JP3960862B2 - Height measurement method - Google Patents

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JP3960862B2 JP2002177472A JP2002177472A JP3960862B2 JP 3960862 B2 JP3960862 B2 JP 3960862B2 JP 2002177472 A JP2002177472 A JP 2002177472A JP 2002177472 A JP2002177472 A JP 2002177472A JP 3960862 B2 JP3960862 B2 JP 3960862B2
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Description

【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で走査することにより試料の表面情報を測定する方法に係り、特に共焦点走査型光学顕微鏡による高さ測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
共焦点走査型光学顕微鏡は、試料を点状照明し、試料からの透過光又は反射光をピンホール上に集光させた後、このピンホールを透過する光の強度を光検出器で検出する。このような光検出を試料面の全体に亘って行うことにより試料面の2次元像を得ることができる。
【0003】
この場合において、対物レンズと試料の相対位置(Z)を光軸方向に変化させると輝度(I)が変化し、試料表面に光源からの光が集束した時(試料表面が合焦したとき)、Iが最大となる(以下、このZとIとの関係を「I−Zカーブ」と称する)。
【0004】
共焦点走査型光学顕微鏡を用いた高さ測定では、I−ZカーブでIが最大になるZをその点での高さとしている。この場合、高さの測定精度を向上させるには、Zを細かく変化させてIの最大値を検出する必要があり、測定に時間が掛かる。
【0005】
そこで、特開平9−68413号公報に開示されている方法では、複数のZでのIを用いてI−Zカーブを2次式やガウス関数などの式で近似する。この近似式でIが最大になるZを、当該近似式の係数から計算し、I−ZカーブでIが最大になるZに変えて、その点での高さとする。これにより、広いステップ(=少ない取り込み枚数)で、精度良く高さ情報を得ている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、Zのステップは、I−Zカーブの形状と、測定で必要とする精度・時間を勘案して決定される。しかし、I−Zカーブの形状(広がり)は、試料の表面形状で決まり、表面が散乱面の場合には、鏡面に比べ、I−Zカーブは広がる(広がりは、表面状態により、最大で鏡面の2倍程度である)。この時、I−Zカーブの広がりが画面内で一様かつ既知であれば、I−Zカーブの広がりに対応してZのステップ幅を広げることも可能であるが、表面形状が未知でI−Zカーブの広がりが不明な場合や、画面内で分布がある場合には、Zのステップ幅を変えることはできない。
【0007】
また、近似式の計算に用いるIの抽出は、
(1) 抽出点数(N)を求めて、Iの最大値及びその前後N点のIを抽出。
(2) しきい値を求めて、そのしきい値以上になるIを抽出。
等によるので、Zのステップを固定したままだと、上記Iの抽出方法において、
(1) I−Zカーブのピーク付近のIの変化が少ない部分をサンプリングするので、ノイズの影響が大きい。
(2) 抽出したデータ点数が増え、計算に時間が掛かる。
といった不具合を生じる。
【0008】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、試料の表面形状により、I−Zカーブの形状が変化しても、Zのステップを変えずに、近似式の係数の計算に用いるIの数を増やさず、ノイズの影響を抑えて、I−Zカーブの近似式の係数を計算することで、高速かつ正確に高さを測定する高さ測定方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明に係る高さ測定方法は、共焦点走査型光学顕微鏡を用いた高さ測定方法であって、試料と対物レンズとの相対位置を所定の間隔で変化させながら、複数の位置における輝度を測定し、前記複数の位置における輝度の測定結果のうち、最大輝度を含む連続した少なくとも3点の位置における輝度データを用いてノイズの影響を評価し、前記ノイズの評価結果に基づいて、近似曲線を求めて、輝度のピーク位置を計算することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る高さ測定方法に適用される共焦点走査型光学顕微システムの概略構成を示す図である。本実施形態においては、共焦点走査型光学顕微16の光学系を使用して試料を2次元走査することにより表面情報を取得している。
