(57)【要約】      （修正有）【課題】操作者の習熟度によらず、かつ装置コストの増加を招くことなく、容易、迅速、かつ正確に焦点調整及び傾斜角度調整を行う。【解決手段】被測定面の各点に照射される測定光の光路長を変化させながら撮影部により取得される干渉縞に基づいて被測定面の各点のｚ軸方向の干渉縞位置を検出することで測定対象物の表面形状を測定する表面形状測定装置の測定準備アライメント方法であって、測定光軸に対する被測定面の傾斜角度を予め設定した設定傾斜角度θ２に意図的に傾斜させる意図的傾斜工程Ｓ１０と、設定傾斜角度θ２に傾斜された被測定面の各点に照射される測定光の光路長を変化させながら撮影部によって干渉縞を探索する干渉縞探索工程Ｓ１４と、探索して得られた干渉縞から干渉縞位置を検出する干渉縞位置検出工程Ｓ１６と、検出した干渉縞位置に光学部のピント位置が合うように調整する焦点調整工程Ｓ２０と、を有する。【選択図】図６
2018115988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物を支持する支持部と、
白色光を出射する光源部、前記光源部からの白色光を測定光と参照光とに分割して前記測定光を前記測定対象物の被測定面に照射するとともに前記参照光を参照面に照射し、前記被測定面から戻る測定光と前記参照面から戻る前記参照光とを干渉させた干渉光を生成する干渉部、及び前記被測定面の各点に照射された前記測定光と前記参照光との干渉光の輝度情報から干渉縞を取得する干渉縞取得部を有する光学部と、を備え、
前記被測定面の各点に照射される前記測定光の光路長を変化させながら前記干渉縞取得部により取得される干渉縞に基づいて前記被測定面の各点の前記測定光軸方向の干渉縞位置を検出することで前記測定対象物の表面形状を測定する表面形状測定装置の測定準備アライメント方法であって、
前記測定光軸に対する前記被測定面の傾斜角度を予め設定した設定傾斜角度に意図的に傾斜させる意図的傾斜工程と、
前記設定傾斜角度に傾斜された前記被測定面の各点に照射される前記測定光の光路長を変化させながら前記干渉縞取得部によって干渉縞を探索する干渉縞探索工程と、
前記探索して得られた干渉縞から干渉縞位置を検出する干渉縞位置検出工程と、
前記検出した干渉縞位置に前記光学部のピント位置が合うように調整する焦点調整工程と、を有する表面形状測定装置の測定準備アライメント方法。
【請求項２】
測定対象物を支持する支持部と、
白色光を出射する光源部、前記光源部からの白色光を測定光と参照光とに分割して前記測定光を前記測定対象物の被測定面に照射するとともに前記参照光を参照面に照射し、前記被測定面から戻る測定光と前記参照面から戻る前記参照光とを干渉させた干渉光を生成する干渉部、及び前記被測定面の各点に照射された前記測定光と前記参照光との干渉光の輝度情報から干渉縞を取得する干渉縞取得部を有する光学部と、を備え、
前記被測定面の各点に照射される前記測定光の光路長を変化させながら前記干渉縞取得部により取得される干渉縞に基づいて前記被測定面の各点の前記測定光軸方向の干渉縞位置を検出することで前記測定対象物の表面形状を測定する表面形状測定装置の測定準備アライメント方法であって、
前記測定光軸に対する前記被測定面の傾斜角度を予め設定された設定傾斜角度に意図的に傾斜させる意図的傾斜工程と、
前記設定傾斜角度に傾斜された前記被測定面の各点に照射される前記測定光の光路長を変化させながら前記干渉縞取得部によって干渉縞を探索する干渉縞探索工程と、
前記探索して得られた干渉縞から干渉縞位置を検出する干渉縞位置検出工程と、
前記検出した干渉縞位置から前記被測定面を前記測定光軸に対して校正するための修正角度を求め、求めた修正角度に基づいて前記被測定面の傾斜角度を調整する傾斜角度調整工程と、を有する表面形状測定装置の測定準備アライメント方法。
【請求項３】
測定対象物を支持する支持部と、
白色光を出射する光源部、前記光源部からの白色光を測定光と参照光とに分割して前記測定光を前記測定対象物の被測定面に照射するとともに前記参照光を参照面に照射し、前記被測定面から戻る測定光と前記参照面から戻る前記参照光とを干渉させた干渉光を生成する干渉部、及び前記被測定面の各点に照射された前記測定光と前記参照光との干渉光の輝度情報から干渉縞を取得する干渉縞取得部を有する光学部と、を備え、
前記被測定面の各点に照射される前記測定光の光路長を変化させながら前記干渉縞取得部により取得される干渉縞に基づいて前記被測定面の各点の前記測定光軸方向の干渉縞位置を検出することで前記測定対象物の表面形状を測定する表面形状測定装置の測定準備アライメント方法であって、
前記前記測定光軸に対する前記被測定面の傾斜角度を予め設定した設定傾斜角度に意図的に傾斜させる意図的傾斜工程と、
前記設定傾斜角度に傾斜された前記被測定面の各点に照射される前記測定光の光路長を変化させながら前記干渉縞取得部によって干渉縞を探索する干渉縞探索工程と、
前記探索して得られた干渉縞から干渉縞位置を検出する干渉縞位置検出工程と、
前記検出した干渉縞位置に前記光学部のピント位置が合うように調整する焦点調整工程と、
前記検出した干渉縞位置から前記被測定面を前記測定光軸に対して校正するための修正角度を求め、求めた修正角度に基づいて前記被測定面の傾斜角度を調整する傾斜角度調整工程と、を有する表面形状測定装置の測定準備アライメント方法。
【請求項４】
前記設定傾斜角度は、ｔａｎ（θ２）＝Ｎ*λ／Ｌの式から求める請求項１から３の何れか１項に記載の表面形状測定装置の測定準備アライメント方法。
ただし、θ２：設定傾斜角度、Ｎ：撮像面に観察したい干渉縞の本数、λ：測定光の中心波長、Ｌ：撮像面のｘ軸方向（又はｙ軸方向）の視野長さ
【請求項５】
前記意図的傾斜工程は、
前記被測定面のｘ軸方向に対する傾斜角度を予め設定された設定傾斜角度に意図的に傾斜させて前記干渉縞探索工程から前記傾斜角度調整工程までを行うｘ軸傾斜角度調整と、
前記被測定面のｙ軸方向に対する傾斜角度を予め設定された設定傾斜角度に意図的に傾斜させて前記干渉縞探索工程から前記傾斜角度調整工程までを行うｙ軸傾斜角度調整と、の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載の表面形状測定装置の測定準備アライメント方法。
【請求項６】
前記意図的傾斜工程において、前記被測定面のｘ軸とｙ軸とで形成される直角を２等分する２等分軸に対する傾斜角度を予め設定された設定傾斜角度に意図的に傾斜させて、前記干渉縞探索工程から前記傾斜角度調整工程までを行うことによって、ｘ軸傾斜角度調整とｙ軸傾斜角度調整とを同時に行う請求項２から４の何れか１項に記載の表面形状測定装置の測定準備アライメント方法。
【請求項７】
前記意図的傾斜工程において、前記被測定面のｘ軸とｙ軸とで形成される直角を２等分する２等分軸に対する傾斜角度を予め設定された設定傾斜角度に意図的に傾斜させて、前記干渉縞探索工程から前記傾斜角度調整工程までを行うことによって、焦点調整とｘ軸傾斜角度調整とｙ軸傾斜角度調整とを同時に行う請求項３又は４に記載の表面形状測定装置の測定準備アライメント方法。
【請求項８】
測定対象物を支持する支持部と、
白色光を出射する光源部、前記光源部からの白色光を測定光と参照光とに分割して前記測定光を前記測定対象物の被測定面に照射するとともに前記参照光を参照面に照射し、前記被測定面から戻る測定光と前記参照面から戻る前記参照光とを干渉させた干渉光を生成する干渉部、及び前記被測定面の各点に照射された前記測定光と前記参照光との干渉光の輝度情報から干渉縞を取得する干渉縞取得部を有する光学部と、
前記測定光の測定光軸に対して前記被測定面を相対的に傾動させる傾動手段と、を備え、
前記被測定面の各点に照射される前記測定光の光路長を変化させながら前記干渉縞取得部により取得される干渉縞に基づいて前記被測定面の各点の前記測定光軸方向の干渉縞位置を検出することで前記測定対象物の表面形状を測定する表面形状測定装置であって、
前記測定光軸に対する前記被測定面の傾斜角度を予め設定した設定傾斜角度に意図的に傾斜させる意図的傾斜動作と、
前記設定傾斜角度に傾斜された前記被測定面の各点に照射される前記測定光の光路長を変化させながら前記干渉縞取得部によって干渉縞を探索する干渉縞探索動作と、
前記探索して得られた干渉縞から干渉縞位置を検出する干渉縞位置検出動作と、
前記検出した干渉縞位置に前記光学部のピント位置が合うように調整する焦点調整動作と、
前記検出した干渉縞位置から前記被測定面を前記測定光軸に対して校正するための修正角度を求めて前記傾動手段を前記求めた修正角度分駆動して前記被測定面の傾斜角度を調整する傾斜角度調整動作と、の測定準備動作プログラムを制御する測定準備制御部を有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、表面形状測定装置の測定準備アライメント方法及び表面形状測定装置に係り、特に走査型白色干渉計を用いた表面形状測定装置において、焦点調整及び測定対象物の被測定面の傾斜角度調整の測定準備を行う表面形状測定装置における測定準備アライメント方法及び表面形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面形状測定装置は、測定対象物の被測定面の３次元形状を測定する装置であり、走査型白色干渉計を用いたものが知られている。
【０００３】
走査型白色干渉計は、特許文献１に記載されているように、波長幅が広い白色光（可干渉性の少ない低コヒーレンス光）を光源として用い、マイケルソン型やミロー型などの干渉計を用いて測定対象物の被測定面の３次元形状を非接触により測定する。
【０００４】
特許文献１に記載のように、マイケルソン型の走査型白色干渉計は、測定対象物（試料）の被測定面に対向して配置されるマイケルソン型干渉計と、被測定面を照明する白色光を出射する白色光源と、マイケルソン型干渉計により生成された干渉光を撮影するＣＣＤカメラ等を備える。
【０００５】
マイケルソン型干渉計は、光学顕微鏡の構成要素としての対物レンズと、対物レンズと被測定面との間に配置されるビームスプリッタと、参照ミラーとを有する。白色光源からマイケルソン干渉計に入射した白色光は、対物レンズを透過してビームスプリッタにより測定光と参照光とに分割され、測定光は被測定面に照射され、参照光は参照ミラーに照射される。そして、被測定面から戻る測定光と参照ミラーから戻る参照光とが重ね合わされて干渉光が生成され、その干渉光が対物レンズを通過してマイケルソン干渉計からＣＣＤカメラへと出射される。
