走査型共焦点レーザ顕微鏡
【課題】観察試料の複数の観察面間におけるマークの位置ずれやギャップを計測する場合に従来の顕微鏡より装置を複雑化、大型化せず、正確に計測できる走査型共焦点レーザ顕微鏡を提供する。
【解決手段】レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を観察試料に集光する対物レンズと、前記観察試料からの反射光を受光して電気信号として出力する受光素子と、前記受光素子で検出したレーザ光の輝度情報を抽出し、観察試料の観察画像を構築する演算部と、前記演算部で構築された観察画像を記憶する画像記憶部と、前記観察画像を表示する表示部を有する走査型共焦点レーザ顕微鏡であって、前記画像記憶部に記憶されている複数の観察画像から、任意に選択した第一の観察画像と、前記第一の観察画像と異なる画像を少なくとも一つ選択し、前記選択した画像の一部を切り取り、前記第一の観察画像に重ね合わせて合成画像を作成する合成画像作成部、を備えた。
【解決手段】レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を観察試料に集光する対物レンズと、前記観察試料からの反射光を受光して電気信号として出力する受光素子と、前記受光素子で検出したレーザ光の輝度情報を抽出し、観察試料の観察画像を構築する演算部と、前記演算部で構築された観察画像を記憶する画像記憶部と、前記観察画像を表示する表示部を有する走査型共焦点レーザ顕微鏡であって、前記画像記憶部に記憶されている複数の観察画像から、任意に選択した第一の観察画像と、前記第一の観察画像と異なる画像を少なくとも一つ選択し、前記選択した画像の一部を切り取り、前記第一の観察画像に重ね合わせて合成画像を作成する合成画像作成部、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型共焦点レーザ顕微鏡に関し、更に詳しくは複数の観察画像を合成して表示する走査型共焦点レーザ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な走査型共焦点レーザ顕微鏡の光学系の構成について図７を用いて説明する。
レーザ光源１からの直線偏光の特性を持つレーザビーム２は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３を通過して、対物レンズ９の瞳８と共役な位置に配置された２次元走査機構４に入射する。図７で示されるレーザビーム２の光路は、この２次元走査機構４にて偏向された場合の光路を示している。
【０００３】
２次元走査機構４によって偏向されたレーザビーム２は、瞳投影レンズ５、結像レンズ６、１／４波長板７を介して対物レンズ９の瞳８に入射する。このとき直線偏光の特性を持つレーザビーム２は、上記１／４波長板７を通過することで円偏光に変換される。
【０００４】
円偏光に変換されたレーザビーム２は、対物レンズ９によって観察試料１０上に集光され、回折によって点状の光を生じる。対物レンズ９と観察試料１０との相対距離は調整することが可能となっており、観察試料１０の形状によらずピントを調整し、レーザビーム２を観察試料１０上に集光させることができる。この点状の光は、２次元走査機構４によって観察試料１０上を二次元走査され、その走査範囲は２次元走査機構４で偏向されるレーザビーム２の振れ幅による。
【０００５】
観察試料１０から反射された円偏光の特性を持つレーザビーム２、例えば反射光ビームは、対物レンズ９とその瞳８を通り、１／４波長板７で再び直線偏光に変換される。ここで直線偏光に変換された反射光ビームは、その特性により入射光ビームに対して互いに直交する直線偏光の特性を持つ。
【０００６】
１／４波長板７を通過した反射光ビームは結像レンズ６を通り、一旦結像する。この結像面が通常の光学顕微鏡で像を観察する面である。そして、さらに反射光ビームは瞳投影レンズ５により２次元走査機構４に戻ってくる。
【０００７】
このように反射光ビームは、観察試料１０に入射した時と全く同じ経路を逆に通って偏光ビームスプリッタ３に戻る。反射光ビームはレーザビーム２に対して上述したように１／４波長板７を二度通過しているため、入射ビームに対して偏光方向が直交している。よって、反射光ビームは、偏光ビームスプリッタ３により反射されて結像レンズ１１へと導かれる。
【０００８】
反射光ビームは、結像レンズ１１によって点状に絞られ、ピンホール１２を通過し、その後方の受光素子１３の受光面１４に集光する。ピンホール１２は対物レンズ９を通過したレーザビーム２の焦点位置と共役な位置に配置されているため、反射光ビームは観察試料１０で入射ビームが結像したときのみ、ピンホール１２で遮光されることなく通過し、受光面へ入射される。この受光面１４にて検出された反射光ビームの強度を輝度情報として観察画像を構築する。したがって通常の顕微鏡よりフレア光を少なくすることができ、高解像度で且つ焦点深度の浅い画像が得られる。
【０００９】
また、ピンホール１２を設けずに、画像を得ることができる。この場合はピンホール１２を設けた場合と比較して、対物レンズ９と観察試料１０との光軸方向の相対距離が、入射ビームの結像位置から多少ずれていても、反射ビームが受光面１４へ入射される。したがってピンホール１２がある場合と比較して、焦点深度が深い画像が得られる。
【００１０】
受光面１４に入射した反射光ビームの強度に応じた出力信号が受光素子１３から出力され、その出力信号の強度が輝度情報として演算部３１にて処理される。演算部３１では受光素子１３から出力される出力信号を、２次元走査機構４の走査位置と制御部３２を介して同期をとりながら一定の周期でサンプリングし、観察画像を構築している。演算部で構築された観察画像は画像記憶部３３に記憶され、表示部３４に表示される。
【００１１】
図７の観察試料１０の詳細図を図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）に示す。観察試料１０は、光軸方向に対して異なる位置に３つ観察面を持ち、観察試料構造物１０ｄはレーザビーム２を透過する物質で構成されている。特にレーザビーム２が波長１．１〜６．０μｍの赤外レーザで、観察試料構造物１０ｄは赤外レーザに対して高い透過率を有するシリコンウエハなどである場合、対物レンズ９と観察試料１０との相対距離を変えることにより、対物レンズからのレーザビーム２を各観察面上に結像させることができる。
【００１２】
例えば、観察面ｂ（１０ｂ）と観察面ｃ（１０ｃ）上のアライメントマークの位置ずれやギャップを計測したい場合、従来の走査型共焦点レーザ顕微鏡では図８（ｂ）の状態から図８（ｃ）の状態まで、対物レンズ９と観察試料１０の相対距離を変えながら同一条件で画像を連続的に取り込み、演算部３１で３次元画像を構築する必要があった。なお、図９には観察面ｂ（１０ｂ）と観察面ｃ（１０ｃ）の２次元画像（それぞれ５０ｂ、５０ｃ）、及び従来の方法で３次元画像を構築した際に作られる、観察面ｂと観察面ｃの観察画像（５０ｄ）の例を示す。
【００１３】
従来の測定方法の場合の観察面ｃの観察画像は、観察面ｂの表面状態などの影響により、観察面ｂを取り込む場合と同じ撮像条件では最適な状態の観察画像が撮れないことがある。したがって上記方法で３次元画像を構築した場合、観察面ｃの部分の鮮明な画像が取得されず、正確な観察面ｂと観察面ｃ上のアライメントマークの位置ずれや、ギャップの計測を行うことができない、という問題がある。
