JP2014106158A

JP2014106158A - 測定装置、および物品の製造方法

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Publication number: JP2014106158A
Application number: JP2012260339A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Yamamoto; 貴宏山本; Eiji Sakamoto; 英治坂本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2014-06-09
Anticipated expiration: 2032-11-28
Also published as: JP5563648B2

Abstract

【課題】様々な環境下において被検物の表面形状を測定するために有利な測定装置を提供する。
【解決手段】
被検物の表面形状又は表面高さを測定する測定装置は、光透過部材と、前記光透過部材を支持する支持部と、前記光透過部材とともに前記被検物を取り囲むチャンバーと、前記光透過部材を介して前記被検物に光を照射して前記被検物からの光を受光することにより前記被検物の表面形状又は表面高さを測定する測定部と、前記チャンバーの内部の圧力を調整する調整部と、前記光透過部材の自重による変形を低減するように前記調整部を制御する制御部と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定装置、および物品の製造方法に関する。

レンズやミラーなどの光学素子（被検物）の表面形状を、光を用いて非接触で測定する測定装置が知られている。そして、このような測定装置において、光学素子を測定する温度環境（測定環境）が、光学素子が光学装置に組み込まれて実際に使用されうる温度環境（使用環境）と大きく異なる場合がある。この場合、使用環境と測定環境とで光学素子の形状が熱歪みなどにより異なってしまうため、測定装置には、光学素子を使用環境で測定することが要求されている。

特開２０１０−５４９３３号公報特開２００５−１０１２２６号公報

光学素子を使用環境で測定する方法として、例えば、測定装置が配置されている環境（周囲環境）自体を当該使用環境に設定する方法があるが、この方法は現実的とはいえない。それは、近年の測定精度の高精度化に伴って測定装置には周囲環境の温度管理を精密に行うことが求められており、周囲環境の温度を変化させてしまうと測定誤差が発生しうるからである。

そこで、本発明は、様々な環境下において被検物の表面形状を測定するために有利な測定装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての測定装置は、被検物の表面形状又は表面高さを測定する測定装置であって、光透過部材と、前記光透過部材を支持する支持部と、前記光透過部材とともに前記被検物を取り囲むチャンバーと、前記光透過部材を介して前記被検物に光を照射して前記被検物からの光を受光することにより前記被検物の表面形状又は表面高さを測定する測定部と、前記チャンバーの内部の圧力を調整する調整部と、前記光透過部材の自重による変形を低減するように前記調整部を制御する制御部と、を含む、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、様々な環境下において被検物の表面形状を測定するために有利な測定装置を提供することができる。

第１実施形態の測定装置を示す図である。第１実施形態のチャンバーの支持部を示す拡大図である。板部材および支持部を上部（ｚ方向）から見たときの図およびその断面図である。ギャップを介して第２空間に流出するエアーの流量を示す図である。制御部が測定部における測定結果を補正する方法を示すフローチャートである。第１実施形態の測定装置を示す図である。第２実施形態の測定装置を示す図である。第２実施形態の光透過部材を示す図である。第３実施形態のチャンバーの支持部を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。また、各図において、測定光の光軸に平行な方向をＺ方向とし、光軸に直交する方向をそれぞれＸ方向およびＹ方向とする。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態の測定装置１００について、図１を参照して説明する。第１実施形態の測定装置１００は、被検物１０３（例えば光学素子）の表面にレーザー光を照射し、表面で反射したレーザー光を検出することにより被検物１０３の表面形状または表面高さを非接触で測定する。測定装置１００は、測定部１０１と、光透過部材１１３と、チャンバー１１０と、保持部１０４と、調整部（圧力調整バルブ１０７ａおよび１０７ｂ）と、制御部１１２とにより構成されている。

測定部１０１は、光透過部材１１３を介して被検物１０３の表面にレーザー光を照射し、表面で反射したレーザー光を光透過部材１１３を介して検出することにより被検物１０３の表面形状を非接触で測定する。測定部１０１としては、例えば、測長用プローブもしくは干渉計などが用いられる。光透過部材１１３は、測定部１０１から射出されたレーザー光を透過させるために用いられ、被検物１０３の上方に、即ち、測定部１０１と被検物１０３との間の光路上に配置される。第１実施形態の光透過部材１１３は、合成石英ガラスや硼珪酸ガラスなどの１枚の板部材１０２によって構成されている。チャンバー１１０は、光透過部材１１３を支持する支持部１０９を含み、光透過部材１１３とともに被検物１０３を取り囲むように構成されている。チャンバー１１０は、チャンバー１１０の外部からの熱を遮断する断熱構造を有している。そして、チャンバー１１０の側壁には、チャンバー１１０の内部にエアーを供給するための供給配管１０６と、チャンバー１１０の内部からエアーを排気するための排気配管１０８とが備えられている。供給配管１０６および排気配管１０８には、チャンバー１１０の内部の圧力を調整する調整部として圧力調整バルブ１０７ａおよび１０７ｂがそれぞれ備えられている。そして、制御部１１２が圧力調整バルブ１０７ａおよび１０７ｂを制御することにより、チャンバー１１０の内部の圧力を調整することができる。保持部１０４は、被検物１０３を保持する。また、保持部１０４には、ヒーターが備えられており、このヒーターにより被検物１０３の温度を変化させることができる。即ち、被検物１０３の温度を、被検物１０３が光学装置に取り込まれ、実際に使用されうる温度に設定することができる。

