(57)【要約】【課題】被検体の面形状を高い精度で測定する。【解決手段】光源から発する光束を分割する手段を備え、分割された一方の光束を被検体面６に入射させ、他方の光束を参照面７に入射させて、被検体面６からの反射光と参照面７からの反射光とを干渉させて得られる干渉縞に基づいて被検体の面形状を測定する。斜め入射させる手段は、光束を被検体面６と参照面７とに所定の角度で斜め入射させる。検出する手段は、被検体面６からの反射光と参照面７からの反射光とを干渉させて得られる干渉縞を検出する。形状情報を算出する手段は、検出手段により検出された干渉縞に関する情報と斜め入射させる角度とに基づいて被検体の形状情報を算出する。【選択図】図１
2007298281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発する光束を分割し、分割された一方の光束を被検体面に入射させ、他方の光束を参照面に入射させて、前記被検体面からの反射光と前記参照面からの反射光とを干渉させて得られる干渉縞に基づいて被検体の面形状を測定する方法において、
前記一方の光束及び前記他方の光束を前記被検体面と前記参照面とに所定の角度で斜め入射させる工程と、
前記被検体面からの反射光と前記参照面からの反射光とを干渉させて得られる干渉縞を検出する工程と、
前記検出された干渉縞に関する情報と前記斜め入射させる角度とに基づいて被検体の形状情報を算出する工程とを含むことを特徴とする被検体の面形状測定方法。
【請求項２】
前記斜め入射させる工程は、
前記光束を前記被検体面と前記参照面とに、第１の角度に傾斜させて入射させる工程と、
前記光束を前記被検体面と前記参照面とに、第２の角度に傾斜させて入射させる工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の被検体の面形状測定方法。
【請求項３】
前記干渉縞を検出する工程は、
前記光束を前記被検体面と前記参照面とに、前記第１の角度で入射させて得られる第１の干渉縞を検出する工程と、
前記光束を前記被検体面と前記参照面とに、前記第２の角度で入射させて得られる第２の干渉縞を検出する工程とを含むことを特徴とする請求項２に記載の被検体の面形状測定方法。
【請求項４】
前記検出された干渉縞に関する情報は、
前記第１の干渉縞を解析して得られる第１の干渉縞情報と、
前記第２の干渉縞を解析して得られる第２の干渉縞情報とを含むことを特徴とする請求項３に記載の被検体の面形状測定方法。
【請求項５】
前記第１の角度は、前記被検体面と前記参照面とに対して垂直の角度を有し、
前記第２の角度は、前記被検体面と前記参照面とに対して斜めの角度を有することを特徴とする請求項４に記載の被検体の面形状測定方法。
【請求項６】
前記被検体の形状情報を算出する工程は、
前記第１の角度及び前記第１の干渉縞情報と、前記第２の角度及び前記第２の干渉縞情報とに基づいて前記被検体の形状情報を算出することを特徴とする請求項５に記載の被検体の面形状測定方法。
【請求項７】
前記第２の角度は、互いに異なる複数の角度を有することを特徴とする請求項６に記載の被検体の面形状測定方法。
【請求項８】
前記第２の干渉縞は、前記光束を前記被検体面と前記参照面とに前記互いに異なる複数の角度で入射させることによりそれぞれ得られる複数の干渉縞を有し、
前記第２の干渉縞情報は、前記複数の干渉縞をそれぞれ解析して得られる複数の干渉縞情報を有し、
前記被検体の形状情報を算出する工程は、
前記互いに異なる複数の角度と前記複数の干渉縞情報との関係を所定の関数に近似する工程と、
前記所定の関数を解析する工程とを含むことを特徴とする請求項７に記載の被検体の面形状測定方法。
【請求項９】
光源から発する光束を分割する手段を備え、前記分割手段により分割された一方の光束を被検体面に入射させ、他方の光束を参照面に入射させて、前記被検体面からの反射光と前記参照面からの反射光とを干渉させて得られる干渉縞に基づいて被検体の面形状を測定する装置において、
前記一方の光束及び前記他方の光束を前記被検体面と前記参照面とに所定の角度で斜め入射させる傾斜手段と、
前記被検体面からの反射光と前記参照面からの反射光とを干渉させて得られる干渉縞を検出する検出手段と、
前記検出手段から得られる干渉縞に関する情報と前記斜め入射させる角度とに基づいて被検体の形状情報を算出する算出手段とを備えた被検体の面形状を測定する装置。
