(57)【要約】【課題】データ容量を抑制しながら全焦点の像を取得可能な光学装置を提供する。【解決手段】被検物の像を得る観察光学系３と、観察光学系の焦点位置を光軸方向に変位させる変位部４２と、観察光学系によって得られた像を撮影する撮影部３５と、被検物の複数の部分の光軸方向の位置を検出する高さ検出系２と、検出された光軸方向の位置に観察光学系３の焦点位置を合致させて撮影した被検物の像データから当該位置が検出された部分に対応する部分の像データを抽出するデータ抽出部と、高さ検出系において検出された複数の位置に対応して抽出された複数の像データを合成する像データ合成部とを備えて光学装置を構成する。【選択図】図１
2008076257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物の像を得る観察光学系と、
前記観察光学系によって得られた前記像を撮影する撮影部と、
前記被検物に対する前記観察光学系の焦点の相対位置を光軸方向に変位させる変位部と、
前記被検物の複数の各部分の前記光軸方向の相対的な高さを検出する高さ検出系と、
前記被検物の像を得た時の前記相対位置と前記被検物の前記各部分の前記相対的な高さとに基づいて、前記像から合焦している合焦像データを抽出するデータ抽出部と、
前記変位部によって前記観察光学系の焦点位置を変化させた複数の前記像から抽出された複数の合焦像データを合成する像データ合成部と
を備えた光学装置。
【請求項２】
前記検出された前記被検物の複数の部分の前記相対的な高さと前記部分とを関連づけて記憶する記憶部をさらに有し、前記データ抽出部は前記関連づけて記憶された前記光軸方向の位置と前記部分との情報に基づいて前記抽出を行うことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記高さ検出系は、共焦点微小開口を有した共焦点光学系であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記共焦点光学系は、前記共焦点微小開口が円盤上に多数設けられ回転駆動されるディスクと前記ディスクの所定領域を照明する照明光源とを備えることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
前記高さ検出系は、前記撮影部の撮影範囲を複数に区分した各区分に対応して前記被検物の各部分の前記光軸方向の相対的な高さを検出可能に設けられ、
前記撮影部は、平面上に多数の画素が配列された撮像素子を有し、
前記各区分は、前記撮像素子における複数の画素からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項６】
前記高さ検出系は、前記撮影部の撮影範囲を複数に区分した各区分に対応して前記被検物の各部分の前記光軸方向の相対的な高さを検出可能に設けられ、
前記撮影部は、平面上に多数の画素が配列された撮像素子を有し、
前記各区分は、前記撮像素子の単位画素であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項７】
被検物の像を得る観察光学系と、前記観察光学系の前記被検物に対する焦点位置を光軸方向に相対的に変位させる変位部と、前記観察光学系によって得られた前記像を撮影する撮影部と、前記被検物の複数の各部分の前記光軸方向の相対的な高さを検出する高さ検出系と、前記撮影部により撮影された像から像データを抽出するデータ抽出部と、前記データ抽出部により抽出された像データを合成する像データ合成部とを備えた光学装置の制御プログラムであって、
前記被検物の各部分の相対的な高さを高さ検出系により検出するステップと、
前記部分において検出された前記光軸方向の相対的な高さに応じて前記観察光学系の相対的な焦点位置を順次変位させるステップと、
各位置において前記撮影部により撮影された像の中から、前記検出された当該部分に対応する部分の像データを前記データ抽出部により抽出するステップと、
データ抽出部により抽出された各部分の像データを像データ合成部により合成するステップと
を有してなる光学装置の制御プログラム。
【請求項８】
前記光学装置に、前記検出された前記被検物の複数の部分の光軸方向の相対的な高さと前記部分とを関連づけて記憶する記憶部をさらに備え、
前記データ抽出部により像データを抽出するステップは、前記記憶部に記憶された前記光軸方向の相対的な高さと前記部分との情報に基づいて前記抽出を行うことを特徴とする請求項７に記載の光学装置の制御プログラム。
