JP5070370B2

JP5070370B2 - 超精密形状測定方法及びその装置

Info

Publication number: JP5070370B2
Application number: JP2007163132A
Authority: JP
Inventors: 和人山内; 哲也石川; 治彦大橋; 尚史津村
Original assignee: Osaka University NUC; JTEC Corp; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research; Japan Synchrotron Radiation Research Institute
Current assignee: Osaka University NUC; JTEC Corp; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research; Japan Synchrotron Radiation Research Institute
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2027-05-23
Also published as: JP2008292438A

Description

本発明は、超精密形状測定方法及びその装置に係わり、例えば放射光施設で用いられる硬Ｘ線から軟Ｘ線を集光させるための細長い形状の平面ミラーあるいは平面に近い形状の球面ミラーや非球面ミラーの反射面の全体形状を超精密に測定することが可能な超精密形状測定方法及びその装置に関する。

ナノメートルの精度でミラー形状を測定する方法としては、ミラー表面上において、一定間隔で法線ベクトルを測定し、そのデータを積分することで、形状データを求める方法（ＬｏｎｇＴｒａｃｅＰｒｏｆｉｌｅｒ）と、干渉計を用いた方法が一般的に用いられている。前者の法線ベクトルを測定する方法（特許文献１参照）は、被測定物の表面上の多数の点で法線ベクトルを測定し、その点の位置と基準線に対する傾き角度を算出し、隣接する測定点間を補間する方法で形状を出している。従って、高精度に形状を測定するには、測定点の間隔を狭める必要があり、広い面積を測定するには測定点の数が膨大になって、測定時間が長くなるといった問題を有している。また、後者の干渉計による計測（特許文献２参照）では、測定領域の大きさが、限られているため、測定領域よりも大きな形状を計測する場合、ミラーステージ台のＸＹステージを用いて、各測定を隣り合う領域と重ねながら測定を行い、測定終了後に、重ね合わせ領域における重ね合わせ誤差が最小となるように各データを結合し、全体形状を求める方法が用いられている。

重ね合わせ領域を用いる方法では、測定データの確からしさは、つなぎ合わせ時の角度の正確性により決定される。干渉計での計測において、ヌルフリンジ状態を利用する計測は、ナノメートルを切る測定精度での計測が可能である。干渉計で用いられている参照面では、あらかじめ３面合わせ方などにより、形状が１ｎｍを超える精度で知ることが可能な平面参照面が用いられている。しかし、ヌルフリンジの状態での計測が不可能な形状である場合、計測データ内にフリンジに相当する計測誤差が発生する。その誤差の影響により、つなぎ合わせ時の各データ間のつなぎ合わせ角度を正確に算出することが不可能である。その誤差は、つなぎ合わせるたびに積分されるため、全体形状を求める際に大きく影響する。

干渉計によるつなぎ合わせ計測の場合、正しいスティッチング角度を求めることが要求され、特許文献３では、各データの計測時において、別途高精度に測定されたミラー姿勢の角度を計測し、それを用いて各データを結合する方法が用いられている。つなぎ合わせによる計測の場合、干渉計の参照面と試料ステージの関係を維持する必要がある。特許文献３の方法では、環境温度の安定性と、角度の計測精度が形状精度の鍵を握っていると言える。ここで、特許文献３記載の測定方法は、液晶表示パネル用のガラス基板のような大面積を有する表面形状をサブミクロンオーダーで測定するのに適しているが、ナノ若しくはサブナノオーダーの精度で形状を超精密に測定する用途には不向きである。

本発明者らは、非特許文献１にてＸ線ミラーの形状を全空間波長領域でＰＶ値：１ｎｍ以下の測定再現性をもって高精度に計測するシステムを既に提案している。その測定原理は、高い空間分解能が期待できるマイケルソン型顕微干渉計を用いたスティッチングによる形状計測を基本とし、スティッチング誤差を中長周期の空間波長領域における高精度計測が可能なフィゾー型干渉計のデータを用いて補正するものである。このスティッチングでは、隣り合う領域の形状計測データの中で共通に計測されている重なり領域の一致度を利用して、隣り合う計測データの傾きを最適に補正するのであるが、その際、参照面のわずかな形状誤差及びフォーカス距離の違いによる影響などから生じるわずか０．１ｎｍレベルの形状誤差であっても、スティッチング後の全体形状における長周期成分の誤差が生じることになる。そこで、非特許文献１に記載された計測システムでは、各１ショットの形状測定データに含まれる測定誤差により、隣り合う形状データをつなぎ合わせる際に生じる角度誤差のばらつきを１×１０^−７ｒａｄ以下に抑えることができるように、マイケルソン型顕微干渉計のフォーカス距離の誤差を０．３μｍ以内に抑制するとともに、重なり領域の評価区間を最適化することにより、フィゾー型干渉計による最適な補正方法を確立し、二つの測定器の性能が最大限に発揮されるようにしたのである。

非特許文献１に記載された計測システムを用いて形状計測を行い、その形状データに基づき数値制御ＰＣＶＭ（Ｐｌａｓｍａｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｉｎｇ）及び数値制御ＥＥＭ（Ｅｌａｓｔｉｃｅｍｉｓｓｉｏｎｍａｃｈｉｎｉｎｇ）により平面ミラー及び楕円ミラーを作製し、既に、ＳＰｒｉｎｇ−８の１ｋｍビームラインの波長０．０６ｎｍのＸ線を用いて平面ミラーを評価した結果、反射Ｘ線ビームにおいて十分均一な反射強度分布を持つことを確認している。また、楕円形状の集光ミラーは、同ビームラインにおいて、回折限界集光の性能を確認している。この時、設計および計測された集光ビームの強度プロファイルの半値幅は１８０ｎｍであり、このプロファイルは表面形状プロファイルを考慮に入れたフレネルキルヒホッフ回折積分計算から予想されたプロファイルと同等であることも確かめている。

