(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物とその表面上の測定部位に物体光を照射する光干渉計との２次元方向における相対位置を変化させつつ前記光干渉計における干渉光の強度信号の位相を検出する干渉光位相検出装置によって得られる複数の測定部位ごとの位相データに基づいて，前記被測定物の形状値を算出する形状算出装置であって，
前記位相の検出ごとにその検出対象である前記干渉光の強度信号の振幅を検出して得られる複数の振幅データを取得する振幅データ取得手段と，
前記干渉光位相検出装置により得られる前記位相データを，該位相データに対応する前記振幅データが予め設定された振幅許容範囲内である処理対象データとそれ以外の非処理対象データとに区分するデータ区分手段と，
前記干渉光位相検出装置により得られる前記位相データのうち前記処理対象データのみに基づいて位相接続処理を行うことにより，前記被測定物の形状値を算出する位相接続手段と，
を具備してなることを特徴とする形状算出装置。
【請求項２】
前記位相接続手段が，
複数の前記位相データに対応する複数の測定部位における始点となる測定部位から順次隣の測定部位へと渡る予め定められた１本の走査線に沿って，測定部位が隣り合う２つの前記処理対象データに基づく位相接続処理を順次実行するとともに，
前記予め定められた一本の走査線に沿って前記非処理対象データの測定部位と前記処理対象データの測定部位とが隣り合う場合，該処理対象データと該処理対象データに対して測定部位が前記予め定められた一本の走査線と交差する方向において隣り合う他の前記処理対象データとに基づく位相接続処理を実行してなる請求項１に記載の形状算出装置。
【請求項３】
前記干渉光位相検出装置により得られる複数の前記位相データ各々に対応する前記振幅許容範囲を，当該位相データに対応する測定部位の周囲の１又は複数の他の測定部位において得られた前記振幅データを基準にして動的に設定する振幅許容範囲設定手段を具備してなる請求項１又は２のいずれかに記載の形状算出装置。
【請求項４】
被測定物の表面上の測定部位に物体光を照射する光干渉計を備えた形状測定装置であって，
前記被測定物と前記光干渉計との２次元方向における相対位置を変化させる可動支持手段と，
前記可動支持手段による前記被測定物と前記光干渉計との相対位置の変化に応じて前記光干渉計における干渉光の強度信号の位相を検出して位相データを得る位相検波手段と，
前記位相検波手段により得られる複数の測定部位ごとの前記位相データを取得し，該位相データに基づいて前記被測定物の形状値を算出する請求項１〜３のいずれかに記載の形状算出装置と，
を具備してなることを特徴とする形状測定装置。
【請求項５】
所定の光源から出射されるそれぞれ周波数が異なる第１の測定光及び第２の測定光のそれぞれを分岐させて前記被測定物の表裏相対する部位であるおもて面の測定部位及びうら面の測定部位の各方向へ導く導光手段と，
一対の前記光干渉計の一方であり，前記おもて面の測定部位の方向へ導かれた前記第１の測定光を前記おもて面の測定部位に物体光として照射させるとともに，前記おもて面の測定部位の方向へ導かれた前記第２の測定光を第１の参照面に照射させ，前記おもて面の測定部位からの前記第１の測定光の反射光と前記第１の参照面からの前記第２の測定光の反射光とを干渉させ，その干渉光の強度信号を出力するおもて面側のヘテロダイン光干渉計と，
一対の前記光干渉計の他方であり，前記うら面の測定部位の方向へ導かれた前記第２の測定光を前記うら面の測定部位に物体光として照射させるとともに，前記うら面の測定部位の方向へ導かれた前記第１の測定光を第２の参照面に照射させ，前記うら面の測定部位からの前記第２の測定光の反射光と前記第２の参照面からの前記第１の測定光の反射光とを干渉させ，その干渉光の強度信号を出力するうら面側のヘテロダイン干渉計と，を具備し，
前記位相検波手段が，
前記可動支持手段による前記被測定物と２つの前記ヘテロダイン光干渉計との相対位置の変化に応じて，２つの前記ヘテロダイン干渉計それぞれから出力される強度信号の位相差を検出した結果を前記位相データとしてなり，
前記形状算出装置が，前記位相検波手段により得られる複数の測定部位ごとの前記位相データを取得し，該位相データに基づいて前記被測定物の表面の厚み分布を表す形状値を算出してなる請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項６】
被測定物とその表面上の測定部位に物体光を照射する光干渉計との２次元方向における相対位置を変化させつつ前記光干渉計における干渉光の強度信号の位相を検出する干渉光位相検出装置によって得られる複数の測定部位ごとの位相データに基づいて，前記被測定物の形状値を算出する手順をコンピュータに実行させるための形状算出プログラムであって，
前記位相の検出ごとにその検出対象である前記干渉光の強度信号の振幅を検出して得られる複数の振幅データを取得する振幅データ取得手順と，
前記干渉光位相検出装置により得られる前記位相データを，該位相データに対応する前記振幅データが予め設定された振幅許容範囲内である処理対象データとそれ以外の非処理対象データとに区分するデータ区分手順と，
前記干渉光位相検出装置により得られる前記位相データのうち前記処理対象データのみに基づいて位相接続処理を行うことにより，前記被測定物の形状値を算出する位相接続手順と，
をコンピュータに実行させるための形状算出プログラム。
【請求項７】
被測定物とその表面上の測定部位に物体光を照射する光干渉計との２次元方向における相対位置を変化させつつ前記光干渉計における干渉光の強度信号の位相を検出する干渉光位相検出装置によって得られる複数の測定部位ごとの位相データに基づいて，前記被測定物の形状値を算出する手順をコンピュータにより実行する形状算出方法であって，
前記位相の検出ごとにその検出対象である前記干渉光の強度信号の振幅を検出して得られる複数の振幅データを取得する振幅データ取得手順と，
前記干渉光位相検出装置により得られる前記位相データを，該位相データに対応する前記振幅データが予め設定された振幅許容範囲内である処理対象データとそれ以外の非処理対象データとに区分するデータ区分手順と，
前記干渉光位相検出装置により得られる前記位相データのうち前記処理対象データのみに基づいて位相接続処理を行うことにより，前記被測定物の形状値を算出する位相接続手順と，
をコンピュータにより実行する形状算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，半導体ウェハ等の被測定物の形状を光干渉計を通じて得られた位相データに基づき算出する形状算出装置，そのプログラム及びその方法，並びにその形状算出装置を備えた形状測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄板状の半導体ウェハ（被測定物の一例，以下，ウェハという）の形状測定において，干渉計を用いた非接触型の形状測定装置が普及している。これは，２つに分岐された一方の光線を被測定物の表面に反射させた反射光である測定光と，もう一方の光線を所定の参照面に反射させた反射光である参照光とを含む干渉光を受光し，その干渉光により形成される干渉画像から被測定物の表面形状（表面高さの分布）を求めるものである。
より具体的には，光干渉計によるウェハの表面形状測定においては，ウェハの表面に対向配置された光干渉計により，そのウェハの表面上の多数の測定部位に物体光を照射して得られる干渉光の強度信号の位相を検出し，これにより得られる複数の測定部位ごとの位相データに基づく位相接続処理（いわゆるアンラップ処理）が行われる。この位相接続処理により得られる位相の分布情報における各位相は，物体光の波長に基づいて表面高さの寸法値に換算できる。このため，位相接続処理により得られる位相の分布情報は，ウェハの表面高さの分布情報，即ち，形状情報と等価である。
これにより，非接触でウェハの表面形状を測定できるので，触針式の形状計で測定する場合のように，ウェハ表面に傷等を生じさせることなくその表面形状を測定できる。ウェハの形状測定では，その表面全体に渡る形状を測定する必要があるため，一般に，ウェハ周辺のエッジ部を支持（通常は３点支持）した状態で測定がなされる。
【０００３】
また，特許文献１には，ウェハ１の表裏各々に光干渉計が配置され，一方の光干渉計で得られる物体光（測定光）及び参照光を，プリズム等により他方の光干渉計へ導いて再び干渉させ，その干渉光に基づいてウェハ１の厚み（形状の一例）を測定する形状測定装置が示されている。
特許文献１に示される形状測定装置によれば，振動によって生じる被測定物の変位分が，同じ物体光を被測定物の表裏相対する測定部位へ照射することにより相殺され，被測定物の振動の影響を受けずに高精度な厚み測定が可能となる。
【０００４】
また，特許文献２には，位相接続処理の詳細について示されている。
特許文献２には，セルに収容された流体の特性変化を，そのセルに通過させた物体光と他の参照光とが重ねられた干渉光の位相の変化を検出することによって測定する技術について示されている。その際，位相データが所定周期でサンプリングされ，ある時点の位相データについて，１つ前の時点の位相データを基準として位相差が−π〜＋πの範囲に収まるように，前記ある時点の位相データに対して２πの整数倍分だけ位相をシフトする位相接続処理が行われる。
同様に，形状測定における位相接続処理においては，隣り合う２つの測定点で得られた２つの位相データの一方の位相を，他方の位相を基準とした位相差ｂが−π〜＋πの範囲に収まるように，各位相データに対して２πの整数倍分だけ位相をシフトする補正が行われる。この位相接続処理は，隣り合う２つの測定点の表面高さの差が，物体光の４分の１波長分を超えないという前提に基づく処理である。
【特許文献１】特開２００３−３２９４２２号公報
