(57)【要約】【課題】結露の核となり得る試料表面の付着物の大きさ測定できるようにする。【解決手段】試料表面で結露を生じさせる冷却機構４８と、冷却機構４８によって試料表面に発生した露の成長度合いを導出するとともに、この導出された成長度合いに基づいて、付着物の大きさを導出する導出処理部と、が含まれている。導出処理部は、試料表面上の複数の露について成長度合いを導出するとともに、成長度合いの最も小さい露についての成長度合いに対して所定の閾値以上の成長度合いを有する露については除外して統計処理して付着物の大きさを導出する。露の成長度合いは、所定時間ごとに測定された試料表面上の露の粒径の変化割合に基づいている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面の付着物であって結露の核となり得るものの大きさを測定する装置であって、
前記試料表面で結露を生じさせる結露誘起手段と、
前記結露誘起手段によって前記試料表面に発生した露の成長度合いを導出するとともに、この導出された成長度合いに基づいて、前記付着物の大きさを導出する導出手段と、が含まれている結露核測定装置。
【請求項２】
前記結露誘起手段は、前記試料表面を露点以下に冷却する冷却部を含む請求項１に記載の結露核測定装置。
【請求項３】
前記導出手段は、前記試料表面上の複数の露について成長度合いを導出するとともに、成長度合いの最も小さい露についての成長度合いに対して所定の閾値以上の成長度合いを有する露については、導出対象又は測定結果から除外する請求項１又は２に記載の結露核測定装置。
【請求項４】
前記露の成長度合いは、所定時間ごとに測定された前記試料表面上の露の粒径の変化割合に基づいている請求項１から３の何れか1項に記載の結露核測定装置。
【請求項５】
前記粒径は、所定方向の露の幅を複数個所測定したうちの最大幅によって規定される請求項４に記載の結露核測定装置。
【請求項６】
前記粒径は、前記試料表面が基準平面に対して傾斜している場合に、その傾斜角度に応じて補正される請求項４又は５に記載の結露核測定装置。
【請求項７】
試料がセットされる試料台と、
撓み変形可能な先端部を有するプローブと、
前記プローブの先端部を振動させる励振部と、
前記プローブの先端部の振動に応じて前記プローブの先端部と前記露又は前記試料との接触又は近接を判定する判定部と、
前記試料台に対する前記プローブの相対的な位置を変えさせる変位機構と、
前記試料台に対する前記プローブの相対変位量を測定する相対変位量導出部と、が含まれ、
前記導出手段は、前記判定部による接触又は近接の有無及び前記相対変位量導出部によって測定された相対変位量に基づいて、前記露の粒径を測定する請求項１から６の何れか１項に記載の結露核測定装置。
【請求項８】
前記導出手段は、前記露を画面上に拡大表示させ、この拡大表示された画像のデータから前記露の粒径を測定する請求項１から６の何れか１項に記載の結露核測定装置。
【請求項９】
前記露に照射される測定光と、光路長を可変な状態で参照面に照射される参照光とを干渉させて、この干渉光を検出する光学系を有し、
検出された前記干渉光の強度から算出される測定光及び参照光の位相差と、測定光の波長とから露の表面位置を算出する一方、この試料表面位置を光軸とは直交する方向に複数測定することにより、前記露の粒径を測定する請求項１から６の何れか１項に記載の結露核測定装置。
【請求項１０】
試料表面の付着物であって結露の核となり得るものの大きさを測定する方法であって、
前記試料表面で結露を生じさせる結露誘起ステップと、
前記結露誘起ステップで前記試料表面に発生した露の成長度合いに基づいて、前記付着物の大きさを導出する導出ステップと、が含まれている結露核測定方法。
【請求項１１】
前記結露誘起ステップでは、前記試料表面を露点以下に冷却する請求項１０に記載の結露核測定方法。
【請求項１２】
前記導出ステップでは、前記試料表面上の多数の露について成長度合いを導出するとともに、成長度合いの最も小さい露についての成長度合いに対して所定の閾値以上の成長度合いを有する露については導出対象又は測定結果から除外する請求項１０又は１１に記載の結露核測定方法。
【請求項１３】
前記露の成長度合いは、前記試料表面上の露の粒径を所定時間ごとに測定したときの粒径の変化割合に基づいている請求項１０から１２の何れか1項に記載の結露核測定方法。
【請求項１４】
前記粒径は、所定方向の露の幅を複数個所測定したうちの最大幅によって規定される請求項１３に記載の結露核測定方法。
【請求項１５】
前記粒径は、前記試料表面が基準平面に対して傾斜している場合に、その傾斜角度によって補正される請求項１３又は１４に記載の結露核測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結露核測定装置及び結露核測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１、２及び３に開示されているように、試料の周囲気体を冷却して試料表面を結露させ、この結露の具合によって試料表面の性状を観察する試料表面検査方法が知られている。
【０００３】
一方、特許文献４、５及び６に開示されているように、試料を冷却して表面を結露させ、この結露の生じた試料表面に検査光を照射するとともにその散乱光を検出することにより、試料表面の汚染を検出する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１９８０４５号公報
