JP3985011B1

JP3985011B1 - 微小高さ測定方法

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Publication number: JP3985011B1
Application number: JP2006324582A
Authority: JP
Inventors: 通伸水村
Original assignee: V Technology Co Ltd
Current assignee: V Technology Co Ltd
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: JP2008139118A

Abstract

【課題】無駄なデータの取得を省略して測定時間を短縮可能とする。
【解決手段】対物レンズの光軸方向に移動可能に設けられた結像レンズの移動範囲の下限位置と上限位置との間に高さ判定基準位置を予め設定し、結像レンズが移動範囲内にあるとき、対物レンズの結像位置と光学的に共役の関係に配置されたビームスポット生成手段により複数のビームスポットを生成し、対物レンズにより上記複数のビームスポットを被測定物上に投影し、上記結像レンズを移動しながら所定の時間間隔で前記被測定物上を撮像して被測定物上の複数のビームスポットからの各反射光の輝度を検出し、上記下限位置と高さ判定基準位置との間で上記反射光の全てに最大輝度が検出されたときには被測定物の微小高さは基準値内と判定し、上記下限位置と高さ判定基準位置との間で上記反射光の一部に最大輝度を示さないものが検出されたときには被測定物の微小高さは基準値外と判定する。
【選択図】図６

Description

本発明は、被測定物上の微小高さを測定する微小高さ測定方法に関し、詳しくは、無駄なデータの取得を省略して測定時間を短縮可能とする微小高さ測定方法に係るものである。

従来の微小高さ測定方法は、顕微鏡の光ビームを被測定物上に集光する対物レンズの焦点位置と光学的に共役の関係に配置され、複数のマイクロミラーをマトリクス状に配列した測定点選択手段の当該マイクロミラーを傾けて光源からの光ビームを被測定物方向に反射させ、上記マイクロミラーで反射された光ビームを対物レンズにより被測定物上に集光し、該被測定物上に集光された光ビームの集光点からの反射及び散乱光を上記測定点選択手段のマイクロミラーを介して検出し、被測定物を対物レンズに対して相対的にその光軸方向に移動させてその移動量を検出し、上記マイクロミラーを介して検出された光の輝度及び上記検出された移動量のデータから最大輝度値を示す移動量を被測定物の測定点の高さとして求めるようになっていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−２６６８２３号公報

しかし、このような従来の微小高さ測定方法においては、被測定物をその移動の下限位置から上限位置まで相対移動させて、被測定物上の全測定点の微小高さを測定した後、各測定点の微小高さが下限位置と上限位置との中間に予め設定された基準値内にあるか否かを判定するものであったので、例えば、全測定点の高さが基準値内にある場合であっても、被測定物は下限位置から上限位置まで移動しなければならず、基準値から上限位置までの移動時間とその間の取得データが無駄となっていた。その上、処理すべきデータ数が多いため測定時間が長くなっていた。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、無駄なデータの取得を省略して測定時間を短縮可能とする微小高さ測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明による微小高さ測定方法は、顕微鏡の対物レンズの光軸方向に移動可能に設けられた結像レンズがその移動範囲内にあるとき、前記対物レンズの結像位置と光学的に共役の関係に配置されたビームスポット生成手段により複数のビームスポットを生成し、前記対物レンズにより前記複数のビームスポットを被測定物上に投影し、前記結像レンズを移動しながら所定の時間間隔で前記被測定物上を撮像して該記被測定物上の複数のビームスポットからの各反射光の輝度を検出し、該各反射光について夫々最大輝度を示した前記結像レンズの移動量から前記被測定物上の微小高さを測定する方法であって、前記結像レンズの移動範囲の下限位置と上限位置との間に高さ判定基準位置を予め設定し、前記結像レンズを前記下限位置と前記高さ判定基準位置との間で移動させ、前記下限位置と高さ判定基準位置との間で前記反射光の全てに最大輝度が検出されたときには前記微小高さは基準値内と判定し、前記下限位置と高さ判定基準位置との間で前記反射光の一部に最大輝度を示さないものが検出されたときには前記微小高さは基準値外と判定し、前記結像レンズが少なくとも前記高さ判定基準位置に到達した時点で測定を終了するものである。

このような構成により、対物レンズの光軸方向に移動可能に設けられた結像レンズの移動範囲の下限位置と上限位置との間に高さ判定基準位置を予め設定し、結像レンズが移動範囲内にあるとき、対物レンズの結像位置と光学的に共役の関係に配置されたビームスポット生成手段により複数のビームスポットを生成し、対物レンズにより上記複数のビームスポットを被測定物上に投影し、上記結像レンズを上記下限位置と高さ判定基準位置との間で移動しながら所定の時間間隔で被測定物上を撮像して被測定物上の複数のビームスポットからの各反射光の輝度を検出し、上記下限位置と高さ判定基準位置との間で上記反射光の全てに最大輝度が検出されたときには被測定物の微小高さは基準値内と判定し、上記下限位置と高さ判定基準位置との間で上記反射光の一部に最大輝度を示さないものが検出されたときには被測定物の微小高さは基準値外と判定し、結像レンズが少なくとも上記高さ判定基準位置に到達した時点で測定を終了する。

