被测物的厚度测定方法及其装置的制作方法

专利名称：被测物的厚度测定方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及被测物的厚度测定方法及其装置，特别涉及适于水晶等具有双折射性的透明薄片的厚度测定。
背景技术：
目前，公开的有测定具有双折射性的基板的厚度的光学板厚测定装置(例如日本特开平9-292208号公报)。如图18所示，该光学板厚测定装置包括产生激光的激光光源2；偏振器3，其将自激光光源2射出的激光变换为希望的直线偏振光并入射到被测定基板4；检测器7，自透过被测定基板4的激光中抽出一个偏振光方向的分量；光检测器8，检测由检测器7抽出的激光的光强度；步进电机15，其通过齿轮13驱动安装在圆板12上的检测器7旋转；旋转编码器14，其检测检测器7的旋转角度。
通过由偏振器3将激光变换为希望的直线偏振光，使该直线偏振光入射到被测定基板4，而使接收透过被测定基板4的激光并抽出一个偏振光方向的分量的检测器7以入射光轴为中心旋转，从而抽出相互正交的两个直线偏振光分量及与这些直线偏振光分量错开45度而相互正交的两个直线偏振光分量，根据这些各直线偏振光分量的相位差测定被测定基板4的板厚。
被测定基板4的板厚t以下式表示t＝(λ/2π)×(1/dn)×Δ其中，λ测定波长，Δ被测定基板的相位差，2π360度，dn正常光及异常光的折射率差。
一边依次使检测器7旋转，一边利用光检测器8测定每个旋转角度(例如π/2、π/4、0、-π/4)的光强度I1、I2、I3、I4，根据这些各测定结果求Δ，将该相位差Δ代入上式，求水晶等被测定基板的板厚t。
据此，在测定具有双折射性的被测定基板的板厚时，不会损伤基板表面，可以μm以下的测定精度，正确测定板厚，同时，即使被测定基板的厚度为激光光源的波长λ的1/2以上，也可测定被测定基板的厚度。
但是，上述现有技术存在各种问题。
(1)由于需要一边依次旋转检测器，一边多次测定每个旋转角的光强度(实施方式中为四次测定)，一次不能得到点数据，故不能进行高速测定。尤其是在水晶薄片等要求的TV5(Thickness Variation Five Points)时，必须测定五个点数据，故难以实现高速化。
(2)由于存在电机、齿轮、编码器等机械机构，故难于进行保养，需要控制机构的周边电路等特别的控制系统。
(3)由于一次得到的信息量少，故若含有误差，则难于去除该误差，不能进行高精度的测定。
(4)由于是利用光的强度测定厚度，会受到光量变化及被测物的厚度引起的光的衰减产生的影响，计测不稳定。
(5)由于是用光检测器而非摄像器进行检测，故当装置的各构成要素的加工精度发生变化时，难于进行补正，也不能补正装置各构成要素的机械缺陷。
(6)由于装置的一部分(圆板12和齿轮13)为接触型，故容易损伤或污损被测物，定心等向装置的安装也很困难，作业性差。
本发明的目的在于，提供一种解决了上述现有技术的问题的被测物的厚度测定方法及其装置。

发明内容
本发明的原理如下。如图4(a)、图4(b)所示，将偏振光板构成的偏振器21和检偏振器22叠置在同一光路上，使检偏振器22旋转时(图4(a))，其透过光每隔90°(＝π/2)变亮或变暗(图4(b))。设两张偏振光板主轴的角度为φ，测定此时的光的强度时，下式(1)的关系成立(马吕斯(Malus)定律)I(φ)＝Iocos2φ(1)其中，Io为偏振器的透过强度。
图5表示具有倾斜面和水平面的水晶样品的断面和透过它的光的强度波形的相位关系。由偏振器使来自光源的光形成直线偏振光，使其自垂直于水平面的方向照射在水晶样品23上，用检偏振器检测透过水晶样品的光，由CCD摄像机测定光的强度。检偏振器要与光强度最大的旋转位置相吻合。在水晶样品23中，在以一定角度研磨成楔形棱镜状的部分23a，光强度呈现周期变化，其相位形成等间隔。也就是说，不使检偏振器旋转作为空间光强度变化而得到通过使检偏振器旋转在时间轴上得到的光强度的变化。该光强度变化由式(1)表示。另外，在表背面平行、厚度一定的部分23b，无光强度变化，亮度无深浅反差。
