JP2009069075A - 斜入射干渉計及び斜入射干渉計の較正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】斜入射干渉計及び斜入射干渉計の較正方法の改良に関する。
【解決手段】斜入射干渉計は、可干渉性の光束を参照光束と測定光束とに分割し、測定光束が被測定物に斜入射されかつ被測定物の被測定面で反射された測定光束を参照光束と合成して干渉光束を生じさせる。干渉光束を撮像した干渉縞画像からの干渉縞信号に基づき被測定面の形状を解析する解析処理装置とを備え、解析処理装置には被測定面として平坦面と平坦面に対して平行でかつ高さが異なりしかも高さが既知の段差面を有する較正用治具に基づき入射角絶対値を求める較正手段が設けられ、較正手段は高さを入力する入力手段と、平坦面と段差面とに基づく干渉縞画像から被測定面に対応する位相分布を算出する位相分布算出手段と、位相分布に基づいて平坦面と段差面との位相差を算出する位相差算出手段と、位相差に基づき入射角絶対値を算出する入射角算出手段とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は斜入射干渉計及び斜入射干渉計の較正方法の改良に関する。

従来から、被測定面の形状を測定する測定装置として斜入射干渉計が知られている。この斜入射干渉計としては、図１０に示すマッハ・ツェンダー型斜入射干渉計がある。

その図１０において、１は可干渉光源、２はコリメータレンズ、３は光束分割手段としての光路分割ミラー、４は光路合成手段としての光路合成ミラー、５は被測定物、５ａは被測定面、６は参照光束反射部材としての参照ミラー、７は結像レンズ、８は干渉縞撮像手段の一部を構成する撮像素子である。

この斜入射干渉計では、可干渉光源１から出射された発散型の可干渉光束はコリメータレンズ２により所定直径の略円形の平行光束Ｐ₁に変換される。この平行光束Ｐ₁は光路分割ミラー３により参照光束Ｐ₂と測定光束Ｐ₃とに分割される。

参照光束Ｐ₂は光路分割ミラー３により反射されて参照ミラー６に導かれる。測定光束Ｐ₃は光路分割ミラー３を通過して被測定面５ａに導かれる。参照光束Ｐ₂は参照ミラー６の参照面６ａで反射されて光路合成ミラー４に導かれる。測定光束Ｐ₃は被測定面５ａに斜入射し、この被測定面５ａにより反射されて光路合成ミラー４に導かれる。その測定光束Ｐ₃と参照光束Ｐ₂とは光路合成ミラー４により合成されて干渉現象を生じ、干渉光束Ｐ₄として結像レンズ７に導かれる。

撮像素子８の撮像面８ａには、被測定面５ａの形状に対応する干渉縞が結像レンズ７により形成される。撮像素子８は被測定面５ａの形状に基づく干渉縞信号を解析処理装置１０に出力する。

斜入射干渉計には、このマッハ・ツェンダー型の干渉計の他に直角二等辺三角形プリズムを用いるアブラムソン型干渉計や回折格子を用いるバーチ型干渉計が知られている（特許文献等１）。

ところで、この斜入射干渉計では、被測定面５ａに可干渉光束を斜めから入射させることにより、測定感度Ｓを低くすることができる。ここで、測定感度Ｓとは干渉縞の１縞分が被測定面５ａの高低差（被測定面５ａの凹凸量）に対してどの程度に相当するかを示す物理量をいう。

この測定感度Ｓは、可干渉光源１から発せられる光の波長をλ、平行光束Ｐ₁が被測定面５ａに入射する入射角度（被測定面５ａの法線Ｎと平行光束Ｐ₁とが為す角度）をθとすると、
測定感度Ｓ＝λ／２cosθ…（１）
の式により求められる。

解析処理装置１０はその干渉縞信号に基づき、位相変調法やフーリエ変換法を用いて干渉縞の解析を行う。

位相変調法では、ピエゾアクチュエータ（図示を略す）により参照ミラー６又は被測定物５を高さ方向（矢印Ｚ方向又は法線Ｎに平行な方向）にステップ移動させ、位相の異なる複数枚の干渉縞画像を取得し、この干渉縞画像に基づいて位相分布を算出する。

