JP5954979B2 - 多波長干渉計を有する計測装置 - Google Patents

Description

本発明は多波長干渉計を有する計測装置に関する。

被検面の形状等を高精度に測定する装置として一般的にヘテロダイン干渉方式が知られている。単波長干渉計（特許文献１参照）においては、被検面が粗い場合、表面粗さ起因のスペックルパターンは２πより大きい標準偏差のランダム位相を有する為、計測不確さが大きくなってしまい正確な計測が困難となる。

上記問題を解決する方法として、レーザ光を物体面に投射して反射光を撮像する装置において、結像レンズの絞り位置を変化させることによりスペックルパターンのランダムな位相のインコヒーレント平均化を行うことが記載されている（特許文献２参照）。

また、別の解決手段として、複数の異なる波長の干渉計測結果から各波長の位相を合成する多波長干渉計が知られている（非特許文献１参照）。非特許文献１によると、２つの波長のスペックルに相関があるならば、その２つの波長の位相差に基づいて巨視的表面プロファイルと微視的表面粗さに関する情報が得られるとしている。

また、２つの波長間のスペックルパターンの相関は２つの波長の合成波長に依存することが知られている（非特許文献２参照）。なお、２つのスペックルパターンが一致するほど相関度が高いとする。非特許文献２によると合成波長Λが小さい程、２波長間のスペックルパターンの相関は減少し、逆に合成波長Λが大きい程、２波長間のスペックルパターンの相関は増加する。ここで、合成波長Λとは２つ波長をλ１、λ２（λ１＞λ２）としたとき、Λ＝λ１×λ２／（λ１−λ２）で表わされる量である。このように，単波長干渉計では困難である粗い被検面に対しても多波長干渉計では精度良く計測することが可能となる。

特開平１０−１８５５２９号公報 特開平５−７１９１８号公報

Ａ．Ｆ．Ｆｅｒｃｈｅｒ等「Ｒｏｕｇｈ−ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ｗｉｔｈ ａ ｔｗｏ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ ｓｐｅｃｋｌｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、１９８５、ｖｏｌ．２４、ｉｓｓｕｅ１４、ｐｐ２１８１−２１８８ Ｕ．Ｖｒｙ、Ｆ．Ｆｅｒｃｈｅｒ著、「Ｈｉｇｈ−ｏｒｄｅｒ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｐｅｃｋｌｅ ｆｉｅｌｄｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｒｏｕｇｈ−ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ、１９８６、ｖｏｌ．３、ｉｓｓｕｅ７、ｐｐ９８８−１０００

非特許文献２によると、２つの波長間のスペックルパターンの相関は合成波長の大きさと同時に、被検面の粗さ及び被検面の傾きに依存する（数式１参照）。

ここで、μは２つの波長間の複素相関関数を表わし、ｈ０は被検面の高さ、Λは２波長の合成波長を表わす。σ_ｈは被検面の粗さを表し、ｓは被検面の傾き、ａは被検面をガウスビームで照射したときの直径を表わす。数式１によると被検面の粗さが粗くなると２波長間のスペックルの相関性は減少する。また、被検面の傾きが大きくなると２波長間のスペックル相関は減少する。特に被検面の傾きによる２つの波長間のスペックルの相関性の減少への影響が大きい。図１に被検面の傾き角度と測長誤差の関係の例を示す。図１はＲａ０．４ｕｍの粗さをもつ被検面を６５μｍのスポットサイズで照明し、かつＮＡ０．０２の範囲を受光する合成波長３００μｍの２波長干渉計で計測したときの測長誤差シミュレーションを行った結果である。ここで測長誤差とは１００サンプル被検面の測長誤差の２σをとった値である。図１によると被検面傾きが０°のときは０．６μｍと測長誤差は小さいが、被検面傾きが１０°の場合、８．１μｍと大幅に測長誤差が悪化することがわかる。通常、粗面被検面が傾いている場合の被検面に対する瞳共役面（フーリエ変換の関係となる面）におけるスペックルパターンは、被検面が傾いていないスペックルパターンを瞳面内でシフト（横ずれ）させたようなパターンとして形成される。また、粗面被検面が傾いた場合、被検面の瞳共役面に形成されるλ_１とλ_２の異なる波長間の瞳面内のスペックルパターンのシフト量に差が生じる為、２波長間のスペックルパターンの相関が減少し測長精度が悪化してしまう。更に、被検面の傾き角度が大きくなると、波長間の瞳面内スペックルパターンのシフト量の差が大きくなる為、２波長間のスペックルパターンの相関も更に減少し、大幅な測長精度悪化を招く。このように、粗面計測に多波長干渉計を適用したとしても被検面が傾いている場合、波長間の相関性の減少により精度良い測定が困難であることがわかる。

