JPH1172308A - 高さ測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、Ｚ移動ステップを小さくしても正確
に高さ情報を得る。 【解決手段】対物レンズ１７と試料１９との相対位置を
光軸方向に離散的にＺ方向移動制御回路２２により変化
させ、このときのピンホール２０を通して光検出器２１
により検出される光強度の変化における変曲点すなわち
最大値又は最小値を検出し、これらの変曲点となる対物
レンズ１７と試料１９との相対位置に基づいて試料１９
の高さ情報を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、共焦点を利用して
試料の高さ情報を取得する高さ測定方法及びその装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、共焦点走査型光学顕微鏡は、試
料を点光源によって点状照明し、試料からの透過光又は
反射光をピンホール上に集光させ、このピンホールを透
過する光の強度を光検出器で検出することによって試料
の表面情報を取得するものである。

【０００３】図８は一般的な共焦点走査型光学顕微鏡の
概略構成図である。点光源１から出射された点状光は、
ハーフミラー２を透過した後、収差補正された対物レン
ズ３によって試料４の面上に点状集光される。

【０００４】この照明された試料４の面で反射した光
は、再び対物レンズ３により集光され、ハーフミラー２
によって反射されて、対物レンズ３の集光位置に配置さ
れたピンホール５により試料４上の集光点以外からの反
射光がカットされ、ピンホール５を透過した光だけが光
検出器６よって検出される。

【０００５】このように点状に集光された照明光を試料
４の面全体に亘ってラスター走査し、このラスター走査
に対応させて光検出器６からの濃度情報をモニタに表示
することによって、試料４の面の２次元像が得られる。

【０００６】このような顕微鏡で試料４の２次元像を得
る場合、試料４の表面は、平坦な面でなく、例えば符号
Ａに示すような対物レンズ３の集光位置からずれた面も
存在する。

【０００７】このような面Ａから反射した光は、上記顕
微鏡では破線で示すようにピンホール５上に集光するこ
とはないので、対物レンズ３の集光位置以外からの反射
光は、ピンホール５でカットされて光検出器６で検出さ
れることはない。

【０００８】このような事から上記顕微鏡では、対物レ
ンズ３の集光位置、すなわち合焦位置に存在する試料４
の面の光学像のみを高精度に測定できる。又、図９に示
すように高さの異なる３つの試料面Ａ、Ｂ、Ｃを有する
試料７を通常の光学顕微鏡で観察する場合を想定する。

【０００９】このような試料７で、例えば試料面Ａに合
焦させたとき、他の試料面Ｂ、Ｃの光学像は惚けてしま
う。このため、全ての試料面Ａ、Ｂ、Ｃに対する合焦画
像、すなわち試料面Ａ、Ｂ、Ｃに対してピントがあった
際に得られる光学像を観察することは不可能である。

【００１０】一方、共焦点走査型光学顕微鏡では、各試
料面Ａ、Ｂ、Ｃに対する合焦画像を各々保存した後、こ
れら試料面Ａ、Ｂ、Ｃに対する合焦画像を光学的に足し
合わせることによって、全ての試料面Ａ、Ｂ、Ｃに対す
る合焦画素を得ることができる。なお、実際には、各試
料面Ａ、Ｂ、Ｃから発生する光学像の明るさの最大値を
相互に足し合わせればよい。

【００１１】以上のような試料の表面状態の測定方法
は、文献として『ＴＨＥＯＲＹ ＡＮＤ ＰＲＡＣＴＩ
ＣＥ ＯＦ ＳＣＡＮＮＩＮＧ ＯＰＴＩＣＡＬ ＭＩ
ＣＲＯＳＣＯＰＹ』トニーウィルソン、コーリンシェパ
ード著：ＡＣＡＤＥＭＩＣ ＰＲＥＳＳ発行の１２６頁
〜１３０頁に記載されている。

【００１２】又、この文献中には、試料の表面形状を測
定する技術が記載されている。すなわち、試料面の１点
に集束光を照射した状態で、この集束光をその光軸方向
（Ｚ方向）にＺ走査し、この走査中に輝度が最も高くな
る位置（Ｚ位置）を検出して保存する。

【００１３】次に上記集束光をＸ方向に移動させること
によって試料面の次の１点に集束光を照射し、この点で
上記同様のＺ走査を行い、この走査中に輝度が最も高く
なる位置（Ｚ位置）を検出して保存する。

【００１４】このように集束光を試料面上でＸＹ方向に
移動させて各点で集束光を照射し、その点でＺ走査を行
って輝度が最も高くなるＺ位置を検出することを繰り返
すことによって、輝度変化に基づいて試料の表面形状が
測定される。

【００１５】具体的に共焦点走査型光学顕微鏡を用いた
試料の高さ測定動作について説明すると、図１０には共
焦点走査型光学顕微鏡の構成図を示す。顕微鏡本体１０
には、レーザ光源１１が備えられ、このレーザ光源１１
から出射された走査用レーザ光は、ミラー１２で反射
し、ハーフミラー１３を透過して２次元走査機構１４に
入射する。

【００１６】この２次元走査機構１４は、走査制御ユニ
ット１５により動作制御され、入射した走査用レーザ光
をガルバノミラー等を用いて２次元平面（ＸＹ平面）上
に走査するものとなっている。

【００１７】この２次元走査機構１４の下方には、レボ
ルバ１６が設けられ、これに対物レンズ１７が取り付け
られている。そして、この対物レンズ１７の下方には、
ステージ１８が設けられ、このステージ１８上に試料１
９が載置されている。

【００１８】又、ハーフミラー１３の分岐方向には、ピ
ンホール２０を介して光検出器２１が配置されている。
このピンホール２０は、対物レンズ１７の集光位置と共
役な位置に配置されたものであり、光検出器２１は、こ
のピンホール２０を通過した光をその光量に対応した電
気信号に変換出力するものである。

【００１９】ステージ１８は、Ｚ方向移動制御回路２２
の制御によりＺ方向に上下動するものとなっている。画
像処理ユニット２３は、光検出器２１から出力された電
気信号を入力すると共にＺ方向移動制御回路２２による
ステージ１８の移動回数のカウント値を入力し、光検出
器２１により検出された光量が最大値を示したステージ
１８の移動回数のカウント値から合焦位置を求める機能
を有している。

