(57)【要約】【課題】同一微小領域の化学構造及び三次元形状データを容易に取得できる測定装置及び測定方法の提供。また加熱や光照射による材料成分や化学構造の変化と三次元形状の変化を経時的に観測できる測定装置及び測定方法の提供。【解決手段】形状計測手段と、赤外分光分析手段と、試料ステージと、これらの動作制御及びコンピュータとを備えた装置用いることにより、任意の同一個所の赤外スペクトルと三次元形状データを容易に取得する。またこれらのデータを同一基板上の複数個所で測定することにより、面内でのばらつきを得る。さらには試料に温度や光などのエネルギーを加えながら繰り返し測定することにより、試料形状及び化学構造の経時的な変化を同時に評価する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小領域の表面三次元形状を計測するためのレーザー測長手段と、微小領域の化学構造を評価するための赤外分光分析手段と、上記レーザー光と赤外光を試料の同一領域に同時に照射するための光学系と、試料を任意の位置に移動するためのステージと、上記手段の動作制御および情報処理のためのコンピュータとを具備していることを特徴とする試料表面形状・赤外分光複合評価装置。
【請求項２】
前記レーザー光と赤外光が同一のカセグレンを用いて集光され、試料の同一領域に照射されることを特徴とする請求項１に記載の試料表面形状・赤外分光複合評価装置。
【請求項３】
測定試料を冷却または加熱する温度調節手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の試料表面形状・赤外分光複合評価装置。
【請求項４】
測定試料に紫外線照射手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の試料表面形状・赤外分光複合評価装置。
【請求項５】
試料表面に液滴付与手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の試料表面形状・赤外分光複合評価装置。
【請求項６】
波長の異なる光を同一の微小領域に照射し、試料内を透過あるいは反射した各々の光を別々の検出手段によって検出し、三次元形状情報及び化学構造情報を同時に得ることを特徴とする試料表面形状・赤外分光複合評価方法。
【請求項７】
試料上の複数箇所において上記表面三次元形状計測とスペクトル測定を連続して行なうことを特徴とする試料表面形状・赤外分光複合評価方法。
【請求項８】
試料を加熱または冷却しながら上記表面三次元形状計測と赤外分光測定を、一定の時間間隔をおいて繰り返し行なうことを特徴とする請求項７に記載の試料表面形状・赤外分光複合評価方法。
【請求項９】
試料に紫外線を照射しながら上記表面三次元形状計測と赤外分光測定を、一定の時間間隔をおいて繰り返し行なうことを特徴とする請求項７に記載の試料表面形状・赤外分光複合評価方法。
【請求項１０】
固体試料表面の所望の個所の赤外分光測定を行なう工程と、同領域に液滴を付与した後、液滴の形状計測を行なうことにより、試料材料の赤外分光分析と液体のぬれ性を評価することを特徴とする測定方法。
【請求項１１】
接触角を算出する方法として、付与された液滴の高さおよび径から算出することを特徴とする請求項１０に記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同一微小領域の表面三次元形状と赤外分光分析の同時測定が可能な試料表面形状・赤外分光複合評価装置および評価方法並びに測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体基板表面のぬれ性を制御し、基板上に塗布した液体や粘性材料から所望の形状の薄膜を形成することは半導体製造プロセス、各種デバイス材料における膜形成、接着、表面コート等多くの産業分野において重要な課題である。所望の形状の膜を形成する目的で塗布材料の成分や塗布方法及び基板の表面処理方法などが広く検討されている。基板処理の方法としては、各種表面処理剤による被覆処理など様々な方法で化学的に表面物性を制御する技術が開発、利用されている。基板上に液体や粘性体が塗布あるいは滴下された際に液体や粘性体が作る形状、さらに溶媒の揮発や加熱・光照射などの外的要因によって一旦形成された形状に起こる変化は、基板や膜材料自身の化学構造やその変化と密接な関係がある。したがって、形状と化学構造をともに評価することは、各種プロセスにおいて所望の形状の薄膜を形成する上で重要なことである。また加工プロセスに伴う形状と化学構造の経時変化を捉えることは、プロセスの詳細を把握する上で望まれることである。