ここで、板部材１０２（光透過部材１１３）を支持する支持部１０９について、図２および図３を参照して説明する。図２は、チャンバー１１０の支持部１０９を示す拡大図であり、図３は、板部材１０２および支持部１０９を上部（ｚ方向）から見たときの図およびその断面図である。支持部１０９は、チャンバー１１０に固定された構造体２００と、構造体２００の上に配置された支持部材２０１および補助部材２０２とによって構成されている。構造体２００は、図３（ａ）に示すように、測定部１０１により射出されたレーザー光の光路を囲むように、即ち、測定部１０１により測定可能な領域（測定領域）を囲むように配置されている。構造体２００は、チャンバー１１０と同じ材料を用いてもよいし、他の材料を用いてもよい。支持部材２０１は、例えばゴムなどの材料で半球形状に形成されており、板部材１０２の周縁部を支持している。支持部材２０１は、構造体２００の上に３つ配置されており、３つの支持部材２０１を用いることにより、板部材１０２がＸＹ方向にずれることを低減することができる。第１実施形態では、支持部材２０１を３つ備えて板部材１０２を支持しているが、それに限られるものではなく、例えば、支持部材２０１を３の倍数の数（例えば６つや９つ）だけ備えて板部材１０２を支持してもよい。また、補助部材２０２は、例えば、弾性を有して摩擦が少ない樹脂などの材料で形成されており、構造体２００の上に、測定領域を囲むように配置されている。補助部材２０２は、支持部材２０１における支持点の位置よりＺ方向の低い位置に支持面２０２ａを有している。即ち、補助部材２０２は、支持部材２０１の高さより低く設計されている。ここで、補助部材２０２は、図３（ｂ）に示すように、構造体２００の全面を覆うように配置されてもよい。また、第１実施形態の測定装置１００において、以下では、被検物１０３が配置されている空間（チャンバー１１０の内部）を第１空間、および測定部１０１が配置されている空間（チャンバー１１０の外部）を第２空間と示す。

このように板部材１０２は、測定部１０１から射出されるレーザー光の光路を遮断させないように、その周縁部において支持部１０９により支持されている。そのため、板部材１０２の中心部が、図２（ａ）の破線１０２ａで示すように、自重により−Ｚ方向に撓むように変形してしまう。板部材１０２が自重により変形してしまうと、測定部１０１と被検物１０３との間の光路が変化してしまい、測定誤差が発生しうる。また、板部材１０２は、例えば、合成石英ガラスや硼珪酸ガラスなどの脆性材料で構成されており、ほとんど塑性変形を伴わずに、自重による変形で破損してしまうことが多い。破損する理由としては、板部材１０２の製造過程や使用過程におけるクラックの進展によるところが大きい。このようなクラックが存在すると、当該クラックが応力集中源となり、実際の負荷応力よりもはるかに大きな応力がクラックの先端に発生し、理論値よりも小さな応力で破損に至ってしまう。そのため、第１実施形態の測定装置１００では、板部材１０２に自重による変形が生じている場合であっても、板部材１０２に加わる応力を緩和するために支持部１０９に補助部材２０２が備えられている。また、第１実施形態の測定装置１００では、板部材１０２の自重による変形を低減するように第１空間内の圧力を調整している。

まず、板部材１０２に自重による変形が生じている場合であっても、支持部１０９の補助部材２０２により板部材１０２に加わる応力を緩和する方法について、図２（ａ）を参照しながら説明する。被検物１０３をチャンバー１１０に搬入およびチャンバー１１０から搬出させるときには、第１空間と第２空間とを同じ圧力にして、板部材１０２を取り外す必要がある。このように第１空間と第２空間とが同じ圧力になっている状態では、図２（ａ）の破線で示す板部材１０２ａのように、板部材１０２に自重による変形が生じてしまう。それに加えて、３つの支持部材２０１のみにより板部材１０２を支持していると、支持部材２０１が支持する点に、式（１）によって表される応力が集中してしまい、板部材１０２の破損につながる虞がある。