【特許文献２】特開平２−１６８１５０号公報
【特許文献３】特開平９−１２７００６号公報
【特許文献４】特開平５−３４０８８５号公報
【特許文献５】特開平５−２４０７９７号公報
【特許文献６】特開平１１−２０１９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の特許文献１〜６は、結露を利用して表面の汚染の有無を検出することができるが、結露の核となる付着物（汚染粒）の大きさを測定できるものではない。
【０００６】
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、結露の核となり得る試料表面の付着物の大きさを測定できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、本発明は、試料表面の付着物であって結露の核となり得るものの大きさを測定する装置であって、前記試料表面で結露を生じさせる結露誘起手段と、前記結露誘起手段によって前記試料表面に発生した露の成長度合いを導出するとともに、この導出された成長度合いに基づいて、前記付着物の大きさを導出する導出手段と、が含まれている結露核測定装置である。
【０００８】
本発明では、試料表面で結露を生じさせるとともに、この試料表面に発生した露の成長度合いに基づいて、核となり得る試料表面の付着物の大きさを導出することができる。
【０００９】
ここで、前記結露誘起手段は、前記試料表面を露点以下に冷却する冷却部を含むのが好ましい。この態様では、試料表面に確実に結露を生じさせることができる。
【００１０】
また、前記導出手段は、前記試料表面上の複数の露について成長度合いを導出するとともに、成長度合いの最も小さい露についての成長度合いに対して所定の閾値以上の成長度合いを有する露については導出対象又は測定結果から除外するのが好ましい。所定の閾値以上の成長度合いを示す露については、露同士が融合して成長したもの（融合成長）であると推測される。このため、この態様のように、所定の閾値以上の成長度合いを示すデータを除外することにより、露が単独で成長する（独立成長）ときの成長度合いを求めることができるので、露の核の大きさを精度よく求めることができる。
【００１１】
また、前記露の成長度合いは、所定時間ごとに測定された前記試料表面上の露の粒径の変化割合に基づいているのが好ましい。この態様では、露の粒径を所定時間ごとに測定し、その変化割合から露の成長度合いを導出することができる。そして、粒径の変化割合を結露開始時点まで外挿することにより、試料の付着物の大きさを求めることができる。
【００１２】
この態様において、前記粒径は、所定方向の露の幅を複数個所測定したうちの最大幅によって規定されるのが好ましい。この態様では、露が断面円形状でない場合にも粒径を規定することができ、しかも測定時の演算ステップを軽減することができる。
【００１３】
また、前記粒径は、前記試料表面が基準平面に対して傾斜している場合に、その傾斜角度に応じて補正されるのが好ましい。試料表面が基準平面に対して傾斜している場合にそのまま粒径を測定すると測定誤差の要因となり得るが、この態様では、傾斜角度に応じて測定値を補正するので、測定精度を向上することができる。
【００１４】
また、前記結露核測定装置は、試料がセットされる試料台と、撓み変形可能な先端部を有するプローブと、前記プローブの先端部を振動させる励振部と、前記プローブの先端部の振動に応じて前記プローブの先端部と前記露又は前記試料との接触又は近接を判定する判定部と、前記試料台に対する前記プローブの相対的な位置を変えさせる変位機構と、前記試料台に対する前記プローブの相対変位量を測定する相対変位量導出部と、が含まれ、前記導出手段は、前記判定部による接触又は近接の有無及び前記相対変位量導出部によって測定された相対変位量に基づいて、前記露の粒径を測定するようにしてもよい。この態様では、プローブの先端部を振動させながら、試料台に対するプローブの相対的な位置を変え、プローブの先端部の振動に応じてプローブ先端部と露又は試料との接触又は近接を判定し、その判定結果に基づいて露の粒径を測定する。つまり、プローブの先端部が露又は試料に接触又は近接するとせん断力を受けるので、プローブ振動の振幅が減衰する。測定部がこの減衰を検出するとともに、そのときのプローブの相対変位量に基づいて露の形状を測定することができる。
【００１５】
また、前記導出手段は、前記露を画面上に拡大表示させ、この拡大表示された画像のデータから前記露の粒径を測定するようにしてもよい。この態様では、画面上に表示された画像のデータから露の粒径を測定することができる。
【００１６】
また、前記結露核測定装置は、前記露に照射される測定光と、光路長を可変な状態で参照面に照射される参照光とを干渉させて、この干渉光を検出する光学系を有し、検出された前記干渉光の強度から算出される測定光及び参照光の位相差と、測定光の波長とから露の表面位置を算出する一方、この試料表面位置を光軸とは直交する方向に複数測定することにより、前記露の粒径を測定するようにしてもよい。この態様では、干渉光の強度変化から露の表面位置を算出できるとともに、この表面位置から得られる露の表面が連続面であるとして、露の形状を算出することができる。そして、この露の形状から露の粒径を導出することができる。
【００１７】