【特許文献２】特開２０００−２９２３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，光干渉計を用いた従来の形状測定において，被測定物の形状測定領域の一部に，物体光の反射特性が他と大きく異なる部分（以下，特異部という）が存在する場合，被測定物の本来の形状を表さない誤った位相接続処理の結果が得られてしまうという問題点があった。前記特異部に反射した物体光は，その特異部以外の測定部位と異なる反射特性に起因して，他の測定部位に反射した物体光とは異なる挙動を示し，それが干渉光の強度信号におけるノイズとなるからである。前記特異部としては，例えば，被測定物の表面におけるゴミの付着部や傷の生じた部分，被測定物を支持する部材が存在する部分等が考えられる。
【０００６】
図１０は，前記特異部を有する被測定物について光干渉計を用いた従来の形状測定により得られる位相接続処理後の位相のデータと本来の形状を表す位相のデータとがグラフ化された模式図である。なお，図１０において，グラフの横軸は各測定点を識別する番号の座標軸であり，縦軸は位相接続処理後の位相θ’の座標軸である。また，番号が連続する測定点は，被測定物の表面における位置が隣り合うものである。また，図１０において，（Ｋｘ＋１）番目及び（Ｋｘ＋２）番目の測定点は，前記特異部内の測定点である。
被測定物の一部に前記特異部が存在する場合，光干渉計を通じて複数の測定点について得られる位相データにおいて，前記特異部内の測定点とその周辺の測定点との間で光の反射特性の違いに起因する位相差のノイズが生じる。
しかしながら，そのようなノイズを含む位相データに対し従来の位相接続処理を施すと，図１０に示されるように，前記特異部内の測定点（図１０における（Ｋｘ＋１）番目及び（Ｋｘ＋２）番目）において，処理後の位相が，本来の形状を表す位相とは大きく異なるものとなる。
さらに，前記特異部内の測定点（図１０における（Ｋｘ＋２）番目）の位相を基準として連鎖的に位相接続が行われる後続の測定点（図１０における（Ｋｘ＋３）番目以降）全てにおいても，位相接続処理後の位相が，本来の形状を表す位相とは大きく異なるものとなる。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，ゴミの付着部や傷の生じた部分等の光の反射特性が他と異なる部分（特異部）が一部に存在する被測定物についても，光干渉計により得られる位相データに基づく位相接続処理を行うことによって高精度で形状を測定できる形状算出装置，そのプログラム及びその方法，並びに形状測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明に係る形状算出装置は，被測定物の複数の測定部位ごとに得られる位相データに基づいて，被測定物の形状値を算出する装置であり，次の（１）〜（３）に示される各構成要素を備える。ここで，複数の前記位相データは，前記被測定物とその表面上の測定部位に物体光を照射する光干渉計との２次元方向における相対位置を変化させつつ，前記光干渉計における干渉光の強度信号の位相を検出する干渉光位相検出装置によって得られるデータである。なお，"相対位置を変化させる"ということには，前記光干渉計の位置を固定して前記被測定物の位置のみを移動させること，前記被測定物をの位置を固定して前記光干渉計の位置のみを移動させること，及び前記光干渉計及び前記被測定物の両方の位置を移動させることが含まれる。
（１）前記位相の検出ごとにその検出対象である前記干渉光の強度信号の振幅を検出して得られる複数の振幅データを取得する振幅データ取得手段。
（２）前記干渉光位相検出装置により得られる前記位相データを，その位相データに対応する前記振幅データが予め設定された振幅許容範囲内である処理対象データとそれ以外の非処理対象データとに区分するデータ区分手段。
（３）前記干渉光位相検出装置により得られる前記位相データのうち前記処理対象データのみに基づいて位相接続処理を行うことにより，前記被測定物の形状値を算出する位相接続手段。
例えば，前記位相接続手段が，次の（３−１）及び（３−２）に示される処理を実行することが考えられる。
（３−１）複数の前記位相データに対応する複数の測定部位における始点となる測定部位から順次隣の測定部位へと渡る予め定められた１本の走査線に沿って，測定部位が隣り合う２つの前記処理対象データに基づく位相接続処理を順次実行する。
（３−２）前記予め定められた一本の走査線に沿って前記非処理対象データの測定部位と前記処理対象データの測定部位とが隣り合う場合，その処理対象データとその処理対象データに対して測定部位が前記予め定められた一本の走査線と交差する方向において隣り合う他の前記処理対象データとに基づく位相接続処理を実行する。
【０００８】
本発明に係る形状算出装置は，干渉光の強度信号の振幅（即ち，信号の強度）に基づいて，被測定物の複数の測定部位ごとに得られる位相データ各々を，ゴミの付着部や傷の生じた部分等である前記特異部において得られる前記非処理対象データと，それ以外の前記処理対象データとに区分する。これは，被測定物の表面における光の反射特性の違いが，干渉光の強度信号の振幅の違いとして表れる現象を利用するものである。
そして，本発明に係る形状算出装置は，前記特異部以外の測定部位において得られた位相データ（前記処理対象データ）のみに基づいて位相接続処理を実行する。これにより，本発明に係る形状算出装置は，光の反射特性が他と異なる前記特異部が一部に存在する被測定物についても精度の高い形状値を算出することができる。
【０００９】
また，前記振幅許容範囲は，被測定物の種類ごとに予め定められた範囲が設定されることも考えられる。しかしながら，前記干渉光の強度信号の振幅は，物体光の入射方向に対する測定部位の面の傾きの違いに起因して，同じ被測定物においても，検出される前記振幅は測定部位の位置の違いに応じて比較的大きく変動幅する。一方，前記特異部の領域において近接する測定部位において検出される前記振幅は，測定部位の面の傾きが近似しているため変動が小さい。
そこで，本発明に係る形状算出装置が，次の（４）に示される構成要素を備えれば好適である。
（４）前記干渉光位相検出装置により得られる複数の前記位相データ各々に対応する前記振幅許容範囲を，当該位相データに対応する測定部位の周囲の１又は複数の他の測定部位において得られた前記振幅データを基準にして動的に設定する振幅許容範囲設定手段。
これにより，前記位相データごとに（即ち，測定部位ごとに）的確な前記振幅許容範囲が動的に設定され，前記位相データの区分の精度，即ち，前記特異部を特定する精度が高まる。
【００１０】
また，本発明は，以上に示した本発明に係る形状算出装置が備える各手段が実行する処理の手順を，コンピュータに実行させるための形状算出プログラムとして捉えることもできる。
同様に，本発明は，以上に示した本発明に係る形状算出装置が備える各手段が実行する処理の手順を，コンピュータによって実行する形状算出方法として捉えることもできる。
【００１１】
また，本発明は，以上に示した本発明に係る形状算出装置を含む形状測定装置として捉えることもできる。
即ち，本発明に係る形状測定装置は，被測定物の表面上の測定部位に物体光を照射する光干渉計を備え，さらに，次の（ａ）〜（ｃ）に示される各構成要素を備える。
（ａ）前記被測定物と前記光干渉計との２次元方向における相対位置を変化させる可動支持手段。
（ｂ）前記可動支持手段による前記被測定物と前記光干渉計との相対位置の変化に応じて前記光干渉計における干渉光の強度信号の位相を検出して位相データを得る位相検波手段。
（ｃ）前記位相検波手段により得られる複数の測定部位ごとの前記位相データを取得し，その位相データに基づいて前記被測定物の形状値を算出する前記形状算出装置（本発明に係る形状算出装置）。
【００１２】
また，本発明に係る形状測定装置が，さらに，次の（ｄ）〜（ｆ）に示される各構成要素を備えればなお好適である。
（ｄ）所定の光源から出射されるそれぞれ周波数が異なる第１の測定光及び第２の測定光のそれぞれを分岐させて前記被測定物の表裏相対する部位であるおもて面の測定部位及びうら面の測定部位の各方向へ導く導光手段。
（ｅ）一対の前記光干渉計の一方であり，前記おもて面の測定部位の方向へ導かれた前記第１の測定光を前記おもて面の測定部位に物体光として照射させるとともに，前記おもて面の測定部位の方向へ導かれた前記第２の測定光を第１の参照面に照射させ，前記おもて面の測定部位からの前記第１の測定光の反射光と前記第１の参照面からの前記第２の測定光の反射光とを干渉させ，その干渉光の強度信号を出力するおもて面側のヘテロダイン光干渉計。
（ｆ）一対の前記光干渉計の他方であり，前記うら面の測定部位の方向へ導かれた前記第２の測定光を前記うら面の測定部位に物体光として照射させるとともに，前記うら面の測定部位の方向へ導かれた前記第１の測定光を第２の参照面に照射させ，前記うら面の測定部位からの前記第２の測定光の反射光と前記第２の参照面からの前記第１の測定光の反射光とを干渉させ，その干渉光の強度信号を出力するうら面側のヘテロダイン干渉計。
そして，前記位相検波手段は，前記可動支持手段による前記被測定物と２つの前記ヘテロダイン光干渉計との相対位置の変化に応じて，２つの前記ヘテロダイン干渉計それぞれから出力される強度信号の位相差を検出した結果を前記位相データとする。
さらに，前記形状算出装置は，前記位相検波手段により得られる複数の測定部位ごとの前記位相データを取得し，その位相データに基づいて前記被測定物の表面の厚み分布を表す形状値を算出する。
【００１３】
周知のヘテロダイン干渉計の原理により，前記おもて面側のヘテロダイン干渉計の出力信号は，前記被測定物における前記おもて面の測定部位の表面位置（高さ）に応じてその位相が定まるが，その信号の位相には，前記おもて面の測定部位自体の形状の成分と，その被測定物の振動等による変位量の成分とが反映される。
同様に，前記うら面側のヘテロダイン干渉計の出力信号の位相には，前記うら面の測定部位自体の形状の成分と，その被測定物の振動等による変位量の成分とが反映される。
また，前記おもて面側のヘテロダイン干渉計と前記うら面側のヘテロダイン干渉計とでは，前記第１の測定光及び前記第２の測定光のいずれを参照光又は物体光とするかの対応関係が逆になっている。即ち，被測定物の一方の面（おもて面）において物体光となっている前記第１の測定光が，他方の面（うら面）において参照光となっており，前記一方の面において参照光となっている前記第２の測定光が，前記他方の面において物体光となっている。
