JP2000505899A

JP2000505899A - 環状面の限界入射角での干渉計測法

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Publication number: JP2000505899A
Application number: JP10518413A
Authority: JP
Inventors: ブルーニング・ジョン・エイチ
Original assignee: トロペルコーポレーション
Priority date: 1996-10-17
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 2000-05-16
Anticipated expiration: 2017-10-03
Also published as: EP0932815A1; WO1998016796A1; US5889591A; US6043886A; JP3242930B2; US5991035A

Abstract

(57)【要約】環状面は、透明な支持板に据え付けられており、検査光束を参照光束に対して回折させる一対の先行および後続の回折光学手段を用い限界入射角で計測される。先行する回折光学手段は、検査光束の各光線をさまざまの回折角で回折させる。それにより、各光線は、透明な支持板を通過した後、環状面に一定の限界角で入射する。後続の回折光学手段は、検査光束の各光線を他の回折角だけさらに回折させ、参照光束と再度一列に並ばせる。

Description

【発明の詳細な説明】環状面の限界入射角での干渉計測法技術分野環状面の計測のために、すれすれの入射角（grazing incidence；以下限界入射角という。）の干渉法が用いられる。環状面に入射する波面（wavefront）は、回折光学手段によって形成される。発明の背景干渉法による検査面の計測は、一般に、平面または球面に限定されていた。これらの面に適合する波面は、容易に造り出すことができるからである。通常、二つの波面が必要である。検査波面と参照波面とである。両者は、同一の波面として始まる。しかし、検査波面と参照波面とは、異なる光路上を進み、その後再結合する。検査面は、検査波面の光路に沿って配置されている。検査面におけるどのような誤差も、検査波面を参照波面に対して変化させる。これらの波面間の相違は、再結合された波面によって作り出される干渉縞にはっきりと現われる。検査波面は、検査面を透過するか、検査面で反射され、比較のための関連情報をもたらす。非光学的な検査面は、反射によって計測される。その反射は、通常、入射角が垂直である。検査波面は、検査面の望ましい形態に垂直な入射角で接近するように形成される。したがって、検査面におけるどのような誤差も、検査波面の反射後の形状を変化させる。平坦面は、しばしば限界入射角で計測される。限界入射角では、検査面が平坦な検査波形を対応する平坦な参照波面とは無関係に光路に沿って折り返す。最近、この発明者は、検査波面を相対的に形成するための回折光学手段、特に非平坦面を限界入射角で計測するための回折光学手段の使用法を開発している。この試みは、Johannes Schwider博士によって先行されている。彼は、１９７４年の東ドイツの特許番号１０６７６９において、円筒面を限界入射角で計測するために二つの同一の回折格子を用いることを最初に提案している。二つの回折格子は、円筒面の軸と一列に並べられる。第１の回折格子は、平坦な初期波面を検査波面と参照波面とに分割するとともに、検査波面を円筒検査面において一定の限界入射角で反射するアキシコニック（axiconic）な形態に作り直す。参照波面は、変化することなく第２の回折格子まで直接に通過する。検査波面および参照波面は、第２の回折光学手段によって再結合されて、干渉縞を作り出す。その後の多年間、Schwider博士のアイデアは、実用的な開発がほとんどなされていない。実際の検査物のための装備および他の検査面を計測するための回折格子の精細度（definition）を含む各種の実用的な考慮すべき要件が未解決のまま残されている。このような以前に放置されていた領域の技術を発展させるためのこの発明者の成果が、１９９５年１月１９日に出願され、１９９５年６月７日の米国特許出願番号０８／４８３７３７によって置き換えられた米国特許出願番号０８／３７５４９９で始まる米国特許出願の一まとまりによって証明される。共同発明者である他の出願が、１９９５年７月３１日に米国特許出願番号０８／８０９１６１として提出されている。１９９６年４月１２日に共同出願された米国特許出願番号０８／６３１０７１は、この技術をさらに発展させるものである。これらの出願のすべての内容は、参照としてここに取り入れられている。発明の要約この発明は、平面、円筒面および円錐面の計測に回折光学手段を適合するというこれまでの研究の上に、そのような回折光学手段の使用を環状面の計測にまで拡張することによって構築されている。新規な回折光学手段は、環状面において一定の限界入射角で反射するように検査光路に沿う検査光束を作り直す。