图6表示由凸面加工形成板厚差的水晶样品的断面和透过它的光强度波形的相位关系。自水晶样品24的厚度最薄的端面向最厚的中央，光强度呈现周期性变化，其相位形成不等间隔，逐渐展开。
本发明提供一种被测物的厚度测定方法，包括将具有周期的反复明暗的光的图形照在屏幕上的工序；通过相对于该光的图形透明并具有双折射性的被测物的至少测定部位，将所述光的图形照在所述屏幕上的工序；根据通过所述测定部位照射的图形和不通过所述测定部位照射的所述图形的相位偏差、测定与该相位偏差相关的所述测定部位的厚度的工序。
在本发明中，使具有周期的反复明暗的光的图形照在屏幕上的装置，例如使用楔形棱镜。通过楔形棱镜的波形的相位基于形成等间隔这一知识。在楔形棱镜的光路上并列设置被测定板，将被测定板的厚度加在楔形棱镜上，整体构成一个合体楔形棱镜，通过该合体楔形棱镜的光的强度与被测定板的厚度相关，由此换算并求出被测定板的厚度。
也就是说，当对通过楔形棱镜的光进行摄像时，光强度极大的部位形成亮带，偏移90°相位的光强度极小的部位形成暗带，故可观测干涉条纹。在此，当在楔形棱镜上加上被测定板的厚度时，光强度波形的相位产生偏移。例如，着眼于楔形棱镜的光强度极大的部位和与之相邻的极小的部位。在两部位厚度呈直线状变化，将具有相当于两部位间厚度变化量的厚度的被测定板叠置在楔形棱镜上。于是，该极大部位的光强度由于偏移了90°相位而变为极小，对应被测定板的厚度，光强度波形产生的干涉条纹的相位产生变化。因此，可由该变化量测定被测定板的厚度。
本发明的第一方面是一种被测物的厚度测定方法，由偏振器将相干光变换为希望的直线偏振光，将该直线偏振光入射到具有双折射性的被测物的至少测定部位，取出正常光线和异常光线，将取出的光线进一步入射到具有双折射性的楔形棱镜，取出透过所述被测物的测定部位的具有对应被测物及楔形棱镜相加的厚度而变化的相位差的光线，由检偏振器接收取出的光，对所述正常光线和异常光线抽出一个偏振光方向的分量，使该一个偏振光方向的正常光线分量和异常光线分量产生干涉，使产生的干涉作为干涉条纹映照在屏幕上，通过观测映照的干涉条纹，测定依存于该干涉条纹的变位的所述被测物测定部位的厚度。为了使其产生干涉，光源的光必须是相干的。
本发明第二方面与第一方面相反，是入射楔形棱镜后入射被测物的被测物的厚度测定方法。也就是说，由偏振器将相干光变换为直线偏振光，将该直线偏振光入射到具有双折射性的楔形棱镜，取出正常光线和异常光线，将取出的光线进一步入射到具有双折射性的被测物的至少测定部位，取出通过所述被测物的测定部位的具有对应光路上的被测物及楔形棱镜相加的厚度而变化的相位差的光线，由检偏振器接收取出的光，对所述正常光线和异常光线抽出一个偏振光方向的分量，使该一个偏振光方向的正常光线分量和异常光线分量产生干涉，将该干涉作为干涉条纹映照在屏幕上，观测映照的干涉条纹，测定依存于该干涉条纹的变位的所述被测物测定部位的厚度。也可以取代先入射被测物后再入射楔形棱镜的方式，而将被测物和楔形棱镜交换，先入射楔形棱镜后再入射被测物。
本发明第三方面是一种测定具有双折射性的被测物厚度的被测物的厚度测定装置，包括；光源；偏振器，其将来自所述光源的光变换为直线偏振光，并使其入射所述被测物的至少测定部位；楔形棱镜，其具有双折射性，配置为可使所述被测物光路上通过的光在与所述光路正交的方向产生相位差；检偏振器，其自通过所述被测物的测定部位及所述楔形棱镜的光产生依存于所述被测物厚度的干涉；摄像装置，其将所述检偏振器产生的干涉作为干涉条纹进行映照。由于可以仅在光路上设置楔形棱镜的简单结构一次测定被测物的测定部位的厚度，故与测定被测物厚度时需要多次测定的装置相比，可进行高速测定。
