(57)【要約】【課題】反射率の異なる被測定物上の測定点の高さ測定を高精度に行なう。【解決手段】光源１と、対物レンズ２と、マイクロミラーを有する測定点選択手段３と、被測定物７の結像点と光学的に共役の関係に配置され、被測定物７上の測定点Ｐからの反射光を検出する光検出手段４と、被測定物７と対物レンズ２との間の距離を対物レンズ２の光軸方向に変化させる移動手段５と、光検出手段４の検出出力及び移動手段５の変化量に基づいて上記測定点Ｐの高さを求める制御手段６と、を備え、制御手段６は、さらに測定点Ｐの高さを求める前に、上記マイクロミラーが光ビームを被測定物７方向に反射するように傾動している時間を短縮制御して光ビームの照射量を減らすものである。【選択図】図１
2007107923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを放射する光源と、
前記光源から放射された光ビームが被測定物方向に反射されるように傾動するマイクロミラーを有する測定点選択手段と、
前記測定点選択手段のマイクロミラーで反射された光ビームを被測定物上に集光する対物レンズと、
前記対物レンズによる被測定物上の結像点と光学的に共役の関係に配置され、前記被測定物上に選択された測定点に集光された光ビームの該測定点からの反射光を検出する光検出手段と、
前記被測定物と前記対物レンズとの間の距離を対物レンズの光軸方向に変化させると共にその変化量を検出して出力する移動手段と、
前記測定点選択手段のマイクロミラーを傾動制御し、前記移動手段を制御すると共に、前記光検出手段で検出された光の輝度及び前記移動手段から入力した変化量のデータに基づいて最大輝度値を示す変化量を被測定物の測定点の高さとして求める制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記被測定物の測定点の高さを求める前に、前記マイクロミラーが光ビームを前記被測定物方向に反射するように傾動している時間を短縮制御して前記測定点に対する光ビームの照射量を減らすことを特徴とする微小高さ測定装置。
【請求項２】
前記測定点選択手段は、個別に傾動する多数のマイクロミラーをマトリクス状に配列したものであり、前記光検出手段は、多数の受光素子を前記測定点選択手段の多数のマイクロミラーと１対１に対応させてマトリクス状に配置したものであることを特徴とする請求項１記載の微小高さ測定装置。
【請求項３】
光ビームを放射する光源と、
前記光源から放射された光ビームが被測定物方向に反射されるように傾動するマイクロミラーを有する測定点選択手段と、
前記被測定物上の結像点が前記測定点選択手段のマイクロミラー面と光学的に共役の関係となるように配置され、前記測定点選択手段のマイクロミラーで反射された光ビームを被測定物上に集光する対物レンズと、
前記被測定物上に選択された測定点に集光された光ビームの該測定点からの反射光を前記測定点選択手段を介して検出する光検出手段と、
前記被測定物と前記対物レンズとの間の距離を対物レンズの光軸方向に変化させると共にその変化量を検出して出力する移動手段と、
前記測定点選択手段のマイクロミラーを傾動制御し、前記移動手段を制御すると共に、前記光検出手段で検出された光の輝度及び前記移動手段から入力した変化量のデータに基づいて最大輝度値を示す変化量を被測定物の測定点の高さとして求める制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記被測定物の測定点の高さを求める前に、前記マイクロミラーが光ビームを前記被測定物方向に反射するように傾動している時間を短縮制御して前記測定点に対する光ビームの照射量を減らすことを特徴とする微小高さ測定装置。
【請求項４】
