JPH1019767A - 分光反射光量測定用光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 他物が対向している基板の外面やパイプの内
面の分光反射光量を容易に測定する。 【解決手段】 光学系７と、分光反射光量を測定する基
板１３の外面Ｆとの間に、光路を偏向する直角プリズム
６を設け、光学系７などを覆うケーシング５から突出さ
せた、横断面積が小さくて比較的長い筒体２６の先端に
直角プリズム６を保持する。ステッピングモータとネジ
軸とによって、ケーシング５を水平方向に移動できるよ
うに構成し、その移動により、基板処理台Ｂの上面と、
基板処理台Ｂより所定高さ浮上された基板１３の下向き
の外面Ｆとの間隙内に直角プリズム６を挿入し、基板１
３の下向きの外面Ｆの所望の測定箇所での分光反射光量
を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物質の特定や膜厚
測定などのために、基板の外面や、円筒状パイプや角筒
状パイプの内面などに対して研磨処理やコーティング処
理などの表面処理を施した際に、その表面処理が施され
た被測定物の測定試料面の分光反射光量を間隙が狭い箇
所で測定するために用いる分光反射光量測定用光学系に
関する。

【０００２】

【従来の技術】上述のような、表面処理が施された被測
定物の測定試料面の分光反射光量を測定するものとし
て、従来、特公平７−３３６５号公報に示されるような
顕微分光装置があった。

【０００３】このような従来の顕微分光装置によれば、
測定試料面の法線方向に、顕微鏡光学系を構成する顕微
鏡対物レンズ、ハーフミラー、結像レンズが順に対向す
るように設けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
の場合、顕微鏡光学系が測定試料面の法線方向に大きい
ものに構成されている。そのため、基板の外面に対して
小さな間隙を隔てて他物が存在するような場合（以下、
他物が対向している基板という）とか、パイプの内径が
小さい場合に、その狭い箇所に光学系を挿入することが
困難であり、他物が対向している基板の外面やパイプの
内面の分光反射光量を測定できない欠点があった。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、請求項１に係る発明の分光反射光量測
定用光学系は、他物が対向している基板の外面やパイプ
の内面の分光反射光量を容易に測定できるようにするこ
とを目的とし、また、請求項２に係る発明の分光反射光
量測定用光学系は、汚れの影響を防止して精度良く分光
反射光量を測定できるようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
上述のような目的を達成するために、測定試料面に対向
する透光面を有する透光部材と、計測光を発する光源
と、その光源からの計測光を透光部材を介して測定試料
面に到達するように透光部材に案内するとともに測定試
料面からの反射光を透光部材を介して取り込む光学系
と、その光学系に取り込まれる測定試料面からの特定波
長ごとの反射光の光量を測定する分光反射光量測定手段
とを備えた分光反射光量測定用光学系において、光学系
と透光面との間に設けられて計測光の光路を偏向する光
路偏向手段と、透光面を含む状態で光路偏向手段を、測
定試料面の面に沿うとともに測定試料面に対して遠近す
る方向に移動する移動手段とを備えて構成する。

【０００７】また、請求項２に係る発明の分光反射光量
測定用光学系は、上述のような目的を達成するために、
請求項１に係る発明の分光反射光量測定用光学系におけ
る透光面の外面および測定試料面に清浄用流体を供給す
る清浄化手段を備えて構成する。

【０００８】

【作用】請求項１に係る発明の分光反射光量測定用光学
系の構成によれば、光路偏向手段を光学系に対して移動
するか、あるいは、光学系とともに移動するかにより、
光路偏向手段から測定試料面に計測光を照射する方向と
交差する測定試料面に沿う方向に光路偏向手段を移動さ
せる。これにより、対向する他物と基板の外面との間の
狭い間隙内や小径のパイプ内などに光路偏向手段を挿入
し、測定試料面の分光反射光量を測定することができ
る。