本发明第四方面与在被测物后配置楔形棱镜的第一方面不同，是一种在被测物之前配置楔形棱镜的被测物的厚度测定装置。这种测定具有双折射性的被测物厚度的装置包括；光源；偏振器，其将来自所述光源的光变换为直线偏振光；楔形棱镜，其具有双折射性，配置为可使所述偏振器光路上通过的光在与所述光路正交的方向产生相位差并入射到所述被测物的至少测定部位；检偏振器，其自通过所述楔形棱镜及所述被测物的测定部位的光产生依存于所述被测物厚度的干涉；摄像装置，其将所述检偏振器产生的干涉作为干涉条纹进行映照。即使测定点分散于多个部位，也可用仅在光路上设置楔形棱镜的简单结构，高速测定被测物厚度。
在上述本发明第三或第四方面中，最好设有运算器，以比较被测物测定部位的所述干涉条纹的相位偏差和厚度已知的样品的所述干涉条纹的相位偏差，求出所述被测物测定部位的厚度。另外，所述被测物也可是弹性表面波装置用单晶晶片，所述厚度的测定也可是求晶片内指定的五点的厚度的最大值和最小值之差的测定。被测物也可是在表面上经蚀刻而形成多个基础眼状的孔的台面型水晶振荡器用板，所述厚度的测定也可是所述孔的底的厚度的测定。被测物除弹性表面波装置用单晶晶片和台面型水晶振荡器用板外，也包括相位板及光学低通滤波器等光学制品。


图1是实施方式的被测物的厚度测定装置的概略结构图；图2(a)、图2(b)是实施方式的CCD拍摄的干涉条纹的摄像图；图3是表示实施方式的求厚度的线性式的图；图4(a)、图4(b)是表示两张偏振光板的透过光及马吕斯定律的图；图5是透过直线研磨的水晶样品的断面的光的强度波形的相位关系的说明图；图6是透过凸面加工后的水晶样品的断面的光的强度波形的相位关系的说明图；图7是实施方式的变形例的被测物的厚度测定装置的概略结构图；图8是楔形棱镜的尺寸说明图；图9是实施方式的短册形水晶板的CCD拍摄的干涉条纹的摄像图；图10是实施方式的矩形水晶板的CCD拍摄的干涉条纹的摄像图；图11是实施方式的矩形水晶板的CCD拍摄的干涉条纹的摄像图；图12是实施方式的矩形水晶板的CCD拍摄的干涉条纹的摄像图；图13是实施方式的斜形加工后的水晶板的CCD拍摄的干涉条纹的摄像图；图14是SAW晶片检查装置的平面图；图15是SAW晶片检查装置的侧面图；图16是定位平直(オリエンテ-シヨンフラット)和变址平直(インデックスフラット)的位置和TV5的测定点的说明图；图17是实施方式的将光源复合化后的外观测定装置的概略结构图；
图18是现有例的光学板厚测定装置的概略结构图。
具体实施例方式
以下说明本发明的实施方式。
图1表示测定具有双折射性的被测物厚度的被测物测定装置。在该测定装置中作为测定对象的被测物是例如水晶板或弹性表面波装置用晶片等。晶片由对光源发出的光透明的物质例如水晶、铌酸锂(LN)、钽酸锂(LT)、焦硼酸锂(LBO)、La3Ga5SiO14(ランガサイト)、蓝宝石或金刚石等单晶体构成。测定上述被测物的被测物测定装置主要由光源31、偏振器32、楔形棱镜34、检偏振器35、CCD摄像机36、图像处理装置37构成。除楔形棱镜外，渥拉斯顿棱镜或牛顿环等光学部件也可。
光源31使用发出相干光的光源，其波长为了提高测定精度，最好采用波长短的400～600埃。这里，由于是定点测定，所以照射在被测物表面的光是聚束在直径数mm左右区域的光束光。这种光源最好为例如发光二极管(LED)或激光二极管(LD)。
偏振器32将来自光源31的光变换为希望的直线偏振光。
楔形棱镜34也称作斜楔棱镜、薄棱镜、偏向角棱镜或光束偏振光棱镜，形成楔形，具有楔角θ和折射系数n。通常，用于激光束，用于防止第二波长面的反射或光束控制(选择决定光束的路线)，但是，此处是用于使自配置于所述偏振器32和楔形棱镜34之间的光路上的被测物33取出的光线进一步入射到楔形棱镜34，取出具有对应于透过被测物33及楔形棱镜34的光路上的厚度的相位的光线。因此，使不倾斜的面或倾斜的面朝向与光路正交的方向而配置楔形棱镜。光轴方向也必须指定。
