JPH051909A - 干渉計による平面の絶対検査の方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】平面の絶対測定用の簡単な方法および装置であ
る。同時に２つの平面Ａ₆，Ｂ₆が斜めの入射の下に干渉
計の測定光ビーム路の中へ取り付けられる。種々の入射
角度α₆，β₆の場合におよび両方の平面の移動の場合に
生ずるインターフエログラムが、計算器により評価され
る。 【効果】平坦性に関して検査されるべき平面そのものを
干渉計ミラーとして用いることにより、かつこれらの平
面に起因する波頭干渉を記憶することにより、平面の精
密な絶対測定が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、干渉計により生ぜさせ
られる波頭干渉を測定して以後の評価のために考慮する
形式の干渉計による平面表面の絶対検査法およびこの方
法を実施するための検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】干渉計を用いた測定法の使用目的は、試
料表面の高い精度による検査である。計算器に支援され
たインターフエログラムの評価により、使用される光波
長の約１：１００よりも良好な測定解像度が、試料表面
に垂直な方向で可能となる。しかし干渉計使用は常に、
２つの試料表面の相対的な差異の測定だけしか可能にし
ない。絶対測定のためには即ち数学的に理想的な平面に
対する試料表面の比較のためには、干渉計の較正が必要
とされる。しかしこの目的のためには数学的理想平面に
対する較正表面の偏差が相応の精度により既知でなけれ
ばならない。

【０００３】平面の絶対測定のための公知の方法が、
Ｊ．Ｓｃｈｗｉｄｅｒ他の執筆、ｉｎＯｐｔｉｃａ Ａ
ｃｔａ，１３巻，２冊，ページ１０３−１１９，１９６
６およびＪ．Ｓｃｈｗｉｄｅｒ執筆ｉｎ Ｏｐｔｉｃａ
Ａｃｔａ，１４巻，４冊，ページ３８９−４００，１
９６７に示されている。この従来の検査法の前提とする
ことは、３つの平面表面のうちのそれぞれ２つの組み合
わせをフイゾー干渉計において相対的に測定すること、
およびこの場合この平面が干渉計ミラーを形成すること
である。しかしミラーの問題点が生ずるためこの絶対測
定は中央の直線に沿ってしか可能でない。本願の発明者
はこの検査法を次のように改善したのである、即ち適切
に選択された数学的理想平面に対する平面の絶対検査
を、任意に多数の中心線上でおよび少数の中心外の線上
で実施できるように改善したのである。このために必要
とされることは、平面を複数回その平面の法線を中心と
して、適切な角度だけ互いに旋回させさらに移動させ
て、さらに各回の旋回または移動後にインターフエログ
ラムを検出作成して評価することである。例えば、６つ
の中心線上の試料と９つの中心外の線上の試料を検査す
るためには、１２の干渉の検出が必要とされる。この方
法は直線から成る網の上の平面の絶対測定を可能とする
が、しかしこれらの直線間には試料表面が未知の領域が
常に存在する。さらに３つの試料のうちの２つが測定光
の波長に対して常に透過性でなければならない。さらに
旋回または移動の場合の意図されない平面の跳躍的変化
がエラーのある測定値を生ぜさせる。

【０００４】前述のミラーの問題を、全部で４つの平面
を補助ミラーの使用の下に相互に相対的に測定すること
により、解決することが提案されている。しかしさらに
正確に調べてみると、この方法も絶対検査を個々の直線
上でしか可能にしないことがわかった。

【０００５】平面に対して包括的な多項式表示を設定す
ると、このミラーの問題が生じない。この前提の下に例
えば「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２３
巻，３７９ページ，１９８４」に平面の面特性の絶対検
査が可能にされていることが示されている。しかし包括
的な多項式表示は低域濾光として作用するため、３次元
の解像度の損失を考慮する必要がある。

【０００６】平面の面特性の絶対測定のための別の公知
の方法はＲｉｔｃｈｅｙ−Ｃｏｍｍｏｎ−Ｔｅｓｔであ
り、これはＦ．Ｍ．Ｋｕｅｃｈｅｌ ｉｎ Ｓｕｍｍａ
ｒｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｐａｐｅｒｓ Ｐｒｅｓｅｎ
ｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆａｂｒｉｃ
ａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｗｏｒｋｓｈｏ
ｐ，２１．−２３．Ｏｋｔｏｂｅｒ １９８６，Ｓｅａ
ｔｔｌｅ，ページ１１４−１１９に記載されている。こ
の方法はオートコリメータ方式によるＴｗｙｍａｎ−Ｇ
ｒｅｅｎ干渉計のように動作する。３つの別個の方法ス
テップにおいて、まず最初に干渉計により生ぜさせられ
た波頭干渉が測定される。次の２つの方法ステップにお
いて、試料表面がその都度に異なる入射角度の下に、干
渉計の拡大する測定光ビーム路の中へ挿入されてその都
度に１つの別のインターフエログラムが検出される。こ
れらの５つのインターフエログラムから次に数学的理想
表面からの試料表面の偏差が算出される。しかしこの評
価の際の計算器の費用は著しく大きい、何故ならばカメ
ラの等間隔のピクセルパターンが試料表面へ、拡がって
ゆく測定光ビームの斜めの入射により、等間隔でないピ
クセルパターン−その格子間隔は入射角度にも依存する
−へ結像されてしまうからである。そのため、ピクセル
間の局所的な補間−これは著しく時間がかかる−によ
る、全部で３つの異なるピクセルパターンの間での換算
が必要とされる。

