特許 7339232 構造測定システム、構造測定方法、処理装置および処理プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-28

(45)【発行日】2023-09-05

(54)【発明の名称】構造測定システム、構造測定方法、処理装置および処理プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/88 20060101AFI20230829BHJP

   G01N 21/27 20060101ALI20230829BHJP

   G01B 11/30 20060101ALI20230829BHJP

【ＦＩ】

G01N21/88 Z

G01N21/27 Z

G01B11/30 Z

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020201520

(22)【出願日】2020-12-04

(65)【公開番号】P2022089263

(43)【公開日】2022-06-16

【審査請求日】2022-09-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】520184767

【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】浅野 剛史

(72)【発明者】

【氏名】立山 望美

(72)【発明者】

【氏名】土屋 詔一

(72)【発明者】

【氏名】浅井 正孝

(72)【発明者】

【氏名】内村 将大

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 友紀

(72)【発明者】

【氏名】江原 強

【審査官】村田 顕一郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－００３３７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０５３２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０００－５０１１８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第４９７２０９２（ＵＳ，Ａ）

【文献】高谷 裕浩ほか，全方位角度分解散乱光計測による加工表面性状解析技術，精密工学会誌，Vol.80, No.6，2014年06月05日，p.514-518

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００－２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７－２１／６１

Ｇ０１Ｎ ２１／８４－２１／９５８

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属表面の凹凸構造を測定する構造測定システムであって、
前記金属表面に予め定められた波長領域の光を照射する光源と、
前記金属表面からの戻り光を検出する受光器と、
処理装置とを備え、
前記処理装置は、
凹凸高さが予め定められた高さ閾値以下である第１基準金属表面からの戻り光強度に対する測定対象の金属表面からの戻り光強度を示す第１戻り光強度比を算出する第１算出部と、
前記第１戻り光強度比に基づいて前記測定対象の金属表面の凹凸高さを評価する第１評価部と
を備える構造測定システム。

【請求項2】

前記第１評価部は、前記第１戻り光強度比が小さいほど、前記測定対象の金属表面の凹凸高さが高いと評価する
請求項１に記載の構造測定システム。

【請求項3】

前記予め定められた高さ閾値は、５０ｎｍ以下である
請求項１または２に記載の構造測定システム。

【請求項4】

凹凸構造密度が予め定められた密度閾値以下である第２基準金属表面からの戻り光強度に対する測定対象の金属表面からの戻り光強度を示す第２戻り光強度比を算出する第２算出部と、
前記第２戻り光強度比に基づいて前記測定対象の金属表面の凹凸構造密度を評価する第２評価部と
を備える請求項１から３のいずれか一項に記載の構造測定システム。

【請求項5】

前記第２評価部は、前記第２戻り光強度比が小さいほど、前記測定対象の金属表面の凹凸構造密度が高いと評価する
請求項４に記載の構造測定システム。

【請求項6】

前記予め定められた波長領域は、１０００ｎｍ以下であって、前記金属表面に含まれる金属のエネルギー吸収率が予め定められた吸収率閾値以上の波長領域である
請求項１から５のいずれか一項に記載の構造測定システム。

【請求項7】

前記金属表面は、銅またはアルミニウムを主成分として含み、
前記予め定められた波長領域は、６００ｎｍ以下である
請求項６に記載の構造測定システム。

【請求項8】

金属表面の凹凸構造を測定する構造測定方法であって、
前記金属表面に予め定められた波長領域の光を照射する照射工程と、
前記金属表面からの戻り光を検出する受光工程と、
凹凸高さが予め定められた高さ閾値以下である第１基準金属表面からの戻り光強度に対する測定対象の金属表面からの戻り光強度を示す第１戻り光強度比を算出する第１算出工程と、
前記第１戻り光強度比に基づいて前記測定対象の金属表面の凹凸高さを評価する第１評価工程と
を備える構造測定方法。

【請求項9】

金属表面の凹凸構造を測定するための処理装置であって、
前記金属表面に予め定められた波長領域の光を照射させた場合に検出される、前記金属表面からの戻り光の強度の情報を取得する取得部と、
凹凸高さが予め定められた高さ閾値以下である第１基準金属表面からの戻り光強度に対する測定対象の金属表面からの戻り光強度を示す第１戻り光強度比を算出する第１算出部と、
前記第１戻り光強度比に基づいて前記測定対象の金属表面の凹凸高さを評価する第１評価部と
を備える処理装置。

【請求項10】

金属表面の凹凸構造を測定するための処理プログラムであって、
前記金属表面に予め定められた波長領域の光を照射させた場合に検出される、前記金属表面からの戻り光の強度の情報を取得する取得処理と、
凹凸高さが予め定められた高さ閾値以下である第１基準金属表面からの戻り光強度に対する測定対象の金属表面からの戻り光強度を示す第１戻り光強度比を算出する第１算出処理と、
前記第１戻り光強度比に基づいて前記測定対象の金属表面の凹凸高さを評価する第１評価処理と
をコンピュータに実行させる処理プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属表面の凹凸構造を測定する構造測定システム、構造測定方法、処理装置および処理プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

基板表面の凹凸構造を非接触で測定する方法が提案されている。例えば特許文献１には、化合物半導体基板の主面に測定光を照射し、その反射光を解析することで化合物半導体層の微小な凹凸を識別する凹凸識別方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－００９１７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし上述の特許文献１に記載の方法では、金属表面の凹凸構造を測定できない。また特許文献１に記載の方法は、刻印の読み取りができるだけであって、刻印を形成している凹凸構造の凹凸高さ等の具体的な構造情報まで評価することはできない。

