JP2011085399A - オフセット量校正方法および表面性状測定機 - Google Patents

Abstract

【課題】接触式検出器と画像プローブとのオフセット量を正確に求めることができるオフセット量校正方法およびこれを用いた表面性状測定機を提供。
【解決手段】表面性状測定機において接触式検出器と画像プローブとのオフセット量を求めるオフセット量校正方法。段差を有する格子パターンを表面に形成した校正用治具をステージ上にセットする工程と、接触式検出器によって校正用治具の格子パターンを測定し、格子パターンの基準位置を求める工程と、画像プローブによって校正用治具の格子パターンを撮像し、格子パターンの基準位置を求める工程と、各工程によって求められた基準位置の差からオフセット量を求める工程とを備える。
【選択図】図８

Description

本発明は、スタイラスを有する接触式検出器と画像プローブとを備えた表面性状測定機、および、接触式検出器と画像プローブとのオフセット量を求めることができるオフセット量校正方法に関する。

被測定物の表面にスタイラスを接触させた状態において、スタイラスを被測定物の表面に沿って移動させ、このとき、被測定物の表面形状や表面粗さによって生じるスタイラスの変位を検出し、このスタイラスの変位から被測定物の表面形状や表面粗さ等の表面性状を測定する表面性状測定機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

従来、表面性状測定機において、被測定物の表面形状や表面粗さ等を測定する場合、測定者は、目視で、スタイラスの先端と被測定物の測定箇所の相対位置を調整しながら、スタイラスの先端を被測定物の測定開始位置にセットし、この後、スタイラスを被測定物の表面に沿って相対移動させる。すると、被測定物の表面形状や表面粗さ等によってスタイラスが上下に変位するから、そのスタイラスの上下変位から被測定物の表面形状や表面粗さ等の表面性状が測定される。

特開平５−８７５６２号公報

近年、被測定物の微細化、細線化の流れのなかで、被測定物や測定箇所が微細化している今日、上述したスタイラスのセッティング作業は、非常に困難で、かつ、時間が掛かることから、測定者への負担も大きい。
また、被測定物によっては、スタイラスと被測定物とが干渉（衝突）し、スタイラスや被測定物の破損を招く場合も想定される。

そこで、本出願人は、被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する接触式検出器のほかに、被測定物の表面画像を撮像する画像プローブを設けた表面性状測定機の開発に取り組んでいる。
これは、最初に、画像プローブによって被測定物の画像を取り込み、この取り込んだ被測定物の画像から測定開始位置を指定すると、接触式検出器のスタイラスが被測定物の測定開始位置に接するように、相対移動機構の移動軌跡が算出、記憶される。測定が指令されると、記憶された移動軌跡に従って相対移動機構が動作され、接触式検出器のスタイラスが被測定物の測定開始位置に自動的に接触される。
従って、接触式検出器のスタイラスを被測定物の測定開始位置に自動的にセッティングできるから、つまり、従来のように、測定者が、目視でスタイラスの先端と被測定物の測定開始位置の相対位置を調整しながら、スタイラスの先端を被測定物の測定開始位置にセッティングしなくてもよいから、測定者への負担を軽減できるとともに、スタイラスと被測定物との干渉を防止できる。

ところが、スタイラスを有する接触式検出器と画像プローブとは、物理的・構造的な理由から、同一システム上においてオフセットして配置される。
そのため、画像プローブから接触式検出器への切換時、あるいは、接触式検出器から画像プローブへの切換時に、接触式検出器と画像プローブとのオフセット量を補正した制御を行わなければならないため、接触式検出器と画像プローブとのオフセット量を正確に把握しておくことが、高精度測定を実現するうえで重要となる。

本発明の目的は、接触式検出器と画像プローブとを備えた表面性状測定機において、接触式検出器と画像プローブとのオフセット量を正確に求めることができるオフセット量校正方法およびこれを用いた表面性状測定機を提供することにある。

本発明のオフセット量校正方法は、被測定物を載置するステージと、前記被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する接触式検出器と、前記被測定物の表面画像を撮像する画像プローブと、前記接触式検出器および前記画像プローブと前記ステージとを相対移動させる相対移動機構と、前記相対移動機構の駆動を制御するとともに、前記接触式検出器から得られる測定データおよび前記画像プローブで取得された画像データを処理する制御装置とを備えた表面性状測定機において、前記接触式検出器と前記画像プローブとのオフセット量を求める表面性状測定機のオフセット量校正方法であって、段差を有する校正用パターンを表面に形成した校正用治具を前記ステージ上にセットする校正用治具セット工程と、前記接触式検出器によって前記校正用治具の校正用パターンを測定し、校正用パターンの基準位置を求める第１の校正測定工程と、前記画像プローブによって前記校正用治具の校正用パターンを撮像し、校正用パターンの基準位置を求める第２の校正測定工程と、前記第１の校正測定工程によって求められた基準位置と前記第２の校正測定工程によって求められた基準位置との差からオフセット量を求めるオフセット量算出工程と、を備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、校正用パターンを有する校正用治具をステージ上にセットしたのち（校正用治具セット工程）、接触式検出器によって校正用治具の校正用パターンを測定し、校正用パターンの基準位置を求める（第１の校正測定工程）。また、画像プローブによって校正用治具の校正用パターンを撮像し、校正用パターンの基準位置を求める（第２の校正測定工程）。最後に、第１の校正測定工程によって求められた基準位置と第２の校正測定工程によって求められた基準位置との差からオフセット量を求める（オフセット量算出工程）。
従って、接触式検出器の測定によって求めた校正用パターンの基準位置と、画像プローブの撮像によって求めた校正用パターンの基準位置との差から、接触式検出器と画像プローブとのオフセット量を求めるようにしたから、接触式検出器と画像プローブとのオフセット量を正確、かつ、簡易に求めることができる。

