JP2008534986A - 非球形表面の高分解能の精密測定方法 - Google Patents
非球形表面の高分解能の精密測定方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】特に、非球形体にて高空間周波数を有する試験片から極めて改良された精度にて表面又は波面を測定する複数の方法を備えるシステムである。これら方法は、試験片を多数回測定するステップを含む。方法の1つは、計測計器の合焦構成要素を較正し且つ制御して試験片が計器に対して再配置されたとき、分解能及び精度の損失を回避する。その他の方法は、計器の本来的な勾配に依存する不均質なバイアス中の高空間周波数の構造を抑制すべく従来の平均化方法を拡張する。これらの方法の1つは平均化し、これは、試験片の高空間周波数の構造を抑制して計器のバイアスを明確にするステップを含む。別の方法は、測定値中の計器のバイアスを直接抑制する。方法の全ては特定の幾何学的形態及び用途に合うよう特別に作成した多岐に亙る形態にて共に使用することができる。
Description
測定装置のシステム上の誤り、特に非球形面を測定するとき高空間周波数の誤りを較正し又はその他、減少させる方法が当該技術にて更に必要とされている。
本発明の更に別の目的は、特に非球形面及び高空間周波数に対する波面の測定計器の精度を向上させることである。
本発明の上記及びその他の目的、特徴及び有利な効果並びにその現在の好ましい実施の形態は、添付図面に関して以下の説明を読むことにより一層明らかになるであろう。
等式1 (1/obj)+(1/img)=1/f
ここで、「obj」は、試験表面から計器の第一の主要面12P1までの変位、「img」は、計器の後側主要面12P2から像平面(すなわち検出平面の最適な位置)までの変位、「f」は、計器の光学系の焦点距離である。
2.対物の距離を計算するため、試験片の名目的な局所的曲率半径の事前の知識を採用し、追加的な距離探知機構を不要にする。
等式2 1/(ob+ob_ref)+1/(im+im_ref)=1/f
ここで、「ob_ref」は、基準点(基準面29の頂点又は点36のように既知)から第一の主要面12Pl(不明であるが、一定である)までの偏位である;
「ob」は、試験表面から対物の基準点(既知であり、試験片の名目的な局所的曲率半径に依存する)までの変位である;
「im_ref」は、F軸線の機械的な原点Foから第二の主要面12P2(未知であり且つ一定である)までの変位である;
「im」は、F軸線(これは、可変パラメータである、すなわち全体として我々が適正に設定しようとするもの)の位置である;
「f」は、計器の光学系の焦点距離である(未知であり、所定の計器光学素子セットに対し一定である)。
較正すべきパラメータは、「ob_ref」、「im_ref」及び「f」を含む。較正は、幾つかの異なる共役位置にて1つ又はそれ以上の部分を試験することを必要とする。較正方法は、
1.計器を望まれる光学的形態にて設定するステップと、
2.各対の位置にてデータを得るため次のサブステップを採用して、複数の異なる対物及びF−軸線位置にてデータを採取するステップとを備え、すなわち
a.既知の半径の試験片を取り付ける(例えば、その部分をワークステーションに取り付け且つ、その部分を計器の波面に対して整合させる。整合は、既知のZ偏位を含むことができる)ステップと、
b.表面が鮮明な視覚的焦点となる迄、F−軸線位置を調節する(所望に応じて、小さい紙スリップのような、補助的整合補助具を採用して)ステップと、
c.F−軸線の位置及び対物の位置を記録するステップと(対物の位置は、対物の基準点に対するものであることを認識すべきである)であり、
3.複数の対物及び対のF−軸線の位置上にて適合を計算する(例えば、非線形の最小二乗適合アルゴリズムを使用して)ステップと、自由度として、「ob_ref」、「im_ref」及び「f」を使用して適合を最適にするステップとを備えている。例えば、基準面29の頂点が対物の基準点である、図6を参照されたい。
2.多軸試験片の位置決め手段と、波面の測定計器とを含むシステム内に較正試験片を取り付けるステップと、その試験片をその共焦点位置に動かすステップと、
3.較正する試験片の表面上の異なる位置にて複数の測定値を得るステップ(その測定値は、依然、共焦点位置におけるものでなければならない)と、を備え、試験片上の任意の偏倚又はその他のノイズは、測定毎に相違する一方にて、システム上の誤りは、各測定時にて同一であることを認識すべきである。
先行技術の平均化技術は、試験片における異なる測定位置を渡ってシステム上の誤りが実質的に同一であること、及び対象とする一部の空間的帯域上にて試験片の誤りが補正されないこと(このため、その平均値は、零に近づく傾向となる)に基づく。しかし、システム上の誤りは、全体として、個々の測定値にて局所的勾配の関数として変化することを認識すべきである。球形部分は、典型的に、測定値を渡ってかかる勾配は変化せず、このため、これらの測定値は、波面のバイアスは、試験片の位置と共に不変でなければならないという条件に従う傾向となる。しかし、非球形の測定値は、全体として、この基準に適合せず(非球形の表面を渡る勾配の変化の一例について図8dを参照されたい)、このため、先行技術のランダム平均化方法の標準的な具体化は、十分な較正効果を提供できない。
