JP5481883B2 - Sample analyzer using specific site detection method - Google Patents

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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

本発明は、試料上の特定部位を検出する方法を用いた試料分析装置に関し、さらに詳しくは、試料の表面形状の測定・観察結果に基づいて試料表面上の特定部位を検出する方法を用いた顕微鏡などの試料分析装置に関する。
The present invention, use relates sample analyzer using the method of detecting a specific site on a sample, more particularly, how to detect a specific site on the surface of the sample based on the measurement and observation results of the surface shape of the sample The present invention relates to a sample analyzer such as a conventional microscope.

半導体分野やマイクロマシン分野などにおける急速な技術の進展に伴い、金属材料や非金属材料の微視的な変形挙動の評価や解析の重要性が増している。従来、橋梁などの構造体や或る程度大きな金属製試料の歪みや変形などを解析するための手法はいくつか知られているが、その一つに、デジタル画像相関法(Digital Image Correlation=DIC)と呼ばれる手法がある(非特許文献1〜3、特許文献1など参照)。デジタル画像相関法では、変形前の試料のデジタル画像と変形後の試料のデジタル画像とを取得し、画素単位の輝度(つまり濃淡)情報を用いて相関係数を計算することで、変形前の試料上の或る計測点が変形後に試料上のどの位置に移動したのかを把握し(つまり変形前後での同一点探索を実行し)、これに基づいて変形に関する情報を得る。   With the rapid development of technology in the semiconductor field and the micromachine field, the importance of evaluation and analysis of microscopic deformation behavior of metallic and non-metallic materials is increasing. Conventionally, several methods for analyzing distortions and deformations of structures such as bridges and metal samples that are somewhat large are known, and one of them is Digital Image Correlation (DIC). ) (Refer to Non-Patent Documents 1 to 3, Patent Document 1, etc.). In the digital image correlation method, a digital image of a sample before deformation and a digital image of a sample after deformation are acquired, and a correlation coefficient is calculated using luminance (that is, shading) information in units of pixels, so that the image before deformation is calculated. It is grasped to which position on the sample a certain measurement point on the sample has moved after deformation (that is, the same point search before and after the deformation is performed), and information on the deformation is obtained based on this.

上記のようなデジタル画像相関法による同一点探索技術は、顕微鏡により得られる観察画像にも適用可能である。しかしながら、デジタル画像相関法を適用するには、試料の表面に輝度画像で判別が可能な、何らかの模様が必要である。それ故に、もともとそうした模様が試料表面にある場合はよいが、模様がない場合や不明瞭である場合には、塗料の塗布・吹き付けやレーザ光などを用いた着色、部分的な材料の除去、圧痕導入などの力学的変形といった手法によって試料表面にマーキングを施す、つまり意図的に模様を付ける必要がある。そのため、こうしたマーキングを施すことが困難又は不可能であって、輝度画像で判別が可能な模様が表面にない試料については、デジタル画像相関法による同一点探索を行うことができないという制約がある。   The same point search technique by the digital image correlation method as described above can be applied to an observation image obtained by a microscope. However, in order to apply the digital image correlation method, a certain pattern that can be discriminated by a luminance image is necessary on the surface of the sample. Therefore, it is good if such a pattern is originally on the surface of the sample, but if there is no pattern or if it is unclear, coloring by applying or spraying paint or using laser light, removing partial materials, It is necessary to mark the surface of the sample by a technique such as mechanical deformation such as indentation introduction, that is, to intentionally create a pattern. Therefore, there is a restriction that it is difficult or impossible to perform such marking and the same point search cannot be performed by a digital image correlation method for a sample that does not have a pattern that can be distinguished by a luminance image on the surface.

一方、従来より、試料台上に載置又は収容された小形の試料の表面形状を非常に高い倍率で観察したり測定したりするために、走査型プローブ顕微鏡(SPM=Scanning Probe Microscope)、走査型共焦点レーザ顕微鏡、デジタルホログラフィック顕微鏡など、各種の表面分析装置が知られている(非特許文献4、5参照)。これら装置は測定原理は異なるものの、いずれも、試料表面の凹凸のプロファイル、つまり試料表面の三次元形状情報を取得することができる。しかしながら、試料表面の、特に垂直方向(高さ方向)に高い分解能を有する三次元形状を観測することはできるものの、この観測結果から試料の変形状態を把握するのは困難である。また、上記のような従来の各種装置は、そうした機能も持ち合わせていない。   On the other hand, in order to observe and measure the surface shape of a small sample placed or accommodated on a sample stage at a very high magnification, a scanning probe microscope (SPM = Scanning Probe Microscope) Various surface analysis apparatuses such as a confocal laser microscope and a digital holographic microscope are known (see Non-Patent Documents 4 and 5). Although these devices have different measurement principles, any of them can acquire the profile of the unevenness of the sample surface, that is, the three-dimensional shape information of the sample surface. However, although it is possible to observe a three-dimensional shape having a high resolution particularly in the vertical direction (height direction) on the sample surface, it is difficult to grasp the deformation state of the sample from this observation result. Moreover, the conventional various apparatuses as described above do not have such a function.

特開2006−329628号公報JP 2006-329628 A

チョウ(T. C. Chou)ほか3名、「アプリケイションズ・オブ・デジタル−イメージ−コリレイション・テクニクス・トゥー・エクスペリメンタル・メカニクス(Applications of Digital-Image-Correlation Techniques to Experimental Mechanics)」、エクスペリメンタル・メカニクス(Experimental Mechanics)、Vol. 25、 No. 3、 pp. 232-244(1985)TC Chou and three others, “Applications of Digital-Image-Correlation Techniques to Experimental Mechanics”, Experimental・ Mechanics (Experimental Mechanics), Vol. 25, No. 3, pp. 232-244 (1985) 西川、「デジタル画像相関法による全視野微小変移分布計測」、非破壊検査、第54巻、3号、pp. 132-138(2005)Nishikawa, “Full-field microscopic distribution measurement by digital image correlation method”, Non-destructive inspection, Vol. 54, No. 3, pp. 132-138 (2005) パン(B. Pan)ほか3名、「パフォーマンス・オブ・サブ−ピクセル・レジストレイション・アルゴリズムズ・イン・デジタル・イメージ・コリレイション(Performance of Sub-Pixel Registration Algorithms in Digital Image Correlation)」、メジャーメント・サイエンス・アンド・テクノロジー(Measurement Science and Technology)、Vol. 17、 No. 6、 pp. 1615-1621(2006)B. Pan and three others, “Performance of Sub-Pixel Registration Algorithms in Digital Image Correlation”, Measurement・ Science and Technology, Vol. 17, No. 6, pp. 1615-1621 (2006) 宮本、伊藤、「走査型レーザ顕微鏡/走査型プローブ顕微鏡複合装置の技術と応用」、月刊トライボロジー、2005年7月号、pp. 30-33Miyamoto, Ito, “Technology and Application of Scanning Laser Microscope / Scanning Probe Microscope Combined Device”, Monthly Tribology, July 2005, pp. 30-33 「DHM 1000 Family」、愛知産業株式会社、[online]、[平成21年2月25日検索]、インターネット <URL: http://www.aichi-sangyo.co.jp/product/lyncee_tec/Lyncee_DHM1000_J.AS.pdf>“DHM 1000 Family”, Aichi Sangyo Co., Ltd., [online], [Search February 25, 2009], Internet <URL: http://www.aichi-sangyo.co.jp/product/lyncee_tec/Lyncee_DHM1000_E. AS.pdf>

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その主な目的とするところは、試料表面に意図的なマーキングを施すことなく、高い精度で同一点探索を行うことができる特定部位検出方法を利用して、例えば試料上の微視的な変形挙動の評価や解析を行うことができる、或いは、試料上の或る領域を連続的に観察する際にドリフト等による意図せぬ視野ずれが生じることを防止する等、新たな機能を付加した試料分析装置を提供することである。
The present invention has been made in view of the above problems, and the main object of the present invention is to detect a specific part capable of performing the same point search with high accuracy without intentionally marking the sample surface. The method can be used to evaluate and analyze microscopic deformation behavior on the sample, for example, or unintentional visual field shift due to drift or the like when continuously observing a certain area on the sample It is an object of the present invention to provide a sample analyzer with a new function such as preventing the occurrence of the above.

上記課題を解決するために成された本発明に係る試料分析装置に用いられる特定部位検出方法は、試料の表面形状の測定結果に基づいて該試料上の特定部位を検出する特定部位検出方法であって、
a)目的試料の表面高さの二次元分布である比較対象高さ分布を計測する高さ分布計測ステップと、
b)特定部位検出の基準となる、所定領域における表面高さの二次元分布である基準高さ分布を取得する基準高さ分布取得ステップと、
c)前記基準高さ分布と、前記比較対象高さ分布の中で前記所定領域と同じ大きさの比較領域における高さ分布と、についての相関を示す指標値を、前記所定領域の位置を比較対象高さ分布の中で該領域の面上の二次元方向に移動させつつそれぞれ計算することにより、両高さ分布の相関を示す指標値の二次元分布を求める高さ相関取得ステップと、
d)前記両高さ分布の相関を示す指標値の二次元分布を用いて、前記比較対象高さ分布の中で最大の相関を与える位置を見いだして該位置を特定部位であると認識する認識ステップと、
を有することを特徴としている。
The specific part detection method used in the sample analyzer according to the present invention made to solve the above problems is a specific part detection method for detecting a specific part on the sample based on the measurement result of the surface shape of the sample. There,
a) a height distribution measuring step for measuring a comparison target height distribution which is a two-dimensional distribution of the surface height of the target sample;
b) a reference height distribution acquisition step for acquiring a reference height distribution which is a two-dimensional distribution of the surface height in a predetermined region, which is a reference for detecting a specific part;
c) The index value indicating the correlation between the reference height distribution and the height distribution in the comparison area having the same size as the predetermined area in the comparison target height distribution is compared with the position of the predetermined area. A height correlation acquisition step for obtaining a two-dimensional distribution of index values indicating a correlation between both height distributions by calculating each of the target height distributions while moving in a two-dimensional direction on the surface of the region,
d) using a two-dimensional distribution of index values indicating the correlation between the two height distributions, finding a position that gives the maximum correlation in the comparison target height distribution and recognizing the position as a specific part Steps,
It is characterized by having.

ここで特定部位とは、例えば、ユーザ(測定者等)が関心を有していてユーザ自身により指定される注目部位、試料を特徴付けるのに都合がよい又は試料の変形などの挙動を調べるのに都合がよいために自動的に設定される部位、などである。   Here, the specific site is, for example, a site of interest specified by the user himself / herself (measurer or the like), convenient for characterizing the sample, or for examining behavior such as deformation of the sample. For example, a part that is automatically set for convenience.

