(57)【要約】【課題】簡便な方法でありながら試料の最表面の検出精度を維持する。【解決手段】一の走査位置50の周囲走査位置の第１層の高さ情報の平均値が演算される(S８01)。当該走査位置50の全ての層に関して、各高さ情報と平均値との差分が演算される（S８02）。当該走査位置50に含まれる層の上記差分値が最も小さい層が検出される(S８04)。そして、周囲の走査位置の第１層と相関が最も大きい当該走査位置50の層の高さ情報が最表面高さ情報として再設定される(S８05)。【選択図】図7
2009258186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の反射面を有する試料に対して対物レンズを介して照射する光を二次元的に所定の走査範囲内で走査して、前記走査範囲を所定数に分割した各走査位置における試料からの反射光を共焦点絞りを介して検出することにより各走査位置での対物レンズと試料との相対的な位置と反射光の受光量とを関連付けて取得する受光量取得手段と、
該受光量取得手段が取得した受光量に基づいて、各走査位置における複数の受光量の極大値を求めると共に、各極大値のときの前記対物レンズと試料との相対的な位置に基づいて当該走査位置における複数の層の高さ情報を取得する高さ情報取得手段と、
該高さ情報取得手段が取得した複数の層の高さ情報のうち、各走査位置の指定された層の高さ情報として検出された高さ情報を指定高さ情報として区別化して設定する高さ情報区別化設定手段と、
各走査位置における各層の反射面の高さ情報と、当該走査位置の近傍の走査位置における前記指定高さ情報との相関を比較する相関関係比較手段と、
該相関関係比較手段によって最も相関が大きい層の高さ情報が検出されたときに、該最も相関が大きい高さ情報を指定高さ情報として再設定する再設定手段とを有することを特徴とする共焦点顕微鏡装置。
【請求項２】
前記指定高さ情報が、各走査位置において最も高い位置に検出された高さ情報である、請求項１に記載の共焦点顕微鏡装置。
【請求項３】
前記相関関係比較手段において、各走査位置における各層の高さ情報が、当該走査位置の近傍の走査位置における最も高い位置の高さ情報との相関がしきい値よりも小さいときに、前記反射面再設定手段が前記近傍の走査位置における前記最も高い位置の高さ情報に基づく高さ情報を当該走査位置における最も高い位置の高さ情報として再設定する、請求項２に記載の共焦点顕微鏡装置。
【請求項４】
前記最も高い位置の高さ情報に基づく高さ情報が、前記近傍の走査位置における最表面高さの平均値である、請求項３に記載の共焦点顕微鏡装置。
【請求項５】
前記相関関係比較手段で採用する前記近傍の走査位置の範囲を指定する範囲指定手段を更に有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の共焦点顕微鏡装置。
【請求項６】
前記反射面再設定手段によって再設定された指定反射面高さにおける受光量に基づいて前記指定高さ情報の画像を生成する反射面画像生成手段を更に有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の共焦点顕微鏡装置。
【請求項７】
前記相関関係比較手段で採用する前記近傍の走査位置の範囲を指定する範囲指定手段を更に有し、
該範囲指定手段により前記近傍の走査位置の範囲が変更されたときに、該近傍の走査位置の範囲の変更に追従して前記指定高さ情報の画像が再生成される、請求項６に記載の共焦点顕微鏡装置。
【請求項８】
前記反射面再設定手段によって再設定された指定高さ情報に基づいて前記試料の指定高さ情報の断面プロファイルを生成するプロファイル生成手段と、
該プロファイル生成手段が生成した前記断面プロファイルを表示する表示手段とを更に有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の共焦点顕微鏡装置。
【請求項９】
前記反射面再設定手段によって再設定された指定高さ情報に基づいて前記試料の指定高さ情報の断面プロファイルを生成するプロファイル生成手段と、
該プロファイル生成手段が生成した前記断面プロファイルを表示すると共に前記反射面の画像を重畳して表示する表示手段とを更に有する、請求項６又は７に記載の共焦点顕微鏡装置。
【請求項１０】
試料に対して対物レンズを介して照射する光を二次元的に走査して、各走査位置における試料からの反射光を共焦点絞りを介して検出することにより各走査位置での対物レンズと試料との相対的な位置と反射光の受光量とを関連付けて取得する受光量取得手段と、
該受光量取得手段が取得した受光量に基づいて、各走査位置における複数の受光量の極大値を求めると共に、各極大値のときの前記対物レンズと試料との相対的な位置に基づいて当該走査位置における複数の層の反射面高さ情報を取得する高さ情報取得手段と、