【0011】
図1に示す共焦点走査型光学顕微16は、レーザ光源18から出射した走査用レーザ光をミラー20で反射すると共にハーフミラー22を介して走査機構24に入射する。
【0012】
走査機構24は、走査制御ユニット26を介してコンピュータ28に接続されており、コンピュータ28からの命令によって走査制御ユニット26から出力される走査制御信号P1に基づいて駆動制御される。走査機構24は、走査制御信号P1に基づいて走査用レーザ光をレボルバ30にセットされた対物レンズ32を介してステージ34上の試料36に微小スポットに集光し、この状態で走査用レーザ光を試料36上にテレビのラスター走査と同様にXY方向に走査する。
【0013】
走査用レーザ光による試料走査で試料36から反射した反射光は、対物レンズ32及び走査機構24を介してハーフミラー22まで導光され、このハーフミラー22によって光検出器40側へ反射される。
【0014】
ハーフミラー22で反射した反射光は、対物レンズの集光位置と共役な位置に配置したピンホール38を透過した後、光検出器40に入射する。光検出器40は、入射した反射光をその光量に対応した電気信号に変換して画像処理ユニット42へ出力する。
【0015】
画像処理ユニット42は、例えば512画素×512画素×8ビット(256階調)から構成された画像メモリ42aが内蔵されている。画像メモリ42aは光検出器40が接続されており、光検出器40から出力される電気信号を保存できる。更に、画像メモリ42aは、ステージ34をZ方向(即ち、上記走査用レーザ光の光軸方向)に移動制御して上記走査用レーザ光をZ方向に走査させるZ方向移動制御回路44が接続されている。Z方向移動制御回路44から出力された信号に基づいてステージ34の移動回数をカウントしたカウント値が画像メモリ42aに保存される。
【0016】
また、ステージ34は、コンピュータ28の命令によってZ方向移動制御回路44から出力されるZ制御信号P2に基づいて、Z方向へ所定量だけ移動制御される。このとき、ステージ34の一回あたりの移動量は、コンピュータ28によって制御される。
【0017】
また、測定範囲の設定及び各測定範囲内のステージ34の移動量の設定や、画像表示及び顕微鏡システムの制御等は、コンピュータ28に接続されたモニタ46を介して観察者によって設定される。
【0018】
以上のように構成された共焦点走査型顕微鏡システムでは、観察者が試料36をステージ34上に載置した後、コンピュータ28による制御によって試料36上に集光される微小スポットをXY方向に走査する。そして、同時に、各測定点(x,y)においてステージ34をZ方向に移動制御して試料36に対する合焦制御を行う。このとき、試料36にピントが合ったか否かの判断は、モニタ46に表示された画像を見ながら行う。
【0019】
次に、観察者は、測定動作に関する各パラメータの設定を行う。まず、コンピュータ28によって試料36の測定範囲L及び、測定を開始するステージ34の位置Zを設定した後、Z走査でのステージ34の1回あたりの移動量Δを設定する。この移動量Δとは、本実施形態では、対物レンズ32の焦光位置に対して試料36の位置を移動させる際の1回の移動量である。
【0020】
測定範囲Lとステージ34の1回あたりの移動量Δとを設定すると、ステージ34の移動回数NはL/Δ≦Nという関係に従って決定される。ところで、ステージ34の移動回数のカウント値は、画像メモリ42aに保存されるため、ステージ34の移動回数Nは、画像メモリ42aの階調数255以下に制限される。
【0021】
上記のように測定範囲Lと移動量Δ及び移動回数Nを設定した後、試料36に対する測定が開始されると、光検出器40でZ方向の各相対位置Z、Z、…Zにおける電気信号I、I、…Iが検出される。
【0022】
以上のように構成された共焦点走査型光学顕微システムに適用される本発明の一実施形態に係る高さ測定方法を図2のフローチャートを参照して説明する。
まず、Z走査して輝度をサンプリングし、輝度最大値及びその前後計5点の輝度、輝度が最大になるZカウンタの値を格納する(ステップS2からステップ9を含むステップS1)。ステップS2からステップS9の具体的な内容は、以下の通りである。
【0023】
測定開始時における初期設定を行う(ステップS2)。具体的な初期設定としては、ZステージをZに移動し、カウンタをリセット(kに0を代入)し、輝度の初期値Iを取り込んで、Iの値を最大輝度値Mに格納する。次に、ZステージをΔ移動して、カウンタ値kをインクリメントすると共に、輝度Ikを取り込む(ステップS3)。
