JP2021524023A - トポグラフィック測定装置 - Google Patents

Abstract

試料の表面トポグラフィーを測定するための装置（１）は、構造化画像を試料の表面に投影するプロジェクタ（３）を備える。カメラ（４）は、試料の表面に投影された画像を観察する。加熱デバイス（６）は、試料に温度勾配を印加する。プロジェクタ（３）の光軸上に配置された第１の光学デバイス（８ａ）は、プロジェクタ（３）によって照射された画像を変更し、それを試料上に適用する。第１の光学デバイス（８ａ）は、異なる倍率を定義するいくつかの異なるレンズを備える。レンズは、互いに移動可能に取り付けられている。第２の光学デバイス（８ｂ）は、カメラ（４）の光学軸上に配置され、試料の表面の観察領域の大きさを変更する。第２の光学デバイスは、異なる倍率を提供するいくつかの異なるレンズを備える。レンズは、異なる大きさのいくつかの観察領域を定義するように移動可能に取り付けられている。

Description

本発明は、試料の表面トポグラフィーを測定するための装置に関する。

電子回路、より一般的には電子システムの起こり得る異常をより良く検出するためには、特に温度勾配中の異なる温度でのそのトポグラフィーの変化を分析し、定量化することが特に有利である。これにより、特に、その製造及び使用の過程で電子回路が受ける多数の温度変化の間に変形しやすい最も応力のかかる領域が、どの領域であるかを特定することが可能になる。

表面トポグラフィー測定は、従来、電子システムに、−６０℃〜３００℃の温度プロファイルを受けさせることを伴う。例示を目的とすると、温度変化率は、約±３℃／秒である。表面トポグラフィー測定は、理想的には、連続的な方法で、すなわち、温度変化の後に熱平衡が確立されるのを待つことなしで、動作を実行するために必要な時間を短縮し、現実に最も近い温度プロファイルをシミュレートするように、実行される必要がある。

従来の方法では、試料を温度勾配に曝して、そのトポグラフィーの変化を経時的に、すなわち異なる温度で定期的に測定する。試料のトポグラフィーの変化をできるだけ正確に定量化するために、関心領域の全体的な挙動の情報を得られるように、試料の関心領域の全体が観察される、最初の温度勾配を実行することが知られている。

温度勾配の間、プロジェクタは、測定される試料上に投影される一連のパターンを照射する。カメラは、被測定部の表面で変形した各パターンの画像を取得する。画像処理アルゴリズムは、カメラによって観察されている試料の部分に対応する高度を計算する。解析は画素ごとに行われる。そして、測定される試料の表面トポグラフィーが得られ得る。

観察される部分の大きさに応じて、カメラのタイプ及びプロジェクタ光学系を調整して、測定される領域の全体をカバーする画像をプロジェクタ光学系が投影するようにすることが知られている。カメラによる観察コーンとカメラおよびプロジェクタからの照明コーンの交差は、空間の体積を決定することを可能にする。この体積は、最大測定可能体積に相当する。プロジェクタによって供給される画像およびカメラによって回復される画像がクリアである必要もあるので、実際には、この最大体積は、はるかに小さい。また、画像処理アルゴリズムは、使用される光学形状およびパラメータを認識することができることが必要である。したがって、プロジェクタの光学特性をカメラの光学特性と正確に較正することが特に重要である。

Ｚ軸に沿って異なる解像度で連続的な測定を行うためには、測定装置は、カメラ光学系及びプロジェクタ光学系を変更するために、部分的に分解されなければならない。この測定装置の変更により、例えば、分析領域の表面を試料の一部まで減少させ、測定解像度を向上させることができる。試料を支持するプレート支持体に対する新しい光学系の較正の前または後に、試料を測定装置内に戻す。

試料を再び温度勾配に曝し、関心領域の一部を分析する。これらの作業は、測定解像度を変更しなければならなくなるたびに繰り返され、これは、カメラ光学系およびプロジェクタ光学系が変更されなければならないことを意味する。

これは、試料を合理的に定量化するために必要とされる異なる構成の測定が、比較的長くなる結果を招く。さらに、試料は、連続した結果の比較を歪めるかもしれない、いくつかの温度勾配に曝される。

本発明の１つの目的は、これらの欠点を改善すること、および異なる解像度がＺ軸に沿ってより迅速に測定されることを可能にするトポグラフィック測定装置を提供することにある。

この目的は、試料の表面トポグラフィーを測定するための装置を用いて達成される傾向があり、これは、以下のことを備える。
・試料の表面に投影されるように設計されたパターン化された光を照射するように構成された少なくとも１つのプロジェクタ。
・試料の表面に投影されたパターン化された光を観察するように構成された少なくとも１つのカメラ。
・筐体内の試料に温度勾配を印加するように構成された加熱又は冷却デバイス。

