JPS63201509A - 表面粗さ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は超精密加工面などの被測定面を光走査してそ
の表面粗さを測定するための装置に関する。

（従来の技術とその問題点） 磁気ディスクや光ディスク、それに半導体ウェハなどに
おいては、その表面を超精密加工するとともに、加工後
の表面粗さを高精度で測定しておく必要がある。このよ
うな表面粗さの測定においては、通常、機械的な触針式
の粗さ計が用いられるが、被測定面が軟かい場合には測
定によって被測定面に傷が付いてしまうため、非接触式
の表面粗さ測定装置を使用することが望ましい。この種
の非接触式表面粗さ測定装置として代表的なものは光学
式の装置であるが、そのうちでミロー型干渉機構を利用
した装置の例を第１１図に示す。同図において、光源１
から与えられた光しはハーフミラ−２で反射され、集光
レンズ３によって集光されて、ミロー型干渉機構４に到
達する。このミロー型干渉機構４は、透明板５の一部に
遮光部６を設け、さらに、この透明板５に平行にビーム
スプリッタ（ハーフミラ−）７を配設して形成されてい
る。

そして、このミロー型反射機構４に入射した光のうちの
一部はそのまま図の下方へと進み、被測定物８の被測定
面９で反射されて反射光ＬＳとなる。この反射光ＬＳは
ミロー型反ＯＡ機構４を逆向き（上向き）に通って集光
レンズ３に到達する。

一方、集光レンズ３から透明板５を経てビームスプリッ
タ７に到達した光の残りの部分は、このビームスプリッ
タ７の表面で反射された後、透明板５の表面（基準面１
０）でも反射されて反射光ＬＲとなる。そして、さらに
ビームスプリッタ７で反射された後に透明板５を透過し
、集光レンズ３に向かって進行する。

このため、集光レンズ３を通して図の上方に向う光Ｉは
、被測定面９で反射した光ＬＳと基準面１０で反射され
た光ＬＲとの干渉光となる。そして、これらの２種類の
反射光ＬＳ、ＬＲの光路差は、■ビームスプリッタ７と
基準面１０との間の往復に要する距離と、■ビームスプ
リッタ７と被測定面９との間の往復に要する距離との差
となっている。したがって、これらの距離をそれぞれＤ
Ｒ，ＤＳと書くと、（ＤＲ−Ｏ８）の値と照射光りの波
長λとの関係によって定まる位相差が２つの反射光ＬＲ
，ＬＳの間に生じ、その位相差に応じて干渉光Ｉの強度
が変化する。このため、干渉光Ｉの強度を光センサ１１
で検出すれば、ビームスプリッタ７と被測定面９との間
の距離、したがって被測定面９のうち光照射を行なって
いる部分の高さがわかる。そして、被測定物８を図の水
平方向に並進移動させ、それによって被測定面９の全体
を光走査することによって、被測定面９の粗さが測定さ
れる。

ところで、このような表面粗さ測定装置では、ビームス
プリッタ７と被測定面９との間の距離ＤＳに対する干渉
光Ｉの強度変化が照射光りの波長λを距離周期とする周
期的変化となるため、粗さの測定上限値は波長λの１７
２（可視光では０．３μｍ程度）となる。また、干渉光
の検出精度は強度変化の１／２０〜１／３０であるため
、結局０．０３〜０．０１５μｍが検出精度の限界とな
る。

そこで、この限界を超えた高い精度で測定を行なうため
に、ＰＺＴ　（ピエゾ素子）などを利用してミロ−干渉
機構４の全体を上下方向にλ／４に応じた距離ずつ移動
させ、位相差を当初のものからそれぞれ９０”　、１８
０°、２７０’だけ増加させて、おのおのについての測
定を行なうという技術が提案されている。この場合、当
初の位置関係での検出強度をＦ。とじ、上記各位相差を
付加した侵の検出強度をそれぞれＦ、Ｆ、Ｆ２Ｏ１８０
２７ ０とすると、 Ｆ　□　＝　Ｇ　１＋　Ｇ　２　　ＣＯ３φ　　　　　
　・（１）Ｆ９ｏ＝Ｇ１＋Ｇ２　Ｃ０８（φ＋９０°）
＝Ｇ１Ｇ２　　ｓｉｎφ　　　　　　−（２）Ｆ　　　
＝Ｇ−Ｇ２ｃｏｓφ　　　　　・・・（３）Ｆ　　　＝
　Ｇ　１＋　Ｇ　２　　ｓｉｎφ２７０　　　　　　　
　　　　　　　　　・・・（４）が成立する。ただし、
φは当初の位相差であり、Ｇ１．Ｇ２はそれぞれ直流成
分、交流成分である。

