特開 2023-114760 表面形状測定装置及び表面形状測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023114760

(43)【公開日】2023-08-18

(54)【発明の名称】表面形状測定装置及び表面形状測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/24 20060101AFI20230810BHJP

【ＦＩ】

G01B11/24 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022017255

(22)【出願日】2022-02-07

(71)【出願人】

【識別番号】000151494

【氏名又は名称】株式会社東京精密

(74)【代理人】

【識別番号】100083116

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲三

(74)【代理人】

【識別番号】100170069

【弁理士】

【氏名又は名称】大原 一樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128635

【弁理士】

【氏名又は名称】松村 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100140992

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲政

(72)【発明者】

【氏名】川田 善之

(72)【発明者】

【氏名】森山 克文

(72)【発明者】

【氏名】森井 秀樹

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA04

2F065AA53

2F065DD03

2F065DD08

2F065FF01

2F065FF04

2F065FF52

2F065FF67

2F065GG24

2F065HH13

2F065JJ03

2F065JJ09

2F065JJ26

2F065LL04

2F065LL12

2F065MM07

2F065NN11

2F065PP24

2F065QQ24

(57)【要約】

【課題】測定時に生じる振動による影響を抑制し、測定精度を高めることが可能な表面形状測定装置及び表面形状測定方法を提供する。
【解決手段】光学ヘッドを測定対象物に対して垂直方向に相対的に走査しながら前記測定対象物の観察画像を取得する表面形状測定装置は、光学ヘッドにより取得された観察画像を撮影するカメラと、光学ヘッドを測定対象物に対して垂直な走査方向に相対的に走査する駆動部と、測定対象物を光学ヘッドに対し相対的に移動するステージと、測定対象物に対する光学ヘッドの走査方向位置を検出するためのエンコーダと、エンコーダから所定間隔毎に出力される位置信号に基づいてカメラに観察画像の撮影を指令する撮影指令部と、ステージの位置毎にカメラのフレームドロップの発生率を示すフレームドロップ発生率を算出するフレームドロップ発生率算出部と、フレームドロップ発生率に基づいて、測定対象物の表面形状を測定するための測定条件をステージの位置毎に設定する測定条件設定部と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学ヘッドを測定対象物に対して垂直方向に相対的に走査しながら前記測定対象物の観察画像を取得する表面形状測定装置であって、
前記光学ヘッドにより取得された前記観察画像を撮影するカメラと、
前記光学ヘッドを前記測定対象物に対して垂直な走査方向に相対的に走査する駆動部と、
前記測定対象物を前記光学ヘッドに対し相対的に移動するステージと、
前記測定対象物に対する前記光学ヘッドの走査方向位置を検出するためのエンコーダと、
前記エンコーダから所定間隔毎に出力される位置信号に基づいて前記カメラに前記観察画像の撮影を指令する撮影指令部と、
前記ステージの位置毎に前記カメラのフレームドロップの発生率を示すフレームドロップ発生率を算出するフレームドロップ発生率算出部と、
前記フレームドロップ発生率に基づいて、前記測定対象物の表面形状を測定するための測定条件を前記ステージの位置毎に設定する測定条件設定部と、
を備える、表面形状測定装置。

【請求項2】

前記測定条件設定部は、前記測定条件として、前記カメラの視野範囲を設定する、
請求項１に記載の表面形状測定装置。

【請求項3】

前記測定条件設定部は、前記測定条件として、前記測定対象物に対する前記光学ヘッドの走査速度を設定する、
請求項１又は２に記載の表面形状測定装置。

【請求項4】

前記測定条件設定部は、前記フレームドロップ発生率とフレームドロップ発生率閾値とを比較した結果に基づいて、前記測定条件の変更が必要であるか否かを判定する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の表面形状測定装置。

【請求項5】

前記測定条件設定部は、前記測定条件の変更が必要であると判定した場合、前記フレームドロップ発生率が前記フレームドロップ発生率閾値よりも小さくなるように、前記測定条件を変更する、
請求項４に記載の表面形状測定装置。

【請求項6】

前記測定条件設定部は、前記測定条件として、前記カメラの視野範囲と前記測定対象物に対する前記光学ヘッドの走査速度との双方を設定可能であり、前記測定条件の変更が必要であると判定した場合、前記フレームドロップ発生率が前記フレームドロップ発生率閾値以下になるように、前記光学ヘッドの走査速度よりも前記カメラの視野範囲を優先して変更する、
請求項５に記載の表面形状測定装置。

【請求項7】

前記フレームドロップ発生率をＦＤＲとし、前記カメラが実際に撮像した前記観察画像のフレーム数をＮとし、前記位置信号に基づいて前記カメラが本来撮影すべき前記観察画像の予定フレーム数をＭとした場合、前記フレームドロップ発生率算出部は、次式を用いて前記フレームドロップ発生率を算出する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の表面形状測定装置。
ＦＤＲ＝１－Ｎ／Ｍ

【請求項8】

前記光学ヘッドは白色干渉顕微鏡である、
請求項１から７のいずれか１項に記載の表面形状測定装置。

【請求項9】

光学ヘッドにより取得された測定対象物の観察画像を撮影するカメラと、
前記光学ヘッドを前記測定対象物に対して垂直な走査方向に相対的に走査する駆動部と、
前記測定対象物を前記光学ヘッドに対し相対的に移動させるステージと、
前記測定対象物に対する前記光学ヘッドの走査方向位置を検出するためのエンコーダと、
前記エンコーダから所定間隔毎に出力される位置信号に基づいて前記カメラに前記観察画像の撮影を指令する撮影指令部と、
を備える、表面形状測定装置により表面形状を測定する表面形状測定方法であって、
前記ステージの位置毎に前記カメラのフレームドロップの発生率を示すフレームドロップ発生率を算出し、前記フレームドロップ発生率に基づいて、前記測定対象物の表面形状を測定するための測定条件を前記ステージの位置毎に設定する表面形状測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は表面形状測定装置及び表面形状測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

白色干渉方式、又はフォーカスバリエーション（Focus Variation）方式など、顕微鏡走査型の表面形状測定装置を用いて、測定対象物の測定面の三次元形状を測定する測定方法が知られている（特許文献１及び２参照）。このような走査型の表面形状測定装置は、カメラ付きの顕微鏡を走査方向に沿って走査しながら一定のピッチごとにカメラにより測定面を撮影し、ピッチごとの観察画像とスケールからの情報に基づき、画素ごとに高さ情報を演算或いは各観察画像の画素ごとに合焦度（顕微鏡の焦点位置）を演算することで、測定面の三次元形状を測定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－９０５２０号公報

【特許文献2】特開２０１６－９９２１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

走査型の表面形状測定装置では、走査中に振動が発生すると、顕微鏡と測定対象物との間の相対位置関係にずれが生じ、測定誤差を招く要因となる。また、スケールの振動などに由来するカメラのフレームドロップにより測定誤差が発生する。また、ワークを測定するためのＸＹステージを有する表面形状測定装置では、ステージを移動することで重心が変わるため、振動による測定誤差の程度も大きく変化する。

【0005】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、測定時に生じる振動による影響を抑制し、測定精度を高めることが可能な表面形状測定装置及び表面形状測定方法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】

第１態様の、光学ヘッドを測定対象物に対して垂直方向に相対的に走査しながら測定対象物の観察画像を取得する表面形状測定装置は、光学ヘッドにより取得された観察画像を撮影するカメラと、光学ヘッドを測定対象物に対して垂直な走査方向に相対的に走査する駆動部と、測定対象物を光学ヘッドに対し相対的に移動するステージと、測定対象物に対する光学ヘッドの走査方向位置を検出するためのエンコーダと、エンコーダから所定間隔毎に出力される位置信号に基づいてカメラに観察画像の撮影を指令する撮影指令部と、ステージの位置毎にカメラのフレームドロップの発生率を示すフレームドロップ発生率を算出するフレームドロップ発生率算出部と、フレームドロップ発生率に基づいて、測定対象物の表面形状を測定するための測定条件をステージの位置毎に設定する測定条件設定部と、を備える。

