は透過光の干渉光を受光し、
干渉光から受光部の光軸を中心とする円弧線状に測定光を抽出し、
円弧線状の測定光を分光し、
分光を撮像して二次元分光画像を取得し、
二次元分光画像の情報に基づいて測定対象物の膜厚を算出する
膜厚測定方法である。

【0011】

ここで、本発明に係る膜厚測定装置の一態様として、
受光部は、受光部の光軸が測定対象物の測定面と直交するように配置される
との構成を採用することができる。

【0012】

また、本発明に係る膜厚測定装置の他態様として、
抽出部は、円弧線状のスリットを有するスリット板である
との構成を採用することができる。

【0013】

また、本発明に係る膜厚測定装置の別の態様として、
光源は、円弧線状の測定光に対応する円弧線状の仮想線光源を含む帯状の発光面を有する
との構成を採用することができる。

【0014】

また、本発明に係る膜厚測定装置のさらに別の態様として、
分光部は、凸面回折格子を有し、
分光ユニットは、受光部と分光部との間及び分光部と撮像部との間のそれぞれに、凹面反射部を備える
との構成を採用することができる。

【発明の効果】

【0015】

以上の如く、本発明に係る膜厚測定装置及び膜厚測定方法によれば、測定対象物上の測定線から分光ユニットの受光部に入射する干渉光の入射角は、測定線上のどの測定点からであっても等しくなる。このため、本発明に係る膜厚測定装置及び膜厚測定方法によれば、入射角補正が不要となり、高速、高精度で膜厚測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本実施形態に係る膜厚測定装置の概要図である。

【図2】図２は、同膜厚測定装置の分光ユニットの概要図である。

【図3】図３（ａ）は、同膜厚測定装置の光源のＬＥＤ基板の正面図である。図３（ｂ）は、同光源の側面断面図である。図３（ｃ）は、同光源の正面図である。

【図4】図４（ａ）は、Ｚ方向（ＸＹ平面と直交する方向）から見た光路の説明図である。図４（ｂ）は、Ｙ方向から見た光路の説明図である。

【図5】図５（ａ１）は、図４（ａ）の光路面ａと直交する方向から見た同光路面ａにおける光路の説明図である。図５（ａ２）は、同光路面ａに沿った方向から見た同光路面ａにおける光路の説明図である。図５（ｂ１）は、図４（ａ）の光路面ｂと直交する方向から見た同光路面ｂにおける光路の説明図である。図５（ｂ２）は、同光路面ｂに沿った方向から見た同光路面ｂにおける光路の説明図である。図５（ｃ１）は、図４（ａ）の光路面ｃと直交する方向から見た同光路面ｃにおける光路の説明図である。図５（ｃ２）は、同光路面ｃに沿った方向から見た同光路面ｃにおける光路の説明図である。図５（ｄ１）は、図４（ａ）の光路面ｄと直交する方向から見た同光路面ｄにおける光路の説明図である。図５（ｄ２）は、同光路面ｄに沿った方向から見た同光路面ｄにおける光路の説明図である。図５（ｅ１）は、図４（ａ）の光路面ｅと直交する方向から見た同光路面ｅにおける光路の説明図である。図５（ｅ２）は、同光路面ｅに沿った方向から見た同光路面ｅにおける光路の説明図である。

【図6】図６（ａ）は、従来技術に係る膜厚測定方法の説明図である。図６（ｂ）は、本実施形態に係る膜厚測定方法の説明図である。

【図7】図７は、他実施形態に係る膜厚測定装置の分光ユニットの概要図である。

【図8】図８は、別の実施形態に係る膜厚測定装置の分光ユニットの概要図である。

【図9】図９（ａ）は、さらに別の実施形態に係る膜厚測定装置の光源の概要図である。図９（ｂ）は、さらに別の実施形態に係る膜厚測定装置の光源の概要図である。

【図10】図１０は、さらに別の実施形態に係る膜厚測定装置の概要図である。

【図11】図１１（ａ）は、従来の反射型の膜厚測定装置の概要図である。図１１（ｂ）は、従来の透過型の膜厚測定装置の概要図である。図１１（ｃ）は、同反射型の膜厚測定装置のＸ方向から見た光路の説明図である。図１１（ｄ）は、同透過型の膜厚測定装置のＸ方向から見た光路の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明に係る膜厚測定装置の一実施形態について、図１ないし図６を参酌して説明する。

