JP3403875B2

JP3403875B2 - 三次元計測方法および表示方法、ならびに三次元計測装置

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Publication number: JP3403875B2
Application number: JP26720195A
Authority: JP
Inventors: 正浩堀江
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-10-16
Filing date: 1995-10-16
Publication date: 2003-05-06
Anticipated expiration: 2015-10-16
Also published as: US5841894A; JPH09113236A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、試料の高さ方向
において互いに異なる複数の高さ位置で複数の画素より
なる水平面の共焦点画像をそれぞれ撮像し、これら複数
の共焦点画像に基づき前記試料の表面情報を求める三次
元計測方法および装置に関する。また、この発明は、上
記三次元計測方法により求められた表面情報に基づき試
料の表面形状を表示する三次元表示方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置や液晶装置の製造に関
する技術分野では、デバイス（装置）の微細化や製造工
程の複雑化に伴い、基板表面の三次元構造を観察した
り、測定したいというニーズが高まっている。これは、
三次元的にデバイス観察を行うことで、製造プロセスの
把握がより容易になるとともに、デバイスに生じる欠陥
の種類や発生原因を突き止めることができる等の理由か
らである。また、バイオテクノロジに関する技術分野に
おいても、細胞や分子の三次元構造に対する関心の高ま
りにつれて、当該三次元構造を観察したり、測定したい
というニーズが高くなっている。

【０００３】このようなニーズに対応するべく、従来よ
り、共焦点の原理を利用した共焦点顕微鏡が提案されて
いる。例えば、特開平６−３０８３９０号公報に記載さ
れた共焦点顕微鏡は、試料を高さ方向に移動させなが
ら、その高さ方向において互いに異なる複数の高さ位置
で水平面の共焦点画像をそれぞれ撮像する構成を有して
いる。そして、画素ごとに光量が最大となる光軸位置、
つまり高さ方向における高さ位置を求め、これを試料表
面を表す表面情報としている。

【０００４】また、このようにして試料の三次元計測を
行うとともに、この計測により求められた表面情報に基
づき、ＣＲＴなどの表示モニタに当該試料の表面形状を
表示し、オペレータなどの観察に供している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記三次元
計測においては、試料表面により反射され光軸に沿って
戻ってきた光の反射光量を求め、この反射光量が最大と
なる高さ位置を試料の表面としているが、試料表面に急
峻な傾斜部が存在したり、試料表面に光を吸収しやすい
領域（例えば、黒色領域）が存在すると、試料表面とは
異なる高さ位置で光量が最大となり、計測結果が誤った
ものとなってしまう。というのも、前者の場合（傾斜部
の存在）、傾斜部により反射された光は光軸からずれた
方向に導かれるため、光軸に沿って戻る光量が低下する
からであり、後者の場合（光吸収領域の存在）、試料表
面での反射光量自体が低下するからである。このように
従来より知られている共焦点顕微鏡を用いた試料の三次
元計測では、試料表面における傾斜部の存在などにより
計測結果が異なり、正確な試料表面の計測を行うことが
できない。そして、これらの検出結果に基づき試料の三
次元画像を表示モニタなどに表示した場合、誤って計測
した箇所がノイズ成分となって表示モニタ上の画像の品
質低下を招く。

【０００６】ここで、ノイズ成分を排除する手段とし
て、例えば上記公報（特開平６−３０８３９０号公報）
に記載されたように、予め光量の指定値を設定してお
き、最大光量が指定値以下の時には試料表面の高さ位置
を「ゼロ」に設定する方法がある。しかしながら、この
方法によれば、実際の計測に先立って例えば種々のサン
プル試料を用いた実験を行う等により指定値をどのよう
に設定するかを決定し、しかも入力する必要があり、計
測前処理が煩雑となるという問題がある。また、表面高
さ位置を「ゼロ」と設定した場合、表示モニタ上の画像
において対応する箇所は空白となる。この表示は貫通孔
を示すことに他ならず、根本的に正確な試料形状を示し
ていないこととなるので好ましくない。

