JP2000171209A - 干渉測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フリンジスキャンの測定精度を向上させる。 【解決手段】 ＣＣＤカメラ１０は、被検光束と参照光
束との間に存在する光路長差によって生じる干渉縞の画
像をとらえる。コンピュータ１１は、ＣＣＤカメラ１１
から出力される画像信号のうち、ある特定の画素の輝度
信号の変化を監視しつつ、フリンジスキャンによってピ
エゾアクチュエータ１８に変位を生じさせる。このと
き、上述の画素の輝度信号は変化する。フィゾーレンズ
４３の予定駆動量が、干渉測定装置の光源から出射され
る光の１／２波長に相当する値に達したとき、コンピュ
ータ１１はフリンジスキャン開始前の輝度値とフリンジ
スキャン終了時の輝度値とを比較する。これにより、参
照光束と被検光束との間の光路長差の制御誤差を求め、
次のフリンジスキャンに際して出力されるピエゾ指令信
号を補正し、フィゾー面４３を精度よく駆動して干渉測
定精度を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、干渉縞を用いて被
検物の反射波面や透過波面の精度測定を行う干渉測定装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光の干渉現象を利用して光学部品等の精
度を測定する干渉測定装置として、たとえばフィゾー干
渉計が知られている。このフィゾー干渉計で被検物の精
度を計測する場合、光源から出射された可干渉光をフィ
ゾー面すなわち測定の基準となる参照面と、被検物の精
度測定の対象面とに導く。そして、被検物で反射され、
あるいは被検物を透過して形成された測定光束とフィゾ
ー面で反射されて形成された参照光束との干渉により生
じた干渉縞をテレビカメラ等の撮像装置で画像化し、干
渉縞のパターンに基づいて被検物の精度を測定する。フ
ィゾー干渉計によれば、上記可干渉光の半波長の分解能
すなわちナノメートルオーダーの分解能で被検物の精度
を測定することが可能となる。

【０００３】また、上記被検物の精度をさらに高い分解
能で測定する技術としてフリンジスキャン、あるいは縞
走査と呼ばれる方法が知られている。フリンジスキャン
は、干渉縞の画像データをコンピュータに入力しつつ、
参照光束の光路長と測定光束の光路長との差を微少変化
させる精度測定方法である。このときの画像データの変
化をコンピュータで解析することにより、さらに高い分
解能で精度を測定することが可能である。

【０００４】フィゾー干渉計でフリンジスキャンを行う
場合について説明する。フィゾー干渉計に用いられる光
源から出射される光の１／２波長に相当する距離変化を
フィゾー面と被検物との間に生じさせ、これにより測定
光束の光路長と参照光束の光路長との間に光源から出射
される光の１波長に相当する差を生じさせる。そして被
検物上の２点に対応する画素のデータの輝度信号の変化
を比較する。

【０００５】このようにフリンジスキャンを行うのに伴
い、両画素の輝度データは周期的に変化する。縦軸に輝
度をとり、横軸にフィゾー面の移動量をとって両画素の
輝度データをプロットすると、同一周期を有する二つの
正弦波が描かれる。被検物上で上述した２点が同じ高さ
位置にある場合、二つの正弦波の位相差はゼロ、すなわ
ち二つの正弦波が重なる。一方、２点間に高さの差（こ
の高さの差は、１／２波長以内であるものとする）があ
る場合、この高さの差に応じて二つの正弦波間に位相差
を生じる。上述したコンピュータで、たとえば１周期の
１／４０、すなわち９度の分解能で位相差を検出可能と
すると、１／２波長にこの１／４０の分解能を掛けて、
１／８０波長の分解能で精度測定をすることができる。

【０００６】ところで、最近の半導体露光装置などの設
備では、製造する半導体の要求集積度が高まるにつれ、
より高い解像度を有する光学系が求められている。解像
度を高めるためには光源から出射される光の波長を短く
することが有効であり、光源としてｉ線（波長３６５ｎ
ｍ）やＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）などが
使用されるものもある。

【０００７】上述のように半導体露光装置等で光源の短
波長化が進むのにともない、これらの装置に組み込まれ
る光学部品の精度を測定する際に上述したｉ線やＫｒＦ
エキシマレーザを精度測定用の光源として用いることが
必要となる。この理由は、一般的に光学部品には分散特
性、すなわちこれらの光学部品中を透過する光の波長に
よって屈折率が異なるという特性を有するからである。
つまり、上述した光学部品の精度、特に透過波面精度を
測定する際には、これらの光学部品が組み込まれる半導
体露光装置等で用いられる光源から出射される光と同じ
波長の光を用いることが望ましい。