【0024】
輝度Iと最大輝度値Mの値とを比較し(ステップS4)、IがMより大きければ、IをMに、1つ前の輝度LをMa1に、2つ前の輝度LをMa2に、kをMにそれぞれ格納して(ステップS5)、ステップS8に進む。ステップS4において、IがM以下の値であれば、カウンタの値がk=M+2であるかどうかを判定し(ステップS6)、k=M+2であれば、輝度IをMb2へ、LをMb1にそれぞれ格納して(ステップS7)、ステップS8に進む。ステップS6において、k=M+2でなければ、ステップS8に進む。
【0025】
そして、ステップS8において、1つ前の輝度Lを2つ前の輝度Lへ、輝度Iを1つ前の輝度Lへそれぞれ格納する。次に、カウンタ値が終了値Nになった時点で輝度のサンプリングと最大値前後の5点の抽出が完了する(ステップS9)。なお、ステップS9において、カウンタ値が終了値に至っていない場合には、ステップS3からの処理を繰り返す。
【0026】
輝度のサンプリングが終了すると、最大値前後の5点のデータMa2、Ma1、M、Mb1、Mb2を用いて近似曲線の係数を最小自乗法で求める(ステップS10)。ステップS10で求めた近似曲線の二次の係数aに従って、ノイズの影響の大小を判定する(ステップS11)。この場合における、ノイズの影響の大小について、図3を参照して説明する、図3は、ノイズの影響を説明するための図である。なお、図3において、試料Aはノイズの影響が小さい場合のI−Zカーブ、試料Bはノイズの影響が大きい場合のI−Zカーブである。
【0027】
ステップS11において、係数aが負(a<0)の場合には、図3の試料Aの5点近似曲線に示すように、二次関数が上に凸であることから、ノイズの影響は小さいものと判断し、ステップS10で求めた係数を用いてピーク位置を計算する(ステップS12)。ところが、ステップS11において、係数aが負ではなく、正の場合には、試料Bの5点近似曲線のように下に凸になっており、0の場合には、直線になっている。従って、このような場合には、最大値Mの両側の輝度Ma1とMb1を使用せずに、Ma2、M、Mb2を用いて近似式の係数を計算し(ステップS13)、この係数に基づいてピーク位置を計算する(ステップS14)。このようにすることにより、試料Bの3点近似曲線に示すような近似曲線が得られる。
【0028】
上記のような方法によれば、Zの走査範囲が広くなっても、格納されるデータは6フレーム分となり、メモリの消費を少なくできる。
【0029】
なお、上記の説明では、説明を簡単にするために、ノイズ影響を判断する条件としてa<0(下に凸)を用いたが、上に凸の場合でも近似式が広がりすぎの場合があるので、より適切なしきい値(<0)を用いることが好ましい。
【0030】
また、ノイズがなければ、ステップS10の結果を使ってピーク位置を計算すると、結果は必ずZステップの±1/2以内になる。そこで、ステップS10では、ピーク位置までを計算し、ステップS11では、計算して得られたピーク位置が±1/2×Δの範囲にあるときは、ステップS12にてステップS10で計算したピーク位置を使い、それ以外の場合は、ステップS13以降の手順でピーク位置を求めると良い(なお、サンプリングした輝度にノイズがのることはやむを得ないので、ステップS11の基準を多少広め、±Δや±2×Δとしても良い)。
【0031】
メモリに余裕があればステップS4でZ走査範囲の全ての位置で輝度I、I、…Iをメモリに格納するようにすれば、ステップS5からステップS8の処理は不要である。
【0032】
この場合、ステップS10で輝度の最大値及びその前後のN点を抽出するが、この場合に抽出点数は3以上であればよく、3点や5点に制限されるものではない。
【0033】
更にステップS11でノイズ大と評価された場合において、ステップS13での輝度データの再抽出は、ステップS10で抽出した輝度の中からではなく、ステップS4で一次格納されているZ走査範囲の全ての位置での輝度I、I、…Iから最大値を挟んでその前後、1つおきに5点抽出するようにしても良い。
【0034】
このように、Z走査範囲の全ての位置での輝度I、I、…Iをメモリに格納するようにすると、輝度のサンプリング時(ステップS1)の処理が少なくなり、より、高速でサンプリングできると共に、ノイズの影響の大小に関わらずピーク位置の計算に用いる輝度の個数を一定にできるなど、ノイズの評価や輝度データの再抽出の自由度が増す。
【0035】
上記の各実施形態から下記の発明が抽出される。
