JP5481883B2 - 特定部位検出方法を用いた試料分析装置 - Google Patents
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Description
a)目的試料の表面高さの二次元分布である比較対象高さ分布を計測する高さ分布計測ステップと、
b)特定部位検出の基準となる、所定領域における表面高さの二次元分布である基準高さ分布を取得する基準高さ分布取得ステップと、
c)前記基準高さ分布と、前記比較対象高さ分布の中で前記所定領域と同じ大きさの比較領域における高さ分布と、についての相関を示す指標値を、前記所定領域の位置を比較対象高さ分布の中で該領域の面上の二次元方向に移動させつつそれぞれ計算することにより、両高さ分布の相関を示す指標値の二次元分布を求める高さ相関取得ステップと、
d)前記両高さ分布の相関を示す指標値の二次元分布を用いて、前記比較対象高さ分布の中で最大の相関を与える位置を見いだして該位置を特定部位であると認識する認識ステップと、
を有することを特徴としている。
試料の表面高さの二次元分布を計測する高さ分布計測手段と、
第1の時点において目的試料を前記高さ分布計測手段により計測して得られる表面高さの二次元分布の中で、注目点をユーザが指定するための指定手段と、
該指定手段により指定された注目点の周りの注目領域を前記所定領域として設定して前記基準高さ分布を取得し記憶する基準高さ分布記憶手段と、
第1の時点から時間が経過した第2の時点において目的試料を前記高さ分布計測手段により計測して得られる比較対象高さ分布に対し、前記高さ相関取得ステップによる処理によって、前記基準高さ分布記憶手段に記憶されている基準高さ分布との相関を示す指標の分布を求める高さ相関算出手段と、
前記高さ相関算出手段で得られた相関を示す指標分布を用いて、第2の時点における目的試料上の前記注目点の位置を見つける同一点検出手段と、
を備えることを特徴としている。
試料の表面観察画像を取得する画像取得手段と、
第2の時点において前記画像取得手段により取得される前記目的試料の表面観察画像上で、前記同一点検出手段により検出された注目点の位置を表示する特定位置表示手段と、
をさらに備える構成とするとよい。
試料の表面観察画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段による表面観察画像の位置を変更するべく、試料又は該画像取得手段の少なくともいずれか一方を移動させる移動手段と、
第2の時点において前記画像取得手段により前記目的試料の表面観察画像を得る際に、前記同一点検出手段により検出された注目点が画像上で所定の位置に来るように又は所定範囲に入るように前記移動手段を制御する追尾制御手段と、
をさらに備える構成とすることもできる。
試料の表面高さの二次元分布を計測する高さ分布計測手段と、
第1の時点において目的試料を前記高さ分布計測手段により計測して得られる表面高さの二次元分布の中で、複数の注目点をユーザが指定するための指定手段と、
該指定手段により指定された複数の注目点の周りの注目領域を前記所定領域として設定して前記基準高さ分布を取得し記憶する基準高さ分布記憶手段と、
第1の時点から時間が経過した第2の時点において目的試料を前記高さ分布計測手段により計測して得られる比較対象高さ分布に対し、前記高さ相関取得ステップによる処理によって、前記基準高さ分布記憶手段に記憶されている複数の基準高さ分布との相関を示す指標の分布をそれぞれ求める高さ相関算出手段と、
前記相関を示す指標分布を用いて、第2の時点における目的試料上の複数の注目点の位置をそれぞれ見つける同一点検出手段と、
第1の時点における前記複数の注目点の位置と前記同一点検出手段により見いだされた複数の注目点との位置とから同一注目点の移動量及び移動方向を算出し、それに基づき、第1の時点から第2の時点までの試料の変形や変位に関する情報を求める変位検出手段と、
を備えることを特徴としている。
まず最初の工程として、基準試料の表面の高さの二次元分布と、比較対象試料の表面の高さの二次元分布をそれぞれ取得する(ステップS1、S2)。ここでは、比較対象試料表面の高さの二次元分布を比較対象高さ分布という。このような試料表面の高さ分布を取得するために、前述のデジタルホログラフィック顕微鏡、走査型共焦点レーザ顕微鏡、走査型プローブ顕微鏡などを用いることができる。試料表面の高さ情報は、水平面であるx−y面を形成する互いに直交するx軸及びy軸にそれぞれ離散的な座標を持つ位置における情報である。したがって、高さ分布は例えば図4(a)に示すように、三次元的なヒストグラム様になる。
即ち、基準面Gstd(x',y')は次の(1)式で近似できる。
Gstd(x',y')=Lx'+my'+n …(1)
x'−y'面上の座標(xi',yi')における実高度値をG(xi',yi')、基準面Gstd(x',y')上での値をGstd(xi',yi')とすると、平面補正後の各座標における高さdiは、
