JP3393910B2 - 表面形状測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面形状測定方法に関
するものであり、より詳しくは干渉計を用いて測定をす
る方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
表面の形状を精度高く測定する必要性は増々高くなって
きており、特にナノメータオーダーの保証ができる測定
法が要求されている。

【０００３】干渉計を用いることによって、この程度の
精度を実現できるといわれている。こうした干渉計を用
いる測定においても、しかし、例えば基準平面の形状が
正しくなければ、上記の有用性を十分には活かせず、測
定精度を保証することはできない。それ故、例えばこの
ような基準平面を正確に測定するのに適した方法が望ま
れ、干渉計を使用する形状測定方法についての新しい技
術の開発、実用化が期待されるところである。

【０００４】平面形状の絶対測定については、いくつか
の方法が提案されている。例えばCuentrer Schulz は、
被測定表面の垂線の回りにステップ状に回転したときの
干渉図形から、平面形状を求める方法を提案している
（Cuentrer Schulz: Absolute flatness tesing by an
extended rotation method using two angles of rotat
ion, Applied Optics Vol.32, No.7, 1 March 1993, pp
1055-1059.（文献１））。

【０００５】別の方法として、ミヒヤエル キューヒエ
ルによる方法が公知である（ミヒヤエル キューヒエ
ル：特開平５−１９０９号公報（文献２））。これは、
干渉計による平面の絶対検査の方法及び装置を開示す
る。

【０００６】しかし、前者の方法では、半径方向の形状
分布を求めるので、周辺での測定点の間隔が粗くなると
同時に、一つの半径での測定値から次の半径の測定値を
求めることになるので誤差が小さくならない。また、後
者の方法では、上記の問題点はないが複雑である。形状
測定にあたり、平面の正確な測定をするのに有利に用い
得て、測定回数が少ないより簡潔な方法として充分に満
足のいくものは、いまだみられない。

【０００７】また、上記の公知例では形状測定用干渉計
及び補助平面を用いるが、これらの面精度を同時には知
ることはできない。干渉計と補助平面も含めて少ない測
定回数で測定する方法も、いまだみられない。

【０００８】また、上記公知例では、いずれも、測定の
ために被測定面を移動あるいは回転したとき、形状が変
化しないことを前提にしている。第１の公知例（文献
１）では、３個の被測定面を二つずつ組み合わせると
き、測定面が水平面内にあるときには、重力による変形
を含んだ形で測定がなされ、形状を正確に測定している
とはいい難い。被測定面を鉛直方向にしたときには被測
定面を回転したときの形状が変化しないという保証はな
い。また、第２の公知例（文献２）では被測定面が鉛直
方向にあるときのみ正しい結果が得られるに止まる。

【０００９】被測定面が鉛直以外の面内にあるときでも
適切な測定をすることができると、それだけ対応性を高
め、実際の種々の測定場面において被測定面が鉛直に立
っている場合だけでなく任意の方向を向いているような
ケースにでも応えられるようになるが、上述のような点
をも考慮した方法もいまだみられない。

【００１０】本発明は、従って、干渉計を使用する場合
の表面形状測定方法として有利に用いることのできる、
測定回数が少ないより簡潔な方法を提供しようというも
のである。また、他の目的は、干渉計と補助平面も含め
て少ない測定回数で測定する方法を提供することであ
る。また、他の別の目的は、被測定面が鉛直以外の面内
にあるときでも測定できる方法を提供することである。
更に、前掲公知例ではフィゾー型のような形状測定用干
渉計を利用しているが、本発明は光路長測定用干渉計を
用いて、形状測定用干渉計が使用できない場合にでも測
定を可能とする測定方法を提供することを目的とするも
のである。そのほか、他の目的については、以下の記載
から明らかになる。

【００１１】

【課題を解決するための手段、作用】本発明は、形状測
定用干渉計から射出される光束に対して被測定平面を斜
めに配置し、この被測定平面で反射された光束に対して
補助平面を垂直に配置した第１の状態で、前記形状測定
用干渉計によって第１の形状分布を測定する工程と、前
記被測定平面を前記第１の状態とは異なる斜めの角度で
配置した第２の状態で、前記形状測定用干渉計によって
第２の形状分布を測定する工程と、前記第１の状態もし
くは前記第２の状態のいずれか一方の配置に対して、前
記形状測定用干渉計から射出される光束の光軸に垂直な
方向に前記光束を相対的に移動した第３の状態で、前記
形状測定用干渉計によって第３の形状分布を測定する工
程と、前記第１の形状分布と第２の形状分布と第３の形
状分布とにより前記被測定平面の形状を算出する工程と
を有することを特徴とする。

【００１２】また、光路長測定用干渉計から射出される
光束に対して被測定平面を斜めに配置し、この被測定平
面で反射された光束に対して第１の補助平面を垂直に配
置し、この第１の補助平面で反射され、前記被測定面を
経由し、前記光路長測定用干渉計を透過した光束に対し
て、第２の補助平面を垂直に配置した第１の状態で、前
記光路長測定用干渉計から射出される光束を被測定平面
に対して移動させながら前記光路長測定用干渉計によっ
て第１の形状分布を測定する工程と、前記被測定平面を
前記第１の状態とは異なる斜めの角度で配置した第２の
状態で、前記光路長測定用干渉計から射出される光束を
被測定平面に対して移動させながら前記光路長測定用干
渉計によって第２の形状分布を測定する工程と、前記第
１の状態もしくは前記第２の状態のいずれか一方の配置
に対して、前記光路長測定用干渉計から射出される光束
の光軸に垂直な方向に前記光束を相対的に移動した第３
の状態で、前記光路長測定用干渉計から射出される光束
を被測定平面に対して移動させながら前記光路長測定用
干渉計によって第３の形状分布を測定する工程と、前記
第１の形状分布と第２の形状分布と第３の形状分布とに
より前記被測定平面の形状を算出する工程とを有するこ
とを特徴とする。

【００１３】また、形状測定用干渉計から射出される光
束に対して第１の平面を斜めに配置し、この第１の被測
定平面で反射された光束に対して、第２の被測定平面を
垂直に配置した第１の状態で、前記形状測定用干渉計に
よって第１の形状分布を測定する工程と、前記第１の平
面を前記形状測定用干渉計から射出される光束に対して
垂直に配置した第２の状態で、前記形状測定用干渉計に
よって第２の形状分布を測定する工程と、前記第２の平
面を前記形状測定用干渉計から射出される光束に対して
垂直に配置した第３の状態で、前記形状測定用干渉計に
よって第３の形状分布を測定する工程と、前記第１の状
態、前記第２の状態もしくは前記第３の状態のいずれか
の配置に対して、前記形状測定用干渉計から射出される
光束の光軸に垂直な方向に前記光束を相対的に移動した
第４の状態で、前記形状測定用干渉計によって第４の形
状分布を測定する工程と、前記第１の形状分布と第２の
形状分布と第３の形状分布と第４の形状分布とにより前
記第１及び／又は第２の平面の形状を算出する工程とを
有することを特徴とする。

【００１４】また、光路長測定用干渉計から射出される
光束に対して第１の平面を斜めに配置し、この第１の平
面で反射された光束に対して第２の平面を垂直に配置
し、この第２の平面で反射され、前記第１の平面を経由
し、前記光路長測定用干渉計を透過した光束に対して、
第３の平面を垂直に配置した第１の状態で、前記光路長
測定用干渉計から射出される光束を前記第１の平面に対
して移動させながら前記光路長測定用干渉計によって第
１の形状分布を測定する工程と、前記第１乃至第３の平
面のうちの２つの平面を前記光路長測定用干渉計から射
出される光束に対して垂直になるようにそれぞれ前記光
路長測定用干渉計に対向して配置した第２の状態で、前
記光路長測定用干渉計から射出される光束を前記２つの
平面に対して移動させながら前記光路長測定用干渉計に
よって第２の形状分布を測定する工程と、前記２つの平
面とは異なる組み合わせの２つの平面を前記光路長測定
用干渉計から射出される光束に対して垂直になるように
それぞれ前記光路長測定用干渉計に対向して配置した第
３の状態で、前記光路長測定用干渉計から射出される光
束を前記異なる組み合わせの２つの平面に対して移動さ
せながら前記光路長測定用干渉計によって第３の形状分
布を測定する工程と、前記第１の状態、前記第２の状態
もしくは前記第３の状態のいずれかの配置に対して、前
記光路長測定用干渉計から射出される光束の光軸に垂直
な方向に前記光束を相対的に移動した第４の状態で、前
記光路長測定用干渉計から射出される光束を移動させな
がら前記光路長測定用干渉計によって第４の形状分布を
測定する工程と、前記第１の形状分布と第２の形状分布
と第３の形状分布と第４の形状分布とにより前記第１乃
至第３の平面の形状を算出する工程とを有することを特
徴とする。

【００１５】

【００１６】

【００１７】本発明方法においては、第１発明、第３発
明（請求項１、３）にあっては形状測定用干渉計を、ま
た第２発明、第４発明（請求項２、４）にあっては光路
長測定用干渉計を、それぞれ使用した表面形状の測定方
法が実現される。第１発明は形状測定用干渉計及び被測
定平面と補助平面の組み合わせをもって、第２発明は光
路長測定用干渉計及び被測定平面と２つの補助平面の組
み合わせをもって、また第３発明では形状測定用干渉計
及び２つの被測定平面の組み合わせをもって、第４発明
では光路長測定用干渉計及び３つの被測定平面の組み合
わせをもって、それぞれその組み合わせによる各対応配
置状態に応じ得られる形状分布から被測定平面の形状を
算出することにより精度よく測定をする。

【００１８】特に、第１発明、第２発明では、３回の測
定により形状分布が明らかになり、測定回数は少なく簡
潔な方法であり、また、第３発明、第４発明では、同様
に、少ない測定回数で４回の測定でよく、形状分布、及
び干渉計の誤差があきらかになる方法を実現することを
可能ならしめる。

【００１９】また、干渉計が光路長測定用干渉計による
ものでは、使用干渉計としてこれを用いて、形状測定用
干渉計が使用できない場合にでも測定を可能とする。

【００２０】

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１、図２及び図３は、本発明の一実施例（第１の
実施例）を示す。本実施例は、形状測定用干渉計と２枚
の平面による場合の一例でもある。図中、１は公知の形
状測定用干渉計を示している。形状測定用干渉計１から
測定用の平行光束２が射出される。また、ここでは、３
は被測定面（被測定平面）である平面、４は補助平面で
ある平面をそれぞれ示す。図に示すように、１枚の被測
定面３と１枚の補助平面４を用い、それを形状測定用干
渉計１の光路に挿入し、該補助平面４に対して光束２が
垂直に反射するように配置する。

