(57)【要約】  本発明は、サンプル及び／又はサンプル表面に形成された少なくとも１つのフィルムの特性及び／又はパラメータを測定するためのアレンジメントに関する。具体的には、複数の検出器を一列又は行列に配置し、波長間隔における電子放射線の空間分解能スペクトル分析を行う。検出器は電子評価ユニットに接続され、広域放射線源から照射される電磁放射線がサンプル表面、サンプルに形成されたフィルム、又はサンプル内のフィルム表面で反射した後、あるいは、該電磁放射線を透過するサンプルを通過した後に検出器に入射するように、該検出器が配置される。照射は、均一な強度の電磁放射線が電磁放射線を反射する表面で観察でき、又は該表面によって伝達されるように行う。電子評価ユニットは、波長間隔における空間・波長分解能により検出された検出器の算出信号を、シミュレーションにより得られる対応放射線強度の理論波長依存曲線と比較、又は、少なくとも１つの既知サンプルでの校正により得られる曲線と比較し、前記算出位置において、前記サンプル又は前記サンプルに形成された少なくとも１つのフィルムの少なくとも１つの特性若しくは少なくとも１つのパラメータを測定する情報を取得し、よって、前記サンプル又は前記サンプルに形成された少なくとも１つのフィルムにおける少なくとも１つの特性又は少なくとも１つのパラメータである空間分解能分布を取得する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル及び／又はサンプル表面に形成された少なくとも１つのフィルムの特性及び／又はパラメータを測定するためのアレンジメントであって、
行配置又は行列配置される、波長間隔内における電磁放射線の空間分解スペクトル分析用の複数の検出器を備え、
前記検出器は、電子評価ユニットに接続されると共に、広帯域放射線源によって照射される前記電磁放射線が前記サンプル表面、前記サンプルに形成されたフィルム、若しくは前記サンプル内のフィルム表面で反射した後、及び／又は、前記電磁放射線を透過するサンプルを通過した後、に前記検出器に入射するように配置され、
均一な強度の電磁放射線が電磁放射線を反射する表面において観察でき、又は均一な強度の電磁放射線が前記表面によって伝達されるように前記放射を行い、
前記電子評価ユニットは、
波長間隔における空間・波長分解能により検出された前記算出信号を、シミュレーションにより得られる対応放射線強度の理論波長依存曲線と比較、又は、少なくとも１つの既知サンプルでの校正により得られる曲線と比較し、前記算出位置において、前記サンプル又は前記サンプルに形成された少なくとも１つのフィルムの少なくとも１つの特性若しくは少なくとも１つのパラメータを測定する情報を取得し、よって、前記サンプル又は前記サンプルに形成された少なくとも１つのフィルムにおける少なくとも１つの特性又は少なくとも１つのパラメータである空間分解能分布を取得するように構成されたこと、
を特徴とするアレンジメント。
【請求項２】
前記表面に対する放射は、少なくとも１つの角度が前記サンプル表面の法線に対し０°＜９０°未満であることを特徴とする請求項１に記載のアレンジメント。
【請求項３】
前記電磁放射線の入射角が変更又は調整可能であって、６０°から８０°の範囲であることが好ましく、前記検出及び評価を複数の異なる入射角に対して実行可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアレンジメント。
【請求項４】
前記検出及び評価を、入射位置に関して既知の偏光面を有する偏光子を用いて実行することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のアレンジメント。
【請求項５】
前記フィルム厚さの横分布、前記光屈折係数又はその波長依存曲線、
前記吸光係数又はその波長依存曲線、
前記サンプル又は前記サンプルに形成された少なくとも１つの層の前記表面粗さ若しくは界面品質（粗さ）、
前記サンプルあるいは少なくとも１つのフィルム内において、
前記電荷キャリア密度及び／又は数、
欠陥並びに／又は粒子のサイズ及び／若しくは形状、を測定可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のアレンジメント。
【請求項６】
