JP2006519379A - 面を観察するスキャタロメータ及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、分析されるべき試料の方向に異なる角度で入射光線ビームを与える光源手段と、入射光源ビームの反射を受ける凹面スクリーンを有するスキャタロメータに係る。該スクリーンは半球等の球体の一部分の形状を略有し、試料の位置はその中心にある。スクリーンは入射線光線ビームが試料に向かって通過する開口を有する。光源手段及び開口を有するスクリーンの少なくとも一部分は、試料に対して、前述の中心を介し入射光線ビームの方向に対して略垂直な軸の周りで回転し得る。

Description

本発明は、分析されるべき試料の方向に異なる角度で入射光線ビームを与える光源手段と、入射光源ビームの反射を受ける凹面スクリーンを有するスキャタロメータに係る。該スクリーンは球体の一部分の形状を略有し、試料の位置はその中心にあり、スクリーンは入射線光線ビームが試料に向かって通過する開口を有する。

散光は、散光が発生する試料の面のミクロ組織についての統計的分析を与えるよう、分析され得る。これによって、単純で、非接触及び非摂動のモニタリング技術が与えられ、面及び表面下の形態を判断する多くの分野の技術に役立つ。加えて、幾何学的形状をしている材料の瑕疵の種類及び密度は、本技術を使用して特性を明らかにされ得る。更に、本技術は、コーティング及び材料の性質の評価に役立つ。また、マイクロ電子機器の材料の製造、オプトエレクトロニクス材料の製造、光学部品の試験、及びコンピュータ・ディスクの製造にも役立つ。

散光測定は、また、流動体の品質モニタリングに役立つ。例えば、血液試料は、細胞の特性を示すよう、散光技術を使用して便利に試験され得る。オイル、ガス含有粒子、及び同様のもの等の浮遊状態の粒子を備えた流動体は、散光測定を使用して便利に試験され得る。更に、これらの測定は、上述の多種の材料の製造において使用される工程を制御するよう原位置でなされ得る。

米国特許第５２４１３６９−Ａ号明細書（特許文献１）は、スキャタロメータ・システムを説明する。文献中、レーザ光線ビームは試料上に入射し、試料からの散光は凹面スクリーンによって受けられ、従って、散光度パターンの二次元マップが得られ、空間周波数の二次元での試料の形態の特性を明らかにする。近位角度の散光、即ち正反射性的に反射されたビームの近くで散乱された光は、大角度の散光、即ち正反射性的に反射されたビームから離れた方向に散乱された光と同様に、凹面スクリーンによって受けられる。スクリーンは、光源手段によって生成された入射光線ビームを通すよう１つ又はそれ以上の開口を有する。より多くの開口を使用することによって、光ビームは、入射の異なる角度で試料に方向付けられ得、各開口は所定の入射角度に対応する。

スクリーン上の画像を記録するよう、カメラ又は他の検出手段は、スクリーンを観察し得る。カメラは、近位角度の散光にのみ方向付けられ得るが、カメラはまたスクリーン全体を観察し得る。後者の場合、カメラは、試料の近くに位置付けられ得る魚眼レンズ又は凸面鏡等の広角光学系を与えられ得る。カメラは、画面の開口を介して前述の鏡に方向付けられ得る。

国際公開第００／３７９２３−Ａ号パンフレット（特許文献２）は、スキャタロメータを説明する。試料は、０度乃至９０度のあらゆる角度等の入射の多くの異なる角度で照射され得る。これをうけて、スクリーンの開口は、球体のスクリーンの９０度までのびる細長いスリットの形状を有し得る。望ましくは、異なる入射光線ビームは、全て同一の反射の所謂矢状面、即ち分析されるべき試料を介する平面にあり、平面は、入射光線ビーム及び正反射性的に反射されたビームを有する。