【０００３】
従来、固体表面に形成された液体・粘性材料の３次元形状を測定する手段としては、レーザー顕微鏡や干渉計等の非接触式の光学的形状計測手段がひとつの手段として用いられてきた。また固体表面でのぬれ状態は、接触角計に見られる通り、平板基板上に液滴を滴下したサンプルを、水平方向から顕微鏡などで観察し、液滴が基板と接する角度を評価する方法が採られている。このような水平方向から観察する方法では、大きな試料の測定や、広い範囲での表面状態の分布評価は困難であったが、近年では、液滴を上部から観測し、その形状から接触角を求める方法が提案されている。例えば、平板状の固体の上に液滴を滴下した試料について、レーザー共焦点顕微鏡を用いて液体の３次元画像を取得し接触角θを得る方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、液滴の体積と、液滴上部に設置したカメラを用いて射影直径を読み取り、接触角を算出する方法が提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）。
【０００５】
さらに、液滴近傍にミラーを配置し、液滴の側面像を上部から観測して接触角αを測定する方法が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
【０００６】
これらの手法を用いれば、基板の表面エネルギーと基板上試料の形状を同時に知ることや大きな試料の測定や、広い範囲での分布を見ることが可能である。
【０００７】
一方、基板や基板上に付与された材料の化学構造は、それが有機材料である場合、赤外分光（ＩＲ）スペクトルによって評価する手法が最も一般に用いられている。特に顕微ＩＲでは赤外光を集光させて微小領域の化学構造を分析することが可能であり、試料ステージを移動させながら測定を繰り返すことで、広い範囲での構造のばらつきを知ることができる。また一定の時間間隔をおいて繰り返し測定することにより、試料の経時的な変化を追うことができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−５００８８号公報
【特許文献２】
特開平１−１２６５２３号公報
【特許文献３】
特開平５−２３２００９号公報
【特許文献４】
特開平１１−２３０８８６公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような評価ニーズに対する従来の手法には以下のような問題があった。
【００１０】
すなわち、前述のように基板上に液体や粘性体が塗布あるいは滴下された際に液体や粘性体が作る形状、さらに溶媒の揮発や加熱・光照射などの要因によって一旦形成された形状に起こる変化は、基板や膜材料自身の化学構造やその変化と密接な関係がある。したがって、形状と化学構造をともに評価することは、各種プロセスにおいて所望の形状の薄膜を形成する上で重要なことである。また加工プロセスに伴う形状と化学構造の経時変化を捉えることは、プロセスの詳細を把握し、プロセスの条件を決定する上で望まれることである。
【００１１】
しかしながら、従来より、形状と化学構造の測定は別々の装置で評価されていた。
【００１２】
このため、たとえ各々の装置を使用できる環境下にあっても、同一箇所での基板の化学状態と液体のぬれ性や形状との相関や、これらの基板面内でのばらつきに関する知見を得るのに多くの時間や手間が必要であった。また、加熱や光照射による材料成分や化学構造の変化と形状の変化をインプロセスで同時に評価することは困難であった。
【００１３】