【0007】

第２態様の表面形状測定装置において、測定条件設定部は、測定条件として、カメラの視野範囲を設定する。

【0008】

第３態様の表面形状測定装置において、測定条件設定部は、測定条件として、測定対象物に対する光学ヘッドの走査速度を設定する。

【0009】

第４態様の表面形状測定装置において、測定条件設定部は、フレームドロップ発生率とフレームドロップ発生率閾値とを比較した結果に基づいて、測定条件の変更が必要であるか否かを判定する。

【0010】

第５態様の表面形状測定装置において、測定条件設定部は、測定条件の変更が必要であると判定した場合、フレームドロップ発生率がフレームドロップ発生率閾値よりも小さくなるように、測定条件を変更する。

【0011】

第６態様の表面形状測定装置において、測定条件設定部は、測定条件として、カメラの視野範囲と測定対象物に対する光学ヘッドの走査速度との双方を設定可能であり、測定条件の変更が必要であると判定した場合、フレームドロップ発生率がフレームドロップ発生率閾値以下になるように、光学ヘッドの走査速度よりもカメラの視野範囲を優先して変更する。

【0012】

第７態様の表面形状測定装置において、フレームドロップ発生率をＦＤＲとし、カメラが実際に撮像した観察画像のフレーム数をＮとし、位置信号に基づいてカメラが本来撮影すべき観察画像の予定フレーム数をＭとした場合、フレームドロップ発生率算出部は、次式を用いてフレームドロップ発生率を算出する。

【0013】

ＦＤＲ＝１－Ｎ／Ｍ

【0014】

第８態様の表面形状測定装置において、光学ヘッドは白色干渉顕微鏡である。

【0015】

第９態様の、光学ヘッドにより取得された測定対象物の観察画像を撮影するカメラと、光学ヘッドを測定対象物に対して垂直な走査方向に相対的に走査する駆動部と、測定対象物に対する光学ヘッドの走査方向位置を検出するためのエンコーダと、エンコーダからサンプリング間隔毎に出力されるトリガ信号によりカメラに観察画像の撮影を指令する撮影指令部と、を備える、表面形状測定装置により表面形状を測定する表面形状測定方法において、ステージの位置毎にカメラのフレームドロップの発生率を示すフレームドロップ発生率を算出し、フレームドロップ発生率に基づいて、測定対象物の表面形状を測定するための測定条件をステージの位置毎に設定する。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、測定時に生じる振動による影響を抑制し、測定精度を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は表面形状測定装置の概略図である。

【図2】図２は表面形状測定装置のブロック図である。

【図3】図３は複数の測定対象物の測定を説明するための図である。

【図4】図４は表面形状測定装置による測定対象物の三次元形状の演算を説明するための図である。

【図5】図５は視野範囲を説明するための図である。

【図6】図６は事前調整モードでの測定条件の設定を示すフローチャートである。

【図7】図７は図６に示したステップＳ３における事前調整モードでの測定条件の設定を示すフローチャートである。

【図8】図８は測定モードを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、添付図面にしたがって本発明の好ましい実施の形態について説明する。

【0019】

図１は、測定対象物Ｗの表面形状を測定する表面形状測定装置１０の概略図である。なお、図中の互いに直交するＸＹＺ方向のうち、ＸＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は上下方向（垂直方向）である。

【0020】

図１に示すように、表面形状測定装置１０は、測定対象物Ｗの測定面の三次元形状（表面形状）の測定を行うため、光学ヘッド１２と、駆動部１６と、エンコーダ１８と、制御装置２０と、を備える。図１に示す表面形状測定装置１０は、ステージ２２と、ステージ駆動部２４と、を備える。なお、光学ヘッド１２、カメラ１４、駆動部１６、及びエンコーダ１８を含めて光学ヘッドユニットとも称する場合がある。

【0021】

光学ヘッド１２は、図１に示すようにマイケルソン型の白色干渉顕微鏡で構成される。

【0022】

光学ヘッド１２は、カメラ１４と、光源部２６と、ビームスプリッタ２８と、干渉対物レンズ３０と、結像レンズ３２と、を備える。

【0023】

干渉対物レンズ３０と、ビームスプリッタ２８と、結像レンズ３２と、カメラ１４とが、測定対象物ＷからＺ方向上方側に沿って、この順で配置されている。また、ビームスプリッタ２８に対してＸ方向（Ｙ方向でも可）に対向する位置に光源部２６が配置される。

【0024】

光源部２６は、制御装置２０の制御の下、ビームスプリッタ２８に向けて平行光束の白色光（可干渉性の少ない低コヒーレンス光）を、測定光Ｌ１として出射する。この光源部２６、図示は省略するが、発光ダイオード、半導体レーザ、ハロゲンランプ、及び高輝度放電ランプなどの測定光Ｌ１を出射可能な光源と、この光源から出射された測定光Ｌ１を平行光束に変換するコレクタレンズと、を備える。

【0025】

ビームスプリッタ２８は、例えばハーフミラーが用いられる。ビームスプリッタ２８は、光源部２６から入射した測定光Ｌ１の一部をＺ方向下方側の干渉対物レンズ３０に向けて反射する。また、ビームスプリッタ２８は、干渉対物レンズ３０から入射する後述の合波光Ｌ３の一部をＺ方向上方側に透過して、この合波光Ｌ３を結像レンズ３２に向けて出射する。

【0026】

干渉対物レンズ３０は、マイケルソン型であり、対物レンズ３０Ａと、ビームスプリッタ３０Ｂと、参照面３０Ｃと、を備える。測定対象物ＷからＺ方向上方側に沿ってビームスプリッタ３０Ｂ及び対物レンズ３０Ａが順に配置される。また、ビームスプリッタ３０Ｂに対してＸ方向（Ｙ方向でも可）に対向する位置に参照面３０Ｃが配置される。

【0027】

対物レンズ３０Ａは、集光作用を有しており、ビームスプリッタ２８から入射した測定光Ｌ１を、ビームスプリッタ３０Ｂを通して測定対象物Ｗに集光させる。

【0028】

ビームスプリッタ３０Ｂは、例えばハーフミラーが用いられる。ビームスプリッタ３０Ｂは、対物レンズ３０Ａから入射する測定光Ｌ１の一部を参照光Ｌ２として分割し、残りの測定光Ｌ１を透過して測定対象物Ｗに出射し且つ参照光Ｌ２を参照面３０Ｃに向けて反射する。ビームスプリッタ３０Ｂを透過した測定光Ｌ１は、測定対象物Ｗに照射された後、測定対象物Ｗにより反射されてビームスプリッタ３０Ｂに戻る。

【0029】

参照面３０Ｃは、例えば反射ミラーが用いられ、ビームスプリッタ３０Ｂから入射した参照光Ｌ２をビームスプリッタ３０Ｂに向けて反射する。この参照面３０Ｃは、不図示の位置調整機構によってＸ方向の位置を手動調整可能である。これにより、ビームスプリッタ３０Ｂと参照面３０Ｃとの間の参照光Ｌ２の光路長を調整することができる。この参照光路長は、ビームスプリッタ３０Ｂと測定対象物Ｗとの間の測定光Ｌ１の光路長と一致（略一致を含む）するように調整される。

