CN102713504B - 表面形状测定方法及表面形状测定装置 - Google Patents

Abstract

本表面形状测定方法将包含不同的波长的白色光(8A)分割成参照光(8C)和测定光(8B)，使测定光(8B)向被测定面(3)入射，使参照光(8C)向第一衍射光栅(20)入射，将参照光(8C)和由被测定面(3)反射出的测定光(8B)合成，作为干涉光(8D)，来测定被测定面(3)的表面形状，其中该参照光(8C)是从第一衍射光栅(20)通过第一光路向第二衍射光栅(21)入射之后、从第二衍射光栅(21)通过第一光路向第一衍射光栅(20)入射而从第一衍射光栅(20)射出的光。

Description

表面形状测定方法及表面形状测定装置

技术领域

本发明涉及使用了白色干涉的表面形状测定方法及表面形状测定装置。

背景技术

已知有使用白色光的干涉来测定半导体晶片或液晶显示器用玻璃基板等精密加工品的凹凸形状的表面形状测定装置。使用图15，说明以往的表面形状测定装置(参照专利文献1)。

以往的表面形状测定装置100使来自白色光源101的白色光通过第一透镜102而引导至半透半反镜103，并利用第二透镜104使由半透半反镜103反射出的白色光会聚。而且，以往的表面形状测定装置100使会聚的白色光经由光束分离器105向被测定面106照射。光束分离器105是分割机构，分割成向被测定面106照射的白色光(以下，称为测定光。)和向参照面107照射的白色光(以下，称为参照光。)。参照光在由参照面107的反射部107a反射之后再次向光束分离器105入射。另一方面，测定光在由被测定面106反射之后再次向光束分离器105入射。光束分离器105也具有作为合成机构的功能，该合成机构将由反射部107a反射出的参照光和由被测定面106反射出的测定光再次合成为同一路径。此时，产生从被测定面106到光束分离器105的距离L1与从光束分离器105到参照面107的距离L2的距离之差(测定光与参照光的光路长度差)所对应的干涉现象。产生了该干涉现象的白色光(以下，称为干涉光。)经由成像透镜108而由CCD相机109拍摄。CCD相机109同时拍摄干涉光和被测定面106。

在此，通过未图示的移动机构，使光束分离器105上下变动，而使距离L1与距离L2的位置关系发生变化，从而改变测定光与参照光的光路长度差。由此，向CCD相机109入射的干涉光增强或减弱。例如，在着眼于利用CCD相机109拍摄的区域内的被测定面106的特定部位时，使光束分离器105的位置变动。伴随于此，通过测定特定部位上的干涉光的强度的信号(以下，称为干涉强度信号。)，而能够得到图16的(a)～(c)所示的图形。图16的(a)～(c)中，纵轴表示通过CCD相机109检测出的干涉强度信号的强度，横轴表示从被测定面106到光束分离器105的距离L1(被测定面106的高度)。

理论上，表示干涉强度信号的强度与被测定面106的高度的关系的图形作为图16的(a)所示的干涉强度信号的波形信号而被求出。基于该波形信号，能够求出被测定面106的高度。但是，实际上，每次移动预先设定的间隔尺寸(采样间隔尺寸)时，利用CCD相机109拍摄干涉光，因此，得到的数据组如图16的(b)所示是离散的。因此，需要根据取得的离散的数据来求出干涉强度信号的波形信号。因此，根据图16的(b)所示的离散的数据，求出特性函数，由此如图16的(c)所示，对干涉强度信号的波形信号进行近似。以往的表面形状测定装置100基于该近似的干涉强度信号的波形信号，来求出被测定面106的高度。

【在先技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本特开2001-66122号公报

发明内容

【发明要解决的课题】

然而，在以往的表面形状测定装置100中，若不是在测定光与参照光的光路长度差非常小那样的、有限的光路长度差的范围内，则无法检测干涉强度信号。因此，需要使光路长度差的变化量非常细微地测定被测定面106的高度形状。因此，测定次数增多而被测定面106的高度的测定需要较多的时间。尤其是被测定面106的高低差越大，测定所需的时间越显著地变长。

本发明解决所述课题，目的在于提供一种扩大能够检测干涉强度信号的光路长度差的范围，且能够高速地测定被测定面的表面形状测定方法及表面形状测定装置。

【用于解决课题的手段】

本发明为了实现所述目的而如下所述构成。

根据本发明的一形态，提供一种表面形状测定方法，其中，

将包含不同的波长的白色光分割成参照光和测定光，

使所述参照光向第一衍射光栅入射之后，使其通过第一光路向第二衍射光栅入射，然后，将从所述第二衍射光栅通过所述第一光路向所述第一衍射光栅入射的所述参照光和向被测定面入射而由该被测定面反射出的所述测定光合成，作为干涉光，

检测所述干涉光的干涉强度，

基于所述干涉强度来测定所述被测定面的表面形状。

另外，根据本发明的另一形态，提供一种表面形状测定装置，具备：

光源，其照射包含不同的波长的白色光；

分割部，其将所述白色光分割成参照光和测定光；

工作台，其载置所述测定光所照射的被测定物；

第一衍射光栅，其以第一间距形成第一方向的光栅并接受所述参照光的垂直入射；

第二衍射光栅，其以所述第一间距的一半的间距形成所述第一方向的光栅，与所述第一衍射光栅平行地配置，并接受从所述第一衍射光栅射出的所述参照光的入射；

合成部，其将从所述第二衍射光栅射出之后从所述第一衍射光栅射出的所述参照光和由所述被测定物反射出的所述测定光合成，作为干涉光；

检测部，其检测所述干涉光的干涉强度；

测定部，其基于所述干涉强度来测定所述被测定物的表面形状。

另外，根据本发明的又一形态，提供一种表面形状测定装置，具备：

光源，其照射包含不同的波长的白色光；

分割部，其将所述白色光分割成参照光和测定光；

工作台，其载置所述测定光所照射的被测定物；

第一衍射光栅，其以第一间距形成第一方向的光栅并接受所述参照光的垂直入射；

第二衍射光栅，其以所述第一间距形成所述第一方向的光栅，与所述第一衍射光栅平行地配置，并接受从所述第一衍射光栅射出的所述参照光的入射；

镜，其对从所述第二衍射光栅射出的所述参照光进行反射而使其向所述第二衍射光栅入射；

合成部，其将由所述镜反射之后按照所述第二衍射光栅和所述第一衍射光栅的顺序射出的所述参照光和由所述被测定物反射出的所述测定光合成，作为干涉光；

检测部，其检测所述干涉光的干涉强度；

测定部，其基于所述干涉强度来测定所述被测定物的表面形状。

【发明效果】

如上所述，根据本发明的表面形状测定方法及表面形状测定装置，能够扩大可检测干涉强度信号的光路长度差的范围，能够高速地进行被测定面的测定。

附图说明

本发明的特征根据与关于附图的实施方式相关的如下的记述而明确可知。在这些附图中，

图1A是第一实施方式的表面形状测定装置的示意图，

图1B是第一实施方式的表面形状测定装置的CPU的框图，

图1C是表示第一实施方式的参照单元的示意图，

图1D是表示第一实施方式的变形例的参照单元的示意图，

图1E是第二实施方式的表面形状测定装置的CPU的框图，

图2是说明第一实施方式的通过第一衍射光栅和第二衍射光栅进行衍射的参照光的情况的说明图，

图3A是表示以往的表面形状测定方法中的光路长度差为-40～40μm时的干涉强度信号与光路长度差的关系的图形，

图3B是表示以往的表面形状测定方法中的光路长度差为-5～5μm时的干涉强度信号与光路长度差的关系的图形，

图4是说明以往的表面形状测定方法中的干涉强度信号和对干涉强度信号进行了波长分解的情况的说明图，

图5是表示以往的表面形状测定方法中的干涉强度信号的相位与波长的关系的图形，

图6A是表示第一实施方式的表面形状测定装置中的光路长度差为-40～40μm时的干涉强度信号与光路长度差的关系的图形，

图6B是表示第一实施方式的表面形状测定装置中的光路长度差为-5～5μm时的干涉强度信号与光路长度差的关系的图形，

图7是说明第一实施方式的表面形状测定装置中的干涉强度信号和对干涉强度信号进行了波长分解的情况的说明图，

图8是表示第一实施方式的表面形状测定装置中的干涉强度信号的相位与波长的关系的图形，

图9是表示第一实施方式的表面形状测定装置的动作的流程图，

图10是表示第三实施方式的参照单元的结构的示意图，

图11A是表示第四实施方式的参照单元的结构的示意图，

图11B是表示第四实施方式的变形例的参照单元的结构的示意图，

图11C是表示第四实施方式的另一变形例的参照单元的结构的示意图，

图12是表示第五实施方式的参照单元的结构的示意图，

图13是表示第五实施方式的变形例1的参照单元的结构的示意图，

图14是表示第五实施方式的变形例2的参照单元的结构的示意图，

图15是表示以往的表面形状测定装置的结构的示意图，

图16是表示通过以往的表面形状测定装置求出干涉强度信号的波形为止的图，(a)是表示理论上的干涉强度信号的波形的图，(b)是表示实测到的干涉强度信号的曲线的图，(c)是表示由特性函数近似的干涉强度信号的波形的图，

图17A是说明在第一至第五实施方式中能够适用的衍射光栅的截面形状的一例的图，

图17B是说明在第一至第五实施方式中能够适用的衍射光栅的截面形状的另一例的图，

图17C是说明在第一至第五实施方式中能够适用的衍射光栅的截面形状的又一例的图。

具体实施方式

在本发明的记述中，对于附图中的同一部件标注同一参照符号。

以下，参照附图，说明本发明的实施方式。

(第一实施方式)

