CN105209852B - 表面形状测量方法以及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够非破坏、非接触、高精度、宽倾斜角动态范围地测量任意的被检查物体的表面形状的技术。在使用了双光束干涉仪的白光干涉法中，构成为使参照平面的表面方向相对于其入射光轴变化，一边通过使上述参照平面的表面方向相对于被检查面上的任意位置的局部表面方向相对地变化，一边获取多个由来自上述被检查面的反射光和来自上述参照平面的反射光的干涉而生成的干涉条纹，并根据这些干涉条纹求出上述被检查面上的局部表面方向，由此来测量上述被检查面的表面形状。

Description

表面形状测量方法以及其装置

技术领域

本发明涉及测量三维物体的表面形状的表面形状测量方法以及表面形状测量装置。例如尤其涉及适合使用光来非破坏、非接触、高精度、宽倾斜角动态范围地测量反射面或者折射面由曲面构成的光学元件的表面形状测量方法以及表面形状测量装置。

背景技术

以往，作为使用光来非破坏、非接触且高精度地测量三维物体的表面形状的技术，例如，如非专利文献1以及美国专利第5,398,113号说明书(公报)(专利文献1)所记载，有如下的技术，即，通过组合发出白色光的光源和双光束干涉仪，并利用二维图像传感器检测经由物镜使来自样品表面上的微小区域的反射光和来自内置于上述双光束干涉仪内的参照平面的反射光的反射光干涉而得到的干涉图形(干涉条纹)，来测量样品表面的高度分布。在该技术中，在上述二维图像传感器的各像素中，入射至该像素的有效受光区域内的来自上述样品表面的反射光和来自上述参照平面的反射光产生干涉。上述参照平面至少在上述样品的表面形状测定中，上述参照平面的表面方向不被构成为相对于其入射光轴变化而是固定使用，关于上述样品表面的倾斜角分布的信息不直接测定。在日本特开2006－242853公报(专利文献2)公开了如下的技术，即，在以单色干涉法使用的双光束干涉仪内，不设置表面精度高的基准平面作为参照面，而设置具有与样品大致相等的表面形状的基准物体，并包括调整上述参照面的表面方向的机构。

另一方面，作为其它的现有技术，例如，如非专利文献2的pp.306～307所记载，也有使用自动准直仪来测定样品表面的倾斜角分布的技术。在该技术中，也能够通过对倾斜角分布进行积分来得到上述样品表面的高度分布。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第5,398,113号

专利文献2：日本特开2006－242853公报

非专利文献

非专利文献1：佐藤敦著“利用白光干涉法的最新的表面形状评价技术”，表面技术，Vol.57，No.8，pp.554－558，2006年发行

非专利文献2：近藤余范著“关于表面形状的测量技术和标准的调查研究”，产总研计量标准报告，Vol.8，No.3，pp.299－310，2011年9月发行

发明内容

发明所要解决的课题

在如上述美国专利第5,398,113号说明书(公报)(专利文献1)所记载的白光干涉方式的表面形状测量技术中，在上述两个反射光的波面平行，即，上述样品表面上的与上述像素对应的被测定区域中的表面方向相对于向该被测定区域的入射光轴所成的角与上述参照平面的表面方向与向该参照平面的入射光轴所成的角相等的情况下，因为在上述像素中上述两个反射光间的光程差不管场所均相等，所以得到一样的干涉效果。然而，在上述两个波面不平行，相互以一定角度倾斜的情况下，因为在上述像素中在上述两个反射光间，光程差根据场所变化，所以干涉效果变得不一样，若上述像素中的光程差的差为照明波长以上，则通过平均化而干涉效果被消除，所以表面形状无法测量。并且，为了不使干涉效果衰减就能够以充分的S/N检测，而需要上述像素中的光程差的差抑制在照明波长的1/2以内。在上述技术中，因为至少在上述样品的表面形状测定中，上述参照平面的表面方向不被构成为使其对于其入射光轴变化而是固定使用，所以在上述样品表面上的被测定区域中的表面方向变化的情况下，产生这样使干涉效果衰减的情况。