【請求項９】
被検物の複数の部分の光軸方向の相対的な高さを高さ検出系により検出し、
被検物の像を得る観察光学系の焦点位置を、前記高さ検出系において検出された前記光軸方向の相対的な高さに応じて変位部により順次変位させ、
前記観察光学系の焦点位置を合致させた各相対的な高さにおいて、前記撮影部により撮影された像のデータから、当該相対的な高さが検出された部分に対応する部分の像データをデータ抽出部により抽出して、
前記高さ検出系において検出された複数の相対的な高さで抽出された各部分の像データを像データ合成部により合成する
ことを特徴とする像の取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検物表面の像を取得する光学装置、光学装置の制御プログラム、及び像の取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検物表面の像を得る観察光学系を備えた光学装置として、例えば、半導体ウェハ基板や、集積素子（ＩＣ）、液晶表示パネルを検査する検査装置がある。このような検査装置では、被検物の微細な表面構造を拡大した明視野画像や暗視野画像などを得ることができるが、被写界深度の存在によって合焦範囲に限りがあり、一定の焦点位置では合焦範囲を外れた高さの像がぼやけた状態で観察される。
【０００３】
そこで、異なる高さ位置で複数の像データを取得し、そのなかから合焦状態の部分の像データを抽出して合成することにより、視野範囲全体が合焦状態の画像を表示する光学装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このような光学装置は、観察光学系の被検物上の焦点位置を光軸方向（高さ方向）に所定ピッチで変位させ、各高さ位置で合焦範囲と非合焦範囲とが混在した状態の像を撮像カメラで撮影して像データをメモリーに一旦記憶したうえで、撮影範囲をマトリクス状に区切った区分のひとつひとつについて、記憶された複数枚の像データのなかで最も輝度値が高い部分の像データを抽出し、抽出された部分的な像データを全区分について合成することにより、視野範囲全体が合焦状態の像（全焦点画像またはオール・イン・フォーカス画像と称される）を取得するように構成されていた。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３３５８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような従来の光学装置では、撮影範囲をマトリクス状に区切ったひとつの区分内に焦点深度を超える段差や傾斜面があった場合に、当該区分の像はぼやけた像を含むこととなり、これが複数存在すると見た目に粗さのある全焦点画像となってしまう。一方、粗さを嫌って区分を小さく設定すると、一枚の像の分割数が多くなってデータ容量が増大するという問題があり、さらに、所定ピッチで変位させた全ての高さ位置において撮影範囲全体の像データをメモリに一旦記憶させたうえで、各区分ごとに輝度値が最も高い位置の画像を抽出する演算処理を行うため、データ容量が膨大になって演算処理に時間がかかり、これに対応するため大容量のメモリや高速処理が可能なＣＰＵが必要となるため装置が高額化するという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、データ容量を抑制しながら高精細な全焦点の像を取得可能な光学装置、光学装置の制御プログラム、及び全焦点像の取得方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的達成のため、請求項１に係る発明は、被検物の像を得る観察光学系と、観察光学系によって得られた像を撮影する撮影部と、被検物に対する観察光学系の焦点の相対位置を光軸方向に変位させる変位部と、被検物の複数の各部分の光軸方向の相対的な高さを検出する高さ検出系と、被検物の像を得たときの相対位置と被検物の各部分の相対的な高さとに基づいて、像から合焦している合焦像データを抽出するデータ抽出部と、変位部によって観察光学系の焦点位置を変化させた複数の像から抽出された複数の合焦像データを合成する像データ合成部とを備えて光学装置を構成する。