JP2005292146A - 透明材料の光学品質の定量的測定方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 透明材料の光学品質を定量的に測定(決定)する方法及び装置を提供する。
【解決手段】 透明材料から成るサンプルへ光ビームを入射させてサンプル中に散乱容積を形成し、散乱容積中において所定の散乱角度(Θs)で散乱される光を感光素子上へ結像し、感光素子の信号を散乱容積の少なくとも一部に亘って積分あるいは合算して透明材料から成るサンプルの光学品質を表す測定値を測定する。サンプルの入光面あるいは出光面における入射光ビームの散乱に起因しない信号関与だけを用いて測定変数を測定する。
【選択図】図1
【解決手段】 透明材料から成るサンプルへ光ビームを入射させてサンプル中に散乱容積を形成し、散乱容積中において所定の散乱角度(Θs)で散乱される光を感光素子上へ結像し、感光素子の信号を散乱容積の少なくとも一部に亘って積分あるいは合算して透明材料から成るサンプルの光学品質を表す測定値を測定する。サンプルの入光面あるいは出光面における入射光ビームの散乱に起因しない信号関与だけを用いて測定変数を測定する。
【選択図】図1
Description
本発明は透明材料の光学品質の定量的測定(決定)方法及び装置に関する。本発明は特に、結像散乱光測定の原理に基づいて光学的に透明なサンプルの散乱光パラメータが測定されることを用いた、透明サンプル中における拡散散乱中心のサイズ及び分布に関する材料品質キャラクタリゼーション(抽出、特徴づけ)の基準として用いられる方法及び装置に関する。本発明の特に好ましい実施態様は、レンズまたはプリズム、あるいはマイクロリトグラフィー用マスク等の光学素子の製造に用いるEUVリトグラフィー(超紫外リトグラフィー)用の光学的透明材料のキャラクタリゼーションに関する。
透明材料の光学品質を特定するためには、光が材料を通過する時の光の散乱動作を測定することが重要である。光学素子(レンズ、プリズム等)中の容積不均質部分で光散乱が生ずるとその光学系全体の結像特性が大きく劣悪化する。それゆえ、「良否のチェック」あるいは光学的要求度の異なる分野ごとへの等級分けを可能とするため、光学素子の製造に用いられる光学ブランク(半製品)の光散乱動作を定量することが光学素子メーカーに要求される。
現在まで、光学ブランクの散乱動作の散乱等級化は一般的に主観的な等級分けによって行われてきた。サンプルの散乱動作は視覚的観察に基づいて散乱等級へ等級分けされた。この場合、主観的に知覚された散乱性能と散乱均質性との組み合わせがサンプルの光学品質特性を表す品質パラメータとして用いられた。このパラメータは前記散乱動作を単に極めて不正確に表すものである。このような品質管理を客観化するためには散乱光を測定することが必要である。光学素子の透過特性を評価する一般的な散乱光測定装置としてTS測定装置(ISO/DIS13696)がある。光ビームを用いてサンプルへ垂直方向から照射し、透過方向に散乱された光を完全に吸収してウルブリヒト球(ASTM F1048−87参照)あるいはコブレンツ球(Gliech,S.,Steinert,J.,Duparre,A.;光学薄膜成分の157及び193nmでの光散乱測定、App.Optics,41号、No.16,2002年参照)を用いて測定値を得る。このようにして測定されたTS(全散乱)値はサンプルの全体的散乱ロスを正確に示すものである。しかしながらこの場合、サンプルの散乱動作はその全体において観察される。サンプル中の容積散乱のみならず、むしろ光が出入りするサンプル面における境界層散乱も散乱動作の一因となっている。
光学ブランクの特性を表す場合、これら光学ブランク表面は概して簡単に研磨されただけであるため、前記境界層における散乱は前記容積不均質部分における散乱よりも散乱程度が数オーダー強いことを考慮しなければならない。従って測定されるTS値は主として前記境界層の散乱光動作の特性を表している。
US2001/0040678A1には、光学的に透明な材料から成る板中の封入物及び/または散乱中心の検出装置及び方法に関する開示がある。光ビームが前記板の入口面へ垂直に入射され、同時に進行方向へ部分的に散乱される。前記板の後方に光トラップが設けられ、このトラップによって光ビームの光トラップ後方に位置する光検出器上への入射が妨げられる。前記光トラップ後方に位置するレンズによって、光検出器上の円錐状空間角度範囲内の進行方向へ散乱された光が結像される。前記散乱角度範囲はかなり大きく、レンズの開口数によって予め限定される。前記板の入光面あるいは出光面において散乱された光を前記板中のビーム容積中で散乱される光から分離することはできない。従って、前記板の入光面及び出光面は精細に研磨されていなければならず複雑である。また、たとえ前記板の入光面あるいは出光面が精細に研磨されていても、チェック対象となる板が薄すぎれば前記境界層における散乱を前記容積不均質部分における散乱から分離することはできない。
