(57)【要約】１局面において、本発明は、第１および第２の対向する表面を有する物体の厚さの変動をモニタリングする装置に関する。この装置は、第１の表面上の第１の位置において第１の縞パターンを投影するように配置された第１のソースと、第２の表面上の第１の位置において第２の縞パターンを投影するように配置された第２のソースとを備える。この装置は、第１の表面上の第１の位置において第１の縞パターンを検出するように配置された第１の検出器をさらに備え、この第１の検出器は、第１の位置における第１の縞パターンに応答して第１の信号を発生する。装置は、さらに、第２の表面上の第１の位置において第２の縞パターンを検出するように配置された第２の検出器を備え、この第２の検出器は、第１の位置における第２の縞パターンに応答して第２の信号を発生する。
2004531739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の対向する表面を有する物体の厚さの変動をモニタリングする装置であって、該装置は、
該第１の表面上の第１の位置において第１の縞パターンを投影するように配置された第１のソースと、
第２の表面上の第１の位置において第２の縞パターンを投影するように配置された第２のソースと、
該第１の表面上の該第１の位置において該第１の縞パターンを検出するように配置された第１の検出器であって、該第１の位置における該第１の縞パターンに応答して、第１の信号を発生する、第１の検出器と、
該第２の表面上の該第１の位置において該第２の縞パターンを検出するように配置された第２の検出器であって、該第１の位置における該第２の縞パターンに応答して、第２の信号を発生する、第２の検出器と、
該第１の信号および該第２の信号に応答して、該物体の厚さの変動を計算するように適合されたプロセッサと
を備える、装置。
【請求項２】
前記第１の縞パターンおよび前記第２の縞パターンを前記第１の表面および前記第２の表面上に、それぞれ配置する制御システムをさらに備え、前記第１の検出器および前記第２の検出器は、前記第２の位置における前記第１の縞パターンおよび前記第２の縞パターンに応答して、第３および第４の信号をそれぞれ発生し、該プロセッサは、該第１の信号、該第２の信号、該第３の信号および該第４の信号に応答して、前記物体の厚さの変動を計算するように適合される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のソースおよび前記第２のソースは、信号ソースから発生される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のソースは、２つのサブソースを含み、該サブソースは、互いにコヒーレントである、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１のソースは、広帯域ソースである、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第２のソースは、広帯域ソースである、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１のソースおよび前記第２のソースは、互いにコヒーレントである、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記プロセッサは、前記第１の縞パターンおよび前記第２の縞パターンにおける縞のずれを検出することによって、厚さの変動を計算する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記物体は、実質的に静止し、前記制御システムは、前記第１の検出器および前記第２の検出器を該物体に対して移動させる、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
単一の検出器が、前記第１の検出器および前記第２の検出器と置換される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
第１および第２の対向する表面を有する物体の厚さの変動をモニタリングする方法であって、該方法は、
第１のソースからの放射線で該第１の表面を照射して、該第１の表面上の第１の位置において第１の縞パターンを発生する工程と、
第２のソースからの放射線で該第２の表面を照射して、該第２の表面上の第１の位置において第２の縞パターンを発生する工程と、
該第１の表面および該第２の表面上の該第１の位置において該第１の縞パターンおよび該第２の縞パターンをそれぞれ検出する工程と、
該第１の縞パターンおよび該第２の縞パターンを、該第１の表面および該第２の表面上の第２の位置にそれぞれ移動させる工程と、
該第１の縞パターンおよび該第２の縞パターンを該第１の表面および該第２の表面上の該第２の位置において、それぞれ検出する工程と、
該第１の位置における該第１の縞パターンおよび該第２の縞パターンと、該第２の位置における該第１のパターンおよび該第２の縞パターンとの間の比較に応答して、該物体の厚さの変動を計算する工程と
を包含する方法。
【請求項１２】
前記厚さの変動の計算は、前記第１の位置および前記第２の位置における前記第１の縞パターンおよび前記第２の縞パターンから縞をカウントする工程を包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の縞パターンおよび前記第２の縞パターンは、前記物体を実質的に静止状態で保持する工程と、前記第１の検出器および前記第２の検出器を該物体に対して移動させる工程とを包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記厚さの変動を計算する工程は、前記第２の位置における前記第１の縞パターンおよび前記第２の縞パターンから、前記第１の位置における前記第１の縞パターンおよび前記第２の縞パターンを減算する工程を包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記方法は、前記第１の位置および前記第２の位置における前記第１の縞パターンおよび前記第２の縞パターンから縞をカウントする工程をさらに包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の縞パターンおよび前記第２の縞パターンを移動させる工程は、前記物体を実質的に静止状態で保持する工程と、前記第１の検出器、前記第２の検出器、前記第１のソース、および前記第２のソースを該物体に対して共に移動させる工程とを包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の縞パターンおよび前記第２の縞パターンは、前記物体を前記第１の検出器、前記第２の検出器、前記第１のソース、および前記第２のソースに対して移動させる工程を包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
表面を有する物体の平坦性をモニタリングする装置であって、該装置は、
該表面上の第１の位置において縞パターンを投影するように配置されたソースと、
該表面上の該第１の位置において該縞パターンを検出するように配置された検出器であって、該第１の位置における該縞パターンに応答して、第１の信号を発生する、検出器と、
該第１の信号に応答して、該物体の該平坦性の変動をモニタリングするように適合されたプロセッサと
を備える、装置。
【請求項１９】
