JP2008046509A - 走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法及びその制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では、高さの異なる複数のパターン部が存在しても画像の取込範囲を適切に判断して、画像を取り込むことができる走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法を提供する。
【解決手段】試料が載置されたステージと対物レンズとの間の距離を光軸方向に相対的に変えながら、該試料にレーザ光を照射してその反射光を受光部により受光することにより該試料の表面形態の２次元画像を取り込む走査型共焦点レーザ顕微鏡を用いて、該試料の表面形態を計測する走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法は、前記光軸方向における前記表面形態に含まれる任意に選択された第１の位置に関する情報である光軸方向位置情報を複数登録し、前記光軸方向位置情報に基づいて、前記該試料の表面形態を前記２次元画像として取り込むための前記光軸方向の取込範囲を算出し、前記取込範囲に基づいて、前記２次元画像の取り込みを行うことにより、上記課題の解決を図る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ顕微鏡の制御に関する。

図１の走査型共焦点レーザ顕微鏡によれば、レーザ光源９から出たレーザ光は、ミラー８を介して試料１を照明する。試料１で反射したレーザ光は、ハーフミラー６を介して集光する。

集光した位置にピンホールを設置し、そのピンホールを通過した光を光検出器７が検出する。測定領域を２次元に走査して、光検出器７でレーザ照明の反射光を検出することで、２次元画像を得ることができる。

このとき、試料１に対して焦点が合っていない位置の反射光はピンホールに集光しないため、焦点が合った位置のみの２次元画像（共焦点画像）を得ることができる。
光軸方向に移動する対物レンズ２をＺ位置制御部５で駆動して、試料１との距離を相対的に変えていく。試料１と対物レンズ２の距離を相対的に変えていったときの２次元画像を順次取得していく。このように取得した複数の画像の各画素の最大輝度を合成することで、全測定領域で焦点の合った画像（以下、「エクステンド画像」という）を得ることができる。

なお、所望の試料の表面形状を測定するには、光軸方向の移動範囲を予めメモリに記憶させておく必要がある。
図１３は、従来におけるエクステンド画像を取得するまでの流れを示す。同図は、図１の走査型共焦点レーザ顕微鏡を用いて、エクステンド画像を得る場合の一例を示す。まず、走査型共焦点レーザ顕微鏡により取り込まれたライブ画像（現在取得している画像）を画像表示部１４にライブ画像を表示させる（ステップ１０１。以下、ステップを「Ｓ」と称する）。画像表示部１４でそのライブ画像を見ながら、試料が載置されたステージと対物レンズとの間の距離を相対的に変えて（以下、「Ｚ位置を移動させる」と称する）、ピントを調整する（Ｓ１０２）。

光軸方向において、試料表面の形態から計測したい範囲のうちの上限の位置を設定するため、Ｚ位置を上方へ移動する（Ｓ１０３）。そのＺ位置での２次元画像を取り込み（Ｓ１０４）、２次元画像の輝度がゼロ（画像が暗くなる）になったか否かを目視で確認する（Ｓ１０５）。ここでは、２次元画像の輝度がゼロの場合、その２次元画像中に計測したいパターンがないと判断する。

Ｓ１０５で輝度がゼロではない場合（Ｓ１０５で「ＮＯ」へ進む）、Ｚ位置を更に上方へ移動する（Ｓ１０３）。Ｚ位置を上方に移動しながら画像の輝度がゼロになるまで、Ｓ１０３〜Ｓ１０５を繰り返す。

２次元画像の輝度がゼロになった場合（Ｓ１０５で「ＹＥＳ」へ進む）、そこでのＺ位置を２次元画像の取込範囲の上限値としてＰＣ２０のＺ範囲メモリ１７に記憶する（Ｓ１０６）。その後、最初のピントが合っていた位置に戻す（Ｓ１０７）。

次に、光軸方向において、試料表面の形態から計測したい範囲のうちの下限の位置を設定するため、Ｚ位置を下方へ移動する（Ｓ１０８）。そのＺ位置での２次元画像を取り込み（Ｓ１０９）、画像の輝度がゼロになったか否かを目視で確認する（Ｓ１１０）。ここでも、２次元画像の輝度がゼロの場合、その２次元画像中に計測したいパターンがないと判断する。

Ｓ１１０で輝度がゼロではない場合（Ｓ１１０で「ＮＯ」へ進む）、Ｚ位置を更に下方へ移動する（Ｓ１０８）。Ｚ位置を下方に移動しながら輝度がゼロになるまで、Ｓ１０８〜Ｓ１１０を繰り返す。

２次元画像の輝度がゼロ（画像が暗くなる）になった場合（Ｓ１１０で「ＹＥＳ」へ進む）、そこでのＺ位置を２次元画像の取込範囲の下限値としてＰＣ２０のＺ範囲メモリ１７に記憶する（Ｓ１１１）。