这里，将上述各像素的宽度设为d，将上述物镜的点图像宽度设为d’，将照明波长设为λ，将与上述样品表面上的与上述像素对应的被测定区域中的表面方向和向该被测定区域的入射光轴所成的角与上述参照平面的表面方向和向该参照平面的入射光轴所成的角的差设为θ。所谓上述点图像宽度d’是指从上述物镜的点图像分布函数的强度十分小的一侧的边缘到相反的一侧的边缘的宽度。在该情况下，d’为作为分辨率极限一般普遍使用的瑞利极限的1.6倍左右。在d比d’大的情况下，在下述公式1成立时，产生干涉效果的衰减。

d·tan2θ≥λ/2···公式1

另外，在d比d’小的情况下，用d’置换公式1的d，而在下述公式2成立时，产生干涉效果的衰减。

d’·tan2θ≥λ/2···公式2

无论成为哪种情况，为了使干涉效果不这样衰减，而必须成为公式3，即

d’·tan2θ＜λ/2···公式3

若θ超过满足公式3的范围，则表面形状测量变得困难。在照明光使用可见光的情况下，其中心波长为λ＝600nm前后，在适合表面形状测量的工作距离较大的物镜中，数值孔径(NA)较大且NA＝0.55左右，所以成为d’≥1.06微米左右。此时，若上述样品表面的倾斜角变大，且θ≥7.9°，则不满足公式3，利用干涉效果的表面形状测量变得困难。

对与，在由日本特开2006－242853公报(专利文献2)公开的技术中，具备调整上述参照面的表面方向的机构，考虑确保上述样品面上的倾斜角较大的位置处的干涉效果。但是，上述机构使用于在开始样品的高度分布测量之前，使双光束干涉仪内的光轴与各光学要素之间的对准在整个样品面中最优化，在上述技术中，以样品面和参照面具有大致相等的表面形状分布为前提，所以不考虑上样品面和参照面的表面形状局部不同的状况，上述对准仅对于上述整个样品面进行。因此，在上述技术中，无法直接得到样品面的高度分布本身，只能测量相对于被设置为参照面的上述基准物体面的高度分布的、上述样品面的高度的偏差的分布。另外，也不包含有测定关于上述样品面的倾斜角分布的信息的技术。这样，在上述技术中，无法测量具有任意的表面形状的样品的表面形状。

另一方面，在如非专利文献2的pp.306～307所记载的使用自动准直仪来测定样品表面的倾斜角分布的表面形状测量技术中，高精度的自动准直仪的测定范围是从±数十秒到±数百秒左右，成为测定对象的表面形状局限于平面或平缓的曲面，若上述样品表面的倾斜角变大，则表面形状测量变得困难。

本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于，提供能够非破坏、非接触、高精度、宽倾斜角动态范围地测量任意的被检查物体的表面形状的技术。

用于解决课题的方法

为了实现上述目的，本发明提供一种技术，在使用双光束干涉仪的白光干涉法中，构成为使参照平面的表面方向相对于其入射光轴变化，一边通过使上述参照平面的表面方向相对于被检查面上的任意位置的局部表面方向相对地变化，一边获取多个由来自上述被检查面的反射光和来自上述参照平面的反射光的干涉生成的干涉条纹，并根据上述多个干涉条纹求出上述被检查面上的局部表面方向，由此来测量上述被检查面的表面形状。

发明的效果

在本发明中，不仅能够使用光来非破坏、非接触地测量任意的被检查物体的表面形状，还能够高精度和宽倾斜角动态范围地进行测量。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的表面形状测量方装置的结构的图。

图2(a)是表示本发明的第一实施方式的干涉条纹的例子的图(单色光源的情况)。

图2(b)是表示本发明的第一实施方式的干涉条纹的例子的图(宽带波长光源的情况)。

图3是表示本发明的第一实施方式的表面形状测量装置的动作流程的图。

图4是表示利用本发明的第一实施方式的表面形状测量装置使参照平面的表面方向变化时的效果的图。

图5是表示本发明的第二实施方式的表面形状测量方装置的结构的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