前記表面上の第２の位置において前記縞パターンを位置決めする制御システムをさらに備え、前記検出器は、該第２の位置における該縞パターンに応答して、第２の信号を発生し、前記プロセッサは、前記第１の信号および該第２の信号に応答して、前記物体の前記平坦性の変動をモニタリングするように適合される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
表面を有する物体の平坦性の変動をモニタリングする方法であって、該方法は、
ソースからの放射線で該表面を照射して、該物体の該表面上の第１の位置において縞パターンを発生する工程と、
該物体の該表面上の該第１の位置において該縞パターンを検出する工程と、
該表面上の該第１の位置において検出された該縞パターンに応答して、該物体の平坦性の変動をモニタリングする工程と
を包含する、方法。
【請求項２１】
前記縞パターンを前記表面上の第２の位置に移動させる工程と、
該表面上の該第２の位置において該縞パターンを検出する工程と、
前記第１の位置における前記縞パターンと、該第２の位置における該縞パターンとの間の比較に応答して、前記物体の平坦性の変動をモニタリングする工程と
を包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ソースからの放射線で公知の平面基準の表面を照射して、該平面基準の該表面上の第１の位置において縞パターンを発生する工程と、
該公知の平面基準の該平面上の該第１の位置において該縞パターンを検出する工程と、
前記物体の平坦性の補償された変動を発生するために、該公知の平面基準の平坦性の変動を、該物体の平坦性の変動と比較する工程と
をさらに包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記縞パターンを移動させる工程は、前記物体を実質的に静止状態で保持する工程と、前記検出器を該物体に対して移動させる工程を包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の縞パターンおよび前記第２の縞パターンを移動させる工程は、前記物体を実質的に静止状態で保持する工程と、前記第１の検出器、前記第２の検出器、前記第１のソース、および前記第２のソースを該物体に対して共に移動させる工程を包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の縞パターンおよび前記第２の縞パターンを移動させる工程は、前記第１の検出器、前記第２の検出器、前記第１のソース、および前記第２のソースに対して前記物体を移動させる工程を包含する、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、米国仮特許出願第６０／３０２，５０８号（２００１年６月２９日に出願）の利益を主張する。この出願の開示は、参考のため、その全体が本明細書中に援用される。
【０００２】
（政府助成）
本発明は、合衆国空軍により授与された政府助成（連邦契約第Ｆ１９６２８−９５−Ｌ−００２）によって行われた。政府は、本発明において特定の権利を有し得る。
【０００３】
（発明の分野）
本発明は、表面測定の分野に関し、より具体的には、非接触の厚さおよび平坦性測定の分野に関する。
【０００４】
（発明の背景）
多くの製造プロセスにおいて、厚さを測定することが必要である。例えば、厚さの測定は、種々の製造されたシート材料の厚さを制御するために用いられる。多くの場合、厚さをモニタリングし、かつ製造機器にリアルタイムのフィードバックを提供することが望ましい。厚さ制御は、例えば、厚さの変化がプレス加工された板金コンポーネントの品質およびリピータビリティに悪影響を及ぼす板金品の生産において重要である。
【０００５】
厚さをモニタリングするために種々の方法が利用可能である。このような方法の１つは、キャリパーまたは他の類似の測定デバイスの使用を含む。別の方法は、プロフィロメータの使用を含む。これらの方法は、プローブまたは計器でモニタリングされる物体の表面との接触することに関する。しかしながら、これらの表面接触の解決策は望ましくない。なぜなら、これらの解決策は、表面への侵入性の接触を含み、通常、測定するために多くの時間を必要とする。
【０００６】
従って、非接触測定法を用いる厚さのモニタリングを提供することが望ましい。非光学的技術は、Ｘ線およびガンマ線（または他の放射線）の透過、後方散乱測定、前面からの超音波エコーと背面からの超音波エコーとの間の時間遅延、および磁気効果に基づく方法を含む。しかしながら、これらの技術は、不利な点を有している。例えば、Ｘ線およびガンマ線の吸収または散乱に基づく技術は、放射線源および検出器等を必要とする。さらに、安全性の理由で、必要とされる放射線のレベルを最小化し、かつ放射線を抑制するために、厚さモニタを物体の近傍に配置することが必要である。さらに、これらの測定は、密度を含む材料特性による影響を受ける。これらの技術は、さらに、高損失であり、かつ測定における適切な信号対ノイズ比を達成することが困難であるため、非常に厚い材料に対しては実用的でない。超音波に基づく技術は、材料内の伝搬速度による影響を受け、材料特性の知識を必要とする。これらの超音波技術もまた、デバイスが物体の近傍に位置することを必要とする。磁気センサ技術は、制限された数の紙等の材料にのみ適切である。
【０００７】
三角測量、焦点深度、モアレ縞および干渉計に基づく光学的技術がある。三角測量ベースの技術は、制限された範囲の分解能を有する。焦点深度技術は、物体を支持するために固定基準面または固定表面の使用を必要とする。固定基準表面に対する任意の偏光が、厚さの変化として、あるいは表面粗度または他の表面状態を表すものとして解釈され、物体の表面プロファイルまたは厚さの誤測定を提供する。モアレ縞技術は、通常、光学ビームが物体の上面に透過することを可能にする液体またはガラス等の半透明の物体にのみ有用である。この技術は、板金等の材料のためには適切でない。干渉計測技術は、通常、複雑かつ高価な機器およびアルゴリズムを必要とする。干渉計測技術は、さらに、較正を常に必要とするが、これは、製造環境において実用的でない。さらに、干渉計測技術は、通常、物体の厚さの緩やかな程度の変動にのみ対処し得、急激な厚さの変化には対処し得ない。従って、干渉計測技術は、光学的質が悪い表面に関しては使用され得ない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
必要とされるのは、上述の範囲が制限された分解能および他の問題を克服する一方で、比較的大きく離れた距離でのミクロン以下のレベルの厚さの測定を達成する技術である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（発明の要旨）
１局面において、本発明は、第１および第２の対向する表面を有する物体の厚さの変動をモニタリングする装置に関する。この装置は、第１の表面上の第１の位置における第１の縞パターンを投影するように配置された第１のソース、および第２の表面上の第１の置における第２の縞パターンを投影するように配置された第２のソースを備える。この装置は、第１の表面上の第１の位置における第１の縞パターンを検出するように配置された第１の検出器をさらに備え、この第１の検出器は、第１の位置における第１の縞パターンに応答して第１の信号を発生する。この装置は、第２の表面上の第１の位置における第２の縞パターンを検出するように配置された第２の検出器をさらに備え、この第２の検出器は、第１の位置における第２の縞パターンに応答して第２の信号を発生する。この装置は、第１の信号および第２の信号に応答して、物体の厚さの変動を計算するように適合されたプロセッサを備える。
【００１０】