【００２２】ここに、被測定面３は、図１，２のように
その角度を変えられるものとし、また補助平面４は同じ
く図１，２のようにその位置、角度を変えられるものと
し、かつ、ここでは、更に、被測定面３については、図
３の如くにその面方向に移動可能とする。

【００２３】本実施例においては、下記するようにして
得られる干渉縞から測定される形状分布を求める。被測
定面３の形状を求めるにあたって上記構成で測定すべき
ものは、かかる形状分布である。形状分布は、図１，
２，３の各配置に対応してそれぞれの場合で得る。上記
形状測定用干渉計１から測定用の平行光束２が射出され
ると、干渉計１からの平行光束２は、図１においては、
入射角θ₁ で被測定面３に入射し、そこで反射する。被
測定面３は、それが光路に対して斜めの角度になるよう
に配置されている。かくて、面３で反射した光束は、補
助平面４で垂直に反射した後、再び被測定面３で反射し
て干渉計１に戻る。このときの干渉計１の干渉縞から測
定される形状分布をＷ₁(x,y)とする。

【００２４】上記の測定は、被測定平面３への入射角を
変えた状態で、更にもう１回行う。例えば次に図２に示
すように被測定面３への入射角をθ₂ に変更し、同じく
同図に示すように補助平面４の位置、向きを変更し当該
補助平面４で垂直に光束が反射するようにしたとき、干
渉縞から測定される形状分布を得るようにする。この場
合、干渉計１に対して各平面３，４は光軸回りには回転
することはなく、光軸は各平面の座標原点を通るものと
する。このようにして、被測定平面３への入射角を変え
たのちに得られた干渉縞から測定される形状分布を求め
るのであり、そのときの干渉縞から測定される形状分布
をＷ₂(x,y)とする。

【００２５】更にもう一種類、形状測定用干渉計１の干
渉縞から測定される形状分布を求め、被測定面３の形状
の算出の基礎とする。これは、上記図１または図２の配
置のいずれかにおいて、該被測定平面３を面方向に移動
したあとで得られた干渉縞から測定される形状分布を求
めることで行えるが、図示例では、図１の配置態様の方
でその被測定面３についての移動を行っている。即ち、
図３がその例の一つであって、図３は、入射角は上記図
１と同じθ₁ で変えずに、図１において被測定面３を図
１図示位置からｘ方向に一定の距離Ｄだけ動かしたとき
の状態（図３の破線位置状態）を示し、本例では、この
ときの干渉縞から測定される形状分布をＷ₃(x,y)とす
る。

【００２６】本測定法においては、こうして、形状測定
用干渉計１を使用し、被測定面３と補助面４を組み合わ
せることにより得られる複数（ここでは３種類）の干渉
縞から測定される形状分布、即ち、被測定面３が光路に
対して斜めの角度になるように図１の如くに配置したと
きに得られた形状分布と、該角度を変えた図２の配置で
得られた形状分布、及び上記図１の配置において被測定
面３を図３の如く面方向に距離Ｄで移動したあとで得ら
れた形状分布から、被測定面３の形状を算出する。

【００２７】被測定面３の形状の算出は、例えば、図１
のような配置にあるとき得られた干渉縞から測定される
形状分布と、被測定面３への入射角を変えたのちの図２
のような配置にあるときに得られた干渉縞から測定され
る形状分布との差、及び、図３のように被測定面３を面
方向に移動したあとで得られた干渉縞から測定される形
状分布と、当該移動前に測定された形状分布（従って、
図１の配置にあったときの形状分布）との差から、これ
を行うことができる。

【００２８】以下、更に、式を参照しつつ説明すると、
今、使用形状測定用干渉計１の測定誤差をｅ₁(x,y)、被
測定面３の形状誤差をｅ₂(x,y)、補助平面４の形状誤差
をｅ ₃(x,y)とすれば、図１乃至図３の各図のそれぞれの
配置に対して、次の関係が成り立つ。即ち、図１の配置
では、下記（１）式、図２の配置では、下記（２）式、
図３の配置では、下記（３）式である。

【００２９】

【数１】

【００３０】

【数２】

【００３１】

【数３】

【００３２】ここで、（１）式、（２）式及び（３）式
に関し、ｋ_xi，ｋ_yi（ｉ＝１、２または３）は、平面を
配置したとき平面の傾き誤差を表す係数でそれぞれ未知
である。上記（１）式、（２）式より、（２）式−
（１）式によって、次式が得られる。

【００３３】

【数４】

【００３４】上記は、図１の配置での干渉縞から測定さ
れる形状分布（Ｗ₁(x,y)）と図２の配置での干渉縞から
測定される形状分布（Ｗ₂(x,y)）の差（図１のように配
置したとき得られた干渉縞から測定される形状分布と、
被測定平面への入射角を変えたのち得られた干渉縞から
測定される形状分布との差）を意味する。また、（１）
式、（３）式より、（３）式−（１）式によって、次式
が得られる。

【００３５】

【数５】

【００３６】上記も同様で、図３の配置での干渉縞から
測定される形状分布（Ｗ₃(x,y)）と図１の配置での干渉
縞から測定される形状分布（Ｗ₁(x,y)）の差を意味す
る。ここに、上記（４）式は、前述のｅ₁(x,y)分、ｅ
₃(x,y)分をともに含まず、やはり（５）式も、ｅ₁(x,y)
分、ｅ₃(x,y)分は含まない（これらの、差をとった場合
の点は、後記例での同じような手法の場合も、これに準
ずる）。ここで、ｅ₂(x,y)、Ｗ₂(x,y)−Ｗ₁(x,y)、Ｗ
₃(x,y)−Ｗ₁(x,y)を、それぞれ次のように置く。

【００３７】

【数６】

【００３８】

【数７】

【００３９】

【数８】

【００４０】このように置くと、（４）式、（６）式、
（７）式から、次式を得る。

【００４１】

【数９】

【００４２】ここで、ｅ_2m(y) 、Ｗ_21m (y) について、
それぞれ次のように置く。

【００４３】

【数１０】

【００４４】

【数１１】

【００４５】このように置くと、（９）式は、次のよう
になる。

【００４６】

【数１２】

【００４７】これより、ｍ＝０かつｎ＝０、ｍ＝０かつ
ｎ＝１及びｍ＝１の場合を除き、次式により全ての係数
が求められる。

【００４８】

【数１３】

【００４９】一方、ｍ＝１の場合は、前記（５）式、
（６）式、（８）式より、

【００５０】

【数１４】

【００５１】上記から、ｍ＝１かつｎ＝０の場合を除
き、係数が求められる。以上により、ｍ＝０かつｎ＝
０、ｍ＝０かつｎ＝１、ｍ＝１かつｎ＝０以外の全ての
係数が求まり、被測定面３の形状を求めることができ
る。なお、求められなかった３個の係数は、常数項及び
傾きの項に関するものであり、求めようとしている形状
には関係のない項である。

【００５２】上述のように、本実施例による形状測定方
法では、形状測定用干渉計１を利用し、被測定面３と補
助平面４を巧妙に組み合わせることにより得られた複数
の干渉縞から測定される形状分布から被測定面３の形状
を算出することにより表面形状の精度のよく測定をする
ことができる。測定回数が少なく、簡潔に測定をなし得
る本測定方法は、前掲文献１による方法における問題を
解消できるとともに、前掲文献２のように複雑な方法と
もならず、実用的である。形状測定用干渉計１を利用す
る形状測定方法として有利に用いることができる。な
お、本実施例では、図１の配置で被測定面３をｘ方向に
移動したが、図２の配置でその移動を行っていてもよい
ことはいうまでもない。従って、本測定方法は、形状測
定用干渉計と被測定平面と補助平面とを有し、前記補助
平面を前記被測定平面から反射される光束に対して垂直
に配置し、前記形状測定用干渉計からの射出される光束
に対して第１の状態である斜めの角度に前記被測定平面
を配置した際に得られる第１の形状分布と、前記第１の
状態とは異なる角度である第２の状態で前記被測定平面
を配置した際に得られる第２の形状分布と、前記第１の
状態もしくは前記第２の状態のいずれかから前記被測定
平面を１つの面方向に移動した際に得られる第３の形状
分布とから、前記被測定平面の形状を算出する態様で実
施できる。

【００５３】次に、本発明による他の方法の実施例（第
２の実施例）を図４、図５及び図６により説明する。前
記第１実施例が、形状測定用干渉計を用い、１枚の被測
定平面と１枚の補助平面を形状測定用干渉計の光路に挿
入し、該補助平面に対して光束が垂直に反射するように
配置し、このとき得られた干渉縞から測定される形状分
布と、該被測定平面への入射角を変えたのちに得られた
干渉縞から測定される形状分布との差、及び上記配置の
いずれかにおいて該被測定平面の一つを面方向に移動し
たあとで得られた干渉縞から測定される形状分布と、移
動前に測定された上記形状分布のいずれか一つとの差か
ら上記被測定平面の形状を算出する表面形状測定方法の
場合の一例であったのに対し、本実施例は、光路長測定
用干渉計と３枚の平面とを使用する方法による場合のも
のである。

【００５４】本実施例方法に従うときは、補助平面は２
枚使用される。一本の直線が１枚の補助平面の座標原点
において垂直に交わり、かつ該直線が被測定平面と垂直
以外の角度で座標原点において交わり、該直線を被測定
平面に対する入射光線としたときに、その反射光線が他
の１枚の補助平面とその座標原点において垂直になるよ
うに、被測定平面及び補助平面のそれぞれは、配置され
る。しかして、このように配置し、２枚の補助平面のい
ずれか一方と該被測定平面との間に光路長測定用干渉計
を挿入し、かつｘｙ平面内で移動して測定される光路長
分布、該測定平面への入射角を変えたのちに測定される
光路長分布との差、及び該被測定平面を面方向に移動し
たあとで測定される光路長分布と当該移動前に測定され
た上記光路長分布のいずれか一つとの差から、上記被測
定平面の形状を算出する。