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１の光学装置において、検出された被検物の複数の部分の相対的な高さと部分とを関連づけて記憶する記憶部をさらに有し、データ抽出部は関連づけて記憶された光軸方向の位置と部分との情報に基づいて抽出を行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２の光学装置において、高さ検出系が、共焦点微小開口を有した共焦点光学系であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項３の光学装置において、共焦点光学系は、共焦点微小開口が円盤上に多数設けられ回転駆動されるディスクとディスクの所定領域を照明する照明光源とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれかの光学装置において、高さ検出系は、撮影部の撮影範囲を複数に区分した各区分に対応して被検物の各部分の光軸方向の相対的な高さを検出可能に設けられ、撮影部は、平面上に多数の画素が配列された撮像素子を有し、各区分は、撮像素子における複数の画素からなるように構成される。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれかの光学装置において、高さ検出系は、撮影部の撮影範囲を複数に区分した各区分に対応して被検物の各部分の光軸方向の相対的な高さを検出可能に設けられ、撮影部は、平面上に多数の画素が配列された撮像素子を有し、各区分は、撮像素子の単位画素であることを特徴とする。
【００１３】
前記目的を達成するため、請求項７に係る発明は、被検物の像を得る観察光学系と、観察光学系の被検物に対する焦点位置を光軸方向に相対的に変位させる変位部と、観察光学系によって得られた像を撮影する撮影部と、被検物の複数の各部分の光軸方向の相対的な高さを検出する高さ検出系と、撮影部により撮影された像から像データを抽出するデータ抽出部と、データ抽出部により抽出された像データを合成する像データ合成部とを備えた光学装置の制御プログラムである。この制御プログラムは、被検物の各部分の相対的な高さを高さ検出系により検出するステップと、部分において検出された光軸方向の相対的な高さに応じて観察光学系の相対的な焦点位置を順次変位させるステップと、各位置において撮影部により撮影された像の中から、検出された当該部分に対応する部分の像データをデータ抽出部により抽出するステップと、データ抽出部により抽出された各部分の像データを像データ合成部により合成するステップとを含んで構成される。
【００１４】
請求項８に係る発明は、請求項７の光学装置の制御プログラムにおいて、光学装置に検出された被検物の複数の部分の光軸方向の相対的な高さと部分とを関連づけて記憶する記憶部をさらに備え、データ抽出部により像データを抽出するステップは、記憶部に記憶された光軸方向の相対的な高さと部分との情報に基づいて抽出を行うことを特徴とする。
【００１５】
前記目的を達成するため、請求項９に係る発明は像の取得方法である。この取得方法は、被検物の複数の部分の光軸方向の相対的な高さを高さ検出系により検出し、被検物の像を得る観察光学系の焦点位置を、高さ検出系において検出された光軸方向の相対的な高さに応じて変位部により順次変位させ、観察光学系の焦点位置を合致させた各相対的な高さにおいて、撮影部により撮影された像のデータから、当該相対的な高さが検出された部分に対応する部分の像データをデータ抽出部により抽出して、高さ検出系において検出された複数の相対的な高さで抽出された各部分の像データを像データ合成部により合成するように構成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、焦点位置にある部分の像データが抽出されて像が合成されるため、データ容量を抑制しつつ全焦点画像を取得可能な光学装置、光学装置の制御プログラム、及び像の取得方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。本発明を適用した光学装置の一例として、被検物表面の微細形状を観測する検査装置１の概要構成を図１に示す。この検査装置１は、被検物各部の光軸方向の位置を検出する高さ検出系２と、被検物の像を得る観察光学系３と、処理装置５０を含み検査装置１の作動を制御する制御装置５とを備えて構成される。
【００１８】
