JP2000305021A

JP2000305021A - 共焦点顕微鏡

Info

Publication number: JP2000305021A
Application number: JP11113163A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Okamoto; 陽一岡本
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 1999-04-21
Filing date: 1999-04-21
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2019-04-21
Also published as: JP4410335B2

Abstract

(57)【要約】【課題】任意の測定ラインに沿う高さ情報の変化を得
ることができ、しかも測定に要する時間が短い共焦点顕
微鏡を提供する。【解決手段】光源１０から出たレーザ光は、偏光ビー
ムスプリッタ１２、水平偏向装置１４ａ、垂直偏向装置
１４ｂ等を経て、対物レンズ１７によって試料ｗの表面
に集光し、表面を走査する。試料ｗの表面で反射したレ
ーザ光は、上記の光路を逆に辿り、偏光ビームスプリッ
タ１２を通過し、結像レンズ１８によって集光され、ピ
ンホールを通過したレーザ光が受光素子１９に検出され
る。処理装置４６が、ステージ制御回路４０を介して試
料ｗを光軸方向に変位させ、受光量が最大になるときの
光軸方向位置を高さデータとして各画素ごとに求める。
Ｘ方向測定ラインが指定されると、そのＹ方向位置デー
タが部分偏向停止回路４５に与えられ、部分偏向停止回
路４５は垂直偏向装置１４ｂによるレーザ光の偏向を停
止し、そのＹ方向位置に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は共焦点顕微鏡、特
に、対象物の表面の高さ又は深さの情報を測定する共焦
点顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】共焦点顕微鏡は、測定の対象物に単色光
（通常はレーザ光）を照射し、対象物からの反射光又は
透過光を対物レンズを含む光学系を通して受光素子で受
光する。通常、受光素子の手前にはピンホールが設けら
れ、対象物の測定面における対物レンズの焦点と、ピン
ホールにおける受光側の焦点とが共焦点を形成するよう
に光学系が形成される。このような構成によれば、対物
レンズの焦点と対象物との光軸方向での相対距離を変化
させたときに受光量が最大になる相対距離を求めること
により、対象物の高さ（深さ）情報を得ることができ
る。対物レンズの焦点と対象物との光軸方向での相対距
離を変化させる方法には、対象物を光軸方向に変位させ
る以外に、屈折率が変化するレンズを対物レンズと対象
物の間に挿入することにより、対物レンズの焦点を光軸
方向に変化させる方法等がある。

【０００３】また、対象物をレーザ光で走査することに
より走査範囲全域にわたって対象物の高さ情報が得られ
る。一次元の走査によれば一次元のラインに沿って高さ
情報が得られ、二次元の走査をすれば、二次元平面全域
での高さ情報、すなわち対象物の三次元情報を得ること
ができる。レーザ光による対象物の走査は、対象物を固
定してレーザ光を偏向させる方法でもよいし、レーザ光
を固定して対象物を変位させる方法でもよい。

【０００４】このような共焦点顕微鏡の一例を以下に説
明する。

【０００５】図４に示すように、この共焦点顕微鏡で
は、レーザ光源１０１から出たレーザ光線はコリメート
レンズ１０２を通りガルバノミラー１０３によって一次
元の線に沿って偏向される。このレーザ光線はビームス
プリッタ１０４及び１／４波長板１０５を通過し、第１
ハーフミラー１０６で光路を曲げられ、結像レンズ１０
７及び第２ハーフミラー１０８を通過した後、対物レン
ズ１０９によって、ステージ１１０上に置かれた試料
（対象物）１１１に集光する。

【０００６】試料１１１からの反射光は、上記の光路を
逆に辿って対物レンズ１０９、第２ハーフミラー１０
８、結像レンズ１０７を通過し、第１ハーフミラー１０
６で光路を曲げられて１／４波長板１０５を再度通過す
る。その結果、ビームスプリッタ１０４で光路を曲げら
れ、一次元イメージセンサ１１２に受光される。ガルバ
ノ駆動回路１１３によってガルバノミラー１０３が振動
すると、レーザ光線は試料１１１の表面を直線状に一次
元走査する。