そこで本発明の主たる目的は、これらの問題点を解決し、特定個所の化学構造及び三次元形状データを容易に取得でき、かつ大面積試料においては複数個所の化学構造及び三次元形状データからこれらの分布を容易に得ることが可能な三次元形状・赤外分光複合測定装置及び測定方法を提供することにある。さらには材料成分や化学構造の変化と形状の変化をインプロセスで同時に評価することが可能な試料表面形状・赤外分光複合評価装置および評価方法並びに測定方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために成されたものである。すなわち、請求項１に記載の本発明は、微小領域の表面三次元形状を計測するためのレーザー測長手段と、微小領域の化学構造を評価するための赤外分光分析手段と、上記レーザー光と赤外光を試料の同一領域に同時に照射するための光学系と、試料を任意の位置に移動するためのステージと、上記手段の動作制御および情報処理のためのコンピュータとを具備していることを特徴とする試料表面形状・赤外分光複合評価装置である。
【００１５】
その一態様において、前記レーザー光と赤外光が同一のカセグレンを用いて集光され、試料の同一領域に照射されることを特徴とする。
【００１６】
さらに別の一態様においては、測定試料を冷却または加熱する温度調節手段を設けること、測定試料に紫外線を照射する手段を設けることを試料表面に液滴を付与する手段を設けることが可能である。
【００１７】
請求項６に記載の、本発明の三次元形状・赤外分光測定方法としては、波長の異なる光を同一の微小領域に照射し、試料内を透過あるいは反射した各々の光を別々の検出手段によって検出し、三次元形状情報及び化学構造情報を同時に得ることを特徴とする。
【００１８】
その一態様において、試料上の複数箇所において上記表面三次元形状計測とスペクトル測定を繰り返し行なうことができる。
【００１９】
また別の一態様において、試料を加熱または冷却しながら上記表面三次元形状計測と赤外分光測定を、一定の時間間隔をおいて繰り返し行なうことができる。
【００２０】
さらに別の一態様において、試料に紫外線を照射しながら上記表面三次元形状計測と赤外分光測定を、一定の時間間隔をおいて繰り返し行なうことができる。
【００２１】
さらにまた別の一態様においては、固体試料表面の所望の個所の赤外分光測定を行なう工程と、同領域に液滴を付与した後、液滴の形状計測を行なうことにより、基板材料の赤外分光分析と表面エネルギーを評価することができる。この時、接触角を算出する方法として、付与された液滴の高さおよび径から算出することが可能である。
【００２２】
以上のように、形状計測手段と、赤外分光分析手段と、試料ステージと、これらの動作制御および情報処理のためのコンピュータとを備えた本発明の装置および測定方法を用いることにより、任意の同一個所の赤外スペクトルと三次元形状データを容易に取得できる。またこれらのデータを同一基板上の複数個所で測定することにより、面内でのばらつきを得ることができる。さらには試料に温度や光などの外的エネルギーを加えながら繰り返し測定することにより、試料形状及び化学構造の経時的な変化を同時に評価することが可能である。
【００２３】
以上、本発明を整理して要約すれば以下の構成に集約できる。
【００２４】
（１）微小領域の表面三次元形状を計測するためのレーザー測長手段と、微小領域の化学構造を評価するための赤外分光分析手段と、上記レーザー光と赤外光を試料の同一領域に同時に照射するための光学系と、試料を任意の位置に移動するためのステージと、上記手段の動作制御および情報処理のためのコンピュータとを具備していることを特徴とする試料表面形状・赤外分光複合評価装置。
【００２５】
（２）前記レーザー光と赤外光が同一のカセグレンを用いて集光され、試料の同一領域に照射されることを特徴とする前記（１）に記載の試料表面形状・赤外分光複合評価装置。
【００２６】
（３）測定試料を冷却または加熱する温度調節手段を設けたことを特徴とする前記（１）に記載の試料表面形状・赤外分光複合評価装置。
【００２７】
（４）測定試料に紫外線照射手段を設けたことを特徴とする前記（１）に記載の試料表面形状・赤外分光複合評価装置。
【００２８】
（５）試料表面に液滴付与手段を設けたことを特徴とする前記（１）に記載の試料表面形状・赤外分光複合評価装置。
【００２９】
（６）波長の異なる光を同一の微小領域に照射し、試料内を透過あるいは反射した各々の光を別々の検出手段によって検出し、三次元形状情報及び化学構造情報を同時に得ることを特徴とする試料表面形状・赤外分光複合評価方法。
【００３０】
（７）試料上の複数箇所において上記表面三次元形状計測とスペクトル測定を連続して行なうことを特徴とする試料表面形状・赤外分光複合評価方法。
【００３１】