しかし、フィゾー型干渉計の参照面よりも寸法が大きい長尺のＸ線ミラーの場合、従来の方法では１ｎｍ程度の精度で形状を測定することができない。また、フィゾー型干渉計は、視野内であっても、参照面表面と被測定物表面間の角度が１×１０^−４ｒａｄを超えると、フリンジパターンが高密度となり、表面プロファイルデータが取得できないのである。非特許文献１で提案された測定方法は、被測定物表面の測定対象領域の全体をフィゾー型干渉計で一括計測できることを前提としているので、フィゾー型干渉計の参照面と被測定物表面間の角度が１×１０^−４ｒａｄを超えるような部分を有するより急峻な形状を有する被測定物の全面を測定することができない。ところで、より小さく輝度の高い集光ビームを実現するためには、入射角度が大きく、より急峻な形状、あるいは入射角は小さくても長尺の形状のＸ線ミラー、すなわち開口数の大きな楕円ミラーを設計し作製する必要があるが、従来はそのようなＸ線ミラーの反射面の全体形状を１ｎｍ程度の精度で測定する方法がなかった。
特許第３５９８９８３号公報特許第２５３１５９６号公報特許第３５６２３３８号公報山内和人，山村和也，三村秀和，佐野泰久，久保田章亀，関戸康裕，上野一匡，ＡｌｅｘｅｉＳｏｕｖｏｒｏｖ，玉作賢治，矢橋牧名，石川哲也，森勇藏：高精度Ｘ線ミラーのための干渉計を利用した形状計測システムの開発，精密工学会誌，６９（２００３）８５６．

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、放射光施設で用いられる硬Ｘ線から軟Ｘ線を集光させるため細長い形状の平面ミラーあるいは平面に近い形状の曲面ミラーを、ナノ若しくはサブナノオーダーの精度で超精密に測定することが可能であり、特に一方向に長い領域における楕円形状や円筒形状のＸ線ミラーの全体形状を超精密に測定することができ、また１×１０^−４ｒａｄを超えるような傾斜部分を有する急峻な形状の被測定物の表面形状を超精密に測定することが可能な超精密形状測定方法及びその装置を提供する点にある。

第１発明は、前述の課題解決のために、被測定物の被測定面をフィゾー型干渉計で計測し、被測定面よりも狭い領域の部分形状データを互に隣接するデータ間に重合領域を設けて複数取得した後、隣接する部分形状データを重合領域の一致度を利用してスティッチング処理を施し、被測定面の全体形状を測定する超精密形状測定方法であって、被測定面の短辺がフィゾー型干渉計の参照面の直径よりも小さく且つ長辺が参照面の直径より大きい被測定物を対象とし、前記被測定面の一部と形状データが既知の基準平面とを並べてフィゾー型干渉計で同時に計測して部分形状データと、ヌルフリンジ状態の基準平面の角度情報とを取得するステップ１と、前記被測定面のみを平行移動させるステップ２と、フィゾー型干渉計の参照面に対して被測定面と基準平面を同時に傾斜させて、先行取得した部分形状データに隣接する測定領域の部分形状データと、基準平面の傾斜角度を取得するステップ３と、基準平面の傾斜角度が一定値を超えた場合又は常に該基準平面のみを逆方向に傾斜させてヌルフリンジ状態に復帰させ、その復帰させた傾斜角度を先行取得した部分形状データとの相対角度として取得するステップ４と、前記ステップ１〜４を繰り返した後、隣接する部分形状データを前記相対角度と重合領域の一致度を利用してスティッチング処理をするステップ５と、を有することを特徴とする超精密形状測定方法を構成した（請求項１）。

ここで、前記被測定面が曲面ミラー、基準平面が平面ミラーであり、曲面ミラーと平面ミラーとをフィゾー型干渉計の参照面に対して略平行に並べるとともに、曲面ミラーを主傾斜ステージ上にＸステージを介して保持し、平面ミラーを主傾斜ステージ上に設けた副傾斜ステージ上に保持した配置とし、前記主傾斜ステージと副傾斜ステージを操作して前記ステップ１における曲面ミラーと平面ミラーの初期アライメントを行い、前記Ｘステージを操作して前記ステップ２における曲面ミラーの平行移動を行い、前記主傾斜ステージを操作して前記ステップ３における曲面ミラーと平面ミラーを同時に傾斜させ、前記副傾斜ステージを操作して前記ステップ４における平面ミラーの傾斜角度を初期状態に復帰させてなることが好ましい（請求項２）。

また、前記ステップ１において、フィゾー型干渉計の視野内で前記被測定面の傾斜角度若しくは曲率が大きくて形状データを取得できない領域がある場合、前記ステップ２を実行しないでステップ３とステップ４を繰り返して、フィゾー型干渉計の視野内の略全域で部分形状データを取得してなることも好ましい（請求項３）。

また、第２発明は、前述の課題解決のために、略水平に配した被測定物の被測定面を、光軸を略鉛直に向けたフィゾー型干渉計で計測し、被測定面よりも狭い領域の部分形状データを互に隣接するデータ間に重合領域を設けて複数取得するとともに、隣接する部分形状データ間の相対角度を取得した後、隣接する部分形状データを前記相対角度と重合領域の一致度を利用してスティッチング処理を施し、被測定面の全体形状を測定するための超精密形状測定装置であって、被測定面の短辺がフィゾー型干渉計の参照面の直径よりも小さく且つ長辺が参照面の直径より大きい被測定物と、基準平面ミラーとをフィゾー型干渉計の参照面に対して略平行に並べるとともに、被測定物を主傾斜ステージ上にＸステージを介して保持し、基準平面ミラーを主傾斜ステージ上に設けた副傾斜ステージ上に保持した配置としたことを特徴とする超精密形状測定装置を構成した（請求項４）。

具体的には、前記主傾斜ステージは、Ｘ軸方向に平行な軸を中心として傾動するφ軸傾動機構と、Ｘ軸方向に直交する軸を中心として傾動するθ軸傾動機構とを組み合わせた構造であり、θ軸傾動機構はφ軸傾動機構のφ軸傾斜板上に設けられ、θ軸傾動機構のθ軸傾斜板上には、前記Ｘステージとその可動台上に固定した被測定物ホルダー及び前記副傾斜ステージとが載置されていることが好ましい（請求項５）。

