(57)【要約】  方法は、問合せ光線をフーリエ変換レンズを通して材料の表面上に照射して、材料の１つ以上の表面の特徴のフラウンホーファー回折パターンを形成することを含む。回折パターンの画像は、特徴の寸法を決定するために処理される。
2014529086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
問合せ光線をフーリエ変換レンズを通して材料の表面上に照射して、前記材料の１つ以上の表面の特徴のフラウンホーファー回折パターンを形成することと、
前記回折パターンの画像を形成することと、
前記回折パターンの前記画像を処理して前記特徴の寸法を決定することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記特徴の寸法が、前記回折パターンにおける中央次光と第１の回折最小値との間の距離から決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記回折パターンの画像が、ＣＣＤカメラによって取り込まれる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記回折パターンの画像が、前記問合せ光線を前記材料の表面でスクリーン又はレンズ上へと反射させることによって形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記回折パターンの画像が、前記問合せ光線を前記材料の表面を通してスクリーン又はレンズへと透過させることによって形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記回折パターンの画像が、前記問合せ光線をスクリーン上へと反射させることによって形成される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記問合せ光線がコリメートされる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記表面が、前記フーリエ変換レンズと、前記フーリエ変換レンズの焦点との間にある、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記材料の表面が可撓性である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記材料の表面が非定常性である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
問合せ光線をフーリエ変換レンズを通して表面上に放射して、前記表面の特徴のフラウンホーファー回折パターンを形成する光源であって、前記レンズ及び前記表面が逆フーリエ変換モードで配列されている、光源と、
前記表面の特徴の前記フラウンホーファー回折パターンの画像を取り込む、画像取得装置と、
前記回折パターンサイズを決定し、かつ前記表面の特徴の寸法を算出するための処理装置と、
を含む装置。
【請求項１２】
前記画像取得装置がＣＣＤカメラである、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記処理装置が画像取得装置内にある、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記光源がコリメートされる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記光源がレーザである、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記光源と前記フーリエ変換レンズとの間にビーム拡大器を更に含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記問合せ光線が、前記表面でスクリーン又はレンズへと反射される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
前記問合せ光線が、前記表面を通ってスクリーン又はレンズへと透過される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１９】
材料の表面上の選択された特徴の寸法をモニタするためのシステムであって、
前記表面の近位に配置された光源であって、前記光源が、問合せ光線をフーリエ変換レンズを通して前記表面上へと放射して、前記表面上の１つ以上の特徴のフラウンホーファー回折パターンを形成し、前記表面が、前記フーリエ変換レンズとその焦点との間にある、光源と、
前記表面上の前記特徴の前記フラウンホーファー回折パターンの画像を取り込むための、画像取得装置と、
前記フラウンホーファー回折パターンのサイズを測定し、配列中の選択された特徴の寸法を決定するための、処理装置と、
を含むシステム。
【請求項２０】
