(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色光源の光の波長を変更可能な波長可変光源と２光束干渉計とを用い、前記２光束干渉計の参照面と測定対象物の測定面により生ずる２光路の光路長を所定の距離ずらすように設定した状態で、前記波長可変光源により白色光源の光の波長を所定の波長範囲内で波長走査しながら、前記２光束干渉計で観測される測定対象物の干渉画像を走査波長毎に撮像手段により撮像する工程と、
前記干渉画像の強度変化を前記走査波長毎に求める工程と、
前記干渉画像の強度変化と理論式から求めた理論強度変化とを比較し、その比較結果に基づき２光路の光路差を決定する工程と、
前記決定された光路差から測定対象物の表面形状の高さを算出する工程と、
を有することを特徴とする形状測定方法。
【請求項２】
白色光源の光の波長を選択的に透過可能な波長選択フィルタと２光束干渉計とを用い、前記２光束干渉計の参照面と測定対象物の測定面により生ずる２光路の光路長を所定の距離ずらすように設定した状態で、前記波長選択フィルタにより白色光源の光の波長を所定の波長範囲内で波長走査しながら、前記２光束干渉計で観測される測定対象物の干渉画像を走査波長毎に撮像手段により撮像する工程と、
前記干渉画像の強度変化を前記走査波長毎に求める工程と、
前記干渉画像の強度変化と理論式から求めた理論強度変化とを比較し、その比較結果に基づき２光路の光路差を決定する工程と、
前記決定された光路差から測定対象物の表面形状の高さを算出する工程と、
を有することを特徴とする形状測定方法。
【請求項３】
前記２光束干渉計の参照面と測定対象物の測定面により生ずる２光路の光路長のずらし量が、数μｍであることを特徴とする請求項１または２記載の形状測定方法。
【請求項４】
前記２光束干渉計の対物レンズ、参照ミラー、ハーフミラーまたは測定対象物のいずれかを移動させることにより、前記２光路の光路長のずれを生じさせることを特徴とする請求項３記載の形状測定方法。
【請求項５】
測定対象物の凹凸部が可干渉距離を超える場合は、測定対象物または干渉対物レンズを光軸方向に移動させて測定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の形状測定方法。
【請求項６】
測定対象物の凹凸部が可干渉距離を超える場合は、測定対象物または前記干渉対物レンズの光軸方向の移動量を前記決定された光路差に加算することにより、前記凹凸部の高さを算出することを特徴とする請求項５記載の形状測定方法。
【請求項７】
前記干渉画像の強度変化は、干渉縞が密になるように設置された平板の画像を走査波長毎に撮像し、その画像の走査波長毎の強度変化に基づいて補正することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の形状測定方法。
【請求項８】
前記干渉画像の強度変化は、前記２光束干渉計の参照光のみの画像を走査波長毎に撮像し、その画像の走査波長毎の差分をとることにより補正することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の形状測定方法。
【請求項９】
前記対物レンズと測定対象物との間に黒い板を挿入して前記参照光のみの画像を得ることを特徴とする請求項８記載の形状測定方法。
【請求項１０】
前記波長選択フィルタとして液晶チューナブルフィルタを用いることを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載の形状測定方法。
【請求項１１】
前記２光束干渉計としてミロー型またはマイケルソン型の干渉顕微鏡を使用することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の形状測定方法。
【請求項１２】
２光束干渉計と、
白色光源の光の波長を所定の範囲内で走査可能な波長可変光源手段と、
前記２光束干渉計により観測される測定対象物の干渉画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像された干渉画像を走査波長毎に記憶する画像メモリと、
理論式から求めた理論強度変化を記憶する参照データメモリと、
前記干渉画像の強度変化を求める画像強度変化算出手段と、
前記干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比較し、その比較結果に基づき２光路の光路差を決定する光路差決定手段と、