フーリエ変換法では、キャリアとなる干渉縞が発生するように、干渉光学系を調整して、干渉縞画像を取得し、フーリエ変換、フィルタ処理、逆フーリエ変換を行って位相分布を算出する。

これらの方法では、位相が＋π又は−πを超えると、位相が折り返えされるので、位相接続処理（位相アンラッピング）により折り返された位相分布に基づき、連続的な位相分布を導出している。解析処理装置１０は、その位相分布と測定感度とによって被測定面５ａの形状分布を算出する形状分布算出手段１０Ａを有する。

この斜入射干渉計には、入射角を調整することにより、測定感度の切り替えの簡単化、測定感度の可変化を図る構成のものも知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００１−２４１９１４号公報 特開２０００−１８９１２号公報

ところで、斜入射干渉計を用いて被測定面５ａの形状計測を行うには、測定感度Ｓを正確に求める必要がある。この測定感度Ｓは、入射角θと可干渉光源１から発せられる光の波長λとに依存するが、可干渉光源１としてＨｅ−Ｎｅレーザ光源を用いることにより、波長λについては高い安定性を得ることができる。

従って、斜入射干渉計では、入射角θを正確に求めることが重要である。ところが、入射角θの絶対値（法線Ｎに対する測定光束Ｐ₁の入射角度（入射角度絶対値）θ”）を正確に求めることは困難であり、この入射角度絶対値θ”を長期間に渡って一定に保証することは、なお一層困難である。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、入射角絶対値を求めることのできる斜入射干渉計及び斜入射干渉計の較正方法を提供することにある。

請求項１に記載の斜入射干渉計は、可干渉性の光束を出射する光源と、前記光束を参照光束と測定光束とに分割する光束分割手段と、前記測定光束が被測定物に斜入射されかつ該被測定物の被測定面で反射された測定光束を前記参照光束と合成して干渉光束を生じさせる光路合成手段と、前記干渉光束を撮像して干渉縞画像を撮像する干渉縞撮像手段と、該干渉縞撮像手段からの干渉縞信号に基づき前記被測定面の形状を解析する解析処理装置とを備え、
前記解析処理装置には、前記被測定面として平坦面と該平坦面に対して平行でかつ高さが異なりしかも該高さが既知の段差面を有する較正用治具に基づき入射角絶対値を求める較正手段が設けられ、該較正手段は前記高さを入力する入力手段と、前記平坦面と前記段差面とに基づく干渉縞画像から前記被測定面に対応する位相分布を算出する位相分布算出手段と、該位相分布に基づいて前記平坦面と前記段差面との位相差を算出する位相差算出手段と、該位相差に基づき前記入射角絶対値を算出する入射角算出手段とを有することを特徴とする。

請求項２に記載の斜入射干渉計は、前記較正用治具の平坦面と段差面とへの入射角を変更する入射角変更手段と、前記解析処理装置に測定感度を入力する測定感度入力手段とを備え、前記解析処理装置は前記入射角算出手段から出力される入射角絶対値と前記測定感度入力手段から得られる測定感度とから入射角修正値を算出して前記入射角変更手段を制御して入射角を調整することを特徴とする。

請求項３に記載の斜入射干渉計は、前記解析処理装置は、前記入射角算出手段により得られた入射角絶対値に基づき前記干渉縞画像の縦横比を修正する干渉縞縦横比修正手段を有することを特徴とする。

請求項４に記載の斜入射干渉計は、前記解析処理装置は、前記入射角算出手段により得られた入射角絶対値に基づき測定感度を算出する測定感度算出手段と、該測定感度算出手段により得られた測定感度と前記位相分布算出手段により得られた位相分布とに基づき実際の被測定面の形状を算出する形状算出手段と、を備えていることを特徴とする。

