特許 5733846 デジタル光学技術を用いた厚さ測定装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5733846

(24)【登録日】2015年4月24日

(45)【発行日】2015年6月10日

(54)【発明の名称】デジタル光学技術を用いた厚さ測定装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/06 20060101AFI20150521BHJP

   G01N 21/17 20060101ALI20150521BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/06 Z

   G01N21/17 A

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-153982(P2013-153982)

(22)【出願日】2013年7月24日

(65)【公開番号】特開2014-25929(P2014-25929A)

(43)【公開日】2014年2月6日

【審査請求日】2013年7月24日

(31)【優先権主張番号】10-2012-0080475

(32)【優先日】2012年7月24日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】514315735

【氏名又は名称】エスエヌユー プレシジョン カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＳＮＵ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＣＯ．， ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001494

【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ファン ヨンミン

(72)【発明者】

【氏名】チョ テギュ

(72)【発明者】

【氏名】キム クァンラク

【審査官】 梶田 真也

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−３０４０４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２１２３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３１５７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１４１５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２６４２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１０１４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５３２７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５３３８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０９４４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０４８６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２５８４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０８２８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１０４６７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００ − １１／３０

Ｇ０１Ｎ ２１／００ − ２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７ − ２１／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を放出する光源と、
前記光源から放出された光を反射させたり、または測定対象物により反射された光を透過させるビームスプリッターと、
前記ビームスプリッターにより反射された光を前記測定対象物に集束させるレンズ部と、
前記ビームスプリッターから透過された光の提供を受けて、同時に前記測定対象物の複数の領域における厚さ測定が可能となるように、前記測定対象物の互いに異なる測定領域から反射された光を互いに異なる光経路に沿って反射させる反射型光経路変換部と、
前記反射型光経路変換部から反射される光を分析して、前記測定対象物の厚さ情報を獲得する複数の分光器と、
前記ビームスプリッターから透過された光を基準として、前記反射型光経路変換部から反射された光の入力を受けて、前記測定対象物の映像を表示する表示部とを含み、
前記表示部は、測定対象物のイメージと、前記表示部に表示される映像を比較して前記測定対象物の測定領域が前記表示部に表示されるかどうかを判断し、
前記反射型光経路変換部は、前記反射型光経路変換部の反射角を調節して、前記測定対象物の互いに異なる複数の測定領域から反射される光をそれぞれの分光器に反射させる
ことを特徴とするデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置。

【請求項2】

前記ビームスプリッターと前記反射型光経路変換部との間の光経路上に配置され、前記ビームスプリッターから透過された光を反射させたり透過させる補助ビームスプリッターをさらに含み、
前記表示部は、補助ビームスプリッターから透過された光の入力を受けて、前記測定対象物の映像を表示することを特徴とする請求項１に記載のデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置。

【請求項3】

前記反射型光経路変換部から前記分光器に入射される光以外の光を吸収して除去する光吸収部をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置。

【請求項4】

請求項２又は３に記載のデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置を利用し、
前記測定対象物のイメージを保存するイメージ保存段階と、
前記イメージ保存段階で保存されたイメージと、前記表示部に表示される映像を比較して前記測定対象物の測定領域が前記表示部に表示されるかどうかを判断するマッチング段階と、
前記互いに異なる複数の測定領域から反射される光が、各々前記複数の分光器に入射されるように、前記反射型光経路変換部の反射角を調節する反射角調節段階と、
前記分光器で獲得した光を基礎として、前記測定対象物の厚さを測定する厚さ測定段階と、
を含むことを特徴とする厚さ測定方法。

【請求項5】

前記マッチング段階は、前記測定領域が前記表示部に全部表示されるまで繰り返し行われ、
前記測定領域の一部のみが前記表示部に表示される場合、前記表示部に表示される映像に前記測定領域が全部表示されるように前記測定対象物または前記レンズ部を移動させた後、マッチング段階を再遂行するセンタリング段階と、前記測定領域が前記表示部に表示されない場合、前記測定対象物または前記レンズ部を螺旋方向に沿って前記表示部に前記測定領域が一部または全部表示されるまで移動させた後、マッチング段階を再遂行する測定領域サーチ段階とを含むことを特徴とする請求項４に記載の厚さ測定方法。

