(57)【要約】【課題】共焦点走査型光学顕微鏡を用いて行う高さ測定における測定精度の劣化を抑制しつつスループットを向上させる。【解決手段】光源１からの出射光を試料４に対して集束させる対物レンズ３の集光位置と試料４の位置との相対的な位置関係を連続変化させながらその出射光を試料４に対して集束させているときに光検出器６によって検出される光の強度であって対物レンズ３の集光位置に対し共役な位置に配置されていて光検出器６受光面の前面に設けられているピンホールを通過した該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を推定する処理と、検出された該光の強度を生じさせた該位置関係に基づいて、該位置関係の連続変化が前記推定に及ぼした影響を補正する処理とをＣＰＵ８が行い、この補正がなされた後の該推定の結果を該試料の高さを示す情報として取得する。【選択図】        図２
2004177152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの出射光を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連続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ピンホールを通過した該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、
検出される前記光の強度を生じさせた前記位置関係に基づいて、前記位置関係の連続変化が前記推定に及ぼした影響の補正を行い、
前記補正がなされた後の前記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２】
光源からの出射光を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連続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ピンホールを通過した該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う推定手段と、
検出される前記光の強度を生じさせた前記位置関係に基づいて、前記位置関係の連続変化が前記推定に及ぼした影響の補正を行う補正手段と、
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３】
光源からの出射光を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連続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される光の強度を示している情報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ピンホールを通過した該光の強度を示している該情報に基づいて、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、該推定の結果を示す情報を得る処理と、
検出される前記光の強度を生じさせた前記位置関係を示している情報に基づいて、前記位置関係の連続変化が前記推定に及ぼした影響の補正を該推定の結果を示す情報に対して行い、該補正がなされた後の該推定の結果を示す情報を得る処理と、
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、光学顕微鏡の光学系を介して試料を光走査することにより試料の表面情報を測定する技術に関し、特に、共焦点走査型光学顕微鏡によって当該情報を測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
共焦点走査型光学顕微鏡（以下、「共焦点走査型顕微鏡」ともいう）は、点光源で試料面を走査することによって得られる試料面からの反射光のうち、ピンホールを通過した光のみを光検出器により検出して電気信号に変換し、この電気信号に基づいて試料面の三次元情報を得るようにしたものである。
【０００３】
このような共焦点走査型顕微鏡では、レーザ光などの点光源とピンホールとを組み合わせ、試料面をピンポイントで照明することで測定点以外からの散乱光を抑制する。また、光検出器の前面に空間フィルタとしてのピンホールを配置し、測定点と同一面内にあるノイズ光をピンホール周辺に結像させる。このような構成により、光軸方向にずれた面からの光は対物レンズによってピンホールの前で広がってしまうためピンホールを通過できずに抑制される。つまり、測定点以外からの反射光はカットされるので、ピンホールを通過した光を光電変換器により電気信号として取得することにより、三次元空間中の一点だけが測定できるようになる。
