JP2997551B2 - グレーズ光用回折マニピュレーション干渉計 - Google Patents

グレーズ光用回折マニピュレーション干渉計

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、グレーズ光においてテスト表面を測定する
ための回折性光学素子を組み込んだ干渉計に関する。
背景 回折性光学素子は、グレーズ光においてテスト表面を
測定するための波面（ビーム）を扱う利便な方法を提供
する。例えば、前置回折性光学素子は、一次波面をテス
ト波面と参照波面とに分割し、テスト波面を再度形成し
て、グレーズ角度にてテスト波面から反射するために用
いられる。後置回折性光学素子は、テスト波面と参照波
面とを相対的に再度形成して再度組み合わせるために用
いられる。結果として得られる再度組み合わされた後の
波面間の干渉パターンは、テスト波面の変化を示す。
テスト波面及び参照波面は、回折性光学素子の異なる
回折次数を用いて分割されて且つ再度組み合わせられ
る。光線は０次の回折次数において回折性光学素子を直
接的に通過するが、回折次数が徐々に高くなるにつれて
（非０次）、漸進的に大きくなる角度に曲げられる。例
えば、参照波面は、変化なしに、０次の回折次数におい
て、１又は両方の回折性光学素子を通して回折可能であ
る。対応するテスト波面は、非０次回折次数において、
前置回折性光学素子によって、グレーズ光においてテス
ト波面から反射するための形態に回折可能である。さら
に、対応するテスト波面は、非０次の回折次数におい
て、後置回折性光学素子によって、参照波面との整合に
戻るように回折可能である。テスト波面と参照波面との
間の回折次数の多くの他の組合せもまた、０次の回折次
数において反射したテスト波面を前置回折性光学素子を
通して回折することや、非０次の回折次数において参照
波面をテスト波面との整合に戻すように回折することを
含み得る。
各回折性光学素子は、テスト波面及び参照波面を処理
するために、ただ２つの回折次数を要求する。残りの回
折次数は、他の方向に一次波面の部分を分散させる。こ
れらの他の回折次数によって分散された光は、コントラ
ストを減少させることによって、又は擬似の縞パターン
を生じさせることによって、テスト波面と参照波面との
間の干渉パターンを隠し得る。時々、他の回折次数によ
って分散された光は、テスト波面及び参照波面と組み合
わせられて、これらの結果的に生じる干渉パターンを変
化させる。テスト波面における変化だけを表す代わり
に、別の干渉パターンは他の回折次数の経路長さの変化
に関する所望しない情報をも含む。
この問題は、同一の前置回折性光学素子及び後置回折
性光学素子で円筒状内面を測定する際に特に困難であ
る。後置回折格子の反対の符号（すなわちポジティブと
ネガティブ）の回折次数により組み合わせられた光の部
分の間に所望しない干渉が生じ得る。テスト表面からの
反射後、テスト波面は、符号化された次数の一つを通る
後置回折性光学素子によって回折され得る。反射の前に
テスト波面の方向に伝搬する他の光は、反対の符号の次
数を通る後置回折性光学素子によって回折され得る。後
置回折性光学素子のポジティブ及びネガティブの次数の
両者を通して回折された光は、参照波面と整合するよう
に曲げられる。こうして、所望しない情報を有するテス
ト波面と参照波面との間の干渉パターンを分裂させる。
我々は、この問題に対する特別の解決法を係属中の米
国特許出願08/483,737号（1995年６月７日出願、発明の
名称：グレーズ光における回折性光学素子を用いた表面
の干渉計による測定）によって確認している。内面から
反射したテスト波面は、収束経路上にあるから、後置回
折性光学素子は、交差領域の前方又は後方のいずれかに
位置付けられ得る。交差領域の後方に位置付けられた場
合には、反対の符号の次数の経路上の発散光は、後置回
折性光学素子を十分に越えて延びる。
しかし、後置回折性光学素子がさらにテスト波面を再
度形成することを要求する場合には、テスト波面から離
れる方向に後置回折性光学素子を移動させることは、テ
スト波面上の変化の空間的な分解能を減少させる。ある
点まではテスト波面上の各ポイントは、テスト波面を散
乱させて、かようなポイントから反射した光は後置回折
性光学素子上の領域を照らす。各領域の大きさは、テス
ト波面上のポイントと後置回折性光学素子との間の距離
が増加するにつれて増加する。
テスト片の軸方向平面の外側から後置回折性光学素子
に近づくいかなる光線も、軸方向平面内から近づく光線
に斜めに回折される。後置回折性光学素子における斜め
の光線は、非点収差を誘導する。非点収差は、後置回折
性光学素子上の照らされている領域のサイズと共に増加
する。非点収差は、干渉パターンにおける対応する意図
されたポイントで、テスト波面上のポイントを分離す
る。よって、干渉パターンから所望しない光を排除する
ために交差を用いることは、テスト波面上の個々のポイ
ントに関する情報を減少させる意図されたものでない効
果を有する。
発明の概要 本発明は、グレーズ光干渉計におけるテスト波面と参
照波面との間の干渉パターンを分裂する本質的でない回
折次数からの光の問題に関する。本質的でない光は、干
渉パターンを形成するテスト波面と参照波面との組合せ
から隔離され阻止される。
本発明の新規な干渉計の一実施形態は、グレーズ光に
おける内側のテスト表面を測定するために特に適してい
る。当該干渉計は、内側のテスト表面に関して特別の位