該高さ情報取得手段が取得した複数の層の高さ情報を各層毎の高さ情報として区別して設定する高さ情報区別化設定手段と、
各走査位置における各層の高さ情報と、当該走査位置の近傍の走査位置における該当する層の前記反射面高さ情報との相関を比較する相関関係比較手段と、
該相関関係比較手段によって最も相関が大きい層の高さ情報が検出されたときに、該最も相関が大きい高さ情報を該当する層の反射面高さ情報として、前記高さ情報区別化設定手段により区別化された高さ情報を再設定する再設定手段とを有することを特徴とする共焦点顕微鏡装置。
【請求項１１】
複数の反射面を有する試料に対して対物レンズを介して照射する光を二次元的に所定の走査範囲内で走査して、前記走査範囲を所定数に分割した各走査位置における試料からの反射光を共焦点絞りを介して検出した受光量と、該受光量が得られたときの前記対物レンズと試料との相対的な位置関係に基づいて算出された高さ情報とを関連付けて出力データとして出力する共焦点顕微鏡から出力された出力データを処理するデータ処理装置であって、
前記出力データに基づいて、各走査位置における受光量の複数の極大値を求めると共に、各極大値が得られたときの当該走査位置における複数の高さ情報を取得する高さ情報取得手段と、
該高さ情報取得手段により取得された高さ情報をその高さの順番に従って区別化して所定の区分の高さ情報を各走査位置の指定された高さ情報として設定する高さ情報区別化設定手段と、
各走査位置において、前記高さ情報取得手段により取得された前記複数の高さ情報と、当該高さ情報が得られた走査位置の近傍の走査位置における前記指定された高さ情報との相関値を算出する相関値算出手段と、
該相関値算出手段によって算出された相関値のうち、最も相関が大きくなる相関値を示す高さ情報を検出する検出手段と、
該検出手段によって検出された高さ情報を前記指定された高さ情報として再設定する再設定手段とを有することを特徴とする共焦点顕微鏡用のデータ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射光の結像面に共焦点絞り（典型的にはピンホール）を備えた共焦点顕微鏡装置及び共焦点顕微鏡のデータ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
共焦点顕微鏡は、試料の表面の全領域に焦点の合った画像が得られると共にコントラスト比の高い鮮明な像を観察できるため、試料の表面の性状、例えば微小な段差や表面粗さなどを計測するのに用いられている。
【０００３】
具体的には、共焦点顕微鏡は、観察視野内を二次元的に走査し（特許文献１）、各走査位置毎の反射光を受光素子で検出すると共に、Z軸方向（光軸方向）に焦点位置を変化させる（特許文献２）ことで高さに関する情報と反射光に関する情報（受光量及び色）を検出することができる。
【０００４】
図１２は、一つの走査位置に関してZ軸方向に焦点距離を変化させた一連の受光量（絶対値）の変化（Z-Iプロファイル）を示し、極大値P0のZ値が試料の表面における当該走査位置の高さZ0を意味する。例えば試料がその表面に膜を有する場合、図１３に示すように、２つの極大値P1、P2が現れる。第１番目の極大値P1のZ値は、図１４に示す試料Ｍの膜１の表面つまり試料Ｍの最表面の反射光に関するものであり、第２番目の極大値P2のZ値が、試料Ｍの膜１の裏面つまり膜１と試料本体２との境界面の反射光に関するものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３２９９５号公報
【特許文献２】特開２００８−５２１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、試料Ｍの表面性状を計測するのに、従来においては、受光量が最大であるＺ値に基づいて計測されていた。したがって、図１３に例示したように、膜１の表面での反射光よりも膜１の裏面での反射光の方が強い場合には試料Ｍの最表面の形状が誤って計測される、という問題を有していた。
【０００７】
また、複数の波長の光源を用意した場合、膜１の波長透過特性に応じた波長の光源を選択することで最表面形状を測定することが可能であるが、試料の表面の波長透過特性が異なる度毎に、異なった波長の光源を選択又は設定する必要があり煩雑であり、また、複数の波長の光源を用意するためには、そのための構成要素が多くなる問題もある。
【０００８】
