(57)【要約】【課題】接触式検出器と画像プローブとのオフセット量を正確に求めることができるオフセット量校正方法およびこれを用いた表面性状測定機を提供。【解決手段】接触式検出器と画像プローブとのオフセット量を求めるオフセット量校正方法。基準位置ｏに対して、既知の幅ｗを有するとともに段差を有する平行でない少なくとも２本の線幅パターン８１Ａ〜８１Ｄ，８２Ａ〜８２Ｄを有する校正用チャート８０をステージ上にセットする工程と、画像プローブによって校正用チャートの線幅パターンを撮像し、校正用チャートの基準位置を求める第１の校正測定工程と、接触式検出器によって校正用チャートの少なくとも２本の線幅パターンを測定し、校正用チャートの基準位置を求める第２の校正測定工程と、第１、第２の校正測定工程によって求められた基準位置の差からオフセット量を求めるオフセット量算出工程とを備える。【選択図】図６
2011085403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を載置するステージと、前記被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する接触式検出器と、前記被測定物の表面画像を撮像する画像プローブと、前記接触式検出器および前記画像プローブと前記ステージとを相対移動させる相対移動機構と、前記相対移動機構の駆動を制御するとともに、前記接触式検出器から得られる測定データおよび前記画像プローブで取得された画像データを処理する制御装置とを備えた表面性状測定機において、前記接触式検出器と前記画像プローブとのオフセット量を求めるオフセット量校正方法であって、
基準位置に対して、既知の幅を有するとともに段差を有する平行でない少なくとも２本の線幅パターンを有する校正用チャートを前記ステージ上にセットする校正用チャートセット工程と、
前記画像プローブによって前記校正用チャートの線幅パターンを撮像し、前記校正用チャートの基準位置を求める第１の校正測定工程と、
前記接触式検出器によって前記校正用チャートの少なくとも２本の線幅パターンを測定し、校正用チャートの基準位置を求める第２の校正測定工程と、
前記第１の校正測定工程によって求められた基準位置と前記第２の校正測定工程によって求められた基準位置との差からオフセット量を求めるオフセット量算出工程と、
を備えたことを特徴とするオフセット量校正方法。
【請求項２】
請求項１に記載のオフセット量校正方法において、
前記校正用チャートは、既知の幅を有するとともに段差を有する線幅パターンを菱形に組み合わせた菱形線幅パターン、および、既知の幅を有するとともに段差を有する線幅パターンを十字形に組み合わせた十字形線幅パターンの少なくとも一方を有している、ことを特徴とするオフセット量校正方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のオフセット量校正方法において、
前記接触式検出器のスタイラスおよび前記画像プローブの少なくとも一方が交換可能に構成され、
この交換時において、前記校正用チャートセット工程、第１の校正測定工程、第２の校正測定工程、および、オフセット量算出工程が実行される、ことを特徴とするオフセット量校正方法。
【請求項４】
被測定物を載置するステージと、前記被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する接触式検出器と、前記被測定物の表面画像を撮像する画像プローブと、前記接触式検出器および前記画像プローブと前記ステージとを相対移動させる相対移動機構と、前記相対移動機構の駆動を制御するとともに、前記接触式検出器から得られる測定データおよび前記画像プローブで撮像された画像データを処理する制御装置とを備えた表面性状測定機において、
前記請求項１〜請求項３のいずれかのオフセット量校正方法で求められたオフセット量を記憶するオフセット量記憶手段を備え、
前記制御装置は、前記画像プローブによって取り込まれた前記被測定物の画像を基に測定開始位置が指定されると、前記オフセット量記憶手段に記憶されたオフセット量を補正値として、前記接触式検出器のスタイラスが前記被測定物の測定開始位置に接するように、前記相対移動機構を動作させる、
ことを特徴とする表面性状測定機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタイラスを有する接触式検出器と画像プローブとを備えた表面性状測定機、および、接触式検出器と画像プローブとのオフセット量を求めることができるオフセット量校正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の表面にスタイラスを接触させた状態において、スタイラスを被測定物の表面に沿って移動させ、このとき、被測定物の表面形状や表面粗さによって生じるスタイラスの変位を検出し、このスタイラスの変位から被測定物の表面形状や表面粗さ等の表面性状を測定する表面性状測定機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来、表面性状測定機において、被測定物の表面形状や表面粗さ等を測定する場合、測定者は、目視で、スタイラスの先端と被測定物の測定箇所の相対位置を調整しながら、スタイラスの先端を被測定物の測定開始位置にセットし、この後、スタイラスを被測定物の表面に沿って相対移動させる。