JPH06331633A

JPH06331633A - 走査型表面分析装置

Info

Publication number: JPH06331633A
Application number: JP14845593A
Authority: JP
Inventors: Ryohei Konakawa; 良平粉川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1993-05-27
Filing date: 1993-05-27
Publication date: 1994-12-02

Abstract

(57)【要約】【目的】試料表面のデータ値の傾斜を自動、かつ、短
い演算時間により補正することができる走査型表面分析
装置を提供する。【構成】試料及び走査装置２の相対的な走査により試
料表面におけるデータを求める走査型表面分析装置にお
いて、試料及び走査装置２の相対的な走査により試料表
面における３次元的データを求める測定手段１，２と、
３次元的データを記憶する記憶手段４と、記憶手段４に
記憶された３次元的データからあらかじめ設定された２
次元領域に対応する３次元方向のデータを求め、２次元
領域の２次元座標と該３次元方向のデータを用いて試料
表面を代表する仮想的平面を求める演算手段１と、記憶
手段４に記憶された３次元的なデータ及び仮想的平面を
用いて、試料表面の傾斜を補正して傾斜補正した３次元
的なデータを求める補正手段１とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走査型表面分析装置に
関し、特に走査装置により得られたデータを画像処理す
る装置を有した走査型表面分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】試料の表面におけるデータを求める装置
の一つとして走査型表面分析装置が知られている。走査
型表面分析装置は、試料あるいは測定装置を相対的に移
動させることにより試料表面を２次元的に走査して分析
を行うものであり、これにより３次元的なデータを得る
ことができる。この走査型表面分析装置により得られた
データは、コンピュータによりデータ処理や画像処理が
施された後にＣＲＴ等の表示装置に表示される。

【０００３】図１０は走査型表面分析装置により得られ
るデータの概念図であり、Ｘ軸及びＹ軸で表される試料
のＸ−Ｙ平面に対して、Ｚ軸方向にデータ値を表示して
いる。このＺ軸方向にデータ値として試料表面の高さを
とると、通常、このＺ軸方向の高さは試料表面のマクロ
な傾斜により、基準となる試料のＸ−Ｙ平面に対して水
平面を形成するとは限らず、図１０に示すように、Ｘ軸
方向に対してθｘの角度、Ｙ軸方向に対してθｙの角度
の傾斜を有して、傾斜している。この試料表面のマクロ
な傾斜が生じる原因としては、例えば試料が測定中に温
度等の各種の測定環境によってドリフトし、走査の開始
と終了の間にデータ値に変動が生じる等がある。

【０００４】この傾斜を有したデータ値をＣＲＴ上にＸ
−Ｙ平面を基準として表示すると、例えば図１１に示す
図となる。なお、図１１の（ａ）は、簡略のためＸ軸方
向に対してのみ傾斜を有す場合のデータ値の概念図を示
し、図１１の（ｂ）は、このデータ値に基づくＣＲＴ上
の２次元画像を示すものであり、高さの高い部分は明る
く表示し、低い部分は暗く表示している。

【０００５】図１１の（ｂ）のデータ表示に示すよう
に、傾斜を有したデータ値をそのままＣＲＴ上の２次元
画像に画像表示すると、画像表示された試料表面の高低
は、試料表面の３次元形状の他に傾斜分を含んでいるた
め、試料表面のミクロな形状の表示が困難となる。

【０００６】そこで、図１２に示すようにミクロな形状
を良好に表示することが求められている。なお、図１２
の（ａ）は、傾斜分を除いた試料表面のデータ値の概念
図を示し、図１２の（ｂ）は、このデータ値に基づくＣ
ＲＴ上の２次元画像を示しており、高さの高い部分は明
るく表示し、低い部分は暗く表示している。

【０００７】従来、走査型表面分析装置により得られた
データ値の傾斜を、ソフトウェアにより補正しようとす
る技術として以下のものが知られている。

【０００８】（１）従来の第１の傾斜補正の方法は、走
査型表面分析装置により得られたデータ値の中から３点
を指示し、その３点のデータ値に基づいて傾斜面を求
め、その傾斜面からデータ値の補正を行うものである。
図１３は、従来の第１の傾斜補正方法を説明する図であ
る。図中において太い実線により示されるデータ値の中
から、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の３点を選択して指定して、こ
の指定された３点により決定される平面を測定データを
代表する傾斜面（図１３中の斜線で示される斜面）と
し、この傾斜面によりデータ値の補正を行うものであ
る。

【０００９】（２）また、従来の第２の傾斜補正の方法
は、走査型表面分析装置により得られたデータ値を基に
して最小自乗法により、誤差が最小となる傾斜面を求
め、その傾斜面からデータ値の補正を行うものである。
図１４は、従来の第２の傾斜補正方法を説明する図であ
る。図中において太い実線により示されるデータ値に対
し、Ｚ軸方向の誤差が最小となるよう最小自乗法により
求めた傾斜面を測定データを代表する傾斜面（図１４中
の斜線で示される斜面）とし、この傾斜面によりデータ
値の補正を行うものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
従来の走査型表面分析装置の傾斜補正においては、以下
のような問題点を有している。

【００１１】（１）前記従来の第１の傾斜補正方法で
は、走査型表面分析装置により得られたデータ値の中か
ら３点を指示する必要があり、測定者がデータ値を観察
しながら指示するという人手による工程が必要となる。

【００１２】（２）また、前記従来第２の傾斜補正方法
では、最小自乗法による演算が必要であり、Ｘ−Ｙ平面
の２次元についての演算を行うため、多くの演算時間を
要する。

