(57)【要約】【課題】被測定物の測定対象表面に存在する物質とその物質の存在状態を、簡単な構成で容易に特定することができる表面性状特定装置および表面性状特定方法を提供する。【解決手段】走査型共焦点光学系２による光学測定により測定対象表面Ｗａの被測定点における凹凸高さとその光反射率を測定し、その測定した凹凸高さと光反射率に基づき分類データマップ３１を参照して物質と物質の存在状態を特定する。これにより、測定対象表面における物質の分布状態、位置、形状等を簡単な構成で迅速且つ容易に特定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の測定対象表面に存在する物質と該物質の存在状態を特定する表面性状特定装置であって、
光学測定により前記測定対象表面の被測定点における凹凸高さとその光反射率を測定する測定手段と、
前記凹凸高さと光反射率に基づいて前記物質と該物質の存在状態を特定可能なデータマップを予め記憶したデータベースと、
前記測定手段により測定した凹凸高さと光反射率に基づいて前記データベースのデータマップを参照することにより前記物質と該物質の存在状態を特定する特定手段とを有することを特徴とする表面性状特定装置。
【請求項２】
被測定物の測定対象表面に存在する物質と該物質の存在状態を特定する表面性状特定方法であって、
光学測定により前記測定対象表面の被測定点における凹凸高さとその光反射率を測定する測定ステップと、
前記凹凸高さと光反射率に基づいて前記物質および該物質の存在状態を特定可能なデータマップを予め記憶したデータベースを参照して前記物質および該物質の存在状態を特定する特定ステップとを有することを特徴とする表面性状特定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学測定によって被測定物の測定対象表面に存在する物質とその物質の存在状態を特定する表面性状特定装置および表面性状特定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物の測定対象表面に存在する物質を特定する方法としては、測定対象表面にＸ線を照射して元素を特定するＸ線回析方法が用いられていた。
【０００３】
特許文献１には、下地に形成された微小突起物に対する共焦点光学系の焦点位置を変化させて複数枚の共焦点画像を取得し、これら複数の共焦点画像から微小突起物の高さ画像データを作成する技術が示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、被測定試料の測定対象表面の被測定点における凹凸の変位量の測定と、測定対象表面の光反射率の測定とを同時に行う表面測定方法が示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２６９９２０号公報
【特許文献２】特開平６−３０７８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来のＸ線回析方法の場合、被測定物を切り刻んで専用のＸ線回析装置で回析する必要があり、作業が煩雑で費用が嵩み、コスト高となっていた。また、特許文献１に示す共焦点の技術では、被測定物の測定対象表面の微小な凹凸高さを計測でき、特許文献２に示す方法では、測定対象表面の凹凸高さに加えて光反射率を測定できるが、測定対象表面に存在する物質と、物質の剥がれや脱落痕等の測定対象表面における物質の存在状態まで特定することはできなかった。
【０００７】
このような点について、本発明の発明者は鋭意研究を重ねた結果、測定対象表面の凹凸高さと光反射率との関係から、測定対象表面に存在する物質とその物質の存在状態を特定可能な一定の相関関係があることを見出した。
【０００８】
本発明は、上記の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、被測定物の測定対象表面に存在する物質とその物質の存在状態を、簡単な構成で容易に特定することができる表面性状特定装置および表面性状特定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する表面性状特定装置の発明は、被測定物の測定対象表面に存在する物質と物質の存在状態を特定する表面性状特定装置であって、光学測定により測定対象表面の被測定点における凹凸高さとその光反射率を測定する測定手段と、凹凸高さと光反射率に基づいて物質と物質の存在状態を特定可能なデータマップを予め記憶したデータベースと、測定手段により測定した凹凸高さと光反射率に基づいてデータベースのデータマップを参照することにより物質と物質の存在状態を特定する特定手段とを有することを特徴としている。