そして、前記θ軸傾動機構は、前記φ軸傾斜板の両側部にＹ軸方向に間隔を隔てて立設した一対の固定アームの上端部に、ヒンジ部の屈曲中心線をＹ軸方向に向けて固定した弾性ヒンジを介して一対の可動アームを吊下げ状態で連結するとともに、該両可動アームの下端に前記φ軸傾斜板に接触しないように前記θ軸傾斜板の中央部両端を固定し、前記θ軸傾斜板の一端部と前記φ軸傾斜板の一端部の一方にリニアアクチュエータの本体部を固定し、他方にリニアアクチュエータの押圧部を圧接する受部を設けるとともに、両可動アーム間のθ軸傾斜板上に前記Ｘステージの長手方向中央部を載置固定し、前記Ｘステージの両端部を受けるようにＸ軸方向に延設したθ軸傾斜板のＸステージ支持部の一端縁に沿ってガイドレールを設け、該ガイドレールに水平バランサーをＸ軸方向に移動可能に設けるとともに、前記ガイドレールの両端部近傍に一対のプーリを設け、両プーリに巻回した各ワイヤーの両端をそれぞれ前記可動台と水平バランサーに連結して該可動台の移動方向と逆方向に水平バランサーを移動駆動し、少なくとも一定の与圧がリニアアクチュエータの押圧部と受部との間に作用するように、前記ヒンジ部のθ軸を中心とする可動台による力のモーメントを前記水平バランサーによる逆向きの力のモーメントで一部相殺してなることがよりこのましい（請求項６）。

また、前記θ軸傾動機構は、前記φ軸傾斜板の両側部にＹ軸方向に間隔を隔てて立設した一対の固定アームの上端部に、ヒンジ部の屈曲中心線をＹ軸方向に向けて固定した弾性ヒンジを介して一対の可動アームを吊下げ状態で連結するとともに、該両可動アームの下端に前記φ軸傾斜板に接触しないように前記θ軸傾斜板の中央部両端を固定し、前記θ軸傾斜板の一端部と前記φ軸傾斜板の一端部の一方にリニアアクチュエータの本体部を固定し、他方にリニアアクチュエータの押圧部を圧接する受部を設けるとともに、両可動アーム間のθ軸傾斜板上に前記Ｘステージの長手方向中央部を載置固定し、前記Ｘステージの両端部を受けるようにＸ軸方向に延設したθ軸傾斜板のＸステージ支持部の一端縁に沿ってガイドレールを設け、該ガイドレールに水平バランサーをＸ軸方向に移動可能に設けるとともに、前記ガイドレールの両端部近傍に一対のプーリを設け、両プーリに巻回した各ワイヤーの両端をそれぞれ前記可動台と水平バランサーに連結して該可動台の移動方向と逆方向に水平バランサーを移動駆動し、少なくとも一定の与圧がリニアアクチュエータの押圧部と受部との間に作用するように、前記ヒンジ部のθ軸を中心とする可動台による力のモーメントを前記水平バランサーによる逆向きの力のモーメントで一部相殺してなることがより好ましい（請求項７）。

ここで、前記弾性ヒンジのヒンジ部の屈曲中心線から半径方向に伸ばした線に直交する接線方向に、前記リニアアクチュエータの押圧部の駆動方向を設定し、該押圧部と前記受部を常に点接触させてなることがより好ましい（請求項８）。

そして、φ軸となる前記弾性ヒンジのヒンジ部の屈曲中心線から半径方向に伸ばした線上であって、前記基板と前記φ軸傾斜板とに関係づけて接線方向の変位を検出する変位センサーを設けてなること（請求項９）、θ軸となる前記弾性ヒンジのヒンジ部の屈曲中心線から半径方向に伸ばした線上であって、前記φ軸傾斜板とθ軸傾斜板とに関係づけて接線方向の変位を検出する変位センサーを設けてなることが好ましい（請求項１０）。

以上にしてなる本発明の超精密形状測定方法及びその装置は、被測定面の短辺がフィゾー型干渉計の参照面の直径よりも小さく且つ長辺が参照面の直径より大きい被測定物でも、フィゾー型干渉計で部分形状データを取得しつつ、隣接する部分形状データ間の相対角度を取得し、それらを用いてスティッチング処理をすることにより、１ｎｍ程度の精度で全体形状を測定することができる。また、同一の視野内で被測定面がフィゾー型干渉計で形状を一括計測できないような急峻な傾斜あるいは曲率を有する場合でも１ｎｍ程度の精度で全体形状を測定することができる。例えば、長さが５０ｃｍ程度有する細長い形状の平面ミラーあるいは平面に近い形状の曲面ミラー、例えば楕円ミラー、球面ミラー、非球面ミラー又は円筒ミラー等のＸ線ミラーの反射面の全体形状を、フィゾー型干渉計の精度で測定できるので、このようなＸ線ミラーを製造してＳＰｒｉｎｇ−８等の大型放射光施設で発生させた硬Ｘ線から軟Ｘ線を、よりスポット径を小さく且つより高輝度に集光させるために供することができ、工学分野は勿論、医学や薬学分野においても放射光の利用レベルを高めることができる。

また、本発明の超精密形状測定装置は、主傾斜ステージとして弾性ヒンジとリニアアクチュエータを用いてφ軸傾斜板とθ軸傾斜板を傾動する機構として微小角度を高精度に調節できるようにしている。ところで、本発明では長尺の被測定物を計測する必要性から高精度な送り機構とガイド機構を有する重いＸステージをθ軸傾斜板上に設けることが前提となっている。そのため、φ軸傾動機構は、その上にθ軸傾動機構やＸステージ、更には副傾斜ステージ等を載置して非常に重量が重くなり、しかも空間の制約から片持ち状態となり、そのままではリニアアクチュエータの軸力が非常に大きくなり、微小角度の調節には不向きとなるが、本発明ではφ軸傾斜板の遊端に鉛直バランサーで上方へ引き上げて、その下向きの力のモーメントを一部相殺することにより、軸力が小さく高精度のリニアアクチュエータを用いてφ軸傾斜板の傾斜角度を高精度に調節できるようになったのである。また、θ軸傾動機構に関しては、θ軸傾斜板の上に載せたＸステージと副傾斜ステージの略中央部を支持できるものの、Ｘステージの可動台は、その上に剛性の高い被測定物ホルダーと長尺で大型の被測定物を保持した状態でＸ軸方向に移動するので、重量バランスが大きく変化し、リニアアクチュエータに作用する負荷が大きく変動するので、このままでは微小角度の調節には不向きとなるが、本発明ではＸステージに沿って可動台の移動方向とは逆方向に水平バランサーを移動駆動して重量バランスを略一定にすることができたので、θ軸傾斜板の傾斜角度を高精度に調節できるようになったのである。

本発明の超精密形状測定方法及びそれを実現するための超精密形状測定装置は、原理的には曲面であればどのような形状でも測定可能であるが、好ましくは曲率半径が５０〜１００ｍｍよりも大きな被測定曲面を有し、長さが５０ｃｍ程度までの長尺の曲面ミラーを対象としている。例えば、被測定面としては、円柱面（円筒面）、楕円柱面（楕円筒面）、放物柱面、双曲柱面、楕円体面等があり、主に凹面形状のＸ線ミラーを対象としている。