图1A是表示第一实施方式的表面形状测定装置1的示意图。首先，叙述表面形状测定装置1的概要情况。表面形状测定装置1具备：向被测定物2的表面即被测定面3照射特定频带的白色光并接受反射光的光学系统单元4；对光学系统单元4进行控制及驱动的控制驱动系统单元5；用于载置被测定物2的工作台6。被测定物2例如是非球面透镜或电路基板等。光学系统单元4具备参照单元7。也向该参照单元7照射白色光。关于该参照单元7的详细情况在后面叙述，因此在此省略说明。

表面形状测定装置1通过使由被测定面3反射出的白色光与在参照单元7内反射出的白色光发生干涉，来测定被测定面3的面内(图1A所示的由X轴和Y轴确定的X-Y平面)的高度信息(图1A所示的Z轴方向上的位置)。换言之，表面形状测定装置1测定被测定面3的表面形状。这种情况下，表面形状测定装置1测定距预先设定的基准面6a的高度信息。作为基准面6a，优选使用载置被测定物2的工作台6的表面。通过使用工作台6的表面作为基准面6a，即便在被测定物2未知的情况下，也能够测定表面形状。需要说明的是，在被测定物2的平均高度已知的情况下，可以将其平均高度的位置设定作为基准面6a。而且，工作台6固定在设置有表面形状测定装置1的设置床上。

以下，使用图1A，说明表面形状测定装置1的结构的详细情况。

首先，说明表面形状测定装置1具备的光学系统单元4。光学系统单元4具备参照单元7、白色光源8、聚光透镜9、半透半反镜10、第一物镜11、第二物镜12、成像透镜13、及相机14。

白色光源8是照射波长带域为400～1800nm的光源。为了将白色光源8作为点光源而充分地减小了白色光射出的开口。该白色光源8优选使用卤素灯、氙气灯、白色LED、或极短脉冲激光器等具有宽带域的波长的光源。

聚光透镜9是使从白色光源8照射的白色光会聚到半透半反镜10上的光学系统，以在半透半反镜10上具有焦点的方式配置。

半透半反镜10作为分割机构(分割部)的一例而发挥功能，将通过聚光透镜9而会聚的白色光8A分割成向被测定面3照射的白色光(以下，称为测定光8B。)和向参照单元7照射的白色光(以下，称为参照光8C。)这2个白色光(测定光8B、参照光8C)。而且，半透半反镜10也作为合成机构(合成部)的一例而发挥功能，将向被测定面3照射之后从被测定面3反射出的测定光8B与向参照单元7照射之后从参照单元7内反射出的参照光8C合成为1个光束的白色光(以下，称为干涉光8D。)。即，半透半反镜10通过1个构件来构成分割机构的一例和合成机构的一例。此时，在从分割到合成的测定光8B的光路长度与从分割到合成的参照光8C的光路长度之间产生差别(以下，称为测定光8B与参照光8C的光路长度差。)。因此，对应于测定光8B与参照光8C的光路长度差，而干涉光8D产生的干涉条纹的强度发生变化。需要说明的是，为了高效率地产生干涉光8D的干涉条纹，而半透半反镜10的分割比优选以测定光8B与参照光8C的光强度大致成为1比1的方式设定。

第一物镜11是将测定光8B向被测定面3照射的光学系统，隔着半透半反镜10而配置在聚光透镜9的相反侧。以从第一物镜11射出的测定光8B大致垂直地向被测定面3的表面照射的方式将被测定物2载置于工作台6。换言之，以从第一物镜11射出的测定光8B的光轴与工作台6的平坦的表面大致正交的方式配置工作台6。

第二物镜12是将参照光8C向参照单元7照射的光学系统，以第二物镜12的焦点位置在半透半反镜10上且与聚光透镜9的焦点位置一致的方式配置。

参照单元7使从第二物镜12向参照单元7入射的参照光8C在参照单元7的内部反射之后，从参照单元7射出。从参照单元7射出的参照光8C再次向第二物镜12入射。这种情况下，以向参照单元7入射时的参照光8C的光路与从参照单元7射出时的参照光8C的光路一致的方式设置参照单元7。需要说明的是，关于参照单元7的作用在后面叙述。

成像透镜13隔着半透半反镜10而配置在第二物镜12的相反侧。向成像透镜13入射的干涉光8D朝向相机14射出。

相机14作为一例，是CCD或CMOS等在二维上配置有摄像元件的摄像装置，在白色光源8的波长带域上具有灵敏度，作为检测干涉强度信号的检测机构(检测部)的一例而发挥功能。相机14隔着成像透镜13而配置在与半透半反镜10相反侧。相机14拍摄产生了干涉条纹的干涉光8D，并且经由成像透镜13、半透半反镜10、第一物镜11，利用相机14来拍摄被测定面3的图像。而且，在测定光8B与参照光8C的光路长度差发生变动的情况下，按照取得干涉强度信号的间隔尺寸(以下，称为采样间隔尺寸。)，同时拍摄干涉光8D和被测定面3的图像。通过拍摄而取得的数据由控制驱动系统单元5来收集。需要说明的是，采样间隔尺寸例如为相机14的摄像像素的1像素单位。采样间隔尺寸是预先设定的规定的间隔尺寸。

在此，说明从白色光源8射出的白色光8A通过的路径。从白色光源8射出的白色光8A经由聚光透镜9向半透半反镜10入射。入射到半透半反镜10的白色光8A被分割成测定光8B和参照光8C。由半透半反镜10分割成2个的白色光(测定光8B和参照光8C)中的一方的白色光(测定光8B)经由第一物镜11向被测定面3入射，之后，由该被测定面3反射而由第一物镜11聚光，再次向半透半反镜10入射。另一方面，由半透半反镜10分割成2个的白色光(测定光8B和参照光8C)中的另一方的白色光(参照光8C)经由第二物镜12向参照单元7入射。详细情况在后面叙述，向参照单元7入射的参照光8C在参照单元7的内部反射之后，从参照单元7射出。从参照单元7射出的参照光8C由第二物镜12聚光，再次向半透半反镜10入射。再次向半透半反镜10入射的测定光8B和参照光8C由半透半反镜10合成为同一光束(成为干涉光8D)。干涉光8D经由成像透镜13向相机14入射。

接下来，说明控制驱动系统单元5。控制驱动系统单元5具备：CPU16；存储通过相机14拍摄到的干涉光8D的干涉条纹及CPU16的运算结果等各种数据的存储器17；输入采样间隔尺寸及其他的设定信息的鼠标或键盘等输入装置18；显示测定结果的监视器19；通过使光学系统单元4与被测定面3的相对距离发生变化来改变测定光8B与参照光8C的光路长度差的驱动装置15。

CPU16是用于对表面形状测定装置1的整体进行统一控制，并进行运算处理的中央处理装置。CPU16具有图1B所示的动作控制部16a和作为测定机构(测定部)的一例的进行处理的运算部16b的功能。动作控制部16a具有对相机14、存储器17、驱动装置15进行动作控制的功能。运算部16b具有基于由相机14取得的干涉光8D的干涉条纹而取得干涉强度信号，并基于该干涉强度信号来测定被测定面3的表面形状的功能。关于动作控制部16a和运算部16b的处理，在后面叙述详细情况。而且，在CPU16上连接有输入装置18和监视器19。因此，操作者边观察显示在监视器19上的操作画面，边从输入装置18进行各种设定信息的输入，从而能够向动作控制部16a及运算部16b输入必要的信息。而且，在被测定面3的测定结束后，测定到的被测定面3的表面形状作为图像或数值而显示在监视器19上。

驱动装置15具备3轴驱动型的伺服电动机等驱动机构，该3轴驱动型的伺服电动机按照来自CPU16的动作控制部16a的指示，相对于工作台6，将光学系统单元4沿着图1A中示出的彼此正交的X、Y、Z轴方向驱动。相对于工作台6，利用驱动装置15使光学系统单元4沿着图1A所示的Z轴方向移动，由此，若被测定面3与光学系统单元4的距离接近，则测定光8B的光路长度缩短。而且，若被测定面3与光学系统单元4的距离变远，则测定光8B的光路长度变长。另一方面，即便被测定面3与光学系统单元4之间的距离发生变化，参照光8C的光路长度也不变。因此，在光学系统单元4沿着图1A所示的Z轴方向移动的作用下，测定光8B与参照光8C的光路长度差发生变化。需要说明的是，可以取代光学系统单元4移动的情况，而使载置被测定物2的工作台6沿着正交3轴方向移动。此时，在设有表面形状测定装置1的设置床上固定光学系统单元4。

接下来，详细说明光学系统单元4具备的参照单元7。参照单元7具备第一衍射光栅20和第二衍射光栅21。第一衍射光栅20在参照单元7内配置在接近第二物镜12的位置，使参照光8C衍射及透射。第二衍射光栅21在参照单元7内配置在比第一衍射光栅20距第二物镜12远的位置，使由第一衍射光栅20衍射及透射的参照光8C衍射及反射。需要说明的是，在图示时，对于反射型的衍射光栅添加了阴影线，以便于明确与透射型的衍射光栅的区别。