【００２０】この画像処理ユニット２３には、第１の画
像メモリＭ₁ 、第２の画像メモリＭ₂ が備えられ、第１
の画像メモリＭ₁ には、ステージ１８０移動させたとき
の光検出器２１からの電気信号の最大値が保存され、第
２の画像メモリＭ₂ には、光検出器２１からの電気信号
が最大となるときのステージ１８の移動回数のカウント
値が保存される。

【００２１】コンピュータ２４は、走査制御ユニット１
５、Ｚ方向移動制御回路２２及び画像処理ユニット２３
に対して各指令を発して制御するものであり、かつ測定
範囲の設定及び各測定範囲内のステージ１８の移動量
や、画像表示及び顕微鏡システムの制御等をモニタ２５
に表示して観察者に報知するものとなっている。

【００２２】このように構成された顕微鏡の作用につい
て図１１に示す動作フローチャートに従って説明する。
ここで、第１、第２の画像メモリＭ₁ 、Ｍ₂ に保存され
る値をそれぞれＭ_a 、Ｍ_b とし、ステージ１８の移動回
数のカウント値をｋ、このときに光検出器２１から出力
される電気信号をＩ_k とする。Ｍ_b ≠ｋ Ｍ_b はＩ_k が
最大となるときのｋの値 測定が開始されると、ステップＳ₁ において、コンピュ
ータ２４の指令によりステージ１８が測定開始位置Ｚ_o
に設定され、かつステージ１８の移動回数のカウント値
ｋがクリア（ｋ＝０）され、第１の画像メモリＭ₁ の値
Ｍ_a がクリア（＝Ｉ_o ）されるとともに、第２の画像メ
モリＭ₂ に保存されている値Ｍ_b リセット（Ｍ_b ＝０）
される。

【００２３】次に、ステージ１８は、ステップＳ₂ にお
いてＺ方向移動制御回路２２の制御によりΔＺ分だけ例
えば上方に移動される。ステージ１８の移動回数のカウ
ント値ｋ（Ｍ_b ≠ｋ）は、「１」だけカウントアップさ
れる。

【００２４】この状態で、レーザ光源１１から出射され
た走査用レーザ光は、ミラー１２で反射し、ハーフミラ
ー１３を透過して２次元走査機構１４に入射する。この
２次元走査機構１４は、走査制御ユニット１５の動作制
御により、入射した走査用レーザ光をガルバノミラー等
を用いて試料１９の２次元平面上に走査する。

【００２５】この２次元平面上に走査したときの試料１
９から反射されたレーザ光は、２次元走査機構１４から
ハーフミラー１３に導かれ、ここで反射してピンホール
２０を通って光検出器２１に入射する。

【００２６】この光検出器２１は、ピンホール２０を通
過した光をその光量に対応した電気信号に変換出力す
る。そして、コンピュータ２４は、ステップＳ₃ におい
て、第１の画像メモリＭ₁に保存されている値Ｍ_a と現
在の光検出器２１からの電気信号Ｉ_k とを比較し、現在
の光検出器２１からの電気信号Ｉ_k が値Ｍ_a よりも大き
ければ、ステップＳ₄ に移って第１の画像メモリＭ₁ の
値Ｍ_a をＩ_k に書き替えるとともに、第２の画像メモリ
Ｍ₂ の値Ｍ_b をｋに書き替える。

【００２７】なお、現在の光検出器２１からの電気信号
Ｉ_k が第１の画像メモリＭ₁ の値Ｍ_a よりも小さけれ
ば、第１の画像メモリＭ₁ の値Ｍ_a 及び第２の画像メモ
リＭ₂の値Ｍ_b はそのままである。

【００２８】このように上記ステップＳ₂ 〜Ｓ₄ の処理
をステップＳ₅ の判断で所定のＮ回繰り返すことによっ
て、光検出器２１から出力される電気信号Ｉ_k の最大値
が第１の画像メモリＭ₁ の値Ｍ_a として保存され、その
ときのステージ１８の移動回数のカウント値ｋが第２の
画像メモリＭ₂ に保存される。

【００２９】なお、実際の共焦点走査型光学顕微鏡で
は、ガルバノメータやＡＯＤ素子などの高速な２次元走
査機構を用いて集束光をＸＹ平面上に移動させ、このｘ
ｙ走査を行って試料１９の各点の輝度を検出し、順次Ｚ
位置を移動させながら、試料１９上の各点での電気信号
Ｉ_k の大小を比較することによって試料１９の全体の測
定時間を短くしている。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記高
さ測定測定の場合、Ｚ走査による輝度の値は、例えば図
１２に示す各測定データ「○」のようになり、対物レン
ズ１７と試料１９との相対位置を連続的に変化させた場
合の輝度の変化曲線Ｗ₁ 上で輝度の値が最大となる位置
Ｚ_t より、ずれた位置Ｚ_m がＺ位置として保存されてし
まう。

【００３１】このずれは、Ｚ走査を離散的に行っている
こと、すなわちＺ走査の量子化により生じる誤差であ
り、そのずれ量は最大でＺ方向の移動ステップΔｚの２
分の１となる。そして、このずれ量は、Ｚ走査の開始位
置で決まるので、測定の度にばらつき、測定再現性を悪
くする原因となる。

【００３２】例えば、２点間の高さを測定する場合、こ
れらの点で各々、Ｚ移動ステップの２分の１の誤差が生
じるので、全体でＺ移動ステップΔｚ分の誤差が生じる
ことになる。

【００３３】そこで、このような誤差を小さくするため
にＺ移動ステップΔｚを小さくすればよいが、輝度が最
大となる位置を検出するには、Ｚ方向に１ステップ駆動
したときの光検出器２１の出力変化が、電気的なノイズ
や第１の画像メモリＭ₁ の１階調分に相当する輝度の値
よりも大きくなければならない。

【００３４】仮にＺ移動ステップΔｚを小さくしたとし
ても、光強度が最大となる位置近傍における輝度の値
が、電気的なノイズや第１の画像メモリＭ₁ の１階調分
に相当する強度以下であれば、本来の光強度と検出した
光強度との大小が一致しない場合があり、輝度の値が最
大となるＺ位置を正確に検出することにはならない。

【００３５】すなわち、上記方法では、Ｚ移動ステップ
Δｚは、光強度が最大となる位置近傍における輝度の変
化量と電気的なノイズや第１の画像メモリＭ₁ の１階調
に相当する光強度で制限されることになるが、図１２に
示すように光強度が最大となる位置近傍では、輝度の変
化が小さいので、必然的にＺ移動ステップΔｚは、ある
所定の量より小さくすることができない。