上記基準高さ分布取得ステップは、高さ分布計測ステップと同様に、目的試料の表面高さの二次元分布(つまりは試料表面形状の三次元分布)を計測して高さ分布を求めるものであってもよいし、或いは、基準高さ分布データが予め作成され格納されている記憶部などから、そのデータを読み出すことにより基準高さ分布を求めるものであってもよい。   Similar to the height distribution measurement step, the above reference height distribution acquisition step measures the two-dimensional distribution of the surface height of the target sample (that is, the three-dimensional distribution of the sample surface shape) to obtain the height distribution. Alternatively, the reference height distribution may be obtained by reading the data from a storage unit or the like in which the reference height distribution data is created and stored in advance.

本発明に用いられる特定部位検出方法において、二つの高さ分布からその相関を示す指標値を算出するために、従来から知られているデジタル画像相関法の手法を利用することができる。即ち、本発明に用いられる特定部位検出方法において、前記高さ相関取得ステップは、試料表面上の各微小位置の高さの値で構成される高さ分布画像データに対し、デジタル画像相関法と同等のアルゴリズムを適用することにより、相関を示す指標値としての相関係数の分布を求めるようにすることができる。
In the specific part detection method used in the present invention, a conventionally known digital image correlation method can be used to calculate an index value indicating the correlation from two height distributions. That is, in the specific part detection method used in the present invention, the height correlation acquisition step includes a digital image correlation method for height distribution image data composed of height values of each minute position on the sample surface. By applying an equivalent algorithm, it is possible to obtain a distribution of correlation coefficients as index values indicating correlation.

前述のようにデジタル画像相関法では、画素値(輝度値)が二次元的に配列された二枚のデジタル画像の相関性を求めることで対象物の変形や歪みなどを調べるが、本発明に係る特定部位検出方法では、画素値が高さ値に置き換えられた画像、つまり高さ分布画像を処理対象としてデジタル画像相関法と同等のアルゴリズムを適用して相関係数の分布を求めればよい。   As described above, in the digital image correlation method, the deformation or distortion of an object is examined by obtaining the correlation between two digital images in which pixel values (luminance values) are two-dimensionally arranged. In such a specific part detection method, the distribution of the correlation coefficient may be obtained by applying an algorithm equivalent to the digital image correlation method to an image in which the pixel value is replaced with a height value, that is, a height distribution image, as a processing target.

但し、高さ分布計測ステップにおいて高さ分布の計測を行う際に目的試料の試料表面全体が傾いていたり湾曲していたりすると、得られた高さ分布は試料表面の本来の凹凸の状態を表したものではなく、局所的な凹凸の相関を調べる際に正確性を損なう要因となる。そこで、本発明に用いられる特定部位検出方法では、高さ分布計測ステップ及び基準高さ分布取得ステップにより得られた高さ分布に対し、その高さの基準面の傾きや曲がりを補正する平面補正処理ステップをさらに含むようにすることが好ましい。
However, if the entire sample surface of the target sample is tilted or curved when the height distribution measurement is performed in the height distribution measurement step, the obtained height distribution indicates the original uneven state of the sample surface. This is a factor that impairs accuracy when examining the correlation of local irregularities. Therefore, in the specific part detection method used in the present invention, the plane correction for correcting the inclination and the curvature of the reference plane of the height with respect to the height distribution obtained by the height distribution measurement step and the reference height distribution acquisition step. It is preferable to further include a processing step.

これによれば、基準高さ分布及び比較対象高さ分布の基準面が一致する(同一平面になる)ので、高さ相関取得ステップにおいて、本来の試料表面の局所的な凹凸を反映した高さ分布の相関を求めることができる。それによって、相関性の指標値分布の精度が向上するので、特定部位の探索の精度も向上する。なお、例えば後述するような各種顕微鏡を用いて試料表面の三次元形状を計測する場合には、試料表面全体の傾きなどの補正が既になされた三次元形状データが得られることもある。   According to this, since the reference planes of the reference height distribution and the comparison target height distribution match (become the same plane), the height reflecting local unevenness of the original sample surface in the height correlation acquisition step. Distribution correlation can be obtained. As a result, the accuracy of the correlation index value distribution is improved, and the accuracy of searching for a specific part is also improved. For example, when measuring the three-dimensional shape of the sample surface using various microscopes as will be described later, three-dimensional shape data in which the inclination of the entire sample surface has already been corrected may be obtained.

また本発明に用いられる特定部位検出方法では、好ましくは、空間的に隣接する微小領域における相関係数を用いて、その隣接する微小領域の間の相関係数を連続化する連続化処理ステップさらに含むようにするとよい。ここでいう「連続化」とは平滑化又はスムージングと言い換えることができる。
Further, in the specific part detecting method used in the present invention, preferably, a continuous processing step of using the correlation coefficient in the spatially adjacent micro areas to make the correlation coefficient between the adjacent micro areas continuous. It should be included. “Continuation” here can be rephrased as smoothing or smoothing.

即ち、上記「連続化」がなされる前の相関係数の分布の空間分解能(水平方向の分解能)は、元の高さ分布の水平方向の空間分解能で決まる。これに対し連続化処理を行うと、高さ分布において高さ情報が得られている座標位置だけでなく、実際には高さ情報が得られていない位置に対しても相関係数が求められるので、実質的に水平方向の空間分解能を上げる効果が得られる。それにより、高い精度でもって最大の相関係数を与える位置を見いだすことができるので、同一点探索の精度も向上する。   That is, the spatial resolution (horizontal resolution) of the correlation coefficient distribution before the “continuation” is performed is determined by the horizontal spatial resolution of the original height distribution. On the other hand, if continuous processing is performed, the correlation coefficient is obtained not only for the coordinate position where the height information is obtained in the height distribution but also for the position where the height information is not actually obtained. Therefore, an effect of substantially increasing the spatial resolution in the horizontal direction can be obtained. As a result, it is possible to find the position that gives the maximum correlation coefficient with high accuracy, and the accuracy of the same point search is also improved.

上述した特定部位検出方法を利用することにより、試料に対する様々な分析が可能である。ここでいう分析は、試料に関する各種の物理量の測定・計測にとどまらず、試料表面の観察、試料の同定(或る試料が他の試料と同一であるか否かの判定)、なども含む。
By using the specific site detection method described above , various analyzes on the sample are possible. The analysis here includes not only measurement / measurement of various physical quantities related to the sample but also observation of the sample surface, identification of the sample (determination of whether or not a certain sample is the same as another sample), and the like.

上述した特定部位検出方法を用いた本発明の第1の態様の試料分析装置は、
試料の表面高さの二次元分布を計測する高さ分布計測手段と、
第1の時点において目的試料を前記高さ分布計測手段により計測して得られる表面高さの二次元分布の中で、注目点をユーザが指定するための指定手段と、
該指定手段により指定された注目点の周りの注目領域を前記所定領域として設定して前記基準高さ分布を取得し記憶する基準高さ分布記憶手段と、
第1の時点から時間が経過した第2の時点において目的試料を前記高さ分布計測手段により計測して得られる比較対象高さ分布に対し、前記高さ相関取得ステップによる処理によって、前記基準高さ分布記憶手段に記憶されている基準高さ分布との相関を示す指標の分布を求める高さ相関算出手段と、
前記高さ相関算出手段で得られた相関を示す指標分布を用いて、第2の時点における目的試料上の前記注目点の位置を見つける同一点検出手段と、
を備えることを特徴としている。
The sample analyzer of the first aspect of the present invention using the above-described specific site detection method is:
A height distribution measuring means for measuring a two-dimensional distribution of the surface height of the sample;
In the two-dimensional distribution of the surface height obtained by measuring the target sample with the height distribution measuring means at the first time point, the specifying means for the user to specify the point of interest ;
Reference height distribution storage means for acquiring and storing the reference height distribution by setting an attention area around the attention point designated by the designation means as the predetermined area;
For the comparison target height distribution obtained by measuring the target sample by the height distribution measuring means at the second time point when the time has elapsed from the first time point, the reference height is obtained by the processing by the height correlation obtaining step. A height correlation calculation means for obtaining a distribution of an index indicating a correlation with the reference height distribution stored in the height distribution storage means;
The same point detecting means for finding the position of the target point on the target sample at the second time point using the index distribution indicating the correlation obtained by the height correlation calculating means,
It is characterized by having.

上記第1の態様及び以下の各態様の試料分析装置において、高さ分布計測手段は、例えば、デジタルホログラフィック顕微鏡、走査型共焦点レーザ顕微鏡、又は走査型プローブ顕微鏡のいずれかとすることができる。当然のことながら、垂直方向、つまり試料表面の高さ方向の空間分解能は高いことが望ましい。例えば高さ方向の空間分解能がナノメータレベルであれば、高さ分布(試料表面の凹凸プロファイル)には原子配列が反映されるから、単に形状だけでなく試料の組成を反映した試料同定も可能である。   In the sample analyzer of the first aspect and each of the following aspects, the height distribution measuring means can be, for example, a digital holographic microscope, a scanning confocal laser microscope, or a scanning probe microscope. As a matter of course, it is desirable that the spatial resolution in the vertical direction, that is, the height direction of the sample surface is high. For example, if the spatial resolution in the height direction is nanometer level, the atomic distribution is reflected in the height distribution (uneven profile on the sample surface), so sample identification that reflects not only the shape but also the composition of the sample is possible. is there.

第1の態様の試料分析装置では、同一試料(目的試料)について第1の時点とそれから時間を経た第2の時点とで同一点探索が実行される。例えば、第1の時点において測定者が試料表面の高さ分布で或る位置を注目点として指定すると、それから時間を経た第2の時点において同一試料上で上記注目点が探索される。例えば、1つの試料を第1の時点で当該試料分析装置で観察したあとに試料を一旦取り外し、それから再び同じ試料を当該試料分析装置に装着して観察する際に、試料を装着する位置がずれていても、速やかに先の第1の時点における観察箇所を見つけて観察を行うことができる。   In the sample analyzer of the first aspect, the same point search is executed for the same sample (target sample) at the first time point and the second time point after that. For example, when the measurer designates a certain position as the attention point in the height distribution of the sample surface at the first time point, the attention point is searched on the same sample at the second time point after that. For example, after observing one sample with the sample analyzer at the first time point, the sample is temporarily removed, and then when the same sample is mounted on the sample analyzer and observed again, the mounting position of the sample is shifted. Even in this case, it is possible to promptly find the observation point at the first time point and perform observation.