【0030】

ビームスプリッタ３０Ｂは、測定対象物Ｗから戻る測定光Ｌ１と参照面３０Ｃから戻る参照光Ｌ２との合波光Ｌ３を生成し、この合波光Ｌ３をＺ方向上方側の対物レンズ３０Ａに向けて出射する。この合波光Ｌ３は、対物レンズ３０Ａ及びビームスプリッタ２８を透過して結像レンズ３２に入射する。白色干渉顕微鏡の場合、合波光Ｌ３は干渉縞を含む干渉光となる。

【0031】

結像レンズ３２は、ビームスプリッタ２８から入射した合波光Ｌ３をカメラ１４の撮像面（図示は省略）に結像させる。具体的には結像レンズ３２は、対物レンズ３０Ａの焦点面上における点を、カメラ１４の撮像面上の像点として結像する。

【0032】

カメラ１４は、図示は省略するがＣＣＤ（Charge Coupled Device）型又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型の撮像素子を備える。カメラ１４は、結像レンズ３２により撮像面に結像された合波光Ｌ３を観察画像として撮影し、撮影された観察画像３６を出力する。ここでは、観察画像３６は干渉縞を含んでいる。

【0033】

駆動部１６は、公知のリニアモータ或いはモータ駆動機構により構成される。駆動部１６は、光学ヘッド１２を垂直な走査方向（光学ヘッド１２の光軸方向）であるＺ方向に、測定対象物Ｗに対して相対的に走査自在に保持する。駆動部１６は、制御装置２０の制御の下、測定対象物Ｗに対して光学ヘッド１２を、設定された走査速度及び走査方向の範囲で、相対的に移動させる。

【0034】

なお、駆動部１６は、測定対象物Ｗに対して光学ヘッド１２を走査方向に相対的に走査可能であればよく、例えば、測定対象物Ｗを支持するステージ２２を走査方向に走査させてもよい。

【0035】

ステージ２２は、測定対象物Ｗを支持するステージ面を有する。ステージ面Ｘ方向及びＹ方向に略平行な平坦面で構成される。ステージ駆動部２４は、公知のリニアモータ或いはモータ駆動機構により構成されており、制御装置２０の制御の下、光学ヘッド１２に対してステージ２２を走査方向に垂直な面内（Ｘ方向及びＹ方向）で相対的に水平移動させる。

【0036】

なお、ステージ駆動部２４は、光学ヘッド１２に対してステージ２２をＸ方向及びＹ方向に相対的に移動可能であればよく、例えば、測定対象物Ｗを支持するステージ２２に対して、光学ヘッド１２をＸ方向及びＹ方向に移動させてもよい。

【0037】

エンコーダ１８は、測定対象物Ｗに対する光学ヘッド１２の走査方向位置を検出する位置検出センサであり、例えば、光学式リニアエンコーダ（スケールとも称する）が用いられる。光学式リニアエンコーダは、例えば、一定間隔でスリットが形成されたリニアスケールと、リニアスケールを挟んで対向配置された受光素子及び発光素子と、により構成される。エンコーダ１８は、光学ヘッド１２の走査方向位置（Ｚ方向位置）を繰り返し検出し、走査方向位置（Ｚ方向位置）を示す位置情報を含む位置信号３８を制御装置２０に対して繰り返し出力する。

【0038】

制御装置２０は、操作部２１に対する入力操作に応じて、測定対象物Ｗを測定する前の調整（事前調整モード）と測定対象物Ｗの測定（測定モード）との切り替え、各モードにおける測定条件の設定、及び測定モードにおける三次元形状の演算など、表面形状測定装置１０を統括的に制御する。表示部２３は、制御装置２０の制御の下、各種情報を表示する。

【0039】

制御装置２０は、各種のプロセッサ（Processor）及びメモリ等から構成された演算回路を備える。各種のプロセッサには、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、及びプログラマブル論理デバイス［例えばＳＰＬＤ（Simple Programmable Logic Devices）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）、及びＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Arrays）］等が含まれる。なお、制御装置２０の各種機能は、１つのプロセッサにより実現されてもよいし、同種または異種の複数のプロセッサで実現されてもよい。

【0040】

図２は、制御装置２０の機能ブロック図である。図２に示すように、制御装置２０には、光学ヘッド１２のカメラ１４及び光源部２６、駆動部１６、エンコーダ１８、ステージ駆動部２４、及び操作部２１、が接続される。

【0041】

制御装置２０は、図２に示すように、記憶部１００、測定制御部１０２、トリガ信号出力部１０４、三次元形状演算部１０６、測定条件設定部１０８、フレームドロップ発生率算出部１１０、トリガ信号数カウント部１１２、カメラフレーム数カウント部１１４及び制御部１１６を備え、記憶部１００から読み出した不図示の制御プログラムを実行することで、それぞれの機能を実現し、処理を実行する。制御部１１６は制御装置２０の全体の処理を制御する。

【0042】

図２に示すように、測定制御部１０２は、光源部制御部１２０、撮影指令部１２２、駆動部制御部１２４、及びステージ駆動部制御部１２６を備え、光学ヘッド１２の光源部２６、カメラ１４、駆動部１６，及びステージ駆動部２４を制御する。

【0043】

光源部制御部１２０が光源部２６からの測定光Ｌ１の出射を開始させる。駆動部制御部１２４が、駆動部１６を制御して、光学ヘッド１２を、設定された走査速度、及び走査範囲内において、走査方向に走査させる。

【0044】

駆動部１６が光学ヘッド１２を走査方向に走査する間、位置信号３８がエンコーダ１８から出力され、位置信号３８がトリガ信号出力部１０４に供給される。トリガ信号出力部１０４は位置信号３８の検出結果に基づき、所定間隔毎にトリガ信号を出力する。

【0045】

撮影指令部１２２は、トリガ信号出力部１０４から所定間隔毎に出力されるトリガ信号によりカメラ１４に観察画像の撮影を指令する。撮影指令部１２２は、トリガ信号出力部１０４から出力されるトリガ信号によりカメラ１４に観察画像の撮影を指令する。

【0046】

カメラ１４は、トリガ信号出力部１０４から出力されるトリガ信号に基づいて、オペレータにより操作部２１を介して設定された走査範囲内で、上記所定間隔（すなわち、サンプリング間隔）毎に測定対象物Ｗの観察画像３６を複数取得する。カメラ１４により所定間隔（サンプリング間隔）毎に取得された複数の観察画像３６は制御装置２０に出力され、観察画像３６とその観察画像３６を取得したときの位置信号３８（Ｚ方向位置を示す位置情報を含む）とが関連付けられる。三次元形状演算部１０６が、観察画像３６と位置信号３８とに基づいて測定対象物Ｗの表面形状を演算する。関連付けられた観察画像３６と位置信号３８とは記憶部１００に記憶されてもよい。三次元形状演算部１０６は記憶部１００に記憶された観察画像３６と位置信号３８に基づいて測定対象物Ｗの表面形状を演算しもてよい。

【0047】

図３は複数の測定対象物Ｗの測定を説明するための図である。図３に示すように、複数の測定対象物Ｗが、一つのパレット２５に載置されている。複数の測定対象物Ｗが載置されたパレット２５がステージ２２に支持されている。ステージ２２はＸ方向とＹ方向に平行の２軸で移動可能に構成される。

【0048】

図３の３Ａでは、複数の測定対象物Ｗの一つが測定対象として選択され、ステージ２２を面内で移動することで、その測定対象物Ｗと光学ヘッド１２とが位置合わせされる。表面形状装置１０が測定対象物Ｗの表面形状を測定する。