このため，前記位相検波手段により検出される位相差（位相データ）は，後述する（１）式〜（３）式に示されるように，前記被測定物の振動等による変位量の成分が相殺され，前記おもて面の測定部位自体の形状の成分及び前記うら面の測定部位自体の形状の成分のみが反映された変位量，即ち，前記被測定物における前記おもて面の測定部位及び前記うら面の測定部位の位置の厚みに相当する測定値となる。その結果，被測定物の振動等による変位の影響を受けないより精度の高い厚み測定を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば，被測定物の形状測定領域の一部に，ゴミの付着部や傷の生じた部分等の光の反射特性が他と異なる部分（特異部）が存在する場合，光干渉計により得られる位相データのうち，前記特異部で得られた位相データ以外のデータ（前記処理対象データ）のみに基づく位相接続処理が行われる。その結果，前記特異部が一部に存在する被測定物についても，高精度で形状を測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施形態に係る形状測定装置Ｘの概略構成図，図２は形状測定装置Ｘが備える干渉光検出部Ｙの構成図，図３は形状測定装置Ｘによる被測定物の形状測定手順の一例を表すフローチャート，図４は被測定物における測定点の分布の一例を表す模式図，図５は特異部を有する被測定物の測定により得られる干渉光の強度信号の振幅の変化を表す模式図，図６は形状測定装置Ｘにより算出される被測定物の特異部の周辺の測定点における位相接続処理後のデータがグラフ化された模式図，図７は形状測定装置Ｘにより特異部を有する被測定物の実測データのグラフ，図８は被測定物における測定点の分布の他の一例を表す模式図，図９は形状測定装置Ｘに適用可能な斜入射干渉計の概略構成図，図１０は特異部を有する被測定物について光干渉計を用いた従来の形状測定により得られる位相接続処理後の位相のデータと本来の形状を表す位相のデータとがグラフ化された模式図である。
【００１６】
以下，図１に示される構成図を参照しながら，本発明の実施形態に係る形状測定装置Ｘについて説明する。
図１に示されるように，形状測定装置Ｘは，一対の光干渉計ａ２０，ｂ２０を含む干渉光検出部Ｙと，２つの位相検波器４，５と，計算機６と，可動支持装置Ｚとを備えている。
前記計算機６は，ＣＰＵ６ａ，メモリ６ｂ及び信号入出力インターフェース６ｃ（図中，Ｉ／Ｏと表示）を備え，前記ＣＰＵ６ａが所定のプログラムを実行することにより，各種の演算，前記信号入出力インターフェース６ｃを通じた外部装置との信号の送受信及び前記メモリ６ｂへのデータの記録等を実行する。
前記一対の光干渉計ａ２０，ｂ２０は，半導体ウェハ等の薄板状の被測定物１の表裏各面の測定点１ａ，１ｂに物体光を照射し，その反射光（物体光）と所定の参照光とが重畳された干渉光の強度信号Ｓｇ１，Ｓｇ２を出力する光学機器である。なお，前記一対の光干渉計ａ２０，ｂ２０は，それぞれ被測定物１の形状値の補正に用いられるもう一つの干渉光の強度信号Ｒｅｆ１，Ｒｅｆ２も出力するが，これについては後述する。
また，一方の前記位相検波器４（以下，第１位相検波器４という）は，前記一対の光干渉計ａ２０，ｂ２０から出力される前記干渉光の強度信号Ｓｇ１，Ｓｇ２の位相検波を行い，その検波結果である位相データΔΦs（以下，第１位相データΔΦsという）を出力する信号処理装置である。さらに，前記位相検波器４は，位相検波の際に前記干渉光の強度信号Ｓｇ１，Ｓｇ２それぞれの振幅Ａｓ１，Ａｓ２を検出し，その検出結果も出力する。
なお，他方の前記位相検波器５（以下，第２位相検波器５という）は，前記一対の光干渉計ａ２０，ｂ２０から出力される補正用のもう１つの干渉光の強度信号Ｒｅｆ１，Ｒｅｆ２の位相検波を行い，その検波結果である位相データΔΦr（以下，第２位相データΔΦrという）を出力する信号処理装置である。
【００１７】
そして，前記計算機６は，被測定物１の表裏各面における複数の測定点１ａ，１ｂごとに得られる前記第１位相データΔΦs及び前記第２位相データΔΦrの差である補正後位相データΔΦsr（＝ΔΦs−ΔΦr）に基づいて，被測定物１の形状値を算出する。ここで，複数の前記補正後位相データΔΦsrは，被測定物１と前記一対の光干渉計ａ２０，ｂ２０との２次元方向（被測定物１の表裏各面に沿う方向）における相対位置を変化させつつ，前記一対の光干渉計ａ２０，ｂ２０における干渉光の強度信号の位相を２つの位相検波器４，５で検出することによって得られるデータである。
但し，前記計算機６は，複数の測定点１ａ，１ｂごとに得られる前記振幅Ａｓ１，Ａｓ２に基づいて，それに対応する前記補正後位相データΔΦsrが位相接続処理の対象として適当なデータであるか否か（後述する処理対象データであるか非処理対象データであるか）の区分を行う。そして，前記計算機６は，後述するように，位相接続処理の対象として適当であると区分された前記補正後位相データΔΦsrのみに基づいて位相接続処理を実行する。
以下，形状測定装置Ｘが備える各構成要素の詳細について説明する。
【００１８】
前記可動支持装置Ｚは，被測定物１を前記一対の光干渉計ａ２０，ｂ２０それぞれからの物体光の出射部の間に支持するとともに，その支持位置を２次元方向（水平方向）に移動させることにより，前記一対の光干渉計ａ２０，ｂ２０に対する相対位置を変化させる装置である（可動支持手段の一例）。
図１に示されるように，前記可動支持装置Ｚは，回転軸４１及びこれに連結された支持部４４，回転駆動部４２，直線移動機構４３及び移動制御装置７を備えている。
半導体ウェハ等の円盤状の被測定物１は，その縁部（エッジ部）において，円周上の三箇所に配置された支持部４４により３点支持される。これら３つの支持部４４は，前記円周の中心に向かって伸びる回転軸４１に連結されている。
さらに，その回転軸４１は，ステッピングモータ等の前記回転駆動部４２によって回転駆動される。これにより，被測定物１は，その中央部を回転中心として回転される。
また，前記回転軸４１及び前記回転駆動部４２は，前記直線移動機構４３により，被測定物１の表裏各面に平行な方向（厚み方向に直交する方向）に所定の移動範囲内で直線移動される。即ち，前記直線移動機構４３は，被測定物１をその半径方向に沿って移動させる。
また，前記移動制御装置７は，前記回転駆動部４２及び前記直線移動機構４３の動きを制御する装置である。さらに，前記移動制御装置７は，被測定物１における物体光の照射位置，即ち，随時変化する測定点１ａ，１ｂの位置を検出し，その検出結果を前記計算機６に伝送する。測定点１ａ，１ｂの位置の検出は，例えば，前記回転駆動部４２及び前記直線移動機構４３に対する動作指令の履歴（即ち，被測定物１の移動履歴）に基づいて，或いは前記回転駆動部４２及び前記直線移動機構４３各々に設けられた位置検出センサ（不図示）の検出結果に基づいて検出される。
【００１９】
そして，形状測定装置Ｘは，前記回転駆動部４２による被測定物１の回転と，前記直線移動機構４３による被測定物１の直線方向の移動とを併用することにより，被測定物１における測定点１ａ，１ｂ（物体光の照射スポット）の位置を順次変更しつつ，複数の測定点１ａ，１ｂにおける前記第１位相データΔΦs及び前記第２位相データΔΦrを検出する。
例えば，前記移動制御装置７は，被測定物１を一定速度で連続的に回転及び直線移動させつつ，一定周期で，或いは測定点１ａ，１ｂの位置が予め定められた位置となるごとに，前記計算機６に対してデータ取得指令を送信する。そして，前記計算機６が，前記データ取得指令の受信に応じて前記第１位相データΔΦs及び前記第２位相データΔΦrを前記位相検波器４，５各々から取得し，それらの差を求めることにより，複数の測定点１ａ，１ｂについての前記補正後位相データΔΦsr（＝ΔΦs−ΔΦr）が得られる。
図４は，被測定物１における測定点の分布の一例を表す模式図である。
被測定物１を回転及び直線移動させつつ干渉光の位相検出を順次行った場合，図４に示されるように，測定点１ａ，１ｂの位置は，被測定物１の表面における渦巻き状の線（波線）に沿って順次変化する。
以下，前記計算機６において得られる複数の前記補正後位相データΔΦsrそれぞれに対応する測定点は，データ取得順序に従って割り振られた測定点番号（１，２，３・・・）により識別されるものとする。従って，図４に示されるように，ある測定点番号をＫｂとしたとき，Ｋｂ番目の測定点と（Ｋｂ＋１）番目の測定点とは隣り合う点であり，また，（Ｋｂ＋１）番目の測定点と（Ｋｂ＋２）番目の測定点とは隣り合う点である。
このように，形状測定装置Ｘにおいては，被測定物１上の一本の走査線Ｒに沿って，前記一対の干渉計ａ２０，ｂ２０それぞれからの物体光が走査される。換言すると，この１本の走査線Ｒは，複数の前記補正後位相データΔΦsrそれぞれに対応する複数の測定点における始点となる測定点から順次隣の測定点へと渡る予め定められた１本の線である。
なお，図４において，斜線で示される部分は，被測定物１の表面において光の反射特性が他の部分と大きく異なる前記特異部である。図４には，（Ｋｂ＋１）番目及び（Ｋｂ＋２）番目の測定点が，前記特異部内に存在する例が示されている。
【００２０】
次に，図２に示される構成図を参照しつつ，前記一対の光干渉計ａ２０，ｂ２０を含む前記干渉光検出部Ｙについて説明する。
図２に示されるように，前記干渉光検出部Ｙは，二偏波光源２と，偏光ビームスプリッタ３（以下，ＰＢＳ３と記載する）と，複数のミラーａ１１〜ａ１３，ｂ１１，ｂ１２と，Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０及びＢ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０と，Ａ面側補正用干渉計ａ３０及びＢ面側補正用干渉計ｂ３０と，第１位相検波器４と，第２位相検波器５とを備えている。ここで，前記Ａ面側補正用干渉計ａ３０及び前記Ｂ面側補正用干渉計ｂ３０が，前記一対の光干渉計である。
