(57)【要約】【課題】共焦点光学系を用いた測定装置において、被検面の形状を測定する上で有利な技術を提供する。【解決手段】被検面の形状を測定する測定装置であって、前記被検面で反射された光を受光する受光器を有する光検出部と、前記被検面に光を照射し、前記被検面からの光による像を前記光検出部に形成する共焦点光学系と、前記光検出部の出力に基づいて前記被検面の位置を決定する制御部と、を含み、前記制御部は、前記光検出部の出力に基づいて前記被検面の位置を決定するために用いられる情報の候補として複数の信号が得られた場合、前記複数の信号のうち１つを選択し、選択した信号に基づいて前記被検面の位置を決定する。【選択図】図１
2014153092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検面の形状を測定する測定装置であって、
前記被検面で反射された光を受光する受光器を有する光検出部と、
前記被検面に光を照射し、前記被検面からの光による像を前記光検出部に形成する共焦点光学系と、
前記光検出部の出力に基づいて前記被検面の位置を決定する制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記光検出部の出力に基づいて前記被検面の位置を決定するために用いられる情報の候補として複数の信号が得られた場合、前記複数の信号のうち１つを選択し、選択した信号に基づいて前記被検面の位置を決定する、ことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記共焦点光学系と前記被検面との相対位置を前記共焦点光学系の光軸と異なる方向に変更し、当該変更による各々の信号の変化量に基づいて前記複数の信号のうち１つを選択する、ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記被検面を有する被検物を保持して移動可能なステージを含み、
前記制御部は、前記ステージを駆動することにより、前記共焦点光学系と前記被検面との相対位置を変更する、ことを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記複数の信号のうち、前記共焦点光学系の状態の変更による変化量が相対的に小さい信号を選択する、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記共焦点光学系は、光を遮光する遮光板を更に含み、
前記制御部は、光源から射出されて前記被検面に入射する前の光と前記被検面で反射されて前記受光器に入射する前の光との共通経路に前記共焦点光学系の光軸からずらして前記遮光板を配置した場合と配置しない場合とにおける各々の信号の変化量に基づいて前記複数の信号のうち１つを選択する、ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記複数の信号のうち、前記共焦点光学系の状態の変更による変化量が相対的に大きい信号を選択する、ことを特徴とする請求項５に記載の測定装置。
【請求項７】
前記共焦点光学系から前記被検面に照射される光は、複数の波長を含み、
前記共焦点光学系は、光軸方向に軸上色収差を有する、ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記光検出部は、光を分光する分光器を有し、前記受光器において当該分光器からの光を受光して、分光された光の波長と光強度との関係を出力する、ことを特徴とする請求項７に記載の測定装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記被検面上の第１箇所の位置を測定した際において前記複数の信号が得られた場合、前記第１箇所とは異なる前記被検面上の第２箇所の位置を決定するために用いられる情報に基づいて前記複数の信号のうち１つを選択し、選択した信号に基づいて前記第１箇所の位置を決定する、ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の測定装置を用いて被検物の表面形状を測定する工程と、
前記工程における測定結果に基づいて前記被検物を加工する工程と、
を含む、ことを特徴とする物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置および物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触で被検面の形状を測定する測定装置として、共焦点光学系を用いた測定装置がある。共焦点光学系は光の焦点位置と共役関係となる位置にピンホールを有しており、被検面で反射された反射光はピンホールを介して光検出部に入射する。そのため、焦点位置が被検面の位置と一致するときの反射光がピンホールを通過することができ、一致しないときの反射光はピンホールを通過することができない。したがって、共焦点光学系を用いた測定装置は、ピンホールを通過した反射光を光検出部で検出し、光検出部から得られた出力に応じて被検面の位置を決定することにより、被検面の形状を高精度に測定することができる。
【０００３】
