WO2024202243A1

WO2024202243A1 - 干渉観察装置及び光学調整方法

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Inventors: 豊彦山内; 那津輝鈴木
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Abstract

干渉観察装置は、光を出力する光源と、移動可能な参照ミラーを有し、光源から出力された光を第１光及び第２光に分割し、観察対象物で反射された第１光と参照ミラーで反射された第２光との干渉光を出力する干渉光学系と、干渉光を検出する撮像素子と、干渉光の検出結果に基づいて干渉画像を取得すると共に、観察対象物の観察に関連する光学調整のための光学調整処理を行う処理部と、を備える。処理部は、第２光の光路長を変化させることにより第１光と第２光との間の光路長差が異なる第１干渉画像及び第２干渉画像を取得し、第１干渉画像及び第２干渉画像に基づいて光学調整処理を行う。

Description

干渉観察装置及び光学調整方法

　本開示の一側面は、干渉観察装置、及び干渉観察装置の光学調整方法に関する。

　例えば、特許文献１には、光源と、光源から出力された光を分岐して第１分岐光及び第２分岐光とし、第１分岐光を観察対象物で反射させ、第１分岐光と第２分岐光（参照光）とを合波して当該合波光を出力する干渉光学系と、合波光を受光して検出信号を出力する受光部と、検出信号に基づいて干渉画像を取得する画像取得部と、を備えた干渉観察装置が記載されている。

ＷＯ２０１６－１２１２５０号公報

　上述した干渉観察装置は、観察対象物の表面を観察する表面観察に用いられる。一方、干渉観察により観察対象物の内部を観察する内部観察を行うことが考えられる。例えば、観察対象物がキャップ部材付きのデバイスである場合に、キャップ部材を透過する波長の光を用いることで、キャップ部材を介してデバイスの表面（デバイスとキャップ部材との界面）が観察され得る。

　表面観察及び内部観察のいずれの場合にも、観察に際しては、対物レンズの焦点位置の調整や、参照光の光路長の調整等の光学調整を行う必要がある。このような光学調整には、高速に且つ精度良く実施可能であることが求められる。例えば内部観察の場合において対物レンズの焦点位置を調整する方法として、焦点位置を観察対象物の厚さ方向における全体にわたってスキャンして焦点位置を観察対象物内の観察位置に合わせることが考えられるが、当該方法では高速化が難しい。例えば、当該方法では、焦点位置のスキャン後に物体側の光路長（第１分岐光の光路長）の振動がナノメートルのオーダーで静定するまでに数１００ミリ秒の時間が必要となり、この静定の待ち時間が高速化への障害となり得る。

　そこで、本開示の一側面は、高速に且つ精度良く光学調整を行うことができる干渉観察装置及び光学調整方法を提供することを目的とする。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［１］「光を出力する光源と、移動可能な参照ミラーを有し、前記光源から出力された光を第１光及び第２光に分割し、観察対象物で反射された前記第１光と前記参照ミラーで反射された前記第２光との干渉光を出力する干渉光学系と、前記干渉光を検出する撮像素子と、前記干渉光の検出結果に基づいて干渉画像を取得すると共に、前記観察対象物の観察に関連する光学調整のための光学調整処理を行う処理部と、を備え、前記処理部は、前記第２光の光路長を変化させることにより前記第１光と前記第２光との間の光路長差が異なる複数の干渉画像を取得し、前記複数の干渉画像に基づいて前記光学調整処理を行う、干渉観察装置」である。

　この干渉観察装置では、第２光の光路長を変化させて取得した光路長差が異なる複数の干渉画像に基づいて光学調整処理を行うため、高速に且つ精度良く光学調整を行うことができる。特に、例えば上述した方法のように対物レンズの焦点位置を観察対象物の厚さ方向における全体にわたってスキャンする場合と比べて、高速に且つ精度良く光学調整を行うことができる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［２］「前記処理部は、前記複数の干渉画像の各々について評価値を算出し、前記複数の干渉画像の前記評価値に基づいて前記光学調整処理を行う、［１］に記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、好適に光学調整処理を行うことできる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［３］「前記複数の干渉画像は、前記光路長差が互いに異なる第１干渉画像及び第２干渉画像を含み、前記処理部は、前記第１干渉画像に基づいて算出された前記評価値である第１評価値と、前記第２干渉画像に基づいて算出された前記評価値である第２評価値との間の差分に基づいて前記光学調整処理を行う、［２］に記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、好適に光学調整処理を行うことできる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［４］「前記第１干渉画像が取得された後に前記第２干渉画像が取得され、前記処理部は、前記第２干渉画像の取得後に、前記差分の絶対値が所定値よりも大きい場合には前記光学調整を行い、前記差分の絶対値が所定値以下である場合には前記光学調整を行わない、［３］に記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、好適に光学調整処理を行うことできる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［５］「前記処理部は、前記第２干渉画像の取得後に前記光学調整を行う場合に、前記第１評価値と前記第２評価値との間の大小関係に応じて前記光学調整を行う、［４］に記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、好適に光学調整処理を行うことできる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［６］「前記処理部は、前記第２干渉画像の取得後に前記光学調整を行う場合に、前記第１評価値と前記第２評価値との間の前記差分の大きさに対応する量で前記光学調整を行う、［４］又は［５］に記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、好適に光学調整処理を行うことできる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［７］「前記処理部は、前記干渉画像に対応する振幅画像に少なくとも基づいて前記評価値を算出する、［２］～［６］のいずれかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、好適に評価値を算出することができる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［８］「前記処理部は、前記干渉画像に対応する位相画像における干渉縞の湾曲量に少なくとも基づいて前記評価値を算出する、［２］～［７］のいずれかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、好適に評価値を算出することができる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［９］「前記処理部は、前記参照ミラーを移動させて前記第２光の光路長を変化させることにより、前記光路長差が異なる前記複数の干渉画像を取得する、［１］～［８］のいずれかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、好適に複数の干渉画像を取得することができる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［１０］「前記複数の干渉画像の間において、前記第２光の光路長の変化量は、前記光源から出力される光の波長よりも大きい値だけ異なる、［１］～［９］のいずれかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、好適に光学調整処理を行うことできる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［１１］「前記干渉光学系は、対物レンズを更に有し、前記光学調整は、前記対物レンズと前記観察対象物との間の相対位置を調整することを含む［１］～［１０］のいずれかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、対物レンズと観察対象物との間の相対位置を調整することができる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［１２］「前記光学調整は、前記参照ミラーを移動させて前記第２光の前記光路長を調整することを含む、［１］～［１１］のいずれかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、第２光の光路長を調整することができる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［１３］「前記干渉光学系は、前記第２光を前記参照ミラーへ導光する参照対物レンズを更に有し、前記光学調整は、前記参照対物レンズの位置を調整することを含む、［１］～［１２］のいずれかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、参照対物レンズの位置を調整することができる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［１４］「前記複数の干渉画像の間において、前記観察対象物に前記第１光が入射する方向と交差する平面に沿っての前記観察対象物に対する観察位置は、同一である、［１］～［１３］のいずれかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、同一の観察位置において取得された複数の干渉画像に基づいて光学調整処理を行うことができる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［１５］「前記複数の干渉画像の間において、前記観察対象物に前記第１光が入射する方向と交差する平面に沿っての前記観察対象物に対する観察位置は、異なっている、［１］～［１３］のいずれかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、異なる観察位置において取得された複数の干渉画像に基づいて光学調整処理を行うことができる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［１６］「前記観察対象物を配置するためのステージであって、前記観察対象物に前記第１光が入射する方向と交差する平面に沿って少なくとも移動可能な前記ステージを更に備え、前記処理部は、前記ステージの前記平面に沿っての移動に応じて、前記複数の干渉画像に基づいて前記光学調整処理を行う、［１］～［１５］のいずれかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、光学調整を行いながら、観察対象物を移動させて観察位置を変化させることができる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［１７］「前記干渉光学系は、対物レンズを更に有し、前記処理部は、前記ステージの前記平面に沿っての移動に応じて、前記複数の干渉画像に基づいて、前記対物レンズと前記観察対象物との間の相対位置を調整するための前記光学調整処理を行う、［１６］に記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、対物レンズと観察対象物との間の相対位置を調整しながら、観察対象物を移動させて観察位置を変化させることができる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［１８］「前記観察対象物を配置するためのステージであって、前記観察対象物に前記第１光が入射する方向と交差する平面に沿って少なくとも移動可能な前記ステージを更に備え、前記複数の干渉画像は、前記光路長差が互いに異なる第１干渉画像及び第２干渉画像を含み、前記処理部は、第１処理及び第２処理を交互に実行する、ここで、前記第１処理では、前記処理部は、前記第１干渉画像を取得し、前記第１干渉画像と、直前の前記第２処理において取得された前記第２干渉画像とに基づいて前記光学調整処理を行うと共に、前記ステージを前記平面に沿って移動させ、前記第２処理では、前記処理部は、前記第２干渉画像を取得し、前記第２干渉画像と、直前の前記第１処理において取得された前記第１干渉画像とに基づいて前記光学調整処理を行うと共に、前記ステージを前記平面に沿って移動させる、［１］～［１７］のいずれかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、逐次的な処理によって光学調整処理を行うことできる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［１９］「前記観察対象物を配置するためのステージであって、前記観察対象物に前記第１光が入射する方向と交差する平面に沿って少なくとも移動可能な前記ステージと、第１記憶領域及び第２記憶領域と、を更に備え、前記複数の干渉画像は、前記光路長差が互いに異なる第１干渉画像及び第２干渉画像を含み、前記処理部は、第１処理、第２処理及び第３処理を並列に実行する、ここで、前記第１処理では、前記処理部は、前記第１干渉画像を生成するための第１データを前記撮像素子から取得し、前記第１記憶領域に前記第１データを記憶させた後に、前記ステージを前記平面に沿って移動させる処理と、前記第２干渉画像を生成するための第２データを前記撮像素子から取得し、前記第１記憶領域に前記第２データを記憶させた後に、前記ステージを前記平面に沿って移動させる処理と、を交互に実行し、前記第２処理では、前記処理部は、前記第１処理において取得された前記第１データに基づいて前記第１干渉画像を生成し、前記第１干渉画像に対応する第１評価値を前記第２記憶領域に記憶させる処理と、前記第１処理において取得された前記第２データに基づいて前記第２干渉画像を生成し、前記第２干渉画像に対応する第２評価値を前記第２記憶領域に記憶させる処理と、を交互に実行し、前記第３処理では、前記処理部は、前記第２処理において前記第１評価値又は前記第２評価値が前記第２記憶領域に記憶される度に、直前に取得された前記第１評価値及び前記第２評価値に基づいて前記光学調整処理を行う、［１］～［１７］のいずれかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、並列的な処理によって光学調整処理を行うことできる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［２０］「前記参照ミラーを移動させるためのピエゾ素子と、前記光学調整の対象を移動させるためのモータと、を更に備え、前記処理部は、前記ピエゾ素子を用いて参照ミラーを移動させて前記第２光の光路長を変化させることにより、前記光路長差が異なる前記複数の干渉画像を取得すると共に、前記モータを用いて前記光学調整を行う、［１］～［１９］のいずれかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、ピエゾ素子及びモータを用いて光学調整処理を行うことできる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［２１］「前記参照ミラーを移動させるためのステッピングモータを更に備え、前記ステッピングモータは、第１モードと、前記第１モードよりもステップ角が大きな第２モードで駆動可能であり、前記処理部は、前記ステッピングモータを前記第１モードで駆動させることによって参照ミラーを移動させて前記第２光の光路長を変化させることにより、前記光路長差が異なる前記複数の干渉画像を取得すると共に、前記ステッピングモータを前記第２モードで駆動させることによって前記光学調整を行う、［１］～［１９］のいずれかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、ステッピングモータを用いて光学調整処理を行うことできる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［２２］「前記干渉光学系は、対物レンズを更に有し、前記干渉観察装置は、光を出力するＡＦ光源を有し、前記ＡＦ光源から出力されて前記観察対象物の表面で反射された光を前記干渉光学系を介して取得し、取得結果に基づいて前記干渉光学系の対物レンズと前記観察対象物の前記表面との間の相対位置を調整する表面ＡＦ部を更に備える、［１］～［２１］のいずれかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、表面ＡＦ部によって対物レンズと観察対象物の表面との間の相対位置を調整することができる。

　本開示の一側面に係る干渉観察装置は、［２３］「前記観察対象物を配置するためのステージであって、前記観察対象物に前記第１光が入射する方向と交差する平面に沿って少なくとも移動可能な前記ステージを更に備え、前記処理部は、前記ステージの前記平面に沿っての移動に応じて、前記複数の干渉画像に基づいて、前記対物レンズと前記観察対象物との間の相対位置を調整するための前記光学調整処理、及び前記参照ミラーを移動させて前記第２光の前記光路長を調整するための前記光学調整処理を行う、［２２］に記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、観察対象物を移動させながら、対物レンズと観察対象物との間の相対位置を調整するための光学調整処理、及び第２光の光路長を調整するための光学調整処理を行うことができる。

　本開示の一側面に係る光学調整方法は、［２４］「光を出力する光源と、移動可能な参照ミラーを有し、前記光源から出力された光を第１光及び第２光に分割し、観察対象物で反射された前記第１光と前記参照ミラーで反射された前記第２光との干渉光を出力する干渉光学系と、前記干渉光を検出する撮像素子と、を備え、前記干渉光の検出結果に基づいて干渉画像が取得される干渉観察装置において、前記観察対象物の観察に関連する光学調整を行うための光学調整方法であって、前記第２光の光路長を変化させることにより前記第１光と前記第２光との間の光路長差が異なる複数の干渉画像を取得し、前記複数の干渉画像に基づいて前記光学調整のための光学調整処理を行う工程を含む、光学調整方法」である。

　この光学調整方法では、第２光の光路長を変化させて取得した光路長差が異なる複数の干渉画像に基づいて光学調整処理を行うため、高速に且つ精度良く光学調整を行うことができる。特に、例えば上述した方法のように対物レンズの焦点位置を観察対象物の厚さ方向における全体にわたってスキャンする場合と比べて、高速に且つ精度良く光学調整を行うことができる。

