(57)【要約】      （修正有）【課題】平面の形状を効率、精度よく測定できる平面形状測定装置、測定方法の提供。【解決手段】光源１１からの射出光の一部を反射させて参照光を生成する部分反射板１４、残りの前記射出光を収束レンズ１５により収束された照明光に対して被測定平面２ａを傾斜させた支持状態を保ち被測定物２を光軸方向に相対移動可能な第１支持機構２０、被測定平面での反射光を被測定平面に向けて再び反射させる反射球面３０ａを有する反射鏡３０、反射球面の収束点ｃが照明光の収束点Ａと重なるように反射鏡を支持し、被測定物の移動に応じて照明光の光軸方向且つ反射光の光軸方向に反射鏡を移動可能な第２支持機構４０、被測定平面及び反射球面からの反射光と参照光から干渉縞を取得する撮像装置１８等と被測定平面の測定領域全体に照射され取得された第１干渉縞、照明光の収束点Ａが被測定平面上に位置するときの第２干渉縞から形状を算出する演算・制御部５０からなる。【選択図】図１
2010243379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部から射出された射出光の一部を反射させて参照光を生成する参照光生成部と、
残りの前記射出光を収束させる収束光学系と、
前記収束光学系により収束された照明光の光軸に対して被測定物の被測定平面を傾斜させた状態で前記被測定物を支持するとともに、この支持状態を保ちつつ前記被測定物を前記収束光学系に対して前記照明光の光軸方向に相対移動させることが可能な被測定物支持部と、
前記被測定平面に照射された前記照明光のうち前記被測定平面で反射した反射光を前記被測定平面に向けて再び反射させる凹状の反射球面を有してなる反射鏡と、
前記反射球面に前記反射光の光軸が直交するように且つ前記反射球面で反射した光の収束点が前記照明光の収束点と重なるように前記反射鏡を支持するとともに、前記被測定物支持部による前記被測定物の移動に応じて前記照明光の光軸方向且つ前記反射光の光軸方向に前記反射鏡を移動させることが可能な反射鏡支持部と、
前記照明光のうち前記被測定平面および前記反射球面で反射して同一光路を通って戻ってくる光と前記参照光とを重ね合わせて干渉縞を取得する干渉縞取得部と、
前記照明光が前記被測定平面の測定領域全体に照射されるときに前記干渉縞取得部において取得された第１干渉縞と、前記照明光の収束点が前記被測定平面上に位置するときに前記干渉縞取得部において取得された第２干渉縞とに基づいて前記被測定平面の形状を算出する平面形状算出部とを備えて構成されることを特徴とする平面形状測定装置。
【請求項２】
前記平面形状算出部は、前記第１干渉縞と前記第２干渉縞との位相分布の差を算出し、その算出結果を前記照明光の前記被測定平面に入射する角度を用いて補正して前記被測定平面の形状を求めることを特徴とする請求項１に記載の平面形状測定装置。
【請求項３】
光源部から射出された射出光の一部を反射させて参照光を生成するとともに残りの前記射出光を収束させて照明光を生成し、前記照明光を被測定物の被測定平面に斜めに照射する照射ステップと、
前記照明光が前記被測定平面の測定領域全体に照射されるように前記被測定物を配置し、前記照明光のうち前記被測定平面で反射した光を、その光が入射する位置に設けられた反射凹面鏡において同一光路を通って戻るように前記被測定平面に向けて反射させ、前記被測定平面で再び反射した光と前記参照光とを重ね合わせて干渉縞を取得する第１測定ステップと、
前記照明光の収束点が前記被測定平面上に位置するように前記被測定物を相対移動させ、前記照明光のうち前記被測定平面で反射した光を、前記被測定物の相対移動に応じて移動させた前記反射凹面鏡において同一光路を通って戻るように前記被測定平面に向けて反射させ、前記被測定平面で再び反射して光と前記参照光と重ね合わせて干渉縞を取得する第２測定ステップと、
前記第１測定ステップにおいて取得した第１干渉縞と前記第２測定ステップにおいて取得した第２干渉縞とに基づいて前記被測定平面の形状を算出する算出ステップとを備えることを特徴とする平面形状測定方法。