本発明に係る高さ測定方法は、共焦点走査型光学顕微鏡を用いた高さ測定方法であって、試料と対物レンズの相対位置を所定の間隔で変化させながら、複数の位置における輝度を測定し、前記複数の位置における輝度の測定結果のうち、最大輝度を含む連続した少なくとも3点の位置における輝度データを用いてノイズの影響を評価し、前記ノイズの評価結果に基づいて、近似曲線を求めて、輝度のピーク位置を計算することを特徴とする。
【0036】
上記の高さ測定方法において、前記近似曲線を求める場合において、ノイズの影響が小さい場合には、前記最大輝度を含む連続した少なくとも3点の位置における輝度データを用いて近似曲線を求め、ノイズの影響が大きい場合には、測定した輝度データのうち、少なくとも前記最大輝度の位置に隣接した位置の輝度データを除いた輝度データを用いて近似曲線を求めることを特徴とする。
【0037】
上記の各高さ測定方法において、前記近似曲線を求める場合において、前記ノイズの評価基準として近似式の幅を用いることを特徴とする。また、近似曲線の再計算は、抽出済みの5点のうち、中心と両端の3点を用いることを特徴とする。
【0038】
なお、本発明は、上記の発明の実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で種々変形して実施できるのは勿論である。
【0039】
【発明の効果】
試料の表面形状により、I−Zカーブの形状が変化しても、Zのステップを変えずに、近似式の係数の計算に用いるIの数を増やさず、ノイズの影響を抑えて、I−Zカーブの近似式の係数を計算することで、高速かつ正確に高さを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係る高さ測定方法に適用される共焦点走査型光学顕微システムの概略構成を示す図。
【図2】 共焦点走査型光学顕微システムに適用される本発明の一実施形態に係る高さ測定方法の動作を示すフローチャート。
【図3】 本発明の高さ測定方法を説明するための図。
【符号の説明】
16…共焦点走査型光学顕微
18…レーザ光源
20…ミラー
22…ハーフミラー
24…走査機構
26…走査制御ユニット
28…コンピュータ
30…レボルバ
32…対物レンズ
34…ステージ
36…試料
38…ピンホール
40…光検出器
42…画像処理ユニット
42a…画像メモリ
44…Z方向移動制御回路
46…モニタ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of measuring surface information of a sample by scanning the sample with light through an optical system of an optical microscope, and more particularly to a height measuring method using a confocal scanning optical microscope.
[0002]
[Prior art]
A confocal scanning optical microscope illuminates a sample in a dot-like manner, collects transmitted or reflected light from the sample on a pinhole, and then detects the intensity of light transmitted through the pinhole with a photodetector. . By performing such light detection over the entire sample surface, a two-dimensional image of the sample surface can be obtained.
[0003]
In this case, when the relative position (Z) between the objective lens and the sample is changed in the optical axis direction, the luminance (I) changes, and when the light from the light source is focused on the sample surface (when the sample surface is in focus). , I is maximized (hereinafter, the relationship between Z and I is referred to as “IZ curve”).