　本開示の一側面に係る光学調整方法は、［２５］「前記工程では、前記観察対象物の表面で反射された前記第１光と前記参照ミラーで反射された前記第２光との前記干渉光の検出結果に基づいて、前記複数の干渉画像を取得する、［２４］に記載の光学調整方法」であってもよい。この場合、観察対象物の表面を観察する表面観察の場合に、光学調整を行うことができる。

　本開示の一側面に係る光学調整方法は、［２６］「前記工程では、前記観察対象物の内部で反射された前記第１光と前記参照ミラーで反射された前記第２光との前記干渉光の検出結果に基づいて、前記複数の干渉画像を取得する、［２４］に記載の光学調整方法」であってもよい。この場合、観察対象物の内部を観察する内部観察の場合に、光学調整を行うことができる。

　本開示の一側面に係る光学調整方法は、［２７］「前記工程では、前記観察対象物に前記第１光が入射する方向と交差する平面に沿って前記観察対象物を移動させることにより、前記平面に沿っての前記観察対象物に対する観察位置を変化させ、前記平面に沿っての前記観察対象物の移動に応じて、前記複数の干渉画像に基づいて前記光学調整処理を行う、［２４］～［２６］のいずれかに記載の光学調整方法」であってもよい。この場合、観察対象物を移動させながら光学調整処理を行うことができる。

　本開示の一側面に係る光学調整方法は、［２８］「前記干渉光学系は、交換可能な対物レンズを更に有し、前記工程では、前記対物レンズが交換された場合に、前記複数の干渉画像に基づいて、前記参照ミラーを移動させて前記第２光の前記光路長を調整するための前記光学調整処理を行う、［２４］～［２７］のいずれかに記載の光学調整方法」であってもよい。この場合、対物レンズが交換された場合に、光学調整を行うことができる。

　本開示の一側面に係る光学調整方法は、［２９］「前記第２光の光路長を変化させることにより前記第１光と前記第２光との間の光路長差が異なる前記複数の干渉画像を取得し、前記複数の干渉画像に基づいて前記光学調整のための光学調整処理を行う前記工程を微調整工程とし、前記観察対象物に前記第１光が入射する方向を入射方向とし、対物レンズの焦点位置を前記入射方向における前記観察対象物の全体にわたってスキャンしながら複数の干渉画像を取得し、取得結果に基づいて前記焦点位置を調整する工程を焦点位置調整工程とすると、前記入射方向と交差する平面に沿っての前記観察対象物の移動に伴って、前記平面に沿っての前記観察対象物に対する観察位置に応じて、前記微調整工程又は前記焦点位置調整工程が行われる、［２４］～［２８］のいずれかに記載の光学調整方法」であってもよい。この場合、時間を要する焦点位置調整工程を間欠的に行うことで、タクトタイムの増加を抑制することができる。

　本開示の一側面によれば、高速に且つ精度良く光学調整を行うことができる干渉観察装置及び光学調整方法を提供することが可能となる。

実施形態の干渉観察装置の構成図である。内部観察を説明するための図である。対物レンズの移動量と第２光の光路長の変化量との間の関係を説明するための図である。観察対象物が複数の層を有する場合の調整量を説明するための図である。干渉観察装置において実行される処理を説明するためのフローチャートである。干渉観察装置の動作を説明するための図である。取得される干渉画像の例を示す図である。実部画像、虚部画像、振幅画像及び位相画像の例を示す図である。取得された干渉画像に基づいて評価値を算出する処理を説明するためのフローチャートである。フォーカス調整処理を説明するためのフローチャートである。フォーカス調整を説明するための図である。フォーカス調整を説明するための図である。フォーカスロックを説明するための図である。フォーカスロックを説明するための図である。（ａ）及び（ｂ）は、干渉観察装置の動作の別の例を説明するための図である。干渉観察装置において実行される処理の別の例を説明するためのフローチャートである。干渉観察装置において実行される処理の別の例を説明するためのフローチャートである。干渉観察装置において実行される処理の別の例を説明するためのフローチャートである。干渉画像の取得方法を説明するための表である。干渉観察装置の動作の別の例を説明するための図である。光学調整の別の例を説明するための表である。干渉観察装置の別の例の構成図である。（ａ）～（ｃ）は、図２２に示される干渉観察装置におけるフォーカス移動量と光路長の変化量との間の関係を説明するための図である。位相画像における湾曲量に基づいて評価値を算出する方法を説明するための図である。光学調整処理の適用例を説明するための図である。表面観察を説明するための図である。干渉観察装置の動作の別の例を説明するための図である。干渉観察装置の動作の別の例を説明するための図である。対物レンズを交換する場合の光学調整を説明するための図である。対物レンズを交換する場合の処理の例を説明するためのフローチャートである。対物レンズにアダプタが取り付けられた例を示す図である。鏡筒機差の調整を説明するための図である。

　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
［干渉観察装置］

　図１及び図２に示されるように、干渉観察装置１は、光源２と、干渉光学系３と、撮像素子４と、処理部５と、ステージＳと、を備えている。干渉観察装置１は、ステージＳ上に配置された観察対象物８を光の干渉を用いて観察するための干渉顕微鏡である。観察対象物８は、例えば半導体デバイスであるが、金属、ガラス、樹脂、液晶、高分子化合物等により形成された他の工業サンプルであってもよい。観察対象物８は、細胞又は細胞塊等の生体サンプルであってもよい。以下、図１及び図２に示されるようにＸ方向、Ｘ方向に垂直なＹ方向、及びＸ方向及びＹ方向に垂直なＺ方向を設定して説明する。

　干渉観察装置１は、観察対象物８の表面（外表面）を観察する表面観察に加え、観察対象物８の内部を観察する内部観察を行うことができるように構成されている。図１及び図２に示されるように、内部観察では、観察対象物８内に位置する観察対象面Ｒが観察される。この例では、観察対象物８はキャップ部付きの半導体デバイスであり、第１層８１と、第２層８２と、第３層８３と、を有している。

　第１層８１は樹脂層（キャップ部）であり、第２層８２は空気層であり、第３層８３は半導体層（デバイス層）である。第１層８１～第３層８３は、第３層８３、第２層８２、第１層８１の順に配置（積層）されており、観察対象物８は、第３層８３がステージＳに接触するようにステージＳ上に配置されている。観察対象面Ｒは、第１層８１、第２層８２、第３層８３の間の界面のいずれかに設定される。例えば、図１の例では、観察対象面Ｒは第２層８２と第３層８３との間の界面に設定されており、図２の例では、観察対象面Ｒは第１層８１と第２層８２との間の界面に設定されている。後述する光源２から出力される光として第１層８１を透過する波長の光を用いることで、第１層８１を介して観察対象面Ｒを観察することができる。

　光源２は、インコヒーレントな光を出力する。光源２は、例えばハロゲンランプ等のランプ系光源、ＬＥＤ（Light emitting diode）光源、ＳＬＤ（Superluminescent diode）光源、ＡＳＥ（Amplified spontaneous emission）光源等である。

　干渉光学系３（干渉観察装置１）は、この例ではリニック干渉型に構成されている。干渉光学系３は、レンズ１１と、ビームスプリッタ１２と、対物レンズ１３と、参照対物レンズ１４と、参照ミラー１５と、を有している。干渉光学系３は、光源２と共に筐体Ｈ内に配置されており、光学モジュールＭを構成している。光学モジュールＭは、所定のアクチュエータ１６によりＺ方向に沿って移動可能となっている。Ｚ方向は、対物レンズ１３の光軸に平行な方向であり、後述する第１光Ｌ１が観察対象物８に入射する方向と平行な方向である。

　レンズ１１は、光源２から出力された光をコリメートする。ビームスプリッタ１２は、例えば光学面１２ａを有するプリズムであり、レンズ１１によりコリメートされた光を光学面１２ａにおいて第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２に分割する。ビームスプリッタ１２は、第１光Ｌ１を対物レンズ１３へ出力し、第２光Ｌ２を参照対物レンズ１４へ出力する。また、光学面１２ａには、観察対象物８の観察対象面Ｒで反射された第１光Ｌ１が対物レンズ１３を介して入射すると共に、参照ミラー１５で反射された第２光Ｌ２が参照対物レンズ１４を介して入射する。これらの第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２は、光学面１２ａにおいて合波されて干渉光Ｌ３となる。干渉光学系３は、干渉光Ｌ３を撮像素子４へ出力する。

　対物レンズ１３は、ビームスプリッタ１２から出力された第１光Ｌ１をステージＳ上に配置された観察対象物８上に集光する。また、対物レンズ１３には、観察対象物８の観察対象面Ｒで反射された第１光Ｌ１が入射する。対物レンズ１３は、入射した第１光Ｌ１をビームスプリッタ１２へ出力する。

　参照対物レンズ１４は、ビームスプリッタ１２から出力された第２光Ｌ２を参照ミラー１５へ導光し、参照ミラー１５上に集光する。また、参照対物レンズ１４は、参照ミラー１５で反射された第２光Ｌ２をビームスプリッタ１２へ出力する。参照ミラー１５は、参照対物レンズ１４から出力された第２光Ｌ２を参照対物レンズ１４へ戻るように反射させる。

　光学モジュールＭの筐体Ｈ内には、参照対物レンズ１４を移動させるためのステッピングモータ１７と、参照ミラー１５を移動させるためのステッピングモータ１８及びピエゾ素子１９と、が更に配置されている。ステッピングモータ１７は、Ｚ方向に垂直な第２光Ｌ２の光軸方向（例えばＸ方向）に沿って参照対物レンズ１４を移動させる。ステッピングモータ１８及びピエゾ素子１９は、第２光Ｌ２の光軸方向に沿って参照ミラー１５を移動させる。

　ステッピングモータ１７，１８の応答時間は１０ｍｓｅｃよりも大きく、ピエゾ素子１９の応答時間は１ｍｓｅｃよりも小さい。すなわち、ピエゾ素子１９の応答時間はステッピングモータ１７，１８の応答時間よりも短い。ステッピングモータ１７，１８のストローク（最小移動距離）は数ｍｍであり、ピエゾ素子１９のストロークは２μｍ程度である。すなわち、ピエゾ素子１９のストロークはステッピングモータ１７，１８のストロークよりも小さい。ステッピングモータ１７，１８の寿命駆動回数は１００万回よりも少なく、ピエゾ素子１９の寿命駆動回数は１００億回よりも多い。すなわち、ピエゾ素子１９の寿命駆動回数はステッピングモータ１７，１８の寿命駆動回数よりも多い。

　撮像素子４は、例えば、ＣＣＤエリアイメージセンサ、ＣＭＯＳエリアイメージセンサ等のイメージセンサ（カメラ）である。撮像素子４は、干渉光学系３（ビームスプリッタ１２）から出力された干渉光Ｌ３を検出（撮像）する。撮像素子４と干渉光学系３との間には、レンズ４１及び鏡筒４２が配置されている。レンズ４１は、干渉光学系３から出力された干渉光Ｌ３を撮像素子４の撮像面に結像させる。レンズ４１は、鏡筒４２内に収容されている。鏡筒４２は、例えば円筒状に形成されており、撮像面を囲むように撮像素子４に固定されている。

　処理部５は、光源２、干渉光学系３、撮像素子４及びステージＳを含む干渉観察装置１の各部と通信可能に接続されており、撮像素子４における干渉光Ｌ３の検出結果に基づいて干渉画像を取得する。また、処理部５は、干渉観察装置１を用いた観察対象物８の観察に関連する光学調整のための光学調整処理を行う。干渉画像及び処理部５が実行する処理については後述する。処理部５は、例えば、プロセッサ（ＣＰＵ）、記憶媒体であるＲＡＭ及びＲＯＭを含むコンピュータＣによって構成されている。コンピュータＣは、記憶領域５１を含んでいる。

　コンピュータＣは、情報の入力を受け付ける入力部５２と、情報を表示する表示部５３と、を更に有している。入力部５２は、例えばユーザの操作入力を受け付けるデバイスであり、例えばマウス、キーボード等である。表示部５３は、例えば画像を表示するディスプレイである。入力部５２及び表示部５３は、例えばタッチパネルにより共通に構成されてもよい。また、この例では処理部５、記憶領域５１、入力部５２及び表示部５３が１つの装置により構成されているが、それらの少なくともいずれかは別のデバイスにより構成されてもよく、例えば携帯端末等により構成されてもよい。

　ステージＳは、観察対象物８を配置するためのステージであり、第１光Ｌ１が観察対象物８に入射するＺ方向と垂直なＸＹ平面に沿って移動可能となっている。これにより、干渉観察装置１では、ステージＳをＸＹ平面に沿って移動させながら、すなわち観察対象物８の観察位置を変化させながら、観察対象物８の観察を行う（干渉画像を取得する）ことが可能となっている。
［干渉観察装置の動作例］

　上述したとおり、干渉観察装置１では、処理部５が、観察対象物８の観察に関連する光学調整のための光学調整処理を行う。そのような光学調整として、対物レンズ１３と観察対象物８との間の相対位置、及び第２光Ｌ２（参照光）の光路長の調整が考えられる。前者の調整として、干渉観察装置１では、アクチュエータ１６によって対物レンズ１３をＺ方向に沿って移動させることにより観察対象物８に対する対物レンズ１３の位置が調整され、その結果、対物レンズ１３の焦点位置（フォーカス位置）が調整される。後者の調整として、ステッピングモータ１７，１８によって参照対物レンズ１４及び参照ミラー１５を移動させることにより第２光Ｌ２の光路長（第１光Ｌ１と第２光Ｌ２との間の光路長差）が調整される。

　そのような光学調整は、例えば以下の理由により必要となる。すなわち、まず、例えば図１，２に示される内部観察の場合には、第１層８１を介して観察対象物８の内部を観察するところ、第１層８１の厚さや屈折率の実測値には公称値からのずれが存在する場合がある。そのため、公称値に基づいて対物レンズ１３のフォーカス位置及び第２光Ｌ２の光路長を調整したとしても、当該ずれに起因して対物レンズ１３のフォーカス位置及び第２光Ｌ２の光路長に誤差が生じてしまい、干渉画像を良好に取得することができないおそれがある。