【０００７】また、試料１１１が置かれたステージ１１
０は、ステージ制御回路１１４によって光軸方向に駆動
される。対物レンズ１０９の焦点が試料１１１の表面に
結ばれているとき、一次元イメージセンサ１１２の表面
に焦点が結ばれるように、共焦点光学系が形成されてい
る。一次元イメージセンサ１１２の幅は十分小さいの
で、一次元イメージセンサ１１２の手前にピンホールを
設けることなく共焦点光学系が形成される。つまり、対
物レンズ１０９の焦点が試料１１１の表面に結ばれてい
るとき、一次元イメージセンサ１１２の受光量は最大に
なる。

【０００８】一次元イメージセンサ１１２から得られた
信号はセンサ駆動回路１１５によって処理され、Ａ／Ｄ
変換器でディジタル値に変換された後、マイクロコンピ
ュータを用いた処理装置（図示せず）に与えられる。処
理装置は、ステージ制御回路１１４を介して試料１１１
を光軸方向に変位させ、一次元イメージセンサ１１２の
受光量が最大になるときの試料表面の光軸方向の相対位
置データ（高さデータ）を得る。そして、レーザ光線が
試料１１１の表面を直線状に一次元走査したとき、一次
元イメージセンサ１１２に集光されたレーザ光は一次元
イメージセンサ１１２の長手方向に沿って移動する。こ
の結果、一次元イメージセンサ１１２を構成する各素子
ごとに、受光量の変化による高さデータが得られる。こ
のようにして、試料１１１の直線に沿う表面高さの変
化、つまり断面形状が得られる。

【０００９】図４の共焦点顕微鏡は、白色光源１１６、
コリメータレンズ１１７、ＣＣＤカメラ１１８を含む観
察用光学系をも備えている。この観察用光学系は、上記
の共焦点光学系と対物レンズ１０９を共有し、光軸が一
致している。白色光源１１６から出た白色光は、コリメ
ータレンズ１１７を通り、第２ハーフミラー１０８で光
路を曲げられ、対物レンズ１０９によって試料１１１に
集光する。試料１１１で反射した白色光は、対物レンズ
１０９、第２ハーフミラー１０８、結像レンズ１０７、
第１ハーフミラー１０６を通過してＣＣＤカメラ１１８
内のＣＣＤ素子に結像する。

【００１０】ＣＣＤカメラ１１８で撮像された試料１１
１の表面のカラー画像は、モニタ画面に表示される。そ
して、上述の共焦点光学系によって測定された試料１１
１の直線に沿う表面高さの変化、すなわち断面形状が表
面のカラー画像に重畳表示される。この表示例を図５に
示す。

【００１１】図５において、１２０は、モニタ画面に表
示された、例えば半導体集積回路のベアチップの表面パ
ターンを簡素化して描いたものである。モニタ画面の中
央の横線１２１は、レーザ光線が試料１１１の表面を一
次元走査する直線である。つまり、この横線に沿って試
料１１１の表面高さが測定される。その結果得られた断
面形状が輪郭線１２２として表示される。

【００１２】上述のように、この共焦点顕微鏡は、一次
元のラインに沿って試料の表面高さを測定する。二次元
の走査をして二次元走査の全域での高さ情報を得る場合
に比べて、装置の機械的及び電気的構造が簡素になり、
コスト低減を図ることができる利点を有する。試料によ
っては、一次元のラインに沿う高さ又は深さの変化が分
かれば十分である測定も多い。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の共焦点顕微鏡は、図５に示したように、高さ情報
が得られる一次元のラインがモニタ画面の中央部横線に
固定されている。これは、共焦点光学系から得られる高
さ情報とＣＣＤカメラによるカラー画像との対応をとる
ための合理的な構成として、共焦点光学系と観察用光学
系とで対物レンズを共用し、光軸を一致させているから
である。