更に、上記で登録した上限値〜下限値からなる取込範囲で２次元画像の輝度を確認してゲインを設定する。ここでは、上記で登録した上限及び下限からなる取込範囲内において、適切な明るさでその画像のパターンを取り込むことができるように注意して、ゲインを調整する（Ｓ１１２）。

Ｓ１０６及びＳ１１１で登録した上限位置及び下限位置を読み出し（Ｓ１１３）、その取込範囲でＺ位置を移動させて、２次元画像を取り込む（Ｓ１１４）。この２次元画像の取り込みを連続して行うことにより（Ｓ１１４）、エクステンド画像を生成する（Ｓ１１５）。

また、２次元画像を連続的に取り込んだときの輝度を閾値と比較したり、前後の画像で輝度を比較したりすることで、画像の取込の終了を制御する方法がある。詳しくは特許文献１に開示している。

また、特許文献２には、感度を切り換えた画像の取り込み方法についての開示がされている。
特開平１１−３８３２４号公報 特開平８−２９２１９８号公報

図１４は、高さの異なる試料表面のパターン部の一例を示す。図１４（ａ）は上面図、図１４（ｂ）は、側面図である。同図では、高さの異なる複数のパターン１０１，１０２，１０３がある。この場合、それぞれのパターン部の形状や高さ関係が予め分かっていないと、それぞれのパターン部の輝度がゼロになる位置を探すのが難しい。このため、２次元画像の取込範囲の過不足が生じてしまうことがある。

また、２次元画像の取込範囲の上限または下限を設定する時に、画像全体の輝度がゼロになる位置を取込範囲とすると、計測対象ではないパターン部を取り込むことになるため、計測するのに時間がかかる。

また、それぞれのパターン部で反射率が異なる場合、１つのパターン部を最適な明るさにしても、他のパターン部が最適な明るさにならない。このため、明るさの調整をするのに、何度もＺ位置を動かして、各パターン部について何度も明るさの調整をする必要がある。

また、特許文献１のような方法では、２次元画像の取込範囲について上限位置から明るさを比較することで取込終了を制御している。したがって、図１４のように高さが異なる複数のパターン部がある場合、一番高い位置のパターンを取り込んだ位置で終了してしまう。そのため、全てのパターン部を取り込むことができない。

上記の課題に鑑み、本発明では、高さの異なる複数のパターン部が存在しても画像の取込範囲を適切に判断して、画像を取り込むことができる走査型共焦点レーザ顕微鏡の制御方法を提供する。

さらに、反射率が異なる複数のパターンを計測したい場合に、各反射率の異なるパターンで最適な明るさで画像の取り込むことができる走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法及びその制御システムを提供する。

本発明にかかる、試料が載置されたステージと対物レンズとの間の距離を光軸方向に相対的に変えながら、該試料にレーザ光を照射してその反射光を受光部により受光することにより該試料の表面形態の２次元画像を取り込む走査型共焦点レーザ顕微鏡を用いて、該試料の表面形態を計測する走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法は、前記光軸方向における前記表面形態に含まれる任意に選択された第１の位置に関する情報である光軸方向位置情報を複数登録し、前記光軸方向位置情報に基づいて、前記該試料の表面形態を前記２次元画像として取り込むための前記光軸方向の取込範囲を算出し、前記取込範囲に基づいて、前記２次元画像の取り込みを行うことを特徴とする。

前記走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法は、さらに、前記光軸方向位置情報から前記第１の位置の最大値と最小値とを判定し、前記第１の位置の最大値と最小値とに基づいて、前記取込範囲を算出することを特徴とする。

前記走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法において、前記取込範囲を算出する場合、前記第１の位置の最大値と最小値のそれぞれに、所定の許容誤差値を算入することを特徴とする。

前記走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法は、さらに、前記光軸方向における前記表面形態に含まれる任意に選択された第２の位置に応じて前記受光部の受光感度に関する情報である受光感度情報を登録し、前記光軸方向における前記表面形態に含まれる任意に選択された第３の位置に対応させて、前記受光感度情報に基づいて受光感度を切り替える該第３の位置に関する情報である受光感度切替位置情報を登録することを特徴とする。

前記走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法において、前記切替位置情報に基づいて、前記受光感度を切り替え、該切替の後、前記２次元画像を取り込むことを特徴とする。
前記走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法は、さらに、前記光軸方向における前記表面形態に含まれる任意に選択された第４の位置に応じて前記レーザの照射強度を登録し、前記登録した前記レーザの照射強度に基づいて、該レーザの照射強度を切り替え、該切替の後、前記２次元画像を取り込むことを特徴とする。

