JP4391731B2 - Height measuring method and confocal optical measuring device - Google Patents
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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
8 Z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
27 Z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
[0004]
The light reflected from the surface of the sample 25 is again introduced from the
[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
[0006]
FIG. 11 shows the relationship between the focusing position of the
[0007]
As shown in the figure, when the sample 25 is at the condensing position Zo of the
[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
[0033]
The light reflected from the surface of the
[0034]
The
[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
[0036]
FIG. 2 is a diagram showing a relationship (I-Z curve) between the light-collecting position of the
As shown in the figure, when the
[0037]
In the brightness and height measurement processing performed in this apparatus, using this characteristic, the two-
[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
[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-
[0040]
By such processing, the output of the
[0041]
Subsequently, the following processing is performed on each measurement point on the surface of the
First, from the output of the
[0042]
For example, when the output of the
[0043]
Subsequently, from the obtained approximate quadratic curve, the maximum light intensity value at which the output of the
[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
[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
[0047]
Specifically, this is performed as follows.
However, in this example, the possible range of the output value of the
[0048]
First, processing performed when any of the outputs of the
FIG. 5A is a diagram showing an example of the output of the
[0049]
As shown in FIG. 6A, the output of the
[0050]
Next, processing performed when any of the outputs of the
FIG. 7B is a diagram showing an example of the output of the
[0051]
As shown in FIG. 4B, the output of the
[0052]
When the processing performed when any of the outputs of the
[0053]
For example, when the shape of the
FIG. 4A is a diagram showing an example of the shape of the
[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
[0056]
Next, another example in the case where one of the outputs of the
FIG. 4C is a diagram showing an example of the output of the
[0057]
When such processing is performed for each measurement point on the surface of the
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
[0059]
As described above, even when the output of the
[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
[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
[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
[0063]
When it is determined that any one of the outputs of the
In the example shown in the figure, the bit of
[0064]
Further, in the luminance and height measurement processing according to the present embodiment, it is determined that one of the outputs of the
[0065]
That is, when the brightness and height measurement processing of the
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
[0066]
Alternatively, at a certain measurement point being processed, one of the outputs of the
[0067]
Alternatively, at a certain measurement point during the processing, one of the outputs of the
[0068]
When the processing as described above is performed for each measurement point on the surface of the
However, at the time of this display, the CPU of the
[0069]
For example, the measurement point from which 16-bit data with a
[0070]
FIGS. 7A and 7B are examples of images displayed in accordance with the values of the respective bit flags having
[0071]
In FIGS. 9A and 9B, the area 15 (15a, 15b) colored in blue is obtained as 16-bit data with a
[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
However, in the measurement, if the information on the luminance and height of the measurement target portion is normally obtained, the above-described
[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
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
[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
[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
[0081]
In the first embodiment described above, any of the output values of the
[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
[0084]
In addition, when adding information other than the information indicated by the bits of
[0085]
In the second embodiment described above, by checking the bit flags of
[0086]
In the second embodiment described above, when any of the outputs of the
[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
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
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
[0089]
Further, instead of the two-
Further, as a moving mechanism for relatively moving the focusing position of the
[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
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 (12)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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:
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.
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.
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,
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,
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