JP4391731B2 - 高さ測定方法及び共焦点型光学測定装置 - 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
【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
Claims (12)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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