(57)【要約】【課題】被測定物の振動やその他のノイズ要因の影響を排除して被測定物の厚みを簡易に高精度で測定できること。【解決手段】周波数がわずかに異なる第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２のそれぞれを分岐させておもて面の測定部位１ａ及びうら面の測定部位１ｂへ導き，第１ビーム光Ｐ１を物体光とし，第２ビーム光Ｐ２を参照光とするおもて面側のヘテロダイン干渉計ａ２０と，第２ビーム光Ｐ２を物体光とし，第１ビーム光Ｐ１を参照光とする（おもて面とは物体光と参照光とが逆の関係である）うら面側のヘテロダイン干渉計ｂ２０と，両ヘテロダイン干渉計ａ２０，ｂ２０それぞれから出力される強度信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２の位相差Φsを位相検波器４で検出し，その位相差Φsを，位相検波器４の入力信号の振幅の測定値（指標値）に応じて補正した位相差Φs’を，被測定物１の厚みに相当する測定値として出力する。【選択図】図１
2010008150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の厚みを非接触で測定するために用いられる形状測定装置であって，
所定の光源から出射されるそれぞれ周波数が異なる第１の測定光及び第２の測定光のそれぞれを分岐させて前記被測定物の表裏相対する部位であるおもて面の測定部位及びうら面の測定部位の各方向へ導く導光手段と，
前記おもて面の測定部位の方向へ導かれた前記第１の測定光を前記おもて面の測定部位に照射させるとともに，前記おもて面の測定部位の方向へ導かれた前記第２の測定光を第１の参照面に照射させ，前記おもて面の測定部位からの前記第１の測定光の反射光であるおもて面側物体光と前記第１の参照面からの前記第２の測定光の反射光であるおもて面側参照光とを干渉させ，その干渉光の強度信号を出力するおもて面側のヘテロダイン干渉計と，
前記うら面の測定部位の方向へ導かれた前記第２の測定光を前記うら面の測定部位に照射させるとともに，前記うら面の測定部位の方向へ導かれた前記第１の測定光を第２の参照面に照射させ，前記うら面の測定部位からの前記第２の測定光の反射光であるうら面側物体光と前記第２の参照面からの前記第１の測定光の反射光であるうら面側参照光とを干渉させ，その干渉光の強度信号を出力するうら面側のヘテロダイン干渉計と，
前記おもて面側のヘテロダイン干渉計及び前記うら面側のヘテロダイン干渉計のそれぞれから出力される強度信号の位相差を検出する第１の位相検波手段と，
前記おもて面側のヘテロダイン干渉計及び前記うら面側のヘテロダイン干渉計それぞれから出力される強度信号の振幅又はその指標値を測定する振幅測定手段と，
前記第１の位相検波手段により検出された前記位相差を前記振幅測定手段の測定値に応じて補正し，補正後の位相差を前記被測定物の厚みに相当する第１の測定値として出力する位相補正手段と，
を具備してなることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記振幅測定手段が，
前記おもて面側のヘテロダイン干渉計及び前記うら面側のヘテロダイン干渉計それぞれにおける干渉光を検出する２つの光検出器と，
前記２つの光検出器それぞれの検出信号に基づいて前記おもて面側のヘテロダイン干渉計及び前記うら面側のヘテロダイン干渉計それぞれから出力される強度信号の振幅の指標値を導出する振幅測定値導出手段と，
を具備してなる請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記振幅測定手段における前記２つの光検出器が，前記おもて面側のヘテロダイン干渉計及び前記うら面側のヘテロダイン干渉計それぞれにおける干渉光の強度信号を得るための光検出器を兼ねるものである請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記振幅測定手段が，
前記おもて面側のヘテロダイン干渉計における前記おもて面側物体光及び前記おもて面側参照光それぞれを検出するおもて面側の２つの光検出器と，
前記うら面側のヘテロダイン干渉計における前記うら面側物体光及び前記うら面側参照光それぞれを検出するうら面側の２つの光検出器と，
前記おもて面側の２つの光検出器の検出信号に基づいて前記おもて面側のヘテロダイン干渉計から出力される強度信号の振幅の指標値を導出し，前記うら面側の２つの光検出器の検出信号に基づいて前記うら面側のヘテロダイン干渉計から出力される強度信号の振幅の指標値を導出する振幅測定値導出手段と，
を具備してなる請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記振幅測定手段が，
前記導光手段を経て前記おもて面の測定部位及び前記第１の参照面それぞれに照射される前の前記第１の測定光及び前記第２の測定光それぞれを検出するおもて面側の２つの光検出器と，
前記導光手段を経て前記うら面の測定部位及び前記第２の参照面に照射される前の前記第２の測定光及び前記第１の測定光それぞれを検出するうら面側の２つの光検出器と，
前記おもて面側の２つの光検出器の検出信号に基づいて前記おもて面側のヘテロダイン干渉計から出力される強度信号の指標値を導出し，前記うら面側の２つの光検出器の検出信号に基づいて前記うら面側のヘテロダイン干渉計から出力される強度信号の振幅の指標値を導出する振幅測定値導出手段と，
を具備してなる請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記位相補正手段から出力される前記第１の測定値に基づいて，前記被測定物における前記おもて面の測定部位及び前記うら面の測定部位の位置の厚みを算出してその算出値を出力する第１の厚み算出手段を具備してなる請求項１〜５のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記おもて面の測定部位の方向へ導かれた前記第１の測定光及び前記第２の測定光を前記おもて面側のヘテロダイン干渉計に入力される主光とそれ以外の副光とに分岐させるおもて面側の主副分光手段と，
前記おもて面側の主副分光手段により分岐された前記副光を干渉させるおもて面側の副光干渉手段と，
前記おもて面側の副光干渉手段により得られる干渉光を受光してその強度信号を出力するおもて面側の副光強度検出手段と，
前記うら面の測定部位の方向へ導かれた前記第１の測定光及び前記第２の測定光を前記うら面側のヘテロダイン干渉計に入力される主光とそれ以外の副光とに分岐させるうら面側の主副分光手段と，
前記うら面側の主副分光手段により分岐された前記副光を干渉させるうら面側の副光干渉手段と，
前記うら面側の副光干渉手段により得られる干渉光を受光してその強度信号を出力するうら面側の副光強度検出手段と，
前記おもて面側の副光強度検出手段及び前記うら面側の副光強度検出手段のそれぞれから出力される強度信号の位相差を検出し，その検出信号を前記被測定物の厚みの補正用の第２の測定値として出力する第２の位相検波手段と，
を具備してなる請求項１〜５のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記位相補正手段から出力される前記第１の測定値と前記第２の位相検波手段から出力される前記第２の測定値との差に基づいて，前記被測定物における前記おもて面の測定部位及び前記うら面の測定部位の位置の厚みを算出してその算出値を出力する第２の厚み算出手段を具備してなる請求項７に記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記導光手段が，前記第１の測定光及び前記第２の測定光を，前記光源から前記おもて面側のヘテロダイン干渉計及び前記うら面側のヘテロダイン干渉計に至るまで相互に重ならない光路で導いてなり，
前記おもて面側のヘテロダイン干渉計が，前記第１の測定光及び前記第２の測定光それぞれを相互に重ならない光路を経由させて前記おもて面の測定部位及び前記第１の参照面それぞれに照射させ，
前記うら面側のヘテロダイン干渉計が，前記第１の測定光及び前記第２の測定光それぞれを相互に重ならない光路を経由させて前記第２の参照面及び前記うら面の測定部位それぞれに照射させてなる請求項１〜８のいずれかに記載の形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，半導体ウェハ等の被測定物の厚みを非接触で測定する形状測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄板状の半導体ウェハ（被測定物の一例，以下，ウェハという）の形状測定において，光干渉計を用いた非接触型の形状測定装置が普及している。光干渉計を用いた形状測定によれば，非接触でウェハの表面形状を測定でき，ウェハ表面に傷等を生じさせることなくその表面形状を測定できる。ウェハの形状測定では，その表面全体に渡る形状を測定する必要があるため，一般に，ウェハ周辺のエッジ部を支持（通常は３点支持）した状態で測定がなされる。
【０００３】
ところで，ウェハのような薄板状（例えば，厚みが１ｍｍ未満）の被測定物をそのエッジ部のみで支持した場合，わずかな風圧や他の機械の振動等によってウェハが振動する。この振動は，非常に高い測定精度（例えば，誤差２０ｎｍ以下）が要求されるウェハの形状測定においては，無視できない振幅の振動となる。このようなウェハの振動を防止するため，特許文献１には，透明な剛体をウェハに近接して配置することにより，ウェハの振動を抑制する方法が示されている。しかし，この方法では，透明な剛体を光路に挿入することによって干渉光に乱れが生じるおそれがあるという問題点があった。
また，特許文献２には，光をウェハ１の主面及び主面側の参照面のそれぞれに照射するよう分光するとともに，それらの反射光である物体光（測定光）及び参照光による干渉光を，プリズム等によりウェハの裏面側へ導き，その干渉光に含まれる物体光及び参照光それぞれを，再度ウェハの裏面及び裏面側の参照面それぞれへ分光し，それらの反射光による干渉光を，干渉画像を検出するための受光器に出射する形状測定装置が示されている。
特許文献２に示される発明によれば，振動によって生じる被測定物の変位分が主面側と裏面側とで相殺され，被測定物の振動の影響を受けずに高精度な厚み測定が可能となる。また，光路に光学系以外のものが挿入されないので，干渉光に乱れを生じさせることもない。
【特許文献１】特開２００２−５６４０号公報
【特許文献２】特開２００３−３２９４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，特許文献２に示される発明においても，より高い測定精度が要求された場合に，干渉光を主面側から裏面側へ導く光の伝送経路（空気，プリズム，光ファイバなど）において，物体光及び参照光それぞれの経路のずれが生じないよう光学機器を高精度で調整することが手間であるという課題が生じ得る。
ところで，被測定物の形状を光学的に高精度で測定するにあたり，ロックインアンプ等の位相検波器によって２つの光の位相差を検出し，その位相差を被測定物の形状値に換算することが行われる。
しかしながら，位相検波器は，図１０に示されるように，光の検出信号である入力信号の振幅が大きく変化すると，それに応じて出力値（位相差）に誤差が生じてしまう特性を有する場合がある。
図１０は，位相検波器における２つの入力信号（光検出器の検出信号）のうちの一方の入力信号の振幅と出力信号の値（２つの入力信号の位相差）との関係の一例を表すグラフである。
図１０において，一点鎖線で示される値が２つの入力信号の真の位相差であり，その真の位相差と検出値（出力信号の値）との差が検出誤差である。
図１０に示される特性はあくまで一例であり，２つの入力信号の振幅と出力信号の値との間の具体的な関係は，位相検波器ごとに固有の関係であり，再現性がある。なお，図１０において，他方の入力信号の振幅は一定に調節されている。
形状測定に用いられる光の強度は，被測定物の表面の反射率のばらつきや，光源の出力のばらつき等の様々なノイズ要因によって変動し得る。そのため，被測定物の形状測定に位相検波器を用いる場合，図１０に示されるような位相検波器の特性によって測定誤差が生じることを回避する必要がある。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，被測定物の振動やその他のノイズ要因の影響を排除して被測定物の厚みを簡易に高精度で測定できる形状測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明は，例えば薄板状の半導体ウェハ等の被測定物の厚みを非接触で測定するために用いられ，以下の（１）〜（６）に示される各構成要素を備えた形状測定装置である。
（１）所定の光源から出射されるそれぞれ周波数が異なる第１の測定光及び第２の測定光のそれぞれを分岐させて前記被測定物の表裏相対する部位であるおもて面の測定部位及びうら面の測定部位の各方向へ導く導光手段。
（２）前記おもて面の測定部位の方向へ導かれた前記第１の測定光を前記おもて面の測定部位に照射させるとともに，前記おもて面の測定部位の方向へ導かれた前記第２の測定光を第１の参照面に照射させ，前記おもて面の測定部位からの前記第１の測定光の反射光であるおもて面側物体光と前記第１の参照面からの前記第２の測定光の反射光であるおもて面側参照光とを干渉させ，その干渉光の強度信号を出力するおもて面側のヘテロダイン干渉計。
