(57)【要約】【課題】測定対象物の表面の高さ形状を精密に測定することが可能な形状測定装置および形状測定方法を提供する。【解決手段】測定対象物Ｓの複数の部分についてＺ方向における重畳受光強度分布が取得される。取得された重畳受光強度分布から干渉方式の受光強度分布成分および共焦点方式の受光強度分布成分がそれぞれ抽出される。抽出された干渉方式の受光強度分布成分に基づいて複数の部分についてＺ方向における位置を示す干渉高さデータがそれぞれ算出される。また、抽出された共焦点方式の受光強度分布成分に基づいて複数の部分についてＺ方向における位置を示す共焦点高さデータがそれぞれ算出される。複数の部分について干渉高さデータおよび共焦点高さデータを用いて測定対象物Ｓの表面の形状を示す形状データが生成される。【選択図】図１
2014001965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の表面の形状を測定する形状測定装置であって、
前記測定対象物の表面の複数の部分に光を照射し、前記複数の部分で反射される光を受光することにより、前記複数の部分について光の照射方向における干渉方式の受光強度分布成分と共焦点方式の受光強度分布成分との重畳波形を有する重畳受光強度分布を取得する受光強度分布取得部と、
前記受光強度分布取得部により取得された重畳受光強度分布から干渉方式の受光強度分布成分および共焦点方式の受光強度分布成分をそれぞれ抽出し、抽出された干渉方式の受光強度分布成分に基づいて前記複数の部分について前記光の照射方向における位置を示す第１のデータをそれぞれ算出可能でかつ抽出された共焦点方式の受光強度分布成分に基づいて前記複数の部分について前記光の照射方向における位置を示す第２のデータをそれぞれ算出可能に構成される算出部と、
前記複数の部分について第１および第２のデータを用いて前記測定対象物の表面の形状を示す形状データを生成する処理部とを備える、形状測定装置。
【請求項２】
前記算出部は、抽出された干渉方式の受光強度分布成分から位相シフト干渉方式により第１のデータを算出する、請求項１記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記算出部は、抽出された共焦点方式の受光強度分布成分のピークに対応する位置を第２のデータとして算出する、請求項１または２記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記算出部は、前記受光強度分布取得部により取得された重畳受光強度分布に周波数フィルタを適用することにより、重畳受光強度分布から共焦点方式の受光強度分布成分を抽出する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記周波数フィルタは、低域通過フィルタを含む、請求項４記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記算出部は、前記受光強度分布取得部により取得された重畳受光強度分布にモルフォロジカルフィルタを適用することにより、重畳受光強度分布から共焦点方式の受光強度分布成分を抽出する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記算出部は、抽出された受光強度分布成分の振幅を均一にすることにより重畳受光強度分布から干渉方式の受光強度分布成分を抽出する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記処理部は、前記複数の部分について第１のデータを第２のデータに加算することにより形状データを生成する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記処理部は、前記複数の部分の各々が隣接する部分に連続に接続されるように第１のデータにアンラッピング処理を行う、請求項１〜８のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項１０】
前記受光強度分布取得部は、光を発生する光源、受光素子、ならびに測定対象物に照射される光および測定対象物からの反射光が通過する光学経路を含むとともに、前記光学経路中に配置可能な干渉型対物レンズを含み、
前記光源により発生された光が前記干渉型対物レンズを通して前記測定対象物に照射されるとともに前記測定対象物からの反射光が前記受光素子に導かれ、前記受光素子により重畳受光強度分布が得られるように構成される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項１１】
測定対象物の表面の形状を測定する形状測定方法であって、
前記測定対象物の表面の複数の部分に光を照射し、前記複数の部分で反射される光を受光することにより、前記複数の部分について光の照射方向における干渉方式の受光強度分布成分と共焦点方式の受光強度分布成分との重畳波形を有する重畳受光強度分布を取得するステップと、
前記取得された重畳受光強度分布から干渉方式の受光強度分布成分および共焦点方式の受光強度分布成分をそれぞれ抽出するステップと、
抽出された干渉方式の受光強度分布成分に基づいて前記複数の部分について前記光の照射方向における位置を示す第１のデータをそれぞれ算出するステップと、
抽出された共焦点方式の受光強度分布成分に基づいて前記複数の部分について前記光の照射方向における位置を示す第２のデータをそれぞれ算出するステップと、
前記複数の部分について第１および第２のデータを用いて前記測定対象物の表面の形状を示す形状データを生成するステップとを備える、形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置および形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
共焦点顕微鏡では、光が対物レンズにより測定対象物に集光される。測定対象物からの反射光が受光レンズにより集光され、ピンホールを通して受光素子に入射する（例えば、特許文献１参照）。光は測定対象物の表面で二次元的に走査される。また、測定対象物と対物レンズとの間の相対的な距離を変化させることにより受光素子の受光量の分布が変化する。測定対象物の表面に焦点が合ったときに受光量のピークが現れる。受光量分布のピーク位置に基づいて測定対象物の表面の高さ形状を測定することができる。
【０００３】
特許文献２の微細構造の測定装置においては、測定対象物に照射される光の一部を透過させ残りの光を反射する薄膜が、共焦点顕微鏡の対物レンズと測定対象物との間に配置される。また、薄膜により反射される光を薄膜に向けて反射するミラーが、薄膜に関して対物レンズの焦点とほぼ対称の位置に配置される。
【０００４】
