JP6655888B2 - 計測装置、計測方法、および物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検面の形状を計測する計測装置、計測方法、および物品の製造方法に関する。

被検面で反射された被検光と参照面で反射された参照光との干渉により生成される干渉信号に基づいて被検面の形状を計測する計測装置（干渉計）が知られている。このような計測装置では、それに含まれる光学素子での意図しない反射などによる迷光に起因して周期的な非線形誤差（いわゆるサイクリックエラー）が計測結果に生じうる。特許文献１には、被検光と参照光との光路長差を規定の速度で変化させることによって得られるドップラーシフトに基づいてサイクリックエラーを低減する方法が提案されている。

米国特許第６２５２６６８号明細書

特許文献１に記載された方法では、サイクリックエラーを低減するために用いられるドップラーシフトを得るため、被検光と参照光との光路長差を規定の速度（例えばダブルパルス干渉計では１．２ｎｍ／ｓｅｃ）で変化させる必要がある。したがって、光路長差を規定の速度で変化させるための機構が不可欠であった。

そこで、本発明は、被検面の形状を精度よく計測するために有利な技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計測装置は、被検面の形状を計測する計測装置であって、光を前記被検面上の計測箇所および参照面に照射し、前記計測箇所で反射された被検光と前記参照面で反射された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検出することにより、前記被検光と前記参照光との光路長差を検出する検出部と、前記検出部による複数の検出結果に基づいて前記計測箇所の位置を決定する処理部と、を含み、各検出結果は、前記光路長差の変化に対して周期的に変化する誤差を含み、前記検出部は、前記被検光の光路長が前記誤差の周期の１／ｎ（ｎ≧２）だけ互いに異なるｎ種類の状態の各々において前記光路長差を検出することによりｎ個の検出結果を取得し、前記処理部は、前記ｎ個の検出結果に基づいて、前記ｎ個の検出結果のそれぞれに含まれる前記誤差が相殺されるように前記計測箇所の位置を決定する、ことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、被検面の形状を精度よく計測するために有利な技術を提供することができる。

第１実施形態の計測装置を示す概略図である。 サイクリックエラーを抽出する方法を説明するための図である。 被検面上の計測箇所の位置を決定する方法を説明するための図である。 被検面上の各計測箇所について複数の検出結果を取得する方法を説明するための図である。 光学系２０の位置座標を計測するための構成例を示す図である。 集光レンズを含む計測装置の構成例を示す図である。 光学系の駆動例を示す図である。 第５実施形態の計測装置を示す概略図である。 プローブシャフトの先端を示す図である。 サイクリックエラーを抽出する方法を説明するための図である。 第６実施形態の計測装置の計測動作を示すフローチャートである。 第７実施形態の計測装置の計測動作を示すフローチャートである。 プローブの構成例を示す図である。 第８実施形態の計測装置を示す概略図である。 第９実施形態の計測装置を示す概略図である。 空間における気体の密度を変更する方法を示すフローチャートである。 空間における気体の密度を変更する方法を示すフローチャートである。 第１０実施形態の計測装置を示す概略図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

＜第１実施形態＞
本発明に係る第１実施形態の計測装置１００について、図１を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態の計測装置１００を示す概略図である。計測装置１００は、被検物の表面（以下、被検面１）における計測箇所および参照面２５に光を照射し、被検面上の計測箇所で反射された被検光と参照面２５で反射された参照光とによって生成された干渉信号に基づいて、当該計測箇所の位置（高さ）を決定する。そして、計測装置１００は、被検面上における複数の計測箇所の各々について位置を決定することにより、被検面１の形状を計測することができる。計測装置１００は、ヘテロダイン干渉計として構成される。計測装置１００は、例えば、光を射出する光源１０と、被検光および参照光を受光して干渉光を生成する光学系２０と、被検光と参照光との光路長差を検出する検出部３０と、被検面上の各計測箇所の位置を決定する処理部４０とを含みうる。第１実施形態では、計測装置１００の各部の制御を処理部４０が行うものとして説明するが、それに限られるものではなく、各部の制御を行う制御部を処理部４０とは別に計測装置１００に設けてもよい。また、第１実施形態の計測装置１００は、検出部３０と処理部４０とを別々の構成要素として含んでいるが、１つの構成要素として含んでもよい。例えば、検出部３０が処理部４０に含まれるように計測装置１００を構成してもよい。

光源１０は、半導体レーザや固体レーザなどを含み、光を射出する。第１実施形態における光源１０は、例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザを含み、波長λ（λ＝６３３ｎｍ）を有するレーザ光１１を射出する。光源１０から射出されたレーザ光１１は光学系２０に入射する。光学系２０は、例えば、ビームスプリッタ２１と、偏光ビームスプリッタ２２と、λ／４板２３と、ミラー２４と、参照面２５と、受光部２６とを含みうる。ビームスプリッタ２１は、光学系２０に入射したレーザ光１１の偏光状態に依存せずに所定の割合（例えば５：５や、３：７）でレーザ光１１を分割する。偏光ビームスプリッタ２２は、ビームスプリッタ２１を透過したレーザ光１１をＰ偏光成分を含む光とＳ偏光成分を含む光とに分割する。Ｐ偏光成分を含む光およびＳ偏光成分を含む光のうち一方は、偏光ビームスプリッタ２２を透過して参照面２５に入射する。参照面２５で反射された光は、偏光ビームスプリッタ２２を透過してビームスプリッタ２１に入射する。以下では、参照面２５で反射された光を参照光１２と呼ぶ。

一方で、Ｐ偏光成分を含む光およびＳ偏光成分を含む光のうち他方は、偏光ビームスプリッタ２２で反射されてλ／４板２３に入射し、偏光方位が９０°回転されてミラー２４に入射する。ミラー２４で反射された光は再度λ／４板２３に入射し、偏光方位が９０°回転されて偏光ビームスプリッタ２２に入射する。λ／４板２３を２回透過して偏光ビームスプリッタ２２に入射した光は、偏光ビームスプリッタ２２で反射される光の偏光方位に対して１８０°回転した偏光方位を有するため、偏光ビームスプリッタ２２を透過して被検面１（計測箇所）に照射される。被検面１で反射された光は、偏光ビームスプリッタ２２を透過してλ／４板２３に入射し、偏光方位が９０°回転されてミラー２４に入射する。ミラー２４で反射された光は再度λ／４板２３に入射し、偏光方位が９０°回転されて偏光ビームスプリッタ２２に入射する。λ／４板２３を２回透過して偏光ビームスプリッタ２２に入射する光は、偏光ビームスプリッタ２２を透過する光の偏光方位に対して１８０°回転した偏光方位を有するため、偏光ビームスプリッタ２２で反射されてビームスプリッタ２１に入射する。以下では、被検面１で反射された光を被検光１３と呼ぶ。

ビームスプリッタ２１に入射し、当該ビームスプリッタ２１で反射された参照光１２および被検光１３は、受光部２６に入射する。受光部２６は、参照光１２および被検光１３をコリメート光にするレンズを有しており、コリメートされた参照光１２と被検光１３との干渉光を形成する。検出部３０は、受光部２６において形成された干渉光を電気信号に変換したのち、当該電気信号（干渉信号）に基づいて参照光１２と被検光１３との光路長差を検出する。これにより、処理部４０は、検出部３０による検出結果に基づいて被検面上の計測箇所の位置（高さ）を決定することができる。そして、処理部４０は、被検面上における複数の計測箇所の各々について位置を決定することにより、被検面１の形状を求めることができる。