（３）前記うら面の測定部位の方向へ導かれた前記第２の測定光を前記うら面の測定部位に照射させるとともに，前記うら面の測定部位の方向へ導かれた前記第１の測定光を第２の参照面に照射させ，前記うら面の測定部位からの前記第２の測定光の反射光であるうら面側物体光と前記第２の参照面からの前記第１の測定光の反射光であるうら面側参照光とを干渉させ，その干渉光の強度信号を出力するうら面側のヘテロダイン干渉計。
（４）前記おもて面側のヘテロダイン干渉計及び前記うら面側のヘテロダイン干渉計のそれぞれから出力される強度信号の位相差を検出する第１の位相検波手段。
（５）前記おもて面側のヘテロダイン干渉計及び前記うら面側のヘテロダイン干渉計それぞれから出力される強度信号の振幅又はその指標値を測定する振幅測定手段。
（６）前記第１の位相検波手段により検出された前記位相差を前記振幅測定手段の測定値に応じて補正し，補正後の位相差を前記被測定物の厚みに相当する第１の測定値として出力する位相補正手段。
【０００６】
周知のヘテロダイン干渉計の原理により，前記おもて面側のヘテロダイン干渉計の出力信号は，前記被測定物における前記おもて面の測定部位の表面位置（高さ）に応じてその位相が定まるが，その信号の位相には，前記おもて面の測定部位自体の形状の成分と，その被測定物の振動による変位量の成分とが反映される。
同様に，前記うら面側のヘテロダイン干渉計の出力信号の位相には，前記うら面の測定部位自体の形状の成分と，その被測定物の振動による変位量の成分とが反映される。
また，前記おもて面側のヘテロダイン干渉計と前記うら面側のヘテロダイン干渉計とでは，前記第１の測定光及び前記第２の測定光のいずれを参照光又は物体光とするかの対応関係が逆になっている。即ち，被測定物の一方の面（おもて面）において物体光となっている前記第１の測定光が，他方の面（うら面）において参照光となっており，前記一方の面において参照光となっている前記第２の測定光が，前記他方の面において物体光となっている。
このため，前記第１の位相検波手段により検出される位相差は，後述する（ｅ１）式〜（ｅ３）式に示されるように，前記被測定物の振動による変位量の成分が相殺され，前記おもて面の測定部位自体の形状の成分及び前記うら面の測定部位自体の形状の成分のみが反映された変位量，即ち，前記被測定物における前記おもて面の測定部位及び前記うら面の測定部位の位置の厚みに相当する測定値となる。
【０００７】
また，前記第１の位相検波手段は，図１０に示されるように，光の検出信号である入力信号の振幅が大きく変化すると，それに応じて出力値（位相差）が大きく変化してしまう特性を有する場合がある。
これに対し，本発明においては，前記振幅測定手段及び前記位相補正手段により，前記第１の位相検波手段に入力される信号（干渉光の強度信号）の振幅に応じて前記第１の位相検波手段の検出結果（位相差）が適切に補正される。これにより，図１０に示されるような前記第１の位相検波手段の固有の特性によって測定誤差が生じることが回避される。なお，前記第１の位相検波手段における入力信号の振幅と検出される位相差の検出誤差（要補正量）との関係は，信号発生器等を通じて，前記第１の位相検波手段に対し，位相差及び振幅が既知の信号をその振幅を変化させつつ入力させ，そのときの検出値（位相差）の誤差を測定しておくことにより得られる。
【０００８】
また，前記振幅測定手段の第１の例としては，次の（Ａ１）及び（Ａ２）に示される各構成要素を備えた前記振幅測定手段が考えられる。
（Ａ１）前記おもて面側のヘテロダイン干渉計及び前記うら面側のヘテロダイン干渉計それぞれにおける干渉光を検出する２つの光検出器。
（Ａ２）前記２つの光検出器それぞれの検出信号に基づいて前記おもて面側のヘテロダイン干渉計及び前記うら面側のヘテロダイン干渉計それぞれから出力される強度信号の振幅の指標値を導出する振幅測定値導出手段。
ここで，前記振幅測定手段における前記２つの光検出器が，前記おもて面側のヘテロダイン干渉計及び前記うら面側のヘテロダイン干渉計それぞれにおける干渉光の強度信号を得るための光検出器を兼ねるものであってもよい。
【０００９】
また，前記振幅測定手段の第２の例としては，次の（Ｂ１）〜（Ｂ３）に示される各構成要素を備えた前記振幅測定手段が考えられる。
（Ｂ１）前記おもて面側のヘテロダイン干渉計における前記おもて面側物体光及び前記おもて面側参照光それぞれを検出するおもて面側の２つの光検出器。
（Ｂ２）前記うら面側のヘテロダイン干渉計における前記うら面側物体光及び前記うら面側参照光それぞれを検出するうら面側の２つの光検出器。
（Ｂ３）前記おもて面側の２つの光検出器の検出信号に基づいて前記おもて面側のヘテロダイン干渉計から出力される強度信号の振幅の指標値を導出し，前記うら面側の２つの光検出器の検出信号に基づいて前記うら面側のヘテロダイン干渉計から出力される強度信号の振幅の指標値を導出する振幅測定値導出手段。
【００１０】
また，前記振幅測定手段の第３の例としては，次の（Ｃ１）〜（Ｃ３）に示される各構成要素を備えた前記振幅測定手段が考えられる。
（Ｃ１）前記導光手段を経て前記おもて面の測定部位及び前記第１の参照面それぞれに照射される前の前記第１の測定光及び前記第２の測定光それぞれを検出するおもて面側の２つの光検出器。
（Ｃ２）前記導光手段を経て前記うら面の測定部位及び前記第２の参照面に照射される前の前記第２の測定光及び前記第１の測定光それぞれを検出するうら面側の２つの光検出器。
（Ｃ３）前記おもて面側の２つの光検出器の検出信号に基づいて前記おもて面側のヘテロダイン干渉計から出力される強度信号の指標値を導出し，前記うら面側の２つの光検出器の検出信号に基づいて前記うら面側のヘテロダイン干渉計から出力される強度信号の振幅の指標値を導出する振幅測定値導出手段。
【００１１】
ところで，前記第１の測定光及び前記第２の測定光について，光源から前記導光手段により前記おもて面及び前記うら面のそれぞれへ導かれる経路において位相の揺らぎが生じた場合，その揺らぎの影響が前記第１の位相検波手段により検出される位相差に反映され，それが測定誤差となる。
そこで，本発明に係る形状測定装置が，さらに次の（７）〜（１３）に示す各構成要素を備えることが考えられる。
（７）前記おもて面の測定部位の方向へ導かれた前記第１の測定光及び前記第２の測定光を前記おもて面側のヘテロダイン干渉計に入力される主光とそれ以外の副光とに分岐させるおもて面側の主副分光手段。
（８）前記おもて面側の主副分光手段により分岐された前記副光（即ち，分岐された前記第１の測定光及び前記第２の測定光）を干渉させるおもて面側の副光干渉手段。
（９）前記おもて面側の副光干渉手段により得られる干渉光を受光してその強度信号を出力するおもて面側の副光強度検出手段。
（１０）前記うら面の測定部位の方向へ導かれた前記第１の測定光及び前記第２の測定光を前記うら面側のヘテロダイン干渉計に入力される主光とそれ以外の副光とに分岐させるうら面側の主副分光手段。
（１１）前記うら面側の主副分光手段により分岐された前記副光を干渉させるうら面側の副光干渉手段。
（１２）前記うら面側の副光干渉手段により得られる干渉光を受光してその強度信号を出力するうら面側の副光強度検出手段。
（１３）前記おもて面側の副光強度検出手段及び前記うら面側の副光強度検出手段のそれぞれから出力される強度信号の位相差を検出し，その検出信号を前記被測定物の厚みの補正用の第２の測定値として出力する第２の位相検波手段。
前記（７）〜（１３）に示される各構成要素をさらに備えた形状測定装置においては，前記第１の測定光及び前記第２の測定光について，前記おもて面及び前記うら面のそれぞれへ導かれる経路において位相の揺らぎが生じた場合，その揺らぎの成分の合計が，前記第２の位相検波手段により検出される位相差に反映される。従って，前記第１の位相検波手段により検出される位相差から，前記第２の位相検波手段により検出される位相差を差し引いて得られる位相差は，前記位相の揺らぎの影響が除去された測定値となる。
【００１２】
また，本発明に係る形状測定装置が，さらに，次の（１４）又は（１５）に示される構成要素のいずれかを備えることも考えられる。
（１４）前記位相補正手段から出力される前記第１の測定値に基づいて，前記被測定物における前記おもて面の測定部位及び前記うら面の測定部位の位置の厚みを算出してその算出値を出力する第１の厚み算出手段。
（１５）前記位相補正手段から出力される前記第１の測定値と前記第２の位相検波手段から出力される前記第２の測定値との差に基づいて，前記被測定物における前記おもて面の測定部位及び前記うら面の測定部位の位置の厚みを算出してその算出値を出力する第２の厚み算出手段。
なお，本発明に係る形状測定装置が，前記第１の厚み算出手段又は前記第２の厚み算出手段を備える外部装置と接続され，本発明に係る形状測定装置がその外部装置に対して前記第１の測定値や前記第２の測定値を出力することも考えられる。
【００１３】
ところで，周波数がわずかに異なる前記第１の測定光及び前記第２の測定光は，同じ光路で導光された後に偏光ビームスプリッタ等の分光手段を通じて再び周波数成分が異なる光（前記第１の測定光及び前記第２の測定光）に分光されると，分光後の光それぞれに，他方の光の成分がノイズとして混入してしまう場合がある。このようなノイズの混入が生じると測定精度が悪化する。
そこで，２つの測定光の光路を重ねることによるノイズ混入の影響を無視できない場合には，前記導光手段が，前記第１の測定光及び前記第２の測定光を，前記光源から前記おもて面側のヘテロダイン干渉計及び前記うら面側のヘテロダイン干渉計に至るまで相互に重ならない光路で導くものであることが考えられる。
さらに，前記おもて面側のヘテロダイン干渉計が，前記第１の測定光及び前記第２の測定光それぞれを相互に重ならない光路を経由させて前記おもて面の測定部位及び前記第１の参照面それぞれに照射させるものであり，前記うら面側のヘテロダイン干渉計が，前記第１の測定光及び前記第２の測定光それぞれを相互に重ならない光路を経由させて前記第２の参照面及び前記うら面の測定部位それぞれに照射させるものであることが考えられる。
これにより，前記第１の測定光及び前記第２の測定光が導光経路において混合されず，ノイズ混入による測定精度の悪化を防止できる。
【００１４】
一方，２つの測定光を異なる光路で導くと，光路を形成する媒体（空気や光ファイバ等）の揺らぎ（気圧，温度，湿度等の変動）の差によって両光路の屈折率に差が生じ，２つの測定光について見かけ上の光路長の変化に差が生じる場合がある。この場合，前記揺らぎに起因するノイズによって測定精度が悪化する。
そこで，前記揺らぎの影響を無視できない場合には，前記導光手段が，前記第１の測定光及び前記第２の測定光を，前記光源から前記おもて面側のヘテロダイン干渉計及び前記うら面側のヘテロダイン干渉計に至るまで同じ光路で導くものであることが考えられる。
同様に，本発明に係る形状測定装置が，厚み補正用の前記第２の測定値を出力する前記第２の位相検波手段を備える場合には，前記導光手段が，少なくとも前記おもて面側の主副分光手段から前記おもて面側のヘテロダイン干渉計に至るまでの前記第１の測定光及び前記第２の測定光それぞれの前記主光を同じ光路で導くとともに，少なくとも前記うら面側の主副分光手段から前記うら面側のヘテロダイン干渉計に至るまでの前記第１の測定光及び前記第２の測定光それぞれの前記主光を同じ光路で導くものであることが考えられる。
さらに，前記おもて面側のヘテロダイン干渉計が，前記導光手段により同じ光路で導かれてきた前記第１の測定光及び前記第２の測定光それぞれを分光させて前記おもて面の測定部位及び前記第１の参照面それぞれに照射させるものであり，前記うら面側のヘテロダイン干渉計が，前記導光手段により同じ光路で導かれてきた前記第１の測定光及び前記第２の測定光それぞれを分光させて前記第２の参照面及び前記うら面の測定部位それぞれに照射させるものであることが考えられる。
これにより，前記第１の測定光及び前記第２の測定光の導光経路において前記揺らぎが生じても，その揺らぎは２つの測定光に等しく影響するので，前記揺らぎに起因する測定精度の悪化を防止できる。
なお，本発明に係る形状測定装置が，厚み補正用の前記第２の測定値を出力する前記第２の位相検波手段を備える場合，前記主副分光手段に至るまでの２つの測定光に揺らぎのばらつきが生じても，そのばらつきは前記第２の測定値によって補正できる。
そして，２つの測定光の光路を重ねることによるノイズが測定精度に与える影響と，前記揺らぎによるノイズが測定精度に与える影響とのいずれが大きいかは測定環境等の条件によって異なるので，２つの測定光の導光手法は状況に応じて適宜選択すればよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば，前記おもて面の測定部位自体の形状の成分及び前記うら面の測定部位自体の形状の成分のみが反映された前記被測定物の厚みに相当する測定値が得られる。即ち，前記おもて面側と前記うら面側とにおいて，ヘテロダイン干渉計における物体光と参照光との対応関係が逆になっているため，その測定値において，被測定物の振動による変位量の成分は相殺されている。しかも，本発明に係る形状測定装置は，干渉光を被測定物のおもて面からうら面へ伝播させないため，その伝播経路における光路調整（光学機器の調整）を必要とせず，また，その伝播経路において干渉光の揺らぎが生じることもない。さらに，光路に光学系以外のものが挿入されないので，干渉光に乱れを生じさせることもない。
また，本発明においては，位相検波手段に入力される信号（干渉光の強度信号）の振幅に応じてその位相検波手段の検出結果（位相差）が適切に補正される。その結果，図１０に示されるような位相検波手段の固有の特性によって測定誤差が生じることが回避される。