本発明では、長尺のＸ線ミラーの全長に渡って部分形状データを取得できるように、傾斜ステージ機構と、その長手方向に平行移動させるためのＸステージ機構とを組み合わせたシステムとなっている。そして、それぞれの機構は現時点で最高レベルの精度が出せるように工夫している。それにより、５０ｃｍ程度までの長さを有するＸ線ミラーの反射面形状を１ｎｍ程度の精度で測定でき、また反射面に１×１０^−４ｒａｄを超えるような傾斜部分を有していても形状を計測できるように、フィゾー型干渉計を用いた計測方法の性能向上を行った。それには、Ｘ線ミラーのフィゾー型干渉計の参照面に対する傾斜角度を調整するとともに、長手方向に平行移動させることにより、各場所における部分形状データを取得する。そして、各部分形状データを高精度につなぎ合わせることで全体形状を得るのである。その際、スティッチング角度を一般的に用いられている部分形状データ間の重合領域の誤差を最小にすることにより求める方法ではなく、表面プロファイル測定時に高精度に測定された基準平面ミラーの傾斜角度を利用した方法により求めている。そして、スティッチング角度を高精度に測定するために、ミラーの傾斜角度を１×１０^−８ｒａｄの精度で測定可能なシステムとした。

本実施形態で使用したフィゾー型干渉計は、ＺＹＧＯ社のＧＰＩＨＰ−ＨＲであり、最大計測領域は２００ｍｍφである。ここで、Ｘ線ミラーの反射面が非球面や円筒面であっても、１×１０^−４ｒａｄを超えるような傾斜部分がなければ、視野内の形状を一括で測定可能であれば、約１０ｍｍ以上の長中空間波長領域において、１ｎｍ以下の高い精度で形状の測定が可能である。原理的に、フィゾー型干渉計では、数ｍｍ以下の短空間波長領域（高周波）の計測に適しないので、短空間波長領域の計測に適したマイケルソン型顕微干渉計による計測結果を組み合わせて形状の評価をすることが望ましい。但し、代表的なマイケルソン型顕微干渉計であるＺＹＧＯ社のＮｅｗＶｉｅｗ１００ＨＲの最大計測領域は５．１ｍｍ×４．８ｍｍであるので、狭い領域の顕微測定データを更に多数スティッチングする必要があり、このスティッチング処理にはフィゾー型干渉計による全体形状データによって傾き角を補正することにより、全空間波長領域に渡って高精度に形状を測定することができる。

本発明の超精密形状測定方法の要旨は、被測定物の被測定面をフィゾー型干渉計で計測し、被測定面よりも狭い領域の部分形状データを互に隣接するデータ間に重合領域を設けて複数取得した後、隣接する部分形状データを重合領域の一致度を利用してスティッチング処理を施し、被測定面の全体形状を測定する超精密形状測定方法であって、被測定面の短辺がフィゾー型干渉計の参照面の直径よりも小さく且つ長辺が参照面の直径より大きい被測定物を対象とし、前記被測定面の一部と形状データが既知の基準平面とを並べてフィゾー型干渉計で同時に計測して部分形状データと、ヌルフリンジ状態の基準平面の角度情報とを取得するステップ１と、前記被測定面のみを平行移動させるステップ２と、フィゾー型干渉計の参照面に対して被測定面と基準平面を同時に傾斜させて、先行取得した部分形状データに隣接する測定領域の部分形状データと、基準平面の傾斜角度を取得するステップ３と、基準平面の傾斜角度が一定値を超えた場合又は常に該基準平面のみを逆方向に傾斜させてヌルフリンジ状態に復帰させ、その復帰させた傾斜角度を先行取得した部分形状データとの相対角度として取得するステップ４と、前記ステップ１〜４を繰り返した後、隣接する部分形状データを前記相対角度と重合領域の一致度を利用してスティッチング処理をするステップ５と、を有することにある。

フィゾー型干渉計は、計測ミラーが平面形状であれば、１ｎｍの精度で形状を測定できる。これは、正確に言うならば、平面ミラーと参照面間の距離を１ｎｍで測定していることを意味している。計測されたデータは、平面補正処理され、計測データとして表示される。ここで、平面補正処理しないデータには、参照面と、基準平面ミラー間の姿勢関係の情報が含まれていることになる。各点における計測精度が１ｎｍであり、例えば１００ｍｍの測定範囲を考えると、参照面と基準平面ミラー間の傾斜角度は、１ｎｍ／１００ｍｍ＝１×１０^−８ｒａｄの精度で測定することができる。また、２点のみの計測ではなく、面データとしてデータを取得できるので、極めて精度よく、かつ、再現性よく角度を測定することが可能となる。

次に、添付図面に示した実施形態に基づき、本発明を更に詳細に説明する。図１及び図２は本発明の装置の概念図、図３は本発明の測定原理を示している。本発明の超精密形状測定装置は、図１及び図２に示すように、略水平に配した被測定物１の被測定面を、光軸を略鉛直に向けたフィゾー型干渉計で計測し、被測定面よりも狭い領域の部分形状データを互に隣接するデータ間に重合領域を設けて複数取得するとともに、隣接する部分形状データ間の相対角度を取得した後、隣接する部分形状データを前記相対角度と重合領域の一致度を利用してスティッチング処理を施し、被測定面の全体形状を測定するための超精密形状測定装置であって、被測定面の短辺がフィゾー型干渉計の参照面２の直径よりも小さく且つ長辺が参照面２の直径より大きい被測定物１と、基準平面ミラー３とをフィゾー型干渉計の参照面２に対して略平行に並べるとともに、被測定物１を主傾斜ステージ４上にＸステージ５を介して保持し、基準平面ミラー３を主傾斜ステージ４上に設けた副傾斜ステージ６上に保持した配置とした構造である。実際には、前記被測定物１は、外力による歪みの発生を防止するために、前記Ｘステージ５の可動台７上に固定した被測定物ホルダー８に静置している。

ここで、前記被測定物１（被測定面）が曲面ミラー、基準平面が基準平面ミラー３である。上述の基本構造としたことにより、前記主傾斜ステージ４と副傾斜ステージ６を操作して前記ステップ１における曲面ミラー１と基準平面ミラー３の初期アライメントを行い、前記Ｘステージ５を操作して前記ステップ２における曲面ミラー１の平行移動を行い、前記主傾斜ステージ４を操作して前記ステップ３における曲面ミラー１と基準平面ミラー３を同時に傾斜させ、前記副傾斜ステージ６を操作して前記ステップ４における平面ミラー１の傾斜角度を初期状態に復帰させることになる。尚、前記曲面ミラー１と基準平面ミラー３の反射面は略同じ高さ位置になるように平行に接近させて配置し、フィゾー型干渉計で同時に計測できるようにする。

