JP4391731B2

JP4391731B2 - Height measuring method and confocal optical measuring device

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Publication number: JP4391731B2
Application number: JP2002272246A
Authority: JP
Inventors: 秀夫渡部
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2022-09-18
Also published as: JP2004108947A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共焦点光学顕微鏡を用いて試料の表面情報を測定する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
共焦点光学顕微鏡装置は、試料を点状照明し、試料からの透過光、反射光、又は蛍光を共焦点絞り（ピンホール）上に集光させた後、この共焦点絞りを透過する光の強度を光検出器で検出することによって試料の表面情報を取得する。また、点状照明として種々の方法により試料面上を走査することによって試料の広い範囲の表面情報を取得する。
【０００３】
図１０は、従来の走査型共焦点光学顕微鏡装置の構成例を示した図である。
同図に示した装置において、光源２１から出射した光は、ビームスブリッター２２を透過した後、二次元走査機構２３に入射する。二次元走査機構２３は第１の光スキャナ２３ａと第２の光スキャナ２３ｂからなり、光束を二次元に走査して対物レンズ２４へと導く。対物レンズ２４へ入射した光束は、集束光となって試料２５の面上を走査する。尚、試料２５は、試料台２６上に載置されており、Ｚステージ２７によって光軸方向に移動可能となっている。
【０００４】
試料２５の表面で反射した光は、再び対物レンズ２４から二次元走査機構２３を介してビームススプリッター２２に導入された後、ビームスプリッタ２２によって反射され、結像レンズ２８によってピンホール２９上に集光される。そして、そのピンホール２９によって対物レンズ２４の集光点以外からの反射光がカットされ、ピンホール２９を通過する光だけが光検出器３０によって検出される。
【０００５】
コンピュータ３１は、二次元走査機構２３、Ｚステージ２７、及び光検出器３０等を制御し、例えば、光検出器３０による検出結果を取得して、その検出結果に基づく画像をモニタ３２に表示する等の処理を行う。
上記構成において、対物レンズ２４による集光位置はピンホール２９と光学的に共役な位置にあり、試料２５が対物レンズ２４による集光位置にある場合には、試料２５からの反射光がピンホール２９上に集光し、ピンホール２９を通過することになるが、試料２５が対物レンズ２４による集光位置からずれた位置にある場合には、試料２５からの反射光はピンホール２９上に集光せず、ピンホール２９を通過しないことになる。
【０００６】
図１１は、このときの対物レンズ２４の集光位置と試料２５との相対位置（Ｚ）と、光検出器３０の出力（Ｉ）の関係（以下、この関係をＩ−Ｚカーブと呼ぶこともある）を示した図である。
【０００７】
同図に示したように、試料２５が対物レンズ２４の集光位置Ｚo にある場合、光検出器３０の出力は最大となり、この位置Ｚo から、対物レンズ２４の集光位置と試料２５との相対位置が離れるに従い光検出器３０の出力は急激に低下する。
【０００８】
この特性により、二次元走査機構２３によって集光点を二次元走査し、光検出器３０の出力を二次元走査機構２３に同期して画像化すれば、試料２５のある特定の高さのみが画像化され、試料２５を光学的にスライスした画像（共焦点画像とも言う）が得られる。さらに、Ｚステージ２７により試料２５を光軸方向に離散的に移動させ、各位置で二次元走査機構２３を走査して共焦点画像を取得し、試料各点で光検出器３０の出力が最大になるＺステージ２７の位置を検出することにより試料２５の高さ情報が得られる。また、試料２５の表面の各点での光検出器３０の出力が最大となったときの画像を重ねて表示することにより、全ての点にピントの合った画像を得ることが出来る。
【０００９】
ところで、このような構成によって試料２５の高さを計測する場合、測定精度を高めようとするとＺステージ２７の単位移動量を小さくする必要があり、計測時間が長くなってしまう。
そこで、Ｚステージ２７の単位移動量を小さくすることなく試料２５の高さ計測の精度を高める高さ測定方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この高さ測定方法では、所定の単位移動量でＺステージ２７を移動させながら、その単位移動量毎の各位置で光検出器３０の出力をそれぞれ取得し、それらの中でその出力の値が最大になっているところのＺステージ２７の位置及びその前後の位置、の計３つの位置での光検出器３０の出力に基づいてＩ−Ｚカーブを二次曲線で近似し、その近似したＩ−Ｚカーブに基づいて光検出器３０の出力が本来最大となるＺステージ２７の位置を求め、それを高さ情報として得ている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平０９−１１３２３５号公報
【特許文献２】
特開平１１−２６４９３３号公報
【特許文献３】
特開平０９−０６８４１３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにして近似したＩ−Ｚカーブに基づいて高さ測定を行う方法では、以下の問題が生じることがある。
Ｉ−Ｚカーブを前述の二次曲線或いはその他の曲線で近似するためには、３つ以上のＺ位置での光検出器３０の出力を取得する必要がある。
【００１２】
図１２(a),(b),(c),(d) は、取得した３つのＺ位置での光検出器３０の出力の一例を示した図である。
例えば、３つのＺ位置での光検出器３０の出力が、同図(a) の黒丸に示したように得られたとすれば、これら３つのＺ位置での光検出器３０の出力を用いて求めた近似二次曲線（近似したＩ−Ｚカーブ）（同図(a) の実線）は、実際のＩ−Ｚカーブ（同図(a) の点線）とほぼ等しくなるので、その近似二次曲線から光検出器３４の出力が最大となる最大値Ｉmax と、そのときのＺステージ２７の位置Ｚo を正しく推定することができる。
【００１３】
しかしながら、通常、サンプルの反射率は均一ではなく、コントラストが強いものなどは、観察条件等によっては検出される光強度が不足していたり反対に強すぎたりする部分が混在しやすい。
例えば、光強度が不足していたために、同図(b) の黒丸に示したように、３つのＺ位置での光検出器３０の出力のうちの１つが最小値である０を示してしまった場合には、これら３つのＺ位置での光検出器３０の出力を用いて求めた近似二次曲線（同図(b) の実線）は、実際のＩ−Ｚカーブ（同図(b) の点線）と異なることとなり、求めた近似二次曲線から本来推定されるべきＩmax とＺo は、それぞれＩerr 、Ｚerr だけずれた値となってしまう。
【００１４】
一方、光強度が強すぎたために、同図(c) の黒丸に示したように、３つのＺ位置での光検出器３０の出力のうちの１つ（同図(c) の白丸）が光検出器３０の検出レンジを越えてしまい、最大値である４０９５（但し、１２ｂｉｔレンジの場合）に置き換えられてしまった場合には、これら３つのＺ位置での光検出器３０の出力を用いて求めた近似二次曲線（同図(c) の実線）は、実際のＩ−Ｚカーブ（同図(c) の点線）と異なることとなり、求めた近似二次曲線から本来推定されるべきＩmax は値として取りうる最高値を越えてしまい、Ｚo はＺerr だけずれた値となってしまう。
【００１５】
また、３つのＺ位置での光検出器３０の出力の何れもが、光検出器３０の出力の取りうる範囲の最小値或いは最大値を示した場合には、近似二次曲線を求めることすら出来なくなってしまう。
また、予め設定されるＺステージ２７の走査範囲の両端に近い部分については、３つのＺ位置での光検出器３０の出力を全て得られない場合がある。例えば、同図(d) の黒丸に示したように、２つのＺ位置での光検出器３０の出力しか得られていない場合には、欠落した１つのＺ位置での光検出器３０の出力（同図(d) の白丸）を適当に補い、それら３つのＺ位置での光検出器３０の出力を用いて近似二次曲線（同図(d) の実線）を求めたとしても、実際のＩ−Ｚカーブ（同図(d) の点線）に等しくさせることは困難であり、その適当に補った値がいくつであるかによって推定されるＩmax とＺo は、いかようにも変化してしまい正しい値を推定することができない。
【００１６】
このように、近似したＩ−Ｚカーブに基づいて高さ測定を行った場合には、得られた輝度情報及び高さ情報に、前述の図１２(b) 乃至(d) 等に示したような不確かな計測結果が含まれる虞が有り、それが含まれたとしてもユーザはそれを知る術が無かった。
【００１７】
本発明の課題は、上記実情に鑑み、試料の輝度及び高さ計測を高速に行うことが可能であって、最適な計測結果のみを取得できると共に適切な測定条件設定が行われたか否かをユーザに通知することが可能な高さ測定方法及びその方法が適用される共焦点型光学測定装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様は、光源からの光を対物レンズを通して試料に照射し、前記対物レンズの集光位置と前記試料との相対位置を光軸方向に離散的に変化させ、各相対位置での前記試料からの光強度情報をそれぞれ取得し、前記取得した各相対位置での光強度情報から該光強度情報が最大となる位置を含む少なくとも３点の位置における光強度情報を抽出し、前記抽出した光強度情報が最大となる位置を含む少なくとも３点の位置を通る近似曲線を算出し、前記算出した近似曲線上の最大光強度値と該最大光強度値を与える前記相対位置とを推定し、前記推定した最大光強度値と該最大光強度値を与える相対位置とをそれぞれ輝度情報と高さ情報として取得し、前記近似曲線を算出するために抽出された前記光強度情報の何れかが前記近似曲線を算出する上で不適切な値である場合には、前記推定を行わず、前記光検出器の光強度情報の値として取りうる範囲の最小光強度値を前記輝度情報として取得し、前記移動機構により相対的に移動させる範囲の最小値を前記高さ情報として取得する、高さ測定方法である。
【００１９】
本発明の第二の態様は、前記第一の態様において、前記近似曲線を算出するために抽出された前記光強度情報の何れかが前記近似曲線を算出する上で不適切な値である場合には、その不適切な値が得られた理由を通知する補足情報を、前記取得した輝度情報と高さ情報に、付加する、構成である。
【００２０】
本発明の第三の態様は、光源からの光を対物レンズを通して試料に照射し、前記対物レンズの集光位置と前記試料との相対位置を光軸方向に離散的に変化させ、各相対位置での前記試料からの光強度情報をそれぞれ取得し、前記取得した各相対位置での光強度情報から該光強度情報が最大となる位置を含む少なくとも３点の位置における光強度情報を抽出し、前記抽出した光強度情報が最大となる位置を含む少なくとも３点の位置を通る近似曲線を算出し、前記算出した近似曲線上の最大光強度値と該最大光強度値を与える前記相対位置とを推定し、前記推定した最大光強度値と該最大光強度値を与える相対位置とをそれぞれ輝度情報と高さ情報として取得し、前記近似曲線を算出するために抽出された前記光強度情報の何れかが前記近似曲線を算出する上で不適切な値である場合には、その不適切な値が得られた理由を通知する補足情報を、前記取得した輝度情報と高さ情報に、付加する、高さ測定方法である。
【００２１】
本発明の第四の態様は、前記第三の態様において、前記近似曲線を算出するために抽出された前記光強度情報のうちの何れかが不適切な値である場合、前記推定を行わず、前記光強度情報の値として取りうる範囲の最小光強度値を前記輝度情報として取得し、前記相対的に移動させる範囲の最小値を前記高さ情報として取得する、構成である。
【００２２】
本発明の第五の態様は、前記第一又は三の態様において、前記不適切な値は、前記光強度情報の値として取りうる最大光強度値又は最小光強度値である、構成である。
【００２３】
本発明の第六の態様は、前記第一又は三の態様において、前記不適切な値は、ノイズ分を考慮した閾値を設定した場合、前記光強度情報の値として取りうる最大光強度値から前記閾値までの値、或いは前記光強度情報の値として取りうる最小光強度値から前記閾値までの値である、構成である。
【００２４】
本発明の第七の態様は、光源からの光を試料に対して集束させる対物レンズと、前記集束光の光軸方向に沿って、前記対物レンズの集光位置と前記試料との位置を相対的に移動させる移動機構と、前記対物レンズの集光位置と共役な位置に配置された共焦点絞りと、前記共焦点絞りを通過する光の強度を検出する光検出器と、を備えた共焦点型光学測定装置であって、前記対物レンズの集光位置と前記試料との相対位置を前記集束光の光軸方向に離散的に変化させたときの各相対位置で取得した前記試料からの光強度情報から、該光強度情報が最大となる位置を含む少なくとも３点の位置における光強度情報を抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された光強度情報が最大となる位置を含む少なくとも３点の位置を通る近似曲線を算出し、該算出した近似曲線上の最大光強度値と該最大光強度値を与える前記相対位置を推定する推定手段と、前記推定手段により推定された最大光強度値と該最大光強度値を与える相対位置とをそれぞれ輝度情報と高さ情報として取得する取得手段と、を有し、前記推定手段は、前記近似曲線を算出するために抽出された前記光強度情報のいずれかが前記近似曲線を算出する上で不適切な値である場合には、前記推定を行わず、前記取得手段は、前記光検出器の光強度情報の値として取りうる範囲の最小光強度値を前記輝度情報として取得し、前記移動機構により相対的に移動させる範囲の最小値を前記高さ情報として取得する、共焦点型光学測定装置である。
【００２５】
本発明の第八の態様は、前記第七の態様において、前記近似曲線を算出するために前記抽出手段により抽出された前記光強度情報のいずれかが前記近似曲線を算出する上で不適切な値である場合には、その不適切な値が得られた理由を通知する補足情報を生成する生成手段と、前記生成手段により生成された補足情報を、前記取得手段により取得された輝度情報と高さ情報に付加する付加手段と、を更に備えた構成である。
【００２６】
本発明の第九の態様は、光源からの光を試料に対して集束させる対物レンズと、前記集束光の光軸方向に沿って、前記対物レンズの集光位置と前記試料との位置を相対的に移動させる移動機構と、前記対物レンズの集光位置と共役な位置に配置された共焦点絞りと、前記共焦点絞りを通過する光の強度を検出する光検出器とを備えた共焦点型光学測定装置であって、前記対物レンズの集光位置と前記試料との相対位置を前記集束光の光軸方向に離散的に変化させたときの各相対位置で取得した前記試料からの光強度情報から、該光強度情報が最大となる位置を含む少なくとも３点の位置における光強度情報を抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された光強度情報が最大となる位置を含む少なくとも３点の位置を通る近似曲線を算出し、該算出した近似曲線上の最大光強度値と該最大光強度値を与える前記相対位置を推定する推定手段と、前記推定手段により推定された最大光強度値と該最大光強度値を与える相対位置とをそれぞれ輝度情報と高さ情報として取得する取得手段と、前記抽出手段により抽出された光強度情報が最大となる位置を含む少なくとも３点の位置における光強度情報に基づいて補足情報を生成する生成手段と、前記生成手段により生成された補足情報を、前記取得手段により取得された輝度情報と高さ情報に付加する付加手段と、を有し、前記生成手段は、前記近似曲線を算出するために抽出された前記光強度情報の何れかが前記近似曲線を算出する上で不適切な値である場合には、その不適切な値が得られた理由を通知する補足情報を生成し、前記付加手段は、該生成された補足情報を前記取得手段により取得された輝度情報と高さ情報に付加する、共焦点型光学測定装置である。
【００２７】
本発明の第十の態様は、前記第九の態様において、前記推定手段は、前記近似曲線を算出するために抽出された前記光強度情報のうちの何れかが不適切な値である場合、前記推定を行わず、前記取得手段は、前記光検出器の光強度情報の値として取りうる範囲の最小光強度値を前記輝度情報として取得し、前記移動機構により相対的に移動させる範囲の最小値を前記高さ情報として取得する、構成である。
【００２８】
本発明の第十一の態様は、前記第七又は九の態様において、前記不適切な値は、前記光検出器から出力される光強度情報の値として取りうる最大光強度値又は最小光強度値である、構成である。
【００２９】
本発明の第十二の態様は、前記第七又は九の態様において、前記不適切な値は、ノイズ分を考慮した閾値を設定した場合、前記光検出器から出力される光強度情報の値として取りうる最大光強度値から前記閾値までの値、或いは前記光検出器から出力される光強度情報の値として取りうる最小光強度値から前記閾値までの値である、構成である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第一の実施の形態に係る、共焦点光学顕微鏡を含む共焦点型光学測定装置の構成例を示した図である。
【００３２】
同図に示した装置おいて、光源１から出射したビーム光は、ビームスプリッタ２を透過した後、二次元走査機構３に入射する。二次元走査機構３は、第１の光スキャナ３ａと第２の光スキャナ３ｂからなり、ビーム光を二次元に走査し、レボルバ４に装着されている対物レンズ５へ導く。対物レンズ５へ入射したビーム光は、集束光となって試料６の面上を走査する。尚、試料６は、試料台７上に載置されており、Ｚステージ８によって光軸方向に移動可能となっている。
【００３３】
試料６の表面で反射した光は、再び対物レンズ５から二次元走査機構３を介してビームスプリッタ２に導入された後、ビームスプリッタ２によって反射され、結像レンズ９によって、対物レンズ５による集光位置と光学的に共役な位置にあるピンホール（共焦点絞り）１０上に集光される。そして、そのピンホール１０により試料６の集光点以外からの反射光がカットされ、ピンホール１０を通過する光だけが光検出器１１によって検出される。
【００３４】
コンピュータ１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を備え、ＣＰＵがＲＯＭに格納されている顕微鏡制御プログラムを読み出し実行することによって、二次元走査機構３、Ｚステージ８、及び光検出器１１等を含む、この共焦点型光学測定装置全体を制御する。例えば、光検出器１１の出力を取得して、その出力に基づく画像をモニタ１３に表示する等の処理を行う。また、コンピュータ１２は、ユーザからの各種指示等を受け付けるための入力部（不図示）等も備えており、例えば、ユーザがその入力部を介してモニタ１３に表示された操作画面の内容に応じて各種設定指示を行うことで、装置各部を操作すること等が可能になる。
【００３５】
次に、この共焦点型光学測定装置にて行われる、輝度及び高さ測定処理について説明する。
前述したように、対物レンズ５による集光位置はピンホール１０と光学的に共役な位置にあり、試料６が対物レンズ５による集光位置にある場合には、試料６からの反射光がピンホール１０上に集光し、ピンホール１０を通過することになるが、試料６が対物レンズ５による集光位置からずれた位置にある場合には、試料６からの反射光はピンホール１０上に集光せず、ピンホール１０を通過しないことになる。
【００３６】
図２は、このときの対物レンズ５の集光位置と試料６との相対位置（Ｚ）と、光検出器１１の出力（Ｉ）の関係（Ｉ−Ｚカーブ）を示した図である。
同図に示したように、試料６が対物レンズ５の集光位置Ｚo にある場合、光検出器１１の出力は最大（Ｉmax ）となり、この位置から対物レンズ５の集光位置と試料６との相対位置が離れるに従い光検出器１１の出力は急激に低下する。
【００３７】
本装置にて行われる輝度及び高さ測定処理では、この特性を利用して、二次元走査機構３によって対物レンズ５の集光点を二次元走査し、光検出器１１の出力を二次元走査機構３に同期して画像化することにより試料６のある特定の高さのみを画像化し、試料６を光学的にスライスした画像（共焦点画像）を取得する。そして、Ｚステージ８により試料６を光軸方向に離散的に移動させ、各位置で二次元走査機構３を走査して共焦点画像を取得し、試料６の表面の各測定点で光検出器１１の出力が最大になるＺステージ８の位置を検出することにより試料６の高さ情報を取得する。また、試料６の表面の各測定点での光検出器１１の出力が最大となったときの画像を重ねて表示することにより、全ての測定点にピントの合った画像（輝度画像）を取得する。また、その輝度画像を操作画面と共にモニタ１３に表示する、等といった処理が行われる。
【００３８】
具体的には、この輝度及び高さ測定処理は、次のようにして行われる。
まず、ユーザからの指示に応じて、Ｚステージ８が測定開始位置へ移動され、所望とする高さ方向（Ｚ方向）の測定範囲及び試料６の表面の二次元走査範囲等が設定される。尚、これらの範囲は、必要に応じて参照（読み出し）可能なようにコンピュータ１２のＲＡＭに格納される。
【００３９】
続いて、ユーザからの測定開始指示に応じて測定が開始され、設定されたＺ方向の測定範囲内を、予め設定されている移動ピッチΔＺでＺステージ８が移動されながら、そのΔＺの移動毎に、二次元走査機構３による設定された二次元走査範囲の二次元走査が行われてその二次元走査機構３に同期して光検出器１１の出力（光強度情報）が取得される。また、必要に応じて、そのΔＺの移動毎に、取得された光検出器１１の出力に基づく共焦点画像が操作画面と共にモニタ１３に表示される。
【００４０】
このような処理により、試料６の表面の二次元走査範囲の各点（各測定点）について、Ｚ方向の測定範囲内のΔＺ毎の各Ｚ位置における光検出器１１の出力が取得される。例えば、試料６の表面の所定の一点について取得された光検出器１１の出力は、図２の黒丸に示した値になる。
【００４１】
続いて、試料６の表面の各測定点について、次のような処理が行なわれる。
まず、各Ｚ位置で取得された光検出器１１の出力の中から、その出力が最大となるＺ位置とそのＺ位置の前後のＺ位置で得られた光検出器１１の出力が抽出され、その３つのＺ位置での光検出器１１の出力からＩ−Ｚカーブとなる近似二次曲線（変化曲線）が求められる。
【００４２】
例えば、試料６の表面の所定の一点について取得された光検出器１１の出力が、図２の黒丸に示した値であったときには、その出力が最大となる点（Ｚ(k) 、Ｉ(k) ）、及びその前後の点（Ｚ(k-1) 、Ｉ(k-1））、（Ｚ(k+1) 、Ｉ(k+1) ）の３点を通る近似二次曲線が求められる。
【００４３】
続いて、求められた近似二次曲線から、本来光検出器１１の出力が最大となる最大光強度値とそれを与えるＺステージ８のＺ位置が推定され、その推定された最大光強度値とそれを与えるＺ位置が、輝度（輝度情報）及び高さ（高さ情報）として取得される。
【００４４】
例えば、図２に示した例によれば、求められた近似二次曲線から、最大光強度Ｉmax とそれを与えるＺステージ８の位置Ｚo が推定され、その推定されたＩmax とＺo が、輝度及び高さとして取得される。
【００４５】
このような処理が、試料６の表面の各測定点について行なわれることによって、その各測定点の輝度及び高さを近似二次曲線を用いて取得することが可能になるので、Ｚステージ８の移動ピッチΔＺの値を小さくすることなく、正確な輝度及び高さを取得することができる。また、それにより、処理時間が長くなることもない。
【００４６】
但し、この輝度及び高さ測定処理では、不適切な近似二次曲線が求められた場合に誤った輝度及び高さが取得されるのを防止するために、上述した処理に加えて次のような処理も行なわれる。
すなわち、上述したような３つのＺ位置での光検出器１１の出力を抽出したときに、その光検出器１１の出力の値が近似二次曲線を求める上で不適切な値であったときには、近似二次曲線を求めず、或いは近似二次曲線から最大光強度値とそれを与えるＺ位置を推定せず、任意の最大光強度値及び任意のＺ位置を、輝度及び高さとして取得する、等といった処理が行われる。
【００４７】
具体的には、次のようにして行われる。
但し、本例においては、光検出器１１の出力の値として取り得る範囲を、０〜４０９５（１２ｂｉｔ）とし、前述の不適切な値を０或いは４０９５とし、また、前述の任意の最大光強度値を、光検出器１１の出力の値として取りうる範囲の最小光強度値である０とし、任意のＺ位置を、高さ方向の測定範囲の最小値である０として説明する。
【００４８】
まず、抽出された３つのＺ位置での光検出器１１の出力のいずれかが０であった場合に行なわれる処理について、図３(a) を例に説明する。
同図(a) は、抽出された３つのＺ位置での光検出器１１の出力の一例を示した図であり、測定条件の設定が不適切であったために光検出器１１の出力が小さくなってしまった場合や、試料６の表面の測定点の反射率が他に比べて低かった場合等に得られたものである。
【００４９】
同図(a) に示したように、Ｚ方向の測定範囲に渡って光検出器１１の出力がほとんど得られず焦点位置（対物レンズ５の集光位置が試料６の表面にある位置）近傍においてわずかに出力が得られている。この場合、黒丸で示した３つのＺ位置での光検出器１１の出力の値を示す点を抽出すると、（Ｚ(m) 、Ｉ(m) ）、（Ｚ(m-1) 、０）、（Ｚ(m+1)、Ｉ(m+1) ）となり、これらに基づいて求めた近似二次曲線（同図(a) の実線）は、実際のＩ−Ｚカーブ（同図(a) の点線）と大きく異なることになり、正しい最大光強度値とそれを与えるＺ位置を推定することができない虞がある。そこで、これを防止するため、抽出された３つのＺ位置での光検出器１１の出力の何れかが０であったときには、近似二次曲線を求めず、或いは近似二次曲線から最大光強度値とそれを与えるＺ位置を推定せずに、輝度及び高さとして０を取得するように処理が行なわれる。
【００５０】
次に、上述の３つのＺ位置での光検出器１１の出力のいずれかが４０９５であった場合に行なわれる処理について、図３(b) を例に説明する。
同図(b) は、抽出された３つのＺ位置での光検出器１１の出力の一例を示した図であり、同図(a) に示した例とは逆に、光検出器１１の出力が大きくなってしまった場合や、試料６の表面の測定点の反射率が他に比べて高かった場合等に得られたものである。
【００５１】
同図(b) に示したように、Ｚ方向の測定範囲に渡って光検出器１１の出力が得られているが、焦点位置近傍において出力が飽和してしまっている。この場合、抽出された３つのＺ位置での光検出器１１の出力のうちの１つ（同図(b) の白丸）は光検出器１１の測定範囲を超えており、その値が測定範囲の上限値である４０９５に置き換えられてしまう。従って、これを含む黒丸で示した３つのＺ位置での光検出器１１の出力の値を示す点を抽出すると、（Ｚ(m) 、４０９５）、（Ｚ(m-1) 、Ｉ(m-1) ）、（Ｚ(m+1)、Ｉ(m+1) ）となり、これらに基づいて求められた近似二次曲線（同図(b) の実線）は、実際のＩ−Ｚカーブ（同図(b) の点線）と大きく異なることになり、正しい最大光強度値とそれを与えるＺ位置を推定することができない虞がある。そこで、これを防止するため、抽出した３つのＺ位置での光検出器１１の出力の何れかが４０９５であったときには、近似二次曲線を求めず、或いは近似二次曲線から最大光強度値とそれを与えるＺ位置を推定せずに、輝度及び高さとして０を取得するように処理が行なわれる。
【００５２】
以上のような、抽出された３つのＺ位置での光検出器１１の出力のいずれかが０或いは４０９５であった場合に行なわれる処理が、試料６の表面の各測定点について行われると、続いて、その各測定点について得られた輝度及び高さに基づく画像がモニタ１３に表示される。
【００５３】
例えば、試料６の形状が図４(a) に示した形状であったときは、同図(b) 又は同図(c) に示した画像等が表示される。
同図(a) は、試料６の形状の一例を示した図であり、その表面の一部は高反射面部及び低反射面部を有している。
【００５４】
同図(b) は、取得された輝度に基づいて表示された輝度画像（二次元画像）の一例を示した図である。同図(b) の黒く示した部分は、輝度が０の部分を示している。
同図(c) は、取得された輝度及び高さに基づいて表示された高さ画像（三次元画像）の一例を示した図である。同図(c) の黒く示した部分は、輝度及び高さが０の部分を示し、実際には、穴の空いた空洞部分として表示される。
【００５５】
このように、近似二次曲線を求めるための３つのＺ位置での光検出器１１の出力が不適切な値となった場合には、試料６の表面の各測定点について取得された輝度及び高さに基づく画像に、輝度及び高さが０である測定点が視覚的に判別可能に表示されるので、ユーザは、試料６の表面の何れの測定点が不正確なデータなのか、或いは何れの測定点或いは測定対象部位の測定条件が不適切であったのか等を視覚的に判断することが可能になる。
【００５６】
次に、上述の抽出された３つのＺ位置での光検出器１１の出力のいずれかが０であった場合の他の例について、図３(c) を例に説明する。
同図(c) は、抽出された３つのＺ位置での光検出器１１の出力の一例を示した図である。同図(c) に示した例は、図５(a) に示したように、ユーザによりＺ方向の測定範囲として同図(a) のＺ走査範囲が設定され、その結果、試料６の表面のＳ３面が、その測定範囲の下限位置に近くなってしまった場合の例である。この場合、Ｓ３面上の所定の測定点において、図３(c) に示したように、抽出されるべき３つのＺ位置での光強度情報のうちの１つを取得できない虞がある。同図(c) の例では、Ｚ方向の測定開始位置において光検出器１１の出力が最大になってしまったために、その前のＺ位置での光検出器１１の出力を取得できないことになる。従って、そのＺ位置での光検出器１１の出力が仮に同図(c) の白丸で示した値であったとしても、実際にはそれを取得できないため、そのＺ位置での光検出器１１の出力は黒丸で示した０とみなされることになる。よって、それを含む黒丸で示した３つのＺ位置での光検出器１１の出力の値を示す点を抽出すると、（Ｚ(-1) 、０）、（Ｚ(0) 、Ｉ(0) ）、（Ｚ(1) 、Ｉ(1) ）となり、これらに基づいて求められた近似二次曲線（同図(c) の実線）は、実際のＩ−Ｚカーブ（同図(c) の点線）と大きく異なることになり、正しい最大光強度値とそれを与えるＺ位置を推定することができない虞がある。そこで、これを防止するため、このような場合においても、抽出された３つのＺ位置での光検出器１１の出力の何れかが０であったときには、近似二次曲線を求めず、或いは近似二次曲線から最大光強度値とそれを与えるＺ位置を推定せずに、輝度及び高さとして０を取得するように処理が行なわれる。
【００５７】
このような処理が試料６の表面の各測定点について行なわれると、続いて、その各測定点について得られた輝度及び高さに基づく画像がモニタ１３に表示される。
例えば、図５(b) に示した画像が表示される。
【００５８】
同図(b) は、取得された輝度及び高さに基づいて表示された高さ画像の一例を示した図である。同図(c) の黒く示した部分は、輝度及び高さが０の部分を示し、実際には、穴の空いた空洞部分として表示される。
また、図３(c) に示した例とは逆に、ユーザによりＺ方向の測定範囲が設定され、その結果、図５(a) に示した試料６の表面のＳ１面が、その測定範囲の上限位置に近くなってしまったために、Ｓ１面上の所定の測定点において近似二次曲線を求めるための３つのＺ位置での光検出器１１の出力のうちの１つを取得できない場合についても同様にして処理が行なわれる。
【００５９】
このように、ユーザにより設定されたＺ方向の測定範囲によって、近似二次曲線を求めるための３つのＺ位置での光検出器１１の出力が不適切な値となった場合においても、試料６の表面の各測定点について取得された輝度及び高さに基づく画像に、輝度及び高さが０である測定点が視覚的に判別可能に表示されるので、ユーザは、試料６の表面の何れの測定点が不正確なデータなのか、或いは何れの測定点或いは測定対象部位の測定条件が不適切であったのか等を視覚的に判断することが可能になる。