GB2379977Aには、容積中で進行方向へ散乱された光をUS2001/0040678A1に記載された装置と同等な装置を用いて検出する煙警報装置に関する開示がある。検出可能散乱角度範囲を拡大するため、前記光トラップ後方に位置するレンズに代わる楕円形状の中空な鏡の使用が開示されている。
US5,471,298には、結晶中の欠陥サイズあるいは散乱中心の測定方法及び装置に関する開示がある。光ビームがサンプルへ垂直に入射され、該光ビームによってサンプル中に細長の散乱容積が形成される。入射した光ビームの光軸に対して90°を成す前記散乱容積内の欠陥あるいは散乱中心において散乱した光が感光素子上で結像される。感光素子上での散乱光の結像は、欠陥または散乱中心がそれらの解像位置解像位置を用いて検出でき、またそれらのサイズに関しても解像できるように選択される。細長の散乱容積全体中の欠陥あるいは散乱中心を検出するためには、感光素子及び与えられた結像光学機器を前記散乱容積の全長に沿って、すなわちサンプルの全長に亘って移動しなければならず、また前記散乱容積またはサンプルの全長に沿った多様な結像記録を解析しなければならず、かかる作業は時間を要しかつ面倒である。
WO01/73408A1には光学的に透明なサンプル中の欠陥あるいは散乱中心の検出装置及び方法が開示されている。サンプル表面へ光を垂直に入射させてサンプル中に細長の散乱容積を形成させる。前記散乱容積内の欠陥あるいは散乱中心部位において散乱した光は、入射光ビームの光軸に対して90°の角度で検出される。検出にはサンプル縁部に沿って並んでいる感光素子の一次元マトリックスが用いられる。感光素子の前記マトリックス上における散乱光の結像は、入光面及び出光面を含むサンプル中の全散乱容積が感光素子の一次元マトリックス上において結像されるように選択される。そのため、ビーム容積中のすべての欠陥あるいは散乱中心を、一つの記録を用いて解像されたそれらの位置から検出することができる。サンプルの入光面及び出光面における散乱と容積不均質部分における散乱との分離については記載がない。細長の散乱容積中の個々の結像位置及び/または散乱中心をそれらの解像位置から高精度で検出してサンプル中の個々の欠陥容積を分類分けすることができるが、サンプル光学品質の簡略な定量的キャラクタリゼーションを行うことはできない。
DE10210209A1には、光が研磨された入口面へ垂直に入射し、サンプル材中に細長の散乱容積を形成し、さらに研磨された出口面を通ってサンプルから出る、散乱光を用いたサンプル検査方法及び装置が開示されている。前記細長の散乱容積からの散乱光は、予め定められた視角において入光面あるいは出光面を通して光学検査分析装置によって取得される。検査光学機器を調節することにより、入出光面における散乱が測定結果に影響を与えないように、細長の散乱容積の検査範囲を調節することが可能である。検出器により、すべての信号関与を積分する積分処理を用いて結像への散乱光の関与が測定され、透明サンプルの光学品質を特徴付ける定量可能なパラメータが与えられる。しかしながら、検査分析装置へ向かう検査光路中の多様な散乱による影響を止めることはできず、測定結果の精度は低下する。このことは、入出面の研磨程度が良品質でない場合、あるいは測定がサンプルの境界部分において行われる場合は、光の伝搬方向に対して平行なサンプル界面の多様な散乱が検査光路中において無視できない程度まで影響するため不利である。
本発明は、簡略かつコスト効率的な方法で透明材料から成るサンプルの光学品質特性を定量的に表すことができる方法及び装置を提供することを目的とする。
上記目的は本願請求項1項に記載した特徴を有する方法及び本願請求項11項に記載した特徴を有する装置によって達成される。
上記方法及び装置のさらに有利な実施態様は上記請求項に従属する請求項における請求対象となっている。
本発明に従った透明材料から成るサンプルの光学品質の定量的測定方法においては、サンプル中に散乱容積を形成するため、透明材料から成るサンプルへ光ビームが入射され、前記散乱容積中において所定の散乱角度で散乱された光が感光素子上へ結像され、サンプルの透明材料の光学品質を表す測定値を得るため該感光素子の信号が前記散乱容積の少なくとも一部に亘って積分あるいは合算される。