前記検出器及びサンプルは、少なくとも１つの軸に沿って互いに移動可能であり、好適には、互いに一定の距離を保ちながら移動することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のアレンジメント。
【請求項７】
前記放射線源は電磁放射線を生成する光学要素、又は前記表面に対して電磁放射線を拡散的に照射する放射線源を有し、中空体の内部に配置されると共に、
好適には、散乱した電磁放射線の入射を防ぐダイヤフラムを、前記電磁放射線の光路に設けた前記検出器の前に配置したことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のアレンジメント。
【請求項８】
前記サンプルは、異なる素材から形成された複数のフィルムを有する多層構造体であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のアレンジメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプル及び／又はサンプル表面に形成された少なくとも１つのフィルムの特性及び／又はパラメータを測定するためのアレンジメントに関する。ここで、サンプルは、少なくとも１つのフィルムによって被膜される固体、又は１枚ずつ積み重ねられた複数の層からなる要素、である。
【背景技術】
【０００２】
種々のアプリケーション（例えば、半導体フィルム、保護フィルム、光学フィルム等）において、薄膜フィルム（基板上の単層又は多層システム）は必須の要素として知られている。そして、これらのフィルムの機能を知る上で、予め定められた所定の公差域におけるフィルムのパラメータや特性を測定することが求められている。なお、重要なパラメータには、フィルム厚さ、光屈折率、特定の波長に対する吸光係数、又は特定の波長領域に亘る曲線を表すパラメータ、がある。また、同質のサンプルの層の特性には、単位面積又は単位体積あたりに含まれる電荷キャリアの数（電荷キャリア密度）や、異質物や欠陥（微粒子、含有物等）の数、がある。
【発明の概要】
【０００３】
上記パラメータについては、正確かつ短時間で、サンプルの全表面に亘ってその値を測定する必要性が非常に高い。そのため、空間分解能を用いて全サンプル表面に亘る上記パラメータの分布を測定することが求められる。この際、統計的に求められた全サンプルのデータを用いることができる。
【０００４】
一方、一般的には、上述した特性やパラメータを測定する際に異なる測定方法が用いられる。しかし、かかる測定方法にあっては、対象となる算出パラメータの空間分解能（ｘ又はｘ−ｙ）が、サンプルの動き又はセンサの動き（マッピング）によって得られる単点算出を主としている。そして、別途複雑かつコストのかかる方法を用いて検出した算出値の可視化を図らなければならない。
【０００５】
フィルム厚さ分布は一般的に、例えば干渉計により測定することができる。また、上記した別のパラメータや特性の一部については、偏光解析法を用いることができる。しかしながら、上記測定を同時に実行可能なのは１つの波長しか存在しない場合であり、かつ、精度及び／又は期待される時間的効果については欠点がある。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって本発明の目的は、サンプルや、サンプル又はサンプル内部に形成された層の特性やパラメータの横分布を短時間で高精度に測定し、その測定結果を、僅かな労力で可視化できる手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的は、請求項１の特徴を備えた本発明のアレンジメントにより達成される。本発明の好適な実施例及び更なる展開は、従属項により特定される特徴を用いることで達成することができる。
【０００８】
本発明に係るサンプル及び／又はサンプル表面に形成された少なくとも１つのフィルムの特性及び／又はパラメータを測定するためのアレンジメントは、行配置又は行列配置される、波長間隔内における電磁放射線の空間分解スペクトル分析用の複数の検出器を備える。前記検出器は、電子評価ユニットに接続されると共に、広帯域放射線源によって照射される前記電磁放射線が前記サンプル表面、前記サンプルに形成されたフィルム、若しくは前記サンプル内のフィルム表面で反射した後、及び／又は、前記電磁放射線を透過するサンプルを通過した後、に前記検出器に入射するように配置される。また、均一な強度の電磁放射線が電磁放射線を反射する表面において観察でき、又は均一な強度の電磁放射線が前記表面によって伝達されるように前記放射を行う。