前記走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法は、さらに、前記取り込んだ複数の２次元画像を合成して、前記取込範囲における全測定領域で焦点の合った画像を生成することを特徴とする。

本発明にかかる、試料が載置されたステージと対物レンズとの間の距離を光軸方向に相対的に変えながら、該試料にレーザ光を照射してその反射光を受光部により受光することにより該試料の表面形態の２次元画像を取り込み、該試料の表面形態を計測する走査型共焦点レーザ顕微鏡の制御システムは、前記光軸方向における前記表面形態に含まれる所定の位置に関する情報である光軸方向位置情報を複数登録する登録手段と、前記光軸方向位置情報に基づいて、前記該試料の表面形態を前記２次元画像として取り込むための前記光軸方向の取込範囲を算出する取込範囲算出手段と、前記取込範囲に基づいて、前記２次元画像の取り込みを行う２次元画像取込手段と、を備えることを特徴とする。

本発明を用いることにより、高さの異なる複数のパターン部が存在しても画像の取込範囲を適切に判断して、画像を取り込むことができる。さらに、反射率が異なる複数のパターンを計測したい場合に、各反射率の異なるパターンで最適な明るさで画像の取り込むことができる。

本発明は、試料が載置されたステージと対物レンズとの間の距離を光軸方向に相対的に変えながら、該試料にレーザ光を照射してその反射光を受光部により受光することにより該試料の表面形態の２次元画像を取り込む走査型共焦点レーザ顕微鏡を用いて、該試料の表面形態を計測する走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法を提供する。この走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法では、前記光軸方向における前記表面形態に含まれる任意に選択された第１の位置に関する情報である光軸方向位置情報を複数登録する（以下の実施形態で言えば、「取込範囲登録」ボタンを押下したときの処理に相当する）。そして、前記光軸方向位置情報に基づいて、該試料の表面形態を前記２次元画像として取り込むための前記光軸方向の取込範囲を算出する（以下の実施形態で言えば、Ｚ範囲判定部による処理に相当する）。そして、前記取込範囲に基づいて、前記２次元画像の取り込みを行う。

このように構成することにより、高さの異なる複数のパターン部が存在しても画像の取込範囲を適切に判断して、画像を取り込むことができる。
また、この走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法では、さらに、前記光軸方向位置情報から前記位置の最大値と最小値とを判定し、前記第１の位置の最大値と最小値とに基づいて、前記取込範囲を算出する（以下の実施形態で言えば、Ｚ範囲判定部による処理に相当する）。

このように構成することにより、複数のパターン部が登録されても、全てのパターン部が包含された画像の取り込み範囲が算出されるので、取込範囲の漏れがなくなる。
また、この走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法では、前記取込範囲を算出する場合、前記第１の位置の最大値と最小値のそれぞれに、所定の許容誤差値（以下の実施形態で言えば、マージン「＋Ａ」、「−Ｂ」に相当する）を算入する。

このように構成することにより、登録された取込範囲の上限及び下限にかかる画像も確実に取り込むことができる。
また、この走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法では、さらに、前記光軸方向における前記表面形態に含まれる任意に選択された第２の位置に応じて前記受光部の受光感度に関する情報である受光感度情報を登録する（以下の実施形態で言えば、「ゲイン登録」ボタンを押下したときの処理に相当する）。そして、前記光軸方向における前記表面形態に含まれる任意に選択された第３の位置に対応させて、前記受光感度情報に基づいて受光感度を切り替える該第３の位置に関する情報である受光感度切替位置情報を登録する（以下の実施形態で言えば、「切替位置登録」ボタンを押下したときの処理に相当する）。

このように構成することにより、反射率が異なる複数のパターンを計測したい場合に、各反射率の異なるパターン毎に対応する画像を取り込むのに適した明るさを設定することができる。

また、この走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法では、前記切替位置情報に基づいて、前記受光感度を切り替え、該切替の後、前記２次元画像を取り込む。
このように構成することにより、反射率が異なる複数のパターンを計測したい場合に、各反射率の異なるパターンで最適な明るさで画像の取り込むことができる。

また、この走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法では、さらに、前記光軸方向における前記表面形態に含まれる任意に選択された第４の位置に応じて前記レーザの照射強度を登録し、前記登録した前記レーザの照射強度に基づいて、該レーザの照射強度を切り替え、該切替の後、前記２次元画像を取り込む。

このように構成することにより、反射率が異なる複数のパターンを計測したい場合に、各反射率の異なるパターンで最適なレーザ照射強度で画像の取り込むことができる。
また、この走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法では、さらに、前記取り込んだ複数の２次元画像を合成して、前記取込範囲における全測定領域で焦点の合った画像を生成する。