装置は、第１の縞パターンおよび第２の縞パターンを第１の表面上の第２の位置、および第２の表面上の第２の位置にそれぞれ位置決めする制御システムをさらに備え、第１および第２の検出器は、第２の位置における第１および第２の縞パターンにそれぞれ応答して、第３および第４の信号を発生し、プロセッサは、第１、第２、第３および第４の信号に応答して、物体の厚さの変動を計算するように適合される。１実施形態において、第１および第２のソースは、レーザ源である。別の実施形態において、第１および第２のソースは、同じソースである。さらに別の実施形態において、第１および第２のソースは、単一のソースから発生される。さらに別の実施形態において、第１および第２のソースは、２つのサブソースを有する。別の実施形態において、２つのサブソースは、互いに対してコヒーレントである。さらに別の実施形態において、第１および第２のソースは、広帯域ソースである。別の実施形態において、第１および第２のソースは、互いに対してコヒーレントである。１実施形態において、第１および第２の縞パターンは、少なくとも２つのソースからの放射線を干渉させることによって発生される。別の実施形態において、放射線は、狭帯域ソースによって発生される。さらに別の実施形態において、放射線は、広帯域ソースによって発生される。
【００１１】
１実施形態において、プロセッサは、第１の縞パターンおよび第２の縞パターンから少なくとも１つの縞をカウントすることによって厚さの変動を計算する。別の実施形態において、プロセッサは、第１の縞パターンおよび第２の縞パターンにおける少なくとも１つの縞のずれを検出することによって厚さの変動を計算する。さらに別の実施形態において、物体は、実質的に静止し、制御システムは、第１および第２の検出器を物体に対して移動させる。さらに別の実施形態において、第１および第２の検出器は、実質的に静止し、制御システムは、第１および第２の検出器に対して物体を移動させる。さらに別の実施形態において、第１および第２の検出器は、光検出器、電荷接続素子（ＣＣＤ）、カメラ、アレイ検出器、象限検出器、および感光性フィルムを含む群より選択される。別の実施形態において、第１および第２の検出器は、同じ検出器である。さらに別の実施形態において、単一の検出器が第１および第２の検出器と置き換えられる。
【００１２】
別の局面において、本発明は、第１および第２の対向する表面を有する物体の厚さを計算する装置に関する。この装置は、第１および第２の対向する表面を有する較正された厚さの基準を含む。装置は、較正された厚さの基準の第１の表面上の第１の位置における第１の縞パターンを投影するように配置された第１のソース、および較正された厚さの基準の第２の表面上の第１の位置における第２の縞パターンを投影するように配置された第２のソースをさらに備える。装置は、較正された厚さの基準の第１の表面上の第１の位置における第１の縞パターンを検出するように配置された第１の検出器、および較正された厚さの基準の第２の表面上の第１の位置における第２の縞パターンを検出するように配置された第２の検出器をさらに備える。第１のソースは、物体の第１の表面上の第１の位置における第１の縞パターンを投影するように配置され、第２のソースは、物体の第２の表面上の第１の位置における第２の縞パターンを投影するように配置され、第１の検出器は、物体の第１の表面上の第１の位置における第１の縞を検出するように配置される。第２の検出器は、物体の第２の表面上の第１の位置における第２の縞パターンを検出するように配置される。装置は、較正された厚さの基準から検出された第１および第２の縞パターンと、物体から検出された第１および第２の縞パターンとの間の比較に応答して、物体の厚さを計算するプロセッサをさらに備える。
【００１３】
別の局面において、本発明は、表面を有する物体の平坦性をモニタリングする装置に関する。この装置は、表面上の第１の位置における縞パターンを投影するように配置されたソース、および表面上の第１の位置における縞パターンを検出するように配置された検出器を備える。この検出器は、第１の位置における縞パターンに応答して、第１の信号を発生する。装置は、第１の信号に応答して、物体の平坦性の変動をモニタリングするように適合されたプロセッサをさらに備える。別の実施形態において、装置は、表面上の第２の位置に縞パターンの位置決めをする制御システムを備える。検出器は、第２の位置における縞パターンに応答して第２の信号を発生し、プロセッサは、第１および第２の信号に応答して、物体の平坦性の変動をモニタリングするように適合される。
【００１４】
本発明は、さらに、第１および第２の対向する表面を有する物体の厚さの変動をモニタリングする方法に関する。本発明は、第１のソースからの放射線で第１の表面を照射して第１の表面上の第１の位置において第１の縞パターンを発生する工程と、第２のソースからの放射線で第２の表面を照射して第２の表面上に第１の位置において第２の縞パターンを発生する工程とを包含する。この方法は、第１および第２の表面上の第１の位置において第１および第２の縞パターンをそれぞれ検出する工程をさらに包含する。方法は、第１および第２の表面上の第１の位置において検出された第１および第２の縞パターンに応答して、物体の厚さの変動をモニタリングする工程をさらに包含する。別の実施形態において、方法は、第１および第２の縞パターンを第１および第２の表面上の第２の位置にそれぞれ移動させる工程と、第１および第２の表面上の第２の位置において第１および第２の縞パターンをそれぞれ検出する工程と、第１の位置における第１および第２の縞パターンと第２の位置における第１および第２の縞パターンとの間の比較に応答して、物体の厚さの変動をモニタリングする工程とをさらに包含する。
【００１５】
別の実施形態において、厚さの変動をモニタリングする工程は、第１および第２の位置における第１の縞パターンおよび第２の縞パターンから縞をカウントする工程を包含する。さらに別の実施形態において、厚さの変動をモニタリングする工程は、第１および第２の位置における第１の縞パターンと第２の縞パターンとのずれを検出する工程を包含する。別の実施形態において、第１および第２の干渉パターンを移動させる工程は、物体を、実質的に静止状態で保持する工程と、第１の検出器および第２の検出器を物体に対して移動させる工程とを包含する。さらに別の実施形態において、第１および第２の縞パターンを移動させる工程は、第１および第２の検出器を、実質的に静止状態で保持する工程と、第１および第２の検出器に対して物体を移動させる工程とを包含する。
【００１６】
１実施形態において、厚さの変動をモニタリングする工程は、第２の位置における第１および第２の縞パターンから、第１の位置における第１および第２の縞パターンを減算する工程を包含する。別の実施形態において、厚さの変動をモニタリングする工程は、第１の位置における第１および第２の縞パターンから縞をカウントする工程を包含する。さらに別の実施形態において、厚さの変動をモニタリングする工程は、第１の位置における第１および第２の縞パターンから縞のずれを検出する工程を包含する。さらに別の実施形態において、厚さの変動をモニタリングする工程は、第１の位置における第１および第２の縞パターンの縞の数を推定する工程を包含する。
【００１７】