しかしながら、スクリーンのいずれの開口も、散光度パターンの画像を乱す。前述の乱れを低減するよう、開口、又は、入射光線ビームを通すようには使用されない開口の部分は、スクリーンの残りの部分の特性に類似した光学的特性を有する材料で覆われ得る。従って、スクリーンには、開口、又は開口の一部分が存在しないかのように見える。画面の残りの部分と同一の光学的特性を有する可動の開口カバーは、米国特許第５２４１３６９−Ａ号明細書に説明される。前述のカバーは、前述の乱れを低減するが、実際には何らかの乱れが常に残っていることが判明している。
米国特許第５２４１３６９−Ａ号明細書 国際公開第００／３７９２３−Ａ号パンフレット

本発明は、上述のスキャタロメータを与えることを目的とする。入射光線ビームは、試料に対して入射の異なる角度で方向付けられ得、入射光線ビームが通る開口はあるがスクリーンは比較的小さくなり得る。

本目的を達成するよう、前述の光源手段、及び、前述の開口を有するスクリーンの少なくとも一部分は、試料に対して、前述の中心を介し入射光線ビームの前述の方向に対して略垂直な軸の周りで回転し得る。スクリーン、又はスクリーンの一部分を回転させることにより、入射光線ビームが通る開口が動く。従って、入射光線ビームを試料に対して異なる角度で方向付けることが可能であり、スクリーンの同一の開口が使用される。試料に対して入射光線ビームを伝達する更なる開口又はより大きな開口の必要性はない。試料に対してスクリーンを動かす（回転させる）際、スクリーンの異なる部分が散光度パターンを受けるよう使用される。従って、スクリーンは、受けられるべき画像より大きくなければならない。散光度パターンの画像が試料の周囲（上方）の半球全体にわたって延びる場合は、スクリーンは半球より大きな球体の一部分にわたって延びるべきである。

望ましい実施例では、スクリーンとして使用される球体の部分は略半球状であり、スクリーン全体は半球より大きい。従って、スクリーンは、試料に対して回転することができ、一方でスクリーンの略半球の形状の部分は、前述の回転の間スクリーンとして使用可能なままである。従って、スクリーンの開口の動きによって、入射光線ビームは、開口を通って試料に近づき、入射の異なる角度で試料の面に衝突し得る。

望ましくは、スクリーンの一部分は回転し得、前述の部分は端部によって少なくとも部分的に隣接され、前述の軸に対して垂直な面での円の少なくとも大部分を形成し、前述の軸上に中心を有する。従って、スクリーンは２つの部分の分割され、球体の一部分をともに形成する。２つの部分は、前述の円の部分上にある継ぎ目で互いに対して接触し、該円は、矢状面に対して平行である平面に位置決めされる。該部分は、共に球状のスクリーンを形成する一方で、そうち一方は固定され他方の部分は回転し得る。

望ましい一実施例では、スクリーンの回転する部分は、スクリーンの固定された部分よりも試料の上方の半球のより大きい部分を形成し、矢状面は、スクリーンの回転する部分と交差する。入射光線ビームを通す開口と同様に試料は、矢状面に位置決めされる。望ましくは、前述の円を有する平面（即ち前述の継ぎ目が位置付けられる平面）は、球状のスクリーンの半径の５％乃至２５％の横方向距離に位置付けられる。

望ましくは、スクリーンは開口を有し、開口を介してカメラはスクリーン又はスクリーンの一部を、試料の近くに位置付けられた鏡を介して観察し得る。望ましい一実施例では、前述の鏡は略平面の鏡であり、前述の開口はスクリーンの回転する部分に存在する。鏡は試料の近くの固定された位置に取り付けられ得、カメラが、近位角度の散光がスクリーンに投影されるスクリーンの部分に対して方向付けられ続けるようにする。従って光源手段及びカメラはいずれも画面の回転する部分とともに回転し、夫々が開口を通して球状のスクリーンの内部と通信できるようにし、開口はいずれもスクリーンの回転する部分に存在する。