このように構成することにより、エクステンド画像を取得することができる。
それでは、以下に、本発明の実施形態の詳細を説明する。
＜第１の実施形態＞
本実施形態では、走査型共焦点レーザ顕微鏡を用いて異なる高さのパターン部が複数ある試料を観察する際に、それぞれのパターン部のＺ位置を登録して、その登録したＺ位置に基づいて画像取込範囲を算出し、その範囲で計測したいパターン部で２次元画像を取得して、エクステンド画像を取得する方法について説明する。

図１は、本実施形態における走査型共焦点レーザ顕微鏡の基本的な構成を示す。同図において、走査型共焦点レーザ顕微鏡は、対物レンズ２、対物レンズ切替部３、Ｚ位置検出部４、Ｚ位置制御部５、ハーフミラー６、光検出器７、ミラー８、レーザ光源９、レーザ光源制御部１０、顕微鏡制御部１１を備える。

レーザ光源制御部１０は、レーザ光源９のレーザ光の照射を制御する。レーザ光源９から出力されたレーザ光は、ミラー８を介して試料１を照明する。試料１で反射したレーザ光は、ハーフミラー６を介して集光する。

集光した位置にピンホール（不図示）を設置し、そのピンホールを通過した光を光検出器７が検出する。測定領域を２次元に走査して、光検出器７でレーザ光源９の反射光を検出することで、２次元画像（共焦点画像）を得ることができる。

このとき、試料１に対して焦点が合っていない位置の反射光はピンホールに集光しないため、焦点が合った位置のみの画像を得ることができる。
対物レンズ切替部３は、複数セットされている対物レンズ２のうち任意の対物レンズを光軸に挿入することができる。

Ｚ位置制御部５は、試料１が載置されているステージ又は対物レンズを光軸方向へ上下移動させることにより、光軸方向において、試料１が載置されたステージと対物レンズ２と間の距離を相対的に変更するように制御する。以下では、試料１が載置されたステージと対物レンズ２と間の相対的な距離をＺ位置という。このＺ位置は逐次Ｚ位置検出器４により検出されている。

Ｚ位置制御部５の制御により試料１と対物レンズ２の間の距離を相対的に変更させながら、２次元画像を順次取得する。このようにして取得した複数の画像の各画素の最大輝度を合成することで、全測定領域で焦点の合ったエクステンド画像を得ることができる。

Ｚ位置制御部５とレーザ光源制御部１０と光検出器７は、顕微鏡制御部１１を介して、コンピュータ（ＰＣ）２０と接続されている。
ＰＣ２０は、ＣＰＵ１２、画像メモリ１３、画像表示部１４、Ｚ移動操作部１５、Ｚ範囲登録部１６、Ｚ範囲メモリ１７、Ｚ範囲判定部１８、ゲイン設定部１９を備える。これらの構成要素は、バスにより接続され、ＣＰＵ１２により制御される。

画像表示部１４は、画像メモリ１３に展開された画像を表示する。Ｚ移動操作部１５は、ユーザがＺ移動指示を行うための操作部である。Ｚ範囲登録部１６は、後述する登録画面に相当するものである。Ｚ範囲メモリは、Ｚ位置に関するデータを格納するための記憶部である。

Ｚ範囲判定部１８は、後述するように、Ｚ範囲登録部１６により登録された複数のＺ位置に関する情報から最適な画像の取込範囲を判定するものである。ゲイン設定部１９は、後述するように、光検出器７のゲインを設定して、取り込む対象となる画像の明るさを調整する。

なお、Ｚ範囲登録部１６、Ｚ範囲判定部１８、及びゲイン設定部１９は、本発明にかかるプログラムをＣＰＵ１２によりＲＯＭ等の記憶装置から読み出されて、実行される機能を示すものである。

図２は、本実施形態における登録画面の一例を示す。登録画面３０は、画像表示部１４に表示されるＺ範囲登録部１６に相当する。登録画面３０には、取込範囲登録ボタン３１が設けられている。取込範囲登録ボタン３１は、当該ボタン押下時のＺ位置をＺ範囲メモリ１７に登録するためのものである。

図３は、本実施形態における登録操作の一例を示す。同図では、３つの測定対象パターン１０１，１０２，１０３がある場合の登録例を示す。Ｚ移動操作部１５によりＺ位置を移動させて、同図に示すように、パターン部１０１，１０２，１０３のそれぞれのＺ位置Ｚ₁₀₁，Ｚ₁₀₂，Ｚ₁₀₃で、登録画面３０の取込範囲登録ボタン３１を押下する。そうすると、図４に示すような取込範囲が登録される。