そこで、本発明は、被検面が傾いていても測定精度の悪化を低減する計測装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての計測装置は、被検面の位置または形状を計測する計測装置であって、波長が互いに異なる複数の光束を用いる多波長干渉計と、前記多波長干渉計により検出された干渉光の信号を用いて前記被検面の位置または形状を求める制御部とを有し、前記多波長干渉計は、光を被検面に入射させて前記被検面で反射された被検光と参照光とを干渉させる光学系と、前記被検光と前記参照光との干渉光を各波長に分光する分光部と、分光された複数の干渉光の各々に設けられた、前記干渉光を検出する検出器と、前記分光部からの干渉光を前記検出器に導く導光部分の位置を調整可能な光学部材とを有し、前記制御部は、前記被検面の傾きに関する情報を用いて前記複数の光束の波長間におけるスペックルパターンのシフト量を取得し、取得したシフト量に基づいて前記光学部材を制御して前記導光部分の位置を調整することを特徴とする。

本発明によれば、被検面が傾いていても測定精度の悪化を低減する計測装置を提供することができる。

被検面の傾き角度と測長誤差の関係の例を示す図である。 実施形態１における計測装置の概略図である。 被検面の傾き角を説明するための図である。 スペックルパターンのシフト量の差を説明するための図である。 実施形態１における測長値の算出フローを示す図である。 実施形態２における計測装置の一部を示す図である。 ＤＭＤの動作を説明するための図である。 ＤＭＤの動作を説明するための図である。

（実施形態１）
図２は本実施形態の計測装置の概略図である。本実施形態の計測装置は、図２に示すように、複数の光源、被検光と参照光を干渉させる干渉計（光学系）、制御装置（制御部）を有する。

固定波長レーザ１を射出した光はビームスプリッタ４で分割される。また、固定波長レーザ２は固定波長レーザ１が射出する光の波長とは異なる波長の光を射出する。レーザ２から射出された光はビームスプリッタ４に入射し、光線軸がレーザ１から射出された光と同軸になり、ビームスプリッタ４で分割される。ここで、レーザ１とレーザ２は同様のＤＦＢ半導体レーザを用いる。また、本実施形態ではレーザ１とレーザ２は別素子のレーザとしているが、光通信に用いられる多波長光源と同様に複数の半導体レーザを１つの素子に集積した構造としても構わない。この場合にはコストおよび寸法の観点で有利である。また、必ずしもＤＦＢレーザに制約するものでは無く、ＨｅＮｅレーザ等でも構わない。

ビームスプリッタ４で分割された光は、波長の基準素子であるガスセル３を透過後、分光素子５でレーザ１から射出された光とレーザ２から射出された光のそれぞれに分離される。ガスセル３を透過後の光量は、レーザ１からの光については検出器６ａ、レーザ２からの光については検出器６ｂでそれぞれ検出される。レーザ制御ユニット７では、検出器６ａの信号を用いてレーザ１の波長をガスセルの吸収線である波長λ_１に安定化するように制御を行う。波長の安定化は例えば検出器６ａの透過強度が一定となるように、レーザ制御ユニット７によりレーザ１の波長を調整することにより行う。波長を調整する手段としては、例えば注入電流を変調する方法や温調による方法を用いる。同様に、レーザ制御ユニット７で検出器６ｂの信号を用いてレーザ２の波長をガスセルの吸収線である波長λ_２に安定化するように制御を行う。ここで、本実施形態ではガスセルのみを用いて波長精度を保証しているが、ガスセルの代わりにエタロンを用いても構わない。また、ガスセルとエタロンの両方を用いても構わない。