測定装置は、以下のことを備える点で注目され得る。
・プロジェクタと試料との間におけるプロジェクタの光軸上に位置する第１の光学デバイスであって、いくつかの異なる第１のレンズによっていくつかの異なる倍率を提供し、パターン化された光の異なる解像度を提供するように、第１のレンズが互いに対して移動可能に取り付けられている、第１の光学デバイス。
・カメラと試料との間におけるカメラの光軸上に位置する第２の光学デバイスであって、いくつかの異なる第２のレンズによっていくつかの異なる倍率を提供し、カメラの異なる解像度を提供するように、第２のレンズが互いに移動可能に取り付けられている、第２の光学デバイス。

１つの発展形態によれば、測定装置は、試料を支持するように設計された筐体を備える。加熱又は冷却デバイスは、筐体の内部の温度を調節するように構成される。プロジェクタ、カメラ、及び第１及び第２の光学デバイスは、筐体の外側に配置される。

特定の実施形態において、
−第１の光学デバイスは、複数の第１のレンズの間でアクティブレンズを変更するように構成されたモータを備え、
−第２の光学デバイスは、複数の第２のレンズの間でアクティブレンズを変更するように構成されたモータを備え、
−制御回路は、第１の光学デバイス及び第２の光学デバイスに接続され、ユーザの指示に応じて、複数の第１のレンズの間でアクティブレンズを変更し、複数の第２のレンズの間でアクティブレンズを変更し、制御回路は、第１及び第２のアクティブレンズの倍率を同様に変更する。

好ましくは、第１の光学デバイスは、互いに異なる焦点距離を提供する複数の第１のレンズを備える。測定装置は、複数の異なる予め定義された位置で、プロジェクタの光軸に沿って第１の光学デバイスを移動させるための手段を備える。制御回路は、第１のレンズのアクティブレンズの焦点が試料の表面に位置されるように、第１の光学デバイスを予め定義された位置に配置するように構成される。

有利な実施形態では、第２の光学デバイスは、互いに異なる焦点距離を提供するように構成された複数の第２のレンズを備える。測定装置は、第２の光学デバイスを、複数の異なる予め定義された位置を有するカメラの光軸に沿って移動させるための手段を備える。制御回路は、第２のレンズのアクティブレンズの焦点が試料の表面に位置されるように、第２の光学デバイスを予め定義された位置に配置するように構成される。

別の発展形態では、カメラ、プロジェクタ、第１の光学デバイス、及び、第２の光学デバイスは、ディスプレーサに取り付けられ、ディスプレーサは、プロジェクタとともに第１の光学デバイスを、及び／又は、カメラとともに第２の光学デバイスを、試料の表面と平行な１つの方向又は２つの異なる方向に、同時に移動させるように構成されている。

筐体の透明壁の外面にガス流を印加するように構成されたブロアを備える測定装置を提供することがさらに有利であり、プロジェクタの光軸とカメラの光軸とが透明壁を通過する。

本発明のさらなる目的は、温度勾配中にＺ軸に沿って異なる解像度で測定を行うことができるようにして、従来技術の方法よりも迅速な測定方法を提供することである。

試料の測定方法は、以下のことを備える点で注目され得る。
−試料を提供する工程と、
−最初の温度勾配を試料に印加する工程であって、試料は、第１の温度から第１の温度と異なる第２の温度へと進行する温度を有する工程と、
−プロジェクタ及び少なくとも第１の倍率を適用する第１の光学デバイスによって、パターン化された光を試料の表面に投影する工程と、
−試料の表面に投影されたパターン化された光を、カメラ及び少なくとも第２の倍率を適用する第２の光学デバイスによって、観察する工程。

有利なことには、温度勾配の間、第１の光学デバイスは、第１の倍率の値を変更し、第２の光学デバイスは、第２の倍率の値を変更して、観察する領域の大きさ及び試料の表面に垂直な解像度を変更する。

他の利点および特徴は、単に非限定的な例示目的のために与えられ、添付の図面において表される、本発明の特定の実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。
図１及び図２は、本発明による測定装置の一実施形態の２つの斜視図を概略的に表している。 図１及び図２は、本発明による測定装置の一実施形態の２つの斜視図を概略的に表している。 図３は、本発明に係る測定装置の側面図を概略的に示している。 図４は、本発明による測定装置の正面図を概略的に示している。 図５は、本発明に係る測定装置の上面図を概略的に示している。 図６は、本発明に係る測定装置の背面図を概略的に示している。 図７は、本発明に係る測定装置の別の実施形態の側面図を概略的に示している。 図８は、本発明に係る測定装置の一実施形態の斜視図を概略的に表している。

測定装置は、試料とも呼ばれるシステムの表面トポグラフィーを測定するための装置である。

このような測定装置は、主に、システムの信頼性及び故障モードを研究するために使用される。「表面」によって意味されるものは、システムが占める容積を取り囲むシステムの外側部分である。したがって、表面は３次元であり得る。したがって、我々は、２次元の実体である「表面」の数学的定義に限定されない。

システムは、種々の技術分野に属することができる。非限定的な例示目的としては、電子機器、特にマイクロエレクトロニクス、自動車産業、航空宇宙、又は医療分野が挙げられる。マイクロエレクトロニクス分野では、システムは、例えば、半導体ウェハ、コネクタ、ソケット、プリント回路、ダイ、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ：Ball Grid Array）、又はパッケージオンパッケージ（ＰｏＰ：Package on Package）であり得る。