【００１３】そこで、本発明は走査型表面分析装置にお
ける前記した従来の傾斜補正方法の問題点を解決し、試
料表面のデータ値の傾斜を自動、かつ、短い演算時間に
より補正することができる走査型表面分析装置を提供す
ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、試料及び走査装置の相対的な走査により
試料表面におけるデータを求める走査型表面分析装置に
おいて、試料及び走査装置の相対的な走査により試料表
面における３次元的データを求める測定手段と、３次元
的データを記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された
３次元的データからあらかじめ設定された２次元領域に
対応する３次元方向のデータを求め、２次元領域の２次
元座標と該３次元方向のデータを用いて試料表面のデー
タを代表する仮想的平面を求める演算手段と、記憶手段
に記憶された３次元的なデータ及び仮想的平面を用い
て、試料表面の傾斜を補正して傾斜補正した３次元的な
データを求める補正手段とを有するものである。

【００１５】前記試料及び走査装置の相対的な走査は、
固定された走査装置に対して試料自体を移動したり、あ
るいは逆に試料を固定しその固定した試料に対して走査
装置を移動することにより実現することができる。

【００１６】本発明の試料表面における３次元的データ
は、試料の平面上の位置を定める２次元のデータと、該
２次元のデータにより設定される位置に対応する３次元
方向のデータよりなる。

【００１７】また、本発明の試料の平面上の位置を定め
る２次元のデータは、あらかじめ設定された２次元領域
において設定することができ、この平面上の位置上に対
応して３次元方向のデータを求めることにより試料表面
における３次元的データが求められる。この２次元領域
において設定される３次元方向のデータとして、例えば
２次元領域内にあるデータを平均することにより得られ
る平均値とすることができる。そして、この３次元方向
のデータは、試料の高さを表すデータや特定元素の分布
濃度データ等の試料表面特性を表すものである。３次元
方向のデータとして試料の高さを表すデータを適用した
場合には、この３次元的データにより試料表面の３次元
的形状を表すことができる。したがって、この３次元的
データは２次元領域の２次元座標と３次元方向のデータ
により構成される。

【００１８】本発明の仮想的平面は、試料表面のマクロ
な傾斜状態を表す仮想的な平面であって、試料表面のミ
クロな変化を除き、試料表面のデータのマクロな傾斜の
みを代表するものである。本発明は、この仮想的平面を
自動的に求める機能を有する走査型表面分析装置であ
り、この仮想的平面により試料表面の傾斜を補正して傾
斜補正した３次元的なデータを求める。

【００１９】

【作用】本発明によれば、前記構成とすることによっ
て、試料あるいは走査装置を移動させることにより試料
及び走査装置の相対的な走査を行なって、試料表面にお
ける各種のデータを求める走査型表面分析装置におい
て、３次元的データ測定手段は試料あるいは走査装置を
移動させることにより試料及び走査装置の相対的な走査
を行い、試料表面の３次元的データを求め記憶手段に記
憶する。仮想的平面演算手段は、この記憶手段に記憶さ
れた３次元的データからあらかじめ設定された２次元領
域に対応する３次元方向のデータを求め、２次元領域の
２次元座標と該３次元方向のデータを用いて試料表面の
傾斜を代表する仮想的平面を求める。そして、補正手段
は、記憶手段に記憶された３次元的なデータを仮想的平
面により、試料表面の傾斜を補正して傾斜補正した３次
元的なデータを求める。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳
細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものでは
ない。

【００２１】（実施例１）（実施例１の構成）はじめに、本発明の実施例１の構成
について、図５の本発明の実施例の走査型表面分析装置
のブロック図を用いて説明する。

【００２２】本発明の走査型表面分析装置装置は、各構
成要素の動作の制御と、データの演算を行うＣＰＵ１
と、試料との相対的な移動により走査データを得る走査
装置２と、走査装置２により得られるデータ、傾斜補正
されたデータ等の各種のデータを表示するＣＲＴ３と、
走査装置２により得られたデータ及び傾斜補正されたデ
ータを記憶し、ＣＲＴ３に表示するためのデータメモリ
４と、データに施した各種の演算結果を記憶しておくメ
モリ５と、走査装置２により得られたデータ及び傾斜補
正されたデータをフロッピーディスク７等の外部記憶装
置に記憶するためのディスクコントローラ６とから構成
されており、これらの構成要素はバス８を通して接続さ
れている。

【００２３】そして、ＣＰＵ１が有するデータの演算機
能としては、走査像から必要とするデータを求めるデー
タ処理機能、ある領域中のデータの平均値を求める平均
値演算機能、この求めた平均値から傾斜を演算する傾斜
演算機能、求めた傾斜からその傾斜角度を有する仮想的
な平面を求める仮想平面演算機能、求めた仮想平面によ
りデータの傾斜を補正して３次元的データを求めるデー
タ演算機能等があり、走査装置２やデータメモリ４やメ
モリ５等の間においてバス８を通してデータの入出力を
行うとともにそのデータの演算を行うものである。

【００２４】（実施例１の作用）次に、本発明の実施例
１の作用について、前記図５のブロック図、及び図１〜
４のデータの概略図、図６の本発明の実施例の傾斜補正
の概略工程を説明するフローチャート、図７の本発明の
実施例１の傾斜補正の工程を説明するフローチャートを
用いて説明する。

【００２５】はじめに、本発明の実施例の傾斜補正の工
程の構成について、図６に示すステップＳに従って説明
する。

【００２６】ステップＳ１：はじめに、走査装置２によ
り求められデータメモリ４に記憶されているデータを用
いて平面の傾斜を求める。この場合、走査装置２により
得られるデータは、Ｘ−Ｙ平面に対してＺ軸方向のデー
タを持った３次元的データであり、この３次元的データ
により１つの傾斜した平面が形成される。そこで、この
工程では、この平面を決定するために平面の傾斜を求め
る。