【０００８】フリンジスキャンに際し、フィゾー面と被
検物との間の距離を微少変化させるためのアクチュエー
タとしては、たとえばピエゾアクチュエータ等の微少量
の変位を生じさせることの可能なアクチュエータが用い
られる。ピエゾアクチュエータは、参照面を支持するた
めにたとえば３つ用いられ、これら３つのピエゾアクチ
ュエータによってフィゾー面は３点支持される。これら
のピエゾアクチュエータに対して制御信号を入力するこ
とにより、フィゾー面は光軸方向に平行移動、あるいは
光軸に対してある角度を有した状態で平行移動して測定
光束の光路長と参照光束の光路長との間に変化が生じ、
干渉縞の像が変化する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、干渉測定装
置で用いられる光源の波長が短くなるにつれてフィゾー
面の駆動誤差、すなわちフィゾー面の移動量の制御目標
値と実際の移動量との差が無視できなくなくなってき
た。つまり、解像度をより高めるために、半導体露光装
置等で用いられる光源としては上述したＫｒＦエキシマ
レーザからＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）
へ、さらに軟Ｘ線（波長１３ｎｍ）へと短波長化が進む
傾向にある。このため、フリンジスキャン式の干渉測定
装置に用いられるピエゾアクチュエータの制御精度は、
比較的長い波長に対しては良好であっても、上述のよう
な極めて短かい波長の光に対しては相対的に制御精度が
低下し、これにより測定精度も低下するという問題点が
あった。

【００１０】本発明は、極めて短い波長の光を発する光
源を用いて干渉計測する際にも極めて高い制御精度でフ
リンジスキャンを行うことを可能とし、これにより高精
度の精度測定をすることの可能な干渉測定装置を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図１
および図２に対応付けて本発明を説明する。 （１） 請求項１に記載の発明に係る干渉測定装置は、
参照光束形成手段４３Ｆで形成される参照光束の光路長
と、被検物４６で形成される被検光束の光路長との間の
光路長差をアクチュエータ１８によって変化させ、参照
光束と被検光束との間で生じる干渉状態の変化に基づい
て被検物４６の精度を計測する干渉測定装置に適用され
る。そして、干渉測定結果に基づいて光路長差の変化量
を検出する光路長差変化量検出手段１０および１１と；
光路長差変化量検出手段１０および１１で検出された光
路長差の変化量と、光路長差の予定変化量との差に基づ
いて光路長差の変化量を制御する光路長差制御手段１１
および１４とを有することにより上述した目的を達成す
る。 （２） 請求項２に記載の発明に係る干渉測定装置は、
複数のアクチュエータ１８によって支持、駆動される参
照光束形成手段４３Ｆで形成される参照光束の光路長
と、被検物４６で形成される被検光束の光路長との間の
光路長差を複数のアクチュエータ１８によって変化さ
せ、参照光束と被検光束との間で生じる干渉状態の変化
に基づいて被検物４６の精度を計測する干渉測定装置に
適用される。そして、干渉測定結果に基づいて、参照光
束形成手段４３Ｆ上における複数のアクチュエータ１８
によって支持、駆動される位置近傍での光路長差の変化
量をそれぞれ検出する光路長差変化量検出手段１０およ
び１１と；光路長差変化量検出手段１０および１１で検
出された光路長差の変化量と、光路長差の予定変化量と
の差に基づいて、複数のアクチュエータ１８のそれぞれ
に独立した制御信号を発し、光路長差の変化量を制御す
るものである。

【００１２】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が実施の形態に限定されるものではない。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態に係
る干渉測定装置の光学系の概略的構成を示す図である。
レーザ光源４０より出射された光は矢印Ｍで示される向
きに沿って進み、偏光ビームスプリッタ４１に入射す
る。偏光ビームスプリッタ４１は、同一形状を有する二
つの二等辺三角柱のガラスプリズムの斜面同士を接合し
て形成され、この接合面には偏光分離膜４１Ｐが形成さ
れる。

【００１４】レーザ光源４０より出射されて偏光ビーム
スプリッタ４１に入射した光のうち、偏光分離膜４１Ｐ
に対してＰ方向の振動方向を有する光は偏光ビームスプ
リッタ４１内を直進し、干渉測定には関与しない光とな
る。一方、Ｓ方向の振動方向を有する光は偏光分離膜４
１Ｐで反射されて偏光ビームスプリッタ４１から射出
し、１／４波長板４２を透過して円偏光となる。この光
は矢印Ｎで示される方向に沿って進み、一部の光は光路
上に配設されたフィゾーレンズ４３を透過して直進する
一方、残りの光はフィゾー面４３Ｆで反射されて矢印Ｏ
で示される向きに沿って進む。フィゾーレンズ４３を透
過した光は被検レンズ４６の面４６Ｓで反射されて矢印
Ｐで示される向きに沿って進む。