請求項５に記載の斜入射干渉計は、前記干渉縞撮像手段が、前記干渉光束に基づく干渉縞を形成するための結像レンズと、該結像レンズの焦点位置近傍に配置されたアパーチャと、該アパーチャを通過した干渉光束を前記干渉縞として受像する撮像素子とを有することを特徴とする。

請求項６に記載の斜入射干渉計は、前記光束分割手段により反射された参照光束を前記光路合成手段に向けて反射する参照光束反射部材と、前記被測定物と前記参照光束反射部材とのいずれか一方を前記参照光束反射部材の法線方向に駆動する位相変調手段とを備え、
前記位相分布算出手段は、前記位相変調手段により一定ステップ送り量ずつ法線方向に前記被測定物と前記参照光束反射部材とのいずれか一方を駆動することにより得られた位相の異なる複数個の干渉縞画像に基づき位相を算出する位相変調処理手段からなり、前記ステップ送り量を前記測定感度を用いて修正することを特徴とする。

請求項７に記載の斜入射干渉計は、前記光束分割手段と前記光束合成手段とが一体の平行平面板により構成されていることを特徴とする。

請求項８に記載の斜入射干渉計の較正方法は、可干渉光源から出射された可干渉光束を光束分割手段により参照光と測定光とに分割し、前記測定光を被測定物の被測定面に斜入射させ、該被測定面により反射された測定光と前記参照光とを光束合成手段により合成して干渉光を生成し、この干渉光に基づく干渉縞を干渉縞撮像手段により撮像して干渉縞画像を取得する斜入射干渉計に用いる較正方法であって、
平坦面とこの平坦面に対して平行でかつ高さが異なる段差面とを有ししかも高さが既知の較正用治具を前記測定光の光路中にセットするステップと、前記高さを入力する入力するステップと、前記干渉縞撮像手段により前記較正用治具に基づく干渉縞画像を撮像して位相分布を算出する位相分布算出ステップと、前記位相分布から前記平坦面と前記段差面との位相差を算出する位相差算出ステップと、前記位相差から入射角絶対値を算出する入射角算出ステップと、を含むことを特徴とする。

請求項９に記載の斜入射干渉計の較正方法は、前記入射角絶対値に基づき前記測定光束の入射角を修正することを特徴とする。

請求項１０に記載の斜入射干渉計の較正方法は、前記位相分布算出ステップが参照光束反射部材を一定ステップ送り量ずつ送ることにより位相の異なる複数枚の干渉縞画像を撮像して位相分布を求める位相変調処理ステップであり、前記ステップ送り量を前記測定感度に基づき修正することを特徴とする。

請求項１に記載の発明、請求項８に記載の発明によれば、入射角絶対値を求めることができる。すなわち、入射角と反射角とを二等分する法線方向を基準として入射角を算出でき、従って、被測定物の被測定面の形状を正確に求めることができる。

請求項２に記載の発明、請求項９に記載の発明によれば、測定感度をより一層簡単にかつ正確に変更でき、ユーザーの要求に応じて被測定物の被測定面の形状を簡単に求めることができる。

請求項３に記載の発明によれば、入射角に応じて干渉縞画像の縦横比を修正できるので、被測定面の位置と干渉縞画像との関係をより一層正確に対応づけることが可能となり、ひいては、より一層正確に被測定面の形状を求めることができる。

請求項４に記載の発明によれば、較正された入射角絶対値に基づき正確な測定感度を算出し、この測定感度と位相分布とに基づいて形状分布を求めることにしたので、実際の被測定物の被測定面の形状評価をより一層正確に行うことができる。

請求項５に記載の発明によれば、被測定物を計測する際に、干渉光束がアパーチャを通過するように被測定物のセット誤差を調整可能であり、安定した干渉縞画像を得ることができる。

請求項６、請求項１０に記載の発明によれば、位相変調法を用いて形状解析を行う際に、位相変調を行うためのステップ送り量を較正することにしたので、位相変調法における位相の算出をより一層正確に行うことができる。

請求項７に記載の発明によれば、測定光束の入射角と参照光束の入射角とを常に同一に設定でき、測定光束の感度に基づいて、位相変調法における参照光束反射ミラー又は被測定物のステップ送り量を較正でき、位相変調法における位相の算出をより一層正確に行うことができる。