本発明のオフセット量校正方法において、前記校正用治具は、基板と、この基板の表面に２本の交差する直線で４分割形成された分割領域を有し、この分割領域の一方の対角分割領域が他方の対角分割領域の表面よりも高い段差に形成された校正用パターンとを含んで構成され、前記第１の校正測定工程では、前記接触式検出器のスタイラスを前記校正用治具の分割領域を跨ぐように相対移動させて、前記分割領域の段差位置を複数測定し、得られた段差位置測定値に対して直線を当てはめ、この当てはめられた２本の直線の交点座標から校正用パターンの基準位置を求め、前記第２の校正測定工程では、前記画像プローブによって前記校正用治具の分割領域を撮像して分割領域のエッジを複数検出し、得られたエッジ検出値に対して直線を当てはめ、この当てはめられた２本の直線の交点座標から校正用パターンの基準位置を求める、ことが好ましい。

このような構成によれば、基板の表面に２本の交差する直線で４分割形成された分割領域の一方の対角分割領域が他方の対角分割領域の表面よりも高い段差に形成された校正パターンを有する校正用治具を用いるとともに、第１の校正測定工程において、接触式検出器のスタイラスを校正用治具の分割領域を跨ぐように相対移動させて、分割領域の段差位置を複数測定する。そして、得られた段差位置測定値に対して直線を当てはめるとともに、この当てはめられた２本の直線の交点座標を求めれば、その交点座標から校正用パターンの基準位置を求めることができる。
また、第２の校正測定工程において、画像プローブによって校正用治具の分割領域を撮像し、つまり、分割領域を跨ぐように走査することにより、分割領域のエッジを複数検出する。そして、得られたエッジ検出値に対して直線を当てはめるとともに、この当てはめられた２本の直線の交点座標を求めれば、その交点座標から校正用パターンの基準位置を求めることができる。
従って、基板の表面に２本の交差する直線で４分割形成された分割領域の一方の対角分割領域が他方の対角分割領域の表面よりも高い段差に形成された校正用パターンを有する校正用治具を用いたので、比較的簡単かつ安価な校正用治具で、接触式検出器と画像プローブとのオフセット量を正確に求めることができる。

本発明のオフセット量校正方法において、前記校正用治具は、基板と、この基板の表面に形成された円形領域を有し、この円形領域の内側および外側のいずれか一方が他方の表面よりも高い段差に形成された校正用パターンとを含んで構成され、前記第１の校正測定工程では、前記接触式検出器のスタイラスを前記校正用治具の円形領域を跨ぐように相対移動させて、前記円形領域の段差位置を３箇所以上測定し、得られた段差位置測定値に対して円を当てはめ、この当てはめられた円の中心座標から校正用パターンの基準位置を求め、前記第２の校正測定工程では、前記画像プローブによって前記校正用治具の円形領域を撮像して円形領域のエッジを３箇所以上検出し、得られたエッジ検出値に対して円を当てはめ、この当てはめられた円の中心座標から校正用パターンの基準位置を求める、ことが好ましい。

このような構成によれば、基板の表面に、円形領域を有し、この円形領域の内側および外側のいずれか一方が他方の表面よりも高い段差に形成された円形パターンを有する校正用治具を用いるとともに、第１の校正測定工程において、接触式検出器のスタイラスを校正用治具の円形領域の内外を跨ぐように相対移動させて、円形領域の段差位置を３箇所以上測定する。そして、得られた段差位置測定値に対して円を当てはめるとともに、この当てはめられた円の中心座標を求めれば、その中心座標から校正用パターンの基準位置を求めることができる。
また、第２の校正測定工程において、画像プローブによって校正用治具の円形領域を撮像し、つまり、円形領域の内外を跨ぐように走査することにより、円形領域のエッジを３箇所以上検出する。そして、得られたエッジ検出値に対して円を当てはめるとともに、この当てはめられた円の中心座標を求めれば、その中心座標から校正用パターンの基準位置を求めることができる。
従って、基板の表面に、円形領域を有し、この円形領域の内側および外側のいずれか一方が他方の表面よりも高い段差に形成された校正用パターンを有する校正用治具を用いたので、比較的簡単かつ安価な校正用治具で、接触式検出器と画像プローブとのオフセット量を正確に求めることができる。