【０００６】
これにより、ＣＣＤカメラの撮像面には、干渉縞像が結像され、その干渉縞像が干渉縞としてＣＣＤカメラの撮像素子により取得される。そして、マイケルソン型干渉計を被測定面に対して高さ方向に変位させながら干渉縞を取得し、干渉縞の各画素について輝度値が最大値を示すときの変位量を検出することで被測定面の各点の相対的な高さが測定される。
【０００７】
ところで、上述のような走査型白色干渉計において、測定前の準備作業である測定準備アライメントとして、測定対象物がステージ上に載置された後、焦点調整及び傾斜角度調整を行う。
【０００８】
焦点調整は干渉縞が観察可能な光学系のピント位置に、測定対象物の被測定面がくるように測定走査軸を駆動するアライメントであり、傾斜角度調整は測定対象物の被測定面が水平、即ち測定光軸に対して直交するようにステージの傾斜角度を調整するアライメントである。
【０００９】
そして、表面形状測定を高速化するためには、この測定準備アライメントはできるだけ短時間で行う必要がある。
【００１０】
しかし、従来では、このような測定準備アライメントは、操作者がＣＣＤカメラにより取得される干渉縞の状態を目視により確認しながら行っている。このため、操作者の習熟度によって調整に要する時間や、アライメントの正確度にばらつきが生じてしまうという問題があった。
【００１１】
このため、特許文献２では、例えば傾斜角度調整のばらつき対策として、干渉縞を撮像するカメラとは別に傾斜角度調整のための専用のカメラを別途設置する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１３−１９７６７号公報
【特許文献２】特開２０１６−１３６０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、傾斜角度調整に専用のカメラを別途設置する方法は装置コストの増加につながるため、得策とは言えない。
【００１４】
また、表面形状測定の高速化のために測定準備アライメントを短時間で行う場合、光学部での画像取得間隔（画像サンプリング間隔）を広くする必要があるが、画像取得間隔を広くすると干渉縞の探索が難しくなる。特に、測定準備アライメント前における測定対象物の被測定面が測定光軸に直交する水平面に対して微小な傾斜角度を有している場合に、干渉縞の探索が難しいという問題がある。したがって、特に、焦点調整を自動で調整する機能（オートフォーカス）を実装する装置において、被測定面が測定光軸に直交する水平面に対して微小な傾斜角度を有している場合には、干渉縞を利用してピント位置を検出することが困難であった。
【００１５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、操作者の習熟度によらず、かつ装置コストの増加を招くことなく、容易、迅速、かつ正確に焦点調整及び傾斜角度調整の測定準備アライメントを行うことができ、特にオートフォーカス機構を実装した装置において有効な表面形状測定装置の測定準備アライメント方法及び表面形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一態様に係る表面形状測定装置の測定準備アライメント方法は目的を達成するために、測定対象物を支持する支持部と、白色光を出射する光源部、光源部からの白色光を測定光と参照光とに分割して測定光を前記測定対象物の被測定面に照射するとともに参照光を参照面に照射し、被測定面から戻る測定光と参照面から戻る参照光とを干渉させた干渉光を生成する干渉部、及び被測定面の各点に照射された測定光と参照光との干渉光の輝度情報から干渉縞を取得する干渉縞取得部を有する光学部と、を備え、被測定面の各点に照射される測定光の光路長を変化させながら干渉縞取得部により取得される干渉縞に基づいて被測定面の各点の測定光軸方向の干渉縞位置を検出することで測定対象物の表面形状を測定する表面形状測定装置の測定準備アライメント方法であって、測定光軸に対する前記被測定面の傾斜角度を予め設定した設定傾斜角度に意図的に傾斜させる意図的傾斜工程と、設定傾斜角度に傾斜された被測定面の各点に照射される測定光の光路長を変化させながら干渉縞取得部によって干渉縞を探索する干渉縞探索工程と、前記探索して得られた干渉縞から干渉縞位置を検出する干渉縞位置検出工程と、検出した干渉縞位置に前記光学部のピント位置が合うように調整する焦点調整工程と、を有する。
【００１７】
本発明の態様によれば、意図的傾斜工程において、測定光軸に対する被測定面の傾斜角度を予め設定した設定傾斜角度に意図的に傾斜させた状態で、干渉縞探索工程において被測定面の各点に照射される測定光の光路長を変化させながら干渉縞を探索するようにした。これにより、干渉縞を容易、迅速、かつ正確に探索して焦点調整に必要な干渉縞位置を検出することができる。特に、測定準備アライメント前における測定対象物の被測定面が測定光軸に対して微小な傾斜角度を有している場合であっても、焦点調整に必要な干渉縞を容易、迅速、かつ正確に見つけ出すことができる。これにより、焦点調整を短時間で行うことができる。
【００１８】
また、本発明の別態様に係る表面形状測定装置の測定準備アライメント方法は目的を達成するために、測定対象物を支持する支持部と、白色光を出射する光源部、光源部からの白色光を測定光と参照光とに分割して測定光を前記測定対象物の被測定面に照射するとともに参照光を参照面に照射し、被測定面から戻る測定光と参照面から戻る参照光とを干渉させた干渉光を生成する干渉部、及び被測定面の各点に照射された測定光と参照光との干渉光の輝度情報から干渉縞を取得する干渉縞取得部を有する光学部と、を備え、被測定面の各点に照射される測定光の光路長を変化させながら干渉縞取得部により取得される干渉縞に基づいて被測定面の各点の測定光軸方向の干渉縞位置を検出することで測定対象物の表面形状を測定する表面形状測定装置の測定準備アライメント方法であって、測定光軸に対する被測定面の傾斜角度を予め設定された設定傾斜角度に意図的に傾斜させる意図的傾斜工程と、設定傾斜角度に傾斜された被測定面の各点に照射される測定光の光路長を変化させながら干渉縞取得部によって干渉縞を探索する干渉縞探索工程と、探索して得られた干渉縞から干渉縞位置を検出する干渉縞位置検出工程と、検出した干渉縞位置から被測定面を測定光軸に対して校正するための修正角度を求め、求めた修正角度に基づいて被測定面の傾斜角度を調整する傾斜角度調整工程と、を有する。
【００１９】
本発明の態様によれば、意図的傾斜工程において、測定光軸に対する被測定面の傾斜角度を予め設定した設定傾斜角度に意図的に傾斜させた状態で、干渉縞探索工程において被測定面の各点に照射される測定光の光路長を変化させながら干渉縞を探索するようにした。これにより、干渉縞を容易、迅速、かつ正確に探索して傾斜角度調整に必要な干渉縞位置の移動（位置の変化）を検出することができる。特に、測定準備アライメント前における測定対象物の被測定面が測定光軸に対して微小な傾斜角度を有している場合であっても、干渉縞位置の移動を検出することができる。これにより、傾斜角度調整を短時間で行うことができる。
【００２０】
また、本発明の別態様に係る表面形状測定装置の測定準備アライメント方法は目的を達成するために、測定対象物を支持する支持部と、白色光を出射する光源部、光源部からの白色光を測定光と参照光とに分割して測定光を測定対象物の被測定面に照射するとともに参照光を参照面に照射し、被測定面から戻る測定光と参照面から戻る参照光とを干渉させた干渉光を生成する干渉部、及び被測定面の各点に照射された測定光と参照光との干渉光の輝度情報から干渉縞を取得する干渉縞取得部を有する光学部と、を備え、被測定面の各点に照射される測定光の光路長を変化させながら干渉縞取得部により取得される干渉縞に基づいて被測定面の各点の測定光軸方向の干渉縞位置を検出することで測定対象物の表面形状を測定する表面形状測定装置の測定準備アライメント方法であって、測定光軸に対する被測定面の傾斜角度を予め設定した設定傾斜角度に意図的に傾斜させる意図的傾斜工程と、設定傾斜角度に傾斜された被測定面の各点に照射される測定光の光路長を変化させながら干渉縞取得部によって干渉縞を探索する干渉縞探索工程と、探索して得られた干渉縞から干渉縞位置を検出する干渉縞位置検出工程と、検出した干渉縞位置に光学部のピント位置が合うように調整する焦点調整工程と、検出した干渉縞位置から被測定面を測定光軸に対して校正するための修正角度を求め、求めた修正角度に基づいて被測定面の傾斜角度を調整する傾斜角度調整工程と、を有する。
【００２１】
本発明の態様によれば、意図的傾斜工程において、測定光軸に対する被測定面の傾斜角度を予め設定した設定傾斜角度に意図的に傾斜させた状態で、干渉縞探索工程において被測定面の各点に照射される測定光の光路長を変化させながら干渉縞を探索するようにした。これにより、干渉縞を容易、迅速、かつ正確に探索して、焦点調整に必要な干渉縞位置及び傾斜角度調整に必要な干渉縞位置の移動（位置の変化）を検出することができる。特に、測定準備アライメント前における測定対象物の被測定面が測定光軸に対して微小な傾斜角度を有している場合であっても容易、迅速、かつ正確に見つけ出すことができる。これにより、焦点調整及び傾斜角度調整を短時間で行うことができる。
【００２２】
本発明の別態様として、設定傾斜角度は、ｔａｎ（θ２）＝Ｎ*λ／Ｌの式から求めることが好ましい。ただし、θ２：設定傾斜角度、Ｎ：撮像面に観察したい干渉縞の本数、λ：測定光の中心波長、Ｌ：撮像面のｘ軸方向（又はｙ軸方向）の視野長さ、
また、本発明の別態様として、意図的傾斜工程は、被測定面のｘ軸方向に対する傾斜角度を予め設定された設定傾斜角度に意図的に傾斜させて干渉縞探索工程から傾斜角度調整工程までを行うｘ軸傾斜角度調整と、被測定面のｙ軸方向に対する傾斜角度を予め設定された設定傾斜角度に意図的に傾斜させて干渉縞探索工程から傾斜角度調整工程までを行うｙ軸傾斜角度調整と、の少なくとも一方を含むことが好ましい。
【００２３】
また、本発明の別態様として、意図的傾斜工程において、被測定面のｘ軸とｙ軸とで形成される直角を２等分する２等分軸に対する傾斜角度を予め設定された設定傾斜角度に意図的に傾斜させて、干渉縞探索工程から傾斜角度調整工程までを行うことによって、ｘ軸傾斜角度調整とｙ軸傾斜角度調整とを同時に行うことが好ましい。
【００２４】
