(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の高さデータに基づいて、前記測定対象物の表面を構成する１つ以上の平面を抽出する平面抽出手段と、
高さ軸方向と、前記平面抽出手段で抽出された前記１つ以上の平面から選択された基準平面の法線方向とが一致するように、前記高さデータを補正する傾き補正手段と、
前記平面抽出手段で抽出された前記１つ以上の平面の面積に基づいて、前記基準平面に選択する平面選択手段と、を備える
ことを特徴とする高さデータ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の高さデータ処理装置において、さらに、
前記平面抽出手段で抽出された前記１つ以上の平面の高さに基づいて、前記基準平面に選択する平面選択手段を備える
ことを特徴とする高さデータ処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の高さデータ処理装置において、さらに、
前記基準平面を指定する入力に従って、前記平面抽出手段で抽出された前記１つ以上の平面から前記基準平面を選択する平面選択手段を備える
ことを特徴とする高さデータ処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の高さデータ処理装置において、
前記平面抽出手段は、前記高さデータから生成された高さヒストグラムに基づいて、前記１つ以上の平面を抽出する
ことを特徴とする高さデータ処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の高さデータ処理装置において、
前記平面抽出手段は、サンプルコンセンサス法を用いて、前記１つ以上の平面を抽出する
ことを特徴とする高さデータ処理装置。
【請求項６】
測定対象物の複数の画像を取得する画像取得装置と、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の高さデータ処理装置と、を備え、
前記高さデータ処理装置は、更に、前記画像取得装置で取得した前記測定対象物の前記複数の画像から前記測定対象物の高さデータを生成する高さデータ生成手段を、備え、
前記傾き補正手段は、前記高さデータ生成手段で生成された前記高さデータを補正することを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の表面形状測定装置において、
前記画像取得装置は、前記測定対象物の共焦点画像を取得する
ことを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の表面形状測定装置において、
前記高さデータ処理装置は、更に、表示装置に前記基準平面の候補として前記平面抽出手段で抽出された前記１つ以上の平面を表示させる表示制御手段を備える
ことを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項９】
測定対象物の高さデータに基づいて、前記測定対象物の表面を構成する１つ以上の平面を抽出し、
抽出された前記１つ以上の平面の面積に基づいて、前記１つ以上の平面から基準平面に選択し、
高さ軸方向と前記１つ以上の平面から選択された前記基準平面の法線方向とが一致するように、前記高さデータを補正する
ことを特徴とする高さデータ補正方法。
【請求項１０】
測定対象物の表面形状を測定する表面形状測定装置のコンピュータを、
前記測定対象物の高さデータに基づいて、前記測定対象物の表面を構成する１つ以上の平面を抽出する手段、
抽出された前記１つ以上の平面の面積に基づいて、前記１つ以上の平面から基準平面に選択する手段、
高さ軸方向と前記１つ以上の平面から選択された前記基準平面の法線方向とが一致するように、前記高さデータを補正する手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高さデータ処理装置、表面形状測定装置、高さデータ補正方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、３次元物体の表面形状を非接触で測定する装置（以降、表面形状測定装置と記す）として、レーザ走査型共焦点顕微鏡装置、縞投影法を用いた装置などが知られている。
【０００３】
レーザ走査型共焦点顕微鏡装置で被検物の表面形状を測定する際には、レーザ走査型共焦点顕微鏡装置が実現する焦点深度の浅さが利用される。具体的には、対物レンズと被検物との光軸方向（Z方向ともいう）の相対距離を変えながら焦点深度の浅い共焦点画像を複数取得する。そして、複数の共焦点画像から各画素位置における最大輝度を与えるZ位置（つまり、合焦位置）を求めることで、被検物全面の表面形状の測定が行われる。なお、表面形状の測定データは、高さデータともいう。縞投影法を用いた装置においても、撮影条件を変更して取得した複数の画像から、高さデータが生成される。
