(57)【要約】【課題】共焦点走査型光学顕微鏡を用いて行う試料の高さ測定のための工程に要する時間を短縮する。【解決手段】測定開始指示に応じ、コンピュータ１２は、光源１からの出射光を試料６で集束させる対物レンズ５の集光位置と試料６の位置との相対的な位置関係を離散的に変化させる制御をＺステージ１０に対して行う。この制御の下で、出射光を試料６に対して集束させているときに検出がされる、対物レンズ５の集光位置に対し共役な位置に配置されているピンホール８を通過した該光の強度の検出を光検出器９が行う。モニタ１３には、検出がされた光の強度に基づいて作成される試料６に関する画像が表示される。その後の測定終了指示に応じ、コンピュータ１２は、検出がされた光の強度に基づいて該光の強度が最大となるときの該位置関係の推定を行ってその結果を試料６の高さ情報として取得する。【選択図】        図１
2004184342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の高さを示す情報を取得するための測定の開始の指示を取得する測定開始指示取得手段と、
前記測定の開始の指示に応じ、光源からの出射光を前記試料に対して集束させる対物レンズの集光位置と該試料の位置との相対的な位置関係を離散的に変化させながら該出射光を該試料に対して集束させているときに検出がされる光の強度であって該対物レンズの集光位置に対し共役な位置に配置されている共焦点絞りを通過した該光の強度の検出を行う光強度検出手段と、
前記検出がされた光の強度に基づいて前記試料に関する画像を生成して該画像の表示を行わせる画像表示制御手段と、
前記測定の終了の指示を取得する測定終了指示取得手段と、
前記測定の終了の指示に応じ、前記検出がされた光の強度に基づいて該光の強度が最大となるときの該位置関係の推定を行い、該推定の結果を前記試料の高さを示す情報として取得する高さ情報取得手段と、
を有することを特徴とする共焦点走査型光学顕微鏡。
【請求項２】
前記位置関係を離散的に変化させるときの変化範囲を示す指示を取得する変化範囲指示取得手段を更に有し、
前記光強度検出手段は、前記変化範囲を示す指示に応じた変化範囲で前記位置関係を離散的に変化させながら前記出射光を前記試料に対して集束させているときに検出がされる前記光の強度の検出を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の共焦点走査型光学顕微鏡。
【請求項３】
前記測定の開始の指示に応じ、前記位置関係を単調且つ離散的に変化させる制御を行う位置関係変化制御手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の共焦点走査型光学顕微鏡。
【請求項４】
試料の高さを示す情報を取得するための測定の開始の指示を取得し、
前記測定の開始の指示に応じ、光源からの出射光を前記試料に対して集束させる対物レンズの集光位置と該試料の位置との相対的な位置関係を離散的に変化させながら該出射光を該試料に対して集束させているときに検出がされる光の強度であって該対物レンズの集光位置に対し共役な位置に配置されている共焦点絞りを通過した該光の強度の検出を行い、
前記検出がされた光の強度に基づいて前記試料に関する画像を生成して該画像の表示を行い、
前記測定の終了の指示を取得し、
前記測定の終了の指示に応じ、前記検出がされた光の強度に基づいて該光の強度が最大となるときの該位置関係の推定を行い、該推定の結果を前記試料の高さを示す情報として取得する、
ことを特徴とする高さ測定方法。
【請求項５】
試料の高さを示す情報を取得するための測定の開始の指示を取得する制御と、
前記測定の開始の指示に応じ、光源からの出射光を前記試料に対して集束させる対物レンズの集光位置と該試料の位置との相対的な位置関係を離散的に変化させながら該出射光を該試料に対して集束させているときに検出がされる光の強度であって該対物レンズの集光位置に対し共役な位置に配置されている共焦点絞りを通過した該光の強度の検出を行わせる制御と、
前記検出がされた光の強度に基づいて前記試料に関する画像を生成して該画像の表示を行わせる制御と、
前記測定の終了の指示を取得する制御と、
前記測定の終了の指示に応じ、前記検出がされた光の強度に基づいて該光の強度が最大となるときの該位置関係の推定を行い、該推定の結果を前記試料の高さを示す情報として取得する制御と、