このような測定装置には、共焦点方式（特許文献１参照）、およびクロマティックコンフォーカル方式（特許文献２参照）の２種類の方式がある。共焦点方式では、単波長の光が用いられ、被検面の位置を共焦点光学系の光軸方向に沿って相対的に移動させて、被検面が当該光の焦点位置に配置されたときの被検面の位置を取得することによって被検面の位置を決定することができる。一方で、クロマティックコンフォーカル方式では、複数の異なる波長を有する光が用いられる。そして、この方式では、軸上色収差を有する対物レンズにより各波長の光の焦点位置が光軸方向に沿って異なるため、焦点位置が被検面に一致する波長を光検出部（分光器）で取得することによって被検面の位置を決定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５０９０８８号公報
【特許文献２】特開２００９−１２２１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
共焦点光学系を用いた測定装置では、被検面上の測定箇所の形状に応じて、光検出部の出力に、被検面の位置を決定するために用いられる情報の候補として複数の信号が含まれることがある。例えば、被検面上の測定箇所が球面形状やそれに近い形状を有する場合、焦点位置が被検面の位置と一致するときの反射光に加えて、焦点位置が測定箇所における曲率中心と一致するときの反射光もピンホールを通過して光検出部に入射する。この場合、光検出部の出力は、２つの信号を含むこととなる。このように光検出部の出力が複数の信号を含む場合、どの信号を用いて被検面の位置を決定すればよいかが不明である。
【０００６】
そこで、本発明は、共焦点光学系を用いた測定装置において、被検面の形状を測定する上で有利な技術を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての測定装置は、被検面の形状を測定する測定装置であって、前記被検面で反射された光を受光する受光器を有する光検出部と、前記被検面に光を照射し、前記被検面からの光による像を前記光検出部に形成する共焦点光学系と、前記光検出部の出力に基づいて前記被検面の位置を決定する制御部と、を含み、前記制御部は、前記光検出部の出力に基づいて前記被検面の位置を決定するために用いられる情報の候補として複数の信号が得られた場合、前記複数の信号のうち１つを選択し、選択した信号に基づいて前記被検面の位置を決定する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、例えば、共焦点光学系を用いた測定装置において、被検面の形状を測定する上で有利な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態の測定装置を示す図である。
【図２】光の各波長に対する焦点距離を示す図である。
【図３】光検出部の出力に複数の信号が含まれる場合を説明するための図である。
【図４】第１実施形態の測定装置において、複数の信号のうち１つの信号を選択する方法を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態の測定装置における反射光の経路、および光検出部の出力を示す図である。
【図６】第１実施形態の測定装置における反射光の経路、および光検出部の出力を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態の測定装置を示す図である。
【図８】第２実施形態の測定装置において、複数の信号のうち１つの信号を選択する方法を示すフローチャートである。
【図９】第２実施形態の測定装置における反射光の経路、および光検出部の出力を示す図である。
【図１０】第３実施形態の測定装置において、複数の信号のうち１つの信号を選択する方法を示すフローチャートである。
【図１１】第３実施形態の測定装置において、複数の信号のうち１つの信号を選択する方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。また、以下に示す実施形態では、クロマティックコンフォーカル方式を用いた測定装置について説明するが、それに限られるものではなく、共焦点方式を用いた測定装置においても本発明を適用することができる。そして、共焦点方式を用いた測定装置において本発明を適用した場合であっても、クロマティックコンフォーカル方式を用いた測定装置と同様の効果を得ることができる。
【００１１】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態の測定装置１について、図１を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態の測定装置１を示す図である。第１実施形態の測定装置１は、共焦点を利用して被検面の形状を測定する測定装置であり、光源１１と、共焦点光学系１０と、光検出部１６と、ステージ部１９と、制御部１８とを含む。制御部１８は、演算処理をするプロセッサ、および、メモリ部２２を含む。そして、測定装置１は、被検物Ｗの表面（被検面）で反射された反射光を共焦点光学系１０に含まれるピンホール１５を介して光検出部１６で受光し、光検出部１６において反射光の光強度を検出することにより、被検面の形状を測定することができる。ここで、第１実施形態では、ステージ部１９が、光検出部１６からの出力が変化するように共焦点光学系１０の状態を変更する変更部としての機能を有する。
【００１２】