【００１５】以上のように、面４６Ｓで反射されて形成
された測定光束およびフィゾー面４３Ｆで反射されて形
成された参照光束の間には光路長差を有するために干渉
を生じ、矢印Ｑで示される向きに沿って進んで１／４波
長板を再度透過し、偏光分離膜４１Ｐに対してＰ方向の
振動方向を有する直線偏光に変換される。上述のように
干渉を生じた光は偏光ビームスプリッタ４１を透過して
矢印Ｒで示される向きに沿って進み、ＣＣＤカメラ１０
によって干渉縞の画像がとらえられる。ＣＣＤカメラ１
０としては、たとえば欧州のＴＶ信号規格であるＣＣＩ
Ｒ映像信号を出力するカメラが用いられる。この場合、
ＣＣＤカメラ１０から出力される画像信号の解像度とし
ては５００×５００ドット以上のものとなり、画像信号
の転送レートは２５（フレーム／秒）となる。

【００１６】フィゾーレンズ４３は、３つのピエゾアク
チュエータ１８（図１では二つのみが示される）によっ
て支持されている。フィゾーレンズ４３は、ピエゾアク
チュエータ１８によって矢印ＮまたはＱで示される向き
に沿って駆動される。

【００１７】本発明の実施の形態に係る干渉測定装置の
制御部分の概略的構成を示すブロック図である図２にお
いて、ＣＣＤカメラ１０に接続されるコンピュータ１１
により干渉測定の制御が行われる。

【００１８】コンピュータ１１に接続される縞走査タイ
ミング制御回路１２は、コンピュータ１１から発せられ
るフリンジスキャン開始指令信号を受けると３つのＤ／
Ａコンバータ１６に対して同時にトリガ信号を発する。

【００１９】コンピュータ１１に接続されるピエゾ指令
値制御回路１４には、フリンジスキャンに際して三つの
ピエゾアクチュエータ１８のそれぞれを制御するための
制御パラメータがコンピュータ１１より出力される。こ
れに応じてピエゾ指令値制御回路１４は、各ピエゾ指令
値制御回路１４に接続される三つのＤ／Ａコンバータ１
６に対し、ピエゾ指令信号（ディジタル信号）を出力す
る。なお、これらの制御パラメータおよびピエゾ指令信
号については後で説明する。

【００２０】三つのＤ／Ａコンバータ１６には、ピエゾ
駆動回路１７がそれぞれ接続される。各Ｄ／Ａコンバー
タ１６は、縞走査タイミング制御回路１２からトリガ信
号を受けると、ピエゾ指令値制御回路１４から出力され
たディジタルのピエゾ指令信号をアナログのピエゾ指令
信号に変換して各ピエゾ駆動回路１７に出力し始める。
このアナログピエゾ指令信号は、ピエゾ駆動回路１７で
高電圧のピエゾ駆動信号に変換される。各ピエゾアクチ
ュエータ１８は、それぞれに対応して接続されるピエゾ
駆動回路１７から出力されるピエゾ駆動信号に応じて変
位し、フィゾーレンズ４３を駆動する。

【００２１】ピエゾアクチュエータ１８は、たとえば電
歪素子を複数積層して構成され、数百〜数キロボルトの
電圧を印加するのに応じて変位を生じるアクチュエータ
である。本実施の形態では、前述したように三つのピエ
ゾアクチュエータ１８によりフィゾーレンズ４３が支持
されており、これら三つのピエゾアクチュエータ１８で
同量の変位を生じさせることによりフィゾーレンズ４３
を図１の矢印ＮまたはＱで示される方向に沿って駆動す
ることができる。

