JP2013174593A - 測定の信頼性評価機能を有するクロマティック・レンジ・センサ - Google Patents

Abstract

【課題】色分散光を用いたクロマティック・レンジ・センサ（光学ペン）によるワーク表面までの距離測定データについて、その信頼性を区分する方法を提供すること。
【解決手段】測定装置は、複数の既定の信頼性評価基準による判定を実行し、測定データセットの信頼性区分を定める。信頼性区分は、関連する測定データに基づいて決定されたそれぞれのワーク高さ測定値とともにメタデータとして保存される。信頼性区分は、例えば、測定データのグラフィック表示とともに当該信頼性区分のグラフィック標識として表示されることによって、使用者に報告される。これらの信頼性区分を用いれば、使用者は、測定データに関して、詳しい情報に基づく決定をすることができる。例えば、ある信頼性区分に加えられたデータをフィルタリングすることを決定できたり、改良された測定精度に達するために設定を調整できたりする。
【選択図】 図１

Description

本発明は精密測定機器の全般に関し、より詳しくは、クロマティック・レンジ・センサ及びこれと同様の光学的測長機器、並びに、これらの使用方法に関する。

従来、光学的高さ、光学的距離、若しくは、光学的範囲の測定センサの分野において、クロマティック共焦点の技術を利用することが知られている。特許文献１に記載されているように、光軸方向に色収差（ここでは、光軸方向または長軸方向の色分散とも呼ぶ）を示す光学素子は、広波長帯域の光源を合焦させるのに用いられて、波長に応じて変化する焦点までの光軸方向距離を有している。だから、広波長帯域光源のうちの唯一つの波長光のみが被測定面上に正確に合焦し、また、合焦要素に関連する被測定面高さ又は光軸方向距離によって、どの波長光が最も良く合焦するかが決まる。その被測定面の反射光は、ピンホール又は光ファイバ端部のような小さな検出用アパーチャにて再び合焦する。被測定面を反射して入出力ファイバまでの光学系を通って逆戻りする光のうち、被測定面で良く合焦した波長光だけがアパーチャでも良く合焦する。他の波長光は、どれも、アパーチャでの合焦が不完全になって、エネルギーを殆どファイバへカップリングしない。従って、ファイバを通って戻る光として、被測定面高さ又は被測定面までの光軸方向距離によって決められた波長光の信号レベルが、最大になる。分光器形式の検出器は、波長毎の信号レベルを測定して、被測定面の高さ等を決定する。

特許文献１には、さらに数社のメーカが、上述の作用を発揮し、工業的な据付に用いるクロマティック共焦点式の照準器に適するような、実用的で小型の光学系をクロマティック・ポイント・センサ（ＣＰＳ）又はクロマティック・ライン・センサ等として、言及していることの記載がある。そのような光学系に使用される小型、かつ色分散する光学アセンブリが、「光学ペン」又は「ペン」として言及されている。光学ペンは、光ファイバによって、クロマティック・ポイント・センサの電子機器部に接続されている。この電子機器部は、光学ペンから出射されるように光をファイバに伝導するとともに、戻された光を検出し分析する分光器を備えている。戻された光は、波長毎に分散された強度プロファイルを形成し、分光器の検出器アレイによって受光される。波長毎に分散された強度プロファイルに対応するピクセルデータは分析され、強度プロファイルのピーク又は重心によって示される「主波長の位置座標」が定められる。また、結果として生じるピーク又は重心のピクセル座標は、被測定面までの距離を定めるためのルックアップテーブルとして使用される。ピクセル座標は、サブピクセル分解能を有するように決定され、以下では「距離表示座標（ＤＩＣ）」と称する。

特許文献１には、さらにＣＰＳ分光器が通常の動作において、或る一定の測定距離に対して、通常、或る一定の波長範囲または或る一定の波長のピーク領域の光を受光するという記載がある。ＣＰＳ分光器は、波長のピーク領域の形状を歪める可能性を有している。そして、このことが、対応するピーク又は重心、及び、結果として得られる距離表示座標（ＤＩＣ）に影響を及ぼすということが開示されている。特許文献１のシステム及び方法は、ある成分の校正データ（補正データとも呼んでいる。）を提供するものであるが、そのデータは、ＣＰＳ分光器、及び／又は、ＣＰＳ広波長帯域の光源における波長依存性の変動（例えば非均一応答）の影響をもたらすということが、言及されている。特許文献１の補正データは、分光器や光源におけるこれらの影響に伴って生じる誤差を低減させたり、又は除去したりする目的で使用される。分光器及び／又は光源の特性が変化する場合であっても（例えば、構成要素の経年変化や周辺環境の変動など）、誤差の低減又は除去に対して特許文献１の補正データが有効な状態を維持するように、その補正データは諸々の時点で再度決定され、及び／又は、置き換えられるようになっている。

特許文献３は、クロマティック・レンジ・センサを開示している。そのセンサは、スリット状の開孔（アパーチャ）を使って、１点にというよりはむしろ１つの線に沿って光を合焦させる「ラインセンサ」であり、その線上の複数点を測定することによって被測定面までの距離を測定する。

クロマティック・レンジ・センサの測定装置では、ある状態又は事象が、被測定面までの距離を決定するために用いられる測定データの信頼性に影響を及ぼすことがある。様々なクロマティック・レンジ・センサ測定装置では、予定した測定位置からの反射光に基づく１つ以上のスペクトルピークの検出を妨げるものはない。いくつかのケースでは、上記の影響が、透明薄膜の厚さ測定において有利になる。すなわち、１次スペクトルピークが、透明膜の表面までの第１距離に対応し、２次スペクトルピークが、透明膜の裏面、及び／又は、透明膜の基板の表面までの第２距離に対応する。

米国特許第７，８７６，４５６号公報 米国特許第５，７９０，２４２号公報 米国特許出願公開第２０１０／０１８８７４２号公報 米国特許第７，９９０，５２２号公報

しかし、他のケースでは、予期できない２つのスペクトルピークが生じることがある。このようなことは、例えば、一次反射の測定位置（又は予定の測定位置）を通って戻ってくる予期しない二次反射光に起因して生じる。これによって、例えば、測定範囲の重要な位置における測定エラーが生じて、予期しない（及び／又は誤った）測定結果が導き出されてしまう。そこで、予期できない２次ピーク（及び／又は他の原因）による測定エラーを引き起こすような状態（及び／又は事象）を処理する手段を備えた改良されたクロマティック・レンジ・センサの測定装置を提供することが望まれている。

すなわち、本発明に係る方法は、クロマティック・レンジ・センサ（ＣＲＳ）によって測定される、ワーク高さ測定値の有用性を向上させることを特徴とする方法である。ここで、前記ＣＲＳ測定装置を、クロマティック・ポイント・センサの測定装置で構成してもよく、また、ＣＲＳ（光学要素）を光学ペンで構成してもよい。この方法は、前記ＣＲＳによる測定データの信頼性について、スペクトルデータ（ここで、スペクトルデータとは、測定スペクトルの強度プロファイルデータを示す。）の形状関連の信頼性評価基準を含む、少なくとも３つの既定の信頼性区分を定める測定データの信頼性評価基準を用いる。

この方法では、使用者又はホストシステムは、例えば、ワークからの望まない二次反射に起因する測定エラーのように、潜在的な測定エラーの警告を受ける。このことは、そのような潜在的な測定エラーの知識のない比較的初心者には、非常に有益である。また、自動シーケンスで、どの測定位置（及び／又は、どの測定値）が、結果として予期しない測定エラーを有しているかどうかを判断したい比較的経験者にも、有益である。

ここで、１セットの測定データを取得するためにＣＲＳ測定装置を動作させるとよい。当該１セットの測定データを、ワーク上の位置ごとのワーク高さ測定値に応じたスペクトルデータから構成するとよい。前記スペクトルデータが示すピークを判定することによって、ワーク高さ測定値を決定する。１セットの測定データについて、前記信頼性評価基準による測定データの信頼性区分を決定する。その後、前記ＣＲＳ測定装置は、決定されたワーク高さ測定、及び、これに対応する決定された測定データの信頼性区分を出力するとよい。

決定されたワーク高さ測定とともに、これに対応して決定された測定データの信頼性区分を示す上位データ（メタデータ）が保存されることが好ましい。

ぞれぞれの前記信頼性区分は、以下に挙げる事項（１）〜（６）のうちの少なくとも１つを含む状態に対応していることが好ましい。
（１）異常な非対称性を有するスペクトルデータのピーク領域、
（２）飽和したスペクトルピーク、
（３）測定中にクロマティック共焦点ポイントセンサのデューティ・サイクルの調整が実行されたこと、
（４）測定の許容範囲を外れたスペクトルピークの距離表示座標（例えば、信号の重心位置）、
（５）ある閾値未満のスペクトルのピーク強度、
（６）オーバーフローした制御システムのアキュムレータ。

スペクトルデータの形状に関連する少なくとも１つの前記信頼性評価基準は、前記スペクトルデータのピーク領域の異常な非対称性を特定するために設けられていることが好ましい。
前記異常な非対称性の特定は、ワーク表面の１以上の位置からの反射光に起因する異常な非対称性を特定することを含むことが好ましい。（例えば、薄膜の全面と裏面をそれぞれ反射する光、又は、測定の基礎となる一次反射光を供給するための測定位置を通って戻ってくるような予期しない２次反射光。）

