JPS60310A - 表面構造、特に、荒さの測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特許請求の範囲第１項のプレアンプルに記載
の、表面構造（特に、荒さ）を測定する装置に関する。

特許請求の範囲第１項のプレアンブルに記載の装置は、
西独公開第２，８２０，９１０号から公知である。

この装置の場合、レーザ光明細書を被検表面に斜めに入
射させる。理嶽表面の反射角度のより妙の反射光の角喉
分布をダイオード列またはダイオードアレイル１（よっ
て測定し、角度分布から８面構造をめる。この公知の方
法には、特定の立体角内に散乱される光とダイオードア
レイの各ダイオ−ｒとの間の関係が、装置と被検溝ｍｌ
との間の距離および表面上の光点の大きなに極めて敏感
に依存すると云う欠点がある。一方、極めて小さい”光
点”で表面を−べる場合には特１ｃ、使用するレーザの
種類に応じて、強度の問題が生ずる。

西独公開第３，０３７，６２２号明細書には、別種の装
置が記載されている。この装置の場合、断面積の小さい
光束を被検表面に垂直に入射させ、ダイオード列によっ
て反射光の角度分布を測定する。光束は、垂直入射であ
るので、本質的に、反射されて同一光路をもどる。従っ
て、光路に分光器を設ける必要がある。入射光束および
反射光束は、一部は分光器を通過し、一部は分光器によ
って方向変更されるので、有効強度が約％に減少する。

従って、表面構造がクリティカルな場合には特に、強度
問題が生ずる。（に、この別種の装置の場合も、特定の
立体角内に反射される光とダイオードアレイの各ダイオ
ードとの間の関係が、装置と被検表面との間の距離に敏
感に依存する。

本発明の目的は、特定の立体角内ｌで反射される光と各
測定素子との間の関連性を失うことなく、被検表面と表
面構造測定装置との間の距離を大きな範囲に変更できる
よう、特許請求の範囲第１項のプレアンブルに記載の装
置を改良すること忙ある。

この目的は、本発明にもとづき、特許請求の範囲第１項
の特徴記載部分に開示の特徴によって達成される。検光
器アレイは、表面から反射される光束を検光器アレイ上
に結像するレンズ系の焦点面に配置しであるので、距離
が大きく変化しても、特定の角度で反射される光と検光
器アレイの各測光素子との間の関係は十分に保持される
。装置と被検表面との間の距離が約±３０ｑ６変化して
も、表面構造（特に、荒さ）の測定結果は影響を受けな
いと云うことが、実験から判った。

特許請求の範囲第１項に記載の本発明に係る装置には、
更に、一連の利点がある。即ち、光速を表面に悟め１Ｃ
入射することによって、光の強さを減少する分光器を使
用する必要が々い。慝に、平行光束を表面に集光するこ
とによって、”被倹点”（光点）が小さくても大きな光
度が得られる。頃に、光点の径が大きくても、光点の各
部分から反射される光と検光器アレイの各測定素子との
間の関係が保持される。この理由は、検光器アレイがレ
ンズ系の焦点面にあること、換樗すれば、レンズ系およ
び検光器プレイがフーリエ系を形成することにある。

本発明の実施例を従属クレームに記載した。特許請求の
範囲第２項にもとづき入射光および反射光に−Ｄいテ共
通のレンズ系を使用することによって、装置の構造が簡
単となる。

本発明に係る装置では、もちろん、反射光の角度分布を
測定するため圧意の検光器アレイおよび測定素子を使用
することができる。例えば、検光器アレイは、測定素子
パネルであってよい。しかしながら、例えば、表面の加
工法にもとづき、荒さに方向性が予想される場合は、特
許請求の範囲第３項にもとづ角、検光器または測定素子
を１列に配置するのが有利である。

測定素子としては、入射光を覗気信号に変換する任意の
受光器（例えば、フォトトランジスタ、フォトダイオ−
ｙ１Ｃｄ＋ｑ電池、ｅｔｃ、　）を使用できる。市販の
フォトダイオードアレイを検光器アレイとして使用すれ
ば、特に有利である。特許請求の範囲９４５項または第
６項にもとづき、１列に配置した測定素子上で反射光束
を回転すれば、大きな面積に分布した散乱光を上記測定
素子列で検知できる。かくして、大きな面積に分布した
散乱光を時間的に順次に列として取出すことができる。