【請求項１０】
前記傾斜手段は、前記光源から発する光束を偏向する偏向手段を備え、
該偏向手段は、前記被検体面に入射する前記一方の光束と、前記参照面に入射する前記他方の光束とを、前記被検体面及び前記参照面に対して第１の角度または第２の角度に設定することを特徴とする請求項９に記載の被検体の面形状を測定する装置。
【請求項１１】
前記傾斜手段は、前記光源から前記被検体面及び前記参照面へ至る第１の光路と、前記光源から前記被検体面及び前記参照面へ至る第２の光路とを形成し、
前記第１の光路を進行して前記被検体面及び前記参照面に入射する光束は、前記被検体面及び前記参照面に対して第１の角度で入射し、
前記第２の光路を進行して前記被検体面及び前記参照面に入射する光束は、前記被検体面及び前記参照面に対して第２の角度で入射することを特徴とする請求項９に記載の被検体の面形状を測定する装置。
【請求項１２】
前記検出手段は、
前記光束を前記被検体面と前記参照面とに、前記第１の角度で入射させて得られる第１の干渉縞を検出する手段と、
前記光束を前記被検体面と前記参照面とに、前記第２の角度で入射させて得られる第２の干渉縞を検出する手段とを備えた請求項１０または請求項１１に記載の被検体の面形状を測定する装置。
【請求項１３】
前記検出手段から得られる干渉縞に関する情報は、
前記第１の干渉縞を解析して得られる第１の干渉縞情報と、前記第２の干渉縞を解析して得られる第２の干渉縞情報とを含むことを特徴とする請求項１２に記載の被検体の面形状を測定する装置。
【請求項１４】
前記第１の角度は、前記被検体面と前記参照面とに対して垂直の角度を有し、
前記第２の角度は、前記被検体面と前記参照面とに対して斜めの角度を有することを特徴とする請求項１３に記載の被検体の面形状を測定する装置。
【請求項１５】
前記被検体の形状情報を算出する算出手段は、
前記第１の角度及び前記第２の角度と、前記第１の干渉縞情報及び前記第２の干渉縞情報とに基づいて前記被検体の形状情報を算出することを特徴とする請求項１４に記載の被検体の面形状を測定する装置。
【請求項１６】
前記第２の角度は、互いに異なる複数の角度を有することを特徴とする請求項１５に記載の被検体の面形状を測定する装置。
【請求項１７】
前記第２の干渉縞は、前記光束を前記被検体面と前記参照面とに前記互いに異なる複数の角度で入射させることによりそれぞれ得られる複数の干渉縞を有し、
前記第２の干渉縞情報は、前記複数の干渉縞をそれぞれ解析して得られる複数の干渉縞情報を有し、
前記被検体の形状情報を算出する算出手段は、
前記互いに異なる複数の角度と前記複数の干渉縞情報との関係を所定の関数に近似する手段と、
前記所定の関数を解析する手段とを備えた請求項１６に記載の被検体の面形状を測定する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
光学部品等の面形状を高精度に測定する面形状の測定方法及び測定装置に関するものであって、特に半波長程度以上の大きな高低差を有する被検体面の計測に適する測定方法及び測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブロックゲージやレンズなどの光学部品の性能測定には、干渉測定法が一つの方法としてよく用いられる。光の干渉を利用した干渉測定法は、一般に測定精度が高く、光束断面の波面分布を検出できるため、角度、面精度、収差など様々な測定に応用されており、フィゾー干渉計、マイケルソン干渉計、トワイマン・グリーン干渉計などがある。
【０００３】
一般的に、干渉計は、光源からの光束を被検体面と参照面とに入射させて、被検体面によって生じる変形した波面と、参照面で反射した波面とを干渉させて干渉縞を検出する装置であり、高い精度で被検体面の形状を測定することができるという特徴がある。
【０００４】
従来、干渉計による被検体の面形状測定は、測定精度を向上させる方法や安定した測定精度を提供する方法などが提案されており（例えば、特許文献１を参照）、被検体の面形状を高い精度で測定することができる。