前記決定された光路差から測定対象物の表面形状の高さを算出する高さ算出手段と、
を備えたことを特徴とする形状測定装置。
【請求項１３】
２光束干渉計と、
白色光源の光の波長を所定の範囲内で選択的に透過可能な波長選択フィルタ手段と、
前記２光束干渉計により観測される測定対象物の干渉画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像された干渉画像を走査波長毎に記憶する画像メモリと、
理論式から求めた理論強度変化を記憶する参照データメモリと、
前記干渉画像の強度変化を求める画像強度変化算出手段と、
前記干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比較し、その比較結果に基づき２光路の光路差を決定する光路差決定手段と、
前記決定された光路差から測定対象物の表面形状の高さを算出する高さ算出手段と、
を備えたことを特徴とする形状測定装置。
【請求項１４】
測定対象物または干渉対物レンズを光軸方向に移動可能なＺ軸移動手段を有することを特徴とする請求項１２または１３記載の形状測定装置。
【請求項１５】
前記波長可変光源手段は、前記白色光源の出射光または前記撮像手段への入射光の波長をコンピュータ制御するものであることを特徴とする請求項１２または１４記載の形状測定装置。
【請求項１６】
前記波長選択フィルタ手段は、前記白色光源の出射光または前記撮像手段への入射光をコンピュータ制御するものであることを特徴とする請求項１３または１４記載の形状測定装置。
【請求項１７】
前記干渉画像の強度変化を補正するための補正データを記憶する補正データメモリを有することを特徴とする請求項１２〜１６のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項１８】
測定対象物または干渉対物レンズの光軸方向の移動量を加算するためのＺ軸移動量加算手段を有することを特徴とする請求項１２〜１７のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項１９】
２光束干渉計と、白色光源の光の波長を所定の範囲内で走査可能な波長可変光源手段と、測定対象物の干渉画像の撮像手段とを有する干渉画像取得光学系と、
測定対象物を保持するステージまたは干渉対物レンズを光軸方向に移動させるＺ軸移動手段と、
干渉画像の画像処理手段であって、撮像された干渉画像を走査波長毎に記憶する画像メモリと、
理論式から求めた理論強度変化を記憶する参照データメモリと、
補正データを記憶する補正データメモリと、
前記画像メモリに記憶された画像データを前記補正データにより走査波長毎に補正して前記干渉画像の強度変化を求める画像強度変化算出手段と、
前記干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比較し、その比較結果に基づき２光路の光路差を決定する光路差決定手段と、
前記決定された光路差から、または、該光路差とＺ軸移動量とから、測定対象物の表面形状の高さを算出する高さ算出手段またはＺ軸移動量加算手段と、
を備えたことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２０】
２光束干渉計と、白色光源の光の波長を所定の範囲内で選択的に透過可能な波長選択フィルタ手段と、測定対象物の干渉画像の撮像手段とを有する干渉画像取得光学系と、
測定対象物を保持するステージまたは干渉対物レンズを光軸方向に移動させるＺ軸移動手段と、
干渉画像の画像処理手段であって、撮像された干渉画像を走査波長毎に記憶する画像メモリと、
理論式から求めた理論強度変化を記憶する参照データメモリと、
補正データを記憶する補正データメモリと、
前記画像メモリに記憶された画像データを前記補正データにより走査波長毎に補正して前記干渉画像の強度変化を求める画像強度変化算出手段と、
前記干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比較し、その比較結果に基づき２光路の光路差を決定する光路差決定手段と、
前記決定された光路差から、または、該光路差とＺ軸移動量とから、測定対象物の表面形状の高さを算出する高さ算出手段またはＺ軸移動量加算手段と、