また、第２の発明による微小高さ測定方法は、顕微鏡の対物レンズの結像位置と光学的に共役の関係に配置されたビームスポット生成手段により複数のビームスポットを生成し、前記対物レンズにより前記複数のビームスポットを被測定物上に投影し、顕微鏡本体又は被測定物を対物レンズの光軸方向に移動しながら所定の時間間隔で前記被測定物上を撮像して該被測定物上の複数のビームスポットからの各反射光の輝度を検出し、該各反射光について夫々最大輝度を示した前記顕微鏡本体又は被測定物の移動量から前記被測定物上の微小高さを測定する方法であって、前記顕微鏡本体又は被測定物の移動範囲の下限位置と上限位置との間に高さ判定基準位置を予め設定し、前記顕微鏡本体又は被測定物を前記下限位置と前記高さ判定基準位置との間で移動させ、前記下限位置と高さ判定基準位置との間で前記反射光の全てに最大輝度が検出されたときには前記微小高さは基準値内と判定し、前記下限位置と高さ判定基準位置との間で前記反射光の一部に最大輝度を示さないものが検出されたときには前記微小高さは基準値外と判定し、前記顕微鏡本体又は被測定物が少なくとも前記高さ判定基準位置に到達した時点で測定を終了するものである。

このような構成により、顕微鏡本体又は被測定物の移動範囲の下限位置と上限位置との間に高さ判定基準位置を予め設定し、ビームスポット生成手段により複数のビームスポットを生成し、対物レンズにより上記複数のビームスポットを被測定物上に投影し、上記顕微鏡本体又は被測定物を上記下限位置と高さ判定基準位置との間で対物レンズの光軸方向に移動しながら所定の時間間隔で被測定物上を撮像して被測定物上の複数のビームスポットからの各反射光の輝度を検出し、上記下限位置と高さ判定基準位置との間で上記反射光の全てに最大輝度が検出されたときには被測定物の微小高さは基準値内と判定し、上記下限位置と高さ判定基準位置との間で上記反射光の一部に最大輝度を示さないものが検出されたときには被測定物の微小高さは基準値外と判定し、顕微鏡本体又は被測定物が少なくとも上記高さ判定基準位置に到達した時点で測定を終了する。

さらに、第３の発明による微小高さ測定方法は、顕微鏡の対物レンズの光軸方向に移動可能に設けられた結像レンズがその移動範囲内にあるとき、前記対物レンズの結像位置と光学的に共役の関係に配置されたビームスポット生成手段により複数のビームスポットを生成し、前記対物レンズにより前記複数のビームスポットを被測定物上に投影し、前記結像レンズを移動しながら所定の時間間隔で前記被測定物上を撮像して該記被測定物上の複数のビームスポットからの各反射光の輝度を検出し、該各反射光について夫々最大輝度を示した前記結像レンズの移動量から前記被測定物上の微小高さを測定する方法であって、前記結像レンズの移動範囲の下限位置と上限位置との間に高さ判定基準位置を予め設定し、前記結像レンズを前記下限位置と前記高さ判定基準位置との間で移動させ、前記下限位置と高さ判定基準位置との間で前記反射光の全てに最大輝度が検出されたときには前記微小高さは基準値内と判定し、前記下限位置と高さ判定基準位置との間で前記反射光の一部に最大輝度を示さないものが検出されたときには前記微小高さは基準値外と判定し、前記微小高さが基準値内と判定されたときには、該判定時点又は前記結像レンズが前記高さ判定基準位置に到達した時点で測定を終了し、前記微小高さが基準値外と判定されたときには、前記高さ判定基準位置と上限位置との間の移動を前記下限位置と高さ判定基準位置との間よりも大きい連続移動速度、又はステップ移動速度及び移動量で行なうものである。

このような構成により、対物レンズの光軸方向に移動可能に設けられた結像レンズの移動範囲の下限位置と上限位置との間に高さ判定基準位置を予め設定し、結像レンズが移動範囲内にあるとき、対物レンズの結像位置と光学的に共役の関係に配置されたビームスポット生成手段により複数のビームスポットを生成し、対物レンズにより上記複数のビームスポットを被測定物上に投影し、上記結像レンズを上記下限位置と高さ判定基準位置との間で移動しながら所定の時間間隔で被測定物上を撮像して被測定物上の複数のビームスポットからの各反射光の輝度を検出し、上記下限位置と高さ判定基準位置との間で上記反射光の全てに最大輝度が検出されたときには被測定物の微小高さは基準値内と判定し、上記下限位置と高さ判定基準位置との間で上記反射光の一部に最大輝度を示さないものが検出されたときには被測定物の微小高さは基準値外と判定し、微小高さが基準値内と判定されたときには、該判定時点又は結像レンズが上記高さ判定基準位置に到達した時点で測定を終了し、微小高さが基準値外と判定されたときには、上記高さ判定基準位置と上限位置との間の移動を下限位置と高さ判定基準位置との間よりも大きい連続移動速度、又はステップ移動速度及び移動量で行なう。

そして、第４の発明による微小高さ測定方法は、顕微鏡の対物レンズの結像位置と光学的に共役の関係に配置されたビームスポット生成手段により複数のビームスポットを生成し、前記対物レンズにより前記複数のビームスポットを被測定物上に投影し、顕微鏡本体又は被測定物を対物レンズの光軸方向に移動しながら所定の時間間隔で前記被測定物上を撮像して該被測定物上の複数のビームスポットからの各反射光の輝度を検出し、該各反射光について夫々最大輝度を示した前記顕微鏡本体又は被測定物の移動量から前記被測定物上の微小高さを測定する方法であって、前記顕微鏡本体又は被測定物の移動範囲の下限位置と上限位置との間に高さ判定基準位置を予め設定し、前記顕微鏡本体又は被測定物を前記下限位置と前記高さ判定基準位置との間で移動させ、前記下限位置と高さ判定基準位置との間で前記反射光の全てに最大輝度が検出されたときには前記微小高さは基準値内と判定し、前記下限位置と高さ判定基準位置との間で前記反射光の一部に最大輝度を示さないものが検出されたときには前記微小高さは基準値外と判定し、前記微小高さが基準値内と判定されたときには、該判定時点又は前記顕微鏡本体又は被測定物が前記高さ判定基準位置に到達した時点で測定を終了し、前記微小高さが基準値外と判定されたときには、前記高さ判定基準位置と上限位置との間の移動を前記下限位置と高さ判定基準位置との間よりも大きい連続移動速度、又はステップ移動速度及び移動量で行なうものである。