di=G(xi',yi')−Gstd(xi',yi')
である。基準面Gstd(x',y')がx'−y'面と一致するように平面補正がなされた状態では平面傾斜の影響は除去されるから、基準面と実高度値との差diの二乗和が最小となると考えるのが妥当である。そこで、diの二乗和が最小になるように(1)式の定数L、m、nを決める。つまり、次の(2)式で表される、定数L、m、nに関する連立一次方程式を解くことでL、m、nを求める。
(∂/∂L)Σdi 2=(∂/∂m)Σdi 2=(∂/∂n)Σdi 2=0 …(2)
(ここでΣはiについての総和を表す)
最小二乗法については周知であり、ここでは詳細には説明しない。
上記演算により基準面Gstd(x',y')が求まるから、これに基づいて各座標位置の高さG(xn',yn')を修正することにより、図2(b)に示すような高さ分布を求めることができる。
なお、基準面がx'−y'面に対して単純に傾斜しているのではなく湾曲している場合には平面補正は複雑になるが、多くの場合、上記のような傾斜のみを考慮すれば十分である。
R(uL,vL)=a0+a1uL+a2vL+a3uLvL+a4uL 2+a5vL 2 …(4)
ここで、−1≦R(uL,vL)≦1、−1≦uL≦1、−1≦vL≦1、である。a0、a1、a2、a3、a4、a5は最小二乗法により決定される係数であり、上記の相関係数の分布で得られた値を(4)式に入れて計算することができる。
以上のような手順により、比較対象試料の表面上で、基準試料の表面上に設定された注目点及び注目領域と同一である点や領域を精度よく見つけることができる。
この実験では、試料として5mm×5mm×10mmの四角柱形状の純チタン試験片を用い、これに、力学的試験を実行する前に通常行われる表面処理である、機械研磨、熱処理、電解研磨、及び化学腐食を行った。デジタルホログラフィック顕微鏡(スイスLyncee Tec社製 DHM R1000)を用いて計測した、同一試料の異なる部位の表面凹凸プロファイルの例を図7に示す。
この結果から、上記の同一部位探索処理が有効であることが確認できる。
以上のことから、上記の同一部位探索処理は試料に負荷が掛かって或る程度の変形が生じた状態であっても、十分に有効であることが確認できる。
即ち、試料ステージ1上に試料2が載置されると、計測部3は試料2に対する計測を実行し、三次元計測データ処理部5は三次元計測データに基づいて試料2上の所定範囲の凹凸プロファイル(高さ分布)を求める。これと並行して観察画像処理部4は例えば試料2上の所定範囲の光学的観察画像を形成する。この光学的観察画像は制御部10により表示部12の画面上に表示され、測定者はこの観察画像を見ながら操作部11により観察ポイントを指定する。
2…試料
3…計測部
4…観察画像処理部
5…三次元計測データ処理部
6…高さ相関処理部
7…基準高さ情報記憶部
8…同一点検出部
9…ステージ駆動部
10…制御部
100…追尾移動量算出部
101…正規品識別部
11…操作部
12…表示部
20…正規品高さ情報記憶部
Claims (8)
- 試料の表面形状の測定結果に基づいて該試料上の特定部位を検出する特定部位検出方法を用いた試料分析装置であって、
前記特定部位検出方法は、
a)目的試料の表面高さの二次元分布である比較対象高さ分布を計測する高さ分布計測ステップと、
b)特定部位検出の基準となる、所定領域における表面高さの二次元分布である基準高さ分布を取得する基準高さ分布取得ステップと、
c)前記基準高さ分布と、前記比較対象高さ分布の中で前記所定領域と同じ大きさの比較領域における高さ分布と、についての相関を示す指標値を、前記所定領域の位置を比較対象高さ分布の中で該領域の面上の二次元方向に移動させつつそれぞれ計算することにより、両高さ分布の相関を示す指標値の二次元分布を求める高さ相関取得ステップと、
d)前記両高さ分布の相関を示す指標値の二次元分布を用いて、前記比較対象高さ分布の中で最大の相関を与える位置を見いだして該位置を特定部位であると認識する認識ステップと、
を有し、
試料の表面高さの二次元分布を計測する高さ分布計測手段と、
第1の時点において目的試料を前記高さ分布計測手段により計測して得られる表面高さの二次元分布の中で注目点をユーザが指定するための指定手段と、
該指定手段により指定された注目点の周りの注目領域を前記所定領域として設定して前記基準高さ分布を取得し記憶する基準高さ分布記憶手段と、
第1の時点から時間が経過した第2の時点において目的試料を前記高さ分布計測手段により計測して得られる比較対象高さ分布に対し、前記高さ相関取得ステップによる処理によって、前記基準高さ分布記憶手段に記憶されている基準高さ分布との相関を示す指標の分布を求める高さ相関算出手段と、