本発明は、試料表面の付着物であって結露の核となり得るものの大きさを測定する方法であって、前記試料表面で結露を生じさせる結露誘起ステップと、前記結露誘起ステップで前記試料表面に発生した露の成長度合いに基づいて、前記付着物の大きさを導出する導出ステップと、が含まれている結露核測定方法である。
【００１８】
前記結露誘起ステップでは、前記試料表面を露点以下に冷却するのが好ましい。
【００１９】
前記導出ステップでは、前記試料表面上の多数の露について成長度合いを導出するとともに、成長度合いの最も小さい露についての成長度合いに対して所定の閾値以上の成長度合いを有する露については導出対象又は測定結果から除外するのが好ましい。
【００２０】
前記結露核測定方法において、前記露の成長度合いは、前記試料表面上の露の粒径を所定時間ごとに測定したときの粒径の変化割合に基づいているのが好ましい。
【００２１】
また、前記粒径は、所定方向の露の幅を複数個所測定したうちの最大幅によって規定されるのが好ましい。
【００２２】
また、前記粒径は、前記試料表面が基準平面に対して傾斜している場合に、その傾斜角度によって補正されるのが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、結露の核となり得る試料表面の付着物の大きさを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る測定装置の概略構成を示す図である。
【図２】前記測定装置の変位測定部及びＺ軸変位機構の構成を説明するための概略図である。
【図３】前記測定装置のＸ軸及びＹ軸変位機構の構成を説明するための概略図である。
【図４】前記測定装置の冷却部の構成を説明するための概略図である。
【図５】前記測定装置の制御系統の一部を示すブロック図である。
【図６】プローブと露又は試料との接触又は近接の検出を説明するための特性図である。
【図７】表示部に表示された露の画像の一例を説明するための図である。
【図８】図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における露の形状を説明するための概念図である。
【図９】図７におけるＩＸ−ＩＸ線における露の形状を説明するための概念図である。
【図１０】導出処理部の行う処理を説明するための図である。
【図１１】本発明のその他の実施形態に係る測定装置の概略構成を示す図である。
【図１２】本発明のその他の実施形態による冷却部の構成を説明するための概略図である。
【図１３】本発明のその他の実施形態に係る測定装置による融合成長データ除外処理を説明するための図である。
【図１４】本発明のその他の実施形態における光学系を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２６】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る結露核測定装置（以下、単に測定装置という）１０は、試料表面で結露させて、その露の形状から核となる付着物の形状を測定するための装置であり、装置本体１２と試験制御部１４と空調部４２とを備えている。装置本体１２は、試料Ｗをセットするための試料台１６と、プローブ１８と、プローブ１８の先端部を振動させる励振部２０と、直交３軸方向において試料台１６に対するプローブ１８の相対的位置を変えさせる変位機構２２と、を備えている。
【００２７】
変位機構２２は、図３に示すように、試料台１６を水平面内のＸ軸方向に移動させるためのＸ軸変位機構２３と、試料台１６を水平面内のＹ軸方向（Ｘ軸方向と直交する方向）に移動させるためのＹ軸変位機構２４と、プローブ１８を垂直方向に移動させるためのＺ軸変位機構２５とを有する。
【００２８】
図２にも示すように、Ｚ軸変位機構２５は、Ｚ軸ステージ２７を基台２９に固定されたスタンド３０に対して垂直方向（Ｚ軸方向）に移動させるためのものであり、粗調整機構２５ａと微調整機構２５ｂとを有する。粗調整機構２５ａは、例えば、モータ駆動方式の駆動機構であり、Ｚ軸ドライバ３２（図５参照）によって駆動される。図略のモータを駆動させることでＺ軸ステージ２７をＺ軸方向に移動させる。微調整機構２５ｂは、ＰＺＴ系圧電セラミクスを用いた圧電アクチュエータを有しており、この圧電アクチュエータは、例えば高電圧増幅器によって構成されるＺ軸ドライバ３２によって駆動される。この圧電アクチュエータは、例えば送り幅を１００ｎｍとして駆動させることにより、ｎｍ精度で変位量を制御することができる。
【００２９】
Ｙ軸変位機構２４は、Ｙ軸ステージ３６をＹ軸方向に移動させるための機構であり、図３に示すように、粗調整機構２４ａと微調整機構２４ｂとを有する。粗調整機構２４ａは、例えば、モータ駆動方式の駆動機構であり、Ｙ軸ドライバ３３（図５参照）によって駆動される。図略のモータを駆動させることでＹ軸ステージ３６をＹ軸方向に移動させる。微調整機構２４ｂは、ＰＺＴ系圧電セラミクスを用いた圧電アクチュエータを有している。この圧電アクチュエータは、基台２９に設置されており、例えば高電圧増幅器によって構成されるＹ軸ドライバ３３によって駆動される。圧電アクチュエータを駆動することにより、Ｙ軸ステージ３６をＹ軸方向に移動させることができる。この圧電アクチュエータは、例えば送り幅を１００ｎｍとして駆動させることにより、ｎｍ精度で変位量を制御することができる。
【００３０】