【００１４】
特許文献１では、多層化された半導体装置において、配線パターンが形成されているおもて面側からの観察では上層配線に覆い隠されてしまう下層の配線パターンの位置を裏面側から観察し、これを重ね合わせて表示するものである。しかしながら、この方法では、両側から画像を撮像するための装置が必要で、装置の複雑化、大型化といった問題が発生する。
【特許文献１】特開平１０−２２３６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
そこで、本発明の課題は、上述の問題点に鑑み、走査型共焦点レーザ顕微鏡において、観察試料の複数の観察面間におけるマークの位置ずれやギャップを計測する場合に、従来のものより装置を複雑化、大型化せず、正確に計測できる走査型共焦点レーザ顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決するために、本発明の走査型共焦点レーザ顕微鏡は、別々に撮りこんだ任意の観察画像に対して、一枚をベース画像とし、ベース画像以外の画像の任意の領域を切り出してベース画像に合成するようにした。
【００１７】
本発明の一態様によれば、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を観察試料に集光する対物レンズと、前記観察試料からの反射光を受光して電気信号として出力する受光素子と、前記受光素子で検出したレーザ光の輝度情報を抽出し、観察試料の観察画像を構築する演算部と、前記演算部で構築された観察画像を記憶する画像記憶部と、前記観察画像を表示する表示部を有する走査型共焦点レーザ顕微鏡であって、前記画像記憶部に記憶されている複数の観察画像から、任意に選択した第一の観察画像と、前記第一の観察画像と異なる画像を少なくとも一つ選択し、前記選択した画像の一部を切り取り、前記第一の観察画像に重ね合わせて合成画像を作成する合成画像作成部、を備えることを特徴とする。これにより、一枚の観察画像にそれ以外の観察画像の任意の領域を重ね合わせ、一枚の観察画像として合成して表示することができ、例えば、観察試料の複数の観察面間におけるマークの位置ずれなどを簡単に見つけることができるようになる。
【００１８】
更に本発明の一態様によれば、前記合成画像において任意の領域を三次元的に計測する計測部を備えることを特徴とする。これにより、異なる観察画像上の二点間の距離を正確に計測することが可能である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の走査型共焦点レーザ顕微鏡によれば、簡単な構成で一枚の観察画像にそれ以外の観察画像の任意の領域を重ね合わせ、一枚の観察画像として合成して同時に表示することができる。これにより、観察試料の異なる観察面上の例えばアライメントトーク等の位置ずれや、そのギャップを正確に計測することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１に、本発明の一実施例を示す。図１は、本発明の走査型共焦点レーザ顕微鏡における光学系、およびシステム構成図を示したものであり、上述した従来の走査型共焦点レーザ顕微鏡（図７）と同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００２１】
図１に示した走査型共焦点レーザ顕微鏡の光学系には、光源部にシリコンに対して高い透過率を有する、波長１．１μｍ〜６．０μｍの赤外レーザ光源１６が設けられている。
受光素子１３から出力される出力信号は、演算部３１にて処理され、表示部３４に観察試料１０の観察画像として表示される。また、操作者は、指示部３５により表示部３４に表示されたＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を介してシステムを操作する。ここで、表示部３４としては例えばモニタなどで、指示部３５としては例えばマウスやキーボードなどの入力デバイスを用いる。
【００２２】
また、従来の走査型共焦点レーザ顕微鏡には存在しなかった機能として、本発明では、合成画像作成部３６を備える。該合成画像作成部３６は、操作者が指定した第一の観察画像をベース画像とし、更に操作者が指定した該ベース画像とは異なる観察画像における切り出し領域を該ベース画像に重ねるように配置合成して表示部３４に出力する処理を行う。
【００２３】
更に、本発明の走査型共焦点レーザ顕微鏡は、計測部３７を備え、操作者が指示した、表示部３４に表示された二点間の指示した位置の該距離、ギャップ等を計測し、結果を表示部３４に表示する。該計測部３７では、操作者が指定した二点間が、合成した異なる観察画像間に跨る場合は、該距離、ギャップなどの合成画像内の二次元的な距離を算出するだけでなく、観察画像間の光軸方向の位置情報を考慮し、三次元的に距離等を算出する。
【００２４】
以下に本発明の走査型共焦点レーザ顕微鏡システムについて、操作者の手順に沿って説明する。
観察試料１０は、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すように、光軸方向に対して異なる位置に複数の観察面を持つ。観察試料構造物１０ｄは赤外レーザビーム１７を透過する、例えばシリコンウエハなどで構成されている。
【００２５】
以下、操作者が観察試料１０の観察面ｂ（１０ｂ）をベース画像とし、該観察面ｂと観察面ｃ（１０ｃ）の合成画像を得たい場合を例に説明をする。
まず、図２（ａ）で赤外レーザビームが観察面ａ（１０ａ）上に結像されている。その後、図２（ｂ）、図２（ｃ）の順に対物レンズ９を光軸方向に移動させ、観察面ｂ、観察面ｃの画像を取得する。
【００２６】
最初に、操作者は、観察面ｂを取得する。この際、観察試料１０と対物レンズ９の相対的な位置関係は、図２（ｂ）のようになっており、対物レンズ９から出射される赤外レーザビーム１７は観察面ｂ上に結像される。このとき表示部３４に表示される二次元観察画像５０ｂは、例えば図３（ａ）に示されるようなものであるとする。
【００２７】
次に、対物レンズ９を光軸方向に変化させ、観察試料１０と対物レンズ９との相対的な位置関係が図２（ｃ）のようにし、対物レンズ９から出射される赤外レーザビーム１７は観察面ｃ上に結像させる。このとき表示部３４に表示される二次元観察画像５０ｃは図３（ｂ）に示されるようなものであるとする。なお、観察面ｂ、観察面ｃの画像を取得する時、それぞれに最適な条件設定（赤外レーザ光源の調光、受光素子のゲイン調整など）を行って測定することも可能である。
【００２８】
ここで、操作者が表示部３４上に表示されている切り出し合成メニュー、または切り出し合成メニューボタンを指示部３５で選択すると、図４に示すような切り出しメニューＧＵＩ４０が表示部３４に表示される。
【００２９】
画像記憶部３３には撮像された画像が多数記憶されており、操作者は、ベース画像とする観察面ｂの二次元観察画像５０ｂを該画像記憶部３３から選び出し、表示部３４に表示させる。
【００３０】
次に、操作者が切り出し合成メニューＧＵＩ４０上のベース画像確定ボタン４１をマウスなどの入力デバイスである指示部３５から指定すると、表示部３４に表示されている観察面ｂの二次元観察画像５０ｂがベース画像として設定される。すると設定されたベース画像を画像記憶部３３に記憶させていたときの画像名がベース画像名表示部４２に表示される。
