TWI480501B

TWI480501B - Displacement measurement method and displacement measuring device

Info

Publication number: TWI480501B
Application number: TW102141377A
Authority: TW
Inventors: Yuki Matsui; Takahiro Suga; Hiroaki Takimasa
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2015-04-11
Also published as: EP2933599B1; CN104797904B; WO2014091865A1; CN104797904A; EP2933599A4; JP6044315B2; EP2933599A1; JP2014115242A; TW201428230A

Description

位移測量方法及位移測量裝置

本發明係關於一種利用共焦點光學系統來對測量對象物的位移進行測量的位移測量方法、及用以執行該測量方法的位移測量裝置。

在習知技術中，已有用來對測量對象物的位移進行測量的各種測量方法及測量裝置的提案。例如，日本特開2012-208102號公報(專利文獻1)中，就揭露了利用共焦點光學系統來對測量對象物的位移進行測量的共焦點測量裝置。該共焦點測量裝置具備有：白色LED(Light Emitting Diode，發光二極體)、使從白色LED射出的光沿著光軸方向產生色差(chromatic aberration)的繞射透鏡、物鏡(objective lens)、針孔(pin hole)、及對通過針孔的光之波長加以測定的波長測定部。

先前技術文獻專利文獻

專利文獻1 日本特開2012-208102號公報

日本特開2012-208102號公報所揭露的共焦點測量裝置，係根據來自測量對象物的反射光強度達到最大的波長來測量位移。在測量對象物的反射率的波長依存性較小的情況中，可以正確地測量位移。然而，若測量對象物的反射率的波長依存性較大的話，將難以正確地對位移進行測量。

本發明之目的在提供一種可降低測量對象物的反射率的波長依存性對測定之影響的位移測量方法及用以進行該測量方法的位移測量裝置。

在某面向上，本發明係為包括下列步驟的位移測量方法：從點狀光源射出具有擴散光譜的光；使前述光產生軸上色差的同時，藉光學元件使產生該軸上色差的光會聚在測量對象物；就光學元件會聚的光線中，使要在測量對象物對焦的光通過開口；求取通過開口之光的光譜；及根據光譜的尖峰波長，求得光學元件和測量對象物間之距離，其特徵在具備：求得測量對象物的分光反射特性的步驟；及使用求得的分光反射特性，以減輕該分光反射特性對距離測量造成的誤差的方式求得距離的步驟。

本發明較佳為，求得測量對象物之分光反射特性的步驟具備有：使光學元件和測量對象物間的距離改變，且就各距離，取得通過開口之光的光譜極大點的步驟。

本發明較佳為，位移測量方法再具備：檢測出通過開口之光的光譜極大點成為分光反射特性的極大點或極小點時的光學元件和測量對象物間之距離的步驟；及將所檢測的距離設定為進行位移測量時的光學元件與前述測量對象物間之基準距離的步驟。

本發明較佳為，在檢測的步驟中，分光反射特性的極值點檢測出有複數個時，在設定的步驟上，在複數個極值點中，將可以得到屬於和光學元件與測量對象物間之距離改變範圍的測量範圍中心最接近之極值點的距離，設定為基準距離。

本發明較佳為，在檢測的步驟中，分光反射特性的極值點檢測出有複數個時，在設定的步驟上，在複數個極值點中，將屬於和光學元件與測量對象物間之距離改變範圍的測量範圍中心最接近的極大點對應的距離，設定為基準距離。

本發明較佳為，位移測量方法再具備：一邊使光學元件所聚光的測量對象物的位置改變，一邊檢測出光學元件和測量對象物間之距離和基準距離間之差異的步驟。

在另一面向上，本發明係為一種位移測量裝置，具備：點狀光源，射出具有擴散光譜的光；光學元件，使前述光產生軸上色差的同時，使產生該軸上色差的光會聚在測量對象物；開口，讓光學元件所會聚的光中要在測量對象物對焦的光通過；及測量部，求取通過開口的光的光譜，並根據光譜的尖峰波長求得光學元件和測量對象物間之距離，其中，測量部係求取測量對象物的分光反射特性，使用所求得的分光反射特性，以減輕該分光反射特性對距離測量造成之誤差的方式，求得距離。