【請求項6】

前記厚さ測定段階は、前記分光器から獲得した光のスペクトルから光の反射度を測定する反射度測定段階と、前記測定された反射度と理論的モデリングで設けられた反射度を比較して、最も類似したモデリングを検索する反射度比較段階と、前記反射度比較段階で検索されたモデリングに該当する厚さ値を出力する厚さ出力段階とを含むことを特徴とする請求項４または５に記載の厚さ測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、デジタル光学技術を用いた厚さ測定装置及び方法に関するものであって、より詳細にはビームスプリッターから透過された光を反射型光経路変換部を介し反射させて光損失を最小化し、反射角を調節して、複数の地点の厚さを同時に測定することができるデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置及び方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体工程及びFPD工程において、品質を決定する色々な要因の中で薄膜層の厚さの制御が占める比重が大きいため、これを工程中で直接モニタリングすることが必須であるといえる。「薄膜層」とは、基底層、すなわち基板の表面に形成させた非常に微細な厚さを有する層として一般的に厚さが数ｎｍ〜数μｍの範囲をいう。これらの薄膜層を特定の用途に応用するためには、薄膜層の厚さ、組成、照度及びその他物理的、光学的な特性を知る必要がある。

【0003】

特に、最近では半導体素子の集積度を高めるために、基板上に超薄膜層を多層に形成することが一般的な傾向である。このような高集積半導体素子を開発するためには、特性に大きな影響を与える因子である薄膜層の厚さを含んだ膜の物性を正確に制御しなければならない。

【0004】

従来の厚さ測定装置は、ビームスプリッターから透過された光が、光を透過させるLCDを透過した後、分光器に入射させる構成を有する。

【0005】

このような従来発明は、光がLCDを透過することにより、損失が発生するようになっており、測定対象物の厚さに対する正確な情報を獲得できない問題点が発生することがあり得る。

【0006】

また、測定対象物の一部に対する厚さ情報を獲得しようとする場合にも、測定対象物全体に対して照射しなければならず、一つの測定対象物がそれぞれの測定領域ごとに薄膜構造が異なる場合は、複数回の測定が要求され、測定時間が増える問題点が発生する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

したがって、本発明の目的は、このような従来の問題点を解決するためのものであり、光の反射を利用することにより、光の損失を最小限に抑えることができるデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置及び方法を提供することにある。

【0008】

また、反射型の光経路変換部を制御して、互いに異なる複数の測定領域から入射される光を互いに異なる分光器に入射させることにより、同時に複数の測定領域の厚さを測定できるデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置及び方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記目的は、本発明により、光を放出する光源、光源から放出された光を反射させたり、または測定対象物によって反射された光を透過させるビームスプリッター、ビームスプリッターによって反射された光を前記測定対象物に集束させるレンズ部、ビームスプリッターから透過された光を選択的に反射させる反射型光経路変換部、反射型光経路変換部から反射する光を分析して、前記測定対象物の厚さ情報を獲得する分光器を含んでいることを特徴とするデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置によって達成される。

【0010】

ここで、分光器は複数で設けられ、反射型光経路変換部は測定対象物の互いに異なる複数の測定領域から反射される光を、それぞれの分光器に反射させることが望ましい。

【0011】

また、ビームスプリッターから透過された光を基準として測定対象物の映像を表示する表示部をさらに含むことができる。

【0012】

ここで、表示部は、反射型光経路変換部から反射された光の入力を受けて、前記測定対象物の映像を表示することが望ましい。

【0013】

また、ビームスプリッターと反射型光経路変換部との間の光経路上に配置されてビームスプリッターから透過された光を反射させたり透過させる補助ビームスプリッターをさらに含み、表示部は補助ビームスプリッターから透過された光の入力を受けて、測定対象物の映像を表示することができる。

【0014】

ここで、反射型光経路変換部から分光器に反射される光以外の光を吸収して除去する光吸収部をさらに含むことができる。

【0015】

また、上記のデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置を用いて、測定対象物のイメージを保存するイメージ保存段階、イメージ保存段階で保存されたイメージと前記表示部に表示される映像を比較して、測定領域が表示部に表示されるかどうかを判断するマッチング段階、互いに異なる複数の測定領域から反射される光が各々複数の分光器に反射されるように、反射型光経路変換部の反射角を調節する反射角調節段階、分光器で獲得した光を基準として、前記測定対象物の厚さを測定する厚さ測定段階を含むことを特徴とする厚さ測定方法によって達成される。