＜第一实施方式＞

图1是表示本发明的第一实施方式的表面形状测量装置的结构的图。光源1使用卤素灯、Xe灯或者LED等产生连续的波长的光的宽带波长光源。从光源1发出的光束经由由用于聚光以及平行光束化的透镜或者反射镜构成的照明光学系统2而成为平行光束30，并入射到双光束干涉仪3内的分束器4。平行光束30被分束器4分割成两个光束，一方经由样品侧物镜5入射到样品40的表面上的照明区域41后反射，成为样品侧反射光束31并再次经由样品侧物镜5返回到分束器4。样品40搭载在样品移动工作台11上，能够沿与上述样品侧物镜5的光轴正交的两轴方向(X轴以及Y轴)和光轴方向(Z轴)移动。上述X轴以及Y轴用于在样品40上使上述照明区域41的位置移动，X坐标值以及Y坐标值被X－Y驱动·控制部12控制。上述Z轴能够被压电元件(未图示)驱动，通过Z轴控制部14以大致1纳米的分辨率控制Z坐标值。被上述分束器4分割成两个光束中的另一方经由参照侧物镜6入射到参照平面7后，成为参照侧反射光束32并再次经由参照侧物镜6返回到上述分束器4。这里，上述样品侧物镜5和上述参照侧物镜6设置成距离上述分束器4的距离相互相等。另外，上述参照平面7设置在上述参照侧物镜6的聚焦位置，且能够通过2轴倾斜机构15，使倾斜角对于与光轴正交且与上述样品移动工作台11的X－Y轴对应的两轴变化。以下，将与上述X轴对应的方向的倾斜角设为θx，将与上述Y轴对应的方向的倾斜角设为θy。θx和θy的驱动分别由压电元件(未图示)进行，能够通过倾斜角控制部18以大致5微弧度的分辨率进行角度控制。这样返回到上述分束器4的上述样品侧反射光束31和上述参照侧反射光束32波动光学地结合，产生干涉光束33。干涉光束33入射到成像透镜8后，其一部分通过设置在上述成像透镜的成像面的像面光圈9。上述成像透镜8在上述照明区域41被放置在上述样品侧物镜5的聚焦位置的状态下，调整成将上述照明区域41的像在上述成像面成像。通过上述像面光圈9后的上述干涉光束33被引导向光检测器10，其光强度被转换成电信号，成为干涉光强度信号34。干涉光强度信号34经由A/D转换器20，输入至计算机21，并实施运算处理。另外，计算机21给予上述X－Y驱动·控制部12、上述Z轴控制部14、上述倾斜角控制部18指令，使上述的X坐标值、Y坐标值、Z坐标值、θx以及θy的各值变化。

在迈克尔逊干涉仪所代表的双光束干涉仪中，一般情况下，人为地对分割出的两光束之间给予相位差的变化后，使它们再合成并干涉，记录伴随相位差的变化的干涉光强度的变化。伴随相位差的变化的干涉光强度的变化的数值数据、或者将上述数值数据图表化的图形、或者将上述干涉光强度的变化作为空间上明暗的光量分布生成的光学图像被称为干涉条纹(干涉图形)。上述相位差由上述双光束分别由直至被分割并再合成为止前进的光路的光程差，即光学距离的差和所使用的光的波长决定。在本实施例的光学系统中，上述两光束之间的光程差为分束器4→样品侧物镜5→样品40上的照明区域41→样品侧物镜5→分束器4的光路的光学距离与分束器4→参照侧物镜6→参照平面7→参照侧物镜6→分束器4的光路的光学距离的差。这里，若将相位差设为弧度，将上述分割成两个的光束之间的光程差设为ΔL微米，将使用的波长设为λ微米，则为