本發明較佳為，測量部係使光學元件和測量對象物間的距離改變，並就各距離取得通過開口之光的光譜極大點。

本發明較佳為，測量部係檢測出通過開口之光的光譜極大點成為分光反射特性的極大點或極小點時的光學元件和測量對象物間的距離，並將所檢測出的距離設定為進行位移測量時的光學元件和前述測量對象物間的基準距離。

若依本發明，可以減少測量對象物反射率的波長依存性對測定的影響。因此，若依本發明，即使在測量對象物反射率的波長依存性較大的情況中，也能以良好精確度對測量對象物的位移進行測量。

1‧‧‧繞射透鏡

2‧‧‧物鏡

3、23c‧‧‧聚光透鏡

10‧‧‧頭部

11、22a至22c‧‧‧光纖

20‧‧‧控制器部

21‧‧‧白色LED

22‧‧‧分叉光纖

23‧‧‧分光器

23a‧‧‧凹面鏡

23b‧‧‧繞射光柵

24‧‧‧攝像元件

25‧‧‧控制電路部

30‧‧‧監視器部

40‧‧‧移動機構

100‧‧‧共焦點測量裝置

200‧‧‧測量對象物

200a‧‧‧基板

200b、201b‧‧‧透明薄膜

201‧‧‧玻璃基板

202‧‧‧遮罩

A‧‧‧光軸

圖1為表示本發明實施形態之位移測量裝置的共焦點測量裝置的構成示意圖。

圖2為用以說明有關於和測量對象物200之透明薄膜的相對位置測量的第1例圖。

圖3為頭部(感測頭，sensor head)的位置和光譜測定部的接收光波形間之關係的波形圖。

圖4為產生圖3所示之接收光波形時頭部10(感測頭)的位置與測量值間之關係的曲線圖。

圖5為頭部10(感測頭)的位置和測量值誤差間之關係的曲線圖。

圖6為接收光量(從圖4所示接收光波形所得之接收光強度尖峰值)與測量值誤差之關係的圖。

圖7為測量值誤差產生原因的說明圖。

圖8為用以說明有關於測量對象物200的相對位置測量之第2例圖。

圖9為顯示藉由圖8所示之構成對測量對象物的位移進行測量時之測量結果的圖。

圖10為用以說明有關於和測量對象物200之透明薄膜的相對位置的測量的第3例圖。

圖11為用以說明有關於和測量對象物200之透明薄膜的相對位置的測量的第4例圖。

圖12為本發明實施形態1之位移測量原理的說明圖。

圖13為用以說明本發明實施形態1之共焦點測量裝置的位移測量方法的流程圖。

圖14為用以說明本發明實施形態2之共焦點測量裝置的位移測量方法的流程圖。

圖15為在分光反射特性上有複數個極大點或極小點時選擇極大點之理由的說明圖。

圖16為利用本發明實施形態2之測量方法的測量結果圖。

圖17為本發明實施形態之共焦點測量裝置的其他構成例圖。

[發明的實施形態]

以下，一邊參照圖式，一邊就本發明的實施形態作詳細說明。此外，在以下說明中，相同構件係賦予相同符號，其詳細說明恕不另重複。

圖1為表示本發明實施形態所涉及之位移測量裝置的共焦點測量裝置的構成示意圖。圖1所示的共焦點測量裝置100，係利用共焦點光學系統對測量對象物200的位移進行測量的位移測量裝置。

共焦點測量裝置100具備有：頭部10、光纖11、控制器部20、監視器部30、及移動機構40。頭部10具有共焦點光學系統。頭部10與控制器部20係藉光纖11實施光學性連接。監視器部30係用以顯示從控制器部20輸出的訊號。

頭部10具備有：繞射透鏡1、物鏡2、及聚光透鏡3。繞射透鏡1的焦點距離係大於從繞射透鏡1到物鏡2的距離與物鏡2之焦點距離的差值。

繞射透鏡1係將從射出後述複數個波長光的光源(例如，白色光源)所射出的光沿著光軸方向產生軸上色差的光學元件。光軸A係表示繞射透鏡1的光軸。另外，繞射透鏡1的光軸A係與從光纖11射出之光的光軸及物鏡2的光軸一致。而且，繞射透鏡1的光軸A方向，係和共焦點測量裝置100的測定軸方向(Z方向)一致。