前記測定点選択手段は、個別に傾動する多数のマイクロミラーをマトリクス状に配列したものであることを特徴とする請求項３記載の微小高さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の微小高さを測定する微小高さ測定装置に関し、詳しくは、反射率の異なる被測定物上の測定点の高さ測定を高精度に行なおうとする微小高さ測定装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の微小高さ測定装置は、多数のマイクロレンズをアレイ状に配列したマイクロレンズディスクと、該マイクロレンズディスクと同一の回転軸により一体的に回転するようにされ、上記マイクロレンズディスクの各マイクロレンズの結像点にピンホールを形成したピンホールディスクと、上記マイクロレンズディスクのマイクロレンズ及びピンホールディスクのピンホールを通過した光ビームを被測定物上に集光させる対物レンズと、該対物レンズによる被測定物上の結像点と光学的に共役の関係に配置され被測定物７からの反射及び散乱光を検出する光検出器と、上記マイクロレンズディスクとピンホールディスクとの間に配設され被測定物からの反射及び散乱光を上記光検出器側に反射する光分岐手段と、該反射光を上記光検出器の検出面上に集光するリレーレンズとを備えている（特許文献１参照）。
【０００３】
上記従来の微小高さ測定装置は、このような構成により、レーザビームをマイクロレンズディスクに配置された各マイクロレンズにより個別の光束として集光し、光分岐手段を透過後、ピンホールディスクに設けられた個々のピンホールを通過させ、対物レンズにより被測定物上に集光させる。そして、被測定物から発生した反射及び散乱光を再び対物レンズによりピンホールディスクの個々のピンホール上に集光させ、個々のピンホールを通過後、上記光分岐手段により反射してリレーレンズにより光検出手段上に集光させる。これにより、マイクロレンズディスクとピンホールディスクとを一体的に回転してレーザビームを観察領域全体に高速走査することができる。
【特許文献１】特開２００４−３４０６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような従来の微小高さ測定装置においては、被測定物の観察領域に高反射率の部分と低反射率の部分が存在する場合に、低反射率の部分からの弱い反射光を高出力で得るためにレーザビームの光量を上げるか、又は光検出手段の検出感度を上げると、高反射率の部分からの強い反射光に対して光検出手段の出力が飽和してしまうことがあり、当該高反射率の部分の高さ測定精度が悪くなるおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、反射率の異なる被測定物上の測定点の高さ測定を高精度に行なおうとする微小高さ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】
【０００６】
上記目的を達成するために、第１の発明による微小高さ測定装置は、光ビームを放射する光源と、前記光源から放射された光ビームが被測定物方向に反射されるように傾動するマイクロミラーを有する測定点選択手段と、前記測定点選択手段のマイクロミラーで反射された光ビームを被測定物上に集光する対物レンズと、前記対物レンズによる被測定物上の結像点と光学的に共役の関係に配置され、前記被測定物上に選択された測定点に集光された光ビームの該測定点からの反射光を検出する光検出手段と、前記被測定物と前記対物レンズとの間の距離を対物レンズの光軸方向に変化させると共にその変化量を検出して出力する移動手段と、前記測定点選択手段のマイクロミラーを傾動制御し、前記移動手段を制御すると共に、前記光検出手段で検出された光の輝度及び前記移動手段から入力した変化量のデータに基づいて最大輝度値を示す変化量を被測定物の測定点の高さとして求める制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記被測定物の測定点の高さを求める前に、前記マイクロミラーが光ビームを前記被測定物方向に反射するように傾動している時間を短縮制御して前記測定点に対する光ビームの照射量を減らすものである。
【０００７】
このような構成により、光源から光ビームを放射し、制御手段で測定点選択手段のマイクロミラーを駆動制御して、上記光源から放射された光ビームを被測定物方向に反射するように傾け、対物レンズにより上記マイクロミラーで反射された光ビームを被測定物上に選択された測定点に集光し、上記対物レンズによる被測定物上の結像点と光学的に共役の関係に配置された光検出手段で被測定物上に集光された光ビームの上記測定点からの反射光を検出し、制御手段で移動手段の変化を制御し、移動手段で被測定物と対物レンズとの間の距離を対物レンズの光軸方向に変化させてその変化量を検出して出力し、制御手段により上記被測定物の測定点の高さを求める前に、上記マイクロミラーが光ビームを上記被測定物方向に反射するように傾動している時間を短縮制御して上記測定点に対する光ビームの照射量を減らす。その後、制御手段により上記光検出手段で検出された光の輝度及び上記移動手段から入力した変化量のデータに基づいて最大輝度値を示す変化量を被測定物の測定点の高さとして求める。