【0005】

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、非接触で金属表面の凹凸構造を測定できる構造測定システム、構造測定方法、処理装置および処理プログラムを提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様にかかる構造測定システムは、金属表面の凹凸構造を測定する構造測定システムである。前記構造測定システムは、前記金属表面に予め定められた波長領域の光を照射する光源と、前記金属表面からの戻り光を検出する受光器と、処理装置とを備える。前記処理装置は、第１算出部と、第１評価部とを備える。前記第１算出部は、凹凸高さが予め定められた高さ閾値以下である第１基準金属表面からの戻り光強度に対する測定対象の金属表面からの戻り光強度を示す第１戻り光強度比を算出する。前記第１評価部は、前記第１戻り光強度比に基づいて前記測定対象の金属表面の凹凸高さを評価する。この構造測定システムは、照射した光に対する戻り光強度を用いるため、非接触で金属表面の凹凸構造の高さを測定できる。

【0007】

ここで、前記第１評価部は、前記第１戻り光強度比が小さいほど、前記測定対象の金属表面の凹凸高さが高いと評価する。これにより構造測定システムは、非接触で金属表面の具体的な凹凸高さ情報を取得できる。また前記高さ閾値は、測定精度の観点から５０ｎｍ以下であることが好ましい。

【0008】

前記構造測定システムは、第２算出部と、第２評価部とを備えてよい。前記第２算出部は、凹凸構造密度が予め定められた密度閾値以下である第２基準金属表面からの戻り光強度に対する測定対象の金属表面からの戻り光強度を示す第２戻り光強度比を算出する。また前記第２評価部は、前記第２戻り光強度比に基づいて前記測定対象の金属表面の凹凸構造密度を評価する。これにより構造測定システムは、非接触で金属表面の凹凸構造の密度を測定できる。ここで、前記第２評価部は、前記第２戻り光強度比が小さいほど、前記測定対象の金属表面の凹凸構造密度が高いと評価する。これにより構造測定システムは、非接触で金属表面の具体的な凹凸構造密度情報を取得できる。

【0009】

また前記予め定められた波長領域は、１０００ｎｍ以下であって、前記金属表面に含まれる金属のエネルギー吸収率が予め定められた吸収率閾値以上の波長領域であることが好ましい。凹凸構造高さがナノオーダーである場合には、レイリー散乱により光閉じ込め効果が促進され、これにより光吸収が促進されるため、凹凸構造に応じた戻り光強度比の変化が顕著に表れることになるからである。したがって、上記波長領域の光を照射することにより、測定精度が高くなる。なお前記金属表面は、銅またはアルミニウムを主成分として含み、前記予め定められた波長領域は、６００ｎｍ以下であってよい。

【0010】

本発明の一態様にかかる構造測定方法は、金属表面の凹凸構造を測定する構造測定方法である。前記構造測定方法は、照射工程と、受光工程と、第１算出工程と、第１評価工程とを備える。前記照射工程は、前記金属表面に予め定められた波長領域の光を照射する工程である。前記受光工程は、前記金属表面からの戻り光を検出する工程である。前記第１算出工程は、凹凸高さが予め定められた高さ閾値以下である第１基準金属表面からの戻り光強度に対する測定対象の金属表面からの戻り光強度を示す第１戻り光強度比を算出する工程である。前記第１評価工程は、前記第１戻り光強度比に基づいて前記測定対象の金属表面の凹凸高さを評価する工程である。この構造測定方法によれば、照射した光に対する戻り光強度を用いるため、非接触で金属表面の凹凸構造の高さを測定できる。

【0011】

本発明の一態様にかかる処理装置は、金属表面の凹凸構造を測定するための処理装置である。前記処理装置は、取得部と、第１算出部と、第１評価部とを備える。前記取得部は、前記金属表面に予め定められた波長領域の光を照射させた場合に検出される、前記金属表面からの戻り光の強度の情報を取得する。前記第１算出部は、凹凸高さが予め定められた高さ閾値以下である第１基準金属表面からの戻り光強度に対する測定対象の金属表面からの戻り光強度を示す第１戻り光強度比を算出する。前記第１評価部は、前記第１戻り光強度比に基づいて前記測定対象の金属表面の凹凸高さを評価する。この処理装置によれば、照射した光に対する戻り光強度を用いるため、非接触で金属表面の凹凸構造の高さを測定できる。

【0012】

本発明の一態様にかかる処理プログラムは、金属表面の凹凸構造を測定するための処理プログラムである。前記処理プログラムは、取得処理と、第１算出処理と、第１評価処理とをコンピュータに実行させる。前記取得処理は、前記金属表面に予め定められた波長領域の光を照射させた場合に検出される、前記金属表面からの戻り光の強度の情報を取得する処理である。前記第１算出処理は、凹凸高さが予め定められた高さ閾値以下である第１基準金属表面からの戻り光強度に対する測定対象の金属表面からの戻り光強度を示す第１戻り光強度比を算出する処理である。前記第１評価処理は、前記第１戻り光強度比に基づいて前記測定対象の金属表面の凹凸高さを評価する処理である。この処理プログラムによれば、照射した光に対する戻り光強度を用いるため、非接触で金属表面の凹凸構造の高さを測定できる。

【発明の効果】

【0013】

本発明により、非接触で金属表面の凹凸構造を測定できる構造測定システム、構造測定方法、処理装置および処理プログラムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態１にかかる構造測定システムの概略構成図である。