置に位置付けられている前置回折性光学素子と後置回折
性光学素子とを含む。前置回折性光学素子は、光の一次
ビームをテストビームと参照ビームとに分割する。前置
回折性光学素子と後置回折性光学素子との間の第１の経
路は、グレーズ光におけるテストビームを内側のテスト
表面まで運ぶ。前置回折性光学素子と後置回折性光学素
子との間の第２の経路は、内側のテスト表面とは独立に
参照ビームを運ぶ。後置回折性光学素子は、内側のテス
ト表面における変化を示す干渉パターンを生じさせるた
め、テストビームと参照ビームとを再度組み合わせる。
後置回折性光学素子は、通常は反射されたテストビー
ムが後置回折性光学素子に近づくように収束ビームとし
て位置付けられる。しかし、前置回折性光学素子は、要
求された発散ビームとして内側のテスト表面に近づく前
に収束ビームとしてテストビームが前置回折性光学素子
から発散するように位置付けられる。換言すれば、前置
回折性光学素子は、内側のテスト表面から十分に離隔さ
れていて、所望のグレーズ角度にて内側のテスト表面に
近づく前に、テストビームを焦点（すなわち交差）を通
して収束させ得る。反対符号の次数において前置回折性
光学素子によって回折されたいかなる光も内側のテスト
表面に至る追加の距離を通して発散する。しかし、同一
符号の次数からの本質的でない干渉する光は、なお排除
されるべきである。
テストビームとして、同一符号の次数において、前置
回折性光学素子から発生する光は、内側のテスト表面と
は独立の第３の経路に沿って伝搬し得るし、また、反対
符号の回折次数を通して、後置回折性光学素子におい
て、テストビームと再度組み合わせられ得る。しかし、
同一符号の次数の本質的でない光は、テストビームから
空間的に区別され得る。なぜなら、かような本質的でな
い光は、テストビームに対して前置回折性光学素子の異
なる領域によって回折されるからである。内側のテスト
表面に先だって配置されている適当な大きさにされた開
口絞り（aperture stop）は、本質的でない光が後置回
折性光学素子においてテストビームと参照ビームとを組
み合わせることを阻止する。
本発明の別の実施形態は、前置回折性光学素子と後置
回折性光学素子と、テストビームと参照ビームとを両者
の間に運ぶための独立の経路とを含む。しかし、前置回
折性光学素子と後置回折性光学素子とは、非０次の回折
次数を通してテストビーム及び参照ビームの両者を回折
し、前置回折性光学素子と後置回折性光学素子のうち少
なくとも一つの光学素子は、０次の回折次数において、
光の透過を抑制する。
０次の回折を抑制するために要求される改変はきわめ
て簡単である。例えば、回折格子の溝深さを制御して、
０次の回折を達成する相殺的干渉を発生させることがで
きる。最大の抑制は、前置回折性光学素子及び後置回折
性光学素子の両者を改変することによって得られる。
前置回折性光学素子及び後置回折性光学素子のいくつ
かの新規な構成は、内側のテスト表面を測定するために
用いることができる。例えば、同じ程度のポジティブ及
びネガティブの回折次数（例えば、ポジティブ１次及び
ネガティブ１次）を前置回折性光学素子においてテスト
ビーム及び参照ビームを回折するために用い得る。両方
の次数は、前置回折性光学素子のオーバーラップする領
域から発し得る。すなわち、テストビームは発散ビーム
として発せられ、参照ビームは収束ビームとして発せら
れる。テストビームは、後置回折性光学素子に至る収束
する経路に沿って内側の表面によって反射される。参照
ビームは、発散ビームとして後置回折性光学素子に近づ
く前に、焦点を通して収束する。後置回折性光学素子
は、反対の符号の回折次数を通して、テストビーム及び
参照ビームを視準ビームとして互いに整合するように回
折する。後置回折性光学素子に先立つ視準光の０次の回
折次数は、前置回折性光学素子及び後置回折性光学素子
のうち少なくとも一方を改変することによって抑制され
る。
同一符号の回折次数は、前置回折性光学素子の異なる
領域から、テストビーム及び参照ビームを回折するため
に用い得る。両方のビームは、前置回折性光学素子か
ら、発散するビームとして発せられる。参照ビームは、
後置回折性光学素子に依存して発散し続けるが、内側の
テスト表面からの反射は、後置回折性光学素子の同じ領
域に近づく前に、テストビームを収束ビームに変換す
る。後置回折性光学素子の同一符号の回折次数は、テス
トビームと参照ビームとを視準ビームに組み合わせる。
０次の回折は抑制されて、所望でない光が組み合わされ
た視準ビームに合流することを防止する。
前置回折性光学素子はまた、前述の交差配置と同様
に、内側のテスト表面から離隔されていてもよい。前置
回折性光学素子の異なる領域における同一符号の回折次
数は、テストビーム及び参照ビームを収束経路に沿って
回折するために用いられる。テストビームは、焦点を通
して伝搬された後、内側のテスト表面によって、収束経
路に沿って、後置回折性光学素子まで反射される。参照
ビームもまた、発散経路に沿って後置回折性光学素子に
近づく前に、焦点を通して収束する。後置回折性光学素
子は、反対符号の次数を通して、視準された形態におい
て互いに整合するように、テストビーム及び参照ビーム
を回折する。
第１の交差配置における本質的でない光を回折するた
めに応答可能な前置回折性光学素子の同じ領域は、参照
ビームを回折するために用いられる。よって、アパーチ
ュアリングは、この光を阻止するために必要でない。し