図１〜図８に示す装置１は、試料（図示せず）の表面トポグラフィーを測定するための装置１であり、装置１は、以下を含む。
−システムを収容するように設計された筐体２。筐体２は可視範囲に透明部２０を備える。
−試料を加熱するために、筐体２の内部及び／又は外部に配置された加熱手段。
−筐体２の透明部２０を介して、システムの表面に可視領域のパターン化された光を投影するために、筐体２の外側に配置された投影手段。投影手段は、少なくとも１つのプロジェクタ３を含む。
筐体２の透過部分２０を介して伝搬して、システムの表面によって反射されたパターン化された光を撮像するために、筐体２の外部に配置された撮像手段。撮像手段は、少なくとも１つのカメラ４を備える。

装置１の筐体２は、試料を含む筐体の内側と、投影手段及び撮像手段が設置される筐体の外側とを分離する、少なくとも１つの内壁を備える。

有利には、筐体２の透明部２０は、
−パターン化された光がそれを通って投影される第１のグレーズド表面と、
−システムの表面によって反射されたパターン化された光が伝搬される第２のグレーズド表面とを、備える。

有利には、投影手段は、筐体２の透明部２０を介して、より正確には筐体２の第１のグレーズド表面を介して、可視領域におけるパターン化された光を、システムの表面に投影するために、筐体３の外側に配置されたプロジェクタ３を備える。

パターン化された光は、有利には、モアレ縞パターンを形成する。プロジェクタは、モアレ縞パターンを直接照射する。代替の実施形態では、パターン化された光は、プロジェクタからの光が通過するマスクの手段を用いて形成される。マスクは、例えば、ロンキ（Ronchi）格子の形態の開口部及び不透明領域を含む。これらの２つの技術を組み合わせることも可能である。

撮像手段は、有利には、筐体２の透明部２０を介して、より正確には、筐体２の第２のグレーズド表面を介して伝搬するシステムの表面によって反射されたパターン化された光を撮像するために、筐体２の外側に配置されたカメラ４を含む。カメラ４は、撮像されたパターン化された光からシステムの表面トポグラフィーの測定値を提供するように設計されている。

装置１は、有利には、試料の温度を第１の温度から第１の温度と異なる第２の温度に変化させるように構成された加熱手段及び／又は冷却手段を備える。加熱及び／又は冷却手段は、少なくとも１つの温度勾配を試料に適用するように構成される。加熱工程が行われる場合、第１の温度は、第２の温度よりも低い。冷却工程が実行される場合、第１の温度は第２の温度よりも高い。

また、加熱及び/又は冷却手段が、流体を筐体２内に注入するように構成された注入手段を備えることも可能である。流体は、試料を加熱するために、筐体２内に注入される前に加熱され得る。流体は、試料を冷却するために、容器２内に注入される前に冷却することも可能である。

試料を冷却するために、流体は、有利には、空気又は液体の窒素である。流体は、有利には、周囲温度、例えば、２０℃〜３０℃の間であり、又は、例えば、−８０℃未満の温度に冷却されている。試料を加熱するために、流体は、有利には、空気であり、又は、窒素もしくはアルゴンなどの中性ガスである。

測定装置は、筐体２から流体を排出するように構成された排出手段を備えることができる。

注入手段は、有利には、
−周囲温度で筐体２内に空気を注入するように構成されたファン６及び７と、
−ファン６及び７によって注入された空気を筐体２の内部に分配するように構成された流体分配器とを、備える。
有利には、いくつかの一連の開口部は、筐体２内部の加熱及び冷却を均質化するために、異なる方向にファン６からの空気を方向付ける目的で、流体分配器内に配置される。

冷却の温度変化率は、１２０℃を超える温度に対して約−３℃／ｓとすることができる。排出手段は、有利には、２つの２次ダクトを含む主ダクトを備える。各２次ダクトは、主ダクトの中への第１の端部開口と、筐体２の中に存在するフードの中への第２の端部開口とを、提供する。

加熱手段は、有利には、赤外線加熱手段である。赤外線加熱手段は、有利には、赤外線ランプを含む。赤外線加熱手段は、筐体２の熱均一性を向上させるように、筐体２の内部に配置される。より正確には、赤外線ランプは、システムの下に配置されるように設計されている。赤外線加熱手段は、有利には、フード上に取り付けられた赤外線ランプを含む。赤外線ランプは、システムの上方に配置されるように設計されている。赤外線加熱手段は、有利には、システムを４００℃の温度まで加熱するように設計されている。注入手段および排出手段は、有利には、システムを−６０℃の温度まで冷却するように設計されている。

このような測定装置は、試料の変形を測定するのに特に実用的であることは明らかである。しかしながら、定義上、試料は等方性ではなく、その挙動は異なる位置に依存して変化し、その結果、試料の変形の変化を全体的に確認及び定量化するとともに、試料の１以上の正確な領域、好ましくはＺ軸に沿った異なる解像度での変化を確認及び定量化することが特に興味深い。

