JP4410335B2

JP4410335B2 - 共焦点顕微鏡

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Publication number: JP4410335B2
Application number: JP11316399A
Authority: JP
Inventors: 陽一岡本
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 1999-04-21
Filing date: 1999-04-21
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2019-04-21
Also published as: JP2000305021A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は共焦点顕微鏡、特に、対象物の表面の高さ又は深さの情報を測定する共焦点顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
共焦点顕微鏡は、測定の対象物に単色光（通常はレーザ光）を照射し、対象物からの反射光又は透過光を対物レンズを含む光学系を通して受光素子で受光する。通常、受光素子の手前にはピンホールが設けられ、対象物の測定面における対物レンズの焦点と、ピンホールにおける受光側の焦点とが共焦点を形成するように光学系が形成される。このような構成によれば、対物レンズの焦点と対象物との光軸方向での相対距離を変化させたときに受光量が最大になる相対距離を求めることにより、対象物の高さ（深さ）情報を得ることができる。対物レンズの焦点と対象物との光軸方向での相対距離を変化させる方法には、対象物を光軸方向に変位させる以外に、屈折率が変化するレンズを対物レンズと対象物の間に挿入することにより、対物レンズの焦点を光軸方向に変化させる方法等がある。
【０００３】
また、対象物をレーザ光で走査することにより走査範囲全域にわたって対象物の高さ情報が得られる。一次元の走査によれば一次元のラインに沿って高さ情報が得られ、二次元の走査をすれば、二次元平面全域での高さ情報、すなわち対象物の三次元情報を得ることができる。レーザ光による対象物の走査は、対象物を固定してレーザ光を偏向させる方法でもよいし、レーザ光を固定して対象物を変位させる方法でもよい。
【０００４】
このような共焦点顕微鏡の一例を以下に説明する。
【０００５】
図４に示すように、この共焦点顕微鏡では、レーザ光源１０１から出たレーザ光線はコリメートレンズ１０２を通りガルバノミラー１０３によって一次元の線に沿って偏向される。このレーザ光線はビームスプリッタ１０４及び１／４波長板１０５を通過し、第１ハーフミラー１０６で光路を曲げられ、結像レンズ１０７及び第２ハーフミラー１０８を通過した後、対物レンズ１０９によって、ステージ１１０上に置かれた試料（対象物）１１１に集光する。
【０００６】
試料１１１からの反射光は、上記の光路を逆に辿って対物レンズ１０９、第２ハーフミラー１０８、結像レンズ１０７を通過し、第１ハーフミラー１０６で光路を曲げられて１／４波長板１０５を再度通過する。その結果、ビームスプリッタ１０４で光路を曲げられ、一次元イメージセンサ１１２に受光される。ガルバノ駆動回路１１３によってガルバノミラー１０３が振動すると、レーザ光線は試料１１１の表面を直線状に一次元走査する。
【０００７】
また、試料１１１が置かれたステージ１１０は、ステージ制御回路１１４によって光軸方向に駆動される。対物レンズ１０９の焦点が試料１１１の表面に結ばれているとき、一次元イメージセンサ１１２の表面に焦点が結ばれるように、共焦点光学系が形成されている。一次元イメージセンサ１１２の幅は十分小さいので、一次元イメージセンサ１１２の手前にピンホールを設けることなく共焦点光学系が形成される。つまり、対物レンズ１０９の焦点が試料１１１の表面に結ばれているとき、一次元イメージセンサ１１２の受光量は最大になる。
【０００８】