かし、アパーチュアリングは、なお同一符号のより高い
次数によって回折された光を阻止するために用いられ得
る。反対符号の次数からの他の光は、内側のテスト表面
から前置回折性光学素子を分離する追加の距離を通して
分岐する経路に沿って散乱させられる。これは、視準光
を後置回折性光学素子の前方に残したままとする。これ
は、回折性光学素子の一方の０次改変によって抑制され
る。
外側のテスト表面もまた、０次の回折次数によって回
折されるテストビーム及び参照ビームで測定することが
できる。前置回折性光学素子の回折領域は、同一符号の
次数において、テストビーム及び参照ビームを回折す
る。テストビームは、外側のテスト表面まで収束し、外
側のテスト表面からの反射後、発散ビームとして、前置
回折性光学素子の領域に近づく。参照ビームは、後置回
折性光学素子の同じ領域に直接的に収束する。テストビ
ーム及び参照ビームは、後置回折性光学素子の反対符号
の次数を通して、視準光として互いに整合するように、
回折される。一方の回折性光学素子による他の視準光の
抑制は、再度組み合わせられたテストビーム及び参照ビ
ームで本質的でない干渉を防止する。
図面 図１は、本発明の新規な干渉計の一般的なレイアウト
を示す斜視図である。
図２は、内側のテスト表面を測定するための一対の回
折性光学素子によるテストビーム及び参照ビームのマニ
ピュレーションを示す拡大図である。
図３は、内側の表面を測定するための回折性光学素子
の別の構成を示す拡大図である。
図４は、０次の回折を抑制するための関係を示す回折
性光学素子を通る断面図である。
図５は、内側の表面を測定するための回折性光学素子
の別の構成を示す拡大図である。
図６は、内側の表面を測定するための他の図面の構成
とは異なる要素を組み合わせてなる別の構成を示す拡大
図である。
図７は、外側の表面を測定するための回折性光学素子
の別の構成を示す拡大図である。
詳細な説明 本発明は、グレーズ光においてテスト表面を測定する
ため光学的波面（又はビーム）をマニピュレーションす
る回折性光学素子を組み込んでいる干渉計の改良にかか
る。本明細書において「グレーズ角度」とは、正反射の
範囲内で、テスト波面から傾斜した直角でない角度をい
う。いわゆる「グレーズ光」の角度は、これら「グレー
ズ角度」に対して補充的なものである。
典型的な干渉計10は、マッハ・ツェンダー干渉計配置
として、図１に概略的に示されている。レーザーダイオ
ード又はHeNeレーザーなどの光源12は、コヒーレント光
の発散ビーム14を発生させる。コリメータ16は、発散ビ
ーム14を平面状波面を有する視準された一次ビーム18に
再形成する。円形透過性回折格子又はバイナリ光学素子
などの前置回折性光学素子20は、一次ビーム18を参照ビ
ーム22とテストビーム24に分割する（図２参照）。参照
ビーム22は、平面状波面として視準されたままである。
しかし、テストビーム24は、前置回折性光学素子20によ
って、第１の回折角度μを通る参照軸26に対して均一に
傾斜されている光線のアキシコン状波面（axiconic wav
efront）を有する収束ビームに再形成される。第１の回
折角度μは、参照軸26の軸平面内で測定される。
参照ビーム22及びテストビーム24は、典型的なテスト
片28の中空中心を通るそれぞれの経路に沿って、後置回
折性光学素子30まで伝搬する。テストビーム24は、一定
のグレーズ角度θにて、テスト片28の内側テスト表面32
上の異なる位置から反射する。後置回折性光学素子30
は、さらに、反射されたテストビーム24を第２の回折角
度νを通る平面状波面の視準された形態に再形成して戻
す。
通常の平坦な円筒状表面を測定するためには、２つの
回折角度μ及びνは互いに等しく、一定のグレーズ角度
θに等しい。しかし、テーパード表面を測定するため
に、回折角度μ及びνは互いから変化する。これらの相
違は、テーパー角度の２倍に等しいが、これらの総和は
グレーズ角度θの２倍に等しいままである。
参照ビーム22及びテストビーム24は、干渉する平面状
波面からなる視準された組合せビーム34として、後置回
折性光学素子30から発せられる。像形成光学素子36は、
内側テスト表面32の像として、拡散プレート38上に、組
合せビーム34の干渉する平面状波面を焦点合わせする。
結果として得られる干渉パターン（干渉図形と称す）
は、理論的な円筒状表面からのテスト表面32の偏向を表
す。
好ましくは、内側のテスト表面32の全長がほぼ等価に
変ずるように、像形成光学素子36は高いＦナンバーを有
する。開口絞り42は、非視準光として後置回折性光学素
子30から発せられる他の回折次数からの光を排除する。
ズームレンズ44は、干渉図形の像を拡散プレート38から
カメラ46などの像記録装置まで中継する。像は、通常は
倍率を減らすことによって（demagnification）、カメ
ラ46の記録領域に最もよく合うような大きさにされる。
好ましくは固体（solid state）又は電荷結合素子（C
CD）を組み込むカメラ46は、コンピュータ48によって処
理するための干渉パターンを記録する。CRT、フラット
パネル装置、又はプリンターなどのディスプレイ装置50
は、通常の形態における円筒状テスト表面32に関する情
報を表示する。地形情報（topographical informatio
n）に加えて、円形、直線、テーパー及び円柱状態など
の導き出せる測定結果もまた表示可能である。あるい
