JPH07280539A - 光学式干渉計測定システム及び測定方法 - Google Patents
光学式干渉計測定システム及び測定方法Info
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- JPH07280539A JPH07280539A JP7039887A JP3988795A JPH07280539A JP H07280539 A JPH07280539 A JP H07280539A JP 7039887 A JP7039887 A JP 7039887A JP 3988795 A JP3988795 A JP 3988795A JP H07280539 A JPH07280539 A JP H07280539A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、試料が移動しているか、又は、製
造工程にある間に試料の表面特性を測定する方法及び該
方法を実施する為のシステムに関する。 【構成】 本発明は、オンライン(on−line)製造工程制
御システムの構成上と、製造工程中において、物体の表
面状態の変化をモニタする様に、２連;又は２重ビーム
ヘテロダイン光学式干渉計を用いるその制御システムの
為の方法を提供する。
造工程にある間に試料の表面特性を測定する方法及び該
方法を実施する為のシステムに関する。 【構成】 本発明は、オンライン(on−line)製造工程制
御システムの構成上と、製造工程中において、物体の表
面状態の変化をモニタする様に、２連;又は２重ビーム
ヘテロダイン光学式干渉計を用いるその制御システムの
為の方法を提供する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、表面粗度(sur
face roughness)光学式測定装置と方法に関し、更に詳
述すれば、製造工程中に製品の表面あらさをオンライン
方式で光学的に測定する装置と方法に関するものであ
る。
face roughness)光学式測定装置と方法に関し、更に詳
述すれば、製造工程中に製品の表面あらさをオンライン
方式で光学的に測定する装置と方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】干渉計による測定は、永年にわたって知
られ、研究されて来ている。最も簡単な形としては、光
学式干渉計測定には、測定ビームが、テスト品目より反
射され、参照ビームが、固定した物体から反射される様
に、測定ビームと参照ビームとにわけられるビーム光を
作り出すことが含まれていて、テストする物体の表面に
より測定ビームに与えられる位相差に比例する、干渉又
はフリンジパタン(fringe pattern)が作られる。過去
数にわたって、特にレーザ光源の開発と共に、相当な改
善や能率の向上が達成された。
られ、研究されて来ている。最も簡単な形としては、光
学式干渉計測定には、測定ビームが、テスト品目より反
射され、参照ビームが、固定した物体から反射される様
に、測定ビームと参照ビームとにわけられるビーム光を
作り出すことが含まれていて、テストする物体の表面に
より測定ビームに与えられる位相差に比例する、干渉又
はフリンジパタン(fringe pattern)が作られる。過去
数にわたって、特にレーザ光源の開発と共に、相当な改
善や能率の向上が達成された。
【０００３】単色の干渉性光は、屈折率、位相、振巾及
び極性等の測定パラメータにおける、微小な変動を決定
するのに、一そう大きい精度や感度を考慮に入れる。
び極性等の測定パラメータにおける、微小な変動を決定
するのに、一そう大きい精度や感度を考慮に入れる。
【０００４】表面特性を解析するのに、無数の方法論が
あるが、その全ては、正確に分析を行う為には、試料を
光学的干渉計内に載置する必要があるという点で不利で
ある。今までの所、製造工程中にフィルム、シート、ウ
ェブ、等の製品の精密な表面粗度の測定をオンラインで
可能なシステムは存在しない。
あるが、その全ては、正確に分析を行う為には、試料を
光学的干渉計内に載置する必要があるという点で不利で
ある。今までの所、製造工程中にフィルム、シート、ウ
ェブ、等の製品の精密な表面粗度の測定をオンラインで
可能なシステムは存在しない。
【０００５】位相干渉計測定を用いる表面測定の装置や
方法の１例は、１９７４年３月１２日にＬaubを与えら
れた米国特許番号第３,７９６,４９５号に開示されてお
り、本特許では、測定ビームを作り出すのに、レーザ光
を用いている。上記のＬaubの特許では、２つのビーム
の光学点中心部で少し異なる周波数を有する２つの測定
光ビームを作り出すのに、可変周波数の音響−光学的変
調器を用いている。これらの２つのビームは、次いでテ
スト試料の表面に向けられる。これらのビームは、周波
数の重なりのみではなく、相当の物理的スペースの重な
りを有している。しかし、テスト試料の表面で、２つの
ビームの間に生じる干渉の直線ゾーンがある。これらの
２つのビームは、テスト表面から反射した後で再結合さ
れ、その干渉を再び生じる。もし、試料面が均一でない
ならば、この直線ゾーンが、見かけ上波うちオシロスコ
ープ上に示される。その場合は、写真を取って、試料
は、次の部位の写真を取る為に少しく移動される。
方法の１例は、１９７４年３月１２日にＬaubを与えら
れた米国特許番号第３,７９６,４９５号に開示されてお
り、本特許では、測定ビームを作り出すのに、レーザ光
を用いている。上記のＬaubの特許では、２つのビーム
の光学点中心部で少し異なる周波数を有する２つの測定
光ビームを作り出すのに、可変周波数の音響−光学的変
調器を用いている。これらの２つのビームは、次いでテ
スト試料の表面に向けられる。これらのビームは、周波
数の重なりのみではなく、相当の物理的スペースの重な
りを有している。しかし、テスト試料の表面で、２つの
ビームの間に生じる干渉の直線ゾーンがある。これらの
２つのビームは、テスト表面から反射した後で再結合さ
れ、その干渉を再び生じる。もし、試料面が均一でない
ならば、この直線ゾーンが、見かけ上波うちオシロスコ
ープ上に示される。その場合は、写真を取って、試料
は、次の部位の写真を取る為に少しく移動される。
【０００６】Ｌaub特許に開示された技術は、出力光の
無駄の為非能率的で、重なり部位の間のビームの、わず
かに小さい部位が、周波数区別測定部位の間の位相移
動、又は、剪断等を検出するのに用いられるにすぎな
い。更に、音響−光学的モジュレータに対するランプゼ
ネレイタ(ramp generator)における変動性の為に、２
つの測定ビームのセンタ間での距離が変動する。この
為、ビームセンタが、互い近接及び離間する場合に、人
工的に位相差が起される。Ｌaubの方法は、焦点長(foca
l length)及びフォーカスはずれ測定における変化によ
り起される可能性のある変動及び温度や振動による妨害
を受ける。
無駄の為非能率的で、重なり部位の間のビームの、わず
かに小さい部位が、周波数区別測定部位の間の位相移
動、又は、剪断等を検出するのに用いられるにすぎな
い。更に、音響−光学的モジュレータに対するランプゼ
ネレイタ(ramp generator)における変動性の為に、２
つの測定ビームのセンタ間での距離が変動する。この
為、ビームセンタが、互い近接及び離間する場合に、人
工的に位相差が起される。Ｌaubの方法は、焦点長(foca
l length)及びフォーカスはずれ測定における変化によ
り起される可能性のある変動及び温度や振動による妨害
を受ける。
【０００７】複式ビーム干渉計のもう１つの例は、１９
９２年３月５日発行の国際特許明細書第ＷＯ９２／０３
９７号に開示されている。この明細書は、２つ又は、そ
れ以上の周波数で駆動される音響−光学モジュレータで
導出される２つ又は、それ以上の一次ビームを用いる干
渉計を開示している。２つ又は、それ以上のビームは、
テスト表面に集中され、該表面より反射すると、別個の
基準ビームと再合体され干渉を発生する。２つの測定ビ
ームは、電子的に前後に切り換えられるので、１時に１
本のビームのみが、テスト面に向けられる。テスト面に
２つの測定ビームを用いるにかかわらず、この装置は、
実質的に、２つの重ね合せた平行マイケルソン干渉計で
ある(Ｍichelson interferometers)。この装置は、単
１のマイケルソン干渉計に比較して振動の影響を受けに
くいが、干渉を発生するのに別個の静止基準ビームに依
存している為に振動によるノイズを除去しない。この装
置の他の難点は、周波数により差をつけた２つ又は、そ
れ以上のビームを用いている点であり、その為、１つの
ビームから他のビームへの測定の間に介在する電子的切
り換え(switching)を要する。
９２年３月５日発行の国際特許明細書第ＷＯ９２／０３
９７号に開示されている。この明細書は、２つ又は、そ
れ以上の周波数で駆動される音響−光学モジュレータで