すると　（１）〜（４）式より、 φ＝　ｊａｎ”　Ｆ　　　　　　　　　　　　・・・（
５）ＦＥ（Ｆ　　　−Ｆ　　）／（Ｆ　　−Ｆ　　　）
・・・（６） が得られるが、（５）、（６）式は４つの検出強度値か
ら位相差φ（したがって被測定面９の高さ）を求める式
となっているため、統計的に誤差は減少し、測定精度を
向上させることができる。

このようにして第１１図の装置の測定精度を向上させる
ことができるが、それは測定装置（特に光学系）と被測
定物８との位置関係が不変であることを前提としている
。ところが、実際には外部からの種々の撮動によって被
測定物８と装置との位置関係（間隔）は時間的に変動す
る。そして、これを防止するためには大きな防振台を設
けねばならず、装置の設置場所に制限が生じてしまう。

また、走査を行なうために被測定物８を並進移動させる
ための機構（たとえばスライド機構）の真直度に応じて
被測定物８が微小に上下動すると、この振動が謂定結采
の中に反映されてしまう。

このため、ｎｍオーダーの粗さ測定のような場合におい
て、既述したような精度向上に関する改良を加えても、
実際には、種々の振動などによって被測定面と測定系と
の間の間隔が変化するため、高精度の粗さ測定を行なう
ことが困難であるという問題があった。

（発明の目的） この発明は従来技術における上述の問題の克服を意図し
ており、被測定面と測定系との間の間隔が変動しても高
精度の粗さ測定を行なうことができる表面粗さ測定装置
を提供することを目的とする。

（目的を達成するための手段） 上述の目的を達成するため、この発明は、被測定面を走
査して前記被測定面の表面粗さを測定する表面粗さ測定
装置を対象として、（ａ）所定箇所に位置決めされたセ
ンサ筒を有し、その時点における前記被測定面上の被走
査領域の中心部と前記センサ筒との間の相対的距離関係
を光学的に検出する第１の距離センサと、（ｂ）前記第
１の距離センサのセンサ面に対して所定の位置関係にあ
る箇所に位置決めされた別のセンサ筒を有し、前記中心
部の近傍領域と前記別のセンサ面との間の平均的な相対
的距離関係を光学的に検出する第２の距離センサと、（
Ｃ）前記第１と第２の距離センサのそれぞれの検出結果
に基いて、前記中心部と前記近傍領域との間の相対的凹
凸関係を演算して求める演算手段とを設け、首記相対的
凹凸関係に基いて前記被測定面の表面粗さを求める。

（実施例） Ａ、実施例の構成 第１図は、この発明の一実施例である表面粗さ測定装置
１００を示す図である。この装置１００は、被測定物８
を支持・移動させるための支持機構２０と、後述する光
学系や検出系を含んだセンサヘッド３０とを備えている
。このうち、支持機構２０は、固定台２１上を図のＸ方
向に並進移動する電動スライドテーブル２２を有してお
り、この電動スライドテーブル２２は、リニアアクチュ
エータ２３の駆動力によって上記並進移動を行なう。

電動スライドテーブル２２上には、３個のＰＺＴ２４ａ
〜２４Ｃがほぼ正三角形状に固定配置されており、この
ＰＺＴ２４ａ〜２４Ｃ上にサンプル台２５が取付けられ
ている。被測定物（サンプル）８はこのサンプル台２５
上に載置されている。

ＰＺＴ２４ａ〜２４ＣはＰＺＴ：Ｉシトローラ５２から
与えられるｐ　ｚ−ｒ制御信号によって図の２方向に個
別に伸縮する。その結果、サンプル台２５（したがって
被測定物８の被測定面９）は、その面の姿勢と法線方向
ｎについての位置（図示例では２方向の高さ）とが可変
となっている。このため、これらのＰＺＴ２４ａ〜２４
Ｃ等によって、被測定面９の姿勢および法線方向の位置
を変化させる可変移動機構が構成されていることになる
。