本発明は、さらに、第１および第２の対向する表面を有する物体の厚さを計算する方法に関する。この方法は、第１のソースからの放射線で、較正された厚さの基準の第１の表面を照射して、較正された厚さの基準の第１の表面上の第１の位置において第１の縞パターンを発生する工程と、第２のソースからの放射線で較正された厚さの基準の第２の表面を照射して、較正された厚さの基準の第２の表面上の第１の位置において第２の縞パターンを発生する工程とを包含する。方法は、較正された厚さの基準の第１および第２の表面上の第１の位置における第１および第２の縞パターンをそれぞれ検出する工程をさらに包含する。この方法は、さらに、第１のソースからの放射線で物体の第１の表面を照射して、物体の第１の表面上の第１の位置において第１の縞パターンを発生する工程と、第２のソースからの放射線で物体の第２の表面を照射して、物体の第２の表面上の第１の位置において第２の縞パターンを発生する工程とを包含する。この方法は、物体の第１および第２の表面上の第１の位置における第１および第２の縞パターンをそれぞれ検出する工程と、第１および第２の表面上の第１の位置において検出された第１および第２の縞パターンに応答して、物体の厚さを計算する工程とをさらに包含する。
【００１８】
別の実施形態において、この方法は、第１および第２の縞パターンを第１および第２の表面上の第２の位置にそれぞれ移動する工程と、第１および第２の表面上の第２の位置において第１および第２の縞パターンをそれぞれ検出する工程と、第１の位置における第１および第２の縞パターンと、第２の位置における第１および第２の縞パターンとの間の比較に応答して、物体の厚さを計算する工程とをさらに包含する。別の実施形態において、厚さの変動を計算する工程は、第１および第２の位置における第１の縞パターンおよび第２の縞パターンから縞をカウントする工程を包含する。別の実施形態において、厚さの変動を計算する工程は、第１および第２の位置における第１の縞パターンと第２の縞パターンとのずれを検出する工程を包含する。
【００１９】
別の実施形態において、第１および第２の縞パターンを移動する工程は、物体を静止状態で保持する工程と、第１の検出器および第２の検出器を物体に対して移動させる工程とを包含する。別の実施形態において、第１および第２の縞パターンを移動させる工程は、第１および第２の検出器を実質的に静止状態で保持する工程と、物体を第１および第２の検出器に対して移動させる工程とを包含する。別の実施形態において、厚さの変動を計算する工程は、第２の位置における第１および第２の縞パターンから、第１の位置における第１および第２の縞パターンを減算する工程を包含する。さらに別の実施形態において、厚さの変動を計算する工程は、第１の位置における第１および第２の縞パターンから縞をカウントする工程を包含する。別の実施形態において、厚さの変動を計算する工程は、第１の位置における第１および第２の縞パターンから縞のずれを検出する工程を包含する。別の実施形態において、厚さの変動を計算する工程は、第１の位置における第１および第２の縞パターンの縞を推定する工程を包含する。
【００２０】
別の局面において、本発明は、表面を有する物体の平坦性の変動をモニタリングする方法に関する。この方法は、ソースからの放射線で表面を照射して、物体の表面上の第１の位置において縞パターンを発生する工程と、物体の表面上の第１の位置において縞パターンを検出する工程と、表面上の第１の位置において検出された縞パターンに対して物体の平坦性の変動をモニタリングする工程とを包含する。１実施形態において、方法は、さらに、縞パターンを表面上の第２の位置に移動させる工程と、表面上の第２の位置において縞パターンを検出する工程と、第１の位置における縞パターンと第２の位置における縞パターンとの間の比較に応答して、物体の平坦性の変動をモニタリングする工程とをさらに包含する。別の実施形態において、この方法は、ソースからの放射線で公知の平面基準の表面を照射して、公知の平面基準の表面上の第１の位置において縞パターンを発生する工程と、公知の平面基準の表面上の第１の位置において縞パターンを検出する工程と、公知の平面基準の平坦性の変動を物体の平坦性の変動と比較して、物体の平坦性の補償された変動を発生する工程とをさらに包含する。
【００２１】
１実施形態において、平坦性をモニタリングする工程は、第１の位置における縞パターンから少なくとも１つの縞をカウントする工程を包含する。別の実施形態において、平坦性をモニタリングする工程は、第１の位置における縞パターンの縞のずれを検出する工程を包含する。さらに別の実施形態において、縞パターンを移動する工程は、物体を実質的に静止状態で保持する工程と、検出器を物体に対して移動させる工程を包含する。さらに別の実施形態において、縞パターンを移動させる工程は、検出器を、実質的に静止状態で保持する工程と、物体を検出器に対して移動させる工程とを包含する。１実施形態において、平坦性をモニタリングする工程は、第２の位置における縞パターンから第１の位置における縞パターンを減算する工程を包含する。１実施形態において、平面をモニタリングする工程は、第１の位置における縞パターンから縞をカウントする工程を包含する。さらに別の実施形態において、平坦性をモニタリングする工程は、第１の位置における縞パターンから縞のずれを検出する工程を包含する。さらに別の実施形態において、平坦性をモニタリングする工程は、第１の位置における縞パターンの縞の数を推定する工程を包含する。
【００２２】
本発明の上述の、およびさらなる有利な点は、添付の図面と関連付けられる以下の記載を参照することによってより良好に理解され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施形態を記載する間に、「ソース」および「放射線のソース」への言及がなされる。これらの用語は、高度の局所化された放射線のソースを含む、任意の放射線のソースのことを意味する。
【００２４】
本発明の好適な実施形態が図１に示される。システム１００は、このシステム１００を通過するシート材料１０２の厚さをモニタリングすることが示される。これに代わる実施形態において、材料１０２は、スチール、プラスチック、ゴム、木材、紙等である。通常、この材料１０２は、高速押し出し加工、転造、引き抜き加工、鋳造、歯切り、または、コンベヤタイプの装置に沿って生産される他の類似の技術によって製造される。システム１００は、放射線の第１のソース１０４および第１の検出器１０６を備える。このシステムは、放射線の第２のソース１０８および第２の検出器１１０をさらに備える。第１のソース１０４は、シート材料１０２の第１の表面１０１上に第１の縞パターン１１２を投影するように適合される。第２のソース１０８は、シート材料１０２の第２の対向する表面１０３上に第２の縞パターン１１４を投影するように適合される。第１の検出器１０６は、第１の表面１０１から第１の縞パターン１１２を検出するように適合される。第２の検出器１１０は、第２の表面１０３から第２の縞パターン１１４を検出するように適合される。いくつかの実施形態において、第１の縞パターン１１２および第２の縞パターン１１４の両方を検出するために１つの検出器が用いられ得る。
【００２５】
第１のソース１０４および第２のソース１０８は、縞ソース、縞発生器または縞プロジェクタとも呼ばれる。第１のソース１０４および第２のソース１０８の各々は、干渉パターンを発生する。干渉パターンは、種々の光の強度の領域からなる。システム１００は、干渉パターンの発生との関連で記載されるが、間隔が正確に知られた周期的な明暗領域のパターン（以後、一般に、縞パターンと呼ばれる）を投影することができる任意のデバイスが第１のソース１０４および第２のソース１０８として用いられ得ることが当業者によって理解される。縞のソースの例示的実施例は、図４および図５を参照して詳細に述べられる。
【００２６】