【０００４】
また、共焦点走査型顕微鏡は光軸方向に高い分解能を有していることも知られている。すなわち、光軸上で焦点が合ったときにはピンホールを通過した光の強度は最大となるが、焦点から外れた位置ではその光強度が著しく低下してほぼゼロになる。そこで、試料面に対してスポット光を二次元走査する一方で焦点を光軸方向に所定のピッチで移動することにより、三次元空間のスライス像を得ることができる。半導体基板等の、その表面を光源からの光が通過しないような試料では光強度が最大となる光軸の位置がその試料の表面と考えられるので、共焦点走査型顕微鏡の有する上述した機能を利用し、試料についての複数枚のスライス像の各々について光軸方向の最大の光強度を与える高さをその試料の表面として各スライス画像を合成することにより、その試料の三次元の表面形状画像（試料における光軸方向の高さが同一の部分を等高線で結ぶ、若しくはその部分を同一の明度や色彩で着色する等してその試料が表現されている画像）を得ることができる。
【０００５】
ここで、高さ測定のスループットを向上（測定時間を短縮）させることで表面形状の測定再現性を改善する方法として、例えば特許文献１で開示されている方法を利用することができる。
この方法では、光源からの出射光を光学顕微鏡の対物レンズを通して試料に入射させ、その対物レンズの集束位置とその試料との相対位置を光軸方向となるＺ方向に離散的に変化させながら各相対位置における試料からの光強度をそれぞれ検出する。ここで、最大の光強度検出値を含む複数の検出値に基づいてその光強度が示す変化曲線上の最大値を与える相対位置を推定することにより、その推定した相対位置を高さ情報とするというものである。そして、この推定は、具体的には、最大の光強度検出値を示すＺ位置と、そのＺ位置に対して離散的に変化させている直前直後のＺ位置との計３点の共焦点画像において、対応する画索毎に光強度が示す変化曲線を２次曲線で近似し、その変化曲線において光強度が最大となる高さ位置を求めるというものである。
【０００６】
この方法を用いて高さ測定を行うときにＺ走査の１回の移動量を大きくしておけば、対物レンズの集束位置とその試料との相対位置の離散的な移動及び光強度の検出の回数を減少させることができるので、高さ測定のスループットが向上する。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−６８４１３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した方法では、対物レンズの集束位置と試料との相対位置を、光軸方向となるＺ方向に一定量ずつ離散的に変化させている。より具体的に説明すれば、この方法では、離散的変化の１ステップ毎にＺ方向の移動を一旦停止させてその相対位置での共焦点画像を取得し、その後Ｚ方向の移動を再開させるという動作を行わせている。そのため、Ｚ方向の移動の停止時間と再始動時間とが高さ測定のスループットに悪影響を及ぼすこととなる。
【０００９】
そこで、対物レンズの集束位置と試料との相対位置をＺ方向に連続的に変化させながらー定の間隔で共焦点画像を測定すれば、高さ測定のスループットを向上させることが可能である。しかしながら、このように連続して変化させながら得た共焦点画像では、Ｚ方向に垂直な平面に対して斜めに傾いている、図４に示す面Ｓのような面の画像を、図４に示す面Ｉｓのようなその垂直な平面へ投影させた画像となってしまう。つまり、共焦点画像内の各画素についてのＺ位置が異なったものとなってしまうために、高さ測定の精度が悪化してしまう。
【００１０】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、共焦点走査型光学顕微鏡を用いて行う高さ測定における測定精度の劣化を抑制しつつスループットを向上させることである。
【００１１】
【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高さ測定方法は、光源からの出射光を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連続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ピンホールを通過した該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、検出された前記光の強度を生じさせた前記位置関係に基づいて、前記位置関係の連続変化が前記推定に及ぼした影響の補正を行い、前記補正がなされた後の前記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によって前述した課題を解決する。