既述の如く、本発明に係る装置には、光点の任意の部分
から同一角度で放射される光は、検光器アレイの同一の
測定素子に入射すると云う利点がある。かくして、光点
または被検点の大きさを当核の測定目的に容易適合させ
ることができる。特許請求の範囲第７項に、光点の大き
さく径）を変更する特に簡単な方法を示した。

実施例を示す図面を参照して以下に本発明の詳細な説明
する。

卯１図に、表面構造（特に、荒さ）を測定する本発明に
係る装置の実施例を示した。略図として示した装Ｒは、
光Ｒ１と、コリメータ２と、測定用対物レンズ３と、ダ
イオードアレイ５とを有する。

被検表面は、測定用対物レンズ３の焦点距離ｆにほぼ等
しい距離たけ装置（即ち、測定用対物レンズ３の前面）
から離れている。

光源１から出走光は、コリメータ２によって平行化され
、測定用対物レンズの光軸６外で測定用対物レンズ３に
入射する。平行光束は、測定用対物レンズ３によって試
料表面４に集光される。非散乱性試料（例えば、光学用
ミラー）から反射された”分散性”光束は、同じく、測
定用対物レンズ３を通り、上記レンズによって平行化さ
れる。

平行光束は、測定用対物レンズの後部焦点面に設置した
ダイオードアレイ５に入射する。散乱性試料から同一角
度で散乱された光束は、ダイオードアレイ上の上記角度
に関係干る個所に入射する。

ダイオ−Ｐアレイは、測定用対物レンズの焦点面に設置
しであるので、１測定用対物レンズ３０代料表面４”距
離が大きく変化しても、定の町布（立体角）で反射され
た光とダイオ−Ｆアレイの各ダイオードとの関係は、実
際上、変化しない。

（換言すれば、測定用対物レンズ３およびダイオードア
レイ５はフーリエ系を形成する。）＋３０％以下の距離
変化は、表面構造の測定に対して有意な影響を与えない
と云うことが、実験から判った。

測定用対物レンズ３の焦点面にダイオ−Ｐアレイ５を配
置したことによって、更に、測定点の各部分から同一角
度で放射された光束は、すべて、ダイオードアレイの同
一ダイオードに入射する。

第２図に、本発明に係る装置の平面図を示した。

この場合、同一の参照数字を示した。ダイオードアレイ
５上には、反射光の分布を模式的に示した。

第３図に、本発明に係る装置の別の実施例を示した。こ
の実施例では、第１、第２図の実鴫例の共通の測定用対
物レンズ３０代わりに、２つの測定用対物レンズ３′、
３“を使用した。対物レンズ３′は、コリメータから出
た平行光束を試料表面に集光し、一方、対物レンズ３＃
け、反射光来をダイオードアレイ５上に結像する。その
他の構造は、第１、第２図の実施例と同一である。

第４図に、本発明に係る装置の（に別の実施例を示した
。この実施例では、測定用対物レンズ３または対物レン
ズ３′とダイオードアレイ５との間の光路に、それ自体
は公知のドープ、プリズム７が設けである。ドープ・プ
リズム７を回転して、大きな面積に分布した散乱光を時
間的に１１＠次に列として取出すことができる。第１〜
４図の実施例では、測定用対物レンズ３または対物レン
ズ３′、３〃の焦点距離は約２５ｃＩｒＬであり、ダイ
オードアレイ５は、加ケのダイオード（測定点）から成
し、長さが約２０情である。試料表面に入射する集光光
束の軸線は、（理想）表面の法線に対して約加°の角度
をなす。

光点の径は、通常、２鶴である。しかしながら、本発明
に係る装置の特殊性にもとづき、即ち、反射角度とダイ
オードアレイの測定素子（ダイオード）とを厳密に関連
させたことによって、光点の径は大負な範囲に変更でき
る。例えば、コリメータの焦点距離を５〜３０　ｒｅｎ
ｔの範囲に慶更干ることによりおよびまたは光源１の種
類を変更することにより、光点の径を５μＱｌ〜４暫可
の範囲に変更でき、従って、極めて小さい測定対象も検
知できる。光源１としては、レーザダイオード、発光ダ
イオード、白熱電球などを使用できる５町に、光１Ｊｉ
７１およびコリメータ２をレーザで置換えることもでき
る。もちろん、可視域外の光を使用することもできる。

更に、実施例に示したダイオードアレイ５は、検光器パ
ネル（例えば、ダイオ−トノ４ネル、フォトトランジス
タパネル）と置換えることができる。この種の検光器パ
ネルを使用すれば、大きな面積１（分布した散乱光を測
定できる。更に、１列に配置した検光器ユニットを回転
して、大きな面積に分布した散乱光を測定できる。