一次元イメージセンサ１１２から得られた信号はセンサ駆動回路１１５によって処理され、Ａ／Ｄ変換器でディジタル値に変換された後、マイクロコンピュータを用いた処理装置（図示せず）に与えられる。処理装置は、ステージ制御回路１１４を介して試料１１１を光軸方向に変位させ、一次元イメージセンサ１１２の受光量が最大になるときの試料表面の光軸方向の相対位置データ（高さデータ）を得る。そして、レーザ光線が試料１１１の表面を直線状に一次元走査したとき、一次元イメージセンサ１１２に集光されたレーザ光は一次元イメージセンサ１１２の長手方向に沿って移動する。この結果、一次元イメージセンサ１１２を構成する各素子ごとに、受光量の変化による高さデータが得られる。このようにして、試料１１１の直線に沿う表面高さの変化、つまり断面形状が得られる。
【０００９】
図４の共焦点顕微鏡は、白色光源１１６、コリメータレンズ１１７、ＣＣＤカメラ１１８を含む観察用光学系をも備えている。この観察用光学系は、上記の共焦点光学系と対物レンズ１０９を共有し、光軸が一致している。白色光源１１６から出た白色光は、コリメータレンズ１１７を通り、第２ハーフミラー１０８で光路を曲げられ、対物レンズ１０９によって試料１１１に集光する。試料１１１で反射した白色光は、対物レンズ１０９、第２ハーフミラー１０８、結像レンズ１０７、第１ハーフミラー１０６を通過してＣＣＤカメラ１１８内のＣＣＤ素子に結像する。
【００１０】
ＣＣＤカメラ１１８で撮像された試料１１１の表面のカラー画像は、モニタ画面に表示される。そして、上述の共焦点光学系によって測定された試料１１１の直線に沿う表面高さの変化、すなわち断面形状が表面のカラー画像に重畳表示される。この表示例を図５に示す。
【００１１】
図５において、１２０は、モニタ画面に表示された、例えば半導体集積回路のベアチップの表面パターンを簡素化して描いたものである。モニタ画面の中央の横線１２１は、レーザ光線が試料１１１の表面を一次元走査する直線である。つまり、この横線に沿って試料１１１の表面高さが測定される。その結果得られた断面形状が輪郭線１２２として表示される。
【００１２】
上述のように、この共焦点顕微鏡は、一次元のラインに沿って試料の表面高さを測定する。二次元の走査をして二次元走査の全域での高さ情報を得る場合に比べて、装置の機械的及び電気的構造が簡素になり、コスト低減を図ることができる利点を有する。試料によっては、一次元のラインに沿う高さ又は深さの変化が分かれば十分である測定も多い。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の共焦点顕微鏡は、図５に示したように、高さ情報が得られる一次元のラインがモニタ画面の中央部横線に固定されている。これは、共焦点光学系から得られる高さ情報とＣＣＤカメラによるカラー画像との対応をとるための合理的な構成として、共焦点光学系と観察用光学系とで対物レンズを共用し、光軸を一致させているからである。
【００１４】
したがって、例えば、図５に示された試料の表面画像中の領域１２３を通るライン１２４に沿う高さ情報を得ようとすれば、モニタ画面を見ながら領域１２３が画面中央部に来るように、ステージ１１０上で試料１１１を動かす必要がある。しかし、この試料１１１の表面画像は拡大画像であるから、上記の位置決めは容易ではなく、かなり骨の折れる作業である。
【００１５】
一方、試料の表面を二次元走査をして二次元走査の全域で高さ情報を得る共焦点顕微鏡の場合は、コンピュータ処理によって任意のラインに沿う表面形状（断面の輪郭）を得ることが可能である。しかし、この場合は、二次元走査の全域で高さ情報を得た後に、所望のラインに沿う高さ情報を抽出するので、測定時間が長くかかる欠点を有している。
【００１６】