導出される２つ又は、それ以上の一次ビームを用いる干
渉計を開示している。２つ又は、それ以上のビームは、
テスト表面に集中され、該表面より反射すると、別個の
基準ビームと再合体され干渉を発生する。２つの測定ビ
ームは、電子的に前後に切り換えられるので、１時に１
本のビームのみが、テスト面に向けられる。テスト面に
２つの測定ビームを用いるにかかわらず、この装置は、
実質的に、２つの重ね合せた平行マイケルソン干渉計で
ある(Ｍichelson interferometers)。この装置は、単
１のマイケルソン干渉計に比較して振動の影響を受けに
くいが、干渉を発生するのに別個の静止基準ビームに依
存している為に振動によるノイズを除去しない。この装
置の他の難点は、周波数により差をつけた２つ又は、そ
れ以上のビームを用いている点であり、その為、１つの
ビームから他のビームへの測定の間に介在する電子的切
り換え(switching)を要する。
【０００８】複式ビーム干渉計の第３の例は、１９９２
年８月１８日にＳee等に与えられた米国特許第５,１３
９,３３６号に開示されている。この特許は、２つの測
定ビーム間に異なる周波数を用いるだけではなく振巾変
調を用いるヘテロダイン干渉計を開示している。この装
置は、表面を測定するのにゼロ次及び１つの一次ビーム
を用いるか、又は、周波数の異なる２つの一次ビームを
発生する為に、ブラッグセル音響−光学変調器(Ｂragg
Ｃell acousto−optical modulator)用として、少
くとも２つの、駆動周波数を用いている。いずれの場合
でも、測定ビームは振巾変調を受ける。開示されている
様に、この装置は、表面の色や反射率の変動に影響され
る。
年８月１８日にＳee等に与えられた米国特許第５,１３
９,３３６号に開示されている。この特許は、２つの測
定ビーム間に異なる周波数を用いるだけではなく振巾変
調を用いるヘテロダイン干渉計を開示している。この装
置は、表面を測定するのにゼロ次及び１つの一次ビーム
を用いるか、又は、周波数の異なる２つの一次ビームを
発生する為に、ブラッグセル音響−光学変調器(Ｂragg
Ｃell acousto−optical modulator)用として、少
くとも２つの、駆動周波数を用いている。いずれの場合
でも、測定ビームは振巾変調を受ける。開示されている
様に、この装置は、表面の色や反射率の変動に影響され
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】製造工程を制御する為
に、その製造工程中に用いるオンライン干渉計測につい
て教示するシステムや方法は、今までに存在していな
い。システム内の振動による難点、テスト試料の移動、
色、化学的及び反射率の変動、振巾の変動、背景に存在
する電子的ノイズ、及び温度の変動は、全て、干渉計に
より得られる測定に重大なエラーを導入する可能性があ
る。
に、その製造工程中に用いるオンライン干渉計測につい
て教示するシステムや方法は、今までに存在していな
い。システム内の振動による難点、テスト試料の移動、
色、化学的及び反射率の変動、振巾の変動、背景に存在
する電子的ノイズ、及び温度の変動は、全て、干渉計に
より得られる測定に重大なエラーを導入する可能性があ
る。
【００１０】現在利用出来るシステムでも、上記の変数
を制御出来る方法やシステムを教示しているが、それ
は、製造工程からテスト試料を抜取って行うものであ
る。各試料は、次いで、制御された環境内でテストされ
るので、その試料が抜取られた製品の全量を代表する信
頼できるテスト結果が得られない場合もある。
を制御出来る方法やシステムを教示しているが、それ
は、製造工程からテスト試料を抜取って行うものであ
る。各試料は、次いで、制御された環境内でテストされ
るので、その試料が抜取られた製品の全量を代表する信
頼できるテスト結果が得られない場合もある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上述の不利な点を解決す
る為に、本発明は、試料が移動中又は、製造工程内にに
ある間に、試料の表面特性を測定する為の方法及びシス
テムを開示するものである。本発明は、ある製造工程に
より作り出される量及び品質を制御する為に、オンライ
ン表面特性モニタリングを用いる多数の製造工程に適応
させることが出来る。本発明は、上記の表面特性モニタ
リングを達成する為に、製造工程に結合された、２連又
は、複式ビームヘテロダイン(twin or dual beam h
eterodyned)光学干渉計を利用する。
る為に、本発明は、試料が移動中又は、製造工程内にに
ある間に、試料の表面特性を測定する為の方法及びシス
テムを開示するものである。本発明は、ある製造工程に
より作り出される量及び品質を制御する為に、オンライ
ン表面特性モニタリングを用いる多数の製造工程に適応
させることが出来る。本発明は、上記の表面特性モニタ
リングを達成する為に、製造工程に結合された、２連又
は、複式ビームヘテロダイン(twin or dual beam h
eterodyned)光学干渉計を利用する。
【００１２】上記２連又は、複式ビームヘテロダイン光
学干渉計は、信号振巾、色、表面化学的性質、表面振
巾、表面運動、及びビーム集中の不具合による信号の劣
化等による干渉及び背景ノイズを小さくする様に設計さ
れている。上記の全ての制限事項は、測定面に向けられ
た２つの単色干渉放射エネルギの利用により最小とさ
れ、該２つのビームは、その間の極性の違いにより区別
され得る。この様にして、２つのビームは、互に基準と
して作用し、その変動は、２つのビームの相互作用によ
りビームに与えられると共に、表面は、２つのビームに
対する移相として検出することができる。２つのビーム
間で検出される移相は、移相変化データについて行われ
る統計的解析により表面特性に同等化される。
学干渉計は、信号振巾、色、表面化学的性質、表面振
巾、表面運動、及びビーム集中の不具合による信号の劣
化等による干渉及び背景ノイズを小さくする様に設計さ
れている。上記の全ての制限事項は、測定面に向けられ
た２つの単色干渉放射エネルギの利用により最小とさ
れ、該２つのビームは、その間の極性の違いにより区別
され得る。この様にして、２つのビームは、互に基準と
して作用し、その変動は、２つのビームの相互作用によ
りビームに与えられると共に、表面は、２つのビームに
対する移相として検出することができる。２つのビーム
間で検出される移相は、移相変化データについて行われ
る統計的解析により表面特性に同等化される。
【００１３】統計的解析の結果は、製造工程の種々の段
階でフォードバック制御における様に、製造工程のパラ
メータを制御するのに用いられる。高速集積コンピュー
タハードウェア及びソフトウェアプログラミングは、モ
ニタ装置として光学的干渉計測定を用いる製造工程の急
速なフォードバック制御を考慮に入れている。
階でフォードバック制御における様に、製造工程のパラ
メータを制御するのに用いられる。高速集積コンピュー
タハードウェア及びソフトウェアプログラミングは、モ
ニタ装置として光学的干渉計測定を用いる製造工程の急
速なフォードバック制御を考慮に入れている。
【００１４】又、コンピュータインタフェースも、測定
されている表面での大きなエラーや欠点を意味する２つ
のビーム間の移相上の突然の又は、大きな変動の検出を
可能とする。この様にして集められたデータは、製造工
程の品質評価パラメータとして有用である。
されている表面での大きなエラーや欠点を意味する２つ
のビーム間の移相上の突然の又は、大きな変動の検出を
可能とする。この様にして集められたデータは、製造工
程の品質評価パラメータとして有用である。
【００１５】本発明は又、物体の微小運動特性のオンラ
インモニタリングにも適用される。本発明は、縦ゆれ
や、横ゆれ(pitch and roll)等の変動と両立する物体
の運動を表わす情報を与える。
インモニタリングにも適用される。本発明は、縦ゆれ
や、横ゆれ(pitch and roll)等の変動と両立する物体
の運動を表わす情報を与える。
【００１６】
【実施例】図１は、レーザ光源２０と、音響−光学モジ
ュレータ２２と、周波数オシレータ２４と、屈折偏向器
２６と、フォーカスレンズ２８と、偏向ビームスプリッ
タ３６と、光電検出器４２と４４と、比較器４６と、コ
ンピュータ４８と、製造工程制御インターフェース５０
によりなる２本ビームヘテロダイン干渉計を示すもので
ある。
ュレータ２２と、周波数オシレータ２４と、屈折偏向器
２６と、フォーカスレンズ２８と、偏向ビームスプリッ
タ３６と、光電検出器４２と４４と、比較器４６と、コ
ンピュータ４８と、製造工程制御インターフェース５０
によりなる２本ビームヘテロダイン干渉計を示すもので
ある。
【００１７】レーザ光源２０は、周波数f0の、干渉性単
色出力光ビーム２１を与える。光ビーム２１は、音響−
光学モジュレータ２２に入る。音響−光学モジュレータ
