位移测量方法以及位移测量装置.pdf

本发明提供一种作为位移测量装置的共焦点测量装置(100)。该共焦点测量装置(100)具有：白色LED(21)，出射多个波长的光；头部(10)，以衍射透镜(2)、物镜(3)、开口作为共焦点光学系统而构成；移动机构(40)，使头部(10)沿着共焦点测量装置(100)的测量轴(Z轴)方向移动；测量部(控制器部(20))。共焦点测量装置(100)使头部(10)与测量对象物(200)之间的距离变化，来取得通过开口的光的光谱的极大点。共焦点测量装置(100)将该极大点成为分光反射特性的极大点或者极小点时的距离，设定为当测量位移时的头部(10)与测量对象物之间的基准距离。

1.  一种位移测量方法，
使具有扩散的光谱的光从点状光源出射，
使所述光产生轴向色差，并且利用光学元件使产生该轴向色差的光会聚于测量对象物上，
在利用所述光学元件会聚的光中，使聚焦于所述测量对象物上的光通过开口，
求出通过所述开口的光的光谱，
基于所述光谱的峰波长，求出所述光学元件与所述测量对象物之间的距离，
该位移测量方法的特征在于，包括：
求出所述测量对象物的分光反射特性的步骤，
使用求出的所述分光反射特性，来求出所述距离，以减轻该分光反射特性给距离测量带来的误差。

2.  如权利要求1所述的位移测量方法，其特征在于，
求出所述测量对象物的分光反射特性的步骤包括：
使所述光学元件与所述测量对象物之间的距离变化，针对各距离分别取得通过所述开口的光的光谱的极大点的步骤。

3.  如权利要求1所述的位移测量方法，其特征在于，还包括：
检测当通过所述开口的光的光谱的极大点成为所述分光反射特性中的极大点或者极小点时的所述光学元件与所述测量对象物之间的距离的步骤，
将检测出的所述距离设定为在测量所述位移时的所述光学元件与所述测量对象物之间的基准距离的步骤。

4.  如权利要求3所述的位移测量方法，其特征在于，
在进行所述检测的步骤中，在检测出多个所述分光反射特性的极值点的情况下，在进行所述设定的步骤中，在检测出的多个所述极值点中，将距离测量范围的中心最近的极大点所对应的距离设定为所述基准距离，所述测量范围是所述光学元件与所述测量对象物之间的距离变化的范围。

5.  如权利要求3所述的位移测量方法，其特征在于，
在进行所述检测的步骤中，在检测出多个所述分光反射特性的极值点的情况下，在进行所述设定的步骤中，在检测出的多个所述极值点中，将取得距离测量范围的中心最近的极值点的距离设定为所述基准距离，所述测量范围是所述光学元件与所述测量对象物之间的距离变化的范围。

6.  如权利要求5所述的位移测量方法，其特征在于，
在进行所述检测的步骤中，在检测出多个所述分光反射特性的极值点的情况下，在进行所述设定的步骤中，在检测出的多个所述极值点中，将距离测量范围的中心最近的极大点所对应的距离设定为所述基准距离，所述测量范围是所述光学元件与所述测量对象物之间的距离的变化的范围。

7.  如权利要求3所述的位移测量方法，其特征在于，还包括：
一边改变所述光学元件使所述光会聚的所述测量对象物上的位置，一边检测第一距离与所述基准距离的差异的步骤，所述第一距离是所述光学元件与所述测量对象物之间的距离。

8.  一种位移测量装置，其特征在于，具有：
点状光源，出射具有扩散的光谱的光，
光学元件，使所述光产生轴向色差，使产生该轴向色差的光会聚于测量对象物上，
开口，在由所述光学元件会聚的光中，使聚焦于所述测量对象物上的光通过，
测量部，求出通过所述开口的光的光谱，基于所述光谱的峰波长，来求出所述光学元件与所述测量对象物之间的距离；
所述测量部，求出所述测量对象物的分光反射特性，使用求出的所述分光反射特性来求出所述距离，以减轻该分光反射特性给距离测量带来的误差。

9.  如权利要求8所述的位移测量装置，其特征在于，
所述测量部，使所述光学元件与所述测量对象物之间的距离变化，并针对各距离分别取得通过所述开口的光的光谱的极大点。