【００３１】
そして次に、ベース画像の設定と同様に、合成対象である、切り出し元となる画像を設定する。すなわち、観察面ｃの二次元観察画像５０ｃを画像記憶部３３から選び出し、表示部３４に表示させる。操作者が、切り出しメニューＧＵＩ４０上の切り出し元画像確定ボタン４３を指示部３５から指定すると、表示部３４に表示されている観察面ｃの二次元観察画像５０ｃが切り出し元画像として設定される。すると設定された切り出し元画像を画像記憶部３３に記憶させていたときの画像名が、切り出し元画像名表示部４４に表示される。
【００３２】
そして次に、表示部３４に表示されている切り出し元画像である観察面ｃの二次元観察画像５０ｃにおいて、ベース画像である観察面ｂの二次元観察画像５０ｂと合成する領域を指定する。切り出し合成メニュー４０上の切り出し枠設定ボタン４５を指定すると、図３（ｃ）に示すように表示部３４に表示されている切り出し元画像の観察面ｃの二次元観察画像５０ｃ内に、切り出し領域指定ライン５０ｅの矩形領域が表示される。この切り出し領域指定ライン５０ｅの矩形領域の位置、大きさを指示部３５によって指定する。例えば指示部３５がマウスの場合は、表示部３４において、カーソルを切り出し領域指定ライン５０ｅの矩形領域内に合わせ、マウスで矩形領域の頂点を設定し、カーソルを切り出し領域指定ライン５０ｅの矩形領域の対角上の頂点に合わせ、ドラッグ＆ドロップによって大きさを設定する。
【００３３】
ベース画像と、切り出し元画像の設定、及び切り出し元画像の切り出し領域の設定が確定したら、切り出し合成メニューＧＵＩ４０上の合成実行ボタン４６を指定する。すると設定されているベース画像と、切り出し元画像から切り出し領域指定ライン５０ｅにて指定された部分画像は合成画像作成部３６にて合成され、図３（ｄ）のように、観察面ｂと観察面ｃの合成画像５０ｆが表示部３４に表示される。画像の合成を取り消したい場合は、切り出し合成メニューＧＵＩ４０上の合成取り消しボタン４７を指定すると、合成前の状態に戻る。なお、ベース画像と切り出し元画像から切り出し領域指定された部分画像の合成は、ＸＹ方向の位置情報に基づいて合成される。
【００３４】
以上の操作者の操作の流れを、図５にまとめて記す。
まず、ステップＳ１で観察面ｂの二次元観察画像５０ｂが取得される。次にステップＳ２で観察面ｃの二次元観察画像５０ｃが取得される。ステップＳ３で操作者は切り出し合成メニュー（ボタン）ＧＵＩを表示させる。ステップＳ４で、ベース画像となる観察面ｂの二次元観察画像５０ｂを表示部３４に表示させ、ステップＳ５で、切り出し合成メニューＧＵＩのベース画像確定ボタン４１をマウスでクリックするなどして、観察面ｂの二次元観察画像５０ｂをベース画像として設定する。同様にステップＳ６、ステップＳ７で、切り出し元画像となる観察面ｃの二次元観察画像５０ｃを表示部３４に表示させ、切り出し合成メニューＧＵＩの切り出し画像確定ボタン４３をマウスでクリックするなどして、観察面ｃの二次元観察画像５０ｃを切り出し元画像として設定する。その後、ステップＳ８で、観察面ｃの二次元観察画像５０ｃ上の切り出し領域を、マウスなどで選択し、切り出し枠設定ボタン４５をクリックするなどして切り出し矩形領域を設定する。そして、合成実行ボタン４６がマウスでクリックするなどして指定されると、合成処理が実行され（ステップＳ９）、ステップＳ１０で表示部３４に合成画像が表示される。また、その後、必要があれば二点間の距離計測などの処理を行う。（二点間の距離計測については後述する。）
【００３５】
ところで、合成画像作成部３６での合成処理については、特に複雑な合成処理を行っているわけではない。ベース画像である観察面ｂの二次元観察画像５０ｂと、切り出し元画像である観察面ｃの二次元観察画像５０ｃ内の切り出し領域指定ライン５０ｅで指定された領域は、それぞれ二次元観察画像内でのＸＹ方向の位置情報を持っている。また、それぞれの観察画像は、対物レンズを光軸方向（Ｚ方向）に動かして得ているのでＸＹ方向の原点は同一である。よって合成画像作成部３６ではこれらの情報をもとに、切り出し領域指定ライン５０ｅで指定された領域が二次元観察画像５０ｃ内に存在するのと同一な位置になるように、観察面ｂの二次元観察画像５０ｂ内に、観察面ｃの二次元観察画像５０ｃ内の切り出し領域指定ライン５０ｅで指定された領域が配置されるように合成する。尚、以上の画像の合成については、ベース画像に一枚の切り出し画像を合成する場合を例に説明したが、同様な方法でベース画像に複数枚の切り出し画像を合成するように構成することも可能である。また、画像合成時、同一な位置に画像を合成するとしたが、それぞれの画像は、ＸＹＺ方向の情報を持っているので、同一な位置に画像を合成しなくてもよい。
【００３６】
最後に、二点間の距離計測などの計測処理について説明をする。本発明の走査型共焦点レーザ顕微鏡は図１に示したように、合成した画像の二点間の距離などを計測する計測部３７を備える。これにより、観察試料１０の異なる観察面上のアライメントマークの位置ずれや、そのギャップを正確に計測することが可能である。
【００３７】
計測部３７による計測処理は次の通りである。操作者は、指示部３５によって、表示部３４に表示されている合成画像の二点を指定する。指定方法は、例えば指示部３５としてマウスを使用する場合は、計測したい二点をクリックすることにより指定する。観察面ｂ上の点Ｂと観察面ｃ上の点Ｃを計測したい二点であるとして指定したとすると、図３（ｅ）に示すように、点Ｂと点Ｃの間に、計測位置表示バー５０ｇが表示される。計測部３７の計測項目は、二点間の距離、Ｘ方向、Ｙ方向のずれ量等である。二点間が同一観察面上である場合は、それぞれの点のＸＹ方向の位置情報から該二点間の距離などを算出する。また二点間が光軸方向に異なる観察面にまたがっている場合は、二次元観察画像自体が持つ光軸方向（Ｚ方向）の位置情報を踏まえて二点間の距離を算出する。すなわち、計測部３７は合成画像において任意の領域を三次元的に計測する。また二点間が光軸方向に異なる観察面上に跨る場合、Ｚ方向の段差と三次元角度を算出し、計測結果として表示部３４に表示するようにしてもよい。
【００３８】
このように計測部３７にて二点間の距離などが計測できることから、アライメントマークの位置ずれやそのギャップ等を正確に計測することができる。例えば図３（ｅ）の正方形と丸が観察面ｂと観察面ｃ上のアライメントマークであるとすれば、その位置ずれを確認したい場合は、大雑把には表示される画像から目視によってずれ具合を確認することができるし、また、それぞれの中心点を測定したい二点として指定し、その二点間のずれ量から位置を確認することができる。そして、アライメントマーク間のギャップについては適宜マークの中心点などの二点を指定し、その二点間におけるＺ方向の距離を求めることでギャップを測定することができる。
【００３９】