すると、被測定物の表面形状や表面粗さ等によってスタイラスが上下に変位するから、そのスタイラスの上下変位から被測定物の表面形状や表面粗さ等の表面性状が測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−８７５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、被測定物の微細化、細線化の流れのなかで、被測定物や測定箇所が微細化している今日、上述したスタイラスのセッティング作業は、非常に困難で、かつ、時間が掛かることから、測定者への負担も大きい。
また、被測定物によっては、スタイラスと被測定物とが干渉（衝突）し、スタイラスや被測定物の破損を招く場合も想定される。
【０００６】
そこで、本出願人は、被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する接触式検出器のほかに、被測定物の表面画像を撮像する画像プローブを設けた表面性状測定機の開発に取り組んでいる。
これは、最初に、画像プローブによって被測定物の画像を取り込み、この取り込んだ被測定物の画像から測定開始位置を指定すると、接触式検出器のスタイラスが被測定物の測定開始位置に接するように、相対移動機構の移動軌跡が算出、記憶される。測定が指令されると、記憶された移動軌跡に従って相対移動機構が動作され、接触式検出器のスタイラスが被測定物の測定開始位置に自動的に接触される。
従って、接触式検出器のスタイラスを被測定物の測定開始位置に自動的にセッティングできるから、つまり、従来のように、測定者が、目視でスタイラスの先端と被測定物の測定開始位置の相対位置を調整しながら、スタイラスの先端を被測定物の測定開始位置にセッティングしなくてもよいから、測定者への負担を軽減できるとともに、スタイラスと被測定物との干渉を防止できる。
【０００７】
ところが、スタイラスを有する接触式検出器と画像プローブとは、物理的・構造的な理由から、同一システム上においてオフセットして配置される。
そのため、画像プローブから接触式検出器への切換時、あるいは、接触式検出器から画像プローブへの切換時に、接触式検出器と画像プローブとのオフセット量を補正した制御を行わなければならないため、接触式検出器と画像プローブとのオフセット量を正確に把握しておくことが、高精度測定を実現するうえで重要となる。
【０００８】
本発明の目的は、接触式検出器と画像プローブとを備えた表面性状測定機において、接触式検出器と画像プローブとのオフセット量を正確かつ効率的に求めることができるオフセット量校正方法およびこれを用いた表面性状測定機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のオフセット量校正方法は、被測定物を載置するステージと、前記被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する接触式検出器と、前記被測定物の表面画像を撮像する画像プローブと、前記接触式検出器および前記画像プローブと前記ステージとを相対移動させる相対移動機構と、前記相対移動機構の駆動を制御するとともに、前記接触式検出器から得られる測定データおよび前記画像プローブで取得された画像データを処理する制御装置とを備えた表面性状測定機において、前記接触式検出器と前記画像プローブとのオフセット量を求めるオフセット量校正方法であって、基準位置に対して、既知の幅を有するとともに段差を有する平行でない少なくとも２本の線幅パターンを有する校正用チャートを前記ステージ上にセットする校正用チャートセット工程と、前記画像プローブによって前記校正用チャートの線幅パターンを撮像し、前記校正用チャートの基準位置を求める第１の校正測定工程と、前記接触式検出器によって前記校正用チャートの少なくとも２本の線幅パターンを測定し、校正用チャートの基準位置を求める第２の校正測定工程と、前記第１の校正測定工程によって求められた基準位置と前記第２の校正測定工程によって求められた基準位置との差からオフセット量を求めるオフセット量算出工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、基準位置に対して、既知の幅を有するとともに段差を有する平行でない少なくとも２本の線幅パターンを有する校正用チャートをステージ上にセットしたのち（校正用チャートセット工程）、画像プローブによって校正用チャートの線幅パターンを撮像し、校正用チャートの基準位置を求める（第１の校正測定工程）。また、接触式検出器によって校正用チャートの２本の線幅パターンを測定し、校正用チャートの基準位置を求める（第２の校正測定工程）。そして、第１の校正測定工程によって求められた基準位置と第２の校正測定工程によって求められた基準位置との差からオフセット量を求める（オフセット量算出工程）。