回折角は、回折光学手段の各部で変化する。それにより、限界入射角が環状面の湾曲した部分に沿って一定に維持されるとともに、検査光束をさらに作り直す１またはそれ以上の据付要素に関する補償が行われる。環状面（toroid）とも称される環状面（toric surface）は、中心軸の周りを回る弧状の母線を有する回転面である。弧状の母線は、中心軸の一方の側から延びる円または円のどのような一部であってもよい。球面は、中心軸から延びる曲率半径を有する円弧母線によって創生される環状面の特別な例であるとみなされる。新規な回折光学手段は、互いに関連するとともに、新規な限界入射角干渉計における環状検査面に関連している。一つの実施例は、二つの特に適合された回折光学手段と、環状検査面のための透明な支持手段とを有する。第１の回折光学手段は、初期光束を検査光束と参照光束とに分割するとともに、検査光束が環状検査面の環状の帯部分の各部において一定の限界入射角で反射するよう、検査光束を参照光束と異なる形態に作り直す。第２の回折光学手段は、環状検査面で反射した検査光束を参照光束と共通の形態にさらに作り直すとともに、検査光束と参照光束とを再度結合させて結合光束にする。透明な支持手段は、平面平行板であることが望ましく、環状検査面を支持するとともに、検査光束を第１および第２の回折光学手段の間で伝達する。両方の回折光学手段は、それぞれの半径と環状の光路によって形成されるそれぞれの表面形態とを有している。環状の光路は、回折格子がその半径に伴って変化する回折角の分だけ検査光束を回折させるよう、回折格子の半径に沿って不等間隔で配置されている。平坦面、円筒面または円錐面を計測するための従来の技術においては、全ての回折角が等しい。それ故、透明な支持手段を通る検査光束の光路は、小さな軸方向の調節以上に検査光束に影響を及ぼすことがほとんどない。しかしながら、この発明の新規な回折光学手段の変化する回折角は、環状検査面の軸方向の湾曲した部分全体において一定の限界入射角を維持することが要求されるのであるが、透明な支持板内での様々な屈折量を作り出す。二つの回折光学手段と支持板とが共通の光軸に対して垂直な方向に向けられているものと仮定すると、検査光束の各光線は、支持板を通過することにより、各光線が回折された分の角度で変化する量だけオフセットされる。より大きい回折角は、より大きいオフセット量を生じさせる。新規な回折光学手段の少なくとも一方の表面形態は、検査光束の透明な支持板での屈折を補償する必要上、環状の光路間のさらに変化した配置を含む。検査光束が参照光束に対して回折される回折角の範囲も、いわゆる位相変更（ phase shifting）という技術への変化が要求される。この位相変更という技術は、計測の精度を改良する。位相変更は、検査光束と参照光束との相対位相に関するより正確な情報を得るために、それらの光束間の光路長を調整することを含む。この発明の新規な干渉計は、いずれかの回折光学手段の軸方向の位置を調節することにより、または検査光束と参照光束との波長を調節することにより、位相変更を達成している。調節量は、検査光束が相対的に回折される回折角を補償するように変えられる。図面の簡単な説明図１は、環状面を計測するために構成された新規な干渉計の概略側面図である。図２は、環状面の赤道近傍に入射する検査光束の一つの光線を示す干渉計の一部の拡大図である。図３は、環状面の一端近傍に入射する検査光束の他の光線を示す同様の拡大図である。図４は、回折光学手段におけるピッチの変化と光学手段の中心から半径方向への距離との関係を示すグラフである。図５は、一対の回折光学手段によって形成された検査光束の光線の軌跡によって計測されるテーパローラーベアリングの環状面を示す図である。図６は、別の一対の回折光学手段によって形成された検査光束の構成の軌跡によって計測されるボールベアリングの球面を示す図である。図７は、他の一対の回折光学手段によって形成された検査光束の光線の軌跡によって計測されるベアリングの内輪の断面における環状外面を示す図である。図８は、さらに他の一対の回折光学手段によって形成された検査光束の光線の軌跡によって計測されるボールベアリングの外輪の断面における環状内面を示す図である。発明の詳細な説明この発明の新規な干渉計は、図１に概略的に描かれたMach-Zenderの配置構造に適用するのが望ましい。レーザーダイオードまたはヘリーム−ネオン（ＨｅＮｅ）レーザーのような光源１０は、干渉性を有する光の発散光束１２を作り出す。コリメータ１４は、発散光束を参照光軸１８に沿って伝播する平坦な波面（wa vefront）を有する平行な初期光束１６に作り直す。円形の光透過可能な回折格子または二値光学素子のような先行の回折光学手段２０は、一次光束１６を参照光束２２と検査光束２４とに分割する。参照光束２２は、平坦な波面として平行に維持されている。検査光束２４は、先行の回折光学手段により各光線２６からなる収束ビームに作り直される。各光線は、参照光軸１８に対して種々の回折角μでそれぞれ傾斜している。各回折角のうちの二つの回折角μが図２および図３に示されている。