前記材料の表面が非定常性である、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記光源が前記材料の前記表面上に走査される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記光源がレーザである、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
前記フラウンホーファー回折パターンの画像が、前記材料の表面で反射して撮像される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２４】
前記フラウンホーファー回折パターンの画像が、前記材料の表面を透過して撮像される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２５】
前記光源が前記材料の表面の上方にある、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２６】
可撓性材料の非定常性ウェブの表面の近位に光源を配置することであって、ここで、前記ウェブが表面に特徴の配列を含み、前記光源が、問合せ光線をフーリエ変換レンズを通して前記ウェブの表面へと放射し、前記ウェブの前記表面及び前記フーリエ変換レンズが、逆フーリエ変換モードで配置される、ことと、
前記問合せ光線を前記ウェブの前記表面上にわたって走査して、前記光線が走査した１つ以上の特徴のフラウンホーファー回折パターンを形成することと、
前記回折パターンの画像をスクリーン又はレンズに投影することと、
前記スクリーン又はレンズ上の前記回折パターンの画像をカメラで取り込むことと、
前記回折パターンサイズを測定して、選択された特徴の寸法を決定することと、
を含む方法。
【請求項２７】
前記光源が、前記材料の表面上に連続的に走査される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記フラウンホーファー回折パターンの画像が、前記材料の表面で反射して撮像される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記フラウンホーファー回折パターンの画像が、前記材料の表面を透過して撮像される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記光源が前記材料の表面の上方にある、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
ウェブ材料をリアルタイムに検査し、かつ前記ウェブ材料が製造されている間に前記ウェブ材料の表面の選択された特徴の寸法を計算するための方法であって、
前記ウェブ材料の前記表面の近位に光源を配置することであって、ここで、前記光源が、問合せ光線をフーリエ変換レンズを通して前記ウェブ材料の表面上へと放射し、前記ウェブの表面及び前記フーリエ変換レンズが、逆フーリエ変換モードで配置される、ことと、
前記問合せ光線を前記ウェブ材料の前記表面にわたって走査して、前記表面上の１つ以上の特徴のフラウンホーファー回折パターンを形成することと、
前記回折パターンの画像をスクリーン又はレンズに投影することと、
前記回折パターンをカメラで撮像することであって、ここで、前記カメラが前記回折パターンサイズを測定する、ことと、
前記回折パターンサイズに基づいて、前記選択された特徴の寸法を計算することと、
を含む方法。
【請求項３２】
前記選択された特徴の寸法をユーザーに出力するための、ユーザーインターフェースが存在することを更に含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記出力に応じて、製造されたウェブ材料のためのプロセス制御パラメータを更新することを更に含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
ウェブ材料をリアルタイムで検査するためのオンラインコンピュータ化検査システムであって、
ウェブ材料の表面の近位に配置される光源であって、前記光源が、問合せ光線をフーリエ変換レンズを通して前記ウェブ材料の表面上へと放射し、前記ウェブの表面及び前記フーリエ変換レンズが、逆フーリエ変換モードで配置されている、光源と、
前記光問合せ光線を前記ウェブ材料の表面にわたって走査して、前記ウェブ材料の表面中の１つ以上の特徴のフラウンホーファー回折パターンを形成するための、スキャナと、
前記回折パターンの画像を取り込むためのカメラであって、前記カメラが回折パターンサイズを測定する、カメラと、
前記測定された回折パターンサイズに基づいて、選択された表面の特徴の寸法を決定するための、ソフトウェアを実行するコンピュータと、
を含むシステム。
【請求項３５】
ウェブ検査モデルを記憶するためのメモリを更に含み、前記コンピュータがソフトウェアを実行して、前記選択された特徴の寸法と前記モデルとを比較し、前記ウェブ材料中のムラ欠陥の重大度を計算する、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記欠陥の重大度をユーザーに対して出力するためのユーザーインターフェースを更に含む、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３７】