以上、合成画像について、取得した二次元観察画像を合成する場合を例に説明したが、この画像の合成において、エクステンド画像を合成するようにしてもよい。エクステンド画像とは、段差のある観察試料の表面すべてに合焦した画像のことである。このエクステンド画像は焦点位置で得られる観察試料の輝度が最大輝度となることを利用したものである。ある対物レンズの位置にて得られる観察試料の輝度情報と対物レンズを光軸方向に微小位置ずらしたところで得られる観察試料の輝度情報とを比較し、これら二枚の画像の同一画素同士で輝度の高い方の画素を残していく。そして、最終的にある光軸方向範囲で得られる観察試料の画像が、観察試料表面全体に合焦した二次元画像となる。エクステンド画像はこのように生成される。また、前述の画素比較の際、輝度が高いと判断された場合、そのときの光軸方向の位置を記憶させることで最終的に観察試料の高さの情報も得られる。尚、本発明においては、対物レンズ９と観察試料１０の相対距離を特定の範囲において変化させながら二次元観察画像を連続的に取り込み、取り込んだ複数の二次元観察画像の輝度値情報から高さデータを読み取り、全ての面に焦点の合った観察画像が演算部３１にて求められてエクステンド画像が構築される。
【００４０】
エクステンド画像による合成画像の取り込み方法は、表示部３４に表示される、図６のＧＵＩ上にて設定する。取り込むサンプルは図２（ｂ）、図２（ｃ）を例とする。観察面ｂと観察面ｃのエクステンド画像を生成する場合、まず図２（ｂ）のように観察面ｂにピントをあわせ、ＧＵＩ上のＴｏｐ位置指定ボタン９１をマウスなどの入力デバイスである指示部３５で指示する。次に、観察面ｂを中心に光軸方向に画像を取り込む範囲を、指示部３５により、ＧＵＩ上のＴｏｐ位置取込領域指定ボックス９２に入力する。次に、図２（ｃ）のように観察面ｃにピントを合わせ、ＧＵＩ上のＢｏｔｔｏｍ位置指定ボタン９３を指示部３５で指示する。そして、観察面ｂの設定と同様に、観察面ｃを中心に光軸方向に画像を取り込む範囲を、指示部３５により、ＧＵＩ上のＢｏｔｔｏｍ位置取込領域指定ボックス９４に入力する。設定が完了した後、指示部３５にて、ＧＵＩ上の取込開始ボタン９５を指示すると、制御部３２によって、Ｂｏｔｔｏｍ位置指定ボタン９３で指定された位置で、対物レンズ９と観察試料１０の相対位置を変動させる。次に、Ｂｏｔｔｏｍ位置取込領域指定ボックス９４で指定された光軸方向の範囲の画像を取得し、観察面ｃのエクステンド画像を生成する。次に、制御部３２は、Ｔｏｐ位置指定ボタン９１で指定された位置に、対物レンズ９と観察試料１０の相対位置を変動させ、Ｂｏｔｔｏｍ位置でのエクステンド画像生成と同様に、Ｔｏｐ位置取込領域指定ボックス９２で設定された光軸方向の範囲の画像を取得し、観察面ｂのエクステンド画像を生成する。なお、エクステンド画像を生成する順は、最初に観察面ｃのエクステンド画像を生成した後、観察面ｂのエクステンド画像を生成するようにしたが、観察面ｂのエクステンド画像を最初に生成するようにしてもよい。
【００４１】
生成された２つのエクステンド画像による合成画像の作成方法は、二次元観察画像による合成画像の作成方法と同一であり、二点間の距離などの計測方法に関しても同一である。また、光軸方向（Ｚ方向）の段差と三次元角度についても計測する二点間の高さデータから算出を行う。
【００４２】
以上、本発明の走査型共焦点レーザ顕微鏡について詳細に説明したが、本発明は以上に述べたことに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々の構成または形状を取ることができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例を示す図である。
【図２】観察試料と対物レンズの相対距離を示す図である。（ａ）は、赤外レーザビームが観察面ａで結像しており、同様に（ｂ）は観察面ｂで、（ｃ）は観察面ｃで結像している。
【図３】それぞれ、（ａ）観察面ｂの二次元観察画像を示す図、（ｂ）観察面ｃの二次元観察画像を示す図、（ｃ）切り出し矩形領域を示す図、（ｄ）観察面ｂと観察面ｃの合成画像を示す図、（ｅ）二点間距離を測定する場合の計測位置表示バーの例を示す図、である。
【図４】切り出しメニューＧＵＩを示す図である。
【図５】操作者の操作の流れを示す図である。
【図６】エクステンド画像による合成画像を取り込む際に、表示部に表示されるＧＵＩを示した図である。
【図７】一般的な走査型共焦点レーザ顕微鏡の構成を示す図である。
【図８】観察試料と対物レンズの相対距離を示す図である。（ａ）は、レーザビームが観察面ａで結像しており、同様に（ｂ）は観察面ｂで、（ｃ）は観察面ｃで結像している。
【図９】従来の走査型共焦点レーザ顕微鏡で撮影された観察面ｂと観察面ｃの二次元観察画像、および三次元観察画像を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ レーザ光源
２ レーザビーム
３ ＰＢＳ
４ ２次元走査機構
５ 瞳投影レンズ
６ 結像レンズ
７ １／４波長板
８ 対物レンズの瞳
９ 対物レンズ
１０ 観察試料
１１ 結像レンズ
１２ ピンホール
１３ 受光素子
１４ 受光面
１６ 赤外レーザ光源
１７ 赤外レーザビーム
３１ 演算部
３２ 制御部
３３ 画像記憶部
３４ 表示部
３５ 指示部
３６ 合成画像作成部
３７ 計測部
４０ 切り出し合成メニューＧＵＩ
４１ ベース画像確定ボタン
４２ ベース画像名表示部
４３ 切り出し元画像確定ボタン
４４ 切り出し元画像名表示部
４５ 切り出し枠設定ボタン
４６ 合成実行ボタン
４７ 合成取り消しボタン
１０ａ 観察面ａ
１０ｂ 観察面ｂ
１０ｃ 観察面ｃ
１０ｄ 観察試料構造物
５０ｂ 観察面ｂの二次元観察画像
５０ｃ 観察面ｃの二次元観察画像
５０ｄ 観察面ｂから観察面ｃの三次元観察画像
５０ｅ 切り出し領域指定ライン
５０ｆ 観察面ｂと観察面ｃの合成画像
５０ｇ 計測位置表示バー
９１ Ｔｏｐ位置指定ボタン
９２ Ｔｏｐ位置取込領域指定ボックス
９３ Ｂｏｔｔｏｍ位置指定ボタン
９４ Ｂｏｔｔｏｍ位置取込領域指定ボックス
９５ 取込開始ボタン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型共焦点レーザ顕微鏡に関し、更に詳しくは複数の観察画像を合成して表示する走査型共焦点レーザ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な走査型共焦点レーザ顕微鏡の光学系の構成について図７を用いて説明する。
レーザ光源１からの直線偏光の特性を持つレーザビーム２は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３を通過して、対物レンズ９の瞳８と共役な位置に配置された２次元走査機構４に入射する。図７で示されるレーザビーム２の光路は、この２次元走査機構４にて偏向された場合の光路を示している。
【０００３】
２次元走査機構４によって偏向されたレーザビーム２は、瞳投影レンズ５、結像レンズ６、１／４波長板７を介して対物レンズ９の瞳８に入射する。このとき直線偏光の特性を持つレーザビーム２は、上記１／４波長板７を通過することで円偏光に変換される。
【０００４】
円偏光に変換されたレーザビーム２は、対物レンズ９によって観察試料１０上に集光され、回折によって点状の光を生じる。対物レンズ９と観察試料１０との相対距離は調整することが可能となっており、観察試料１０の形状によらずピントを調整し、レーザビーム２を観察試料１０上に集光させることができる。この点状の光は、２次元走査機構４によって観察試料１０上を二次元走査され、その走査範囲は２次元走査機構４で偏向されるレーザビーム２の振れ幅による。