【図2】実施形態１にかかる処理装置の機能構成を示すブロック図である。

【図3】実施形態１にかかる処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

【図4】異なる凹凸高さを有するＣｕ材の戻り光強度を示す図である。

【図5】異なる凹凸高さを有するＣｕ材の光吸収率を示す図である。

【図6】異なる凹凸高さを有するＣｕ材の第１戻り光強度比を示す図である。

【図7】異なる凹凸高さを有するＡｌ材の光吸収率を示す図である。

【図8】異なる凹凸高さを有するＡｌ材の戻り光強度を示す図である。

【図9】実施形態１にかかる処理装置の処理手順を示すフローチャートである。

【図10】実施形態１にかかる処理装置の評価処理の手順を示すフローチャートである。

【図11】実施形態２にかかる処理装置の機能構成を示すブロック図である。

【図12】凹凸構造密度を説明するための図である。

【図13】異なる凹凸構造密度を有するＣｕ材の戻り光強度を示す図である。

【図14】実施形態２にかかる処理装置の評価処理の手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、実施形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲にかかる発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略、および簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されている。

【0016】

＜実施形態１＞
まず図１～１０を用いて、本発明の実施形態１について説明する。図１は、実施形態１にかかる構造測定システム１の概略構成図である。構造測定システム１は、金属表面の凹凸構造の状態を測定するシステムである。例えば構造測定システム１は、工場の製造ライン上に設置され、金属表面を有する試料が良品であるか、不良品であるかを検査するために用いられる。

【0017】

本図には、測定対象の試料２の一例が示されている。試料２は、基板３と、基板３の上に形成された金属表面４とを有する。基板３は、平板状の部材である。基板３は、ＣｕやＡｌ等の導電性の金属材料によって構成されるが、これに限らず、ガラス基板またはシリコンウエハであってもよい。金属表面４は、基板３の表面に形成されている金属薄膜である。より詳細には、金属表面４は、基板３の一方の主面（表面）に形成されている。ここで、金属表面４は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉ及びＦｅの何れかを主成分とする金属材料によって構成されている。なお、金属表面４は、基板３の一部として基板３と一体となって形成されていてよい。

【0018】

金属表面４は、ナノオーダーの微細な凹凸形状を有する凹凸部５を含む。凹凸部５は、金属表面４上に形成されている。凹凸部５は、金属表面４の主成分と同じ金属（Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉ及びＦｅの何れか）を主成分とする金属材料によって構成される。

【0019】

本実施形態１では、構造測定システム１は、凹凸構造の状態として凹凸部５の凹凸高さＨを測定する。構造測定システム１は、光源３０と、積分球３２と、受光器３６と、処理装置１０とを備える。

【0020】

光源３０は、金属表面４に予め定められた波長領域の光（照射光）を照射する光源である。ここで予め定められた波長領域とは、後述する処理装置１０の評価処理に用いる波長領域であり、評価用波長とも呼ばれる。評価用波長は、１０００ｎｍ以下であってよい。そして評価用波長は、金属表面４の主成分の金属に応じて定められてよい。そして光源３０は、評価用波長をカバーするランプ、例えば重水素ランプまたはハロゲンランプ等であってもよい。また光源３０は、評価用波長を有するレーザ、例えば半導体レーザ、ＹＡＧ ＳＨＧレーザ、ＹＡＧ ＴＨＧレーザまたはエキシマレーザ等であってもよい。

【0021】

光源３０は、積分球３２の入射開口を介して、積分球３２の、該入射開口と反対側に位置する開口に取り付けられた試料２の金属表面４に、照射光を照射する。入射角θは、予め定められた角度であってよく、例えば１０°以下であってよい。なお入射角θは、金属表面４の主成分の金属に応じて定められてよい。

【0022】

積分球３２は、光源３０から取り込んだ照射光を、散乱（拡散反射）させる中空の球体部材である。積分球３２は、その内面が球形であり、内壁には硫酸バリウム等の反射率の高い光散乱材料が塗布されている。

【0023】

受光器３６は、積分球３２の内部空間の中央に配置され、金属表面４からの戻り光を検出する受光器である。ここで戻り光は、鏡面反射光と、拡散反射光とを合わせた光を指す。つまり照射光は、光源３０から放射され、積分球３２の内部空間を介して、試料２の金属表面４に入射する。そしてその鏡面反射光および拡散反射光は、積分球３２の内壁で反射を繰り返し、最終的に受光器３６に受光される。受光器３６は、処理装置１０に接続され、戻り光を検出したことに応じて処理装置１０に戻り光強度の情報を送信する。

【0024】

処理装置１０は、金属表面４の凹凸構造を測定および評価するためのコンピュータ装置である。処理装置１０は、受光器３６から供給される戻り光強度の情報に基づいて、金属表面４の凹凸構造の状態を算出し、評価する。また処理装置１０は、光源３０に接続され、光源３０に対して照射制御を行う。なお処理装置１０は、試料２を載置するステージ（不図示）の移動制御をしてよい。

【0025】

図２は、実施形態１にかかる処理装置１０の機能構成を示すブロック図である。処理装置１０は、照射制御部１１と、取得部１２と、第１算出部１３と、第１評価部１４と、出力部１５と、記憶部１６とを有する。

【0026】

照射制御部１１は、光源３０に接続され、金属表面に評価用波長の照射光を光源３０に照射させる。

【0027】

取得部１２は、受光器３６に接続され、受光器３６から戻り光強度の情報を受信し、取得する。取得部１２は、取得した戻り光強度の情報を第１算出部１３に供給する。

【0028】

第１算出部１３は、測定対象の金属表面４からの戻り光強度の情報に基づいて、第１戻り光強度比を算出する。ここで第１戻り光強度は、第１基準金属表面からの戻り光強度に対する測定対象である試料２の金属表面４からの戻り光強度を示す。なお第１基準金属表面は、凹凸高さＨが予め定められた高さ閾値以下である凹凸構造を有する金属表面である。高さ閾値は、測定精度の観点から５０ｎｍ以下であることが好ましい。第１基準金属表面からの戻り光強度の情報は、後述する記憶部１６に、第１基準面情報１７として予め記憶されている。第１算出部１３は、算出した第１戻り光強度比の情報を第１評価部１４に供給する。