光源１１は、複数の異なる波長を含む光を射出する。光源１１は、例えば、ハロゲンランプや白色ＬＥＤ、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）によって構成されてもよいし、波長が互いに異なる複数のレーザー光を射出するように構成されてもよい。光源１１から射出された光は、共焦点光学系１０に入射する。共焦点光学系１０は、ピンホール１２および１５と、ハーフミラー１４と、対物レンズ１３とを含むように構成されており、被検面からの光による像を光検出部１６に形成する。光源１１から共焦点光学系１０に入射した光は、ピンホール１２を通過した後、ハーフミラー１４を透過して対物レンズ１３に入射する。対物レンズ１３は、光軸方向に軸上色収差を有する屈折型のレンズであり、対物レンズ１３を透過した光は、図１の二点破線で示す光軸Ａに沿って、波長に応じた焦点位置に集光され、被検面に照射される。第１実施形態では、軸上色収差を有する対物レンズ１３として屈折型のレンズを用いているが、屈折型のレンズではなく回折光学素子などを適用することができる。ここで、複数の異なる波長を含む光が対物レンズ１３を通過した際における光の焦点距離（光の焦点位置と対物レンズとの距離）について説明する。図２は、光の各波長に対する焦点距離を示す図である。図２に示すように、焦点距離は、光の波長が長波長になるにつれて長くなり、光の波長が短波長になるにつれて短くなるといった傾向となる。このような傾向になるのは、屈折率変化量δｎと焦点距離変化量δＦとの関係が、近似的に式（１）のように表すことができるからである。ここで、ｎは対物レンズ１３の屈折率、Ｆは焦点距離である。屈折率変化量δｎと焦点距離変化量δＦとは、式（１）に示すように、符号（正負）が逆となる関係にある。そして、一般に、波長を長くしていくと屈折率が小さくなる（波長を短くしていくと屈折率が大きくなる）傾向があるため、波長と焦点距離との関係は図２のような傾向となる。
【００１３】
【数１】
2014153092.tif 000003
【００１４】
被検面で反射された反射光は、再び対物レンズ１３を通過し、ハーフミラー１４で反射された後、ピンホール１５を通過して光検出部１６に入射する。ピンホール１５は各波長の焦点位置と共役関係にある位置に配置されており、焦点位置が被検面の位置と一致する波長を有する反射光がピンホール１５を通過することができ、それ以外の波長を有する反射光は通過することができない。そのため、光検出部１６には、ピンホール１５を通過した反射光、即ち、焦点位置が被検面の位置となる波長を有する反射光が入射することとなる。光検出部１６は、反射光を分光する分光器と、分光器によって分光された光を受光する受光器とを含みうる。光検出部１６に入射した反射光は、分光器によって波長ごとに分光されて、受光器上の異なる位置に結像される。そして、受光器は、分光器で分光された光の波長と光強度との関係を出力する。上述したように、光検出部１６には、焦点位置が被検面の位置と一致する波長を有する反射光がピンホール１５を通過して入射する。そのため、光検出部１６（受光器）の出力には、ピンホール１５を通過した反射光（光検出部１６に入射した光）における波長と光強度との関係を表す信号（光強度のピーク）が含まれる。この信号は、後述する制御部１８において、被検面の位置を決定するために用いられる情報となる。
【００１５】
ステージ部１９は、ステージ２１と、ステージ位置検出部２０と、ステージ駆動部１７とを含みうる。ステージ２１は、被検面を有する被検物Ｗを保持し、ＸＹ方向に移動可能に構成されている。ステージ位置検出部２０は、例えば、エンコーダなどによって構成され、ステージ２１の位置（ＸＹ方向の位置）を検出する。ステージ駆動部１７は、例えば、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）を用いた圧電アクチュエータやステッピングモータなどによって構成され、ステージ２１をＸＹ方向に駆動する。また、制御部１８は、ステージ部１９と光検出部１６とを制御し、光検出部１６（受光器）からの出力に基づいて被検面の位置を決定する。
【００１６】
共焦点光学系１０を用いた測定装置１では、上述したように、焦点位置が被検面の位置と一致する波長を有する反射光がピンホール１５を通過して光検出部１６に入射するため、光検出部１６からは１つの信号が出力されることが多い。しかしながら、例えば、被検面上の測定箇所が球面形状やそれに近い形状を有する場合など、被検面の測定箇所の形状に応じて、光検出部１６の出力に、被検面の位置を決定するために用いられる情報の候補として複数の信号が含まれることがある。ここで、光検出部１６の出力に複数の信号が含まれる場合について、図３を参照しながら説明する。図３では、説明を簡単にするため、ピンホール１２とピンホール１５とは同じものとして説明する。
【００１７】