環状の検査面（toric test surface）３４を有する検査対象物３２を支持する透明な平面平行板２８は、角光線２６を回折角μに伴って増大する量だけ参照光軸からオフセットする。このオフセットは、平面平行板での屈折によって引き起こされる。屈折量は、各光線２６が平面平行板２８に入射する入射角に伴って変化する。入射角は、この実施例の場合、回折角μと同一である。板２８が平面平行であるから、各光線２６は、それが板に入射した角度と同一の角度で、かつ入射光路と平行である光路に沿って板２８から出射する。検査光束２４の種々に傾斜した各光線２６は、各光線２６間の計測反射性および計測感度が同一になるように、環状検査面３４から一定の限界入射角（grazin gangle）θで反射するのが望ましい。検査光束２４は、環状検査面３４で反射した後、後続の回折光学手段３０により、両方の回折光学手段２０，３０を変化することなく通過した参照光束２２に適合する平坦な形態に作り直される。軸方向平面（すなわち、図３および図３の描画平面）における環状検査面３４の曲率は、検査光束２４の各光線２６を平行な形態に戻るように異なる回折角νで回折することが要求される。参照光束２２および検査光束２４は、後続の回線光学手段から平行な結合光束３６として出射する。結合光束は、拡散板３８に映し出される干渉平坦波面を含む。拡散板３８に形成される干渉縞は、ヌルパターン（null pattern）を作り出すであろう理論的な環状面からの環状検査面３４の誤差を表す。干渉縞の各計測点での干渉波面間の位相差を変化させるために、後続の回折光学手段３０は、慣用されている位置調節システム４０により参照光軸１８に沿って位置調節可能である。そのような位相変更は、計測の正確さを改良するとともに、近接の計測値を互いに関係付け、かつ干渉縞の残りの部分を関係付ける。位相変更の種々の増加分Δｓが、回折光学手段３０の半径方向の各位置に対応して要求される。しかし、この増加分は、次の不等式によって示すように、光路長差 δλの１波長と２波長との間のどのような有理数（rational fraction）としても選択することができる。 δλ≦Δｓ≦２δλ ここで、δλは、参照光束２２および検査光束２４の実際の波長λに関連し、後続の回折光学手段３０の回折角νは、次のとおりである。 δλ＝λ／（Secν−１）ズームレンズ４４は、拡散板３８における干渉図形の像をカメラ４６のような画像記録装置に中継する。この画像は、通常、カメラ４６の記録領域を最もよく満たすように縮小される。カメラ４６内において、固定撮像素子または電荷結合素子（ＣＣＤ）は、干渉縞をコンピュータ４８が処理可能なように記録するのが望ましい。陰極管、平面パネル装置、またはプリンタのような表示装置５０が、検査面３４に関する情報を有用な形態で表示する。形状的な情報に加え、曲率および丸みのような誘導可能な計測値も表示可能である。表示に代えて、情報は、製造過程へのフィードバックのような他の処理に有用なように電気的に貯蔵し、または伝達することも可能である。環状検査面３４のような回転面である検査面に関し、先行および後続の回折光学手段２０，３０は、参照光軸１８からの半径方向の距離Ａ(μ)およびＡ(ν)の全範囲においてそれらのある瞬間のピッチＰ(μ)およびＰ(ν)によって決定される。変数Ｐ(μ),Ｐ(ν)の組と変数Ａ(μ),Ａ(ν)の組との両者は、それぞれの回折角μ，νによりパラメトリカリー（parametrically）に決定される。例えば、ある瞬間のピッチＰ(μ),Ｐ(ν)は、次のように決定される。Ｐ(μ)＝λ／Sinμ またはＰ(ν)＝λ/Sinν 演算のために好都合な最初の点は、検査対象物３２の赤道上の点である。そこでは、計測の感度を決定する限界入射角θが両方の回折角μ，νと等しい。赤道５２または環状検査面３４の他の箇所に入射する光線２６が透過する回折光学手段の対応する半径Ａ(μ),Ａ(ν)は、それぞれの回折角μ，νの関数として次のように決定される。ここに、ｒは赤道５２における検査対象物３２の半径であり、Ｒは参照光軸１８を含む平面上における環状検査面の曲率半径であり、ｓは回折光学手段２０，３０から赤道までの距離であり、ｔは透明板２８の厚さであり、ｎは板２８の屈折率であり、σ₁，σ₂は符号の取り決めである。σ₁は、検査凸面に関しては＋１であり、検査凹面に関しては−１である。σ₂は、外面計測の場合には＋１であり、内面計測の場合は−１である。検査面４のいずれの部分における回折角μ，νも、次のように演算することができる。 μ＝θ＋Sin^-1（ｚ／Ｒ）または ν＝θ−Sin^-1（ｚ／Ｒ）ここに、ｚは赤道５２から検査面３４の各点までの縦方向の距離である。回折角 μ，νの最大値および最小値は、検査面の縦方向の全高さＨをｚに代入することによって演算することができる。例えば、最小および最大回折角μmin、μmaxは次のように演算することができる。 μmin＝θ−Sin^-1（Ｈ／２Ｒ）および μmax＝θ＋Sin^-1（Ｈ／２Ｒ）検査面３４に対して入射および出射する波面Ｗ(μ),Ｗ(ν)も、回折角μ，ν の関数として次のように決定される。