上記のように、測定対象物が対物レンズの焦点位置にあるときには受光量分布のピーク（最大ピーク）が検出される。これに加えて、測定対象物が対物レンズの焦点位置から１／４×（２ｎ＋１）波長（ｎは整数）ずれた位置にあると、受光量は極小となる。測定対象物が対物レンズの焦点位置から１／４×２ｎ波長ずれた位置にあると、最大ピークより小さい受光量のピークが検出される。これらのピークと最大ピークとを比較することにより測定対象物の表面の高さ形状の測定における分解能を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−８３６０１号公報
【特許文献２】特開平７−１９８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２の微細構造の測定装置においては、最大ピークと隣接するピークとの受光量の差が小さい場合には、正確に最大ピークを検出することが困難になる。この場合、測定される測定対象物の表面の高さに１／２×波長の整数倍の誤差が生じる。そのため、特許文献２の微細構造の測定装置では、測定対象物の表面の高さ形状を精密に測定することができない場合がある。
【０００７】
本発明の目的は、測定対象物の表面の高さ形状を精密に測定することが可能な形状測定装置および形状測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）第１の発明に係る形状測定装置は、測定対象物の表面の形状を測定する形状測定装置であって、測定対象物の表面の複数の部分に光を照射し、複数の部分で反射される光を受光することにより、複数の部分について光の照射方向における干渉方式の受光強度分布成分と共焦点方式の受光強度分布成分との重畳波形を有する重畳受光強度分布を取得する受光強度分布取得部と、受光強度分布取得部により取得された重畳受光強度分布から干渉方式の受光強度分布成分および共焦点方式の受光強度分布成分をそれぞれ抽出し、抽出された干渉方式の受光強度分布成分に基づいて複数の部分について光の照射方向における位置を示す第１のデータをそれぞれ算出可能でかつ抽出された共焦点方式の受光強度分布成分に基づいて複数の部分について光の照射方向における位置を示す第２のデータをそれぞれ算出可能に構成される算出部と、複数の部分について第１および第２のデータを用いて測定対象物の表面の形状を示す形状データを生成する処理部とを備えるものである。
【０００９】
この形状測定装置においては、複数の部分について光の照射方向における重畳受光強度分布が取得される。取得された重畳受光強度分布から干渉方式の受光強度分布成分および共焦点方式の受光強度分布成分がそれぞれ抽出される。抽出された干渉方式の受光強度分布成分に基づいて複数の部分について光の照射方向における位置を示す第１のデータがそれぞれ算出される。また、抽出された共焦点方式の受光強度分布成分に基づいて複数の部分について光の照射方向における位置を示す第２のデータがそれぞれ算出される。複数の部分について第１および第２のデータを用いて測定対象物の表面の形状を示す形状データが生成される。
【００１０】
上記の構成によれば、重畳受光強度分布から干渉方式の受光強度分布成分および共焦点方式の受光強度分布成分がそれぞれ抽出される。共焦点方式の受光強度分布成分に基づいて算出された第２のデータによれば、特定の距離差を有する複数の位置を識別できないという不都合が生じない。また、干渉方式の受光強度分布成分に基づいて算出された第１のデータによれば、特定の距離差の範囲内で第２のデータよりも高い分解能が得られる。
【００１１】
したがって、複数の部分について第１および第２のデータを用いて形状データを生成することにより、特定の距離差を有する複数の位置を識別しつつより高い分解能で位置を検出することができる。この場合、干渉方式の受光強度分布成分および共焦点方式の受光強度分布成分がそれぞれ重畳受光強度分布から分離されているので、第１および第２のデータを正確に算出することができる。その結果、測定対象物の表面の高さ形状を精密に測定することができる。
【００１２】
（２）算出部は、抽出された干渉方式の受光強度分布成分から位相シフト干渉方式により第１のデータを算出してもよい。
【００１３】
この場合、第１のデータにより（１／２×光の波長）の範囲内で、第２のデータよりも高い分解能で位置を検出することができる。
【００１４】
（３）算出部は、抽出された共焦点方式の受光強度分布成分のピークに対応する位置を第２のデータとして算出してもよい。この場合、第２のデータにより（１／２×光の波長）の整数倍の位置の差異を識別することができる。
【００１５】
（４）算出部は、受光強度分布取得部により取得された重畳受光強度分布に周波数フィルタを適用することにより、重畳受光強度分布から共焦点方式の受光強度分布成分を抽出してもよい。この場合、重畳受光強度分布から共焦点方式の受光強度分布成分を確実に抽出することができる。
【００１６】
（５）周波数フィルタは、低域通過フィルタを含んでもよい。この場合、重畳受光強度分布から共焦点方式の受光強度分布成分を確実かつ容易に抽出することができる。
【００１７】
（６）算出部は、受光強度分布取得部により取得された重畳受光強度分布にモルフォロジカルフィルタを適用することにより、重畳受光強度分布から共焦点方式の受光強度分布成分を抽出してもよい。この場合、重畳受光強度分布から共焦点方式の受光強度分布成分を確実かつ容易に抽出することができる。
【００１８】
（７）算出部は、抽出された受光強度分布成分の振幅を均一にすることにより重畳受光強度分布から干渉方式の受光強度分布成分を抽出してもよい。この場合、この場合、重畳受光強度分布から干渉方式の受光強度分布成分を確実に抽出ことができる。
【００１９】
（８）処理部は、複数の部分について第１のデータを第２のデータに加算することにより形状データを生成してもよい。この場合、形状データを容易に生成することができる。
【００２０】
（９）処理部は、複数の部分の各々が隣接する部分に連続に接続されるように第１のデータにアンラッピング処理を行ってもよい。
【００２１】
第１のデータは、干渉方式の受光強度分布成分に基づいて算出されるので、（１／２×光の波長）の整数倍の任意性が有する場合がある。このような場合でも、第１のデータにアンラッピング処理が行われることにより、複数の部分の各々の形状が不連続に接続されることを防止することができる。
【００２２】
（１０）受光強度分布取得部は、光を発生する光源、受光素子、ならびに測定対象物に照射される光および測定対象物からの反射光が通過する光学経路を含むとともに、光学経路中に配置可能な干渉型対物レンズを含み、光源により発生された光が干渉型対物レンズを通して測定対象物に照射されるとともに測定対象物からの反射光が受光素子に導かれ、受光素子により重畳受光強度分布が得られるように構成されてもよい。
【００２３】