（８）試料を加熱または冷却しながら上記表面三次元形状計測と赤外分光測定を、一定の時間間隔をおいて繰り返し行なうことを特徴とする前記（７）に記載の試料表面形状・赤外分光複合評価方法。
【００３２】
（９）試料に紫外線を照射しながら上記表面三次元形状計測と赤外分光測定を、一定の時間間隔をおいて繰り返し行なうことを特徴とする前記（７）に記載の試料表面形状・赤外分光複合評価方法。
【００３３】
（１０）固体試料表面の所望の個所の赤外分光測定を行なう工程と、同領域に液滴を付与した後、液滴の形状計測を行なうことにより、試料材料の赤外分光分析と液体のぬれ性を評価することを特徴とする測定方法。
【００３４】
（１１）接触角を算出する方法として、付与された液滴の高さおよび径から算出することを特徴とする前記（１０）に記載の測定方法。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態にかかる試料表面形状・赤外分光複合評価装置の構成を示す図である。ここでは形状計測手段としてレーザー測長手段を用いている。また赤外分光手段では透過と反射の双方の測定ができるが、ここでは反射の場合を示している。なお図２には透過の場合を示す。図１及び図２において、１はステージ、２は基板、３は試料、４、１８はカセグレン鏡、５は赤外光源部、６は透過／反射切替え鏡、７は赤外検出器、８はレーザー光源、９は走査ミラー、１０はピンホール、１１はイメージセンサー、１２、１３、１４及び１５は反射鏡、１６はコンピュータ、１７は光路である。
【００３６】
レーザー測長手段４は、被検体にレーザーを照射し、その反射光を受光素子で捉え、三角測量の原理により測長機と被検体との距離を計算し、その相対的な距離の変化量を長さデータとして得るものである。レーザー測長手段による三次元形状の測定は以下のように行なわれる。すなわち、光源８で発生したレーザー光を走査ミラー９で走査し、反射鏡１４で反射した後カセグレン鏡４で集光し試料３に照射する。試料からの反射光は再びカセグレン鏡４を通りＣＣＤイメージセンサー１１で受光し画像を得る。イメージセンサー１１の前にピンホール１０を配置することにより、焦点の合った場合のみ光がピンホール１０を通過することで空間分解能の高い画像を得ることができる。ステージ１をＺ軸方向に移動させ、焦点位置を変えて得られた像を処理することにより、高さ情報や表面の３次元立体形状の情報を得ることができる。
【００３７】
次に赤外分光測定手段について説明する。赤外分光測定は試料の材質及び形状に応じて透過と反射の双方の測定ができる。反射の場合の測定は以下のように行なわれる。光源部５で発生した赤外光は、透過／反射切替え鏡６、反射鏡１２、１５、カセグレン鏡４を経て試料３上の微小領域に集光される。試料３表面あるいは基板２面で反射した光は再びカセグレン鏡４を、反射鏡１２、１３を通って検出器７上に焦点を結ぶ。透過測定の場合は、光源部５からの光は透過／反射切替え鏡６を経て、ステージ下部に設けられたもうひとつのカセグレン鏡１８で絞られて試料３の微小領域に集光される。試料３を透過した光は反射測定の場合と同じように検出器７で検出される。なお試料３の観測は白色光を入れ、ＣＣＤイメージセンサーで観察することもできる。試料３像を観測し、その部分にアパーチャ―をかければ（不図示）、その部分のみの赤外スペクトルが得られる。
【００３８】
コンピュータ１６は、レーザー測長手段及び赤外分光測定手段の駆動を制御するとともに、これらから送出された座標のデータや画像情報、赤外吸収強度等を取り込む。また後で述べるような液滴形状から接触角θを算出する操作も同コンピュータ１６によって行なわれる。
【００３９】
このように図１及び図２に示した装置においては、レーザー光と赤外光が光路の一部を共有し、カセグレン鏡を通じて同一の微小領域に光を集光できる構造となっている。したがって装置と試料の平面内での相対位置を移動させることなく、同一微小領域の三次元表面形状・赤外分光測定が可能となる。
【００４０】
なお、前述のようにレーザー測長手段で三次元形状を測定する場合には、高さ方向の情報を得るためステージ１をＺ軸方向に移動させる。移動幅が５μｍ以下であれば、Ｚ軸方向に移動させながら赤外分光測定を行なうことは可能である。すなわち三次元形状と赤外分光測定を同時に行なうことができる。移動幅が多い場合には別々に測定することが望ましい。
【００４１】