をコンピュータに行わせるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料からの反射光からその試料の表面情報を測定する共焦点走査型光学顕微鏡において用いられる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
共焦点走査型光学顕微鏡は、試料に対して点状照明を行い、その試料からの透過光若しくは反射光を共焦点絞り上に集光させた後、この共焦点絞りを通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というものであり、この点状照明を種々の方法により試料面上で二次元走査することにより、試料の広い範囲の表面情報を得ることができる。
【０００３】
図１に共焦点走査型光学顕微鏡の構成を示す。
同図に示す共焦点走査型光学顕微鏡において、例えばレーザ光を発生させる光源１から出射した光は、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は第一の光スキャナ３ａと第二の光スキャナ３ｂとを有して構成されており、光源１から出射した光の光束をその光軸方向に対して垂直な二次元方向に走査する。二次元走査機構３を通過した光束はその後レボルバ４に装着されている対物レンズ５へと導かれる。対物レンズ５へ入射した光束は集束光となって試料６の面上を二次元走査する。
【０００４】
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を経てビームスプリッタ２に導入される。この光はビームスプリッタ２によって反射されて結像レンズ７へと導かれ、結像レンズ７によってピンホール（共焦点絞り）８上に集光される。ピンホール８は試料６の集光点以外からの反射光をカットする。ピンホール８を通過した光は光検出器９によって検出される。
【０００５】
また、試料６はＺステージ１０上の試料台１１に載置されており、Ｚステージ１０の上下移動によって光軸方向に移動可能となっている。二次元走査機構３、Ｚステージ１０、及び光検出器９はコンピュータ１２によって制御される。
コンピュータ１２は、標準的な構成を有するもの、すなわち、制御プログラムを実行することで各構成要素を制御するＣＰＵと、ＲＯＭやＲＡＭ及び磁気記憶装置などを備えていてＣＰＵに各構成要素を制御させる制御プログラムの記憶やＣＰＵが制御プログラムを実行する際のワークエリアあるいは各種データの記憶領域として使用される記憶部と、ユーザによる操作に対応している各種のデータが取得される入力部と、モニタ１３に各種のデータを提示してユーザに通知する出力部と、前述した二次元走査機構３、Ｚステージ１０、及び光検出器９等各種の装置に接続するためのインタフェース機能を提供するＩ／Ｆ部とを備えるものである。
【０００６】
モニタ１３はコンピュータ１２からの指示に応じて画像を表示する。
図１に示す共焦点走査型光学顕微鏡において、対物レンズ５による集光位置はピンホール８と光学的に共役な位置に配置されているので、試料６が対物レンズ５による集光位置に位置している場合は、試料６からの反射光がピンホール８において集光してピンホール８を通過することができる。一方、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は試料６からの反射光はピンホール８の位置で集光しないため、ピンホール８を通過することができない。
【０００７】
このときの対物レンズ５と試料６との相対位置（Ｚ）と、光検出器９の出力、すなわち光検出器９において検出される光の強度（Ｉ）との関係をグラフで示した図を図２に示す。以下、同図をＩ−Ｚカーブと称することとする。
【０００８】
このＩ−Ｚカーブを参照すると分かるように、試料６が対物レンズ５の集光位置Ｚ０  に位置している場合には光検出器９の出力は最大となる。その一方で、対物レンズ５と試料６との相対位置がこの位置Ｚ０  から離れるに従い光検出器９の出力は急激に低下する。
【０００９】
このようなＩ−Ｚカーブの特性により、二次元走査機構３によって集光点を二次元走査させながら光検出器９の出力を二次元走査機構３に同期させて画像化すれば、試料６と対物レンズとの間でのある特定の相対位置、すなわち試料６の光軸方向のある特定の高さのみが画像化され、試料６が光学的にスライスされている画像（共焦点画像）を得ることができる。
