(57)【要約】本発明は、被検物の形状の測定精度を向上させることができる形状測定装置、形状測定方法、および、製造方法に関する。レーザ光源２１から射出された調整光は、コレクタレンズ２２、ハーフプリズム２８およびハーフプリズム２９を介して、対物レンズ３０の像側瞳面に集光し、対物レンズ３０により平行光となって被検物２に照射される。ベルトランレンズ３１および結像レンズ３２は、撮像光学系の瞳における被検物２の瞳像をＣＣＤセンサ３３の受光面で結像させる。ＣＣＤセンサ３３は、調整光が照射された被検物２の瞳像を撮像し、撮像した調整画像を傾斜測定部５１に供給する。傾斜測定部５１は、調整画像における調整光によるレーザスポットの位置に基づいて、被検物２の表面の傾きを測定する。本発明は、例えば、三次元形状測定装置に適用でき、測定した傾きに基づいて被検物２の表面の傾きを調製し、形状測定を行う。
2010137637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパタンの像を被検物に投影する投影光学系と、前記パタンの像が投影された前記被検物の画像である第１の画像を撮像する撮像光学系とを備え、前記第１の画像を用いて合焦点法により前記被検物の形状を測定する形状測定装置において、
所定の方向から前記被検物に平行光束を照射する照明光学系と、
前記撮像光学系の瞳における前記被検物の瞳像を結像する瞳像結像手段と、
前記瞳像結像手段により結像された前記被検物の瞳像を撮像する撮像手段と、
前記平行光束が照射された前記被検物の瞳像を撮像した画像である第２の画像における前記平行光束の像の位置に基づいて、前記被検物の表面の傾きを測定する測定手段と
を備える形状測定装置。
【請求項２】
前記瞳像結像手段は、
前記撮像光学系が備える対物レンズと結像レンズとの間において、前記撮像光学系の光路に抜き差し可能なベルトランレンズと、
前記結像レンズと
を備え、
前記撮像手段は、前記撮像光学系が備える撮像手段により構成される
請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記瞳像結像手段および前記撮像手段は、前記撮像光学系とは別に設けられる
請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記照明光学系は、前記照明光学系の照明瞳の異なる位置に前記平行光束を入射し、複数の異なる方向から前記平行光束を前記被検物に照射することが可能である
請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記平行光束は、対物レンズを介して前記被検物に照射され、
前記対物レンズの周囲から前記被検物に照明光を照射する照明手段を
さらに備え、
前記測定手段は、前記第２の画像を用いて前記被検物の表面の傾きを測定できない場合、前記照明光が照射された前記被検物の瞳像を撮像した画像である第３の画像における前記照明光の像の位置に基づいて、前記被検物の表面の傾きを推定する
請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記被検物の表面の傾きに基づいて、前記撮像光学系の光軸に対して前記被検物の表面が垂直になるように前記被検物が載置されているステージの傾きを調整する調整手段を
さらに備える請求項１乃至５のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項７】
パタンが投影された被検物からの光束を集光する対物レンズを有し、前記被検物に投影された前記パタンの像を撮像素子に結像する結像光学系と、
前記被検物の表面の傾きの情報に応じて、前記被検物の各々の位置からの前記パタンの光束のうち、前記対物レンズに到達する光束のなす角度が所定以上となって前記対物レンズに入射するように、前記対物レンズに対する前記被検物の表面の傾きを変更する測定方向変更手段と、
前記測定方向変更手段によって前記被検物の各々の位置からの前記対物レンズに到達する前記パタンの光束のなす角度が所定以上となった状態で、前記パタンの像における前記撮像素子からの画像信号を基に合焦度を取得することで、前記被検物の形状を測定する測定手段と
を備える形状測定装置。
【請求項８】
前記対物レンズを介して前記パタンを投影する投影光学系を
さらに備える請求項７に記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記被検物の表面に所定の方向から平行光束を照射する照明光学系と、
前記平行光束の前記被検物の表面での反射光を収斂する集束光学系と、
前記集束光学系により収斂された前記平行光束の集光スポット位置から、前記対物レンズの光軸に対する前記被検物の表面の傾きを取得する傾き情報取得部と
を備える傾斜情報取得手段を
備える請求項７または８に記載の形状測定装置。
【請求項１０】
前記照明光学系は、
前記投影光学系の瞳の位置または前記瞳の位置と共役な位置に設けられた光源と、
前記対物レンズと
からなり、
前記傾き情報取得部は、
前記結像光学系の瞳の位置または前記瞳の位置と共役な位置に設けられた瞳像撮像部と、
前記瞳像撮像部により取得される光スポットの位置から前記被検物の表面の前記対物レンズの光軸に対する傾きを算出する傾き情報算出部と
を備える請求項９に記載の形状測定装置。
【請求項１１】
被検物の表面にパタンを投影して、前記被検物の表面に投影されたパタンの像から求められる前記被検物の表面の各位置における合焦度に基づき、前記被検物の形状を測定する形状測定方法において、
前記被検物の表面の傾斜情報を取得するステップと、
前記被検物の表面の傾斜情報を基に、前記被検物の各々の位置に投影されたパタンの光束が、結像光学系の対物レンズに入射するときに所定以上の角度幅になるように、前記被検物の表面の傾き情報に応じて、前記対物レンズに対する前記被検物の表面の傾きを変更するステップと、
前記結像光学系で得られた前記被検物の像の各々の位置の合焦度を取得することで、前記被検物の形状を測定するステップと
を有する被検物の形状測定方法。
【請求項１２】
被加工物を形状創成する形状創成工程と、
前記形状創成された被加工物を被検物として、請求項１１に記載の形状測定方法で形状を測定する形状測定工程と
を有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、形状測定装置、形状測定方法、および、製造方法に関し、特に、測定精度を向上できるようにした形状測定装置、形状測定方法、および、製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、合焦点法により被検物の形状を測定する形状測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。合焦点法を用いた形状測定装置では、例えば、投影光学系により所定のパタンの像を被検物に投影するとともに、被検物を撮像光学系の光軸方向に移動させながら、パタン像が投影された被検物の画像（以下、観察画像と称する）を撮像光学系により撮像する。そして、撮像した複数の観察画像の各画素の合焦測度を算出し、算出した合焦測度に基づいて、パタン像の合焦位置を検出することにより、被検物の形状が測定される。なお、合焦測度とは、パタン像の焦点（ピント）の合い具合を示す値である。【０００３】