以下，便宜上，被測定物１の一方の面（図２における上側の面）をＡ面（前記おもて面に相当），これと表裏の関係にある他方の面をＢ面（前記うら面に相当）という。また，被測定物１の厚みの測定位置におけるＡ面側の表面部分をＡ面測定点１ａ（前記おもて面の測定部位に相当），そのＡ面測定点１ａと表裏相対するＢ面の表面部分をＢ面測定点１ｂ（前記うら面の測定部位に相当）という。
なお，図２には示されていないが，被測定物１は，前記可動支持装置Ｚ（図１参照）により支持されている。
【００２１】
前記二偏波光源２は，周波数がわずかに異なる２つのビーム光Ｐ１，Ｐ２を出射するレーザ光の光源である。なお，図２に示される前記二偏波光源２は，例えば，周波数がわずかに異なる２つのビーム光Ｐ１，Ｐ２を同軸或いはほぼ同軸（２つの光束の一部が重なる状態）で出射するゼーマンレーザ等である。以下，一方のビーム光を第１ビーム光Ｐ１，他方のビーム光を第２ビーム光Ｐ２という。
なお，図２においては，便宜上，両ビーム光Ｐ１，Ｐ２が異なる軸に沿って出射されているように記載されているが，本実施形態においては，両ビーム光Ｐ１，Ｐ２は同じ軸（同じ光路）又は一部重なる光路に沿って出射されるものとする。第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２は，単波長光であり，それぞれの周波数は，特に限定されるものではないが，例えば，一方のビーム光の周波数ωは５×１０8ＭＨｚ程度（可視光のレーザ光源を採用した場合の例）であり，両ビーム光の周波数の差は数十ｋＨｚ程度である。また，二偏波光源２が出射する第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２は，それぞれ偏波面の方向が異なる。ここでは，２つのビーム光Ｐ１，Ｐ２の偏波面は直交しているものとする。これら第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２が，それぞれ周波数が異なる前記第１の測定光及び前記第２の測定光の一例である。
なお，２つのビーム光Ｐ１，Ｐ２は，１つのビーム光を出射する光源と，出射されたビーム光を２分岐させるビームスプリッタと，２分岐された一方のビーム光の周波数を変換する音響光学素子等により生成されることも考えられる。
【００２２】
前記ＰＢＳ３は，二偏波光源２から出射される第１ビーム光Ｐ１（周波数：ω）及び第２ビーム光（周波数：ω＋Δω）のそれぞれを２分岐させる。そして，ＰＢＳ３により分岐された一方の第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２は，３つのミラーａ１１，ａ１２，ａ１３により，被測定物１の前記Ａ面測定点１ａの方向へ導かれる。また，ＰＢＳ３により分岐された他方の第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２は，２つのミラーｂ１１，ｂ１２により，被測定物１の前記Ｂ面測定点１ｂの方向へ導かれる。なお，前記ＰＢＳ３及び各ミラーａ１１〜ａ１３，ｂ１１，ｂ１２が，前記導光手段の一例である。
図２に示す例では，２つのビーム光Ｐ１，Ｐ２が同じ光路で導かれるので，両ビーム光の導光経路において揺らぎが生じても，その揺らぎは２つのビーム光Ｐ１，Ｐ２に等しく影響するので，揺らぎに起因する測定精度の悪化を防止できる。
なお，第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２を前記Ａ面測定点１ａ及び前記Ｂ面測定点１ｂのそれぞれへ導く光学機器としては，ミラーの他，光ファイバ等も考えられる。
【００２３】
前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０（前記おもて面側のヘテロダイン干渉計に相当）は，図２に示すように，偏光ビームスプリッタａ２１（以下，Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）という），２つの４分の１波長板ａ２２及びａ２３，Ａ面側参照板ａ２４，偏光板ａ２５（以下，Ａ面側第１偏光板ａ２５という）及び光検出器ａ２６（以下，Ａ面側第１光検出器ａ２６という）を備えている。一方の４分の１波長板ａ２２は，前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）と前記Ａ面測定点１ａとの間に配置され，他方の４分の１波長板ａ２３は，前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）と前記Ａ面側参照板ａ２４との間に配置されている。
【００２４】
前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）は，ミラーａ１１〜ａ１３によって前記Ａ面測定点１ａの方向へ導かれた第１ビーム光Ｐ１を透過させることにより，その第１ビーム光Ｐ１を前記Ａ面測定点１ａに照射させるとともに，同じく前記Ａ面測定点１ａの方向へ導かれた第２ビーム光Ｐ２を反射することにより，その第２ビーム光Ｐ２を前記Ａ面側参照板ａ２４の表面（前記第１の参照面に相当）に照射させる。図２に示す例では，前記第１ビーム光Ｐ１及び前記第２ビーム光Ｐ２は，それぞれ前記Ａ面測定点１ａの表面及び前記Ａ面側参照板ａ２４の表面に対して垂直入射される。
さらに，前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）は，前記Ａ面測定点１ａからの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光と，前記Ａ面側参照板ａ２４の表面からの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光との両方を，前記Ａ面側第１偏光板ａ２５の方向（同じ方向）へ導く。
なお，４分の１波長板ａ２２の存在により，前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）から前記Ａ面測定点１ａ側へ出射される第１ビーム光Ｐ１の偏光の状態（Ｐ偏光かＳ偏光か）と，前記Ａ面測定点１ａに反射して前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）に入射される第１ビーム光Ｐ１の偏光の状態とが入れ替わる。同様に，４分の１波長板ａ２３の存在により，前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）から前記Ａ面測参照板ａ２４側へ出射される第２ビーム光Ｐ２の偏光の状態と，前記Ａ面測参照板ａ２４に反射して前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）に入射される第２ビーム光Ｐ２の偏光の状態とが入れ替わる。
前記Ａ面側第１偏光板ａ２５は，所定方向（両ビーム光の偏波面の方向の中間方向）の偏波面の光のみを透過させることにより，前記Ａ面測定点１ａからの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光と，前記Ａ面側参照板ａ２４の表面からの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光とを干渉させる。その干渉光（以下，Ａ面測定干渉光という）は，前記Ａ面側第１光検出器ａ２６に入力（入射）される。
前記Ａ面側第１光検出器ａ２６は，前記Ａ面測定干渉光を受光して光電変換を行うことにより，前記Ａ面測定干渉光の強度信号Ｓｉｇ１（電気信号）を出力する。
【００２５】
一方，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０は，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０と同様の構成を備えるが，両者は，前記第１ビーム光Ｐ１及び前記第２ビーム光Ｐ２のいずれを参照光（参照板への照射光）又は物体光（測定点への照射光）とするかの対応関係が逆になっている。
即ち，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０（前記うら面側のヘテロダイン干渉計に相当）は，図２に示すように，偏光ビームスプリッタｂ２１（以下，Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）という），２つの４分の１波長板ｂ２２及びｂ２３，Ｂ面側参照板ｂ２４，偏光板ｂ２５（以下，Ｂ面側第１偏光板ｂ２５という）及び光検出器ｂ２６（以下，Ｂ面側第１光検出器ｂ２６という）を備えている。一方の４分の１波長板ｂ２２は，前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）と前記Ｂ面測定点１ｂとの間に配置され，他方の４分の１波長板ｂ２３は，前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）と前記Ｂ面側参照板ｂ２４との間に配置されている。
【００２６】
前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）は，ミラーｂ１１〜ｂ１２によって前記Ｂ面測定点１ｂの方向へ導かれた第２ビーム光Ｐ２を透過させることにより，その第２ビーム光Ｐ２を前記Ｂ面測定点１ｂに照射させるとともに，同じく前記Ｂ面測定点１ｂの方向へ導かれた第１ビーム光Ｐ１を反射することにより，その第１ビーム光Ｐ１を前記Ｂ面側参照板ｂ２４の表面（前記第２の参照面に相当）に照射させる。図２に示す例では，前記第２ビーム光Ｐ２及び前記第１ビーム光Ｐ１は，それぞれ前記Ｂ面測定点１ｂの表面及び前記Ｂ面側参照板ｂ２４の表面に対して垂直入射される。
さらに，前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）は，前記Ｂ面測定点１ｂからの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光と，前記Ｂ面側参照板ｂ２４の表面からの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光との両方を，前記Ｂ面側第１偏光板ｂ２５の方向（同じ方向）へ導く。