このようにｘ軸傾斜角度調整とｙ軸傾斜角度調整とを同時に行うことができるので、測定準備アライメントに要する時間を一層短縮することができる。
【００２５】
また、本発明の別態様として、意図的傾斜工程において、被測定面のｘ軸とｙ軸とで形成される直角を２等分する２等分軸に対する傾斜角度を予め設定された設定傾斜角度に意図的に傾斜させて、干渉縞探索工程から前記傾斜角度調整工程までを行うことによって、焦点調整とｘ軸傾斜角度調整とｙ軸傾斜角度調整とを同時に行うことが好ましい。
【００２６】
このように焦点調整とｘ軸傾斜角度調整とｙ軸傾斜角度調整とを同時に行うことができるので、測定準備アライメントに要する時間を更に一層短縮することができる。
【００２７】
また、本発明の一態様に係る表面形状測定装置は目的を達成するために、測定対象物を支持する支持部と、白色光を出射する光源部、光源部からの白色光を測定光と参照光とに分割して測定光を前記測定対象物の被測定面に照射するとともに参照光を参照面に照射し、被測定面から戻る測定光と前記参照面から戻る前記参照光とを干渉させた干渉光を生成する干渉部、及び被測定面の各点に照射された測定光と参照光との干渉光の輝度情報から干渉縞を取得する干渉縞取得部を有する光学部と、測定光の測定光軸に対して被測定面を相対的に傾動させる傾動手段と、を備え、被測定面の各点に照射される測定光の光路長を変化させながら干渉縞取得部により取得される干渉縞に基づいて被測定面の各点の測定光軸方向の干渉縞位置を検出することで測定対象物の表面形状を測定する表面形状測定装置であって、測定光軸に対する被測定面の傾斜角度を予め設定した設定傾斜角度に意図的に傾斜させる意図的傾斜動作と、設定傾斜角度に傾斜された被測定面の各点に照射される測定光の光路長を変化させながら干渉縞取得部によって干渉縞を探索する干渉縞探索動作と、探索して得られた干渉縞から干渉縞位置を検出する干渉縞位置検出動作と、検出した干渉縞位置に光学部のピント位置が合うように調整する焦点調整動作と、検出した干渉縞位置から被測定面を測定光軸に対して校正するための修正角度を求めて傾動手段を求めた修正角度分駆動して被測定面の傾斜角度を調整する傾斜角度調整動作と、の測定準備動作プログラムを制御する測定準備制御部を有する。
【００２８】
本発明の態様によれば、意図的傾斜動作と、干渉縞探索動作と、渉縞位置検出動作と、焦点調整動作と、修正角度演算動作と、傾斜角度調整動作と、の測定準備動作プログラムを制御する測定準備制御部を設けた。これにより、干渉縞を容易、迅速、かつ正確に探索して、焦点調整に必要な干渉縞位置及び傾斜角度調整に必要な干渉縞位置の移動（位置の変化）を検出することができる。したがって、焦点調整及び傾斜角度調整を短時間で行うことができる。特に、測定準備アライメント前における測定対象物の被測定面が測定光軸に対して微小な傾斜角度を有している場合であっても、容易、迅速、かつ正確に見つけ出すことができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の表面形状測定装置の測定準備アライメント方法及び表面形状測定装置によれば、操作者の習熟度によらず、かつ装置コストの増加を招くことなく、容易、迅速、かつ正確に焦点調整及び傾斜角度調整の測定準備アライメントを行うことができる。
【００３０】
特にオートフォーカス機構を実装した表面形状測定装置において有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態の表面形状測定装置（走査型白色干渉計）の全体構成図
【図２】撮像素子の撮像面のｘｙ座標上における干渉縞の画素配列を示した図
【図３】干渉部のｚ位置と輝度値との関係及び干渉縞曲線を例示した図
【図４】被測定面の異なる点の異なるｚ座標値と干渉縞曲線との関係を例示した図
【図５】被測定面が測定光軸に対して微小角度傾斜している場合の干渉縞探索の困難性を示した図
【図６】測定準備アライメントの処理手順を説明するフローチャート
【図７】測定準備アライメントを説明する模式図
【図８】撮像素子の撮像面のｘｙ座標上における干渉縞の画素配列を示した図であり、基準領域の設定例等を示した図
【図９】測定準備アライメントにおける被測定面の意図的な設定傾斜角度の設定方法の説明図
【図１０】測定準備アライメントの焦点調整において被測定面を設定傾斜角度に意図的に傾斜した場合としない場合との干渉縞探索の違いを説明する説明図
【図１１】選出画素の干渉縞曲線の表示例を示した図
【図１２】撮像素子の撮像面のｘｙ座標上の干渉縞における画素配列を示した図であり、ｘ軸レベリング調整領域の設定例等を示した図
【図１３】測定準備アライメントの傾斜角度調整において被測定面を設定傾斜角度に意図的に傾斜した場合としない場合との干渉縞探索の違いを説明する説明図
【図１４】ｘ軸レベリング調整における選出画素の干渉縞曲線の表示例を示した図
【図１５】撮像素子の撮像面のｘｙ座標上に干渉縞の画素配列を示した図であり、ｙ軸レベリング調整領域の設定例等を示した図
【図１６】ｙ軸レベリング調整における選出画素の干渉縞曲線の表示例を示した図
【図１７】ｘ軸レベリング調整及びｙ軸レベリング調整を実施した後の選出画素の干渉縞曲線の表示例を示した図
【図１８】ｘ軸レベリング調整とｙ軸レベリング調整とを同時に行う場合の設定傾斜角度の設定方法を説明する説明図
【図１９】表面形状測定の全体処理手順を説明するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付図面にしたがって本発明の表面形状測定装置の測定準備アライメント方法及び表面形状測定装置の好ましい実施の形態について説明する。
【００３３】
本発明は以下の好ましい実施の形態により説明される。本発明の範囲を逸脱することなく、多くの手法により変更を行うことができ、本実施の形態以外の他の実施の形態を利用することができる。したがって、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。
【００３４】
ここで、図中、同一の記号で示される部分は、同様の機能を有する同様の要素である。また、本明細書中で、数値範囲を“  〜  ”を用いて表す場合は、“  〜  ”で示される上限、下限の数値も数値範囲に含むものとする。
【００３５】
［表面形状測定装置］
図１は、本発明の実施の形態の表面形状測定装置の全体構成を示した構成図である。
【００３６】
同図における表面形状測定装置１は、マイケルソン型の干渉計を用いて測定対象物Ｐの表面形状等を非接触により３次元測定する所謂、マイケルソン型の走査型白色干渉計（顕微鏡）であり、測定対象物Ｐの干渉縞（干渉画像）を取得する光学部２と、測定対象物Ｐが載置されるステージ１０と、光学部２の各種制御や光学部２により取得された干渉縞像に基づいて各種演算処理を行うパーソナルコンピュータ等の演算処理装置からなる処理部１８等を備える。
【００３７】
なお、本実施の形態では、マイケルソン型の走査型白色干渉計の例で説明するが、周知のミロー型の走査型白色干渉計であってもよい。また、測定対象物Ｐが配置される測定空間において、互いに直交する水平方向の２つの座標軸をｘ軸（紙面に平行する軸）とｙ軸（紙面に直交する軸）とし、ｘ軸及びｙ軸に直交する鉛直方向の座標軸をｚ軸（測定光軸方向）とする。ｚ軸は後記する測定光軸Ｚ−０に平行である。
【００３８】
ステージ１０は、ｘ軸及びｙ軸に略平行する平坦面であって測定対象物Ｐを載置するステージ面１０Ｓを有する。また、ステージ１０は、ステージ面１０Ｓの水平面に対する傾斜角度（ｚ軸に対する傾斜角度）を変更する傾動手段３５を備えており、ステージ面１０Ｓ（ステージ１０）は、傾動手段３５により、ｘ軸に平行なｘ回転軸３０の周りとｙ軸に平行なｙ回転軸３２の周りに回転可能に設けられる。
【００３９】
そして、ステージ面１０Ｓは、ｘアクチュエータ３４の駆動によりｘ回転軸３０周りに回転し、ｙアクチュエータ３６の駆動によりｙ回転軸３２周りに回転する。このステージ面１０Ｓのｘ回転軸３０周りの回転及びｙ回転軸３２周りの回転によって、後述のように測定対象物Ｐの上面である被測定面Ｓの傾斜角度を調整する。
【００４０】
なお、ｘアクチュエータ３４及びｙアクチュエータ３６のように本明細書においてアクチュエータという場合には、ピエゾアクチュエータやモータなどの任意の駆動装置を示す。
【００４１】
また、ステージ１０は、測定対象物Ｐの被測定面Ｓをｚ軸に対して校正（通常はｚ軸に対して直交）可能に測定対象物Ｐを支持する支持部であって、ｚ軸に対する被測定面Ｓの傾斜角度を変更する傾動手段３５を備えたものであれば、どのような形態であってもよい。一例として、１軸のゴニオ（スイベル）ステージの２台重ねした傾動手段３５が考えられるが、２軸のチルトテーブルで回転中心が一致しているものが好ましい（例えば、シグマ光機製  ＧＯＨＴＡ−１２０Ｂ）。なお、本実施の形態では、ステージ１０は、測定対象物Ｐの被測定面Ｓをｚ軸に対して直交するように支持する場合で説明する。
【００４２】
ステージ面１０Ｓに対向する位置、即ち、ステージ１０の上側には、不図示の筐体により一体的に収容保持された光学部２が配置される。
【００４３】
光学部２は、ｘ軸に平行な光軸Ｚ−１を有する光源部１２と、ｚ軸に平行な光軸Ｚ−０（以下、測定光軸Ｚ−０と言う）を有する干渉部１４及び撮影部１６とを有する。光源部１２の光軸Ｚ−１は、干渉部１４及び撮影部１６の測定光軸Ｚ−０に対して直交し、干渉部１４と撮影部１６との間において測定光軸Ｚ−０と交差する。なお、光軸Ｚ−１は、必ずしもｘ軸と平行でなくてもよい。
【００４４】
光源部１２は、測定対象物Ｐを照明する照明光として波長幅が広い白色光（可干渉性の少ない低コヒーレンス光）を出射する光源４０と、光源４０から拡散して出射された照明光を略平行な光束に変換するコレクタレンズ４２とを有する。光源４０及びコレクタレンズ４２の各々の中心とする軸は光源部１２の光軸Ｚ−１として同軸上に配置される。
【００４５】
また、光源４０としては、発光ダイオード、半導体レーザ、ハロゲンランプ、高輝度放電ランプなど、任意の種類の発光体を用いることができる。
【００４６】
この光源部１２から出射された照明光は、干渉部１４と撮影部１６との間に配置され、光軸Ｚ−１と測定光軸Ｚ−０とが交差する位置に配置されたハーフミラー等のビームスプリッタ４４に入射する。そして、ビームスプリッタ４４（ビームスプリッタ４４の平坦な光分割面（反射面））で反射した照明光が光軸Ｚ−０に沿って進行して干渉部１４に入射する。
【００４７】