【００１４】したがって、例えば、図５に示された試料
の表面画像中の領域１２３を通るライン１２４に沿う高
さ情報を得ようとすれば、モニタ画面を見ながら領域１
２３が画面中央部に来るように、ステージ１１０上で試
料１１１を動かす必要がある。しかし、この試料１１１
の表面画像は拡大画像であるから、上記の位置決めは容
易ではなく、かなり骨の折れる作業である。

【００１５】一方、試料の表面を二次元走査をして二次
元走査の全域で高さ情報を得る共焦点顕微鏡の場合は、
コンピュータ処理によって任意のラインに沿う表面形状
（断面の輪郭）を得ることが可能である。しかし、この
場合は、二次元走査の全域で高さ情報を得た後に、所望
のラインに沿う高さ情報を抽出するので、測定時間が長
くかかる欠点を有している。

【００１６】そこで本発明は、任意の測定ラインに沿う
高さ情報の変化を得ることができ、しかも測定に要する
時間が短い共焦点顕微鏡を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明による共焦点顕微
鏡は、対象物に光を照射する光源と対象物からの反射光
又は透過光を対物レンズを含む光学系を通して受光する
受光素子とを含む共焦点光学系、対象物を光で走査する
ための走査機構、対物レンズの焦点と対象物との光軸方
向での相対距離を変化させる変位機構、所望の測定ライ
ンを指定する測定ライン指定手段、測定ライン指定手段
で指定された測定ラインに沿う複数の点に関して、対物
レンズの焦点と対象物との光軸方向での相対距離を変化
させながら、各点における受光素子の受光量が最大にな
るときの相対距離を対象物の表面の高さ情報として求
め、対象物の表面高さの変化を測定ラインに沿って求め
る処理装置、及び、処理装置が求めた対象物の表面高さ
の測定ラインに沿う変化を表示する表示装置を備えてい
る。

【００１８】上記のような構成によれば、測定ライン指
定手段で指定された所望の測定ラインに沿って対象物の
表面高さ情報が求められる。つまり、対象物の表面高さ
の変化がその測定ラインに沿って求められる。したがっ
て、二次元走査の全域で高さ情報を得る測定に比べて、
測定時間が大幅に短縮される。しかも、例えばモニタ画
面を見ながら対象物を動かして高さ変化を測定したい個
所を画面中央に合わせるといった操作は不要である。測
定ライン指定手段によって、モニタ画面の任意の場所に
測定ラインを指定することができる。

【００１９】具体的な構成として、好ましくは、表示装
置が対象物の表面映像を表示し、測定ライン指定手段
は、表面映像に測定ラインを重畳表示させ、測定ライン
を移動自在とすることにより、表示装置に表示された表
面映像の範囲内の任意の測定ラインを指定する。例えば
カーソル移動用キー、又は、マウスのようなポインティ
ングデバイスを用いて、測定ラインを移動する。このよ
うにして、簡単で自然な操作によって、測定ラインを画
面上の任意の位置に指定することができる。測定ライン
を指定する他の方法として、例えば測定ラインのＸ座標
又はＹ座標（もしくは両方）をキーボード等から数値入
力する方法も考えられる。

【００２０】上記の走査機構が光源からの光線を第１の
方向に偏向させる第１偏向機構（例えば水平偏向装置）
と第２の方向に偏向させる第２偏向機構（例えば垂直偏
向装置）とを含む２次元走査機構である場合、第２の偏
向機構による走査を任意の位置で停止する部分偏向停止
手段を更に備え、部分偏向停止手段が、測定ライン指定
手段で指定された測定ラインの情報に従って第２の偏向
機構による走査を指定位置で停止することにより、第１
の偏向機構のみによる測定ラインに沿う１次元走査が実
行される構成が好ましい。このようにして、二次元平面
での高さ情報、すなわち三次元情報を得る共焦点顕微鏡
にあっても、簡単な構成を付加することによって、任意
の測定ラインに沿う対象物の表面高さの変化を短時間で
測定することができるようになる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２２】図１に、本発明に係る共焦点顕微鏡の概略
構成を示す。本発明の共焦点顕微鏡は、共焦点光学系１
と、非共焦点光学系２とを備えている。