一方、センサヘッド３０は、中空円筒状のセンサ筒４５
の下端に、集光レンズ３１とミロー型干渉機構３２とを
備えている。ただし、この実施例では、第２図に示すよ
うに、集光レンズ３１として、その下面が平坦なレンズ
（ミロ−型対物レンズ）を使用し、この平坦面を基準面
３３として使用する。また、この基準面３３の中心部付
近には遮光層Ｗが埋込まれている。さらに、ハーフミラ
−３４は第１１図のビームスプリッタ７と同様の機能を
果する。

集光レンズ３１の上方には、単色光源３５からの光を部
分反射するハーフミラ−３６が設けられており、さらに
このハーフミラ−３６の上方には遮光板３７が設Ｇノら
れている。この遮光板３７の中心には所定のサイズ（た
とえば直径１０μＴｒＬ）のピンホール３８が穿設され
ており、このピンホール３８の上方には光電子増倍管３
９が位置決めされている。また、遮光板３７の下面には
、上記ピンホール３８を中心とした同心円上に３個のシ
リコンフォトディテクタ４０ａ〜４０Ｃがほぼ等角度間
隔で固定されている。これらのフォトディテクタ４０ａ
〜４０Ｇは比較的大きなセンサ面を有しているとと６に
、上記光電子増倍管３９のセンサ面に対して固定的な位
置関係を有している。

後述する説明から明らかとなるように、以上の光学的構
成のうち、ミロー型干渉機構３２．ピンホール３８およ
び光電子増倍管３９によって、被測定面９のうちその時
点において光照射している領域Ａの中心部Ｐ（第３図）
と光電子増倍管３９の受光面（センサ面）との間の距離
関係を検出する「第１の距離センサ」の検出光学系が形
成される。また、ミロ−型千渉機構３２およびフォトデ
ィテクタ４０８〜４０ｃによって、第３図の中心部Ｐを
囲む３個の近傍領域Ｒ３〜Ｒｃとフォトディテクタ４０
８〜４０Ｇのセンサ面とのそれぞれの間の相対的距離関
係を平均的に求める「第２の距離センサ」の検出光学系
が形成される。すなわち、この実施例では、ミロー型干
渉機構３２が第１と第２の距離センサに兼用されている
。

次に、信号処理系統について説明する。この装置１００
の信号処理系統は２系統に大別されており、そのうちの
ひとつは検出データから表面粗さを演算して求める系統
である。この系統は、（ａ）光電子増倍管３９とフォト
ディテクタ４０ａ〜４０Ｃのそれぞれの検出出力（干渉
信号）Ｓ　。

ｐ　・ 、Ｓ　　−Ｓｃに対してそれぞれ後述する演算を行ない
、それによって光路差信号り、Ｄ−Ｄｐ　　ａ　　Ｃ （Ｉ述する。）を発生する干渉信号処理回路６１ｐ、６
１ａ〜６１ｂ、（ｂ）上記光路差信号Ｄａ〜ＤＣの和を
求める加算器６２．（ｃ）加算器６２の出力を゛３パで
除する除算器６３．および（ｄ）除算器６３の出力を光
路差信号り、から差引く減算器６４を備えている。これ
らの各演算を行なう理由は、後に詳述する。そして、減
算器６４の出力（局所的凹凸信号）はコンピュータ５０
に与えられ、ここで蓄積されるとともにプロッタ６５に
与えられる。後述する走査によって被測定面９の全体に
ついての測定が行なわれることによって、このプロッタ
６５には測定された粗さ状態が記録される。

一方、他の信号処理系統は、走査制御とＰＺＴ２４ａ〜
２４ｃの伸縮制御とを行なうためのものである。この系
統では、フォトディテクタ４０ａ〜４０ｃの検出出力（
干渉信号）Ｓ　〜Ｓｃを取込んでＰＺＴコントローラ５
２に駆動制御信号を出力する。この実施例ではコンピュ
ータ５０によってこの機能を実現させている。また、コ
ンピュータ５０から走査移動のための走査制御信号をリ
ニアアクチュエータ電源回路５３に出力する。