【００５５】以下、要部を述べると、本実施例を示す図
４、図５及び図６において、前記第１実施例との比較で
いえば、図１、図２及び図３と異なる主な点は、第１実
施例による場合の形状測定用干渉計１の位置に、図４乃
至図６に示すように、平面５が第２の補助平面として配
置され、更に、その第２の補助平面５、被測定面３及び
補助平面４の３個の平面で作る光路の長さを測定する光
路長測定用干渉計６が配置されていることである。

【００５６】ここに、光路長測定用干渉計６は、図示例
では、上記の第２の補助平面５と被測定面３との間に配
してある。また、第２の補助平面５を含む各平面の配置
については、上述した関係に配置してある。即ち、光束
が補助平面５の座標原点において垂直に交わるように、
かつ被測定平面３と垂直以外の角度で座標原点において
交わるように、また、被測定平面３からの光束が補助平
面４の座標原点において垂直に反射するように、それぞ
れは配置される。被測定平面３と補助平面４の相互配置
などの関係は、前記第１実施例のものと同様である。ま
た、その他も、基本的には、第１実施例と同様であって
よい。例えば、被測定面３の移動については、図４の配
置態様で、図６の破線の如くに面方向に移動させるよう
な方法をとるものであってよく、本実施例はそうしてあ
る。

【００５７】本実施例では、上記光路長測定用干渉計６
を光路に垂直な平面内で動かし（走査し）、各点の光路
長分布を測定する。今、ｘ，ｙ点における測定値を、図
４、図５及び図６の各配置に対応して、それぞれＬ₁(x,
y)，Ｌ₂(x,y)，Ｌ₃(x,y)とする。また、本例で導入した
平面５（第２の補助平面）の形状誤差をｅ₄(x,y)とす
る。ここで座標系は他の平面と同じように設定するもの
とする。

【００５８】本実施例においては、前記（１）式、
（２）式、（３）式と同様、それぞれ図４、図５、図６
の配置に対して、次の関係が成り立つ。即ち、図４の配
置では、下記（１５）式、図５の配置では、下記（１
６）式、図６の配置では、下記（１７）式である。

【００５９】

【数１５】

【００６０】

【数１６】

【００６１】

【数１７】

【００６２】これらの関係は、前記第１実施例における
場合の関係と同じであり、従って、前述したのと同様
に、被測定面３の形状に関しそれを算出するのに必要な
係数を見いだすことができる。ここに、図７は、光路長
測定用干渉計を使用する場合の測定経路の例を示してあ
る。測定は、この図７に一例を示すように、光路長測定
用干渉計６を図中ａからａ′の経路に沿って行うことが
できるが、形状が求められるのはｘ軸に平行な経路上の
みで、ｙ軸に平行な経路上では値を算出することはでき
ない。しかし、測定点（サンプル点）をどのようにとる
かは、通常行われているように目標とする精度を勘案し
て決定すればよいので後者の経路で値が求まらなくても
差し支えないものである。

【００６３】本実施例方法によっても、図４の配置で光
路長測定用干渉計６を移動して測定される測定値Ｌ₁(x,
y)による光路長分布と、被測定面３への入射角をθ₁ か
らθ ₂ 変えたのちの図５の配置で測定される測定値Ｌ
₂(x,y)による光路長分布との差（Ｌ₂(x,y)−Ｌ₁(x,
y)）、及び例えば図６のように被測定面３を面方向に距
離Ｄで移動したあとで測定される測定値Ｌ₃(x,y)による
光路長分布と、移動前に測定された測定値Ｌ₁(x,y)（図
４の配置での光路長測定値）による光路長分布との差
（Ｌ₃(x,y)−Ｌ₁(x,y)）から被測定面３の形状を算出す
ることができる。

【００６４】本実施例は、干渉計として光路長測定用干
渉計６を用いて、前記第１実施例の場合のものと同様の
作用効果を奏することができる。また、形状測定用干渉
計が使用できない場合にでも測定を可能とする。なお、
光路長測定用干渉計６は、補助平面４と被測定面３との
間に挿入し、ｘｙ平面内で移動して光路長分布を測定し
てもよい。また、被測定面３を図５で面方向に移動した
あとで測定される光路長分布とその移動前に図５で測定
された光路長分布との差を求めることもでき、これを適
用するようにしてもよい。本方法は、光路長測定用干渉
計を用い、これと被測定平面と２枚の補助平面とを有
し、前記補助平面のうち第１の補助平面を前記被測定平
面から反射される光束に対して垂直に配置し、前記補助
平面のうち第２の補助平面を前記光路長測定用干渉計か
ら射出される光束に対して垂直に配置し、前記光路長測
定用干渉計からの射出される光束に対して第１の状態で
ある斜めの角度に前記被測定平面を配置した際に得られ
る第１の形状分布と、前記第１の状態とは異なる角度で
ある第２の状態で前記被測定平面を配置した際に得られ
る第２の形状分布と、前記第１の状態もしくは前記第２
の状態のいずれかから前記被測定平面を１つの面方向に
移動した際に得られる第３の形状分布とから、前記被測
定平面の形状を算出する測定方法として好適である。

【００６５】次に、上記第２実施例、及びその他光路長
測定用干渉計を使用する例において用いることのでき
る、好適な光路長測定用干渉計の構成例を示す。図８
は、光路長を測定する干渉計の一実施例であり、本発明
者の案出に係るものであるが、他の形式の干渉計を用い
得ることはいうまでもない。ここに、図では、平面４と
平面５は図中対向する状態で示してある（第２実施例の
態様であれば、この図のものは、途中の被測定面３部分
の図示を省略したものに相当する）。

【００６６】以下、図８に示す構成に従って、その光路
長測定用干渉計６の作用を併せて説明する。同図におい
て、干渉計６は、光源（不図示）、偏光プリズム６０
１、１／４波長板６０２，６０３、偏光板６０４、受光
素子６０５等から構成される。１個の偏光プリズム６０
１、受光素子６０５は、それぞれこの順で光源側から図
示の如くに配置してある。

【００６７】偏光プリズム６０１は、ここでは、例えば
図示の如くの偏光膜６０１ａを１面有するとともに、平
面４，平面５と対向する各面側には偏光面を回転するた
めの１／４波長板６０２，６０３が、また受光素子６０
５と対向する面側には偏光板６０４が、それぞれ偏光プ
リズム６０１と一体に設けてある。１／４波長板６０
２，６０３は、偏光プリズム６０１と平面４，５の間の
位置にあり、偏光板６０４は、偏光プリズム６０１から
受光素子６０５に至る光路中にある。各１／４波長板６
０２，６０３は、それぞれ透過する偏光成分の偏光面を
回転させるよう、平面４と対向する１／４波長板６０２
は結晶軸が紙面に対して４５度の方位に、また平面５と
対向する１／４波長板６０３は結晶軸が紙面に対して４
５度の方位に、それぞれ選定され、偏光板６０４につい
ては、その偏光軸が紙面とそれに垂直な面以外の面内に
選定されている。

【００６８】偏光プリズム６０１には、光源側から細径
のレーザ光束が入射する。この場合、好ましくは、測定
の分解能は光束の大きさで決まるので、光束はでき得る
限り小さい方がよい。ここに、レーザ光束は紙面内に周
波数ｆ１で振動するｐ偏光と紙面に垂直に周波数ｆ２で
振動するｓ偏光を有する２周波数レーザからの光束であ
る。

【００６９】上記構成において、２周波数レーザからの
ｐ偏光及びｓ偏光のうちのｓ偏光成分を、平面５及び平
面４の間（前記図４乃至図６の例では、実際には、その
間に被測定面３での入反射が介在する）の光路を往復さ
せる測定光束として、またｐ偏光成分を参照光束として
使用し、下記するようにして測定を行う。この場合にお
いて、分割されるｓ偏光成分の測定光束の方は、測定点
での平面５と平面４の間の間隔に対応する光路長差をも
って、ｐ偏光成分の参照光束と結合し、その間隔の長さ
がこの光路差に反映することになる。

【００７０】今、上述のレーザから光束が入射すると、
偏光プリズム６０１への入射ｓ偏光成分は、偏光プリズ
ム６０１の偏光膜６０１ａで反射し、１／４波長板６０
２を通って平面４に至り、平面４で反射される。かくし
て反射した光は、偏光プリズム６０１へ向かい、再び１
／４波長板６０２を透過する。ここで偏光はｐ偏光に変
わるので、今度は偏光プリズム６０１の偏光膜６０１ａ
を透過して平面５側へ向かい、もう一つの１／４波長板
６０３を通ってその平面５で反射する。そして、これは
反射した後、再び１／４波長板６０３を通るが、上記の
過程でｓ偏光になる結果、偏光プリズム６０１の偏光膜
６０１ａで反射し、偏光軸が紙面とそれに垂直な面以外
の面内にある偏光板６０４を通って受光素子６０５に入
る。このようにして、測定光束のｓ偏光成分が両平面の
間の光路を往復するようなす。

【００７１】一方、参照光束のｐ偏光の方は、同光路を
通らないで受光素子６０５に至る。即ち、入射ｐ偏光
は、偏光プリズム６０１と偏光板６０４を透過して受光
素子６０５に入り、平面４と平面５の間を往復した上述
のｓ偏光と干渉し、２つの周波数ｆ１，ｆ２の差に等し
いビート信号を得る。本干渉計６を予め定められた経路
（例えば図７）に沿ってｘｙ面内で動かしたとき、良く
知られているように、このビート信号の位相変化を測定
することにより移動に伴う光路長変化を測定することが
できる。この測定法はヘテロダイン干渉測定法として公
知であるのでこれ以上の説明は省略するが、上述のよう
な走査時のビート信号の位相変化を２つの平面４，５間
の間隔変化として測定することができる。

【００７２】このように平面４と５の両面間にわたる光
路を往復する測定光束と同光路を通らない参照光束を有
する本構成の干渉計６により光路長を精度よく測定する
ことができる。従って、かかる干渉計６を使用するとき
は、前述の３種類の各測定値のＬ₁(x,y)，Ｌ₂(x,y)，Ｌ
₃(x,y)もそれだけ正確なものとして得られ、結果、形状
をより高精度で測定できる作用効果がある。また、干渉
計自体も小型であり、製作も容易である。本発明者の先
の開発に係る上記の光路長測定用干渉計６は、走査によ
って各点の光路長分布を測定するのに好適な干渉計を提
供し得、精密測定の実用化に大いに効果を発揮する。既
述のように、形状を精度高く測定する必要性は高くなっ
てきており、ナノメータオーダーの保証が測定法が要求
されているが、上記光路長測定用干渉計６を利用する形
状測定方法は、そのような精度で正確に測定をする方法
を容易に実現させることもできる。小型な干渉計は、こ
れを動かし走査して測定をする場合も、小型であるほど
有利で、容易に適切な走査を可能とするのにも役立つ。