【００２７】ステップＳ２：次に、前記ステップＳ１の
工程で求めた傾斜を用いて平面を決定する。この平面
は、試料表面の傾斜状態を代表する仮想的なものとな
る。以下、この工程で求める平面を仮想平面という。

【００２８】ステップＳ３：前記ステップＳ２の工程で
求めた仮想平面を用いて、データメモリ４に記憶してお
いたデータを補正して、傾斜を除去した補正平面を求め
る。この場合には、データメモリ４に記憶しておいたデ
ータの最小値が、例えば「０」等の少なくとも正の値と
なるような補正を行う。この補正により、ＣＲＴ３に表
示した場合に、データメモリ４に記憶しておいたデータ
を有効に表示することができる。

【００２９】次に、図７のフローチャートを用いて、本
発明の実施例１の仮想平面を求める工程についてより詳
細に説明する。

【００３０】以下、この実施例においては、試料のミク
ロの３次元形状を求める場合を例にして説明する。

【００３１】ステップＳ１１：はじめに、走査装置２を
用いて試料表面の走査像を求める。この試料の３次元形
状を求めるためには、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の値が必要
であるため、走査装置２は、試料あるいは走査装置２を
移動して相対的なＸ−Ｙ方向の２次元の走査を行い、そ
の走査により得られた走査像をＺ軸方向のデータとして
処理する。

【００３２】ステップＳ１２：前記ステップＳ１１の工
程で求めた試料表面の走査像から、３次元的データを求
める。この実施例では試料表面の走査像から試料表面の
高さのデータを求め、その高さのデータをＺ軸方向のデ
ータとして３次元的データを求める。この走査像から３
次元的データを求める演算は、走査装置２からの走査像
のデータをバス８を介してＣＰＵ１に入力して、ＣＰＵ
１のデータ処理機能により行われる。

【００３３】ステップＳ１３：前記ステップＳ１２の工
程で求めた３次元的データをデータメモリ４に記憶す
る。したがって、このデータメモリ４には試料表面の３
次元的データが、例えば（ｘ，ｙ，ｚ）で表されるデー
タ構造で記憶される。この実施例１では、このデータｚ
は試料表面の座標（ｘ，ｙ）における高さとなる。

【００３４】ステップＳ１４：次に、試料表面の傾斜を
求めるために、一方向の傾斜を求める。図１は、この試
料表面の一方向の傾斜を求める工程を説明する図であ
る。なお、図１においては、試料表面のＸ−Ｙ平面に投
射した平面を（０，０），（ｘ４，０），（ｘ４，ｙ
４），（０，ｙ４）により表すものとする。

【００３５】本発明の実施例１においては、試料表面を
第１の分割により２つの部分に分割し、それぞれの分割
面におけるデータの平均値から一方向の傾斜を求めてい
る。実施例１における第１の分割は、試料面をＸ軸方向
に２等分するものであり、図１において、第１の分割に
よる一方の分割面をＰａで、他方の分割面をＰｂで表
し、それぞれ斜線により示している。一方向の傾斜は、
２点を結ぶ線分により表すことができるので、この一方
の点Ａは分割面Ｐａから求め、もう一方の点Ｂは分割面
Ｐｂから求める。

【００３６】そこで、一方の分割面Ｐａにおける点Ａの
Ｘ−Ｙ座標を分割面Ｐａの中心に設定して（ｘ１，ｙ
２）とし、この点でのＺ軸方向の値は分割面Ｐａにおけ
るデータの平均値ｚａとする。これにより、点Ａの座標
は（ｘ１，ｙ２，ｚａ）として求まる。

【００３７】この工程における演算は、ＣＰＵ１がデー
タメモリ４に記憶されている３次元的データを読み出
し、ＣＰＵ１の平均値演算機能により平均値を求めるこ
とにより行われる。

【００３８】ステップＳ１５：次に、図１において、第
１の分割による他方の分割面Ｐｂの点Ｂを求める。この
他方の点Ｂは、他方の分割面Ｐｂにおける点ＢのＸ−Ｙ
座標を分割面Ｐｂの中心に設定して（ｘ３，ｙ２）と
し、この点でのＺ軸方向の値は分割面Ｐｂにおけるデー
タを平均値ｚｂとする。これにより、点Ｂの座標は（ｘ
３，ｙ２，ｚｂ）として求まる。また、この工程におけ
る演算は、ステップＳ１４の工程と同様にして、ＣＰＵ
１がデータメモリ４に記憶されている３次元的データを
読み出し、ＣＰＵ１の平均値演算機能により平均値を求
めることにより行われる。

【００３９】したがって、前記ステップＳ１４の工程と
この工程により、第１の傾斜を求めるための、第１の分
割による２つの点Ａ及び点Ｂが求まり、このデータはメ
モリ５に記憶しておく。

【００４０】ステップＳ１６：次に、試料表面の傾斜を
求めるために、前記ステップＳ１４及び図１５と同様の
工程により、前記ステップＳ１４及び図１５とは異なる
他方向の傾斜を求める。図２は、この試料表面の他方向
の傾斜を求める工程を説明する図である。なお、図２に
おいても前記図１と同様に、試料表面のＸ−Ｙ平面に投
射した平面を（０，０），（ｘ４，０），（ｘ４，ｙ
４），（０，ｙ４）により表すものとする。

【００４１】この工程においては、前記ステップＳ１４
及びステップＳ１５の第１の分割による試料表面の分割
に対して、異なる分割による第２の分割で試料表面を２
つの部分に分割し、それぞれの分割面におけるデータの
平均値から他方向の傾斜を求めている。図２において、
第２の分割による一方の分割面をＰｃで、他方の分割面
をＰｄで表し、それぞれ斜線により示している。他方向
の傾斜は、２点を結ぶ線分により表すことができるの
で、この一方の点Ｃは分割面Ｐｃから求め、もう一方の
点Ｄは分割面Ｐｄから求める。