ソフトウェア命令を含む、非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記ソフトウェア命令は、コンピュータ処理装置に、
オンラインコンピュータ化検査システムを用いて、ウェブ材料の製造中に、前記ウェブ材料の表面上の１つ以上の特徴のフラウンホーファー回折パターンの画像を受信させ、ここで、前記検査システムが回折パターンサイズを測定し、
前記測定した回折パターンサイズに基づいて、配列中の選択された特徴の寸法を決定させ、そして、
前記選択された特徴の算出された寸法に基づいて、前記ウェブ材料中のムラ欠陥の重大度を計算させる、
ものである、非一時的なコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、その全ての開示内容が参照によって本明細書に組み込まれる、２０１１年９月３０日に出願された米国特許仮出願第６１／５４２，０６１号の利益を主張するものである。
【０００２】
（発明の分野）
本開示は、移動する材料のウェブを検査するためのコンピュータ化されたシステムなどの材料検査システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの異なる業種が、基材の表面上にマイクロスケールのパターンを形成するプロセスを利用している。マイクロスケールのパターンには、表面の下に延びる細長い溝又は表面の上に延びる隆起リブなどの表面の特徴（feature）の配列が挙げられる。そのような表面の特徴の配列を含む基材の製造中、配列中の１つ以上の特徴の寸法（dimension）を測定するために、顕微鏡撮像が用いられてきた。しかしながら、顕微鏡撮像の焦点深度は小さく、視野は狭いので、その使用は基材上の表面の特徴のオンライン解析に限定されてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
材料が製造されている最中に、材料の表面上の表面の特徴の寸法をリアルタイムで測定する検査技術が必要とされている。一般に、本開示は、表面の特徴のフラウンホーファー回折パターンの画像を処理することによって、材料の選択された表面の特徴の寸法を測定する装置及び方法に関する。この測定技術は、選択された特徴の寸法をオフラインで、又は材料の製造中にオンラインでモニタするために用いることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、本開示は、問合せ光線（interrogating light beam）をフーリエ変換レンズに通過させて材料の表面に照射して、材料の１つ以上の表面の特徴のフラウンホーファー回折パターンを形成することと、回折パターンの画像を形成することと、回折パターンの画像を処理して特徴の寸法を決定することと、を含む方法に関する。
【０００６】
別の実施形態では、本開示は、問合せ光線をフーリエ変換レンズを通して表面に放射して、表面上の１つ以上の特徴のフラウンホーファー回折パターンを形成する光源と、ここで、レンズ及び表面が逆フーリエ変換モードで配列されている、表面の特徴のフラウンホーファー回折パターンの画像を取り込むための画像取得装置と、回折パターンサイズを決定し、かつ表面の特徴の寸法を算出する処理装置と、を含む装置に関する。
【０００７】
更に別の実施形態では、本開示は、表面の近位に配置された光源と、ここで、光源が、問合せ光線をフーリエ変換レンズを通して表面上へと放射し、表面が、フーリエ変換レンズとその焦点との間にある、表面の特徴のフラウンホーファー回折パターンの画像を取り込むためのカメラと、フラウンホーファー回折パターンのサイズを測定し、特徴の寸法を決定するための、処理装置と、を含む、材料の表面の上の１つ以上の選択された特徴をモニタするための系に関する。
【０００８】
更に別の実施形態では、本開示は、可撓性材料の非定常性ウェブ（non-stationary web）の表面の近位に光源を配置することであって、ここで、ウェブが、その表面に特徴の配列を含み、光源が、問合せ光線をフーリエ変換レンズを通してウェブの表面へと放射し、ウェブの表面及びフーリエ変換レンズが、逆フーリエ変換モードで配置される、ことと、問合せ光線をウェブの表面にわたって走査して、特徴の１つ以上のフラウンホーファー回折パターンを形成することと、回折パターンの画像をスクリーン又はレンズに投影することと、スクリーン又はレンズ上の回折パターンの画像をカメラで取り込むことと、回折パターンサイズを測定して、選択された特徴の寸法を決定することと、を含む方法に関する。
【０００９】