【０００７】また、上記のように従来の三次元計測方法
では、試料の表面情報を正確に求めることができないた
め、試料の表面形状を正確に表示することができなかっ
た。

【０００８】そこで、この発明は、上記課題を解決する
ためになされたもので、試料の表面形状を正確に計測す
ることができる三次元計測方法および装置を提供するこ
とを第１の目的とする。

【０００９】また、この発明は、試料の表面形状を正確
に表示することができる三次元表示方法を提供すること
を第２の目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、試料
の高さ方向において互いに異なる複数の高さ位置で複数
の画素よりなる水平面の共焦点画像をそれぞれ撮像し、
これら複数の共焦点画像に基づき前記試料の表面情報を
求める三次元計測方法であって、上記第１の目的を達成
するため、前記複数の共焦点画像に基づき、各画素ごと
に前記高さ方向において光量が最大となる高さ位置を表
面高さ位置として求める工程と、各画素ごとに、前記表
面高さ位置での光量を最大光量として求める工程と、各
画素ごとに、当該画素の周辺画素における表面高さ位置
および最大光量に基づき当該画素に対応する表面高さ位
置を補正して当該画素に対応する試料の表面情報とする
工程と、を備えている。

【００１１】請求項２の発明は、上記第２の目的を達成
するため、請求項１の三次元計測方法により求められた
表面情報に基づき、各画素に対応して試料表面を示す印
を付して試料の表面形状を表示する。

【００１２】請求項３の発明は、上記第１の目的を達成
するため、試料の高さ方向において互いに異なる複数の
高さ位置で複数の画素よりなる水平面の共焦点画像をそ
れぞれ撮像する撮像手段と、前記複数の共焦点画像に基
づき、各画素ごとに前記高さ方向において光量が最大と
なる高さ位置を表面高さ位置として求める表面位置検出
手段と、各画素ごとに、前記表面高さ位置での光量を最
大光量として求める最大光量検出手段と、各画素ごと
に、当該画素の周辺画素における表面高さ位置および最
大光量に基づき当該画素に対応する表面高さ位置を補正
することで当該画素に対応する試料の表面情報を求める
表面情報決定手段と、を備えている。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、この発明にかかる三次元
計測装置の一実施形態を示す図である。この三次元計測
装置では、顕微鏡ステージ１１が高さ方向Ｚに移動自在
に設けられるとともに、装置全体を制御する制御部２０
からの信号に応じて駆動するモータ１２と連結されてい
る。したがって、顕微鏡ステージ１１の上面に試料ＯＢ
を載置した後モータ１２を適当に制御することで、試料
ＯＢを高さ方向Ｚの任意の高さ位置に位置決めすること
ができる。このように、この実施形態では、顕微鏡ステ
ージ１１とモータ１２とで、試料ＯＢを高さ方向Ｚにお
いて互いに異なる複数の高さ位置に位置決めする移動手
段が構成されている。

【００１４】また、顕微鏡ステージ１１の上方位置にお
いて、試料ＯＢの共焦点画像を撮像するための撮像ユニ
ット３０が配置されている。この撮像ユニット３０は、
キセノンランプなどの光源３１と、共焦点用光スキャナ
３２と、対物レンズ３３と、ＣＣＤカメラ３４とで備え
ており、上記のようにして所定の高さ位置に位置決めさ
れた試料ＯＢの水平面ＸＹの共焦点画像をＣＣＤカメラ
３４で撮像し、当該画像に関連するアナログ画像信号を
制御部２０のビデオキャプチャ２１に与える。

