纳米突起构造体检查装置以及纳米突起构造体检查方法与流程

1.本发明(teaching)涉及用于进行在金属表面形成的纳米突起构造体的检查的纳米突起构造体检查装置以及纳米突起构造体检查方法。


背景技术：

2.提出了一项用于以光学方式检查被检查件的表面的技术。例如，日本专利申请公开第2014－52339号公报所记载的表面凹凸检查装置具备照射部、拍摄部以及检查部。照射部从斜上方对于被检查面照射线状光。拍摄部仅拍摄在被检查面发生反射的线状光中的进行镜面反射的线状光的反射光。检测部根据反射光的亮度求出发出了反射光的被检查面的表面角度，基于所求出的表面角度来检测被检查面的凹凸状态。上述文献中存在对凹凸的间隙为10μm左右的缺陷进行检查这一记载。
3.近年来，将纳米级的突起构造体(以下，简称为“纳米突起构造体”)形成于金属表面的技术正被逐渐关注。例如，通过在形成有纳米突起构造体的金属表面接合树脂体，来进行使金属与树脂体的接合强度提高的尝试等。然而，在上述文献所例示的现有的光学检查方法中，极限是检查被检查面中的微米级的缺陷的有无，难以检查纳米突起构造体。另外，还能够通过利用扫描式电子显微镜(sem)等观察形成有微小的构造体的金属表面的剖面部来检查纳米级的突起。然而，利用扫描式电子显微镜可检查的范围微小，且为了观察剖面部还需要破坏金属。如以上那样，在现有的技术中难以高效地进行形成于金属表面的纳米突起构造体的检查。


技术实现要素：

4.本发明的典型的目的在于，提供能够高效地进行形成于金属表面的纳米突起构造体的检查的纳米突起构造体检查装置以及纳米突起构造体检查方法。
5.这里公开的一个方式的纳米突起构造体检查装置具备：检查光照射部，向金属的表面亦即被检查面照射检查光；和色彩亮度计，相对于因上述被检查面引起的上述检查光的镜面反射方向倾斜配置拍摄元件的拍摄光轴，并通过利用拍摄元件接受包括镜面反射光以及漫反射光的来自上述被检查面的上述检查光的反射光中的上述漫反射光来检查上述被检查面中的纳米级的突起构造体。
6.另外，这里公开的一个方式的纳米突起构造体检查方法包括：检查光照射步骤，通过检查光照射部向金属的表面亦即被检查面照射检查光；和检查步骤，通过利用色彩亮度计拍摄包括镜面反射光以及漫反射光的来自上述被检查面的上述检查光的反射光中的上述漫反射光来检查上述被检查面中的纳米级的突起构造体，该色彩亮度计相对于因上述被检查面引起的上述检查光的镜面反射方向倾斜配置拍摄元件的拍摄光轴。
7.本技术的发明人们发现：若利用拍摄元件接受来自被检查面的检查光的直接反射光，则残存于金属的表面的微弱的金属光泽会对色彩亮度计的拍摄结果造成影响、纳米突起构造体的检查精度降低。即，本技术的发明人们发现：通过抑制来自被检查面的检查光的
反射光中的直接反射光被拍摄元件接受，以接受漫反射光的方式进行拍摄，使得形成于被检查面的多个纳米级的突起的形状(例如从突起的根部至前端的高度等)与色彩亮度计的拍摄结果之间的关联性变高。
8.在本公开所涉及的纳米突起构造体检查装置以及纳米突起构造体检查方法中，色彩亮度计的拍摄元件的拍摄光轴相对于因被检查面引起的检查光的镜面反射方向倾斜。其结果是，可抑制来自被检查面的检查光的反射光中的直接反射光被拍摄元件接受，仅漫反射光容易被接受。因此，由于色彩亮度计的拍摄结果与被检查面中的纳米突起构造体的形状之间的关联性变高，所以基于色彩亮度计的拍摄结果能恰当地进行纳米突起构造体的检查。另外，色彩亮度计通过二维拍摄元件或者一维拍摄元件(线传感器(line sensor))与一维方向的扫描的组合能够容易地拍摄被检查面上的二维的区域。因此，与仅在被检查面上的微小的区域进行检查的情况(例如使用扫描式电子显微镜的情况等)相比，检查效率好。还不需要破坏被检查面。因此，能恰当地进行形成于金属表面的纳米突起构造体的检查。
9.在这里公开的纳米突起构造体检查装置以及方法的有效的一个方式中，金属的材质为铜，向被检查面照射的检查光的波长范围包括可见光的波长范围，色彩亮度计至少输出可见光的波长范围的受光结果。
