JP6161798B2 - イメージ取得方法及びこれを利用したイメージ取得装置 - Google Patents

Description

本発明は、イメージ取得方法及びこれを利用したイメージ取得装置に関し、より詳細には、ウエハのような平坦な測定対象の表面の欠陥をより詳細にイメージできるイメージ取得方法及びこれを利用したイメージ取得装置に関する。

走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ、Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）は、ＭＥＭＳ工程等によって製作された微細なプローブを試料の表面上に走るようにしながら（Ｓｃａｎｎｉｎｇ）、その試料の表面特性を測定し、３Ｄイメージに見せる顕微鏡をいう。このような走査型プローブ顕微鏡は、測定方式によって原子間力顕微鏡（ＡＦＭ、Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ、Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）などに細分化される。

一般に、原子間力顕微鏡のような走査型プローブ顕微鏡は、探針の測定位置を決定するために、光学ビジョンシステム（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）を使用する。光学ビジョンシステムは、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ、電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、相補性金属酸化膜半導体）のようなイメージセンサを用いたデジタル方式のカメラと、測定対象の表面側に向いた対物レンズと、カメラと対物レンズとを光学的に連結して、対物レンズに結ばれた像をカメラのイメージセンサに伝達する鏡筒を含んで構成される。

走査型プローブ顕微鏡を用いて測定対象の表面を測定するときには、まず、精密ステージを用いて、上述した光学ビジョンシステムをＺ方向（上下方向）に移動させて測定対象の表面に焦点を合わせる。これにより、イメージセンサには、測定対象の表面の像が結ばれるようになり、カメラから出力される信号をモニタのような表示装置に表示することにより、ユーザは、対物レンズの倍率どおりに拡大された測定対象の表面を確認することができる。

その後、光学ビジョンシステムで測定対象の表面を確認しながら、測定対象をＸＹ方向に移動させるＸＹステージを用いて測定対象を所望の位置に移動させ、走査型プローブ顕微鏡による測定を行う。

このような走査型プローブ顕微鏡、特に、原子間力顕微鏡は、ウエハのような平坦な測定対象の欠陥レビュー（ｄｅｆｅｃｔ ｒｅｖｉｅｗ）に多く活用されている。このような欠陥レビューは、光学ビジョンシステムで欠陥の位置を確認し、その位置に探針を移動させて（実際には測定対象を移動する）、欠陥の詳しい形状を探針を介してイメージすることにより行うようになる。

しかし、ウエハのように平坦な測定対象の表面の欠陥が幅の大きくない場合には、光学ビジョンシステムで欠陥の存在を確認し難く、ついに、走査型プローブ顕微鏡による欠陥レビューが不可能であるか、制限的に行われるようになる場合がしばしば発生する。

図１ａは、光学ビジョンシステムで見たウエハの表面イメージであり、図１ｂは、図１ａの表面イメージをローパスフィルタを用いてイメージ処理したバックグラウンドイメージであり、図１ｃは、図１ａのイメージからバックグラウンドイメージを減算したイメージであり、図１ｄは、図１ｃのイメージを３２回重ね合わせたイメージであり、図１ｅは、図１ｃのイメージを５１２回重ね合わせたイメージである。

図１ａに示すように、肉眼ではウエハ上の欠陥を発見し難い。これにより、欠陥を目立って見えるようにするために、通常はローパスフィルタ（ｌｏｗ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）を使用して高周波領域のノイズ成分を除去し、図１ｂのようなバックグラウンドイメージ（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｉｍａｇｅ）を得た後、図１ａのイメージからバックグラウンドイメージを除去して図１ｃのようなイメージを得る処理を行う。しかし、図１ｃに示すように、この場合にも矢印で表示された部分に位置する欠陥を肉眼で確認することは難しいという点が分かる。

これにより、アベレージング（ａｖｅｒａｇｉｎｇ）効果を得るために、図１ｃのイメージを複数回（３２回）重ね合わせて図１ｄのようなイメージを得る。信号対雑音比（ＳＮＲ；Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）が重ね合わせ回数の平方根に比例するため、重ね合わせを繰り返す場合に、ノイズに比べて欠陥が目立って見えるようになる。したがって、図１ｄに矢印で表示された程度の欠陥は、さらに目立って見えるようになるが、これより小さい欠陥は、依然として視認不可能であるという問題を有する。

さらに、図１ｅを参照すると、このような重ね合わせ度効果は微々であり、イメージを５１２回重ね合わせても、３２回重ね合わせた場合に比べて欠陥が目立って見えることはない。

したがって、イメージの重ね合わせ処理を行う場合にも、光学ビジョンシステムで視認できる欠陥には限界が明らかに存在し、このため、欠陥レビューを行わなければならない欠陥であるにもかかわらず、見過ごす場合が多く発生する。これは、イメージセンサのピクセル間の不均一性、光学システムの位置による不均一性などが原因であると思われる。