楔形棱镜34理想的是由具有与被测物33相同的双折射性的物质构成，使所述偏振器的光路上通过的光在与所述光路正交的方向产生相位差。最好使被测物和楔形棱镜34的光轴一致。楔形棱镜34的光轴方向只要指定为自楔形棱镜34取出的光的强度最好为最大即可。楔角θ具有干涉条纹(莫尔条纹)波长的3～6倍的角度。用于在作为CCD摄像机36摄像的屏幕的摄像面上形成4～5个左右的干涉条纹。这样，就不是以点而是以面进行观察，因此，光的强度不一定要最大。
检偏振器35使通过所述偏振器32和所述楔形棱镜34之间的光路上配置的被测物33及楔形棱镜34并具有依存于被测物33的厚度的相位差的光产生干涉。检偏振器35与检测的光的强度变为最大的旋转位置吻合。
摄像装置对自检偏振器35取出的干涉光进行摄像，作为干涉条纹进行观察。将对应于被测物33上的光束入射点的被测物33及楔形棱镜34相加的总厚度的干涉条纹映照在摄像面上。
由于根据被测物33的入射点位置不同被测物33及楔形棱镜34相加的总厚度不同，所以光通过的光路长度不同。因此，自对应于所述入射点位置的楔形棱镜34的出射点发出的光具有对应于其光路长而不同的相位。沿楔形棱镜34的倾斜面，自楔形棱镜34的出射面发出相位差为λ/4、λ/2、3λ/4、λ…的光。相位差λ/4、3λ/4…为圆偏振光，相位差λ/2、λ…为直线偏振光。当将这些光摄像在摄像装置36的摄像面上时，形成每隔2π而产生浓淡的干涉条纹。摄像装置36例如由CCD摄像机构成。
图像处理装置36比较映照在摄像装置36的干涉条纹和厚度已知的被测物形成的基准干涉条纹，检测干涉条纹的相位差Δ，主要具有根据该相位差求出所述被测物33的厚度的运算器等。相位差Δ与被测物33的厚度相关。当被测物33的厚度变化时，映照在摄像面上的干涉条纹位置偏移，故可检测通过被测物33的光束照射的点的光路上的被测物33的厚度。图像处理专用电路37由计算机等构成。
下面说明使用上述装置的被测物的厚度的测定方法。
自LED等光源发射相干光，由偏振器32变换为希望的直线偏振光。将该直线偏振光入射到具有双折射的被测物33，取出正常光线和异常光线。使取出的光线进一步入射到楔形棱镜34，取出具有对应于透过被测物33及楔形棱镜34的光路上的厚度的相位的光线，由检偏振器35接收取出的光，对正常光线和异常光线抽出一个偏振光方向的分量，使一个偏振光方向的正常光线分量和异常光线分量产生干涉，将产生的干涉条纹映照在摄像装置的监视器上，通过观测映照的干涉条纹，测定依存于干涉条纹位置的被测物的厚度。由于被测物的厚度依存于干涉条纹的相位，干涉条纹的相位的变换与被测物的厚度相关，故可进行厚度测定。
图2(a)、图2(b)显示映照在监视器上的被处理物的任意点的干涉条纹的状况。图2(a)为仅基准干涉条纹的状况，图2(b)分别显示重叠显示基准干涉条纹和测定干涉条纹的情况。根据光束点的面积，干涉条纹的根数可为约4～5根。采用这种程度的根数，一次得到的信息量很多，因此当存在误差时，容易去除该误差，可进行高精度的测定。
与基准样品的干涉条纹相对的被测物的干涉条纹的位置变化量Δ即与基准样品的厚度to相对的被测物厚度t的变化量。在厚度无变化时，Δ＝0，厚度变化大时，Δ变大，厚度变化的增减反转时，Δ的值正负反转。求出相对于Δ的厚度的换算系数m，由图像处理装置37计算图3所示的线性式t＝to+m×Δ则求出被测物的厚度。
如上所述，根据实施方式，与现有例比较，具有下述效果。
(1)不需要对被测物的点进行多次测定，一次即可瞬时得到点的厚度数据，故可进行高速测定。
(2)由于未伴随机械机构，故容易进行保养等，且不需要周边电路等特别装置(电机、齿轮、编码器等)。
(3)由于一次得到的信息量(4～5个)很多，故可进行高精度的测定。