システム１００は、制御電子機器１２０をさらに備える。これに代わる実施形態において、制御電子機器１２０は、システムが動作するために必要とされるすべての電子機器を備える。１実施形態において、制御電子機器１２０は、プロセッサ１２２を備える。別の実施形態において、制御電子機器１２０は、コントローラ１２４を備える。１実施形態において、コントローラ１２４は、シート材料１０２の移動を制御するために用いられる。このシステム１００は、縞プロジェクタ１０４、１０８および検出器１０８、１１２等の種々のシステムコンポーネントを支持するための構造１３０をさらに備える。別の実施形態において、ローラ１３２および１３４のセットは、シート材料１０２を輸送してシステム１００に通す。
【００２７】
動作中、システム１００は、シート材料１０２の厚さを以下のように決定する。第１のソース１０４は、シート材料１０２の第１の表面１０１上に第１の縞パターン１１２を投影する。第１の検出器１０６は、第１の縞パターン１１２を検出するように配置される。同様に、第２のソース１０８は、シート材料１０２の第２の表面１０３上に第２の縞パターン１１４を投影する。第２の検出器１１０は、第２の縞パターン１１４を検出するように配置される。これに代わる実施形態において、検出器１０６、１１０は、カメラ、アレイ検出器、電荷接続素子（ＣＣＤ）、光検出器、フォトダイオード、象限検出器、および感光性フィルム等を含む。種々の実施形態において、第１の検出器１０６および第２の検出器は、厚さが決定されるべき位置において投影された縞パターン１１２、１１４をそれぞれモニタリングするように配置される。これに代わる実施形態において、第１および第２の検出器１０６、１１０は、広域にわたる有効範囲、狭域での有効範囲、または選択された点の有効範囲を提供する。別の実施形態において、所望の有効範囲を達成するために複数の検出器が用いられる。
【００２８】
１実施形態において、第１のソース１０４、第１の検出器１０６、第２のソース１０８および第２の検出器１１０が位置合わせされて、シート材料１０２の第１の対向する表面１０１および第２の対向する表面１０３上の対応する位置において縞パターンをそれぞれ投影および検出する。別の実施形態において、投影された縞パターン１１２および１１４における縞は、シート材料１０２の移動の方向と実質的に平行である。
【００２９】
第１の検出器１０６は、シート１０２の第１の表面１０１上の位置における縞の強度に基づいて第１の信号を発生する。第２の検出器１０８は、シート１０２の同じ表面位置であるが対向する表面１０３上の縞の強度に基づいて第２の信号を発生する。第１および第２の信号は、プロセッサ１２２に伝送される。１実施形態において、プロセッサ１２２は、コンピュータである。コンピュータは、検出された第１および第２の信号を解析して、シート材料１０２の厚さ１３６に対応する結果を発生する。別の実施形態において、第１の検出器１０４および第２の検出器は、シート材料１０２の幅１３８にわたる第１の縞パターン１１２および第２の縞パターン１１４を検出する。さらに別の実施形態において、制御電子機器１２０は、所定の距離の長手方向にシート材料１０２を移動させる。シート材料１０２がシステム１００を通過するにつれて、第１の検出器１０６および第２の検出器１０８は、第１の縞パターン１１２および第２の縞パターン１１４をそれぞれ連続的に検出するように適合される。コンピュータ１２２は、連続的に、特定の所定の時間間隔で、または厚さのモニタリングが必要とされるたびに、第１の検出器１０６および第２の検出器１１０から第１および第２の信号を受信するようにプログラムされる。
【００３０】
別の実施形態において、制御電子機器１０２は、フィードバックループ（図示せず）に接続される。フィードバックループは、製造プロセスを制御するために用いられる。シート材料１０２の厚さ１３６が変化すると、第１の縞パターン１１２および第２の縞パターン１１４が変化する。第１の検出器１０６および第２の検出器１１０は、変化を感知する。コンピュータ１２２は、検出器からのデータを解析し、かつ、シート材料１０２の厚さ１３６が事前設定された許容誤差内であるか否かを決定する。コンピュータは、フィードバック回路に接続される。フィードバック回路は、シート製造機器（図示せず）に接続される。フィードバック回路は、厚さモニタリングデータをシート製造機器に提供する。シート製造機器は、厚さモニタリングデータを用いてシート製造プロセスを制御する。
【００３１】
１実施形態において、ローラ１３２および１２４は、制御電子機器１０２と接続する。ローラ１３２および１３４は、所定のレートで回転するように適合される。別の実施形態において、ローラ１３２および１３４は可逆性を有する。さらに別の実施形態において、ローラ１３２および１３４は、制御電子機器１２０によって制御される。制御電子機器１２０は、ローラ１３２および１３４の速度および方向を制御する。別の実施形態において、制御電子機器１２０は、所定の時間間隔でローラ１３２および１３４を停止させる。
【００３２】
１実施形態において、プロセッサ１２２は、シート材料１０２の厚さマップを発生する。プロセッサ１２２は、シート材料１０２の幅１３８にわたる種々の位置において第１の検出器１０６および第２の検出器１１０から厚さデータを収集する。次に、制御電子機器１２０は、材料シート１０２を所定の距離だけ移動させる。再び、プロセッサ１２２は、シート材料１０２の幅１３８にわたる種々の位置において第１の検出器１０６および第２の検出器１１０から厚さデータを収集する。厚さを連続的に測定し、かつシートを移動させることによって、プロセッサ１２２は、材料シート１０２上の種々の測定点における厚さに対応する等高マップを発生する。
【００３３】
図２Ａは、本発明の１実施形態によるコンピュータディスプレイ２００を示す。コンピュータディスプレイ２００は、この実施形態において、示された第１の縞パターン２０２および第２の縞パターン２０４の検出された強度を表示する。１実施形態において、第１のソース１０４および第２のソース１０８は、シート材料１０２上に第１の縞パターン１１２および第２の縞パターン１１４をそれぞれ投影するように配置される。第１のソース１０２および第２のソース１０８は、図１に示される、実質的に、入射角の仰角で第１の縞パターン１１２および第２の縞パターン１１４をそれぞれ投影するように適合される。第１の縞パターン１１２および第２の縞パターン１１４から結果として生じた縞は、シート１０２の第１の表面１０１および第２の表面１０３にわたってそれぞれ非線形的に広がる。第１のソース１０４および第２のソース１０８に最も近い縞は、間隔が狭く、これに対して、第１のソース１０４および第２のソース１０８から最も遠い縞は、さらに離れた間隔をおく。図２Ａは、第１の検出器１０６および第２の検出器１１０によってそれぞれ検出された、第１の縞１１２および第２の縞パターン１１４の強度Ｉ対縞周期ｄを示す。第１の縞パターン１１２および第２の縞パターンの周期ｄは、シート材料１０２の幅１３８にわたって異なる。例えば、縞２０６の周期ｄは、縞２１０の周期ｄとは異なる。１実施形態において、第１の縞パターン１１２および第２の縞パターン１１４の周期ｄは周知である。別の実施形態において、第１の縞パターン１１２および第２の縞パターン１１４の強度は、シート材料１０２の幅１３８にわたって、実質的に均一である。
【００３４】
図２Ｂは、第１の縞パターン１１２および第２の縞パターン１１４上のシート材料１０２の厚さ１３６が大きくなることの影響を示す。シート材料１０２がより厚くなると、第１の検出器１０６および第２の検出器１１０は、第１のソース１０４および第２のソースに向かってそれぞれ移動する第１の縞パターン１１２および第２の縞パターン１１４を観察する。第１のソース１０４は、シート１０２の第１の表面１０１上にビーム２１４を投影する。第２のソース１０８は、シート１０２の第２の表面１０３上にビーム２１８を投影する。