試料Ｍの最表面の形状を計測する簡便な方法として、対物レンズに近い側の極大値が常に最表面に関するものであると設定することが考えられる。これによれば、膜１の表面よりも裏面の反射光量が多い場合であっても試料Ｍの最表面の形状を計測することができる。しかし、このように反射光量に依存しないで、極大値が検出された高さ情報だけで最表面の高さとみなした場合には、ノイズなど何らかの原因で最表面からの反射光の受光量が比較的少ないとき、つまり光強度が低いときには、これによりも強い光強度の裏面の高さ情報を最表面の高さであるとして誤って検出したり、また、最表面によりも反射光の受光量が比較的多いとき、つまり光強度が高い位置（対物レンズに近い側）にノイズが発生したときには、これを最表面の高さ情報であるとして誤って検出してしまう虞がある。
【０００９】
この点について、図１５を参照して具体的に説明する。図１５の左側には、X-Zプロファイルを示し、このX-Zプロファイルライン(I)、(II)、(III)に関連したZ-Iプロファイルを図１５の右側に図示してある。
【００１０】
例えばZ-Iプロファイルライン(III)では、最表面３（第１層）の受光量よりも第２層の反射面４の受光量の方が多い、つまり光強度が強い。対物レンズに近い側の極大値が常に最表面に関するものであると設定したときには、このような状態に対して適切に最表面が認識されることになる。しかし、Z-Iプロファイルライン(I)において、本来の最表面５よりも対物レンズに近い側でノイズ６が検出された場合、このノイズ６が最表面の高さ情報であると認識されてしまうことになる。その結果、本来であれば最表面に関する極大値５が第２層に関するものであると認識され、また、これよりも対物レンズから離れている極大値７が第３層の反射面に関するものであると認識されてしまうことになる。また、Z-Iプロファイルライン(II)において第１層の極大値８が何らかの原因で極端に小さいため、第２層の極大値９が最表面に関するものであると認識されてしまう可能性を含む。
【００１１】
本発明の目的は、簡便な方法でありながら試料の反射面の検出精度を維持することができる共焦点顕微鏡装置及び共焦点顕微鏡のデータ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の技術的課題は、本発明の第１の観点によれば、
複数の反射面を有する試料に対して対物レンズを介して照射する光を二次元的に所定の走査範囲内で走査して、前記走査範囲を所定数に分割した各走査位置における試料からの反射光を共焦点絞りを介して検出することにより各走査位置での対物レンズと試料との相対的な位置と反射光の受光量とを関連付けて取得する受光量取得手段と、
該受光量取得手段が取得した受光量に基づいて、各走査位置における複数の受光量の極大値を求めると共に、各極大値のときの前記対物レンズと試料との相対的な位置に基づいて当該走査位置における複数の層の高さ情報を取得する高さ情報取得手段と、
該高さ情報取得手段が取得した複数の層の高さ情報のうち、各走査位置の指定された層の高さ情報として検出された高さ情報を指定高さ情報として区別化して設定する高さ情報区別化設定手段と、
各走査位置における各層の反射面の高さ情報と、当該走査位置の近傍の走査位置における前記指定高さ情報との相関を比較する相関関係比較手段と、
該相関関係比較手段によって最も相関が大きい層の高さ情報が検出されたときに、該最も相関が大きい高さ情報を指定高さ情報として再設定する再設定手段とを有することを特徴とする共焦点顕微鏡装を提供することにより達成される。
【００１３】
上記の技術的課題は、本発明の第２の観点によれば、
複数の反射面を有する試料に対して対物レンズを介して照射する光を二次元的に所定の走査範囲内で走査して、前記走査範囲を所定数に分割した各走査位置における試料からの反射光を共焦点絞りを介して検出した受光量と、該受光量が得られたときの前記対物レンズと試料との相対的な位置関係に基づいて算出された高さ情報とを関連付けて出力データとして出力する共焦点顕微鏡から出力された出力データを処理するデータ処理装置であって、
前記出力データに基づいて、各走査位置における受光量の複数の極大値を求めると共に、各極大値が得られたときの当該走査位置における複数の高さ情報を取得する高さ情報取得手段と、
該高さ情報取得手段により取得された高さ情報をその高さの順番に従って区別化して所定の区分の高さ情報を各走査位置の指定された高さ情報として設定する高さ情報区別化設定手段と、
各走査位置において、前記高さ情報取得手段により取得された前記複数の高さ情報と、当該高さ情報が得られた走査位置の近傍の走査位置における前記指定された高さ情報との相関値を算出する相関値算出手段と、
該相関値算出手段によって算出された相関値のうち、最も相関が大きくなる相関値を示す高さ情報を検出する検出手段と、
該検出手段によって検出された高さ情報を前記指定された高さ情報として再設定する再設定手段とを有することを特徴とする共焦点顕微鏡用のデータ処理装置を提供することにより達成される。
【００１４】