このような構成により、顕微鏡本体又は被測定物の移動範囲の下限位置と上限位置との間に高さ判定基準位置を予め設定し、ビームスポット生成手段により複数のビームスポットを生成し、対物レンズにより上記複数のビームスポットを被測定物上に投影し、上記顕微鏡本体又は被測定物を上記下限位置と高さ判定基準位置との間で対物レンズの光軸方向に移動しながら所定の時間間隔で被測定物上を撮像して被測定物上の複数のビームスポットからの各反射光の輝度を検出し、上記下限位置と高さ判定基準位置との間で上記反射光の全てに最大輝度が検出されたときには被測定物の微小高さは基準値内と判定し、上記下限位置と高さ判定基準位置との間で上記反射光の一部に最大輝度を示さないものが検出されたときには被測定物の微小高さは基準値外と判定し、微小高さが基準値内と判定されたときには、該判定時点又は顕微鏡本体又は被測定物が上記高さ判定基準位置に到達した時点で測定を終了し、微小高さが基準値外と判定されたときには、上記高さ判定基準位置と上限位置との間の移動を下限位置と高さ判定基準位置との間よりも大きい連続移動速度、又はステップ移動速度及び移動量で行なう。

また、前記ビームスポット生成手段は、個別に傾動可能な複数のマイクロミラーをマトリクス状に配置したものである。これにより、個別に傾動可能な複数のマイクロミラーをマトリクス状に配置したもので複数のビームスポットを生成する。

さらに、前記被測定物からの各反射光を夫々対応する前記複数のマイクロミラーで反射し、該複数のマイクロミラーに夫々対応して複数の受光エレメントを有する二次元撮像手段で前記各反射光の輝度を検出するものである。これにより、被測定物からの各反射光を夫々対応する複数のマイクロミラーで反射し、該複数のマイクロミラーに夫々対応した二次元撮像手段の複数の受光エレメントで各反射光の輝度を検出する。

そして、前記反射光の最大輝度の検出は、前記撮像する毎に、前記各反射光について検出された輝度を夫々一つ前に検出されて保存されている輝度と比較し、前記検出された輝度が前記保存された輝度を上回るときは該保存された輝度を更新し、該輝度の更新が止まって一定の輝度が所定回数保持されると、最後に更新がなされた輝度を最大輝度と定めることにより行うものである。これにより、撮像する毎に、各反射光について検出された輝度を夫々一つ前に検出されて保存されている輝度と比較し、検出された輝度が上記保存された輝度を上回るときは該保存された輝度を更新し、該輝度の更新が所定回数連続して行なわれないと、最後に更新がなされた輝度を最大輝度と定める。

なお、上記記載において、「移動しながら」とは結像レンズ又は顕微鏡本体若しくは被測定物を対物レンズの光軸方向にステップ移動又は連続移動する場合を含むものである。

請求項１に係る微小高さ測定方法によれば、結像レンズを下限位置と高さ判定基準位置との間で移動させて微小高さが基準値内か否かを判定し、結像レンズが少なくとも高さ判定基準位置に到達した時点で測定を終了することができる。したがって、従来のように全移動範囲を移動させて被測定物上の全ての測定点の微小高さを測定した後に上記判定をするものでないので、無駄なデータの取得を省略して測定時間を短縮することができる。

また、請求項２に係る微小高さ測定方法によれば、下限位置と高さ判定基準位置との間で移動させて微小高さが基準値内か否かを判定し、顕微鏡本体又は被測定物が少なくとも高さ判定基準位置に到達した時点で測定を終了することができる。したがって、従来のように全移動範囲を移動させて被測定物上の全ての測定点の微小高さを測定した後に上記判定をするものでないので、無駄なデータの取得を省略して測定時間を短縮することができる。この場合、測定用ソフトを変更するだけで従来の微小高さ測定装置を使用して本発明を実行することができ、利便性が向上する。

さらに、請求項３に係る微小高さ測定方法によれば、結像レンズを下限位置と高さ判定基準位置との間で移動させて微小高さが基準値内か否かを判定し、微小高さが基準値内と判定されたときには、該判定時点又は結像レンズが高さ判定基準位置に到達した時点で測定を終了し、微小高さが基準値外と判定されたときには、その後の連続移動速度、又はステップ移動速度及び移動量を大きくして測定することができ、従来よりも無駄なデータの取得を省略して測定時間を短縮することができる。

そして、請求項４に係る微小高さ測定方法によれば、顕微顕微鏡本体又は被測定物を下限位置と高さ判定基準位置との間で移動させて微小高さが基準値内か否かを判定し、微小高さが基準値内と判定されたときには、該判定時点又は顕微鏡本体又は被測定物が高さ判定基準位置に到達した時点で測定を終了し、微小高さが基準値外と判定されたときには、その後の連続移動速度、又はステップ移動速度及び移動量を大きくして測定することができ、従来よりも無駄なデータの取得を省略して測定時間を短縮することができる。この場合、測定用ソフトを変更するだけで従来の微小高さ測定装置を使用して本発明を実行することができ、利便性が向上する。

また、請求項５に係る発明によれば、汎用のデジタルマイクロミラーデバイス（米国テキサス・インスツルメンツ社の商標）を使用して容易にビームスポットを生成することができる。また、複数のマイクロミラーを所望の駆動パターンで容易に駆動することができる。