本発明に係る装置には、試料の照射面積が大きくとも、
散乱角とダイオードアレイ上のｒ象との間に一義的関係
が成立すると云う利点がある。更に、試料表面を斜めに
照射することでよって、分光器は不要であるので、４倍
の強度制裁が得られる。

本発明に係る１雀にもとづき（例えば、試料表面上の結
像および検光器アレイ上の結像に共通の対物レンズを使
用すること！でよって）、装置の構造はコンノ母りト−
となる。

本発明に係る装置の上記利点にもとづき、測定素子の出
力信号から表面構造（特に、荒さ）の特性１をめる方式
に関して、公知の装置の場合よりも大きい自由度が得ら
れ、実質的に十べての公知の評価法を使用できる。特に
、積分特性電を与える評価回路（例えば、西独公開第３
．０３７．６２２号または第２，３５６，５３５号に記
載の評価回路）を使用できる。例えば、西独公開第３，
０３７，６２２号に記載の評価回路では、測定素子の出
力信号から下式にもとづき荒さをめる。

Ｓｙ＝、ｓ　１ｙ１−ＶＦＩ″−ｐｔ＋　ｘ　（１＋＊
け２）帆）１−］ ０□・ａｌ ｐｔ　＝　（ｃ） Σｌ）１・Ｇ１ １＝１ ここで、ｗｌ”ｆ、当該の測定素子で検知せる散乱光の
角変を表わし、ｎは、評価に使用せる検光器の・数を表
わし、Ｗは、数値Ｐ１・Ｗｌの平均値を表わし、ｐｌけ
、Ｃ）式により正規化せる測定信号Ｄ１を表わし、Ｇ１
．ｌは、測定信号Ｄ１の修正係数を表わす。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る装置の実施例の横断面図、第２
図は、第１図の平面図、第３図は、別の実施例の横断面
図、第４図は、公知の光学的回転装置の図面である。 １・・・光源、２・・・コリメータ、３・・・測定用対
物レンズ、４・・・被検表面、５°゛・ダイオードアレ
イ、ｆ・・・測定用対物レンズの焦点距離。 特許出願人　オプテイソシエ、ウエルケ、デー。 ローデンストック 手続補正書 １．事件の表示 昭和５９年　特許層　第１０９１７　号２、発明の名称 表面構造（特に、荒さ）の測定装置 ４、代理人 補　正　書 特願昭５９−１０９１７ １、　明細書の発明の名称な［表面構造、％に、荒さの
測定装量」と補正する。 代理人　押　１）良　久

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）表面構造（特１で、荒さ）を測定する装置であって
   、理想表面の反射角度に対する反射光の角度関係を検光
   器アレイで測定し、評価回路において上記角！！関係か
   ら表面構造をめる形式のもの圧おいて、レンズ系（３：
   ３’）が、その焦点距離（ｆｌにほぼ等しい距離だけ被
   検表面（４）から離れており、平行光束を表面（４）上
   に集光し、集光された光束の軸線が、表面（４）の法線
   に対してゼロとは異なる角変ヲなし、レンズ系（ａｈ３
   ／／）が、レンズ系（３；　３’）の焦点距離（ｆ）に
   ほぼ等しい距離だけレンズ系（３：３’）から離れた検
   光器アレイ（５）上に反射光を結像することを特徴とす
   る装置。 ２）共通のレンズ系（３）が、平行光束を表面上に集光
   し、反射光を検光器アレイ（５）上に結像することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３）検光器アレイ（５）の各検光器が、１列に配置しで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の装置。 ４）検光器が、フォトダイオ−Ｐであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項記載の装置。 ５）測定中、検光器アレイ（５）および反射光束を相互
   に相対的に回転することを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項または第４項記載の装置。 ６）それ自体は公知の光栄的回転装置ｔｔ　Ｉ力（例え
   ば、ドープ・プリズム、シュミット・波ルシャン・プリ
   ズム、ｅｔ、ｃ、　）で、検光器了し、イ（５）上で反
   射光束を回転することを特徴とする特許請求の範囲ｔへ
   ３項または第４項記載の装置。 ７）光源（１）およびコリメータ（２）で平行電束を作
   り、被検表面（４）上の光点の大きさを変更するため、
   コリメータ（２）の焦点距離と結像レンズ系（３；３′
   ）の焦点距離との比およびまたは光源（１）の種類全変
   更できることを特徴とする特許請求の範囲第１〜６項の
   １′）に記載の装置。