は、情報は電気的にストアされ又はマニピュレーション
操作にフィードバックされるなど別の操作のために転送
されてもよい。
前置回折性光学素子20及び後置回折性光学素子30のビ
ームマニピュレーション機能は、図２の拡大図により明
瞭に示されている。視準された一次ビーム18は、前置回
折性光学素子20のオーバーラップする領域52及び54によ
って、参照ビーム22及びテストビーム24に分割される。
０次において回折された参照ビーム22は、視準ビームと
して前置回折性光学素子から発せられる。非０次におい
て回折されたテストビーム24は、収束ビームとして前置
回折性光学素子から発せられる。
本発明のこの実施形態によれば、前置回折性光学素子
20は、内側のテスト表面32に関して位置付けられ、テス
トビーム24は、前置回折性光学素子20及び内側のテスト
表面32の間の経路に沿って焦点56を通して収束する。テ
ストビーム24は、発散ビームとして内側のテスト表面に
近づくが、テスト表面32から反射してテストビーム24を
後置回折性光学素子30に対して傾斜する収束ビームに再
形成する。参照ビーム22は、テスト表面32とは独立の経
路に沿って、円柱形態で、後置回折性光学素子30まで伝
搬する。
視準された参照ビーム22及び収束するテストビーム24
は、後置回折性光学素子の共通領域58を通る各回折によ
って組み合わせられる。参照ビーム22は、０次の回折次
数において変化なしに回折され、テストビーム24は非０
次の回折次数を通して参照ビーム22と整合するように回
折される。結果的に得られる組み合わせられたビーム34
は視準されている。
参考として、ポジディブな回折次数は光を参照軸26に
向けて曲げ、ネガティブな回折次数は光を参照軸26から
離れる方向に曲げることが理解されている。回折角度の
大きさは、回折次数が高くなるにつれて増加する。例え
ば、視準光は、ポイティブな回折次数を通して収束ビー
ムに回折され、ネガティブな回折次数を通して発散ビー
ムに回折される。逆に、収束ビームはネガティブな回折
次数を通して視準ビームに回折され、発散ビームはポジ
ティブな回折次数を通して視準ビームに回折される。
好ましくは、前置回折性光学素子20は、内側のテスト
表面32に対して参照軸26に沿った最小距離tcを越えて位
置付けられている。tcは下記式により計算され得る。
ここで、ｄは内側のテスト表面32の閉鎖端部の直径で
ある。テストビーム24を正確に形作るために、同じ追加
の距離が必要である。理論的な最大距離はないが、過剰
の距離は不必要に前置回折性光学素子20の大きさを増加
させる。
ネガティブな回折次数を通して前置回折性光学素子20
によって回折された視準光は、追加の距離を通して、内
側のテスト表面32まで発散する。かようなテストビーム
24のポジティブな回折次数と等価又はより大きなネガテ
ィブな次数は、テスト表面32の直径ｄを越えて光を散乱
させる。しかし、図２に示すように、同一符号の回折次
数（すなわちポジティブ）からの光の本質的でないビー
ム60は、前置回折性光学素子20の隣接する領域62を通る
回折によって、後置回折性光学素子30の共通領域58に、
なお到達し得る。ブレージングなしに、テストビーム24
及び本質的でないビーム60の両者は、後置回折性光学素
子30の反対符号の回折次数を通して、参照ビーム22と組
合せ可能である。
したがって、本発明のこの実施形態は、さらに、本質
的でないビーム60を阻止するため、前置回折性光学素子
20に隣接して配置されている開口絞り64を含む。前置回
折性光学素子20のいずれの側にも配置し得る開口絞り64
は、参照ビーム22及びテストビーム24の両者を後置回折
性光学素子30の共通領域58にまで透過させるため、前置
回折性光学素子20のオーバーラップする領域52及び54に
関して十分に大きなサイズに形成されるが、本質的でな
いビーム60の後置回折性光学素子30の共通領域58までの
透過を阻止するため、前置回折性光学素子20の隣接する
領域62に関して十分に小さなサイズに形成される。
一次回折次数は、好ましくは、前置回折性光学素子20
からのテストビーム24を回折するために用いられる。反
対符号の等価又はより大きな次数は、内側のテスト表面
32を越えて位置付ける等価若しくはより高い割合で発散
する本質的でないビームを発生する。同一符号の等価又
はより大きな次数は、前置回折性光学素子20の個々の領
域から後置回折性光学素子30の共通領域58に到達する本
質的でないビームを発生する。したがって、前置回折性
光学素子20の反対符号の次数によって回折された本質的
でない光は交差によって散乱され、同一符号の次数によ
って回折された本質的でない光はテストビーム22から識
別されて、開口絞り64によって阻止される。
本発明の別の実施形態は、図３によって示されてお
り、テスト片76の内側のテスト表面74を測定するため、
前置回折性光学素子70及び後置回折性光学素子80を含
む。視準した一次ビーム78は、前置回折性光学素子70の
反対符号の次数によって、収束する参照ビーム82と発散
するテストビーム84とに回折される。参照ビーム82及び
テストビーム84は、好ましくは、前置回折性光学素子70
のオーバーラップする領域86及び88から発せられる。し
かし、前置回折性光学素子70及び内側のテスト表面74
は、領域86及び88が分離される距離範囲にわたり調節さ
れ得る。
参照ビーム82は、内側のテスト表面74とは独立の経路
