JP5907793B2 - 表面形状測定装置および表面形状測定方法 - Google Patents

Description

この発明は、被検体の表面の凹凸などや自重変形量によるたわみを含む表面形状を測定する表面形状測定装置および表面形状測定方法に関するものである。

被検体の表面の凹凸等や自重変形によるたわみを含む表面形状を測定する測定方法として、表面に接触する接触式と、表面に接触しない非接触式がある。非接触式の測定方法の利点は検査時に表面に傷をつけない点であり、特に被検体が鏡やレンズの場合に有効である。非接触式のセンサとしては、干渉計などの光センサが用いられる。

干渉計による被検体表面の測定は、基準となる平面との差を干渉縞として得ることから、被検体が大型になるのに応じて、基準となる平面も大型化しなければならないという問題がある。さらに、光学センサのため、被検体と同等の大きさの大口径レンズ等も必要になること、大型の基準平面や大口径レンズが自重で変形すること、基準平面および大口径レンズが大型であるためコストがかかること、そもそも大型の基準平面や大口径レンズを精度良く作るのは難しい等の問題があった。

例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ），ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）やＰＴＶ（Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ＴＶ）などの画面は年々大型化しており、このような画面を構成する基板のガラス板やスクリーンも１ｍを超えるような大きさになっている。このような基板を測定するためには１ｍを超えるような大型の基準平面や大口径レンズを作らなければならず、現実的に実現は難しい。

そこで、特許文献１には、被検体よりも小さい口径の干渉計を斜めに配置することにより観測領域を見かけ上大きくし、計測した表面形状をつなぎ合わせる表面形状測定装置について開示されている。また、特許文献２には、小さい口径の干渉計で被検体全面を走査して、各々の表面形状をつなぎ合わせる方法について開示されている。さらに、特許文献３には、波面センサで被検体全面を走査して、各々の表面形状をつなぎ合わせる方法について開示されている。

特開２００１−０６６１２１号公報 特開平４−２９０９０７号公報 特表２００３−５０３７２６号公報

しかしながら、例えば、特許文献１のような従来の被検体の表面形状の測定方法は、干渉計を斜めに傾けるほど見かけ上の観測領域は大きくなるものの分解能が落ちるという課題がある。また、例えば、特許文献２，３のように被検体全面を走査する場合、被検体全面の走査に伴って誤差が蓄積されるため、走査回数に比例して誤差が大きくなる等の課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、被検体全面の走査に伴う誤差を蓄積させることなく、被検体の自重変形を含む表面形状を精度高く計測できる表面形状測定装置および表面形状測定方法を提供することを目的とする。

この発明に係る表面形状測定装置は、自重変形量を含む表面形状が既知な第１のミラーと、第１のミラーの長手方向に一列に配列され、第１のミラーまたは測定対象である第２のミラー上に光を照射して少なくとも３つ以上の注目領域を形成し、当該注目領域における表面形状の情報を有する反射光を受光する光センサと、光センサにより形成される注目領域のうち１つの注目領域内を中心として第２のミラーを所定の角度ずつ回転させる可動ステージと、光センサにより受光された反射光から、第１のミラーの表面形状を測定し、かつ、第２のミラーの所定の回転角度における注目領域の配列方向の表面形状を測定して基準値とし、かつ、第２のミラーのその他の回転角度における注目領域の配列方向の表面形状の基準値に対する相対値を測定する演算部とを備え、演算部が、可動ステージにより回転される第２のミラーの各回転角度における測定を繰り返すことにより、第２のミラーの全面の自重変形量を含む表面形状の相対値を測定し、第１のミラーの表面形状の測定値と、第２のミラーの表面形状の基準値と、第２のミラーの全面の表面形状の相対値とに基づいて、第２のミラーの表面形状を測定することを特徴とする。

この発明に係る表面形状測定方法は、自重変形量を含む表面形状が既知な第１のミラーと、第１のミラーの長手方向に一列に配列され第１のミラーまたは測定対象である第２のミラー上に光を照射して反射光を受光する光センサと、第１のミラーおよび第２のミラーの表面形状を測定する演算部と、第２のミラーを所定の角度ずつ回転させる可動ステージとを備えて、第２のミラーの表面形状を測定する表面形状測定方法であって、光センサが、第１のミラー上に光を照射して少なくとも３つ以上の注目領域を形成し、当該注目領域における表面形状の情報を有する反射光を受光する第１のステップと、光センサが、第２のミラー上に光を照射して少なくとも３つ以上の注目領域を形成し、当該注目領域における表面形状の情報を有する反射光を受光する第２のステップと、可動ステージが光センサにより形成された複数の注目領域のうちの１つの注目領域内を中心として第２のミラーを回転させ、当該可動ステージにより回転された第２のミラーの回転角度において、光センサが、第２のミラー上に光を照射して少なくとも３つ以上の注目領域を形成し、当該注目領域における表面形状の情報を有する反射光を受光する第３のステップと、演算部が、第１のステップにおいて受光された反射光から第１のミラーの表面形状を測定し、かつ、第２のステップにおいて受光された反射光に含まれる第２のミラーの所定の回転角度における注目領域の配列方向の表面形状を測定して基準値とし、かつ、第３のステップにおいて受光された反射光から第２のミラーの各回転角度における注目領域の配列方向の表面形状の基準値に対する相対値を測定する第４のステップと、光センサによる第３のステップの照射および受光と演算部による第４のステップの測定とを繰り返すことにより、第２のミラーの全面の自重変形量を含む表面形状の相対値を測定する第５のステップと、演算部が、第４のステップにおいて測定された第１のミラーの表面形状の測定値と、第４のステップにおいて測定された第２のミラーの表面形状の基準値と、第５のステップにおいて測定された第２のミラーの全面の表面形状の相対値とに基づいて、第２のミラーの表面形状を測定する第６のステップとを備えることを特徴とする。