【請求項４】
前記算出ステップでは、前記第１干渉縞と前記第２干渉縞との位相分布の差を算出し、その算出結果を前記照明光の前記被測定平面に入射する角度を用いて補正して前記被測定平面の形状を求めることを特徴とする請求項３に記載の平面形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定平面の形状を測定する平面形状測定装置および平面形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、平面形状の測定方法として、３枚の平面を用いて、フィゾー干渉法により２枚ずつ平面形状の差を相対測定し、その測定結果から平面形状を算出する方法が知られている（例えば、非特許文献１を参照）。すなわち、この測定方法は、被測定平面ａ、平面ｂおよび平面ｃの形状をＴa(ｘ,ｙ)、Ｔb(ｘ,ｙ)およびＴc(ｘ,ｙ)とした場合（なお、各面の座標(ｘ,ｙ)はｚ軸を光軸に一致させた直角座標である）、フィゾー干渉計を用いて、被測定平面ａと平面ｂの平面形状の差{Ｔa(ｘ,ｙ)−Ｔb(ｘ,ｙ)}、平面ｃとｂの差{Ｔc(ｘ,ｙ)−Ｔb(ｘ,ｙ)}、および、平面ｃとｘ軸周りに反転（回転）させた被測定平面ａの差{Ｔc(ｘ,ｙ)−Ｔa(ｘ,−ｙ)}を測定し、それらの測定結果から被測定平面ａのうちｘ軸（反転軸）に対応するライン上の形状Ｔa(ｘ,０)を演算で求めることができる。さらに、反転軸を別の軸として以上の測定を行えば、被測定平面ａの別のライン上の形状を求めることができ、この測定を繰り返し行うことにより最終的に被測定平面ａの全体の形状を求めることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】ダニエルマラカーラ（Daniel  Malacara）編，「オプティカル・ショップ・テスティング（Optical  Shop  Testing）」,第２版，ウィレイ・インターサイエンス（Wiley-Interscience）発行，p.43-44
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記測定方法では、被測定平面全体の形状を求めるために、反転軸を変えて多数回測定を行う必要があるので、測定に時間がかかるという問題がある。また、被測定平面を反転させるため、被測定物の姿勢が変化することで重力の影響による測定誤差が生じるという問題もある。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みたものであり、被測定平面の形状を効率よく、且つ精度よく測定することができる平面形状測定装置および測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するため、本発明に係る平面形状測定装置は、光源部から射出された射出光の一部を反射させて参照光を生成する参照光生成部と、残りの前記射出光を収束させる収束光学系と、前記収束光学系により収束された照明光の光軸に対して被測定物の被測定平面を傾斜させた状態で前記被測定物を支持するとともに、この支持状態を保ちつつ前記被測定物を前記収束光学系に対して前記照明光の光軸方向に相対移動させることが可能な被測定物支持部と、前記被測定平面に照射された前記照明光のうち前記被測定平面で反射した反射光を前記被測定平面に向けて再び反射させる凹状の反射球面を有してなる反射鏡と、前記反射球面に前記反射光の光軸が直交するように且つ前記反射球面で反射した光の収束点が前記照明光の収束点と重なるように前記反射鏡を支持するとともに、前記被測定物支持部による前記被測定物の移動に応じて前記照明光の光軸方向且つ前記反射光の光軸方向に前記反射鏡を移動させることが可能な反射鏡支持部と、前記照明光のうち前記被測定平面および前記反射球面で反射して同一光路を通って戻ってくる光と前記参照光とを重ね合わせて干渉縞を取得する干渉縞取得部と、前記照明光が前記被測定平面の測定領域全体に照射されるときに前記干渉縞取得部において取得された第１干渉縞と、前記照明光の収束点が前記被測定平面上に位置するときに前記干渉縞取得部において取得された第２干渉縞とに基づいて前記被測定平面の形状を算出する平面形状算出部とを備えて構成される。