【００４２】そこで、一方の分割面Ｐｃにおける点Ｃの
Ｘ−Ｙ座標を分割面Ｐｃの中心に設定して（ｘ２，ｙ
１）とし、この点でのＺ軸方向の値は分割面Ｐｃにおけ
るデータの平均値ｚｃとする。これにより、点Ｃの座標
は（ｘ２，ｙ１，ｚｃ）として求まる。

【００４３】この工程における演算は、ＣＰＵ１がデー
タメモリ４に記憶されている３次元的データを読み出
し、ＣＰＵ１の平均値演算機能により平均値を求めるこ
とにより行われる。

【００４４】ステップＳ１７：次に、図１において、第
２の分割による他方の分割面Ｐｄの点Ｄを求める。この
他方の点Ｄは、他方の分割面Ｐｄにおける点ＤのＸ−Ｙ
座標を分割面Ｐｄの中心に設定して（ｘ２，ｙ３）と
し、この点でのＺ軸方向の値は分割面Ｐｄにおけるデー
タを平均値ｚｄとする。これにより、点Ｄの座標は（ｘ
２，ｙ３，ｚｄ）として求まる。また、この工程におけ
る演算は、ステップＳ１６の工程と同様にして、ＣＰＵ
１がデータメモリ４に記憶されている３次元的データを
読み出し、ＣＰＵ１の平均値演算機能により平均値を求
めることにより行われる。

【００４５】したがって、前記ステップＳ１６の工程と
この工程により、第２の傾斜を求めるための、第２の分
割による２つの点Ｃ及び点Ｄが求まり、このデータはメ
モリ５に記憶しておく。

【００４６】ステップＳ１８：前記ステップＳ１４及び
ステップＳ１５において求めた第１の分割による分割面
Ｐａの点Ａ、及び分割面Ｐｂの点Ｂのデータを用いて、
試料表面の一方の傾きｍ１を求める。図１において、こ
の傾斜ｍ１は点Ａと点Ｂを結ぶ線分Ｌ１の傾きにより表
される。

【００４７】この線分Ｌ１の傾きｍ１は、例えば次式
（１）により表すことができる。

【００４８】ｍ１＝（ｚｂ−ｚａ）／（ｘ３−ｘ１） …（１）この試料表面の一方の傾きｍ１は、メモリ５に記憶して
おいたデータをＣＰＵ１が読み出し、ＣＰＵ１の傾斜演
算機能により演算を行うことにより求められ、その演算
結果は再びメモリ５の他の傾きｍ１を記憶する領域に記
憶される。

【００４９】ステップＳ１９：前記ステップＳ１８の工
程と同様にして、前記ステップＳ１６及びステップＳ１
７において求めた第２の分割による分割面Ｐｃの点Ｃ、
及び分割面Ｐｄの点Ｄのデータを用いて、試料表面の他
方の傾きｍ２を求める。図２において、この傾斜ｍ２は
点Ｃと点Ｄを結ぶ線分Ｌ２の傾きにより表される。

【００５０】この線分Ｌ２の傾きｍ２は、例えば次式
（２）により表すことができる。

【００５１】ｍ２＝（ｚｄ−ｚｃ）／（ｙ３−ｙ１） …（２）この試料表面の一方の傾きｍ２は、メモリ５に記憶して
おいたデータをＣＰＵ１が読み出し、傾斜演算機能によ
り演算を行うことにより求められ、その演算結果は再び
メモリ５の他の傾きｍ２を記憶する領域に記憶される。

【００５２】これにより、前記図６のフローチャートに
示したステップＳ１の傾斜を求める工程が終了する。

【００５３】ステップＳ２０：次に、前記図６のフロー
チャートに示したステップＳ２の仮想平面を求める工程
を行う。

【００５４】この工程では、前記ステップＳ１８及びス
テップＳ１９の工程で求めた２つの傾きｍ１とｍ２を用
いて、この２つの傾きｍ１とｍ２を同時に満足するよう
な平面を求める。図３は、２つの傾きから仮想平面を求
める図である。図３における点Ａ，点Ｂ，点Ｃ，点Ｄは
前記工程により求めた点であり、斜線で示した平面は線
分Ｌ１、及び線分Ｌ２により決定される１つの平面を表
している。この平面上には前記４つの点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
が同時に存在しており、試料表面を代表する仮想的な平
面となる。したがって、この仮想平面の傾きは試料表面
の傾きを表しており、この仮想平面を用いて試料表面の
データを補正すれることにより傾きが補正されたデータ
を得ることができる。

【００５５】なお、試料表面の走査面が微小である場合
には、前記２つの線分Ｌ１、及び線分Ｌ２は交差して一
つの平面を決定するが、必ずしも２つの線分Ｌ１、及び
線分Ｌ２が交差せず一つの平面を決定することができな
い場合もある。図４は２つの線分Ｌ１、及び線分Ｌ２が
交差しない場合の図である。

【００５６】図４において、点Ａと点Ｂよりなる線分Ｌ
１と点Ｃと点Ｄよりなる線分Ｌ２は交差せず、点Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄは同一の平面上に存在していない。これらの
４点が同一のつ平面上に存在するためには、線分Ｌ１あ
るいは線分Ｌ２をＺ軸方向に交差するまで平行移動させ
る。図においては、線分Ｌ１をＺ軸方向に平行移動させ
ている。この移動によって点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは同一の平
面上に存在するようになるため、前記と同様にして一つ
の平面を決定することができる。