なお，４分の１波長板ｂ２２の存在により，前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）から前記Ｂ面測定点１ｂ側へ出射される第２ビーム光Ｐ２の偏光の状態（Ｓ偏光かＰ偏光か）と，前記Ｂ面測定点１ｂに反射して前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）に入射される第２ビーム光Ｐ２の偏光の状態とが入れ替わる。同様に，４分の１波長板ｂ２３の存在により，前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）から前記Ｂ面測参照板ｂ２４側へ出射される第１ビーム光Ｐ１の偏光の状態と，前記Ｂ面測参照板ｂ２４に反射して前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）に入射される第１ビーム光Ｐ１の偏光の状態とが入れ替わる。
前記Ｂ面側第１偏光板ｂ２５は，所定方向（両ビーム光の偏波面の方向の中間方向）の偏波面の光のみを透過させることにより，前記Ｂ面測定点１ｂからの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光と，前記Ｂ面側参照板ｂ２４の表面からの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光とを干渉させる。その干渉光（以下，Ｂ面測定干渉光という）は，前記Ｂ面側第１光検出器ｂ２６に入力（入射）される。
前記Ｂ面側第１光検出器ｂ２６は，前記Ｂ面測定干渉光を受光して光電変換を行うことにより，前記Ｂ面測定干渉光の強度信号Ｓｉｇ２（電気信号）を出力する。
【００２７】
前記第１位相検波器４（前記位相検波手段に相当）は，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０及び前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０のそれぞれから出力される強度信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２の位相差ΔΦsを検出し，その検出値を電気信号（検出信号）として出力するものである。例えば，前記第１位相検波器４として，ロックインアンプを採用することができる。ここで，前記第１位相検波器４の出力信号の値（位相差ΔΦs）は，被測定物１における前記Ａ面測定点１ａの表面位置と前記Ｂ面測定点１ｂの表面位置との差，即ち，被測定物１における両測定点１ａ，１ｂの位置の厚みに応じて変化する。
【００２８】
周知のヘテロダイン干渉計の原理により，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０の出力信号Ｓｉｇ１の位相は，前記Ａ面測定点１ａの表面位置（高さ）に応じて定まるが，出力信号Ｓｉｇ１の位相には，前記Ａ面測定点１ａ自体の形状（凹凸）の成分と，前記被測定物１の振動による変位量の成分との両方が反映される。
同様に，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０の出力信号Ｓｉｇ２の位相は，前記Ｂ面測定点１ｂの表面位置（高さ）に応じて定まるが，出力信号Ｓｉｇ２の位相には，前記Ｂ面測定点１ｂ自体の形状（凹凸）の成分と，前記被測定物１の振動による変位量の成分との両方が反映される。
また，前述したように，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０と前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０とでは，前記第１ビーム光Ｐ１及び前記第２ビーム光Ｐ２のいずれを参照光又は物体光とするかの対応関係が逆になっている。
このため，前記第１位相検波器４により検出される位相差ΔΦsは，被測定物１の振動による変位量の成分がＡ面側とＢ面側とで相殺され，前記Ａ面測定点１ａ自体の形状（凹凸）の成分及び前記Ｂ面測定点１ｂ自体の形状（凹凸）の成分のみが反映された変位量，即ち，被測定物１における前記Ａ面測定点１ａ及びＢ面測定点１ｂの位置の厚みに相当する測定値となる。
【００２９】
一方，前記Ａ面側補正用干渉計ａ３０は，図２に示すように，ビームスプリッタａ３１（以下，Ａ面側ＢＳ（ａ３１）という），偏光板ａ３２（以下，Ａ面側第２偏光板ａ３２という）及び光検出器ａ３３（以下，Ａ面側第２光検出器ａ３３という）を備えている。
前記Ａ面側ＢＳ（ａ３１）は，前記Ａ面測定点１ａの方向へ導かれた第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２を，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０に入力される直前の位置において，そのＡ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０に入力されるビーム光（以下，主光という）と，それ以外のビーム光（以下，副光という）とに分岐させる（おもて面側の主副分光手段）。
前記Ａ面側第２偏光板ａ３２は，所定方向（両ビーム光の偏波面の方向の中間方向）の偏波面の光のみを透過させることにより，前記Ａ面側ＢＳ（ａ３１）により分岐された前記副光（即ち，分岐された第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２）を干渉させる（おもて面側の副光干渉手段）。
前記Ａ面側第２光検出器ａ３３は，前記Ａ面側第２偏光板ａ３２により得られる干渉光を受光して光電変換を行うことにより，その干渉光の強度信号Ｒｅｆ１（電気信号）を出力する（おもて面側の副光強度検出手段）。
【００３０】
また，前記Ｂ面側補正用干渉計ｂ３０は，被測定物１のＢ面側において，前記Ａ面側補正用干渉計ａ３０と同様の構成を備えるものである。
即ち，前記Ｂ面側補正用干渉計ｂ３０は，図２に示すように，ビームスプリッタｂ３１（以下，Ｂ面側ＢＳ（ｂ３１）という），偏光板ｂ３２（以下，Ｂ面側第２偏光板ｂ３２という）及び光検出器ｂ３３（以下，Ｂ面側第２光検出器ｂ３３という）を備えている。
前記Ｂ面側ＢＳ（ｂ３１）は，前記Ｂ面測定点１ｂの方向へ導かれた第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２を，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０に入力される直前の位置において，そのＢ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０に入力されるビーム光（主光）と，それ以外のビーム光（副光）とに分岐させる（うら面側の主副分光手段）。
前記Ｂ面側第２偏光板ｂ３２は，所定方向（両ビーム光の偏波面の方向の中間方向）の偏波面の光のみを透過させることにより，前記Ｂ面側ＢＳ（ｂ３１）により分岐された前記副光（即ち，分岐された第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２）を干渉させる（うら面側の副光干渉手段）。
前記Ｂ面側第２光検出器ｂ３３は，前記Ｂ面側第２偏光板ｂ３２により得られる干渉光を受光して光電変換を行うことにより，その干渉光の強度信号Ｒｅｆ２（電気信号）を出力する（うら面側の副光強度検出手段）。
【００３１】
また，前記第２位相検波器５は，前記Ａ面側第２光検出器ａ３３及び前記Ｂ面側第２光検出器ｂ３３のそれぞれから出力される強度信号Ｒｅｆ１，Ｒｅｆ２の位相差ΔΦrを検出し，その検出値を電気信号（検出信号）として出力するものであり，例えば，ロックインアンプを採用することができる。ここで，前記第２位相検波器５の出力信号の値（位相差ΔΦr）は，後述するように，前記被測定物１の厚みの補正用の測定値（前記第２の測定値に相当）である。
前記第１ビーム光Ｐ１及び前記第２ビーム光Ｐ２について，前記二偏波光源２から前記ＰＢＳ３及びミラーａ１１〜ａ１３，ｂ１１，ｂ１２によりＡ面測定点１ａ及びＢ面測定点１ｂのそれぞれへ導かれる経路において位相の揺らぎが生じた場合，その揺らぎの影響が前記第１位相検波器４により検出される位相差ΔΦsに反映され，それが測定誤差となる。
しかしながら，そのような位相の揺らぎの成分のＡ面側及びＢ面側の合計は，前記第２位相検波器５により検出される位相差ΔΦrに反映される。従って，前記第１位相検波器４により検出される位相差ΔΦsから，前記第２位相検波器５により検出される位相差ΔΦrを差し引く補正を行うことにより得られる前記補正後位相データΔΦsr（＝ΔΦs−ΔΦr）は，２つのヘテロダイン干渉計ａ２０，ｂ２０に至るまでの両ビーム光Ｐ１，Ｐ２の位相の揺らぎの影響が除去された測定データとなる。
ここで，前記補正後位相データΔΦsrは，被測定物１の厚みに応じて変化するが，ΔΦs及びΔΦrが−π〜＋πの範囲内で検出される値であるため，隣り合う２つの測定点における厚みの差（形状変化）が小さくても，それら２つの測定点で得られる前記補正後位相データΔΦsrの差が大きくなる場合がある。そのため，複数の測定点で得られた前記補正後位相データΔΦsrに対して位相接続処理を施すことより，被測定物１の連続的な厚み変化に応じて連続的に変化する位相データ（以下，処理後位相データθという）を算出する必要がある。
【００３２】
そこで，前記計算機６は，複数の測定点１ａ，１ｂについて前記位相検波器４，５を通じて複数組の位相差ΔΦs，ΔΦrを取得して，それらから前記補正後位相データΔΦsrを算出する。さらに，前記計算機６は，複数の測定点１ａ，１ｂごとに得られる前記補正後位相データΔΦsrに基づく位相接続処理を行う。この位相接続処理により得られる複数の前記処理後位相データθ各々は，各測定点における被測定物１の厚みを表すデータであり，それら全体として被測定物１の厚み分布を表すデータである。さらに，前記計算機６は，その位相接続処理により算出された前記処理後位相データθ（被測定物１の厚み分布を表すデータ）を出力する。なお，データの出力とは，例えば，前記計算機６が備える記憶部（ハードディスク等）へ書き込むこと，所定の通信インターフェースを通じて外部装置へ送信すること，又は液晶表示装置等の所定の表示部に算出値の情報を表示させること等を意味する。