【００１０】
また、上記課題を解決する表面性状特定方法の発明は、被測定物の測定対象表面に存在する物質と物質の存在状態を特定する表面性状特定方法であって、光学測定により測定対象表面の被測定点における凹凸高さとその光反射率を測定する測定ステップと、凹凸高さと光反射率に基づいて物質および物質の存在状態を特定可能なデータマップを予め記憶したデータベースを参照して物質および物質の存在状態を特定する特定ステップとを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の表面性状測定装置および表面性状測定方法によれば、測定結果を用いてデータマップを参照することによって、被測定物の測定対象表面に存在する物質とその物質の存在状態を特定できるので、測定対象表面における物質の分布状態、位置、形状等を判別することができる。また、構成が簡単で、迅速且つ容易に特定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。
図１は、表面性状特定装置の全体構成を概略的に示す図、図２は、データ処理装置の構成を説明する機能ブロック図である。
【００１３】
表面性状特定装置１は、走査型共焦点光学系２と、演算処理装置３と、表示装置４を備えている。走査型共焦点光学系２は、共焦点方式によって被測定物Ｗの測定対象表面Ｗａの被測定点における凹凸高さを計測すると同時に、被測定点における光反射率（輝度値）を計測可能な構成を有している。
【００１４】
走査型共焦点光学系２は、移動テーブル１１、対物レンズ１２、光源１３、ビームスプリッタ１４、ピンホール１５、撮像装置１６を備えている。移動テーブル１１は、被測定物Ｗを載せた状態で水平方向（Ｘ−Ｙ軸方向）と、垂直方向（Ｚ軸方向）に移動させる構成を有している。
【００１５】
対物レンズ１２は、移動テーブル１１の上方に対向して配置されており、光源１３からの光を集光して移動テーブル１１上の被測定物Ｗに照射するように構成されている。尚、本実施の形態では、移動テーブル１１をＺ軸方向に移動させる場合を例に説明するが、移動テーブル１１と対物レンズ１２との離間距離を相対的に変更することができるものであればよく、例えば移動テーブル１１を固定して対物レンズ１２を移動させる方式や、移動テーブル１１と対物レンズ１２の両方を相対的に移動させる方式としてもよい。
【００１６】
光源１３は、対物レンズ１２の上方に配置されており、光源１３と対物レンズ１２との間には、ビームスプリッタ１４が介在されている。ビームスプリッタ１４は、光源１３から対物レンズ１２に照射される光を透過させ、被測定物Ｗで反射して対物レンズ１２を通過した反射光を、光源１３とは異なる方向に反射させる構成を有している。
【００１７】
ビームスプリッタ１４で反射された反射光は、ピンホール１５を通過して撮像装置１６によって撮像される。ピンホール１５は、ビームスプリッタ１４で反射された反射光のうち、ピンホール１５に焦点が合う反射光のみを通過させるものであり、撮像装置１６では、ピンホール１５を通過した反射光を撮像する。
【００１８】
従って、被測定物Ｗの測定対象表面Ｗａのうち、対物レンズ１２の焦点距離が一致する高さ位置のものだけが撮像され、結果として、撮像された被測定点の高さ位置がわかる。撮像装置１６は、例えばカラーＣＣＤが用いられている。撮像装置１６で撮像された画像は、電気信号に変換されて演算処理装置３に取り込まれる。
【００１９】
演算処理装置３は、撮像装置１６によって撮像された画像データを処理するデータ処理装置２１と、データ処理装置２１からの指令に基づいて移動テーブル１１の位置を制御するとともに、移動後の位置をデータ処理装置２１に入力するテーブル制御装置２２を有している。
【００２０】
テーブル制御装置２２は、データ処理装置２１からの指令に基づき、移動テーブル１１の移動位置を制御し、その位置情報をデータ処理装置２１に出力する。データ処理装置２１は、撮像手段１６で撮像した画像と、テーブル制御装置２２から取得した位置情報に基づいて、被測定点の凹凸高さと光反射率（輝度値）の情報を同時に得る。