10.  如权利要求8所述的位移测量装置，其特征在于，
所述测量部，检测当通过所述开口的光的光谱的极大点成为所述分光反射特性的极大点或者极小点时的所述光学元件与所述测量对象物之间的 距离，并将检测出的所述距离设定为在测量所述位移时的所述光学元件与所述测量对象物之间的基准距离。

位移测量方法以及位移测量装置
技术领域
本发明涉及一种位移测量方法以及用于执行该测量方法的位移测量装置，该位移测量方法用于利用共焦光学系统来测量测量对象物的位移。
背景技术
根据现有技术，已经提出了用于测量测量对象物的位移的各种测量方法以及测量装置。例如JP特开2012-208102号公报(专利文献1)披露了，利用共焦光学系统来测量测量对象物的位移的共焦测量装置。该共焦测量装置具有：白色LED、使从白色LED出射的光沿着光轴方向产生色差的衍射透镜、物镜、针孔、测量通过针孔的光的波长的波长测量部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2012-208102号公报
发明内容
发明要解决的问题
在JP特开2012-208102号公报中披露的共焦测量装置基于来自测量对象物的反射光强度最大的波长，来测量位移。在测量对象物的反射率的波长相关性较小的情况下，能够准确地测量位移。但是，若测量对象物的反射率的波长相关性较大，则难以准确地测量位移。
本发明的目的在于，提供一种位移测量方法以及用于执行该测量方法的位移测量装置，该位移测量方法能够降低测量对象物的反射率的波长相关性对测量的影响。
用于解决问题的手段
在一个实施方式中，本发明提供一种位移测量方法，使具有扩散的光谱的光从点状光源出射，使光产生轴向色差，并且利用光学元件使产生该轴向色差的光会聚于测量对象物上，在利用光学元件会聚的光中，使聚焦 于测量对象物上的光通过开口，求出通过开口的光的光谱，基于光谱的峰波长，求出光学元件与测量对象物之间的距离，该位移测量方法包括：求出测量对象物的分光反射特性的步骤，使用求出的分光反射特性，来求出距离，以减轻该分光反射特性给距离测量带来的误差。
优选地，求出测量对象物的分光反射特性的步骤包括：使光学元件与测量对象物之间的距离变化，针对各距离分别取得通过开口的光的光谱的极大点的步骤。
优选地，位移测量方法还包括：检测当通过开口的光的光谱的极大点成为分光反射特性中的极大点或者极小点时的光学元件与测量对象物之间的距离的步骤；将检测出的距离设定为在测量位移时的光学元件与测量对象物之间的基准距离的步骤。
优选地，在进行检测的步骤中，在检测出多个分光反射特性的极值点的情况下，在进行设定的步骤中，在检测出的多个极值点中，将距离测量范围的中心最近的极大点所对应的距离设定为基准距离，测量范围是光学元件与测量对象物之间的距离变化的范围。
优选地，在进行检测的步骤中，在检测出多个分光反射特性的极值点的情况下，在进行设定的步骤中，在检测出的多个极值点中，将取得距离测量范围的中心最近的极值点的距离设定为基准距离，测量范围是光学元件与测量对象物之间的距离变化的范围。
优选地，位移测量方法还包括：一边改变光学元件使光会聚的测量对象物上的位置，一边检测第一距离与基准距离的差异的步骤，第一距离是光学元件与测量对象物之间的距离。
在其他实施方式中，本发明是一种位移测量装置，具有：点状光源，出射具有扩散的光谱的光；光学元件，使光产生轴向色差，使产生该轴向色差的光会聚于测量对象物上；开口，在由光学元件会聚的光中，使聚焦于测量对象物上的光通过；测量部，求出通过开口的光的光谱，基于光谱的峰波长，来求出光学元件与测量对象物之间的距离；测量部，求出测量对象物的分光反射特性，使用求出的分光反射特性来求出距离，以减轻该分光反射特性给距离测量带来的误差。
优选地，测量部使光学元件与测量对象物之间的距离变化，并针对各 距离分别取得通过开口的光的光谱的极大点。