【０００７】

【発明の解決すべき課題】本発明の課題は、平面の面特
性検査を、大きな解像度でかつわずかな算出費用で実施
可能に述べた形式の方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題は請求項１の特
徴部分に示された構成により解決されている。即ち前述
の形式の絶対検査法において、２つの検査されるべき平
面を異なる入射角度の下に干渉計の測定光ビーム路の中
へ同時に挿入するようにし、さらに両方の平面により生
ぜさせられた波頭干渉を測定するようにし、さらに少な
くとも１つの入射角度を変化させるように構成したので
ある。

【０００９】さらに前述の方法を実施する装置におい
て、本発明によれば、干渉計が基板の上に配置されてお
り、該基板の上に第１の平面の位置定め用の手段が測定
ビーム路に２つの異なる入射角度の下に設けられてお
り、第２の平面の位置定め用の別の手段が、第１の平面
によりそれぞれ偏向される光ビーム路中に設けられてお
り、測定光ビーム路に所属する干渉計ミラーの位置定め
用の手段が、第２の平面において偏向される光ビーム路
中に設けられており、第１の平面の移動用の手段が入射
平面において平面の法線に垂直に設けられており、イン
ターフエログラムの検出用のカメラセンサおよびインタ
ーフエログラムの評価用の計算器が設けられている。

【００１０】本発明に対して重要なことは、検査される
べき両方の平面表面が同時に干渉計の中へ挿入されるこ
とである。この構成により両方の干渉計ミラーの相互の
間の相対的な配向関係が維持される。入射角度の変化も
両方の平面の相互の間の相対的な配向関係を変化させな
いため、本発明による方法は冒頭に述べたミラーの問題
点を回避する。そのため平坦性の絶対検査が可能とな
る。

【００１１】この絶対測定は少なくとも３つの方法ステ
ップにおいて行なわれる：第１の方法ステップにおいて
は、負荷の取り付けられない場合のインターフエログラ
ムが検出されて、このインターフエログラムから第１の
位相検査カードが即ち測定光ビームと基準ビームとの間
の位相差が、その被測定場所の関数として形成される。
第２の方法スタップにおいては、検査されるべき両方の
表面が異なる入射角度の下に干渉計の測定光ビーム路の
中に取り付けられて、第２の位相検査カードが形成され
る。次に第３の方法ステップにおいては、少なくとも１
つの入射角度が変化されて第３の位相検査カードが形成
される。この場合これらの方法ステップの順序は重要で
はない。

【００１２】入射角度の選定に応じてさらに必要とされ
ることは、平面をこの平面と共面に入射平面に平行に移
動させた後に、または１つの入射角度が２回変化された
後に、もう１つのインターフエログラムを記録すること
である。次にこの第４のインターフエログラムから第４
の位相検査カードが形成される。

【００１３】これらの位相検査カードの形成のために複
数個の異なる方法も公知であるが、ここでは説明する必
要がない。この方法の一部およびこれらの利点および欠
点に関するわかりやすい概観は、論文「Ｂ． Ｄｏｅｒ
ｂａｎｄ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｅｔ Ｓｔｕｔｔｇａ
ｒｔ，１９８６，」に示されていることをここに付記し
ておく。使用される方法に応じてさらに付加的な方法ス
テップが必要とされる。例えば位相ステッピング法（Ｐ
ｈａｓｅ−Ｓｔｅｐｐｉｎｇ−Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ）の
使用の場合はさらに、例えば光軸に沿って基準ミラーを
移動させることによる位相関係を時間的にシフトさせる
ことが必要とされる。

【００１４】干渉計がテレセントリックな測定光ビーム
路を有する時は、第１の位相検査カードの位相値が、各
々の測定点における両方の他の検査カードの位相値から
減算だけされて、これにより干渉計の、この位相検査カ
ードへの影響が除去される。次の評価のために、即ち１
つの平面に起因する波頭干渉の算出のためには、さらに
線形な数式系の解を求めることだけである。このことは
計算器で市販のソフトウエアを用いて実施できる。

【００１５】解の求められるべき数式系は、両方の平面
の入射角度が変化される時に、および一方の入射角度の
余弦が他方の入射角度の余弦の複数倍である時に、簡単
化される。そのため測定点の間の局所的な補間が必要と
されない。このことはインターフエログラムがカメラに
より個々のピクセルパターン上においてだけ記録される
時にも、当てはまる。しかし統計的なばらつき−これに
より波頭干渉が測定される−は、整数倍の値が大きい
と、増加する。そのためこの整数倍の値は２とすべきで
ある。

【００１６】対称性の理由で、入射角度の変化は入射角
度の入れ換えに相応させるべきである。このことは、両
方の平面そのものを互いに入れ換えることにより、実施
できる。そのため両方の平面の波頭干渉が同じ値の統計
的なばらつきをもって測定される。

【００１７】平面の移動の場合、小さい方の入射角度を
有する平面が移動される、何故ならばまさにこの表面が
通常は完全には照射されないからである。

【００１８】この平面を、移動方向において照射される
領域の半分だけ２回移動させることが、測定領域の縁に
おいても波頭干渉が高い統計的精度で測定されること
を、保証する。個々のピクセルパターン上での平面検査
が行なわれる場合、移動はピクセル間隔の整数倍の値を
有すべきようにされる。平面検査の所望の精度に応じ
て、および数学的理想平面からの被検査平面の偏差に応
じて、ピクセル間隔のこの整数倍の値が、このピクセル
間隔の少なくとも１０分の１へ維持される。