本発明では、フィゾー型干渉計の光軸をＺ軸とし、Ｚ軸と直交するようにＸ軸とＹ軸を設定した直交座標系を構成する。本実施形態では、Ｚ軸を略鉛直方向に設定しているので、ＸＹ平面は略水平となる。Ｘステージ５の可動台７の移動方向がＸ軸である。そして、Ｘ軸に平行な軸の周りの回転角をφ、その軸をφ軸とし、Ｘ軸と直交する軸、即ちＹ軸に平行な軸の周りの回転角をθ、その軸をθ軸とする。また、前記曲面ミラー１と基準平面ミラー３は、反射面を有する面の形状が長方形であり、その長手方向をＸ軸方向に向けてセットする。前記主傾斜ステージ４と副傾斜ステージ６は、共にφ軸周りとθ軸周りにそれぞれ独立して傾斜させることができるように、φ軸傾動機構とθ軸傾動機構を備えている。

図３に基づいて、細長い曲面ミラー１の反射面の全体形状を測定する手順を簡単に説明する。本発明では測定対象が５０ｃｍ程度までの長尺の曲面ミラー１であるので、測定対象の曲面ミラー１及び基準平面ミラーの傾斜操作と、曲面ミラー１の長手方向への行移動操作によって、長手方向の一端部から他端部へ順次部分形状データと、隣接する部分形状データ間の相対角度を取得していくことになる。具体的には、以下のステップで形状測定を行う。

（ステップ１）
先ず、曲面ミラー１の一端を含む端部領域をフィゾー型干渉計で測定できるように、Ｘステージ５の可動台７の位置を初期設定した後、主傾斜ステージ４のφ軸傾動機構とθ軸傾動機構を操作してフリンジが適度の間隔で現われるようにし、初期座標を決定する。それから、副傾斜ステージ６を操作して基準平面ミラー３がヌルフリンジ状態になるように調節する。その状態で、フィゾー型干渉計で同時に計測して曲面ミラー１の部分形状データとヌルフリンジ状態の基準平面ミラー３の角度情報とを取得する（図３（ａ）参照）。図中符号Ｍは、曲面ミラー１の部分形状データを取得した範囲を示している。尚、曲面ミラー１と基準平面ミラー３の反射面は略同じ高さ位置にあるが、表示上の理由で上下にずらして示している。以下同様である。

（ステップ２）
前記ステップ１の配置で、フィゾー型干渉計の視野内で曲面ミラー１の部分形状データを取得し終わると、Ｘステージ５を操作して曲面ミラー１のみを平行移動させ、ステップ１で測定した領域に隣接する領域を視野内に位置させる（図３（ｂ）参照）。

（ステップ３）
測定しようとする領域のフリンジが観察可能な状態になるように、主傾斜ステージ４のθ軸傾動機構を操作して、フィゾー型干渉計の参照面２に対して曲面ミラー１と基準平面ミラー３を同時に傾斜させて、先行取得した部分形状データに隣接する測定領域の部分形状データと、基準平面ミラー３の傾斜角度を取得する（図３（ｃ）参照）。

（ステップ４）
基準平面ミラー３の傾斜角度が一定値を超えた場合又は常に、該基準平面ミラー３のみを逆方向に傾斜させてヌルフリンジ状態に復帰させ、その復帰させた傾斜角度を先行取得した部分形状データとの相対角度として取得する（図３（ｄ）参照）。ここで、ステップ３とステップ４で測定した傾斜角度は、曲面ミラー１を傾斜させる毎に基準平面ミラー３をヌルフリンジ状態に復帰させる場合には一致するが、複数回曲面ミラー１を傾斜させた後、基準平面ミラー３の傾斜角度が一定値を超えたときにヌルフリンジ状態に復帰させる場合には、複数回の曲面ミラー１の傾斜角度の和が本ステップ４で測定した傾斜角度に一致する。従って、原理的にはステップ３で測定する個々の部分形状データに対応する傾斜角度のみで良いが、本ステップ４で測定した傾斜角度を利用することにより、角度測定における累積誤差を少なくすることができる。

前記ステップ１〜４を繰り返して、曲面ミラー１の全長に渡って部分形状データと、隣接する部分形状データ間の相対角度を測定する。

（ステップ５）
隣接する部分形状データを前記相対角度と重合領域の一致度を利用してスティッチング処理をして全体形状を形成する。ここで、得られた全体形状のデータは、曲面ミラー１の反射面を修正、仕上げ加工するときのＮＣデータとなる。

ここで、前記ステップ１において、フィゾー型干渉計の視野内で前記曲面ミラー１の傾斜角度若しくは曲率が大きくて形状データを取得できない領域がある場合、前記ステップ２を実行しないでステップ３とステップ４を繰り返して、フィゾー型干渉計の視野内の略全域で部分形状データを取得してなる。その後に、ステップ２を実行して次の領域の測定を実行するのである。

次に、図４〜図１６に基づいて、本発明の超精密形状測定装置の詳細を説明する。図４は、本発明の装置の全体斜視図であり、装置全体が防振台９の上に構築されている。尚、防振台９の下部構造は省略している。先ず、前記防振台９の上にベースステージ１０が設けられている。このベースステージ１０は、防振台９に固定する固定板１１に対して載置板１２がＺ軸方向に調整可能となっている。そして、前記ベースステージ１０を取り囲むように防振台９に４本の支柱１３，…が立設され、その上に曲げ強度の高い支持板１４が載架され、剛性の高い架台を構成し、フィゾー型干渉計Ｆを光軸が防振台９に直交するように支持板１４に固定し、フィゾー型干渉計Ｆの参照面２は前記支持板１４の開口から下方に突出した位置にある。初期アライメントにおいて、大まかなＺ軸方向の調節は、前記ベースステージ１０で行うが、Ｚ軸方向の微調節はフィゾー型干渉計Ｆに備わっている機能で行う。