【００７３】なお、測定にはレーザの部分及びその他の
干渉計構成部分を一体にして動かすか、またはレーザは
固定してその他の干渉計構成部分のみを動かすかの二つ
の方法が考えられ、そのどちらであってもよい。いずれ
にせよ、測定系をどのように構成するかは、必要に応じ
当業者には容易にできるところである。

【００７４】以上のように、光路長を光路長測定用干渉
計で測定することで形状分布を求めて実施することもで
き、本発明は本第２実施例に従う態様で実施してもよ
い。

【００７５】上記の各図を参照して説明してきた第１実
施例と第２実施例によるものは、３測定の例である。２
枚の平面と形状測定用干渉計による方法、３枚の平面と
光路長測定用干渉計による方法のそれぞれの例である。
本発明に従うと、２枚の被測定平面と形状測定用干渉計
または１枚の補助平面と光路長測定用干渉計から構成さ
れ、該被測定平面の一つと、また該補助平面を使うとき
は該補助平面を光路に対して垂直に配置するとともに、
他の該被測定平面が光路に対して斜めになるように配置
したときに得られた形状分布と、該角度を変えた配置で
得られた形状分布、及び上記いずれかの配置において該
被測定平面の一つを面方向に移動したあとで得られた形
状分布から上記被測定平面の形状を算出する表面形状測
定方法として使用することもできる。

【００７６】下記にそれぞれ示すものは、４測定の例で
ある。組み合わせは、形状測定用干渉計と２枚の平面に
よるもの、光路長測定用干渉計と３枚の平面によるもの
であり、使用平面のその一つまたは全てを測定の対象
と、あるいは干渉計を被測定物とすることも可能であ
る。４回の測定による方法では、形状測定用干渉計を用
いる場合の好適方法として、形状測定用干渉計と第１と
第２の被測定平面とを有し、第１の被測定平面を形状測
定用干渉計から射出される光束に対して第１の状態であ
る斜めの角度に配置し、第２の被測定平面を第１の被測
定平面から反射される光束に対して垂直に配置した際に
得られる第１の形状分布と、第１の被測定平面を前記形
状測定用干渉計から射出される光束に対して垂直になる
ように配置した第２の状態で得られる第２の形状分布
と、第２の被測定平面を形状測定用干渉計から射出され
る光束に対して垂直になるように配置した第３の状態で
得られる第３の形状分布と、前記第１、第２、もしくは
第３の状態のいずれか１つの状態における、前記形状測
定用干渉計を該形状測定用干渉計から射出される光束に
対して垂直な方向に移動し配置した、または、前記第１
もしくは第２の被測定平面を１つの面方向に移動し配置
した、第４の状態で得られる第４の形状分布とから、第
１、第２の被測定平面の形状及び前記形状測定用干渉計
の誤差を算出する方法が提供される。形状測定用干渉計
を用いる場合は、光路長測定用干渉計と第１、第２と第
３の被測定平面とを有し、第１の被測定平面を光路長測
定用干渉計から射出される光束に対して第１の状態であ
る斜めの角度に配置し、第２の被測定平面を第１の被測
定平面から反射される光束に対して垂直に配置し、第３
の被測定平面を光路長測定用干渉計に対して第１及び第
２の被測定平面が配置された方向とは対向する方向に、
該光路長測定用干渉計から射出される光束に対して垂直
に配置された際に得られる第１の形状分布と、第１乃至
第３の被測定平面のうち２つの被測定平面を選択し、そ
の２つの被測定平面を光路長測定用干渉計から射出され
る光束に対して垂直になるようにそれぞれ前記光路長測
定用干渉計に対向して配置した第２の状態で得られる第
２の形状分布と、前記２つの選択された被測定平面以外
の被測定平面と、その２つの選択された被測定平面のう
ちから１つを選択した被測定平面とを光路長測定用干渉
計から射出される光束に対して垂直になるようにそれぞ
れ前記光路長測定用干渉計に対向して配置した第３の状
態で得られる第３の形状分布と、前記第１、第２、もし
くは第３の状態のいずれか１つの状態における、前記光
路長測定用干渉計を該光路長測定用干渉計から射出され
る光束に対して垂直な方向に移動し配置した、または、
前記第１、第２もしくは第３の被測定平面を１つの面方
向に移動し配置した、第４の状態で得られる第４の形状
分布とから、第１乃至第３の被測定平面の形状を算出す
る方法が提供される。まず、図９、図１０及び図１１
は、本発明による更に他の方法の実施例（第３の実施
例）を示すものである。本実施例では、形状測定用干渉
計を用い、４回の測定で被測定平面の形状ばかりでなく
干渉計の誤差及び補助平面の形状誤差も同時に測定する
ことができる。被測定面と補助面を巧妙に組み合わせる
ことにより得られた複数（この場合は、４種類）の干渉
縞から測定される形状分布（あるいは光路長分布）から
被測定面の形状を算出することにより表面形状及び形状
測定用干渉計の誤差を精度よく測定する例である。本実
施例はまた、形状測定用干渉計と２枚の平面による方法
の他の例でもある。従って、第１実施例のものが、その
基本とされる。

【００７７】以下、要部を説明するに、図９に示す配置
は、前記図１または図２と基本的に同じ配置である。こ
こに、被測定面３への入射角はθとする。図１０の場合
は、形状測定用干渉計１と被測定面３とを対向させ、被
測定面３を干渉計１の光束２に対し垂直になるように配
置した状態を、図１１の場合は、形状測定用干渉計１と
補助平面４とを対向させ、補助平面４を干渉計１の光束
２に対し垂直になるように配置した状態を、それぞれ示
す。

【００７８】本実施例においては、これら図９、図１
０、図１１の各配置に対して、前記第１実施例の場合と
同様に、次の関係が成り立つ。即ち、図９の配置では、
下記（１８）式、図１０の配置では、下記（１９）式、
図１１の配置では、下記（２０）式である。

【００７９】

【数１８】

【００８０】

【数１９】

【００８１】

【数２０】

【００８２】これより、次が得られる。

【００８３】

【数２１】

【００８４】ただし、

【００８５】

【数２２】

【００８６】ここで、被測定面３の形状誤差のｅ₂(x,y)
を第１実施例の場合と同様、級数展開すれば次の形にま
とめることができる。

【００８７】

【数２３】

【００８８】従って、ｍ＝１、ｍ＝０かつｎ＝０、及び
ｍ＝０かつｎ＝１の場合を除き、次式により係数が求め
られる。

【００８９】

【数２４】

【００９０】一方、前記第１実施例と同様にして、平面
の移動を行う。例えば、図９における被測定面３をｘ軸
方向に距離Ｄだけ移動した後での測定値をＷ₄(x,y)とす
れば、前記（１８）式を参照して次のように書くことが
できる。なお、その移動の態様は、前記図３に破線で示
されるものに準ずるものでよく、本実施例では、その移
動の様子の図示は省略してある。

【００９１】

【数２５】

【００９２】これと（１８）式との差（（２５）式−
（１８）式）をとり、ｘの１次成分のみをとれば、次が
成り立つ。

【００９３】

【数２６】

【００９４】かくて、上記が成り立ち、ｎ＝０を除き、
係数ｅ_21n を求めることができる。このようにして被測
定面３の形状に関する全係数を決定するこことができ
る。

【００９５】本実施例においては、被測定面３と補助平
面４を形状測定用干渉計１の光路に挿入し、被測定面３
に対して垂直以外の角度で干渉計１からの光束が反射す
るように配置したその被測定面３と、該面３からの反射
光束に対して垂直に配置した補助平面４を組み合わせる
ことにより得られる図９の配置での干渉縞から測定され
る形状分布（Ｗ₁(x,y)）と、被測定面３を干渉計１の光
束に対して垂直になるように図１０の配置としたときに
得られる干渉縞から測定される形状分布（Ｗ₂(x,y)）
と、補助平面４を干渉計１の光束に対して垂直になるよ
うに図１１の配置としたときに得られる干渉縞から測定
される形状分布（Ｗ₃(x,y)）と、及び例えば上記配置の
一つである図９の配置で前述のように被測定面３を面方
向に移動したあとで得られる干渉縞から測定される形状
分布（Ｗ₄(x,y)）から、被測定面３の形状を算出するこ
とができる。なお、本実施例では図９の配置で被測定面
３をｘ軸方向に移動させると説明したが、図１０の配置
でその移動を行ってもよいことはいうまでもない。ある
いは、形状測定用干渉計１の方を光軸に垂直な方向に移
動させるような態様でもよい。

【００９６】本実施例によると、前記第１実施例の場合
のものと同様の作用効果を得られるに加え、測定に使用
の干渉計１と補助平面４をも含めて少ない測定回数で測
定が可能で、その面精度を同時に知ることもできる。こ
れは、次のように説明することができる。即ち、以上の
ごとく第１実施例と同様、必要な係数が求まり、被測定
面３の形状を求めることができると、本実施例方法で用
いたその被測定面３の形状が分かったこととなる。ここ
で、前記（１９）式、（２０）式に着目すれば、被測定
面３の形状が分かったので、同（１９）式から使用形状
測定用干渉計１の誤差を求めることができる。また、同
じように、（２０）式より使用補助平面４の形状誤差も
求められることとなる。かくして、各配置の４回の測定
をもって、被測定面３の形状のほか、干渉計１の誤差、
補助平面４の形状誤差も同時に測定できる方法が実現さ
れる。なお、詳細な説明は省略するが、ｍ＝１の係数
は、図１１において干渉計１と補助平面４をｘ軸方向に
移動して干渉縞を測定することに求めることもできる。