以上に示した装置を用いれば、例えば固体材料表面上に付与された塗料や樹脂材料が形成する形状と赤外分光測定を同一基板上の多点について繰り返し測定することができ、結果としてこれらの基板内分布やばらつきを測定することができる。
【００４２】
また、以上に示した装置に必要に応じて試料を冷却または加熱する温度調節手段や、光を照射する手段を設けることができる。例えば温度調節手段を設ければ、温度変化による試料の成分の変化と形状変化を経時的に評価することが可能である。また光照射手段、例えば紫外線照射手段を設ければ紫外線硬化樹脂の構造変化に伴う形状変化を観測することが可能である。これら温度調節手段や紫外線照射手段はいずれもコンピュータ１６によって動作制御及びデータ収集される。
【００４３】
さらには、図３に示したように本装置に液滴付与手段１９を設けることにより固体材料の化学構造と液体に対するぬれ性を同時に簡易的に測定する手段として用いることができる。測定方法の一態様を以下に説明する。
【００４４】
まず固体試料３の任意の測定箇所をカセグレン鏡４直下に移動し、そのステージ位置座標（Ｘ１，Ｙ１）をコンピュータ１６に取り込む。次に赤外分光手段を駆動し、試料表面の赤外スペクトルを計測し該データをコンピュータ１６に取り込む。その後、該測定箇所を液滴付与手段１９直下まで移動させた後、液滴付与手段１９を操作し、試料３表面に一定量の液滴を形成する。さらにステージ１を座標（Ｘ１，Ｙ１）のカセグレン鏡４直下まで再び移動させてからレーザー測長手段を駆動し、液滴の三次元形状を計測する。コンピュータ１６に液滴の形状データから液滴の３次元形状を形成し、それをもとに接触角θを計算する。
【００４５】
また上記の操作を連続して行なうことにより、試料上の複数箇所における基板の赤外分光データと液滴の形状計測データ、接触角データを連続して取り込むことができ、試料面内でのこれらのばらつきや分布データを得ることが可能である。この場合、コンピュータに備えられた測定シーケンス機能を用いれば効率的である。試料移動、赤外分光測定、液滴付与を行ない、液滴付与から一定の時間をおいて３次元形状計測を行なう。試料上の複数箇所においてこの操作を自動的に繰り返し行なえば、精密で効率的な測定が可能となる。
【００４６】
固体試料表面の所望の個所の赤外分光測定を行なう工程と、同領域に液滴を付与した後、液滴の形状計測を行なうことにより、試料の赤外分光測定と接触角を求めることができ、そこから表面エネルギーを算出することができる。この時、接触角を求める方法として、付与された液滴の高さおよび径から算出することが可能である。
【００４７】
接触角θを算出する方式については、液滴２１が小さい場合その形状は球の一部と見なされ、液滴２１と試料表面との接触角θは液滴２１の半径ｒと高さｈより求めることができる。具体的には接触角θは、図４に示したように、ｒ≧ｈであればｈ＝ｒ・ｔａｎ（θ／２）より求められ、またｒ＜ｈであればｈ＝２ｒ・ｓｉｎ２（θ／２）より求めることができる。
【００４８】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４９】
（実施例１）
本実施例を図１及び図５を用いて説明する。本実施例では、試料３としてＳＵＳ基板上にエポキシ樹脂モノマーのメチルエチルケトン溶解物を幅５ｍｍ、膜厚が約１０μｍになるようにライン状に塗布し、４０℃で２分間過熱したものを用いた。レーザー測長手段の光源８としては緑Ｈｅ−Ｎｅレーザー（５４３ｎｍ）を用いた。
【００５０】
まず試料３をステージ１上に置き、塗布膜のエッジ部（図５ａ）をカセグレン鏡４直下まで移動させ、ステージをＺ軸方向に２０μｍ動かしながらレーザー測長手段を駆動し、塗布膜のエッジ部三次元形状を計測した。この時レーザーは３００μｍ角の領域で走査した。次に赤外分光手段を駆動し、同領域の赤外反射スペクトルを計測し該データをコンピュータ１６に取り込んだ。次に塗布膜の中心部（図５ｂ）をカセグレン鏡４直下まで移動させ、上記と同様の測定を行った。この測定をエッジ部及び中心付近で３ヶ所ずつ繰り返し行なった。
【００５１】