【0016】

また、マッチング段階は測定領域が表示部に全部表示されるまで繰り返し行われ、測定領域の一部のみが表示部に表示されている場合、表示部に表示される映像に測定領域が全部表示されるように測定対象物を移動させた後、マッチング段階を再遂行するセンタリング段階と、測定領域が表示部に表示されない場合は、測定対象物またはレンズ部を螺旋方向に沿って表示部に測定領域が一部または全部表示されるまで移動させた後、マッチング段階を再遂行する測定領域サーチ段階を含むことができる。

【0017】

ここで、厚さ測定段階は分光器から得られた光のスペクトルから光の反射度を測定する反射度測定段階と測定された反射度と理論的モデリングで設けられた反射度を比較して、最も類似したモデリングを検索する反射度比較段階と反射度比較段階で検索されたモデリングに該当する厚さ値を出力する厚さ出力段階を含むことができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、光の反射を利用することにより、光の損失を最小化して測定効率を向上させることができるデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置及び方法が提供される。

【0019】

また、反射型光経路変換部の極小ミラーを制御して、互いに異なる測定領域で反射される光をそれぞれの分光器に入射させることにより、測定領域の薄膜構造が異なっても、測定領域の厚さを同時に測定することができる。

【0020】

また、表示部を介して厚さ測定装置から測定される測定対象物の映像を視覚的に確認することができる。

【0021】

また、光吸収部を介して反射型光経路変換部から分光器に反射される光以外の光を吸収して除去することができる。

【0022】

また、測定範囲内に測定領域が全部存在しない場合、自動的に測定領域が全部含まれるようにレンズ部または測定対象物の位置を変更して測定効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の第1実施形態に係るデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置を概略的に示した概念図である。

【図2】図１のデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置で反射型光経路変換部の反射角を変更する様子を概略的に示した概念図である。

【図3a】図１のデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置で反射型光経路変換部の一部領域の反射角を変更して、薄膜構造が異なる２つの測定領域での反射度を測定する様子を概略的に示した図であって、デジタルマイクロミラーで光が同時に３つの装置に反射される様子を概略的に示した概念図である。

【図3b】図１のデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置で反射型光経路変換部の一部領域の反射角を変更して、薄膜構造が異なる２つの測定領域での反射度を測定する様子を概略的に示した図であって、測定対象物の様子を概略的に示した平面図である。

【図3c】図１のデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置で反射型光経路変換部の一部領域の反射角を変更して、薄膜構造が異なる２つの測定領域での反射度を測定する様子を概略的に示した図であって、第1測定領域と第２測定領域との薄膜構造を概略的に示した断面図である。

【図3d】図１のデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置で反射型光経路変換部の一部領域の反射角を変更して、薄膜構造が異なる２つの測定領域での反射度を測定する様子を概略的に示した図であって、デジタルマイクロミラーで、各領域ごとに反射度を異に制御する様子を概略的に示した底面図である。

【図3e】図１のデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置で反射型光経路変換部の一部領域の反射角を変更して、薄膜構造が異なる２つの測定領域での反射度を測定する様子を概略的に示した図であって、薄膜構造が異なった２領域を同時に測定した後の反射度曲線を示すグラフである。

【図4】本発明の第２実施形態に係るデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置を概略的に示した概念図である。

【図5】本発明の第1実施形態に係るデジタル光学技術を用いた厚さ測定方法を概略的に示したフローチャートである。

【図6】図５のデジタル光学技術を用いた厚さ測定方法でマッチング段階を概略的に示したフローチャートである。

【図7】図６の測定領域サーチ段階で測定領域をサーチする方向を概略的に示した概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

説明の前に、いくつかの実施形態において、同一の構成を有する構成要素については同一の符号を使用して代表的に第1実施形態で説明し、その他の実施形態では第1実施形態と異なる構成について説明することにする。

【0025】

以下、添付の図面を参照して、本発明の第1実施形態に係るデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置及び測定方法について詳細に説明する。

【0026】

図１は本発明の第1実施形態に係るデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置を概略的に示した概念図である。