したがって、システム全体に対するトポグラフィーの変化と、より特定の領域に対するトポグラフィーの変化とを区別できるようにするために、試料の異なる表面を測定できることが特に有利である。その後、特定の領域がシステムの残りの部分とは異なる挙動を有し、発生し得る優先的な故障領域を特定することが可能である。

カメラ４とプロジェクタ３とを含むペアによって形成されるセンサの場合、Ｘ軸及びＹ軸に沿った解像度は、カメラ光学系によって定義される倍率、及び、プロジェクタ３の光学系によって定義される倍率に対してより小さい程度に依存する。Ｚ軸に沿った解像度は、主に、プロジェクタ３に関連する光学素子の倍率に依存することも明らかである。

本発明者らは、プロジェクタ３に関連する光学素子の倍率が、投影されたパターンの精細度を決定し、したがって、Ｚ軸に沿った解像度を定義することを可能にすることを観察した。カメラ４の解像度は、測定領域、すなわちカメラ４によって観察される表面、及び、プロジェクタ３によって照明される表面に依存することは明らかである。Ｚ軸は、カメラの光軸に対応する、又は、実質的にカメラ４の光軸に対応する、試料ホルダの表面の垂直方向に対応する。

測定装置１の人間工学性を改善するために、本発明者らは、Ｚ軸に沿った異なる分解能を提示する構成を定義するために、いくつかの異なる測定領域を有する測定装置を提供することを提案する。

カメラ４は、光情報を電気情報に変換する、そのセンサによって定義された解像度を有する。試料とセンサの間に配置された光学系を慎重に選択することにより、この分析領域を定量化するために、カメラからの出力で処理されるべき分析領域及び情報量を定義することが可能である。

また、縞の間の距離と縞の太さとを調整するように、パターン化された光プロジェクタと試料の間に配置された光学系を調整して、投影装置３によって認定されるＺ軸に沿った最大解像度を定義することができる。

試料の分析を容易にするために、パターン化された光中に存在する縞パターンの解像度を、カメラの解像度と一致させるように調整することが特に有利である。

このように、第１のレンズのセットのアクティブレンズを変更することによって、試料全体又は試料の多くの部分若しくは少ない部分のみを照明することが可能となる。

プロジェクタ３がパターン化された光を直接照射する場合、第１の光学デバイスによって適用される倍率の変更は、パターン化された光パターンの特性、すなわち縞の間の反復ピッチ及び縞の幅を変更する。倍率の変更は、プロジェクタ３を変更することなく、パターン化された光の解像度のみを変更することを可能にし、これは、プロジェクタの製造及び使用を容易にする。この構成により、プロジェクタ３から出力されるパターン化された光の特性が変化しないので、より安定したプロジェクタを有することができ、測定の再現性を向上させることができる。

測定装置は、有利には、カメラ４の光学軸上に配置された第２の光学デバイスを備え、試験対象の試料の表面上のカメラによって観察される領域の大きさを変更する。第２の光学デバイスは、異なる倍率を呈する複数の別個の第２のレンズを備える。

第２の光学デバイスによって適用される倍率の調整は、パターン化された光の解像度に一致するように、カメラ４の解像度を変更することを可能にする。

このように、第２のレンズのセットを変更することによって、試料全体、又は試料の一部のみを観察することが可能となる。観察される領域の大きさを調整して、試料上に投影される画像の大きさと一致させることが特に有利である。カメラ４がプロジェクタ３によって投影された画像を含まない領域を観察するように構成されている場合、使用可能なデータを回復することは、実際には非常に困難である。これは、追加の画像処理作業を必要とする。したがって、画像の一部の代わりに、完全な画像を分析することが特に有利である。

第１の光学デバイス及び第２の光学デバイスの各々は、複数のレンズのセットを有しており、このレンズのセットは、第１のレンズ又は第２のレンズから別のものへの切り替えが自動化されてインデックス化されるように、互いに対して移動可能であり、且つ、モータによってそれぞれ駆動されるように構成されている。そして、測定装置を開ける必要なく、プロジェクタ３によって適用される倍率及びカメラ４によって適用される倍率を迅速に変更することが可能となり、筐体２の外壁上の熱流を変更し、筐体２の温度を修正し、それによって、試料上又は試料の一部上に適用される温度勾配を変更することができる。

この構成はまた、オペレータによる光学系の取り扱いに適合性のある温度範囲に筐体を配置する必要がないようにすることもできる。例えば、筐体の温度が６０℃を超える場合、火傷のリスクを考慮に入れなければならず、オペレータは特別に装備される必要があり、これは、新しい光学系の分解及び組み立てをより複雑にする。そして、光学系を迅速に変更することは困難となる。この問題は、筐体が低温に曝された場合も同じである。