そのため、第１実施形態の支持部１０９には、式（１）に示す支持面積を増加させて、板部材１０２への応力集中を緩和するために補助部材２０２が用いられている。補助部材２０２は、上述したように、支持部材２０１における支持点の位置よりＺ方向の低い位置に支持面２０２ａを有している。そして、板部材１０２に自重による変形が生じたときに、図２（ａ）の実線で示す板部材１０２ｂのように、補助部材２０２の支持面２０２ａが板部材１０２に接触し、板部材１０２を支持する。これにより、板部材１０２に自重による変形が生じたときであっても、板部材１０２への応力集中を緩和することができる。

次に、制御部１１２が調整部により第１空間の圧力を調整して、板部材１０２の自重による変形を低減する方法について、図２（ｂ）を参照しながら説明する。制御部１１２は、板部材１０２に自重による変形が許容範囲内になる（図２（ｂ）の二点破線で示す板部材１０２ｃ）際の、第１空間に加える圧力を決定する。例えば、板部材１０２の寸法が、縦（Ｙ方向）８００ｍｍ、横（Ｘ方向）１５００ｍｍ、厚み（Ｚ方向）１０ｍｍで、密度が２．２１ｇ／ｃｍ^３である場合、板部材１０２の質量は式（２）により算出できる。

また、板部材１０２に加える圧力は、式（３）に示すように、板部材１０２の質量を板部材１０２の光透過面全体（上面または下面）の面積で割ることにより算出できる。

式（３）により算出された圧力は、１気圧＝１０１３ｈＰａ＝１ｋｇｆ／ｃｍ^２より２１７ｈＰａとなり、この値が板部材１０２の自重による変形が許容範囲内になる理論値である。したがって、板部材１０２の寸法と材質（密度）が決まれば、板部材１０２の自重による変形を低減するために第１空間に加える圧力の理論値が決定する。第１空間および第２空間には、第１圧力計測部１０５ａおよび第２圧力計測部１０５ｂがそれぞれ配置されており、第１圧力計測部１０５ａは第１空間の圧力を、第２圧力計測部１０５ｂは第２空間の圧力をそれぞれ計測する。制御部１１２は、第１圧力計測部１０５ａにより計測された圧力値（第１空間の圧力値）のデータと、第２圧力計測部１０５ｂにより計測された圧力値（第２空間の圧力値）のデータとを取得する。そして、制御部１１２は、それらの圧力値のデータと圧力の理論値とに基づいて圧力調整バルブ１０７ａおよび１０７ｂを制御し、第１空間の圧力を調整する。例えば、制御部１１２は、圧力調整バルブ１０７ａおよび１０７ｂを制御して、供給配管１０６から第１空間に流入するエアーと、第１空間から排気配管１０８を介して流出するエアーとの割合を調整する。これにより、制御部１１２は、第１空間の圧力値を、第２空間の圧力値より理論値（２１７ｈＰａ）だけ高くなるように調整することができ、板部材１０２の自重による変形を低減することができる。

ここで、第１空間に圧力を加えて板部材１０２の自重による変形を低減している際、第１空間に加えられるエアーが板部材１０２と支持部１０９またはチャンバー１１０との間のギャップを介して第２空間に流出してしまう。このようなエアーの流出が大きいと、第１空間の圧力を精度よく調整することが困難となってしまう。例えば、補助部材２０２を構造体２００上に配置していない場合、構造体２００と板部材１０２との間のギャップ２０３ａが大きくなり、第１空間から第２空間に流出するエアーの流量も大きくなってしまう。それに対し、第１実施形態では、補助部材２０２が測定領域を囲むように構造体２００の上に配置されているため、構造体２００と板部材１０２との間のギャップ２０３ａに比べ、狭いギャップ２０３ｂとすることができる。また、同様に、チャンバー１１０と板部材１０２との間のギャップ２０３ｃも狭くすることによりエアーの流出を低減することができる。例えば、ギャップ２０３ｃを介して第２空間に流出するエアーの流量を、平行平板間のポアズイユ流れを用いて計算すると図４に示すグラフが得られる。図４に示すグラフでは、板部材１０２の寸法を、縦（Ｙ方向）８００ｍｍ、横（Ｘ方向）１５００ｍｍ、厚み（Ｚ方向）１０ｍｍとし、第１空間に加える圧力を２０６Ｐａとして計算した。図４に示すグラフより、ギャップ２０３ｃを狭くしていくと、流出するエアーの流量が少なくなる傾向が得られ、例えばギャップ２０３ｃが６０μｍのときでは、流出するエアーの流量は約１００（ｃｃ／ｓｅｃ）と微量となる。このように第１空間から第２空間へ流出するエアーの流量を小さくすることは、上述したように、ギャップ２０３ｃを小さくするだけでなく、補助部材２０２と板部材１０２との間のギャップ２０３ｂを小さくすることによっても同様に実現できる。これは、補助部材２０２が、板部材１０２への応力集中を緩和できるだけでなく、エアーの流出経路を小さくし、第１空間から第２空間へ流出するエアーの流量を小さくできることを意味している。このように、第１実施形態では、ギャップ２０３ｂおよび２０３ｃを調整することにより、第１空間から第２空間に流出するエアーの流量を変えることができ、第１空間の圧力を精度よく調整することが容易となる。