【0018】

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る膜厚測定装置は、ステージ１と、分光ユニット２と、光源３と、処理装置４とを備える。ステージ１上には、フィルム、シート、半導体基板などの測定対象物Ｓが載置される。ステージ１は、Ｘ方向に沿って移動可能に構成される。分光ユニット２は、ステージ１のＸ方向斜め上方位置に配置される。光源３は、分光ユニット２とは反対方向かつ分光ユニット２より低い位置で、ステージ１のＸ方向斜め上方位置に配置される。なお、分光ユニット２及び光源３は、図示しない支持手段によって、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向、並びにＸ軸回り、Ｙ軸回り及びＺ軸回りに位置調整可能に支持される。

【0019】

分光ユニット２は、光学系として、受光部２０と、対物レンズ２１と、スリット板２２と、第１凹面鏡２３と、凸面回折格子２４と、第２凹面鏡２３とを備え、これら光学系を介して入力された信号を撮像する撮像素子２５を備える。本実施形態においては、受光部２０、スリット板２２、第１凹面鏡２３、凸面回折格子２４、第２凹面鏡２３、撮像素子２５及び処理装置４は、本発明に係る受光部、抽出部、凹面反射部、分光部、凹面反射部、撮像部及び処理部に相当する。

【0020】

受光部２０は、対物レンズ２１によって構成される。このため、受光部２０の光軸ＣＬは、対物レンズ２１の光軸である。受光部２０、ひいては分光ユニット２は、受光部２０の光軸ＣＬが測定対象物Ｓの測定面（の延長面）と直交するように配置される。なお、対物レンズ２１は、凸レンズ単体のものや、凸レンズや凹レンズなどを適当な枚数組み合わせたものなど、公知となっている構造のものを種々選択することができる。

【0021】

スリット板２２は、円弧線状のスリット２２ａを有する。本実施形態においては、スリット２２ａは、数μｍ〜数十μｍの幅のスリットである。これにより、スリット板２２は、対物レンズ２１に入射する干渉光を円弧線状に整形して円弧線状の測定光を取得するものである。すなわち、スリット板２２は、干渉光から受光部２０の光軸ＣＬを中心とする円弧線状に測定光を抽出するものである。詳細については、後述する。

【0022】

第１凹面鏡２３及び第２凹面鏡２３は、凸面回折格子２４を中心として左右に配置された対称光学系である。また、第１凹面鏡２３の凹面と第２凹面鏡の凹面は、同一曲率を有し、かつ、一つの大きな凹面上の光軸を挟んで左右の領域（第１領域、第２領域）にそれぞれ配置される態様となっている。対称光学系とするのは、撮像素子２５の撮像面で結像する二次元分光画像の歪曲収差、像面湾曲及び非点収差を除去し、Ｙ方向の測定誤差を無くすためである。

【0023】

凸面回折格子２４は、凸面に回折格子を有する。本実施形態においては、凸面を有するガラス基材の凸面表面に、樹脂をコーティングして凹凸（グレーチング）を形成し、その上に、反射率を上げるためにアルミをコーティングしたものである。

【0024】

撮像素子２５は、たとえばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの光電変換素子である。

【0025】

処理装置４は、たとえばパーソナルコンピュータ等のコンピュータを用いて構成され、演算部を含む制御部と、膜厚測定などの各種ソフトウェアやハードウエア処理ボード、二次元分光画像などのデータを記憶する記憶部と、Ｉ／Ｆ（インターフェイス）部と、Ｉ／Ｆ部を介して接続されるモニタ等の画像表示部及びマウス等のＰＤ（ポインティングデバイス）とを備える。

【0026】

図１及び図３に示すように、光源３は、基台３０と、基板３１と、複数のＬＥＤ３２，…と、導光板３３と、光拡散板３４とを備える。

【0027】

基板３１には、たとえば７００〜９００ｎｍの波長の光を発する複数のＬＥＤ３２，…が所定間隔を有して直線状に並んで実装される。複数のＬＥＤ３２，…の全長は、測定対象物Ｓの全幅に光を照射できるだけの長さを有する。ＬＥＤ実装基板３１は、帯板状の基台３０の正面に取り付けられる。