【００９７】更に、本実施例方法に従うと、このように
全ての誤差が分かるので、この方法は、図９〜図１１に
係る図示例では、平面３を被測定面としたが、平面４を
（もしくは平面４をも）被測定面と考えてもよいし、ま
た、干渉計１が被測定の対象であると考えてもよい。従
って、本方法によるときは、例えば、第１及び第２の平
面からなる２枚の被測定平面を形状測定用干渉計の光路
に挿入し、第１の平面に対して垂直以外の角度で該干渉
計からの光束が反射するように配置した当該第１の平面
と、該第１の平面からの反射光束に対して垂直に配置し
た第２の平面を組み合わせることにより得られた干渉縞
から測定される形状分布と、上記第１の平面を上記干渉
計の光束に対して垂直になるように配置したときに得ら
れた干渉縞から測定される形状分布と、上記第２の平面
を上記干渉計の光束に対して垂直になるように配置した
ときに得られた干渉縞から測定される形状分布と、及び
上記配置の一つにおいて上記干渉計を光軸に垂直な方向
にあるいは上記２つの被測定平面の一つを面方向に移動
したあとで得られた干渉縞から測定される形状分布から
上記被測定平面の形状及び／又は上記干渉計の誤差を算
出する表面形状測定方法として使用することもできる。

【００９８】第１及び第２の平面をとも被測定平面とし
て測定をしようとする態様、第１及び第２の平面のうち
いずれか一方を被測定平面として測定をしようとする態
様、これらとともにまたはこれらに代えて、使用形状測
定用干渉計を被測定対象としその誤差を測定しようとす
る態様といった、多様な測定法が提供でき、本発明はそ
のようにして実施することもできる。

【００９９】次に、本発明による更に他の方法の実施例
（第４の実施例）を、図１２に示す。これは、上記第３
実施例によるものと同様のことを実現しようとする場合
の例であり、また本実施例は光路長測定用干渉計と３枚
の平面による方法の他の例でもあって、従って、４回の
測定の点に関しては上記第３実施例のものが、光路長測
定用干渉計を使用する点では前記第２実施例のものが、
それぞれその基本とされるものである。

【０１００】以下、要部を説明するに、図１２（ａ）〜
（ｃ）に示すように、本実施例は、図９〜図１１のもの
が形状測定用干渉計１を用いたものであったのに対し、
光路長測定用干渉計６を用いる場合の例である。ここ
に、光路長測定用干渉計６は、好ましくは前記図８で構
成を説明したものを使用するのがよいが、その他の形式
の干渉計であってもよい。

【０１０１】図１２（ａ）は、被測定面３（被測定平
面）と補助平面４，５を組み合わせた配置を示し、かか
る配置で光路長測定用干渉計６によって補助平面４と補
助平面５間に形成される光路の光路長を測定する。ここ
に、これら３枚の平面３，４及び５の配置は、２枚の平
面４，５を平面３に対して同じ角度になるように、かつ
それぞれの座標原点を結ぶ線が上記２枚の平面４，５に
対して直交するように配置してある。光路長測定用干渉
計６は、ここでは、平面４と平面３間にあり、測定はそ
の平面４に平行な面内で移動（走査）させることによ
り、これを行う。

【０１０２】また、同図（ｂ）は、図示のように、被測
定面３と補助平面４を組み合わせた配置を示す。この配
置では、同様に光路長測定用干渉計６で被測定面３と補
助平面４の間の光路長を測定する。２枚の平面３，４
は、互いに平行になるよう対向させてあり、光路長測定
用干渉計６を該平面に平行な面内で移動させることによ
り測定を行うものである。同図（ｃ）は、例えば図示の
ように、補助平面４，５同士を組み合わせた配置を示
す。この場合も、同図（ｂ）での配置のときに準じ光路
長測定用干渉計６で測定を行う。

【０１０３】更に、本例では、それら３種類の配置のほ
か、例えば同図（ａ）または図（ｂ）の配置においてそ
の被測定面３をｘ軸方向に移動した場合の配置で光路長
間隔を測定する。

【０１０４】こうして、本実施例では、光路長測定用干
渉計６を用い、４回の測定を行うものであり、それぞれ
において、光路長測定用干渉計６を走査し、各点の光路
長分布を測定する。しかして、以上の４測定の結果か
ら、同様に４回の測定をもってする前記第３実施例で示
した計算方法により表面形状を求めることができる。な
お、図１２（ｃ）においては、補助平面４，５同士を組
み合わせたが、これは補助平面５と被測定面３を組み合
わせても同様な結果が得られる。

【０１０５】本実施例も、前記第３実施例と同様の作用
効果を奏し得る。また、光路長測定用干渉計６を用いる
点では、前記第２実施例と同様の作用効果を得られる。

【０１０６】本実施例方法でも、第３実施例方法に準じ
て、図１２の平面４及び／又は平面５を被測定面と考え
てもよい。従って、例えば、光路長測定用干渉計６と組
み合わせる３枚の平面のいずれをも被測定平面とし、そ
の３枚の被測定平面から２枚の平面を選び出し、それら
を互いに平行になるよう対向させて光路長測定用干渉計
を該平面に平行な面内で移動させることにより測定した
二組の光路長分布と、更に２枚の被測定平面を残る１枚
の被測定平面に対して同じ角度になるように、かつそれ
ぞれの座標原点を結ぶ線が上記２枚の被測定平面に対し
て直交するように配置したときの光路長分布、及び上記
配置のいずれか一つにおいていずれか１枚の平面を面内
に移動させたあとで測定した光路長分布から上記３枚の
被測定平面それぞれの形状を算出する表面形状測定方法
として使用することもできる。

【０１０７】また、本実施例の場合も、上記の態様のほ
か、例えばその３枚のうち２枚を被測定平面として（１
枚は補助平面として）測定をしようとする態様でもよ
く、多様な測定法が提供できる。この点は、前記第３実
施例に照らし理解できるところであり、本発明はそのよ
うにして実施することもできる。

【０１０８】上記した第３実施例及び第４実施例による
ものは、いずれも４測定の例である。これらはまた、第
１、第２の被測定平面及び形状測定用干渉計または光路
長測定用干渉計と第３の被測定平面から成り、第１の被
測定平面を垂直以外の角度で光束が反射するように配置
するとともに、第２の被測定平面を該第１の被測定平面
からの反射光束に対して垂直に配置したときに得られた
形状分布（例えば図９または図１２（ａ）のケース）
と、上記第１の平面を上記干渉計の光束に対してまたは
上記第３の被測定平面に対して垂直になるように配置し
たときに得られた形状分布（例えば図１０または図１２
（ｂ）のケース）と、上記第２の平面を上記干渉計の光
束に対してまたは上記第３の被測定平面に対して垂直に
なるように配置したときに得られた形状分布（例えば図
１１または図１２（ｃ）のケース）と、上記配置の一つ
において上記干渉計を光軸に垂直な方向にあるいは上記
被測定平面の一つを面方向に移動したあとで得られた形
状分布（例えば図９もしくは図１０での面３の移動、ま
たは図１２（ａ）もしくは（ｂ）での面３の移動のケー
ス）から上記被測定平面の形状及び／又は上記形状測定
用干渉計の誤差を算出する表面形状測定方法の例でもあ
る。

【０１０９】次に、図１３以下のものについて説明す
る。以上の測定方法では、平面同士の配置換えが必要で
ある。このとき注意すべきことは配置換えによる平面の
変形がないということである。特に、重力の影響を受け
ないように細心の注意を払うべきである。全ての平面板
が充分に厚く、どのように動かしても、あるいはどの方
位に保持しても変形しないような場合、及び平面の法線
が水平面内にあり、平面の平行移動と鉛直軸の回りの回
転だけで測定のため必要な配置ができる場合には、重力
の影響を無視することができる。そのような場合におい
て、本発明に従う測定方法は、充分に実用的でもあり、
形状測定において従来のものに比し大なる効果を発揮し
得ることは、既に述べた通りである。

【０１１０】しかして、変形しやすいものの場合、変形
しにくいものに比し、重力の影響を受けやすく、また、
実際の測定器あるいは被測定物では被測定平面が鉛直に
立っている場合だけでなく任意の方位を向いている場合
も多いので、重力の影響も含めて測定できることが必要
である。

【０１１１】そこで、図１３以下のものによる方法は、
有用である。以下で例に従って述べるいくつかの測定法
は、法線が水平面内にある形状既知の平面、及び／又は
光軸が水平面内にある誤差既知の形状測定用干渉計と法
線が水平面内にない複数枚の被測定平面を組み合わせた
配置で測定された形状分布と、上記形状既知の平面及び
／又は誤差既知の形状測定用干渉計を鉛直面内で同じ角
度傾けた配置で上記被測定平面を鉛直面に対する傾きを
変えることなく組み合わせたとき測定された少なくとも
二つの形状分布から法線が水平面内にない平面の形状及
び／又は上記形状測定用干渉計の誤差を算出する表面形
状測定方法、あるいは、水平面内にある形状既知の平面
及び／又は任意の方向を向いた平面と被測定平面を組み
合わせて測定される複数の光路長分布または得られた干
渉縞から測定される形状分布から法線が水平面内にない
平面の形状及び／又は干渉計の誤差を算出する表面形状
測定方法の例である。

【０１１２】それらは、たとえ被測定面が鉛直以外の面
内にあるときでも適切に測定できる測定法であり、ここ
では、水平面内にある平面と４５度の方向を向く平面の
測定法の場合、水平面に対して任意の方向を向く平面の
測定法の場合、水平面に対して６０度の方向を向く平面
の測定法の場合、水平面に対して２２．５度の方向を向
く平面の測定法の場合、及び水平面に対して６７．５度
の方向を向く平面の測定法の場合のそれぞれの態様を図
で例示し、以下、この順で、その方法の要部を説明す
る。

【０１１３】まず、図１３は、本発明による更に他の方
法の実施例（第５の実施例）で、測定対象の平面が鉛直
線ｇ（図示矢印）に対して４５度あるいは０度の方向
（鉛直方向）を向いている場合の実施例である。本実施
例は、形状測定用干渉計と２枚の平面による方法の更に
他の例でもある。同図（ａ），（ｂ）は、形状測定用干
渉計１と４５度に向いた平面３と鉛直方向を向いている
平面４の組み合わせ配置を示す。また、同図（ｃ）は、
形状測定用干渉計１と平面３を組み合わせた場合である
が、ここでは、平面３は上記図（ｂ）の状態のものから
鉛直軸の回りに１８０度回転した状態になっている。従
って、図（ｃ）の組み合わせ配置では、図（ａ），
（ｂ）の場合とは異なり、平面３を裏（裏面３′）から
測定する。