この場合、簡単な構成で重畳受光強度分布を得ることができる。これにより、形状測定装置を小型化することができる。また、形状測定装置の製造コストを低減することができる。
【００２４】
（１１）第２の発明に係る形状測定方法は、測定対象物の表面の形状を測定する形状測定方法であって、測定対象物の表面の複数の部分に光を照射し、複数の部分で反射される光を受光することにより、複数の部分について光の照射方向における干渉方式の受光強度分布成分と共焦点方式の受光強度分布成分との重畳波形を有する重畳受光強度分布を取得するステップと、取得された重畳受光強度分布から干渉方式の受光強度分布成分および共焦点方式の受光強度分布成分をそれぞれ抽出するステップと、抽出された干渉方式の受光強度分布成分に基づいて複数の部分について光の照射方向における位置を示す第１のデータをそれぞれ算出するステップと、抽出された共焦点方式の受光強度分布成分に基づいて複数の部分について光の照射方向における位置を示す第２のデータをそれぞれ算出するステップと、複数の部分について第１および第２のデータを用いて測定対象物の表面の形状を示す形状データを生成するステップとを備えるものである。
【００２５】
この形状測定方法においては、複数の部分について光の照射方向における重畳受光強度分布が取得される。取得された重畳受光強度分布から干渉方式の受光強度分布成分および共焦点方式の受光強度分布成分がそれぞれ抽出される。抽出された干渉方式の受光強度分布成分に基づいて複数の部分について光の照射方向における位置を示す第１のデータがそれぞれ算出される。また、抽出された共焦点方式の受光強度分布成分に基づいて複数の部分について光の照射方向における位置を示す第２のデータがそれぞれ算出される。複数の部分について第１および第２のデータを用いて測定対象物の表面の形状を示す形状データが生成される。
【００２６】
上記の方法によれば、重畳受光強度分布から干渉方式の受光強度分布成分および共焦点方式の受光強度分布成分がそれぞれ抽出される。共焦点方式の受光強度分布成分に基づいて算出された第２のデータによれば、特定の距離差を有する複数の位置を識別できないという不都合が生じない。また、干渉方式の受光強度分布成分に基づいて算出された第１のデータによれば、特定の距離差の範囲内で第２のデータよりも高い分解能が得られる。
【００２７】
したがって、複数の部分について第１および第２のデータを用いて形状データを生成することにより、特定の距離差を有する複数の位置を識別しつつより高い分解能で位置を検出することができる。この場合、干渉方式の受光強度分布成分および共焦点方式の受光強度分布成分がそれぞれ重畳受光強度分布から分離されているので、第１および第２のデータを正確に算出することができる。その結果、測定対象物の表面の高さ形状を精密に測定することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、測定対象物の表面の高さ形状を精密に測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る形状測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の定義を示す図である。
【図３】対物レンズの構成を示す図である。
【図４】対物レンズの他の構成を示す図である。
【図５】１つの画素についての受光強度分布の一例を示す図である。
【図６】重畳受光強度分布から抽出された共焦点方式の受光強度分布成分を示す図である。
【図７】重畳受光強度分布から抽出された干渉方式の受光強度分布成分を示す図である。
【図８】高さ形状測定処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態に係る形状測定装置について図面を参照しながら説明する。
【００３１】
（１）形状測定装置の基本構成
図１は、本発明の実施の形態に係る形状測定装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、形状測定装置５００は、測定部１００、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２００、制御部３００および表示部４００を備える。測定部１００は、レーザ光源１０、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０、受光素子３０およびステージ６０を含む。ステージ６０上には、測定対象物Ｓが載置される。
【００３２】
レーザ光源１０は、例えば半導体レーザである。レーザ光源１０から出射されたレーザ光は、レンズ１により平行光に変換された後、ハーフミラー４を透過してＸ−Ｙスキャン光学系２０に入射する。なお、レーザ光源１０に代えて水銀ランプ等の他の光源と帯域通過フィルタとが用いられてもよい。この場合、水銀ランプ等の光源とＸ−Ｙスキャン光学系２０との間に帯域通過フィルタが配置される。水銀ランプ等の光源から出射された光は、帯域通過フィルタを通過することにより単色光となり、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０に入射する。
【００３３】
Ｘ−Ｙスキャン光学系２０は、例えばガルバノミラーである。Ｘ−Ｙスキャン光学系２０は、ステージ６０上の測定対象物Ｓの表面上においてレーザ光をＸ方向およびＹ方向に走査する機能を有する。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の定義については後述する。Ｘ−Ｙスキャン光学系２０により走査されたレーザ光は、ミラー５により反射された後、対物レンズ３によりステージ６０上の測定対象物Ｓに集光される。対物レンズ３は、測定対象物Ｓに照射される光および測定対象物Ｓからの反射光が通過する光学経路中に配置される。
【００３４】
本例においては、対物レンズ３は、例えばマイケルソン干渉方式、ミラウ干渉方式またはリニック干渉方式の干渉型対物レンズである。干渉型対物レンズに代えて、干渉型対物レンズが実現されるように組み合わされた非干渉型対物レンズと例えばマイケルソン干渉方式、ミラウ干渉方式またはリニック干渉方式の光学系とが用いられてもよい。また、ハーフミラー４に代えて偏光ビームスプリッタが用いられてもよい。
【００３５】
測定対象物Ｓにより反射されたレーザ光は、対物レンズ３を透過した後、ミラー５により反射され、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０を通過する。Ｘ−Ｙスキャン光学系２０を通過したレーザ光は、ハーフミラー４により反射され、レンズ２により集光され、ピンホール部材７のピンホールを通過して受光素子３０に入射する。ピンホール部材７のピンホールは、レンズ２の焦点位置に配置される。このように、本実施の形態においては反射型の形状測定装置５００が用いられるが、測定対象物Ｓが細胞等の透明体である場合には、透過型の形状測定装置が用いられてもよい。