この発明によれば、被検体全面の走査において誤差を蓄積させることなく、被検体の自重変形を含む表面形状を精度高く計測することができる。

この発明の実施の形態１に係る表面形状測定装置の構成図である。 図１に示された破線Ａ１−Ａ１’を通る断面を上から見た断面図である。 図１に示された第１のミラーマウントについて示した詳細図である。 この発明の実施の形態１に係る表面形状測定装置の初期調整における処理の流れを示すフローチャートである。 図１に示された第１のミラーを光センサの直下に移動させた状態を示す図である。 図５に示された破線Ａ２−Ａ２’を通る断面を上から見た断面図である。 この発明の実施の形態１に係る表面形状測定装置の注目領域配列方向測定と回転角度ごとの測定における処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る表面形状測定装置の第２のミラーの長手方向に一列に形成された複数の注目領域を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る表面形状測定装置の第２のミラーの対角方向に一列に形成された複数の注目領域を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る表面形状測定装置の第２のミラーを回転させることにより第２のミラーの全面に形成される注目領域を示した図である。 この発明の実施の形態１に係る表面形状測定装置の第２のミラーを半周回転すると、回転中心に対して対称な位置にある２つの注目領域において第２のミラーの位置が入れ替わることを示した図である。 この発明の実施の形態１に係る表面形状測定装置の第１のミラーを保持する第１のミラーマウントの保持位置が異なる４つのパターンを示す図である。 図１２に示された保持位置が異なる４つのパターンの第１のミラーにおける自重変形量の計算値と表面形状の実測値を示す図である。 自重変形量の計算モデルの校正の例を示した図である。 この発明の実施の形態１に係る表面形状測定装置の構成図である。 この発明の実施の形態２に係る表面形状測定装置の注目領域配列方向測定と回転角度ごとの測定における処理の流れを示すフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る表面形状測定装置の構成について、図１を用いて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る表面形状測定装置の構成図である。図１に示すように、この表面形状測定装置は、表面形状が既知な第１のミラー２１と、第１のミラー２１または測定対象である第２のミラー１上に照明光を照射して反射光を受光する光センサ３と、光センサ３により受光された反射光から、第１のミラー２１の既知な自重変形量を含む表面形状を基準として、第２のミラー１の自重変形量を含む表面形状を測定する演算部４０と第２のミラー１を所定の角度ずつ回転させる第２の可動ステージ２により構成されている。

測定対象である第２のミラー１は、光軸３３を有しており、第２のミラーマウント２０により保持され、第２の可動ステージ２上に配置される。この第２の可動ステージ２は、外部の振動の影響などを低減する除震台８上に配置され、回転軸３２を中心に第２のミラー１を所定の角度ずつ回転させる。

また、第１のミラー２１は、測定の基準となる表面形状が既知な平面鏡や原器となるガラスであり、光軸３５を有しており、第１のミラーマウント２２により保持され、第１の可動ステージ２３上に配置される。この第１の可動ステージ２３は、第２の可動ステージ２と共通の除震台８の上に配置され、第１のミラー２１を光センサ３から第２のミラー１へ照射された照明光を遮る位置とこの照明光を遮らない位置に移動させる。
なお、ガラスは光学的に透明、半透明、不透明な材料であり、表面に金属または誘電体多層膜のコーティング層を設けても良い。例えば、測定対象となる第２のミラー１の用途にあわせて、合成石英の表面を研磨したものや、表面を研磨した低線膨張ガラスにコーティング層を設けたもの等を適宜選択する。

光センサ３は、照明光を照射する光照射部２４と、光照射部２４により照射された照明光を分割する光分割部５と、光分割部５により分割された照明光を光軸３４の方向に配置された第１のミラー２１または第２のミラー１上のに照射して注目領域を形成し、各注目領域からの反射光を受信する複数のコリメート光学系２６と、コリメート光学系２６を経由して反射光を受光する複数の光受光部２５とを備えている。
複数のコリメート光学系２６は、センサ台３１にセンサマウント（図示せず）を介して一列に並ぶように配置される。
なお、この光センサ３としては、例えば干渉計、シャック・ハルトマンセンサーのような波面センサ、オートコリメータのような傾斜センサ等が用いられる。

センサ台３１は、内部応力を緩和し、温度による伸張等の影響が小さい石、ガラス、金属製の定盤等が望ましい。このセンサ台３１は第３の可動ステージ３０上に、第３の可動ステージ３０は第２の可動ステージ２および第１の可動ステージ２３と共通の除震台８の上に配置される。

なお、図１においては、１つの光照射部２４からの光を光分割部５により光路と光量を複数に分割した例を示しているが、複数の光照射部２４を用いてもよい。また、図の都合上、光受光部２５およびコリメート光学系２６を含む光センサ３を一列に５つ並べた場合について示しているが、光センサ３の数は、少なくとも３つ以上であり、測定対象である第２のミラー１の長手方向に並べられる数であればいくつ配置してもよい。

演算部４０は、光センサ３の光受光部２５により受光された注目領域からの反射光から、第１のミラー２１の既知な表面形状を基準として、第２のミラー１の表面形状を測定する。

ここで、第１の可動ステージ２３、第２の可動ステージ２、および第３の可動ステージ３０は、少なくとも傾斜ステージ、回転ステージ、並進ステージ等のいずれかから構成される。第２の可動ステージ２は少なくとも回転ステージから構成されるが、傾斜ステージと並進ステージを備えるとさらによい。第１の可動ステージ２３は少なくとも並進ステージと傾斜ステージから構成され、第３の可動ステージ３０は少なくとも傾斜ステージから構成される。これら各可動ステージは制御部１９により遠隔から制御できる。

図２は、図１に示された破線Ａ１−Ａ１’を通る断面を上から見た断面図である。図２に示すように、測定対象である第２のミラー１の形状は長方形であり、光センサ３の照明光が照射される注目領域１０に比べて十分大きい。
また、測定の基準となる第１のミラー２１の形状は長手方向が少なくとも測定対象となる第２のミラー１の長手方向よりも長く、図２では横長の長方形であるが、第２のミラー１および第１のミラー２１の形状は、長手方向が少なくとも測定対象となる第２のミラー１の長手方向よりも長ければ、長方形でなく円形や多角形であってもよい。

光センサ３のコリメート光学系２６は第１のミラー２１の長手方向に一列に並ぶように配置され、光センサ３からの照明光により形成される注目領域１０は第２のミラー１の長手方向に一列に配列する。
ここで、この注目領域１０のうち１つの注目領域１０に第２の可動ステージ２を構成する回転ステージの回転中心（以下、「第２の可動ステージの回転中心」と呼ぶ。）が含まれるように第２の可動ステージ２および第３の可動ステージ３０を調整し、可能ならば、この注目領域１０の中心と第２の可動ステージ２の回転中心とが一致するように第２の可動ステージ２の位置を調整する。

さらに、上述した１つの注目領域１０の中心と第２の可動ステージ２の回転中心の一致に加え、第２のミラー１の光軸３３を一致させるとさらによい。詳細には、第２のミラー１の光軸３３と、１つの注目領域１０を形成する光センサ３のコリメート光学系２６の光軸３４と、第２の可動ステージ２の回転軸３２の計３つの傾きが一致するように調整すれば、第２のミラー１を第２の可動ステージ２により回転させても、１つの注目領域１０の位置および光センサ３に対する傾きがずれることなく測定できる。
なお、光軸３３は第２のミラー１の中心位置を通る法線を示し、光軸３５は第１のミラー２１の中心を通る法線を示す。