【００２２】上述した制御パラメータと、ピエゾ指令信
号とについて説明する。フリンジスキャンにおいては、
ＣＣＤカメラの画像入力タイミング（本実施の形態にお
いては秒２５フレーム）に同期してフィゾー面４３Ｆを
少しづつ変位させ、ＣＣＤカメラは変化する干渉縞の画
像を逐次入力する。上述のように、フィゾー面４３Ｆを
時間の経過にともなって少しずつ変位させるため、ピエ
ゾアクチュエータ１８にはいわゆる三角波状に電圧の変
化するピエゾ駆動信号が印加される。つまり、Ｄ／Ａコ
ンバータ１６からピエゾ駆動回路１７に出力されるピエ
ゾ指令信号も三角波状に電圧の変化する信号である。ピ
エゾ指令値制御回路１４は、この三角波を生成するため
の回路である。ピエゾ指令値制御回路１４は、コンピュ
ータ１１から入力された制御パラメータすなわち三角波
の初期値、ピーク値、初期値からピーク値に達するまで
の時間およびピーク値から初期値に戻るまでの時間、そ
して初期値からピーク値に至るまでの過渡特性（時間の
経過にともなう信号の変化の具合）など、三角波の形状
を定義するのに必要なパラメータに応じてディジタルピ
エゾ指令信号をＤ／Ａコンバータ１６に出力する。

【００２３】ＣＣＤカメラ１０（図１）で、ある瞬間に
とらえられた干渉縞の像の一例を示す図３において、Ｃ
ＣＤカメラ１０の撮像エリア１０ｉ内には面４６Ｓで反
射されて形成された測定光束とフィゾー面４３Ｆで反射
されて形成された参照光束とが干渉して生じた干渉縞の
像４６’が形成されている。図３において、破線で示さ
れる三つの円は、図２に示されるフィゾーレンズ４３が
ピエゾアクチュエータ１８で支持されている部位を示し
ている。フリンジスキャンを行うと、干渉縞４６’の像
は刻々と変化する。たとえば、フリンジスキャンに伴う
画素Ｐ０の輝度信号の変化について説明すると、横軸に
フィゾー面４３Ｆの変位量、縦軸に画素Ｐ０の輝度信号
をプロットすると正弦波が描かれる。そして、フィゾー
面４３Ｆに１／２λ、すなわちレーザ光源４０から出射
される光の波長の半分の変位を与えるとちょうど１周期
分の正弦波が描かれる。

【００２４】精度の測定に際しては画素Ｐ０の輝度信号
とともに、たとえば画素Ｐ０の近傍にあるＰａの画素の
輝度信号に着目する。そしてこれらの画素Ｐ０およびＰ
ａの輝度信号の変化に応じて描かれる二つの正弦波の位
相差を求めることにより、二つの画素Ｐ０およびＰａに
対応する面４６Ｓ上の二点間の高低差が求められる。た
とえば、これら２点間で位相が１／１０周期ずれていれ
ば、１／２λに１／１０を乗じて１／２０λに相当する
高低差があることが求められる。当然のことながら、二
つの正弦波の位相の進み遅れの関係より、どちらが高い
のかも知ることができる。

【００２５】図４（ａ）は、本発明の実施の形態に係る
干渉測定装置におけるフリンジスキャンのタイミングを
示す図である。図４（ａ）には、上から順に、ＣＣＤカ
メラ１０の画像入力タイミングに同期して発せられるタ
イミング信号、コンピュータ１１からピエゾ指令値制御
回路１４への制御パラメータの出力タイミング、コンピ
ュータ１１から縞走査タイミング制御回路１２に発せら
れるフリンジスキャン開始指令信号、Ｄ／Ａコンバータ
１６からピエゾ駆動回路１７に出力されるピエゾ指令信
号、ＣＣＤカメラ１０より出力される画像信号の特定画
素、たとえば図３の画素Ｐ０の輝度信号が、いずれも同
じ時間軸上に描かれている。

【００２６】図４（ａ）を図２とともに参照してフリン
ジスキャンの動作タイミングについて説明すると、コン
ピュータ１１は制御パラメータをピエゾ指令値制御回路
１４に出力し、ＣＣＤカメラ１０から出力されるタイミ
ング信号に同期してフリンジスキャン開始指令信号を縞
走査タイミング制御回路１２に出力する。ピエゾ指令値
制御回路１４は、上述した制御パラメータに応じてディ
ジタルのピエゾ指令信号をＤ／Ａコンバータ１６に出力
する。Ｄ／Ａコンバータ１６からはアナログのピエゾ指
令信号が出力され、ピエゾ駆動回路１７を介して各ピエ
ゾアクチュエータ１８にピエゾ駆動信号が出力され、ピ
エゾ駆動信号の出力に応じてピエゾアクチュエータ１８
は徐々に変位する。このピエゾアクチュエータ１８の変
位によってフィゾー面４３Ｆが徐々に変位し、このとき
に生じる干渉縞の画像の変化がＣＣＤカメラ１０でとら
えられる。