異常な非対称性の形状評価基準は、ピークピクセルとピーク領域の重心との差を判定することを含むことが好ましい。
形状評価基準が、対応する測定データセットを取得するためのＣＲＳ測定装置の動作で構成される測定サイクルの１サイクル毎に、リアルタイムで評価されることが好ましい。

測定データ信頼性評価基準に基づく測定データセットに対する信頼性区分の決定工程は、ＣＲＳ測定装置によって実行されることが好ましい。さらに、当該決定工程は、ＣＲＳ測定装置によって自動的に実行されることが好ましい。測定データの信頼性区分は、ＣＲＳ測定装置の各サイクルの内部に供給されることが好ましい。その区分は、使用者が決定した出力データ選定に基づいて、出力される。

測定データセットを取得するためのＣＲＳ測定装置の動作工程、測定データの信頼性区分の決定工程、及び、決定されたワーク高さ測定値とこれに対応決定された測定データの信頼性区分とを出力する工程を含む工程群を、繰り返し実行させることが好ましい。さらに、ＣＲＳ測定装置の測定レートに合わせて、前記工程群を繰り返し実行させることが好ましい。

ＣＲＳ測定装置は、さらに、複数の測定データセットを供給するために動作されるとともに、信頼性評価基準が測定データセット毎に評価されることが好ましい。ユーザインターフェイスは、対応決定された測定データの信頼性区分の標識を伴った複数のワーク高さ測定値を表示し、その標識は少なくとも特有の形状又は色の少なくとも１つから構成されることが好ましい。

３つの既定の測定データの信頼性区分のうちの少なくとも１つが、警告タイプに分類され、該警告タイプは、ワーク高さ測定値が測定エラーのリスクを伴って決定されていること、又は、決定される可能性があることを表示し、
少なくとも他の１つが、エラータイプに分類され、該エラータイプは、ワーク高さ測定値が信頼できる状態で決定されなかったこと、又は、決定され得ないことを表示することが好ましい。
スペクトルデータの形状に関連する信頼性評価基準によって定義された、測定データの信頼性区分少なくとも１つが、警告タイプに分類されることが好ましい。

ＣＲＳ測定装置において、測定値又は測定データと、データ解析（及び／又は、ＣＲＳ測定装置の内部での通常の動作）に基づく当該測定値又は当該測定データについての信頼性区分と、の両方を提供するという技術は、従来になかった。例えば、多くのデータポイントの後処理に基づいている幾何学的異常値解析とは対照的である。ＣＲＳ自動測定ルーチンの改良のため、ワーク上の疑わしい測定位置の理解のため、及び、他の利用において、そのような情報の組合せは有用な診断上の情報になる。加えて、ＣＲＳ測定装置の計算処理量が大きく、その測定レートを高めるためには、条件付きの処理を拒むパイプライン方式の処理（及び／又は同期処理）の割合を高めなければならない。それゆえ、その信頼性を考えないで、まずは、要求の高いレートで測定値を処理し、及び／又は、出力し、後で、分離処理及び／又は出力動作として、その測定値の信頼性を区分することは、有用である。ここで開示された様々な装置及び方法は、これらの理由及び他の理由から、有益である。

一実施形態に係るクロマティック・レンジ・センサ（ＣＲＳ）の測定装置のブロック図である。 検出器アレイ内のピクセルの電圧オフセット信号レベルを示す、ＣＲＳからのプロファイルデータの線図である。 信頼性のある測定距離表示座標に対応する正常なピーク領域信号を示す、ＣＲＳからのプロファイルデータの線図である。 （Ａ）は、既知の測定距離をクロマティック・ポイント・センサの距離表示座標に相関付けるためのＣＲＳ距離校正データの線図であり、（Ｂ）は、距離表示座標（ＤＩＣ）から測定距離を求める際に参照するクロマティック・ポイント・センサ用のＣＲＳ距離校正ルックアップテーブルを示す図である。 複数の測定データ信頼性区分が適用されてしまうようなスペクトルプロファイルを生じる被測定面に適用された一実施形態に係るＣＲＳ測定装置の図である。 一次及び二次反射が合わさったことで生じる異常な非対称性のピーク領域信号および誤った測定距離表示座標を示す、ＣＲＳからの異常なスペクトルプロファイルデータの図である。 図５に示すものと同様のワークに応じて得られ、複数の測定点からなる表面プロファイルの図である。 測定データの信頼性区分と対応する信頼性評価基準の例を示すテーブルの図である。 図５に示すものと同様のワークに応じて得られ、複数の測定点及び関連する信頼性区分の標識からなる表面プロファイルの図である。 ワーク高さ測定値とともに、決定された測定データの信頼性区分を供給するために、ＣＲＳ測定装置を動作させるためのルーチンを示すフロー図である。

図１は、本発明の一実施形態のクロマティック・レンジ・センサ（ＣＲＳ）測定装置１００のブロック図である。図１に示すように、ＣＲＳ測定装置１００は、光学要素１２０と、ＣＰＳ電子機器部（以下、単に電子機器部）１６０とを含む。図１に示す実施形態では、電子機器部１６０は、信号演算器１６６と、記憶部１６８と、ＣＰＳ波長検出器（以下、単に波長検出器）１６２及び広波長帯域光源１６４（白色光源とも呼ばれる）からなるサブシステム（光源＋検出器）１６１とを含む。図１のＣＲＳ測定装置１００は、同時に１つの測定点を測定するクロマティック・ポイント・センサ測定装置である。図１の光学要素１２０は光学ペンである。しかし、様々な実施形態では、クロマティック・ライン・センサといった、クロマティック・レンジ・センサの変形タイプを、ここに開示された装置及び方法に従って動作させるために構成してもよい。

様々な実施形態において、波長検出器１６２は、分光計の検出器アレイ１６３を含む。検出器アレイ１６３は、波長検出器１６２の測定軸に沿って配列された複数のピクセルから構成されていてもよい。なお、それら複数のピクセルは、それぞれの波長光を受光して、出力スペクトルプロファイルのデータを供給する。

電子機器部１６０は、光ファイバケーブル１１２を含む光路を通じて、光学要素１２０に連結されている。図１に示す実施形態には、上記光路についての任意選択による態様、または代替の態様を示す。例えば、その光路は、光ファイバセグメント１１２Ｂの接続子ＣＯＮＮＥＣＴ−Ｄで接続された第１セグメント１１２Ａ及び第２セグメント１１２Ｂと、第２セグメント１１２Ｂを電子機器部１６０に接続する連結器ＣＯＵＰＬＥＲ−Ｏとを含む。光源１６４は、波長光のスペクトルプロファイル（入力光）を入力するために光ファイバケーブル１１２に接続されている。

光学要素１２０は、入出力（Ｉ／Ｏ）用の光ファイバ・サブアセンブリ１０５と、筐体１３０と、光学系部分１５０とを含む。入出力用の光ファイバ・サブアセンブリ１０５は、入出力用の光ファイバ１１３と、光ファイバ接続子１０８とを備える。入出力用の光ファイバ１１３は、この光ファイバ１１３を包んでいる光ファイバケーブル１１２から延長されたものである。入出力用の光ファイバ１１３は、開口部１９５を通して出力ビームを出力すると共に、反射された測定信号光（反射光）を開口部１９５を通して受け取る。

動作中、ファイバ端部からの放射光は、開口部１９５を通して、光学系部分１５０により合焦する。その光学系部分１５０は、ＣＲＳ測定装置で既知のように、光軸方向の色分散を供給するレンズを含んでいる。この光軸方向の色分散とは、光軸ＯＡに沿った焦点が光の波長に応じて異なった距離の位置に生じることを言う。より詳細に後述するように、測定動作中、ワーク１７０の表面位置（被測定面）１９０上で光の焦点が合う。光が表面位置１９０を反射すると、光学系部分１５０によって開口部１９５上で再び光の焦点が合う。光学系部分１５０によって提供される光軸方向の色分散により、１つの波長光のみが、測定距離「Ｚ」に一致する焦点距離を有することになる。

その測定距離Ｚは、光学要素１２０に関連する固定の基準位置ＲＰから表面位置１９０までの距離を示す。表面位置１９０で最もよく焦点が合う波長光が、開口部１９５において最もよく焦点が合う波長光にもなるように、ＣＲＳ測定装置１００が形成されている。最も良く焦点の合った波長が、主に開口部１９５を通過して光ファイバケーブル１１２の光ファイバ１１３のコアに入るように、開口部１９５は、反射光を空間的にフィルタリングしている。以下の詳細な記載にあるように、光ファイバケーブル１１２は、信号光を波長検出器１６２に伝搬する。この波長検出器１６２は、表面位置１９０までの測定距離Ｚに応じた波長で、かつ、主強度を有する波長を決定するために利用される。