光源１１から射出された複数の異なる波長を有する光は、対物レンズ１３の軸上色収差により、波長ごとに光軸Ａ上で異なる位置に集光する。被検面上の測定箇所が球面形状でない場合では、焦点位置が被検面の位置と一致する波長を有する反射光（以下では、第１反射光と称する）のみがピンホール１５を通過して光検出部１６に入射する。この場合、光検出部１６の出力には１つの信号が含まれるため、制御部１８は、光検出部１６の出力における１つの信号によって被検面の位置を決定することができる。一方で、被検面上の測定箇所が、例えば球面形状である場合では、第１反射光３１ａに加えて、焦点位置が測定箇所の曲率中心と一致する波長を有する反射光（以下では、第２反射光３１ｂと称する）もピンホール１５を通過してしまう（図３の左図）。これは、対物レンズ１３を通過して曲率中心に集光する波長の光が、被検面に対して垂直に入射するからである。光が被検面に対して垂直に入射した場合、被検面で反射された反射光は、被検面に入射する光と同一の光路を戻るため、ピンホール１５が配置されている位置に集光し、ピンホール１５を通過する。それにより、第１反射光３１ａだけではなく第２反射光３１ｂも光検出部１６に入射し、光検出部１６の出力には、図３の右図に示すように、それらの反射光に対応する２つの信号が含まれてしまう。図３の右図において、実線で表される信号は第１反射光３１ａに対応する信号３２ａを示し、一点鎖線で表される信号は第２反射光３１ｂに対応する信号３２ｂを示す。また、図３の右図における破線は、第１反射光３１ａに対応する信号３２ａと第２反射光３１ｂに対応する信号３２ｂとを用いてフィッティングを行った結果を示す。
【００１８】
図３に示すように光検出部１６に２つの信号が出力された場合、制御部１８は、２つの信号のうち、第１反射光に対応する一方の信号を被検面の位置を決定するために用いられる情報として選択し、選択した信号に基づいて被検面の位置を決定する。２つの信号のうち一方を第１反射光に対応する信号として選択する方法としては、例えば、閾値を設けて、その閾値以上の光強度となる信号を選択する方法や、２つの信号における波長の関係によって一方の信号を選択する方法が挙げられる。しかしながら、前者の方法においては、光検出部１６により検出された２つの信号はほぼ同じ光強度を有するため、閾値を設けて、これら２つの信号のうち一方の信号を第１反射光に対応する信号として選択することは困難である。また、後者の方法においては、測定箇所が凸形状であるか凹型形状であるかによって第１反射光と第２反射光とにおける波長の関係が異なる。そのため、測定箇所が凸型形状であるか凹型形状であるかが不明な場合、２つの信号のうち一方の信号を第１反射光に対応する信号として選択することは困難である。例えば、被検面上の測定箇所が凸型形状であるときは、図３（ａ）の右図に示すように、第１反射光３１ａに対応する信号３２ａは、第２反射光３１ｂに対応する信号３２ｂよりも短波長側に検出される。一方で、測定箇所が凹型形状であるときは、図３（ｂ）の右図で示すように、第１反射光３１ａに対応する信号３２ａは、第２反射光３１ｂに対応する信号３２ｂよりも長波長側に検出される。
【００１９】
このように、共焦点光学系を有する測定装置１において光検出部１６の出力に複数の信号が含まれる場合、上記２つの方法により、複数の信号のうち１つの信号を第１反射光に対応する信号として選択することは困難である。もし、複数の信号のうち選択した信号が第１反射光に対応する信号でない場合、制御部１８において決定した被検面の位置に測定誤差が生じうる。また、光検出部１６により検出された信号の中心波長を求める際には、閾値以上の光強度を有する信号をもとにフィッティングを行い、受光器のサブ画素レベルで当該信号の中心波長を求める。そのため、光検出部１６の出力により複数の信号が含まれており、その複数の信号から１つの信号を選択しないでフィッティングを行うと、図３の右図における破線で示されるように、全ての信号を用いてフィッティングすることになるため測定誤差が生じうる。そこで、第１実施形態の測定装置１は、共焦点光学系の状態を変更する変更部を有する。そして、測定装置１は、光検出部１６の出力に複数の信号が含まれる場合に、変更部で共焦点光学系の状態を変更し、その際における各信号の光強度の変化率（変化量）に基づいて、複数の信号のうち１つの信号を第１反射光に対応する信号として選択する。第１実施形態の測定装置１は、ステージ部１９を変更部として用い、ステージ部１９により共焦点光学系と被検面との相対位置を共焦点光学系の光軸と異なる方向（例えば、ＸＹ方向）にずらすことで、光検出部１６の出力に含まれる各信号の光強度を変化させる。
【００２０】
ここで、光検出部１６の出力に複数の信号が含まれる場合に、複数の信号のうち１つの信号を第１反射光に対応する信号として選択する方法について、図４を参照しながら説明する。図４は、第１実施形態の測定装置１において、複数の信号のうち１つの信号を選択する方法を示すフローチャートである。Ｓ１−１では、制御部１８は、被検面上の測定箇所が光軸Ａ上に配置されるようにステージ２１の位置を制御する。例えば、制御部１８は、現在のステージ２１の位置を表す位置信号をステージ位置検出部２０から取得し、その位置信号に基づいて、被検面上の測定箇所が光軸Ａ上に配置されるようにステージ駆動部１７を制御する。Ｓ１−２では、制御部１８は、反射光における波長と光強度との関係を出力するように光検出部１６を制御し、光検出部１６の出力から信号を取得する。Ｓ１−３では、制御部１８は、光検出部１６の出力に信号が複数含まれているか否かを判定する。光検出部１６の出力に信号が複数含まれている場合はＳ１−４に進み、複数含まれていない場合はＳ１−７に進む。
【００２１】