従って、画像プローブの撮像によって求めた校正用チャートの基準位置と、接触式検出器の測定によって求めた校正用チャートの基準位置との差から、接触式検出器と画像プローブとのオフセット量を求めるようにしたから、接触式検出器と画像プローブとのオフセット量を正確、かつ、効率的に求めることができる。
【００１１】
本発明のオフセット量校正方法において、前記校正用チャートは、既知の幅を有するとともに段差を有する線幅パターンを菱形に組み合わせた菱形線幅パターン、および、既知の幅を有するとともに段差を有する線幅パターンを十字形に組み合わせた十字形線幅パターンの少なくとも一方を有している、ことが好ましい。
【００１２】
このような構成によれば、校正用チャートをステージにセットする際、校正用チャートの向きを厳格に位置決めしなくても、第２の校正測定工程において、接触式検出器によって校正用チャートの少なくとも２本の線幅パターンを測定できる向きに、校正用チャートをセットすることができる。従って、校正操作を効率的に行うことができる。
【００１３】
本発明のオフセット量校正方法において、前記接触式検出器のスタイラスおよび前記画像プローブの少なくとも一方が交換可能に構成され、この交換時において、前記校正用チャートセット工程、第１の校正測定工程、第２の校正測定工程、および、オフセット量算出工程が実行される、ことが好ましい。
【００１４】
このような構成によれば、接触式検出器のスタイラスおよび画像プローブの少なくとも一方が交換可能に構成されているから、被測定物の測定部位に適したスタイラスや画像プローブに交換できる。
また、接触式検出器のスタイラスや画像プローブを交換した際、校正用チャートセット工程、第１の校正測定工程、第２の校正測定工程、および、オフセット量算出工程が実行されるから、スタイラスおよび画像プローブが交換されても、交換されたスタイラスまたは画像プローブのオフセット量が校正されるから、常に高精度な測定を保障できる。
【００１５】
本発明の表面性状測定機は、被測定物を載置するステージと、前記被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する接触式検出器と、前記被測定物の表面画像を撮像する画像プローブと、前記接触式検出器および前記画像プローブと前記ステージとを相対移動させる相対移動機構と、前記相対移動機構の駆動を制御するとともに、前記接触式検出器から得られる測定データおよび前記画像プローブで撮像された画像データを処理する制御装置とを備えた表面性状測定機において、前記請求項１〜請求項３のいずれかのオフセット量校正方法で求められたオフセット量を記憶するオフセット量記憶手段を備え、前記制御装置は、前記画像プローブによって取り込まれた前記被測定物の画像を基に測定開始位置が指定されると、前記オフセット量記憶手段に記憶されたオフセット量を補正値として、前記接触式検出器のスタイラスが前記被測定物の測定開始位置に接するように、前記相対移動機構を動作させる、ことを特徴とする。
【００１６】
このような構成によれば、まず、画像プローブによって被測定物の画像を取り込んだ後、この取り込まれた被測定物の画像を基に測定開始位置が指定されると、オフセット量記憶手段に記憶されたオフセット量を補正値として、接触式検出器のスタイラスが被測定物の測定開始位置に接するように、相対移動機構が動作される。
従って、接触式検出器のスタイラスを被測定物の測定開始位置に自動的にセッティングできるから、つまり、従来のように、測定者が、目視でスタイラスの先端と被測定物の測定開始位置の相対位置を調整しながら、スタイラスの先端を被測定物の測定開始位置にセッティングしなくてもよいから、測定者への負担を軽減できるとともに、スタイラスと被測定物との干渉を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る表面性状測定機を示す斜視図。
【図２】同上実施形態の接触式検出器および画像プローブ部分を示す拡大斜視図。
【図３】同上実施形態の接触式検出器および画像プローブ部分を示す正面図。
【図４】同上実施形態の画像プローブを示す図。
【図５】同上実施形態の制御システムを示すブロック図。
【図６】同上実施形態のオフセット量校正方法に用いる校正用チャートを示す図。
【図７】同上実施形態のオフセット量校正方法の第１測定工程を示す図。
【図８】同上実施形態のオフセット量校正方法の第２測定工程を示す図。
【図９】第２測定工程において、校正用チャートの回転量を算出する際の説明図。
【図１０】第２測定工程において、校正用チャートの基準位置を算出する際の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜表面性状測定機の説明（図１〜図５参照）＞
本実施形態に係る表面性状測定機は、図１および図２に示すように、設置台１と、この設置台１の上面に固定されたベース２と、このベース２上に載置され上面に被測定物を載置するステージ１０と、被測定物の表面に接触されるスタイラス２４を有する接触式検出器２０と、被測定物の表面画像を撮像する画像プローブ３０と、接触式検出器２０および画像プローブ３０とステージ１０とを相対移動させる相対移動機構４０と、制御装置５０とを備える。
【００１９】