さらに、請求項６に係る発明によれば、被測定物に投影された複数のビームスポットからの反射光の輝度を同時に検出することができ、測定時間をより短縮することができる。

そして、請求項７に係る発明によれば、高さ測定をしながら各反射光の最大輝度を順次検出することができ、測定が全て終了した後に保存された各反射光の輝度データに基づいて最大輝度を求める場合に比べて測定時間を一層短縮することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による微小高さ測定方法に使用する微小高さ測定装置の実施形態を示す概念図である。この微小高さ測定装置は、被測定物上の微小高さを測定してその高さが所定の基準値内にあるか否かを判定するもので、光源１と、対物レンズ２と、結像レンズ３と、デジタルマイクロミラーデバイス（以下「ＤＭＤ」（米国テキサス・インスツルメンツ社の商標）と記載する）４と、光検出手段５と、観察用カメラ６と、変位手段７と、フォーカス調整手段８と、制御手段９とを備えている。

上記光源１は、被測定物１０上の微小高さを測定するために所定波長の光ビームを放射するものであり、例えばレーザ発振器である。なお、光源１は、波長の異なる複数のレーザ光源を組み合わせて構成し、図示省略のステージの上面に載置された被測定物１０の測定点の下地の色に応じてスイッチで切り換えて選択できるようにしてもよい。また、光源１から放射された光ビームは、ビームエキスパンダ１１でその径が広げられ、コリメータレンズ１２で平行光とされて射出するようになっている。

上記ステージに載置された被測定物１０の上方には、該被測定物１０と対向して対物レンズ２が配設されている。この対物レンズ２は、後述のＤＭＤ４で生成された複数のビームスポットを被測定物１０上に投影するものであり、倍率の異なる他の対物レンズと交換できるようになっている。

上記光源１と対物レンズ２とを結ぶ光路上には、結像レンズ３が配設されている。この結像レンズ３は、被測定物１０上のビームスポットの像をＤＭＤ４のマイクロミラー上に結像させるものであり、上記対物レンズ２の光軸方向に下限位置Ａと上限位置Ｂとの間を移動可能とされている。

上記結像レンズ３がその移動範囲内の所定位置、例えば、図１に示すように移動範囲Ａ−Ｂ間の中間位置に配置されているとき、上記対物レンズ２による上記被測定物１０上の結像点と光学的に共役の関係にＤＭＤ４が配設されている。このＤＭＤ４は、ビームスポットを生成して被測定物１０上にそのスポット光を照射するものであり、ビームスポット生成手段となるもので、複数のマイクロミラーをマトリクス状に配列しており、図２に実線で示すように各マイクロミラー１３が光源１からの光ビームを被測定物１０方向に反射するように個別に傾動するようになっている。そして、この状態を以下「マイクロミラーがオン状態」という。一方、「マイクロミラーがオフ状態」においては、マイクロミラー１３は、同図に破線で示すように傾き、光源１からの光ビームを被測定物１０方向とは異なる方向に反射することになる。なお、この反射光は図示省略の光吸収体により吸収されるようになっている。上記マイクロミラー１３のサイズは、例えば16μm角程度に形成することが可能であり、該マイクロミラー１３でそれと略同サイズのビームスポットを生成することができる。また、このマイクロミラー１３は、被測定物１０上で反射されて戻る光に対してはピンホールとして作用する。

上記光源１とＤＭＤ４との間にてＤＭＤ４から光源１に向かう光路がハーフミラー１４により分岐された光路上には、光検出手段５が設けられている。この光検出手段５は、被測定物１０上の複数のビームスポットからの各反射光の輝度を検出するものであり、上記ＤＭＤ４の各マイクロミラー１３にそれぞれ対応して多数の受光エレメント（以下「画素」という）を備えた二次元撮像手段であり、リレーレンズ１５によってＤＭＤ４のミラー面の像が上記画素に結像されるようになっている。

上記ＤＭＤ４がオフ状態において、図３に示すように、上記対物レンズ２から光源１に向かう光路にてＤＭＤ４で反射される光（同図に破線で示す）の光路上には、観察用カメラ６が配置されている。この観察用カメラ６は、被測定物１０の表面を撮像して観察するためのものであり、例えば二次元画像の取得が可能な撮像カメラである。そして、上記結像レンズ３が下限位置Ａにあるとき、対物レンズ２による被測定物１０上の結像点と光学的に共役の関係をなしている。

なお、上記光源１と、対物レンズ２と、結像レンズ３と、ＤＭＤ４と、光検出手段５と、観察用カメラ６とは、図示省略の照明手段と共に顕微鏡本体１６を構成している。

上記結像レンズ３には、変位手段７が設けられている。この変位手段７は、結像レンズ３を対物レンズ２の光軸方向にステップ移動又は連続移動させるものであり、図示省略のモータ又はアクチュエータと位置検出センサーとを備え、後述の制御手段９からの制御信号に基づいて上記モータ又はアクチュエータを駆動して結像レンズ３を移動させ、その移動範囲の下限位置Ａからの移動量を上記位置検出センサーで検出してその検出信号を制御手段９に送るようになっている。

上記顕微鏡本体１６の外側面には、フォーカス調整手段８が設けられている。このフォーカス調整手段８は、上記顕微鏡本体１６を上下動させて、対物レンズ２を介して観察用カメラ６により撮影される被測定物１０上の画像のフォーカスを調整するためのものであり、例えばモータとギヤ等で構成されている。