２２は、周波数fmの周波数オシレータ２４からの出力に
より駆動される圧電クリスタルにより機械的に振動され
る光学媒体を用いている。機械的振動は、光ビーム２１
の光学的経路に垂直な音響−光学モジュレータ２２の光
学媒体を横切る。音響−光学モジュレータ２２の光学媒
体の振動は、回折格子、回折光ビーム２１を発生する。
本実施例においては、周波数オシレータ２４は、広い範
囲の周波数を利用できるが、４０ＭＨzの出力を与え
る。モジュレータ２２の効果は、ゼロ次ビーム２３及び
多重n次のビームを発生することである。一次出力ビー
ム２５は、本実施例では、f0＋４０ＭＨzに等しいf1に
対して量fmだけ周波数シフトされていて、角度θだけ、
ゼロ次ビーム２３から、軸が回折している。本発明は、
ゼロ次ビームと、一次ビームの１つを使っている。
色出力光ビーム２１を与える。光ビーム２１は、音響−
光学モジュレータ２２に入る。音響−光学モジュレータ
２２は、周波数fmの周波数オシレータ２４からの出力に
より駆動される圧電クリスタルにより機械的に振動され
る光学媒体を用いている。機械的振動は、光ビーム２１
の光学的経路に垂直な音響−光学モジュレータ２２の光
学媒体を横切る。音響−光学モジュレータ２２の光学媒
体の振動は、回折格子、回折光ビーム２１を発生する。
本実施例においては、周波数オシレータ２４は、広い範
囲の周波数を利用できるが、４０ＭＨzの出力を与え
る。モジュレータ２２の効果は、ゼロ次ビーム２３及び
多重n次のビームを発生することである。一次出力ビー
ム２５は、本実施例では、f0＋４０ＭＨzに等しいf1に
対して量fmだけ周波数シフトされていて、角度θだけ、
ゼロ次ビーム２３から、軸が回折している。本発明は、
ゼロ次ビームと、一次ビームの１つを使っている。
【００１８】音響−光学モジュレータ２２からの一次光
ビーム２５は、本実施例ではウォラストンプリズム(wol
laston prism)である屈折偏向器２６に向けられる。屈
折偏向器２６は、２つの発散する直交線形偏向光測定ビ
ーム３０と３２を発生する。フォーカスレンズ２８は、
発散偏向測定ビーム３０と３２を、測定すべき表面であ
る面３４の２つの別個の部位に集中する。２つの偏向測
定ビーム３０と３２を集中せしめることにより、面３４
からの反射光の量を、各偏向測定ビーム３０と３２の経
路にそって最大とする様に、最も明るいスポットと共に
各部位で最小のスポットサイズを得ることを可能にす
る。偏向測定ビーム３０と３２は、別々の部位で、表面
３４に入射するので、これらの２つの直交線形偏向ビー
ムの光学経路長は異なる。経路長の差の情報は、２つの
測定ビーム３０と３２間の位相変更に比例する。
ビーム２５は、本実施例ではウォラストンプリズム(wol
laston prism)である屈折偏向器２６に向けられる。屈
折偏向器２６は、２つの発散する直交線形偏向光測定ビ
ーム３０と３２を発生する。フォーカスレンズ２８は、
発散偏向測定ビーム３０と３２を、測定すべき表面であ
る面３４の２つの別個の部位に集中する。２つの偏向測
定ビーム３０と３２を集中せしめることにより、面３４
からの反射光の量を、各偏向測定ビーム３０と３２の経
路にそって最大とする様に、最も明るいスポットと共に
各部位で最小のスポットサイズを得ることを可能にす
る。偏向測定ビーム３０と３２は、別々の部位で、表面
３４に入射するので、これらの２つの直交線形偏向ビー
ムの光学経路長は異なる。経路長の差の情報は、２つの
測定ビーム３０と３２間の位相変更に比例する。
【００１９】反射した測定ビーム３０と３２は、元のビ
ーム３０と３２の逆の経路を通る。ビーム３０と３２の
元の光の経路に沿っての反射光のみが用いられるので、
面３４の分散効果により、いくらかの光強度が失われ
る。測定ビーム３０と３２は、レンズ２８と、屈折偏向
器２６により収束され、音響−光学モジュレータ２２に
戻る経路に沿って周波数f1の単一の測定ビーム２７に再
結合される。物体の表面から反射した偏向ビームを集め
る為の二者択一的手段としては、レンズ、プリズム、ミ
ラーの使用や、逆反射装置の使用さえも含まれる。
ーム３０と３２の逆の経路を通る。ビーム３０と３２の
元の光の経路に沿っての反射光のみが用いられるので、
面３４の分散効果により、いくらかの光強度が失われ
る。測定ビーム３０と３２は、レンズ２８と、屈折偏向
器２６により収束され、音響−光学モジュレータ２２に
戻る経路に沿って周波数f1の単一の測定ビーム２７に再
結合される。物体の表面から反射した偏向ビームを集め
る為の二者択一的手段としては、レンズ、プリズム、ミ
ラーの使用や、逆反射装置の使用さえも含まれる。
【００２０】音響−光学モジュレータ２２を、一次出力
ビーム２５の経路に沿って逆に再び入れると結合した装
置ビーム２７は、周波数オシレータ２４の周波数出力に
等しい量だけ回折されかつモジュレータ２２内で周波数
シフトされる。次いで、モジュレータ２２から逆経路で
出るビームの部分は、測定ビーム２９であり、今度は、
f2へとfmの２倍だけ周波数シフトされていて、この実施
例では、f0＋８０ＭＨzである。測定光ビーム２９は、
レーザ２０の先端部の出力ミラー又は、屈折面へ戻る様
にビーム２１の逆方向に移動する。
ビーム２５の経路に沿って逆に再び入れると結合した装
置ビーム２７は、周波数オシレータ２４の周波数出力に
等しい量だけ回折されかつモジュレータ２２内で周波数
シフトされる。次いで、モジュレータ２２から逆経路で
出るビームの部分は、測定ビーム２９であり、今度は、
f2へとfmの２倍だけ周波数シフトされていて、この実施
例では、f0＋８０ＭＨzである。測定光ビーム２９は、
レーザ２０の先端部の出力ミラー又は、屈折面へ戻る様
にビーム２１の逆方向に移動する。
【００２１】レーザ２０がミラーから反射されると、測
定ビーム２９はレーザ２０から光ビーム２１内の周波数
f0の光と重畳される。このf2光のf0光との重量は、fmの
２倍、即ち、８０ＭＨzのビート周波数の干渉を生じ
る。
定ビーム２９はレーザ２０から光ビーム２１内の周波数
f0の光と重畳される。このf2光のf0光との重量は、fmの
２倍、即ち、８０ＭＨzのビート周波数の干渉を生じ
る。
【００２２】重畳されたf0とf2の光は、音響−光学モジ
ュレータ２２を通る。偏向ビームスプリッタ３６は、周
波数f0の出現ゼロ次ビーム２３と、周波数f2のゼロ次ビ
ーム２９を受ける様に配設される。該スプリッタ３６
は、互に実質的に直角に、スプリッタ３６から出る直交
線形偏向ビーム３８と４０に、ビーム２３と２９を分け
る。偏向ビーム３８と４０は、ビーム３０と３２から、
それぞれの偏向分子を運んでいるが、周波数は、f2にお
いてである。ビーム２３の直交線形偏向分子は、検出で
きるビート周波数干渉を与える。光電検出器４２と４４
は、ビーム３８と４０を検出し、検出器４２と４４の出
力は、比較器４０に送られる。ビーム３８と４０は、そ
れぞれf0とf2の干渉分子を含んでいるので、ビーム３８
と４０のビート周波数は、比較器４６により検出され
る。比較器４６は、ビームの比較を行うために、２つの
ビート周波数ビームをディジタル形と変換するアナログ
／ディジタルコンバータを用いる。表面３４の不均一に
よりビーム３０と３２に与えられた移相はビーム３８と
４０のビート周波数間で、比較器４６によって計算され
る移相により表わされる。
ュレータ２２を通る。偏向ビームスプリッタ３６は、周
波数f0の出現ゼロ次ビーム２３と、周波数f2のゼロ次ビ
ーム２９を受ける様に配設される。該スプリッタ３６
は、互に実質的に直角に、スプリッタ３６から出る直交
線形偏向ビーム３８と４０に、ビーム２３と２９を分け
る。偏向ビーム３８と４０は、ビーム３０と３２から、
それぞれの偏向分子を運んでいるが、周波数は、f2にお
いてである。ビーム２３の直交線形偏向分子は、検出で
きるビート周波数干渉を与える。光電検出器４２と４４
は、ビーム３８と４０を検出し、検出器４２と４４の出
力は、比較器４０に送られる。ビーム３８と４０は、そ
れぞれf0とf2の干渉分子を含んでいるので、ビーム３８
と４０のビート周波数は、比較器４６により検出され
る。比較器４６は、ビームの比較を行うために、２つの
ビート周波数ビームをディジタル形と変換するアナログ
／ディジタルコンバータを用いる。表面３４の不均一に
よりビーム３０と３２に与えられた移相はビーム３８と
４０のビート周波数間で、比較器４６によって計算され
る移相により表わされる。
【００２３】図２−４は、矢印４７の方向に移動する、
表面３４に入射する測定ビーム３０と３２を概略図で示
している。表面高さの差異、即ち、凹凸により、測定ビ
ーム３０と３２の経路長の差を生ずる。この経路長は、
実際の高さの凹凸の２倍、即ち、△Ｚに比例する。時間
フレームt1を表わす図２に示す様に、測定ビーム３０
は、表面部位５２の入射し、測定ビーム３２は、表面部
位５４に入射する。実際の表面高さの差は、△Ｚ(t1)に
相当する。測定ビーム３２は、距離△Ｚ(t1)の２倍だけ