以上より，本発明に係る形状測定装置を用いれば，被測定物の振動やその他のノイズ要因の影響を排除して被測定物の厚みを簡易に高精度で測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の第１実施形態に係る形状測定装置Ｘ１の構成図，図２は形状測定装置Ｘ１に採用可能な位相補正用機器の第１実施例の構成図，図３は形状測定装置Ｘ１に採用可能な位相補正用機器の第２実施例の構成図，図４は本発明の第２実施形態に係る形状測定装置Ｘ２の主要部の構成図，図５は本発明の第３実施形態に係る形状測定装置Ｘ３の主要部の構成図，図６は本発明の第４実施形態に係る形状測定装置Ｘ４の構成図，図７は形状測定装置Ｘ１〜Ｘ４に適用可能な光干渉計の第１実施例を表す概略構成図，図８は形状測定装置Ｘ１〜Ｘ４に適用可能な光干渉計の第２実施例を表す概略構成図，図９は形状測定装置Ｘ１〜Ｘ４に適用可能な二偏波光源の実施例を表す概略構成図，図１０は検波器における入力信号の振幅（信号強度）と出力信号の値（位相差）との関係の一例を表すグラフ，図１１は形状測定装置Ｘ１〜Ｘ４を用いた被測定物の厚み分布測定方法の一例を表す模式図，図１２は形状測定装置Ｘ１〜Ｘ４を用いて被測定物の厚み分布測定を行った場合の測定部位の分布の一例を表す模式図である。
【００１７】
以下，図１に示される構成図を参照しながら，本発明の第１実施形態に係る形状測定装置Ｘ１について説明する。
形状測定装置Ｘ１は，例えば半導体ウェハなどの薄板状の被測定物１の厚みを非接触で測定するために用いられる測定装置である。
図１に示されるように，形状測定装置Ｘ１は，二偏波光源２と，偏光ビームスプリッタ３（以下，ＰＢＳ３と記載する）と，複数のミラーａ１１〜ａ１３，ｂ１１，ｂ１２と，Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０及びＢ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０と，Ａ面側振幅測定用信号採取機器ａ７０及びＢ面側振幅測定用信号採取機器ｂ７０と，位相検波器４と，計算機６と，位相補正処理装置７とを備えている。
以下，便宜上，被測定物１の一方の面（図１における上側の面）をＡ面（前記おもて面に相当），これと表裏の関係にある他方の面をＢ面（前記うら面に相当）という。また，被測定物１の厚みの測定位置におけるＡ面側の表面部分をＡ面測定部位１ａ（前記おもて面の測定部位に相当），そのＡ面測定部位１ａと表裏相対するＢ面の表面部分をＢ面測定部位１ｂ（前記うら面の測定部位に相当）という。
なお，図１には示されていないが，形状測定装置Ｘ１は，被測定物１の周辺のエッジ部を支持（例えば３点支持）する支持部と，その支持部を２次元方向（被測定物１の両測定面に平行な２次元方向）に移動させることにより被測定物１を２次元方向に移動させる移動機構とを備えている。そして，形状測定装置Ｘ１は，その移動機構により被測定物１を移動させることにより，被測定物１における前記Ａ面測定部位１ａ及び前記Ｂ面測定部位１ｂの位置を変更しつつ測定値を得る。
【００１８】
前記二偏波光源２は，周波数がわずかに異なる２つのビーム光Ｐ１，Ｐ２を出射するレーザ光の光源である。なお，図１に示される前記二偏波光源２は，例えば，周波数がわずかに異なる２つのビーム光Ｐ１，Ｐ２を同軸或いはほぼ同軸（２つの光束の一部が重なる状態）で出射するゼーマンレーザ等である。以下，一方のビーム光を第１ビーム光Ｐ１，他方のビーム光を第２ビーム光Ｐ２という。
なお，図１においては，便宜上，両ビーム光Ｐ１，Ｐ２が異なる軸に沿って出射されているように記載されているが，本実施形態においては，両ビーム光Ｐ１，Ｐ２は同じ軸（同じ光路）又は一部重なる光路に沿って出射されるものとする。
第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２は，単波長光であり，それぞれの周波数は，特に限定されるものではないが，例えば，一方のビーム光の周波数ωは５×１０8ＭＨｚ程度（可視光のレーザ光源を採用した場合の例）であり，両ビーム光の周波数の差は数十ｋＨｚ程度である。また，二偏波光源２が出射する第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２は，それぞれ偏波面の方向が異なる。ここでは，２つのビーム光Ｐ１，Ｐ２の偏波面は直交しているものとする。これら第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２が，それぞれ周波数が異なる前記第１の測定光及び前記第２の測定光の一例である。
なお，２つのビーム光Ｐ１，Ｐ２は，１つのビーム光を出射する光源と，出射されたビーム光を２分岐させるビームスプリッタと，２分岐された一方のビーム光の周波数を変換する音響光学素子等により生成されることも考えられる。
【００１９】
前記ＰＢＳ３は，二偏波光源２から出射される第１ビーム光Ｐ１（周波数：ω）及び第２ビーム光（周波数：ω＋Δω）のそれぞれを２分岐させる。そして，ＰＢＳ３により分岐された一方の第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２は，３つのミラーａ１１，ａ１２，ａ１３により，被測定物１の前記Ａ面測定部位１ａの方向へ導かれる。また，ＰＢＳ３により分岐された他方の第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２は，２つのミラーｂ１１，ｂ１２により，被測定物１の前記Ｂ面測定部位１ｂの方向へ導かれる。なお，前記ＰＢＳ３及び各ミラーａ１１〜ａ１３，ｂ１１，ｂ１２が，前記導光手段の一例である。
図１に示す例では，２つのビーム光Ｐ１，Ｐ２が同じ光路で導かれるので，両ビーム光の導光経路において揺らぎが生じても，その揺らぎは２つのビーム光Ｐ１，Ｐ２に等しく影響するので，揺らぎに起因する測定精度の悪化を防止できる。
なお，第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２を前記Ａ面測定部位１ａ及び前記Ｂ面測定部位１ｂのそれぞれへ導く光学機器としては，ミラーの他，光ファイバ等も考えられる。
【００２０】
前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０（前記おもて面側のヘテロダイン干渉計に相当）は，図１に示すように，偏光ビームスプリッタａ２１（以下，Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）という），２つの４分の１波長板ａ２２及びａ２３，Ａ面側参照板ａ２４，偏光板ａ２５（以下，Ａ面側第１偏光板ａ２５という）及び光検出器ａ２６（以下，Ａ面側第１光検出器ａ２６という）を備えている。一方の４分の１波長板ａ２２は，前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）と前記Ａ面測定部位１ａとの間に配置され，他方の４分の１波長板ａ２３は，前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）と前記Ａ面側参照板ａ２４との間に配置されている。
【００２１】
前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）は，ミラーａ１１〜ａ１３によって前記Ａ面測定部位１ａの方向へ導かれた第１ビーム光Ｐ１を透過させることにより，その第１ビーム光Ｐ１を前記Ａ面測定部位１ａに照射させるとともに，同じく前記Ａ面測定部位１ａの方向へ導かれた第２ビーム光Ｐ２を反射することにより，その第２ビーム光Ｐ２を前記Ａ面側参照板ａ２４の表面（前記第１の参照面に相当）に照射させる。図１に示す例では，前記第１ビーム光Ｐ１及び前記第２ビーム光Ｐ２は，それぞれ前記Ａ面測定部位１ａの表面及び前記Ａ面側参照板ａ２４の表面に対して垂直入射される。
さらに，前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）は，前記Ａ面測定部位１ａからの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光と，前記Ａ面側参照板ａ２４の表面からの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光との両方を，前記Ａ面側第１偏光板ａ２５の方向（同じ方向）へ導く。
なお，４分の１波長板ａ２２の存在により，前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）から前記Ａ面測定部位１ａ側へ出射される第１ビーム光Ｐ１の偏光の状態（Ｐ偏光かＳ偏光か）と，前記Ａ面測定部位１ａに反射して前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）に入射される第１ビーム光Ｐ１の偏光の状態とが入れ替わる。同様に，４分の１波長板ａ２３の存在により，前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）から前記Ａ面測参照板ａ２４側へ出射される第２ビーム光Ｐ２の偏光の状態と，前記Ａ面測参照板ａ２４に反射して前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）に入射される第２ビーム光Ｐ２の偏光の状態とが入れ替わる。
前記Ａ面側第１偏光板ａ２５は，所定方向（両ビーム光の偏波面の方向の中間方向）の偏波面の光のみを透過させることにより，前記Ａ面測定部位１ａからの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光と，前記Ａ面側参照板ａ２４の表面からの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光とを干渉させる。その干渉光（以下，Ａ面測定干渉光という）は，後述するビームスプリッタａ７１を経て前記Ａ面側第１光検出器ａ２６に入力（入射）される。
前記Ａ面側第１光検出器ａ２６は，前記Ａ面測定干渉光を受光して光電変換を行うことにより，前記Ａ面測定干渉光の強度信号Ｓｉｇ１（電気信号）を出力する。
【００２２】
一方，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０は，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０と同様の構成を備えるが，両者は，前記第１ビーム光Ｐ１及び前記第２ビーム光Ｐ２のいずれを参照光（参照板への照射光）又は物体光（測定部位への照射光）とするかの対応関係が逆になっている。
即ち，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０（前記うら面側のヘテロダイン干渉計に相当）は，図１に示すように，偏光ビームスプリッタｂ２１（以下，Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）という），２つの４分の１波長板ｂ２２及びｂ２３，Ｂ面側参照板ｂ２４，偏光板ｂ２５（以下，Ｂ面側第１偏光板ｂ２５という）及び光検出器ｂ２６（以下，Ｂ面側第１光検出器ｂ２６という）を備えている。一方の４分の１波長板ｂ２２は，前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）と前記Ｂ面測定部位１ｂとの間に配置され，他方の４分の１波長板ｂ２３は，前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）と前記Ｂ面側参照板ｂ２４との間に配置されている。
【００２３】
前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）は，ミラーｂ１１〜ｂ１２によって前記Ｂ面測定部位１ｂの方向へ導かれた第２ビーム光Ｐ２を透過させることにより，その第２ビーム光Ｐ２を前記Ｂ面測定部位１ｂに照射させるとともに，同じく前記Ｂ面測定部位１ｂの方向へ導かれた第１ビーム光Ｐ１を反射することにより，その第１ビーム光Ｐ１を前記Ｂ面側参照板ｂ２４の表面（前記第２の参照面に相当）に照射させる。図１に示す例では，前記第２ビーム光Ｐ２及び前記第１ビーム光Ｐ１は，それぞれ前記Ｂ面測定部位１ｂの表面及び前記Ｂ面側参照板ｂ２４の表面に対して垂直入射される。
さらに，前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）は，前記Ｂ面測定部位１ｂからの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光と，前記Ｂ面側参照板ｂ２４の表面からの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光との両方を，前記Ｂ面側第１偏光板ｂ２５の方向（同じ方向）へ導く。