通常測定の動作中、広波長帯域光源１６４は、信号演算器１６６により制御され、光ファイバの経路を通じてＣＲＳ光学要素１２０に連結されている。この光ファイバの経路は、照明ファイバセグメント１６５Ｉ、２×１連結器ＣＯＵＰＬＥＲ−Ｅ、ＣＯＮＮＥＣＴ−Ｅ、および光ファイバケーブル１１２を含んでいる。上述したように、光は、長軸方向の色収差を生じさせる光学要素１２０を通じて進行する。開口部１９５を通って光ファイバケーブル１１２内に最も効率よく戻ってくる光の波長は、表面位置１９０上で焦点の合う波長である。次に、反射された波長依存性の光強度は、光ファイバの経路を通って、電子機器部１６０及び連結器ＣＯＵＰＬＥＲ−Ｅまで戻って行く。その結果、光の約５０％が、信号ファイバセグメント１６５Ｓを通って、波長検出器１６２に向けられるようになる。波長検出器１６２は、波長依存性の光強度を受け取り、その光強度を検出器アレイ１６３の測定軸に沿ってピクセルの配列に渡って分布する出力スペクトル強度プロファイル（単に出力スペクトルプロファイルとも呼ばれる。）に変換する。そして、波長検出器１６２は、検出器アレイ１６３から出力されるピクセルデータに基づいて対応する出力スペクトルプロファイルデータを供給するように動作する。

プロファイルデータ（出力スペクトルプロファイルデータ）についてのサブピクセル分解能を有する距離表示座標（ＤＩＣ：distance-indicating coordinate）が、信号演算器１６６によって計算される。そして、図４（Ａ）、（Ｂ）について後でさらに述べるように、計算されたＤＩＣが、距離校正のルックアップテーブル等を介して表面位置１９０までの測定距離Ｚを決める。距離校正のルックアップテーブル等は、記憶部１６８に記憶されている。距離表示座標（ＤＩＣ）は、さらに後述する様々な方法（例えば、プロファイルデータのピーク領域に含まれるプロファイルデータの重心を決定する方法）によって、決定され得る。距離表示座標（ＤＩＣ）が校正動作中に決定される場合は、そのＤＩＣを校正距離表示座標と呼ぶ。また、距離表示座標（ＤＩＣ）がワーク表面の測定動作中に決定される場合は、そのＤＩＣを測定距離表示座標と呼ぶ。サブピクセルの距離表示座標の決定に使用されるプロファイルデータについては、後でさらに詳細に説明する。

図１は、基本的骨格として、ＸＹＺ直交座標軸を含んでいる。Ｚ方向は、光学要素１２０の光軸または距離の測定軸に平行するものとして定義されている。図１に示すように、動作中、ワーク１７０は、光学要素１２０の光軸ＯＡに沿って配置される。一実施形態では、ワーク１７０は、移動ステージ１７５上に載置された状態で、位置合わせされる。有利なことには、ガイドベアリング１７５Ｂによって拘束されたＺ軸方向に沿って、それ（ワーク１７０）が移動できて、その表面１７５ＡがＸＹ平面に名目上平行な状態になるように、その移動ステージ１７５自体が位置合わせされ得るようになっている。ＣＲＳ測定装置１００の他の例示的な特徴および動作について、より詳細に後述する。

以下の図２の説明において、既知の雑音（バックグラウンド）の信号処理、及び／又は、校正動作の概要を説明する。これらは、本発明の様々な実施形態に結びついて、使用され得る。この説明の目的は、以下のことを強調することである。つまり、ここでさらに開示される本発明に係る方法は、これらの動作とは区別されるが、両立できるということである。図２は、ＣＲＳからのプロファイルデータの線図２００である。この線図２００は、測定表面が無い場合（例えば、図１のワーク１７０の表面位置１９０が無い場合）での、検出器アレイ１６３内のピクセルに関する電圧オフセットの信号レベルＶoffset_ｐについて説明している。これより、意図的な反射光が存在せず、かつ、結果として生じる強度プロファイル中に顕著な主波長ピークが存在しないことが分かる。図２に示すように、電圧オフセットの信号Ｖoffset_ｐは、１，０２４個のピクセルのそれぞれの正規化電圧でプロットされる。「正規化電圧」では、１．０の値が検出器アレイ１６３の飽和電圧に割り当てられている。電圧オフセットの信号Ｖoffset_ｐは、アレイ全体に渡って一定であるように示されているバイアスの信号レベルＶbiasと、アレイ全体に渡ってピクセル座標ｐに依存しているように示されている雑音信号成分Ｖback_ｐとを含む。変化する雑音信号Ｖback_ｐは、ＣＲＳ内の波長依存性の疑似反射等からの背景光といった信号はもちろん、様々なピクセルｐの暗電流による信号を表している。

様々な実施形態では、検出器アレイ１６３のピクセル配置を校正し、又は補正するために、継続して、その信号成分Ｖback_ｐ（又は、これと同様の変動を示す信号。例えば電圧オフセット信号Ｖoffset_ｐ）が補正データ１６９に記憶され、また、各ピクセルｐから後続する全てのプロファイルデータ信号を（例えば、減算によって）補正するために使用されれば、有利である。従って、雑音信号成分Ｖback_ｐが、既知の方法で補正されることが想定されるので、後述する様々な強度プロファイル又は独創的な信号処理動作等に関連して、これ以上、明示的に考慮することも、又は説明することも必要がない。

時間が経っても比較的安定している雑音信号成分Ｖback_ｐとは対照的に、周囲温度の変化および動作中に電子機器部１６０の発熱に伴って生じる電圧ドリフトの結果として、座標非依存性のバイアス信号レベルＶbiasは変化し得る。

以下の図３および図４（Ａ），（Ｂ）の説明において、より再現性のある距離測定が得られるように、プロファイルデータの距離指示サブセットに基づいて、距離表示座標（ＤＩＣ）を決定することができる特定の信号処理動作について概説する。このプロファイルデータは、同時に発生するバイアス信号レベルＶbiasの変化を補正することに対して動的に適合したものである。ここで概説する動作は、特許文献１及び特許文献４により詳細に説明されている。この説明の目的は、ＣＲＳ距離測定動作を全体的に理解するために有用となるような、バックグラウンド情報を提供することである。

図３には、ＣＲＳ測定動作中に得られたＣＲＳ検出器（例えば、検出器１６２）からのプロファイルデータ３１０（測定プロファイル信号のデータ）の線図３００が示されている。ＣＰＳ測定動作中とは、特定の光学要素又は全体システムについての校正動作中でも、通常の測定動作中でもよい。このプロファイルデータ３１０は、比較的対称性があって、信頼できる測定距離表示座標に対応した、正常なピーク領域信号を示している。プロファイルデータ３１０は、プロファイル信号ＭＳｐとも称され得る。但し、ＭＳｐは、検出器アレイ（例えば、検出器アレイ１６３）の各ピクセルｐに関連付けられる信号レベル（正規化電圧で示される）である。図３のグラフ３００は、目標表面（例えば、表面１９０）を光学要素１２０の光軸ＯＡに沿ってある距離に位置決めされた状態にして作成されており、図３に示すように、距離に対応する主波長のピーク領域を有する測定プロファイルデータ３１０が生成されている。

図３は、測定バイアスの信号レベルＭＶbias（正規化電圧で示す）、ピークのピクセル座標ｐｐｃ、ピーク位置のインデックス座標ｐｐｉｃ、及び、データ閾値ＭＶthresholdを示す。データ閾値ＭＶthresholdは、ピーク領域内のデータの距離表示サブセットの下限を定義している。すべての「ＭＶ」値は正規化電圧である。図３は、校正スペクトルのピーク領域内のデータの距離表示サブセットに基づいて決定される距離指示座標（ＤＩＣ）も示す。特許文献４に説明されるように、いくつかの実施形態では、データ閾値ＭＶthresholdは、インデックス特性の閾値ＭＶthreshold(ppic)としてもよい。

簡潔に言えば、一実施形態において、距離表示座標（例えば、プロファイルデータ３１０と関連して説明した距離表示座標ＤＩＣ）を決定する測定動作は、以下を含み得る。
・目標表面を光軸ＯＡに沿って位置決めし、結果として生成されるプロファイルデータ３１０を取り込む。
・ピークのピクセル座標ｐｐｃ（すなわち、最も高い信号を有するピクセル）を決定する。
・ピーク位置のインデックス座標ｐｐｉｃを決定する。このインデックス座標ｐｐｉｃは、特定の校正データ（例えば、インデックス特性の閾値校正データ）を記憶し、及びその校正データを検索するためのインデックスである。いくつかの実施形態では、これはピークのピクセル座標ｐｐｃと同じにしてもよい。
・測定バイアスの信号レベルＭＶbiasを決定する。
・データ閾値ＭＶthresholdを決定する（例えば、ピーク高さの存在する割合として決定する。又は、現在のピーク位置のインデックス座標ｐｐｉｃに対応するインデックス特性の閾値校正データに基づいて決定する）。
・測定ピーク領域において、データ閾値ＭＶthresholdよりも大きな値のデータである距離表示サブセットに基づいて、サブピクセル分解能での距離表示座標（ＤＩＣ）を決定する。
・距離校正の測定の場合、（例えば、干渉計により、）所望の精度で目標表面までの対応する距離を独立して決定する。そして、距離校正のテーブル内または曲線上（例えば、図４（Ａ）に示す距離校正データ４１０により表されるような距離校正のテーブル内または曲線上）での距離校正データの位置を決定する。
・ワーク距離の通常測定の場合、記憶された距離校正データ内での対応する距離に、測定ＤＩＣを相関付けることによって、測定距離Ｚを決定する。この距離校正データは、例えば、図４（Ａ）に示す距離校正データ４１０により表されるような距離校正のテーブル又は曲線とする。