【特許文献１】特開平１１−１１８４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光源の波長の半波長程度以上の大きな高低差（以下、「段差」とする）を有する不連続な被検体面を測定する場合、干渉光の等位相の位置では同一の干渉縞の光強度が測定されるため、上記の段差を有する被検体面を正確に測定することができないといった問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、被検体の面形状を精度よく測定することができる面形状の測定方法及び測定装置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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一つの態様では、光源から発する光束を分割し、分割された一方の光束を被検体面に入射させ、他方の光束を参照面に入射させて、被検体面からの反射光と参照面からの反射光とを干渉させて得られる干渉縞に基づいて被検体の面形状を測定する方法において、光束を被検体面と参照面とに所定の角度で斜め入射させる工程と、被検体面からの反射光と参照面からの反射光とを干渉させて得られる干渉縞を検出する工程と、検出された干渉縞に関する情報と所定の角度とに基づいて被検体の形状情報を算出する工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の別の態様では、光源から発する光束を分割する手段を備え、分割された一方の光束を被検体面に入射させ、他方の光束を参照面に入射させて、被検体面からの反射光と参照面からの反射光とを干渉させて得られる干渉縞に基づいて被検体の面形状を測定する装置において、光束を被検体面と参照面とに所定の角度で斜め入射させる手段と、被検体面からの反射光と参照面からの反射光とを干渉させて得られる干渉縞を検出する手段と、検出手段により得られた干渉縞に関する情報と所定の角度とに基づいて被検体の形状情報を算出する手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に於いては、上記分割された一方の光束及び他方の光束を被検体面と参照面とに所定の角度で斜め入射させて干渉縞を検出して、検出された干渉縞を解析して得られる干渉縞に関する情報と所定の角度とに基づいて被検体の形状情報を算出することで、被検体の面形状を高精度で測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。図１は、本発明によるトワイマン・グリーン干渉計における実施の形態（第１の実施の形態）の説明図である。
光源１はたとえばレーザーを有し、所定波長のコヒーレントな平行光束を供給する。光源１からの光束は、ビームエキスパンダー２を介して光束幅が拡大された後、光路に対して斜設された反射ミラー３で反射され、たとえばハーフミラーや偏光ビームスプリッタ等で構成されるビーム分割手段５に入射する。ビーム分割手段５は、反射ミラー３からの光束を分割して、一方の光束を被検体面６へ入射させ、他方の光束を参照面７へ入射させる。被検体面６からの反射光と、参照面７からの反射光とは、入射光路を逆進してビーム分割手段５に戻され、このビーム分割手段５でそれぞれの光路が合成される。ビーム分割手段５を経由した被検体面６からの反射光と参照面７からの反射光とは、結像レンズ８を介して、たとえばＣＣＤ（電荷結像素子）センサーやＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）センサーなどから構成されるイメージセンサー９に達する。
【００１１】
ここで、結像レンズ８に関して、被検体面６とイメージセンサー９の受光面とは光学的にほぼ共役な配置になっている。被検体面６からの反射光と参照面７からの反射光とを結像レンズ８によってイメージセンサー９の受光面に結像させて、結像させた像の光による明暗をイメージセンサー９で解析して干渉縞の強度分布として検出する。検出された干渉縞の強度分布をたとえば縞走査法で解析して、得られる干渉縞の位相分布から被検体の面形状を算出する。
【００１２】