【００６０】
以上、本実施形態によれば、Ｉ−Ｚカーブとされる近似二次曲線を求めて試料６の輝度及び高さを計測できるので、その計測において、Ｚステージ８の移動回数を少なくして処理を高速化させることができる。また、その近似二次曲線を求めるために抽出された３つのＺ位置での光検出器１１の出力の値が、その光検出器１１の出力の取りうる範囲の最小値（例えば０）或いは最大値（例えば４０９５）である等、近似二次曲線を求める上で不適切な値となる場合には、近似二次曲線が求められず、或いは近似二次曲線から最大光強度値とそれを与えるＺ位置が推定されずに、輝度及び高さが特定の値（例えば０）に置き換えられるようになるので、輝度画像或いは高さ画像が表示されたときに、ユーザに、正確／不正確な測定結果を判別可能に通知することができると共に、適切な測定条件設定が行なわれていたか否か等といったことを通知することができる。
【００６１】
次に、本発明の第二の実施の形態について説明する。
本実施形態に係る共焦点型光学測定装置の構成は、図１に示した構成と同様であるが、光検出器１１の出力がコンピュータ１２のＣＰＵによってデジタル処理されるときのデータフォーマットが異なる。
【００６２】
図６は、本実施形態に係るデータフォーマットの一例を示した図である。同図に示したデータフォーマットでは、データ長は１６ｂｉｔで構成され、そのうちのビット番号０乃至１１の１２ｂｉｔのデータが輝度及び高さに関する情報（輝度／高さデータ）を示し、残りのビット番号１２乃至１５の４ｂｉｔのデータが条件フラグ（補足情報）を示している。
【００６３】
条件フラグは、近似二次曲線を求めるために抽出された３つのＺ位置での光検出器１１の出力のいずれかが不適切な値であったと判定されたときに、その不適切な値が得られた理由等を通知するためのフラグである。
同図に示した例では、ビット番号１５のｂｉｔは、その判定の有／無を表すフラグを示し、ビット番号１４のｂｉｔは、その理由としてＺ方向の測定範囲不足（Ｚ走査範囲不足）を表すフラグを示し、ビット番号１３のｂｉｔは、その理由として光量過大を表すフラグを示し、ビット番号１２のｂｉｔは、その理由として光量不足を表すフラグを示している。
【００６４】
また、本実施形態に係る輝度及び高さ測定処理では、近似二次曲線を求めるために抽出された３つのＺ位置での光検出器１１の出力のいずれかが不適切な値であったと判定されたときであっても、近似二次曲線を求め、その近似二次曲線から最大光強度値とそれを与えるＺ位置を推定し、その推定した最大光強度値とそれを与えるＺ位置を、輝度及び高さとして取得するように処理が行われる。
【００６５】
すなわち、試料６の輝度及び高さ測定処理が開始されると、第一の実施の形態と同様に、試料６の表面の各測定点について、近似二次曲線が求められて輝度及び高さが取得されていく。
例えば、その処理中のある測定点について、光量不足のために、近似二次曲線を求めるために抽出された３つのＺ位置で光検出器１１の出力のいずれかが不適切な値であったと判定されたときには、前述のビット番号１５及び１２のｂｉｔのフラグが立てられ、当該輝度及び高さに関する情報が光量不足のために不適切な近似二次曲線により得られたデータである旨の情報が、輝度及び高さに関する情報と共に記録されることになる。
【００６６】
或いは、その処理中のある測定点について、光量過大のために、近似二次曲線を求めるために抽出された３つのＺ位置で光検出器１１の出力のいずれかが不適切な値であったと判定されたときには、前述のビット番号１５及び１３のｂｉｔのフラグが立てられ、当該輝度及び高さに関する情報が光量過大のために不適切な近似二次曲線により得られたデータである旨の情報が、輝度及び高さに関する情報と共に記録されることになる。
【００６７】
或いは、その処理中のある測定点において、Ｚ方向の測定範囲不足のために、近似二次曲線を求めるために抽出された３つのＺ位置で光検出器１１の出力のいずれかが不適切な値であったと判定されたときには、前述のビット番号１５及び１４のｂｉｔのフラグが立てられ、当該輝度及び高さに関する情報がＺ方向の測定範囲不足のために不適切な近似二次曲線により得られたデータである旨の情報が、輝度及び高さに関する情報と共に記録されることになる。
【００６８】
以上のような処理が試料６の表面の各測定点について行われ、各測定点の輝度及び高さが取得されると、続いて、その輝度及び高さに基づく画像がモニタ１３に表示される。
但し、この表示の際に、コンピュータ１２のＣＰＵは、試料６の表面の各測定点についての前述の１６ｂｉｔのデータのうちのビット番号１５のｂｉｔのフラグをチェックし、それが有効を示すデータのうちのビット番号１４乃至１２のｂｉｔの各フラグをチェックし、それぞれのフラグの値に応じて、その表示を行うように処理する。
【００６９】
例えば、ビット番号１２のｂｉｔ（光量不足）のフラグが立てられた１６ｂｉｔデータが得られた測定点については青、ビット番号１３のｂｉｔ（光量過大）のフラグが立てられた１６ｂｉｔデータが得られた測定点については赤、ビット番号１４のｂｉｔ（Ｚ方向の測定範囲不足）のフラグが立てられた１６ｂｉｔデータが得られた測定点については黄で着色されて表示される。
【００７０】
図７(a),(b) は、そのようなビット番号１２乃至１４のｂｉｔの各フラグの値に応じて表示された画像の一例である。同図(a) は、輝度に基づいて表示された輝度画像（二次元画像）の一例を示し、同図(b) は、輝度及び高さに応じて表示された高さ画像（三次元画像）の一例を示している。
【００７１】
同図(a),(b) において、青で着色されて表示されている領域１５（１５ａ、１５ｂ）は、ビット番号１２のｂｉｔ（光量不足）のフラグが立てられた１６ｂｉｔデータの得られた測定点を示し、赤で着色されて表示されている領域１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）は、ビット番号１３のｂｉｔ（光量過大）のフラグが立てられた１６ｂｉｔデータの得られた測定点を示し、黄で着色されて表示されている領域１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）は、ビット番号１４のｂｉｔ（Ｚ方向の測定範囲不足）のフラグが立てられた１６ｂｉｔデータの得られた測定点を示している。すなわち、領域１５は光量不足の領域を示し、領域１６は光量過大の領域を示し、領域１４はＺ方向の測定範囲不足の領域を示している。
【００７２】
このように、信頼性の低いデータ（輝度及び高さ）が取得された測定点が、色分けされて着色されることによって、ユーザは、その測定点が何れの理由により信頼性の低いデータが取得されてしまったのかを判断することが可能になる。
また、図７(a),(b) に示した画像の他に、それぞれの色で着色されている測定点の全体に占める割合（色で着色されている画素の全体画素に占める割合）を表示させるように構成することもできる。
【００７３】
図８(a),(b) は、そのような表示が行われた表示画面の一例である。同図(a),(b) は、図７(a),(b) に対応するものであり、図８(a) は、図７(a) に示した輝度画像と共にそれぞれの色で着色されている測定点の全体に占める割合が示されて表示された図、図８(b) は、図７(b) に示した高さ画像と共にそれぞれの色で着色されている測定点の全体に占める割合が示されて表示された図である。
【００７４】
図８(a),(b) に示したように、その画像の下には、”赤・・・○○％青・・・△△％黄・・・××％”が示される。これにより、ユーザは、光量過大のデータが全体の○○％を占め、光量不足のデータが全体の△△％を占め、Ｚ方向の測定範囲不足のデータが全体の××％を占めていることを確認することができる。尚、同図(a),(b) に表示された”赤・・・○○％青・・・△△％黄・・・××％”の代わりに、”光量過大・・・○○％光量不足・・・△△％Ｚ方向の測定範囲不足・・・××％”等を表示するようにしても良い。
【００７５】
また、このようにして試料６の表面の各測定点の輝度及び高さに関する情報が取得された後は、その取得された輝度及び高さに関する情報に基づいて所定部位の計測が可能になる。
但し、その計測において、計測対象となる部位についての輝度及び高さに関する情報が正常に求められていれば、モニタ１３に表示されている輝度画像或いは高さ画像内に、前述のビット番号１２乃至１４のｂｉｔのフラグに基づいて着色されて表示されている測定点が含まれていたとしても問題にならないが、計測対象となる部位として選択された範囲に、着色されて表示されている測定点が含まれていた場合には、その計測対象部位の計測結果が信頼性の低いデータとなってしまう。
【００７６】
そこで、その計測に係る処理においては、取得された輝度及び高さに関する情報に基づいて所定部位の計測を行って計測結果を表示したときに、計測対象部位として選択された範囲に、着色されて表示されている測定点が含まれていたときには、その計測結果が信頼性の低いデータである旨を通知するための印が併せて表示されるように処理が行なわれる。
【００７７】
図９は、その計測結果の表示例を示した図である。
同図において、”番号”は、当該番号に対応する所定部位の計測であることを示す。また、”精度”は、計測結果が信頼性の低いデータであるか否かを示す印であり、”精度”が”×”のときは信頼性の低いデータであることを示し、それが”○”のときは信頼性の低いデータでないことを示す。また、”高さ”及び”幅”は、計測対象となる部位の測定結果である高さ及び幅を示す。
【００７８】
例えば、番号２或いは番号５に対応する所定部位の計測においては、計測対象部位として選択された部分に、着色されて表示されている測定点が含まれていたために、その計測結果が信頼性の低いデータであることを示している。
また、このような計測処理において、取得された輝度及び高さに関する情報に基づいて所定部位の計測を行う場合に、計測対象部位として選択された部分に、着色されて表示されている測定点が含まれていたときには、計測を禁止すると共に、モニタ１３に警告表示を行って、その旨を通知するようにしても良い。これにより、他の計測対象部位の計測結果と比べて大きな誤差を含む可能性のある計測結果をユーザに利用させないようにすることができる。
【００７９】
以上、本実施形態によれば、Ｉ−Ｚカーブとされる近似二次曲線を求めて試料６の輝度及び高さ計測を行うことができるので、その計測において、Ｚステージ８の移動回数を少なくして処理を高速化させることができる。また、その近似二次曲線を求めるために抽出された３つのＺ位置での光検出器１１の出力の値が、近似二次曲線を求める上で不適切な値の場合には、当該測定点についての輝度及び高さに関する情報に補足情報（例えば前述のビット番号１２乃至１５のｂｉｔのフラグ）が付与され、輝度及び高さに間する情報に基づいて画像が表示されたときに、それに付与された補足情報に基づく情報も表示されるようになるので、ユーザに、正確／不正確な測定結果を判別可能に通知することができると共に、適切な測定条件設定が行なわれていたか否か等といったことを通知することができる。
【００８０】
次に、上述した第一及び第二の実施の形態に係る共焦点型光学測定装置の変形例について述べる。
まず、上述の第一の実施の形態では、Ｉ−Ｚカーブとされる近似二次曲線を求めるために抽出された３つのＺ位置での光検出器１１の出力の値の何れかが、光検出器１１の出力の取りうる範囲の最小値（例えば０）或いは最大値（例えば４０９５）であったときに、近似二次曲線を求めず、或いは近似二次曲線から最大強度値とそれを与えるＺ位置を推定せずに処理が行われるものであったが、そのような処理が行なわれるときの光検出器１１の出力の値は、光検出器１１の出力の取りうる範囲の最小値或いは最大値に限定されるものではなく、ノイズ分を考慮した閾値であっても良い。例えば、その抽出された３つのＺ位置での光検出器１１の出力の値の何れかが、閾値以下或いは閾値以上であったとき、すなわち、光検出器１１の出力の取りうる範囲の最小値から閾値までの光強度範囲内、或いはその最大値から閾値までの光強度範囲内に含まれていたときには、近似二次曲線を求めず、或いは近似二次曲線から最大強度値とそれを与えるＺ位置を推定せずに処理が行われるようにしても良い。
【００８１】
また、上述の第一の実施の形態では、Ｉ−Ｚカーブとされる近似二次曲線を求めるために抽出された３つのＺ位置での光検出器１１の出力の値の何れかが、近似二次曲線を求める上で不適切な値の場合には、輝度及び高さが特定の値として０に置き換えられるものであったが、その特定の値は０に限定されるものではなく、その他の値であっても良い。
【００８２】
また、上述の第一の実施の形態に図６に示したデータフォーマットを適用して、輝度及び高さに関する情報に基づいて表示された画像上において、ユーザにより輝度及び高さが０の画素（測定点）が指示されることによって、その画素の輝度及び高さが０である理由（例えば光量不足など）等が表示されるようにしても良い。
【００８３】
また、上述の第二の実施の形態において、図６に示したデータフォーマットに、輝度及び高さに関する情報に付加したビット番号１２乃至１５のｂｉｔが示す情報以外の情報を付加するようにしても良い。例えば、ビット番号１２乃至１４のうちの何れかとビット番号１５のｂｉｔのフラグが立てられたときに、そのフラグが立てられた理由を解消するためのアドバイスに関する情報を付加し、画像と共にその付加したアドバイスに関する情報をモニタ１３に表示させるようにしても良い。この場合、例えば、ビット番号１２（光量不足）及び１５のｂｉｔのフラグが立てられていたときには、アドバイスに関する情報として、光検出器１１の感度アップを勧める旨の情報が付加され、画像と共にそのアドバイスがモニタ１３に表示されるようなる。また、その他ヘルプ情報等を付加するようにしても良い。
【００８４】
また、このように輝度及び高さに関する情報に付加したビット番号１２乃至１５のｂｉｔが示す情報以外の情報を付加する場合に、その情報を付加するためのｂｉｔ数が足りないときには、既知のデータ圧縮技術を用いて、その情報を輝度及び高さに関する情報（前述のビット番号０乃至１１の１２ｂｉｔデータ）の中に埋め込むようにしても良い。このようにすることで、メモリ容量を増やすことなく、その情報を付加させることができる。
【００８５】
また、上述の第二の実施の形態では、ビット番号１２乃至１５のｂｉｔのフラグをチェックすることによって、光量不足、光量過大、又はＺ方向の測定範囲不足であることを判定することができるので、その判定結果に基づいて、そのように判定された測定点についての輝度及び高さに関する情報が正常に取得されるように、光検出器１１の感度をＡＧＣ（オートゲインコントロール）に設定して輝度及び高さに関する情報を再取得する、或いは、ユーザが設定したＺ方向の測定範囲を補正して輝度及び高さに関する情報を再取得する、等といった自動制御を行うようにしても良い。
【００８６】
また、上述の第二の実施の形態において、近似二次曲線を求めるために抽出された３つのＺ位置での光検出器１１の出力のいずれかが不適切な値であったときに、第一の実施の形態と同様に、近似二次曲線を求めず、或いは近似二次曲線から最大光強度値とそれを与えるＺ位置を推定せずに、輝度及び高さとして０を取得するように処理が行なわれるようにしても良い。
【００８７】
また、上述の第一及び第二の実施の形態では、Ｉ−Ｚカーブとされる近似二次曲線を、３つのＺ位置での光検出器１１の出力に基づいて求めているが、３つ以上のＺ位置での光検出器１１の出力に基づいて求めるようにしても良い。
また、上述の第一及び第二の実施の形態では、共焦点型光学測定装置の構成として図１に示した構成としたが、その構成はそれに限定されず、その他の構成としても良い。
【００８８】
例えば、その装置に含まれる共焦点光学顕微鏡の構成である、対物レンズ５による集束光を試料６の表面に沿って相対的に走査させる走査機構として、光軸に垂直な面内で試料６を移動させるＸＹステージ等を用いても良い。
また、円盤上にスパイラル状の複数の微小開口を設けたＮｉｐｋｏｗディスクを高速回転させる構成を用いても良い。この場合、Ｎｉｐｋｏｗディスクは対物レンズ５の集光位置と共役な位置に配置される微小開口を兼ね、光検出器１１の代わりにＣＣＤ等の二次元画像センサが用いられる。
【００８９】
また、二次元走査機構３の代わりに、一次元光スキャナによって対物レンズ５の集束光を試料６の１ライン上で走査して試料６の断面形状を測定する構成を用いるようにしても良い。
また、対物レンズ５の集光位置と試料６の位置を相対的に移動させる移動機構として、試料６の位置を移動させるＺステージ８の代わりに対物レンズ５の位置を移動させる機構を用いるようにしても良い。
【００９０】
以上、本発明の高さ測定方法及び共焦点型光学測定装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良及び変更を行っても良いのはもちろんである。
【００９１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、試料の輝度及び高さ計測を高速に行うことが可能になり、また、最適な計測結果のみを得ることが可能になり、また、正確／不正確な測定結果を判別可能に通知することができると共に適切な測定条件設定が行なわれていたか否かを通知することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る、共焦点光学顕微鏡を含む共焦点型光学測定装置の構成例を示した図である。
【図２】対物レンズの集光位置と試料との相対位置（Ｚ）と、光検出器の出力（Ｉ）の関係（Ｉ−Ｚカーブ）を示した図である。
【図３】 (a),(b),(c) は、抽出された３つのＺ位置での光検出器の出力の一例を示した図である。
【図４】 (a) は試料の形状の一例を示した図、(b) は取得された輝度に基づいて表示された輝度画像（二次元画像）の一例を示した図、(c) は取得された輝度及び高さに基づいて表示された高さ画像（三次元画像）の一例を示した図である。
【図５】 (a) はユーザにより設定されたＺ方向の測定範囲を示した図、(b) は取得された輝度及び高さに基づいて表示された高さ画像の一例を示した図である。
【図６】第二の実施の形態に係るデータフォーマットの一例を示した図である。
【図７】 (a) はビット番号１２乃至１４のｂｉｔの各フラグの値に応じて表示された輝度画像（二次元画像）の一例を示した図、(b) はビット番号１２乃至１４のｂｉｔの各フラグの値に応じて表示された高さ画像（三次元画像）の一例を示した図である。
【図８】 (a) は図７(a) に示した輝度画像と共にそれぞれの色で着色されている測定点の全体に占める割合が示されて表示された図、(b) は図７(b) に示した高さ画像と共にそれぞれの色で着色されている測定点の全体に占める割合が示されて表示された図である。
【図９】計測結果の表示例を示した図である。
【図１０】従来の走査型共焦点光学顕微鏡装置の構成例を示した図である。
【図１１】対物レンズの集光位置と試料との相対位置（Ｚ）と、光検出器の出力（Ｉ）の関係を示した図である。
【図１２】 (a),(b),(c),(d) は、取得した３つのＺ位置での光検出器の出力の一例を示した図である。
【符号の説明】
１光源
２ビームスプリッタ
３二次元走査機構
３ａ、３ｂ光スキャナ
４レボルバ
５対物レンズ
６試料
７試料台
８Ｚステージ
９結像レンズ
１０ピンホール
１１光検出器
１２コンピュータ
１３モニタ
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ領域
１５ａ、１５ｂ領域
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ領域
２１光源
２２ビームスプリッタ
２３二次元走査機構
２３ａ、２３ｂ光スキャナ
２４対物レンズ
２５試料
２６試料台
２７Ｚステージ
２８結像レンズ
２９ピンホール
３０光検出器
３１コンピュータ
３２モニタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for measuring surface information of a sample using a confocal optical microscope.
[0002]
[Prior art]
The confocal optical microscope apparatus illuminates a sample in a spot shape, collects transmitted light, reflected light, or fluorescence from the sample on a confocal stop (pinhole), and then transmits the light transmitted through the confocal stop. The surface information of the sample is obtained by detecting the intensity with a photodetector. Further, surface information of a wide range of the sample is acquired by scanning the sample surface by various methods as point illumination.
[0003]
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional scanning confocal optical microscope apparatus.
In the apparatus shown in the figure, the light emitted from the light source 21 passes through the beam slitter 22 and then enters the two-dimensional scanning mechanism 23. The two-dimensional scanning mechanism 23 includes a first optical scanner 23a and a second optical scanner 23b, and guides the light beam to the objective lens 24 in two dimensions. The light beam incident on the objective lens 24 scans the surface of the sample 25 as focused light. The sample 25 is placed on the sample stage 26 and can be moved in the optical axis direction by the Z stage 27.
[0004]
The light reflected from the surface of the sample 25 is again introduced from the objective lens 24 into the beam splitter 22 via the two-dimensional scanning mechanism 23, reflected by the beam splitter 22, and collected on the pinhole 29 by the imaging lens 28. Lighted. Then, the reflected light from other than the focal point of the objective lens 24 is cut by the pinhole 29, and only the light passing through the pinhole 29 is detected by the photodetector 30.
[0005]
The computer 31 controls the two-dimensional scanning mechanism 23, the Z stage 27, the photodetector 30, and the like, for example, acquires a detection result by the photodetector 30, and displays an image based on the detection result on the monitor 32. And so on.
In the above configuration, the condensing position by the objective lens 24 is optically conjugate with the pinhole 29, and when the sample 25 is in the condensing position by the objective lens 24, the reflected light from the sample 25 is pinhole. However, when the sample 25 is located at a position deviated from the light collection position by the objective lens 24, the reflected light from the sample 25 is focused on the pinhole 29. The light is not condensed and does not pass through the pinhole 29.
[0006]
FIG. 11 shows the relationship between the focusing position of the objective lens 24 at this time and the relative position (Z) between the sample 25 and the output (I) of the photodetector 30 (hereinafter, this relationship is called an IZ curve). FIG.
[0007]
As shown in the figure, when the sample 25 is at the condensing position Zo of the objective lens 24, the output of the photodetector 30 becomes maximum, and from this position Zo, the condensing position of the objective lens 24 and the sample 25 are As the relative position increases, the output of the photodetector 30 decreases rapidly.
[0008]
Due to this characteristic, if the focal point is two-dimensionally scanned by the two-dimensional scanning mechanism 23 and the output of the light detector 30 is imaged in synchronization with the two-dimensional scanning mechanism 23, only a certain height of the sample 25 is obtained. An image obtained by imaging and optically slicing the sample 25 (also referred to as a confocal image) is obtained. Further, the sample 25 is discretely moved in the optical axis direction by the Z stage 27, the confocal image is acquired by scanning the two-dimensional scanning mechanism 23 at each position, and the output of the photodetector 30 is maximum at each point of the sample. By detecting the position of the Z stage 27, the height information of the sample 25 can be obtained. Further, by displaying the images when the output of the photodetector 30 at each point on the surface of the sample 25 is maximized, an image in which all the points are in focus can be obtained.
[0009]
By the way, when measuring the height of the sample 25 with such a configuration, it is necessary to reduce the unit movement amount of the Z stage 27 in order to increase the measurement accuracy, and the measurement time becomes long.
Accordingly, a height measurement method has been proposed that increases the accuracy of the height measurement of the sample 25 without reducing the unit movement amount of the Z stage 27 (see, for example, Patent Document 1). In this height measurement method, while the Z stage 27 is moved by a predetermined unit movement amount, the output of the photodetector 30 is acquired at each position for each unit movement amount, and the output value is among them. The IZ curve is approximated by a quadratic curve based on the output of the photodetector 30 at three positions, that is, the position of the Z stage 27 at the maximum and the positions before and after that, and the approximated I Based on the −Z curve, the position of the Z stage 27 at which the output of the light detector 30 is inherently maximized is obtained and obtained as height information.
[0010]
[Patent Document 1]
JP 09-113235 A
[Patent Document 2]
JP-A-11-264933
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 09-068413