因此，在双光束干涉仪中，构成为通过在上述双光束中一方的光路中放置反射镜并使上述反射镜的位置平行移动，来使光学距离变化并记录干涉条纹的干涉仪较多。在使用的光源是仅发出单一的波长的光的单色光源的情况下，每当光程差成为光源的波长的2倍均反复产生相等的干涉光强度变化，所以得到了图2a所示的由单一的COS波形构成的干涉条纹。另一方面，已知有在使用发出连续的波长的光的宽带波长光源的情况下，两光束之间的干涉为所谓的白光干涉，如图2b所示，在如在光源所包含的各波长中相位差共通并大致成为零那样的光程差(零光程差)中取极大值，仅在其周边观测出振动波形。

以下，使用图3的动作流程对样品40搭载于样品移动工作台11后的上述计算机21的动作进行说明。图3的动作流程的处理作为倾斜角测定功能50内置于上述计算机21内。

在本实施例中，如Step 9至Step 12所示，通过上述计算机21对上述Z轴控制部14发出指令来使Z坐标值从规定的初始位置移动到结束位置，并且获取上述干涉光强度信号34，由此来记录一个干涉条纹。上述初始位置以及结束位置被决定为包含有上述的零光程差。此时得到的干涉条纹的形状为概要图2b。这里，定义成为干涉对比度C的量。在使用的光源是单色光源的情况下，干涉对比度C一般由下式定义。其中，使Z坐标以恒定的刻度变化为Z0、Z1、···、Zn，并将各Zi中的干涉光强度作为Ji，将max{Ji}作为J0、J1、···、Jn的中的最大值，将min{Ji}作为最小值。

C＝[max{Ji}－min{Ji}]

/[max{Ji}+min{Ji}]···公式5

但是，在使用白色光源的情况下，如图2b那样，干涉强度的振动波形仅在零光程差周边被观察出，随着远离零光程差而振动的方络线衰减下去，所以上式中的定义不合适。因此，在本发明中，在将零光程差位置的z坐标设为Zc，且在从Za到Zb的范围中观测出干涉强度的振动波形，并将a≤i≤b的范围中的干涉强度{Ji}的平均值设为J0时，用下式定义干涉对比度C。

公式6与a≤i≤b的范围中的{Ji}的相对标准偏差相等。该干涉对比度的计算在Step 13进行。在本实施例中，如Step 5至Step 15所示，每当上述计算机21对上述倾斜角控制部18发出指令，来使θx以及θy以规定的刻度从规定的初始位置移动到结束位置，均进行上述的一个干涉条纹的记录。

这里，在图4示出使用与本实施例的构成相同的双光束干涉仪来实际进行的实验结果。在上述实验中，作为上述样品40，预先放置对于光轴给予规定的倾斜角的平面镜，使上述参照平面7的倾斜角变化，调查此时得到的上述参照平面7的倾斜角与上述干涉对比度C的关系。实验结果，确认了在作为样品放置的上述平面镜的倾斜角与上述参照平面7的倾斜角相等时，上述干涉对比度C最大。另外，在本实验中，作为与本实施例的结构不同的点，上述像面光圈9能够装卸，或取而代之放置CCD照相机，或能够观察在使上述干涉光束33在上述成像透镜8成像时能够成的像。其结果，可知上述平面镜与上述参照平面7的倾斜角不同时，在由上述CCD照相机获取到的图像上出现明暗的干涉纹，随着上述倾斜角的差变小而上述干涉纹的间隔变宽，若上述倾斜角相等而差消失，则观测不到上述干涉纹。通过上述两个实验结果，可知若上述平面镜和上述参照平面7的倾斜角相等，则上述像面光圈9的整个区域，光程差相等而观测不到明暗的干涉纹，若使上述平面镜沿光轴方向移动，则通过上述区域内的光束的相位全体均匀地变化，所以上述干涉对比度C最大。虽然需要考虑上述样品40的表面形状一般是非平面，但是在光学显微镜下微视的上述照明区域41中的上述表面形状能够足够近似地视为平面，所以根据上述实验结果，可知上述样品40上的上述照明区域41中的局部微小平面的倾斜角能够通过检测上述干涉对比度C最大时的上述参照平面7的倾斜角来测量。另外，即使上述平面镜的倾斜角变大，也与此对应地相同地使上述参照平面7的倾斜角变大，从而能够将通过上述区域内的光束的相位相同地对齐，能够确保干涉对比度。