このように構成された計測装置１００では、例えばλ／４板２３で反射された光など、計測装置１００に含まれる光学素子での意図しない反射などによる迷光が受光部２６に入射することがある。このとき、検出部３０による検出結果に周期的な非線形誤差（いわゆるサイクリックエラー）が生じてしまい、被検面上の計測箇所の位置を精度よく決定することが困難になりうる。そこで、第１実施形態の計測装置１００は、被検面上の１つの計測箇所において、光学系２０と計測箇所との間の距離Ｌが互いに異なる複数の状態で検出部３０に光路長差を検出させることにより複数の検出結果を取得する。そして、計測装置１００は、取得した複数の検出結果を用いることにより、各検出結果に含まれるサイクリックエラーを相殺（低減）させて当該１つの計測箇所の位置（高さ）を決定する。以下に、第１実施形態の計測装置１００において、被検面上の計測箇所の位置を決定する方法について説明する。

まず、サイクリックエラーを抽出する方法について説明する。サイクリックエラーは、上述したように計測装置１００の内部における迷光により発生し、参照光１２と被検光１３との光路長差の変化に応じて周期的に変化する誤差である。そのため、処理部４０は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように光学系２０と被検面上の計測箇所との間の距離Ｌを変化させながら、検出部３０に光路長差を検出させる。距離Ｌを変化させるには、例えば、光学系２０と被検面１との相対位置を変更する変更部５０を計測装置１００に設けるとよい。第１実施形態では、変更部５０が、例えば、光学系２０を駆動する駆動部を含み、図２（ａ）に示すように、駆動部によって光学系２０を駆動することで光学系２０と被検面１との相対位置を変更する例について説明する。しかしながら、それに限られるものではなく、例えば、変更部５０が、被検物を駆動するステージを含み、図２（ｂ）に示すように、ステージによって被検物を駆動することで当該相対位置を変更してもよい。また、図２（ｂ）に示すように、変更部５０が、駆動部およびステージの両方を含み、それらによって光学系２０と被検物とを相対的に駆動することによって当該相対位置を変更してもよい。

これにより、処理部４０は、図２（ｃ）に示すように、距離Ｌの変化量と検出部３０によって検出された光路長差の変化量との関係を得ることができる。図２（ｃ）において、実線は、距離Ｌの変化量に対する光路長差の変化量の予測値を示し、破線は、距離Ｌの変化量に対する光路長差の変化量の実測値（検出部３０による検出結果）を示す。図１に示す計測装置において光路長差の変化量と距離Ｌの変化量とは同じであるため、検出部３０によって検出される光路長差の変化量は、図２（ｃ）の実線で示されるように、距離Ｌの変化量に対して線形に変化するはずである。しかしながら、実際には、検出部３０によって検出される光路長差の変化量は、図２（ｃ）の破線で示されるように、距離Ｌの変化量に対して線形に変化しない。そして、図２（ｃ）における予測値（実線）と実測値（破線）との差分を求めると、図２（ｄ）に示すように、周期的な変動成分が得られる。この周期的な変動成分がサイクリックエラーであり、この変動成分によりサイクリックエラーの周期Ｔを得ることができる。ここで、図２（ｄ）では、説明をわかりやすくするため、１種類の周期Ｔを有するサイクリックエラーを示しているが、実際は、複数の光学素子で光が反射されて複数の迷光が生じ、複数種類の周期（Ｔ１、Ｔ２・・・）を有するサイクリックエラーが現われる。サイクリックエラーは、i）所定の周期を有する、ii）距離Ｌの変化に応じて周期的に変動するといった特徴を有する。そのため、複数種類の周期を有するサイクリックエラーが現われても、上述の工程を行うことによってサイクリックエラーを各周期に分離することが容易である。また、サイクリックエラーの周期Ｔは光源１０から射出される光の波長λに依存するため、光源１０から射出される光の波長λからサイクリックエラーの周期Ｔを決定することもできる。

次に、被検面上の計測箇所の位置を決定する方法について説明する。上述したように、サイクリックエラーは所定の周期を有しており、その周期Ｔの半分（Ｔ／２）だけ距離Ｌを変化させると、図２（ｄ）に示すように、サイクリックエラーの位相がπだけシフトする。そのため、処理部４０は、光学系２０と被検面上の計測箇所との間の距離Ｌがサイクリックエラー（誤差）の周期Ｔの１／２だけ互いに異なる２種類の状態の各々において検出部３０に光路長差を検出させ、２つの検出結果を取得する。そして、処理部４０は、取得した２つの検出結果に基づいて計測箇所の位置を決定する。例えば、処理部４０は、光学系２０と被検面上の計測箇所との間の距離Ｌが周期Ｔの１／２だけ互いに異なる第１状態（図３（ａ））および第２状態（図３（ｂ））の各々において検出部３０に光路長差を検出させる。このとき、第１状態における距離Ｌを「Ｌ_０」とすると、第１状態での検出結果Ｍ１および第２状態での検出結果Ｍ２は、式（１）によって表され、それぞれサイクリックエラー（ＣＥ１およびＣＥ２）を含む値となる。
Ｍ１＝Ｌ_０＋ＣＥ１
Ｍ２＝（Ｌ_０＋Ｔ／２）＋ＣＥ２ ・・・（１）

そして、処理部４０は、式（２）に示すように計算することにより、第１状態の検出結果Ｍ１および第２状態の検出結果Ｍ２から距離Ｌ_０を求めることができる。このとき、上述したようにサイクリックエラーＣＥ１とＣＥ２とは位相がπだけ異なり、それらの合計は零になるため、各検出結果に含まれるサイクリックエラーが相殺される。これにより、処理部４０は、被検面上の計測箇所の位置を精度よく決定することができる。ここで、上述の説明では、距離Ｌがサイクリックエラーの周期Ｔの１／２だけ互いに異なる２種類の状態の各々において検出部３０に光路長差を検出させ、それにより得られた２つの検出結果に基づいて計測箇所の位置を決定したが、それに限られるものではない。例えば、距離Ｌが周期Ｔの１／ｎ（ｎ≧２）だけ互いに異なるｎ種類の状態の各々において検出部３０に光路長差を検出させ、それによって得られたｎ個の検出結果に基づいて計測箇所の位置を決定してもよい。この場合においても、各検出結果に含まれるサイクリックエラーの合計が零になり、各検出結果に含まれるサイクリックエラーを相殺させることができるため、計測箇所の位置を精度よく決定することができる。また、ｎ種類の状態は、互いの距離Ｌが周期Ｔの１／ｎ（ｎ≧２）だけ厳密に異なる場合に限定されるものではない。例えば、距離Ｌが周期Ｔの１／ｎ（ｎ≧２）だけ互いに異なるようにｎ種類の状態が設定されていればよい。
Ｍ１＋Ｍ２＝（２Ｌ_０＋Ｔ／２）＋（ＣＥ１＋ＣＥ２），
ＣＥ１＋ＣＥ２＝０，
∴Ｌ_０＝｛（Ｍ１＋Ｍ２）−Ｔ／２｝／２ ・・・（２）

上述したように、第１実施形態の計測装置１００は、被検面上の１つの計測箇所において、距離Ｌがサイクリックエラーの周期Ｔの１／２だけ互いに異なる２種類の状態の各々において検出部３０によって光路長差を検出し、２つの検出結果を取得する。これにより、計測装置１００は、各検出結果に含まれるサイクリックエラーを相殺させて当該１つの計測箇所の位置を精度よく決定することができる。

