專利名稱：被測物的厚度測定方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及被測物的厚度測定方法及其裝置，特別涉及適于水晶等具有雙折射性的透明薄片的厚度測定。
背景技術(shù)：
目前，公開的有測定具有雙折射性的基板的厚度的光學(xué)板厚測定裝置(例如日本特開平9-292208號公報)。如圖18所示，該光學(xué)板厚測定裝置包括產(chǎn)生激光的激光光源2；偏振器3，其將自激光光源2射出的激光變換為希望的直線偏振光并入射到被測定基板4；檢測器7，自透過被測定基板4的激光中抽出一個偏振光方向的分量；光檢測器8，檢測由檢測器7抽出的激光的光強度；步進電機15，其通過齒輪13驅(qū)動安裝在圓板12上的檢測器7旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)編碼器14，其檢測檢測器7的旋轉(zhuǎn)角度。
通過由偏振器3將激光變換為希望的直線偏振光，使該直線偏振光入射到被測定基板4，而使接收透過被測定基板4的激光并抽出一個偏振光方向的分量的檢測器7以入射光軸為中心旋轉(zhuǎn)，從而抽出相互正交的兩個直線偏振光分量及與這些直線偏振光分量錯開45度而相互正交的兩個直線偏振光分量，根據(jù)這些各直線偏振光分量的相位差測定被測定基板4的板厚。
被測定基板4的板厚t以下式表示t＝(λ/2π)×(1/dn)×Δ其中，λ測定波長，Δ被測定基板的相位差，2π360度，dn正常光及異常光的折射率差。
一邊依次使檢測器7旋轉(zhuǎn)，一邊利用光檢測器8測定每個旋轉(zhuǎn)角度(例如π/2、π/4、0、-π/4)的光強度I1、I2、I3、I4，根據(jù)這些各測定結(jié)果求Δ，將該相位差Δ代入上式，求水晶等被測定基板的板厚t。
據(jù)此，在測定具有雙折射性的被測定基板的板厚時，不會損傷基板表面，可以μm以下的測定精度，正確測定板厚，同時，即使被測定基板的厚度為激光光源的波長λ的1/2以上，也可測定被測定基板的厚度。
但是，上述現(xiàn)有技術(shù)存在各種問題。
(1)由于需要一邊依次旋轉(zhuǎn)檢測器，一邊多次測定每個旋轉(zhuǎn)角的光強度(實施方式中為四次測定)，一次不能得到點數(shù)據(jù)，故不能進行高速測定。尤其是在水晶薄片等要求的TV5(Thickness Variation Five Points)時，必須測定五個點數(shù)據(jù)，故難以實現(xiàn)高速化。
(2)由于存在電機、齒輪、編碼器等機械機構(gòu)，故難于進行保養(yǎng)，需要控制機構(gòu)的周邊電路等特別的控制系統(tǒng)。
(3)由于一次得到的信息量少，故若含有誤差，則難于去除該誤差，不能進行高精度的測定。
(4)由于是利用光的強度測定厚度，會受到光量變化及被測物的厚度引起的光的衰減產(chǎn)生的影響，計測不穩(wěn)定。
(5)由于是用光檢測器而非攝像器進行檢測，故當(dāng)裝置的各構(gòu)成要素的加工精度發(fā)生變化時，難于進行補正，也不能補正裝置各構(gòu)成要素的機械缺陷。
(6)由于裝置的一部分(圓板12和齒輪13)為接觸型，故容易損傷或污損被測物，定心等向裝置的安裝也很困難，作業(yè)性差。
本發(fā)明的目的在于，提供一種解決了上述現(xiàn)有技術(shù)的問題的被測物的厚度測定方法及其裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的原理如下。如圖4(a)、圖4(b)所示，將偏振光板構(gòu)成的偏振器21和檢偏振器22疊置在同一光路上，使檢偏振器22旋轉(zhuǎn)時(圖4(a))，其透過光每隔90°(＝π/2)變亮或變暗(圖4(b))。設(shè)兩張偏振光板主軸的角度為φ，測定此時的光的強度時，下式(1)的關(guān)系成立(馬呂斯(Malus)定律)I(φ)＝Iocos2φ(1)其中，Io為偏振器的透過強度。
