(57)【要約】【課題】  一の材料層に透明或いは半透明の材料層が形成されてなる被検物に対し、一回の走査・撮像工程で、その最表層の高さのみならず、それ以外の層の上面（或いは下面）高さをも測定できるようにする。【解決手段】  記憶装置３２から走査画像の読み出しを開始した後、最初に検出した光量ピークに対応して求められる焦点面ＦＳの高さ位置から被検部位の高さを算出する構成の高さ測定装置において、走査画像の読み出し開始後順次検出する光量ピークのうち所定番目以降に検出される光量ピークに対応する焦点面の高さ位置から前記被検部位の高さを算出する。【選択図】  図１６
2010169700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共焦点光学系と、
前記共焦点光学系の焦点面を前記被検物に対してその高さ方向に相対移動させながら異なる高さ位置ごとに前記被検物の画像データを取得する画像取得手段と、
前記画像データを記憶する画像記憶手段と、
前記画像記憶手段に記憶された前記画像データをその取得順に対して同順、逆順のいずれかの順に読み出して前記被検物中の被検部位に相当する領域についての光量ピークを検出する光量ピーク検出手段と、
前記光量ピーク検出手段が前記画像データの読み出し開始後順次検出する前記光量ピークのうち所定番目以降に検出される前記光量ピークに対応する前記焦点面の高さ位置から前記被検部位の高さを算出する高さ算出手段とを備えたことを特徴とする高さ測定装置。
【請求項２】
前記光量ピーク検出手段が検出する前記光量ピークのうち、何番目に検出される前記光量ピークを用いるかを設定する設定手段を有し、前記高さ算出手段は、前記設定手段での設定に基づいた前記光量ピークにより前記被検部位の高さを算出することを特徴とする請求項１記載の高さ測定装置。
【請求項３】
前記被検物中に含まれる複数の前記被検部位それぞれの位置情報、前記画像記憶手段に記憶された前記画像データの読み出し順のデータ及び前記光量ピーク検出手段が検出する前記光量ピークのうち前記複数の被検部位それぞれに対応するものとして指定した光量ピークの各データを予め記憶した記憶手段を備え、
前記光量ピーク検出手段は前記記憶手段に記憶された前記画像の読み出し順に従った前記光量ピークの検出を行い、
前記高さ算出手段は前記光量ピークにより被検部位の高さを算出し、前記複数の被検部位それぞれについて前記ピーク検出及び前記高さ算出が行われることにより、前記記憶手段に記憶された前記複数の被検部位それぞれについての高さ算出が自動で行われるようになっていることを特徴とする請求項１記載の高さ測定装置。
【請求項４】
透明或いは半透明の材料からなる材料層の上面及び下面を前記被検部位としてそれぞれの高さを算出した後、これら高さの値に基づいて前記材料層の層厚さを算出する層厚さ算出手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共焦点光学系を用いて被検部位の高さを高精度に測定する高さ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、微小な被検物の形状を高精度で測定できる装置として、共焦点光学系を用いた形状測定装置が知られている。共焦点光学系は、対物レンズの後ろ側焦点位置にピンホールを置くことにより、焦点面（ピントが合った面）以外から出る光を除去してコントラストの高い画像が得られるようにしたものであり、この共焦点光学系の焦点面を被検物に対してその高さ方向に一定量ずつ相対移動させて被検物の走査画像（画像データ）を取得すれば、被検物表面のうち焦点面と一致した部分だけが明るくなる画像が各高さごとに得られるので、これを３次元画像処理することにより、精度の高い形状測定結果が得られる。
【０００３】
また、このような共焦点光学系を用いた形状測定装置は、被検物表面上の任意の部位についての高さを求める高さ測定装置としても使用することができ、これにより得られた測定結果は大変精度の高いものとなる。この形状測定装置を用いた被検部位の高さ測定は、被検部位を含む高さ方向の走査画像を取得・保存した後、その走査画像を順に読み出して光量ピークを検出し、その光量ピークに対応する焦点面の位置（被検物が載置されるステージに対する位置）から被検部位の高さを求めるという手順による。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１３９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記手順により被検部位の高さ測定を行う場合、走査画像の読み出し順はその取得順（走査画像が得られた順、すなわち被検物の高さ方向の走査が進行した順）にしか行うことができず、しかも走査画像の読み出しは光量ピークが検出された時点で終了してしまうため、被検物が半導体製品などに見られるように一の材料層の上面に透明或いは半透明の材料層（レジスト層など）を形成させた多層構造物であり、上層の上面高さのみならず下層の上面高さをも測定したいようなときには、走査方向を変えた２回の走査・撮像工程が必要であった。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、半導体製品などのように一の材料層に透明或いは半透明の材料層が形成されてなる被検物に対し、１回の走査・撮像工程で、その最表層の高さのみならず、それ以外の層の上面（或いは下面）高さをも測定し得る構成の高さ測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するため、請求項１に係る発明の高さ測定装置は、共焦点光学系と、前記共焦点光学系の焦点面を前記被検物に対してその高さ方向に相対移動させながら異なる高さ位置ごとに前記被検物の画像データを取得する画像取得手段と、前記画像データを記憶する画像記憶手段と、前記画像記憶手段に記憶された前記画像データをその取得順に対して同順、逆順のいずれかの順に読み出して前記被検物中の被検部位に相当する領域についての光量ピークを検出する光量ピーク検出手段と、前記光量ピーク検出手段が前記画像データの読み出し開始後順次検出する前記光量ピークのうち所定番目以降に検出される前記光量ピークに対応する前記焦点面の高さ位置から前記被検部位の高さを算出する高さ算出手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明の高さ測定装置は、請求項１記載の高さ測定装置において、前記光量ピーク検出手段が検出する前記光量ピークのうち、何番目に検出される前記光量ピークを用いるかを設定する設定手段を有し、前記高さ算出手段は、前記設定手段での設定に基づいた前記光量ピークにより前記被検部位の高さを算出することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明の高さ測定装置は、請求項１に記載の高さ測定装置において、前記被検物中に含まれる複数の前記被検部位それぞれの位置情報、前記画像記憶手段に記憶された前記画像データの読み出し順のデータ及び前記光量ピーク検出手段が検出する前記光量ピークのうち前記複数の被検部位それぞれに対応するものとして指定した光量ピークの各データを予め記憶した記憶手段を備え、前記光量ピーク検出手段は前記記憶手段に記憶された前記画像の読み出し順に従った前記光量ピークの検出を行い、前記高さ算出手段は前記光量ピークにより被検部位の高さを算出し、前記複数の被検部位それぞれについて前記ピーク検出及び前記高さ算出が行われることにより、前記記憶手段に記憶された前記複数の被検部位それぞれについての高さ算出が自動で行われるようになっていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明の高さ測定装置は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の高さ測定装置において、透明或いは半透明の材料からなる材料層の上面及び下面を前記被検部位としてそれぞれの高さを算出した後、これら高さの値に基づいて前記材料層の層厚さを算出する層厚さ算出手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る高さ測定装置によれば、半導体製品などのように一の材料層に透明或いは半透明の材料層が形成されてなる被検物に対し、１回の走査・撮像工程で、その最表層の上面高さのみならず、それ以外の層の上面（或いは下面）高さをも測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る高さ測定装置の全体構成図である。
【図２】上記第１実施形態に係る高さ測定装置における信号伝達系統の一部を示すブロック図である。