【０００８】
さらに、前記測定点選択手段は、個別に傾動する多数のマイクロミラーをマトリクス状に配列したものであり、前記光検出手段は、多数の受光素子を前記測定点選択手段の多数のマイクロミラーと１対１に対応させてマトリクス状に配置したものである。これにより、マトリクス状に配列した多数のマイクロミラーを個別に傾動して測定点を選択し、上記多数のマイクロミラーと１対１に対応させてマトリクス状に配置した多数の受光素子で被測定物上に選択された複数の測定点から反射光を検出する。
【０００９】
また、第２の発明による微小高さ測定装置は、光ビームを放射する光源と、前記光源から放射された光ビームが被測定物方向に反射されるように傾動するマイクロミラーを有する測定点選択手段と、前記被測定物上の結像点が前記測定点選択手段のマイクロミラー面と光学的に共役の関係となるように配置され、前記測定点選択手段のマイクロミラーで反射された光ビームを被測定物上に集光する対物レンズと、前記被測定物上に選択された測定点に集光された光ビームの該測定点からの反射光を前記測定点選択手段を介して検出する光検出手段と、前記被測定物と前記対物レンズとの間の距離を対物レンズの光軸方向に変化させると共にその変化量を検出して出力する移動手段と、前記測定点選択手段のマイクロミラーを傾動制御し、前記移動手段を制御すると共に、前記光検出手段で検出された光の輝度及び前記移動手段から入力した変化量のデータに基づいて最大輝度値を示す変化量を被測定物の測定点の高さとして求める制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記被測定物の測定点の高さを求める前に、前記マイクロミラーが光ビームを前記被測定物方向に反射するように傾動している時間を短縮制御して前記測定点に対する光ビームの照射量を減らすものである。
【００１０】
このような構成により、光源から光ビームを放射し、制御手段で測定点選択手段のマイクロミラーを駆動制御して、上記光源から放射された光ビームを被測定物方向に反射するように傾け、被測定物上の結像点が上記測定点選択手段のマイクロミラー面と光学的に共役の関係となるように配置された対物レンズにより上記マイクロミラーで反射された光ビームを被測定物上に選択された測定点に集光し、光検出手段で被測定物上に集光された光ビームの上記測定点からの反射光を上記測定点選択手段を介して検出し、制御手段で移動手段の変化を制御し、移動手段で被測定物と対物レンズとの間の距離を対物レンズの光軸方向に変化させてその変化量を検出して出力し、制御手段により上記被測定物の測定点の高さを求める前に、上記マイクロミラーが光ビームを上記被測定物方向に反射するように傾動している時間を個別に短縮制御して上記測定点に対する光ビームの照射量を減らす。その後、制御手段により上記光検出手段で検出された光の輝度及び上記移動手段から入力した変化量のデータに基づいて最大輝度値を示す変化量を被測定物の測定点の高さとして求める。
【００１１】
また、前記測定点選択手段は、個別に傾動する多数のマイクロミラーをマトリクス状に配列したものである。これにより、マトリクス状に配列した多数のマイクロミラーを個別に傾動して測定点を選択する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、マイクロミラーが光ビームを被測定物方向に反射するように傾動している時間を短縮制御することができるので、被測定物上の測定点に対する光ビームの照射量を容易に減らすことができる。したがって、高反射率の測定点で反射された光の光検出手段による受光光量を減らしてその出力が飽和しないようにすることができる。これにより、反射率の異なる被測定物上の測定点の高さ測定を高精度に行なうことができる。
【００１３】
また、請求項２に係る発明によれば、複数の測定点を任意に選択して各測定点の微小高さ測定を同時に行なうことができる。したがって、被測定物上の測定点の高さ測定を高速に行なうことができる。
【００１４】