【００１９】対称性の理由に基づいてさらに勧められる
ことは、入射角度の入れ換え後に第２の平面も、移動方
向において照射される領域の半分だけ、２回移動させる
ことである。その結果、全部で７つのインターフエログ
ラムが検出される。例えば移動の際に生ずることもある
平面の相互の間の跳躍的変化が算出されて、さらにこれ
らの平面による波頭干渉の算出の際に考慮される。

【００２０】本発明による方法はマイケルソン干渉計を
用いてもフイゾー干渉計を用いても実施可能である。し
かもフイゾー干渉計はコンパクトな構造を可能にする。

【００２１】干渉計を通常のように基板の上に設置する
と有利な装置ができる。この場合この基板は複数個の位
置定め補助手段を有しており、これらが使用者に、個々
の方法ステップにおいてどの位置に平面と測定光ビーム
路の干渉計ミラーを取り付けるべきかを指示する。

【００２２】高い再現性を保証する簡単な位置定め補助
手段として、レールを３点支承体のために設けることが
できる。そのため干渉計の使用者は、絶対値の検査され
る平面を干渉計ミラーとして用いて、さらに平面により
生ぜさせられた波頭干渉を記憶することにより、常に平
面の絶対値を精密に測定することがまたは干渉計を較正
することができる。そのためこの種の装置の長時間安定
性に対する特別な要求は設定する必要がない。

【００２３】フイゾー干渉計の較正のために、両方の平
面のうちの一方が帯状体格子であると、有利である。こ
の場合は入射角度に応じて、これらの平面の異なる反射
係数を設定調整することができる。

【００２４】

【実施例の説明】次に本発明の実施例を図面を用いて説
明する。

【００２５】図１にマイケルソン干渉計の光ビーム路が
示されている。Ｌで示されたレーザが平行な光ビームを
発生する。この光ビームはテレスコープＴにより幅が拡
大され、さらにビーム分割器Ｓにより測定ビーム路Ｍの
中へおよび基準ビーム路ＲＦの中へ案内される。第１の
干渉計ミラーＩが基準ビーム路ＲＦをそのものの中へお
よび第２の干渉計ミラーＨが測定ビーム路をそのものの
中へ、もとの方向へ戻す。これらの戻された両方のビー
ム路はビーム分割器ＳによりカメラセンサＫへ案内され
る。このカメラセンサＫは、測定ビームによる基準ビー
ムの３次元の解像された干渉像を即ちインターフエログ
ラムを検出する。

【００２６】基準ビーム路ＲＦにおける光路長と測定ビ
ーム路Ｍにおける光路長とは異なるが、この光路差はレ
ーザＬのコヒーレント長さよりも小さい。

【００２７】基準ビーム路ＲＦにおける干渉計ミラーＩ
は、垂直の入射角からわずかな角度ε−ここでは拡大さ
れて示されている−だけ旋回されている。この構成によ
りインターフエログラムに、ビーム路に設けられている
全部の反射面が完全に平らである場合も、３次元の搬送
周波ｆｏが変調される。そのためインターフエログラム
が周期的な強度分布を有するようになる。

【００２８】しかし面の実際の平面は数学的な理想平面
からの高さ偏差を常に有している。この高さ偏差が３次
元の波頭干渉Φ（ｘ，ｙ）を生ぜさせる。そのためカメ
ラセンサＫにより検出されるインターフエログラムは次
の式で表われる強度分布を有する。

【００２９】 Ｉ（ｘ，ｙ）＝ａ（ｘ，ｙ）＋ｂ（ｘ，ｙ）cos（２πｆ_oｘ＋Φ（ｘ，ｙ））。

【００３０】この場合に前提とされていることは、カメ
ラセンサＫがｘ，ｙ平面に設けられることと、およびｘ
軸がこの図面と共面に設けられていることである。

【００３１】この３次元の波頭干渉Φ（ｘ，ｙ）は前述
のＢ．Ｄｏｅｒｂａｎｄの引用文献に示されている３列
アルゴリズム（３−Ｓｔｒｅｉｆｅｎ−Ａｌｇｏｒｉｔ
ｈｍｕｓ）により、計算器Ｒにおいて算出される。

【００３２】図１において各々の反射平面Ｈ，Ｉ，Ｓに
それぞれ１つの右手系の座標系が配属されている。これ
らの座標系のＸ軸はこの図面平面に設けられており、Ｚ
軸は平面の法線にそれぞれ平行に設けられている。各々
の平面の座標軸は、それぞれの平面の記号を添字として
有する。そのため（ｘ_I,ｙ_I,ｚ_I）で基準ビーム路ＲＦ
の干渉計ミラーＩの座標系が示され、（ｘ_H，ｙ_H，
ｚ_H）で測定ビーム路Ｍにおける干渉計ミラーＨの座標
系が示され、（ｘ_S，ｙ_S，ｚ_S）でビーム分割器Ｓの座
標系が示されている。

【００３３】波頭干渉Φ（ｘ，ｙ）は個々の平面の波頭
干渉から加算的に合成される： Φ_a（ｘ，ｙ）＝Φ_I（ｘ_I，ｙ_I）＋Φ_H（ｘ_H，ｙ_H）−２Φ_S（ｘ_S，ｙ_S） (1) この場合に前提とされていることは、ビーム分割器Ｓが
唯一つの反射平面を有することである。