向该参照单元7入射的参照光8C首先向第一衍射光栅20入射。向第一衍射光栅20入射的参照光8C由第一衍射光栅20衍射且透射第一衍射光栅20。透射了第一衍射光栅20的参照光8C接着向第二衍射光栅21入射。向第二衍射光栅21入射的参照光8C由第二衍射光栅21衍射并由第二衍射光栅21反射。由第二衍射光栅21反射的参照光8C再次向第一衍射光栅20入射。再次向第一衍射光栅20入射的参照光8C由第一衍射光栅20衍射且透射第一衍射光栅20，然后，从参照单元7朝向第二物镜12射出。在以下的说明中，将向参照单元7入射时的参照光8C作为第零参照光，将透射了第一衍射光栅20的第零参照光作为第一参照光，将由第二衍射光栅21反射出的第一参照光作为第二参照光，将透射了第一衍射光栅20的第二参照光作为第三参照光。

第一衍射光栅20是透射型的衍射光栅，具有形成了与第一方向平行的直线状的光栅(槽)的平面(第一光栅面20a)。以通过第二物镜12进行了平行光化的第零参照光从图1A所示的箭头A的方向入射的方式配置第一衍射光栅20。图1A所示的箭头A的方向是与第一光栅面20a的表面垂直的方向。而且，该第一衍射光栅20使用闪耀衍射光栅作为一例，以其第一方向成为与图1A所示的X轴方向平行的方式配置。而且，以第一光栅面20a与第二衍射光栅21对置的方式配置第一衍射光栅20。因此，沿着图1A所示的箭头B的方向，第零参照光由第一衍射光栅20衍射并透射第一衍射光栅20(作为第一参照光而向箭头B的方向射出)。而且，在第一光栅面20a上形成有防反射膜，抑制表面反射的发生。需要说明的是，作为防反射膜，使用一般的单层或多层的薄膜防反射膜。而且，使用与从白色光源8照射的波长带域对应的防反射膜。

第二衍射光栅21是反射型的衍射光栅，具有形成了与第二方向平行的直线状的光栅(槽)的平面(第二光栅面21a)。以第一参照光从图1A所示的箭头B的方向向该第二光栅面21a入射的方式配置第二衍射光栅21。而且，该第二衍射光栅21作为一例是闪耀衍射光栅，并以第一方向成为例如与图1A所示的X轴方向平行的方式配置。这种情况下，以第一衍射光栅20与第二衍射光栅21的光栅(槽)方向(第一方向与第二方向)相互平行，且第一光栅面20a与第二光栅面21a也相互平行的方式配置。而且，第一衍射光栅20的光栅间距(第一间距p₁)为p时，第二衍射光栅21的光栅间距(第二间距p₂)成为p的一半的间距，即p/2。由此，向第二衍射光栅21入射的第一参照光由第二衍射光栅21向图1A所示的箭头C的方向(箭头B的方向的对置方向)反射(作为第二参照光而向箭头B的方向的对置方向射出)。即，由第二衍射光栅21反射出的第一参照光(即第二参照光)在第一参照光的光路上反向行进而再次向第一衍射光栅20入射。换言之，透射了第一衍射光栅20之后向第二衍射光栅21入射时的第一参照光的光路与由第二衍射光栅21反射之后向第一衍射光栅20入射时的第二参照光的光路一致。而且，第二参照光向第一衍射光栅20再次入射，由此进而在第一衍射光栅20衍射及透射，从第一衍射光栅20作为第三参照光向图1A所示的箭头D的方向(箭头A的方向的对置方向)射出。这种情况下，透射了第一衍射光栅20的第二参照光作为第三参照光在第零参照光的光路上反向行进。即，向参照单元7入射时的第零参照光的光路与从参照单元7射出时的第三参照光的光路一致。

在此，尤其是以透射了第一衍射光栅20之后向第二衍射光栅21入射时的第一参照光的光路与由第二衍射光栅21反射之后向第一衍射光栅20入射时的第二参照光的光路一致的方式设定第一衍射光栅20和第二衍射光栅21的条件是重要的。这是为了对参照光8C按照波长来施加不同的光路长度差，详细情况在后面叙述。需要说明的是，闪耀衍射光栅的光栅面形成为锯齿状。具体而言，将第一衍射光栅20和第二衍射光栅21作为闪耀衍射光栅时，可以如图1C那样表现。该图1C是将图1A的参照单元7放大的图。然而，始终图示闪耀衍射光栅的话，附图变得复杂，因此有时如图1A记载的第一衍射光栅20和第二衍射光栅21那样简化地记载衍射光栅。

在此，说明第一衍射光栅20和第二衍射光栅21充分必要结构条件。

通常，向衍射光栅的入射角为θ，衍射角为η，向衍射光栅入射的光的波长为λ，衍射光栅的光栅间距为p，衍射次数为n时，衍射方程式可以由下式(1)表示。

【数学式1】

$\sin \mathrm{\θ}+\sin \mathrm{\η}=n\frac{\mathrm{\λ}}{p}$

........(1)

根据式(1)，在向第一衍射光栅20入射的第零参照光的入射角为θ₁，衍射角为η₁，第一衍射光栅20的第一间距为p₁时，第一衍射光栅20的衍射方程式可以由下式(2)表示。

【数学式2】

$\sin {\mathrm{\θ}}_1+\sin {\mathrm{\η}}_1=n\frac{\mathrm{\λ}}{p_1}$

........(2)

另外，根据式(1)，在向第二衍射光栅21入射的第一参照光的入射角为θ₂，衍射角为η₂，第二衍射光栅21的第二间距为p₂时，第二衍射光栅21的衍射方程式可以由下式(3)表示。

【数学式3】

$\sin {\mathrm{\θ}}_2+\sin {\mathrm{\η}}_2=n\frac{\mathrm{\λ}}{p_2}$

........(3)

在此，为了使从第一衍射光栅20向第二衍射光栅21入射时的第一参照光的光路与从第二衍射光栅21向第一衍射光栅20入射时的第二参照光的光路一致，至少需要使第一衍射光栅20与第二衍射光栅21的光栅(槽)方向(第一方向与第二方向)相互平行。同时，需要使第一衍射光栅20的衍射角η₁与第二衍射光栅21的衍射角η₂一致。因此，衍射角η₁与衍射角η₂需要满足下式(4)的关系。

【数学式4】

η₁＝η₂

........(4)

通过将该式(4)向式(3)代入，而能够得到下式(5)。

【数学式5】

$\sin {\mathrm{\θ}}_2+\sin {\mathrm{\η}}_1=n\frac{\mathrm{\λ}}{p_2}$

........(5)

在此，在第一实施方式中，以第一光栅面20a与第二光栅面21a平行的方式配置第一衍射光栅20和第二衍射光栅21。因此，第一衍射光栅20的衍射角η₁与第二衍射光栅21的入射角θ₂相等。即，衍射角η₁与入射角θ₂可以由下式(6)的关系表示。

【数学式6】

η₁＝θ₂

........(6)

通过将式(6)向式(5)代入，而能够得到下式(7)。

【数学式7】

$2\sin {\mathrm{\η}}_1=n\frac{\mathrm{\λ}}{p_2}$

........(7)

接下来，根据式(7)和式(2)，第一衍射光栅20的第一间距p₁与第二衍射光栅21的第二间距p₂的关系可以由下式(8)表示。

【数学式8】

$p_2=\frac{1}{1-\frac{p_1\sin {\mathrm{\θ}}_1}{\mathrm{n\λ}}}\·\frac{p_1}{2}$

........(8)

需要说明的是，在式(8)中，由于第一间距p₁和第二间距p₂取决于波长，因此在使用包含不同的多个波长的白色光的第一实施方式中，难以基于式(8)来决定第一间距p₁及第二间距p₂。尤其是需要根据向第二光栅面21a入射的参照光的位置及波长来改变第二间距p₂，因此作成具有这种特殊的光栅间距的衍射光栅是非常困难的。而且，由于需要使向第二衍射光栅21入射的参照光的位置与参照光入射的位置上的第二间距p₂准确地一致，因此光学系统的调节非常困难。因此，在第一实施方式中，以第零参照光垂直地向第一光栅面20a的表面入射的方式设置第一衍射光栅20。由此，能够使向第一衍射光栅20入射时的参照光的入射角θ₁为0(rad)。由此，通过向式(6)的入射角θ₁代入0(rad)，能够利用下式(9)来表示第一间距p₁与第二间距p₂的关系。

【数学式9】

$p_2=\frac{p_1}{2}$

........(9)

根据式(9)，第一间距p₁与第二间距p₂的关系成为与波长无关的恒定的关系，因此能够容易地作成这种关系的第一衍射光栅20和第二衍射光栅21。而且，无需使参照光向第二衍射光栅21入射的位置上的参照光的波长与第二间距p₂准确地一致，因此能够容易地进行第一衍射光栅20和第二衍射光栅21的调节。

需要说明的是，在第一实施方式中，为了抑制光量的损失而使用的衍射次数n为1。由此，根据式(1)，第一衍射光栅20的衍射方程式可以由式(10)表示。

【数学式10】

$\sin {\mathrm{\η}}_1=\frac{\mathrm{\λ}}{p_1}$

........(10)

在此，说明第二光栅面21a相对于第一光栅面20a倾斜角度ψ而配置的情况。为了简化说明，使向第一衍射光栅20入射的参照光的入射角为0(rad)，并使衍射次数n为1。而且，参照光向第二衍射光栅21的入射角θ₂成为η₁+ψ，因此这种情况下的式(7)可以由下式(11)表示。

【数学式11】

........(11)

根据式(11)和式(2)可知，第一间距p₁与第二间距p₂的关系取决于波长。由此，在将第二光栅面21a相对于第一光栅面20a倾斜角度ψ配置的情况下，如上所述，无法容易地决定第一间距p₁和第二间距p₂。因此，必须将第一光栅面20a和第二光栅面21a配置成平行的方向。