Ｓ１−４では、制御部１８は、光検出部１６の出力に含まれる複数の信号を、制御部１８のメモリ部２２に記憶させる。以下では、メモリ部２２に記憶された各信号を記憶信号と呼ぶ。Ｓ１−５では、制御部１８は、ステージ駆動部１７を制御して被検面を光軸Ａと直交する方向（ＸＹ方向）にずらし、反射光における波長と光強度との関係を出力するように光検出部１６を制御する。そして、制御部１８は、光検出部１６の出力から信号を取得する。以下では、被検面をＸＹ方向にずらした状態において取得された光検出部１６の出力に含まれる各信号を取得信号と呼ぶ。Ｓ１−６では、制御部１８は、記憶信号と取得信号とを比較し、光検出部１６の出力に含まれる複数の信号のうち１つの信号を、第１反射光に対応する信号として選択する。ここで、記憶信号と取得信号とを用いて、光検出部１６の出力に含まれる複数の信号のうち１つの信号を選択する方法について、図５および図６を参照しながら説明する。
【００２２】
図５は、被検面をＸＹ方向にずらす前における反射光の経路、およびその際における光検出部１６の出力を示す図である。図５（ａ）は第１反射光の経路を示す図である。第１反射光は、焦点位置が被検面の位置と一致する際に被検面で反射される反射光であり、対物レンズ１３を介してピンホール１５に集光し、当該ピンホール１５を通過する。図５（ｂ）は第２反射光の経路を示す図である。第２反射光は、焦点位置が測定箇所における曲率中心Ｏ１と一致する際に被検面で反射される反射光であり、対物レンズ１３を介してピンホール１５に集光し、当該ピンホール１５を通過する。このように、ピンホール１５を通過した第１反射光および第２反射光の双方が光検出部１６に入射するため、光検出部１６の出力には、図５（ｃ）に示すように、波長λ１と波長λ２の位置に、光強度がほぼ同じである２つの信号が含まれる。しかしながら、光検出部１６の出力に光強度がほぼ同じ２つの信号が含まれる場合、どちらの信号が第１反射光に対応する信号であるのかが不明である。ここで、図５（ｃ）に示す各信号は、上述したように、記憶信号として、Ｓ１−４においてメモリ部２２に記憶される。
【００２３】
図６は、被検面をＸＹ方向にずらした状態における反射光の経路、およびその際における光検出部１６の出力を示す図である。図６（ａ）は第１反射光の経路を示す図であり、図６（ｂ）は第２反射光の経路を示す図である。図６（ａ）および（ｂ）には、比較のために、移動前の被検物Ｗ(被検面をずらす前)と移動後の被検物Ｗ’（被検面をずらした状態）とが示されており、被検面をずらす前（Ｓ１−４に対応）における反射光の経路も破線によって示されている。第１反射光は、被検面をＸＹ方向にずらした場合であっても、焦点位置の−Ｚ方向へのシフトに伴う波長のシフトがあるものの、被検面をずらす前（図５（ａ））と同様に、対物レンズ１３を介してピンホール１５に集光し、当該ピンホール１５を通過する。したがって、第１反射光の光強度は、被検面をＸＹ方向にずらした場合であっても、記憶信号と比較してほとんど変化しない。一方で、被検面の移動に伴って曲率中心がＯ１からＯ２に移動すると、光が被検面に対して垂直に入射しなくなるため、第２反射光は、ピンホール１５に集光しなくなる。これは、第２反射光を曲率中心から射出された光と仮定すると、光軸Ａ上にある曲率中心Ｏ１から射出した光はピンホール１５に集光するものの、光軸Ａ上にない曲率中心Ｏ２から射出した光はピンホール１５の外（例えば、部分Ｏ３）に集光するからである。したがって、第２反射光の光強度は、被検面をＸＹ方向に移動させた場合、記憶信号と比較して大幅に減衰する。ここで、図６（ｃ）に示す各信号は、上述したように、取得信号と呼ぶ。
【００２４】
このように、第１反射光と第２反射光とでは、被検面をＸＹ方向にずらした際における光強度の変化率（変化量）が異なっており、第１反射光の変化率は第２反射光の変化率より小さい。そのため、図５（ｃ）のように、波長λ１および波長λ２の位置に、光強度がほとんど変わらない２つの信号が得られた場合であっても、当該２つの信号のうち、被検面をずらした際の変化率が小さい信号を第１反射光に対応する信号として選択することができる。例えば、図５（ｃ）における２つの信号では、図６（ｃ）に示すように、波長λ１の位置にある信号が光強度の変化率が小さいため、当該信号を第１反射光に対応する信号として選択する。また、第１反射光に対応する信号として選択された信号（波長λ１の位置にある信号）は、２つの信号のうち短波長側にあるため、被検面上の測定箇所が凸型形状（凸型の球面形状）であることもわかる。ここで、光強度の変化率ΔＩは、例えば、式（２）によって表すことができる。そして、制御部１８が、この式（２）を用いて、波長λ１の位置にある信号、および波長λ２の位置にある信号のそれぞれにおいて光強度の変化率を算出する。
【００２５】
【数２】
2014153092.tif 000004
【００２６】
また、被検面をＸＹ方向にずらしても、２つの信号の光強度がどちらも変化しない場合がある。この場合、被検面を、光強度が変化しなかった方向と直交する方向に再度ずらして、Ｓ１−５およびＳ１−６の工程を行う。これにより、２つの信号のうち一方の信号を第１反射光に対応する信号として選択することができる。被検面をＸＹ方向にずらしても、２つの信号の光強度がどちらも変化しない場合とは、例えば、シリンドリカルレンズの表面形状を測定する場合が想定される。シリンドリカルレンズにおける母線上の箇所を測定する際には、複数の信号が光検出部１６によって検出され、シリンドリカルレンズを母線方向に沿って移動させても各信号の光強度は変化しない。このとき、シリンドリカルレンズを母線方向と直交する方向にずらして、Ｓ１−５およびＳ１−６の工程を行うことにより、複数の信号のうち１つの信号を第１反射光に対応する信号として選択することができる。
【００２７】