【００１０】
また、Ｚステージ１０を光軸方向に移動させることで試料６を離散的に移動すると共にその各移動位置において二次元走査機構３を動作させて集束光を試料６上で走査させて共焦点画像を取得し、この試料６の移動と共焦点画像の取得とを試料６の全ての表面情報が取得されるまで繰り返す。この後、試料６の各部分において光検出器９の出力が最大となるときにおけるＺステージ１０の位置を検出することによって、試料６の高さ情報を得ることができる。
【００１１】
ところで、このような構成によって試料６の高さの測定を行う際、測定精度を高めるためには例えば離散的に移動させるＺステージ１０の１回当りの移動量を小さくすればよいが、こうすると測定に要する時間が増大してしまう。
この問題に関し、本出願人は、特許文献１において、Ｚステージ１０の１回当りの移動量を小さくすることなく、試料６の高さ測定の精度を高める高さ測定方法を提案した。この方法では、光検出器９の出力が最大になるＺステージ１０の位置およびその前後の位置の計３点での光検出器９の出力に基づいてＩ−Ｚカーブを二次関数で近似し、この近似されたＩ−Ｚカーブから光検出器９の出力が最大となるときのＺステージ１０の位置をその１回当りの移動量未満の精度で求めて試料６の高さ情報とするというものである。
【００１２】
【特許文献１】
特開平９−６８４１３号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した特許文献１に開示されているものを含め、従来の共焦点走査型光学顕微鏡による試料６の高さ測定では、測定者は測定開始前に測定範囲の設定を行う必要があった。すなわち、測定者はまず対物レンズ５と試料６との相対位置を変化させながら試料６の共焦点画像を観察し、その観察結果に基づいて試料６の高さ測定における測定開始の位置及びその開始位置からの測定範囲、若しくは測定開始の位置及び測定終了の位置を共焦点走査型光学顕微鏡に指定し、それから高さ測定を開始させる必要があった。そのため、試料の高さ測定のために要する工程、すなわち試料６の画像を観察しながら行われる測定範囲の設定から高さ測定の終了までの工程に長い時間を要していた。
【００１４】
以上の問題を鑑み、共焦点走査型光学顕微鏡を用いて行う試料の高さ測定のための工程に要する時間を短縮することが本発明が解決しようとする課題である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の態様のひとつである共焦点走査型光学顕微鏡は、試料の高さを示す情報を取得するための測定の開始の指示を取得する測定開始指示取得手段と、前記測定の開始の指示に応じ、光源からの出射光を前記試料に対して集束させる対物レンズの集光位置と該試料の位置との相対的な位置関係を離散的に変化させながら該出射光を該試料に対して集束させているときに検出がされる光の強度であって該対物レンズの集光位置に対し共役な位置に配置されている共焦点絞りを通過した該光の強度の検出を行う光強度検出手段と、前記検出がされた光の強度に基づいて前記試料に関する画像を生成して該画像の表示を行わせる画像表示制御手段と、前記測定の終了の指示を取得する測定終了指示取得手段と、前記測定の終了の指示に応じ、前記検出がされた光の強度に基づいて該光の強度が最大となるときの該位置関係の推定を行い、該推定の結果を前記試料の高さを示す情報として取得する高さ情報取得手段と、を有するように構成することによって前述した課題を解決する。
【００１６】
上述した構成において、測定者は、測定開始の指示を共焦点走査型光学顕微鏡へ与えた後に、まず、表示がされる試料に関する画像の観察を行う。この観察は試料の高さ測定のための測定範囲の設定を行う目的で行われるものである。このとき表示がされる試料の画像は、対物レンズと試料との相対位置を離散的に変化させながら検出がされた光の強度に基づいたもの、例えば試料の共焦点画像である。その後、この画像の観察が完了した時点で測定者は測定終了の指示を共焦点走査型光学顕微鏡へ与える。この測定開始の指示から測定終了の指示までの間の期間において、光強度検出手段は上述した光の強度の検出を行っているので、高さ測定に必要な光の強度の取得は既に完了している。従って、その後は高さ情報取得手段が上述のようにして試料の高さを示す情報の取得を行うだけで試料の高さ測定が終了する。その結果、試料の高さ測定のための工程に要する時間が大幅に短縮される。