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of measuring the height based on the approximated IZ curve in this way, the following problems may occur.
In order to approximate the I-Z curve with the above-mentioned quadratic curve or other curves, it is necessary to acquire the output of the photodetector 30 at three or more Z positions.
[0012]
FIGS. 12A, 12B, 12C, and 12D are diagrams showing an example of the output of the photodetector 30 at the three acquired Z positions.
For example, if the outputs of the photodetector 30 at three Z positions are obtained as shown by the black circles in FIG. 3A, the outputs of the photodetector 30 at these three Z positions are used. The obtained approximate quadratic curve (approx. IZ curve) (solid line in Fig. (A)) is almost equal to the actual IZ curve (dotted line in Fig. (A)). From the curve, it is possible to correctly estimate the maximum value Imax at which the output of the photodetector 34 is maximum and the position Zo of the Z stage 27 at that time.
[0013]
However, in general, the reflectance of the sample is not uniform, and a portion having a strong contrast is likely to have a portion where the detected light intensity is insufficient or, on the contrary, too strong depending on the observation conditions.
For example, because the light intensity is insufficient, one of the outputs of the photodetector 30 at the three Z positions indicates 0, which is the minimum value, as indicated by the black circle in FIG. In this case, an approximate quadratic curve (solid line in FIG. 5B) obtained using the outputs of the photodetector 30 at these three Z positions is an actual I-Z curve (FIG. 5B). Thus, Imax and Zo that should be estimated from the obtained approximate quadratic curve are shifted by Ierr and Zerr, respectively.
[0014]
On the other hand, since the light intensity is too strong, one of the outputs of the photodetector 30 at the three Z positions (white circle in FIG. 3C) is as shown in the black circle in FIG. When the detection range of the photodetector 30 is exceeded and replaced with the maximum value 4095 (in the case of the 12-bit range), the output of the photodetector 30 at these three Z positions is used. The approximated quadratic curve (solid line in Fig. (C)) is different from the actual I-Z curve (dotted line in Fig. (C)) and should be estimated from the approximated quadratic curve obtained. Imax exceeds the maximum value that can be taken, and Zo is shifted by Zerr.
[0015]
Further, when any of the outputs of the photodetector 30 at the three Z positions indicates the minimum value or the maximum value of the range that the output of the photodetector 30 can take, even an approximate quadratic curve is obtained. It will not be possible.
Further, for the portions close to both ends of the preset scanning range of the Z stage 27, all the outputs of the photodetector 30 at the three Z positions may not be obtained. For example, as shown by the black circle in FIG. 4D, when only the output of the photodetector 30 at two Z positions is obtained, the output of the photodetector 30 at one missing Z position is obtained. Even if the approximate quadratic curve (solid line in the figure (d)) is obtained using the outputs of the photo detector 30 at these three Z positions, the white circle in the figure (d) is appropriately compensated. It is difficult to make it equal to the I-Z curve (dotted line in Fig. 4 (d)), and Imax and Zo estimated according to the number of appropriately compensated values will vary. The correct value cannot be estimated.
[0016]
As described above, when the height measurement is performed based on the approximated I-Z curve, the obtained luminance information and height information are shown in FIGS. 12 (b) to 12 (d). There is a possibility that a certain uncertain measurement result is included, and even if it is included, the user has no way of knowing it.
[0017]
In view of the above circumstances, the problem of the present invention is that it is possible to measure the brightness and height of a sample at high speed, and obtain only optimal measurement results and determine whether appropriate measurement conditions have been set. A height measurement method capable of notifying a user and a confocal optical measurement device to which the method is applied are provided.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The first aspect of the present invention is to irradiate a sample with light from a light source through an objective lens, discretely change the relative position between the focusing position of the objective lens and the sample in the direction of the optical axis. The light intensity information from the sample at each is acquired, and from the acquired light intensity information at each relative position Position where the light intensity information is maximized The light intensity information at the position of at least three points including Position where the light intensity information is maximized Position of at least 3 points including Approximate curve through And calculate the above Approximate curve The upper maximum light intensity value and the relative position that provides the maximum light intensity value are estimated, and the estimated maximum light intensity value and the relative position that provides the maximum light intensity value are acquired as luminance information and height information, respectively. And said Approximate curve Extracted to calculate Any light intensity information is an inappropriate value for calculating the approximate curve. If not, the estimation is not performed, The minimum light intensity value of the range that can be taken as the value of the light intensity information of the photodetector is acquired as the luminance information, and the minimum value of the range that is relatively moved by the moving mechanism is This is a height measurement method acquired as height information.
[0019]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, If any of the light intensity information extracted for calculating the approximate curve is an inappropriate value for calculating the approximate curve, a supplementary notice for notifying the reason for obtaining the inappropriate value information In the acquired luminance information and height information, It is a configuration to be added.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, the sample is irradiated with light from a light source through an objective lens, and the relative position between the condensing position of the objective lens and the sample is discretely changed in the optical axis direction. The light intensity information from the sample at each is acquired, and from the acquired light intensity information at each relative position Position where the light intensity information is maximized The light intensity information at the position of at least three points including Position where the light intensity information is maximized Position of at least 3 points including Approximate curve through And calculate the above Approximate curve The upper maximum light intensity value and the relative position that provides the maximum light intensity value are estimated, and the estimated maximum light intensity value and the relative position that provides the maximum light intensity value are acquired as luminance information and height information, respectively. And said Approximate curve Extracted to calculate If any of the light intensity information is an inappropriate value for calculating the approximate curve, a supplementary notice for notifying the reason why the inappropriate value was obtained information In the acquired luminance information and height information, This is a height measurement method to be added.
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, Approximate curve Extracted to calculate Light intensity information If any of these is an inappropriate value, the estimation is not performed, The minimum light intensity value of the range that can be taken as the value of the light intensity information is acquired as the luminance information, and the minimum value of the range to be relatively moved is It is the structure acquired as height information.
[0022]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first or third aspect, No description The appropriate value is ,in front The maximum light intensity value or the minimum light intensity value that can be taken as the value of the light intensity information.
[0023]
According to a sixth aspect of the present invention, in the first or third aspect, No description Appropriate value is a threshold considering noise The Setting if you did this The maximum light intensity value that can be taken as the light intensity information value to the threshold value, or the minimum light intensity value that can be taken as the light intensity information value to the threshold value.
[0024]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an objective lens that focuses the light from the light source on the sample, and a relative position between the focusing position of the objective lens and the sample along the optical axis direction of the focused light. A common movement mechanism, a confocal stop disposed at a position conjugate with the condensing position of the objective lens, and a photodetector for detecting the intensity of light passing through the confocal stop. A focus type optical measurement device, wherein the relative position between the focusing position of the objective lens and the sample is discretely changed in the optical axis direction of the focused light at each relative position. Acquired Light intensity information from the sample From which the light intensity information is maximized. Extraction means for extracting light intensity information at at least three points including the position, and at least three positions including a position where the light intensity information extracted by the extraction means becomes maximum Approximate curve through And calculated Approximate curve Luminance information indicating an upper maximum light intensity value, an estimation means for estimating the relative position that provides the maximum light intensity value, a maximum light intensity value estimated by the estimation means, and a relative position that provides the maximum light intensity value. And get as height information Take Obtaining means, wherein the estimating means Approximate curve Extracted to calculate Any of the light intensity information is an inappropriate value for calculating the approximate curve. If the Writing Obtaining means The minimum light intensity value of the range that can be taken as the value of the light intensity information of the photodetector is acquired as the luminance information, and the minimum value of the range that is relatively moved by the moving mechanism is This is a confocal optical measurement device that is acquired as height information.
[0025]
According to an eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect, To calculate the approximate curve Extracted by the extraction means If any of the light intensity information is an inappropriate value for calculating the approximate curve, the reason why the inappropriate value is obtained is notified. Generating means for generating supplementary information, and supplementary information generated by the generating means Writing The apparatus further includes an adding unit that adds the luminance information and the height information acquired by the acquiring unit.
[0026]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an objective lens that focuses light from a light source with respect to a sample, and a relative position between the focusing position of the objective lens and the sample along the optical axis direction of the focused light. A confocal system comprising: a moving mechanism that automatically moves; a confocal stop disposed at a position conjugate with the condensing position of the objective lens; and a photodetector that detects the intensity of light passing through the confocal stop. Type optical measurement device, wherein the relative position between the focusing position of the objective lens and the sample is discretely changed in the optical axis direction of the focused light at each relative position. Acquired Light intensity information from the sample From the position where the light intensity information is maximum And extracting means for extracting light intensity information at at least three positions including Position where the light intensity information is maximized Position of at least 3 points including Approximate curve through And calculated Approximate curve Luminance information indicating an upper maximum light intensity value, an estimation means for estimating the relative position that provides the maximum light intensity value, a maximum light intensity value estimated by the estimation means, and a relative position that provides the maximum light intensity value. And get as height information Take And obtaining means and extracted by the extracting means Position where the light intensity information is maximized Generating means for generating supplemental information based on light intensity information at at least three positions including the supplementary information generated by the generating means Writing Adding means for adding to the luminance information and height information obtained by the obtaining means, the generating means, Approximate curve Extracted to calculate If any of the light intensity information is an inappropriate value for calculating the approximate curve, the reason why the inappropriate value is obtained is notified. The supplementary information is generated, and the adding means forwards the generated supplemental information. Writing This is a confocal optical measurement device that adds to luminance information and height information acquired by an acquisition means.
[0027]