根据以上情况，归纳第一衍射光栅20和第二衍射光栅21应满足的条件时，有如下的4个条件。

首先，第一，需要以第一衍射光栅20与第二衍射光栅21的光栅(槽)方向(第一方向与第二方向)相互平行的方式配置第一衍射光栅20和第二衍射光栅21。

第二，为了满足式(4)的关系，而第一光栅面20a和第二光栅面21a需要平行配置。

第三，为了满足式(6)的关系，而第一衍射光栅20需要以参照光向第一光栅面20a垂直入射的方式配置。

第四，为了满足式(9)的关系，而第二衍射光栅21的第二间距p₂需要为第一衍射光栅20的第一间距p₁的一半的间距。

通过使用满足了所述4个条件的第一衍射光栅20和第二衍射光栅21，而能够使从第一衍射光栅20向第二衍射光栅21入射时的第一参照光的光路与从第二衍射光栅21向第一衍射光栅20入射时的第二参照光的光路一致。

另外，通过使第一参照光的光路与第二参照光的光路一致，而向第一衍射光栅20入射时的第零参照光的光路与从第一衍射光栅20射出时的第三参照光的光路也一致。根据式(1)及式(10)，这是由于向第一衍射光栅20以η₁的角度入射的第二参照光成为以0(rad)的角度透射第一衍射光栅20的第三参照光的缘故。需要说明的是，第零参照光向第一衍射光栅20入射时的角度为0(rad)。

接下来，说明向参照单元7入射时的参照光(即第零参照光)与从参照单元7射出时的参照光(即第三参照光)的区别。

图2表示第零参照光中包含且互不相同的3个波长λ₁、λ₂、λ₃的光在第一衍射光栅20及第二衍射光栅21这双方衍射的情况。这种情况下，λ₁～λ₃成为下式(12)的关系。

【数学式12】

λ₁＜λ₂＜λ₃

........(12)

根据式(10)，在第一衍射光栅20衍射时的衍射角η₁取决于波长。因此，第零参照光通过向第一衍射光栅20入射，而成为在按照波长进行分割且按照波长而不同的光路上行进的第一参照光。而且，根据式(4)，在第二衍射光栅21衍射时的衍射角η₂成为η₁＝η₂的关系。即，在按照波长而不同的光路上行进的第一参照光由第二衍射光栅21反射，从而成为在按照波长而行进的光路上进行反向行进的第二参照光。使用图2具体说明时，第一参照光中包含的波长λ₁的光的行进方向(图2所示的箭头B的方向)与第二参照光中包含的波长λ₁的光的行进方向(图2所示的箭头C的方向)处于彼此相反的方向的关系。关于波长λ₂、λ₃也同样。在此，第一衍射光栅20与第二衍射光栅21的间隔(从第一光栅面20a向第二光栅面21a引的垂线的长度)为L时，波长λ₁下的第一衍射光栅20与第二衍射光栅21之间的光路长度s₁可以使用式(10)而由下式(13)表示。

【数学式13】

$s_1=\frac{2L}{\cos {\mathrm{\η}}_1}=\frac{2L}{\sqrt{1-{\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_1}{p}\right)}^2}}$

........(13)

各波长λ₁～λ₃所对应的第一衍射光栅20与第二衍射光栅21之间的光路长度s₁～s₃根据式(12)和式(13)，能够导出下式(14)的关系。

【数学式14】

s₁＜s₂＜s₃

........(14)

即，根据式(14)可知，通过在第一衍射光栅20和第二衍射光栅21这双方进行衍射，而按照波长赋予不同的光路长度。即，相对于向参照单元7入射的参照光(第零参照光)，从参照单元7射出的参照光(第三参照光)被赋予了按照波长而不同的光路长度。

如此，通过透射型的第一衍射光栅20与反射型的第二衍射光栅21的组合这样的简单结构，就能够对参照光8C赋予按照波长而不同的光路长度差。而且，能够将第一衍射光栅20和第二衍射光栅21相邻配置，因此能够实现装置的小型化。

另外，以第一光栅面20a成为与第二衍射光栅21对置的位置的方式配置第一衍射光栅20。这是为了在从第一衍射光栅20射出时使参照光8C发生衍射。这种情况下，参照光8C向第一光栅面20a的表面垂直入射，因此不会受到第一衍射光栅20的波长分散的影响。需要说明的是，在以第一光栅面20a成为与第二物镜12对置的位置的方式配置了第一衍射光栅20的情况下，参照光8C在第一光栅面20a衍射之后，向第一衍射光栅20内入射。因此，参照光8C受到波长分散的影响，折射角发生变化。因此，在第一衍射光栅20与第二衍射光栅21之间优选配置对折射角的变化进行修正的修正板。

需要说明的是，在第一实施方式中，作为一例，使被测定面3的尺寸为直径1mm的圆，并使第一物镜11与第二物镜12的焦点距离相等。这种情况下，从第一物镜11射出的测定光8B的光束直径及从第二物镜12射出的参照光8C的光束直径分别需要至少为直径1mm以上，第一衍射光栅20的第一光栅面20a的尺寸也需要为直径1mm以上。这种情况下，第二衍射光栅21的第二光栅面21a优选形成为使参照光8C包含的波长的光中的测定所使用的波长的光全部反射的尺寸。具体而言，以下说明优选的第二衍射光栅21的第二光栅面21a的尺寸。需要说明的是，为了便于说明，而说明衍射方向(图2所示的Z轴方向)的长度作为第二光栅面21a的尺寸。

在图2中，参照光8C包含的波长即测定所使用的波长中，最小的波长为λ₁(在此，为了便于说明而为λ_min.。)，最大的波长为λ₃(在此，为了便于说明而为λ_MAX.。)。而且，最小波长λ_min.下的第一衍射光栅20的衍射角为η_min.，最大波长λ_MAX.下的第一衍射光栅20的衍射角为η_MAX.。而且，第一衍射光栅20与第二衍射光栅21的距离(从第一光栅面20a向第二光栅面21a引的垂线的距离)为L。最小波长λ_min.的参照光8C从第一光栅面20a上的出射位置沿着衍射方向(图2所示的Z轴方向)错开Ltanη_min.向第二衍射光栅21入射。另一方面，最大波长λ_MAX.的参照光8C从第一光栅面20a的出射位置沿着衍射方向(图2所示的Z轴方向)错开Ltanη_MAX.向第二衍射光栅21入射。即，在第二光栅面21a的相对于衍射方向的长度为S时，能够求出下式(15)关系。

【数学式15】

Ltanη_MAX.-Ltanη_min.≤S

.......(15)

式(15)的tanη_min.及tanη_MAX.可以根据式(10)求出。而且，向第一衍射光栅20入射的参照光8C的光束的直径为r时，优选由式(16)表示。这是为了通过使更多的参照光8C反射而防止光量的下降。

【数学式16】

Ltanη_MAX.-Ltanη_min.+r≤S

........(16)

通过将具有满足式(16)的条件的第二光栅面21a这样的第二衍射光栅21配置在透射了第一衍射光栅20的最小波长λ_min.的参照光8C入射的位置，而能够使参照光8C包含的波长中的、从测定所使用的最小的波长到最大的波长有效地衍射及反射。

需要说明的是，在第一实施方式中，作为一例，第一衍射光栅20的第一间距p₁为12μm，第二衍射光栅21的第二间距p₂为6μm，第一衍射光栅20与第二衍射光栅21的距离L为50mm。

在此，在说明使用按照波长赋予了不同的光路长度的参照光8C来测定被测定面3的方法之前，首先，说明使用未按照波长赋予不同的光路长度差的参照光的方法，即，以往的表面形状测定方法。在以往的表面形状测定方法中，表示使测定光与参照光的光路长度差变化时检测的干涉强度信号的关系的图形如图3A及图3B所示。在此，为了进行实验，而将白色光源8的波长带域形成为400～700nm的均匀的强度分布。所述图3A及图3B中，纵轴表示检测到的干涉光的干涉强度信号，横轴表示测定光与参照光的光路长度差。需要说明的是，在光路长度差为负时，表示参照光的光路长度比测定光的光路长度长的情况。而且，在光路长度差为正时，表示测定光的光路长度比参照光的光路长度长的情况。而且，图3A表示测定光与参照光的光路长度差为-40～40μm时的干涉强度信号的关系。而且，图3B是将图3A中的测定光与参照光的光路长度差为-5～5μm的范围(图3A所示的A-A’的范围)放大的图。根据图3B可知，干涉强度信号的峰值仅在测定光与参照光的光路长度差为-1～1μm的范围内能够明确地确认。

另外，如图4所示，图3A及图3B所示的干涉强度信号作为白色光源8包含的各波长的干涉强度信号的重合而检测。由此，通过使用傅立叶变换，而能够按照正弦波对检测到的干涉强度信号进行分解。由此，能够得到各波长的干涉强度信号。

另外，在图4中，以测定光与参照光的光路长度差成为0的位置为测定基准时，距测定基准为距离d的不同的位置上的被测定面3的波长λ的干涉强度信号的相位φ(rad)由下式(17)提供，其中k为常数。

【数学式17】

$\mathrm{\φ}=k\frac{d}{\mathrm{\λ}}$

........(17)

这种情况下，测定基准与被测定面之间的光路为反射光路，因此光路长度的变化为距离d的2倍，在干涉中，以λ/2成为1周期的正弦波。即，k＝π/2。此时，横轴为k/λ且纵轴为干涉强度信号的相位φ的坐标的图形如图5所示，可以由斜率d的直线表示。在以往的表面形状测定方法中，根据该斜率d，求出被测定面3的距测定基准的距离d。