【０００４】
表面形状測定装置で取得した高さデータを解析する場合、解析前にしばしば高さデータに対して傾き補正処理が行われる。この処理は、基準平面が対物レンズの光軸と直交するXY平面と平行になるように、高さデータ全体を補正する処理である。例えば、補正前の高さデータが図１（ａ）に示すような断面プロファイルを表す場合であれば、傾き補正処理は、基準平面ＲＰ１が水平になるように、図１（ｂ）に示すような断面プロファイルを表す補正後の高さデータを生成する。補正後の高さデータを用いることで、補正前の高さデータを用いて解析する場合に比べて、基準平面ＲＰ１と平面Ｐ２の間に生じた段差ＳＴの解析が容易になる。その他、基準平面ＲＰ１からの高さが閾値Ｔｈ以上にある部分のみを画像から抽出する二値化処理も容易に行うことが可能となるなど、様々なメリットがある。
【０００５】
さらに、傾き補正処理は、高さデータを用いて行われる各種解析を容易にするばかりではなく、解析の精度向上にも寄与する。このため、レーザ走査型共焦点顕微鏡装置を用いた表面形状の測定のように高い精度が要求される場合には、特に効果的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８４７４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、傾き補正処理を行うためには、基準平面を決定する必要がある。基準平面の決定方法としては、装置の操作者が高さデータの中から３点以上を指定し、指定された点をもとにして最小二乗平面を算出し、算出した最小二乗平面を基準平面に決定する方法が知られている。
【０００８】
この方法は、操作者が指定した点数が少ないほど結果がばらつきやすく、操作者の選択によっては基準平面が測定対象物の表面と大きく乖離してしまう可能性がある。より多くの点を操作者に指定させることで結果のばらつきを抑えることができるが、多くの点を指定する作業は操作者へ過度に負担を強いることになり望ましくない。
【０００９】
以上のような実情を踏まえ、本発明は、操作者に対して過度に負担を強いることなく、傾き補正処理の基準平面を適切に決定する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、測定対象物の高さデータに基づいて、前記測定対象物の表面を構成する１つ以上の平面を抽出する平面抽出手段と、高さ軸方向と、前記平面抽出手段で抽出された前記１つ以上の平面から選択された基準平面の法線方向とが一致するように、前記高さデータを補正する傾き補正手段と、前記平面抽出手段で抽出された前記１つ以上の平面の面積に基づいて、前記基準平面に選択する平面選択手段と、を備える高さデータ処理装置を提供する。
【００１１】
本発明の別の態様は、測定対象物の高さデータに基づいて、前記測定対象物の表面を構成する１つ以上の平面を抽出し、抽出された前記１つ以上の平面の面積に基づいて、前記１つ以上の平面から基準平面に選択し、高さ軸方向と前記１つ以上の平面から選択された前記基準平面の法線方向とが一致するように、前記高さデータを補正する高さデータ補正方法を提供する。
【００１２】
本発明のさらに別の態様は、測定対象物の表面形状を測定する表面形状測定装置のコンピュータを、前記測定対象物の高さデータに基づいて、前記測定対象物の表面を構成する１つ以上の平面を抽出する手段、抽出された前記１つ以上の平面の面積に基づいて、前記１つ以上の平面から基準平面に選択する手段、高さ軸方向と前記１つ以上の平面から選択された前記基準平面の法線方向とが一致するように、前記高さデータを補正する手段として機能させるプログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、操作者に対して過度に負担を強いることなく、傾き補正処理の基準平面を適切に決定する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】傾き補正処理前後の高さデータで表された断面プロファイルの例示した図である。
【図２】第１の実施形態に係る共焦点顕微鏡装置１００の構成を例示した図である。
【図３】共焦点顕微鏡装置１００で取得した複数の共焦点画像の画像データを例示した図である。
【図４】共焦点顕微鏡装置１００で生成される輝度変化曲線を例示した図である。
【図５】第１の実施形態に係る高さデータ補正装置７０の機能ブロック図である。
【図６】高さデータ補正装置７０で行われる高さデータ補正処理のフローチャートである。
【図７】高さデータ補正装置７０で行われる平面抽出処理のフローチャートである。
【図８】全焦点画像を例示した図である。