そして、図５〜図９に示すように、前記ベースステージ１０の載置板１２の上に前記主傾斜ステージ４が載置されている。前記主傾斜ステージ４は、Ｘ軸方向に平行な軸を中心として傾動するφ軸傾動機構１５と、Ｘ軸方向に直交する軸（Ｙ軸方向に平行な軸）を中心として傾動するθ軸傾動機構１６とを組み合わせた構造であり、θ軸傾動機構１６はφ軸傾動機構１５のφ軸傾斜板１７上に設けられ、θ軸傾動機構１６のθ軸傾斜板１８上には、前記Ｘステージ５とその可動台７上に固定した被測定物ホルダー８及び前記副傾斜ステージ６とが載置されている。

前記φ軸傾動機構１５は、図５〜図１１に示すように、ベースステージ１０の載置板１２に固定した基板１９の一側部にＸ軸方向に間隔を隔てて立設した一対の固定アーム２０，２０の上端部に、ヒンジ部２２Ａの屈曲中心線をＸ軸方向に向けて固定した弾性ヒンジ２２を介して一対の可動アーム２１，２１を吊下げ状態で連結するとともに、該両可動アーム２１，２１の下端に前記基板１９に接触しないように前記φ軸傾斜板１７の一端部を固定し、前記基板１９の一端部と前記φ軸傾斜板１７の一端部の一方にリニアアクチュエータ２３の本体部２３Ａを固定し、他方にリニアアクチュエータ２３の押圧部２３Ｂを圧接する受部２４を設けている。更に、前記φ軸傾動機構１５は、前記ベースステージ１０の固定板１１の他側に固定して立設した支持柱２４，２４の上端部にローラ２５を設け、該ローラ２５に巻回した索体２６の一端部に鉛直バランサー２７を連結するとともに、索体２６の他端部を前記φ軸傾斜板１７の他端部の遊端に連結して、少なくとも一定の与圧がリニアアクチュエータ２３の押圧部２３Ｂと受部２４との間に作用するように、前記φ軸傾斜板１７の上に前記θ軸傾動機構１６等の所定の機構を設けた状態で前記ヒンジ部２２Ａのφ軸を中心とする力のモーメントを前記鉛直バランサー２７による逆向きの力のモーメントで一部相殺している。

ここで、前記ローラ２５は、両支持柱２４，２４の上端間に架設した上横杆２４Ａの中間部に設け、該ローラ２５に巻回した索体２６は、ステンレス製のリボン状のものを用いている。また、前記鉛直バランサー２７を安定に昇降させるため、該鉛直バランサー２７をフレーム２７Ａ内に保持し、該フレーム２７Ａの上端中央部を前記索体２６の端部に連結するとともに、該フレーム２７Ａの下部は、前記両支持柱２４，２４の下端間に架設した下横杆２４Ｂにリニアガイド２７Ｂ，２７Ｂにて上下方向に案内している。

本実施形態では、図１０及び図１１に示すように、前記基板１９の一端部に側面視略Ｌ字形の取付ブロック２８を突設し、該取付ブロック２８に前記リニアアクチュエータ２３の本体部２３Ａを固定し、前記φ軸傾斜板１７の一端部に受部２４を固定している。そして、前記弾性ヒンジ２２のヒンジ部２２Ａの屈曲中心線から半径方向に伸ばした線に直交する接線方向に、前記リニアアクチュエータ２３の押圧部２３Ｂの駆動方向を設定し、該押圧部２３Ｂと前記受部２４を常に点接触させている。更に、φ軸となる前記弾性ヒンジ２２のヒンジ部２２Ａの屈曲中心線から半径方向に伸ばした線上であって、前記基板１９と前記φ軸傾斜板１７とに関係づけて接線方向の変位を検出する変位センサー２９を設けている。

前記θ軸傾動機構１６は、図５〜図９、図１２〜図１４に示すように、前記φ軸傾斜板１７の両側部にＹ軸方向に間隔を隔てて立設した一対の固定アーム３０，３０の上端部に、ヒンジ部３２Ａの屈曲中心線をＹ軸方向に向けて固定した弾性ヒンジ３２を介して一対の可動アーム３１，３１を吊下げ状態で連結するとともに、該両可動アーム３１，３１の下端に前記φ軸傾斜板１７に接触しないように前記θ軸傾斜板１８の中央部両端を固定し、前記θ軸傾斜板１８の一端部と前記φ軸傾斜板１７の一端部の一方にリニアアクチュエータ３３の本体部３３Ａを固定し、他方にリニアアクチュエータ３３の押圧部３３Ｂを圧接する受部３４を設けている。そして、前記θ軸傾動機構１６は、図６、図１２〜図１４に示すように、両可動アーム３１，３１間のθ軸傾斜板１８上に前記Ｘステージ５の長手方向中央部を載置固定し、前記Ｘステージ５の両端部を受けるようにＸ軸方向に延設したθ軸傾斜板１８のＸステージ支持部３５，３５の一端縁に沿ってガイドレール３６を設け、該ガイドレール３６に水平バランサー３７をＸ軸方向に移動可能に設けるとともに、前記ガイドレール３６の両端部近傍に一対のプーリ３８，３８を設け、両プーリ３８，３８に巻回した各ワイヤー３９，３９の両端をそれぞれ前記可動台７と水平バランサー３７に連結して該可動台７の移動方向と逆方向に水平バランサー３７を移動駆動し、少なくとも一定の与圧がリニアアクチュエータ３３の押圧部３３Ｂと受部３４との間に作用するように、前記ヒンジ部３２Ａのθ軸を中心とする可動台７による力のモーメントを前記水平バランサー３７による逆向きの力のモーメントで一部相殺している。

本実施形態では、前記一方の固定アーム３０の基部に固定した取付ブロック４０に、リニアアクチュエータ３３の本体部３３Ａを固定し、前記一方の可動アーム３１の基部に前記受部３４を固定している。そして、前記弾性ヒンジ３２のヒンジ部３２Ａの屈曲中心線から半径方向に伸ばした線に直交する接線方向に、前記リニアアクチュエータ３３の押圧部３３Ｂの駆動方向を設定し、該押圧部３３Ｂと前記受部３４を常に点接触させている。更に、θ軸となる前記弾性ヒンジ３２のヒンジ部３２Ａの屈曲中心線から半径方向に伸ばした線上であって、前記φ軸傾斜板１７とθ軸傾斜板１８とに関係づけて接線方向の変位を検出する変位センサー４１を設けている。