さて、反射ミラー３は、紙面垂直方向を軸として傾動可能に構成されており、その角度を変更させることにより、被検体面６に入射する光束の入射角と、参照面７に入射する光束の入射角とを変更することができる。すなわち、被検体面６と参照面７とに入射する光束の入射角を所定の角度に設定して、光源１からの光束を被検体面６と参照面７とに斜め入射させることができる。なお、本実施形態では、反射ミラー３に光学的に接続されたオートコリメーター４を用いて反射ミラー３の傾斜角度を検出することができる。反射ミラー３の基準状態から変化した角度の２倍の角度が被検体面６と参照面７とに斜め入射する光束の角度に対応することになる。また、反射ミラー３は、紙面垂直方向以外を軸として傾動可能に構成してもよい。
【００１３】
本発明における被検体の面形状の測定について以下に説明する。被検体面に段差がない連続な被検体面を測定する場合には、たとえば光源１からの光束を被検体面６と参照面７とに第１の角度として垂直に入射させる場合、検出した干渉縞の強度分布を解析して得られる干渉縞の位相分布は、
Ψ(x,y)＝2π/λ・2d＋Φtest(x,y)−Φreference(x,y)    ……（１）
で表わせる。Φtest(x,y)、Φreference(x,y)は、それぞれ計測波面と参照波面とを表わし、ｄは計測光路と参照光路との光路長の差を表わす。
【００１４】
さらに被検体面に段差を有する不連続な被検体面を測定する場合には、前記の式（１）の計測光路と参照光路との差ｄが被検体面の測定部位によって異なる。たとえば図１に示すように被検体面上の段差によって被検体面６が部位６１と部位６２とに分けられる場合、部位６１における計測光路と参照光路との光路長の差をｄ1、部位６２における計測光路と参照光路との光路長の差をｄ2で表わせる。したがって、被検体面の段差により分けられた被検体面６の部位６１と部位６２とにおいて、検出した干渉縞の強度分布を解析して得られる干渉縞の位相分布はそれぞれ以下の式（２a）及び（２b）で表わされる。
【００１５】
Ψ61(x,y)＝2π/λ・2d1＋Φtest(x,y)−Φreference(x,y)    ……（２a）
Ψ62(x,y)＝2π/λ・2d2＋Φtest(x,y)−Φreference(x,y)    ……（２b）
式（２a）は部位６１における干渉縞の位相分布を表わし、式（２b）は部位６２における干渉縞の位相分布を表わしている。上記各部位の干渉縞の位相分布は、イメージセンサー９により検出した干渉縞の強度分布から算出可能なので、前記の式（２a）、（２b）によって部位６１及び部位６２における計測光路と参照光路との光路長の差ｄ1とｄ2とが算出可能となる。したがって、被検体面の段差を（ｄ1−ｄ2）で算出することが可能となるので、被検体面に段差を有する不連続な被検体面であっても被検体の面形状を測定できる。前記の式（２a）及び（２b）では、被検体面の段差により被検体面６が部位６１と部位６２との２つの測定部位を有する場合であるが、被検体面の段差により被検体面の測定部位が３つ以上の場合でも同様に表わすことができる。
【００１６】
しかしながら、干渉縞は光源波長の１/２を周期とする周期的な関数であり、光源１からの光束を被検体面６と参照面７とに垂直に入射させた場合、検出した干渉縞の強度分布の周期の次数まで正確に算出できない。つまり、光源１からの光束の波長をλとすると、被検体面の段差がλ/２以上ある場合に、光源１からの光束を被検体面６と参照面７とに垂直に入射させると、干渉光の等位相の位置では同一の干渉縞の強度分布が測定される。したがって、周期の次数を正確に算出できないために、干渉縞の位相分布を正確に算出することができない。しかし、光源１からの光束を被検体面６と参照面７とに斜め入射させると、干渉光の等位相の位置でも周期の次数を正確に算出できる。一方、被検体面の段差がλ/２未満の場合に、光源１からの光束を被検体面６と参照面７とに垂直に入射させる場合、周期の次数を考慮しないため、得られる干渉縞の位相分布の精度は高い。しかし、光源１からの光束を被検体面６と参照面７とに斜め入射させる場合、得られる干渉縞の位相分布の精度は垂直に入射させる場合と比べて低くなる。
【００１７】
したがって、たとえば図１の部位６１において、被検体面６と参照面７との光路長の差ｄ1を求める場合、第１の角度として垂直に入射させて求めた干渉縞の位相分布から算出した光路長の差と、第２の角度として斜め入射させて求めた干渉縞の位相分布から算出した光路長の差とで光路長の差を合成することで、より高い精度で光路長の差ｄ1を算出できる。上記と同様に部位６２においても、第１の角度として垂直に入射させて求めた干渉縞の位相分布から算出した光路長の差と、第２の角度として斜め入射させて求めた干渉縞の位相分布から算出した光路長の差とで光路長の差を合成することで、より高い精度で光路長の差ｄ2を算出できる。算出した光路長の差ｄ1とｄ2とにより、被検体面に光源波長の半分を超える段差を有する不連続な被検体面においても、被検体の面形状を高い精度で測定することが可能となる。