本発明は、上記のような問題を解決するために案出されたものであって、本発明において解決しようとする課題は、ウエハのような平坦な測定対象の表面の欠陥をより詳細にイメージできるイメージ取得方法及びこれを利用したイメージ取得装置を提供することにある。

本発明の課題は、以上で言及した課題等に制限されず、言及されていないさらに他の課題等は、下記の記載から当業者に明確に理解され得るであろう。

上記の課題を解決するための本発明の一実施形態に係るイメージ取得方法は、所定サイズのピクセル（ｐｉｘｅｌ）単位で測定対象の表面のイメージ（ｉｍａｇｅ）を得るイメージ取得手段と、前記測定対象を移動させることができる移動手段とを含む測定装置を利用してイメージを得る方法であって、前記イメージ取得手段により前記測定対象の表面のうち、第１の領域のイメージを得るステップと、前記移動手段により前記測定対象を移動させて前記第１の領域と異なる第２の領域のイメージを得るステップと、前記第１の領域及び前記第２の領域のうち、いずれか１つのイメージから他の１つのイメージを減算してデファレンシャルイメージ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｉｍａｇｅ）を得るステップと、前記デファレンシャルイメージを複数回重ね合わせるステップとを含むことを特徴とする。

上記課題を解決するための本発明の他の実施例に係るイメージ取得方法は、所定サイズのピクセル（ｐｉｘｅｌ）単位で測定対象の表面のイメージ（ｉｍａｇｅ）を得るイメージ取得手段と、前記測定対象を移動させることができる移動手段とを含む測定装置を利用してイメージを得る方法であって、前記イメージ取得手段により前記測定対象の表面のうち、第１の領域のイメージをＮ回（ここで、Ｎは、２以上の整数）得るステップと、Ｎ個の前記第１の領域のイメージを合算して第１の合算イメージを得るステップと、前記移動手段により前記測定対象を前記第１の領域と異なる第２の領域に移動させるステップと、前記イメージ取得手段により前記測定対象の表面のうち、第２の領域のイメージをＭ回（ここで、Ｍは、２以上の整数）得るステップと、Ｍ個の前記第２の領域のイメージを合算して第２の合算イメージを得るステップと、前記第１の合算イメージ及び前記第２の合算イメージのうち、いずれか１つから他の１つを減算してデファレンシャルイメージ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｉｍａｇｅ）を得るステップとを含むことを特徴とする。

また、本発明の他の特徴によれば、前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記イメージ取得手段の解像度のサイズ以上に離れていることを特徴とする。

また、本発明のさらに他の特徴によれば、前記第１の領域と前記第２の領域とは、感知しようとする感知対象のサイズより小さいサイズの分だけ離れていることを特徴とする。

また、本発明のさらに他の特徴によれば、前記Ｎと前記Ｍとは同一であることを特徴とする。

上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係るイメージ取得装置は、所定サイズのピクセル（ｐｉｘｅｌ）単位で測定対象の表面のイメージ（ｉｍａｇｅ）を得るイメージ取得手段と、前記測定対象を移動させることができる移動手段と、前記イメージ取得手段から得たイメージを受信してイメージ処理を行い、前記移動手段の駆動を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記イメージ取得手段により前記測定対象の表面のうち、第１の領域のイメージを得るし、前記移動手段により前記測定対象を移動させて前記第１の領域と異なる第２の領域のイメージを得た後、前記第１の領域及び前記第２の領域のイメージのうち、いずれか１つのイメージから他の１つのイメージを減算してデファレンシャルイメージ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｉｍａｇｅ）を得るし、前記デファレンシャルイメージを複数回重ね合わせて、測定対象の表面のイメージを処理することを特徴とする。

上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係るイメージ取得装置は、所定サイズのピクセル（ｐｉｘｅｌ）単位で測定対象の表面のイメージ（ｉｍａｇｅ）を得るイメージ取得手段と、前記測定対象を移動させることができる移動手段と、前記イメージ取得手段から得たイメージを受信してイメージ処理を行い、前記移動手段の駆動を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記イメージ取得手段により前記測定対象の表面のうち、第１の領域のイメージをＮ回（ここで、Ｎは、２以上の整数）得るし、Ｎ個の前記第１の領域のイメージを合算して第１の合算イメージを算出し、前記移動手段により前記測定対象を前記第１の領域と異なる第２の領域に移動させ、前記イメージ取得手段により前記測定対象の表面のうち、第２の領域のイメージをＭ回（ここで、Ｍは、２以上の整数）得るし、Ｍ個の前記第２の領域のイメージを合算して第２の合算イメージを算出し、前記第１の合算イメージ及び前記第２の合算イメージのうち、いずれか１つから他の１つを減算してデファレンシャルイメージ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｉｍａｇｅ）を算出し、測定対象の表面のイメージを処理することを特徴とする。

