I产生色差的光会聚于测量对象物200的光学元件。另夕卜，物镜2将来自测量对象物200的反射光校正为平行光。校正后的光入射到衍射透镜I。此外，在图1所示的结构中，物镜2配置于衍射透镜I的靠测量对象物200侧。但是，物镜2与衍射透镜I的配置关系并不仅限定为这样。
[0046]以下，针对使用白色光源作为出射多个波长的光的光源的情况进行说明。将从白色光源出射的光经由光纤11引导至头部10。要通过衍射透镜I有效地利用从光纤11出射的光，就必需要使光纤11的数值孔径(NA numerical aperture，数值孔径)与衍射透镜I的数值孔径相一致。因此，在光纤11与衍射透镜I之间设有聚光透镜3，来将光纤11的数值孔径与衍射透镜I的数值孔径调整为一致。
[0047]光纤11是从头部10到控制器部20的光路，并且也实现作为开口的功能。即，在物镜2会聚的光中，在测量对象物200上聚焦的光，会在光纤11的开口部聚焦。因此，光纤11实现如下的作为开口的功能:遮挡未在测量对象物200上聚焦的波长的光，而使在测量对象物200上聚焦的光通过。通过使用光纤11作为从头部10到控制器部20的光路，从而不需要针孔。
[0048]共焦测量装置100也可以具有，不使用光纤11作为从头部10到控制器部20的光路的结构。但是，通过使用光纤11作为该光路，能够使头部10相对于控制器部20灵活地移动。另外，在不使用光纤11作为从头部10到控制器部20的光路的结构的情况下，在共焦测量装置100中必须要配备针孔。但是，通过使用光纤11，共焦测量装置100不需要配备针孔。
[0049]作为测量部的控制器部20具有:作为白色光源的白色LED(Light EmittingD1de，发光二极管)21、分叉光纤22、分光器23、摄像元件24、控制电路部25。使用白色LED21作为出射具有扩散的光谱的白色光的点状光源。但是在可见光的整体波长区域中，只要能够出射具有扩散的光谱的白色光的点状光源即可，也可以是其他光源。
[0050]分叉光纤22在与光纤11连接的一侧具有一条光纤22a，并且在其相反的一侧具有两条光纤22b、22c。光纤22b与白色LED21光学连接，光纤22c与分光器23光学连接。因此，分叉光纤22能够将从白色LED21出射的光引导至光纤11，并且能够经由光纤11将从头部10返回的光引导至分光器23。
[0051]分光器23具有:反射从头部10返回的光的凹面镜23a、在凹面镜23a上反射的光所入射的衍射光栅23b、会聚从衍射光栅23b出射的光的聚光透镜23c。分光器23只要根据波长来改变从头部10返回的光在摄像元件24上的聚焦位置即可，可以是柴尔尼-特纳型、利特罗型等任一种结构。
[0052]摄像元件24测量从分光器23出射的光的强度。摄像元件24是例如线阵CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)或者线阵CXD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)。在共焦测量装置100中，构成有光谱测量部，该光谱测量部利用分光器23以及摄像元件24来测量各个波长的从头部10返回的光的强度，即，该光谱测量部求出从头部10返回的光的光谱，并根据强度的峰值等来确定聚焦的光的波长。通过预先求得聚焦的光的波长与测量对象物200的位移的关系，能够测量测量对象物200的位移。测量部只要能够测量各个波长的从头部10返回的光的强度即可，也可以由CXD等摄像元件24单独地构成。另外，摄像元件24也可以是二维CMOS或者二维CCD0
[0053]控制电路部25是控制白色LED21、摄像元件24或者移动机构40等的动作的电路。
[0054]监视器部30显示摄像元件24输出的信号。例如，监视器部30描绘从头部10返回的光的光谱波形，并显示出测量对象物的位移，例如是123.45 μ mo
[0055]移动机构40通过控制电路部25的控制，使头部10向沿着共焦测量装置100的测量轴的方向(Z方向)移动，并决定头部10的位置(定位)。利用移动机构40，能够改变头部10与测量对象物200之间的距离。