移動する必要があり、測定ビーム３２に加えられる位相
の変化△φは、２△Ｚ(t1)に比例する。表面３４が、時
間につれて、図３に示す時間t2だけ移動すると、測定ビ
ーム３０と３２は、△Ｚ(t2)だけ高さにより分けられた
２つの新しい部位５６と５８で入射する。測定ビーム３
０の経路長は、今や時間t1で検出された位相変化から、
反対方向における相対位相変化に至る２△Ｚ(t2)だけ長
くなることに注意を要する。本システムは、単位円の４
つの４分円を介する位相変化をたどることが出来る。△
Ｚ(t)が、光の１／２λよりも大きくなると、△φの値
は、三角凾数の単位円の凾数として繰り返す。本発明で
は、単位円の４つの４分円を介して△φの変化をたど
り、明らかな反相の発生回数をたどり続ける。こうする
ことにより、図４の時間フレームt3に示される例におけ
る様な大きな△Ｚは、測定ビーム３０の経路が、部位５
６から６０へと距離が延び測定ビーム３２の経路が、部
位５８から６２に短縮されるにつれて、２πの倍数とし
て正確に検出される。
表面３４に入射する測定ビーム３０と３２を概略図で示
している。表面高さの差異、即ち、凹凸により、測定ビ
ーム３０と３２の経路長の差を生ずる。この経路長は、
実際の高さの凹凸の２倍、即ち、△Ｚに比例する。時間
フレームt1を表わす図２に示す様に、測定ビーム３０
は、表面部位５２の入射し、測定ビーム３２は、表面部
位５４に入射する。実際の表面高さの差は、△Ｚ(t1)に
相当する。測定ビーム３２は、距離△Ｚ(t1)の２倍だけ
移動する必要があり、測定ビーム３２に加えられる位相
の変化△φは、２△Ｚ(t1)に比例する。表面３４が、時
間につれて、図３に示す時間t2だけ移動すると、測定ビ
ーム３０と３２は、△Ｚ(t2)だけ高さにより分けられた
２つの新しい部位５６と５８で入射する。測定ビーム３
０の経路長は、今や時間t1で検出された位相変化から、
反対方向における相対位相変化に至る２△Ｚ(t2)だけ長
くなることに注意を要する。本システムは、単位円の４
つの４分円を介する位相変化をたどることが出来る。△
Ｚ(t)が、光の１／２λよりも大きくなると、△φの値
は、三角凾数の単位円の凾数として繰り返す。本発明で
は、単位円の４つの４分円を介して△φの変化をたど
り、明らかな反相の発生回数をたどり続ける。こうする
ことにより、図４の時間フレームt3に示される例におけ
る様な大きな△Ｚは、測定ビーム３０の経路が、部位５
６から６０へと距離が延び測定ビーム３２の経路が、部
位５８から６２に短縮されるにつれて、２πの倍数とし
て正確に検出される。
【００２４】経路長の差の凾数としての移相の計算は、
比較器４６内で、直角位相復調器回路により電子的に達
成される。検出器４２と４４の出力は、数学的に次の様
に表わすことができる。 式(１) 検出器４２からの信号１＝Ａsin(ωt＋φa(t)),そして 式(２) 検出器４４からの信号２＝Ｂsin(ωt＋φb(t))． ここで、Ａは、検出器４２からの信号振巾、Ｂは、検出
器４４からの信号振巾、ωは信号の放射周波数、tは時
間、φa(t)は、信号１の時間従属移相、φb(t)は、信号
２の時間従属移相である。信号１は、パワースプリッタ
により、減少信号振巾以外は同一である信号３と４に分
けられる。 式３ 信号３＝Ａ'sin(ωt＋φa(t)),そして 式４ 信号４＝Ａ'sin(ωt＋φa(t))． 信号２は、別個のパワースプリッタで信号５と６に分け
られ、各信号は、一層低い振巾を有するが、信号６は、
又、９０°遅れている。 式５ 信号５＝Ｂ'sin(ωt＋φb(t)),そして 式６ 信号６＝Ｂ'cos(ωt＋φb(t))． 信号３と６は、１つのミキサに送られ、信号４と５は、
第２のミキサに送られる。混合された信号は、ローパス
フィルタを介してロ過される。 信号７と８は、比較器４６内のＡ／Ｄコンバータにより
ディジタル化され、コンピュータ４８へ送られる。コン
ピュータ４８は、信号７により信号８を割る。 振巾係数がキャンセルされていることに注意を要す。式
(φa(t)−φb(t))は、測定ビーム３０と３２間のビーム
経路長の差を表わす２ΔＺに比例する、Δφ(t)に相当
する。ΔＺを代入して解くと、次の式が得られる。 ここにおいて、λは、使用光の波長で、ΔＺ(t)は、レ
ーザ照明スポット間の時間依存高度差である。コンピュ
ータは又、各測定点のある単位円の４分円をたどり、２
π以上の位相差を効果的に示すことができる。
比較器４６内で、直角位相復調器回路により電子的に達
成される。検出器４２と４４の出力は、数学的に次の様
に表わすことができる。 式(１) 検出器４２からの信号１＝Ａsin(ωt＋φa(t)),そして 式(２) 検出器４４からの信号２＝Ｂsin(ωt＋φb(t))． ここで、Ａは、検出器４２からの信号振巾、Ｂは、検出
器４４からの信号振巾、ωは信号の放射周波数、tは時
間、φa(t)は、信号１の時間従属移相、φb(t)は、信号
２の時間従属移相である。信号１は、パワースプリッタ
により、減少信号振巾以外は同一である信号３と４に分
けられる。 式３ 信号３＝Ａ'sin(ωt＋φa(t)),そして 式４ 信号４＝Ａ'sin(ωt＋φa(t))． 信号２は、別個のパワースプリッタで信号５と６に分け
られ、各信号は、一層低い振巾を有するが、信号６は、
又、９０°遅れている。 式５ 信号５＝Ｂ'sin(ωt＋φb(t)),そして 式６ 信号６＝Ｂ'cos(ωt＋φb(t))． 信号３と６は、１つのミキサに送られ、信号４と５は、
第２のミキサに送られる。混合された信号は、ローパス
フィルタを介してロ過される。 信号７と８は、比較器４６内のＡ／Ｄコンバータにより
ディジタル化され、コンピュータ４８へ送られる。コン
ピュータ４８は、信号７により信号８を割る。 振巾係数がキャンセルされていることに注意を要す。式
(φa(t)−φb(t))は、測定ビーム３０と３２間のビーム
経路長の差を表わす２ΔＺに比例する、Δφ(t)に相当
する。ΔＺを代入して解くと、次の式が得られる。 ここにおいて、λは、使用光の波長で、ΔＺ(t)は、レ
ーザ照明スポット間の時間依存高度差である。コンピュ
ータは又、各測定点のある単位円の４分円をたどり、２
π以上の位相差を効果的に示すことができる。
【００２５】比較器４６からの移相データは、表面３４
が、測定ビーム３０と３２を通りすぎるときに、移相変
化の統計的解析の為にコンピュータ４８に送られる。そ
の時、移相の情報は、生産工程を、製品のパラメータ内
に保つ様に製造工程にフィードバック制御を行う為コン
ピュータ４８により利用される。
が、測定ビーム３０と３２を通りすぎるときに、移相変
化の統計的解析の為にコンピュータ４８に送られる。そ
の時、移相の情報は、生産工程を、製品のパラメータ内
に保つ様に製造工程にフィードバック制御を行う為コン
ピュータ４８により利用される。
【００２６】図５は、本発明の適用により、製造工程中
で得られたデータのグラフ式表示図である。この工程で
は、ウェブ状のプラスチックシートが、磁性記憶テープ
を作る為に、磁性材料でコートされる。磁気テープより
得られる、オーディオ又は、ビデオテープの明瞭度は、
磁性コーティングの表面粗度に逆比例する。あるこの種
の製造法では、文字通り磁性コートをしぼって平面を滑
らかにする為に、平滑装置や１連のカレンダロールが用
いられる。
で得られたデータのグラフ式表示図である。この工程で
は、ウェブ状のプラスチックシートが、磁性記憶テープ
を作る為に、磁性材料でコートされる。磁気テープより
得られる、オーディオ又は、ビデオテープの明瞭度は、
磁性コーティングの表面粗度に逆比例する。あるこの種
の製造法では、文字通り磁性コートをしぼって平面を滑
らかにする為に、平滑装置や１連のカレンダロールが用
いられる。
【００２７】図５に示す様に、重合体ウェブ(Ｗeb)のフ
ォート単位の長さは、グラフの下部に示され、縦軸に沿
ってナノメータ(nanometer)で与えられた実効値(ＲＭ
Ｓ)統計的表面粗度に相互に関係づけられている。ゼロ
フィートマークより始めて、平滑装置は磁気コート面に
おろされ、その結果平面粗度が点７０から点７２に変わ
る。点７３迄に、約１,４００フィートの重合体ウェブ
が処理され、その間カレンダロール圧力は、点７３に始
まる約１５nmの許容表面粗度を得る様に調整されてい
る。点７３から点７４迄は、約１５nmの値を保っている
実効値表面粗度によって分かる様に製造工程は許容範囲
にある。点７４でカレンダロールは開かれ、表面粗度の
値は、点７５で殆ど直に約７５nmに急上昇する。点７６
で、平滑装置は持ち上げられ、点７６で実効表面粗度が
殆ど瞬間的に上昇して１００nmをこえる。
ォート単位の長さは、グラフの下部に示され、縦軸に沿
ってナノメータ(nanometer)で与えられた実効値(ＲＭ
Ｓ)統計的表面粗度に相互に関係づけられている。ゼロ
フィートマークより始めて、平滑装置は磁気コート面に
おろされ、その結果平面粗度が点７０から点７２に変わ