【0029】

第１評価部１４は、第１戻り光強度比に基づいて試料２の金属表面４の凹凸高さＨを評価する。ここで第１評価部１４は、第１戻り光強度比が小さいほど、試料２の金属表面４の凹凸高さＨが高いと評価する。これにより、非接触で金属表面の具体的な凹凸高さ情報を取得できる。例えば第１評価部１４は、第１戻り光強度比が予め定められた範囲内であるか否かを判定することで、試料２の金属表面４の凹凸高さＨが合格圏内であるか否かを判定する。そして第１評価部１４は、凹凸高さが合格圏内の試料２について、良品であると判定する。また第１評価部１４は、第１戻り光強度比と第１基準金属表面の凹凸高さＨの情報とに基づいて、試料２の金属表面４の凹凸高さＨの値を推定してもよい。第１基準金属表面の凹凸高さＨについては、第１基準金属表面の断面ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像等により、予め取得してよい。そして第１評価部１４は、評価した凹凸高さＨの情報を出力部１５に供給する。

【0030】

出力部１５は、評価した凹凸高さＨの情報を出力する。出力部１５は、凹凸高さＨの情報を表示する表示部（不図示）または音声で出力する音声出力部（不図示）を含んでもよい。また出力部１５は、処理装置１０と通信可能に接続された外部装置（不図示）に凹凸高さＨの情報を送信する送信部（不図示）を含んでもよい。

【0031】

記憶部１６は、処理装置１０の情報処理に必要な情報を記憶する記憶媒体である。本実施形態１では、記憶部１６は、第１基準面情報１７を記憶する。

【0032】

図３は、実施形態１にかかる処理装置１０のハードウェア構成を示すブロック図である。

【0033】

処理装置１０は、主要なハードウェア構成として、プロセッサ１００と、ＲＯＭ１０１（Read Only Memory）と、ＲＡＭ１０２（Random Access Memory）と、インターフェース部１０３（ＩＦ；Interface）とを有する。プロセッサ１００、ＲＯＭ１０１、ＲＡＭ１０２およびインターフェース部１０３は、データバスなどを介して相互に接続されている。

【0034】

プロセッサ１００は、制御処理および演算処理等を行う演算装置としての機能を有する。プロセッサ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）、ＤＳＰ（digital signal processor）またはＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）並びにこれらの組み合わせであってよい。ＲＯＭ１０１は、プロセッサ１００によって実行される制御プログラムおよび演算プログラム等を記憶するための機能を有する。ＲＡＭ１０２は、処理データ等を一時的に記憶するための機能を有する。インターフェース部１０３は、有線または無線を介して外部と信号の入出力を行う。また、インターフェース部１０３は、ユーザによるデータの入力の操作を受け付け、ユーザに対して情報を表示する。例えば、インターフェース部１０３は、光源３０および受光器３６と通信を行う。

【0035】

以下では、第１評価部１４による評価処理の前提となる、凹凸高さＨおよび第１戻り光強度比の関係について説明するが、まず試料２の作製方法の一例を説明する。

【0036】

（試料２の作製方法）
まず、凹凸部５が形成される前の金属部材（以下、プレ金属部材と称す）を準備する。なお、プレ金属部材には、金属表面４が設けられており、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉ及びＦｅの何れかを主成分とする金属材料によって構成されている。ここでは、金属表面４が、Ｃｕを主成分とする金属材料（以下、Ｃｕ材と呼ぶ）、例えばＣ１１００材によって構成されている場合を例に説明する。次にプレ金属部材に設けられた金属表面４の所定領域にパルスレーザを照射する。これにより所定領域における金属表面４の一部は溶融し、溶融金属が蒸発して、ガス雰囲気中に放出され、金属蒸気となる。その後、金属蒸気が凝縮またはガスとの反応により粒子になり、金属表面４に堆積・凝固する。金属表面４の各領域でこれを繰り返すことにより凹凸部５は形成される。パルスレーザの照射条件は、主成分となる金属に応じて異なるが、Ｃ１１００材の場合は例えば、ピーク出力が１０ｋＷ以上、パルス幅が１～１０００ｎｓ、レーザスポット径が７５μｍ以下、スポット間隔が５９μｍ以下である。ここでは、パルスレーザの照射条件を変化させることで、異なる凹凸高さＨの金属表面を作製する。

【0037】

（凹凸高さＨおよび第１戻り光強度比の関係）
次に、凹凸高さＨおよび第１戻り光強度比の関係について説明する。図４は、異なる凹凸高さＨを有するＣｕ材の戻り光強度を示す図である。本図の横軸は、光源３０の照射光の波長［ｎｍ］を示し、縦軸は戻り光強度［％］を示す。なお本図の戻り光強度については、紫外可視分光光度計（SHIMADZU製 SolidSpec-3700）を用いて２００～２０００［ｎｍ］で測定した。図の点線は凹凸高さＨが高い試料２（「Ｈ＿高」）の戻り光強度を示し、実線は凹凸高さＨが中程度の試料２（「Ｈ＿中」）の戻り光強度を示し、一点鎖線は凹凸高さＨが低い試料２（「Ｈ＿低」）の戻り光強度を示す。なお図示しない断面ＳＥＭ画像により、本図の「Ｈ＿高」の凹凸高さＨは１２３［ｎｍ］、「Ｈ＿中」の凹凸高さＨは６９．０［ｎｍ］、「Ｈ＿低」の凹凸高さＨは２７．８［ｎｍ］であることがわかっている。

【0038】

本図に示すように、光照射による戻り光強度は、ナノオーダーの凹凸構造が全面に形成されていれば、凹凸高さＨに関わらず、短波長になるほどマクロ的に０に収束していく。これは、レイリー散乱によって光が散乱し、散乱した光が表面プラズモン共鳴によって金属表面に吸収されるからであると考えられる。

