JP2010133860A - 形状算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 非球面の面形状算出において、被検面の高周波成分まで高精度に算出する。
【解決手段】 非球面である被検面内を重なり領域をもつように複数の測定領域に分けて、被検面の形状を算出する基準となる参照面で反射する光と、測定領域で反射する光とによって生じる干渉光による干渉縞を受光部で受光し、各測定領域の形状を算出する工程と、算出された各測定領域の形状をつなぎ合わせて被検面の形状を算出する工程と、を有する形状算出方法において、各測定領域の形状を算出する工程は、測定される干渉縞の本数が最小となるように被検面と参照面との相対的な位置を調節する工程と、被検面の位置が調節された状態で、被検面と前光部とが共役の関係となるように受光部の位置を調節する工程と、受光部の位置が調節された状態で、干渉縞の位相分布を測定する工程と、測定した位相分布を用いて測定領域の形状を算出する工程と、を有する。
【選択図】 図４

Description

本発明は非球面である被検物の形状を高精度に算出する形状算出方法に関するものである。

光学系におけるイノベーションは常に新しい光学素子、あるいは自由度の導入によってもたらされている。この中で非球面の導入による光学性能の改善は天体望遠鏡の昔から追及されてきた項目の一つであるが、近年、加工法や測定法の改善により、最も精度が要求される半導体素子製造用の半導体露光装置に導入されるところにいたった。

光学素子の形状を測定する技術として、波面合成法またはスティッチ法と呼ばれる方法がある（特許文献１、特許文献２参照）。スティッチ法について図１１、図１２を用いて説明する。

図１１は被検物である光学素子の被検面４ａを上から見た図で、横方向をｘ軸、縦方向をｙ軸とする。被検面を小円で示すような互いに重なる領域を持つ複数の測定領域（サブアパーチャ）に分割する。斜線で示す被検面４ａの中心を含む測定領域をｗｐｓ１、点線で示すｗｐｓ１のｙ方向に最隣接している測定領域をｗｐｓ２とする。スティッチ法は、被検面を複数の測定領域に分割して各測定領域に球面波を照明して測定し、全測定データをつなぎ合わせることで被検面全面の情報を得る方法である。各測定領域の測定は、干渉縞がヌルになる位置で測定を行う。ヌルとは干渉縞の密度が低い状態を表し、本発明では特に干渉縞の本数が一本以下の状態を表す。

次に、図１２を用いてスティッチ法を行う際の代表的な装置構成を説明する。図１２において、１１は光源、１２はハーフミラー、１３はＴＳレンズ、１３ａは参照面、１４は被検物、１４ａは被検面、１５は被検物１４を保持するホルダ、１６は被検物１４をホルダ１５と共に駆動させるステージ、１７は結像レンズ、１８は撮像手段を示す。また、図中ｚ軸はＴＳレンズの光軸と平行になるように紙面左右方向、ｘ軸は紙面垂直方向、ｙ軸は紙面上下方向とする。駆動ステージ１６はｘ軸，ｙ軸，ｚ軸，θｘ軸，θｚ軸の５軸、またはθｙ軸を含む６軸の構成とする。ここでθｘ軸はｘ軸回り、θｙ軸はｙ軸回り、θｚ軸はｚ軸回りに回転する軸である。ここで、被検面１４ａは球面である。

光源１１から射出された光束は、ハーフミラー１２を透過してＴＳレンズ１３に入射し、球面波を生成する。参照面１３ａは、光束の一部を透過させて被検光を生成する役割と、光束の一部を反射させて参照光を生成する役割とがある。参照面１３ａを透過した被検光は被検面１４ａで反射され、参照面１３ａで反射した参照光と干渉する。干渉光は、再びＴＳレンズ１３を透過し、ハーフミラー１２で反射されて結像レンズ７によって撮像手段１８に集光し、干渉縞として撮像される。

図１２において、被検面の位置である第１の測定位置ｗｐ１は、被検面１４ａの中心部分を含むような、図１１に示す測定領域ｗｐｓ１を測定する場合で、干渉縞がヌルとなる位置である。被検物１４が第１の位置ｗｐ１の時、撮像手段１８は被検面１４ａと共役の関係となるような位置ｃｐ１に配置される。この時の参照面１３ａと被検面１４ａとの間の距離（キャビティ長）をＬ１とする。