第１実施形態の測定装置１００では、上述したように、第１空間の圧力を調整することにより板部材１０２の自重による変形を低減している。しかし、制御部１１２が圧力調整バルブ１０７ａおよび１０７ｂを制御して第１空間の圧力を調整するだけでは、板部材１０２には、自重による変形が残ってしまったり、被検物１０３の温度変化の影響による変形が生じてしまったりしている場合がある。この場合、測定部１０１により射出されたレーザー光の光路が僅かながらも変化してしまい、被検物１０３の表面形状に測定誤差が生じうる。そのため、第１実施形態の制御部１１２は、測定部１０１における被検物１０３の表面形状の測定結果を補正する。ここで、制御部１１２が、測定部１０１における測定結果を補正する方法について、図５を参照しながら説明する。図５は、制御部１１２が測定部１０１における測定結果を補正する方法を示すフローチャートである。

Ｓ５０１では、制御部１１２は、板部材１０２の自重による変形をなくすために第１空間に加える圧力の理論値を、式（３）により決定する。第１空間に加える圧力の理論値は、上述したように、板部材１０２の寸法と材質（密度）により決定することができる。このように決定した圧力の理論値を、ここでは圧力Ａとする。Ｓ５０２では、制御部１１２は、第１空間に任意の第１圧力を加えるように圧力調整バルブ１０７ａおよび１０７ｂ（調整部）を制御し、そのときの第１空間の圧力と第２空間の圧力との差圧を算出する。上述したように、第１空間の圧力は第１圧力計測部１０５ａにより、第２空間の圧力は第２圧力計測部１０５ｂにより計測する。このように算出された差圧を、ここでは圧力Ｂとする。Ｓ５０３では、制御部１１２は、第１空間に第１圧力が加えられた状態で、被検物１０３の表面形状を測定するように測定部１０１を制御し、測定部１０１により測定結果を取得する。このように測定部１０１により取得された被検物１０３の表面形状を、ここでは形状Ｂとする。また、当該被検物１０３の設計データにおける表面形状を、ここでは形状Ａとする。Ｓ５０４では、制御部１１２は、圧力Ａと圧力Ｂとの圧力差Ｃ、および形状Ａと形状Ｂとの形状差Ｃを算出し、算出した圧力差Ｃおよび形状差Ｃを関係付けて記憶する。ここで、Ｓ５０２〜Ｓ５０４において使用する被検物１０３は、例えばダミーの光学素子などを用いてもよい。

Ｓ５０５では、制御部１１２は、記憶した圧力差Ｃおよび形状差Ｃのデータ量は十分であるか、即ち、記憶された圧力差Ｃおよび形状差Ｃのデータ数によって圧力差Ｃと形状差Ｃとの関係（表や関数（式）など）が作成できるか否かを判断する。Ｓ５０５においてデータ量が十分でないと制御部１１２が判断した場合は、Ｓ５０１に戻り、第１空間に第１圧力とは異なる任意の第２圧力を加えるように圧力調整バルブ１０７ａおよび１０７ｂを制御する。一方で、Ｓ５０５においてデータ量が十分であると制御部１１２が判断した場合は、Ｓ５０６に進む。Ｓ５０６では、制御部１１２は、記憶された圧力差Ｃおよび形状差Ｃのデータに基づいて圧力差Ｃと形状差Ｃとの関係を作成する。このように圧力差Ｃと形状差Ｃとの関係を作成することにより、例えば、圧力Ｂを圧力Ａに近づけることができない場合などに、当該関係を用いて測定部１０１による測定結果を補正することができる。また、圧力差Ｃと形状差Ｃとの関係において、圧力差Ｃが零のとき、形状差Ｃにオフセットが生じている場合がある。このオフセットは、第１空間の圧力を理論値に設定しても生じうる測定誤差であり、このようなオフセットも当該関係を用いて補正することができる。Ｓ５０７では、制御部１１２は、第１空間の圧力がＳ５０１で算出された理論値になるように圧力調整バルブ１０７ａおよび１０７ｂを制御し、被検物１０３の表面形状を測定するように測定部１０１を制御する。Ｓ５０８では、圧力差Ｃと形状差Ｃとの関係に基づいて被検物１０３の表面形状のデータを補正する。このように、被検物１０３の表面形状のデータを補正することにより、被検物１０３の表面形状を精度よく測定することができる。