を備えたことを特徴とする形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミロー型やマイケルソン型の干渉顕微鏡のような２光束干渉計を利用して、対象物の微少な表面形状を高精度に測定する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２光束干渉計を用いた多波長干渉縞による形状測定方法は、例えば、特開２０００−３３７８３６号公報に開示されている。この方法は、干渉色のスペクトル分布において各波長毎の干渉縞強度ピークを光路長差０の位置付近で少しずつずらすことにより、本来分散のないマイケルソン型やミロー型の干渉計に分散効果を生じさせ、これによって、光路長差０の位置を中心としたスペクトル分布の対称性が崩れるため、このスペクトル分布から２系の光線束の光路長差を求める場合に、その絶対値のみならず正負の識別をも可能にしようとするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、以下に示すような問題点がある。
（１）分散効果により、各波長の強度ピークがずれるため、リファレンスのデータは、測定実験により求めなければならず、データ作成に多くの時間がかかる。（２）光の波長を変更する手段として、半値幅１０ｎｍの狭帯域フィルタをフィルタポケットに順次挿入することにしているが、この方法では、測定に時間がかかり、また取り込み画像の枚数が少ないと測定精度が低下する。
【０００４】
また、光源にレーザ光を使用するものもあるが（特開２０００−２７５００５号）、レーザ光はコヒーレント性が高いため、光学系のいたるところで干渉を引き起こしてしまい、精度の高い測定は期待できない。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、２光束干渉計と白色光源の波長可変光源あるいは波長選択フィルタとを利用して、対象物の微少な表面形状を高精度かつ迅速に測定可能な形状測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る形状測定方法は、白色光源の光の波長を変更可能な波長可変光源と２光束干渉計とを用い、前記２光束干渉計の参照面と測定対象物の測定面により生ずる２光路の光路長を所定の距離ずらすように設定した状態で、前記波長可変光源により白色光源の光の波長を所定の波長範囲内で波長走査しながら、前記２光束干渉計で観測される測定対象物の干渉画像を走査波長毎に撮像手段により撮像する工程と、
前記干渉画像の強度変化を前記走査波長毎に求める工程と、
前記干渉画像の強度変化と理論式から求めた理論強度変化とを比較し、その比較結果に基づき２光路の光路差（光路長差と同じ。）を決定する工程と、
前記決定された光路差から測定対象物の表面形状の高さを算出する工程と、
を有することを特徴とする。
【０００７】
この第１の発明では、白色光源の光の波長を変えるのには波長可変光源を使用するので、所定の範囲内で波長を細かく変更することができる。そのため、２光束干渉計により観測される測定対象物の微少な形状を画像処理することで高精度に測定することが可能となる。また、画像処理においては、撮像手段により撮像された干渉画像の画像データから強度変化を算出し、この強度変化と予め計算で求めておいた理論強度変化とのマッチングにより、測定をするものであるので、迅速な測定が可能となり、しかも測定結果を３次元で表現することが可能となる。また、干渉画像を形成するにあたっては、２光束干渉計の対物レンズのフォーカス位置を可干渉距離の範囲内で測定面より下方の所定位置に設定する。これにより、測定面の凹凸形状を測定することができる。
【０００８】
第２の発明に係る形状測定方法は、白色光源の光の波長を選択的に透過可能な波長選択フィルタと２光束干渉計とを用い、前記２光束干渉計の参照面と測定対象物の測定面により生ずる２光路の光路長を所定の距離ずらすように設定した状態で、前記波長選択フィルタにより白色光源の光の波長を所定の波長範囲内で波長走査しながら、前記２光束干渉計で観測される測定対象物の干渉画像を走査波長毎に撮像手段により撮像する工程と、
前記干渉画像の強度変化を前記走査波長毎に求める工程と、
前記干渉画像の強度変化と理論式から求めた理論強度変化とを比較し、その比較結果に基づき２光路の光路差を決定する工程と、
前記決定された光路差から測定対象物の表面形状の高さを算出する工程と、