る。点７３迄に、約１,４００フィートの重合体ウェブ
が処理され、その間カレンダロール圧力は、点７３に始
まる約１５nmの許容表面粗度を得る様に調整されてい
る。点７３から点７４迄は、約１５nmの値を保っている
実効値表面粗度によって分かる様に製造工程は許容範囲
にある。点７４でカレンダロールは開かれ、表面粗度の
値は、点７５で殆ど直に約７５nmに急上昇する。点７６
で、平滑装置は持ち上げられ、点７６で実効表面粗度が
殆ど瞬間的に上昇して１００nmをこえる。
【００２８】製造工程のオンラインモニタにより、図５
のグラフより、この工程で製造される磁気テープが、製
造後に試料の表面粗度の測定を行う必要なしに、約１５
００フィートマークで始まって、約４,７５０フィート
マーク迄許容範囲にあると決定することができる。
のグラフより、この工程で製造される磁気テープが、製
造後に試料の表面粗度の測定を行う必要なしに、約１５
００フィートマークで始まって、約４,７５０フィート
マーク迄許容範囲にあると決定することができる。
【００２９】図６は、レーザ１００と、偏向ビームスプ
リッタ１０２と、周波数オシレータドライバ１０６によ
り駆動される音響−光学モジュレータ１０４と、整列用
ミラ１０８と１１０と、ビームストップ１１２と、ビー
ムアライナー１１４と、屈折偏向器１１６と、フォーカ
スビーム１１８と、偏向器１２０と、光電検出器１２２
と、比較器１２４と、コンピュータ１２６と、製造工程
制御用インタフェイス１２８とよりなる本発明の他の実
施例である。
リッタ１０２と、周波数オシレータドライバ１０６によ
り駆動される音響−光学モジュレータ１０４と、整列用
ミラ１０８と１１０と、ビームストップ１１２と、ビー
ムアライナー１１４と、屈折偏向器１１６と、フォーカ
スビーム１１８と、偏向器１２０と、光電検出器１２２
と、比較器１２４と、コンピュータ１２６と、製造工程
制御用インタフェイス１２８とよりなる本発明の他の実
施例である。
【００３０】図６に示す様に、レーザ１００は、直交線
形偏向光ビーム１３２と１３４とを作り出す偏向ビーム
スプリッタ１０２に向けられる単色干渉性光ビーム１３
０を与える。光ビーム１３０,１３２及び１３４は全
て、同じ周波数のものである。光ビーム１３２は、周波
数モジュレータ１０６により周波数fmで駆動される圧電
クリスタルにより機械的に振動される光学媒体を含む音
響−光学モジュレータ１０４を介して出射される。音響
−光学モジュレータ１０４の機械的に駆動される光学媒
体は、ゼロ次光ビーム１３６と少くとも、１つの一次光
ビーム１３８を与える音響−光学モジュレータ内で回折
格子を作り出す。光ビーム１３６は、ビームストップ１
１２に向けられ、使用されない。一次ビーム１３８は、
f0からf1へとfmに等しい量だけ周波数シフトされる。ビ
ーム１３８は、ビーム１３４と１３８を重畳してビーム
１４０とするビームアライナー１１４に、ミラー１０８
と１１０により向けられる。この実施例では、ウオラス
トンプリズム(Ｗollaston prism)である屈折偏向器１
１６は、ビーム１４０を、周波数f1を有する直交線形偏
向ビーム１４２と、周波数f0を有するビーム１４４とに
分ける。フォーカス手段１１８は、ビーム１４２と１４
４とを表面１４６の別口の部位に集中させる為に、軸心
をはずして配列される。フォーカス手段１１８は、ビー
ム１４２と１４４からの反射光の実質的な光量を集め、
反射ビーム１４２と１４４を、測定ビーム１４８として
再結合させる屈折偏向器１１６を介して逆の手順で照射
せしめる位置にある様に配設される。次いでビーム１４
８は、ビーム１４８内に結合されたビーム１４２と１４
４の偏向軸心１４２と１４４から４５°に配列した偏向
器１２０を介して出射される。偏向器１２０は、事実
上、ビート周波数ビーム１５０を光電検出器１２２に達
せしめる、重畳ビーム１４２と１４４のビート周波数を
除いて、ビーム１４８の全ての成分をろ過して除去す
る。ビート周波数としての光電検出器１２２からの信号
は、比較器１２４内で、周波数オシレータドライバ１０
６からの周波数オシレータ駆動信号と比較され、表面１
４６の粗度を特定するコンピュータ１２６による評価の
為の位相変化を生じる。表面１４６の表面粗度が変わる
ことの統計的解析は、ある表面粗度値に達する様にコン
ピュータにより行われ、その値は、次いで、製造工程に
より設定されたパラメータ内で表面１４６の粗面程度を
制御する為に製造工程を調整する為に製造工程制御イン
ターフェイス１２８により利用される。
形偏向光ビーム１３２と１３４とを作り出す偏向ビーム
スプリッタ１０２に向けられる単色干渉性光ビーム１３
０を与える。光ビーム１３０,１３２及び１３４は全
て、同じ周波数のものである。光ビーム１３２は、周波
数モジュレータ１０６により周波数fmで駆動される圧電
クリスタルにより機械的に振動される光学媒体を含む音
響−光学モジュレータ１０４を介して出射される。音響
−光学モジュレータ１０４の機械的に駆動される光学媒
体は、ゼロ次光ビーム１３６と少くとも、１つの一次光
ビーム１３８を与える音響−光学モジュレータ内で回折
格子を作り出す。光ビーム１３６は、ビームストップ１
１２に向けられ、使用されない。一次ビーム１３８は、
f0からf1へとfmに等しい量だけ周波数シフトされる。ビ
ーム１３８は、ビーム１３４と１３８を重畳してビーム
１４０とするビームアライナー１１４に、ミラー１０８
と１１０により向けられる。この実施例では、ウオラス
トンプリズム(Ｗollaston prism)である屈折偏向器１
１６は、ビーム１４０を、周波数f1を有する直交線形偏
向ビーム１４２と、周波数f0を有するビーム１４４とに
分ける。フォーカス手段１１８は、ビーム１４２と１４
４とを表面１４６の別口の部位に集中させる為に、軸心
をはずして配列される。フォーカス手段１１８は、ビー
ム１４２と１４４からの反射光の実質的な光量を集め、
反射ビーム１４２と１４４を、測定ビーム１４８として
再結合させる屈折偏向器１１６を介して逆の手順で照射
せしめる位置にある様に配設される。次いでビーム１４
８は、ビーム１４８内に結合されたビーム１４２と１４
４の偏向軸心１４２と１４４から４５°に配列した偏向
器１２０を介して出射される。偏向器１２０は、事実
上、ビート周波数ビーム１５０を光電検出器１２２に達
せしめる、重畳ビーム１４２と１４４のビート周波数を
除いて、ビーム１４８の全ての成分をろ過して除去す
る。ビート周波数としての光電検出器１２２からの信号
は、比較器１２４内で、周波数オシレータドライバ１０
６からの周波数オシレータ駆動信号と比較され、表面１
４６の粗度を特定するコンピュータ１２６による評価の
為の位相変化を生じる。表面１４６の表面粗度が変わる
ことの統計的解析は、ある表面粗度値に達する様にコン
ピュータにより行われ、その値は、次いで、製造工程に
より設定されたパラメータ内で表面１４６の粗面程度を
制御する為に製造工程を調整する為に製造工程制御イン
ターフェイス１２８により利用される。
【００３１】図７は、製造工程中に製品の表面粗度を解
析する為にオンライン干渉計測定方法を用いる製造工程
を示す。図示の様に、この実施例では、製造工程中の製
品の表面粗度の程度を制御する為に、製造工程のフィー
ドバック調整を考慮に入れる制御インターフェイスを用
いている。図７の実施例では、重合体ウェツブ２０６
が、フィルムくり出しステーション２１０に取り付けた
重合体コール２０８から供給される。重合体フィルムウ
ェブ２０６は、重合体フィルムウェブ２０６が所望の厚
さの磁気フィルムでコートされるコーターステーション
２１２を介して供給される。重合体フィルムウェブ２０
６は、その上の磁気コーティングを乾燥し硬化させる為
にオーブン２１４へ送られる。オーブン２１４から、重
合体フィルムウェブ２０６は、磁気コーティングを重合
体フィルムウェブ２０６上で平滑な面に圧縮する為に、
カレンダロール２１６を介して移送される。次いで、重
合体フィルムウェブは、干渉計２２０の光学装置の下で
その運動を安定させる為に、該ウェブのテンショナとし
て作用するローラ２１８をこえて移動する。次に、重合
体フィルムウェブ２０６は、フィルム巻取りステーショ
ン２２４に取り付けたロール２２０に巻取られる。
析する為にオンライン干渉計測定方法を用いる製造工程
を示す。図示の様に、この実施例では、製造工程中の製
品の表面粗度の程度を制御する為に、製造工程のフィー
ドバック調整を考慮に入れる制御インターフェイスを用
いている。図７の実施例では、重合体ウェツブ２０６
が、フィルムくり出しステーション２１０に取り付けた
重合体コール２０８から供給される。重合体フィルムウ
ェブ２０６は、重合体フィルムウェブ２０６が所望の厚
さの磁気フィルムでコートされるコーターステーション
２１２を介して供給される。重合体フィルムウェブ２０
６は、その上の磁気コーティングを乾燥し硬化させる為
にオーブン２１４へ送られる。オーブン２１４から、重