図４は、本実施形態における登録された取込範囲の一例を示す。図３で取込範囲登録ボタン３１を押下して、Ｚ位置Ｚ₁₀₁，Ｚ₁₀₂，Ｚ₁₀₃を登録した。そうすると、この登録したＺ位置のうちの最大値及び最小値が探索される。そうすると、Ｚ位置の最大値としてＺ₁₀₁、Ｚ位置の最小値としてＺ₁₀₃が取得される。これらのＺ位置の最大値及び最小値にそれぞれ、所定のマージン（許容誤差）＋Ａ、−Ｂ（Ａ，Ｂ：任意の値）を加えたＺ位置の間からなる範囲が取込範囲として登録される。

次に、図３及び図４で説明した内容を実現するための処理について説明する。
図５は、本実施形態における取込範囲の設定フローを示す。Ｚ移動操作部１５によりＺ位置を上方に移動して、計測パターンの画像の輝度がゼロになる位置に移動する（Ｓ１）。Ｚ移動操作部１５によりＺ位置を下方向に移動しながら（Ｓ２）、ゲイン設定部１９により明るさを調整する（Ｓ３）。

画像表示部１４に表示された画像を目視により確認し、計測したいパターンが表示されるまで、Ｓ２〜Ｓ３を繰り返す（Ｓ４）。
Ｓ４において、計測したいパターンが表示された場合（Ｓ４で「ＹＥＳ」へ進む）、登録画面３０の取込範囲登録ボタン３１を押すと（Ｓ５）、現在のＺ位置がＺ位置検出部４により検出されて、Ｚ範囲メモリ１７に格納されているＺ位置登録リストに登録される（Ｓ６）。

Ｚ範囲判定部１８は、Ｚ位置登録リストをＺ位置でソートして（Ｓ７）、登録されたＺ位置のうちの最大値と最小値を探索する（Ｓ８）。Ｚ範囲判定部１８は、下記の式１、式２に示すように、Ｚ位置の最大値と最小値のそれぞれに、所定のマージン＋Ａ、−Ｂ（Ａ，Ｂ：任意の値）を加えることで、画像の取込範囲を算出する（Ｓ９）。

取込範囲の上限値＝Ｚ位置の最大値＋Ａ （式１）
取込範囲の下限値＝Ｚ位置の最小値−Ｂ （式２）
式１及び式２より算出された取込範囲の上限値及び下限値は、Ｚ範囲メモリ１７の所定の領域に格納される。

計測したいパターン部の登録を終了するまで、Ｚ移動と登録を繰り返す（Ｓ２〜Ｓ１０）。そして、計測したいパターン部の登録を終了したら（Ｓ１０で「ＹＥＳ」へ進む）、ユーザは画面表示部１４に表示されている画像取込ボタンを押下する（Ｓ１１）。

すると、ＰＣ２０は、Ｓ９でＺ範囲メモリ１７に格納した取込範囲に基づいて、顕微鏡制御部１１に所定のコマンドを送信する。そのコマンドを受信した顕微鏡制御部１１の制御に基づいて、Ｚ位置制御部５はその取込範囲に対応するようにＺ位置を移動させる。さらに、顕微鏡制御部１１は各Ｚ位置での２次元画像を撮像するように走査型共焦点レーザ顕微鏡を制御する。顕微鏡制御部１１の制御により撮像された２次元画像は、ＰＣ２０に送信される。ＰＣ２０では、それらの２次元画像からエクステンド画像を生成する（Ｓ１２）。

本実施形態によれば、取込範囲としたい位置をＺ位置登録リストに登録するだけで、計測したいパターン部の形状や高さ関係を意識することなく、取込範囲を自動判定して計測したいパターン部のエクステンド画像を取り込むことができる。

＜第２の実施形態＞
本実施形態では、第１の実施形態に加えて、さらに、走査型共焦点レーザ顕微鏡を用いて反射率が異なる複数のパターンを計測する場合に、各反射率の異なるパターンで最適な明るさの画像を取得する方法について説明する。

図６は、本実施形態における登録画面の一例を示す。登録画面４０には、取込範囲登録ボタン４１、ゲイン登録ボタン４２、切替位置登録ボタン４３が設けられている。
取込範囲登録ボタン４１は、図２の取込範囲登録ボタン３１と同様のボタンである。取込範囲登録ボタン４１を押下すると、Ｚ位置検出器４により検出された現在のＺ位置がＺ範囲メモリ１７に登録される。

ゲイン登録ボタン４２は、光検出器７のゲインを設定するためのボタンである。ゲイン登録ボタン４２を押下すると、ゲイン値を入力する画面が表示され、その入力画面にて光検出器７のゲイン値を任意に設定することができる。

切替位置登録ボタン４３は、ゲイン登録ボタン４２により設定されたゲインを切り替えるためのボタンである。例えば、ゲイン登録ボタン４２によりあるパターン部付近のＺ位置でゲインが設定された場合、そのＺ位置の前後でこの切替位置登録ボタン４３が押下されていると、その切替位置登録ボタン４３で設定された２箇所の切替位置間では、その設定されたゲインに変更される。