【0027】

図１を参照すると、本発明の第1実施形態に係るデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置は、光源１１０とビームスプリッター１２０とレンズ部１３０と反射型光経路変換部１４０と分光器１５０と表示部１６０とを含んでいる。

【0028】

前記光源１１０は、測定対象物１０５の厚さを測定するための光を放出する構成であり、ハロゲンランプを含んだ多様なソースのランプが使用されることができる。また、白色光源として備えられることができるが、これに限定されるものではない。

【0029】

前記ビームスプリッター１２０は、光源１１０から入射される光を反射させて、後述するレンズ部１３０に入射させるようにしたり、測定対象物１０５から反射される光を透過させることにより、後述する反射型光経路変換部１４０に入射させるように光経路を案内する。

【0030】

前記レンズ部１３０は、ビームスプリッター１２０から反射された光を測定対象物１０５に集束させる。レンズ部１３０の具体的構成は、周知の技術であるので、ここで詳細な説明は省略する。

【0031】

前記反射型光経路変換部１４０は、測定対象物１０５の厚さ情報を有する光であるビームスプリッター１２０から透過された光を反射させて、後述する分光器１５０または表示部１６０に入射させるように光経路を案内する。反射型光経路変換部１４０で反射が起きる表面は各々個別的に制御可能な極小のミラーが備えられ、光の反射角を調節することができる。本発明の第1実施形態１００によれば、反射型光経路変換部１４０はデジタルマイクロミラー素子(Digital Micromirror Device: DMD)が設けられるが、これに限定されるものではなく、光を個々の領域ごとに異なる角度を有するように反射させることができるすべての装置がここに含まれることができる。

【0032】

図２は、図１のデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置で反射型光経路変換部の反射角を変更する様子を概略的に示した概念図であり、図３は、図１のデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置で反射型光経路変換部の一部領域の反射角を変更して、薄膜構造が異なる２つの測定領域での反射度を測定する様子を概略的に示した図面であって、(a)はデジタルマイクロミラーで光が同時に３つの装置に反射される様子を概略的に示した概念図であり、(b)は測定対象物の様子を概略的に示した平面図であり、(c)は第1測定領域と第２測定領域との薄膜構造を概略的に示した断面図であり、(d)はデジタルマイクロミラーで、各領域ごとに反射度を異に制御する様子を概略的に示した底面図であり、(e)は薄膜構造が異なった２領域を同時に測定した後の反射度曲線を示すグラフである。

【0033】

また説明すると、反射型光経路変換部１４０のミラーの反射角が全部同じになるように調節することもでき、また反射型光経路変換部１４０のミラーごとに互いに異なる反射角を有するように調節することができる。特に、互いに異なる反射角を有するように調節することにより、測定対象物１０５上に測定しようとする互いに異なる複数の領域が存在しても、該当領域に対応する反射型光経路変換部１４０のミラーを調節して、それぞれの分光器１５０に入射させることができるようになる。これにより、測定対象物１０５上に存在する互いに異なる複数の領域ごとに薄膜構造が異なっても、それぞれの領域で反射される光を別個の分光器１５０で分析するようになることによって同時に測定可能になるのである。

【0034】

前記分光器１５０は、測定対象物１０５から反射される光のスペクトルを検出する装置である。本発明の第1実施形態１００によると、第1分光器１５１と第２分光器１５２を含んでいるが、これに限定されるものではなく、ユーザーの必要に応じて３つ以上の分光器を備える構成も可能である。

【0035】

図３(a)を参照すると、第1分光器１５１は、光が反射型光経路変換部１４０から１００°の反射角を成して反射される光経路上に配置され、第２分光器１５２は、光が反射型光経路変換部１４０から８０°の反射角を成して反射される光経路上に配置される。ただし、このような角度に制限されるものではなく、それぞれの分光器１５０が反射型光経路変換部１４０から互いに異なる反射角を成す光経路上に配置すれば十分である。