【００１７】
なお、上述した本発明に係る共焦点走査型光学顕微鏡において、前記位置関係を離散的に変化させるときの変化範囲を示す指示を取得する変化範囲指示取得手段を更に有し、前記光強度検出手段は、前記変化範囲を示す指示に応じた変化範囲で前記位置関係を離散的に変化させながら前記出射光を前記試料に対して集束させているときに検出がされる前記光の強度の検出を行うように構成することができる。
【００１８】
この構成によれば、試料の高さ測定のための測定範囲の設定を行う目的で試料に関する画像の観察を行うときに、測定者自らが対物レンズと試料との相対位置を変化させながら観察を行うという、従来の共焦点走査型光学顕微鏡を用いて行っていた試料の高さ測定において測定者が行っていたものと同様の操作性を維持しながら、試料の高さ測定のための工程に要する時間を大幅に短縮することができるので、従来の共焦点走査型光学顕微鏡の操作に熟練していた測定者が違和感なく本発明に係る共焦点走査型光学顕微鏡を利用することができる。
【００１９】
また、前述した本発明に係る共焦点走査型光学顕微鏡において、前記測定の開始の指示に応じ、前記位置関係を単調且つ離散的に変化させる制御を行う位置関係変化制御手段を更に有するように構成することができる。
この構成によれば、対物レンズと試料との相対位置を変化させる工程が測定者による何らの操作を要することなく自動的に行われる。従って、測定者はこの相対位置を変化させるための煩わしい操作を行うことなく試料表面全体の観察を行うことができる。
【００２０】
また、本発明の別の態様のひとつである高さ測定方法は、試料の高さを示す情報を取得するための測定の開始の指示を取得し、前記測定の開始の指示に応じ、光源からの出射光を前記試料に対して集束させる対物レンズの集光位置と該試料の位置との相対的な位置関係を離散的に変化させながら該出射光を該試料に対して集束させているときに検出がされる光の強度であって該対物レンズの集光位置に対し共役な位置に配置されている共焦点絞りを通過した該光の強度の検出を行い、前記検出がされた光の強度に基づいて前記試料に関する画像を生成して該画像の表示を行い、前記測定の終了の指示を取得し、前記測定の終了の指示に応じ、前記検出がされた光の強度に基づいて該光の強度が最大となるときの該位置関係の推定を行い、該推定の結果を前記試料の高さを示す情報として取得する、ようにすることによって前述した課題を解決する。
【００２１】
上記のようにすれば、前述した本発明に係る共焦点走査型光学顕微鏡と同様の作用・効果が得られる。
また、前述した本発明に係る共焦点走査型光学顕微鏡の各構成により行なわれる機能と同様の制御をコンピュータに行わせるプログラムであっても、そのプログラムをコンピュータに読み込ませて実行させることによって前述した本発明に係る共焦点走査型光学顕微鏡と同様の作用・効果が得られ、前述した課題を解決することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態において本発明を実施する共焦点走査型光学顕微鏡の構成は、既に説明した図１に示したものと同一のものである。但し、コンピュータ１２の有しているＣＰＵによって行われる高さ測定のための制御処理が従来のものとは異なっている。以下、この制御処理について説明する。
［第一の実施の形態］
ここで図３について説明する。同図はコンピュータ１２の有しているＣＰＵによって行われる高さ測定のための制御処理の第一の例の処理内容を示すフローチャートである。ＣＰＵは、コンピュータ１２の有している記憶装置に予め格納されている制御プログラムを読み込んで実行することによってこの処理を行うようになる。
【００２３】
図３に示されている処理は、図１に示した共焦点走査型光学顕微鏡を起動させて所定の初期化処理が完了すると開始される。
まず、図１に示した共焦点走査型光学顕微鏡を用いて試料６の高さ測定を行う測定者がコンピュータ１２の有する入力部に対し、測定開始を示す指示を行うと、Ｓ１０１においてこの指示が取得される。
【００２４】
Ｓ１０２では、この制御プログラムに予め示されていた、離散的に移動させるＺステージ１０の１回当りの移動量ΔＺを、コンピュータ１２の有する記憶部のＲＡＭの所定領域に格納する。なお、このΔＺの値は、図１に示した共焦点走査型光学顕微鏡に対して設定された拡大倍率等に応じて決定されるものである。