干渉部１４は、マイケルソン型干渉計により構成され、光源部１２から入射した照明光を測定光と参照光とに分割する。そして、測定光を測定対象物Ｐに照射するとともに参照光を参照ミラー５２に照射し、測定対象物Ｐから戻る測定光と参照ミラー５２から戻る参照光とを干渉させた干渉光を生成する。
【００４８】
干渉部１４は、集光作用を有する対物レンズ５０と、光を反射する参照面であって平坦な反射面を有する参照ミラー５２と、光を分割する平坦な光分割面を有するビームスプリッタ５４を有する。対物レンズ５０、参照ミラー５２、及びビームスプリッタ５４の各々の中心とする軸は干渉部１４の測定光軸Ｚ−０として同軸上に配置される。参照ミラー５２の反射面はビームスプリッタ５４の側方位置に、測定光軸Ｚ−０と平行に配置される。
【００４９】
光源部１２から干渉部１４に入射した照明光は、対物レンズ５０により集光作用を受けた後、ビームスプリッタ５４に入射する。
【００５０】
ビームスプリッタ５４は、例えばハーフミラーであり、ビームスプリッタ５４に入射した照明光は、ビームスプリッタ５４を透過する測定光と、ビームスプリッタ５４の光分割面で反射する参照光とに分割される。
【００５１】
ビームスプリッタ５４を透過した測定光は、測定対象物Ｐの被測定面Ｓに照射された後、被測定面Ｓから干渉部１４へと戻り、再度、ビームスプリッタ５４に入射する。そして、ビームスプリッタ５４を透過した測定光が対物レンズ５０に入射する。
【００５２】
一方、ビームスプリッタ５４で反射した参照光は、参照ミラー５２の光反射面で反射した後、再度、ビームスプリッタ５４に入射する。そして、ビームスプリッタ５４で反射した参照光が対物レンズ５０に入射する。
【００５３】
これによって、干渉部１４から測定対象物Ｐの被測定面Ｓに照射されて干渉部１４に戻る測定光と、参照ミラー５２で反射した参照光と、が重ね合わされた干渉光が生成され、その干渉光が対物レンズ５０により集光作用を受けた後、干渉部１４から撮影部１６に向けて出射される。
【００５４】
また、照明光が測定光と参照光とに分割された後、測定光と参照光とが重ね合わされるまでの測定光と参照光の各々が通過した光路の光学的距離を、測定光の光路長及び参照光の光路長といい、それらの差を測定光と参照光の光路長差というものとする。
【００５５】
また、干渉部１４は、光学部２においてｚ軸方向に直線移動可能に設けられる。そして、干渉部アクチュエータ５６の駆動により干渉部１４がｚ軸方向に移動する。これにより、対物レンズ５０の焦点面の位置（高さ）がｚ軸方向に移動すると共に、被測定面Ｓとビームスプリッタ５４との距離が変化することで測定光の光路長が変化し、測定光と参照光との光路長差が変化する。
【００５６】
撮影部１６は、測定対象物Ｐの被測定面Ｓの各点に照射された測定光と、参照光とによる干渉光の輝度情報から干渉縞を取得する干渉縞取得部であり、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラに相当し、ＣＣＤ型の撮像素子６０と、結像レンズ６２とを有する。撮像素子６０と結像レンズ６２の各々の中心とする軸は撮影部１６の測定光軸Ｚ−０として同軸上に配置される。なお、撮像素子６０は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型の固体撮像素子等、任意の撮像手段を用いることができる。
【００５７】
干渉部１４から出射された干渉光は、上述のビームスプリッタ４４に入射し、ビームスプリッタ４４を透過した干渉光が撮影部１６に入射する。
【００５８】
撮影部１６に入射した干渉光は、結像レンズ６２により撮像素子６０の撮像面６０Ｓに干渉縞像を結像する。ここで、結像レンズ６２は、測定対象物Ｐの被測定面Ｓの測定光軸Ｚ−０周辺の領域に対する干渉縞像を高倍率に拡大して撮像素子６０の撮像面６０Ｓに結像する。
【００５９】
また、結像レンズ６２は、干渉部１４の対物レンズ５０の焦点面上における点を、撮像素子６０の撮像面上の像点として結像する。即ち、撮影部１６は、対物レンズ５０の焦点面の位置にピントが合うように（合焦するように）設計されている。
【００６０】
なお、以下において、測定対象物Ｐの焦点面のｚ軸方向の位置を単に「ピント位置」、又は、「撮影部１６のピント位置」というものとする。
【００６１】
撮像素子６０の撮像面６０Ｓに結像された干渉縞像は、撮像素子６０により電気信号に変換されて干渉縞として取得される。そして、その干渉縞は、処理部１８に与えられる。
【００６２】
以上のように光源部１２、干渉部１４、及び撮影部１６等により構成される光学部２は、全体が一体的としてｚ軸方向に直進移動可能に設けられる。例えば、光学部２は、ｚ軸方向に沿って立設された不図示のｚ軸ガイド部に直進移動可能に支持される。そして、ｚアクチュエータ７０の駆動により光学部２全体がＺ軸方向に直進移動する。これにより、干渉部１４をｚ軸方向に移動させる場合よりも、撮影部１６のピント位置をｚ軸方向に大きく移動させることができ、例えば、測定対象物Ｐの厚さ等に応じて撮影部１６のピント位置を適切な位置に調整することができる。
【００６３】
処理部１８は、測定対象物Ｐの被測定面Ｓの表面形状を測定する際に、干渉部アクチュエータ５６を制御して光学部２の干渉部１４をｚ軸方向に移動させながら撮影部１６の撮像素子６０から干渉縞を順次取得する。そして、取得した干渉縞に基づいて被測定面Ｓの３次元形状データを被測定面Ｓの表面形状を示すデータとして取得する。
【００６４】
ここで、処理部１８が干渉縞に基づいて被測定面Ｓの３次元形状データを取得する処理について説明する。
【００６５】
撮影部１６の撮像素子６０は、ｘ軸及びｙ軸からなるｘｙ平面（水平面Ｆ）に沿って２次元的に配列された多数の受光素子（画素）から構成されている。そして、各画素において受光される干渉縞の輝度値、即ち、撮像素子６０により取得される干渉縞の各画素の輝度値は、各画素に対応する被測定面Ｓの各点で反射した測定光と参照光との光路長差に応じた干渉光の強度（輝度情報）を示す。
【００６６】
ここで、図２に示すように、撮像素子６０の撮像面６０Ｓのｘｙ座標上の干渉縞におけるｍ列目、ｎ行目の画素を（ｍ，ｎ）を表すものとする。そして、画素（ｍ，ｎ）のｘ軸方向に関する位置（以下、ｘ軸方向に関する位置を「ｘ位置」という）を示すｘ座標値をｘ（ｍ，ｎ）と表するものとする。そして、ｙ軸方向に関する位置（以下、ｙ軸方向に関する位置「ｙ位置」という）を示すｙ座標値をｙ（ｍ，ｎ）と表すものとする。
【００６７】
また、画素（ｍ，ｎ）に対応する測定対象物Ｐの被測定面Ｓ上の点のｘ位置を示すｘ座標値をＸ（ｍ，ｎ）と表し、ｙ位置を示すｙ座標値をＹ（ｍ，ｎ）と表すものとし、その点をｘｙ座標値により（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））と表すものとする。なお、画素（ｍ，ｎ）に対応する被測定面Ｓ上の点とは、ピントが合っている状態において画素（ｍ，ｎ）の位置に像点が結像される被測定面Ｓ上の点を意味する。
【００６８】
このとき、撮像素子６０により取得される干渉縞の画素（ｍ，ｎ）の輝度値は、画素（ｍ，ｎ）に対応する被測定面Ｓ上の点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））に照射された測定光と参照光との光路長差に応じた大きさを示す。
【００６９】
即ち、図１の干渉部アクチュエータ５６により干渉部１４をｚ軸方向に移動させて光学部２（撮影部１６）に対する干渉部１４の相対的なｚ軸方向の位置（以下、「ｚ位置」という）を変位させると、撮影部１６のピント位置（対物レンズ５０の焦点面）もｚ軸方向に移動し、ピント位置も干渉部１４と同じ変位量で変位する。また、ピント位置が変位すると、被測定面Ｓの各点に照射される測定光の光路長も変化する。
【００７０】
そして、干渉部１４をｚ軸方向に移動させてピント位置を変位させながら、即ち、測定光の光路長を変化させながら、撮像素子６０から干渉縞を順次取得して干渉縞の任意の画素（ｍ，ｎ）の輝度値を検出する。
【００７１】
ここで、処理部１８は、干渉部１４の所定の基準位置からの変位量（干渉部１４のｚ位置）を、ポテンショメータやエンコーダなどの不図示の位置検出手段からの検出信号により検出することができる。または、位置検出手段を使用することなく干渉部１４のｚ位置を制御する場合、例えば、干渉部アクチュエータ５６に与える駆動信号により一定変位量ずつ干渉部１４を移動させる場合には、その総変位量により検出することができる。
【００７２】
そして、干渉部１４が基準位置のときのピント位置のｚ位置を測定空間におけるｚ座標の基準位置（原点位置）として、かつ、干渉部１４の基準位置からの変位量をピント位置のｚ座標値として取得することができる。なお、ｚ座標値は、原点位置よりも高い位置（撮影部１６に近づく位置）を正側、低い位置（ステージ面１０Ｓに近づく位置）を負側とする。また、干渉部１４の基準位置、即ち、ｚ座標の原点位置は任意のｚ位置に設定、変更することができる。
【００７３】
図３の（Ａ）〜（Ｃ）は、干渉部１４を測定対象物Ｐの被測定面Ｓに近接した位置からｚ軸方向に上昇させながら撮影部１６の撮像素子６０から画像を取得したときの干渉部１４のｚ位置と輝度値との関係を示した図である。
【００７４】
図３の（Ａ）のように、測定光の光路長Ｌ１が参照光の光路長Ｌ２よりも小さいと干渉は小さく、輝度値は略一定となる。そして、図３の（Ｂ）のように、測定光の光路長Ｌ１と参照光の光路長Ｌ２とが同じ、即ち光路長差が０となる場合に干渉が大きくなり、最も大きな輝度値を示す。さらに、図３の（Ｃ）のように、測定光の光路長Ｌ１が参照光の光路長Ｌ２よりも大きいと再び干渉は小さくなり、輝度値は略一定となる。これにより、図３の（Ｄ）に示す干渉縞曲線Ｑに沿った輝度値が得られる。
【００７５】
即ち、任意の画素（ｍ，ｎ）における干渉縞曲線Ｑは、その画素（ｍ，ｎ）に対応する被測定面Ｓ上の点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））に照射された測定光と参照光との光路長差が所定値より大きい場合には略一定の輝度値を示し、光路長差がその所定値より小さいときには、光路長差が減少するにつれて輝度値が振動すると共にその振幅が大きくなる。
【００７６】
したがって、図３（Ｄ）に示すように、干渉縞曲線Ｑは、測定光と参照光との光路長が一致したときに（光路長差が０のときに）、最大値を示すと共に、その干渉縞曲線Ｑの包絡線における最大値を示す。
【００７７】