【０００９】また、請求項２に係る発明の分光反射光量
測定用光学系の構成によれば、透光面の外面および測定
試料面から、汚れや透光性の低い処理液などを除去でき
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面を用
いて詳細に説明する。図１は、本発明に係る分光反射光
量測定用光学系の第１実施例を示す全体構成図、図２
は、分光反射光量測定装置の全体側面図である。図２に
示すように、基台１に立設された支柱２に、第１のテー
ブル３ａと第２のテーブル３ｂとから成るＸ−Ｙテーブ
ル３を介して、分光反射光量測定用光学系４（図１参
照）を内装したケーシング５が支持されている。

【００１１】分光反射光量測定用光学系４は、図１に示
すように、透光部材に兼用構成した光路偏向手段として
の直角プリズム６と、光学系７と、照明系８と、モニタ
系９と、分光ユニット１０とから構成されている。

【００１２】光学系７は、第１の凸レンズ１１と第２の
凸レンズ１２とから構成され、照明系８からの計測光を
直角プリズム６を介して測定試料面としての基板１３の
外面Ｆに到達するように直角プリズム６に案内するとと
もに基板１３の外面Ｆからの反射光を直角プリズム６を
介して取り込み、基板１３の外面Ｆの像を分光ユニット
１０上に結ぶようになっている。なお、第１の凸レンズ
１１、第２の凸レンズ１２は、それぞれ１枚のレンズで
示されているが、複数枚のレンズで構成されることもあ
り、以下も同様である。

【００１３】照明系８は、計測光を発する光源としての
第１のランプ１４と、第３および第４の凸レンズ１５，
１６と、第１の凸レンズ１１と第２の凸レンズ１２との
間に設けられた第１のビームスプリッタ（ハーフミラー
でもよい）１７とから構成されている。また、照明系８
には、モニター用光源としての第２のランプ１８と、シ
ャッター１９と、第５の凸レンズ２０と、第３の凸レン
ズ１５と第４の凸レンズ１６との間に設けられたピンホ
ールミラー２１が備えられている。

【００１４】モニタ系９は、ＣＣＤカメラ２２と、第６
の凸レンズ２３と、第１の凸レンズ１１と第２の凸レン
ズ１２との間に設けられた第２のビームスプリッタ（ハ
ーフミラーでもよい）２４とから構成されている。この
モニタ系９としては、ＣＣＤカメラ２２を設けずに目視
によるように構成するものでもよい。なお、ピンホール
ミラー２１のピンホール２１ａと基板１３の外面Ｆと
は、ＣＣＤカメラ２２でピントを合わせた時に、光学的
に共役になるように配置している。

【００１５】分光ユニット１０の結像面にはピンホール
２５が設けられ、基板１３の外面Ｆで測定される領域を
制限するように構成されている。そして、図示しない
が、ピンホール２５を通った反射光を平坦結像型回折格
子とフォトディテクタアレイとを組み合わせた分光器な
どの各種の分光反射光量測定手段に取り込み、光学系７
に取り込まれる前記測定試料面からの特定波長ごとの反
射光の光量を測定して反射光の分光情報を得るようにな
っている。

【００１６】ケーシング５の直角プリズム６を覆う部分
が、横断面積が小さくて比較的長い筒体２６で構成さ
れ、この筒体２６の先端に直角プリズム６が保持され、
直角プリズム６の水平方向の透光面６ａを基板１３の外
面に直接的に対向させるようになっている。

【００１７】基台１は、図２に示すように、昇降台２７
に、正逆転可能なステッピングモータ２８によって回転
駆動されるネジ軸２９とガイド（図示せず）とを介して
支持され、ケーシング５を、筒体２６の突出方向に移動
し、直角プリズム６を、基板１３の外面Ｆに沿うととも
にその外面Ｆに対して遠近する方向に移動するように移
動手段が構成されている。図示しないが、昇降台２７が
微小量づつ昇降可能に設けられていて、後述するピント
合わせが行えるように構成されている。

【００１８】次に、反射光量の測定について説明する。
先ず、ステッピングモータ２８を駆動してケーシング５
を移動し、基板処理台Ｂの上面と、基板処理台Ｂより所
定高さ浮上された基板１３の下向きの外面Ｆとの間隙内
に直角プリズム６を挿入する。