以下に、本発明に係わる斜入射干渉計及び斜入射干渉計の較正方法の実施例を図面を参照しつつ説明する。

（実施例１）
図１は本発明の斜入射干渉計に用いる較正用治具の一例を示す斜視図である。この図１において、符号２０は較正用治具である。この較正用治具２０は被測定面５ａとしての平坦面２０ａと段差面２０ｂとを有する。平坦面２０ａと段差面２０ｂとは互いに平行な平行平面であり、高さ方向（Ｚ方向）に段差ｄを有する。

この平坦面２０ａと段差面２０ｂとの段差ｄの値は、例えば、触針式形状測定装置（図示を略す）により精密に測定する。次に、図２に示す斜入射干渉計のセットテーブル１９に較正用治具２０をセットする。

図２に示す斜入射干渉計の光学的構成は、図１０に示す従来の斜入射干渉計の光学的構成と同一であるので、その詳細な説明は省略する。

解析処理装置１０は、ここでは、較正手段１１を有する。較正手段１１は、較正用治具２０に基づき入射角絶対値θ”を求める機能を有する。この較正手段１１は、入力手段１２と位相分布算出手段１３と、位相差算出手段１４と、入射角算出手段１５とを有する。

入力手段１２は段差ｄの値を入力するのに用いる。位相分布算出手段１３は平坦面１０ａと段差面１０ｂとに基づく干渉縞画像から被測定面５ａに対応する位相分布を算出するのに用いる。位相差算出手段１４は被測定面５ａに対応する位相分布に基づいて平坦面１０ａと段差面１０ｂとの位相差を算出するのに用いる。入射角算出手段１５はその位相差に基づいて入射角絶対値θ”を算出するのに用いる。

次に、較正手順を図３を参照しつつ説明する。

まず、入力手段１２により段差ｄの値を入力する（Ｓ．１）。次に、斜入射干渉計の入射角θの初期調整を行う。この入射角θは平坦面１０ａと平坦面１０ｂとの位相差が約０となるように入射角θを調整する（Ｓ．２）。

位相差が０となる入射角θは、可干渉光源１の波長λと段差ｄとを用いて、
θ＝cos^-1（ｋ・λ／２ｄ）…（２）
の式により求めることができる。

ここで、符号ｋは正の整数である。

例えば、波長λ＝６３２．８（ｎｍ）の可干渉光を用い、段差ｄを２（μｍ）とすると、各ｋに対する入射角θと測定感度とは、下記の表１に示す通りである。

このように、位相差が約０となる入射角θは段差ｄと波長λとにより求めることができる。従って、表１を用いて、実際に被測定物５の被測定面５ａの測定に使用する測定感度に近い入射角θを選択し、この入射角θに斜入射干渉計の出射光学系Ｑ₁の光軸Ｏ₁を合わせ、受光光学系Ｑ₂の光軸Ｏ₂を反射角θ’に合わせることにより、得られた干渉縞の段差前後での位相差を約０とすることができる。

ついで、この斜入射干渉計を用いて、実際に較正用治具２０の被測定面５ａに対応する干渉縞を計測し、位相分布算出手段１３により位相分布を算出する（Ｓ．３）。次に、平坦面２０ａの適宜領域、例えば、領域２０ａ’（図１参照）に対応する撮像素子８の画素を選択して領域２０ａ’の位相の平均値φ１を求めると共に、段差面２０ｂの適宜領域、例えば、領域２０ｂ’（図１参照）に対応する画素を選択して領域２０ｂ’の位相の平均値φ２を求める。

そして、この位相差Δφ＝φ１−φ２
を求める（Ｓ．４）。

この位相差Δφに基づいて、入射角絶対値θ”を、
下記（３）式により算出する（Ｓ．５）。
Δφ＝２π（（２ｄ・cosθ”−ｋ・λ）／λ）
θ”＝cos^-1（（Δφ・λ／２π）＋ｋ・λ）／２ｄ）…（３）
この入射角絶対値θ”が正確に求まれば、（１）式を用いて、測定感度Ｓが表１に基づき正確に求められる。