ピッチＰ(μ),Ｐ(ν)および半径Ａ(μ),Ａ(ν)は、計測の全範囲において波面の値をλ／２だけ増加させることによって演算することができる。回折角μ，νは、次の関係を代入することにより、上記方程式から除去することができる。 Cosμ＝(rcＡμ＋ｓＤμ)／(Ａμ²＋ｓ²) Cosν＝(rcＡν＋ｓＤν)／(Ａν²＋ｓ²) ここに、上式における記号ｒｃ，ＤμおよびＤνは、前に導かれた変数のいくつかと次のように関連している。ｒｃ＝ＲCosθ Ｄμ=(Ａμ²＋ｓ²−ｒｃ²)^1/2 Ｄν=(Ａν²＋ｓ²−ｒｃ²)^1/2 これらの代入により、上記波長の方程式は、半径Ａ(μ),Ａ(ν)の関数として書くことができる。Ａ(μ),Ａ(ν)は、次の方程式においてＡμ，Ａνとして表されている。球面を計測する際の半径Ａ(μ)に対するピッチＰ(μ)の変化の例が図４に描かれている。ビッチＰ(μ)は、半径Ａ(μ)が増大すると非直線的な割合で減少する。回折角μによって記載された方程式は、回折角νに関して記載された方程式と透明板２８に起因するオフセットに関する項だけ異なる。換言すれば、仮に透明板がなければ、回折角μ，νで記載された各方程式は同一になる。検査面３４の赤道半径ｒおよび曲率半径Ｒが回折光学手段２０，３０の設計に関与するので、環状面の絶対的な計測は、初期検度（calibration）に基づいてなされる。初期検度を得るために、既知の寸法を有するマスター環状面が環状検査面３４に代えて据え付けられる。球面の場合において、検査面がより大きいか、より小さい場合には、屈折力項（power term）が導入される。この屈折力項は、高い計測精度をもたらす最小二乗法（a least squares polynomial fit）を用いて求めることができる。回折光学手段２０，３０は、感光性材料をレーザー写真術的（holographicall y）に、または写真平版術的（photolithographically）に用いることを含む各種の方法で作ることができる。同様に、個々の溝は、光学素子を光硬化性樹脂で被覆したり、あるいは正確に収束されたレーザービームを照射しながら光学素子を回転させることによって形成することができる。参照光束２２は、ゼロ次回折オーダー（zero diffractio norder）で回折されるのが望ましく、検査光束２４は、一次回折オーダー(first diffraction order )で回折されるのが望ましい。溝間に残っている表面の割合であるデューティーサイクル(duty cycle)と、波長の割合としての溝の深さである位相変更は、干渉縞の明暗を改良するために、二つのオーダー間のエネルギーがバランスするように調節される。すなわち、検査面３４での反射損失を補償するために、より多くのエネルギーが１次回折オーダー（検査光束２４）に向けられる。平面平行板２８は、検査対象物を支持するための上面５４を有している。検査対象物は、その中心軸を参照軸１８と一致させるために平坦な底面５６を有しているのがよい。他の検査対象物では、板２８上に固定することが必要であるかもしれないし、あるいは検査対象物の両端を固定するために第２の同様な板が必要であるかもしれない。中心軸３３を参照軸１８と一致させるために、中心合わせ装置（図示せず）を用いるのが望ましい。そのような中心合わせ装置は、透明板を有する他の適切な据え付け機構と同様に、１９９６年４月１８に共同出願された米国特許出願番号０８／６３４２１８に開示されている。この出願は、この発明において参照として取り入れられている。位相変更は、参照光束２２と検査光束２４との間の光路長を調整することを含む他の各種の方法で達成することができる。例えば、先行の回折光学手段２０は、位相変更を達成するためにそれに対応した量だけ参照軸１８に沿って調節してもよい。同様に、光源１０は、波長λを初期値λ₀から次の範囲内の増分Δλだけ変化させるために、可変波長のダイオードレーザーであってもよい。 Δλ₀≦Δλ≦２λ₀ ここに、変数Δλ₀は、次のように決定される。 Δλ０＝λ₀ ²／ＯＰＤそして、ここに変数ＯＰＤは、参照光束２２と検査光束２４との間の光路差である。板２８を無視し、かつ回折光学手段２０，３０を等しい距離ｓで配置した場合、光路ＯＰＤのための単純化された方程式は、次のとおりである。残りの図５〜図８は、この発明によって計測することができる他の各種の環状面を示す。それぞれの図には、二つの回折光学手段間を伝播する検査光束の光線が描かれている。光線は、透明な支持板を通過し、環状面の環状の帯部分全体に一定の限界角で入射する。例えば、図５には、中高のローラーベアリング５８の計測法が描かれている。この場合、中高の量は図示のために誇張されている。先行する回折光学手段６０は、検査光束６４の各光線６２を異なる回折角で回折させる。それ故、各光線６２は、透明な支持板６６を通過した後、環状面６８の全域に一定の限界角で入射する。後続の回折光学手段７０は、各光線が参照光束の対応する光線と一致するように、つまり二つの回折光学手段６０，７０の共通軸７２に沿うように、各光線を回折させる。