1.上記表面又は波面の対称を識別すること(例えば、試験片のどの位置が同一の予め規定された形状を有するか);
2.特に、対象とする試験片における位置を較正するための計器及び試験片の測定条件を選ぶステップと(先行技術の通常の低順位の較正と異なり、より高空間周波数の特徴の精密な較正は、合焦ステージの位置のような計器のパラメータに対し極めて敏感である)、(例えば、上記の例において、軸線から20mm離れたリングにおける任意の位置が「対象とされる」と推定した);
3.試験片及び計器の異なる相対的位置における測定値を得るステップであって、測定値は、望まれる試験条件に適合し且つ同一の名目的測定値を有するようにする上記ステップと(試験片における製造上の欠陥は、実際上、実際の測定値を多少相違させるが、予め規定された測定値は同一である);
4.上記測定値からシステム上の計器の波面の誤りの較正値を計算するステップとを備えている。
Claims (14)
- 試験片(part)を位置決めする手段と、波面を測定する計器を有する計測システムにて、予め規定された設計(design prescription)にて基本対称(underying symmetry)を有する表面又は波面を高精度にて測定する方法において、
a)前記試験片及び計器の異なる相対的な位置にて複数の測定値を得るステップと、
b)次のステップの少なくとも1つ、
i)すなわち前記予め規定された設計及び計器の較正定数にて試験波面の各々の局所的曲率の知識を使用して前記測定値の各々に対し前記計器の最適な焦点位置を決定するステップと、
ii)前記計器と同一の試験状態及び前記測定位置を有する前記測定値を平均化して前記対称に従って平均化することにより、前記測定値のシステム上の計器の波面の誤りを較正し、前記試験片が前記予め規定された設計に完全に適合するならば、前記位置の全てにおける前記計器の測定値が同一であるようにするステップと、
iii)試験片の同一の名目的位置であるが、前記測定値の2つ又はそれ以上が前記計器に対して異なる向きを有する位置にて得られた前記測定値を平均化することにより、較正されない誤りを減少させるステップと、
iv)前記測定値を共にステッチングし、前記測定値における低空間的周波数の情報が自由補正器により、明示的にフィルタリングされ又は黙示的に補償されるようにすることにより較正されない誤りを減少させるステップ、を実行するステップとを備える、方法。 - 試験片を位置決めする手段と、合焦ステージ及び複数の一定の第一順位の性質を有する波面の測定計器とを有する計測システムにて、波面の測定計器の第一順位の光学的性質及び等式 1/(ob+ob_ref)+1/(im+im_ref)=1/fによって示された、像を形成する共役位置を決定する方法において、
a)対物の基準点から前記計器内の第一の主要平面までの偏位である、「ob_ref」を決定するステップと、
b)試験表面から前記対物の基準点までの変位である、「ob」を決定するステップと、
c)F軸線の機械的な原点Foから前記計器内の第二の主要平面までの変位である、「im_ref」を決定するステップと、
d)前記計器内のF軸線の位置である、「im」を決定するステップと、
e)計器の光学系の焦点距離である「f」を決定するステップとを備える、方法。 - 請求項2に記載の方法において、
a)所望の光学的形態にて前記波面の測定計器を設定するステップと、
b)既知の半径と、前記計測システム内のその共焦点位置から既知の変位量とを有する表面を備える試料品を設定するステップと、
c)前記表面が鮮明な焦点にあると観察される迄、前記合焦ステージの位置を調節するステップと、
d)前記既知の対物の基準点に対する前記合焦ステージの位置と前記試験片の位置とから成る、得られる対の共役位置を記録するステップと、
e)ステップb)ないしd)を反復して異なる複数対の前記共役位置を得るステップと、
f)少なくとも焦点距離と、対物の基準点から第一の主要な平面までの変位と合焦ステージの原点から第二の主要な平面までの変位とを含む、計器の光学系の一定の前記複数の第一順位の性質を解くことにより前記対の共役位置にて適合計算(fitting calculation)を実行するステップとを備える、方法。 - 計器が特定の位置にて合焦されるように合焦ステージの位置を決定する請求項2に記載の方法において、
a)試験波面の局所的曲率半径及び対物の基準点に対する波面及び前記計器の光学系の第一の主要平面の位置の知識に基づいて、前記特定の位置の対物の共役位置を計算するステップと、
b)前記対物の共役位置と、前記計器の光学系の既知の焦点距離とに基づいて像の共役位置を計算するステップと、
c)前記像の共役位置と、前記合焦ステージの原点から前記計器の光学系の第二の主要平面までの既知の変位とに基づいて、前記計器が前記特定の位置に合焦される、合焦ステージの位置を計算するステップとを備える、方法。 - 試験片を位置決めする手段と、波面を測定する計器とを有する計測システムにて、予め規定された設計にて基本対称を有する試験片の特定の表面又は波面を試験するとき、システム上の計器の波面の誤りを推定し且つ較正する方法において、