ここで、測定部１０１について図６を参照して説明する。測定部１０１には、例えば、測長用プローブ１０１ａや干渉計１０１ｂなどが用いられる。図６（ａ）は、測定部１０１に測長用プローブ１０１ａを用いた場合の測定装置１００を示し、図６（ｂ）は、測定部１０１に干渉計１０１ｂを用いた場合の測定装置１００を示す図である。まず、測定部１０１に測長用プローブ１０１ａを用いた場合の測定装置１００について図６（ａ）を参照して説明する。測長用プローブ１０１ａは、レーザー光を被検物１０３の表面に照射し、表面で反射したレーザー光を検出することにより測長用プローブ１０１ａと被検物１０３の表面との距離を測定する。そして、被検物１０３にレーザー光を照射しながら、測長用プローブ１０１ａをＸ方向およびＹ方向に移動させることにより、被検物１０３の表面形状を測定することができる。測長用プローブ１０１ａは、被検物１０３に対する位置を、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の三次元座標系において高精度に制御する必要がある。そのため、測長用プローブ１０１ａには、Ｚ方向（測長用プローブ１０１ａの光軸方向）にレーザー光を照射する第１干渉計５０２ａ、Ｘ方向にレーザー光を照射する第２干渉計５０２ｂ、およびＹ方向にレーザー光を照射する第３干渉計（不図示）が備えられいる。また、測定装置１００には架台（不図示）が設けられている。そして、その架台に第１干渉計５０２ａのレーザー光を反射する第１基準ミラー５０１ａ、第２干渉計５０２ｂのレーザー光を反射する第２基準ミラー５０１ｂ、および第３干渉計のレーザー光を反射する第３基準ミラー（不図示）が固定されている。測長用プローブ１０１ａのＺ方向の位置は、第１干渉計５０２ａと第１基準ミラー５０１ａとの距離に基づいて決定される。具体的には、第１干渉計５０２ａが、第１基準ミラー５０１ａにレーザー光を照射し、反射したレーザー光により測長用プローブ１０１ａの基準位置からの変位を検出する。この検出した変位と当該基準位置とに基づいて第１干渉計５０２ａと第１基準ミラー５０１ａとの距離が算出される。同様に、測長用プローブ１０１ａのＸ方向およびＹ方向の位置は、第２干渉計５０２ｂと第２基準ミラー５０１ａとの距離、および第３干渉計と第３基準ミラーとの距離に基づいてそれぞれ決定される。

次に、測定部１０１に干渉計１０１ｂを用いた場合の測定装置１００について図６（ｂ）を参照して説明する。干渉計１０１ｂは、レーザー光を射出する光源と、光源から射出されたレーザー光を被検物に照射させるための照明光学系とを含む。また、干渉計１０１ｂと被検物１０３（板部材１０２）との間の光路には、参照面５０４ａを有するガラス基板５０４が配置されており、当該ガラス基板５０４の参照面５０４ａは、被検物１０３の表面形状の測定に必要な測定精度が得られるように加工されている。照明光学系から射出したレーザー光５０３ａは、参照面５０４ａにおいて一部反射し、参照光５０３ｂとして干渉計１０１ｂに入射する。一方で、参照面５０４ａを透過したレーザー光５０３ａは、板部材１０２を透過し、被検物１０３の表面で反射され、再び板部材１０２と透過して被検光５０３ｃとして干渉計１０１ｂに入射する。干渉計１０１ｂでは、干渉計１０１ｂに入射した参照光５０３ｂおよび被検光５０３ｃにより干渉縞が形成され、その干渉縞を受光素子（ＣＣＤなど）で受光し、受光素子によって得られたデータを用いて被検物１０３の表面形状や高さを計算することができる。ここで、図６（ｂ）では、参照面５０４ａを有するガラス基板５０４が第２空間に配置されているが、第１空間に配置されてもよい。