そこで本発明は、任意の測定ラインに沿う高さ情報の変化を得ることができ、しかも測定に要する時間が短い共焦点顕微鏡を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明による共焦点顕微鏡は、対象物に光を照射する光源と前記対象物からの反射光又は透過光を対物レンズを含む光学系を通して受光する第１受光素子とを含む共焦点光学系と、前記対象物を前記光で走査するための走査機構と、前記対象物を前記対物レンズを含む光学系を通して撮像してカラー画像を得る第２受光素子を含む非共焦点光学系と、前記対物レンズの焦点と前記対象物との光軸方向での相対距離を変化させる変位機構と、前記カラー画像を表示する表示装置と、所望の測定ラインを指定する測定ライン指定手段と、前記走査機構により前記光で所定の走査平面範囲内を走査させ、該走査平面範囲内の複数の点に関して、前記対物レンズの焦点と前記対象物との光軸方向での相対距離を前記変位機構により変化させながら、前記第１受光素子の受光量が最大になるときの輝度信号から各点でピントの合った被写界深度の深い画像を得て、前記第２受光素子から得られる前記カラー画像と該被写界深度の深い画像とを組み合わせて被写界深度の深いカラー画像を生成し、前記表示装置に該被写界深度の深いカラー画像を表示させることができ、断面形状測定モードでは、前記測定ライン指定手段で所望の測定ラインを指定するために前記第２受光素子からの前記カラー画像を前記表示装置に表示させ、前記走査機構により前記光で前記測定ライン指定手段で指定された測定ラインを走査させ、該測定ラインに沿う複数の点に関して、前記対物レンズの焦点と前記対象物との光軸方向での相対距離を前記変位機構により変化させながら、各点における前記第１受光素子の受光量が最大になるときの前記相対距離を前記対象物の表面の高さ情報として求め、前記対象物の表面高さの変化を前記測定ラインに沿って求める、前記表示装置に求めた前記対象物の表面高さの前記測定ラインに沿う変化を表示させる処理装置とを備えている。
【００１８】
上記のような構成によれば、測定ライン指定手段で指定された所望の測定ラインに沿って対象物の表面高さ情報が求められる。つまり、対象物の表面高さの変化がその測定ラインに沿って求められる。したがって、二次元走査の全域で高さ情報を得る測定に比べて、測定時間が大幅に短縮される。しかも、例えばモニタ画面を見ながら対象物を動かして高さ変化を測定したい個所を画面中央に合わせるといった操作は不要である。測定ライン指定手段によって、モニタ画面の任意の場所に測定ラインを指定することができる。
【００１９】
具体的な構成として、好ましくは、表示装置が対象物の表面映像を表示し、測定ライン指定手段は、表面映像に測定ラインを重畳表示させ、測定ラインを移動自在とすることにより、表示装置に表示された表面映像の範囲内の任意の測定ラインを指定する。例えばカーソル移動用キー、又は、マウスのようなポインティングデバイスを用いて、測定ラインを移動する。このようにして、簡単で自然な操作によって、測定ラインを画面上の任意の位置に指定することができる。測定ラインを指定する他の方法として、例えば測定ラインのＸ座標又はＹ座標（もしくは両方）をキーボード等から数値入力する方法も考えられる。
【００２０】
上記の走査機構が光源からの光線を第１の方向に偏向させる第１偏向機構（例えば水平偏向装置）と第２の方向に偏向させる第２偏向機構（例えば垂直偏向装置）とを含む２次元走査機構である場合、第２の偏向機構による走査を任意の位置で停止する部分偏向停止手段を更に備え、部分偏向停止手段が、測定ライン指定手段で指定された測定ラインの情報に従って第２の偏向機構による走査を指定位置で停止することにより、第１の偏向機構のみによる測定ラインに沿う１次元走査が実行される構成が好ましい。このようにして、二次元平面での高さ情報、すなわち三次元情報を得る共焦点顕微鏡にあっても、簡単な構成を付加することによって、任意の測定ラインに沿う対象物の表面高さの変化を短時間で測定することができるようになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１に、本発明に係る共焦点顕微鏡の概略構成を示す。本発明の共焦点顕微鏡は、共焦点光学系１と、非共焦点光学系２とを備えている。
【００２３】
まず、共焦点光学系１について説明する。共焦点光学系１は、試料ｗに単色光（好ましくはレーザ光）を照射するための光源１０、第１コリメートレンズ１１、偏光ビームスプリッタ１２、１／４波長板１３、水平偏向装置１４ａ、垂直偏向装置１４ｂ、第１リレーレンズ１５、第２リレーレンズ１６、対物レンズ１７、結像レンズ１８、ピンホール板ＰＨ、第１受光素子１９等を含んでいる。
【００２４】
