JPH038686B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特許請求の範囲第１項のプレアンブ
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
測置は、***公開第2820910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
に入射させる。理想表面の反射角度のまわりの反
射光の角度分布をダイオード列またはダイオード
パネルによつて測定し、角度分布から表面構造を
求める。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ード
との間の関係が、装置と被検表面との間の距離お
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”で表面を調べる場合には特に、使用するレー
ザの種類に応じて、強度の問題が生ずる。

***公開第3037622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
ド列によつ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。従つて、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、一部は分光器によつて方向変
更されるので、有効強度が約1/4に減少する。従
つて、表面構造がクリテイカルな場合には特に、
強度問題が生ずる。更に、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、特定の立体角内に反射される
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にあ
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つて達
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
面に配置してあるので、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±30％変化して
も、表面構造（特に、荒さ）の測定結果は影響を
を受けないと云うことが、実験から判つた。

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
表面に斜めに入射することによつて、光の強さを
減少する分光器を使用する必要がない。更に、平
行光束を表面に集光することによつて、“被検点”
（光点）が小さくても大きな光度が得られる。更
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、換言すれば、レンズ
系および検光器ア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
光について共通のレンズ系を使用することによつ
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任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つてよい。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項にもとづき、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、入射光を電気信号に変換す
る任意の受光器（例えば、フオトトランジスタ、
フオトダイオード、Cds電池、etc.）を使用でき
る。市販のフオ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
の範囲第５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
該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（径）を変
更する特に簡単な方法をを示した。

実施例を示す図面を参照して以下に本発明を詳
細に説明する。

第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
示した測置は、光源１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
にほぼ等しい距離だけ装置（即ち、測定用対物レ
ンズ３の前面）から離れている。

光源１から出た光は、コリメータ２によつて平
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によつて試料表面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、上記レンズによつて平行化される。
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する個所に入射する。
ダイオードアレイは、測定用対物レンズの焦点面
に設置してあるので、“測定用対物レンズ３／試
料表面４”距離が大きく変化しても、定の角度
（立体角）で反射された光とダイオードアレイの
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、実験から判つた。
測定用対物レンズ３の焦点面にダイオードアレイ
５を配置したことによつて、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図の実施例の
共通の測定用対物レンズ３の代りに、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″は、反射光束を
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更に別の実施例
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ブ・プリズム
７が設けてある。ドーブ・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順次
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25cmであり、ダイオード
アレイ５は、20ケのダイオード（測定点）から成
り、長さが約20cm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
20゜の角度をなす。

光点の径は、通常、２mmである。しかしなが
ら、本発明に係る測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つて、
光点の径は大きな範囲に変更できる。例えば、コ
リメータの焦点距離を５〜30mmの範囲に変更する
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5μｍ〜４mm範囲に変更
でき、従つて、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。更に、光
源１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、ダイオードパ
ネル、フオ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、大きな面積に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ツトを回転し
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像との間
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によつて、分
光器は不要であるので、４倍の強度利点が得られ
る。本発明に係る構造にもとづき（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によつて）、装置の
構造はコンパクトとなる。

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
性量を求める方式に関して、公知の装置の場合よ
りも大きい自由度が得られ、実質的にすべての公
知の評価法を使用できる。特に、積分特性量を与
える評価回路（例えば、***公開第3037622号ま
たは第2356535号に記載の評価回路）を使用でき
る。例えば、***公開第3037622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
き荒さを求める。

S_x＝_o 〓ⁱ⁼¹ ｜W_i−｜^x ・P_i｜ｘ （１または２） (a) ＝_o 〓ⁱ⁼¹ W_i・P_i (b) ここで、W_iは、当該の測定素子で険知させる
散乱光の角度を表わし、ｎは、評価に使用させる
検光器の数を表わし、は、数値P_i・W_iの平均
値を表わし、P_iは、(c)式により正規化せる測定信
号D_iを表わし、G_iは、測定信号D_i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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 試料の少くとも表面構造を測定するため理想
   表面からの反射角度の周りに前記表面から反射さ
   れた光の角度変化を測定する装置において、 前記表面構造から受けた光を検知する複数個の
   個別検知器を有する一連の検光器アレイと、焦点
   距離を有し該レンズの前記試料の表面構造からの
   距離が該レンズの焦点距離にほぼ等しく且つ 光源から受けたほぼ平行な光束を前記試料上に
   結像しその集光光束の軸を試料の表面構造の法線
   に対しゼロでない角度とする第１レンズ系と、 前記表面構造からの反射光を多重角度で受ける
   と共に、該レンズの焦点距離を該レンズと前記検
   光器アレイとの距離にほぼ等しく、且つ検光器ア
   レイ上の定められた位置に結像する反射光の多重
   角度を複数角度として、前記表面構造から反射さ
   れた光を所定の反射角度で投射する第２レンズ系
   と、前記個別の検光器からの出力信号に応じて表
   面構造の粗さを計算する評価回路とから成ること
   を特徴とする表面粗さ測定装置。