ここで、式（１）中のＳ_M(p)は、次の式（２）で与えられる。

上記動作では、データ閾値ＭＶthresholdよりも上のデータである距離表示サブセットに基づいて、距離表示座標ＤＩＣをサブピクセル分解能で決定することができる。いくつかの異なる方法のうちの１つによって、測定ＤＩＣを決定することができる。一実施形態では、測定ＤＩＣは、データの距離表示サブセットの重心ＸCをサブピクセル分解能で表わした座標として、決定される。例えば、１０２４個のピクセルを有する検出器の場合、重心ＸCは、次の式（１）に従って決定することができる。

特定の一例では、式（１）において、ｎ＝２である。式（２）は、重心の計算に使用されるデータを、距離表示サブセットのデータ内に制限することが好ましい。校正動作中に、距離表示座標ＤＩＣが決定される場合は、距離表示座標ＤＩＣを校正距離表示座標と呼ぶ。同様に、測定動作中に決定される場合は、距離表示座標ＤＩＣを測定距離表示座標と呼ぶ。

図４（Ａ）は、ＣＲＳ測定距離校正データ４１０Ａの図４００Ａである。この校正データは、縦軸に表わすＣＲＳ測定装置１００等の既知の又は校正された測定距離ＺOUT（ミクロン単位）を、横軸に表わす距離表示座標ＤＩＣ（ピクセル単位）に相関付けるものである。図４（Ａ）に示す例は、３００ミクロンに指定された測定範囲ＭＲを有する光学要素の場合であり、この校正データは、約１５０〜４９０個のピクセルの範囲内での校正距離表示座標に対応する。しかし、クロマティック・レンジ・センサ１００は、望まれるならば、検出器アレイ１６３のより大きなピクセルの範囲に渡って、校正されてもよい。基準とする距離、又は、ＺOUTが「ゼロ」となる距離は、多少、恣意的なものであり、光学要素１２０と関連して所望の基準距離に設定することができる。距離校正データ４１０Ａは平滑な曲線を形成しているように見えるが、典型的な従来技術のＣＲＳ測定装置のための、特に経済的なＣＲＳ測定装置のための距離校正データ４１０Ａは、小さい範囲での誤差又は不規則性を表わすことができるものであることが好ましい。

いくつかの実施形態では、ＣＲＳ測定距離校正データ４１０Ａは、図３を参照して述べたように決定され、及び／又は、使用され得る。ＣＲＳ距離校正データ４１０Ａの性質をさらに明確にするため、例示的な実験室用の校正方法をここで簡潔に概説する。簡潔に言えば、ミラーが、（例えば、図１の表面１９０を代替するものとして）ＣＲＳ光学要素の光軸ＯＡに沿った校正表面を提供し得る。ミラーの変位は、約０．１ミクロン又は０．２ミクロンの刻みで制御され得る。刻み毎に、実際のミラーの位置または変位が、干渉計等の参照基準を使用して取得される。実際のミラー位置毎に、それに対応するＣＲＳの校正距離表示座標（校正ＤＩＣ）は、ＣＲＳ検出器によって（例えば、上述したように）提供されるミラー位置に対応した強度プロファイルデータに基づいて決定される。校正距離表示座標および対応する実際の位置は、次に、校正データ４１０Ａを提供するために記憶される。

次に、測定動作中、ワーク表面（例えば、図１の表面１９０）の距離測定を提供するために、ワーク表面はＣＲＳ光学要素の光軸ＯＡに沿って位置決めされる。ＣＲＳの測定距離表示座標は、ＣＲＳ検出器により提供される強度プロファイルデータから決定される測定距離表示座標に基づいて決定される。次に、距離校正データ４１０Ａを使用して、その特定の測定距離表示座標に対応するＣＲＳ測定距離ＺOUTが決定される。

図４（Ｂ）は、クロマティック・レンジ・センサの距離校正ルックアップテーブル４１０Ｂを示す図（４００Ｂ）である。このルックアップテーブル４１０Ｂは距離表示座標（ＤＩＣ）に基づいてクロマティック・ポイント・センサの測定距離を得るために用いられる。

図４（Ｂ）のテーブル値は、説明のためのものであり、また、他の実施例で表示された特有の値には対応していない。例えば、同様の概念からなるものであるが、図４（Ｂ）の特有のテーブル値は、図４（Ａ）の特有の校正データ４１０Ａに示されたものと異なっている。

図４（Ｂ）に示すように、左列の校正ＤＩＣの記載は、１から１０２４まで０．１ピクセルの増加量で、ピクセル座標をカバーしている。また、右列の対応する測定距離はマイクロメータ単位で記載されている。ワーク測定動作中、測定ＤＩＣに対応する測定距離を決定するために、クロマティック・ポイント・センサにより計算された測定ＤＩＣが保存された校正ルックアップテーブルによって照合される。測定ＤＩＣが隣接の校正ＤＩＣ値の間にある場合、測定ＤＩＣに応じた測定距離は、内挿法によって決定される。

既知の測定距離に応じた校正ＤＩＣｓを０．１又は０．２μｍの増加量で発生させるためのデータ発生ルーチンは、図４（Ａ）を用いて前述した通りである。各既知の測定距離のために、対応する校正ＤＩＣｓが決定され、図３を参照して概要を述べたように保存される。そのデータは、ルックアップテーブル４１０Ｂに示すような数値を０．１ピクセルのピクセル座標の増加量で供給するために、必要に応じて内挿して求められる。

図４（Ａ），（Ｂ）にて使用された校正データは、光学的な振る舞いの良い表面（例えば、ミラー）を使って、かつ、比較的理想に近い状態で集められる。その結果、校正データは信頼性の高いものとなる。この概念に関連して、図３のプロファイルデータ３１０が、ある理想的な状態で、校正動作中に測定され、結果として、理想的な特性となった。例えば、プロファイルデータは、比較的対称性のあるピーク領域を有し、ピーク強度は信頼できる位置測定値を決定できる程度に高い。プロファイルの重心のピクセル位置は、テーブル４１０Ｂの特定された範囲に入っている。プロファイルは飽和しておらず、ＤＳＰの累算器（アキュムレータ）は、オーバーフローしていない。デューティ・サイクルは、校正測定中に調整されているなどの特性である。

しかし、ある正規に校正していない測定動作において、これらのタイプの理想的な状態及び特性のいくつかが存在しないか、又は、変化した場合、測定データの信頼性に影響を及ぼすことになる。以下に詳述するように、ここに記載する方法によって、測定データが理想的な状態又は特性よりも低い条件で取得されたときに、ある表示を提供することを目的として、信頼性区分が測定データとともに提供される。言い換えると、ある環境又は特性（例えば、異常な非対称性のピーク領域、不十分な信号、飽和した信号、アルゴリズム・オーバーフロー、測定中のデューティ・サイクルの調整など）が測定データとともに提供される様々な信頼性区分を定義する。以下に詳述するように、ある実施形態では、信頼性区分が、特定された信頼性の標識に関係付けられる。（例えば、グラフィック標識では、その概略的な表面プロファイル上の各測定点が、その測定点を決定するために用いる測定データの信頼性の標識を含んでいる。）そのような測定データの信頼性区分は、様々な目的に使用される。例えば、使用者が、ある信頼性区分によって、その区分に関連する測定データのフィルタリングを決定できるようになり、また、改善された測定値が得られるように設定を調整できるようになる。特有の「異常な非対称性ピーク領域」の信頼性区分を決定して、その信頼性区分に測定データを関連づける例を、図５〜７に基づいて説明する。

図５は、概略的に示された表面の測定に適用された一実施形態に係るＣＲＳ測定装置５００の図である。その表面は、例えば、図９を用いて後述するように、多くの測定データの信頼性区分が付与されるスペクトルプロファイルを生じる。しかし、ここでの例示の目的は、１つの測定データの信頼性区分（すなわち、異常な非対称性のスペクトル領域）に関連するスペクトルプロファイルを示すことである。ＣＲＳ測定装置５００は、図１のＣＲＳ測定装置１００と同様の要素からなる。図１の要素１ＸＸに類似又は同一の要素には、要素５ＸＸのように同様の符号を付する。また、図５において、図１との違いが明確な構成のみを説明する。

図５に示すように、ある実施形態では、ＣＲＳ電子機器部５６０が、ＣＲＳ測定装置５００の制御信号及びデータを受ける、及び／又は、交換する制御ホストシステム５８０に接続されている。測定装置の動作および方法がここで開示される。関連する測定データの信頼性区分を決定するための出力スペクトルプロファイルデータの解析は、ＣＲＳ電子機器部５６０又はホストシステム５８０によって実行される。ある実施形態では、ホストシステム５８０は、（例えば、マシンビジョン検査システムで用いられているように、）自動動作制御を含む。また、非接触式測定プローブを用いて検査を行うためにＣＲＳ測定装置５００を動作するパートプログラムを定義し、実行する。