【００１５】制御部２０では、ビデオキャプチャ２１に
与えられたアナログ画像信号がディジタル信号に変換さ
れ、後で詳述する三次元計測処理のためにＣＰＵ２２に
与える。このＣＰＵ２２は図示を省略する入出力ポート
を介してモータ１２と接続されており、モータ１２を制
御して試料ＯＢを高さ方向Ｚに互いに異なる高さ位置に
位置決めしながら各高さ位置での水平面ＸＹの共焦点画
像を得るとともに、これら複数の共焦点画像に基づき後
で詳説する三次元計測処理を実行して試料ＯＢの表面を
表す表面情報を求める。このように本実施形態では、制
御部２０が試料ＯＢの表面情報を決定する表面位置検出
手段、最大光量検出手段および表面情報決定手段として
機能する。また、ＣＰＵ２２は入出力ポートを介して表
示モニタ４０と接続されており、求められた表面情報や
内部情報に基づき試料ＯＢの表面形状や断面形状を表示
モニタ４０上に表示する。なお、同図における符号２３
は画像データ等を一時的に記憶したり、後述の三次元計
測処理を実行するためのプログラムなどを記憶するメモ
リである。

【００１６】なお、この実施形態では、撮像ユニット３
０を固定し、顕微鏡ステージ１１を高さ方向Ｚに移動さ
せているが、顕微鏡ステージ１１を固定しておき、撮像
ユニット３０、あるいは対物レンズ３３を高さ方向Ｚに
移動させる形態であっても、試料ＯＢの共焦点画像を異
なる位置で複数得ることができる。

【００１７】図２および図３は上記のように構成された
三次元計測装置の動作を示すフローチャートである。

【００１８】まず、オペレータが制御部２０に設けられ
たキーボード（図示省略）を介して顕微鏡ステージ１１
の下限高さＺl、上限高さＺhおよび取り込み画像枚数ｎ
（ｎ＞２）を入力する（ステップＳ１）。ここで、「取
り込み画像枚数ｎ」とは、顕微鏡ステージ１１を何段階
に位置決めしながら各高さ位置で試料ＯＢの共焦点画像
を撮像するかを示す値である。

【００１９】そして、ステップＳ１で与えられた値を次
式、 ΔＺ＝（Ｚh−Ｚl）／（ｎ−１）に代入してステージ移動ピッチΔＺを演算し、メモリ２
３に記憶する（ステップＳ２）。

【００２０】それに続いて、制御部２０からモータ１２
に駆動指令信号を与えて、顕微鏡ステージ１１を下限高
さＺl（高さ位置Ｄ（１））に位置決めする（図４
（ａ））とともに、カウント値ｊを「１」に初期化する
（ステップＳ３）。このカウント値ｊは顕微鏡ステージ
１１の高さ位置に関連するものであり、「１」から
「ｎ」までの整数値をとる。

【００２１】次に、ステップＳ４〜Ｓ７をｎ回実行して
顕微鏡ステージ１１を下限高さＺlから上限高さＺhの範
囲内で互いに異なる高さ位置に位置決めしながら、各高
さ位置で水平面ＸＹの共焦点画像Ｆjを撮像し、メモリ
２３に記憶する。すなわち、ステップＳ４で試料ＯＢの
相対高さ位置Ｄ（ｊ）を次式、Ｄ（ｊ）＝Ｚh−Ｚl−ΔＺ×（ｊ−１）にしたがって演算する。また、ステップＳ５で、その高
さ位置Ｄ（ｊ）での共焦点画像Ｆjを撮像し、メモリ２
３に格納する。このことを概念的に示したのが、図５で
あり、例えば下限高さ位置Ｄ（１）では共焦点画像Ｆ1
が、また高さ位置Ｄ（２）では共焦点画像Ｆ2が、さら
に図４（ｂ）に示す上限高さ位置Ｄ（ｎ）では共焦点画
像Ｆnがそれぞれ撮像され、メモリ２３に格納される。
そして、ステップＳ６で画像取り込みをｎ回実行したか
どうかを判別する。このステップＳ６で「Ｎｏ」と判断
される間、ステップＳ７で顕微鏡ステージ１１をステー
ジ移動ピッチΔＺだけ上昇させるとともに、カウント値
ｊを「１」だけインクリメントする。一方、ステップＳ
６で「Ｙｅｓ」と判別されると、ステップＳ４〜Ｓ７の
処理ループを抜け出し、ステップＳ８に進む。