再次返回到图3的动作流程。在本实施例中，在Step 16中，检测上述干涉对比度C成为最大的(θx，θy)的组。为了高精度地得到成为解的(θx，θy)的组，而需要在Step 14以及Step 15中，使摆动θx·θy时的刻度十分小，但另一方面，如根据图4所示，只示出上述干涉对比度C在其极大点附近相对于θx·θy的变化非常缓慢的变化，若上述干涉对比度C的测定结果由于干扰的重叠而波动，则导致较大的误差。因此，在本发明中，在Step 16中，对于在Step 5至Step 15摆动而得到的多个干涉对比度C的数值，将与顶点位置对应的(θx，θy)的值作为未知数通过最小平方法拟合规定的拟合函数F(θx，θy)，作为最适合的结果将得到的(θx，θy)的组作为解。此时求出的(θx，θy)的组为搭载在上述样品移动工作台11上的上述样品40上的上述照明区域41中的局部微小平面的X－Y的两轴方向的倾斜角的测定值。为了针对上述样品40上的整个面而求得倾斜角，而如Step 1至Step 18所示，使上述样品移动工作台11沿X－Y方向移动，并反复进行Step 5至Step 16所示的处理。这样一来，在本实施例中，在上述样品40上的整个面中，能够测定倾斜角分布(θx，θy)。

这里，上述样品移动工作台11上搭载的上述样品40上的上述照明区域41中的局部微小平面的X－Y的两轴方向的倾斜角(θx，θy)为上述局部平面位置的样品面Z＝F(X，Y)的微分值。即，

因此，通过给予合适的初始值，来在X－Y的二维平面上对(θx，θy)进行积分，从而能够反过来再构建Z＝F(X，Y)的分布。在本实施例中，也具备通过该积分转换来换算成Z高度的倾斜角·高度换算功能51，能够根据上述测定出的倾斜角(θx，θy)的分布求出高度分布Z＝F(X，Y)。

这样一来，在本实施例中，能够使用光来非破坏、非接触、高精度、宽倾斜角动态范围地对任意的被检查物体的表面形状测量高度分布以及倾斜角分布。

＜第二实施方式＞

参照作为其结构图的图5对本发明的第二实施方式进行说明。

本实施例在上述第一实施方式之外，通过附加测定上述样品40上的上述照明区域41中的局部微小平面的高度Z的机构，而能够评价样品移动工作台的上下变动特性。如上述那样在上述第一实施方式中，能够通过直接测定倾斜角(θx，θy)的分布来计算高度分布Z＝F(X，Y)，但是在本实施例中，除此以外还具有使用双光束干涉仪直接测定高度分布Z＝F(X，Y)的功能。这里，将光学地直接测定出的高度分布作为Z1＝F1(X，Y)，将通过对倾斜角分布进行积分而计算出的高度分布作为Z2＝F2(X，Y)来区别。在Z1中，不仅上述样品40的高度信息，在为了使测定位置移动而驱动上述样品移动工作台11时，也包含上述工作台面的不必要的上下高度变动作为误差。另一方面，在上述工作台面随着驱动而上下时，如果角度方向的变动十分小，则倾斜角测定几乎受不到该影响，所以Z2的一方没有误差。因此，通过计算Z1－Z2的差，能够评价上述样品移动工作台11的高度变动特性。因此，在本实施例中，在上述计算机21中，除了倾斜角测定功能50以及倾斜角·高度换算功能51以外，还设置高度测定功能52和高度差检测功能53。其他的结构与第一实施方式相同。

