(57)【要約】【課題】表面形状の微細な凹凸に対応した位置調整が可能な表面形状測定装置を提供することにある。【解決手段】可動部材３００の裏面側に、光源２０１より照射される光の波長と、集光レンズ２０５の開口数と、に基づいて決定される最小集光径の円形領域からなり、可動部材３００よりも光反射率の高い高光反射部を備え、光源２０１より照射された光が、全て高光反射部に反射された場合の第１フォトディテクタ４０２から検出される反射光の強度を最大値として記憶部に記憶し、第１フォトディテクタ４０２から検出される反射光の強度が、記憶部に記憶された最大値に近づくように、集光レンズ２０５と可動部材３００の相対位置を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の表面に接触する探針と前記探針を表面側の先端部に備えた本体部とを含み、前記対象物の表面の形状に応じて可動する可動部材と、光を照射する光源と前記光源より照射された光を集光する集光レンズを含み、前記集光レンズにより集光された光を前記可動部材の本体部の裏面側の先端部に照射する光照射光学系と、前記光照射光学系により照射され、前記本体部の裏面側の先端部で反射した反射光の強度を検出する検出光学系を備え、前記測定対象物の表面形状や表面粗さを測定する表面形状測定装置において、
前記本体部の裏面側の所定位置に、前記光源より照射される光の波長と、前記集光レンズの開口数と、に基づいて決定される最小集光径の円形領域からなり、前記本体部よりも光反射率の高い高光反射部を有し、
前記光照射光学系により前記本体部の裏面側の先端部に照射された光が、全て前記高光反射部により反射された場合に、前記検出光学系から検出される反射光の強度を最大値として記憶する記憶手段と、
前記検出光学系から検出された反射光の強度が、前記記憶手段により記憶された最大値に近づくように、前記集光レンズと可動部材の相対位置を調整する調整手段を備えることを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表面形状測定装置において、
前記本体部の裏面側に、前記高光反射部の周囲を囲うように、前記本体部よりも光反射率の低い低光反射部を備えていることを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の表面形状測定装置において、
前記高光反射部は、前記本体部よりも光反射率の高い材料でコーティング処理が施されており、
前記低光反射部は、前記本体部よりも光反射率の低い材料でコーティング処理が施されていることを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項４】
請求項２に記載の表面形状測定装置において、
前記本体部の裏面側の先端の所定の領域に、前記本体部よりも光反射率の高い材料でコーティング処理の施されたコーティング部が形成され、
前記低光反射部は、前記最小集光径の円形の開口部を有し、前記コーティング部の上部を覆う遮光マスクにより形成され、
前記高光反射部は、前記低光反射部の円形の開口部の下部の前記コーティング部により形成されることを特徴とする表面形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、探針を測定対象物に接触させながら走査して対象物の表面形状を観察・測定する接触式の表面形状測定装置が知られている。
そして、上記表面形状を観測・測定する方法としては、様々なものが存在する。
【０００３】
例えば、測定光と参照光で形成される干渉光の強度を検出して、可動部材先端に備えられた探針の変位を測定し、その変位に基づいて表面形状を観測・測定する方法を用いた測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。より具体的には、光源から出力された光をビームスプリッタにより測定光と参照光に分割し、参照光は参照面に反射させて参照光束とする一方で、測定光は可動部材（探針）の背面にて反射させて測定光束とし、両者を再度ビームスプリッタにより合成して、検出器にて干渉光束として検出するという方法である。
また、先端に探針を備えた可動部材を一定周期で所定の振幅量で振動させるレバ−加振手段を有し、可動部材の探針が試料表面に接触したときの可動部材の振幅量の減少分を、可動部材の背面にて反射した光の反射位置を検出する光位置検出器で把握し、減少した振幅量が一定になるように試料移動手段の上下動作を制御する走査型プローブ顕微鏡がある（例えば、特許文献２参照）。
さらに、上記可動部材の背面へ測定光を反射させる際の反射率向上のために、金やニッケル等の反射コートを可動部材の背面一体又はその一部に施したものが知られている（例えば、特許文献３）。