別の実施形態では、本開示は、ウェブ材料の表面の近位に光源を配置することであって、ここで、光源が、問合せ光線をフーリエ変換レンズを通してウェブ材料の表面へと放射し、ウェブの表面及びフーリエ変換レンズが、逆フーリエ変換モードで配置される、ことと、問合せ光線をウェブ材料の表面にわたって走査して、表面の特徴のフラウンホーファー回折パターンを形成することと、回折パターンの画像をスクリーン又はレンズに投影することと、スクリーン又はレンズをカメラで撮像することと、ここで、カメラが回折パターンサイズを測定する、回折パターンサイズに基づいて、選択された表面の特徴の寸法を計算することと、を含む、ウェブ材料をリアルタイムに検査し、ウェブ材料が製造されている最中にウェブ材料の表面の選択された１つ以上の特徴の寸法を計算するための方法に関する。
【００１０】
更に別の実施形態では、本開示は、ウェブ材料の表面の近位に配置される光源と、ここで、光源が、問合せ光線をフーリエ変換レンズを通してウェブ材料の表面上へと放射し、ウェブの表面及びフーリエ変換レンズが、逆フーリエ変換モードで配置される、光問合せ光線をウェブ材料の表面にわたって走査して、ウェブ材料の１つ以上の特徴のフラウンホーファー回折パターンを形成するための、スキャナと、回折パターンの画像をその上に有するスクリーン又はレンズと、スクリーン又はレンズ上の回折パターンの画像を取り込むためのカメラと、ここで、カメラが回折パターンサイズを測定する、測定された回折パターンサイズに基づいて、選択された特徴の寸法を決定するための、ソフトウェアを実行するコンピュータと、を含む、ウェブ材料をリアルタイムで検査するためのオンラインコンピュータ化検査システムに関する。
【００１１】
更に別の実施形態では、本開示は、ソフトウェア命令を含む、非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記ソフトウェア命令は、コンピュータ処理装置に：オンラインコンピュータ化検査システムを用いて、ウェブ材料の製造中にウェブ材料の表面上の１つ以上の特徴のフラウンホーファー回折パターンの画像を受信させ、ここで、検査システムが回折パターンサイズを測定し、測定した回折パターンサイズに基づいて、選択された特徴の寸法を決定させ、そして、選択された特徴の算出された寸法に基づいて、ウェブ材料中のムラ欠陥の重大度を計算させる、ものである、非一時的なコンピュータ可読媒体に関する。
【００１２】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細を添付の図面及び以下の説明文に記載する。本発明の他の特徴、目的、及び利点は、説明及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】表面の特徴の反射フラウンホーファー回折パターンを撮像することによって材料の表面の特徴の寸法を測定するための装置の実施形態の概略平面図である。
【図２】サイン二乗包絡関数によって変調された表面の特徴の配列の干渉パターン特性の例である。
【図３】透過した表面の特徴のフラウンホーファー回折パターンを撮像することによって、材料の表面の特徴の寸法を測定するための装置の実施形態の概略平面図である。
【図４】表面の特徴の寸法を測定するための方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図５】表面の特徴の寸法を測定するための方法の別の実施形態を示すフローチャートである。
【図６】例示的なウェブ製造工場における検査システムの例示的な実施形態の概略ブロック図である。
【図７Ａ】３μｍ、４μｍ、及び５μｍの線幅をそれぞれ有する微細加工構造体の顕微鏡画像である。
【図７Ｂ】３μｍ、４μｍ、及び５μｍの線幅をそれぞれ有する微細加工構造体の顕微鏡画像である。
【図７Ｃ】３μｍ、４μｍ、及び５μｍの線幅をそれぞれ有する微細加工構造体の顕微鏡画像である。
【図８Ａ】実施例１に記載された装置を使用して測定した場合の、図７Ａ〜図７Ｃの構造体からの対応するフラウンホーファー回折パターンである。
【図８Ｂ】実施例１に記載された装置を使用して測定した場合の、図７Ａ〜図７Ｃの構造体からの対応するフラウンホーファー回折パターンである。
【図８Ｃ】実施例１に記載された装置を使用して測定した場合の、図７Ａ〜図７Ｃの構造体からの対応するフラウンホーファー回折パターンである。
【図９】実施例１で解析した構造体の、回折パターンサイズ対線幅のプロットである。
【００１４】
図中の同じ記号は同じ要素を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、材料の表面の特徴の寸法を測定するために使用することができる装置の実施形態の概略図である。装置１０は、任意のビーム拡大器１６に光線１４を放射する光源１２を含んでいる。拡大された光線１８はフーリエ変換レンズ２０を通過し、集中光線２２は、材料２６のサンプル表面２４に入射する。サンプル表面２４は、例えば、溝、チャネル、凹部、ピット、開口、突起部、リブ、棚部、及び同様のものなどの表面の特徴２５の配列を含む。表面の特徴２５は、光学顕微鏡を使用せずに肉眼で識別不可能であるほどに十分に小さい顕微鏡的寸法を有する。そのような顕微鏡的特徴は、典型的には、約０．０１ｍｍ未満、又は約０．０００１ｍｍ未満の寸法を有する。