　一例として、第１層８１がガラスにより形成されており、その公称屈折率が１．５１であり公称厚さが４００μｍである場合、公称値に基づいて算出された調整量は、対物レンズ１３の移動量が２５６μｍ、参照ミラー１５の移動量が３４０μｍであったが、実測値に基づいて算出された調整量は、対物レンズ１３の移動量が２７０μｍ、参照ミラー１５の移動量が３６５μｍであった。別の例として、第１層８１が樹脂により形成されており、その公称屈折率が１．５９であり公称厚さが１０００μｍである場合、公称値に基づいて算出された調整量は、対物レンズ１３の移動量が６２９μｍ、参照ミラー１５の移動量が９６１μｍであったが、実測値に基づいて算出された調整量は、対物レンズ１３の移動量が５９０μｍ、参照ミラー１５の移動量が９２７μｍであった。このように、公称値に基づいて算出される調整量と実測値に基づいて算出される調整量との間には乖離があり、公称値のみに基づく調整では良好に光学調整を行うことができない。

　また、第１層８１の厚さや屈折率は観察位置によって変化する場合があり、そのことによっても、対物レンズ１３のフォーカス位置及び第２光Ｌ２の光路長に誤差が生じてしまい、干渉画像を良好に取得することができないおそれがある。そこで、干渉観察装置１では、以下に説明する光学調整処理が行われる。

　図３を参照しつつ、対物レンズ１３の移動量と第２光Ｌ２の光路長の変化量との間の関係について説明する。破線で示されるように、屈折率ｎ_１、厚さｄの観察対象物８に対して、対物レンズ１３のフォーカス位置が表面上に位置していた状態から、実線で示されるように、観察対象物８と対物レンズ１３との間の距離がδｄだけ縮められ、フォーカス位置が裏面上に位置する状態に変化したとする。このとき、δｄ＝ｄ／ｎ_１であり、第１光Ｌ１の光路長の増加量は式（１）で表される。理論上は、この増加量だけ第２光Ｌ２の光路長が長くなるように調整すればよい。上述した公称値に基づく調整量は、この方法により算出され得る。

　公称値に基づく調整は、観察対象物８が複数の層を有する場合にも適用することができる。図４を参照しつつ、対物レンズ１３の移動量と第２光Ｌ２の光路長の変化量との間の関係について説明する。図４では例として、観察対象物８が３つの層を有する場合が示されている。屈折率の異なるＮ個の層を有する物体において、Ｎ番目の層における下側の表面にフォーカスする場合、１番目の層における上側の表面にフォーカスしていた状態と比べて、観察対象物８と対物レンズ１３の間の距離を式（２）で表されるΔｄだけ狭くなるように調整する必要がある。

　このとき、第１光Ｌ１の光路長の増加量ΔＯＰＤは、式（３）で表される。理論上は、この増加量だけ第２光Ｌ２の光路長が長くなるように調整すればよい。
　上記の計算により、屈折率の異なる層が複数存在する場合であっても、観察対象物８と対物レンズ１３の間の距離及び光路長を公称値に基づいて調整することが可能になる。

　図５を参照しつつ、干渉観察装置１において実行される処理（光学調整方法）の例を説明する。概略的には、この処理では、第２光Ｌ２の光路長を変化させることにより第１光Ｌ１と第２光Ｌ２との間の光路長差が異なる第１干渉画像及び第２干渉画像を取得し、第１干渉画像及び第２干渉画像に基づいて対物レンズ１３のフォーカス位置を調整する。第１干渉画像は参照ミラー１５が前位置（例えば参照対物レンズ１４に近い第１位置）に位置する状態において取得され、第２干渉画像は参照ミラー１５が後位置（例えば前位置よりも参照対物レンズ１４から遠い第２位置）に位置する状態において取得される。以下、図５に示されるフローチャートに沿って処理を説明する。処理の全体を概略的に説明した後に、必要に応じて各処理の詳細を説明する。

　処理開始時における干渉観察装置１の状態は限定されないが、例えば粗調整処理により、観察対象物８の第１層８１～第３層８３の厚さ及び屈折率の公称値に基づいて対物レンズ１３のフォーカス位置及び第２光Ｌ２の光路長が調整された状態であってもよい。粗調整処理では、ユーザにより指定された観察対象面Ｒの干渉画像が取得されるように、第１層８１～第３層８３の厚さ、屈折率及び配置順序に基づいて、対物レンズ１３のフォーカス位置及び第２光Ｌ２の光路長が調整される。以下に説明する処理は、粗調整処理よりも精度良く光学調整を行うための微調整処理である。

　処理開始後、まず、処理部５は、ピエゾ素子１９を制御することにより、参照ミラー１５を前位置に移動させる（ステップＳ１）。続いて、撮像素子４が、４枚の干渉画像を取得するための撮像を行う（ステップＳ２）。続いて、処理部５が、ステップＳ２で取得された４枚の干渉画像に基づいて１枚の第１干渉画像を構築（取得）する（ステップＳ３）。続いて、処理部５が、ステップＳ３で取得された第１干渉画像に基づいて第１評価値を算出する（ステップＳ４）。「ｆ（ａ＝前）」は、参照ミラー１５が前位置に位置する状態において取得された第１干渉画像に基づいて算出された第１評価値を示す。「ｆ」は、干渉画像に基づいて評価値を算出するための関数であり、「ａ＝前」は、参照ミラー１５が前位置に位置することを示す。処理部５は、ステップＳ４において算出した第１評価値を、記憶領域５１における第１評価値を記憶するための領域に上書き記憶する。

　続いて、処理部５が、参照ミラー１５が前位置に位置する状態において取得された第１干渉画像に基づいて算出された第１評価値であるｆ（ａ＝前）から、参照ミラー１５が後位置に位置する状態において取得された第２干渉画像に基づいて算出された第２評価値であるｆ（ａ＝後）を減算した値の絶対値（Ａｂｓ）が、所定の閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５において用いられるｆ（ａ＝前）及びｆ（ａ＝後）の値は、記憶領域５１における第１評価値及び第２評価値を記憶するための領域に現在記憶されている値である。ｆ（ａ＝後）は、後述するステップＳ１２において算出され、記憶領域５１における第２評価値を記憶するための領域に記憶されている。後述するようにステップＳ１～Ｓ８からなる第１処理とステップＳ９～Ｓ１６からなる第２処理とは交互に繰り返し実行されることから、ステップＳ５の実行前にもｆ（ａ＝後）は算出されて記憶領域５１に記憶されている。

　ステップＳ５においてｆ（ａ＝前）－ｆ（ａ＝後）の絶対値が閾値よりも大きい場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、処理部５は、フォーカス調整を行う（ステップＳ６）。一方、ステップＳ５においてｆ（ａ＝前）－ｆ（ａ＝後）の絶対値が閾値以下である場合（ステップＳ５でＮＯ）、処理部５は、フォーカス調整を行わずに、ステージＳをＸＹ平面に沿って移動させて観察対象物８の観察位置を次の観察位置に移動させる（ステップＳ７）。処理部５は、ステップＳ６の後にもステップＳ７の処理を行う。ステップＳ６，Ｓ７の処理（フォーカス調整とステージ移動）は同時に並行して行われてもよい。この点は後述するステップＳ１４，Ｓ１５についても同様である。

　ステップＳ７の後に、処理部５は、現在の観察位置が最終観察位置か否かを判定する（ステップＳ８）。ステップＳ８において現在の観察位置が最終観察位置である場合（ステップＳ８でＹＥＳ）、処理を終了する。一方、ステップＳ８において現在の観察位置が最終観察位置でない場合（ステップＳ８でＮＯ）、処理部５は、ステップＳ９の処理に進む。

　ステップＳ９では、処理部５は、ピエゾ素子１９を制御することにより、参照ミラー１５を前位置から後位置に移動させる。続いて、撮像素子４が、４枚の干渉画像を取得するための撮像を行う（ステップＳ１０）。続いて、処理部５が、ステップＳ１０で取得された４枚の干渉画像に基づいて１枚の第２干渉画像を構築（取得）する（ステップＳ１１）。続いて、処理部５が、ステップＳ１１で取得された第２干渉画像に基づいて第２評価値を算出する（ステップＳ１２）。処理部５は、ステップＳ１２において算出した第２評価値を、記憶領域５１における第２評価値を記憶するための領域に上書き記憶する。

　続いて、処理部５が、ｆ（ａ＝前）からｆ（ａ＝後）を減算した値の絶対値が上記閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において用いられるｆ（ａ＝前）及びｆ（ａ＝後）の値は、記憶領域５１における第１評価値及び第２評価値を記憶するための領域に現在記憶されている値である。

　ステップＳ１３においてｆ（ａ＝前）－ｆ（ａ＝後）の絶対値が閾値よりも大きい場合（ステップＳ１３でＹＥＳ）、処理部５は、フォーカス調整を行う（ステップＳ１４）。一方、ステップＳ１３においてｆ（ａ＝前）－ｆ（ａ＝後）の絶対値が閾値以下である場合（ステップＳ１３でＮＯ）、処理部５は、フォーカス調整を行わずに、ステージＳをＸＹ平面に沿って移動させて観察対象物８の観察位置を次の観察位置に移動させる（ステップＳ１５）。処理部５は、ステップＳ１４の後にもステップＳ１５の処理を行う。

　ステップＳ１５の後に、処理部５は、現在の観察位置が最終観察位置か否かを判定する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６において現在の観察位置が最終観察位置である場合（ステップＳ１６でＹＥＳ）、処理を終了する。一方、ステップＳ１６において現在の観察位置が最終観察位置でない場合（ステップＳ１６でＮＯ）、処理部５は、ステップＳ１の処理に戻る。このように、この例では、観察位置が最終観察位置に到達するまで、ステップＳ１～Ｓ８からなる第１処理とステップＳ９～Ｓ１６からなる第２処理とが交互に繰り返し実行される。

　図６に示されるように、この処理では、参照ミラー１５が前位置と後位置との間で移動し（ステップＳ１，Ｓ９）、それぞれの位置において、４枚の干渉画像を取得するための撮像が撮像素子４により行われる（ステップＳ２，Ｓ１０）。また、参照ミラー１５の移動の間に、フォーカス調整処理（光学調整処理）が行われ（ステップＳ３～Ｓ６，Ｓ１１～１４）、ステージＳがＸＹ平面に沿って移動する（ステップＳ７，Ｓ１５）。このステージＳの移動量は、一視野の幅よりもわずかに小さい距離であることが好ましい。そのような動作とすることで、複数画像を撮影しながら、それらの画像を空間的につなぎ合わせて全体の画像を生成することが可能になる。図６には、撮像素子４による撮像（露光）タイミング及びステージＳの移動タイミングが示されている。

　また、図６には、ピエゾ素子１９の移動量が示されている。図６に示されるように、ピエゾ素子１９は、４枚の干渉画像の撮像タイミングに合わせて細かく移動させられる。これにより、４枚の干渉画像の間において第１光Ｌ１と第２光Ｌ２との間の光路長差が異なっている。この例では、参照ミラー１５が前位置に位置する状態において取得される第１干渉画像と参照ミラー１５が後位置に位置する状態において取得される第２干渉画像との間において、第２光Ｌ２の光路長の変化量は、光源２から出力される光の波長λよりも大きい値だけ異なる。すなわち、前位置と後位置との間の距離は、波長λよりも大きい。一方、前位置及び後位置の各々において取得される４枚の干渉画像の間において、第２光Ｌ２の光路長の変化量は、波長λよりも小さい値だけ異なっている。すなわち、４枚の干渉画像を取得するための参照ミラー１５の移動量は、波長λよりも小さく、前位置と後位置との間の距離よりも小さい。具体的には、この例では４枚の干渉画像の間において第２光Ｌ２の光路長の変化量は、λ／４だけ異なっている。

　図７には、ステップＳ２において取得される４枚の干渉画像の例が示されている。図８には、ステップＳ３においてそれらの４枚の干渉画像から構築（取得）される第１干渉画像の例が示されている。第１干渉画像は、以下に説明する実部画像又は虚部画像であってもよいし、振幅画像（干渉縞振幅画像）又は位相画像であってもよい。ここでは第１干渉画像の構築及び第１干渉画像に基づく第１評価値の算出（ステップＳ３，Ｓ４）について説明するが、第２干渉画像の構築及び第２干渉画像に基づく第２評価値の算出（ステップＳ１１，Ｓ１２）についても同様である。

　図９を参照しつつ、ステップＳ２において取得された４枚の干渉画像から第１干渉画像を取得し、取得された第１干渉画像から第１評価値を算出する処理（ステップＳ３，Ｓ４）を説明する。この処理は処理部５により実行される。まず、４枚の干渉画像を取得する（ステップＳ２１）。続いて、第１干渉画像の実部Ｒｅ及び虚部Ｉｍを算出する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２では、Ｃｏｍｐ＝Ｒｅ＋ｉＩｍとして複素数画像を生成する。実部Ｒｅが実部画像に相当し、虚部Ｉｍが虚部画像に相当する。続いて、干渉縞の振幅画像及び位相画像を生成する（ステップＳ２３）。

　振幅画像は複素数の絶対値計算であるＡｂｓ（Ｃｏｍｐ）により算出され、位相画像は複素数の偏角計算であるＡｒｇ（Ｃｏｍｐ）により算出される。より具体的には、複素数画像をＣｏｍｐ（ｘ，ｙ）＝Ｒｅ（ｘ，ｙ）＋ｉＩｍ（ｘ，ｙ）とすると（ｘ，ｙは画像内の座標）、Ａｂｓ（Ｃｏｍｐ（ｘ，ｙ））＝ｓｑｒｔ（Ｒｅ（ｘ，ｙ）^２＋Ｉｍ（ｘ，ｙ）^２），Ａｒｇ（Ｃｏｍｐ（ｘ，ｙ））＝ａｔａｎ２（Ｒｅ（ｘ，ｙ），Ｉｍ（ｘ，ｙ））である。ｓｑｒｔは数値の平方根を計算する関数であり、ａｔａｎ２は与えられた２つの引数を要素とする２次元ベクトルの偏角を計算する関数である。続いて、振幅画像Ａｂｓ（Ｃｏｍｐ）の画像内平均値を第１評価値として算出する（ステップＳ２４）。