その結果、中心部での膜厚分布は５０ｎｍ以下、エッジ部は中心部に比べて膜厚が厚く、丸く隆起している様子が観測された。また赤外スペクトルによれば、いずれの部分でもエポキシ樹脂とメチルエチルケトンに由来する吸収が観測されたが、その強度比に違いが見られた。エポキシ樹脂由来の１５００ｃｍ−１のピーク（ベンゼン環による）と、メチルエチルケトン由来の１７４０ｃｍ−１のピーク（カルボニル基による）で比較すると、エッジ部の赤外スペクトルの方が、メチルエチルケトン由来ピークより相対的にやや弱く検出されており、このことからエッジ部では中心部に比べて溶媒の揮発が若干早く進んでいるものと考えられた。
【００５２】
（実施例２）
本実施例を図２を用いて説明する。本実施例では、試料３としてＣａＦ２基板上にエポキシ樹脂モノマーのメチルエチルケトン溶解物を幅１００μｍ、膜厚が約１０μｍになるようにライン状に塗布したものを用いた。レーザー測長手段の光源８としては緑Ｈｅ−Ｎｅレーザーを用い、ステージ１には上記試料３を加熱するための加熱手段（不図示）を設けた。
【００５３】
まず試料３の塗布膜をステージ１上に置き、カセグレン鏡４直下まで移動させ、ステージをＺ軸方向に２０μｍ動かしながらレーザー測長手段を駆動し、塗布膜の三次元形状を計測した。この時レーザーは２００μｍ角の領域で走査した。同時に赤外分光手段を駆動し、液滴部分の赤外透過スペクトルを計測し該データをコンピュータ１６に取り込んだ。
【００５４】
次に加熱手段を用いて試料３を４０℃で１０分間加熱した。この間、上記の３次元形状計測と赤外分光分析を３０秒ごとに繰り返し、加熱による形状の変化と樹脂材料の構造変化を測定した。さらにその後試料３を１００℃で１０分間加熱しながら上記と同様の測定を繰り返した。
【００５５】
４０℃１０分間の加熱のうち初めの５分間に形状及び赤外スペクトルに変化が見られた。試料は、初めの５分間で加熱前試料に比べて線幅、膜厚ともに３０％の減少がみられ、この間赤外スペクトルの吸収強度比に変化が見られた。これはキシレン溶媒の揮発によるものと考えられ、最後に得られた赤外スペクトルはエポキシ樹脂モノマーのスペクトルと一致していた。これより、溶媒の揮発は初期の５分間でほぼ終了したものと考えられた。また、続いて行なった１００℃１０分間の加熱においては膜厚方向の形状が約５％減少した。また赤外スペクトルではエポキシ樹脂の高分子化を示すスペクトルの変化が検出された。
【００５６】
さらに、上記と同様の方法でＣａＦ２基板上にエポキシ樹脂モノマーのメチルエチルケトン溶解物を塗布したものを１００℃１５分間で加熱した試料についても測定し、上記の測定結果と比較した。その結果、後者の方が溶媒の揮発と樹脂の高分子化が急速に起こり、形成された膜の膜厚分布や形状の歪みが多くなることが判明した。
【００５７】
（実施例３）
本実施例を図１を用いて説明する。本実施例では、試料３としてＳＵＳ基板上に他官能アクリレート系の紫外線硬化樹脂を幅５ｍｍ、膜厚１０μｍ程度に塗布したものを用いた。レーザー測長手段の光源８としてはＨｅ−Ｎｅレーザーを用い、ステージ１には上記試料３に紫外線を照射するための手段（不図示）を設けた。
【００５８】
まず加熱前の試料３をステージ１上に置き、カセグレン鏡４直下まで移動させ、ステージをＺ軸方向に２５μｍ動かしながらレーザー測長手段を駆動し、塗布の三次元形状を計測した。この時レーザーは膜のエッジ部を含むように１００μｍ角の領域で走査した。同時に赤外分光手段を駆動し、塗布膜部分の赤外反射スペクトルを計測し該データをコンピュータ１６に取り込んだ。
【００５９】
次に紫外線照射手段を用いて試料３に５０ｍＷの紫外線を１０分間照射した。この間、上記の３次元形状計測と赤外分光分析を３０秒ごとに繰り返し、紫外線照射による形状の変化と樹脂材料の構造変化を測定した。
【００６０】
紫外線照射に伴い、形状及び赤外スペクトルに変化が見られた。光照射と同時に高分子化に伴うスペクトルの変化が観測され、５分後以降は変化が見られなくなった。同時に膜厚が減少する様子が見られた。照射後の膜厚は照射前に比べて５％、また平面方向にも収縮していることが観測された。
【００６１】
また同様の方法で試料３に５００ｍＷの紫外線を５分間照射してその変化の様子を観測した。光照射とともに赤外スペクトルの変化が観測され、１分後以降は変化が見られなくなった。また硬化に伴う樹脂の収縮は、前者の条件に比べて急速に起こることが判明した。
【００６２】
（実施例４）
本実施例を図３を用いて説明する。本実施例においては、試料としてＮｉ基板上にフッ素樹脂をコーティングした試料の計測を行ない、試料の液体に対するぬれ性と構造を評価した例について述べる。
【００６３】