a)前記表面又は波面の前記対称を識別するステップと、
b)計器の形態及び前記試験片の位置を含む、計器及び較正するための試験片の測定条件を選ぶステップと、
c)前記試験片及び計器の異なる相対的な位置における複数の測定値を得るステップであって、前記測定値は、前記試験条件に適合し、前記位置は前記対称に従い、前記試験片が前記予め規定された設計に完全に適合するならば、前記位置の全てにおける前記計器の測定値が同一であるようにする前記ステップと、
d)前記測定値からシステム上の計器の波面の誤りの較正値を計算するステップとを備える、方法。 - 請求項5に記載の方法において、
前記試験片は、軸線の回りにて回転対称であり、
前記複数の測定位置は、前記軸線の回りにてリング上にあり、
前記較正の計算値は前記測定値の平均値である、方法。 - 請求項6に記載の方法において、
前記平均値は、単純で且つ加重した値から成る群から選ばれる、方法。 - 前記較正の計算は前記測定に関する知識を採用する、請求項5に記載の方法において、
a)前記測定値の加重平均値を計算し、前記加重値は測定データの質の推定値により決定されるステップと、
b)所望の空間的帯域に渡って前記試験片の対称と同一の対称を有する特徴を前記平均値から除去するステップとを更に備える、方法。 - 請求項5に記載の方法において、前記計器は基本対称を有し、
a)前記計器の前記対称を識別するステップと、
b)試験片に対する計器の異なる相対的な向きにて複数の測定値を得るステップであって、前記位置が前記対称に従い、前記試験片が前記予め規定された設計に完全に適合するならば、前記向きの全てにおける前記計器の測定値が同一であるようにする前記ステップと、
c)システム上の計器の波面の誤りに対する計器の対称の寄与分を前記測定値から計算するステップと、
d)システム上の波面の誤りの前記較正における混同した(confounded)対称の誤りから試験片の寄与分を分離するステップとを備える、方法。 - 試験片を位置決めする手段と、波面を測定する計器とを有する計測システムにて、試験片から特定の表面又は波面を試験するとき、システム上の計器の波面の誤りの効果を減少させる方法において、
a)測定すべき前記試験片における名目的位置を選ぶステップと、
b)前記名目的位置にて複数の測定値を得るステップであって、該測定値は共通のデータ点を有し、前記測定値の各々は、位置及び向きの少なくとも1つにて前記その他の測定値から相違するようにする前記ステップと、
c)前記異なる測定値における任意の相対的な平行移動(translation)を計算しつつ、前記測定値を平均化して共通の座標系を形成するステップとを備える、方法。 - 前記表面の複数の重なり合うサブアパーチャーデータのマップから対物の試験表面の完全アパーチャーの数値データのマップを合成する方法において、
a)前記サブアパーチャーデータのマップ内の測定の誤りを減少させる少なくとも1つの方法を選ぶステップと、
b)複数の前記表面領域から前記表面の前記複数のサブアパーチャーの数値データマップを採取して、かかるマップの各々の少なくとも一部分が少なくとも1つの隣接するマップの一部分と重なり合って重なり合うデータ領域を形成するステップと、
c)前記複数の重なり合うデータマップを名目的歪みマップを有する全体的な座標系に投影するステップと、
d)自由な大きさ範囲を有する自由補償器と、前記重なり合うデータ領域内のステッチング誤りを補償するため同一の規制された大きさを有する結合された(interlocked)補償器とから成る2つの群の少なくとも一方から複数の誤り補償器を選ぶステップと、
e)前記補償器の線形の組み合わせを通じて前記重なり合う領域内にて前記データマップの各々からデータの不一致を同時に最小にするステップとを備える、方法。 - 請求項11に記載の方法において、
前記システム上の計器の誤りを減少させる方法は、前記サブアパーチャーのデータをプレフィルタリングするステップを含み、
前記フィルタリングは、前記サブアパーチャーのデータを採取するステップの後であるが、前記不一致を最小にするステップの前に行われ、
前記プレフィルタリングは、前記サブアパーチャーのデータから低空間周波数の形態を除去する、方法。 - 請求項11に記載の方法において、
前記測定の誤りを減少させる方法は、前記重なり合う測定領域における低空間周波数の偏差を最適化するステップであって、前記低空間周波数の偏差は、算術的基本関数により表現され、前記基本関数は自由補償器により表現される前記ステップを含む、方法。 - 請求項11に記載の方法において、
前記測定の誤りを減少させる方法は、勾配に依存する誤りを平均化するステップを含み、
前記サブアパーチャーのデータマップは、重なり合うマップにおける同一の点にて異なる局所的勾配のデータを重なり合わせ、前記計器の勾配に依存するシステム上の誤りを平均化するステップを含む、方法。
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