(4)由于是利用波长(波形)的相位测定厚度(t)，故可不受光量变化及厚度引起的光的衰减的影响，可进行稳定的测定。
(5)虽然楔形棱镜的加工精度好的可高精度地进行测定，但是，由于是利用CCD摄像机进行的摄像进行图像处理，故即使加工精度多少有些变化，也可容易地进行补正，可对机械缺陷进行补正。
(6)由于激光的波长采用两种不同的波长，故可加大测定的范围。
(7)作为对象的计测范围只要是SAW晶片，则设定为例如0.5mm±50μm、0.35mm±50μm。但通过在光源采用两种不同的波长，也可计测更薄的范围(例如0.3mm～0.4mm左右)。分辨率设定为1μm(0.25μm～0.5μm/Dig)。
(8)只要是具有双折射性的物质，即使是水晶以外的物质，只要是对光源波长透明的物质即可适用。
(9)由于是非接触性测定，故可在不损伤及污损被测物的前提下进行计测。向装置的安装也很容易，作业性好。
另外，在实施方式中作为被测物例示了弹性表面波装置用晶片。但另外还有台面型水晶振荡器用板、相位板、光学低通滤波器等光学制品。
上述中是将被测定物配置于偏振器和楔形棱镜之间，但也可以配置在楔形棱镜和检偏振器之间。也就是说，如图7所示，以光源31、偏振器32、楔形棱镜34、被测物33、检偏振器35及CCD摄像机36的顺序配置。如果是这种配置，则具有容易直感理解本发明的原理的优点。这是由于如下缘故，即由楔形棱镜34预先形成等间隔的干涉条纹之部位，当向该部位插入被测物33时，重叠映照在被测物图像上的干涉条纹相对于该部位的干涉条纹仅偏移相当于被测物33厚度的量，这一点可真实地观察。
虽然楔形棱镜最好由具有与被测物相同的双折射性的物质构成，但只要是具有双折射性的物质，则也可由与被测物不同的物质构成。这种情况下，需要预先清楚波长及其双折射值，并且，求出厚度的运算会变得复杂。
楔形棱镜最好是正常光、异常光的光强度最大的棱镜。图8所示的楔形棱镜的具体尺寸例如如下。宽度W＝10mm，长度L＝10mm，顶边TS＝3mm。另外，设底边TL＝顶边TS+(顶边-底边)δ，则对应需要的干涉条纹的数量，可将δ变为0.5mm、1.0mm、1.5mm。另外，为了使楔形棱镜小型化，最好是W×L＝5mm×5mm左右的大小。
下面，就要求5点测定(TV5)的SAW晶片的测定点选定微小水晶板时的水晶板的厚度测定进行说明。图9～图13表示对水晶板测定的干涉条纹的例子。楔形棱镜使用宽度W＝10mm，长度L＝10mm，顶边TS＝3mm、底边TL＝1.0mm的棱镜。透过光源使用波长660nm的红色发光二极管。也可以使用450nm的蓝色发光二极管。
图9表示作为被测物将短册形厚度均匀的水晶板25置于楔形棱镜引起的干涉条纹的部位17时的定性摄像图像。干涉条纹的明暗由式(1)表示。该图中，由于未示意进行点测定，故将照射在水晶板25的光不聚束地照射在水晶板25的整个面上。另外，在对光进行聚束的情况下，点直径最好为φ1～2mm左右。由图可知水晶板25面内的干涉条纹18相对于部位17的干涉条纹产生了偏移。其偏移量与水晶板的厚度对应。
图10所示的矩形水晶板的尺寸为长度LC＝1.2mm，宽度WC＝1.0mm，厚度t＝14μm。厚度越薄，相对于干涉条纹的部位的水晶板上的干涉条纹的相位的偏移就越小。图11所示的矩形水晶板的尺寸为长度LC＝2.2mm，宽度WC＝1.5mm，厚度t＝35μm。与图11的水晶板相比，厚度增厚的量使相位的偏移增大。相位的偏移为90°左右。图12所示的矩形水晶板的尺寸为长度LC＝2.0mm，宽度WC＝1.5mm，厚度t＝79μm。与图11的水晶板相比，厚度增厚变为2倍以上，故相位的偏移接近180°。
图13表示将端面进行了斜面加工的水晶板26置于楔形棱镜引起的干涉条纹的部位17时的摄像图像。水晶板的尺寸为长度LC＝7.0mm，WC＝1.5mm，tMax＝384μm。由图可知，由于水晶板的端部板厚是变化的，故根据其变化板面内的干涉条纹也发生变形，但是，随着朝向板厚未变化的中央部，变为与部位的干涉条纹平行。