上記光源１と、ＤＭＤ４と、光検出手段５と、観察用カメラ６と、変位手段７と、フォーカス調整手段８とに結線して制御手段９が設けられている。この制御手段９は、上記ＤＭＤ４の複数のマイクロミラー１３のうちから所定のマイクロミラー１３を選択して駆動すると共に、上記光検出手段５で検出された光の輝度及び上記結像レンズ３の移動量のデータから最大輝度を示す移動量を被測定物１０の微小高さとして求めるものであり、図４（ａ）に示すように、結像レンズ３をその移動範囲の下限位置Ａと予め設定されて記憶された高さ判定基準位置Ｃとの間で移動させ、その間で被測定物１０からの反射光の全てに最大輝度が検出されたときには被測定物１０上の微小高さは基準値内と判定し、同図（ｂ）に示すように、上記移動を停止して測定を終了するようになっている。また、図５（ａ）に示すように、上記下限位置Ａと高さ判定基準位置Ｃとの間で上記反射光の大部分に最大輝度が検出されても、同図（ｂ）に示すように反射光の一部に最大輝度が検出されないものがあるときには上記微小高さは基準値外と判定する。そして、同図（ｂ）に示すように、高さ判定基準位置Ｃと上限位置Ｂとの間の上記移動を上記下限位置Ａと高さ判定基準位置Ｃとの間よりも大きい移動量又は速度で行ない、高さ判定基準位置Ｃと上限位置Ｂとの間で反射光の全てに最大輝度が検出されたときには、同図（ｃ）に示すように上記移動を停止して測定を終了するようになっている。

この場合、上記制御手段９は、上記反射光の最大輝度の検出を、結像レンズ３が移動する毎に、上記各反射光について検出された輝度を夫々一つ前に検出されて保存されている輝度と比較し、上記検出された輝度が上記保存された輝度を上回るときは該保存された輝度を更新し、該輝度の更新が所定回数連続して行なわれないと、最後に更新がなされた輝度を最大輝度と定めることにより行うようになっている。そして、図６に示すように、制御手段９は、制御及び処理部１７と、Ａ／Ｄ変換部１８と、メモリ１９と、パーソナルコンピュータ（以下、「制御用ＰＣ」と記載する）２０とを備えている。

上記制御及び処理部１７は、外部に接続して備えた制御用ＰＣ２０により予め設定された駆動パターンに従ってマイクロミラー１３を選択して駆動するものである。また、上記制御用ＰＣ２０により、結像レンズ３を連続移動する場合には移動速度の指令信号を、結像レンズ３をステップ移動する場合には移動速度及び移動量の指令信号を変位手段７に送り、該指令信号に基づいて上記結像レンズ３を移動させるものである。さらに、上記結像レンズ３をステップ移動させるタイミングで、又は結像レンズ３を連続的に移動させる場合には所定の時間間隔でＡ／Ｄ変換部１８を起動する変換タイミング信号を上記Ａ／Ｄ変換部１８に出力する。また、上記Ａ／Ｄ変換部１８から上記タイミングで取得される光検出手段５の各画素の検出輝度と画素毎にメモリ１９に保存された一つ前の検出輝度とを比較し、上記検出輝度が保存された輝度を上回っているときには、保存された輝度を更新してメモリ１９に保存し、所定回数連続して上記輝度の更新がなされないときには、上記輝度を最大輝度と判定し、最後に輝度の更新がなされたときの結像レンズ３の移動量をメモリ１９に保存する。また、上記光検出手段５の各画素に対応する最大輝度を示した移動量を制御用ＰＣ２０に出力するものである。さらに、上記観察用カメラ６から入力した画像データを画像処理し、その画像の先鋭度に基づいてフォーカス調整手段８を駆動してフォーカス調整するものである。そして、光源１の点灯及び消灯の制御を行なうものである。

上記Ａ／Ｄ変換部１８は、上記光検出手段５から入力したアナログ信号をデジタルデータに変換するものであり、上記制御及び処理部１７から入力する変換タイミング信号に基づいて所定のタイミングでデジタル変換するようになっている。また、上記メモリ１９は、光検出手段５の画素毎に取得した輝度と最大輝度を示した移動量を記憶するものであり、例えばＲＡＭである。そして、制御用ＰＣ２０は、オペレータが高さ判定基準位置Ｃ、移動範囲の下限位置Ａから高さ判定基準位置Ｃまでの結像レンズ３の連続移動速度Ｖ_１又はステップ移動速度Ｖ_１及び移動量Ｄ_１、高さ判定基準位置Ｃから移動範囲の上限位置Ｂまでの連続移動速度Ｖ_２又はステップ移動速度Ｖ_２及び移動量Ｄ_２等の各種パラメータを入力することを可能とすると共に、制御及び処理部１７から入力される各画素の最大輝度を示した移動量データ（各画素に対応した被測定物１０上の高さ）をマップ化して表示部に表示させると共に、被測定物１０の測定領域内の高さが高さ判定基準内にあるか否かを例えば等高線等により目視可能に表示するようになっている。

次に、このように構成された微小高さ測定装置を使用して行う微小高さ測定方法について、図７のフローチャートを参照して説明する。なお、以下の説明においては、結像レンズ３をステップ移動する場合について述べる。
先ず、ステップＳ１においては、制御用ＰＣ２０を操作して測定条件が設定されてメモリ１９に保存される。この測定条件は、例えば、対物レンズ２の倍率、光源１のレーザ出力、結像レンズ３の移動範囲の下限位置Ａ及び上限位置Ｂ並びに高さ判定基準位置Ｃ、マイクロミラー１３の駆動パターン、結像レンズ３の移動の詳細パラメータ及びラフパラメータ等である。上記マイクロミラー１３の駆動パターンの設定とは、同時に駆動するマイクロミラー１３は何枚置きとするかというものである。また、上記結像レンズ３の移動の詳細パラメータとは例えば移動速度Ｖ_１と移動量Ｄ_１であり、ラフパラメータとは例えば移動速度Ｖ_２（＞Ｖ_１）と移動量Ｄ_２（＞Ｄ_１）である。なお、詳細パラメータ及びラフパラメータとして、光検出手段５による撮像時間又はマイクロミラー１３の切換速度を設定してもよい。