圖5表示具有傾斜面和水平面的水晶樣品的斷面和透過它的光的強度波形的相位關(guān)系。由偏振器使來自光源的光形成直線偏振光，使其自垂直于水平面的方向照射在水晶樣品23上，用檢偏振器檢測透過水晶樣品的光，由CCD攝像機測定光的強度。檢偏振器要與光強度最大的旋轉(zhuǎn)位置相吻合。在水晶樣品23中，在以一定角度研磨成楔形棱鏡狀的部分23a，光強度呈現(xiàn)周期變化，其相位形成等間隔。也就是說，不使檢偏振器旋轉(zhuǎn)作為空間光強度變化而得到通過使檢偏振器旋轉(zhuǎn)在時間軸上得到的光強度的變化。該光強度變化由式(1)表示。另外，在表背面平行、厚度一定的部分23b，無光強度變化，亮度無深淺反差。
圖6表示由凸面加工形成板厚差的水晶樣品的斷面和透過它的光強度波形的相位關(guān)系。自水晶樣品24的厚度最薄的端面向最厚的中央，光強度呈現(xiàn)周期性變化，其相位形成不等間隔，逐漸展開。
本發(fā)明提供一種被測物的厚度測定方法，包括將具有周期的反復(fù)明暗的光的圖形照在屏幕上的工序；通過相對于該光的圖形透明并具有雙折射性的被測物的至少測定部位，將所述光的圖形照在所述屏幕上的工序；根據(jù)通過所述測定部位照射的圖形和不通過所述測定部位照射的所述圖形的相位偏差、測定與該相位偏差相關(guān)的所述測定部位的厚度的工序。
在本發(fā)明中，使具有周期的反復(fù)明暗的光的圖形照在屏幕上的裝置，例如使用楔形棱鏡。通過楔形棱鏡的波形的相位基于形成等間隔這一知識。在楔形棱鏡的光路上并列設(shè)置被測定板，將被測定板的厚度加在楔形棱鏡上，整體構(gòu)成一個合體楔形棱鏡，通過該合體楔形棱鏡的光的強度與被測定板的厚度相關(guān)，由此換算并求出被測定板的厚度。
也就是說，當(dāng)對通過楔形棱鏡的光進行攝像時，光強度極大的部位形成亮帶，偏移90°相位的光強度極小的部位形成暗帶，故可觀測干涉條紋。在此，當(dāng)在楔形棱鏡上加上被測定板的厚度時，光強度波形的相位產(chǎn)生偏移。例如，著眼于楔形棱鏡的光強度極大的部位和與之相鄰的極小的部位。在兩部位厚度呈直線狀變化，將具有相當(dāng)于兩部位間厚度變化量的厚度的被測定板疊置在楔形棱鏡上。于是，該極大部位的光強度由于偏移了90°相位而變?yōu)闃O小，對應(yīng)被測定板的厚度，光強度波形產(chǎn)生的干涉條紋的相位產(chǎn)生變化。因此，可由該變化量測定被測定板的厚度。
本發(fā)明的第一方面是一種被測物的厚度測定方法，由偏振器將相干光變換為希望的直線偏振光，將該直線偏振光入射到具有雙折射性的被測物的至少測定部位，取出正常光線和異常光線，將取出的光線進一步入射到具有雙折射性的楔形棱鏡，取出透過所述被測物的測定部位的具有對應(yīng)被測物及楔形棱鏡相加的厚度而變化的相位差的光線，由檢偏振器接收取出的光，對所述正常光線和異常光線抽出一個偏振光方向的分量，使該一個偏振光方向的正常光線分量和異常光線分量產(chǎn)生干涉，使產(chǎn)生的干涉作為干涉條紋映照在屏幕上，通過觀測映照的干涉條紋，測定依存于該干涉條紋的變位的所述被測物測定部位的厚度。為了使其產(chǎn)生干涉，光源的光必須是相干的。
本發(fā)明第二方面與第一方面相反，是入射楔形棱鏡后入射被測物的被測物的厚度測定方法。也就是說，由偏振器將相干光變換為直線偏振光，將該直線偏振光入射到具有雙折射性的楔形棱鏡，取出正常光線和異常光線，將取出的光線進一步入射到具有雙折射性的被測物的至少測定部位，取出通過所述被測物的測定部位的具有對應(yīng)光路上的被測物及楔形棱鏡相加的厚度而變化的相位差的光線，由檢偏振器接收取出的光，對所述正常光線和異常光線抽出一個偏振光方向的分量，使該一個偏振光方向的正常光線分量和異常光線分量產(chǎn)生干涉，將該干涉作為干涉條紋映照在屏幕上，觀測映照的干涉條紋，測定依存于該干涉條紋的變位的所述被測物測定部位的厚度。也可以取代先入射被測物后再入射楔形棱鏡的方式，而將被測物和楔形棱鏡交換，先入射楔形棱鏡后再入射被測物。
本發(fā)明第三方面是一種測定具有雙折射性的被測物厚度的被測物的厚度測定裝置，包括；光源；偏振器，其將來自所述光源的光變換為直線偏振光，并使其入射所述被測物的至少測定部位；楔形棱鏡，其具有雙折射性，配置為可使所述被測物光路上通過的光在與所述光路正交的方向產(chǎn)生相位差；檢偏振器，其自通過所述被測物的測定部位及所述楔形棱鏡的光產(chǎn)生依存于所述被測物厚度的干涉；攝像裝置，其將所述檢偏振器產(chǎn)生的干涉作為干涉條紋進行映照。由于可以僅在光路上設(shè)置楔形棱鏡的簡單結(jié)構(gòu)一次測定被測物的測定部位的厚度，故與測定被測物厚度時需要多次測定的裝置相比，可進行高速測定。