【図９】高さヒストグラスを例示した図である。
【図１０】基準平面の候補の表示例を示した図である。
【図１１】基準平面の候補の別の表示例を示した図である。
【図１２】傾き補正処理を説明するための図である。
【図１３】高さデータ補正装置７０で行われる別の平面抽出処理のフローチャートである。
【図１４】第２の実施形態に係る高さデータ補正装置８０の機能ブロック図である。
【図１５】高さデータ補正装置８０で行われる高さデータ補正処理のフローチャートである。
【図１６】高さデータ補正装置８０で行われる平面選択処理のフローチャートである。
【図１７】高さデータ補正装置８０で行われる別の平面選択処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［第１の実施形態］
図２は、本実施形態に係る共焦点顕微鏡装置１００の構成を例示した図である。共焦点顕微鏡装置１００は、レーザ１を備えるレーザ走査型共焦点顕微鏡装置であり、被検物１４の３次元形状を非接触で測定する表面形状測定装置である。被検物１４は、例えば、半導体基板などである。まず、図２を参照しながら、共焦点顕微鏡装置１００の構成について説明する。
【００１６】
共焦点顕微鏡装置１００は、共焦点顕微鏡本体２０と、共焦点顕微鏡本体２０を制御する制御装置３０と、制御装置３０に接続されたコンピュータ４０と、コンピュータ４０に接続された表示装置５０及び指示入力装置６０と、を備える。
【００１７】
共焦点顕微鏡本体２０は、レーザ１から出射したレーザ光が被検物１４へ至る照明光路上に、ビームスプリッタ２、二次元偏向器３、投影レンズ４、Zスキャナ５、対物レンズ７、及び、被検物１４が配置されるステージ８を備える。
【００１８】
レーザ１は、レーザ光を平行光として出射する光源である。レーザ１から出射されるレーザ光の光量は、制御装置３０からの入力に基づいて制御される。具体的には、例えば、レーザ１の駆動電流が制御装置３０によって変更されることで、レーザ１からの出射光量が変化する。
【００１９】
ビームスプリッタ２は、例えば、偏光ビームスプリッタ、ハーフミラーなどである。ビームスプリッタ２は、レーザ１からのレーザ光を透過させ、被検物１４からの反射光を反射する。
【００２０】
二次元偏向器３は、レーザ１からのレーザ光を所望の方向に偏向させる装置であり、レーザ光で被検物１４を対物レンズ７の光軸１５と直交する二次元方向に走査するスキャナである。二次元偏向器３は、対物レンズ７の瞳と光学的に共役な位置又はその近傍に配置された、例えば、ガルバノミラー、レゾナントスキャナ、音響光学素子などである。二次元偏向器３は、レーザ光をX方向とY方向にそれぞれ独立に偏向するように構成されている。二次元偏向器３は、制御装置３０からの偏向タイミングの指示に基づいて、レーザ光のX方向についての偏向角度θｘとY方向についての偏向角度θｙを変更する。なお、図２では、偏向角度θｘが異なる複数の光束が図示されている。
【００２１】
投影レンズ４は、対物レンズ７の瞳を二次元偏向器３又はその近傍へ投影するレンズである。投影レンズ４は、投影レンズ４の物体側の焦点位置が対物レンズ７の後側焦点位置１６近傍に位置するように配置される。投影レンズ４は、レーザ１から出射した平行光であるレーザ光の径を拡大して、対物レンズ７へ入射させる。
【００２２】
Zスキャナ５は、対物レンズ７とステージ８との相対距離を変更する装置であり、被検物１４を対物レンズ７の光軸１５に沿った方向（以降、光軸方向、Z方向又は高さ軸方向と記す）に走査するスキャナである。Zスキャナ５は、Z方向に移動するように構成されている。Zスキャナ５には、Zスキャナ５のZ方向への移動によって生じる変位量、即ち、対物レンズ７とステージ８との相対距離の変化量を測定する変位計６が設けられている。変位計６は、例えば、光学式のリニアエンコーダである。また、静電容量式の変位計、その他の変位計であってもよい。変位計６で測定された変位量は、制御装置３０へ出力される。
【００２３】
対物レンズ７は、Zスキャナ５に装着されていて、Zスキャナ５がZ方向へ移動することでZ方向へ移動する。被検物１４は、ステージ８上で対物レンズ７の前側焦点位置付近に配置される。ステージ８は、対物レンズ７の光軸１５と直交するX方向とY方向に移動する可動ステージである。ステージ８は、電動ステージであっても手動ステージであってもよい。
【００２４】
共焦点顕微鏡本体２０は、さらに、被検物１４を反射したレーザ光がAD変換器１３に至る検出光路上に、対物レンズ７、Zスキャナ５、投影レンズ４、二次元偏向器３、ビームスプリッタ２、結像レンズ９、共焦点絞り１０、光検出器１１を備える。
【００２５】