上述したように、第１実施形態の測定装置１００は、チャンバー１１０と光透過部材１１３（板部材１０２）とによって被検物１０３を取り囲むような構成となっている。そして、測定装置１００は、チャンバー１１０の内部（第１空間）の圧力を調整する調整部（圧力調整バルブ１０７ａおよび１０７ｂ）と、調整部を制御する制御部とを備えている。これにより、光透過部材１１３が自重により変形することを低減できるため、光透過部材１１３の変形に起因する被検物１０３の表面形状の測定誤差を低減することができる。また、第１実施形態の測定装置１００は、チャンバー１１０の支持部１０９に補助部材２０２を有している。これにより、第１空間と第２空間との差圧が少なく、光透過部材１１３が自重により変形している場合であっても、光透過部材１１３の応力集中を緩和することができる。したがって、第１実施形態の測定装置１００は、例えば、被検物１０３の温度を変えた状態で、その表面形状を高精度に測定することができる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態の測定装置７００について、図７を参照して説明する。第２実施形態の測定装置７００は、第１実施形態の測定装置１００と比較して、光透過部材１１３の構成が異なる。第２実施形態の光透過部材１１３は、複数（２枚）の板部材１０２と、複数（２枚）の板部材１０２をＺ方向に互いに離隔して配置するための外枠部材６０３とを含む。そして、複数（２枚）の板部材１０２と外枠部材６０３とを含む光透過部材１１３は、チャンバー１１０の支持部１０９により支持されている。このように複数の板部材１０２を配置することで、第１空間と第２空間との間に温度差（例えば、第１空間の温度＜第２空間の温度）がある測定環境下においても、その温度が測定部１０１に影響を及ぼしたり、結露が生じたりすることを低減することができる。

図８は、第２実施形態の光透過部材１１３を示す図である。第２実施形態の光透過部材１１３は、２枚の板部材（１０２ａおよび１０２ｂ）と、２枚の板部材をＺ方向に互いに離隔して配置するための外枠部材６０３とを含む。外枠部材６０３は、測定部１０１により測定可能な領域（測定領域）を囲むように構成されており、２枚の板部材（１０２ａおよび１０２ｂ）を板部材ごとに支持するために２段構成となっている。そして、外枠部材６０３の各段には、第２支持部材６０１と第２補助部材６０２とが備えられている。例えば、板部材１０２ａは外枠部材６０３の下段に配置されており、外枠部材６０３の下段には、第２支持部材６０１ａと第２補助部材６０２ａとが備えられている。第２支持部材６０１ａは、支持部材２０１と同様に、例えばゴムなどの材料で半球形状に構成されており、板部材１０２ａの周縁部を点で支持している。第２支持部材６０１ａは、外枠部材６０３の下段に３つ配置されており、板部材１０２ａがＸＹ方向にずれることを低減するように板部材１０２ａを支持している。第２補助部材６０２ａは、補助部材２０２と同様に、例えば、弾性を有して摩擦が少ない樹脂などの材料で構成されており、測定領域を囲むように配置されている。第２補助部材６０２ａは、第２支持部材６０１ａの高さより低く設定されており、第２支持部材６０１ａにおける支持点の位置よりＺ方向の低い位置に支持面を有している。また、板部材１０２ｂは外枠部材６０３の上段に配置されており、外枠部材６０３の上段にも、下段と同じように第２支持部材６０１ｂと第２補助部材６０２ｂとが備えられている。外枠部材６０３の上段に備えられた第２支持部材６０１ｂおよび第２補助部材６０２ｂは、外枠部材６０３の下段に備えられた第２支持部材６０１ａおよび第２補助部材６０２ａと同様であるため、ここでは説明を省略する。このように構成された光透過部材１１３は、チャンバー１１０の支持部１０９により支持される。具体的には、光透過部材１１３の外枠部材６０３が、支持部１０９の支持部材２０１により支持される。ここで、外枠部材６０３は、温度変化による変形が小さい低熱膨張材料を用いるとよい。それは、被検物１０３の温度を変化させることにより外枠部材６０３に熱変形が生じ、外枠部材６０３がＸＹ方向にずれることを低減するためである。