本発明によれば、サンプル内の散乱容積中のすべての欠陥あるいは散乱中心が感光素子によって同時に検出される。感光素子の信号を積分あるいは合算することにより、透明材料の光学品質を独特な方法で特定する測定値が得られるように、散乱光の強さが積分あるいは合算される。かかる独特な方式で測定できる測定値は光学的に透明な材料のメーカーの規格として適するものである。
さらに、本発明により、位置によって解像される散乱容積中の欠陥あるいは散乱中心の複雑な決定が省略される。解像された位置で測定される散乱容積中の散乱中心あるいは欠陥について頻度分布等の複雑な統計的分析を行うことも省略される。
さらに、本発明により、位置によって解像される散乱容積中の欠陥あるいは散乱中心の複雑な決定が省略される。解像された位置で測定される散乱容積中の散乱中心あるいは欠陥について頻度分布等の複雑な統計的分析を行うことも省略される。
本発明の好ましい実施態様では、サンプルの光入出面における散乱に起因する散乱光が前記測定変数の測定に含まれないように感光素子の結像範囲がトリミングされる。かかる結像面のトリミングは、散乱光ビーム通路の適切な形状化、感光素子のサンプルに対する適切な配置、あるいは散乱光ビーム通路中の適切な開口及び/または適切なビーム形状化手段を通して達成することができる。
本発明のさらに別の実施態様においては、前記結像面のトリミングは、サンプルの光入出面における光散乱に起因する信号を止める適当な画像分析ソフトウェアを用いて電子機器によって達成することができる。
本発明の好ましい実施態様によれば、前記感光素子は、一次元あるいは二次元CCDマトリックス等の一次元あるいは二次元マトリックス感光素子である。本発明においては、本発明に従った測定値を与えるために前記散乱容積に相当する画素輝度値が合算あるいは積分される。しかしながら、同時に、解像された位置を用いた散乱容積中の欠陥あるいは散乱中心の検出も猶可能である。
本発明のさらに別の実施態様では、散乱光は、前記散乱容積が結像装置あるいは結像光学機器の対物面に位置するように、感光素子の一次元あるいは二次元アレイ上で結像される。従って、特に多様な散乱作用、あるいは選択的に励起された散乱容積外部における単一の散乱作用に起因する選択的に励起された散乱容積及びそれに付随する迷光域は、空間的解像法を用いて結像可能である。結像装置あるいは結像光学機器の特性によって、単一散乱作用から測定される数値及び軸(stem)に関与する信号関与と、特に多様な散乱作用の結果である迷光関与との分離が可能となる。何故なら、選択的に励起された散乱容積外部における信号関与の画像が不鮮明な状態で感光素子上へ結像されるからである。この不鮮明な結像の影響は公知の画像処理アルゴリズムを用いて区別することが可能である。さらに、多様な散乱作用の結果である光バックグラウンドノイズは自動的に特性画像部分中に取得され、測定値の補正及び信号ノイズ比の測定に利用することができる。特にこの補正の実施にあたっては、多様な散乱作用からは生じない信号関与が測定された測定値の判別に利用されるようにされる。
要約して言えば、光ビームが結果としてサンプルの研磨された界面の一つへ入射され、該光ビームはサンプル材料中を通って前記第一の界面に全く反対かつ平行な第二の研磨された界面から出る。照射された材料容積中に与えられた散乱容積はカメラを用いて一定の散乱角度Θsで前記出口面に対して垂直な面へ結像される。この散乱角度は好ましくは後に説明する光学用途に一般的である開口角度に相当するように選択される。光学結像装置は、CCDマトリックス及び/または開口によって予め限定されたところの、画像面の範囲設定によって測定対象となる対物面がトリミングされるように寸法化される。従って、サンプルの第一及び第二境界層、すなわち入光面及び出光面の散乱光成分をなくすることが可能である。散乱容積全体はカメラを追跡することによって検出され、材料深度の増加に伴う結像断面幅の変化は二次元カメラガイドによって補正される。それゆえ多数の画像として記憶される散乱容積には高解像度を用いた検査によっても均質性がある。さらに、散乱容積の一定散乱角度Θsにおける全散乱パワーの測定が可能であり、このパワーによってサンプルの散乱光動作は定量可能な変数として特徴化される。サンプルの散乱動作を定量的に記述する基準値を特定できるようにするため、BSDF(二方向性散乱分布関数)が散乱光パラメータとして用いられる。垂直入射光に関しては、このBSDFは散乱角度Θs及び散乱光方位角度Φsの関数であり、入射パワーPiに対する測定開口によって予め限定された空間角度成分dΩs中の散乱パワーPsの比を表し、StoverによればBSDFは下記式によって定義される(Stover,J.C.;光散乱−測定及び分析、McGraw−Hill,Inc.、1990年参照)。