[0004]
In height measurement using a confocal scanning optical microscope, the Z at which I is maximum on the I-Z curve is the height at that point. In this case, in order to improve the measurement accuracy of the height, it is necessary to change Z finely and detect the maximum value of I, which takes time.
[0005]
Therefore, in the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-68413, the IZ curve is approximated by an expression such as a quadratic expression or a Gaussian function using I at a plurality of Zs. The Z at which I is maximized in this approximate expression is calculated from the coefficient of the approximate expression, and is changed to the Z at which I is maximized by the IZ curve to obtain the height at that point. Thereby, the height information is obtained with high accuracy in a wide step (= small number of captured sheets).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Here, the Z step is determined in consideration of the shape of the IZ curve and the accuracy and time required for the measurement. However, the shape (spread) of the IZ curve is determined by the surface shape of the sample. When the surface is a scattering surface, the IZ curve spreads more than the mirror surface (the spread is specular depending on the surface state at the maximum). About twice as much). At this time, if the spread of the IZ curve is uniform and known in the screen, the step width of Z can be increased corresponding to the spread of the IZ curve, but the surface shape is unknown and I -If the spread of the Z curve is unknown or if there is a distribution in the screen, the Z step width cannot be changed.
[0007]
Also, the extraction of I used for calculating the approximate expression is
(1) Obtain the number of extraction points (N), and extract the maximum value of I and I at N points before and after that.
(2) Obtain a threshold value and extract I that exceeds the threshold value.
Therefore, if the step of Z is fixed, in the extraction method of I above,
(1) Since the portion where the change in I near the peak of the IZ curve is small is sampled, the influence of noise is large.
(2) The number of extracted data points increases and the calculation takes time.
This causes problems.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problems. Even if the shape of the I-Z curve changes due to the surface shape of the sample, the Z step is not changed, and the coefficient of the approximate expression is calculated. An object of the present invention is to provide a height measuring method for measuring the height at high speed and accurately by calculating the coefficient of the approximate expression of the I-Z curve without increasing the number of I used and suppressing the influence of noise. To do.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a height measurement method according to the present invention is a height measurement method using a confocal scanning optical microscope, and changes a relative position between a sample and an objective lens at a predetermined interval. Measuring the luminance at a plurality of positions, and evaluating the influence of noise using luminance data at at least three consecutive positions including the maximum luminance among the luminance measurement results at the plurality of positions, Based on the evaluation result, an approximate curve is obtained and the peak position of the luminance is calculated.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a confocal scanning optical microscope system applied to a height measuring method according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, the surface information is acquired by two-dimensionally scanning the sample using the optical system of the confocal scanning optical microscope 16.
[0011]
The confocal scanning optical microscope 16 shown in FIG. 1 reflects the scanning laser light emitted from the laser light source 18 by the mirror 20 and enters the scanning mechanism 24 through the half mirror 22.
[0012]
The scanning mechanism 24 is connected to a computer 28 via a scanning control unit 26, and is driven and controlled based on a scanning control signal P1 output from the scanning control unit 26 in response to a command from the computer 28. The scanning mechanism 24 focuses the scanning laser light on the sample 36 on the stage 34 through the objective lens 32 set on the revolver 30 based on the scanning control signal P1, and in this state the scanning laser light. Is scanned in the X and Y directions on the sample 36 in the same manner as the raster scan of the television.
[0013]
Reflected light reflected from the sample 36 in the sample scanning by the scanning laser light is guided to the half mirror 22 through the objective lens 32 and the scanning mechanism 24, and is reflected by the half mirror 22 toward the photodetector 40 side.
[0014]
The reflected light reflected by the half mirror 22 passes through a pinhole 38 disposed at a position conjugate with the condensing position of the objective lens and then enters the photodetector 40. The photodetector 40 converts the incident reflected light into an electrical signal corresponding to the amount of light and outputs it to the image processing unit 42.