こうした目的のためには、第1の態様の試料分析装置が、
試料の表面観察画像を取得する画像取得手段と、
第2の時点において前記画像取得手段により取得される前記目的試料の表面観察画像上で、前記同一点検出手段により検出された注目点の位置を表示する特定位置表示手段と、
をさらに備える構成とするとよい。
For this purpose, the sample analyzer of the first aspect is
An image acquisition means for acquiring a surface observation image of the sample;
Specific position display means for displaying the position of the point of interest detected by the same point detection means on the surface observation image of the target sample acquired by the image acquisition means at a second time point;
It is good to set it as the structure further provided.

また第1の態様の試料分析装置は、
試料の表面観察画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段による表面観察画像の位置を変更するべく、試料又は該画像取得手段の少なくともいずれか一方を移動させる移動手段と、
第2の時点において前記画像取得手段により前記目的試料の表面観察画像を得る際に、前記同一点検出手段により検出された注目点が画像上で所定の位置に来るように又は所定範囲に入るように前記移動手段を制御する追尾制御手段と、
をさらに備える構成とすることもできる。
Moreover, the sample analyzer of the first aspect includes:
An image acquisition means for acquiring a surface observation image of the sample;
Moving means for moving at least one of the sample and the image acquisition means in order to change the position of the surface observation image by the image acquisition means;
When a surface observation image of the target sample is obtained by the image acquisition unit at a second time point, the attention point detected by the same point detection unit is located at a predetermined position on the image or within a predetermined range. Tracking control means for controlling the moving means;
It can also be set as the structure further provided.

上記移動手段は一般的には、試料が載置される又は試料を保持する試料ステージを移動させる手段である。上記構成の試料分析装置によれば、例えば測定者が注目する試料上の箇所が移動してもその箇所が観察できるように、自動的に位置の追尾が実行される。したがって、例えば上述したように試料が一旦装置から取り外されて再び装着されたときでも、取り外し前に観察していた箇所を自動的に探してその箇所の観察が可能なように観察視野を設定することができる。また、例えば試料の変形、膨張・収縮、或いは観察対象物の自発的な移動など、時間経過に伴って試料上の注目点の位置が移動する場合でも、それが観察視野から外れないように常に追従させることも可能になる。   The moving means is generally means for moving a sample stage on which a sample is placed or holding a sample. According to the sample analyzer configured as described above, for example, the position tracking is automatically performed so that even if a location on the sample of interest of the measurer moves, the location can be observed. Therefore, for example, as described above, even when the sample is once removed from the apparatus and mounted again, the observation field is set so that the part that has been observed before removal can be automatically searched and observed. be able to. In addition, even if the position of the point of interest on the sample moves over time, such as deformation, expansion / contraction of the sample, or spontaneous movement of the observation object, always keep it from observing the observation field. It is also possible to follow.

また上述した特定部位検出方法を用いた本発明のの態様による試料分析装置は、
試料の表面高さの二次元分布を計測する高さ分布計測手段と、
第1の時点において目的試料を前記高さ分布計測手段により計測して得られる表面高さの二次元分布の中で、複数の注目点をユーザが指定するための指定手段と、
該指定手段により指定された複数の注目点の周りの注目領域を前記所定領域として設定して前記基準高さ分布を取得し記憶する基準高さ分布記憶手段と、
第1の時点から時間が経過した第2の時点において目的試料を前記高さ分布計測手段により計測して得られる比較対象高さ分布に対し、前記高さ相関取得ステップによる処理によって、前記基準高さ分布記憶手段に記憶されている複数の基準高さ分布との相関を示す指標の分布をそれぞれ求める高さ相関算出手段と、
前記相関を示す指標分布を用いて、第2の時点における目的試料上の複数の注目点の位置をそれぞれ見つける同一点検出手段と、
第1の時点における前記複数の注目点の位置と前記同一点検出手段により見いだされた複数の注目点との位置とから同一注目点の移動量及び移動方向を算出し、それに基づき、第1の時点から第2の時点までの試料の変形や変位に関する情報を求める変位検出手段と、
を備えることを特徴としている。
In addition, the sample analyzer according to the second aspect of the present invention using the above-described specific site detection method,
A height distribution measuring means for measuring a two-dimensional distribution of the surface height of the sample;
Designation means for the user to designate a plurality of points of interest in the two-dimensional distribution of surface height obtained by measuring the target sample with the height distribution measuring means at the first time point ;
Reference height distribution storage means for acquiring and storing the reference height distribution by setting an attention area around a plurality of attention points designated by the designation means as the predetermined area;
For the comparison target height distribution obtained by measuring the target sample by the height distribution measuring means at the second time point when the time has elapsed from the first time point, the reference height is obtained by the processing by the height correlation obtaining step. Height correlation calculating means for respectively obtaining distributions of indices indicating correlations with a plurality of reference height distributions stored in the height distribution storage means;
The same point detecting means for finding the positions of a plurality of points of interest on the target sample at the second time point using the index distribution indicating the correlation,
A movement amount and a movement direction of the same attention point are calculated from the positions of the plurality of attention points at the first time point and the positions of the plurality of attention points found by the same point detecting means, Displacement detection means for obtaining information on deformation and displacement of the sample from the time point to the second time point;
It is characterized by having.

の態様による試料分析装置によれば、機械的な負荷を試料に掛けることで変形が生じたときの、或いは熱等の機械的な負荷以外のストレスによる試料の膨張や収縮が生じたときの、試料の変形の解析や評価を定量的に行うことができる。
According to the sample analyzer of the second aspect, when a deformation is caused by applying a mechanical load to the sample, or when the sample expands or contracts due to a stress other than a mechanical load such as heat. The analysis and evaluation of the deformation of the sample can be performed quantitatively.

本発明に用いられる特定部位検出方法によれば、その試料がもともと持つ表面高さの情報を利用して、同一点や同一領域を探索することができる。一般的に、金属、非金属に拘わらず、各種の材料からなる試料の表面は、平滑化のための加工や処理が施されたものであっても、微視的には明瞭な凹凸が存在する。したがって、従来のデジタル画像相関法を利用した同一点探索とは異なり、輝度画像では識別ができないような試料表面に対しても同一点検出を行うことができる。そのため、試料に対し着色、材料除去、力学的変形などのマーキングを施す必要がなく、そうしたマーキングの労力や時間を省くことができる。また、マーキングを施すことが難しい又はできない試料についても、精度の高い同一点探察を行うことができる。
According to the specific part detecting method used in the present invention, it is possible to search for the same point or the same region by using the information on the surface height that the sample originally has. In general, the surface of a sample made of various materials, whether metal or non-metal, has microscopically clear irregularities even if it has been processed or processed for smoothing. To do. Therefore, unlike the same point search using the conventional digital image correlation method, the same point can be detected even on the sample surface that cannot be identified by the luminance image. Therefore, it is not necessary to mark the sample with coloring, material removal, mechanical deformation, etc., and labor and time for such marking can be saved. Further, the same point search with high accuracy can be performed for a sample that is difficult or impossible to be marked.

したがって本発明に係る特定部位検出方法を用いた試料分析装置によれば、走査型プローブ顕微鏡、走査型共焦点レーザ顕微鏡、デジタルホログラフィック顕微鏡などの各種の表面分析装置に、従来にない新たな機能を付加することができる。
Therefore , according to the sample analysis apparatus using the specific part detection method according to the present invention, a new function which has not been provided in the past, in various surface analysis apparatuses such as a scanning probe microscope, a scanning confocal laser microscope, and a digital holographic microscope. Can be added.

本発明に用いられる特定部位検出方法の一形態である同一部位検出処理の実施手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the implementation procedure of the same site | part detection process which is one form of the specific site | part detection method used for this invention. 平面補正処理の概念図。The conceptual diagram of a plane correction process. 基準高さ分布における注目点及び注目領域の概念図。The conceptual diagram of the attention point and attention area in reference | standard height distribution. 走査領域内における比較領域の移動及び相関計算の概念図。The conceptual diagram of the movement of a comparison area | region in a scanning area | region, and correlation calculation. 相関係数の連続化処理の概念図。The conceptual diagram of the continuous process of a correlation coefficient. 相関係数の連続化処理の説明図。Explanatory drawing of the continuous process of a correlation coefficient. 同一試料の異なる部位の表面凹凸プロファイルを示す図。The figure which shows the surface uneven | corrugated profile of the different site | part of the same sample. 無負荷試験片を用いた同一領域探索の一例の説明図。Explanatory drawing of an example of the same area search using a no-load test piece. 無負荷試験片を用いた同一領域探索の一例の説明図。Explanatory drawing of an example of the same area search using a no-load test piece. 負荷試験片を用いた同一領域探索の一例の説明図。Explanatory drawing of an example of the same area search using a load test piece. 負荷試験片を用いた同一領域探索の一例の説明図。Explanatory drawing of an example of the same area search using a load test piece. 本発明に係る試料分析装置の一実施例の概略ブロック構成図。Schematic block diagram of an embodiment of a locking Ru specimen analyzing apparatus according to the present invention. 本発明に係る試料分析装置の他の実施例の概略ブロック構成図。Schematic block diagram of another embodiment of the engagement Ru specimen analyzing apparatus according to the present invention. 一実施例の試料分析装置における測定動作の一例の説明図。Explanatory drawing of an example of the measurement operation | movement in the sample analyzer of one Example.

まず本発明に用いられる特定部位検出方法の一実施形態について説明する。この実施形態は、基準試料上の或る点又は領域と同一である、比較対象試料上の点又は領域を探索する同一部位検出処理を行うものである。
First, an embodiment of the specific part detection method used in the present invention will be described. In this embodiment, the same part detection process for searching for a point or region on the comparison target sample that is the same as a certain point or region on the reference sample is performed.

なお、ここでいう「基準試料」及び「比較対象試料」は異なる試料である場合もあるが、同じ試料であってもよい。例えば、試料の変形や試料の移動などの計測においては、そうした変形や移動が生じる前の試料が基準試料であり、同一の試料であって変形や移動が生じた後の該試料が比較対象試料となる。また、比較対象試料が正規品であるか或いは偽造品であるのかを調べるような用途では、基準試料と比較対象試料とは異なる試料であり、基準試料は正規品又は正規品と同等の標準品である。   Note that the “reference sample” and the “comparison sample” herein may be different samples, but may be the same sample. For example, in measurement of deformation or movement of a sample, the sample before such deformation or movement is a reference sample, and the sample after deformation or movement is the same sample as the sample to be compared. It becomes. Also, in applications such as checking whether the comparison sample is a genuine product or a counterfeit product, the reference sample and the comparison sample are different samples, and the reference sample is a regular product or a standard product equivalent to the regular product. It is.