【０００５】
観察試料１０から反射された円偏光の特性を持つレーザビーム２、例えば反射光ビームは、対物レンズ９とその瞳８を通り、１／４波長板７で再び直線偏光に変換される。ここで直線偏光に変換された反射光ビームは、その特性により入射光ビームに対して互いに直交する直線偏光の特性を持つ。
【０００６】
１／４波長板７を通過した反射光ビームは結像レンズ６を通り、一旦結像する。この結像面が通常の光学顕微鏡で像を観察する面である。そして、さらに反射光ビームは瞳投影レンズ５により２次元走査機構４に戻ってくる。
【０００７】
このように反射光ビームは、観察試料１０に入射した時と全く同じ経路を逆に通って偏光ビームスプリッタ３に戻る。反射光ビームはレーザビーム２に対して上述したように１／４波長板７を二度通過しているため、入射ビームに対して偏光方向が直交している。よって、反射光ビームは、偏光ビームスプリッタ３により反射されて結像レンズ１１へと導かれる。
【０００８】
反射光ビームは、結像レンズ１１によって点状に絞られ、ピンホール１２を通過し、その後方の受光素子１３の受光面１４に集光する。ピンホール１２は対物レンズ９を通過したレーザビーム２の焦点位置と共役な位置に配置されているため、反射光ビームは観察試料１０で入射ビームが結像したときのみ、ピンホール１２で遮光されることなく通過し、受光面へ入射される。この受光面１４にて検出された反射光ビームの強度を輝度情報として観察画像を構築する。したがって通常の顕微鏡よりフレア光を少なくすることができ、高解像度で且つ焦点深度の浅い画像が得られる。
【０００９】
また、ピンホール１２を設けずに、画像を得ることができる。この場合はピンホール１２を設けた場合と比較して、対物レンズ９と観察試料１０との光軸方向の相対距離が、入射ビームの結像位置から多少ずれていても、反射ビームが受光面１４へ入射される。したがってピンホール１２がある場合と比較して、焦点深度が深い画像が得られる。
【００１０】
受光面１４に入射した反射光ビームの強度に応じた出力信号が受光素子１３から出力され、その出力信号の強度が輝度情報として演算部３１にて処理される。演算部３１では受光素子１３から出力される出力信号を、２次元走査機構４の走査位置と制御部３２を介して同期をとりながら一定の周期でサンプリングし、観察画像を構築している。演算部で構築された観察画像は画像記憶部３３に記憶され、表示部３４に表示される。
【００１１】
図７の観察試料１０の詳細図を図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）に示す。観察試料１０は、光軸方向に対して異なる位置に３つ観察面を持ち、観察試料構造物１０ｄはレーザビーム２を透過する物質で構成されている。特にレーザビーム２が波長１．１〜６．０μｍの赤外レーザで、観察試料構造物１０ｄは赤外レーザに対して高い透過率を有するシリコンウエハなどである場合、対物レンズ９と観察試料１０との相対距離を変えることにより、対物レンズからのレーザビーム２を各観察面上に結像させることができる。
【００１２】
例えば、観察面ｂ（１０ｂ）と観察面ｃ（１０ｃ）上のアライメントマークの位置ずれやギャップを計測したい場合、従来の走査型共焦点レーザ顕微鏡では図８（ｂ）の状態から図８（ｃ）の状態まで、対物レンズ９と観察試料１０の相対距離を変えながら同一条件で画像を連続的に取り込み、演算部３１で３次元画像を構築する必要があった。なお、図９には観察面ｂ（１０ｂ）と観察面ｃ（１０ｃ）の２次元画像（それぞれ５０ｂ、５０ｃ）、及び従来の方法で３次元画像を構築した際に作られる、観察面ｂと観察面ｃの観察画像（５０ｄ）の例を示す。
【００１３】
従来の測定方法の場合の観察面ｃの観察画像は、観察面ｂの表面状態などの影響により、観察面ｂを取り込む場合と同じ撮像条件では最適な状態の観察画像が撮れないことがある。したがって上記方法で３次元画像を構築した場合、観察面ｃの部分の鮮明な画像が取得されず、正確な観察面ｂと観察面ｃ上のアライメントマークの位置ずれや、ギャップの計測を行うことができない、という問題がある。
【００１４】
特許文献１では、多層化された半導体装置において、配線パターンが形成されているおもて面側からの観察では上層配線に覆い隠されてしまう下層の配線パターンの位置を裏面側から観察し、これを重ね合わせて表示するものである。しかしながら、この方法では、両側から画像を撮像するための装置が必要で、装置の複雑化、大型化といった問題が発生する。
【特許文献１】特開平１０−２２３６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
そこで、本発明の課題は、上述の問題点に鑑み、走査型共焦点レーザ顕微鏡において、観察試料の複数の観察面間におけるマークの位置ずれやギャップを計測する場合に、従来のものより装置を複雑化、大型化せず、正確に計測できる走査型共焦点レーザ顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決するために、本発明の走査型共焦点レーザ顕微鏡は、別々に撮りこんだ任意の観察画像に対して、一枚をベース画像とし、ベース画像以外の画像の任意の領域を切り出してベース画像に合成するようにした。
【００１７】
本発明の一態様によれば、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を観察試料に集光する対物レンズと、前記観察試料からの反射光を受光して電気信号として出力する受光素子と、前記受光素子で検出したレーザ光の輝度情報を抽出し、観察試料の観察画像を構築する演算部と、前記演算部で構築された観察画像を記憶する画像記憶部と、前記観察画像を表示する表示部を有する走査型共焦点レーザ顕微鏡であって、前記画像記憶部に記憶されている複数の観察画像から、任意に選択した第一の観察画像と、前記第一の観察画像と異なる画像を少なくとも一つ選択し、前記選択した画像の一部を切り取り、前記第一の観察画像に重ね合わせて合成画像を作成する合成画像作成部、を備えることを特徴とする。これにより、一枚の観察画像にそれ以外の観察画像の任意の領域を重ね合わせ、一枚の観察画像として合成して表示することができ、例えば、観察試料の複数の観察面間におけるマークの位置ずれなどを簡単に見つけることができるようになる。
【００１８】
更に本発明の一態様によれば、前記合成画像において任意の領域を三次元的に計測する計測部を備えることを特徴とする。これにより、異なる観察画像上の二点間の距離を正確に計測することが可能である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の走査型共焦点レーザ顕微鏡によれば、簡単な構成で一枚の観察画像にそれ以外の観察画像の任意の領域を重ね合わせ、一枚の観察画像として合成して同時に表示することができる。これにより、観察試料の異なる観察面上の例えばアライメントトーク等の位置ずれや、そのギャップを正確に計測することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１に、本発明の一実施例を示す。図１は、本発明の走査型共焦点レーザ顕微鏡における光学系、およびシステム構成図を示したものであり、上述した従来の走査型共焦点レーザ顕微鏡（図７）と同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００２１】