在繞射透鏡1的一側表面上，周期性的形成有例如樹身刻痕狀(kinoform shape)或二元形狀(binary shape)(步階狀、階梯形狀)等的微細起伏形狀，或者，在繞射透鏡1的一側表面上，形成有透過率作周期性改變的振幅型帶板(zone plate)。此外，繞射透鏡1的構成，並不限定於以上所述的構成。

繞射透鏡1也可以在例如玻璃或樹脂等單一材料製基板上形成可沿著光軸方向產生色差之圖案的構成。除此之外，繞射透鏡1也可用例如玻璃基板層及樹脂層來構成。樹脂層可用在玻璃基板上塗佈紫外線硬化樹脂，且將具有所期望圖案的模具壓在塗佈有紫外線硬化樹脂的玻璃基板面，並照射紫外線，使紫外線硬化樹脂硬化的方法來形成。若依該方法，製造成本較低廉。而且，由於不太會因環境溫度而導致形狀改變的玻璃基板佔了構成的大部分，故也具有溫度特性良好的優點。此外，作為產生軸上色差的光學元件，並不限於繞射透鏡1，也可為例如由複數片透鏡組合而成之組件。

物鏡2係為使經繞射透鏡1產生色差的光會聚在測量對象物200的光學元件。再者，物鏡2係將來自測量對象物200的反射光調準為平行光。經調準的光係射入到繞射透鏡1。此外，圖1所示的構成中，物鏡2係配置成較繞射透鏡1更靠近測量對象物200側。但，物鏡2和繞射透鏡1間的配置關係並不限定於此種方式。

以下說明關於使用白色光源作為射出複數個波長光之光源的情況。從白色光源射出的光，係經由光纖11引導到頭部10。為了要在繞射透鏡1有效利用從光纖11射出的光，光纖11的開口數(NA：numerical aperture)和繞射透鏡1的開口數必須一致。因此，在光纖11和繞射透鏡1之間設置聚光透鏡3，並且調整成光纖11的開口數和繞射透鏡1的開口數一致。

光纖11除了作為從頭部10到控制器部20的光路外，也具有作為開口的功能。亦即，以物鏡2會聚的光中，在測量對象物200對焦的光，係在光纖11的開口部對焦。因此，光纖11可發揮將不要在測量對象物200對焦的波長光遮蔽，讓要在測量對象物200對焦的光通過的開口功能。使用光纖11作為從頭部10到控制器部20的光路，就不需要針孔。

共焦點測量裝置100也可為在頭部10到控制器部20之光路中不使用光纖11的構成。但，藉由在該光路使用光纖11，頭部10就可以對控制器部20作伸縮性移動。而且，在頭部10到控制器部20之光路不使用光纖11的情況中，共焦點測量裝置100就必須具備針孔。但是，藉由使用光纖11，共焦點測量裝置100不需要針孔。

作為測量部的控制器部20具備有：屬於白色光源的白色LED(Light EmittingDiode，發光二極體)21、分叉光纖22、分光器23、攝像元件24、及控制電路部25。作為射出具有擴散光譜之白色光的點狀光源，雖係使用白色LED21，但在可見光的整個波長領域中，只要是可射出具有擴散光譜之白光的點狀光源，也可以用其他光源。

分叉光纖22係在和光纖11連接之側具有一條光纖22a的同時，在其相反側具有兩條光纖22b、22c。光纖22b係光學性連接於白色LED21，光纖22c則光學性連接於分光器23。因此，分叉光纖22在將從白色LED21射出之光引導到光纖11的同時，也可將從頭部10返回之光經由光纖11引導到分光器23。

分光器23具有：將從頭部10返回之光反射的凹面鏡23a、接收在凹面鏡23a反射之光的繞射光柵(diffraction grating)23b、及將從繞射光柵23b射出之光會聚的聚光透鏡23c。分光器23只要是可按照波長改變從頭部10返回之光在攝像元件24的對焦位置即可，也可為茲威尼他那型、利特羅(Littrow)型等任一種構成。

攝像元件24係測定從分光器23射出的光強度。攝像元件24為例如線CMOS(互補式金氧半導體，Complementary Metal Oxide Semiconductor)或線CCD(電荷耦合元件，Charge Coupled Device)。在共焦點測量裝置100中，係藉由分光器23及攝像元件24按每個波長測定從頭部10返回之光的強度，亦即，係構成有求取從頭部10返回之光的光譜，並從強度尖峰值來確定對焦光之波長的光譜測定部。藉由預先獲致要對焦的光波長和測量對象物200的位移間的關係，可以對測量對象物200的位移進行測量。測定部只要是可將從頭部10返回之光的強度按每個波長進行測定，也可用CCD等攝像元件24的單體來構成。此外，攝像元件24也可為2維式CMOS或2維式CCD。