【００３６】
本実施の形態では、受光素子３０は光電子増倍管である。受光素子３０としてフォトダイオードおよび増幅器を用いてもよい。受光素子３０は、受光量に対応するアナログの電気信号（以下、受光信号と呼ぶ）を出力する。制御部３００は、Ａ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）、ＦＩＦＯ（First In First Out）メモリおよびＣＰＵ（中央演算処理装置）を含む。受光素子３０から出力される受光信号は、制御部３００のＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、ＦＩＦＯメモリに順次蓄積される。ＦＩＦＯメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとして順次ＰＣ２００に転送される。
【００３７】
制御部３００は、画素データをＰＣ２００に与えるとともに、ＰＣ２００からの指令に基づいて受光素子３０の受光感度（ゲイン）を制御する。また、制御部３００は、ＰＣ２００からの指令に基づいてＸ−Ｙスキャン光学系２０を制御することによりレーザ光を測定対象物Ｓ上でＸ方向およびＹ方向に走査させる。
【００３８】
対物レンズ３は、レンズ駆動部６３によりＺ方向に移動可能に設けられる。制御部３００は、ＰＣ２００からの指令に基づいてレンズ駆動部６３を制御することにより対物レンズ３をＺ方向に移動させることができる。これにより、対物レンズ３に対する測定対象物Ｓの相対的なＺ方向の位置を変化させることができる。
【００３９】
ＰＣ２００は、ＣＰＵ２１０、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２０、作業用メモリ２３０および記憶装置２４０を含む。ＲＯＭ２２０には、システムプログラムが記憶される。作業用メモリ２３０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）からなり、種々のデータの処理のために用いられる。記憶装置２４０は、ハードディスク等からなる。記憶装置２４０には、画像処理プログラムが記憶される。また、記憶装置２４０は、制御部３００から与えられる画素データ等の種々のデータを保存するために用いられる。
【００４０】
ＣＰＵ２１０は、制御部３００から与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。また、ＣＰＵ２１０は、生成した画像データに作業用メモリ２３０を用いて各種処理を行うとともに、画像データに基づく画像を表示部４００に表示させる。さらに、ＣＰＵ２１０は、後述するステージ駆動部６２に駆動パルスを与える。表示部４００は、例えば液晶ディスプレイパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。
【００４１】
ステージ６０は、Ｘ方向移動機構、Ｙ方向移動機構およびＺ方向移動機構を有する。Ｘ方向移動機構、Ｙ方向移動機構およびＺ方向移動機構には、ステッピングモータが用いられる。ステージ６０のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構およびＺ方向移動機構は、ステージ操作部６１およびステージ駆動部６２により駆動される。
【００４２】
使用者は、ステージ操作部６１を手動で操作することにより、ステージ６０を対物レンズ３に対して相対的にＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動させることができる。ステージ駆動部６２は、ＰＣ２００より与えられる駆動パルスに基づいて、ステージ６０のステッピングモータに電流を供給することにより、ステージ６０を対物レンズ３に相対的にＸ方向、Ｙ方向またはＺ方向に移動させることができる。
【００４３】
上記の形状測定装置５００によれば、簡単な構成で後述する重畳受光強度分布を得ることができる。これにより、形状測定装置５００を小型化することができる。また、形状測定装置５００の製造コストを低減することができる。
【００４４】
（２）Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の定義
図２は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の定義を示す図である。図２に示すように、対物レンズ３により集光されたレーザ光が測定対象物Ｓに照射される。本実施の形態においては、対物レンズ３の光軸の方向をＺ方向と定義する。また、Ｚ方向と直交する面内において、互いに直交する二方向をそれぞれＸ方向およびＹ方向と定義する。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を矢印Ｘ，Ｙ，Ｚでそれぞれ示す。
【００４５】
Ｚ方向において対物レンズ３に対する測定対象物Ｓの表面の相対的な位置を測定対象物ＳのＺ方向の位置と呼ぶ。画像データの生成は、単位領域ごとに行なわれる。単位領域は対物レンズ３の倍率により定まる。
【００４６】
測定対象物ＳのＺ方向の位置が一定の状態で、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０により単位領域内のＹ方向の端部でレーザ光がＸ方向に走査される。Ｘ方向の走査が終了すると、レーザ光がＸ−Ｙスキャン光学系２０によりＹ方向に一定の間隔だけ変移される。この状態でレーザ光がＸ方向に走査される。単位領域内でレーザ光のＸ方向の走査およびＹ方向の変移が繰り返されることにより、単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査が終了する。次に、対物レンズ３がＺ方向に移動される。それにより、対物レンズ３のＺ方向の位置が前回と異なる一定の状態で、単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査が行なわれる。測定対象物ＳのＺ方向の複数の位置で単位領域のＸ方向およびＹ方向の走査が行なわれる。
【００４７】
測定対象物ＳのＺ方向の位置ごとにＸ方向およびＹ方向の走査により画像データが生成される。これにより、単位領域内でＺ方向の位置が異なる複数の画像データが生成される。
【００４８】
ここで、画像データのＸ方向の画素数は、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０によるレーザ光のＸ方向の走査速度と制御部３００のサンプリング周期とにより定まる。１回のＸ方向の走査（１本の走査線）におけるサンプリング数がＸ方向の画素数となる。また、単位領域の画像データのＹ方向の画素数は、Ｘ方向の走査の終了ごとのＸ−Ｙスキャン光学系２０によるレーザ光のＹ方向の変移量により定まる。Ｙ方向における走査線の数がＹ方向の画素数となる。さらに、単位領域の画像データの数は、測定対象物ＳのＺ方向の移動回数により定まる。