＜第２実施形態＞
本発明に係る第２実施形態の計測装置について説明する。第２実施形態では、被検面上における複数の計測箇所の各々について位置を決定し、被検面１の形状を計測する方法について説明する。例えば、処理部４０は、被検面上における各計測箇所について、光学系２０と計測箇所との間の距離Ｌがサイクリックエラーの周期Ｔの１／２だけ異なる２種類の状態の各々で検出部３０に光路長差を検出させる。即ち、処理部４０は、１つの計測箇所につき、距離Ｌが周期Ｔの１／２だけ異なる２種類の状態で検出部３０に光路長差を検出させ、複数の検出結果を取得する。これにより、処理部４０は、計測箇所ごとに取得した複数の検出結果を用いて、各検出結果に含まれるサイクリックエラーを相殺させるように各計測箇所の位置を決定し、被検面１の形状を精度よく求めることができる。

被検面上の各計測箇所について複数の検出結果を取得する方法としては、例えば、１つの計測箇所で複数の検出結果を取得する工程を繰り返す方法がある。この方法では、処理部４０は、被検面上の第１計測箇所において、光学系２０と第１計測箇所との間の距離Ｌがサイクリックエラーの周期Ｔの１／２だけ互いに異なる複数の状態の各々で検出部３０に光路長差を検出させる。これにより、処理部４０は、第１計測箇所において複数の検出結果を取得することができる。処理部４０は、第１計測箇所において複数の検出結果を取得した後、光学系２０から被検面１に向けて射出される光の光軸と垂直な方向（ＸＹ方向）において被検面１と光学系２０との相対位置を変更部５０に変更させる。そして、処理部４０は、第１計測箇所とは異なる第２計測箇所において、光学系２０と第２計測箇所との間の距離がサイクリックエラーの周期Ｔの１／２だけ互いに異なる複数の状態で検出部３０に光路長差を検出させる。これにより、処理部４０は、第２計測箇所において複数の検出結果を取得することができる。この工程を繰り返すことにより、処理部４０は、被検面上における各計測箇所について複数の検出結果を取得することができる。

また、各計測箇所について複数の検出結果を取得する方法として、例えば、被検面上の各計測箇所について１つの検出結果を取得した後、距離Ｌを変え、各計測箇所について更に１つの検出結果を取得する工程を繰り返す方法がある。この方法では、処理部４０は、例えば、図４に示すように、被検面１と光学系２０との相対位置（ＸＹ方向）を変更部５０に変更させながら各計測箇所において検出部３０に光路長差を検出させる。そして、処理部は、距離Ｌをサイクリックエラーの周期Ｔの１／２だけ変更部５０に変更させ、その状態で被検面１と光学系２０との相対位置（ＸＹ方向）を変更部５０に変更させながら各計測箇所において検出部３０に光路長差を検出させる。即ち、当該方法では、被検面１と光学系２０との相対値（ＸＹ方向）を変更部５０に変更させながら被検面上の各計測箇所で検出部３０に光路長差を検出させる工程が、距離Ｌが互いに異なる複数の状態の各々について行われる。これにより、処理部４０は、１つの計測箇所で複数の検出結果を取得する工程を繰り返す方法より短い計測時間で、被検面上における各計測箇所について複数の検出結果を取得することができる。

ここで、処理部４０は、光学系２０の位置座標を、光学系２０に設けられた干渉計からの信号に基づいて決定することができる。例えば、光学系２０は、図５に示すように、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向における光学系２０の位置を検出するための複数の干渉計６０を有する。図５では、Ｘ方向における光学系２０の位置を検出するための干渉計６０ｘと、Ｚ方向における光学系２０の位置を検出するための干渉計６０ｚとが示されている。干渉計６０ｘは、Ｘ基準ミラー６１ｘに向けてレーザ光を照射し、Ｘ基準ミラー６１ｘで反射されたレーザ光と干渉計６０ｘに含まれる参照面で反射されたレーザ光との干渉により光学系２０の基準位置からの変位（Ｘ方向）を検出することができる。また、干渉計６０ｚも同様に、Ｚ基準ミラー６１ｚに向けてレーザ光を照射し、Ｚ基準ミラー６１ｚで反射されたレーザ光と干渉計６０ｚに含まれる参照面で反射されたレーザ光との干渉により光学系２０の基準位置からの変位（Ｚ方向）を検出することができる。

また、上述の説明では、距離Ｌがサイクリックエラーの周期Ｔの１／２だけ互いに異なる２種類の状態の各々において検出部３０に光路長差を検出させ、各計測箇所についてそれぞれ２つの検出結果を取得した。しかしながら、それに限られるものではなく、例えば、距離Ｌが周期Ｔの１／ｎだけ互いに異なるｎ種類の状態の各々において検出部３０に光路長差を検出させ、各計測箇所についてｎ個の検出結果を取得してもよい。

＜第３実施形態＞
本発明に係る第３実施形態の計測装置について説明する。光学系２０によって被検面１に光を照射して被検光１３を受光する際、図６（ａ）に示すように被検面１が平面でないと、被検面１への入射光と反射光との光路が異なりうる。この場合、反射光が光学系２０にほとんど入射しないため、参照光１２と被検光１３との干渉により生成される干渉信号に基づいて、参照光１２と被検光１３との光路長差を検出することが困難になることがある。そのため、第３実施形態の計測装置は、図６（ｂ）に示すように、光学系２０と被検面１との間の光路上に集光レンズ２７を含みうる。集光レンズ２７は、傾斜を持つ被検面１に照射され、当該被検面１で反射された光（反射光）が集光レンズ２７を透過することによって、光学系２０から射出された光と平行になるように構成されている。即ち、集光レンズ２７は、光学系２０と集光レンズ２７との間において、光学系２０から射出された光と被検面１で反射された光とが平行になるように構成されている。これにより、被検面１が平面でない場合であっても、被検面１からの反射光を光学系２０に入射させ、光路長差を検出することができる。ここで、図６では、光学系２０と集光レンズ２７とが別々に記載されているが、光学系２０が集光レンズ２７を含むように構成されてもよい。この場合、集光レンズ２７は、偏光ビームスプリッタ２２と被検面１との間の光路上に配置されうる。

＜第４実施形態＞
本発明に係る第４実施形態の計測装置について説明する。計測装置では、上述したように、所定の周期Ｔをもったサイクリックエラーが光路長差の検出結果に生じうる。そのため、第４実施形態の計測装置は、光学系２０と被検面１との相対位置（ＸＹ方向）を変えながら検出部３０に光路長差を検出させる際、図７に示すように、サイクリックエラーの周期Ｔに応じて光学系２０と被検面との間の距離（Ｚ方向）を変化させている。即ち、第４実施形態の計測装置は、サイクリックエラーの周期Ｔに応じて光学系２０を振動させながら、被検面上における複数の計測箇所において検出部３０に光路長差を検出させる。光学系２０を振動させる際の振幅は、事前に取得したサイクリックエラーの周期Ｔの１／ｎ（ｎ≧２）、または光源１０から射出される光の波長λの１／ｎ（ｎ≧２）であるとよい。また、計測におけるサンプリング周期より短い周期で光学系２０を振動させるとよい。即ち、連続して計測を行う２つの計測箇所の間で少なくとも１周期分だけ光学系２０を駆動するとよい。

＜第５実施形態＞
本発明に係る第５実施形態の計測装置２００について、図８を参照しながら説明する。図８は、第５実施形態の計測装置２００を示す概略図である。計測装置２００は、プローブ８０を被検面１に接触させた状態で当該プローブ８０を被検面上で走査することにより被検面１の形状を計測する接触式の計測装置である。プローブ８０は、先端球８１が先端に取り付けられたプローブシャフト８２と、プローブシャフト８２を保持する保持部材８３とを含み、駆動部９０によって駆動されうる。