【００１２】
こうすることにより、対物レンズの集光位置と試料の位置との相対的な位置関係を連続して変化させながら共焦点画像が取得され、この共焦点画像より推定された試料の高さに対し、その相対的な位置関係の連続変化が及ぼした影響が補正されるので、高さ測定のスループットを向上させつつ、高さ測定の精度の悪化を改善することができる。
【００１３】
本発明の別の態様のひとつである共焦点走査型光学顕微鏡は、光源からの出射光を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連続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ピンホールを通過した該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う推定手段と、検出された前記光の強度を生じさせた前記位置関係に基づいて、前記位置関係の連続変化が前記推定に及ぼした影響の補正を行う補正手段と、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。
【００１４】
上記の構成によれば、前述した本発明に係る高さ測定方法と同様の作用・効果が得られる。
なお、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。
【００１５】
【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。ここでは、共焦点走査型光学顕微鏡の光学系を使用して試料を二次元走査することにより表面情報を取得する実施例を説明する。ここで、高さの推定には、光軸方向の位置を連続的に変化させながら一定の間隔で測定した複数の共焦点画像の中から、対応する画素毎に、最大の光強度検出値を示す画素、光軸方向の位置（高さ位置）を示すＺ位置がその画素の１つ前である画素、及び１つ後である画素の３つの画素を抽出し、これらの画素についての光強度を示す変化曲線をこれらの画素に基づいて二次関数で近似し、この変化曲線において光強度が最大となるときの高さ位置を求めるという手法を用いる。
【００１６】
まず、上述した推定方法の詳細について説明する。
共焦点走査型光学顕微鏡において、対物レンズと試料との相対位置を変化させた場合の光強度の変化は、例えば、Ｗｉｌｓｏｎ，  Ｔ．  ＆  Ｓｈｅｐｐａｒｄ，Ｃ．著、“Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄＰｒａｃｔｉｃｅ  ｏｆ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，  Ｌｏｎｄｏｎ、１９８４の１２６頁に開示されているように下記の式により理論的に求められる。
Ｉ（Ｚ）＝｛  ｓｉｎ（ｕ／２）／（ｕ／２）｝２  ………▲１▼
但し、
ｕ＝８πＺ・ｓｉｎ２（θ／２）／λ
ＮＡ＝  ｓｉｎθ
なお、
Ｉ：光強度
Ｚ：焦点からの距離
ＮＡ：対物レンズの開口数
λ：光の波長
である。
【００１７】
▲１▼式によれば、Ｚ＝０、すなわち試料が光学系の焦点位置にあるときには試料からの反射強度Ｉ（Ｚ）が最大となる。▲１▼式を表現したグラフを図１に示す。
ここで、前掲した▲１▼式をＺについての二次関数で近似すると、
Ｉ（Ｚ）＝αＺ２  ＋βＺ＋γ………▲２▼
と表される。
【００１８】
ここで、一定の間隔で取得された複数の共焦点画像におけるある画素に注目し、その画素についての光検出器の出力が最大であったときの光軸方向の高さ位置をＺｍ  とし、この画素についてのこのＺｍ  の位置に対し、その１サンプル前の共焦点画像におけるこの画素についてのＺ位置をＺｍ−１  、その１サンプル後の共焦点画像におけるこの画素についてのＺ位置をＺｍ＋１  とする。そして、これらのときにおける光強度の値を、それぞれＩｍ  、Ｉｍ−１  、Ｉｍ＋１  とする。図１に示すように、これらはいずれも前掲した▲１▼式を示すグラフ上に位置するはずであるから、▲１▼式を近似した式である前掲した▲２▼式を満たすものとする。すなわち
Ｉｍ  ＝αＺｍ ２  ＋βＺｍ  ＋γ
Ｉｍ−１  ＝αＺｍ−１ ２  ＋βＺｍ−１  ＋γ
Ｉｍ＋１  ＝αＺｍ＋１ ２  ＋βＺｍ＋１  ＋γ
が成立する。
【００１９】
ここで、対物レンズと試料の相対位置を連続的に変化させる移動を行ったときの、光軸方向、すなわちＺ方向の移動開始位置をＺ０  、Ｚ方向の画像測定間隔をΔＺ、移動の開始から光検出器の出力が最大となったときまでに取得していた共焦点画像の取得回数をｍとすると、