【００３６】従って、最近の半導体プロセスでは、半導
体ウエハ上のパターンの厚さ等の測定において０．１μ
ｍ以下の分解能で測定し、かつその再現性が０．０５μ
ｍ以下であることが求められており、上記の高さ測定方
法及びこの方法を適用した顕微鏡ではこうした要求に応
えられなくなってきている。そこで本発明は、Ｚ移動ス
テップを小さくしても正確に高さ情報を得ることができ
る高さ測定方法及びその装置を提供することを目的とす
る。

【００３７】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、光を
光学レンズを通して試料に照射し、この試料から反射さ
れた光を光学レンズの集光位置と共役な位置に配置され
た微小開口を通して光強度を検出する工程と、光学レン
ズと試料との相対位置を光軸方向に離散的に変化させた
ときの光強度の変化における変曲点となる光学レンズと
試料との相対位置を高さ情報として取得する工程と、を
有する高さ測定方法である。

【００３８】請求項２によれば、光を対物レンズを通し
て試料に照射したときの試料表面からの反射光を対物レ
ンズの集光位置と共役な位置に配置された微小開口を通
して光検出器に入射し、この光検出器により検出された
光強度に基づいて光学レンズと試料との高さ情報として
得る高さ測定装置において、対物レンズと試料との相対
位置を光軸方向に離散的に変化させる移動機構と、この
移動機構により対物レンズと試料との相対位置を変化さ
せときの光検出器により検出される光強度の変化におけ
る変曲点を検出する変曲点検出手段と、この変曲点検出
手段により検出された変曲点に基づいて対物レンズと試
料との相対位置を高さ情報として得るに高さ情報取得手
段と、を備えた高さ測定装置である。

【００３９】

【発明の実施の形態】

(1) 以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参
照して説明する。本発明の高さ測定方法は、光を光学レ
ンズを通して試料に照射し、この試料から反射された光
を光学レンズの集光位置と共役な位置に配置された微小
開口を通して光強度を検出する工程と、光学レンズと試
料との相対位置を光軸方向に離散的に変化させたときの
光強度の変化における変曲点となる光学レンズと試料と
の相対位置を高さ情報として取得する工程とを有するも
のである。

【００４０】図１はかかる高さ測定方法を適用した共焦
点走査型光学顕微鏡の構成図である。なお、図１０と同
一部分には同一符号を付して簡単に説明する。顕微鏡本
体１０に備えられたレーザ光源１１から出射された走査
用レーザ光の光路上には、ミラー１２、ハーフミラー１
３を介して２次元走査機構１４が配置されている。

【００４１】この２次元走査機構１４は、走査制御ユニ
ット１５から出力される走査制御信号Ｐ₁ を受けて動作
制御され、入射した走査用レーザ光をガルバノミラー等
を用いて２次元平面（ＸＹ平面）上に走査する機能を有
している。

【００４２】この２次元走査機構１４の下方には、対物
レンズ１７が取り付けられたレボルバ１６が設けられて
いる。そして、この対物レンズ１７の下方側には、試料
１９を載置するステージ１８が設けられている。

【００４３】又、ハーフミラー１３の分岐方向には、ピ
ンホール２０を介して光検出器２１が配置されている。
このピンホール２０は、上記の如く対物レンズ１７の集
光位置と共役な位置に配置されている。

【００４４】ステージ１８は、Ｚ方向移動制御回路２２
から出力されるＺ制御信号Ｐ₂ を受けて駆動制御され、
Ｚ方向に所定のＺ移動ステップΔｚ毎に上下動する機能
を有しいる。

【００４５】画像処理ユニット３０は、光検出器２１か
ら出力された電気信号を入力すると共にＺ方向移動制御
回路２２によるステージ１８の移動回数のカウント値を
入力し、光検出器２１により検出された光強度の変化に
おける変曲点、例えば光強度の変化が最大を示したステ
ージ１８の移動回数のカウント値ｋに基づいて対物レン
ズ１７と試料１９との相対位置を高さ情報として取得す
る機能を有している。

【００４６】この画像処理ユニット３０には、それぞれ
５１２画素×５１２画素×８ビット（２５６階調）から
成る第１の画像メモリＭ₁₀、第２の画像メモリＭ₁₁及び
第３の画像メモリＭ₁₂が備えられている。

【００４７】このうち第１の画像メモリＭ₁₀には、ステ
ージ１８をＺ移動ステップΔｚ毎に移動させたときの前
回の測定点において光検出器２１から出力された電気信
号Ｉ_k-1 と今回の測定点において光検出器２１から出力
された電気信号Ｉ_k との差の最大値、すなわち光強度の
変化の最大を示す値Ｉ_k −Ｉ_k-1 が保存される。

【００４８】又、第２の画像メモリＭ₁₁には、今回の測
定点において光検出器２１から出力された電気信号Ｉ_k
が保存される。又、第３の画像メモリＭ₁₂には、Ｉ_k −
Ｉ_k-1 が最大となるステージ１８の移動回数のカウント
値ｋが保存されるものとなっている。

【００４９】コンピュータ３１は、図２に示す動作フロ
ーチャートに従って、走査制御ユニット１５、Ｚ方向移
動制御回路２２及び画像処理ユニット３０に対して各指
令を発して制御するものであり、かつ測定範囲の設定及
び各測定範囲内のステージ１８の移動量や、画像表示及
び顕微鏡システムの制御等をモニタ２５に表示して観察
者に報知するものとなっている。

【００５０】次に上記の如く構成された光学顕微鏡の作
用について説明する。観察者が試料１９をステージ１８
上に載置の後、コンピュータ３１の制御によって試料１
９上に集光された微小スポットの走査用レーザ光がＸＹ
平面上に走査される。

【００５１】すなわち、レーザ光源１１から出射された
走査用レーザ光は、ミラー１２で反射し、ハーフミラー
１３を透過して２次元走査機構１４に入射する。この２
次元走査機構１４は、走査制御ユニット１５の動作制御
により、入射した走査用レーザ光をガルバノミラー等を
用いて試料１９の２次元平面上にラスター走査する。

【００５２】これと同時に、Ｚ方向移動制御回路２２の
駆動制御によりステージ８をＺ方向にステップ状に移動
して対物レンズ１７と試料１９との相対距離を変化させ
る。このとき、試料１９にピントが合ったか否かの判断
は、モニタ２４に表示された画像を観察者が見ながら行
う。