各走査位置において複数の受光量の極大値が存在し、これにより取得した複数の高さ情報の中に、仮にノイズなどが存在していたとしてもそれは局部的であると考えることができる。したがって、一つの走査位置で仮に一つの高さ情報がノイズであったとしても、当該走査位置における他の高さ情報の全てがノイズである場合は稀であると考えられる。同様に、その周囲の走査位置には真の高さ情報が存在しているはずである。すなわち、ノイズなどの影響による誤った高さ情報は局部的に発生するに過ぎず、取得した高さ情報に含まれる真の高さ情報は相対的に多いと考えることができる。
【００１５】
図１は本発明の基本的な考え方を説明するための図である。試料を走査することにより取得した受光量の大小つまり光強度に基づいて取得した各走査位置での複数の層の高さ情報として、例えばＡ〜Ｅの各走査位置において夫々４つの高さ情報が存在しているとする。例えば、Ａ走査位置においてはＡ-１〜４の高さ情報を取得し、Ｂ走査位置においてはＢ-１〜４の高さ情報を取得したとする。
【００１６】
いま、試料の最表面を計測するとした場合、取得した各走査位置での複数の高さ情報において、対物レンズに最も近い高さ情報つまり試料の最表面の高さ情報は各走査位置の第１層の高さ情報つまり、Ａ走査位置ではＡ−１が該当し、Ｂ走査位置ではＢ−１が該当し、Ｃ走査位置ではＣ−１が該当し、Ｄ走査位置ではＤ−１が該当し、Ｅ走査位置ではＥ−１が該当する。先ず、この第１層の高さ情報を最も高い位置の高さ情報として設定する。すなわち、図１の「反射面設定」に挙げたように、第１層のＡ−１、Ｂ−１、Ｃ−１、Ｄ−１、Ｅ−１が、先ず、最も高い位置の高さ情報として設定され、例えば、この最も高い位置の高さ情報はメモリに記憶される。
【００１７】
しかし、第１層の高さ情報Ａ−１、Ｂ−１、Ｃ−１、Ｄ−１、Ｅ−１の中には、真の高さ情報でない情報、例えばノイズが含まれているかも知れない。これを確認するために、上記最も高い位置の高さ情報として設定したＡ〜Ｅの各走査位置の第１層の高さ情報が、試料の最表面の真の高さ情報であるか否かを検証する処理が実行される。例えばＣ走査位置における第１層の高さ情報Ｃ―１が真に試料の最表面の高さ情報であるか、それともノイズの影響による情報であるのかの確認は、周囲の走査位置の第１層の高さ情報との相関の大小によって行われる。例えばＣを除くＡ、Ｂ、Ｄ、Ｅ走査位置の夫々の第１層の高さ情報Ａ−１、Ｂ−１、Ｄ−１、Ｅ−１の平均値を求め、この平均値とＣ−１との差分値(|(Ｃ−１)−(平均値)|）が大であれば、このＣ−１は周囲の走査位置の情報との相関が大であることから、Ｃ走査位置において試料の最表面の真の高さ情報であるとみなすことができる。
【００１８】
換言すると、もし、周囲の走査位置の第１層の高さ情報との相関が小さければ、このＣ走査位置の第１層の高さ情報Ｃ−１はノイズなどの誤った情報であるとみなすことができる。第１層のＣ−１がノイズである場合、Ｃ走査位置の他の第２、第３、第４の層高さ情報Ｃ―２〜４のいずれかに真の最も高い位置の高さ情報が含まれている可能性が大きい。このことから、Ｃ走査位置における第２層の高さ情報Ｃ−２に関して、周囲の走査位置の第１層の高さ情報との相関の大小によってその真偽が検証される。もし、この相関値が大きければ、第２層の高さ情報Ｃ−２が試料の最も高い位置の高さ情報とみなすことができ、したがって、この第２層の高さ情報Ｃ−２が最も高い位置の高さ情報として設定される。つまり、Ｃ走査位置での試料の最表面高さはＣ―２であるとした再設定処理が行われる。図１は、Ｃ−２によって最表面高さが再設定された例を示している。逆に、この相関値が小さければ、Ｃ−２もノイズなどの誤った情報であるとみなして、第３層の高さ情報Ｃ−３について、同様に、周囲の走査位置の第１層の高さ情報との相関の大小によって、その真偽の検証が実行される。
【００１９】
如上のように試料の例えば最表面の凹凸性状を測定する場合、各走査位置における第１層の高さ情報が、試料の真の最表面高さに関する情報であるか否かを周囲の走査位置の第１層の高さ情報との相関の大小で検証し、もしノイズであれば、第２層、第３層、第４層の反射面高さ情報のいずれかに真の最表面高さに関する情報が含まれている可能性があるとして、当該走査位置の各層の反射面高さ情報を周囲の走査位置の第１層の高さ情報との相関の大小で検証して、最も確かと思われる層の反射面高さ情報が最も高い位置の高さ情報として再設定が行われる。
【００２０】
このように、周囲の走査位置の高さ情報との相関に基づいて各走査位置に含まれる複数の高さ情報から最も確かと思われる高さ情報を採用するという比較的簡便な方法でありながら試料の反射面の検出精度を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。
【００２２】