【００２２】ステップＳ８では、共焦点画像を構成する
画素のＸ，Ｙ座標をそれぞれ示すカウンタ値ｘ，ｙを
「１」，「１」に初期化する。

【００２３】また、ステップＳ９では、カウント値ｊ，
ｍをそれぞれ「２」、「１」に初期化するとともに、比
較値Ｖとして共焦点画像Ｆ1の画素（ｘ，ｙ）での光量
Ｆ1（ｘ，ｙ）を与える。なお、カウンタ値ｍは当該画
素（ｘ，ｙ）で光量が最大となる高さ位置を示す値であ
り、次に説明するように求められ、このカウンタ値ｍで
の高さ位置Ｄ（ｍ）が当該画素（ｘ，ｙ）に対応する表
面高さデータＨ（ｘ，ｙ）となり、その位置での光量が
当該画素（ｘ，ｙ）に対応する最大光量Ｉ（ｘ，ｙ）と
なる。

【００２４】ステップＳ１０では、共焦点画像Ｆjの画
素（ｘ，ｙ）での光量Ｆj（ｘ，ｙ）が比較値Ｖよりも
大きいかどうかを判別する。ここで、「Ｙｅｓ」と判別
されると、比較値ＶをＦj（ｘ、ｙ）に更新し、カウン
ト値ｍをカウント値ｊと一致させた（ステップＳ１１）
後、次のステップＳ１２に進む。一方、ステップＳ１０
で「Ｎｏ」と判別されると、ステップＳ１１の処理を実
行することなく、直ちに次のステップＳ１２に進む。

【００２５】次のステップＳ１２では、カウント値ｊが
ステップＳ１で入力された取り込み画像枚数ｎよりも小
さいかどうかを判別し、「Ｙｅｓ」と判別される間、ス
テップＳ１３でカウント値ｊを「１」だけインクリメン
トした後、上記ステップＳ１０，Ｓ１１の処理を繰り返
す。このように、ステップＳ１０〜Ｓ１３を繰り返すこ
とにより当該画素（ｘ，ｙ）で最大光量をとる高さ位
置、つまり表面高さ位置を求める（表面高さ位置決定処
理）。一方、ステップＳ１２で「Ｎｏ」と判別される
と、この表面高さ位置決定処理から抜け出し、ステップ
Ｓ１４を実行する。

【００２６】このステップＳ１４では、上記のようにし
て求められたカウンタ値ｍでの高さ位置Ｄ（ｍ）を表面
高さ位置を示す表面高さデータＨ（ｘ，ｙ）に与える。
さらに、ステップＳ１５でこの高さ位置Ｄ（ｍ）での光
量Ｆm（ｘ，ｙ）を最大光量Ｉ（ｘ，ｙ）に与える。こ
れにより、当該画素（ｘ，ｙ）に対する表面高さデータ
Ｈ（ｘ，ｙ）および最大光量Ｉ（ｘ，ｙ）がそれぞれ求
まる。

【００２７】そして、ステップＳ１６で、ｘ＝ｘmaxか
つｙ＝ｙmaxが満足されているかどうか、つまりすべて
の画素（ｘ，ｙ）について上記ステップＳ９〜Ｓ１５の
一連の処理（画素（ｘ，ｙ）に対する表面高さデータＨ
（ｘ，ｙ）および最大光量Ｉ（ｘ，ｙ）を求める処理）
を実行したかどうかを判別し、このステップＳ１６での
判別の結果が「Ｎｏ」の間、ステップＳ１７でカウンタ
値（座標値）ｘ，ｙを適当に設定することで対象画素を
ずらした後、上記処理（ステップＳ９〜Ｓ１５）を繰り
返す。こうして、すべての画素画素（ｘ，ｙ）について
試料ＯＢの表面高さ位置を表す表面高さデータＨ（ｘ，
ｙ）および最大光量Ｉ（ｘ，ｙ）を求め、図６に示すよ
うに画素に関連付けながら画素ごとにＨ（１，１），Ｉ（１，１）、Ｈ（１，２），Ｉ（１，２）、 … Ｈ（ｘmax，ｙmax），Ｉ（ｘmax，ｙmax）、の形でメモリ２３に記憶される。なお、図６のデータ領
域ＤＲは図７に拡大して示している。