【００５７】ステップＳ２１：前記ステップＳ２０の工
程により求められた仮想平面を用いて、走査装置１によ
って得られデータメモリ４に記憶されている３次元的デ
ータの補正を行ない、補正されたデータをデータメモリ
４に記憶する。この補正においては、前記ステップＳ３
に示したように、データメモリ４に記憶しておいたデー
タの最小値が、例えば「０」等の少なくとも正の値とな
るようなバイアスをかけることにより補正を行う。例え
ば、３次元的データのＺ軸方向のデータから、仮想平面
において同じＸ−Ｙ座標上のＺ軸方向のデータを差引
き、前記バイアスを付加することにより求めることがで
きる。なお、この仮想平面におけるＺ軸方向の値は、例
えば仮想平面を表す式にＸ−Ｙ座標の座標値を代入する
ことにより求めることができる。

【００５８】このバイアスを用いるのは、単にデータメ
モリ４に記憶されている３次元的データのＺ軸方向の値
から仮想平面の対応するＺ軸方向の値を差し引くと負の
データとなる場合があり、この負の値をＣＲＴ３上にお
いて一律な明度により表示すると、ミクロの３次元の形
状を明瞭に表示することが困難となる場合があるからで
ある。

【００５９】データメモリ４に記憶された補正されたデ
ータは、ＣＰＵ１により読み出されてＣＲＴ３等の表示
装置に表示されたり、またＣＰＵ１により読み出された
後、ディスクコントローラ６を通してフロッピーディス
ク７等の外部記憶装置に記憶させ、データの保管あるい
は他の装置におけるデータの使用に用いることができ
る。

【００６０】ここで、本発明の実施例における結果を示
す。図８は走査像から得られた３次元的データを本発明
の走査型表面分析装置による処理を施す前の状態でＣＲ
Ｔに表示した結果であり、一方、図９は走査像から得ら
れた３次元的データを本発明の走査型表面分析装置によ
る処理を施した後にＣＲＴに表示した結果である。

【００６１】図８，図９においては、明部が試料表面上
で高い部分であり、暗部が試料表面上で低い部分を表し
ている。図８においては、Ｙ軸方向の値が小さい方向は
暗部であり、Ｙ軸方向の値が大きい方向は明部にほぼ２
分され、試料表面のミクロな３次元形状を読み取ること
はできず、試料表面の傾斜方向を知るのみである。

【００６２】一方、図９においては、傾斜補正が行なわ
れてＸ−Ｙ平面において均等に試料表面の３次元形状を
表している。

【００６３】また、この実施例においては、２５６×２
５６ビットの解像度において１０秒程度の処理時間によ
り行なうことができ、従来の最小自乗法と比較して６倍
の速度の結果が得られている。

【００６４】（実施例１の変形例）前記ステップＳ１８
は、ステップＳ１５とステップＳ１６の間に設け、第１
の分割によるデータが求められた後に行うこともでき、
また、前記ステップＳ１９はステップＳ１７とステップ
Ｓ２０の間に設け、第２の分割によるデータが求められ
た後に行うこともできる。

【００６５】また、傾斜を求めるための点Ａ〜点Ｄの分
割面上での設定位置として、実施例２に示す各分割面上
での中心に代えて、各分割面上における他の任意の位置
に設定することもできる。

【００６６】また、前記ステップＳ２１の仮想平面によ
る３次元的データの補正において、、そのＺ軸方向のデ
ータとＣＲＴ上の表示濃度との対応関係は任意に設定す
ることができ、直線的関係とすることも、また比直線的
関係とすることも可能である。

【００６７】また、前記メモリ５をデータメモリ４内に
設けることも可能である。

【００６８】また、前記外部記憶装置は、フロッピーデ
ィスクに限らず周知の記憶手段を用いることが可能であ
る。

【００６９】（実施例２）次に、本発明の実施例２につ
いて説明する。

【００７０】（実施例２の構成）本発明の実施例２の構
成は、前記図５に示した実施例の走査型表面分析装置の
ブロック図、及びＣＰＵ１が有するデータの演算機能で
あるデータ処理機能、平均値演算機能、傾斜演算機能、
仮想平面演算機能、及びデータ演算機能については前記
実施例１と同様であり、仮想平面を求めるための試料表
面の分割において前記実施例１と相違している。

【００７１】そこで、ここでは、図５に示す走査型表面
分析装置のブロック図の説明を省略し、相違している試
料表面の分割についてのみ、以下の実施例２の作用の項
において説明する。

【００７２】（実施例２の作用）実施例２の作用は、前
記実施例１において示した図６の傾斜補正の概略工程を
説明するフローチャート、及び図７の傾斜補正の工程を
説明するフローチャートと同様であり、第１の分割及び
第２の分割での試料表面の分割面が相違している。

【００７３】そこで、ここではこの分割面についての
み、図１５の実施例２におけるＸ−Ｙ平面図を用いて説
明する。

【００７４】図１５において、Ｘ−Ｙ平面図は分割面Ｐ
ａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄの４つに分割される。この分割面
Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，ＰｄはＸ−Ｙ平面のＸ軸方向とＹ軸
方向においてそれぞれの中点により分割するものであ
る。そして、傾斜を求めるための各点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの
座標は、各分割面の中心をそのＸ−Ｙ座標とし、Ｚ軸方
向のデータの平均値をＺ座標とするものである。

【００７５】例えば、図中で分割面Ｐａは右上がりの斜
線で示され、その分割面の中心を点ＡのＸ−Ｙ座標とし
ており、また分割面Ｐｂは縦方向の斜線で示され、その
分割面の中心を点ＢのＸ−Ｙ座標としている。同様に分
割面ＰｃとＰｄについても、図中の点Ｃ及び点ＤのＸ−
Ｙ座標を分割面の中心に設定している。

【００７６】そして、この分割により求めた点Ａと点Ｃ
により一方の傾斜を求め、点Ｂと点Ｄにより他方の傾斜
を求め、この２つの傾斜から前記実施例１と同様にして
仮想面を求める。