【００３５】
図２Ｃは、シートの厚さの変動および垂直の平行移動が第１の縞パターン１１２および第２の縞パターン１１４の種々の平行移動に及ぼす影響を表すテーブル２２０を示す。第１のソース１０４および第２のソース１０８は、図２Ｂの左側に配向される。この実施形態において、シート材料１０２の第１の表面１０１の上方への移動は、第１の縞パターン１１２を左へ、第１のソース１０４に向かってシフトさせる。第２の表面１１４の下方への移動は、さらに、第２の縞パターン１１４を左へ、第２のソース１０８に向かってシフトさせる。図２Ｃにおけるテーブルは、種々の厚さの変動および垂直の平行移動が第１の縞パターン１１２および第２の縞パターン１１４にどのような影響を及ぼすかを示す。例えば、第１の検出器１０６が第１の縞パターン１１２の右方向への移動を検出し、第２の検出器が第２の縞パターン１１４の右方向への移動を検出した場合、これは、シート材料１０２の厚さの低減を示す。第１の検出器１０６および第２の検出器１０８が逆方向の移動を検出した場合、これは、シート材料１０２の垂直の平行移動を示す。１実施形態において、プロセッサ１２２は、検出された第１の縞パターン１１２および検出された第２の縞パターン１１４からの結果を組み合わせることによって、シート材料１０２の厚さ１３６を決定する。別の実施形態において、プロセッサ１２２は、検出された第１の縞パターン１１２および第２の縞パターン１１４を解析することによって、厚さの測定からシート平行移動誤差を除去する。プロセッサ１２２は、第１の縞パターン１１２および第２の縞パターン１１４から移動の程度を決定する。縞パターン１１２および１１４の移動の方向および大きさを解析することによって、プロセッサ１２２は、シート１０２の垂直の平行移動を補償する。この垂直の平行移動は、そうでない場合、シート１０２の厚さ１３６の変化として解釈され得る。１実施形態において、プロセッサ１２２は、第１の縞パターン１１２および第２の縞パターン１１４の平行移動の大きさを組み合わせる。これは、一次平行移動の影響を補償する。別の実施形態において、高次の平行移動の影響が米国特許第５，８７０，１９１号および米国特許第６，０３１，６１２号（この特許出願の開示は、参考のため、本明細書中に援用される）に記載される縞計測（ＡＦＩ）技術を用いて補償される。当業者は、シート材料１０２の垂直の平行移動を補償するために、縞の数を垂直の平行移動と関連付ける他の技術が用いられ得ることを理解する。
【００３６】
図３は、平坦性をモニタリングするための装置３００の例示的実施形態のブロック図である。平坦性のモニタリング３００は、シリコンウェハ、他の半導体ウェハ、コンパクトディスク（ＣＤ）、板金、ガラス、プラスチック、または平坦性の測定を必要とする任意の材料等の材料３０２の平坦性を測定するために用いられる。別の実施形態において、材料は、実質的に円形である。
【００３７】
１実施形態において、平坦性モニタ３００は、縞パターン１１２を投影するためのソース１０４を含む。平坦性モニタ３００は、縞パターン１１２を検出するように配置された検出器１０６をさらに備える。平坦性モニタ３００は、材料３０２を固定するように適合された回転可能なチャック３０４をさらに備える。これに代わる実施形態において、真空（図示せず）、磁力（図示せず）、クリップ、ファスナ等がチャック３０４に材料３０２を固定するために用いられる。別の実施形態において、チャック３０４は、ステップモータ等のメカニズム（図示せず）と接続する。このメカニズムは、チャック３０４を回転させるために用いられる。
【００３８】
平坦性モニタ３００は、制御電子機器１２０をさらに備える。１実施形態において、制御電子機器１２０は、平坦性モニタ３００のすべての局面を制御する。別の実施形態において、制御電子機器１０２は、プロセッサ１２２を備える。１実施形態において、プロセッサ１２２は、任意の適切なコンピュータである。別の実施形態において、制御電子機器は、コントローラ１２４を備える。１実施形態において、コントローラ１２４は、回転可能なチャック３０４の速度および方向を制御するように適合される。別の実施形態において、コントローラ１２４は、ソース１０４を制御するように適合される。さらに別の実施形態において、コントローラ１２４は、検出器１０６を制御するように適合される。他の実施形態において、制御電子機器１２０は、システムが動作するために必要とされるすべての電子機器を備える。
【００３９】
当業者は、上述のようにソース１０４および検出器１０６が材料３０２の表面３０１上に縞を投影し、かつこれらの縞を検出するために適切な任意のデバイスを備える。
【００４０】
平坦性モニタ３００の動作が以下に記載される。モニタリングされるべき材料３０２がチャック３０４上に配置される。１実施形態において、材料は、半導体ウェハである。ウェハは、実質的に円形である。別の実施形態において、メカニズム（図示せず）は、ウェハをチャック３０４上の中心に置くために用いられる。このウェハは、例えば、真空（図示せず）を用いてチャック３０４にしっかりと保持される。１実施形態において、チャックは、平面になるように正確に機械加工され、かつウェハを平面に保持する。別の実施形態において、平坦性測定に影響を及ぼさないように、チャック３０４の振れ、またはチャック３０４を回転させるベアリングの緩み（ｓｌｏｐｐｉｎｅｓｓ）が補償される。別の実施形態において、チャック３０４の振れおよび平坦性を較正するために公知の平面基準が用いられる。
【００４１】
ソース１０４は、縞パターン１１２をウェハの表面３０１上に投影する。好適な１実施形態において、縞パターン１１２は、図３に示されるように、ウェハの直径に沿って投影される。この実施形態において、各縞１１５、１１５’は、ウェハの直径３０６に対して実質的に垂直に配置される。縞パターン１１２は、縞１１５、１１５’のみに限定されると考えられるべきでない。典型的な縞パターン１１２は、複数の縞を含む。
【００４２】
検出器１０６は、ウェハの表面３０１上の縞パターンを検出するために配置される。これに代わる実施形態において、検出器１０６は、複数の検出器を含む。別の実施形態において、検出器１０６はカメラである。好適な実施形態において、カメラはウェハの直径３０６にわたって縞パターン１１２の狭帯をとらえるように適合される。さらに別の実施形態において、カメラは、ウェハの半径にわたって縞パターンの帯をとらえるように適合される。好適には、縞パターン１１２における縞１１５、１１５’は、ウェハの回転の弧に接するように配置される。他の実施形態において、検出器１０６は、表面３０１上の種々の点を検出する。
【００４３】
１実施形態において、検出器１０６は、ウェハの直径３０６にわたる縞パターン１１２における縞１１５、１１５’の位置の変化を検出する。別の実施形態において、検出器１０６は、チャック３０４が材料３０２を回転させると、縞パターン１１２における縞１１５、１１５’の位置の変化を検出する。さらに別の実施形態において、検出器１０６は、制御電子機器１２０と接続する。さらに別の実施形態において、制御電子機器１２０は、プロセッサ１２２を含む。プロセッサ１２２は、材料３０２の表面３０１上の縞パターン１１２の平行移動を示す検出器１０６からデータを受け取る。プロセッサ１２２は、材料３０２の平坦性を決定するためにデータを解析する。
【００４４】