【図３】共焦点光学系の焦点面が被検物の表面を通過するように走査を行った場合において、撮像素子の一つの画素についての受光光量の変化を共焦点光学系の焦点位置の変化に対応して示したグラフである。
【図４】上記第１実施形態に係る高さ測定装置により高さが測定される被検物の一例を示す側面図である。
【図５】上記高さ測定装置において実行される実行プログラムのメインルーチンの内容（前半部）を示すフローチャートである。
【図６】上記高さ測定装置において実行される実行プログラムのメインルーチンの内容（後半部）を示すフローチャートである。
【図７】上記実行プログラムにおける高さ算出のサブルーチンのフローチャートである。
【図８】層厚さ算出のサブルーチンのフローチャートである。
【図９】上記高さ測定装置により高さ方向走査を行ったときに撮像素子の一つの画素において検出される焦点位置の変化に対する光量変化を示すグラフである。
【図１０】第１実施形態の変形例に係る高さ測定装置において実行される実行プログラムのメインルーチンの内容（前半部）を示すフローチャートである。
【図１１】第１実施形態の変形例に係る高さ測定装置において実行される実行プログラムのメインルーチンの内容（後半部）を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る高さ測定装置により高さが測定される被検物の一例を示す側面図である。
【図１３】上記第２実施形態に係る高さ測定装置において実行される実行プログラムのメインルーチンの内容（前半部）を示すフローチャートである。
【図１４】上記第２実施形態に係る高さ測定装置において実行される実行プログラムのメインルーチンの内容（後半部）を示すフローチャートである。
【図１５】上記実行プログラムにおける高さ算出のサブルーチンのフローチャートである。
【図１６】上記第２実施形態に係る高さ測定装置により高さ方向走査を行ったときにおける焦点位置の変化に対する光量変化を示すグラフである。
【図１７】第２実施形態の変形例に係る高さ測定装置において実行される実行プログラムのメインルーチンの内容（前半部）を示すフローチャートである。
【図１８】第２実施形態の変形例に係る高さ測定装置において実行される実行プログラムのメインルーチンの内容（後半部）を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る高さ測定装置１の全体構成を示している。この高さ測定装置１は、図１に示すように、被検物４０が載置される被検物保持手段としてのステージ３０と、このステージ３０の上方に設置された共焦点光学系１０とを有して構成されており、共焦点光学系１０は、光源１１、コレクタレンズ１２、ハーフミラー１３、ピンホールディスク（ニポーディスク）１４、直角ミラー１５、コーナーキューブ１６、対物レンズ１７、結像レンズ１８及び撮像素子１９を備えている。対物レンズ１７の光軸Ａ１は被検物４０の高さ方向（上下方向。図１のｚ軸方向）に延びており、直角ミラー１５、ハーフミラー１３、結像レンズ１８及び撮像素子１９はこの光軸Ａ１上に、またピンホールディスク１４は光軸Ａ１中に介装されている。光源１１は、この光源１１から射出される光の光軸Ａ２がハーフミラー１３により反射されたときに光軸Ａ１と一致する位置に配置されており、コーナーキューブ１６は直角プリズム１５の側方に配置されている。
【００１４】
対物レンズ１７は両テレセントリックな光学系に設計されている。コーナーキューブ１６はコーナーキューブ駆動部２６により左右方向（図１のｘ軸方向）に移動させることができ、これによりピンホールディスク１４から対物レンズ１７までの光路長を任意に変化させることができるようになっている。ピンホールディスク１４は所定の間隔で螺旋状に並べられた多数のピンホール１４ａを有しており、光軸Ａ１に対して平行に延びた（すなわちｚ軸方向に延びる）回転軸を有するピンホールディスク駆動部２４により上下軸（ｚ軸）まわりに回転させることができるようになっている。
【００１５】
撮像素子１９は多数の画素を有したＣＣＤカメラからなる。この撮像素子１９により得られた画像データは、図１及び図２に示すように演算制御装置３１に入力される。また、コーナーキューブ１６のｘ軸方向位置は位置センサ１６ａにより検出され、その検出情報は演算制御装置３１に入力される。また、演算制御装置３１にはピンホールディスク駆動部２４、コーナーキューブ駆動部２６、記憶装置３２、表示装置（ディスプレイ）３３、キーボード３４及びポインティングデバイス（例えばマウス）３５が接続されており、ピンホールディスク駆動部２４及びコーナーキューブ駆動部２６に制御信号を出力してこれらを作動させるほか、撮像素子１９より送られてきた画像データを記憶装置３２に記憶させ（保存し）、表示装置３３に表示することができるようになっている。
【００１６】
このような構成の共焦点光学系１０において、ハロゲンランプ等の光源１１から出射された光はコレクタレンズ１２を通過し、ハーフミラー１３において下方に反射された後、ピンホールディスク１４に照射される。その照射範囲に含まれる多数のピンホール１４ａのいずれかを通過した光束は、それぞれ直角ミラー１５の上側の反射面により反射されてコーナーキューブ１６に入射する。そして、コーナーキューブ１６により反射されて直角ミラー１５に戻された後、直角ミラー１５の下側の反射面により下方に反射されて対物レンズ１７に上方から入射する。対物レンズ１７はこれら各ピンホール１４ａを通過してきた光束をそれぞれ集光して被検物４０上に照射する。図１では、多数のピンホール１４ａそれぞれを通過した光束のうち、光軸Ａ１上に位置するピンホール１４ａを通過した光束の光路のみを示しているが、その他のピンホール１４ａを通過した光束も同様に直角ミラー１５及びコーナーキューブ１６により反射された後、対物レンズ１７により集光されて被検物４０上に照射される。なお、これらピンホール１４ａを通って対物レンズ１７により集光された各光束は各々、光軸Ａ１上と直交する同一の面上に焦点Ｆを有する（以下、この焦点Ｆの集合としての面を焦点面ＦＳと称する）。
【００１７】
各ピンホール１４ａを下方に通過して被検物４０に上方から入射した光は、それぞれ被検物４０において反射した後、対物レンズ１７を下方から通過し、直角ミラー１５の下側の反射面で反射される。そして、コーナーキューブ１６で反射して直角ミラー１５に戻された後、更に直角ミラー１５の上側の反射面で上方に反射され、ピンホールディスク１４に下方から入射する。ここで、被検物４０の表面において反射した光束のうち、その焦点Ｆが被検物４０の表面と一致したもの（被検物４０の表面と焦点面ＦＳとの交線上において反射したもの）は入射時と同一の光路を逆方向に戻り、被検物４０への入射時に通過したものと同一のピンホール１４ａに共役焦点を形成するので、その光束は光量の減少がほとんどないままピンホール１４ａを上方に通過する。一方、被検物４０の表面において反射した光束ではあっても、その焦点Ｆが被検物４０の表面と一致していなかったものは入射時と同一の光路を戻らないので、被検物４０への入射時に通過したものと同一のピンホール１４ａに共役焦点を形成せず、その光量のほとんどはピンホールディスク１４に遮られて失われてしまう。よって、被検物４０へ入射した各光束のうち、その焦点Ｆが被検物４０の表面と一致した（共焦点光学系１０の焦点面ＦＳと被検物４０の表面との交線上において反射した）もののみが結像レンズ１８に進んで集光され、撮像素子１９の撮像面上に結像する。
【００１８】
ピンホールディスク１４に形成された多数のピンホール１４ａは前述のようにピンホールディスク１４上を螺旋状に並んでいるので、演算制御装置３１によりピンホールディスク駆動部２４を作動させてピンホールディスク１４を回転させた場合、被検物４０の表面はその全体が光軸Ａ１を中心とする半径方向に繰り返し走査されることになる。また、演算制御装置３１によりコーナーキューブ駆動部２６を作動させてコーナーキューブプリズム１３をｘ軸方向に移動させると、ピンホール１４ａから対物レンズ１７までの光路長が連続的に変化するため、焦点面ＦＳもこれに応じて被検物４０の高さ方向（ｚ軸方向）に移動する。
【００１９】