前記高さ相関算出手段で得られた相関を示す指標分布を用いて、第2の時点における目的試料上の前記注目点の位置を見つける同一点検出手段と、
を備えることを特徴とする試料分析装置。 - 試料の表面形状の測定結果に基づいて該試料上の特定部位を検出する特定部位検出方法を用いた試料分析装置であって、
前記特定部位検出方法は、
a)目的試料の表面高さの二次元分布である比較対象高さ分布を計測する高さ分布計測ステップと、
b)特定部位検出の基準となる、所定領域における表面高さの二次元分布である基準高さ分布を取得する基準高さ分布取得ステップと、
c)前記基準高さ分布と、前記比較対象高さ分布の中で前記所定領域と同じ大きさの比較領域における高さ分布と、についての相関を示す指標値を、前記所定領域の位置を比較対象高さ分布の中で該領域の面上の二次元方向に移動させつつそれぞれ計算することにより、両高さ分布の相関を示す指標値の二次元分布を求める高さ相関取得ステップと、
d)前記両高さ分布の相関を示す指標値の二次元分布を用いて、前記比較対象高さ分布の中で最大の相関を与える位置を見いだして該位置を特定部位であると認識する認識ステップと、
を有し、
試料の表面高さの二次元分布を計測する高さ分布計測手段と、
第1の時点において目的試料を前記高さ分布計測手段により計測して得られる表面高さの二次元分布の中で複数の注目点をユーザが指定するための指定手段と、
該指定手段により指定された複数の注目点の周りの注目領域を前記所定領域として設定して前記基準高さ分布を取得し記憶する基準高さ分布記憶手段と、
第1の時点から時間が経過した第2の時点において目的試料を前記高さ分布計測手段により計測して得られる比較対象高さ分布に対し、前記高さ相関取得ステップによる処理によって、前記基準高さ分布記憶手段に記憶されている複数の基準高さ分布との相関を示す指標の分布をそれぞれ求める高さ相関算出手段と、
前記相関を示す指標分布を用いて、第2の時点における目的試料上の複数の注目点の位置をそれぞれ見つける同一点検出手段と、
第1の時点における前記複数の注目点の位置と前記同一点検出手段により見いだされた複数の注目点との位置とから同一注目点の移動量及び移動方向を算出し、それに基づき、第1の時点から第2の時点までの試料の変形や変位に関する情報を求める変位検出手段と、
を備えることを特徴とする試料分析装置。 - 請求項1又は2に記載の試料分析装置であって、
前記特定部位検出方法の前記高さ相関取得ステップは、試料表面上の各微小位置の高さの値で構成される高さ分布画像データに対し、デジタル画像相関法と同等のアルゴリズムを適用することにより、相関を示す指標値としての相関係数の分布を求めることを特徴とする試料分析装置。 - 請求項3に記載の試料分析装置であって、
前記特定部位検出方法は、前記高さ分布計測ステップ及び前記基準高さ分布取得ステップにより得られた高さ分布に対し、その高さの基準面の傾き及び/又は曲がりを補正する平面補正処理ステップをさらに含むことを特徴とする試料分析装置。 - 請求項3に記載の試料分析装置であって、
前記特定部位検出方法は、空間的に隣接する微小領域における相関係数を用いて、その隣接する微小領域の間の相関係数を連続化する連続化処理ステップさらに含むことを特徴とする試料分析装置。 - 請求項1に記載の試料分析装置であって、
試料の表面観察画像を取得する画像取得手段と、
第2の時点において前記画像取得手段により取得される前記目的試料の表面観察画像上で、前記同一点検出手段により検出された注目点の位置を表示する特定位置表示手段と、
をさらに備えることを特徴とする試料分析装置。 - 請求項1に記載の試料分析装置であって、
試料の表面観察画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段による表面観察画像の位置を変更するべく、試料又は該画像取得手段の少なくともいずれか一方を移動させる移動手段と、
第2の時点において前記画像取得手段により前記目的試料の表面観察画像を得る際に、前記同一点検出手段により検出された注目点が画像上で所定の位置に来るように又は所定範囲に入るように前記移動手段を制御する追尾制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする表面観察装置。 - 請求項1〜7のいずれかに記載の試料分析装置であって、
前記高さ分布計測手段は、デジタルホログラフィック顕微鏡、走査型共焦点レーザ顕微鏡、又は走査型プローブ顕微鏡のいずれかであることを特徴とする試料分析装置。
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JP2009051773A JP5481883B2 (ja) | 2009-03-05 | 2009-03-05 | 特定部位検出方法を用いた試料分析装置 |
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