【0049】

図３の３Ｂでは、３Ａとは異なる測定対象物Ｗが測定対象として選択され、ステージ２２を面内で移動することで、その測定対象物Ｗと光学ヘッド１２とが位置合わせされる。表面形状装置１０が、３Ａと異なる測定対象物Ｗの表面形状を測定する。同種の複数の測定対象物Ｗが表面形状装置１０により測定される。

【0050】

図３では、複数の測定対象物Ｗがパレット２５の上に載置された例を示した。しかしながら、測定対象物Ｗはこれに限定されない。例えば、半導体ウエハと、その半導体ウエハ上に形成された複数の回路パターンも、同種の複数の測定対象物と見立てることができる。半導体ウエハがパレットに相当し、複数の回路パターンが複数の測定対象物Ｗに相当しうる。

【0051】

また、図３では、ステージ２２はＸ方向とＹ方向の２軸に移動可能な場合を例示した。しかしながら、ステージ２２はＸ方向又はＹ方向のいずれか１軸に移動可能な場合であってもよいし、ステージ２２はＸ方向とＹ方向及びＺ方向の３軸、またはそれ以上の数の軸に移動可能であってもよい。ステージ２２を移動する場合を説明したが、光学ヘッド１２とステージ２２とを相対的に移動できれば、光学ヘッド１２が移動されてもよい。

【0052】

図４は、表面形状測定装置１０による測定対象物Ｗの三次元形状の演算を説明するための説明図である。図４の４Ａは、光学ヘッド１２の走査方向を示す概略図である。図４の４Ｂは、光学ヘッド１２を測定対象物ＷＳに近接した位置から走査方向に上昇させながら、各走査方向位置で、カメラ１４が取得した観察画像を示す。図４の４Ｃは、画素（ピクセル）ごとに、Ｚ方向位置（高さ）と輝度の相関関係及び干渉縞曲線を例示した図である。

【0053】

三次元形状演算部１０６は、光学ヘッド１２を走査方向に走査させる間、カメラ１４の視野範囲において、サンプリング間隔毎に撮影された測定対象物Ｗの観察画像３６をカメラ１４から取得する。

【0054】

次に、三次元形状演算部１０６は、４Ｂ及び４Ｃに示すように、干渉縞が発生している各観察画像３６の画素ごとの輝度値を検出する。そして、三次元形状演算部１０６は、各観察画像３６（カメラ１４の撮像素子）の同一座標の画素ごとの輝度値（符号Ｐｉｘ１参照）を比較する。三次元形状演算部１０６は、各観察画像３６の同一座標の画素ごとに輝度値が最大になるＺ方向位置を決定することで、同一座標の画素ごとに測定対象物Ｗの高さ情報を演算する。

【0055】

表面形状測定装置１０は、ステージ２２を移動させることで、複数の測定対象物Ｗの高さ情報を演算する。

【0056】

次に、表面形状測定装置１０において設定される測定条件の１つであるカメラ１４の視野範囲と最大フレームレートとの関係について説明する。

【0057】

図５は、測定条件の一つであるカメラ１４の視野範囲を説明する図であり、測定対象物Ｗを、走査方向（Ｚ方向）に沿ってカメラ１４の側から観察した図である。一般に、カメラ１４の視野範囲が、測定対象物Ｗを一回で測定できる範囲となる。したがって、カメラ１４の視野範囲を小さくすると、測定対象物Ｗの目的の測定箇所がカメラ１４の視野範囲に全て収まらず、その結果、複数回の測定が必要となり、測定効率が低下する場合がある。

【0058】

したがって、図５に示すように、測定効率の観点から、カメラ１４の視野範囲は、測定対象物Ｗの測定箇所を含み、且つ最大視野範囲Ｐ_ｍａｘであることが好ましい。

【0059】

一方、カメラ１４の最大フレームレートＦ_Ｃ［ｆｐｓ］は、カメラ１４が１秒間で撮影可能なフレーム（撮影画像）の数の最大値であるが、カメラ１４の最大フレームレートＦ_Ｃとカメラ１４の視野範囲Ｐとは、以下の式（１）に示すような反比例の関係がある。

【0060】

【数1】

【0061】

すなわち、カメラ１４の視野範囲Ｐを大きくすると、測定回数を減らすことができるので測定効率を向上させることできる反面、カメラ１４の最大フレームレートＦ_Ｃが小さくなるので、後述する式（４）から理解されるとおり、振動の影響によってフレームドロップが生じやすくなり、測定精度の低下を招く場合がある。一方、カメラ１４の視野範囲Ｐを小さくすると、カメラ１４の最大フレームレートＦ_Ｃが大きくなるので、前者の場合に比べてフレームドロップが生じにくくなり、測定精度を向上させることができるが、視野範囲Ｐを小さくすることによって測定回数が増えてしまい、測定効率の低下を招くことになる。そのため、測定効率と測定精度との両立を図るためには、カメラ１４の視野範囲Ｐを適切に設定することが重要となる。なお、測定効率の観点から、カメラ１４の視野範囲Ｐは、少なくとも測定対象物Ｗを含む最小視野範囲Ｐ_ｍｉｎに設定されることが好ましい。カメラ１４の視野範囲Ｐは、矢印で示すように最小視野範囲Ｐ_ｍｉｎと最大視野範囲Ｐ_ｍａｘとの間で設定される。

【0062】

次に、カメラ１４のフレームドロップが発生する条件について説明する。既述したように観察画像は、光学ヘッド１２を走査方向に走査させる間、トリガ信号出力部１０４から所定間隔毎に出力されるトリガ信号（すなわち、エンコーダ１８から所定間隔毎に出力される位置信号３８）に基づきカメラ１４により撮影される。このとき、カメラ１４により撮影される観察画像の撮影間隔をサンプリング間隔という。ここで、測定対象物Ｗに対する光学ヘッド１２の走査速度をＶ_Ｃ［ｎｍ／ｓ］とし、カメラ１４のサンプリング間隔をＤ_Ｃ［ｎｍ］とし、カメラ１４のサンプリング周波数をＦ_Ｓ［Ｈｚ］とすると、以下の式（２）の関係がある。

【0063】

【数2】

カメラ１４のサンプリング周波数Ｆ_Ｓは、トリガ信号出力部１０４から出力されたトリガ信号に基づいてカメラ１４が観察画像を撮影した場合の１秒間に撮影される観察画像の枚数となる。

【0064】

したがって、カメラ１４の最大フレームレートＦ_Ｃとサンプリング周波数Ｆ_Ｓとが以下の式（３）の関係を満たす場合（最大フレームレートＦ_Ｃよりサンプリング周波数Ｆ_Ｓが大きい場合）、最大フレームレートＦ_Ｃを超えるスピードで撮影の指示をすると超えた分は無視されて、いわゆるフレームドロップが発生する。フレームドロップが発生すると測定精度の低下を招くおそれがある。特に、走査速度Ｖ_Ｃが速くなると、式（２）に示すようにカメラ１４のサンプリング周波数Ｆ_Ｓが上がるため、フレームドロップが発生しやすくなる。

【0065】

【数3】

【0066】

したがって、式（３）を満たさないように（すなわち、サンプリング周波数Ｆ_Ｓが最大フレームレートＦ_Ｃ以下となるように）、カメラ１４のサンプリング周波数Ｆ_Ｓを設定することが必要となる。