なお、図示例では理解を容易にするために信号処理系統
にハード回路を部分的に使用しているが、これらの回路
の機能をすべてソフト的に行なうことが可能であること
はもちろんである。

８、実施例の動作 次に、この装置１００の動作を、実施例の特徴部を中心
にして説明する。

まず、光源３５からの光りによって被測定面９上の光照
射領域Ａと基準面３３とを照射し、それによって生ずる
２種類の反射光ＬＳ、ＬＲ（第３図）から干渉光Ｉを得
るまでの光学的原理は従来例と同様である。ただし、既
に説明したように、その時点で凹凸を検出しようとして
いる領域（中心部Ｐ）よりも大きな領域を光照射領域Ａ
としている。

干渉光Ｉのうち、中心部Ｐからの反射光ＬＳを含む光は
、ピンホール３８を通って光電子増倍管３９に与えられ
、この光電子増倍管３９においてその強度に応じた光電
変換信号（干渉信号）Ｓ。

に変換される。また、干渉光１のうち、第３図の近傍領
！ｉｉ！Ｒ〜Ｒｃのそれぞれからの反射光を含む光はそ
れぞれフォトディテクタ４０ａ〜４０ｃによって検出さ
れて光電変換される。

これらのうち、フォトディテクタ４０８〜４０Ｃの受光
面はピンホール３８の断面積と比較しである程度大きな
面積とされているため、フォトディテクタ４０ａ〜４０
ｃのそれぞれの光電変換信＠（干渉信号）Ｓ　　−８ｃ
は、近傍領域Ｒ３〜Ｒｃのそれぞれの内部の凹凸を平均
化した高さを反映した信号となっている。つまり、第４
図のような凹凸を持った被測定面９の場合には、近傍領
ｌｊ！Ｒａ−ＲＣのそれぞれの平均高さＨａ−ＨＣ（Ｈ
ｃは図示省略。）を反映した干渉信号Ｓ、〜ＳＣが得ら
れることになる。

このような光学系および検出系の配置によって干渉信号
Ｓ、Ｓ−Ｓ、が得られるが、実際のａ 粗さ測定を開始する前に、まず、コンピュータ５０から
ＰＺＴコントＯ−ラ５２に駆動制御信号を与えて、ＰＺ
Ｔ２４ａ　〜２４ｃを、光りの波長λ程度の範囲で一度
伸長させる。このとき、コンピュータ５０は干渉信号Ｓ
、〜Ｓｃを取込みつつ上記伸長ＩＩＩ御を行なっている
。それによってＰＺＴ２４ａ〜２４ｃの長さ変化（した
がって被測定面９の全体的な、Ｅ丁亥化）に対する干渉
信号Ｓ、（ｉ＝ｐ、　ａ−ｃ）の変化を観察する。第５
図に例示するように、この変化は正弦波状となる。そし
て、このプロセスを通じて干渉信号の最大値Ｓ、　お＋
１ａＸ よび最小値Ｓ　１ｍ１ｎ　（ｉ＝ｐ、　ａ−ｃ）を求め
る。

その後、近傍領域Ｒａ−Ｒ，、についての各干渉信号Ｓ
、〜Ｓｃがそれぞれの最大値と最小値との平均値Ｓａｏ
、Ｓ、ｏ、Ｓｃｏとなる位置までＰＺＴ２４ａ〜２４Ｃ
を伸縮しておく。

これらのルーチンは第６図に例示されているが、そのう
ち、ＰＺＴ２４ａ　〜２４０を干渉信号Ｓ。

〜Ｓｃがその平均値（中央値）となるように位置決めす
るステップにおいては、上記平均値Ｓ、ｏ。

Ｓ、ｏ、Ｓｃｏとその時点における干渉信号Ｓａ、Ｓ６
．Ｓ　とのそれぞれの偏差をΔ８．Δｂ、Δ。

として、ＰＺＴ２４ａについては、 Δ　≠（Δ　＋Δｂ＋Δ。）／３ ０ａ　　　　ａ ＋α（Δｂ＋Δｃ−２Δ、）　　・・・（７）を偏差パ
ラメータとし、この偏差パラメータΔ。。