Ｚｍ  ＝Ｚ０  ＋ΔＺ・ｍ
Ｚｍ−１  ＝Ｚｍ  −ΔＺ
Ｚｍ＋１  ＝Ｚｍ  ＋ΔＺ
が成立する。
【００２０】
以上の式からαを求めると、
α＝｛（Ｉｍ−１  −Ｉｍ  ）＋（Ｉｍ＋１  −Ｉｍ  ）｝／（２・ΔＺ２）
となる。
ここで、Ｉｍ  は、その画素についての得られた光検出器の出力のうちの最大値であるからＩｍ  ＞Ｉｍ−１  且つＩｍ  ＞Ｉｍ＋１  の関係を有している。また、図１のグラフの形状より明らかにα＜０であるから、Ｚ＝−β／２αのときに、▲２▼式のＩ（Ｚ）が最大となる。
【００２１】
ゆえに、この光強度が最大となるときのＺ位置Ｚｔ  は、
2004177152.tif 000003
となる。
【００２２】
よって、Ｉｍ  、Ｉｍ＋１  、Ｉｍ−１  、ｍ、Ｚ０  、及びΔＺの値から、光強度が最大となるときの対物レンズと試料の相対位置Ｚｔ  を▲３▼式に基づいて求めることができる。
次に、本発明を実施するシステムの構成について説明する。図２は、本発明を実施する共焦点走査型光学顕微鏡の概略構成を示している。
【００２３】
図２において、光源１は例えばレーザ光などの点光源である。この光源１からのスポット光は二次元走査スキャナ２へ導かれる。
二次元走査スキャナ２は、光源１からのスポット光を試料４上で二次元走査するためのものである。二次元走査スキャナ２は例えばＸ軸方向走査用のガルバノミラー若しくはレソナントスキャナとＹ軸方向走査用のガルバノミラーとを有して構成されており、これらをスポット光の光軸方向に対する垂直方向であるＸ軸方向及びＹ軸方向で各々振ることによりスポット光が試料４上でＸＹ両方向に振られる。
【００２４】
二次元走査されたスポット光は、対物レンズ３を通過してステージ５上に載置されている試料４に照射される。ステージ５は光軸方向であるＺ軸方向に移動可能であり、試料４をスポット光の光軸方向に移動させることができるように構成されている。
【００２５】
試料４からの反射光は対物レンズ３を通過して二次元走査スキャナ２へと戻り、その後、二次元走査スキャナ２から光検出器６へと導かれる。この光検出器６の受光面の前面には図示しないピンホールが設けられており、光検出器６はこのピンホールを介して得られる光情報を受光して光電変換を行い、その光強度に応じた電気信号を出力する。
【００２６】
光検出器６から出力されるアナログ信号である電気信号はＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇｕｅ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  ）変換器７によってその大きさを示すデジタルデータへと変換された後、ＣＰＵ８に入力される。
ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ  ）８は、二次元走査スキャナ２、ステージ５、メモリ９、フレームメモリ１１、及び記憶装置１２と接続されている。ＣＰＵ８は記憶装置１２に記憶されている制御プログラムを読み出して実行することによって各種の制御処理を行うものであり、例えば、二次元走査スキャナ２に対しスポット光の走査の開始やステージ５のＺ軸（高さ）方向の移動を指示すると共に、光検出器６より検出される試料４の光強度検出値より、各画素についてその検出値が最大であるときの光強度検出値とそのときの高さ位置の情報、及びその前後における高さ位置の情報とそのときの光強度検出値を取得し、これらのデータより三次元の表面形状画像を生成する制御処理、すなわち光強度が最大であるときの高さ位置の推定と、推定された複数の位置情報に基づいた試料４についての表面形状画像の生成とを行う制御処理を行う。
【００２７】
メモリ９は、ＣＰＵ８によって行われる制御処理によって特定される最大の光強度検出値とそのときの位置情報、その前後における高さ位置での光強度検出値とそのときの高さ位置情報、及びＣＰＵ８で生成される表面形状画像を表現している画像データ等を記憶している。
【００２８】
表示部１１は、ＣＰＵ８によって行われる制御処理によって生成され、フレームメモリ１０に格納された三次元の表面形状画像を表現している画像データを読出してその表面形状画像を表示する。
記憶装置１２は、ＣＰＵ８に各種の制御処理を行わせるための制御プログラムが予め記憶されている。
【００２９】
なお、図２に示す構成において、ＣＰＵ８、メモリ９、フレームメモリ１０、表示部１１、記憶装置１２等は標準的な構成を有しているコンピュータシステムであれば予め備えられているものであるので、このようなコンピュータシステムを用いて図２に示すシステムを構成することもできる。この場合には、ＣＰＵ８に各種の制御処理を行わせるための制御プログラムを作成しておき、この制御プログラムをコンピュータシステムの有するＣＰＵで実行させるようにすればよい。