10.本技术的发明人们发现：在金属的材质为铜的情况下，被检查面的纳米突起构造体的形状特别强烈地对由色彩亮度计测定的可见光的波长范围的强度造成影响。因此，在金属的材质为铜的情况下，通过使用可见光的波长范围的受光结果，能够更高精度地进行纳米突起构造体的检查。
11.其中，可见光的波长范围例如可以包括400nm～800nm中的至少一部分波长范围。另外，在金属的材质为铜的情况下，纳米突起构造体的材质可以包括氧化铜以及氢氧化铜中的至少任一个。该情况下，根据可见光的波长范围的受光结果来恰当地进行纳米突起构造体的检查。
12.在这里公开的纳米突起构造体检查装置以及方法的有效的一个方式中，金属的材质为铝，向被检查面照射的检查光的波长范围包括近紫外光的波长范围，色彩亮度计至少输出近紫外光的波长范围的受光结果。
13.本技术的发明人们发现：在金属的材质为铝的情况下，被检查面的纳米突起构造体的形状特别强烈地对由色彩亮度计测定的近紫外光的波长范围的强度造成影响。因此，在金属的材质为铝的情况下，通过使用近紫外光的波长范围的受光结果，能够更高精度地进行纳米突起构造体的检查。
14.其中，近紫外光的波长范围例如可以包括200nm～380nm中的至少一部分波长范围。另外，在金属的材质为铝的情况下，纳米突起构造体的材质可以包括氧化铝。该情况下，根据近紫外光的波长范围的受光结果来恰当地进行纳米突起构造体的检查。
15.对于金属表面的纳米突起构造体的形成方法也能够适当地选择。例如，可以通过向金属表面中的多个位置分别照射激光，来在金属表面形成多数的纳米突起构造体。该情况下，通过被照射了激光的被照射部位的金属熔融，来在各个被照射部位的周边部形成纳米突起构造体。被照射部位的直径可以为10μm～200μm，因激光引起的被照射部位的下沉的深度可以为5μm～20μm。另外，纳米突起构造体的宽度可以为5nm～20nm，纳米突起构造体的高度可以为10nm～1000nm。
16.在这里公开的纳米突起构造体检查装置以及方法的有效的一个方式中，色彩亮度计的拍摄元件的上述拍摄光轴相对于因被检查面引起的检查光的镜面反射方向的倾斜度为50度以上。该情况下，能够更恰当地抑制来自被检查面的检查光的直接反射光被拍摄元件接受。因此，色彩亮度计的拍摄结果与被检查面中的纳米突起构造体的形状之间的关联性变高，检查精度进一步提高。
17.在检查光照射步骤中，检查光照射部可以从以色彩亮度计的拍摄元件的拍摄光轴为中心而对称的方向向被检查面照射检查光。该情况下，由于向被检查面照射的检查光的光量容易变均匀，所以检查精度进一步提高。
附图说明
18.图1是纳米突起构造体检查装置1的侧视图。
19.图2是在将角度θ分别调整为83度、54度、45度、7度的状态下测定出的被检查面31的亮度的直方图(histogram)。
20.图3是按每个波长示出在样本的材质为铜的情况下测定出的来自被检查面31的返回光的强度的图表。
21.图4是按每个波长示出在样本的材质为铝的情况下测定出的来自被检查面31的返回光的强度的图表。
22.附图标记说明：
[0023]1…
纳米突起构造体检查装置；10
…
检查光照射部；20
…
色彩亮度计；21
…
物镜；23
…
拍摄元件；30
…
样本；31
…
被检查面。
具体实施方式
[0024]
以下，参照附图对本公开中的典型的1个实施方式详细地进行说明。本说明书中特别言及的事项以外的事态中的实施所需的事态能够掌握为基于本领域中的现有技术的本领域技术人员的设计事项。本发明能够基于本说明书中公开的内容与本领域中的技术常识来实施。此外，在以下的附图中，对起到相同作用的部件、部位标注相同的附图标记来进行说明。另外，各附图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)不反映实际的尺寸关系。在本说明书中将数值范围显示为a～b(a、b为任意的数值)的情况下，表示a以上且b以下。因此，包括超过a且小于b的情况。