なお，４分の１波長板ｂ２２の存在により，前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）から前記Ｂ面測定部位１ｂ側へ出射される第２ビーム光Ｐ２の偏光の状態（Ｓ偏光かＰ偏光か）と，前記Ｂ面測定部位１ｂに反射して前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）に入射される第２ビーム光Ｐ２の偏光の状態とが入れ替わる。同様に，４分の１波長板ｂ２３の存在により，前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）から前記Ｂ面測参照板ｂ２４側へ出射される第１ビーム光Ｐ１の偏光の状態と，前記Ｂ面測参照板ｂ２４に反射して前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）に入射される第１ビーム光Ｐ１の偏光の状態とが入れ替わる。
前記Ｂ面側第１偏光板ｂ２５は，所定方向（両ビーム光の偏波面の方向の中間方向）の偏波面の光のみを透過させることにより，前記Ｂ面測定部位１ｂからの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光と，前記Ｂ面側参照板ｂ２４の表面からの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光とを干渉させる。その干渉光（以下，Ｂ面測定干渉光という）は，後述するビームスプリッタｂ７１を経て前記Ｂ面側第１光検出器ｂ２６に入力（入射）される。
前記Ｂ面側第１光検出器ｂ２６は，前記Ｂ面測定干渉光を受光して光電変換を行うことにより，前記Ｂ面測定干渉光の強度信号Ｓｉｇ２（電気信号）を出力する。
【００２４】
前記位相検波器４（前記第１の位相検波手段に相当）は，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０及び前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０のそれぞれから出力される強度信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２の位相差ΔΦsを検出し，その検出値を電気信号（検出信号）として出力するものである。例えば，前記位相検波器４として，ロックインアンプを採用することができる。
【００２５】
周知のヘテロダイン干渉計の原理により，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０の出力信号Ｓｉｇ１の位相は，前記Ａ面測定部位１ａの表面位置（高さ）に応じて定まるが，出力信号Ｓｉｇ１の位相には，前記Ａ面測定部位１ａ自体の形状（凹凸）の成分と，前記被測定物１の振動による変位量の成分との両方が反映される。
同様に，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０の出力信号Ｓｉｇ２の位相は，前記Ｂ面測定部位１ｂの表面位置（高さ）に応じて定まるが，出力信号Ｓｉｇ２の位相には，前記Ｂ面測定部位１ｂ自体の形状（凹凸）の成分と，前記被測定物１の振動による変位量の成分との両方が反映される。
また，前述したように，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０と前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０とでは，前記第１ビーム光Ｐ１及び前記第２ビーム光Ｐ２のいずれを参照光又は物体光とするかの対応関係が逆になっている。
このため，前記位相検波器４により検出される位相差ΔΦsは，被測定物１の振動による変位量の成分がＡ面側とＢ面側とで相殺され，前記Ａ面測定部位１ａ自体の形状（凹凸）の成分及び前記Ｂ面測定部位１ｂ自体の形状（凹凸）の成分のみが反映された変位量，即ち，被測定物１における前記Ａ面測定部位１ａ及びＢ面測定部位１ｂの位置の厚みに相当する測定値となる。
【００２６】
次に，数式を用いて，形状測定装置Ｘ１の測定原理について説明する。
まず，数式で用いられる符号について説明する。
ω：第１ビーム光Ｌ１の周波数。
ω＋Δω：第２ビーム光Ｌ２の周波数。
λ：第１ビーム光Ｌ１の波長。なお，Δω／ωの値はごく小さいので，λは第２ビーム光Ｌ２の波長と等しいと近似できる。
Ｌ１：Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）からＡ面測定部位１ａまでの光路長。
Ｌ２：Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）からＢ面測定部位１ｂまでの光路長。
Ｍ１：Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）からＡ面側参照板ａ２４表面までの光路長。
Ｍ２：Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）からＢ面側参照板ｂ２４表面までの光路長。
ΔＬ１：Ａ面測定部位１ａの形状に基づく表面変位量（表面高さ）。
ΔＬ２：Ｂ面測定部位１ｂの形状に基づく表面変位量（表面高さ）。
ΔＮ：被測定物１の振動による変位量。
なお，ｔは時間，ｉは自然数の変数を表す。
【００２７】
形状測定装置Ｘ１は，測定前に，前記二偏波光源２から前記Ａ面側補正用干渉計ａ３０及び前記Ｂ面側補正用干渉計ｂ３０のそれぞれに至る過程において，ビーム光Ｐ１，Ｐ２（即ち，両ヘテロダイン干渉計ａ２０，ｂ２０への入力光）に位相の揺らぎの差が生じない状態（以下，入力光に位相揺らぎの差がない状態という），或いはそう近似できる程度の状態に設定されているものとする。
前記入力光に位相揺らぎの差がない状態或いはそう近似できる程度の状態とする方法としては，例えば，前記Ａ面測定部位１ａ及び前記Ｂ面測定部位１ｂの方向へ導かれる両ビーム光Ｐ１，Ｐ２の光路を極力同一の光路とすることや，その光路の周囲を覆う断熱材を設けることにより両ビーム光Ｐ１，Ｐ２の光路の温度を極力一定に保持すること等が考えられる。また，両ビーム光Ｐ１，Ｐ２をＡ面測定部位１ａ及びＢ面測定部位１ｂへ導くミラーや光ファイバ等の導光手段を，固定された堅牢な（高強度の）支持部材に固着させること等も有効である。
まず，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０の出力信号Ｓｉｇ１の強度Ｉ１は，次の（ｅ１）式により表される。
【数１】
2010008150.tif 000003
また，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０の出力信号Ｓｉｇ２の強度Ｉ２は，次の（ｅ２）式により表される。
【数２】
2010008150.tif 000004
ここで，被測定物１の振動に起因する変位量ΔＮは，前記Ａ面側と前記Ｂ面側とで正負が逆となって影響し，さらに，前記Ａ面側と前記Ｂ面側とで，ヘテロダイン干渉計における物体光と参照光との対応関係が逆になっているため，この（ｅ１）式及び（ｅ２）式において，変位量ΔＮの符号は同じとなる。
前記（ｅ１）式及び（ｅ２）式（最終行に記載の式）において，"４π／λ"以降の項が，各周波数Δωの周期変化の位相を決定する。そして，前記入力光に位相揺らぎの差がない状態における前記位相検波器４により検出される出力信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２の位相差ΔΦs1は，次の（ｅ３）式により表される。
【数３】
2010008150.tif 000005
前記（ｅ３）式において，Ａ面側及びＢ面側の相殺効果により，被測定物１の振動に起因する変位量ΔＮが除去（相殺）されていることがわかる。
【００２８】
また，前記（ｅ３）式において，位相差ΔΦs1は，前記位相検波器４を通じて測定される値であり，その他における（ΔＬ１−ΔＬ２）以外の数値は既知の不変量である。そのため，前記入力光に位相揺らぎの差がない状態，或いはそう近似できる程度の状態であれば，計算機６によって測定値ΔΦsを前記（ｅ３）式に適用する（ΔΦs1の部分に代入する）計算を行うことにより，被測定物１の厚み（ΔＬ１−ΔＬ２）を算出できるはずである。
なお，（ΔＬ１−ΔＬ２）は，被測定物１の厚みの絶対値を表すものでなく，他の測定部位の厚みに対する相対値を評価する指標（相対的な厚みを表す値）であるが，半導体ウェハ等の被測定物の形状測定においては，相対的な厚みを表す値の分布を得ることに重要な意味がある。
【００２９】
しかしながら，図１０に示されるように，前記位相検波器４においては，入力信号の振幅に応じてその出力信号（位相差の検出値ΔΦs）に誤差が生じる。
それに対し，形状測定装置Ｘ１においては，前記位相補正処理装置７により，その誤差分が補正（修正）され，補正後（誤差修正後）の位相差ΔΦs’が，前記計算機６に伝送される。その補正処理の詳細については後述する。
【００３０】
以下，形状測定装置Ｘ１における前記位相検波器４の検出信号（位相差ΔΦs）の補正について説明する。
前記Ａ面側振幅測定用信号採取機器ａ７０は，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０から出力され，前記位相検波器４に入力される干渉光の強度信号の振幅の指標値を導出するために用いられる信号（以下，Ａ面側振幅測定用信号Ｏbs1という）を採取（検出）するための機器である。
同様に，前記Ｂ面側振幅測定用信号採取機器ｂ７０は，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０から出力され，前記位相検波器４に入力される干渉光の強度信号の振幅の指標値を導出するために用いられる信号（以下，Ｂ面側振幅測定用信号Ｏbs1という）を採取（検出）するための機器である。
具体的には，前記Ａ面側振幅測定用信号採取機器ａ７０は，ビームスプリッタａ７１及び光検出器ａ７２を備えている。
前記ビームスプリッタａ７１は，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０における干渉光（前記Ａ面側第１偏光板ａ２５を通過後の光）を二分岐させる（分光する）。また，前記光検出器ａ７１は，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０における干渉光（前記ビームスプリッタａ７２により二分岐された干渉光の一方）を検出する。この光検出器ａ７１の検出信号が，前記Ａ面側振幅測定用信号Ｏbs1である。
同様に，前記Ｂ面側振幅測定用信号採取機器ｂ７０も，ビームスプリッタｂ７１及び光検出器ｂ７２を備えている。
前記ビームスプリッタｂ７１は，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０における干渉光（前記Ｂ面側第１偏光板ｂ２５を通過後の光）を二分岐させる（分光する）。また，前記光検出器ｂ７１は，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０における干渉光（前記ビームスプリッタｂ７２により二分岐された干渉光の一方）を検出する。この光検出器ｂ７１の検出信号が，前記Ｂ面側振幅測定用信号Ｏbs2である。
以上に示したように，２つの光検出器ａ７１，ｂ７１により，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０及び前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０それぞれにおける干渉光（の強度）が検出され，その検出信号Ｏbs1，Ｏbs2が前記位相補正処理装置７へ伝送される。
【００３１】
また，前記位相補正処理装置７は，次の３つの処理を実行する演算装置である。
その１つは，前記Ａ面側振幅測定用信号Ｏbs1に基づいて，前記位相検波器４に入力されるＡ面側の干渉光の強度信号（前記Ａ面側第１光検出器ａ２６の出力信号）の振幅の指標値を算出（導出）するＡ面側振幅指標値算出処理である。
２つ目は，前記Ｂ面側振幅測定用信号Ｏbs2に基づいて，前記位相検波器４に入力されるＢ面側の干渉光の強度信号（前記Ｂ面側第１光検出器ｂ２６の出力信号）の振幅の指標値を算出（導出）するＢ面側振幅指標値算出処理である。
３つ目は，前記位相検波器４により検出された位相差ΔΦsを，Ａ面側及びＢ面側それぞれについて算出された前記振幅の指標値に応じて補正し，補正後の位相差ΔΦs’を前記被測定物１の厚みに相当する測定値（前記第１の測定値に相当）として前記計算機６へ出力する位相補正処理である。
【００３２】
ここで，前記位相補正処理装置７によるＡ面側及びＢ面側それぞれの前記振幅の指標値の算出方法について説明する。
各光干渉計ａ２０，ｂ２０それぞれにおける干渉光の強度は，ＭＨｚオーダーの高い周波数で振動する。
そのため，例えば，２つの前記光検出器ａ７２，ｂ７２が，干渉光の強度の振動成分（高周波成分）を十分に検出できるほど時定数の小さな光検出器であるとすると，その検出信号（強度信号）は，ＭＨｚオーダーの高い周波数で振動する。そのような高周波数の信号について，高速サンプリングによりその信号波形を捉え，その信号波形から信号の振幅を検出することも不可能ではないが，非常に処理能力の高い高性能の信号処理装置が必要となり実用的でない。
そこで，２つの前記光検出器ａ７２，ｂ７２が，干渉光の強度の振動成分を十分に検出できるほど時定数の小さな光検出器である場合，次の手順により前記位相検波器４の入力信号の振幅の指標値を算出（測定）することが考えられる。
まず，前記位相補正処理装置７が，ランダムなタイミングで２つの前記光検出器ａ７２，ｂ７２の検出信号の信号値を多数サンプリングし，サンプリングした信号値をその記憶部に記録する。このときのサンプリングの時間間隔は，干渉光の強度の振動周期より長くてもよい。