光源１０には、例えば赤色レーザ光を発するＨｅ−Ｎｅレーザが用いられる。レーザ駆動回路４４によって駆動される光源１０から出たレーザ光は、第１コリメートレンズ１１を通り、偏光ビームスプリッタ１２で光路を曲げられ、１／４波長板１３を通過する。この後、水平偏向装置１４ａ及び垂直偏向装置１４ｂによって水平（横）方向及び垂直（縦）方向に偏向された後、第１リレーレンズ１５及び第２リレーレンズ１６を通過し、対物レンズ１７によって試料ステージ３０上に置かれた試料ｗの表面に集光される。
【００２５】
水平偏向装置（第１の偏向機構）１４ａ及び垂直偏向装置（第２の偏向機構）１４ｂは、それぞれガルバノミラーで構成され、レーザ光を水平及び垂直方向に偏向させることにより、試料ｗの表面をレーザ光で走査する。説明の便宜上、水平方向をＸ方向、垂直方向をＹ方向ということにする。試料ステージ３０は、ステージ制御回路４０によりＺ方向（光軸方向）に駆動される。つまり、試料ステージ３０及びステージ制御回路４０は、対物レンズ１７の焦点と試料（対象物）ｗとの光軸方向での相対距離を変化させる変位機構を構成している。なお、試料ステージ３０は、手動操作によってＸ方向及びＹ方向に変位可能である。
【００２６】
試料ｗで反射されたレーザ光は、上記の光路を逆に辿る。すなわち、対物レンズ１７、第２リレーレンズ１６及び第１リレーレンズ１５を通り、水平偏向装置１４ａ及び垂直偏向装置１４ｂ（ガルバノミラー）を介して１／４波長板１３を再び通る。この結果、レーザ光は偏光ビームスプリッタ１２を透過し、結像レンズ１８によって集光される。集光されたレーザ光は、結像レンズ１８の焦点位置に配置されたピンホール板ＰＨのピンホールを通過して第１受光素子１９に入射する。第１受光素子１９は、例えばフォトマルチプライヤ又はフォトダイオードで構成され、受光量を電気信号に変換する。受光量に相当する電気信号は、出力アンプ及びゲイン制御回路（図示せず）を介して第１Ａ／Ｄコンバータ４１に与えられ、ディジタル値に変換される。
【００２７】
上記のような構成の共焦点光学系１により、試料ｗの高さ（深さ）情報を得ることができる。以下に、その原理を簡単に説明する。
【００２８】
上述のように、試料ステージ３０がステージ制御回路４０によってＺ方向（光軸方向）に駆動されると、対物レンズ１７の焦点と試料ｗとの光軸方向での相対距離が変化する。そして、対物レンズ１７の焦点が試料ｗの表面（被測定面）に結ばれたときに、試料ｗの表面で反射されたレーザ光は上記の光路を経て結像レンズ１８で集光され、ほとんどすべてのレーザ光がピンホール板ＰＨのピンホールを通過する。したがって、このときに、第１受光素子１９の受光量が最大になる。逆に、対物レンズ１７の焦点が試料ｗの表面（被測定面）からずれている状態では、結像レンズ１８によっての集光されたレーザ光はピンホール板ＰＨからずれた位置に焦点を結ぶので、一部のレーザ光しかピンホールを通過することができない。その結果、第１受光素子１９の受光量は著しく低下する。
【００２９】
したがって、試料ｗの表面の任意の点について、試料ステージ３０をＺ方向（光軸方向）に駆動しながら第１受光素子１９の受光量を検出すれば、その受光量が最大になるときの試料ステージ３０のＺ方向位置（対物レンズ１７の焦点と試料ｗとの光軸方向での相対距離）を高さ情報として一義的に求めることができる。
【００３０】
実際には、試料ステージ３０を１ステップ移動するたびに水平偏向装置１４ａ及び垂直偏向装置１４ｂによって試料ｗの表面を走査して第１受光素子１９の受光量を得る。試料ステージ３０を測定範囲の下端から上端までＺ方向に移動させたとき、走査範囲内の複数の点（画素）について、図２に示すようにＺ方向位置に応じて変化する受光量データが得られる。この受光量データに基づいて、最大受光量とそのときのＺ方向位置が各点（画素）ごとに得られる。したがって、試料ｗの表面高さのＸＹ平面での分布が得られる。この処理は、マイクロコンピュータを用いた処理装置４６によって実行される。
【００３１】
得られた表面高さの分布は、例えば高さデータを輝度データに変換することにより、明るさの分布として表示装置４７のモニタ画面に表示される。あるいは、後述するように、指定した測定ラインに沿う表面高さの変化を断面形状として画面に表示することもできる。
【００３２】