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る平面形状測定方法は、光源部から射出された射出光の一部を反射させて参照光を生成するとともに残りの前記射出光を収束させて照明光を生成し、前記照明光を被測定物の被測定平面に斜めに照射する照射ステップと、前記照明光が前記被測定平面の測定領域全体に照射されるように前記被測定物を配置し、前記照明光のうち前記被測定平面で反射した光を、その光が入射する位置に設けられた反射凹面鏡において同一光路を通って戻るように前記被測定平面に向けて反射させ、前記被測定平面で再び反射した光と前記参照光とを重ね合わせて干渉縞を取得する第１測定ステップと、前記照明光の収束点が前記被測定平面上に位置するように前記被測定物を相対移動させ、前記照明光のうち前記被測定平面で反射した光を、前記被測定物の相対移動に応じて移動させた前記反射凹面鏡において同一光路を通って戻るように前記被測定平面に向けて反射させ、前記被測定平面で再び反射して光と前記参照光と重ね合わせて干渉縞を取得する第２測定ステップと、前記第１測定ステップにおいて取得した第１干渉縞と前記第２測定ステップにおいて取得した第２干渉縞とに基づいて前記被測定平面の形状を算出する算出ステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、被測定平面の形状を効率よく、且つ精度よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る平面形状測定装置の構成を示す図であり、照明光が測定領域全体を照射する状態の図である。
【図２】上記平面形状測定装置を用いて被測定平面の形状を測定する測定手順を示すフローチャートである。
【図３】上記平面形状測定装置の構成を示す図であり、被測定平面上に集光点が位置する状態の図である。
【図４】照明光により照射される被測定平面上の照射領域（測定領域）を示す図である。
【図５】被測定平面上に入射する照明光の角度（被測定平面に対する角度）を算出する方法について説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る平面形状測定装置１の構成を図１に示しており、まずこの図面を参照して平面形状測定装置１の基本構成について説明する。
【００１１】
平面形状測定装置１は、被測定物２の被測定平面２ａの形状を測定するための装置であり、被測定平面２ａで反射した光と参照光とを重ね合わせて干渉縞を形成させるフィゾー型の干渉計本体１０と、干渉計本体１０から射出される光（照明光）が被測定平面２ａに入射するように被測定物２を支持するとともに被測定物２を照明光の光軸方向に移動させることが可能な第１支持機構２０と、被測定平面２ａに入射した照明光のうち被測定平面２ａで反射した光を被測定平面２ａに向けて再び反射させる反射鏡３０と、反射鏡３０を支持するとともに第１支持機構２０による被測定物２の移動に応じて反射鏡３０を移動させることが可能な第２支持機構４０と、干渉計本体１０、第１支持機構２０および第２支持機構４０の駆動制御ならびに被測定平面２ａの形状の算出を行う演算・制御部５０とを備えて構成される。
【００１２】
干渉計本体１０は、レーザ光を射出する光源１１と、光源１１から射出された光の径を拡大するビームエキスパンダ１２と、ビームエキスパンダ１２によって拡大された平行光に対して傾けて配置されたハーフミラー１３と、部分反射面１４ａを有した平行平板ガラスからなりハーフミラー１３を透過した平行光を反射と透過によって二つの光に分割する部分反射板１４と、部分反射板１４を透過した平行光（照明光）を収束させる収束レンズ１５と、部分反射板１４で反射した平行光（参照光）がハーフミラー１３で反射した後に結像レンズ１６および絞り１７を介して入射する位置に配置された撮像装置１８とから構成される。