また、本発明の他の特徴によれば、前記イメージ取得手段は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳを用いたイメージ装置であることを特徴とする。

上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る原子間力顕微鏡は、上述したイメージ取得装置を含むことを特徴とする。

本発明に係るイメージ取得方法とこれを利用したイメージ取得装置によれば、ウエハのような平坦な測定対象の表面の欠陥をより詳細にイメージできるようになり、欠陥レビューを効果的に行うことができる。

光学ビジョンシステムで見たウエハの表面イメージである。 図１ａの表面イメージをローパスフィルタを用いてイメージ処理したバックグラウンドイメージである。 図１ｂのイメージからバックグラウンドイメージを減算したイメージである。 図１ｃのイメージを３２回重ね合わせたイメージである。 図１ｃのイメージを５１２回重ね合わせたイメージである。 本発明の一実施形態に係るイメージ取得装置の概略的な概念図である。 本発明の一実施形態に係るイメージ取得方法のフローチャートである。 ウエハの第１の領域のイメージである。 ウエハの第２の領域のイメージである。 図４ａのイメージと図４ｂのイメージのデファレンシャルイメージである。 図５のデファレンシャルイメージを３２回重ね合わせたイメージである。 図５のデファレンシャルイメージを５１２回重ね合わせたイメージである。 測定対象の欠陥を側面から概略化して見た図である。 第１の領域と第２の領域とが離れている距離を解像度より小さくした場合に、測定対象の欠陥を側面で概略化して見た図である。 第１の領域と第２の領域とが離れている距離を欠陥のサイズより大きくした場合に、測定対象の欠陥を側面で概略化して見た図である。 本発明の他の実施形態に係るイメージ取得方法のフローチャートである。 図１０のイメージ取得方法の様々な変形例を示した時間フローチャートである。

本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、添付される図面とともに詳細に後述されている実施形態を参照すれば、明確になるはずである。しかし、本発明は、以下において開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形で実現されることができ、単に本実施形態は、本発明の開示が完全なようにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有した者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇により定義されるだけである。

素子（ｅｌｅｍｅｎｔｓ）または層が他の素子または層の「上（ｏｎ）」に指し示されるものは、他の素子のすぐ上にまたは中間に他の層若しくは他の素子を介在した場合を全て含む。

例え、第１、第２などが種々の構成要素を叙述するために使用されるが、これらの構成要素は、これらの用語により制限されないことはもちろんである。これらの用語らは、単に１つの構成要素を他の構成要素と区別するために使用するものである。したがって、以下において言及される第１構成要素は、本発明の技術的思想内で第２構成要素でありうることはもちろんである。

明細書の全体にわたって同一参照符号は、同一構成要素を表す。

図面において表れた各構成の大きさ及び厚さは、説明の便宜のために図示されたものであり、本発明が、図示された構成の大きさ及び厚さに必ず限定されるものではない。

本発明の種々の実施形態のそれぞれの特徴が部分的にまたは全体的に互いに結合または組み合わせ可能であり、当業者が十分理解できるように技術的に様々な連動及び駆動が可能であり、各実施形態が相互に対して独立的に実施可能でありうるし、連関関係として共に実施可能でありうる。

以下、添付された図面を参考して本発明に係るイメージ取得方法及びこれを利用したイメージ取得装置について説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係るイメージ取得装置の概略的な概念図である。図２を参照して、まず、本発明のイメージ取得方法が適用され得るイメージ取得装置１００について説明する。

本発明の一実施形態に係るイメージ取得装置１００は、イメージ取得手段１１０と、移動手段１３０と、制御部１５０と、表示装置１７０とを備えて構成される。

イメージ取得手段１１０は、所定サイズのピクセル（ｐｉｘｅｌ）単位で測定対象１の表面のイメージを光学的に得る手段であって、本実施形態では、デジタル方式のカメラ１１１と、鏡筒１１２と、対物レンズ１１３と、光源１１４とを備えて構成される。

デジタル方式のカメラ１１１は、ＣＣＤやＣＭＯＳのようなイメージセンサを装着したカメラを意味し、イメージをピクセル単位でデジタル化して制御部１５０に送信する。このようなカメラ１１１は、デジタル方式であればいかなるイメージセンサを使用しても構わず、様々な解像度のカメラが適用可能である。例えば、デジタル方式のカメラ１１１として、日本のソニー（ＳＯＮＹ）社のモデル名ＸＣＬ−５００５ＣＲを使用することができる。

鏡筒１１２は、カメラ１１１がその上部に装着され、その下部には対物レンズ１１３が装着されて、対物レンズ１１３で拡大された像をカメラ１１１のイメージセンサに伝達する役割を行う。また、光ファイバ１１５とも連結されて、光源１１４から光をその内部に照射して測定対象１の表面のイメージを視認できるようにする。