よって、本高さ測定装置１において、ピンホールディスク１４を回転させた状態で、コーナーキューブ１６をｘ軸方向に移動させながらその都度撮像を行えば、共焦点光学系１０の焦点面ＦＳにより被検物４０を切断したときに得られる被検物４０の断面形状の画像（断面の輪郭部のみが明るくなった画像）が、その撮像が行われた焦点面ＦＳの高さ方向（ｚ軸方向）位置の情報と関連付けられた状態で得られる。なお、焦点面ＦＳの高さ位置（高さ方向位置）はコーナーキューブ１６のｘ軸方向位置と一対一で対応するので、演算制御装置３１は、位置センサ１６ａから出力されるコーナーキューブ１６のｘ軸方向位置の情報に基づいて焦点面ＦＳの高さ位置を把握することができる。ここで、焦点面ＦＳの高さ位置とは、焦点面ＦＳのステージ３０に対する高さ方向（被検物４０の高さ方向）の位置のことであり、焦点面ＦＳがステージ３０の上面３０ａに一致するときの焦点面ＦＳの高さ位置を零と設定すれば、焦点面ＦＳが被検物４０中の被検部位（高さを測定しようとしている被検物中の一部位）に一致した状態では、そのとき検出される焦点面ＦＳの高さ位置の値は、そのまま被検部位の高さ（ステージ３０の上面３０ａからの高さ）の値となる。以下、このようにステージ３０の上面３０ａを基準とした焦点面ＦＳの高さ位置（距離）を、焦点面位置ｚと称する。
【００２０】
撮像素子１９を構成する一つの画素が受光する光の光量は高さ方向（ｚ軸方向）の走査の過程において変化し、その画素が撮像領域とする被検物４０上の部位に焦点面ＦＳが近づく過程では受光光量は増大していき、両者が一致したときに極大（ピーク）となる。そして、上記被検物４０上の部位から焦点面ＦＳが遠ざかる過程では、受光光量は減少していく。図３はこのような焦点面位置ｚと上記画素における受光光量Ｉとの関係を示している。このことから、被検物４０中の被検部位について高さ測定を行う場合には、その被検部位を撮像領域に含む画素を特定画素として指定したうえで、予め取得しておいた所定の高さ方向領域についての走査画像（被検物４０の断面輪郭形状に相当する各高さごとの画像データの集まり）を読み出して光量ピークを検出し、その光量ピークに対応する焦点面位置ｚ（＝ｚp）を求めれば、その焦点面位置ｚ（＝ｚp）がそのまま被検部位の高さとなる。
【００２１】
ところで、本高さ測定装置１において、共焦点光学系１０の焦点面ＦＳを被検物４０に対してその高さ方向（ｚ軸方向）に一定量ずつ（ステップ状に）相対移動させながら（焦点面位置ｚを高さ方向に変化させながら）異なる高さ位置ごとに撮像素子１９による撮像を行って被検物４０の走査画像（画像データ）を取得した場合、焦点面ＦＳの高さ位置（焦点面位置ｚ）の変化に対する受光光量の変化のデータは離散的なものとしてしか得られないので、光量ピークに対応する焦点面位置ｚ（図３における焦点面位置ｚｐ）を直接検出することはできない。よって本高さ測定装置１では、以下に示す走査画像の各画像データの光量を逐次比較していく手法により、光量ピークに対応する焦点面位置ｚを求めるようにしている。
【００２２】
これには先ず、共焦点光学系１０の焦点面ＦＳを被検物４０に対してその高さ方向に一定量ずつ相対移動させながら異なる高さ位置ごとに被検物４０の走査画像（画像データ）を取得し、各画像データを記憶装置３２に記憶させる。これにより記憶装置３２には、画像データの集合としての画像データファイルが作成される。なお、上記走査画像の取得工程における焦点面ＦＳの走査方向（移動方向）は、ｚ軸に対する正方向（下から上へ向く方向）であってもよいし、ｚ軸に対する負方向（上から下へ向く方向）であってもよい。また、個々の画像データの記憶装置３２への記憶（保存）は、それぞれの撮像が終わるごとに行ってもよいし、高さ方向走査領域についての全ての撮像が終わってからまとめて行ってもよい。続いて画像データファイルを開いて画像データを一定の順に読み出す。この読み出し順は走査画像の取得順（走査画像が得られた順、すなわち被検物の高さ方向の走査が進行した順）に対して同順、逆順のいずれであってもよい。
【００２３】
演算制御装置３１は画像データファイルを開いて画像データを読み出すとともに、その読み出した画像データから、被検部位に相当する画像内領域についての光量（輝度）を検出し、今回読み出した画像データにおける光量と前回読み出した画像データにおける光量とを比較する。そして、今回読み出した画像データの光量の方が前回読み出した画像データの光量よりも大きくなっている状態から、今回読み出した画像データの光量の方が前回読み出した画像データの光量よりも小さくなる状態に切り換わったとき、その間にその画像内領域についての光量ピークが存在しているものと判断する（光量ピークの検出）。例えば、Ｎを或る整数とした場合、Ｎ番目の画像データの光量ＩN（焦点面位置はｚNとする）とＮ−１番目の画像データの光量ＩN-1（焦点面位置はｚN-1とする）との関係ではＩN＞ＩN-1であったものが、Ｎ＋１番目の画像データの光量ＩN+1（焦点面位置はｚN+1とする）とＮ番目の画像データの光量ＩNとの関係ではＩN+1＜ＩNとなった場合には、光量ＩN+1と光量ＩN-1との間に上記画像内領域についての光量ピークが存在していることが分かる（図３参照）。なお、上記被検部位に相当する画像内領域の指定は、撮像素子１９を構成する多数の画素のうち、当該被検部位を撮像領域に含む画素をオペレータが予め指定することにより行う（前述の特定画素の指定に相当する）。
【００２４】
図３のように焦点面位置ｚの値に対する受光光量Ｉの値をグラフに示した場合、光量ピークのグラフ形状は一定の既知形状をなすことが知られている。このため、上記のように特定画素について光量ピークが検出されたときは、その光量ピークを構成する複数の画像データ（ここでは３つの画像データＤN+1（上記Ｎ＋１番目の画像データ）、ＤN（上記Ｎ番目の画像データ）、ＤN-1（上記Ｎ−１番目の画像データ））を抽出し、これら画像データにおける焦点面位置ｚと受光光量Ｉとの関係を示す３点（ｚN+1，ＩN+1），（ｚN，ＩN），（ｚN-1，ＩN-1）をその既知形状にフィッティングさせることにより、特定画素についての光量ピークに対応する焦点面位置ｚｐ（図３参照）を求めることができる。そして、この焦点面位置ｚｐが求まれば、被検部位（図３では被検物４０の上面）の高さが分かる。
【００２５】
ところで、上記説明は被検物４０が単一の材料からなり、特定画素についてはその被検物４０の上面（表面）のみが唯一の被検部位となる場合を例にしたものである。しかし、一の材料層（下層とする）の上面側に透明或いは半透明の材料層（上層とする）を形成してなる２層構造の被検物については、上層の上面のほか、下層の上面も特定画素についての被検部位となり得る。このような場合においては上層の上面において反射した光のほか、下層の上面（上層の下面でもある）において反射した光についても上記光量ピークが観察される（図９参照）。しかし、従来の高さ測定装置では、走査画像の読み出し順は走査画像の取得順（走査画像が得られた順、すなわち被検物４０の高さ方向の走査が進行した順）にしか行うことができず、しかも上述の光量比較により光量ピークを検出した後はそれ以後の光量比較は行わない構成であるため、１回の高さ方向走査では一方の被検部位についての高さ測定しかできない。後述するように本高さ測定装置１も光量ピークを検出した後はそれ以後の光量比較は行わない構成を有しているが、一旦取得した走査画像の読み出しを走査画像の取得順に対して同順、逆順のいずれからでも開始できるようにしているため、被検物４０が上記２層の構造であっても、高さ方向走査による走査画像取得は１回のみで、その被検物４０の上層の上面高さと下層の上面高さとの双方を求めることができるようになっている。
【００２６】
次に、図４〜図９を用いて本高さ算出装置１により被検物４０中の被検部位の高さを測定する具体的な手順について説明する。ここでは図４に示すように、非透明材料からなる下層４１と、この下層４１の上面４１ａに形成された透明（或いは半透明）材料からなる上層４２との２層構造からなる被検物４０の両層４１，４２それぞれの上面（４１ａ，４２ａ）の高さを測定する例を示す。なお、走査画像の取得工程における焦点面ＦＳの走査方向（移動方向）はｚ軸に対する正方向（下から上へ向かう方向）とする。また、高さ方向走査領域の始点は下層４１の上面４１ａより低い任意の位置（焦点面位置ｚ＝ｚs）とし、終点は上層４２の上面４２ａよりも高い任意の位置（焦点面位置ｚ＝ｚe）とする（図４参照）。
【００２７】
図５〜図８は記憶装置３２に格納されている実行プログラムの内容を示すフローチャートであり、演算制御装置３１は、この実行プログラムを記憶装置３２から図示しない内部メモリに取り込んで実行する。図５と図６は実行プログラムのメインルーチンであり、両図中に示す丸付き文字は、同一の文字の部分においてフローが継続していることを示している。演算制御装置３１は先ず、図５に示すように、コーナーキューブ駆動部２６を作動させて、共焦点光学系１０の焦点Ｆを高さ方向走査領域の始点に一致させた後（ステップＳ１）、ピンホールディスク駆動部２４を作動させて、ピンホールディスク１４の回転を開始する（ステップＳ２）。これにより撮像素子１９には、現在の焦点面位置ｚ＝ｚs（高さ方向走査領域の始点）に応じた画像（下層４１の外径形状のみが明るくなった画像）が映し出される。なお、ピンホールディスク１４の回転速度は別途行う入力操作により、オペレータが任意に設定することができるようになっている。