被検面１の形状データは、プローブシャフト８２の座標（ＸＹＺ座標）に基づいて求められ、プローブシャフト８２の座標は、プローブ８０の保持部材８３に設けられた複数の検出部（例えば干渉計）による検出結果に基づいて求められる。プローブシャフト８２のＸ座標は、保持部材８３のＸ方向側に固定された検出部７０ｘとＸ基準ミラー７１ｘとの間の光路長に基づいて算出される。検出部７０ｘとＸ基準ミラー７１ｘとの間の光路長は、検出部７０ｘからＸ方向に射出されてＸ基準ミラー７１ｘで反射された光と、検出部７０ｘに含まれる参照面で反射された光との干渉光を用いて算出される。同様に、プローブシャフト８２のＹ座標は、保持部材８３のＹ方向側に固定された検出部（不図示）とＹ基準ミラー（不図示）との間の光路長に基づいて算出される。

プローブシャフト８２のＺ座標は、保持部材８３（プローブ８０）とＺ基準ミラー７１ｚ（基準面）との間のＺ方向における距離７２ａと、保持部材８３とプローブシャフト８２との間のＺ方向における距離７２ｂとに基づいて算出される。保持部材８３とＺ基準ミラー７１ｚとの間の距離７２ａは、検出部７２とＺ基準ミラー７１ｚとの間の光路長に基づいて、処理部４０の機能を有する制御部８７によって算出される。検出部７２とＺ基準ミラー７１ｚとの間の光路長は、保持部材８３のＺ方向側に固定された検出部７２（干渉計）によって検出される。検出部７２は、Ｚ基準ミラー７１ｚと検出部７２に含まれる参照面に光を照射し、Ｚ基準ミラー７１ｚで反射された光（被検光）と参照面で反射された光（参照光）との干渉光を検出する。これにより、検出部７２は、検出部７２とＺ基準ミラー７１ｚとの間の光路長を検出することができる。以下では、検出部７２とＺ基準ミラー７１ｚとの間の光路長を第１光路長と呼ぶ。

また、保持部材８３とプローブシャフト８２との間のＺ方向における距離７２ｂは、検出部７２とプローブシャフト８２に設けられた光学素子８４の光学面との間の光路長に基づいて、制御部８７によって算出される。検出部７２と光学素子８４の光学面との間の光路長は、検出部７２によって検出される。検出部７２は、光学素子８４の光学面と検出部７２に含まれる参照面に光を照射し、光学素子８４の光学面で反射された光と参照面で反射された光との干渉光を用いて、検出部７２と光学素子８４の光学面との間の光路長を検出することができる。以下では、検出部７２と光学素子８４の光学面との間の光路長を第２光路長と呼ぶ。ここで、検出部７２は、距離７２ａを算出する際に用いられる参照面と距離７２ｂを算出する際に用いられる参照面とが１つの光学素子に設けられるように構成されるとよい。これにより、検出部７２において、距離７２ａと距離７２ｂとを同時に計測することができるとともに、プローブ８０に生じる外乱変動に対する距離７２ａの変化量および距離７２ｂの変化量を同等にすることができる。

プローブ８０は、図９に示すように、プローブシャフト８２の先端に設けられた先端球８１が被検面１に接触した状態で、検出部７２によって検出された第２光路長に基づいて、距離７２ｂが一定になるように駆動部９０により駆動される。図９は、プローブシャフト８２の先端を示す図である。プローブシャフト８２は、ガイド８５により重力方向（Ｚ方向）に移動可能にガイドされている。

このように構成された計測装置２００では、計測装置２００に含まれる光学素子での意図しない反射などによる迷光により、検出部７２による検出結果（第１光路長）に周期的な非線形誤差（サイクリックエラー）が生じうる。例えば、図１０（ａ）に示すようにプローブシャフト８２がＺ方向に移動すると、制御部８７は、保持部材８３をＺ方向に移動させて距離７２ｂが一定になるように駆動部９０を制御する。よって、保持部材８３に固定されている検出部７２もＺ方向に移動するため第１光路長が変化する。また、図１０（ｂ）に示すように、被検面１がＺ方向に移動した場合においても同様に、制御部８７は、保持部材８３をＺ方向に移動させて距離７２ｂが一定になるように駆動部９０を制御する。よって、保持部材８３に固定されている検出部７２もＺ方向に移動するため第１光路長が変化する。

その結果、検出部７２による検出結果（第１光路長）には、図１０（ｃ）の破線に示すような周期的な誤差（サイクリックエラー）が生じうる。図１０（ｃ）は、距離７２ａの変化量と第１光路長の変化量との関係を示す図である。図１０（ｃ）において、実線は距離７２ａの変化量に対する第１光路長の変化量の予測値を、破線は実測値（検出部７２による検出結果）をそれぞれ示している。図８に示す計測装置２００において、距離７２ａの変化量と第１光路長の変化量とは同じであるため、検出部７２で検出される第１光路長の変化量は、図１０（ｃ）の実線で示されるように、距離７２ａの変化量に対して線形に変化するはずである。しかしながら、実際には、検出部７２によって検出される第１光路長の変化量は、図１０（ｃ）の破線で示されるように、距離７２ａの変化量に対して線形に変化しない。そして、図１０（ｃ）における予測値（実線）と実測値（破線）との差分を求めると、図１０（ｄ）に示すように、周期的な変動成分が得られる。この周期的な変動成分がサイクリックエラーであり、この変動成分によりサイクリックエラーの周期Ｔを得ることができる。ここで、図１０（ｄ）では、説明をわかりやすくするため、１種類の周期Ｔを有するサイクリックエラーを示しているが、実際は、複数の光学素子で光が反射されて複数の迷光が生じ、複数種類の周期（Ｔ１、Ｔ２・・・）を有するサイクリックエラーが現われる。

よって、計測装置２００においても、計測装置１００と同様にサイクリックエラーを抽出することが可能である。また、計測装置１００と同様の処理を行うことでサイクリックエラーを相殺させて、被検面上の１つの計測箇所の位置を精度よく決定することができる。例えば、制御部８７は、距離７２ａがサイクリックエラーの周期Ｔの１／ｎ（ｎ≧２）だけ互いに異なるｎ種類の状態の各々において検出部７２に第１光路長を検出させ、それによって得られたｎ個の検出結果に基づいて計測箇所の位置（Ｚ方向）を決定する。計測箇所とは、例えば、プローブ８０の先端球８１が接する被検面上の箇所のことである。このように、被検面上における複数の計測箇所の各々において、上記の処理を用いて位置を決定することにより、プローブ８０を有する計測装置２００によって被検面の形状を精度よく求めることができる。

＜第６実施形態＞
本発明に係る第６実施形態の計測装置について説明する。第６実施形態の計測装置は、第５実施形態の計測装置２００と同じ装置構成を有し、距離７２ｂが一定になるように駆動部９０によりプローブ８０（保持部材８３）を駆動させている。ここで、プローブ８０の剛性をｋ、検出部７２から光学素子８４の光学面までの距離７２ｂをＨ、被検面１からのプローブ８０（プローブシャフト８２）が受ける反力をＦとすると、それらの関係は、フックの法則から式（３）によって表されうる。よって、剛性ｋを一定とした場合の距離Ｈは、反力Ｆの値により決まるため、被検面１の形状計測を行う際、距離Ｈが一定になるように反力Ｆを制御することが好ましい。即ち、距離Ｈに応じて反力Ｆの制御指令値を決定すればよい。その際の制御は、図１１に示すフローチャートに従って行われうる。計測装置の計測動作について図１１のフローチャートを用いて説明する。
Ｆ＝ｋ・Ｈ ⇔ Ｈ＝Ｆ／ｋ ・・・（３）

Ｓ１１では、制御部８７は、被検面上における計測箇所の上方に先端球８１が配置されるように駆動部９０を制御して、プローブ８０を移動させる。Ｓ１２では、制御部８７は、保持部材８３が−Ｚ方向に移動するように駆動部９０を制御し、当該計測箇所にプローブ８０（先端球８１）を接触させる。制御部８７は、例えば、プローブシャフト８２が伸びている方向と同じ方向、即ち重力方向（Ｚ方向）に、ガイド８５を介して移動可能に構成された保持部材８３を駆動部９０に駆動させる。