本発明の表面性状測定機は、被測定物を載置するステージと、前記被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する接触式検出器と、前記被測定物の表面画像を撮像する画像プローブと、前記接触式検出器および前記画像プローブと前記ステージとを相対移動させる相対移動機構と、前記相対移動機構の駆動を制御するとともに、前記接触式検出器から得られる測定データおよび前記画像プローブで撮像された画像データを処理する制御装置とを備えた表面性状測定機において、前記請求項１〜請求項３のいずれかのオフセット量校正方法で求められたオフセット量を記憶するオフセット量記憶手段を備え、前記制御装置は、前記画像プローブによって取り込まれた前記被測定物の画像を基に測定開始位置が指定されると、前記オフセット量記憶手段に記憶されたオフセット量を補正値として、前記接触式検出器のスタイラスが前記被測定物の測定開始位置に接するように、前記相対移動機構の移動軌跡を算出して記憶する移動軌跡算出手段と、この移動軌跡算出手段で求められた移動軌跡に従って前記相対移動機構を動作させるスタイラスセット手段とを含んで構成されている、ことを特徴とする。

このような構成によれば、まず、画像プローブによって被測定物の画像を取り込んだ後、この取り込まれた被測定物の画像を基に測定開始位置を指定すると、移動軌跡算出手段によって、オフセット量記憶手段に記憶されたオフセット量を補正値として、接触式検出器のスタイラスが被測定物の測定開始位置に接するように、相対移動機構の移動軌跡が算出されて記憶される。こののち、測定を実行すると、移動軌跡算出手段で求められた移動軌跡に従って相対移動機構が動作される。つまり、相対移動機構が記憶された移動軌跡に従って動作され、接触式検出器のスタイラスが被測定物の測定開始位置に接触される。
従って、接触式検出器のスタイラスを被測定物の測定開始位置に自動的にセッティングできるから、つまり、従来のように、測定者が、目視でスタイラスの先端と被測定物の測定開始位置の相対位置を調整しながら、スタイラスの先端を被測定物の測定開始位置にセッティングしなくてもよいから、測定者への負担を軽減できるとともに、スタイラスと被測定物との干渉を防止できる。

本発明の一実施形態に係る表面性状測定機を示す斜視図。 同上実施形態の接触式検出器および画像プローブ部分を示す拡大斜視図。 同上実施形態の接触式検出器および画像プローブ部分を示す正面図。 同上実施形態の画像プローブを示す図。 同上実施形態の制御システムを示すブロック図。 同上実施形態のオフセット量校正方法に用いる校正用治具を示す斜視図。 同上実施形態のオフセット量校正方法に用いる校正用治具の格子パターンを示す図。 同上実施形態のオフセット量校正方法の手順を示すフローチャート。 同上実施形態のオフセット量校正方法の第１測定工程を示す図。 同上実施形態のオフセット量校正方法の第２測定工程を示す図。 同上実施形態のオフセット量校正方法に用いる校正用治具の他の例を示す図。 図１１に示す校正用治具を用いたオフセット量校正方法の手順を示すフローチャート。 図１１に示す校正用治具を用いた第１測定工程を示す図。 図１１に示す校正用治具を用いた第２測定工程を示す図。

＜表面性状測定機の説明（図１〜図５参照）＞
本実施形態に係る表面性状測定機は、図１および図２に示すように、設置台１と、この設置台１の上面に固定されたベース２と、このベース２上に載置され上面に被測定物を載置するステージ１０と、被測定物の表面に接触されるスタイラス２４を有する接触式検出器２０と、被測定物の表面画像を撮像する画像プローブ３０と、接触式検出器２０および画像プローブ３０とステージ１０とを相対移動させる相対移動機構４０と、制御装置５０とを備える。

相対移動機構４０は、ベース２とステージ１０との間に設けられステージ１０を水平方向の一方向（Ｙ軸方向）へ移動させる第１移動機構としてのＹ軸駆動機構４１と、ベース２の上面に立設されたコラム４２と、このコラム４２に上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に設けられた昇降部材としてのＺスライダ４３と、このＺスライダ４３を上下方向へ昇降させる第２移動機構としてのＺ軸駆動機構４４と、Ｚスライダ４３に旋回機構４５（図５参照）を介してＹ軸を中心として旋回可能に設けられた旋回プレート４６と、この旋回プレート４６に設けられステージ１０の移動方向（Ｙ軸方向）およびＺスライダ４３の昇降方向（Ｚ軸方向）に対して直交する方向（Ｘ軸方向）へ移動可能に設けられたスライド部材としてのＸスライダ４７と、このＸスライダ４７をＸ軸方向へ移動させる第３移動機構としてのＸ軸駆動機構４８とを備える。