【００４９】
図２の例では、まず、ステージ６０の最初の位置で一の単位領域における測定対象物Ｓの複数の画像データが生成される。続いて、ステージ６０が順次移動することにより他の単位領域における測定対象物Ｓの複数の画像データが生成される。この場合、隣接する単位領域の一部が互いに重なるように、単位領域が設定されてもよい。
【００５０】
（３）受光強度分布
図３は、対物レンズ３の構成を示す図である。図３の例においては、対物レンズ３は、ミラウ干渉方式の干渉型対物レンズである。図３に示すように、対物レンズ３は、レンズ３１、ビームスプリッタ３２および参照ミラー３３を含む。
【００５１】
図１のレーザ光源１０から出射されたレーザ光は、図３のレンズ３１を通過した後、ビームスプリッタ３２により２つのレーザ光に分離される。一方のレーザ光についてのレンズ３１の焦点位置に参照ミラー３３が配置される。他方のレーザ光についてのレンズ３１の焦点位置付近に測定対象物Ｓが配置される。
【００５２】
一方のレーザ光は、参照ミラー３３により反射され、ビームスプリッタ３２により反射され、レンズ３１を通過した後、図１のミラー５およびハーフミラー４に反射されて受光素子３０に入射する。他方のレーザ光は、測定対象物Ｓにより反射され、ビームスプリッタ３２およびレンズ３１を通過した後、図１のミラー５およびハーフミラー４に反射されて受光素子３０に入射する。
【００５３】
このように、対物レンズ３のレンズ３１、ビームスプリッタ３２および参照ミラー３３により干渉光学系が構成される。本例においては、対物レンズ３はミラウ干渉方式の干渉型対物レンズであるが、これに限定されない。図４は、対物レンズ３の他の構成を示す図である。図４（ａ）の例においては、対物レンズ３は、マイケルソン干渉方式の干渉型対物レンズである。図４（ｂ）の例においては、対物レンズ３は、リニック干渉方式の干渉型対物レンズである。
【００５４】
図４（ａ）に示すように、マイケルソン干渉方式の対物レンズ３は、図３のミラウ干渉方式の対物レンズ３と同様に、レンズ３１、ビームスプリッタ３２および参照ミラー３３により構成される。一方、図４（ｂ）に示すように、リニック干渉方式の対物レンズ３は、干渉型対物レンズはレンズ３１、ビームスプリッタ３２、参照ミラー３３およびレンズ３４により構成される。リニック干渉方式の対物レンズ３においては、図１のレーザ光源１０から出射されたレーザ光は、レンズ３１を通過する前にビームスプリッタ３２により２つのレーザ光に分離される。そのため、ビームスプリッタ３２と測定対象物Ｓとの間にレンズ３１が配置されるとともに、ビームスプリッタ３２と参照ミラー３３との間にレンズ３４が配置される。
【００５５】
図５は、１つの画素についての受光強度分布の一例を示す図である。図５（ａ）〜（ｃ）の横軸は測定対象物ＳのＺ方向の位置を表わし、縦軸は受光素子３０の受光強度を表わす。以下、一方のレーザ光が受光素子３０に入射するまでの光路長と他方のレーザ光の光路長が受光素子３０に入射するまでの光路長との差を光路差と呼ぶ。本例において、参照ミラー３３はレンズ３１の焦点位置に配置される。この場合、光路差は、測定対象物Ｓとレンズ３１の焦点位置との間のずれの２倍に等しい。
【００５６】
まず、測定対象物Ｓにより反射されたレーザ光について考える。図１に示したように、ピンホール部材７のピンホールはレンズ２の焦点位置に配置される。測定対象物Ｓの表面が対物レンズ３の焦点位置にあるときに、測定対象物Ｓにより反射されたレーザ光がピンホール部材７のピンホールの位置に集光される。それにより、測定対象物Ｓにより反射されたレーザ光の大部分がピンホール部材７のピンホールを通過して受光素子３０に入射する。この場合、図５（ａ）に示すように、受光素子３０に入射するレーザ光の受光強度は最大となる。
【００５７】
一方、測定対象物Ｓが対物レンズ３の焦点位置から外れた位置にあるときには、測定対象物Ｓにより反射されたレーザ光はピンホール部材７のピンホールの前または後の位置に集光される。この場合、図５（ａ）に示すように、受光素子３０に入射するレーザ光の受光強度は低下する。このように、測定対象物Ｓの表面が対物レンズ３の焦点位置にある状態で受光素子３０の受光強度分布にピークが現れる。以下、共焦点光学系に基づく図５（ａ）の受光強度分布を共焦点方式の受光強度分布と呼ぶ。
【００５８】
次に、参照ミラー３３により反射されたレーザ光と測定対象物Ｓにより反射されたレーザ光との干渉により得られるレーザ光について考える。ここでは、ピンホール部材７が存在しないものとする。光路差が１／２×（２ｎ）×λ（ｎ：整数、λ：波長）である場合、すなわち測定対象物Ｓが対物レンズ３のレンズ３１の焦点位置から１／４×（２ｎ）×λずれた位置にある場合、受光素子３０に入射する２つのレーザ光は強め合う。
【００５９】
一方、光路差が１／２×（２ｎ＋１）×λである場合、すなわち測定対象物Ｓがレンズ３１の焦点位置から１／４×（２ｎ＋１）×λずれた位置にある場合、受光素子３０に入射する２つのレーザ光は弱め合う。この場合、図５（ｂ）に示すように、測定対象物ＳのＺ方向の位置に対する受光素子３０に入射する２つのレーザ光の強度は正弦波状に変化する。以下、干渉光学系に基づく図５（ｂ）の受光強度分布を干渉方式の受光強度分布と呼ぶ。
【００６０】
図５（ｃ）は、受光素子３０により得られる受光強度分布を示す。受光素子３０により得られる受光強度は、図５（ａ）の共焦点方式の受光強度分布と図５（ｂ）の干渉方式の受光強度分布との重ね合わせとなる。これにより、受光素子３０により得られる受光強度には、複数のピークが含まれる。測定対象物Ｓの表面が対物レンズ３の焦点位置にあるときは、２つのレーザ光の光路長が等しいため、２つのレーザ光が強め合う。この場合、図５（ｃ）に示すように、受光素子３０により得られる受光強度は最大となる。
【００６１】
一方、測定対象物Ｓが干渉型対物レンズ３Ｂの焦点位置から外れた位置にあるときには、受光素子３０へ向かうレーザ光の一部がピンホール部材７のピンホールにより遮られる。この場合、図５（ｃ）に示すように、２つのレーザ光が強め合う場合であっても、受光素子３０により得られる受光強度は、測定対象物Ｓが対物レンズ３の焦点位置にあるときの受光強度よりも低下する。以下、受光素子３０により得られる図５（ｃ）の受光強度分布を重畳受光強度分布と呼ぶ。
【００６２】
（４）共焦点高さデータ
各単位領域の複数の画像データから、画素ごとにＺ方向における図５（ｃ）の重畳受光強度分布が得られる。得られた重畳受光強度分布に演算処理が行われることにより、図５（ａ）の共焦点方式の受光強度分布および図５（ｂ）の干渉方式の受光強度分布が抽出される。重畳受光強度分布から抽出された共焦点方式の受光強度分布を共焦点方式の受光強度分布成分と呼ぶ。また、重畳受光強度分布から抽出された干渉方式の受光強度分布を干渉方式の受光強度分布成分と呼ぶ。