　このように、この例では、４枚の干渉画像から１枚の第１干渉画像が取得される。４枚の干渉画像の間における第２光Ｌ２の光路長差（位相シフト間隔）は、λ／４となっている。この場合、ステップＳ２２において、複素数画像の実部Ｒｅは「Ｉ_１－Ｉ_３」により算出され、虚部Ｉｍは「Ｉ_４－Ｉ_２」により算出される。Ｉ_１～Ｉ_４は、順に取得される４枚の干渉画像に対応する。このようなアルゴリズムは、「λ／４間隔４点位相シフト法」と呼ばれる（参考文献１：“Field Guide to Interferometric Optical Testing” SPIE Press, ISBN978-0-8194-6410-0, 2006、３６頁）。λ／４は、π／２又は９０°と読み換えられ得る。

　図１０を参照しつつ、ステップＳ６，Ｓ１４のフォーカス調整処理を説明する。この処理は処理部５により実行される。まず、第１評価値ｆ（ａ＝前）が第２評価値ｆ（ａ＝後）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１においてｆ（ａ＝前）がｆ（ａ＝後）よりも大きい場合（ステップＳ３１でＹＥＳ）、ｆ（ａ＝前）－ｆ（ａ＝後）の値に所定の係数を乗じた量だけ対物レンズ１３と観察対象物８との間の距離を広げる（ステップＳ３２）。より具体的には、ステップＳ３２では、当該量だけ対物レンズ１３が観察対象物８から離れるようにアクチュエータ１６を制御する。ステップＳ３１においてｆ（ａ＝前）がｆ（ａ＝後）以下である場合（ステップＳ３１でＮＯ）、ｆ（ａ＝後）－ｆ（ａ＝前）の値に上記係数を乗じた量だけ対物レンズ１３と観察対象物８との間の距離を狭める（ステップＳ３３）。より具体的には、ステップＳ３３では、当該量だけ対物レンズ１３が観察対象物８に近づくようにアクチュエータ１６を制御する。

　以上説明した処理により、対物レンズ１３のフォーカス位置が調整される。また、上記処理では、ステージＳをＸＹ平面に沿って移動させながら、すなわち観察対象物８の観察位置を変化させて観察対象物８の観察を行いながら（第１干渉画像及び第２干渉画像を取得しながら）、対物レンズ１３のフォーカス位置が調整される。換言すれば、ステージＳのＸＹ平面に沿っての移動に応じて、第１干渉画像及び第２干渉画像に基づくフォーカス調整処理が行われる。

　この例では、第１干渉画像及び第２干渉画像の間において、ＸＹ平面に沿っての観察対象物８に対する観察位置が異なっている。すなわち、第１干渉画像及び第２干渉画像は、異なる観察位置において取得される。なお、ここでの説明では簡単化のために光学調整としてフォーカス調整を行うとして説明したが、フォーカス調整と併せて第２光Ｌ２の光路長の調整が行われてもよい。後述するように、第２光Ｌ２の光路長の調整は、フォーカス調整と同時にフォーカス調整と共通の評価値に基づいて行われてもよいし、或いは、フォーカス調整とは別の評価値に基づいて行われてもよい。

　この例のように参照ミラー１５の位置を前位置と後位置との間で変化させて第１干渉画像及び第２干渉画像を取得した場合、取得される干渉画像における干渉縞の歪みが変化するが、対物レンズ１３のフォーカス位置は変化しないため、Ｓ／Ｎ比は低下するものの、干渉画像としては利用することができる。干渉縞に生じる椀状の歪みは、簡単な処理により補正され得る。

　図１１～図１４を参照しつつ干渉観察装置１におけるフォーカス調整について更に説明する。図１１に示されるように、上述したとおり、観察位置Ａ，Ｂ，Ｃによって観察対象物８の第１層８１の厚さが変化する場合がある。図１２に示されるように、干渉観察装置１では、例えば位置Ａではｆ（ａ＝前）－ｆ（ａ＝後）の絶対値（第１評価値と第２評価値との間の差分の絶対値）が所定の閾値以下であるため、フォーカス調整は不要と判定される。これは上述したステップＳ５，Ｓ１３の処理に対応する。この判定は、対応する参照ミラー１５の位置における関数ｆ（ａ）の勾配Δｆ（ａ）／Δａが所定値よりも大きいか否かを判定しているとみなすこともできる。図１２では、参照ミラー１５が前位置に位置すること（「ａ＝前」）が「＋Δａ」により表されており、参照ミラー１５が後位置に位置すること（「ａ＝後」）が「－Δａ」により表されている。この点は図１４についても同様である。

　位置Ａと同様に、例えば位置Ｂではｆ（ａ＝前）－ｆ（ａ＝後）の絶対値が所定の閾値以下であるため、フォーカス調整は不要と判定される。一方、例えば位置Ｃではｆ（ａ＝前）－ｆ（ａ＝後）の絶対値が所定の閾値よりも大きいため、フォーカス調整が必要と判定される。この場合、フォーカス調整が行われる（Ｓ６，Ｓ１４）。このように、干渉観察装置１では、干渉画像に基づいて評価値を算出するための関数ｆ（最適化関数）の勾配（微分）に基づいてフォーカス調整（光学調整）の要否が判定される。より具体的には、関数ｆの勾配が小さい場合にはフォーカス調整が行われない一方で、関数ｆの勾配が大きい場合にはフォーカス調整が行われる。

　このような処理を行うことにより、対物レンズ１３のフォーカス位置を観察対象面Ｒ上に合わせ続けながら（フォーカスをロックしながら）、観察を行うことができる。例えば、図１３に示されるように、第２層８２と第３層８３との間の界面Ｃ１を観察する場合を考える。この場合、第１層８１と第２層８２との間の界面Ｃ２ではなく界面Ｃ１にフォーカスを合わせることが求められる。一方、例えば図１４に示されるように、関数ｆ（ａ）において界面Ｃ１による極大値よりも界面Ｃ２による極大値が大きくなる場合がある。このような場合において単に参照ミラー１５の位置を大きく動かして関数ｆ（ａ）を最大化すると、界面Ｃ２による極大値に対応する位置に参照ミラー１５の位置が調整されてしまう可能性がある。これに対し、干渉観察装置１におけるフォーカス調整処理では、参照ミラー１５を微小に移動させて勾配（第１評価値と第２評価値との間の差分）を求め、当該勾配に基づいてフォーカス調整を行うため、界面Ｃ１による極大値に対応する位置に参照ミラー１５の位置を合わせ続けることができる（フォーカスロック）。
［別の動作例］

　上述した例では参照ミラー１５が前位置と後位置との間で移動する間にステージＳが移動したが（図６）、図１５（ａ）に示されるように、参照ミラー１５が前位置に位置する状態で４枚の干渉画像が取得されると共に参照ミラー１５が後位置に位置する状態で４枚の干渉画像が取得された後に、ステージＳがＸＹ平面に沿って移動してもよい。この場合にも、上述した例と同様に、前半の４枚の干渉画像と後半の４枚の干渉画像とに基づいて第１評価値と第２評価値との間の差分が算出され、フォーカス調整処理が行われる。この場合、例えば上述したステップＳ７，Ｓ８の処理が省略される。各観察位置での観察結果として用いる干渉画像としては、例えば８枚の干渉画像に基づいて構築される干渉画像が用いられ得る。

　あるいは、λ／４間隔で位相を変化させながら７枚の干渉画像を取得し、干渉画像の番号１～４を前半の干渉画像、干渉画像の番号４～７を後半の干渉画像として用いて、４番目の干渉画像を共通に用いてもよい。この場合、前半の干渉画像から第１評価値を求め、後半の干渉画像から第２評価値を求めることで差分を算出することができるとともに、後述する図１９のλ／４間隔７点位相シフト法によって各観察位置での観察結果として用いる位相画像を生成することができる。

　また、図１５（ｂ）に示されるように、前半の４枚の干渉画像の取得と後半の４枚の干渉画像の取得とが連続的に行われてもよい。この場合、撮像効率を向上することができる。

　上述した例ではステップＳ１～Ｓ８からなる第１処理とステップＳ９～Ｓ１６からなる第２処理とが交互に繰り返し実行され、逐次的な処理が行われたが、図１６～図１９に示されるように並列的な処理が行われてもよい。この例では、処理部５は、撮像に係る第１処理Ｓ４０（撮像スレッド）、画像処理に係る第２処理Ｓ５０（画像処理スレッド）、及び移動量の算出に係る第３処理Ｓ６０（移動量算出スレッド）を並列に実行する。

　図１６に示されるように、第１処理Ｓ４０では、まず、処理部５は、ピエゾ素子１９を制御することにより、参照ミラー１５を前位置に移動させる（ステップＳ４１）。続いて、撮像素子４が、第１干渉画像に対応する４枚の干渉画像を取得するための撮像を行い、処理部５は、４枚の干渉画像に対応する第１データを撮像素子４から取得し、記憶領域５１の第１記憶領域（処理待ちＦＩＦＯ）に第１データを記憶させる（ステップＳ４２）。続いて、処理部５は、ステージＳをＸＹ平面に沿って移動させて観察対象物８の観察位置を次の観察位置に移動させる（ステップＳ４３）。

　続いて、処理部５は、ピエゾ素子１９を制御することにより、参照ミラー１５を後位置に移動させる（ステップＳ４４）。続いて、撮像素子４が、第２干渉画像に対応する４枚の干渉画像を取得するための撮像を行い、処理部５は、４枚の干渉画像に対応する第２データを撮像素子４から取得し、記憶領域５１の第１記憶領域に第２データを記憶させる（ステップＳ４５）。続いて、処理部５は、ステージＳをＸＹ平面に沿って移動させて観察対象物８の観察位置を次の観察位置に移動させる（ステップＳ４６）。ステップＳ４６の実行後、処理部５は、ステップＳ４１の処理に戻る。このように、第１処理Ｓ４０では、ステップＳ４１～Ｓ４３の処理とステップＳ４１～Ｓ４３の処理とが交互に実行され、処理待ちＦＩＦＯ（First-In First Out）メモリである第１記憶領域に第１データ及び第２データが順次記憶される。この第１データ及び第２データには、前位置及び後位置のいずれで撮像されたかを示す情報（フラグ）が付帯されている。

　図１７に示されるように、第２処理Ｓ５０では、まず、処理部５は、記憶領域５１の第１記憶領域に第１データ又は第２データが記憶されているか否かを判定する（ステップＳ５１）。ステップＳ５１において第１記憶領域に第１データ又は第２データが記憶されていると判定した場合（ステップＳ５１においてＹＥＳ）、処理部５は、画像処理を行うことにより、第１データ又は第２データに基づいて第１干渉画像又は第２干渉画像を生成する（ステップＳ５２）。ステップＳ５１において第１記憶領域に第１データ又は第２データが記憶されていないと判定した場合（ステップＳ５１においてＮＯ）、処理部５は再びステップＳ５１の処理を実行する。

　ステップＳ５２に続いて、処理部５は、ステップＳ５２において生成した第１干渉画像又は第２干渉画像を記憶領域５１に記憶させる（ステップＳ５３）。続いて、処理部５は、ステップＳ５２において生成した第１干渉画像又は第２干渉画像に基づいて第１評価値又は第２評価値を算出する（ステップＳ５４）。続いて、処理部５は、ステップＳ５４において算出した第１評価値又は第２評価値を記憶領域５１の第２記憶領域（評価値のデータリスト）に記憶させる（ステップＳ５５）。ステップＳ５５の実行後、処理部５は、ステップＳ５１の処理に戻る。

　以上により、第２処理Ｓ５０では、第１処理Ｓ４０において取得された第１データに基づいて第１干渉画像が生成され、第１干渉画像に対応する第１評価値が記憶領域５１の第２記憶領域に記憶される処理と、第１処理Ｓ４０において取得された第２データに基づいて第２干渉画像が生成され、第２干渉画像に対応する第２評価値が第２記憶領域に記憶される処理と、が交互に実行される。第２記憶領域は例えば評価値のデータリストであり、第２記憶領域には第１評価値及び第２評価値が順次記憶される。

　図１８に示されるように、第３処理Ｓ６０では、まず、処理部５は、記憶領域５１の第２記憶領域（評価値のデータリスト）に第１評価値又は第２評価値が記憶されるのを待ち受ける（ステップＳ６１）。ステップＳ６１において第２記憶領域に第１評価値又は第２評価値が記憶されると、処理部５は、直前に取得された第１評価値及び第２評価値に基づいて、ｆ（ａ＝前）－ｆ（ａ＝後）の絶対値が閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ６２）。ステップＳ６２においてｆ（ａ＝前）－ｆ（ａ＝後）の絶対値が所定の閾値よりも大きい場合（ステップＳ６２でＹＥＳ）、処理部５は、上述したステップＳ６，Ｓ１４に対応するフォーカス調整処理（図１０）を行うことにより、次回の対物レンズ１３のＺ方向に沿っての移動量を所定値に設定する（ステップＳ６３）。ステップＳ６２においてｆ（ａ＝前）－ｆ（ａ＝後）の絶対値が上記閾値以下である場合（ステップＳ６２でＮＯ）、処理部５は、次回の対物レンズ１３のＺ方向に沿っての移動量をゼロに設定する（ステップＳ６４）。ステップＳ６３又はＳ６４の実行後、処理部５は、ステップＳ６１の処理に戻る。以上により、第３処理Ｓ６０では、第２処理Ｓ５０において第１評価値又は第２評価値が第２記憶領域に記憶される度に、直前に取得された第１評価値及び第２評価値に基づいてフォーカス調整処理（光学調整処理）が行われる。

　第１干渉画像又は第２干渉画像の取得方法は、上述した例の方法に限られず、例えば図１９の表に示される方法が用いられてもよい。図１９において最左列のＮは第１干渉画像又は第２干渉画像の構築に用いられる干渉画像の数を示している。