ところで、合焦点法を用いた形状測定装置では、撮像光学系のＮＡ（Numerical Aperture、開口数）が大きく、焦点深度が浅いほど、測定精度が高くなる。【０００４】
図１０は、ＮＡが異なる撮像光学系を用いて、被検物を撮像光学系の光軸方向に移動させながら撮像した観察画像のある画素における合焦測度の変化を示すグラフである。なお、図１０の横軸は、撮像光学系の光軸方向における被検物の位置を示しており、縦軸は、合焦測度を示している。また、曲線５０１は、ＮＡが大きい撮像光学系を用いた場合の合焦測度の変化を示し、曲線５０２は、ＮＡが小さい撮像光学系を用いた場合の合焦測度の変化を示している。このグラフに示されるように、撮像光学系のＮＡが大きい方が、合焦測度の変化が急峻になるため、合焦位置の検出精度が向上し、その結果、被検物の形状の測定精度が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３２１８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、被検物の表面が鏡面であり、その表面（の法線）が撮像光学系の光軸に対して傾いている場合、被検物の表面で反射された反射光の光束のうちの一部が撮像光学系に入射しなくなり、撮像光学系の実質的なＮＡが制限されてしまう。ここで、図１１を参照して、これについて詳しく説明する。【０００７】
図１１は、従来の合焦点法を用いた形状測定装置の光学系の模式図である。図１１の光学系においては、図示せぬ光源から射出されたパタン光が、ハーフプリズム５３１により対物レンズ５３２の方向に反射され、対物レンズ５３２を介して被検物５２１に投影される。被検物５２１により反射されたパタン光は、対物レンズ５３２およびハーフプリズム５３１を透過し、結像レンズ５３３に入射する。そして、パタン光による像（パタン像）が投影された被検物５２１の像が、結像レンズ５３３によりCCDセンサ５３４の受光面で結像し、CCDセンサ５３４により観察画像が撮像される。【０００８】
このとき、図１１では、被検物５２１の表面が、対物レンズ５３２から射出される光束の開口角の半分の角度分、対物レンズ５３２の光軸に対して傾いている。従って、光源からハーフプリズム５３１に入射するパタン光の図中、上側半分の光束Ｌａおよび下側半分の光束Ｌｂのうち、光束Ｌｂは対物レンズ５３２でけられてしまい、CCDセンサ５３４には入射しない。【０００９】
すなわち、光束Ｌａは、対物レンズ５３２から被検物５２１の表面に入射し、その表面で反射すると、対物レンズ５３２乃至結像レンズ５３３を介してCCDセンサ５３４に入射する。一方、光束Ｌｂは、対物レンズ５３２から被検物５２１の表面に入射し、その表面において反射すると、対物レンズ５３２の入射瞳には入射しないので、光束Ｌｂはハーフプリズム５３１には入射しない。したがって、被検物５２１に投影されるパタン光のうち、光束Ｌｂの部分が欠落することになる。【００１０】
これにより、撮像光学系の実質的なＮＡが小さくなり、その結果、被検物５２１の形状の測定精度が低下する。【００１１】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、被検物の形状の測定精度を向上させることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の側面の形状測定装置は、所定のパタンの像を被検物に投影する投影光学系と、前記パタンの像が投影された前記被検物の画像である第１の画像を撮像する撮像光学系とを備え、前記第１の画像を用いて合焦点法により前記被検物の形状を測定する形状測定装置において、所定の方向から前記被検物に平行光束を照射する照明光学系と、前記撮像光学系の瞳における前記被検物の瞳像を結像する瞳像結像手段と、前記瞳像結像手段により結像された前記被検物の瞳像を撮像する撮像手段と、前記平行光束が照射された前記被検物の瞳像を前記撮像手段により撮像した画像である第２の画像における前記平行光束の像の位置に基づいて、前記被検物の表面の傾きを測定する測定手段とを備える。【００１３】
本発明の第２の側面の形状測定装置は、パタンが投影された被検物からの光束を集光する対物レンズを有し、前記被検物に投影された前記パタンの像を撮像素子に結像する結像光学系と、前記被検物の表面の傾きの情報に応じて、前記被検物の各々の位置からの前記パタンの光束のうち、前記対物レンズに到達する光束のなす角度が所定以上となって前記対物レンズに入射するように、前記対物レンズに対する前記被検物の表面の傾きを変更する測定方向変更手段と、前記測定方向変更手段によって前記被検物の各々の位置からの前記対物レンズに到達する前記パタンの光束のなす角度が所定以上となった状態で、前記パタンの像における前記撮像素子からの画像信号を基に合焦度を取得することで、前記被検物の形状を測定する測定手段とを備える。【００１４】
本発明の第３の側面の形状測定方法は、被検物の表面にパタンを投影して、前記被検物の表面に投影されたパタンの像から求められる前記被検物の表面の各位置における合焦度に基づき、前記被検物の形状を測定する形状測定方法において、前記被検物の表面の傾斜情報を取得するステップと、前記被検物の表面の傾斜情報を基に、前記被検物の各々の位置に投影されたパタンの光束が、結像光学系の対物レンズに入射するときに所定以上の角度幅になるように、前記被検物の表面の傾き情報に応じて、前記対物レンズに対する前記被検物の表面の傾きを変更するステップと、前記結像光学系で得られた前記被検物の像の各々の位置の合焦度を取得することで、前記被検物の形状を測定するステップとを有する。【００１５】
本発明の第４の製造方法は、被加工物を形状創成する形状創成工程と、前記形状創成された被加工物を被検物として、請求項１１に記載の形状測定方法で形状を測定する形状測定工程とを有する。【００１６】
本発明の第１の側面においては、所定の方向から被検物に平行光束が照射され、平行光束が照射された被検物の瞳像が撮像され、平行光束が照射された被検物の瞳像の画像における平行光束の像の位置に基づいて、被検物の表面の傾きが測定される。【００１７】
本発明の第２の側面においては、パタンが投影された被検物からの光束が集光され、前記被検物に投影された前記パタンの像が撮像素子に結像され、前記被検物の表面の傾きの情報に応じて、前記被検物の各々の位置からの前記パタンの光束のうち、前記対物レンズに到達する光束のなす角度が所定以上となって前記対物レンズに入射するように、前記対物レンズに対する前記被検物の表面の傾きが変更され、前記被検物の各々の位置からの前記対物レンズに到達する前記パタンの光束のなす角度が所定以上となった状態で、前記パタンの像における前記撮像素子からの画像信号を基に合焦度が取得され、前記被検物の形状が測定される。【００１８】
本発明の第３の側面においては、被検物の表面の傾斜情報が取得され、前記被検物の表面の傾斜情報を基に、前記被検物の各々の位置に投影されたパタンの光束が、結像光学系の対物レンズに入射するときに所定以上の角度幅になるように、前記被検物の表面の傾き情報に応じて、前記対物レンズに対する前記被検物の表面の傾きが変更され、前記結像光学系で得られた前記被検物の像の各々の位置の合焦度が取得され、前記被検物の形状が測定される。【００１９】