【0067】

しかしながら、表面形状測定装置１０が設置される環境によって振動が発生することがあり、その振動が表面形状測定装置１０の測定に影響を与える場合がある。例えば、表面形状測定装置１０に取り付けられたファン、床から振動、ワーク搬送システムのモータなどが振動源となる。表面形状測定装置１０は、例えば、走査中に振動が発生すると、測定対象物Ｗの振動により、測定対象物Ｗと光学ヘッド１２との相対位置がずれてしまい、そのずれが原因で測定誤差が発生する場合がある。また、光学ヘッドユニットの振動に起因するカメラ１４のフレームドロップにより、測定の誤差が発生する場合がある。このように、振動は、光学ヘッド１２の走査速度を速くしうる要素となるので、光学ヘッド１２の走査速度が速すぎる場合にはフレームドロップが起きやすくなる。ここで、表面形状測定装置１０の測定中に発生する振動に起因する振動周波数をＦ_ｍ［Ｈｚ］とすると、カメラ１４の最大フレームレートＦ_Ｃとサンプリング周波数Ｆ_Ｓと振動周波数Ｆ_ｍとが以下の式（４）の関係を満たす場合、フレームドロップが発生する。なお、振動周波数Ｆ_ｍは、カメラ１４のサンプリング間隔と同レベルの振幅強度をもとものとする。

【0068】

【数4】

【0069】

したがって、表面形状測定装置１０の測定中に上記のような振動が発生してもフレームドロップによる測定精度の低下を抑止するためには、式（４）を満たさないように、振動周波数Ｆ_ｍを考慮してカメラ１４のサンプリング周波数Ｆ_Ｓを設定する必要がある。

【0070】

式（２）及び（４）から、走査速度Ｖ_Ｃが大きい、サンプリング間隔Ｄ_Ｃが小さい（いずれもカメラサンプリング周波数Ｆ_Ｓが大きくなる）、振動周波数Ｆ_ｍが大きい、視野範囲Ｐが大きい（最大フレームレートＦ_Ｃが小さくなる）等の場合、フレームドロップが発生しやすくなる。

【0071】

しかしながら、測定中に発生する振動に起因する振動周波数Ｆ_ｍを直接測定することは困難であるため、上記振動による影響を十分に抑止することができず、測定精度を向上させるには限界があった。

【0072】

そこで発明者等は、上記課題を解決するため、フレームドロップ発生率という考えを導入し、フレームドロップ発生率に基づいて表面形状測定装置１０の測定条件を設定することで、上記振動による影響を抑止して、測定効率の向上を図ることが可能な本発明に至った。

【0073】

以下、フレームドロップ発生率について説明する。このフレームドロップ発生率は、測定予定フレーム数と実際に測定したフレーム数とから算出される。

【0074】

測定予定フレーム数は、トリガ信号出力部１０４から所定間隔毎に出力されるトリガ信号に基づきカメラ１４が撮影動作を行った場合において、フレームドロップが発生しなかったと仮定した場合に、カメラ１４において本来取得されるべきフレームの数（観察画像の枚数）である。この測定予定フレーム数をＭとし、カメラ１４のサンプリング周波数をＦ_Ｓ［ｆｐｓ］、サンプリング間隔をＤ_Ｃ［ｎｍ］、光学ヘッド１２の走査範囲をＤ_Ｒ［ｎｍ］、走査速度をＶ_Ｃ［ｎｍ／ｓ］、走査時間をｔ［ｓ］とすると、測定予定フレーム数Ｍは、以下の式（５）により求めることができる。

【0075】

【数5】

【0076】

測定したフレーム数はカメラ１４が測定時に実際に撮影したフレームの数（観察画像）の枚数である。測定したフレーム数をＮとし、フレームドロップ発生率をＦＤＲとすると、フレームドロップ発生率ＦＤＲは以下の式（６）で算出できる。

【0077】

【数6】

【0078】

式（６）では、フレームドロップ発生率ＦＤＲは、測定したフレーム数Ｎを測定予定フレーム数Ｍで除することで撮影された観察画像の比率を求め、１からその比率を減ずることで算出される。ＦＤＲ＞０の場合、フレームドロップが発生していることを意味しており、その数値が大きい程、フレームドロップが多く発生していることを意味する。光学ヘッドユニットに発生した振動が、フレームドロップ発生率ＦＤＲを算出することで、間接的に検知される。

【0079】

測定対象物Ｗの振動を検出しやすくするために、白色干渉顕微鏡（光学ヘッドユニット）の質量は、光学ヘッドユニットを取り付ける土台の質量より小さく設計しておくことが好ましい。白色干渉顕微鏡の固有振動数を土台の固有振動数より大きくできる。

【0080】

本実施形態においては、以下に説明するように、表面形状測定装置１０の測定条件が、フレームドロップ発生率ＦＤＲに基づいて設定されるので、測定時に生じる振動による影響を抑制し、測定精度を高めることが可能となる。

【0081】

一方で、図３に示すように、複数の測定対象物Ｗを測定する場合、光学ヘッド１２とステージ２２とが相対的に移動され、位置決めされる。したがって、３Ａ及び３Ｂに示されるように、測定対象物Ｗの位置により、光学ヘッド１２とステージ２２との相対的な位置関係が異なる。光学ヘッド１２とステージ２２とを含む一つの系として見ると、３Ａと３Ｂとでは、系の重心が異なる。重心位置の違いにより、振動のしやすさは、ステージ２２の位置毎（測定対象物Ｗの位置毎）に変化する。

【0082】

測定条件を設定する場合、フレームドロップ発生率ＦＤＲに基づいて測定条件を設定すると共に、ステージ２２の位置毎に測定条件を設定することで、表面形状測定装置１０は、測定精度の低下の抑制をより確実に達成できる。

【0083】

＜事前調整モード＞
次に、フレームドロップ発生率を用いた事前調整モードでの測定条件の設定の一例について説明する。事前調整モードは、フレームドロップ発生率ＦＤＲに対してフレームドロップ発生率閾値Ｔｈを設定し、フレームドロップ発生率ＦＤＲとフレームドロップ発生率閾値Ｔｈとを比較し、測定条件の変更が必要であるか否かを判定する。測定条件の変更が必要なしと判定された場合、フレームドロップ発生率ＦＤＲを算出した際の測定条件が、測定モードで使用される測定条件として設定される。

【0084】

一方、測定条件の変更が必要である判定された場合、フレームドロップ発生率ＦＤＲを算出した際の測定条件を変更し、フレームドロップ発生率ＦＤＲを算出する。測定条件の変更が必要なしと判定されまるで、繰り返し測定条件を変更しながらフレームドロップ発生率ＦＤＲを算出する。最終的に、測定条件の変更が必要なしと判定された際の、フレームドロップ発生率ＦＤＲを算出した測定条件が測定モードで使用される測定条件として設定される。

【0085】

あるステージ位置に対する測定条件が設定されると、ステージ２２が別の位置に移動し、その位置での測定条件の設定が実行される。最終的に、測定モードで使用される測定条件が、全てのステージ２２の位置毎に設定される。

【0086】

なお、式（４）で説明したように、走査速度Ｖ_Ｃが大きい場合、または視野範囲Ｐが大きい場合、フレームドロップが発生しやすくなる。そこで、事前調整モードでは、ステージ２２の位置毎に視野範囲Ｐと走査速度Ｖ_Ｃとの双方が測定条件として設定される。

【0087】

測定条件を設定するため、事前の準備として、測定する測定対象物Ｗを載置したパレット２５が設置される。既述したように、ステージ２２の位置により、重心位置が変わり、振動のしやすさが異なる。表面形状測定装置１０は、ステージ２２の位置をＸ方向あるいはＹ方向に複数変えながら測定し、ステージ２２の各位置でのフレームドロップ率を計算する。