【0039】

図５は、異なる凹凸高さを有するＣｕ材の光吸収率を示す図である。光吸収率は、入射光強度から戻り光強度と透過光強度とを減じた値であるが、本例では透過光強度は０に近いため、入射光強度から戻り光強度を減じることで算出される。本図に示すように、「Ｈ＿高」、「Ｈ＿中」および「Ｈ＿低」の光吸収率は、６００ｎｍ以下で高い値を示している。これは、ナノオーダーの凹凸構造を有する金属表面４の光吸収特性が、主成分金属のバルクの光吸収特性と類似していることを示している。したがって、「Ｈ＿高」、「Ｈ＿中」および「Ｈ＿低」の金属表面４は、酸化物等に変質することなく、純金属と同様に、表面プラズモン共鳴により光吸収が生じていることがわかる。

【0040】

ここで、１０００ｎｍ以下、特に主成分金属のバルクでのエネルギー吸収率が高い波長領域、の照射光に対する戻り光強度の、凹凸高さＨによる影響を見るために、「Ｈ＿高」および「Ｈ＿中」のそれぞれの戻り光強度を、「Ｈ＿低」の戻り光強度で除した値を算出し、これを第１戻り光強度比Ａとする。すなわち、本例では、「Ｈ＿低」の金属表面４が第１基準金属表面となる。しかし第１基準金属表面はこれに限らず、主成分として含まれる金属に応じて定められる凹凸高さＨを有する金属表面４であってもよく、例えば５０ｎｍ以下の凹凸高さＨを有する金属表面４であってもよい。なお主成分金属のバルクでのエネルギー吸収率は、分光放射率であってよく、例えば放射温度計により金属部材の表面温度を測定することで得られる。

【0041】

図６は、異なる凹凸高さを有するＣｕ材の第１戻り光強度比Ａを示す図である。図の点線は「Ｈ＿高」の第１戻り光強度比Ａを示し、実線は「Ｈ＿中」の第１戻り光強度比Ａを示す。本図に示すように、「Ｈ＿高」および「Ｈ＿中」の第１戻り光強度比Ａはいずれも、全測定波長領域で１より小さくなっている。そして凹凸高さＨが高いほど、第１戻り光強度比Ａは小さくなり、この傾向は、短波長になるほど、具体的には主成分金属のバルクのエネルギー吸収率が高い波長領域以下の波長領域で、顕著になっている。なおＣｕ材の場合は、エネルギー吸収率が高い波長領域以下の波長領域は、６００ｎｍ以下である。

【0042】

このことは以下のように説明できる。すなわち凹凸高さＨが高いほど、短波長側で生じるレイリー散乱が大きくなり、凹凸構造内に光が閉じ込められる。そしてこのような光閉じ込め効果が大きいほど、表面プラズモン共鳴による光吸収が促進される。これにより、「Ｈ＿高」の短波長側の第１戻り光強度比Ａは、より凹凸高さＨが低い「Ｈ＿中」の短波長側の第１戻り光強度比Ａよりも小さくなる。

【0043】

以上、金属表面４がＣｕ材である場合の凹凸高さＨおよび第１戻り光強度比の関係について説明したが、他の金属材料、例えばアルミニウムを主成分とする金属材料（Ａｌ材）によって構成される場合についても同様である。

【0044】

図７は、異なる凹凸高さを有するＡｌ材の光吸収率を示す図である。例えばＡｌ材は、Ａ１０５０である。本図に示すように、「Ｈ＿高」、「Ｈ＿中」および「Ｈ＿低」の光吸収率は、３００ｎｍ付近で第１ピークをとり（ｐ１）、また８００～９００ｎｍ付近で第２ピークをとる（ｐ２）。これは、ナノオーダーの凹凸構造を有する金属表面４の光吸収特性は、主成分金属のバルクの光吸収特性と類似していることを示している。したがって、Ａｌ材についても、「Ｈ＿高」、「Ｈ＿中」および「Ｈ＿低」の金属表面４は、酸化物等に変質することなく、純金属と同様に、表面プラズモン共鳴により光吸収が生じていることがわかる。

【0045】

そしてＡｌ材についても、１０００ｎｍ以下、特に主成分金属のバルクでのエネルギー吸収率が高い波長領域、において、戻り光強度の凹凸高さＨによる影響が顕著になる。図８は、異なる凹凸高さを有するＡｌ材の戻り光強度を示す図である。本図に示すように、戻り光強度は、「Ｈ＿低」、「Ｈ＿中」、「Ｈ＿高」の順に小さくなる。したがって第１基準金属表面を「Ｈ＿低」の金属表面４とすると、「Ｈ＿高」の第１戻り光強度比Ａは、より凹凸高さＨが低い「Ｈ＿中」の第１戻り光強度比Ａよりも小さくなる。そしてこのような傾向は、短波長側で、特に図７の第１ピーク（ｐ１）に相当する波長領域付近で顕著になっている。

【0046】

このように短波長側では凹凸高さＨが高いほど第１戻り光強度比Ａが小さくなるため、第１評価部１４は、第１戻り光強度比Ａに基づいて試料２の金属表面４の凹凸高さＨを評価することができる。そして評価用波長は、金属表面４に主成分として含まれる金属（バルク）のエネルギー吸収率が予め定められた吸収率閾値以上の波長または波長領域であることが好ましい。一例として金属表面４がＣｕ材またはＡｌ材の場合は、評価用波長は、６００ｎｍ以下である。６００ｎｍ以下であれば、レイリー散乱の発生頻度が上昇し、光吸収が促進される。したがって凹凸高さＨによる第１戻り光強度比Ａの違いが顕著に表れるため、評価精度が向上する。なお金属表面４がＡｌ材の場合は、評価用波長は、第１ピークに合わせて４００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。