このように、特許文献１〜３に記載の発明によって、測定対象物の表面形状の凹凸が比較的大きな場合、可動部材の背面の何れかに光が照射されるように集光レンズと可動部材の位置を調整することで、可動部材の背面からの反射光が検出され、その表面形状を観察・測定することができた。
【特許文献１】特開２００８−５１６０２号公報
【特許文献２】特開２００２−１８１６８７号公報
【特許文献３】特開平９−３０４４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１〜３に記載の発明では、例えば、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）等で代表されるような原子レベルの表面形状の凹凸を観察・測定する上で、集光レンズと可動部材の相対位置を調整することが極めて困難であった。つまり、微細な凹凸を観察・測定するには、集光レンズと可動部材の相対位置を精確に調整する必要があるが、上記特許文献１〜３に記載の発明では、その相対位置が精確に調整されていなくとも、可動部材の背面の何れかより反射光が検出されるため（つまり、反射光の検出感度が低いため）、ユーザは相対位置の十分な調整がなされているか否かを判断することが出来ないという問題があった。
【０００５】
本発明の課題は、表面形状の微細な凹凸に対応した位置調整が可能な表面形状測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
測定対象物の表面に接触する探針と前記探針を表面側の先端部に備えた本体部とを含み、前記対象物の表面の形状に応じて可動する可動部材と、光を照射する光源と前記光源より照射された光を集光する集光レンズを含み、前記集光レンズにより集光された光を前記可動部材の本体部の裏面側の先端部に照射する光照射光学系と、前記光照射光学系により照射され、前記本体部の裏面側の先端部で反射した反射光の強度を検出する検出光学系を備え、前記測定対象物の表面形状や表面粗さを測定する表面形状測定装置において、
前記本体部の裏面側の所定位置に、前記光源より照射される光の波長と、前記集光レンズの開口数と、に基づいて決定される最小集光径の円形領域からなり、前記本体部よりも光反射率の高い高光反射部を有し、
前記光照射光学系により前記本体部の裏面側の先端部に照射された光が、全て前記高光反射部により反射された場合に、前記検出光学系から検出される反射光の強度を最大値として記憶する記憶手段と、
前記検出光学系から検出された反射光の強度が、前記記憶手段により記憶された最大値に近づくように、前記集光レンズと可動部材の相対位置を調整する調整手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の表面形状測定装置において、前記本体部の裏面側に、前記高光反射部の周囲を囲うように、前記本体部よりも光反射率の低い低光反射部を備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載において、前記高光反射部は、前記本体部よりも光反射率の高い材料でコーティング処理が施されており、前記低光反射部は、前記本体部よりも光反射率の低い材料でコーティング処理が施されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記本体部の裏面側の先端の所定の領域に、前記本体部よりも光反射率の高い材料でコーティング処理の施されたコーティング部が形成され、前記低光反射部は、前記最小集光径の円形の開口部を有し、前記コーティング部の上部を覆う遮光マスクにより形成され、前記高光反射部は、前記低光反射部の円形の開口部の下部の前記コーティング部により形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、可動部材の裏面側の先端部に、いわゆる最小集光径の円形領域からなり、可動部材の本体部よりも光反射率の高い高光反射部が設けられているため、集光レンズと可動部材の相対位置を精確に調整し、集光レンズを透過した光が可動部材の裏面で高光反射部にのみ集光されるようにしなければ、検出光学系から検出される反射光の強度は記憶手段により記憶された最大値と比較して著しく低い値を示すので、反射光の検出感度が飛躍的に向上する。
そのため、調整手段によって、反射光の強度が最大値に近づくように集光レンズと可動部材の相対位置を調整することにより、表面形状測定装置の精確な位置調整が実現できる。
つまり、本発明は、表面形状の微細な凹凸に対応した位置調整が可能な表面形状測定装置であるといえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図を参照して、本発明に係る表面形状測定装置の具体的な態様を詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【００１２】