前記曲面ミラー１の部分形状データを取得した際の傾斜角度は、基準平面ミラー３の傾きをフィゾー型干渉計で計測することにより得られるが、前記変位センサー２９，４１でも傾斜角度を計測することも可能である。前記変位センサー２９，４１は、前記弾性ヒンジ２２，３２が過度に屈曲しないように監視するためのものであるが、変位量を高精度に計測できるものを用いることにより、例えば、検出感度が０．０１μｍの変位センサーを用い、前記ヒンジ部２２Ａから変位センサー２９までの距離を２０〜３０ｃｍとすれば、φ軸傾斜板１７の傾斜角度をサブμｒａｄの精度で検出することができる。

ここで、前記リニアアクチュエータ２３，３３は、０．０１２５μｍ／パルス（フルステップ）のものを用いており、ヒンジ部２２Ａ，３２Ａから２０〜３０ｃｍ離れた位置で駆動するので、分解能は約０．０６μｒａｄである。但し、リニアアクチュエータ２３，３３はステッピングモータ駆動なので、ステップを分割してフルステップを１／１００ステップに設定を変えれば、ｎｒａｄのレベルの角度調節が可能になる能力を秘めている。

最後に、前記副傾斜ステージ６を図５、図９、図１５及び図１６に基づいて簡単に説明する。この副傾斜ステージ６も主傾斜ステージ４と同様に、Ｘ軸方向に平行な軸を中心として傾動するφ軸傾動機構４２と、Ｘ軸方向に直交する軸（Ｙ軸方向に平行な軸）を中心として傾動するθ軸傾動機構４３とを組み合わせた構造であり、前記θ軸傾斜板１８上の一側部で、前記Ｘステージ５と一方の固定アーム３０及び可動アーム３１の間の空間に設けている。

前記φ軸傾動機構４２は、図１５及び図１６に示すように、前記Ｘステージ５に沿って接近した位置の前記θ軸傾斜板１８上に略Ｕ字形の固定部材４４を立設し、該固定部材４４の両上端部４４Ａ，４４Ａに、弾性ヒンジ４５，４５を介して一方に水平板４６の端部を連結するとともに、他方に該水平板４６の下面に固定し、他方に延びた垂直板４７の上端部を連結している。そして、前記θ軸傾動機構４３は、前記水平板４６のＹ軸方向に向いた一側辺に弾性ヒンジ４８，４８を介してミラー支持部材４９を連結し、該ミラー支持部材４９の端部に前記基準平面ミラー３を保持するようになっている。

そして、前記水平板４６をφ軸周りに傾斜させるために、前記垂直板４７の下端部にリニアアクチュエータ５０の本体部５０Ａを固定し、該垂直板４７を貫通させた押圧部５０Ｂを前記固定部材４４に圧接させている。一方、前記ミラー支持部材４９をθ軸周りに傾斜させるために、前記水平板４６の下面に固定したＬ字部材５１の先端にリニアアクチュエータ５２の本体部５２Ａを固定し、該Ｌ字部材５１を貫通させた押圧部５２Ｂを前記ミラー支持部材４９の下面に固定したＬ字部材５３の先端部に圧接させている。ここで、θ軸は前記基準平面ミラー３の中心線に位置するように設定している。また、前記同様に、前記φ軸傾動機構４２には変位センサー５４を設け、前記θ軸傾動機構４３にも変位センサー５５を設けて、弾性ヒンジ４５，４８が必要以上に屈曲しないように監視している。

測定対象の曲面ミラー、基準平面ミラー及びフィゾー型干渉計の参照面との位置関係を示した簡略配置図である。本発明の超精密形状測定装置の概念図である。同じく測定原理を示す説明図である。本発明の超精密形状測定装置の全体斜視図である。同じく主要機構部分の斜視図である。図５の右側面図である。図５の正面図である。図５の背面図である。図５の平面図である。主傾斜ステージのφ軸傾動機構を示す斜視図である。図１０の右側面図である。主傾斜ステージのθ軸傾動機構とＸステージを示す斜視図である。図１２の平面図である。図１２の背面図である。副傾斜ステージの拡大斜視図である。図１５の平面図である。

符号の説明

Ｆフィゾー型干渉計
１曲面ミラー（被測定物）２参照面
３基準平面ミラー（基準平面）４主傾斜ステージ
６副傾斜ステージ７可動台
８被測定物ホルダー９防振台
１０ベースステージ１１固定板
１２載置板１３支柱
１４支持板１５ φ軸傾動機構
１６ θ軸傾動機構１７ φ軸傾斜板
１８ θ軸傾斜板１９基板
２０固定アーム２１可動アーム
２２弾性ヒンジ２２Ａヒンジ部
２３リニアアクチュエータ２４受部
２４支持柱２５ローラ
２６索体２７鉛直バランサー
２８取付ブロック２９変位センサー
３０固定アーム３１可動アーム
３２弾性ヒンジ３２Ａヒンジ部
３３リニアアクチュエータ３４受部
３５ステージ支持部３６ガイドレール
３７水平バランサー３８プーリ
３９ワイヤー４０取付ブロック
４１変位センサー４２ φ軸傾動機構
４３ θ軸傾動機構４４固定部材
４５弾性ヒンジ４６水平板
４７垂直板４８弾性ヒンジ
４９ミラー支持部材５０リニアアクチュエータ
５１Ｌ字部材５２リニアアクチュエータ
５３Ｌ字部材５４変位センサー
５５変位センサー