【0047】

図９は、実施形態１にかかる処理装置１０の処理手順を示すフローチャートである。
まず金属表面４の主面を、ｎ個（ｎは自然数）の区間の領域に仮想的に分割する。１区間あたりの領域は、例えば光源３０が一度に照射可能な領域である。そして処理装置１０は、区間毎に以下のステップＳ１０～１２を繰り返す。

【0048】

まず処理装置１０の照射制御部１１は、光源３０に対して制御信号を送信し、試料２の金属表面４のｉ番目の区間の領域に対して所定の波長領域の照射光を照射させる（ステップＳ１０；光照射工程）。本例では、金属表面４がＣｕ材の場合は、照射光の波長は６００ｎｍ以下とし、入射角θは８°とする。金属表面４がＡｌ材の場合も、照射光の波長は６００ｎｍ以下とし、入射角θは８°とする。

【0049】

これにより受光器３６が金属表面４からの戻り光を検出する（ステップＳ１１；受光工程）。そして処理装置１０の取得部１２は、該当区間の戻り光強度の情報を受光器３６から取得する（ステップＳ１２）。取得部１２は、記憶部１６に取得した戻り光強度の情報を記憶してよい。

【0050】

そしてステップＳ１３において、処理装置１０の第１算出部１３および第１評価部１４は、後述する評価処理を実行する。

【0051】

ステップＳ１４において、処理装置１０の出力部１５は、評価結果を出力し、処理を終了する。本例では、出力部１５は、試料２が良品であるか、不良品であるかを出力する。

【0052】

図１０は、実施形態１にかかる処理装置１０の評価処理の手順を示すフローチャートである。なお区間番号ｉの初期値は１である。

【0053】

まず処理装置１０は、区間番号ｉが全区間数ｎ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。これにより処理装置１０は、金属表面４全体を測定したか否かを判定する。処理装置１０は、区間番号ｉが全区間数ｎを超えた場合（ステップＳ２０でＮＯ）、金属表面４が全体として良品の粗化面であると判定し（ステップＳ２１）、処理を終了する。一方、処理装置１０は、区間番号ｉが全区間数ｎ以下である場合（ステップＳ２０でＹＥＳ）、処理をステップＳ２２に進める。

【0054】

ステップＳ２２において、処理装置１０の第１算出部１３は、記憶部１６の第１基準面情報１７と、ｉ番目の区間の戻り光強度の情報とを用いて、ｉ番目の区間の第１戻り光強度比Ａを算出する。本ステップは、第１算出工程と呼ばれる。なお評価用波長が所定幅を有している場合には、まず第１算出部１３は、評価用波長領域におけるｉ番目の区間の戻り光強度の平均値を算出する。そして第１算出部１３は、ｉ番目の区間の戻り光強度の平均値を、評価用波長領域における第１基準金属表面の戻り光強度の平均値で除し、得られた値をｉ番目の区間の第１戻り光強度比Ａとする。第１算出部１３は、ｉ番目の区間の第１戻り光強度比Ａの情報を第１評価部１４に供給する。

【0055】

次にステップＳ２３において、第１評価部１４は、ｉ番目の区間の第１戻り光強度比Ａが所定範囲内であるか否かを判定する。本ステップは、第１評価工程と呼ばれる。本例では、第１評価部１４は、ｉ番目の区間の第１戻り光強度比Ａが所定数ｄより大きく、かつ所定数ｅより小さいか否かを判定する。第１評価部１４は、ｉ番目の区間の第１戻り光強度比Ａが所定範囲内である場合には（ステップＳ２３でＹＥＳ）、ｉ番目の区間の凹凸高さＨを合格と判定し（ステップＳ２４）、ｉの値をインクリメントし（ステップＳ２７）、処理をステップＳ２０に戻す。すなわち、第１評価部１４は、次の区間の凹凸高さＨの評価を進める。

【0056】

一方、第１評価部１４は、ｉ番目の区間の第１戻り光強度比Ａが所定範囲外である場合には（ステップＳ２３でＮＯ）、ｉ番目の区間の凹凸高さを不合格と判定し（ステップＳ２５）、全体ＮＧ率を算出する。全体ＮＧ率は、全区間数ｎに対する累計の不合格区間数の割合であり、本例では百分率である。第１評価部１４は、全体ＮＧ率が所定数ｆよりも小さいか否かを判定し（ステップＳ２６）、小さい場合（ステップＳ２６でＹＥＳ）処理をステップＳ２７に進める。一方で、第１評価部１４は、全体ＮＧ率が所定数ｆ以上となった場合（ステップＳ２６でＮＯ）、金属表面４が全体として不良品の粗化面であると判定し（ステップＳ２８）、処理を終了する。

【0057】

なお第１評価部１４は、試料２の金属表面が良品または不良品であるかを判定したが、これに代えてまたは加えて、試料２の金属表面４の凹凸高さＨの値を推定してもよい。具体的には、例えば第１評価部１４は、第１基準金属表面の凹凸高さＨおよび第１戻り光強度比Ａからｉ番目の区間の凹凸高さＨを推定する。そして第１評価部１４は、推定した全区間の凹凸高さＨの平均をとることで、試料２の金属表面４全体の凹凸高さＨを推定する。

【0058】

このように実施形態１によれば、構造測定システム１は、非接触で金属表面４の凹凸構造の高さを測定できる。そして構造測定システム１は、凹凸構造に応じた戻り光強度比の変化が顕著に表れるように光源３０の波長領域を金属表面４に含まれる金属に応じて定めることで、測定精度を向上させることができる。

【0059】

＜実施形態２＞
次に図１１～１４を用いて、本発明の実施形態２について説明する。実施形態２は、構造測定システム１が金属表面４の凹凸高さＨに加えて、凹凸構造密度Ｄを測定することに特徴を有する。本実施形態２にかかる構造測定システム１は、処理装置１０に代えて処理装置１０ａを備える。