相対移動機構４０は、ベース２とステージ１０との間に設けられステージ１０を水平方向の一方向（Ｘ軸方向）へ移動させる第１移動機構としてのＸ軸駆動機構４１と、ベース２の上面に立設されたコラム４２と、このコラム４２に上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に設けられた昇降部材としてのＺスライダ４３と、このＺスライダ４３を上下方向へ昇降させる第２移動機構としてのＺ軸駆動機構４４と、Ｚスライダ４３に旋回機構４５（図５参照）を介してＸ軸を中心として旋回可能に設けられた旋回プレート４６と、この旋回プレート４６に設けられステージ１０の移動方向（Ｘ軸方向）およびＺスライダ４３の昇降方向（Ｚ軸方向）に対して直交する方向（Ｙ軸方向）へ移動可能に設けられたスライド部材としてのＹスライダ４７と、このＹスライダ４７をＹ軸方向へ移動させる第３移動機構としてのＹ軸駆動機構４８とを備える。
【００２０】
本実施形態では、接触式検出器２０および画像プローブ３０が、Ｙスライダ４７に取り付けられている。従って、相対移動機構４０は、ステージ１０をＸ軸方向へ移動させるＸ軸駆動機構４１と、接触式検出器２０および画像プローブ３０をＺ軸方向へ移動させるＺ軸駆動機構４４と、接触式検出器２０および画像プローブ３０をＹ軸方向へ移動させるＹ軸駆動機構４８とを含む三次元移動機構によって構成されている。
【００２１】
Ｘ軸駆動機構４１およびＺ軸駆動機構４４は、図示省略されているが、例えば、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合されたナット部材とを有する送りねじ機構によって構成されている。
Ｙ軸駆動機構４８は、駆動機構本体４８Ａと、この駆動機構本体４８ＡにＹ軸方向と平行に設けられＹスライダ４７を移動可能に支持したガイドレール４８Ｂと、このガイドレール４８Ｂに沿ってＹスライダ４７を往復移動させる駆動源（図示省略）等を含んで構成されている。
【００２２】
接触式検出器２０は、図３に示すように、Ｙスライダ４７に吊り下げ支持された検出器本体２１と、この検出器本体２１にＹ軸方向と平行に支持された接触式プローブ２２とを備える。接触式プローブ２２は、プローブ本体２３と、このプローブ本体２３に揺動可能に支持され先端にスタイラス２４を有するアーム２５と、このアーム２５の揺動量を検出する検出部２６とから構成されている。なお、スタイラス２４、ここでは、スタイラス２４を含むアーム２５がプローブ本体２３に対して交換可能に構成されている。
【００２３】
画像プローブ３０は、連結部材３１を介して、Ｙスライダ４７に接触式検出器２０とともに一体的に連結された筒状のプローブ本体３２と、このプローブ本体３２の先端に交換可能かつ下向きに取り付けられたプローブヘッド３３とを備える。
プローブヘッド３３は、図４に示すように、対物レンズ３５と、この対物レンズ３５の外周に配置された光源としてのＬＥＤ３６と、対物レンズ３５を透過した被測定物からの反射光を受光し被測定物の画像を撮像するＣＣＤセンサ３７と、ＬＥＤ３６の周囲を覆うカバー３８とを含んで構成されている、
【００２４】
画像プローブ３０は、接触式検出器２０に対してオフセットされた位置に配置されている。具体的には、図２に示すように、画像プローブ３０の対物レンズ３５の焦点位置が、Ｚ軸方向において、接触式検出器２０のスタイラス２４の先端よりもオフセット量ＯＦｚだけ下方位置に、また、Ｘ軸方向において、スタイラス２４の軸線よりもオフセット量ＯＦｘだけずれた位置に、更に、Ｙ軸方向において、スタイラス２４の軸線よりもオフセット量ＯＦｙだけずれた位置にそれぞれ配置されている。
【００２５】
制御装置５０には、図５に示すように、相対移動機構４０、接触式検出器２０、画像プローブ３０のほかに、入力装置５１、表示装置５２、記憶装置５３が接続されている。
入力装置５１は、例えば、携帯型のキーボードやジョイスティックなどによって構成され、各種動作指令やデータの入力のほか、画像プローブ３０で取得した画像から、スタイラス２４をセットする位置（測定開始位置）を指定できるようになっている。
表示装置５２には、画像プローブ３０で取得した画像が表示されるとともに、接触式検出器２０によって得られた形状や粗さデータが表示される。
記憶装置５３には、測定プログラム等を記憶したプログラム記憶部５４、接触式検出器２０のスタイラス２４と画像プローブ３０のオフセット量ＯＦｘ，ＯＦｙ，ＯＦｚを記憶したオフセット記憶手段としてのオフセット量記憶部５５、および、測定時に取り込んだ画像データや測定データなどを記憶するデータ記憶部５６などが設けられている。
【００２６】
制御装置５０は、プログラム記憶部５４に記憶された測定プログラムに従って、画像プローブ３０によって取り込まれた被測定物の画像を基に測定開始位置が指定されると、オフセット量記憶部５５に記憶されたオフセット量ＯＦｘ，ＯＦｙ，ＯＦｚを補正値として、接触式検出器２０のスタイラス２４が被測定物の測定開始位置に接するように、相対移動機構４０を動作させるスタイラスセット手段と、接触式検出器２０のスタイラス２４と被測定物とが接触された状態において、相対移動機構４０を動作させて接触式検出器２０と被測定物とを相対移動させながら被測定物の表面性状を測定する測定実行手段とを備える。