がゼロまたはその近傍の値となるように、ＰＺＴ２４ａ
を駆動する。他のＰＺＴ２４ａ、２４ｃについては（７
）式内の添字ａ、　ｂ、　ｃを循環的に変えたものを使
用する。また、αはあらかじめ設定しておいた傾斜補正
係数である。

このようにすることによって、被測定面９は、第５図の
点Ｑに相当する高さに調整される。このようにするのは
、点Ｑまたはこれと３６０°の整数倍だけ位相がずれた
他の点Ｑ′においては、被測定面９の高さ変化に対する
干渉信号Ｓ・の変化率（第６図のグラフの微分係数）が
最も大きくなっており、測定精度が向上するためである
。なお、被測定面高さの変化の方向と干渉信号Ｓ・の変
化符号との関係は上記のものと逆転するが、第５図中の
点Ｑｉ　、Ｑ２に相当する高さとなるように調整を行な
ってもよい。

これらの点Ｑ、Ｑ’　、Ｑｌ、Ｑ２は、入射する光りが
被測定面９で反射して戻ってくるまでの光路長と、基準
面３３で反射して戻ってくるまでの光路長との差（つま
り、反射光ＬＳ、ＬＲの光路差）が、光りの波長λの１
／４の奇数倍となっているような被測定面高さに相当す
る。換言すれば、これらの点Ｑ、Ｑ’、Ｑ　　、Ｑ２で
は、反射光し。

Ｓ、ＬＲの相互の位相差が９０°の奇数倍になっている
。ただし、点Ｑ、Ｑ’などの近傍（たとえば干渉信号の
振幅の±０．２倍程度）に相当する距離としても、上記
変化率としてかなりの値が得られる。

このようにして、ＰＺＴ２４ａ〜２４ｃは同一の位相差
に相当する高さに調整され、被測定面９と基準面３３と
は光学的に平行とされる。ただし、「光学的に平行」と
は、それぞれで反射させた光を干渉させたときに、光束
の断面の各部分の位相が１波長内で同一となっているこ
とを言うものとする。したがって、後述する変形例（第
１０図）のように、被測定面９と基準面３３とが幾何学
的には非平行であってもよい。このような光学的平行性
を実現させておくことにより、３つの干渉信号Ｓ　−８
ｃの光路差が波長λの整数倍だけずれた状態で測定を行
なってしまうという事態が回避される。

なお、このような調整処理は、実際の粗さ測定を行なう
萌に１度行なっておくだけでもよいが、被測定面９がゆ
るやかにうねっていたり、電動テーブル２２に傾きがあ
ったりすることによって走査の遊行とともに被測定面９
の高さが点Ｑを中心とした所定範囲を逸脱するような場
合も考えられる。このような場合にも対処するためには
、干渉信号Ｓ　−８と第５図のしきい値８１Ｎとを常に
Ｃ 比較しておき、干渉信号Ｓ、〜Ｓｏが±５Ｔｌｌのレン
ジを超える都度、上記調整を行なうようにしておくこと
が望ましい。

また、上記のようにして得られた最大値Ｓ１□８および
最小１ａ　Ｓ　１ｍ１ｎ　（ｉ＝ｐ、　ａ−ｃ）ノ値は
、実際ノ測定時における光路差信号への変換処理（後述
する。）の目的で、図示しない信号線を介してコンピュ
ータ５０から第１図の干渉信号処理回路６１ｐ、６１ａ
〜６１ｂへ与えておく。

次に、実際の粗さ測定処理について説明する。

なお、以下の処理は、第７図のフローチャートにも示さ
れている。まず、第１図のリニアアクチュエータ２３を
駆動して電動テーブル２２をＸ方向に順次移動させ、そ
れによって光走査を開始する。

取込まれた干渉信号Ｓ　　、Ｓ　　−Ｓｏは第１図のａ 干渉信号処理回路６１１）、６１８〜６１ｃにそれぞれ
与えられる。これらの干渉信号処理回路６１ｏ、６１ａ
　〜６１ｃでは、光路差信号Ｄ　、　　（ｉ＝ｐ。