【００２８】次に、上記のようにして求めた表面高さデ
ータＨ（ｘ，ｙ）に対してノイズ処理を実行する（ステ
ップＳ２０）。このノイズ処理は、各画素ごとに、当該
画素（以下「ノイズ処理対象画素」）の周辺画素を少な
くとも１点以上選択し、このノイズ処理対象画素での表
面高さデータを選択された周辺画素での表面高さデータ
および最大光量とに基づき補正する処理であり、その詳
細について図８を参照しつつ説明する。

【００２９】図８は表面高さデータＨ（ｘ，ｙ）に対す
るノイズ処理を示すフローチャートである。この実施形
態では、まずステップＳ２１で、オペレータが選択すべ
き周辺画素点数ｎ、例えば「１」を入力する。これによ
り、図７に示すように、８つの周辺画素（ｘ−１，ｙ−
１）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−１）、（ｘ−
１，ｙ）、（ｘ＋１，ｙ）、（ｘ−１，ｙ＋１）、
（ｘ，ｙ＋１）、（ｘ＋１，ｙ＋１）が選択され、これ
らの周辺画素での表面高さデータおよび最大光量、つま
り、Ｈ（x-1，y-1），Ｉ（x-1，y-1）、Ｈ（x ，y-1），Ｉ（x ，y-1）、Ｈ（x+1，y-1），Ｉ（x+1，y-1）、Ｈ（x-1，y ），Ｉ（x-1，y ）、Ｈ（x+1，y ），Ｉ（x+1，y ）、Ｈ（x-1，y+1），Ｉ（x-1，y+1）、Ｈ（x ，y+1），Ｉ（x ，y+1）、Ｈ（x+1，y+1），Ｉ（x+1，y+1）、がメモリ２３から読み出されることとなる。

【００３０】また、このステップＳ２１で、オペレータ
は上記周辺画素点数ｎのみならず、重みつけ処理の選択
を行う。ここで、「重みつけ処理」とは、ノイズ処理対
象画素（ｘ，ｙ）から各周辺画素までの距離に基づいて
ノイズ処理対象画素（ｘ，ｙ）への周辺画素の寄与の度
合を考慮に入れてノイズ処理対象画素（ｘ，ｙ）での表
面高さデータＨ（ｘ，ｙ）を補正する処理のことであ
り、この実施形態では、a)重みつけ処理を行わない、b)
〜d)第１ないし第３重みつけ処理、の４つの選択枝を用
意しておき、それらの中から１つを選択することができ
るように構成されている。なお、各重みつけ処理の内容
については、後で詳説する。

【００３１】この重みつけ処理の種類選択を受けて、ス
テップＳ２２で重みつけ係数ｋ（ｉ，ｊ）を計算し、重
みつけ係数ｋ（ｉ，ｊ）を示すテーブルを作成し、メモ
リ２３に記憶する。

【００３２】次に、ノイズ処理対象画素のＸ，Ｙ座標を
それぞれ示すカウンタ値ｘ，ｙを「ｎ＋１」，「ｎ＋
１」に初期化する（ステップＳ２３）。そして、ノイズ
処理データの演算を行う（ステップＳ２４）。

【００３３】図９は、ノイズ処理データの演算を示すフ
ローチャートである。ここでは、まずカウント値ｉ，ｊ
をともに「−ｎ」に初期化するとともに、ノイズ処理デ
ータＺ（ｘ，ｙ）を「０」に初期化する（ステップＳ２
４１）。