【００６３】
抽出された共焦点方式の受光強度分布成分に例えばガウシアン曲線またはスプライン曲線をフィッティングさせることにより、画素ごとにＺ方向における共焦点方式の受光強度分布成分のピーク位置とピーク強度（ピークの受光強度）とが算出される。Ｚ方向におけるピーク位置に基づいて、測定対象物Ｓの表面の高さ形状を測定することができる。
【００６４】
高さ形状の測定の分解能は、図５（ａ）の曲線の半値全幅Γに依存する。半値全幅Γは、対物レンズ３の開口数が大きく、レーザ光の波長が短いほど小さくなる。例えば、対物レンズ３の開口数が０．９５であり、レーザ光の波長が４０８ｎｍである場合、半値全幅Γは５００ｎｍとなる。この場合、分解能は０．５〜１ｎｍとなる。
【００６５】
各単位領域の各画素についてのＺ方向におけるピーク位置を表わすデータを共焦点高さデータと呼ぶ。ＰＣ２００は、制御部３００から与えられる単位領域の複数の画素データに基づいて単位領域の複数の画像データを生成し、複数の画像データに基づいて単位領域の各画素についての共焦点高さデータを生成する。この場合、共焦点高さデータによりλ／２の整数倍の位置の差異を識別することができる。
【００６６】
（５）干渉高さデータ
本実施の形態においては、以下の位相シフト干渉方式により測定対象物Ｓの表面の高さ形状を測定する。まず、光路長をλ／４ずつ、すなわち測定対象物ＳのＺ方向の位置をλ／８ずつ４回変化させる。また、測定対象物ＳのＺ方向の位置に対応する４つの受光強度を受光素子３０により測定する。
【００６７】
具体的には、まず、測定対象物ＳがＺ方向の任意の初期位置にあるときの受光強度を受光素子３０により測定する。次に、測定対象物Ｓが初期位置からλ／８の位置にあるときの受光強度を受光素子３０により測定する。その後、測定対象物Ｓが初期位置からλ／４の位置にあるときの受光強度を受光素子３０により測定する。最後に、測定対象物Ｓが初期位置から３λ／８の位置にあるときの受光強度を受光素子３０により測定する。測定により得られた４つの受光強度からなる受光強度分布に演算処理が行われることにより、図５（ｂ）の干渉方式の受光強度分布成分が抽出される。
【００６８】
測定対象物ＳがＺ方向の初期位置にあるときの受光強度に対応する干渉方式の受光強度分布成分の強度を第１の受光強度Ｉ１と呼ぶ。測定対象物Ｓが初期位置からλ／８の位置にあるときの受光強度に対応する干渉方式の受光強度分布成分の強度を第２の受光強度Ｉ２と呼ぶ。測定対象物Ｓが初期位置からλ／４の位置にあるときの受光強度に対応する干渉方式の受光強度分布成分の強度を第３の受光強度Ｉ３と呼ぶ。測定対象物Ｓが初期位置から３λ／８の位置にあるときの受光強度に対応する干渉方式の受光強度分布成分の強度を第４の受光強度Ｉ４と呼ぶ。
【００６９】
このとき、２つの光の位相差φは、φ＝ｔａｎ−１［（Ｉ１−Ｉ３）／（Ｉ２−Ｉ４）］で与えられる。また、対物レンズ３の焦点位置、すなわち図５（ａ）の共焦点方式の受光強度分布成分のピーク位置からの高さｈは、ｈ＝φλ／（４π）で与えられる。なお、位相差φには２πの整数倍の任意性があるので、高さｈが連続的に変化しているという仮定に基づいて、近傍位相接続法またはＭＳＴ（Minimum Spanning Tree）法等の演算処理が行われる。
【００７０】
測定対象物Ｓの表面全体について高さｈを算出することにより、測定対象物Ｓの表面の高さ形状を測定することができる。位相シフト干渉方式による高さ形状の測定の分解能は、０．１ｎｍ以下となる。
【００７１】
各単位領域の各画素についての高さｈを表わすデータを干渉高さデータと呼ぶ。ＰＣ２００は、制御部３００から与えられる単位領域の複数の画素データに基づいて単位領域の複数の画像データを生成し、複数の画像データに基づいて単位領域の各画素についての干渉高さデータを生成する。この場合、干渉高さデータによりλ／２の範囲内で、共焦点高さデータよりも高い分解能で位置を検出することができる。
【００７２】
（６）共焦点方式の受光強度分布成分の抽出
受光素子３０により得られた受光強度分布から共焦点方式の受光強度分布成分を抽出する手順について説明する。図６は、重畳受光強度分布から抽出された共焦点方式の受光強度分布成分を示す図である。
【００７３】
図６（ａ）の例においては、低域通過フィルタが点線で示す重畳受光強度分布に適用されることにより、所定のカットオフ波長よりも長い波長を有する成分（低周波成分）が重畳受光強度分布から抽出される。抽出された実線で示す曲線を平均線Ｌａと呼ぶ。重畳受光強度分布から抽出された平均線Ｌａが共焦点方式の受光強度分布成分となる。
【００７４】
低域通過フィルタは、例えばＩＳＯ（国際標準化機構）規格番号１６６１０−２１に従うガウシアンフィルタまたはＩＳＯ規格番号規格番号１６６１０−２２に従うスプラインフィルタ等の線形フィルタを含む。カットオフ波長は、レーザ光の波長よりも十分に大きい値に設定される。カットオフ波長は、レーザ光の波長の１０〜２０倍に設定されることが好ましい。図６（ａ）の例においては、カットオフ波長は１３μｍである。
【００７５】
このように、低域通過フィルタを重畳受光強度分布に適用することにより、容易かつ安定的に重畳受光強度分布から共焦点方式の受光強度分布成分を抽出することができる。一方で、図３の参照ミラー３３により反射されたレーザ光の強度と測定対象物Ｓにより反射されたレーザ光の強度との関係によっては、平均線Ｌａのピーク強度が十分に大きくならない場合がある。この場合、共焦点方式の受光強度分布成分のピーク位置およびピーク強度の算出の精度が低下する。
【００７６】
このような場合には、共焦点方式の受光強度分布成分が低域通過フィルタに代えて他のフィルタを用いて重畳受光強度分布から抽出されてもよい。図６（ｂ）の例においては、ＩＳＯ規格番号規格番号１６６１０−４１に従うモルフォロジカルフィルタの円Ｃｌｏｓｉｎｇフィルタが点線で示す重畳受光強度分布に適用される。これにより、実線で示す重畳受光強度分布の包絡線Ｌｅが重畳受光強度分布から抽出される。重畳受光強度分布から抽出された包絡線Ｌｅが共焦点方式の受光強度分布成分となる。
【００７７】
円Ｃｌｏｓｉｎｇフィルタの円の半径は、レーザ光の波長よりも十分に大きい値に設定される。円Ｃｌｏｓｉｎｇフィルタの円の半径は、レーザ光の波長の５〜１０倍に設定されることが好ましい。図６（ｂ）の例においては、円Ｃｌｏｓｉｎｇフィルタの円の半径は３．２μｍである。
【００７８】
包絡線Ｌｅには、高周波成分が残存している場合がある。そのため、包絡線Ｌｅには、高周波成分を除去する補正処理が行われる。具体的には、上記の低域通過フィルタが包絡線Ｌｅに適用される。これにより、包絡線Ｌｅから高周波成分が除去される。