【００２７】
更に、制御装置５０は、画像プローブ３０によって取り込まれた被測定物の画像から被測定物のエッジを検出するエッジ検出機能や、被測定物の高さ方向（Ｚ軸方向）の面に対物レンズの焦点位置が一致するように、対物レンズ３５を高さ方向へ変位させて、この変位量から被測定物の高さ方向の位置を検出するオートフォーカス機能を備える。エッジ検出機能としては、公知の検出原理を用いることができるが、例えば、画像プローブ３０の検出方向に対して直交する方向の平均濃度（明るさの濃度）を求め、この平均濃度が予め設定された閾値を以下の位置をエッジとして検出する方法でもよい。
【００２８】
＜校正用チャートの説明（図６参照）＞
校正用チャート８０は、図６に示すように、菱形線幅パターン８１と、この菱形線幅パターン８１の内部に設けられた十字形線幅パターン８２とを有し、これら菱形線幅パターン８１および十字形線幅パターン８２の中心に基準位置ｏが設定されている。
菱形線幅パターン８１は、幅がｗ（既知）、傾きが４５°で段差（厚み）を有する４本の線幅パターン８１Ａ〜８１Ｄを菱形に組み合わせたもので、菱形の対角線上において、線幅パターン８１Ａ〜８１Ｄの中心線間隔が２ｄとなる菱形形状に形成されている。十字形線幅パターン８２は、菱形線幅パターン８１の角部を繋ぐとともに、線幅が（既知）で段差（厚み）を有する線幅パターン８２Ａ〜８２Ｄが十字に組み合わされた十字形状に形成されている。
なお、校正用チャート８０は、必ずしも菱形線幅パターン８１と十字形線幅パターン８２とを有する形状に限られず、基準位置ｏに対して、既知の傾きと幅を有するとともに段差を有する平行でない少なくとも２本の線幅パターンを有する形状であればよい。
【００２９】
＜オフセット量校正方法の説明（図７〜図１０参照）
接触式検出器２０と画像プローブ３０とのオフセット量を求めるには、次のようにして行う。
（Ａ）校正用チャート８０をステージ１０上にセットし固定する（校正用チャートセット工程）。
この場合、ステージ１０の移動時に、校正用チャート８０がステージ１０上で位置ずれを生じなければ、測定機のＸ、Ｙ軸方向に対して校正用チャート８０が回転した状態でも構わない。
【００３０】
（Ｂ）この状態において、画像プローブ３０によって校正用チャート８０の線幅パターンを撮像し、校正用チャート８０の基準位置ｏを求める（第１の校正測定工程）。
まず、画像プローブ３０の視野内に校正用チャート８０が入るように、相対移動機構４０を駆動させたのち、画像プローブ３０で撮像された校正用チャート画像を画像処理計算して校正用チャート８０の基準位置ｏを取得する。
例えば、菱形線幅パターン８１の４本の線幅パターン８１Ａ〜８１Ｄのエッジ検出から各線幅パターン８１Ａ〜８１Ｄのエッジ線分（つまり、線幅パターンの内側線および外側線）をそれぞれ求め、このエッジ線分から各線幅パターン８１Ａ〜８１Ｄの中心線分（図６で二点鎖線）を求め、この中心線分（図６で二点鎖線）で囲まれる４角形の中心座標を求めることにより、校正用チャート８０の基準位置ｏを求める。あるいは、線幅パターン８１Ａ〜８１Ｄの中心線分（図６で二点鎖線）の交点座標を求め、この対角点の中点座標を求めることにより、校正用チャート８０の基準位置ｏを求める。
【００３１】
図７は、相対移動後において、画像プローブ３０で撮像された画像を示す。ここで、相対移動機構４０のＹ軸駆動機構４８およびＸ軸駆動機構４１の移動量（各駆動軸に設けられたエンコーダのカウント値）、つまり、Ｏｍを測定機原点（測長原点）とする画像プローブ３０の画角中心位置は（ｘIm，ｙIm）、画角中心位置から校正用チャート８０の基準位置ｏまでの距離は（δｘ，δｙ）で求められるから、画像プローブ３０によって撮像した校正用チャート８０の基準位置ｏは、（ｘIm+δｘ，ｙIm+δｙ）となる。
【００３２】
（Ｃ）次に、接触式検出器２０のスタイラス２４によって校正用チャート８０の少なくとも２本の線幅パターンを横断し測定できる位置まで、相対移動機構４０を動作させる。
例えば、Ｘ軸移動機構４１を動作させて、校正用チャート８０の２本の線幅パターンが接触式検出器２０のスタイラス２４の走査測定ライン方向（Ｙ軸方向）と交差する位置まで、ステージ１０を移動させる。
【００３３】
（Ｄ）この後、接触式検出器２０のスタイラス２４によって校正用チャート８０の少なくとも２本の線幅パターンを測定し、その測定結果から校正用チャート８０の基準位置ｏを求める（第２の校正測定工程）。
例えば、図８に示すように、接触式検出器２０のスタイラス２４を走査測定ラインに沿って移動させ、校正用チャート８０の菱形線幅パターン８１の２本の線幅パターンを測定し、この測定結果から校正用チャート８０の基準位置ｏを求める。具体的には、次のようにして行う
【００３４】
（Ｄ−１）まず、校正用チャート８０のステージ１０に対する回転量θを算出する。
なお、校正用チャート８０のステージ１０に対する回転量θについては、画像プローブ３０による測定において行ってもよいが、各種測定条件による誤差が生じる可能性があるため、本実施形態では、接触式検出器２０のスタイラス２４による校正用チャート８０の線幅パターン測定時において、校正用チャート８０の回転量θを測定する。