結像レンズ９、共焦点絞り１０、光検出器１１は、ビームスプリッタ２で反射したレーザ光が進行する反射光路上に設けられている。共焦点絞り１０は、結像レンズ９の焦点位置に、共焦点絞り１０に設けられたピンホールが位置するように配置される。共焦点絞り１０の後段に配置された光検出器１１は、例えば、フォトマルチプライヤ（PMT）、アバランシェフォトダイオード（APD）などである。
【００２６】
共焦点顕微鏡本体２０は、さらに、光検出器１１から出力されるアナログ信号を増幅する増幅器１２と、増幅器１２で増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換器１３を備える。
【００２７】
増幅器１２での増幅率は、制御装置３０からの入力によって決定される。具体的には、例えば、増幅器１２への印加電圧によって決定される。また、ここでは、光検出器１１とは別体の増幅器１２によって光検出器１１から出力したアナログ信号の増幅率を変更する例が示されている。しかしながら、アナログ信号の増幅率は、光検出器１１内での増幅率、即ち、光検出器１１から出力するアナログ信号の増幅率を変更することで、変更されてもよい。例えば、制御装置３０は、光検出器１１であるフォトマルチプライヤ又はアバランシェフォトダイオードへの印加電圧を変更することで、増幅率を変更してもよい。AD変換器１３は、増幅器１２で増幅されたアナログ信号を、例えば、１２ビット或いは１６ビットのデジタル信号に変換し、制御装置３０へ出力する。
【００２８】
上述した構成を有する共焦点顕微鏡本体２０は、制御装置３０の制御下で被検物１４を走査して、光検出器１１で検出した被検物１４からの反射光量に応じた信号と変位計６で測定された変位量を制御装置３０へ出力する。
【００２９】
制御装置３０は、共焦点顕微鏡本体２０からの信号に基づいて共焦点画像の画像データを生成し、コンピュータ４０へ出力する。また、変位計６で測定された変位量についても、コンピュータ４０へ出力する。さらに、制御装置３０は、顕微鏡の操作者が指示入力装置６０を用いてコンピュータ４０へ入力した指示に従って、共焦点顕微鏡本体２０を制御する。例えば、制御装置３０は、被検物１４の走査のため、二次元偏向器３及びZスキャナ５を制御する。
【００３０】
コンピュータ４０は、画像入力部４１、記憶部４２、演算処理部４３、インターフェース部４４を備える。画像入力部４１は、制御装置３０から共焦点画像の画像データの入力を受け付ける。記憶部４２は、例えば、ハードディスク装置、半導体メモリなどである。記憶部４２には、共焦点画像、全焦点画像などの画像データ、その他のデータが記憶される。演算処理部４３は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などであり、記憶部４２に記憶されているプログラムを実行することで、各種の演算を行う。例えば、制御装置３０から入力された共焦点画像の画像データ及びZ方向の変位量に基づいて、被検物１４の三次元形状（表面高さ）の測定と解析を行う。より具体的には、被検物１４の高さデータを生成し、生成した高さデータを基準平面に応じて補正し、補正された新たな高さデータを生成することで、被検物１４の三次元形状を測定する。また、補正された高さデータに基づいて、種々の解析を行う。インターフェース部４４は、コンピュータ４０と他の装置との間で必要なデータをやり取りする。
【００３１】
表示装置５０は、被検物１４の共焦点画像、全焦点画像、三次元画像、及び、基準平面の候補などを表示する装置である。表示装置５０は、例えば、液晶ディスプレイ、有機EL（Electro-Luminescence）ディスプレイ、CRT（Cathode Ray Tub）ディスプレイなどである。指示入力装置６０は、操作者がコンピュータ４０に指示を入力するための装置であり、例えば、キーボード、マウスなどである。表示装置５０及び指示入力装置６０は、コンピュータ４０と一体に構成されていても良く、コンピュータ４０の一部であってもよい。
【００３２】
以上のように、共焦点顕微鏡装置１００では、共焦点顕微鏡本体２０と制御装置３０は、測定対象物である被検物１４の共焦点画像を取得する画像取得装置である。また、コンピュータ４０は、高さデータを生成し、補正する高さデータ処理装置である。
【００３３】
次に、共焦点顕微鏡装置１００における共焦点画像を取得し共焦点画像の画像データを生成する方法について説明する。レーザ１から出射したレーザ光は、ビームスプリッタ２を透過して二次元偏向器３を介して投影レンズ４に入射する。投影レンズ４に入射した平行光であるレーザ光は、投影レンズ４によりその光束径が拡大されて、対物レンズ７に入射する。その後、レーザ光は、対物レンズ７の屈折力により、対物レンズ７の前側焦点面上にスポット状に集光し、対物レンズ７の前側焦点位置近傍に配置された被検物１４に照射される。
【００３４】