优选地，测量部，检测当通过开口的光的光谱的极大点成为分光反射特性的极大点或者极小点时的光学元件与测量对象物之间的距离，并将检测出的距离设定为在测量位移时的光学元件与测量对象物之间的基准距离。
发明的效果
若采用本发明，则可以减小来自测量对象物的反射率的波长相关性的对测量的影响。因此，若采用本发明，则即使在测量对象物的反射率的波长相关性较大的情况下，也可以高精度地测量测量对象物的位移。
附图说明
图1是示出作为本发明的实施方式的位移测量装置的共焦测量装置的结构的示意图。
图2是用于说明关于与测量对象物200的透明薄膜的相对位置的测量的第一个例子的图。
图3是示出头部(传感器头)的位置与光谱测量部的受光波形之间的关系的波形图。
图4是示出在产生图3所示的受光波形的情况下，头部10(传感器头)的位置与测量值之间的关系的图表。
图5是示出头部10(传感器头)的位置与测量值的误差之间的关系的图表。
图6是示出受光量(根据图4所示的受光波形得到的受光强度的峰值)与测量值误差的关系的图。
图7是用于说明产生测量值误差的原因的图。
图8是用于说明关于与测量对象物200的相对位置的测量的第二个例子的图。
图9是示出当利用图8所示的结构来测量测量对象物的位移时的测量结果的图。
图10是用于说明关于与测量对象物200的透明薄膜的相对位置的测量的第三个例子的图。
图11是用于说明关于与测量对象物200的透明薄膜的相对位置的测量的第四个例子的图。
图12是用于说明采用本发明的第一实施方式的位移测量的原理的图。
图13是用于说明本发明的第一实施方式的共焦测量装置的位移测量方法的流程图。
图14是用于说明本发明的第二实施方式的共焦测量装置的位移测量方法的流程图。
图15是用于说明在分光反射特性中有多个极大点或者极小点的情况下，选择极大点的理由的图。
图16是示出采用本发明的第二实施方式的测量方法的测量结果的图。
图17是示出本发明的实施方式的共焦测量装置的其他结构例子的图。
具体实施方式
以下，针对本发明的实施方式，参照附图详细进行说明。此外，在以下的说明中，在相同的部件上标记上相同的附图标记，对它们不再重复进行详细说明。
图1是示出作为本发明的实施方式的位移测量装置的共焦测量装置的结构的示意图。图1所示的共焦测量装置100是利用共焦光学系统来测量测量对象物200的位移的位移测量装置。
共焦测量装置100具有：头部10、光纤11、控制器部20、监视器部30、移动机构40。头部10具有共焦的光学系统。头部10与控制器部20通过光纤11光学连接。监视器部30显示从控制器部20输出的信号。
头部10具有：衍射透镜1、物镜2、聚光透镜3。衍射透镜1的焦距，比从衍射透镜1到物镜2的距离与物镜2的焦距之差大。
衍射透镜1是使从光源(例如，白色光源)出射的光沿着光轴的方向产生轴向色差的光学元件，该光源出射后述的多个波长的光。光轴A表示衍射透镜1的光轴。此外，衍射透镜1的光轴A与从光纤11出射的光的光轴以及物镜2的光轴相一致。进一步，衍射透镜1的光轴A的方向与共焦测量装置100的测量轴的方向(Z方向)相一致。
在衍射透镜1的一个表面上，周期性地形成例如全息图形状或者二进制形状(台阶形状、阶梯形状)等微小的起伏形状，或者，在衍射透镜1的一个表面上，形成周期性地改变光的透过率的振幅型波带片(zone plate)。此外，衍射透镜1的结构并不限定于上述记载的结构。
例如，衍射透镜1也可以具有如下的结构：在玻璃或者树脂等单一材料的基板上，形成沿着光轴方向产生色差的图案。取而代之，衍射透镜1也可以由例如玻璃基板层以及树脂层构成。树脂层能够通过在玻璃基板上涂敷紫外线固化树脂，将期望的图案的模具按压于涂敷有紫外线固化树脂的玻璃基板的表面，照射紫外线以使紫外线固化树脂固化来形成。若采用该方法，则制造成本变得低廉。进一步地，由于因环境温度导致的形状变化很小的玻璃基板占据了结构的大部分，所以还具有温度特性良好的优点。此外，作为产生轴向色差的光学元件，并不仅限于衍射透镜1，例如也可以是多枚透镜组合而成的。