に沿って、焦点92を通して、後置回折性光学素子80の共
通領域94にまで運ばれる。テストビーム84は、後置回折
性光学素子80の共通領域94に至る経路に沿って、内側の
テスト表面74から反射される。参照ビーム82は、発散す
るビームとして共通領域94に到達する。テストビーム84
は、収束するビームとして共通領域94に到達する。後置
回折性光学素子80は、参照ビーム82及びテストビーム84
を反対符号の次数を通して、視準され組み合わされたビ
ーム96として互いに整合するように回折する。
視準され組み合わされたビーム96と干渉し得る後置回
折性光学素子80を通る視準光の透過は、前置回折性光学
素子70及び後置回折性光学素子80の一方又は両者を通る
０次回折次数を抑制することによって阻止される。好ま
しくは、両方の回折性光学素子70及び80を通る０次の回
折次数は抑制されて、本質的でない視準光のより完全な
抑制を提供し、所望の非０次回折次数により多くの光を
集中する。円筒状テスト表面を測定するために、前置回
折性光学素子及び後置回折性光学素子は好ましくは相互
変換可能である。
図４は、前置回折性光学素子70又は後置回折性光学素
子80の一方として用いられ得るバイナリフェース格子の
断面図を示す。一列の矩形溝102は、各回折次数によっ
て与えられるベンディングの量を決定する光学濃度に
て、光学素子媒質104内に形成される。より高い光学濃
度はより多くのベンディングと同一視され、より低い光
学濃度はより少ないベンディングと同一視される。溝10
2は、好ましくは、以下の式により導かれる50％衝撃係
数Dcを現出するために、周期的なスペースＰに関して、
幅Ｗとなるような大きさにされる。
溝102はまた、好ましくは、下記式による高さＨとな
るような大きさにされる。
ここで、λは、バイナリフェース格子100を通って運
ばれる光の波長であり、ｎは光学素子媒質104の屈折率
である。特定の衝撃係数Dcは、光エネルギーを溝102を
通して透過された第１の部分と光学素子媒質104を通し
て透過された第２の部分との間に等しく分割する。溝10
2の高さＨは、第１の部分と第２の部分との間に、相殺
的干渉機構を通して波長λにて光の透過を抑制する所定
量の相対的な位相シフトを生じさせる。当業者には公知
の０次透過を抑制するための同様の理論上にある回折性
光学素子の他の多くの構成もまた用いることができる。
抑制された０次回折次数による内側のテスト表面を測
定するための別の実施形態は図５に示されている。前置
回折性光学素子110は、視準された一次ビーム108を、同
一符号の回折次数（好ましくは同一符号の一次）を通し
て、参照ビーム122及びテストビーム124に回折する。参
照ビーム122及びテストビーム124は、前置回折性光学素
子の異なる領域126及び128から発散経路上に発せられ
る。参照ビームは、後置回折性光学素子120の共通領域1
32まで、発散経路上に連続する。テストビーム124は、
後置回折性光学素子の共通領域132まで、収束経路上の
テスト片114の内側のテスト表面112によって反射され
る。
発散する参照ビーム122及び収束するテストビーム124
は、反対符号の回折次数を通して、後置回折性光学素子
120によって、組み合わせられた視準されたビーム134に
回折される。前置回折性光学素子110又は後置回折性光
学素子120の一方、しかし好ましくは両方は、０次回折
を抑制するために配列される。したがって、ポジティブ
な回折次数又はネガティブな回折次数に回折されない一
次ビーム108からの視準光は、組み合わせられた視準し
たビーム134を結合することを阻止する。
上述の実施形態の特徴を組み合わせたさらなる実施形
態は、内側のテスト表面を測定するために、交差及び０
次抑制を用いる。図６によれば、前置回折性光学素子14
0は、視準された一次ビーム138をそれぞれ、収束する参
照ビーム142及びテストビーム144に分割する。２つのビ
ーム142及び144は、前置回折性光学素子の個々の領域14
6及び148から発せられる。
参照ビーム142は、後置回折性光学素子150の共通領域
154に発散ビームとして到達する前に、焦点152を通して
伝搬する。テストビーム144は、内側のテスト表面158に
発散ビームとして到達する前に、焦点156を通して伝搬
する。しかし、内側のテスト表面158からグレーズ角度
にて反射後、テストビームは後置回折性光学素子150の
共通領域154に収束ビームとして到達する。後置回折性
光学素子は、反対符号の回折次数を通して、発散する参
照ビーム142及び収束するテストビーム144を視準され組
み合わされたビーム160に回折する。
回折性光学素子140又は150の一方又は両方は、０次の
光の透過を抑制するように配列される。テスト表面158
に先立つテストビーム144の交差は、前置回折性光学素
子140からのネガティブな次数の透過（すなわち本質的
でない発散ビーム）を散乱する。最終的に、開口絞り16
2は、前置回折性光学素子140を通しての望ましくないよ
り高いポジティブな透過（すなわち本質的でない収束ビ
ーム）を阻止するために用いられ得る。
外側のテスト表面も同様に測定される。例えば、図７
は、テスト片174の外側の円筒状表面172を測定するた
め、非０次回折次数で、参照ビーム182及びテストビー
ム184を形づくる前置回折性光学素子170及び後置回折性
光学素子180を示す。参照ビーム182及びテストビーム18