在这种以往的表面形状测定方法中，在测定光与参照光的光路长度差成为0的位置(测定基准)时，各波长的干涉强度信号的相位一致，被检测作为干涉强度信号的峰值。另一方面，在具有测定光与参照光的光路长度差的位置(不是测定基准的位置)上，各波长的干涉强度相互抵消，干涉强度信号几乎消失。因此，干涉强度信号仅能在有限的狭窄的范围内检测。假设在利用图1A所示的表面形状测定装置1来实施以往的表面形状测定方法时，若光学系统单元4与被测定面3的相对距离成为大致基准位置(测定光与参照光的光路长度差成为0的位置)，则无法测定被测定面3的形状。

另外，在光学系统单元4与被测定面3的相对距离成为大致基准位置时无法检测干涉强度信号的情况下，在哪个位置上检测干涉强度信号的情况未知，因此为了使用傅立叶变换，而需要使扫描方向上的干涉强度信号取得的采样间隔尺寸变细。因此，在被测定面3的表面形状的凹凸越大时，必须扩宽扫描范围，这样，不仅测定时间增大，而且应处理的数据数也增大，从而需要较多的数据处理时间。而且，即便是以这种细小的采样间隔尺寸取得的大量的数据，能够在测定中使用的有效数据也是极小的一部分。这是因为，干涉强度信号的峰值不存在的区域的数据是振幅大致为0的无用的数据。该无用的数据由于占据采样的干涉强度信号的大多数，因此效率差，迫使进行处理的CPU16等控制机构具有过度的负载。

相对于这种以往的表面形状测定方法，说明使用第一实施方式的、图1A所示的表面形状测定装置1进行的表面形状测定方法。表示了使用表面形状测定装置1沿着Z轴方向扫描被测定面3时检测的干涉强度信号的关系的图形如图6A及图6B所示。这种情况下，为了进行实验，而将白色光源8的波长带域形成为400～700nm的均匀的强度分布。该图6A及图6B中，纵轴表示检测到的干涉光的干涉强度信号，横轴表示测定光与参照光的光路长度差。这种情况下，基于白色光源8射出的白色光的中心波长(550nm)，将从半透半反镜10到第二衍射光栅21的距离设定成与从半透半反镜10到被测定面3的距离大致相等。因此，在白色光源8照射的白色光的中心波长中，在测定光8B与参照光8C的光路长度差成为0的位置设定测定基准。需要说明的是，在光路长度差为负时，表示参照光8C的光路长度差比测定光8B的光路长度差长的情况，在光路长度差为正时，表示测定光8B的光路长度比参照光8C的光路长度长的情况。而且，图6B表示测定光8B与参照光8C的光路长度差为-40～40μm时的干涉强度信号的关系。图6B是将图6A中的测定光8B与参照光8C的光路长度差为-5～5μm的范围(图6A所示的B-B’的范围)放大的图。根据图6B可知，能够在比以往的表面形状测定方法宽的范围内检测干涉强度信号。而且，根据图6A可知，在测定光8B与参照光8C的光路长度差为-20～20μm的范围(图6A所示的C-C’的范围)内也能够充分确认到干涉强度信号。如图7所示，这是由于通过参照单元7对参照光8C按照波长赋予了不同的光路长度的缘故。详细叙述时，由于按照波长赋予了不同的光路长度的参照光8C产生干涉，因此按照波长而在不同的位置上出现干涉强度信号的峰值。

另外，通过傅立叶变换，能够从图6A得到的干涉强度信号分解成各波长的干涉强度信号。这种情况下，距测定基准(测定光8B与参照光8C的光路长度差成为0的位置)离开了距离d的位置上的被测定面3的波长λ的干涉强度信号的相位φ(rad)由下式(18)提供。

【数学式18】

$\mathrm{\φ}=k\frac{d+s}{\mathrm{\λ}}$

........(18)

在式(18)中，与式(17)的情况同样地k＝π/2。这种情况下，由于向参照光8C按照波长赋予不同的光路长度差，因此与式(17)不同，干涉强度信号的相位φ取决于参照光8C的按照波长赋予的光路长度s。需要说明的是，光路长度s可以通过式(13)求出。

基于式(18)，横轴为k/λ且纵轴为相位φ的坐标轴的图形如图8所示。顺便提一下，与图5的情况不同，图8的图形表示曲线是因为受到按照波长赋予的光路长度s的影响。因此，为了根据该曲线求出距测定基准的距离d，只要将按照波长赋予的光路长度s的影响排除即可。具体而言，使用预先测定的第一衍射光栅20与第二衍射光栅21的距离L、及第一衍射光栅20的第一间距p₁，根据式(13)及式(18)，使用非线性最小二乗法等近似成直线，根据近似的直线的斜率，能够求出距测定基准的距离d。通过在该距离d上加上距基准面6a的测定基准的位置，能够计测被测定面3的高度。

如此，通过使用表面形状测定装置1，即使测定光与参照光的光路长度差增大，也能够检测干涉强度信号。因此，能够扩宽扫描方向的采样间隔尺寸，从而能够实现测定的高速化。

需要说明的是，在使基准面6a的位置与工作台6的表面一致时，优选以图6A所示的C的位置与该基准面6a一致的方式设定作为初始条件的测定基准。图6A所示的C的位置是能够检测干涉强度信号的位置，即，是测定光与参照光的光路长度差成为最大的位置，且是测定光的光路长度比参照光的光路长度长的位置。由于能够有效地利用干涉强度信号的可检测的区域，因此能够高速地测定被测定面3的表面形状。具体而言，将测定基准设定在距工作台6的表面沿着高度方向(图1A所示的Z轴方向)错开了20μm的位置，由此测定被测定面3的表面形状。

另外，在将被测定物2的平均高度作为基准面6a的位置的情况下，优选使该基准面6a与测定基准的位置一致。具体而言，以测定光8B的光路长度与参照光8C的光路长度在基准面6a上一致的方式设定作为初始条件的测定基准。由此，能够高效率地利用可检测干涉强度信号的区域，因此能够高速地测定被测定面3的表面形状。

接下来，使用具体的数值来说明在使用第一实施方式的表面形状测定装置1的情况下，与以往的表面形状测定方法相比，能够高速测定至何种程度。

根据图3B，在以往的表面形状测定方法中，仅能在测定光与参照光的光路长度差约为2μm(-1～1μm)的范围内时检测干涉强度信号。另一方面，在表面形状测定装置1中，从图6A可知，在测定光与参照光的光路长度差约为40μm(-20～20μm)内能够检测干涉强度信号。即，通过使用第一实施方式的表面形状测定装置1，关于测定光8B与参照光8C的光路长度差，能够在以往的约20倍的范围内检测干涉强度信号。

而且，为了明确以往的表面形状测定方法与使用了第一实施方式的表面形状测定装置1的表面形状测定方法的差异，说明对表面形成有40μm的凹凸形状的被测定面3进行测定的情况。在以往的表面形状测定方法中，若测定光与参照光的光路长度差不在2μm的范围内，则无法检测干涉强度信号。因此，为了检测40μm的凹凸形状，需要包括干涉强度信号产生的宽度进行测定，至少需要扫描45μm的范围。而且，为了高精度地检测被测定面3的表面形状，例如在检测100种的光路长度差与干涉强度的关系时，即，进行100次的采样时，由于能够检测干涉强度信号的范围是2μm，因此采样间隔尺寸成为0.02μm。由于扫描的范围为45μm，因此整个区域上的采样数成为2250。即，为了取得有效的100个数据，在以往的表面形状测定方法中，需要进行2250次的采样。

另一方面，在第一实施方式的表面形状测定装置1中，由于在-20μm～20μm的范围内能够检测干涉强度信号，因此能够一次检测包括被测定面3的整体在内的范围。而且，由于以100个采样数对40μm的区域进行检测，因此采样间隔尺寸为0.4μm。此时，整个区域上的采样数也成为100。即，为了取得有效的100个数据，只要进行100次的采样即可。因此，相对于在以往的表面形状测定方法中需要进行2250次的采样的情况，在第一实施方式的表面形状测定装置1中，能够以22.5倍的速度进行测定。根据以上所述，与以往的表面形状测定方法相比，通过使用表面形状测定装置1，能够实现高速化。

另外，例如，在表面形状测定装置1中使采样间隔尺寸为0.02μm而进行2250次的采样时，取得的数据的个数为2250。在取得的全部数据中能够检测干涉强度信号，因此能够对2250种的光路长度差与干涉强度信号的关系进行采样。因此，在利用表面形状测定装置1，按照与以往的表面形状测定方法相同的采样间隔尺寸进行测定时，能够进行以往的22.5倍的数据数的被测定面3的表面的测定。即，若使用表面形状测定装置1按照与以往的方法相同的采样间隔尺寸进行测定，则能够提高测定精度。

接下来，使用图1A、图1B及图9，说明表面形状测定装置1进行的处理的流程图。

在步骤S1中，通过CPU16，设定采样间隔尺寸、基准面6a的位置、测定基准的位置、光学系统单元4的初始位置等初始条件。需要说明的是，在步骤S1中，所述初始条件也可以由操作者通过输入装置18的操作来设定，或者还可以预先设定在存储器17中。

接下来，在步骤S2中，按照设定的采样间隔尺寸通过相机14检测干涉强度信号。此时，CPU16的动作控制部16a向驱动装置15发出变动开始的指示，用于使光学系统单元4沿着图1A所示的Z轴方向开始移动。驱动装置15按照来自CPU16的动作控制部16a的指示而使光学系统单元4相对于工作台6沿着Z轴方向移动。由此，测定光8B与参照光8C的光路长度差进行变动。而且此时，CPU16的动作控制部16a每当光学系统单元4移动了在步骤S1中设定的采样间隔尺寸时，通过相机14来检测干涉光的干涉强度信号，依次存储在存储器17中。而且，存储器17基于来自安装在驱动装置15的伺服电动机上的未图示的编码器的值，将干涉强度信号与检测到该干涉强度信号的Z轴方向的距基准面6a的位置对应存储。需要说明的是，与Z轴方向正交的X轴方向和Y轴方向的位置也基于来自安装在驱动装置15的伺服电动机上的未图示的编码器的值，存储在存储器17中。