物镜2将利用衍射透镜1产生色差的光会聚于测量对象物200的光学元件。另外，物镜2将来自测量对象物200的反射光校正为平行光。校正后的光入射到衍射透镜1。此外，在图1所示的结构中，物镜2配置于衍射透镜1的靠测量对象物200侧。但是，物镜2与衍射透镜1的配置关系并不仅限定为这样。
以下，针对使用白色光源作为出射多个波长的光的光源的情况进行说明。将从白色光源出射的光经由光纤11引导至头部10。要通过衍射透镜1有效地利用从光纤11出射的光，就必需要使光纤11的数值孔径(NA：numerical aperture，数值孔径)与衍射透镜1的数值孔径相一致。因此，在光纤11与衍射透镜1之间设有聚光透镜3，来将光纤11的数值孔径与衍射透镜1的数值孔径调整为一致。
光纤11是从头部10到控制器部20的光路，并且也实现作为开口的功能。即，在物镜2会聚的光中，在测量对象物200上聚焦的光，会在光纤11的开口部聚焦。因此，光纤11实现如下的作为开口的功能：遮挡未在测量对象物200上聚焦的波长的光，而使在测量对象物200上聚焦的光通过。通过使用光纤11作为从头部10到控制器部20的光路，从而不需要针孔。
共焦测量装置100也可以具有，不使用光纤11作为从头部10到控制器 部20的光路的结构。但是，通过使用光纤11作为该光路，能够使头部10相对于控制器部20灵活地移动。另外，在不使用光纤11作为从头部10到控制器部20的光路的结构的情况下，在共焦测量装置100中必须要配备针孔。但是，通过使用光纤11，共焦测量装置100不需要配备针孔。
作为测量部的控制器部20具有：作为白色光源的白色LED(Light Emitting Diode，发光二极管)21、分叉光纤22、分光器23、摄像元件24、控制电路部25。使用白色LED21作为出射具有扩散的光谱的白色光的点状光源。但是在可见光的整体波长区域中，只要能够出射具有扩散的光谱的白色光的点状光源即可，也可以是其他光源。
分叉光纤22在与光纤11连接的一侧具有一条光纤22a，并且在其相反的一侧具有两条光纤22b、22c。光纤22b与白色LED21光学连接，光纤22c与分光器23光学连接。因此，分叉光纤22能够将从白色LED21出射的光引导至光纤11，并且能够经由光纤11将从头部10返回的光引导至分光器23。
分光器23具有：反射从头部10返回的光的凹面镜23a、在凹面镜23a上反射的光所入射的衍射光栅23b、会聚从衍射光栅23b出射的光的聚光透镜23c。分光器23只要根据波长来改变从头部10返回的光在摄像元件24上的聚焦位置即可，可以是柴尔尼-特纳型、利特罗型等任一种结构。
摄像元件24测量从分光器23出射的光的强度。摄像元件24是例如线阵CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)或者线阵CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)。在共焦测量装置100中，构成有光谱测量部，该光谱测量部利用分光器23以及摄像元件24来测量各个波长的从头部10返回的光的强度，即，该光谱测量部求出从头部10返回的光的光谱，并根据强度的峰值等来确定聚焦的光的波长。通过预先求得聚焦的光的波长与测量对象物200的位移的关系，能够测量测量对象物200的位移。测量部只要能够测量各个波长的从头部10返回的光的强度即可，也可以由CCD等摄像元件24单独地构成。另外，摄像元件24也可以是二维CMOS或者二维CCD。
控制电路部25是控制白色LED21、摄像元件24或者移动机构40等的动作的电路。
监视器部30显示摄像元件24输出的信号。例如，监视器部30描绘从头部10返回的光的光谱波形，并显示出测量对象物的位移，例如是123.45μm。
移动机构40通过控制电路部25的控制，使头部10向沿着共焦测量装置100的测量轴的方向(Z方向)移动，并决定头部10的位置(定位)。利用移动机构40，能够改变头部10与测量对象物200之间的距离。