図７は、本実施形態における登録操作を説明するための図である。同図では、上方から下方に向かってＺ位置が移動していく場合を示す。Ｚ₁及びＺ₇で取込範囲登録ボタン４１を押下することにより、画像の取込範囲としてＺ₁〜Ｚ₇がＺ範囲メモリ１７に登録される。

Ｚ₂、Ｚ₄及びＺ₆の位置でゲイン登録ボタン４２を押下することにより、その位置でのゲインを設定することができる。
また、Ｚ₃及びＺ₅で切替位置登録ボタン４３を押下すると、Ｚ₃及びＺ₅の間にゲイン登録ボタン４２によりＺ₄の位置でゲインＧ２が設定されているから、Ｚ₃〜Ｚ₅での画像の取得においては、その設定されたゲインＧ２に切り替えて画像の取得が行われる。

また、取込範囲の上限Ｚ₁〜切替位置登録ボタン４３が押下された位置Ｚ₃間に、ゲイン登録ボタン４２によりＺ₂の位置でゲインＧ１が設定されているから、Ｚ₁〜Ｚ₃での画像の取得においては、その設定されたゲインＧ１に切り替えて画像の取得が行われる。

また、取込範囲の下限Ｚ₇〜切替位置登録ボタン４３が押下された位置Ｚ₅間に、ゲイン登録ボタン４２によりＺ₆の位置でゲインＧ３が設定されているから、Ｚ₅〜Ｚ₇での画像の取得においては、その設定されたゲインＧ３に切り替えて画像の取得が行われる。

図８は、本実施形態におけるゲイン切替リストの一例を示す。ゲイン切替リスト５０は、Ｚ範囲メモリ１７に格納されている。ゲイン切替リスト５０は、「Ｚ位置」５１、「ゲイン登録」５２、「切替」５３のデータ項目から構成される。

取込範囲登録ボタン４１により、その押下したタイミング時のＺ位置がＺ位置検出器４により検出されて「Ｚ位置」５１に設定される。このとき、「ゲイン登録」５２には空白が設定され、「切替」５３には切替を行わない旨のフラグ「０」が設定される。

ゲイン登録ボタン４２により、その押下したタイミング時のＺ位置がＺ位置検出器４により検出されて「Ｚ位置」５１に設定され、入力されたゲイン値が「ゲイン登録」５２に設定される。このとき、「切替」５３には切替を行わない旨のフラグ「０」が設定される。

切替位置登録ボタン４３により、その押下したタイミング時のＺ位置がＺ位置検出器４により検出されて「Ｚ位置」５１に設定され、切替を行う旨のフラグ「１」が「切替」５３に設定される。このとき、「ゲイン登録」５２には空白が設定される。

図９は、本実施形態における反射率が異なる試料を計測する場合のフローを示す。Ｚ移動操作部１５によりＺ位置を上方に移動して、計測パターンの画像の輝度がゼロ（画像が暗くなる）になる位置に移動する（Ｓ２１）。Ｚ移動操作部１５によりＺ位置を下方向に移動しながら（Ｓ２２）、ゲイン設定部１９により明るさを調整する（Ｓ２３）。

画像表示部１４に表示された画像を目視確認する。それから、取込範囲登録ボタン４１、ゲイン登録ボタン４２、及び切替位置登録ボタン４３のうち、目的に応じていずれのボタンを押下する（Ｓ２４）。

例えば、画像表示部１４に表示された画像が計測したいパターンの場合、取込範囲登録ボタン４１を押下する（Ｓ２５）。そうすると、ＰＣ２０で取込範囲登録処理が実行され（Ｓ３０）、その押下したタイミング時のＺ位置がＺ位置検出部４により検出されて、ゲイン切替リスト５０に登録される。この取込範囲登録処理の詳細を図１０を用いて説明する。

図１０は、図９のＳ３０の詳細なフローを示す。まず、ＰＣ２０は、Ｚ位置検出部４により検出された現在のＺ位置をゲイン切替リスト５０に登録する（Ｓ３０１）。Ｚ範囲判定部１８は、ゲイン切替リスト５０をソートして（Ｓ３０２）、Ｚ位置の最大値と最小値を検索する（Ｓ３０３）。

第１の実施形態と同様に、Ｚ範囲判定部１８は、下記の式１、式２に示すように、Ｚ位置の最大値と最小値のそれぞれに、所定のマージン＋Ａ、−Ｂ（Ａ，Ｂ：任意の値）を加えることで、画像の取込範囲を算出する（Ｓ３０３）。それでは、図９の説明に戻る。