図９に示すように、接触式検出器２０のスタイラス２４を走査測定ライン方向（Ｙ軸方向）へ移動させ、校正用チャート８０の菱形線幅パターン８１の２本の線幅パターンを測定し、走査測定ラインに沿った線幅パターンの幅、つまり、測定値Ｓ１（ｘａ，ｙ１）と測定値Ｓ２（ｘａ，ｙ２）との幅（Ｓ１−Ｓ２間幅）、あるいは、測定値Ｅ１（ｘａ，ｙ３）と測定値Ｅ２（ｘａ，ｙ４）との幅（Ｅ１−Ｅ２間幅）と、校正用チャート８０がステージ１０に対して回転せずに固定された状態において、走査測定ラインに沿った線幅パターンの幅（走査幅：２δ）とを比較し、計算により校正用チャート８０のステージ１０に対する回転量θを求める。
【００３５】
Ｓ１−Ｓ２間幅をＬＳとすると、ＬＳ＝|ｙ２−ｙ１|である。もし、２δ＞ＬＳならば、図９の回転状態である。
ＬＳ×cosθ−ＬＳ×sinθ＝２δ
√２×sin（θ−π／４）＝２δ／ＬＳ
θ＝sin−１（√（２δ／ＬＳ））＋π／４  ［rad］
同様に、
Ｅ１−Ｅ２間幅をＬＥとし、ＬＥ＝|ｙ４−ｙ３|から、
ＬＥ×cosθ＋ＬＥ×sinθ＝２δ
となることにより、
θ＝sin−１（√（２δ／ＬＥ））−π／４  ［rad］
となる。
従って、線幅パターンの既知の走査幅２δと、線幅パターンの測定値間幅とから、校正用チャート８０のステージ１０に対する回転量θを求めることができる。ここでは、この２つの回転量θの平均値を、校正用チャート８０の配置時の回転量とする。
【００３６】
（Ｄ−２）次に、校正用チャート８０の基準位置ｏを原点とする座標系で各測定点などを定義する。
校正用チャート８０の基準位置ｏを原点とする座標系において、既知である条件と、測定により得られた値（パラメータ）は、次の通り。
・線幅パターンの中心線分Ｌｃ：Ｙ＝ｆ（ｘ）  …式（１）
（例：ｙ＝−ｘ＋ｄ……式（１’））
・校正用チャートの回転量θ：上記（Ｄ−１）で求めた値（時計回りを正）
・Ｓｃ−Ｅｃ間距離：測定結果よりＤとする。
なお、Ｓｃ，Ｅｃ：走査測定ラインと線幅パターンの中心線分Ｌｃ,Ｌ'cとの交点。
【００３７】
走査測定ラインと中心線分Ｌｃとの交点Ｓｃを（Ｘ１，ｆ（Ｘ１））で定義する。ここでは、簡単なため、式（１）を使用すると、（Ｘ１，−Ｘ１＋ｄ）となる。
次に、走査測定ラインと中心線分Ｌ’ｃとの交点Ｅｃの座標を上記で定義したＸ１を用いて表す。
交点Ｓｃを通り、傾き１／tanθの直線（走査測定ライン）と、中心線分Ｌ’ｃ［ｙ＝ｇ（ｘ）：例としてｙ＝ｘ−ｄ］が交わる交点Ｅｃから、
Ｙ＝（１／tanθ）Ｘ２＋ｆ（Ｘ１）−（Ｘ１／tanθ）…式（２）
→Ｙ＝（１／tanθ）Ｘ２−Ｘ１＋ｄ−（Ｘ１／tanθ）…式（２’）
Ｙ＝ｇ（Ｘ２）      …式（３）
→Ｙ＝Ｘ２−ｄ    …式（３’）
式（２’）と式（３’）の連立により、Ｘ２は以下のようなＸ１表記となる。
Ｘ２＝｛２ｄ−Ｘ１−（Ｘ１／tanθ）｝／｛１−（１／tanθ）｝…式（４）
【００３８】
測定結果からＳｃ−Ｅｃ間距離はＤであるから、
Ｘ２―Ｘ１＝−Ｄ・sinθ    …式（５）
式（５）を式（４）に代入すると
［｛２ｄ−Ｘ１−（Ｘ１／tanθ）｝／｛１−（１／tanθ）｝］−Ｘ１
＝−Ｄ・sinθ
｛（２ｄ・tanθ−Ｘ１・tanθ−Ｘ１）／（tanθ−１）｝−Ｘ１
＝−Ｄ・sinθ
２ｄ・tanθ−２・Ｘ１・tanθ＝−Ｄ・sinθ（tanθ−１）
Ｘ１＝｛２ｄ・tanθ＋Ｄ・sinθ・（tanθ−１）｝／２・tanθ
＝ｄ＋（Ｄ／２）（sinθ−cosθ）
となる。
【００３９】
校正用チャート８０の基準位置ｏを原点とする座標系での交点Ｓｃの座標は、
（Ｘ１，Ｙ１）
＝［ｄ＋（２／Ｄ）（sinθ−cosθ），−（Ｄ／２）（sinθ−cosθ）］    
測定機原点Ｏｍを原点とする座標系での交点Ｓｃの座標は、測定値から、
（ｘａ，ｙｃ１）
となる。
【００４０】
測定機原点Ｏｍを原点とする座標系から基準位置ｏを原点とする座標系への変換を
ｏ座標（ｘ０，ｙ０）への平行移動座標変換後に、
Ｆ：基準位置ｏ周りの−θ回転座標変換
【００４１】
【数１】
2011085403.tif 000003
【００４２】
よって、校正用チャートの基準位置ｏの座標（ｘ０．ｙ０）は、上記Ｓｃの座標から、
【００４３】
【数２】
2011085403.tif 000004
【００４４】
（Ｅ）以上から、第１の校正測定工程によって求められた基準位置と第２の校正測定工程によって求められた基準位置との差が、接触式検出器２０のスタイラス２４と画像プローブ３０とのオフセット量となる。
従って、第１の校正測定工程によって求められた基準位置と第２の校正測定工程によって求められた基準位置との差からＸ，Ｙ軸方向のオフセット量ＯＦｘ，ＯＦｙを求めたのち（オフセット量算出工程）、そのオフセット量をオフセット量記憶部５５に記憶させる。これにより、オフセット量の校正が完了する。
【００４５】
なお、Ｚ軸方向のオフセット量ＯＦｚについては、例えば、次のようにして求めることができる。