前側焦点面上におけるレーザ光の集光位置は、二次元偏向器３でレーザ光が偏向された方向によって決定される。このため、二次元偏向器３におけるレーザ光の偏向角度θｘと偏向角度θｙを制御することで、レーザ光の集光位置が焦点面上でX方向とY方向に変化する。共焦点顕微鏡装置１００では、例えば、ラスタスキャンが行われるように、制御装置３０が二次元偏向器３を制御する。これにより、被検物１４が二次元に走査される。
【００３５】
被検物１４から反射したレーザ光は、対物レンズ７、投影レンズ４を介して二次元偏向器３へ入射する。二次元偏向器３でビームスプリッタ２に向けて偏向されたレーザ光は、ビームスプリッタ２で反射し、結像レンズ９を介して共焦点絞り１０に入射する。そして、共焦点絞り１０に設けられたピンホールを通過したレーザ光のみが光検出器１１で検出される。
【００３６】
光検出器１１は、検出したレーザ光の光量に応じたアナログ信号を増幅器１２へ出力する。AD変換器１３は、増幅器１２で増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換して制御装置３０へ出力する。なお、AD変換器１３から制御装置３０に入力されたデジタル信号は、現在のレーザ光の集光位置に対応する輝度値を表す。
【００３７】
共焦点顕微鏡装置１００では、制御装置３０が二次元偏向器３を制御することで変化した集光位置毎に輝度値を取得し、取得した輝度値を二次元にマッピングすることで、共焦点画像が取得される。即ち、制御装置３０は、集光位置毎に取得した輝度値を、その集光位置に対応する画素の画素値に設定することで、共焦点画像の画像データを生成する。制御装置３０で生成された共焦点画像の画像データは、コンピュータ４０の画像入力部４１に出力されて、その後、表示装置５０に表示される。
【００３８】
次に、共焦点顕微鏡装置１００における高さデータ生成方法と全焦点画像取得方法について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、共焦点顕微鏡装置１００で取得した複数の共焦点画像の画像データを例示した図である。図４は、共焦点顕微鏡装置１００で生成される輝度変化曲線を例示した図である。
【００３９】
制御装置３０は、Zスキャナ５で対物レンズ７とステージ８との相対距離を変更するZ走査を行い、各Z位置で共焦点画像を取得する。これにより、それぞれ異なるZ位置で取得した複数の共焦点画像が取得され、それら複数の共焦点画像の画像データがコンピュータ４０の記憶部４２に記憶される。図３には、記憶部４２に記憶された、k枚の共焦点画像の画像データが例示されている。なお、各共焦点画像には1からk（kは自然数）の画像番号が付される。画像番号nの共焦点画像の各画素の輝度値は、輝度値In(x,y)で表される。ここで、x,yは対象とする画素の、X方向の位置（X位置）、Y方向の位置（Y位置）を示す。
【００４０】
相対距離を変更すると、光検出器１１で検出される被検物１４上の点からの反射光量（即ち、輝度）が変化する。この輝度変化の軌跡は、対物レンズ７の開口数、レーザ光の波長、共焦点絞り１０の開口（ピンホール）の大きさによって概ね決まった形となる。以降では、この輝度変化の軌跡を輝度変化曲線と呼ぶ。演算処理部４３は、異なるZ位置で取得した複数の共焦点画像の画像データに基づいて、XY位置毎に輝度変化曲線を推定する。
【００４１】
ある位置（x0,y0）の輝度変化曲線を推定する場合について、図４を参照しながら説明する。まず、取得したk枚の共焦点画像の各々から位置（x0,y0）の画素の輝度値を取得する。そして、それらの輝度値を、縦軸が輝度値(I)を示し横軸がZ位置(Z)を示すI-Z空間上にプロットする。図４に示す黒丸は、プロットされた点を示している。なお、これらの点のZ位置は、共焦点画像を取得する際に変位計６から受信した変位量によって決定される。その後、プロットされた最も高い輝度値を示す点とその近傍の数点から数十点を抽出する。さらに、抽出した点のデータ（輝度値とZ位置）を使用して近似曲線ＡＣを算出し、算出した近似曲線ＡＣを輝度変化曲線として推定する。なお、近似曲線の算出では、近似対象の曲線として２次多項式あるいはさらに高次の多項式又はガウス曲線などが用いられる。また、使用される近似手法としては、最小二乗法が代表的である。
【００４２】
演算処理部４３は、さらに、推定した輝度変化曲線から輝度値が最大となるピーク輝度値とそのピーク輝度値が得られるZ位置（以降、ピークZ位置と記す）を推定する。この処理も、輝度変化曲線の推定処理と同様に、XY位置毎に行われる。その結果、全てのXY位置でのピークZ位置の集合を示すピークZ位置分布Zp(x,y)と、全てのXY位置でのピーク輝度値の集合を示すピーク輝度値分布Ip(x,y)が算出される。
【００４３】