Ｘ軸変位機構２３は、Ｘ軸ステージである試料台１６をＸ軸方向に移動させるための機構であり、粗調整機構２３ａと微調整機構２３ｂとを有する。粗調整機構２３ａは、例えば、モータ駆動方式の駆動機構であり、Ｘ軸ドライバ３４（図５参照）によって駆動される。図略のモータを駆動させることで試料台１６をＹ軸ステージ３６に対してＸ軸方向に移動させる。微調整機構２３ｂは、ＰＺＴ系圧電セラミクスを用いた圧電アクチュエータを有している。この圧電アクチュエータは、Ｙ軸ステージ３６に設置されており、例えば高電圧増幅器によって構成されるＸ軸ドライバ３４によって駆動される。圧電アクチュエータを駆動することにより、Ｙ軸ステージ３６上で試料台１６をＸ軸方向に移動させることができる。これにより、試料台１６は、基台２９に対してＸ軸方向及びＹ軸方向の任意の位置に移動可能である。この圧電アクチュエータは、例えば送り幅を１００ｎｍとして駆動させることにより、ｎｍ精度で変位量を制御することができる。
【００３１】
図１に戻る。
【００３２】
試料台１６には、試料Ｗを収納可能な測定空間Ｓを有する測定槽４０が設けられている。測定槽４０は試料台１６に設置されているため、試料台１６とともに水平方向に移動する。測定槽４０の上面には、プローブ１８を挿通させる開口４０ａが設けられている。そして、プローブ１８の下端部は測定空間Ｓ内に配置されている。なお、図示省略しているが、測定槽４０には、試料Ｗの出し入れができるように開閉扉が設けられている。
【００３３】
測定空間Ｓ内には、前記空調部４２によって所定の温湿度に調整された空気が流通する。空調部４２は、空気の温湿度を所定の温湿度に調整するとともに、この調整された空気を給気通路４１を通して測定空間Ｓ内に導入する。測定空間Ｓ内の空気は排気通路４３を通して空調部４２に戻されるため、測定時には測定空間Ｓ内の空気が常時流通する。
【００３４】
測定装置１０には、測定空間Ｓ内の温度（試料雰囲気の温度）を検出する周囲温度検出部としての周囲温度センサ４４と、測定空間Ｓ内の湿度（試料雰囲気の湿度）を検出する周囲湿度検出部としての周囲湿度センサ４５と、が設けられ、これらセンサ４４，４５の検出信号は、試験制御部１４に入力される。試験制御部１４には、温湿度測定部４７が設けられており、温湿度測定部４７は、センサ４４，４５からの検出信号に応じて、測定空間Ｓ内の温度及び湿度を導出する。試験制御部１４の演算装置５９には、その一機能として環境制御部４６が含まれており、環境制御部４６は、温湿度測定部４７によって導出された温度及び湿度に基づいて、空調部４２を制御する。つまり、環境制御部４６は、センサ４４，４５からの検出結果に基づいて、測定空間Ｓ内の温度が所定の温度及び湿度になるように空調部４２を制御する。なお、空調部４２は、除湿空気又は加熱空気を供給可能であり、試料Ｗを乾燥させて再測定の準備を行うことも可能である。
【００３５】
装置本体１２は、試料表面で結露を生じさせる結露誘起手段として、冷却機構４８を有している。冷却機構４８は、試料表面が露点以下になるように試料Ｗを冷却するものである。具体的に、冷却機構４８は、試料表面を冷却する冷却部５０と、試料表面の温度を検出する試料温度検出部としての試料温度センサ５１と、試料表面の温度が所定の温度になるように冷却部５０を制御する試料温度制御部５２と、を有する。本実施形態では、冷却部５０は、ペルチエ素子の吸熱部によって構成されており、図４に示すように試料台１６に載置されている。試料温度制御部５２は、試験制御部１４の演算装置５９の一機能として含まれているものであり、試料温度センサ５１の検出結果に基づいてペルチエ素子へ印加する電圧を制御する。なお、冷却機構４８は、ペルチエ素子を有する構成に限られるものではない。例えば、熱媒体を導入可能に構成された冷却板を用い、この冷却板内に熱媒体を導入して冷却板の温度を調整する機構等を例示することができる。
【００３６】
前記プローブ１８は、下方に向かって延びるように上端部で前記Ｚ軸ステージ２７に固定されている。プローブ１８の下端部（先端部）は、先鋭化されていて、容易に撓む。
【００３７】
前記励振部２０は、水晶振動子５５を有する。水晶振動子５５の形状は限定されるものではないが、本実施形態では、例えば音叉のように２つの対称な突起を有する音叉型の水晶振動子５５として構成されている。水晶振動子５５は、振動子固定部５７を介してＺ軸ステージ２７に固定されている。そして、水晶振動子５５の突起にプローブ１８が接触している。
【００３８】
水晶振動子５５の２つの突起間の間隔は、例えば約０．２ｍｍであり、プローブ１８の水晶振動子５５に接触する部分での直径は、例えば１２５μｍである。プローブ１８としては、例えば光ファイバから作ることができ、例えば直径が約１０μｍのコアと、直径が約１２５μｍのクラッドからなる。光ファイバを溶融延伸することにより、先端部が尖鋭化され、先端部の直径は例えば１００ｎｍ以下にテーパ状に加工されている。
【００３９】
水晶振動子５５は２つの電極５５ａ，５５ｂを備えており、一方の電極５５ａは、試験制御部１４に含まれる電流検出器５８（図５参照）に接続され、他方の電極５５ｂは、試験制御部１４に含まれる信号発生器５６（図５参照）に接続されている。電極５５ａ，５５ｂ間に交流信号、例えば正弦波信号を印加すると、水晶振動子５５の有する圧電効果によって水晶振動子５５の突起が振動する。水晶振動子５５を振動させると、これに接触しているプローブ１８もあわせて振動させることができる。特に水晶振動子５５の共振周波数又はその近傍の周波数をもつ信号を印加したときに振幅は大きくなる。
【００４０】