【００７７】（実施例２の効果）実施例２においては、
実施例１と相違して分割面に重なりがないため、分割面
上でのＺ軸方向のデータの平均値の演算量を減少させる
ことができる。

【００７８】（実施例２の変形例）傾斜を求めるための
点Ａ〜点Ｄの分割面上での設定位置として、実施例２に
示す各分割面上での中心に代えて、各分割面上における
他の任意の位置に設定することもできる。

【００７９】（実施例３）次に、本発明の実施例３につ
いて説明する。

【００８０】（実施例３の構成）本発明の実施例３の構
成は、前記図５に示した実施例の走査型表面分析装置の
ブロック図、及びＣＰＵ１が有するデータの演算機能で
あるデータ処理機能、平均値演算機能、傾斜演算機能、
仮想平面演算機能、及びデータ演算機能については前記
実施例１及び実施例２と同様であり、仮想平面を求める
ための試料表面の分割において前記実施例１及び実施例
２と相違している。

【００８１】そこで、ここでは、図５に示す走査型表面
分析装置のブロック図の説明を省略し、相違している試
料表面の分割についてのみ、以下の実施例３の作用の項
において説明する。

【００８２】（実施例３の作用）実施例３の作用は、前
記実施例１において示した図６の傾斜補正の概略工程を
説明するフローチャート、及び図７の傾斜補正の工程を
説明するフローチャートと同様であり、第１の分割及び
第２の分割での試料表面の分割面が相違している。

【００８３】そこで、ここではこの分割面についての
み、図１６の実施例３におけるＸ−Ｙ平面図を用いて説
明する。

【００８４】図１６において、Ｘ−Ｙ平面図は分割面Ｐ
ａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄの４つに分割される。この分割面
Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，ＰｄはＸ−Ｙ平面において試料面の
対角線により３角形の領域として分割するものである。
そして、傾斜を求めるための各点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの座標
は、各３角形の分割面内の点をそのＸ−Ｙ座標とし、Ｚ
軸方向のデータの平均値をＺ座標とするものである。こ
の各３角形の分割面内の点としては、３角形の重心等の
任意の位置に設定することができる。

【００８５】例えば、図中で分割面Ｐａは右上がりの斜
線で示され、その分割面上の他方の対角線上の一点を点
ＡのＸ−Ｙ座標としており、また分割面Ｐｂは横方向の
斜線で示され、その分割面上の他方の対角線上の一点を
点ＢのＸ−Ｙ座標としている。同様に分割面ＰｃとＰｄ
についても、図中の点Ｃ及び点ＤのＸ−Ｙ座標に設定し
ている。

【００８６】そして、この分割により求めた点Ａと点Ｃ
により一方の傾斜を求め、点Ｂと点Ｄにより他方の傾斜
を求め、この２つの傾斜から前記実施例１と同様にして
仮想面を求める。

【００８７】（実施例３の変形例）３角形に分割領域を
形成する場合、実施例３の試料表面のＸ−Ｙ座標の各隅
を３角形の１つの角とする分割に代えて、試料表面のＸ
−Ｙ座標の各辺を３角形の１つの辺とする分割を用いる
こともできる。

【００８８】（実施例４）次に、本発明の実施例４につ
いて説明する。

【００８９】（実施例４の構成）本発明の実施例４の構
成は、前記図５に示した実施例の走査型表面分析装置の
ブロック図、及びＣＰＵ１が有するデータの演算機能で
あるデータ処理機能、平均値演算機能、及びデータ演算
機能については前記実施例１及び実施例２と同様である
が、仮想平面を求めるための試料表面の分割、及び仮想
平面演算機能において前記実施例１〜実施例３と相違し
ている。この実施例４の仮想平面演算機能は、３点の３
次元の座標データから平面を求める演算機能である。

【００９０】そこで、ここでは、図５に示す走査型表面
分析装置のブロック図の説明を省略し、試料表面の分割
及び仮想平面演算についてのみ、以下の実施例４の作用
の項において説明する。

【００９１】（実施例４の作用）実施例４の作用は、前
記実施例１において示した図６の傾斜補正の概略工程を
説明するフローチャートと同様であり、試料表面の分割
面及び傾斜補正の詳細な工程を説明するフローチャート
において相違している。

【００９２】そこで、ここではこの分割面及び傾斜補正
の詳細な工程を図１７の実施例４における極座標平面
図、及び図１８の実施例４の傾斜補正の工程を説明する
フローチャートを用いて説明する。

【００９３】図１７において、極座標平面は分割面Ｐ
ａ，Ｐｂ，Ｐｃの３つに分割される。この分割面Ｐａ，
Ｐｂ，Ｐｃは極座標平面において、等角度に扇状に分割
するものであり、図では１２０度により分割している。
そして、各分割面Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃのでの点Ａ〜点Ｃ
は、各扇状の平面中においてある半径と角度により決ま
る任意の点を平面上の座標とし、Ｚ軸方向のデータの平
均値をＺ方向の座標とするものである。この各扇状の分
割面内の点としては、任意の位置に設定することができ
る。

【００９４】例えば、図中で分割面Ｐａは右上がりの斜
線で示され、その分割面上の重心位置を平面上の座標と
し、また分割面Ｐｂは右下がり斜線で示され、その分割
面上の重心位置を平面上の座標とし、また分割面Ｐｃは
横方向の斜線で示され、その分割面上の重心位置を平面
上の座標としている。

【００９５】そして、この分割により求めた点Ａ〜点Ｃ
により仮想面を求める手順を図１８のフローチャートに
従って説明する。以下、３０番代のステップＳに従って
説明する。

【００９６】ステップＳ３１〜ステップＳ３３：この工
程は、前記図７に示すフローチャートのステップＳ１１
〜ステップＳ１３と同様であり、走査により得られた走
査像から３次元的データを求め、データメモリ４に記憶
する。なお、この実施例４においては、試料表面を極座
標により表しているため、走査像がＸ−Ｙ座標で表され
ている場合には、データを極座標に変換した後データメ
モリ４に記憶する。