【００２５】
Ｓ１０３では、二次元走査機構３に指示を与えて光源１から発せられた集束光の試料６の面上での二次元走査を開始させ、このときに光検出器６から得られる光の強度を示す信号とそのときの集束光の走査位置を示す情報とに基づいて試料の共焦点画像を生成してモニタ１３に表示させる。
【００２６】
Ｓ１０４では、Ｚステージ１０に指示を与えて光軸方向の移動を一旦制限すると共に、Ｓ１０５において、このときにモニタ１３に表示されている共焦点画像を表現している１フレーム分の画像データを記憶部のＲＡＭの所定領域に格納させる。なお、このとき、Ｚステージ１０の現在位置を示す情報も併せて格納させておくようにする。なお、このＳ１０５の処理において、共焦点画像を表現している画像データが２フレーム以上得られているときには、そのうちから任意に選択した１フレーム分の画像データを格納するようにしてもよく、また、得られている複数フレーム分の画像データを画素単位で平均化することによって得られる画像データを格納するようにしてもよい。
【００２７】
Ｓ１０６では、Ｚステージ１０の移動に関する制限を解除する。
Ｓ１０７では、測定範囲の設定のための試料６の観察において測定者によってなされる、Ｚステージ１０に対するＺ方向（光軸方向）の指示量Ｚａの移動の指示が取得される。なお、この移動の指示は、試料６を対物レンズ５に近づけるものである場合とその逆に試料６を対物レンズ５から遠ざけるものである場合とがあるので、指示量Ｚａには正負の符号を付けてＺステージ１０の移動方向を示すものとする。
【００２８】
Ｓ１０８では、測定者によってなされる、Ｚステージ１０に対するＺ方向の移動の指示の受け付けを一旦制限する。この制限された指示の受け付けは後に前述したＳ１０６の処理が実行されることによって解除される。
Ｓ１０９では、変数ｎに「０」を代入する。
【００２９】
Ｓ１１０では、Ｚステージ１０に指示を与えてＳ１０２の処理によって記憶部に格納されている移動量ΔＺだけ、Ｚステージ１０を移動させる。
Ｓ１１１では、変数ｎの現在の値に「１」を加算した結果を改めて変数ｎに代入する。
【００３０】
Ｓ１１２では、前ステップの処理によるＺステージ１０の移動が完了したときにモニタ１３に表示されている共焦点画像を表現している１フレーム分の画像データを記憶部のＲＡＭの所定領域に格納させる。なお、このときＺステージ１０の現在位置を示す情報も併せて格納させておくようにする。
【００３１】
Ｓ１１３では輝度比較処理を実行する。以下、この処理について説明する。
今、記憶部のＲＡＭに格納されている複数フレームの各画像データにおける同一の位置の画素に注目する。ある画像データを取得したときのＺステージ１０の位置をＺとしたときのその画素の輝度をＩ（Ｚ）で表すこととする。
【００３２】
ここで、各画像データについてのＩ（Ｚ）のうち最大のものを抽出する。この輝度が最大であった画素が含まれていた画像データを取得したときのＺステージ１０の位置をＺｍとする。すなわち、Ｉ（Ｚｍ）がその注目画素について取得されている最大の輝度値を表している。
【００３３】
輝度比較処理では、画像データを構成している全ての画素について、このＩ（Ｚｍ）及びＺｍ、更にはこのＩ（Ｚｍ）が観測された画像データの直前及び直後に取得された画像データにおける注目画素の輝度、すなわちＩ（Ｚｍ−ΔＺ）及びＩ（Ｚｍ＋ΔＺ）を取得する処理が行われる。
【００３４】
具体的には、画像データの画素毎に、記憶部のＲＡＭに格納されている各画像データからＩ（Ｚｍ）をまず探索し、続いてその発見されたＩ（Ｚｍ）を有していた画像データに対応するＺｍをＲＡＭから読出し、その後、Ｉ（Ｚｍ）を有していた画像データの直前及び直後に取得されてＲＡＭに格納されている画像データからＩ（Ｚｍ−ΔＺ）及びＩ（Ｚｍ＋ΔＺ）を取得する処理を行うようにする。
【００３５】
なお、過去に取得された画像データからＩ（Ｚｍ）、Ｚｍ、Ｉ（Ｚｍ−ΔＺ）、及びＩ（Ｚｍ＋ΔＺ）が取得されていたならば、その後に行う輝度比較処理では、新たに取得された画像データにおける注目画素の輝度とＩ（Ｚｍ）とを比較し、Ｉ（Ｚｍ）の方が小さかったときにのみ、Ｉ（Ｚｍ）、Ｚｍ、Ｉ（Ｚｍ−ΔＺ）Ｉ（Ｚｍ＋ΔＺ）の更新を行うようにすればよい。
【００３６】