次に、各板部材（１０２ａおよび１０２ｂ）の自重による変形を低減する方法について説明する。第２実施形態の測定装置７００は、被検物１０３が配置された第１空間と、測定部１０１が配置された第２空間とに加えて、板部材１０２ａと板部材１０２ｂとに挟まれた空間（以下、第３空間）を有する。そして、測定装置７００は、第１空間の圧力Ｐ１を計測する第１圧力計測部１０５ａと、第２空間の圧力Ｐ２を計測する第２圧力計測部１０５ｂとに加えて、第３空間の圧力Ｐ３を計測する第３圧力計測部１０５ｃを有する。このように構成された測定装置７００では、板部材１０２ａの自重による変形を低減するためには第１空間の圧力Ｐ１と第３空間の圧力Ｐ３との差圧を調整する必要がある。同様に、板部材１０２ｂの自重による変形を低減するためには第３空間の圧力Ｐ３と第２空間の圧力Ｐ２との差圧を調整する必要がある。制御部１１２は、調整部（圧力調整バルブ１０７ａおよび１０７ｂ）によって第１空間の圧力Ｐ１しか調整できないが、第３空間の圧力Ｐ３は、第１空間の圧力Ｐ１と第２空間の圧力Ｐ２のほぼ平均値となる。そのため、板部材１０２ａおよび１０２ｂが同じ寸法および同じ材質であれば、制御部１１２は、調整部によって第１空間の圧力Ｐ１を調整するだけでよい。例えば、板部材１０２ａおよび１０２ｂの自重による変形を許容範囲内にそれぞれ低減できる圧力値が圧力Ｐｉである場合、制御部１１２は、圧力Ｐｉの２倍の圧力を第１空間に加えるように圧力調整バルブ１０７ａおよび１０７ｂを制御する。この場合、第２空間の圧力Ｐ２を基準とすると、第３空間では圧力Ｐ３＝Ｐ２＋Ｐｉとなり、第１空間では圧力Ｐ１＝Ｐ３＋Ｐｉとなる。即ち、板部材１０２ａおよび１０２ｂのそれぞれに圧力Ｐｉが加わることになるため、それら両方とも自重による変形を低減することができる。

上述したように、第２実施形態の測定装置７００では、光透過部材１１３は、複数の板部材１０２と、複数の板部材１０２をＺ方向に離隔して配置する外枠部材６０３とを含む。これにより、第１実施形態の測定装置１００と比較して、被検物の温度が測定部１０１に影響を及ぼしたり、結露が生じたりすることを低減することができる。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態の測定装置について説明する。第３実施形態の測定装置は、第１実施形態の測定装置１００と比較して、支持部１０９の構成が異なる。第３実施形態の支持部１０９は、支持部材２０１が支持する光透過部材１１３（板部材１０２）の面と反対側の面に力を加える加圧部材８０１を含む。

図９は、第３実施形態の支持部１０９を示す図である。第３実施形態の支持部１０９は、構造体２００、支持部材２０１および補助部材２０２に加えて、チャンバー１１０に固定された第２構造体８００と、第２構造体８００にバネなどの弾性部材を介して支持された加圧部材８０１とを含んでいる。加圧部材８０１は、ゴムなどの材料で半球形状に構成されており、支持部材２０１とともに板部材１０２を挟むように配置されている。このように加圧部材８０１を設けることにより、例えば、第１空間の圧力により板部材１０２が浮いてしまうことや、それに伴って板部材１０２がＸＹ方向にずれてしまうことを防止することができる。ここで、加圧部材８０１は、例えば第２実施形態のように、光透過部材１１３に複数の板部材１０２を用いた場合では、加圧部材８０１は、板部材ごとに、外枠部材６０３に配置してもよい。

上述したように、第３実施形態の測定装置では、支持部１０９に加圧部材８０１を含んでいる。これにより、例えば、第１空間の圧力により板部材１０２が浮いてしまうことや、それに伴って板部材１０２がＸＹ方向にずれてしまうことを防止することができる。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、レンズやミラーなどの光学素子等の物品を製造する際に用いられる。本実施形態の物品の製造方法は、上記の測定装置を用いて被検物の形状を測定する工程と、かかる工程における測定結果に基づいて被検物を加工する工程とを含む。例えば、被検物の形状を測定装置を用いて計測し、その測定結果に基づいて、被検物の形状が設計値になるように当該被検物を加工（製造）する。本実施形態の物品の製造方法は、測定装置により高精度に被検物の形状を測定できるため、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての測定装置は、被検物の表面形状又は表面高さを測定する測定装置であって、光透過部材と、前記光透過部材を支持する支持部と、前記光透過部材とともに前記被検物を取り囲むチャンバーと、前記光透過部材を介して前記被検物に光を照射して前記被検物からの光を受光することにより前記被検物の表面形状又は表面高さを測定する測定部と、前記チャンバーの内部の圧力を調整する調整部と、前記光透過部材の自重による変形を低減するように前記調整部を制御する制御部と、を含み、前記支持部は、前記光透過部材の周縁部を支持する支持部材と、前記支持部材における支持点の位置より低い位置に支持面を有する補助部材とを含み、前記補助部材の支持面は、前記光透過部材の、前記被検物に照射される光が透過する領域の全周を囲むように設けられている、ことを特徴とする。