請求項３に係る発明によれば、マイクロミラーが光ビームを被測定物方向に反射するように傾動している時間を短縮制御することができるので、被測定物上の測定点に対する光ビームの照射量を容易に減らすことができる。したがって、高反射率の測定点で反射された光の光検出手段による受光光量を減らしてその出力が飽和しないようにすることができる。これにより、反射率の異なる被測定物上の測定点の高さ測定を高精度に行なうことができる。また、マイクロミラーがピンホールと同様の働きをするため、光検出手段の前面にピンホールを設ける必要がない。
【００１５】
そして、請求項４に係る発明によれば、複数の測定点を任意に選択して各測定点の微小高さ測定を行なうことができる。したがって、被測定物上の測定点の高さ測定を高速に行なうことができる。また、この場合、上述したようにマイクロミラーがピンホールと同様の働きをするため、測定点選択手段が多数のマイクロミラーからなっていても一つの受光面を有する光検出手段を使用して複数の測定点の高さ測定をすることができる。したがって、光検出手段のコストを下げることができ、装置を安価にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による微小高さ測定装置の第１の実施形態を示す概念図である。この微小高さ測定装置は、共焦点光学系を用いて被測定物上に選択された測定点の高さを測定するもので、光源１と、測定点選択手段２と、対物レンズ３と、光検出手段４と、移動手段５と、制御手段６とからなる。
【００１７】
上記光源１は、光ビームを放射するものであり、例えばレーザ発振器である。
上記光源１の光ビームの放射方向前方には、測定点選択手段２が配置されている。この測定点選択手段２は、被測定物７上の測定点Ｐを任意に選択するものであり、図２に示すように光源１から放射された光ビームが被測定物７方向に反射されるように個別に傾く複数のマイクロミラー８をマトリクス状に配列したものである。このマイクロミラー８のサイズは、例えば16μm角程度に形成することが可能であり、該マイクロミラー８でそれと略同サイズのスポット光を生成することができる。そして、上記測定点選択手段２は、約0.1msec／フレームの高速で上記マイクロミラー８を駆動することができるようになっており、後述する光検出手段４の画像処理速度よりも遥かに速いものである。なお、以下、マイクロミラー８が傾動してその反射光を被測定物７方向に反射している状態をマイクロミラー８のオン状態という。
【００１８】
被測定物７を上面に載置する図示省略のステージの上方には、その上面に載置された被測定物７に対向して対物レンズ３が設けられている。この対物レンズ３は、上記光源１からの光ビームを被測定物７上に集光するものである。
【００１９】
上記測定点選択手段と２対物レンズ３との間にて、対物レンズ３からの光路を二つに分岐する例えばハーフミラー等からなる分岐手段９で分岐された光路上には、光検出手段４が配置されている。この光検出手段４は、上記被測定物７上に選択された複数の測定点Ｐに集光された光ビームの該各測定点Ｐからの反射及び散乱光を検出するものであり、例えば図３に示すように多数の受光素子１０を上記測定点選択手段２の多数のマイクロミラー８と１対１に対応させてマトリクス状に配置した例えば二次元のＣＣＤカメラである。ここで、ＣＣＤカメラの画像処理速度は、一般的に、約15msec／フレームである。なお、上記受光素子１０の受光面は、測定点選択手段２のマイクロミラー８の反射面の大きさに合わせて略同じ大きさに形成される。
【００２０】
また、上記対物レンズ３と分岐手段９との間の光路上には、結像レンズ１１が配設され、上記測定点選択手段２のマイクロミラー８を傾動させて選択された被測定物７上の測定点Ｐの光ビームスポットの像を上記光検出手段４の受光素子１０面上に結像するようになっている。そして、上記測定点選択手段２と光検出手段４とは、対物レンズ３による被測定物７上の結像点と光学的に共役の関係となるように配置され共焦点光学系１２を構成している。
【００２１】
上記共焦点光学系１２には、移動手段５が設けられている。この移動手段５は、被測定物７と上記対物レンズ３との間の距離を対物レンズ３の光軸方向に変化させるものであり、本実施形態においては図示省略のモータと位置検出センサーとを備え、後述の制御手段６からの制御信号に基づいて上記モータを駆動して共焦点光学系１２を図１に示す矢印Ａ，Ｂ方向に移動させるようになっている。そして、共焦点光学系１２の予め設定した基準位置からの変化量を上記位置検出センサーで検出してその検出信号を制御手段６に送るようになっている。