なお、その表１において、Ｋ＝１からＫ＝６に向かうに伴って、測定感度Ｓが低感度から高感度に移行していている。例えば、Ｋ＝１の場合、法線Ｎに対する入射角絶対値θ”が約８０．９０度であり、被測定面５ａに対して略平行方向から測定光束Ｐ₃が入射することを意味しており、かつ、段差ｄ＝２μで干渉縞が一縞分変化することを意味している。また、例えば、Ｋ＝６の場合、法線Ｎに対する入射角絶対値θ”が約１８．３４度であり、被測定面５ａに対して略垂直方向から測定光束Ｐ₃が入射することを意味しており、かつ、段差ｄ＝３３３nmで干渉縞が一縞分変化することを意味している。

従って、本発明の実施例に係わる較正可能な斜入射干渉計を用いれば、入射角絶対値θ”を正確に求めることができる。また、この入射角絶対値θ”に基づいて図示を略す測定感度算出手段により測定感度Ｓを算出し、形状分布算出手段１０Ａを用いてその測定感度Ｓと実際の被測定物５の被測定面５ａに対応する位相分布とに基づいて実際の被測定物５の被測定面５ａの形状も正確に求めることができる。
（実施例２）
図４は本発明の実施例２に係わる斜入射干渉計の概要を示す説明図である。

この図４において、２１は円弧状のレールである。符号Ｏ₃はこのレール２１の円弧中心である。この円弧中心Ｏ₃は、被測定面５ａになるべく一致させるのが望ましい。

このレール２１には出射光学系を構成する第１ステージ２２と受光光学系を構成する第２ステージ２３とが摺動可能に設けられる。第１ステージ２２は可干渉光源１とコリメータレンズ２とを有する。第２ステージ２３は結像レンズ７と撮像素子８とアパーチャ８’とを有する。

第１ステージ２２と第２ステージ２３とはそのレール２１に沿って連動して可動される。その第１ステージ２２と第２ステージ２３との可動方向は互いに逆方向とされている。そのアパーチャ８’は結像レンズ７の焦点位置の近傍に配置されている。

この斜入射干渉計には測定感度入力手段２４が設けられている。その第１ステージ２２と第２ステージ２３とは駆動回路２６によって駆動される。その第１ステージ２２、第２ステージ２３、レール２１は較正用治具２０の平坦面２０ａと段差面２０ｂとへの入射角θを変更する入射角変更手段としての役割を果たす。

測定感度入力手段２４は解析処理装置１０に測定感度Ｓを入力するのに用いる。解析処理装置１０はその測定感度入力手段２４の入力に基づいて駆動回路２６を制御する。

可干渉光源１から出射された可干渉光束はコリメートレンズ２により平行光束Ｐ₁とされ、光路分割ミラー３に導かれる。その平行光束Ｐ₁は参照光束Ｐ₂と測定光束Ｐ₃とに分割される。測定光束Ｐ₃はこの光路分割ミラー３を通過して被測定面５ａに導かれる。参照光束Ｐ₂はその光路分割ミラー３により反射されて参照ミラー６に導かれる。参照光束Ｐ₂はその参照ミラー６により反射されて光路合成ミラー４に導かれる。被測定面５ａで反射された測定光束Ｐ₃は光路合成ミラー４に導かれ、この光路合成ミラー４により参照光束Ｐ₂と光路が合成され、干渉光束Ｐ₄として結像レンズ７に導かれる。

第１ステージ２２と第２ステージ２３とがレール２１上を連動して可動されることにより、被測定面５ａに対する入射角θ、反射角θ’が適宜変更される。第１ステージ２２と第２ステージ２３とには、その移動量を検出するためのエンコーダ２７、２８が設けられている。このエンコーダ２７、２８の検出出力は例えば解析処理装置１０に入力され、解析処理装置１０はこの移動量に基づいて入射角修正値を算出する。