[0015]
The image processing unit 42 incorporates an image memory 42a composed of, for example, 512 pixels × 512 pixels × 8 bits (256 gradations). The image memory 42 a is connected to the photodetector 40, and can store an electric signal output from the photodetector 40. Further, the image memory 42a is connected to a Z-direction movement control circuit 44 that controls the movement of the stage 34 in the Z direction (that is, the optical axis direction of the scanning laser beam) and scans the scanning laser beam in the Z direction. ing. A count value obtained by counting the number of movements of the stage 34 based on the signal output from the Z-direction movement control circuit 44 is stored in the image memory 42a.
[0016]
The stage 34 is controlled to move in the Z direction by a predetermined amount based on the Z control signal P2 output from the Z direction movement control circuit 44 in response to a command from the computer 28. At this time, the amount of movement per stage 34 is controlled by the computer 28.
[0017]
Further, the setting of the measurement range, the setting of the moving amount of the stage 34 within each measurement range, the control of the image display and the microscope system, and the like are set by the observer via the monitor 46 connected to the computer 28.
[0018]
In the confocal scanning microscope system configured as described above, after the observer places the sample 36 on the stage 34, the micro spot focused on the sample 36 is scanned in the XY directions under the control of the computer 28. To do. At the same time, the stage 34 is moved and controlled in the Z direction at each measurement point (x, y) to perform focusing control on the sample 36. At this time, whether or not the sample 36 is in focus is determined while viewing the image displayed on the monitor 46.
[0019]
Next, the observer sets parameters related to the measurement operation. First, after the measurement range L of the sample 36 and the position Z 0 of the stage 34 where measurement is started are set by the computer 28, the amount of movement Δ of the stage 34 in one Z scan is set. In the present embodiment, the movement amount Δ is a movement amount when the position of the sample 36 is moved with respect to the focal position of the objective lens 32.
[0020]
When the measurement range L and the amount of movement Δ per stage 34 are set, the number N of movements of the stage 34 is determined according to the relationship L / Δ ≦ N. By the way, since the count value of the number of movements of the stage 34 is stored in the image memory 42a, the number of movements N of the stage 34 is limited to the number of gradations 255 or less of the image memory 42a.
[0021]
When the measurement with respect to the sample 36 is started after setting the measurement range L, the movement amount Δ, and the movement number N as described above, the relative position Z 1 , Z 2 ,. electrical signals I 1, I 2 in, ... I n are detected.
[0022]
A height measurement method according to an embodiment of the present invention applied to the confocal scanning optical microscope system configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the luminance is sampled by performing Z scanning, and the maximum luminance value, the luminance at five points before and after that, and the value of the Z counter at which the luminance is maximum are stored (step S1 including step S2 to step S1). The specific contents of steps S2 to S9 are as follows.
[0023]
Initial setting at the start of measurement is performed (step S2). As a specific initial setting, the Z stage is moved to Z 0 , the counter is reset (0 is substituted for k), the initial luminance value I 0 is taken, and the value of I 0 is set to the maximum luminance value Mc . Store. Next, the Z stage is moved by Δ, the counter value k is incremented, and the luminance Ik is captured (step S3).
[0024]
The luminance I k is compared with the maximum luminance value M c (step S4). If I k is larger than M c , I k is set to M c , and the previous luminance L 1 is set to M a1. The previous luminance L 2 is stored in M a2 and k is stored in M d (step S5), and the process proceeds to step S8. In step S4, if I k is a value equal to or less than M c , it is determined whether the counter value is k = M d +2 (step S6). If k = M d +2, the luminance I k is set. to mb2, and stores each L 1 to M b1 (step S7), and the process proceeds to step S8. If not k = M d +2 in step S6, the process proceeds to step S8.
[0025]
Then, in step S8, 1 previous luminance L 1 2 one to the previous brightness L 2, respectively store the luminance I k 1 single Previous luminance L 1. Next, when the counter value reaches the end value N, luminance sampling and extraction of five points around the maximum value are completed (step S9). If the counter value has not reached the end value in step S9, the processing from step S3 is repeated.