本実施形態では、接触式検出器２０および画像プローブ３０が、Ｘスライダ４７に取り付けられている。従って、相対移動機構４０は、ステージ１０をＹ軸方向へ移動させるＹ軸駆動機構４１と、接触式検出器２０および画像プローブ３０をＺ軸方向へ移動させるＺ軸駆動機構４４と、接触式検出器２０および画像プローブ３０をＸ軸方向へ移動させるＸ軸駆動機構４８とを含む三次元移動機構によって構成されている。

Ｙ軸駆動機構４１およびＺ軸駆動機構４４は、図示省略されているが、例えば、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合されたナット部材とを有する送りねじ機構によって構成されている。
Ｘ軸駆動機構４８は、駆動機構本体４８ＡにＸ軸方向と平行に設けられＸスライダ４７を移動可能に支持したガイドレール４８Ｂと、このガイドレール４８Ｂに沿ってＸスライダ４７を往復移動させる駆動源（図示省略）等を含んで構成されている。

接触式検出器２０は、図３に示すように、Ｘスライダ４７に吊り下げ支持された検出器本体２１と、この検出器本体２１にＸ軸方向と平行に支持された接触式プローブ２２とを備える。接触式プローブ２２は、プローブ本体２３と、このプローブ本体２３に揺動可能に支持され先端にスタイラス２４を有するアーム２５と、このアーム２５の揺動量を検出する検出部２６とから構成されている。

画像プローブ３０は、連結部材３１を介して、Ｘスライダ４７に接触式検出器２０とともに一体的に連結された筒状のプローブ本体３２と、このプローブ本体３２の先端に下向きに支持されたプローブヘッド３３とを備える。
プローブヘッド３３は、図４に示すように、対物レンズ３５と、この対物レンズ３５の外周に配置された光源としてのＬＥＤ３６と、対物レンズ３５を透過した被測定物からの反射光を受光し被測定物の画像を撮像するＣＣＤセンサ３７と、ＬＥＤ３６の周囲を覆うカバー３８とを含んで構成されている、

画像プローブ３０は、接触式検出器２０に対してオフセットされた位置に配置されている。具体的には、図２に示すように、画像プローブ３０の対物レンズ３５の焦点位置が、Ｚ軸方向において、接触式検出器２０のスタイラス２４の先端よりもオフセット量ＯＦｚだけ下方位置に、また、Ｙ軸方向において、スタイラス２４の軸線よりもオフセット量ＯＦｙだけ後方へずれた位置に配置されている。なお、Ｘ軸方向においては、スタイラス２４の軸線と同じ位置、つまり、オフセット量ＯＦｘ＝０の位置に配置されている。

制御装置５０には、図５に示すように、相対移動機構４０、接触式検出器２０、画像プローブ３０のほかに、入力装置５１、表示装置５２、記憶装置５３が接続されている。
入力装置５１は、例えば、携帯型のキーボードやジョイスティックなどによって構成され、各種動作指令やデータの入力のほか、画像プローブ３０で取得した画像から、スタイラス２４をセットする位置（測定開始位置）を指定できるようになっている。
表示装置５２には、画像プローブ３０で取得した画像が表示されるとともに、接触式検出器２０によって得られた形状や粗さデータが表示される。
記憶装置５３には、測定プログラム等を記憶したプログラム記憶部５４、接触式検出器２０のスタイラス２４と画像プローブ３０のオフセット量ＯＦｘ，ＯＦｙ，ＯＦｚを記憶したオフセット記憶手段としてのオフセット量記憶部５５、および、測定時に取り込んだ画像データや測定データなどを記憶するデータ記憶部５６などが設けられている。

制御装置５０は、プログラム記憶部５４に記憶された測定プログラムに従って、画像プローブ３０によって取り込まれた被測定物の画像を基に測定開始位置が指定されると、オフセット量記憶部５５に記憶されたオフセット量ＯＦｘ，ＯＦｙ，ＯＦｚを補正値として、接触式検出器２０のスタイラス２４が被測定物の測定開始位置に接するように、相対移動機構４０の移動軌跡を算出して記憶する移動軌跡算出手段と、この移動軌跡算出手段で求められた移動軌跡に従って相対移動機構４０を動作させるスタイラスセット手段と、接触式検出器２０のスタイラス２４と被測定物とが接触された状態において、相対移動機構４０を動作させて接触式検出器２０と被測定物とを相対移動させながら被測定物の表面性状を測定する測定実行手段とを備える。