対物レンズ１１３は、測定対象１の表面のイメージを拡大する役割をし、倍率は様々に設定されることができる。すなわち、５倍、１０倍、２０倍の倍率の対物レンズがその用途によって様々に適用されることができ、例えば、ウエハ表面の観察の場合、１０倍の倍率の対物レンズが使用され得る。

イメージ取得手段１００は、Ｚステージ１２０により上下に移動されることができる。Ｚステージ１２０は、直線移動ステージであって、様々な方式の移動ステージが使用され得るし、例えば、ボールスクリュー方式の移送ステージが使用され得る。このようなＺステージ１２０を用いて対物レンズ１１３に像が結ばれるようにイメージ取得手段１００の位置を上下に調整する。

移動手段１３０は、測定対象１をＸＹ平面で移動させることができる手段を意味し、長距離移送装置１３１と、短距離移送装置１３２とを備えて構成されることができる。

長距離移送装置１３１は、移送正確度は比較的高くないが、速い時間内に長い距離の移送が可能な装置であって、例えば、公知のボールスクリュー方式の移送ステージでありうる。

それに対し、短距離移送装置１３２は、移送正確度が高く、短い距離の移送が可能な装置であって、例えば、原子間力顕微鏡で使用されるＸＹスキャナ装置でありうる。ここで、ＸＹスキャナ装置とは、原子間力顕微鏡で測定対象のＸＹスキャンを担当するピエゾ駆動スキャナをいい、（株）パークシステムズのＸＹスキャナ装置でありうる。詳しい事項は、（株）パークシステムズのホームページ（ｗｗｗ．ｐａｒｋａｆｍ．ｃｏｍ）に開示されている。

長距離移送装置１３１と短距離移送装置１３２とは、いずれか１つのみを使用して構成されることもできるが、共に使用することが速い移送と正確な移送との両方を満たすことができ、好ましい。

制御部１５０は、イメージ取得手段１１０及び移動手段１３０を制御し、イメージ取得手段１１０から得られたイメージデータを処理して表示装置１７０に測定対象１の表面イメージを表示する。制御部１５０を用いた詳しい制御方法は後述する。

表示装置１７０は、制御部１５０で処理したイメージを外部のユーザが視認できるように表示する装置を意味し、公知のＬＣＤモニタ、ＣＲＴモニタ、ＯＬＥＤモニタなどが使用され得る。

以下では、上述したような構成を有したイメージ取得装置１００を用いてイメージを取得する方法について具体的に説明する。

図３は、本発明の一実施形態に係るイメージ取得方法のフローチャートである。また、図４ａは、ウエハの第１の領域のイメージであり、図４ｂは、ウエハの第２の領域のイメージである。また、図５は、図４ａのイメージと図４ｂのイメージとのデファレンシャルイメージである。また、図６ａは、図５のデファレンシャルイメージを３２回重ね合わせたイメージであり、図６ｂは、図５のデファレンシャルイメージを５１２回重ね合わせたイメージである。

参考までに、以下において説明する図４ａ、図４ｂのイメージは、ソニー社のモデル名ＸＣＬ−５００５ＣＲをカメラ１１１として使用して得たものであり、１０倍の倍率の対物レンズ１１３を介して拡大して得たものである。カメラ１１１のセルサイズ（ｃｅｌｌ ｓｉｚｅ）は、横、縦において３．４５μｍであり、画像サイズは、２４４８×２０５０（５，０１８，４００ピクセル）であり、フレームレート（ｆｒａｍｅ ｒａｔｅ）は１５ｆｐｓである。

図３に示すように、本実施形態の一実施形態に係るイメージ取得方法は、第１の領域のイメージ取得ステップＳ１１０、第２の領域のイメージ取得ステップＳ１２０、デファレンシャルイメージ取得ステップＳ１３０、及びデファレンシャルイメージ重ね合わせステップＳ１４０を含んで構成される。

第１の領域のイメージ取得ステップＳ１１０は、測定対象１の表面のうち、任意の第１の領域のイメージを得るステップである。第１の領域のイメージは、図４ａのように得られることができる。図４ａのようなイメージは、上述したイメージ取得手段１１０のカメラ１１１で得られた１個のフレームのイメージを表示装置１７０により表したものを取り込むことにより得られた。

その後、図４ｂのような第２の領域のイメージを得る（Ｓ１２０）。第２の領域は、第１の領域と異なる領域を意味するが、第１の領域とほとんどの領域が重ねられても、一部のみでも重ねられなければ、第２の領域であるといえる。また、第１の領域から第２の領域に測定対象を移送させることは、移送手段１３０が担当するが、特に、短距離移送装置１３２が好適に利用され得る。

本実施形態において第２の領域は、移送手段１３０により測定対象１を図４ａを基準とするとき、右側に１μｍ移動させた後、イメージ取得手段１１０により得られたイメージと対応する領域として設定された。ここで、第２の領域の様々な設定方法については後述する。