図３の説明へ戻ると、Ｓ１１４では、前述したΔＺの値と変数ｎの値との積が前述した指示量Ｚａの値よりも大きくなったか否か、すなわち、Ｚステージ１０の移動量が測定者によるＺステージ１０に対する移動の指示に係る指示量に達したか否かが判定される。そして、この判定結果がＹｅｓならばＳ１１５に処理を進め、ＮｏならばＳ１１０へと処理を戻して上述した処理を繰り返す。
【００３７】
以上のＳ１０６からＳ１１４にかけての処理の実行により、測定者による試料６についての全測定範囲についての観察を完了して測定範囲の設定のための試料６の観察が終了すると、測定者によって測定完了の指示がコンピュータ１２の有する入力部に対して行われる。Ｓ１１５ではこの指示が取得されたか否かが判定され、判定結果がＹｅｓならばＳ１１６に処理を進める。一方、このＳ１１５の判定処理の結果がＮｏならば、測定範囲の設定のための試料６の観察が未だ終了していないとみなし、Ｓ１０６へと処理を戻して上述した処理を繰り返す。
【００３８】
なお、このＳ１０６からの処理の繰り返しにおいて、Ｓ１０７の処理により取得される測定者によってなされるＺステージ１０に対する移動の指示が、逆向きの移動方向を示すことがある。この場合、Ｓ１１２の処理によってＲＡＭに格納させる画像データを取得したときのＺステージ１０の位置が、既に格納済みの画像データについてのものと同一となることがある。このときには、新たに得られたデータをＲＡＭに格納してよいが、例えば、Ｓ１１２の処理をスキップして画像データの格納処理を行わないようにしてもよく、また、既にＲＡＭに格納されているＺステージ１０の当該位置に対応する画像データと新たに得られた画像データとを画素単位で平均化することによって得られる画像データを格納して画像データの更新を行うようにしてもよい。
【００３９】
Ｓ１１６では高さ演算処理を実行する。この処理の詳細は前述した特許文献１にその詳細が説明されているが、ここではこの処理について簡単に説明する。
まず、図２に示したＩ−Ｚカーブを二次関数で近似する。すなわち、Ｉ−Ｚカーブを
Ｉ（Ｚ）＝ａ・Ｚ２  ＋ｂ・Ｚ＋ｃ………▲１▼
とする。この▲１▼式に、前述したＳ１０２の処理によってＲＡＭに格納されているΔＺと、前述したＳ１１３の輝度比較処理によって取得されたＩ（Ｚｍ）、Ｚｍ、Ｉ（Ｚｍ−ΔＺ）、及びＩ（Ｚｍ＋ΔＺ）とを代入すると、▲１▼のａ及びｂが下記の式で表される。
2004184342.tif 000003
また、図２のグラフの形状より、▲１▼式においてＩ（Ｚ）の値が最大となるときのＺの値Ｚｍａｘは、
Ｚｍａｘ＝−ｂ／（２・ａ）………▲４▼
である。したがって、▲２▼式及び▲３▼式に各変数の値を代入して得られるａ及びｂの値を▲４▼式に代入することにより、Ｚｍａｘの値、すなわち、取得された画像データにおける注目画素に表されている試料６の部分の真の高さを求めることができる。
【００４０】
Ｓ１１６の高さ演算処理では上述した計算を取得された画像データの全画素について行う。この結果、試料６表面の相対高さが求められる。
このＳ１１６の処理を終えた後にはこの図３の処理が終了する。
コンピュータ１２のＣＰＵが上述した処理を行うと、試料６の高さ測定のための測定範囲の設定を行う目的で測定者が対物レンズ５と試料６との相対位置を変化させながら試料６の観察を行えば、その観察が完了した時点で既に高さ測定に必要な共焦点画像の取得が完了しており、その後は図３のＳ１１６の高さ演算処理のみを行うだけで試料６の高さ測定が終了する。従って、試料６の高さ測定のための工程に要する時間が大幅に短縮されるのである。
［第二の実施の形態］
次に図４について説明する。同図はコンピュータ１２の有しているＣＰＵによって行われる高さ測定のための制御処理の第二の例の処理内容を示すフローチャートである。ＣＰＵは、コンピュータ１２の有している記憶装置に予め格納されている制御プログラムを読み込んで実行することによってこの処理を行うようになる。
【００４１】
この図４の処理は、試料６の高さ測定のための測定範囲の設定を行う目的で行われる試料６の観察において、対物レンズ５と試料６との相対位置を変化させる工程を測定者の指示によらずに自動的に行うようにするものである。
図４に示されている処理は、図１に示した共焦点走査型光学顕微鏡を起動させて所定の初期化処理が完了すると開始される。
【００４２】