【００１３】
光源１１から射出した光は、ビームエキスパンダ１２によって適切なサイズの径の平行光に変換されてハーフミラー１３に入射し、そのうちのハーフミラー１３を透過した平行光が部分反射板１４に入射する。部分反射板１４に入射した平行光は、一部が部分反射面１４ａ（ハーフミラー１３と対向する面の裏面）で反射し、他の一部が部分反射面１４ａを透過する。部分反射面１４ａで反射した平行光（参照光）は、光路を折り返して（同一光路を戻って）ハーフミラー１３に入射し、そのうちのハーフミラー１３で反射した光が結像レンズ１６および絞り１７を介して撮像装置１８に入射する。一方、部分反射面１４ａを透過した平行光（照明光）は、収束レンズ１５により一旦収束した後に発散して被測定物２の被測定平面２ａに入射する。
【００１４】
第１支持機構２０は、干渉計本体１０から射出される照明光の光軸Ｌ（以下、照明光軸Ｌと称する）に対して被測定平面２ａを傾斜させた状態で被測定物２を支持するとともに、この支持状態を保ちつつ被測定物２を照明光軸Ｌの方向に移動させることが可能なように構成される。
【００１５】
反射鏡３０は、凹状の反射球面３０ａを有する球面鏡（凹面鏡）からなり、被測定平面２ａに入射した照明光のうち被測定平面２ａで反射した光（以下、反射光と称する）が反射球面３０ａに入射するように、且つ反射光の光軸Ｌ′（以下、反射光軸Ｌ′と称する）が反射球面３０ａに直交するように第２支持機構４０によって支持され、被測定平面２ａで反射して反射球面３０ａに入射した光を被測定平面２ａに向けて反射させるように構成される。
【００１６】
第２支持機構４０は、上述したように被測定平面２ａで反射した光（反射光）が反射球面３０ａに入射し且つ反射光軸Ｌ′が反射球面３０ａに直交するように反射鏡３０を支持するとともに、さらに反射球面３０ａで反射した光の収束点ｃが収束レンズ１５の集光点Ａと重なるように反射鏡３０を支持し、この支持状態を保つように反射鏡３０を第１支持機構２０による被測定物２の移動に応じて移動させることが可能なように構成される。
【００１７】
すなわち、第２支持機構４０は、第１支持機構２０により被測定物２が移動した場合、反射光軸Ｌ′が反射球面３０ａに直交する状態を保つため、反射鏡３０を照明光軸Ｌの方向（被測定物２と同じ方向）に被測定物２と同じ移動量で移動させるとともに、収束点ｃが収束レンズ１５の集光点Ａと重なる状態を保つため、反射鏡３０を反射光軸Ｌ′の方向に、被測定平面２ａ上の照明光軸Ｌと交差する交点Ｂと収束レンズ１５の集光点Ａとの距離Ｄ（図５を参照）の変化量と同じ移動量で移動させる。なお、反射鏡３０の反射光軸Ｌ′の方向への移動は、被測定物２が収束レンズ１５に近づく場合には、反射鏡３０が被測定平面２ａと離れる方向に移動され、逆に被測定物２が収束レンズ１５と離れる場合には、反射鏡３０が被測定平面２ａに近づく方向に移動される。
【００１８】
このように第２支持機構４０により反射鏡３０が支持されるため、被測定平面２ａに入射した照明光のうち被測定平面２ａで反射した光は、反射球面３０ａに対して垂直に入射し、反射球面３０ａで反射して同一光路を被測定平面２ａに向かって戻り、被測定平面２ａで反射した後に収束レンズ１５に入射する。
【００１９】
このようにして収束レンズ１５に入射した光（被検光）は、収束レンズ１５によって発散光から平行光に変換されて部分反射板１４に入射し、そのうちの部分反射板１４を透過した光が、上記参照光と同様に、ハーフミラー１３、結像レンズ１６および絞り１７を介して撮像装置１８に入射する。よって、撮像装置１８の撮像面１８ａには、部分反射面１４ａで反射した参照光と被測定平面２ａおよび反射球面３０ａで反射した被検光とが重なり合って干渉縞が形成される。
【００２０】