次に，前記位相補正処理装置７が，サンプリングした信号値の変動幅（ばらつき）を算出し，その変動幅を前記位相検波器４の入力信号の振幅の指標値として算出する。
但し，以上の手順によれば，信号値の変動幅の算出のために十分な数のサンプルを得るために，干渉光の強度の振動周期に対して十分に長い時間をかけて信号値のサンプリングを行う必要がある。
【００３３】
一方，２つの前記光検出器ａ７２，ｂ７２として，干渉光の強度信号の振動周期よりも時定数の大きな光検出器を採用することも考えられる。或いは，２つの前記光検出器ａ７２，ｂ７２が十分に時定数の小さな光検出器であり，前記位相補正処理装置７が，その検出信号の入力時に高周波成分をカットして入力するものであってもよい。これらの場合，高周波成分が平滑化された干渉光の強度信号が得られる。このように高周波成分が平滑化された干渉光の強度信号の信号値は，干渉光の検出信号（前記位相検波器４の入力信号）の振幅と高い相関を示す。
そこで，前記位相補正処理装置７が，高周波成分が平滑化された干渉光の強度信号の信号値をサンプリングし，その信号値そのものやその信号値の所定サンプル数の平均値，或いはその信号値に予め定められた係数の乗算により振幅相当値に換算した値等を，前記位相検波器４の入力信号の振幅の指標値として算出することが考えられる。
但し，高周波成分が平滑化された干渉光の強度信号と，前記位相検波器４の入力信号の振幅とが高い相関を示すという前提は，光源（前記二偏波光源２）から出力される測定光Ｐ１，Ｐ２の強度の変動が無視できる程度に小さい，参照光Ｐａ２，Ｐｂ１の強度の変動が無視できる程度に小さい，等の条件下で成立する。従って，そのような条件が成立しない場合には振幅の測定誤差が大きくなる。
なお，Ａ面側振幅測定用信号採取機器ａ７０，Ｂ面側振幅測定用信号採取機器ｂ７０及び前記振幅の指標値を算出する前記位相補正処理装置７が，表裏各面のヘテロダイン干渉計ａ２０，ｂ２０それぞれから出力される強度信号の振幅の指標値を測定する振幅測定手段の一例である。
【００３４】
次に，前記位相補正処理装置７による位相補正処理の具体例について説明する。
前述したように，前記位相検波器４における２つの入力信号の振幅に応じた出力信号値（位相差ΔΦs）の誤差の特性（図１０参照）は，位相検波器ごとに固有の特性である。そのため，前記位相検波器４における２つの入力信号の振幅と出力信号値（位相差ΔΦs）の誤差との関係を予め実測し，その実測結果に基づく補正テーブルや補正式を前記位相補正処理装置７の記憶部に予め記憶させておく。
例えば，所定の信号発生器を通じて，前記位相検波器４に対し，位相差及び振幅が既知の信号をその振幅を変化させつつ入力させ，そのときの検出値（位相差ΔΦs）の誤差の特性を測定しておく。その際，前記位相検波器４における前記Ｂ面測定干渉光の強度信号Ｓｉｇ２の入力端への信号の振幅を一定にし，前記位相検波器４における前記Ａ面測定干渉光の強度信号Ｓｉｇ１の入力端への信号の振幅のみを変化させた場合の誤差特性と，前記Ａ面測定干渉光の強度信号Ｓｉｇ１の入力端への信号の振幅を一定にし，前記位相検波器４における前記Ｂ面測定干渉光の強度信号Ｓｉｇ２の入力端への信号の振幅のみを変化させた場合の誤差特性との両方を測定しておく。
前記位相検波器４における入力信号の振幅に応じた検出値ΔΦsの誤差は，２つの入力信号の入力端それぞれについて独立して生じるためである。
【００３５】
そして，事前に測定した信号Ｓｉｇ１及び信号Ｓｉｇ２それぞれの入力端についての入力信号の振幅と位相差ΔΦsの誤差との対応関係（誤差特性）を，前記位相補正処理装置７により算出される前記位相検波器４の入力信号の振幅の指標値と位相差ΔΦsの誤差との対応関係に換算し，換算後の対応関係を表す補正テーブル又は補正式を，前記位相補正処理装置７の記憶部に記憶させておく。
ここで，前記位相補正処理装置７が，時定数の小さな前記光検出器ａ７２，ｂ７２を通じてサンプリングした多数の信号値の変動幅から前記振幅の指標値を算出する場合，事前に測定した誤差特性における前記入力信号の振幅を，前記振幅の指標値それ自体へ置き換えることにより，前記振幅の指標値と位相差ΔΦsの誤差との対応関係が得られる。
一方，前記位相補正処理装置７が，高周波成分が平滑化された干渉光の強度信号に基づいて前記振幅の指標値を算出する場合，前記干渉光の強度信号の値の平方根又はその平方根に既知の誤差要因に関する補正（干渉効率等に関する補正）を施した値を前記振幅の指標値とし，事前に測定した誤差特性における前記入力信号の振幅を前記振幅の指標値へ置き換えることにより，前記振幅の指標値と位相差ΔΦsの誤差との対応関係が得られる。
そして，前記位相補正処理装置７は，Ａ面側について算出された前記振幅の指標値を，信号Ｓｉｇ１の入力端側についての前記補正テーブル又は補正式に適用することにより，位相差ΔΦｓの第１の誤差Δψ1を算出する。
同様に，前記位相補正処理装置７は，Ｂ面側について算出された前記振幅の指標値を，信号Ｓｉｇ２の入力端側についての前記補正テーブル又は補正式に適用することにより，位相差ΔΦｓの第２の誤差Δψ2を算出する。
さらに，前記位相補正処理装置７は，前記位相検波器４の検出値（位相差ΔΦs）から前記第１の誤差Δψ1及び前記第２の誤差Δψ2を加算することにより，補正後の位相差ΔΦs’（＝ΔΦs＋Δψ1＋Δψ2）を算出する。
【００３６】
前記計算機６は，不図示のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，各種信号ΔΦs’，Ｏbs1，Ｏbs2を入力する信号入力インターフェース等を備え，所定のプログラムを実行することにより各種の演算を行うものである。
形状測定装置Ｘ１においては，前記計算機６は，前記位相補正処理装置７から出力される測定値である補正後の位相差ΔΦs’に基づいて，被測定物１における前記Ａ面測定部位１ａ及び前記Ｂ面測定部位１ｂの位置の厚みを算出し，その算出値を出力する（前記第１の厚み算出手段の一例）。なお，算出値の出力とは，例えば，前記計算機６が備える記憶部（ハードディスク等）へ書き込むこと，所定の通信インターフェースを通じて外部装置へ送信すること，又は液晶表示装置等の所定の表示部に算出値の情報を表示させること等を意味する。
具体的には，前記計算機６は，補正後の位相差ΔΦs’を前記（ｅ３）式に適用する（ΔΦs1の部分に代入する）計算を行うことにより，被測定物１の厚み（ΔＬ１−ΔＬ２）を算出する。
【００３７】
形状測定装置Ｘ１において，被測定物１の振動により生じる変位ΔＮは，ビーム光Ｐ１，Ｐ２の波長λに比べて十分に大きいため，もし，変位ΔＮの影響が除去されないとすると，被測定物１の厚みを実質的に測定できない状態となる。
例えば，位相検波器により，前記Ａ面側第１光検出器ａ２６の検出信号Ｓｉｇ１と，前記Ａ面側第２光検出器ａ３３の検出信号Ｒｅｆ１との位相差ΔΦaを検出した場合，各測定部位における位相差ΔΦaの分布において，いわゆる位相とびが多数回生じるため，被測定物１の厚み分布を表す連続した値の分布を正確に求めることが困難となる。
【００３８】
しかしながら，形状測定装置Ｘ１においては，前記位相検波器４の検出値Φs及びその補正値Φs’において，被測定物１の振動による変位量ΔＮの成分が相殺され，Ａ面測定部位１ａ自体の形状の成分及びＢ面測定部位１ｂ自体の形状の成分のみが反映された被測定物１の厚みに相当する測定値が得られる。しかも，形状測定装置Ｘ１は，干渉光を被測定物１のＡ面（おもて面）からＢ面（うら面）へ伝播させないため，その伝播経路における光路調整（光学機器の調整）を必要とせず，また，その伝播経路において干渉光の揺らぎが生じることもない。さらに，光路に光学系以外のものが挿入されないので，干渉光に乱れを生じさせることもない。
【００３９】
次に，図２及び図３に示される構成図を参照しつつ，前記形状測定装置Ｘ１に採用可能な位相補正用機器の第１実施例及び第２実施例について説明する。なお，図２及び図３ににおいて，図１に示された装置の構成要素と同じ構成要素に対しては図１と同じ符号が付されている。
図２に示される第１実施例は，前記振幅の指標値の導出に用いられる前記Ａ面側振幅測定用信号Ｏbs1及び前記Ｂ面側振幅測定用信号Ｏbs2を検出する２つの前記光検出器ａ７２，ｂ７２が，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０及び前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０それぞれにおける干渉光の強度信号を得るための２つの前記光検出器ａ２６，ｂ２６と兼用される例である。
このような構成も，本発明の実施形態の一例である。
また，図３に示される第２実施例も，前記振幅の指標値の導出に用いられる前記Ａ面側振幅測定用信号Ｏbs1及び前記Ｂ面側振幅測定用信号Ｏbs2を検出する２つの前記光検出器ａ７２，ｂ７２が，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０及び前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０それぞれにおける干渉光の強度信号を得るための２つの前記光検出器ａ２６，ｂ２６と兼用される例である。
さらに，図３に示される第２実施例においては，前記位相検波器４が，入力信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２（干渉光の強度信号）それぞれの振幅Ａs1，Ａs2の検出し，その検出信号を出力する機能を備えている場合の例である。
そして，この第２実施例においては，前記位相補正処理装置７は，前記位相検波器４から前記位相差ΔΦsとともに２つの入力信号それぞれの振幅Ａs1，Ａs2の情報も取得する。さらに，前記位相補正処理装置７は，前記位相検波器４から得た振幅Ａs1，Ａs2に応じて，前記位相検波器４から得た前記位相差ΔΦsを補正し，補正後の位相差ΔΦs’を前記計算機６に出力する。
このような構成も，本発明の実施形態の一例である。
【００４０】
次に，図４に示される主要部の構成図を参照しつつ，本発明の第２実施形態に係る形状測定装置Ｘ２について説明する。
形状測定装置Ｘ２は，図１に示した前記形状測定装置Ｘ１と基本的な装置構成及び測定原理は同じである。従って，以下，形状測定装置Ｘ２について，前記形状測定装置Ｘ１と異なる部分についてのみ説明する。なお，図４において，図１に示された装置の構成要素と同じ構成要素に対しては図１と同じ符号が付されている。また，図４において，光源及び光源から被測定物１のＡ面側及びＢ面側への導光機器，Ａ面側及びＢ面側の干渉計ａ２０，ｂ２０の一部，並びに前記計算機６の記載が省略されている。
形状測定装置Ｘ２は，前記形状測定装置Ｘ１と比較し，前記位相検波器４の検出値（位相差ΔΦs）の誤差の補正に用いる前記振幅の指標値を測定する機器のみが異なる。
図４に示されるように，形状測定装置Ｘ２は，前記形状測定装置Ｘ１におけるＡ面側及びＢ面側それぞれの振幅測定用信号採取機器ａ７０，ｂ７０の代わりに，Ａ面側振幅測定用信号採取機器ａ７０１及びＢ面側振幅測定用信号採取機器ｂ７０１を備えている。
さらに，形状測定装置Ｘ２は，前記振幅の指標値Ａs1’，Ａs2’を算出してその算出値を前記位相補正処理装置７に対して出力する第１振幅算出装置ａ８及び第２振幅算出装置ｂ８を備えている。
【００４１】
また，前記Ａ面側振幅測定用信号採取機器ａ７０１は，第１ビームスプリッタａ７１及び第２ビームスプリッタａ７３と，第１偏光板ａ７４及び第２偏光板ａ７５と，第１光検出器ａ７２１及び第２光検出器ａ７２２とを備えている。
前記第１ビームスプリッタａ７１により，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０におけるＡ面側の物体光Ｐａ１及びＡ面側の参照光Ｐａ２が二分岐（分光）される。そして，前記第１ビームスプリッタａ７１により二分岐された一方の光の対Ｐａ１，Ｐａ２が，前記偏光板ａ２５を通じてＡ面側の干渉光Ｐａ１２となる。
一方，前記第１ビームスプリッタａ７１により二分岐された他方の光の対Ｐａ１，Ｐａ２は，さらに，前記第２ビームスプリッタａ７３によって二分岐される
。そして，前記第２ビームスプリッタａ７３により二分岐された一方の光の対Ｐａ１，Ｐａ２のうち，Ａ面側の物体光Ｐａ１のみが前記第１偏光板ａ７４を通過し，その物体光Ｐａ１が前記第１光検出器ａ７２１によって検出される。
また，前記第２ビームスプリッタａ７３により二分岐された他方の光の対Ｐａ１，Ｐａ２のうち，Ａ面側の参照光Ｐａ２のみが前記第２偏光板ａ７５を通過し，その参照光Ｐａ２が前記第２光検出器ａ７２２によって検出される。
このように，前記第１光検出器ａ７２１及び前記第２光検出器ａ７２２は，前記偏光板ａ２５を通過して干渉光となる前のＡ面側の物体光Ｐａ１及びＡ面側の参照光Ｐａ２それぞれを検出する。Ａ面側の物体光Ｐａ１の検出信号Ｏbs11（強度信号）及びＡ面側の参照光Ｐａ２の検出信号Ｏbs12（強度信号）は，前記第１振幅算出装置ａ８に伝送される。
【００４２】
一方，前記Ｂ面側振幅測定用信号採取機器ｂ７０１も，第１ビームスプリッタｂ７１及び第２ビームスプリッタｂ７３と，第１偏光板ｂ７４及び第２偏光板ｂ７５と，第１光検出器ｂ７２１及び第２光検出器ｂ７２２とを備えている。
前記第１ビームスプリッタｂ７１により，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０におけるＢ面側の参照光Ｐｂ１及びＢ面側の物体光Ｐｂ２が二分岐（分光）される。そして，前記第１ビームスプリッタｂ７１により二分岐された一方の光の対Ｐｂ１，Ｐｂ２が，前記偏光板ｂ２５を通じてＢ面側の干渉光Ｐｂ１２となる。