次に、第１のミラー２１を保持する第１のミラーマウント２２について、図３を用いて説明する。図３は、図１に示された第１のミラーマウント２２について示した詳細図である。
地上では通常、鉛直下向きに重力が働くため、第１のミラー２１の表面形状は重力の影響を受けて既知な状態から変形するが、この重力による自重変形は第１のミラー２１を保持する位置や保持する力の大きさに依存する。

そこで、第１のミラーマウント２２は、第１のミラー２１の重力による変形、すなわち自重変形量を制御するために、第１のミラー２１を保持する水平方向の位置を微調整可能なリニアガイド４１と、リニアガイド４１により微調整された水平方向の位置を固定する固定具４２と、第１のミラー２１を下から上に持ち上げる力を供給する反力発生部４４と、水平方向の位置と第１のミラー２１を下から上に持ち上げる力の大きさを定量化するマイクロゲージ４３、第１のミラー２１に接触する保持部４５を有する。
なお、第１のミラー２１を下から上に持ち上げる力は、作用・反作用の法則から第１ミラー２１が保持部４５を上から下に押す力と同じ大きさで反対向きの力となる。

反力発生部４４は、例えば、板バネ、押しバネのように縮んだ量、すなわち長さに比例して力を発生させるものとする。バネの自然長を変えるのは難しいので、バネの配置位置を変える、すなわちバネを第１のミラー２１に近づける、または遠ざけることにより、バネの縮む量を調整できるため、結果として保持部４５が第１のミラー２１を持ち上げる力を調整することができる。

自重変形量の制御は具体的には、リニアガイド４１により第１のミラーマウント２２の水平方向の位置をマイクロゲージ４３に従って微調整し、固定具４２により固定する方法と、マイクロゲージ４３により長さに換算されて表示される第１のミラー２１を下から上に持ち上げる力を調整する方法の２通りがあるが、一方を変えるともう一方も変わるため、両方を適宜調整する必要がある。

また、この表面形状測定装置による精密測定は温度環境に依存するため、表面形状測定装置は恒温槽５０、真空槽、または環境試験室のような安定環境を提供できる場所に設置して使用する。

次に、実施の形態１に係る表面形状測定装置による測定対象の表面形状の測定の手順について、
（１）初期調整
（２）注目領域配列方向測定
（３）回転角度ごとの測定
（４）自重変形量の計算モデルの校正
の順番で説明する。

（１）初期調整
初めに、初期調整について説明する。図４は、この発明の実施の形態１に係る表面形状測定装置の初期調整における処理の流れを示すフローチャートである。図２に示すように、第１のミラー２１は光センサ３の直下から外れた位置に配置されている状態において、図４に示すように、まず、光センサ３により複数形成された注目領域１０のうち中央の注目領域１０の中心と第２の可動ステージ２の回転中心が一致するように第２の可動ステージ２と第３の可動ステージ３０のいずれか一方または両方の位置を調整する（ステップＳＴ１１）。

また、この段階で、中央の注目領域１０の中心と第２の可動ステージ２の回転中心の一致に加えて、第２のミラー１の光軸３３が一致するように調整する（ステップＳＴ１２）。詳細には、第２のミラー１の光軸３３と、１つの注目領域１０を形成する光センサ３のコリメート光学系２６の光軸３４と、第２の可動ステージ２の回転軸３２の計３つの傾きが一致するように調整する。

次に、第１のミラー２１を第１の可動ステージ２３により、光センサ３の直下に移動させる（ステップＳＴ１３）。図５は、図１に示された第１のミラー２１を光センサ３の直下に移動させた状態を示す図であり、図６は、図５に示された破線Ａ２−Ａ２’を通る断面を上から見た断面図である。
図６に示すように、第１のミラー２１は移動して光センサ３の直下に配置されており、光センサ３が第２のミラー１に向かって照射する照明光の光路を第１のミラー２１が遮ることになる。

ここで、第１のミラー２１の光軸３５と中央の注目領域１０の中心とを一致させる（ステップＳＴ１４）。これにより、すでにステップＳＴ１２において、注目領域１０の中心は第２のミラー１の光軸３３と一致しているため、第１のミラー２１の光軸３５と第２のミラー１の光軸３３が一致する。
なお、この表面形状測定装置では、必ずしも第１のミラー２１の光軸３５の傾きと第２のミラー１の光軸３３の傾きとを一致させる必要はないが、以下の理由により基準となる傾きを定めておくとよりよい。

本検査装置は光センサ３で第２のミラー１と第１のミラー２１の両方を測定する必要がある。前者の測定には光センサ３を校正するコリメート光学系２６の光軸３４と第２のミラー１の光軸３３とが一致していることが望ましく、また後者の測定には光センサ３を校正するコリメート光学系２６の光軸３４と第１のミラー２１の光軸３５が一致していることが望ましい。仮に第２のミラー１の光軸３３と第１のミラー２１の光軸３５が一致していない場合、各々の測定の度に、コリメート光学系２６の光軸３４の向きを第３の可動ステージ３０で調整する必要が生じる。したがって、事前に第２のミラー１の光軸３３と第１のミラー２１の光軸３５を一致させておけば、第２のミラー１と第１のミラー２１の測定の度にコリメート光学系２６の光軸３４の向きを第３の可動ステージ３０で調整する手間がなくなる利点がある。

（２）注目領域配列方向測定
次に、注目領域配列方向測定について説明する。図７は、この発明の実施の形態１に係る表面形状測定装置の注目領域配列方向測定と回転角度ごとの測定における処理の流れを示すフローチャートである。図６に示すように、第１のミラー２１が光センサ３の直下に配置されている場合、光センサ３からの照明光は第２のミラー１でなく第１のミラー２１を照射する。第１のミラー２１の表面形状は既知であるが、その表面形状は重力により自重変形し、第１のミラー２１の保持状態に依存して既知な状態から変形する。なお、自重変形量は保持状態に応じて計算により算出する。

図７に示すように、光センサ３により第１のミラー２１へ照明光を照射する（ステップＳＴ２１）。第１のミラー２１上において反射した反射光は、光センサ３のコリメート光学系２６へ反射される。第１のミラー２１からの反射光は、第１のミラー２１の表面形状の情報を有し、反射前の照明光とはわずかに異なった光路を通って光センサ３のコリメート光学系２６を経由して光受光部２５により受光される（ステップＳＴ２２）。

なお、第１のミラー２１の反射光量を第２のミラー１と同等にしておくと、照明光の光量を変えずに済むというメリットがあるが、この表面形状測定装置では、２つの波面の干渉を利用する干渉計とは異なり、必ずしも２つの波面の光量が一致するように、第１のミラー２１の反射率を変えたり、照明光の光量を変えたりする必要はない。

光センサ３により受光された第１のミラー２１からの反射光は第１のミラー２１の表面形状の情報を有し、光センサ３は第１のミラー２１の注目領域１０の表面形状または表面形状の微分値、すなわち表面の傾斜情報を取得する。