演算・制御部５０は、干渉計本体１０（光源１１および撮像装置１８）、第１支持機構２０および第２支持機構４０を駆動して干渉縞の画像データ（輝度分布データ）を取得する駆動制御部と、取得した干渉縞の画像データに基づいて被測定平面２ａの形状を算出する平面形状演算部とから構成される。これらの駆動制御および平面形状の算出については、以下の測定手順において詳細に説明する。
【００２１】
次に、以上のように構成された平面形状測定装置１を用いて被測定物２の被測定平面２ａの形状を測定する測定手順について、図２に示すフローチャートを参照して説明する。
【００２２】
この測定では、まず、光源１１を駆動して被測定物２の被測定平面２ａに照明光を照射する（ステップＳ２１）。光源１１から射出した光は、上述したようにビームエキスパンダ１２およびハーフミラー１３を介して部分反射板１４に入射し、そのうちの部分反射面１４ａを透過した光（照明光）が収束レンズ１５により一旦収束した後に発散して被測定平面２ａに入射する。
【００２３】
次に、図１に示すように、第１支持機構２０を駆動して被測定平面２ａの測定領域全体が照明光で照射されるように被測定物２を光軸方向に移動させるとともに、第２支持機構４０を駆動して反射鏡３０を上述したように被測定物２の移動に応じて移動させる（ステップＳ２２）。被測定平面２ａの測定領域全体に入射した照明光のうち被測定平面２ａで反射した光は、反射球面３０ａに対して垂直に入射し、反射球面３０ａで反射して同一光路を被測定平面２ａに向かって戻り、被測定平面２ａで反射した後に収束レンズ１５に入射する。この収束レンズ１５に入射した光（被検光）は、上述したように撮像装置１８の撮像面１８ａにおいて部分反射面１４ａで反射した参照光と重ね合わさり干渉縞を形成する。
【００２４】
このとき、撮像装置１８で取得された干渉縞の画像データ（輝度分布データ）は、撮像装置１８から演算・制御部５０に出力され、演算・制御部５０において位相分布データΨ1(ｘ,ｙ)に変換される。この位相分布データΨ1(ｘ,ｙ)は、部分反射面１４ａで反射した参照光の波面と、部分反射面１４ａを透過して被測定平面２ａおよび反射球面３０ａで反射した光（被検光）の波面との差異を示す情報を含んでいる。
【００２５】
ここで、部分反射面１４ａでの反射による波面の変形量をＱ14(ｘ,ｙ)、収束レンズ１５を透過することによる波面の変形量Ｑ15(ｘ,ｙ)、被測定平面２ａでの反射による波面の変形量をＱ2(ｘ,ｙ)、反射球面３０ａでの反射による波面の変形量Ｑ30(ｘ,ｙ)とおくと、位相分布データΨ1(ｘ,ｙ)は、次の式（１）のように表される。
【００２６】
【数１】
2010243379.tif 000003
【００２７】
なお、部分反射面１４ａで反射した波面と、部分反射面１４ａを透過した波面とに共通して生じる変形量（例えば、ハーフミラー１３や結像レンズ１６による変形量）は、相殺されるので位相分布データΨ1(ｘ,ｙ)に影響を与えない。
【００２８】
続いて、図３に示すように、第１支持機構２０を駆動して被測定平面２ａ上に収束レンズ１５の集光点Ａが位置するように被測定物２を光軸方向に移動させるとともに、第２支持機構４０を駆動して反射鏡３０を上述したように被測定物２の移動に応じて移動させる（ステップＳ２３）。このとき照明光は、被測定平面２ａ上の照明光軸Ｌと交差する交点Ｂ（微小範囲）に入射する。このうち交点Ｂで反射した光は、反射球面３０ａに対して垂直に入射し、反射球面３０ａで反射して同一光路を被測定平面２ａに向かって戻り、被測定平面２ａ上の交点Ｂで反射した後に収束レンズ１５に入射する。この収束レンズ１５に入射した光（被検光）は、上述したように撮像装置１８の撮像面１８ａにおいて部分反射面１４ａで反射した参照光と重ね合わさり干渉縞を形成する。
【００２９】