図５に示すように、電流検出器５８には、信号発生器５６の出力信号の一部を分岐して得られる参照信号が接続される。電流検出器５８から出力された信号は、後述の演算装置５９に入力される。
【００４１】
前記試験制御部１４は、図５に示すように、前記Ｘ軸ドライバ３４と、前記Ｙ軸ドライバ３３と、前記Ｚ軸ドライバ３２と、前記信号発生器５６と、前記電流検出器５８と、前記温湿度測定部４７と、変位測定部６１と、演算装置５９と、入力装置７０と、出力装置７１とを備えている。
【００４２】
変位測定部６１は、直交３軸方向における試料台１６に対するプローブ１８の相対変位量を測定するためのものであり、Ｙ軸ステージ３６に対する試料台１６のＸ軸方向の変位量を測定するＸ軸方向測定部６１ａと、基台２９に対するＹ軸ステージ３６のＹ軸方向の変位量を測定するＹ軸方向測定部６１ｂと、基台２９に対するプローブ１８のＺ軸方向変位を測定するＺ軸方向測定部６１ｃと、を有する。
【００４３】
Ｘ軸方向測定部６１ａは、超精密測長器によって構成されており、図２に示すように、Ｙ軸ステージ３６に固定された固定側部６１ｅと、試料台１６に固定された遊走側部６１ｆとからなり、Ｘ軸方向におけるこれらの相対変位量からＸ軸方向の移動量を測定する。Ｙ軸方向測定部６１ｂ及びＺ軸方向測定部６１ｃも同様に超精密測長器によって構成されている。すなわち、Ｙ軸方向測定部６１ｂは、基台２９に固定された固定側部６１ｇと、Ｙ軸ステージ３６に固定された遊走側部６１ｈとを有する。またＺ軸方向測定部６１ｃは、スタンド３０に固定された固定側部６１ｉと、Ｚ軸ステージ２７に固定された遊走側部６１ｊとを有する。
【００４４】
入力装置７０には、キーボード、外部メモリ等が含まれ、入力装置７０は、演算装置５９に対する指令を入力可能に構成されている。出力装置７１には、表示部、プリンタ等が含まれ、出力装置７１は、演算装置５９による演算結果等を出力可能に構成されている。
【００４５】
演算装置５９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなり、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより所定の機能を発揮する。演算装置５９の機能には、少なくとも、相対変位量導出部６３と、判定部６０と、境界面測定部６２と、解析部６４と、が含まれる。解析部６４には、粒径処理部６４ａと、導出処理部６４ｂと、画像処理部６４ｃとが含まれる。
【００４６】
相対変位量導出部６３は、変位測定部６１の測定結果を用い、試料台１６を基準とするプローブ１８の相対変位量を導出する。判定部６０は、プローブ１８の先端部の振動に応じてプローブ１８の先端部と露又は試料Ｗとの接触又は近接を判定する。境界面測定部６２は、判定部６０によるプローブ１８と露又は試料Ｗとの接触又は近接の有無及び変位測定部６１によって測定された相対変位量に基づいて、試料表面上の露の上面位置及び下面位置を演算する。なお、上記の「接触」とは、プローブ１８の先端部が実際に露等に接触した場合をいい、「近接」とは、実際には露等に接触していないものの、プローブ１８の先端部が、露等との相互作用によってプローブ１８の振幅が変化する程度に露等と所定範囲内まで近接した場合をいう。
【００４７】
粒径処理部６４ａは、境界面測定部６２によって測定された露の上面及び下面の位置情報から露の粒径を導出するとともに、露の下面（試料表面）の傾きに応じて粒径を補正する。導出処理部６４ｂは、露の粒径の時間経過に伴う変化割合から核の大きさを導出する導出手段として機能する。
【００４８】
判定部６０は、プローブ１８の先端部の振幅の変化からプローブ１８と露又は試料Ｗとの接触又は近接を判定する。その原理を図６を参照しながら説明する。プローブ１８の先端部が被測定試料Ｗの表面から十分はなれているときには、プローブ１８が振動するときの振幅は一定値を保つ（図６中のＡ領域）。一方、プローブ１８の先端部が露の表面に接触又は所定範囲内に近接するとプローブ１８の振幅は減衰する（図６中のＢ領域）。これは、プローブ１８の先端部が露の表面からせん断力（シア・フォース）を受けるためと解される。この振幅の減衰は非常に急峻であるため、この振幅変化の検出により、プローブ１８先端部と露の上面との接触を検出することができる。さらに、プローブ１８の先端部が試料Ｗの表面に接触又は近接するとプローブ１８の振動の振幅はさらに減衰する（図６のＤ領域）。この振幅減衰まではプローブ１８の振幅は一定値を保つ（図６中のＣ領域）。このＤ領域での振幅減衰も非常に急峻であるので、この振幅変化の検出により、プローブ１８先端部と試料表面との接触又は近接を検出できる。
【００４９】
なお、試験制御部１４が指示するＺ軸変位量データとＺ軸変位機構２５で変位する実際の変位量との関係を予め校正しておくことによって、試験制御部１４が指示するＺ軸変位量データにより、実際のＺ軸方向の変位量を取得することができる。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向についても同様である。
【００５０】
境界面測定部６２は、Ｂ領域までプローブ１８の変位量に基づいて露の上面位置を導出するとともにＤ領域までのプローブ１８の変位量に基づいて露の下面を導出する。これをＸ軸方向及びＹ軸方向の複数個所で行う。そして、これらの測定結果を連続点として統計処理することにより露の上面及び下面を表す関数を導出する。この導出は各露ごとに行われる。
【００５１】