なお、（１）初期調整のステップＳＴ１４において、中央の注目領域１０の中心、すなわち中央に配置された光センサ３のコリメート光学系２６と第１のミラー２１の光軸３５とを一致させたものの、中央に配置された光センサ３のコリメート光学系２６とその他のコリメート光学系２６の相対関係は不明である。そこで、第１のミラー２１の表面形状は既知であり、自重変形量は計算モデルにより算出されるものとして、複数のコリメート光学系２６ごとに、本来測定されるべき正しい表面形状の値と実測値との差を補正値として算出する（ステップＳＴ２３）。

次に、第１の可動ステージ２３により第１のミラー２１を光センサ３の直下から取り除き（ステップＳＴ２４）、図１，図２に示された状態に戻す。このとき、光センサ３から第２のミラー１を照射する光路には第１のミラー２１はなくなる。

その後、光センサ３により第２のミラー１へ照明光を照射する（ステップＳＴ２５）。光センサ３により照射された照明光は第２のミラー１により、コリメート光学系２６へ反射される。なお、この際の反射光量は、必ずしもステップＳＴ２１において第１のミラー２１を照射した際の反射光量と同一ではないが、適宜、照明光の光量や、光受光部２５のゲインや露光時間を調整すればよい。

第２のミラー１上の注目領域１０からの反射光は第２のミラー１の表面形状の主に傾きの情報を有しており、反射前とはわずかに異なった光路を通り、光センサ３のコリメート光学系２６を経由して光受光部２５により受光される（ステップＳＴ２６）。

光受光部２５により観測された第２のミラー１からの反射光は第２のミラー１の表面形状の情報を有し、光センサ３は第２のミラー１の注目領域１０の配列方向の表面形状または表面形状の微分値、すなわち表面の傾斜情報を取得する。
なお、光センサ３の複数のコリメート光学系２６同士の相対関係は、ステップＳＴ２３における調整時から変わらないものと仮定する。

演算部４０は、光センサ３により取得された第２のミラー１の注目領域１０の配列方向の表面形状の情報について、ステップＳＴ２３において算出したコリメート光学系２６ごとの補正値により補正を行い、第１のミラー２１の表面形状を基準として、第２のミラー１の注目領域１０の配列方向における表面形状を測定する（ステップＳＴ２７）。

具体的には、光センサ３は前述したように波面センサ、傾斜センサ等であるため、第１のミラー２１、または第２のミラー１の表面形状ｚ（ｘ、ｙ）、もしくはその微分である表面の傾斜（ｄｚ／ｄｘ，ｄｚ／ｄｙ）を測定できる。ただし、複数台の光センサ３の測定値をつなげるには、例えば「水平が０度、地面の高さが０ｍ」のように、複数台の光センサ３の「共通の基準」が必要となる。ここでは第１のミラー２１を複数台の光センサの「共通の基準」として、検査対象である第２のミラー１の傾きを測定する例で説明する。

この場合、測定値の傾斜は第１のミラー２１に対する第２のミラー１の傾斜であるため、得られる値は「（第２のミラー１の傾斜）−（第１のミラー２１の傾斜）」となる。複数台の光センサ３が並ぶ方向をｘ方向とし、直交する方向をｙとする。複数台の光センサ３で測定した傾斜（ｄｚ／ｄｘ，ｄｚ／ｄｙ）を並べて、傾斜ｄｚ／ｄｘをセンサが並んだｘ方向に積分することで、表面形状ｚ（ｘ、ｙ）を求めることができるが、同様の理由のため、得られる値ｚ（ｘ、ｙ）は「（第２のミラー１の表面形状）−（第１のミラー２１の表面形状）＋Ｃ」となる。ただし、この表面形状には積分定数Ｃのオフセットを含んでいる。

光センサ３の並ぶ方向に積分することで得られる測定値ｚ（ｘ、ｙ）、検査対象である第２のミラー１の表面形状をｚ’（ｘ、ｙ）、表面形状と自重変形量が既知の第１のミラー２１の表面形状ｚ₀（ｘ、ｙ）とすると、測定値ｚに既知の第１のミラー２１の表面形状ｚ₀を補正することで、式（１）に示すように積分定数Ｃのオフセットを含むが、第２のミラー１の表面形状ｚ’（ｘ、ｙ）を求めることが可能となる。
ｚ（ｘ、ｙ）＋ｚ₀（ｘ、ｙ）
＝ｚ’（ｘ、ｙ）−ｚ₀（ｘ、ｙ）＋Ｃ＋ｚ₀（ｘ、ｙ）
＝ｚ’（ｘ、ｙ）＋Ｃ （１）

なお、この表面形状ｚ’（ｘ、ｙ）は第２のミラー１の重力による変形を含む。また、積分定数Ｃは座標のとり方で変わる（例えば地面を０ｍとするか、第１のミラーの平均高さを０ｍにするか、等）ため、興味の対象ではない。

ここで、光センサ３を一列に配列し、注目領域１０を一列に形成しているため、注目領域１０の間に一部虫食い状に未測定領域が発生するものの、第２のミラー１の直径をほぼ同時に一度に測定することが可能となる。言い換えると、直径ほどの大きさの光センサ３の一部を虫食い状に遮光したのと同等であり、すなわち擬似的に光センサ３の直径を大きくしたことに相当し、センサの分解能が改善される。

（３）回転角度ごとの測定
次に、回転角度ごとの測定について説明する。図７に示すように、第２の可動ステージ２により第２のミラー１を所定の角度回転させ（ステップＳＴ２８）、第２のミラー１の全面の表面形状を測定するまで、各回転角度においてステップＳＴ２５からステップＳＴ２８までの処理を繰り返す（ステップＳＴ２９のＮＯの場合）。

ここで、ステップＳＴ１１において、中央の注目領域１０の中心と第２の可動ステージ２の回転中心とが一致するように調整しているため、第２の可動ステージ２により第２のミラー１を回転させても中央の注目領域１０は共通となる。このことを図８，図９を用いて説明する。

図８は、この発明の実施の形態１に係る表面形状測定装置の第２のミラー１の長手方向に一列に形成された複数の注目領域１０ａを示す図であり、図８に示すように、注目領域１０ａが第２のミラー１の長手方向に並んでおり、このとき、表面形状測定装置は第２のミラー１の長手方向における表面形状を測定する。

一方、図９は、この発明の実施の形態１に係る表面形状測定装置の第２のミラー１の対角方向に一列に形成された複数の注目領域１０ｂを示す図であり、図９に示すように、注目領域１０ｂが第２のミラー１の対角方向に並んでおり、このとき、変形量測定装置は第２のミラー１の対角方向における自重変形量を含む表面形状を測定する。