【0060】

図１１は、実施形態２にかかる処理装置１０ａの機能構成を示すブロック図である。処理装置１０ａは、基本的に処理装置１０と同様の構成および機能を有するが、第２算出部１８および第２評価部１９と、記憶部１６に代えて記憶部１６ａとを有する点で処理装置１０と相違する。なお取得部１２は、取得した測定対象の金属表面４からの戻り光強度の情報を、第１算出部１３に加えて第２算出部１８に供給するものとする。

【0061】

第２算出部１８は、測定対象の金属表面４からの戻り光強度の情報に基づいて、第２戻り光強度比を算出する。ここで第２戻り光強度比は、第２基準金属表面からの戻り光強度に対する測定対象の金属表面４からの戻り光強度を示す。なお第２基準金属表面は、凹凸構造密度Ｄが予め定められた密度閾値以下である凹凸構造を有する金属表面である。凹凸構造密度Ｄおよび密度閾値については後述する。第２基準金属表面からの戻り光強度の情報は、後述する記憶部１６ａに、第２基準面情報２０として予め記憶されている。第２算出部１８は、算出した第２戻り光強度比の情報を第２評価部１９に供給する。

【0062】

第２評価部１９は、第２戻り光強度比に基づいて測定対象の金属表面４の凹凸構造密度Ｄを評価する。ここで第２評価部１９は、第２戻り光強度比が小さいほど、測定対象の金属表面４の凹凸構造密度Ｄが高いと評価する。これにより、非接触で金属表面の具体的な凹凸構造密度情報を取得できる。例えば第２評価部１９は、第２戻り光強度比が予め定められた範囲内であるか否かを判定することで、試料２の金属表面４の凹凸構造密度Ｄが合格圏内であるか否かを判定する。そして第２評価部１９は、凹凸高さＨかつ凹凸構造密度Ｄが合格圏内である試料２について、良品であると判定する。また第２評価部１９は、第２戻り光強度比と第２基準金属表面の凹凸構造密度Ｄの情報とに基づいて、試料２の金属表面４の凹凸構造密度Ｄの値を推定してもよい。第２評価部１９は、評価した凹凸構造密度Ｄの情報を出力部１５に供給する。

【0063】

記憶部１６ａは、第１基準面情報１７に加えて第２基準面情報２０を記憶する。

【0064】

図１２は、凹凸構造密度Ｄを説明するための図である。本図は、試料２の金属表面４の上面図である。凹凸構造密度Ｄは、凹凸構造の間隔ｄに基づいて算出され、凹凸構造の間隔ｄが大きいほど、凹凸構造密度Ｄは小さい値をとる。本実施形態２では、凹凸構造密度Ｄは、凹凸構造の間隔ｄに基づいて算出される単位面積当たりの隙間面積Ｓの、逆数であってよい。単位面積当たりの隙間面積Ｓは、凹凸構造の間隔ｄに基づいて算出される凹凸構造間の隙間面積ｓと、単位面積当たりの凹凸構造の数とから算出される。

【0065】

（凹凸構造密度Ｄおよび第２戻り光強度比の関係）
以下では、凹凸構造密度Ｄおよび第２戻り光強度比の関係について説明する。試料２の作製については、実施形態１と同様であり、パルスレーザの照射条件を変化させることで、異なる凹凸構造密度Ｄの金属表面を作製する。

【0066】

図１３は、異なる凹凸構造密度を有するＣｕ材の戻り光強度を示す図である。本図の横軸は、光源３０の照射光の波長［ｎｍ］を示し、縦軸は戻り光強度［％］を示す。図の点線は凹凸構造密度Ｄが高い試料２（「Ｄ＿高」）の戻り光強度を示し、実線は凹凸構造密度Ｄが中程度の試料２（「Ｄ＿中」）の戻り光強度を示し、一点鎖線は凹凸構造密度Ｄが低い試料２（「Ｄ＿低」）の戻り光強度を示す。本図では、「Ｄ＿高」の凹凸構造密度Ｄは１．２２×１０^２、「Ｄ＿中」の凹凸構造密度Ｄは７３．９、「Ｄ＿低」の凹凸構造密度Ｄは１である。つまり本例では「Ｄ＿低」は、凹凸構造を作製しない場合の試料２である。

【0067】

本図に示すように、光照射による戻り光強度は、ナノオーダーの凹凸構造がある程度密に形成されていれば、短波長になるほどレイリー散乱によって散乱し、表面プラズモン共鳴による吸収により、マクロ的に０に収束していく。しかし短波長領域であっても凹凸構造密度Ｄが低くなるほど、戻り光強度は高い値を有する。これは、レイリー散乱の効果が小さくなり、鏡面反射光が増えるためである。この傾向は、凹凸高さＨの場合と同様に、レイリー散乱が発生し、かつ主成分金属のバルクのエネルギー吸収率が高い波長領域以下の波長領域で、顕著になっている。本図のＣｕ材の場合は、この傾向は、６００ｎｍ以下で顕著に表れる。なお図示しないが、Ａｌ材の場合でも、この傾向は、６００ｎｍ以下で顕著に表れ、４００ｎｍ以下でより顕著に表れる。

【0068】

そこで実施形態２では、処理装置１０ａは、「Ｄ＿高」および「Ｄ＿中」のそれぞれの戻り光強度を、「Ｄ＿低」の戻り光強度で除した値を算出し、これを第２戻り光強度比Ｒとする。すなわち、本例では、「Ｄ＿低」の金属表面４が第２基準金属表面となる。しかし第２基準金属表面はこれに限らず、例えば凹凸構造密度Ｄが５０以下、さらに好ましくは１０以下の金属表面４であってよい。