【００２２】
上記測定点選択手段２、光検出手段４及び移動手段５に接続して制御手段６が設けられている。この制御手段６は、図４に示すように、上記測定点選択手段２の複数のマイクロミラー８のうちから任意に選択した複数のマイクロミラー８を駆動すると共に、上記光検出手段４で検出された光の輝度及び上記共焦点光学系１２の変化量のデータから最大輝度値を示す変化量を被測定物７の測定点Ｐにおける高さとして求めるものであり、制御及び処理部１３と、Ａ／Ｄ変換部１４と、メモリ１５と、ホームコンピュータ（以下、「制御用ＰＣ」と記載する）１６とを備えている。そして、被測定物７の測定点Ｐの高さを求める前に、上記光検出手段４の出力が未飽和となるように上記測定点選択手段２のマイクロミラー８が光ビームを被測定物７方向に反射するように傾動しているオン時間を個別に短縮制御して上記測定点Ｐに対する光ビームの照射量を減らすように動作するようになっている。
【００２３】
上記制御及び処理部１３は、外部に接続して備えた制御用ＰＣ１６により、予め指定された各測定点Ｐに対応するマイクロミラー８のアドレス情報を測定点選択手段２に送って、該アドレス情報により指定されたアドレスのマイクロミラー８を駆動する。また、上記制御用ＰＣ１６により予め指定されたサンプリング間隔及びサンプリング回数並びに変化速度に関する指令信号を移動手段５に送り、共焦点光学系１２を該指令信号で定められる最大変化量だけ所定の速度で変化させる。さらに、上記サンプリング間隔のタイミングで上記サンプリング回数だけＡ／Ｄ変換部１４を起動する変換タイミング信号を上記Ａ／Ｄ変換部１４に出力すると共に、上記Ａ／Ｄ変換部１４から上記タイミングで取得する輝度データと上記移動手段５から上記タイミングで入力する位置検出センサーの検出信号に基づいて生成される変化量データとを関連付けて上記メモリ１５に書き込む。そして、上記メモリ１５から読み出した各測定点Ｐの全ての輝度データとそれに関連付けられた変化量データとを制御用ＰＣ１６に出力する。
【００２４】
上記Ａ／Ｄ変換部１４は、上記光検出手段４から入力したアナログ信号をデジタルデータに変換するものであり、上記制御及び処理部１３から入力する変換タイミング信号に基づいて所定のタイミングでデジタル変換するようになっている。また、上記メモリ１５は、測定点Ｐ毎に輝度データと変化量データとを関連付けて記憶するものであり、例えばＲＡＭである。そして、制御用ＰＣ１６は、オペレータが各測定点Ｐに対応するマイクロミラー８のアドレス情報や、共焦点光学系１２の変化速度及びサンプリング間隔並びにサンプリング回数等の各種パラメータを入力することを可能とすると共に、制御及び処理部１３から入力した互いに関連する光の輝度及び変化量のデータから最大輝度値を示す変化量を被測定物７上の各測定点Ｐにおける高さとして求めるものであり、その結果を表示部１７に表示させるようになっている。
【００２５】
次に、このように構成された微小高さ測定装置の動作及びそれを用いて実施する微小高さ測定方法について図５を参照して説明する。
先ず、ステップＳ１においては、制御手段６の制御及び処理部１３は、オペレータが予め入力して指定した例えば図６（ａ）に示すような被測定物７上の各測定点Ｐ１，Ｐ２に対応するマイクロミラー８ａ，８ｂ（図２参照）のアドレス情報や、共焦点光学系１２の変化速度及び変化量データを取得するためのサンプリング間隔並びにそのサンプリング回数等の各種パラメータを制御用ＰＣ１６から入力する。なお、上記各測定点Ｐ１，Ｐ２の座標位置が予め測定されている場合には、そのデータを保存したファイルから制御用ＰＣ１６に取り込んでマイクロミラー８ａ，８ｂのアドレスを自動的に設定してもよい。
【００２６】
ステップＳ２においては、上記入力した各種パラメータを処理して、予め設定された複数のマイクロミラー８ａ，８ｂのアドレス情報を測定点選択手段２に送り、各マイクロミラー８ａ，８ｂを同時に駆動する。
【００２７】