【００２７】上述した過程において、時間の経過ととも
にピエゾ指令信号の電圧が増加するときにフリンジスキ
ャンが行われ、この電圧が急激に減少するときにフィゾ
ー面４３Ｆが変位０の状態、すなわち元の状態に戻る。
この動作をあらかじめ定められた回数繰り返して精度測
定が行われる。

【００２８】ＣＣＤカメラ１０から出力されるタイミン
グ信号の周期数で説明すると、図４（ａ）から読みとれ
るように、本実施の形態に係る干渉測定装置ではフリン
ジスキャンに６周期、フィゾー面４３Ｆをフリンジスキ
ャン開始前の位置に戻すのに１周期が割り当てられてい
る。そして、６周期のうちの４周期でフィゾー面４３Ｆ
が１／２λ変位するようにピエゾ指令信号の波形は定め
られる。コンピュータ１１は、１回のフリンジスキャン
でＣＣＤカメラ１０から出力される干渉縞の画像を入力
する際に、フリンジスキャン開始指令信号を発してから
最初にＣＣＤカメラ１０から出力される画像データおよ
び最後に出力される画像データを捨てる。これは、静止
していたピエゾアクチュエータ１８が変位を生じ始める
際、そして連続して変位を生じていたピエゾアクチュエ
ータ１８が静止する際の過渡領域においては、フィゾー
面４３Ｆが精度よく駆動されていない可能性があるから
である。つまり、フィゾー面４３Ｆは、目標とする駆動
量の１／２λに対して多少の余裕を設けて駆動される。
つまり、図４（ａ）における区間Ａでフィゾー面４３Ｆ
が１／２λ駆動される。

【００２９】ところで、コンピュータ１１からピエゾ指
令値制御回路１４に対して出力されるパラメータのうち
の１つとして、三角波の初期値からピーク値に至るまで
の過渡特性があることについて既に説明した。これにつ
いて三角波の１つを縦軸方向に拡大して示す図４（ｂ）
を参照して説明する。図４（ｂ）に示されるように、ピ
エゾ指令値制御回路１４あるいはＤ／Ａコンバータ１６
から出力されるピエゾ指令信号の出力が時間経過ととも
に増加する過程において、時間軸（横軸）に対して必ず
しもリニアに増加するものではない。これは、ピエゾア
クチュエータ１８が以下で説明する非線形特性を有する
場合があるからである。すなわち、ピエゾアクチュエー
タ１８に印加される電圧と、この電圧に対応して得られ
るピエゾアクチュエータ１８の変位とが非線形な関係に
ある場合がある。この非線形性を除去し、結果としてフ
ィゾー面４３Ｆが時間軸に対してリニアに変位するよう
にピエゾ指令値制御回路１４から出力されるピエゾ指令
信号の過渡特性が、上述したパラメータによって定めら
れる。なお、このピエゾ指令値制御回路１４を無くし
て、コンピュータ１１からＤ／Ａコンバータ１６に直接
ディジタルのピエゾ指令信号を出力するものであっても
よい。

【００３０】図４（ａ）では、ＣＣＤカメラ１０から出
力されるタイミング信号の２周期目のはじめから６周期
目のはじめまでの間、すなわち区間Ａにおいてフィゾー
面４３Ｆが１／２波長分駆動されて、これによりＣＣＤ
カメラ１０から出力される画像信号の特定画素の輝度信
号の変化がちょうど１周期分となった、いわば理想的な
状態が描かれている。しかし、従来の技術でも説明した
とおり、干渉測定に用いられる光の波長が短くなるにつ
れて、ピエゾアクチュエータ１８に求められる精度は相
対的に増す。つまり、フィゾー面４３Ｆの変位量が必ず
しも１／２波長分ちょうどとはならない場合もある。

【００３１】そこで、本発明の干渉測定装置ではＣＣＤ
カメラ１０から出力される画像信号のうち、特定の画素
の輝度信号の変化に着目する。この方法について図５を
参照して説明する。

【００３２】図５は、ＣＣＤカメラ１０から出力される
画像信号のうち、特定の画素の輝度信号、たとえば図３
の画素Ｐ０の輝度信号がフリンジスキャンによって変化
する様子を示す図である。図５では、説明を簡略化する
ためにフリンジスキャン開始時の輝度を基準（ゼロ）と
したときの相対変化量をグラフ化したものを示す。ま
た、以下ではフリンジスキャン開始時の輝度を「基準
値」と称する。