接下来，在步骤S3中，CPU16的运算部16b对于通过相机14检测到的干涉强度信号进行傅立叶变换，算出各波长的干涉强度信号。

接下来，在步骤S4中，基于通过CPU16的运算部16b算出的各波长的干涉强度信号，测定被测定面3的Z轴方向的距基准面6a的位置。具体而言，通过CPU16的运算部16b，使用式(13)和式(18)，算出被测定面3的距基准面6a的Z轴方向的位置。

接下来，在步骤S5中，将通过CPU16的运算部16b算出的被测定面3的距基准面6a的Z轴方向的位置即被测定面3的高度显示在监视器19上。

如以上所述，通过使用表面形状测定装置1，即便在被测定面3与光学系统单元4的位置关系是从测定基准(测定光8B与参照光8C的光路长度差为0的位置)离开的位置关系，也能够检测干涉强度信号。即，通过表面形状测定装置1，即便在测定光8B与参照光8C的光路长度差大的情况下也能够检测干涉强度信号，因此能够高速地测定表面形状。

需要说明的是，作为驱动装置15，并不局限于伺服电动机，也可以使用压电元件或步进电动机。

需要说明的是，若扩宽白色光源8的波长带域，则能够较宽地取得图8所示的图形的横轴k/λ的范围，因此能够提高测定精度。然而，通常，在扩宽白色光源8的波长带域时，能够检测干涉强度信号的范围变窄。另一方面，在表面形状测定装置1中，即便扩宽白色光源8的波长带域，能够检测干涉强度信号的范围也足够宽，因此能够抑制测定速度的下降并提高测定精度。

需要说明的是，通过扩宽第一衍射光栅20与第二衍射光栅21的间隔L，而能够扩宽可检侧干涉强度信号的、测定光与参照光的光路长度差的区域。这是由于按照波长赋予的光路长度增大的缘故。利用这种情况，例如只要以在比被测定面3的沿着Z轴方向形成的凹凸形状宽的范围内能够检测干涉强度信号的方式调节第一衍射光栅20和第二衍射光栅21即可。由此，仅通过扫描比形成的凹凸的范围窄的范围就能够进行表面形状的测定，从而能够缩短测定时间。

需要说明的是，在图1A中，图示了半透半反镜10的反射角为90°的情况，但可以在构成光学系统单元4的各部件相互不接触的范围内改变角度。

需要说明的是，通过使第一衍射光栅20及第二衍射光栅21的截面形状为锯齿形(闪耀形)，而能得到仅必要的方向的衍射光(在第一实施方式中为1次衍射光)，光量的损失和不必要衍射光(1次衍射光以外)引起的杂散光最少。需要说明的是，所述衍射光栅的截面形状也可以使用正弦形或矩形，但由于会产生不必要的衍射光，因此在使用正弦形或矩形时，为了避免进入相机14而需要另外设置将不必要的衍射光除去的机构。

需要说明的是，虽然说明了第一衍射光栅20的光栅(槽)方向和第二衍射光栅21的光栅(槽)方向与图1A所示的X轴方向平行的情况，但只要以所述光栅(槽)方向平行的方式配置第一衍射光栅20和第二衍射光栅21即可。例如，以第一衍射光栅20的光栅(槽)方向和第二衍射光栅21的光栅(槽)方向均与Z轴方向平行的方式配置第一衍射光栅20和第二衍射光栅21也可。这种情况下，参照光8C的衍射方向成为图1A所示的X轴方向。

需要说明的是，为了得到干涉强度信号而沿着Z轴方向扫描了光学系统单元4，但也可以通过驱动装置15使参照单元7沿着Y轴方向移动，而使测定光8B与参照光8C的光路长度差变化。

在此，对参照单元7的变形例进行说明。变形例将第一衍射光栅20和第二衍射光栅21作为一体而由1个构件即衍射光栅200构成。具体而言，如图1D所示，作为衍射光栅200，在透明的平面基板即基板203的相互平行的2个面上形成第一光栅面201和第二光栅面202。该第一光栅面201相当于第一衍射光栅20的第一光栅面20a。而且，第二光栅面202相当于第二衍射光栅21的第二光栅面21a。即，第一光栅面201和第二光栅面202应满足的条件与所述的第一衍射光栅20和第二衍射光栅21应满足的条件相同。需要说明的是，在图1D中，明确地图示了第一光栅面201和第二光栅面202为闪耀衍射光栅的情况。而且，第一光栅面201作为透射型的衍射光栅发挥功能，第二光栅面202作为反射型的衍射光栅发挥功能。

通过该变形例，能够与在2张基板上分别形成衍射光栅的光栅面来构成第一衍射光栅20和第二衍射光栅21的情况在功能上同样地进行测定。

通过在1个基板203的两面上形成第一光栅面201和第二光栅面202，而能够将光栅面间的距离及向与光栅面平行的方向的变动抑制成最小限度。光栅面间的距离的变动成为各波长下的光路长度的变化，且成为测定高度时的误差。而且，与光栅面平行的方向的变动会导致干涉信号强度的变动。具体而言，在被测定面3的高度的计算中，成为向各波长进行光谱分解中的测定误差。因此，通过在1个基板203的两面上形成光栅面，而能够使所述的变动主要原因成为最小限度，从而能够防止测定精度的下降。

另一方面，将衍射光栅(光栅面)形成在2个不同的基板上时，能够简单地扩宽光栅面间的距离。若光栅面间的距离过窄，则无法将±1次衍射光分离，±1次衍射光有时会相交。这种情况下，若光路长度差接近波长的1/2，则参照光8C的强度极度减小，干涉强度信号几乎无法检测，有时无法进行测定。即，将衍射光栅(光栅面)形成在2个不同的基板上时，能够容易地调节将±1次衍射光分离所需的充分的距离。

(第二实施方式)

第二实施方式的表面形状测定装置的结构本身与第一实施方式的表面形状测定装置1大致相同，因此省略结构本身的说明。如图1E所示，CPU16具有动作控制部16a和运算部16c。仅是通过该CPU16的运算部16c根据干涉强度信号来检测被测定面3的Z轴方向的位置的运算处理与第一实施方式不同。以下，对于该运算处理进行说明。

通过CPU16的运算部16c，使用由相机14拍摄到的数据，由此能够除去式(18)的非线性部分k×s/λ。根据由相机14具备的各摄像元件检测到的干涉强度信号而得到的信号的相位为φ_j，根据由相机14具备的摄像元件整体检测到的干涉强度信号而得到的相位的平均值为φ_avr.,与各摄像元件对应的被测定面3的距测定基准(测定光与参照光的光路长度差成为0的位置)的距离为d_j，数据数为m。这种情况下，光路长度s不取决于摄像元件，因此式(18)可以由下式(19)表示。

【数学式19】

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{avr}.}=\mathrm{\Σk}\left(\frac{d_j+s}{\mathrm{\λ}}\right)\left(\frac{1}{m}\right)=\mathrm{k\Σ}\left(\frac{d_j+s}{m}\right)\left(\frac{1}{\mathrm{\λ}}\right)+k\frac{s}{\mathrm{\λ}}$

........(19)

式(19)中的∑表示总和。在CPU16的运算部16c的运算中，从式(19)消去k×s/λ时，可以由下式(20)表示。

【数学式20】

${\mathrm{\φ}}_j=k\left(\frac{d_j-\mathrm{\Σ}\frac{d_j}{m}}{\mathrm{\λ}}\right)+{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{avr}.}$

........(20)

式(20)的∑d_j/m、φ_avr.为常数，因此基于式(20)而作成的图形成为直线。根据该直线的斜率，通过CPU16的运算部16c，能够求出被测定面3的距测定基准的距离d_j。

通过利用CPU16的运算部16c进行这种处理，能够通过计算将在通过参照单元7赋予的各波长下的光路长度的影响下成为图8所示的曲线的图形进行直线化。由此，能够简化算出被测定面3的距测定基准的距离d_j的计算，从而能够缩短计算时间。

需要说明的是，在CPU16的运算部16c中，为了除去非线性部分k×s/λ，使用了根据通过摄像元件整体检测到的干涉强度信号而得到的相位的平均值，但也可以使用特定的摄像元件或从相机14的摄像元件整体中间隔取出的多个摄像元件来削减计算量。

(第三实施方式)

第三实施方式的表面形状测定装置是将第一实施方式的表面形状测定装置1的参照单元7置换成结构不同的参照单元22的表面形状测定装置。以下，仅说明不同的结构。而且，第一衍射光栅是指向参照单元入射的参照光最初入射的衍射光栅。而且，将第二衍射光栅作为参照光在第一衍射光栅之后入射的衍射光栅进行说明。

图10表示第三实施方式的参照单元22。参照单元22将第一实施方式的参照单元7具备的透射型的第一衍射光栅20置换成反射型的第一衍射光栅23。而且，参照单元22将第一实施方式的参照单元7具备的反射型的第二衍射光栅21置换成反射型的第二衍射光栅24。而且，第二衍射光栅24的第二间距p₂是第一衍射光栅23的第一间距p₁的一半的光栅间距。