他の望ましい実施例、又は、上述の実施例では、試料の近くに位置付けられた凸面鏡があり、開口は、試料に対して固定された位置を有するスクリーンの一部分に存在する。カメラは、前述の開口を介して前述の凸面鏡に方向付けられ、半球状のスクリーン全体が観察され得るようにする。実際は２つのカメラが存在し得る。第１のカメラは近位角度の散光の画像を記録し、第２のカメラは半球状のスクリーン又はその大部分に投影される散光度パターンを記録する。

本発明は、また、スキャタロメータの手段によって試料の面を観察する方法に係る。該方法は、入射光線ビームが光源手段によって生成される段階と、前述の入射光線ビームが分析される試料の方向に入射の異なる角度で方向付けられる段階と、凹面スクリーンが、入射光線ビームの反射を受ける段階とを有する。スクリーンは、球体の一部分の形状を略有し、試料の位置はその中心であり、スクリーンは入射光線ビームが試料に向かって通る開口を有し、前述の光源手段、及び開口を有するスクリーンの少なくとも一部分は、試料に対して、中心を介し入射光線ビームの前述の方向に対して略垂直な軸の周りで回転する。

本発明は、図面を参照して、スキャタロメータの実施例に関する記述を用いて説明される。

図面は、実施例の単なる略図である。実用的原理を説明するため、スキャタロメータのいくつかの部分のみが概略的に図示され、他の部分は図示されない。

図１によれば、スキャタロメータは２つの部分、１及び２を有するスクリーンを有する。２つの部分１及び２は、共に球体を形成し、球体の凹型内部面の上方の部分（上方半球）は、散光度パターンが投影されるスクリーンである。球体の右手側部分１は、半球より少なく延び、固定された位置を有する。左手側部分２は、半球を超えて延び、図面の平面上にある軸３の周りを回転し得る。

球体１及び２の内部にはベース板がある。ベース板４は、固定された位置を有し、球体の固定された部分１に取り付けられる。試料５は、分析されるべき面を有し、ベース板に取り付けられ、球体１及び２の中央に位置付決めされるようにされ、その面は回転軸３に一致する。平面鏡６及び凸面鏡７は、試料５近くのベース板４上に取り付けられる。

光源手段１１は、スクリーンの回転する部分２の後背部に取り付けられる。光源手段１１は、入射光線ビーム８を生成し、該ビームはスクリーン２の開口９を介して試料５に方向付けられる。入射光線ビーム８は、矢状面に一致する。該面は、図１中の平面に対して垂直に位置付けられ、点線１０で示される。

第１のカメラ１２は、スクリーンの固定された部分１の後背面に取り付けられる。第１のカメラ１２は、破線１４で示される通り、スクリーンの部分１の開口１３を介して凸面鏡７に方向付けられる。鏡７が凸型であるため、第１のカメラ１２は上方半球にわたって延びるスクリーン全体を観察及び記録することができる。

第２のカメラ１５は、スクリーンの回転する部分２の後背面に取り付けられる。第２のカメラ１５は、破線１６で示される通り、スクリーンの部分２の開口１８を介して平面鏡６に方向付けられる。鏡６は、前述の位置に固定されるため、第２のカメラは、破線１７で示す通り、矢状面１０の近くのスクリーンの一部分を観察する。

球体の２つの部分１及び２の夫々は、端部２０及び２１によって境界をつけられ、夫々は、同一の直径を備えた円を形成する。２つの端部２０及び２１は互いに対して近づいて位置付けられ、「継ぎ目」は、２つの端部２０及び２１によって形成され、スクリーン上の画像を乱れさせないようにされる。図１中、２つの端部２０及び２１は間隔を置かれているが、実際は互いに対して接触しているか又は略接触しており、スクリーン上で継ぎ目は略不可視であるようにされる。

図１中、明確に図示するために、光源手段１１及び第２のカメラ１５はいずれも上方半球の上部に位置決めされている。しかしながら実際は、構成要素１１及び１５はいずれも図２、３及び５に図示する通り、他の位置を有する。