測定装置１に既に設置され、且つ、カメラ４及び／又はプロジェクタ３の光軸に沿って設置されるように構成された、複数のレンズの異なるセットを使用することによって、単に１つの第１のレンズ又は第２のレンズを別のレンズで置き換えることで、貴重な時間を節約することができる。

特に有利な態様では、複数のレンズのセットは、カメラ４及び／又はプロジェクタ３の光軸に垂直な平面内で並進移動又は回転移動するように構成されている。この構成により、レンズのセットを迅速かつ容易に設置することができる。これは、第１の光学デバイス及び第２の光学デバイスの両方に適用される。

特定の実施形態では、第１の光学デバイスは、いくつかの異なる第１のレンズを含むように構成されたタレット８ａを備える。別の特定の実施形態では、第２の光学デバイスは、いくつかの異なる第２のレンズを含むように構成されたタレット８ｂを備える。この実施形態は、特に、複数のレンズの異なるセットに、容易に到達可能であり、且つ、容易なインデックス化を可能にする。

ユーザコマンドに応じて、第１の光学デバイスの第１のレンズのセットのアクティブレンズを変更するように構成された制御回路の使用を提供することも、有利である。制御回路はまた、第１の光学デバイスがその倍率を変更する場合、第２の光学デバイスの第２のレンズのセットのアクティブレンズを変更するように構成される。

制御回路は、ユーザアクションに応じた倍率の変化に適合するために、第１の光学デバイス及び第２の光学デバイスに接続される。制御回路は、筐体の外側及びカメラ４及びプロジェクタ３の移動空間の外側に配置されたユーザ制御部を有する。

有利な態様では、測定装置は、その内部に、筐体２、プロジェクタ３、及びカメラ４が配置される閉じた空間を画定している。第１のレンズ及び第２のレンズは、この閉じた空間内を移動する。ユーザ制御部は、この閉じた空間の外側に位置する。

このように、単一のユーザアクションは、プロジェクタ３によって印加されるパターン化された光の解像度と、パターン化された光を観察するように設計されたカメラ４の解像度とのマッチングを可能にする。レンズのセットのペアが制御回路に記録されるので、カメラ４の光学性能が、プロジェクタ３の光学性能に一致するように自動的に調整され、これによって、誤差の恐れが抑制される。一実施形態では、制御回路は、複数の第１のレンズのセットからの１つのレンズと、複数の第２のレンズのセットからの１つのレンズとの特定のペアを、画定するように設計される。このようにして、ユーザは、Ｚ軸に沿った分析面及び／又は分解能を選択し、制御回路は、どのペアの第１及び第２のレンズが使用されるべきかを規定する。

種々のレンズの位置が記録され、インデックス化されるので、１つのレンズセットから別のレンズセットへの切り替えはより迅速であり、従来技術の装置では不可能であった、１つの温度勾配の間に異なる倍率によるいくつかの測定を実行することを容易にする。測定は、コンピュータを用いて行うことができる。

特定の構成では、第１の光学デバイスは、互いに異なる焦点距離を提供する複数の第１のレンズを備える。測定装置１は、第１の光学デバイスを、複数の予め定義された位置で、プロジェクタ３の光軸に沿って移動させるように構成された第１の変位手段９ａを備える。制御回路は、第１のレンズのセットの焦点が試料の表面上に位置するように、第１の光学デバイスを予め定義された位置に配置するように構成されている。換言すれば、試料ホルダによって支持された試料に対する、第１の光学デバイスに関連付けられたプロジェクタ３の空間における位置は、複数の第１のレンズの各々について事前に記録される。制御回路が第１のアクティブレンズを変更するとき、制御回路はまた、予め記録された位置で、測定装置内のその位置を変更する。この位置は、その光学特性に従って、第１のレンズごとに予め記録される。

特に有利な態様では、第１の光学デバイスの変位手段９ａは、プロジェクタ３と第１の光学デバイスとの間の距離が全ての第１のレンズのために実質的に一定になるように、プロジェクタ３を移動させるようにも構成される。このような構成により、光学デバイスの第１のレンズを、光学軸に沿った最適な位置に配置することが容易になる。第１の変位手段９ａはモータ駆動式であり、試料の表面に対する又は試料ホルダの表面に対する第１の光学デバイスの位置は、制御回路に記録される。このようにして、第１のレンズの選択が行われる場合、制御回路はまた、プロジェクタ３の光学軸に沿った試料に対するその距離を規定する。

同じことは、有利には、第２の変位手段９ｂに関連付けられたカメラ４及び第２の光学デバイスの場合である。第２の変位手段９ｂはモータ駆動式であり、試料の表面に対する又は試料ホルダの表面に対する第２の光学デバイスの位置は、制御回路に記録される。換言すれば、試料ホルダによって支持された試料に対する第２の光学デバイスに関連付けられたカメラ４の空間における位置は、複数の第２のレンズの各々について予め記録される。制御回路が第２のアクティブレンズを変更する場合、それはまた、事前に記録された位置に、測定装置におけるその位置を変更する。その位置は、その光学特性に従って、第２のレンズごとに予め記録される。