【０００９】
前記電子評価ユニットは、波長間隔における空間・波長分解能により検出された前記算出信号を、シミュレーションにより得られる対応放射線強度の理論波長依存曲線と比較、又は、少なくとも１つの既知サンプルでの校正により得られる曲線と比較し、前記算出位置において、前記サンプル又は前記サンプルに形成された少なくとも１つのフィルムの少なくとも１つの特性若しくは少なくとも１つのパラメータを測定する情報を取得し、よって、前記サンプル又は前記サンプルに形成された少なくとも１つのフィルムにおける少なくとも１つの特性又は少なくとも１つのパラメータである空間分解能分布を取得するように構成される。なお、該評価を行う前記波長間隔は、前記照射で用いられる電磁放射線の波長間隔の少なくともサブセットからなる。
【００１０】
また、少なくとも３０個、好ましくは少なくとも１００個の検出器が一列に並べて設けられる。
【００１１】
また、前記表面に対する照射は、サンプル表面の法線に対して少なくとも０°から９０°未満の角度範囲で行われる。電磁放射線を透過するサンプルを介して照射を行う場合、当該角度は少なくとも略０°から垂直までの値となる。照射はサンプル表面に対して可能な限り直交するように行い、反射領域を可能な限り小さくするのが良い。なお、様々な電磁放射線入射角で上記照射及び検出を実行することができる。上述した通り、入射角は４５°から最大８９°の範囲で選択することができる。また、反射した放射線を検出する場合には、一定の入射角を用いているか異なる入射角を用いているかに関わらず、入射角を６０°から８０°とするのが好ましい。
【００１２】
また、偏光電磁放射線を用いて上記放射や検出を行っても良い。かかる場合、偏光面の向きが変更可能に設定され、よって電磁放射線が異なる偏光で照射されると共に／又はこれに応じて検出される。
【００１３】
本発明により、フィルム厚さ、光屈折率及びその波長依存性曲線、吸光係数及びその波長依存性曲線、サンプル若しくはサンプルに形成された少なくとも１つのフィルムの表面品質、電荷キャリア密度、並びに／又はサンプル若しくはサンプルに形成された少なくとも１つのフィルムに含まれる欠陥若しくは異質物の数及び／若しくはサイズ、を検出することができる。例えば、厚さ測定と表面品質測定は、同時に実行することができる。この際、表面粗さも当該処理の中で測定できる。各欠陥や異質物（組成物の違い）のサイズ及び／又はある領域におけるその数もまた測定可能である。
【００１４】
検出器とサンプルは、少なくとも１つの軸に沿って相対的に移動するものであって、特に広い領域を持つサンプルを用いた場合、互いに一定の距離を保ちながら移動するのが好ましい。例えば、固定された検出器と固定された放射線源を用い、サンプルを１つの軸方向に移動させても良い。また、サンプルをｘ方向に移動可能にすると共に、サンプルを配置するテーブルを用いてｙ方向への移動も可能にすることもできる。ただし、サンプルがフィルムのように柔軟に変形する素材である場合は、ロールツーロール方式による巻き出しを利用しても良い。
【００１５】
電磁放射線を生成する要素は、放射線源に存在しても良い。単純な実施例においては、放射線源は顕微鏡であっても良い。一方、電磁放射線が拡散すると共に照射対象に向かうように構成された中空体、例えば球体や円筒、の内部に放射線源を配置しても良い。なお、検出面が均一に照射されるようにする必要がある。また、ビーム整形に用いられる光学素子の選択の際には、該ビーム整形光学素子を有する放射線源を考慮して使用波長領域を決定する必要がある。
【００１６】
また、電磁放射線の光路に設けられた検出器の前には、散乱した電磁放射線の入射を防ぐダイヤフラムを配置するのが好ましい。
【００１７】