測定条件が設定されて、例えば図示省略の測定開始スイッチがオンされると、微小高さ測定装置が起動してステップＳ２〜Ｓ１２の動作が実行される。この場合、先ず、ステップＳ２においては、制御手段９の制御及び処理部１７によって照明手段が点灯されると共に、変位手段７が駆動されて結像レンズ３が移動範囲の下限位置Ａまで移動される。このとき、ＤＭＤ４の全マイクロミラー１３はオフされている。この状態で、フォーカス調整手段８が駆動されて顕微鏡本体１６が上下動され、ＤＭＤ４を介して観察用カメラ６によって取得される被測定物１０上の画像のフォーカスが先鋭になるように顕微鏡本体１６の高さ調整がなされる。そして、顕微鏡本体１６のフォーカス調整が終了すると、照明手段が消灯され、替わって光源１が点灯される。なお、光源１は、測定開始スイッチがオンされるのに伴って点灯するようにしてもよい。

ステップＳ３においては、メモリ１９に保存されたマイクロミラー１３の駆動パターンのうちから１番目の駆動パターンが読み出され、制御及び処理部１７によりＤＭＤ４が制御されてマイクロミラー１３が例えば５枚置きにオン駆動される。これにより、光源１から放射された光ビームは上記各マイクロミラー１３で反射されて被測定物１０方向に向かう。このとき、これらのマイクロミラー１３により複数のビームスポットが生成され、この各ビームスポットが被測定物１０上に投影される。そして、被測定物１０上の各ビームスポットからの反射光は、対応するマイクロミラー１３で反射されて光検出手段５の対応する画素に入射する。

ステップＳ４においては、光検出手段５の画素毎に上記各反射光の輝度が検出される。このアナログの輝度は、Ａ／Ｄ変換部１８で制御及び処理部１７から出力される変換タイミング信号によって制御されてデジタル変換され、制御及び処理部１７に入力する。

ステップＳ５においては、上記画素毎に最大輝度が判定される。この判定は、画素毎に、検出された輝度を一つ前に検出されてメモリ１９に一時的に保存されている輝度と比較し、上記検出された輝度が一つ前に検出されて保存されている輝度を上回ると保存された輝度を更新し、該輝度の更新が所定回数連続して行なわれないと、最後に更新がなされた輝度を最大輝度と定めることにより行われる。なお、測定開始時点では、比較すべき輝度のデータがメモリ１９に保存されていないので、上記検出された輝度のデータがそのままメモリ１９に保存される。

ステップＳ６においては、１フレーム分の撮像が終了したか否かが制御及び処理部１７で判定される。この場合、上述のようにマイクロミラー１３の駆動パターンが５枚置きのものであるときには、１フレームの画像（測定画像）は２５種類の駆動パターンに基づいて取得される２５枚の画像によって生成される。したがって、測定開始時には、２５枚の画像の取得が未だ終了していないので、ステップＳ６は“ＮＯ”判定となって、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７においては、マイクロミラー１３の駆動パターンが切り換えられる。測定開始時には、２番目の駆動パターンに切り換えられて別のマイクロミラー１３が駆動され、該別のマイクロミラー１３で生成されたビームスポットが被測定物１０上に投影される。そして、ステップＳ４に戻って、被測定物１０上の各ビームスポットからの反射光が対応する上記別のマイクロミラー１３で反射されて光検出手段５の対応する画素に入射して輝度が検出される。以降、２５枚の画像が取得され、１フレーム分の撮像が終了するまで、ステップＳ４〜Ｓ７が繰り返し実行される。

ステップＳ６において、“ＹＥＳ”判定となるとステップＳ８に進み、メモリ１９に保存された各画素の最大輝度のデータが読み出され、全画素において最大輝度が検出されたか否かが制御及び処理部１７で判定される。ここで、最大輝度が検出されていない画素が一部に存在する場合には、ステップＳ８は“ＮＯ”判定となって、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９においては、結像レンズ３の位置が予め設定された高さ判定基準位置Ｃに達したか否かが制御及び処理部１７で判定される。具体的には、変位手段７の位置検出センサーの出力とメモリ１９に保存された高さ判定基準位置Ｃのデータとが比較される。ここで、結像レンズ３の位置が未だ高さ判定基準位置Ｃに達していないときには、ステップＳ９は“ＮＯ”判定となって、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０においては、制御及び処理部１７は、変位手段７を制御して結像レンズ３を予め設定された詳細パラメータに基づいて移動させる。具体的には、結像レンズ３を速度Ｖ_１及び移動量Ｄ_１で１回だけステップ移動させる。そして、ステップＳ３に戻って、ステップＳ９において“ＹＥＳ”判定となるまでステップＳ３〜Ｓ１０が繰り返し実行される。

結像レンズ３の位置が高さ判定基準位置Ｃに達する前（ステップＳ３〜Ｓ１０の繰り返し動作時）に全画素において最大輝度が検出されたときには、ステップＳ８は“ＹＥＳ”判定となる。この場合、被測定物１０上の微小高さは、全て基準値内と判定されて微小高さの測定が終了する。

一方、結像レンズ３の移動範囲の下限位置Ａから高さ判定基準位置Ｃまでの間で最大輝度が検出されない画素が一部に存在するときには、ステップＳ８が“ＮＯ”判定となり、ステップＳ９が“ＹＥＳ”判定となる。そして、ステップＳ１１に進んで、結像レンズ３の位置が移動範囲の上限位置Ｂに達したか否かが判定される。