また、被測定面Ｓ上の点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））に照射された測定光と参照光との光路長は、撮影部１６のピント位置が被測定面Ｓ上の点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））のｚ位置に一致したときに一致する。
【００７８】
したがって、干渉縞曲線Ｑが最大値を示すとき（又は干渉縞曲線Ｑの包絡線が最大値を示すとき）のピント位置は、被測定面Ｓ上の点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））のｚ位置に一致しており、そのときのピント位置のｚ座標値は、被測定面Ｓ上の点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））のｚ座標値を示す。
【００７９】
以上のことから、処理部１８は、干渉部アクチュエータ５６により干渉部１４をｚ軸方向に移動させてピント位置をｚ軸方向に移動させながら（測定光の光路長を変化させながら）、撮像素子６０から干渉縞を順次取得し、各画素（ｍ，ｎ）の輝度値をピント位置のｚ座標値に対応付けて取得する。即ち、ピント位置をｚ軸方向に走査しながら干渉縞の各画素（ｍ，ｎ）の輝度値を取得する。そして、各画素（ｍ，ｎ）について、図３（Ｄ）のような干渉縞曲線Ｑの輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値（干渉縞位置）を、各画素（ｍ，ｎ）に対応する被測定面Ｓ上の点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））のｚ座標値Ｚ（ｍ，ｎ）として検出する。
【００８０】
なお、Ｚ（ｍ，ｎ）は、画素（ｍ，ｎ）に対応する被測定面Ｓ上の点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））のｚ座標値を示す。
【００８１】
また、干渉縞曲線Ｑの輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値を検出する方法は周知であり、どのような方法を採用してもよい。例えば、ピント位置の微小間隔ごとのｚ座標値において干渉縞を取得することで、各画素（ｍ，ｎ）について、図３（Ｄ）のような干渉縞曲線Ｑを実際に描画することができる程度に輝度値を取得することができる。そして、取得した輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値を検出することで、干渉縞曲線Ｑの輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値を検出することができる。
【００８２】
または、ピント位置の各ｚ座標値において取得した輝度値に基づいて最小二乗法等により干渉縞曲線Ｑを推測し、又は、干渉縞曲線Ｑの包絡線を推測する。そして、その推測した干渉縞曲線Ｑ又は包絡線に基づいて輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値を検出することで、干渉縞曲線Ｑの輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値を検出することができる。
【００８３】
以上のようにして、処理部１８は、干渉縞（撮像素子６０の撮像面６０Ｓ）の各画素（ｍ，ｎ）に対応する被測定面Ｓ上の各点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））のｚ座標値ｚ（ｍ，ｎ）を検出することで、被測定面Ｓ上の各点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））の相対的な高さを検出することができる。
【００８４】
そして、被測定面Ｓ上の各点のｘ座標値Ｘ（ｍ，ｎ）、ｙ座標値Ｙ（ｍ，ｎ）、及びｚ座標値Ｚ（ｍ，ｎ）を被測定面Ｓの３次元形状データ（表面形状を示すデータ）として取得することができる。
【００８５】
例えば、図４に示すようにｘ軸方向に並ぶ３つの画素に対応する被測定面Ｓ上の３点におけるｚ座標値Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３が相違する場合に、ピント位置をｚ軸方向に走査しながら干渉縞のそれらの画素の輝度値を取得する。その結果、それらの画素の各々に関してピント位置がｚ座標値Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３のときに輝度値が最大値を示す干渉縞曲線Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３が取得される。したがって、それらの干渉縞曲線Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３の輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値を検出することで、それらの画素に対応する被測定面Ｓ上の３点におけるｚ座標値Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３を検出することができる。このようにして、被測定面Ｓの３次元形状データを取得することにより、測定対象物Ｐの表面形状測定を行う。
【００８６】
上述のように測定対象物Ｐの表面形状測定を行う際に、測定前の準備作業として測定準備アライメントを行う。即ち、処理部１８は、測定準備として干渉縞が観察可能な位置へ光学部２全体のピント（焦点）を位置合わせする焦点調整及び測定光軸Ｚ−０に対して測定対象物Ｐが直交するように角度を調整する傾斜角度調整を行う。
【００８７】
測定光軸Ｚ−０に対して測定対象物Ｐが直交するように角度を調整することによって、表面形状測定の際に干渉部１４をｚ軸方向に測定走査する測定走査範囲を減少させることができるので、測定時間の短縮に寄与する。更には、測定光の反射率が向上することでＳ／Ｎ比を改善できるので、高精度測定が可能となる。
【００８８】
この測定準備アライメントはできだけ短時間で行うことが表面形状の測定効率を向上させるうえで好ましい。
【００８９】
しかし、表面形状の測定効率を向上させるために測定準備を短時間で行うには、光学部２での画像取得間隔（画像サンプリング間隔）を広くする必要があるが、画像取得間隔を広くすると干渉縞の探索が難しくなる。特に、測定準備前における測定対象物Ｐの被測定面Ｓが測定光軸Ｚ−０に直交する水平面に対して微小な傾斜角度θ１を有している場合（たまたま測定光軸Ｚ−０に対して測定対象物Ｐの被測定面Ｓが直交、即ち傾斜角度θ１がゼロの場合も含む）、干渉縞の探索が難しい。
【００９０】
図５の（Ａ）は、測定対象物Ｐの被測定面Ｓが測定光軸Ｚ−０に直交する水平面Ｆに対して微小な傾斜角度θ１を有している場合に、干渉部１４を測定対象物Ｐの被測定面Ｓの近接位置からｚ軸方向（走査軸方向）に沿って上昇走査させながら（Ｂ）〜（Ｅ）の４枚の画像を撮像したものである。これら４枚の画像から分かるように、（Ｃ）に干渉が観察されるものの（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｅ）では干渉が観察されない。これは、白色干渉計の場合には、焦点の合うｚ軸方向の範囲は非常に小さく（例えば３μｍ程度）、画像取得間隔（画像サンプリング間隔）を広くすると、干渉縞が出現するｚ軸位置が限定されるため、干渉縞を極めて探索しにくくなるためである。
【００９１】
そこで、本発明の実施の形態の表面形状測定装置１の処理部１８には、傾動手段３５によって測定光軸Ｚ−０に対する測定対象物Ｐの被測定面Ｓの傾斜角度を予め設定した設定傾斜角度θ２に意図的に傾斜させる意図的傾斜動作と、設定傾斜角度θ２に傾斜された被測定面Ｓの各点に照射される測定光の光路長を変化させながら撮影部１６によって干渉縞を探索する干渉縞探索動作と、探索して得られた干渉縞から干渉縞位置を検出する干渉縞位置検出動作と、検出した干渉縞位置に光学部２のピント位置が合うように調整する焦点調整動作と、検出した干渉縞位置から被測定面が測定光軸に直交するための修正角度を求め、傾動手段３５を求めた修正角度分駆動して被測定面の傾斜角度を調整する傾斜角度調整動作と、の測定準備動作プログラムを制御する測定準備制御部１８Ａが内蔵される構成とした。
【００９２】
［測定準備アライメント方法］
次に、表面形状測定装置１の測定準備アライメント方法について説明する。
【００９３】
なお、以下において、測定準備アライメントの基本的な作業を処理部１８により自動で行う自動アライメントの形態について説明する。しかし、アライメントの基本的な作業の一部又は全てを手動で行う形態とすることも可能であり、その場合については以下の説明の中で適宜説明する。
【００９４】
図６は、処理部１８の測定準備制御部１８Ａによる焦点調整及び傾斜角度調整の測定準備アライメントの処理手順を示したフローチャートであるが、先ず焦点調整のアライメントから説明する。また、図７は、焦点調整及び傾斜角度調整のアライメントの主要部分を示す模式図である。
【００９５】
なお、図７の（Ａ）に示すように、焦点調整のアライメントを行う前の測定対象物Ｐの被測定面Ｓは光軸Ｚ−０に直交する水平面Ｆに対して微小な傾斜角度θ１を有しているものとする。また、図７の（Ｄ）は傾斜角度調整のアライメントを説明する図であり、焦点調整のアライメントでは説明に使用しない。
【００９６】
（焦点調整のアライメント）
測定準備制御部１８Ａは、図８に示すように、撮像素子６０の撮像面６０Ｓのｘｙ座標上の干渉縞におけるピント位置合わせの基準とする基準領域１００を予め設定する。即ち、光学部２に対する干渉部１４のｚ軸方向の移動によるピント位置のｚ軸方向の走査範囲の中心位置にピント位置が設定されているときにピントが合うようにする被測定面Ｓの領域に対応する干渉縞の領域を基準領域１００として設定する。この基準領域１００は、後述する傾斜角度調整のアライメントの場合にも使用される。
【００９７】
基準領域は、本実施の形態の場合には、焦点調整の前に予め決められた領域とした。しかし、測定準備制御部１８Ａが図１の表示部２０に表示する図８のような干渉縞（撮像素子６０の撮像面６０Ｓ）における画素配列の画像を参照しながら操作者が入力部２２により指定するようにしてもよい。また、基準領域は、例えば、２行２列の４つの画素を含む領域というように、事前に決まった形状及び大きさに固定してもよいし、操作者が指定する場合に任意の形状及び大きさの領域を指定できるようにしてもよい。更に１画素のみを含む領域であってもよい。