【００２８】
ピンホールディスク１４が回転を始めたら、続いて演算制御装置３１はコーナーキューブ駆動部２６を作動させて、共焦点光学系１０の焦点Ｆを高さ方向（ｚ軸方向）に一定量Δｚ移動（上昇）させる（ステップＳ３）。これにより撮像素子１９には現在の焦点面位置ｚ＝ｚs＋Δｚに応じた画像が映し出されるので、演算制御装置３１は、その画像を撮像素子１９により撮像した後（ステップＳ４）、得られた画像データを記憶装置３２に記憶させる（ステップＳ５）。画像データを記憶させたら、演算制御装置３１は、高さ方向走査が終了しているか否かを、現在の焦点面位置ｚが高さ方向走査領域の終点（ｚ＝ｚe）に一致しているか否かにより判断する（ステップＳ６）。そして、高さ方向走査が終了していないと判断したときにはステップＳ３〜Ｓ５の工程を繰り返し、ステップＳ６において高さ方向走査が終了したと判断したときにはループを抜ける。このループを抜けた時点において記憶装置３２には、高さ方向走査の開始側から順にｎ＝１，２，・・・，Ｍ（Ｍは整数）の番号を有する計Ｍ個の画像データを有した画像データファイルが作成される（ステップＳ７）。
【００２９】
ステップＳ７において画像データファイルが作成されたら、オペレータは撮像素子１９を構成する多数の画素の中から、高さ測定対象部位（被検部位）を撮像領域に含む画素を特定画素として指定する（ステップＳ８）。この特定画素の指定は、記憶装置３２に記憶させた画像データの１つを呼び出してこれを表示装置３３に表示させたうえで、オペレータがその画像データを見ながら被検物４０上の一部位（図４において「被検領域」として示す部位）をポインティングデバイス３５により指定することにより行う。オペレータにより被検領域が指定されたら、演算制御装置３１は、その被検領域の中心に位置する画素を特定画素として抽出し、記憶する。
【００３０】
ステップＳ８において特定画素の指定を行ったら、オペレータは続いて走査画像の読み出し順（画像データファイルから画像データを読み出すときの読み出し順）を設定する（ステップＳ９）。なお、この入力はキーボード３４より行う。走査画像の読み出し順は、走査画像の取得順に対して同順、逆順のいずれかに設定する。なお、ここでは同順（画像データの番号が１→２→・・・→Ｍと向かう順）に設定するものとする。走査画像の読み出し順の設定が終わったら、オペレータは更に、高さ算出のみならず層厚さの算出（ここでは上層４２の層厚さの算出）も行うか否かの選択をキーボード３４より行う（ステップＳ１０）。
【００３１】
オペレータによる特定画素の指定、走査画像の読み出し順の設定及び層厚さ算出を行うか否かの選択がなされたら、演算制御装置３１はステップＳ１１に進んで図７に示す高さ算出のサブルーチンに入る。高さ算出のサブルーチンでは、先ず記憶装置３２に記憶された画像データファイルを開き（ステップＳ２１）、続いてステップＳ９においてオペレータが設定した順に走査画像の読み出しを開始する（ステップＳ２２）。そして、前述の要領でピーク検出を行う。すなわち、走査画像を順に読み出して特定画素についての光量比較を行い、光量ピークを検出するまでこの光量比較を繰り返す（ステップＳ２３）。これにより光量ピーク（図９に示す光量ピークＰ１）が検出されたら走査画像の読み出しを終了し（ステップＳ２４）、検出された光量ピークを構成する複数の画像データ（前述の３つの画像データＤN+1，ＤN，ＤN-1に相当する画像データ）を抽出して、画像データファイルを閉じる（ステップＳ２６）。そして、前述のようにこれら複数の画像データにおける焦点面位置ｚと光量Ｉとの関係を示す３点（ｚN+1，ＩN+1），（ｚN，ＩN），（ｚN-1，ＩN-1）をその既知形状にフィッティングさせることにより、特定画素についての光量ピークに対応する焦点面位置ｚｐを求め（ステップＳ２７）、更にこの焦点面位置ｚｐから被検部位（下層４１の上面４１ａ特定画素に対応する部分）の高さを算出して（ステップＳ２８）、メインルーチンに戻る。なお、この高さ算出においては、光源１１からの光を透過させる上層４２の材料の屈折率データが参照されるようにして（この屈折率データは記憶装置３２に予め記憶させておいてもよいし、オペレータが入力するようにしてもよい）、屈折率の影響による測定誤差を補正する。
【００３２】
ステップＳ２８において被検部位（下層４１の上面４１ａの特定画素に対応する部分）の高さを算出したら、演算制御装置３１はメインルーチンに戻ってその算出された高さの値を表示装置３３に表示した後（ステップＳ１２）、ステップＳ１０においてオペレータが層厚さ算出を行う選択をしたか否かの判断を行う（ステップＳ１３）。そして、オペレータが層厚さ算出を行う選択をしていなかった場合には、続いてオペレータに本高さ測定装置１による高さ測定を終了する意志があるか否かの判断を促す（ステップＳ１４）。ここでオペレータが測定終了を選択した場合（その選択はキーボード３４より行う）には、演算制御装置３１は実行プログラムを終了させる。一方、ステップＳ１４においてオペレータが測定継続（非終了）を選択した場合（その選択はキーボード３４より行う）にはステップＳ８に戻るので、オペレータは新たな被検部位（異なる特定画素）についての新たな高さ測定、或いは同一の特定画素について、読み出し順を変えて上層４２の上面４２ａの高さ測定を行うことができる（上層４２の上面４２ａの高さ測定は層厚さ算出を選択していれば後述のように自動的に求められる）。なお、画像データファイルは既に作成されて記憶装置３２に記憶されているので、走査画像の取得工程（ステップＳ１〜Ｓ７）を改めて行う必要はない。
【００３３】
一方、ステップＳ１０においてオペレータが層厚さ算出を行う選択をしていた場合には、ステップＳ１３からステップＳ１５に進み、ステップＳ１１において算出した被検部位（下層４１の上面４１ａにおける特定画素に対応する部分）の高さデータを記憶装置３２に記憶させ（ステップＳ１５）、層厚さの算出に必要な高さ測定が既に完了しているか否かの判断を行う（ステップＳ１６）。ここではまだ上層４２の上面４２ａの高さが求められておらず、層厚さの算出に必要な測定が完了していないので、ステップＳ１７に進んで走査画像の読み出し順を変更した（ステップＳ９において設定した順とは逆の順に変更した）後、再びステップＳ１１に入って高さ算出を行う。
【００３４】
この過程において演算制御装置３１は、画像データを番号Ｍ→（Ｍ−１）→・・・の順に読み込んで図９に示す光量ピークＰ２を検出するとともに、この光量ピークＰ２に対応する焦点面位置ｚから、上層４２の上面４２ａの高さを算出する。そして、メインルーチンに戻ったステップＳ１２において、その高さの値を表示装置３３に表示した後、ステップＳ１３に進んで、２回目のステップＳ１１において算出した被検部位（上層４２の上面４２ａにおける特定画素に対応する部分）の高さデータを記憶装置３２に記憶させ（ステップＳ１５）、層厚さの算出に必要な高さ測定が既に完了しているか否かの判断を行う（ステップＳ１６）。ここでは既に上層４２の上面４２ａの高さが求められており、層厚さの算出に必要な測定が完了しているので、次のステップＳ１８に進んで記憶装置３２に記憶された２つの高さデータ（下層４１の上面４１ａの高さデータと上層４２の上面４２ａの高さデータ）をまとめて高さデータファイルを作成する。
【００３５】
ステップＳ１８において高さデータファイルが作成されたら、ステップＳ１９に進んで図８に示す層厚さ算出のサブルーチンに入る。層厚さ算出のサブルーチンでは、先ずステップＳ１８において作成された高さデータファイルを開き（ステップＳ３１）、ここに記憶（保存）された高さデータを読み出す（ステップＳ３２）。全ての高さデータ（ここでは下層４１の上面４１ａの高さデータと上層４２の上面４２ａの高さデータ）が読み出されたら、その差分を計算して上層４２の層厚さ（特定画素に対応する部分の上層４２の層厚さ）を計算により求める（ステップＳ３３）。上層４２の層厚さを計算により求めたら高さデータファイルを閉じ（ステップＳ３４）、メインルーチンに戻ってその上層４２の層厚さの値を表示装置３３に表示する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０において上層４２の層厚さの値を表示したら、ステップＳ１４に進んでオペレータに本高さ測定装置１による高さ測定を終了するか意志があるか否かの判断を促す。ここでオペレータが測定終了を選択した場合には、演算制御装置３１は実行プログラムを終了させる。一方、このステップＳ１４においてオペレータが測定継続（非終了）を選択した場合には、前述のようにステップＳ８に戻るので、オペレータは新たな被検部位について高さ測定を行うことができる。
【００３６】