【００３３】
次に，数式を用いて，形状測定装置Ｘの測定原理について説明する。
まず，数式で用いられる符号について説明する。
ω：第１ビーム光Ｌ１の周波数。
ω＋Δω：第２ビーム光Ｌ２の周波数。
λ：第１ビーム光Ｌ１の波長。なお，Δω／ωの値はごく小さいので，λは第２ビーム光Ｌ２の波長と等しいと近似できる。
Ｌ１：Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）からＡ面測定点１ａまでの光路長。
Ｌ２：Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）からＢ面測定点１ｂまでの光路長。
Ｍ１：Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）からＡ面側参照板ａ２４表面までの光路長。
Ｍ２：Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）からＢ面側参照板ｂ２４表面までの光路長。
ΔＬ１：Ａ面測定点１ａの形状に基づく表面変位量（表面高さ）。
ΔＬ２：Ｂ面測定点１ｂの形状に基づく表面変位量（表面高さ）。
ΔＮ：被測定物１の振動による変位量。
なお，ｔは時間，ｉは自然数の変数を表す。
【００３４】
形状測定装置Ｘは，測定前に，前記二偏波光源２から前記Ａ面側補正用干渉計ａ３０及び前記Ｂ面側補正用干渉計ｂ３０のそれぞれに至る過程において，ビーム光Ｐ１，Ｐ２（即ち，両ヘテロダイン干渉計ａ２０，ｂ２０への入力光）に位相の揺らぎの差が生じない状態（以下，入力光に位相揺らぎの差がない状態という），或いはそう近似できる程度の状態に設定されているものとする。
前記入力光に位相揺らぎの差がない状態或いはそう近似できる程度の状態とする方法としては，例えば，前記Ａ面測定点１ａ及び前記Ｂ面測定点１ｂの方向へ導かれる両ビーム光Ｐ１，Ｐ２の光路を極力同一の光路とすることや，その光路の周囲を覆う断熱材を設けることにより両ビーム光Ｐ１，Ｐ２の光路の温度を極力一定に保持すること等が考えられる。また，両ビーム光Ｐ１，Ｐ２をＡ面測定点１ａ及びＢ面測定点１ｂへ導くミラーや光ファイバ等の導光手段を，固定された堅牢な（高強度の）支持部材に固着させること等も有効である。
まず，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０の出力信号Ｓｉｇ１の強度Ｉ１は，次の（１）式により表される。
【数１】
0005054592.tif 000002
また，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０の出力信号Ｓｉｇ２の強度Ｉ２は，次の（２）式により表される。
【数２】
0005054592.tif 000003
ここで，被測定物１の振動に起因する変位量ΔＮは，前記Ａ面側と前記Ｂ面側とで正負が逆となって影響し，さらに，前記Ａ面側と前記Ｂ面側とで，ヘテロダイン干渉計における物体光と参照光との対応関係が逆になっているため，この（１）式及び（２）式において，変位量ΔＮの符号は同じとなる。
前記（１）式及び（２）式（最終行に記載の式）において，"４π／λ"以降の項が，各周波数Δωの周期変化の位相を決定する。そして，前記入力光に位相揺らぎの差がない状態における前記第１位相検波器４により検出される出力信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２の位相差Φs’は，次の（３）式により表される。
【数３】
0005054592.tif 000004
前記（３）式において，Ａ面側及びＢ面側の相殺効果により，被測定物１の振動に起因する変位量ΔＮが除去（相殺）されていることがわかる。
【００３５】
また，前記（３）式において，ΔΦs’は測定値であり，その他における（ΔＬ１−ΔＬ２）以外の数値は既知の不変量である。そのため，前記入力光に位相揺らぎの差がない状態，或いはそう近似できる程度の状態であれば，計算機６によって測定値ΔΦsを前記（３）に適用する（ΔΦs’の部分に代入する）計算を行うことにより，被測定物１の厚み（ΔＬ１−ΔＬ２）を算出できる。
なお，（ΔＬ１−ΔＬ２）は，被測定物１の厚みの絶対値を表すものでなく，他の測定点の厚みに対する相対値を評価する指標（相対的な厚みを表す値）であるが，半導体ウェハ等の被測定物の形状測定においては，相対的な厚みを表す値の分布を得ることに重要な意味がある。
【００３６】
ところで，被測定物１の振動により生じる変位ΔＮは，ビーム光Ｐ１，Ｐ２の波長λに比べて十分に大きいため，もし，変位ΔＮの影響が除去されないとすると，被測定物１の厚みを実質的に測定できない状態となる。
例えば，位相検波器により，前記Ａ面側第１光検出器ａ２６の検出信号Ｓｉｇ１と，前記Ａ面側第２光検出器ａ３３の検出信号Ｒｅｆ１との位相差ΔΦaを検出した場合，各測定点における位相差ΔΦaの分布において，いわゆる位相とびが多数回生じるため，被測定物１の厚み分布を表す連続した値の分布を正確に求めることが困難となる。
【００３７】
以上に示したように，形状測定装置Ｘにおいては，その測定値Φsにおいて，被測定物１の振動による変位量ΔＮの成分が相殺され，Ａ面測定点１ａ自体の形状の成分及びＢ面測定点１ｂ自体の形状の成分のみが反映された被測定物１の厚みに相当する測定値が得られる。しかも，形状測定装置Ｘは，干渉光を被測定物１のＡ面（おもて面）からＢ面（うら面）へ伝播させないため，その伝播経路における光路調整（光学機器の調整）を必要とせず，また，その伝播経路において干渉光の揺らぎが生じることもない。さらに，光路に光学系以外のものが挿入されないので，干渉光に乱れを生じさせることもない。
【００３８】
ところで，両ヘテロダイン干渉計ａ２０，ｂ２０への入力されるビーム光Ｐ１，Ｐ２は，前記二偏波光源２から前記Ａ面側補正用干渉計ａ３０及び前記Ｂ面側補正用干渉計ｂ３０のそれぞれに至る過程において，温度や湿度の変化等により位相の揺らぎが生じた場合，その揺らぎの影響が測定値ΔΦs（位相差）に反映され，それが測定誤差となる。
これに対し，位相差ΔΦsから補正用の位相差ΔΦrを差し引いて得られる位相差（ΔΦs−ΔΦr）は，２つのヘテロダイン干渉計ａ２０，ｂ２０に至るまでの両ビーム光Ｐ１，Ｐ２の位相の揺らぎの影響が除去された測定値となる。
そこで，前記計算機６は，前記（３）式におけるΔΦs’が前記補正後位相データΔΦsr（＝ΔΦs−ΔΦr）に置き換えられた次の（４）式に基づいて被測定物１の厚み（ΔＬ１−ΔＬ２）を算出する。その算出値は，両ビーム光Ｐ１，Ｐ２の位相の揺らぎの影響を受けない値となる。
【数４】
0005054592.tif 000005
【００３９】
次に，図３に示されるフローチャートを参照しつつ，形状測定装置Ｘによる被測定物１の形状測定手順の一例について説明する。なお，図３に示される処理が開始される前に，被測定物１が，前記可動支持装置Ｚにより予め定められた初期位置に保持されているものとする。また，以下に示されるＳ１，Ｓ２，…は，処理手順の識別符号を表す。
まず，前記計算機６が，測定点の番号を表す変数ｉを初期化（ｉ＝１）するとともに，前記二偏波光源２及び前記移動制御装置７に対して測定開始指令を出力する（Ｓ１）。これにより，前記二偏波光源２による前記ビーム光Ｐ１，Ｐ２の出射，即ち，被測定物１への物体光の照射が開始されるととに，被測定物１の２次元方向における移動が開始される。これにより，被測定物１の表裏各面において前記走査線Ｒ（図４参照）に沿った物体光の走査が開始される。
これ以降，測定点の番号を表す変数ｉが順次カウントアップ（Ｓ１０）されつつ，以下に示されるステップＳ２〜Ｓ９が順次繰り返される。
【００４０】
続いて，前記計算機６は，ｉ番目の測定点における前記第１位相差ΔΦs及び前記第２位相差ΔΦr，前記振幅Ａｓ１，Ａｓ２，並びにその測定点の位置データを取得する（Ｓ２）。さらに，前記計算機６は，取得した前記振幅Ａｓ１，Ａｓ２及び測定点の位置データとともに，前記第１位相差ΔΦs及び前記第２位相差ΔΦrの差である前記補正後位相データΔΦsrを前記メモリ６ｂに記録する（Ｓ２）。
このように，干渉光の強度信号の位相が検出されるごと（前記補正後位相データが取得されるごと）に，その検出対象である前記干渉光の強度信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２の振幅が順次検出され，前記計算機６は，その検出により得られる複数の振幅データＡｓ１，Ａｓ２を取得する（Ｓ２，振幅データ取得手順）。
なお，前記第１位相差ΔΦs及び前記振幅Ａｓ１，Ａｓ２は，前記第１位相検波器４から取得されるデータであり，前記測定点の位置データは，前記移動制御装置７から取得されるデータである。
【００４１】
次に，前記計算機６は，ｉ番目測定点における前記振幅Ａｓ１，Ａｓ２それぞれの許容範囲（以下，振幅許容範囲という）を，ｉ番目測定点の周囲の１つ又は複数の他の測定点において得られた前記振幅Ａｓ１，Ａｓ２を基準にして設定する（Ｓ３，振幅許容範囲設定手順）。なお，前記振幅許容範囲は，前記Ａ面側の測定点１ａ，前記Ｂ面側の測定点１ｂそれぞれについて個別に設定される。
例えば，前記計算機６は，ｉ番目測定点についての前記振幅許容範囲を，ｉ番目測定点から所定範囲内にある測定点のうち，前記走査線Ｒに沿って測定順序とは逆の方向に遡った位置にある複数の測定点（例えば，（ｉ−３）番目〜（ｉ−１）番目の測定点）を選択する。さらに，前記計算機６は，選択した複数の測定点で得られた前記振幅Ａｓ１，Ａｓ２の加重平均値を算出し，その加重平均値に予め定められた下限値設定用係数及び上限値設定用係数それぞれを乗算した値を，前記振幅許容範囲の下限値ＡＬ及び上限値ＡＨとして設定する。その加重平均において，ｉ番目測定点に対してより近い測定点のデータに高い重みが設定される。或いは，ｉ番目測定点に対して前記走査線Ｒに沿って遡った隣の位置にある１つの測定点（（ｉ−１）番目の測定点）を選択し，その測定点で得られた前記振幅Ａｓ１，Ａｓ２に前記下限値設定用係数及び前記上限値設定用係数それぞれを乗算した値を，前記振幅許容範囲の下限値ＡＬ及び上限値ＡＨとして設定することも考えられる。