控制电路部25利用移动机构40来改变头部10与测量对象物200之间的距离，同时，从光谱测量部取得表示光谱测量部的受光量的信号。此处“受光量”是指，根据利用光谱测量部取得的受光波形得到的受光强度的峰值。控制电路部25将头部10定位的位置，是与表示受光量变化的波形的极值点相对应的位置，所述受光量变化是相对于头部10与测量对象物200之间距离的受光量变化。以此，时头部10与测量对象物200之间的距离，是测量测量对象物200的位移时的头部10与测量对象物200之间的基准距离。
“受光量的极值点”是指，相当于受光量的波形中的极大点或者极小点。例如，能够将相对于距离的受光量的变化量在一定大小(规定大小)以下的部分，定义为极大点或者极小点。“极大点”是指，例如相对于距离的受光量的变化量从正值逐渐减少到某个值(在理想情况下是0)以下的部分。“极小点”是指，例如相对于距离的受光量的变化量从负值逐渐増加(变化量的绝对值减少)到某个值(在理想情况下是0)的部分。
作为本发明的实施方式的位移测量装置的共焦测量装置100根据来自测量对象物200的反射光的受光强度最大的波长来测量位移。在测量对象物的反射率的波长相关性较小的情况下，能够准确地测量距离。但是，在测量例如形成有干涉膜的基板的情况下，反射率根据波长而发生很大变化。因此，产生难以准确地测量位移问题。
在本发明的实施方式中，在测量位移之前，先通过移动机构40改变头部10与测量对象物200之间的距离，取得测量部的受光量的波形。将头部10定位于与其受光量的极大点或者极小点相对应的位置。通过这样，即使在测量对象物200的反射率的波长相关性较大的情况下，也能够高精度地测量测量对象物的位移量。
针对这一点，首先，说明在测量反射率因波长而发生很大变化的测量对象物的位移的情况下，可能发生的问题点。然后，说明本发明的实施方式的共焦测量装置100能够解决如这样的问题。
(第一个测量例子以及其问题)
图2是用于说明关于与测量对象物200的透明薄膜的相对位置的测量的第一个例子的图。与测量对象物200的透明薄膜的相对位置的测量，与位移的测量相对应。参照图2，测量对象物200由基板200a以及形成于基板200a的表面的透明薄膜200b组成。当测量开始时，将测量对象物200与头部10(传感器头)之间的距离设定为规定的距离。此时的从头部10的位置到测量对象物200的距离是基准距离。在该实施方式中，能够以基准距离作为测量中心距离，使头部10向+Z方向以及-Z方向移动。头部10的移动范围是共焦测量装置100的“测量范围”。
在从头部10向测量对象物200投光的情况下，不仅在透明薄膜200b的表面(透明薄膜200b与空气之间的界面)产生反射光，而且在透明薄膜200b与基板200a之间的界面也产生反射光。在这些反射光之间发生干涉。
在该实施方式中，头部10向测量对象物200照射白色光。已知，干涉光的强度不仅因透明薄膜的厚度而变化，而且也因光的波长而变化(例如参照JP特开2002-819196号公报)。因此，如图2所示，当向形成有透明薄膜的基板照射白色光，取得其反射光的受光波形时，会得到受光强度因波长而变化的光谱(例如参照JP特开2002-819196号公报的图7)。
图3是示出头部(传感器头)的位置与光谱测量部的受光波形之间的关系的波形图。参照图3，受光强度的峰的高度因干涉的影响而变化。在图3中，利用不同种类的线来表示多个受光波形。
图4是示出在产生图3所示的受光波形的情况下的，头部10(传感器头)的位置与测量值之间的关系的图表。图4所示的图表是根据受光波形的峰位置(参照图3)来求出测量值的结果，在横轴上示出头部10的位置，在纵轴上示出测量值。测量值相对于传感器头位置的关系原本是直线的关系(传感器头位置＝测量值)。但是，如图4所示，测量值因干涉的影响而相对于传感器头位置的关系表示为相对于直线而稍有波动的线。