結像レンズ３が高さ判定基準位置Ｃと移動範囲の上限位置Ｂとの間にあるときには、ステップＳ１１は“ＮＯ”判定となってステップＳ１２に進む。ステップＳ１２においては、制御及び処理部１７は、変位手段７を制御して結像レンズ３をラフパラメータに基づいて移動させる。具体的には、結像レンズ３を速度Ｖ_２（＞Ｖ_１）及び移動量Ｄ_２（＞Ｄ_１）で１回だけステップ移動させる。そして、ステップＳ３に戻って、ステップＳ１１において“ＹＥＳ”判定となるまでステップＳ３〜Ｓ１２が繰り返し実行される。

結像レンズ３の位置が高さ判定基準位置Ｃを過ぎて移動範囲の上限位置Ｂに達する前（ステップＳ３〜Ｓ１２の繰り返し動作時）に全画素において最大輝度が検出されたときには、ステップＳ８は“ＹＥＳ”判定となる。この場合、被測定物１０上の微小高さは、基準値外と判定されて微小高さの測定が終了する。このとき、被測定物１０上の高さ判定基準位置Ｃよりも高い部分（突起）の位置座標を光検出手段５の対応する画素の番地から検出してそれを記憶しておけば、後に上記突起を削って除去することにより基準値外と判定された被測定物も基準値内に収めることができる。

また、結像レンズ３が移動範囲の上限位置Ｂに達しても最大輝度が検出されない画素が一部に存在するときには、ステップＳ１１は“ＹＥＳ”判定となる。この場合も被測定物１０上の微小高さは、基準値外と判定されて微小高さの測定が終了する。

なお、上記実施形態においては、下限位置Ａと高さ判定基準位置Ｃとの間で全ての反射光に最大輝度が検出されると測定を直ちに終了する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、全ての反射光に最大輝度が検出されたか否かに係らず結像レンズ３が高さ判定基準位置Ｃに達した時点で測定を終了してもよい。この場合、全ての反射光に最大輝度が検出されているときには、微小高さは基準値内と判定し、一部の反射光に最大輝度が検出されていないときには、微小高さは基準値外と判定するとよい。

また、上記実施形態においては、結像レンズ３をステップ移動させる場合について説明したが、本発明はこれに限られず、結像レンズ３を連続的に移動させてもよい。この場合、高さ測定は次のようにして行なうとよい。即ち、高さ測定の分解能を予め設定しておき、結像レンズ３を連続的に移動させながら、この結像レンズ３が上記分解能分だけ移動する間にマイクロミラー１３の全ての駆動パターン（上記実施形態においては２５種類）を実行して１フレーム分の撮像を行う。以後同様にして、結像レンズ３が順次分解能分だけ移動する間に１フレーム分の撮像を行い、各ビームスポットに対応した被測定物からの反射光の輝度を検出する。そして、結像レンズ３が所定の高さ判定基準位置（上記分解能の整数倍に設定される）に達する前に上記反射光の全てに最大輝度が検出されたか否かを判定する。

さらに、上記実施形態においては、結像レンズ３を移動する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、顕微鏡本体１６又は被測定物１０を対物レンズ２の光軸方向に移動してもよい。

そして、以上の説明においては、ビームスポット生成手段としてＤＭＤ４を使用した場合について説明したが、本発明はこれに限られず、液晶表示素子、非線形光学結晶からなる多数の光学スイッチをマトリクス状に配置したパターンジェネレータ、又は多数のピンホールをマトリクス状に配置したピンホール板であってもよい。この場合、光源１は上記各要素の上方に配設され、光検出手段５は、上記各要素から上記光源１に向かう光路が分岐された光路上に配設される。また、上記ピンホール板を使用する場合、このピンホール板を所定のピッチで同一平面内を二次元方向に移動して１フレーム分の画像を撮像すれば、緻密な画像の撮像が可能となり、高精細な微小高さの測定が可能となる。

本発明による微小高さ測定方法に使用する微小高さ測定装置の実施形態を示す概念図である。上記微小高さ測定装置のＤＭＤのマイクロミラーのオン・オフ状態を示す説明図である。上記微小高さ測定装置において、観察用カメラの配設について示す説明図である。被測定物上の微小高さが基準値内である場合の制御手段による変位手段の制御を示す説明図である。被測定物上の微小高さが基準値外である場合の制御手段による変位手段の制御を示す説明図である。上記微小高さ測定装置の制御手段の概略構成を示すブロック図である。上記微小高さ測定装置を使用して行う本発明の微小高さ測定方法について示すフローチャートである。