【００２１】
データ処理装置２１は、図２に示すように、高さ測定手段２１１と、画像処理手段２１２と、データベース２１３と、表面性状特定手段２１４と、表示制御手段２１５を有している。
【００２２】
高さ測定手段２１１は、撮像装置１６で撮像された被測定点の画像と、テーブル制御装置２２からの位置情報に基づいて、被測定点における凹凸高さを測定する処理を行う。画像処理手段２１２は、撮像装置１６で撮像した被測定点の画像を画像処理して光反射率を示す輝度値を算出する。データベース２１３には、被測定点の凹凸高さと輝度値に基づいて被測定面Ｗａに存在する物質とその物質の存在状態を特定可能な分類データマップ３１が予め記憶されている。
【００２３】
図３は、分類データマップの一例を示す図である。分類データマップ３１は、図３に示すように、縦軸３２に光反射率を示す輝度値が設定され、横軸３３に基準面からの凹凸高さが設定されており、閾値Ａと閾値Ｂに応じて複数の区分に分類されている。
【００２４】
分類データマップ３１は、本実施の形態では全部で９個の区分に分類されており、例えば被測定点の輝度値が高く（明るく）且つ基準面よりも突出する高さである区分Ａ１Ｂ３に属する場合には、物質Ｘで且つ剥がれが生じていると特定することができる。また、被測定点の輝度値が低く（暗く）且つ基準面よりも高さが低い区分Ａ３Ｂ１に属する場合には、物質Ｙで且つ脱落している状態であると特定できる。
【００２５】
図４は、照射光の波長と物質の光反射率との関係を示すグラフ、図５は、凹凸高さと輝度値の測定結果を示すグラフである。物質Ｘと物質Ｙの光反射率は、図４に示すように、波長が長い場合に、物質Ｘの光反射率が略０．９の値を示すのに対し、物質Ｙの光反射率が０．３の値を示しており、光反射率の相異によって物質Ｘか物質Ｙのいずれかを特定できることがわかる。
【００２６】
そして、図５に示すように、被測定点の凹凸高さが高く且つ輝度値が高い領域４１には物質ａが存在し、凹凸高さが高いが輝度値が低い領域４２には物質ｂが存在し、凹凸高さが低く且つ輝度値も低い領域４３には物質ｃが存在している。従って、凹凸高さと輝度値との関係に基づいて、測定対象表面Ｗａに存在する物質を特定可能な一定の相関関係があることがわかる。
【００２７】
従って、例えば図３に示すような分類データマップ３１を予め作成してデータベース２１３に記憶しておき、測定した凹凸高さと輝度値を用いて分類データマップ３１を参照することで、測定点における物質と物質の存在状態を特定することができる。
【００２８】
表面性状特定手段２１４では、高さ測定手段２１１により測定した被測定点における凹凸高さと、画像処理手段２１２により算出した被測定点の輝度値とを用いてデータベース２１３の分類データマップ３１が参照され、被測定点における物質と物質の存在状態が特定される。
【００２９】
表示制御手段２１５は、移動テーブル１１の高さを変更して撮像した複数枚の走査画像を合成して一枚の合成画像を作成し、表面性状特定手段２１４により特定した結果とともに、表示装置４に表示させる処理を行う。
【００３０】
次に、上記した表面性状特定装置１を用いた表面性状特定方法について、図６のフローチャートに基づいて説明する。
図６は、本実施の形態における表面性状特定方法を説明するフローチャートである。まず、移動テーブル１１の上に被測定物Ｗを載置して固定した状態で、測定対象表面Ｗａの撮像が行われる。ここでは、移動テーブル１１と対物レンズ１２との間の高さ距離を一定に維持しつつ、移動テーブル１１を水平方向（Ｘ−Ｙ軸方向）に移動させて、測定対象表面Ｗａを走査する。測定対象表面Ｗａの被測定点と対物レンズ１２との距離が対物レンズ１２の焦点距離と一致している被測定点は撮像装置１６によって撮像され、焦点距離が不一致の被測定点は撮像されない。
【００３１】
そして、走査終了後に、移動テーブル１１を垂直方向（Ｚ軸方向）に一定距離だけ移動させて移動テーブル１１と対物レンズ１２との間の高さ距離を変更し、変更後の高さ距離を維持しつつ、再び移動テーブル１１を水平方向に移動させて、測定対象表面Ｗａを走査する。この測定対象表面Ｗａの走査と高さ距離の変更とを動作を繰り返して、高さ距離が互いに異なる複数枚の走査画像を取得する。
【００３２】