【００１８】
そこで次に、光源１からの光束を被検体面６と参照面７とに斜め入射させて、検出した干渉縞の強度分布を解析して得られる干渉縞の位相分布から計測光路と参照光路との光路長の差を算出する。光源１からの光束を被検体面６と参照面７とに斜め入射させる場合、前記の式（２a）及び（２b）から、部位６１において検出した干渉縞の強度分布を解析して得られる干渉縞の位相分布は、
Ψθ61(x,y)≒2π/λ・2d1cosθ＋Φtest(x,y)−Φreference(x,y)    ……（３a）
で表わせ、部位６２においては、
Ψθ62(x,y)≒2π/λ・2d2cosθ＋Φtest(x,y)−Φreference(x,y)    ……（３b）
で表わせる。
この時、斜め入射させる角度θは、反射ミラー3とオートコリメーター4とによって検出することができる。また、上記各部位の干渉縞の位相分布は、イメージセンサー９により検出した干渉縞の強度分布から算出可能である。したがって、検出した斜め入射させる角度θと、前記の式（３a）、（３b）とによって部位６１及び部位６２における計測光路と参照光路との光路長の差ｄ1とｄ2とが算出可能となる。
【００１９】
このように光源１からの光束を被検体面６と参照面７とに斜め入射させる場合においても、計測光路と参照光路との光路長の差を算出することができる。しかしながら、上記のように斜め入射させる場合には、２つの反射光がたどる計測光路と参照光路とが光学的に異なる光路となる。これが干渉計の収差として検出する干渉縞の強度分布に影響を与える。
【００２０】
図１において、被検体面６に入射させる光束と参照面７に入射させる光束とがたどる光路は、光源１から分割手段５に至る光路と分割手段５からイメージセンサー９に至る光路とは共通の光路となる。一方、計測光路（分割手段５から被検体面６の光路）と参照光路（分割手段５から参照面７の光路）とは、分割手段５で分岐された別々の光路となる。ここで、計測光路と参照光路との状態を同じと仮定すると、被検体面６と参照面７とをほぼ同じ位置に重ねることができる。
【００２１】
図２（a）、図２（b）は、干渉計の収差を説明する図であり、仮想的に被検体面６と参照面７とを光源からの距離が等しくなる位置に重ねた場合の計測光路と参照光路とを模式的に表わしている。図２（a）は、光源１からの光束を被検体面６と参照面７とに垂直に入射させた場合の図である。図２（b）は、光源１からの光束を被検体面６と参照面７とに斜め入射させた場合の図である。図２（a）では、被検体面６からの反射光と参照面７からの反射光とが同じ光路の計測光路２１と参照光路２２とをたどって、図１に示したイメージセンサー９に至る。
【００２２】
一方、図２（b）に示すように、光源１からの光束を被検体面６と参照面７とに斜め入射させた場合では、被検体面６からの反射光と参照面７からの反射光とが異なる光路の計測光路２５と参照光路２６とをたどって、図１に示したイメージセンサー９に至る。つまり、２つの反射光がたどる光路が同じであれば計測光路２１と参照光路２２とで同じ収差を受けるが、２つの反射光がたどる光路が異なれば計測光路２５と参照光路２６とで異なる収差を受けるので干渉縞の強度分布の検出に影響を与えることになる。
【００２３】
そこで、干渉縞の強度分布の検出に影響を与える干渉計の収差をΩ(x,y)とすると、検出した干渉縞の強度分布を解析して得られる干渉縞の位相分布は前記の式（３a）と（３b）とにより、それぞれ次のようになる。
【００２４】
【数１】
2007298281.tif 000003
【００２５】
式（４a）は被検体面６の部位６１における干渉縞の位相分布を表わし、式（４b）は被検体面６の部位６２における干渉縞の位相分布を表わす。
上記の干渉計の収差の影響をなくして計測光路と参照光路との光路長の差を算出するために、被検体面６と参照面７とに斜め入射させる第２の角度θを角度の異なる複数の角度に変えて、複数回干渉縞の強度分布を検出して、検出した干渉縞の強度分布を解析して複数の角度に対する干渉縞の位相分布を算出する。さらに、前記の式（４a）、（４b）から得られる干渉縞の位相分布を、入射させる角度θに対して二次関数に近似すると、入射させる角度θに対する干渉縞の位相分布をθの二次関数として表わすことができる。被検体面６の部位６１では、