【０１１４】ここで、図１３における配置につき、より
詳しくみると、同図（ａ）は、図示の如く、光軸が水平
面内にある形状測定用干渉計１と、法線が水平面内にな
い複数枚（本例では２枚）の平面３，４を組み合わせた
配置である。なお、ここに形状測定用干渉計１は、後記
のように誤差既知の干渉計とできる。同図（ｂ），
（ｃ）の場合は、かかる形状測定用干渉計１を図示の如
くに鉛直面内で同じ角度傾けた状態であり、そのように
同じ角度傾けた配置で被測定面を鉛直面に対する傾きを
変えることなく組み合わせたときのものに相当する。

【０１１５】さて、上記図（ａ）〜（ｃ）において、こ
れらの配置では前の実施例と同様に次の関係が成り立
つ。

【０１１６】

【数２７】

【０１１７】

【数２８】

【０１１８】

【数２９】

【０１１９】ここで、それぞれの左辺のΔがついていな
い項は、平面を鉛直に立てた場合の形状誤差であり、こ
れまでに示した実施例の方法により、測定可能な量であ
る。換言すれば既知な量である。なお、ｅ₂ ′(x,y)
は、平面３の裏面３′の形状を表す。一方、Δのついて
いる項は、重力による変形量で本測定法によって決定す
べき量である。

【０１２０】上記（２８）式、（２９）式から、

【０１２１】

【数３０】

【０１２２】一方、（２７）式から、

【０１２３】

【数３１】

【０１２４】これを（３０）式に代入して整理すると、

【０１２５】

【数３２】

【０１２６】故に、ｍ＝０かつｎ＝偶数の場合を除き、
次式により係数を求めることができる。

【０１２７】

【数３３】

【０１２８】ｍ＝０に対応する係数は、図１３（ａ）に
おいて平面４を鉛直軸の回りに９０度回転した状態で測
定を行うことにより決定することができる。即ち、この
状態（９０度回転後の状態）におけるｙ＝０の線上（ｘ
軸上）の形状分布が、９０度の回転前における、ｘ＝０
の線上（ｙ軸上）の形状分布になるので、これから係数
を決定することができる。このようにしてΔｅ₃(x,y)が
求められたので、（３１）式からΔｅ₂(x,y)を求めるこ
とができる。このようにして４５度及び鉛直方向に向い
た平面３，４の形状、即ち法線が水平面内にない平面の
形状を正しく測定することができる。

【０１２９】本実施例によると、光軸が水平面内にある
誤差既知の形状測定用干渉計１と法線が水平面内にない
２枚の被測定面３，４とを組み合わせた配置で測定され
た形状分布（図１３（ａ）のケース）と、誤差既知の形
状測定用干渉計１を鉛直面内で同じ角度傾けた配置で被
測定面３を鉛直面に対する傾きを変えることなく組み合
わせたとき測定された少なくとも二つの形状分布（図１
３（ｂ），（ｃ）のケース）からその被測定面３，４の
形状を算出する表面形状測定方法が実現される。

【０１３０】図１４は、他の実施例（第６の実施例）
で、水平面に対して任意の方向を向く平面の測定法の例
である。ここでは、水平面に対して任意の角度θの方向
を向いた平面３と鉛直面からθの方向を向いた平面４の
形状を同時に測定する方法を示す。本実施例は、形状測
定用干渉計と３枚の平面による方法の例でもあり、形状
既知の平面との組み合わせに係る測定法の例でもある。

【０１３１】同図（ａ）は、図示のように、形状測定用
干渉計１の光軸と補助平面５の法線が水平面内にある配
置を示す。また、同図（ｂ）は、図示のように、形状測
定用干渉計１の光軸と補助平面５の法線が、被測定面３
（被測定平面）の法線に対してθ′の方向を向いてお
り、被測定面３と４は同図（ａ）におけるのと同じ向き
になっている配置を示す。更に同図（ｃ）の配置では、
図示のように、干渉計１と補助平面５の向きは同図
（ｂ）におけるのと同じあり、一方、平面３′は鉛直面
内に、また平面４′は水平面内にある配置を示す。ここ
で、これら平面３′、平面４′の２つの平面の形状誤差
は、これまで述べた方法により既知であるとする。

【０１３２】今、干渉計１、平面５が鉛直面内にあると
き（図（ａ）の配置）の形状誤差をそれぞれｅ₁(x,y)、
ｅ₄(x,y)とし、図（ｂ），（ｃ）のように傾けた場合の
形状誤差をそれぞれｅ₁ ′(x,y) 、Δｅ₄ ′(x,y) とす
る。また、平面３と平面４の形状誤差をそれぞれｅ₂(x,
y)、ｅ₃(x,y)とする。図（ｃ）によりｅ₁ ′(x,y) ＋Δ
ｅ₄ ′(x,y) は測定できる。図（ａ），（ｂ）に対する
形状誤差の測定値をそれぞれＷ₁(x,y)、Ｗ₂(x,y)とすれ
ば、次の関係が成り立つ。即ち、

【０１３３】

【数３４】

【０１３４】

【数３５】

【０１３５】

【数３６】

【０１３６】

【数３７】

【０１３７】従って、ｍ＝１の場合を除き、係数を次式
によって決定することができる。

【０１３８】

【数３８】

【０１３９】ｍ＝１の係数は、これまでの実施例と同様
に平面をｘ軸方向にずらすことにより求めることができ
る。

【０１４０】図１５は、更に他の実施例（第７の実施
例）で、被測定面３が水平面に対し６０度の傾きを有す
る場合の測定方法を示す。本実施例は、形状測定用干渉
計と３枚の平面による方法の他の例でもある。また、形
状既知の平面との組み合わせに係る測定法の他の例でも
ある。

【０１４１】図１５（ａ）は、図示のように、形状測定
用干渉計１と被測定面３及び水平の補助平面４を組み合
わせた場合を示す。ここで、水平面内にある平面４の形
状は既知であるとする。また、同図（ｂ）は、図示のよ
うに、干渉計１と被測定面３を組み合わせた場合である
が、上記図（ａ）の場合と比較すると、被測定面３は鉛
直軸の回りに１８０度回転した状態になっている。更
に、同図（ｃ）の配置は、図示のように、干渉計１、被
測定面３、水平の平面４及び垂直の平面５を組み合わせ
た場合で、前記図１４（ｃ）に相当する配置である。

【０１４２】これらの配置に基づく測定値から次の関係
式が得られる。ただし、詳細な説明は省略し結果だけを
まとめて示す。被測定面の変形量をΔｅ₂(x,y)とする
と、図（ａ）と（ｂ）から下記（３９）式が得られる。
また、図（ｂ）と（ｃ）から下記（４０）式が得られ
る。

【０１４３】

【数３９】

【０１４４】

【数４０】

【０１４５】両式を加えて、次が得られる。

【数４１】

【０１４６】従って、次式により係数を定めることがで
きる。

【数４２】

【０１４７】本実施例によると、こうして水平面に対し
６０度の方向を向く平面の測定法が実現される。

【０１４８】図１６は、更に他の実施例（第８の実施
例）で、水平面に対して２２．５度の方向を向く平面の
測定法の場合の測定方法を示す。本実施例は、形状測定
用干渉計と２枚の平面による方法の更に他の例でもあ
る。また、形状既知の平面との組み合わせに係る測定法
の更に他の例でもある。

【０１４９】同図に示すように、平面３は水平面に対し
て２２．５度の傾きになっている。補助平面４は、例え
ば４５度の方向を向いた平面で、前記図１３の方法（第
５実施例）で形状誤差は既知とする。また、形状測定用
干渉計１は、光軸が図示のように水平面内にあるから、
この誤差も既知であるとする。故に、干渉縞の計測結果
から被測定面３の形状誤差を求めることができる。

【０１５０】このように、形状誤差が既知の干渉計及び
平面と組み合わせることにより被測定平面の形状誤差を
測定することができるが、組み合わせ方は本発明の範囲
内でも実施例以外に多くの方法が考えられるものであ
る。

【０１５１】例えば、図１７をみると、同図に示す実施
例（第９の実施例）は、水平面に対して６７．５度の方
向を向く平面の測定法の例である。本実施例は、形状測
定用干渉計と２枚の平面による方法の更に他の例でもあ
る。本実施例では、上記第８実施例による図１６の場合
と同じく、水平の干渉計１と４５度の補助平面４を用い
て、水平面に対して６７．５度の被測定面３を測定する
ものである。なお、同様な方法により水平の干渉計と６
０度の補助平面を用いて３０度の被測定平面の形状を求
めることができる。

【０１５２】上述のように、図１３〜図１７を参照して
その要部を述べた第５実施例乃至第９実施例によるもの
は、被測定面が鉛直以外の面内にあるときでも測定でき
る方法である。従来は、測定のために被測定面を移動あ
るいは回転したとき、形状が変化しないことを前提にし
ており、重力による変形がある場合は、その変形を含ん
だ形で測定がなされ、これを考えるときは、形状を正確
に測定しているとはいい難いこととなり、そのような点
に対する効果的な考慮はみられないが、本測定法に従え
ば、被測定面が鉛直以外の面内にあるときでも適切な測
定をすることができ、それだけ対応性を高め、実際の種
々の測定場面等において被測定面が鉛直に立っている場
合以外のケースにでも応えられる測定方法が提供され
る。

【０１５３】以上のうち形状測定用干渉計を用いた実施
例において、形状測定用干渉計を補助平面で置き換え、
光路長測定用干渉計で平面によってできる光路長を測定
することにより形状を測定できることは、既に述べた前
記第２実施例等の説明から容易に理解できるところであ
る。