【００７９】
重畳受光強度分布から共焦点方式の受光強度分布成分を抽出するために、低域通過フィルタおよびモルフォロジカルフィルタの両方が適用されてもよい。この場合、平均線Ｌａに基づくピーク位置および包絡線Ｌｅに基づくピーク位置の平均値が共焦点方式の受光強度分布成分のピーク位置となる。
【００８０】
（７）干渉方式の受光強度分布成分の抽出
受光素子３０により得られた重畳受光強度分布から干渉方式の受光強度分布成分を抽出する手順について説明する。図７は、重畳受光強度分布から抽出された干渉方式の受光強度分布成分を示す図である。
【００８１】
図７（ａ）の例においては、点線で示す重畳受光強度分布から図６（ａ）の平均線Ｌａまたは補正処理が行われた図６（ｂ）の包絡線Ｌｅを減算する処理が行われる。これにより、実線で示す高周波成分の曲線Ｌｃが重畳受光強度分布から抽出される。曲線Ｌｃには複数のピークが含まれる。重畳受光強度分布から抽出された曲線Ｌｃが干渉方式の受光強度分布成分となる。
【００８２】
この状態では、抽出された曲線Ｌｃの複数のピークの振幅は、共焦点方式の受光強度分布成分の影響により、測定対象物ＳのＺ方向の位置に応じて変動する。そのため、曲線Ｌｃの複数のピークの振幅を略均一にする補正処理が行われる。具体的には、上記のモルフォロジカルフィルタが曲線Ｌｃに適用される。この場合、図７（ａ）に一点鎖線で示すように、曲線Ｌｃの上部に接する上部包絡線Ｌｅ１および曲線Ｌｃの下部に接する下部包絡線Ｌｅ２が曲線Ｌｃから抽出される。上部包絡線Ｌｅ１と下部包絡線Ｌｅ２との差分に基づいて、曲線Ｌｃの各ピークの振幅が略均一になるように曲線Ｌｃに演算処理が行われる。これにより、図７（ｂ）に示すように、曲線Ｌｃの各ピークの振幅が略均一化される。
【００８３】
（８）高さデータの生成
本実施の形態においては、測定対象物Ｓが、例えば対物レンズ３の焦点位置よりも十分下方に配置される。この状態で、各単位領域内でレーザ光がＸ方向およびＹ方向に走査される。
【００８４】
各単位領域内の走査が終了した後、対物レンズ３がλ／８だけ下方に移動される。これにより、測定対象物Ｓが対物レンズ３の焦点位置に近づくように上方に移動する。この状態で、各単位領域内でレーザ光がＸ方向およびＹ方向に走査される。各単位領域内の走査が終了した後、対物レンズ３がλ／８だけさらに下方に移動される。これにより、測定対象物Ｓが対物レンズ３の焦点位置に近づくように上方にさらに移動する。この状態で、各単位領域内でレーザ光がＸ方向およびＹ方向に走査される。
【００８５】
測定対象物Ｓが対物レンズ３の焦点位置よりも十分上方に移動するまで同様の動作が繰り返される。これにより、測定対象物Ｓの表面全体の各画素について、測定対象物ＳのＺ方向の位置および受光強度が得られる。得られた測定対象物ＳのＺ方向の位置および受光強度は、図１の作業用メモリ２３０に記憶される。
【００８６】
作業用メモリ２３０に記憶された測定対象物ＳのＺ方向の位置および受光強度に基づいて、各画素についての重畳受光強度分布が生成される。また、各画素についての重畳受光強度分布から各画素についての共焦点方式の受光強度分布成分および干渉方式の受光強度分布成分が抽出される。
【００８７】
抽出された共焦点方式の受光強度分布成分におけるピーク位置に基づいて共焦点高さデータが生成される。また、抽出された干渉方式の受光強度分布成分における図５（ｂ）の第１〜第４の強度Ｉ１〜Ｉ４に基づいて干渉高さデータが生成される。生成された共焦点高さデータおよび干渉高さデータは、作業用メモリ２３０に記憶される。なお、上記の測定において対物レンズ３はＺ方向にλ／８の間隔で移動されるが、これに限定されない。対物レンズ３はＺ方向に例えばλ／８よりも小さい間隔で移動されてもよい。
【００８８】
なお、図１の測定部１００には、干渉型対物レンズである対物レンズ３に加えて、非干渉型対物レンズを取り付けることができる。測定対象物Ｓの表面に照射されるレーザ光および測定対象物Ｓにより反射されたレーザ光の光学経路に対物レンズ３および非干渉型対物レンズを選択的に配置することが可能である。
【００８９】
対物レンズ３が光学経路に配置されている場合には、上述のように、受光素子３０により図５（ｃ）の重畳受光強度分布が得られる。一方、非干渉型対物レンズが光学経路に配置されている場合には、受光素子３０により図５（ａ）の共焦点方式の受光強度分布が得られる。
【００９０】
使用者は、対物レンズ３および非干渉型対物レンズのいずれが光学経路に配置されているかを図１のＣＰＵ２１０に指定することができる。あるいは、ＣＰＵ２１０は、対物レンズ３および非干渉型対物レンズのいずれが光学経路に配置されているかを判定してもよい。例えば、受光素子３０により得られる受光強度分布が比較的高い周波数成分と比較的低い周波数成分との重畳成分を有する場合、ＣＰＵ２１０は対物レンズ３が光学経路に配置されていると判定する。一方、受光素子３０により得られる受光強度分布が比較的低い周波数成分を有し、比較的高い周波数成分を有さない場合、ＣＰＵ２１０は非干渉型対物レンズが光学経路に配置されていると判定する。
【００９１】
対物レンズ３が光学経路に配置されている場合には、ＣＰＵ２１０は、重畳受光強度分布から抽出された図５（ａ）の共焦点方式の受光強度分布および図５（ｂ）の干渉方式の受光強度分布に基づいて、共焦点高さデータおよび干渉高さデータをそれぞれ生成する処理を行う。一方、非干渉型対物レンズが光学経路に配置されている場合には、ＣＰＵ２１０は、図５（ａ）の共焦点方式の受光強度分布に基づいて、共焦点高さデータを生成する処理を行う。
【００９２】
（９）高さ形状測定処理
図８は、高さ形状測定処理を示すフローチャートである。図８を用いてＣＰＵ２１０による高さ形状測定処理を説明する。ＣＰＵ２１０は、画素ごとにＺ方向における重畳受光強度分布を得る（ステップＳ１）。次に、ＣＰＵ２１０は、得られた重畳受光強度分布から、共焦点方式の受光強度分布成分および干渉方式の受光強度分布成分を抽出する（ステップＳ２）。
【００９３】
その後、ＣＰＵ２１０は、抽出された共焦点方式の受光強度分布成分および干渉方式の受光強度分布成分に補正処理を行う（ステップＳ３）。ここで、重畳受光強度分布に低域通過フィルタが適用されることにより共焦点方式の受光強度分布成分が抽出された場合には、その共焦点方式の受光強度分布成分に補正処理は行われない。重畳受光強度分布にモルフォロジカルフィルタが適用されることにより共焦点方式の受光強度分布成分が抽出された場合には、その共焦点方式の受光強度分布成分に高周波成分を除去する補正処理が行われる。干渉方式の受光強度分布成分には、複数のピークの振幅を略均一にする補正処理が行われる。
【００９４】
次に、ＣＰＵ２１０は、共焦点方式の受光強度分布成分におけるピーク位置に基づいて共焦点高さデータを生成する（ステップＳ４）。また、ＣＰＵ２１０は、干渉方式の受光強度分布成分における図５（ｂ）の第１〜第４の強度Ｉ１〜Ｉ４に基づいて干渉高さデータを生成する（ステップＳ５）。