粒径処理部６４ａは、境界面測定部６２によって測定された露の上面についての位置情報及び下面についての位置情報を統計処理して露の粒径を導出するとともに、露の下面（試料表面）が基準平面に対して傾斜している場合に、その傾斜角度に応じて露の幅（又は粒径）を補正する処理を行う。粒径の導出に際しては、露の上面についての位置情報を連続点として統計処理することにより、露の形状を表す関数を導出する。そして、図７に示すように、予め設定された所定の方向における最大幅を粒径として導出する。この処理は露ごとに行われる。なお、露の粒径の導出に際しては、測定データから露の最大幅を有する方向を特定し、その方向における露の幅を粒径として導出するようにしてもよい。
【００５２】
前記基準平面は、Ｚ軸方向に垂直な方向の平面であり、予め記憶されているものである。一方、露の下面（試料表面）は、プローブ１８の先端部と試料表面との接触位置（Ｚ軸方向）を複数測定して平均化したものである。図８に示すように、粒径処理部６４ａは、基準平面と試料表面とのなす角度θを演算し、実測された粒径ｄ１を以下の関係式
ｄ２＝ｄ１／ｃｏｓθ
を用いて補正し、粒径ｄ２を導出する。なお、図８は、図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線上の露を例示したものである。また、図９に示すように、試料表面が基準平面と一致していれば、粒径ｄ１が補正後の粒径として導出される。なお、図９は、図７におけるＩＸ−ＩＸ線上の露を例示したものである。
【００５３】
なお、露の形状は、３次元形状として特定してもよく、あるいは水平面内の２次元形状として特定してもよい。
【００５４】
導出処理部６４ｂは、露の成長度合いを導出するとともに、その成長度合いから結露の核の大きさを導出する。すなわち、導出処理部６４ｂは、粒径測定を所定時間ごとに繰返し行い、図１０に示すように、経過時間と粒径とを関連付けて記憶する。そして、導出処理部６４ｂは、粒径が経過時間に対して比例的に変化（１次相関）するものとして変化割合を導出し、この変化割合から結露開始時点の粒径を導出する。導出処理部６４ｂは、この結露開始時点での粒径を核となり得る付着物の大きさとして導出する。この導出は、露ごとに行われる。結露開始時点としては、例えば、周囲温度センサ４４によって測定された測定槽４０内の温度、及び周囲湿度センサ４５によって測定された測定槽４０内の湿度により、測定槽４０内の空気が露点に到達したと判定される時点を採用することができる。あるいは、既知粒径の微粒子が試料表面に付着された標準試料を用いて、露点到達時間から結露が開始する時間までの間隔を実験又は解析によって予め求めておき、露点到達時間をこの間隔で補正して得られた時点を結露開始時点としてもよい。
【００５５】
また、導出処理部６４ｂは、露ごとに粒径の変化割合を導出するが、このとき最小の変化割合を示す露に対して一定の閾値以上の変化割合を示す露のデータについては破棄する。すなわち、露の成長時には、露が単独で成長する独立成長と、隣接した露同士が互いに融合して成長する融合成長とが見られる。融合成長の場合には、粒径が段階的に大きくなるため、経過時間に対して１次回帰直線を求めるとすれば、結露開始時点での粒径を正しく求めることはできない。一方で、融合成長の場合の粒径の成長速度を１次回帰によって求めた場合には、独立成長の場合の成長速度の３倍程度となる知見が得られている。このため、粒径の成長速度を１次回帰によって求めた場合に、最小の変化割合の露に対して一定の閾値以上の変化割合を示す露については、融合成長の場合である可能性が高いこととなる。このため、このような成長割合を示す露のデータを導出対象又は測定結果から除外することにより、核の大きさの推定精度を向上している。なお、前記の閾値としては、例えば「２」が採用される。例えば図１０では、「Ａ」の露の傾きを１としたときに「Ｂ」の露では、傾きが２．８となっているので、融合成長としてデータ破棄される。また図中の外挿値とは、結露開始時点での粒径を意味している。
【００５６】
また、破棄データの有無により、融合成長の有無が判定できる。したがって、破棄データの有無を図外の表示部に表示する等して、融合成長の有無を判断し易くすれば、再測定時に冷却速度、測定時間間隔等を設定し直すことにより、融合しない条件で測定することも可能となる。
【００５７】
画像処理部６４ｃは、図外の表示部に、導出された露の形状の画像を表示したり、図１０に示すように経過時間と粒径との相関を示す表やグラフを表示したりするための処理を行う制御部である。表示部には、図７に示すように、ＸＹ平面内での露の形状の二次元表示をするとともに、Ｚ軸方向の高さを色分けする処理が行われて表示される。
【００５８】
ここで、本実施形態による測定装置１０による測定方法について説明する。
【００５９】
まず、試料台１６に試料Ｗをセットし、測定槽４０内を所定の温度及び湿度に調整する。その後、ペルチエ素子を駆動して試料Ｗを冷却する。このとき試料表面が露点以下になるように冷却を行う（結露誘起ステップ）。これに伴い、試料表面では結露が生ずる。
【００６０】