このように本発明の第１実施形態に係る高さ測定装置１では、走査画像の読み出し開始後最初に検出した光量ピークに対応する焦点面ＦＳの高さ位置（焦点面位置ｚ）から被検部位の高さを算出する構成を有する従来の高さ測定装置をベースにし、そのうえで、走査画像の読み出し順を、走査画像の取得順に対して同順、逆順のいずれにも設定できるようになっている。このため、走査画像の読み出し開始後最初に検出した光量ピークに対応する焦点面位置ｚに基づいて被検部位の高さを算出する構成であるにも拘わらず、半導体製品などのように一の材料層に透明或いは半透明の材料層が形成されてなる被検物４０に対し、１回の走査・撮像工程で、その最表層の上面高さ（上層４２の上面４２ａの高さ）のみならず、それ以外の層の上面高さ（下層４１の上面４１ａの高さ）をも測定することが可能である。また、下層４１の上面４１ａに形成された透明材料層（上層４２）の層厚さを測定することもできる。
【００３７】
ところで、上記実施形態に係る高さ測定装置１は、オペレータが指定した或る画素（特定画素）に対応する被検部位の高さを算出するものであったが、被検物４０中に複数の被検部位が含まれており、これら被検部位ごとの高さを求めたい場合に、ステップＳ８における画素の指定、ステップＳ９における読み出し順の指定及びステップＳ１０における層厚さ算出を行うか否かの選択の各入力をオペレータが手動で繰り返し行うのは面倒であり、要する時間も莫大となってしまう。以下に示す例は第１実施形態の変形例であり、上記入力を含めた一連の処理を自動化したものである。
【００３８】
図１０〜図１１は第１実施形態の変形例における実行プログラムのフローチャートであり、演算制御装置３１は、この実行プログラムを記憶装置３２から図示しない内部メモリに取り込んで実行する。図１０及び図１１の両図中に示す丸付き文字は、同一の文字の部分においてフローが継続していることを示している。また、このフローにおける高さ算出のサブルーチン（ステップＳ１１）と層厚さ算出のサブルーチン（ステップＳ１９）は前述の実施形態において示したものと同一である。
【００３９】
この第1実施形態の変形例に係る実行プログラムでは、前述の第１実施形態のステップＳ１に相当する工程（共焦点光学系の焦点を操作開始位置にセットする工程）が自動で開始される。すなわち演算制御装置３１はピンホールディスクの回転を開始させた後（ステップＳ２）、記憶装置３２から移動命令を読み取り（ステップＳ２．１）、その読み取った移動命令に従って被検物４０に対して共焦点光学系１０のＸＹＺ（三次元）方向に走査する走査領域の始点に移動させる（ステップＳ２．２）。なお、この共焦点光学系１０の焦点Ｆの移動は、具体的には演算制御装置３１がコーナーキューブ駆動部２６を作動させることにより行う。
【００４０】
ステップＳ２．２において共焦点光学系１０の走査領域の始点に移動したら、前述の第１実施形態の場合と同様、共焦点光学系１０の焦点を高さ方向に一定量ずつ移動させながら撮像を行い、得られた画像データを記憶装置３２に記憶させて画像データファイルを作成する（ステップＳ３〜Ｓ７）。これにより画像データファイルが作成されたら、続いて演算制御装置３１は記憶装置３２に記憶された測定条件ファイルを開く（ステップＳ７．１）。この測定条件ファイルは被検物４０中に含まれる複数の被検部位それぞれの位置、記憶装置３２に記憶された画像の読み出し順及び各画素について層厚さ算出を行うか否かの各データが記憶されている。測定条件ファイルに含まれる被検部位の位置のデータは具体的には、高さを求めようとしている複数の被検部位に対応する画素の画像全体中の位置データとして記憶されている。高さ算出の対象となる画素としては、撮像された画像データを構成する全ての画素の一部であってもよいし、全部であってもよい。また、被検部位の位置は、ステップＳ７において画像データファイルが作成された後、オペレータが取得した画像を見ながら決定してもよい。その決定の仕方は、例えばディスプレイに表示された被検物４０の画像を見ながらキーボードやポインティングデバイス等を使って領域設定する方法が考えられる。
【００４１】
測定条件ファイルに含まれる画像の読み出し順のデータとは、前述の第１実施形態のステップＳ９（読み出し順の設定工程）において設定される走査画像の読み出し順（画像データファイルから画像データを読み出すときの読み出し順）を走査画像の取得順に対して同順、逆順のいずれに指定したかのデータのことである。この読み出し順の指定は高さ算出を行う全ての画素に対して共通のものとして一括指定するものであってもよいし、画素ごとに任意に指定できるようにしてもよい。
【００４２】
演算制御装置３１はステップＳ７．１において測定条件ファイルを開いたら、先ず特定画素の位置のデータ読み込みを行う（ステップＳ８）。この工程は前述の第１実施形態におけるステップＳ８に相当するものであり、測定条件ファイルに書き込まれている（高さ算出を行おうとしている）複数の画素を順にピックアップし、その画素と対応して記憶されている画素の位置のデータを読み込む工程である。例えばＣＡＤデータ（設計図面データ）から測定対象となる画素位置のデータを読み込む。ステップＳ８において特定画素の位置のデータを読み込んだら、次に測定条件ファイルに書き込まれている読み出し順指定データの読み込みを行う(ステップＳ９)。この工程は前述の第１実施形態におけるステップＳ９に相当するものである。
【００４３】
ステップＳ９において読み出し順指定のデータを読み込んだら、続いて測定条件ファイルに書き込まれている、層厚さ算出指定の読み込みを行う（ステップＳ１０）。この工程は前述の第１実施形態におけるステップＳ１０に相当するものである。ステップＳ１０が終了したら、演算制御装置３１はステップＳ１１に進んで高さ算出のサブルーチンに入る（図７参照）。このサブルーチンにおける高さ算出の工程のほか、その後の高さ結果の出力、高さデータファイルの作成、層厚さ算出を行う場合の層厚さ算出の工程及び層厚さ結果の出力の各工程（ステップＳ１１〜ステップＳ２０）は第１実施形態において示したものと全く同じであるのでその説明は省略する。なお、この一連の工程におけるステップＳ１４では、第１実施形態ではオペレータが本高さ測定装置１による高さ測定を終了する意志があるか否かの入力を行っていたが、この第１実施形態の変形例では、高さ算出を行おうとしている画素の全てについて高さ算出が行われておらず、まだ高さ算出を行うべき画素が残っているときにはステップＳ８に戻り、高さ算出を行うべき画素が残っていないとき、すなわち高さ算出を行うべき全ての画素についての高さ算出が終了したときにはループを脱する。そして、ループを脱したときには測定条件ファイルを閉じ（ステップＳ２０．１）、実行プログラムを終了させる。
【００４４】
このように第１実施形態の変形例係る高さ測定装置では、オペレータが予め高さ算出を行おうとする複数の被検部位に関するデータを予め設定しておけば、その後は全ての被検部位についての高さ算出が自動で行われるので、高さ算出を行いたい被検部位が広い或いは多い場合であっても、効率的に作業を進めることが可能である。
【００４５】
次に、図１２〜図１６を用いて本発明の第２実施形態に係る高さ測定装置について説明する。この第２実施形態に係る高さ測定装置は、前述の第１実施形態に係る高さ測定装置１と高さ測定に関する実行プログラムが異なるだけである。前述の第１実施形態に係る高さ測定装置１では、光量比較により光量ピークが検出されたときには以後の光量比較を行わず、走査画像の読み出し開始後最初に検出された光量ピークに対応する被検部位の高さしか求めることができない実行プログラムであったが、この第２実施形態に係る高さ測定装置では、走査画像の読み出し開始後順次検出する光量ピークのうちオペレータが有効ピークとして指定した光量ピーク以外は無視して光量比較を継続することにより、有効ピークとして指定した光量ピークのみを抽出して、これに対応する被検部位の高さを求めることができるようになっている。このため、上述の第１実施形態の場合と同様、高さ方向走査による走査画像の取得工程は１回のみで、２層構造被検物の各層上面高さの測定ができるのみならず、下層の上面側に透明或いは半透明の層を複数層形成した３層以上の構造を有する被検物についても、１回の画像データ取得で各層の上面高さを求めることが可能である。
【００４６】