このようにして、ユーザがＺ軸に沿って測定の解像度を変更することを決定したとき、制御回路は、第１及び第２の光学デバイスを変更し、測定装置内の空間におけるそれらの位置を変更する。

第１及び第２の光学デバイスの位置、したがってプロジェクタ及びカメラの位置のインデックス化により、測定装置の内部空間を調整することができ、それにより、その空間占有を低減することができる。

第１の光学デバイス及び第２の光学デバイスの空間における位置は、使用される第１のレンズのセット及び使用される第２のレンズのセットに基づいて、制御回路に予め記録される。したがって、パターン化された光を表す画像は、試料の表面において自動的に鮮明になり、カメラ４もまた、試料の表面において鮮明な画像を回復させる。表面トポグラフィーの測定は、倍率の各変更の後に焦点合わせ工程を実行する必要がもはやないので、より迅速に行うことができる。

異なる第１及び第２のレンズは、温度勾配が適用される前に測定装置上に設置され、これにより、異なるペアの第１及び第２のレンズの位置を較正し、それにより、レンズの最適な位置を記録して、迅速に品質測定を行うことができる。

これらの光学系は使用が簡単であり、コンパクト性の利点を提供するので、複数の固定焦点距離の光学系を使用することが、特に有利である。この構成はまた、特に領域深度及び／又はアクセス可能な倍率の制限を伴う、多数の技術的トレードオフを課す、ズームを装備したシステムの使用を回避する。

そのような構成では、温度上昇又は温度降下段階において、Ｚ軸に沿った異なる解像度のいくつかの測定値を取得するために、いくつかの異なる第１のレンズ及び第２のレンズを用いていくつかの取得を行うことができる。換言すれば、温度上昇／降下段階の間、第１の光学デバイスは、いくつかの異なる第１のレンズを連続して使用して、時間的に連続していくつかの倍率を適用することができる。温度勾配が実行されると、プロジェクタは、測定される試料上に投影される一連のパターンを照射する。カメラは、測定される部分の表面で変形した各パターンの画像を取得する。画像処理アルゴリズムは、カメラによって観察された試料の部分に対応する高度を計算する。解析は画素ごとに行われる。そして、測定される試料の表面トポグラフィーを得ることが可能である。

次いで、試料の異なる特性を、１つの同じ温度上昇又は降下段階の間に測定することができる。この構成は、試料が、温度変化の際に徐々に劣化し、その結果、最初の温度勾配の間に試料上で行われる測定が、同じ条件下で同じ試料の、次の温度勾配中の同じ試料の測定とわずかに異なる場合に、特に有利である。

非常に良好な熱敏捷性を有する測定装置１を有するために、即ち、試料を迅速に加熱及び／又は冷却することができ、従って、時間的に複雑な温度プロファイルに従えるように、試料を含む筐体２の体積をできる限り制限することが好ましい。したがって、カメラ４及びプロジェクタ３を筐体の外側に配置することが特に有利である。

良好な熱敏捷性を得るために、筐体内に位置する部品の数を可能な限り制限し、それによって筐体２の熱質量を制限することも好ましい。また、その質量を減少させるために、筐体内に配置された試料ホルダの機能性を制限することも有利である。有利な方法では、試料ホルダは、Ｘ軸及びＹ軸に沿った変位手段を有さず、これらＸ軸及びＹ軸は、試料ホルダの上面に平行な同一平面、有利には水平な面に、含まれる２つの垂直軸である。

試料ホルダの熱質量を制限するために、試料ホルダがＺ軸に沿った変位手段を有さないようにすることも有利である。

また、試料の不安定化をもたらすため、熱サイクルの間、例えば、温度上昇又は降下のフェーズの間、試料ホルダの移動を回避することが有利である。試料ホルダの移動は、熱サイクル中の試料の挙動及び位置の変更を引き起こす可能性がある。試料の位置のこの変更は、カメラによって収集されたデータの処理をかなり複雑にし、さらには、特に、異なる温度におけるトポグラフィーの比較において、処理を不可能にする可能性がある。また、試料の変位が加熱及び冷却手段との熱結合の変化を引き起こし、トポグラフィーの差異を比較することが困難になることも明らかである。

この構成は、試料ホルダが、プロジェクタ３及び／又はカメラ４と関連して使用されるレンズの焦点距離と合致するように、Ｚ軸に沿って移動し得る解決策に対して好ましい。この解決策はまた、２つの光学デバイスの互いに独立した動きを可能にすることによって、第１の光学デバイス及び第２の光学デバイスを形成するために使用され得るレンズの選択において、より大きな自由を提供する。

試料のいくつかの異なる領域の測定を容易にするために、カメラ４、プロジェクタ３、第１の光学デバイス、及び第２の光学デバイスを、筐体２に対して移動可能な態様で、測定装置２の内部で、試料ホルダに、したがって、試料に、移動可能に実装することが提案される。

この構成は、試料を移動させる必要なく、カメラ４及びプロジェクタ３を移動させることによって、試料の異なる領域で生成される試料の表面トポグラフィーの変化の測定を可能にするので、特に有利である。