【００５３】次に、観察者は、測定動作に関係する各パ
ラメータの設定を行う。先ず、コンピュータ３１によっ
て試料１９の測定範囲Ｌ及び測定を開始するステージ１
８の位置Ｚ_o が設定され、この後、ステージ１８の１回
あたりのＺ方向への移動量（Ｚ方向移動ステップ）Δｚ
が設定される。

【００５４】このＺ方向移動ステップΔｚは、ここでは
対物レンズ１７の集光位置に対して試料１９の位置をＺ
方向に移動させる際の１回の移動量である。又、測定範
囲Ｌとステージ１８の１回あたりのＺ方向移動ステップ
Δｚとが設定されると、ステージ１８の移動回数Ｎは、 Ｌ／Δｚ≦Ｎ …(1) という関係に従って決定される。

【００５５】ステージ１８の移動回数Ｎのカウント値
は、第３の画像メモリＭ₁₂に保存されるので、ステージ
１８の移動回数Ｎは、第３の画像メモリＭ₁₂の階調数２
５５以下に制限される。

【００５６】このように測定範囲Ｌ、移動量Δｚ及び移
動回数Ｎが設定された後、試料１９に対する測定が開始
される。ここで、第１〜第３の画像メモリＭ₁₀〜Ｍ₁₂に
保存される値をそれぞれＭ_a 、Ｍ_b 、Ｍ_c とし、ステー
ジ１８の移動回数のカウント値をｋ、このときに光検出
器２１から出力される電気信号をＩ_k とする。

【００５７】次に図２に示す光学顕微鏡の動作フローチ
ャートに従って説明する。測定が開始されると、ステッ
プ＃１において、ステージ１８はＺ方向移動制御回路２
２の駆動により測定開始位置Ｚ_O に移動され、かつステ
ージ１８の移動回数のカウント値ｋがリセットされる。

【００５８】これと共に第１の画像メモリＭ₁₀に保存さ
れる値Ｍ_a がクリアされるととともに、このときに例え
ば図３に示す光検出器２１から出力される電気信号Ｉ_o
が第２の画像メモリＭ₁₁に保存される。

【００５９】次に、ステージ１８は、ステップ＃２にお
いて、Ｚ方向移動制御回路２２の駆動によりＺ方向移動
ステップΔｚ分だけＺ方向に移動し、ステージ１８の移
動回数のカウント値ｋが「＋１」だけカウントアップさ
れる。

【００６０】続いて、画像処理ユニット３０は、ステッ
プ＃３において、このとき光検出器２１から出力される
電気信号Ｉ_k を入力し、この電気信号Ｉ_k と第２の画像
メモリＭ₁₁に保存される電気信号Ｍ_b との差、 Ｉ_k −Ｍ_b （Ｉ_k −Ｉ_k-1 ） …(2) を求め、これと第１の画像メモリＭ₁₀に保存されている
値Ｍ_a （＝０）とを比較する。

【００６１】この比較の結果、 Ｍ_a ＜Ｉ_k −Ｍ_b …(3) 上記式(3) の関係が成り立ち、Ｉ_k −Ｍ_b がＭ_a よりも
大きければ、画像処理ユニット３０は、ステップ＃４に
移って第１の画像メモリＭ₁₀に保存されている値Ｍ_a を
Ｉ_k −Ｍ_b に書き替えて保存する。

【００６２】これと共に画像処理ユニット３０は、第３
の画像メモリＭ₁₂の値Ｍ_c を、このときのステージ１８
の移動回数のカウント値ｋに書き替えて保存する。続く
ステップ＃５において第２の画像メモリＭ₁₁の値Ｍ_b を
光検出器２１から出力される電気信号Ｉ_k に書き替えて
保存する。

【００６３】具体的に図３に示すように、例えばステー
ジ１８がＺ方向移動制御回路２２の駆動によりステージ
１８の移動回数のカウント値「ｋ＝３」から「ｋ＝４」
のｚ位置方向に移動したときを例にして説明すると、画
像処理ユニット３０は、ステップ＃３において、現在の
ステージ１８の位置（ｋ＝４）で光検出器２１から出力
される電気信号Ｉ₄ を入力し、この電気信号Ｉ₄ と第２
の画像メモリＭ₁₁に保存される前回のステージ１８の位
置（ｋ＝３）での電気信号Ｍ_b （＝Ｉ₃ ）との差、 Ｉ₄ −Ｉ₃ …(4) を求め、これと第１の画像メモリＭ₁₀に保存されている
これまでの値Ｍ_a （＝Ｉ_k+1 −Ｉ_k ）の最大値、例えば
図３ではＩ₃ −Ｉ₂ とを比較する。

【００６４】この比較の結果、Ｉ₄ −Ｉ₃ がＩ₃ −Ｉ₂
よりも大きければ、画像処理ユニット３０は、ステップ
＃４に移って第１の画像メモリＭ₁₀に保存されている値
Ｍ_ａをＩ_３ −Ｉ₂ からＩ₄ −Ｉ₃ に書き替えて保存す
る。

【００６５】このとき第３の画像メモリＭ₁₂には、ステ
ージ１８の移動回数のカウント値ｋ（＝４）が保存さ
れ、続くステップ＃５において第２の画像メモリＭ₁₁に
は、光検出器２１から出力される電気信号Ｉ₄ が保存さ
れる。

【００６６】このように上記ステップ＃２〜＃５の処理
がステップ＃６での判断によって所定のＮ回繰り返えさ
れることによって、光検出器２１から出力される電気信
号Ｉ_k のレベル変化の最大値、すなわち光強度の変化の
最大値が第１の画像メモリＭ₁₀に保存され、そのときの
ステージ１８の移動回数のカウント値ｋが第３の画像メ
モリＭ₁₂に保存される。

【００６７】図４はステージ１８をＺ方向に移動したと
きの光検出器２１から出力された電気信号Ｉ_k の変化曲
線Ｗ₂ について、電気信号Ｉ_k の変化（Ｉ_k −Ｉ_k-1 ）
すなわち微分値を取った図である。

【００６８】この図から電気信号Ｉ_k の変化Ｉ_k −Ｉ
_k-1 の最大値ΔＩ_ma、最小値ΔＩ_mb、すなわち微分値ｄ
Ｉ_k ／ｄｘの最大値Ｇ₁ 、最小値Ｇ₂ がＺ方向のＺ_a 、
Ｚ_b に現れることが分かり、これら電気信号Ｉ_k の変化
Ｉ_k −Ｉ_k-1 の最大値ΔＩ_maが第１の画像メモリＭ₁₀の
値Ｍ_a として保存される。