符号の説明

１…光源
２…対物レンズ
３…結像レンズ
４…ＤＭＤ（ビームスポット生成手段）
５…光検出手段
７…変位手段
９…制御手段
１０…被測定物
１６…顕微鏡本体

Claims

顕微鏡の対物レンズの光軸方向に移動可能に設けられた結像レンズがその移動範囲内にあるとき、前記対物レンズの結像位置と光学的に共役の関係に配置されたビームスポット生成手段により複数のビームスポットを生成し、前記対物レンズにより前記複数のビームスポットを被測定物上に投影し、前記結像レンズを移動しながら所定の時間間隔で前記被測定物上を撮像して該記被測定物上の複数のビームスポットからの各反射光の輝度を検出し、該各反射光について夫々最大輝度を示した前記結像レンズの移動量から前記被測定物上の微小高さを測定する方法であって、
前記結像レンズの移動範囲の下限位置と上限位置との間に高さ判定基準位置を予め設定し、
前記結像レンズを前記下限位置と前記高さ判定基準位置との間で移動させ、
前記下限位置と高さ判定基準位置との間で前記反射光の全てに最大輝度が検出されたときには前記微小高さは基準値内と判定し、
前記下限位置と高さ判定基準位置との間で前記反射光の一部に最大輝度を示さないものが検出されたときには前記微小高さは基準値外と判定し、
前記結像レンズが少なくとも前記高さ判定基準位置に到達した時点で測定を終了する、
ことを特徴とする微小高さ測定方法。
顕微鏡の対物レンズの結像位置と光学的に共役の関係に配置されたビームスポット生成手段により複数のビームスポットを生成し、前記対物レンズにより前記複数のビームスポットを被測定物上に投影し、顕微鏡本体又は被測定物を対物レンズの光軸方向に移動しながら所定の時間間隔で前記被測定物上を撮像して該被測定物上の複数のビームスポットからの各反射光の輝度を検出し、該各反射光について夫々最大輝度を示した前記顕微鏡本体又は被測定物の移動量から前記被測定物上の微小高さを測定する方法であって、
前記顕微鏡本体又は被測定物の移動範囲の下限位置と上限位置との間に高さ判定基準位置を予め設定し、
前記顕微鏡本体又は被測定物を前記下限位置と前記高さ判定基準位置との間で移動させ、
前記下限位置と高さ判定基準位置との間で前記反射光の全てに最大輝度が検出されたときには前記微小高さは基準値内と判定し、
前記下限位置と高さ判定基準位置との間で前記反射光の一部に最大輝度を示さないものが検出されたときには前記微小高さは基準値外と判定し、
前記顕微鏡本体又は被測定物が少なくとも前記高さ判定基準位置に到達した時点で測定を終了する、
ことを特徴とする微小高さ測定方法。
顕微鏡の対物レンズの光軸方向に移動可能に設けられた結像レンズがその移動範囲内にあるとき、前記対物レンズの結像位置と光学的に共役の関係に配置されたビームスポット生成手段により複数のビームスポットを生成し、前記対物レンズにより前記複数のビームスポットを被測定物上に投影し、前記結像レンズを移動しながら所定の時間間隔で前記被測定物上を撮像して該記被測定物上の複数のビームスポットからの各反射光の輝度を検出し、該各反射光について夫々最大輝度を示した前記結像レンズの移動量から前記被測定物上の微小高さを測定する方法であって、
前記結像レンズの移動範囲の下限位置と上限位置との間に高さ判定基準位置を予め設定し、
前記結像レンズを前記下限位置と前記高さ判定基準位置との間で移動させ、
前記下限位置と高さ判定基準位置との間で前記反射光の全てに最大輝度が検出されたときには前記微小高さは基準値内と判定し、
前記下限位置と高さ判定基準位置との間で前記反射光の一部に最大輝度を示さないものが検出されたときには前記微小高さは基準値外と判定し、
前記微小高さが基準値内と判定されたときには、該判定時点又は前記結像レンズが前記高さ判定基準位置に到達した時点で測定を終了し、
前記微小高さが基準値外と判定されたときには、前記高さ判定基準位置と上限位置との間の移動を前記下限位置と高さ判定基準位置との間よりも大きい連続移動速度、又はステップ移動速度及び移動量で行なうことを特徴とする微小高さ測定方法。
顕微鏡の対物レンズの結像位置と光学的に共役の関係に配置されたビームスポット生成手段により複数のビームスポットを生成し、前記対物レンズにより前記複数のビームスポットを被測定物上に投影し、顕微鏡本体又は被測定物を対物レンズの光軸方向に移動しながら所定の時間間隔で前記被測定物上を撮像して該被測定物上の複数のビームスポットからの各反射光の輝度を検出し、該各反射光について夫々最大輝度を示した前記顕微鏡本体又は被測定物の移動量から前記被測定物上の微小高さを測定する方法であって、
前記顕微鏡本体又は被測定物の移動範囲の下限位置と上限位置との間に高さ判定基準位置を予め設定し、
前記顕微鏡本体又は被測定物を前記下限位置と前記高さ判定基準位置との間で移動させ、
前記下限位置と高さ判定基準位置との間で前記反射光の全てに最大輝度が検出されたときには前記微小高さは基準値内と判定し、
前記下限位置と高さ判定基準位置との間で前記反射光の一部に最大輝度を示さないものが検出されたときには前記微小高さは基準値外と判定し、
前記微小高さが基準値内と判定されたときには、該判定時点又は前記顕微鏡本体又は被測定物が前記高さ判定基準位置に到達した時点で測定を終了し、
前記微小高さが基準値外と判定されたときには、前記高さ判定基準位置と上限位置との間の移動を前記下限位置と高さ判定基準位置との間よりも大きい連続移動速度、又はステップ移動速度及び移動量で行なうことを特徴とする微小高さ測定方法。
前記ビームスポット生成手段は、個別に傾動可能な複数のマイクロミラーをマトリクス状に配置したものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の微小高さ測定方法。
前記被測定物からの各反射光を夫々対応する前記複数のマイクロミラーで反射し、該複数のマイクロミラーに夫々対応して複数の受光エレメントを有する二次元撮像手段で前記各反射光の輝度を検出することを特徴とする請求項５記載の微小高さ測定方法。
前記反射光の最大輝度の検出は、前記撮像する毎に、前記各反射光について検出された輝度を夫々一つ前に検出されて保存されている輝度と比較し、前記検出された輝度が前記保存された輝度を上回るときは該保存された輝度を更新し、該輝度の更新が止まって一定の輝度が所定回数保持されると、最後に更新がなされた輝度を最大輝度と定めることにより行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の微小高さ測定方法。