図１は、本発明に係る表面形状測定装置１の概略構成図であり、図２は、本発明に係る表面形状測定装置１のブロック図であり、図３は、本発明にかかる可動部材３００の構造を示し、（Ａ）は平面図を、（Ｂ）は正面図である。
なお、以下の説明では、図１における表面形状測定装置１の左右方向をＸ軸方向、上下方向をＺ軸方向とし、Ｘ軸及びＺ軸と直交する方向をＹ軸とする。
【００１３】
表面形状測定装置１は、例えば、図１及び図２に示すように、レーザ光をＺ軸方向に出射する光源２０１と、光源２０１より出射されたレーザ光を平行光化するコリメータレンズ２０２と、コリメータレンズ２０２を透過したレーザ光を参照光としてＸ軸方向に反射させるとともに、測定光としてＺ軸方向に透過させる第１ビームスプリッタ２０３と、第１ビームスプリッタ２０３にて反射したＸ軸方向の参照光を入射方向と逆方向に反射させる参照面２０４と、第１ビームスプリッタ２０３と参照面２０４の光路間に配置され、第１ビームスプリッタ２０３より参照面２０４に向けて出射された参照光が参照面２０４へ遮断／透過するのを切換えるシャッター４０１と、第１ビームスプリッタ２０３を透過したＺ軸方向の測定光を所定の位置に集光する集光レンズ２０５と、集光レンズ２０５にて集光されたレーザ光を第１ビームスプリッタ２０３に向けて反射させる可動部材３００と、参照面２０４にて反射され第１ビームスプリッタ２０３を透過する参照光、及び、可動部材３００にて反射され第１ビームスプリッタ２０３によりＸ軸方向に反射される測定光を透過させる第１レンズ２０７と、第１レンズ２０７を透過したレーザ光の強度を検出するフォトディテクタ４０２と、表面形状測定装置１の制御全般を行う制御部１０００と、を備えて構成され、可動部材３００にて反射される測定光と、参照面２０４にて反射される参照光が、第１ビームスプリッタ２０３にて合成され、フォトディテクタ４０２にて上記合成されたレーザ光（干渉光）の強度を検出することにより、測定対象物の表面形状や表面粗さを測定することができる。
なお、光源２０１、コリメータレンズ２０２、第１ビームスプリッタ２０３、集光レンズ２０５、が光照射光学系として機能しており、第１ビームスプリッタ２０３、集光レンズ２０５、第１レンズ２０７、が検出光学系として機能している。
【００１４】
光源２０１は、例えば、コリメータレンズ２０２に向けて、レーザ光をＺ軸方向に出射するためのレーザ光源である。
【００１５】
コリメータレンズ２０２は、光源２０１より出射されたレーザ光を平行光化し、第１ビームスプリッタ２０３に向けてＺ軸方向に透過させる。
【００１６】
第１ビームスプリッタ２０３は、コリメータレンズ２０２を透過したレーザ光を、参照光として参照面２０４に向けてＸ軸方向に反射させるとともに、測定光として集光レンズ２０５に向けてＺ軸方向に透過させる。また、第１ビームスプリッタ２０３は、参照面２０４にて反射したＸ軸方向より入射される参照光を透過させるとともに、可動部材３００にて反射したＺ軸方向の測定光をＸ軸方向に反射させ、その双方のレーザ光を合成してレンズ２０７に向けて出射させる。なお、後述の切換え制御プログラム１００３ａの実行により、参照光がシャッター４０１により遮断される場合は、測定光のみがレンズ２０７に向けて出射される。
【００１７】
参照面２０４は、例えば、ミラーで構成されており、第１ビームスプリッタ２０３でＸ軸方向に反射されたレーザ光を入射方向と逆方向に反射させ、第１ビームスプリッタ２０３に入射させている。この参照面２０４にて反射されるレーザ光は、参照光として後述のフォトディテクタ４０２で検出される。
【００１８】
シャッター４０１は、第１ビームスプリッタ２０３と参照面２０４の光路間に配置され、レーザ光の透過を遮断する遮光板（図示省略）と遮光板を駆動する駆動部（図示省略）を備えている。
そして、シャッター４０１は、後述の切換えプログラム１００３ａの実行により、第１ビームスプリッタ２０３にてＸ軸方向に反射し参照面２０４に向かうレーザ光の遮断／透過の切換えが可能なように、モータ等で構成される駆動部を駆動させることにより、第１ビームスプリッタ２０３と向き合う側の表面に遮光板が配置／撤去自在となるように構成されている。
【００１９】
集光レンズ２０５は、第１ビームスプリッタ２０３を透過したＺ軸方向のレーザ光を所定の位置に集光させる一方で、可動部材３００にて反射したレーザ光（測定光）を第１ビームスプリッタ２０３に向けて透過させる。
【００２０】
可動部材３００は、一端が自由端からなり、他端が固定端で回動自在に支持されており、表面形状測定装置１を走査する際、測定対象物の表面形状に応じて回動（上下動）し、常に測定対象物の表面と接触するようになっている。この可動部材３００は、カンチレバー３０１（本体部）と、探針３０２と、高光反射部３０３と、低光反射部３０４と、を備えて構成される。なお、可動部材３００はＸＹＺ軸方向のそれぞれに移動可能に構成されており、後述の位置調整プログラム１００３ｂの実行によって、その位置が調整できるようになっている。