【００３４】図２と図３に図１におけるものと同じマイ
ケルソン干渉形が示されている。そのため同じコンポー
ネントには図１におけるものと同じ参照記号が付されて
いる。図１との相違は図２および図３においては、検査
されるべき２つの平面Ａ，Ｂが異なる入射角α，βの下
に相次いで干渉計の測定ビーム路Ｍに設けられているこ
とである。図２において測定ビーム路Ｍは、まず最初に
角度αの下に第１の平面Ａにおいて反射案内され、続い
て角度βの下に第２の平面Ｂにおいて反射案内される。
続いて測定ビーム路Ｍは干渉計ミラーＨにおいてそれ自
身の中へ帰還するように反射案内される。測定ビーム路
Ｍは図２および図３において、図１における測定ビーム
路Ｍと同じ長さを有する。

【００３５】図３においては両方の平面Ａ，Ｂは図２と
比較して次のように旋回されて設けられている、即ち測
定ビームが、第１の平面Ａにおいては角度βの下で、お
よび第２の平面Ｂにおいては角度αの下に反射案内され
る。

【００３６】両方の平面、Ａ，Ｂにも右手系の座標系
（ｘ_A，ｙ_A，ｚ_A），（ｘ_B，ｙ_B，ｚ_B）が配属されてお
り、それらのｚ軸（ｚ_A，ｚ_B）はそれぞれの平面に垂直
に設けられており、それらのｘ軸（ｘ_A，ｘ_B）は図面平
面においてそれぞれの平面Ａ，Ｂに平行に設けられてい
る。

【００３７】同時に２つの平面Ａ，Ｂが測定ビーム路中
に挿入されている。そのため干渉計ミラーＨ，Ｉが、図
１におけると同様に正確に方向づけられている。そのた
め反射性に関する問題点は生じない。

【００３８】これらの装置において別のインターフエロ
グラムがカメラセンサＫにより検出される。両方の平面
Ａ，Ｂが別の付加量Φ_A（ｘ_A，ｙ_A），Φ_B（ｘ_B，ｙ_B）
を全体の波頭干渉Φ（ｘ，ｙ）へ加算することは明かで
ある。図２の装置において全体の波頭干渉は次の値を有
する。

【００３９】 Φ_b1（ｘ，ｙ）＝Φ_a（ｘ，ｙ） ＋２ｃｏｓ α Φ_A（ｘ_A・ｃｏｓ α，ｙ_A） （２） ＋２ｃｏｓ β Φ_B（−ｘ_B・ｃｏｓβ，ｙ_B） この場合に考慮されていることは、平面Ａ，Ｂにおいて
反射される光ビームの位置が、それぞれの入射角度α，
βに依存することである。両方の平面Ａ，Ｂの波頭干渉
Φ_A，Φ_Bが、垂直な入射の場合にそれぞれの平面が生ぜ
させることになる波頭干渉を示す。入射角度α，βによ
りその都度に、係数ｃｏｓαないしｃｏｓβだけ小さい
量が形成される。式（２）における係数２が、両方の平
面Ａ，Ｂの各々における２回の反射を示す。

【００４０】２つの別のインターフエログラムが次の動
作の後に検出される。即ち第１の平面Ａが距離Ｘ_A−こ
のＸ_Aは第１の平面ＡにおけるＸ_A 方向のピクセル間隔
の整数倍に相応する−だけ、正のＸ_A方向（矢印Ｐｂ₂）
へまたは負のＸ_Aの方向（矢印Ｐｂ₃）へ移動されてか
ら、前記の検出が行なわれる。

【００４１】この場合に測定される全体の波頭干渉は次
の２つの式で示される： Φ_b2（ｘ，ｙ）＝Φ_a（ｘ，ｙ） ＋２ｃｏｓ α Φ_A（（− ｘ_A ＋ ｘ_A）・ｃｏｓ α，ｙ_A） （３） ＋２ｃｏｓ β （−ｘ_B・ｃｏｓ β，ｙ_B） この（３）は矢印Ｐｂ₂の方向へ移行された後の式であ
る。さらに Φ_b3（ｘ，ｙ）＝Φａ（ｘ，ｙ） ＋２ｃｏｓ α Φ_A（（ｘ_A＋ｘ_A）・ｃｏｓ α，ｙ_A） （４） ＋２ｃｏｓ β Φ_B（−ｘ_B・ｃｏｓ β，ｙ_B） この（４）式は平面Ａが矢印Ｐｂ₃の方向へ移動された
後の式である。

【００４２】図３に示された装置においては３つの別の
インターフエログラムがカメラセンサＫにより検出され
て計算器Ｒにより評価される。しかしこの装置の場合
は、第２の平面ＢがそのＸ_B軸に沿って、記録の間に、
距離Ｘ_B−このＸ_Bは第２の平面Ｂの上でピクセル間隔の
整数倍だけＸ_B方向へ相応する−だけ移動される。

【００４３】カメラセンサＫの平面において測定された
波頭干渉は、入れ換えられた入射角度の考慮の下に得ら
れる： Φ_C1（ｘ，ｙ）＝ Φ_a（ｘ，ｙ） ＋２ｃｏｓ β Φ_A（ｘ_A・ｃｏｓβ，ｙ_A） （５） ＋２ｃｏｓ α Φ_B（−ｘ_B・ｃｏｓ α，ｙ_B） この（５）は、移動されない場合の式である。

【００４４】 Φ_C2（ｘ，ｙ）＝Φ_a（ｘ，ｙ） ＋２ｃｏｓ β Φ_A（ｘ_A・ｃｏｓ β，ｙ_A） （６） ＋２ｃｏｓ α Φ_B（（−ｘ_B−ｘ_B）・ｃｏｓ α，ｙ_B） この（６）は矢印Ｐｃ₂の方向（＋Ｘ_B方向）へ移動され
た後の式である。