【００２３】まず、共焦点光学系１について説明する。
共焦点光学系１は、試料ｗに単色光（好ましくはレーザ
光）を照射するための光源１０、第１コリメートレンズ
１１、偏光ビームスプリッタ１２、１／４波長板１３、
水平偏向装置１４ａ、垂直偏向装置１４ｂ、第１リレー
レンズ１５、第２リレーレンズ１６、対物レンズ１７、
結像レンズ１８、ピンホール板ＰＨ、第１受光素子１９
等を含んでいる。

【００２４】光源１０には、例えば赤色レーザ光を発す
るＨｅ−Ｎｅレーザが用いられる。レーザ駆動回路４４
によって駆動される光源１０から出たレーザ光は、第１
コリメートレンズ１１を通り、偏光ビームスプリッタ１
２で光路を曲げられ、１／４波長板１３を通過する。こ
の後、水平偏向装置１４ａ及び垂直偏向装置１４ｂによ
って水平（横）方向及び垂直（縦）方向に偏向された
後、第１リレーレンズ１５及び第２リレーレンズ１６を
通過し、対物レンズ１７によって試料ステージ３０上に
置かれた試料ｗの表面に集光される。

【００２５】水平偏向装置（第１の偏向機構）１４ａ及
び垂直偏向装置（第２の偏向機構）１４ｂは、それぞれ
ガルバノミラーで構成され、レーザ光を水平及び垂直方
向に偏向させることにより、試料ｗの表面をレーザ光で
走査する。説明の便宜上、水平方向をＸ方向、垂直方向
をＹ方向ということにする。試料ステージ３０は、ステ
ージ制御回路４０によりＺ方向（光軸方向）に駆動され
る。つまり、試料ステージ３０及びステージ制御回路４
０は、対物レンズ１７の焦点と試料（対象物）ｗとの光
軸方向での相対距離を変化させる変位機構を構成してい
る。なお、試料ステージ３０は、手動操作によってＸ方
向及びＹ方向に変位可能である。

【００２６】試料ｗで反射されたレーザ光は、上記の光
路を逆に辿る。すなわち、対物レンズ１７、第２リレー
レンズ１６及び第１リレーレンズ１５を通り、水平偏向
装置１４ａ及び垂直偏向装置１４ｂ（ガルバノミラー）
を介して１／４波長板１３を再び通る。この結果、レー
ザ光は偏光ビームスプリッタ１２を透過し、結像レンズ
１８によって集光される。集光されたレーザ光は、結像
レンズ１８の焦点位置に配置されたピンホール板ＰＨの
ピンホールを通過して第１受光素子１９に入射する。第
１受光素子１９は、例えばフォトマルチプライヤ又はフ
ォトダイオードで構成され、受光量を電気信号に変換す
る。受光量に相当する電気信号は、出力アンプ及びゲイ
ン制御回路（図示せず）を介して第１Ａ／Ｄコンバータ
４１に与えられ、ディジタル値に変換される。