【００１６】
サンプル表面２４は、フーリエ変換レンズ２０とその焦点との間に置かれる。部品のこの配置は、集束ビームが焦点に入る前に物体から反射される、集束ビーム光学フーリエ変換である。例えば、Ｇｏｏｄｍａｎ，Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｏｐｔｉｃｓ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，１９６８、及び、Ｐｕａｎｇ−ｎｇｅｒｎ  ａｎｄ  Ａｌｍｅｉｄａ，Ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ  ｂｅａｍ  ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｓ，Ａｍ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．５３（８），Ａｕｇｕｓｔ  １９８５，ｐｐ．７６２〜７６５を参照のこと。そのような部品構成は、逆フーリエ変換モード配置とも称される。例えば、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｒｉｔｓｃｈ．ｃｎ／Ｄｏｗｎｌｏａｄ／２００６２２４９５６５４２１４．ｐｄｆ；ａｎｄ  Ｘｕ，Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ：Ｌｉｇｈｔ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄｓ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２００１を参照のこと。
【００１７】
画像取得装置３４は、特徴２５のフラウンホーファー回折パターン３２特性である、表面の特徴２５から反射された光２８を取り込む。回折パターン３２が画像取得装置３４内のセンサにとって大きすぎる場合、回折パターン３２は、任意のスクリーン３０に投影さてよく、及び／又は任意のレンズ系（図１に図示せず）によって更に結像されてもよい。画像取得装置３４内の処理装置を使用して、フラウンホーファー回折パターン３２を解析し、選択した表面の特徴２５の寸法を決定することができる。
【００１８】
好適な光源１２は、解析される表面の種類に応じて多様であり得る。レーザなどのコリメート光源は特に好ましく、好適なレーザとしては、ヘリウムネオンレーザ、ダイオードレーザ等が挙げられる。
【００１９】
任意の凸レンズをフーリエ変換レンズ２０として使用することができるが、レンズの平らな側が焦点に面している平凸レンズなどの凸レンズが好適であることが分かっている。
【００２０】
特徴２５を含んでいるサンプル表面２４は、任意の材料２６から作製されることができ、また、表面２４は、定常又は非定常性（動いている）であり得る。材料２６は、図１に示すように光源１２から放射された光線を反射してもよく、又は光線を透過してもよい（図３）。
【００２１】
例えば、本明細書に記載される解析法及び装置は、材料２６のウェブ状ロールの表面の特徴２５を検査するのに特に適しているが、これに限定されるものではない。一般に、ウェブロール２６は製造されたウェブ材料を含んでもよく、該ウェブ材料は、ある方向に一定の寸法を、またその直交方向に所定の又は不定の長さを有する任意のシート状材料であってもよい。ウェブ材料の例には、金属、紙、織布、不織布、ガラス、ポリマーフィルム、フレキシブル回路、又はこれらの組合せが挙げられるが、これらに限られない。金属には、鋼又はアルミニウムなどの材料を挙げることができる。織布には一般的に様々な織物が挙げられる。不織布には、紙、濾材又は絶縁材料などが挙げられる。フィルムには、例えば積層体及びコーティングされたフィルムを含む無色（clear）かつ不透明なポリマーフィルムが挙げられる。
【００２２】
画像取得装置３４はまた、意図する用途に応じて様々であり得るが、カメラ、特にＣＣＤカメラが当該装置に特によく適していることが分かっている。
【００２３】
上述のように、画像取得装置３４は、フラウンホーファー回折パターン３２の画像を解析するために用いられる撮像系を含んでいる。撮像系は、フラウンホーファー回折パターン３２の特性を解析し、かつこれらの特性に基づいて、選択された表面の特徴２５の選択された寸法を算出するために用いることができる処理装置を含む。
【００２４】
例えば、表面の特徴２５が材料２６の表面２４の溝又はチャネルの場合、溝の幅は回折理論から決定され得る。線幅ｄの単線では、特徴的なフラウンホーファー回折パターン３２はサイン二乗関数であり、第１の回折最小値（diffraction minimum）から中央の０次光までの距離は次式で表される。
ｓ＝（Ｆ×λ）／ｄ          式１
