JP4824541B2 - 面を検査するスキャタロメータ及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、スキャタロメータとして既知である鏡面反射メータに係る。スキャタロメータは、試料の面に対して方向付けられるべき入射光ビームを与える源と、かかる入射光ビームを試料の面に向かって異なる角度で方向付ける手段と、入射光ビームの反射を受けるスクリーンと、反射光ビームによってスクリーンに投影された散乱プロファイルを記録するカメラを有する。

多くの工業製品の面は、製品の機能性を高めるため、又はその外観を向上するため、一定の性質を備えた物理的構造を有する。いくつかの典型的な例は、高品質の光学部品の非常に平滑な面、切削工具の耐摩耗性、塗料の面、プラスチック部品の優良な面、金属薄板に作られる圧延組織のプレス、及び自動車産業用で金属に見えるつや出しラッカーである。面構造及びかかる面の質は、スキャタロメータによって評価され得る。光ビーム等の入射光ビームは、分析されるべき面に対して方向付けられ、かかるビームの反射はスクリーンに投影されるため、散乱プロファイルはスクリーン上に現れるようにされる。

スキャタロメータは、国際公開第００／３７９２３−Ａ号パンフレット（特許文献１）に説明される。スクリーンは球形のドームの内部面によって形成され、試料はドームの中心に位置決めされる。入射光ビームを与える源はドームの外側に位置決めされ、入射光ビームはドームの開口を介してドームに入る。開口は縦方向スロット（ｍｅｒｉｄｉａｎ ｓｌｏｔ）の形状を有しているため、ビームは試料の面に対して異なる角度で方向付けられ得る。散乱プロファイルは、ドームの凹状の内部面上に投影される。カメラはドームの外側に位置決めされ、ドームの開口及びドームの中心近くの鏡を介して散乱プロファイルを観察する。鏡は凸型であり得、カメラはドームの内部の広い部分を観察し得るようにされる。平面鏡を使用する際は、ドームの内部面の所定の部分が観察され得る。鏡は、ドームの内部面の異なる部分を観察するよう動かされてよい（軸の周囲を回転する）。

カメラによって記録されるべき画像、即ち散乱プロファイル又はその一部分は、所謂高次反射によって乱され得る。かかる高次反射は、スクリーンの他の部分を照射するスクリーンの一つの部分の光度によって引き起こされる。かかる高次反射は、スクリーンが球状形状又は円筒形状等の凸状を有する場合に発生し得る。スクリーンの反射率が高いほど、また、その角度範囲が大きいほど、高次反射はより乱れる。この影響は、測定及び／又は記録されなければならない散乱プロファイルの上部の照明を引き起こす。例えば、光学面、ディスプレイ・スクリーン、又は半導体ウエハ等の非常に平滑な面の質を評価する際、高次反射は非常に障害となる。
国際公開第００／３７９２３−Ａ号パンフレット

本発明は、高次反射が低減され得、散乱プロファイルのより正確な観察及び記録が成され得るスキャタロメータを与えることを目的とする。

かかる目的を達成するために、スキャタロメータは、スクリーンを動かして反射光ビームに保持する手段と、カメラを、動く鏡を介する等して動くスクリーンに対して方向付け続ける手段を与えられる。従って、スクリーンの屈曲は低減又は回避され得、結果として高次反射又の低減又はかかる反射の欠如をもたらす。

望ましくは、スクリーンは略平面又は完全に平面であり、高次反射は完全に回避される。スクリーンは均一な凸状であり得、高次反射は起こり得ない。

望ましい一実施例では、入射光ビームを与える源は固定された位置に取り付けられ、試料は、入射光ビームの方向に対して略垂直な軸の周囲で回転し得る。試料を回転させる際、入射光ビームが試料の面に衝突する角度は変わる。従って、スクリーンは同一の軸の周囲を略回転することによって動き得、その角速度は試料の角速度の２倍である、スクリーンはその動きの間反射光ビームに留まるようにされる。

望ましくは、カメラは固定された位置に取り付けられ、鏡を介してスクリーンを観察できる。鏡は試料の角速度に類似した角速度を備えて同一の軸の略周囲を回転し得る。従って、試料支持部材及び鏡は、かかる軸の周囲を回転するユニットに取り付けられ得、かかるスクリーンはかかるユニットに接続され、異なる角速度を有してかかる軸の周囲を回転し得る。

本発明は更に、面を点検する方法に係る。該方法は、放射源が異なる角度で試料の面に向かって方向付けられる入射光ビームを与える段階、スクリーンが反射光ビームを受ける段階、及び、カメラがかかるスクリーン上に投影された散乱プロファイルを記録する段階を有する。従って、スクリーンは、反射光ビームに留まるよう動かされ、カメラは、動く鏡を介する等して動くスクリーンに対して方向付けられ続ける。

本発明は、図１を参照し、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１は、スキャタロメータの部分を概略的に斜視図で示す。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示され、他の部分は図示されない。

図は、放射源から発生し、試料４の面に対して方向付けられる入射光ビームを図示する。放射源２は、白色光等の、単色光ビーム又は多色光ビームを生成し得る。試料４は、所望されない反射、即ち試料４の面からの反射以外の反射を避けるよう光沢のない黒である試料支持部材３に取り付けられる。従って、入射反射ビーム１の光路にあるダイヤフラム（図示せず）は、試料４の面の照射された域を調整し得る。従って、入射光ビーム１の直径は、例えば２ｍｍ乃至１２ｍｍの値に制限され得る。

入射光ビーム１は試料４の面で反射され、反射光ビーム５は、散乱プロファイル７を平面スクリーン６に投影する。スクリーン６は、投影された散乱プロファイル７の光学画像を達成するよう、拡散中性灰色被覆剤で被覆される。