共焦点顕微鏡装置１００では、レーザ光の集光位置に被検物１４の表面がある（換言すると、被検物１４の表面の位置が合焦位置である）ときに輝度値が最大になる。従って、ピークZ位置分布Zp(x,y)は被検物１４の表面の高さ分布（即ち、表面形状）を示す高さデータである。コンピュータ４０は、ピークZ位置分布Zp(x,y)を算出する上述の方法により、被検物１４の高さデータを生成することができる。
【００４４】
また、ピークZ位置分布Zp(x,y)と共に算出されるピーク輝度値分布Ip(x,y)は、合焦位置であるピークZ位置における輝度値の集合である。従って、ピーク輝度値分布Ip(x,y)は、被検物１４の表面の全て位置に焦点の合った全焦点画像の画像データそのものである。このため、コンピュータ４０は、ピーク輝度値分布Ip(x,y)を算出する上述した方法により、全焦点画像を取得し、全焦点画像の画像データを生成することができる。
【００４５】
次に、操作者に対して過度に負担を強いることなく、基準平面を適切に決定して高さデータを補正する方法について説明する。図５は、高さデータ補正装置７０の機能ブロック図である。コンピュータ４０である高さデータ補正装置７０は、図５に示すように、高さデータ生成手段７１と、平面抽出手段７２と、平面選択手段７３と、傾き補正手段７４と、表示制御手段７５を備えている。これらの手段は、コンピュータ４０の演算処理部４３が所定のプログラムを実行することで実現される。
【００４６】
高さデータ生成手段７１は、画像取得装置により取得された複数の共焦点画像の画像データから被検物１４の高さデータ及び全焦点画像データを生成する。平面抽出手段７２は、高さデータ生成手段７１で生成された被検物１４の高さデータに基づいて、被検物１４の表面を構成する１つ以上の平面を抽出する。平面選択手段７３は、入力装置６０からの基準平面を指定する入力に従って平面抽出手段７２により抽出された１つの平面から基準平面を選択する。傾き補正手段７４は、平面選択手段７３で選択された基準平面に応じて、高さデータ生成手段７１で生成された高さデータを補正する。表示制御手段７５は、表示装置５０に基準平面の候補として平面抽出手段７２で抽出された１つ以上の平面を表示させる。
【００４７】
図６は、高さデータ補正装置７０で行われる高さデータ補正処理のフローチャートである。図７は、高さデータ補正装置７０で行われる平面抽出処理のフローチャートである。高さデータ補正装置７０で図６に示す高さデータ補正処理が開始されると、平面抽出手段７２が、高さデータ生成手段７１で生成された高さデータに基づいて１つ以上の平面を抽出する平面抽出処理を行う（ステップＳ１０）。
【００４８】
平面抽出処理では、図７に示すように、まず、平面抽出手段７２が、高さデータ中の異常なデータを特定し（ステップＳ１１）、後述する高さヒストグラム作成処理の処理対象から除外する。なお、異常なデータを特定する方法については特に限定されず、任意のアルゴリズムが採用し得る。
【００４９】
次に、平面抽出手段７２は、異常なデータが除外された高さデータから高さヒストグラムを作成する（ステップＳ１２）。図９は、図８に示す全焦点画像で表される被検物１４の高さデータから生成された高さヒストグラムの一例である。高さヒストグラムが作成されると、平面抽出手段７２は、その高さヒストグラムに基づいて、基準平面の候補として１つ以上の平面を抽出する（ステップＳ１３）。例えば、平面抽出手段７２は、高さヒストグラムに表れる峰（ピーク）毎に、各峰に含まれる多数のデータを用いて最小二乗法により対応する平面を算出することで、高さデータから平面を抽出する。図９に示す高さヒストグラムを用いた場合、４つの峰（ピークＡ１からＡ４）が特定されて、対応する４つの平面（平面Ｂ１から平面Ｂ４）が抽出される。
【００５０】
平面抽出処理により１つ以上の平面が抽出されると、表示制御手段７５は、抽出された平面を基準平面の候補として表示装置５０に表示させる（ステップＳ２０）。図１０には、図９に示す高さヒストグラムを用いて抽出された４つの平面Ｂ１からＢ４が基準平面の候補として別々に表示されている例が示されている。なお、図１０（ａ）から図１０（ｄ）では、基準平面の候補（つまり、候補面）であることが分かるように抽出された各平面が網掛けで表示されている。
【００５１】
なお、抽出された平面の表示方法は、特に限定されない。例えば、候補面毎に色を変えて表示することで１つの画像中に識別可能にすべての候補面を表示してもよい。また、図１０では、全焦点画像上の全ての位置がいずれかの平面に含まれる例を示したが、抽出された平面は画像中の全ての位置を網羅していなくてもよい。また、図１０では、２次元画像中に候補面を表示する例を示したが、候補面は３次元画像中に表示してもよい。例えば、図１１に示すように、被検物１４の３次元画像中に、候補面Ｃ１からＣ４が表示されてもよい。
【００５２】