式中、ｓは、第１の回折最小値から０次光までの距離であり（簡略化のため、以後回折パターンサイズと呼ぶ）、Ｆは、フーリエ変換レンズ２０の焦点距離であり、λは光源１２の波長である。
【００２５】
倍率Ｍのカメラ撮像系では、式１は次式のように変化する。
ｓ＝（Ｍ×Ｆ×λ）／ｄ      式２
【００２６】
表面上の特徴２５の配列又はパターンが、図２に示すような周期的線構造を含んでいる場合、その回折パターン５０は、サイン二乗回折包絡関数５２によって変調された干渉パターンであると考えることができる。上の式２に示されるように、配列又はパターンにおける選択された特徴２５の線幅ｄは、回折パターンサイズ、即ち、中央の０次光５４と第１の回折最小値５６との間の距離ｌと関連している。
【００２７】
撮像系によって実施されるフラウンホーファー回折パターンの解析は、上記の手順に限定されるものではなく、多くの好適な技術を用いることが可能である。例えば、撮像系は、回折パターンの任意の２つの最小間の距離を決定してもよく、又は、測定した最小の位置をモデル回折パターンに当てはめてもよい。
【００２８】
図３は、材料の表面上の選択された特徴の寸法を決定するために用いることができる装置１００の別の実施形態である。光源１１２は、光線１１４をビーム拡大器１１６に放射する。拡大された光線１１８はフーリエ変換レンズ１２０を通過し、集中光線１２２は、材料１２６のサンプル表面１２４に入射する。サンプル表面１２４は、顕微鏡的寸法を有する表面の特徴１２５の配列を含んでいる。サンプル表面１２４は、フーリエ変換レンズ１２０とその焦点との間に置かれ、これは逆フーリエ変換モード配置と称される。材料１２６を透過した光１２８は、任意のスクリーン１３０に結像され、スクリーン１３０上には特徴１２５のフラウンホーファー回折パターン１３２が出現する。画像取得装置１３４はフラウンホーファー回折パターンの画像を取り込み、装置１３４内の撮像系を使用して、フラウンホーファー回折パターン１３２を解析することができる。回折パターン１３２の特性に基づき、装置１３４内の処理装置を使用して、選択された表面の特徴１２５の寸法を決定することができる。
【００２９】
図４は、基材表面上の選択された特徴の寸法を決定するために図１又は図３の装置を操作する方法２００を示すフローチャートである。図４を参照すると、ステップ２０２において、装置は、材料の表面の特徴のフラウンホーファー回折パターンを形成し、ステップ２０４において、回折パターンの画像が画像取得装置のセンサに投影される。ステップ２０６において、回折パターンの画像は、特徴の寸法を決定するために、画像取得装置によって処理される。
【００３０】
図５は、可撓性材料の非定常性ウェブの表面上の選択された特徴（例えば、溝又は突起）の寸法を決定するために、図１又は図３の装置を操作する方法２５０の実施形態を示すフローチャートである。ステップ２５２において、光源が非定常性ウェブ表面の近位に配置される。ステップ２５４において、光源は、問合せ光線をフーリエ変換レンズを通してウェブの表面上へと放射し、その場合、ウェブの表面及びフーリエ変換レンズは、逆フーリエ変換モードに配置される。ステップ２５６において、問合せ光線はウェブ表面上を移動して、ウェブの表面上の１つ以上の特徴のフラウンホーファー回折パターンを形成し、ステップ２５８において、回折パターンの画像が任意のスクリーン上へと投影され、この投影された画像は、大きな回折パターンをより好都合に撮像するために用いられる。ステップ２６０において、スクリーン上の回折パターンの画像は、ＣＣＤカメラなどの画像取得装置によって取り込まれる。ステップ２６２において、画像取得装置は回折パターンサイズを測定し、ウェブ表面上の選択された特徴の寸法（例えば、幅又は高さ）を決定する。
【００３１】
いくつかの実施形態では、図１又は図３の装置は、製造中にウェブ材料を検査するために、１つ以上の検査システムで使用され得る。製品に組み込むための個別シートに変換する準備ができている完成したウェブロールを製造するために、未完成のウェブロールは、１つのウェブ製造工場内又は複数の製造工場内のいずれかの複数のプロセスラインで処理されることができる。各プロセスに関して、ウェブロールは、ウェブがそこから製造プロセスに送り込まれる原反ロールとして使用される。各プロセスの後、ウェブは通常ウェブロールに再度収集されて、別の製品ラインに移動されるか又は別の製造工場に出荷され、次にそこで広げられ、処理され、かつ再度ロールに収集される。最終的に完成したウェブロールが製造されるまでこのプロセスが繰り返される。多くの用途で、各ウェブロールのそれぞれのためのウェブ材料は、１つ以上のウェブ製造工場の１つ以上の生産ラインでコーティングを多数回施されることがある。このコーティングは一般に、最初の製造プロセスの場合にはベースウェブ材料の露出面に、後の製造プロセスの場合には既に施されたコーティングの露出面に施される。コーティングの例には、接着剤、ハードコート、低接着性裏面コーティング、金属化コーティング、中性密度コーティング、電気的に導電性若しくは非導電性コーティング、又はこれらの組合せが挙げられる。