【００６９】ここで、ステッブ＃３でＭ_a ＜Ｉ_k −Ｉ_b
のときステップ＃４を行えば、Ｍ_aにはＩ_k −Ｉ_k-1 の
最大値ΔＩ_maが保存され、Ｍ_a ＞Ｉ_k −Ｉ_b のときステ
ップ＃４を行えば、Ｍ_a にはＩ_k −Ｉ_k-1 の最小値ΔＩ
_mbが保存される。

【００７０】実際の測定では、電気信号Ｉ_k の変化Ｉ_k
−Ｉ_k-1 の最大値ΔＩ_maとΔＩ_mbの一方のみを検出する
のみでよい。ここで、共焦点走査型光学顕微鏡におい
て、対物レンズ１７と試料１９との相対位置を連続的に
変化させた場合の光強度の変化は、例えば前述の文献
『ＴＨＥＯＲＹ ＡＮＤ ＰＲＡＣＴＩＣＥ ＯＦ Ｓ
ＣＡＮＮＩＮＧ ＯＰＴＩＣＡＬＭＩＣＲＯＳＣＯＰ
Ｙ』１２６頁に記載されているように理論的に求められ
ており、以下のように表される。

【００７１】 Ｉ（Ｚ）＝［｛ sin（ｕ／２）｝／（ｕ／２）］² …(5) ｕ＝８πＺ・ sin² （θ／２）／λ ＮＡ＝ sinθ Ｉは光強度、Ｚは焦点からの距離、ＮＡは対物レンズ１
７の開口数、λは光の波長である。

【００７２】試料１９の各点ごとの反射率・透過率が変
化すれば、これら反射率・透過率に応じて光強度Ｉが係
数倍されることになり、図３において輝度の変化曲線Ｗ
₂ が縦方向に係数倍されることになるが、この輝度の変
化曲線Ｗ₂ の形自体は変化しない。光強度Ｉが最大にな
るのは、光強度Ｉの微分係数が「０」なるときであるか
ら、上記式(5) をＺで微分して、

【００７３】

【数１】 を得る。

【００７４】この式(6) において、ｕ／２＝０のとき、
すなわちＺ＝０のときｄＩ／ｄＺ＝０となり、このとき
に輝度が最大となる。一方、光強度の変化ｄＩ／ｄＺが
最大となるのは、ｄＩ／ｄＺの微分係数が「０」になる
ときであるから、上記式(6) をさらにＺで微分して、

【００７５】

【数２】 を得る。

【００７６】そこで、ｕ／２＝±１．３０３のとき、ｄ
² Ｉ／ｄＺ² ＝０となる。ここで、符号の正負「±」
は、光強度の変化が正であるか負であるかを示し、符号
の正負で光強度の変化の絶対値は等しくなる。なお、符
号が「＋」のとき、光強度の変化が最大の極大値とな
り、符号が「−」のとき、光強度の変化が最小の極小値
となる。すなわち、図４に示すＺ_a 、Ｚ_b に現れる最大
値ΔＩ_ma、最小値ΔＩ_mbを示す。

【００７７】例えば、ＮＡ＝０．９５、λ＝４８８ｎｍ
とすると、光強度の変化が最大となるのはＺ＝±０．１
４７μｍとなる。従って、この場合は、試料１９のある
点で、ｚ走査を行って光強度の変化が最大となるＺ位置
を検出し、その値に０．１４７μｍを加算すると、その
点での試料１９の高さが求められる。

【００７８】又は、光強度の変化が最小となるＺ位置を
検出し、その値に０．１４７μｍを減算しても、その点
での試料１９の高さが求められる。すなわち、ＮＡ＝
０．９５、λ＝４８８ｎｍとした場合、図４に示す位置
Ｚ_a、Ｚ_b の位置を求めれば、これら位置Ｚ_a 、Ｚ_b か
ら変化曲線Ｗ_a の最大値までの各距離ｅ_a 、ｅ_b は開口
数ＮＡ及び波長λにより定まるので、位置Ｚ_a に０．１
４７μｍを加算することにより試料１９の高さが求めら
れ、又位置Ｚ_b から０．１４７μｍを減算することによ
り試料１９の高さが求められる。

【００７９】従って、画像処理ユニット３０は、光強度
の変化が最大又は最小となるＺ位置、例えば図４に示す
Ｚ_a 、Ｚ_b を検出すると、このうちのＺ_a に０．１４７
μｍを加算してその点での試料１９の高さを求め、又は
Ｚ_b から０．１４７μｍを減算してその点での試料１９
の高さを求める。

【００８０】一般的には、例えば上記図９に示すように
３つの試料面Ａ、Ｂ、Ｃを有する試料１９（７）におけ
る各試料面Ａ、Ｂ、Ｃの相対的な高さ（の差）を測定す
るものであり、このような場合の各試料面Ａ、Ｂ、Ｃに
対する各変化曲線は、例えば図５に示す通りＷ_a は試料
面Ａの変化曲線、Ｗ_b は試料面Ｂの変化曲線、Ｗ_c は試
料面Ｃの変化曲線を表す。

【００８１】なお、これら変化曲線Ｗ_a 、Ｗ_b 、Ｗ_c
は、ステージ１８上に試料１９（７）を載置し、２次元
走査機構１４によって走査用レーザ光を試料９の全体に
走査し、このときに試料１９（７）から反射されるレー
ザ光の光強度を光検出器２１により検出し、その電気信
号Ｉ_k を画像処理ユニット３０に入力し、ここで電気信
号Ｉ_k の最大値を順次検出する処理で得られるが、本発
明の顕微鏡を用いれば、各試料面Ａ、Ｂ、Ｃに対する各
変化曲線Ｗ_a 、Ｗ_b 、Ｗ_c の変化の各最大を示す位置Ｚ
_wa、Ｚ_wb、Ｚ_wcが求められる。

【００８２】従って、画像処理ユニット３０は、ＮＡ＝
０．９５、λ＝４８８ｎｍとした場合、これら位置
Ｚ_wa、Ｚ_wb、Ｚ_wcにそれぞれ０．１４７μｍを加算する
ことにより試料１９（７）の各試料面Ａ、Ｂ、Ｃの各高
さを求め、さらにこれら試料面Ａ、Ｂ、Ｃの各高さを比
較して各試料面Ａ、Ｂ、Ｃの相対的な高さの差を求め
る。