控制電路部25係為控制白色LED21、攝像元件24或移動機構40等之動作的電路。

監視器部30係用以顯示攝像元件24所輸出的訊號。例如，監視器部30會描繪從頭部10返回之光的光譜波形，並顯示出測量對象物的位移為例如123.45μm。

移動機構40係藉由控制電路部25的控制使頭部10沿著共焦點測量裝置100之測定軸的方向(Z方向)移動，而將頭部10定位。藉著移動機構40，可以改變頭部10和測量對象物200間的距離。

控制電路部25係藉著移動機構40使頭部10與測量對象物200間的距離改變，同時，從光譜測定部取得表示光譜測定部之接收光量的訊號。在此，「接收光量」係指從光譜測定部取得之接收光波形所得到的接收光強度尖峰值。控制電路部25係將頭部10定位在和顯示接收光量相對於頭部10與測量對象物200間之距離之變化的波形極值點對應的位置。此時的頭部10與測量對象物200間的距離，就成為對測量對象物200的位移進行測量時的頭部10與測量對象物200間的基準距離。

所謂「接收光量的極值點」，係相當於接收光量之波形的極大點或極小點。例如，接收光量相對於距離的變化量在一定大小以下的部分，可以定義為極大點或極小點。所謂「極大點」，係指例如接收光量相對於距離的變化量逐漸從正值減少的值以下(理想上為0)的部分。所謂「極小點」，係指例如接收光量相對於距離的變化量逐漸從負值增加(變化量的絕對值減少)，而成為某數值(理想上為0)的部分。

本發明實施形態中作為位移測量裝置的共焦點測量裝置100，係從來自測量對象物200的反射光的接收光強度達到最大的波長來測量位移。在測量對象物的反射率的波長依存性較小的情況中，可以正確地測量距離。然而，例如在測量形成有干涉膜之基板的情況中，反射率係隨著波長而大幅變化。從而，產生了正確測量位移有困難的問題。

本發明的實施形態中，係在測量位移之前，藉由移動機構40使頭部10與測量對象物200間的距離改變，以取得測定部的接收光量的波形，並將頭部10定位在和該接收光量的極大點或極小點對應的位置。藉此方式，即使在測量對象物200的反射率的波長依存性較大的情況下，也能精確地對測量對象物的位移進行測量。

關於這點，首先，就反射率隨著波長而大幅變化的測量對象物的位移進行測量時會發生的問題點加以說明。接著，說明本發明實施形態的共焦點測量裝置100可解決這種課題的事實。

(第1測量例及其課題)

圖2係用以說明有關於對與測量對象物200之透明薄膜的相對位置進行之測量的第1例圖。與測量對象物200之透明薄膜的相對位置的測量，係對應於位移的測量。參照圖2，測量對象物200係由基板200a及形成在基板200a之表面的透明薄膜200b所組成。在測量開始時，測量對象物200和頭部10(感測頭)間的距離，係定在預定的距離。此時，從頭部10的位置到測量對象物200的距離係為基準距離。在該實施形態中，以基準距離作為測量中心距離，頭部10可往+Z方向及-Z方向移動。頭部10的移動範圍為共焦點測量裝置100的「測量範圍」。

從頭部10投射光線到測量對象物200時，不僅會在透明薄膜200b的表面(透明薄膜200b和空氣的界面)產生反射光，透明薄膜200b和基板200a的界面也會產生反射光。這些反射光之間會產生干涉。

在該實施形態中，頭部10係對測量對象物200照射白色光。干涉光的強度，已知不僅會因透明薄膜的厚度而改變，也會因光的波長而改變(參照例如日本特開2002-819196號公報)。從而，如圖2所示，將白色光照射至形成有透明薄膜的基板，以取得該反射光的接收光波形時，就可得到接收光強度隨著波長而改變的光譜(參照例如日本特開2002-819196號公報的圖7)。

圖3係顯示頭部(感測頭)的位置與光譜測定部的接收光波形間之關係的波形圖。參照圖3，因干涉的影響，接收光強度的尖峰高度會改變。在圖3中，依據不同的線種而顯示複數個接收光波形。