【0028】

複数のＬＥＤ，…の前方には、複数のＬＥＤ３２，…の全長を網羅する大きさの端面が対向するように、導光板３３が配置される。導光板３３の前方には、導光板３３の反対側の端面と対向するように、光拡散板３４が配置される。導光板３３は、スペーサ３６を介して角筒状のカバー３７内に固定される。光拡散板３４は、カバー３７の先端部の開口に固定される。そして、カバー３７の基端部がＬＥＤ実装基板３１を内包するようにして、カバー３７が基台３０に取り付けられる。これにより、基台３０、ＬＥＤ実装基板３１、導光板３３及び光拡散板３４は、一体化されて、光源ユニットを構成する。なお、ＬＥＤ３２の発熱を逃がすために、基台３０の背面には、放熱板３８が設けられる。

【0029】

複数のＬＥＤ３２，…から照射された光は、導光板３３の一方の端面から入射し、導光板３３内を通り、反対側の端面から出射し、光拡散板３４で拡散された状態となって、出射する。このため、光源３において、光拡散板３４は、横長の帯状の発光面３５を構成する。

【0030】

図４に示すように、光源３の発光面３５から照射された光は、測定対象物Ｓで干渉光となって反射する。分光ユニット２の受光部２０は、この反射された干渉光を受光する。上述のとおり、分光ユニット２内において、干渉光は、スリット板２２により、受光部２０の光軸ＣＬを中心とする円弧線状に整形され、円弧線状の測定光となる。図４は、この円弧線状の測定光の光路を表している。すなわち、円弧線状の測定光は、発光面３５に含まれる円弧線状の仮想線光源３Ａから照射され（照射光Ｌ１）、測定対象物Ｓ上の円弧線状の測定線ＭＬに沿って干渉光となって反射され（反射光Ｌ２）、対物レンズ２１の表面上の円弧線状の受光線ＩＬを通り、分光ユニット２内に入射する光である。

【0031】

理想的には、円弧線状の測定光は、受光部２０の光軸ＣＬ、すなわち、対物レンズ２１の中心を中心とする所定半径の円弧線である。これに伴い、測定線ＭＬ及び受光線ＩＬは、受光部２０の光軸ＣＬを中心とする所定半径の円弧線である。本実施形態においては、分光ユニット２は、水平距離にして、測定対象物Ｓから約５００ｍｍ離れた配置となっている。このため、測定線ＭＬは、測定対象物Ｓの測定面（測定対象物Ｓがフィルム等の薄いものであれば、実質的には、ステージ１の載置面）と受光部２０の光軸ＣＬとが交わる光軸点ＣＰを中心とする半径約５００ｍｍの円弧線である。

【0032】

本実施形態に係る膜厚測定装置は、以上の構成からなる。このため、本実施形態に係る膜厚測定装置によれば、測定対象物Ｓ上の測定線ＭＬから分光ユニット２の受光部２０に入射する干渉光の入射角は、測定線ＭＬ上のどの測定点からであっても等しくなる。以下、この点について説明する。

【0033】

図４（ａ）において、光路面ａは、受光部２０の光軸ＣＬを中心とし、Ｘ方向の中心線に対して角度θ２で傾斜した、径方向に沿った垂直面であり、測定線ＭＬの一端を通る面である。光路面ｂは、受光部２０の光軸ＣＬを中心とし、Ｘ方向の中心線に対して角度θ１で傾斜した、径方向に沿った垂直面であり、測定線ＭＬの中間の測定点を通る面である。光路面ｃは、受光部２０の光軸ＣＬを中心とし、Ｘ方向の中心線を含む、径方向に沿った垂直面であり、測定線ＭＬの中心の測定点を通る面である。光路面ｄは、受光部２０の光軸ＣＬを中心とし、Ｘ方向の中心線に対して光路面ｂとは反対側に角度θ１で傾斜した、径方向に沿った垂直面であり、測定線ＭＬの光路面ｂとは反対側の中間の測定点を通る面である。光路面ｅは、受光部２０の光軸ＣＬを中心とし、Ｘ方向の中心線に対して光路面ａとは反対側に角度θ２で傾斜した、径方向に沿った垂直面であり、測定線ＭＬの他端を通る面である。そして、これらの光路面ａ〜ｅを直交する方向から見たものが、図５（ａ１）、（ｂ１）、（ｃ１）、（ｄ１）及び（ｅ１）であり、これらの光路面ａ〜ｅに沿った方向から見たものが、図５（ａ２）、（ｂ２）、（ｃ２）、（ｄ２）及び（ｅ２）である。

【0034】

図５からわかるとおり、径方向における反射光Ｌ２の受光部２０への入射角θｒは、いずれの光路面ａ〜ｅにおいても、同じ角度となる。また、径方向と直交する方向（接線方向）における反射光Ｌ２の受光部２０への入射角θｔも、いずれの光路面ａ〜ｅにおいても、同じ角度（０度）となる。このため、反射光Ｌ２の受光部２０への入射角は、測定線ＭＬ上のどの測定点からであっても、同じ角度となる。