BSDF=(Ps/Ωs)/(Pi cos Θs)
BSDF=(Ps/Ωs)/(Pi cos Θs)
上記コサイン因数は照射された散乱容積を散乱角度Θsの方向へ投影し、表面の散乱光測定との直接比較を可能とする。BSDFの単位は1/ステラジアンである。透明試験対象物の散乱光動作のキャラクタリゼーションを行うため、本発明においては散乱光の作用力が一定の散乱角度Θsにおいて検出されるので、Θsが一定である場合のBSDF値は定量可能な散乱光パラメータとして規定される。このパラメータを用いて透明サンプルの散乱動作の客観的評価を行うことが可能である。
以下において、例示的な好ましい実施態様を用い、また添付図面を参照しながら、本発明について説明する。以下の説明において、本発明のさらなる特徴、利点及び達成されるべき目的を明らかにする。
図1に示すように、He−Neレーザ等の波長650nmのレーザ1から光ビーム2が放射され、該光ビーム2はサンプル3に対して垂直に入射する。サンプル3には一定間隔を置いて位置し互いに対して平行な研磨された入光面4と研磨された出光面6が備えられている。入射光ビーム2によって定まる光軸は研磨された入光面4及び研磨された出光面6に対して垂直である。サンプル3から出た光ビーム2は、サンプル中において散乱しなかった光が感光素子10上へ結像されないように防止する光トラップ7上へ結像される。光ビーム2はサンプル3中に細長い散乱容積5を与え、この散乱容積の輪郭は入光するレーザビーム2の輪郭に一致し、用いられる結像構造によって予め定まる。図1から示唆されるように、前記入光する光ビーム2の断面は、該光ビーム2によって定まる光軸に対して垂直であるサンプル3の寸法よりかなり小さい。
空間方向Θsにおける散乱容積5中の欠陥、散乱中心、容積不均質等の不均質部分あるいは拡散散乱中心において散乱された光は、一次元あるいは二次元マトリックスの感光素子を備え、かつ該感光素子の一方の縁部が入射光ビーム2の光軸及び散乱光の光軸11によって限定される平面に対して平行に配列されているCCDカメラ上で、開口8及び、レンズまたは対物レンズ9を用いて結像される。CCDカメラ10の感光素子は、以下に述べるように、画像解析装置12及びCPU13によって読出しされ、さらに処理され、及び解析される。
図1に示すように、開口8はCCDカメラ10へ結像される立体角成分を決定する。開口8の開口数は、以下において述べるように、散乱容積5の適当な部分がCCDカメラへ結像されるように選択することができる。
図1に示すように、測定値の測定に用いられる散乱容積5の前端20はサンプル3の入光面4へ一定間隔を置いて該入光面の下流に定置され、また測定値の測定に用いられる散乱容積5の後端21はサンプル3の出光面6の上流に定置される。前記前端20あるいは後端21のサンプル3の入光面4または出光面6までのそれぞれの間隔は、入光面4あるいは出光面6において入射光ビーム2の散乱を起こすいずれの光も測定変数の測定には含まれないように選択される。かかる画像面の範囲設定は原則としてもっぱら散乱光のビーム通路の形状及びサンプルに対するCCDカメラ10の位置関係に基いて行われるが、以下において図2に基づいて説明されるように、原則として画像解析装置12及び/またはCPU13を用いてCCDカメラから読出しされた画像データ値の適切な解析によっても行われる。
サンプル3のいずれか任意な容積部分を測定できるようにするため、サンプル3はサンプル支持体(図示せず)上へ保持され、またxz面中へ任意に置き換えることができる。異なる材料深度における散乱容積5の結像を可能とするため、CCDカメラ10、対物レンズまたはレンズ9及び開口8を一緒に保持して、xy面において一緒に旋回させることができる。図1に示すように、進行方向へ鋭角Θsに散乱される光はCCDカメラへ結像される。本発明によれば、この散乱角度Θsは好ましくはサンプル3の材料から製造される光学素子の開口角に相当し、また特に好ましくは該開口角と完全に一致する。例えばサンプル3の材料から所定開口数をもつ光学レンズを製造する場合、散乱角度Θsは、好ましくは前記開口数、あるいは決められた開口角よりも小さな数値に一致する開口角値へ設定される。この散乱角Θsは好ましくは約45°より小さく、またより好ましくは約30°より小さい。