【００９８】
なお、基準領域と、後述する傾斜角度調整のアライメントにおけるｘ軸レベリング調整領域及びｙ軸レベリング調整領域とは、被測定面Ｓの傾斜角度を調整するための調整領域として干渉縞に対して設定するものとするが、調整領域に対応する被測定面Ｓ上の領域、即ち、調整領域に含まれる画素に対応する被測定面Ｓ上の点を含む領域を調整領域として設定したことに相当する。
【００９９】
次に測定準備制御部１８Ａは、測定対象物Ｐ(被測定面Ｓ)を設定傾斜角度θ２に意図的に傾斜させる意図的傾斜工程を行う（ステップＳ１０）。即ち、ステージ１０のステージ面１０Ｓに測定対象物Ｐが載置され、例えば、図１の入力部２２により測定準備の開始が指示されると、測定準備制御部１８Ａは、図７の（Ｂ）に示すように、測定対象物Ｐの被測定面Ｓが測定光軸Ｚ−０に直交する水平面Ｆに対して設定傾斜角度θ２になるように、測定対象物Ｐを載置しているステージ１０を傾動手段３５によって意図的に傾斜させる。この設定傾斜角度θ２は、上記した微小な傾斜角度θ１よりも大きい。
【０１００】
設定傾斜角度θ２は、図９に示すように次式１によって求めることができる。
【０１０１】
ｔａｎ（θ２）＝Ｎ*λ／Ｌ……式１
ただし、θ２：設定傾斜角度、
Ｎ：撮像素子６０の撮像面６０Ｓに観察したい干渉縞の本数で、５〜１０本の干渉縞を観察できることが好ましい。
【０１０２】
λ：測定光の中心波長、
Ｌ：撮像面６０Ｓのｘ軸方向（又はｙ軸方向）の視野長さ、
次に、干渉部１４をｚ軸方向に規定範囲で走査駆動開始する干渉縞探索工程を開始する（ステップＳ１２）。即ち、図７（Ｃ）に示すように、測定準備制御部１８Ａは、測定対象物Ｐの被測定面Ｓを測定光軸Ｚ−０に対して設定傾斜角度θ２に維持した状態で干渉部アクチュエータ５６により光学部２の干渉部１４をｚ軸方向に走査駆動開始する。図７（Ｃ）では、ｚ軸方向に上昇駆動させている。これにより、焦点調整のために干渉縞を検出するための探索が開始される。
【０１０３】
ここで、規定範囲とは、光学部２に対する干渉部１４のｚ軸方向の移動によるピント位置のｚ軸方向の走査範囲をいう。
【０１０４】
次に、干渉部１４の走査駆動中に干渉縞を探索する干渉縞探索工程を行う（ステップＳ１４）。即ち、測定準備制御部１８Ａは、干渉部アクチュエータ５６により干渉部１４をｚ軸方向に移動させてピント位置をｚ軸方向に走査しながら（即ち、測定光の光路長を変化させながら）撮像素子６０から干渉縞を順次取得し、各画素の輝度値をピント位置のｚ座標値に対応付けて取得する。なお、基準領域の画素の輝度値のみを取得してもよい。
【０１０５】
図１０は、測定対象物Ｐを設定傾斜角度θ２に意図的に傾斜させるステップＳ１０を行った場合と、ステップＳ１０を行わなかった場合（微小な傾斜角度θ１のまま）とで、ステップＳ１４において干渉縞の探索の容易性がどのように違うかを対比した模式図である。
【０１０６】
図１０の左側の（Ａ）の図は、ステップＳ１０を行わずに、測定対象物Ｐの被測定面Ｓが測定光軸Ｚ−０に対して微小な傾斜角度θ１を有している場合であり、上記図示した図５と同じである。一方、図１０の右側の（Ｂ）の図は、ステップＳ１０を行って、測定対象物Ｐの被測定面Ｓが測定光軸Ｚ−０に直交する水平面Ｆに対して傾斜角度θ１よりも大きな設定傾斜角度θ２を有している場合である。
【０１０７】
図１０の（Ａ）及び（Ｂ）ともに、干渉部１４を測定対象物Ｐの被測定面Ｓの近接位置からｚ軸方向（測定走査軸方向）に沿って上昇走査させながら、同じ４つのｚ軸位置でそれぞれ画像（合計４枚）を撮像素子６０の撮像面６０Ｓに撮像したものである。
【０１０８】
図１０の（Ａ）と（Ｂ）との対比から分かるように、ステップＳ１０を行わない場合、画像取得間隔を広げると、図１０の（Ａ）のように干渉縞を観察できる画像（不明瞭な干渉縞の画像が１枚）が極端に減少する。
【０１０９】
これに対して、ステップＳ１０を行った場合には、図１０の（Ｂ）に示すように、４枚の全ての画像において干渉縞を観察することができる。
【０１１０】
したがって、測定対象物Ｐの被測定面Ｓを測定光軸Ｚ−０に直交する水平面Ｆに対して設定傾斜角度θ２に傾斜させるステップＳ１０を行うことによって、測定準備アライメントを短時間で行うべく画像取得間隔（画像サンプリング間隔）を広くする場合であっても干渉縞を容易に探索して焦点調整に必要な干渉縞位置を検出することができる。
【０１１１】
次に、探索して得られた干渉縞の干渉縞位置を検出する干渉縞位置検出工程を行う（ステップＳ１６）。もし、干渉縞位置が検出されない場合にはステップＳ１４に戻って干渉縞位置の検出を続ける。即ち、測定準備制御部１８Ａは、基準領域に含まれる画素の各々について、ピント位置のｚ座標値に対応付けられた輝度値に基づいて、図３（Ｄ）に示したような干渉縞曲線を取得する。また、測定準備制御部１８Ａは、基準領域に含まれる画素の各々について取得した干渉縞曲線に基づいて、輝度値が最大値（包絡線の最大値）を示すときのピント位置のｚ座標値を求める。即ち、基準領域の各画素に対応する被測定面Ｓ上の各点のｚ座標値を求める。そして、そのｚ座標値が最も大きくなる（最も突出した位置となる）１つの画素を選出する。これにより、被測定面Ｓに傷などの凹みが生じている場合に、その凹みの部分に対応した画素が選出されないようにすることができる。
【０１１２】
続いて、測定準備制御部１８Ａは、選出した画素（以下、「選出画素」という）と、その選出画素の干渉縞曲線を表示部２０に表示する。例えば、図８のように基準領域１００内における選出画素１０２を他の画素と識別可能なように配色した画素配列の画像を表示部２０に表示する。また、図１１のように選出画素についての干渉縞曲線をｚ座標値と輝度値との関係を表したグラフ上に描画した画像を表示部２０に表示する。また、その干渉縞曲線において輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値Ｚｓと、ピント位置の走査範囲の中心位置となるｚ座標値Ｚｃとが容易に把握できるように表示することが望ましい。
【０１１３】
なお、オートフォーカス機構を実装した装置、即ち自動アライメントの場合には、選出画素と、選出画素の干渉縞曲線の表示部２０への表示は必ずしも必要ではない。
【０１１４】
そして、測定準備制御部１８Ａは、干渉縞位置を検出又は干渉部１４の移動が規定範囲に到達したら、干渉部１４の走査駆動を停止する（ステップＳ１８）。
【０１１５】
次に、検出した干渉縞位置に光学部２のピント位置を合わせる焦点調整工程を行う（ステップＳ２０）。即ち、測定準備制御部１８Ａは、基準領域１００の選出画素１０２の干渉縞曲線において輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値Ｚｓが、干渉部アクチュエータ５６の駆動によるピント位置の走査範囲の中心位置となるｚ座標値Ｚｃに一致するように、図１のｚアクチュエータ７０を駆動して光学部２全体をｚ軸方向に移動させる。換言すると、ピント位置の走査範囲の中心位置となるｚ位置（ｚ座標値Ｚｃ）と、選出画素に対応する被測定面Ｓ上の点のｚ位置（ｚ座標値）と、が一致するように光学部２全体のｚ軸方向の位置を調整する。
【０１１６】
なお、ステップＳ２０は、ステップＳ１６において表示部２０に表示された図１１のような干渉縞曲線の表示を参照して、操作者が手動で行う形態とすることができる。例えば、操作者は、測定準備制御部１８Ａに対して入力部２２から光学部２の移動方向を指示して干渉部アクチュエータ５６を駆動して光学部２を所望量だけ移動させ、または、干渉部アクチュエータ５６を駆動することなく光学部２を直接的に手動で移動させてｚ座標値Ｚｓをｚ座標値Ｚｃに一致させる。
【０１１７】
これにより、測定準備アライメントの１つである焦点調整のアライメントが終了する。このように、測定対象物Ｐを設定傾斜角度θ２に意図的に傾斜させるステップＳ１０を行うことによって、焦点調整のアライメントを操作者の習熟度によらず、かつ装置コストの増加を招くことなく、簡単、迅速、かつ正確に行うことができる。
【０１１８】
また、自動アライメントの場合には、干渉部１４をｚ軸方向（走査軸方向）に沿って走査駆動中に干渉縞を明瞭かつ確実に検出できることが重要であり、特にオートフォーカス機構を実装した装置において本発明は有効である。
【０１１９】
（傾斜角度調整のアライメント）
次に、図６のフローチャートを使って傾斜角度調整のアライメントを説明する。なお、傾斜角度調整のアライメントにおいても、図７の（Ａ）に示すように、傾斜角度調整のアライメントを行う前の測定対象物Ｐの被測定面Ｓは光軸Ｚ−０に直交する水平面Ｆに対して微小な傾斜角度θ１を有しているものとする。
【０１２０】
傾斜角度調整のアライメントは、測定対象物Ｐの被測定面Ｓのｘ軸方向に対する傾き（ｙ軸周りの傾斜）及び被測定面Ｓのｙ軸方向に対する傾き（ｘ軸周りの傾斜）を無くして、被測定面Ｓがｘ軸及びｙ軸に対して平行となるようにｘ軸及びｙ軸をレベリング調整するアライメントである。
【０１２１】
傾斜角度調整のアライメントの説明として、先ずｘ軸レベリング調整を行い、続いてｙ軸レベリング調整を行う場合で説明する。
【０１２２】
測定準備制御部１８Ａは、図１２に示すように、撮像素子６０の撮像面６０Ｓのｘｙ座標上の干渉縞においてｘ軸レベリング調整の基準とするｘ軸レベリング調整領域１１０であって、焦点調整において設定した基準領域１００の中心とｙ座標値が一致し、かつ、基準領域１００とｘ座標値が相違するｘ軸レベリング調整領域１１０を予め設定する。
【０１２３】
ただし、基準領域１００の中心とｘ軸レベリング調整領域１１０の中心とが必ずしも完全に一致している必要はなく、多少のずれは許容される。即ち、基準領域１００の中心とｘ軸レベリング調整領域１１０の中心とのｙ座標値は、一致しているとみなせる程度の所定値以下の差であればよい。
【０１２４】
このｘ軸レベリング調整領域は、事前に決められた領域としてもよいし、測定準備制御部１８Ａが図１２のように表示部２０に表示する撮像素子６０の撮像面６０Ｓのｘｙ座標上の干渉縞における画素配列の画像を参照しながら操作者が入力部２２により指定するようにしてもよい。また、ｘ軸レベリング調整領域は、例えば、基準領域と同じ形状及び大きさの領域としてもよいし、２行２列の４つの画素を含む領域というように、事前に決まった形状及び大きさに固定してもよいし、操作者が指定する場合に任意の形状及び大きさの領域を指定できるようにしてもよい。更に１画素のみを含む領域であってもよい。