また、走査範囲内の複数の点について得られた受光量を輝度データとする輝度信号から、試料ｗの表面画像（白黒画像）が得られる。各点（画素）における最大受光量を輝度データとして輝度信号を生成すれば、被写界深度の深い画像、すなわち、表面高さの異なる各点でピントの合った画像が得られる。また、任意の注目画素で最大受光量が得られた高さ（Z方向での位置）に固定した場合は、他の画素の受光量は著しく小さくなるので、その注目画素の周辺のみが明るく、注目画素から離れるにしたがって急激に輝度が低下する画像が得られる。
【００３３】
つぎに、非共焦点光学系２について説明する。非共焦点光学系２は、試料ｗに白色光（カラー画像撮影用の照明光）を照射するための白色光源２０、第２コリメートレンズ２１、第１及び第２のハーフミラー２２，２３、第２受光素子としてのカラーＣＣＤ２４等を含んでいる。また、非共焦点光学系２は共焦点光学系１の対物レンズ１７を共用し、両光学系１，２の光軸は一致している。
【００３４】
白色光源２０には例えば白色ランプが用いられるが、特に専用の光源を設けず、自然光又は室内光を利用してもよい。白色光源２０から出た白色光は、第２コリメートレンズ２１を通り、第１ハーフミラー２２で光路を曲げられ、対物レンズ１７によって試料ステージ３０上に置かれた試料ｗの表面に集光される。
【００３５】
試料ｗで反射された白色光は、対物レンズ１７、第１ハーフミラー２２、第２リレーレンズ１６を通過し、第２ハーフミラー２３で反射されてカラーＣＣＤ２４に入射して結像する。カラーＣＣＤ２４は、共焦点光学系１のピンホール板ＰＨのピンホールと共役又は共役に近い位置に設けられている。カラーＣＣＤ２４で撮像されたカラー画像は、ＣＣＤ駆動回路４３によって読み出され、そのアナログ出力信号は第２Ａ／Ｄコンバータ４２に与えられ、ディジタル値に変換される。このようにして得られたカラー画像は、試料ｗの観察用の拡大カラー画像として表示装置４７のモニタ画面に表示される。
【００３６】
上述のように、本実施形態の共焦点顕微鏡は、共焦点光学系による試料の高さ（深さ）の分布の測定及び表示、共焦点画像の表示、非共焦点光学系によるカラー画像の撮像及び表示、その他種々の機能を備えている。共焦点光学系で得られた被写界深度の深い白黒画像と非共焦点光学系で得られた通常のカラー拡大画像とを組み合わせて、被写界深度の深いカラー拡大画像を生成し、表示することもできる。
【００３７】
また、指定した測定ラインに沿う表面高さの変化を断面形状として画面に表示することもできる。この場合、ＸＹ平面の全域にわたって試料ｗをレーザ光で走査するのではなく、測定ラインに沿ってのみ走査すれば、高さデータの測定に要する時間を大幅に短縮することができる。以下、この測定モード（以下、断面形状測定モードという）について説明する。
【００３８】
図３に、断面形状測定モードのフローチャートを示す。まず、ステップ＃１０１において、Ｙ方向の位置を決定する。本実施形態では、測定ラインはＸ方向に延びる直線である。したがって、Ｙ方向の位置を指定することによって測定ラインが指定される。測定ラインを指定する具体的な操作手順は次の通りである。なお、測定ラインの指定に用いられる操作キー等を含む操作パネル４８が測定ライン指定手段を構成する。
【００３９】
表示装置４７のモニタ画面に、上述の非共焦点光学系によるカラー画像が表示されているとする。この表示モードで、試料ステージ３０を手動操作によってＸ方向及びＹ方向に移動させることにより、試料ｗの断面形状を測定したい箇所を含む領域をモニタ画面に表示させる。つぎに、モニタ画面に重畳表示される条件設定用ボックスを用いて、断面形状測定モードを選択すると共に、測定範囲（高さデータの最大値と最小値との差）、測定ピッチ（１ステップ当たりの高さ）等の測定条件を設定する。そして、確認ボタンを押すと、条件設定用ボックスの表示が消え、横方向の測定ラインが現れる。試料ｗの表面カラー画像は表示されたままである。
【００４０】
操作パネル４８のカーソルキー又はマウスを操作することにより、表示装置４７のモニタ画面に表示された試料ｗの表面カラー画像の所望の箇所に測定ラインを移動させる。この操作は、図５に示した従来の共焦点顕微鏡のモニタ画面において、横線（測定ライン）１２１を上下方向（Ｙ方向）に移動させることに相当する。