【００２１】
カンチレバー３０１は、図３（Ａ）（Ｂ）に示されるように、表面側（測定対象物の配置された側）の自由端部に探針３０２が取り付けられており、裏面側（集光レンズ２０５と向き合う側）の一部に高光反射部３０３が設けられ、高光反射部３０３の周囲を囲うように低光反射部３０４が設けられた片持ち梁である。
【００２２】
探針３０２は、カンチレバー３０１の表面側の自由端部に固定され、先端にいくにつれて細くなるように、例えば、略円錐形状に形成されており、その先端で測定対象物の表面と接触する。
なお、カンチレバー３０１と探針３０２は一体的に形成されたものであってもよい。
【００２３】
高光反射部３０３は、カンチレバー３０１の裏面側で、凡そ探針３０２の設けられた平面位置（ＸＹ軸方向位置）を中心とする、所定の径φを備えた略円形形状部であり、例えば、アルミ，金等のカンチレバー３０１よりも光反射率の高い材料によってコーティング処理がなされている。
上記の径φは、集光レンズの開口数Ｎ．Ａ．と光の波長λによって、以下の（式１）によって決定される最小集光径ψと等しくなるように設定されている。
【数１】
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ここで、最小集光径ψは、収差のない理想的な集光レンズに均一な強度分布をもつ平行光束を入射させた場合の集光径であり、一般にエアリーディスクと呼ばれている。
【００２４】
低光反射部３０４は、カンチレバー３０１の裏面側で、高光反射部３０３の周囲を囲うように、例えば、減反射コート等のカンチレバー３０１よりも低い光反射率の材料によってコーティング処理がなされている部分である。
【００２５】
第１レンズ２０７は、参照面２０４で反射し第１ビームスプリッタ２０３を透過したＸ軸方向の参照光と、可動部材３００で反射し第１ビームスプリッタ２０３にてＸ軸方向に反射する測定光と、からなる合成されたレーザ光を透過させ、フォトディテクタ４０２に入射している。
なお、後述の切換え制御プログラム１００３ａの実行により、参照光がシャッター４０１により遮断される場合は、測定光のみをフォトディテクタ４０２に入射している。
【００２６】
フォトディテクタ４０２は、レンズ２０７を透過した合成されたレーザ光又は測定光を受光し、その合成されたレーザ光又は測定光の単位時間当たりの光量（レーザ光の強度）に応じた電流又は電圧の電気信号を後述の制御部１０００に出力している。
【００２７】
制御部１０００は、図２に示すように、ＣＰＵ１００１と、ＲＡＭ１００２と、記憶部１００３を備えている。そして、制御部１０００は、システムバスなどを介して、フォトディテクタ４０２、シャッター４０１、可動部材３００等と接続している。
【００２８】
ＣＰＵ１００１は、例えば、記憶部１００３に記憶されている各種処理プログラムに従って所定の制御処理を行う。
【００２９】
ＲＡＭ１００２は、例えば、ＣＰＵ１００１によって実行される処理プログラムなどを展開するためのプログラム格納領域や、入力データや処理プログラムが実行される際に生じる処理結果などを格納するデータ格納領域などを備えており、フォトディテクタ４０２より出力される電気信号としてのレーザ光の強度等が格納される。
【００３０】
記憶部１００３（記憶手段）は、例えば、表面形状測定装置１で実行可能なシステムプログラムや、そのシステムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、ＣＰＵ１００１によって演算処理された各種処理結果のデータなどを記憶する。なお、プログラムは、コンピュータが読み取り可能なプログラムコードの形で記憶部１００３に記憶されている。
具体的には、記憶部１００３は、例えば、切換え制御プログラム１００３ａと、位置調整プログラム１００３ｂと、等を記憶している。また、記憶部１００３には、測定光の強度の最大値があらかじめ記憶されており、ＲＡＭ１００２に格納されるレーザ光の強度と対比可能になっている。なお、上記測定光の強度の最大値は、後述の位置調整プログラム１００３ｂの実行により可動部材３００の厳密な調整がなされた状態で検出される値、又は、表面形状測定装置１に生じ得る機械誤差等を排除して算出される理論値、等である。
【００３１】
切換え制御プログラム１００３ａは、ＣＰＵ１００１に、シャッター４０１に入射されるレーザ光の遮断／透過の切換えを実現させるプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ１００１が切換え制御プログラム１００３ａを実行すると、シャッター４０１に備えられた遮光板が、シャッター４０１の第１ビームスプリッタ２０３と向き合う側の表面に配置／撤去されるように、シャッター４０１の駆動部（図示省略）に所定の信号を出力し、シャッター４０１に入射されるレーザ光の遮断／透過を切換えることが可能になっている。つまり、ＣＰＵ１００１の切換え制御プログラム１００３ａの実行により、参照光が参照面２０４で反射し、フォトディテクタ４０２に入力されることを遮断することが可能となるので、フォトディテクタ４０２では測定光の強度検出のみが可能となる。