を有することを特徴とする。
【０００９】
第２の発明では、前記波長可変光源に代えて波長選択フィルタを使用するものであり、第１の発明と同様な効果がある。波長選択フィルタとしては液晶チューナブルフィルタを用いることができる。
【００１０】
また、第１，第２の発明において、前記２光束干渉計の参照面と測定対象物の測定面により生ずる２光路の光路長のずらし量は、数μｍである。この場合、２光束干渉計の対物レンズ、参照ミラー、ハーフミラーまたは測定対象物のいずれかを移動させることにより、前記２光路の光路長のずれを生じさせる。また、ハーフミラーや参照ミラーを移動させた場合は、測定対象物をフォーカス位置に配置できるので、より好ましい。
【００１１】
また、測定対象物の凹凸部が可干渉距離を超える場合は、測定対象物または干渉対物レンズを光軸方向に移動させて測定する。これにより、測定可能範囲を光軸方向に広げることができる。この場合、測定対象物または干渉対物レンズの光軸方向の移動量（Ｚ軸移動量と記す。）を前記決定された光路差に加算することにより、前記凹凸部の高さを算出する。なお、以下において、干渉対物レンズとは、２光束干渉計の対物レンズと、参照ミラーと、ハーフミラーとを含むものをいう。
【００１２】
前記干渉画像の強度変化は、干渉縞が密になるように設置された平板の画像を走査波長毎に撮像し、その画像の走査波長毎の強度変化に基づいて補正する。
平板は、例えば光軸に対して斜めに設置することにより干渉縞が密になる。このときの波長毎の画像の輝度の平均値より求めた補正データを、測定対象物の測定強度変化から減算あるいは除算することにより、測定強度変化を走査波長の全般にわたって平均的な明るさの変化に補正することができる。
【００１３】
別の補正方法は、参照光のみの画像より求める方法である。この場合、前記対物レンズと測定対象物との間に黒い板を挿入して前記参照光のみの画像を得る。前記干渉画像の強度変化は、前記２光束干渉計の参照光のみの画像を走査波長毎に撮像し、その画像の走査波長毎の差分をとることにより補正する。これによって、光源の発光分光特性や、干渉計の分光特性、撮像手段の分光感度特性などの影響を排除することができる。
【００１４】
前記２光束干渉計としてミロー型またはマイケルソン型の干渉顕微鏡を使用する。
【００１５】
前記第１の発明方法を実施するための形状測定装置は、２光束干渉計と、白色光源の光の波長を所定の範囲内で走査可能な波長可変光源手段と、前記２光束干渉計により観測される測定対象物の干渉画像を撮像する撮像手段と、前記撮像された干渉画像を走査波長毎に記憶する画像メモリと、理論式から求めた理論強度変化を記憶する参照データメモリと、前記干渉画像の強度変化を求める画像強度変化算出手段と、前記干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比較し、その比較結果に基づき２光路の光路差を決定する光路差決定手段と、前記決定された光路差から測定対象物の表面形状の高さを算出する高さ算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、前記第２の発明方法を実施するための形状測定装置は、２光束干渉計と、白色光源の光の波長を所定の範囲内で選択的に透過可能な波長選択フィルタ手段と、前記２光束干渉計により観測される測定対象物の干渉画像を撮像する撮像手段と、前記撮像された干渉画像を走査波長毎に記憶する画像メモリと、理論式から求めた理論強度変化を記憶する参照データメモリと、前記干渉画像の強度変化を求める画像強度変化算出手段と、前記干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比較し、その比較結果に基づき２光路の光路差を決定する光路差決定手段と、前記決定された光路差から測定対象物の表面形状の高さを算出する高さ算出手段と、備えたことを特徴とする。
【００１７】
さらに、第１，第２の形状測定装置は、下記の特徴を有するものである。
【００１８】
測定対象物または干渉対物レンズを光軸方向に移動可能なＺ軸移動手段を有する。
【００１９】
前記波長可変光源手段は、前記白色光源の出射光または前記撮像手段への入射光の波長をコンピュータ制御するものである。
【００２０】
前記波長選択フィルタ手段は、前記白色光源の出射光または前記撮像手段への入射光をコンピュータ制御するものである。
【００２１】