【００２７】上記のような構成の共焦点光学系１によ
り、試料ｗの高さ（深さ）情報を得ることができる。以
下に、その原理を簡単に説明する。

【００２８】上述のように、試料ステージ３０がステー
ジ制御回路４０によってＺ方向（光軸方向）に駆動され
ると、対物レンズ１７の焦点と試料ｗとの光軸方向での
相対距離が変化する。そして、対物レンズ１７の焦点が
試料ｗの表面（被測定面）に結ばれたときに、試料ｗの
表面で反射されたレーザ光は上記の光路を経て結像レン
ズ１８で集光され、ほとんどすべてのレーザ光がピンホ
ール板ＰＨのピンホールを通過する。したがって、この
ときに、第１受光素子１９の受光量が最大になる。逆
に、対物レンズ１７の焦点が試料ｗの表面（被測定面）
からずれている状態では、結像レンズ１８によっての集
光されたレーザ光はピンホール板ＰＨからずれた位置に
焦点を結ぶので、一部のレーザ光しかピンホールを通過
することができない。その結果、第１受光素子１９の受
光量は著しく低下する。

【００２９】したがって、試料ｗの表面の任意の点につ
いて、試料ステージ３０をＺ方向（光軸方向）に駆動し
ながら第１受光素子１９の受光量を検出すれば、その受
光量が最大になるときの試料ステージ３０のＺ方向位置
（対物レンズ１７の焦点と試料ｗとの光軸方向での相対
距離）を高さ情報として一義的に求めることができる。

【００３０】実際には、試料ステージ３０を１ステップ
移動するたびに水平偏向装置１４ａ及び垂直偏向装置１
４ｂによって試料ｗの表面を走査して第１受光素子１９
の受光量を得る。試料ステージ３０を測定範囲の下端か
ら上端までＺ方向に移動させたとき、走査範囲内の複数
の点（画素）について、図２に示すようにＺ方向位置に
応じて変化する受光量データが得られる。この受光量デ
ータに基づいて、最大受光量とそのときのＺ方向位置が
各点（画素）ごとに得られる。したがって、試料ｗの表
面高さのＸＹ平面での分布が得られる。この処理は、マ
イクロコンピュータを用いた処理装置４６によって実行
される。

【００３１】得られた表面高さの分布は、例えば高さデ
ータを輝度データに変換することにより、明るさの分布
として表示装置４７のモニタ画面に表示される。あるい
は、後述するように、指定した測定ラインに沿う表面高
さの変化を断面形状として画面に表示することもでき
る。

【００３２】また、走査範囲内の複数の点について得ら
れた受光量を輝度データとする輝度信号から、試料ｗの
表面画像（白黒画像）が得られる。各点（画素）におけ
る最大受光量を輝度データとして輝度信号を生成すれ
ば、被写界深度の深い画像、すなわち、表面高さの異な
る各点でピントの合った画像が得られる。また、任意の
注目画素で最大受光量が得られた高さ（Z方向での位
置）に固定した場合は、他の画素の受光量は著しく小さ
くなるので、その注目画素の周辺のみが明るく、注目画
素から離れるにしたがって急激に輝度が低下する画像が
得られる。

【００３３】つぎに、非共焦点光学系２について説明す
る。非共焦点光学系２は、試料ｗに白色光（カラー画像
撮影用の照明光）を照射するための白色光源２０、第２
コリメートレンズ２１、第１及び第２のハーフミラー２
２，２３、第２受光素子としてのカラーＣＣＤ２４等を
含んでいる。また、非共焦点光学系２は共焦点光学系１
の対物レンズ１７を共用し、両光学系１，２の光軸は一
致している。

【００３４】白色光源２０には例えば白色ランプが用い
られるが、特に専用の光源を設けず、自然光又は室内光
を利用してもよい。白色光源２０から出た白色光は、第
２コリメートレンズ２１を通り、第１ハーフミラー２２
で光路を曲げられ、対物レンズ１７によって試料ステー
ジ３０上に置かれた試料ｗの表面に集光される。

【００３５】試料ｗで反射された白色光は、対物レンズ
１７、第１ハーフミラー２２、第２リレーレンズ１６を
通過し、第２ハーフミラー２３で反射されてカラーＣＣ
Ｄ２４に入射して結像する。カラーＣＣＤ２４は、共焦
点光学系１のピンホール板ＰＨのピンホールと共役又は
共役に近い位置に設けられている。カラーＣＣＤ２４で
撮像されたカラー画像は、ＣＣＤ駆動回路４３によって
読み出され、そのアナログ出力信号は第２Ａ／Ｄコンバ
ータ４２に与えられ、ディジタル値に変換される。この
ようにして得られたカラー画像は、試料ｗの観察用の拡
大カラー画像として表示装置４７のモニタ画面に表示さ
れる。