4の両方とも、前置回折性光学素子170の個々の領域186
及び188から、収束ビームとして発せられる。参照ビー
ム182は、後置回折性光学素子180の共通領域192に直接
的に収束する。テストビーム184は、外側の表面172から
反射後、発散ビームとして、後置回折性光学素子180の
共通領域192に到達する。
後置回折性光学素子180は、反対符号の次数を通し
て、参照ビーム182及びテストビーム184を視準され組み
合わされたビーム194に回折する。前置回折性光学素子1
70及び後置回折性光学素子180の少なくとも一方は、０
次の回折次数における光の透過を阻止するように配列さ
れる。したがって、一次ビーム168からの回折されてい
ない視準光は、テスト表面172における変化を示す情報
を含む視準され組み合わされたビーム194で干渉される
ことが阻止される。
上述の実施形態の他の多くの変更及び組合せもまた可
能である。例えば、これらの実施形態のいずれにおいて
も、前置回折性光学素子を通しての望ましくない透過を
阻止するために、アパーチャリングが用いられてもよ
い。回折性光学素子の溝パターンを適当に変えることに
よって、テスト表面の他のより複雑な形状もまた測定可
能である。かような回折性光学素子の設計に関するさら
に詳細な説明は、共に参照として本願に組み込まれてい
る係属中の米国特許出願08/483,737号（1995年６月７日
出願）及び08/509,161号（1995年７月31日出願）に見い
だせる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−75660（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−177421（ＪＰ，Ａ) 特表 平10−512674（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 9/00 - 11/30 102 G01N 21/84 - 21/91

Claims (22)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】グレーズ光にて内側のテスト表面を測定す
    るための干渉計であって、 光の一次ビームをテストビームと参照ビームとに分割す
    る前置回折性光学素子と、 上記テストビームと参照ビームとを再度組み合わせる後
    置回折性光学素子と、 上記前置回折性光学素子と上記後置回折性光学素子との
    間を内側のテスト表面まで、グレーズ光にて、上記テス
    トビームを運ぶ第１の経路と、 上記前置回折性光学素子と上記後置回折性光学素子との
    間で、上記内側のテスト表面とは独立に、上記参照ビー
    ムを運ぶ第２の経路と、を備え、 上記前置回折性光学素子は、上記テストビームが上記前
    置回折性光学素子から収束ビームとして発せられるが、
    内側のテスト表面には発散ビームとして到達するように
    位置付けられており、 上記後置回折性光学素子は、反射されたテストビームが
    収束ビームとして上記後置回折性光学素子に到達するよ
    うに位置付けられており、 上記内側のテスト表面に先立つ位置に位置付けられてお
    り、上記一次ビームの本質的でない部分が上記後置回折
    性光学素子において上記テストビーム及び上記参照ビー
    ムと組み合わせられないように阻止するような大きさに
    されている開口絞りを備えることを特徴とする干渉計。
  2. 【請求項２】請求項１の干渉計であって、前記前置回折
    性光学素子は、前記一次ビームの本質的でない部分を収
    束ビームとして回折するように配置されていることを特
    徴とする干渉計。
  3. 【請求項３】請求項２の干渉計であって、 前記前置回折性光学素子は、前記テストビーム及び前記
    一次ビームの本質的でない部分が前記前置回折性光学素
    子の異なる領域によって回折されるように、前記内側の
    テスト表面に関して位置付けられており、 前記開口絞りは、前記一次ビームの本質的でない部分が
    回折される領域を阻止する、ことを特徴とする干渉計。
  4. 【請求項４】請求項１の干渉計であって、 前記テストビーム及び前記参照ビームは、前記後置回折
    性光学素子の共通領域内で再度組み合わせられ、 前記後置回折性光学素子は、前記テストビーム及び前記
    一次ビームの本質的でない部分の両者を前記参照ビーム
    と整合するように回折するように配置されている、こと
    を特徴とする干渉計。
  5. 【請求項５】請求項１又は請求項４の干渉計であって、 前記後置回折性光学素子は、反対符号の回折次数から、
    前記テストビーム及び前記一次ビームの本質的でない部
    分を回折し、 前記前置回折性光学素子は、前記テストビーム及び前記
    一次ビームの本質的でない部分を、同一符号の回折次数
    にて回折する、ことを特徴とする干渉計。
  6. 【請求項６】請求項１〜請求項５のいずれか１の干渉計
    であって、前記開口絞りは、前記前置回折性光学素子に
    隣接して配置されていることを特徴とする干渉計。
  7. 【請求項７】請求項１又は請求項６の干渉計であって、
    前記前置回折性光学素子は、下記式 ここで、ｄは、前記内側のテスト表面の直径であり、μ
    は、前記テストビームが前記前置回折性光学素子により