ビームスプリッタ４で分割されたもう一方の光は、偏光ビームスプリッタ８によって、更に第１光束と第２光束に分割される。第１光束は周波数（波長）シフタ９に入射する。周波数シフタ９ではレーザ１とレーザ２のそれぞれから出力される光について、音響光学素子により入射光の周波数に対して一定量の周波数シフトを印加する。周波数シフタ９から射出した光はコリメートレンズ１０ａに入射する。偏光ビームスプリッタ８によって分割された第２光束はコリメートレンズ１０ｂに入射する。なお、周波数シフタを第２光束の光路内に配置してもよいし、シフト量が互いに異なる周波数シフタを両光束に配置してもよい。

コリメートレンズ１０ａに入射した第１光束は、コリメートレンズ１０ａで平行光束とされ、λ／２板１１ａを通過後、偏光ビームスプリッタ１２で透過光３１及び反射光３２に分割される。λ／２板１１ａは偏光ビームスプリッタ１２で分割される光束の光量が所望の分岐比となるように偏光方向を調整する。反射光３２は不図示のλ／２板により偏光方向が９０度回転するように調整され、偏光ビームスプリッタ１３及び偏光子１４を透過し、更に集光レンズ１５で集光された後、ダイクロイックミラーなどの分光素子２３に入射する。

また、コリメートレンズ１０ｂに入射した第２光束はコリメートレンズ１０ｂで平行光束とされ、λ／２板１１ｂを通過後、偏光ビームスプリッタ１３で透過光３３及び反射光３４に分割される。λ／２板１１ｂは偏光ビームスプリッタ１３で分割される光束の光量が所望の分岐比となるように偏光方向を調整する偏光ビームスプリッタ１３で分割された反射光３４は偏光子１４を通過し、更に集光レンズ１５で集光された後、分光素子２３に入射する。

分光素子２３は、レーザ１からの光を透過させ、レーザ２からの光を反射することによって分光する。分光素子２３を透過した光は検出器２４ａに入射し、分光素子２３で反射された光は検出器２４ｂに入射する。検出器２４ａは、波長λ_１の光に周波数シフトが印加された反射光３２と波長λ_１の反射光３４との干渉光を検出し、両方の光の周波数差に相当するビート信号（干渉信号）を基準信号として制御装置（コンピュータ）２６へ出力する。また、同様に検出器２４ｂは、波長λ_２の光に周波数シフトが印加された反射光３２と波長λ_２の反射光３４の干渉光を検出し、両方の光の周波数差に相当するビート信号を基準信号として制御装置２６へ出力する。なお、分光素子２３を用いて波長毎の基準信号に分離する構成を示したが、波長λ_１と波長λ_２の第１光束に異なる周波数シフト量を与え、検出器で検出した干渉信号を周波数分離することで波長毎の干渉信号に分離しても良い。この場合、分光素子が不要となり、検出器が１つになり、装置構成が単純になる。

一方、偏光ビームスプリッタ１２で分割された透過光３１は、ミラーで偏向され、偏光ビームスプリッタ１６に入射する。偏光ビームスプリッタ１６は透過光３１を参照光として透過させる。また、偏光ビームスプリッタ１３で分割された透過光３３は偏光ビームスプリッタ１６を被検光として透過させる。透過光３３は偏光ビームスプリッタ１６を透過後、λ／４板１９により円偏光とされ、集光レンズ２０で収束光となって被検面に集光される。被検面で反射された後、再度λ／４板１９を透過することにより、前に偏光ビームスプリッタ１６に入射した時とは偏波面が９０度回転した直線偏光となって偏光ビームスプリッタ１６に再度入射する。その後、偏光ビームスプリッタ１６で反射される。偏光ビームスプリッタ１６は、参照光としての透過光３１と、偏光ビームスプリッタ１６で反射した被検光としての透過光３３とを合成して干渉させる。そして、参照光と被検光の干渉光は偏光子１７を通過し、ダイクロイックミラーなどの分光素子１８に入射する。