すでに簡単に述べられたように、１実施形態において、公知の平面基準は、平坦性モニタ３００を較正するためにチャック３０４上に配置される。例えば、プロセッサ１１２は、チャック３０４の不正確な機械加工を較正するために基準を用いる。この不正確な機械加工は、チャック３０４が回転中にブレを起こすので、誤った平坦性測定値をもたらす。平坦性モニタ３００は、公知の平面基準を測定する。プロセッサ１２２は、任意の観察された縞の平行移動を除去する。１実施形態において、ステッピングモータはチャック３０４と接続する。プロセッサ１２２は、チャック３０４に関する回転情報を格納する。プロセッサ１２２は、その後、縞パターンの観察された平行移動をチャック３０４の回転位置にマッピングし得る。
【００４５】
図１を再び参照して、縞パターン１１２、１１４は、種々の方法で発生される。例えば、縞パターンを表面１０１上に結像する従来のプロジェクタが用いられ得る。しかしながら、従来のプロジェクタは、フィールドの深さが制限される。その結果、シート材料１０２の幅１３８全体にわたってパターンの焦点を合わせることが困難であり得る。
【００４６】
干渉または回折によって形成される縞パターン１１２、１１４は、通常、フィールドの深さが制限されず、この問題に煩わされない。従って、好適な実施形態において、ソース１０４、１０８は、米国特許第６，０３１，６１２号（この開示は、参考のため、本明細書中に援用される）に記載される２地点ソース縞ジェネレータである。他の実施形態において、ソース１０４、１０８は、レーザベースまたは白色光ベースである。当業者は、白色光ベースのソースが、スペックルノイズが自動的に消去されるという有利な点を有することを理解する。
【００４７】
縞発生法に関わらず、厚さモニタ１００は、縞幅の非常に小さいフラクションへの縞の移動を測定することによって高分解能を達成する。本発明は、縞の移動を測定する種々の方法を考慮する。本発明の１実施形態は、位相測定に依存する。この実施形態において、投影された縞パターン１１２の位相は、公知の量だけシフトされる。当業者に公知の数式を用いることによって、プロセッサ１２２は、検出器１０６によって検出された対応する強度から縞パターン１２２の空間位相を計算する。例えば、Ｉ１、Ｉ２およびＩ３は、縞パターンがα、０、および＋αだけそれぞれシフトされる間の表面上の所与の位置における３つの強度測定値を表し、シフトされない中間位置の縞パターンの空間位相が
【００４８】
【数１】
2004531739.tif 000003
（１）
によって与えられる。
【００４９】
縞パターン１１２を位相シフトさせることによって、検出器１０６上の各ピクセル点における厚さを同時に決定することが可能である。しかしながら、材料１０２のシートが移動した場合、３つの強度測定値Ｉ１、Ｉ２およびＩ３は、表面上の全く同じ位置に生じない。１実施形態において、この問題は、２次元イメージングアレイの異なったピクセルの適切な線を用いることによって、表面１０１の同じ位置が位相シフトの各々において結象されるようにして対処される。別の実施形態において、これらの補正は、厚さおよび反射率が低速で変化する材料１０２のシート材料１０２には必要とされない。さらに別の実施形態において、シート材料１０２の移動は、測定値の変動を統計的に平均化することに利用される。
【００５０】
他の実施形態において、図１のイメージストリップ１１７に沿う１つ以上のサンプル点における厚さを測定することのみが必要とされる。１実施形態において、位相シフトの空間的実現は、イメージングおよび処理速度の要求を低減するために用いられる。この実施形態において、投影された縞パターン１１２を位相シフトすることは必要とされない。その代わりに、測定点のセット（または、イメージストリップに沿うピクセル）が、厚さ１３５が決定されるべき各点について選択される。各厚さ測定値に対応する測定点のセットは、縞パターン１１２が公知の位相オフセットにおいてサンプリングされるように選択される。例えば、９０°のオフセットの縞の強度をサンプリングするために、縞パターン１１２において４分の１周期離れたイメージストリップ１１７が測定される。Ｉ１、Ｉ２およびＩ３が同相オフセットを有する３つの空間測定値を表す場合、依然として等式１が当てはまる。このアプローチに関するさらなる詳細は、米国特許第５，９００，９３６号に見出され得る（この開示は、参考のため、本明細書中に援用される）。
【００５１】
空間位相測定の予想される影響は、１つの厚さ値に対応する測定が、表面１０１上の（すぐ隣にもかかわらず）異なった点で得られることである。１実施形態において、表面１０１上の点の位置の相違は、表面１０１の反射率（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｌｙ）が比較的均一であり、シート１０２の厚さ１３６がゆっくりと変化し、表面１０１の角配向がイメージストリップ１１７に沿う方向に急激に変化しない限りにおいて、測定に実質的な影響を及ぼさない。これらの条件は、多様な用途に関して満たされる。従って、厚さ１３６は、高速で、かつシート材料１０２の高速の移動に対してモニタリングされ得る。他の実施形態において、シート１０２の動きは、統計的変差を平均化することによって測定に有利になる。
【００５２】
図４は、干渉縞を発生するためのソースヘッド４００の好適な実施形態を示す。ソースヘッド４００は、光源４０２を含む。１実施形態において、光源４０２は、実質的に平行な光を発生する。別の実施形態において、光源４０２は、コヒーレント光を発生する。他の実施形態において、高原４００は、狭帯域ソースまたは広帯域ソースである。ソースヘッド４００は、さらに、回析格子４０４を含む。ソースヘッド４００は、レンズ４０６をさらに備える。別の実施形態において、ソースヘッド４００は、さらに、ビームブロック４０８を備える。１実施形態において、ビームブロック４０８は、２重スリットである。
【００５３】
動作中、光源４０２によって発生された光の実質的に平行なビーム４０３は、回析格子４０４に当たる。回析格子４０４は、平行ビーム４０３を複数の回析次数を有する複数のビーム４０５に分割する。１つの理想的な実施形態は、回析格子４０４が、正および負の１次回析ビーム４０５に対する回析効率（同じ次数の正および負のビームの別の好適なセット）を最大化するように、およびすべての他の次数に回析されたエネルギーを最小化するように設計される。回析ビーム４０５は、次に、レンズ４０６に当たる。レンズ４０６は、ビームブロック４０８の平面の位置でフォーカルスポット４１０、４１０’および４１０’’を形成する。フォーカルスポット４１０、４１０’および４１０’’は、３つの異なった回析次数に対応する。ビームブロック４０８は、０次数ビーム４１０’’、および正および負の１次ビーム４１０、４１０’（または、同じ次数の正および負の別の好適なセット）とは異なる任意のビームに対応するフォーカルスポットをブロックする。
【００５４】
２つのフォーカルスポット４１０、４１０’は、点放射源とも呼ばれる。ポイント放射源は、互いに対してコヒーレントである。２つの点放射源４１０、４１０’からの放射線は、伝播するにつれて広がる。この広がりは重なりをもたらし、干渉縞パターン１１２を形成する。干渉パターン１１２は、表面１０１、すなわちモニタリングされる表面に映される。縞パターン１１２の位相シフトは、コールアウト４１２によって示される方向の回析格子４０４を単に平行移動することによって達成される。
【００５５】