【００３２】
位置調整プログラム１００３ｂ（調整手段）は、ＣＰＵ１００１に、可動部材３００のＸＹＺ軸方向位置を調整させるプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ１００１が切換え制御プログラム１００３ａを実行すると、フォトディテクタ４０２により検出される、可動部材３００にて反射される測定光の強度を、記憶部１００３に記憶された測定光の強度の最大値と一致するように、可動部材３００のＸＹＺ軸方向位置を調整することが可能となる。
ＣＰＵ６１は、かかる位置調整プログラム１００３ｂを実行することで、調整手段として機能する。
【００３３】
（可動部材の位置調整）
以下に、可動部材３００のＸＹＺ軸方向位置の調整手順について述べる。
可動部材３００の位置は、具体的には、図４及び図５を参照して以下のようにして調整する。なお、図４は、集光レンズ２０５を透過した測定光が可動部材３００の高光反射部３０３又は低光反射部３０４にて反射した状態を示すＸＺ平面図であり、（Ａ）は、可動部材３００の裏面における測定光の集光径と高光反射部３０３の径φが合致する場合を、（Ｂ）は、集光レンズ２０５と高光反射部３０３が（Ａ）よりも離間している場合を、（Ｃ）は、集光レンズ２０５と高光反射部３０３が（Ａ）よりも近接している場合を、それぞれ示している。また、図５は、集光レンズ２０５を透過した測定光が可動部材３００の高光反射部３０３又は低光反射部３０４にて反射した状態を示すＸＹ平面図であり、（Ａ）は、可動部材３００の裏面における測定光の集光スポット３１０と高光反射部３０３が一致する場合を、（Ｂ）は、集光スポット３１０が高光反射部３０３とＹ軸方向にずれた位置にある場合を、（Ｃ）は、集光スポット３１０が高光反射部３０３とＸ軸方向にずれた位置にある場合を、それぞれ示している。
【００３４】
まず、ＣＰＵ１００１が切換え制御プログラム１００３ａを実行することにより、参照光のフォトディテクタ４０２への入力を遮断し、測定光の強度のみを検出する。
【００３５】
次いで、ＣＰＵ１００１が位置調整プログラム１００３ｂを実行することにより、可動部材３００をＸＹＺ軸方向に移動させる。
ここで、図４（Ａ）に示されるように、集光レンズ２０５を透過した測定光の、可動部材３００の裏面における集光径と、高光反射部３０３の径φが合致する場合、全ての測定光が高光反射部３０３により反射されるため、フォトディテクタ４０２にて検出される反射光の強度は記憶部１００３に記憶された最大値となる。しかし、図４（Ｂ）又は（Ｃ）に示されるように、集光レンズ２０５と高光反射部３０３との相対位置が図４（Ａ）よりも離間又は近接し、可動部材３００の裏面における集光径が、高光反射部３０３の径φよりも大きくなる場合、測定光の一部が低光反射部３０４にて反射するため、フォトディテクタ４０２にて検出される測定光の強度は図４（Ａ）における測定光の強度に比べて小さくなる。したがって、ＣＰＵ１００１が位置調整プログラム１００３ｂを実行することにより、フォトディテクタ４０２にて検出される測定光の強度が、記憶部１００３に記憶された測定光の強度の最大値に近づくように（つまり、検出される測定光の強度と最大値との差分が所定値範囲内となるように、）可動部材３００の高さ位置を調整する。
【００３６】
次いで、可動部材３００の平面位置（ＸＹ軸方向位置）の調整を行う。
ここで、図５（Ａ）に示されるように、集光レンズ２０５を透過した測定光の、可動部材３００の裏面における集光スポット３１０が、高光反射部３０３の平面位置と一致している場合、全ての測定光が高光反射部３０３により反射されるため、フォトディテクタ４０２にて検出される測定光の強度は最大値となる。しかし、図５（Ｂ）又は（Ｃ）に示されるように、集光スポット３１０が高光反射部３０３とＹ軸方向又はＸ軸方向にずれた位置にある場合、測定光の一部が低光反射部３０４にて反射するため、フォトディテクタ４０２にて検出される測定光の強度は図５（Ａ）における測定光の強度に比べて小さくなる。したがって、ＣＰＵ１００１が位置調整プログラム１００３ｂを実行することにより、フォトディテクタ４０２にて検出される測定光の強度が、記憶部１００３に記憶された測定光の強度の最大値に近づくように可動部材３００の平面位置を調整する。
【００３７】
以上により、可動部材３００の位置調整がなされる。なお、上記可動部材３００の位置調整は複数回繰り返す必要がある。つまり、例えば初期状態で、可動部材３００の高さ位置と平面位置の両方がずれた状態にある場合、はじめに、測定光の強度が最大値に近づくように可動部材３００の高さ位置を調整しても、平面位置もずれた状態にあるため、可動部材３００の裏面における集光径と、高光反射部３０３の径φと、を一致させたことになるとは限らないからである。そのため、このような場合は、可動部材３００の高さ位置と平面位置の一回目の調整を終えた後に、高さ位置や平面位置の調整を繰り返し行わなければならない。