【0036】

例えば、図3 (b)に示したように測定対象物１０５上に存在する第1測定領域１０６と第２測定領域１０７とを同時に測定すると、図３(d)に示したように、第1測定領域１０６に対応する反射型光経路変換部１４０上の第1反射部１４１は１００°の反射角を成すように制御し、第２測定領域１０７に対応する第２反射部１４２は８０°の反射角を成すように制御し、第1測定領域１０６及び第1反射部１４１から反射される光は第１分光器１５１に入射され、第２測定領域１０７及び第２反射部１４２から反射される光は第２分光器１５２に入射される。これにより、図３(c)に示したように、第1測定領域１０６と第２測定領域１０７の薄膜構造が異なっている場合も、図３(e)に示したように、第1分光器１５１及び第２分光器１５２で光のスペクトルを同時に測定することができるので、同時に２領域での厚さを測定することができるようになる。

【0037】

前記表示部１６０は、測定対象物１０５に対する形状を撮影して外部に映像を提供する装置である。表示部１６０によって撮影される領域は、本発明の第1実施形態１００で厚さを測定しようとする測定領域と同じであり、後述するマッチング段階(Ｓ１２０)で表示部１６０に撮影される領域と測定対象物１０５の保存されたイメージを比較し、測定領域が本発明の第1実施形態１００の測定範囲内に含まれているかどうかを判断することができるようになる。

【0038】

光源１１０から放出される光の光経路を基準として、本発明の第1実施形態１００の配置を詳細に説明すると、光は光源１１０から放出され、ビームスプリッター１２０によって反射してレンズ部１３０を通過する。レンズ部１３０を通過した光は、測定対象物１０５に入射した後に反射されてビームスプリッター１２０を透過する。

【0039】

ビームスプリッター１２０から透過された光は、反射型光経路変換部１４０に入射した後に反射されて分光器１５０または表示部１６０に入射される。

【0040】

一方、ビームスプリッター１２０と反射型光経路変換部１４０との間には、集光レンズが設けられ、ビームスプリッター１２０から透過された光を集束させ、反射型光経路変換部１４０側に入射させることができるが、これに限定されるものではない。

【0041】

また、反射型光経路変換部１４０と分光器１５０との間には、光経路を案内する光ファイバーまたはそれぞれの分光器１５０に入射される光を集束させる集束レンズが設けられることができるが、これに限定されるものではない。

【0042】

ここからは、前述したデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置の第1実施形態の作動方法(Ｓ１００)について説明する。

【0043】

図５は、本発明の第1実施形態に係るデジタル光学技術を用いた厚さ測定方法を概略的に示したフローチャートであり、図６は、図５のデジタル光学技術を用いた厚さ測定方法でマッチング段階を概略的に示したフローチャートであり、図７は、図６の測定領域サーチ段階で測定領域をサーチする方向を概略的に示した概念図である。

【0044】

図５を参照すると、本発明の第1実施形態に係るデジタル光学技術を用いた厚さ測定方法(Ｓ１００)は、イメージ保存段階(Ｓ１１０)とマッチング段階(Ｓ１２０)と反射角調節段階(Ｓ１３０)と厚さ測定段階(Ｓ１４０)とを含み、これらの過程を行うことによって測定対象物１０５の厚さを測定することができるようになる。

【0045】

前記イメージ保存段階(Ｓ１１０)は、測定領域を認識するために厚さ測定をする前に測定対象物１０５のイメージを保存する段階である。つまり、測定対象物１０５で測定領域を含む領域を光学系で撮影して獲得したイメージ自体を標準モデルとして保存させておいて、後述するマッチング段階(Ｓ１２０)で活用することになる。

【0046】

前記マッチング段階(Ｓ１２０)は、イメージ保存段階(Ｓ１１０)で保存された標準モデルと表示部１６０上で撮影される映像を比較して、測定領域が本発明の第1実施形態１００の測定範囲内に含まれるか否かを判断する段階である。

【0047】

図６を参照すると、マッチング段階(Ｓ１２０)は、測定領域が表示部１６０に全部表示されるまで繰り返し行われることが好ましく、表示部１６０に測定領域が一部のみ表示されたりまたは全く表示されない場合には、センタリング段階(Ｓ１２１)または測定領域サーチ段階(Ｓ１２２)を行う。

【0048】

前記センタリング段階(Ｓ１２１)は、測定領域の一部のみが表示部１６０に表示されている場合に遂行され、測定領域が表示部１６０に全部表示されるように測定対象物１０５またはレンズ部１３０の位置を移動させる段階である。