分光素子１８（分光部）は、レーザ１からの光を透過させ、レーザ２からの光を反射することによって分光する。分光素子１８を透過した光は、被検面に対して瞳共役（瞳面）の位置（フーリエ変換の関係となる位置）またはその近傍にある絞り２１ａの開口を通過して、干渉光を検出する検出器２５ａに入射する。また、分光素子１８で反射された光は、被検面に対して瞳共役の位置またはその近傍にある絞り２１ｂの開口を通過して、干渉光を検出する検出器２５ｂに入射する。検出器２５ａと２５ｂは被検光と参照光との干渉光を検出し、両光束の周波数差に相当するビート信号を計測信号として制御装置（コンピュータ）２６へ出力する。制御装置は計測信号に基づいて距離を算出する。なお、計測信号の位相は基準信号の位相と異なる。したがって、計測信号の位相の計測値として基準信号に対する位相を求めてもよい。なお、計測信号の位相は被検光と参照光の光路長差に応じて変化する。

分光素子と検出器との間に配置された絞り２１ａおよび絞り２１ｂの少なくとも一方は、光軸とは垂直な面内の任意の方向に移動可能に配置されている。例えば、移動ステージ上に絞りを配置して、ステージのアクチュエータや制御装置を含む駆動制御装置２２ａ、２２ｂによりステージを移動してもよい。つまり、絞り（光学部材）は、分光素子からの光を絞りの開口を介して検出器に導き、絞りの位置を変えることで、分光素子からの光のうち検出器に導く導光部分の位置が調整可能に設けられている。

干渉計の光軸（入射光の方向）に対して垂直な面に対して被検面が傾いている場合のスペックルパターンは、被検面が傾いていない場合のスペックルパターンを瞳面内においてシフト（横ずれ）させたようなパターンとして形成される。図３にｘｚ断面における被検面の傾き角度と干渉計の一部の構成との関係を示す。干渉計の光軸を１点鎖線で示す。干渉計の光軸は偏光ビームスプリッタ１６で折れ曲がる。干渉計の光軸方向（ｘ方向）から被検面に入射した光は、被検面で反射し、偏光ビームスプリッタ１６でｚ方向に偏向されて、絞り２１ａの開口に入射する。被検光が入射する範囲において、被検面が干渉計の光軸に垂直な面（図３の点線で示すｙｚ平面）に対して角度θｘだけ傾いている場合、絞り２１ａのある瞳面（干渉計の光軸に垂直な面、図３に示すｘｙ平面）において、ｘ方向にスペックルパターンがシフトする。

図４に被検面の傾き角度が１５度の場合において波長λ_１の光によるスペックルパターンと、波長λ_２の光によるスペックルパターンを示す。図４に示すように、被検面が傾いた場合、被検面に対する瞳共役面（干渉計の瞳面）に形成される波長λ_１とλ_２の異なる波長間のスペックルパターンのシフト量に差が生じる。そのため、２波長間のスペックルパターンの相関が減少して２波長間の計測信号の位相差に誤差が生じ、測長精度が悪化してしまう。更に、被検面の傾き角度が大きくなるほど２波長間の瞳面内におけるスペックルパターンのシフト量の差が大きくなる。

被検面の傾きと２波長間のスペックルパターンのシフト量とは数式（２）に示すような関係にある。

ここで、瞳面において干渉計の光軸に垂直な方向をｘ、ｙ方向とした場合、ΔＬｘは瞳面におけるｘ方向のシフト量であり、ΔＬｙは瞳面におけるｘ方向に垂直なｙ方向のシフト量である。ｆは被検面から反射光を受光する受光光学系（被検面から瞳面の間の光学系）の焦点距離である。θｘは、第１方向（図３に示すｚ方向）に対する被検面の傾き角度であって、図３に示すｘｚ断面においてｚ方向に対する被検面の傾き角度である。θｙは第１方向に対して垂直な第２方向（図３に示すｙ方向）に対する被検面の傾き角度であって、図３の示す座標系のｘｙ断面においてｙ方向に対する被検面の傾き角度である。