【００４５】 Φ_C3（ｘ，ｙ）＝Φａ（ｘ，ｙ） ＋２ｃｏｓ β Φ_A（ｘ_A・ｃｏｓ β，ｙ_A） （７） ＋２ｃｏｓ α （（ｘ_B−ｘ_B）・ｃｏｓ α，ｙ_B） この（７）は矢印Ｐｃ₃（−Ｘ_B方向）へ移動された後の
式である。

【００４６】次の評価が、両方の平面表面Ａ，Ｂの波頭
干渉の値Φ_AおよびΦ_Bを求めてこの数式系を解くことに
より、行なわれる。この評価は入射角度α，βの選択に
より簡単化される。入射角度はｃｏｓα＝２ｃｏｓβと
なるように選定されている。これによりカメラセンサＫ
の個々のピクセルパターンが平面Ａ，Ｂの上の、両方の
平面において同一でかつ全部の方法ステップの間中に同
一である個々のピクセルパターンの上へ写像される。こ
のことは図４および図５に詳細に図示されている。両方
の図にはカメラセンサＫの例えばＸ方向の５つの個々の
ピクセルＫ_-2〜Ｋ₂が示されている。図４に示されてい
る様にビームＭ_-2，Ｍ_-1，Ｍ₀，Ｍ₁，Ｍ₂により第２の
平面Ｂの偶数番のピクセルＢ₄，Ｂ₂，Ｂ₀，Ｂ_-2，Ｂ_-4
が、第１の平面Ａの中央のピクセルＡ_-2，Ａ_-1，Ａ₀，
Ａ₁，Ａ₂を介して、ピクセルごとにカメラセンサＫのピ
クセルＫ_-2，Ｋ_-1，Ｋ₀，Ｋ₁，Ｋ₂へ写像される。

【００４７】第１の平面Ａを２ピクセル−この２ピクセ
ルは、平面Ａの上においてＸ_A方向に照射された領域の
半分に相応する−だけ矢印Ｐｂ₂の方向へ移動した後
に、数２だけ小さい添字を有するこの平面Ａのピクセル
が即ちピクセルＡ_-4，Ａ_-3，Ａ_-2，Ａ_-1，Ａ₀が、第２
の平面Ｂの偶数ピクセルＢ₄，Ｂ₂，Ｂ₀，Ｂ_-2，Ｂ_-4へ
およびカメラセンサＫのピクッセルＫ_-2，Ｋ_-1，Ｋ₀，
Ｋ₁，Ｋ₂へそれぞれ写像される。同様に第１の平面Ａを
矢印Ｐｂ₃の方向へ２ピクセルだけ移動した後に、数２
だけ大きい指標を有する第１の平面のピクセルが即ちピ
クセルＡ₀，Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃，Ａ₄が、第２の平面Ｂの同
じ偶数ピクセルＢ₄，Ｂ₂，Ｂ₀，Ｂ_-2，Ｂ_-4へおよびカ
メラセンサＫのピクセルＫ_-2，Ｋ_-1，Ｋ₀，Ｋ₁，Ｋ₂へ
それぞれ写像される。

【００４８】図５に、両方の平面Ａ，Ｂの入射角度が互
いに入れ換えられた時のカメラセンサＫのピクセル
Ｋ_-2，Ｋ_-1，Ｋ₀，Ｋ₁，Ｋ₂の写像が示されている。こ
の場合は平面の偶数ピクセルＡ_-4，Ａ_-2，Ａ₀，Ａ₂，Ａ
₄だけが写像される。

【００４９】重要なことは、両方の平面Ａ，Ｂに一義的
な個々のピクセルパターンＡ_-4〜Ａ₄，Ｂ_-4〜Ｂ₄が配属
できること、およびインターフエログラムの検出の場合
にこれらのピクセルパターンの点がカメラセンサＫのピ
クセルＫ_-2〜Ｋ₂へ常に写像されることである。ピクセ
ル間の補間は必要とされない。上述の７つの式（式
（１）〜（７））から成る数式系は次の形式で表わすこ
とができる。

【００５０】Ｆ Φｙ ＝ ΔΦｙエラーマトリクスＦ
はこの場合、４ｍ−２個の列および６ｍ個の行を有する
マトリクスである。ただしｍはカメラセンサｋのｘ方向
におけるピクセルの個数である。ベクトルΦ_yにおいて
両方の平面Ａ，Ｂの、求められる波頭干渉Φ_AおよびΦ_B
が、それぞれＸ_A方向，Ｘ_B方向の２ｍ−１個のピクセル
に対して互いにリストされている。行ベクトルΔΦ_yに
おいて相応の波頭干渉を示す次の式 ΔΦ_b1＝Φ_b1−Φ_a，ΔΦ_b2＝Φ_b2−Φ_a，ΔΦ_b3＝Φ_b3−Φ_a， ΔΦ_c1＝Φ_c1−Φ_a，ΔΦ_c2＝Φ_c2−Φ_a，ΔΦ_c3＝Φ_c3−Φ_a， が、カメラセンサＫのＸ方向へのｍ個のピクセル（即ち
合計で６ｍ個）に対してリストされている。ベクトルΦ
_yとΔΦ_yの値は等しいｙの値の場合に全部の値を取る。

【００５１】このリニアの数式系（８）は次にカメラセ
ンサＫの各々の列に対してｙ方向において解かれる。５
１２×５１２ピクセルを有する市場のＣＣＤカメラの場
合、この数式系は５１２回解かれる必要がある。しかし
エラーマトリクスＦはｘおよびｙに依存しないため一定
である。Ｆの個々の係数は０かｃｏｓαかｃｏｓβであ
る。