図２は、スキャタロメータの断面図を概略的に示し、矢状面１０（図１参照）が図面の平面である。スクリーンの回転する部分２は、入射光線ビーム８が一定の角度で試料５の面に衝突する位置に回転される。入射光線ビーム８の反射は、近位角度の散光と大角度の散光を有する。近位角度の散光は、反射による放射線ビーム１９を形成し、大角度の散光は、上方半球の内部面によって形成されたスクリーンの全体又は大部分にわたって投影される。反射、近位角度の散光、及び大角度の散光のいずれも、２つのカメラ１２及び１５によって観察及び記録される。

第１のカメラ１２は、大角度の散光が、スクリーンの２つの部分１及び２の上方半球によって形成されたスクリーンに投影される際、大角度の散光を記録する。従って、カメラ１２は、凸面鏡７（図１）に方向付けられる。カメラ１２及び鏡７はいずれも、スクリーンの部分１と共に固定された位置を有するため、上方半球は常にカメラ１２によって観察される。

第２のカメラ１５は、平面鏡６を介してスクリーンを観察することによって、スクリーン上の近位散光によって形成された画像を記録する。平面鏡６はベース板４上に固定された位置を有し、第２のカメラ１５はスクリーンの回転する部分２に取り付けられる。光源手段１１もまたスクリーンの回転する部分２に取り付けられるため、第２のカメラ１５と共に動き、従って第２のカメラ１５は、スクリーンの回転する部分２の各位置で近位角度の散光の画像に自動的に方向付けられる。これは図２より明らかであろう。

図３は、スキャタロメータの説明された実施例の概略的な斜視図であり、スクリーンの部分１及び２が互いに対して離されている。光源手段１１及び第２のカメラ１５は、スクリーンの回転する部分２に取り付けられる。回転する部分２では、矢状面との交差が破線２３で示され、回転は矢印２４で示される。スキャタロメータの動作位置では、回転する部分２の円形端部２１は、固定された部分１の円形端部２０に近く、略不断の画面が達成される。

図３は、スクリーンの固定された部分１、及びそこに取り付けられた第１のカメラ１２を更に図示する。開口１３によって、第１のカメラ１２は、ベース板４上の凸面鏡７に方向付けられ得る。ベース板４は、スクリーンの固定された部分１に取り付けられ、従って固定された位置に置かれる。試料５及び平面鏡６もまた、ベース板４上に存在する。

図４は、動作位置にあるスキャタロメータを図示する。図１と同様に、光源手段１１及び第２のカメラ１５は、明確に図示するために、上方半球の上部に図示される。図４に示す通り、スクリーンの固定された部分１は、固定されたフレーム２５に取り付けられる。スクリーンの回転する部分２は、ヒンジ・フレーム２６に接続され、ヒンジ・フレーム２６では、回転する部分２が回転し得る。矢状面は、破線２３で示される。

図５は、また、動作位置にあるスキャタロメータを、図４と比較して左手側から図示する。図２及び図３と同様に、光源手段１１及び第２のカメラ１５はいずれも、スクリーンの回転する部分２上の正しい位置に示される。ヒンジ・フレーム２６は、２つのヒンジ２７によって固定されたフレーム２５に取り付けられる。動作位置では、図５に示す通り、固定されたフレーム２５及びヒンジ・グレーム２６は、締付手段（図示せず）によって共に締め付けられる。ヒンジ・フレームは、回転リング２８を有し、リング２８はスクリーンの回転する部分２に取り付けられる。回転リング２８は、図５では円で示される３つのガイディング組立体２９によってヒンジ・フレーム２６で支持される。

図６は、ガイディング組立体２９を概略的に、しかしより詳しく図示する。固定されたフレーム２５は、スクリーンの固定された部分１に取り付けられる。ヒンジ・フレーム２６は、ヒンジ２７を介して固定されたフレーム２５に接続される。スクリーンの回転する部分２は、リング２８に取り付けられ、リング２８はヒンジ・フレーム２６で回転し得る。リング２８の回転する動きは、３つのガイディング組立体２９（図５参照）によって案内され、夫々が２つのガイディング・ホイール３０を有する。ガイディング・ホイール３０は、図６に示す通り、ヒンジ・フレーム２６に取り付けられてリング２８を固定する。