　１行目の方法では、１枚の干渉画像に基づいて、マイクロ偏光子アレイを用いた空間多重化により第１干渉画像又は第２干渉画像が取得される。この場合、複素数画像の実部Ｒｅは「Ｉ_１－Ｉ_３」により算出され、虚部Ｉｍは「Ｉ_４－Ｉ_２」により算出される。このようなアルゴリズムは、「Micropolarizer Array, Phase-Shifting Interferometer」と呼ばれる（参考文献１、４４頁）。２行目の方法では、１枚の干渉画像に基づいて空間縞解析により第１干渉画像又は第２干渉画像が取得される。この場合、複素数画像の実部Ｒｅは「ＬＰＦ（Ｉ＊ｃｏｓ（２πｆｘ））」により算出され、虚部Ｉｍは「ＬＰＦ（Ｉ＊ｓｉｎ（２πｆｘ））」により算出される。ＬＰＦは空間的ローパスフィルタリングである。このようなアルゴリズムは、「Spatial Synchronous and Fourier Method」（空間縞法）と呼ばれる（参考文献１、４３頁）。

　３行目の方法では、３枚の干渉画像に基づいて第１干渉画像又は第２干渉画像が取得される。この場合、複素数画像の実部Ｒｅは「Ｉ_１－Ｉ_２」により算出され、虚部Ｉｍは「Ｉ_３－Ｉ_２」により算出される。このようなアルゴリズムは、「λ／４間隔３点位相シフト法」と呼ばれる（参考文献１、３６頁）。４行目の方法では、３枚の干渉画像に基づいて第１干渉画像又は第２干渉画像が取得される。この場合、複素数画像の実部Ｒｅは「Ｉ_１－２Ｉ_２＋Ｉ_３」により算出され、虚部Ｉｍは「Ｓｑｒｔ（３）＊（Ｉ_１－Ｉ_３）」により算出される。このようなアルゴリズムは、「λ／３間隔３点位相シフト法」と呼ばれる（参考文献２：“Interferogram Analysis for Optical Testing”,CRC Press, ISBN 978-0824799403, (2005)、２６９頁）。５行目の方法は、上述した例の「λ／４間隔４点位相シフト法」である。

　６行目の方法では、５枚の干渉画像に基づいて第１干渉画像又は第２干渉画像が取得される。この場合、複素数画像の実部Ｒｅは「－Ｉ_１＋２Ｉ_３－Ｉ_５」により算出され、虚部Ｉｍは「２（Ｉ_２－Ｉ_４）」により算出される。このようなアルゴリズムは、「Schwider-Hariharan５点位相シフト法」と呼ばれる（参考文献１、３６頁）。７行目の方法では、７枚の干渉画像に基づいて第１干渉画像又は第２干渉画像が取得される。この場合、複素数画像の実部Ｒｅは「－Ｉ_２＋４Ｉ_４－２Ｉ_６」により算出され、虚部Ｉｍは「Ｉ_１－３Ｉ_３＋３Ｉ_５－Ｉ_７」により算出される。このようなアルゴリズムは、「λ／４間隔７点位相シフト法」と呼ばれる（参考文献３：K. Hibino, B. F. Oreb, D. I. Farrant, and K.G. Larkin, "Phaseshifting for nonsinusoidal waveforms with phase-shift errors," J. Opt.Soc. Am. A 12, 761-768 (1995)）。このように、第１干渉画像及び第２干渉画像を取得する方法は限定されず、例えば１枚、３枚、４枚、５枚又は７枚の干渉画像に基づいて第１干渉画像又は第２干渉画像が取得されてもよい。

　例えば図１９に示される空間縞法が用いられる場合、１枚の干渉画像に基づいて第１干渉画像又は第２干渉画像が取得される。この場合、図２０に示されるように、参照ミラー１５が前位置に位置する状態において１枚の干渉画像を取得するための撮像が撮像素子４により行われ、参照ミラー１５が後位置に位置する状態において１枚の干渉画像を取得するための撮像が撮像素子４により行われてもよい。

　上述した例ではステージＳをＸＹ平面に沿って移動させながら対物レンズ１３のフォーカス位置が調整されたが、図２１に示されるように、ステージＳを移動させることなく（観察位置をＸＹ平面に沿って変化させることなく）フォーカス調整処理（フォーカスロック）が行われてもよい。例えば、観察対象物８が内部にナノ構造を有する場合において、ナノ構造が温度変化に応じてどのように変化するのかを経時観察することを考える。この場合、観察位置は観察の全体にわたって特定の位置から変化しないが、観察対象物８の熱膨張によりフォーカス条件が変化することが想定される。このような場合にも、初期調整後にフォーカスロックを行うことで、狙いの観察対象面Ｒ上にフォーカス位置を合わせ続けることができる。この場合、第１干渉画像及び第２干渉画像の間において、ＸＹ平面に沿っての観察対象物８に対する観察位置は、同一である。すなわち、第１干渉画像及び第２干渉画像は、同一の観察位置において取得される。

　図２２に示される別の例に係る干渉観察装置１Ａは、表面ＡＦ（Ａｕｔｏｆｏｃｕｓ）部６を更に備える点で干渉観察装置１と異なっている。表面ＡＦ部６は、光Ｌ６を出力するＡＦ光源６１と、例えばダイクロイックミラーであるビームスプリッタ６２と、を有している。なお、光の利用効率が低下し得るが、ビームスプリッタ６２として波長選択性を持たないハーフミラーを用いてもよい。ビームスプリッタ６２は、光Ｌ６を２つに分割し、分割された２つの光Ｌ６の一方を干渉光学系３へ出力する。干渉光学系３へ出力された光Ｌ６は、観察対象物８の表面（外表面）で反射され、干渉光学系３及びビームスプリッタ６２を介して表面ＡＦ部６に戻る。表面ＡＦ部６は、観察対象物８からの戻り光である光Ｌ６を検出し、当該検出結果に基づいて対物レンズ１３と観察対象物８の表面との間の相対距離を調整する。例えば、表面ＡＦ部６は、アクチュエータ１６によって対物レンズ１３をＺ方向に沿って移動させることにより、対物レンズ１３と観察対象物８との間の距離を所定の距離に維持する。このように、表面ＡＦ部６は、ＡＦ光源６１から出力されて観察対象物８の表面で反射された光Ｌ６を干渉光学系３を介して取得し、取得結果に基づいて対物レンズ１３と観察対象物８の表面との間の相対位置を調整する。干渉観察装置１Ａは、ビームスプリッタ１２と参照対物レンズ１４との間に配置され、ビームスプリッタ１２で反射された光Ｌ６を遮断するフィルタ６３を備えている。

　干渉観察装置１Ａでは、上述したフォーカス調整（ステップＳ６，Ｓ１４）と同時に、フォーカス調整と共通の評価値に基づいて、第２光Ｌ２の光路長を調整することができる。以下、この点について説明する。

　図２３（ａ）、図２３（ｂ）及び図２３（ｃ）に示されるように、表面ＡＦ部６によって対物レンズ１３と観察対象物８との間の距離が一定に維持されたままで、観察対象物８の厚さがｄ_０からｄ_１に変化したとする。図２３（ａ）には、屈折率ｎ_１、厚さｄ_０の観察対象物８に対して対物レンズ１３のフォーカス位置が表面上に位置していた状態（破線）から、実線で示されるように対物レンズ１３と観察対象物８との間の距離がδｄ_０だけ縮められ、フォーカス位置が裏面上に位置する状態（実線）に変化した場合が示されている。図２３（ｂ）には、屈折率ｎ_１、厚さｄ_１の観察対象物８に対して対物レンズ１３のフォーカス位置が表面上に位置していた状態（破線）から、実線で示されるように対物レンズ１３と観察対象物８との間の距離がδｄ_１だけ縮められ、フォーカス位置が裏面上に位置する状態（実線）に変化した場合が示されている。図２３（ｃ）には、図２３（ｂ）に示される状態から表面ＡＦ部６によって対物レンズ１３と観察対象物８との間の距離が調整された後の状態が示されている。

　図２３（ａ）において、対物レンズ１３と観察対象物８との間の距離はＷＤ－δｄ_０＝ＷＤ－ｄ_０／ｎ_１であり、このとき、第２光Ｌ２の光路長の補正量は下記（４）で表される。ＷＤは、対物レンズ１３の空気中におけるワーキングディスタンスである。

　図２３（ｃ）において、表面ＡＦ部６による調整後の対物レンズ１３と観察対象物８との間の距離はＷＤ－δｄ_１＝ＷＤ－ｄ_１／ｎ_１であり、このとき、第２光Ｌ２の光路長の調整量は下記（５）で表される。

　表面ＡＦ部６により対物レンズ１３と観察対象物８との間の距離を一定に維持している場合において、上述したステップＳ５，Ｓ１３の処理においてｆ（ａ＝前）－ｆ（ａ＝後）の絶対値が所定の閾値よりも大きくなった場合、光学調整を行う対象としては、対物レンズ１３のフォーカス位置、及び第２光Ｌ２の光路長の両方が考えられる。このとき、対物レンズ１３のフォーカス位置の調整量Δｚは、対物レンズ１３が観察対象物８に近づく方向を正として、式（６）で表される。

　第２光Ｌ２の光路長の調整量ΔＯＰＤは、参照ミラー１５がビームスプリッタ１２から離れる方向を正として、式（７）で表される。
　したがって、この場合、第２光Ｌ２の光路長の調整量と対物レンズ１３のフォーカス位置の調整量の比が、ｎ_１ ^２－１：１となるように調整すればよい。例えば、観察対象物８の第１層８１がガラス層（ｎ＝１．５）である場合、この比は１．２５：１となり、第１層８１がシリコン層（ｎ＝３．５）である場合、この比は１１．２５：１となる。

　一例として、干渉観察装置１Ａを用いる場合、上述したステップＳ３２，Ｓ３３において、第１評価値と第２評価値との間の差分に所定の係数を乗じた量だけ対物レンズ１３と観察対象物８との間の距離を調整する際に、第２光Ｌ２の光路長の調整量と対物レンズ１３のフォーカス位置（対物レンズ１３と観察対象物８との間の距離）の調整量の比が、ｎ_１ ^２－１：１となるように、第２光Ｌ２の光路長を併せて調整すればよい。これにより、フォーカス調整と同時に、フォーカス調整と共通の評価値に基づいて、第２光Ｌ２の光路長を調整することができる。

　或いは、第２光Ｌ２の光路長の調整は、フォーカス調整とは別の評価値に基づいて行われてもよい。この場合の第２光Ｌ２の光路長の調整は、表面ＡＦ部６を備える干渉観察装置１Ａに限らず、表面ＡＦ部６を備えない干渉観察装置１によっても行われ得る。例えば、処理部５は、ステップＳ３１においてｆ（ａ＝前）がｆ（ａ＝後）よりも大きい場合（ステップＳ３１でＹＥＳ）、ｆ（ａ＝前）－ｆ（ａ＝後）の値に所定の係数を乗じた量だけ第２光Ｌ２の光路長を長くする（ステップＳ３２）。より具体的には、ステップＳ３２では、当該量だけ参照対物レンズ１４及び参照ミラー１５がビームスプリッタ１２から離れるようにステッピングモータ１７，１８を制御する。ステップＳ３１においてｆ（ａ＝前）がｆ（ａ＝後）以下である場合（ステップＳ３１でＮＯ）、ｆ（ａ＝後）－ｆ（ａ＝前）の値に上記係数を乗じた量だけ第２光Ｌ２の光路長を短くする（ステップＳ３３）。より具体的には、ステップＳ３３では、当該量だけ参照対物レンズ１４及び参照ミラー１５がビームスプリッタ１２に近づくようにステッピングモータ１７，１８を制御する。その他の処理についてはフォーカス調整の場合と同様である。これにより、第２光Ｌ２の光路長を調整することができる。

　この場合のフォーカス調整について説明する。処理部５は、振幅画像Ａｂｓ（Ｃｏｍｐ）の画像内平均値を第１評価値又は第２評価値として算出することに代えて、位相画像Ａｒｇ（Ｃｏｍｐ）における干渉縞の湾曲量を第１評価値又は第２評価値として算出し、当該第１評価値及び第２評価値に基づいて対物レンズ１３のフォーカス調整を行う。すなわち、この場合、処理部５は、ステップＳ２４において位相画像における干渉縞の湾曲量を第１評価値又は第２評価値として算出する。位相画像に基づいて干渉縞の湾曲量を算出する方法については後述する。その他の処理については上述した処理の場合と同様である。これにより、第２光Ｌ２の光路長の調整及び対物レンズ１３のフォーカス調整を行うことができる。第２光Ｌ２の光路長の調整は、フォーカス調整の前又は後に行われてもよいし、フォーカス調整と並行して行われてもよい。

　また、干渉縞の振幅のみもしくは干渉縞の湾曲のみを指標として第１評価値および第２評価値とする代わりに、干渉縞の振幅の差分と湾曲量の差分の線形和もしくはベクトル和を新たな評価関数として採用してもよい。干渉縞のこの新たな評価関数ｇ（ａ，ｂ）は、光路長ａおよび第１光Ｌ１（物体光）と第２光Ｌ２（参照光）のフォーカスのずれ量ｂの両方で表される２変数関数となる。このとき、参照光路の光路長（第２光Ｌ２の光路長）のみを動かした場合の評価値の微分は、ｇ（ａ，ｂ）のａに対する偏微分∂ｇ／∂ａとして記述され、参照光路のフォーカスのみを動かした場合の評価値の微分は、ｇ（ａ，ｂ）のｂに対する偏微分∂ｇ／∂ｂとして記述される（式（８））。また、評価値の勾配ベクトルは、∂ｇ／∂ａを第１の要素とし、∂ｇ／∂ｂを第２の要素とした２次元ベクトルとして記述される。評価関数の勾配ベクトルが分かっているときに、評価関数の極大値に向けてパラメータａ，ｂを最適化する手法としては、最急降下法や共役勾配法を用いることができるので、これらの最適化手法による調整値をもとに、第２光Ｌ２の光路長の調整及び対物レンズ１３のフォーカス調整を同時に、もしくは時間的に間をおいて調整してもよい。