【００５２】数式系（８）を、転置されたエラーマトリ
クスＦ^Tと、Ｆ^TＦに対して反転されたマトリクス（Ｆ^T
Ｆ）^-1とを乗算することにより、解として重みマトリク
スＧを有する次の式が得られる。

【００５３】 Φ_y＝（Ｆ^TＦ）^-1 Ｆ^T ΔΦ＝Ｇ ΔΦ_y 一定の重みマトリクスＧは計算器Ｒの中に記憶されてお
り、これにより、第１の平面Ａの全部の点Ｘ_A，Ｘ_Bにお
ける波頭干渉Φ_A（ｘ_A，ｙ_A）と、第２の平面Ｂの全部
の点ｘ_B，ｙ_Bにおける波頭干渉Φ_B（ｘ_B，ｙ_B）との迅
速な算出が可能となる。

【００５４】点ｘ_A，ｙ_Aにおける波頭干渉Φ_A（ｘ_A，ｙ
_A）から、次にｚ_A方向における第１平面Ａの数学的理想
平面からの偏差Δｚ_Aが、式２×２πΔｚ_A（ｘ_A，ｙ_A／
λ）＝Φ_A（ｘ_A，ｙ_A）を用いてレーザＬの波長λが既
知の場合に算出される。同様のことが第２の平面Ｂの偏
差Δｚ_B（ｘ_B，ｙ_B）に対しても当てはまる。

【００５５】重みマトリクスＧの１つの行の係数の２乗
の和の平方根が、統計的なばらつきの尺度であり、この
ばらつきにより波頭干渉Φ_AおよびΦ_Bが求められる。こ
の重みマトリクスＧはカメラセンサＫのｙ方向の全部の
列に対して等しいため、この統計的なばらつきはそれぞ
れのｙの値に依存しない。第１の平面Ａの中央における
統計的なばらつきは、第１の平面Ａの中央における全部
の波頭干渉（Φ_a1，Φ_b1，Φ_b2，Φ_b3，Φ_c1，Φ_c2，Φ
_c3）を有するばらつきよりも、わずかに大きいことが示
される。測定領域の±ｘ_A方向の縁においてはこのばら
つきがいくつか増加する。負荷の装着されない時の干渉
計の波頭干渉Φ_aに伴なうこのばらつきを生ぜさせる大
きい値の統計エラーは、波頭干渉Φ_aを複数回測定する
ことにより、著しく低減されることが示されている。

【００５６】対称的な配置にもとづいてこのことが、第
１の平面Ａおよび第２の平面Ｂに対して当てはまること
は、明らかである。

【００５７】ｙ方向におけるカメラセンサＫの各々の列
に対して、上述の数式系（８）を用いて、４ｍ−２個の
未知数が両方の平面Ａ，Ｂの波頭干渉に対して算出され
る。この目的で全部で６ｍ個の式が用いられる、即ちこ
の数式系は冗長となる。他方これまでの解法の場合は、
移動の場合の平面Ａ，Ｂの、場合による１つの跳躍的変
化もまだ考慮されていない。しかしこの種の跳躍的変化
はエラーを伴なう測定の結果を生ぜさせてしまう。その
ため同じ評価がもう１度実施されるが、今回は波頭干渉
ΔΦ_b2，ΔΦ_b3，ΔΦ_c2，ΔΦ_c3だけが評価のために用
いられる。この第２の評価が別の波頭干渉Φ_A2（ｘ_A，
ｙ_A）またはΦ_B2（ｘ_B，ｙ_B）を供給すると、測定ビー
ム路Ｍの跳躍的変化または長さ変化が行なわれる。これ
らは差Φ_A（ｘ_A，ｙ_A）−Φ_A2（ｘ_A，ｙ_A）またはΦ
_B（ｘ_B，ｙ_B）−Φ_B2（ｘ_B，ｙ_B）から算出される。こ
の場合、これらの差の消滅が、適切な跳躍適変化または
長さ変化を考慮した場合に必要とされる。式（２）〜
（７）の各々においてさらに左辺に、測定されるべき位
相表面が平面の式ｒ_iｘ＋ｓ_iｙ＋ｔ_iの形式で加算でき
る。この場合この添字ｉは、式（ｉ）に所属する位相平
面を示す。係数ｓ₂，ｓ₅，ｔ₂およびｔ₅は任意に選択可
能であり、次に全部のその他の係数は一義的に算出され
る。この場合、対称性にもとづいて、いくつかの係数は
等しいか、または極性が反対で大きさが等しい。

【００５８】図６に平面の絶対測定のための第２の実施
例が示されている。これは実質的にフイゾー干渉計から
構成されている。この実施例における大部分のコンポー
ネントは図１から図５までの実施例のコンポーネントに
相応している。そのため後者のコンポーネントには同じ
記号が付せられている。

【００５９】マイケルソン干渉計との相違点は、測定ビ
ーム路と基準ビーム路がフイゾー干渉計においては１つ
の共通の領域Ｇ₆を有することである。基準ビーム路Ｉ₆
の干渉計ミラーは部分的に透光性でありかつくさびの形
状を有する。カメラセンサＫ₆の前方にさらに１つの空
間周波数フイルタＦ₆が配置されている。干渉計ミラー
Ｉ₆の全面Ｉ_6Vにおいて反射された光はこのフイルタに
より濾光される。