図２は本発明が適用される共焦点顕微鏡の構成図である。図２を参照して、共焦点顕微鏡１０は、レーザー光源１２を有し、レーザー光源１２からの供給される単一波長光はX-Yスキャン光学系１４を経由した後に第１ハーフミラー１６で反射されてステージ１８上の試料Ｍに差し向けられ、そして対物レンズ２０を通じて試料Ｍの表面に照射される。
【００２３】
試料Ｍの反射光は第１ハーフミラー１６で反射され、そして第２ハーフミラー２２で反射された後に第１結像レンズ２４で焦点の合った光だけが、共焦点絞りとしてのピンホール２６を通過して、このピンホール２６を通過した反射光が受光素子２８に入力される。
【００２４】
共焦点顕微鏡１０は、また、白色光源３０を備え、この白色光源３０からの白色光は、第１ハーフミラー１６と対物レンズ２０との間に配設された第３ハーフミラー３２によって試料Ｍを照射することが可能である。
【００２５】
共焦点顕微鏡１０は、また、カラーＣＣＤカメラ３４を備え、第１ハーフミラー１６を通過した光を第２結像レンズ３６で結像した像をカラーＣＣＤカメラ３４で撮像することが可能である。
【００２６】
点光源であるレーザー光源１２から出射された光はX-Yスキャン光学系１４を介して観察視野内を走査位置単位に分割してX-Y走査され、受光素子２８は走査位置毎の反射光を検出する。また、対物レンズ２０は矢印で示すようにZ軸方向（光軸方向）に駆動され、各走査位置毎にZ軸方向に焦点位置を変化させて対物レンズ２０の各Z軸位置の反射光が検出される。また、白色光源３０の反射光はカラーＣＣＤカメラ３４で検出され、各走査位置毎に、レーザー光源１２を用いて検出した焦点位置での試料Ｍの色情報を検出することができる。
【００２７】
受光素子２８及びカラーＣＣＤカメラ３４はコンピュータ４０に接続され、コンピュータ４０で処理された情報はモニタ４２に表示可能である。
【００２８】
図３は試料Ｍの平面図であり、X軸方向を矢印Xで示してあり、そのX-Zプロファイルが図４である。図４を参照して、実線１００が試料Ｍの最表面の断面形状を示し、一点鎖線１０２が第２層の反射面の断面形状を示し、二点鎖線１０４が第３層の反射面の断面形状を示す。試料Ｍの最表面１００、第２層の反射面１０２、第３層の反射面１０４に関し、図４のX-Zプロファイルによれば途中で突出した部分１０６が見られる。この部分１０６に相当する突出部が実際に試料Ｍに存在しているか否か、つまりノイズなどの影響による情報であるか真の情報であるかの検証は次の手順で行われる。
【００２９】
図５は、観察視野内の走査位置の一部を示し、各走査位置を矩形枠で示してある。今現在検証しようとしている走査位置５０をクロスした斜線で図示してある。当該走査位置５０の第１層（最表面）の高さ情報が、周囲の走査位置、例えば走査位置１〜８の第１層の高さ情報と相関が小さいときには、当該走査位置５０の第１層の高さ情報は何らかの原因による誤った情報であると判定される。次に、当該走査位置５０の第２層の高さ情報について例えば走査位置１〜８の第１層の高さ情報との相関の大小が判定され、この相関値が大きければ、当該走査位置５０においては、その第２層の高さ情報が本来の最表面の高さ情報であるとみなすことができるとして、当該走査位置５０の第１層の高さ情報が第２層の高さ情報によって置換される。すなわち、周囲の高さ情報との相関に基づいて第２層の高さ情報が本来の最表面の高さ情報であるとみなすことができるときには、この第２層の高さ情報が最表面高さ情報として再設定される。逆に、当該走査位置５０の第２層の高さ情報が、例えば走査位置１〜８の第１層（最表面）の高さ情報と相関が小であれば、次の第３層の高さ情報について例えば走査位置１〜８の第１層（最表面）の高さ情報との相関が検証され、相関が大であれば、この第３層の高さ情報が最表面高さ情報として再設定される。このようにして再設定した後のX-Z断面プロファイルが図４の下の図に示されている。
【００３０】
以上のことを前提として、試料Ｍの最表面の計測に関する具体的な手順の一例を図６、図７に示すフローチャートに基づいて説明する。図６を参照して、先ずステップS１で各種のパラメータを設定し、次にステップS２でプレビュー表示が選択されているか否かを判別してＹＥS（プレビュー表示）のときにはステップS３に進んで、プレビュー用の測定が実行される。この測定は、X-Y走査と共に各走査位置毎にZ軸方向の測定も実行され、これにより、各走査位置における受光量つまり光強度の程度、色がZ値に関連付けて取得される。そして、次のステップS4において、各走査位置における受光量の極大値、つまり光強度の極大値に基づいて高さ情報を生成して複数の層の高さ情報の検出が行われる。そして、次のステップS5で画像生成が行われる。この画像生成においては、試料の例えば最表面を対象とするのであれば、第１層の高さ情報に基づいてX-Zプロファイルが生成され、次のステップS6においてX-Zプロファイルがモニタ４２に表示される。モニタ４２を見て、図４の上の図の部分１０６のように異常と思われる部分が存在しているときにはフィルタ処理が必要であれば、ユーザの指令に基づいてステップS7からステップS８に進んでフィルタ処理が実行され、次いでフィルタ処理後の高さ情報に基づく画像が再生成される（S9）。