【００３２】
図６に示す検査システム３００の例示的な実施形態では、ウェブ３２６の一部は、２つの支持ロール３２３、３２５の間に位置付けられている。検査システム３００は基準マーク制御装置３０１を含んでおり、この基準マーク制御装置３０１は、ウェブ３２６からロール及び位置情報を収集するように基準マークリーダー３０２を制御する。加えて、基準マーク制御装置３０は、ウェブ３２６及び／又は支持ローラ３２３、３２５と係合した１つ以上の高精度エンコーダから位置信号を受信してもよい。この位置信号に基づいて、基準マーク制御装置３０１は、検出された各基準マークの位置情報を判定する。基準マーク制御装置３０１は、ウェブ３２４の表面上の特徴の寸法に関する検出データと関連付けるために、ロール及び位置情報を解析用コンピュータ３２９に通信する。
【００３３】
システム３００は、１つ以上の光学系３１２Ａ〜３１２Ｎを更に含み、これら系はそれぞれ、逆フーリエ変換モードで配置されたレーザ及びフーリエ変換レンズを含んでいる。光学系３１２は、ウェブが処理される際に材料３２６の連続移動するウェブの表面３２４にごく接近して位置付けられ、連続移動するウェブ３２６の連続部分を走査してデジタル画像データを得る。
【００３４】
光学系３１２は、問合せ光線をウェブ表面３２４に投影し、好ましい実施形態では、ウェブ３２６の表面の特徴３２５Ａ〜Ｎの得られたフラウンホーファー回折パターン特性は、投影スクリーン３３０Ａ〜Ｎに投影される（上述のように、スクリーンは必要なく、大きな回折パターンの単なる画像化でよい）。一連の画像取得カメラ３３４Ａ〜Ｎは、スクリーン３３０Ａ〜Ｎ上の回折パターンを取り込む。画像データ取得コンピュータ３２７は、カメラ３３４からの画像データを取集し、この画像データを解析用コンピュータ３２９に送信する。解析用コンピュータ３２９は、画像取得コンピュータから次々と送られてくる画像データを処理し、回折パターンサイズを測定しかつ表面の特徴３２５の寸法を算出するための１つ以上のアルゴリズムを用いてデジタル画像を解析する。解析用コンピュータ３２９は、結果を適切なユーザーインターフェースに表示してもよく、及び／又は結果をデータベース３３１に記憶してもよい。
【００３５】
図６に示される検査システム３００をウェブ製造工場内で使用して、ウェブ表面３２４中のムラ欠陥の存在を検出するためにアルゴリズムを適用することができる。検査システム３００はまた、ウェブが製造されている最中に各欠陥の重大度をリアルタイムで表示する出力データを提供してもよい。例えば、コンピュータ化検査システムは、ウェブ製造工場内のプロセスエンジニアなどのユーザーに、不均一性の存在及びそれらの重大度に関するリアルタイムのフィードバックを提供し、それによって、ユーザーは、プロセス条件を調節することによって不均一性の出現に迅速に対応し、生産を大幅に遅延させたり、又は大量の使用不能材料を製造したりせずに問題を修正ことできる。コンピュータ化検査システム３００は、最終的に不均一性の等級ラベル（例えば、「良」又は「不良」）を割り当てるか、又は連続的尺度又はより正確な標本尺度に基づいて所定サンプルの不均一性重大度の測定値を算出することにより重大度レベルを計算するアルゴリズムを適用してもよい。
【００３６】
解析用コンピュータ３２９は、ウェブ３２６のロール識別情報及び、場合によっては各計測された特徴の位置情報などのウェブ３２６に関する特徴次元情報を、データベース３３１に記憶してもよい。例えば、解析用コンピュータ３２９は、基準マーク制御装置３０１により生成される位置データを使用して、プロセスラインの座標系内の各計測された特徴の空間的位置又は画像領域を判定してもよい。即ち、基準マーク制御装置３０１からの位置データに基づき、解析用コンピュータ３２９は、現在のプロセスラインによって使用されている座標系内の各計測された特徴に関するｘ、ｙ及び、場合によってはｚ位置又は範囲を判定する。例えば、座標系は、ｘ次元が、ウェブ３２６を横断する距離を表し、ｙ次元がウェブの長さに沿った距離を示し、ｚ次元がウェブの高さを表すように規定されてもよく、これはコーティング、材料、又はウェブに既に適用された他の層の数に基づいていてもよい。更に、ｘ、ｙ、ｚ座標系の原点は、プロセスライン内のある物理的な箇所で規定されてもよく、典型的には、ウェブ３２６の初期供給点の配置に関連付けられる。
【００３７】
データベース３３１は、データ記憶ファイル、又は１つ以上のデータベースサーバを実行する１つ以上のデータベース管理システム（ＤＢＭＳ）を含めて、多数の様々な形態で実装され得る。データベース管理システムは、例えば、リレーショナル（ＲＤＢＭＳ）、階層的（ＨＤＢＭＳ）、多次元（ＭＤＢＭＳ）、オブジェクト指向（ＯＤＢＭＳ若しくはＯＯＤＢＭＳ）又はオブジェクトリレーショナル（ＯＲＤＢＭＳ）データベース管理システムであってもよい。一例として、データベース３２は、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｒｅｄｍｏｎｄ，ＷＡ）より商品名「ＳＱＬ  Ｓｅｒｖｅｒ」で入手可能なリレーショナルデータベースとして実装されてもよい。