【００２６】
【数２】
2007298281.tif 000004
【００２７】
で表わせ、被検体面６の部位６２では、
【００２８】
【数３】
2007298281.tif 000005
【００２９】
で表わせる。
ここで、上記の式（５a）及び（５b）において、θの二次項係数のｄ1とｄ2とはそれぞれ被検体面６の部位６１と部位６２とにおける計測光路と参照光路との光路長の差を表わし、θの一次項係数のΩ61(x,y)とΩ62(x,y)とはそれぞれ被検体面６の部位６１と部位６２における干渉計の収差を表わしている。したがって、前記の式（５a）及び（５b）のθの二次項係数のｄ1とｄ2とを求めることで、干渉計の収差Ω(x,y)の影響を受けずに計測光路と参照光路との光路長の差を算出することが可能となる。被検体面６と参照面７とに斜め入射させる第２の角度θは、少なくとも２つの角度を有し、当然ながら３つ以上の角度を有してもよい。さらに第２の角度が有する角度のうち１つは垂直であってもよい。
【００３０】
本発明における干渉縞の解析には、縞走査法の他に、フーリエ変換法のような位相解析、偏光板を使用した偏光解析、同時に複数の異なる位相を処理する解析方法などを用いることが可能である。
【００３１】
尚、本発明における測定装置は、トワイマン・グリーン干渉計で構成しているが、他の干渉計、たとえばフィゾー干渉計や、マイケルソン干渉計、マッハツェンダー干渉計などで構成することも可能である。
【００３２】
また、本発明における光源は、レーザーを使用しているが、たとえばナトリウムランプ、水銀ランプなどの放電ランプを用いることも可能である。
尚、本発明によって算出する被検体の形状情報は、被検体の面形状であったが、透明膜などの厚さ分布であってもよい。
【００３３】
図３は、光源から発する光束を被検体面６と参照面７とに斜め入射させる傾斜手段として、楔プレートを使用した実施の形態（第２の実施の形態）の説明図である。図３では、図１の反射ミラー３の代わりに、頂角が既知の光軸調整用楔プレート群１０を配置している。
【００３４】
図３において、光源１から発する光束は、ビームエキスパンダー２を経て、たとえば光軸調整用楔プレート１０aを透過してビーム分割手段５に入射される。ここで、光軸調整用楔プレート群１０は、頂角が異なる複数の楔プレート１０a、１０b、１０cで構成されており、頂角の異なる光軸調整用楔プレート１０a、１０b、１０cの中から所定の楔プレートをビームエキスパンダー２とビーム分割手段５との間の光路中に挿入することにより、被検体面６に入射する光束の入射角と、参照面７に入射する光束の入射角とを第１の角度と第２の角度とに変更することができる。また、光軸調整用楔プレート１０a、１０b、１０cを挿入しない場合は、第１の角度とすることができる。尚、光軸調整用楔プレート群の配置は、光源から発する光束を被検体面６と参照面７とに斜め入射させることができる配置であればよく、たとえば被検体面６及び参照面７の手前にそれぞれ配置してもよい。
【００３５】
第２の実施の形態における測定手順を簡単に説明する。たとえば図３において、光軸調整用楔プレート１０aを配置させて第１の角度を設定して、光束を被検体面６と参照面７とに第１の角度で入射させて干渉縞の位相分布を算出する。続いて、光軸調整用楔プレート１０bを配置させて第２の角度を設定して、光束を被検体面６と参照面７とに第２の角度で入射させて干渉縞の位相分布を算出することができる。また、被検体面の段差の算出には、第１の実施の形態と同様の算出方法を用いることが可能である。ここで、前記の式（５a）及び（５b）における入射させる角度θは、光軸調整用楔プレート群１０の既知の頂角から求めることが可能である。
【００３６】
尚、光源から発する光束を被検体面６と参照面７とに斜め入射させる傾斜手段としては、図３のビームエキスパンダー２とビーム分割手段５との間の光路中に連続して配置された頂角が既知の２枚の楔プレートや、頂角が既知の回転させた１枚の楔プレートや回折格子を使用することも可能である。
【００３７】