画像処理手段２１２は、これら複数枚の走査画像を合成して、測定対象表面Ｗａの全ての被測定点が撮像された一枚のカラー合成画像を作成し（ステップＳ１０１）、そのカラー合成画像を２５６階調の明るさに分解する処理を行う（ステップＳ１０２）。画像処理手段２１２は、カラー合成画像を画像処理して可視光カラー画像から２５６階調のグレー処理画像を作成する。
【００３３】
図７は、明るさ別に分解した画像の一部を模式的に示す図である。カラー合成画像で白色Ｋ１を有する箇所（物質Ｘ）はグレー処理画像では輝度値が明るい値、カラー合成画像で黒色Ｋ２を有する箇所（物質Ｙの脱落）はグレー処理画像で輝度値が暗い値、カラー合成画像で青色Ｋ３もしくは水色を有する箇所（物質Ｙ）はグレー処理画像で輝度値が中間値になる。
【００３４】
そして、輝度の閾値Ａで分類する処理が行われ、各被測定点が区分Ａ１〜Ａ３のいずれに属するのかが判断される（ステップＳ１０３）。それから、各被測定点の凹凸高さの情報を入手する（ステップＳ１０４）。高さ測定手段２１１は、カラー合成画像を構成する複数枚の走査画像に基づいて、各被測定点の凹凸高さ情報を取得する。
【００３５】
そして、凹凸高さの閾値Ｂで分類する処理が行われ、各被測定点が区分Ｂ１〜Ｂ３のいずれに属するのかが判断される（ステップＳ１０５）。そして、高さ測定手段２１１により測定した被測定点における凹凸高さと、画像処理手段２１２により算出した被測定点の輝度値とを用いてデータベース２１３の分類データマップが参照され、被測定点における物質と物質の存在状態が特定される（ステップＳ１０６）。
【００３６】
これにより、例えば図７に示す被測定点５１は、凹凸高さが基準面高さであり、輝度値が高い（明るい）ことから、区分Ａ１Ｂ２に分類され、物質Ｘが存在し且つ基準面の高さ位置に存在している状態であると特定できる。
【００３７】
そして、被測定点５２は、凹凸高さが基準面高さであり、輝度値が中間値であることから、分類データマップ３１によって区分Ａ２Ｂ２に分類され、物質Ｙが存在し且つ基準面の高さ位置に存在している状態であると特定できる。
【００３８】
また、被測定点５３は、凹凸高さが基準面よりも低く、輝度値が低い（暗い）ことから、分類データマップ３１によって区分Ａ３Ｂ１に分類され、物質Ｙが存在し且つ脱落している状態であると特定できる。
【００３９】
上記した表面性状特定装置１および表面性状特定方法によれば、走査型共焦点光学系２による光学測定によって測定対象表面Ｗａの被測定点における凹凸高さとその光反射率を示す輝度値を測定し、その凹凸高さと輝度値に基づいて予め設定された分類データマップを参照することによって、被測定物の測定対象表面に存在する物質とその物質の存在状態を特定できる。従って、測定対象表面における物質の分布状態、位置、形状等を判別することができる。また、従来のＸ線回析装置を利用する必要がなく、構成が簡単で、迅速且つ容易に物質とその物質の存在状態を特定することができる。
【００４０】
尚、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施の形態では、分類データマップが９個の区分に分類された場合を例に説明したが、凹凸高さ区分と輝度値の区分の少なくとも一方が複数であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】表面性状特定装置の全体構成を概略的に示す図。
【図２】データ処理装置内に構成される機能ブロック図。
【図３】分類データマップの一例を示す図である。
【図４】照射光の波長と物質の光反射率との関係を示すグラフ。
【図５】凹凸高さと輝度値の測定結果を示すグラフ。
【図６】本実施の形態における表面性状特定方法を説明するフローチャート。
【図７】明るさ別に分解した画像の一部を模式的に示す図。
【符号の説明】
【００４２】
１  表面性状特定装置
２  走査型共焦点光学系
３  演算処理装置
４  表示装置
１１  移動テーブル
１２  対物レンズ
１３  光源
１４  ビームスプリッタ
１５  ピンホール
１６  撮像装置
２１  データ処理装置
２２  テーブル制御装置
３１  分類データマップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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