Ｓ２４において、画像表示部１４に表示された画像からそのパターン部の反射率が他のパターン部と異なる場合、ユーザはゲイン登録ボタン４２を押下してゲイン値を入力する。そうすると、ＰＣ２０でゲイン登録処理が実行され（Ｓ２９）、その押下したタイミング時のＺ位置及び入力されたゲイン値がゲイン切替リスト５０に登録される。

図１１は、図９のＳ２９の詳細なフローを示す。まず、ＰＣ２０は、Ｚ位置検出部４により検出された現在のＺ位置及び、ユーザにより入力されたゲイン値がゲイン切替リストに登録する（Ｓ２９１，Ｓ２９２）。Ｚ範囲判定部１８は、ゲイン切替リスト５０をソートして（Ｓ２９３）、Ｚ位置の最大値と最小値を検索する（Ｓ２９４）。

第１の実施形態と同様に、Ｚ範囲判定部１８は、下記の式１、式２に示すように、Ｚ位置の最大値と最小値のそれぞれに、所定のマージン＋Ａ、−Ｂ（Ａ，Ｂ：任意の値）を加えることで、画像の取込範囲を算出する（Ｓ２９５）。それでは、図９の説明に戻る。

Ｓ２４において、切替位置を登録する場合は、切替位置登録ボタン４３を押下する（Ｓ２７）。そうすると、ＰＣ２０で切替位置登録処理が実行され（Ｓ２８）、その押下したタイミング時のＺ位置及び切替フラグがゲイン切替リスト５０に登録される。

図１２は、図９のＳ２８の詳細なフローを示す。まず、ＰＣ２０は、Ｚ位置検出部４により検出された現在のＺ位置をゲイン切替リスト５０に登録する（Ｓ２８１）。さらに、切替フラグに「１」を設定する（Ｓ２８２）。Ｚ範囲判定部１８は、ゲイン切替リスト５０をソートして（Ｓ２８３）、Ｚ位置の最大値と最小値を検索する（Ｓ２８４）。

第１の実施形態と同様に、Ｚ範囲判定部１８は、下記の式１、式２に示すように、Ｚ位置の最大値と最小値のそれぞれに、所定のマージン＋Ａ、−Ｂ（Ａ，Ｂ：任意の値）を加えることで、画像の取込範囲を算出する（Ｓ２８５）。それでは、図９の説明に戻る。

計測したいパターン部の登録を終了するまで、Ｚ移動と登録処理を繰り返す（Ｓ２２〜Ｓ３１）。計測したいパターン部の登録を終了したら（Ｓ３１で「ＹＥＳ」へ進む）、ユーザは画面表示部１４に表示されている画像取込ボタンを押下する（Ｓ３２）。

すると、ＰＣ２０のＣＰＵ１２は、Ｓ２８、Ｓ２９、Ｓ３０において、Ｚ範囲メモリ１７に格納したゲイン切替リスト５０に基づいて、顕微鏡制御部１１に所定のコマンドを送信する。そうすると、顕微鏡制御部１１の制御に基づいて、Ｚ位置制御部５はその取込範囲に対応するようにＺ位置を移動させる。それととともに、顕微鏡制御部１１は、ゲイン切替リスト５０に設定された切替位置に応じてゲインを切り替えるように光検出器７の検出感度を制御する。さらに、顕微鏡制御部１１は各Ｚ位置での２次元画像を撮像するように走査型共焦点レーザ顕微鏡を制御する。顕微鏡制御部１１の制御により撮像された２次元画像は、ＰＣ２０に送信される。ＰＣ２０では、それらの２次元画像からエクステンド画像を生成する（Ｓ３３）。

したがって、図９のフローにより図８のゲイン切替リスト５０が作成され、Ｚ₇＜Ｚ₆＜Ｚ₅＜Ｚ₄＜Ｚ₃＜Ｚ₂＜Ｚ₁の順にＺがソートされた場合、切替位置Ｚ₃と切替位置Ｚ₅の間はＺ₄で登録されたゲインＧ２に切り替えて画像を取り込む。

また、上述の通り、Ｚ位置の最大値Ｚ₁と切替位置Ｚ₃の間はＺ₂で登録されたゲインＧ１に切り替えて画像を取り込む。また、上述の通り、Ｚ位置の最小値Ｚ₇と切替位置Ｚ₅の間はＺ₆で登録されたゲインＧ３に切り替えて画像を取り込む。

これにより測定したいパターンを最適な明るさで計測することができる。なお、第２の実施形態では、光検出器のゲインを登録しているが、これに限定されず、例えば、光検出器のゲインを登録する代わりにレーザ光源９のレーザ強度を登録してもよい。

本実施形態によれば、取込範囲としたい位置をＺ位置登録リストに登録するだけで、計測したいパターン部の形状や高さ関係を意識することなく、取込範囲を自動判定して計測したいパターン部のエクステンド画像を取り込むことができる。