【００３０】
また、上述した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システムに読み込ませてＣＰＵで実行させ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。
【００３１】
また、記録媒体は通信回線を介してコンピュータシステムと接続される、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、コンピュータシステム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。
【００３２】
次に、図２に示した共焦点走査型光学顕微鏡のＣＰＵ８によって行われる制御処理について説明する。
図３はこの制御処理の処理内容を示すフローチャートである。同図において使用されている各種の変数について説明すると、
ｉ，ｊ：取得される共焦点画像のｘ，ｙ座標
（ｉ＝１、２、３、…、Ｎｉ  、ｊ＝１、２、３、…、Ｎｊ  ）
ｋ：共焦点画像の測定回数（ｋ＝０、１、２、３、…、Ｎｋ  ）
Ｉ（ｉ，ｊ，ｋ）：取得された共焦点画像
Ｉｏ（ｉ，ｊ，ｋ）：Ｉ（ｉ，ｊ，ｋ）の前回の共焦点画像
Ｐｃ（ｉ，ｊ）：（ｉ，ｊ）の画素における最大の光強度検出値データ
Ｐａ（ｉ，ｊ）：（ｉ，ｊ）の画素においてＰｃ（ｉ，ｊ）を検出したときに対して１つ過去のときのＺ位置での測定において得られた光強度検出値データ
Ｐｂ（ｉ，ｊ）：（ｉ，ｊ）の画素においてＰｃ（ｉ，ｊ）を検出したときに対して１つ未来のときのＺ位置での測定において得られた光強度検出値データ
Ｈ（ｉ，ｊ）：（ｉ，ｊ）の画素においてＰｃ（ｉ，ｊ）を検出したときにまでに行われた共焦点画像の測定回数
Ｈｓ（ｉ，ｊ）：（ｉ，ｊ）の画素においてＰｃ（ｉ，ｊ）を検出した共焦点画像の測定開始直前におけるステージ５のＺ位置
Ｈｅ（ｉ，ｊ）：（ｉ，ｊ）の画素においてＰｃ（ｉ，ｊ）を検出した共焦点画像の測定完了直後におけるステージ５のＺ位置
Ｚｃ（ｉ，ｊ）：高さ推定によって得られる表面形状画像
Ｚ（ｉ，ｊ）：Ｚｃ（ｉ，ｊ）に対する高さの補正が行われた後の表面形状画像である。なお、これらの変数の値はいずれもＣＰＵ８の制御によってメモリ９に格納される。
【００３３】
なお、説明を簡単にするため、図３において、Ｓ１０４、Ｓ１０６からＳ１１０、Ｓ１１３、及びＳ１１４の各処理では共焦点画像全ての画素を対象に処理を実施するものとし、ｉ及びｊの値を更新する処理は省略している。
また、共焦点画像の測定間隔ΔＺは、図２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予め設定されるものとする。
【００３４】
図３に示されている処理は、図２に示したシステムに対してその使用者が測定開始の指示を行ったことをＣＰＵ８が検出することによって開始される。
まずＳ１０１において初期化処理が行われ、前述した各種の変数の全てに初期値として「０」を代入され、更に、ステージ５から得られる、このときのステージ５のＺ位置Ｚ０  が取得される。
【００３５】
次に、Ｓ１０２において、Ｚ方向の移動を開始させる指示をステージ５に与える処理が行われる。ステージ５はこの指示に応じてＺ方向の移動を開始する。このステージ５の移動によって対物レンズ３と試料４との相対位置の連続的な変化が生じる。
【００３６】
Ｓ１０３では、ステージ５から得られる、共焦点画像の測定を開始する直前のステージ５のＺ位置Ｚｓを取得する処理が行われ、続くＳ１０４において、光検出器６より出力される電気信号に対応しているデータである共焦点画像データＩ（ｉ，ｊ，ｋ）を取得する測定処理が行われる。
【００３７】
Ｓ１０５では、ステージ５から得られる、共焦点画像データＩ（ｉ，ｊ，ｋ）の測定を終了した直後のステージ５のＺ位置Ｚｅを取得する処理が行われる。
Ｓ１０６では、この時点におけるＩ（ｉ，ｊ，ｋ）の値とＰｃ（ｉ，ｊ）の値との大小を判定する処理が行われる。この結果、Ｉ（ｉ，ｊ，ｋ）の値がＰｃ（ｉ，ｊ）の値よりも大きいとき（Ｓ１０６の判定結果がＹｅｓのとき）には、Ｓ１０７の処理、すなわち、Ｐｃ（ｉ，ｊ）にＩ（ｉ，ｊ，ｋ）の値を代入し、Ｐａ（ｉ，ｊ）にＩｏ（ｉ，ｊ，ｋ）の値を代入し、Ｈ（ｉ，ｊ）にｋの値を代入し、Ｈｓ（ｉ，ｊ）にＺｓの値を代入し、そしてＨｅ（ｉ，ｊ）にＺｅの値を代入する処理が行われる。
【００３８】