【００８３】又、画像処理ユニット３０は、上記各変化
曲線Ｗ_a 、Ｗ_b 、Ｗ_c の変化の最大を示す各位置Ｚ_wa、
Ｚ_wb、Ｚ_wcを各試料面Ａ、Ｂ、Ｃの高さに換算せずに、
直接各位置Ｚ_wa、Ｚ_wb、Ｚ_wcを比較することにより各試
料面Ａ、Ｂ、Ｃの相対的な高さの差を求める。例えば、
試料面ＡとＢの高さの差Ｚ_tb−Ｚ_taとＺ_wb−Ｚ_waが等し
くなるからである。

【００８４】このように上記第１の実施の形態において
は、対物レンズ１７と試料１９（７）との相対位置を光
軸方向に変化させ、このときの光検出器２１により検出
される光強度の変化における最大又は最小を検出し、こ
れら最大又は最小となる位置から対物レンズ１７と試料
１９（７）との相対位置を求めるようにしたので、光強
度の変化が光検出器２１の電気的なノイズや第１の画像
メモリＭ₁₀の１階調分に相当する光強度差と同程度にな
るまでＺ移動ステップを小さくでき、Ｚ移動ステップに
よる量子化誤差が少なく測定再現性のよい高さ測定がで
きる。

【００８５】すなわち、光強度の変化が最大又は最小と
なる点での光強度変化の絶対値は、光強度の変化曲線
（例えば図３に示す変化曲線Ｗ₂ ）上で文字通り最大に
なる。従って、この位置では、光検出器２１の電気的な
ノイズや第１の画像メモリＭ₁₀の１階調と同レベルにな
る限界のＺ移動ステップΔｚは、輝度が最大となる位置
近傍での光強度変化が同様の関係になるＺ移動ステップ
Δｚより当然小さくなるので、Ｚ移動ステップΔｚを小
さくして、ｚ移動の量子化により生じる誤差を少なくで
きる。

【００８６】又、３つの試料面Ａ、Ｂ、Ｃを有する試料
１９（７）の各試料面Ａ、Ｂ、Ｃの相対的な高さ（の
差）を測定する場合でも、これら試料面Ａ、Ｂ、Ｃに対
する各変化曲線Ｗ_a 、Ｗ_b 、Ｗ_c の変化の最大となる各
位置Ｚ_wa、Ｚ_wb、Ｚ_wcから光強度の最大となる位置に換
算することなく、直接各位置Ｚ_wa、Ｚ_wb、Ｚ_wcを比較す
ることにより各試料面Ａ、Ｂ、Ｃの相対的な高さ（の
差）、例えば半導体ウエハ上の各パターンの高さの差を
得ることができる。

【００８７】さらに構成上は、従来顕微鏡と比較しても
画像メモリを１つ増設するだけの簡単な変更だけでよ
い。 (2) 次に本発明の第２の実施の形態について説明する。
なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい
説明は省略する。

【００８８】図６は共焦点走査型光学顕微鏡の構成図で
ある。顕微鏡本体１０内におけるハーフミラー１３の分
岐方向には、試料１９からの反射光を等量に分岐するビ
ームスプリッタ４０が配置されている。

【００８９】このビームスプリッタ４０の一方の分岐方
向に対物レンズ１７の集光位置と共役に位置に配置され
た第１のピンホール４１を介して第１の光検出器４２が
配置されている。

【００９０】又、ビームスプリッタ４０の他方の分岐方
向には、対物レンズ１７の集光位置と共役に位置ｆより
もずれた位置に配置された第２のピンホール４３を介し
て第２の光検出器４４が配置されている。

【００９１】第２のピンホール４３の配置位置は、対物
レンズ１７の集光位置と共役な位置ｆすなわち第１のピ
ンホール４１に対してｚ移動の最小ステップに相当する
距離だけずれた位置となっている。つまり第２のピンホ
ール４３は、対物レンズ１７の集光位置と共役な位置ｆ
から、光強度の変化が最大となる位置近傍における輝度
の変化量と、電気的なノイズや第１の画像メモリＭ₁₀に
保存される１階調に相当する光強度とで制限される最小
のＺ移動ステップΔｚに対し、試料１９からピンホール
４３への光学系の縦倍率倍された位置に配置されてい
る。

【００９２】差分回路４５は、第１の光検出器４２から
出力された第１の電気信号と第２の光検出器４４から出
力された第２の電気信号との差分を求め、この差分信号
を画像処理ユニット４６の第１の画像メモリＭ₁₀に送る
機能を有している。

【００９３】この差分回路４５から出力される差分信号
は、対物レンズ１７と試料１９との相対位置をＺ方向に
最小のステップに相当する距離だけ移動させたときの光
強度の変化量と等価、すなわち図７に示すようにステー
ジ１８をｚ移動ステッブΔｚだけ移動させたときの、例
えば電気信号Ｉ₁₁とＩ₁₀との差分Ｉ₁₁−Ｉ₁₀と等価とな
っている。

【００９４】画像処理ユニット４６は、差分回路４５か
ら出力された差分信号を入力すると共にＺ方向移動制御
回路２２によるステージ１８の移動回数のカウント値を
入力し、差分回路４５から出力された差分信号の変化が
最大を示したステージ１８の移動回数のカウント値に基
づいて対物レンズ１７と試料１９との相対位置を高さ情
報として取得する。

【００９５】この画像処理ユニット４６は、それぞれ５
１２画素×５１２画素×８ビット（２５６階調）から成
る第１の画像メモリＭ₁₀及び第３の画像メモリＭ₁₂を備
え、このうち第１の画像メモリＭ₁₀に差分信号の最大
値、すなわち光強度の変化の最大を示す値Ｍ_a （＝Ｉ_k
−Ｉ_k-1 ）が保存され、かつ第３の画像メモリＭ₁₂に光
強度の変化が最大となるステージ１８の移動回数のカウ
ント値ｋが保存されるものとなっている。

【００９６】次に上記の如く構成された顕微鏡の作用に
ついて説明する。レーザ光源１１から出射された走査用
レーザ光は、ミラー１２で反射し、ハーフミラー１３を
透過して２次元走査機構１４に入射し、この２次元走査
機構１４の走査動作によって試料１９の２次元平面上に
走査される。

【００９７】これと同時に、Ｚ方向移動制御回路２２の
駆動制御によりステージ１８をＺ方向にステップ状に移
動して対物レンズ１７と試料１９との相対距離を変化さ
せる。このとき、試料１９にピントが合ったか否かの判
断は、モニタ２４に表示された画像を観察者が見ながら
行う。