更に、制御装置５０は、画像プローブ３０によって取り込まれた被測定物の画像から被測定物のエッジを検出するエッジ検出機能や、被測定物の高さ方向（Ｚ軸方向）の面に対物レンズの焦点位置が一致するように、対物レンズ３５を高さ方向へ変位させて、この変位量から被測定物の高さ方向の位置を検出するオートフォーカス機能を備える。エッジ検出機能としては、公知の検出原理を用いることができるが、例えば、画像プローブ３０の検出方向に対して直交する方向の平均濃度（明るさの濃度）を求め、この平均濃度が予め設定された閾値を以下の位置をエッジとして検出する方法でもよい。

＜校正用治具の説明（図６〜図７参照）＞
校正用治具７０は、図６に示すように、略四角板状の固定用台座７１と、ガラス製の基板７３と、この基板７３を固定用台座７１に固定する２本の金具７２とから構成されている。
固定用台座７１は、内部中央部に基板７３の裏面をステージ１０から浮かすための開口７１Ａを備えている。
基板７３は、表面に段差を有する校正用パターンとしての格子パターン７４を備えている。格子パターン７４は、図７に示すように、２本の交差する直線、ここでは、２本の直交する直線で４分割形成された分割領域７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，７５Ｄを有し、この分割領域７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，７５Ｄのうち一方の対角分割領域７５Ａ，７５Ｃが他方の対角分割領域７５Ｂ，７５Ｄの表面よりも高い段差に形成されている。具体的には、一方の対角分割領域７５Ａ，７５Ｃに、Ｃｒなどの材料によって膜厚が約１，１００Å（オングストローム）程度の薄膜が形成され、これにより、分割領域７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，７５Ｄ間には段差ＡＢ，ＢＣ，ＣＤ，ＡＤを有する格子パターン７４が形成されている。

＜オフセット量校正方法の説明（図８〜図１０参照）
接触式検出器２０と画像プローブ３０とのオフセット量を求めるには、図８のフローチャートに従って処理を行う。
ステップ（以下、ＳＴと略す）１において、校正用治具７０をステージ１０上にセットする（校正用治具セット工程）。
ＳＴ２において、接触式検出器２０のスタイラス２４によって校正用治具７０の格子パターン７４を測定し、格子パターン７４の基準位置、ここでは、中心位置を求める（第１の校正測定工程）
これには、図９に示すように、接触式検出器２０のスタイラス２４を格子パターン７４の分割領域７５Ａ〜７５Ｄを跨ぐように相対移動させて、分割領域７５Ａ〜７５Ｄ間の段差ＡＢ，ＣＤ、ＡＤ，ＢＣの位置を複数箇所（少なくとも２箇所以上）測定する（ＳＴ２−１）。得られた段差位置測定値に対して直線Ｘ，Ｙを当てはめ、この当てはめられた２本の直線Ｘ，Ｙの交点座標から格子パターン７４の基準位置Ｐ１を求める（ＳＴ２−２）。

ＳＴ３において、画像プローブ３０によって校正用治具７０の格子パターン７４を撮像し、格子パターン７４の基準位置を求める（第２の校正測定工程）。
これには、図１０に示すように、画像プローブ３０によって校正用治具７０の分割領域７５Ａ〜７５Ｄを撮像して分割領域７５Ａ〜７５Ｄ間の段差ＡＢ，ＣＤ，ＡＤ，ＢＣ、つまり、エッジの位置を複数箇所（少なくとも２箇所以上）検出する（ＳＴ３−１）。得られたエッジ検出値に対して直線Ｘ，Ｙを当てはめ、この当てはめられた２本の直線Ｘ，Ｙの交点座標から格子パターン７４の基準位置Ｐ２を求める（ＳＴ３−２）。

ＳＴ４において、第１の校正測定工程によって求められた基準位置Ｐ１と第２の校正測定工程によって求められた基準位置Ｐ２との差（Ｐ１−Ｐ２）からオフセット量を求めたのち（オフセット量算出工程）、そのオフセット量をオフセット量記憶部５５に記憶させる。これにより、オフセット量の校正が完了する。

＜測定動作の説明＞
測定にあたっては、入力装置５１からの指令で、画像プローブ３０によって被測定物の画像を取得する。すると、被測定物の画像データがデータ記憶部５６に格納されたのち、表示装置５２に表示される。

ここで、表示装置５２に表示された画像を基に、入力装置５１から測定開始位置（接触式検出器２０のスタイラス２４を最初に接触させる位置）を指定すると、制御装置５０は、オフセット量記憶部５５に記憶されたオフセット量ＯＦｘ，ＯＦｙ，ＯＦｚを考慮して、接触式検出器２０のスタイラス２４が被測定物の測定開始位置に接するように、相対移動機構４０の移動軌跡を算出してプログラム記憶部５４に記憶する。

その後、測定開始指令が出されると、制御装置５０は、移動軌跡算出手段で求められた移動軌跡に従って相対移動機構４０を動作させたのち、接触式検出器２０のスタイラス２４と被測定物とを接触させる。この状態において、相対移動機構４０を動作させて接触式検出器２０と被測定物とを相対移動させながら被測定物の表面性状を測定する。

＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、被測定物の表面に接触されるスタイラス２４を有する接触式検出器２０と、被測定物の表面画像を撮像する画像プローブ３０とを備えたので、画像プローブ３０によって被測定物の画像を取り込んだのち、この取り込んだ画像を基に、接触式検出器２０のスタイラス２４を被測定物の測定箇所に自動的に接触させるようにしたので、従来のように、測定者が、目視でスタイラスの先端と被測定物の測定箇所の相対位置を調整しながら、スタイラスの先端を被測定物の測定開始位置にセッティングしなくてもよいから、測定者への負担を軽減できるとともに、スタイラス２４と被測定物との干渉を防止できる。

また、接触式検出器２０のスタイラス２４と画像プローブ３０とは、Ｚ軸方向およびＹ軸方向にオフセット量ＯＦｚ、ＯＦｙだけずれて配置されているから、それぞれの測定時に他を退避させる機構を付けなくても、測定に支障を与えることがない。
しかも、接触式検出器２０のスタイラス２４の先端と画像プローブ３０とのオフセット量ＯＦｘ，ＯＦｙ，ＯＦｚはオフセット量記憶部５５に記憶され、このオフセット量記憶部５５に記憶されたオフセット量を考慮して、接触式検出器２０のスタイラス２４が被測定物の測定開始位置に接触するように、相対移動機構４０の移動軌跡が算出され、この移動軌跡に従って相対移動機構４０が動作されるから、接触式検出器２０のスタイラス２４を被測定物の測定開始位置に正確に接触させることができる。

また、接触式検出器２０のスタイラス２４と画像プローブ３０とのオフセット量の校正にあたって、基板７３の表面に２本の交差する直線で４分割形成された分割領域７５Ａ〜７５Ｄの一方の対角分割領域７５Ａ，７５Ｃが他方の対角分割領域７５Ｂ，７５Ｄの表面よりも高い段差に形成された格子パターン７４を有する校正用治具７０を用いるとともに、第１の校正測定工程において、接触式検出器２０のスタイラス２４を校正用治具７０の分割領域７５Ａ〜７５Ｄを跨ぐように相対移動させて、分割領域７５Ａ〜７５Ｄ間の段差位置の測定を行う。そして、得られた段差位置測定値に対して直線を当てはめるとともに、この当てはめられた２本の直線の交点座標を求めれば、その交点座標から格子パターン７４の基準位置Ｐ１を求めることができる。

また、第２の校正測定工程において、画像プローブ３０によって校正用治具７０の分割領域７５Ａ〜７５Ｄを撮像し、つまり、分割領域７５Ａ〜７５Ｄを跨ぐように走査することにより、分割領域７５Ａ〜７５Ｄのエッジを検出する。そして、得られたエッジ検出値に対して直線を当てはめるとともに、この当てはめられた２本の直線の交点座標を求めれば、その交点座標から格子パターン７４の基準位置Ｐ２を求めることができる。

最後に、オフセット量算出工程において、第１の校正測定工程によって求められた基準位置Ｐ１と第２の校正測定工程によって求められた基準位置Ｐ２との差を求めれば、接触式検出器２０と画像プローブ３０とののオフセット量を求めることができる。
このようにして、接触式検出器２０と画像プローブ３０とのオフセット量を求めるようにしたので、簡易かつ安価な構成で、接触式検出器２０と画像プローブ３０とのオフセット量を正確に求めることができる。

また、画像プローブ３０を備えているので、画像プローブ３０の単独使用による測定も可能である。
例えば、画像プローブ３０によって取得した画像から、線幅や孔径などを測定することができるほか、画像プローブ３０のオートフォーカス機能を用いて、対物レンズ３５の光軸方向の寸法（段差寸法）なども測定できる。

また、相対移動機構４０は、被測定物を載置するステージ１０をＹ軸方向へ移動させるＹ軸駆動機構４１と、接触式検出器２０および画像プローブ３０をＸ軸方向およびＺ軸方向へ移動させるＸ軸駆動機構４８およびＺ軸駆動機構４４とを含んで構成されているから、被測定物と接触式検出器２０および画像プローブ３０とを三次元方向、つまり、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向へ移動させることができる。従って、被測定物の測定部位がどのような向きや姿勢であっても形状や表面粗さを測定できる。
しかも、接触式検出器２０および画像プローブ３０は、共に、Ｘスライダ４７にオフセットして取り付けられているから、接触式検出器２０および画像プローブ３０を別々に移動させる機構を設ける場合に比べ、構造を簡素化でき、安価に構成できる。

また、画像プローブ３０は、対物レンズ３５と、この対物レンズ３５の外周に配置された光源としてのＬＥＤ３６と、対物レンズ３５を透過した被測定物からの反射光を受光し被測定物の画像を撮像するＣＣＤセンサ３７とを含んで構成されているから、被測定物の表面画像を対物レンズ３５を通じてＣＣＤセンサ３７で高精度に取得できる。しかも、対物レンズ３５の周囲にＬＥＤ３６が配置されているから、照明装置を別途設ける場合に比べ、コンパクト化できる。