合体フィルムウェブ２０６は、磁気コーティングを重合
体フィルムウェブ２０６上で平滑な面に圧縮する為に、
カレンダロール２１６を介して移送される。次いで、重
合体フィルムウェブは、干渉計２２０の光学装置の下で
その運動を安定させる為に、該ウェブのテンショナとし
て作用するローラ２１８をこえて移動する。次に、重合
体フィルムウェブ２０６は、フィルム巻取りステーショ
ン２２４に取り付けたロール２２０に巻取られる。
【００３２】重合体フィルムウェブ２０６が、干渉計２
２０の光学装置を通る時に、比較器２２６での干渉計信
号と、コンピュータ２２８による、この比較の統計的解
析との前進中の比較により表面粗度が測定される。コン
ピュータ２２８により与えられる連続的の統計的解析の
結果は、次いで、電子接続２３０を介して、製造制御サ
ブステーション２３２,２３４、及び２３６に送られ、
次に、これらのサブステーションは、ブレード張力の拡
張(Ｓpreading blade tension)、オーブン温度、カレ
ンダロール圧力、空気流、位置決め磁石の磁力、ウェブ
速度又は、他の工程ステップ等の、磁気コーティングの
生産における中間の製造工程のステップを制御する。
２０の光学装置を通る時に、比較器２２６での干渉計信
号と、コンピュータ２２８による、この比較の統計的解
析との前進中の比較により表面粗度が測定される。コン
ピュータ２２８により与えられる連続的の統計的解析の
結果は、次いで、電子接続２３０を介して、製造制御サ
ブステーション２３２,２３４、及び２３６に送られ、
次に、これらのサブステーションは、ブレード張力の拡
張(Ｓpreading blade tension)、オーブン温度、カレ
ンダロール圧力、空気流、位置決め磁石の磁力、ウェブ
速度又は、他の工程ステップ等の、磁気コーティングの
生産における中間の製造工程のステップを制御する。
【００３３】本発明のオンライン表面粗度測定によれ
ば、別個の基準ビームを用いる干渉計に固有の、振巾の
変動、表面の色、化学的成分、振動及び運動、及びピン
ト不良等に伴う制限事項を最小とすることができる。２
つのビーム間の差異を表わす唯一の残るパラメータは、
２つのビーム間の経路長の差である。この表面粗度のオ
ンライン干渉計測定の方法と装置では、測定される表面
に２つの測定ビームを与え、別の基準を必要としないこ
れら２つのビーム間で、経路長の差を比較する。この様
にして、本発明に用いられる２つのビームは、それらの
ビーム自身に対する基準として作用する。測定ビームと
基準ビームは、両者共に互に接近して測定される表面に
入射するので、振巾、色、化学的成分、振動、運動によ
り変動や焦点ずれによる難点等は、これらの現象が事実
上同一に両ビームに影響を与えるので、最小とされる
か、又は、中和される。
ば、別個の基準ビームを用いる干渉計に固有の、振巾の
変動、表面の色、化学的成分、振動及び運動、及びピン
ト不良等に伴う制限事項を最小とすることができる。２
つのビーム間の差異を表わす唯一の残るパラメータは、
２つのビーム間の経路長の差である。この表面粗度のオ
ンライン干渉計測定の方法と装置では、測定される表面
に２つの測定ビームを与え、別の基準を必要としないこ
れら２つのビーム間で、経路長の差を比較する。この様
にして、本発明に用いられる２つのビームは、それらの
ビーム自身に対する基準として作用する。測定ビームと
基準ビームは、両者共に互に接近して測定される表面に
入射するので、振巾、色、化学的成分、振動、運動によ
り変動や焦点ずれによる難点等は、これらの現象が事実
上同一に両ビームに影響を与えるので、最小とされる
か、又は、中和される。
【００３４】又、２つのビームが互に内部の基準として
作用するので、実際の表面粗度値を得る必要がある外部
的基準枠(outside frame of reference)はない。本
発明は、統計的相互関連手段を用いて、統計的に連結す
るΔＺを比較することによりこの点を克服できる。更に
一般的な統計的解析は実効値(root−means square)解
析である。しかし、曲りや、とがり(kurtosis)平均ピー
ク高さ解析、勾配粗度解析、幾何学的手段解析(geometr
ic mean analysis)、変動解析及び四分位数間範囲(in
terquartile range)統計解析は、又、利用可能ないく
つかの他の相関手段の例である。
作用するので、実際の表面粗度値を得る必要がある外部
的基準枠(outside frame of reference)はない。本
発明は、統計的相互関連手段を用いて、統計的に連結す
るΔＺを比較することによりこの点を克服できる。更に
一般的な統計的解析は実効値(root−means square)解
析である。しかし、曲りや、とがり(kurtosis)平均ピー
ク高さ解析、勾配粗度解析、幾何学的手段解析(geometr
ic mean analysis)、変動解析及び四分位数間範囲(in
terquartile range)統計解析は、又、利用可能ないく
つかの他の相関手段の例である。
【００３５】本発明の他の有用な面は、コーティング結
節及びコーティング欠点の検出にある。連続する測定間
の１８０°以上の移相は、本発明の感度に対する限界で
ある。しかし、この点は、連続する測定を行った周波数
を増すことにより克服される。本発明の開発連続した測
定が行われた周波数に関係なしに、連続する測定の間に
１８０°以上の移相が永続的に発生した。この様な位相
エラーの１例は、どこで測定間の位相か、１８０°以
上、例えば、２９０°に増加するかという点にある。こ
の場合、−７０°の位相内の変化を示す。２９０°の変
化は、−７０°の実際の位相変化と区別出来ないので、
このエラーを正す方法はない。この様な１８０°以上の
急増は、単位円での四分円スキップ(quadrant skip)に
相当するもの、即ち、四分円１から四分円３又は、四分
円２から四分円４に相当するものである。これらの四分
円スキップは、それが全ての連続する測定の内の非常に
小さい割合をしめているので、必ずしも問題とはならな
い。この様な四分円のスキップの意義は、コーティング
面の結節やピットに対応する磁性コーティングの総欠点
数に対応するものと決められている。
節及びコーティング欠点の検出にある。連続する測定間
の１８０°以上の移相は、本発明の感度に対する限界で
ある。しかし、この点は、連続する測定を行った周波数
を増すことにより克服される。本発明の開発連続した測
定が行われた周波数に関係なしに、連続する測定の間に
１８０°以上の移相が永続的に発生した。この様な位相
エラーの１例は、どこで測定間の位相か、１８０°以
上、例えば、２９０°に増加するかという点にある。こ
の場合、−７０°の位相内の変化を示す。２９０°の変
化は、−７０°の実際の位相変化と区別出来ないので、
このエラーを正す方法はない。この様な１８０°以上の
急増は、単位円での四分円スキップ(quadrant skip)に
相当するもの、即ち、四分円１から四分円３又は、四分
円２から四分円４に相当するものである。これらの四分
円スキップは、それが全ての連続する測定の内の非常に
小さい割合をしめているので、必ずしも問題とはならな
い。この様な四分円のスキップの意義は、コーティング
面の結節やピットに対応する磁性コーティングの総欠点
数に対応するものと決められている。
【００３６】干渉計から、アナログ／デジタルコンバー
タへ向う信号を分ち、１部を、検出した四分円スキップ
の数を追跡することにより、表面に起っている結節やピ
ットの数の代表値を相互に関係させることができる。磁
気テープの表面での結節やピットの発生率は、ビデオ又
は、オーディオ信号の記録時において、ドロップアウト
(drop out)として業界に知られているものを表わす。
それ故、磁気テープ表面に生じている結節やピットの数
は、直接にテープの品質に影響を与える。したがって、
検出された結節やピットの発生回数を追跡することは、
オンライン干渉計表面粗度測定の利用を更に示すもの
で、製造される表面の品質を決定するのに本発明の感度
を高めるものである。この点は極めて滑らかであるが、
その極めて滑らかな表面で検出された結節及び／又はピ
ットの高い発生回数の為に、なお品質が不充分であると
考えられるコートした磁気テープを考えると明らかであ
る。
タへ向う信号を分ち、１部を、検出した四分円スキップ
の数を追跡することにより、表面に起っている結節やピ
ットの数の代表値を相互に関係させることができる。磁
気テープの表面での結節やピットの発生率は、ビデオ又
は、オーディオ信号の記録時において、ドロップアウト
(drop out)として業界に知られているものを表わす。
それ故、磁気テープ表面に生じている結節やピットの数
は、直接にテープの品質に影響を与える。したがって、
検出された結節やピットの発生回数を追跡することは、
オンライン干渉計表面粗度測定の利用を更に示すもの
で、製造される表面の品質を決定するのに本発明の感度