頂角が既知の２枚の楔プレートを用いる場合には、たとえば２枚の楔プレートを光路内で直列に、且つ光束の進行方向を軸として相対的に回転可能となるように配置する。そして、２枚の楔プレートの相対的な回転角を変更することにより、入射光束の偏向角を所定の角度に設定することができる。
【００３８】
頂角が既知の１枚の楔プレートを回転させつつ干渉縞を検出することにより、図５（ｂ）に示した円環状光源を用いる場合とほぼ同等の効果を得ることができる。このときには、１枚の楔プレートを、光束の進行方向を軸として回転可能に設定する。そして、１枚の楔プレートを回転させると、被検体面６及び参照面７に斜め入射させる光束が、被検体面６及び参照面７の法線方向を軸として回転する。このとき、全ての斜め入射光束について干渉縞検出結果を加算したものは、図５（ｂ）に示した円環状光源を用いた干渉縞検出結果と同等のものとなる。
【００３９】
尚、楔プレートや回折格子の配置は、光源から発する光束を被検体面６と参照面７とに斜め入射させることができる配置であればよく、たとえば被検体面６及び参照面７の手前にそれぞれ配置してもよい。さらに、傾斜手段としては図４のように角度の異なる複数の光源を使用する方法も可能である。
【００４０】
図４は、光源から発する光束を被検体面６と参照面７とに斜め入射させる傾斜手段として、角度の異なる複数の光源を選択的に使用した実施の形態（第３の実施の形態）の説明図である。図示の都合上、図１のビーム分割手段５、参照面７、結像レンズ８、イメージセンサー９は省略しているが、これらの構成及び作用は図１と同様である。
【００４１】
図４では、傾斜手段を図１や図３のように光源からビーム分割手段の光路間に配置させる構成とは異なり、複数の光源４１a、４１bを設けて、これらの光源４１a、４１bから被検体面６及び参照面７に至る光路を複数形成する構成である。そして、複数の光路を切り換えることによって、被検体面６及び参照面７に入射する光束の傾斜角度を切り換えるものである。
【００４２】
図４において、光源４１aからの光束の進行方向（光路）４２は被検体面６及び参照面７に第１の角度として垂直に入射させるように設定されている。一方、光源４１bからの光束の進行方向４３は光源４１aからの光束の進行方向４２に対して予め傾斜させて、被検体面６及び参照面７に第２の角度として斜め入射させるように設定されている。すなわち、光源４１aから発する光束を被検体面６と参照面７とに第１の角度で入射させて干渉縞の位相分布を算出する。次に、光源４１bから発する光束を被検体面６と参照面７とに第２の角度として入射させて干渉縞の位相分布を算出することができる。また、被検体面の段差の算出には、第１の実施の形態と同様の算出方法を用いることが可能である。ここで、前記の式（５a）及び（５b）における入射させる角度θは、光源４１aからの光束の進行方向４２に対して傾斜させた光源４１bからの光束の進行方向４３の傾斜角度となる。
【００４３】
図５（a）、図５（b）は、第３の実施の形態（図４）における光源の配置を説明する図である。図５（a）に示す例では、被検体面６と参照面７とに第１の角度として垂直に入射させる光束を供給する光源４１aを中心として、第２の角度として斜め入射させる光束を供給する光源４１bを数珠状に複数並べている。複数の光源４１bは、光源４１aを中心とする円環状領域の上に、光源４１aから等方位角となるように、もしくは光源４１aを中心に互いに対称になるように配置されている。すなわち、図５（a）の例では、複数の光源４１bが光源４１aから等距離となるように設けられている。なお、これら複数の光源４１bの光源４１aからの距離は等距離である必要はない。
【００４４】
図５（b）に示す例では、被検体面６と参照面７とに第１の角度として垂直に入射させる光束を供給する光源４１aを中心として、第２の角度として斜め入射させる光束を供給する光源４１bを円環状に配置している。尚、光源の構成は、第１の角度として垂直に入射させる光源４１aからの光束の進行方向４２に対して、光源４１bからの光束の進行方向４３が所定の角度を傾斜させて被検体面６及び参照面７に第２の角度として入射させるように配置してあればよい。
【００４５】
次に、図２（ｂ）で説明した干渉計の収差を低減させる態様とは別の態様を説明する。この態様では、たとえば図５（a）に示したような、光軸に関して対称な複数の光源を利用する。図５（a）において、光源４１aの光軸を挟んで対称な光源の強度分布が互いに同じとなるように設定する。