ステップＳ３においては、上記測定点選択手段２は、上記設定されたマイクロミラー８ａ，８ｂを傾動して光源１から放射された光ビームを被測定物７方向に反射する。上記各マイクロミラー８ａ，８ｂで反射された光ビームは、対物レンズ３を通って被測定物７上の選択された複数の測定点Ｐ１，Ｐ２に集光する。なお、この場合、上記設定されたマイクロミラー８ａ，８ｂ以外のマイクロミラー８で反射される光ビームは、被測定物７とは異なる方向（図１において、破線で示す方向）に向くようにされているので、これらの光ビームは被測定物７に集光することなく図示省略の光吸収器によって除去される。
【００２８】
上記被測定物７上の各測定点Ｐ１，Ｐ２で発生した光ビームの反射及び散乱光は、対物レンズ３を通って結像レンズ１１により上記光検出手段４の上記マイクロミラー８ａ，８ｂに対応する受光素子１０ａ，１０ｂ（図３参照）上に集光する。そして、制御手段６のＡ／Ｄ変換部１４では、上記光検出手段４で光電変換された受光光のアナログ信号を入力してデジタルの輝度データに変換する。この場合、Ａ／Ｄ変換部１４では、上記制御用ＰＣ１６から入力した各種パラメータのうちサンプリング間隔及びサンプリング回数のデータに基づいて制御及び処理部１３で生成された変換タイミング信号により所定のタイミングで所定回数だけデジタル変換が行われる。
【００２９】
同時に、制御及び処理部１３は、制御用ＰＣ１６から入力したサンプリング間隔及びサンプリング回数並びに変化速度に関する指令信号を移動手段５に送り、移動手段５のモータを駆動して共焦点光学系１２を該指令信号で定められる変化量だけ所定の速度で図１に示す矢印Ａ又はＢ方向に変化させる。
【００３０】
ステップＳ４においては、制御及び処理部１３は、所定のタイミングでデジタル変換された輝度データをＡ／Ｄ変換部１４から順次入力する。また、同時に、移動手段５の位置検出センサーから上記タイミングに同期して順次入力される検出信号に基づいて共焦点光学系１２の変化量データを生成する。
【００３１】
この場合、被測定物７の測定点Ｐの変化方向の位置が共焦点光学系１２の対物レンズ３による被測定物７上の結像点と一致しているときには、上記結像点からの反射光の略全てが光検出手段４の受光素子１０に集光するので光検出手段４で検出される輝度値（光強度）は高くなる。一方、被測定物７の測定点Ｐの位置が上記結像点から図１に示す矢印Ａ，Ｂ方向にずれているときには、測定点Ｐにおけるビームスポットがぼけて大きくなり、そのビームスポットの上記受光素子１０上に結像される像の大きさは、受光素子１０のサイズよりも大きくなる。したがって、一つの受光素子１０に入射する光量が減って光検出手段４で検出される輝度値（光強度）は低下する。これにより、共焦点光学系１２の変化量と光検出手段４の輝度値との関係は、図７に実線で示すように、被測定物７の測定点Ｐの位置がそれぞれ対物レンズ３による被測定物７上の結像点と一致したときに検出出力が最大（最大輝度値）となり、上記測定点Ｐの位置が対物レンズ３による被測定物７上の結像点から図１に示す矢印Ａ，Ｂ方向にずれるほど検出出力が低下するものとなる。
【００３２】
ステップＳ５においては、制御及び処理部１３は、各タイミング毎に得られた上記輝度データと変化量データとを各測定点Ｐ１，Ｐ２における微小高さ測定情報として互に関連付けてメモリ１５に書き込む。
【００３３】
ステップＳ６においては、制御及び処理部１３で光検出手段４の各受光素子１０ａ，１０ｂの出力のうち飽和しているものがあるか否かを判定する。例えば、測定点Ｐ２が高反射率の部分であり、該測定点Ｐ２における反射光の強度が強いため図７に破線で示すように上記受光素子１０ｂの出力がその飽和電圧に達して飽和した場合には、光検出手段４の受光素子１０ｂが飽和したと判定（“ＹＥＳ”判定）して、ステップＳ７に進む。
【００３４】
ステップＳ７においては、制御手段６の制御及び処理部１３は、飽和した受光素子１０ｂに対応するマイクロミラー８ｂがオンしている時間を短縮制御して、光ビームの上記測定点Ｐ２に対する照射量を減らす。この場合、前述したように、測定点選択手段２のマイクロミラー８の駆動速度は、光検出手段４による画像処理速度に比べ遥かに速いためマイクロミラー８が傾動してオンしている時間を短縮して光ビームの照射量を制御することが可能である。これにより、光検出手段４の上記受光素子１０ｂの受光光量が減り、図７に実線で示すようにその出力の飽和が回避される。そして、ステップＳ３に戻り、ステップＳ３〜Ｓ６が再度実行される。
【００３５】