本發(fā)明第四方面與在被測物后配置楔形棱鏡的第一方面不同，是一種在被測物之前配置楔形棱鏡的被測物的厚度測定裝置。這種測定具有雙折射性的被測物厚度的裝置包括；光源；偏振器，其將來自所述光源的光變換為直線偏振光；楔形棱鏡，其具有雙折射性，配置為可使所述偏振器光路上通過的光在與所述光路正交的方向產(chǎn)生相位差并入射到所述被測物的至少測定部位；檢偏振器，其自通過所述楔形棱鏡及所述被測物的測定部位的光產(chǎn)生依存于所述被測物厚度的干涉；攝像裝置，其將所述檢偏振器產(chǎn)生的干涉作為干涉條紋進行映照。即使測定點分散于多個部位，也可用僅在光路上設(shè)置楔形棱鏡的簡單結(jié)構(gòu)，高速測定被測物厚度。
在上述本發(fā)明第三或第四方面中，最好設(shè)有運算器，以比較被測物測定部位的所述干涉條紋的相位偏差和厚度已知的樣品的所述干涉條紋的相位偏差，求出所述被測物測定部位的厚度。另外，所述被測物也可是彈性表面波裝置用單晶晶片，所述厚度的測定也可是求晶片內(nèi)指定的五點的厚度的最大值和最小值之差的測定。被測物也可是在表面上經(jīng)蝕刻而形成多個基礎(chǔ)眼狀的孔的臺面型水晶振蕩器用板，所述厚度的測定也可是所述孔的底的厚度的測定。被測物除彈性表面波裝置用單晶晶片和臺面型水晶振蕩器用板外，也包括相位板及光學(xué)低通濾波器等光學(xué)制品。


圖1是實施方式的被測物的厚度測定裝置的概略結(jié)構(gòu)圖；圖2(a)、圖2(b)是實施方式的CCD拍攝的干涉條紋的攝像圖；圖3是表示實施方式的求厚度的線性式的圖；圖4(a)、圖4(b)是表示兩張偏振光板的透過光及馬呂斯定律的圖；圖5是透過直線研磨的水晶樣品的斷面的光的強度波形的相位關(guān)系的說明圖；圖6是透過凸面加工后的水晶樣品的斷面的光的強度波形的相位關(guān)系的說明圖；圖7是實施方式的變形例的被測物的厚度測定裝置的概略結(jié)構(gòu)圖；圖8是楔形棱鏡的尺寸說明圖；圖9是實施方式的短冊形水晶板的CCD拍攝的干涉條紋的攝像圖；圖10是實施方式的矩形水晶板的CCD拍攝的干涉條紋的攝像圖；圖11是實施方式的矩形水晶板的CCD拍攝的干涉條紋的攝像圖；圖12是實施方式的矩形水晶板的CCD拍攝的干涉條紋的攝像圖；圖13是實施方式的斜形加工后的水晶板的CCD拍攝的干涉條紋的攝像圖；圖14是SAW晶片檢查裝置的平面圖；圖15是SAW晶片檢查裝置的側(cè)面圖；圖16是定位平直(オリエンテ-シヨンフラット)和變址平直(インデックスフラット)的位置和TV5的測定點的說明圖；圖17是實施方式的將光源復(fù)合化后的外觀測定裝置的概略結(jié)構(gòu)圖；
圖18是現(xiàn)有例的光學(xué)板厚測定裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
以下說明本發(fā)明的實施方式。
圖1表示測定具有雙折射性的被測物厚度的被測物測定裝置。在該測定裝置中作為測定對象的被測物是例如水晶板或彈性表面波裝置用晶片等。晶片由對光源發(fā)出的光透明的物質(zhì)例如水晶、鈮酸鋰(LN)、鉭酸鋰(LT)、焦硼酸鋰(LBO)、La3Ga5SiO14(ランガサイト)、藍寶石或金剛石等單晶體構(gòu)成。測定上述被測物的被測物測定裝置主要由光源31、偏振器32、楔形棱鏡34、檢偏振器35、CCD攝像機36、圖像處理裝置37構(gòu)成。除楔形棱鏡外，渥拉斯頓棱鏡或牛頓環(huán)等光學(xué)部件也可。
光源31使用發(fā)出相干光的光源，其波長為了提高測定精度，最好采用波長短的400～600埃。這里，由于是定點測定，所以照射在被測物表面的光是聚束在直徑數(shù)mm左右區(qū)域的光束光。這種光源最好為例如發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(LD)。
偏振器32將來自光源31的光變換為希望的直線偏振光。
楔形棱鏡34也稱作斜楔棱鏡、薄棱鏡、偏向角棱鏡或光束偏振光棱鏡，形成楔形，具有楔角θ和折射系數(shù)n。通常，用于激光束，用于防止第二波長面的反射或光束控制(選擇決定光束的路線)，但是，此處是用于使自配置于所述偏振器32和楔形棱鏡34之間的光路上的被測物33取出的光線進一步入射到楔形棱鏡34，取出具有對應(yīng)于透過被測物33及楔形棱鏡34的光路上的厚度的相位的光線。因此，使不傾斜的面或傾斜的面朝向與光路正交的方向而配置楔形棱鏡。光軸方向也必須指定。