装置１は、有利には、コントローラによって形成され得る、ディスプレーサを含んでおり、このコントローラは、プロジェクタ３、カメラ４、第１の変位装置及び第２の変位装置を、少なくとも第１の方向に、好ましくは、交差する第１及び第２の方向に、さらにより好ましくは垂直方向に、移動させるように構成される。第１の光学デバイスを伴うプロジェクタ３の共通の変位、及び／又は、第２の光学デバイスの変位を伴うカメラの共通の変位を、提供することが有利である。ディスプレーサは、Ｚ軸に沿って選択された解像度で試料の異なる部分を観察することができるように、Ｘ方向及び／又はＹ方向の成分の変位を行うように構成されている。有利な態様においては、Ｘ軸又はＹ軸に沿ったカメラの変位は、プロジェクタの同一及び同期的な変位をもたらし、その逆も同様である。

図１、２、３、４、５、及び６に示す特定の実施形態では、ディスプレーサが、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ向けられた２つのスライド手段によって、プロジェクタ３、カメラ４、第１の光学デバイス８ａ及び第２の光学デバイス８ｂを、Ｘ方向及びＹ方向のみに変位させるように構成されていることを、観察することが可能である。また、測定装置１は、第１の光学デバイス又は第２の光学デバイスの焦点が試料の表面に位置するように、Ｚ方向に配向されたスライドを備えることができる。プロジェクタ及びカメラのために許容される変位空間は、支持構造によって画定され、この支持構造は、スライドを含み、複数のカバーによって閉鎖されるように構成される。

特定の実施形態では、コントローラは、試料を支持する試料ホルダの平面に平行な平面で第１の変位装置及び第２の変位装置を移動させるように構成される。好適な実施形態では、コントローラは、第１の変位装置及び第２の変位装置を水平面内で移動させるように構成されている。

コントローラは、有利には、筐体の各側面上の測定装置の上部に配置された２つの第１のスライド１０を含むガイド手段を備える。第１のスライド１０は、第１の方向Ｙ’−Ｙに延在する。第１のスライドは、第２の方向Ｘ’−Ｘに延在する第２のスライド１１に関連付けられている。

図７及び図８に示す有利な実施形態では、ブロア１２は、透明壁２０に対向して取り付けられている。ブロアは、有利には、筐体２上に取り付けられる。

図７及び図８に示す有利な実施形態では、ブロア１２は、透明壁２０に対向して取り付けられている。ブロアは、有利には、筐体２上に取り付けられる。

ブロア１２は、透明壁の外面上にガス流を出射するように取り付けられている。本発明者らは、筐体２が高温であるとき、透明壁が測定装置内の空気を加熱し、空気のランダムな動きを生成することを観察した。これらのランダムな動きは、高温の空気及びより冷たい空気の流れを透明壁の表面上に生じさせ、プロジェクタ３の光路及びカメラ４の光路における空気の屈折率のランダムな変化をもたらす。ブロア１２は、カメラ４の光路及びプロジェクタ３の光路に位置する空気が、乱れを低減するように、均質化されることを可能にする。有利な方法では、ブロア１２は、「高温」壁である透明壁を、「低温」壁、即ち、例えば、２０℃〜３０℃の周囲温度で、「低温」壁に変換するように構成されない。例えば、加熱デバイスが試料を加熱するとき、ブロアの運転時に透明壁の温度は６０℃よりも高い。測定装置がカバーによって有利に閉じられ、及び／又は、筐体の表面における冷たい部分の生成が、冷却されていない残りの筐体の熱機械応力を生成するので、透明壁は、冷却される必要がない。

本発明者らは、この屈折率のランダムな変化が、試料に到達する前にプロジェクタによって照射される構造化画像を妨害し、カメラ４によって捕捉される画像も妨害することを観察した。これらの妨害は、測定の質を損なう。

別の解決策は、主に透明壁２に関する、冷たい外壁を有する筐体を使用することであるが、これは技術的により複雑であり、コストがかかる解決策を表す。

この構成は、熱い気体が透明壁に出射されることを可能にし、それによって、筐体が低温で動作しているときに透明壁の表面に付着され得る霜の薄層の形成を防止する。

後者の２つの技術的解決策は、固定式又は可動式の光学系、並びに、可動式又は固定式の試料ホルダを有する測定装置に適用することができ、また、カメラ及びプロジェクタが固定式又は可動式の測定装置に適用することができる。

Claims (8)