図４ａ及び図４ｂに示すように、肉眼では測定対象１であるウエハ上の欠陥を発見し難い。これにより、制御部１５０により後述するイメージ処理（ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を行うようになる。

ステップＳ１２０後に得られた第１の領域のイメージ及び第２の領域のイメージのうち、いずれか１つのイメージから他の１つのイメージを減算してデファレンシャルイメージ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｉｍａｇｅ）を得る（Ｓ１３０）。

イメージを減算することは、各ピクセル別になされるようになるが、第１の領域の（ｉ，ｊ）地点に位置するピクセルのローデータ（ｒａｗ ｄａｔａ）値を第２の領域の（ｉ，ｊ）地点に位置するピクセルのローデータ値で除算することによりなされることができる。図５の場合、グレースケール（ｇｒａｙ ｓｃａｌｅ）に予め変換された図４ａ及び図４ｂのデータを用いて階調値を互いに除算することによりイメージが得られた。このような減算は、種々の方法でなされることができ、例えば、Ｒ値、Ｇ値、Ｂ値をそれぞれ除算した後に平均を出し、グレースケールに変換する方法が可能であり、Ｇチャネルの値のみを除算する方法も可能である。

減算により図５のように平坦化されたイメージが得られたが、これによっても肉眼で欠陥を確認し難いので、ステップＳ１３０後に、図５のようなデファレンシャルイメージを重ね合わせるステップを行う（Ｓ１４０）。

本ステップのイメージの重ね合わせは、各セルの階調値を加える方式で行われるようになるが、重ね合わせの回数が多くなるほど、欠陥がさらに目立って見えるようになる。図６ａのように３２回の重ね合わせを行った場合より、図６ｂのように５１２回の重ね合わせを行った場合にさらに多い欠陥を視認することができるようになる。このような重ね合わせの回数は、視認しようとする欠陥のサイズを考慮して様々に決定することができる。

図６ｂに示すように、図４ａ及び図４ｂにおいてどうしても視認できなかった欠陥まで視認することができるようになり、小さい欠陥も原子間力顕微鏡で欠陥レビューを行うことができるようになるので、さらに詳しい欠陥レビューが可能である。

図７は、測定対象の欠陥を側面で概略化して見た図である。特に、図７（ａ）は、図４ａ及び図４ｂに対応する欠陥を示した図であり、図７（ｂ）は、これのデファレンシャルイメージを示した図である。

図７を参照して、上述した本発明のイメージ取得方法により得られたイメージにより欠陥がさらに詳しく視認可能な理由を説明する。

図７（ａ）に示すように、第１の領域でのイメージ（実線で図示）と第２の領域でのイメージ（点線で図示）において、欠陥２は、一部が重ねられ、一部は重ねられないようにイメージされる。ここで、測定対象１を移動してもセンサ及び光学システムなどの不均一性によるバックグラウンドイメージはそのまま重ねられて測定されるので、欠陥２のみが移動されるように測定される。

図７（ｂ）に示すように、第１の領域のイメージから第２の領域のイメージを除算し、デファレンシャルイメージを得ることができる。デファレンシャルイメージは、バックグラウンドイメージが完全に除去されて欠陥２の外郭の基準線３の信号強度Ｉが０に収束され、かつ、このデファレンシャルイメージの場合、規準線３に比べて高くイメージされる地点と低くイメージされる地点とが互いに隣接して位置するようになり、その間にはイメージの階調値が急激に変化する地点４が存在するようになって、反転されたイメージの形を見せる。すなわち、規準線３に比べて明るく表示される領域５と暗く表示される領域６とが互いに隣接して位置するようになる。

さらに図７（ｂ）に示すように、デファレンシャルイメージにおいて、バックグラウンドイメージが規準線３のように扁平に変形され、かつ最も明るく表示される地点７と最も暗く表示される地点８とが互いに隣接して位置されることにより、イメージ重ね合わせを行う場合に、バックグラウンドイメージは重ね合わせにより増幅されず、欠陥２部分の階調値の差異のみが増幅される。したがって、１つのイメージを得て重ね合わせる既存の方法に比べて少ない数の重ね合わせを行いながらも、バックグラウンドの屈曲を減らしながら最も大きい階調値の差、すなわち、明るさの差異を得ることができ、視認性に優れたものである。

図８は、第１の領域と第２の領域とが離れている距離を解像度より小さくした場合に、測定対象の欠陥を側面で概略化して見た図であり、図９は、第１の領域と第２の領域とが離れている距離を欠陥のサイズより大きくした場合に、測定対象の欠陥を側面で概略化して見た図である。