【０１５４】従って、法線が水平面内にない平面を測定
対象とする場合において、本測定法は、法線が水平面内
にある形状既知の平面、及び／又は光軸が水平面内にあ
る誤差既知の形状測定用干渉計と法線が水平面内にない
複数枚の被測定平面を組み合わせて測定される一つの光
路長分布または得られた干渉縞から測定される形状分布
と、上記形状既知の平面及び／又は誤差既知の干渉計を
鉛直面内で同じ角度傾けた状態で上記被測定平面を鉛直
面に対する傾きを変えることなく組み合わせたとき測定
される少なくとも二つの光路長分布または得られた干渉
縞から測定される形状分布から、法線が水平面内にない
平面の形状を算出する表面形状測定方法として実施する
こともできる。好適例では、複数の被測定平面と、補助
平面と、形状測定用干渉計とを有し、前記複数の被測定
平面の法線が水平面内になく、補助平面の法線が水平面
内にあり、形状測定用干渉計の光軸が水平面内にあるよ
うに配置され測定された形状分布と、補助平面及び／又
は形状測定用干渉計を鉛直面内で同じ角度傾けて配置す
る一方、被測定平面を鉛直面に対する傾きを変化させる
ことなく配置された、少なくとも２つの状態を測定した
形状分布とから、被測定平面の形状及び／又は形状測定
用干渉計の誤差を算出する。本発明に従えば、そのよう
にして被測定面が鉛直以外の面内にあるときの測定を行
うこともできるものである。また、形状測定用干渉計１
を用いる場合、あるいは光路長測定用干渉計６を用いる
場合でも、前記第１実施例〜第４実施例の手法を基本と
することから、それら対応する実施例による作用効果を
併せ有する測定方法とすることができる。

【０１５５】次に、本発明の参考例について図１８を参
照して述べる。本参考例は、形状測定用干渉計と光路長
測定用干渉計を用いて行う、大きい平面の測定法の例で
あり、具体的には、形状測定用干渉計の測定可能範囲に
比べて面積が大きい平面でも、これを被測定平面として
測定する測定法を示す。以下、要部を説明すると、本測
定法による測定の内容、手順等の一例は、次のようであ
る。

【０１５６】図１８において、符号ＡＢＣＤで囲まれる
部分の大きさは、使用しようとする形状測定用干渉計、
例えば前記図１〜図３等で用いた形状測定用干渉計１の
測定可能範囲を示す。一方、符号ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−
ｆ−ｇ−ｈ−ｉ−ｊは光路長測定用干渉計の測定経路を
示す。ここに、使用光路長測定用干渉計は、前記図８で
示した光路長測定用干渉計６でもよく、あるいは他の形
式の干渉計を用いることもできる。

【０１５７】本参考例では、光路長測定用干渉計６を用
いて、上記の設定経路上で形状誤差をまず測定する。こ
の場合、横経路の間隔（図中、例えば一番上の経路線と
その下の経路線との間隔であって即ちｂｃであり、同様
に、ｃｆ、ｆｇ等である）は、図示のように、使用形状
測定用干渉計１の測定可能範囲（図中のＡ−Ｄ間、Ｂ−
Ｃ間）より小さくとる。なお、かかる光路長測定用干渉
計６による測定自体については、いままで述べてきた光
路長測定用干渉計を使用する実施例方法、その変形例等
のいずれをも適用して実施できる。このように、光路長
測定用干渉計６では、予め定められた経路上の形状分布
が測定の対象とされる。

【０１５８】次に、経路の横線と点線（図中の縦の点
線）で囲まれる矩形部分をカバーするように、形状測定
用干渉計１を設置してその部分の形状を測定する。図示
の状態なら、その図中のＡＢＣＤの測定範囲をもって、
図中、経路線ｃ−ｄ，ｅ−ｆで、かつ縦の隣接する２本
の点線で囲まれた、上から２段目で左から２列目に当た
るその領域部分を対象として形状の測定をする。この測
定を、全ての矩形部分について行う。

【０１５９】図示例では、この大きな面積の被測定面に
は、かかる矩形部分が１６領域分設定されており、従っ
て、その１６領域個々に形状測定を行うことになる。こ
のように、形状測定用干渉計１では、異なる領域のそれ
ぞれの２次元形状分布が測定の対象となる。なお、この
場合も、その測定自体については、いままで述べてきた
形状測定用干渉計を使用する実施例方法、その変形例等
を適用して実施してよい。

【０１６０】しかして、上述のような光路長測定用干渉
計６による所定経路上の形状分布と形状測定用干渉計１
による異なる領域の複数の２次元形状分布を該経路上で
合致させるよう、傾き補正をなす。これは、次のような
点に基づく。

【０１６１】本測定法においては、上記の如く複数の矩
形部分に被測定面を分割することを基本とするところ、
干渉計と被測定面を完全に平行に保ちながら測定するこ
とは難しく、常にそれを期待することができないケース
もあり、このような点からは、通常、その矩形部分の測
定毎に異なる傾きで測定することになる。しかも傾きの
方向も大きさも分からないのが普通である。ところが、
図１８中で上と下の経路（例えば、図示の状態でのｄｃ
とｅｆ）に相当する部分の被測定面の形状と、その部分
における形状測定用干渉計１による形状測定値を、例え
ば最小自乗法を利用して合致させるように傾き補正を加
えれば、測定値は被測定平面の形状を正しく表現したも
のになる。よって、この手続きを全ての矩形領域につい
て行えば、大きな平面の形状をも精度高く求めることが
できる。たとえ、矩形部分毎のその測定毎に異なる傾き
で測定することとなったとしても、これを達成し得る。

【０１６２】本参考例方法によれば、このように、光路
長測定用干渉計６を用いて、予め定められた経路ａ−ｂ
−ｃ−ｄ−ｅ−ｆ−ｇ−ｈ−ｉ−ｊ上で測定された形状
分布と形状測定用干渉計１で求められた異なる領域の複
数の２次元形状分布を該経路上で合致させるよう傾き補
正することにより形状測定用干渉計１で求められた全て
の領域において正しい形状分布を算出することができ、
光路長測定用干渉計６による測定と形状測定用干渉計１
による測定を組み合わせて形状測定用干渉計１の開口を
超える大きさの被測定面を精度よく測定する表面形状測
定方法が実現できる。

【０１６３】次に図１９、図２０、及び図２１のそれぞ
れをもって示すものは、形状測定の分解能向上の好適
例、光路長測定用干渉計の他の好適構成例である。

【０１６４】まず、図１９は、形状測定の分解能を上げ
るための実施例で、光路長測定用干渉計を使用する場合
の測定装置の構成を示している。本例は、光路長測定用
干渉計と３枚の平面による測定方法の場合のものであ
る。使用平面は、被測定面３（被測定平面）、補助平面
４、補助平面４′であり、これらは図示のような位置関
係にある。装置は、図示のように、光路長測定用干渉計
６のほか、概略、移動台７、レンズ８，９，１０，１
１、及び移動台１２，１３を有して構成される。

【０１６５】移動台７は、被測定面３の面方向に移動可
能な移動台で、この移動台７の上に、図示のように干渉
計６の光束をそれぞれの平面上に集光するためのレンズ
８，９が固定されている。レンズ１０、１１は、図示の
ようにそれぞれ移動台１２、移動台１３の上に固定され
ている。

【０１６６】移動台１２の方は、これに固定された例え
ば２本のガイドピン１４，１５とガイド溝１６により補
助平面４′に立てた垂線の方向に移動可能になってい
る。図中下側のガイドピン１５は、補助平面４′と平行
なガイド面１７と常に接触するように適宜の押圧手段
（図示せず）で押圧されているので、上記移動台７が移
動したときでも、移動台１２上のレンズ１０と補助平面
の間隔は一定に保たれ、光束は補助平面４′上に集光さ
れる。一方、補助平面４側の移動台１３の方も、同様に
補助平面４に立てた垂線の方向に移動可能であり、レン
ズ１１により補助平面４上に光束が集光した状態が保た
れるようになっている。このような移動機構について詳
細な説明を省略するが、通常の設計手法により容易に実
現することができる。

【０１６７】本例では、以上の如き構成により、形状測
定に際し、上記のようにしてレンズにより集光された光
束の大きさまで分解能を高めることができる。即ち、光
路長測定用干渉計を使用する測定方法の場合における既
述の作用効果に加え、更に光束が集光されるために集光
された光スポットの大きさに対応した高い分解能を得る
ことができ、形状測定の分解能向上が図れる。本発明に
従う測定方法は、このような装置でも実施できる。な
お、ここでは詳細な説明は省略するが、２つの平面が平
行に向き合っているときには、それぞれの平面上に光束
を集光させる集光レンズと干渉計を一体にして被測定平
面に平行な面内で定められた経路上を動かせばよい。

【０１６８】図２０は、形状測定の分解能向上の他の例
で、具体的には、ここでは、前記図１２のものにおいて
平面４を高い分解能で測定する実施例である。図２０
（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図１２（ａ），
（ｂ），（ｃ）に相当ものであるが、本例においては、
いずれの配置でも、図示のように光路長測定干渉計６か
らの光束はレンズ１０によって平面４の上に収束され
る。本例では、干渉計６とレンズ１０は一体で平面４に
平行な方向に予め定められた経路上を移動し光路長を測
定する。

【０１６９】本例では、このようにして被測定面を高い
分解能で測定でき、形状測定の分解能向上を図ることが
できる。なお、この場合、移動中に干渉計６が傾くと波
面が傾き干渉縞のコントラスト、従ってヘテロダイン干
渉法の場合にはビート信号の振幅が低下するという面が
あるので、この点からは、充分に精度の高い移動機構を
用いるのは好ましい態様であるが、そのような移動機構
が必要とされることとなっても、前記実施例に比べる
と、移動機構は一平面内のみで動かせばよいので、極め
て簡単であるという特徴を有するものである。

【０１７０】図２１は、光路長測定用干渉計を使用する
場合に用いることのできる、好適な干渉計の他の構成例
で、改良された光路長測定用干渉計の実施例を示すもの
であり、１個のレンズが光束中に配置された構成を示し
ている。このものにおいて、前記図８の実施例と比べて
異なる主な点は、図２１のように、２枚の面間の往復路
に係る光路中に１個のレンズ１０が配され、かつそれが
図示の如くに軸外れで挿入されていることである。以
下、測定光束の光路につきその要部を説明すると、光源
（図示せず）から入射した平行光束は、そのうちの所望
の偏光成分の測定光束が偏光プリズム６０１の偏光膜で
反射し、１／４波長板６０２を透過し、平面５で反射し
て再び１／４波長板６０２を透過し、偏光プリズム６０
１の偏光膜、１／４波長板６０３をこの順で透過する。

【０１７１】その後、軸外れで挿入されているレンズ１
０で平面４の上に集光され、ここで反射して図示のよう
に再びそのレンズ１０を通り、平行光束となって、本例
では再度、平面５に向かい当該平面５に入射する。この
ようにすることによって、平面５，４間には、２つの往
復光路が形成されることとなる。即ち、平面５に向かっ
た光束はそこで反射し、光路を逆行して偏光プリズム６
０１に戻り、ここでその偏光膜で反射し、かくして偏光
板６０４（偏光子）を透過し受光素子６０５に入るもの
である。