另外，第一衍射光栅23与第二衍射光栅24的关系和第一实施方式的第一衍射光栅20与第二衍射光栅21的关系相同。如此，通过均具备反射型的衍射光栅，而能够减少在使用了透射型的衍射光栅时产生的、参照光8C的透射引起的衰减。因此，能够检测更明确的干涉光，从而能够提高测定的精度。

但是，与使用透射型的衍射光栅的情况相比，需要扩宽衍射光栅的间隔L，因此在以装置的小型化为主要目的的情况下，优选使用第一实施方式的参照单元7。需要说明的是，在需要提升参照光8C的光量时，优选使用第三实施方式的参照单元22。需要说明的是，也可以将第三实施方式的参照单元22在第二实施方式的表面形状测定装置中使用。

(第四实施方式)

第四实施方式的表面形状测定装置将第一实施方式的表面形状测定装置1中的参照单元7置换成结构不同的参照单元25。以下，仅说明与第一实施方式不同的结构。

图11A表示第四实施方式的参照单元25。参照单元25将第一实施方式的参照单元7具备的透射型的第一衍射光栅20和反射型的第二衍射光栅21置换成透射型的第一衍射光栅26和透射型的第二衍射光栅27。而且，参照单元25具备参照镜28，该参照镜28对透射了第二衍射光栅27的参照光8C进行反射，以使该参照光8C在该参照光8C的光路上反向行进。而且，第一衍射光栅26具有第一光栅面26a，该第一光栅面26a是形成了与第一方向平行的直线状的光栅(槽)的平面。而且，第二衍射光栅27具有第二光栅面27a，该第二光栅面27a是形成了与第二方向平行的直线状的光栅(槽)的平面。而且，参照镜28具备形成了平面上的镜面的反射面28a。

向参照单元25入射的参照光8C首先在第一衍射光栅26进行衍射及透射。透射了第一衍射光栅26的参照光8C接着向第二衍射光栅27入射。向第二衍射光栅27入射的参照光8C在第二衍射光栅27进行衍射及透射。透射了第二衍射光栅27的参照光8C接着向参照镜28入射，进行反射。从参照镜28反射出的参照光8C再次向第二衍射光栅27入射。向第二衍射光栅27再次入射的参照光8C在第二衍射光栅27进行衍射及透射。再次透射了第二衍射光栅27的参照光8C再对第一衍射光栅26进行第二次的入射。向第一衍射光栅26进行了第二次的入射的参照光8C在第一衍射光栅26进行衍射及透射。第二次透射了第一衍射光栅26的参照光8C从参照单元25射出。

与第一实施方式的参照单元7同样地，向这种参照单元25入射的参照光8C按照波长被赋予不同的光路长度差。在此，说明用于对参照光8C按照波长赋予不同的光路长度差的第一衍射光栅26、第二衍射光栅27、及参照镜28的关系。需要说明的是，在以下的说明中，第一衍射光栅26的第一间距为p₁，向第一衍射光栅26入射的参照光8C的角度为θ₁，第一衍射光栅26的衍射角为η₁，第二衍射光栅27的第二间距为p₂，向第二衍射光栅27入射的参照光8C的角度为θ₂，第二衍射光栅27的衍射角为η₂，衍射次数为n。

参照镜28为了使透射了第二衍射光栅27的参照光8C在参照光8C的光路上反向行进，而与第二衍射光栅27对置配置(第二光栅面27a与反射面28a平行配置)。这种情况下，若参照光8C未能在不同的波长下也从同一方向向参照镜28入射，则不会在参照光8C的光路上反向行进，从而不会再次向第二衍射光栅27入射。因此，向参照镜28入射的参照光8C必须在同一方向上在第二衍射光栅27衍射。即，向参照镜28入射时的参照光8C的衍射角需要为0(rad)。需要说明的是，若衍射角不为0(rad)，则各波长的衍射角的值不同，因此透射了第二衍射光栅27的参照光8C不会从同一方向向参照镜28入射。由此，向式(3)的衍射角η₂代入0(rad)，能得到下式(21)。

【数学式21】

$\sin {\mathrm{\θ}}_2=n\frac{\mathrm{\λ}}{p_2}$

........(21)

另外，第一衍射光栅26和第二衍射光栅27与第一实施方式的第一衍射光栅20和第二衍射光栅21的关系同样地，需要以第一衍射光栅26与第二衍射光栅27的光栅(槽)方向(第一方向与第二方向)相互平行、且第一光栅面26a与第二光栅面27a平行的方式配置。因此，式(6)的关系成立。而且，如第一实施方式叙述那样，需要向第一光栅面26a垂直入射。因此，入射角θ₁成为0(rad)。由此，式(21)可以由下式(22)表示。

【数学式22】

$\sin {\mathrm{\η}}_1=n\frac{\mathrm{\λ}}{p_1}=n\frac{\mathrm{\λ}}{p_2}$

........(22)

从式(22)可知，需要使p₁与p₂相等。对以上情况进行归纳的话，第一衍射光栅26、第二衍射光栅27及参照镜28的充分必要结构条件为如下4个。

第一，以第一衍射光栅26与第二衍射光栅27的光栅(槽)方向(第一方向与第二方向)相互平行的方式配置第一衍射光栅20和第二衍射光栅21。

第二，以参照光8C向第一光栅面26a垂直入射的方式配置第一衍射光栅26。

第三，以第一光栅面26a、第二光栅面27a及反射面28a平行的方式配置第一衍射光栅26、第二衍射光栅27及参照镜28。

第四，第一间距p₁与第二间距p₂相等。

通过使用具备满足了所述4个结构条件的第一衍射光栅26、第二衍射光栅27、参照镜28的参照单元25，而对于向参照单元25入射的参照光8C，按照波长赋予不同的光路长度，从而能够按照波长使相位错开。因此，即便被测定面3与光学系统单元4的位置关系是从测定基准(测定光8B与参照光8C的光路长度差为0的位置)离开的位置关系，也能够检测干涉强度信号。即，通过第四实施方式的表面形状测定装置1，即便在测定光8B与参照光8C的光路长度差大的情况下，也能够检测干涉强度信号，因此能够高速地测定表面形状。

需要说明的是，第一光栅面26a与第二光栅面27a的大小的关系和第一实施方式的第一光栅面20a与第二光栅面21a的大小的关系相同。

另外，以第一光栅面26a与第二衍射光栅27对置的方式配置第一衍射光栅26。这是为了在参照光8C从第一衍射光栅26射出时，使参照光8C衍射。这种情况下，参照光8C对于第一光栅面26a的表面垂直入射，因此不会受到第一衍射光栅26的波长分散的影响。而且，以第二光栅面27a与第一衍射光栅26对置的方式配置第二衍射光栅27。这是为了在向第二衍射光栅27入射时，使参照光8C衍射。这种情况下，在第二光栅面27a衍射的参照光8C的衍射角为0(rad)，因此在透射第二衍射光栅27时，不会受到波长分散的影响。即，通过以第一光栅面26a与第二光栅面27a对置的方式配置第一衍射光栅26和第二衍射光栅27，能够减少透射它们时的波长分散的影响。

另外，第一衍射光栅26和第二衍射光栅27可以使用相同的衍射光栅。由于能够减少部件的种类，因此能够实现设备的制造成本的减少。而且，在变更被测定物2时能够容易地变更装置的设定。这是因为第一衍射光栅26和第二衍射光栅27只要进行相同变更即可。需要说明的是，也可以将第四实施方式的参照单元25在第二实施方式的表面形状测定装置中使用。

在此，说明参照单元25的变形例。变形例将第一衍射光栅26和第二衍射光栅27作为一体，由1个构件即衍射光栅204构成。具体而言，如图11B所示，作为衍射光栅204，在透明的平面基板即基板205的相互平行的2个面上形成第一光栅面206和第二光栅面207。第一光栅面206相当于第一衍射光栅26的第一光栅面26a。而且，第二光栅面207相当于第二衍射光栅27的第二光栅面27a。并且，参照镜28在变形例中也相同。即，第一光栅面206、第二光栅面207及参照镜28应满足的条件与所述的第一衍射光栅26、第二衍射光栅27及参照镜28应满足的条件相同。需要说明的是，在图11B中，明确地图示了第一光栅面206和第二光栅面207为闪耀衍射光栅的情况。而且，第一光栅面206和第二光栅面207均作为透射型的衍射光栅发挥功能。

通过该变形例，与在2张基板上分别形成衍射光栅的光栅面而构成第一衍射光栅26和第二衍射光栅27的情况在功能上同样地能够进行测定。

通过在1个基板205的两面上形成第一光栅面206和第二光栅面207，而能够将光栅面间的距离及向与光栅面平行的方向的变动抑制成最小限度。光栅面间的距离的变动成为各波长下的光路长度的变化，且成为测定高度时的误差。而且，与光栅面平行的方向的变动会导致干涉信号强度的变动。具体而言，在被测定面3的高度的计算中，成为向各波长进行光谱分解中的测定误差。因此，通过在1个基板205的两面上形成光栅面，而能够使所述的变动主要原因成为最小限度，从而能够防止测定精度的下降。

另一方面，将衍射光栅(光栅面)形成在2个不同的基板上时，能够简单地扩宽光栅面间的距离。若光栅面间的距离窄，则无法将±1次衍射光分离，±1次衍射光有时会相交。这种情况下，若光路长度差接近波长的1/2，则参照光8C的强度极度减小，干涉强度信号几乎无法检测，有时无法进行计测。即，将衍射光栅(光栅面)形成在2个不同的基板上时，能够容易地调节将±1次衍射光分离所需的充分的距离。