本発明の第４の側面においては、被加工物が形状創成され、形状創成された被加工物の形状が測定される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の第１乃至第４の側面によれば、被検物の形状の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を適用した形状測定装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した形状測定装置の第１の実施の形態により実行される形状測定処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明を適用した形状測定装置の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図４】調整光の照射位置を説明するための図である。
【図５】本発明を適用した形状測定装置の第２の実施の形態により実行される形状測定処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明を適用した形状測定装置の第３の実施の形態を示すブロック図である。
【図７】照明装置の設置位置の例を示す図である。
【図８】本発明を適用した形状測定装置の第３の実施の形態により実行される形状測定処理を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明を適用した形状測定装置の第４の実施の形態を示すブロック図である。
【図１０】撮像光学系のＮＡと合焦測度の変化の関係を示すグラフである。
【図１１】従来の形状測定装置の光学系の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
まず、図１および図２を参照して、本発明を適用した形状測定装置の第１の実施の形態について説明する。
【００２４】
図１は、本発明を適用した形状測定装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。なお、以下、図１の横方向をｘ軸方向と称し、縦方向をｚ軸方向と称し、ｘ軸方向およびｚ軸方向に対して垂直な方向（紙面に垂直な方向）をｙ軸方向と称する。
【００２５】
形状測定装置１は、ステージ１４に載置されている被検物２に、アクチュエータなどから構成される駆動部１３によりステージ１４をｚ軸方向に移動させながら、測定部１１により所定のパタンの像を投影し、パタン像が投影された被検物２を撮像する。そして、形状測定装置１は、その結果得られた観察画像に基づいて、制御部１２により被検物２の表面の３次元の形状を測定する。
【００２６】
ここで、図２のフローチャートを参照して、形状測定装置１により実行される形状測定処理の詳細について説明する。なお、この処理は、例えば、ユーザが、対物レンズ３０と結像レンズ３２との間において測定部１１の光路への抜き差しが可能なベルトランレンズ３１を光路上に挿入し、レーザ光源２１を点灯し、光源２３を消灯し、さらに、図示せぬ操作部を介してステージ１４の傾きの調整の指令を制御部１２に入力したとき開始される。
【００２７】
ステップＳ１において、形状測定装置１は、被検面の傾きを測定する。具体的には、レーザ光源２１から射出される平行光束であるレーザ光（以下、調整光と称する）は、コレクタレンズ２２およびハーフプリズム２８を透過し、ハーフプリズム２９により対物レンズ３０の方向に反射される。このとき、調整光は、コレクタレンズ２２により対物レンズ３０の光源側瞳面（後焦点面、射出瞳面）に所定の収束角で集光する。そして、対物レンズ３０の光源側瞳面において集光した調整光は、対物レンズ３０に入射し、対物レンズ３０により平行光となり、対物レンズ３０の光軸と同じ方向から被検物２に照射される。
【００２８】
なお、以下、被検物２に調整光を照射する光学系を照明光学系と称する。従って、形状測定装置１においては、レーザ光源２１、コレクタレンズ２２、ハーフプリズム２８、ハーフプリズム２９、および、対物レンズ３０により照明光学系が構成される。
【００２９】
被検物２に照射された調整光は、被検物２の表面（すなわち、被検面）において反射し、対物レンズ３０およびハーフプリズム２９を透過し、ベルトランレンズ３１に入射し、ベルトランレンズ３１により平行光となる。そして、平行光となった調整光は、結像レンズ３２に入射し、結像レンズ３２によりCCDセンサ３３の受光面で結像する。すなわち、対物レンズ３０、ベルトランレンズ３１及び結像レンズ３２により瞳像結像光学系が構成されている。そして、ベルトランレンズ３１および結像レンズ３２により、調整光が投影された被検物２の対物レンズ３０の結像側（後焦点面、射出瞳面）の瞳像が、CCDセンサ３３の受光面に結像する。
【００３０】
CCDセンサ３３は、制御部１２の傾斜測定部５１の制御の基に、調整光が照射された被検物２の瞳像の画像（以下、調整画像と称する）を撮像し、撮像した調整画像を傾斜測定部５１に供給する。
【００３１】
なお、以下、被検物２の像を撮像する光学系を撮像光学系と称する。従って、形状測定装置１においては、対物レンズ３０、ハーフプリズム２９、ベルトランレンズ３１、結像レンズ３２、および、CCDセンサ３３により撮像光学系が構成される。この撮像光学系は、被検物２側でテレセントリック光学系の特性を発揮する光学系である。
【００３２】
ここで、被検物２の被検面が鏡面（正反射面）である場合、被検面の傾き（被検面の法線の方向）により、調整光が反射される方向が異なる。そして、調整光が反射される方向が異なると、調整光の対物レンズ３０への入射位置および対物レンズ３０の結像側瞳面（すなわち、撮像光学系の瞳面）への入射位置が異なる。その結果、被検面の傾きにより、調整画像における調整光の像である輝点（以下、レーザスポットと称する）の位置が変化する。
【００３３】
傾斜測定部５１は、調整画像におけるレーザスポットの重心の位置を検出し、その位置に基づいて、対物レンズ３０の光軸方向（すなわち、撮像光学系の光軸方向、ｚ軸方向）に対する被検面の法線の角度（以下、傾斜角と称する）を、被検面の傾きとして測定する。
【００３４】
ステップＳ２において、傾斜測定部５１は、ステップＳ１の処理の結果に基づいて、被検面の傾きを測定できたか否かを判定する。被検面の傾きを測定できたと判定された場合、処理はステップＳ３に進む。
【００３５】
ステップＳ３において、形状測定装置１は、被検面の傾きの測定結果に基づいて、ステージ１４の傾きを調整する。具体的には、傾斜測定部５１は、被検面の傾斜角の測定結果を調整部５３に通知する。調整部５３は、被検面の測定中心の一点で反射されたパタンの光束のうち、対物レンズ３０に到達する光束のなす角度がある角度以上になるように、ステージ１４の傾きを調整する。前述のように、被検面が鏡面の場合、被検面の一点に収斂した光束の収斂角が保持されたまま、被検面の一点からの光束は発散する。従って、先の収斂角の２等分線または被検面の一点から対物レンズ３０へ向かうときの発散角の２等分線は、対物レンズ３０の光軸と被検面の法線とのなす角度の２倍の角度で交差する。それゆえ、対物レンズ３０の開口数で決まる焦点深度に対して、対物レンズ３０に入射する光束の系が小さくなり、それゆえ焦点深度が変わる。そこで、被検面の測定中心の一点で反射されたパタンの光束のうち、対物レンズ３０に到達した光束のなす角度が、対物レンズ３０の開口数で決まる焦点深度に対して変わらない程度の焦点深度となる角度になるように、対物レンズ３０に対する被検物２の表面の傾きを変更する。いちばん好ましくは、調整部５３は、駆動部１３を制御して、被検面の傾斜角が０度になるように、換言すれば、撮像光学系の光軸に対して被検面が垂直になるように、ステージ１４の傾きを調整する。