【0035】

そして、測定対象物Ｓ上の測定線ＭＬから分光ユニット２の受光部２０に入射する干渉光の入射角が測定線ＭＬ上のどの測定点からであっても等しくなる（等視野角となる）ことで、入射角の差異は生じない。このため、入射角補正が不要となる。そして、入射角補正が不要となることで、膜厚測定アルゴリズムが簡素化され、これにより、膜厚測定を高速で行うことができる。また、入射角の差異がないことで、高精度な二次元分光画像を取得できるため、膜厚測定を高精度で行うことができる。

【0036】

測定対象物Ｓ全面の二次元膜厚分布を求めるために、ステージ１をＸ方向に連続的に移動させつつ、図６（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓの全面を、円弧線状の測定線ＭＬでスキャンしていく。あるいは、ステージ１を間欠的に移動させ、停止のタイミングで１ライン分をスキャンするようにしてもよい。いずれにせよ、図６（ａ）に示すように、測定対象物Ｓを直線状の測定線ＭＬでスキャンする従来の膜厚測定装置及び膜厚測定方法と大きく異なる点である。

【0037】

また、本実施形態に係る膜厚測定装置及び膜厚測定方法によれば、受光部２０の光軸ＣＬが測定対象物Ｓの測定面と直交することにより、測定線ＭＬは、受光部２０の光軸ＣＬを中心とする円の一部である円弧線となる。このため、光源３をより長いものとして円弧の角度範囲を大きくして測定線ＭＬを長くすることにより、より幅広の測定対象物Ｓを測定対象とすることができる。

【0038】

なお、本発明に係る膜厚測定装置及び膜厚測定方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0039】

上記実施形態においては、凸面回折格子２４を中心として、第１凹面鏡２３及び第２凹面鏡２３が左右に配置された対称光学系を採用している。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。たとえば、図７に示すように、第１凹面鏡２３及び第２凹面鏡２３が一つとなった凹面鏡２３を用いる対称光学系であってもよい。この場合、凹面鏡２３の凹面の光軸を挟んで一方の第１領域２３ａが第１凹面鏡２３に相当し、他方の第２領域２３ｂが第２凹面鏡２３に相当する。

【0040】

また、上記実施形態においては、分光ユニット２の測定光学系における光路制御手段として、反射鏡２３が用いられる。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。たとえば、図８に示すように、凹面鏡を用いる代わりに、凸レンズ２６を用いるようにしてもよい。

【0041】

また、上記実施形態においては、平面状の発光面３５が用いられる。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。たとえば、図９（ａ）に示すように、光源３を円弧状に形成して、円弧面状の帯状の発光面３５としてもよい。この場合、発光面３５をより長いものとして円弧の角度範囲を大きくして測定線ＭＬを長くすることにより、より幅広の測定対象物Ｓを測定対象とすることができる。

【0042】

ただし、円弧面状の発光面３５は、製作上コストがかかるということであれば、図９（ｂ）に示すように、複数の直線状の光源３，…を円弧線に沿って並べて用いることにより、幅広の測定対象物Ｓに対応することもできる。

【0043】

また、上記実施形態においては、受光部２０の光軸ＣＬが測定対象物Ｓの測定面と直交するように分光ユニット２が鉛直方向に沿って配置される。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。干渉光から受光部２０の光軸ＣＬを中心とする円弧線状に測定光を抽出することができる限りにおいて、図１０に示すように、受光部２０の光軸ＣＬが光源３側に傾くようにして（受光部２０の光軸ＣＬと反射光Ｌ２の光路との角度が小さくなるようにして）、分光ユニット２が斜めに配置されるようにしてもよい。

【0044】

また、上記実施形態においては、受光部２０は、対物レンズ２１で構成される。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。受光部２０は、他の光学要素で構成されるものであってもよい。

【0045】

また、上記実施形態においては、スリット板２２は、測定光学系において、受光部２０の後位に配置される。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。スリット板は、分光ユニットと測定対象物との間に配置されるようにしてもよい。また、上記実施形態においては、抽出部として、スリット板２２が用いられる。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。抽出部は、干渉光から受光部の光軸を中心とする円弧線状に測定光を抽出することができるものであれば、他の光学要素であってもよい。