【０１７２】本例によると、平行で等間隔離れた光路を
往復する測定光束と、同光路を通らない参照光束を有す
る光路長測定用干渉計６を得ることができ、これにより
光路長を精度よく測定することができるなど、前記例と
同様の作用効果を奏するほか、更に次のような作用効果
がある。即ち、測定光束は平面４と平面５の間を２往復
するので感度は２倍になり、光路長がより正確に測れ、
かつ干渉計が傾いても干渉計から出る波面は傾かないの
で、干渉縞のコントラストあるいはビート信号の振幅が
低下することはない。

【０１７３】また、表面形状の測定についても、本例に
従う干渉計で走査をすることにより、開口によって制約
を受けるということなく大きな面でも形状の測定が可能
であることも前記実施例と同様であるのに加え、次のよ
うなこともいえる。面５に対しては大きい直径の光束で
表面を走査することができるので、直径に比べて非常に
細かい凹凸が面５にあっても、測定に際し、それが検出
されることはない。従って、例えば、面４のみを測定し
たいときには、細かい凹凸はあってもうねりがない精度
の低い面を基準として用いることができるという利点も
ある。

【０１７４】なお、レンズ１０も含めて干渉計を一体で
動かすとき、平面４とレンズ１０の間隔が変化すると、
干渉計を出る波面が彎曲して干渉縞のコントラストある
いはビート信号の振幅が低下するので、走査用の移動機
構（図示せず）として、間隔は一定になるよう真直度の
高い移動機構を用いる必要がある。この場合、詳細な説
明は省略するが、干渉縞のコントラストあるいはビート
信号の振幅から、間隔を知ることができるので、間隔を
一定に制御することは可能である。例えば、レンズ１０
を光軸方向に一定振幅で振動させたときのビート信号の
振幅変化を同期検波することにより制御信号を得ること
ができるので、間隔を一定に制御することができる。

【０１７５】上記図２１で示した光路長測定用干渉計６
は、本発明に従って光路長測定用干渉計を用いる表面形
状測定方法に利用することができ、本発明はそのように
して実施することもできる。

【０１７６】

【発明の効果】本発明によれば、形状測定用干渉計、光
路長測定用干渉計を使用した表面形状の測定方法を得る
ことができ、干渉計を使用する場合の表面形状測定方法
として有利に用いることのできる測定方法を実現され
る。特に、第１発明、第２発明の場合は３回の測定でよ
く測定回数は少なく簡潔な方法であり、第３発明、第４
発明では４回の測定で可能であり、少ない測定回数で精
度のよい測定をすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例を示すもので、形状測定用干
渉計と２枚の平面による方法の場合におけるそれら要素
の配置の一例の説明に供する図である。

【図２】 同じく、配置の一例の説明に供する図であ
る。

【図３】 同じく、配置の一例の説明に供する図であ
る。

【図４】 本発明の他の実施例を示すもので、光路長測
定用干渉計と３枚の平面による方法の場合におけるそれ
ら要素の配置の一例の説明に供する図である。

【図５】 同じく、配置の一例の説明に供する図であ
る。

【図６】 同じく、配置の一例の説明に供する図であ
る。

【図７】 光路長測定用干渉計を用いる場合のその測定
経路の一例を示す図である。

【図８】 適用できる光路長測定用干渉計の構成の一例
を示す図である。

【図９】 本発明の更に他の実施例を示すもので、形状
測定用干渉計と２枚の平面による他の方法の場合におけ
るそれら要素の配置の一例の説明に供する図である。

【図１０】 同じく、配置の一例の説明に供する図であ
る。

【図１１】 同じく、配置の一例の説明に供する図であ
る。

【図１２】 本発明の更に他の実施例を示すもので、光
路長測定用干渉計と３枚の平面による他の方法の一例の
説明に供する図である。

【図１３】 本発明の更に他の実施例を示すもので、水
平面内にある平面と４５度の方向を向く平面の測定法の
一例の説明に供する図である。

【図１４】 同じく、他の実施例を示すもので、水平面
に対して任意の方向を向く平面の測定法の一例の説明に
供する図である。

【図１５】 同じく、他の実施例を示すもので、水平面
に対して６０度の方向を向く平面の測定法の一例の説明
に供する図である。

【図１６】 同じく、他の実施例を示すもので、水平面
に対して２２．５度の方向を向く平面の測定法の一例の
説明に供する図である。

【図１７】 同じく、他の実施例を示すもので、水平面
に対して６７．５度の方向を向く平面の測定法の一例の
説明に供する図である。

【図１８】 本発明の参考例を示すもので、形状測定用
干渉計と光路長測定用干渉計を用いた、大きい平面の測
定法の一例の説明に供する図である。

【図１９】 形状測定の分解能向上の構成例を示す図で
ある。

【図２０】 形状測定の分解能向上の他の構成例を示す
図である。

【図２１】 光路長測定用干渉計の他の構成の一例を示
す図である。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 形状測定用干渉計から射出される光束に
   対して被測定平面を斜めに配置し、この被測定平面で反
   射された光束に対して補助平面を垂直に配置した第１の
   状態で、前記形状測定用干渉計によって第１の形状分布
   を測定する工程と、前記被測定平面を前記第１の状態と
   は異なる斜めの角度で配置した第２の状態で、前記形状
   測定用干渉計によって第２の形状分布を測定する工程
   と、前記第１の状態もしくは前記第２の状態のいずれか
   一方の配置に対して、前記形状測定用干渉計から射出さ
   れる光束の光軸に垂直な方向に前記光束を相対的に移動
   した第３の状態で、前記形状測定用干渉計によって第３
   の形状分布を測定する工程と、前記第１の形状分布と第
   ２の形状分布と第３の形状分布とにより前記被測定平面
   の形状を算出する工程とを有することを特徴とする表面
   形状測定方法。
2. 【請求項２】 光路長測定用干渉計から射出される光束
   に対して被測定平面を斜めに配置し、この被測定平面で
   反射された光束に対して第１の補助平面を垂直に配置
   し、この第１の補助平面で反射され、前記被測定面を経
   由し、前記光路長測定用干渉計を透過した光束に対し
   て、第２の補助平面を垂直に配置した第１の状態で、前
   記光路長測定用干渉計から射出される光束を被測定平面
   に対して移動させながら前記光路長測定用干渉計によっ
   て第１の形状分布を測定する工程と、前記被測定平面を
   前記第１の状態とは異なる斜めの角度で配置した第２の
   状態で、前記光路長測定用干渉計から射出される光束を
   被測定平面に対して移動させながら前記光路長測定用干
   渉計によって第２の形状分布を測定する工程と、前記第
   １の状態もしくは前記第２の状態のいずれか一方の配置
   に対して、前記光路長測定用干渉計から射出される光束
   の光軸に垂直な方向に前記光束を相対的に移動した第３
   の状態で、前記光路長測定用干渉計から射出される光束
   を被測定平面に対して移動させながら前記光路長測定用
   干渉計によって第３の形状分布を測定する工程と、前記
   第１の形状分布と第２の形状分布と第３の形状分布とに
   より前記被測定平面の形状を算出する工程とを有するこ
   とを特徴とする表面形状測定方法。
3. 【請求項３】 形状測定用干渉計から射出される光束に
   対して第１の平面を斜めに配置し、この第１の被測定平
   面で反射された光束に対して、第２の被測定平面を垂直
   に配置した第１の状態で、前記形状測定用干渉計によっ
   て第１の形状分布を測定する工程と、前記第１の平面を
   前記形状測定用干渉計から射出される光束に対して垂直
   に配置した第２の状態で、前記形状測定用干渉計によっ
   て第２の形状分布を測定する工程と、前記第２の平面を
   前記形状測定用干渉計から射出される光束に対して垂直
   に配置した第３の状態で、前記形状測定用干渉計によっ
   て第３の形状分布を測定する工程と、前記第１の状態、
   前記第２の状態もしくは前記第３の状態のいずれかの配
   置に対して、前記形状測定用干渉計から射出される光束
   の光軸に垂直な方向に前記光束を相対的に移動した第４
   の状態で、前記形状測定用干渉計によって第４の形状分
   布を測定する工程と、前記第１の形状分布と第２の形状
   分布と第３の形状分布と第４の形状分布とにより前記第
   １及び／又は第２の平面の形状を算出する工程とを有す
   ることを特徴とする表面形状測定方法。
4. 【請求項４】 光路長測定用干渉計から射出される光束
   に対して第１の平面を斜めに配置し、この第１の平面で
   反射された光束に対して第２の平面を垂直に配置し、こ
   の第２の平面で反射され、前記第１の平面を経由し、前
   記光路長測定用干渉計を透過した光束に対して、第３の
   平面を垂直に配置した第１の状態で、前記光路長測定用
   干渉計から射出される光束を前記第１の平面に対して移
   動させながら前記光路長測定用干渉計によって第１の形
   状分布を測定する工程と、前記第１乃至第３の平面のう
   ちの２つの平面を前記光路長測定用干渉計から射出され
   る光束に対して垂直になるようにそれぞれ前記光路長測
   定用干渉計に対向して配置した第２の状態で、前記光路
   長測定用干渉計から射出される光束を前記２つの平面に
   対して移動させながら前記光路長測定用干渉計によって
   第２の形状分布を測定する工程と、前記２つの平面とは
   異なる組み合わせの２つの平面を前記光路長測定用干渉
   計から射出される光束に対して垂直になるようにそれぞ
   れ前記光路長測定用干渉計に対向して配置した第３の状
   態で、前記光路長測定用干渉計から射出される光束を前
   記異なる組み合わせの２つの平面に対して移動させなが
   ら前記光路長測定用干渉計によって第３の形状分布を測
   定する工程と、前記第１の状態、前記第２の状態もしく
   は前記第３の状態のいずれかの配置に対して、前記光路
   長測定用干渉計から射出される光束の光軸に垂直な方向
   に前記光束を相対的に移動した第４の状態で、前記光路
   長測定用干渉計から射出される光束を移動させながら前
   記光路長測定用干渉計によって第４の形状分布を測定す
   る工程と、前記第１の形状分布と第２の形状分布と第３
   の形状分布と第４の形状分布とにより前記第１乃至第３
   の平面の形状を算出する工程とを有することを特徴とす
   る表面形状測定方法。