このとき、撮像装置１８で取得された干渉縞の画像データは、撮像装置１８から演算・制御部５０に出力され、演算・制御部５０において位相分布データΨ2(ｘ,ｙ)に変換される。この位相分布データΨ2(ｘ,ｙ)は、上記位相分布データΨ1(ｘ,ｙ)と同様に、部分反射面１４ａで反射した参照光の波面と、被測定平面２ａおよび反射球面３０ａで反射した被検光の波面との差異を示す情報を含んでいるが、被測定平面２ａでの照明光の反射領域が微小なため（照明光が交点Ｂで反射するため）、被測定平面２ａでの反射による波面の変形はほとんどない（すなわち、Ｑ2(ｘ,ｙ)≒０である）。したがって、位相分布データΨ2(ｘ,ｙ)は、次の式（２）のように表される。
【００３０】
【数２】
2010243379.tif 000004
【００３１】
なお、上記ステップＳ２３をステップＳ２２よりも前に行ってもよい。すなわち、被測定平面２ａ上に収束レンズ１５の集光点Ａが位置するようにして上記位相分布データΨ2(ｘ,ｙ)を取得した後に、照明光が被測定平面２ａの測定領域全体に入射するようにして上記位相分布データΨ1(ｘ,ｙ)を取得するようにしてもよい。
【００３２】
２つの位相分布データΨ1(ｘ,ｙ)，Ψ2(ｘ,ｙ)を取得すると、演算・制御部５０においてこれらの位相分布データに基づいて被測定平面２ａの形状を算出する（ステップＳ２４）。位相分布データΨ1(ｘ,ｙ)と位相分布データΨ2(ｘ,ｙ)の差を取ると、被測定平面２ａでの反射による波面の変形量Ｑ2(ｘ,ｙ)以外の各光学素子の影響（部分反射面１４ａや反射球面３０ａでの反射による波面の変形量Ｑ14(ｘ,ｙ)，Ｑ30(ｘ,ｙ)等）を取り除くことができる。よって、被測定平面２ａでの反射による波面の変形量Ｑ2(ｘ,ｙ)は、次の式（３）のように求められる。
【００３３】
【数３】
2010243379.tif 000005
【００３４】
そして、この変形量Ｑ2(ｘ,ｙ)から被測定平面２ａの形状Ｔ(ｘ,ｙ)を算出することができる。ただし、平面形状測定装置１では、照明光が発散光なので被測定平面２ａ上の位置によって照明光の入射角が異なるため、上記変形量Ｑ2(ｘ,ｙ)から直接に被測定平面２ａの形状Ｔ(ｘ,ｙ)を算出できない。すなわち、被測定平面２ａに入射する照明光の角度（被測定平面２ａに対する角度）を用いて算出結果を補正する必要がある。そこで、被測定平面２ａに入射する照明光の角度γ(ｘ,ｙ)（図５（ｂ）を参照）とおくと、上記変形量Ｑ2(ｘ,ｙ)、すなわち上記２つの位相分布データの差分｛Ψ1(ｘ,ｙ)−Ψ2(ｘ,ｙ)｝から、次の式（４）より被測定平面２ａの形状Ｔ(ｘ,ｙ)を算出することができる。
【００３５】
【数４】
2010243379.tif 000006
【００３６】
ここで、図４および図５を用いて、被測定平面２ａに入射する照明光の角度γ(ｘ,ｙ)（被測定平面２ａに対する角度）の算出方法について説明する。この算出方法では、図４および図５に示すように、照明光が円錐形であると仮定する。このように仮定すると、照明光により照射される被測定平面２ａ上の照射領域（すなわち測定領域）は楕円形になる。この楕円（以下、測定楕円と称する）の中心を被測定平面２ａ上の座標(ｘ,ｙ)の座標原点Ｏとする。また、照明光軸Ｌと被測定平面２ａの法線（ｚ軸）を含む面（図５における紙面）と測定楕円とが交差する線をｘ軸、ｘ軸と直交し被測定平面２ａ上の線をｙ軸とする。さらに、測定楕円がｘ軸と交差する点をＥ、Ｆとする。この点Ｅと点Ｆは、被測定平面２ａ上の測定領域のｘ軸上の最大値と最小値であり、点Ｅと点Ｆの中間点が座標原点Ｏとなる。
【００３７】
また、角度γ(ｘ,ｙ)の算出のため、照明光軸Ｌとｚ軸を含む面（図５の紙面）内に、被測定平面２ａの交点Ｂを通り照明光軸Ｌと直交する補助線を引き、この補助線が照明光における最も外側の光線（最外側光線）と交差する点をＣ、Ｐとする。また、交点Ｂから最外側光線と直交するように補助線を引き、この補助線が最外側光線と交差する点をＩ、Ｊとする。
【００３８】
ここで、図５（ａ）に示すように、照明光の開口数ＮＡがＮＡ＝sinθ、照明光軸Ｌの被測定平面２ａに対する角度をαとすると、△ＣＥＢにおいて∠ＣＥＢ＝（α−θ）、△ＰＦＢにおいて∠ＰＦＢ＝（α＋θ）である。よって、△ＡＢＩと△ＥＢＩにより距離ＥＢが次の式（５）のように求まり、△ＡＢＪと△ＦＢＪにより距離ＢＦが次の式（５）のように求まる。