図示する高さ検出系２は、共焦点微小開口（共焦点ピンホール）を有する共焦点光学系で構成した構成例を示しており、被検物８から上下に延びる光軸上に並んで、１／４λ板２１、第１対物レンズ２２、第２対物レンズ２３、ディスク２４、第１偏光ビームスプリッタ２５、第１リレーレンズ２６及び共焦点撮像カメラ２７を有し、第１偏光ビームスプリッタ２５から側方に延びる光軸上に、第１コンデンサレンズ２９と第１照明光源２８を有して構成される。
【００１９】
この高さ検出系２において、第１照明光源２８から出射された光線は第１コンデンサレンズ２９で平行光に変換され、第１偏光ビームスプリッタ２５に入射する。第１偏光ビームスプリッタ２５は、入射した光のうちＰ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射する機能を有しており、反射したＳ偏光の照明光がディスク２４の上面に照射される。
【００２０】
ディスク２４は、薄い円板状をなし、反射防止処理が施された遮光性の薄膜に、光を透過する共焦点ピンホール（共焦点微小開口）２４ａが多数螺旋状に配列されて形成されている（このような構成のディスクは、一般的にピンホールディスクまたはニッポウディスクと称される）。ディスク２４は、第１偏光ビームスプリッタ２５で反射された照明光を遮るように、高さ検出系２の光軸に対して直交して配置される。ディスク２４はモータ２４ｍにより所定の回転速度で回転されており、共焦点ピンホール２４ａを通過した照明光が第２対物レンズ２３及び第１対物レンズ２２を介してステージ上に載置された被検物８に共焦点ピンホール２４ａの像（点像）として集光照射される。なお、図１では２つの共焦点ピンホール２４ａを例示している。
【００２１】
被検物８に集光照射された共焦点ピンホール２４ａを通過した光は、被検物８の表面（以下、「物体面Ｏ」と称する）で反射されて再び第１対物レンズ２２に入射し、この第１対物レンズ２２及び第２対物レンズ２３により集光されてディスク２４の下面に被検物８の表面の像をつくり、後に詳述するように物体面と高さ検出系の焦点位置とが合致したときに、共焦点ピンホール２４ａを通過する。ここで、共焦点ピンホール２４ａを通過した反射光は、第１偏光ビームスプリッタ２５によりＳ偏光とされた照明光が１／４λ板２１を２回透過することでＰ偏光に変換されており、第１偏光ビームスプリッタ２５を透過して第１リレーレンズ２６により集光され、共焦点撮像カメラ２７の撮像面に共焦点ピンホール２４ａの反射像として結像する。
【００２２】
なお、１／４λ板２１と第１偏光ビームスプリッタ２５とを設け、反射光の偏光成分（Ｐ偏光の光）のみを共焦点撮像カメラ２７に撮影させるように構成することにより、微弱な光強度の反射光を全量透過させる一方、第１偏光ビームスプリッタ２５よりも被検物側に位置する光学部材の表面反射によるフレア光を遮断することができ、位置測定の精度を向上させることができる。
【００２３】
そして、多数の共焦点ピンホール２４ａが形成されたディスク２４をモータ２４ｍにより所定の速度で高速回転させることにより、各共焦点ピンホール２４ａを通過した照明光がスポット光として被検物８の物体面Ｏをスキャンすることとなり、この共焦点ピンホール２４ａを通過した反射像を共焦点撮像カメラ２７で検出し、制御装置５内の処理装置５０で処理することにより、被検物各部の光軸方向の位置情報（相対的な高さ情報）を得ることができる。
【００２４】
高さ検出系２では、物体面Ｏ（被検物の表面）が対物レンズ２２，２３の焦点面の位置にあるときに、反射光がディスク２４のピンホール形成面に結像し、反射光のほぼ全量が共焦点ピンホール２４ａを通過するが、物体面Ｏが対物レンズ２２，２３の焦点面の高さ位置から外れると、反射光はピンホール形成面に結像せず、ほとんど共焦点ピンホール２４ａを通過することができない。このため、被検物８（例えば被検物８を載置して光軸方向に移動させるステージ）及び高さ検出系２の少なくともいずれか一方を光軸方向に変位させて、高さ検出系２の焦点位置を相対変位させ、このとき共焦点撮像カメラ２７に到達する反射光の強度を測定することにより、被検物各部の光軸方向の位置を高精度に検出することができる。すなわち、高さ検出系２は共焦点ピンホールを用いた共焦点光学系になっている。
【００２５】
本実施形態の検査装置１では、高さ検出系２における第１対物レンズ２２を光軸方向に変位させて、反射光の強度変化を共焦点撮像カメラ２７で撮影し、その輝度値がピークとなる光軸方向の位置を検出することにより、被検物各部の光軸方向の位置（以下、「相対的な高さ」または「高さ位置」という）を求めるように構成されている。以降では、高さ検出系２による具体的な高さ位置の求め方について説明する。