楔形棱鏡34理想的是由具有與被測物33相同的雙折射性的物質(zhì)構(gòu)成，使所述偏振器的光路上通過的光在與所述光路正交的方向產(chǎn)生相位差。最好使被測物和楔形棱鏡34的光軸一致。楔形棱鏡34的光軸方向只要指定為自楔形棱鏡34取出的光的強度最好為最大即可。楔角θ具有干涉條紋(莫爾條紋)波長的3～6倍的角度。用于在作為CCD攝像機36攝像的屏幕的攝像面上形成4～5個左右的干涉條紋。這樣，就不是以點而是以面進行觀察，因此，光的強度不一定要最大。
檢偏振器35使通過所述偏振器32和所述楔形棱鏡34之間的光路上配置的被測物33及楔形棱鏡34并具有依存于被測物33的厚度的相位差的光產(chǎn)生干涉。檢偏振器35與檢測的光的強度變?yōu)樽畲蟮男D(zhuǎn)位置吻合。
攝像裝置對自檢偏振器35取出的干涉光進行攝像，作為干涉條紋進行觀察。將對應(yīng)于被測物33上的光束入射點的被測物33及楔形棱鏡34相加的總厚度的干涉條紋映照在攝像面上。
由于根據(jù)被測物33的入射點位置不同被測物33及楔形棱鏡34相加的總厚度不同，所以光通過的光路長度不同。因此，自對應(yīng)于所述入射點位置的楔形棱鏡34的出射點發(fā)出的光具有對應(yīng)于其光路長而不同的相位。沿楔形棱鏡34的傾斜面，自楔形棱鏡34的出射面發(fā)出相位差為λ/4、λ/2、3λ/4、λ…的光。相位差λ/4、3λ/4…為圓偏振光，相位差λ/2、λ…為直線偏振光。當(dāng)將這些光攝像在攝像裝置36的攝像面上時，形成每隔2π而產(chǎn)生濃淡的干涉條紋。攝像裝置36例如由CCD攝像機構(gòu)成。
圖像處理裝置36比較映照在攝像裝置36的干涉條紋和厚度已知的被測物形成的基準(zhǔn)干涉條紋，檢測干涉條紋的相位差Δ，主要具有根據(jù)該相位差求出所述被測物33的厚度的運算器等。相位差Δ與被測物33的厚度相關(guān)。當(dāng)被測物33的厚度變化時，映照在攝像面上的干涉條紋位置偏移，故可檢測通過被測物33的光束照射的點的光路上的被測物33的厚度。圖像處理專用電路37由計算機等構(gòu)成。
下面說明使用上述裝置的被測物的厚度的測定方法。
自LED等光源發(fā)射相干光，由偏振器32變換為希望的直線偏振光。將該直線偏振光入射到具有雙折射的被測物33，取出正常光線和異常光線。使取出的光線進一步入射到楔形棱鏡34，取出具有對應(yīng)于透過被測物33及楔形棱鏡34的光路上的厚度的相位的光線，由檢偏振器35接收取出的光，對正常光線和異常光線抽出一個偏振光方向的分量，使一個偏振光方向的正常光線分量和異常光線分量產(chǎn)生干涉，將產(chǎn)生的干涉條紋映照在攝像裝置的監(jiān)視器上，通過觀測映照的干涉條紋，測定依存于干涉條紋位置的被測物的厚度。由于被測物的厚度依存于干涉條紋的相位，干涉條紋的相位的變換與被測物的厚度相關(guān)，故可進行厚度測定。
圖2(a)、圖2(b)顯示映照在監(jiān)視器上的被處理物的任意點的干涉條紋的狀況。圖2(a)為僅基準(zhǔn)干涉條紋的狀況，圖2(b)分別顯示重疊顯示基準(zhǔn)干涉條紋和測定干涉條紋的情況。根據(jù)光束點的面積，干涉條紋的根數(shù)可為約4～5根。采用這種程度的根數(shù)，一次得到的信息量很多，因此當(dāng)存在誤差時，容易去除該誤差，可進行高精度的測定。
與基準(zhǔn)樣品的干涉條紋相對的被測物的干涉條紋的位置變化量Δ即與基準(zhǔn)樣品的厚度to相對的被測物厚度t的變化量。在厚度無變化時，Δ＝0，厚度變化大時，Δ變大，厚度變化的增減反轉(zhuǎn)時，Δ的值正負(fù)反轉(zhuǎn)。求出相對于Δ的厚度的換算系數(shù)m，由圖像處理裝置37計算圖3所示的線性式t＝to+m×Δ則求出被測物的厚度。
如上所述，根據(jù)實施方式，與現(xiàn)有例比較，具有下述效果。
(1)不需要對被測物的點進行多次測定，一次即可瞬時得到點的厚度數(shù)據(jù)，故可進行高速測定。
(2)由于未伴隨機械機構(gòu)，故容易進行保養(yǎng)等，且不需要周邊電路等特別裝置(電機、齒輪、編碼器等)。