明確であるのは、動作位置では、試料５の面は、スクリーンの部分２の回転する部分に依存して、異なる角度で入射光線ビームによって衝突され得ることである。従って、散光は、スクリーンの隣接する部分１及び２の上方半球によって形成されたスクリーン上に、光度パターンを投影する。前述のパターンは、凸面鏡７を介して第１のカメラ１２によって記録され得る。近位角度の散光は、平面鏡６を解して第２のカメラ１５によって記録され得る。

スクリーンの３つの開口９，１３，及び１８は小さくてもよく、スクリーンの部分２が回転するため、試料５の面が入射光線ビームによって衝突される異なる角度を利用することができるより大きい開口又はより多くの開口の必要性はない。

説明されたスキャタロメータの実施例は単なる一例である。即ち、多数の他の実施例が可能である。

垂直平面での断面図である。 他の垂直平面での断面図である。 斜視図である。 スキャタロメータの正面図である。 スキャタロメータの側面図である。 ガイディング組立体を図示する。

Claims (8)

1. 分析されるべき試料の方向に異なる角度で入射光線ビームを与える光源手段と、前記入射光源ビームの反射を受ける凹面スクリーンを有するスキャタロメータであって、
   前記スクリーンは球体の一部分の形状を略有し、前記試料の位置はその中心にあり、前記スクリーンは前記入射線光線ビームが前記試料に向かって通過する開口を有し、
   前記光源手段、及び、前記開口を有する前記スクリーンの少なくとも一部分は、前記試料に対して、前記中心を介し前記入射光線ビームの前記方向に対して略垂直な軸の周りで回転し得ることを特徴とする、
   スキャタロメータ。
2. 球体の前記部分は略半球であることを特徴とする、請求項１記載のスキャタロメータ。
3. 前記スクリーンの一部分は回転することが可能であり、前記部分は少なくとも部分的に、前記軸に対して垂直な平面で少なくとも円の大部分を形成し前記軸上にその中心を有する端部によって隣接されることを特徴とする、請求項１又は２のうちいずれか一項に記載のスキャタロメータ。
4. 前記平面は、前記球状のスクリーンの半径の５％乃至２５％の横方向の距離で位置付けられることを特徴とする、請求項３記載のスキャタロメータ。
5. 前記スクリーンは、カメラが前記試料の近くに位置決めされた鏡を介して前記スクリーン又は前記スクリーンの一部分を観察できる開口を有することを特徴とする、請求項１乃至４のうちいずれか一項記載のスキャタロメータ。
6. 前記鏡は略平面鏡であり、前記開口は前記試料に対して回転できる前記スクリーンの少なくとも前記部分に存在することを特徴とする、請求項５記載のスキャタロメータ。
7. 前記鏡は凸面鏡であり、前記開口は前記試料に対して固定された位置を有する前記スクリーンの一部分にあることを特徴とする、請求項５記載のスキャタロメータ。
8. スキャタロメータを用いて面を観察する方法であって、
   入射光線ビームが光源手段によって生成される段階と、前記入射光線ビームが分析される試料の方向に入射の異なる角度で方向付けられる段階と、凹面スクリーンが前記入射光線ビームの反射を受ける段階とを有し、
   前記スクリーンは、球体の一部分の前記形状を略有し、前記試料の位置はその中心であり、前記スクリーンは前記入射光線ビームが前記試料に向かって通る開口を有し、
   前記光源手段、及び前記開口を有する前記スクリーンの少なくとも一部分は、前記試料に対して、前記中心を介し前記入射光線ビームの前記方向に対して略垂直な軸の周りで回転することを特徴とする、
   方法。

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