Ｓ１−７では、制御部１８は、Ｓ１−６において選択した信号の中心波長を求める。波長と焦点位置との対応づけは予め行われているため、複数の信号のうち選択した１つの信号の中心波長を求めることにより、被検面上における測定箇所の位置を決定することができる。Ｓ１−８では、制御部１８は、被検面上の全ての測定箇所において測定が行われたか否かを判定する。全ての測定箇所において測定が行われた場合は測定を終了し、全ての測定箇所において測定が行われていない場合は、Ｓ１−１に戻る。全ての測定箇所において測定が終了した場合、各測定箇所の位置に基づいて、被検面の形状を求めることができる。
【００２８】
上述したように、第１実施形態の測定装置１は、光検出部１６の出力に複数の信号が含まれる場合、被検面をＸＹ方向にずらした状態で複数の信号を光検出部１６によって取得する。そして、被検面をずらす前とずらした後とで各信号の光強度を比較することにより、複数の信号のうち1つの信号を、焦点位置が被検面の位置と一致する波長を有する反射光（第１反射光）に対応する信号として選択することができる。これにより、複数の信号の中から第１反射光に対応する信号を正確に選択することができるため、被検面の形状を高精度に測定することができる。ここで、第１実施形態では、クロマティックコンフォーカル方式の測定装置を用いて説明したが、それに限られるものではなく、本発明は、例えば、共焦点方式の測定装置にも適用することができる。また、第１実施形態では、被検面への照明を点で行うためピンホールを用いたが、被検面への照明を線で行う際には、ピンホールではなくスリットを用いてもよい。
【００２９】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態の測定装置２について、図７を参照しながら説明する。図７は、第２実施形態の測定装置２を示す図である。第２実施形態の測定装置２は、第１実施形態の測定装置１と比較して、遮光部２６を更に含み、その遮光部２６を変更部として用いている。そして、光検出部１６の出力に複数の信号が含まれる場合に、遮光部２６により反射光の一部を遮光することで共焦点光学系１０の状態を変更し、その際における各信号の光強度の変化率（変化量）に基づいて複数の信号のうち１つの信号を選択する。
【００３０】
遮光部２６は、遮光板２３と、遮光板位置検出部２４と、遮光板駆動部２５とを含みうる。遮光板２３は、光源１１から射出されて被検面に入射する前の光と被検面で反射されて受光器（光検出部１６）に入射する前の光との共通経路（以下、光路領域と称する）に、共焦点光学系の光軸Ａからずらして配置される。遮光板位置検出部２４は、例えば、エンコーダなどによって構成され、遮光板２３の位置（ＸＹ方向の位置）を検出する。遮光板駆動部２５は、遮光板２３を光路領域に配置したり、光路領域から外したりできるように、遮光板２３を駆動する。また、遮光部２６は、制御部１８により制御される。
【００３１】
ここで、第２実施形態の測定装置２において、光検出部１６の出力に複数の信号が含まれる場合に、複数の信号のうち１つの信号を第１反射光に対応する信号として選択する方法について、図８を参照しながら説明する。図８は、第２実施形態の測定装置２において、複数の信号のうち１つの信号を選択する方法を示すフローチャートである。Ｓ２−１からＳ２−４は、第１実施形態において図４を参照しながら説明したＳ１−１からＳ１−４と同様であるため、ここでは説明を省略する。Ｓ２−５では、制御部１８は、遮光板駆動部２５を制御して遮光板２３を光路領域に配置し、反射光における波長と光強度との関係を出力するように光検出部１６を制御する。そして、制御部１８は、光検出部１６の出力から信号を取得する。以下では、遮光板２３を光路領域に配置した状態において取得された光検出部１６の出力に含まれる各信号を取得信号と呼ぶ。Ｓ２−６では、制御部１８は、記憶信号と取得信号とを比較し、光検出部１６の出力に含まれる複数の信号のうち１つの信号を、第１反射光に対応する信号として選択する。ここで、記憶信号と取得信号とを用いて、光検出部１６の出力に含まれる複数の信号のうち１つの信号を選択する方法について、図９を参照しながら説明する。
【００３２】
図９は、遮光板を光路領域に配置する前後での光の経路、およびその際における光検出部１６の出力を示す図である。図９（ａ）は遮光板２３を光路領域に配置していない状態を示す図であり、図９（ｂ）は遮光板２３を光路領域に配置している状態を示す図である。図９の左図は、第１反射光４１ａ（実線）および第２反射光４１ｂ（破線）の経路を示す図であり、図９の右図は、光検出部１６によって検出された複数の信号を示す図である。遮光板２３を光路領域に配置していない状態（図９（ａ））では、図５（ｃ）と同様に、光検出部１６の出力に、波長λ１と波長λ２の位置に、光強度がほぼ同じである２つの信号が含まれる（図９（ａ）の右図）。しかしながら、光検出部１６の出力に光強度がほぼ同じ２つの信号が含まれる場合、どちらの信号が第１反射光４１ａに対応する信号であるのかが不明である。ここで、図９（ａ）の右図に示す各信号は、上述したように、記憶信号として、Ｓ２−４においてメモリ部２２に記憶される。
【００３３】