以下、本第２実施形態に係る高さ算出装置により被検部位の高さ測定を行う具体的な手順について説明する。ここでは図１２に示すように、非透明材料からなる下層１４１と、この下層１４１の上面１４１ａに形成された半透明材料からなる中間層１４２（但し下層１４１の一部に積層）と、下層１４１或いは中間層１４２の上面１４２ａに形成された透明材料からなる上層１４３との、２層及び３層構造からなる被検物１４０の各層１４１，１４２，１４３それぞれの上面（１４１ａ，１４２ａ，１４３ａ）の高さを測定する例を示す。なお、ここでも走査画像の取得工程における焦点面ＦＳの走査方向（移動方向）は、ｚ軸に対する正方向（下から上へ向く方向）とする。また、走査画像の読み出し順はその取得順に対して同順に設定されているものとする。更に、高さ方向走査領域の始点は下層１４１の上面１４１ａより低い任意の位置（焦点面位置ｚ＝ｚs）とし、終点は上層１４３の上面１４３ａよりも高い任意の位置（焦点面位置ｚ＝ｚe）とする（図１２参照）。
【００４７】
図１３〜図１５（及び前述の図８）は記憶装置３２に格納されている実行プログラムの内容を示すフローチャートである。図１３と図１４は実行プログラムのメインルーチンであり、両図中に示す丸付き文字は、同一の文字の部分においてフローが継続していることを示している。演算制御装置３１は先ず、ステップＳ４１からステップＳ４７までの工程において高さ方向走査領域についての画像データファイルを作成するが、その手順は第１実施形態の場合のステップＳ１〜Ｓ７と同様であるので、ここではその説明は省略する。
【００４８】
ステップＳ４７において画像データファイルが作成されたら、オペレータは撮像素子１９を構成する多数の画素の中から、高さ測定対象部位（被検部位）を被検領域（図１２）に含む画素を特定画素として指定する（ステップＳ４８）。なお、この特定画素の指定方法は第１実施形態の場合と同様である。
【００４９】
ステップＳ４８において特定画素の指定を行ったら、オペレータは続いて高さ算出のみならず中間層１４２及び上層１４３の層厚さ算出も行うか否かの選択をキーボード３４より行う（ステップＳ４９）。そして更に、走査画像の読み出し開始後順次検出される光量ピークのうち被検部位に対応するものを選択し、有効ピークとして指定する（ステップＳ５０）。この指定は、有効ピークが走査画像の読み出し開始後何番目に検出される光量ピークであるか、その数字をキーボード３４から入力することにより行う。例えば、本例のように走査画像の取得工程における焦点面ＦＳの走査方向（移動方向）がｚ軸に対する正方向であり、かつ走査画像の読み出し順がその取得順に対して同順であるときには、図１６に示すように、３層構造を有する領域Ｂについては（領域Ａ及びＣは２層構造）、下層１４１の上面（或いは中間層１４２の下面）１４１ａに対応する光量ピークは走査画像の読み出し開始後１番目に検出される光量ピークＰ１、中間層１４２の上面（或いは上層１４３の下面）１４２ａに対応する光量ピークは走査画像の読み出し開始後２番目に検出される光量ピークＰ２、上層１４３の上面１４３ａに対応する光量ピークは走査画像の読み出し開始後３番目に検出される光量ピークＰ３となる。ここではオペレータが３層構造を有する領域Ｂの中間層１４２の上面１４２ａに対応する光量ピーク（すなわち走査画像の読み出し後２番目に検出される光量ピークＰ２）を有効ピークに設定したものとする。
【００５０】
オペレータによる特定画素の指定、層厚さ算出を行うか否かの選択及び有効ピークの指定がなされたら、演算制御装置３１はステップＳ５１に進んで図１５に示す高さ算出のサブルーチンに入る。高さ算出のサブルーチンでは、先ず記憶装置３２に記憶された画像データファイルを開き（ステップＳ６１）、走査画像を予め定めた読み出し順（前述のようにここでは走査画像の取得順に対して同順）に読み出しを開始する（ステップＳ６２）。そして、第１実施形態の場合と同様の要領でピーク検出を行う。すなわち、走査画像を順に読み出して特定画素についての光量比較を行い、光量ピークを検出するまでこの光量比較を繰り返す（ステップＳ６３）。但し、ここでは光量ピークが検出された時点で光量比較を終了してしまうのではなく、そのとき検出された光量ピークがステップＳ５０において指定した有効ピークであるか否か（ここでは検出された光量ピークが読み出し開始後２番目の光量ピークであるか否か）を判断し（ステップＳ６４）、検出された光量ピークが有効ピークでないときにはステップＳ６３に戻って光量比較を継続し、検出された光量ピークが有効ピークであるときには光量比較を終了する。
【００５１】
これによりステップＳ５０において指定した有効ピークに相当する光量ピークが検出されたら走査画像の読み出しを終了し（ステップＳ６５）、検出された光量ピーク（ここでは図１６に示す光量ピークＰ２）を構成する複数の画像データ（前述の３つの画像データＤN+1，ＤN，ＤN-1に相当する画像データ）を抽出して、画像データファイルを閉じる（ステップＳ６６）。そしてその後はステップＳ６６→Ｓ６７→Ｓ６８→Ｓ６９と進んで被検部位（ここでは中間層１４２の上面１４２ａにおける特定画素に対応する部分）の高さを算出するが、その手順は前述の第１実施形態の場合（第１実施形態の説明におけるステップＳ２５〜Ｓ２８）と同様であるので、ここではその説明は省略する。
【００５２】
ステップＳ６９において被検部位の高さを算出したら、演算制御装置３１はメインルーチンに戻ってその算出された高さの値を表示装置３３に表示した後（ステップＳ５２）、ステップＳ４９においてオペレータが層厚さ算出を行う選択をしたか否かの判断を行う（ステップＳ５３）。そして、オペレータが層厚さ算出を行う選択をしていなかった場合には、続いてオペレータに本高さ測定装置による高さ測定を終了する意志があるか否かの判断を促す（ステップＳ５４）。ここでオペレータが測定終了を選択した場合（その選択はキーボード３４より行う）には、演算制御装置３１は実行プログラムを終了する。一方、ステップＳ５４においてオペレータが測定継続（非終了）を選択した場合（その選択はキーボード３４より行う）にはステップＳ４８に戻るので、オペレータは新たな被検部位について高さ測定を行うことができる。なお、画像データファイルは既に作成されて記憶装置３２に記憶されているので、新たな被検部位についての高さ測定を行う際に、走査画像の取得工程（ステップＳ１〜Ｓ７）を改めて行う必要はないのは第１実施形態の場合と同様である。
【００５３】
一方、ステップＳ４９においてオペレータが層厚さ算出を行う指定をしていた場合には、ステップＳ５３からステップＳ５５に進み、ステップＳ５１において算出した被検部位
（中間層１４２の上面１４２ａにおける特定画素に対応する部分）の高さデータを記憶装置３２に記憶させ（ステップＳ５５）、層厚さの算出に必要な高さ測定が既に完了しているか否かの判断をオペレータに促す（ステップＳ５６）。ここで、上層１４３の層厚さを求めたいと考えている場合においては、現在はまだ中間層１４２の上面１４２ａの高さしか測定されておらず、層厚さ（ここでは上層１４３の層厚さ）の算出に必要な測定が完了していないので、その旨キーボード３４より入力する。これによりステップＳ５０に戻るので、今度は上層１４３の上面１４３ａに対応する光量ピークを有効ピークとして指定する。次の有効ピークが指定されたら、演算制御装置３１は再びステップＳ５１に入って高さ算出を行う。この過程において演算制御装置３１は、図１６に示す光量ピークＰ３を検出するとともに、この光量ピークＰ３に対応する上層１４３の上面１４３ａの高さを算出する。そして、メインルーチンに戻ったステップＳ５２において、その高さの値を表示装置３３に表示した後、ステップＳ５３に進んで、２回目のステップＳ５１において算出した被検部位（上層１４３の上面１４３ａにおける特定画素に対応する部分）の高さデータを記憶装置３２に記憶させ（ステップＳ５５）、層厚さの算出に必要な高さ測定が既に完了しているか否かの判断をオペレータに促す（ステップＳ５６）。ここでは既に上層１４３の上面１４３ａの高さが求められており、層厚さ（上層１４３の層厚さ）の算出に必要な測定が完了しているので、その旨キーボード３４より入力する。これにより次のステップＳ５７に進み、記憶装置３２に記憶された２つの高さデータ（中間層１４２の上面１４２ａの高さデータと上層１４３の上面１４３ａの高さデータ）をまとめて高さデータファイルを作成する。
【００５４】
ステップＳ５７において高さデータファイルが作成されたら、ステップＳ５８に進んで前述の図８に示す層厚さ算出のサブルーチンに入る。層厚さ算出のサブルーチンのプログラム内容は第１実施形態の場合と同様であり、先ずステップＳ５７において作成された高さデータファイルを開き（ステップＳ３１）、ここに記憶（保存）された高さデータを読み出す（ステップＳ３２）。全ての高さデータ（ここでは中間層１４２の上面１４２ａの高さデータと上層１４３の上面１４３ａの高さデータ）が読み出されたら、その差分を計算して上層１４３の層厚さを計算により求める（ステップＳ３３）。上層１４３の層厚さを計算により求めたら高さデータファイルを閉じ（ステップＳ３４）、メインルーチンに戻ってその上層１４３の層厚さの値を表示装置３３に表示する（ステップＳ５９）。ステップＳ５９において上層１４３の層厚さの値を表示したら、ステップＳ５４に進んでオペレータに本高さ測定装置による高さ測定を終了するか意志があるか否かの判断を促す。ここでオペレータが終了を選択した場合には、演算制御装置３１は実行プログラムを終了する。一方、このステップＳ５４においてオペレータが測定継続（非終了）を選択した場合には、前述のようにステップＳ４８に戻るので、オペレータは新たな被検部位について高さ測定を行うことができる。