【００３８】
「変形例１」
図６は、図１に示す表面形状測定装置１の変形例であり、図１と相違する点は、第１ビームスプリッタ２０３を透過した参照光、及び、第１ビームスプリッタ２０３にて反射した測定光、からなるレーザ光を第１レンズ２０７に向けて透過させるとともに、Ｚ軸方向に反射させる第２ビームスプリッタ５０１と、第２ビームスプリッタ５０１にて反射したレーザ光を透過させる第２レンズ５０２と、第２レンズ５０２を透過した干渉光の焦点位置に配置されたピンホール５０３と、ピンホール５０３を透過したレーザ光の強度を検出する第２フォトディテクタ５０４と、を備えていることである。
以下では、主に、その相違点について説明する。
【００３９】
第２ビームスプリッタ５０１は、第１ビームスプリッタ２０３を透過した参照光、及び、第１ビームスプリッタ２０３にて反射した測定光、からなるレーザ光を第１レンズ２０７に向けて透過させるとともに、第２レンズ５０２に向けてＺ軸方向に反射させる。ただし、切換え制御プログラム１００３ａの実行により参照光がシャッター４０１により遮断される場合は、測定光のみが上記透過／反射される。
【００４０】
第２レンズ５０２は、第２ビームスプリッタ５０１にてＺ軸方向に反射されたレーザ光を透過させる。
【００４１】
ピンホール５０３は、第２レンズ５０２を透過したレーザ光の焦点位置に配置されており、その焦点位置におけるレーザ光の径と略等しい径を備えた円形状の開口部を備えているので、開口部でレーザ光を透過させて第２フォトディテクタ５０４に入力するとともに、開口部からずれた位置を照射するレーザ光を遮断する。
【００４２】
第２フォトディテクタ５０４は、ピンホール５０３の開口部を透過したレーザ光を受光し、そのレーザ光の単位時間当たりの光量（レーザ光の強度）に応じた電流又は電圧の電気信号を制御部１０００に出力している。
【００４３】
本変形例によると、ピンホール５０３の開口部が、第２レンズ５０２を透過したレーザ光の焦点位置における集光径と略等しい径を備えている。そのため、上述の（可動部材の位置調整）において、可動部材３００の高さ位置が精確に調整されている場合、第２レンズ５０２を透過したレーザ光は全て開口部を透過するため、フォトディテクタ５０４にて検出される測定光の強度は、記憶部１００３に記憶された測定光の強度の最大値を示すが、可動部材３００の高さ位置が精確に調整されていない場合は、第２レンズ５０２を透過したレーザ光の一部が開口部からずれた位置を照射し、ピンホール５０３で遮断されるため、その遮断されるレーザ光の光量に応じて第２フォトディテクタ５０４にて検出される測定光の強度は著しく低減する。
したがって、可動部材３００の高さ位置の調整について、第２フォトディテクタ５０４による測定光の強度検出は、第１フォトディテクタ４０２によるレーザ光の強度検出よりも、一層検出感度の良いものとなる。
そのため、本変形例は、測定光の可動部材３００の裏面に対する照射位置のずれによる探針変位の測定誤差が許容できる程度（集光レンズ２０５と可動部材３００の相対位置のずれが許容できる程度）に、高光反射部３０３の径φを大きくする場合に有効である。つまり、高光反射部３０３の径φを、測定光の照射位置のずれが測定精度上の誤差の許容できる範囲内で大きくすることで、集光レンズ２０５と可動部材３００の平面位置における相対的な位置調整の厳密さを緩和することができる。
なお、本変形例は第２ビームスプリッタ５０１、第２レンズ５０２、ピンホール５０３、第２フォトディテクタ５０４を用いた構成に限定されるものではなく、例えば、可動部材の位置調整を実行する際に、図１において、第１レンズ２０７を透過したレーザ光の焦点位置にピンホールを配置することによって、可動部材３００の高さ位置の調整について、第１フォトディテクタ４０２の検出感度を向上させることが出来るようにしてもよい。
【００４４】
「変形例２」
図７は、図１に示す表面形状測定装置１の変形例であり、図１と相違する点は、傾斜した可動部材３００の裏面にて反射した測定光を透過させる第３レンズ７０１と、第３レンズ７０１を透過した測定光を受光する分割フォトディテクタ７０２と、を備えて構成され、カンチレバー３０１の傾きを、分割フォトディテクタ７０２の受光位置の変化により検出する光てこ方式を用いている点である。
以下では、主に、その相違点について説明する。
【００４５】
第３レンズ７０１は、可動部材３００の裏面にて反射されたレーザ光を透過させ、分割フォトディテクタ７０２に向けてそのレーザ光を出射している。
【００４６】