【0069】

凹凸構造密度Ｄの評価用波長は、凹凸高さＨの場合と同様に、金属表面４に主成分として含まれる金属のエネルギー吸収率が予め定められた吸収率閾値以上の波長または波長領域であることが好ましい。一例として金属表面４がＣｕ材またはＡｌ材の場合は、評価用波長は、６００ｎｍ以下である。

【0070】

図１４は、実施形態２にかかる処理装置１０ａの評価処理の手順を示すフローチャートである。本図に示すステップは、図９に示すステップＳ２２に代えて、ステップＳ３０～３４を含む。なお図９に示すステップと同様のステップについては、適宜説明を省略する。

【0071】

まずｉ番目の区間について、処理装置１０ａの第１評価部１４は、第１戻り光強度比Ａを算出し、第２算出部１８は、第２戻り光強度比Ｒを算出する（ステップＳ３０）。このとき第２算出部１８は、記憶部１６の第２基準面情報２０と、ｉ番目の区間の戻り光強度の情報とを用いて、第２戻り光強度比Ｒを算出する。第２戻り光強度比Ｒの算出方法については、第１戻り光強度比Ａの算出方法の説明の、第１基準金属表面を第２基準金属表面に読み替えて、説明を省略する。第１算出部１３は、ｉ番目の区間の第１戻り光強度比Ａの情報を第１評価部１４に供給し、第２算出部１８は、ｉ番目の区間の第２戻り光強度比Ｒの情報を第２評価部１９に供給する。

【0072】

次にステップＳ３１において、第２評価部１９は、ｉ番目の区間の第２戻り光強度比Ｒが所定範囲内であるか否かを判定する。本例では、第２評価部１９は、ｉ番目の区間の第２戻り光強度比Ｒが所定数ａより大きく、かつ所定数ｂより小さいか否かを判定する。第２評価部１９は、ｉ番目の区間の第２戻り光強度比Ｒが所定範囲内である場合には（ステップＳ３１でＹＥＳ）、ｉ番目の区間の凹凸構造密度Ｄは合格であると判定し（ステップＳ３２）、処理をステップＳ２３に進める。

【0073】

一方、第２評価部１９は、ｉ番目の区間の第２戻り光強度比Ｒが所定範囲外である場合には（ステップＳ３１でＮＯ）、ｉ番目の区間の凹凸構造密度Ｄは不合格であると判定し（ステップＳ３３）、全体ＮＧ率を算出する（ステップＳ３４）。第２評価部１９は、全体ＮＧ率が所定数ｃよりも小さいか否かを判定し（ステップＳ３４）、小さい場合（ステップＳ３４でＹＥＳ）処理をステップＳ２３に進める。一方で、第２評価部１９は、全体ＮＧ率が所定数ｃ以上である場合（ステップＳ３４でＮＯ）、金属表面４が全体として不良品の粗化面であると判定し（ステップＳ２８）、処理を終了する。

【0074】

なお上述の例において、第２算出部１８は、第２戻り光強度Ｒを算出したが、単に評価用波長における戻り光強度、または戻り光強度の平均値を算出するだけでもよい。

【0075】

また第２評価部１９は、第１評価部１４と同様に試料２の金属表面が良品または不良品であるかを判定したが、これに代えて、試料２の金属表面４の凹凸構造密度Ｄの値を推定してもよい。例えば第２評価部１９は第１基準金属表面の凹凸構造密度Ｄおよび第２戻り光強度比Ｒからｉ番目の区間の凹凸構造密度Ｄを推定する。そして第１評価部１４は、推定した全区間の凹凸構造密度Ｄの平均をとることで、試料２の金属表面４全体の凹凸構造密度Ｄを推定する。

【0076】

このように実施形態２によれば、構造測定システム１は、金属表面４の凹凸構造の高さに加えて凹凸構造密度を非接触で測定できる。そして構造測定システム１は、凹凸構造に応じた戻り光強度比の変化が顕著に表れるように光源３０の波長領域を金属表面４に含まれる金属に応じて定めることで、測定精度を向上させることができる。

【0077】

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば実施形態１～２において、処理装置１０，１０ａは、光源３０の照射制御および試料２のステージの移動制御を行うとしたが、本機能は省略されてもよい。

【0078】

また実施形態２では、処理装置１０ａは、評価対象が凹凸高さＨおよび凹凸構造密度Ｄの両方であったが、これに代えて凹凸構造密度Ｄのみであってもよい。この場合、処理装置１０ａの第１算出部１３および第１評価部１４は、省略されてよい。

【0079】

上述の実施形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、構造測定方法にかかる各種処理を、プロセッサにコンピュータプログラム、例えば処理プログラムを実行させることにより実現することも可能である。

【0080】

上述の例において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

【0081】

上述の実施形態ではコンピュータは、パーソナルコンピュータやワードプロセッサ等を含むコンピュータシステムで構成される。しかしこれに限らず、コンピュータは、ＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク）のサーバ、コンピュータ（パソコン）通信のホスト、インターネット上に接続されたコンピュータシステム等によって構成されることも可能である。また、ネットワーク上の各機器に機能分散させ、ネットワーク全体でコンピュータを構成することも可能である。

【符号の説明】

【0082】

１ 構造測定システム
２ 試料
３ 基板
４ 金属表面
５ 凹凸部
１０，１０ａ 処理装置
１１ 照射制御部
１２ 取得部
１３ 第１算出部
１４ 第１評価部
１５ 出力部
１６，１６ａ 記憶部
１７ 第１基準面情報
１８ 第２算出部
１９ 第２評価部
２０ 第２基準面情報
３０ 光源
３２ 積分球
３６ 受光器
１００ プロセッサ
１０１ ＲＯＭ
１０２ ＲＡＭ
１０３ インターフェース部（ＩＦ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】