【００９８】次に、観察者により測定動作に関係する各
パラメータの設定、すなわちコンピュータ３１によって
試料１９の測定範囲Ｌ及び測定を開始するステージ１８
の位置Ｚ_o が設定され、この後、ステージ１８１回あた
りのＺ方向への移動量Δｚが設定される。

【００９９】そして、測定が開始されると、ステージ１
８はＺ方向移動制御回路２２の駆動により測定開始位置
Ｚ_O に移動され、かつステージ１８の移動回数のカウン
ト値ｋがリセットされる。

【０１００】これと共に第１の画像メモリＭ₁₀に保存さ
れる値Ｍ_a がクリアされるととともに、このときに差分
回路４５から出力される差分信号が第１の画像メモリＭ
₁₀に保存される。

【０１０１】次に、ステージ１８は、Ｚ方向移動制御回
路２２の駆動により移動量Δｚ分だけＺ方向に移動し、
ステージ１８の移動回数のカウント値ｋが「＋１」だけ
カウントアップされる。

【０１０２】この状態に、試料１９からの反射光は、２
次元走査機構１４からハーフミラー１３を経てビームス
プリッタ４０に入射し、ここで第１のピンホール４１側
と第２のピンホール４３側との２方向に分岐される。

【０１０３】このうち第１のピンホール４１を透過した
光は第１の光検出器４２に入射し、この第１の光検出器
４２は、入射した光量に応じた第１の電気信号Ｉ_k を出
力する。

【０１０４】又、第２のピンホール４３を透過した光は
第２の光検出器４４に入射し、この第２の光検出器４４
は、入射した光量に応じた第２の電気信号Ｉ_k-1 を出力
する。

【０１０５】差分回路４５は、第１の光検出器４２から
出力された第１の電気信号Ｉ_k と第２の光検出器４４か
ら出力された第２の電気信号Ｉ_k-1 との差分Ｉ_k −Ｉ
_k-1 を求め、この差分信号Ｉ_k −Ｉ_k-1 を画像処理ユニ
ット４６の第１の画像メモリＭ₁₀に送る。

【０１０６】すなわち、この差分回路４５から出力され
る差分信号Ｉ_k −Ｉ_k-1 は、対物レンズ１７と試料１９
との相対位置をＺ方向に最小のステップに相当する距離
だけ移動させたときの光強度の変化量と等価、例えば図
７に示すようにステージ１８をｚ移動ステッブΔｚだけ
移動させたときの、第１と第２の電気信号Ｉ₁₁とＩ₁₀と
の差分Ｉ₁₁−Ｉ₁₀と等価となっている。

【０１０７】画像処理ユニット４６は、差分信号Ｉ_k −
Ｉ_k-1 と第１の画像メモリＭ₁₀に保存されている値Ｍ_a
とを比較する。この比較の結果、 Ｍ_a ＜Ｉ_k −Ｉ_k-1 …(8) 上記式(8) の関係が成り立ち、Ｉ_k −Ｉ_k-1 がＭ_a より
も大きければ、画像処理ユニット４６は、第１の画像メ
モリＭ₁₀に保存されている値Ｍ_a をＩ_k −Ｉ_k-1に書き
替えて保存する。

【０１０８】このとき第３の画像メモリＭ₁₂には、この
ときのステージ１８の移動回数のカウント値ｋが保存さ
れる。このように上記処理が所定のＮ回繰り返えされる
ことによって、第１の光検出器４２と第２の光検出器４
４とから出力される各電気信号Ｉ_k 、Ｉ_k-1 との差分信
号の最大値が第１の画像メモリＭ₁₀に値Ｍ_a として保存
され、そのときのステージ１８の移動回数のカウント値
ｋが第３の画像メモリＭ₁₂に保存される。

【０１０９】従って、画像処理ユニット４６は、上記第
１の実施の形態と同様に、例えばＮＡ＝０．９５、λ＝
４８８ｎｍとした場合、上記図４に示す位置Ｚ_a 、Ｚ_b
の位置を求めることができ、これら位置Ｚ_a 、Ｚ_b から
変化曲線Ｗ_a の最大値までの各距離ｅ_a 、ｅ_b は開口数
ＮＡ及び波長λにより定まるので、位置Ｚ_a に０．１４
７μｍを加算することにより試料１９の高さを求める。
又位置Ｚ_b から０．１４７μｍを減算することにより試
料１９の高さを求めてもよい。

【０１１０】又、例えば上記図９に示すように３つの試
料面Ａ、Ｂ、Ｃを有する試料１９９（７）の各試料面
Ａ、Ｂ、Ｃの相対的な高さ（の差）を測定する場合で
も、画像処理ユニット４６は、ＮＡ＝０．９５、λ＝４
８８ｎｍとした場合、図５に示すように各位置Ｚ_wa、Ｚ
_wb、Ｚ_wcにそれぞれ０．１４７μｍを加算することによ
り試料１９（７）の各試料面Ａ、Ｂ、Ｃの各高さを求
め、さらにこれら試料面Ａ、Ｂ、Ｃの各高さを比較して
各試料面Ａ、Ｂ、Ｃの相対的な高さの差を求める。

【０１１１】又、画像処理ユニット４６は、上記各変化
曲線Ｗ_a 、Ｗ_b 、Ｗ_c の変化の最大となる各位置Ｚ_wa、
Ｚ_wb、Ｚ_wcを各試料面Ａ、Ｂ、Ｃの高さに換算せずに、
直接各位置Ｚ_wa、Ｚ_wb、Ｚ_wcを比較することにより各試
料面Ａ、Ｂ、Ｃの相対的な高さの差を求める。

【０１１２】このように上記第２の実施の形態において
は、対物レンズ１７の集光位置と共役な位置に配置され
た第１のピンホール４１を介して第１の光検出器４２を
配置するとともに対物レンズ１７の集光位置と共役な位
置ｆよりもずれた位置に配置された第２のピンホール４
３を介して第２の光検出器４４を配置し、これら第１と
第２の光検出器４２、４４から各出力される第１と第２
の電気信号の差分信号の最大値を検出するようにしたの
で、上記第１の実施の形態と同様に、光強度の変化の最
大値を検出することと等価となり、光強度の変化が第１
及び第２の光検出器４２、４４の電気的なノイズや第１
の画像メモリＭ₁₀の１階調分に相当する光強度差と同程
度になるまでＺ移動ステップを小さくでき、Ｚ移動ステ
ップによる量子化誤差が少なく測定再現性のよい高さ測
定ができる。