ａ〜Ｃ）を、次の　（８）〜（１０）式に塁いて演算し
て求める。

Ｄ、＝（λ／　２　ｙｔ　）　　ｓｉｎ　　（ＫＢ／　
Ｋ２Ｈ）■ ・・・（８） Ｋ、＝２８−−　（Ｓｉｍａｘ＋５１ｍ１ｎ）・（９）
に２ｉミ５ｉＩＩｌａｘ−８ｉｌＩｌｉｏ　　　　　　
　　・・・（１０）（ｉ＝ｐ、　ａ−ｃ） 上記（８）〜（１０）式が、干渉信号の値から光路差を
求める式になっていることは、（８）〜（１０）式をＳ
、について解いて、 Ｓ・＝［（Ｓ、　−８，−）ｓｉｎ（２πＤＨ／λ）１
　　　　　　　　１１１１８Ｘ　　　　　ｌ１ｌｌｌｎ
＋（Ｓ、　　十Ｓ　　・）１／２　　　　・・・（１１
）＋１ａＸ　　　　　１ｍＩｎ とすることによって容易に理解できる。このうち、（Ｓ
・　−８・・）／２ １１ａＸ　　　　　ｌ１Ｉｎ は振幅であり、 （Ｓ・　＋Ｓ・・）／２ ＋＋１ａＸ　　　　　　１ｌｌｌｎ は原点移動量である。

このようにして求まった光路差信号ＤＢ（ｉ＝ｐ。

ａ−Ｃ）は、加算器６２．除算器６３および減算器６４
によって、中心部Ｐについての凹凸信号：Ｚ、＝Ｄ、−
（Ｄ　　＋Ｄｂ　＋Ｄ、）／３・・・（１２） となる。この式かられかるように、凹凸信号Ｚ。

は、中心部Ｐと近傍領域Ｒ８〜Ｒｏどの間の相対的凹凸
関係（位置関係）を表現する値を持っている。つまり、
光路差信号り、〜Ｄｏは各近傍領域Ｒ〜ＲＣのそれぞれ
において、領域Ｒ３〜ＲＣ内の平均高さＨ−Ｈ，を反映
した信号となっているが、それらを平均化して光照射領
域Ａ全体としての平均高さを求め、それを基準として中
心部Ｐの光路差信号り、のレベルを見ていることになる
。

したがって、被測定物８の振動などによって被測定面９
が全体として上下動し、それによって各光路差信号Ｄｉ
　　（ｉ＝ｐ、　ａ−Ｃ）がそれぞれシフトしでも、（
１２）式によってそれらが互いにキャンセルされるため
、正確な凹凸状態を知ることができるのである。そして
、この凹凸信号２　はコンピュ−タ５０に取り込まれ、
そのレベルと走査位置との関係がプロッタ６５で記録紙
上に記録される。

走査によってこの処理を被測定面９の各位置について行
なうことにより、被測定面９の粗さが測定される。

Ｃ，データ例 第８図は上記実施例によって測定された凹凸信号Ｚ　（
第８図（Ｃ））を、光路差信号Ｄ　　、Ｄｐ　　　　　
　　　　　　　　　ｐ　　ａ（同図（ａ）、（ｂ）　）
とともに示したグラフである。

ただし、横軸は時刻であり、この第８図の例では、外部
からの振動の影響を見るために被測定物８は静止させて
いる（つまり走査は行なっていない。）。そして、図中
の時刻ｔ１において被測定物８を強制的に振動させるよ
うな衝撃力を与えている。

この図かられかるように、このような振動に対して光路
差信号Ｄ　　、０　　（Ｄ　　、ＤＣも同様。）ａｂ はかなり動揺するが、それらの差に相当する凹凸信号Ｚ
、にはほとんど！ＩＩＪＩはない。

また、実際に鏡面仕上げされた被測定面９の走゛査を行
なって表面粗さを測定した結果である第９図では、微細
な凹凸が凹凸信号ｚＤによってとらえられている様子が
わかる。ただし、第８図において、ｔ　　”ｔ３が走査
（並進移動）によって実質的な測定を行なっている期間
である。

ｍ−支止１ なお、上記実施例ではＰＺＴ２４ａ〜２４Ｇによる制御
をあわせて行なうことによって振動の影響の防止と精度
向上との双方が実現されているが、この発明においては
このＰＺＴ２４ａ〜２４Ｃによる制御は必須ではない。