【００２６】
第１対物レンズ２２は、駆動部４２により被検物８に対して光軸に沿って上下に移動可能に構成されている。そこで、第１対物レンズ２２の焦点面付近に被検物８の物体面Ｏが位置するようにして第１対物レンズ２２を上下に移動させると、物体面Ｏに対して焦点位置が変位する。このとき第１対物レンズ２２の光軸方向位置Ｚと共焦点撮像カメラ２７で検出される反射光の強度Ｉとの関係は、図２に示すように、第１対物レンズ２２の焦点面と物体面Ｏとが一致する高さ位置Ｚ０において、反射光の強度Ｉが最大となる分布を示す。
【００２７】
従って、制御装置５により駆動部４２を制御して第１対物レンズ２２を光軸方向に移動させ、このとき共焦点撮像カメラ２７に検出される反射光強度Ｉの変化、すなわち、共焦点撮像カメラ２７から出力される輝度信号の変化から、輝度信号がピークになったときの第１対物レンズ２２の光軸方向の位置Ｚ（Ｚ０）を求めることにより、被検物８の高さ位置を測定することができる。なお、第１対物レンズ２２を上下移動させる代わりに、被検物８が載置されたステージを昇降させ被検物を光軸方向に移動させて、そのステージの光軸方向の位置を求めるように構成しても同様に被検物８の高さ位置を測定することができる。
【００２８】
輝度信号は、共焦点撮像カメラ２７を構成する撮像素子の画素ごとに観測することができるため、各画素が対応する被検物の微細部分の高さ情報を得ることができ、これにより共焦点撮像カメラ２７の撮像範囲全体について、被検物８の各部の高さを測定することができる。被検物８の高さ方向の測定範囲は、第１対物レンズ２２の光軸方向の移動範囲に対応する。
【００２９】
なお、上記高さ位置の検出原理から理解されるように、高さ検出系２における共焦点撮像カメラ２７は、反射光の強度Ｉに比例した輝度信号を出力可能な構成であれば良い。このため、検査装置１では、一般的にカラーの撮像カメラよりも高感度かつ高Ｓ／Ｎ比であり、かつ色収差に起因する問題を回避して高精度の測定が可能なモノクロームの撮像カメラを用いている。
【００３０】
また、本構成の検査装置１では、多数の共焦点ピンホールが形成されたディスク２４を所定の速度で高速回転させて複数のスポット光が被検物８をスキャンする構成のため、被検物８の複数のポイントを同時に測定することができる。また、Ｘ，Ｙ方向のガルバノミラー等の複雑な機構構成を用いない簡明な構成で、長期信頼性の高い高さ検出系を構成できる。
【００３１】
次に、観察光学系３について説明する。この観察光学系３は、高さ検出系２の光軸上で第２対物レンズ２３とディスク２４との間に第１ミラー３１を挿抜することにより光路を切り換えて、観察光学系３で被検物８の像を観察可能に構成されている。
【００３２】
観察光学系３は、被検物８から順に、１／４λ板２１、第１対物レンズ２２、第２対物レンズ２３、第１ミラー３１、この第１ミラー３１の側方に配設されて第１ミラー３１と対向する第２ミラー３２、第２ミラー３２の上方に配設された第２偏光ビームスプリッタ３３、第２リレーレンズ３４、及び観察撮像カメラ３５を有し、第２偏光ビームスプリッタ３３の側方に、第２コンデンサレンズ３７及び第２照明光源３６を有して構成される。なお、１／４λ板２１、第１対物レンズ２２、第２対物レンズ２３は、高さ検出系２と共用されている。
【００３３】
この観察光学系３において、第２照明光源３６から出射された照明光は第２コンデンサレンズ３７で平行光に変換されて第２偏光ビームスプリッタ３３に入射する。第２偏光ビームスプリッタ３３も第１偏光ビームスプリッタ２５と同様に、入射した光のうちＰ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射する機能を有しており、反射したＳ偏光の照明光が第２ミラー３２に入射する。そして、第２ミラー３２で側方に折り返された照明光はさらに第１ミラー３１で下方に折り返されて第２対物レンズ２３及び第１対物レンズ２２で集光され、１／４λ板２１を透過して被検物８に照射される。被検物８で反射した反射光は、再び１／４λ板２１、第１対物レンズ２２及び第２対物レンズ２３を通って集光され、第１ミラー３１及び第２ミラー３２で反射されて第２偏光ビームスプリッタ３３に入射する。
【００３４】