[0025]
(装置结构)
[0026]
参照图1来对本实施方式的纳米突起构造体检查装置1的结构进行说明。图1是纳米突起构造体检查装置1的侧视图。本实施方式的纳米突起构造体检查装置1具备检查光照射部10和色彩亮度计20。检查光照射部10向金属制的样本30的表面亦即被检查面31照射检查光。色彩亮度计20拍摄样本30的被检查面31，测定被检查面31内的亮度(在本实施方式中为亮度以及色度)。
[0027]
其中，在本实施方式中，平板状的样本30被载置于水平的工作台3上。从斜上方对于样本30的上表面的被检查面31照射检查光。色彩亮度计20从铅垂上方拍摄样本30的被检查面31。但是，设置各部件的角度可以被变更。例如，可以不沿水平方向而沿倾斜方向或者铅垂方向设置样本30的被检查面31。该情况下，优选根据被检查面31的角度来调整检查光
照射部10以及色彩亮度计20的角度。关于检查光照射部10等相对于被检查面31等的角度等详细情况将后述。
[0028]
色彩亮度计20具备物镜21、拍摄元件23、控制部24、显示部25以及操作部26。物镜21设置于从被检查面31至拍摄元件23的拍摄光路上，将来自被检查面31的光道入至拍摄元件23。即，拍摄元件23的拍摄光轴o通过物镜21的光轴到达被检查面31。此外，虽然详细情况将后述，但在本实施方式中，在形成样本30的金属的材质为铝的情况下，检查光的波长范围中包括近紫外光的波长范围。该情况下，在从被检查面31至拍摄元件23的拍摄光路上(在本实施方式中为物镜21的被检查面31侧)设置有滤光片22，该滤光片22供近红外光的波长范围的光的大部分透过且截断其他波长范围的光的大部分。其结果是，由于近紫外光以外的波长范围的光难以被拍摄元件23接受，所以检查精度提高。
[0029]
拍摄元件23通过接受从被检查面31导入的光来拍摄被检查面31。作为一个例子，本实施方式的拍摄元件23采用了多个受光元件排列为格子状的二维ccd影像传感器。因此，本实施方式的纳米突起构造体检查装置1能够在使样本30静止的状态下拍摄二维的被检查面31。但是，也能够变更二维的被检查面31的拍摄方法。例如，作为拍摄元件，可以使用多个受光元件沿一维方向排列而成的线传感器。该情况下，纳米突起构造体检查装置可以具备沿与线传感器交叉的方向输送样本30的输送部，通过边一输送样本30一边进行线传感器的拍摄来拍摄二维的被检查面31。
[0030]
控制部24掌管色彩亮度计20的控制。详细而言，控制部24具备掌管各种控制的控制器(例如cpu)和能够存储程序以及数据等的存储装置。此外，色彩亮度计20的控制部24可以兼作掌管纳米突起构造体检查装置1整体的控制的控制部。
[0031]
显示部25显示各种图像。例如，色彩亮度计20能够使显示部25显示对针对被检查面31内测定出的亮度的分布进行表示的图像等。操作部26为了供用户输入各种指示而被用户操作。作为一个例子，在本实施方式中，使用设置于显示部25的显示面的触摸面板作为操作部26。然而，也可以使用键盘、鼠标、操作按钮等至少任一个作为操作部。其中，本实施方式的色彩亮度计20使用作为柯尼卡美能达株式会社制造的色彩亮度计的prometric(注册商标)i16。
[0032]
检查光照射部10从以色彩亮度计20的拍摄元件23的拍摄光轴o为中心而对称的方向(在本实施方式中为多个方向)对于被检查面31照射检查光。因此，由于向被检查面31照射的检查光的光量容易变均匀，所以与光量不均匀的情况相比，纳米突起构造体的检查精度提高。作为一个例子，在本实施方式中，2个检查光照射部10a、10b分别从以拍摄光轴o为中心而对称的方向(即，夹着拍摄光轴o而相互相对的方向)向被检查面31照射检查光。然而，也可以以拍摄光轴o为中心将3个以上的检查光照射部配置为环状(优选为点对称)。另外，可以通过具有环状的发光部的检查光照射部来均匀地向被检查面31照射检查光。