【００１９】次いで、シャッター１９を開き、第２のラ
ンプ１８からの光を基板１３の外面Ｆに広い範囲で照射
する。その状態で、ＣＣＤカメラ２２からの画像を用
い、昇降台２７を昇降してピントを合わせるとともに、
ステッピングモータ２８を駆動して光学系４を所望の測
定箇所に微小移動する。

【００２０】所望の測定箇所まで移動させて停止した後
にシャッター１９を閉じる。これにより、第１のランプ
１４からの計測光を直角プリズム６で光路を偏向して基
板１３の外面Ｆの所望の測定箇所にのみ照射し、そこか
らの反射光を取り込み、分光ユニット１０において反射
光量を測定する。

【００２１】前記第１のランプ１４からは、ピンホール
ミラー２１のピンホール２１ａを通過した計測光のみが
基板１３の外面Ｆの所望の測定箇所に照射されるよう
に、いわゆるKoana-Naora 型光学系に構成され、Ｓ−Ｖ
効果による影響を低減できるように構成されている。す
なわち、照明系８および光学系７それぞれでのレンズや
直角プリズム６の空気境界面や微小な傷、汚れ、更には
それらの光学部品を支持している金物などによって発生
するフレアー光に起因する測定誤差を抑えるように構成
されている。

【００２２】図３は、本発明に係る分光反射光量測定用
光学系の第２実施例を示す要部の断面図であり、第１実
施例と異なるところは次の通りである。すなわち、光路
偏向手段に専用構成された直角プリズム６Ａと、光学系
７を構成する第１の凸レンズ１１とが、透光部材として
の横断面積の比較的小さい筒体３０内に設けられてい
る。筒体３０の直角プリズム６Ａの透光面６ａに対応す
る箇所が、透光面としてのガラス窓３１で構成されてい
る。ガラス窓３１を囲んでオーバーフロー用の筒３２が
取り付けられ、その筒３２の周壁を貫通して、純水など
の透明の洗浄液の加圧供給源（図示せず）に接続された
洗浄液配管３３が接続され、清浄化手段が構成されてい
る。他の構成は第１実施例と同様である。

【００２３】この構成により、基板１３の外面Ｆに計測
光を照射するときに、筒３２内に清浄用流体としての洗
浄液を連続的に供給してオーバーフローさせ、ガラス窓
３１の外面から基板１３の外面Ｆにわたる空間域を洗浄
液で満たす状態に維持し、基板１３の外面Ｆに付着した
表面処理液とか汚れを除去するとともにガラス窓３１の
外面に付着した汚れを除去できる。

【００２４】この第２実施例の構成によれば、汚れの影
響を防止して基板１３の外面Ｆから精度良く計測光を反
射させることができ、基板１３の外面Ｆの凹凸やそれに
コーティングされたものの膜厚などを精度良く測定する
ことができる。なお、前述したいわゆるKoana-Naora 型
光学系の構成により、洗浄液供給に伴う洗浄液の揺らぎ
の影響は抑制できる。

【００２５】図４の（ａ）は、本発明に係る分光反射光
量測定用光学系の第３実施例を示す要部の断面図であ
り、第２実施例と異なるところは次の通りである。すな
わち、光路偏向手段として、直角プリズム６Ａに代えて
平面ミラー３４が用いられている。また、ガラス窓３１
の外面に向けて清浄用流体としてのＮ₂ ガスなどの不活
性ガスや空気などを加圧供給する第１のガス配管３５が
設けられている。更に、基板１３の外面Ｆに向けて清浄
用流体としてのＮ₂ ガスなどの不活性ガスや空気などを
加圧供給する第２のガス配管３６が設けられている。他
の構成は第２実施例と同様である。第１および第２のガ
ス配管３５，３６により清浄化手段が構成されている。

【００２６】この構成により、基板１３の外面Ｆに計測
光を照射するときに、ガラス窓３１の外面、および、基
板１３の外面ＦそれぞれにＮ₂ ガスなどの不活性ガスや
空気などを加圧供給し、基板１３の外面Ｆに付着した表
面処理液とか汚れならびにガラス窓３１の外面に付着し
た汚れを吹き飛ばして除去できる。