【0046】

また、上記実施形態においては、理想的には、円弧線状の測定光、測定線ＭＬ及び受光線ＩＬは、受光部２０の光軸ＣＬを中心とする所定半径の円弧線である。しかし、装置や部品の加工精度や組立精度の関係で、中心を受光部の光軸に完全一致させることや、円弧線を真円の円弧線にすることが困難である場合がある。本発明に係る構成は、このような膜厚測定の精度に影響が生じない程度の誤差を含む趣旨である。

【0047】

また、上記実施形態に係る膜厚測定装置は、反射型である。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。膜厚測定装置は、透過型であってもよい。

【符号の説明】

【0048】

１…ステージ、２…分光ユニット、２０…受光部、２１…対物レンズ、２２…スリット板（抽出部）、２２ａ…スリット、２３…凹面鏡（凹面反射部）、２３ａ…第１領域（凹面反射部）、２３ｂ…第２領域（凹面反射部）、２４…凸面回折格子（分光部）、２５…撮像素子（撮像部）、２６…凸レンズ、３…光源、３Ａ…仮想線光源、３０…基台、３１…基板、３２…ＬＥＤ、３３…導光板、３４…光拡散板、３５…発光面、３６…スペーサ、３７…カバー、３８…放熱板、４…処理装置（処理部）、ＣＬ…光軸、ＣＰ…光軸点、Ｌ１…照射光、Ｌ２…反射光、ＭＬ…測定線、ＩＬ…受光線、Ｐ…二次元分光画像、Ｓ…測定対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【手続補正書】

【提出日】2021年1月7日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象物に対して光を照射する光源と、
測定対象物で反射又は透過した反射光又は透過光の干渉光を受光する分光ユニットとを備え、
分光ユニットは、
干渉光を受光する受光部と、
干渉光から受光部の光軸を中心とする所定半径の円の一部である円弧線状に測定光を抽出する抽出部と、
円弧線状の測定光を分光する分光部と、
分光を撮像して二次元分光画像を取得する撮像部と、
二次元分光画像の情報に基づいて測定対象物の膜厚を算出する処理部とを備え、
測定対象物を円弧線状の測定線でスキャンする
膜厚測定装置。

【請求項2】

受光部は、受光部の光軸が測定対象物の測定面と直交するように配置される
請求項１に記載の膜厚測定装置。

【請求項3】

抽出部は、円弧線状のスリットを有するスリット板である
請求項１又は請求項２に記載の膜厚測定装置。

【請求項4】

光源は、円弧線状の測定光に対応する円弧線状の仮想線光源を含む帯状の発光面を有する
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の膜厚測定装置。

【請求項5】

分光部は、凸面回折格子を有し、
分光ユニットは、受光部と分光部との間及び分光部と撮像部との間のそれぞれに、凹面反射部を備える
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の膜厚測定装置。

【請求項6】

測定対象物に対して光を照射し、測定対象物で反射又は透過した反射光又は透過光の干渉光を受光し、干渉光から受光部の光軸を中心とする所定半径の円の一部である円弧線状に測定光を抽出することにより、測定対象物を円弧線状の測定線でスキャンし、
円弧線状の測定光を分光し、
分光を撮像して二次元分光画像を取得し、
二次元分光画像の情報に基づいて測定対象物の膜厚を算出する
膜厚測定方法。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0009】

本発明に係る膜厚測定装置は、
測定対象物に対して光を照射する光源と、
測定対象物で反射又は透過した反射光又は透過光の干渉光を受光する分光ユニットとを備え、
分光ユニットは、
干渉光を受光する受光部と、
干渉光から受光部の光軸を中心とする所定半径の円の一部である円弧線状に測定光を抽出する抽出部と、
円弧線状の測定光を分光する分光部と、
分光を撮像して二次元分光画像を取得する撮像部と、
二次元分光画像の情報に基づいて測定対象物の膜厚を算出する処理部とを備え、
測定対象物を円弧線状の測定線でスキャンする
膜厚測定装置である。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0010】

また、本発明に係る膜厚測定方法は、
測定対象物に対して光を照射し、測定対象物で反射又は透過した反射光又は透過光の干渉光を受光し、干渉光から受光部の光軸を中心とする所定半径の円の一部である円弧線状に測定光を抽出することにより、測定対象物を円弧線状の測定線でスキャンし、
円弧線状の測定光を分光し、
分光を撮像して二次元分光画像を取得し、
二次元分光画像の情報に基づいて測定対象物の膜厚を算出する
膜厚測定方法である。