　また、参照光路の参照ミラー１５のみを動かした場合、その影響は評価関数ｇ（ａ，ｂ）に対して、光路長の変化およびフォーカスの変化の両方の点で寄与する。この場合は、干渉縞の振幅に寄与するのが主として光路長であり、干渉縞の湾曲に寄与するのが主として湾曲量であることに基づいて、第２光Ｌ２の光路長の調整及び対物レンズ１３のフォーカス調整を行うことができる。

　図２４を参照しつつ、位相画像に基づいて干渉縞の湾曲量を算出する方法を説明する。例えば、推定された湾曲量を有するテスト画像との相関に基づく方法が考えられる。一例として、上記参考文献２には位相画像から波面のゼルニケ多項式成分を算出する方法が記載されている。干渉縞の湾曲量は、ゼルニケ多項式における「Defocus」として知られている下記（９）の成分に対応付けることができる。

　例えば、図２４に示されるように、取得された位相画像を、＋５．０，＋１０．０，＋２０．０等の湾曲量を有するテスト画像と比較することで、位相画像に基づいて干渉縞の湾曲量を算出することができる。なお、干渉縞から湾曲量を算出する方法はこの方法に限定されない。

　上述した例ではピエゾ素子１９によって参照ミラー１５を前位置と後位置との間で移動させたが（ステップＳ１，Ｓ９）、ステップＳ１，Ｓ９においてステッピングモータ１８によって参照ミラー１５を前位置と後位置との間で移動させてもよい。この場合、ステッピングモータ１８は、微動モード（第１モード）及び粗動モード（第２モード）で駆動可能に構成され得る。微動モードでは、粗動モードと比べてステッピングモータ１８のステップ角（移動距離）が小さく、マイクロステップ駆動が可能であり、パルスレートが高く、リミットのチェックがない。粗動モードでは、微動モードと比べてステッピングモータ１８のステップ角（移動距離）が大きく、マイクロステップ駆動は不可であり、パルスレートが低く、リミットのチェックがある。処理部５は、ステップＳ１，Ｓ９ではステッピングモータ１８を第１モードで駆動させることによって参照ミラー１５を前位置と後位置との間で移動させ、第１干渉画像及び第２干渉画像を取得する（ステップＳ３，Ｓ１１）。一方、処理部５は、第１干渉画像及び第２干渉画像に基づく判定の結果、第２光Ｌ２の光路長を調整する場合には、ステッピングモータ１８を第２モードで駆動させることによって参照ミラー１５を移動させる。このような処理によっても上述した処理と同様に光学調整を行うことができる。このような処理を行う場合、ピエゾ素子１９は省略されてもよい。このような処理は、ピエゾ素子１９による参照ミラー１５の移動を必要としない空間縞方式を用いる場合に特に有効である。
［光学調整処理の適用例］

　図２５を参照しつつ、光学調整処理の適用例を説明する。第１適用例として、干渉観察装置１の初期調整が挙げられる。初期調整は表面観察及び内部観察のいずれに適用されてもよく、対物レンズ１３のフォーカス位置及び第２光Ｌ２の光路長を調整する。気温変化や経年変化により光学モジュールＭの筐体Ｈにミクロンスケールの変位が生じる可能性があることから、初期調整は定期的に（例えば１週間に１回程度）行うことが考えられる。図２５の表では、上述した第１干渉画像及び第２干渉画像に基づく光学調整方法により調整される場合には「〇」が示され、当該光学調整方法以外の方法により調整される場合には「別途」と示され、調整されない場合には「－」が示されている。

　初期調整では、まず、対物レンズ１３のフォーカス位置を観察対象面Ｒに合わせる。このフォーカス調整は、例えばコントラストＡＦ等の調整方法を用いて行われ得る。コントラストＡＦとは、焦点位置を観察対象物８の光軸方向における全体にわたってスキャンしながら複数の干渉画像を取得し、干渉画像のコントラストの評価関数が最大となる点を焦点位置として採用する手法である。続いて、処理部５は、振幅画像の画像内平均値を第１評価値又は第２評価値として用いて、第２光Ｌ２の光路長（参照光路長）を調整する光学調整処理を行う。続いて、処理部５は、位相画像における干渉縞の湾曲量を第１評価値又は第２評価値として用いて、参照対物レンズ１４と参照ミラー１５との間の距離（参照側フォーカス）を調整する。より具体的には、この場合、参照対物レンズ１４と参照ミラー１５との間の距離が目標距離となるようにステッピングモータ１７，１８を制御する。第２光Ｌ２の光路長の調整と参照側フォーカスの調整はどちらが先に実施されてもよい。初期調整の場合、ステージＳはＸＹ平面に沿って移動しない。

　第２適用例として、図２６に示されるような表面観察が考えられる。表面観察の場合、対物レンズ１３のフォーカス位置のみを調整すればよい。上述した処理（図５）により、対物レンズ１３のフォーカス位置を調整することができる。表面観察の場合、ステージＳがＸＹ平面に沿って移動しながら、フォーカス位置が調整される。

　図２７に示されるように、表面観察の場合、第１評価値及び第２評価値の算出及びフォーカス位置の調整は間引いて行われてもよい。例えば図２７に示される例では、観察位置（視野）の変更が３回行われる度に第１評価値及び第２評価値の算出及びフォーカス位置の調整が行われる（この例では視野＃３，＃６，＃９…のみで行われる）。

　表面観察の場合、ステージＳは、上述した例のように撮像の度に移動及び停止を繰り返す方法（Stop and Go）に代えて、一定速度で駆動されてもよい。すなわち、上述した例ではステージＳが１回移動する度にフォーカス調整が行われたが、図２７に示される例のようにステージＳが所定回数移動する度にフォーカス調整が行われてもよいし、この例のようにステージＳが連続的に移動しながらフォーカス調整が行われてもよい。いずれの場合にも、処理部５は、ステージＳのＸＹ平面に沿っての移動に応じて、第１干渉画像及び第２干渉画像に基づいて光学調整処理を行う。なお、ステージＳが連続的に移動しながらフォーカス調整が行われる場合には、１枚の干渉画像に基づいて第１干渉画像及び第２干渉画像を取得する「Micropolarizer Array, Phase-Shifting Interferometer」又は「Spatial Synchronous and Fourier Method」（空間縞法）を用いることが好ましい。また、干渉画像へのモーションアーチファクトの重畳を抑制するために、光源２をパルス駆動することが好ましい。

　図２８に示されるように、温度環境が不安定である場合等、観察中に参照側フォーカスや第２光Ｌ２の光路長が変動する可能性がある場合には、上述した初期調整時の処理と表面観察時の処理とをハイブリッド的に併用してもよい。例えば図２８に示される例のように観察対象物８をジグザグ状にＸＹスキャンする場合には、各行での最初の視野（視野＃１，＃７，＃１５…）において初期調整時の処理を行ってもよい。コントラストＡＦには時間を要するが、この例のように間欠的に行う場合にはタクトタイムへの影響を抑えることができる。それ以外の視野では、表面観察時の処理に従って、第１干渉画像及び第２干渉画像に基づく対物レンズ１３のフォーカス位置の調整を行ってもよい。なお、初期調整時の処理を行う視野としては、観察対象物８のエッジ等、コントラストＡＦを行いやすい視野を選択してもよい。

　すなわち、第１干渉画像及び第２干渉画像に基づいて光学調整処理を行う工程を微調整工程とし、コントラストＡＦにより対物レンズ１３のフォーカス位置を調整する工程を焦点位置調整工程とすると、上記例では、ＸＹ平面に沿っての観察対象物８の移動に伴って、ＸＹ平面に沿っての観察対象物８に対する観察位置に応じて、微調整工程又は焦点位置調整工程が行われる。上述したとおり、焦点位置調整工程（コントラストＡＦ）では、観察対象物８に第１光Ｌ１が入射する方向を入射方向とすると、対物レンズ１３の焦点位置を入射方向における観察対象物８の全体にわたってスキャンしながら複数の干渉画像を取得し、その取得結果に基づいて焦点位置が調整される。

　再び図２５を参照して、第３適用例として、内部観察が考えられる。内部観察の場合、対物レンズ１３のフォーカス位置及び第２光Ｌ２の光路長の両方を調整する。この場合、上述したとおり、表面ＡＦ部６を備える干渉観察装置１Ａを用いて、共通の評価値に基づいて、対物レンズ１３のフォーカス位置及び第２光Ｌ２の光路長が調整されてもよい。或いは、振幅画像の画像内平均値を第１評価値又は第２評価値として用いて、第２光Ｌ２の光路長を調整するための光学調整処理が行われると共に、位相画像における干渉縞の湾曲量を第１評価値又は第２評価値として用いて、対物レンズ１３のフォーカス位置を調整するための光学調整処理が行われてもよい。第２光Ｌ２の光路長を調整するための光学調整処理及び対物レンズ１３のフォーカス位置を調整するための光学調整処理は、視野の移動（観察位置の変更）の度に両方が行われてもよい。或いは、奇数番目の視野では一方のみが行われ、偶数番目の視野では他方のみが行われるというように間引いて行われてもよい。

　内部観察の例としては、上述した例のように観察対象物８がキャップ部付きの半導体デバイスである場合以外に、半導体デバイスを透明樹脂キャップ越しに観察する場合、半導体デバイスをガラスウィンドウ越しに観察する場合、半導体デバイスを半導体キャップ越しに観察する場合（この場合は光源２は赤外光を出力する）、半導体デバイスの裏面を観察する場合（この場合は光源２は赤外光を出力する）、貼り合わせウエハにおける貼合面を観察する場合（この場合は光源２は赤外光を出力する）、貼り合わせウエハにおける貼合面のボイドを観察する場合、ガラスと樹脂との間の接合部又は貼合面を観察する場合、ガラス、樹脂、又は半導体からなる部材内におけるレーザ加工面を観察する場合、液晶パネルにおける内部欠陥を観察する場合等が挙げられる。

　第４適用例として、対物レンズ１３の交換時の調整が考えられる。例えば、図２９に示される例では、対物レンズ１３が筐体Ｈに交換可能に取り付けられており、互いに倍率が異なる複数（この例では３つ）の対物レンズ１３の中から選択された１つの対物レンズ１３が筐体Ｈに取り付けられている。このような構成において観察倍率を変更するために対物レンズ１３を交換した場合に、上述した第１干渉画像及び第２干渉画像に基づく光学調整を行うことで、高速に且つ精度良く光学調整を行うことができる。

　図３０に示されるように、対物レンズ１３の交換時の調整では、まず、対物レンズ１３が交換される（ステップＳ７１）。続いて、対物レンズ１３のフォーカス位置を観察対象面Ｒに合わせる。このフォーカス調整は、例えばコントラストＡＦ等の調整方法を用いて行われ得る（ステップＳ７２）。ステップＳ７１，Ｓ７２と並行して、処理部５は、ステッピングモータ１７，１８を制御して、対物レンズ１３の公称オフセット分だけ第２光Ｌ２の光路長を調整する（ステップＳ７３）（粗調整）。ステップＳ７２，Ｓ７３に続いて、処理部５は、振幅画像の画像内平均値を第１評価値又は第２評価値として用いて、第２光Ｌ２の光路長を調整するための光学調整処理を行う（微調整）。

　対物レンズ１３の公称オフセットとは、対物レンズ１３ごとの光路長の違いに応じて補正する必要がある第２光Ｌ２の光路長の値であり、事前に測定されている。ただし、対物レンズの経年変化や温度環境、対物レンズの取り付け箇所における機械的誤差等の影響によりミクロンスケールの誤差が生じ得るため、公称オフセット分の調整だけでは最適な干渉縞が得られない可能性がある。対物レンズ１３にアダプタが付いている場合は、当該アダプタの寄与分も加味して公称オフセットが設定される。

　図３１に示されるように、複数の対物レンズ１３の少なくともいずれかにアダプタ１３ａが取り付けられていてもよい。例えば、対物レンズ１３の交換の際には、倍率の変更以外に、乾燥対物レンズから液浸対物レンズ（水浸等）に変更される場合も考えられる。干渉観察の分解能は、対物レンズ１３及び参照対物レンズ１４のうちＮＡが小さいもののＮＡで規定される。そのため、参照対物レンズ１４の倍率は、複数の対物レンズ１３のうちで最もＮＡが高いものの倍率に合わせることが好ましい。例えば、複数の対物レンズ１３がそれぞれ２０Ｘ，１０Ｘ，５Ｘの倍率を有する場合、最もＮＡが高い対物レンズ１３の倍率が２０Ｘであるため、参照対物レンズ１４の倍率は２０Ｘが好ましい。

　また、乾燥対物レンズと液浸対物レンズでは、一般的に同じ倍率でも液浸対物レンズの方がＮＡが高い。例えば、１０Ｘの対物レンズの一般的な値として、乾燥タイプでＮＡ＝０．２５、水浸タイプでＮＡ＝０．３０である。この場合、参照対物レンズ１４が１０Ｘ乾燥タイプであると、対物レンズ１３が１０Ｘ水浸タイプである場合にその高分解能性が活かせないため、参照対物レンズ１４をＮＡ＝０．４０の２０Ｘとすることが好ましい。

　対物レンズ１３の交換時の調整におけるステッピングモータ１７，１８の移動距離を短くするために、複数の対物レンズ１３には倍率に対応したアダプタ１３ａが取り付けられていてもよい。アダプタ１３ａは光路長を長くするための中空の部材であってもよいし、内部に透明な誘電体の板が配置された部材であってもよい。一般的に、５Ｘ，１０Ｘ，２０Ｘの対物レンズでは、５Ｘ＜１０Ｘ＜２０Ｘの順にレンズ内における光路長が長いため、アダプタ１３ａの光路長はそれとは逆の５Ｘ＞１０Ｘ＞２０Ｘとすることで、対物レンズ１３の交換時の調整におけるステッピングモータ１７，１８の移動距離を短くすることができる。アダプタ１３ａは、対物レンズ１３と機械的に接続又は接着され、対物レンズ１３の交換時に一体的に取外し及び取付け可能であることが好ましい。