【００３６】上述のように、本実施形態の共焦点顕微鏡
は、共焦点光学系による試料の高さ（深さ）の分布の測
定及び表示、共焦点画像の表示、非共焦点光学系による
カラー画像の撮像及び表示、その他種々の機能を備えて
いる。共焦点光学系で得られた被写界深度の深い白黒画
像と非共焦点光学系で得られた通常のカラー拡大画像と
を組み合わせて、被写界深度の深いカラー拡大画像を生
成し、表示することもできる。

【００３７】また、指定した測定ラインに沿う表面高さ
の変化を断面形状として画面に表示することもできる。
この場合、ＸＹ平面の全域にわたって試料ｗをレーザ光
で走査するのではなく、測定ラインに沿ってのみ走査す
れば、高さデータの測定に要する時間を大幅に短縮する
ことができる。以下、この測定モード（以下、断面形状
測定モードという）について説明する。

【００３８】図３に、断面形状測定モードのフローチャ
ートを示す。まず、ステップ＃１０１において、Ｙ方向
の位置を決定する。本実施形態では、測定ラインはＸ方
向に延びる直線である。したがって、Ｙ方向の位置を指
定することによって測定ラインが指定される。測定ライ
ンを指定する具体的な操作手順は次の通りである。な
お、測定ラインの指定に用いられる操作キー等を含む操
作パネル４８が測定ライン指定手段を構成する。

【００３９】表示装置４７のモニタ画面に、上述の非共
焦点光学系によるカラー画像が表示されているとする。
この表示モードで、試料ステージ３０を手動操作によっ
てＸ方向及びＹ方向に移動させることにより、試料ｗの
断面形状を測定したい箇所を含む領域をモニタ画面に表
示させる。つぎに、モニタ画面に重畳表示される条件設
定用ボックスを用いて、断面形状測定モードを選択する
と共に、測定範囲（高さデータの最大値と最小値との
差）、測定ピッチ（１ステップ当たりの高さ）等の測定
条件を設定する。そして、確認ボタンを押すと、条件設
定用ボックスの表示が消え、横方向の測定ラインが現れ
る。試料ｗの表面カラー画像は表示されたままである。

【００４０】操作パネル４８のカーソルキー又はマウス
を操作することにより、表示装置４７のモニタ画面に表
示された試料ｗの表面カラー画像の所望の箇所に測定ラ
インを移動させる。この操作は、図５に示した従来の共
焦点顕微鏡のモニタ画面において、横線（測定ライン）
１２１を上下方向（Ｙ方向）に移動させることに相当す
る。

【００４１】本実施形態の共焦点顕微鏡では上記のよう
にして測定ラインのＹ方向位置を指定するが、他の指定
方法として、Ｙ座標を数値入力する方法も考えられる。
また、測定ラインをＸ方向ではなくＹ方向に延びる直線
とし、Ｘ方向の任意の位置を上記と同様にして指定する
構成も考えられる。

【００４２】上記のようにして測定ラインのＹ方向位置
が決定されると（ステップ＃１０１）、このＹ方向位置
データが部分偏向停止回路（図１の４５）に与えられ
る。部分偏向停止回路４５は、Ｙ方向位置データにした
がって、垂直偏向装置１４ｂによるレーザ光の偏向を停
止し、そのＹ方向位置に固定する。具体的には、部分偏
向停止回路４５は、垂直偏向装置１４ｂを構成するガル
バノミラーに与える交流電圧の振幅をゼロにすると共
に、上記のＹ方向位置データに対応する直流電圧を与え
る。これにより、垂直偏向装置１４ｂを構成するガルバ
ノミラーは所定の角度で停止する。