【００４１】
本実施形態の共焦点顕微鏡では上記のようにして測定ラインのＹ方向位置を指定するが、他の指定方法として、Ｙ座標を数値入力する方法も考えられる。また、測定ラインをＸ方向ではなくＹ方向に延びる直線とし、Ｘ方向の任意の位置を上記と同様にして指定する構成も考えられる。
【００４２】
上記のようにして測定ラインのＹ方向位置が決定されると（ステップ＃１０１）、このＹ方向位置データが部分偏向停止回路（図１の４５）に与えられる。部分偏向停止回路４５は、Ｙ方向位置データにしたがって、垂直偏向装置１４ｂによるレーザ光の偏向を停止し、そのＹ方向位置に固定する。具体的には、部分偏向停止回路４５は、垂直偏向装置１４ｂを構成するガルバノミラーに与える交流電圧の振幅をゼロにすると共に、上記のＹ方向位置データに対応する直流電圧を与える。これにより、垂直偏向装置１４ｂを構成するガルバノミラーは所定の角度で停止する。
【００４３】
この結果、光源１０から発したレーザ光は、水平偏向装置１４ａによって水平方向にのみ偏向され、指定された測定ラインに沿って試料ｗの表面をＸ方向に走査する（ステップ＃１０２）。
【００４４】
マイクロコンピュータで構成された処理装置４６は、測定ラインに沿う各画素の受光量をＺ方向位置と対応付けてメモリに記憶する（ステップ＃１０３）。各画素の受光量は、前述のように、第１受光素子１９からの信号を第１Ａ／Ｄコンバータ４１でディジタル値に変換したデータである。
【００４５】
つぎに、試料ステージ３０を１ピッチ（１ステップ）上昇させる（ステップ＃１０４）。なお、測定開始時に、試料ステージ３０の初期位置は測定範囲の下端位置にセットされている。
【００４６】
続いて、試料ｗの表面を指定された測定ラインに沿ってＸ方向に再び走査する（ステップ＃１０５）。処理装置４６は、このときに得られる各画素の新たな受光量をメモリに記憶されている各画素の光量と比較する（ステップ＃１０６）。新たな受光量が記憶光量より大きければ、受光量及びＺ方向位置の記憶データを更新する（ステップ＃１０７）。新たな受光量が記憶光量より小さい場合は何もせずにステップ＃１０８に進む。
【００４７】
ステップ＃１０８において、処理装置４６は、試料ステージ３０のＺ方向位置を測定範囲の上端位置と比較する。上端位置より低ければステップ＃１０４に戻る。こうして、試料ステージ３０のＺ方向位置が測定範囲の上端位置に達するまで、ステップ＃１０４〜＃１０８の処理を繰り返す。
【００４８】
試料ステージ３０のＺ方向位置が測定範囲の上端位置に達すれば、測定結果を表示装置４７のモニタ画面に表示して（ステップ＃１０９）測定を終了する。メモリには、測定ラインに沿う各画素について、最大受光量とそのときのＺ方向位置のデータが記憶されており、これが測定結果に相当する。各画素のＺ方向位置をつなぐと測定ラインに沿う断面形状が得られ、従来技術の説明で図５に示した断面形状の輪郭線１２２のようにモニタ画面に表示される。
【００４９】
なお、上記の実施形態の説明において、考えられる変形例についても適宜説明したが、本発明は、その他にも、種々の変形例又は形態による実施が可能である。例えば、光による試料の走査は、水平偏向及び垂直偏向による二次元走査に限らず、種々の走査方法が提案されている。例えば、シリンドリカルレンズを用いてＸ方向に細長い光（スリット光）を生成し、これをＹ方向に偏向すれば、二次元走査が可能である。この場合も、Ｙ方向の偏向を任意の位置で停止することにより、Ｘ方向の測定ラインに沿う断面形状を短時間で得ることができる。
【００５０】
また、走査のメカニズムは複雑になるが、測定ラインをＸ方向又はＹ方向の直線に限らず、斜めの直線として指定することも可能である。さらに、測定ラインを階段状の線、又は曲線として指定することも考えられる。
【００５１】
また、上記の実施形態の共焦点顕微鏡は反射型の顕微鏡であるが、透過型の共焦点顕微鏡にも本発明を適用することができる。透過型の顕微鏡の場合は、試料の裏面から共焦点光学系のレーザ光及び非共焦点光学系の白色光が照射される。共焦点光学系の光源はレーザに限らず、単色光源であればよい。非共焦点光学系の光源は自然光又は室内光で代用することもできる。