(3)由于一次得到的信息量(4～5個)很多，故可進行高精度的測定。
(4)由于是利用波長(波形)的相位測定厚度(t)，故可不受光量變化及厚度引起的光的衰減的影響，可進行穩(wěn)定的測定。
(5)雖然楔形棱鏡的加工精度好的可高精度地進行測定，但是，由于是利用CCD攝像機進行的攝像進行圖像處理，故即使加工精度多少有些變化，也可容易地進行補正，可對機械缺陷進行補正。
(6)由于激光的波長采用兩種不同的波長，故可加大測定的范圍。
(7)作為對象的計測范圍只要是SAW晶片，則設(shè)定為例如0.5mm±50μm、0.35mm±50μm。但通過在光源采用兩種不同的波長，也可計測更薄的范圍(例如0.3mm～0.4mm左右)。分辨率設(shè)定為1μm(0.25μm～0.5μm/Dig)。
(8)只要是具有雙折射性的物質(zhì)，即使是水晶以外的物質(zhì)，只要是對光源波長透明的物質(zhì)即可適用。
(9)由于是非接觸性測定，故可在不損傷及污損被測物的前提下進行計測。向裝置的安裝也很容易，作業(yè)性好。
另外，在實施方式中作為被測物例示了彈性表面波裝置用晶片。但另外還有臺面型水晶振蕩器用板、相位板、光學(xué)低通濾波器等光學(xué)制品。
上述中是將被測定物配置于偏振器和楔形棱鏡之間，但也可以配置在楔形棱鏡和檢偏振器之間。也就是說，如圖7所示，以光源31、偏振器32、楔形棱鏡34、被測物33、檢偏振器35及CCD攝像機36的順序配置。如果是這種配置，則具有容易直感理解本發(fā)明的原理的優(yōu)點。這是由于如下緣故，即由楔形棱鏡34預(yù)先形成等間隔的干涉條紋之部位，當(dāng)向該部位插入被測物33時，重疊映照在被測物圖像上的干涉條紋相對于該部位的干涉條紋僅偏移相當(dāng)于被測物33厚度的量，這一點可真實地觀察。
雖然楔形棱鏡最好由具有與被測物相同的雙折射性的物質(zhì)構(gòu)成，但只要是具有雙折射性的物質(zhì)，則也可由與被測物不同的物質(zhì)構(gòu)成。這種情況下，需要預(yù)先清楚波長及其雙折射值，并且，求出厚度的運算會變得復(fù)雜。
楔形棱鏡最好是正常光、異常光的光強度最大的棱鏡。圖8所示的楔形棱鏡的具體尺寸例如如下。寬度W＝10mm，長度L＝10mm，頂邊TS＝3mm。另外，設(shè)底邊TL＝頂邊TS+(頂邊-底邊)δ，則對應(yīng)需要的干涉條紋的數(shù)量，可將δ變?yōu)?.5mm、1.0mm、1.5mm。另外，為了使楔形棱鏡小型化，最好是W×L＝5mm×5mm左右的大小。
下面，就要求5點測定(TV5)的SAW晶片的測定點選定微小水晶板時的水晶板的厚度測定進行說明。圖9～圖13表示對水晶板測定的干涉條紋的例子。楔形棱鏡使用寬度W＝10mm，長度L＝10mm，頂邊TS＝3mm、底邊TL＝1.0mm的棱鏡。透過光源使用波長660nm的紅色發(fā)光二極管。也可以使用450nm的藍色發(fā)光二極管。
圖9表示作為被測物將短冊形厚度均勻的水晶板25置于楔形棱鏡引起的干涉條紋的部位17時的定性攝像圖像。干涉條紋的明暗由式(1)表示。該圖中，由于未示意進行點測定，故將照射在水晶板25的光不聚束地照射在水晶板25的整個面上。另外，在對光進行聚束的情況下，點直徑最好為φ1～2mm左右。由圖可知水晶板25面內(nèi)的干涉條紋18相對于部位17的干涉條紋產(chǎn)生了偏移。其偏移量與水晶板的厚度對應(yīng)。
圖10所示的矩形水晶板的尺寸為長度LC＝1.2mm，寬度WC＝1.0mm，厚度t＝14μm。厚度越薄，相對于干涉條紋的部位的水晶板上的干涉條紋的相位的偏移就越小。圖11所示的矩形水晶板的尺寸為長度LC＝2.2mm，寬度WC＝1.5mm，厚度t＝35μm。與圖11的水晶板相比，厚度增厚的量使相位的偏移增大。相位的偏移為90°左右。圖12所示的矩形水晶板的尺寸為長度LC＝2.0mm，寬度WC＝1.5mm，厚度t＝79μm。與圖11的水晶板相比，厚度增厚變?yōu)?倍以上，故相位的偏移接近180°。
圖13表示將端面進行了斜面加工的水晶板26置于楔形棱鏡引起的干涉條紋的部位17時的攝像圖像。水晶板的尺寸為長度LC＝7.0mm，WC＝1.5mm，tMax＝384μm。由圖可知，由于水晶板的端部板厚是變化的，故根據(jù)其變化板面內(nèi)的干涉條紋也發(fā)生變形，但是，隨著朝向板厚未變化的中央部，變?yōu)榕c部位的干涉條紋平行。