図９（ｂ）に示すように遮光板２３を光路領域に配置すると、第１反射光４１ａは光軸Ａと対称な経路をたどるため、第１反射光のほとんどが遮光板２３により遮光される。例えば、ピンホール１５（１２）から第１方向に射出された光４２と、ピンホール１５（１２）から第２方向に射出された光４３とを考えた場合、第１方向に射出された光４２は、被検面に到達する前に遮光板２３によって遮光される。また、第２方向に射出された光４３は、矢印４３ａで示すように、被検面で反射された後に遮光板２３によって遮光される。したがって、光検出部１６によって検出される第１反射光４１ａの光強度は、記憶信号と比較して大幅に減衰する。一方で、第２反射光４１ｂは元の経路をたどるため、第１反射光４１ａと比較して、遮光板２３により遮光される量が小さくなる。例えば、ピンホール１５（１２）から第１方向に射出された光４２は、被検面に到達する前に遮光板２３によって遮光されるが、第２方向に射出された光４３は、被検面で反射された後、矢印４３ｂで示すように、元の経路をたどってピンホール１５を通過する。したがって、光検出部１６によって検出される第２反射光４１ｂの光強度は、第１反射光４１ａと比較して減衰量が小さくなる。
【００３４】
このように、第１反射光と第２反射光とでは、遮光板２３を光路領域に配置した際における光強度の変化率が異なっており、第１反射光の変化率は第２反射光の変化率より大きい。そのため、図９（ａ）の右図のように、光強度がほとんど変わらない２つの信号が得られた場合であっても、当該２つの信号のうち、遮光板２３を光路領域に配置した際における光強度の変化率が大きい信号を第１反射光に対応する信号として選択することができる。例えば、図９（ａ）の右図における２つの信号では、図９（ｂ）の右図に示すように、波長λ１の位置にある信号が光強度の変化率が大きいため、当該信号を第１反射光に対応する信号として選択する。また、第１反射光に対応する信号として選択された信号（波長λ１の位置にある信号）は、２つの信号のうち短波長側にあるため、被検面上の測定箇所が凸型形状（凸型の球面形状）であることもわかる。ここで、光強度の変化率ΔＩは、第１実施形態の測定装置１と同様に、式（２）を用いて算出される。
【００３５】
Ｓ２−７では、制御部１８は、Ｓ２−６において選択した信号の中心波長を求める。波長と焦点位置との対応づけは予め行われているため、複数の信号のうち選択した１つの信号の中心波長を求めることにより、被検面上における測定箇所の位置を決定することができる。Ｓ２−８では、制御部１８は、被検面上の全ての測定箇所において測定が行われたか否かを判定する。全ての測定箇所において測定が行われた場合は測定を終了し、全ての測定箇所において測定が行われていない場合は、Ｓ２−１に戻る。全ての測定箇所において測定が終了した場合、各測定箇所の位置に基づいて、被検面の形状を求めることができる。
【００３６】
上述したように、第２実施形態の測定装置２は、光検出部１６の出力に複数の信号が含まれる場合、遮光板２３を光路領域に配置した状態で複数の信号を光検出部１６によって取得する。そして、遮光板２３を光路領域に配置する前と配置した後とで各信号の光強度を比較することにより、複数の信号のうち１つの信号を第１反射光に対応する信号として正確に選択することができる。
【００３７】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態の測定装置３について説明する。第３実施形態の測定装置３は、第１実施形態の測定装置１と比較して、光検出部１６の出力に含まれる複数の信号のうち１つの信号を、第１反射光に対応する信号として選択する方法が異なる。測定装置３は、被検面上の第１箇所を測定した際の光検出部１６の出力に複数の信号が含まれる場合、第１箇所と異なる被検面上の第２箇所の位置を決定するために用いられる情報(信号)に基づいて、第１箇所で得られた複数の信号のうち１つの信号を選択する。そして、測定装置３は、選択した信号に基づいて被検面上の第１箇所の位置を決定する。
【００３８】
ここで、第１箇所を測定した際の光検出部１６の出力に複数の信号が含まれる場合に、複数の信号のうち１つの信号を、第２箇所の位置を決定する際に用いられる情報（信号）に基づいて選択する方法について、図１０および図１１を参照しながら説明する。図１０は、第３実施形態の測定装置３において、複数の信号のうち１つの信号を選択する方法を示すフローチャートである。また、図１１は、複数の信号のうち１つの信号を選択する方法を説明するための図である。図１１（ａ）は、共焦点光学系１０と被検面との相対位置を変えながら、被検面上の各測定箇所を測定する様子を示す図である。図１１（ａ）において、黒丸は光検出部１６の出力に複数の信号が含まれる測定箇所を示し、白丸は光検出部１６の出力に１つの信号のみが含まれる測定箇所を示す。第３実施形態では、共焦点光学系１０と被検面とを相対的に移動させながら、箇所Ａから箇所Ｈの順番で測定していくものとする。図１１（ｂ）および図１１（ｃ）は、各測定箇所における光検出部の出力に含まれる信号を示す図である。図１１（ｂ）および図１１（ｃ）において、横軸は各測定箇所を示し、縦軸は各測定箇所における光検出部の出力に含まれる信号の波長を示す。例えば、箇所Ａおよび箇所Ｅ〜Ｈでは１つのプロットのみが記載されており、１つの信号のみが光検出部１６により検出されたことを意味する。一方で、箇所Ｂ〜Ｄでは２つプロットが記載されており、異なる波長の２つの信号が光検出部１６により検出されたことを意味する。
【００３９】