図８と図９に示すように、第２のミラー１は中央の注目領域１０ａ，１０ｂの中心を回転中心としており、注目領域１０ａおよび注目領域１０ｂにおける中央の注目領域１０ａ，１０ｂは共通である。この共通の中央の注目領域１０ａ，１０ｂについては当然同じ表面形状が測定されることから、長手方向に一列に形成された複数の注目領域１０ａから測定された第２のミラー１の長手方向の表面形状と、対角方向に一列に形成された複数の注目領域１０ｂから測定された第２のミラー１の対角方向の表面形状とを共通の中央の注目領域１０ａ，１０ｂにおいてつなぎ合わせることができる。

なお、ステップＳＴ１２において、注目領域１０の中心と第２の可動ステージ２の回転中心の一致に加えて、第２のミラー１の光軸３３と、中央の注目領域１０を形成するコリメート光学系２６の光軸３４と、第２の可動ステージ２の回転軸３２の計３つの傾きが一致するように調整したので、第２のミラー１を第２の可動ステージ２により回転させても
中央の注目領域１０の位置および光センサ３に対する傾きがずれることはなく、光センサ３により表面形状を測定することができる。

ただし、実際にはこれら３つの傾きを一致させるのは難しく、第２のミラー１を第２の可動ステージ２により回転させる度に、第２のミラー１と光センサ３の相対関係を第３の可動ステージ３０を構成する傾斜ステージを用いて調整してもよい。
なお、第２の可動ステージ２に傾斜ステージが含まれる場合は、第２の可動ステージ２の傾きを変化させて第２のミラー１と光センサ３の相対関係を調節してもよい。

このように、ステップＳＴ２５からステップＳＴ２８までの処理を繰り返すことにより、第２のミラー１の各回転角度における注目領域１０の配列方向の表面形状を測定でき、第２のミラー１の回転角度によらず回転中心における注目領域１０は共通となるため、回転角度ごとに測定した表面形状を回転中心においてつなぎ合わせることができ、第２のミラー１の全面の表面形状を測定することができる。
そして、第２のミラー１の全面の表面形状を測定した場合（ステップＳＴ２９のＹＥＳの場合）には、処理を終了する。

図１０は、この発明の実施の形態１に係る表面形状測定装置の第２のミラー１を回転させることにより、第２のミラー１の全面に形成される注目領域１０を示した図である。図１０には、第２のミラー１の全面に注目領域１０が表示されており、第２のミラー１の全面の表面形状が測定されたことが示されている。
また、上述したように、第２のミラー１の回転角度によらず中央の注目領域１０は共通であるため、第２のミラー１の各回転角度において測定した注目領域１０の配列方向における表面形状は、回転中心においてつなぎ合わせることが可能である。
なお、測定された第２のミラー１の表面形状には第２のミラー１の重力による変形、すなわち自重変形量が含まれる。

ここで、従来技術との違いについて詳細に説明する。各注目領域１０が測定した平面形状には、当然ながら理想的な場合を除いて測定誤差が含まれる。従来技術のように、例えば、光センサ３または第２のミラー１を長手方向に移動させることによって注目領域１０を走査させて長手方向における全ての表面形状を測定する場合、隣り合う注目領域１０を接続する必要がある。一般的に走査にはステージの傾き誤差等を伴うため、この注目領域１０の接続の回数が多くなるほど、つなぎ合わせの誤差が大きくなるという問題がある。
しかしながら、この発明の実施の形態１に係る表面形状測定装置によれば、光センサ３を長手方向一列に配列したので、中心から最も遠方の直径位置までほぼ同時に測定することができるため、擬似的に光センサ３の直径が大きくなったことに相当し、誤差を増大させることなく、測定対象の長手方向における全ての表面の傾きを精度高く測定することができるようになる。

また、第２のミラー１の全面を測定する場合、従来技術では隣り合う注目領域１０を接続するために全面を走査するが、この走査の距離に比例して誤差が蓄積されて大きくなるという問題がある。
しかしながら、この発明の実施の形態１によれば、回転中心からもっとも離れた位置は直径位置であるが、この回転中心から直径位置までを常にほぼ同時に測定され、走査しない。重力による変形は、測定対象の剛性や形状、保持方法にもよるが、一般的には中央が凹むといった動径方向の変形が顕著であり、この動径方向の誤差の蓄積が少ない方が好ましい。すなわち、中心を基準にすると、動径方向に誤差の蓄積が生じないため、第２のミラー１を回転させても動径方向に誤差の蓄積が生じない。

また、ステップＳＴ１１において注目領域１０の中心と第２の可動ステージ２の回転中心が一致するように調整したが、さらに、光センサ３の複数のコリメート光学系２６を１次元方向に中心に対称に並べ、また、測定対象である第２のミラー１の中心が第２の可動ステージ２の回転中心と一致するように配置すると、第１のミラーをちょうど半周回転させたときに、中央の注目領域１０に対して対称な位置にある２つの注目領域１０が、第２のミラー１の中心に対して対称な２つの位置を測定することになる。

図１１は、この発明の実施の形態１に係る表面形状測定装置の第２のミラー１を半周回転すると、回転中心に対して対称な位置にある２つの注目領域１０において第２のミラー１の位置が入れ替わることを示した図である。第２の可動ステージ２の回転中心から右側へ２個目の注目領域Ａとなる位置は、第２のミラー１が半周すると、注目領域Ｂとなる位置になる。注目領域Ａ，Ｂの個体差や時間変動分を除いて、第２のミラー１の同じ位置を測定することになるため、当然、同じ測定結果を得ることができる。言い換えると、同じ位置を異なる光センサ３により測定することで、光センサ３の個体差や時間変動を検出することが可能になる。

（４）自重変形量の計算モデルの校正
次に、自重変形量の計算モデルの校正について説明する。（１）初期調整、（２）注目領域配列方向測定、（３）回転角度ごとの測定により、表面形状および自重変形量が既知な第１のミラー２１を基準として、測定対象である第２のミラー１の自重変形を含む注目領域１０の配列方向における未知な表面形状を測定し、各回転角度において測定した注目領域１０の配列方向の表面形状を回転中心においてつなぎ合わせて、第２のミラー１の全面の自重変形量を含む表面形状を求めることが可能となった。
しかしながら、測定された第２のミラー１の全面の表面形状は、基準となる第１のミラー２１の表面形状と自重変形量が既知であるという仮定を前提としたものである。

第１のミラー２１の自重変形量を含まない表面形状の測定は、予め自重変形が生じないように表面を重力と平行（表面の法線を重力と垂直）に配置して、具体的には、第１のミラー２１のミラー面を横に向けて表面形状を測定することにより得られる。
ところが、第１のミラー２１の自重変形量はあくまで計算により算出されるものであり、算出された自重変形量が正しいとは限らず、算出された自重変形量が正しいか検査して、算出された自重変形量が正しくない場合は計算モデルを校正する必要がある。