また，前記第１ビームスプリッタｂ７１により二分岐された他方の光の対Ｐｂ１，Ｐｂ２は，さらに，前記第２ビームスプリッタｂ７３によって二分岐される
。そして，前記第２ビームスプリッタｂ７３により二分岐された一方の光の対Ｐｂ１，Ｐｂ２のうち，Ｂ面側の参照光Ｐｂ１のみが前記第１偏光板ｂ７４を通過し，その参照光Ｐｂ１が前記第１光検出器ｂ７２１によって検出される。
また，前記第２ビームスプリッタｂ７３により二分岐された他方の光の対Ｐｂ１，Ｐｂ２のうち，Ｂ面側の物体光Ｐｂ２のみが前記第２偏光板ｂ７５を通過し，その物体光Ｐｂ２が前記第２光検出器ｂ７２２によって検出される。
このように，前記第１光検出器ｂ７２１及び前記第２光検出器ｂ７２２は，前記偏光板ｂ２５を通過して干渉光となる前のＢ面側の参照光Ｐｂ１及びＢ面側の物体光Ｐｂ２それぞれを検出する。Ｂ面側の参照光Ｐｂ１の検出信号Ｏbs21（強度信号）及びＢ面側の物体光Ｐａ２の検出信号Ｏbs22（強度信号）は，前記第２振幅算出装置ｂ８に伝送される。
【００４３】
また，前記第１振幅算出装置ａ８は，Ａ面側の２つの検出信号Ｏbs11，Ｏbs12の信号値から，２つの検出信号Ｏbs11，Ｏbs12を合成した信号の振幅Ａs1’を算出する。その合成信号の振幅Ａs1’は，前記位相検波器４に入力されるＡ面側の干渉光の強度信号Ｓｉｇ１の振幅に相当する。
同様に，前記第２振幅算出装置ｂ８は，Ｂ面側の２つの検出信号Ｏbs21，Ｏbs22の信号値から，２つの検出信号Ｏbs21，Ｏbs22を合成した信号の振幅Ａs1’を算出する。その合成信号の振幅Ａs2’は，前記位相検波器４に入力されるＢ面側の干渉光の強度信号Ｓｉｇ２の振幅に相当する。
このように，前記第１振幅算出装置ａ８は，Ａ面側の２つの光検出器ａ７２１，ａ７２２の検出信号Ｏbs11，Ｏbs12に基づいて，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０から出力される強度信号Ｓｉｇ１の振幅の指標値Ａs1’を導出（算出）する。さらに，前記第２振幅算出装置ｂ８は，Ｂ面側の２つの光検出器ｂ７２１，ｂ７２２の検出信号Ｏbs21，Ｏbs22に基づいて，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０から出力される強度信号Ｓｉｇ２の振幅の指標値Ａs2’を導出（算出）する。
【００４４】
そして，形状測定装置Ｘ２における前記位相補正処理装置７は，前記位相検波器４により検出された位相差ΔΦsを，前記振幅の指標値Ａs1’，Ａs2’に応じて補正する。補正方法は，前記形状測定装置Ｘ１の場合と同様である。
形状測定装置Ｘ２においては，干渉前の２つの光の強度信号から，その２つの光の干渉光の強度信号の振幅を算出する。
このような形状測定装置Ｘ２も，本発明の実施形態の一例であり，前記形状測定装置Ｘ１と同様の作用効果が得られる。
【００４５】
次に，図９に示す構成図を参照しつつ，前記形状測定装置Ｘ１，Ｘ２及び後述する形状測定装置Ｘ３，Ｘ４に適用可能な二偏波光源の実施例（以下，二偏波光源２’という）について説明する。なお，図９において，前記形状測定装置Ｘ１が備える構成要素と同じ構成要素については，同じ符号が付されている。
図９に示されるように，二偏波光源２’は，単波長レーザ光源ｃ１と，ビームスプリッタｃ２と，複数のミラーｃ３，ｃ４，ｃ６と，光周波数シフターｃ５とを備えている。
前記単波長レーザ光源ｃ１は，周波数ωの単波長レーザ光を出力するレーザ光源である。例えば，前記短波長レーザ光源ｃ１として，波長６３３ｎｍのレーザ光を出力するヘリウムネオンレーザ等を採用することが考えられる。
前記単波長レーザ光源ｃ１の出射光は，前記ビームスプリッタｃ２により２分岐され，その一方の分岐光がそのままミラーｃ３，ｃ４により導光されて前記第１ビーム光Ｐ１として前記ＰＢＳ３（偏光ビームスプリッタ）へ導かれる。なお，このＰＢＳ３は，無偏光のビームスプリッタであってもよい。
また，前記ビームスプリッタｃ２により２分岐された他方の分岐光は，前記光周波数シフターｃ５によってΔωだけ周波数シフト（周波数ωから周波数ω＋Δωへの周波数変換）が施され，その後，ミラーｃ６により導光されて前記第２ビーム光Ｐ２として前記ＰＢＳ３（偏光ビームスプリッタ）へ導かれる。前記光周波数シフターｃ５は，例えば，音響光学素子（ＡＯＭ）等である。
また，前記ミラーｃ４及び前記ミラーｃ６は，前記第１ビーム光Ｐ１及び前記第２ビーム光Ｐ２それぞれを，相互に重ならない光路で前記ＰＢＳ３へ入射させる。
これにより，前記ＰＢＳ３及びその分岐光（前記第１ビーム光Ｐ１及び前記第２ビーム光Ｐ２の分岐光）は，Ａ面側の前記ミラーａ１１，ａ１２，ａ１３及びＢ面側の前記ミラーｂ１１，ｂ１２により，前記ＰＢＳ３から前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０及び前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０に至るまで相互に重ならない光路で導くことができる。
なお，図９には，前記ビームスプリッタｃ２により２分岐された一方の分岐光についてのみ，前記光周波数シフターｃ５によって周波数シフトを行う例を示したが，前記ビームスプリッタｃ２により２分岐された２つの分岐光それぞれを，周波数のシフト量の異なる（シフト量の差がΔωである）周波数シフターによって周波数シフトを行うことも考えられる。
また，２つのビーム光Ｐ１，Ｐ２を同軸で出射するゼーマンレーザの出力光を，偏光ビームスプリッタによって第１ビーム光Ｐ１と第２ビーム光Ｐ２とに分離し，分離後の第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２を異なる光路（重ならない光路）で前記ＰＢＳ３（偏光ビームスプリッタ）に入射させることも考えられる。
これにより，２つのビーム光Ｐ１，Ｐ２が導光経路において混合されず，ノイズ混入による測定精度の悪化を防止できる。
【００４６】
次に，図５に示される主要部の構成図を参照しつつ，本発明の第３実施形態に係る形状測定装置Ｘ３について説明する。
形状測定装置Ｘ３は，図１及び図４に示した前記形状測定装置Ｘ１，Ｘ２と基本的な装置構成及び測定原理は同じである。従って，以下，形状測定装置Ｘ３について，前記形状測定装置Ｘ１，Ｘ２と異なる部分についてのみ説明する。なお，図５において，図１及び図４に示された装置の構成要素と同じ構成要素に対しては図１及び図４と同じ符号が付されている。また，図５において，光源及び光源から被測定物１のＡ面側及びＢ面側への導光機器，並びに前記計算機６の記載が省略されている。
形状測定装置Ｘ３においては，例えば，図９に示される前記二偏波光源２’が採用され，前記第１ビーム光Ｐ１及び前記第２ビーム光Ｐ２が，ミラーａ１３，ｂ１３等の光学機器（導光手段）により，光源から前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０及び前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０に至るまで相互に重ならない光路で導かれる。
【００４７】
また，形状測定装置Ｘ３におけるＡ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０１及びＢ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０１は，ビーム光Ｐ１，Ｐ２の光路が分離されていることに起因して，図１に示された２つのヘテロダイン干渉計ａ２０，ｂ２０と比較して，参照板（ミラーａ２４’，ｂ２４’）の構成が異なっている。
即ち，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０１は，図５に示されるように，前記Ａ面側第１偏光板ａ２５，前記Ａ面側第１光検出器ａ２６及び前記４分の１波長板ａ２２に加え，偏光ビームスプリッタａ２１’及びミラーａ２４’を備えている。
前記ミラーａ２４’は，前記ミラーａ１１〜ａ１３（図１参照）によって前記第１ビーム光Ｐ１とは異なる光路で導かれた前記第２ビーム光Ｐ２を，前記偏光ビームスプリッタａ２１’の方向へ反射する。このミラーａ２４’の表面は，当該Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０１における参照面である。
また，前記偏光ビームスプリッタａ２１’は，前記第２ビーム光Ｐ２とは異なる光路で導かれた前記第１ビーム光Ｐ１を透過させることにより，その第１ビーム光Ｐ１を前記Ａ面測定部位１ａに照射させる。図５に示される例では，前記第１ビーム光Ｐ１は，前記Ａ面測定部位１ａの表面に対して垂直入射され，前記第２ビーム光Ｐ２は，前記ミラーａ２４’の表面（参照面）に対して斜め入射される。
さらに，前記偏光ビームスプリッタａ２１’は，前記Ａ面測定部位１ａからの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光を前記Ａ面側第１偏光板ａ２５の方向へ反射するとともに，前記ミラーａ２４’の表面（参照面）からの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光を前記Ａ面側第１偏光板ａ２５方向へ透過させる。これにより，前記Ａ面測定部位１ａからの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光と，前記ミラーａ２４’の表面（参照面）からの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光とが，同じ光路に沿って（光軸が重なった状態で）進行しつつ前記Ａ面側第１偏光板ａ２５を通過することによって相互に干渉する。その干渉光（前記Ａ面測定干渉光）は，前記Ａ面側第１光検出器ａ２６に入力（入射）され，前記Ａ面測定干渉光の強度信号Ｓｉｇ１が得られる。
【００４８】
同様に，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０１も，図５に示されるように，前記Ｂ面側第１偏光板ｂ２５，前記Ｂ面側第１光検出器ｂ２６及び前記４分の１波長板ｂ２２に加え，偏光ビームスプリッタｂ２１’及びミラーｂ２４’を備えている。
前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０１も，２つのビーム光Ｐ１，Ｐ２のいずれが物体光又は参照光になるかという対応関係がＡ面側と逆になっていること以外は，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０１と同様の機能を有している。
即ち，形状測定装置Ｘ３における２つのヘテロダイン干渉計ａ２０１，ｂ２０１の機能は，図１に示された２つのヘテロダイン干渉計ａ２０，ｂ２０の機能と同じである。
なお，図５に示されるように，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０１は，前記第１ビーム光Ｐ１及び前記第２ビーム光Ｐ２それぞれを相互に重ならない光路を経由させてＡ面側の測定部位１ａ及び参照面それぞれに照射させる。
同様に，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０１は，前記第１ビーム光Ｐ１及び前記第２ビーム光Ｐ２それぞれを相互に重ならない光路を経由させてＢ面側の参照面及び測定部位１ｂそれぞれに照射させる。
【００４９】
また，図５に示されるように，形状測定装置Ｘ３は，前記形状測定装置Ｘ２におけるＡ面側及びＢ面側それぞれの振幅測定用信号採取機器ａ７０，ｂ７０の代わりに，Ａ面側振幅測定用信号採取機器ａ７０２及びＢ面側振幅測定用信号採取機器ｂ７０２を備えている。
さらに，形状測定装置Ｘ３は，前記形状測定装置Ｘ２と同様に，前記振幅の指標値Ａs1’，Ａs2’を算出してその算出値を前記位相補正処理装置７に対して出力する第１振幅算出装置ａ８及び第２振幅算出装置ｂ８を備えている。
形状測定装置Ｘ３における前記形状測定装置Ｘ２と異なる点は，前記振幅の指標値Ａs1’，Ａs2’の算出に用いられる信号Ｏbs11，Ｏbs12，Ｏbs21，Ｏbs22が，Ａ面側及びＢ面側それぞれにおいて，前記ミラーａ１３，ｂ１３等の導光機器を経てＡ面及びＢ面それぞれの測定部位１ａ，１ｂ及び参照面（ミラーａ２４’，ｂ２４’の表面）それぞれに照射される前の前記第１ビーム光Ｐ１及び前記第２ビーム光Ｐ２それぞれを検出する光検出器ａ７２１，ａ７２２，ｂ７２１，ｂ７２２の検出信号である点である。
【００５０】
図５に示されるように，前記Ａ面側振幅測定用信号採取機器ａ７０２は，第１ビームスプリッタａ７１１及び第２ビームスプリッタａ７１２と，第１光検出器ａ７２１及び第２光検出器ａ７２２とを備えている。
前記第１ビームスプリッタａ７１１により，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０に入力されるＡ面側の前記第１ビーム光Ｐ１が二分岐（分光）され，二分岐された一方の光が，前記測定部位１ａに照射されて物体光Ｐａ１となる。
そして，前記第１ビームスプリッタａ７１１により二分岐された他方の光が，前記第１光検出器ａ７２１によって検出される。
また，前記第２ビームスプリッタａ７１２により，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０に入力されるＡ面側の前記第２ビーム光Ｐ２が二分岐（分光）され，二分岐された一方の光が，Ａ面側の参照面（ミラーａ２４’の表面）に照射されて参照光Ｐａ２となる。