【００３１】
上記ステップS８つまり層間フィルタによる処理の詳細を図７のフローチャートで説明する。図７を参照して、先ずステップS８０１において、例えば一の走査位置５０(図５)の周囲、例えば図５において（1）〜(8)の番号を付した８つの走査位置の第１層の高さ情報の平均値が演算される。次に、当該走査位置５０の全ての層に関して、各高さ情報と平均値との差分が演算される（S８０２）。そして、当該走査位置５０に含まれる全ての層のうち、少なくとも一つの層の上記差分値がしきい値よりも小さいか否か、つまり周囲の走査位置の第１層の高さ情報との相関が大きいか否かの判定が行われ（S８０３）、YES(相関が大)であれば、ステップS８０４に進んで、当該走査位置５０に含まれる層の上記差分値が最も小さい、つまり周囲の走査位置の第１層の高さ情報との相関が最も大きい層が検出される。そして、周囲の走査位置の第１層と相関が最も大きい当該走査位置５０の層の高さ情報が最表面高さ情報として再設定される（S８０５）。勿論、走査位置５０の第１層の高さ情報が最も相関が大きければ、この第１層の高さ情報が引き続き最表面高さ情報となる。
【００３２】
上記ステップS８０３においてＮＯと判定されたとき、つまり、当該走査位置５０に含まれる全ての層の高さ情報が、周囲の走査位置の第１層の高さ情報と相関が小さいときには、ステップS８０６に移行して、当該走査位置５０の最表面高さ情報としての第１層の高さ情報が、周囲の走査位置の第１層の高さの平均値によって置換される。これにより、走査位置５０の最表面高さ情報が、周囲の走査位置の第１層の高さの平均値で再設定される。
【００３３】
上記のステップS８０１〜S８０６は試料の最表面高さ情報についての再設定であるが、試料の第２層以下の高さ情報についても、必要であれば、上記と同様の処理によって、例えば試料の第２層の場合には、周囲の走査位置の第２層の高さ情報との相関に基づいて、その高さ情報の再設定が行われる（S８０７）。そして、当該走査位置５０について全ての層の高さ情報について再設定が完了したときには、ステップS８０８からステップS８０９に進んで全ての走査位置について各層の高さ情報の再設定処理が行われる。全ての層の高さ調整を再設定を行った場合には、例えば薄膜を付設した試料に関して、この薄膜の膜厚を正確に計測できるという利点がある。
【００３４】
図６に戻って、上記の層間調整フィルタによる処理（S８）が完了すると次のステップS９に進んで、再設定した高さ情報に基づいて画像が再生成され、そして、例えばユーザの操作に基づいてモニタ４２の表示の更新が行われる。例えば上記の層間調整フィルタによる処理（S８）が試料の最表面に関するものであれば、モニタ４２の表示は図４の下の図に示す試料Ｍの最表面のX-Zプロファイル表示に更新される（S１０）。
【００３５】
このモニタ４２の表示を見て、フィルタ処理が不適当ということであれば、ステップＳ１１からS１２に進んで、上記ステップS８０３で使用したしきい値などの値を変更して、再度、ステップS８でフィルタによる処理が実行される。この一連の処理によってフィルタの調整が完了したら準備工程が終わったとして、ステップＳ１３に進んで試料の測定が実行される。
【００３６】
図８は相関フィルタによる処理（ステップS８）の変形例を示す。なお、この図８のフローチャートは、試料の最表面を指定して最表面について層間調整フィルタ処理を実行する場合を例示するものである。この図８の例では、一の走査位置の最も高位の第１層の高さ情報から、順次、第２層、第３層の順に周囲走査位置の第１層の高さ情報との相関に基づいて最も確かと思われる最表面高さ情報の再設定が行われる。
【００３７】
具体的に説明すると、先ずステップS８２１において、例えば一の走査位置５０の周囲、例えば図５において（1）〜(8)の番号を付した８つの走査位置の第１層の高さ情報の平均値が演算される。次に、当該走査位置５０の第１層の高さ情報と上記平均値との差分が演算され（S８２２）、そして、この差分値がしきい値よりも大きいか否かを判定して（S８２３）、ＮＯ（しきい値以下）のときには当該走査位置５０の第１層の高さ情報が周囲の高さ情報と相関が大きいとして、この第１層の高さ情報によって当該走査位置５０における最表面高さ情報の再設定が行われる。勿論、この場合には、既に第１層の高さ情報が最表面高さ情報に設定されているのであるから実体は変化しない。
【００３８】