Ｓ１３では、制御部８７は、距離Ｈ_ｎが所望の距離になるように反力Ｆ_ｎを制御する。反力Ｆ_ｎは、反力検出部８６によって検出されうる。先端球８１が被検面１に接触してプローブシャフト８２が被検面１から反力Ｆを受けると、プローブシャフト８２が＋Ｚ方向に押し上げられる。プローブシャフト８２が押し上げられると、プローブシャフト８２に設置された光学素子８４の光学面も＋Ｚ方向に押し上げられるため距離Ｈが変化する。したがって、プローブシャフト８２の剛性ｋを一定とする場合、ｎ種類の状態の各々における距離Ｈ_ｎを互いに同じにするには、ｎ種類の状態の各々における反力Ｆ_ｎを、反力検出部８６による検出結果に基づいて制御することが好ましい。この場合、ｎ種類の状態の各々における反力Ｆ_ｎは互いに異なりうる。例えば、制御部８７は、１つ目の状態では距離Ｈ_ｎが所望の距離になるように反力Ｆ_ｎをＦ_１に制御する。２つ目の状態でも距離Ｈ_ｎが所望の距離になるように反力Ｆ_ｎをＦ_２に制御する。ここで、ｎ種類の状態は、上述したように、検出部７２とＺ基準ミラー７１ｚとの間の距離７２ａ（プローブ８０と基準面との間の距離）がサイクリックエラーの周期の１／ｎだけ互いに異なる複数の状態をいう。

Ｓ１４では、制御部８７は、距離Ｈ_ｎが一定となるように保持部材８３のＺ方向への移動を制御しながら、被検面上でプローブ８０（先端球８１）を走査し、被検面上の各計測箇所において検出部７２に第１光路長差を検出させる。これにより、制御部８７は、被検面１の形状データＳ１（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を取得することができる。Ｓ１５では、制御部８７は、ｎ種類の状態の各々において被検面１の形状データＳが取得されたか、即ちｎ個の形状データＳが取得されたか否かを判断する。ｎ個の形状データＳが取得された場合は被検面１の形状データＳの取得を終了する。一方で、ｎ個の形状データＳが取得されていない場合は、検出部７２とＺ基準ミラー７１ｚとの間の距離７２ａを周期Ｔの１／ｎだけ変化させてＳ１３〜Ｓ１５を繰り返す。Ｓ１６では、制御部８７は、取得したｎ個の形状データＳを用いて被検面１の形状を決定する。このように、第６実施形態の計測装置は、検出部７２とＺ基準ミラー７１ｚとの間の距離７２ａが周期Ｔの１／ｎだけ互いに異なるｎ種類の状態の各々について、被検面１の形状データＳを取得する。これにより、各形状データＳに含まれるサイクリックエラーを相殺させて被検面１の形状を精度よく決定することができる。

＜第７実施形態＞
本発明に係る第７実施形態の計測装置について説明する。第７実施形態の計測装置は、第５実施形態の計測装置２００と同じ装置構成を有し、距離７２ｂが一定になるように駆動部９０によりプローブ８０（保持部材８３）を駆動させている。また、上述の式（３）で表されるように、反力Ｆを一定とした場合の距離Ｈは、剛性ｋの値によって決まる。したがって、被検面１の形状測定を行う際、距離Ｈを一定に保つには、プローブの剛性ｋを制御することが好ましい。プローブの剛性ｋは、例えば、距離Ｈに応じた所望の剛性ｋを有するプローブシャフト８２に交換したり、プローブシャフト８２を保持する保持部材８３の構成を変更したりすることにより制御されうる。その際の制御は、図１２に示すフローチャートに従って行われうる。計測装置の計測動作について図１２のフローチャートを用いて説明する。

Ｓ２１では、制御部８７は、被検面上における計測箇所の上方に先端球８１が配置されるように駆動部９０を制御して、プローブ８０を移動させる。Ｓ２２では、制御部８７は、保持部材８３が−Ｚ方向に移動するように駆動部９０を制御し、当該計測箇所にプローブ８０（先端球８１）を接触させる。

Ｓ２３では、制御部８７は、距離Ｈ_ｎが所望の距離になるようにプローブ８０の剛性ｋ_ｎを制御する。プローブ８０の剛性ｋ_ｎの制御とは、例えば、プローブシャフト８２を交換したり、プローブシャフト８２を保持する保持部材８３の構成を変更したりすることである。先端球８１が被検面１に接触して反力Ｆ_ｎを受けると、プローブシャフト８２が＋Ｚ方向に押し上げられる。プローブシャフト８２が押し上げられると、プローブシャフト８２に設置された光学素子８４の光学面も＋Ｚ方向に押し上げられるため、距離Ｈが変化する。したがって、ｎ種類の状態の各々における反力Ｆ_ｎを一定とする場合、ｎ種類の状態の各々における距離Ｈ_ｎを互いに同じにするためには、ｎ種類の状態の各々における剛性ｋ_ｎを異ならせることが好ましい。例えば、計測装置は、剛性が互いに異なる複数のプローブシャフト８２（先端球８１を含む）を有しており、距離Ｈ_ｎおよび反力Ｆ_ｎがそれぞれ所望の値になる剛性ｋ_ｎを有するプローブシャフト８２に交換する。例えば、制御部８７は、１つ目の状態では距離Ｈ_ｎおよび反力Ｆ_ｎがそれぞれ所望の値になる剛性ｋ_１を有するプローブシャフト８２に交換する。また、２つ目の状態でも距離Ｈ_ｎおよび反力Ｆ_ｎがそれぞれ所望の値になる剛性ｋ_２を有するプローブシャフト８２に交換する。ここで、ｎ種類の状態は、上述したように、検出部７２とＺ基準ミラー７１ｚとの間の距離７２ａ（プローブ８０と基準面との間の距離）がサイクリックエラーの周期の１／ｎだけ互いに異なる複数の状態をいう。

Ｓ２４では、制御部８７は、距離Ｈ_ｎおよび反力Ｆ_ｎがそれぞれ一定の状態となるように保持部材８３のＺ方向への移動を制御しながら、被検面上でプローブ８０（先端球８１）を走査し、被検面上の各計測箇所において検出部７２に第１光路長差を検出させる。これにより、制御部８７は、被検面１の形状データＳ１（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を取得することができる。Ｓ２５では、制御部８７は、ｎ種類の状態の各々において被検面１の形状データＳが取得されたか、即ちｎ個の形状データＳが取得されたか否かを判断する。ｎ個の形状データＳが取得された場合は被検面１の形状データＳの取得を終了する。一方で、ｎ個の形状データＳが取得されていない場合は、検出部７２とＺ基準ミラー７１ｚとの間の距離７２ａを周期Ｔの１／ｎだけ変化させてＳ２３〜Ｓ２５を繰り返す。Ｓ２６では、制御部８７は、取得したｎ個の形状データＳを用いて被検面１の形状を決定する。このように、第７実施形態の計測装置は、検出部７２とＺ基準ミラー７１ｚとの間の距離７２ａが周期Ｔの１／ｎだけ互いに異なるｎ種類の状態の各々について、被検面１の形状データＳを取得する。これにより、各形状データＳに含まれるサイクリックエラーを相殺させて被検面１の形状を精度よく決定することができる。

