[发明专利]形状测定装置、观察装置及影像处理方法

说明书

技术领域

本发明是关于从一边使被测定物相对摄影装置移动一边拍摄被测定物而取得的影像求出被测定物的表面形状的形状测定装置、观察装置及其影像处理方法。

背景技术

作为观察装置，有一种算出通过光学显微镜观察的被测定物的表面高度以求出该表面高度的装置(参照例如专利文献1)。此种形状测定装置500，例如图14所示，通过压电驱动装置530使物镜540以例如一秒间十五次的比率连续地(既定的上下宽度)往返扫描于上下方向、例如沿显微镜的光轴的方向。一边如上述地往返扫描，一边通过物镜540成像的试料550的影像，因此每1/900秒间一张的比例通过高速摄影机510被拍摄，并转换成数字信号输出至控制用处理器590。控制用处理器590，针对所输入的影像的各像素计算聚焦度(聚焦的程度)，并在往返扫描的上限位置至下限位置的范围内，将已检测出各像素中最高聚焦度的光轴方向位置分别求出作为与各像素对应的点的相对高度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3737486号公报

发明内容

本发明需要解决的课题

此外，现有的形状测定装置500中，针对所输入的影像的各像素求出上述聚焦度的手法，例如图15(A)所示，于所取得的影像内抽出3×3像素的像素格B100，以瞩目像素的像素值G05与其周边八像素的各像素值G01～G04，G06～G09为对象，在与数字运算(微分算子)OP100之间进行微分算子，以求出该瞩目像素的聚焦度。

此时，如图15(B)所示，在光学显微镜的焦点附近的光束I的光线密度，在焦点位置理论上并非成为点，而是通过绕射现象成为光的波长(例如约500nm)的等级。因此，高速摄影机510的摄影面的一像素(瞩目像素)内所成像的干涉光的光量分布亦于摄影面内方向扩展成500nm等级的模糊。因此，当考量将摄影面的一像素投影至试料面上时的大小(像素节距)为100nm程度时，恐有瞩目像素的像素值与周边像素的像素值之间几乎不产生浓淡变化(像素值变化)之虞。此情形下，由于即使在光轴方向的焦点位置附近聚焦度亦不会成为最大，或聚焦度的变化会成为平坦，因此即使以高解像力定位表面高度方向并进行测定，亦无法从已算出的聚焦度大小以高解像力决定焦点位置。

本发明有鉴于上述课题，提供能以高解像力测定被测定物的形状的构成的形状测定装置、观察装置及其影像处理方法。

为解决上述课题所采用的手段

为达成上述目的，本发明的形状测定装置，具备：摄影装置，接收来自以照明部照明的被测定物表面的光以拍摄前述被测定物的表面像；相对移动部，沿构成摄影装置的光学系统的光轴使被测定物相对摄影装置移动；以及影像处理部，一边利用相对移动部使被测定物相对摄影装置移动、一边对以摄影装置拍摄而取得的被测定物表面的多个影像进行影像处理；影像处理部，具备：第1运算处理部，从多个影像中抽出一个对象影像与除了对象影像以外的至少一个参考影像，并使微分算子作用于对象影像与参考影像，就抽出的对象影像与参考影像的各组以对象影像的像素单位算出既定的特征量；以及第2运算处理部，根据以像素单位算出的多个特征量中依各像素为最大的相对移动位置，求出被测定物的表面高度；微分算子，具有在算出特征量后，对对象影像的瞩目像素的像素值与参考影像中存在于与瞩目像素不同像素位置的相邻像素的像素值赋予权重的系数；特征量，因此微分算子产生的瞩目像素的像素值与相邻像素的像素值的微分值。

此外，上述形状测定装置中，较佳为进一步具备干涉光学系统，将来自照明部的光分割并分别照射于被测定物与参照面，使来自被测定物与参照面的反射光彼此干涉以产生干涉纹。又，较佳为以相对移动部使被测定物相对摄影装置移动，据以使被测定物的表面与光分割至参照面与被测定物表面的分割位置的距离变动，藉以使干涉纹产生变化。

又，上述形状测定装置中，较佳为摄影装置具备用以形成被测定物的表面像的摄影光学系统、以及拍摄通过摄影光学系统形成的被测定物的表面像的摄影元件；摄影元件的像素较摄影光学系统的光学解像力微细。

又，上述形状测定装置中，较佳为进一步具备移动机构，使被测定物相对摄影装置往与构成摄影装置的光学系统的光轴垂直的方向移动；移动机构，以较像素的宽度小的移动节距进行前述相对移动。

又，上述形状测定装置中，较佳为照明部能射出具有100nm以上的波长带宽的照明光。