次に、試料表面上の露の粒径を導出する（粒径導出ステップ）。具体的には、Ｘ軸変位機構２３及びＹ軸変位機構２４を駆動することにより試料台１６を所定の位置にセットし、水晶振動子５５によってプローブ１８の先端部を振動させながらＺ軸変位機構２５によりプローブ１８を降下させる。これにより、試料Ｗがセットされた試料台１６に対するプローブ１８のＺ軸方向の位置が変わる。そして、プローブ１８の先端部が露の表面又は試料表面と接触又は所定範囲内に近接すると、前述したようにプローブ１８の振幅が急激に変化するので、この振幅変化に基づいて、Ｂ領域検出までのプローブ１８の移動量から露の上面位置を導出し、Ｄ領域検出までのプローブ１８の移動量から露の下面位置（試料表面位置）を導出する。これをＸ軸方向及びＹ軸方向の複数個所で繰返し行い、上面及び下面についての位置情報を統計処理することにより、露の粒径を導出する。この粒径導出ステップにおいて、試料表面が基準平面に対して傾斜している場合には、その傾斜角度θに応じて粒径を補正する。
【００６１】
次に、経過時間に伴う粒径の変化割合に基づいて、結露の核となり得る付着物の大きさを導出する（導出ステップ）。この導出ステップでは、経過時間に対する粒径の変化割合が最小のものに対して例えば２倍以上の変化割合を示すものについては、データを破棄する。これにより、独立成長の露についての成長速度のみが使用されて、結露開始時点の粒径が導出される。この導出された粒径が付着物の粒径として図外の表示器に表示される。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態では、試料表面で結露を生じさせるとともに、この試料表面に発生した露の成長度合いに基づいて、核となり得る試料表面の付着物の大きさを導出することができる。
【００６３】
所定の閾値以上の成長度合いを示す露については、露同士が融合して成長したもの（融合成長）であると推測される。このため、本実施形態のように、所定の閾値以上の成長度合いを示すデータを除外すれば、露が単独で成長する（独立成長）ときの成長度合いを求めることができるので、露の核の大きさを精度よく求めることができる。
【００６４】
また本実施形態では、露の粒径を所定時間ごとに測定するので、その変化割合から露の成長度合いを導出することができる。そして、粒径の変化割合を結露開始時点まで外挿することにより、試料の付着物の大きさを求めることができる。
【００６５】
また本実施形態では、所定方向の露の幅を複数個所測定したうちの最大幅によって露の粒径を規定するようにしたので、露が断面円形状でない場合にも粒径を規定することができ、しかも測定時の演算ステップを軽減することができる。
【００６６】
試料表面が基準平面に対して傾斜している場合にそのまま粒径を測定すると測定誤差の要因となり得るが、本実施形態では、傾斜角度に応じて測定値を補正するので、測定精度を向上することができる。
【００６７】
また本実施形態では、プローブ１８の先端部を振動させながら、試料台１６に対するプローブ１８の相対的な位置を変え、プローブ１８の先端部の振動に応じてプローブ１８先端部と露又は試料Ｗとの接触又は近接を判定し、その判定結果に基づいて露の形状を測定する。つまり、プローブ１８の先端部が露又は試料Ｗに接触又は近接するとせん断力を受けるので、プローブ１８の振動の振幅が減衰する。境界面測定部６２がこの減衰を検出するとともに、そのときのプローブ１８の相対変位量を検出することにより露の形状を精度よく測定することができる。
【００６８】
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、前記実施形態では試料台１６がＹ軸ステージ３６上に設置される構成について説明したが、これに代え、試料台１６が基台２９に固定されるとともに、プローブ１８を支持するスタンド３０がＸ軸方向及びＹ軸方向に可動するように設けられる構成としてもよい。この構成では、プローブ１８が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能となる。
【００６９】
また、前記実施形態では、プローブ１８がＺ軸方向に移動可能な構成としたが、これに代え、プローブ１８がスタンド３０に対して固定されるとともに、試料台１６がＺ軸ステージにも支持されることでＺ軸方向に移動可能な構成としてもよい。この構成では、試料台１６が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能となる。
【００７０】
また、前記実施形態では、粒径処理部６４ａが露の下面（試料平面）と基準平面との傾斜角度に応じて粒径を補正するようにしたが、試料平面の平坦度が確保されている場合等には、粒径を補正する制御を省略することも可能である。
【００７１】
また、前記実施形態では、スタンド３０、Ｚ軸ステージ２７、水晶振動子５５が測定槽４０の外側に配設される構成としたが、これに代え、図１１に示すように、測定槽４０内にスタンド３０、Ｚ軸ステージ２７、水晶振動子５５、プローブ１８が収納される構成としてもよい。図１の構成では、測定空間Ｓの容積を小さくすることができるので、測定空間Ｓ内の温度湿度の変化を早くすることができる。一方、図１１の構成では、測定槽４０にプローブ１８を挿通させる開口４０ａを設ける必要がなくなるので、測定槽４０内を気密状に構成し易くなる。
【００７２】
また、前記実施形態では、冷却部５０がペルチエ素子の吸熱部によって構成される例を説明したが、これに限られるものではない。例えば、図１２に示すように、冷却部５０が冷却空気を試料Ｗに接触させるように冷却空気を供給する冷風供給部である冷却空気供給機構６８を有する構成としてもよい。この態様では、冷却空気が流通する冷風路６９が試料台１６に設けられ、この冷風路６９の上面に試料保持部７０が設けられる構成となる。この試料保持部７０は、例えばパンチ孔が設けられていて、試料Ｗが冷却空気によって直接冷却されるようにしてもよい。