そこで、図３に示された第１のミラーマウント２２を用いる。図３を用いて説明したように、第１のミラー２１は第１のミラーマウント２２により保持されるが、第１のミラー２１の重力による変形は第１のミラーマウント２２による保持の位置や力に依存する。図１に示すように、第１のミラー２１は複数の第１のミラーマウント２２により保持される。

第１のミラーマウント２２の詳細は図３に示されており、反力発生部４４はすでに上述したように、例えば板バネ、押しバネのようなバネの自然長から縮んだ量に比例して力を発生させるものとするが、バネの自然長を変えるのは難しいので、バネの配置位置を変える、すなわちバネを第１のミラー２１に近づける、または遠ざけることにより、バネの縮む量を調整できるため、結果として保持部４５が第１のミラー２１を持ち上げる力を調整することができる。

複数の第１のミラーマウント２２の位置と第１のミラー２１を保持する力を調整することができるため、保持状態を複数パターン設定することが可能となる。第１のミラー２１の表面形状は、第１のミラー２１の保持状態に依存して既知の状態から自重変形するため、複数パターンの保持状態を設定すれば当然パターンごとに自重変形量も異なり、あたかも表面形状の異なる第１のミラー２１が複数あるように扱うことができる。

ここで、第１のミラー２１の自重変形量の計算モデルが正しいのであれば、複数パターンの保持状態により保持された第１のミラー２１を基準として、第２のミラー１の表面形状を測定した場合の複数の結果は、当然のことながら同じになるはずである。仮に同じ結果にならないとすれば、その差が自重変形量計算における誤差ということになる。
また、この手順においては、第１のミラー２１の保持状態のみを変化させて測定を行っているため、第２のミラー１の表面形状の実測値のうち、第１のミラー２１の保持状態により変化する値が第１のミラー２１の自重変形量であり、第１のミラー２１の既知な表面形状と分離できる。

具体例について図１２から図１４を用いて説明する。図１２は、この発明の実施の形態１に係る表面形状測定装置の第１のミラー２１を保持する第１のミラーマウント２２の保持位置が異なる４つのパターンを示す図である。図１２には、第１のミラー２１が光センサ３により照明光を照射されて形成される注目領域１１と、第１のミラー２１を保持する第１のミラーマウント２２の保持部４５の位置が示されている。

なお、各保持部４５が第１のミラー２１を持ち上げる力は一定とする。実際には、第１のミラーマウント２２には静止摩擦力、バネ定数のばらつき、自然長のばらつき等が発生するため、各保持部４５が第１のミラー２１を持ち上げる力をマイクロゲージ４３により読み取りながら調整しても、ある程度ばらつきが残るが、今回の具体例では、残った力のばらつきが第１のミラー２１に与える影響は十分小さく無視できると考える。

上述したように、自重変形量の計算が正しいのであれば、複数パターンの保持状態の第１のミラー２１を基準として、第２のミラー１の表面形状を測定した複数の測定結果は当然のことながら同じとなるべきである。ここで、上述した第２のミラーの表面形状の測定とは逆の手順を採用する。すなわち、第２のミラー１の表面形状を基準として、図１２に示された保持状態の異なる４つのパターンの第１のミラー２１の表面形状を測定する。

測定の基準となる第２のミラー１の表面形状は既知でないものの、４つのパターンの測定において基準として用いられ、各測定結果において同様に寄与する。すなわち、パターンによらず変化しない成分が、第２のミラー１の未知の表面形状と第１のミラー２１の既知な自重変形を含まない表面形状の寄与分であり、第１のミラー２１のパターンによって変化する成分が、異なる保持状態に依存する自重変形量の寄与分となる。

図１３は、図１２に示された保持位置が異なる４つのパターンの第１のミラー２１における自重変形量の計算値と表面形状の実測値を示す図であり、図１３（ａ）は４つのパターンの保持状態における自重変形量の計算値を示し、図１３（ｂ）は４つのパターンの保持状態における表面形状の実測値を示している。

図１３（ａ）は、パターン１〜４の保持状態にある第１のミラー２１の自重による変形を計算し、ｚ（ｘ、ｙ）を等高線で示したものとする。また、図の下には凡例でｚ方向である高さを表す。ｚ方向の基準、例えばｚの平均値が０となるように、すなわち第１のミラー２１の高さの平均値が０となるような座標系をとった場合、それより小さいｚの値は−、大きいｚの値は＋となる。この凡例では凡例下側から上側の順でｚが大きくなることを意味する。例えばパターン１では、第１のミラー２１の両端は凡例＋側、第１のミラー２１の中央は凡例の−側となるので、第１のミラー２１がｚ方向に凹面に変形していることを意味する。

図１３（ｂ）に示された表面形状の実測値は、第１のミラー２１の既知な自重変形を含まない表面形状の寄与分を除いた値、すなわち４つのパターンごとに異なる保持状態による自重変形量（パターン１〜４で変化する成分）と第２のミラー１の自重変形量を含む未知の表面形状（パターン１〜４で変化しない成分）を示す。
なお、図１３には、試作した表面形状測定装置の有効領域外６０が示されており、この有効領域外６０の表面形状については計算はできるが測定はできない。

ここで、パターン１〜４の差分について考える。今回の例では、具体的には「（パターン２）−（パターン１）」、「（パターン３）-（パターン１）」、「（パターン４）−（パターン１）、「（パターン３）−（パターン２）」、「（パターン４）-（パターン２）」、「（パターン４）―（パターン３）」の６通りが考えられる。図１３（ｂ）に示された実測値には、パターン１〜４に含まれる変化しない成分である第２のミラー１の未知の表面形状を含まれているため、各々の差分を算出することによりパターン１〜４によらず変化しない成分である第２のミラー１の未知の表面形状を打ち消すことができる。

差分を算出することにより、自重変形量の計算値同士の差分と、自重変形量の実測値同士の差分を直接比較することができるようになる。もし、自重変形量の計算が正しく、物理的な計算モデルが妥当であれば、当然ながら計算値は実測値を再現し、物理的な計算モデルが妥当でなければ計算値は実測値を再現せず、計算モデルに修正が必要と分かる。

図１４は、自重変形量の計算モデルの校正の例を示した図であり、図１４の横軸は図１３（ａ）に示された自重変形量の計算値を数値化したものを示し、図１４の縦軸は図１３（ｂ）に示された実測値を数値化したものを示す。この例の数値化には、具体的にはｚ方向高さｚ（ｘ、ｙ）の標準偏差を用いる。複数回の測定を行い、測定値を■、系統誤差を｜で示す。パターン１〜４の計算値および実測値を図１４にプロットし、これらのプロットした点を通る直線の傾きを実線で示す。