操作者が入力装置６０を用いて表示装置５０に表示された候補面から基準平面を指定すると、平面選択手段７３は、入力装置６０からの基準平面を指定する入力に従って、候補面から基準平面を選択する（ステップＳ３０）。
【００５３】
基準平面が選択されると、傾き補正手段７４は、高さ軸方向と、選択された基準平面の法線方向とが一致するように高さデータを補正する傾き補正処理を実行する（ステップＳ４０）。具体的には、傾き補正手段７４は、補正後の高さデータにおいて、基準平面の法線方向が高さ軸方向（つまり、ｚ方向）を向くように、高さデータ生成手段７１で生成された高さデータを補正する。高さ軸方向とは、高さデータが表す高さの基準となる方向であり、共焦点顕微鏡装置１００のz方向であり、対物レンズ７の光軸方向である。従って、換言すると、傾き補正手段７４は、図１２（ａ）に示すように高さ軸方向と基準平面の法線方向が一致していない（つまり、基準平面がｘｙ平面と平行でない）ときに、図１２（ｂ）に示すように高さ軸方向と基準平面の法線方向が一致する（つまり、基準平面がｘｙ平面と平行になる）ように、高さデータを補正する。これにより基準平面の傾き（より詳細には、ｘｙ平面に対する基準平面の傾き）が補正される。生成された補正後の高さデータは記憶部４２に記憶され、表示制御手段７５により表示装置５０に表示されてもよい。なお、基準平面の傾き、基準平面の法線方向は、選択された基準平面内の可能な限り多くの点における高さデータを用いて算出される。
【００５４】
上述した高さデータ補正処理によれば、操作者は、高さデータが生成された後に、表示装置５０に表示される基準平面の候補の中から基準平面を指定するだけ、基準平面に対する傾きが補正された高さデータを得ることができる。このため、操作者に負担を強いることなく、基準平面を決定して傾き補正処理を行うことができる。また、基準平面は、高さヒストグラムを用いた処理によって抽出された候補面から選択される。また、選択された基準平面の傾きは、コンピュータ４０によって多数の点における高さデータから算出される。このため、従来の方法に比べて基準平面又は基準平面の傾きのばらつきを抑えることが可能であり、基準平面を適切に決定することができる。従って、解析の都度結果が異なるなどの事態を避けることができる。
【００５５】
図１３は、高さデータ補正装置７０で行われる別の平面抽出処理のフローチャートである。図７では、高さデータを１つ以上の平面から高さヒストグラムを用いて抽出する例を示したが、平面を抽出する方法は高さヒストグラムを使用するものに限られず、任意の方法が採用し得る。例えば、図１３に示す方法で平面が抽出されてもよい。
【００５６】
まず、平面抽出手段７２が、高さデータ中の異常なデータを特定する（ステップＳ１１）。この処理は、図７のステップＳ１１と同様である。その後、平面抽出手段７２は、サンプルコンセンサス法を用いて１つ以上の平面を抽出してもよい（ステップＳ１４）。サンプルコンセンサス法については、例えば、非特許文献１（Martin A. Fischler and Robert C. Bolles (June 1981). "Random Sample Consensus: A Paradigm for Model Fitting with Applications to Image Analysis and Automated Cartography". Comm. of the ACM 24）に記載されている。
【００５７】
図７に示す平面抽出処理の代わりに図１３に示す平面抽出処理を行っても、操作者に対して過度に負担を強いることなく、傾き補正処理の基準平面を適切に決定することができる。
【００５８】
［第２の実施形態］
図１４は、本実施形態に係る高さデータ補正装置８０の機能ブロック図である。なお、本実施形態に係る表面形状測定装置の構成は、第１の実施形態に係る共焦点顕微鏡装置１００の構成と同様である。図１４に示すコンピュータ４０である高さデータ補正装置８０は、平面選択手段７３の代わりに平面選択手段８３を備える点、表示制御手段７５の代わりに表示制御手段８５を備える点が、図５に示す高さデータ補正装置７０と異なっている。その他の点は、高さデータ補正装置７０と同様である。
【００５９】
平面選択手段８３は、操作者からの入力に従って基準平面を選択するのではなく、高さデータに基づいて所定の基準に従って基準平面を自動的に選択する点が、平面選択手段７３とは異なる。また、表示制御手段８５は、基準平面の候補を表示装置５０に表示しない点が、平面選択手段８３とは異なる。なお、高さデータ補正装置８０を構成する手段は、コンピュータ４０の演算処理部４３が所定のプログラムを実行することで実現される。
【００６０】
図１５は、高さデータ補正装置８０で行われる高さデータ補正処理のフローチャートである。図１６は、高さデータ補正装置８０で行われる平面選択処理のフローチャートである。