図６において、ボールベアリング７８の球面８８が、その計測のために透明な支持板８６上に据え付けされている。検査光束８４の光線８２は、球面８８を一定の限界角で横切るよう、先行する回折光学手段８０および後続の回折光学手段９０によって回折される。その後、定められた方向に向けられる。球面の配置に大きな誤差があると、計測領域が球面８８の赤道を含む環状の帯の部分に制限される。球面８８の約半分がこの方法で計測可能である。二つの回折光学手段８０，９０の共通参照軸９２に沿って球面の位置合わせを行うために、三点支持固定手段（図示せず）を板８６上に据え付けるのが望ましい。図７および図８には、ボールベアリングの内輪９８および外輪１１８の計測法がそれぞれ描かれている。図７において、屈折光学手段１００，１１０は、検査光束１０４の各光線１０２を参照軸１１２と一列に並んだ状態から外れるように回折させ、環状外面１０８の環状の帯部分全体に一定の限界入射角で入射させる。回折光学手段１００は、支持板１０６での屈折を補償するための回折光学手段１１０と異なる。ベアリングの外輪１１８の環状内面は、図８の検査光束１２４の光線１２２によって同様に計測される。回折光学手段１２０，１３０は、環状面１２８を計測すべき検査光束を、支持板１２６を所定の限界入射角で通るように作り直す。しかしながら、他の図に描かれたものと比較すると、光線１２２は、二つの回折光学手段１２０，１３０の参照軸１３２に面する環状内面に達することができるよう、逆符号の回折オーダーで回折される。先行する実施例の透明な支持板は、位相変更を単純化するために、先行する回折光学手段と環状検査面との間に配置するのが望ましい。それに代えて、透明な支持板は、環状検査面と後続の回折光学素子との間に配置してもよく、あるいは環状検査面の両端部にそれぞれ配置してもよい。前者の場合、同一の回折光学手段を用いることができる。ただし、光の進行方向が逆である。この発明の望ましい実施例においては、参照光束が検査光束と共に先行および後続の回折光学手段を通って伝達される。しかしながら、参照光束は、回折光学手段とは無関係に伝達し、後で半反射、半透過面を通って検査光束と再結合させてもよい。後続の回折光学手段は、検査光束および参照光束を共通の光路に沿って反射するような反射面で形成してもよい。

【手続補正書】【提出日】１９９９年６月１１日（１９９９．６．１１）【補正内容】請求の範囲１．初期光束を検査光束と参照光束とに分割するとともに、検査光束を、環状検査面の環状の帯部分において一定の限界入射角で反射するように、参照光束と異なる形態に作り直す第１の回折光学手段と、上記環状検査面で反射した上記検査光束を上記参照光束と共通の形態にさらに作り直すとともに、上記検査光束と上記参照光束を結合させて結合光線にする第２の回折光学手段と、上記環状検査面を支持するとともに、上記第１および第２の回折光学手段間において上記検査光束を伝達する透明な支持手段とを備え、上記第１、第２の回折光学手段が、それぞれの半径と表面形状とを有し、この表面形状が、上記検査光束を格子の半径に伴って変化する回折角で回折させるよう、格子の半径に沿って不等間隔で配置された環状の光路によって形成され、上記第１、第２の回折光学手段の少なくとも一方の上記表面形状が、上記透明な支持手段での上記検査光束の屈折を補償するのに必要なさらなる配置的変更を上記環状の光路間に含む、環状面を限界入射角で計測するための干渉計。２．上記環状検査面が中心軸を有し、この中心軸の周りに環状検査面が生成され、上記第１および第２の回折光学手段もそれぞれ軸を有し、上記透明な支持手段が、上記環状検査面の中心軸を上記回折光学手段の軸の方向に向ける請求項１の干渉計。３．上記透明な支持手段が平面平行板である請求項２の干渉計。４．上記検査光束が、上記透明な平面平行板での屈折によって上記環状検査面の中心に対してオフセットさせられた個々の光線によって構成され、上記個々の光線のオフセット量が、上記回折光学手段の一方の回折角の関数として変化し、上記透明な支持手段での検査光束の屈折を補償するために必要とされる、上記環状の光路間の配置的変更により、上記第１、第２の回折光学手段の表面形状が互いに相違させられている請求項２の干渉計。５．上記環状検査面が、その中心軸に対して垂直な平面上において半径がｒである赤道と、その中心軸を含む縦平面上におけろ曲率半径Ｒとを有し、上記回折光学手段の一方の回折角νが、この一方の回折光学手段の半径Ａ（ν）と次の関係で関連している請求項２の干渉計。ここに、θは検査光束の環状検査面についての限界入射角であり、ｓは当該一方の回折光学手段から検査面の赤道までの距離であり、σ₁、σ₂は異なる環状面に対する符号の取り決めである。６．上記環状検査面が、その中心軸に対して垂直な平面上において半径がｒである赤道と、その中心軸を含む縦平面上における曲率半径Ｒとを有し、上記透明な支持手段が、厚さｔおよび屈折率ｎを有する平面平行板であり、上記透明な支持手段が、上記回折光学手段の一方と上記環状検査面との間に配置され、当該一方の光学回折手段の回折角μが、同回折光学手段の半径と次の関係で関連している請求項２の干渉計。