ここで、プローブ８０は、プローブシャフト８２の材質や形状を変えて作製することにより所望の剛性を得ることができる。しかしながら、プローブシャフト８２の材質や形状を変えると、例えば被検面１に接触痕が形成されてしまったり、接触走査による先端球８１の摩耗量が増加してしまったりといったことにより計測精度の低下を引き起こすことがある。そこで、プローブ８０は、プローブシャフト８２の材質や形状を同一として、プローブシャフト８２を保持する保持部材８３の構成のみを変えることによって所望の剛性が得られるとよい。図１３は、プローブ８０の構成例を示す図である。

図１３（ａ）に示すプローブ８０は、プローブシャフト８２を保持する保持部材８３に永久磁石８３ａと電磁石８３ｂとが用いられており、永久磁石８３ａと電磁石８３ｂとの磁力によりプローブシャフト８２が磁気浮上させて保持されている。このようにプローブ８０を構成することにより、永久磁石８３ａの磁力と電磁石８３ｂの磁力を制御することで所望の剛性を得ることができる。磁力は、ハード的に若しくはソフト的に制御することができる。プローブ８０の剛性をハード的に制御する方法としては、例えば以下の３つが挙げられる。
１）永久磁石８３ａを磁力の異なる永久磁石に変更する
２）電磁石８３ｂのコイルの巻き数を変更する
３）コイルの芯の材料を変更する

一方、プローブ８０の剛性をソフト的に制御する方法としては、例えば電磁石８３ｂに供給する電流を制御することが挙げられる。電磁石８３ｂに供給する電流の指令値を制御することで、電磁石８３ｂの磁力を所望の磁力に変更できるため、所望の剛性を得ることができる。また、図１３（ｂ）に示すプローブ８０は、プローブシャフト８２を保持する保持部材８３の構成要素の１つとして板ばね８３ｃを有する。したがって、図１３（ｂ）に示すプローブ８０では、板ばね８３ｃのばね剛性が互いに異なる複数のプローブ８０を用意しておくことで、所望の剛性を得ることができる。

＜第８実施形態＞
本発明に係る第８実施形態の計測装置について説明する。図１４に示す第８実施形態の計測装置は、図５に示す計測装置をチャンバ３００の内部に設置した構成を有する。被検面１（被検物）はステージ１０１に上に搭載され、ステージ１０１はベース１０２に搭載されている。計測装置では、上述したように、所定の周期Ｔをもったサイクリックエラーが光路長差の検出結果に生じる。そのため、第８実施形態の計測装置は、被検面上の複数の計測箇所の各々についての位置を、被検光１３の光路長が互いに異なる複数種類の状態において検出部３０により得られた検出結果に基づいて決定する。そして、決定した各計測箇所の位置に基づいて被検面１の形状を計測する。

第１〜第５実施形態では、光学系２０と被検面１との間の距離を変更することにより、被検光１３の光路長を変更する例について説明した。一方で、第８実施形態では、屈折率変更部１２０で光学系２０と被検面１との間の空間（以下、単に「空間」と称する）における気体の圧力を変えることにより、当該空間における屈折率を変更し、被検光１３の光路長を変更する例について説明する。屈折率変更部１２０は、図１４に示すように、例えば、圧力計１０３と、制御部１０４と、制御弁１０５と、配管１０６と、給排気口１０７とを含みうる。そして、屈折率変更部１２０は、配管１０６および給排気口１０７を介してチャンバ３００の内部に気体を供給することによって、空間における気体の圧力を変えて当該空間における屈折率を変更する。このとき、屈折率変更部１２０は、圧力計１０３による計測結果に基づいて制御部１０４で制御弁１０５を制御し、配管１０６を流れる気体の流量を調整することにより、空間における気体の圧力を所望の圧力にする。圧力計１０３は、空間における気体の圧力を計測するように構成され、第８実施形態では配管１０６に設けられている。

ここで、被検光１３の光路長は、光学系２０と被検面との間の実際の距離に、空間における屈折率（被検光１３が透過する媒質の屈折率）を積算することによって求められる。例えば、点Ａから点Ｂまでの被検光１３の光路長Ｄは、点Ａから点Ｂまでの空間的な距離（実際の距離）をｄｓとし、被検光１３が透過する媒質の屈折率をηとすると、式（４）に示すように、η×ｄｓを点Ａから点Ｂまで積分した値となる。したがって、チャンバ３００の内部における気体（空間における気体）が空気の場合は、空気の屈折率ηが「１」であるため、光路長Ｄは空間的な距離ｄｓと同じになる。

また、気体の圧力がＰのときの屈折率ηは、気体の圧力が初期圧力Ｐ_０のときの屈折率をη_０とすると、式（５）によって求められうる。即ち、式（５）に示すように、空間における圧力を変更することによって空間における屈折率を変更することができる。したがって、式（４）および式（５）から得られる式（６）に示すように、空間の圧力を変更することによって被検光１３の光路長Ｄを変更することができる。

このように第８実施形態の計測装置は、屈折率変更部１２０によって空間における気体の圧力を変更することで、被検光１３の光路長がサイクリックエラーの周期Ｔに応じて互いに異なる複数の状態を生成することができる。これにより、第８実施形態の計測装置は、複数の状態の各々において検出部３０が参照光１２と被検光１３との光路長差を検出することにより得られた複数（ｎ個）の検出結果に基づいて、被検面１の計測箇所の位置を決定することができる。

ここで、屈折率変更部１２０は、複数（ｎ種類）の状態を生成する際、複数の状態の各々における被検光１３の光路長が、事前に取得したサイクリックエラーの周期Ｔの１／ｎ（ｎ≧２）だけ互いに異なるように、空間における気体の圧力を変更するとよい。また、屈折率変更部１２０は、複数（ｎ種類）の状態の各々における被検光１３の光路長が、光源１０から射出される光の波長λの１／ｎ（ｎ≧２）だけ互いに異なるように、空間における気体の圧力を変更してもよい。さらに、屈折率変更部１２０は、計測におけるサンプリング周期よりも短い周期で被検光１３の光路長が変更することができるように、空間における気体の圧力を変更してもよい。即ち、連続して計測を行う２つの計測箇所の間で少なくとも１周期分だけ被検光１３の光路長を変化させるだけの圧力変化を生じさせればよい。

＜第９実施形態＞
本発明に係る第９実施形態の計測装置について説明する。第８実施形態では、屈折率変更部１２０で光学系２０と被検面１との間の空間（以下、単に「空間」と称する）における気体の圧力を変更することにより、当該空間における屈折率を変更し、被検光１３の光路長を変更する例について説明した。一方で、第９実施形態では、屈折率変更部１２０で空間における気体の組成（密度）を変更することにより、当該空間における屈折率を変更し、被検光１３の光路長を変更する例について説明する。

図１５は、第９実施形態の計測装置を示す図である。第９実施形態の計測装置における屈折率変更部１２０は、例えば、配管１１１ａ〜１１１ｄと、給排気口１１２ａ〜１１２ｄと、制御弁１１３ａ〜１１３ｄと、制御部１１４とを含みうる。そして、屈折率変更部１２０は、配管１１１ａ〜１１１ｄおよび給排気口１１２ａ〜１１２ｄを介して、チャンバ３００の内部における気体とは異なる気体をチャンバ３００の内部に供給する。空間における屈折率は、空間における気体の組成（密度）によって変化する。そのため、例えば、空間における複数種類の気体の混合比率を変えて当該空間における気体の組成を変更することにより、空間における屈折率を変更し、式（４）に示すように被検光１３の光路長を変更することができる。したがって、第９実施形態の計測装置は、屈折率変更部によって空間における気体の組成を変更することで、被検光１３の光路長がサイクリックエラーの周期Ｔに応じて互いに異なる複数種類の状態を生成することができる。