次に、図５を参照しつつ較正手順を説明する。

まず、較正用治具１をテーブルにセットする（Ｓ．１０）。ついで、較正用治具２０の段差ｄの値を入力する（Ｓ．１１）。ついで、斜入射干渉計の測定感度Ｓを入力する（Ｓ．１２）。ついで、入射角θの初期調整を行う（Ｓ．１３）。すなわち、設定された測定感度Ｓに対応する入射角θの近い値となるように第１ステージ２２と第２ステージ２３とを移動させる。例えば、Ｋ＝３を入力すると、入射角θ、反射角θ’が約６１．６７度となるように第１ステージ２２と第２ステージ２３とがレール２１に沿って互いに反対方向に可動される。

ついで、干渉縞を計測し、位相分布算出手段１２により被測定面５ａの形状に対応する位相分布を算出する（Ｓ．１４）。次に、位相差算出手段１３により位相差Δφを算出する（Ｓ．１５）。この位相差Δφと可干渉光源１の光の波長λと段差ｄとに基づき実際の入射角絶対値θ”を算出する（Ｓ．１６）。この実際の入射角絶対値θ”に基づきエンコーダ２７、２８により得られた角度とのずれを求め、入射角を調整する（Ｓ．１７）。この入射角θの調整は、例えば、解析処理手段１０により行う。

この実施例２では、結像レンズ７と撮像素子８との間にアパーチャ８’が配置され、干渉光束Ｐ₄がこのアパーチャ８’を通過するように被測定物５の位置調整を行うことにより、被測定物５を変更しても、安定して同一の入射角θを維持できる。

なお、図６に示すように、撮像面８ａと被測定面５ａとが反射角θ’分だけ傾いているので、長さＨの被測定面５ａは撮像面８ａ上ではＨcosθ’となり、被測定面５ａを正面から測定した場合に較べて、斜め照射により撮像素子８を用いて取得した干渉縞画像は、この角度θ’に相当する分だけ縮小される。

そこで、解析処理装置１０に、入射角算出手段１５により得られた入射角絶対値θ”の絶対値に基づき干渉縞画像の縦横比を修正する干渉縞縦横比修正手段を設け、得られた干渉縞画像を入射角絶対値θ”に基づき修正すれば、任意の被測定物５の被測定面５ａを正面から計測したときに得られる干渉縞画像に相当する修正干渉縞画像を得ることができることとなる。

また、較正作業で求められた入射角から正確な測定感度を算出できるので、被測定物５の被測定面５ａの形状分布をより一層正確に得ることができる。
（実施例３）
この実施例４では、図７に示すように、参照ミラー６が位相変調手段の一部を構成するピエゾアクチュエータ６’により駆動される。このピエゾアクチュエータ６’はピエゾコントローラ６”により制御され、ここでは、ピエゾコントローラ６”は解析処理装置１０により制御される。その他の構成は、実施例１の構成と同一であるので、その詳細な構成の説明は省略することにし、異なる部分についてのみ説明する。

ここでは、光路分割ミラー３と光路合成ミラー４と参照ミラー６とは高精度に平行になるように調整されている。これにより、平行光束Ｐ₁が光路分割ミラー３に入射する入射角θと、参照ミラー６により反射された参照光束Ｐ₂が光路合成ミラー４に入射する入射角とを同一に設定できる。

この実施例３による場合、図８に示すように、位相分布を算出するステップＳ．１４において、測定感度Ｓの１／４のステップ送り量でピエゾアクチュエータ６’を駆動しながら、各ステップ送り量毎に干渉縞画像を取得する。例えば、測定感度Ｓが２０００nm（２μ）のときには、５００nmずつ参照ミラー６を高さ方向（Ｚ方向）に駆動する。これにより、各画素毎に干渉縞の強度（各画素の出力値）Ｉが異なる４枚の画像が得られる。