上記ステップS８２３において、ＹＥＳのときには、当該走査位置５０の第１層の高さ情報が周囲の高さ情報と相関が小さく、この第１層の高さ情報は試料の最表面に対応するものではないとして、当該走査位置５０の第２層の高さ情報について、周囲の第１層の高さ情報との相関が検証され（S８２５、S８２６）、もし、この第２層の高さ情報が試料の最表面の高さ情報であると判断されたときには、ステップS８２７に進んで、この第２層の高さ情報によって当該走査位置５０における最表面高さ情報の再設定が行われる。もし、第２層の高さ情報が周囲の第１層の高さ情報と相関が小さいときには、ステップS８２８以降のステップに進んで、当該走査位置５０の第３層の高さ情報について周囲の第１層の高さ情報に基づいて相関が検証され、第３層の高さ情報が試料の最表面の高さ情報であると判断されたときには、ステップS８３０に進んで、この第３層の高さ情報によって当該走査位置５０における最表面高さ情報の再設定が行われる。他方、当該走査位置５０に含まれる全ての高さ情報に関して、周囲の高さ情報との相関が小さいときには、周囲走査位置の第１層の平均値によって当該走査位置５０における最表面高さ情報の再設定が行われる（S８３１）。
【００３９】
図７、図８の例から分かるように、一の走査位置の各層の高さ情報と周囲走査位置の高さ情報との相関値を比較し、最も相関が大きな層の高さ情報によって当該走査位置の各層の高さ情報が調整され、調整した後の高さ情報に基づいて試料のX-Zプロファイルをモニタ４２に表示させることができる。また、図６のステップS１１から分かるように、モニタ４２の表示を見てフィルタの強さの設定（図７のステップS８０３のしきい値や図８のステップS８２３、８２６などのしきい値の大きさ）を調整し、調整後のフィルタ強さに基づいた層間フィルタ処理を実行した後に、調整後のフィルタの結果がモニタ４２に表示されるため（図６のステップS９）、適当なフィルタの設定が容易である。
【００４０】
フィルタの設定は、例えばモニタ４２をタッチパネル付きモニタで構成し、モニタ４２に画像表示（典型的にはX-Zプロファイルを表示）したときに、フィルタ設定のための設定ウインドウ４３（図９）を一緒にモニタ４２に表示して、この設定ウインドウ４３を使ってフィルタ強、中、弱などフィルタ強さを段階的に設定できるようにしてもよい。図９の(Ａ)はフィルタ強さとして「弱」を設定した例を示し、図９の(Ｂ)はフィルタ強さとして「中」を設定した例を示し、図９の(Ｃ)はフィルタ強さとして「強」を設定した例を示す。図示の例では、図９の(Ｂ)が適切なフィルタ強さが設定されたときのX-Zプロファイルを示し、このX-Zプロファイルには検出対象だけが表示されている。これに対して、フィルタが弱すぎるときには、図９の(Ａ)のX-Zプロファイルにノイズが混じる。逆に、フィルタが強すぎたときには、図９の(Ａ)のX-Zプロファイルにノイズだけでなく検出対象まで除去されてしまう。したがって、ユーザは、X-Zプロファイルの表示を見てフィルタが適当であるか否かを確認でき、もし適当でなければ、X-Zプロファイルと一緒に表示される設定ウインドウ４３をタッチして適当なフィルタ強さを調整することができ、そして、その後直ちにモニタ４２に表示される調整後のX-Zプロファイルを見て、フィルタ強さの適否を確認でき、もし不適当であれば、フィルタ強さを直ちに調整し直すことができる。勿論、フィルタ強さは、無段階にユーザが任意に設定できるようにしてもよい。
【００４１】
また、相関の基礎となる周囲走査位置の範囲に関して、これをユーザが設定できるようにするのがよい。つまり、図５に示すように当該走査位置５０を直接的に囲む(1)〜(8)の８個の走査位置、この８個の走査位置の回りの(9)〜(24)を含めた合計２４個の走査位置というように、周囲走査位置の範囲（数）を図９に例示の設定ウインドウ４３を使ってユーザが設定できるようにするのがよい。
【００４２】
モニタ４２の表示に関し、図１０に例示するように、共焦点画像４４とX-Zプロファイル４５とを同時に表示してもよく、また、共焦点画像４４とZ-Iプロファイル４６とを同時に表示してもよく、また、共焦点画像４４とX-Zプロファイル４５とZ-Iプロファイル４６とを同時に表示してもよい。少なくとも、共焦点画像４４とX-Zプロファイル４５とを同時に表示する場合、共焦点画像４４の上又は下にX-Zプロファイル４５をX位置と整合させて表示するのがよい。これにより、共焦点画像４４及びX-Zプロファイル４５に表示可能なZ-Iプロファイルライン４７を同一線上に位置させることができる。なお、共焦点画像４４の中心部分に見られる矩形の枠ｍは、試料Ｍの表面に設けられた薄膜を示し、また、参照符号４８は共焦点画像４４に表示可能なX-Zプロファイルラインを示し、このX-Zプロファイルライン４８に沿った試料Ｍの断面がX-Zプロファイル４５として表示される。
【００４３】