図1はこの実施形態による同一部位検出処理の実施手順を示すフローチャートである。
まず最初の工程として、基準試料の表面の高さの二次元分布と、比較対象試料の表面の高さの二次元分布をそれぞれ取得する(ステップS1、S2)。ここでは、比較対象試料表面の高さの二次元分布を比較対象高さ分布という。このような試料表面の高さ分布を取得するために、前述のデジタルホログラフィック顕微鏡、走査型共焦点レーザ顕微鏡、走査型プローブ顕微鏡などを用いることができる。試料表面の高さ情報は、水平面であるx−y面を形成する互いに直交するx軸及びy軸にそれぞれ離散的な座標を持つ位置における情報である。したがって、高さ分布は例えば図4(a)に示すように、三次元的なヒストグラム様になる。
FIG. 1 is a flowchart showing an execution procedure of the same part detection process according to this embodiment.
First, as a first step, a two-dimensional distribution of the height of the surface of the reference sample and a two-dimensional distribution of the height of the surface of the comparison target sample are acquired (steps S1 and S2). Here, the two-dimensional distribution of the height of the comparison target sample surface is referred to as a comparison target height distribution. In order to acquire such a height distribution on the sample surface, the above-described digital holographic microscope, scanning confocal laser microscope, scanning probe microscope, or the like can be used. The height information of the sample surface is information at a position having discrete coordinates on the x-axis and the y-axis that are orthogonal to each other and that form the xy plane that is a horizontal plane. Accordingly, the height distribution becomes a three-dimensional histogram as shown in FIG. 4A, for example.

次に、ステップS1、S2で取得された二つの高さ分布に対し、高さの基準面を揃えるために平面補正処理を実施する(ステップS3)。これは、ここで問題としている局所的な試料表面の凹凸とは異なる要素、例えば、試料表面全体の傾斜や局所的な凹凸とは異なる試料表面の大きな湾曲など、を除外するための処理である。図2は平面補正処理の概念を示す図であり、(a)は平面補正前の高さ分布、(b)は平面補正後の高さ分布を示す図である。   Next, a plane correction process is performed on the two height distributions acquired in steps S1 and S2 in order to align the height reference plane (step S3). This is a process for excluding an element different from the local unevenness of the sample surface in question, for example, the inclination of the entire sample surface or a large curvature of the sample surface different from the local unevenness. . 2A and 2B are diagrams showing the concept of the plane correction process. FIG. 2A is a diagram showing a height distribution before plane correction, and FIG. 2B is a diagram showing a height distribution after plane correction.

いま、図2(a)に示すように、高さ分布の基準面がx'−y'面に対して傾いている状態を想定する。このとき、例えば次のような演算処理により、高さ分布の本質を反映しない平均傾斜の影響を除去することができる。
即ち、基準面Gstd(x',y')は次の(1)式で近似できる。
std(x',y')=Lx'+my'+n …(1)
x'−y'面上の座標(xi',yi')における実高度値をG(xi',yi')、基準面Gstd(x',y')上での値をGstd(xi',yi')とすると、平面補正後の各座標における高さdiは、
i=G(xi',yi')−Gstd(xi',yi')
である。基準面Gstd(x',y')がx'−y'面と一致するように平面補正がなされた状態では平面傾斜の影響は除去されるから、基準面と実高度値との差diの二乗和が最小となると考えるのが妥当である。そこで、diの二乗和が最小になるように(1)式の定数L、m、nを決める。つまり、次の(2)式で表される、定数L、m、nに関する連立一次方程式を解くことでL、m、nを求める。
(∂/∂L)Σdi 2=(∂/∂m)Σdi 2=(∂/∂n)Σdi 2=0 …(2)
(ここでΣはiについての総和を表す)
最小二乗法については周知であり、ここでは詳細には説明しない。
上記演算により基準面Gstd(x',y')が求まるから、これに基づいて各座標位置の高さG(xn',yn')を修正することにより、図2(b)に示すような高さ分布を求めることができる。
なお、基準面がx'−y'面に対して単純に傾斜しているのではなく湾曲している場合には平面補正は複雑になるが、多くの場合、上記のような傾斜のみを考慮すれば十分である。
Now, as shown in FIG. 2A, it is assumed that the reference plane of the height distribution is inclined with respect to the x′-y ′ plane. At this time, for example, the following arithmetic processing can remove the influence of the average inclination that does not reflect the essence of the height distribution.
That is, the reference plane G std (x ′, y ′) can be approximated by the following equation (1).
G std (x ′, y ′) = Lx ′ + my ′ + n (1)
The actual height value at coordinates (x i ′, y i ′) on the x′−y ′ plane is G (x i ′, y i ′), and the value on the reference plane G std (x ′, y ′) is Assuming G std (x i ′, y i ′), the height d i at each coordinate after plane correction is
d i = G (x i ′, y i ′) −G std (x i ′, y i ′)
It is. Since the influence of the plane inclination is removed in a state where the plane correction is performed so that the reference plane G std (x ′, y ′) coincides with the x′−y ′ plane, the difference d between the reference plane and the actual height value d. It is reasonable to think that the sum of squares of i is minimized. Therefore, the constants L, m, and n in equation (1) are determined so that the square sum of d i is minimized. That is, L, m, and n are obtained by solving simultaneous linear equations related to constants L, m, and n expressed by the following equation (2).
(∂ / ∂L) Σd i 2 = (∂ / ∂m) Σd i 2 = (∂ / ∂n) Σd i 2 = 0 (2)
(Where Σ represents the sum of i)
The least square method is well known and will not be described in detail here.
Since the reference plane G std (x ′, y ′) is obtained by the above calculation, the height G (x n ′, y n ′) of each coordinate position is corrected based on the reference plane G std (x ′, y ′). A height distribution as shown can be obtained.
In addition, when the reference plane is not simply inclined with respect to the x′-y ′ plane but is curved, the plane correction is complicated, but in many cases, only the above-described inclination is considered. It is enough.

次に、平面補正がなされた基準高さ分布の中で、図3に示すように、注目点(POI)及び注目領域(ROI)を設定する(ステップS4)。いま、ここでは注目領域は矩形状であり、注目点はその注目領域の略中心に設定されている場合を考える。注目領域が小さすぎると、後述する相関係数計算の際に比較領域と同一部位でないにも拘わらず相関が高いと判断され、偽検出となるおそれが高くなる。逆に、注目領域を広くしすぎると、偽検出は避けられるものの、実際には同一部位であるにも拘わらず相関が低いと判断される見逃しが発生し易い。したがって、注目領域の広さはそのときの試料表面の凹凸状態などに応じて適宜に決めることが望ましい。図3の例では、図中に示す注目領域が設定されると、斜線で示す高さ分布が抽出され、これが基準高さ分布となる。   Next, a point of interest (POI) and a region of interest (ROI) are set in the reference height distribution subjected to the plane correction, as shown in FIG. 3 (step S4). Now, consider a case where the attention area is rectangular and the attention point is set at the approximate center of the attention area. If the region of interest is too small, it is determined that the correlation is high in the correlation coefficient calculation described later, even though it is not the same part as the comparison region, and the possibility of false detection increases. Conversely, if the region of interest is too wide, false detection can be avoided, but an oversight that is judged to have a low correlation even though it is actually the same part is likely to occur. Therefore, it is desirable that the size of the region of interest is appropriately determined according to the uneven state of the sample surface at that time. In the example of FIG. 3, when the attention area shown in the figure is set, a height distribution indicated by diagonal lines is extracted, and this becomes a reference height distribution.

続いて、図4(a)に示すように、比較対象高さ分布において走査領域を設定する(ステップS5)。走査領域とは、比較対象高さ分布が得られている領域の中で、上記注目領域と同様の(つまり相関性が高い)高さ分布を有する領域を探索する範囲である。この走査領域が広いほど相関係数の算出等の演算量が増加するため、同一部位の探索処理に時間を要する。一方、同一部位の探索はこの走査領域の範囲内でしか行われないから、例えば試料の変形等によって位置が移動した同一点を見つけたい場合に、その移動先が確実に含まれるように走査領域を設定する必要がある。したがって、移動量や移動方向が不明である場合には、或る程度余裕をもって広めに走査領域を設定する。   Subsequently, as shown in FIG. 4A, a scanning region is set in the comparison target height distribution (step S5). The scanning region is a range in which a region having a height distribution similar to that of the region of interest (that is, having a high correlation) is searched for in the region in which the comparison target height distribution is obtained. As the scanning region is wider, the amount of calculation for calculating the correlation coefficient and the like increases, so that it takes time to search for the same part. On the other hand, since the search for the same part is performed only within the range of this scanning region, for example, when it is desired to find the same point whose position has been moved due to deformation of the sample, the scanning region is surely included in the moving destination. Need to be set. Therefore, when the amount of movement and the direction of movement are unknown, the scanning area is set wider with some margin.

そして、図4(a)に示すように、比較対象高さ分布の中で上記注目領域ROIと同じx'−y'面上の大きさの比較領域を設定し、この比較領域を走査領域の範囲内で離散的に、つまり座標位置単位でステップ的に移動させながら(ステップS6)、比較領域に含まれる比較対象高さ分布と注目領域に含まれる基準高さ分布とを比較して、その高さ分布の相関係数を計算する(ステップS7)。図3及び図4の例では、注目領域ROIに含まれる基準高さ分布データの個数はx軸方向、y軸方向にそれぞれ3個ずつの、合計9個である(図4(b)参照)。したがって、比較領域に含まれる高さデータも同様に9個であり、図4(a)に示すように比較領域を、x軸方向及びy軸方向に隣接する9個の比較対象高さ分布データが含まれるようにステップ状に順次移動させてゆく。   Then, as shown in FIG. 4A, a comparison region having the same size on the x′-y ′ plane as the region of interest ROI is set in the comparison target height distribution, and this comparison region is set as a scanning region. While moving discretely within the range, that is, step by step in coordinate position units (step S6), the comparison target height distribution included in the comparison area is compared with the reference height distribution included in the attention area, A correlation coefficient of the height distribution is calculated (step S7). In the example of FIGS. 3 and 4, the number of reference height distribution data included in the region of interest ROI is nine in total, three each in the x-axis direction and the y-axis direction (see FIG. 4B). . Accordingly, the height data included in the comparison area is similarly nine, and as shown in FIG. 4A, nine comparison target height distribution data adjacent to the comparison area in the x-axis direction and the y-axis direction. It is moved sequentially step by step so that it is included.