図１に示した走査型共焦点レーザ顕微鏡の光学系には、光源部にシリコンに対して高い透過率を有する、波長１．１μｍ〜６．０μｍの赤外レーザ光源１６が設けられている。
受光素子１３から出力される出力信号は、演算部３１にて処理され、表示部３４に観察試料１０の観察画像として表示される。また、操作者は、指示部３５により表示部３４に表示されたＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を介してシステムを操作する。ここで、表示部３４としては例えばモニタなどで、指示部３５としては例えばマウスやキーボードなどの入力デバイスを用いる。
【００２２】
また、従来の走査型共焦点レーザ顕微鏡には存在しなかった機能として、本発明では、合成画像作成部３６を備える。該合成画像作成部３６は、操作者が指定した第一の観察画像をベース画像とし、更に操作者が指定した該ベース画像とは異なる観察画像における切り出し領域を該ベース画像に重ねるように配置合成して表示部３４に出力する処理を行う。
【００２３】
更に、本発明の走査型共焦点レーザ顕微鏡は、計測部３７を備え、操作者が指示した、表示部３４に表示された二点間の指示した位置の該距離、ギャップ等を計測し、結果を表示部３４に表示する。該計測部３７では、操作者が指定した二点間が、合成した異なる観察画像間に跨る場合は、該距離、ギャップなどの合成画像内の二次元的な距離を算出するだけでなく、観察画像間の光軸方向の位置情報を考慮し、三次元的に距離等を算出する。
【００２４】
以下に本発明の走査型共焦点レーザ顕微鏡システムについて、操作者の手順に沿って説明する。
観察試料１０は、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すように、光軸方向に対して異なる位置に複数の観察面を持つ。観察試料構造物１０ｄは赤外レーザビーム１７を透過する、例えばシリコンウエハなどで構成されている。
【００２５】
以下、操作者が観察試料１０の観察面ｂ（１０ｂ）をベース画像とし、該観察面ｂと観察面ｃ（１０ｃ）の合成画像を得たい場合を例に説明をする。
まず、図２（ａ）で赤外レーザビームが観察面ａ（１０ａ）上に結像されている。その後、図２（ｂ）、図２（ｃ）の順に対物レンズ９を光軸方向に移動させ、観察面ｂ、観察面ｃの画像を取得する。
【００２６】
最初に、操作者は、観察面ｂを取得する。この際、観察試料１０と対物レンズ９の相対的な位置関係は、図２（ｂ）のようになっており、対物レンズ９から出射される赤外レーザビーム１７は観察面ｂ上に結像される。このとき表示部３４に表示される二次元観察画像５０ｂは、例えば図３（ａ）に示されるようなものであるとする。
【００２７】
次に、対物レンズ９を光軸方向に変化させ、観察試料１０と対物レンズ９との相対的な位置関係が図２（ｃ）のようにし、対物レンズ９から出射される赤外レーザビーム１７は観察面ｃ上に結像させる。このとき表示部３４に表示される二次元観察画像５０ｃは図３（ｂ）に示されるようなものであるとする。なお、観察面ｂ、観察面ｃの画像を取得する時、それぞれに最適な条件設定（赤外レーザ光源の調光、受光素子のゲイン調整など）を行って測定することも可能である。
【００２８】
ここで、操作者が表示部３４上に表示されている切り出し合成メニュー、または切り出し合成メニューボタンを指示部３５で選択すると、図４に示すような切り出しメニューＧＵＩ４０が表示部３４に表示される。
【００２９】
画像記憶部３３には撮像された画像が多数記憶されており、操作者は、ベース画像とする観察面ｂの二次元観察画像５０ｂを該画像記憶部３３から選び出し、表示部３４に表示させる。
【００３０】
次に、操作者が切り出し合成メニューＧＵＩ４０上のベース画像確定ボタン４１をマウスなどの入力デバイスである指示部３５から指定すると、表示部３４に表示されている観察面ｂの二次元観察画像５０ｂがベース画像として設定される。すると設定されたベース画像を画像記憶部３３に記憶させていたときの画像名がベース画像名表示部４２に表示される。
【００３１】
そして次に、ベース画像の設定と同様に、合成対象である、切り出し元となる画像を設定する。すなわち、観察面ｃの二次元観察画像５０ｃを画像記憶部３３から選び出し、表示部３４に表示させる。操作者が、切り出しメニューＧＵＩ４０上の切り出し元画像確定ボタン４３を指示部３５から指定すると、表示部３４に表示されている観察面ｃの二次元観察画像５０ｃが切り出し元画像として設定される。すると設定された切り出し元画像を画像記憶部３３に記憶させていたときの画像名が、切り出し元画像名表示部４４に表示される。
【００３２】
そして次に、表示部３４に表示されている切り出し元画像である観察面ｃの二次元観察画像５０ｃにおいて、ベース画像である観察面ｂの二次元観察画像５０ｂと合成する領域を指定する。切り出し合成メニュー４０上の切り出し枠設定ボタン４５を指定すると、図３（ｃ）に示すように表示部３４に表示されている切り出し元画像の観察面ｃの二次元観察画像５０ｃ内に、切り出し領域指定ライン５０ｅの矩形領域が表示される。この切り出し領域指定ライン５０ｅの矩形領域の位置、大きさを指示部３５によって指定する。例えば指示部３５がマウスの場合は、表示部３４において、カーソルを切り出し領域指定ライン５０ｅの矩形領域内に合わせ、マウスで矩形領域の頂点を設定し、カーソルを切り出し領域指定ライン５０ｅの矩形領域の対角上の頂点に合わせ、ドラッグ＆ドロップによって大きさを設定する。
【００３３】
ベース画像と、切り出し元画像の設定、及び切り出し元画像の切り出し領域の設定が確定したら、切り出し合成メニューＧＵＩ４０上の合成実行ボタン４６を指定する。すると設定されているベース画像と、切り出し元画像から切り出し領域指定ライン５０ｅにて指定された部分画像は合成画像作成部３６にて合成され、図３（ｄ）のように、観察面ｂと観察面ｃの合成画像５０ｆが表示部３４に表示される。画像の合成を取り消したい場合は、切り出し合成メニューＧＵＩ４０上の合成取り消しボタン４７を指定すると、合成前の状態に戻る。なお、ベース画像と切り出し元画像から切り出し領域指定された部分画像の合成は、ＸＹ方向の位置情報に基づいて合成される。
【００３４】
以上の操作者の操作の流れを、図５にまとめて記す。
まず、ステップＳ１で観察面ｂの二次元観察画像５０ｂが取得される。次にステップＳ２で観察面ｃの二次元観察画像５０ｃが取得される。ステップＳ３で操作者は切り出し合成メニュー（ボタン）ＧＵＩを表示させる。ステップＳ４で、ベース画像となる観察面ｂの二次元観察画像５０ｂを表示部３４に表示させ、ステップＳ５で、切り出し合成メニューＧＵＩのベース画像確定ボタン４１をマウスでクリックするなどして、観察面ｂの二次元観察画像５０ｂをベース画像として設定する。同様にステップＳ６、ステップＳ７で、切り出し元画像となる観察面ｃの二次元観察画像５０ｃを表示部３４に表示させ、切り出し合成メニューＧＵＩの切り出し画像確定ボタン４３をマウスでクリックするなどして、観察面ｃの二次元観察画像５０ｃを切り出し元画像として設定する。その後、ステップＳ８で、観察面ｃの二次元観察画像５０ｃ上の切り出し領域を、マウスなどで選択し、切り出し枠設定ボタン４５をクリックするなどして切り出し矩形領域を設定する。そして、合成実行ボタン４６がマウスでクリックするなどして指定されると、合成処理が実行され（ステップＳ９）、ステップＳ１０で表示部３４に合成画像が表示される。また、その後、必要があれば二点間の距離計測などの処理を行う。（二点間の距離計測については後述する。）