ここで、屈折率変更部１２０によってチャンバ３００の内部（即ち、空間）における気体の組成（密度）を変更する方法について説明する。ここでは、チャンバ３００の内部が空気で満たされており、屈折率変更部１２０によって空気とは異なる気体をチャンバ３００の内部に供給することによって空間における気体の密度を変更する方法について、図１６を参照しながら説明する。図１６は、空間における気体の密度を変更する方法を示すフローチャートである。

第９実施形態の計測装置は、図１５に示すように、チャンバ３００の上部および下部のそれぞれにおいて、空気とは異なる気体の給排気を行うことができるように構成されている。チャンバ３００の下部に設けられた配管１１１ａ、給気口１１２ａおよび制御弁１１３ａは、空気より密度が小さい気体をチャンバ３００の内部に供給するように構成されている。チャンバ３００の上部に設けられた配管１１１ｃ、給気口１１２ｃおよび制御弁１１３ｃは、空気より密度が大きい気体をチャンバ３００の内部に供給するように構成されている。また、第９実施形態の計測装置は、例えば、チャンバ３００の内部における気体の密度を計測する密度計１１５を有する。

Ｓ３１では、制御部１１４は、空間における気体の目標密度ρ_ｔが空気の密度ρ_ａｉｒより大きいか否かを判断する。空間における気体の目標密度ρ_ｔとは、空間における屈折率を目標屈折率にするための空間における気体の密度のことである。目標密度ρ_ｔが空気の密度ρ_ａｉｒより大きい場合（ρ_ｔ＞ρ_ａｉｒ）はＳ３２に進み、目標密度ρ_ｔが空気の密度ρ_ａｉｒより小さい場合（ρ_ｔ＜ρ_ａｉｒ）はＳ３３に進む。Ｓ３２では、制御部１１４は、密度計１１５による計測結果に基づいて、空気より密度が大きい気体が給気口１１２ｃから供給され、排気が排気口１１２ｂから行われるように、制御弁１１３ｃおよび１１３ｂを制御する。このとき、制御部１１４は、密度計１１５による計測結果に基づいて、空間における気体の密度が目標密度ρ_０になるように制御弁１１３ｃおよび１１３ｂを制御するとよい。一方で、Ｓ３３では、制御部１１４は、密度計１１５による計測結果に基づいて、空気より密度が小さい気体が給気口１１２ａから供給され、排気が排気口１１２ｄから行われるように、制御弁１１３ａおよび１１３ｄを制御する。このとき、制御部１１４は、密度計１１５による計測結果に基づいて、空間における気体の密度が目標密度ρ０になるように制御弁１１３ａおよび１１３ｄを制御するとよい。このように空気とは異なる密度の気体の給排気を行うことにより、チャンバ３００の内部における気体の組成（密度）を効率よく変更することができる。

次に、屈折率変更部１２０によってチャンバ３００の内部（即ち、空間）における気体の組成（密度）を変更する別の方法について説明する。ここでは、空気でチャンバ３００の内部を一旦置換した後、空気とは異なる気体でチャンバ３００の内部を置換する方法について、図１７を参照しながら説明する。図１７は、空間における気体の密度を変更する方法を示すフローチャートである。以下の説明において、チャンバ３００の内部における実際の気体の密度をρ_０とし、空気の密度をρ_ａｉｒとし、空気とは異なり且つ所望の屈折率を有する気体の密度をρ_１とする。

Ｓ４１では、制御部１１４は、チャンバ３００の内部における気体の密度ρ_０が空気の密度ρ_ａｉｒより大きいか否かを判断する。密度ρ_０が空気の密度ρ_ａｉｒより大きい場合（ρ_０＞ρ_ａｉｒ）はＳ４２に進み、密度ρ_０が空気の密度ρ_ａｉｒより小さい場合（ρ_０＜ρ_ａｉｒ）はＳ４３に進む。空気より密度の大きい気体は置換する過程においてチャンバ３００の下方に移動するため、Ｓ４２では、制御部１１４は、空気が給気口１１２ｃから供給され、排気が排気口１１２ｂから行われるように制御弁１１３ｃおよび１１３ｂを制御する。一方で、空気より密度の小さい気体は置換する過程においてチャンバ３００の情報に移動するため、Ｓ４３では、制御部１１４は、空気が給気口１１２ａから供給され、排気が排気口１１２ｄから行われるように制御弁１１３ａおよび１１３ｄを制御する。

チャンバ３００の内部が空気で満たされた後、Ｓ４４では、制御部１１４は、空気の密度ρ_ａｉｒが、所望の屈折率を有する気体（空気と異なる気体）の密度ρ_１より大きいか否かを判断する。密度ρ_１が空気の密度ρ_ａｉｒより大きい場合（ρ_１＞ρ_ａｉｒ）はＳ４５に進み、密度ρ_１が空気の密度ρ_ａｉｒより小さい場合（ρ_１＜ρ_ａｉｒ）はＳ４６に進む。Ｓ４５では、所望の屈折率を有する気体が給気口１１２ａから供給され、空気の排気が排気口１１２ｄから行われるように制御弁１１３ａおよび１１３ｄを制御する。一方で、Ｓ４６では、所望の屈折率を有する気体が給気口１１２ｃから供給され、空気の排気が排気口１１２ｂから行われるように制御弁１１３ｃおよび１１３ｂを制御する。これにより、チャンバ３００の内部（即ち、光学系２０と被検面１との間の空間）を、所望の屈折率を有する気体で置換することができる。

ここで、チャンバ３００の内部における気体の置換方法として、空気での置換を介さずに、直接所望の屈折率を有する気体に置換してもよい。例えば、上述した操作と同様に、チャンバ３００の内部における気体の密度ρ_０と、所望の屈折率を有する気体の密度ρ_１とを比較した結果に基づいて制御弁１１３ａ〜１１３ｄを制御する。これにより、チャンバ３００の内部（即ち、光学系２０と被検面１との間の空間）を、所望の屈折率を有する気体で置換することができる。また、所望の光路長の変化を生じさせるのに必要となる屈折率を得るために、チャンバ３００の内部を複数種類の気体で充填させてもよい。その際には、充填させる複数種類の気体ごとに配管及び給排気口、開閉弁を設置するとよい。チャンバ内に充填させる気体の流入量については、制御部１１４により制御されうる。

＜第１０実施形態＞
本発明に係る第１０実施形態の計測装置について説明する。第１０実施形態の計測装置は、図１８に示すように、第５実施形態の計測装置２００と同じ構成を有する。そして、第１０実施形態の計測装置は、Ｚ基準ミラー７１ｚ（基準面）を駆動する第２駆動部１２１と、第２駆動部１２１を制御する制御部１２２とを更に有する。第２駆動部１２１は、検出部７２からＺ基準ミラー７１ｚに照射される光の光軸と平行な方向（例えばＺ方向）におけるＺ基準ミラー７１ｚの位置を変更するために用いられる。計測装置２００は、第１光路長（距離７２ａ）と第２光路長（距離７２ｂ）とを同時計測することが可能な検出部７２を有している。このように構成された計測装置２００では、計測装置２００に含まれる光学素子での意図しない反射などによる迷光により、検出部７２による検出結果に周期的な非線形誤差（サイクリックエラー）が生じうる。サイクリックエラーを相殺させる方法としては、上述したが、事前に検出したサイクリックエラー周期Ｔないし使用光源波長λの１／ｎだけ互いに異なるｎ種類の状態の各々において、参照光と被検光との光路長差を検出すればよい。従って、第２駆動部１２１をサイクリックエラー周期Ｔないし使用光源波長λの１／ｎだけ制御部１２２により駆動制御すればよい。駆動量は、検出部７２とＺ基準ミラー７１ｚとの間の光路長に基づいて、処理部４０の機能を有する制御部１２２によって算出される。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、金属部品や光学素子等の物品を製造する際に用いられる。本実施形態の物品の製造方法は、上記の計測装置を用いて被検物の形状を計測する工程と、かかる工程における計測結果に基づいて被検物を加工する工程とを含む。例えば、被検物の形状を計測装置を用いて計測し、その計測結果に基づいて、被検物の形状が設計値になるように当該被検物を加工（製造）する。本実施形態の物品の製造方法は、計測装置により高精度に被検物の形状を計測できるため、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