【００３３】フィゾー面４３Ｆが理想的にλ／２変位し
た場合、図５の実線のグラフで示されるように、フリン
ジスキャン動作に応じて輝度信号はちょうど１周期分相
対変化する。ところが、フィゾー面４３Ｆの変位量がλ
／２に満たない場合、上述の輝度信号は二点鎖線のグラ
フで示されるように基準値まで戻らず、（基準値−Ａ
２）となる。同様にフィゾー面４３Ｆの変位量がλ／２
を越してしまっている場合、輝度信号は図５の破線で示
されるように基準値を越して（基準値＋Ａ１）となる。

【００３４】コンピュータ１１は、繰り返し行われるフ
リンジスキャン動作中にＣＣＤカメラ１０から出力され
る画像信号に基づき、面４６Ｓの精度を測定しつつ、あ
る特定の画素の輝度信号の変化を監視する。そして、こ
の輝度信号の相対変化がちょうど１周期分であるか、変
位量が足りなかったか、あるいは変位量が過剰であった
かを輝度信号の変化から判断する。そして、フィゾー面
４３Ｆの変位量の理想値λ／２に対する誤差δ１あるい
はδ２を算出し、次のフリンジスキャンに先立ってピエ
ゾ指令値制御回路１４に出力する制御パラメータを変更
する。

【００３５】以上のように、本発明の実施の形態に係る
干渉測定装置によれば、繰り返し行われるフリンジスキ
ャンに際して、干渉測定結果をもとにピエゾアクチュエ
ータ１８への変位指令値すなわちピエゾ指令信号を補正
することにより、フィゾー面４３を非常に精度良く駆動
することが可能となる。これにより、短波長の光を用い
る場合であっても干渉測定精度を高めることができる。
また、特に新たな変位センサ等を設けてフィゾー面４３
Ｆの変位量を検出する必要がないので、干渉測定装置の
製造コストの上昇を招くこともない。

【００３６】この点、従来の技術に係る干渉測定装置で
は、ピエゾアクチュエータそのものの変位を変位センサ
で検出し、変位センサで検出されたピエゾアクチュエー
タの駆動誤差に基づいてピエゾアクチュエータの変位を
クローズドループ制御するものもあった。しかし、この
ような構成では、高精度の変位センサを別設するか、あ
るいはこの変位センサを内蔵したピエゾアクチュエータ
を用いる必要があり、干渉測定装置の製造コスト上昇を
招くことになる。また、たとえピエゾアクチュエータの
変位そのものを精度よく制御できたとしても、種々の外
因によって必ずしもフィゾー面の変位が精度よく制御さ
れない場合もある。特に干渉測定装置の光源の波長が短
波長化するにつれて、アクチュエータの変位とフィゾー
面の実際の変位との差が無視できなくなってくる。

【００３７】これに対して本発明の実施の形態に係る干
渉測定装置では、上述のように干渉測定結果に基づいて
ピエゾアクチュエータ１８の変位量すなわちフィゾー面
４３Ｆの変位量を制御可能であり、安価かつ単純な構成
で干渉測定装置の測定精度を高めることができる。この
とき、干渉測定装置の光源４０の波長が短くなれば干渉
測定精度も相対的に高められるので、フィゾー面４３の
変位の制御精度も高められる。

【００３８】以上では、ＣＣＤカメラ１０より出力され
る画像信号の特定画素、たとえば図３の画素Ｐ０の輝度
信号の変化に基づいてフィゾー面４３Ｆの実際の移動量
を求め、三つのピエゾアクチュエータ１８の変位量をフ
ィードバック制御する例について説明したが、本発明は
この例だけにとどまらない。たとえば、図３の干渉縞の
像４６’が形成される部分の全画素の輝度信号の相対変
化量に基づいて、フィゾー面４３Ｆの実際の変位量を求
めることも可能である。具体的には、上述の全画素から
出力される輝度信号の変化に基づき、それぞれの画素に
対応してフィゾー面４３Ｆ上の実際の変位量を求める。
これらの変位量を平均化してピエゾアクチュエータ１８
の変位を制御すれば、フィゾー面４３Ｆの変位の制御精
度をさらに増すことができる。

【００３９】− 変形実施例 − 従来、ピエゾアクチュエータそのものの変位を変位セン
サで検出し、変位センサで検出されたピエゾアクチュエ
ータの駆動誤差に基づいてピエゾアクチュエータの変位
をクローズドループ制御するものもあったことについて
先に述べた。そして、アクチュエータで生じる変位が必
ずしもフィゾー面で生じる変位と一致しない場合がある
ことについても同じく先に述べた。たとえば、フィゾー
レンズが３つのアクチュエータで支持されていて、これ
ら３つのアクチュエータで生じる変位によってフィゾー
面に変位が与えられるものである場合、次のような問題
を生じることもある。すなわち、それぞれのアクチュエ
ータで生じるそれぞれの変位とフィゾー面の変位とが一
致しない場合、フリンジスキャンにともなってフィゾー
面と精度測定の対象面との間の角度関係が変化すること
もある。このようにフリンジスキャン中にフィゾー面と
精度測定の対象面との間の角度関係が変化すると、干渉
測定精度に悪影響を及ぼす。