圖4係為顯示產生圖3所示的接收光波形時，頭部10(感測頭)的位置和測量值間之關係的曲線圖。圖4所示的曲線圖，係為從接收光波形的尖峰位置(參照圖3)求取測量值的結果，其橫軸表示頭部10的位置，縱軸表示測量值。測量值相對於感測頭位置的關係，原本係為直線關係(感測頭位置=測量值)。然而，如圖4所示，因干涉的影響，測量值相對於感測頭位置的關係，顯示出相對於直線略呈起伏不平的線條。

圖5係為顯示頭部10(感測頭)的位置與測量值誤差間之關係的曲線圖。所謂「測量值誤差」，係相當於測量值相對於感測頭位置的本來關係(直線)和實際關係(具有起伏的線)之間的偏差。本來，不管頭部10(感測頭)的位置在何處，測量值的誤差均必須為0。然而，如圖5所示，隨著感測頭位置，會產生正方向及負方向交替擺動的誤差。這種誤差係因受到干涉之影響的緣故。

圖6係為顯示接收光量(從圖4所示的接收光波形所得到的接收光強度尖峰值)和測量值誤差之關係的圖示。參照圖6，接收光量的極值點，亦即，在接收光量之波形成為極大點或極小點的部分，測量值誤差幾乎為0。此外，所謂測量值誤差為0，係指測量值和真值相等。

圖7係用以說明測量值誤差產生之原因的圖。參照圖7，接收光波形可以藉由分光反射特性與共焦點波形之積而得到。「分光反射特性」可表示作光譜測定部的反射光接收光量的波長依存性。沒有透明薄膜的情況中，對於波長，分光反射特性只顯示出和緩的變化。因此，在圖7中並未顯示出沒有透明薄膜時的分光反射特性。

沒有透明薄膜的情況中，在共焦點波形與接收光波形方面，接收光強度達到尖峰的波長係相同。從而，測量誤差為0。另一方面，基板表面形成有透明薄膜的情況中，由於干涉的關係，反射光的接收光量相對於波長呈大幅變化。在共焦點波形達到尖峰的工件高度(波長)上，存在有分光反射特性改變(傾斜)時，分光反射特性和共焦點波形之積的結果，在接收光波形和共焦點波形方面，會發生接收光強度達到尖峰的波長產生偏離的情形。該偏離的情形係相當於測量值誤差。

(第2測量例及其課題)

圖8係用以說明有關於對測量對象物200之相對位置進行的測量的第2例圖示。圖9為顯示藉由圖8所示的構成來對測量對象物的位移進行測量時之測量結果的圖示。

參照圖8及圖9，在測量對象物200中，基板200a的一部份表面形成有透明薄膜200b。亦即，測量對象物200的表面，混合存在了具有透明薄膜200b的部分和沒有透明薄膜200b的部分。

例如，為了檢查基板的翹曲或起伏，而進行測量對象物200的表面內(例如沿著X方向)高度測量。在該情況中，如圖9所示，在有透明薄膜200b的部分，因干涉的影響，會測到透明薄膜200b厚度以上的階梯差。而且，階梯差的測量值會隨著頭部10的高度位置而改變。亦即，會有階梯差的測量值隨著使用的波長而變化的課題。

(第3測量例及其課題)

圖10係為用以說明關於對與測量對象物200之透明薄膜的相對位置進行測量的第3例圖示。參照圖10，以玻璃基板201和遮罩202間之間隙成為特定距離的方式，配置了玻璃基板201和遮罩202。在玻璃基板201 的表面上，形成有透明薄膜201b，並檢查在該構成中，玻璃基板201和遮罩202間之間隙是否在包含上述特定距離的規格範圍內。

圖11係用以說明關於對與測量對象物200之透明薄膜的相對位置進行測量的第4例圖。參照圖11，基板200a為例如玻璃等透明的基板。在該例中，係測量基板200a(透明基板)的厚度。

如圖10所示，在測量有透明薄膜的面和沒有透明薄膜的面間之間隙的情況中，因為干涉的影響，會產生該間隙的測量值偏離實際值的課題。在圖11所示的例子中也同樣的，在進行透明基板的厚度測量的情況中，因為干涉的影響，產生了透明基板的厚度測量值偏離實際值的課題。而且，隨著頭部10的Z方向位置，也會產生圖10所示的間隙測量值或圖11所示的透明基板的厚度測量值不同的課題。