【００３５】
ところで、合成画像作成部３６での合成処理については、特に複雑な合成処理を行っているわけではない。ベース画像である観察面ｂの二次元観察画像５０ｂと、切り出し元画像である観察面ｃの二次元観察画像５０ｃ内の切り出し領域指定ライン５０ｅで指定された領域は、それぞれ二次元観察画像内でのＸＹ方向の位置情報を持っている。また、それぞれの観察画像は、対物レンズを光軸方向（Ｚ方向）に動かして得ているのでＸＹ方向の原点は同一である。よって合成画像作成部３６ではこれらの情報をもとに、切り出し領域指定ライン５０ｅで指定された領域が二次元観察画像５０ｃ内に存在するのと同一な位置になるように、観察面ｂの二次元観察画像５０ｂ内に、観察面ｃの二次元観察画像５０ｃ内の切り出し領域指定ライン５０ｅで指定された領域が配置されるように合成する。尚、以上の画像の合成については、ベース画像に一枚の切り出し画像を合成する場合を例に説明したが、同様な方法でベース画像に複数枚の切り出し画像を合成するように構成することも可能である。また、画像合成時、同一な位置に画像を合成するとしたが、それぞれの画像は、ＸＹＺ方向の情報を持っているので、同一な位置に画像を合成しなくてもよい。
【００３６】
最後に、二点間の距離計測などの計測処理について説明をする。本発明の走査型共焦点レーザ顕微鏡は図１に示したように、合成した画像の二点間の距離などを計測する計測部３７を備える。これにより、観察試料１０の異なる観察面上のアライメントマークの位置ずれや、そのギャップを正確に計測することが可能である。
【００３７】
計測部３７による計測処理は次の通りである。操作者は、指示部３５によって、表示部３４に表示されている合成画像の二点を指定する。指定方法は、例えば指示部３５としてマウスを使用する場合は、計測したい二点をクリックすることにより指定する。観察面ｂ上の点Ｂと観察面ｃ上の点Ｃを計測したい二点であるとして指定したとすると、図３（ｅ）に示すように、点Ｂと点Ｃの間に、計測位置表示バー５０ｇが表示される。計測部３７の計測項目は、二点間の距離、Ｘ方向、Ｙ方向のずれ量等である。二点間が同一観察面上である場合は、それぞれの点のＸＹ方向の位置情報から該二点間の距離などを算出する。また二点間が光軸方向に異なる観察面にまたがっている場合は、二次元観察画像自体が持つ光軸方向（Ｚ方向）の位置情報を踏まえて二点間の距離を算出する。すなわち、計測部３７は合成画像において任意の領域を三次元的に計測する。また二点間が光軸方向に異なる観察面上に跨る場合、Ｚ方向の段差と三次元角度を算出し、計測結果として表示部３４に表示するようにしてもよい。
【００３８】
このように計測部３７にて二点間の距離などが計測できることから、アライメントマークの位置ずれやそのギャップ等を正確に計測することができる。例えば図３（ｅ）の正方形と丸が観察面ｂと観察面ｃ上のアライメントマークであるとすれば、その位置ずれを確認したい場合は、大雑把には表示される画像から目視によってずれ具合を確認することができるし、また、それぞれの中心点を測定したい二点として指定し、その二点間のずれ量から位置を確認することができる。そして、アライメントマーク間のギャップについては適宜マークの中心点などの二点を指定し、その二点間におけるＺ方向の距離を求めることでギャップを測定することができる。
【００３９】
以上、合成画像について、取得した二次元観察画像を合成する場合を例に説明したが、この画像の合成において、エクステンド画像を合成するようにしてもよい。エクステンド画像とは、段差のある観察試料の表面すべてに合焦した画像のことである。このエクステンド画像は焦点位置で得られる観察試料の輝度が最大輝度となることを利用したものである。ある対物レンズの位置にて得られる観察試料の輝度情報と対物レンズを光軸方向に微小位置ずらしたところで得られる観察試料の輝度情報とを比較し、これら二枚の画像の同一画素同士で輝度の高い方の画素を残していく。そして、最終的にある光軸方向範囲で得られる観察試料の画像が、観察試料表面全体に合焦した二次元画像となる。エクステンド画像はこのように生成される。また、前述の画素比較の際、輝度が高いと判断された場合、そのときの光軸方向の位置を記憶させることで最終的に観察試料の高さの情報も得られる。尚、本発明においては、対物レンズ９と観察試料１０の相対距離を特定の範囲において変化させながら二次元観察画像を連続的に取り込み、取り込んだ複数の二次元観察画像の輝度値情報から高さデータを読み取り、全ての面に焦点の合った観察画像が演算部３１にて求められてエクステンド画像が構築される。
【００４０】
エクステンド画像による合成画像の取り込み方法は、表示部３４に表示される、図６のＧＵＩ上にて設定する。取り込むサンプルは図２（ｂ）、図２（ｃ）を例とする。観察面ｂと観察面ｃのエクステンド画像を生成する場合、まず図２（ｂ）のように観察面ｂにピントをあわせ、ＧＵＩ上のＴｏｐ位置指定ボタン９１をマウスなどの入力デバイスである指示部３５で指示する。次に、観察面ｂを中心に光軸方向に画像を取り込む範囲を、指示部３５により、ＧＵＩ上のＴｏｐ位置取込領域指定ボックス９２に入力する。次に、図２（ｃ）のように観察面ｃにピントを合わせ、ＧＵＩ上のＢｏｔｔｏｍ位置指定ボタン９３を指示部３５で指示する。そして、観察面ｂの設定と同様に、観察面ｃを中心に光軸方向に画像を取り込む範囲を、指示部３５により、ＧＵＩ上のＢｏｔｔｏｍ位置取込領域指定ボックス９４に入力する。設定が完了した後、指示部３５にて、ＧＵＩ上の取込開始ボタン９５を指示すると、制御部３２によって、Ｂｏｔｔｏｍ位置指定ボタン９３で指定された位置で、対物レンズ９と観察試料１０の相対位置を変動させる。次に、Ｂｏｔｔｏｍ位置取込領域指定ボックス９４で指定された光軸方向の範囲の画像を取得し、観察面ｃのエクステンド画像を生成する。次に、制御部３２は、Ｔｏｐ位置指定ボタン９１で指定された位置に、対物レンズ９と観察試料１０の相対位置を変動させ、Ｂｏｔｔｏｍ位置でのエクステンド画像生成と同様に、Ｔｏｐ位置取込領域指定ボックス９２で設定された光軸方向の範囲の画像を取得し、観察面ｂのエクステンド画像を生成する。なお、エクステンド画像を生成する順は、最初に観察面ｃのエクステンド画像を生成した後、観察面ｂのエクステンド画像を生成するようにしたが、観察面ｂのエクステンド画像を最初に生成するようにしてもよい。
【００４１】
生成された２つのエクステンド画像による合成画像の作成方法は、二次元観察画像による合成画像の作成方法と同一であり、二点間の距離などの計測方法に関しても同一である。また、光軸方向（Ｚ方向）の段差と三次元角度についても計測する二点間の高さデータから算出を行う。
【００４２】
以上、本発明の走査型共焦点レーザ顕微鏡について詳細に説明したが、本発明は以上に述べたことに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々の構成または形状を取ることができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例を示す図である。