画像プローブ３０のオートフォーカスを利用して、いずれかの線分パターンの高さ位置を測定、つまり、線分パターンの表面に画像プローブ３０の焦点が一致するように画像プローブ３０を上下させ、このときのＺ軸方向座標から線分パターンの高さ位置を求める。また、接触式検出器２０のスタイラス２４によって同じ線分パターンを測定し、線分パターンの最大高さ位置における接触式検出器２０のＺ軸方向位置（接触式検出器２０のＺ軸方向位置とスタイラス２４の変位量）を求める。そして、画像プローブ測定による測定結果（Ｚ軸方向座標）と、スタイラス測定による測定結果（Ｚ軸方向座標）との差をＺ軸方向のオフセット量ＯＦｚとすればよい。
【００４６】
＜測定動作の説明＞    
測定にあたっては、入力装置５１からの指令で、画像プローブ３０によって被測定物の画像を取得する。すると、被測定物の画像データがデータ記憶部５６に格納されたのち、表示装置５２に表示される。
【００４７】
ここで、表示装置５２に表示された画像を基に、入力装置５１から測定開始位置（接触式検出器２０のスタイラス２４を最初に接触させる位置）を指定すると、制御装置５０は、オフセット量記憶部５５に記憶されたオフセット量ＯＦｘ，ＯＦｙ，ＯＦｚを考慮して、接触式検出器２０のスタイラス２４が被測定物の測定開始位置に接するように、相対移動機構４０の移動軌跡を算出してプログラム記憶部５４に記憶する。
【００４８】
その後、測定開始指令が出されると、制御装置５０は、移動軌跡算出手段で求められた移動軌跡に従って相対移動機構４０を動作させたのち、接触式検出器２０のスタイラス２４と被測定物とを接触させる。この状態において、相対移動機構４０を動作させて接触式検出器２０と被測定物とを相対移動させながら被測定物の表面性状を測定する。
【００４９】
＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、被測定物の表面に接触されるスタイラス２４を有する接触式検出器２０と、被測定物の表面画像を撮像する画像プローブ３０とを備えたので、画像プローブ３０によって被測定物の画像を取り込んだのち、この取り込んだ画像を基に、接触式検出器２０のスタイラス２４を被測定物の測定箇所に自動的に接触させるようにしたので、従来のように、測定者が、目視でスタイラスの先端と被測定物の測定箇所の相対位置を調整しながら、スタイラスの先端を被測定物の測定開始位置にセッティングしなくてもよいから、測定者への負担を軽減できるとともに、スタイラス２４と被測定物との干渉を防止できる。
【００５０】
また、接触式検出器２０のスタイラス２４と画像プローブ３０とは、Ｚ軸方向およびＸ、Ｙ軸方向にオフセット量ＯＦｚ、ＯＦｘ、ＯＦｙだけずれて配置されているから、それぞれの測定時に他を退避させる機構を付けなくても、測定に支障を与えることがない。
しかも、接触式検出器２０のスタイラス２４の先端と画像プローブ３０とのオフセット量ＯＦｘ，ＯＦｙ，ＯＦｚはオフセット量記憶部５５に記憶され、このオフセット量記憶部５５に記憶されたオフセット量を考慮して、接触式検出器２０のスタイラス２４が被測定物の測定開始位置に接触するように、相対移動機構４０が動作されるから、接触式検出器２０のスタイラス２４を被測定物の測定開始位置に正確に接触させることができる。
【００５１】
また、接触式検出器２０のスタイラス２４と画像プローブ３０とのオフセット量の校正にあたって、基準位置oに対して、既知の傾きと幅を有するとともに段差を有する平行でない少なくとも２本の線幅パターン８１Ａ〜８１Ｄ，８２Ａ〜８２Ｄを有する校正用チャート８０を用い、この校正用チャート８０をステージ１０上にセットしたのち、画像プローブ３０によって校正用チャート８０の線幅パターンを撮像し、校正用チャート８０の基準位置ｏを求めるとともに、接触式検出器２０によって校正用チャート８０の２本の線幅パターンを測定し、校正用チャート８０の基準位置ｏを求めたのち、これによって求められた基準位置の差からオフセット量を求めるようにしたから、接触式検出器２０と画像プローブ３０とのオフセット量を正確、かつ、効率的に求めることができる。
【００５２】
また、校正用チャート８０は、既知の傾きと幅を有するとともに段差を有する線幅パターンを菱形に組み合わせた菱形線幅パターン８１、および、既知の傾きと幅を有するとともに段差を有する線幅パターンを十字状に組み合わせた十字形線幅パターン８２を有する校正用チャート８０を用いたので、校正用チャート８０をステージ１０にセットする際、校正用チャート８０の向きを厳格に位置決めしなくても、第２の校正測定工程において、接触式検出器２０によって校正用チャート８０の少なくとも２本の線幅パターンを測定できる向きに、校正用チャート８０をセットすることができる。従って、校正操作を効率的に行うことができる。
【００５３】
また、接触式検出器２０のスタイラス２４および画像プローブ３０の少なくとも一方が交換可能に構成されているから、被測定物の測定部位に適したスタイラス２４や画像プローブ３０に交換できる。
また、スタイラス２４や画像プローブ３０に交換時において、校正用チャートセット工程、第１の校正測定工程、第２の校正測定工程、および、オフセット量算出工程が実行されるから、スタイラス２４および画像プローブ３０が交換されても、常に高精度な測定を保障できる。
【００５４】