そして，前記第２ビームスプリッタａ７１２により二分岐された他方の光が，前記第２光検出器ａ７２２によって検出される。
このように，前記第１光検出器ａ７２１及び前記第２光検出器ａ７２２により，前記ミラーａ１３等の導光機器を経てＡ面側の前記測定部位１ａ及び参照面それぞれに照射される前の前記第１ビーム光Ｐ１及び前記第２ビーム光Ｐ２それぞれが検出される。
また，前記第１振幅算出装置ａ８により，前記形状測定装置Ｘ２の場合と同様に，前記第１光検出器ａ７２１の検出信号Ｏbs11及び前記第２光検出器ａ７２２の検出信号Ｏbs12に基づいて，Ａ面側の前記振幅の指標値Ａs1’が算出される。
【００５１】
また，前記Ｂ面側振幅測定用信号採取機器ｂ７０２も，第１ビームスプリッタｂ７１１及び第２ビームスプリッタｂ７１２と，第１光検出器ｂ７２１及び第２光検出器ｂ７２２とを備えている。
前記第１ビームスプリッタｂ７１１により，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０に入力されるＢ面側の前記第１ビーム光Ｐ１が二分岐（分光）され，二分岐された一方の光が，参照面（ミラーｂ２４’の表面）に照射されて参照光Ｐｂ１となる。
そして，前記第２ビームスプリッタｂ７１１により二分岐された他方の光が，前記第２光検出器ｂ７２１によって検出される。
また，前記第２ビームスプリッタｂ７１２により，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０に入力されるＢ面側の前記第２ビーム光Ｐ２が二分岐（分光）され，二分岐された一方の光が，Ｂ面側の測定部位１ｂに照射されて物体光Ｐｂ２となる。
そして，前記第２ビームスプリッタｂ７１２により二分岐された他方の光が，前記第２光検出器ｂ７２２によって検出される。
このように，前記第１光検出器ｂ７２１及び前記第２光検出器ｂ７２２により，前記ミラーｂ１３等の導光機器を経てＢ面側の参照面及び前記測定部位１ｂそれぞれに照射される前の前記第１ビーム光Ｐ１及び前記第２ビーム光Ｐ２それぞれが検出される。
また，前記第２振幅算出装置ｂ８により，前記形状測定装置Ｘ２の場合と同様に，前記第１光検出器ｂ７２１の検出信号Ｏbs21及び前記第２光検出器ｂ７２２の検出信号Ｏbs22に基づいて，Ｂ面側の前記振幅の指標値Ａs2’が算出される。
なお，形状測定装置Ｘ３における前記位相補正処理装置７により，前記振幅の指標値Ａs1’，Ａs2’に基づく位相差ΔΦsの補正処理が行われる内容は，前記形状測定装置Ｘ２の場合と同様である。
このような形状測定装置Ｘ３も，本発明の実施形態の一例であり，前記形状測定装置Ｘ１と同様の作用効果が得られる。
【００５２】
前記形状測定装置Ｘ１，Ｘ２では，干渉光の強度信号，或いは干渉光の元になる物体光及び参照光それぞれの強度信号に基づいてＡ面側及びＢ面側それぞれにおける前記振幅の指標値が得られる。そのようにして得られる前記振幅の指標値には，光源の出力変動や，光源から参照面や測定部位１ａ，１ｂに至るまでの測定光に加わる外乱，被測定物１の測定部位１ａ，１ｂの状態変動（表面角度や反射率の変動），等に起因する振幅変動が反映される。
従って，前記形状測定装置Ｘ１，Ｘ２によれば，高い精度で位相差ΔΦsの補正を行うことができる。
一方，前記形状測定装置Ｘ３において得られる前記振幅の指標値には，被測定物１の測定部位１ａ，１ｂの状態変動に起因する振幅変動が反映されない。
従って，前記形状測定装置Ｘ３は，前記位相検波器４の入力信号の振幅変動に関し，光源の出力変動や，光源から参照面や測定部位１ａ，１ｂに至るまでの測定光に加わる外乱の要因が支配的である場合に有効である。
【００５３】
ところで，前記形状測定装置Ｘ１における両ヘテロダイン干渉計ａ２０，ｂ２０へ入力されるビーム光Ｐ１，Ｐ２は，前記二偏波光源２から前記Ａ面側補正用干渉計ａ３０及び前記Ｂ面側補正用干渉計ｂ３０のそれぞれに至る過程において，温度や湿度の変化等により位相の揺らぎが生じた場合，その揺らぎの影響が測定値ΔΦs（位相差）に反映され，それが測定誤差となる。その測定誤差の問題を解消するものが，本発明の第４実施形態に係る形状測定装置Ｘ４である。
以下，図６に示される主要部の構成図を参照しつつ，本発明の第４実施形態に係る形状測定装置Ｘ４について説明する。
形状測定装置Ｘ４は，図１に示した前記形状測定装置Ｘ１と基本的な装置構成及び測定原理は同じである。従って，以下，形状測定装置Ｘ４について，前記形状測定装置Ｘ１と異なる部分についてのみ説明する。なお，図６において，図１に示された装置の構成要素と同じ構成要素に対しては図１と同じ符号が付されている。また，図６において，光源及び光源から被測定物１のＡ面側及びＢ面側への導光機器の記載が省略されている。
【００５４】
形状測定装置Ｘ４は，前記形状測定装置Ｘ１と比較し，Ａ面側補正用干渉計ａ３０及びＢ面側補正用干渉計ｂ３０，並びに第２位相検波器５が追加されている点で異なる。なお，前記形状測定装置Ｘ１も備えていた前記位相検波器４のことを，図６及び以下の説明において，便宜上，第１位相検波器４と記載する。
図６に示されるように，前記Ａ面側補正用干渉計ａ３０は，ビームスプリッタａ３１（以下，Ａ面側ＢＳ（ａ３１）という），偏光板ａ３２（以下，Ａ面側第２偏光板ａ３２という）及び光検出器ａ３３（以下，Ａ面側第２光検出器ａ３３という）を備えている。
前記Ａ面側ＢＳ（ａ３１）は，前記Ａ面測定部位１ａの方向へ導かれた第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２を，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０に入力される直前の位置において，そのＡ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０に入力されるビーム光（以下，主光という）と，それ以外のビーム光（以下，副光という）とに分岐させる（前記おもて面側の主副分光手段の一例）。
前記Ａ面側第２偏光板ａ３２は，所定方向（両ビーム光の偏波面の方向の中間方向）の偏波面の光のみを透過させることにより，前記Ａ面側ＢＳ（ａ３１）により分岐された前記副光（即ち，分岐された第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２）を干渉させる（前記おもて面側の副光干渉手段の一例）。
前記Ａ面側第２光検出器ａ３３は，前記Ａ面側第２偏光板ａ３２により得られる干渉光を受光して光電変換を行うことにより，その干渉光の強度信号Ｒｅｆ１（電気信号）を出力する（前記おもて面側の副光強度検出手段の一例）。
【００５５】
また，前記Ｂ面側補正用干渉計ｂ３０は，被測定物１のＢ面側において，前記Ａ面側補正用干渉計ａ３０と同様の構成を備えるものである。
即ち，前記Ｂ面側補正用干渉計ｂ３０は，図１に示すように，ビームスプリッタｂ３１（以下，Ｂ面側ＢＳ（ｂ３１）という），偏光板ｂ３２（以下，Ｂ面側第２偏光板ｂ３２という）及び光検出器ｂ３３（以下，Ｂ面側第２光検出器ｂ３３という）を備えている。
前記Ｂ面側ＢＳ（ｂ３１）は，前記Ｂ面測定部位１ｂの方向へ導かれた第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２を，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０に入力される直前の位置において，そのＢ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０に入力されるビーム光（主光）と，それ以外のビーム光（副光）とに分岐させる（前記うら面側の主副分光手段の一例）。
前記Ｂ面側第２偏光板ｂ３２は，所定方向（両ビーム光の偏波面の方向の中間方向）の偏波面の光のみを透過させることにより，前記Ｂ面側ＢＳ（ｂ３１）により分岐された前記副光（即ち，分岐された第１ビーム光Ｐ１及び第２ビーム光Ｐ２）を干渉させる（前記うら面側の副光干渉手段の一例）。
前記Ｂ面側第２光検出器ｂ３３は，前記Ｂ面側第２偏光板ｂ３２により得られる干渉光を受光して光電変換を行うことにより，その干渉光の強度信号Ｒｅｆ２（電気信号）を出力する（前記うら面側の副光強度検出手段の一例）。
【００５６】
また，前記第２位相検波器５（前記第２の位相検波手段に相当）は，前記Ａ面側第２光検出器ａ３３及び前記Ｂ面側第２光検出器ｂ３３のそれぞれから出力される強度信号Ｒｅｆ１，Ｒｅｆ２の位相差ΔΦrを検出し，その検出値を電気信号（検出信号）として出力するものであり，例えば，ロックインアンプを採用することができる。ここで，前記第２位相検波器５の出力信号の値（位相差ΔΦr）は，後述するように，前記被測定物１の厚みの補正用の測定値（前記第２の測定値に相当）である。
前記第１ビーム光Ｐ１及び前記第２ビーム光Ｐ２について，前記二偏波光源２から前記ＰＢＳ３及びミラーａ１１〜ａ１３，ｂ１１，ｂ１２によりＡ面測定部位１ａ及びＢ面測定部位１ｂのそれぞれへ導かれる経路において位相の揺らぎが生じた場合，その揺らぎの影響が前記第１位相検波器４により検出される位相差ΔΦsに反映され，それが測定誤差となる。
しかしながら，そのような位相の揺らぎの成分のＡ面側及びＢ面側の合計は，前記第２位相検波器５により検出される位相差ΔΦrに反映される。従って，前記位相補正処理装置７により得られる振幅に基づく補正後の位相差ΔΦs’に対し，前記第２位相検波器５により検出される位相差ΔΦrを差し引く補正を行うことにより得られる位相差（ΔΦs’−ΔΦr）は，２つのヘテロダイン干渉計ａ２０，ｂ２０に至るまでの両ビーム光Ｐ１，Ｐ２の位相の揺らぎの影響が除去された測定値となる。
【００５７】
そこで，形状測定装置Ｘ４においては，前記計算機６は，前記位相補正処理装置７から出力される補正後の位相差ΔΦs’と，前記第２位相検波器５から出力される測定値である位相差ΔΦrとの差に基づいて，被測定物１における前記Ａ面測定部位１ａ及び前記Ｂ面測定部位１ｂの位置の厚みを算出し，その算出値を出力する（前記第２の厚み算出手段の一例）。
具体的には，前記計算機６は，前記（ｅ３）式におけるΔΦs1を，（ΔΦs’−ΔΦr）に置き換えた式に基づいて被測定物１の厚み（ΔＬ１−ΔＬ２）を算出する。これにより，その算出値は，両ビーム光Ｐ１，Ｐ２の位相の揺らぎの影響を受けない値となる。
このような形状測定装置Ｘ４も，本発明の実施形態の一例である。もちろん，前記Ａ面側補正用干渉計ａ３０，前記Ｂ面側補正用干渉計ｂ３０及び前記第２位相検波器５が，前記形状測定装置Ｘ２又はＸ３に追加された装置も，本発明の実施形態の一例である。
【００５８】
また，前記形状測定装置Ｘ１〜Ｘ４において，ヘテロダイン干渉計ａ２０，ａ２０１，ｂ２０，ｂ２０１は，被測定物１の表面（Ａ面，Ｂ面）に対して略垂直に測定光を入射させるものであるが，光学系を組みかえることにより，測定光を被測定物１の表面（Ａ面，Ｂ面）に対して斜めに入射させ，その反射光により干渉光を得るタイプの干渉計を採用してもよい。
以下，図７及び図８に示す概略構成図を参照しつつ，前記形状測定装置Ｘ１〜Ｘ４に適用可能なヘテロダイン干渉計の第２実施例（図７参照：以下，Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０２及びＢ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０２という）及び第３実施例（図８参照：以下，Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０３及びＢ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０３という）について説明する。
これら第２実施例及び第３実施例におけるヘテロダイン干渉計ａ２０２，ｂ２０２，ａ２０３，ｂ２０３は，測定光（ビーム光）を被測定物１の表面に斜めに入射させるものである。
なお，図７及び図８において，前記Ａ面側振幅測定用信号採取機器（ａ７０又はａ７０１）及びＢ面側振幅測定用信号採取機器（ｂ７０又はｂ７０１）の記載は省略されている。
【００５９】
図７に示されるように，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０２は，前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）と，前記Ａ面側参照板ａ２４と，ビームスプリッタａ２８と，前記Ａ面側第１偏光板ａ２５及び前記Ａ面側第１光検出器ａ２６とを備えている。
前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０２においては，前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）が，それを透過した前記第１ビーム光Ｐ１が前記Ａ面側測定部位１ａの表面（平面）に対して斜めに入射するよう配置されている。
そして，前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）は，前記第２ビーム光Ｐ２とは異なる光路で導かれた前記第１ビーム光Ｐ１を透過させることにより，その第１ビーム光Ｐ１を前記Ａ面測定部位１ａに照射させる（斜め入射させる）とともに，前記第２ビーム光Ｐ２を反射することにより，その第２ビーム光Ｐ２を前記Ａ面側参照板ａ２４の表面（第１の参照面）に照射させる（斜め入射させる）。