[0033]
其中，在本实施方式中的样本30的被检查面31预先形成有纳米突起构造体。在本实施方式中，为了使金属制的样本30的表面(被检查面31)与树脂体的接合强度提高，在被检查面31形成纳米突起构造体。通过检查纳米突起构造体是否适当地形成于被检查面31，能够预测被检查面与树脂体是否稳固地接合。
[0034]
作为一个例子，在本实施方式中，向被检查面31中的多个位置分别照射激光。其结果是，通过被照射了激光的被照射部位的金属熔融，从而在各个被照射部位的周边部形成
纳米突起构造体。被照射部位的直径为10μm～200μm，激光引起的被照射部位的下沉的深度为5μm～20μm。另外，纳米突起构造体的宽度为5nm～20nm，纳米突起构造体的高度为10nm～1000nm。其中，在形成样本30的金属的材质为铜的情况下，纳米突起构造体的材质种包括氧化铜以及氢氧化铜中的至少任一个。另外，在形成样本30的金属的材质为铝的情况下，纳米突起构造体的材质中包括氧化铝。
[0035]
参照图1以及图2对色彩亮度计20的拍摄元件23的拍摄光轴o相对于因被检查面31引起的测定光的镜面反射方向的角度的关系进行说明。在图1中，图示了从检查光照射部10a射出的检查光的因被检查面31引起的镜面反射方向ra与从检查光照射部10b射出的检查光的因被检查面31引起的镜面反射方向rb。另外，将镜面反射方向ra与拍摄元件23的拍摄光轴o所成的角度设为θ。此外，在本实施方式中，镜面反射方向rb与拍摄光轴o所成的角度也为θ。
[0036]
如图1所示，相对于因被检查面31引起的检查光的镜面反射方向ra、rb，色彩亮度计20的拍摄元件23的拍摄光轴o配置倾斜。其结果是，可抑制因被检查面31引起的检查光的反射光中的直接反射光被拍摄元件23接受，容易仅接受漫反射光。因此，色彩亮度计20的拍摄结果(例如拍摄图像所呈现的漫反射光的亮度的二维分布)与被检查面31中的纳米突起构造体的形状(在本实施方式中主要为多个纳米突起构造体的高度的分布)之间的关联性变高。因此，可恰当地执行被检查面31上的二维的区域中的纳米突起构造体的检查。
[0037]
本技术的发明人们进行了用于规定因被检查面31引起的检查光的镜面反射方向ra、rb与拍摄元件23的拍摄光轴o所成的角度θ的适当范围的试验。在本试验中，首先准备了纳米突起构造体的形成状况相互不同的4个样本30。在第1个样本30中，将激光的输出设为规定值100％来形成了纳米突起构造体。在第2个样本30中，将激光的输出设为规定值的80％来形成了纳米突起构造体。在第3个样本30中，将激光的输出设为规定值的60％来形成了纳米突起构造体。在第4个样本30中不形成纳米突起构造体。本试验中使用的4个样本30的材质为铝。接下来，在将检查光的镜面反射方向ra、rb与拍摄光轴o所成的角度θ分别调整为83度、54度、45度、7度的状态下，利用色彩亮度计20拍摄了准备好的4个样本30的被检查面31。
[0038]
图2是在将角度θ分别调整为83度、54度、45度、7度的状态下测定出的被检查面31的亮度的直方图。通常，从规定值起越降低激光的输出，则形成于样本30的被检查面31的纳米突起构造体的高度越低。另外，纳米突起构造体的高度越高，则所测定的返回光的强度越低。因此，若通过高的输出的激光形成了纳米突起构造体的被检查面31的亮度(图2中的“100％”“80％”的亮度)比未形成纳米突起构造体的被检查面31的亮度(图2中的“未形成”的亮度)低，则能够说被检查面31中的纳米突起构造体的形状与测定出的被检查面31的亮度之间的关联性高。
[0039]
如图2所示，在将角度θ调整为83度的情况下，可明确地区分“100％”“80％”的亮度的直方图与“未形成”的亮度的直方图。另外，在将角度θ调整为54度的情况下也同样，可明确地区分“100％”“80％”的亮度的直方图与“未形成”的亮度的直方图。在这些情况下，能够说被检查面31中的纳米突起构造体的形状与由色彩亮度计20测定出的被检查面31的亮度之间的关联性高。若被检查面31中的纳米突起构造体的形状与亮度的关联性高，则能够基于测定出的亮度来恰当地进行纳米突起构造体的检查。