【０１２５】
次に、測定準備制御部１８Ａは、焦点調整のアライメントの場合と同様に、図６のステップＳ１０からステップＳ１８までを行う。なお、ｘ軸レベリング調整では、ステップＳ１０において、測定対象物Ｐの被測定面Ｓが測定光軸Ｚ−０に直交する水平面Ｆであってｘ軸方向に対する傾き（ｙ軸周りの傾斜）が所定角度傾斜θ２になるように傾斜させる。
【０１２６】
かかるｘ軸レベリング調整においても、測定対象物Ｐの被測定面Ｓを測定光軸Ｚ−０に直交する水平面Ｆに対して設定傾斜角度θ２に傾斜させるステップＳ１０を行うことによって、光学部２での画像取得間隔（画像サンプリング間隔）を広くする場合でも干渉縞を容易に探索することができる。
【０１２７】
図１３は、ステップＳ１０を行った場合と、行わなかった場合とで傾斜角度調整のために必要な干渉縞位置の移動(位置の変化)を把握する容易性がどのように違うかを対比した模式図である。
【０１２８】
図１３の左の（Ａ）の図は、ステップＳ１０を行わずに、測定対象物Ｐの被測定面Ｓが測定光軸Ｚ−０に直交する水平面Ｆに対して微小な傾斜角度θ１を有している場合である。一方、図１３の右の（Ｂ）の図は、ステップＳ１０を行って、測定対象物Ｐの被測定面Ｓが測定光軸Ｚ−０に直交する水平面Ｆに対して傾斜角度θ１よりも大きな設定傾斜角度θ２を有している場合である。
【０１２９】
図１３（Ａ）及び（Ｂ）ともに、干渉部１４を測定対象物Ｐの被測定面Ｓの近接位置からｚ軸方向（走査軸方向）に沿って上昇走査させながら、同じ４つのｚ軸位置でそれぞれ画像（合計４枚）を撮像素子６０の撮像面６０Ｓに撮像したものである。
【０１３０】
図１３の（Ａ）及び（Ｂ）の対比から分かるように、測定対象物Ｐの被測定面Ｓが測定光軸Ｚ−０に直交する水平面Ｆに対して微小な傾斜角度θ１を有している場合、画像取得間隔を広げると、図１２の（Ａ）のように４枚の画像から傾斜角度調整に必要な干渉縞位置の移動（位置の変化）を把握することが難しい。
【０１３１】
これに対して、ステップＳ１０を行って測定対象物Ｐの被測定面Ｓが測定光軸Ｚ−０に直交する水平面Ｆに対して傾斜角度θ１よりも大きな設定傾斜角度θ２を有している場合には、図１３の（Ｂ）に示すように、４枚の画像から傾斜角度調整に必要な干渉縞位置の移動（位置の変化）を容易に把握することができる。
【０１３２】
したがって、ステップＳ１０を行うことによって、傾斜角度調整を短時間で行うために光学部２での画像取得間隔（画像サンプリング間隔）を広くする場合でも、干渉縞を容易、迅速、且つ正確に探索して傾斜角度調整に必要な干渉縞位置の移動（位置の変化）を検出することができる。
【０１３３】
次に、検出した干渉縞位置から測定対象物Ｐの被測定面Ｓがｚ軸方向に直交するように調整する傾斜角度調整工程を行う（ステップＳ２０）。即ち、測定準備制御部１８Ａは、基準領域に含まれる画素の各々、及び、ｘ軸レベリング調整領域に含まれる画素の各々について、ピント位置のｚ座標値に対応付けられた輝度値に基づいて、図３の（Ｄ）に示したような干渉縞曲線を取得する。次に、測定準備制御部１８Ａは、基準領域に含まれる画素の各々、及び、ｘ軸レベリング調整領域の画素の各々について取得した干渉縞曲線に基づいて、輝度値が最大値（包絡線の最大値）を示すときのピント位置のｚ座標値を求める。即ち、基準領域１００の各画素とｘ軸レベリング調整領域１１０の各画素に対応する被測定面Ｓ上の各点のｚ座標値を求める。そして、基準領域１００においてそのｚ座標値が最も大きくなる（最も突出した位置となる）１つの画素と、ｘ軸レベリング調整領域１１０においてそのｚ座標値が最も大きくなる（最も突出した位置となる）１つの画素を選出画素として選出する。
【０１３４】
次に、測定準備制御部１８Ａは、基準領域１００から選出した選出画素と、ｘ軸レベリング調整領域１１０から選出した選出画素と、それらの選出画素の干渉縞曲線を表示部２０に表示する。例えば、図１２のように基準領域１００の選出画素１０２とｘ軸レベリング調整領域１１０の選出画素１１２とを他の画素と識別可能なように配色した画素配列の画像を表示部２０に表示する。また、図１４のように基準領域１００の選出画素１０２についての干渉縞曲線とｘ軸レベリング調整領域１１０の選出画素１１２についての干渉縞曲線をｚ座標値と輝度値との関係を表したグラフ上に描画した画像を表示部２０に表示する。また、それらの干渉縞曲線において輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値Ｚｓ、Ｚｓ１と、ピント位置の走査範囲の中心位置となるｚ座標値Ｚｃとが容易に把握できるように表示することが望ましい。
【０１３５】
なお、自動アライメントの場合には、選出画素と、選出画素の干渉縞曲線の表示部２０への表示は必ずしも必要ではない。
【０１３６】
次に、測定準備制御部１８Ａは、基準領域１００の選出画素１０２の干渉縞曲線において輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値Ｚｓと、ｘ軸レベリング調整領域１１０の選出画素１１２の干渉縞曲線において輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値Ｚｓ１とが一致するように、図１のｙアクチュエータ３６を駆動してステージ１０のステージ面１０Ｓをｙ回転軸３２の周りに回転させる。即ち、基準領域１００の選出画素１０２に対応する被測定面Ｓ上の点のｚ位置（ｚ座標値Ｚｓ）と、ｘ軸レベリング調整領域１１０の選出画素１１２に対応する被測定面Ｓ上の点のｚ位置（ｚ座標値Ｚｓ１）とが一致するようにステージ面１０Ｓをｙ回転軸３２の周りに回転させる（図７の（Ｄ）参照）。
【０１３７】
ここで、ｚ座標値Ｚｓとｚ座標値Ｚｓ１との差と、基準領域１００の選出画素１０２とｘ軸レベリング調整領域１１０の選出画素１１２の各々からｙ回転軸３２までのｘ軸方向の距離と、に基づいてステージ面１０Ｓのｙ回転軸３２周りの回転量を調整することでｚ座標値Ｚｓとｚ座標値Ｚｓ１とを一致させることができる。これによって、被測定面Ｓがｘ軸に対して平行となり、ｘ軸レベリング調整が終了する。
【０１３８】
なお、ステップＳ２０は、表示部２０に表示された図１４のような干渉縞曲線の表示を参照して、上述と同様に操作者が手動で行う形態とすることができる。
【０１３９】
続いて、ｙ軸レベリング調整について説明する。
【０１４０】
測定準備制御部１８Ａは、図１５に示すように干渉縞（撮像素子６０の撮像面）においてｙ軸レベリング調整の基準とするｙ軸レベリング調整領域１２０であって、上記設定した基準領域１００の中心と、上記設定したｘ軸レベリング調整領域の中心とに対して少なくともｙ座標値が相違する中心を有するｙ軸レベリング調整領域１２０を設定する。このｙ軸レベリング調整領域は、事前に決められた領域、たとえば、基準領域の中心とｘ軸レベリング調整領域の中心とｙ軸レベリング調整領域の中心とが正三角形の頂点となるような領域としてもよいし、測定準備制御部１８Ａが図１５のように表示部２０に表示する干渉縞（撮像素子６０の撮像面）における画素配列の画像を参照しながら操作者が入力部２２により指定するようにしてもよい。また、ｙ軸レベリング調整領域は、例えば、基準領域と同じ形状及び大きさの領域としてもよいし、２行２列の４つの画素を含む領域というように、事前に決まった形状及び大きさに固定してもよいし、操作者が指定する場合に任意の形状及び大きさの領域を指定できるようにしてもよい。更に１画素のみを含む領域であってもよい。
【０１４１】
次に、測定準備制御部１８Ａは、ｘ軸レベリング調整の場合と同様に、図６のステップＳ１０からステップＳ１８までを行う。なお、ｙ軸レベリング調整では、ステップＳ１０において、測定対象物Ｐの被測定面Ｓが測定光軸Ｚ−０に直交する水平面Ｆであってｙ軸方向に対する傾き（ｘ軸周りの傾斜）が所定角度傾斜θ２になるように傾斜させる。
【０１４２】
かかるｙ軸レベリング調整においても図１３で示したｘ軸レベリング調整のときと同様に、測定対象物Ｐの被測定面Ｓを測定光軸Ｚ−０に直交する水平面Ｆに対して設定傾斜角度θ２に傾斜させるステップＳ１０を行うことによって、光学部２での画像取得間隔（画像サンプリング間隔）を広くする場合でも干渉縞を容易に探索して干渉縞位置の移動を明瞭に把握することができる。
【０１４３】
次に、検出した干渉縞位置から測定対象物Ｐの被測定面Ｓがｚ軸方向に直交するように調整する傾斜角度調整工程を行う（ステップＳ２０）。即ち、測定準備制御部１８Ａは、基準領域に含まれる画素の各々、ｘ軸レベリング調整領域に含まれる画素の各々、及びｙ軸レベリング調整領域に含まれる画素の各々について、ピント位置のｚ座標値に対応付けられた輝度値に基づいて、図３の（Ｄ）に示したような干渉縞曲線を取得する。
【０１４４】
次に、測定準備制御部１８Ａは、基準領域に含まれる画素の各々、ｘ軸レベリング調整領域の画素の各々、及び、ｙ軸レベリング調整領域の画素の各々について取得した干渉縞曲線に基づいて、輝度値が最大値（包絡線の最大値）を示すときのピント位置のｚ座標値を求める。即ち、基準領域の各画素とｘ軸レベリング調整領域の各画素とｙ軸レベリング調整領域の各画素に対応する被測定面Ｓ上の各点のｚ座標値を求める。
【０１４５】
そして、基準領域においてそのｚ座標値が最も大きくなる（最も突出した位置となる）１つの画素と、ｘ軸レベリング調整領域においてそのｚ座標値が最も大きくなる（最も突出した位置となる）１つの画素と、ｙ軸レベリング調整領域においてそのｚ座標値が最も大きくなる（最も突出した位置となる）１つの画素を選出画素として選出する。
【０１４６】
次に、測定準備制御部１８Ａは、基準領域から選出した選出画素と、ｘ軸レベリング調整領域から選出した選出画素と、ｙ軸レベリング調整領域から選出した選出画素と、それらの選出画素の干渉縞曲線を表示部２０に表示する。例えば、図１５のように基準領域１００の選出画素１０２とｘ軸レベリング調整領域１１０の選出画素１１２とｙ軸レベリング調整領域１２０の選出画素１２２と、を他の画素と識別可能なように配色した画素配列の画像を表示部２０に表示する。また、図１６のように基準領域の選出画素についての干渉縞曲線とｘ軸レベリング調整領域の選出画素についての干渉縞曲線とｙ軸レベリング調整領域の選出画素についての干渉縞曲線とをｚ座標値と輝度値との関係を表したグラフ上に描画した画像を表示部２０に表示する。また、それらの干渉縞曲線において輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値Ｚｓ、Ｚｓ１、Ｚｓ２と、ピント位置の走査範囲の中心位置となるｚ座標値Ｚｃとが容易に把握できるように表示することが望ましい。