图5是示出头部10(传感器头)的位置与测量值的误差之间的关系的图 表。“测量值的误差”相当于，测量值相对于传感器头位置的原本的关系(直线)与实际的关系(具有波动的线)之间的偏差。测量值的误差原本与头部10(传感器头)的位置无关，而固定是0。但是，如图5所示，却因传感器头位置变化而发生了在正方向和负方向交替振荡的误差。这样的误差是因干涉的影响而引起的。
图6是示出受光量(根据图4所示的受光波形得出的受光强度的峰值)与测量值误差的关系的图。参照图6，在受光量的极值点，即，在受光量的波形的极大点或者极小点的部分，测量值误差大致变为0。此外，测量值误差是0的情况是指测量值与真值相等的情况。
图7是用于说明产生测量值误差的原因的图。参照图7，通过分光反射特性与共焦波形之积而得到受光波形。“分光反射特性”可以表示为在光谱测量部上的反射光的受光量的波长相关性。在没有透明薄膜的情况下，分光反射特性相对于波长而只表示出平缓变化。因此，在图7中没有示出在没有透明薄膜的情况下的分光反射特性。
在没有透明薄膜的情况下，在共焦波形与受光波形中，受光强度出现峰的波长相同。因此测量误差是0。另一方面，在表面形成有透明薄膜的基板的情况下，由于发生干涉，所以相对于波长的反射光的受光量发生很大变化。在出现共焦波形的峰的工件高度(波长)上，分光反射特性存在变化(倾斜)的情况下，分光反射特性与共焦波形之积的结果是，因受光波形与共焦波形，使得受光强度出现峰的波长可能发生偏差。该偏差相当于测量值误差。
(第二个测量例子以及其问题)
图8是用于说明关于测量对象物200的相对位置的测量的第二个例子的图。图9是示出利用图8所示的结构来测量测量对象物的位移时的测量结果的图。
参照图8以及图9，在测量对象物200中，在基板200a的表面的一部分形成透明薄膜200b。即，测量对象物200的表面混合有：具有透明薄膜200b的部分、没有透明薄膜200b的部分。
例如，为了检查基板的翘曲或者起伏，在测量对象物200的表面内(例如沿着X方向)进行高度测量。在这种情况下，如图9所示，在具有透明薄 膜200b的部分中，因干涉的影响而导致测量出大于或等于透明薄膜200b的厚度的高度差。进一步，高度差的测量值因头部10的高度位置而变化。即，存在高度差的测量值因所使用的波长而变化的问题。
(第三个测量例子以及其问题)
图10是用于说明关于与测量对象物200的透明薄膜的相对位置的测量的第三个例子的图。参照图10，玻璃基板201与掩模202配置为，使得玻璃基板201与掩模202之间的间隙为特定距离。在玻璃基板201的表面上形成有透明薄膜201b。在该结构中，检查玻璃基板201与掩模202之间的间隙是否在包含上述特定距离的规格的范围内。
图11是用于说明关于与测量对象物200的透明薄膜的相对位置的测量的第四个例子的图。参照图11，基板200a是例如玻璃等透明基板。在该例子中，测量基板200a(透明基板)的厚度。
如图10所示，在测量具有透明薄膜的表面与没有透明薄膜的表面之间的间隙的情况下，因干涉的影响，导致可能产生其间隙的测量值偏离实际值的问题。在图11所示的例子中也是同样，在进行透明基板的厚度测量的情况下，因干涉的影响，导致可能产生透明基板的厚度的测量值偏离实际值的问题。进一步地，可能产生图10所示的间隙的测量值或者图11所示的透明基板的厚度的测量值因头部10的Z方向的位置而不同的问题。
在本发明的实施方式中，选择不容易受干涉的影响的波长，通过测量位移来解决上述的问题。以下，针对各实施方式详细地进行说明。
[第一实施方式]
再次参照图1，在第一实施方式中，利用移动机构40来使头部10在Z方向上移动，并且利用光谱测量部接受反射光。控制电路部25从光谱测量部接收表示受光量的信号。该信号表示分光反射特性(干涉波形)。
控制电路部25控制移动机构40来将头部10与测量对象物200之间的距离调整为，与分光反射特性(干涉波形)中的受光量的极大点或者极小点相对应的距离。通过如上述地那样改变头部10的位置，来调整头部10与测量对象物200之间的距离。