另外，作為提高板厚測定精度的方法有(1)光源的波長λ短，(2)提高顯微鏡的倍率，(3)提高圖像處理中的子圖像元素處理等。其中，對(1)而言，只要將波長區(qū)域設(shè)定為藍色～紫色即可。若為300nm的紫外光，則可進行更高精度的測定。另外，波長660nm的紅色光源厚度測定的級(0rder)為110μm，波長450nm的藍色光源為75μm。在實施例中，當(dāng)測定相位相對于基準(zhǔn)相位偏移45°時，厚度為9.375μm，偏移67°時，厚度為14μm，偏移90°時，厚度為18.75μm，偏移180°時，厚度為37.5μm。
實施例下面對將上述被測物的厚度測定方法及其裝置應(yīng)用于彈性表面波裝置用單晶體晶片的一個實施例進行說明。圖14及圖15是SAW晶片檢查裝置的平面圖及側(cè)面圖。
圖14中，SAW晶片檢查裝置中央配置有搬送晶片的搬送室51，搬送室51的里面配置有檢查晶片W的檢查室52，搬送室的前面配置有操作控制裝置的操作臺53。
搬送室51具有設(shè)于中央的晶片搬送機械手54和設(shè)于晶片搬送機械手54左右的盒55。晶片搬送機械手54自晶片盒56拔出被檢查前的晶片W并搬送到檢查室52，另一方面，自檢查室52將在檢查室52檢查后的檢查過的被檢查晶片W搬送到搬送室51，收納于晶片盒56中。盒臺55在以晶片搬送機械手54為中心的圓周上的左側(cè)和右側(cè)各設(shè)置多個(圖示例中為各設(shè)置4個)晶片盒56。在各晶片盒56中收納有多張被檢查SAW晶片。例如在左側(cè)的晶片盒56中收納檢查前的被檢查晶片W，在右側(cè)的晶片盒56中收納檢查過的被檢查晶片W。
檢查室52進行晶片的5點厚度偏差、外觀、形狀等的檢查。具有XY載物臺57，XY載物臺57周向安裝以三點支承被檢查晶片W外周的支承裝置58，其可以三點支承被檢查晶片W，同時向X、Y方向移動。通過該移動，也可進行TV5的5點測定。
操作臺53設(shè)有與作為未圖示的圖像處理裝置的計算機連接的鍵盤59、鼠標(biāo)器60和操縱桿(操作桿)61，通過它們的操作，控制所述晶片搬送機械手54、XY載物臺57進行規(guī)定的搬送和檢查。
由圖15可知，在檢查室52的XY載物臺57的上方安裝有CCD攝像機62，該CCD攝像機62對透過未圖示的厚度測定用光源、偏振器、被測定晶片、楔形棱鏡和檢偏振器的光進行攝像，用由設(shè)于搬送室51上方的監(jiān)視器等構(gòu)成的顯示裝置63進行顯示。
SAW晶片要求TV5符合一定的規(guī)格。如圖16所示，為了檢查晶片面內(nèi)的5點厚度偏差，要預(yù)先對已知厚度的基準(zhǔn)晶片，觀測晶片面內(nèi)地規(guī)定的5點的干涉條紋，存儲基準(zhǔn)干涉條紋產(chǎn)生的位置。另外，基準(zhǔn)干涉條紋的采取點不必特指5點，可以是晶片面內(nèi)的任意一點。
比較測定干涉條紋位置和基準(zhǔn)干涉條紋位置，求出其差Δ。由所述式求各點的厚度，求這些厚度的最大值和最小值之差，將其作為TV5的測定。
根據(jù)本實施例，在測定晶片上任意點的厚度時，不需要進行多次測定，可一次瞬時測定，所以即使測定點增加到5點也可高速測定。在進行厚度測定時，可原樣利用由XY載物臺及支承裝置等構(gòu)成的尺寸檢查及用于外觀檢查裝置的檢查機構(gòu)，所以不需要厚度測定專用的周邊電路及電機、齒輪、編碼器等。另外，由于是針對各測定點觀測4～5個干涉條紋得到各干涉條紋的相位差Δ，故一次得到的信息量很多，可進行高精度的測定。
由于是用干涉條紋相位差測定厚度，故不受光量變化及晶片厚度引起的光的衰減的影響，可進行穩(wěn)定的計測。由于是非接觸型測定，故可在不損傷和污損測定物的前提下進行計測。與尺寸計測和外觀檢查相同，由于是非接觸型測定，故不是抽樣檢查，可全數(shù)測定。
關(guān)于測定精度，拋光的晶片的表面粗糙度為0.06μm(“水晶頻率控制裝置”岡野莊太郎著，技術(shù)(テクノ)、26頁)。由于這只是單面，故考慮到兩面的變換則有0.12μm的粗糙度。該值當(dāng)考慮晶片厚度的測定值為0.5mm±50μm、0.35mm±50μm時，幾乎可以忽略，不會對測定精度產(chǎn)生影響。因此，最好楔形棱鏡也使用拋光過的棱鏡。