【００６０】この測定法は図１〜図５の記載の測定法に
類似する。平面Ａ₆，Ｂ₆のトポグラフイーは計算器Ｒ₆
による面の検査および評価の後に、モニターＭＯ₆の上
にグラフ表示される。

【００６１】図６の図面において、第１の平面Ａ₆が入
射角度α₆で、第２の平面Ｂ₆が入射角度β₆で、測定ビ
ーム路Ｍ₆の中に設けられている。これらの両方の平面
Ａ₆，Ｂ₆も干渉計ミラーＨ₆もミラーホルダーＰ_A，
Ｐ_B，Ｐ_Hの上に取り付けられている。

【００６２】基板ＢＰ₆の上にＴ形のレールＪ₆₁，
Ｊ₆₂，Ｊ₆₃，Ｊ₆₄が設けられており、これらにはそれぞ
れ溝Ｎ₆₁，Ｎ₆₂，Ｎ₆₃，Ｎ₆₄が設けられている。これら
の溝Ｎ₆₁〜Ｎ₆₄の中において、図示されていない球がミ
ラーホルダーＰ_A，Ｐ_B，Ｐ_Hの下側に係合できる。これ
により３点支承が実施される。

【００６３】相応のレールがミラーホルダーＰ_A，Ｐ_B，
Ｐ_Hの下側にも、図示されている位置において設けられ
ている。しかしこれらのレールはミラーホルダーＰ_A，
Ｐ_B，Ｐ_Hによりおおわれているため図示されていない。

【００６４】両方の平面Ａ₆，Ｂ₆の入射角度α₆，β₆を
互いに入れ換える目的で、第１の平面Ａ₆を支持するミ
ラーホルダーＰ_AがレールＪ₆₁の上へ置かれ、第２の平
面Ｂ₆を支持するミラーホルダーＰ_BがレールＪ₆₄の上へ
置かれる。干渉計ミラーホルダーＨ₆を支持するミラー
ホルダーＰ_HはレールＪ₆₃の上へ置かれる。

【００６５】負荷を装着しない干渉計の波頭干渉を測定
する目的で、両方の平面Ａ₆，Ｂ₆がインターフエロメー
タの測定ビーム路から取り除かれて、次に干渉計ミラー
Ｈ₆がレールＪ₆₂の上へ置かれる。

【００６６】両方の平面Ａ₆，Ｂ₆のミラーホルダー
Ａ₆，Ｂ₆にそれぞれマイクロメータμｍのねじＭ_A，Ｍ_B
が設けられている。これらのねじは両方の平面Ａ₆，Ｂ₆
の移動を、図面においておよびそれぞれの平面Ａ₆，Ｂ₆
へ平行に実施可能にする。

【００６７】両方の平面Ａ₆，Ｂ₆の絶対値が検査された
後に、干渉計が次のように校正される、即ち干渉計ミラ
ーＨ₆ではなく両方の平面Ａ₆，Ｂ₆の一方がインターフ
エロメータの中へ挿入されることにより、較正される。
しかしこのフイゾー干渉計においては、コントラストの
強いインターフエログラムを検出可能にする目的で、検
査されるべき平面Ａ₆，Ｂ₆は、一方では、できるだけ大
きい反射係数を有するべきであるという問題が生ずる。
他方では同じ理由から干渉計ミラーＨ₆は、できるだけ
小さい反射係数を有すべきである。

【００６８】しかしこの問題は、第２の平面Ｂ₆が、交
番的に不透性の帯状体と反射性の帯状体から成る分割を
有するようにして、解決できる。反射性の帯状体は不透
性の帯状体よりも幅を広くすべきである。この場合、平
面Ｂ₆は０．−回折精度による絶対検査の目的で調べら
れる。平面Ｂ₆はこの場合、大きい反射係数を有する。
干渉計の校正の目的で次に平面Ｂ₆が−干渉計において
次のように旋回されて−干渉計ミラーＨ₆が旋回される
のでなく−設けられる、即ち±１．−回折精度となるよ
うに反射された光が空間周波数フイルタＦ₆へ伝送され
るように、設けられる。この±１．−回折精度の反射係
数は、０．−回折精度の反射係数よりも著しく小さい。

【００６９】分割エラーに起因する波頭干渉は、１番目
の測定が＋１．−回折精度において実施されさらに２番
目の測定が−１．−回折精度において実施されることに
より、除去できる。

【００７０】図１〜図３および図６においてビーム路
は、両方の平面Ａ，Ｂ，Ａ₆，Ｂ₆に対して対称的な検査
条件が存在するように設けられる。対称的な検査条件が
所望されない場合は、干渉計ミラーＨ，Ｈ₆は第２の平
面Ｂ，Ｂ₆のできるだけ近傍に設けられる。ビーム分割
器Ｓ，Ｓ₆とカメラセンサＫ，Ｋ₆との間に設けられるテ
レスコープにより、第２の平面Ｂ，Ｂ₆がカメラセンサ
Ｋ，Ｋ₆の上へ写像される。そのためこの第２の平面が
著しく大きい精度で検査できる。

【００７１】前述のように本発明の実施例によれば入射
角度の選定において、一方の入射角度の余弦を他方の入
射角度の余弦の２倍に相応させる。さらに入射角度の変
化値を両方の入射角度の入れ換えた時の値に相応させ
る。