ここに、θは検査光束の環状検査面についての限界入射角であり、ｓは当該一方の回折光学手段から上記赤道までの距離であり、σ₁、σ₂は異なる環状面に対する符号の取り決めである。７．上記透明な支持手段が、上記検査光束を上記環状検査面への光路上に屈折させるために、上記第１の回折光学手段と上記環状検査面との間に配置されており、上記第２の回折光学手段を上記環状検査面の中心軸に沿って移動させて位相変更を達成する位置調節システムをさらに備えている請求項２の干渉計。８．上記初期光束を形成するための波長可変光源をさらに備え、上記光源が、上記初期光束の波長を変えることにより、位相変更を達成するための調節が可能である請求項１の干渉計。９．初期光束を検査光束と参照光束とに分割する工程と、第１の回折光学手段により検査光束を参照光束に対し第１の回折光学手段の半径に伴って変化する回折角のある範囲だけ回折させる工程と、環状検査面の環状の計測帯部分に上記検査光束を照射する工程と、上記検査光束が上記環状検査面の環状計測帯部分全体に一定の限界入射角で入射するよう、上記第１の回折光学手段の回折角を調節する工程と、第２の回折光学手段により検査光束を参照光束に対し上記第２の回折光学手段の半径に伴って変化する回折角のある異なる範囲だけ再度回折させる工程と、上記検査光束と上記参照光束とを再結合させて、上記環状面のヌル状態からの誤差を示す干渉縞を作り出す工程とを備えた環状面の計測法。１０．上記環状面を透明板で支持する工程と、上記透明板に上記検査光束を透過させる工程とをさらに備え、上記環状面が中心軸を有し、上記透明板での屈折が、上記検査光束の各部を上記回折光学手段のうちの一方の回折角に伴って変化する量だけ上記中心軸から半径方向にオフセットさせ、上記調節工程が、上記第１の回折光学手段の回折角を調節して、上記透明板での屈折を補償することを含む請求項９の計測法。１１．上記環状面が中心軸を有し、上記第１および第２の回折光学手段がそれぞれの軸を有し、上記環状面の中心軸を上記第２の回折光学手段の軸と一列に並べる工程と、上記第１および第２の回折光学手段の一方を、位相変更を達成するためにその軸に沿って移動させる工程とをさらに備えた請求項９の計測法。１２．上記第２の回折光学手段を、位相変更を達成するためにその軸に沿って移動させる工程をさらに含む請求項１１の計測法。１３．位相変更の各種の増分が、上記検査光束の各種の回折角に応じて必要とされる請求項１１の計測法。１４．初期光束の波長を変化させて、位相変更を達成する工程をさらに備えた請求項９の計測法。１５．中心軸を有する環状検査面を支持するための透明板と、検査波面を、上記環状検査面のある領域全体において限界入射角で反射するよう、第１の形態から第２の形態に作り直す第１の回折光学手段と、上記検査波面を上記環状検査面での反射後に上記第１の形態にさらに作り直す第２の回折光学手段とを備え、上記第１および第２の回折光学手段が、それぞれの軸と、それぞれの軸からの半径方向の距離に伴ってピッチが変化する表面形状とを有し、上記第１，第２の回折光学手段の上記表面形状が、上記透明板での上記検査光束の屈折を補償するのに必要とされるより一層のピッチの変更により、互いに相違している、限界入射角干渉計における環状面の計測のための据付システム。１６．上記第１、第２の回折光学手段が、それぞれの軸からの半径方向の距離に伴って変化するそれぞれの回折角で上記検査光束を回折させる請求項１５の据付システム。１７．上記透明板での屈折が、上記検査光束の各部を、上記回折光学手段のうちの一方の回折角に伴って変化する量だけ、上記環状検査面の中心軸から半径方向へオフセットさせ、上記透明板が、上記第１の回折光学手段と上記環状検査面との間に配置され、上記第１の回折光学手段が、上記透明板での屈折を補償するのに必要であるより一層のピッチの変化を含む請求項１６の据付システム。１８．上記第２の回折光学手段に連結され、上記第２の回折光学手段を、位相変更を達成するためにその軸に沿って移動させる位置調節システムをさらに備えた請求項１６の据付システム。１９．初期光束を検査光束と参照光束とに分割する工程と、上記検査光束を、上記参照光束との一列状態から外して、上記検査面のある領域に限界入射角で反射する光路に沿う方向に向ける工程と、上記参照光束を上記検査光束と無関係の光路に沿う方向に向ける工程と、上記検査光束が上記参照光束と再び一列に並ぶように、上記検査光束を回折光学手段により上記回折光学手段の半径に伴って変化する回折角のある範囲の分だけ回折させる工程と、上記検査光束と上記参照光束とを再度結合させ、上記環状面の誤差を示す干渉縞を作り出す工程と、位相変更を達成するために、上記検査光束と上記参照光束との間の光路長差を、上記検査光束の回折角に伴って変化する増分だけ調節する工程とを備えた環状面の計測法。２０．上記調節工程が、上記回折角に伴って変化する増分Δｓだけ上記回折光学手段を移動させることを含む請求項１９の計測法。２１．上記増分Δｓが、次の不等式で示すように、光路差δλの１波長と２波長との間の値であり、 δλ≦Δｓ≦２δλ 光路差δλが、参照光束および検査光束の波長λと、回折光学手段の変化する回折角νとに次のように関連している請求項２０の計測法。 δλ＝λ／（Secν−１）２２．上記調節工程が、上記参照光束および上記検査光束の波長λを初期値λ₀ から上記回折角に伴って変化する増分Δλの分だけ変化させる請求項１９の計測法。２３．上記増分Δλが、次の範囲内から選択される請求項２２の計測法。 Δλ₀≦Δλ≦２Δλ₀ ここに、変数Δλ₀は、光路差ＯＰＤと初期波長λ₀との関数として次のように決定される。 Δλ０＝λ₀ ²／ＯＰＤ