図５に示すように、ＣＲＳ測定装置５００は、ワーク５７０の表面（例えばネジ山）について、表面位置５９０を有する測定点ＭＰの測定に使用される。ある実施形態では、ワーク５７０は、図７に示す表面プロファイルの測定値を取得するために、Ｘ軸方向に沿って移動するのに有利に配置されたガイドベアリング５７５Ｂを有する移動ステージ５７５上に載置されている。ワーク５７０は、表面５７１及び表面５７２（比較的反射率の高い金属性のネジ山表面など）で構成されている。ＣＲＳ測定装置５００は、表面５７１上の予定の測定点ＭＰでＺ高さを測定できるように配置されている。破線によって、出力スペクトルプロファイルを与える合焦した波長光を示す。予定の測定点ＭＰは、第１波長光を構成する測定光の一部による１次反射光を提供する。第１波長光は、第１波長ピークを出力スペクトルプロファイルに与える。しかし、測定光のかなりの部分は、表面５７１と連続する表面５７２とを反射した光である。測定光のかなりの部分は、表面５７２上の二次反射点ＳＲＰで焦点を結び、そこを反射した第２波長光を含む。光軸に沿って表面５７１に戻ってきた第２波長光は、表面５７１を反射して、ＣＲＳ測定装置５００の出力スペクトルプロファイルに第２波長ピークを与える。

図５に示すように、第２反射点ＳＲＰは、予定の測定点ＭＰに対して、測定光路長差ΔＺを有する。測定光路長差ΔＺが十分に長ければ、結果として、この測定点に関連するプロファイルデータ中に、図６に示すような明確に定義された２次ピークが得られる。測定光路長差ΔＺが小さいとき、２次ピークは１次ピークに接近して、両者は組み合わさって、異常に歪んだ、及び／又は、非対称性のピーク領域を形成する。図５に示すように、概略的に示された表面５７０は、ネジ山に類似した表面プロファイルを有する。しかし、小さい穴又は溝などのような他のタイプのワーク形状の測定動作中は、２次反射の影響が同様に生じる。

図６は、ＣＲＳ測定装置５００からの異常なプロファイルデータ６１０の線図６００であり、１次反射と２次反射とが組み合わさった結果である異常な非対称性のピーク領域信号と、その誤った測定距離表示座標とを示す。図６のプロファイルデータは、例えば図５に示した測定状態に対応する。図６に示すように、プロファイルデータ６１０の異常な非対称性ピーク領域は、ＭＰ波長ピーク及びＳＲＰ波長ピークを含む。出力スペクトルプロファイルデータ中のＭＰ波長ピークは、表面５７１上の予定された測定点ＭＰに合焦され、反射した光に対応する。一方、ＳＲＰ波長ピークは、表面５７２上の２次反射点ＳＲＰに合焦され、反射した光に対応する。

ＳＲＰ波長ピークは、ＭＰ波長ピークよりも強い信号レベルを示す。これは、表面５７１上の入射角によって、予定された測定点ＭＰからＣＲＳ測定装置に向かう反射光は弱くなり、また、表面が高度に研磨仕上げされている結果、一層鏡面反射が生じて、２次反射点ＳＲＰがほぼ通常の入射で、多くの光が反射するにも関わらず、殆どの光が表面５７１で続けての反射によってＣＲＳ測定装置に戻されるからである。異常な非対称性ピーク領域は、特にこの異例の影響を含んでいるか、含まないかである。いずれにせよ、正常なピーク領域は比較的対称性を有する。重心方法や比較的シンプルなカーブフィッティング法などの早い処理方法を使って、そのようなピーク領域の代表的な波長ピークを特定することは、再現性がよく信頼できるＣＲＳ測定装置の測定結果を得ることができる。しかし、そのような早い処理方法では、異常な非対称性のピーク領域があるため、再現性がよく信頼できる測定結果を提供できない。このことは、校正にしようするための前提条件、および、早い処理方法の前提条件に反してしまう。

例えば、図６に示すように、測定点ＭＰのための実際の測定距離座標は、ピクセル４５６に近いＭＰ波長ピークの付近になる。しかし、異常な非対称性ピーク領域の測定距離表示座標を決定するために重心法（例えば、式１）を使用すると、測定距離表示座標はピクセル５１６の近くに位置する。これは非常に大きな測定エラーであり、ＳＲＰ波長ピークに関連している概略５３２のピークピクセル座標に近い。図５の実施形態に関して、様々な実施形態では、ＣＲＳ測定装置５００は、ワーク表面の測定点から出力スペクトルプロファイルを取得し、対応する出力スペクトルプロファイルデータ（例えば、プロファイルデータ６１０）を供給するために動作する。出力スペクトルプロファイルデータは、関連する測定データの信頼性区分を決定するために解析される。出力スペクトルプロファイルデータの解析では、光強度及び／又は形状に関する測定データの信頼性区分を定める信頼性評価基準を利用する。そのような信頼性評価基準を用いた出力スペクトルプロファイルデータの解析によって、光強度及び／又は形状関連の測定データの信頼性区分を測定データに適用するかどうかが決定される。ある実施形態のように、「異常な非対称性評価基準」の信頼性区分のための信頼性評価基準を利用した図６の測定データの解析を以降に詳述する。

与えられた信頼性区分を定義するのにどの信頼性判定基準を使うべきかの決定においては、多くの要因を検討する必要がある。例えば、図６に示すような異常な非対称性ピーク領域に関して、そのようなピーク領域が、二次反射ピークが一次反射光ピークよりも大きいところに、特定の特異な効果を含んでいるかもしれない。さらに、出力スペクトルプロファイルで別々に区別できるため、ピークをそれほど広い範囲で分解する必要がない。（例えば、それらは単独の歪んだピークを形成するように見えるかもしれない。）いずれにしても上述の説明によって、予期しない二次反射光が出力スペクトルプロファイルに大きな影響を与えると、そのピーク領域が著しく非対称になることが理解される。このように、異常な非対称性ピーク領域を特定することが、ある実施形態において検討されている。潜在的に信頼できない測定値についても十分よく特定できるようにすることや、透明薄膜などにおける予期された２つのピークを特定するためにスペクトル信号処理が利用されていないことについて、少なくとも検討されている。ＣＲＳ測定装置（又はＣＲＳ測定装置に接続されたホストシステム）がピーク領域の非対称性を評価するためにピーク領域データを解析することができて、測定データが「異常な非対称性のピーク領域」の信頼性区分と関係しているかどうかについて決定するために基礎を提供することは、有利であることがいくつかの実施形態にて検討されている。

「異常な非対称性ピーク領域」の信頼性区分を定義するために選ばれた特有の信頼性評価基準に関して、様々なタイプの非対称性評価がここに記載されており、ピーク領域の非対称性を評価する他の方法は、先行技術の当業者に明白である。測定データが「異常な非対称性ピーク領域」の信頼性区分に該当するかどうかを判定するための信頼性評価基準が、選択によって与えられた評価方法によってピーク領域が異常な非対称性であると決定されるかどうかの決定工程を含んでいる。

「異常である」と考えられる非対称性の度合いについては、測定基準となれる代表としての「正常な」ワークを測定して、非対称性（特殊化の選ばれた方法によると）の予期された通常範囲の非対称性を決定することによって、発見的手法によって決定される。「異常である」と考えられる非対称性の度合いは、解析によって決定される。例えば、（選択された評価方法に従って、）非対称性の量を決定することにより決定される。この非対称性の量とは、望ましい測定エラーの限度を超えるような距離測定エラーを生じて、重心位置が移動するような程度の量である。

ピーク領域の非対称性評価を提供するためにスペクトルプロファイルの出力データを解析する工程は、スペクトルプロファイルの出力データに基づいて、ピーク領域の非対称性の値（計測値）を決定する工程からなる。スペクトルプロファイルの出力データが「異常な非対称性のピーク領域」の信頼性区分に該当するかどうかを決定するための信頼性評価基準は、ピーク領域の非対称性の値と、非対称性の閾値とを比較する工程から構成される。（例えば、発見的、または解析によって決定される。）ピーク領域の非対称性の値を決定する工程は、スペクトルプロファイルの出力データに基づいて、ピークピクセル座標を決定して（例えば、ピークピクセル座標、又はピーク位置のインデックス座標）、スペクトルプロファイルの出力データに基づいて（例えば、ピーク領域の重心）、測定距離表示座標を決定して、ピークピクセル座標と距離指示座標の差に基づいて、ピーク領域の非対称性の値を決定する。例えば、完全に左右対称のピーク領域にとって、これらの座標が名目上は同じであるとよい。かなり非対称性のピーク領域にとって（図６で示されたような）、ピークピクセル座標と測定距離表示座標の間には、かなり差があるとよい。ピークピクセル座標と測定距離表示座標の差は、ピクセル数であり、非対称性の閾値は、少なくとも５ピクセルのピクセル数の閾値から構成される。図６で示された例に関しては、違いはおよそ１６ピクセルである。このタイプの非対称性評価は、すでに通常の測定動作にも要求されているような、データの速い実行や再利用の点で有利である。しかしながら、それは単なる例示であって、これらに限定されない。一般に、様々なピーク領域の非対称性測定値は、異常な非対称性のピーク領域を特定（識別）するために決定される。例えば、ひずみ測定は、３番目に標準化された方法、ピアソン係数、又は、公知のひずみ計測方法に従って、ピーク領域の非対称性測定値を決定するために適用される。ピクセル数又はひずみの閾値は、ＣＲＳ測定装置に接続されたユーザインターフェイスでユーザによって選択された。例えば、ホストシステム５８０のユーザインターフェイスでもよい。