【0088】

例えば、Ｘ軸を例に説明すると、ステージ２２が０からＸ_１まで移動できるとする。０からＸ_１を４分割し、０、Ｘ_１／４、２Ｘ_１／４、３Ｘ_１／４、及びＸ_１の５箇所が、測定条件を設定する箇所として決定される。決定された各設定箇所の位置において、各視野範囲Ｐと各走査速度Ｖを測定し、以下の表１に示すように測定条件マップを作成し記憶する。視野範囲Ｐ_０、Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４、及び走査速度Ｖ_０、Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４におけるインデックスは各位置での視野範囲と走査速度を意味している。視野範囲Ｐ_０、Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４は、それぞれ同じ視野範囲であってもよいし、異なる視野範囲であってもよい。同様に、走査速度Ｖ_０、Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、及びＶ_４は、それぞれ同じ走査速度であってもよいし、異なる走査速度であってもよい。

【表1】

【0089】

測定モードでは、表面形状測定装置１０は、ステージ２２の位置毎に設定された測定条件（表１に示すマップ）により、測定対象物Ｗの表面形状を測定する。なおマップに存在しない、ステージ２２上の位置する測定対象物Ｗを測定する場合、線形補間する等により測定条件を推定し測定してもよい。

【0090】

図６及び図７は、事前調整モードでの測定条件の設定を示すフローチャートである。事前調整モードでは、表面形状測定装置１０は、測定モードで使用する測定条件を設定する処理を実行する。

【0091】

以下、図６及び図７のフローチャートでは、測定条件を設定すべきステージ２２の箇所を位置Ｘ_ｍとし、視野範囲を視野範囲Ｐ_ｉとし、走査速度を走査速度Ｖ_ｋとして説明する。パラメータｍは各位置ｍを識別するためのインデックスであり、パラメータｉは各視野範囲Ｐを識別するためのインデックスであり、パラメータｋは各走査速度Ｖを識別するためのインデックスである。

【0092】

オペレータは、事前調整モードで使用される複数の測定対象物Ｗをステージ２２に載置し、操作部２１から事前調整モードを選択する。オペレータの選択結果が制御部１１６に入力され、制御部１１６は事前調整モードの処理全体を制御する。

【0093】

位置Ｘ_ｍのインデックスを示すパラメータｍに対しｉ＝０を設定する（ステップＳ１）。次に、ステージを位置Ｘ_ｍに移動する（ステップＳ２）。次に、表面形状測定装置１０は位置Ｘ_ｍに対して測定条件設定の処理を実行する（ステップＳ３）。

【0094】

図７は、ステップＳ３の測定条件設定処理の一例を示すフローチャート（サブルーチン）である。

【0095】

オペレータは、測定対象物Ｗに基づいて最小視野範囲Ｐ_ｍｉｎ（図５参照）、及びフレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_１を設定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１は図６のステップＳ１で実施してもよい。また、事前測定モードで一度設定されると、事前測定モードを終了するまで、最小視野範囲Ｐ_ｍｉｎ、及びフレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_１は変更する必要はない。最小視野範囲Ｐ_ｍｉｎは、カメラ１４の視野範囲Ｐの中で、測定対象物Ｗの測定箇所が最低限含まれる大きさの面積を持つ視野範囲を意味する。最小視野範囲Ｐ_ｍｉｎは測定対象物Ｗの測定箇所を含んでいるので、測定対象物Ｗを複数回測定する状況を回避できる。フレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_１は、後述するステップにおいて、フレームドロップ発生率ＦＤＲと比較され、測定条件を変更するか否かが判定される。最小視野範囲Ｐ_ｍｉｎとフレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_１とは、手動又は自動で設定できる。最小視野範囲Ｐ_ｍｉｎとフレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_１の情報は、制御装置２０の測定条件設定部１０８に入力される。最小視野範囲Ｐ_ｍｉｎとフレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_１の情報は、記憶部１００に記憶されていてもよい。

【0096】

次に、測定条件設定部１０８は、視野範囲Ｐ_ｉのインデックスを示すパラメータｉに対しｉ＝１を設定し、走査速度Ｖ_ｋのインデックスを示すパラメータｋに対しｋ＝１を設定する（ステップＳ１２）。さらに、測定条件設定部１０８は、初期値として、視野範囲Ｐ_１にカメラ１４の最大視野範囲Ｐ_ｍａｘを設定し、走査速度Ｖ_１に最大走査速度Ｖ_ｍａｘを設定する。図７のフローでは、初期値として、視野範囲Ｐ_１と走査速度Ｖ_１とは、測定効率を優先する条件で設定されている。

【0097】

次に、測定制御部１０２は、測定条件設定部１０８により設定された視野範囲Ｐ_ｉ、及び走査速度Ｖ_ｋに基づいて、光源部制御部１２０、撮影指令部１２２、駆動部制御部１２４により光学ヘッドユニットを制御する。カメラ１４が測定対象物Ｗの観察画像３６を取得し、制御装置２０がエンコーダ１８からの位置信号３８を取得し、測定を終了する（ステップＳ１３）。観察画像３６と位置信号３８とを取得する間、トリガ信号数カウント部１１２は、トリガ信号出力部１０４が出力したトリガ数をカウントする。トリガ信号数カウント部１１２においてカウントされたトリガ数は、上述した測定予定フレーム数Ｍに相当する値となる。なお、サンプリング間隔Ｄ_Ｃ［ｎｍ］と走査範囲Ｄ_Ｒ［ｎｍ］とが取得もしくは設定されている場合には、例えばフレームドロップ発生率算出部１１０などにおいて、式（５）に基づいて測定予定フレーム数を算出するようにしてもよい。この場合、トリガ信号数カウント部１１２は不要となる。また、カメラフレーム数カウント部１１４は、カメラ１４が実際に取得した観察画像３６の枚数を、測定したフレーム数Ｎとしてカウントする。

【0098】

次に、フレームドロップ発生率算出部１１０は、トリガ信号数カウント部１１２が取得した「測定予定フレームＭ」及びカメラフレーム数カウント部１１４が取得した「測定したフレーム数Ｎ」に基づいて、フレームドロップ発生率ＦＤＲを算出する（ステップＳ１４）。

【0099】

次に、測定条件設定部１０８は、フレームドロップ発生率ＦＤＲがフレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_１以下（ＦＤＲ≦Ｔｈ_１）であるかを判定する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５で「Ｙｅｓ」の場合には、測定条件設定部１０８は、測定条件の変更が必要でないと判定し、最新（ＦＤＲ≦Ｔｈ_１を満たした際）の視野範囲Ｐ_ｉ及び走査速度Ｖ_ｋを保存し、保存した視野範囲Ｐ_ｉ及び走査速度Ｖ_ｋを、測定モードで適用する測定条件として設定する（ステップＳ１６）。そして、表面形状測定装置１０は事前調整モードを終了する。

【0100】

ステップＳ１５で「Ｎｏ」の場合（ＦＤＲ＞Ｔｈ_１）には、測定条件設定部１０８は、測定条件の変更が必要であると判定し、測定条件を変更する（ステップＳ１７）。すなわち、測定条件設定部１０８は、設定された測定条件では、振動が表面形状測定装置１０の測定精度に影響を与えると間接的に判定する。

【0101】

図７のフローでは、測定条件の変更が必要であると判定された場合、測定条件設定部１０８は、フレームドロップ発生率ＦＤＲがフレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_１よりも小さくなるように、視野範囲Ｐ_ｉ又は走査速度Ｖ_ｋを変更する。

【0102】

図７のフローでは、視野範囲Ｐ_ｉ及び走査速度Ｖ_ｋの双方の測定条件が設定可能であるが、光学ヘッド１２の走査速度Ｖ_ｋよりもカメラ１４の視野範囲Ｐ_ｉを優先して変更する。フレームドロップ発生率ＦＤＲがフレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_１よりも小さくするためには、視野範囲Ｐ_ｉを小さくするか、または走査速度Ｖ_ｋを遅くすることが必要となる。走査型の表面形状測定装置１０では、走査速度Ｖ_ｋの低下（変更）が、測定効率の低下を招くので、視野範囲Ｐ_ｉを優先して変更する。