[0026]
When the luminance sampling is completed, the coefficients of the approximate curve are obtained by the method of least squares using the data M a2 , M a1 , M c , M b1 , and M b2 around the maximum value (step S10). The magnitude of the influence of noise is determined according to the quadratic coefficient a of the approximate curve obtained in step S10 (step S11). The magnitude of the influence of noise in this case will be described with reference to FIG. 3. FIG. 3 is a diagram for explaining the influence of noise. In FIG. 3, sample A is an IZ curve when the influence of noise is small, and sample B is an IZ curve when the influence of noise is large.
[0027]
In step S11, when the coefficient a is negative (a <0), the influence of noise is small because the quadratic function is convex upward as shown in the 5-point approximate curve of the sample A in FIG. The peak position is calculated using the coefficient obtained in step S10 (step S12). However, in step S11, when the coefficient a is not negative and positive, it is convex downward like the 5-point approximate curve of the sample B, and when it is 0, it is a straight line. Therefore, in such a case, the coefficients of the approximate expression are calculated using M a2 , M c , and M b2 without using the luminances M a1 and M b1 on both sides of the maximum value M c (step S13). Based on this coefficient, the peak position is calculated (step S14). By doing in this way, an approximate curve as shown in the three-point approximate curve of sample B is obtained.
[0028]
According to the method as described above, even if the Z scanning range is widened, the stored data is 6 frames, and the memory consumption can be reduced.
[0029]
In the above description, in order to simplify the description, a <0 (convex downward) is used as a condition for determining the influence of noise. However, the approximate expression may be too wide even when convex upward. Therefore, it is preferable to use a more appropriate threshold value (<0).
[0030]
If there is no noise and the peak position is calculated using the result of step S10, the result is always within ± 1/2 of the Z step. Therefore, in step S10, the calculation is performed up to the peak position. In step S11, when the calculated peak position is in the range of ± 1/2 × Δ, the peak position calculated in step S10 in step S12. In other cases, it is better to obtain the peak position in the procedure after step S13 (note that noise is unavoidably added to the sampled luminance, so the reference in step S11 is somewhat broadened, and ± Δ or ± 2 × Δ may also be used).
[0031]
If the luminance I 1, I 2 in all positions of the Z scanning range in step S4 if there is room in the memory, a ... I n to store in the memory, the processing in step S8 from step S5 is unnecessary.
[0032]
In this case, the maximum luminance value and N points before and after that are extracted in step S10. In this case, the number of extraction points may be three or more, and is not limited to three or five points.
[0033]
Further, when it is evaluated that the noise is large in step S11, the re-extraction of the luminance data in step S13 is not performed from the luminance extracted in step S10, but in all of the Z scanning ranges temporarily stored in step S4. luminance I 1, I 2 at position ... before and after sandwiching the maximum value I n, may be extracted 5 points every other.
[0034]
Thus, the luminance I 1, I 2 at all positions of the Z scanning range, ... If you to store the I n the memory, processing time of sampling the luminance (step S1) is reduced more, fast The degree of freedom of noise evaluation and luminance data re-extraction is increased such that sampling can be performed and the number of luminances used for peak position calculation can be made constant regardless of the influence of noise.
[0035]
The following invention is extracted from each of the above embodiments.
The height measurement method according to the present invention is a height measurement method using a confocal scanning optical microscope, and measures the luminance at a plurality of positions while changing the relative position of the sample and the objective lens at a predetermined interval. Then, of the luminance measurement results at the plurality of positions, the influence of noise is evaluated using luminance data at at least three consecutive positions including the maximum luminance, and an approximation curve is calculated based on the noise evaluation results. The luminance peak position is calculated and calculated.
[0036]
In the above height measurement method, when the approximation curve is obtained, if the influence of noise is small, an approximation curve is obtained using luminance data at at least three consecutive positions including the maximum luminance, and the noise When the influence is large, the approximate curve is obtained by using luminance data excluding at least the luminance data at a position adjacent to the position of the maximum luminance among the measured luminance data.