を高めるものである。この点は極めて滑らかであるが、
その極めて滑らかな表面で検出された結節及び／又はピ
ットの高い発生回数の為に、なお品質が不充分であると
考えられるコートした磁気テープを考えると明らかであ
る。
【００３７】本発明のもう１つの実施例は、物体の運動
をモニタすることに対するものである。代表的な例とし
ては、縦ゆれや横ゆれに対するヘッドの運動を評価する
為のリード／ライト機能中での磁気ピックアップのモニ
タである。磁気ピックアップが、磁気記憶媒体に対し情
報を読み出したり書き込んだりすることができる精度の
機能として、縦ゆれや横ゆれを評価する為に、パラメー
タを設計することができる。本発明のこの特徴において
は、光学的干渉計の２つのビームを、磁気ピックアップ
ヘッドの表面に向ける。２つのビーム間の移相変化は、
次いで、統計的に、縦ゆれと横ゆれに対応するピックア
ップヘッドの運動と比較する様に、評価され計算され
る。ピックアップヘッドの運動に対する縦ゆれ、又は、
横ゆれの量は、次いで、事前に設定されたパラメータに
対して説明され、ピックアップヘッドにより行われた読
み取り又は、書き込み機能を評価する。
をモニタすることに対するものである。代表的な例とし
ては、縦ゆれや横ゆれに対するヘッドの運動を評価する
為のリード／ライト機能中での磁気ピックアップのモニ
タである。磁気ピックアップが、磁気記憶媒体に対し情
報を読み出したり書き込んだりすることができる精度の
機能として、縦ゆれや横ゆれを評価する為に、パラメー
タを設計することができる。本発明のこの特徴において
は、光学的干渉計の２つのビームを、磁気ピックアップ
ヘッドの表面に向ける。２つのビーム間の移相変化は、
次いで、統計的に、縦ゆれと横ゆれに対応するピックア
ップヘッドの運動と比較する様に、評価され計算され
る。ピックアップヘッドの運動に対する縦ゆれ、又は、
横ゆれの量は、次いで、事前に設定されたパラメータに
対して説明され、ピックアップヘッドにより行われた読
み取り又は、書き込み機能を評価する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ２本ビームヘテロダインレーザ干渉計の１実
施例の概略図である。
施例の概略図である。
【図２】 時間Ｔ1における、移動物体の表面での２本
ビームの相互作用を示す概略図である。
ビームの相互作用を示す概略図である。
【図３】 時間Ｔ2における、移動物体の表面での２本
ビームの相互作用を示す概略図である。
ビームの相互作用を示す概略図である。
【図４】 時間Ｔ3における、移動物体の表面での２本
ビームの相互作用を示す概略図である。
ビームの相互作用を示す概略図である。
【図５】 ２本ビームレーザ干渉計により受けた統計的
データのグラフ図である。
データのグラフ図である。
【図６】 複式ビームヘテロダインレーザ干渉計を示す
本発明の他の実施例の概略図である。
本発明の他の実施例の概略図である。
【図７】 表面粗度のオンラインレーザ干渉計測定を示
し、製造工程を制御する為に集めたデータを用いる磁石
媒体の製造工程の概略図である。
し、製造工程を制御する為に集めたデータを用いる磁石
媒体の製造工程の概略図である。
２０ レーザ光源 ２２ 音響−光学モジュレータ ２４ 周波数オシレータ ２６ 屈折偏向器 ２８ フォーカスレンズ ３６ 偏向ビームスプリッタ ４２,４４ 光電検出器 ４６ 比較器 ４８ コンピュータ ５０ 製造工程制御インターフェイス １００ レーザ １０２ 偏向ビームスプリッタ １０４ 音響−光学モジュレータ １０６ 周波数オシレータドライバ １０８,１１０ 整列用ミラ １１２ ビームストップ １１４ ビームアライナ １１６ 屈折偏向器 １１８ フォーカスビーム １２０ 偏向器 １２２ 光電検出器 １２４ 比較器 １２６ コンピュータ １２８ 製造工程制御用インターフェイス １３０ 単色干渉性光ビーム １３６,１３８ 光ビーム １４２,１４４ ビーム ２０６ 重合体ウェブ ２１０ くり出しステーション ２１６ カレンダロール ２２０ 干渉計 ２２６ 比較器 ２２８ コンピュータ ２３２,２３４ サブステーション
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 21/89 Ａ Ｇ１１Ｂ 5/84 Ｃ 7303−5Ｄ (72)発明者 ティモシー・ビー・カールソン アメリカ合衆国55406ミネソタ州ミネアポ リス、サーティフィフス・アベニュー・サ ウス3137番 (72)発明者 リチャード・ダブリュー・ピーターソン アメリカ合衆国55113ミネソタ州セント・ ポール、ノース・パスカル2436番 (72)発明者 スティーブン・エム・デンザー アメリカ合衆国55076ミネソタ州インバ ー・グローブ・ハイツ、シックスティフォ ース・ストリート2543番 (72)発明者 ロバート・ピー・グロシェン・ジュニア アメリカ合衆国55110−5680ミネソタ州ホ ワイト・ベア・レイク、グレン・オーク ス・アベニュー3566番 (72)発明者 マイケル・ジェイ・シュメインダ アメリカ合衆国55350ミネソタ州ハッチン ソン、ローズ・レイン・ナンバー３、460 番
Claims (18)
- 【請求項１】 移動物体の製造プロセスの１部としての
移動物体の表面特性の光学式干渉計測定方法であって、 干渉計に対して移動する物体と共に用いる光学式干渉計
を設け、 物体を干渉計に対するビーム方向で安定させ、 光学式干渉計を用いて物体の体の表面特性を測定し、 測定した表面特性を物体の所定表面特性の１組の標準パ
ラメータと比較し、 測定した表面特性と所望表面特性との比較の結果によっ
て物体の製造工程を制御するステップよりなることを特
徴とする測定方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の方法であって、光学式干
渉計を設けるステップが、 周波数f1を有する干渉光の第１ビームと、周波数f2を有
する干渉光の第２ビームを与え、 上記第２ビームを、発散する直交線形偏向ビームである
第３と第４のビームに偏向せしめ、 物体の表面の凹凸が、第３と第４ビームが物体の表面の
部位から反射する時に、第３と第４偏向ビーム間に位相
差を与える様に、該第３と第４偏向ビームを物体表面の
異なる部位に向けるステップとよりなることを特徴とす
る方法。 - 【請求項３】 請求項２記載の方法であって、更に、 物体の表面から反射された第３と第４の偏向ビームを集
め、 集められた第３と第４の偏向ビームを、第２ビームと等
しい周波数の第５ビームに再結合し、 再結合した第５ビームを、第１ビームに重ねて、第６ビ
ームとし、第６ビーム内でビート周波数を作り出すステ
ップよりなることを特徴とする方法。 - 【請求項４】 請求項３記載の方法であって、更に、 第６ビームを、第３と第４の偏向ビームの位相差と第６
ビームのビート周波数を有する、直交線形偏向ビームで
ある第７ビームと第８ビームに偏向し、 第７と第８の偏向ビーム間の位相差を、第３と第４偏向
ビーム間の経路長の差と比較し、 第３と第４偏向ビームの経路長の差を、移動物体の表面
特性に関係づけるステップよりなることを特徴とする方
法。 - 【請求項５】 請求項１記載の方法であって、測定のス
テップが、表面の欠点発生率を検出し、表面欠点の発生
率と１組の欠点発生の許容率とを比較するステップより
なることを特徴する方法。 - 【請求項６】 請求項３記載の方法であって、更に、第
５ビームの周波数を、周波数f3に変えるステップよりな
ることを特徴とする方法。 - 【請求項７】 請求項１記載の方法であって、光学式干
渉計を設け、物体を安定せしめ、表面特性を測定するス
テップが、それぞれ、 周波数f0の干渉性単色光源を設け、 周波数f0の干渉性単色光を、ゼロと一次ビームに回折せ
しめ、 上記一次ビームを、周波数f1に対し周波数fm量だけ周波
数シフトせしめ、 周波数f1の一次ビームを、両者共周波数f1の２つの発散
直交線形偏向測定ビームβ1とβ2と偏向せしめ、 測定ビームβ1とβ2を、２つの特定の部位で試料の表面
に集中(focus)せしめ、 試料の表面に入射した後に、表面特性により位相シフト
された測定ビームβ1とβ2の反射を集め、 測定ビームβ1とβ2を再結合して、１つの再結合測定ビ
ームとし、 再結合した測定ビームを、一次ビームの経路と同一の経
路にそって戻し、 再結合した測定ビームを再回折せしめ、 再結合した測定ビームを、２回目の周波数シフトして、
周波数f0からfm周波数再の２倍の周波数f2とし、 周波数f2の２倍周波数シフト再結合測定ビームを、周波
数f0の非周波数シフトのゼロ次光ビームに重ねて、ビー
ト周波数ビームγを作り出し、 ビート周波数ビームγを、それぞれ、周波数f1の２つの
対応する偏向測定ビームβ1とβ2の位相再特性を保有す
る、２つの直交線形偏向ビート周波数ビームγ1とγ2と
に分け、 ２つの別の偏向ビーム周波数ビームγ1とγ2を検出し、 ２つの直交線形偏向ビート周波数γ1とγ2の位相差を比