Ｓ１０８では、ｋの値がＨ（ｉ，ｊ）の値に「１」を加算した結果と等しくなったか否かを判定する処理が行われ、この判定結果がＹｅｓならば、Ｓ１０９において、Ｐｂ（ｉ，ｊ）にＩ（ｉ，ｊ，ｋ）の値を代入する処理が行われる。なお、このＳ１０８の判定処理の結果がＹｅｓとなるのは、後述するＳ１１１の処理によって繰り返されるＳ１０３からＳ１１０にかけての処理が前回実行されたときにＳ１０７の処理が実行された場合である。つまり、このＳ１０８及びＳ１０９の処理によって、Ｐｃ（ｉ，ｊ）の更新がされたときに対して１つ未来のときのＺ位置での測定において得られた光強度検出値データがＰｂ（ｉ，ｊ）に代入されるのである。
【００３９】
Ｓ１１０では、Ｉｏ（ｉ，ｊ，ｋ）にＩ（ｉ，ｊ，ｋ）の値を代入してＩｏ（ｉ，ｊ，ｋ）の値を前回の共焦点画像データへと更新し、更に現在のｋの値に「１」を加算した結果を改めてｋに代入して共焦点画像の測定回数を更新する処理が行われる。
【００４０】
Ｓ１１１では、ステージ５から得られる情報によって求められるステージ５の光軸方向の移動量が、ΔＺ分だけ移動したものとなったか否かを判定する処理が行われ、この判定結果がＹｅｓならばＳ１０３へ処理が戻って上述した処理が繰り返される。一方、この判定結果がＮｏならばＳ１１２に処理が進む。
【００４１】
Ｓ１１２では、ステージ５から得られる情報によって求められるステージ５の現在のＺ位置が、予め設定されているステージ５の移動終了位置に達したか否かが判定され、この判定結果がＹｅｓならばＳ１１３に処理が進む。一方、この判定結果がＮｏならばＳ１１１へ処理が戻って上述した処理が繰り返される。
【００４２】
以上までの処理によって、試料４の光軸方向の移動の終了が検出されたら、これより説明するＳ１１３及びＳ１１４の処理が行われ、真に光強度が最大となる対物レンズ３と試料４との相対位置が求められる。
まず、Ｓ１１３において、メモリ９に保存された値を用いて、高さＺｃ  （ｉ，ｊ）を推定する処理が行われる。この処理では、前述した各種の変数のうち、Ｐｃ（ｉ，ｊ）、Ｐａ（ｉ，ｊ）、Ｐｂ（ｉ，ｊ）、Ｈ（ｉ，ｊ）についてのこの時点の値が用いられ、これらの値とＺ０  及びΔＺの値が前述した▲３▼式に代入されて計算されることによって高さＺｃ（ｉ，ｊ）が推定される。
【００４３】
次に、画像内の各画素の位置（ｉ，ｊ）と、（ｉ，ｊ）の画素においてＰｃ（ｉ，ｊ）を検出した共焦点画像の測定開始直前におけるＺ軸方向の相対位置Ｈｓ（ｉ，ｊ）及びこの共焦点画像の測定完了直後におけるＺ軸方向の相対位置Ｈｅ（ｉ，ｊ）とから、この共焦点画像の測定中に生じている相対位置の変化を比例計算により補正する処理が行われる。本実施形態では、単位時間当たりのこの相対位置の変化の割合が一定であり、また、この共焦点画像における各画素についての光強度の検出の時間間隔も一定であるとみなし、高さ補正量ΔＨ（ｉ，ｊ）を比例計算により算出することとする。すなわち、共焦点画像内の画素（ｉ，ｊ）における高さ補正量ΔＨ（ｉ，ｊ）が下記の▲４▼式により算出される。
ΔＨ（ｉ，ｊ）＝［｛Ｈｅ（ｉ，ｊ）−Ｈｓ（ｉ，ｊ）｝／（Ｎｉ  ×Ｎｊ  ）］×｛ｉ＋（ｊ−１）×Ｎｉ  ｝………▲４▼
なお、▲４▼式において、｛ｉ＋（ｊ−１）×Ｎｉ  ｝は、その共焦点画像の各画素における画素（ｉ，ｊ）についての光強度の検出順番を示している。
【００４４】
その後、この▲４▼式によって算出された高さ補正量ΔＨ（ｉ，ｊ）と、前述したＳ１１３の処理によって推定された高さＺｃ（ｉ，ｊ）とを用いて下記の▲５▼式
Ｚ（ｉ，ｊ）＝Ｚｃ（ｉ，ｊ）−ΔＨ（ｉ，ｊ）………▲５▼
を計算することにより、測定中に生じている相対位置の変化の影響が補正された表面形状画像Ｚ（ｉ，ｊ）が得られる。
【００４５】
上述したＳ１１４の処理を終えた後には、図３に示した処理が終了する。
以上の制御処理がＣＰＵ８によって行われることによって、図２に示した共焦点走査型光学顕微鏡で試料４と対物レンズ３との光軸方向の相対位置を連続的に変化させながら一定の間隔で測定した試料３についての複数の共焦点画像から表面情報を取得して試料３についての表面形状画像の画像データを生成することが可能となる。
【００４６】
なお、上述した実施の形態では共焦点画像測定の直前及び直後で取得したＺ位置に基づいて高さ補正量を計算しているが、１画素分の光強度を検出するために要する時間におけるステージ５のＺ方向の移動量が予め判明しているのであれば、そのＺ方向移動量と補正対象画素の共焦点画像内の位置とに基づいてその高さ補正量を算出するようにしてもよい。
【００４７】
また、前述した実施の形態では高さの推定結果に対して補正を行うようにしているが、高さの推定の基礎としているＺ位置に対する補正を行ってから高さの推定を行うようにしてもよい。