Claims

【特許請求の範囲】１．初期光束を検査光束と参照光束とに分割するとともに、検査光束を、環状検査面の環状の帯部分において一定の限界入射角で反射するように、参照光束と異なる形態に作り直す第１の回折光学手段と、上記環状検査面で反射した上記検査光束を上記参照光束と共通の形態にさらに作り直すとともに、上記検査光束と上記参照光束を結合させて結合光線にする第２の回折光学手段と、上記環状検査面を支持するとともに、上記第１および第２の回折光学手段間において上記検査光束を伝達する透明な支持手段とを備え、上記第１、第２の回折光学手段が、それぞれの半径と表面形状とを有し、この表面形状が、上記検査光束を格子の半径に伴って変化する回折角で回折させるよう、格子の半径に沿って不等間隔で配置された環状の光路によって形成され、上記第１、第２の回折光学手段の少なくとも一方の上記表面形状が、上記透明な支持手段での上記検査光束の屈折を補償するのに必要なさらなる配置的変更を上記環状の光路間に含む、環状面を限界入射角で計測するための干渉計。２．上記環状検査面が中心軸を有し、この中心軸の周りに環状検査面が生成され、上記第１および第２の回折光学手段もそれぞれ軸を有している請求項１の干渉計。３．上記透明な支持手段が、上記環状検査面の中心軸を上記回折光学手段の軸の方向に向ける請求項２の干渉計。４．両方の回折光学手段および環状検査面が、共通の軸に直角な方向に向けられている請求項３の干渉計。５．上記透明な支持手段が平面平行板である請求項３の干渉計。６．上記検査光束が、上記透明な平面平行板での屈折によって上記環状検査面の中心に対してオフセットさせられた個々の光線によって構成されている請求項３の干渉計。７．上記個々の光線のオフセット量が、上記回折光学手段の一方の回折角の関数として変化する請求項６の干渉計。８．上記透明な支持手段での検査光束の屈折を補償するために必要とされる、上記環状の光路間の配置的変更により、上記第１、第２の回折光学手段の表面形状が互いに相違させられている請求項７の干渉計。９．上記第１の回折光学手段が、上記参照光束を上記初期光束に対して変化させることなく透過させる請求項１の干渉計。１０．上記両方の回折光学手段が、上記参照光束を零次の回折オーダーで回折させ、かつ上記検査光束を一次の回折オーダーで回折させる請求項９の干渉計。１１．上記環状検査面が、その中心軸に対して垂直な平面上において半径がｒである赤道と、その中心軸を含む縦平面上における曲率半径Ｒとを有する請求項３の干渉計。１２．上記回折光学手段の一方の回折角νが、この一方の回折光学手段の半径Ａ（ν）と次の関係で関連している請求項１１の干渉計。ここに、θは検査光束の環状検査面についての限界入射角であり、ｓは当該一方の回折光学手段から検査面の赤道までの距離であり、σ₁、σ₂は異なる環状面に対する符号の取り決めである。１３．上記透明な支持手段が、厚さｔと屈折率ｎを有する請求項１１の干渉計。１４．上記透明な支持手段が、上記回折光学手段の一方と上記環状検査面との間に配置され、当該一方の光学回折手段の回折角μが、同回折光学手段の半径と次の関係で関連している請求項１３の干渉計。ここに、θは検査光束の環状検査面についての限界入射角であり、ｓは当該一方の回折光学手段から上記赤道までの距離であり、σ₁、σ₂は異なる環状面に対する符号の取り決めである。１５．上記透明な支持手段が、上記検査光束を上記環状検査面への光路上に屈折させるために、上記第１の回折光学手段と上記環状検査面との間に配置されている請求項３の干渉計。１６．上記第２の回折光学手段を上記環状検査面の中心軸に沿って移動させて位相変更を達成する位置調節システムをさらに備えている請求項１５の干渉計。１７．上記初期光束を形成するための波長可変光源をさらに備えている請求項１の干渉計。１８．上記光源が、上記初期光束の波長を変えることにより、位相変更を達成するための調節が可能である請求項１７の干渉計。１９．中心軸を有する環状検査面を支持するための透明板と、検査波面を、上記環状検査面のある領域全体において限界入射角で反射するよう、第１の形態から第２の形態に作り直す第１の回折光学手段と、上記検査波面を上記環状検査面での反射後に上記第１の形態にさらに作り直す第２の回折光学手段とを備え、上記第１および第２の回折光学手段が、それぞれの軸と、それぞれの軸からの半径方向の距離に伴ってピッチが変化する表面形状とを有し、上記第１，第２の回折光学手段の上記表面形状が、上記透明板での上記検査光束の屈折を補償するのに必要とされるより一層のピッチの変更により、互いに相違している、限界入射角干渉計における環状面の計測のための据付システム。