【００２７】この第３実施例の構成によれば、汚れの影
響を防止して基板１３の外面Ｆから精度良く計測光を反
射させることができ、基板１３の外面Ｆの凹凸や外面Ｆ
にコーティングされたものの膜厚などを精度良く測定す
ることができる。

【００２８】図４の（ｂ）は、本発明に係る分光反射光
量測定用光学系の第４実施例を示す要部の断面図であ
り、第３実施例と異なるところは次の通りである。すな
わち、ガラス窓３１の外面より所定距離離間した状態で
分配筒３７が取り付けられ、その分配筒３７内の周壁を
貫通して、清浄用流体としてのＮ₂ ガスなどの不活性ガ
スや空気などを加圧供給する第３のガス配管３８が接続
されている。他の構成ならびに作用効果は第３実施例と
同様である。この第４実施例の構成によれば、第３実施
例に比べてガス配管の本数を１本にできながら、ガラス
窓３１の外面、および、基板１３の外面ＦそれぞれにＮ
₂ ガスなどの不活性ガスや空気などを加圧供給できる利
点がある。

【００２９】図５は、本発明に係る分光反射光量測定用
光学系の第５実施例を示す要部の断面図であり、第１実
施例と異なるところは次の通りである。すなわち、光路
偏向手段に専用構成された直角プリズム６Ａが、透光部
材としての横断面積の比較的小さい筒体３９内に保持さ
れている。筒体３９の、直角プリズム６Ａの透光面６ａ
に対応する箇所が、透光面としてのガラス窓３１で構成
されている。筒体３９が、ケーシング５から一体的に突
設された筒部４０に摺動可能に内嵌されている。

【００３０】そして、第１実施例における、ステッピン
グモータ２８によりケーシング５の全体を水平方向に移
動させる構成に代えて、次のような構成をとる。筒部４
０と筒体３９とがエアシリンダ４１を介して連結され、
エアシリンダ４１の伸縮により、直角プリズム６Ａを基
板処理台Ｂの上面と、基板処理台Ｂより所定高さ浮上さ
れた基板１３の下向きの外面Ｆとの間隙内に、筒体３９
とともに直角プリズム６Ａを挿入ならびに離脱できるよ
うに移動手段が構成されている。すなわち、筒体３９と
ともに直角プリズム６Ａを、基板１３の外面Ｆに沿うと
ともにその外面Ｆに対して遠近する方向に移動するよう
に構成されている。他の構成は第１実施例と同様であ
る。

【００３１】この第５実施例による場合、ピント合わせ
は、エアシリンダ４１をストロークエンドまで伸長した
状態で、第１実施例と同様に、昇降台２７を昇降させて
行う。また、直角プリズム６Ａを所望の測定箇所に精度
良く移動する場合は、Ｘ−Ｙテーブル３を利用すればよ
い。

【００３２】上記エアシリンダ４１に代えて、例えば、
筒体３９にネジ軸の一端を連結し、そのネジ軸に外嵌し
た内ネジ部材を回転のみ可能に設け、内ネジ部材をステ
ッピングモータで回転駆動するように構成してもよい。
このように構成すれば、測定箇所が任意である場合に、
筒体３９を微小移動することでピント合わせを行える利
点がある。

【００３３】上述実施例において、測定箇所を変える場
合、ケーシング５や筒体３９を移動させずに、ピンホー
ル２５とともに分光ユニット１０を、光学系７の像面上
を移動させるようにしてもよい。その場合、ＣＣＤカメ
ラ２２上に、ピンホール２５の移動と連動して測定箇所
を表示するように構成するとか、画像処理系において、
ピンホール２５の移動と連動して測定箇所を判断できる
ようにすればよい。また、画像処理装置を用い、基板１
３の外面Ｆのパターンを自動的に認識させ、そのパター
ンの特定箇所に基づいて所望の位置の分光反射光量を測
定するように構成することも可能である。