したがって、スペックルパターンのシフトによる測長誤差を低減するには、予め被検面の傾きの情報を取得する。そして、数式２を用いて算出された２波長間のスペックルパターンのシフト量に基づいて、分光素子１８からの光のうち検出器に導く導光部分の位置（瞳面おける干渉光の通過範囲）を２波長間で変えればよい。

次に本実施形態の測長値算出方法について説明する。図５は制御装置２６内での測長値算出フローを示す。Ｓ１では、制御装置２６が被検面の傾き角度など傾きに関する情報を取得する。被検面の傾きの情報は、例えば、被検面の設置姿勢（被検面を保持するステージの姿勢）の情報から得ることができる。また、設置姿勢の他に被検面の形状や寸法を表す設計図等の情報を用いて得ることができる。さらに、本実施形態の計測装置とは別の計測装置を用いて被検面の傾き角度を計測することにより傾きの情報を得てもよい。また、誤差はあるが、本実施形態の計測装置で２つの絞りを基準位置に固定し、分光された各干渉光に対して導光部分の位置を同じにした状態で事前に計測して得られる被検面の形状から被検面の傾き角度を算出してもよい。制御装置２６は、得られた被検面の傾きの情報を記憶する。

次に、Ｓ２では、制御装置２６は、記憶された被検面の傾きの情報を用いて、数式２を用いて２波長間のスペックルパターンのシフト量ΔＬｘ、ΔＬｙを算出する。そして、算出されたシフト量に基づいて絞り２１ａおよび２１ｂの少なくとも一方を移動する（Ｓ３）。

まず、干渉計の光軸に垂直な面に対して被検面が傾いていない場合の瞳面における光束の中心位置（光軸）を基準位置（原点）とする。制御装置２６は絞り２１ａの目標位置を基準位置として、駆動制御装置２２ａを制御して絞り２１ａを基準位置に位置決めする。例えば、絞りの開口（導光部分）の中心を絞りの位置として位置決めすることができる。また、制御装置２６は、絞り２１ｂの目標位置を（ΔＬｘ、ΔＬｙ）として、駆動制御装置２２ｂを制御して絞り２１ｂを基準位置から（ΔＬｘ、ΔＬｙ）だけ離れた位置に移動させて位置決めする。このように、分光素子からの光のうち検出器に導く導光部分の位置を２波長間でシフトさせて、２波長間のスペックルパターンのシフト量の差に起因する誤差を補正するように絞りを位置決めする。

絞りの移動はこれに限らず、駆動制御装置２２ａを用いずに絞り２１ａを固定して配置してもよい。また、例えば、絞り２１ａの目標位置をΔＬｘ／２、ΔＬｙ／２、絞り２１ｂの目標位置を−ΔＬｘ／２、−ΔＬｙ／２として、各目標位置に各絞りが位置するように各絞りを移動して、相対的にΔＬｘ、ΔＬｙだけずらすようにしてもよい。この場合、シフト量が半分で良いため計測光束を小さくでき、さらに絞りを搭載したステージの可動範囲も抑えることが可能となり、計測光学系が小型化できる利点がある。

次に、各絞りの開口を通過した干渉光を検出器２５ａ、２５ｂが検出する（Ｓ４）。検出器２５ａは波長λ_１に関して被検光と参照光とのビート信号を検出する。また、検出器２５ｂは波長λ_２に関して被検光と参照光とのビート信号を検出する。また、検出器２４ａ、２４ｂを用いて干渉光（基準信号）を取得する。そして、検出器により出力されたそれぞれの信号は制御装置２６に入力される。

次に、制御装置２６は、検出器２５ａにより検出された波長λ_１に関するビート信号の位相φ１と、検出器２５ｂにより検出された波長λ_２に関するビート信号の位相φ２を求める。そして、数式３により、各位相を用いて測長値Ｌを算出する（Ｓ５）。