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ないことはいうまでもなく、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。

１：被検面、１０：光源、２０：光学系、３０：検出部、４０：処理部、１００：計測装置

Claims (19)

1. 被検面の形状を計測する計測装置であって、
   光を前記被検面上の計測箇所および参照面に照射し、前記計測箇所で反射された被検光と前記参照面で反射された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検出することにより、前記被検光と前記参照光との光路長差を検出する検出部と、
   前記検出部による複数の検出結果に基づいて前記計測箇所の位置を決定する処理部と、
   を含み、
   各検出結果は、前記光路長差の変化に対して周期的に変化する誤差を含み、
   前記検出部は、前記被検光の光路長が前記誤差の周期の１／ｎ（ｎ≧２）だけ互いに異なるｎ種類の状態の各々において前記光路長差を検出することによりｎ個の検出結果を取得し、
   前記処理部は、前記ｎ個の検出結果に基づいて、前記ｎ個の検出結果のそれぞれに含まれる前記誤差が相殺されるように前記計測箇所の位置を決定する、ことを特徴とする計測装置。
2. 前記処理部は、前記被検光の光路長の変化量と前記検出部によって検出された前記光路長差の変化量との関係に基づいて前記周期を決定する、ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記検出部は、前記被検面上における複数の前記計測箇所の各々について前記ｎ個の検出結果を取得し、
   前記処理部は、前記計測箇所の各々の前記ｎ個の検出結果に基づいて前記被検面上の各計測箇所の位置を求め、前記被検面上の各計測箇所の位置に基づいて前記被検面の形状を決定する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
4. 前記光学系から前記被検面に向けて射出される光の光軸と垂直な方向において、前記光学系と前記被検面との相対位置を変更する変更部を含み、
   前記処理部は、前記被検光の光路長が前記周期の１／ｎ（ｎ≧２）だけ互いに異なるｎ種類の状態の各々となるように前記変更部に前記相対位置を変更させながら、前記被検面上の各計測箇所で前記光路長差を前記検出部に検出させる、ことを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
5. 前記光学系と前記被検面との間の光路上に配置されたレンズを含み、
   前記レンズは、前記光学系と前記レンズとの間において、前記光学系から射出された光と前記被検面で反射された光とが平行になるように構成されている、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の計測装置。
6. 前記処理部は、前記検出部に前記光路長差を検出させる際、前記周期に応じて前記光学系と前記計測箇所との間の距離が変化するように前記光学系を振動させる、ことを特徴とする請求項３乃至５のうちいずれか１項に記載の計測装置。
7. 前記ｎ種類の状態の各々は、前記光学系と前記計測箇所との間の距離を変更することによって生成される、ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の計測装置。
8. 前記ｎ種類の状態の各々は、前記光学系と前記被検面との間の空間における屈折率を変更することによって生成される、ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の計測装置。
9. 前記空間における屈折率を変更する屈折率変更部を更に含み、
   前記屈折率変更部は、前記空間における気体の圧力を変更することによって前記空間における屈折率を変更する、ことを特徴とする請求項８に記載の計測装置。
10. 前記屈折率変更部は、前記空間における気体の圧力を計測する圧力計を有し、当該圧力計による計測結果に基づいて前記空間における気体の圧力を変更する、ことを特徴とする請求項９に記載の計測装置。
11. 前記空間における屈折率を変更する屈折率変更部を更に含み、
    前記屈折率変更部は、前記空間における気体の組成を変更することによって前記空間における屈折率を変更する、ことを特徴とする請求項８に記載の計測装置。
12. 前記屈折率変更部は、複数種類の気体の混合比率を変えることによって前記空間における気体の組成を変更する、ことを特徴とする請求項１１に記載の計測装置。
13. 被検面の形状を計測する計測装置であって、
    前記被検面上の計測箇所に接触するプローブと、
    前記プローブに設けられ、光を基準面および参照面に照射し、前記基準面で反射された被検光と前記参照面で反射された参照光との干渉光を検出することにより、前記被検光と前記参照光との光路長差を検出する検出部と、
    前記検出部による複数の検出結果に基づいて前記計測箇所の位置を決定する処理部と、
    を含み、
    各検出結果は、前記光路長差の変化に対して周期的に変化する誤差を含み、
    前記検出部は、前記プローブと前記基準面との間の距離が前記誤差の周期の１／ｎ（ｎ≧２）だけ互いに異なるｎ種類の状態の各々において前記光路長差を検出することによりｎ個の検出結果を取得し、
    前記処理部は、前記ｎ個の検出結果に基づいて、前記ｎ個の検出結果のそれぞれに含まれる前記誤差が相殺されるように前記計測箇所の位置を決定する、ことを特徴とする計測装置。
14. 前記計測装置は、前記プローブと前記被検面とを接触させた状態で前記プローブを前記被検面上で走査することにより前記被検面の形状を計測する、ことを特徴とする請求項１３に記載の計測装置。
15. 前記被検面から前記プローブが受ける反力を検出する反力検出部と、
    前記プローブを駆動させる駆動部と、
    前記駆動部を制御する制御部と、
    を更に含み、
    前記制御部は、前記ｎ種類の状態において前記反力が互いに異なるように、前記反力検出部による検出結果に基づいて前記駆動部を制御する、ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の計測装置。
16. 前記被検面から前記プローブが受ける反力を検出する反力検出部と、
    前記プローブを駆動させる駆動部と、
    前記駆動部を制御する制御部と、
    を更に含み、
    前記プローブは、その剛性が前記ｎ種類のそれぞれの状態で互いに異なるように構成され、
    前記制御部は、前記ｎ種類の状態において前記反力が一定になるように、前記反力検出部による検出結果に基づいて前記駆動部を制御する、ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の計測装置。
17. 前記検出部から前記基準面に照射される光の光軸と平行な方向における前記基準面の位置を変更するために前記基準面を駆動する第２駆動部と、
    前記第２駆動部を制御する制御部と、を更に含み、
    前記制御部は、前記ｎ種類の状態の各々が生成されるように前記第２駆動部を制御する、ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の計測装置。
18. 請求項１乃至１７のうちいずれか１項に記載の計測装置を用いて被検面の形状を計測する工程と、
    前記工程における計測結果に基づいて前記被検面を加工する工程と、
    を含む、ことを特徴とする物品の製造方法。
19. 光を被検面上の計測箇所および参照面に照射し、前記計測箇所で反射された被検光と前記参照面で反射された参照光とを干渉させる光学系を有する計測装置を用いて被検面の形状を計測する計測方法であって、
    前記被検光と前記参照光との干渉光を検出することにより、前記被検光と前記参照光との光路長差を検出する検出工程と、
    前記検出工程において得られた複数の検出結果に基づいて前記計測箇所の位置を決定する決定工程と、
    を含み、
    各検出結果は、前記光路長差の変化に対して周期的に変化する誤差を含み、
    前記検出工程では、前記被検光の光路長が前記誤差の周期の１／ｎ（ｎ≧２）だけ互いに異なるｎ種類の状態の各々において前記光路長差を検出することによりｎ個の検出結果を取得し、
    前記決定工程では、前記ｎ個の検出結果に基づいて、前記ｎ個の検出結果のそれぞれに含まれる前記誤差が相殺されるように前記計測箇所の位置を決定する、ことを特徴とする計測方法。

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