【００４２】
図５は，前記特異部を有する被測定物１の測定により得られる干渉光の強度信号の振幅の変化を表す模式図である。
図５に示されるように，前記特異部における干渉光の強度信号の振幅は，その周辺の位置で得られる振幅に対して大きな差がある。本発明においては，この現象を利用して，前記特異部内の測定点で得られた位相データ（前記被処理対象データ）とそれ以外の測定点で得られた位相データ（前記処理対象データ）とを区分する。
また，図５には，Ｋｂ番目測定点の振幅データを基準に設定された，（Ｋｂ＋１）番目測定点における前記振幅許容範囲（ＡＬ〜ＡＨ）が波線で示されている。なお，図５に示される測定点は，図４に示される測定点と対応しており，（Ｋｂ＋１）番目及び（Ｋｂ＋２）番目の測定点が，前記特異部内に存在する測定点である。
このように，前記計算機６は，前記第１位相検波器４及び前記第２位相検波器５を通じて得られる複数の前記補正後位相データΔΦsr各々に対応する前記振幅許容範囲を，当該補正後位相データΔΦsrに対応する測定点の周囲の他の測定点において得られた前記振幅データＡｓ１，Ａｓ２を基準にして動的に設定する（Ｓ３）。
【００４３】
次に，前記計算機６は，ｉ番目測定点について，ステップＳ２で得られた前記振幅データＡｓ１，Ａｓ２が，ステップＳ３で設定された前記振幅許容範囲内であるか否かを判別し，その判別結果に応じて前記補正後位相データΔΦsrを処理対象データと非処理対象データのいずれかに区分し，その区分の結果を前記メモリ６ｂに記録する（Ｓ４，データ区分手順）
このステップＳ４の処理により，ステップＳ２の処理により順次得られる複数の前記補正後位相データΔΦsrが，そのデータに対応する前記振幅データＡｓ１，Ａｓ２が前記振幅許容範囲内である前記処理対象データと，それ以外の前記非処理対象データとに区分される。
【００４４】
次に，前記計算機６は，ステップＳ２の処理が繰り返されることによって得られる複数の前記補正後位相データΔΦsrのうち，ステップＳ４において前記処理対象データであると区分されたものみに基づく位相接続処理により，前記被測定物１の厚みを表す形状値，即ち，前記処理後位相データθを算出する処理を実行する（Ｓ５〜Ｓ９）。以下，その内容について説明する。
まず，前記計算機６は，ｉ番目測定点における前記補正後位相データΔΦsrが，前記処理対象データであるか前記非処理対象データであるかにより，処理を切り替える（Ｓ５）。
即ち，ｉ番目測定点における前記補正後位相データΔΦsrが前記非処理対象データである場合，前記計算機６は，その補正後位相データΔΦsrに対する位相接続処理は行わず，変数ｉのカウントアップ（Ｓ１０）のみを行う。
【００４５】
また，ｉ番目測定点における前記補正後位相データΔΦsrが前記処理対象データである場合，前記計算機６は，（ｉ−１）番目測定点における前記補正後位相データΔΦsrが前記処理対象データあるか否かを判別する（Ｓ６）。
そして，前記走査線Ｒに沿って隣り合う（ｉ−１）番目測定点及びｉ番目測定点両方における前記補正後位相データΔΦsrがともに前記処理対象データである場合，前記計算機６は，（ｉ−１）番目測定点における位相データ（位相接続処理後のデータθ）を位相接続処理の基準位相データとして設定する（Ｓ７）。ここで，基準位相データとは，位相接続処理の際に，位相接続処理の対象とされる位相データ（ここでは，ｉ番目測定点の前記補正後位相データΔΦsr）と対比される基準となるデータである。即ち，後述するステップＳ９における位相接続処理の際，ｉ番目測定点の前記補正後位相データΔΦsrは，前記基準位相データに対する位相差が−π〜＋πの範囲に収まるように，２πの整数倍分だけ位相がシフトされ，位相シフト後のデータが前記処理後位相データθとして算出される。
【００４６】
一方，ｉ番目測定点での前記補正後位相データΔΦsrが前記処理対象データであるが，その測定点に対し前記走査線Ｒに沿って隣り合う（ｉ−１）番目測定点における前記補正後位相データΔΦsrが前記非処理対象データである場合，前記計算機６は，ｉ番目測定点の近傍の測定点についての位相データのうち，前記処理対象データに区分されているデータ（但し，位相接続処理後のデータθ）を前記基準位相データとして設定する（Ｓ８）。
例えば，前記計算機６は，ｉ番目測定点に対し，前記走査線Ｒと交差する方向において隣り合う測定点における位相データの中から，前記処理対象データに区分されているもの（但し，位相接続処理後のデータθ）を前記基準位相データとして設定する。
そして，前記計算機６は，ｉ番目測定点における前記補正後位相データΔΦsrに対し，ステップＳ７又はＳ８において設定された前記基準位相データに基づく位相接続処理を施し，処理後の位相データθを，ｉ番目測定点における厚みを表す形状値として前記メモリ６ｂに記録する（Ｓ１０）。
【００４７】
図６は，前記計算機６により算出される被測定物１の前記特異部及びその周辺の測定点における位相接続処理後のデータθがグラフ化された模式図である。なお，図６に示される測定点は，図４に示される測定点と対応しており，（Ｋｂ＋１）番目及び（Ｋｂ＋２）番目の測定点が，前記特異部内に存在する測定点である。また，同様の測定点における従来の位相接続処理後のデータθ’がグラフ化された模式図が図１０である。
図６に示されるように，形状測定装置Ｘにおいては，前記振幅に基づいて前記特異部内の測定点（（Ｋｂ＋１）番目及び（Ｋｂ＋２）番目）が判別され，前記特異部内の測定点における位相データに対しては，位相接続処理が行われない（図３のステップＳ５の処理）。
また，前記走査線Ｒに沿った通常の順序で位相接続処理を行えば，前記特異部内の測定点（（Ｋｂ＋２）番目）に対応する位相データが，前記基準位相データとなってしまう測定点（（Ｋｂ＋３）番目）については，位相接続処理が行われる。この場合，（Ｋｂ＋３）番目の測定点に対し，前記走査線Ｒと交差する方向において隣り合うＫａ番目の測定点（図４参照）の位相データ（但し，前記処理対象データに区分された位相接続処理後のデータ）が前記基準位相データに設定され，その基準位相データを基準として，（Ｋｂ＋３）番目の測定点の位相データの位相接続処理が行われる（図３のステップＳ８及びＳ９の処理）。
そして，前記計算機６は，測定点の番号を表す変数ｉをカウントアップ（Ｓ１０）しつつ，全ての測定点についての測定が完了するまで，以上に示したステップＳ２〜Ｓ９の処理を繰り返す（Ｓ１１）。
【００４８】
以上に示したように，形状測定装置Ｘにおける前記計算機６は，干渉光の強度信号の振幅Ａｓ１，Ａｓ２（即ち，信号の強度）に基づいて，被測定物１の複数の測定点１ａ，１ｂごとに得られる位相データΔΦsr各々を，ゴミの付着部や傷の生じた部分等である前記特異部において得られる前記非処理対象データと，それ以外の前記処理対象データとに区分する（Ｓ３，Ｓ４）。これは，被測定物１の表面における光（物体光）の反射特性の違いが，干渉光の強度信号の振幅Ａｓ１，Ａｓ２の違いとして表れる現象を利用するものである。
そして，前記計算機６は，前記特異部以外の測定点において得られた位相データΔΦsr（前記処理対象データ）のみに基づいて位相接続処理を実行する（Ｓ５〜Ｓ９）。これにより，前記計算機６は，光の反射特性が他と異なる前記特異部が一部に存在する被測定物１についても精度の高い形状値θを算出することができる。
【００４９】
また，前記計算機６は，前記位相検波器４，５を通じて得られる複数の位相データΔΦsr各々に対応する前記振幅許容範囲（即ち，測定点ごとの前記振幅許容範囲）を，当該位相データΔΦsrに対応する測定点の周囲の１つ又は複数の他の測定点において得られた前記振幅データＡｓ１，Ａｓ２を基準にして動的に設定する（Ｓ３，振幅許容範囲設定手順）。
これにより，位相データΔΦsrごとに（即ち，測定部位ごとに）的確な前記振幅許容範囲が動的に設定され，位相データΔΦsrの区分，即ち，前記特異部の特定を適正に行うことができる。
【００５０】
図７は，一部にゴミを付着させた半導体ウェハ（被測定物１の一例）を前記形状測定装置Ｘにより測定して得られた実測データのグラフである。実測データは，干渉光の強度信号Ｓｉｇ１の振幅Ａｓ１，及び前記計算機６により算出された位相接続処理後の位相データθである。なお，図７には，前記特異部での測定データを除外しない従来の位相接続処理後の位相データθ’も比較対象としてグラフ化されている。
図７に示されるように，前記特異部が存在しない状況では，形状測定装置Ｘにより得られる位相接続処理後のデータθも，従来の位相接続処理後のデータθ’も同じ結果となる。
しかしながら，位相接続処理の途中で前記特異部で得られた位相データが参照された場合，その後の位相接続処理の対象となる測定点について算出されるデータは，形状測定装置Ｘによる処理結果θと従来の位相接続処理の結果θ’とで大きな違いが生じる。この場合，形状測定装置Ｘによる処理結果θが，測定対象としたウェハの実際の形状を表している。このように，形状測定装置Ｘによれば，光の反射特性が他と異なる前記特異部が一部に存在する被測定物１についても精度の高い形状値θを算出することができる。
【００５１】
なお，以上に示した実施形態では，前記計算機６が，測定値ΔΦsと測定値ΔΦrとの差を前記位相データとし，その位相データに基づいて位相接続処理を行う例を示した。しかしながら，各光干渉計ａ２０，ｂ２０への入力光に位相揺らぎの差がない状態或いはそう近似できる程度の状態である場合には，図２に示す構成から前記Ａ面側補正用干渉計ａ３０及び前記Ｂ面側補正用干渉計ｂ３０を除いた形状測定装置（以下，形状測定装置Ｘ’という）とすることも考えられる。
そして，前記形状測定装置Ｘ’における計算機６は，前記第１位相検波器４から出力される測定値である位相差ΔΦsを前記位相データとし，その位相データに基づいて位相接続処理を行い，その処理結果を被測定物１の厚みを表す形状値として算出する。
【００５２】