また、画像プローブ３０を備えているので、画像プローブ３０の単独使用による測定も可能である。
例えば、画像プローブ３０によって取得した画像から、線幅や孔径などを測定することができるほか、画像プローブ３０のオートフォーカス機能を用いて、対物レンズ３５の光軸方向の寸法（段差寸法）なども測定できる。
【００５５】
また、相対移動機構４０は、被測定物を載置するステージ１０をＸ軸方向へ移動させるＸ軸駆動機構４１と、接触式検出器２０および画像プローブ３０をＹ軸方向およびＺ軸方向へ移動させるＹ軸駆動機構４８およびＺ軸駆動機構４４とを含んで構成されているから、被測定物と接触式検出器２０および画像プローブ３０とを三次元方向、つまり、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向へ移動させることができる。従って、被測定物の測定部位がどのような向きや姿勢であっても形状や表面粗さを測定できる。
しかも、接触式検出器２０および画像プローブ３０は、共に、Ｙスライダ４７にオフセットして取り付けられているから、接触式検出器２０および画像プローブ３０を別々に移動させる機構を設ける場合に比べ、構造を簡素化でき、安価に構成できる。
【００５６】
また、画像プローブ３０は、対物レンズ３５と、この対物レンズ３５の外周に配置された光源としてのＬＥＤ３６と、対物レンズ３５を透過した被測定物からの反射光を受光し被測定物の画像を撮像するＣＣＤセンサ３７とを含んで構成されているから、被測定物の表面画像を対物レンズ３５を通じてＣＣＤセンサ３７で高精度に取得できる。しかも、対物レンズ３５の周囲にＬＥＤ３６が配置されているから、照明装置を別途設ける場合に比べ、コンパクト化できる。
【００５７】
＜変形例＞
本発明は、前述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
【００５８】
校正用チャートについては、前記実施形態で述べた構成に限られない。
例えば、菱形線幅パターン８１と十字形線幅パターン８２とのいずれか一方のみでもよく、更には、これら菱形線幅パターン８１と十字形線幅パターン８２に限らず、基準位置ｏに対して、既知の傾きと幅を有するとともに段差を有する平行でない少なくとも２本の線幅パターンを有する形状であればよい。
【００５９】
接触式検出器２０は、先端にスタイラス２４を有するアーム２５と、このアーム２５の揺動量を検出する検出部２６とを有する接触式プローブ２２を含んで構成されていたが、スタイラス２４が被測定物に表面に接触しながら、被測定物の表面形状や粗さなどを測定できる機構であれば、他の構造であってもよい。
【００６０】
画像プローブ３０は、対物レンズ３５と、この対物レンズ３５の外周に配置された光源としてのＬＥＤ３６と、対物レンズ３５を透過した被測定物からの反射光を受光し被測定物の画像を撮像するＣＣＤセンサ３７とを有するプローブヘッド３３を含んで構成されていたが、これに限られない。
例えば、光源としてのＬＥＤ３６は、画像プローブとは別に設けてもよい。また、対物レンズ３５を交換可能にして、倍率の異なる対物レンズ３５に交換できるようにすれば、被測定物の測定箇所の大きさに応じて最適な作業が実施できる。
【００６１】
相対移動機構４０は、ステージ１０をＸ軸方向へ、接触式検出器２０および画像プローブ３０をＹ軸方向およびＺ軸方向へ移動可能に構成したが、これに限られない。要するに、ステージ１０と接触式検出器２０および画像プローブ３０とが三次元方向へ移動可能であれば、どちらが移動する構造であっても構わない。
また、接触式検出器２０と画像プローブ３０とを別々の相対移動機構によって独立的に移動させるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、例えば、機械加工された複雑形状の被測定物の形状や表面粗さを自動測定する場合などに利用できる。
【符号の説明】
【００６３】
１０…ステージ、
２０…接触式検出器、
２４…スタイラス、
３０…画像プローブ、
３５…対物レンズ、
３６…ＬＥＤ（光源）
３７…ＣＣＤセンサ
４０…相対移動機構、
４１…Ｘ軸駆動機構（第１移動機構）、
４２…コラム、
４３…Ｚスライダ、
４４…Ｚ軸駆動機構（第２移動機構）、
４７…Ｙスライダ（スライド部材）、
４８…Ｙ軸駆動機構（第３移動機構）
５５…オフセット量記憶部（オフセット量記憶手段）
８０…校正用チャート、
８１…菱形線幅パターン、
８１Ａ〜８１Ｄ…線幅パターン、
８２…十字形線幅パターン、
８２Ａ〜８２Ｄ…線幅パターン、
ｏ…基準位置、
ＯＦｘ，ＯＦｙ，ＯＦｚ…オフセット量。
【図１】
2011085403.tif 000005
【図２】
2011085403.tif 000006
【図３】
2011085403.tif 000007
【図４】
2011085403.tif 000008
【図５】
2011085403.tif 000009
【図６】
2011085403.tif 000010
【図７】
2011085403.tif 000011
【図８】
2011085403.tif 000012
【図９】
2011085403.tif 000013
【図１０】
2011085403.tif 000014