【００７３】
また、前記実施形態では、測定槽４０を設ける構成について説明したが、測定槽４０、空調部４２、空調制御部４６が省略された構成としてもよい。
【００７４】
また、前記実施形態では、融合成長の有無を判断する基準として、１次回帰によって得られた粒径の成長速度の傾き（回帰直線の傾き）が最小の傾きの回帰直線に対して所定の閾値以上の変化割合を示すかどうかを基準としたが、これに限られるものではない。すなわち、回帰直線の傾きを基準とするのではなく、隣接２データ間の傾きで判断するようにしてもよい。例えば図１３には、１次回帰直線の傾きが最小となっている露の変化割合を示す回帰直線Ａと、これよりは傾きの大きな回帰直線Ｂとを示している。回帰直線Ａの傾きに対する回帰直線Ｂの傾きは例えば１．５である。このため、回帰直線Ｂについては、前記の閾値未満となっている。この回帰直線Ｂの基データとなる露に関し、互いに隣接するデータＢ１とデータＢ２を結ぶ線分の傾きが例えば３になっているものがある場合には、この露については融合成長があったとして導出対象から除外する。この除外タイミングとしては、データが得られる毎に前回のデータとの差から傾きを導出し、所定の閾値以上の変化割合が発生した時点で導出対象から除外するようにしてもよく（スキップ処理）、あるいは、一連の測定が終了した後に、最終データを破棄することによって測定結果から除外するようにしてもよい。
【００７５】
また、前記実施形態では、プローブ１８の振動から露の表面を検出して粒径を導出するようにしたが、これに限られるものではない。例えば、顕微鏡、デジタルマイクロスコープ等の拡大器と、この拡大器によって取得された画像を表示器に表示させる表示制御器と、表示器に表示された画像データから露の粒径を測定するとともに、その変化割合から結露の核となり得る付着物の粒径を導出する画像試験制御部とを有する構成としてもよい。この構成では、画像試験制御部が画像データから露の境界面（周面）を認識し、この境界面から粒径を導出することも可能であり、あるいは、露の境界面（周面）を表示器上で人がポイントできるようにして、２点間の距離から粒径を導出するようにしてもよい。
【００７６】
また、粒径の測定は、いわゆる位相シフト干渉法によって行ってもよい。具体的には、測定装置１０は、図１４に示すように、測定光を出射する光源７５と、光束を分離させるビームスプリッタ７６と、測定光を試料Ｗの表面（または露の表面）に集光させる第１集光素子７７と、測定光から分離された参照光が照射される参照面７８と、参照光を参照面７８に集光させる第２集光素子７９と、測定光及び参照光の干渉光を検出する光検出器８０と、を有する光学系８１を有する。参照面７８はピエゾ素子（ＰＺＴ）８２によって光軸方向に移動可能となっている。そして、この参照面７８の位置を変えながら干渉光の強度変化を測定し、この強度変化から測定光と参照光との位相差を算出でき、また測定光の波長を加味することにより、露の表面位置（露の厚み）が得られ、この測定を光軸とは直交する方向に複数個所で行うことにより、露の表面が連続面であるとして、露の形状を算出することができる。そして、この露の形状から露の粒径を導出することができる。
【００７７】
また、前記実施形態では、境界面測定部６２が、Ｂ領域までのプローブ１８の変位量に基づいて露の上面位置を導出するとともにＤ領域までのプローブ１８の変位量に基づいて露の下面を導出する構成としたが、これに限られるものではない。例えば、試料表面の位置を予め記憶しておき、Ｂ領域にあるプローブ１８の位置と、記憶された試料表面の位置との差分に基づいて、露の高さを導出するようにしてもよい。こうすれば、プローブ１８の先端部がＣ領域に入ったことが検知された時点でプローブ１８を戻す制御を行うことが可能となる。そして１つの露に対してＸ軸方向及びＹ軸方向の複数位置で繰り返し測定を行うことにより、露の上面を表す関数を導出することができる。なお、この場合には、露の下面（試料表面）の傾斜角度に応じた補正処理は、省略されることになる。
【符号の説明】
【００７８】
１６  試料台
１８  プローブ
２０  励振部
２２  変位機構
２３  Ｘ軸変位機構
２４  Ｙ軸変位機構
２５  Ｚ軸変位機構
２９  基台
４６  空調制御部
４８  冷却機構
５０  冷却部
５５  水晶振動子
５６  信号発生器
６０  判定部
６１  変位測定部
６１ａ  Ｘ軸方向測定部
６１ｂ  Ｙ軸方向測定部
６１ｃ  Ｚ軸方向測定部
６２  境界面測定部
６３  相対変位量導出部
６４ａ  粒径処理部
６４ｂ  導出処理部
７８  参照面
８１  光学系
【図１】
2010107494.tif 000003
【図２】
2010107494.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010107494.tif 000006
【図５】
2010107494.tif 000007
【図６】
2010107494.tif 000008
【図７】
2010107494.tif 000009
【図８】
2010107494.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2010107494.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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