ここで、Λはλ_１、λ_２の合成波長（λ_１λ_２／｜λ_１−λ_２｜）である。つまり、合成波長と２波長間の位相差を用いて測長値Ｌを算出する。測長値は、参照光と被検光との光路長差に相当し、被検面までの距離や被検面の位置として表現される。さらに、測長値に基づいて他の物理量を求めても良い。例えば、被検面をＸＹ平面内に移動可能なステージに載せることで、被検面の複数の位置における上記測長値から被検面の面形状の情報を得るような形状計測にも適用可能である。また、移動ステージの代わりにガルバノミラーを干渉計と被検面の間に配置しても構わない。

このように、被検面の傾きの情報を予め取得して、２波長間のスペックルパターンのシフト量の差に応じて絞りを位置決めして、２波長間で相関の高い干渉光を検出する。したがって、２波長間のスペックルパターンのシフトに起因する計測誤差を低減することができ、高精度な計測を行うことができる。

なお、特許文献２に記載のインコヒーレント平均化によるスペックル影響の低減方法では、１点を測定する場合であっても多くのデータを取得し、空間的或いは時間的なスペックルパターンの変化を平均化する処理時間が必要であるため計測時間が長くなってしまう。本実施形態によれば、インコヒーレント平均化を行わないので特許文献２に記載の発明よりも高速に計測が可能となる。なお、特許文献１に記載の発明では、絞りやピンホールを移動させ、被検面からの正反射光に相当する最大光量の位置を検出しているだけであり、波長間のスペックルパターンの相関性は改善しない。

（実施形態２）
本実施形態では、絞りの代わりにＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いる。第１実施形態と異なる構成について説明し、同じ構成の説明は省略する。図６に偏光ビームスプリッタ１６を透過した後の部分の計測装置の構成を示す。

偏光ビームスプリッタ１６を透過した光は偏光素子１７を透過し、分光素子１８に入射する。分光素子１８はレーザ１からの光を透過し、レーザ２からの光を反射することによって分光する。分光素子１８を透過した光は、被検面に対して瞳共役な位置またはその近傍に配置されたＤＭＤ（反射光学部材）４１ａに入射し、ＤＭＤ４１ａで反射された光が検出器２５ａで検出される。分光素子１８で反射された光は、被検面に対して瞳共役な位置またはその近傍に配置されたＤＭＤ４１ｂに入射し、ＤＭＤ４１ｂで反射された光が検出器２５ｂで検出される。

ＤＭＤは微小鏡面が２次元に配列された光学素子である。微小鏡面の単一画素の寸法は例えば十数μｍであり、数十万個の鏡面が配列されている。各画素の鏡面下部に設けられた電極を駆動することにより、「ＯＮ」「ＯＦＦ」で鏡面をねじれ軸周りに±１２°の傾斜をさせることができ、各画素に対して独立して光の投射方向を制御することができる。図７に示すように「ＯＮ」状態の画素は入射光が検出器により検出されるように検出器の方向へ入射光を反射し、「ＯＦＦ」状態の画素は入射光が検出器により検出されないように検出器の方向とは異なる方向へ入射光を反射するように制御されている。このようにして、分光素子からの光のうちＤＭＤで反射して検出器に導く導光部分の位置（範囲）が定められる。

本実施形態では、上記数式２を用いて算出された２波長間のスペックルパターンのシフト量ΔＬｘ、ΔＬｙに基づいて、分光素子からの光のうちＤＭＤで反射して検出器に導く導光部分の位置を算出し、その位置に基づいてＤＭＤ４１ａ、４１ｂを制御する。ＤＭＤ４１ａ、４１ｂには駆動制御装置４２ａ、４２ｂが設けられ、駆動制御装置により各画素のＯＮ、ＯＦＦが制御される。