ＣＲＳ測定装置５００からの対応する信頼性の分類（例えば、「異常な非対称性のピーク領域」の信頼性区分など）は、（例えば、ホストシステム５８０に、）出力される。また、ＣＲＳ測定装置からの対応する測定距離の出力値（例えば、それぞれの測定サイクルにおいてＣＲＳ測定装置から出力される測定データセット）に関連付けられて、信頼性の分類が出力される。信頼性評価は、対応する測定距離とともにメタデータとして含まれ、保存される。対応する測定点とともに信頼性評価については、図７によって詳述される。

図７はいくつかのロールネジ（例えば、ネジ山）の表面プロファイルのダイヤグラム７００である。図５に示された概要の表面プロファイルに類似する。図５は複数の測定ポイントを包括する。表面プロファイルはＺ高さとＸ位置のプロットとして説明される。測定点７１０は図５に示された測定点ＭＰに類似する。二次反射で影響を及ぼされた測定値、及び、図６で示された関連する非対称性のピーク領域を生じている。ＣＲＳ測定データに基づくねじ山のプロファイルデータ解析についての公知の方法は、例えば測定ポイント７１０のように、ある要素（例えば、幾何学的異常値解析）に基づく測定点（、測定装置と開示された方法とに基づく測定点）を除去できるかもしれないが、ＣＲＳ測定装置によって関連する距離測定値に沿って供給される、測定データの信頼性区分（例えば、「異常な非対称性ピーク領域」の信頼性区分）に基づけば、そのような測定点をより高速に、より強力に、より信頼性よく、除去できる。

本発明の手法の価値は、例えば測定点７２０のような他の測定点について検討することによっても証明される。他の測定点は、他の方法によって測定エラーであると思われる点であり、例えば、幾何学的異常値解析法のような先行技術によって除去可能な点である。しかし、その他の測定点は、例えば、「異常な非対称性ピーク領域」の信頼性区分のようなネガティブな信頼性区分が距離測定値とともに提供されないということに基づいて、力強く信頼性よく保たれている点である。前述したように、ＣＲＳ測定装置において、測定値（又は、測定データ）と、その測定値（又は、測定データ）についての信頼性区分との両方を供給することは、従来に無かった。信頼性区分は、データ解析、及び／又は、通常のＣＲＳ測定装置内部の動作（例えば、多くのデータポイントの後処理に基づく幾何学的異常値評価基準と対照的である、）に基づいている。情報のそのような組み合わせは、有用な診断情報になる。自動化されたＣＲＳ測定ルーチンを改良して、ワーク上の疑わしい測定位置を理解するために、他の用途の中で、特に有用である。さらに、ＣＲＳ測定装置の計算負荷が高いので、条件付き演算を排除するパイプライン処理の動作及び／又は同期処理の動作を高い割合で実行するには、高い測定レートが要求される。したがって、信頼性に関わらず要求される高いレートで測定を処理し、及び／又は、出力して、次に、分離処理及び／又は出力動作としてその測定値の信頼性を分類するといった際に有用である。

図８〜１０を用いて詳述するように、異常な非対称性ピーク領域に加えて、他の環境及び状態もまた、早い処理方法を行うことの前提条件及び／又は校正に使用するための前提条件に反している。

他の実施形態においては、関係する測定結果が信頼できないということの表示は、測定結果とともに出力される測定データの信頼性区分の形式で出力される。

上述したように、他の測定データの信頼性区分は、測定データの信頼性に影響を及ぼすような他の環境及び状態を表示する場合に有用であるが、異常な非対称性ピーク領域に対する測定データの信頼性区分は、図６のような測定データを表示する場合に有用である。具体的には、測定データの信頼性に影響を及ぼすような他の環境及び状態もまた、他の信頼性区分によって表示される。例えば、以下のような信頼性区分である。飽和したスペクトルピーク、測定中に調整されたデューティ・サイクル、測定の許容範囲外のスペクトルピークの距離表示座標（例えば、重心信号）、ある閾値未満のスペクトルピークのピーク強度、オーバーフローした制御システムの累算器（アキュムレータ）など。これらの信頼性問題及び／又は信頼性区分のいくつかは、ＣＲＳ測定サイクル中のＣＲＳ測定装置の内部演算に関連する。望まない二次反射光を生じる疑わしいワーク表面位置の代わりに（又は、これに加える）。ＣＲＳ測定サイクル中の測定の信頼性問題は、しばしば、ワーク形状（プロファイル）の高さ又は傾斜が唐突に変化している場合、特に、そのような形状に沿ってＣＲＳ測定装置の測定サイクル・レートに高く関連している動作レートで移動する場合に、ＣＲＳ測定サイクル中の測定状態が変化する（又は、単に測定状態が不適当である）ために生じる。

別の実施形態においては、ＣＲＳの測定サイクル毎に、測定データの信頼性区分に関連する特徴を自動的に供給することが望ましい。また、別の実施形態においては、使用者による関連する動作モード又はパラメータの選択に応じて、これらの特徴が供給されることが望ましい。それは、使用者が、信頼できない測定データを生み出すような、ワーク又は測定点について、前述の特徴を強く望んでいるからである。

図８の表８００は、測定データの信頼性区分、及び、対応する測定データの信頼性評価基準の一例を説明するための表である。図８に示すように、表８００の列８２０は信頼性区分を示し、列８３０は信頼性区分のタイプ（象徴）を示し、列８４０は区分評価基準を示す。信頼性区分の列８２０の記載は、測定データの信頼性区分の名称である。信頼性区分のタイプの列８３０の記載は、本実施形態においては、特定された測定データの信頼性区分が測定エラー又は警告に関連するものであるかどうかを示す。評価基準の列８４０の記載は、測定データセットが特定の信頼性区分に属していると決定する場合に有用な判断基準のいくつかについての少なくとも部分的な記載である。

信頼性区分のタイプの列８３０に関して、ある実施形態においては、測定データの信頼性区分が、一般的に、警告タイプまたはエラータイプのいずれかに分類される。警告は、一般的に、測定エラーの問題又はその潜在的リスクが測定データとともに検出されたが、測定装置は未だ、位置測定値を決定するために動作させることを示す。測定エラーは、一般的に、測定データがより難しい問題を有していることと、位置測定値が合理的な程度の確実性をもって決定されないことを示す。測定エラーの場合、ある実施形態においては、位置又は測定の出力値が、標準的な浮動小数点の定義（ＩＥＥＥ７５４参照）に基づく非数値（ＮａＮ）に設定される。動作中に、ＣＲＳ測定装置（又は、ある実施形態においてはホストシステム）の動作によって、信頼性区分評価基準が測定サイクル又は測定値に適していると判断された際に、ある実施形態では、ＣＲＳ測定装置（又は、ある実施形態においてはホストシステム）がＣＲＳによる信頼性区分に関連する対応コードを出力することが好ましく、及び／又は、他の実施形態では、ワーク高さ測定値とともに信頼性区分のメタデータとして保存されることが好ましい。上記コードは、対応決定された測定データの信頼性区分を示す標識であり、また、対応する測定サイクル、警告表示又はエラー表示、及び／又は、測定値と関連付けて、出力され、読み取られ、及び／又は、表示される。

測定エラー又は警告に応じて、ある測定データの信頼性区分を分類することは、有益である。例えば、行８５０Ｈに関して、「異常な非対称性ピーク領域」の信頼性区分が表示された時は、例えば、図５〜７に関して前述したように、「警告」に分類することが望ましい。そのような表示によって、使用者は、適切な情報を追加的に得ることができる。例えば、透明薄膜の厚さが測定された後、その測定値について異常な非対称性ピーク領域を予期することができる。これらの「警告」タイプをワーク高さ測定値に沿って出力することによって、（反対にワーク高さ測定値を取得しない位置に「測定エラー」タイプを出力することによって、）使用者は、関連の測定データに関して何をすればよいかを、詳しい知識に基づいて決定することができる。例えば、そのデータを利用するか否かの決定や、測定を改善するために測定装置を調整することの決定などである。

一実施形態において、警告及び／又はエラーは、ランク付け制御に応じて分類される。また、最新に起きた一番厳正な警告又はエラーだけが、与えられた測定値とともに出力される。そのようなランク付け制御は、ある実施形態では、図９において後で詳述するように、測定点が信頼性区分の標識の形式で表面プロファイル上に出力される場合には有利である。言い換えると、ある実施形態では、１つの信頼性区分の標識だけが、各測定点とともに出力され、一番厳正な警告又はエラーに応じた信頼性区分の標識が最も適切に表示される。ある実施形態では、もし、与えられた測定データセットに飽和信号（例えば、行８５０Ｃに表示されたエラー）を出すことが決定され、また、測定データセットが範囲外（例えば、行８５０Ｃに表示されたエラー）であることが決定されたら、出力が適切となるように範囲外エラーが考慮される。一度エラーが生じたので、位置測定値が決定されることを防ぎ、飽和信号の表示が臨界値以下になる。