図1に示すように、散乱容積5中において散乱角度Θsで散乱される全ての光はサンプル3の出光面6から外へ出る。しかしながら、このことは、入射光ビーム2のビーム方向へ見た場合、空間角度Θsで散乱されたかなりの光は付加的にあるいはもっぱらサンプル3の右側側面から外へ出るので、例えばサンプル3の右側の側面付近の部分について測定するのであれば、絶対的に必要ではない。この場合、散乱光のビーム通路の配置及びCCDカメラのサンプル3に対する位置関係は、以下において述べるように、散乱容積5の所定部域または部分だけがCCDカメラに結像されるように常に選択される。この場合、図1に図示されたビーム通路から示唆されるように、サンプル3とサンプル3を取り囲む空気間の境界層における光屈折が結像において考慮される。
入射光ビーム2のパワーを測定するため、光検出器(図示せず)上へ入射光ビームの一部を結像するビームスプリッタ14をサンプル3の入光面4の前方へ設けて、該スプリッタの出力信号をCPUで読み込みさらに処理することが可能である。
以下において、本発明に従った透明材料サンプルの光学品質の例示的定量的測定方法について図2を参照しながら説明する。
まず工程S1において、図1に示すように、サンプル3及び光ビーム2を互いに対して適切に配置する。このようにして固定されたサンプル3及び入射光ビーム2の位置関係を用いて、サンプル3中のxz面の所定位置に位置するように細長い散乱容積5が実現される。
次いで、散乱容積中において所定の立体角で散乱される光がCCDカメラ10へ結像されるように、散乱光のビーム通路配置及びCCDカメラ10の位置関係、レンズあるいは対物レンズ8、及び開口8を選択する。この場合では、原則として、散乱容積5全体を結像することができる。しかしながら、最も好ましくは、結像に関するパラメータは、図1に示した前端20と後端21間の散乱容積だけがCCDカメラへ結像されるように、すなわち結像面が散乱光のビーム通路の配置及びCCDカメラ10のサンプル3に対する位置関係に基づいて適切にトリミングされるように選択される。さらに別の実施態様では、前記前端20と後端21との間の散乱容積5の下位部分もCCDカメラ10へ結像することができ、最終的に開口8、対物レンズまたはレンズ8、及びCCDカメラから成る装置がサンプル3の中心を段々と(次々と)旋回することにより、前記前端20と後端21との間の散乱容積5がその全長に亘って走査される。このようにして段々と結像された散乱容積5の画像は、次いで、以下に述べるように、画像解析装置12及び/またはCPU13において合算あるいは積分を介して散乱容積5の画像へと組み立てられる。
適当な結像面トリミングのために設定するCCDカメラへの散乱容積5の結像パラメータは、試験装置の構成が既知であれば、特にサンプル3の寸法、散乱角度Θs、CCDカメラとサンプル3との間隔、及び対物レンズまたはレンズ9の焦点幅が既知であれば、予め一度に決めることが可能である。
特に説明を加えなくても当業者には自明であるように、CCDカメラ10から読み出された画像データ値に対し、電子装置を用いて対応する結像面トリミングを行うことも可能である。このトリミングにおいては、画像解析ソフトウェアを用いることにより、入光面4あるいは出光面6における光ビーム2の相対的に強い散乱によって生ずる相対的に明るい画素を、CCDカメラ10のチップ上へ測定された前方明部分及び後方明部分間の画素数とともに自動的に識別する。この画素数は散乱光の光軸11上における散乱容積5の長さの投影の尺度を表す。次いで前記画像解析ソフトウェアは、数値を計算し、及びサンプル3の入光面4と散乱容積5の前端20との間の距離、あるいは出光面6と散乱容積5の後端21との間の距離についての画素数に相当する、光ビーム2の入射方向に沿ったサンプル3の全長を識別する。次いで画像解析ソフトウェアは、前記入光面4あるいは出光面6における光散乱に相当する先に測定した明部分に基づいて計算された画素数を削除し、以降の画像解析のためにトリミングされていない結像面に相当する残りの画素だけを用いる。
このようにしてサンプル3の画像を検出し(工程S3)、検出された画像について散乱容積が測定される(工程S4)。勿論、サンプル3の同位置において逐次記録された複数の画像は、さらなるノイズ防止のため平均化してもよい。
本発明によれば、入光面4あるいは出光面6における光散乱によって生ずる散乱光がサンプル3の光学品質のキャラクタリゼーションに用いられないことを常に確保できるように、散乱容積5の前端20あるいは後端21は、サンプル3の入光面4あるいは出光面6のそれぞれから十分に間隔を空けられる。