According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect, the estimation means includes the Approximate curve Extracted to calculate Light intensity information If any of the values is inappropriate, the estimation is not performed and the previous Writing Obtaining means The minimum light intensity value of the range that can be taken as the value of the light intensity information of the photodetector is acquired as the luminance information, and the minimum value of the range that is relatively moved by the moving mechanism is It is the structure acquired as height information.
[0028]
An eleventh aspect of the present invention is the seventh or ninth aspect, wherein No description The appropriate value is ,in front Light detector Output from The maximum light intensity value or the minimum light intensity value that can be taken as the value of the light intensity information.
[0029]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the seventh or ninth aspect, No description Appropriate value is a threshold considering noise The Setting if you did this The photodetector Output from A value from the maximum light intensity value that can be taken as a value of light intensity information to the threshold value, or the photodetector Output from This is a configuration that is a value from the minimum light intensity value that can be taken as the value of the light intensity information to the threshold value.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a confocal optical measurement device including a confocal optical microscope according to the first embodiment of the present invention.
[0032]
In the apparatus shown in the figure, the light beam emitted from the light source 1 passes through the beam splitter 2 and then enters the two-dimensional scanning mechanism 3. The two-dimensional scanning mechanism 3 includes a first optical scanner 3 a and a second optical scanner 3 b, scans the beam light two-dimensionally, and guides it to the objective lens 5 attached to the revolver 4. The beam light incident on the objective lens 5 becomes focused light and scans the surface of the sample 6. The sample 6 is placed on the sample table 7 and can be moved in the optical axis direction by the Z stage 8.
[0033]
The light reflected from the surface of the sample 6 is again introduced from the objective lens 5 into the beam splitter 2 via the two-dimensional scanning mechanism 3, then reflected by the beam splitter 2, and collected by the objective lens 5 by the imaging lens 9. The light is condensed on a pinhole (confocal stop) 10 at a position optically conjugate with the light position. Then, the reflected light from other than the focal point of the sample 6 is cut by the pinhole 10, and only the light passing through the pinhole 10 is detected by the photodetector 11.
[0034]
The computer 12 includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and includes a two-dimensional scanning mechanism 3, a Z stage 8, a photodetector 11, and the like by the CPU reading and executing a microscope control program stored in the ROM. The entire confocal optical measurement apparatus is controlled. For example, processing such as acquiring the output of the photodetector 11 and displaying an image based on the output on the monitor 13 is performed. The computer 12 also includes an input unit (not shown) for receiving various instructions from the user, for example, according to the content of the operation screen displayed on the monitor 13 by the user via the input unit. By making various setting instructions, it is possible to operate each part of the apparatus.
[0035]
Next, luminance and height measurement processing performed in this confocal optical measurement device will be described.
As described above, the condensing position by the objective lens 5 is optically conjugate with the pinhole 10, and when the sample 6 is in the condensing position by the objective lens 5, the reflected light from the sample 6 is pinned. The light is condensed on the hole 10 and passes through the pinhole 10, but when the sample 6 is at a position shifted from the condensing position by the objective lens 5, the reflected light from the sample 6 is reflected on the pinhole 10. In other words, the light is not condensed and does not pass through the pinhole 10.
[0036]
FIG. 2 is a diagram showing a relationship (I-Z curve) between the light-collecting position of the objective lens 5 and the relative position (Z) between the sample 6 and the output (I) of the photodetector 11 at this time.
As shown in the figure, when the sample 6 is at the condensing position Zo of the objective lens 5, the output of the photodetector 11 becomes maximum (Imax), and from this position, the condensing position of the objective lens 5, the sample 6 and As the relative position increases, the output of the photodetector 11 decreases rapidly.
[0037]
In the brightness and height measurement processing performed in this apparatus, using this characteristic, the two-dimensional scanning mechanism 3 two-dimensionally scans the focal point of the objective lens 5, and two-dimensionally scans the output of the photodetector 11. By imaging in synchronization with the mechanism 3, only a specific height of the sample 6 is imaged, and an image (confocal image) obtained by optically slicing the sample 6 is acquired. Then, the sample 6 is discretely moved in the optical axis direction by the Z stage 8, the two-dimensional scanning mechanism 3 is scanned at each position to acquire a confocal image, and a photodetector is detected at each measurement point on the surface of the sample 6. The height information of the sample 6 is acquired by detecting the position of the Z stage 8 at which the output of 11 is maximized. In addition, an image (luminance image) in which all the measurement points are in focus is obtained by displaying the images when the output of the photodetector 11 at each measurement point on the surface of the sample 6 is maximized. To do. Further, processing such as displaying the luminance image on the monitor 13 together with the operation screen is performed.
[0038]
Specifically, the brightness and height measurement processing is performed as follows.
First, in response to an instruction from the user, the Z stage 8 is moved to the measurement start position, and a desired measurement range in the height direction (Z direction), a two-dimensional scanning range of the surface of the sample 6 and the like are set. These ranges are stored in the RAM of the computer 12 so that they can be referred (read) as needed.
[0039]
Subsequently, measurement is started in response to a measurement start instruction from the user, and the Z stage 8 is moved within the set measurement range in the Z direction at a preset movement pitch ΔZ, while every movement of ΔZ. In addition, two-dimensional scanning of the set two-dimensional scanning range by the two-dimensional scanning mechanism 3 is performed, and the output (light intensity information) of the photodetector 11 is acquired in synchronization with the two-dimensional scanning mechanism 3. If necessary, a confocal image based on the acquired output of the photodetector 11 is displayed on the monitor 13 together with the operation screen for each movement of ΔZ.
[0040]
By such processing, the output of the photodetector 11 at each Z position for each ΔZ within the measurement range in the Z direction is acquired for each point (each measurement point) in the two-dimensional scanning range on the surface of the sample 6. For example, the output of the photodetector 11 acquired for a predetermined point on the surface of the sample 6 has a value indicated by a black circle in FIG.
[0041]
Subsequently, the following processing is performed on each measurement point on the surface of the sample 6.
First, from the output of the photodetector 11 acquired at each Z position, the output of the photodetector 11 obtained at the Z position where the output is maximum and the Z positions before and after the Z position are extracted. From the outputs of the photodetector 11 at the three Z positions, approximate quadratic curves (change curves) serving as I-Z curves are obtained.
[0042]
For example, when the output of the photodetector 11 acquired for a predetermined point on the surface of the sample 6 is the value indicated by the black circle in FIG. 2, the point (Z (k), I ( k)), and an approximate quadratic curve passing through the three points (Z (k-1), I (k-1)), (Z (k + 1), I (k + 1)) Desired.
[0043]
Subsequently, from the obtained approximate quadratic curve, the maximum light intensity value at which the output of the photodetector 11 is originally maximized and the Z position of the Z stage 8 that gives it are estimated, and the estimated maximum light intensity value and The Z position to give it is acquired as luminance (luminance information) and height (height information).
[0044]
For example, according to the example shown in FIG. 2, the maximum light intensity Imax and the position Zo of the Z stage 8 that gives it are estimated from the obtained approximate quadratic curve, and the estimated Imax and Zo Get as height.
[0045]
Since such processing is performed for each measurement point on the surface of the sample 6, the brightness and height of each measurement point can be obtained using an approximate quadratic curve. Accurate brightness and height can be acquired without reducing the value of the movement pitch ΔZ. Further, it does not increase the processing time.
[0046]
However, in this brightness and height measurement process, in addition to the above-described process, in order to prevent an incorrect brightness and height from being acquired when an inappropriate approximate quadratic curve is obtained, The processing is also performed.
That is, when the output of the photodetector 11 at the three Z positions as described above is extracted, the output value of the photodetector 11 is an inappropriate value for obtaining the approximate quadratic curve. Without obtaining the approximate quadratic curve or estimating the maximum light intensity value and the Z position to give it from the approximate quadratic curve, the arbitrary maximum light intensity value and the arbitrary Z position are acquired as the luminance and the height. , Etc. are performed.
[0047]
Specifically, this is performed as follows.
However, in this example, the possible range of the output value of the photodetector 11 is 0 to 4095 (12 bits), the above-mentioned inappropriate value is 0 or 4095, and the above-mentioned arbitrary maximum light intensity. It is assumed that the value is 0, which is the minimum light intensity value of the range that can be taken as the output value of the photodetector 11, and that an arbitrary Z position is 0, which is the minimum value of the measurement range in the height direction.
[0048]
First, processing performed when any of the outputs of the photodetector 11 at the three extracted Z positions is 0 will be described with reference to FIG.
FIG. 5A is a diagram showing an example of the output of the photodetector 11 at the three extracted Z positions. The output of the photodetector 11 is small because the measurement conditions are not set properly. This is obtained when the reflectance of the measurement point on the surface of the sample 6 is lower than others.
[0049]
As shown in FIG. 6A, the output of the photodetector 11 is hardly obtained over the measurement range in the Z direction, and is near the focal position (the position where the focusing position of the objective lens 5 is on the surface of the sample 6). A slight output is obtained. In this case, when points indicating the output values of the photodetector 11 at the three Z positions indicated by black circles are extracted, (Z (m), I (m)), (Z (m-1), 0) , (Z (m + 1), I (m + 1)), and an approximate quadratic curve (solid line in FIG. 8A) obtained based on these is an actual I-Z curve (in FIG. )), And there is a possibility that the correct maximum light intensity value and the Z position that gives it cannot be estimated. Therefore, in order to prevent this, when any of the outputs of the photodetector 11 at the three extracted Z positions is 0, the approximate quadratic curve is not obtained or the maximum light intensity is calculated from the approximate quadratic curve. Processing is performed so as to obtain 0 as luminance and height without estimating the value and the Z position that gives it.
[0050]
Next, processing performed when any of the outputs of the photodetector 11 at the above-described three Z positions is 4095 will be described with reference to FIG.
FIG. 7B is a diagram showing an example of the output of the photodetector 11 at the three extracted Z positions. In contrast to the example shown in FIG. This is obtained when the output has increased, or when the reflectance at the measurement point on the surface of the sample 6 is higher than the others.
[0051]
As shown in FIG. 4B, the output of the photodetector 11 is obtained over the measurement range in the Z direction, but the output is saturated near the focal position. In this case, one of the outputs of the photodetector 11 at the three extracted Z positions (the white circle in FIG. 5B) exceeds the measurement range of the photodetector 11, and the value is within the measurement range. Will be replaced with 4095, which is the upper limit value. Accordingly, when points indicating the output values of the photodetector 11 at the three Z positions indicated by the black circles including this are extracted, (Z (m), 4095), (Z (m-1), I (m -1)), (Z (m + 1), I (m + 1)), and the approximate quadratic curve (solid line in Fig. 5 (b)) obtained based on these is the actual IZ curve (The dotted line in FIG. 5B) is greatly different, and there is a possibility that the correct maximum light intensity value and the Z position giving it cannot be estimated. Therefore, in order to prevent this, when any of the outputs of the photodetector 11 at the three extracted Z positions is 4095, the approximate quadratic curve is not obtained or the maximum light intensity value is calculated from the approximate quadratic curve. Then, the process is performed so as to obtain 0 as the luminance and the height without estimating the Z position that gives it.
[0052]