【００９５】
最後に、ＣＰＵ２１０は、共焦点高さデータと干渉高さデータとを合成することにより、測定対象物Ｓの表面の高さ形状を示す形状データを生成する（ステップＳ６）。これにより、測定対象物Ｓの高さ形状が測定される。ここで、共焦点高さデータと干渉高さデータとの合成は、共焦点高さデータに干渉高さデータが加算されることにより行われる。
【００９６】
なお、対物レンズ３の開口数が小さい場合、または対物レンズ３の収差が大きい場合には、共焦点高さデータと干渉高さデータとの接続の精度が低下する。この場合には、一の画素とその画素に隣接する画素の高さが連続的に変化しているという仮定に基づいて、干渉高さデータに公知のアンラッピング処理が行われてもよい。
【００９７】
（１０）効果
本実施の形態に係る形状測定装置５００においては、重畳受光強度分布から干渉方式の受光強度分布成分および共焦点方式の受光強度分布成分がそれぞれ抽出される。共焦点方式の受光強度分布成分に基づいて算出された共焦点高さデータによれば、λ／２の整数倍の距離差を有する複数の位置を識別できないという不都合が生じない。また、干渉方式の受光強度分布成分に基づいて算出された干渉高さデータによれば、λ／２の範囲内で共焦点高さデータよりも高い分解能が得られる。
【００９８】
したがって、測定対象物Ｓの複数の部分について干渉高さデータおよび共焦点高さデータを用いて形状データを生成することにより、λ／２の整数倍の距離差を有する複数の位置を識別しつつより高い分解能で位置を検出することができる。この場合、干渉方式の受光強度分布成分および共焦点方式の受光強度分布成分がそれぞれ重畳受光強度分布から分離されているので、干渉高さデータおよび共焦点高さデータを正確に算出することができる。その結果、測定対象物Ｓの表面の高さ形状を精密に測定することができる。
【００９９】
（１１）他の実施の形態
（１１−１）上記実施の形態において、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０が制御されることによりレーザ光が測定対象物Ｓ上でＸ方向およびＹ方向に走査されるが、これに限定されない。ステージ６０が移動されることによりレーザ光が測定対象物Ｓ上でＸ方向およびＹ方向に走査されてもよい。
【０１００】
（１１−２）上記実施の形態において、対物レンズ３がＺ方向に移動されることにより対物レンズ３に対する測定対象物Ｓの相対的なＺ方向の位置が変化されるが、これに限定されない。ステージ６０がＺ方向に移動されることにより対物レンズ３に対する測定対象物Ｓの相対的なＺ方向の位置が変化されてもよい。
【０１０１】
（１１−３）上記実施の形態において、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０が制御部３００の機能を有していてもよい。この場合、制御部３００は設けられなくてもよい。
【０１０２】
（１１−４）上記実施の形態において、レーザ光としてライン光（例えばＸ方向に延びる細長い光）が用いられてもよい。この場合、Ｘ−Ｙスキャン光学系２０に代えてＸ方向への走査を行わないＹスキャン光学系が用いられる。また、受光素子３０に代えて、Ｘ方向に対応する方に配列された複数の受光素子からなるラインＣＣＤカメラ等が用いられる。
【０１０３】
なお、ラインＣＣＤカメラの各受光素子のＹ方向に対応する方向の受光面のサイズは一般的に数１０μｍである。この場合、ラインＣＣＤカメラの受光面がレンズ２の焦点位置に配置される。観察対象物Ｓの表面が対物レンズ３の焦点位置にあるときに、観察対象物Ｓにより反射されたライン光がラインＣＣＤカメラの受光面に集光される。それにより、観察対象物Ｓにより反射されたライン光の大部分がラインＣＣＤカメラの受光面に入射する。
【０１０４】
一方、観察対象物Ｓが対物レンズ３の焦点位置が外れた位置にあるときには、観察対象物Ｓにより反射されたライン光はラインＣＣＤカメラの受光面の前または後の位置に集光される。それにより、観察対象物Ｓにより反射されたライン光の一部のみがラインＣＣＤカメラの受光面に入射する。したがって、ラインＣＣＤカメラの前にピンホール部材７を配置することが不要となる。
【０１０５】
あるいは、レーザ光源１０およびＸ−Ｙスキャン光学系２０が設けられることに代えて、Ｘ方向およびＹ方向に走査される点光源が設けられてもよい。
【０１０６】
あるいは、面光源と複数のピンホールが形成された円板状の回転部材とが設けられてもよい。この場合において、面光源から出力された面状の光は、回転部材のピンホールを通過することにより線状の光となる。ここで、複数のピンホールは、回転部材が１回転する間に、通過した光が測定対象物Ｓの単位領域内の全ての画素に照射されるように回転部材に形成される。
【０１０７】
（１２）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【０１０８】
測定対象物Ｓが測定対象物の例であり、形状測定装置５００が形状測定装置の例であり、測定部１００が受光強度分布取得部の例であり、干渉高さデータが第１のデータの例であり、共焦点高さデータが第２のデータの例である。ＣＰＵ２１０が算出部および処理部の例であり、レーザ光源１０が光源の例であり、受光素子３０が受光素子の例であり、対物レンズ３が干渉型対物レンズの例である。
【０１０９】
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明は、種々の形状測定装置および形状測定方法に有効に利用することができる。
【符号の説明】
【０１１１】
１，２，３１，３４  レンズ
３  対物レンズ
４  ハーフミラー
５  ミラー
７  ピンホール部材
１０  レーザ光源
２０  Ｘ−Ｙスキャン光学系
３０  受光素子
３２  ビームスプリッタ
３３  参照ミラー
６０  ステージ
６１  ステージ操作部
６２  ステージ駆動部
６３  レンズ駆動部
１００  測定部
２００  ＰＣ
２１０  ＣＰＵ
２２０  ＲＯＭ
２３０  作業用メモリ
２４０  記憶装置
３００  制御部
４００  表示部
５００  形状測定装置
Ｌａ  平均線
Ｌｃ  曲線
Ｌｅ  包絡線
Ｌｅ１  上部包絡線
Ｌｅ２  下部包絡線
Ｓ  測定対象物
【図１】
2014001965.tif 000003
【図２】
2014001965.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014001965.tif 000006
【図５】
2014001965.tif 000007
【図６】
2014001965.tif 000008
【図７】
2014001965.tif 000009
【図８】
2014001965.tif 000010