【００３６】
より具体的には、ステージ１４は、ｘ軸を中心とする回転（ｘ軸回りの回転）、ｙ軸を中心とする回転（ｙ軸回りの回転）、および、ｚ軸方向の平行移動が可能となるように構成されている。そして、調整部５３は、駆動部１３を制御して、ステージ１４をｘ軸回りに回転させたり、ｙ軸回りに回転させたりして、被検面の傾斜角が０度になるように、ステージ１４の傾きを調整する。
【００３７】
ステップＳ４において、形状測定装置１は、被検物２の形状を測定する。具体的には、まず、ユーザは、ベルトランレンズ３１を測定部１１の光路から外し、光源２３を点灯し、レーザ光源２１を消灯し、さらに、図示せぬ操作部を介して被検物２の形状の測定の指令を制御部１２に入力する。
【００３８】
そして、光源２３から射出された光（以下、測定光と称する）は、コンデンサレンズ２４により平行光となり、リレーレンズ２５により、被検物２に照射される測定光の合焦面Ｓと像共役な面に集光され、そこに配置された投影パタン板２６に入射する。
【００３９】
投影パタン板２６は、例えば、液晶素子により構成され、所定のパタン（例えば、正弦波パタン）が形成されており、投影パタン板２６を通過した測定光は、投影パタン板２６と同形状のパタンを有するパタン光となる。そして、投影パタン板２６を通過したパタン光は、リレーレンズ２７により平行光となり、ハーフプリズム２８およびハーフプリズム２９により対物レンズ３０の方向に反射され、対物レンズ３０に入射する。対物レンズ３０は、パタン光を合焦面Ｓに結像させ、投影パタン板２６に形成されているパタンの像を被検物２に投影する。
【００４０】
なお、以下、被検物２にパタン像を投影する光学系を投影光学系と称する。従って、形状測定装置１においては、光源２３、コンデンサレンズ２４、リレーレンズ２５、投影パタン板２６、リレーレンズ２７、ハーフプリズム２８、ハーフプリズム２９、および、対物レンズ３０により、投影光学系が構成される。
【００４１】
被検物２に照射されたパタン光は、被検物２の表面において反射して、対物レンズ３０およびハーフプリズム２９を透過して、結像レンズ３２に入射する。そして、結像レンズ３２により、被検物２を介して得られたパタン光によるパタン像が、CCDセンサ３３の受光面で結像する。
【００４２】
CCDセンサ３３は、制御部１２の形状測定部５２の制御の基に、パタン像が投影された被検物２の画像（すなわち、観察画像）を撮像し、撮像した観察画像を形状測定部５２に供給する。
【００４３】
調整部５３は、形状測定部５２からの指令により、駆動部１３を制御して、ステージ１４の位置をｚ軸方向に移動させる。これにより、合焦面Ｓと被検物２との相対的な位置関係が変化する。そして、CCDセンサ３３は、形状測定部５２の制御の基に、所定の合焦面Ｓの位置ごとに被検物２の観察画像を撮像し、形状測定部５２に供給する。
【００４４】
形状測定部５２は、取得した複数の観察画像について、各画素の合焦測度を算出する。上述したように、合焦測度とは、パタン像の焦点（ピント）の合い具合を示す値であり、その値が大きいほどパタン像の焦点が合っていることを示している。なお、合焦測度の算出方法については、例えば、特開平３−６３５０７号などに開示されている。
【００４５】
形状測定部５２は、算出した合焦測度に基づいて、観察画像の各画素においてパタン像の焦点が合っている位置である合焦位置を検出する。形状測定部５２は、観察画像の各画素の合焦位置に基づいて、観察画像の各画素に対応する被検物２の各点の位置関係を表す点群データを生成し、外部に出力する。
【００４６】
その後、形状測定処理は終了する。
【００４７】
一方、ステップＳ２において、被検面の傾きを測定できなかったと判定された場合、被検物２の形状の測定は行われずに、形状測定処理は終了する。これは、例えば、被検面の傾斜角が大きく、被検面で反射された調整光が対物レンズ３０の入射瞳にほとんど入射しない場合などである。その後、例えば、ユーザが目視によりステージ１４の傾きを調整した後、そのまま被検物の形状の測定を行ったり、あるいは、再度ステップＳ１から処理をやり直したりする。
【００４８】
以上のようにして、被検面の傾斜角が０度になるようにステージ１４の傾きが自動的に調整されてから被検物２の形状が測定されるので、撮像光学系の実質的なＮＡの低下が抑制され、被検物２の形状の測定精度を簡単に向上させることができる。
【００４９】
なお、例えば、制御部１２が、ベルトランレンズ３１の光路への抜き差し、レーザ光源２１および光源２３の点灯および消灯を制御できるようにして、ステージ１４の傾きを調整した後、自動的に被検物２の形状を測定できるようにしてもよい。
【００５０】
また、調整光の被検物２への照射範囲をより小さくし、被検面の傾斜角の分解能を上げるために、コレクタレンズ２２とハーフプリズム２８の間などに、調整光のビーム幅を小さくするための絞りを設けるようにしてもよい。
【００５１】
次に、図３乃至図５を参照して、本発明を適用した形状測定装置の第２の実施の形態について説明する。
【００５２】
図３は、本発明を適用した形状測定装置の第２の実施の形態を示すブロック図である。なお、図中、図１と対応する部分には、同じ符合を付している。
【００５３】
図３の形状測定装置１０１は、図１の形状測定装置１と比較して、測定部１１の代わりに測定部１１１が設けられ、制御部１２の代わりに制御部１１２が設けられている点が異なる。
【００５４】
測定部１１１は、形状測定装置１の測定部１１と比較して、レーザ光源の数が異なる。すなわち、測定部１１が、１つのレーザ光源２１を備えているのに対し、測定部１１１は、５つのレーザ光源１２１−１乃至１２１−５を備えている。なお、以下、レーザ光源１２１−１乃至１２１−５を個々に区別する必要がない場合、単に、レーザ光源１２１と称する。
【００５５】
また、制御部１１２は、形状測定装置１の制御部１２と比較して、傾斜測定部５１の代わりに傾斜測定部１５１が設けられ、照明制御部１５２が追加されている点が異なる。
【００５６】
傾斜測定部１５１は、形状測定装置１の傾斜測定部５１と同様の機能を有している。また、傾斜測定部１５１は、各レーザ光源１２１の点灯および消灯を照明制御部１５２に指令する。
【００５７】
照明制御部１５２は、傾斜測定部１５１の指令に従って、各レーザ光源１２１の点灯および消灯を制御する。
【００５８】
図４は、レーザ光源１２１−１乃至１２１−５から射出される調整光Ｌ１乃至Ｌ５が、照明光学系の照明瞳ＰＩ（すなわち、調整光Ｌ１乃至Ｌ５が入射する側から見た対物レンズ３０の瞳）に入射する位置を示している。調整光Ｌ１は、照明瞳ＰＩのほぼ中心に入射し、対物レンズ３０の光軸と同じ方向から被検物２に照射される。一方、調整光Ｌ２乃至Ｌ５の照明瞳ＰＩへの入射位置は、照明瞳ＰＩの円周付近をほぼ９０度間隔となるように配置されており、調整光Ｌ２乃至Ｌ５は、対物レンズ３０の光軸に対して所定の角度で、それぞれ異なる方向から被検物２に照射される。
【００５９】
なお、図中の円ＰＬは、撮像光学系の瞳（すなわち、被検物２の像の結像側から見た対物レンズ３０の瞳）の大きさの例を示しているが、これについては後述する。
【００６０】
次に、図５のフローチャートを参照して、形状測定装置１０１により実行される形状測定処理について説明する。なお、この処理は、例えば、ユーザが、ベルトランレンズ３１を光路上に挿入し、図示せぬ操作部を介してステージ１４の傾きの調整の指令を制御部１１２に入力したとき開始される。