在如以上那样构成的本实施方式中，在第一实施方式得到的效果以外，还能够评价样品移动工作台的上下变动特性。

符号的说明

1：光源，2：照明光学系统，3：双光束干涉仪，4：分束器，5：样品侧物镜，6：参照侧物镜，7：参照平面，8：成像透镜，9：像面光圈，10：光检测器，11：样品移动工作台，12：X－Y驱动·控制部，14：Z轴控制部，15：两轴倾斜机构，18：倾斜角控制部，20：A/D转换器，21：计算机，30：平行光束，31：样品侧反射光束，32：参照侧反射光束，33：干涉光束，34：干涉光强度信号，35：干涉条纹，40：样品，41：照明区域，50：倾斜角测定功能，51：倾斜角·高度换算功能，52：高度测定功能，53：高度差检测功能。

Claims (16)

1.一种表面形状测量方法，利用使入射到被检查面和参照面的光束发生干涉而产生的干涉条纹来在被检查面上的任意位置测定上述被检查面的表面方向并求出表面高度，上述表面形状测量方法的特征在于，

构成为，上述表面方向不需要根据上述被检查面上的两个以上的位置的数据进行计算，而是通过使上述参照面的表面方向相对于上述被检查面上的任意位置的局部表面方向相对地变化，获取由来自上述被检查面的反射光和来自上述参照平面的反射光的干涉生成的干涉条纹，从而仅由上述被检查面上的一个位置的数据就能够决定，进而由决定的表面方向来决定上述表面高度。

2.一种表面形状测量方法，将从连续或者离散地具有规定的波长带宽的光源或者发出单色光的光源发出的照明光束分割成两束并入射至被检查面和参照面，且利用干涉仪使来自上述被检查面的反射光束和来自上述参照面的反射光束干涉来测量上述被检查面的表面形状，上述表面形状测量方法的特征在于，

构成为，能够使上述参照面上的上述照明光束入射位置的表面方向变化，并能够在上述被检查面上的一个或者多个位置测定上述被检查面的局部表面方向。

3.根据权利要求2所述的表面形状测量方法，其特征在于，

构成为，在上述参照面使用平面镜，并使上述参照面的表面方向能够向相互正交且同时与光轴正交的两轴方向倾斜或者旋转，由此来使上述参照面上的上述照明光束入射位置的表面方向变化。

4.根据权利要求2所述的表面形状测量方法，其特征在于，

构成为，在上述参照面使用反射面的局部表面方向连续或者离散地沿相互正交且同时与光轴正交的两轴方向变化的曲面镜，并使整个上述参照面沿与光轴正交的两轴方向平行移动，由此来使上述参照面上的上述照明光束入射位置的表面方向变化。

5.根据权利要求2～4中任一项所述的表面形状测量方法，其特征在于，

构成为，通过使上述参照面的表面方向相对于上述被检查面上的任意位置的局部表面方向相对地变化，并求出上述被检查面上的局部表面方向和上述参照面上的上述照明光束入射位置的表面方向相等时的上述参照面的表面方向，由此来测定上述被检查面的局部表面方向。

6.根据权利要求5所述的表面形状测量方法，其特征在于，

构成为，以在通过来自上述被检查面的反射光束和来自上述参照面的反射光束的干涉得到的干涉条纹中干涉对比度成为最大，来判定上述被检查面上的局部表面方向和上述参照面的表面方向相等。

7.根据权利要求6所述的表面形状测量方法，其特征在于，

构成为，根据构成上述干涉条纹的干涉强度数据计算相对标准偏差并将其作为上述干涉对比度使用。

8.根据权利要求2～4的任一项所述的表面形状测量方法，其特征在于，

具备了如下的功能，即，在针对上述被检查面沿照明光轴方向选为Z轴，并将上述被检查面的Z坐标的值称为上述被检查面的高度时，根据在上述被检查面上的两个以上的位置测定出的表面方向数据通过积分处理得到上述各位置的上述被检查面的表面高度计算值。