また、前述した実施の形態では共焦点画像の測定開始位置Ｚ０  、測定間隔ΔＺ、及び測定回数よりＺ位置を算出するようにしていたが、Ｚ位置を示す絶対情報またはその絶対情報から求めた相対情報がステージ５から得られるのであれば、これらの情報からＺ位置を得るようにしてもよい。
【００４８】
また、前述した実施の形態ではＣＰＵ８がステージ５に指示を与えて共焦点画像測定の直前直後のＺ位置を取得してメモリ９へ格納する処理を行っているが、共焦点画像の測定に同期して自動的にＺ位置が出力される共焦点走査型光学顕微鏡を使用するのであれば、ＣＰＵ８はこの出力されたＺ位置を取得してメモリ９に格納する処理を行うだけでよく、上述した指示は不要となる。
【００４９】
また、前述した実施の形態では１回の画像測定の直前直後でＺ位置を取得するようにしているが、１画素の測定に同期してＺ位置を取得して画素毎のＺ位置をメモリ９に格納しておき、この画素毎のＺ位置を用いて対物レンズ３と試料４との相対位置の変化による影響を取り除くための補正を行うようにしてもよい。
【００５０】
また、前述した実施の形態では高さの推定に二次関数による近似を用いたが、他の手法、例えばガウス関数による近似や多次元式による近似等を用いてもよい。
また、前述した実施の形態ではステージ５のＺ方向の移動を終了させてから高さの推定や補正を行っているが、既知のものよりも大きな光強度が検出されて各変数の更新が行われる度に高さの推定や補正を行うようにしてもよい。
【００５１】
また、前述した実施の形態では既知のものよりも大きな光強度が検出されたときに行われる最大の光強度検出値の更新を画像取得時に行っているが、測定された共焦点画像はすべて保持されているので、ステージ５のＺ方向の移動を終了させてから最大の光強度検出値の更新と高さの推定及び補正とを行うようにしてもよい。
【００５２】
また、前述した実施の形態では対物レンズ３と試料４とのＺ方向の相対位置を変化させるためにステージ５を移動させているが、対物レンズ３を移動させるようにしてもよい。
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。
【００５３】
（付記）
［付記１］  前記推定では、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該推定を行うことを特徴とする請求項１に記載の高さ測定方法。
［付記２］  前記推定では、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該推定を行うことを特徴とする付記１に記載の高さ測定方法。
［付記３］  前記推定では、二次関数に近似された前記式に基づいて該推定を行うことを特徴とする付記１に記載の高さ測定方法。
［付記４］  前記補正では、前記位置関係の連続変化と前記試料の各部分について前記光の強度の検出が行われた検出順番の違いとによって生じる該位置関係の変化分を前記推定の結果から除外することによって該補正を行なうことを特徴とする請求項１に記載の高さ測定方法。
［付記５］  前記補正では、前記検出順番の違いに基づいた比例配分により前記位置関係の変化分の算出を行うことを特徴とする付記４に記載の高さ測定方法。
【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て行う高さ測定における測定精度の劣化を抑制しつつ高さ測定のスループットを向上させることができるという効果を奏する。また、本発明によれば、顕微鏡本体のハードウェア構成の変更は行わず、その制御処理の変更と高さ補正処理の追加とを行うだけで、上述した効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】共焦点画像から試料の高さを推定する方法を説明する図である。
【図２】本発明を実施する共焦点走査型光学顕微鏡の概略構成を示す図である。
【図３】ＣＰＵによって行われる制御処理の処理内容を示すフローチャートである。
【図４】対物レンズの集束位置と試料との相対位置を連続的に変化させた場合に得られる共焦点画像を説明する図である。
【符号の説明】
１  光源
２  二次元走査用スキャナ
３  対物レンズ
４  試料
５  ステージ
６  光検出器
７  Ａ／Ｄ
８  ＣＰＵ
９  メモリ
１０  フレームメモリ
１１  表示部
１２  記憶装置
【図１】
2004177152.tif 000004
【図２】
2004177152.tif 000005
【図３】
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【図４】
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