【００３４】そして、ステップＳ２４２〜Ｓ２４７を実
行することで次式

【００３５】

【数１】

【００３６】に基づくデータ演算を実行する。ただし、
数１から明らかなように、ステップＳ２４３における右
辺の加算処理は、分数形式で書いた被加算値Ｚ（ｘ，
ｙ）の分子分母に、加算値の分子分母をそれぞれ個別に
加算する処理を示している。後記の数５においても同様
である。なお、重みつけ係数ｋ（ｉ，ｊ）は上記のよう
に予め次の４種類、a)重みつけ処理を行わない、ｋ（ｉ，ｊ）＝１、 b)第１重みつけ処理；対象となるノイズ処理対象画素か
らの距離の二乗の逆数を重みつけ係数とする、

【００３７】

【数２】

【００３８】c)第２重みつけ処理；対象となるノイズ処
理対象画素からの距離の絶対値の逆数を重みつけ係数と
する、

【００３９】

【数３】

【００４０】d)第３重みつけ処理；対象となるノイズ処
理対象画素からの距離の最大値の逆数を重みつけ係数と
する、

【００４１】

【数４】

【００４２】を用意しておき、ステップＳ２１での選択
結果に応じて適当な重みつけ係数ｋ（ｉ，ｊ）を適用す
る。

【００４３】すなわち、上記データ演算処理は以下のよ
うにして実行される。

【００４４】ステップＳ２４２で、ノイズ処理対象画素
および周辺画素のＸ，Ｙ座標をそれぞれ示すカウント値
ａ，ｂとして「ｘ＋ｉ」、「ｙ＋ｊ」をそれぞれ与え
る。そして、ステップＳ２４３で、当該画素（ａ，ｂ）
に対応する表面高さデータＨ（ａ，ｂ）、最大光量Ｉ
（ａ，ｂ）および重みつけ係数ｋ（ｉ，ｊ）をそれぞれ
メモリ２３から読み出し、次式

【００４５】

【数５】

【００４６】に基づきノイズ処理データＺ（ｘ，ｙ）を
求める。この式の右辺において、第１項はステップＳ２
４３の演算処理の実行直前までのノイズ処理データＺ
（ｘ，ｙ）の値であり、第２項は当該周辺画素（ａ，
ｂ）がノイズ処理対象画素（ｘ，ｙ）での表面高さデー
タＨ（ｘ，ｙ）に与える影響を示す値である。

【００４７】それに続いて、ステップＳ２４４でカウン
ト値ｉが周辺画素点数ｎと一致するかどうかを判別し、
「Ｎｏ」と判別される間、次のステップＳ２４５でカウ
ント値ｉを「１」だけインクリメントし、ステップＳ２
４２に戻る。

【００４８】一方、このステップＳ２４４で「Ｙｅｓ」
と判別されると、ステップＳ２４６に進み、カウント値
ｊが周辺画素点数ｎと一致するかどうかを判別し、「Ｎ
ｏ」と判別される間、ステップＳ２４７でカウント値ｊ
を「１」だけインクリメントし、ステップＳ２４２に戻
る。

【００４９】このようにカウント値ｉ、ｊがともに周辺
画素点数ｎとなるまでステップＳ２４２からステップＳ
２４７の処理ループを繰り返すことで、ノイズ処理対象
画素（ｘ，ｙ）での表面高さデータＨ（ｘ，ｙ）への周
辺画素の影響が加わり、当該表面高さデータＨ（ｘ，
ｙ）が補正される。