【００６１】
ステップＳ５１において、傾斜測定部１５１は、変数ｉの値を１に設定する。
【００６２】
ステップＳ５２において、形状測定装置１０１は、ｉ番目の調整光を用いて、被検面の傾きを測定する。具体的には、傾斜測定部１５１は、現在点灯しているレーザ光源１２１（ｉ−１番目のレーザ光源１２１）の消灯、および、ｉ番目のレーザ光源１２１の点灯を照明制御部１５２に指令する。照明制御部１５２は、その指令に従って、現在点灯しているレーザ光源１２１を消灯し、ｉ番目のレーザ光源１２１を点灯する。そして、図２のステップＳ１と同様の処理により、ｉ番目のレーザ光源１２１から射出される調整光を用いて、被検面の傾きが測定される。
【００６３】
なお、いまの場合、１番目のレーザ光源、すなわち、レーザ光源１２１−１が点灯され、レーザ光源１２１−１から射出される調整光を用いて、被検面の傾きが測定される。
【００６４】
ステップＳ５３において、傾斜測定部１５１は、ステップＳ５２の処理の結果に基づいて、被検面の傾きを測定できたか否かを判定する。具体的には、傾斜測定部１５１は、ベルトランレンズ３１を光路上に挿入した状態で、CCDセンサ３３により被検面で反射された光の集光点が検出できるか否かで判定する。もし、調整光Ｌ１により被検面を照明した場合に集光点が検出できないときは、被検面が鏡面でかつその傾きが開口角の１／２以上となっている。そこで、形状測定装置１０１は、被検面の傾きの近い方角から調整光を入射して被検面の傾きを測定する。被検面の傾きを測定できなかったと判定された場合、処理はステップＳ５４に進む。
【００６５】
ステップＳ５４において、傾斜測定部１５１は、変数ｉの値を１つインクリメントする。
【００６６】
ステップＳ５５において、傾斜測定部１５１は、ｉ≦IMAXであるか否かを判定する。i≦IMAXであると判定された場合、処理はステップＳ５２に戻る。なお、IMAXの値にはレーザ光源１２１の総数が設定され、形状測定装置１０１の場合、IMAXの値は５に設定される。
【００６７】
その後、ステップＳ５３において、被検面の傾きを測定できたと判定されるか、ステップＳ５５において、ｉ＞IMAXであると判定されるまで、ステップＳ５２乃至Ｓ５５の処理が繰り返し実行される。すなわち、点灯するレーザ光源１２１を順番に切り換えながら、被検面の傾きが測定される。
【００６８】
一方、ステップＳ５３において、被検面の傾きが測定できたと判定された場合、処理はステップＳ５６に進む。
【００６９】
そして、ステップＳ５６において、図２のステップＳ３の処理と同様に、被検面の傾きの測定結果に基づいて、ステージ１４の傾きが調整され、ステップＳ５７において、図２のステップＳ４の処理と同様に、被検物２の形状が測定される。その後、形状測定処理は終了する。
【００７０】
一方、ステップＳ５５において、ｉ＞IMAXであると判定された場合、すなわち、どのレーザ光源１２１を用いても、被検面の傾きを測定できなかった場合、被検物２の形状の測定は行われずに、形状測定処理は終了する。その後、例えば、ユーザが目視によりステージ１４の傾きを調整した後、そのまま被検物の形状の測定を行ったり、あるいは、再度ステップＳ５１から処理をやり直したりする。
【００７１】
このようにして、被検面の傾きを自動的に調整できる範囲を拡大することができる。特に、例えば、対物レンズ３０が複数のレンズ群により構成されるなどの要因により、図４に示されるように、撮像光学系の瞳ＰＬが、照明光学系の照明瞳ＰＩより小さい場合に有用である。
【００７２】
なお、以上の説明では、異なるレーザ光源１２１を用いて、照明光学系の照明瞳ＰＩの異なる位置に調整光を入射する例を示したが、例えば、回折格子や遮光板などを用いて、同じ光源からの調整光の照明瞳ＰＩへの入射位置を移動させるようにしてもよい。
【００７３】
また、以上の説明では、レーザ光源１２１を順番に点灯して、被検面の傾きを測定する例を示したが、例えば、各レーザ光源１２１から射出される調整光を個々に識別できるように、それぞれ異なる波長に設定し、全てのレーザ光源１２１を一度に点灯して、被検面の傾きを測定するようにしてもよい。
【００７４】
また、形状測定装置１０１のレーザ光源１２１の数は、その一例であり、任意の数に設定することが可能である。
【００７５】
次に、図６乃至図８を参照して、本発明を適用した形状測定装置の第３の実施の形態について説明する。
【００７６】
図６は、本発明を適用した形状測定装置の第３の実施の形態を示すブロック図である。なお、図中、図１と対応する部分には、同じ符合を付している。
【００７７】
図６の形状測定装置２０１は、図１の形状測定装置１と比較して、測定部１１の代わりに測定部２１１が設けられ、制御部１２の代わりに制御部２１２が設けられている点が異なる。
【００７８】
測定部２１１は、形状測定装置１の測定部１１と比較して、照明装置２２１が設けられている点が異なる。図７に示されるように、照明装置２２１は、筒状の形状を有しており、対物レンズ３０の周囲を囲むように設けられている。照明装置２２１の下面には、例えば、LEDにより構成される光源２７１−１乃至２７１−４が９０度間隔で設けられている。光源２７１−１乃至２７１−４は、個別に点灯または消灯することが可能であり、光源２７１−１乃至２７１−４が発する光（以下、補助光と称する）は、ステージ１４上の被検物２に照射される。なお、以下、光源２７１−１乃至２７１−４を個々に区別する必要がない場合、単に光源２７１と称する。
【００７９】
また、制御部２１２は、形状測定装置１の制御部１２と比較して、傾斜測定部５１の代わりに傾斜測定部２５１が設けられ、照明制御部２５２が追加されている点が異なる。
【００８０】
傾斜測定部２５１は、形状測定装置１の傾斜測定部５１と同様の機能を有している。また、傾斜測定部２５１は、レーザ光源２１および照明装置２２１の各光源２７１の点灯および消灯を照明制御部２５２に指令する。
【００８１】
照明制御部２５２は、傾斜測定部２５１の指令に従って、レーザ光源２１および照明装置２２１の各光源２７１の点灯および消灯を制御する。
【００８２】
次に、図８のフローチャートを参照して、形状測定装置２０１により実行される形状測定処理について説明する。なお、この処理は、例えば、ユーザが、ベルトランレンズ３１を光路上に挿入し、図示せぬ操作部を介してステージ１４の傾きの調整の指令を制御部２１２に入力したとき開始される。
【００８３】
ステップＳ１０１において、形状測定装置１０１は、調整光を用いて、被検面の傾きを測定する。具体的には、傾斜測定部２５１は、レーザ光源２１の点灯を照明制御部２５２に指令する。照明制御部２５２は、その指令に従って、レーザ光源２１を点灯する。そして、図２のステップＳ１と同様の処理により、レーザ光源２１から射出される調整光を用いて、被検面の傾きが測定される。
【００８４】
ステップＳ１０２において、傾斜測定部２５１は、ステップＳ１０１の処理の結果に基づいて、被検面の傾きを測定できたか否かを判定する。被検面の傾きを測定できなかったと判定された場合、処理はステップＳ１０３に進む。
【００８５】
ステップＳ１０３において、傾斜測定部２５１は、変数ｉの値を１に設定する。
【００８６】
ステップＳ１０４において、傾斜測定部２５１は、ｉ番目の補助光を用いて、被検面の傾きを推定する。具体的には、傾斜測定部２５１は、照明装置２２１のｉ番目の光源２７１の点灯を照明制御部２５２に指令する。照明制御部２５２は、その指令に従って、照明装置２２１のｉ番目の光源２７１を点灯する。