【００９７】ステップＳ３４：次に、分割面Ｐａにおけ
るデータの平均値ｚａを求める。この平均値の演算は、
ＣＰＵ１の平均値演算機能により行なわれ、データメモ
リ４に記憶される。

【００９８】ステップＳ３５：前記ステップＳ３４と同
様にして分割面Ｐｂにおけるデータの平均値ｚｂを求め
る。この平均値の演算も、ＣＰＵ１の平均値演算機能に
より行なわれ、データメモリ４に記憶される。

【００９９】ステップＳ３６：また、前記ステップＳ３
４と同様にして分割面Ｐｃにおけるデータの平均値ｚｃ
を求める。この平均値の演算も、ＣＰＵ１の平均値演算
機能により行なわれ、データメモリ４に記憶される。

【０１００】ステップＳ３７：前記ステップＳ３４〜ス
テップＳ３６の工程で求め、データメモリ４に記憶され
ている各分割面でのデータの平均値を読み出し、ＣＰＵ
１の平面演算機能により１つの平面を求める。この平面
が、試料表面を代表する仮想平面となる。

【０１０１】ステップＳ３８：前記ステップＳ３７の工
程により求められた仮想平面を用いて、走査装置１によ
って得られデータメモリ４に記憶されている３次元的デ
ータの補正を行ない、補正されたデータをデータメモリ
４に記憶する。この工程は、前記実施例１のステップＳ
２０の工程と同様であるため、詳細な説明は省略する。

【０１０２】データメモリ４に記憶された補正されたデ
ータは、ＣＰＵ１により読み出されてＣＲＴ３等の表示
装置に表示されたり、またＣＰＵ１により読み出された
後、ディスクコントローラ６を通してフロッピーディス
ク７等の外部記憶装置に記憶させ、データの保管あるい
は他の装置におけるデータの使用に用いることができ
る。

【０１０３】（実施例４の変形例）分割領域の角度を、
実施例の１２０度の等角度分割に代えて任意の角度で分
割することも可能である。

【０１０４】（実施例５）次に、本発明の実施例５につ
いて説明する。

【０１０５】（実施例５の構成）本発明の実施例５の構
成は、前記図５に示した実施例の走査型表面分析装置の
ブロック図、及びＣＰＵ１が有するデータの演算機能で
あるデータ処理機能、平均値演算機能、及びデータ演算
機能については前記実施例１〜実施例４と同様である
が、仮想平面を求めるための試料表面の測定領域、及び
仮想平面演算機能において前記実施例１〜実施例４と相
違している。この実施例５の仮想平面演算機能は、同一
円周上のＺ軸方向のデータから平面を求める演算機能で
ある。

【０１０６】そこで、ここでは、図５に示す走査型表面
分析装置のブロック図の説明を省略し、仮想平面を求め
る手法についてのみ、以下の実施例５の作用の項におい
て説明する。

【０１０７】（実施例５の作用）実施例５の作用は、前
記実施例１において示した図６の傾斜補正の概略工程を
説明するフローチャートと同様であり、仮想平面を求め
るための試料表面の測定領域及び傾斜補正の詳細な工程
を説明するフローチャートにおいて相違している。

【０１０８】そこで、ここではこの仮想平面を求めるた
めの試料表面の測定領域及び傾斜補正の詳細な工程を、
図１９の実施例５における試料表面の測定領域図、図２
０の実施例５の試料表面の測定領域でのデータ図、図２
１の仮想平面の概略図、及び図２２の傾斜補正の工程を
説明するフローチャートを用いて説明する。

【０１０９】図１９において、試料表面の測定領域は試
料表面の任意の点Ｏを中心とした同一円周により設定さ
れる。ここでは、点Ｏから半径ｒの円周と半径ｒ＋Δｒ
の円周にはさまれた環状部分をこの試料表面の測定領域
とし、この環状部分におけるデータの平均値により試料
平面の傾斜及び傾きの方向を求めて、仮想平面を求め
る。

【０１１０】図２０は、図１９の環状部分のデータの平
均値を基準の位置からの角度として表したものである。
図において、環状部分のデータの平均値の最大値ｍａｘ
は基準位置からθ１の角度にあり、環状部分のデータの
平均値の最小値ｍｉｎは基準位置からθ３の角度にあ
り、また環状部分のデータの平均値の中間値は基準位置
からθ２及びθ４の角度にある。この結果から試料平面
は基準の位置からθ１の角度方向を向き、その傾斜角度
はａｒｃｔａｎ（（ｍａｘ−ｍｉｎ）／２ｒ）であるこ
とが分かる。この状態を図２１の概略図に示している。

【０１１１】この試料表面の測定領域により仮想面を求
める手順を図２２のフローチャートに従って説明する。
以下、４０番代のステップＳに従って説明する。

【０１１２】ステップＳ４１〜ステップＳ４３：この工
程は、前記図７に示すフローチャートのステップＳ１１
〜ステップＳ１３と同様であり、走査により得られた像
から３次元的データを求め、データメモリ４に記憶す
る。

【０１１３】ステップＳ４４：次に、試料表面の任意の
位置に中心点Ｏを設定する。

【０１１４】ステップＳ４５：前記ステップＳ４４の工
程で定めた中心点Ｏを中心とし、半径ｒのと半径ｒ＋Δ
ｒの同心円を設定する。そして、この２つの円により囲
まれる環状部分におけるデータを、データメモリ４から
読み出し、基準角度からの角度に対してデータの平均値
を求める（図２０参照）。