ある実施形態での測定データの信頼性区分のように、表８５０の各行８５０Ａ〜８５０Ｊは、特有の信頼性区分と、対応する測定データの信頼性判断基準とを示す。例えば、行８５０Ａは、「通常」の信頼性区分を示す。判断基準の記載は、「区分評価基準の違反なし」である。言い換えると、「通常」の信頼性区分は、通常の測定判断基準に反しない測定データに関係する。すなわち、以下に詳細に示すように、警告表示又はエラー表示を必要とする行８５０Ｂ〜８５０Ｊに表示された信頼性区分に関連する評価基準のどれにも該当しない。行８５０Ｂは、「位置テーブル無効」の信頼性区分を示す。判断基準の記載は「現在位置テーブルがシステムハードウェアに一致していない。」である。この評価基準は、ある実施形態において、位置テーブルデータに関連して保存された識別名又は値を、ＣＲＳシステムハードウェアに関連して保存された識別名又は値と比較するＣＲＳ電子機器のサブルーチンによって評価される。行８５０Ｃは、「範囲外」の信頼性区分を示す。判断基準の記載は「プロファイル用に決定された距離表示座標が、位置のルックアップテーブルの有効範囲外である。」である。この評価基準は、ある実施形態において、距離表示座標値と、位置のルックアップテーブルの距離表示座標の範囲における最大限界値及び最小限界値とを比較するＣＲＳ電子機器のサブルーチンによって評価される。行８５０Ｄは、「信号不十分」の信頼性区分を示す。判断基準の記載は「プロファイル・ピーク強度が、許容できないＳ／Ｎ比を示す既定の閾値未満である。」である。この評価基準は、ある実施形態において、ピーク強度値と、既定の閾値とを比較するＣＲＳ電子機器のサブルーチンによって評価される。一実施形態では、既定の閾値が保存された強度値である。他の実施形態では、既定の閾値は、既定値に、現状の測定サイクルのプロファイルデータ中のバックグラウンドレベル強度の平均値（例えば、ピーク領域の外側の強度平均値）を掛け合せた、動的な閾値である。行８５０Ｅは、「信号飽和」の信頼性区分を示す。判断基準の記載は「プロファイルが、不適切な測定状態を示す既定限度を超えた飽和ピクセルを多く含む。」である。行８５０Ｅの「信号飽和」の信頼性区分は、エラーとして分類されるが、ある実施形態においては、代わりに、ＣＲＳ測定装置が「信号飽和」の信頼性区分を警告として分類する。ある実施形態においては、使用者は、ＣＲＳ電子機器部へ指令を送ることにより、この評価基準がエラー又は警告として扱われるように選択できる。この評価基準は、ある実施形態において、プロファイル中に飽和出力値を生じる検出器のピクセル数をカウントし、既定限度（例えば、１，２又は５個のピクセル、又はそれ以上のピクセル）のピクセル数と比較するＣＲＳ電子機器のサブルーチンによって評価される。行８５０Ｆは、「アルゴリズム・オーバーフロー」の信頼性区分を示す。判断基準の記載は「ＤＳＰアキュムレータがオーバーフローし、不適切な信号処理状態を示す。」である。この評価基準は、ある実施形態において、適切なエラーフラグ（誤り標識）又は保存された値などを出力することによって、アキュムレータ・オーバーフロー表示に応答するＣＲＳ電子機器のサブルーチンによって評価される。

行８５０Ｇは、「デューティ・サイクル調整」の信頼性区分を示す。判断基準の記載は「光量調整（例えば、照明又は検出器のゲイン）がプロファイルの取得前に安定せず、潜在的に不適切な測定状態を示した。」である。この評価基準は、ある実施形態において、調整指令がＣＲＳ電子機器で光量調整動作を開始するときに伝えられ、調整完了前に生じるそれぞれの測定サイクル又は測定値に応じて、適切なエラーフラグ又は保存値などを出力するＣＲＳ電子機器のサブルーチンによって評価される。ある実施形態では、ＣＲＳ測定装置は、実際の出力光量値（例えば、光センサによって取得された出力光量値）をモニターし、又は、安定化のための信号（例えば、デジタル・デューティ・サイクル信号）を制御する。他の実施形態では、既知の安定化期間に応じた、既定の安定化期間又は既定の測定サイクル数が、ＣＲＳ電子機器部に保存されている。そして、調整開始がトリガーとなって、ＣＲＳ電子機器が、その期間内に、各測定サイクルに応じて適切なエラーフラグ又は保存値などを出力する。行８５０Ｈは、「異常非対称性ピーク領域」の信頼性区分を示す。判断基準の記載は「ピーク領域の非対称性評価（例えば、ピークピクセルと距離表示座標の比較）が、異常な又は予期しないプロファイルを示し（例えば、既定の閾値を超過）、潜在的に不適当な測定状態を示す。」である。この評価基準は、ある実施形態において、図５〜７によって前述したプロファイルデータの解析を実行するＣＲＳ電子機器のサブルーチンによって評価される。行８５０Ｉは、結果として警告となる「平均化中のエラー」の信頼性区分を示す。判断基準の記載は「平均化モードの動作中に、サンプル内の「エラー」タイプ及び／又は「警告」タイプの測定点数が既定の割合（％）未満になり、それらが無視され、測定平均値が維持された点に基づくものだった。」である。行８５０Ｊは、結果としてエラーとなる「平均化中のエラー」の信頼性区分を示す。判断基準の記載は「平均化モードの動作中に、サンプル内の「エラー」タイプ及び／又は「警告」タイプの測定点数が既定の割合（％）を超え、許容できない測定状態を示す。」である。この評価基準は、ある実施形態において、平均化モード動作が実行されるときに、改良されたデータ解析を実行するＣＲＳ電子機器のサブルーチンによって評価される。表８００に関連する区分及び動作は、例示に過ぎず、限定されるものではない。他の区分及び／又は評価基準を用いてもよい。

図９は、図５に示すものと同様のワークに対応する表面プロファイ９１０の線図９００であり、複数の測定点及び関連する信頼性区分の標識から構成されている。図９に示すように、表示された信頼性区分の標識は、標識９５０Ａ，９５０Ｃ，９５０Ｄ，９５０Ｇ，９５０Ｅ及び９５０Ｈである。各標識の例が表面プロファイ９１０上に示されている。各標識９５０Ａ，９５０Ｃ，９５０Ｄ，９５０Ｇ，９５０Ｅ及び９５０Ｈは、特有の形状及び／又は大きさで構成されており、代替の実施形態においては、他の区別可能な特徴も使って、（又は、代わりに使って、）使用されている。（例えば、独特のコードや色など。）

図９に示すように、標識９５０Ａ（すなわち、中間サイズの四角形で表わす）は「ＯＫ」の信頼性区分に対応する。例えば、一実施形態では、図８の行８５０Ａの「通常」の区分に対応する。標識９５０Ｃ（すなわち、三角形で表わす）は「範囲外」の信頼性区分に対応する。例えば、一実施形態では、図８の行８５０Ｃの「範囲外」の区分に対応する。標識９５０Ｄ（すなわち、小さい四角形で表わす）は「信号不十分」の信頼性区分に対応する。例えば、一実施形態では、図８の行８５０Ｄの「信号不十分」の区分に対応する。図９に示すように、標識９５０Ｃ及び９５０Ｄは、「エラー」に対応し、測定値を決定することができない。これらが起きたときは、そのことを表示するため、関連するシンボルが線図９００の一番上に「０」の位置測定値とともに配置される。しかし、その測定値は「無効」値として処理される。例えば、一実施形態では、図８の行８５０Ａの「通常」の区分に対応する。これに対して、以下に詳述するように、標識９５０Ｇ，９５０Ｅ及び９５０Ｈは、「警告」に対応しており、未だ測定値が決定されるので、表面プロファイル９１０上の対応する測定位置に表示される。

図９に示すように、標識９５０Ｇ（すなわち、ダイヤ形で表わす）は、「デューティ・サイクル調整」の信頼性区分に対応する。例えば、一実施形態では、図８の行８５０Ｇの「デューティ・サイクル調整」の区分に対応する。標識９５０Ｅ（すなわち、円形で表わす）は、「信号飽和」の信頼性区分に対応する。例えば、一実施形態では、図８の行８５０Ｅの「信号飽和」の区分に対応する。標識９５０Ｈ（すなわち、ハイフンで表わす）は、「異常非対称性ピーク領域」の信頼性区分に対応する。例えば、一実施形態では、図８の行８５０Ｈの「異常非対称性ピーク領域」の区分に対応する。信頼性区分の標識９５０Ａ，９５０Ｃ，９５０Ｄ，９５０Ｇ，９５０Ｅ及び９５０Ｈは、使用者に信頼性の情報を有利に提供することができる。使用者は、関連する測定点（例えば、ある信頼性区分の標識に関連するデータを除去するか無視するかを決定すること、又は、改良された測定精度に達するために、ＣＲＳの構成の調整、又は、関連する自動測定ルーチンの調整を決定すること、など）に関して、詳しい知識に基づく決定をすることができる。

図１０は、決定された測定データの信頼性区分をワーク高さ測定に沿って提供するために、クロマティック・レンジ・センサ（ＣＲＳ）測定装置を動作させる際のルーチン１０００を示すフロー図である。図１０に示すように、ブロック１０１０で、ＣＲＳによる測定データの信頼性について、少なくとも１つのスペクトルデータの形状に関する信頼性評価基準を含む、少なくとも３つの既定の信頼性区分を定める測定データの信頼性評価基準を提供する。前述の図５〜７において説明したように、スペクトルデータの形状に関連する信頼性評価基準の例は、「異常な非対称性ピーク領域」の信頼性区分に関連する信頼性評価基準である。ブロック１０２０で、ワーク上の位置ごとのワーク高さ測定値に応じたスペクトルデータからなる測定データセットを形成するために、ＣＲＳを動作させる。