第２偏光ビームスプリッタ３３に入射する反射光は、この第２偏光ビームスプリッタ３３によりＳ偏光とされた照明光が１／４λ板２１を２回透過することでＰ偏光に変換されており、第２偏光ビームスプリッタ３３を透過して第２リレーレンズ３４により集光され、観察撮像カメラ３５の撮像面に被検物８の反射像として結像される。
【００３５】
このように、１／４λ板２１と第２偏光ビームスプリッタ３３を設けて、反射光の偏光成分（Ｐ偏光の光）のみを観察撮像カメラ３５に撮影させるように構成することにより、第２偏光ビームスプリッタ３３よりも被検物側に位置する光学部材の表面反射によるフレア光を遮断することができ、被検物８のクリアな画像を取得することができる。観察撮像カメラ３５はカラーの撮像カメラであり、被検物８の各部をそれぞれ本来の色彩で再生可能な画像データ信号（例えばＲ、Ｇ、Ｂ各色の輝度信号）を出力する。
【００３６】
なお、観察光学系３においても、被検物８に対する焦点位置の調整は制御装置５が駆動部４２を制御して第１対物レンズ２２を光軸に沿って上下に移動させることにより行われる。すなわち、被検物に対する焦点位置の変位機構は、高さ検出系２及び観察光学系３において共通し、第２対物レンズ２３よりも上方の各光学系を調整して組み上げることにより、被検物上における高さ検出系２の焦点位置と観察光学系３の焦点位置とが一致するように構成されている。
【００３７】
このため観察撮像カメラ３５の撮像面に結像する被検物８の反射像は、高さ検出系２と同じ焦点高さにおける被検物８の表面の像となる。また、共焦点撮像カメラ２７の撮像範囲と、観察撮像カメラ３５の撮像範囲とは一致している。
【００３８】
次に、検査装置１において、高さ検出系２及び観察光学系３の作動を制御する処理装置５０のブロック図を図３に示し、この処理装置５０において実行される制御プログラムＣＰの概要フローチャートを図４に示しており、以下これらの両図を含めて参照しながら処理装置の構成及び作動について説明する
【００３９】
処理装置５０は、ＣＰＵ５１、駆動部４２の作動を制御する駆動制御部５２、共焦点撮像カメラ２７から入力される像データに基づいて被検物８の各部の高さ位置を求め、各部の視野平面上の位置と高さ位置とを関連づけて記憶するデータ記憶部５３、被検物８のいずれかの部分に焦点位置を合致させた状態で観察撮像カメラ３５から入力される被検物の像データから、合焦位置に対応した部分（以下、「区分」という）の像データを抽出する像データ抽出部５４、像データ抽出部５４により抽出された像データを合成する像データ合成部５５などから構成される。
【００４０】
処理装置５０には、共焦点撮像カメラ２７及び観察撮像カメラ３５から像データが入力され、駆動部４２から第１対物レンズ２２の光軸方向位置Ｚすなわち被検物８に対する焦点面の高さ位置データが入力されている。また処理装置５０には像データ合成部において合成された画像（全焦点の拡大画像）を出力する出力部５６が設けられ、液晶表示パネルやＣＲＴ等の画像表示装置６１、プリンタ６２等に出力される。
【００４１】
処理装置５０は、観測スタートの指令を受けると、まずステップＳ１０において共焦点高さ画像を取得するためのパラメータ、例えば第１対物レンズ２２を光軸方向（Ｚ軸方向）に移動させる移動速度、像データの取得開始位置、高さ間隔、撮影枚数、移動停止位置などを呼び出して記憶する。
【００４２】
ステップＳ２０で、第１ミラー３１を高さ検出系２の光路から退避させて、測定系を高さ検出系２に設定し、ディスク２４を回転起動する。ディスク２４が所定回転速度に到達すると、ステップＳ３０に進んで駆動制御部５２が駆動部４２に信号を出力して第１対物レンズ２２の移動を開始させ、像データの取得開始位置になったときに、ステップＳ４０で共焦点撮像カメラ２７から処理装置５０に入力されている像データの読み込みを行う。
【００４３】
ここで、共焦点撮像カメラ２７から処理装置５０に入力されてくる像データは、共焦点撮像カメラ２７の撮像素子を構成する多数の画素をインターレース走査した信号であり、各画素ごとに検出される反射光の強度Ｉに比例した輝度信号の集合体である。そこで、処理装置５０では、ステップＳ４０で読み込まれた各画素ごとの輝度信号について、データ記憶部５３においてピーク演算を行い、ピーク値であると判断されるときに（ステップＳ４３）、ステップＳ４４でその高さ位置Ｚに相当する画像番号を記憶する。
【００４４】