【００８７】
ｉ番目の光源から発せられた補助光は、被検物２に直接照射され、被検物２の表面において反射し、対物レンズ３０およびハーフプリズム２９を透過し、ベルトランレンズ３１に入射し、ベルトランレンズ３１により平行光となる。そして、平行光となった補助光は、結像レンズ３２に入射し、結像レンズ３２によりCCDセンサ３３の受光面で結像する。すなわち、ベルトランレンズ３１および結像レンズ３２により、補助光が投影された被検物２の対物レンズ３０の結像側（後焦点面、射出瞳面）瞳像が、CCDセンサ３３の受光面に結像する。
【００８８】
CCDセンサ３３は、制御部２１２の傾斜測定部２５１の制御の基に、ｉ番目の補助光が照射された被検物２の瞳像の画像（以下、補助画像と称する）を撮像し、撮像した補助画像を傾斜測定部２５１に供給する。傾斜測定部２５１は、補助画像における補助光の像の重心の位置を検出し、その位置に基づいて、被検面の傾きを推定する。
【００８９】
なお、いまの場合、１番目の光源２７１−１が点灯され、光源２７１−１から発せられる補助光を用いて、被検面の傾きが推定される。
【００９０】
また、補助光は、調整光と比較して照射範囲が広いため、補助光を用いた被検面の傾きの推定精度は、調整光を用いた被検面の傾きの測定精度より低い値となる。
【００９１】
ステップＳ１０５において、傾斜測定部２５１は、ステップＳ１０４の処理の結果に基づいて、被検面の傾きを推定できたか否かを判定する。被検面の傾きを推定できなかったと判定された場合、処理はステップＳ１０６に進む。
【００９２】
ステップＳ１０６において、傾斜測定部２５１は、変数ｉの値を１つインクリメントする。
【００９３】
ステップＳ１０７において、傾斜測定部２５１は、ｉ≦IMAXであるか否かを判定する。i≦IMAXであると判定された場合、処理はステップＳ１０４に戻る。なお、IMAXの値には、照明装置２２１の光源２７１の総数が設定され、形状測定装置２０１の場合、IMAXの値は４に設定される。
【００９４】
その後、ステップＳ１０５において、被検面の傾きを推定できたと判定されるか、ステップＳ１０７において、ｉ＞IMAXであると判定されるまで、ステップＳ１０４乃至Ｓ１０７の処理が繰り返し実行される。すなわち、点灯する光源２７１を順番に切り換えながら、被検面の傾きが推定される。
【００９５】
一方、ステップＳ１０５において、被検面の傾きを推定できたと判定された場合、処理はステップＳ１０８に進む。
【００９６】
ステップＳ１０８において、図２のステップＳ３の処理と同様に、被検面の傾きの推定結果に基づいて、ステージ１４の傾きが調整される。
【００９７】
その後、処理はステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０１において、再度調整光を用いて、被検物２の傾きが測定される。すなわち、上述したように、補助光を用いた被検面の傾きの推定結果は、調整光を用いた被検面の傾きの測定結果より誤差が大きいため、補助光を用いてステージ１４の傾きを調整した後に、再度調整光を用いてステージ１４の傾きが調整される。
【００９８】
その後、ステップＳ１０２において、被検面の傾きを測定できたと判定されるか、ステップＳ１０７において、ｉ＞IMAXであると判定されるまで、ステップＳ１０１乃至Ｓ１０８の処理が繰り返し実行される。
【００９９】
一方、ステップＳ１０２において、被検面の傾きが測定できたと判定された場合、処理はステップＳ１０９に進む。
【０１００】
そして、ステップＳ１０９において、図２のステップＳ３の処理と同様に、被検面の傾きの測定結果に基づいて、ステージ１４の傾きが調整され、ステップＳ１１０において、図２のステップＳ４の処理と同様に、被検物２の形状が測定される。その後、形状測定処理は終了する。
【０１０１】
一方、ステップＳ１０７において、変数ｉ＞IMAXであると判定された場合、すなわち、照明装置２２１のどの光源２７１を用いても、被検面の傾きを推定できなかった場合、被検物２の形状の測定は行われずに、形状測定処理は終了する。その後、例えば、ユーザが目視によりステージ１４の傾きを調整した後、そのまま被検物の形状の測定を行ったり、あるいは、再度ステップＳ５１から処理をやり直したりする。
【０１０２】
このようにして、被検面の傾きを自動的に調整できる範囲を拡大することができる。
【０１０３】
なお、以上の説明では、照明装置２２１の光源２７１を順番に点灯して、被検面の傾きを推定する例を示したが、例えば、各光源２７１から発せられる補助光をそれぞれ識別できるように、それぞれ異なる波長に設定し、全ての光源２７１を一度に点灯して、被検面の傾きを推定するようにしてもよい。
【０１０４】
次に、図９を参照して、本発明を適用した形状測定装置の第４の実施の形態について説明する。
【０１０５】
図９は、本発明を適用した形状測定装置の第４の実施の形態を示すブロック図である。なお、図中、図１と対応する部分には、同じ符合を付している。
【０１０６】
図９の形状測定装置３０１は、図１の形状測定装置１と比較して、測定部１１の代わりに測定部３１１が設けられ、制御部１２の代わりに制御部３１２が設けられている点が異なる。
【０１０７】
測定部３１１は、形状測定装置１の測定部１１と比較して、レーザ光源２１の代わりにレーザ光源３２１が設けられ、光源２３の代わりに光源３２２が設けられている点が異なる。また、測定部３１１は、測定部１１と比較して、ダイクロイックミラー３２３、瞳結像レンズ３２４およびCCDセンサ３２５が新たに設けられ、ベルトランレンズ３１が設けられていない点が異なる。
【０１０８】
さらに、制御部３１２は、形状測定装置１の制御部１２と比較して、傾斜測定部５１の代わりに傾斜測定部３５１が設けられている点が異なる。
【０１０９】
レーザ光源３２１と光源３２２とは、それぞれ異なる波長の光を発するように設定される。例えば、レーザ光源３２１から射出される調整光の波長が680nmの場合、光源３２２から射出される測定光の波長は450nm〜660nmに設定され、レーザ光源３２１から射出される調整光の波長が900nmの場合、光源３２２から射出される測定光の波長は450nm〜700nmに設定される。
【０１１０】
また、ダイクロイックミラー３２３は、調整光と同じ波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する特性を有する。
【０１１１】
従って、レーザ光源３２１から射出される調整光は、コレクタレンズ２２およびハーフプリズム２８を透過し、ハーフプリズム２９により対物レンズ３０の方向に反射され、対物レンズ３０の像側瞳面に集光する。そして、対物レンズ３０の像側瞳面において集光した調整光は、対物レンズ３０に入射し、対物レンズ３０により平行光となり、対物レンズ３０の光軸と同じ方向から被検物２に照射される。
【０１１２】
被検物２に照射された調整光は、被検物２の表面（すなわち、被検面）において反射し、対物レンズ３０およびハーフプリズム２９を透過し、ダイクロイックミラー３２３により、瞳結像レンズ３２４の方向に反射される。そして、瞳結像レンズ３２４は、調整光が投影された被検物２の対物レンズ３０の結像側（後焦点面、射出瞳面）瞳像を、CCDセンサ３２５の受光面に結像する。
【０１１３】
CCDセンサ３２５は、制御部３１２の傾斜測定部３５１の制御の基に、調整光が照射された被検物２の瞳像の画像（調整画像）を撮像し、撮像した調整画像を傾斜測定部３５１に供給する。