【００７２】さらに検査されるべき平面の挿入されない
場合の第１のインターフエログラムを検出するように
し、両方の平面の挿入後に第２のインターフエログラム
を検出するようにし、小さい方の入射角度の下に干渉計
の中に設けられた平面の各回の移動後に第３および第４
のインターフエロブラムを検出するようにし、両方の平
面の入射角度の入れ換え後に第５のインターフエログラ
ムを検出するようにし、さらに小さい方の入射角度の下
に干渉計の中に設けられた平面の各回の移動後にそれぞ
れ第６のおよび第７のインターフエログラムを検出する
ようにし、これらのインターフエログラムの強度分布か
ら、干渉性の光波の位相の局所的に解像された像を算出
するようにし、各々の測定点における第１のインターフ
エログラムの位相を別の６つのインターフエログラムの
位相から減算するようにし、さらに計算器においてこれ
らの位相から、両方の平面の各々のドポグラフの像を求
める。さらに両方の平面をフイゾー干渉計の測定光ビー
ム路の中に設ける。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の方法ステップにより平面の絶対検査を実
施する干渉計装置の光ビーム路を示す図面である。

【図２】第２の方法ステップにより平面の絶対検査を実
施する干渉計装置の光ビーム路を示す図面である。

【図３】第３の方法ステップにより平面の絶対検査を実
施する干渉計装置の光ビーム路を示す図面である。

【図４】図２に示した測定光ビーム路の詳細図である。

【図５】図３に示した測定光ビーム路の詳細図である。

【図６】平面の絶対測定用のフイゾー干渉計の平面図で
ある。

【符号の説明】

Ｌ レーザ Ｔ テレスコープ Ｍ 測定光ビーム路 ＲＦ 基準光ビーム路 Ｈ，Ｉ 干渉計ミラー Ｓ ビーム分割器 Ｋ カメラセンサ ｆｏ 搬送周波数 Φ（ｘ，ｙ） 波頭干渉 Ｒ 計算器 Ｈ，Ｉ，Ｓ 反射性平面 Ａ_-4，Ａ_-3，Ａ_-2，Ａ_-1，Ａ₀，Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃，Ａ₄，
Ｂ_-4，Ｂ_-2，Ｂ₀，Ｂ₂，Ｂ₄，Ｋ_-2，Ｋ₂ ピクセル Ｎ₆₁，Ｎ₆₂，Ｎ₆₃，Ｎ₆₄ みぞ Ｐ_A，Ｐ_B，Ｐ_H ミラーホルダー Ｊ₆₁，Ｊ₆₂，Ｊ₆₃，Ｊ₆₄ レール

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 干渉計により生ぜさせられる波頭干渉を
   測定して以後の評価のために考慮する形式の干渉計によ
   る平面の絶対検査法において、２つの検査されるべき平
   面（Ａ，Ｂ）を異なる入射角度（α，β）の下に干渉計
   の測定光ビーム路の中へ同時に挿入するようにし、さら
   に両方の平面（Ａ，Ｂ）により生ぜさせられた波頭干渉
   を測定するようにし、さらに少なくとも１つの入射角度
   （α）を変化させるようにしたことを特徴とする干渉計
   による平面の絶対検査のための方法。
2. 【請求項２】 少なくとも１つの平面（Ａ）を、入射平
   面において、その入射平面の表面法線に対して垂直に移
   動させるようにした請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 両方の平面Ａ，Ｂの入射角度（α，β）
   を変化させるようにした請求項１又は２記載の方法。
4. 【請求項４】 入射角度（α，β）の選定において、一
   定の平面（Ａ）の一方の入射角度（α）の余弦を、他方
   の平面（Ｂ）の他方の入射角度（β）の余弦の整数倍に
   相応するようにした請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】 小さい方の入射角度（α）を有する平面
   （Ａ）を入射平面において移動させるようにした請求項
   ２記載の方法。
6. 【請求項６】 平面（Ａ，Ｂ）の波頭干渉を個々の点パ
   ターンの上で測定するようにし、さらに小さい方の入射
   角度（α）を有する平面（Ａ）を、ピクセル間隔の整数
   倍だけ移動方向へ変位させるようした請求項５記載の方
   法。
7. 【請求項７】 両方の平面（Ａ，Ｂ）を入射角度（α，
   β）を互いに入れ換えるようにし、さらに前記の入れ換
   え後には前記の小さい方の入射角度（α）を有する他方
   の平面（Ｂ）が、同じくピクセル間隔の整数倍だけ２
   回、移動方向へ変位されるようにした請求項６記載の方
   法。
8. 【請求項８】 請求項２の方法を実施するための干渉形
   において、干渉形が基盤（ＢＰ₆）の上に配置されてお
   り、該基板（ＢＰ₆）の上に第１の平面（Ａ₆）の位置定
   め用の手段（Ｊ₆₁）が測定ビーム路に２つの異なる入射
   角度（α₆，β₆）の下の設けられており、第２の平面
   （Ｂ₆）の位置定め用の別の手段（Ｊ₆₄）が、第１の平
   面（Ａ₆）からそれぞれ偏向される光ビーム路中に設け
   られており、測定光ビーム路（Ｍ₆）に所属する干渉計
   ミラー（Ｈ₆）の位置定め用の手段（Ｊ₆₂，Ｊ₆₃）が、
   第２の平面（Ｂ₆）において偏向される光ビーム路に設
   けられており、第１の平面（Ａ₆）の移動用の手段
   （Ｍ_A）が入射平面において平面（Ａ₆）の法線に垂直に
   設けられており、インターフエログラムの検出用のカメ
   ラセンサ（Ｋ₆）および該インターフエログラムの評価
   用の計算器（Ｒ₆）が設けられていることを特徴とする
   インターフエロメータ。