基準高さ分布データとこれと同数の比較対象高さ分布データとの相関係数の計算、及びその計算結果に基づく同一点探索には、デジタル画像相関法と同じアルゴリズムを用いる。一例を挙げる。いま、基準高さ分布を表す関数をF、比較対象高さ分布を表す関数をGとしたとき、関数Fと関数Gとの相関の強さを表す相関係数R(u,v)を例えば次の(3)式により求める。相関係数が採り得る値の範囲は−1≦R(u,v)≦1である。
ここで、Sは注目領域、(x'L,x'L)は注目領域S内の座標、Fm,Gm はそれぞれ関数F、Gの平均値である。また(x'L+u,y'L+v)は座標(x'L,x'L)の移動後の座標である。
The same algorithm as the digital image correlation method is used for calculating the correlation coefficient between the reference height distribution data and the same number of comparison target height distribution data, and for searching for the same point based on the calculation result. Take an example. Now, assuming that the function representing the reference height distribution is F and the function representing the comparison target height distribution is G, a correlation coefficient R (u, v) representing the strength of the correlation between the function F and the function G is, for example, It calculates | requires by following (3) Formula. The range of values that the correlation coefficient can take is −1 ≦ R (u, v) ≦ 1.
Here, S is the attention area, (x ′ L , x ′ L ) is the coordinates in the attention area S, and F m and G m are the average values of the functions F and G, respectively. Further, (x ′ L + u, y ′ L + v) is a coordinate after movement of the coordinates (x ′ L , x ′ L ).

上述したように比較領域を走査領域内で移動させる毎に上記(3)式により相関係数R(u,v)を求めることにより、走査領域よりも一回り小さい領域に図5(a)に示すような相関係数の値の二次元分布が得られる。この二次元分布はx−y面上の座標位置毎の値である。高さ分布つまりは試料表面の三次元計測の水平方向の空間分解能が十分に高ければ、相関係数の二次元分布はほぼ曲面形状になる。しかしながら、一般に上述したような各種の表面分析装置による、試料表面三次元計測の水平方向の空間分解能は垂直方向の空間分解能に比べて低い。そこで、上記のように求めた相関係数を用いて、x−y面上で隣接する座標位置の間の連続的な(実際にはより微小間隔毎の離散的な)位置における相関係数を平滑化処理により求めることで、相関係数を連続化する(ステップS8)。相関係数の連続化は、例えば上記非特許文献3に記載の技術を利用して行うことができる。   As described above, each time the comparison area is moved within the scanning area, the correlation coefficient R (u, v) is obtained by the above equation (3), so that the area is slightly smaller than the scanning area as shown in FIG. A two-dimensional distribution of correlation coefficient values as shown is obtained. This two-dimensional distribution is a value for each coordinate position on the xy plane. If the height distribution, that is, the spatial resolution in the horizontal direction of the three-dimensional measurement of the sample surface is sufficiently high, the two-dimensional distribution of the correlation coefficient is substantially curved. However, in general, the spatial resolution in the horizontal direction of the sample surface three-dimensional measurement by the various surface analyzers as described above is lower than the spatial resolution in the vertical direction. Therefore, using the correlation coefficient obtained as described above, the correlation coefficient at continuous (actually more discrete at every minute interval) between adjacent coordinate positions on the xy plane is calculated. By obtaining by smoothing processing, the correlation coefficient is made continuous (step S8). The continuation of the correlation coefficient can be performed using the technique described in Non-Patent Document 3, for example.

相関係数の連続化の一例を説明する。いま、x−y面上で或る座標位置を(uL,vL)=(0,0)とし、この周囲に隣接する座標位置を図6に示すように−1、0、1で表すものとする。このとき、(uL,vL)=(0,0)である座標位置とそれに隣接する座標位置との間の連続的な相関係数を次の(4)式で求めるようにする。
R(uL,vL)=a0+a1L+a2L+a3LL+a4L 2+a5L 2 …(4)
ここで、−1≦R(uL,vL)≦1、−1≦uL≦1、−1≦vL≦1、である。a0、a1、a2、a3、a4、a5は最小二乗法により決定される係数であり、上記の相関係数の分布で得られた値を(4)式に入れて計算することができる。
An example of continuous correlation coefficients will be described. Now, assume that a certain coordinate position on the xy plane is (u L , v L ) = (0, 0), and adjacent coordinate positions are represented by −1, 0, 1 as shown in FIG. Shall. At this time, a continuous correlation coefficient between a coordinate position where (u L , v L ) = (0, 0) and a coordinate position adjacent thereto is obtained by the following equation (4).
R (u L , v L ) = a 0 + a 1 u L + a 2 v L + a 3 u L v L + a 4 u L 2 + a 5 v L 2 (4)
Here, −1 ≦ R (u L , v L ) ≦ 1, −1 ≦ u L ≦ 1, and −1 ≦ v L ≦ 1. a 0 , a 1 , a 2 , a 3 , a 4 , a 5 are coefficients determined by the method of least squares, and the value obtained from the above-mentioned correlation coefficient distribution is calculated by putting it in the equation (4). can do.

このような相関係数の連続化処理を行うことで、図5(a)に示すような相関係数の二次元分布は、図5(b)に示すような滑らかな曲面で近似される。これにより、試料表面の三次元計測の水平方向の空間分解能が或る程度悪くても、水平方向の分解能が高い相関係数分布を求めることができる。そうして求めた相関係数分布において、最大の相関係数を与える位置を探索する(ステップS9)。上述したように相関係数分布は連続化されているから、相関係数が最大になる位置は必ずしも離散的な座標位置上であるとは限らない。最大の相関係数を与える位置が見つかったならば、そこが比較対象試料において注目点POIと同一点であり、それを囲む領域が注目領域ROIであると決定する(ステップS10)。   By performing such correlation coefficient continuation processing, the two-dimensional distribution of correlation coefficients as shown in FIG. 5A is approximated by a smooth curved surface as shown in FIG. Thereby, even if the spatial resolution in the horizontal direction of the three-dimensional measurement of the sample surface is somewhat deteriorated, a correlation coefficient distribution having a high horizontal resolution can be obtained. In the correlation coefficient distribution thus obtained, a position that gives the maximum correlation coefficient is searched (step S9). As described above, since the correlation coefficient distribution is continuous, the position where the correlation coefficient is maximized is not necessarily on discrete coordinate positions. If the position that gives the maximum correlation coefficient is found, it is determined that it is the same point as the point of interest POI in the sample to be compared, and the region surrounding it is the region of interest ROI (step S10).

但し、相関係数の最大値が小さな値である場合や相関係数の最大値を与える明確なピークが現れない場合には、同一点及び同一領域がないと判断するようにしてもよい。
以上のような手順により、比較対象試料の表面上で、基準試料の表面上に設定された注目点及び注目領域と同一である点や領域を精度よく見つけることができる。
However, when the maximum value of the correlation coefficient is a small value or when a clear peak that gives the maximum value of the correlation coefficient does not appear, it may be determined that there is no identical point and identical region.
Through the procedure described above, it is possible to accurately find a point or region that is the same as the point of interest and the region of interest set on the surface of the reference sample on the surface of the comparison target sample.

次に上記の同一部位検出処理を実際の試料に適用した実験例について説明する。
この実験では、試料として5mm×5mm×10mmの四角柱形状の純チタン試験片を用い、これに、力学的試験を実行する前に通常行われる表面処理である、機械研磨、熱処理、電解研磨、及び化学腐食を行った。デジタルホログラフィック顕微鏡(スイスLyncee Tec社製 DHM R1000)を用いて計測した、同一試料の異なる部位の表面凹凸プロファイルの例を図7に示す。
Next, an experimental example in which the same part detection process is applied to an actual sample will be described.
In this experiment, a 5 mm × 5 mm × 10 mm square columnar pure titanium test piece was used as a sample, and mechanical polishing, heat treatment, electrolytic polishing, which are surface treatments usually performed before performing a mechanical test, And chemical corrosion. FIG. 7 shows an example of the surface unevenness profile of different parts of the same sample, measured using a digital holographic microscope (DHM R1000 manufactured by Lynce Tec, Switzerland).

この図に示した範囲は一辺が約20〜30μmであり、高さの差は数十nm程度である。上記のような平坦化のための表面処理を施しても、ナノメートルオーダでは明瞭な凹凸プロファイルが現れており、しかもその凹凸プロファイルは部位毎に異なっていることが分かる。即ち、この凹凸プロファイルは人間の指紋と同様に取り扱うことができるものであり、これを利用して、試料上の同一点の探索や同一試料であることの検証・認証が可能となる。   In the range shown in this figure, one side is about 20 to 30 μm, and the difference in height is about several tens of nm. Even when the surface treatment for planarization as described above is performed, a clear unevenness profile appears in the nanometer order, and the unevenness profile is different for each part. That is, this uneven profile can be handled in the same way as a human fingerprint, and by using this, it is possible to search for the same point on the sample and to verify and authenticate that it is the same sample.

図8は上記デジタルホログラフィック顕微鏡を用いて計測した、無負荷状態における同一試料の表面凹凸プロファイルをもとに上記手法による同一点探索を実施した結果を示す画像であって、(a)が基準高さ分布を有する表面観察画像、(b)が比較対象高さ分布を有する表面観察画像である。同一点探索条件は、全測定領域のサイズ:700×700ピクセル、注目領域ROIのサイズ:40×40ピクセル、注目点POI:注目領域の中心点、走査領域のサイズ:80×80ピクセル、である。この例では基準高さ分布上に設定した23個の注目点について同一点探索を実施しているが、その全てについて同じ箇所が比較対象高さ分布上で検出されている。図9はこのときの三次元計測画像であって、(a)が基準高さ分布の注目点[1]周辺の画像、(b)が比較対象高さ分布で探索結果点周辺の画像である。この図から、両者が同一の凹凸パターンであることが分かる。
この結果から、上記の同一部位探索処理が有効であることが確認できる。
FIG. 8 is an image showing the result of performing the same point search by the above method based on the surface unevenness profile of the same sample in an unloaded state, measured using the digital holographic microscope. A surface observation image having a height distribution, and (b) is a surface observation image having a comparison target height distribution. The same point search conditions are: size of all measurement areas: 700 × 700 pixels, size of attention area ROI: 40 × 40 pixels, attention point POI: center point of attention area, scanning area size: 80 × 80 pixels. . In this example, the same point search is performed for 23 attention points set on the reference height distribution, but the same portion is detected on the comparison target height distribution for all of them. 9A and 9B are three-dimensional measurement images at this time. FIG. 9A is an image around the target point [1] of the reference height distribution, and FIG. 9B is an image around the search result point in the comparison target height distribution. . From this figure, it can be seen that both have the same uneven pattern.
From this result, it can be confirmed that the same part searching process is effective.