【図２】観察試料と対物レンズの相対距離を示す図である。（ａ）は、赤外レーザビームが観察面ａで結像しており、同様に（ｂ）は観察面ｂで、（ｃ）は観察面ｃで結像している。
【図３】それぞれ、（ａ）観察面ｂの二次元観察画像を示す図、（ｂ）観察面ｃの二次元観察画像を示す図、（ｃ）切り出し矩形領域を示す図、（ｄ）観察面ｂと観察面ｃの合成画像を示す図、（ｅ）二点間距離を測定する場合の計測位置表示バーの例を示す図、である。
【図４】切り出しメニューＧＵＩを示す図である。
【図５】操作者の操作の流れを示す図である。
【図６】エクステンド画像による合成画像を取り込む際に、表示部に表示されるＧＵＩを示した図である。
【図７】一般的な走査型共焦点レーザ顕微鏡の構成を示す図である。
【図８】観察試料と対物レンズの相対距離を示す図である。（ａ）は、レーザビームが観察面ａで結像しており、同様に（ｂ）は観察面ｂで、（ｃ）は観察面ｃで結像している。
【図９】従来の走査型共焦点レーザ顕微鏡で撮影された観察面ｂと観察面ｃの二次元観察画像、および三次元観察画像を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ レーザ光源
２ レーザビーム
３ ＰＢＳ
４ ２次元走査機構
５ 瞳投影レンズ
６ 結像レンズ
７ １／４波長板
８ 対物レンズの瞳
９ 対物レンズ
１０ 観察試料
１１ 結像レンズ
１２ ピンホール
１３ 受光素子
１４ 受光面
１６ 赤外レーザ光源
１７ 赤外レーザビーム
３１ 演算部
３２ 制御部
３３ 画像記憶部
３４ 表示部
３５ 指示部
３６ 合成画像作成部
３７ 計測部
４０ 切り出し合成メニューＧＵＩ
４１ ベース画像確定ボタン
４２ ベース画像名表示部
４３ 切り出し元画像確定ボタン
４４ 切り出し元画像名表示部
４５ 切り出し枠設定ボタン
４６ 合成実行ボタン
４７ 合成取り消しボタン
１０ａ 観察面ａ
１０ｂ 観察面ｂ
１０ｃ 観察面ｃ
１０ｄ 観察試料構造物
５０ｂ 観察面ｂの二次元観察画像
５０ｃ 観察面ｃの二次元観察画像
５０ｄ 観察面ｂから観察面ｃの三次元観察画像
５０ｅ 切り出し領域指定ライン
５０ｆ 観察面ｂと観察面ｃの合成画像
５０ｇ 計測位置表示バー
９１ Ｔｏｐ位置指定ボタン
９２ Ｔｏｐ位置取込領域指定ボックス
９３ Ｂｏｔｔｏｍ位置指定ボタン
９４ Ｂｏｔｔｏｍ位置取込領域指定ボックス
９５ 取込開始ボタン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を観察試料に集光する対物レンズと、前記観察試料からの反射光を受光して電気信号として出力する受光素子と、前記受光素子で検出したレーザ光の輝度情報を抽出し、観察試料の観察画像を構築する演算部と、前記演算部で構築された観察画像を記憶する画像記憶部と、前記観察画像を表示する表示部を有する走査型共焦点レーザ顕微鏡であって、
前記画像記憶部に記憶されている複数の観察画像から、任意に選択した第一の観察画像と、前記第一の観察画像と異なる画像を少なくとも一つ選択し、前記選択した画像の一部を切り取り、前記第一の観察画像に重ね合わせて合成画像を作成する合成画像作成部、
を備えることを特徴とする走査型共焦点レーザ顕微鏡。
【請求項２】
前記レーザ光源は、シリコンに対して高い透過率をもつ赤外レーザであることを特徴とする請求項１記載の走査型共焦点レーザ顕微鏡。
【請求項３】
前記第一の観察画像と、前記第一の観察画像と異なる画像とは、前記レーザ光の光軸方向において異なる位置で取得された二次元観察画像であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の走査型共焦点レーザ顕微鏡。
【請求項４】
前記第一の観察画像と前記第一の観察画像と異なる画像は、エクステンド画像であることを特徴とする請求項１または請求項３記載の走査型共焦点レーザ顕微鏡。
【請求項５】
更に、前記合成画像において任意の領域を三次元的に計測する計測部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の走査型共焦点レーザ顕微鏡。
【請求項６】
前記計測部は、前記合成画像上において少なくとも二点指定することにより、該二点間の距離及び段差を計測することを特徴とする請求項５記載の走査型共焦点レーザ顕微鏡。
【請求項７】
前記第一の観察画像と前記第一の観察画像と異なる画像は、それぞれ異なる撮像条件にて画像を取得したことを特徴とする請求項１記載の走査型共焦点レーザ顕微鏡。
【請求項１】
レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を観察試料に集光する対物レンズと、前記観察試料からの反射光を受光して電気信号として出力する受光素子と、前記受光素子で検出したレーザ光の輝度情報を抽出し、観察試料の観察画像を構築する演算部と、前記演算部で構築された観察画像を記憶する画像記憶部と、前記観察画像を表示する表示部を有する走査型共焦点レーザ顕微鏡であって、
前記画像記憶部に記憶されている複数の観察画像から、任意に選択した第一の観察画像と、前記第一の観察画像と異なる画像を少なくとも一つ選択し、前記選択した画像の一部を切り取り、前記第一の観察画像に重ね合わせて合成画像を作成する合成画像作成部、
を備えることを特徴とする走査型共焦点レーザ顕微鏡。
【請求項２】
前記レーザ光源は、シリコンに対して高い透過率をもつ赤外レーザであることを特徴とする請求項１記載の走査型共焦点レーザ顕微鏡。
【請求項３】
前記第一の観察画像と、前記第一の観察画像と異なる画像とは、前記レーザ光の光軸方向において異なる位置で取得された二次元観察画像であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の走査型共焦点レーザ顕微鏡。
【請求項４】
前記第一の観察画像と前記第一の観察画像と異なる画像は、エクステンド画像であることを特徴とする請求項１または請求項３記載の走査型共焦点レーザ顕微鏡。
【請求項５】
更に、前記合成画像において任意の領域を三次元的に計測する計測部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の走査型共焦点レーザ顕微鏡。
【請求項６】
前記計測部は、前記合成画像上において少なくとも二点指定することにより、該二点間の距離及び段差を計測することを特徴とする請求項５記載の走査型共焦点レーザ顕微鏡。
【請求項７】
前記第一の観察画像と前記第一の観察画像と異なる画像は、それぞれ異なる撮像条件にて画像を取得したことを特徴とする請求項１記載の走査型共焦点レーザ顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−３３７７０１（Ｐ２００６−３３７７０１Ａ）
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６２０２５（Ｐ２００５−１６２０２５）
【出願日】平成１７年６月１日（２００５．６．１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月１日（２００５．６．１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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