    曲げられる回折角度である により計算され得る最小距離tcにわたり、前記内側のテ
    スト表面から離隔されていることを特徴とする干渉計。
  8. 【請求項８】グレーズ光にて、テスト表面を測定するた
    めの干渉計であって、 光の一次ビームをテストビームと参照ビームとに回折す
    る前置回折性光学素子と、 上記テストビームと参照ビームとを互いに整合するよう
    に回折する後置回折性光学素子と、 テスト表面に対するグレーズ光にて、上記前置回折性光
    学素子と上記後置回折性光学素子との間で上記テストビ
    ームを運ぶ第１の経路と、 上記テスト表面とは独立に、上記前置回折性光学素子と
    上記後置回折性光学素子との間で上記参照ビームを運ぶ
    第２の経路と、を備え、 上記前置回折性光学素子は、上記一次ビームをそれぞれ
    非０次回折次数を通して上記テストビームと上記参照ビ
    ームとに回折し、 上記後置回折性光学素子は、上記テストビームと上記参
    照ビームとをそれぞれ非０次回折次数を通して互いに整
    合するように回折し、 上記前置回折性光学素子と上記後置回折性光学素子との
    少なくとも一方は、０次回折次数において、光の透過を
    抑制するように配置されていることを特徴とする干渉
    計。
  9. 【請求項９】請求項８の干渉計であって、 前記前置回折性光学素子の前記非０次回折次数は、反対
    符号の回折次数であり、 前記テストビーム及び前記参照ビームは、前記前置回折
    性光学素子のオーバーラップする領域を通して、反対符
    号の回折次数にて、回折される、ことを特徴とする干渉
    計。
  10. 【請求項１０】請求項８の干渉計であって、 前記前置回折性光学素子の前記非０次回折次数は、同一
    符号の次数であり、 前記テストビーム及び参照ビームは、前記前置回折性光
    学素子の異なる領域を通して、同一符号の次数にて、回
    折される、ことを特徴とする干渉計。
  11. 【請求項１１】請求項10の干渉計であって、前記前置回
    折性光学素子は、前記テストビームが前記前置回折性光
    学素子及び前記テスト表面の間の第１の経路に沿った焦
    点を通して収束するように、前記テスト表面に関して位
    置付けられていることを特徴とする干渉計。
  12. 【請求項１２】請求項10の干渉計であって、さらに、前
    記前置回折性光学素子に隣接して位置付けられており、
    前記前置回折性光学素子の異なる領域を通して前記第１
    及び第２の経路に沿って光を透過させ得て且つ前記前置
    回折性光学素子の別の領域を通して前記後置回折性光学
    素子の共通領域まで光が透過することを阻止するような
    大きさとされている開口絞りを備えることを特徴とする
    干渉計。
  13. 【請求項１３】グレーズ光にて内側のテスト表面を測定
    するための方法であって、 前置回折性光学素子において、光の一次ビームをテスト
    ビームと参照ビームとに分割する工程と、 後置回折性光学素子において、上記テストビームと上記
    参照ビームとを再度組み合わせる工程と、 上記前置回折性光学素子と後置回折性光学素子との間の
    第１の経路に沿って、内側のテスト表面に対するグレー
    ズ光にて、上記テストビームを運ぶ工程と、 上記前置回折性光学素子と上記後置回折性光学素子との
    間の第２の経路に沿って、上記内側のテスト表面とは独
    立に、上記参照ビームを運ぶ工程と、 上記テストビームが収束ビームとして上記前置回折性光
    学素子から発せられるが、上記内側のテスト表面には発
    散ビームとして到達するように、上記前置回折性光学素
    子を位置付ける工程と、 上記反射したテストビームが収束ビームとして、上記後
    置回折性光学素子に到達するように、上記後置回折性光
    学素子を位置付ける工程と、 上記後置回折性光学素子において、一次ビームの本質的
    でない部分が上記テストビーム及び上記参照ビームと組
    み合わせられることを阻止する工程と、 を備えることを特徴とする測定方法。
  14. 【請求項１４】請求項13の測定方法であって、さらに、
    前記一次ビームの本質的でない部分を前記前置回折性光
    学素子からの収束ビームとして回折する工程を備えるこ
    とを特徴とする測定方法。
  15. 【請求項１５】請求項14の測定方法であって、 前記前置回折性光学素子を位置付ける工程が、前記テス
    トビームと前記一次ビームの本質的でない部分が前記前
    置回折性光学素子の異なる領域によって回折されるよう
    に、前記前置回折性光学素子を前記内側のテスト表面に
    関して位置付ける工程を備え、 前記一次ビームの本質的でない部分が組み合わせられる
    ことを阻止する工程が、前記一次ビームの本質的でない
    部分が回折される領域を阻止する開口絞りを適当な大き
    さにする工程を備える、ことを特徴とする測定方法。
  16. 【請求項１６】請求項13の測定方法であって、前記テス
    トビームと前記参照ビームとが、前記後置回折性光学素
    子の共通領域内で再度組み合わせられ、 さらに、前記後置回折性光学素子を前記テストビーム及
    び前記一次ビームの本質的でない部分を反対符号の回折
    次数を通して前記参照ビームに整合するように回折する