輝度信号がピーク値であるか否かの判断は、現在入力された輝度信号の大きさと、それ以前に入力された輝度信号のうちの最大値とを比較し、現在の輝度信号の方がそれ以前に入力された輝度信号の最大値よりも大きければ、現在の信号がピーク値であると判断して現在の高さ位置Ｚの画像番号に書き換え、そうでない場合には以前の輝度信号がピーク値であると判断して記憶された画像番号を保持する。
【００４５】
ステップＳ４５では、設定された高さ間隔で読み込んだ像データが所定枚数（例えば１００枚）になったか否か、すなわち設定された高さ範囲において全ての高さ情報取得が完了したか否かが判断される。そして、本ステップＳ４５において取得枚数未満であると判断された場合にはステップＳ３５に戻って次の高さ位置での像データの読み込み及び輝度信号のピーク判定が行われ、所定枚数に達したと判断された場合には、ステップＳ５０に進んで観察光学系３による観測に移行する。
【００４６】
このため、観察光学系３による観測に移行する段階では、設定された高さ範囲において全ての高さ情報の取得が完了しており、データ記憶部５３には、図５に示すように、各画素ごとに輝度信号がピーク値となった画像番号がマップデータＭとして記憶されている。図５において縦横マトリクス状に区切られたひとつひとつの升目が撮像素子の画素であり、横方向（Ｈ方向）Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３…と縦方向（Ｖ方向）Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３…の組み合わせにより、撮像範囲Ａにおける各画素の撮像位置が特定されて、これに対応する被検物のＸ，Ｙ方向の位置が特定され、当該画素について記憶された画像番号から被検物の高さ位置が特定される。例えば、Ｈ３，Ｖ２位置の画素が撮影した部分の画像番号はNo.１４であり、この画像番号No.１４を撮影したときの第１対物レンズ２２の焦点面の高さ位置に、被検物８における対応部分の表面が位置している。
【００４７】
ステップＳ５０では、駆動制御部５２が第１対物レンズ２２の移動を一旦停止させ、ステップＳ５５で第１ミラー３１を高さ検出系２の光路に挿入して、検査装置１の測定系を高さ検出系２から観察光学系３に切り換える。そして、ステップＳ６０で駆動制御部５２が第１対物レンズ２２の移動を開始させ、像データの取得位置になったときに、ステップＳ７０で観察撮像カメラ３５による像データの取得行う。
【００４８】
ここで、観察光学系３において像データを取得する高さ位置は、原則的に、高さ検出系２において像データを読み込んだ高さ位置と同一であり、第１対物レンズ２２を高さ検出系２と同じ位置・間隔で移動させればよい。但し、検査装置１では、高速処理を実現するため、高さ検出系２において被検物８の表面（物体面Ｏ）が検出された高さについてのみ観察撮像カメラ３５から像データを読み込み、読み込んだ像データから像データ抽出部５４において当該高さ位置にある部分に対応する画素のデータを抽出して記憶するように構成している。
【００４９】
具体的には、駆動制御部５２は、データ記憶部５３に記憶されたマップデータＭから、画像番号、すなわち被検物８の表面（物体面）が検出された高さ位置を読み出し、駆動部４２に、当該画像番号に対応する高さ位置に第１対物レンズ２２を移動させる。そして、ステップＳ７０で観察撮像カメラ３５から処理装置５０に入力されている像データの読み込みを行い、ステップＳ７３で読み込まれた像データの中からマップデータＭにおいて画像番号と対応した配列位置にある画素の像データ（ＲＧＢの色信号と輝度信号）を抽出して記憶する。
【００５０】
例えば、第１対物レンズ２２がNo.１５の画像番号に相当する高さ位置に移動され、この高さ位置で像データが読み込まれたときに、像データ抽出部５４はマップデータＭを参照してNO.１５が記憶された番地（Ｈ０，Ｖ０）、（Ｈ４，Ｖ３）、（Ｈ５，Ｖ４）の画素の像データを抽出して、当該番地とそれぞれの像データを記憶する。処理装置５０は、この抽出処理をマップデータＭ上の画像番号に対応した高さ位置について繰り返し行う。なお、図４には、各画素ごとに、自らの番地についてマップデータＭに記憶された画像番号と一致するか否かを判断して、一致する場合に像データを記憶し、一致しない場合に記憶を行わない構成を記載しているが、物理的意義は同様である。このように、被検物の物体面が存在する高さ位置のみ選択的に一時停止して像データの読み込みを行う構成にすることで、迅速にデータ取得を行うことができる。
【００５１】