まず、図１に示した共焦点走査型光学顕微鏡を用いて試料６の高さ測定を行う測定者がコンピュータ１２の有する入力部に対し、測定開始を示す指示を行うと、Ｓ２０１においてこの指示が取得される。なお、このとき、対物レンズ５と試料６とをできる限り近づけるようにＺステージ１０の位置を設定しておく。
【００４３】
Ｓ２０２では、この制御プログラムに予め示されていた、離散的に移動させるＺステージ１０の１回当りの移動量ΔＺを、コンピュータ１２の有する記憶部のＲＡＭの所定領域に格納する。なお、このΔＺの値は、図１に示した共焦点走査型光学顕微鏡に対して設定された拡大倍率等に応じて決定されるものである。
【００４４】
Ｓ２０３では、二次元走査機構３に指示を与えて光源１から発せられた集束光の試料６の面上での二次元走査を開始させ、このときに光検出器６から得られる光の強度を示す信号とそのときの集束光の走査位置を示す情報とに基づいて試料の共焦点画像を生成してモニタ１３に表示させる。
【００４５】
Ｓ２０４では、Ｚステージ１０に指示を与え、Ｓ２０２の処理によって記憶部に格納されている移動量ΔＺだけＺステージ１０を下方に移動させる。すなわち対物レンズ５と試料６との相対距離をΔＺだけ広げる。
なお、この相対距離を広げる方向にのみ単調に変化させるのは、対物レンズ５と試料６との物理的な接触を避けるためである。従って、他の技術によって対物レンズ５と試料６との物理的な接触が生じないことが保証されているのであれば、例えば対物レンズ５と試料６との測定開始前の位置関係を遠ざけておき、このＳ２０４の処理においてＺステージ１０の位置を上方に移動させて対物レンズ５と試料６との相対距離を近づける方向に単調に変化させるようにしてもよい。
【００４６】
Ｓ２０５では、前ステップの処理によるＺステージ１０の移動が完了したときにモニタ１３に表示されている共焦点画像を表現している１フレーム分の画像データを記憶部のＲＡＭの所定領域に格納させる。なお、このときＺステージ１０の現在位置を示す情報も併せて格納させておくようにする。
【００４７】
Ｓ２０６では輝度比較処理を実行する。この処理は図３のＳ１１３に示されている処理と同様のものである。
以上のＳ２０４からＳ２０６にかけての処理の実行により、測定者による試料６についての全測定範囲についての観察を完了して測定範囲の設定のための試料６の観察が終了すると、測定者によって測定完了の指示がコンピュータ１２の有する入力部に対して行われる。Ｓ２０７ではこの指示が取得されたか否かが判定され、判定結果がＹｅｓならばＳ２０８に処理を進める。一方、このＳ２０７の判定処理の結果がＮｏならば、測定範囲の設定のための試料６の観察が未だ終了していないとみなし、Ｓ２０４へと処理を戻して移動量ΔＺだけＺステージ１０を下方に更に移動させ、その後Ｓ２０５以降の処理を繰り返す。
【００４８】
Ｓ２０８では高さ演算処理を実行する。この処理は図３のＳ１１６に示されている処理と同様のものである。
このＳ２０８の処理を終えた後にはこの図４の処理が終了する。
コンピュータ１２のＣＰＵが上述した処理を行うと、試料６の高さ測定のための測定範囲の設定を行う目的で測定者が対物レンズ５と試料６との相対位置を変化させながら試料６の観察を行えば、その観察が完了した時点で既に高さ測定に必要な共焦点画像の取得が完了しており、その後は図３のＳ１１６の高さ演算処理のみを行うだけで試料６の高さ測定が終了するので、試料６の高さ測定のための工程に要する時間が大幅に短縮される。しかも、対物レンズ５と試料６との相対位置を変化させる工程は測定者の指示は必要なく自動的に行われる。従って、測定者はこの相対位置を変化させる指示を行うという煩わしい作業を行うことなく試料６表面全体の観察を行うことができる。
【００４９】
なお、図１に示した共焦点走査型光学顕微鏡の構成において、対物レンズ５による集束光を試料６の表面上で二次元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ステージを二次元走査機構３の代わりに設けるようにしてもよい。
また、この代わりに、円盤上に多数の微小開口をスパイラル状に設けたニポウ（Ｎｉｐｋｏｗ）ディスクを高速回転させて用いる構成とすることもできる。なお、この構成においては、ニポウディスクが対物レンズ５の集光位置に対し共役な位置に配置されるピンホール８を兼ねると共に、光検出器９としてはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  ）等の二次元ラインセンサが用いられる。