一方、ステップＳ６において、光検出手段４の各受光素子１０ａ，１０ｂの出力の全てが未飽和である場合には、“ＮＯ”判定となってステップＳ８に進む。
【００３６】
ステップＳ８においては、制御及び処理部１３は、メモリ１５に保存された各測定点Ｐ１，Ｐ２の輝度データと変化量データを全て読み出し、それを制御用ＰＣ１６に送る。制御用ＰＣ１６では、測定点Ｐ１，Ｐ２毎に入力した輝度データを比較して最大輝度値を見つけ、その最大輝度値を示す変化量を基準位置に対する各測定点Ｐ１，Ｐ２の高さとして求める。そして、その結果を制御用ＰＣ１６の表示部１７に表示する。この場合、例えば図６（ｂ）に示すように、測定点Ｐ１の高さを基準にして測定点Ｐ２の高さを表示させることもできる。
【００３７】
なお、上記第１の実施形態においては、測定点選択手段２が多数のマイクロミラー８を有し、光検出手段４が多数の受光素子１０を有する場合について説明したが、これに限られず、測定点選択手段２のマイクロミラー８及び光検出手段４の受光素子１０は、それぞれ一つであってもよい。この場合、上記共焦点光学系１２を被測定物７の面に平行に該被測定物７に対して相対的に移動して複数の測定点を選択するようにするとよい。そして、このとき、上記受光素子１０の受光面は、マイクロミラー８の反射面と略同じ大きさに形成されるか、又は受光面の前方にピンホールを配設するとよい。
【００３８】
図７は、本発明による微小高さ測定装置の第２の実施形態を示す概念図である。この微小高さ測定装置は、光ビームを放射する光源１と、該光源１から放射された光ビームが被測定物７方向に反射されるように個別に傾動する複数のマイクロミラー８をマトリクス状に配列した測定点選択手段２と、被測定物７上の結像点が上記測定点選択手段２のマイクロミラー８面と光学的に共役の関係となるように配置され、上記測定点選択手段２のマイクロミラー８で反射された光ビームを被測定物７上に集光する対物レンズ３と、上記被測定物７上に選択された複数の測定点Ｐに集光された光ビームの各測定点Ｐからの反射及び散乱光を上記測定点選択手段２を介して検出する光検出手段４と、上記被測定物７と上記対物レンズ３との間の距離を対物レンズ３の光軸方向に変化させると共にその変化量を検出して出力する移動手段５と、上記測定点選択手段２の各マイクロミラー８を個別に傾動制御し、上記移動手段５を制御すると共に、上記光検出手段４で検出された光の輝度及び上記移動手段５から入力した変化量のデータに基づいて最大輝度値を示す変化量を被測定物７の各測定点Ｐの高さとして求める制御手段６と、を備えており、該制御手段６は、さらに上記被測定物７の各測定点Ｐの高さを求める前に、測定点Ｐに対応するマイクロミラー８が傾動されて光ビームを上記被測定物７方向に反射するオン時間を個別に短縮制御して上記測定点Ｐに対する光ビームの照射量を減らし、上記光検出手段４の受光光量を減らすものである。
【００３９】
この場合、上記光検出手段４は、上記光源１と測定点選択手段２との間の光路上に配設されて上記測定点選択手段２からの光路を二つに分岐する光分岐手段９、例えばハーフミラー等により反射された測定点選択手段２からの光を光源１から発射される光ビームと干渉することなく受光できるようになっており、例えば光電子増倍管（Photo Multiplier Tube：PMT）である。
【００４０】
また、上記対物レンズ３と測定点選択手段２との間には、結像レンズ１１が対物レンズ３の光軸に一致させて設けられており、対物レンズ３によって被測定物７上に生成された光ビームのビームスポットの像を上記マイクロミラー８上に結像させるようになっている。そして、上記対物レンズ３と、測定点選択手段２と、結像レンズ１１とで共焦点光学系１２を構成している。
【００４１】
このように構成された第２の実施形態の微小高さ測定装置は、被測定物７上に選択された複数の測定点Ｐに対応する測定点選択手段２の複数のマイクロミラー８を順次傾動させ、光源１から放射される光ビームを各マイクロミラー８、例えば図８に示すマイクロミラー８ａで反射して結像レンズ１１及び対物レンズ３を通って被測定物７上の上記各測定点Ｐに集光する。
【００４２】
また、各測定点Ｐから反射及び散乱された光ビームは、対物レンズ３を通って結像レンズ１１により上記マイクロミラー８ａに集光する。さらに、上記反射及び散乱光は、該マイクロミラー８ａで光源１側に反射されて光分岐手段９に入射し、該光分岐手段９で光源１とは異なる方向に反射されて光検出手段４に入射する。