【００４３】この結果、光源１０から発したレーザ光
は、水平偏向装置１４ａによって水平方向にのみ偏向さ
れ、指定された測定ラインに沿って試料ｗの表面をＸ方
向に走査する（ステップ＃１０２）。

【００４４】マイクロコンピュータで構成された処理装
置４６は、測定ラインに沿う各画素の受光量をＺ方向位
置と対応付けてメモリに記憶する（ステップ＃１０
３）。各画素の受光量は、前述のように、第１受光素子
１９からの信号を第１Ａ／Ｄコンバータ４１でディジタ
ル値に変換したデータである。

【００４５】つぎに、試料ステージ３０を１ピッチ（１
ステップ）上昇させる（ステップ＃１０４）。なお、測
定開始時に、試料ステージ３０の初期位置は測定範囲の
下端位置にセットされている。

【００４６】続いて、試料ｗの表面を指定された測定ラ
インに沿ってＸ方向に再び走査する（ステップ＃１０
５）。処理装置４６は、このときに得られる各画素の新
たな受光量をメモリに記憶されている各画素の光量と比
較する（ステップ＃１０６）。新たな受光量が記憶光量
より大きければ、受光量及びＺ方向位置の記憶データを
更新する（ステップ＃１０７）。新たな受光量が記憶光
量より小さい場合は何もせずにステップ＃１０８に進
む。

【００４７】ステップ＃１０８において、処理装置４６
は、試料ステージ３０のＺ方向位置を測定範囲の上端位
置と比較する。上端位置より低ければステップ＃１０４
に戻る。こうして、試料ステージ３０のＺ方向位置が測
定範囲の上端位置に達するまで、ステップ＃１０４〜＃
１０８の処理を繰り返す。

【００４８】試料ステージ３０のＺ方向位置が測定範囲
の上端位置に達すれば、測定結果を表示装置４７のモニ
タ画面に表示して（ステップ＃１０９）測定を終了す
る。メモリには、測定ラインに沿う各画素について、最
大受光量とそのときのＺ方向位置のデータが記憶されて
おり、これが測定結果に相当する。各画素のＺ方向位置
をつなぐと測定ラインに沿う断面形状が得られ、従来技
術の説明で図５に示した断面形状の輪郭線１２２のよう
にモニタ画面に表示される。

【００４９】なお、上記の実施形態の説明において、考
えられる変形例についても適宜説明したが、本発明は、
その他にも、種々の変形例又は形態による実施が可能で
ある。例えば、光による試料の走査は、水平偏向及び垂
直偏向による二次元走査に限らず、種々の走査方法が提
案されている。例えば、シリンドリカルレンズを用いて
Ｘ方向に細長い光（スリット光）を生成し、これをＹ方
向に偏向すれば、二次元走査が可能である。この場合
も、Ｙ方向の偏向を任意の位置で停止することにより、
Ｘ方向の測定ラインに沿う断面形状を短時間で得ること
ができる。

【００５０】また、走査のメカニズムは複雑になるが、
測定ラインをＸ方向又はＹ方向の直線に限らず、斜めの
直線として指定することも可能である。さらに、測定ラ
インを階段状の線、又は曲線として指定することも考え
られる。

【００５１】また、上記の実施形態の共焦点顕微鏡は反
射型の顕微鏡であるが、透過型の共焦点顕微鏡にも本発
明を適用することができる。透過型の顕微鏡の場合は、
試料の裏面から共焦点光学系のレーザ光及び非共焦点光
学系の白色光が照射される。共焦点光学系の光源はレー
ザに限らず、単色光源であればよい。非共焦点光学系の
光源は自然光又は室内光で代用することもできる。