【００４０】従来の技術に係る干渉測定装置の上述した
問題点を解決するため、本発明の実施の形態に係る干渉
測定装置では図３の画素Ｐ１、Ｐ２およびＰ３から出力
される輝度信号の変化に基づいて、フィゾー面４３Ｆ上
の画素Ｐ１、Ｐ２およびＰ３に対応する位置の変位を求
める。そしてそれぞれの位置に対応して求められたフィ
ゾー面４３Ｆの変位量に基づき、各ピエゾアクチュエー
タ１８に対して独立した指令値、すなわち制御信号を発
する。なお、図３では上述した画素Ｐ１、Ｐ２およびＰ
３を囲うように破線の丸が描かれているが、これは先に
説明したとおり、フィゾーレンズ４３がピエゾアクチュ
エータ１８で支持されている場所に相当する。したがっ
て、各ピエゾアクチュエータ１８の変位量の誤差および
フィゾー面４３Ｆそのものの変位誤差が画素Ｐ１、Ｐ２
およびＰ３の輝度信号の変化から直接的に求めることが
可能となり、干渉測定精度を向上させることができる。

【００４１】以上では、フィゾー面４３Ｆの画像中で、
フィゾーレンズ４３がピエゾアクチュエータ１８で支持
されている位置に対応する位置の画素Ｐ１、Ｐ２および
Ｐ３から出力される輝度信号の変化に基づいてフィゾー
面４３Ｆの３カ所の変位を求める例について説明した。
これに対し、図３の破線で示される円内、あるいはこの
円を取り巻く領域内の画素から出力される輝度信号のそ
れぞれに基づいてフィゾー面４３Ｆ内の上述した３カ所
における実際の変位量を求め、上述のようにして求めた
フィゾー面４３Ｆの変位量の平均値をそれぞれの領域ご
とに求めることにより、フィゾー面４３Ｆの変位量の検
出精度が向上する。したがって、フィゾー面４３Ｆの変
位制御精度も向上するので、干渉測定精度を高精度化す
ることができる。

【００４２】以上に説明したように、本発明の実施の形
態に係る干渉測定装置では、フィゾー面４３Ｆの画像中
で、フィゾーレンズ４３がピエゾアクチュエータ１８で
支持されている位置に対応する位置近傍の画素から出力
される輝度信号の変化に基づいてフィゾー面４３Ｆの実
際の変位量を求め、求められた変位量に基づいて三つの
ピエゾアクチュエータ１８を独立して制御することもで
きる。このようにピエゾアクチュエータ１８を独立して
制御することにより、フリンジスキャンに際してフィゾ
ー面４３Ｆと面４６Ｓとの相対角度を一定に保持するこ
とができ、干渉測定精度をさらに高めることができる。

【００４３】以上の実施の形態および変形実施例の説明
では、フリンジスキャンの終了時点、すなわちフィゾー
面４３Ｆを予定変位量λ／２変位させた時点で実際の変
位量を求める例について説明したが、フリンジスキャン
の過程で予定変位量に対する実際の変位量を求め、逐次
ピエゾ指令信号を変化させるものであってもよい。この
ように制御することにより、フリンジスキャンの過程に
おけるピエゾアクチュエータ１８の駆動精度を増すこと
ができる。

【００４４】ところで、一般にピエゾアクチュエータに
はヒステリシス特性を有する。すなわち、ピエゾアクチ
ュエータに対して印加電圧０の状態から所定電圧を印加
して変位を生じせしめ、その後印加電圧を０に戻した場
合にピエゾアクチュエータには残留変位が生じることも
ある。本発明の干渉測定装置によれば、ピエゾ駆動信号
をピーク値から初期値に戻したときに所定画素から出力
される輝度信号を検出し、残留変位がピエゾアクチュエ
ータ内に残っていると判定された場合にこの残留変位を
うち消すように制御パラメータ中の初期電圧を変更して
もよい。