另外，作为另一变形例，可以将第一衍射光栅26、第二衍射光栅27及参照镜28作为一体，而由1个构件构成。具体而言，如图11C所示，作为1个构件208，在透明的平面基板即第一基板209的相互平行的2个面上形成第一光栅面210和第二光栅面211。此外，透明的平面基板即第二基板212以共有第二光栅面211的方式配置。这种情况下，在第二基板212的与第二光栅面211平行的面上配置参照镜213。在图11C中，第一光栅面210相当于第一衍射光栅26的第一光栅面26a。而且，第二光栅面211相当于第二衍射光栅27的第二光栅面27a。并且，参照镜213相当于参照镜28。

需要说明的是，也可以将第二衍射光栅27和参照镜28作为一体而由1个构件构成，并将第一衍射光栅26作为另一构件。

(第五实施方式)

第五实施方式的表面形状测定装置将第四实施方式的参照单元25置换成结构不同的参照单元29。以下，仅说明与第四实施方式不同的结构。

图12表示第五实施方式的参照单元29。参照单元29将第四实施方式的参照单元25具备的透射型的第一衍射光栅26和透射型的第二衍射光栅27分别置换成反射型的第一衍射光栅30和反射型的第二衍射光栅31。而且，第二衍射光栅31的第二间距p₂等于第一衍射光栅30的第一间距p₁。

另外，第一衍射光栅30与第二衍射光栅31的关系和第四实施方式的第一衍射光栅26与第二衍射光栅27的关系相同。如此，通过同时具备反射型的衍射光栅，能够减少使用了透射型的衍射光栅时产生的参照光8C的衰减。因此，能够检测更明确的干涉光，从而能够提高测定的精度。

但是，与使用透射型的衍射光栅的情况相比，需要扩宽衍射光栅的间隔，因此在以装置的小型化为主要目的的情况下，优选使用第四实施方式的参照单元25。需要说明的是，在需要提升参照光8C的光量时，优选使用第五实施方式的参照单元29。

另外，第一衍射光栅30和第二衍射光栅31可以使用相同的衍射光栅。由于能够减少部件的种类，因此能够减少设备的制造成本。而且，在变更被测定物2时，能够容易地变更装置的设定。需要说明的是，也可以将第五实施方式的参照单元29在第二实施方式的表面形状测定装置中使用。

<变形例1>

作为第五实施方式的变形例1，图13表示参照单元32。将第五实施方式的参照单元29具备的反射型的第二衍射光栅31置换成透射型的第二衍射光栅33的参照单元是变形例1的参照单元32。需要说明的是，第二衍射光栅33的第二间距p₂与第一衍射光栅30的第一间距p₁相等。而且，第一衍射光栅30与第二衍射光栅33的关系和第四实施方式的第一衍射光栅26与第二衍射光栅27的关系相同。

通过使用这种参照单元32，对于向参照单元32入射的参照光8C，按照波长赋予不同的光路长度，从而能够按照波长使相位错开。因此，即便被测定面3与光学系统单元4的位置关系是从测定基准(测定光8B与参照光8C的光路长度差为0的位置)离开的位置关系，也能够检测干涉强度信号。即，通过变形例1的表面形状测定装置，即便在测定光8B与参照光8C的光路长度差大的情况下，也能够检测干涉强度信号，因此能够高速地测定表面形状。

<变形例2>

作为第五实施方式的变形例2，图14表示参照单元34。将第五实施方式的参照单元29具备的反射型的第一衍射光栅30置换成透射型的第一衍射光栅35的参照单元是变形例2的参照单元34。需要说明的是，第二衍射光栅31的第二间距p₂与第一衍射光栅35的第一间距p₁相等。而且，第一衍射光栅35与第二衍射光栅31的关系和第四实施方式的第一衍射光栅26与第二衍射光栅27的关系相同。

通过使用这种参照单元34，对于向参照单元34入射的参照光8C，按照波长赋予不同的光路长度，从而能够按照波长使相位错开。因此，即便被测定面3与光学系统单元4的位置关系是从测定基准(测定光8B与参照光8C的光路长度差为0的位置)离开的位置关系，也能够检测干涉强度信号。即，通过变形例2的表面形状测定装置，即便在测定光8B与参照光8C的光路长度差大的情况下，也能够检测干涉强度信号，因此能够高速地测定表面形状。

需要说明的是，本发明并未限定为所述实施方式，而能够以其他各种形态实施。例如，作为各衍射光栅的光栅面的截面形状，并不局限于图17C那样的闪耀衍射光栅43，即，在锯齿的各表面上引起反射的分光元件。作为另一例，可以使用如图17A那样在基板上雕刻了槽40的类型的光栅面44、或如图17B那样将折射率不同的部分41、42组合的类型的光栅面45等作为衍射光栅。

需要说明的是，通过将所述的各种实施方式或变形例中的任意的实施方式或变形例适当组合，能够起到各自具有的效果。

本发明参照附图并与实施方式相关联而充分地进行了记载，但本领域技术人员当然能进行各种变形或修正。这种变形或修正只要不脱离权利要求书的范围所限定的本发明的范围，就应该认为包含于本发明中。

【工业实用性】

本发明的表面形状测定方法及表面形状测定装置能够高速地测定被测定面的表面形状。因此，本发明的表面形状测定方法及表面形状测定装置适合于半导体晶片或液晶显示器用玻璃基板等精密加工品的表面形状的测定的用途、例如使用白色光的干涉来高速地测定凹凸形状的情况。

Claims (15)

1.一种表面形状测定方法，其中，

将包含不同的波长的白色光分割成参照光和测定光，

在配置有以第一间距形成第一方向的光栅并接受所述参照光的垂直入射的第一衍射光栅、和以所述第一间距的一半的间距形成所述第一方向的光栅且与所述第一衍射光栅平行地配置的第二衍射光栅的状态下，使所述参照光向所述第一衍射光栅入射之后，使其通过第一光路向所述第二衍射光栅入射，然后，将从所述第二衍射光栅通过所述第一光路向所述第一衍射光栅入射的所述参照光和向被测定面入射而由该被测定面反射出的所述测定光合成，作为干涉光，

检测所述干涉光的干涉强度，

基于所述干涉强度来测定所述被测定面的表面形状。

2.根据权利要求1所述的表面形状测定方法，其中，

使所述参照光通过所述第一光路向所述第二衍射光栅入射之后，再由镜进行反射，然后，使其从所述第二衍射光栅通过所述第一光路向所述第一衍射光栅入射。

3.根据权利要求1所述的表面形状测定方法，其中，

所述参照光利用所述第一衍射光栅按照波长来改变光路长度，而从所述第一衍射光栅向所述第二衍射光栅入射。

4.一种表面形状测定装置，具备：

光源，其照射包含不同的波长的白色光；

分割部，其将所述白色光分割成参照光和测定光；

工作台，其载置所述测定光所照射的被测定物；

第一衍射光栅，其以第一间距形成第一方向的光栅并接受所述参照光的垂直入射；

第二衍射光栅，其以所述第一间距的一半的间距形成所述第一方向的光栅，与所述第一衍射光栅平行地配置，并接受从所述第一衍射光栅射出的所述参照光的入射；

合成部，其将从所述第二衍射光栅射出之后从所述第一衍射光栅射出的所述参照光和由所述被测定物反射出的所述测定光合成，作为干涉光；

检测部，其检测所述干涉光的干涉强度；

测定部，其基于所述干涉强度来测定所述被测定物的表面形状。

5.根据权利要求4所述的表面形状测定装置，其中，

利用一个构件兼用作所述分割部和所述合成部。

6.根据权利要求4所述的表面形状测定装置，其中，

所述第一衍射光栅是透射型的衍射光栅，所述第二衍射光栅是反射型的衍射光栅。

7.根据权利要求4所述的表面形状测定装置，其中，

所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅均是反射型的衍射光栅。

8.根据权利要求4所述的表面形状测定装置，其中，

所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅作为一体而由一个构件形成。

9.一种表面形状测定装置，具备：

光源，其照射包含不同的波长的白色光；

分割部，其将所述白色光分割成参照光和测定光；

工作台，其载置所述测定光所照射的被测定物；

第一衍射光栅，其以第一间距形成第一方向的光栅并接受所述参照光的垂直入射；

第二衍射光栅，其以所述第一间距形成所述第一方向的光栅，与所述第一衍射光栅平行地配置，并接受从所述第一衍射光栅射出的所述参照光的入射；

镜，其对从所述第二衍射光栅射出的所述参照光进行反射而使其向所述第二衍射光栅入射；

合成部，其将由所述镜反射之后按照所述第二衍射光栅和所述第一衍射光栅的顺序射出的所述参照光和由所述被测定物反射出的所述测定光合成，作为干涉光；

检测部，其检测所述干涉光的干涉强度；

测定部，其基于所述干涉强度来测定所述被测定物的表面形状。

10.根据权利要求9所述的表面形状测定装置，其中，

所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅均是反射型的衍射光栅。

11.根据权利要求9所述的表面形状测定装置，其中，

所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅均是透射型的衍射光栅。

12.根据权利要求9所述的表面形状测定装置，其中，

所述第一衍射光栅是反射型的衍射光栅，所述第二衍射光栅是透射型的衍射光栅。

13.根据权利要求9所述的表面形状测定装置，其中，

所述第一衍射光栅是透射型的衍射光栅，所述第二衍射光栅是反射型的衍射光栅。

14.根据权利要求9所述的表面形状测定装置，其中，

所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅作为一体而由一个构件形成。

15.根据权利要求9所述的表面形状测定装置，其中，

所述第一衍射光栅、所述第二衍射光栅及所述镜作为一体而由一个构件形成。