【００５５】
このように本発明の第２実施形態に係る高さ測定装置では、走査画像の読み出し開始後順次検出する光量ピークのうち被検部位に対応するものを有効ピークとして指定することができるようになっており、走査画像の読み出し開始後、順次検出する光量ピークのうち指定された有効ピークに至るまでの光量ピークは無視して光量比較を継続することにより、有効ピークとして指定した光量ピークのみを抽出して、これに対応する被検部位の高さを求めることができるようになっている。このため、第１実施形態に係る高さ測定装置１の場合と同様、半導体製品などのように一の材料層に透明或いは半透明の材料層が形成されてなる被検物に対し、一回の走査・撮像工程で、その最表層の上面高さ（上層１４３の上面１４３ａの高さ）のみならず、それ以外の層の上面高さ（下層１４１の上面１４１ａの高さ及び中間層１４２の上面１４２ａの高さ）をも（すなわち、走査画像の読み出し開始後所定番目以降に検出される光量ピークに対応する被検部位の高さをも）測定することが可能である。
【００５６】
以下に示す第２実施形態の変形例は、第２実施形態におけるステップＳ４８に相当する画素の指定、ステップＳ４９に相当する層厚さ算出を行うか否かの選択及びステップＳ５０に相当する有効ピークの指定の各入力を含めた一連の処理を自動化した場合の例である。
【００５７】
図１７〜図１８は第２実施形態の変形例における実行プログラムのフローチャートであり、演算制御装置３１は、この実行プログラムを記憶装置３２から図示しない内部メモリに取り込んで実行する。図１７及び図１８の両図中に示す丸付き文字は、同一の文字の部分においてフローが継続していることを示している。また、このフローにおける高さ算出のサブルーチン（ステップＳ５１）と層厚さ算出のサブルーチン（ステップＳ５８）は第２実施形態において示したものと同一である。
【００５８】
この第２実施形態の変形例に係る実行プログラムでは、前述の第２実施形態のステップＳ４１に相当する工程（共焦点光学系の焦点を操作開始位置にセットする工程）が自動で開始される。すなわち演算制御装置３１はピンホールディスクの回転を開始させた後（ステップＳ４２）、記憶装置３２から移動命令を読み取り（ステップＳ４２．１）、その読み取った移動命令に従って被検物１４０に対して、共焦点光学系１０のＸＹＺ（三次元）方向に走査する走査領域（すなわち、図１６の領域Ａ，Ｂ，Ｃを含む被検領域）に始点に移動させる（ステップＳ４２．２）。
【００５９】
ステップＳ４２．２において共焦点光学系１０の走査領域の始点に移動したら、前述の第２実施形態の場合と同様、共焦点光学系１０の焦点を高さ方向に一定量ずつ移動させながら撮像を行い、得られた画像データを記憶装置３２に記憶させて画像データファイルを作成する（ステップＳ４３〜Ｓ４７）。これにより画像データファイルが作成されたら、続いて演算制御装置３１は記憶装置３２に記憶された測定条件ファイルを開く（ステップＳ４７．１）。この測定条件ファイルは被検物４０中に含まれる複数の被検部位の位置、記憶装置３２に記憶された画像の読み出し順、各画素について層厚さ算出を行うか否か及び有効ピークの指定の各データが記憶されている。ここで、測定条件ファイルに含まれる被検部位の位置データ、画像の読み出し順のデータ及び層厚さ算出指定の各データの内容は第１実施形態の変形例の場合と同様である。有効ピークの指定データとは、第２実施形態におけるステップＳ５０において指定される光量ピークの指定データ、すなわち被検部位に対応するものとして走査画像の読み出し開始後何番目に検出される光量ピークを選択するかのデータであり、オペレータが予め指定しておくものである。
【００６０】
演算制御装置３１はステップＳ４７．１において測定条件ファイルを開いたら、先ず特定画素の位置データ（図１６の領域Ａ，Ｂ，Ｃの各測定走査位置のデータ）の読み込みを行う（ステップＳ４８）。この工程は前述の第２実施形態におけるステップＳ４８に相当するものであり、測定条件ファイルに書き込まれている（高さ算出を行おうとしている）複数の画素（領域Ａ，Ｂ，Ｃに対応する画素）を順にピックアップし、その領域Ａ，Ｂ，Ｃと対応して記憶されている画素の位置データを読み込む工程である。ステップＳ４８において特定画素の位置データを読み込んだら、続いて測定条件ファイルに記載されている領域Ａ，Ｂ，Ｃごとの読み出し順指定データの読み込み(ステップＳ４８．１)、層厚さ算出指定の読み込み（ステップＳ４９）及び有効ピーク指定の読み込み（ステップＳ５０）の各工程を行う。
【００６１】
ステップＳ５０が終了したら、演算制御装置３１はステップＳ５１に進んで高さ算出のサブルーチン（図１５参照）に入る。このサブルーチンにおける高さ算出の工程のほか、その後の高さ結果の出力、高さデータファイルの作成、層厚さ算出を行う場合の層厚さ算出の工程及び層厚さ結果の出力の各工程（ステップＳ５１〜ステップＳ５９）の内容は第２実施形態において示したものと同じである。なお、この一連の工程におけるステップＳ５４では、第２実施形態ではオペレータが本高さ測定装置による高さ測定を終了する意志があるか否かの入力を行っていたが、この第２実施形態の変形例では、高さ算出を行おうとしている画素の全てについて高さ算出が行われておらず、まだ高さ算出を行うべき画素が残っているときにはステップＳ４８に戻り、高さ算出を行うべき画素が残っていないとき、すなわち高さ算出を行うべき全ての画素についての高さ算出が終了したときにはループを脱して測定条件ファイルを閉じる（ステップＳ５９．１）。そして、ステップＳ５９．１が終了したら、演算制御装置３１は実行プログラムを終了させる。
【００６２】
このように第２実施形態の変形例に係る高さ測定装置では、オペレータが予め高さ算出を行おうとする複数の被検部位（図１６の領域Ａ，Ｂ，Ｃ）に関するデータを予め設定しておけば、その後は全ての被検部位についての高さ算出が自動で行われるので、高さ算出を行いたい被検部位が広い或いは多い場合であっても、効率的に作業を進めることが可能である。
【００６３】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明の範囲は上述の実施形態に示したものに限定されない。例えば、上述の第１実施形態では、走査画像の取得工程における焦点面ＦＳの走査方向（移動方向）は、ｚ軸に対する正方向（下から上へ向く方向）であるとしたが、これはｚ軸に対する負方向（上から下へ向く方向）であってもよい。また、第１実施形態における被検物４０は２層構造からなるものであったが、これは一の材料層に透明或いは半透明の材料層を形成して構成されたものであれば、何層であってもよい。但し、前述の説明から分かるように、最下層の上面高さと最上層の上面高さの２つ及び最下層の上面に形成された透明・半透明材料層全体の厚さしか測定することはできない。
【００６４】
また、上述の第２実施形態では、中間層１４２の上面１４２ａの高さと、上層１４３の上面１４３ａの高さとを測定する例を述べたが、同様の手順により、下層１４１の上面１４１ａの高さを測定することも可能である。また、上述の実施形態では、透明材料層である上層１４３の層厚さを求める例を述べたが、同様の手順により、半透明材料層である中間層１４２の層厚さを求めることも可能である。また、上述の実施形態では、走査画像の取得工程における焦点面ＦＳの走査方向（移動方向）がｚ軸に対する正方向であるとしていたが、これはｚ軸に対する負方向であってもよい。また、走査画像の読み出し順は取得順に対して同順であるとしたが、これは取得順に対して逆順であってもよい。また、走査画像の読み出し順は第１実施形態の場合のようにオペレータが任意に選択できるようにしてもよい。また、被検物１４０は３層構造からなるものであったが、これは一例であり、一の材料層に透明或いは半透明の材料層を形成して構成されたものであれば何層であってもよく、全ての層の上面高さと、透明或いは半透明材料層の各層の層厚さを測定することが可能である。
【００６５】
また、第１実施形態では、図５のステップＳ８において特定画素の指定を行い、指定された画素に対して高さ算出、層厚さ算出の処理を行っているが、ステップＳ８で特定画素の指定を行わず、全画素に対して高さ算出(ステップＳ１０で選択された場合は層厚さ算出も)を行ってもよい。そして、全画素に対して算出を行った後で、特定画素の指定を行い、その特定画素での算出結果を出力してもよい。第２実施形態における図１３のステップＳ４８の特定画素指定についても同様であり、全画素に対して層高さ算出を行った後で、特定画素の指定を行ってもよい。