【０１１４】
一方、光源３２２から射出された測定光は、コンデンサレンズ２４により平行光となり、リレーレンズ２５により、被検物２に照射される測定光の合焦面Ｓと像共役な面に集光され、そこに配置された投影パタン板２６に入射する。投影パタン板２６を通過した測定光は、投影パタン板２６と同形状のパタンを有するパタン光となり、リレーレンズ２７により平行光となり、ハーフプリズム２８およびハーフプリズム２９により対物レンズ３０の方向に反射され、対物レンズ３０に入射する。対物レンズ３０は、パタン光を合焦面Ｓに結像させ、投影パタン板２６に形成されているパタンの像を被検物２に投影する。
【０１１５】
被検物２に照射されたパタン光は、被検物２の表面において反射して、対物レンズ３０、ハーフプリズム２９、および、ダイクロイックミラー３２３を透過して、結像レンズ３２に入射する。そして、結像レンズ３２により、パタン光によるパタン像が投影された被検物２の像が、CCDセンサ３３の受光面で結像する。
【０１１６】
CCDセンサ３３は、制御部３１２の形状測定部５２の制御の基に、パタン像が投影された被検物２の画像（観察画像）を撮像し、撮像した観察画像を形状測定部５２に供給する。
【０１１７】
このように、形状測定装置３０１は、調整画像を撮像する撮像光学系と、観察画像を撮像する撮像光学系とが別に設けられており、調整画像と観察画像を同時に撮像することができる。従って、調整画像を用いてステージ１４の傾きを調整しながら、同時に被検物２の形状を測定することができる。例えば、ステージ１４のｚ軸方向の移動に合わせて、ステージ１４の傾きを即時に調整しながら、被検物２の形状を測定することが可能である。
【０１１８】
なお、本発明の第２の実施の形態と第３の実施の形態を組み合わせるようにすることも可能である。また、本発明の第２の実施の形態と第４の実施の形態を組み合わせたり、第３の実施の形態と第４の実施の形態とを組み合わせたり、第２乃至第４の実施の形態を組み合わせたりすることも可能である。
【０１１９】
また、以上の説明では、被検面の傾斜角の測定結果に基づいて自動的にステージ１４の傾きを調整する例を示したが、例えば、ユーザが、被検面の傾斜角の測定結果を参照しながら、傾斜角が０度になるように手動でステージ１４の傾きを調整するようにしてもよい。
【０１２０】
さらに、ステージ１４の傾きの調整を行わずに、被検面の傾斜角が所定の閾値を超えている場合、合焦測度の信頼性が低いと判断して、測定データから除去するようにしても良い。
【０１２１】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態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において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２２】
１  形状測定装置，  ２  被検物，  １１  測定部，  １２  制御部，  １３  駆動部，  １４  ステージ，  ２１  レーザ光源，  ２２  コレクタレンズ，  ２３  光源，  ２４  コンデンサレンズ，  ２５  リレーレンズ，  ２６  投影パタン板，  ２７  リレーレンズ，  ２８  ハーフプリズム，  ２９  ハーフプリズム，  ３０  対物レンズ，  ３１  ベルトランレンズ，  ３２  結像レンズ，  ３３  CCDセンサ，  ５１  傾斜測定部，  ５２  形状測定部，  ５３  調整部，  １０１  形状測定装置，  １１１  測定部，  １１２  制御部，  １２１−１乃至１２１−５  レーザ光源，  １５１  傾斜測定部，  １５２  照明制御部，  ２０１  形状測定装置，  ２１１  測定部，  ２２１  照明装置，  ２１２  制御部，  ２５１  傾斜測定部，  ２５２  照明制御部，  ２７１−１乃至２７１−５  光源，  ３０１  形状測定装置，  ３１１  測定部，  ３１２  制御部，  ３２１  レーザ光源，  ３２２  光源，  ３２３  ダイクロイックミラー，  ３２４  瞳結像レンズ，  ３２５  CCDセンサ，  ３５１  傾斜測定部
【図１】
2010137637.tif 000003
【図２】
2010137637.tif 000004
【図３】
2010137637.tif 000005
【図４】
2010137637.tif 000006
【図５】
2010137637.tif 000007
【図６】
2010137637.tif 000008
【図７】
2010137637.tif 000009
【図８】
2010137637.tif 000010
【図９】
2010137637.tif 000011
【図１０】
2010137637.tif 000012
【図１１】
2010137637.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月25日(2011.11.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パタンが投影された被検物からの光束を集光する対物レンズを有し、前記被検物に投影された前記パタンの像を撮像素子に結像する結像光学系を備え、前記撮像素子で得られた前記パタンが投影された前記被検物の像に基づき、前記被検物の形状を測定する形状測定装置において、
前記被検物の表面の傾きの情報に応じて、前記被検物の各々の位置からの前記パタンの光束のうち、前記対物レンズを介して前記撮像素子に到達する光束の開き角度が所定以上となって前記対物レンズに入射するように、前記対物レンズに対する前記被検物の表面の傾きを変更する測定方向変更部を
備える形状測定装置。
【請求項２】
前記測定方向変更部によって、前記対物レンズを介して前記撮像素子に到達する光束の開き角度が所定以上となった状態で、前記パタンの像における前記撮像素子からの画像信号を基に合焦度を取得することで、前記被検物の形状を測定する測定部を
さらに備える請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記対物レンズを介して前記パタンを投影する投影光学系を
さらに備える請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記被検物の表面に所定の方向から平行光束を照射する照明光学系と、
前記平行光束の前記被検物の表面での反射光を収斂する集束光学系と、
前記集束光学系により収斂された前記平行光束の集光スポット位置から、前記対物レンズの光軸に対する前記被検物の表面の傾きを取得する傾き情報取得部と
を備える傾斜情報取得部を
さらに備える請求項１乃至３のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記照明光学系は、
前記投影光学系の瞳の位置または前記瞳の位置と共役な位置に設けられた光源と、
前記対物レンズと
からなり、
前記傾き情報取得部は、
前記結像光学系の瞳の位置または前記瞳の位置と共役な位置に設けられた瞳像撮像部と、
前記瞳像撮像部により取得される光スポットの位置から前記被検物の表面の前記対物レンズの光軸に対する傾きを算出する傾き情報算出部と
を備える請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項６】