Ｓ３−１では、制御部１８は、被検面上の測定箇所が光軸Ａ上に配置されるようにステージ２１の位置を制御する。Ｓ３−２では、制御部１８は、Ｓ３−１において光軸Ａ上に配置された測定箇所において、波長に対する反射光の光強度を出力するように光検出部１６を制御し、光検出部１６の出力から信号を取得する。Ｓ３−３では、制御部１８は、光検出部１６の出力に信号が複数含まれるか否かを判定する。光検出部１６の出力に信号が複数含まれている場合はＳ３−４に進み、複数含まれていない場合（信号が１つの場合）はＳ３−９に進む。Ｓ３−４では、各信号の中心波長を算出し、算出した各信号の中心波長をメモリ部２２に記憶させる。Ｓ３−５では、制御部１８は、他の測定箇所が光軸Ａ上に配置されるようにステージ２１の位置を制御する。Ｓ３−６では、制御部１８は、Ｓ３−５において光軸Ａ上に配置された測定箇所において、波長に対する反射光の光強度を出力するように光検出部１６を制御する。Ｓ３−７では、制御部１８は、光検出部１６の出力に信号が複数含まれているか否かを判定する。光検出部１６の出力に信号が複数含まれている場合はＳ３−４に戻り、当該出力に１つの信号のみが含まれる測定箇所になるまで、Ｓ３−４からＳ３−７が繰り返される。一方で、光検出部１６の出力に信号が複数含まれていない場合（信号が１つの場合）はＳ３−８に進む。Ｓ３−８では、制御部１８は、被検面に連続性があると仮定し、光検出部１６の信号に複数の信号が含まれる測定箇所において、複数の信号のうち１つの信号を、当該測定箇所と異なる測定箇所における信号に基づいて選択する。例えば、図１１（ｂ）において、箇所Ｅまで測定が終了し、その箇所Ｅでは、光検出部１６の出力に１つの信号（ｅ１）のみが含まれているとする。このとき、制御部１８は、時系列で１つ前の測定箇所である箇所Ｄを参照する。箇所Ｄではｄ１およびｄ２の２つ信号が光検出部１６の出力に含まれているため、制御部１８は、それら２つの信号のうち、箇所Ｅにおける信号ｅ１の波長に近い波長を有する信号ｄ１を、第１反射光に対応する信号として選択する。同様に、制御部１８は、箇所Ｃにおける２つの信号（ｃ１およびｃ２）のうち、箇所Ｄで選択された信号ｄ１の波長に近い波長を有する信号ｃ１を選択する。また、制御部１８は、箇所Ｂにおける２つの信号（ｂ１およびｂ２）のうち、箇所Ｃで選択された信号ｃ１の波長に近い波長を有する信号ｂ１を選択する。このように、複数の信号が光検出部１６の出力に含まれる測定箇所では、時系列で１つ後の測定箇所における信号に基づいて、複数の信号のうち１つの信号が選択される。Ｓ３−９では、制御部１８は、各測定箇所の位置を決定するために用いられる情報として取得された信号の中心波長を求める。波長と焦点位置との対応づけは予め行われているため、各測定箇所で検出された信号の中心波長を求めることにより、当該測定箇所の位置を決定することができる。Ｓ３−１０では、被検面上の全ての測定箇所において測定が行われたか否かが判定される。全ての測定箇所において測定が行われた場合は測定を終了し、全ての測定箇所において測定が行われていない場合は、Ｓ３−１に戻る。全ての測定箇所において測定が終了した場合、各測定箇所の位置に基づいて、被検面の形状を求めることができる。
【００４０】
上述したように、第３実施形態の測定装置３は、第１箇所における光検出部１６の出力に複数の信号が含まれる場合に、複数の信号のうち１つの信号を、第１箇所と異なる第２箇所の位置を決定する際に用いられる情報（信号）に基づいて選択することができる。ここで、第３実施形態の測定装置３では、光検出部１６の出力に複数の信号が含まれる場合に、その複数の信号のうち１つの信号を、時系列で１つ後の信号に基づいて選択したが、それに限られるものではない。例えば、図１１（ｃ）に示すように、光検出部１６の出力に複数の信号が含まれる場合に、その複数の信号のうち１つの信号を、時系列で１つ前の信号に基づいて選択してもよい。例えば、図１１（ｃ）において、制御部１８は、箇所Ｂにおける２つの信号（ｂ１およびｂ２）のうち、箇所Ａにおける信号ａ１の波長に近い波長を有する信号ｂ１を選択する。同様に、制御部１８は、箇所Ｃにおける２つの信号（ｃ１およびｃ２）のうち、箇所Ｂで選択された信号ｂ１の波長に近い波長を有する信号ｃ１を選択する。また、制御部１８は、箇所Ｄにおける２つの信号（ｄ１およびｄ２）のうち、箇所Ｃで選択された信号ｃ１の波長に近い波長を有する信号ｄ１を選択する。また、複数の信号のうち１つの信号を、第１箇所と異なる複数箇所の位置を決定する際に用いられる複数の情報（信号）に基づいて選択してもよい。
【００４１】
＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、金属部品や光学素子等の物品を製造する際に用いられる。本実施形態の物品の製造方法は、上記の測定装置を用いて被検物の表面形状を測定する工程と、かかる工程における測定結果に基づいて被検物を加工する工程とを含む。例えば、被検物の表面形状を測定装置を用いて測定し、その測定結果に基づいて、被検物の形状が設計値になるように当該被検物を加工（製造）する。本実施形態の物品の製造方法は、測定装置により高精度に被検物の形状を測定できるため、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
【００４２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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