【００５２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の共焦点顕微鏡によれば、モニタ画面に表示された試料の表面画像を参照しながら、所望の位置に測定ラインを指定し、この測定ラインに沿う断面形状を短時間で得ることができる。つまり、従来の一次元走査による共焦点顕微鏡のように、測定ラインがモニタ画面の中央部に固定されることなく、任意の位置を指定することができると共に、従来の二次元走査による共焦点顕微鏡のように、測定ラインに沿う断面形状を得るまでの時間が長くかかることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る共焦点顕微鏡の概略構成を示す図である。
【図２】共焦点光学系によって得られる受光量とＺ方向位置との関係を例示するグラフである。
【図３】本発明の実施形態に係る共焦点顕微鏡における断面形状測定モードのフローチャートである。
【図４】従来の共焦点顕微鏡の概略構成を示す図である。
【図５】従来の共焦点顕微鏡による断面形状測定結果を例示する図である。
【符号の説明】
１共焦点光学系
２非共焦点光学系
１０光源
１４ａ水平偏向装置（第１走査機構）
１４ｂ垂直偏向装置（第２走査機構）
１９第１受光素子
３０試料ステージ（変位機構）
４０ステージ制御回路（変位機構）
４５部分偏向停止回路
４６処理装置
４７表示装置
４８操作パネル（測定ライン指定手段）
ｗ試料（対象物）

Claims

対象物に光を照射する光源と前記対象物からの反射光又は透過光を対物レンズを含む光学系を通して受光する第１受光素子とを含む共焦点光学系と、
前記対象物を前記光で走査するための走査機構と、
前記対象物を前記対物レンズを含む光学系を通して撮像してカラー画像を得る第２受光素子を含む非共焦点光学系と、
前記対物レンズの焦点と前記対象物との光軸方向での相対距離を変化させる変位機構と、
前記カラー画像を表示する表示装置と、
所望の測定ラインを指定する測定ライン指定手段と、
前記走査機構により前記光で所定の走査平面範囲内を走査させ、該走査平面範囲内の複数の点に関して、前記対物レンズの焦点と前記対象物との光軸方向での相対距離を前記変位機構により変化させながら、前記第１受光素子の受光量が最大になるときの輝度信号から各点でピントの合った被写界深度の深い画像を得て、前記第２受光素子から得られる前記カラー画像と該被写界深度の深い画像とを組み合わせて被写界深度の深いカラー画像を生成し、前記表示装置に該被写界深度の深いカラー画像を表示させることができ、
断面形状測定モードでは、前記測定ライン指定手段で所望の測定ラインを指定するために前記第２受光素子からの前記カラー画像を前記表示装置に表示させ、前記走査機構により前記光で前記測定ライン指定手段で指定された測定ラインを走査させ、該測定ラインに沿う複数の点に関して、前記対物レンズの焦点と前記対象物との光軸方向での相対距離を前記変位機構により変化させながら、各点における前記第１受光素子の受光量が最大になるときの前記相対距離を前記対象物の表面の高さ情報として求め、前記対象物の表面高さの変化を前記測定ラインに沿って求める、前記表示装置に求めた前記対象物の表面高さの前記測定ラインに沿う変化を表示させる処理装置とを備えた共焦点顕微鏡。
前記表示装置が前記対象物の表面映像を表示し、前記測定ライン指定手段は、前記表面映像に前記測定ラインを重畳表示させ、前記測定ラインを移動自在とすることにより、前記表示装置に表示された表面映像の範囲内の任意の測定ラインを指定し、指定された測定ラインに沿って前記処理装置が前記対象物の表面高さの変化を求める請求項１記載の共焦点顕微鏡。
前記走査機構は、光源からの光線を第１の方向に偏向させる第１偏向機構と第２の方向に偏向させる第２偏向機構とを含む２次元走査機構であり、前記第２の偏向機構による走査を任意の位置で停止する部分偏向停止手段を更に備え、前記部分偏向停止手段が、前記測定ライン指定手段で指定された測定ラインの情報に従って前記第２の偏向機構による走査を指定位置で停止することにより、前記第１の偏向機構のみによる前記測定ラインに沿う１次元走査が実行され、前記測定ラインに沿う前記対象物の表面高さの変化が求められる請求項１記載の共焦点顕微鏡。