＜変形例（図１１〜図１４参照）＞
本発明は、前述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。

校正用治具については、前記実施形態で述べた構成に限られない。例えば、基板７３の表面に形成される校正用パターンについては、図１１に示すように、中心に円形領域７７Ａを有し、この円形領域７７Ａの内側および外側のいずれか一方、ここでは、内側が外側領域７７Ｂの表面よりも高い段差に形成された校正用パターンとしての円形パターン７６であってもよい。
このような円形パターン７６を有する校正用治具８０を用いて、接触式検出器２０と画像プローブ３０とのオフセット量を求めるには、図１２のフローチャートに従って処理を行う。

ＳＴ１１において、校正用治具８０をステージ１０上にセットする（校正用治具セット工程）。
ＳＴ１２において、接触式検出器２０のスタイラス２４によって校正用治具８０の円形パターン７６を測定し、円形パターン７６の基準位置を求める（第１の校正測定工程）。
これには、図１３に示すように、接触式検出器２０のスタイラス２４を円形領域７７Ａを跨ぐように相対移動させ、例えば、円形領域７７Ａの中心から外側へ向かって相対移動させ、円形領域７７Ａと外側領域７７Ｂとの間の段差ＡＢの位置を複数箇所（少なくとも３箇所以上）測定する（ＳＴ１２−１）。得られた段差位置測定値に対して円（理想円）を当てはめ、この当てはめられた円の中心座標から円形パターン７６の基準位置Ｐ１を求める（ＳＴ１２−２）。

ＳＴ１３において、画像プローブ３０によって校正用治具８０の円形パターン７６を撮像し、円形パターン７６の基準位置を求める（第２の校正測定工程）。
これには、図１４に示すように、画像プローブ３０によって校正用治具８０の円形領域７７Ａを撮像して円形領域７７Ａのエッジ、つまり、段差ＡＢの位置を複数箇所（少なくとも３箇所以上）検出する（ＳＴ１３−１）。そして、得られたエッジ検出値に対して円を当てはめ、この当てはめられた円の中心座標から校正用パターンの基準位置Ｐ２を求める（ＳＴ１３−２）。

ＳＴ１４において、第１の校正測定工程によって求められた基準位置Ｐ１と第２の校正測定工程によって求められた基準位置Ｐ２との差（Ｐ１−Ｐ２）からオフセット量を求めたのち（オフセット量算出工程）、そのオフセット量をオフセット量記憶部５５に記憶させる。
従って、基板７３の表面に、円形領域７７Ａを有し、この円形領域７７Ａの内側および外側のいずれか一方が他方の表面よりも高い段差に形成された円形パターン７６を有する校正用治具８０を用いたので、比較的簡易かつ安価な構成で、接触式検出器２０と画像プローブ３０とのオフセット量を正確に求めることができる。

接触式検出器２０は、先端にスタイラス２４を有するアーム２５と、このアーム２５の揺動量を検出する検出部２６とを有する接触式プローブ２２を含んで構成されていたが、スタイラス２４が被測定物に表面に接触しながら、被測定物の表面形状や粗さなどを測定できる機構であれば、他の構造であってもよい。

画像プローブ３０は、対物レンズ３５と、この対物レンズ３５の外周に配置された光源としてのＬＥＤ３６と、対物レンズ３５を透過した被測定物からの反射光を受光し被測定物の画像を撮像するＣＣＤセンサ３７とを有するプローブヘッド３３を含んで構成されていたが、これに限られない。
例えば、光源としてのＬＥＤ３６は、画像プローブとは別に設けてもよい。また、対物レンズ３５を交換可能にして、倍率の異なる対物レンズ３５に交換できるようにすれば、被測定物の測定箇所の大きさに応じて最適な作業が実施できる。

相対移動機構４０は、ステージ１０をＹ軸方向へ、接触式検出器２０および画像プローブ３０をＸ軸方向およびＺ軸方向へ移動可能に構成したが、これに限られない。要するに、ステージ１０と接触式検出器２０および画像プローブ３０とが三次元方向へ移動可能であれば、どちらが移動する構造であっても構わない。
また、接触式検出器２０と画像プローブ３０とを別々の相対移動機構によって独立的に移動させるようにしてもよい。