在本發明的實施形態中，藉由選擇不易受干涉影響的波長來測量位移，而解決了上述的課題。以下，就各實施形態加以詳細說明。

[實施形態1]

再次參照圖1，實施形態1中，在藉移動機構40使頭部10往Z方向移動的同時，藉由光譜測定部接收反射光。控制電路部25從光譜測定部接收表示接收光量的訊號。該訊號係顯示分光反射特性(干涉波形)。

控制電路部25係控制移動機構40來調整頭部10和測量對象物200間的距離，使之成為和分光反射特性 (干涉波形)之接收光量的極大點或極小點對應的距離。藉由如上述方式改變頭部10的位置，使頭部10和測量對象物200間的距離獲得調整。

圖12係用以說明本發明實施形態1所施行的位移測量之原理的圖示。參照圖12，在分光反射特性的極值點(極大點或極小點的部分)中，接收光量相對於工件高度(波長)的變化很小，可看作大致一定。接收光波形可藉由分光反射特性和共焦點波形之積獲得。因此，可在接收光波形和共焦點波形上使接收光強度到達尖峰的波長一致。

藉此方式，若依實施形態1，可以正確的測量自頭部10到透明薄膜200b的距離。從而，可以正確的測量形成有透明薄膜之基板的翹曲或起伏、基板和遮罩間的間隙、透明基板的厚度等。

圖13係用以說明本發明實施形態1所施行之共焦點測量裝置的位移測量方法的流程圖。該流程圖所示的處理主要是藉由控制電路部25來執行。參照圖13，在步驟S1中，控制電路部25藉由移動機構40來使頭部10移動，並從光譜測定部取得顯示光譜測定部之接收光量的訊號(亦即，顯示分光反射特性的訊號)。

在步驟S2中，控制電路部25係根據從光譜測定部接收的訊號，檢測出測量範圍內的接收光量的極大點或極小點。

在步驟S3中，控制電路部25會判定所檢測的接收光量的極大點或極小點的數目是否為複數個。在測量範圍內的接收光量的極大點或極小點的數目為1個時，在步驟S4中，就將和該極大點或極小點對應的位置決定為測量開始時的頭部10的位置。此時的頭部10和測量對象物200間的距離即為測量開始時的距離，亦即，測量中心距離(相當於本發明的「基準距離」)。

另一方面，在測量範圍內的接收光量極大點或極小點的數目為複數個時，在步驟S5中，控制電路部25係將和最接近測量範圍中心的極大點或極小點對應的位置決定為測量開始時之頭部10的位置。藉此方式，即得以決定測量中心距離。

在步驟S4或步驟S5的處理中，控制電路部25係控制移動機構40，將頭部10定位，使頭部10和測量對象物200之間的距離成為測量中心距離。繼步驟S4或步驟S5的處理之後，在步驟S6測量位移。例如，實施上述第1至第3測量例的任一處理。此外，在第3測量例的情況中，係朝X方向掃描測量對象物200，一邊使頭部10所聚光的測量對象物200的位置改變，一邊檢測頭部10和測量對象物200間之距離和上述「基準距離」間的差異。

若依實施形態1，係在位移測量之前，使頭部10朝測定軸方向移動。根據測定部的接收光量，將頭部10定位在分光反射特性波形成為極大點或極小點(亦即，接收光量的極大點或極小點)的位置。藉此方式，由於可以抑制分光反射特性對於位移測量的影響，故可進行正確的測量。從而，可以正確的測量例如和測量對象物200之透明薄膜的相對位置。

而且，若依實施形態1，在測量範圍中有複數個接收光量的極大點或極小點的情況中，係將頭部10定位在和最接近測量中心的接收光量的極大點或極小點對應的位置。藉此方式，由於可以使用白色光源的發光強度較高的波長來測量，故可提高光譜測定部之接收光訊號的S(訊號)/N(雜訊)比。結果，可以獲致更正確的測量。

[實施形態2]

圖14係為用以說明本發明實施形態2的共焦點測量裝置的位移測量方法的流程圖。參照圖13及圖14，實施形態2的位移測量方法，在實施步驟S5A的處理來取代步驟S5方面，和實施形態1的位移測量方法不同。在步驟S5A中，控制電路部25係將和最接近測量範圍中心的極大點對應的位置決定為測量開始時頭部10的位置，且使頭部10往該位置定位。