前記干渉画像の強度変化を補正するための補正データを記憶する補正データメモリを有する。
【００２２】
測定対象物または干渉対物レンズの光軸方向の移動量を加算するためのＺ軸移動量加算手段を有する。
【００２３】
また、本発明の一つの態様に係る形状測定装置は、２光束干渉計と、白色光源の光の波長を所定の範囲内で走査可能な波長可変光源手段と、測定対象物の干渉画像の撮像手段とを有する干渉画像取得光学系と、
測定対象物を保持するステージまたは干渉対物レンズを光軸方向に移動させるＺ軸移動手段と、
干渉画像の画像処理手段であって、撮像された干渉画像を走査波長毎に記憶する画像メモリと、
理論式から求めた理論強度変化を記憶する参照データメモリと、
補正データを記憶する補正データメモリと、
前記画像メモリに記憶された画像データを前記補正データにより走査波長毎に補正して前記干渉画像の強度変化を求める画像強度変化算出手段と、
前記干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比較し、その比較結果に基づき２光路の光路差を決定する光路差決定手段と、
前記決定された光路差から、または、該光路差とＺ軸移動量とから、測定対象物の表面形状の高さを算出する高さ算出手段またはＺ軸移動量加算手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２４】
本発明の別の態様に係る形状測定装置は、２光束干渉計と、白色光源の光の波長を所定の範囲内で選択的に透過可能な波長選択フィルタ手段と、測定対象物の干渉画像の撮像手段とを有する干渉画像取得光学系と、
測定対象物を保持するステージまたは干渉対物レンズを光軸方向に移動させるＺ軸移動手段と、
干渉画像の画像処理手段であって、撮像された干渉画像を走査波長毎に記憶する画像メモリと、
理論式から求めた理論強度変化を記憶する参照データメモリと、
補正データを記憶する補正データメモリと、
前記画像メモリに記憶された画像データを前記補正データにより走査波長毎に補正して前記干渉画像の強度変化を求める画像強度変化算出手段と、
前記干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比較し、その比較結果に基づき２光路の光路差を決定する光路差決定手段と、
前記決定された光路差から、または、該光路差とＺ軸移動量とから、測定対象物の表面形状の高さを算出する高さ算出手段またはＺ軸移動量加算手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
【００２６】
実施形態１．
図１は本発明の形状測定装置の構成図である。この例は２光束干渉計としてミロー型の干渉顕微鏡を用いたものである。
図１において、１０は白色光源を用いた波長可変光源であり、白色光源１１，分光器１２，及び集光部１３より構成されている。１４はファイバーライトガイドである。
白色光源１１には、例えば、キセノンランプ（５００Ｗ）を用いている。その他には、ハロゲンランプを使用することもできる。波長可変光源１０は、予め定められた波長範囲、例えば、４５０ｎｍから５５０ｎｍの範囲の波長を１ｎｍ毎に走査することができるものである。この波長可変光源１０に対する波長制御はコンピュータ５０によって行われる。
【００２７】
２０はミロー型干渉顕微鏡であり、同一光軸２１上に、ビームスプリッター２２，対物レンズ２３，参照ミラー２４，及びハーフミラー２５を備え、さらに上記光軸２１と直角の方向に波長可変光源１０からの光をビームスプリッター２２に平行に照射する照明光学系３０を備えている。
【００２８】
４０は撮像手段を構成するための２次元の撮像素子からなるＣＣＤカメラであり、ミロー型干渉顕微鏡２０により２系の光（測定対象物１００からの物体光と参照ミラー２４からの参照光）が干渉するときの干渉画像を撮像するものである。撮像された干渉画像の画像データは上記コンピュータ５０に取り込まれ、適切な画像処理を施した後、ＣＲＴ５１上に表示される。
測定対象物１００は、光軸２１（Ｚ軸）方向に移動可能なステージ１１０上に保持することが好ましい。ステージ１１０はＺ軸移動手段１１１を備え、コンピュータ５０からの移動指令によってＺ軸の移動制御が行われる。これによって、Ｚ軸方向の測定可能範囲を広げることができる。
【００２９】