【００４６】
次に、この態様における測定手順について説明する。まず、光源４１aを中心とした円環状領域に配置された複数の光源４１ｂのうち、特定の１つの光源のみから光束を供給し、被検体面６と参照面７とに斜め入射させ、これら被検体面６及び参照面７からの反射光による干渉縞の強度分布を検出する。次に、光源４１aを挟んで上記特定の１つの光源と反対側の光源のみから光束を供給し、被検体面６と参照面７とに斜め入射させ、これら被検体面６及び参照面７からの反射光による干渉縞の強度分布を検出する。
【００４７】
このとき、検出する２つの干渉縞の強度分布を、たとえばCCDセンサーで加算して検出する。この加算された検出結果を上記式（５a）及び（５b）を用いて解析することにより、斜め入射させることによる干渉計の収差の影響を低減させることが可能となる。
【００４８】
尚、上記２つの光束が空間的にインコヒーレントな場合には、これら２つの光束を被検体面６と参照面７とに同時に入射させることも可能である。
尚、本発明における被検体の面形状の測定において、第１の角度は必ずしも垂直である必要はなく、第１の角度は斜め入射であっても被検体の面形状の測定は可能である。
【００４９】
上述の説明の通り、本発明の各実施の形態によれば、被検体面６及び参照面７に対して傾斜した光束を用いて干渉計測しているため、測定波長の１/２倍を超える段差を有する不連続な被検体面を測定する場合であっても、被検体の面形状を高精度に測定することができる。
【００５０】
また、被検体面６及び参照面７に対して斜め入射させる光束の角度として２種類以上の角度を用いて、これらの角度のもとで計測結果を利用することで干渉計の収差による影響を低減することができる。上記に加えて、被検体面６と参照面７とに垂直に入射させる光源の光軸を挟んで対称で、且つ互いの光源の強度分布が同じとなる光源を利用することによっても、干渉計の収差による影響を低減することができる。
【００５１】
さらに本発明の各実施の形態によれば、測定波長を変調することなく被検体の面形状を測定できるため、測定波長の基準が変化しないので高精度に測定可能となり、被検体面上に屈折物を有する場合においても屈折物の色分散による影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１の実施の形態に係る測定装置（トワイマン・グリーン干渉計）の構成を示す図である。
【図２】光源からの光束を被検体面と参照面とに入射させた場合の被検体面からの反射光がたどる計測光路と、参照面からの反射光がたどる参照光路とを説明した図である。（a）は被検体面と参照面とに垂直に入射させた場合であり、（b）は被検体面と参照面とに斜め入射させた場合である。
【図３】第１の実施の形態に係る測定装置に用いられる傾斜手段の変形例を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係る測定装置に用いられる傾斜手段の変形例を示す図である。
【図５】第３の実施の形態に係る測定装置に用いられる光源の配置を示す図である。（a）は第２の角度として入射させる光源を第１の角度として入射させる光源の光軸を中心に数珠状に配置した場合であり、（b）は第２の角度として入射させる光源を第１の角度として入射させる光源の光軸を中心に円環状に配置した場合である。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・光源、２・・・ビームエキスパンダー、３・・反射ミラー、４・・・オートコリメーター、５・・・ビーム分割手段、６・・・被検体面、７・・・参照面、８・・・結像レンズ、９・・・イメージセンサー、１０・・・光軸調整用楔プレート群、１０a,１０b,１０c・・・光軸調整用楔プレート、２１・・・計測光路、２２・・・参照光路、２５・・・計測光路、２６・・・参照光路、４１a・・・光源、４１b・・・光源、４２・・・光源の光軸、４３・・・光源の光軸、６１・・・被検体面の測定部位６１、６２・・・被検体面の測定部位６２
【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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