また，前記形状測定装置Ｘにおいて，図２に示したヘテロダイン干渉計ａ２０，ｂ２０は，被測定物１の表面（Ａ面，Ｂ面）に対して略垂直に測定光を入射させるものであるが，光学系を組みかえることにより，測定光を被測定物１の表面（Ａ面，Ｂ面）に対して斜めに入射させ，その反射光により干渉光を得るタイプの干渉計が採用されてもよい。
図９は，前記形状測定装置Ｘに採用可能な斜入射式のヘテロダイン干渉計（以下，Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０’及びＢ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０’という）の概略構成図である。
図９に示されるように，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０’は，前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）と，前記Ａ面側参照板ａ２４と，ビームスプリッタａ２８と，前記Ａ面側第１偏光板ａ２５及び前記Ａ面側第１光検出器ａ２６とを備えている。
前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０’においては，前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）が，それを透過した前記第１ビーム光Ｐ１が前記Ａ面側測定点１ａの表面（平面）に対して斜めに入射するよう配置されている。
そして，前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）は，前記第２ビーム光Ｐ２とは異なる光路で導かれた前記第１ビーム光Ｐ１を透過させることにより，その第１ビーム光Ｐ１を前記Ａ面測定点１ａに照射させる（斜め入射させる）とともに，前記第２ビーム光Ｐ２を反射することにより，その第２ビーム光Ｐ２を前記Ａ面側参照板ａ２４の表面（第１の参照面）に照射させる（斜め入射させる）。
また，前記ビームスプリッタａ２８は，前記Ａ面測定点１ａからの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光（正反射光）を前記Ａ面側第１偏光板ａ２５の方向へ透過させるとともに，前記Ａ面側参照板ａ２４の表面からの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光（正反射光）を前記Ａ面側第１偏光板ａ２５の方向へ反射する。これにより，前記ビームスプリッタａ２８を透過した前記Ａ面測定点１ａからの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光と，前記ビームスプリッタａ２８に反射した前記Ａ面側参照板ａ２４の表面からの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光とが，同じ光路に沿って（光軸が重なった状態で）進行しつつ前記Ａ面側第１偏光板ａ２５を通過することによって相互に干渉する。その干渉光（前記Ａ面測定干渉光）は，前記Ａ面側第１光検出器ａ２６に入力（入射）され，前記Ａ面測定干渉光の強度信号Ｓｉｇ１が得られる。
【００５３】
同様に，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０’は，前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）と，前記Ｂ面側参照板ｂ２４と，ビームスプリッタｂ２８と，前記Ｂ面側第１偏光板ｂ２５及び前記Ｂ面側第１光検出器ｂ２６とを備えている。
前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０’においては，前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）が，それを透過した前記第２ビーム光Ｐ２が前記Ｂ面側測定点１ｂの表面（平面）に対して斜めに入射するよう配置されている。
そして，前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）は，前記第１ビーム光Ｐ１とは異なる光路で導かれた前記第２ビーム光Ｐ２を透過させることにより，その第２ビーム光Ｐ２を前記Ｂ面測定点１ｂに照射させる（斜め入射させる）とともに，前記第１ビーム光Ｐ１を反射することにより，その第１ビーム光Ｐ１を前記Ｂ面側参照板ｂ２４の表面（第２の参照面）に照射させる（斜め入射させる）。
また，前記ビームスプリッタｂ２８は，前記Ｂ面測定点１ｂからの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光（正反射光）を前記Ｂ面側第１偏光板ｂ２５の方向へ透過させるとともに，前記Ｂ面側参照板ｂ２４の表面からの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光（正反射光）を前記Ｂ面側第１偏光板ｂ２５の方向へ反射する。これにより，前記ビームスプリッタｂ２８を透過した前記Ｂ面測定点１ｂからの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光と，前記ビームスプリッタｂ２８に反射した前記Ｂ面側参照板ｂ２４の表面からの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光とが，同じ光路に沿って（光軸が重なった状態で）進行しつつ前記Ｂ面側第１偏光板ｂ２５を通過することによって相互に干渉する。その干渉光（前記Ｂ面測定干渉光）は，前記Ｂ面側第１光検出器ｂ２６に入力（入射）され，前記Ｂ面測定干渉光の強度信号Ｓｉｇ２が得られる。
図９に示されるように，測定光を被測定物１に対して斜め入射させるヘテロダイン干渉計が採用された形状測定装置も，本発明の実施形態の一例である。
【００５４】
また，前述した実施形態では，図４に示されるように，測定点１ａ，１ｂの位置は，被測定物１の表面における渦巻き状の前記走査線Ｒに沿って順次変化する例を示した。
しかしながら，例えば，前記可動支持装置Ｚとして，Ｘ−Ｙプロッタのように被測定物１の支持部４４を交差する２直線それぞれに沿って移動させる装置が採用されたることも考えられる。この場合，測定点１ａ，１ｂの位置を，被測定物１の表面において図８に示されるような走査線Ｒに沿って順次変化させることも考えられる。なお，図８には，（Ｋｂ＋１）番目及び（Ｋｂ＋２）番目の測定点が，前記特異部内に存在する例が示されている。
【００５５】
また，前記形状測定装置Ｘは，被測定物１の表裏相対する測定点１ａ，１ｂ各々に物体光を照射する一対の光干渉計ａ２０，ｂ２０が配置され，被測定物１の厚みを測定するものであるが，一方の光干渉計ａ２０のみが設けられた形状測定装置も考えられる。この場合，前記第１位相検波器４が，２つの前記干渉光の強度信号Ｓｉｇ１及びＲｅｆ１を入力し，それらの位相差を，位相接続処理に用いられる前記位相データとして検出することが考えられる。この場合，前記第１位相検波器４により得られる位相データに基づく位相接続処理により算出されるデータは，被測定物１のＡ面の高さを表すデータとなる。
【００５６】
また，前記形状測定装置Ｘにおいては，ヘテロダイン干渉計が採用されたが，その他，１つのレーザ光（単波長レーザ光）を物体光及び参照光に分岐させ，その物体光の反射光と参照光とを干渉させた干渉光の強度信号を出力する一般的な他の干渉計，例えば，マイケルソン干渉計やフィゾー干渉計，或いは斜入射干渉計等が採用されることも考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は，半導体ウェハ等の被測定物についての形状測定装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係る形状測定装置Ｘの概略構成図。
【図２】形状測定装置Ｘが備える干渉光検出部Ｙの構成図。
【図３】形状測定装置Ｘによる被測定物の形状測定手順の一例を表すフローチャート。
【図４】被測定物における測定点の分布の一例を表す模式図。
【図５】特異部を有する被測定物の測定により得られる干渉光の強度信号の振幅の変化を表す模式図。
【図６】形状測定装置Ｘにより算出される被測定物の特異部の周辺の測定点における位相接続処理後のデータがグラフ化された模式図。
【図７】形状測定装置Ｘにより特異部を有する被測定物の実測データのグラフ。
【図８】被測定物における測定点の分布の他の一例を表す模式図。
【図９】形状測定装置Ｘに適用可能な斜入射干渉計の概略構成図。
【図１０】特異部を有する被測定物について光干渉計を用いた従来の形状測定により得られる位相接続処理後の位相のデータと本来の形状を表す位相のデータとがグラフ化された模式図。
【符号の説明】
【００５９】
Ｘ  ：本発明の実施形態に係る形状測定装置
Ｙ  ：干渉光検出部
Ｚ  ：可動支持装置
１  ：被測定物
１ａ：Ａ面測定点
１ｂ：Ｂ面測定点
２，２’：二偏波光源
３  ：偏光ビームスプリッタ
４  ：第１位相検波器
５  ：第２位相検波器
６  ：計算機
７  ：移動制御装置
ａ１１〜ａ１３，ｂ１１，ｂ１２：ミラー
ａ２０，ａ２０−１〜ａ２０−４：Ａ面側ヘテロダイン干渉計
ａ３０，ａ３０−１，ａ３０−２：Ａ面側補正用干渉計
ｂ２０，ｂ２０−１〜ｂ２０−４：Ｂ面側ヘテロダイン干渉計
ｂ３０，ｂ３０−１，ｂ３０−２：Ｂ面側補正用干渉計
Ｐ１  ：第１ビーム光
Ｐ２  ：第２ビーム光
Ｒ    ：走査線
Ｓ１，Ｓ２，…：処理手順（ステップ）
【図１】
0005054592.tif 000006
【図２】
0005054592.tif 000007
【図３】
0005054592.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005054592.tif 000011
【図７】
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【図８】
0005054592.tif 000013
【図９】
0005054592.tif 000014
【図１０】
0005054592.tif 000015