【０１１５】ステップＳ４６：次に、前記ステップＳ４
５の工程で求めたデータから、試料表面の傾斜方向を求
める。この傾斜方向を求める手法の一つとして、前記デ
ータの最大値をとる角度θ１、あるいは最小値をとる角
度θ３をとることができる。

【０１１６】また、傾斜方向を求める他の手法として、
前記データの最大値をとる角度θ１と最小値をとる角度
θ３の平均から求めることもできる。さらに、傾斜方向
を求める他の手法として、前記データの最大値と最小値
の中間の値をとる角度θ２及びθ４、あるいはそのいず
れか一方により求めることもできる。

【０１１７】この傾斜方向演算は、ＣＰＵ１により行な
われ、メモリ５に記憶される。

【０１１８】ステップＳ４７：次に、前記ステップＳ４
５の工程で求めたデータから、試料表面の傾きの角度を
求める。この試料表面の傾斜角度は、例えばａｒｃｔａ
ｎ（（ｍａｘ−ｍｉｎ）／２ｒ）から求めることができ
る。この傾斜演算は、ＣＰＵ１により行なわれ、メモリ
５に記憶される。

【０１１９】なお、前記ステップＳ４６とステップＳ４
７は、その順序を入れ換えることが出来る。

【０１２０】ステップＳ４８：前記ステップＳ４６及び
ステップＳ４７の工程で求めた試料表面の傾斜の方向と
傾斜角度により、平面を求める。この演算は、例えばＣ
ＰＵ１の平面演算機能により求める。この平面が、試料
表面を代表する仮想平面となる。

【０１２１】ステップＳ４９：前記ステップＳ４８の工
程により求められた仮想平面を用いて、走査装置１によ
って得られデータメモリ４に記憶されている３次元的デ
ータの補正を行ない、補正されたデータをデータメモリ
４に記憶する。この工程は、前記実施例１のステップＳ
２０の工程と同様であるため、詳細な説明は省略する。

【０１２２】データメモリ４に記憶された補正されたデ
ータは、ＣＰＵ１により読み出されてＣＲＴ３等の表示
装置に表示されたり、またＣＰＵ１により読み出された
後、ディスクコントローラ６を通してフロッピーディス
ク７等の外部記憶装置に記憶させ、データの保管あるい
は他の装置におけるデータの使用に用いることができ
る。（変形例）なお、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であ
り、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

【０１２３】前記実施例１においては、Ｚ軸方向のデー
タ値として、例えば試料表面の形状に基づく高さ方向の
形状データを適用して、試料表面の３次元的形状を求め
ているが、試料中の特定測定対象物の濃度分布等をＺ軸
方向のデータ値とすることにより、試料中の特定物質の
分布状態を求めることができる。

【０１２４】また、本発明は、ＳＴＭ、ＡＦＭ、ＳＰ
Ｍ、粗さ計、ＳＥＭの付属装置、光学的顕微鏡の付属装
置等の、試料表面の形状を３次元的に観察することがで
きる装置に適用することができる。

【０１２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
走査型表面分析装置おいて、試料表面のデータ値の傾斜
を自動、かつ、短い演算時間により補正することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の傾斜補正を説明する概略図
である。

【図２】本発明の実施例１の傾斜補正を説明する概略図
である。

【図３】本発明の実施例１の傾斜補正を説明する概略図
である。

【図４】本発明の実施例１の傾斜補正を説明する概略図
である。

【図５】本発明の実施例の走査型表面分析装置のブロッ
ク図である。

【図６】本発明の実施例の傾斜補正の工程を説明するフ
ローチャートである。

【図７】本発明の実施例１の傾斜補正の工程を説明する
フローチャートである。

【図８】３次元的データに処理を施す前の状態でＣＲＴ
に表示した結果である。

【図９】３次元的データを本発明の走査型表面分析装置
による処理を施した後にＣＲＴに表示した結果である。

【図１０】走査型表面分析装置により得られるデータの
概念図である。

【図１１】従来の走査型表面分析装置のデータ表示を説
明する図である。

【図１２】走査型表面分析装置のデータの傾斜補正を説
明する図である。

【図１３】従来の第１の傾斜補正を説明する図である。

【図１４】従来の第２の傾斜補正を説明する図である。

【図１５】本発明の実施例２におけるＸ−Ｙ平面図であ
る。

【図１６】本発明の実施例３におけるＸ−Ｙ平面図であ
る。

【図１７】本発明の実施例４における極座標平面図であ
る。

【図１８】本発明の実施例４の傾斜補正の工程を説明す
るフローチャートである。

【図１９】本発明の実施例５における試料表面の測定領
域図である。

【図２０】本発明の実施例５の試料表面の測定領域での
データ図である。

【図２１】本発明の実施例５の仮想平面の概略図であ
る。

【図２２】本発明の実施例５の傾斜補正の工程を説明す
るフローチャートである。

【符号の説明】

１…ＣＰＵ、２…走査装置、３…ＣＲＴ、４…データメ
モリ、５…メモリ、６…ディスクコントローラ、７…フ
ロッピーディスク、８…バス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料及び走査装置の相対的な走査により
試料表面におけるデータを求める走査型表面分析装置に
おいて、（ａ）試料及び走査装置の相対的な走査により
試料表面における３次元的データを求める測定手段と、
（ｂ）前記３次元的データを記憶する記憶手段と、
（ｃ）前記記憶手段に記憶された前記３次元的データか
らあらかじめ設定された２次元領域に対応する３次元方
向のデータを求め、該２次元領域の２次元座標と該３次
元方向のデータを用いて試料表面におけるデータを代表
する仮想的平面を求める演算手段と、（ｄ）前記記憶手
段に記憶された前記３次元的なデータ及び前記仮想的平
面を用いて、試料表面の傾斜を補正して傾斜補正した３
次元的なデータを求める補正手段とを有することを特徴
とする走査型表面分析装置。