【００４３】
上記光検出手段４で光電変換された光強度のアナログ信号は、図４に示す制御手段６のＡ／Ｄ変換部１４により所定のタイミングでＡ／Ｄ変換され、各タイミングにおける２値の輝度データが得られる。また、移動手段５が駆動されて上記タイミングで共焦点光学系１２が対物レンズ３の光軸方向（図８に示す矢印Ａ，Ｂ方向）に移動される。そして、基準位置に対する各変化量とそのときの輝度データとが互いに関連つけられてメモリ１５に書き込まれる。なお、上述の変化量と輝度データとの取得は、各測定点Ｐに対して順次実行される。
【００４４】
この場合、測定点Ｐが対物レンズ３による被測定物７上の結像点と一致しているときには、測定点Ｐからの反射及び散乱光は全て対応するマイクロミラー８ａに集光する。さらに、この反射及び散乱光は全て上記マイクロミラー８ａで反射されて光検出手段４に入射する。したがって、このとき光検出手段４で検出される光強度は最大となる。一方、上記測定点Ｐが上記結像点から図８に示す矢印Ａ，Ｂ方向にずれるにしたがって、上記マイクロミラー８ａ上に結像される上記測定点Ｐにおけるビームスポットの径が拡大し、上記マイクロミラー８ａ面に入射する測定点Ｐからの反射及び散乱光の光量が低下する。したがって、光検出手段４で検出される光強度も低下し、図７に実線で示すような変化量と光検出出力との関係が得られる。
【００４５】
次に、選択された全ての測定点Ｐに対する変化量と輝度データの測定が終了すると、メモリ１５から全てのデータが読み出され、測定点Ｐ毎に輝度データが比較されて最大輝度値を示す変化量がその測定点Ｐにおける高さとされる。
【００４６】
この場合、図７に破線で示すように、測定点Ｐからの反射及び散乱光の光強度が強くて光検出手段４の出力が飽和したときには、上記測定点Ｐの高さを求める前に、測定点Ｐに対応するマイクロミラー８ａのオン時間が短縮され、上記測定点Ｐに集光する光ビームの照射量が低減される。これにより、光検出手段４の出力の飽和が回避され、同図に実線で示すように最大輝度値を明確に捕らえることが可能となり、微小高さの測定を高精度に実行することができる。
【００４７】
なお、上記第２の実施形態においては、測定点選択手段２が多数のマイクロミラー８を有する場合について説明したが、これに限られず、測定点選択手段２のマイクロミラー８は、一つであってもよい。この場合、上記共焦点光学系１２を被測定物７の面に平行に該被測定物７に対して相対的に移動して複数の測定点を選択するようにするとよい。
【００４８】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、共焦点光学系１２側を対物レンズ３の光軸方向に変化させる場合について説明したが、これに限られず、被測定物７側を対物レンズ３の光軸方向に変化させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による微小高さ測定装置の第１の実施形態を示す概念図である。
【図２】上記微小高さ測定装置の測定点選択手段を示す説明図である。
【図３】上記微小高さ測定装置の光検出手段を示す説明図である。
【図４】上記微小高さ測定装置の制御手段の概略構成を示すブロック図である。
【図５】上記微小高さ測定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図６】複数の測定点の設定例を示す説明図であり、（ａ）は設定された測定点の位置を示す図、（ｂ）は各測定点の微小高さ測定結果の表示例を示す図である。
【図７】上記微小高さ測定装置の移動手段の変化量と光検出手段の光検出出力との関係を示す説明図である。
【図８】本発明による微小高さ測定装置の第２の実施形態を示す概念図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…光源
２…測定点選択手段
３…対物レンズ
４…光検出手段
５…移動手段
６…制御手段
７…被測定物
８，８ａ，８ｂ…マイクロミラー
１０，１０ａ，１０ｂ…受光素子
Ｐ，Ｐ１，Ｐ２…測定点
【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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