以下、図８及び図９を参照して、第１の領域と第２の領域とがある程度離れていると効果的に欠陥２を視認可能であるかについて説明する。

本実施形態では、理論的にカメラ１１１の１つのセルに表示される領域は、横、縦においてそれぞれ３．４５μｍの領域であり、測定対象１は、１０倍の対物レンズ１１３により拡大されて表示されるので、実際的にカメラ１１１の１つのセルに表示される領域は、横、縦においてそれぞれ０．３４５μｍのサイズの領域である。カメラ１１１では、ピクセル単位でデータが得られるようになるので、ピクセルのサイズが識別可能な最小単位、すなわち、解像度（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）であるといえる。したがって、本実施形態のイメージ取得装置１００の解像度は、理論的に０．３４５μｍになることができる。

しかし、これは、解像度を求める１つの例示に過ぎず、解像度とは、イメージ取得手段１００により識別可能な最小長さ単位を意味する。すなわち、解像度は、上述したように理論的に計算されることができるが、対物レンズ１１３の光学的特性、光学システムの品質などにより制限されることができる。例えば、色々と知られた原因（開口数ＮＡによるＡｉｒｙ ｄｉｓｋ直径など）により対物レンズ１１３の解像度が１μｍに制限されると、カメラ１１１の解像度がより小さいとしても、イメージ取得装置１００の解像度は、対物レンズ１１３の解像度である１μｍに制限されることができる。

図８のように、解像度範囲以内の範囲で第１の領域（実線）と第２の領域（点線）とが離れていると、第１の領域のイメージと第２の領域のイメージとを減算して図８（ｂ）のようにデファレンシャルイメージを得る場合、最も明るく表示される地点７と最も暗く表示される地点８との間の明るさの差異（すなわち、信号のサイズの差異）が微細になることにより、欠陥をそのまま測定することに比べても区別がさらに難しくなる。したがって、第１の領域のイメージと第２の領域のイメージとは、少なくともイメージ取得装置１００の解像度よりは大きく離れていることが好ましい。

それに対し、図９のように、欠陥２が互いに重ねられないように第１の領域（実線）と第２の領域（点線）とが離れていると、図９（ｂ）のようにデファレンシャルイメージにおいて最も明るく表示される地点７と最も暗く表示される地点８とが隣接しないようになり、図７（ｂ）でのようなイメージの階調値が急激に変化する地点４が存在しないようになることにより、視認性が低下する。

したがって、少なくともイメージ取得手段１１０の解像度以上に測定対象１を移動手段１３０により移動させることが好ましく、かつ測定しようとする欠陥２のサイズ（すなわち、ＸＹ方向の幅）を考慮して、欠陥２のサイズ以下に測定対象１を移動手段１３０により移動させることが好ましい。ここで、解像度は、カメラ１１１の種類及び対物レンズ１１３の倍率により変化するので、カメラ１１１及び対物レンズ１１３の仕様によって決定され得る。

本実施形態では、カメラ１１１そのものの解像度は０．３４５μｍであるが、対物レンズ１１３の解像度が１μｍであって、イメージ取得装置１００の解像度が１μｍに決められることにより、第１の領域から１μｍの分だけ右側に測定対象１を移動させて第２の領域をイメージし、これにより、１μｍ以上の欠陥の視認性を優秀にした。このような第１の領域と第２の領域との間の距離は、測定しようとする欠陥のサイズによって様々に設定することができる。

一方、第１の領域と第２の領域とが左右に離隔して位置するものと本実施形態で説明したが、これに局限されるものではなく、上下に位置してもよく、一定の角度を有して離隔して位置しても構わない。

図１０は、本発明の他の実施形態に係るイメージ取得方法のフローチャートであり、図１１は、図１０のイメージ取得方法の様々な変形例を示した時間フローチャートである。

図１０に示すように、本発明の他の実施形態に係るイメージ取得方法は、第１の領域のイメージをＮ回（ここで、Ｎは、２以上の整数）取得するステップ（Ｓ２１０）、第１の領域のイメージ等を合算して第１の合算イメージを得るステップ（Ｓ２２０）、移動手段１３０により測定対象１を第１の領域と異なる第２の領域に移動させるステップ（Ｓ２３０）、第２の領域のイメージをＭ回（ここで、Ｍは、２以上の整数）取得するステップ（Ｓ２４０）、第２の領域のイメージ等を合算して第２の合算イメージを得るステップ（Ｓ２５０）、及び第１の合算イメージ及び第２の合算イメージのうち、いずれか１つから他の１つを減算してデファレンシャルイメージを得るステップ（Ｓ２６０）を含んで構成される。

図３のイメージ取得方法は、デファレンシャルイメージを先に得るし、これを重ね合わせることを特徴とするが、本実施形態のイメージ取得方法は、重ね合わせを先に行った後にデファレンシャルイメージを得ることにおいてのみ相違があるので、相違点を中心として説明する。