一方、図10は、圧縮負荷試験前後における同一試料の表面凹凸プロファイルをもとに上記手法による同一点探索を実施した結果を示す画像であって、(a)が基準高さ分布(負荷試験前)、(b)が比較対象高さ分布(負荷試験後)である。同一点探索条件は上述の無負荷の場合と同じである。この例でも基準高さ分布上に設定した23個の注目点について同一点探索を実施しているが、その全てについて類似の箇所が比較対象高さ分布上で的確に検出されていることが分かる。図11はこのときの三次元計測画像であって、(a)が基準高さ分布の注目点[1]周辺の画像、(b)が比較対象高さ分布で探索結果点周辺の画像である。この図から、きわめて類似した凹凸パターンであることが分かる。
以上のことから、上記の同一部位探索処理は試料に負荷が掛かって或る程度の変形が生じた状態であっても、十分に有効であることが確認できる。
On the other hand, FIG. 10 is an image showing the result of performing the same point search by the above method based on the surface unevenness profile of the same sample before and after the compression load test, and (a) is a reference height distribution (before the load test). ), (B) is the comparison target height distribution (after the load test). The same point search condition is the same as in the case of no load described above. In this example as well, the same point search is performed for 23 attention points set on the reference height distribution, but it can be seen that similar portions are accurately detected on the comparison target height distribution. . FIG. 11 is a three-dimensional measurement image at this time, where (a) is an image around the target point [1] of the reference height distribution, and (b) is an image around the search result point in the comparison target height distribution. . From this figure, it can be seen that the pattern is very similar.
From the above, it can be confirmed that the same part searching process is sufficiently effective even in a state in which a load is applied to the sample and a certain degree of deformation occurs.

次に、上述した特定部位検出方法を用いた本発明に係る試料分析装置の実施例を説明する。図12はこの実施例による試料分析装置の概略ブロック構成図である。
Next, an example of the sample analyzer according to the present invention using the above-described specific site detection method will be described. FIG. 12 is a schematic block diagram of the sample analyzer according to this embodiment.

この試料分析装置は、試料ステージ1上に載置された試料2に対して三次元形状データを取得するとともに撮像を行う計測部3と、計測部3で得られた三次元形状データに基づいて高さ分布を形成する三次元計測データ処理部5と、計測部3で撮像された画像信号を処理する観察画像処理部4と、基準高さ分布を記憶する基準高さ情報記憶部7と、基準高さ分布と比較対象高さ分布とから上述したような連続化された相関係数分布を算出する高さ相関処理部6と、相関係数分布に基づいて同一点や同一領域を探索する同一点検出部8と、試料ステージ1を少なくともx軸方向及びy軸方向(通常はさらにこれら二軸に直交するz軸方向にも)に所定範囲内で移動させるモータ等を含むステージ駆動部9と、各種制御を実行する制御部10と、ユーザが操作するための操作部11と、表示部12と、を備える。計測部3は試料2の表面の三次元形状のデータが取得可能であればその計測手法は問わないが、例えば、走査型プローブ顕微鏡、走査型共焦点レーザ顕微鏡、又はデジタルホログラフィック顕微鏡などによる計測手法を用いることができる。   The sample analyzer acquires three-dimensional shape data for the sample 2 placed on the sample stage 1 and also measures the three-dimensional shape data obtained by the measuring unit 3 that captures and images the three-dimensional shape data. A three-dimensional measurement data processing unit 5 that forms a height distribution, an observation image processing unit 4 that processes an image signal captured by the measurement unit 3, a reference height information storage unit 7 that stores a reference height distribution, The height correlation processing unit 6 that calculates the continuous correlation coefficient distribution as described above from the reference height distribution and the comparison target height distribution, and searches for the same point or the same region based on the correlation coefficient distribution A stage driving unit 9 including a same point detection unit 8 and a motor for moving the sample stage 1 within a predetermined range at least in the x-axis direction and the y-axis direction (usually also in the z-axis direction perpendicular to these two axes). A control unit 10 that executes various controls; It includes an operation portion 11 for over THE operates, a display unit 12, a. The measurement unit 3 may be of any measurement method as long as it can acquire the three-dimensional shape data of the surface of the sample 2. For example, measurement by a scanning probe microscope, a scanning confocal laser microscope, or a digital holographic microscope is possible. Techniques can be used.

この試料分析装置による特徴的な動作を、図14を参照して以下に説明する。
即ち、試料ステージ1上に試料2が載置されると、計測部3は試料2に対する計測を実行し、三次元計測データ処理部5は三次元計測データに基づいて試料2上の所定範囲の凹凸プロファイル(高さ分布)を求める。これと並行して観察画像処理部4は例えば試料2上の所定範囲の光学的観察画像を形成する。この光学的観察画像は制御部10により表示部12の画面上に表示され、測定者はこの観察画像を見ながら操作部11により観察ポイントを指定する。
The characteristic operation of this sample analyzer will be described below with reference to FIG.
That is, when the sample 2 is placed on the sample stage 1, the measurement unit 3 performs measurement on the sample 2, and the three-dimensional measurement data processing unit 5 performs a predetermined range on the sample 2 based on the three-dimensional measurement data. The uneven profile (height distribution) is obtained. In parallel with this, the observation image processing unit 4 forms an optical observation image of a predetermined range on the sample 2, for example. The optical observation image is displayed on the screen of the display unit 12 by the control unit 10, and the measurer designates an observation point by the operation unit 11 while viewing the observation image.

いま、例えば図14(a)に示すように、試料ステージ1上の試料載置範囲30内に試料2が載置され、その中の観察視野31の範囲だけが光学的観察画像として表示部12の画面上に表示されているものとする。この観察視野31の位置は固定される一方、試料載置範囲30及び試料2は試料ステージ1の移動に伴って移動可能であるから、試料ステージ1を移動させると試料2上で観察視野31に収まる部位が変化する。つまり、試料ステージ1を適宜に移動させることで、測定者は試料2上の任意の部位を観察することができる。また観察視野31の大きさは倍率により相違し、倍率を上げれば観察視野31は小さくなる。ここでは、図14(a)において、点32で示す位置を測定者が観察ポイントとして設定したものとする。   Now, for example, as shown in FIG. 14A, the sample 2 is placed in the sample placement range 30 on the sample stage 1, and only the range of the observation visual field 31 therein is displayed as an optical observation image on the display unit 12. It is assumed that it is displayed on the screen. While the position of the observation visual field 31 is fixed, the sample placement range 30 and the sample 2 can be moved with the movement of the sample stage 1, so when the sample stage 1 is moved, the observation visual field 31 is moved to the observation visual field 31 on the sample 2. The part that fits changes. That is, the measurer can observe an arbitrary part on the sample 2 by appropriately moving the sample stage 1. Further, the size of the observation visual field 31 differs depending on the magnification, and the observation visual field 31 becomes smaller as the magnification is increased. Here, in FIG. 14A, it is assumed that the position indicated by the point 32 is set as an observation point by the measurer.

観察ポイントが指定されると制御部10は、試料ステージ9の位置を定めるステージ座標上での観察ポイントに対応した座標位置を求め、高さ相関処理部6に通知する。高さ相関処理部6は高さ分布の中で観察ポイントに対応した位置を求め、これを注目点としてその周りに所定の大きさの注目領域を設定する。そしてその注目領域内に収まる高さ分布を抽出し、これを基準高さ分布として基準高さ情報記憶部7に保存する。   When the observation point is designated, the control unit 10 obtains a coordinate position corresponding to the observation point on the stage coordinates for determining the position of the sample stage 9 and notifies the height correlation processing unit 6 of the coordinate position. The height correlation processing unit 6 obtains a position corresponding to the observation point in the height distribution, and sets an attention area of a predetermined size around the position as an attention point. Then, a height distribution that falls within the region of interest is extracted and stored in the reference height information storage unit 7 as a reference height distribution.

測定者が試料2の計測や観察を終了して一旦、その試料2を試料ステージ1から取り出したあと、再び同じ試料(試料が同一であれば負荷試験等により或る程度の変形があってもよい)2を試料ステージ1上に載置して観察を行う場合を考える。このとき、試料ステージ1上での試料2の載置位置は、多くの場合、1回目の測定時と同一とはならず、図14(b)に示すように位置ズレ(ここではx−y面上で平行移動した状態の位置ズレを想定する)が生じる。このとき、測定者が先の観察ポイントを再び観察したい場合であっても、その観察ポイントが観察視野31から外れていることもあるし、観察画像上からはどこが観察ポイントであるかを見つけるのが難しいこともある。   Once the measurer has finished measuring and observing the sample 2, once the sample 2 is taken out of the sample stage 1, the same sample (if the sample is the same, even if there is some deformation due to a load test or the like) Consider a case where 2) is placed on the sample stage 1 for observation. At this time, in many cases, the mounting position of the sample 2 on the sample stage 1 is not the same as that at the time of the first measurement, and a positional shift (here, xy) as shown in FIG. Assuming a positional shift in a state of translation on the surface). At this time, even if the measurer wishes to observe the previous observation point again, the observation point may be out of the observation field of view 31, and the observation image can be found where the observation point is. Can be difficult.

そこで、測定者が操作部11で観察ポイント追尾実行の指示を行うと、高さ相関処理部6は、そのときに三次元計測データ処理部5により作成された試料2表面の高さ分布を比較対象高さ分布とし、これと基準高さ情報記憶部7に保存されている基準高さ分布との相関係数分布を求める。同一点検出部8はその相関係数分布から注目点に対する同一点を探索し、その同一点の座標位置を制御部10に知らせる。この同一点の座標位置が現在の観察ポイントの座標位置であるから、制御部10において追尾移動量算出部100は上記同一点を観察視野31の中央まで移動させるためのx軸方向、y軸方向の移動量をそれぞれ算出し、これに応じてステージ駆動部9を制御して試料ステージ1を移動させる。これにより、図14(c)に示すように、試料ステージ1上の試料載置範囲は30a→30b、試料は2a→2bへ移動し、観察ポイントは32a→32bのように観察視野31の略中央に移動する。このようにして、試料2上の観察ポイントを観察視野31の範囲に収めるようにすることができる。   Therefore, when the measurer instructs the execution of the observation point tracking using the operation unit 11, the height correlation processing unit 6 compares the height distribution of the surface of the sample 2 created by the three-dimensional measurement data processing unit 5 at that time. A target height distribution is obtained, and a correlation coefficient distribution between this and a reference height distribution stored in the reference height information storage unit 7 is obtained. The same point detection unit 8 searches for the same point with respect to the target point from the correlation coefficient distribution, and informs the control unit 10 of the coordinate position of the same point. Since the coordinate position of the same point is the coordinate position of the current observation point, the tracking movement amount calculation unit 100 in the control unit 10 moves the same point to the center of the observation field 31 in the x-axis direction and the y-axis direction. And the stage drive unit 9 is controlled accordingly to move the sample stage 1. As a result, as shown in FIG. 14C, the sample placement range on the sample stage 1 is 30a → 30b, the sample is moved from 2a → 2b, and the observation point is an abbreviation of the observation field 31 as 32a → 32b. Move to the center. In this way, the observation point on the sample 2 can be kept within the range of the observation visual field 31.