在實施例中，是就被測物是表面平直的SAW裝置用晶片(使用表面)的情況進行說明的，但本發(fā)明對晶片上蝕刻加工出多個基礎(chǔ)眼狀的孔的臺面型水晶振蕩器用板(使用整體)和光學(xué)低通濾波器等光學(xué)制品的厚度測定也有效。
另外，在實施方式中是就對TV5的應(yīng)用例進行說明的，但本發(fā)明除此之外也可應(yīng)用于TTV、LTV的計測。
在上述實施例中，敘述了在檢查室52對晶片的5點厚度偏差及外觀、形狀等進行檢查的情況，但除了晶片的5點厚度偏差外，為了光學(xué)性地且非接觸性地進行外觀、形狀等外觀檢查，只要如圖17所示，使測定裝置的光源復(fù)合即可。在用于測定所述厚度的透過光源31外設(shè)置同軸光源41、斜光光源42、暗視野光源43。同軸光源41是使用棱鏡39使顯微鏡38的軸與照明軸同軸，通過物鏡對被測物33進行照明，以觀察反射光的光源。斜光光源42是對顯微鏡38軸上的被測物33，在軸外具有光源軸以照明被測物33的光源。暗視野光源43是不使環(huán)狀的照明光進入視野，僅觀察散射或衍射的光的光源(例如參照日本特開2000-171401號(專利第3009659號))。切換包括透過光源31的這些光源，進行所述外觀、形狀等的檢查。利用同軸落射檢測表面的傷痕及灰塵。利用斜光檢測劃傷。用暗視野檢測裂紋及倒角(例如參照特開平9-288063號公報(日本專利第2821460號))。然后如上所述用透過光(雙折射)進行TV5測定。
根據(jù)本發(fā)明，利用僅將楔形棱鏡配置于光路上的簡單結(jié)構(gòu)即可瞬時測定厚度。即使測定點散在于多個部位，也可進行高速測定。由于配置于光路上的楔形棱鏡是固定的，故與每次測定都使檢偏振器旋轉(zhuǎn)來測定厚度的裝置相比，可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的簡化。
權(quán)利要求
1.一種被測物的厚度測定方法，包括將具有周期的反復(fù)明暗的光的圖形照在屏幕上的工序；將所述光的圖形通過相對于該光的圖形透明并具有雙折射性的被測物的至少測定部位照在所述屏幕上的工序；根據(jù)通過所述測定部位照射的圖形和不通過所述測定部位照射的所述圖形的相位偏差，測定與該相位偏差相關(guān)的所述測定部位的厚度的工序。
2.如權(quán)利要求1所述的被測物的厚度測定方法，所述具有周期的反復(fù)明暗的光的圖形照在屏幕上的工序包括用偏振器將相干光變換為直線偏振光的工序；通過具有雙折射性的光學(xué)部件，將該直線偏振光分為具有根據(jù)所述光學(xué)部件的厚度而變換的相位差的正常光及異常光，然后取出的工序；通過檢偏振器將所述取出的所述正常光和所述異常光抽出一個偏振光方向的分量，將該一個偏振光方向的正常光分量和異常光分量的干涉形成的干涉條紋映照在屏幕上的工序。
3.如權(quán)利要求2所述的被測物的厚度測定方法，所述光學(xué)部件為楔形棱鏡。
4.如權(quán)利要求1所述的被測物的厚度測定方法，所述將所述光的圖形通過相對于該光的圖形透明并具有雙折射性的被測物照在所述屏幕上的工序包括將相對于所述光透明并具有雙折射性的被測物插入所述明暗的光的光路中，使所述光的圖形通過所述被測物的至少測定部位的工序；和將相對于不通過所述被測物時映照在所述屏幕上的所述圖形產(chǎn)生與所述測定部位的厚度對應(yīng)的相位偏差的所述圖形映照在所述測定部位及所述屏幕上的工序。
5.一種被測物的厚度測定方法，包括在同一光路上順序配置偏振器、楔形棱鏡和檢偏振器，自偏振器入射相干光，將自檢偏振器射出的由所述楔形棱鏡形成的干涉條紋映照在屏幕上的工序；將相對于所述光透明并具有雙折射性的被測物插入所述偏振器和所述楔形棱鏡之間或所述楔形棱鏡和所述檢偏振器之間，將形成由所述楔形棱鏡和所述被測物引起的干涉條紋的所述被測物的至少測定部位的圖像映照在所述屏幕上的工序；根據(jù)通過所述楔形棱鏡映照在所述屏幕上的干涉條紋、和通過所述楔形棱鏡及所述被測物的測定部位映照在所述屏幕上的所述被測物的測定部位的干涉條紋的相位偏差，測定與該相位偏差相關(guān)的所述被測物的測定部位的厚度。
6.如權(quán)利要求5所述的被測物的厚度測定方法，通過比較所述被測物的測定部位產(chǎn)生的所述干涉條紋的相位偏差和厚度已知的樣品產(chǎn)生的所述干涉條紋的相位偏差，測定所述被測物的測定部位的厚度。