【０１１３】又、３つの試料面Ａ、Ｂ、Ｃを有する試料
１９（７）の各試料面Ａ、Ｂ、Ｃの相対的な高さ（の
差）を測定する場合でも、直接各位置Ｚ_wa、Ｚ_wb、Ｚ_wc
を比較することにより各試料面Ａ、Ｂ、Ｃの相対的な高
さ（の差）、例えば半導体ウエハ上の各パターンの高さ
の差を得ることができる。

【０１１４】さらに構成上は、従来顕微鏡と比較しても
従来の顕微鏡と同等の画像メモリで対応できる。なお、
本発明は、上記第１及び第２の実施の形態に限定される
ものでなく次の通り変形してもよい。

【０１１５】例えば、図９に示す試料７の３つの試料面
Ａ、Ｂ、Ｃの高さ情報を得る場合、先ず、ステージ１８
を粗動させて対物レンズ１７を例えば試料面Ｃに対して
粗に位置合わせし、この後にステージ１８をＺ移動ステ
ップΔｚ毎に移動して高精度に試料面Ｃの高さ情報を取
得する。

【０１１６】次に、ステージ１８を粗動させて対物レン
ズ１７を試料面Ａに対して粗に位置合わせし、この後に
ステージ１８をＺ移動ステップΔｚ毎に移動して高精度
に試料面Ａの高さ情報を取得する。

【０１１７】そして、ステージ１８を粗動させて対物レ
ンズ１７を試料面Ｂに対して粗に位置合わせし、この後
にステージ１８をＺ移動ステップΔｚ毎に移動して高精
度に試料面Ｂの高さ情報を取得する。

【０１１８】このようにステージ１８を粗動とＺ移動ス
テップΔｚとを組み合わせて動作させれば、ステージ１
８を全てＺ移動ステップΔｚ毎に移動させることなく、
高さ情報の取得時間を短縮できる。

【０１１９】又、上記第２の実施の形態において、ｚ移
動のステップを、その最小値より大きな値に設定した場
合でも、差分回路４５の出力は、最小ステップでのｚ移
動による輝度の変化量を検出している。

【０１２０】このようにＺ移動ステップがその最小値よ
り大きな値に設定した場合には、設定したＺ移動ステッ
プに応じて第２のピンホール４３を対物レンズ１７の集
光位置と共役な位置から離すように構成すれば、差分回
路４５から出力される光強度の変化量が大きくなり、電
気的なノイズの影響がより小さくなってより高精度な測
定ができる。

【０１２１】又、上記第２の実施の形態において、第２
のピンホール４３は対物レンズ１７の集光位置と共役な
位置から離して対物レンズ１７からの距離を広くした位
置に配置しているが、これとは反対に対物レンズ１７か
らの距離を短くする位置に配置してもよい。この場合、
第２の光検出器４４の方が第１の光検出器４２よりもＺ
移動ステップΔｚ分だけ前の光強度を検出するものとな
る。

【０１２２】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、Ｚ
移動ステップを小さくしても正確に輝度の値が最大とな
るところを検出して高さ情報が得られる、すなわち光強
度の変化が光検出器の電気的なノイズや画像メモリの１
階調分に相当する光強度差と同程度になるまでＺ移動ス
テップを小さくでき、Ｚ移動ステップによる量子化誤差
が少なく測定再現性のよい高さ測定方法及びその装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる共焦点走査型光学顕微鏡の第１
の実施の形態を示す構成図。

【図２】同光学顕微鏡の動作フローチャート。

【図３】光強度の変化の最大値を検出するための作用を
説明するための図。

【図４】ステージをＺ方向移動したときの電気信号の変
化の最大値を示す図。

【図５】３つの試料面に対する各変化曲線を示す図。

【図６】本発明に係わる共焦点走査型光学顕微鏡の第２
の実施の形態を示す構成図。

【図７】同顕微鏡における差分回路の作用を説明するた
めの図。

【図８】一般的な共焦点走査型光学顕微鏡の概略構成
図。

【図９】高さの異なる３つの試料面を有する試料の外観
図。

【図１０】従来の共焦点走査型光学顕微鏡の構成図。

【図１１】同顕微鏡の動作フローチャート。

【図１２】光検出器から出力される電気信号の最大値を
検出する作用を説明するための図。

【符号の説明】

１０…顕微鏡本体、 １１…レーザ光源、 １４…２次元走査機構、 １５…走査制御ユニット、 １６…レボルバ、 １７…対物レンズ、 １８…ステージ、 １９…試料、 ２０…ピンホール、 ２１…光検出器、 ２２…Ｚ方向移動制御回路、 ２５…モニタ、 ３０…画像処理ユニット、 Ｍ₁₀…第１の画像メモリ、 Ｍ₁₁…第２の画像メモリ、 Ｍ₁₂…第３の画像メモリ、 ３１…コンピュータ、 ４０…ビームスプリッタ、 ４１…第１のピンホール、 ４２…第１の光検出器、 ４３…第２のピンホール、 ４４…第２の光検出器、 ４５…差分回路、 ４６…画像処理ユニット。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を光学レンズを通して試料に照射し、
   この試料から反射された光を前記光学レンズの集光位置
   と共役な位置に配置された微小開口を通して光強度を検
   出する工程と、 前記光学レンズと前記試料との相対位置を光軸方向に離
   散的に変化させたときの前記光強度の変化における変曲
   点となる前記光学レンズと前記試料との相対位置を高さ
   情報として取得する工程と、を有することを特徴とする
   高さ測定方法。
2. 【請求項２】 光を対物レンズを通して試料に照射した
   ときの前記試料表面からの反射光を前記対物レンズの集
   光位置と共役な位置に配置された微小開口を通して光検
   出器に入射し、この光検出器により検出された光強度に
   基づいて前記光学レンズと前記試料との高さ情報として
   得る高さ測定装置において、 前記対物レンズと前記試料との相対位置を光軸方向に離
   散的に変化させる移動機構と、 この移動機構により前記対物レンズと前記試料との相対
   位置を変化させときの前記光検出器により検出される光
   強度の変化における変曲点を検出する変曲点検出手段
   と、 この変曲点検出手段により検出された変曲点に基づいて
   前記対物レンズと前記試料との相対位置を高さ情報とし
   て得るに高さ情報取得手段と、を具備したことを特徴と
   する高さ測定装置。