上記説明は同一試料が試料ステージ1上に置き直されたことにより試料の載置位置がずれてしまった場合の例であるが、何らかの要因により試料自体又は試料上の観察ポイントが移動する場合でも、上記と同様にして観察ポイントに追従させることができる。試料自体又は試料上の観察ポイントの移動は自発的な移動、外的要因による移動、の両方が考えられる。前者としては例えばマイクロマシンの運動や動作などがある。また後者としては例えば熱等による膨張・圧縮などがある。また、試料ステージ1や試料2の位置自体には変化がなく、計測部3における温度変化などの要因により観察視野31自体がずれる(ドリフトする)ことにより観察ポイントから外れてしまう場合でもあっても、上記と同様にして観察視野を観察ポイントに追従させることができる。   The above description is an example of the case where the sample placement position has shifted due to the same sample being placed on the sample stage 1, but even if the sample itself or the observation point on the sample moves due to some factor. The observation point can be followed in the same manner as described above. The movement of the observation point on the sample itself or the sample can be both spontaneous movement and movement due to an external factor. The former includes, for example, the movement and operation of a micromachine. Examples of the latter include expansion / compression due to heat and the like. In addition, there is no change in the position of the sample stage 1 or the sample 2 itself, and there may be a case where the observation field of view 31 itself is shifted (drifted) due to a temperature change or the like in the measuring unit 3 and deviates from the observation point. The observation visual field can be made to follow the observation point in the same manner as described above.

なお、図14に示した例は試料がx−y面上で平行移動する位置ズレを想定していたが、z軸周りの回転による位置ズレがあってもその成分が小さければ上記のようなx軸方向及びy軸方向の移動のみで対応可能である。一方、z軸周りの回転成分が或る程度大きな場合には、試料ステージ1をz軸周りに回動可能な構成としておき、同一部位探索の際にz軸周りに所定微小角度ずつ回転させたときの相関係数分布を求めるような処理を追加すればよい。   The example shown in FIG. 14 assumes a positional shift in which the sample moves in parallel on the xy plane. However, if the component is small even if there is a positional shift due to rotation around the z axis, This can be handled only by movement in the x-axis direction and the y-axis direction. On the other hand, when the rotational component around the z-axis is large to some extent, the sample stage 1 is configured to be rotatable around the z-axis and rotated by a predetermined minute angle around the z-axis when searching for the same part. What is necessary is just to add the process which calculates | requires correlation coefficient distribution at the time.

図13は本発明には包含されないものの本発明に関連する試料分析装置の概略ブロック構成図である。図12に示した試料分析装置と基本的には同じ構成であるが、基準高さ情報記憶部7に代えて正規品高さ情報記憶部20を設け、制御部10は追尾移動量算出部100に代えて正規品識別部101を備える。 FIG. 13 is a schematic block diagram of a sample analyzer related to the present invention although not included in the present invention . Although the configuration is basically the same as that of the sample analyzer shown in FIG. 12, a regular product height information storage unit 20 is provided instead of the reference height information storage unit 7, and the control unit 10 tracks the tracking movement amount calculation unit 100. Instead, a regular product identification unit 101 is provided.

この試料分析装置は、或る種の製品の正規品に予め特徴的な凹凸プロファイルを形成しておき、この凹凸プロファイルと同じ凹凸プロファイルを有するか否かを調べることにより、製品が正規品であるか偽造品であるかを識別するものである。この場合、上記の特徴的な凹凸プロファイルを基準高さ分布として正規品高さ情報記憶部20に保存しておく。検査対象の製品が試料2として試料ステージ1上に置かれ、検査実行が指示されると、高さ相関処理部6は、そのときに三次元計測データ処理部5により作成された試料2の表面の高さ分布を比較対象高さ分布とし、これと正規品高さ情報記憶部20に保存されている基準高さ分布との相関係数分布を求める。同一点検出部8はその相関係数分布から特徴的な凹凸プロファイルと同一である領域を探索し、その探索結果を制御部10に知らせる。   In this sample analyzer, a characteristic irregularity profile is formed in advance on a regular product of a certain type of product, and the product is genuine by checking whether or not the irregularity profile is the same as this irregularity profile. Or a counterfeit product. In this case, the characteristic uneven profile is stored in the regular product height information storage unit 20 as a reference height distribution. When the product to be inspected is placed on the sample stage 1 as the sample 2 and the execution of the inspection is instructed, the height correlation processing unit 6 causes the surface of the sample 2 created by the three-dimensional measurement data processing unit 5 at that time. And a correlation coefficient distribution between this and the reference height distribution stored in the regular product height information storage unit 20 is obtained. The same point detection unit 8 searches the correlation coefficient distribution for a region that is the same as the characteristic uneven profile, and notifies the control unit 10 of the search result.

正規品は全て上記特徴的な凹凸プロファイルを有しているとの前提の下では、或る製品にこの凹凸プロファイルが見いだせない場合、この製品は偽造品の可能性が高いと判断できる。そこで、特徴的な凹凸プロファイルと同一である領域が見いだされたとの探索結果が同一点検出部8において得られた場合、正規品識別部101は、検査した試料2が正規品であるとの識別結果を表示部12に表示させる。一方、特徴的な凹凸プロファイルと同一である領域が見いだせないとの探索結果が得られた場合には、正規品識別部101は検査した試料2が偽造品であるとの識別結果を表示部12に表示させる。   Under the assumption that all regular products have the above-described characteristic uneven profile, if this uneven profile cannot be found in a certain product, it can be determined that this product is highly likely to be a counterfeit product. Therefore, when the search result that the same region as the characteristic uneven profile is found is obtained in the same point detection unit 8, the regular product identification unit 101 identifies that the inspected sample 2 is a regular product. The result is displayed on the display unit 12. On the other hand, when a search result is obtained that an area identical to the characteristic uneven profile cannot be found, the genuine product identification unit 101 displays the identification result that the inspected sample 2 is a counterfeit product. To display.

また、上記のような特徴的な凹凸プロファイルを用いた製品の確認・評価は、正規品/偽造品の識別以外に様々な用途に利用することができる。例えば、製品の種別毎、或いは同じ製品でも製造工場毎に異なる特徴的な凹凸プロファイルを製品の表面に形成しておくことにより、この特徴的な凹凸プロファイルを識別して製品の種別や製造工場を特定することが可能となる。つまりは、凹凸プロファイルを製品タグとして利用したり、或いは製品のトレーサビリティに利用したりすることができる。   Further, the confirmation / evaluation of products using the characteristic uneven profile as described above can be used for various purposes other than the identification of genuine / counterfeit products. For example, by forming a unique uneven profile on the product surface for each type of product, or even for the same product, for each manufacturing plant, this characteristic uneven profile can be identified to identify the product type and manufacturing factory. It becomes possible to specify. In other words, the uneven profile can be used as a product tag or used for product traceability.

さらにまた、上記の実験例で示したように、負荷試験前の試料表面において複数の注目点を設定し、負荷試験後にそれら複数の注目点とそれぞれ同一である点を探索して、各注目点の移動量や移動方向を求めれば、負荷試験による試料の変形の定量評価を行うことができる。   Furthermore, as shown in the above experimental example, a plurality of points of interest are set on the sample surface before the load test, and a point that is the same as each of the points of interest after the load test is searched for. If the amount of movement and the direction of movement are determined, quantitative evaluation of the deformation of the sample by a load test can be performed.

なお、上記実施例は本発明の一例であるから、上記に記載した以外の点において、本発明の趣旨の範囲で適宜に修正、変更、追加などを行っても、本願発明に包含されることは明らかである。   In addition, since the said Example is an example of this invention, even if it corrects, changes, an addition etc. suitably in the range of the meaning of this invention in points other than what was described above, it is included by this invention. Is clear.

1…試料ステージ
2…試料
3…計測部
4…観察画像処理部
5…三次元計測データ処理部
6…高さ相関処理部
7…基準高さ情報記憶部
8…同一点検出部
9…ステージ駆動部
10…制御部
100…追尾移動量算出部
101…正規品識別部
11…操作部
12…表示部
20…正規品高さ情報記憶部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sample stage 2 ... Sample 3 ... Measurement part 4 ... Observation image processing part 5 ... Three-dimensional measurement data processing part 6 ... Height correlation processing part 7 ... Reference height information storage part 8 ... Same point detection part 9 ... Stage drive Unit 10 ... Control unit 100 ... Tracking movement amount calculation unit 101 ... Genuine product identification unit 11 ... Operation unit 12 ... Display unit 20 ... Genuine product height information storage unit

Claims (8)