[0056]控制电路部25利用移动机构40来改变头部10与测量对象物200之间的距离，同时，从光谱测量部取得表示光谱测量部的受光量的信号。此处“受光量”是指，根据利用光谱测量部取得的受光波形得到的受光强度的峰值。控制电路部25将头部10定位的位置，是与表示受光量变化的波形的极值点相对应的位置，所述受光量变化是相对于头部10与测量对象物200之间距离的受光量变化。以此，时头部10与测量对象物200之间的距离，是测量测量对象物200的位移时的头部10与测量对象物200之间的基准距离。
[0057]“受光量的极值点”是指，相当于受光量的波形中的极大点或者极小点。例如，能够将相对于距离的受光量的变化量在一定大小(规定大小)以下的部分，定义为极大点或者极小点。“极大点”是指，例如相对于距离的受光量的变化量从正值逐渐减少到某个值(在理想情况下是O)以下的部分。“极小点”是指，例如相对于距离的受光量的变化量从负值逐渐増加(变化量的绝对值减少)到某个值(在理想情况下是O)的部分。
[0058]作为本发明的实施方式的位移测量装置的共焦测量装置100根据来自测量对象物200的反射光的受光强度最大的波长来测量位移。在测量对象物的反射率的波长相关性较小的情况下，能够准确地测量距离。但是，在测量例如形成有干涉膜的基板的情况下，反射率根据波长而发生很大变化。因此，产生难以准确地测量位移问题。
[0059]在本发明的实施方式中，在测量位移之前，先通过移动机构40改变头部10与测量对象物200之间的距离，取得测量部的受光量的波形。将头部10定位于与其受光量的极大点或者极小点相对应的位置。通过这样，即使在测量对象物200的反射率的波长相关性较大的情况下，也能够高精度地测量测量对象物的位移量。
[0060]针对这一点，首先，说明在测量反射率因波长而发生很大变化的测量对象物的位移的情况下，可能发生的问题点。然后，说明本发明的实施方式的共焦测量装置100能够解决如这样的问题。
[0061](第一个测量例子以及其问题)
[0062]图2是用于说明关于与测量对象物200的透明薄膜的相对位置的测量的第一个例子的图。与测量对象物200的透明薄膜的相对位置的测量，与位移的测量相对应。参照图2，测量对象物200由基板200a以及形成于基板200a的表面的透明薄膜200b组成。当测量开始时，将测量对象物200与头部10(传感器头)之间的距离设定为规定的距离。此时的从头部10的位置到测量对象物200的距离是基准距离。在该实施方式中，能够以基准距离作为测量中心距离，使头部10向+Z方向以及-Z方向移动。头部10的移动范围是共焦测量装置100的“测量范围”。
[0063]在从头部10向测量对象物200投光的情况下，不仅在透明薄膜200b的表面(透明薄膜200b与空气之间的界面)产生反射光，而且在透明薄膜200b与基板200a之间的界面也产生反射光。在这些反射光之间发生干涉。
[0064]在该实施方式中，头部10向测量对象物200照射白色光。已知，干涉光的强度不仅因透明薄膜的厚度而变化，而且也因光的波长而变化(例如参照JP特开2002-819196号公报)。因此，如图2所示，当向形成有透明薄膜的基板照射白色光，取得其反射光的受光波形时，会得到受光强度因波长而变化的光谱(例如参照JP特开2002-819196号公报的图7) ο
[0065]图3是示出头部(传感器头)的位置与光谱测量部的受光波形之间的关系的波形图。参照图3，受光强度的峰的高度因干涉的影响而变化。在图3中，利用不同种类的线来表不多个受光波形。
[0066]图4是示出在产生图3所示的受光波形的情况下的，头部10 (传感器头)的位置与测量值之间的关系的图表。图4所示的图表是根据受光波形的峰位置(参照图3)来求出测量值的结果，在横轴上示出头部10的位置，在纵轴上示出测量值。测量值相对于传感器头位置的关系原本是直线的关系(传感器头位置=测量值)。但是，如图4所示，测量值因干涉的影响而相对于传感器头位置的关系表示为相对于直线而稍有波动的线。
[0067]图5是示出头部10 (传感器头)的位置与测量值的误差之间的关系的图表。“测量值的误差”相当于，测量值相对于传感器头位置的原本的关系(直线)与实际的关系(具有波动的线)之间的偏差。测量值的误差原本与头部10(传感器头)的位置无关，而固定是O。但是，如图5所示，却因传感器头位置变化而发生了在正方向和负方向交替振荡的误差。这样的误差是因干涉的