まず固体試料３の任意の測定箇所をカセグレン鏡４直下に移動し、そのステージ位置座標（Ｘ１，Ｙ１）をコンピュータ１６に取り込んだ。次に赤外分光手段を駆動し、試料表面の赤外スペクトルを計測し、該データをコンピュータ１６に取り込む。その後、該測定箇所を液滴付与手段１９直下まで移動させた後、液滴付与手段１９を操作し、試料３表面に水を約０．５マイクロリットル滴下し液滴２１を形成した。さらにステージを座標（Ｘ１，Ｙ１）のカセグレン鏡４直下まで再び移動させてからレーザー測長手段を駆動し、液滴２１の三次元形状を計測した。その結果、液滴２１の直径２ｒ＝１．０８ｍｍ、高さｈ＝０．７３ｍｍを得、それをもとに液滴の接触角θ＝１１０°を算出した。また赤外スペクトルからは試料表面にフッ素樹脂層が形成されていることを確認した。
【００６４】
（実施例５）
本実施例を図３を用いて説明する。ここでは実施例４と同様の装置及び試料を用いた。
【００６５】
まず予め試料３面内でＸ方向、Ｙ方向ともに５００μｍおきに５点ずつ格子状の測定ポイント２５箇所の座標（Ｘ１，Ｙ１）〜（Ｘ２５，Ｙ２５）をコンピュータ１６上で指定し、順次測定を行なうようシーケンスを作成した。それにより、まず第一の指定位置（Ｘ１，Ｙ１）がカセグレン鏡４直下になるようステージ１を移動し、試料３表面の赤外スペクトルを計測し、該データをコンピュータ１６に取り込んだ。その後、該測定箇所を液滴付与手段１９直下まで移動させた後、液滴付与手段１９を操作し、試料３表面に水を約０．２マイクロリットル滴下し液滴２１を形成した。以下実施例４と同様の方法で液滴形状測定、接触角の算出を行った。この操作を（Ｘ２，Ｙ２）〜（Ｘ２５，Ｙ２５）の点についても自動的に繰り返し行なった。
【００６６】
その結果、試料面内でフッ素樹脂の付着状態にばらつきが見られ、これと相関を持って接触角の値にも差が生じていた。フッ素樹脂ピークが強く検出された１５箇所では液滴の接触角平均１１０°、ばらつき±５％を得た。一方、フッ素樹脂ピークが弱く検出された部分やほとんど検出されない個所もあり、それらの部分では液滴の接触角は平均２５°、ばらつき±３０％を得た。中には液滴形状にひずみがあり接触角の測定が困難な個所もあった。これらの結果からフッ素樹脂膜の不均一さがぬれ性の不均一さを生じている原因であることが確認された。またこれらの結果を測定座標とあわせて表示することにより面内での、フッ素樹脂膜やぬれ性の分布を容易に観測することができた。
【００６７】
【発明の効果】
以上述べてきたように、形状計測手段と、赤外分光分析手段と、試料ステージと、これらの動作制御および情報処理のためのコンピュータとを備えた本発明の装置および測定方法を用いることにより、任意の同一個所の赤外スペクトルと三次元形状データを容易に取得できる。また試料に温度や光などの外的エネルギーを加えながら繰り返し測定することにより、試料形状及び化学構造の経時的な変化を同時に評価することが可能である。さらには固体材料の化学構造とぬれ性を同時に簡易的に測定する手段として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る試料表面形状・赤外分光複合装置の構成を示す図
【図２】本発明の別の一実施形態に試料表面形状・赤外分光複合装置の構成を示す図
【図３】本発明の別の一実施形態に試料表面形状・赤外分光複合装置の構成を示す図
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）　液滴の径、高さと接触角の関係を示す図
【図５】実施例１の測定を説明するための説明図
【符号の説明】
１　ステージ
２　基板
３　試料
４　カセグレン鏡（レーザー測長手段）
５　赤外光源部
６　透過／反射切替え鏡
７　赤外検出器
８　レーザー光源
９　走査ミラー
１０　ピンホール
１１　イメージセンサー
１２　反射鏡
１３　反射鏡
１４　反射鏡
１５　反射鏡
１６　コンピュータ
１７　光路
１８　カセグレン鏡
１９　液滴付与手段
２０　固体表面
２１　液滴
２２　基板
２３　樹脂溶解物
θ　接触角
【図１】
2004117108.tif 000003
【図２】
2004117108.tif 000004
【図３】
2004117108.tif 000005
【図４】
2004117108.tif 000006
【図５】
2004117108.tif 000007