スクリーン６上の散乱プロファイル７は、試料４の面構造に関する情報を有し、カメラ９によって記録され得る。カメラ９は、破線２０及び２１で示される通り、鏡１０に対して方向付けられ、鏡１０を介してスクリーン６上の散乱プロファイル７を観察する。（図は鏡１０の後背面を示す。）
カメラ９と同様に放射源２は、固定された位置に取り付けられる。試料支持部材３及び鏡１０はいずれも垂直ピン８に取り付けられ、ピン８は長手方向（垂直）軸の周囲を回転し得る。従って、試料支持部材３及び鏡１０はいずれも、回転ユニットとしてピン８のかかる垂直軸の周囲を回転し得る。

また、スクリーン６は、ピン８のかかる垂直な軸の周囲を回転し得る。かかる回転を達成するよう、スクリーン６は、アーム１３によって歯車１２に接続され、歯車１２はピン８の周囲を回転し得る。矢印２２は、アーム１３の動きを示し、破線１９はスクリーンの動きを示す。

入射光ビーム１が試料４の面に衝突する角度は、回転するピン８によって変化し得、試料支持部材３はピン８の垂直方向軸の周囲を回転する。放射源２は固定された位置に取り付けられるため、入射光ビーム１の反射５は、試料支持部材３の角速度の２倍である角速度を備えて回転する。従って、投影された散乱プロファイル７を受けるよう、スクリーン６は、試料支持部材３に取り付けられたピン８自体の角速度の２倍である角速度を備えてピン８の垂直方向軸の周囲を回転しなければならない。

かかる角速度の相違は、多くの方法で達成され得る。図中の実施例によれば、単純な歯車機構によって達成される。第１の歯車１１はピン８に接続される。歯車１１は、半分の歯数を有する第２の歯車１４とかみ合わされ、歯車１４の角速度は、歯車１１及びピン８の角速度の２倍であるようにされる。第３の歯車１５は、歯車１４が取り付けられているのと同一の垂直ピン１６上に取り付けられ、歯車１４と同一の角速度で回転する。歯車１４はアーム１３が取り付けられている第４の歯車１２とかみ合う。歯車１５及び歯車１２は同一の歯数を有するため、歯車１２はピン８の周囲を回転し得、また、ピン８の角速度の２倍の角速度を有する。

試料支持部材３を回転することによって、スクリーン６は、破線１７、１８、及び１９に示す通り１８０°を超えて回転し、散乱プロファイル７は常にスクリーン６に投影される。カメラ９は、固定された位置を有し、破線２０で示す通り鏡１０に対して方向付けられる。鏡１０は支持部材３と共に回転するため、カメラは、破線２１で示す通り常にスクリーン６を観察する。

スキャタロメータについて説明した実施例は単なる一例である。即ち、非常に多くの他の実施例が可能である。

スキャタロメータの部分の概略的な斜視図である。

Claims (7)

1. スキャタロメータであって、
   試料の面に対して方向付けられるべき入射光ビームを与える源と、
   前記入射光ビームを前記試料の前記面に向かって異なる角度で方向付ける手段と、
   前記入射光ビームの反射を受けるスクリーンと、
   鏡と、
   反射された前記光ビームによって前記スクリーンに投影された散乱プロファイルを記録するカメラと、
   を有し、
   該カメラは、固定された位置に取り付けられ、
   前記鏡は、前記スクリーン上の前記散乱プロファイルを前記カメラに向かって反射し、前記カメラが該鏡を介して前記スクリーンの前方上の前記散乱プロファイルを観察するようにし、
   当該スキャタロメータは更に、
   前記スクリーンを動かし、それによって該スクリーンが前記試料の前記面から反射された前記光ビームを受け続けるようにする手段と、
   前記鏡が前記散乱プロファイルを前記カメラに向け続けるよう前記鏡を動かす手段と、
   を更に有する、
   スキャタロメータ。
2. 前記スクリーンは略平面である、
   ことを特徴とする請求項１記載のスキャタロメータ。
3. 入射光ビームを与える前記源は、固定された位置に取り付けられ、前記試料は、入射光ビームの前記方向に対して実質的に垂直である軸の周囲に回転し得る、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のスキャタロメータ。
4. 前記スクリーンは、実質的に前記軸と同一の軸の周囲に回転し得、その角速度は、前記試料の角速度の２倍である、
   ことを特徴とする請求項３記載のスキャタロメータ。
5. 前記鏡は、前記試料の前記角速度と類似した角速度を備えて前記同一の軸の周囲に実質的に回転し得る、
   ことを特徴とする請求項３又は４記載のスキャタロメータ。
6. 試料支持部材及び前記鏡は、前記軸の周囲に回転するユニットに取り付けられ、
   前記スクリーンは、該ユニットに接続され、異なる角速度を備えて前記軸の周囲を回転し得る、
   ことを特徴とする請求項５記載のスキャタロメータ。
7. 面を点検する方法であって、
   放射源が、異なる角度で試料の前記面に向かって方向付けられる入射光ビームを与える段階と、
   スクリーンが反射された光ビームを受ける段階と、
   カメラが前記スクリーン上に投影された散乱プロファイルを記録する段階と、
   を有し、
   該カメラは、固定された位置に取り付けられ、鏡を介して前記スクリーンの前方を観察し、
   前記スクリーンは、前記試料の前記面から前記反射された光ビームを受け続けるよう動かされ、
   前記鏡は、前記スクリーン上の前記散乱プロファイルを前記カメラに向かって反射し続け、前記カメラが該鏡を介して前記スクリーンの前方上の前記散乱プロファイルを観察するようにする、
   ことを特徴とする方法。

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