分割フォトディテクタ７０２は、複数に分割された受光面を備えており、カンチレバー３０１の裏面に照射される測定光の反射光を各受光面にて受光する。つまり、受光位置の変化（受光した受光面の違い）から、測定対象物の表面形状に応じて傾斜するカンチレバー３０１の傾きを測定することが出来るようになっている。
【００４７】
本変形例によると、可動部材３００のカンチレバー３０１の裏面側に高光反射部３０３及び低光反射部３０４が設けられているため、図１に示す表面形状測定装置１と同様に、分割フォトディテクタ７０２にて受光される反射光（測定光）の強度を検出し、その強度が記憶部１００３に記憶された最大値に近づくように可動部材３００の位置を調整することにより、可動部材３００からの反射光が分割フォトディテクタ７０２の受光面に精確に照射されるように調整出来るので、分割フォトディテクタ７０２の受光位置の変化をより高精度に把握することが可能となる。
【００４８】
「変形例３」
図８（Ａ）（Ｂ）は、図７と同様に可動部材３００の変化を光てこ方式で検出する方法である。
【００４９】
可動部材８００は、カンチレバー８０１（本体部）と、探針３０２と、コーティング部８０２と、低光反射部８０３と、高光反射部８０４と、を備えて構成される。
カンチレバー８０１は、図８（Ａ）（Ｂ）に示されるように、表面側（測定対象物の配置された側）の自由端部に探針３０２が取り付けられており、裏面側の自由端部よりカンチレバー８０１のＸ軸方向の略中心位置までコーティング部８０２が設けられ、そのコーティング部８０２の上部（Ｚ軸方向）に低光反射部８０３が設けられている。
【００５０】
コーティング部８０２は、カンチレバー８０１の裏面側の、自由端部よりカンチレバー８０１のＸ軸方向の略中心位置までを占めており、例えば、カンチレバー８０１よりも高光反射率の材料によってコーティング処理がなされている。
【００５１】
低光反射部８０３は、径φからなる円形の開口である開口部８０３ａを備えており、コーティング部８０２の上部の一部を占めている。低光反射部８０３は、例えば、遮光マスクによって覆われているので、開口部８０３ａを除いて、入射されるレーザ光を遮蔽することが出来る。
【００５２】
高光反射部８０４は、低光反射部８０３の開口部８０３ａの下部のコーティング部８０２によって形成される、径φからなる円形の領域である。そのため、低光反射部８０３の開口部８０３ａを透過するレーザ光は、高光反射部８０４によって反射される。
【００５３】
本変形例によると、可動部材８００のカンチレバー８０１の裏面側にコーティング部８０２、高光反射部８０４、低光反射部８０３が設けられ、コリメータレンズ２０２を透過したレーザ光のうち、低光反射部８０３の開口部８０３ａに入射されるレーザ光は、開口部８０３ａを透過して高光反射部８０４により反射されるが、開口部８０３ａ以外に入射されるレーザ光は、低光反射部８０３により遮断される。そのため、図１に示す表面形状測定装置１と同様に、分割フォトディテクタ７０２にて受光される反射光（測定光）の強度を検出し、その強度が記憶部１００３に記憶された最大値に近づくように可動部材８００の位置を調整することにより、より高精度な測定対象物の表面粗さを計測できる。
なお、図８（Ａ）（Ｂ）に示される可動部材８００のコーティング部８０２、低光反射部８０３、高光反射部８０４に代えて、図９に示されるように、カンチレバー８０１の裏面側に、径φの円形のミラーからなる高光反射部９０４を設けたものであってもよい。
また、「変形例２」や「変形例３」において、可動部材３００や可動部材８００に換えて、ＡＦＭ等で使用される可動部材よりも比較的大きなスタイラスアームに探針を備えた構成とすると、例えば、表面粗さ計等のように、測定光をマイクロメートルオーダーまで集光する必要がない場合に有効となる。
【００５４】
以上のように、本発明に係る表面形状測定装置１によると、可動部材３００の裏面側の先端部に、いわゆる最小集光径ψの円形領域からなり、可動部材３００のカンチレバー３０１よりも光反射率の高い高光反射部３０３が設けられているため、集光レンズ２０５と可動部材３００の相対位置を精確に調整し、集光レンズ２０５を透過した光が可動部材３００の裏面で高光反射部３０３にのみ集光されるように調整しなければ、検出光学系から検出される反射光の強度は記憶部１００３により記憶された最大値と比較して著しく低い値を示すので、反射光の検出感度が飛躍的に向上する。
そのため、ＣＰＵ１０００が位置調整プログラム１００３ｂを実行することによって、反射光の強度が最大値に近づくように（つまり、検出される測定光の強度と最大値との差分が所定値範囲内となるように）、集光レンズ２０５と可動部材３００の相対位置を調整することにより、表面形状測定装置１の精確な位置調整が実現できる。
【００５５】
また、可動部材３００の裏面側は、高光反射部３０３の周囲を囲うように、可動部材３００のカンチレバー３０１よりも光反射率の低い低光反射部３０４が設けられている。