モニタ４２の表示に関し、図１１に例示するように、X-Zプロファイル４５と複数のZ-Iプロファイル４６ａ、４６ｂとを表示するようにしてもよく、これらを横並びに且つＺ位置が同じ水平ライン上に位置するように表示するのがよい。例えば、モニタ４２に第１、第２のZ-Iプロファイル４６ａ、４６ｂを表示する場合、これに対応して第１、第２のZ-Iプロファイルライン４７ａ、４７ｂがX-Zプロファイル４５に表示可能である。また、このX-Zプロファイル４５には、反射光量を示す白黒情報つまり輝度画像が重複して表示されるのがよい。
【００４４】
輝度画像とX-Zプロファイル４５とを重畳的に表示することで、ユーザは、反射面の実際の位置を示している輝度画像とX-Zプロファイル４５がほぼ一致するようにフィルタの強さを調整することができるため、ユーザにとって好都合である。また、フィルタの強さに関し、図１１にも例示したように、「強」、「中」、「弱」というように、フィルタ強さの程度を意味する離散的な言葉又は印を表示してユーザに感覚的に設定させることで、コンピュータの専門家でない一般ユーザに煩雑な思いをさせることなく、輝度画像との一致の程度を見ながら適切なフィルタ強さの設定作業を行うことができる。このことは、上述した周囲走査位置の範囲（数）の設定についても同様であり、図１０に例示するように、周囲走査位置の範囲に関して例えば「狭」、「中」、「広」というような離散的な言葉又は印を例えばプルダウンメニューの中から選択することで設定できるようにしてもよい。勿論、輝度画像とX-Zプロファイル４５とを重畳的に表示するモニタ４２の表示を見てフィルタなどの設定を変更したときには、設定変更したパラメータに従って処理した後のX-Zプロファイル４５を直ちに表示するのがよい。
【００４５】
上記のようなモニタ４２の表示モードを付与することにより、画像全体を走査する前に各種のパラメータを適切な値に設定するのが容易であり、パラメータの設定ために行う全体の画像を撮像する必要性を無くすることができ、ユーザに取って使い勝手のよい且つ設定処理時間を短縮できるという実用上の利点がある。
【００４６】
上述したように、実施例によれば、各走査位置毎の複数の高さ情報には、ノイズの他に真の情報が存在している確率が高いという前提に立脚して、周囲の走査位置との相関によって各層の高さ情報の真偽を判別すると共に、真の高さ情報と見なせる高さ情報に設定し直す工程を従来の手法の一部に加えるという簡便な方法によって試料Ｍの各層の反射面の検出精度を維持することができる。
【００４７】
したがって、半導体ウエハの上の一部に酸化膜が蒸着されている試料や、基板上の一部にレジストが塗布されている試料に対しても、試料の最表面の計測を行うことができる。また、膜ｍ（図１０）の膜厚や屈折率などに影響を受けることなく、試料Ｍの最表面の計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の概念を説明するための図である。
【図２】共焦点顕微鏡の基本構成を説明するための図である。
【図３】試料の平面図である。
【図４】図３のＸ線上の各走査位置の３つの高さ情報をモニタ表示した例を示し、また、フィルタ処理して後のX-Zプロファイルをモニタ表示した例を説明するための図である。
【図５】相関のベースとなる周囲走査位置の範囲を説明するための図である。
【図６】実施例における一連の手順を説明するためのフローチャートである。
【図７】フィルタ処理の手順の一例を説明するためのフローチャートである。
【図８】フィルタ処理の手順の他の例を説明するためのフローチャートである。
【図９】フィルタの強さの違いを説明するための図であり、（Ａ）はフィルタ「弱」の場合であり、（Ｂ）はフィルタ「中」の場合であり、（Ｃ）はフィルタ「強」の場合を示す。
【図１０】モニタ表示の一例を説明するための図である。
【図１１】モニタ表示の他の例を説明するための図である。
【図１２】共焦点顕微鏡におけるZ位置と光量の極大値との関係を説明するための図である。
【図１３】一つの走査位置で２つの高さ情報を取得した例を示す図である。
【図１４】図１３のZ-Iプロファイルを検出した試料の断面図である。
【図１５】共焦点顕微鏡の問題点の一つを説明するための図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  共焦点顕微鏡
１２  レーザー光源
１４  X-Yスキャン光学系
１６  第１ハーフミラー
１８  ステージ
２０  対物レンズ
２２  第２ハーフミラー
２４  第１結像レンズ
２６  ピンホール
２８  受光素子
４０  コンピュータ
４２  モニタ
Ｍ  試料
【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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