次いで工程S5において、このようにして測定された散乱容積中において検出された画像データ値は合算あるいは積分される。この積分あるいは合算処理は、最も単純な一次元CCDラインの場合、散乱容積5の前端20あるいは後端21に対応する感光素子間の一方向について実施される。二次元CCDマトリックスの場合には、工程S4においてxz面中の散乱容積5の縁部について決定される。勿論、これら縁部の測定が予め決められていてもよい。CCDカメラに二次元CCDチップが備えられている場合は、工程S5において、散乱容積5に相当するすべてのラインに亘って画像データ値が積分あるいは合算される。CPU13を用いることによって上記積分あるいは合算を迅速化できるので、本発明によればサンプル3の光学品質を唯一無比に特徴づける測定値を極めて迅速に得ることが可能である。
ノイズあるいは消滅しない画像バックグラウンドに基づく干渉を除去するために工程S6が設けられる。この工程では、画像バックグラウンド部分を測定してバックグラウンド値を得て、このバックグラウンド値を工程S5において測定した測定値から引き算する。工程S5において測定された測定値を入射光ビーム2の強度から独立させるため、工程S7において測定した測定値を入射光ビーム2の強度へ標準化することもできる。この目的のためには、前述したように、図1に示したビームスプリッタ14が用いられる。工程S5において測定された測定値をCCDカメラ10へ結像された散乱容積5の実長から独立させるため、工程S7において測定された測定値をCCDカメラ10へ結像された散乱容積5の実長へ標準化することも可能である。
このようにして得られた測定値は、所定の散乱角度Θsについての特有な定量可能散乱光パラメータと言える前述のBSDF(二方向性散乱分布関数)値に相当する。本発明によれば、このパラメータを用いることにより、透明サンプルの散乱動作の客観的評価が可能である。
サンプル3の全面は前述した方法で勿論走査することができ、この走査は図2に示した質問工程S8において確認される。このような方法によってxz面におけるサンプル3の光学品質に関する二次元地図を確立することができる。
上記説明から容易に推論できるように、散乱容積の画像は工程S3において一次元あるいは二次元CCDカメラを用いた解像(空間解像)位置から検出される。従って、散乱容積5中の散乱中心等も本発明に従った高解像度において記憶し、また検査することができる。
本願発明者の試験により、本発明によればサンプルの光学品質を極めて迅速にかつ再現可能に測定できることが示されている。このようにして測定された数値は、例えば製造者規格等の規格に極めて適する。
上記説明において測定値は所定の散乱角度Θsについて測定されているが、本発明はこの角度に限定されない。測定変数は、複数の異なる散乱角度Θsであっても上記方法によって測定しまた規格として記載することができる。このことは、例えば試験対象となる透明材料が複数の異なる光学用途に用いられる場合に有利である。
上記説明から推論できるように、本発明のさらに別の実施態様は、サンプル3の中心周囲においてCPU13、画像解析装置12、CCDカメラ10、開口8から成る装置を旋回させる旋回装置(図示せず)、対物レンズまたはレンズ9、及びCCDカメラを制御し、あるいはサンプル支持体を調整して上記方法を適切に実施するためのソフトウェアに関する。このようなソフトウェアを、CD−ROM等の適当なデータキャリヤ、磁気あるいは光学データキャリヤ、あるいはメモリへ記憶させて機械読出しあるいはコンピュータ読出し可能にすることができる。
消滅しない画像バックグラウンドあるいはノイズによる信号関与を除去するため、本発明の別の実施態様においては以下に記載する追加工程を実施することが可能である。まず、散乱容積5がレンズ9の対物面に置かれ、かつカメラ10のCCDマトリックス上へ結像されることを確保できるように、結像装置あるいは結像光学機器の特性を選択する。結像面中の選択的に励起された散乱容積5の外寸は所定の結像規模について既知であると仮定できるので、CCDカメラの取得画像中への所望の散乱容積の配置は自動的に行われる。結像部分の寸法に一致する寸法をもつマスクを用いて画像情報を畳込むことにより、画像中の選択的に励起された散乱容積に関する測定情報を表す最大強度をもつ均質な画像部分を測定する。後続のパターン認識において、受け取られた画像部分が、対物面の外側、従って選択的に励起された散乱容積の外側にある単一の欠陥に起因し及び不鮮明な状態で結像装置によって結像される広範な散乱効果(例えば均質な散乱輪あるいは針状ビーム)による影響を受けているかどうかが点検される。前記影響の強さによっては、これらの画像欠陥はフィルターアルゴリズムを用いて取り除かれるか、あるいはマスクを配置して画像欠陥を測定情報からより影響の少ない別の容積散乱の画像部分へと取り除かれる。