【００５０】例えば、上記のように周辺画素点数ｎとし
て「１」を入力した場合、周辺画素（ａ，ｂ）として、
次の８つの画素（ｘ−１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−１）、（ｘ−１，ｙ）、（ｘ＋１，ｙ）、（ｘ−１，ｙ＋１）、（ｘ，ｙ＋１）、（ｘ＋１，ｙ＋１）、が選択され、ステップＳ２４３の演算処理が実行される
ごとに、Ｈ（x-1，y-1），Ｉ（x-1，y-1），ｋ（−１，−１）、Ｈ（x ，y-1），Ｉ（x ，y-1），ｋ（０，−１）、Ｈ（x+1，y-1），Ｉ（x+1，y-1），ｋ（１，−１）、Ｈ（x-1，y ），Ｉ（x-1，y ），ｋ（−１，０）、Ｈ（x ，y ），Ｉ（x ，y ），ｋ（０，０）、Ｈ（x+1，y ），Ｉ（x+1，y ），ｋ（１，０）、Ｈ（x-1，y+1），Ｉ（x-1，y+1），ｋ（−１，１）、Ｈ（x ，y+1），Ｉ（x ，y+1），ｋ（０，１）、Ｈ（x+1，y+1），Ｉ（x+1，y+1），ｋ（１，１）、のデータの組み合わせがそれぞれメモリ２３から読み出
され、Ｈ（ａ，ｂ），Ｉ（ａ，ｂ），ｋ（ｉ，ｊ）とし
て数５に代入されてノイズ処理データＺ（ｘ，ｙ）が求
められる。こうして、ノイズ処理データの演算が完了す
ると、ノイズ処理データＺ（ｘ，ｙ）をメモリ２３に記
憶し、ステップＳ２５に進む。

【００５１】図８に戻って、ノイズ処理の説明を続け
る。このステップＳ２５でカウンタ値ｘがｘmax-nであ
るかどうかを判別し、「Ｎｏ」と判別される間、ステッ
プＳ２６でカウンタ値ｘを「１」だけインクリメント
し、ステップＳ２４に戻り、上記したデータ演算処理を
実行する。

【００５２】一方、ステップＳ２５で「Ｙｅｓ」と判別
されると、ステップＳ２７に進み、カウンタ値ｙがｙma
x-nであるかどうかを判別し、「Ｎｏ」と判別される
間、ステップＳ２８でカウンタ値ｙを「１」だけインク
リメントし、ステップＳ２４に戻り、上記したデータ演
算処理を実行する。

【００５３】そして、ステップＳ２７で「Ｙｅｓ」と判
別されると、上記のようにして演算したノイズ処理デー
タＺ（ｘ，ｙ）を補正された表面高さデータＨ（ｘ，
ｙ）と書き換える。

【００５４】このように、この実施形態によれば、各画
素ごとに、当該ノイズ処理対象画素（ｘ，ｙ）の周辺画
素（ａ，ｂ）における表面高さデータＨ（ａ，ｂ）およ
び最大光量Ｉ（ａ，ｂ）に基づきノイズ処理対象画素
（ｘ，ｙ）の表面高さデータＨ（ｘ，ｙ）を補正してい
るので、ノイズの影響を排除して試料ＯＢの表面形状を
正確に計測することができる。

【００５５】試料ＯＢの表面高さデータＨ（ｘ，ｙ）が
求まると、図３のステップＳ１８に進み、上記のように
して得られた表面高さデータＨ（ｘ，ｙ）に基づき各画
素に対応して試料表面を表す印を付すことで表示モニタ
４０上に試料ＯＢの表面形状を表示する。こうして表示
モニタ４０の描かれた表面形状の一例を図１０に参考例
として示す。

【００５６】このように、この実施形態では、単に試料
ＯＢの表面情報、つまり表面高さデータＨ（ｘ，ｙ）を
求めて試料ＯＢの三次元計測を行うのみならず、その表
面情報に基づき試料ＯＢの表面形状を表示モニタ４０上
に表示しているので、オペレータなどが試料ＯＢの表面
形状を視覚的に、しかも容易に把握することができる。

【００５７】なお、上記実施形態では、周辺画素点数ｎ
として「１」を入力し、周辺画素として図７に示すよう
にノイズ処理対象画素（ｘ，ｙ）と隣接する８個を選択
しているが、周辺画素の選択はこれに限定されるもので
はなく、任意であり、ノイズ処理対象画素（ｘ，ｙ）の
周辺の少なくとも１つ以上の画素を選択することができ
る。

【００５８】また、上記実施形態では、周辺画素として
ノイズ処理対象画素（ｘ，ｙ）と隣接する８個を選択す
るように設定しているため、隣接画素が８個存在しない
ノイズ処理対象画素、例えば（１，１）、（１，２）な
どについては、周辺画素によるノイズ処理を行っていな
いが、周辺画素を１つ以上選択し、その選択周辺画素を
利用してノイズ処理を行ってもよいことは言うまでもな
い。