【0049】

本発明の第1実施形態１００によれば、センタリング段階(Ｓ１２１)はイメージ保存段階(Ｓ１１０)で保存された標準モデルと表示部１６０に表示される映像を比較して、現在測定される位置を計算し、計算された位置に関する値を用いて、測定領域との位置の差を計算し、測定対象物１０５またはレンズ部１３０を移動させるようになる。

【0050】

図７を参照すると、前記測定領域サーチ段階(Ｓ１２２)は、測定領域が表示部１６０に全く表示されない場合に行われ、イメージ保存段階(Ｓ１１０)で保存された標準モデルを活用することが難しいので、この過程を行うことになる。

【0051】

測定領域サーチ段階(Ｓ１２２)は、表示部に表示される領域から最も近い地域を周方向に沿って測定対象物１０５またはレンズ部１３０の位置を移動させ、測定領域をサーチする段階である。本発明の第1実施形態１００によると、表示部１６０に測定領域が表示されない場合は反時計方向に沿って測定対象物１０５またはレンズ部１３０を移動させて映像を撮影する。なお、時計方向に沿って測定対象物１０５またはレンズ部１３０を移動させて映像を撮影しても良い。

【0052】

ここで、測定領域の全部または一部が表示部１６０に表示される場合まで繰り返し行い、全部表示されている場合には反射角調節段階(Ｓ１３０)を行い、一部が表示されている場合にはセンタリング段階(Ｓ１２１)を行うことになる。

【0053】

一方、測定領域が２領域以上の場合にも、前述したマッチング段階(Ｓ１２０)を同じように行うことになる。複数の測定領域が測定範囲内にすべて含まれることができる場合、複数の測定領域が測定範囲内にすべて含まれるまで、マッチング段階(Ｓ１２０)を行うことになり、複数の測定領域が測定範囲内にすべて含まれることができない場合、測定領域ごとに個別にマッチング段階(Ｓ１２０)を行うことになる。

【0054】

図２を参照すると、前記反射角調節段階(Ｓ１３０)は、測定領域から反射される光が分光器１５０に入射するように反射型光経路変換部１４０の反射角を調節することになる。すなわち、反射型光経路変換部１４０の反射角を１００°で調節すると第1分光器１５１に光が入射され、反射角を８０°で調節すると第２分光器１５２に光が入射される。

【0055】

また、図３を参照すると、測定領域が２つの領域であり、同時に２つの分光器１５０に光を入射させる場合も同様である。前述したように、反射型光経路変換部１４０の反射面は複数の極小ミラーを含み、それぞれのミラーを個別に制御が可能である。これを利用して、第1反射部１４１の反射角を１００°で調節し、第２反射部１４２の反射角を80°で調節すると、第1測定領域１０６から反射される光は、第1分光器１５１に入射され、第２測定領域１０７から反射される光は第２分光器１５２に入射されるのである。もちろん、測定領域が２領域である場合だけでなく、３つ以上の場合にも、分光器１５０をさらに追加して反射型光経路変換部１４０の一部の反射角を第1反射面１４１及び第２反射面の反射角と異なる反射角を有するように形成して、同時に厚さ測定が可能である。

【0056】

前記厚さ測定段階(Ｓ１４０)は、分光器１５０に入射された光のスペクトルを測定して光の反射度（反射スペクトル）を測定し、これを基礎として測定対象物１０５の厚さを測定する段階である。本発明の第1実施形態(Ｓ１００)によると、厚さ測定段階(Ｓ１４０)は、反射度測定段階(Ｓ１４１)と反射度比較段階(Ｓ１４２)と厚さ出力段階(Ｓ１４３)とを含んでいる。ただし厚さ測定段階(Ｓ１４０)が前述した段階に限定されるものではない。

【0057】

前記反射度測定段階(Ｓ１４１)は、分光器に入射された光のスペクトルを分析して、光の波長ごとの光量データを利用して、測定領域の反射度を計算することになる。

【0058】

前記反射度比較段階(Ｓ１４２)は、反射度測定段階(Ｓ１４１)で獲得した測定領域の反射度を理論的モデリングで獲得した反射度と比較して、同一であるか、または同一なモデリングがない場合は最も類似の反射度を有するモデリングを検索する段階である。