【００３８】
処理が終わったら、解析用コンピュータ３２９は、データベース３３１で収集したデータをネットワーク３３９を介して変換制御システム３４０に送信してもよい。例えば、解析用コンピュータ３２９は、ロール情報だけでなく、特徴次元及び／又は異常情報、並びに各特徴に対応するサブ画像を、続くオフラインでの詳細な解析のために変換制御システム３４０に通信してもよい。例えば、特徴次元情報は、データベース３３１と変換制御システム３４０との間のデータベースの同期をとることによって通信されてもよい。
【００３９】
いくつかの実施形態では、製品のうちの、各異常によって欠陥が発生し得る製品を、解析用コンピュータ３２９ではなく変換制御システム３４０が判定してもよい。完成したウェブロールについてのデータがデータベース３３１に収集されると、そのデータは、加工現場に通信されてもよく、及び／又は、除去可能な若しくは水性のマークでウェブの表面上に直接付けるか、又は、ウェブに異常のマークを付ける前若しくは付けている間にウェブに貼り付けられ得るカバーシート上に付けるかのいずれかで、ウェブロール上に異常のマークを付けるために使用されてもよい。
【００４０】
解析用コンピュータ３２９の構成要素は、少なくとも一部には、解析用コンピュータ３２９の１つ以上のプロセッサ、例えば、１つ以上のハードウェアマイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は任意の他のこれらに準ずる集積若しくは個別論理回路、並びにかかる構成要素の任意の組み合わせなどによって実行されるソフトウェア命令として実装されてもよい。このソフトウェア命令は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、プログラマブル読み出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み出しメモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読み出しメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、フロッピーディスク、カセット、磁気媒体、光媒体、又は他のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体など、コンピュータ読み取り可能な非一時的媒体に記憶されてよい。
【００４１】
例示を目的として製造工場内への配置が示されているが、解析用コンピュータ３２９は、製造工場の外部、例えば、中央ロケーション又は加工現場に配置されてよい。例えば、解析用コンピュータ３２９は、変換制御システム３４０内で動作してもよい。別の例では、上述の構成要素は、単一の計算プラットフォームで実行し、同一のソフトウェアシステムに統合されてよい。
【００４２】
本開示の主題を以下の非限定的な例を参照して更に説明する。
【実施例】
【００４３】
（実施例１）
図７Ａ〜図７Ｃは、３μｍ（図７Ａ）、４μｍ（図７Ｂ）、及び５μｍ（図７Ｃ）の線幅を有する微細加工構造体の顕微鏡画像である。
【００４４】
ヘリウムネオンレーザと、焦点距離２００ｍｍのフーリエ変換レンズとを備えた図１の装置を使用して、図７Ａ〜図７Ｃの構造体に問合せ光線を照射した。各構造体に関する対応する測定フラウンホーファー回折パターンが図８Ａ〜図８Ｃに示されている。線幅が増加するにつれて、回折パターンサイズは減少している。
【００４５】
図７Ａ〜図７Ｃの微細加工構造体の画素中の、０．２μｍずつ増加する測定した回折パターンサイズ（上の図２の中央の０次光５４と第１の回折最小値５６との間の距離ｌ）を表１に示す。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
上述のように、焦点距離２００ｍｍのフーリエ変換レンズを使用して、表１に列挙されているデータを得た。原則として、この焦点距離が長くなるほど、線幅の変化に対する感度が高くなる。実際には、この焦点距離はスクリーンサイズ及びカメラセンササイズの制限を受ける。
【００４８】
図９は、構造体の線幅に対してプロットした表１の測定回折パターンサイズのグラフを示している。図９の曲線は、
【００４９】
【数１】
2014529086.tif 000004
ｆｉｔの形態のデータに適合する。図９は、上記式２が予測した通り、回折パターンサイズは線幅に反比例することを明らかにしている。
【００５０】
本発明の様々な実施形態について説明してきた。これらの実施例及び他の実施形態は以下の特許請求の範囲に含まれるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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