[0037]
In each of the height measurement methods described above, when obtaining the approximate curve, a width of an approximate expression is used as an evaluation criterion for the noise. Further, the recalculation of the approximate curve is characterized by using three points of the center and both ends among the extracted five points.
[0038]
The present invention is not limited to the above-described embodiments. Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0039]
【The invention's effect】
Even if the shape of the IZ curve changes depending on the surface shape of the sample, the Z step is not changed, the number of I used for calculating the coefficient of the approximate expression is not increased, the influence of noise is suppressed, and the I- By calculating the coefficient of the approximate expression of the Z curve, the height can be measured quickly and accurately.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a confocal scanning optical microscope system applied to a height measuring method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of a height measurement method according to an embodiment of the present invention applied to a confocal scanning optical microscope system.
FIG. 3 is a view for explaining the height measuring method of the present invention.
[Explanation of symbols]
16 ... confocal scanning optical microscope 18 ... laser light source 20 ... mirror 22 ... half mirror 24 ... scanning mechanism 26 ... scanning control unit 28 ... computer 30 ... revolver 32 ... objective lens 34 ... stage 36 ... sample 38 ... pinhole 40 ... Photodetector 42 ... Image processing unit 42a ... Image memory 44 ... Z direction movement control circuit 46 ... Monitor

Claims (4)

共焦点走査型光学顕微鏡を用いた高さ測定方法であって、
試料と対物レンズとの相対位置を所定の間隔で変化させながら、複数の位置における輝度を測定し、
前記複数の位置における輝度の測定結果のうち、最大輝度を含む連続した少なくとも3点の位置における輝度データを用いてノイズの影響を評価し、
前記ノイズの評価結果に基づいて、近似曲線を求めて、輝度のピーク位置を計算することを特徴とする高さ測定方法。
A height measurement method using a confocal scanning optical microscope,
While changing the relative position of the sample and the objective lens at a predetermined interval, measure the brightness at multiple positions,
Among the measurement results of luminance at the plurality of positions, the influence of noise is evaluated using luminance data at at least three consecutive positions including the maximum luminance ,
A height measurement method, comprising: calculating an approximate curve based on the noise evaluation result and calculating a luminance peak position.
請求項1に記載の高さ測定方法において、前記近似曲線を求める場合において、
ノイズの影響が小さい場合には、ノイズ評価に用いた輝度データを用いて近似曲線を求め、
ノイズの影響が大きい場合には、測定した輝度データのうち、少なくとも前記最大輝度の位置に隣接した位置の輝度データを除いた輝度データを用いて近似曲線を求めることを特徴とする高さ測定方法。
In the height measurement method according to claim 1, when obtaining the approximate curve,
When the influence of noise is small, obtain an approximate curve using the luminance data used for noise evaluation,
A height measuring method characterized in that, when the influence of noise is large, an approximate curve is obtained using luminance data excluding at least luminance data at a position adjacent to the position of the maximum luminance among the measured luminance data .
請求項1に記載の高さ測定方法において、前記最大輝度を含む連続した少なくとも3点の位置における輝度データを用いて近似曲線の二次の係数を最小自乗法で求め、この二次の係数に従って、前記ノイズの影響の大小を判定することを特徴とする高さ測定方法。  The height measurement method according to claim 1, wherein a second order coefficient of an approximate curve is obtained by a least square method using brightness data at at least three consecutive positions including the maximum brightness, and according to the second order coefficient. A method for measuring the height, characterized by determining the magnitude of the influence of the noise. 請求項3に記載の高さ測定方法において、前記ノイズの影響を判断する場合、前記近似曲線の二次の係数が負の場合には、前記ノイズの影響は小さいと判定し、前記近似曲線の係数が正の場合には、前記ノイズの影響は大きいと判定することを特徴とする高さ測定方法。  4. The height measurement method according to claim 3, wherein when the influence of the noise is determined, if the quadratic coefficient of the approximate curve is negative, it is determined that the influence of the noise is small, and When the coefficient is positive, it is determined that the influence of the noise is large.
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