7.如權(quán)利要求5所述的被測物的厚度測定方法，所述被測物為在表面上經(jīng)蝕刻而形成多個基礎(chǔ)眼狀的孔的臺面型水晶振蕩器用板，所述厚度的測定是所述孔的底的厚度的測定。
8.如權(quán)利要求5所述的被測物的厚度測定方法，所述被測物為彈性表面波裝置用單晶晶片。
9.如權(quán)利要求8所述的被測物的厚度測定方法，所述厚度的測定是求晶片面內(nèi)指定的5點的厚度的最大值和最小值之差。
10.如權(quán)利要求5所述的被測物的厚度測定方法，所述彈性表面波用單晶晶片由水晶、La3Ga5SiO14、鉭酸鋰(LT)、焦硼酸鋰(LBO)、藍寶石、或金剛石等構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求5所述的被測物的厚度測定方法，將多個干涉條紋映照在所述屏幕上，將該多個干涉條紋的相位偏差平均，測定所述被測物的測定部位的厚度。
12.一種被測物的厚度測定裝置，包括屏幕；圖形生成裝置，其將具有反復(fù)周期的明暗光的圖形映照在所述屏幕上；測定裝置，其在將相對于所述光透明并具有雙折射性的被測物插入所述圖形的光路中的情況下，根據(jù)映照在所述屏幕上的不通過所述被測物的圖形和通過所述被測物的圖形的相位差，測定與該相位差相關(guān)的所述被測物的厚度。
13.如權(quán)利要求12所述的被測物的厚度測定裝置，所述圖形生成裝置包括光源；偏振器，其將來自所述光源的光變換為直線偏振光，并使其入射所述被測物；光學(xué)部件，其具有雙折射性，配置為可使所述被測物光路上通過的光在與所述光路正交的方向產(chǎn)生相位差；檢偏振器，其自通過所述被測物及所述楔形棱鏡的光產(chǎn)生依存于所述被測物厚度的干涉。
14.如權(quán)利要求12所述的被測物的厚度測定裝置，所述圖形生成裝置包括光源；偏振器，其將來自所述光源的光變換為直線偏振光；光學(xué)部件，其具有雙折射性，配置為可使所述偏振器光路上通過的光在與所述光路正交的方向產(chǎn)生相位差，并使其入射所述被測物；檢偏振器，其自通過所述光學(xué)部件及所述被測物的光產(chǎn)生依存于所述被測物厚度的干涉。
15.如權(quán)利要求13或14所述的被測物的厚度測定裝置，其中，所述光學(xué)部件為楔形棱鏡。
16.如權(quán)利要求13或14所述的被測物的厚度測定裝置，其中，所述光學(xué)部件為渥拉斯頓棱鏡。
17.如權(quán)利要求13或14所述的被測物的厚度測定裝置，其中，所述光學(xué)部件為牛頓環(huán)。
18.如權(quán)利要求12所述的被測物的厚度測定裝置，包括運算器，該運算器通過比較所述被測物的測定部位產(chǎn)生的所述干涉條紋的相位偏差和厚度已知的樣品產(chǎn)生的所述干涉條紋的相位偏差，求所述被測物的測定部位的厚度。
19.如權(quán)利要求12所述的被測物的厚度測定裝置，其中，所述光源為發(fā)光二極管。
20.如權(quán)利要求19所述的被測物的厚度測定裝置，所述發(fā)光二極管為藍色發(fā)光二極管。
全文摘要
一種被測物的厚度測定方法及其裝置,可進行高速、高精度、穩(wěn)定的測定,容易保養(yǎng)。用偏振器32將自光源31射出的相干光變換為希望的直線偏振光,使該直線偏振光入射具有雙折射性的被測物33,取出正常光線和異常光線,使取出的光線進一步入射楔形棱鏡34,取出透過被測物33的具有與測定部位的被測物33及楔形棱鏡34相加的厚度對應(yīng)而變化的相位差的光線。由檢偏振器35接受取出的光,對正常光線和異常光線抽出一個偏振光方向的分量,產(chǎn)生一個偏振光方向的正常光線分量和異常光線分量的干涉,將產(chǎn)生的干涉作為干涉條紋映照在攝像裝置36的屏幕上,通過觀測映照的干涉條紋,由圖像處理裝置37測定依存于干涉條紋的變位的被測物33的厚度。
文檔編號G01B11/06GK1381707SQ0112472
公開日2002年11月27日 申請日期2001年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月26日
發(fā)明者小林了, 高橋升 申請人:日本馬克西斯株式會社