另外，作为提高板厚测定精度的方法有(1)光源的波长λ短，(2)提高显微镜的倍率，(3)提高图像处理中的子图像元素处理等。其中，对(1)而言，只要将波长区域设定为蓝色～紫色即可。若为300nm的紫外光，则可进行更高精度的测定。另外，波长660nm的红色光源厚度测定的级(0rder)为110μm，波长450nm的蓝色光源为75μm。在实施例中，当测定相位相对于基准相位偏移45°时，厚度为9.375μm，偏移67°时，厚度为14μm，偏移90°时，厚度为18.75μm，偏移180°时，厚度为37.5μm。
实施例下面对将上述被测物的厚度测定方法及其装置应用于弹性表面波装置用单晶体晶片的一个实施例进行说明。图14及图15是SAW晶片检查装置的平面图及侧面图。
图14中，SAW晶片检查装置中央配置有搬送晶片的搬送室51，搬送室51的里面配置有检查晶片W的检查室52，搬送室的前面配置有操作控制装置的操作台53。
搬送室51具有设于中央的晶片搬送机械手54和设于晶片搬送机械手54左右的盒55。晶片搬送机械手54自晶片盒56拔出被检查前的晶片W并搬送到检查室52，另一方面，自检查室52将在检查室52检查后的检查过的被检查晶片W搬送到搬送室51，收纳于晶片盒56中。盒台55在以晶片搬送机械手54为中心的圆周上的左侧和右侧各设置多个(图示例中为各设置4个)晶片盒56。在各晶片盒56中收纳有多张被检查SAW晶片。例如在左侧的晶片盒56中收纳检查前的被检查晶片W，在右侧的晶片盒56中收纳检查过的被检查晶片W。
检查室52进行晶片的5点厚度偏差、外观、形状等的检查。具有XY载物台57，XY载物台57周向安装以三点支承被检查晶片W外周的支承装置58，其可以三点支承被检查晶片W，同时向X、Y方向移动。通过该移动，也可进行TV5的5点测定。
操作台53设有与作为未图示的图像处理装置的计算机连接的键盘59、鼠标器60和操纵杆(操作杆)61，通过它们的操作，控制所述晶片搬送机械手54、XY载物台57进行规定的搬送和检查。
由图15可知，在检查室52的XY载物台57的上方安装有CCD摄像机62，该CCD摄像机62对透过未图示的厚度测定用光源、偏振器、被测定晶片、楔形棱镜和检偏振器的光进行摄像，用由设于搬送室51上方的监视器等构成的显示装置63进行显示。
SAW晶片要求TV5符合一定的规格。如图16所示，为了检查晶片面内的5点厚度偏差，要预先对已知厚度的基准晶片，观测晶片面内地规定的5点的干涉条纹，存储基准干涉条纹产生的位置。另外，基准干涉条纹的采取点不必特指5点，可以是晶片面内的任意一点。
比较测定干涉条纹位置和基准干涉条纹位置，求出其差Δ。由所述式求各点的厚度，求这些厚度的最大值和最小值之差，将其作为TV5的测定。
根据本实施例，在测定晶片上任意点的厚度时，不需要进行多次测定，可一次瞬时测定，所以即使测定点增加到5点也可高速测定。在进行厚度测定时，可原样利用由XY载物台及支承装置等构成的尺寸检查及用于外观检查装置的检查机构，所以不需要厚度测定专用的周边电路及电机、齿轮、编码器等。另外，由于是针对各测定点观测4～5个干涉条纹得到各干涉条纹的相位差Δ，故一次得到的信息量很多，可进行高精度的测定。
由于是用干涉条纹相位差测定厚度，故不受光量变化及晶片厚度引起的光的衰减的影响，可进行稳定的计测。由于是非接触型测定，故可在不损伤和污损测定物的前提下进行计测。与尺寸计测和外观检查相同，由于是非接触型测定，故不是抽样检查，可全数测定。
关于测定精度，抛光的晶片的表面粗糙度为0.06μm(“水晶频率控制装置”冈野庄太郎著，技术(テクノ)、26页)。由于这只是单面，故考虑到两面的变换则有0.12μm的粗糙度。该值当考虑晶片厚度的测定值为0.5mm±50μm、0.35mm±50μm时，几乎可以忽略，不会对测定精度产生影响。因此，最好楔形棱镜也使用抛光过的棱镜。