【００５２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の共焦点
顕微鏡によれば、モニタ画面に表示された試料の表面画
像を参照しながら、所望の位置に測定ラインを指定し、
この測定ラインに沿う断面形状を短時間で得ることがで
きる。つまり、従来の一次元走査による共焦点顕微鏡の
ように、測定ラインがモニタ画面の中央部に固定される
ことなく、任意の位置を指定することができると共に、
従来の二次元走査による共焦点顕微鏡のように、測定ラ
インに沿う断面形状を得るまでの時間が長くかかること
もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る共焦点顕微鏡の概略構
成を示す図である。

【図２】共焦点光学系によって得られる受光量とＺ方向
位置との関係を例示するグラフである。

【図３】本発明の実施形態に係る共焦点顕微鏡における
断面形状測定モードのフローチャートである。

【図４】従来の共焦点顕微鏡の概略構成を示す図であ
る。

【図５】従来の共焦点顕微鏡による断面形状測定結果を
例示する図である。

【符号の説明】

１共焦点光学系２非共焦点光学系１０光源１４ａ水平偏向装置（第１走査機構）１４ｂ垂直偏向装置（第２走査機構）１９第１受光素子３０試料ステージ（変位機構）４０ステージ制御回路（変位機構）４５部分偏向停止回路４６処理装置４７表示装置４８操作パネル（測定ライン指定手段）ｗ試料（対象物）

フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA04 AA06 AA24 AA52 AA53 BB05 DD06 DD10 FF01 FF10 FF23 FF41 GG02 GG04 GG10 GG22 GG24 HH04 HH13 JJ02 JJ05 JJ25 LL08 LL09 LL30 LL61 MM16 PP12 PP24 QQ03 QQ24 QQ29 QQ35 RR09 SS02 SS13 TT02 UU01 UU02 UU06 2F112 AB07 BA02 BA05 CA13 DA02 DA08 DA15 DA32 DA40 FA07 FA21 FA35 FA45 GA05 2H052 AA08 AB06 AB24 AC04 AC15 AC27 AC34 AF02 AF21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物に光を照射する光源と前記対象物か
らの反射光又は透過光を対物レンズを含む光学系を通し
て受光する受光素子とを含む共焦点光学系、前記対象物を前記光で走査するための走査機構、前記対物レンズの焦点と前記対象物との光軸方向での相
対距離を変化させる変位機構、所望の測定ラインを指定する測定ライン指定手段、前記測定ライン指定手段で指定された測定ラインに沿う
複数の点に関して、前記対物レンズの焦点と前記対象物
との光軸方向での相対距離を変化させながら、各点にお
ける前記受光素子の受光量が最大になるときの前記相対
距離を前記対象物の表面の高さ情報として求め、前記対
象物の表面高さの変化を前記測定ラインに沿って求める
処理装置、及び、前記処理装置が求めた前記対象物の表面高さの前記測定
ラインに沿う変化を表示する表示装置を備えた共焦点顕
微鏡。
【請求項２】前記表示装置が前記対象物の表面映像を表
示し、前記測定ライン指定手段は、前記表面映像に前記測定ラ
インを重畳表示させ、前記測定ラインを移動自在とする
ことにより、前記表示装置に表示された表面映像の範囲
内の任意の測定ラインを指定し、指定された測定ラインに沿って前記処理装置が前記対象
物の表面高さの変化を求める請求項１記載の共焦点顕微
鏡。
【請求項３】前記走査機構は、光源からの光線を第１の
方向に偏向させる第１偏向機構と第２の方向に偏向させ
る第２偏向機構とを含む２次元走査機構であり、前記第２の偏向機構による走査を任意の位置で停止する
部分偏向停止手段を更に備え、前記部分偏向停止手段が、前記測定ライン指定手段で指
定された測定ラインの情報に従って前記第２の偏向機構
による走査を指定位置で停止することにより、前記第１
の偏向機構のみによる前記測定ラインに沿う１次元走査
が実行され、前記測定ラインに沿う前記対象物の表面高
さの変化が求められる請求項１記載の共焦点顕微鏡。