較して、表面特性により２つの直交線形偏向測定ビーム
β1とβ2に与えられた位相シフトに対応する、２つのビ
ート周波数ビームγ1とγ2間の位相シフトを得、 位相シフトに互いに関係づけて、移動試料の表面特性を
決定することを特徴とする方法。 - 【請求項８】 請求項１記載の方法であって、光学式干
渉計を設けるステップが、 周波数f0の干渉性単色光ビームを、発散直交線形偏向第
１及び第２ビームに偏向し、 第１光ビームの差fmを周波数f1へ周波数シフトし、 周波数シフトした第１光ビームを、第２光ビームと結合
し、 結合した第１と第２の光ビームを、発散直交線形偏向ビ
ームとして、周波数f1の第３光ビームと、周波数f0の第
４光ビームとに分離し、 物体の表面凹凸が、第３と第４ビームが物体の表面の部
位から反射する様に第３と第４偏向ビーム間に位相差を
与える為に、該第３と第４偏向ビームを物体表面の異な
る部位に向け、 物体の表面から反射された第３と第４の偏向ビームを集
め、 集められた第３と第４の偏向ビームを結合し、 結合した第３と第４のビームの共通偏向平面部材のビー
ム用周波数を検出し、 ビート周波数部材を、第１光ビームを周波数シフトして
導出した基準周波数fmを参照して、位相シフトを得、 位相差と経路差とを比較し、 経路長差を物体の表面特性と関係づけることを特徴とす
る方法。 - 【請求項９】 移動物体の製造中に、移動物体の表面特
性を光学式干渉計により測定するシステムであって、 干渉計に対して移動する物体の表面特性を測定する為の
光学式干渉計測定手段と、 光学式干渉計測定手段を、物体の製造工程の部材に対し
て取り付ける取り付け手段と、 表面特性の測定中、物体を干渉計に対してビーム方向に
安定させる安定手段と、 測定した表面特性を、物体の所望表面特定の１組の標準
パラメータと比較する比較手段と、 比較手段に接続され所望表面特性基準との比較の結果に
よって物体の製造工程を制御する制御手段とよりなるこ
とを特徴とするシステム。 - 【請求項１０】 請求項９記載のシステムであって、光
学式干渉計測定手段が、周波数の異なる第１の干渉性単
色光ビームと第２の干渉性単色光ビームを与える放射エ
ネルギ源手段を有し、該放射エネルギ源手段は、放射エ
ネルギ源サブシステムを有し、該サブシステムは、 前部端と後部端を有し、後端部から単色光ビームを出
す、干渉性単色光ビーム出射用単色光ビーム源と、 第１の干渉単色光ビームが、ゼロ次第１ビームよりな
り、第２の干渉単色光ビームが、ゼロ次第１ビームと異
なる周波数を有する１次第２ビームよりなり、単色光ビ
ームを回折する為の周波数シフト回折手段と、 第２光ビームを、発散する直交線形偏向ビームの第３ビ
ームと、 第４ビームに偏向し、第３の第４の偏向ビームを物体の
表面の別々に部位に向け、第３と第４ビームが物体の表
面の別々の部位から反射される時に、第３と第４の偏向
ビームの間に位相シフト差を生ぜしめる屈折偏向手段と
を設け、該屈折偏向手段は、 第３と第４の偏向ビームを物体の表面に収集せしめるフ
ォーカス手段を設け、該フォーカス手段には、又、一次
第２ビームの経路に沿って戻る第５ビームとして、反射
した第３と第４の偏向ビームを集め、かつ再結合する為
の収集手段を設けたことを特徴とするシステム。 - 【請求項１１】 請求項１０に記載のシステムであっ
て、更に、反射した第３と第４の偏向ビームの間の位相
差を測定する測定手段と、第３と第４の偏向ビームの位
相差を、第３と第４の偏向ビームの間の経路長の差と比
較する比較手段と、第３と第４の偏向ビーム間の経路長
の差を、移動する物体の表面経路と相互に関係させる手
段とを設けたことを特徴とするシステム。 - 【請求項１２】 請求項１０に記載のシステムであっ
て、更に、 第５ビームと第１ビームを、第６ビーム内でビート周波
数を作り出す第６ビームとして重ね合せる手段と、 第６ビームを、第３と第４の偏向ビームの位相差と、第
６ビームのビート周波数を有する、直交線形偏向ビーム
である第７ビームと第８ビームとに偏向する為の偏向手
段と、 第７と第８の偏向ビーム間の位相差を、第３と第４の偏
向ビーム間の経路長の差と比較する比較手段と、 第３と第４の偏向ビームの間の経路長の差を、物体の表
面特性と相互関係を持たせる為の相互関係手段とを設け
たことを特徴とするシステム。 - 【請求項１３】 請求項１１に記載のシステムであっ
て、測定手段に、更に、再結合した第３と第４のビーム
よりなる第５のビームの周波数をシフトする為の周波数
シフト手段を設けたことを特徴とするシステム。 - 【請求項１４】 請求項９に記載のシステムであって、
比較手段に、表面の欠点の発生率を検出し、表面欠点の
発生率と、１組の欠点発生の許容率とを比較する表面欠
点エラー検出手段を設けたことを特徴とするシステム。 - 【請求項１５】 請求項９に記載のシステムであって、
有効光学的干渉計測定手段と、比較手段が、 波長λ0を有する干渉性単色光ビームαを出射する為の
放射エネルギ源手段を設け、該放射エネルギ手段は、先
端部及び後端部を有すると共に、先端部より放射エネル
ギを出射する様に形成し、 単色光ビームαを波長λ0、周波数f0及び一次光ビーム
βのゼロ次光ビームαに回折する為に周波数fmで振動す
る周波数シフト回折手段を設け、１次光ビームβは、周
波数f1に対しfmだけ周波数シフトせしめ、 ビームβを、拡散経路を有する２つの直交線形偏向測定
ビームβ1とβ2に偏向せしめる為に、ビームβを受ける
様に並置した第１の屈折偏向手段と、 測定ビームβ1が、測定ビームβ2の衝突位置と異なる位
置で、測定物体の表面に衝突し、技術の表面は測定ビー
ムβ1とβ2を、該ビームβ1とβ2が第１の偏向手段を後
方に横切り、周波数シフト用回折手段と逆方向に横切る
反射測定ビームγは、周波数f2に対し、fmの２倍だけ周
波数シフトを受ける様に反射し、 測定ビームγを再度反射し、測定ビームγを、測定ビー
ムγとビームαがビート周波数干渉を生じる様に、ビー
ムαと重ね合せる、重ね合せ測定手段と、 ビームαとγを、コンポーネントビームα1とビームγ1
を有する別個の直交線形偏向ビームＡと、コンポーネン
トビームα2とビームγ2を有する偏向ビームＢとに偏向
する為のゼロ次ビームαと干渉反射測定ビームγとを受
ける様に並置した第２の偏向手段と、 代表的な電子信号Ａ'を発生するビームＡのビート周波
数の２倍のfmを検出する為の第１の検出手段と、 代表的な電子信号Ｂ'を発生するビームＢのビート周波
数の２倍のfmを検出する為の第２の検出手段と、 位相差の値を得る為に、電子信号Ｂ'と電子信号Ａ'とを
比較する為の電子手段と、 位相差の値を、２つの測定ビームγ1とγ2との間の経路
長の差に相互関係を持たせる為の、第１の相互関係手段
と、 測定された材料表面に独特な値を引き出す為に、２つの
測定ビームγ1とγ2の経路長の差を分析する為の第２の
相互関係手段とを設けたことを特徴とするシステム。 - 【請求項１６】 請求項９に記載のシステムであって、
光学的干渉計測定手段は、更に、 周波数f0の、拡散直交線形偏向第１及び第２光ビームを
与える放射エネルギ源手段と、 第１ビームの周波数のfmの差を周波数f1にシフトする為
の周波数シフト手段と、 周波数シフトした偏向第１ビームを、第２偏向ビームと
結合する第１の結合手段と、 結合法第１ビームの第２ビームを、拡散する直交線形偏
向ビームである第３ビームと第４ビームとに分け、第３
及び第４の偏向ビームを、位相シフトの差が、第３と第
４ビームが物体表面の部位から反射される場合に、第３
と第４の偏向ビーム間に生じる様に、第３と第４の偏向
ビームを移動物体の表面の別個の部位に向ける、屈折偏
向感応分離手段とを設けたことを特徴とするシステム。 - 【請求項１７】 請求項１６記載のシステムであって、
屈折偏向感応分離手段は、更に、 移動物体の表面に第３と、第４の偏向ビームを集中させ
るためのフォーカス手段と、 移動物体の表面から反射する反射第３及び第４偏向ビー
ムを収集し、再結合し、重ね合せた第３と第４のビーム
とする収集手段と、 重ね合せた第３と第４のビームの共通平面分子を、ビー
ト周波数第５ビームとして検出する検出手段を設け、該
検出手段は、更に、 第５ビームのビート周波数と、周波数fmに相当する周波
数参照値の間に生じる位相差を測定する手段と、 位相差と、第３と第４の偏向ビームとの間の経路長とを
比較する比較手段と、 第３と第４の偏向ビームの間の経路長の差を、移動物体
の表面特性と相互に関係させる第１の相互関係手段と、
第３と第４の偏向ビームの間の経路長の差を解析し、測
定された材料の表面の特性を引き出す第２相互関係手段
とを設けたことを特徴とするシステム。 - 【請求項１８】 請求項１７に記載のシステムであっ
て、第２の相互関係手段は、測定された材料の移動の評
価の為の特性値を引き出す事を特徴とするシステム。
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