【００５０】
また、この代わりに、一次元光スキャナを備えて対物レンズ５による集束光を試料６上で１ラインの走査を行うようにして試料６の断面形状を測定する構成としてもよい。
また、対物レンズ５の集光位置と試料６との相対位置を変化させる機構として、試料８の光軸方向の位置を移動させるＺステージ１０に代え、対物レンズ５を光軸方向に移動させる機構を用いてもよい。
【００５１】
ところで、前述した本発明の実施の形態では、ＣＰＵは、コンピュータ１２の有している記憶装置に予め格納されている制御プログラムを読み込んで実行することによって図３や図４にフローチャートで示した制御処理を実現するようにしていたが、この制御プログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録させておき、そのプログラムを記録媒体からコンピュータ１２に読み込ませてＣＰＵで実行させるようにしてこれらの制御処理を実現するようにしてもよい。記録させた制御プログラムをコンピュータ１２で読み取ることの可能な記録媒体としては、例えば、コンピュータ１２に内蔵若しくは外付けの付属装置として備えられるＲＯＭやハードディスク装置などの記憶装置、フレキシブルディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭなどといった携帯可能記録媒体等が利用できる。
【００５２】
また、記録媒体は通信回線を介してコンピュータ１２と接続される、プログラムサーバとして機能するコンピュータが備えている記憶装置であってもよい。この場合には、制御プログラムを表現するデータ信号で搬送波を変調して得られる伝送信号を、プログラムサーバから伝送媒体である通信回線を通じてコンピュータシステムへ伝送するようにし、コンピュータ１２では受信した伝送信号を復調して制御プログラムを再生することでこの制御プログラムをＣＰＵで実行できるようになる。
【００５３】
その他、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。
（付記）
［付記１］  前記画像表示制御手段は、前記試料についての共焦点画像を生成して該画像の表示を行わせることを特徴とする請求項１に記載の共焦点走査型光学顕微鏡。
［付記２］  前記高さ情報取得手段は、前記対物レンズと前記試料との相対位置の変化と、前記光の強度の変化との関係を示す式に基づいて前記推定を行うことを特徴とする請求項１に記載の共焦点走査型光学顕微鏡。
［付記３］  前記高さ情報取得手段は、前記式において前記光の強度が最大となるときにおける前記相対位置を求めることによって前記推定を行うことを特徴とする付記２に記載の共焦点走査型光学顕微鏡。
［付記４］  前記高さ情報取得手段は、二次関数に近似された前記式に基づいて前記推定を行うことを特徴とする付記２に記載の共焦点走査型光学顕微鏡。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、共焦点走査型光学顕微鏡を用いた試料の高さ測定において、その測定範囲の設定を行う目的で試料に関する画像の観察を行うときに、併せて高さ測定に必要な光の強度の取得を行うようにしたので、この測定のための工程に要する時間が大幅に短縮されるという効果を奏す。
【図面の簡単な説明】
【図１】共焦点走査型光学顕微鏡の構成を示す図である。
【図２】対物レンズと試料との相対位置と、光検出器において検出される光の強度との関係をグラフで示した図である。
【図３】高さ測定のための制御処理の第一の例の処理内容を示すフローチャートである。
【図４】高さ測定のための制御処理の第二の例の処理内容を示すフローチャートである。
【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
４  レボルバ
５  対物レンズ
６  試料
７  結像レンズ
８  ピンホール
９  光検出器
１０  Ｚステージ
１１  試料台
１２  コンピュータ
１３  モニタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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