在实施例中，是就被测物是表面平直的SAW装置用晶片(使用表面)的情况进行说明的，但本发明对晶片上蚀刻加工出多个基础眼状的孔的台面型水晶振荡器用板(使用整体)和光学低通滤波器等光学制品的厚度测定也有效。
另外，在实施方式中是就对TV5的应用例进行说明的，但本发明除此之外也可应用于TTV、LTV的计测。
在上述实施例中，叙述了在检查室52对晶片的5点厚度偏差及外观、形状等进行检查的情况，但除了晶片的5点厚度偏差外，为了光学性地且非接触性地进行外观、形状等外观检查，只要如图17所示，使测定装置的光源复合即可。在用于测定所述厚度的透过光源31外设置同轴光源41、斜光光源42、暗视野光源43。同轴光源41是使用棱镜39使显微镜38的轴与照明轴同轴，通过物镜对被测物33进行照明，以观察反射光的光源。斜光光源42是对显微镜38轴上的被测物33，在轴外具有光源轴以照明被测物33的光源。暗视野光源43是不使环状的照明光进入视野，仅观察散射或衍射的光的光源(例如参照日本特开2000-171401号(专利第3009659号))。切换包括透过光源31的这些光源，进行所述外观、形状等的检查。利用同轴落射检测表面的伤痕及灰尘。利用斜光检测划伤。用暗视野检测裂纹及倒角(例如参照特开平9-288063号公报(日本专利第2821460号))。然后如上所述用透过光(双折射)进行TV5测定。
根据本发明，利用仅将楔形棱镜配置于光路上的简单结构即可瞬时测定厚度。即使测定点散在于多个部位，也可进行高速测定。由于配置于光路上的楔形棱镜是固定的，故与每次测定都使检偏振器旋转来测定厚度的装置相比，可实现结构的简化。
权利要求
1.一种被测物的厚度测定方法，包括将具有周期的反复明暗的光的图形照在屏幕上的工序；将所述光的图形通过相对于该光的图形透明并具有双折射性的被测物的至少测定部位照在所述屏幕上的工序；根据通过所述测定部位照射的图形和不通过所述测定部位照射的所述图形的相位偏差，测定与该相位偏差相关的所述测定部位的厚度的工序。
2.如权利要求1所述的被测物的厚度测定方法，所述具有周期的反复明暗的光的图形照在屏幕上的工序包括用偏振器将相干光变换为直线偏振光的工序；通过具有双折射性的光学部件，将该直线偏振光分为具有根据所述光学部件的厚度而变换的相位差的正常光及异常光，然后取出的工序；通过检偏振器将所述取出的所述正常光和所述异常光抽出一个偏振光方向的分量，将该一个偏振光方向的正常光分量和异常光分量的干涉形成的干涉条纹映照在屏幕上的工序。
3.如权利要求2所述的被测物的厚度测定方法，所述光学部件为楔形棱镜。
4.如权利要求1所述的被测物的厚度测定方法，所述将所述光的图形通过相对于该光的图形透明并具有双折射性的被测物照在所述屏幕上的工序包括将相对于所述光透明并具有双折射性的被测物插入所述明暗的光的光路中，使所述光的图形通过所述被测物的至少测定部位的工序；和将相对于不通过所述被测物时映照在所述屏幕上的所述图形产生与所述测定部位的厚度对应的相位偏差的所述图形映照在所述测定部位及所述屏幕上的工序。
5.一种被测物的厚度测定方法，包括在同一光路上顺序配置偏振器、楔形棱镜和检偏振器，自偏振器入射相干光，将自检偏振器射出的由所述楔形棱镜形成的干涉条纹映照在屏幕上的工序；将相对于所述光透明并具有双折射性的被测物插入所述偏振器和所述楔形棱镜之间或所述楔形棱镜和所述检偏振器之间，将形成由所述楔形棱镜和所述被测物引起的干涉条纹的所述被测物的至少测定部位的图像映照在所述屏幕上的工序；根据通过所述楔形棱镜映照在所述屏幕上的干涉条纹、和通过所述楔形棱镜及所述被测物的测定部位映照在所述屏幕上的所述被测物的测定部位的干涉条纹的相位偏差，测定与该相位偏差相关的所述被测物的测定部位的厚度。