また，前記ビームスプリッタａ２８は，前記Ａ面測定部位１ａからの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光（正反射光）を前記Ａ面側第１偏光板ａ２５の方向へ透過させるとともに，前記Ａ面側参照板ａ２４の表面からの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光（正反射光）を前記Ａ面側第１偏光板ａ２５の方向へ反射する。これにより，前記ビームスプリッタａ２８を透過した前記Ａ面測定部位１ａからの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光と，前記ビームスプリッタａ２８に反射した前記Ａ面側参照板ａ２４の表面からの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光とが，同じ光路に沿って（光軸が重なった状態で）進行しつつ前記Ａ面側第１偏光板ａ２５を通過することによって相互に干渉する。その干渉光（前記Ａ面測定干渉光）は，前記Ａ面側第１光検出器ａ２６に入力（入射）され，前記Ａ面測定干渉光の強度信号Ｓｉｇ１が得られる。
【００６０】
同様に，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０２は，前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）と，前記Ｂ面側参照板ｂ２４と，ビームスプリッタｂ２８と，前記Ｂ面側第１偏光板ｂ２５及び前記Ｂ面側第１光検出器ｂ２６とを備えている。
前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０２においては，前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）が，それを透過した前記第２ビーム光Ｐ２が前記Ｂ面側測定部位１ｂの表面（平面）に対して斜めに入射するよう配置されている。
そして，前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）は，前記第１ビーム光Ｐ１とは異なる光路で導かれた前記第２ビーム光Ｐ２を透過させることにより，その第２ビーム光Ｐ２を前記Ｂ面測定部位１ｂに照射させる（斜め入射させる）とともに，前記第１ビーム光Ｐ１を反射することにより，その第１ビーム光Ｐ１を前記Ｂ面側参照板ｂ２４の表面（第２の参照面）に照射させる（斜め入射させる）。
また，前記ビームスプリッタｂ２８は，前記Ｂ面測定部位１ｂからの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光（正反射光）を前記Ｂ面側第１偏光板ｂ２５の方向へ透過させるとともに，前記Ｂ面側参照板ｂ２４の表面からの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光（正反射光）を前記Ｂ面側第１偏光板ｂ２５の方向へ反射する。これにより，前記ビームスプリッタｂ２８を透過した前記Ｂ面測定部位１ｂからの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光と，前記ビームスプリッタｂ２８に反射した前記Ｂ面側参照板ｂ２４の表面からの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光とが，同じ光路に沿って（光軸が重なった状態で）進行しつつ前記Ｂ面側第１偏光板ｂ２５を通過することによって相互に干渉する。その干渉光（前記Ｂ面測定干渉光）は，前記Ｂ面側第１光検出器ｂ２６に入力（入射）され，前記Ｂ面測定干渉光の強度信号Ｓｉｇ２が得られる。
図７に示されるように，測定光を被測定物１に対して斜め入射させるヘテロダイン干渉計が採用された形状測定装置も，本発明の実施形態の一例である。
【００６１】
また，図８に示されるように，第３実施例における前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０３及び前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０３は，それぞれ前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０２及び前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０２の構成において，前記Ａ面側ＰＢＳ（ａ２１）及び前記Ｂ面側ＰＢＳ（ｂ２１）が，それぞれミラーａ２７’，ｂ２７’に置き換えられた構成を有している。
そして，前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０３においては，前記第１ビーム光Ｐ１がそのまま前記Ａ面測定部位１ａに斜め入射する。
また，前記ミラーａ２７’が，前記第２ビーム光Ｐ２を反射して前記Ａ面側参照板ａ２４の表面（第１の参照面）に斜め入射させる。
そして，前記ビームスプリッタａ２８が，前記Ａ面測定部位１ａからの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光（正反射光）を前記Ａ面側第１偏光板ａ２５の方向へ透過させるとともに，前記Ａ面側参照板ａ２４の表面からの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光（正反射光）を前記Ａ面側第１偏光板ａ２５の方向へ反射する。これにより，前記ビームスプリッタａ２８を透過した前記Ａ面測定部位１ａからの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光と，前記ビームスプリッタａ２８に反射した前記Ａ面側参照板ａ２４の表面からの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光とが相互に干渉する。
同様に，前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０３においては，前記第２ビーム光Ｐ２がそのまま前記Ｂ面測定部位１ｂに斜め入射する。
また，前記ミラーｂ２７’が，前記第１ビーム光Ｐ１を反射して前記Ｂ面側参照板ｂ２４の表面（第２の参照面）に斜め入射させる。
そして，前記ビームスプリッタｂ２８が，前記Ｂ面測定部位１ｂからの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光（正反射光）を前記Ｂ面側第１偏光板ｂ２５の方向へ透過させるとともに，前記Ｂ面側参照板ｂ２４の表面からの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光（正反射光）を前記Ｂ面側第１偏光板ｂ２５の方向へ反射する。これにより，前記ビームスプリッタｂ２８を透過した前記Ｂ面測定部位１ｂからの前記第２ビーム光Ｐ２の反射光と，前記ビームスプリッタｂ２８に反射した前記Ｂ面側参照板ｂ２４の表面からの前記第１ビーム光Ｐ１の反射光とが相互に干渉する。
図８に示されるようなヘテロダイン干渉計が採用された形状測定装置も，本発明の実施形態の一例である。
【００６２】
次に，図１１に示される模式図を参照しつつ，前記形状測定装置Ｘ１〜Ｘ４を用いた被測定物１の厚み分布測定方法の一例について説明する。
前記形状測定装置Ｘ１〜Ｘ４は，被測定物１の振動の影響を受けることなく，被測定物１の特定の部位の厚みを高精度かつ高速で測定できる。そこで，被測定物１をその中央部や端部等で支持し，被測定物１をその厚み方向に直交する平面内（被測定物１の表裏各面に平行な面内）で移動させつつ前記形状測定装置Ｘ１により厚み測定を行えば，被測定物１の厚み分布を高精度で容易に測定できる。図１１は，そのような厚み分布測定方法の一例を表すものである。
【００６３】
図１１に示す厚み分布測定方法においては，半導体ウェハ等の円盤状の被測定物１が，その縁部（エッジ部）において，円周上の三箇所に配置された支持部４４により３点支持される。これら３つの支持部４４は，前記円周の中心に向かって伸びる回転軸４１に連結されている。
さらに，その支持軸４１は，ステッピングモータ等の回転駆動部４２によって回転駆動される。これにより，被測定物１は，その中央部を回転中心として回転される。
また，前記支持軸４１及び前記回転駆動部４２は，直線移動機構４３により，被測定物１の表裏各面に平行な方向（厚み方向に直交する方向）に所定の移動範囲内で直線移動される。即ち，前記直線移動機構４３は，被測定物１をその半径方向に沿って移動させる。
また，前記支持軸４１，前記回転駆動部４２及び前記直線移動機構４３を備えた被測定物支持機構は，前記形状測定装置Ｘ１における前記Ａ面側ヘテロダイン干渉計ａ２０（或いは，ａ２０１〜ａ２０３のいずれか）による測定光（前記第１ビーム光Ｐ１）の照射位置と前記Ｂ面側ヘテロダイン干渉計ｂ２０（或いは，ｂ２０１〜ｂ２０３のいずれか）による測定光（前記第２ビーム光Ｐ２）の照射位置との間に被測定物１を支持する。
【００６４】
そして，前記回転駆動部４２による被測定物１の回転と，前記直線移動機構４３による被測定物１の直線方向の移動とを併用することにより，被測定物１における測定部位１ａ，１ｂの位置を順次変更しつつ前記形状測定装置Ｘ１による厚み測定を実行する。
例えば，被測定物１を一定速度で連続的に回転及び直線移動させつつ，一定周期で，或いは測定点１ａ，１ｂの位置が予め定められた位置となるごとに，前記計算機６が，位相差ΔΦs’， ΔΦrのデータを前記位相補正処理装置７及び前記第２位相検波器５各々から取得する。さらに，前記計算機６が，それら２つの位相差ΔΦs’，ΔΦrの差（＝ΔΦs−ΔΦr）を前記（ｅ３）式のΔΦs1に代入することにより，被測定物１の厚み（ΔＬ１−ΔＬ２）を算出する。
図１２は，被測定物１における測定点の分布の一例を表す模式図である。
被測定物１を回転及び直線移動させつつ干渉光の位相検出を順次行った場合，図１２に示されるように，測定点１ａ，１ｂの位置は，被測定物１の表面における渦巻き状の線（波線）に沿って順次変化する。
そして，前記被測定物支持機構４１〜４３により前記被測定物１の保持位置を二次元方向に移動させつつ前記形状測定装置Ｘ１〜Ｘ４による厚み測定を順次行い，その測定データを所定の記憶部に記憶させれば，被測定物１の厚み分布データが得られる。
ここで，円盤状の被測定物１の厚みが薄い場合，その被測定物１は，図１１に示すように一部で支持されると，わずかな風圧や床の振動によって厚み方向（図１１においては上下方向）に振動する。しかしながら，前記形状測定装置Ｘ１〜Ｘ４は，被測定物１がそのように振動しても，その振動の影響を受けずに高精度で被測定物１の厚み分布を測定できる。
なお，被測定物１をその表面に平行な面内（厚み方向に直交する面内）で位置決めする機構は，図１１に示される機構の他，いわゆるＸ−Ｙプロッタのように，被測定物１の支持部（前記支持軸４１）を交差する２直線それぞれに沿って移動させる機構であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は，半導体ウェハ等の被測定物についての形状測定装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置Ｘ１の構成図。
【図２】形状測定装置Ｘ１に採用可能な位相補正用機器の第１実施例の構成図。
【図３】形状測定装置Ｘ１に採用可能な位相補正用機器の第２実施例の構成図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置Ｘ２の主要部の構成図。
【図５】本発明の第３実施形態に係る形状測定装置Ｘ３の主要部の構成図。
【図６】本発明の第４実施形態に係る形状測定装置Ｘ４の構成図。
【図７】形状測定装置Ｘ１〜Ｘ４に適用可能な光干渉計の第１実施例を表す概略構成図。
【図８】形状測定装置Ｘ１〜Ｘ４に適用可能な光干渉計の第２実施例を表す概略構成図。
【図９】形状測定装置Ｘ１〜Ｘ４に適用可能な二偏波光源の実施例を表す概略構成図。
【図１０】検波器における入力信号の振幅（信号強度）と出力信号の値（位相差）との関係の一例を表すグラフ。
【図１１】形状測定装置Ｘ１〜Ｘ４を用いた被測定物の厚み分布測定方法の一例を表す模式図。
【図１２】形状測定装置Ｘ１〜Ｘ４を用いて被測定物の厚み分布測定を行った場合の測定部位の分布の一例を表す模式図。
【符号の説明】
【００６７】
Ｘ１〜Ｘ４：本発明の実施形態に係る形状測定装置
１  ：被測定物
１ａ：Ａ面測定部位
１ｂ：Ｂ面測定部位
２，２’：二偏波光源
３  ：偏光ビームスプリッタ
４  ：位相検波器（第１位相検波器）
５  ：第２位相検波器
６  ：計算機
７  ：位相補正処理装置
ａ１１〜ａ１３，ｂ１１，ｂ１２：ミラー
ａ２０，ａ２０１〜ａ２０３：Ａ面側ヘテロダイン干渉計
ａ３０：Ａ面側補正用干渉計
ｂ２０，ｂ２０１〜ｂ２０３：Ｂ面側ヘテロダイン干渉計
ｂ３０：Ｂ面側補正用干渉計
ａ７０，ａ７０１，ａ７０２：Ａ面側振幅測定用信号採取機器
ｂ７０，ｂ７０１，ｂ７０２：Ｂ面側振幅測定用信号採取機器
Ｐ１  ：第１ビーム光
Ｐ２  ：第２ビーム光
Ｐａ１：Ａ面側の物体光
Ｐａ２：Ａ面側の参照光
Ｐｂ１：Ｂ面側の参照光
Ｐｂ２：Ｂ面側の物体光
Ｐａ１２：Ａ面側の干渉光
Ｐｂ１２：Ｂ面側の干渉光
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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