When the processing performed when any of the outputs of the photodetector 11 at the three extracted Z positions is 0 or 4095 as described above is performed for each measurement point on the surface of the sample 6, Subsequently, an image based on the brightness and height obtained for each measurement point is displayed on the monitor 13.
[0053]
For example, when the shape of the sample 6 is the shape shown in FIG. 4 (a), the image shown in FIG. 4 (b) or FIG.
FIG. 4A is a diagram showing an example of the shape of the sample 6, and a part of the surface thereof has a high reflection surface portion and a low reflection surface portion.
[0054]
FIG. 5B is a diagram showing an example of a luminance image (two-dimensional image) displayed based on the acquired luminance. The part shown in black in FIG. 5B shows the part where the luminance is zero.
FIG. 7C is a diagram showing an example of a height image (three-dimensional image) displayed based on the acquired brightness and height. The portion shown in black in FIG. 3C shows a portion where the luminance and height are zero, and is actually displayed as a hollow portion with a hole.
[0055]
As described above, when the output of the photodetector 11 at the three Z positions for obtaining the approximate quadratic curve becomes an inappropriate value, the brightness and the brightness acquired for each measurement point on the surface of the sample 6 are Since the measurement point having the brightness and the height of 0 is displayed in the image based on the height so as to be visually distinguishable, the user can determine which measurement point on the surface of the sample 6 is inaccurate data, or It is possible to visually determine which measurement point or measurement target site measurement condition is inappropriate.
[0056]
Next, another example in the case where one of the outputs of the photodetector 11 at the three extracted Z positions is 0 will be described with reference to FIG.
FIG. 4C is a diagram showing an example of the output of the photodetector 11 at the three extracted Z positions. In the example shown in FIG. 5 (c), as shown in FIG. 5 (a), the user sets the Z scanning range shown in FIG. 5 (a) as the measurement range in the Z direction. This is an example of the case where the S3 surface of the sensor is close to the lower limit position of the measurement range. In this case, there is a possibility that one of the light intensity information at the three Z positions to be extracted cannot be obtained at a predetermined measurement point on the S3 surface, as shown in FIG. In the example of FIG. 5C, the output of the photodetector 11 at the measurement start position in the Z direction is maximized, so that the output of the photodetector 11 at the previous Z position cannot be acquired. . Therefore, even if the output of the light detector 11 at the Z position is a value indicated by a white circle in FIG. 5C, it cannot be actually obtained, so the light detector 11 at the Z position is not obtained. Is regarded as 0 indicated by a black circle. Therefore, when the points indicating the output values of the photodetector 11 at the three Z positions indicated by the black circles including them are extracted, (Z (-1), 0), (Z (0), I (0) ), (Z (1), I (1)), and the approximate quadratic curve (solid line in Fig. (C)) obtained based on these is the actual I-Z curve (in Fig. (C)). There is a possibility that the correct maximum light intensity value and the Z position that gives it cannot be estimated. Therefore, in order to prevent this, even in such a case, if any of the outputs of the photodetector 11 at the three extracted Z positions is 0, an approximate quadratic curve is not obtained or approximated. Processing is performed so as to obtain 0 as luminance and height without estimating the maximum light intensity value and the Z position that gives it from the quadratic curve.
[0057]
When such processing is performed for each measurement point on the surface of the sample 6, an image based on the brightness and height obtained for each measurement point is displayed on the monitor 13.
For example, the image shown in FIG. 5B is displayed.
[0058]
FIG. 4B is a diagram showing an example of a height image displayed based on the acquired luminance and height. The portion shown in black in FIG. 3C shows a portion where the luminance and height are zero, and is actually displayed as a hollow portion with a hole.
In contrast to the example shown in FIG. 3C, the measurement range in the Z direction is set by the user. As a result, the S1 surface of the surface of the sample 6 shown in FIG. In the case where one of the outputs of the photodetector 11 at three Z positions for obtaining an approximate quadratic curve at a predetermined measurement point on the S1 plane cannot be obtained because it is close to the upper limit position of Is processed in the same manner.
[0059]
As described above, even when the output of the photodetector 11 at the three Z positions for obtaining the approximate quadratic curve becomes an inappropriate value due to the measurement range in the Z direction set by the user, the sample 6 In the image based on the brightness and height acquired for each measurement point on the surface of the surface, the measurement point having the brightness and height of 0 is displayed so as to be visually distinguishable. It is possible to visually determine whether the measurement point is inaccurate data, or which measurement point or measurement condition of the measurement target part is inappropriate.
[0060]
As described above, according to the present embodiment, the approximate quadratic curve as the I-Z curve can be obtained and the brightness and height of the sample 6 can be measured. Therefore, in the measurement, the number of movements of the Z stage 8 is reduced to perform processing. Can be speeded up. Further, the output value of the photodetector 11 at the three Z positions extracted for obtaining the approximate quadratic curve is the minimum value (for example, 0) or the maximum of the range that the output of the photodetector 11 can take. If the value is inappropriate for obtaining the approximate quadratic curve, such as a value (for example, 4095), the approximate quadratic curve is not obtained, or the maximum light intensity value is given from the approximate quadratic curve. Since the Z position is not estimated, the brightness and height are replaced with a specific value (for example, 0), so that when the brightness image or height image is displayed, the user can make an accurate / inaccurate measurement. The result can be notified in a distinguishable manner, and it can be notified whether or not appropriate measurement condition setting has been performed.
[0061]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
The configuration of the confocal optical measurement device according to the present embodiment is the same as the configuration shown in FIG. 1, but the data format when the output of the photodetector 11 is digitally processed by the CPU of the computer 12 is different.
[0062]
FIG. 6 is a diagram showing an example of a data format according to the present embodiment. In the data format shown in the figure, the data length is composed of 16 bits, of which 12-bit data with bit numbers 0 to 11 indicates information on luminance and height (luminance / height data), and the remaining bit numbers 12 The 15-bit 4-bit data indicates the condition flag (supplementary information).
[0063]
When it is determined that any one of the outputs of the photodetector 11 at the three Z positions extracted for obtaining the approximate quadratic curve is an inappropriate value, the condition flag has an inappropriate value. This is a flag for notifying the obtained reason.
In the example shown in the figure, the bit of bit number 15 indicates a flag indicating the presence / absence of the determination, and the bit of bit number 14 indicates that the measurement range in the Z direction is insufficient (Z scan range is insufficient). The bit of bit number 13 indicates a flag indicating excessive light amount as the reason, and the bit of bit number 12 indicates a flag indicating insufficient light amount as the reason.
[0064]
Further, in the luminance and height measurement processing according to the present embodiment, it is determined that one of the outputs of the photodetector 11 at the three Z positions extracted for obtaining the approximate quadratic curve is an inappropriate value. Even when the approximated quadratic curve is obtained, the maximum light intensity value and the Z position that gives it are estimated from the approximated quadratic curve, and the estimated maximum light intensity value and the Z position that gives it are Processing is performed to obtain the brightness and height.
[0065]
That is, when the brightness and height measurement processing of the sample 6 is started, an approximate quadratic curve is obtained for each measurement point on the surface of the sample 6 and the brightness and height are obtained as in the first embodiment. It will be acquired.
For example, when a certain measurement point being processed has an inappropriate value at one of the three Z positions extracted for obtaining an approximate quadratic curve due to insufficient light quantity. When the determination is made, the above-described bit flags of bit numbers 15 and 12 are set, and information indicating that the information on the brightness and height is data obtained by an inappropriate approximate quadratic curve due to insufficient light quantity. Will be recorded along with information on brightness and height.
[0066]
Alternatively, at a certain measurement point being processed, one of the outputs of the photodetector 11 at the three Z positions extracted for obtaining the approximate quadratic curve was an inappropriate value due to excessive light quantity. When the determination is made, the above-described bit flags of bit numbers 15 and 13 are set, and information indicating that the information regarding the brightness and height is data obtained by an inappropriate approximate quadratic curve due to excessive light amount. Will be recorded along with information on brightness and height.
[0067]
Alternatively, at a certain measurement point during the processing, one of the outputs of the photodetector 11 is inappropriate at the three Z positions extracted for obtaining the approximate quadratic curve due to insufficient measurement range in the Z direction. When it is determined that the value is a value, the bit flags of the above bit numbers 15 and 14 are set, and information on the brightness and height is obtained by an inappropriate approximate quadratic curve due to insufficient measurement range in the Z direction. Information indicating that the data has been recorded is recorded together with information on brightness and height.
[0068]
When the processing as described above is performed for each measurement point on the surface of the sample 6 and the brightness and height of each measurement point are acquired, an image based on the brightness and height is then displayed on the monitor 13. .
However, at the time of this display, the CPU of the computer 12 checks the bit flag of bit number 15 of the above 16-bit data for each measurement point on the surface of the sample 6, and displays data indicating that it is valid. Each bit flag of bit numbers 14 to 12 is checked, and processing is performed so as to display it according to the value of each flag.
[0069]
For example, the measurement point from which 16-bit data with a bit number 12 bit (light shortage) flag is set is blue, and 16-bit data with a bit number 13 bit (excessive light amount) flag is obtained. Measurement points are displayed in red, and the measurement points from which 16-bit data flagged with bit number 14 bit (measurement range shortage in the Z direction) is set are colored yellow.
[0070]
FIGS. 7A and 7B are examples of images displayed in accordance with the values of the respective bit flags having bit numbers 12 to 14. FIG. Figure (a) shows an example of a luminance image (two-dimensional image) displayed based on luminance, and (b) shows a height image (three-dimensional image) displayed according to the luminance and height. ) Is an example.
[0071]
In FIGS. 9A and 9B, the area 15 (15a, 15b) colored in blue is obtained as 16-bit data with a bit number 12 bit (insufficient light) flag set. An area 16 (16a, 16b, 16c) displayed with measurement points and colored in red indicates a measurement point from which 16-bit data with a bit number 13 bit (excessive light amount) flag is set is obtained. The area 14 (14a, 14b, 14c), colored yellow, indicates the measurement point from which the 16-bit data flagged with bit 14 (bit measurement range shortage) is obtained. ing. That is, the region 15 indicates a region where the light amount is insufficient, the region 16 indicates a region where the light amount is excessive, and the region 14 indicates a region where the measurement range in the Z direction is insufficient.
[0072]
In this way, the measurement points from which data with low reliability (brightness and height) are acquired are colored and colored, so that the user can acquire data with low reliability for any reason. It becomes possible to judge whether it has been done.
In addition to the images shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), the ratio of the measurement points colored with the respective colors to the whole (the ratio of the pixels colored with the color to the total pixels) It can also be configured to be displayed.
[0073]
FIGS. 8A and 8B are examples of display screens on which such display is performed. FIGS. 7A and 7B correspond to FIGS. 7A and 7B, and FIG. 8A is colored with each color together with the luminance image shown in FIG. 7A. FIG. 8 (b) shows the ratio of the measurement points to the whole displayed, and FIG. 8 (b) shows the whole measurement points colored in the respective colors together with the height image shown in FIG. 7 (b). It is the figure where the ratio which occupies was shown and displayed.
[0074]