【００６６】
また、上記実施形態とは異なる形態として、演算制御装置３１は、走査画像の取得工程（走査・撮像工程）において取得した走査画像を一定の順（走査画像の取得工程における焦点面ＦＳの走査方向に対して同順、逆順のいずれであってもよい）に読み出して一旦全ての光量ピークを検出し、これを表示装置３３等に図９や図１６に示すようなグラフのような形で表示し、オペレータがその表示された光量ピークの中から高さを求めたい被検部位に対応するものを選択したときには、その選択された光量ピークの前後の画像データをピックアップして光量比較を行い、その光量ピークに対応する焦点面位置ｚを算出して被検部位の高さを求める構成とすることもできる。
【００６７】
また、上述の実施形態では、コーナーキューブ１６をｘ軸方向に移動させて測定光の光路長を変化させることにより、被検物４０に対する焦点面ＦＳの高さ方向（被検物４０の高さ方向）相対移動を行っていたが、共焦点光学系１０に可動部を作らず、被検物４０，１４０が載置されるステージ３０を被検物４０の高さ方向に移動させることにより、被検物４０に対する焦点面ＦＳの高さ方向相対移動を行うようにしてもよい。
【００６８】
また、上述の実施形態において示した高さ測定装置では、焦点Ｆの集合として形成される焦点面ＦＳを有するいわゆるマルチビーム型の共焦点光学系を用いていたが、本発明に係る高さ測定装置では、単一の焦点のみを形成するシングルビーム型の共焦点光学系を使用することもできる。但し、このようなシングルビーム型の共焦点光学系を使用した場合には、その焦点を被検物の高さ方向と垂直な方向（上述の実施形態におけるｘｙ平面内）に走査したときに形成される焦点の軌跡面が、マルチビーム型の共焦点光学系を用いたときに形成される焦点面（上述の実施形態における焦点面ＦＳ）に相当する。
【符号の説明】
【００６９】
１      高さ測定装置
１０    共焦点光学系
１１    光源
１７    対物レンズ
１９    撮像素子
２６    コーナーキューブ駆動部（画像取得手段）
３０    ステージ
３１    演算制御装置（画像取得手段、光量ピーク検出手段、高さ算出手段、層厚さ算出手段）
３２    記憶装置（画像記憶手段、記憶手段）
３４    キーボード（読み出し順設定手段、設定手段）
４０    被検物
Ａ１    共焦点光学系の光軸
ＦＳ    共焦点光学系の焦点面
【図１】
2010169700.tif 000003
【図２】
2010169700.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年6月4日(2010.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共焦点光学系と、
前記共焦点光学系の焦点面を前記被検物に対してその高さ方向に相対移動させながら異なる高さ位置ごとに前記被検物の画像データを取得する画像取得手段と、
前記画像データを記憶する画像記憶手段と、
前記画像記憶手段に記憶された前記画像データを読み出して前記被検物中の被検部位に相当する領域についての光量ピークを検出する光量ピーク検出手段と、
前記光量ピーク検出手段が前記画像データの読み出し開始後順次検出する前記光量ピークのうち所定番目以降に検出される前記光量ピークに対応する前記焦点面の高さ位置から前記被検部位の高さを算出する高さ算出手段とを備えたことを特徴とする高さ測定装置。
【請求項２】
前記光量ピーク検出手段が検出する前記光量ピークのうち、何番目に検出される前記光量ピークを用いるかを設定する設定手段を有し、
前記高さ算出手段は、前記設定手段での設定に基づいた前記光量ピークにより前記被検部位の高さを算出することを特徴とする請求項１記載の高さ測定装置。
【請求項３】
前記被検部位を指定する被検部位指定手段を有し、
前記光量ピーク検出手段は、前記被検部位指定手段によって指定された前記被検部位に相当する領域についての光量ピークを検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高さ測定装置。
【請求項４】
前記光量ピーク検出手段は、前記画像記憶手段に記憶された前記画像データをその取得順に対して同順、逆順のいずれかの順に読み出して前記被検物中の被検部位に相当する領域についての光量ピークを検出可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高さ測定装置。
【請求項５】
前記被検物中に含まれる複数の前記被検部位それぞれの位置情報、前記画像記憶手段に記憶された前記画像データの読み出し順のデータ及び前記光量ピーク検出手段が検出する前記光量ピークのうち前記複数の被検部位それぞれに対応するものとして指定した光量ピークの各データを予め記憶した記憶手段を備え、
前記光量ピーク検出手段は前記記憶手段に記憶された前記画像の読み出し順に従った前記光量ピークの検出を行い、
前記高さ算出手段は前記光量ピークにより被検部位の高さを算出し、前記複数の被検部位それぞれについて前記ピーク検出及び前記高さ算出が行われることにより、前記記憶手段に記憶された前記複数の被検部位それぞれについての高さ算出が自動で行われるようになっていることを特徴とする請求項４記載の高さ測定装置。
【請求項６】
透明或いは半透明の材料からなる材料層の上面及び下面を前記被検部位としてそれぞれの高さを算出した後、これら高さの値に基づいて前記材料層の層厚さを算出する層厚さ算出手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の高さ測定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
このような目的を達成するため、請求項１に係る発明の高さ測定装置は、共焦点光学系と、前記共焦点光学系の焦点面を前記被検物に対してその高さ方向に相対移動させながら異なる高さ位置ごとに前記被検物の画像データを取得する画像取得手段と、前記画像データを記憶する画像記憶手段と、前記画像記憶手段に記憶された前記画像データを読み出して前記被検物中の被検部位に相当する領域についての光量ピークを検出する光量ピーク検出手段と、前記光量ピーク検出手段が前記画像データの読み出し開始後順次検出する前記光量ピークのうち所定番目以降に検出される前記光量ピークに対応する前記焦点面の高さ位置から前記被検部位の高さを算出する高さ算出手段とを備えたことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
請求項３に係る発明の高さ測定装置は、請求項１または請求項２に記載の高さ測定装置において、前記被検部位を指定する被検部位指定手段を有し、前記光量ピーク検出手段は、前記被検部位指定手段によって指定された前記被検部位に相当する領域についての光量ピークを検出することを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
請求項４に係る発明の高さ測定装置は、請求項１または請求項２に記載の高さ測定装置において、前記光量ピーク検出手段は、前記画像記憶手段に記憶された前記画像データをその取得順に対して同順、逆順のいずれかの順に読み出して前記被検物中の被検部位に相当する領域についての光量ピークを検出可能であることを特徴とする。
請求項５に係る発明の高さ測定装置は、請求項４に記載の高さ測定装置において、前記被検物中に含まれる複数の前記被検部位それぞれの位置情報、前記画像記憶手段に記憶された前記画像データの読み出し順のデータ及び前記光量ピーク検出手段が検出する前記光量ピークのうち前記複数の被検部位それぞれに対応するものとして指定した光量ピークの各データを予め記憶した記憶手段を備え、前記光量ピーク検出手段は前記記憶手段に記憶された前記画像の読み出し順に従った前記光量ピークの検出を行い、前記高さ算出手段は前記光量ピークにより被検部位の高さを算出し、前記複数の被検部位それぞれについて前記ピーク検出及び前記高さ算出が行われることにより、前記記憶手段に記憶された前記複数の被検部位それぞれについての高さ算出が自動で行われるようになっていることを特徴とする。
請求項６に係る発明の高さ測定装置は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の高さ測定装置において、透明或いは半透明の材料からなる材料層の上面及び下面を前記被検部位としてそれぞれの高さを算出した後、これら高さの値に基づいて前記材料層の層厚さを算出する層厚さ算出手段を備えたことを特徴とする。