图12是用于说明根据本发明的第一实施方式的位移测量的原理的图。参照图12，在分光反射特性的极值点(极大点或者极小点的部分)，对工件 高度(波长)的受光量的变化很小，能够当作是大致恒定的。受光波形是通过分光反射特性与共焦波形之积得到的。因此，能够使在受光波形与共焦波形中受光强度出现峰的波长一致。
通过这样，若采用第一实施方式，则能够准确地测量从头部10到透明薄膜200b的距离。因此，能够准确地测量形成有透明薄膜的基板的翘曲或者起伏、基板与掩模之间的间隙、透明基板的厚度等。
图13是用于说明本发明的第一实施方式的共焦测量装置的位移测量方法的流程图。该流程图所示的处理主要利用控制电路部25来执行。参照图13，在步骤S1中，控制电路部25利用移动机构40使头部10移动，从光谱测量部取得表示光谱测量部的受光量的信号(即表示分光反射特性的信号)。
在步骤S2中，控制电路部25基于利用光谱测量部接收的信号，检测在测量范围内的受光量的极大点或者极小点。
在步骤S3中，控制电路部25判断检测到的受光量的极大点或者极小点的数量是否是多个。在测量范围内，受光量的极大点或者极小点的数量是1个的情况下，在步骤S4中，将与该极大点或者极小点相对应的位置决定为测量开始时的头部10的位置。此时的头部10与测量对象物200之间的距离，测量开始时的距离，即测量中心距离(相当于本发明中的“基准距离”)。
另一方面，在测量范围内，受光量的极大点或者极小点的数量是多个的情况下，在步骤S5中，控制电路部25将与距离测量范围的中心最近的极大点或者极小点相对应的位置决定为测量开始时的头部10的位置。通过这样来决定测量中心距离。
在步骤S4或者步骤S5的处理中，控制电路部25控制移动机构40来定位头部10，以使得头部10与测量对象物200之间的距离变为测量中心距离。接着步骤S4或者步骤S5的处理，在步骤S6中测量位移。例如，执行上述第一～第三个测量例子中的任一者。此外，在第三个测量例子的情况下，沿着X方向扫描测量对象物200，一边改变头部10使光会聚到的测量对象物200的位置变化，一边检测头部10与测量对象物20之间的距离与上述“基准距离”之间的差异。
若采用第一实施方式，则在测量位移之前，向测量轴方向移动头部10。基于测量部的受光量，将头部10定位于分光反射特性的波形出现极大点或者极小点(即受光量的极大点或者极小点)的位置。通过这样，由于可以避免分光反射特性对位移测量的影响，所以能够准确地测量。因此，能够准确地测量例如与测量对象物200的透明薄膜的相对位置。
进一步地，若采用第一实施方式，则在测量范围中有多个受光量的极大点或者极小点的情况下，将头部10定位于与距离测量中心最近的受光量的极大点或者极小点相对应的位置。通过这样，由于可以使用白色光源的发光强度较高的波长进行测量，所以可以提高来自光谱测量部的受光信号的S/N比。因此，能够更加准确地测量。
[第二实施方式]
图14是用于说明本发明的第二实施方式的共焦测量装置的位移测量方法的流程图。参照图13以及图14，第二实施方式的位移测量方法在取代步骤S5而执行步骤S5A的处理这一点上，与第一实施方式的位移测量方法不同。在步骤S5A中，控制电路部25将与距离测量范围的中心最近的极大点相对应的位置决定为测量开始时的头部10的位置，并将头部10定位于该位置。
图15是用于说明在分光反射特性中有极大点或者极小点的情况下选择极大点的理由的图。参照图15，将表示受光强度的峰位置的波长的分光反射特性的受光量设为a，将从与受光量a相对应的波长稍微向短波长侧偏移的波长的分光反射特性的受光量设为b，将从与受光量a相对应的波长稍微向长波长侧偏移的波长的分光反射特性的受光量设为c。
在想要将头部10的位置调整至相当于分光反射特性的极大点的位置的情况下，当头部10的位置偏离与极大点相对应的位置时，会产生测量值误差。但是，对应于从极大点的位置偏差的分光反射特性的变化率很小。换言之，受光量的变化的比率(|b-a|/a或者|c-a|/a)很小。因此，可以减小测量误差。