つまり、高光反射部３０３で反射した測定光の強度と、高光反射部３０３からずれた位置（つまり、低光反射部３０４）で反射した反射光の強度との差が一層大きなるので、反射光の検出感度がさらに良好となる。
【００５６】
また、高光反射部３０３は、可動部材３００よりも光反射率の高い材料でコーティング処理が施されており、低光反射部３０４は、可動部材３００よりも光反射率の低い材料でコーティング処理が施されている。
つまり、高光反射部３０３及び低光反射部３０４に用いられているコーティング材を変更することにより容易に反射光の検出感度を調整することができる。
【００５７】
また、高光反射部３０３及び低光反射部３０４に換えて、図８に示すように、可動部材３００の裏面に、カンチレバー８０１よりも光反射率の高い材料によるコーティング処理の施されたコーティング部８０２と、最小集光径ψを備えた円形の開口部８０３ａを有する遮光マスクで覆われた低光反射部８０３と、開口部８０３ａの下部のコーティング部８０２で形成された高光反射部８０４を備えてもよい。
つまり、高光反射部８０４は、コーティング部８０２上部に配置した低光反射部３０４の遮光マスクに、径ψを備えた円形の開口を設けることで形成出来るため、その形成は極めて容易なものである。
【００５８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
例えば、集光レンズ２０５を高さ方向（Ｚ軸方向）に可動するように構成し、集光レンズ２０５と可動部材３００の相対位置の調整を、集光レンズ２０５によって高さ位置の調整を行うとともに、可動部材３００によって平面位置の調整を行うものとしても良い。
また、図1に示す表面形状測定装置１や、図６〜図８に示す第１〜第３の変形例においては、全て低光反射部を備えた構成としているが、低光反射部を備えていなくともよい。つまり、低光反射部が備えられておらず、集光レンズを透過した光が高光反射部にのみ集光されるように可動部材の位置調整がなされていない場合、高光反射部と可動部材の本体部との光反射率の差異によって、反射光の強度は最大値と比較して著しく低い値を示すので、反射光の検出感度は飛躍的に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る表面形状測定装置１の概略構成図である。
【図２】本発明に係る表面形状測定装置１のブロック図である。
【図３】本発明にかかる可動部材３００の構造を示す図である。
【図４】集光レンズ２０５を透過した測定光が可動部材３００の高光反射部３０３又は低光反射部３０４にて反射した状態を示すＸＺ平面図である。
【図５】集光レンズ２０５を透過した測定光が可動部材３００の高光反射部３０３又は低光反射部３０４にて反射した状態を示すＸＹ平面図である。
【図６】本発明に係る表面形状測定装置１の第１の変形例を示す図である。
【図７】本発明に係る表面形状測定装置１の第２の変形例を示す図である。
【図８】本発明に係る表面形状測定装置１の第３の変形例を示す図である。
【図９】本発明に係る表面形状測定装置１の第３の変形例において、高光反射部９０４を設けた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１              表面形状測定装置
２０１          光源（光照射光学系）
２０２          コリメータレンズ（光照射光学系）
２０３          第１ビームスプリッタ（光照射光学系、検出光学系）
２０５          集光レンズ（光照射光学系、検出光学系）
２０７          第１レンズ（検出光学系）
３００          可動部材
３０１          カンチレバー（本体部）
３０２          探針
３０３          高光反射部
３０４          低光反射部
１０００        制御部
１００１        ＣＰＵ（調整手段）
１００３        記憶部（記憶手段）
１００３ｂ      位置調整プログラム（調整手段）
５０１          第２ビームスプリッタ
５０２          第２レンズ
５０３          ピンホール
５０４          第２フォトディテクタ
７０１          第３レンズ
７０２          分割フォトディテクタ
８００          可動部材
８０１          カンチレバー（本体部）
８０４          コーティング部
８０３          低光反射部
８０４          高光反射部
９０４          高光反射部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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