上述したように、各々の差分を計算すると、計算値と実測値を直接比較できるが、実は差分を計算しなくても、パターン１〜４において変化しない成分は第２のミラー１の未知な表面形状であり、パターン１〜４において変化する成分はパターン１〜４ごとに異なり保持状態に依存する自重変形量であることから、パターン１〜４において変化する成分、すなわち図１４に示された実線の直線の傾きから計算値と実測値を比較することできる。仮に自重変形量の計算の物理的な計算モデルが妥当であれば傾きは１となる。なお、図１４に示された破線は傾きが１の直線を示す。

図１４に示された例では、実線で示された直線の傾きが、破線で示された傾き１の直線の傾きよりもやや大きく、自重変形量の計算モデルに若干の修正が必要であると分かり、修正を行うことにより自重変形量の計算モデルをより確からしく校正できる。

以上のように、実施の形態１によれば、自重変形量を含む表面形状が既知な第１のミラー２１と、第１のミラー２１の長手方向に一列に配列され、第１のミラー２１または測定対象である第２のミラー１上に光を照射して少なくとも３つ以上の注目領域１０を形成し、当該注目領域１０における表面形状の情報を有する反射光を受光する光センサ３と、光センサ３により受光された反射光から、第１のミラー２１の既知な自重変形量を含む表面形状を基準として、第２のミラー１の注目領域１０の配列方向における自重変形量を含む表面形状を測定する演算部４０と、光センサ３により形成される注目領域１０のうち１つの注目領域１０内を中心として第２のミラー１を所定の角度ずつ回転させる可動ステージ２とを備え、演算部４０が、可動ステージ２により回転される第２のミラー１の各回転角度における測定を繰り返すことにより、第２のミラー１の全面の自重変形量を含む表面形状を測定するように構成したので、被検体全面の走査において誤差を蓄積させることなく、被検体の自重変形を含む表面形状を精度高く計測することができる。

実施の形態２
図１５は、この発明の実施の形態２に係る表面形状測定装置の構成図であり、実施の形態１の図１に示す表面形状測定装置の構成と、演算部７０における第２のミラー１の表面形状の測定の際の基準を、第２のミラー１の所定の回転角度における注目領域１０の配列方向の表面形状の測定値とする点で異なる。なお、実施の形態１と同様の構成には同一の符号を付して重複した説明を省略する。

演算部７０は、光センサ３の複数の光受光部２５により受光された注目領域からの反射光から、第２のミラー１の所定の回転角度における注目領域１０の配列方向の表面形状の測定値を基準として、第２のミラー１のその他の回転角度における注目領域１０の配列方向における表面形状の相対値を測定する。そして、測定により得られた、第２のミラー１の全面の表面形状の相対値を第１のミラー２１の既知な表面形状に基づいて絶対値に変換する。

次に、実施の形態２に係る表面形状測定装置による測定の手順について説明する。ここで、実施の形態２における（１）初期調整、（４）自重変形量の計算モデルの校正については実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

（２）注目領域配列方向測定
注目領域配列方向測定について説明する。図１６は、この発明の実施の形態２に係る表面形状測定装置の注目領域配列方向測定と回転角度ごとの測定における処理の流れを示すフローチャートである。

図１６に示すように、まず、第１の可動ステージ２３により第１のミラー２１を光センサ３の直下から取り除き（ステップＳＴ３１）、図１，図２に示された状態にする。このとき、光センサ３から第２のミラー１を照射する光路には第１のミラー２１はなくなる。

次に、第２の可動ステージ２により第２のミラー１を回転して、第２のミラー１が所定の回転角度になるように調整する（ステップＳＴ３２）。
例えば、第２のミラー１の対角方向における表面形状を測定の基準とする場合、図９に示すように、注目領域１０ｂが第２のミラー１の対角方向に一列に形成されるように第２のミラー１の回転角度を調整する。

その後、光センサ３により第２のミラー１へ照明光を照射する（ステップＳＴ３３）。光センサ３により照射された照明光は第２のミラー１により、コリメート光学系２６へ反射される。

第２のミラー１上の注目領域１０からの反射光は第２のミラー１の表面形状の主に傾きの情報を有しており、反射前とはわずかに異なった光路を通り、光センサ３のコリメート光学系２６を経由して光受光部２５により受光される（ステップＳＴ３４）。

このときの測定値を、その他の回転角度の注目領域１０の配列方向における表面形状の相対値の測定の際の基準とする。
その後、第２の可動ステージ２により第２のミラー１を所定の角度回転させる（ステップＳＴ３５）。

ここで、図１６に示されたステップＳＴ３６，ステップＳＴ３７は、実施の形態１の図７のステップＳＴ２５，ステップＳＴ２６と同様であるため説明を省略する。

ステップＳＴ３７において第２のミラー１からの反射光を受光した後、演算部７０は、ステップＳＴ３７において光センサ３の複数の光受光部２５により受光された第２のミラー１からの各反射光について、ステップＳＴ３４において測定された第２のミラー１の対角方向における測定値を基準として、第２のミラー１の表面形状の注目領域１０の配列方向における表面形状の相対値を測定する（ステップＳＴ３８）。
例えば、第２のミラー１の長手方向の注目領域１０の配列方向における表面形状の相対値を測定する場合、図９に示された第２のミラー１の対角方向の注目領域１０ｂにおける測定値を基準として、図８に示された第２のミラー１の長手方向の注目領域１０ａにおける表面形状の相対値を測定する。

（３）回転角度ごとの測定
次に、回転角度ごとの測定について説明する。回転角度ごとの測定においては、第２の可動ステージ２により第２のミラー１を所定の角度回転させ（ステップＳＴ３９）、第２のミラー１の全面の表面形状の相対値を測定するまで、各回転角度においてステップＳＴ３６からステップＳＴ３９までの処理を繰り返す（ステップＳＴ４０のＮＯの場合）。

このように、ステップＳＴ３６からステップＳＴ３９までの処理を繰り返すことにより、第２のミラー１の各回転角度における注目領域１０の配列方向の表面形状の相対値を測定できる。実施の形態２においても、実施の形態１と同様、第２のミラー１の回転角度によらず回転中心における注目領域１０は共通となるため、回転角度ごとに測定した表面形状を回転中心においてつなぎ合わせることができ、図１０のように第２のミラー１の全面の表面形状の相対値を測定することができる。

そして、第２のミラー１の全面の表面形状の相対値を測定した場合（ステップＳＴ４０のＹＥＳの場合）には、第１の可動ステージ２３により第１のミラー２１を光センサ３の直下に配置する（ステップＳＴ４１）。このとき、光センサ３からの照明光は第１のミラー２１を照射する。この第１のミラー２１の表面形状は実施の形態１の場合と同様に既知であるとする。