また、ＰＺＴ２４ａ〜２４Ｃによる制御を行なう場合に
も、第１０図のようにトワイマングリーン干渉機構を利
用した装置において、基準板８０の反射表面としての基
準面８１の法線方向ｎの位置や姿勢を、基準板支持部８
３と固定面８４との間に介挿させたＰＺＴ８２ａ〜８２
Ｃで変化させてもよい。ただし第１０図において、基準
面８１への光は、ハーフミラ−８７と対物レンズ８５と
を介して与えられる。また、被測定面９への光は集光レ
ンズ８６を介して倦えられている。もちろん、基準面と
被測定面との双方の佼」や姿勢を変え得るように、双方
を可変支持機構で支持してもよい。

さらに、上記実施例では３つの近傍領域Ｒ３〜Ｒ９につ
いての検出結果を用いているが、検出する近傍領域の数
を限定するものではなく、いくつであってもよい。もつ
とも、被測定面上にある程度の領域について、その空間
的な位置・姿勢を正確に知るためには、３つ以上の近傍
領域を設定することが望ましい。また、方向による誤差
を減少させるためには、上記実施例のように中心部Ｐを
等角度で取り囲むように近傍領域を設定することが好ま
しい。

被測定面を移動させることによって走査を行なう場合の
みでなく、センサヘッド側を移動させる場合などにもこ
の発明は適用できる。また、光の干渉を利用した装置だ
けでなく、デフォーカス量から距離測定を行なう表面粗
さ測定装置などにもこの発明は適用可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明によれば、近傍領域の平
均的な高さを基準とした凹凸関係に基いて表面粗さを測
定するため、被測定面や測定系に振動が加わってこれら
の間の間隔が変化しても高粘度の粗さ測定を行なうこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例の概略構成を示す図、第２図は、実施
例におけるセンサヘッドの内部構成を示す図、 第３図ないし第５図は、実施例の動作説明図、第６図お
よび第７図は、実施例の動作を示すフローチャート、 第８図および第９図はデータ例を示すグラフ、第１０図
は、この発明の変形例を示す図、第１１図は、従来装置
の配置図である。 ８・・・被測定物、　　　９・・・被測定面、２４ａ　
〜２４ｃ、８２ａ　〜８２Ｃ・ＰＺＴ。 ３１・・・集光レンズ、　３２・・・ミ［ｌ−型干渉機
構、３３．８１・・・基準面、３５・・・光源、３７・
・・遮光板、　　　３８・・・ピンホール、３９・・・
光電Ｔ増倍管、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定面を走査して前記被測定面の表面粗さを測
   定する表面粗さ測定装置であって、 所定箇所に位置決めされたセンサ面を有し、その時点に
   おける前記被測定面上の被走査領域の中心部と前記セン
   サ面との間の相対的距離関係を光学的に検出する第１の
   距離センサと、 前記第１の距離センサのセンサ面に対して所定の位置関
   係にある箇所に位置決めされた別のセンサ面を有し、前
   記中心部の近傍領域と前記別のセンサ面との間の平均的
   な相対的距離関係を光学的に検出する第２の距離センサ
   と、 前記第１と第２の距離センサのそれぞれの検出結果に基
   いて、前記中心部と前記近傍領域との間の相対的凹凸関
   係を演算して求める演算手段とを備え、 前記相対的凹凸関係に基いて前記被測定面の表面粗さを
   求めることを特徴とする表面粗さ測定装置。
2. （２）前記第１と第２の距離センサは、測定光が所定の
   基準面と前記被測定面とのそれぞれで反射されて得られ
   る第１と第２の反射光の光路差に応じた光干渉を生じさ
   せる干渉機構と、前記干渉機構からの干渉光を検出する
   光センサとを備えており、 前記被測定面と前記基準面との少なくとも一方は、所定
   の駆動手段によって当該面の姿勢および法線方向の位置
   を変化させることのできる可変支持機構で支持されてい
   るとともに、 前記第１と第２の距離センサの検出出力に基いて、（ａ
   ）前記被測定面と前記基準面とを光学的に実質的に平行
   とし、（ｂ）かつ前記第１と第２の反射光の間の光路差
   を測定光の波長の１／４の奇数倍またはその近傍の距離
   とするように、前記可変支持機構の駆動手段に駆動制御
   信号を与える位置・姿勢制御手段が設けられた、特許請
   求の範囲第１項記載の表面粗さ測定装置。