    ために配置する工程と、 前記前置回折性光学素子を前記テストビーム及び前記一
    次ビームの本質的でない部分を同一符号の回折次数にて
    回折するように配置する工程と、を備えることを特徴と
    する測定方法。
  17. 【請求項１７】請求項13〜請求項16のいずれか１の測定
    方法であって、さらに、前記開口絞りを前記前置回折性
    光学素子に隣接して位置付ける工程を備えることを特徴
    とする測定方法。
  18. 【請求項１８】グレーズ光にて内側のテスト表面を測定
    する方法であって、 前置回折性光学素子の第１の領域を通して、参照ビーム
    と整合しないように、テストビームを回折する工程と、 上記前置回折性光学素子の第２の領域を通して、本質的
    でないビームを上記テストビームと整合するように回折
    するように、上記前置回折性光学素子を配置する工程
    と、 後置回折性光学素子の共通領域を通して、上記テストビ
    ームと上記参照ビームとを互いに整合するように回折す
    る工程と、 上記後置回折性光学素子の共通領域を通して、上記本質
    的でないビームを上記テストビーム及び上記参照ビーム
    と整合するように回折するように、上記後置回折性光学
    素子を配置する工程と、 内側のテスト表面に対するグレーズ光にて、上記後置回
    折性光学素子の共通領域まで、第１の経路に沿って、上
    記テストビームを運ぶ工程と、 上記内側のテスト表面とは独立に、上記後置回折性光学
    素子の共通領域まで、第２の経路に沿って、上記参照ビ
    ームを運ぶ工程と、 上記前置回折性光学素子の第１及び第２の領域が互いに
    離隔するように、上記内側のテスト表面に関して、上記
    前置回折性光学素子を位置付ける工程と、 上記前置回折性光学素子よりも上記内側のテスト表面に
    より近接して、上記後置回折性光学素子を位置付ける工
    程と、 開口絞りを上記前置回折性光学素子に隣接して位置付け
    る工程と、 上記テストビーム及び上記参照ビームを上記後置回折性
    光学素子の共通領域まで透過し、且つ上記後置回折性光
    学素子の共通領域に上記本質的でないビームが到達する
    ことを阻止するように、上記開口絞りの大きさを上記前
    置回折性光学素子の第１及び第２の領域に関して決める
    工程と、 を備えることを特徴とする測定方法。
  19. 【請求項１９】グレーズ光にて、テスト表面を測定する
    方法であって、 光の一次ビームを、それぞれ前置回折性光学素子の非０
    次回折次数にて、テストビームと参照ビームとに回折す
    る工程と、 上記テストビームと上記参照ビームとを、それぞれ後置
    回折性光学素子の非０次回折次数にて、互いに整合する
    ように回折する工程と、 テスト表面に対するグレーズ光にて、上記前置回折性光
    学素子と上記後置回折性光学素子との間の第１の経路に
    沿って、上記テストビームを運ぶ工程と、 上記テスト表面とは独立に、上記前置回折性光学素子と
    上記後置回折性光学素子との間の第２の経路に沿って、
    上記参照ビームを運ぶ工程と、 上記前置回折性光学素子及び上記後置回折性光学素子の
    少なくとも一方の０次回折次数にて、光の透過を抑制す
    る工程と、 を備えることを特徴とする測定方法。
  20. 【請求項２０】請求項19の測定方法であって、 （ａ）前記テストビームは、発散ビームとして前記前置
    回折性光学素子から発せられ、前記参照ビームは、収束
    ビームとして前記前置回折性光学素子から発せられ、 （ｂ）前記テストビームは、前記テスト表面から反射
    後、収束ビームとして、前記後置回折性光学素子に到達
    し、 （ｃ）前記参照ビームは、焦点を通して収束後、発散ビ
    ームとして前記後置回折性光学素子の共通領域に到達
    し、 （ｄ）前記後置回折性光学素子は、反対符号の回折次数
    を通して、前記テストビーム及び前記参照ビームを互い
    に整合するように回折する、 ことを特徴とする測定方法。
  21. 【請求項２１】請求項19の測定方法であって、 （ａ）前記テストビームが前記前置回折性光学素子及び
    前記テスト表面の間の第１の経路に沿った焦点を通して
    収束するように、前記前置回折性光学素子は前記テスト
    表面に関して位置付けられており、 （ｂ）前記テストビームは、前記テスト表面から反射
    後、収束ビームとして、前記後置回折性光学素子に到達
    し、 （ｃ）前記参照ビームは、前記第２の経路に沿った焦点
    を通して収束後、発散ビームとして、前記後置回折性光
    学素子の共通領域に到達する、 ことを特徴とする測定方法。
  22. 【請求項２２】請求項20又は請求項21の測定方法であっ
    て、 （ａ）前記一次ビームは、視準光のビームであり、 （ｂ）前記組み合わされたテストビーム及び参照ビーム
    は、視準光として、前記後置回折性光学素子から発せら
    れ、 （ｃ）前記前置回折性光学素子及び前記後置回折性光学
    素子の少なくとも一方は前記一次ビームからの視準光の
    透過を抑制するように配置されている、 ことを特徴とする測定方法。
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