　再び図２５を参照して、第５適用例として、鏡筒機差の調整が考えられる。図３２に示されるように、撮像素子４や鏡筒４２等の微妙な製造誤差により、撮像素子４の撮像面４ａの共役面４ｂが対物レンズ１３のフォーカス位置からずれてしまう場合がある。このずれは通常数ミクロン程度であるが、干渉観察においては無視できない大きさである。そのような場合でも、上述した第１干渉画像及び第２干渉画像に基づく光学調整処理により、撮像面４ａの共役面４ｂを対物レンズ１３のフォーカス位置に合わせることができる。鏡筒機差の調整時の処理は、初期調整の場合と同様である。ただし、鏡筒機差の調整時には、撮像面４ａの共役面４ｂがずれているため、参照対物レンズ１４の位置を固定したままで参照ミラー１５のみをステッピングモータ１８で移動させる方が効率的である。
［作用及び効果］

　干渉観察装置１は、光を出力する光源２と、移動可能な参照ミラー１５を有し、光源２から出力された光を第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２に分割し、観察対象物８で反射された第１光Ｌ１と参照ミラー１５で反射された第２光Ｌ２との干渉光Ｌ３を出力する干渉光学系３と、干渉光Ｌ３を検出する撮像素子４と、干渉光Ｌ３の検出結果に基づいて干渉画像を取得すると共に、観察対象物８の観察に関連する光学調整のための光学調整処理を行う処理部５と、を備える。処理部５は、第２光Ｌ２の光路長を変化させることにより第１光Ｌ１と第２光Ｌ２との間の光路長差が異なる第１干渉画像及び第２干渉画像を取得し、第１干渉画像及び第２干渉画像に基づいて光学調整処理を行う。

　干渉観察装置１では、第２光Ｌ２の光路長を変化させて取得した光路長差が異なる第１干渉画像及び第２干渉画像に基づいて光学調整処理を行うため、高速に且つ精度良く光学調整を行うことができる。特に、例えば対物レンズ１３の焦点位置を観察対象物８の厚さ方向における全体にわたってスキャンする場合と比べて、高速に且つ精度良く光学調整を行うことができる。例えば、コントラストＡＦのために観察対象物８をＺ方向にわたってスキャンすると、検出結果に数１００ｍｓｅｃの間多大なノイズが残存する。そのため、高速化が難しく、例えばインラインでの測定には適さない。これに対し、干渉観察装置１では、高速に且つ精度良く光学調整を行うことができ、インラインでの測定にも好適に適用することが可能となる。

　処理部５が、第１干渉画像及び第２干渉画像の各々について評価値（第１評価値及び第２評価値）を算出し（ステップＳ４,Ｓ１２）、第１干渉画像及び第２干渉画像の評価値に基づいて光学調整処理を行う。これにより、好適に光学調整処理を行うことできる。

　処理部５が、第１干渉画像に基づいて算出された評価値である第１評価値と、第２干渉画像に基づいて算出された評価値である第２評価値との間の差分に基づいて光学調整処理を行う（ステップＳ５，Ｓ１２）。これにより、好適に光学調整処理を行うことできる。

　処理部５が、第２干渉画像の取得後に、上記差分の絶対値が所定値よりも大きい場合には光学調整を行い、当該差分の絶対値が所定値以下である場合には光学調整を行わない（ステップＳ５，Ｓ１２）。これにより、好適に光学調整処理を行うことできる。

　処理部５が、第２干渉画像の取得後に光学調整を行う場合に、第１評価値と第２評価値との間の大小関係に応じて光学調整を行う（ステップＳ３１～Ｓ３３）。これにより、好適に光学調整処理を行うことできる。

　処理部５が、第２干渉画像の取得後に光学調整を行う場合に、第１評価値と第２評価値との間の差分の大きさに対応する量で光学調整を行う（ステップＳ３２，Ｓ３３）。これにより、好適に光学調整処理を行うことできる。

　処理部５が、第１干渉画像又は第２干渉画像に対応する振幅画像に基づいて第１評価値又は第２評価値を算出する（ステップＳ２４）。これにより、好適に評価値を算出することができる。

　処理部５は、第１干渉画像又は第２干渉画像に対応する位相画像における干渉縞の湾曲量に評価値を算出してもよい（図２４）。この場合にも、好適に評価値を算出することができる。

　処理部５が、参照ミラー１５を移動させて第２光Ｌ２の光路長を変化させることにより、光路長差が異なる第１干渉画像及び第２干渉画像を取得する。これにより、好適に第１干渉画像及び第２干渉画像を取得することができる。

　第１干渉画像及び第２干渉画像の間において、第２光Ｌ２の光路長の変化量が、光源２から出力される光の波長よりも大きい値だけ異なる。これにより、好適に光学調整処理を行うことできる。

　干渉観察装置１において行われる光学調整が、対物レンズ１３と観察対象物８との間の相対位置を調整することを含んでいる。これにより、対物レンズ１３と観察対象物８との間の相対位置を調整することができる。

　当該光学調整が、参照ミラー１５を移動させて第２光Ｌ２の光路長を調整することを含んでいる。これにより、第２光Ｌ２の光路長を調整することができる。

　当該光学調整が、参照対物レンズ１４の位置を調整することを含んでいる。これにより、参照対物レンズ１４の位置を調整することができる。

　第１干渉画像及び第２干渉画像の間において、ＸＹ平面（観察対象物８に第１光Ｌ１が入射する方向と交差する平面）に沿っての観察対象物８に対する観察位置は、同一であってもよい（図２１）。この場合、同一の観察位置において取得された第１干渉画像及び第２干渉画像に基づいて光学調整処理を行うことができる。

　第１干渉画像及び第２干渉画像の間において、ＸＹ平面に沿っての観察対象物８に対する観察位置は、異なっていてもよい（図５）。この場合、異なる観察位置において取得された第１干渉画像及び第２干渉画像に基づいて光学調整処理を行うことができる。

　処理部５が、ステージＳのＸＹ平面に沿っての移動に応じて、第１干渉画像及び第２干渉画像に基づいて光学調整処理を行う。これにより、光学調整を行いながら、観察対象物８を移動させて観察位置を変化させることができる。

　処理部５が、ステージＳのＸＹ平面に沿っての移動に応じて、第１干渉画像及び第２干渉画像に基づいて、対物レンズ１３と観察対象物８との間の相対位置を調整するための光学調整処理を行う。これにより、対物レンズ１３と観察対象物８との間の相対位置を調整しながら、観察対象物８を移動させて観察位置を変化させることができる。

　処理部５が、第１処理（ステップＳ１～Ｓ８）及び第２処理（ステップＳ９～Ｓ１６）を交互に実行する。第１処理では、処理部５は、第１干渉画像を取得し（ステップＳ２）、第１干渉画像と、直前の第２処理において取得された第２干渉画像とに基づいて光学調整処理を行うと共に（ステップＳ５，Ｓ６）、ステージＳを平面に沿って移動させる（ステップＳ７）。第２処理では、処理部５は、第２干渉画像を取得し（ステップＳ１０）、第２干渉画像と、直前の第１処理において取得された第１干渉画像とに基づいて光学調整処理を行うと共に（ステップＳ１３，Ｓ１４）、ステージＳを平面に沿って移動させる（ステップＳ１５）。これにより、逐次的な処理によって光学調整処理を行うことできる。

　処理部５が、第１処理Ｓ４０、第２処理Ｓ５０及び第３処理Ｓ６０を並列に実行してもよい。第１処理Ｓ４０では、処理部５は、第１干渉画像を生成するための第１データを撮像素子４から取得し、記憶領域５１の第１記憶領域に第１データを記憶させた後に（ステップＳ４２）、ステージＳをＸＹ平面に沿って移動させる（ステップＳ４３）処理と、第２干渉画像を生成するための第２データを撮像素子４から取得し、第１記憶領域に第２データを記憶させた後に（ステップＳ４５）、ステージＳをＸＹ平面に沿って移動させる処理（ステップＳ４４）と、を交互に実行する。第２処理Ｓ５０では、処理部５は、第１処理Ｓ４０において取得された第１データに基づいて第１干渉画像を生成し（ステップＳ５２）、第１干渉画像に対応する第１評価値を記憶領域５１の第２記憶領域に記憶させる（ステップＳ５４，Ｓ５５）処理と、第１処理Ｓ４０において取得された第２データに基づいて第２干渉画像を生成し（ステップＳ５２）、第２干渉画像に対応する第２評価値を第２記憶領域に記憶させる（ステップＳ５４，Ｓ５５）処理と、を交互に実行する。第３処理Ｓ６０では、処理部５は、第２処理Ｓ５０において第１評価値又は第２評価値が第２記憶領域に記憶される度に（ステップＳ６１）、直前に取得された第１評価値及び第２評価値に基づいて光学調整処理を行う。この場合、並列的な処理によって光学調整処理を行うことできる。

　処理部５が、ピエゾ素子１９を用いて参照ミラー１５を移動させて第２光Ｌ２の光路長を変化させることにより、光路長差が異なる第１干渉画像及び第２干渉画像を取得すると共に、ステッピングモータ１７，１８を用いて光学調整を行う。これにより、ピエゾ素子１９及びステッピングモータ１７，１８を用いて光学調整処理を行うことできる。ピエゾ素子１９はステッピングモータ１８よりも寿命駆動回数が多いため、ピエゾ素子１９を用いて第１干渉画像及び第２干渉画像を取得することで、装置の長寿命化を図ることができる。

　ステッピングモータ１８が、微動モード（第１モード）と、微動モードよりもステップ角が大きな粗動モード（第２モード）で駆動可能であってもよい。この場合、処理部５が、ステッピングモータ１８を微動モードで駆動させることによって参照ミラー１５を移動させて第２光Ｌ２の光路長を変化させることにより、光路長差が異なる第１干渉画像及び第２干渉画像を取得すると共に、ステッピングモータ１８を粗動モードで駆動させることによって光学調整を行ってもよい。この場合、ステッピングモータ１８を用いて光学調整処理を行うことでき、装置の構成を簡易化することができる。

　光学調整処理に用いられるステッピングモータ１７，１８は、１マイクロメートル～数マイクロメートルの分解能を持つ他の種類のモータであってもよい。他の種類のモータとしては、例えば減速比の大きいギヤードモータやサーボモータ等が挙げられる。

　干渉観察装置１Ａは、表面ＡＦ部６を備えている。表面ＡＦ部６は、光Ｌ６を出力するＡＦ光源６１を有し、ＡＦ光源６１から出力されて観察対象物８の表面で反射された光Ｌ６を干渉光学系３を介して取得し、取得結果に基づいて干渉光学系３の対物レンズ１３と観察対象物８の表面との間の相対位置を調整する。この場合、表面ＡＦ部６によって対物レンズ１３と観察対象物８の表面との間の相対位置を調整することができる。

　表面ＡＦ部６を備える干渉観察装置１Ａにおいて、処理部５が、ステージＳのＸＹ平面に沿っての移動に応じて、第１干渉画像及び第２干渉画像に基づいて、対物レンズ１３と観察対象物８との間の相対位置を調整するための光学調整処理、及び参照ミラー１５を移動させて第２光Ｌ２の光路長を調整するための光学調整処理を行ってもよい。これにより、観察対象物８を移動させながら、対物レンズ１３と観察対象物８との間の相対位置を調整するための光学調整処理、及び第２光Ｌ２の光路長を調整するための光学調整処理を行うことができる。

　干渉観察装置１を用いて行われる光学調整方法では、観察対象物８の表面で反射された第１光Ｌ１と参照ミラー１５で反射された第２光Ｌ２との干渉光の検出結果に基づいて、第１干渉画像及び第２干渉画像が取得されてもよい（表面観察）。これにより、観察対象物８の表面を観察する表面観察の場合に、光学調整を行うことができる。

　光学調整方法では、観察対象物８の内部で反射された第１光Ｌ１と参照ミラー１５で反射された第２光Ｌ２との干渉光の検出結果に基づいて、第１干渉画像及び第２干渉画像が取得されてもよい（内部観察）。これにより、観察対象物８の内部を観察する内部観察の場合に、光学調整を行うことができる。

　光学調整方法では、ＸＹ平面に沿っての観察対象物８の移動に応じて、第１干渉画像及び第２干渉画像に基づいて光学調整処理が行われてもよい。この場合、観察対象物８を移動させながら光学調整処理を行うことができる。

　光学調整方法では、対物レンズ１３が交換された場合に、第１干渉画像及び第２干渉画像に基づいて、参照ミラー１５を移動させて第２光Ｌ２の光路長を調整するための光学調整処理が行われてもよい（対物レンズ１３の交換時の調整）。これにより、対物レンズ１３が交換された場合に、光学調整を行うことができる。
［変形例］

　本開示は、上述した例に限られない。例えば、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。

　上述した例では参照ミラー１５を移動させて第２光Ｌ２の光路長を変化させることにより第１干渉画像及び第２干渉画像が取得されたが、対物レンズ１３を移動させて第２光Ｌ２の光路長を変化させることにより第１干渉画像及び第２干渉画像が取得されてもよい。上述した例では第１干渉画像及び第２干渉画像の２枚の干渉画像に基づいて光学調整処理が行われたが、３枚以上の干渉画像に基づいて光学調整処理が行われてもよい。

　上述した例のステップＳ３２，Ｓ３３では、ｆ（ａ＝前）－ｆ（ａ＝後）の値に所定の係数を乗じた量だけ対物レンズ１３と観察対象物８との間の距離を変化させたが、ｆ（ａ＝前）－ｆ（ａ＝後）の値と正に相関する量だけ当該距離を変化させればよく、ｆ（ａ＝前）－ｆ（ａ＝後）の値と変化量との間の関係は、比例関係に限られない。