まず、第１の領域のイメージをＮ回（ここで、Ｎは、２以上の整数）取得する（Ｓ２１０）。これは、カメラ１１１を介して連続にＮ個のフレームのイメージを得ることで行われる。本実施形態のカメラ１１１の場合、フレームレートが１５ｆｐｓであるから、１秒に１５フレームのイメージを得ることができる。すなわち、一定時間の間、カメラ１１１を介してフレーム単位のイメージを得ることにより本ステップを行う。

次に、イメージ処理によりＳ２１０ステップで得られた各フレームのイメージをピクセル単位で合算し、第１の合算イメージを得る（Ｓ２２０）。これは、制御部１５０により行われることができる。

次いで、移動手段１３０により測定対象１を第１の領域と異なる第２の領域に移動させる（Ｓ２３０）。これについての詳しい説明は、上述したとおりであるから、省略する。

続いて、第２の領域のイメージをＭ回（ここで、Ｍは、２以上の整数）取得する（Ｓ２４０）。イメージの取得方法は、ステップＳ２１０と同じであるから、詳細な説明を省略する。

次いで、イメージ処理によりステップＳ２４０で得られた各フレームのイメージをピクセル単位で合算し、第２の合算イメージを得る（Ｓ２５０）。これは、制御部１５０により行われることができる。

その後、第１の合算イメージ及び第２の合算イメージのうち、いずれか１つから他の１つを減算してデファレンシャルイメージを得る（Ｓ２６０）。デファレンシャルイメージを得る方法は、図３のステップＳ１３０と同じであるから、詳細な説明を省略する。

これにより、結果的に図３のような効果を期待することができ、図６ｂのようなイメージを得ることができるようになる。

一方、ＮとＭとは互いに同じである必要はないが、図７（ｂ）のような正確な反転効果のためには、ＮとＭとが同じであることが好ましい。

図１１（ａ）に示すように、第１の領域を西方（すなわち、左側）に位置させた後、Ｎフレームのイメージを取得し、連続的に第２の領域を東方（すなわち、右側）に位置させた後、Ｍフレームのイメージを取得する方法で図１０の実施形態を行うことができる。

また、図１１（ｂ）に示すように、第１の領域を西方に位置させた後、Ｎフレームのイメージを取得し、連続的に第２の領域を東方に位置させた後、Ｍフレームのイメージを取得し、次いで、西方に位置した第１の領域を再度Ｐフレームの間イメージし、かつ東方に位置した第２の領域を再度Ｑフレームの間イメージする方法で図１０の実施形態を行うことができる。

また、図１１（ｃ）に示すように、第１の領域を西方に位置させた後、Ｎフレームのイメージを取得し、連続的に第２の領域を東方に位置させた後、Ｎフレームのイメージを取得し、次いで、第３の領域を北方（すなわち、上側）に位置させた後、Ｐフレームのイメージを取得し、連続的に第４の領域を南方（すなわち、下側）に位置させた後、Ｑフレームのイメージを取得する方法で図１０の実施形態を行うことができる。ここで、第１の領域を合算したイメージ、第２の領域を合算したイメージ、第３の領域を合算したイメージ、及び第４の領域を合算したイメージのうち、２つ以上を選択してデファレンシャルイメージを取得することができる。

上述したＭ、Ｎ、Ｐ、Ｑは、２以上の整数であって、互いに同じでなくても構わないが、図７（ｂ）のような正確な反転効果のためには、互いに同じであることが好ましい。

一方、第１の領域と第２の領域とが左右に離隔して位置し、第３の領域と第４の領域とが上下に離隔して位置することと本実施形態で説明したが、これに局限されるものではなく、第１の領域と第２の領域との間が上下に位置するか、一定の角度を有して離隔して位置しても構わず、かつ第３の領域と第４の領域との間が左右に位置してもよく、一定の角度を有して離隔して位置しても構わない。すなわち、第１の領域ないし第４の領域間の位置関係は自由に設定されることができる。

以上のように説明したイメージ取得方法とこれを利用したイメージ取得装置は、原子間力顕微鏡に利用されることができる。原子間力顕微鏡には、キャチレバーが測定対象の表面のどの地点に接触することになるか光学的に観察する光学ビジョンシステムが含まれるが、上述したイメージ取得方法は、このような光学ビジョンシステムに適用されることができる。

以上、添付された図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有した者は、本発明のその技術的思想や必須的な特徴を変更せずに、他の具体的な形態で実施され得るということが理解できるであろう。それ故に、以上で記述した実施形態は、あらゆる面において例示的なものであり、限定的でないものと理解すべきである。

Claims (8)