6.如权利要求5所述的被测物的厚度测定方法，通过比较所述被测物的测定部位产生的所述干涉条纹的相位偏差和厚度已知的样品产生的所述干涉条纹的相位偏差，测定所述被测物的测定部位的厚度。
7.如权利要求5所述的被测物的厚度测定方法，所述被测物为在表面上经蚀刻而形成多个基础眼状的孔的台面型水晶振荡器用板，所述厚度的测定是所述孔的底的厚度的测定。
8.如权利要求5所述的被测物的厚度测定方法，所述被测物为弹性表面波装置用单晶晶片。
9.如权利要求8所述的被测物的厚度测定方法，所述厚度的测定是求晶片面内指定的5点的厚度的最大值和最小值之差。
10.如权利要求5所述的被测物的厚度测定方法，所述弹性表面波用单晶晶片由水晶、La3Ga5SiO14、钽酸锂(LT)、焦硼酸锂(LBO)、蓝宝石、或金刚石等构成。
11.如权利要求5所述的被测物的厚度测定方法，将多个干涉条纹映照在所述屏幕上，将该多个干涉条纹的相位偏差平均，测定所述被测物的测定部位的厚度。
12.一种被测物的厚度测定装置，包括屏幕；图形生成装置，其将具有反复周期的明暗光的图形映照在所述屏幕上；测定装置，其在将相对于所述光透明并具有双折射性的被测物插入所述图形的光路中的情况下，根据映照在所述屏幕上的不通过所述被测物的图形和通过所述被测物的图形的相位差，测定与该相位差相关的所述被测物的厚度。
13.如权利要求12所述的被测物的厚度测定装置，所述图形生成装置包括光源；偏振器，其将来自所述光源的光变换为直线偏振光，并使其入射所述被测物；光学部件，其具有双折射性，配置为可使所述被测物光路上通过的光在与所述光路正交的方向产生相位差；检偏振器，其自通过所述被测物及所述楔形棱镜的光产生依存于所述被测物厚度的干涉。
14.如权利要求12所述的被测物的厚度测定装置，所述图形生成装置包括光源；偏振器，其将来自所述光源的光变换为直线偏振光；光学部件，其具有双折射性，配置为可使所述偏振器光路上通过的光在与所述光路正交的方向产生相位差，并使其入射所述被测物；检偏振器，其自通过所述光学部件及所述被测物的光产生依存于所述被测物厚度的干涉。
15.如权利要求13或14所述的被测物的厚度测定装置，其中，所述光学部件为楔形棱镜。
16.如权利要求13或14所述的被测物的厚度测定装置，其中，所述光学部件为渥拉斯顿棱镜。
17.如权利要求13或14所述的被测物的厚度测定装置，其中，所述光学部件为牛顿环。
18.如权利要求12所述的被测物的厚度测定装置，包括运算器，该运算器通过比较所述被测物的测定部位产生的所述干涉条纹的相位偏差和厚度已知的样品产生的所述干涉条纹的相位偏差，求所述被测物的测定部位的厚度。
19.如权利要求12所述的被测物的厚度测定装置，其中，所述光源为发光二极管。
20.如权利要求19所述的被测物的厚度测定装置，所述发光二极管为蓝色发光二极管。
全文摘要
一种被测物的厚度测定方法及其装置,可进行高速、高精度、稳定的测定,容易保养。用偏振器32将自光源31射出的相干光变换为希望的直线偏振光,使该直线偏振光入射具有双折射性的被测物33,取出正常光线和异常光线,使取出的光线进一步入射楔形棱镜34,取出透过被测物33的具有与测定部位的被测物33及楔形棱镜34相加的厚度对应而变化的相位差的光线。由检偏振器35接受取出的光,对正常光线和异常光线抽出一个偏振光方向的分量,产生一个偏振光方向的正常光线分量和异常光线分量的干涉,将产生的干涉作为干涉条纹映照在摄像装置36的屏幕上,通过观测映照的干涉条纹,由图像处理装置37测定依存于干涉条纹的变位的被测物33的厚度。
文档编号G01B11/06GK1381707SQ0112472
公开日2002年11月27日 申请日期2001年7月26日 优先权日2000年7月26日
发明者小林了, 高桥升 申请人:日本马克西斯株式会社