１実施形態において、回析格子４０４およびレンズ４０６の組み合わせを用いることによって、干渉パターン１１２における放射線の空間的分散が、ソース４０２の波長の影響を実質的に受けない。これは、第１次に対する波長λと比例する波長λの単色ソースに対応するフォーカルスポット４１０と４１０’との間の距離ａが原因である。縞周期は、波長λにほとんど依存しない。なぜなら、縞周期は、λ／ａに比例し、かつフォーカルスポット４１０と４１０’との間の距離ａに依存する波長λの依存は、分子の波長λの依存をキャンセルするからである。波長λが変化すると、２つのフォーカルスポット４１０および４１０’は、光学軸４１４を中心にして対称的に移動し、中心の縞は静止状態である。これは、波長λに依存しない縞パターン１１２の空間位相をもたらす。この波長の非依存性は、レーザ源４０２の波長λを温度安定性にすることが困難である製造環境において重要である。１実施形態において、レーザダイオードが用いられる。なぜなら、レーザダイオードは、比較的安価であり、かつ容易に入手可能だからである。しかしながら、典型的なレーザダイオードは、温度依存的動作波長λを有する。この温度依存性は、他の場合には、測定値を温度と共に変動させ得る。
【００５６】
別の実施形態において、光源４０２は、広帯域または白色光源である。この実施形態において、各波長λは、縞パターンを発生し、これらのコンポーネント縞パターンは、結果としてこれらの波長が生じる広帯域への波長の非依存性または白色縞パターンが原因で同時に発生する。回析格子４０４の移動４１２は、縞パターン１１２の各波長コンポーネントを同じ距離だけシフトさせる。これは、白色光干渉縞パターンの位相シフトを提供する。当業者は、広帯域光源を用いて縞パターンを発生する１つの有利な点は、これがレーザ源を用いた場合に存在する測定におけるスペックルノイズを消去することであると理解する。
【００５７】
図５は、本発明の１実施形態による２つの縞パターンを投影するための縞プロフェクタ５００を示す。縞プロジェクタ５００は、図４の縞ジェネレータ４００を備える。縞プロジェクタ５００は、ビームスプリッタ５０６をさらに備える。１実施形態において、縞プロジェクタ５００のコンポーネントは、構造１３０に取り付けられる。別の実施形態において、構造１３０は、ミラー５１０および５１２からの光がシート材料１０２の表面１０１および１０３にそれぞれ到達することを可能にするためのアパーチャ５１４および５１６を備える。他の実施形態において、ミラー５０８、５１０および５１２の位置および配向は、広範囲の厚さ値１３６に適応するように可変である。
【００５８】
動作中、縞プロジェクタ５００は、第１の縞パターンおよび第２の縞パターン１１４の両方を発生する。フォーカルスポット４１０および４１０’は、光をビームスプリッタ５０６に向ける。ビームスプリッタ５０６は、フォーカルスポット４１０および４１０’からの光をミラー５０８およびミラー５１２に分離させる。ミラー５０８は、光をミラー５１０に向ける。ミラー５１０および５１２は、光をアパーチャ５１６および５１４に通し、かつシート材料１０２の表面１０１および１０３に向ける。フォーカルスポット４１０および４１０’は、干渉パターン１１２および１１４をシート材料１０２の第１の表面１０１および第２の表面１１４上に投影する。別の実施形態において、多様な材料の厚さ測定を提供するために、ミラー５１０および５１２の位置および姿勢は可変である。
【００５９】
１実施形態において、厚さモニタ１００の較正が厚さ基準を測定することによって達成される。例えば、ゲージブロックが厚さ基準として用いられ得る。別の実施形態において、厚さモニタ１００において存在する任意の非線形性または系統的誤差を詳細に計画するために利用され得る。１実施形態において、これらの系統的誤差は、制御電子機器１２０におけるルックアップテーブルに格納される。厚さモニタ１００は、系統的誤差を補償するための動作中、ルックアップテーブルに照会する。この技術は、物体１０２の表面１０１、１０３の両方を検知するか、または一方の表面１０１のみを検知するかに関わらず、表面のずれを見地するために等しく適用可能である。別の実施形態において、図３の平坦性モニタ３００は、誤差を補償するためにルックアップテーブルを用いる。
【００６０】
本発明の好適な実施形態が記載され、かつ示されたが、ここで、コンセプトを実現する他の実施形態が用いられ得ること、および、依然として本発明の範囲および主旨の範囲内である複数の変形が可能であることが当業者に明らかになる。従って、これらの実施形態は、開示された実施形態に限定されるべきでなく、むしろ、本発明の主旨および範囲によってのみ限定されるべきであることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は、厚さの測定を行うための本発明の例示的実施形態のブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１に示される本発明の実施形態によるプロセッサによって観察される典型的な縞の移動を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１に示される本発明の実施形態によるプロセッサによって観察される典型的な縞の移動を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１に示される本発明の実施形態によるプロセッサによって観察される典型的な縞の移動を示す。
【図３】図３は、平坦性をモニタリングするための本発明の例示的実施形態のブロック図である。
【図４】図４は、本発明の１実施形態による縞パターンを発生するための装置のブロック図である。
【図５】図５は、本発明の１実施形態による２つの縞パターンを発生するための装置のブロック図である。
【図１】
2004531739.tif 000004
【図２Ａ】
2004531739.tif 000005
【図２Ｂ】
2004531739.tif 000006
【図２Ｃ】
2004531739.tif 000007
【図３】
2004531739.tif 000008
【図４】
2004531739.tif 000009
【図５】
2004531739.tif 000010
【国際公開パンフレット】
2004531739.tif 000011
2004531739.tif 000012
2004531739.tif 000013
2004531739.tif 000014
2004531739.tif 000015
2004531739.tif 000016
2004531739.tif 000017
2004531739.tif 000018
2004531739.tif 000019
2004531739.tif 000020
2004531739.tif 000021
2004531739.tif 000022
2004531739.tif 000023
2004531739.tif 000024
2004531739.tif 000025
2004531739.tif 000026
2004531739.tif 000027
2004531739.tif 000028
2004531739.tif 000029
2004531739.tif 000030
2004531739.tif 000031
2004531739.tif 000032
2004531739.tif 000033
2004531739.tif 000034
2004531739.tif 000035
2004531739.tif 000036
2004531739.tif 000037
2004531739.tif 000038
2004531739.tif 000039
2004531739.tif 000040
【国際調査報告】
2004531739.tif 000041
2004531739.tif 000042
2004531739.tif 000043