【００３４】前記第１実施例および第５実施例のもの
に、第２実施例、第３実施例および第４実施例のいずれ
かの清浄化手段を付加してもよい。

【００３５】本発明の分光反射光量測定用光学系は、円
筒状パイプや角筒状パイプの内面などを測定試料面とし
て、その測定試料面の分光反射光量を測定する場合にも
適用できる。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に係る発明の分光反射光量測定用光学系によれば、光
学系との間での光路を、光路偏向手段によって、測定試
料面と透光部材の透光面とが対向する方向に偏向するか
ら、対向する他物と基板の外面との間の狭い間隙内や小
径のパイプ内といった狭い箇所でも、光学系の大きさの
いかんにかかわらず、透光面を含む状態で光路偏向手段
を挿入して、測定試料面の分光反射光量を容易に測定で
きるようになった。

【００３７】そのため、他物が対向する基板の外面が測
定試料面であるような場合に、従来であれば、他物ある
いは基板を大きく移動して他物の影響を受けないように
するために測定作業に時間がかかったが、本発明によれ
ば、わずかな移動で済むために測定作業を短時間で行う
ことができ、研磨やコーティングなどの表面処理を効率
良く行え生産効率を向上できる。また、従来困難であっ
た小径のパイプの内面に対しても分光反射光量を容易に
測定でき、汎用性を向上できる。

【００３８】また、請求項２に係る発明の分光反射光量
測定用光学系によれば、透光面の外面および測定試料面
から、汚れや透光性の低い処理液などを除去できるか
ら、汚れに起因する反射光量の減少を防止して分光反射
光量の測定精度を向上できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る分光反射光量測定用光学系の第１
実施例を示す全体構成図である。

【図２】分光反射光量測定装置の全体側面図である。

【図３】本発明に係る分光反射光量測定用光学系の第２
実施例を示す要部の断面図である。

【図４】（ａ）は、本発明に係る分光反射光量測定用光
学系の第３実施例を示す要部の断面図、（ｂ）は、本発
明に係る分光反射光量測定用光学系の第４実施例を示す
要部の断面図である。

【図５】本発明に係る分光反射光量測定用光学系の第５
実施例を示す要部の断面図である。

【符号の説明】

６…直角プリズム（透光部材と兼用構成した光路偏向手
段） ６Ａ…直角プリズム（光路偏向手段） ６ａ…透光面 ７…光学系 １０…分光ユニット（分光反射光量測定手段） １４…光源としての第１のランプ ２８…ステッピングモータ（移動手段） ２９…ネジ軸（移動手段） ３０…筒体（透光部材） ３１…ガラス窓（透光面） ３２…筒（清浄化手段） ３３…洗浄液配管（清浄化手段） ３４…平面ミラー（光路偏向手段） ３５…第１のガス配管（清浄化手段） ３６…第２のガス配管（清浄化手段） ３７…分配筒（清浄化手段） ３８…第３のガス配管（清浄化手段） ３９…筒体（透光部材） ４１…エアシリンダ（移動手段） Ｆ…基板の外面（測定試料面）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 教之 京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神 北町１番地の１ 大日本スクリーン製造株 式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定試料面に対向する透光面を有する透
   光部材と、 計測光を発する光源と、 前記光源からの計測光を前記透光部材を介して前記測定
   試料面に到達するように前記透光部材に案内するととも
   に前記測定試料面からの反射光を前記透光部材を介して
   取り込む光学系と、 前記光学系に取り込まれる前記測定試料面からの特定波
   長ごとの反射光の光量を測定する分光反射光量測定手段
   と、 を備えた分光反射光量測定用光学系において、 前記光学系と前記透光面との間に設けられて計測光の光
   路を偏向する光路偏向手段と、 前記透光面を含む状態で前記光路偏向手段を、前記測定
   試料面の面に沿うとともに前記測定試料面に対して遠近
   する方向に移動する移動手段と、 を備えたことを特徴とする分光反射光量測定用光学系。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の透光面の外面および測
   定試料面に清浄用流体を供給する清浄化手段を備えたこ
   とを特徴とする分光反射光量測定用光学系。