As shown in FIGS. 8A and 8B, “red... OO% blue... ΔΔ% yellow. As a result, the user accounts for XX% of the data with excessive light quantity, △% of the data with insufficient light quantity, and XX% of the data with insufficient measurement range in the Z direction. I can confirm that. In addition, instead of “Red ... ○ %% Blue ・・・ △△% Yellow ・・・ XX%” displayed in (a) and (b) of the figure, “Excessive amount of light… ○○ % Insufficient light quantity… △△% Insufficient measurement range in Z direction… XX% ”may be displayed.
[0075]
In addition, after information on the brightness and height of each measurement point on the surface of the sample 6 is acquired in this way, measurement of a predetermined part can be performed based on the acquired information on the brightness and height.
However, in the measurement, if the information on the luminance and height of the measurement target portion is normally obtained, the above-described bit numbers 12 to 12 are included in the luminance image or height image displayed on the monitor 13. It does not matter if measurement points that are colored and displayed based on the 14-bit flag are included, but the measurement points that are colored and displayed in the range selected as the part to be measured Is included, the measurement result of the measurement target part becomes data with low reliability.
[0076]
Therefore, in the process related to the measurement, when a predetermined part is measured based on the acquired information on the brightness and height and the measurement result is displayed, the range selected as the measurement target part is colored. When the displayed measurement point is included, processing is performed so that a mark for notifying that the measurement result is data with low reliability is also displayed.
[0077]
FIG. 9 is a diagram showing a display example of the measurement result.
In the figure, “number” indicates measurement of a predetermined part corresponding to the number. "Accuracy" is a mark indicating whether or not the measurement result is data with low reliability. When "Accuracy" is "x", it indicates that the data is low reliability. “○” indicates that the data is not unreliable. “Height” and “width” indicate the height and width, which are the measurement results of the part to be measured.
[0078]
For example, in the measurement of a predetermined part corresponding to number 2 or number 5, since the measurement point that is colored and displayed is included in the part selected as the measurement target part, the measurement result is reliable. It indicates that the data is low.
Further, in such a measurement process, when measuring a predetermined part based on information on the acquired brightness and height, measurement points that are colored and displayed on a part selected as a measurement target part are displayed. If it is included, measurement may be prohibited, and a warning may be displayed on the monitor 13 to notify that effect. Thereby, it is possible to prevent the user from using a measurement result that may include a large error compared to the measurement result of other measurement target parts.
[0079]
As described above, according to the present embodiment, the approximate quadratic curve as the I-Z curve can be obtained and the brightness and height of the sample 6 can be measured. Therefore, the number of movements of the Z stage 8 can be reduced in the measurement. Thus, the processing can be speeded up. Further, if the output values of the photodetector 11 at the three Z positions extracted for obtaining the approximate quadratic curve are inappropriate values for obtaining the approximate quadratic curve, the measurement point Supplemental information (for example, the above-mentioned bit flags of bit numbers 12 to 15) is added to the information on the brightness and height of the image, and is added to the image when the image is displayed based on the information on the brightness and height. Since the information based on the supplementary information is also displayed, it is possible to notify the user of an accurate / inaccurate measurement result in a discriminable manner, and whether or not appropriate measurement condition setting has been performed. Can be notified.
[0080]
Next, a modified example of the confocal optical measurement device according to the first and second embodiments described above will be described.
First, in the first embodiment described above, any of the output values of the photodetector 11 at the three Z positions extracted in order to obtain an approximate quadratic curve as an IZ curve is a light When the output range of the detector 11 is the minimum value (for example, 0) or the maximum value (for example, 4095), the approximate quadratic curve is not obtained, or the maximum intensity value is given from the approximate quadratic curve. The processing is performed without estimating the Z position. The value of the output of the photodetector 11 when such processing is performed is the minimum value of the range that the output of the photodetector 11 can take. The threshold value is not limited to the maximum value, and may be a threshold value considering noise. For example, when any of the output values of the photodetector 11 at the three extracted Z positions is less than or equal to the threshold value, that is, the minimum value of the range that can be taken by the output of the photodetector 11 If it is within the light intensity range from to the threshold value or within the light intensity range from the maximum value to the threshold value, the approximate quadratic curve is not obtained, or the maximum intensity value is given from the approximate quadratic curve and Z Processing may be performed without estimating the position.
[0081]
In the first embodiment described above, any of the output values of the photodetector 11 at the three Z positions extracted for obtaining an approximate quadratic curve as an I-Z curve is approximated. In the case of values inappropriate for obtaining a quadratic curve, the luminance and height were replaced with 0 as specific values, but the specific values are not limited to 0, and other May be the value.
[0082]
In addition, by applying the data format shown in FIG. 6 to the first embodiment described above, a pixel (0) whose luminance and height are 0 by the user on the image displayed based on the information on luminance and height ( By instructing the (measurement point), the reason why the luminance and height of the pixel are 0 (for example, insufficient light amount, etc.) may be displayed.
[0083]
Further, in the second embodiment described above, information other than the information indicated by the bits of bit numbers 12 to 15 added to the information on the brightness and height may be added to the data format shown in FIG. good. For example, when a bit flag of bit number 12 to 14 and bit number 15 is set, information regarding advice for eliminating the reason for setting the flag is added and added together with the image. Information regarding advice may be displayed on the monitor 13. In this case, for example, when a bit flag of bit number 12 (light quantity shortage) and 15 is set, information indicating that the sensitivity of the photodetector 11 is recommended is added as information relating to advice, and the advice along with the image is added. Is displayed on the monitor 13. Further, other help information or the like may be added.
[0084]
In addition, when adding information other than the information indicated by the bits of bit numbers 12 to 15 added to the information on luminance and height in this way, if the number of bits for adding the information is insufficient, known data The information may be embedded in information on luminance and height (12-bit data of the bit numbers 0 to 11 described above) using a compression technique. In this way, the information can be added without increasing the memory capacity.
[0085]
In the second embodiment described above, by checking the bit flags of bit numbers 12 to 15, it can be determined that the light amount is insufficient, the light amount is excessive, or the measurement range in the Z direction is insufficient. Based on the determination result, the sensitivity of the photodetector 11 is set to AGC (automatic gain control) so that information regarding the luminance and height of the measurement point determined as described above is normally acquired. Automatic control such as re-acquiring information on brightness and height, or re-acquiring information on brightness and height by correcting the measurement range in the Z direction set by the user may be performed.
[0086]
In the second embodiment described above, when any of the outputs of the photodetector 11 at the three Z positions extracted for obtaining the approximate quadratic curve is an inappropriate value, As in the case of the first embodiment, 0 is obtained as the luminance and the height without obtaining the approximate quadratic curve or estimating the maximum light intensity value and the Z position to give it from the approximate quadratic curve. Processing may be performed.
[0087]
In the first and second embodiments described above, an approximate quadratic curve that is an I-Z curve is obtained based on the outputs of the photodetector 11 at three Z positions. You may make it obtain | require based on the output of the photodetector 11 in the above Z positions.
In the first and second embodiments described above, the configuration shown in FIG. 1 is used as the configuration of the confocal optical measurement device. However, the configuration is not limited thereto, and other configurations may be used.
[0088]
For example, as a scanning mechanism that relatively scans the focused light from the objective lens 5 along the surface of the sample 6, which is a configuration of a confocal optical microscope included in the apparatus, the sample 6 is moved in a plane perpendicular to the optical axis. An XY stage to be moved may be used.
Alternatively, a structure may be used in which a Nipkow disk provided with a plurality of spiral minute openings on a disk is rotated at high speed. In this case, the Nippon disk also serves as a minute aperture arranged at a position conjugate with the condensing position of the objective lens 5, and a two-dimensional image sensor such as a CCD is used instead of the photodetector 11.
[0089]
Further, instead of the two-dimensional scanning mechanism 3, a configuration in which the focused light of the objective lens 5 is scanned on one line of the sample 6 by a one-dimensional optical scanner and the cross-sectional shape of the sample 6 is measured may be used.
Further, as a moving mechanism for relatively moving the focusing position of the objective lens 5 and the position of the sample 6, a mechanism for moving the position of the objective lens 5 is used instead of the Z stage 8 for moving the position of the sample 6. May be.
[0090]
As described above, the height measuring method and the confocal optical measuring device of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course you can go.
[0091]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the brightness and height of the sample can be measured at high speed, and only the optimum measurement result can be obtained. It is possible to notify that an inaccurate measurement result can be discriminated and to notify whether or not an appropriate measurement condition has been set.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a confocal optical measurement device including a confocal optical microscope according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a relationship (IZ curve) between a relative position (Z) between a focusing position of an objective lens and a sample and an output (I) of a photodetector.
FIGS. 3A, 3B, and 3C are diagrams showing an example of an output of a photodetector at three extracted Z positions. FIG.
4A is a diagram showing an example of the shape of a sample, FIG. 4B is a diagram showing an example of a luminance image (two-dimensional image) displayed based on the acquired luminance, and FIG. It is the figure which showed an example of the height image (three-dimensional image) displayed based on the acquired brightness | luminance and height.
5A is a diagram showing a measurement range in the Z direction set by a user, and FIG. 5B is a diagram showing an example of a height image displayed based on acquired brightness and height. is there.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a data format according to the second embodiment.
7A is a diagram showing an example of a luminance image (two-dimensional image) displayed according to the value of each bit flag of bit numbers 12 to 14, and FIG. 7B is a diagram of bit numbers 12 to 14; It is the figure which showed an example of the height image (three-dimensional image) displayed according to the value of each flag of bit.
8A is a diagram showing the luminance image shown in FIG. 7A and the ratio of the measurement points colored in the respective colors to the entire measurement point, and FIG. It is the figure displayed by showing the ratio to the whole measurement point colored with each color with the height image shown in b).
FIG. 9 is a diagram illustrating a display example of measurement results.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional scanning confocal optical microscope apparatus.
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the focusing position of the objective lens and the relative position (Z) between the sample and the output (I) of the photodetector.
12 (a), (b), (c), and (d) are diagrams showing an example of the output of the photodetector at three acquired Z positions. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Light source
2 Beam splitter
3 Two-dimensional scanning mechanism
3a, 3b optical scanner
4 Revolver
5 Objective lens
6 samples
7 Sample stage
8 Z stage
9 Imaging lens
10 pinhole
11 Photodetector
12 computers
13 Monitor
14a, 14b, 14c region
15a, 15b area
16a, 16b, 16c region
21 Light source
22 Beam splitter
23 Two-dimensional scanning mechanism
23a, 23b Optical scanner
24 Objective lens
25 samples
26 Sample stand
27 Z stage
28 Imaging lens
29 pinhole
30 photodetectors
31 computers
32 monitors