　振幅画像に基づく評価値（第１評価値又は第２評価値）は、振幅画像の画像内平均値に限られず、振幅画像に基づいて算出される他の値であってもよい。位相画像に基づく評価値は、位相画像における干渉縞の湾曲量に限られず、位相画像に基づいて算出される他の値であってもよい。評価値は、振幅画像及び位相画像の両方に基づいて算出されてもよい。第１干渉画像及び第２干渉画像の間において、第２光Ｌ２の光路長は、光源２から出力される光の波長よりも小さい値だけ異なっていてもよい。この場合にも、上述した例と同様に光学調整処理を行うことできる。

　上述した例ではアクチュエータ１６によって対物レンズ１３をＺ方向に沿って移動させることにより対物レンズ１３と観察対象物８との間の相対位置が調整されたが、これに代えて又は加えて、ステージＳをＺ方向に沿って移動させることにより当該相対位置が調整されてもよい。この場合、ステージＳは、ＸＹ方向に加えてＺ方向にも移動可能に構成される。この場合、アクチュエータ１６は省略されてもよい。ステージＳは、第１光Ｌ１が観察対象物８に入射する方向と交差する方向に沿って移動可能であればよく、例えばＸＹ平面に対して傾斜した方向に移動可能であってもよい。参照対物レンズ１４及び参照ミラー１５を駆動させるアクチュエータは、ステッピングモータ１７，１８に限られず、サーボモータ等の他のアクチュエータであってもよい。

　第１干渉画像に基づいて第１評価値を算出する処理（ステップＳ４）及び第２干渉画像に基づいて第２評価値を算出する処理（ステップＳ１２）においては、干渉画像に対して空間的な間引き処理（低解像度化）を行ったうえで、評価値を求めることに特化したサブルーチン内での画像処理を行ってもよい。検査用の画像として使用する干渉画像の生成を別途高解像度の画像を用いて行いつつ、評価値を間引いた画像から算出することで、画像処理を高速化することができる。

　上述した例では干渉光学系３がリニック干渉型に構成されていたが、干渉光学系３（干渉観察装置１）は、マイケルソン干渉型又はミラウ干渉型に構成されてもよい。参照対物レンズ１４は省略されてもよい。

１，１Ａ…干渉観察装置、２…光源、３…干渉光学系、４…撮像素子、５…処理部、６…表面ＡＦ部、６１…ＡＦ光源、８…観察対象物、１３…対物レンズ、１４…参照対物レンズ、１５…参照ミラー、１８…ステッピングモータ、１９…ピエゾ素子、５１…記憶領域、Ｌ１…第１光、Ｌ２…第２光、Ｌ３…干渉光、Ｌ６…光、Ｓ…ステージ、Ｓ４０…第１処理、Ｓ５０…第２処理、Ｓ６０…第３処理。

Claims

　光を出力する光源と、
　移動可能な参照ミラーを有し、前記光源から出力された光を第１光及び第２光に分割し、観察対象物で反射された前記第１光と前記参照ミラーで反射された前記第２光との干渉光を出力する干渉光学系と、
　前記干渉光を検出する撮像素子と、
　前記干渉光の検出結果に基づいて干渉画像を取得すると共に、前記観察対象物の観察に関連する光学調整のための光学調整処理を行う処理部と、を備え、
　前記処理部は、前記第２光の光路長を変化させることにより前記第１光と前記第２光との間の光路長差が異なる複数の干渉画像を取得し、前記複数の干渉画像に基づいて前記光学調整処理を行う、干渉観察装置。
　前記処理部は、前記複数の干渉画像の各々について評価値を算出し、前記複数の干渉画像の前記評価値に基づいて前記光学調整処理を行う、請求項１に記載の干渉観察装置。
　前記複数の干渉画像は、前記光路長差が互いに異なる第１干渉画像及び第２干渉画像を含み、
　前記処理部は、前記第１干渉画像に基づいて算出された前記評価値である第１評価値と、前記第２干渉画像に基づいて算出された前記評価値である第２評価値との間の差分に基づいて前記光学調整処理を行う、請求項２に記載の干渉観察装置。
　前記第１干渉画像が取得された後に前記第２干渉画像が取得され、
　前記処理部は、前記第２干渉画像の取得後に、前記差分の絶対値が所定値よりも大きい場合には前記光学調整を行い、前記差分の絶対値が所定値以下である場合には前記光学調整を行わない、請求項３に記載の干渉観察装置。
　前記処理部は、前記第２干渉画像の取得後に前記光学調整を行う場合に、前記第１評価値と前記第２評価値との間の大小関係に応じて前記光学調整を行う、請求項４に記載の干渉観察装置。
　前記処理部は、前記第２干渉画像の取得後に前記光学調整を行う場合に、前記第１評価値と前記第２評価値との間の前記差分の大きさに対応する量で前記光学調整を行う、請求項４又は５に記載の干渉観察装置。
　前記処理部は、前記干渉画像に対応する振幅画像に少なくとも基づいて前記評価値を算出する、請求項２～６のいずれか一項に記載の干渉観察装置。
　前記処理部は、前記干渉画像に対応する位相画像における干渉縞の湾曲量に少なくとも基づいて前記評価値を算出する、請求項２～７のいずれか一項に記載の干渉観察装置。
　前記処理部は、前記参照ミラーを移動させて前記第２光の光路長を変化させることにより、前記光路長差が異なる前記複数の干渉画像を取得する、請求項１～８のいずれか一項に記載の干渉観察装置。
　前記複数の干渉画像の間において、前記第２光の光路長の変化量は、前記光源から出力される光の波長よりも大きい値だけ異なる、請求項１～９のいずれか一項に記載の干渉観察装置。
　前記干渉光学系は、対物レンズを更に有し、
　前記光学調整は、前記対物レンズと前記観察対象物との間の相対位置を調整することを含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載の干渉観察装置。
　前記光学調整は、前記参照ミラーを移動させて前記第２光の前記光路長を調整することを含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の干渉観察装置。
　前記干渉光学系は、前記第２光を前記参照ミラーへ導光する参照対物レンズを更に有し、
　前記光学調整は、前記参照対物レンズの位置を調整することを含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の干渉観察装置。
　前記複数の干渉画像の間において、前記観察対象物に前記第１光が入射する方向と交差する平面に沿っての前記観察対象物に対する観察位置は、同一である、請求項１～１３のいずれか一項に記載の干渉観察装置。
　前記複数の干渉画像の間において、前記観察対象物に前記第１光が入射する方向と交差する平面に沿っての前記観察対象物に対する観察位置は、異なっている、請求項１～１３のいずれか一項に記載の干渉観察装置。
　前記観察対象物を配置するためのステージであって、前記観察対象物に前記第１光が入射する方向と交差する平面に沿って少なくとも移動可能な前記ステージを更に備え、
　前記処理部は、前記ステージの前記平面に沿っての移動に応じて、前記複数の干渉画像に基づいて前記光学調整処理を行う、請求項１～１５のいずれか一項に記載の干渉観察装置。
　前記干渉光学系は、対物レンズを更に有し、
　前記処理部は、前記ステージの前記平面に沿っての移動に応じて、前記複数の干渉画像に基づいて、前記対物レンズと前記観察対象物との間の相対位置を調整するための前記光学調整処理を行う、請求項１６に記載の干渉観察装置。
　前記観察対象物を配置するためのステージであって、前記観察対象物に前記第１光が入射する方向と交差する平面に沿って少なくとも移動可能な前記ステージを更に備え、
　前記複数の干渉画像は、前記光路長差が互いに異なる第１干渉画像及び第２干渉画像を含み、
　前記処理部は、第１処理及び第２処理を交互に実行する、
　ここで、前記第１処理では、前記処理部は、前記第１干渉画像を取得し、前記第１干渉画像と、直前の前記第２処理において取得された前記第２干渉画像とに基づいて前記光学調整処理を行うと共に、前記ステージを前記平面に沿って移動させ、
　前記第２処理では、前記処理部は、前記第２干渉画像を取得し、前記第２干渉画像と、直前の前記第１処理において取得された前記第１干渉画像とに基づいて前記光学調整処理を行うと共に、前記ステージを前記平面に沿って移動させる、請求項１～１７のいずれか一項に記載の干渉観察装置。
　前記観察対象物を配置するためのステージであって、前記観察対象物に前記第１光が入射する方向と交差する平面に沿って少なくとも移動可能な前記ステージと、
　第１記憶領域及び第２記憶領域と、を更に備え、
　前記複数の干渉画像は、前記光路長差が互いに異なる第１干渉画像及び第２干渉画像を含み、
　前記処理部は、第１処理、第２処理及び第３処理を並列に実行する、
　ここで、前記第１処理では、前記処理部は、前記第１干渉画像を生成するための第１データを前記撮像素子から取得し、前記第１記憶領域に前記第１データを記憶させた後に、前記ステージを前記平面に沿って移動させる処理と、前記第２干渉画像を生成するための第２データを前記撮像素子から取得し、前記第１記憶領域に前記第２データを記憶させた後に、前記ステージを前記平面に沿って移動させる処理と、を交互に実行し、
　前記第２処理では、前記処理部は、前記第１処理において取得された前記第１データに基づいて前記第１干渉画像を生成し、前記第１干渉画像に対応する第１評価値を前記第２記憶領域に記憶させる処理と、前記第１処理において取得された前記第２データに基づいて前記第２干渉画像を生成し、前記第２干渉画像に対応する第２評価値を前記第２記憶領域に記憶させる処理と、を交互に実行し、
　前記第３処理では、前記処理部は、前記第２処理において前記第１評価値又は前記第２評価値が前記第２記憶領域に記憶される度に、直前に取得された前記第１評価値及び前記第２評価値に基づいて前記光学調整処理を行う、請求項１～１７のいずれか一項に記載の干渉観察装置。
　前記参照ミラーを移動させるためのピエゾ素子と、
　前記光学調整の対象を移動させるためのモータと、を更に備え、
　前記処理部は、前記ピエゾ素子を用いて参照ミラーを移動させて前記第２光の光路長を変化させることにより、前記光路長差が異なる前記複数の干渉画像を取得すると共に、前記モータを用いて前記光学調整を行う、請求項１～１９のいずれか一項に記載の干渉観察装置。
　前記参照ミラーを移動させるためのステッピングモータを更に備え、
　前記ステッピングモータは、第１モードと、前記第１モードよりもステップ角が大きな第２モードで駆動可能であり、
　前記処理部は、前記ステッピングモータを前記第１モードで駆動させることによって参照ミラーを移動させて前記第２光の光路長を変化させることにより、前記光路長差が異なる前記複数の干渉画像を取得すると共に、前記ステッピングモータを前記第２モードで駆動させることによって前記光学調整を行う、請求項１～１９のいずれか一項に記載の干渉観察装置。
　前記干渉光学系は、対物レンズを更に有し、
　前記干渉観察装置は、光を出力するＡＦ光源を有し、前記ＡＦ光源から出力されて前記観察対象物の表面で反射された光を前記干渉光学系を介して取得し、取得結果に基づいて前記干渉光学系の対物レンズと前記観察対象物の前記表面との間の相対位置を調整する表面ＡＦ部を更に備える、請求項１～２１のいずれか一項に記載の干渉観察装置。
　前記観察対象物を配置するためのステージであって、前記観察対象物に前記第１光が入射する方向と交差する平面に沿って少なくとも移動可能な前記ステージを更に備え、
　前記処理部は、前記ステージの前記平面に沿っての移動に応じて、前記複数の干渉画像に基づいて、前記対物レンズと前記観察対象物との間の相対位置を調整するための前記光学調整処理、及び前記参照ミラーを移動させて前記第２光の前記光路長を調整するための前記光学調整処理を行う、請求項２２に記載の干渉観察装置。
　光を出力する光源と、移動可能な参照ミラーを有し、前記光源から出力された光を第１光及び第２光に分割し、観察対象物で反射された前記第１光と前記参照ミラーで反射された前記第２光との干渉光を出力する干渉光学系と、前記干渉光を検出する撮像素子と、を備え、前記干渉光の検出結果に基づいて干渉画像が取得される干渉観察装置において、前記観察対象物の観察に関連する光学調整を行うための光学調整方法であって、
　前記第２光の光路長を変化させることにより前記第１光と前記第２光との間の光路長差が異なる複数の干渉画像を取得し、前記複数の干渉画像に基づいて前記光学調整のための光学調整処理を行う工程を含む、光学調整方法。
　前記工程では、前記観察対象物の表面で反射された前記第１光と前記参照ミラーで反射された前記第２光との前記干渉光の検出結果に基づいて、前記複数の干渉画像を取得する、請求項２４に記載の光学調整方法。
　前記工程では、前記観察対象物の内部で反射された前記第１光と前記参照ミラーで反射された前記第２光との前記干渉光の検出結果に基づいて、前記複数の干渉画像を取得する、請求項２４に記載の光学調整方法。
　前記工程では、前記観察対象物に前記第１光が入射する方向と交差する平面に沿って前記観察対象物を移動させることにより、前記平面に沿っての前記観察対象物に対する観察位置を変化させ、前記平面に沿っての前記観察対象物の移動に応じて、前記複数の干渉画像に基づいて前記光学調整処理を行う、請求項２４～２６のいずれか一項に記載の光学調整方法。
　前記干渉光学系は、交換可能な対物レンズを更に有し、
　前記工程では、前記対物レンズが交換された場合に、前記複数の干渉画像に基づいて、前記参照ミラーを移動させて前記第２光の前記光路長を調整するための前記光学調整処理を行う、請求項２４～２７のいずれか一項に記載の光学調整方法。
　前記第２光の光路長を変化させることにより前記第１光と前記第２光との間の光路長差が異なる前記複数の干渉画像を取得し、前記複数の干渉画像に基づいて前記光学調整のための光学調整処理を行う前記工程を微調整工程とし、
　前記観察対象物に前記第１光が入射する方向を入射方向とし、対物レンズの焦点位置を前記入射方向における前記観察対象物の全体にわたってスキャンしながら複数の干渉画像を取得し、取得結果に基づいて前記焦点位置を調整する工程を焦点位置調整工程とすると、
　前記入射方向と交差する平面に沿っての前記観察対象物の移動に伴って、前記平面に沿っての前記観察対象物に対する観察位置に応じて、前記微調整工程又は前記焦点位置調整工程が行われる、請求項２４～２８のいずれか一項に記載の光学調整方法。