試料の表面形状の測定結果に基づいて該試料上の特定部位を検出する特定部位検出方法を用いた試料分析装置であって、
前記特定部位検出方法は、
a)目的試料の表面高さの二次元分布である比較対象高さ分布を計測する高さ分布計測ステップと、
b)特定部位検出の基準となる、所定領域における表面高さの二次元分布である基準高さ分布を取得する基準高さ分布取得ステップと、
c)前記基準高さ分布と、前記比較対象高さ分布の中で前記所定領域と同じ大きさの比較領域における高さ分布と、についての相関を示す指標値を、前記所定領域の位置を比較対象高さ分布の中で該領域の面上の二次元方向に移動させつつそれぞれ計算することにより、両高さ分布の相関を示す指標値の二次元分布を求める高さ相関取得ステップと、
d)前記両高さ分布の相関を示す指標値の二次元分布を用いて、前記比較対象高さ分布の中で最大の相関を与える位置を見いだして該位置を特定部位であると認識する認識ステップと、
を有し、
試料の表面高さの二次元分布を計測する高さ分布計測手段と、
第1の時点において目的試料を前記高さ分布計測手段により計測して得られる表面高さの二次元分布の中で注目点をユーザが指定するための指定手段と、
該指定手段により指定された注目点の周りの注目領域を前記所定領域として設定して前記基準高さ分布を取得し記憶する基準高さ分布記憶手段と、
第1の時点から時間が経過した第2の時点において目的試料を前記高さ分布計測手段により計測して得られる比較対象高さ分布に対し、前記高さ相関取得ステップによる処理によって、前記基準高さ分布記憶手段に記憶されている基準高さ分布との相関を示す指標の分布を求める高さ相関算出手段と、
前記高さ相関算出手段で得られた相関を示す指標分布を用いて、第2の時点における目的試料上の前記注目点の位置を見つける同一点検出手段と、
を備えることを特徴とする試料分析装置
A sample analyzer using a specific part detection method for detecting a specific part on the sample based on the measurement result of the surface shape of the sample ,
The specific site detection method includes:
a) a height distribution measuring step for measuring a comparison target height distribution which is a two-dimensional distribution of the surface height of the target sample;
b) a reference height distribution acquisition step for acquiring a reference height distribution which is a two-dimensional distribution of the surface height in a predetermined region, which is a reference for detecting a specific part;
c) The index value indicating the correlation between the reference height distribution and the height distribution in the comparison area having the same size as the predetermined area in the comparison target height distribution is compared with the position of the predetermined area. A height correlation acquisition step for obtaining a two-dimensional distribution of index values indicating a correlation between both height distributions by calculating each of the target height distributions while moving in a two-dimensional direction on the surface of the region,
d) using a two-dimensional distribution of index values indicating the correlation between the two height distributions, finding a position that gives the maximum correlation in the comparison target height distribution and recognizing the position as a specific part Steps,
I have a,
A height distribution measuring means for measuring a two-dimensional distribution of the surface height of the sample;
Designation means for the user to designate a point of interest in the two-dimensional distribution of surface height obtained by measuring the target sample with the height distribution measurement means at the first time point;
Reference height distribution storage means for acquiring and storing the reference height distribution by setting an attention area around the attention point designated by the designation means as the predetermined area;
For the comparison target height distribution obtained by measuring the target sample by the height distribution measuring means at the second time point when the time has elapsed from the first time point, the reference height is obtained by the processing by the height correlation obtaining step. A height correlation calculation means for obtaining a distribution of an index indicating a correlation with the reference height distribution stored in the height distribution storage means;
The same point detecting means for finding the position of the target point on the target sample at the second time point using the index distribution indicating the correlation obtained by the height correlation calculating means,
Sample analysis apparatus comprising: a.
試料の表面形状の測定結果に基づいて該試料上の特定部位を検出する特定部位検出方法を用いた試料分析装置であって、
前記特定部位検出方法は、
a)目的試料の表面高さの二次元分布である比較対象高さ分布を計測する高さ分布計測ステップと、
b)特定部位検出の基準となる、所定領域における表面高さの二次元分布である基準高さ分布を取得する基準高さ分布取得ステップと、
c)前記基準高さ分布と、前記比較対象高さ分布の中で前記所定領域と同じ大きさの比較領域における高さ分布と、についての相関を示す指標値を、前記所定領域の位置を比較対象高さ分布の中で該領域の面上の二次元方向に移動させつつそれぞれ計算することにより、両高さ分布の相関を示す指標値の二次元分布を求める高さ相関取得ステップと、
d)前記両高さ分布の相関を示す指標値の二次元分布を用いて、前記比較対象高さ分布の中で最大の相関を与える位置を見いだして該位置を特定部位であると認識する認識ステップと、
を有し、
試料の表面高さの二次元分布を計測する高さ分布計測手段と、
第1の時点において目的試料を前記高さ分布計測手段により計測して得られる表面高さの二次元分布の中で複数の注目点をユーザが指定するための指定手段と、
該指定手段により指定された複数の注目点の周りの注目領域を前記所定領域として設定して前記基準高さ分布を取得し記憶する基準高さ分布記憶手段と、
第1の時点から時間が経過した第2の時点において目的試料を前記高さ分布計測手段により計測して得られる比較対象高さ分布に対し、前記高さ相関取得ステップによる処理によって、前記基準高さ分布記憶手段に記憶されている複数の基準高さ分布との相関を示す指標の分布をそれぞれ求める高さ相関算出手段と、
前記相関を示す指標分布を用いて、第2の時点における目的試料上の複数の注目点の位置をそれぞれ見つける同一点検出手段と、
第1の時点における前記複数の注目点の位置と前記同一点検出手段により見いだされた複数の注目点との位置とから同一注目点の移動量及び移動方向を算出し、それに基づき、第1の時点から第2の時点までの試料の変形や変位に関する情報を求める変位検出手段と、
を備えることを特徴とする試料分析装置
A sample analyzer using a specific part detection method for detecting a specific part on the sample based on the measurement result of the surface shape of the sample ,
The specific site detection method includes:
a) a height distribution measuring step for measuring a comparison target height distribution which is a two-dimensional distribution of the surface height of the target sample;
b) a reference height distribution acquisition step for acquiring a reference height distribution which is a two-dimensional distribution of the surface height in a predetermined region, which is a reference for detecting a specific part;
c) The index value indicating the correlation between the reference height distribution and the height distribution in the comparison area having the same size as the predetermined area in the comparison target height distribution is compared with the position of the predetermined area. A height correlation acquisition step for obtaining a two-dimensional distribution of index values indicating a correlation between both height distributions by calculating each of the target height distributions while moving in a two-dimensional direction on the surface of the region,
d) using a two-dimensional distribution of index values indicating the correlation between the two height distributions, finding a position that gives the maximum correlation in the comparison target height distribution and recognizing the position as a specific part Steps,
I have a,
A height distribution measuring means for measuring a two-dimensional distribution of the surface height of the sample;
Designation means for the user to designate a plurality of points of interest in the two-dimensional distribution of surface height obtained by measuring the target sample with the height distribution measuring means at the first time point;
Reference height distribution storage means for acquiring and storing the reference height distribution by setting an attention area around a plurality of attention points designated by the designation means as the predetermined area;
For the comparison target height distribution obtained by measuring the target sample by the height distribution measuring means at the second time point when the time has elapsed from the first time point, the reference height is obtained by the processing by the height correlation obtaining step. Height correlation calculating means for respectively obtaining distributions of indices indicating correlations with a plurality of reference height distributions stored in the height distribution storage means;
The same point detecting means for finding the positions of a plurality of points of interest on the target sample at the second time point using the index distribution indicating the correlation,
A movement amount and a movement direction of the same attention point are calculated from the positions of the plurality of attention points at the first time point and the positions of the plurality of attention points found by the same point detecting means, Displacement detection means for obtaining information on deformation and displacement of the sample from the time point to the second time point;
Sample analysis apparatus comprising: a.
請求項1又は2に記載の試料分析装置であって、
前記特定部位検出方法前記高さ相関取得ステップは、試料表面上の各微小位置の高さの値で構成される高さ分布画像データに対し、デジタル画像相関法と同等のアルゴリズムを適用することにより、相関を示す指標値としての相関係数の分布を求めることを特徴とする試料分析装置
The sample analyzer according to claim 1 or 2,
Said height correlation acquisition step of the specific portion detecting method, with respect to the height distribution image data composed of the value of the height of each micro position on the sample surface, applying a digital image correlation method algorithm equivalent the sample analyzer and obtaining a distribution of correlation coefficient as an index value indicating the correlation.
請求項3に記載の試料分析装置であって、
前記特定部位検出方法は、前記高さ分布計測ステップ及び前記基準高さ分布取得ステップにより得られた高さ分布に対し、その高さの基準面の傾き及び/又は曲がりを補正する平面補正処理ステップをさらに含むことを特徴とする試料分析装置
The sample analyzer according to claim 3,
The specific part detecting method includes a plane correction processing step of correcting the inclination and / or bending of the reference surface of the height distribution obtained by the height distribution measurement step and the reference height distribution acquisition step. A sample analyzer further comprising:
請求項3に記載の試料分析装置であって、
前記特定部位検出方法は、空間的に隣接する微小領域における相関係数を用いて、その隣接する微小領域の間の相関係数を連続化する連続化処理ステップさらに含むことを特徴とする試料分析装置
The sample analyzer according to claim 3,
The specific part detection method further includes a sample processing step of using a correlation coefficient in spatially adjacent microregions to make a correlation coefficient between the adjacent microregions continuous. Equipment .
請求項に記載の試料分析装置であって、
試料の表面観察画像を取得する画像取得手段と、
第2の時点において前記画像取得手段により取得される前記目的試料の表面観察画像上で、前記同一点検出手段により検出された注目点の位置を表示する特定位置表示手段と、
をさらに備えることを特徴とする試料分析装置。
The sample analyzer according to claim 1 ,
An image acquisition means for acquiring a surface observation image of the sample;
Specific position display means for displaying the position of the point of interest detected by the same point detection means on the surface observation image of the target sample acquired by the image acquisition means at a second time point;
A sample analyzer further comprising:
請求項に記載の試料分析装置であって、
試料の表面観察画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段による表面観察画像の位置を変更するべく、試料又は該画像取得手段の少なくともいずれか一方を移動させる移動手段と、
第2の時点において前記画像取得手段により前記目的試料の表面観察画像を得る際に、前記同一点検出手段により検出された注目点が画像上で所定の位置に来るように又は所定範囲に入るように前記移動手段を制御する追尾制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする表面観察装置。
The sample analyzer according to claim 1 ,
An image acquisition means for acquiring a surface observation image of the sample;
Moving means for moving at least one of the sample and the image acquisition means in order to change the position of the surface observation image by the image acquisition means;
When a surface observation image of the target sample is obtained by the image acquisition unit at a second time point, the attention point detected by the same point detection unit is located at a predetermined position on the image or within a predetermined range. Tracking control means for controlling the moving means;
A surface observation apparatus further comprising:
請求項1〜7のいずれかに記載の試料分析装置であって、
前記高さ分布計測手段は、デジタルホログラフィック顕微鏡、走査型共焦点レーザ顕微鏡、又は走査型プローブ顕微鏡のいずれかであることを特徴とする試料分析装置。
The sample analyzer according to any one of claims 1 to 7 ,
The sample analyzer according to claim 1, wherein the height distribution measuring means is any one of a digital holographic microscope, a scanning confocal laser microscope, and a scanning probe microscope.
JP2009051773A 2009-03-05 2009-03-05 Sample analyzer using specific site detection method Active JP5481883B2 (en)

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