Claims

光源からの光を対物レンズを通して試料に照射し、
前記対物レンズの集光位置と前記試料との相対位置を光軸方向に離散的に変化させ、
各相対位置での前記試料からの光強度情報をそれぞれ取得し、
前記取得した各相対位置での光強度情報から該光強度情報が最大となる位置を含む少なくとも３点の位置における光強度情報を抽出し、
前記抽出した光強度情報が最大となる位置を含む少なくとも３点の位置を通る近似曲線を算出し、
前記算出した近似曲線上の最大光強度値と該最大光強度値を与える前記相対位置とを推定し、
前記推定した最大光強度値と該最大光強度値を与える相対位置とをそれぞれ輝度情報と高さ情報として取得し、
前記近似曲線を算出するために抽出された前記光強度情報の何れかが前記近似曲線を算出する上で不適切な値である場合には、前記推定を行わず、前記光検出器の光強度情報の値として取りうる範囲の最小光強度値を前記輝度情報として取得し、前記移動機構により相対的に移動させる範囲の最小値を前記高さ情報として取得する、
ことを特徴とする高さ測定方法。Irradiate the sample with light from the light source through the objective lens,
Discretely changing the relative position between the focusing position of the objective lens and the sample in the direction of the optical axis,
Obtain light intensity information from the sample at each relative position,
Extracting light intensity information at at least three positions including the position where the light intensity information is maximized from the acquired light intensity information at each relative position;
Calculating an approximate curve that passes through at least three positions including the position where the extracted light intensity information is maximized;
Estimating the maximum light intensity value on the calculated approximate curve and the relative position giving the maximum light intensity value;
Obtaining the estimated maximum light intensity value and the relative position giving the maximum light intensity value as luminance information and height information, respectively;
If any of the light intensity information extracted for calculating the approximate curve is an inappropriate value for calculating the approximate curve, the light intensity of the photodetector is not estimated and the estimation is not performed. A minimum light intensity value of a range that can be taken as an information value is acquired as the luminance information, and a minimum value of a range that is relatively moved by the moving mechanism is acquired as the height information;
A height measuring method characterized by the above.