電磁放射線は、紫外線（ＵＶ）領域から赤外線（ＩＲ）領域までの波長をもつ放射線源から照射される。特に近赤外（ＮＩＲ）から赤外（ＩＲ）領域、即ち７００ｎｍから１０，０００ｎｍまでの領域が好ましい。また、可能であれば、当該照射の波長領域内において、適切な間隔で全ての波長が用いられるようにする。なお、その境界については、使用する検出器の感度領域及びビーム成形要素の光学特性のみに基づいて、予め定められる。非常に薄い層については、紫外可視（ＵＶ／ＶＩＳ）領域（２５０ｎｍ〜）で作業を行うのが好ましい。
【００１８】
また、電磁放射線の偏光を行う少なくとも１つの素子も同様に設ける、又は一体的に設けても良い。
【００１９】
サンプルは、異なる素材から形成された複数のフィルムからなる多層構造体であっても良い。例えば、各層の少なくとも一部が当該電磁放射線を透過するように形成された基板とすることができる。したがって、当該基板自体が透過性を有していても良い。なお、当該透過性は、照射される電磁放射線の波長スペクトルの一部及び／又は該放射線の全波長スペクトルの非吸光部に対するものであれば良い。
【００２０】
使用する検出器及び電子評価ユニット、さらに放射線源は、いわゆるハイパースペクトル画像システムを構成し、本発明に係るアレンジメントに用いることができる。
【００２１】
（各検出位置において）空間分解能と同時に検出されるスペクトルは、素材のパラメータ又は素材の特性と関連して以下のように評価される。
【００２２】
第１の変形例Ａの全体構成は、パラメータ化された光学モデルにより物理的に表現される。ここで、測定対象となるサンプルのパラメータは、該光学モデルに基づいてシミュレートされたスペクトルの、算出されたスペクトルに対する回帰分析（Fit）により測定され、例えば、線形又は非線形曲線フィッティングや最小二乗フィッティングにより求めることができる。十分な精度のフィッティングができない場合には、算出結果を破棄するか、フィルムやサンプル表面に存在する外乱として考慮する。
【００２３】
第２の変形例Ｂでは、目標パラメータ値が既知のサンプルを用いて「スペクトル‐目標パラメータ」の関係を校正する。当該校正モデルを用い、（各位置において）各算出スペクトルに対する目標パラメータを測定する。なお、当該校正には、多変量の数学的統計データを評価する方法、例えば主成分分析法（PCA）、部分最小二乗分析法（PLS）を用いることができる。
【００２４】
なお、照射は、審査対象の全サンプルエリアに亘って均等に行う必要がある。さもなければ、サンプルによる強度のバラツキと照射における強度のバラツキが重なり、エラーが生じてしまう。そこで、サンプル上の小さな表面において、横方向に均一な光照射野を実現するために、均質な顕微鏡照射を実現する光学顕微鏡を用いる。また、より大きな表面を持つサンプルに対する照射では、「拡散セットアップ」、即ち、少なくとも１つの放射線源が中空体（例えば、積分球や中空体シリンダ）に配置される。
【００２５】
電磁放射線の所定入射角におけるスペクトルを記録する場合、反射セットアップとして１つ以上の入射角を０°〜８５°に設定する。
【００２６】
また、他の算出条件を組み込んでも良い。具体的には、透過／反射算出、異なる入射角の組み合わせ、電磁放射線の異なる偏光レベルの組み合わせ等を、様々な形で組み合わせても良い。
【００２７】
また、検出器について複数列の配置又は複数の行列配置を利用し、例えば、移動方向に沿って検出器を１つずつ並べても良い。かかる配置により、それぞれ異なる算出条件の下での検出が可能となる。
【００２８】
即ち、種々の検出器の配置を用いることで異なる算出条件の下で検出を行うことができる。このような配置にあっては、異なる光学配置（光学要素）によって行列を構成したり変更したりすることができる。
【００２９】
本発明により、短時間で目標パラメータに関する全サンプルの迅速な特徴づけを行うことができる。
【００３０】
例えば、ユーザは、サンプルの「フィルム厚さイメージ」等を即時に取得することができる。また、欠陥、局所電荷キャリア濃度、又は化学組成物の可視化が可能となる。
【００３１】
また、取得した情報は、塗膜処理のモニタリング（インライン制御）や、システムの発展、及び品質管理（関連するフィルムパラメータの横分布）に利用することができる。
【国際調査報告】
2017525945.tif 000002
2017525945.tif 000003
2017525945.tif 000004
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