本実施形態による形状測定装置では、波長可変光源１０により選択された波長の光を照明光学系３０を経由してビームスプリッター２２に照射する。ビームスプリッター２２により分割された光の一方は、測定対象物１００側に向かい、対物レンズ２３，ハーフミラー２５を経て測定対象物１００の測定面より下方の所定位置にピント合わせされ、その測定面での反射光は再び対物レンズ２３側に向かう。一方、ハーフミラー２５にて反射された光は、参照ミラー２５にて再び反射されて戻り、上記測定面での物体光と一緒になってビームスプリッター２２を透過してＣＣＤカメラ４０上に結像し、干渉画像を形成する。この干渉画像をコンピュータ５０に取り込んで画像処理を施す。
ここで、波長可変光源１０により、上記のように１ｎｍ毎に白色光源１１の波長を変えて照射するので、上記の波長範囲では１００波長分の画像データが得られる。
また、波長可変光源１０は、電子制御により白色光源１１の波長を自由に変更できるので、微少な表面形状を迅速かつ高精度に測定するのに適している。
【００３０】
また、測定領域について述べると次のようになっている。図２を参照して、対物レンズ２３のフォーカス位置は測定対象物１００の表面下所定位置に設定されている。いま、図２において、
ｄx：ハーフミラーから測定対象物までの距離
ｄ1：ハーフミラーから参照ミラーまでの距離
ｄ2：ハーフミラーからフォーカス位置までの距離
とすると、光路長差０（ｄ1＝ｄ2）の前後付近において、光の干渉強度は前述の従来技術で説明したように対称となるが、ｄ2−ｄx＞０になるようにずらすことにより、測定対象物に数μｍ以下の凹凸があっても（ｄ1−ｄx）の光路長差を正の状態でつくることができる。本実施形態ではこの範囲で測定するものである。すなわち、測定に際しては、（ｄ1−ｄx）の光路長差が数μｍとなるように、測定対象物１００をＺ軸方向に移動させる。この場合は、ｄxをずらしたことになるが、可能ならば、参照ミラー２４の位置を変え、ｄ1の方をずらしてもよい。測定対象物１００よりも参照ミラー２４をずらした方がフォーカス位置が変わらないので好ましい。また、白色光源を使用した場合、選択光のスペクトル幅が数ｎｍの時、可干渉距離は１０〜１２μｍであるので、Ｚ軸方向のずらし量はその半分の５〜６μｍである。
【００３１】
図３は本実施形態における主として画像処理装置の構成を示すブロック図、図４は本実施形態における形状測定装置による測定処理手順を示すフローチャートである。
図３において、１は図１に示した光学系による干渉画像取得光学系である。この光学系１は、主として、波長可変光源１０，ミロー型干渉顕微鏡２０，照明光学系３０及びＣＣＤカメラ４０から構成されている。また、測定対象物１００を保持するステージ１１０をＺ軸（光軸）方向に移動させるＺ軸移動手段１１１を有することが望ましい。これは、測定対象物に上記可干渉距離を超える凹凸部があっても、測定対象物１００をＺ軸方向に移動させることにより測定が可能となるためで、従ってＺ軸方向の測定可能範囲を広げることができるからである。
５は、例えば、コンピュータからなる画像処理手段で、画像強度変化算出手段５２，理論値と測定強度変化の比較手段５３，光路差決定手段５４，及び高さ算出手段５５からなり、さらに画像メモリ５６，補正データメモリ５７，及び参照データメモリ５８を備えている。
【００３２】
画像メモリ５６は、干渉画像取得光学系１により取得された上記走査波長毎の干渉画像データを複数枚のフレームとして記憶するものである。
補正データメモリ５７は、測定値（測定強度変化）を補正するためのデータを記憶させたものである。ＣＣＤカメラ４０で撮像された画像は、主に、（ａ）光源の発光分光特性、（ｂ）干渉光学系の分光特性、（ｃ）カメラの分光感度特性などの影響を受けるため、それらの影響を排除するために補正が必要である。そこで、予め補正テーブルを作成しておき、これを基にカメラで撮像された画像から得られた干渉強度変化を適正値に補正するのがよい。この補正テーブルは、例えば、波長と強度（輝度）との関係を示す図５のようなデータであって、これは、干渉縞が密になるように光軸２１に対して斜めに設置した平板をＣＣＤカメラ４０により撮像したときの画像から、その密な領域の平均強度を波長毎に測定して得たものである。この補正データで、図６に示すような測定対象物の画像強度変化が平均的な明るさとなるように減算あるいは除算することにより、図７に示すような補正された干渉強度変化が得られる。また、補正データは、例えば、図１の対物レンズ２３と測定対象物１００との間に黒い板を挿入し、参照光のみの画像を撮像し波長毎の差分をとる方法でも得ることができる。