図８にＤＭＤ４１ａ、４１ｂのＯＮ、ＯＦＦの状態を示す。図８に示すように、実施形態１と同様に基準位置（原点）を定義し、ＤＭＤ４１ａが分光素子から入射する入射光（実線で示す円内）を反射して検出器に導く導光部分を、基準位置を中心とする所定の径内（点線で示す円内）とする。そして、その導光部分における白色で示す画素を駆動制御装置４２ａによりＯＮ状態にし、その他の灰色で示す画素をＯＦＦ状態に制御する。また、ＤＭＤ４１ｂが分光素子からの光を反射して検出器に導く導光部分を、基準位置からシフト量だけずれた（ΔＬｘ、ΔＬｙ）を中心とする所定の径内とする。そして、その範囲における白色で示す画素を駆動制御装置４２ｂによりＯＮ状態にし、その他の灰色で示す画素をＯＦＦ状態に制御する。なお、導光部分の調整はこの例に限らず、第１実施形態と同様に中心位置が相対的にシフト量だけずれていればよい。

このように、２波長間のスペックルパターンのシフト量の差に応じてＤＭＤを制御することによって、２波長間で相関の高い干渉光を検出する。したがって、２波長間のスペックルパターンのシフトに起因する計測誤差を低減することができ、高精度な計測を行うことができる。

ＤＭＤはサブミリ秒でのＯＮ／ＯＦＦの切替制御が可能であることから、高速に計測が可能となる。なお、ＤＭＤに限らず、液晶シャッタや空間光変調器など、二次元的にＯＮ／ＯＦＦを切り替え可能な素子を用いてもよい。

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ず、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。例えば、上記実施形態ではすべてヘテロダイン干渉計について述べたが、多波長ホモダイン干渉計で粗面の計測を行う場合でも適用できる。また、本実施形態では２波長干渉計に限定して説明したが、異なる３波長以上の多波長干渉計でも構わない。又は、複数波長の一つを波長走査することで絶対測長を可能とする多波長走査干渉計に適用しても構わない。

Claims (8)

1. 被検面の位置または形状を計測する計測装置であって、
   波長が互いに異なる複数の光束を用いる多波長干渉計と、
   前記多波長干渉計により検出された干渉光の信号を用いて前記被検面の位置または形状を求める制御部とを有し、
   前記多波長干渉計は、光を被検面に入射させて前記被検面で反射された被検光と参照光とを干渉させる光学系と、
   前記被検光と前記参照光との干渉光を各波長に分光する分光部と、
   分光された複数の干渉光の各々に設けられた、前記干渉光を検出する検出器と、
   前記分光部からの干渉光を前記検出器に導く導光部分の位置を調整可能な光学部材とを有し、
   前記制御部は、前記被検面の傾きに関する情報を用いて前記複数の光束の波長間におけるスペックルパターンのシフト量を取得し、取得したシフト量に基づいて前記光学部材を制御して前記導光部分の位置を調整することを特徴とする計測装置。
2. 前記光学部材は絞りであり、前記導光部分は前記絞りの開口であり、
   前記制御部は、前記被検面の傾きに関する情報を用いて前記絞りの開口の位置を制御することを特徴とする請求項１記載の計測装置。
3. 前記光学部材は複数の微小鏡面を２次元に配列した素子であり、前記導光部分は、前記複数の微小鏡面のうち前記分光部からの光を前記検出器に導くように反射する一部の微小鏡面であることを特徴とする請求項１記載の計測装置。
4. 前記被検面の傾きに関する情報は前記被検面の傾き角度であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の計測装置。
5. 前記制御部は、分光された各干渉光に対して前記導光部分の位置を同じにして前記計測装置により計測された前記被検面の形状から前記被検面の傾きに関する情報を取得することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の計測装置。
6. 前記多波長干渉計はヘテロダイン干渉計であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の計測装置。
7. 前記光学系は、粗面である前記被検面に光を入射させて前記被検面で反射された被検光と前記参照光とを干渉させることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の計測装置。
8. 前記複数の光束の波長間におけるスペックルパターンのシフト量ΔＬは、以下の式で表される、ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の計測装置。
   
   ただし、λ_１、λ_２は前記複数の光束の波長、ｆは前記被検面からの反射光を受光する受光系の焦点距離、θは前記被検面の傾き角度である。