【0103】

ステップＳ１７では、測定条件設定部１０８は、例えば、以下の式（７）に従って、視野範囲Ｐ_ｉ＋１を計算し、視野範囲Ｐ_ｉを変更する。ステップＳ１７では、測定条件設定部１０８は、視野範囲Ｐ_ｉのみを変更する。

【0104】

【数7】

【0105】

式（７）では、視野範囲Ｐ_ｉを減らす割合が、ステップＳ１４で算出したフレームドロップ発生率ＦＤＲの値によって変化している。フレームドロップ発生率ＦＤＲに応じて視野範囲Ｐ_ｉを減らす割合を変化させることによって、単に視野範囲Ｐ_ｉに０．９５を乗じる場合と比較して、同じ低減ルーチンを複数回繰り返す必要がない。測定条件の設定が効率化できる。式（７）は、「０．９５」の数値を使用したが、他の数値であってもよい。また、以下の式（８）に示すように、視野範囲Ｐ_ｉを減らす割合は、フレームドロップ発生率ＦＤＲの値によって割合を変化させない場合であってもよい。

【0106】

【数8】

【0107】

次に、測定条件設定部１０８は、視野範囲Ｐ_ｉ＋１が最小視野範囲Ｐ_ｍｉｎ以上（Ｐ_ｉ＋１≧Ｐ_ｍｉｎ）であるか判定する（ステップＳ１８）。ステップＳ１８で「Ｙｅｓ」の場合には、測定条件設定部１０８は、パラメータｉを１だけインクリメントする（ステップＳ１９）。次に、処理フローはステップＳ１３に進む。

【0108】

ステップＳ１３では、測定制御部１０２は、測定条件設定部１０８で変更された視野範囲Ｐ_ｉ、及び維持された走査速度Ｖ_ｋに基づいて、光学ヘッドユニットを制御し、測定対象物Ｗの測定を実行する。

【0109】

視野範囲Ｐ_ｉ＋１≧最小視野範囲Ｐ_ｍｉｎを満たす限り、フレームドロップ発生率ＦＤＲ≦フレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_１を満たすまで、処理フローはステップＳ１３、ステップＳ１４、ステップＳ１５、ステップＳ１７及びステップＳ１９を繰り返す。ステップＳ１５において、フレームドロップ発生率ＦＤＲ≦フレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_１を満たした場合（Ｙｅｓの場合）、処理フローはステップＳ１６に進む。測定条件設定部１０８は、最新の視野範囲Ｐ_ｉ及び最新の走査速度Ｖ_ｋを保存し、保存した視野範囲Ｐ_ｉ及び走査速度Ｖ_ｋが、測定モードで適用する測定条件として設定される。

【0110】

次に、ステップＳ１８で「Ｎｏ」の場合には、測定条件設定部１０８は、視野範囲Ｐ_ｉの変更では、フレームドロップ発生率ＦＤＲ≦フレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_１を満たさないと判定し、視野範囲Ｐ_ｉの変更を終了し、走査速度Ｖ_ｋを変更する（ステップＳ２０）。

【0111】

ステップＳ２０では、測定条件設定部１０８は、例えば、以下の式（９）に従って、走査速度Ｖ_ｋ＋１を計算し、走査速度Ｖ_ｋを変更する。ステップＳ２０では、測定条件設定部１０８は、走査速度Ｖ_ｋのみを変更する。

【0112】

【数9】

【0113】

式（９）では、ステップＳ１７と同様に、走査速度Ｖ_ｋを減らす割合がステップＳ１４で算出したフレームドロップ発生率ＦＤＲの値によって変化している。測定条件の設定が効率化できる。走査速度Ｖ_ｋを減らす割合は、フレームドロップ発生率ＦＤＲの値によって割合を変化させない場合であってもよい。

【0114】

次に、測定制御部１０２は、ステップＳ１７で変更された視野範囲Ｐ_ｉ＋１、及びステップＳ２０で変更された走査速度Ｖ_ｋ＋１に基づいて、光学ヘッドユニットを制御し、測定対象物Ｗの測定を実行する（ステップＳ２１）。

【0115】

次に、フレームドロップ発生率算出部１１０は、トリガ信号数カウント部１１２が取得した「測定予定フレームＭ」及びカメラフレーム数カウント部１１４が取得した「測定したフレーム数Ｎ」に基づいて、フレームドロップ発生率ＦＤＲを算出する（ステップＳ２２）。

【0116】

次に、測定条件設定部１０８は、フレームドロップ発生率ＦＤＲがフレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_１以下（ＦＤＲ≦Ｔｈ_１）であるかを判定する（ステップＳ２３）。

【0117】

ステップＳ２３で「Ｎｏ」の場合（ＦＤＲ＞Ｔｈ_１）には、測定条件の変更が必要であると判定し、パラメータｋを１だけインクリメントする（ステップＳ２４）。次に、処理フローはステップＳ１０に進む。フレームドロップ発生率ＦＤＲ≦フレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_１を満たすまで、処理フローはステップＳ２０、ステップＳ２１、ステップＳ２２、ステップＳ２３及びステップＳ２４を繰り返す。

【0118】

ステップＳ２３において、フレームドロップ発生率ＦＤＲ≦フレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_１を満たした場合（Ｙｅｓの場合）、処理フローはステップＳ１６に進み、最新の視野範囲Ｐ_ｉ及び最新の走査速度Ｖ_ｋを保存し、保存した視野範囲Ｐ_ｉ及び走査速度Ｖ_ｋが、測定モードで適用する測定条件として設定される。

【0119】

図６に戻って、ステップＳ３の事前調整モードを終えると、処理フローはステップＳ４に進む。ステップＳ４は、事前調整モードで設定された最新の視野範囲と走査速度とを視野範囲Ｐ_ｍと走査速度Ｖ_ｍとして、位置Ｘ_ｍに関連付けて記憶する。

【0120】

制御部１１６は、パラメータｍを１だけインクリメントする（ステップＳ５）。次に、制御部１１６は、全ての位置の測定を終了したか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６で「Ｎｏ」の場合には、処理フローはステップＳ２に進む。全ての位置の測定を終了するまで、処理フローはステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ４、及びステップＳ５を繰り返す。

【0121】

ステップＳ６で「Ｙｅｓ」の場合には、事前調整モードを終了する。事前調整モードを終了すると、表面形状測定装置１０は、表１で示したような位置Ｘと視野範囲Ｐと走査速度Ｖとを関連付けたマップを作成し、記憶部１００に記憶する。

【0122】

既述したように、表面形状測定装置１０は、最大視野範囲Ｐ_ｍａｘを初期の視野範囲Ｐ_１として設定し、最大走査速度Ｖ_ｍａｘを初期の走査速度Ｖ_１として設定して、事前調整モードを開始する。表面形状測定装置１０は、フレームドロップ発生率ＦＤＲに基づいて、位置Ｘ_ｍ毎に測定モードで使用される視野範囲Ｐ_ｍ及び走査速度Ｖ_ｍを設定するので、測定モードでの測定精度の低下を抑制できる。

【0123】

＜測定モード＞
次に、測定モードについて、図８を参照して説明する。測定モードでは、表面形状測定装置１０は、ステージ２２の位置毎に記憶された測定条件に基づいて測定し、且つフレームドロップ発生率ＦＤＲに基づいて、測定条件の変更が必要であるか否かを判定し、変更が必要であると判定した場合は、測定条件を変更しながら、測定対象物(ワーク)Ｗを再測定（リトライ）する。