解析処理装置１０は、この干渉縞の各画素毎に、下記の式（４）を用いて、位相φを求める。
φ＝tan^-1｛（Ｉ₀−Ｉ₂）／（Ｉ₁−Ｉ₃）｝…（４）
ここで、符号Ｉ₀はステップ送り前のある特定画素の出力値、Ｉ₁は１／４ステップ送り後のある特定画素の出力値、Ｉ₂は２／４ステップ送り後のある特定画素の出力値、Ｉ₃は３／４ステップ送り後のある特定画素の出力値である。このようにして、干渉縞の位相分布を求める方法を位相変調法という。この位相変調法自体は公知である。

解析処理装置１０は、このようにして求められた位相分布に基づき、正確な入射角絶対値θ”を求め、この入射角絶対値θ”に基づいて測定感度Ｓを算出する。

そして、解析処理装置１０は、この正確な入射角絶対値θ”、測定感度Ｓに基づいて、ステップ送り量を較正する。すなわち、ここでは、位相分布算出手段１４は、位相変調手段により所定ステップずつ法線方向に参照光束反射部材を駆動することにより得られた位相の異なる複数個の干渉縞画像に基づき位相を算出する位相変調処理手段として機能し、ステップ送り量が測定感度Ｓを用いて較正される。

この実施例４によれば、ステップ送り量を較正することができるので、位相変調法を用いての被測定面５ａの形状分布の測定をより正確に行うことができる。

なお、この実施例３では、参照ミラー６を法線方向にステップ送りすることにしたが、被測定物５及び較正用治具２０を法線方向にステップ送りする構成とすることもできる。
（実施例４）
この実施例４では、図９に示すように、光路分割ミラー３と光路合成ミラー４とが高精度の平行平面を有する平行平面板３４から構成されている。その他の構成は、実施例３と同一であるので、その詳細な説明は省略する。

この実施例４によれば、測定光束Ｐ₃の分割・合成を１個の平行平面板３４を用いて行う構成であるので、測定光束Ｐ₃の入射角θと参照光束Ｐ₂の入射角θとを光学原理的に同一に設定でき、従って、測定光束Ｐ₃の感度と参照光束Ｐ₂の感度との一致させることができることとなって、位相変調法を用いての被測定面５ａの形状分布をより一層正確に行うことができる。

本発明に係わる斜入射干渉計に用いる較正用治具の斜視図である。 本発明の実施例１に係わる斜入射干渉計の概略構成図である。 本発明の実施例１に係わる入射角の較正手順を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例２に係わる斜入射干渉計の概略構成図である。 本発明の実施例２に係わる入射角の較正手順を説明するためのフローチャートである。 干渉縞の縦横比の修正の必要性を説明するための説明図である。 本発明の実施例３に係わる斜入射干渉計の概略構成図である。 本発明の実施例３に係わる入射角の較正手順を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例４に係わる斜入射干渉計の概略構成図である。 従来の斜入射干渉計の一例を説明するための概略構成図である。

符号の説明

１…可干渉光源
３…光路分割ミラー（光束分割手段）
４…光路合成ミラー（光路合成手段）
５…被測定物
８…撮像素子（干渉縞撮像手段）
１０…解析処理装置
１１…較正手段
１２…入力手段
１３…位相分布算出手段
１４…位相差算出手段
１５…入射角算出手段
２０…較正用治具
５ａ…被測定面
２０ａ…平坦面
２０ｂ…段差面

Claims (10)