パタンの像を被検物に投影する投影光学系と、前記パタンの像が投影された前記被検物の画像である第１の画像を撮像する撮像部とを備え、前記第１の画像を用いて合焦点法により前記被検物の形状を測定する形状測定装置において、
所定の方向から前記被検物に平行光束を照射する照明光学系と、
前記撮像部の瞳における前記被検物の瞳像を結像する瞳像結像部と、
前記瞳像結像部により結像された前記被検物の瞳像を撮像する瞳像撮像部と、
前記瞳像撮像部で撮像された第２の画像に基づいて、前記被検物の表面の傾きを測定する測定部と
を備える形状測定装置。
【請求項７】
前記瞳像結像部は、
前記撮像部が備える対物レンズと結像レンズとの間において、前記撮像部の光路に抜き差し可能なベルトランレンズと、
前記結像レンズと
を備え、
前記瞳像撮像部は、前記撮像部が備える撮像手段により構成される
請求項６に記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記瞳像結像部および前記瞳像撮像部は、前記撮像部とは別に設けられる
請求項６に記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記照明光学系は、前記照明光学系の照明瞳の異なる位置に前記平行光束を入射し、複数の異なる方向から前記平行光束を前記被検物に照射することが可能である
請求項６に記載の形状測定装置。
【請求項１０】
前記平行光束は、対物レンズを介して前記被検物に照射され、
前記対物レンズの周囲から前記被検物に照明光を照射する照明部を
さらに備え、
前記測定部は、前記第２の画像を用いて前記被検物の表面の傾きを測定できない場合、前記照明光が照射された前記被検物の瞳像を撮像した画像である第３の画像における前記照明光の像の位置に基づいて、前記被検物の表面の傾きを推定する
請求項６に記載の形状測定装置。
【請求項１１】
前記被検物の表面の傾きに基づいて、前記撮像部の光軸に対して前記被検物の表面が垂直になるように、前記被検物が載置されているステージの傾きを調整する調整部を
さらに備える請求項６乃至１０のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項１２】
被検物の表面にパタンを投影して、前記被検物の表面に投影された前記パタンの像から求められる前記被検物の表面の各位置における合焦度に基づき、前記被検物の形状を測定する形状測定方法において、
前記被検物の表面の傾斜情報を取得するステップと、
前記被検物の表面の傾斜情報に応じて、前記被検物の各々の位置に投影されたパタンの光束のうち、結像光学系の対物レンズを介して前記撮像素子に到達する光束の開き角度が所定以上となって前記対物レンズに入射するように、前記対物レンズに対する前記被検物の表面の傾きを変更するステップと、
前記結像光学系で得られた前記被検物の像の各々の位置の合焦度を取得することで、前記被検物の形状を測定するステップと
を有する被検物の形状測定方法。
【請求項１３】
被加工物を形状創成する形状創成工程と、
前記形状創成された被加工物を被検物として、請求項１２に記載の形状測定方法で形状を測定する形状測定工程と
を有する物品の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の第１の側面の形状測定装置は、パタンが投影された被検物からの光束を集光する対物レンズを有し、前記被検物に投影された前記パタンの像を撮像素子に結像する結像光学系を備え、前記撮像素子で得られた前記パタンが投影された前記被検物の像に基づき、前記被検物の形状を測定する形状測定装置において、前記被検物の表面の傾きの情報に応じて、前記被検物の各々の位置からの前記パタンの光束のうち、前記対物レンズを介して前記撮像素子に到達する光束の開き角度が所定以上となって前記対物レンズに入射するように、前記対物レンズに対する前記被検物の表面の傾きを変更する測定方向変更部を備える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の第２の側面の形状測定装置は、パタンの像を被検物に投影する投影光学系と、前記パタンの像が投影された前記被検物の画像である第１の画像を撮像する撮像部とを備え、前記第１の画像を用いて合焦点法により前記被検物の形状を測定する形状測定装置において、所定の方向から前記被検物に平行光束を照射する照明光学系と、前記撮像部の瞳における前記被検物の瞳像を結像する瞳像結像部と、前記瞳像結像部により結像された前記被検物の瞳像を撮像する瞳像撮像部と、前記瞳像撮像部で撮像された第２の画像に基づいて、前記被検物の表面の傾きを測定する測定部とを備える。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の第３の側面の形状測定方法は、被検物の表面にパタンを投影して、前記被検物の表面に投影された前記パタンの像から求められる前記被検物の表面の各位置における合焦度に基づき、前記被検物の形状を測定する形状測定方法において、前記被検物の表面の傾斜情報を取得するステップと、前記被検物の表面の傾斜情報に応じて、前記被検物の各々の位置に投影されたパタンの光束のうち、結像光学系の対物レンズを介して前記撮像素子に到達する光束の開き角度が所定以上となって前記対物レンズに入射するように、前記対物レンズに対する前記被検物の表面の傾きを変更するステップと、前記結像光学系で得られた前記被検物の像の各々の位置の合焦度を取得することで、前記被検物の形状を測定するステップとを有する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の第４の製造方法は、被加工物を形状創成する形状創成工程と、前記形状創成された被加工物を被検物として、本発明の第３の側面の形状測定方法で形状を測定する形状測定工程とを有する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の第１の側面においては、被検物の表面の傾きの情報に応じて、前記被検物の各々の位置からのパタンの光束のうち、対物レンズを介して撮像素子に到達する光束の開き角度が所定以上となって前記対物レンズに入射するように、前記対物レンズに対する前記被検物の表面の傾きが変更される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明の第２の側面においては、所定の方向から被検物に平行光束が照射され、平行光束が照射された被検物の瞳像が結像され、結像された前記被検物の瞳像が撮像され、撮像された第２の画像に基づいて、被検物の表面の傾きが測定される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明の第３の側面においては、被検物の表面の傾斜情報が取得され、前記被検物の表面の傾斜情報に応じて、前記被検物の各々の位置に投影されたパタンの光束のうち、結像光学系の対物レンズを介して前記撮像素子に到達する光束の開き角度が所定以上となって前記対物レンズに入射するように、前記対物レンズに対する前記被検物の表面の傾きが変更され、前記結像光学系で得られた前記被検物の像の各々の位置の合焦度が取得され、前記被検物の形状が測定される。
【国際調査報告】
2010137637.tif 000014
2010137637.tif 000015
2010137637.tif 000016
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