【００３３】
参照データメモリ５８は、干渉強度変化を下記の理論式（１）より求めた計算値（理論強度変化）を記憶させたものであり、例えば、図８に示すように、予め設定された光路差設定値毎の干渉強度変化の理論値を上記走査波長毎に記憶させておく。
【００３４】
２つの光の強度Ｉ1，Ｉ2 が干渉するときの干渉画像の強度Ｉは、
Ｉ＝Ｉ1＋Ｉ2 ＋２（Ｉ1・Ｉ2 ）1/2・cos（４πｄ／λ）・・・（１）
となる。
ここで、ｄは２光路の光路差の半分であり、図２において、ｄ＝ｄ1−ｄxである。また、Ｉ1＋Ｉ2 ＝２（Ｉ1・Ｉ2 ）1/2＝１／２とし、ｄの値として、例えば、３０００〜４１００ｎｍの範囲内の値を与えると、（１）式より各走査波長λに対応する干渉強度Ｉが求まる。このようにして計算した理論強度変化が図８に示す参照データである。
【００３５】
図３，図４を参照して、測定処理手順を説明する。まず、干渉画像取得光学系１により、測定対象物の干渉画像を波長を走査しながら取得し、各走査波長に対応する干渉画像を画像メモリ５６に取り込む（Ｓ１）。
続いて、画像メモリ５６に記憶させた走査波長毎の干渉画像について、画像強度変化算出手段５２で所定の画素に注目してその干渉画像強度を読み取る（Ｓ２）。
さらに、補正データメモリ５７に記憶させた補正データを用いて干渉強度変化を補正する（Ｓ３）。
次に、比較手段５３で理論値と補正後の測定強度変化とをパターマッチングにより比較し、その比較結果に基づいて光路差決定手段５４で２光路の光路差を決定する（Ｓ４）。
そして、決定した光路差から、測定対象物の表面の高さ情報（図２のフォーカス位置からの高さ寸法）を高さ算出手段５５にて算出する（Ｓ５）。
以上の処理は走査波長毎の干渉画像の全画素について施され、測定部位の３次元画像等に処理した上で、図１のＣＲＴ５１に表示する。
【００３６】
図１２は測定結果の一例を示すものである。これは金属電極の段差部を測定したものであり、表面の粗さ程度から段差部の高さが５０ｎｍ程度であることが明瞭にあらわされており、高精度の測定が可能となっている。
【００３７】
上記の例は測定形状の凹凸部が可干渉距離を超えない場合であり、可干渉距離を超える場合には、次のように構成される。
図９は図３に対応する形状測定装置のブロック図で、図３の高さ算出手段５５の代わりに、あるいは、高さ算出手段５５の拡大した機能として、Ｚ軸移動量加算手段５９を設けた点が異なるだけである。図１０はこの場合における測定処理手順を示すフローチャートである。基本的には、図４と同様であり、次のような手順となる。
【００３８】
まず、干渉画像取得光学系１により、測定対象物の干渉画像を波長を走査しながら取得し、各走査波長に対応する干渉画像を画像メモリ５６に取り込む（Ｓ１１）。このとき、測定範囲でなければ、Ｚ軸移動手段１１１によりＺ軸を例えば一定量だけ移動させて測定範囲に入るように干渉画像取得光学系１を調整し、上記処理（Ｓ１１）を繰り返す（Ｓ１２）。
続いて、画像メモリ５６に記憶させた走査波長毎の干渉画像について、画像強度変化算出手段５２で所定の画素に注目してその干渉画像強度を読み取る（Ｓ１３）。
さらに、補正データメモリ５７に記憶させた補正データを用いて干渉強度変化を補正する（Ｓ１４）。
次に、比較手段５３で理論値と補正後の測定強度変化とをパターマッチングにより比較し、その比較結果に基づいて光路差決定手段５４で２光路の光路差を決定する（Ｓ１５）。
そして、決定した光路差とＺ軸移動量とから、測定対象物の表面の高さ情報をＺ軸移動量加算算出手段５９にて算出する（Ｓ１６）。
以上の処理は走査波長毎の干渉画像の全画素について施され、測定部位の３次元画像等に処理した上で、図１のＣＲＴ５１に表示する。
なお、ここではＺ軸移動量は、ある決められた一定量ずつ移動させるものとしているが、Ｚ軸移動量の検出手段（図示せず）を設けて計測値をフィードバックするようにしてもよい。
【００３９】
実施形態２．
図１１は本発明の別の実施形態を示す形状測定装置の構成図である。同じくミロー型干渉顕微鏡２０を用い、光源には白色光源６０を用い、さらに所定の波長範囲（例えば上記の４５０ｎｍから５５０ｎｍの範囲）で波長を１ｎｍ毎に透過させる波長選択フィルタ手段として液晶チューナブルフィルタ７０とコンピュータ５０とを用いている。液晶チューナブルフィルタ７０に対する波長制御はコンピュータ５０により行われる。