【００４５】また、以上の実施の形態では、ピエゾアク
チュエータ１８をフィゾーレンズ４３駆動用のアクチュ
エータとして用いる例について説明したが、他のアクチ
ュエータ、すなわち電磁駆動モータや超音波モータ、あ
るいはボイスコイルアクチュエータ等、各種のアクチュ
エータを用いることが可能である。

【００４６】さらに、以上の実施の形態では、被検物の
精度を測定する例として被検物の反射波面精度測定する
例について説明したが、透過波面の計測を行うことも可
能である。そして干渉測定装置に用いられる干渉計とし
てはフィゾー干渉計のみならず、トワイマングリーン干
渉計、あるいはマッハツェンダ干渉計等、他の形式の干
渉計を用いることも可能である。さらにまた、以上では
平面波の参照光束で被検物の精度を測定する例について
説明したが、球面波の参照光束で被検物の精度を測定す
る干渉測定装置に本発明を適用することができる。ま
た、上記参照光束は、光源から出射される光を平面や球
面の参照面で反射させて形成するのみならず、透過する
平面波を球面波に変換する作用を有する透過球面で形成
することも可能である。

【００４７】以上の発明の実施の形態と請求項との対応
において、ピエゾアクチュエータ１８がアクチュエータ
を、ＣＣＤカメラおよびコンピュータ１１が光路長変化
量検出手段を、コンピュータ１１およびピエゾ指令値制
御回路１４が光路長差制御手段を、フィゾー面４３Ｆが
参照光束形成手段をそれぞれ構成する。

【００４８】

【発明の効果】以上に説明したように、 （１） 請求項１に記載の発明によれば、干渉測定結果
から検出された参照光束と被検光束との光路長差に基づ
いてこの光路長差の変化を制御することにより、高精度
の干渉測定が可能となる。 （２） 請求項２に記載の発明によれば、干渉測定結果
から検出された参照光束と被検光束との光路長差に基づ
いて検出複数のアクチュエータのそれぞれに独立した制
御信号を発して光路長差の変化を制御することにより、
フリンジスキャンに際してフィゾー面と被検物との間の
相対角度を高度に安定化させることができる。これによ
り、被検物の精度測定の対象となるすべての領域で精度
を高精度に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る干渉測定装置の光学
部分の構成を説明するブロック図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る干渉測定装置の制御
回路部分の概略的構成を説明するブロック図である。

【図３】ＣＣＤカメラでとらえられる干渉縞の一例を示
す図である。

【図４】フリンジスキャンのシーケンスを説明する図で
ある。

【図５】干渉測定結果に基づいて参照光束と被検光束と
の間の光路長差の変化量を求める様子を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１０ ＣＣＤカメラ １１ コンピュータ １２ 縞走査タイミング制御回路 １４ ピエゾ指令値制御回路 １６ Ｄ／Ａコンバータ １７ ピエゾ駆動回路 １８ ピエゾアクチュエータ ４０ レーザ光源 ４１ 偏光ビームスプリッタ ４２ １／４波長板 ４３ フィゾーレンズ ４３Ｆ フィゾー面 ４６ 被検レンズ ４６Ｓ 面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】参照光束形成手段で形成される参照光束の
   光路長と、被検物で形成される被検光束の光路長との間
   の光路長差をアクチュエータによって変化させ、前記参
   照光束と前記被検光束との間で生じる干渉状態の変化に
   基づいて前記被検物の精度を計測する干渉測定装置にお
   いて、 干渉測定結果に基づいて前記光路長差の変化量を検出す
   る光路長差変化量検出手段と、 前記光路長差変化量検出手段で検出された前記光路長差
   の変化量と、前記光路長差の予定変化量との差に基づい
   て前記光路長差の変化量を制御する光路長差制御手段と
   を有することを特徴とする干渉測定装置。
2. 【請求項２】複数のアクチュエータによって支持、駆動
   される参照光束形成手段で形成される参照光束の光路長
   と、被検物で形成される被検光束の光路長との間の光路
   長差を前記複数のアクチュエータによって変化させ、前
   記参照光束と前記被検光束との間で生じる干渉状態の変
   化に基づいて前記被検物の精度を計測する干渉測定装置
   において、 干渉測定結果に基づいて、前記参照光束形成手段上にお
   ける前記複数のアクチュエータによって支持、駆動され
   る位置近傍での前記光路長差の変化量をそれぞれ検出す
   る光路長差変化量検出手段と、 前記光路長差変化量検出手段で検出された前記光路長差
   の変化量と、前記光路長差の予定変化量との差に基づい
   て、前記複数のアクチュエータのそれぞれに独立した制
   御信号を発し、前記光路長差の変化量を制御することを
   特徴とする干渉測定装置。