式（３）により算出された圧力は、１気圧＝１０１３ｈＰａ＝１．０３３２３Ｋｇ／ｃｍ ^２より２１７Ｐａとなり、この値が板部材１０２の自重による変形が許容範囲内になる理論値である。したがって、板部材１０２の寸法と材質（密度）が決まれば、板部材１０２の自重による変形を低減するために第１空間に加える圧力の理論値が決定する。第１空間および第２空間には、第１圧力計測部１０５ａおよび第２圧力計測部１０５ｂがそれぞれ配置されており、第１圧力計測部１０５ａは第１空間の圧力を、第２圧力計測部１０５ｂは第２空間の圧力をそれぞれ計測する。制御部１１２は、第１圧力計測部１０５ａにより計測された圧力値（第１空間の圧力値）のデータと、第２圧力計測部１０５ｂにより計測された圧力値（第２空間の圧力値）のデータとを取得する。そして、制御部１１２は、それらの圧力値のデータと圧力の理論値とに基づいて圧力調整バルブ１０７ａおよび１０７ｂを制御し、第１空間の圧力を調整する。例えば、制御部１１２は、圧力調整バルブ１０７ａおよび１０７ｂを制御して、供給配管１０６から第１空間に流入するエアーと、第１空間から排気配管１０８を介して流出するエアーとの割合を調整する。これにより、制御部１１２は、第１空間の圧力値を、第２空間の圧力値より理論値（２１７Ｐａ）だけ高くなるように調整することができ、板部材１０２の自重による変形を低減することができる。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての測定装置は、被検物の表面形状又は表面高さを測定する測定装置であって、光透過部材と、前記光透過部材を支持する支持部と、前記光透過部材とともに前記被検物を取り囲むチャンバーと、前記光透過部材を介して前記被検物に光を照射して前記被検物からの光を受光することにより前記被検物の表面形状又は表面高さを測定する測定部と、前記チャンバーの内部の圧力を調整する調整部と、前記光透過部材の自重による変形を低減するように前記調整部を制御する制御部と、を含み、前記支持部は、前記光透過部材の周縁部を支持する支持部材と、前記支持部材における支持点の位置より低い位置に支持面を有する補助部材とを含み、前記補助部材の支持面は、前記光透過部材の、前記被検物に照射される光が透過する領域の全周を囲むように設けられており、前記補助部材の支持面は、前記光透過部材が自重変形したときに前記光透過部材と接触して前記光透過部材を支持する、ことを特徴とする。

Claims

被検物の表面形状又は表面高さを測定する測定装置であって、
光透過部材と、
前記光透過部材を支持する支持部と、
前記光透過部材とともに前記被検物を取り囲むチャンバーと、
前記光透過部材を介して前記被検物に光を照射して前記被検物からの光を受光することにより前記被検物の表面形状又は表面高さを測定する測定部と、
前記チャンバーの内部の圧力を調整する調整部と、
前記光透過部材の自重による変形を低減するように前記調整部を制御する制御部と、
を含む、ことを特徴とする測定装置。
前記支持部は、前記光透過部材の周縁部を支持する３つ以上の支持部材と、前記支持部材における支持点の位置より低い位置に支持面を有する補助部材とを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
前記支持部材の数は、３の倍数である、ことを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
前記支持部は、前記支持部材が支持する前記光透過部材の面と反対側の面に力を加える加圧部材を含む、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の測定装置。
前記加圧部材は、前記支持部材とともに前記光透過部材を挟むように配置されている、ことを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
前記チャンバーの内部と外部との差圧を計測する圧力計測部と、
を更に含み、
前記制御部は、前記差圧に基づいて前記調整部を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の測定装置。
前記制御部は、前記光透過部材の厚みと質量とにより決定された、前記光透過部材に自重による変形が許容範囲内になるときの前記チャンバーの内部の圧力に基づいて、前記チャンバーの内部が当該圧力になるように調整部を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の測定装置。
前記制御部は、前記チャンバーの内部と外部との差圧に対する前記被検物の表面形状の関係を記憶し、当該関係に基づいて前記測定部により測定された前記被検物の表面形状のデータを補正する、ことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の測定装置。
前記光透過部材は、１枚の板部材で構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の測定装置。
前記光透過部材は、複数の板部材と、前記複数の板部材を互いに離隔して配置するための外枠部材とを含み、
前記外枠部材は、前記複数の板部材ごとに、前記板部材の周縁部を支持する３つ以上の第２支持部材と、前記第２支持部材における支持点の位置より低い位置に支持面を有する第２補助部材とを含み、
前記支持部は、前記外枠部材を支持している、ことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の測定装置。
請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の測定装置を用いて被検物の表面形状又は表面高さを測定する工程と、
前記工程における測定結果に基づいて前記被検物を加工する工程と、
を含むことを特徴とする物品の製造方法。