Claims

被測定物の被測定面をフィゾー型干渉計で計測し、被測定面よりも狭い領域の部分形状データを互に隣接するデータ間に重合領域を設けて複数取得した後、隣接する部分形状データを重合領域の一致度を利用してスティッチング処理を施し、被測定面の全体形状を測定する超精密形状測定方法であって、
被測定面の短辺がフィゾー型干渉計の参照面の直径よりも小さく且つ長辺が参照面の直径より大きい被測定物を対象とし、
前記被測定面の一部と形状データが既知の基準平面とを並べてフィゾー型干渉計で同時に計測して部分形状データと、ヌルフリンジ状態の基準平面の角度情報とを取得するステップ１と、
前記被測定面のみを平行移動させるステップ２と、
フィゾー型干渉計の参照面に対して被測定面と基準平面を同時に傾斜させて、先行取得した部分形状データに隣接する測定領域の部分形状データと、基準平面の傾斜角度を取得するステップ３と、
基準平面の傾斜角度が一定値を超えた場合又は常に該基準平面のみを逆方向に傾斜させてヌルフリンジ状態に復帰させ、その復帰させた傾斜角度を先行取得した部分形状データとの相対角度として取得するステップ４と、
前記ステップ１〜４を繰り返した後、
隣接する部分形状データを前記相対角度と重合領域の一致度を利用してスティッチング処理をするステップ５と、
を有することを特徴とする超精密形状測定方法。
前記被測定面が曲面ミラー、基準平面が平面ミラーであり、曲面ミラーと平面ミラーとをフィゾー型干渉計の参照面に対して略平行に並べるとともに、曲面ミラーを主傾斜ステージ上にＸステージを介して保持し、平面ミラーを主傾斜ステージ上に設けた副傾斜ステージ上に保持した配置とし、前記主傾斜ステージと副傾斜ステージを操作して前記ステップ１における曲面ミラーと平面ミラーの初期アライメントを行い、前記Ｘステージを操作して前記ステップ２における曲面ミラーの平行移動を行い、前記主傾斜ステージを操作して前記ステップ３における曲面ミラーと平面ミラーを同時に傾斜させ、前記副傾斜ステージを操作して前記ステップ４における平面ミラーの傾斜角度を初期状態に復帰させてなる請求項１記載の超精密形状測定方法。
前記ステップ１において、フィゾー型干渉計の視野内で前記被測定面の傾斜角度若しくは曲率が大きくて形状データを取得できない領域がある場合、前記ステップ２を実行しないでステップ３とステップ４を繰り返して、フィゾー型干渉計の視野内の略全域で部分形状データを取得してなる請求項１又は２記載の超精密形状測定方法。
略水平に配した被測定物の被測定面を、光軸を略鉛直に向けたフィゾー型干渉計で計測し、被測定面よりも狭い領域の部分形状データを互に隣接するデータ間に重合領域を設けて複数取得するとともに、隣接する部分形状データ間の相対角度を取得した後、隣接する部分形状データを前記相対角度と重合領域の一致度を利用してスティッチング処理を施し、被測定面の全体形状を測定するための超精密形状測定装置であって、
被測定面の短辺がフィゾー型干渉計の参照面の直径よりも小さく且つ長辺が参照面の直径より大きい被測定物と、基準平面ミラーとをフィゾー型干渉計の参照面に対して略平行に並べるとともに、被測定物を主傾斜ステージ上にＸステージを介して保持し、基準平面ミラーを主傾斜ステージ上に設けた副傾斜ステージ上に保持した配置としたことを特徴とする超精密形状測定装置。
前記主傾斜ステージは、Ｘ軸方向に平行な軸を中心として傾動するφ軸傾動機構と、Ｘ軸方向に直交する軸を中心として傾動するθ軸傾動機構とを組み合わせた構造であり、θ軸傾動機構はφ軸傾動機構のφ軸傾斜板上に設けられ、θ軸傾動機構のθ軸傾斜板上には、前記Ｘステージとその可動台上に固定した被測定物ホルダー及び前記副傾斜ステージとが載置されている請求項４記載の超精密形状測定装置。
前記φ軸傾動機構は、ベースステージの載置板に固定した基板の一側部にＸ軸方向に間隔を隔てて立設した一対の固定アームの上端部に、ヒンジ部の屈曲中心線をＸ軸方向を向けて固定した弾性ヒンジを介して一対の可動アームを吊下げ状態で連結するとともに、該両可動アームの下端に前記基板に接触しないように前記φ軸傾斜板の一端部を固定し、前記基板の一端部と前記φ軸傾斜板の一端部の一方にリニアアクチュエータの本体部を固定し、他方にリニアアクチュエータの押圧部を圧接する受部を設けるとともに、前記ベースステージの固定板の他側に固定して立設した支持柱の上端部にローラを設け、該ローラに巻回した索体の一端部に鉛直バランサーを連結するとともに、索体の他端部を前記φ軸傾斜板の他端部の遊端に連結して、少なくとも一定の与圧がリニアアクチュエータの押圧部と受部との間に作用するように、前記φ軸傾斜板の上に前記θ軸傾動機構等の所定の機構を設けた状態で前記ヒンジ部のφ軸を中心とする力のモーメントを前記鉛直バランサーによる逆向きの力のモーメントで一部相殺してなる請求項５記載の超精密形状測定装置。
前記θ軸傾動機構は、前記φ軸傾斜板の両側部にＹ軸方向に間隔を隔てて立設した一対の固定アームの上端部に、ヒンジ部の屈曲中心線をＹ軸方向に向けて固定した弾性ヒンジを介して一対の可動アームを吊下げ状態で連結するとともに、該両可動アームの下端に前記φ軸傾斜板に接触しないように前記θ軸傾斜板の中央部両端を固定し、前記θ軸傾斜板の一端部と前記φ軸傾斜板の一端部の一方にリニアアクチュエータの本体部を固定し、他方にリニアアクチュエータの押圧部を圧接する受部を設けるとともに、両可動アーム間のθ軸傾斜板上に前記Ｘステージの長手方向中央部を載置固定し、前記Ｘステージの両端部を受けるようにＸ軸方向に延設したθ軸傾斜板のＸステージ支持部の一端縁に沿ってガイドレールを設け、該ガイドレールに水平バランサーをＸ軸方向に移動可能に設けるとともに、前記ガイドレールの両端部近傍に一対のプーリを設け、両プーリに巻回した各ワイヤーの両端をそれぞれ前記可動台と水平バランサーに連結して該可動台の移動方向と逆方向に水平バランサーを移動駆動し、少なくとも一定の与圧がリニアアクチュエータの押圧部と受部との間に作用するように、前記ヒンジ部のθ軸を中心とする可動台による力のモーメントを前記水平バランサーによる逆向きの力のモーメントで一部相殺してなる請求項５記載の超精密形状測定装置。
前記弾性ヒンジのヒンジ部の屈曲中心線から半径方向に伸ばした線に直交する接線方向に、前記リニアアクチュエータの押圧部の駆動方向を設定し、該押圧部と前記受部を常に点接触させてなる請求項６又は７記載の超精密形状測定装置。
φ軸となる前記弾性ヒンジのヒンジ部の屈曲中心線から半径方向に伸ばした線上であって、前記基板と前記φ軸傾斜板とに関係づけて接線方向の変位を検出する変位センサーを設けてなる請求項６記載の超精密形状測定装置。
θ軸となる前記弾性ヒンジのヒンジ部の屈曲中心線から半径方向に伸ばした線上であって、前記φ軸傾斜板とθ軸傾斜板とに関係づけて接線方向の変位を検出する変位センサーを設けてなる請求項７記載の超精密形状測定装置。