ブロック１０３０で、各スペクトルデータが示すピークを判定することによって、ワーク高さ測定値を決定する。ブロック１０４０で、測定データセットについて信頼性評価基準による、測定データの信頼性区分を決定する。ブロック１０５０で、測定装置が、決定されたワーク高さ測定値、及び、これに応じて決定された測定データの信頼性区分を出力する。

様々な実施形態において、前述の動作を実行するためにＣＲＳ測定装置を提供する。このＣＲＳ測定装置は、
異なる波長光をワークの被測定面の直前の異なる距離においてそれぞれ合焦させるように構成された光学要素と、
光学要素へ波長光の入力スペクトルプロファイルを供給するために接続された光源と、
測定軸に沿って配置された複数ピクセルを有するＣＲＳ波長検出器からなるＣＲＳ電子機器部と、を備える。

複数ピクセルは、各波長光を受光してスペクトルプロファイルの出力データを供給する。ＣＲＳは、その光学要素がＣＲＳ電子機器部に接続され、ワーク表面に対して相対移動可能に配置されているときに、光学要素に入力スペクトルプロファイルが入力されて、光学要素が対応する放射光をワーク表面に向けて出力し、さらに、該ワーク表面からの反射光を受けて、ＣＰＳ波長検出器に出力スペクトルプロファイルを供給するために反射光を出力する。出力スペクトルプロファイルは、光学要素からワーク表面までの測定距離を表わす波長ピークを有するピーク領域を含んでいる。ＣＰＳ電子機器部は、対応する出力スペクトルプロファイルデータを供給する。ＣＲＳ測定装置は、ワーク表面上の測定点から出力スペクトルプロファイルを取得するために動作され、対応する出力スペクトルプロファイルデータを出力する。前述の動作は、ある実施形態では、ＣＲＳ電子機器部の制御下で実行される。又は、他の実施形態では、ホストシステムの制御下で実行される。同様に、測定データの信頼性評価基準は、ある実施形態では、ＣＲＳ電子機器部によって供給される。又は、他の実施形態では、例えば、対応する評価基準のルーチンなどのように、ホストシステムによって供給される。

ある実施形態では、適切な信頼性区分を決定するために、信号処理システムが、記憶部に保存された望ましい解析ルーチンを実行して、出力スペクトルプロファイルデータを解析する。ある信頼性区分（例えば、「異常な非対称性ピーク領域」の信頼性区分）のために、解析ルーチンによって、出力スペクトルプロファイルデータの評価が決定される。また、いくつかの実施結果が、通常の予期される結果または記憶部に保存された結果と比較される。ある実施形態では、決定された信頼性区分がワーク高さ測定値と関連付けられたメタデータとして保存される。

本発明の好適な実施形態を示し説明したが、この開示に基づいて、図示し説明した動作の特徴および動作の順序に対する多くの変形が、当業者には明白である。したがって、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、本明細書に様々な変更を行い得ることが明らかである。

Claims (20)

1. クロマティック・レンジ・センサ（ＣＲＳ）が測定するワーク高さ測定値の有用性を向上させる方法であって、
   前記ＣＲＳによる測定データの信頼性について、スペクトルデータの形状関連の信頼性評価基準を含む、少なくとも３つの既定の信頼性区分を定める測定データの信頼性評価基準を用いて、
   ワーク上の位置ごとのワーク高さ測定値に応じたスペクトルデータからなる１セットの測定データを形成するために、ＣＲＳ測定装置を動作させる工程と、
   前記各スペクトルデータが示すピークを判定することによって、ワーク高さ測定値を決定する工程と、
   前記１セットの測定データについて前記信頼性評価基準による測定データの信頼性区分を決定する工程と、
   決定された前記ワーク高さ測定値、及び、これに対応決定された測定データの信頼性区分を出力する工程と、を備えることを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記信頼性評価基準を用いて前記１セットの測定データの信頼性区分を決定する工程を、前記ＣＲＳ測定装置に実行させることを特徴とする方法。
3. 請求項２記載の方法において、前記信頼性評価基準を用いて前記１セットの測定データの信頼性区分を決定する工程を、前記ＣＲＳ測定装置に自動的に実行させることを特徴とする方法。
4. 請求項３記載の方法において、前記１セットの測定データを形成するために前記ＣＲＳ測定装置を動作させる工程、前記ワーク高さ測定値を決定する工程、前記測定データの信頼性区分を決定する工程、及び、決定された前記ワーク高さ測定値及びこれに対応して決定された測定データの信頼性区分を出力する工程を含む工程群を、繰り返し実行させることを特徴とする方法。
5. 請求項４記載の方法において、前記ＣＲＳ測定装置の測定レートに合わせて、前記工程群を繰り返し実行させることを特徴とする方法。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の方法において、ぞれぞれの前記信頼性区分は、以下に挙げる事項のうちの少なくとも１つを含む状態に対応していることを特徴とする方法。
   （１）異常な非対称性を有するスペクトルデータのピーク領域、
   （２）飽和したスペクトルピーク、
   （３）スペクトルデータの取得前に光量調整が安定していなかった、
   （４）測定の許容範囲を外れたスペクトルピークの距離表示座標、
   （５）ある閾値未満のスペクトルのピーク強度、
   （６）オーバーフローした制御システムのアキュムレータ
7. 請求項１から６のいずれかに記載の方法において、スペクトルデータの形状に関連する少なくとも１つの前記信頼性評価基準は、前記スペクトルデータのピーク領域の異常な非対称性を特定するために設けられていることを特徴とする方法。
8. 請求項７記載の方法において、前記異常な非対称性の前記特定は、ワーク上の２番目の位置から偽の測定反射光に起因する異常な非対称性を特定することを含むことを特徴とする方法。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の方法において、
   前記ＣＲＳ測定装置は、さらに、複数の測定データを供給するために動作され、
   前記形状評価基準は、測定データセット毎に評価されることを特徴とする方法。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の方法において、前記形状評価基準は、対応する前記測定データセットを供給するために、前記ＣＲＳ測定装置の動作からなる測定サイクルのサイクル毎に、リアルタイムで、評価されることを特徴とする方法。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の方法において、前記形状評価基準は、あるピークピクセルと該ピーク領域の距離表示座標との差を決定する工程からなることを特徴とする方法。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載の方法において、前記測定データの信頼性区分は、前記ＣＲＳ測定装置の各サイクルの内部に供給されることを特徴とする方法。
13. 請求項１から１２のいずれかに記載の方法において、使用者が決定する出力データ選定に基づいて、前記測定データの信頼性区分が出力されることを特徴とする方法。
14. 請求項１から１３のいずれかに記載の方法において、前記ＣＲＳ測定装置はクロマティック・ポイント・センサ測定装置によって構成され、前記光学要素は光学ペンによって構成されることを特徴とする方法。
15. 請求項１から１４のいずれかに記載の方法において、さらに、対応決定された前記測定データの信頼性区分の標識を伴った前記ワーク高さ測定値をユーザインターフェイスに表示する工程を含むことを特徴とする方法。
16. 請求項１５記載の方法において、前記ユーザインターフェイスは、対応決定された前記測定データの信頼性区分のグラフィック標識を伴った、複数のワーク高さ測定値のグラフィック表示を含み、
    前記グラフィック標識は、特有の形状又は色の少なくとも１つから構成されることを特徴とする方法。
17. 請求項１から１６のいずれかに記載の方法において、
    前記３つの既定の測定データの信頼性区分のうちの、少なくとも１つは、ワーク高さ測定値が未だ決定可能であるという、警告の１態様として分類され、
    少なくとも他の１つは、ワーク高さ測定値が決定されないというエラーの１態様として分類されていることを特徴とする方法。
18. 請求項１７記載の方法において、前記スペクトルデータの形状関連の前記信頼性評価基準によって定められた前記測定データの信頼性区分は、警告の１態様として分類されていることを特徴とする方法。
19. 請求項１から１８のいずれかに記載の方法において、対応決定された前記測定データの信頼性区分に関するメタデータは、対応決定された前記ワーク高さ測定値と一緒に保存されることを特徴とする方法。
20. クロマティック・レンジ・センサ（ＣＲＳ）が測定するワーク高さ測定値の有用性を向上させるＣＲＳ測定装置であって、
    ＣＲＳと、
    前記ＣＲＳによる測定データの信頼性について、スペクトルデータの形状関連の信頼性評価基準を含む、少なくとも３つの既定の信頼性区分を定める測定データの信頼性評価基準と、を備え、
    前記ＣＲＳ測定装置は、
    ワーク上の位置ごとのワーク高さ測定値に応じたスペクトルデータからなる１セットの測定データを形成し、
    前記各スペクトルデータが示すピークを判定することによって、ワーク高さ測定値を決定し、
    前記１セットの測定データについて前記信頼性評価基準による測定データの信頼性区分を決定し、
    決定された前記ワーク高さ測定値、及び、これに対応決定された測定データの信頼性区分を出力する、ように構成されていることを特徴とするＣＲＳ測定装置。

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