測定対象物１００は、Ｚ軸方向に移動可能なステージ１１０上に置かれ保持されている。また、液晶チューナブルフィルタ７０はＣＣＤカメラ４０への入射光を選択的に透過させるように置かれているが、白色光源６０の出射光を波長走査可能にしておくこともできる。
【００４０】
本実施形態の作用を説明する。白色光源６０の光は、ビームスプリッター２２を通り、測定対象物１００を均一に照明する。測定対象物１００で反射した白色光源光は、ミロー型干渉顕微鏡２０により参照ミラー２４から反射した参照光と一緒になってＣＣＤカメラ４０に達し、測定対象物１００の干渉画像を結像する。この干渉画像をＣＣＤカメラ４０で撮像する際に、液晶チューナブルフィルタ７０により上記のように１ｎｍ毎に波長を変えて撮像する。従って、この例でも１００波長分の干渉画像が得られる。
なお、測定領域、並びに干渉画像の画像処理による測定処理手順については前述したとおりである。
【００４１】
液晶チューナブルフィルタ７０の場合も第１の実施形態と同様、電子制御により白色光源光の波長を自由に変更できるので、微少な表面形状を高精度に測定するのに適している。但し、液晶チューナブルフィルタ７０は単色光のみを透過させるので、強度変化の処理や判定が容易となる。
【００４２】
以上の各実施形態では、２光束干渉計の一例として、ミロー型干渉顕微鏡を示したが、マイケルソン型干渉顕微鏡を用いても同様である。
また、波長走査を４５０ｎｍから５５０ｎｍの範囲で１ｎｍ毎に行うようにしているが、走査波長の範囲及び走査単位は適宜決定することができる。しかし、１つのポイントで１００個程度の画像データをとることができるため、より精度の高い測定が可能となる。
また、参照データは予め計算して得たものを参照データメモリに記憶する構成としたが、それぞれの装置内に参照データを算出する手段を備える構成としてもよい。
また、画像メモリ、補正データメモリ、参照データメモリを別々のメモリとして図示したが、これらのメモリは１つのメモリ（装置）で構成することもできる。
また、Ｚ軸移動手段１１１は、ステージ１１０をＺ軸方向に移動させるものとして図示したが、対物レンズ２３，参照ミラー２４及びハーフミラー２５からなる干渉対物レンズを一体的にＺ軸方向に移動させるように構成してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の方法及び装置によれば、２光束干渉計と白色光源の波長可変光源あるいは波長選択フィルタとを用いて、所定の波長範囲内で波長を細かく走査して干渉画像を取得し、その干渉画像から算出される強度変化と理論式から算出される理論強度変化とのマッチングにより、表面形状を測定するものであるので、測定対象物の微少な表面形状を高精度かつ迅速に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１を示す形状測定装置の構成図。
【図２】  測定領域の説明図。
【図３】  実施形態１における形状測定装置のブロック図。
【図４】  実施形態１の形状測定装置による測定処理手順を示すフローチャート。
【図５】  干渉強度変化を補正するための補正データを示す図。
【図６】  測定された干渉強度変化を示す図。
【図７】  補正後の干渉強度変化を示す図。
【図８】  理論強度変化を示す図。
【図９】  可干渉距離を超える場合における形状測定装置のブロック図。
【図１０】  その測定処理手順を示すフローチャート。
【図１１】  本発明の実施形態２を示す形状測定装置の構成図。
【図１２】  測定結果の一例を示す３次元形状図。
【符号の説明】
１：干渉画像取得光学系、５：画像処理手段、１０：波長可変光源、１１：白色光源、２０：ミロー型干渉顕微鏡、２１：光軸、２２：ビームスプリッター、２３：対物レンズ、２４：参照ミラー、２５：ハーフミラー、３０：照明光学系、４０：ＣＣＤカメラ、５０：コンピュータ、５２：画像強度変化算出手段、５３：比較手段、５４：光路差決定手段、５５：高さ算出手段、５６：画像メモリ、５７：補正データメモリ、５８：参照データメモリ、５９：Ｚ軸移動量加算手段、６０：白色光源、７０：液晶チューナブルフィルタ、１００：測定対象物、１１０：ステージ、１１１：Ｚ軸移動手段
【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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