【００６１】
高さデータ補正装置８０で図１５に示す高さデータ補正処理が開始されると、平面抽出手段７２が、高さデータ生成手段７１で生成された高さデータに基づいて１つ以上の平面を抽出する平面抽出処理を行う（ステップＳ１１０）。この平面抽出処理は、図６のステップＳ１０における平面抽出処理と同様である。例えば、高さヒストグラムやサンプルコンセンサス法を用いて平面が抽出される。
【００６２】
平面抽出処理により１つ以上の平面（候補面）が抽出されると、平面選択手段８３は、高さデータ生成手段７１で生成された高さデータに基づいて、候補面から基準平面を選択する平面選択処理を実行する（ステップＳ１２０）。
【００６３】
平面選択処理では、図１６に示すように、平面選択手段８３は、まず、平面抽出手段７２で抽出された平面毎に、その平面の面積を算出する（ステップＳ１２１）。そして、平面抽出手段７２で抽出された候補面の面積に基づいて、基準平面に選択する（ステップＳ１２２）。ここでは、例えば、面積が最も大きな平面を選択してもよい。
【００６４】
基準平面が選択されると、傾き補正手段７４は、高さ軸方向と選択された基準平面の法線方向とが一致するように高さデータを補正する傾き補正処理を実行する（ステップＳ１３０）。この傾き補正処理は、図６のステップＳ４０における傾き補正処理と同様である。
【００６５】
上述した高さデータ補正処理によっても、第１の実施形態の高さデータ補正処理と同様に、操作者に対して過度に負担を強いることなく、傾き補正処理の基準平面を適切に決定することができる。また、本実施形態では、基準平面を高さデータ補正装置８０が自動的に決定するため、操作者の負担をさらに低減することが可能であり、また、結果のばらつきもより小さく抑えることができる。
【００６６】
図１７は、高さデータ補正装置８０で行われる別の平面選択処理のフローチャートである。図１６では、高さデータから算出した平面の面積を用いて基準平面を選択する例を示したが、基準平面を選択する方法は面積を使用するものに限られず、任意の方法が採用し得る。例えば、図１７に示す方法で基準平面が選択されてもよい。
【００６７】
まず、平面選択手段８３が、平面抽出手段７２で抽出された平面毎に、その平面の平均高さを算出する（ステップＳ１２３）。そして、平面抽出手段７２で抽出された候補面の平均高さに基づいて、基準平面に選択する（ステップＳ１２４）。ここでは、予め選択された設定に従って、例えば、平均高さが最も高い平面が選択されてもよく、最も低い平面が選択されてもよい。なお、平均高さの代わりに、例えば、高さの中央値などの他の高さに基づいて平面を選択してもよい。
【００６８】
図１６に示す平面選択処理の代わりに図１７に示す平面選択処理を行っても、操作者に対して過度に負担を強いることなく、傾き補正処理の基準平面を適切に決定することができる。
【００６９】
上述した実施形態は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の高さデータ処理装置、表面形状測定装置、高さデータ補正方法、及びプログラムは、特許請求の範囲に記載した範囲内で、さまざまな変形、変更が可能である。例えば、図２では、表面形状測定装置の一例として共焦点顕微鏡装置を例示したが、表面形状測定装置は、例えば、縞投影法を用いた装置であってもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１・・・レーザ、２・・・ビームスプリッタ、３・・・二次元偏向器、４・・・投影レンズ、５・・・Ｚスキャナ、６・・・変位計、７・・・対物レンズ、８・・・ステージ、９・・・結像レンズ、１０・・・共焦点絞り、１１・・・光検出器、１２・・・増幅器、１３・・・ＡＤ変換器、１４・・・被検物、１５・・・光軸、１６・・・後側焦点位置、２０・・・共焦点顕微鏡本体、３０・・・制御装置、４０・・・コンピュータ、４１・・・画像入力部、４２・・・記憶部、４３・・・演算処理部、４４・・・インターフェース部、５０・・・表示装置、６０・・・入力装置、７０、８０・・・高さデータ補正装置、７１・・・高さデータ生成手段、７２・・・平面抽出手段、７３、８３・・・平面選択手段、７４・・・傾き補正手段、７５、８５・・・表示制御手段、１００・・・共焦点顕微鏡装置
【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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【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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