【００３９】
【数５】
2010243379.tif 000007
【００４０】
よって、式（５）より交点Ｂのｘ軸座標ｘB、集光点Ａのｘ軸座標ｘAがそれぞれ次の式（６）のように求まる。
【００４１】
【数６】
2010243379.tif 000008
【００４２】
そして、図５（ｂ）に示すように、被測定平面２ａ上の任意点Ｇ(ｘ,ｙ)、点Ｇ(ｘ,ｙ)からｘ軸と直交するように補助線を引き、この補助線がｘ軸と交差する点をＫとすると、三平方の定理より△ＧＨＫにおいて距離ＧＨが次の式（７）のように求まり、△ＡＢＨにおいて距離ＨＡが次の式（７）のように求まる。
【００４３】
【数７】
2010243379.tif 000009
【００４４】
よって、被測定平面２ａ上の任意点Ｇ(ｘ,ｙ)に入射する照明光の角度γ(ｘ,ｙ)（被測定平面２ａに対する角度）を、次の式（８）のように算出することができる。
【００４５】
【数８】
2010243379.tif 000010
【００４６】
したがって、上記式（４）および式（８）より、ステップＳ２２，２３において取得した２つの位相分布データの差分｛Ψ1(ｘ,ｙ)−Ψ2(ｘ,ｙ)｝から、被測定平面２ａの形状Ｔ(ｘ,ｙ)を算出することができる。
【００４７】
以上において説明したように、平面形状測定装置１およびこの装置１を用いた被測定平面２ａの形状測定によれば、干渉計本体１０を構成する各光学素子、被測定物２および反射鏡３０の姿勢を変化させずに被測定平面２ａの形状を測定することができるので、重力の影響による測定誤差が発生しない。そのため、被測定平面２ａの形状を精度よく測定することができる。なお、被測定物２および反射鏡３０は、測定時において平行移動するだけなので姿勢は変化しない。また、照明光が被測定平面２ａの測定領域全体に照射されるときの測定と、照明光の収束点Ａが被測定平面２ａ上に位置するときの測定とを行えばよく、従来のように反転軸を変えて多数回測定を行う必要がないので、被測定平面２ａの形状を効率よく測定することができる。
【００４８】
なお、上記実施形態において、第２支持機構４０により反射鏡３０を移動する際、反射鏡３０のチルト（傾動）管理を行うことにより、被測定平面２ａの形状測定の精度が向上される。また、上記実施形態において、平面形状測定装置１は、フィゾー型の干渉計本体１０を有して構成されているが、干渉計本体１０をトワイマン‐グリーン型など他の形態に構成してもよい。
【００４９】
また、上記実施形態において、被測定平面２ａの形状を測定する際、第１支持機構２０により被測定物２を照明光軸Ｌの方向に移動させるように構成されているが、干渉計本体１０に移動機構を設けて干渉計本体１０を照明光軸Ｌの方向に移動させるように構成してもよく、その場合には、第２支持機構４０は干渉計本体１０の移動に応じて反射鏡３０を移動させるように構成される。
【符号の説明】
【００５０】
１    平面形状測定装置                      ２    被測定物
２ａ  被測定平面                          １１  光源（光源部）
１２  ビームエキスパンダ（光源部）        １３  ハーフミラー（干渉縞取得部）
１４  部分反射板（参照光生成部）          １５  収束レンズ（収束光学系）
１６  結像レンズ（干渉縞取得部）          １７  絞り（干渉縞取得部）
１８  撮像装置（干渉縞取得部）            ２０  第１支持機構（被測定物支持部）
３０  反射鏡                              ３０ａ  反射球面
４０  第２支持機構（反射鏡支持部）        ５０  演算・制御部（平面形状算出部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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