1. 試料の表面トポグラフィーの測定装置であって、
   前記試料の表面に投影されるように設計されたパターン化された光を照射するように構成された、少なくとも１つのプロジェクタ（３）と、
   前記試料の表面に投影された前記パターン化された光を観察するように構成された、少なくとも１つのカメラ（４）と、
   前記試料を支持するように設計された筐体（２）と、
   前記筐体（２）内の前記試料に温度勾配を印加するように構成された、加熱又は冷却デバイス（６）と、
   を備えており、
   前記プロジェクタ（３）と前記試料との間における前記プロジェクタ（３）の光軸上に位置する第１の光学デバイス（８ａ）であって、前記第１の光学デバイス（８ａ）は、異なる倍率を有するいくつかの異なる第１のレンズによっていくつかの異なる倍率を提供し、前記第１のレンズは、前記パターン化された光の異なる解像度を提供するように移動可能に取り付けられており、第１のモータは、前記第１のレンズを前記プロジェクタ（３）の光軸に垂直な平面で移動させて、前記第１のレンズのうち、前記プロジェクタ（３）の光軸上に位置する第１のアクティブレンズを定義する、第１の光学デバイスと、
   前記カメラ（４）と前記試料との間における前記カメラ（４）の光軸上に位置する第２の光学デバイス（８ｂ）であって、前記第２の光学デバイス（８ｂ）は、いくつかの異なる第２のレンズによっていくつかの異なる倍率を提供し、前記第２のレンズは、前記カメラ（４）の異なる解像度を提供するように移動可能に取り付けられており、第２のモータは、前記第２のレンズを前記カメラ（２）の光軸に垂直な平面で移動させて、前記第２のレンズのうち、前記カメラ（４）の光軸上に位置する第２のアクティブレンズを定義する、第２の光学デバイス（８ｂ）と、
   前記第１の光学デバイス（８ａ）及び前記第２の光学デバイス（８ｂ）に接続され、ユーザの指示に応じて、前記第１のレンズの間でアクティブレンズを変更し、前記第２のレンズの間でアクティブレンズを変更するように構成された制御回路であって、前記第１及び第２のアクティブレンズの倍率を同様に変更するように構成されている、制御回路と、
   を備えることを特徴とする測定装置（１）。
2. 前記加熱又は冷却デバイス（６）は、前記筐体（２）の内部の温度を調整するように構成され、前記プロジェクタ（３）、前記カメラ（４）及び前記第１及び第２の光学デバイス（８ａ、８ｂ）は、前記筐体（２）の外側に配置される、請求項１に記載の測定装置（１）。
3. 前記第１の光学デバイス（８ａ）は、互いに異なる焦点距離を提供する複数の第１のレンズを備え、前記測定装置は、複数の異なる予め定義された位置を有する前記プロジェクタ（３）の光軸に沿った前記第１の光学デバイス（８ａ）の変位手段（９ａ）を備え、前記制御回路は、前記第１のレンズの前記アクティブレンズの焦点が前記試料の表面に位置されるように、前記第１の光学デバイス（８ａ）を予め定義された位置に配置するように構成されている、請求項１又は請求項２に記載の測定装置（１）。
4. 前記第２の光学デバイス（８ｂ）は、互いに異なる焦点距離を提供するように構成された複数の第２のレンズを備え、前記測定装置（１）は、複数の異なる予め定義された位置を有する前記カメラ（４）の光軸に沿った前記第２の光学デバイス（９ｂ）の変位手段（９ｂ）を備え、前記制御回路は、前記第２のレンズの前記アクティブレンズの焦点が前記試料の表面に位置されるように、前記第２の光学デバイス（８ｂ）を予め定義された位置に配置するように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の測定装置（１）。
5. 前記カメラ（４）、前記プロジェクタ（３）、前記第１の光学デバイス（８ａ）、及び、前記第２の光学デバイス（８ｂ）は、ディスプレーサ（１０）に取り付けられており、前記ディスプレーサ（１０）は、前記プロジェクタ（３）とともに前記第１の光学デバイス（８ａ）を、及び／又は、前記カメラ（４）とともに前記第２の光学デバイス（８ｂ）を、前記試料の表面と平行な１つの方向又は２つの異なる方向に、同時に変位させるように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の測定装置（１）。
6. 前記筐体（２）の透明壁（２０）の外面にガス流を印加するように構成されたブロア（１２）を備え、前記プロジェクタ（３）の光軸及び前記カメラの光軸は、前記透明壁（２０）を通過する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の測定装置（１）。
7. 試料を測定する方法であって 、
   請求項１に記載の試料及び測定装置を提供する工程と、
   最初の温度勾配を前記試料に印加する工程であって、前記試料は、第１の温度から、前記第１の温度と異なる第２の温度に変化する温度を有する、工程と、
   プロジェクタ（３）及び少なくとも第１の倍率を適用する第１の光学デバイスによって、前記試料の表面にパターン化された光を投影する工程と、
   前記試料の表面に投影された前記パターン化された光を、カメラ（４）及び少なくとも第２の倍率を適用する第２の光学デバイスによって、観察する工程と、
   を備えており、
   前記温度勾配の間に、
   前記第１の光学デバイスは、前記第１の倍率の値を変更し、前記第２の光学デバイスは、前記第２の倍率の値を変更して、観察する領域の大きさ及び前記試料の表面に対して垂直な解像度を変更する、方法。
8. 前記第１の光学デバイス及び前記第２の光学デバイスの前記倍率の変更が、６０℃を超える温度での前記最初の温度勾配の間に行われる、請求項７に記載の方法。

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