9.根据权利要求2～4的任一项所述的表面形状测量方法，其特征在于，

构成为，在上述被检查面上的任意位置使用得到的干涉条纹来测定上述被检查面的局部表面方向和高度双方。

10.根据权利要求9所述的表面形状测量方法，其特征在于，

构成为，具备用于测定上述高度的连续或者离散地具有规定的波长带宽的光源、和用于测定上述局部表面方向的单色光源，将来自上述各光源的照明光作为上述照明光束同时或者依次地照射到上述被检查面以及上述参照面。

11.根据权利要求1或者10所述的表面形状测量方法，其特征在于，

具备为了使上述被检查面上的测定位置变化而使具有上述被检查面的样品的位置移动的样品移动工作台，具备根据在上述被检查面上的两个以上的位置测定出的表面方向数据通过积分处理得到上述各位置的表面高度计算值的功能，具备比较在上述各位置测定出的表面高度和上述表面高度计算值的功能。

12.根据权利要求11所述的表面形状测量方法，其特征在于，

构成为，能够根据比较在上述各位置测定出的表面高度和上述表面高度计算值的结果，得到伴随上述样品移动工作台的移动的整个上述样品的高度变动分布。

13.一种表面形状测量装置，具备：

光源，其连续或者离散地具有规定的波长带宽；

干涉仪，其构成为通过分束器将照明光束分割成测定光束和参照光束，并使上述测定光束通过第一物镜在与被检查面之间往返，使上述参照光束通过被制作为特性与上述第一物镜一致的第二物镜并在与参照面之间往返，并具备样品移动工作台，在对由使上述测定光束在与上述被检查面之间往返的光学距离与使上述参照光束在与上述参照面之间往返的光学距离的相对差表示的光程差给予了变化之后，使往返后的上述测定光束和上述参照光束再合成并干涉，其中，上述样品移动工作台搭载包含被检查面的样品且使测定位置移动，并且能够使上述样品与上述第一物镜之间的沿着上述测定光束的光轴的方向的相对距离变化；

控制部，其控制上述样品移动台以及上述干涉仪；

光检测器，其将由上述干涉仪得到的干涉光的强度转换成电信号；以及

数据处理部，其处理上述光检测器的输出信号，

通过在上述被检查面上的多个取样位置，控制上述样品移动工作台和上述干涉仪，并利用上述数据处理部对从上述光检测器得到的输出信号进行计算处理，来测量被检查面的表面形状，

上述表面形状测量装置的特征在于，

设置为在上述干涉仪的上述参照面使用平面镜，并使上述参照面的表面方向能够向相互正交且同时与光轴正交的两轴方向倾斜或者旋转，

构成为，上述控制部使上述参照面的表面方向沿上述两轴方向变化，并且通过使上述样品移动工作台的沿着上述测定光束的光轴的方向的位置变化来使上述光程差变化，上述光检测器将伴随上述表面方向以及上述光程差的变化的上述干涉光的强度变化转换成电信号，上述数据处理部对上述电信号的变化进行计算处理，来检测上述被检查面上的上述取样位置的被检查面的局部表面方向。

14.根据权利要求13所述的表面形状测量装置，其特征在于，

上述局部表面方向的检测构成为，对于使上述参照面的表面方向沿上述两轴的方向阶段性地多次变化，并在规定的范围扫描上述光程差时观测出的上述干涉光的干涉对比度，将与上述干涉对比度的最大值对应的表面方向作为未知数来使规定的干涉对比度分布函数契合，将与上述干涉对比度的最大值对应的表面方向作为最契合时的表面方向求出。

15.根据权利要求13或者14所述的表面形状测量装置，其特征在于，

具备如下的功能，即，在针对上述被检查面沿照明光轴向选为Z轴，并将上述被检查面的Z坐标的值称为上述被检查面的高度时，根据在上述被检查面上的两个以上的位置测定出的表面方向数据通过积分处理而得到上述各位置的上述被检查面的表面高度计算值。

16.根据权利要求13或者14所述的表面形状测量装置，其特征在于，

构成为在上述被检查面上的任意位置使用得到的干涉条纹，来测定上述被检查面的局部表面方向和高度双方。