このように、本発明方法では、選択的に励起された散乱容積及び付随する迷光域が空間解像を用いて結像される。結像装置あるいは結像光学機器の特性によっては、対物面中に位置していない単一散乱中心がそれらの劣った結像品質のために画像欠陥として識別され及び画像処理アルゴリズムを用いて取り除かれるように、また複数散乱処理に起因する光学バックグラウンドノイズが特有の画像部分中へ自動的に取得されて信号補正及び信号対ノイズ比の測定に用いられるように、測定値と迷光関与とを分離することが可能である。
1 光源/レーザ
2 光ビーム/入射光ビーム
3 サンプル/サンプル
4 入光面
5 散乱チャネル
6 出光面
7 光トラップ
8 開口
9 対物レンズ/レンズ
10 光検出器/CCDチップ
11 結像ビーム通路の光軸
12 画像処理装置
13 CPU
14 ビーム形状化手段
15 伝搬光ビーム
20 前方対物面
21 後方対物面
2 光ビーム/入射光ビーム
3 サンプル/サンプル
4 入光面
5 散乱チャネル
6 出光面
7 光トラップ
8 開口
9 対物レンズ/レンズ
10 光検出器/CCDチップ
11 結像ビーム通路の光軸
12 画像処理装置
13 CPU
14 ビーム形状化手段
15 伝搬光ビーム
20 前方対物面
21 後方対物面
Claims (22)
- 光ビーム(2)を透明材料から成るサンプル(3)へ入射して前記サンプル(3)中に散乱容積(5)を形成し、前記散乱容積(5)中において所定の散乱角度(Θs)で散乱した光が感光素子(10)上へ結像される、透明材料から成るサンプルの光学品質の定量的測定方法であって、
前記感光素子の信号が前記散乱容積(5)の少なくとも一部に亘って積分あるいは合算されて前記透明材料から成るサンプル(3)の光学品質を表す測定値が測定されることを特徴とする前記方法。 - サンプル(3)の入光面(4)あるいは出光面(6)における光散乱に起因する散乱光が測定変数の測定に用いられないように、測定変数の測定に用いられる前記散乱容積(5)の前端(20)あるいは後端(21)が、サンプル(3)の入光面(4)あるいは出光面(6)からそれぞれ一定間隔を有するようにされていることを特徴とする請求項1項記載の方法。
- 前記散乱光のビーム通路(11)の配置あるいは前記感光素子の信号の解析が、サンプル(3)の入光面(4)及び出光面(6)における光散乱に起因する散乱光が測定変数の測定に用いられないように構成されていることを特徴とする請求項2項記載の方法。
- 光が前方方向、好ましくはサンプル(3)へ入射する光ビーム(2)の光軸に対して約45°未満の角度で、より好ましくは約30°未満の角度で散乱されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 前記散乱光(11)が、感光素子の一次元あるいは二次元マトリックス上、好ましくはCCDマトリックス上へ結像され、散乱容積(5)あるいはその一部に相当する画素値が積分あるいは合算されて測定変数を決定する空間的解像法を用いて検出されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 入射光ビーム(2)が通過しないサンプル(3)中の画像バックグラウンド部分がさらに測定され、前記画像バックグラウンドの強度あるいは画素値が測定された測定値の標準化に用いられ、前記入射光ビーム(2)の方向の前記画像バックグラウンドの長さが好ましくはサンプル(3)中の前記散乱容積(5)の長さに相当することを特徴とする請求項5項記載の方法。
- 前記散乱光(11)は、前記散乱容積(5)が結像装置あるいは結像光学機器の対物面上に位置するように感光素子の一次元あるいは二次元アレイ上で結像されること、及び、前記画素値の積分あるいは合算前に、結像面外側での散乱によって生ずる信号関与が取り除かれて測定値の測定に用いられないように、画像処理アルゴリズムが前記画素値へ適用されることを特徴とする請求項6項記載の方法。
- 複数の散乱処理に起因する光バックグラウンドノイズが特性的画像部分中に取得されて測定値の補正及び信号対ノイズ比の測定に用いられることを特徴とする請求項7項記載の方法。
- 決定された測定値も入射光ビーム(2)のパワーPiへ標準化され、測定された測定値(BSDF)が下記式によって与えられることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の方法:
BSDF=(Ps/Ωs)/(Pi cos Θs)
式中、Psは立体角成分dΩs中において散乱角度Θsで散乱される散乱光(11)のパワーを表す。 - サンプル(3)が固体の光学的に透明な材料から成ることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
- サンプル(3)の材料がCaF2であることを特徴とする請求項10項記載の方法。
- 透明材料から成るサンプル(3)へ入射してサンプル(3)中に散乱容積(5)を形成する光ビームを放射する光源、好ましくはレーザ光源、
前記散乱容積(5)の少なくとも一部において所定の散乱角度(Θs)で感光素子(11)上へ散乱される光を検出する感光素子(11)、及び
透明材料から成るサンプル(3)の光学品質を表す測定値を測定するため、前記散乱容積(5)の少なくとも一部に亘って前記感光素子の信号を積分あるいは合算する画像解析装置(12、13)を備える、透明材料から成るサンプルの光学品質の定量的測定装置。 - 前記画増解析装置(12、13)あるいは前記散乱光(11)のビーム通路の配置が、サンプル(3)の入光面(4)及び出光面(6)における光散乱に起因する散乱光が前記測定変数の測定に用いられないように構成されていることを特徴とする請求項12項記載の装置。
- 前記画像解析装置(12、13)あるいは前記散乱光(11)のビーム通路の配置が、サンプル(3)の入光面(4)及び出光面(6)における光散乱に起因する散乱光が前記測定変数の測定に用いられないように、前記測定変数の測定に用いられる前記散乱容積(5)の前端(20)あるいは後端(21)がサンプル(3)の入光面(4)あるいは出光面(6)からそれぞれ一定間隔を空けるように構成されていることを特徴とする請求項12または13項記載の装置。
- 前記感光素子(10)が、光が前方方向へ、好ましくはサンプル(3)へ入射する光ビーム(2)の光軸に対して約45°未満の角度、さらに好ましくは約30°未満の角度で散乱されるように位置することを特徴とする請求項12〜14のいずれかに記載の装置。
- 前記感光素子(10)が一次元あるいは二次元マトリックスの感光素子、好ましくはCCDマトリックスから成り、前記画像解析装置(12、13)が前記散乱容積(5)あるいはその一部に相当するマトリックスの画素値を読出し、その画素値を積分あるいは合算して測定値を決定することを特徴とする請求項12〜15のいずれかに記載の装置。
- 前記画増解析装置(12、13)が、入射光が通過しないサンプル(3)中の画像バックグラウンド部分も測定し、及び前記画像バックグラウンドの強度あるいは画素値を測定された測定値の標準化において用いるように構成され、好ましくは前記入射光ビーム方向の前記画像バックグラウンドの長さがサンプル(3)中のビーム容積の長さに相当することを特徴とする請求項16項記載の装置。
- 前記散乱光(11)が、結像装置あるいは結像光学機器の対物面中に前記散乱容積(5)が位置するように感光素子の一次元あるいは二次元配列上へ結像されること、及び
前記画像解析装置(12、13)が、結像面外側での散乱によって生ずる信号関与が取り除かれて測定値の測定に用いられないように、前記画素値の積分あるいは合算前に画像処理アルゴリズムが適用されるように構成されることを特徴とする請求項17項記載の装置。 - 前記画増解析装置(12,13)がさらに、複数の散乱処理に起因する光バックグラウンドノイズが特性的画像部分中に取得されて測定値の補正及び信号対ノイズ比の測定に用いられるように構成されることを特徴とする請求項18項記載の装置。
- 前記画像解析装置(12,13)がさらに測定された測定値を入射光ビーム(2)のパワーPiへ正規化するように構成され、測定された測定値(BSDF)が下記式によって与えられることを特徴とする請求項12〜19のいずれかに記載の方法:
BSDF=(Ps/Ωs)/(Pi cos Θs)
式中、Psは立体角成分dΩs中において散乱角度Θsで散乱される散乱光(11)のパワーを表す。 - 前記光学品質がサンプル(3)の入光面(4)の完全な走査によって測定できるように、前記入射光ビーム(2)の光軸に対して垂直な面においてサンプル(3)の位置を変えるサンプル支持装置をさらに含むことを特徴とする請求項12〜20のいずれかに記載の装置。
- サンプル(3)の材料がCaF2であることを特徴とする請求項21項記載の装置。
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