２０．上記第１の回折光学手段が、上記検査光束を上記環状検査面の環状帯部分で反射するように作り直す請求項１９の据付システム。２１．上記回折角が、上記環状の帯部分全体で一定である請求項２０の据付システム。２２．上記第１、第２の回折光学手段のそれぞれの軸が、互いに一列に並び、かつ上記環状検査面の中心軸と一列に並んでいる請求項１９の据付システム。２３．上記透明板が、平面平行板である請求項１９の据付システム。２４．上記第１、第２の回折光学手段が、それぞれの軸からの半径方向の距離に伴って変化するそれぞれの回折角で上記検査光束を回折させる請求項１９の据付システム。２５．上記透明板での屈折が、上記検査光束の各部を、上記回折光学手段のうちの一方の回折角に伴って変化する量だけ、上記環状検査面の中心軸から半径方向へオフセットさせる請求項２４の据付システム。２６．上記透明板が、上記第１の回折光学手段と上記環状検査面との間に配置されている請求項２５の据付システム。２７．上記第１の回折光学手段が、上記透明板での屈折を補償するのに必要であるより一層のピッチの変化を含む請求項２６の据付システム。２８．上記第２の回折光学手段に連結され、上記第２の回折光学手段を、位相変更を達成するためにその軸に沿って移動させる位置調節システムをさらに備えた請求項２６の据付システム。２９．初期光束を検査光束と参照光束とに分割する工程と、第１の回折光学手段により検査光束を参照光束に対し第１の回折光学手段の半径に伴って変化する回折角のある範囲だけ回折させる工程と、環状検査面の環状の計測帯部分に上記検査光束を照射する工程と、上記検査光束が上記環状検査面の環状計測帯部分全体に一定の限界入射角で入射するよう、上記第１の回折光学手段の回折角を調節する工程と、第２の回折光学手段により検査光束を参照光束に対し上記第２の回折光学手段の半径に伴って変化する回折角のある異なる範囲だけ再度回折させる工程と、上記検査光束と上記参照光束とを再結合させて、上記環状面のヌル状態からの誤差を示す干渉縞を作り出す工程とを備えた環状面の計測法。３０．上記環状面を透明板で支持する工程と、上記透明板に上記検査光束を透過させる工程とをさらに備えた請求項２９の計測法。３１．上記環状面が中心軸を有し、上記透明板での屈折が、上記検査光束の各部を上記回折光学手段のうちの一方の回折角に伴って変化する量だけ上記中心軸から半径方向にオフセットさせる請求項３０の計測法。３２．上記調節工程が、上記第１の回折光学手段の回折角を調節して、上記透明板での屈折を補償することを含む請求項３１の計測法。３３．上記環状面が中心軸を有し、上記第１および第２の回折光学手段がそれぞれの軸を有し、上記環状面の中心軸を上記第２の回折光学手段の軸と一列に並べる工程をさらに備えた請求項２９の計測法。３４．上記第１および第２の回折光学手段の一方を、位相変更を達成するためにその軸に沿って移動させる工程をさらに備えた請求項３３の計測法。３５．上記第２の回折光学手段を、位相変更を達成するためにその軸に沿って移動させる工程をさらに含む請求項３４の計測法。３６．位相変更の各種の増分が、上記検査光束の各種の回折角に応じて必要とされる請求項３４の計測法。３７．初期光束の波長を変化させて、位相変更を達成する工程をさらに備えた請求項２９の計測法。３８．初期光束を検査光束と参照光束とに分割する工程と、上記検査光束を、上記参照光束との一列状態から外して、上記検査面のある領域に限界入射角で反射する光路に沿う方向に向ける工程と、上記参照光束を上記検査光束と無関係の光路に沿う方向に向ける工程と、上記検査光束が上記参照光束と再び一列に並ぶように、上記検査光束を回折光学手段により上記回折光学手段の半径に伴って変化する回折角のある範囲の分だけ回折させる工程と、上記検査光束と上記参照光束とを再度結合させ、上記環状面の誤差を示す干渉縞を作り出す工程と、位相変更を達成するために、上記検査光束と上記参照光束との間の光路長差を、上記検査光束の回折角に伴って変化する増分だけ調節する工程とを備えた環状面の計測法。３９．上記調節工程が、上記回折角に伴って変化する増分Δｓだけ上記回折光学手段を移動させることを含む請求項３８の計測法。４０．上記増分Δｓが、次の不等式で示すように、光路差δλの１波長と２波長との間の値である請求項３９の計測法 δλ≦Δｓ≦２δλ ４１．光路差δλが、参照光束および検査光束の波長λと、回折光学手段の変化する回折角νとに次のように関連している請求項４０の計測法。 δλ＝λ／（Secν−１）４２．上記調節工程が、上記参照光束および上記検査光束の波長λを初期値λ₀ から上記回折角に伴って変化する増分Δλの分だけ変化させる請求項３８の計測法。４３．上記増分Δλが、次の範囲内から選択される請求項４２の計測法。 Δλ₀≦Δλ≦２Δλ₀ ここに、変数Δλ₀は、光路差ＯＰＤと初期波長λ との関数として次のように決定される。 Δλ０＝λ₀ ²／ＯＰＤ