本発明は、例えば、機械加工された複雑形状の被測定物の形状や表面粗さを自動測定する場合などに利用できる。

１０…ステージ、
２０…接触式検出器、
２４…スタイラス、
３０…画像プローブ、
３５…対物レンズ、
３６…ＬＥＤ（光源）
３７…ＣＣＤセンサ
４０…相対移動機構、
４１…Ｙ軸駆動機構（第１移動機構）、
４２…コラム、
４３…Ｚスライダ、
４４…Ｚ軸駆動機構（第２移動機構）、
４７…Ｘスライダ（スライド部材）、
４８…Ｘ軸駆動機構（第３移動機構）
５５…オフセット量記憶部（オフセット量記憶手段）
７０…校正用治具、
７３…基板、
７４…格子パターン（校正用パターン）、
７５Ａ〜７５Ｄ…分割領域、
７６…円形パターン（校正用パターン）、
７７Ａ…円形領域、
７７Ｂ…外側領域、
８０…校正用治具、
ＡＢ，ＢＣ，ＣＤ，ＡＤ…段差、
ＯＦｘ，ＯＦｙ，ＯＦｚ…オフセット量、
Ｐ１，Ｐ２…基準位置。

Claims (4)

1. 被測定物を載置するステージと、前記被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する接触式検出器と、前記被測定物の表面画像を撮像する画像プローブと、前記接触式検出器および前記画像プローブと前記ステージとを相対移動させる相対移動機構と、前記相対移動機構の駆動を制御するとともに、前記接触式検出器から得られる測定データおよび前記画像プローブで取得された画像データを処理する制御装置とを備えた表面性状測定機において、前記接触式検出器と前記画像プローブとのオフセット量を求めるオフセット量校正方法であって、
   段差を有する校正用パターンを表面に形成した校正用治具を前記ステージ上にセットする校正用治具セット工程と、
   前記接触式検出器によって前記校正用治具の校正用パターンを測定し、校正用パターンの基準位置を求める第１の校正測定工程と、
   前記画像プローブによって前記校正用治具の校正用パターンを撮像し、校正用パターンの基準位置を求める第２の校正測定工程と、
   前記第１の校正測定工程によって求められた基準位置と前記第２の校正測定工程によって求められた基準位置との差からオフセット量を求めるオフセット量算出工程と、
   を備えたことを特徴とするオフセット量校正方法。
2. 請求項１に記載のオフセット量校正方法において、
   前記校正用治具は、基板と、この基板の表面に２本の交差する直線で４分割形成された分割領域を有し、この分割領域の一方の対角分割領域が他方の対角分割領域の表面よりも高い段差に形成された校正用パターンとを含んで構成され、
   前記第１の校正測定工程では、前記接触式検出器のスタイラスを前記校正用治具の分割領域を跨ぐように相対移動させて、前記分割領域の段差位置を複数測定し、得られた段差位置測定値に対して直線を当てはめ、この当てはめられた２本の直線の交点座標から校正用パターンの基準位置を求め、
   前記第２の校正測定工程では、前記画像プローブによって前記校正用治具の分割領域を撮像して分割領域のエッジを複数検出し、得られたエッジ検出値に対して直線を当てはめ、この当てはめられた２本の直線の交点座標から校正用パターンの基準位置を求める、
   ことを特徴とするオフセット量校正方法。
3. 請求項１に記載のオフセット量校正方法において、
   前記校正用治具は、基板と、この基板の表面に形成された円形領域を有し、この円形領域の内側および外側のいずれか一方が他方の表面よりも高い段差に形成された校正用パターンとを含んで構成され、
   前記第１の校正測定工程では、前記接触式検出器のスタイラスを前記校正用治具の円形領域を跨ぐように相対移動させて、前記円形領域の段差位置を３箇所以上測定し、得られた段差位置測定値に対して円を当てはめ、この当てはめられた円の中心座標から校正用パターンの基準位置を求め、
   前記第２の校正測定工程では、前記画像プローブによって前記校正用治具の円形領域を撮像して円形領域のエッジを３箇所以上検出し、得られたエッジ検出値に対して円を当てはめ、この当てはめられた円の中心座標から校正用パターンの基準位置を求める、
   ことを特徴とするオフセット量校正方法。
4. 被測定物を載置するステージと、前記被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する接触式検出器と、前記被測定物の表面画像を撮像する画像プローブと、前記接触式検出器および前記画像プローブと前記ステージとを相対移動させる相対移動機構と、前記相対移動機構の駆動を制御するとともに、前記接触式検出器から得られる測定データおよび前記画像プローブで撮像された画像データを処理する制御装置とを備えた表面性状測定機において、
   前記請求項１〜請求項３のいずれかのオフセット量校正方法で求められたオフセット量を記憶するオフセット量記憶手段を備え、
   前記制御装置は、前記画像プローブによって取り込まれた前記被測定物の画像を基に測定開始位置が指定されると、前記オフセット量記憶手段に記憶されたオフセット量を補正値として、前記接触式検出器のスタイラスが前記被測定物の測定開始位置に接するように、前記相対移動機構の移動軌跡を算出して記憶する移動軌跡算出手段と、この移動軌跡算出手段で求められた移動軌跡に従って前記相対移動機構を動作させるスタイラスセット手段とを含んで構成されている、
   ことを特徴とする表面性状測定機。

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