【００５９】

【発明の効果】請求項１および３の発明によれば、試料
の高さ方向において互いに異なる複数の高さ位置で共焦
点画像をそれぞれ撮像し、これらの共焦点画像に基づ
き、各画素ごとに高さ方向において光量が最大となる高
さ位置を表面高さ位置として求めるとともに、表面高さ
位置での光量を最大光量として求めた後、各画素ごと
に、当該画素の周辺画素における表面高さ位置および最
大光量に基づき当該画素に対応する表面高さ位置を補正
して当該画素に対応する試料の表面情報としているの
で、試料の傾斜部の存在などの影響を受けずに、試料の
表面形状を正確に計測することができる。

【００６０】請求項２の発明によれば、上記のようにし
て求められた正確な表面情報に基づき、各画素に対応し
て試料表面を示す印を付して試料の表面形状を表示して
いるので、試料の表面形状を正確に表示することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる三次元計測装置の一実施形態
を示す図である。

【図２】図１の三次元計測装置の動作を示すフローチャ
ートである。

【図３】図１の三次元計測装置の動作を示すフローチャ
ートである。

【図４】図１の三次元計測装置の動作を示す模式図であ
る。

【図５】高さ位置Ｄ（ｊ）と、各高さ位置Ｄ（ｊ）での
共焦点画像Ｆjとの関係を示す概念図である。

【図６】メモリに記憶された表面高さデータＨ（ｘ，
ｙ）および最大光量Ｉ（ｘ，ｙ）を示す概念図である。

【図７】図６の部分拡図である。

【図８】表面高さデータＨ（ｘ，ｙ）に対するノイズ処
理を示すフローチャートである。

【図９】ノイズ処理データの演算を示すフローチャート
である。

【図１０】図１の表示モニタに表示された試料の表面形
状の一例を示す図である。

【符号の説明】

１１顕微鏡ステージ１２モータ２０制御部３０撮像ユニット４０表示モニタＦ1，Ｆ2，…，Ｆj，…，Ｆn 共焦点画像Ｈ（ｘ，ｙ）表面高さデータ（表面情報）Ｉ（ｘ，ｙ）最大光量ＯＢ試料Ｚ高さ方向Ｚ（ｘ，ｙ）ノイズ処理データ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/02 G02B 21/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】試料の高さ方向において互いに異なる複
数の高さ位置で複数の画素よりなる水平面の共焦点画像
をそれぞれ撮像し、これら複数の共焦点画像に基づき前
記試料の表面情報を求める三次元計測方法において、前記複数の共焦点画像に基づき、各画素ごとに前記高さ
方向において光量が最大となる高さ位置を表面高さ位置
として求める工程と、各画素ごとに、前記表面高さ位置での光量を最大光量と
して求める工程と、各画素ごとに、当該画素の周辺画素における表面高さ位
置および最大光量に基づき当該画素に対応する表面高さ
位置を補正して当該画素に対応する試料の表面情報とす
る工程と、を備えたことを特徴とする三次元計測方法。
【請求項２】請求項１の三次元計測方法により求めら
れた表面情報に基づき、各画素に対応して試料表面を示
す印を付して試料の表面形状を表示することを特徴とす
る三次元表示方法。
【請求項３】試料の高さ方向において互いに異なる複
数の高さ位置で複数の画素よりなる水平面の共焦点画像
をそれぞれ撮像する撮像手段と、前記複数の共焦点画像に基づき、各画素ごとに前記高さ
方向において光量が最大となる高さ位置を表面高さ位置
として求める表面位置検出手段と、各画素ごとに、前記表面高さ位置での光量を最大光量と
して求める最大光量検出手段と、各画素ごとに、当該画素の周辺画素における表面高さ位
置および最大光量に基づき当該画素に対応する表面高さ
位置を補正することで当該画素に対応する試料の表面情
報を求める表面情報決定手段と、を備えたことを特徴と
する三次元計測装置。