1. 可干渉性の光束を出射する光源と、前記光束を参照光束と測定光束とに分割する光束分割手段と、前記測定光束が被測定物に斜入射されかつ該被測定物の被測定面で反射された測定光束を前記参照光束と合成して干渉光束を生じさせる光路合成手段と、前記干渉光束を撮像して干渉縞画像を撮像する干渉縞撮像手段と、該干渉縞撮像手段からの干渉縞信号に基づき前記被測定面の形状を解析する解析処理装置とを備え、
   前記解析処理装置には、前記被測定面として平坦面と該平坦面に対して平行でかつ高さが異なりしかも該高さが既知の段差面を有する較正用治具に基づき入射角絶対値を求める較正手段が設けられ、該較正手段は前記高さを入力する入力手段と、前記平坦面と前記段差面とに基づく干渉縞画像から前記被測定面に対応する位相分布を算出する位相分布算出手段と、該位相分布に基づいて前記平坦面と前記段差面との位相差を算出する位相差算出手段と、該位相差に基づき前記入射角絶対値を算出する入射角算出手段とを有することを特徴とする斜入射干渉計。
2. 前記較正用治具の平坦面と段差面とへの入射角を変更する入射角変更手段と、前記解析処理装置に測定感度を入力する測定感度入力手段とを備え、前記解析処理装置は前記入射角算出手段から出力される入射角絶対値と前記測定感度入力手段から得られる測定感度とから入射角修正値を算出して前記入射角変更手段を制御して入射角を調整することを特徴とする請求項１に記載の斜入射干渉計。
3. 前記解析処理装置は、前記入射角算出手段により得られた入射角絶対値に基づき前記干渉縞画像の縦横比を修正する干渉縞縦横比修正手段を有することを特徴とする請求項２に記載の斜入射干渉計。
4. 前記解析処理装置は、前記入射角算出手段により得られた入射角絶対値に基づき測定感度を算出する測定感度算出手段と、該測定感度算出手段により得られた測定感度と前記位相分布算出手段により得られた位相分布とに基づき実際の被測定面の形状を算出する形状算出手段と、を備えていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の斜入射干渉計。
5. 前記干渉縞撮像手段は、前記干渉光束に基づく干渉縞を形成するための結像レンズと、該結像レンズの焦点位置近傍に配置されたアパーチャと、該アパーチャを通過した干渉光束を前記干渉縞として受像する撮像素子とを有する請求項２又は請求項３に記載の斜入射干渉計。
6. 前記光束分割手段により反射された参照光束を前記光路合成手段に向けて反射する参照光束反射部材と、前記被測定物と前記参照光束反射部材とのいずれか一方を前記参照光束反射部材の法線方向に駆動する位相変調手段とを備え、
   前記位相分布算出手段は、前記位相変調手段により一定ステップ送り量ずつ法線方向に前記被測定物と前記参照光束反射部材とのいずれか一方を駆動することにより得られた位相の異なる複数個の干渉縞画像に基づき位相を算出する位相変調処理手段からなり、前記ステップ送り量を前記測定感度を用いて修正することを特徴とする請求項４に記載の斜入射干渉計。
7. 前記光束分割手段と前記光束合成手段とが一体の平行平面板により構成されていることを特徴とする請求項６に記載の斜入射干渉計。
8. 可干渉光源から出射された可干渉光束を光束分割手段により参照光と測定光とに分割し、前記測定光を被測定物の被測定面に斜入射させ、該被測定面により反射された測定光と前記参照光とを光束合成手段により合成して干渉光を生成し、この干渉光に基づく干渉縞を干渉縞撮像手段により撮像して干渉縞画像を取得する斜入射干渉計に用いる較正方法であって、
   平坦面とこの平坦面に対して平行でかつ高さが異なる段差面とを有ししかも高さが既知の較正用治具を前記測定光の光路中にセットするステップと、
   前記高さを入力する入力するステップと、
   前記干渉縞撮像手段により前記較正用治具に基づく干渉縞画像を撮像して位相分布を算出する位相分布算出ステップと、
   前記位相分布から前記平坦面と前記段差面との位相差を算出する位相差算出ステップと、
   前記位相差から入射角絶対値を算出する入射角算出ステップと、
   前記入射角絶対値に基づき測定感度を算出するステップと、
   を含むことを特徴とする斜入射干渉計の較正方法。
9. 前記入射角絶対値に基づき前記測定光束の入射角を修正することを特徴とする請求項８に記載の斜入射干渉計の較正方法。
10. 前記位相分布算出ステップが参照光束反射部材を一定ステップ送り量ずつ送ることにより位相の異なる複数枚の干渉縞画像を撮像して位相分布を求める位相変調処理ステップであり、前記ステップ送り量を前記測定感度に基づき修正することを特徴とする請求項８に記載の斜入射干渉計の較正方法。

Images