【０１４７】
なお、自動アライメントの場合には、選出画素と、選出画素の干渉縞曲線の表示部２０への表示は必ずしも必要ではない。
【０１４８】
次に、図１７に示すように、測定準備制御部１８Ａは、基準領域の選出画素の干渉縞曲線において輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値Ｚｓ、又は、ｘ軸レベリング調整領域の選出画素の干渉縞曲線において輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値Ｚｓ１と、ｙ軸レベリング調整領域の選出画素の干渉縞曲線において輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値Ｚｓ２とが一致するように、図１のｘアクチュエータ３４を駆動してステージ１０のステージ面１０Ｓをｘ回転軸３０の周りに回転させる（図７の（Ｄ）参照）。
【０１４９】
即ち、基準領域の選出画素に対応する被測定面Ｓ上の点のｚ位置（ｚ座標値Ｚｓ）と、ｙ軸レベリング調整領域の選出画素に対応する被測定面Ｓ上の点のｚ位置（ｚ座標値Ｚｓ２）とが一致するようにステージ面１０Ｓをｘ回転軸３０の周りに回転させる。
【０１５０】
ここで、ｚ座標値Ｚｓ又はｚ座標値Ｚｓ１と、ｚ座標値Ｚｓ２との差と、基準領域の選出画素又はｘ軸レベリング調整領域の選出画素とｙ軸レベリング調整領域の選出画素の各々からｘ回転軸３０までのｙ軸方向の距離とに基づいてステージ面１０Ｓのｘ回転軸３０周りの回転量を調整することでｚ座標値Ｚｓ又はｚ座標値Ｚｓ１と、ｚ座標値Ｚｓ２とを一致させることができる。これによって、被測定面Ｓがｙ軸に対して平行となり、ｙ軸レベリング調整が終了する。
【０１５１】
なお、自動アライメントの場合には、選出画素と、選出画素の干渉縞曲線の表示部２０への表示は必ずしも必要ではない。
【０１５２】
このように、測定対象物Ｐを設定傾斜角度θ２に意図的に傾斜させるステップＳ１０を行うことによって、傾斜角度調整を操作者の習熟度によらず、かつ装置コストの増加を招くことなく、簡単、迅速、かつ正確に行うことができる。
【０１５３】
また、自動アライメントの場合には、干渉部１４をｚ軸方向（走査軸方向）に沿って走査中に干渉縞を明瞭かつ確実に検出できることが重要であり、特にオートフォーカス機構を実装した装置において本発明は有効である。
【０１５４】
なお、上記した傾斜角度調整のアライメントは、ｘ軸傾斜角度調整とｙ軸傾斜角度調整とのそれぞれにおいて、測定対象物Ｐの被測定面Ｓが測定光軸Ｚ−０に直交する水平面Ｆに対して設定傾斜角度θ２になるように傾斜させた。即ち、ｘ軸傾斜角度調整とｙ軸傾斜角度調整とにおいて、ステップＳ１０を個別に行った。
【０１５５】
しかし、ｘ軸傾斜角度調整とｙ軸傾斜角度調整とにおいて、ステップＳ１０を個別に行と、それだけ時間を要する。また、ｘ軸方向（又はｙ軸方向）のみについてステップＳ１０を行い、ｙ軸方向（ｘ軸方向）の修正傾斜角度を計算で求めることもできるが、計算が難しくなる。
【０１５６】
これらを防止するために、意図的傾斜工程において、測定対象物Ｐの被測定面Ｓのｘ軸とｙ軸とで形成される直角を２等分する２等分軸に対する傾斜角度を予め設定された設定傾斜角度に意図的に傾斜させて、干渉縞探索工程Ｓ１４から傾斜角度調整工程Ｓ２０までを行うことが好ましい。
【０１５７】
図１８は、２等分軸に対する傾斜角度を設定傾斜角度θ２に傾斜させて干渉部１４をｚ軸方向に移動させたときに撮像素子６０の撮像面６０Ｓに撮像される干渉縞を示したものである。図１８の符号Ｎは２等分軸を示す。
【０１５８】
図１８に示すように、干渉縞が２等分軸Ｎに対して直交して形成され、干渉縞位置が２等分軸Ｎに沿って移動するので、ｘ軸レベリング調整やｙ軸レベリング調整の場合と同様に傾斜角度調整に必要な干渉縞位置の移動(位置の変化)を明瞭に把握することができる。したがって、検出した干渉縞位置から測定対象物Ｐの被測定面Ｓがｚ軸方向に直交するように調整する傾斜角度調整工程を行う（ステップＳ２０）ことで、ｘ軸レベリング調整とｙ軸レベリング調整と、を一度に行うことができる。
【０１５９】
また、図６から分かるように、焦点調整と傾斜角度調整においてステップＳ１０〜ステップＳ１８までは同じステップであり、かつステップＳ２０の焦点調整と傾斜角度調整は同時並行的に行うことができる。したがって、２等分軸Ｎに対してステップＳ１０を行い、ｘ軸傾斜角度調整とｙ軸傾斜角度調整とを一度に行うことによって、焦点調整と傾斜角度調整とのアライメントを同時並行的に行うことができる。
【０１６０】
なお、ステージ１０に備えた傾動手段３５は、ｚ軸に対して測定対象物Ｐの被測定面Ｓを相対的に傾動させてｚ軸に対する被測定面Ｓの傾斜角度を変更するものであればよく、上述のようにステージ１０を傾斜させる傾動手段３５を備えている場合に限らない。例えば、ステージ１０を傾動させる代わりに、ステージ１０に対して光学部２を傾動させることにより、ｚ軸を傾動させてｚ軸に対する被測定面Ｓの傾斜角度を調整するようにしてもよい。
【０１６１】
以上、上記実施の形態では、基準領域、ｘ軸レベリング調整領域、及び、ｙ軸レベリング調整領域の設定が異なるタイミングで行われるが、基準領域の設定時においてｘ軸レベリング調整領域及びｙ軸レベリング調整領域の設定も行うようにしてもよい。
【０１６２】
また、上記実施の形態では、基準領域、ｘ軸レベリング調整領域、及び、ｙ軸レベリング調整領域の各々から１つの画素を選出画素として選出し、その選出画素に対応する被測定面Ｓ上の点のｚ座標値を各領域に対応する被測定面Ｓ上の領域のｚ座標値とするものであるが、被測定面Ｓ上の領域のｚ座標値は他の方法により求めてもよい。例えば、各領域の全ての画素に対応する被測定面Ｓ上の全ての点のｚ座標値の平均値を各領域に対応する被測定面Ｓ上の領域のｚ座標値とすることもできる。
【０１６３】
また、上記実施の形態では、干渉縞に対して、基準領域、ｘ軸レベリング調整領域、及び、ｙ軸レベリング調整領域の３つの調整領域を特定の条件に従って設定し、それらの調整領域に対応する被測定面Ｓ上の領域のｚ位置が一致するように被測定面Ｓ（ステージ面１０Ｓ）の傾斜角度を調整するものであったが、本発明はこれに限らない。即ち、本発明は、干渉縞に対して少なくとも３箇所（３箇所以上）の領域を調整領域として設定し、それらの調整領域に対応する被測定面Ｓ上の領域のｚ座標値を上記実施の形態と同様にピント位置の走査により検出する。そして、それらの調整領域に対応する被測定面Ｓ上の領域のｚ座標値が一致するように、被測定面Ｓ（ステージ面１０Ｓ）の傾斜角度を調整するものを含む。なお、干渉縞に対して調整領域を設定するとは、その領域に対応する被測定面Ｓ上に調整領域を設定することと等しい。
【０１６４】
［表面形状測定の全体フロー］
図１９は、上記説明した測定準備アライメントのステップを含む表面形状測定の全体フローの一例である。
【０１６５】
図１９に示すように、先ず、測定対象物をステージ１０上に載置する（ステップＳ１００）。
【０１６６】
次に、処理部１８の測定準備制御部１８Ａは、上記のステップＳ１０〜ステップＳ２０で説明した焦点調整及び傾斜角度調整の測定準備アライメント（ステップＳ２００）を実施する。
【０１６７】
次に、処理部１８は、干渉縞（撮像素子６０の撮像面）の全ての画素について取得される干渉縞曲線の輝度値が適切な大きさとなるように測定光量等の調整を行う（ステップＳ３００）。即ち、光源部１２の光源４０の強さ、撮像素子６０における電子シャッタの速度（電荷蓄積時間の長さ）、撮像素子６０により得られる画像信号に対するゲイン等を調整する。
【０１６８】
以上の調整処理が終了すると、処理部１８は、ステージ１０に載置された測定対象物Ｐの表面形状の測定を開始することができる。しかし、表面形状測定の高速化を図るには、測定走査範囲（干渉部１４をｚ軸方向に移動させる範囲）を必要最小限に短くするように、測定開始前に、測定走査範囲の設定（予備測定）のステップ（ステップＳ４００）を行うことが好ましい。このステップは、予め測定対象物の表面形状の概要を把握することで測定走査範囲を必要最小限に短くするもので、例えば特開２０１６−１３６０９１号公報に記載されるようにカメラを別途設ける方法等を採用できる。
【０１６９】
これらの処理が終了したら、処理部１８は、測定対象物Ｐの表面形状の測定を開始する（ステップＳ５００）。表面形状の測定方法としては、測定対象物Ｐの被測定面Ｓの各点に照射される測定光の光路長を変化させながら撮影部１６により取得される干渉縞に基づいて被測定面Ｓの各点のｚ軸方向の干渉縞位置を検出することで測定対象物Ｐの表面形状を測定する方法であれば、どのような方法でもよい。
【０１７０】
これらの処理が終了したら、処理部１８は、測定対象物Ｐの表面形状の測定を開始する（ステップＳ６００）。
【０１７１】
最後に、処理部１８は、表面形状の測定結果を表示部２０等に出力する。
【符号の説明】
【０１７２】
Ｐ…測定対象物、Ｑ，Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３…干渉縞曲線、Ｓ…被測定面、Ｚ−０，Ｚ−１…光軸、１…表面形状測定装置、２…光学部、１０…ステージ、１０Ｓ…ステージ面、１２…光源部、１４…干渉部、１６…撮影部、１８…処理部、１８Ａ…測定準備制御部、２０…表示部、２２…入力部、３０…ｘ回転軸、３２…ｙ回転軸、３４…ｘアクチュエータ、３５…傾動手段、３６…ｙアクチュエータ、４０…光源、４２…コレクタレンズ、４４，５４…ビームスプリッタ、５０…対物レンズ、５２…参照ミラー、５６…干渉部アクチュエータ、６０…撮像素子、６０Ｓ…撮像面、６２…結像レンズ、７０…ｚアクチュエータ、１００…基準領域、１０２，１１２，１２２…選出画素、１１０…ｘ軸レベリング調整領域、１２０…ｙ軸レベリング調整領域、Ｎ…２等分割軸、Ｆ…水平面
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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