1. 所定サイズのピクセル（ｐｉｘｅｌ）単位で測定対象の表面のイメージ（ｉｍａｇｅ）を得るイメージ取得手段と、前記測定対象を移動させることができる移動手段とを含む測定装置を利用してイメージを得るイメージ取得方法であって、
   前記イメージ取得手段により前記測定対象の表面のうち、第１の領域のイメージを得るステップと、
   前記移動手段により前記測定対象を移動させて前記第１の領域と異なる第２の領域のイメージを得るステップと、
   前記第１の領域及び前記第２の領域のうち、いずれか１つのイメージから他の１つのイメージを減算してデファレンシャルイメージ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｉｍａｇｅ）を得るステップと、
   前記デファレンシャルイメージを複数回重ね合わせるステップと、
   を含み、
   前記第１の領域と前記第２の領域とは、感知しようとする感知対象のサイズより小さいサイズの分だけ離れていることを特徴とするイメージ取得方法。
2. 所定サイズのピクセル（ｐｉｘｅｌ）単位で測定対象の表面のイメージ（ｉｍａｇｅ）を得るイメージ取得手段と、前記測定対象を移動させることができる移動手段とを含む測定装置を利用してイメージを得るイメージ取得方法であって、
   前記イメージ取得手段により前記測定対象の表面のうち、第１の領域のイメージをＮ回（ここで、Ｎは、２以上の整数）得るステップと、
   Ｎ個の前記第１の領域のイメージを合算して第１の合算イメージを得るステップと、
   前記移動手段により前記測定対象を前記第１の領域と異なる第２の領域に移動させるステップと、
   前記イメージ取得手段により前記測定対象の表面のうち、第２の領域のイメージをＭ回（ここで、Ｍは、２以上の整数）得るステップと、
   Ｍ個の前記第２の領域のイメージを合算して第２の合算イメージを得るステップと、
   前記第１の合算イメージ及び前記第２の合算イメージのうち、いずれか１つから他の１つを減算してデファレンシャルイメージ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｉｍａｇｅ）を得るステップと、
   を含み、
   前記第１の領域と前記第２の領域とは、感知しようとする感知対象のサイズより小さいサイズの分だけ離れていることを特徴とするイメージ取得方法。
3. 前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記イメージ取得手段の解像度のサイズ以上に離れていることを特徴とする請求項１または２に記載のイメージ取得方法。
4. 前記Ｎと前記Ｍとは同一であることを特徴とする請求項２に記載のイメージ取得方法。
5. 所定サイズのピクセル（ｐｉｘｅｌ）単位で測定対象の表面のイメージ（ｉｍａｇｅ）を得るイメージ取得手段と、
   前記測定対象を移動させることができる移動手段と、
   前記イメージ取得手段から得たイメージを受信してイメージ処理を行い、前記移動手段の駆動を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記イメージ取得手段により前記測定対象の表面のうち、第１の領域のイメージを得て、前記移動手段により前記測定対象を移動させて前記第１の領域と異なる第２の領域のイメージを得た後、前記第１の領域及び前記第２の領域のイメージのうち、いずれか１つのイメージから他の１つのイメージを減算してデファレンシャルイメージ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｉｍａｇｅ）を得て、前記デファレンシャルイメージを複数回重ね合わせて、測定対象の表面のイメージを処理し、
   前記制御部は、前記第１の領域と前記第２の領域とが、感知しようとする感知対象のサイズより小さいサイズの分だけ離れているように、前記移動手段を制御することを特徴とするイメージ取得装置。
6. 所定サイズのピクセル（ｐｉｘｅｌ）単位で測定対象の表面のイメージ（ｉｍａｇｅ）を得るイメージ取得手段と、
   前記測定対象を移動させることができる移動手段と、
   前記イメージ取得手段から得たイメージを受信してイメージ処理を行い、前記移動手段の駆動を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記イメージ取得手段により前記測定対象の表面のうち、第１の領域のイメージをＮ回（ここで、Ｎは、２以上の整数）得て、Ｎ個の前記第１の領域のイメージを合算して第１の合算イメージを算出し、前記移動手段により前記測定対象を前記第１の領域と異なる第２の領域に移動させ、前記イメージ取得手段により前記測定対象の表面のうち、第２の領域のイメージをＭ回（ここで、Ｍは、２以上の整数）得て、Ｍ個の前記第２の領域のイメージを合算して第２の合算イメージを算出し、前記第１の合算イメージ及び前記第２の合算イメージのうち、いずれか１つから他の１つを減算してデファレンシャルイメージ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｉｍａｇｅ）を算出し、測定対象の表面のイメージを処理し、
   前記制御部は、前記第１の領域と前記第２の領域とが、感知しようとする感知対象のサイズより小さいサイズの分だけ離れているように、前記移動手段を制御することを特徴とするイメージ取得装置。
7. 前記イメージ取得手段は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳを用いたイメージ装置であることを特徴とする請求項５または６に記載のイメージ取得装置。
8. 請求項５ないし７のうちのいずれか一項に記載のイメージ取得装置を含むことを特徴とする原子間力顕微鏡。

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