【0124】

オペレータは、測定モードで使用される複数のワークＷをステージ２２の所定の位置Ｘに載置し、操作部２１から測定モードを選択する。オペレータの選択結果が制御部１１６に入力され、制御部１１６が測定モードの処理全体を制御する。

【0125】

オペレータの操作により、測定条件設定部１０８は、走査速度Ｖ_ｋのインデックスを示すパラメータｋに対してｋ＝１を設定し、位置Ｘ_ｍのインデックスを示すパラメータｍに対してｍ＝１を設定し、測定モードでのフレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_２を設定する（ステップＳ３１）。測定モードのフレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_２は、事前調整モードのフレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_１と同じであっても、異なっていてもよい。フレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_２がフレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_１より小さい場合、表面形状測定装置１０はリトライのリスクを小さくできる。

【0126】

次に、ステージ駆動部制御部１２６がステージ駆動部２４を制御し、ステージ２２の位置Ｘ_ｍに位置するワークＷ_ｍを、光学ヘッド１２に対向する位置に移動する（ステップＳ３２）。

【0127】

次に、測定制御部１０２は、測定条件設定部１０８により設定された位置Ｘ_ｍに対応する測定条件（視野範囲Ｐ_ｍ、走査速度Ｖ_ｋ，ｍ）を、例えば、記憶部１００に記憶されたマップから読み出す（ステップＳ３３）。視野範囲Ｐ_ｍは位置Ｘ_ｍにおける視野範囲であり、走査速度Ｖ_ｋ，ｍにおける位置Ｘ_ｍにおける走査速度である。ｋは走査速度Ｖ_ｍを繰り返し変更する際のカウンタとなる。

【0128】

次に、測定制御部１０２は、読み出された測定条件（視野範囲Ｐ_ｍ、走査速度Ｖ_ｋ，ｍ）に基づいて、光源部制御部１２０、撮影指令部１２２、駆動部制御部１２４により光学ヘッドユニットを制御する。カメラ１４がワークＷ_ｍの観察画像３６を取得し、制御装置２０がエンコーダ１８からの位置信号３８を取得し、測定を終了する（ステップＳ３４）。観察画像３６と位置信号３８とを取得する間、トリガ信号数カウント部１１２は、トリガ信号出力部１０４が出力したトリガ数をカウントする。また、カメラフレーム数カウント部１１４は、測定したフレーム数Ｎをカウントする。

【0129】

次に、フレームドロップ発生率算出部１１０は、トリガ信号数カウント部１１２が取得した「測定予定フレームＭ」及びカメラフレーム数カウント部１１４が取得した「測定したフレーム数Ｎ」に基づいて、フレームドロップ発生率ＦＤＲを算出する（ステップＳ３５）。

【0130】

次に、測定条件設定部１０８は、フレームドロップ発生率ＦＤＲがフレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_２以下（ＦＤＲ≦Ｔｈ_２）であるかを判定する（ステップＳ３６）。

【0131】

ステップＳ３６で「Ｎｏ」の場合（ＦＤＲ＞Ｔｈ_２）には、測定条件設定部１０８は、再測定のための測定条件の変更が必要であると判定し、測定条件設定部１０８は、測定条件を変更する（ステップＳ３７）。すなわち、測定条件設定部１０８は、設定された測定条件では、振動が表面形状測定装置１０の測定精度に影響を与えると間接的に判定する。

【0132】

測定条件の変更が必要であると判定された場合、測定条件設定部１０８は、フレームドロップ発生率ＦＤＲがフレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_２よりも小さくなるように、光学ヘッド１２の走査速度Ｖ_ｋ、ｍを遅くする。

【0133】

ステップＳ３７では、測定条件設定部１０８は、例えば、式（９）に従って、走査速度Ｖ_ｋ＋１を計算し、走査速度Ｖ_ｋを変更する。

【0134】

次に、測定条件設定部１０８は、パラメータｋを１だけインクリメントする（ステップＳ３８）。次に、処理フローはステップＳ３４に進み、ワークＷ_ｍを再測定する。

【0135】

その後、測定制御部１０２は、フレームドロップ発生率ＦＤＲ≦フレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_２を満たすまで、処理フローはステップＳ３４、ステップＳ３５、ステップＳ３６、ステップＳ３７、及びステップＳ３８を繰り返す。

【0136】

次に、ステップＳ３６で「Ｙｅｓ」の場合には、制御部１１６は、全ワークＷ_ｍの測定を終了したか否かを判定する（ステップＳ３９）。

【0137】

ステップＳ３９で「Ｎｏ」の場合には、制御部１１６は、パラメータｍを１だけインクリメントし、測定条件設定部１０８は、パラメータｋに対してｋ＝１を設定する（ステップＳ４０）。次に、処理フローはステップＳ３４に進む。

【0138】

全ワークＷ_ｍの測定を終了するまで、処理フローはステップＳ３２、ステップＳ３３、ステップＳ３４、ステップＳ３５、ステップＳ３６、ステップＳ３７、ステップＳ３８、ステップＳ３９及びステップＳ４０を繰り返す。

【0139】

次に、ステップＳ３９において「Ｙｅｓ」の場合には、表面形状測定装置１０はワークＷ_ｍの測定を終了する。

【0140】

表面形状測定装置１０は、事前調整モードでステージ位置毎の測定条件を設定しているので、測定モードでは、光学ヘッド１２とステージ２２との相対的な位置関係が変化しても、振動の影響を受けにくく、測定精度の低下を抑制できる。また、表面形状測定装置１０は、フレームドロップ発生率ＦＤＲ＞フレームドロップ発生率閾値Ｔｈ_２となった場合には振動が測定精度に影響があると判定し、位置Ｘ_ｍ毎の初期測定条件の走査速度Ｖ_ｋを変更して、再測定する。測定条件を変更し再測定することにより、振動による影響を排除でき、測定精度の低下を防止することができる。

【0141】

測定モードでは、表面形状測定装置１０が走査速度Ｖを変更する例を示したが、走査速度Ｖに代えて、視野範囲Ｐを変更してもよい。また、表面形状測定装置１０は視野範囲Ｐ及び走査速度Ｖを変更してもよい。

【0142】

また、光学ヘッド１２がマイケルソン型の白色干渉顕微鏡である場合を説明したが、ミラウ型の白色干渉顕微鏡であっても、リニック型の白色干渉顕微鏡であってもよい。また光学ヘッド１２はフォーカスバリエーション型の顕微鏡であってもよい。

【符号の説明】

【0143】

１０…表面形状測定装置、１２…光学ヘッド、１４…カメラ、１６…駆動部、１８…エンコーダ、２０…制御装置、２１…操作部、２２…ステージ、２３…表示部、２４…ステージ駆動部、２５…パレット、２６…光源部、２８…ビームスプリッタ、３０…干渉対物レンズ、３０Ａ…対物レンズ、３０Ｂ…ビームスプリッタ、３０Ｃ…参照面、３２…結像レンズ、３６…観察画像、３８…位置信号、１００…記憶部、１０２…測定制御部、１０４…トリガ信号出力部、１０６…三次元形状演算部、１０８…測定条件設定部、１１０…フレームドロップ発生率算出部、１１２…トリガ信号数カウント部、１１４…カメラフレーム数カウント部、１１６…制御部、１２０…光源部制御部、１２２…撮影指令部、１２４…駆動部制御部、１２６…ステージ駆動部制御部、Ｌ１…測定光、Ｌ２…参照光、Ｌ３…合波光、Ｗ…測定対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】