ステップＳ７５では、マップデータ上の画像番号に対応する全ての高さ位置について抽出処理が行われたか否かが判断され、未だ抽出処理が行われていない画像番号がある場合（あるいは像データが記憶されていない番地がある場合）にはステップＳ６５に戻って抽出処理を順次行い、全ての抽出処理が完了している場合にはステップＳ８０に進む。
【００５２】
ステップＳ８０では、像データ抽出部５４により抽出された各画素の像データの合成が像データ合成部５５において行われ、各画素ごとに抽出された像データが全撮像範囲について合成されてカラーの拡大画像が形成される。この画像は、ステップＳ９０で処理装置５０の出力部５６から出力され、ＣＲＴや液晶表示パネル等の画像表示装置６１に表示される。
【００５３】
これまでの説明からも明らかなように、像データ抽出部５４で抽出された各画素の像データは、それぞれ高さ検出系２において被検物８の表面（物体面）が検出された高さ位置と同一の焦点位置で撮影されたデータ、すなわち観察光学系３を画素単位で高精度の合焦状態に設定して撮影したデータであり、これらを合成することによって、ぼけや色ズレがなく、表示範囲の全域が合焦状態の高精細のカラー全焦点画像を得ることができる。
【００５４】
このように、本構成の検査装置１では、焦点位置にある部分（画素）の像データを抽出して記憶する構成のため、観測範囲の全ての高さ位置（例えば１００箇所）について撮像範囲全体の像データを記憶して抽出処理するような従来の全焦点画像の取得方法に対して、メモリーの記憶容量を大幅に削減することができるとともに、観測を開始してから全焦点画像を得るまでの処理時間を短縮することができる。
【００５５】
なお、以上では、高さ検出系の一例として、共焦点ピンホールが多数設けられたディスクを備えた共焦点光学系で構成した場合を例示したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で他の構成を用いても良く、例えば、レーザビームをＸ−Ｙ方向にスキャンする共焦点光学系や、レーザビームの往路と帰路の波面の干渉を利用した干渉光学系などであっても良い。また、観察撮像カメラ３５における撮像素子の各画素に１：１で対応して画素単位で高さ検出を行うことにより、簡明な構成で高精細な全焦点画像を取得する構成を例示したが、全焦点画像に与える影響が実質的な問題にならない範囲で、この対応比率を変更することができる。例えば、観察撮像カメラ３５における撮像素子の複数の画素（縦横２×２、３×３等）をひとつの区分として、各区分に対応する被検物の部分の高さ位置を検出するように構成し、あるいは逆に単一の画素の対応部分について複数の高さ位置を検出しこれを演算処理して焦点位置を決定しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る光学装置の一例として示す検査装置の概要構成図である。
【図２】対物レンズ位置と共焦点撮像カメラの受光強度との関係を示すグラフである。
【図３】上記検査装置における処理装置のブロック図である。
【図４】上記処理装置において実行される制御プログラムのフローチャートである。
【図５】データ記憶部に作成されるマップデータを模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  検査装置                      ２  高さ検出系
３  観察光学系                    ８  被検物
２４  ディスク                    ２４ａ  共焦点ピンホール（共焦点微小開口）
２８  第１照明光源（照明光源）    ３４  データ抽出部
３５  観察撮像カメラ（撮影部）    ４２  駆動部（変位部）
５０  処理装置                    ５２  駆動制御部（変位部）
５４  像データ抽出部              ５５  像データ合成部
ＣＰ  検査装置の制御プログラム
Ｓ４０〜Ｓ４５  被検物の各部分の高さ位置を検出するステップ
Ｓ７０〜Ｓ７５  観察光学系の焦点位置を順次変位させるステップ
Ｓ７３，７４  像データを抽出するステップ
Ｓ８０  抽出された各区分の像データを合成するステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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