さらに、走査型共焦点レーザ顕微鏡により、反射率が違う複数のパターンを計測したい場合に、各反射率の違うパターンで最適な明るさの画像を計測ができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した各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。

第１の実施形態における走査型共焦点レーザ顕微鏡の基本的な構成を示す。 第１の実施形態における登録画面の一例を示す。 第１の実施形態における登録操作の一例を示す。 第１の実施形態における登録された取込範囲の一例を示す。 第１の実施形態における取込範囲の設定フローを示す。 第２の実施形態における登録画面の一例を示す。 第２の実施形態における登録操作を説明するための図である。 第２の実施形態におけるゲイン切替リストの一例を示す。 第２の実施形態における反射率が異なる試料を計測する場合のフローを示す。 図９のＳ３０の詳細なフローを示す。 図９のＳ２９の詳細なフローを示す。 図９のＳ２８の詳細なフローを示す。 従来におけるエクステンド画像を合成するまでの流れを示す。 高さの異なる試料表面のパターン部の一例を示す。

符号の説明

１ 試料
２ 対物レンズ
３ 対物レンズ切替部
４ Ｚ位置検出部
５ Ｚ位置制御部
６ ハーフミラー
７ 光検出器
８ ミラー
９ レーザ光源
１０ レーザ光源制御部
１１ 顕微鏡制御部
１２ ＣＰＵ
１３ 画像メモリ
１４ 画像表示部
１５ Ｚ移動操作部
１６ Ｚ範囲登録部
１７ Ｚ範囲メモリ
１８ Ｚ範囲判定部
１９ ゲイン設定部
２０ ＰＣ

Claims (8)

1. 試料が載置されたステージと対物レンズとの間の距離を光軸方向に相対的に変えながら、該試料にレーザ光を照射してその反射光を受光部により受光することにより該試料の表面形態の２次元画像を取り込む走査型共焦点レーザ顕微鏡を用いて、該試料の表面形態を計測する走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法であって、
   前記光軸方向における前記表面形態に含まれる任意に選択された第１の位置に関する情報である光軸方向位置情報を複数登録し、
   前記光軸方向位置情報に基づいて、前記該試料の表面形態を前記２次元画像として取り込むための前記光軸方向の取込範囲を算出し、
   前記取込範囲に基づいて、前記２次元画像の取り込みを行う
   ことを特徴とする走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法。
2. さらに、前記光軸方向位置情報から前記第１の位置の最大値と最小値とを判定し、
   前記第１の位置の最大値と最小値とに基づいて、前記取込範囲を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法。
3. 前記取込範囲の算出において、
   前記第１の位置の最大値と最小値のそれぞれに、所定の許容誤差値を算入する
   ことを特徴とする請求項２に記載の走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法。
4. さらに、前記光軸方向における前記表面形態に含まれる任意に選択された第２の位置に応じて前記受光部の受光感度に関する情報である受光感度情報を登録し、
   前記光軸方向における前記表面形態に含まれる任意に選択された第３の位置に対応させて、前記受光感度情報に基づいて受光感度を切り替える該第３の位置に関する情報である受光感度切替位置情報を登録する
   ことを特徴とする請求項１に記載の走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法。
5. 前記切替位置情報に基づいて、前記受光感度を切り替え、
   該切替の後、前記２次元画像を取り込む
   ことを特徴とする請求項４に記載の走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法。
6. さらに、前記光軸方向における前記表面形態に含まれる任意に選択された第４の位置に応じて前記レーザの照射強度を登録し、
   前記登録した前記レーザの照射強度に基づいて、該レーザの照射強度を切り替え、
   該切替の後、前記２次元画像を取り込む
   ことを特徴とする請求項１に記載の走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法。
7. さらに、前記取り込んだ複数の２次元画像を合成して、前記取込範囲における全測定領域で焦点の合った画像を生成する
   ことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の走査型共焦点レーザ顕微鏡による計測方法。
8. 試料が載置されたステージと対物レンズとの間の距離を光軸方向に相対的に変えながら、該試料にレーザ光を照射してその反射光を受光部により受光することにより該試料の表面形態の２次元画像を取り込み、該試料の表面形態を計測する走査型共焦点レーザ顕微鏡の制御システムであって、
   前記光軸方向における前記表面形態に含まれる所定の位置に関する情報である光軸方向位置情報を複数登録する登録手段と、
   前記光軸方向位置情報に基づいて、前記該試料の表面形態を前記２次元画像として取り込むための前記光軸方向の取込範囲を算出する取込範囲算出手段と、
   前記取込範囲に基づいて、前記２次元画像の取り込みを行う２次元画像取込手段と、
   を備えることを特徴とする走査型共焦点レーザ顕微鏡の制御システム。