圖15係用以說明在分光反射特性上有複數個極大點或極小點的情況中，選擇極大點之理由的圖示。參照圖15，係將表示接收光強度尖峰位置之波長的分光反射特性的接收光量設為a，從和接收光量a對應的波長略往短波長側偏離之波長的分光反射特性的接收光量設為b，從和接收光量a對應的波長略往長波長側偏離之波長的分光反射特性的接收光量設為c。

想要將頭部10位置調整到相當於分光反射特性之極大點的位置時，頭部10的位置若從和極大點對應的位置偏離，會發生測量值誤差。但是，分光反射特性相對於從極大點的位置偏離的變化率很小。換言之，接收光量的變化比率(| b-a |/a、或| c-a |/a)很小。因此，可以將測量誤差縮小。

另一方面，想要將頭部10的位置調整到相當於分光反射特性之極小點的位置時，頭部10的位置若從極小點位置偏離，會發生誤差。在該情況中，分光反射特性的波形變化率很陡峻。亦即，接收光量的變化比率(| b-a |/a、或| c-a |/a)比分光反射特性極大點附近的接收光量的變化比率大。因此，測量誤差容易變大。

若依實施形態2，控制電路部25係將頭部10定位在和最接近測量範圍中心的極大點對應的位置。從而，可以使測量誤差縮得更小。

接著，說明有關於依照上述實施形態實施位移量測後的測定結果。在該實施例中，係施行透明基板起伏狀況的測量。

(1)條件

頭部10的測量中心距離為20mm，測量範圍為±1mm，並使用一部份表面形成有透明薄膜的玻璃基板作為測量對象物200。

(2)頭部的高度調整值的計算

使頭部10移動到測量對象物200的透明薄膜部分，使頭部10在Z方向上從21mm(對計測中心距離移動了-1mm)移動到19mm(對測量中心距離移動了+1mm)，並描畫出移動中的測量值和接收光量的尖峰。測定的間距為25μm。

圖16係顯示使用本發明實施形態2之測量方法的測量結果圖示。參照圖16，若求取最接近測量中心的極大點部時，測量值為0.125mm。

(3)頭部的高度調整

藉由控制電路部25控制移動機構40，令頭部10移動，使共焦點測量裝置100的測量值達到0.125mm。

(4)測量

對測量對象物200(基板)的起伏狀況進行測量。經確認可以不受透明薄膜(干涉膜)的影響而獲得正確的測量。

此外，在實施形態1中，係對頭部10的位置，求得分光反射特性的極值點。然而，也可如圖16所示，對測量值求取極值點。此時，測量值雖含有微小的誤差，但如求取接收光量達到極值點的測量值，以獲得達到該極值點的測量值那樣，利用一邊確認測量值一邊調整頭部10的位置，可以使頭部10的位置正確的和分光反射特性的極值點一致。

而且，在上述的各實施形態中，係使頭部10移動。但，如圖17所示，移動機構40也可以使承載有測量對象物200的平台250朝Z方向移動。或者，移動機構40也可以使頭部10及平台250兩者同時或交替移動。亦即，移動機構40只要可使頭部10和測量對象物200間之測定軸方向的距離改變即可。

此外，在上述各實施形態中，雖然控制移動機構40的控制電路部係配置在控制器部20的內部，但不必限定於此種方式。也可為控制移動機構40的控制電路部設置在共焦點測量裝置100外部的結構。

而且，求取測量對象物之分光反射特性的具體方法及構成並不限定於上述方式。例如，也可另外設置如日本特開2002-81916號公報(例如圖6)所揭露的光學系統，並藉該光學系統求取分光反射特性。

此外，使用所求得的分光反射特性，以減輕該分光反射特性對距離測量造成的誤差，來求取頭部10和測量對象物200間之距離的具體方法，並不限定於上述的方法。例如，也可將測量對象物的分光反射特性記錄下來，並使用該記錄，換算求得測量對象物的分光反射特性在平坦時應獲致的(通過開口之)光譜，並根據其尖峰波長，求得頭部10與測量對象物200間的距離。

以上揭露的實施形態在各方面皆應視為例示性說明，並無限制性。本發明的範圍不應依據上述的說明，而是應依據申請專利範圍所示內容，且和申請專利範圍的意思均等及在專利範圍內所為的全部變更均應包含在內。