[0040]
另一方面，在将角度θ调整为45度的情况下，与将θ调整为83度以及54度的情况相比，“100％”“80％”的亮度的直方图与“未形成”的亮度的直方图的重叠增加。可认为其原因在于因减小角度θ而导致被检查面31引起的检查光的直接反射光中的被色彩亮度计20的拍摄元件23接受的直接反射光增加。并且，在将角度θ调整为7度的情况下，“80％”“60％”“未形成”的直方图大幅度重叠。
[0041]
基于以上的结果，在本实施方式中，拍摄元件23的拍摄光轴o相对于因被检查面31引起的检查光的镜面反射方向ra、rb的倾斜度为50度以上。其结果是，可充分保证检查精度。
[0042]
参照图3以及图4对成为检查对象的样本30的材质与检查光的波长范围的关系进行说明。图3是按每个波长示出了在样本30的材质为铜的情况下测定出的、来自被检查面31的返回光(漫反射光)的强度的图表。在图3中，实线的曲线是将激光的输出设为规定值100％来形成了纳米突起构造体的样本30的测定结果。虚线的曲线是将激光的输出设为规定值的70％来形成了纳米突起构造体的样本30的测定结果。点线的曲线是表示将激光的输出设为规定值的50％来形成了纳米突起构造体的样本30的测定结果。另外，图4是按每个波长示出了在样本30的材质为铝的情况下测定出的、来自被检查面31的返回光(漫反射光)的强度的图表。在图4中，实线的曲线是将激光的输出设为规定值100％来形成了纳米突起构造体的样本30的测定结果。虚线的曲线是将激光的输出设为规定值的80％来形成了纳米突起构造体的样本30的测定结果。点线的曲线是将激光的输出设为规定值的60％来形成了纳米突起构造体的样本30的测定结果。
[0043]
如图3所示，在样本30的材质为铜的情况下，在可见光的波长范围(特别是约800nm附近的波长范围)中，对于3个样本30的测定结果的差异变大。另一方面，在近紫外光的波长范围亦即约380nm附近的波长范围)中，对于3个样本30的测定结果的差异几乎不存在。根据以上的结果，在本实施方式中，在样本30的材质为铜的情况下，向被检查面31照射的检查光的波长包括可见光的波长范围。色彩亮度计20至少输出可见光的波长范围的受光结果。其结果是，可更高精度地进行纳米突起构造体的检查。
[0044]
另外，如图4所示，在样本30的材质为铝的情况下，与可见光的波长范围(400nm～800nm)相比，在近紫外光的波长范围(200nm～380nm)对于3个样本30的测定结果的差异变大。根据以上的结果，在本实施方式中，在样本30的材质为铝的情况下，向被检查面31照射的检查光的波长包括近紫外光的波长范围。色彩亮度计20至少输出近紫外光的波长范围的受光结果。其结果是，可更高精度地进行纳米突起构造体的检查。
[0045]
对本实施方式中的纳米突起构造体检查方法进行说明。能够使用上述的纳米突起构造体检查装置1来执行纳米突起构造体检查方法。纳米突起构造体检查方法包括检查光照射步骤和检查步骤。在检查光照射步骤中，利用检查光照射部10向样本30的表面亦即被检查面31照射检查光。在检查步骤中，通过利用色彩亮度计20拍摄漫反射光来检查被检查面31中的纳米级的突起构造体，该色彩亮度计20将拍摄元件23的拍摄光轴o相对于因被检查面31引起的检查光的镜面反射方向ra、rb倾斜配置。其结果是，如上所述，可恰当检查被检查面31的纳米突起构造体。此外，关于样本30的材质的检查光的波长范围的关系、以及检查光的镜面反射方向ra、rb与拍摄元件23的拍摄光轴o的角度的关系等，由于和纳米突起构造体检查装置1同样，所以省略说明。
[0046]
以上，举出具体的实施方式进行了详细的说明，但这些只不过是例示，并不限定技术方案。技术方案所记载的技术包括对以上记载的实施方式各种进行变形、变更而得的技术。