その後、ステップＳＴ３４において測定された第２のミラー１の対角方向における測定値を基準として第１のミラーの表面形状を測定する（ステップＳＴ４２からステップ４４）。ステップＳＴ４２からステップ４４の処理は、実施の形態１の図７のステップＳＴ２１からステップＳＴ２３の処理と同様であるため説明を省略する。

そして、基準である未知な第２のミラー１の対角方向の表面形状と第１のミラー２１の表面形状を比較し、第２のミラー１の全面の表面形状の相対値を絶対値に変換して（ステップＳＴ４５）、処理を終了する。

以上のように、実施の形態２によれば、自重変形量を含む表面形状が既知な第１のミラー２１と、第１のミラー２１の長手方向に一列に配列され、第１のミラー２１または測定対象である第２のミラー１上に光を照射して少なくとも３つ以上の注目領域１０を形成し、当該注目領域１０における表面形状の情報を有する反射光を受光する光センサ３と、光センサ３により受光された反射光から、第２のミラー１の所定の回転角度における注目領域１０の配列方向の表面形状を基準として、第２のミラー１のその他の回転角度における注目領域１０の配列方向の表面形状の相対値を測定する演算部４０と、光センサ３により形成される注目領域１０のうち１つの注目領域１０内を中心として第２のミラー１を所定の角度ずつ回転させる可動ステージ２とを備え、演算部４０が、可動ステージ２により回転される第２のミラー１の各回転角度における測定を繰り返すことにより、第２のミラー１の全面の自重変形量を含む表面形状の相対値を測定し、当該相対値を第１のミラー２１の既知な表面形状に基づいて、絶対値に変換するように構成したので、被検体全面の走査において誤差を蓄積させることなく、被検体の自重変形を含む表面形状を精度高く計測することができる。

また、実施の形態２によれば、第１のミラー２１が無い場合でも第２のミラー２１の所定の回転角度の直径方向における表面形状を比較対象として、第２のミラー１のその他の回転角度の直径方向における表面形状の相対測定し、回転角度ごとに測定した表面形状を回転中心においてつなぎ合わせることで全面の表面形状の相対値を測定することができる。

また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 第２のミラー、２ 第２の可動ステージ、３ 光センサ、５ 光分割部、８ 除震台、１０，１０ａ，１１ 注目領域、１９ 制御部、２０ 第２のミラーマウント、２１ 第１のミラー、２２ 第１のミラーマウント、２３ 第１の可動ステージ、２４ 光照射部、２５ 光受光部、２６ コリメート光学系、３０ 第３の可動ステージ、３１ センサ台、３２ 回転軸、３３ 第２のミラーの光軸、３４ コリメート光学系の光軸、３５ 第１のミラーの光軸、４０ 演算部、４１ リニアガイド、４２ 固定具、４３ マイクロゲージ、４４ 反力発生部、４５ 保持部、５０ 恒温槽、６０ 有効領域外７０ 演算部。

Claims (3)

1. 自重変形量を含む表面形状が既知な第１のミラーと、
   前記第１のミラーの長手方向に一列に配列され、前記第１のミラーまたは測定対象である第２のミラー上に光を照射して少なくとも３つ以上の注目領域を形成し、当該注目領域における表面形状の情報を有する反射光を受光する光センサと、
   前記光センサにより形成される前記注目領域のうち１つの注目領域内を中心として前記第２のミラーを所定の角度ずつ回転させる可動ステージと、
   前記光センサにより受光された前記反射光から、前記第１のミラーの表面形状を測定し、かつ、前記第２のミラーの所定の回転角度における前記注目領域の配列方向の表面形状を測定して基準値とし、かつ、前記第２のミラーのその他の回転角度における前記注目領域の配列方向の表面形状の前記基準値に対する相対値を測定する演算部とを備え、
   前記演算部が、前記可動ステージにより回転される前記第２のミラーの各回転角度における測定を繰り返すことにより、前記第２のミラーの全面の自重変形量を含む表面形状の相対値を測定し、前記第１のミラーの表面形状の測定値と、前記第２のミラーの表面形状の前記基準値と、前記第２のミラーの全面の表面形状の前記相対値とに基づいて、前記第２のミラーの表面形状を測定する
   ことを特徴とする表面形状測定装置。
2. 前記第１のミラーを保持し、前記第１のミラーを保持する位置を水平方向に微調整可能なリニアガイドを有するミラーマウントを備え、
   前記リニアガイドにより前記保持する位置を調整することにより自重変形量を制御する
   ことを特徴とする請求項１記載の表面形状測定装置。
3. 自重変形量を含む表面形状が既知な第１のミラーと、前記第１のミラーの長手方向に一列に配列され前記第１のミラーまたは測定対象である第２のミラー上に光を照射して反射光を受光する光センサと、前記第１のミラーおよび前記第２のミラーの表面形状を測定する演算部と、前記第２のミラーを所定の角度ずつ回転させる可動ステージとを備えて、前記第２のミラーの表面形状を測定する表面形状測定方法であって、
   前記光センサが、前記第１のミラー上に光を照射して少なくとも３つ以上の注目領域を形成し、当該注目領域における表面形状の情報を有する反射光を受光する第１のステップと、
   前記光センサが、前記第２のミラー上に光を照射して少なくとも３つ以上の注目領域を形成し、当該注目領域における表面形状の情報を有する反射光を受光する第２のステップと、
   前記可動ステージが前記光センサにより形成された複数の注目領域のうちの１つの注目領域内を中心として前記第２のミラーを回転させ、当該可動ステージにより回転された第２のミラーの回転角度において、前記光センサが、前記第２のミラー上に光を照射して少なくとも３つ以上の注目領域を形成し、当該注目領域における表面形状の情報を有する反射光を受光する第３のステップと、
   前記演算部が、前記第１のステップにおいて受光された反射光から前記第１のミラーの表面形状を測定し、かつ、前記第２のステップにおいて受光された反射光に含まれる前記第２のミラーの所定の回転角度における前記注目領域の配列方向の表面形状を測定して基準値とし、かつ、前記第３のステップにおいて受光された反射光から前記第２のミラーの各回転角度における前記注目領域の配列方向の表面形状の前記基準値に対する相対値を測定する第４のステップと、
   前記光センサによる第３のステップの照射および受光と前記演算部による第４のステップの測定とを繰り返すことにより、前記第２のミラーの全面の自重変形量を含む表面形状の相対値を測定する第５のステップと、
   前記演算部が、前記第４のステップにおいて測定された前記第１のミラーの表面形状の測定値と、前記第４のステップにおいて測定された前記第２のミラーの表面形状の前記基準値と、前記第５のステップにおいて測定された前記第２のミラーの全面の表面形状の前記相対値とに基づいて、前記第２のミラーの表面形状を測定する第６のステップとを備える
   ことを特徴とする表面形状測定方法。

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