前記近似曲線を算出するために抽出された前記光強度情報の何れかが前記近似曲線を算出する上で不適切な値である場合には、その不適切な値が得られた理由を通知する補足情報を、前記取得した輝度情報と高さ情報に、付加する、
ことを特徴とする請求項１記載の高さ測定方法。If any of the light intensity information extracted to calculate the approximate curve is an inappropriate value for calculating the approximate curve, the reason for obtaining the inappropriate value is notified. Add supplemental information to the acquired luminance information and height information,
The height measuring method according to claim 1.

光源からの光を対物レンズを通して試料に照射し、
前記対物レンズの集光位置と前記試料との相対位置を光軸方向に離散的に変化させ、
各相対位置での前記試料からの光強度情報をそれぞれ取得し、
前記取得した各相対位置での光強度情報から該光強度情報が最大となる位置を含む少なくとも３点の位置における光強度情報を抽出し、
前記抽出した光強度情報が最大となる位置を含む少なくとも３点の位置を通る近似曲線を算出し、
前記算出した近似曲線上の最大光強度値と該最大光強度値を与える前記相対位置とを推定し、
前記推定した最大光強度値と該最大光強度値を与える相対位置とをそれぞれ輝度情報と高さ情報として取得し、
前記近似曲線を算出するために抽出された前記光強度情報の何れかが前記近似曲線を算出する上で不適切な値である場合には、その不適切な値が得られた理由を通知する補足情報を、前記取得した輝度情報と高さ情報に、付加する、
ことを特徴とする高さ測定方法。Irradiate the sample with light from the light source through the objective lens,
Discretely changing the relative position between the focusing position of the objective lens and the sample in the direction of the optical axis,
Obtain light intensity information from the sample at each relative position,
Extracting light intensity information at at least three positions including the position where the light intensity information is maximized from the acquired light intensity information at each relative position;
Calculating an approximate curve that passes through at least three positions including the position where the extracted light intensity information is maximized;
Estimating the maximum light intensity value on the calculated approximate curve and the relative position giving the maximum light intensity value;
Obtaining the estimated maximum light intensity value and the relative position giving the maximum light intensity value as luminance information and height information, respectively;
If any of the light intensity information extracted to calculate the approximate curve is an inappropriate value for calculating the approximate curve, the reason for obtaining the inappropriate value is notified. Add supplemental information to the acquired luminance information and height information,
A height measuring method characterized by the above.

前記近似曲線を算出するために抽出された前記光強度情報のうちの何れかが不適切な値である場合、前記推定を行わず、前記光強度情報の値として取りうる範囲の最小光強度値を前記輝度情報として取得し、前記相対的に移動させる範囲の最小値を前記高さ情報として取得する、
ことを特徴とする請求項３記載の高さ測定方法。If any of the light intensity information extracted to calculate the approximate curve is an inappropriate value, the estimation is not performed and the minimum light intensity value in a range that can be taken as the value of the light intensity information Is acquired as the luminance information, and the minimum value of the relatively moving range is acquired as the height information.
The height measuring method according to claim 3.

前記不適切な値は、前記光強度情報の値として取りうる最大光強度値又は最小光強度値である、
ことを特徴とする請求項１又は３記載の高さ測定方法。Before SL improper value is the maximum light intensity value or the minimum light intensity value can be taken as the value before Symbol light intensity information,
The height measuring method according to claim 1 or 3, characterized in that.

前記不適切な値は、ノイズ分を考慮した閾値を設定した場合、前記光強度情報の値として取りうる最大光強度値から前記閾値までの値、或いは前記光強度情報の値として取りうる最小光強度値から前記閾値までの値である、
ことを特徴とする請求項１又は３記載の高さ測定方法。Minimum pre Symbol improper value, when the threshold value is set in consideration of the noise component, which can take values from the maximum light intensity value that can be taken as the value of the light intensity information to said threshold value, or the value of the light intensity information It is a value from the light intensity value to the threshold value,
The height measuring method according to claim 1 or 3, characterized in that.

光源からの光を試料に対して集束させる対物レンズと、
前記集束光の光軸方向に沿って、前記対物レンズの集光位置と前記試料との位置を相対的に移動させる移動機構と、
前記対物レンズの集光位置と共役な位置に配置された共焦点絞りと、
前記共焦点絞りを通過する光の強度を検出する光検出器と、を備えた共焦点型光学測定装置であって、
前記対物レンズの集光位置と前記試料との相対位置を前記集束光の光軸方向に離散的に変化させたときの各相対位置で取得した前記試料からの光強度情報から、該光強度情報が最大となる位置を含む少なくとも３点の位置における光強度情報を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された光強度情報が最大となる位置を含む少なくとも３点の位置を通る近似曲線を算出し、該算出した近似曲線上の最大光強度値と該最大光強度値を与える前記相対位置を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された最大光強度値と該最大光強度値を与える相対位置とをそれぞれ輝度情報と高さ情報として取得する取得手段と、
を有し、
前記推定手段は、前記近似曲線を算出するために抽出された前記光強度情報のいずれかが前記近似曲線を算出する上で不適切な値である場合には、前記推定を行わず、前記取得手段は、前記光検出器の光強度情報の値として取りうる範囲の最小光強度値を前記輝度情報として取得し、前記移動機構により相対的に移動させる範囲の最小値を前記高さ情報として取得する、
ことを特徴とする共焦点型光学測定装置。An objective lens that focuses light from the light source onto the sample;
A moving mechanism for relatively moving the focusing position of the objective lens and the position of the sample along the optical axis direction of the focused light;
A confocal stop disposed at a position conjugate with the focusing position of the objective lens;
A confocal optical measurement device comprising a photodetector for detecting the intensity of light passing through the confocal stop,
From the light intensity information from the sample acquired at each relative position when the relative position between the focusing position of the objective lens and the sample is discretely changed in the optical axis direction of the focused light, the light intensity information Extracting means for extracting light intensity information at at least three positions including a position where the
Calculating an approximate curve passing through at least three positions including a position where the light intensity information extracted by the extracting means is maximum, and giving the maximum light intensity value and the maximum light intensity value on the calculated approximate curve; An estimation means for estimating a relative position;
Obtaining means for obtaining the maximum light intensity value estimated by the estimating means and the relative position giving the maximum light intensity value as luminance information and height information, respectively;
Have
The estimation means does not perform the estimation and performs the acquisition when any of the light intensity information extracted for calculating the approximate curve is an inappropriate value for calculating the approximate curve. The means acquires a minimum light intensity value of a range that can be taken as a value of light intensity information of the photodetector as the luminance information, and acquires a minimum value of a range relatively moved by the moving mechanism as the height information. To
A confocal optical measuring device characterized by the above.

前記近似曲線を算出するために前記抽出手段により抽出された前記光強度情報のいずれかが前記近似曲線を算出する上で不適切な値である場合には、その不適切な値が得られた理由を通知する補足情報を生成する生成手段と、
前記生成手段により生成された補足情報を、前記取得手段により取得された輝度情報と高さ情報に付加する付加手段と、
を備えたことを特徴とする請求項７記載の共焦点型光学測定装置。If any of the light intensity information extracted by the extraction means for calculating the approximate curve is an inappropriate value for calculating the approximate curve, the inappropriate value was obtained. Generating means for generating supplementary information for notifying the reason;
Adding means for adding the supplementary information generated by the generating means to the luminance information and height information acquired by the acquiring means;
The confocal optical measurement apparatus according to claim 7, comprising:

光源からの光を試料に対して集束させる対物レンズと、
前記集束光の光軸方向に沿って、前記対物レンズの集光位置と前記試料との位置を相対的に移動させる移動機構と、
前記対物レンズの集光位置と共役な位置に配置された共焦点絞りと、
前記共焦点絞りを通過する光の強度を検出する光検出器とを備えた共焦点型光学測定装置であって、
前記対物レンズの集光位置と前記試料との相対位置を前記集束光の光軸方向に離散的に変化させたときの各相対位置で取得した前記試料からの光強度情報から、該光強度情報が最大となる位置を含む少なくとも３点の位置における光強度情報を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された光強度情報が最大となる位置を含む少なくとも３点の位置を通る近似曲線を算出し、該算出した近似曲線上の最大光強度値と該最大光強度値を与える前記相対位置を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された最大光強度値と該最大光強度値を与える相対位置とをそれぞれ輝度情報と高さ情報として取得する取得手段と、
前記抽出手段により抽出された光強度情報が最大となる位置を含む少なくとも３点の位置における光強度情報に基づいて補足情報を生成する生成手段と、
前記生成手段により生成された補足情報を、前記取得手段により取得された輝度情報と高さ情報に付加する付加手段と、
を有し、
前記生成手段は、前記近似曲線を算出するために抽出された前記光強度情報の何れかが前記近似曲線を算出する上で不適切な値である場合には、その不適切な値が得られた理由を通知する補足情報を生成し、前記付加手段は、該生成された補足情報を前記取得手段により取得された輝度情報と高さ情報に付加する、
ことを特徴とする共焦点型光学測定装置。An objective lens that focuses light from the light source onto the sample;
A moving mechanism for relatively moving the focusing position of the objective lens and the position of the sample along the optical axis direction of the focused light;
A confocal stop disposed at a position conjugate with the focusing position of the objective lens;
A confocal optical measurement device comprising a photodetector for detecting the intensity of light passing through the confocal stop,
From the light intensity information from the sample acquired at each relative position when the relative position between the focusing position of the objective lens and the sample is discretely changed in the optical axis direction of the focused light, the light intensity information Extracting means for extracting light intensity information at at least three positions including a position where the
Calculating an approximate curve passing through at least three positions including a position where the light intensity information extracted by the extracting means is maximum, and giving the maximum light intensity value and the maximum light intensity value on the calculated approximate curve; An estimation means for estimating a relative position;
Obtaining means for obtaining the maximum light intensity value estimated by the estimating means and the relative position giving the maximum light intensity value as luminance information and height information, respectively;
Generating means for generating supplementary information based on light intensity information at at least three positions including a position where the light intensity information extracted by the extracting means is maximized;
Adding means for adding the supplementary information generated by the generating means to the luminance information and height information acquired by the acquiring means;
Have
The generation means obtains an inappropriate value when any of the light intensity information extracted for calculating the approximate curve is an inappropriate value for calculating the approximate curve. Generating supplementary information for notifying the reason, and the adding unit adds the generated supplemental information to the luminance information and the height information acquired by the acquiring unit.
A confocal optical measuring device characterized by the above.

前記推定手段は、前記近似曲線を算出するために抽出された前記光強度情報のうちの何れかが不適切な値である場合、前記推定を行わず、前記取得手段は、前記光検出器の光強度情報の値として取りうる範囲の最小光強度値を前記輝度情報として取得し、前記移動機構により相対的に移動させる範囲の最小値を前記高さ情報として取得する、
ことを特徴とする請求項９記載の共焦点型光学測定装置。The estimation means does not perform the estimation when any of the light intensity information extracted for calculating the approximate curve is an inappropriate value, and the acquisition means Obtaining a minimum light intensity value of a range that can be taken as a value of light intensity information as the luminance information, and obtaining a minimum value of a range relatively moved by the moving mechanism as the height information;
The confocal optical measurement apparatus according to claim 9.

前記不適切な値は、前記光検出器から出力される光強度情報の値として取りうる最大光強度値又は最小光強度値である、
ことを特徴とする請求項７又は９記載の共焦点型光学測定装置。Before SL improper value is the maximum light intensity value or the minimum light intensity value can be taken as the value of the light intensity information output from the previous SL photodetector,
The confocal optical measurement apparatus according to claim 7 or 9,

前記不適切な値は、ノイズ分を考慮した閾値を設定した場合、前記光検出器から出力される光強度情報の値として取りうる最大光強度値から前記閾値までの値、或いは前記光検出器から出力される光強度情報の値として取りうる最小光強度値から前記閾値までの値である、
ことを特徴とする請求項７又は９記載の共焦点型光学測定装置。Before SL improper value, when the threshold value is set in consideration of the noise component, the value from the maximum light intensity value that can be taken as the value of the light intensity information output from the photodetector to the threshold, or the light detector A value from the minimum light intensity value that can be taken as the value of the light intensity information output from the device to the threshold value,
The confocal optical measurement apparatus according to claim 7 or 9,