【0059】

前記厚さ出力段階(Ｓ１４3)は、反射度比較段階(Ｓ１４２)で検索されたモデリングに該当する厚さ値を出力する段階である。

【0060】

本発明の第1実施形態に係る厚さ測定方法(Ｓ１００)は、測定範囲内に測定領域が含まれるようにマッチング段階(Ｓ１２０)を行い、厚さ測定の正確度を向上させ、特にこれを自動化する場合にはその効果をさらに向上させることができるようになる。

【0061】

また、反射型光経路変換部１４０に含まれた極小ミラーすべての反射角を調節したり、一部の反射角のみを調節することもでき、特に一部の反射角のみを調節する場合、複数の測定領域の厚さを同時に測定することができるので測定時間を短縮させることができる。

【0062】

次に、本発明の第２実施形態に係るデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置及び方法について説明する。

【0063】

図4は本発明の第２実施形態に係るデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置を概略的に示した概念図である。

【0064】

図4を参照すると、本発明の第２実施形態に係るデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置２００は、光源１１０とビームスプリッター１２０とレンズ部１３０と反射型光経路変換部(Digital Micromirror Device、以下「反射型光経路変換部」)１４０と分光器１５０と表示部１６０と補助ビームスプリッター２２５と光吸収部２７０とを含んでいる。

【0065】

前記補助ビームスプリッター２２５は、ビームスプリッター１２０と反射型光経路変換部１４０との間の光経路上に配置されてビームスプリッター１２０から透過された光を表示部１６０側に反射させたり、反射型光経路変換部１４０側に透過させるようになる。

【0066】

すなわち、第1実施形態とは異なり、補助ビームスプリッター２２５を配置して反射型光経路変換部１４０で反射される光を表示部１６０に入射させるのではなく、補助ビームスプリッター２２５を介してビームスプリッター１２０で透過された光を表示部１６０側に反射させることになる。

【0067】

前記表示部１６０は、第1実施形態１００における表示部１６０と同一の構成で設けられるが、位置が第1実施形態１００のように反射型光経路変換部１４０から反射される光が入射する位置に配置されるのではなく、補助ビームスプリッター２２５から反射される光が入射する位置に配置される。このような配置をすることにより、表示部１６０は反射型光経路変換部１４０の反射角に影響を受けず、常に測定範囲に対する映像を表示することになる。

【0068】

前記光吸収部２７０は、反射型光経路変換部１４０から分光器１５０に反射される光以外の光を吸収して除去する装置である。これは反射型光経路変換部１４０が第1反射部１４１及び第２反射部１４２を形成し、同時に第1分光器１５１または第２分光器１５２に第1測定領域１０６または第２測定領域１０７で反射される光を反射させる場合、反射型光経路変換部１４０の第1反射部１４１または第２反射部１４２以外の面で反射される光が光吸収部に反射されて光を除去させることになる。

【0069】

前述したデジタル光学技術を用いた厚さ測定装置の第２実施形態の作動方法(Ｓ２００)は、第1実施形態の作動方法(Ｓ１００)と同一であるので、詳細な説明は省略する。すなわち、第２実施形態２００は、反射型光経路変換部１４０に入射される以前の光から測定対象物１０５の位置を変更し、測定領域以外から反射される光を吸収して除去する光吸収部２７０を追加したもので、各構成の配置のみが異なるのみであり、第1実施形態１００と同一の機能を有し、測定対象物１０５の厚さを測定する方法は同一である。

【0070】

本発明の権利範囲は、前述した実施形態に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲内で様々な形態の実施形態に具現することができる。特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば誰でも変形可能な多様な範囲まで本発明の請求範囲の記載の範囲内にあるものとみなす。

【符号の説明】

【0071】

１００ 厚さ測定装置
１１０ 光源
１２０ ビームスプリッター
１３０ レンズ部
１４０ 反射型光経路変換部
１５０ 分光器
１６０ 表示部
２００ 厚さ測定装置
２２５ 補助ビームスプリッター
２７０ 光吸収部
Ｓ１００ 厚さ測定方法
Ｓ１１０ イメージ保存段階
Ｓ１２０ マッチング段階
Ｓ１２１ センタリング段階
Ｓ１２２ 測定領域サーチ段階
Ｓ１３０ 反射角調節段階
Ｓ１４０ 厚さ測定段階
Ｓ１４１ 反射度測定段階
Ｓ１４２ 反射度比較段階
Ｓ１４３ 厚さ出力段階

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図3d】

【図3e】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】