另一方面，想要将头部10的位置调整至相当于分光反射特性的极小点的位置的情况下，当头部10的位置偏离极小点的位置偏差时，会产生误差。在这种情况下，分光反射特性的波形的变化率很急剧。即受光量的变 化的比率(|b-a|/a或者|c-a|/a)比在分光反射特性的极大点附近的受光量的变化的比率大。因此，测量误差容易变大。
若采用第二实施方式，则控制电路部25将头部10定位在与距离测量范围的中心最近的极大点相对应的位置。因此，更可以减小测量误差。
接下来，根据上述的实施方式，针对测量位移的结果进行说明。在本实施例中，测量透明基板的起伏情况。
(1)条件
头部10的测量中心距离是20mm，测量范围是±1mm。使用在表面的一部分形成有透明薄膜的玻璃基板作为测量对象物200。
(2)头部的高度调整值的计算
使头部10移动至测量对象物200的透明薄膜部分，使头部10在Z方向上从21mm(相对于测量中心距离移动-1mm)移动到19mm(相对于测量中心距离移动+1mm移动)，并绘制移动中的测量值和受光量的峰。测量的节距是25μm。
图16是示出根据本发明的第二实施方式的测量方法的测量结果的图。参照图16，当求出距离测量中心最近的极大点部分时，测量值是0.125mm。
(3)头部的高度调整
通过控制电路部25控制移动机构40来使头部10移动，以使得共焦测量装置100的测量值为0.125mm。
(4)测量
测量测量对象物200(基板)的起伏。可以确认能够不受透明薄膜(干涉膜)的影响而进行准确的测量。
此外，在第一实施方式中，对头部10的位置求出分光反射特性的极值点。但是，如图16所示，也可以对测量值求出极值点。虽然此时测量值包含微小的误差，但仍然求出受光量为极值点的测量值，为了得到该极值点的测量值，一边确认测量值一边调整头部10的位置，从而使得头部10的位置与分光反射特性的极值点准确匹配。
另外，在上述的各实施方式中移动头部10。但是，如图17所示，移动机构40也可以使放置有测量对象物200的载物台250在Z方向上移动。或 者，移动机构40也可以能够同时或者交替地移动头部10以及载物台250这两者。即，移动机构40只要使头部10与测量对象物200之间的测量轴方向的距离发生变化即可。
另外，在上述的各实施方式中，虽然控制移动机构40的控制电路部配置于控制器部20的内部，但是并不一定限定于此。也可以是将控制移动机构40的控制电路部设置于共焦测量装置100的外部的结构。
另外，求出测量对象物的分光反射特性的具体的方法以及结构并不限定于上述的内容。例如，也可以另外设有如JP特开2002-81916号公报(例如图6)所披露的光学系统，并通过该光学系统来求出分光反射特性。
另外，使用求出的分光反射特性，来求出头部10与测量对象物200之间的距离，以减轻该分光反射特性导致的距离的测量的误差，其具体方法并不仅限定于上述的内容。例如，也可以事先记录下测量对象物的分光反射特性，并使用它来换算求出在测量对象物的分光反射特性是平坦的情况下应该得到的通过开口的光谱，并基于其峰波长，求出头部10与测量对象物200之间的距离。
本发明披露的实施方式的所有方面都应该理解为例示，而不是限制性的内容。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求的范围来表示的，并且想要包括与权利要求的范围等同的意思以及范围内的所有变更。
附图标记的说明
1 衍射透镜，2 物镜，3、23c 聚光透镜，10 头部，11、22a～22c 光纤，20 控制器部，21 白色LED，22 分叉光纤，23 分光器，23a 凹面镜，23b 衍射光栅，24 摄像元件，25 控制电路部，30 监视器部，40 移动机构，100 共焦测量装置，200 测量对象物，200a 基板，200b、201b 透明薄膜，201 玻璃基板，202 掩模，A 光轴。