また、被検面の位置である第２の測定位置ｗｐ２は、第１の測定位置ｗｐ１のｙ方向に最隣接している領域を測定するような、図１１に示す測定領域ｗｐｓ２を測定する場合で、干渉縞がヌルになる位置とする。被検物１４が第２の位置ｗｐ２の時、撮像手段１８は被検面１４ａと共役の関係となる位置ｃｐ２に配置される。この時の参照面１３ａと被検面１４ａとの間の距離（キャビティ長）をＬ２とする。

被検面が球面である場合、キャビティ長についてＬ１＝Ｌ２となるので、撮像手段１８の位置についてもｃｐ１＝ｃｐ２となり、被検面１４ａと撮像手段１８の位置調整が必要ない。図３に示す測定領域ｗｐｓ１、ｗｐｓ２だけでなく、全てのサブアパーチャにおいてキャビティ長がＬ１と等しくなり、撮像手段の位置もｃｐ１と等しくなるので、撮像手段１８の位置を固定したまま全測定領域の測定を行うことができる。

各測定領域における誤差の補正を行って各測定領域の形状を算出した後、全測定領域の形状をつなぎ合わせる。各測定領域における誤差とは、測定時の被検面の姿勢誤差、位置決め誤差、横座標歪、参照面形状誤差などを示し、各誤差量は、サブアパーチャの重なり領域を利用して算出するか、あらかじめ別途誤差量を測定し、算出した値を用いる。
特開平２−２５９５０９号公報 特開２００４−１２５７６８号公報

しかしながら、非球面である被検面に球面波を照明した場合、干渉縞はヌルにならないため、一般的に干渉縞の本数が最小となる位置で測定が行われる。この場合、測定領域毎にキャビティ長が変わるので、被検面と撮像手段のフォーカス関係の調整が必要となる。被検面と撮像手段のフォーカス関係を調整した場合、撮像手段と参照面の間のフォーカス関係が変化するので、参照面形状の見え方が測定領域毎に異なる。したがって、フォーカスが異なる複数の測定領域のデータを用いて算出した参照面の形状には、特に高周波の誤差が生じてしまうため、撮像手段で測定したデータと算出した参照面の形状との差によって求められる被検面の形状にも高周波の誤差が生じてしまう。

そこで、本発明は被検面の形状における高周波の誤差を低減し、より高精度に被検面の形状を算出することができる形状算出方法を提供する。

本発明は、被検面を重なり領域をもつように複数の測定領域に分けて、前記被検面の形状を算出する基準となる参照面で反射する光と、前記測定領域で反射する光とによって生じる干渉光による干渉縞を受光部で受光し、各測定領域の形状を算出する工程と、
前記算出された前記各測定領域の形状をつなぎ合わせて前記被検面の形状を算出する工程と、を有する形状算出方法であって、
前記各測定領域の形状を算出する工程は、
前記測定される前記干渉縞の本数が最小となるように前記被検面と前記参照面との相対的な位置を調節する工程と、
前記被検面の位置が前記調節された状態で、前記被検面と前記受光部とが共役の関係となるように前記受光部の位置を調節する工程と、
前記受光部の位置が前記調節された状態で、前記干渉縞の位相分布を測定する工程と、
前記測定した前記位相分布を用いて前記測定領域の形状を算出する工程と、を有することを特徴とする。

本発明の形状算出方法によれば、被検面の形状における高周波の誤差を低減し、より高精度に被検面の形状を算出することができる。

本発明の形状算出方法は、まず、非球面である被検面を重なり領域をもつように複数の測定領域（サブアパーチャ）に分けて、基準となる参照面で反射する光と、測定領域で反射する光とによって生じる干渉光による干渉縞を受光部で受光する。そして受光した干渉縞により各測定領域の形状を算出する。次に、算出された各測定領域の形状をつなぎ合わせて被検面の形状を算出する。

非球面である被検面に球面波を照明して測定をする場合、光学系の収差や環境起因の誤差の影響を受けやすい。したがって、非球面である被検面に球面波を照明して測定をする場合、誤差の影響を最小にするために、各測定領域の測定は、干渉縞の本数が最小になるように被検面の位置を調節して、位相分布を取得することが好ましい。干渉縞の本数が最小になる位置は、局所球面の曲率中心位置と球面波の曲率中心位置が合致した状態である。ここで、局所球面とは、非球面上のある一点の動径方向に対して、最も近い球面に近似したものである。

局所球面について、非球面の断面を示す図１を用いて説明する。図１においての横軸ｈは非球面の動径方向を表し、縦軸Ｚは高さ方向を表す。非球面の形状はｈとＺの関数で表す事ができるので、非球面の形状をＺ＝ｚ（ｈ）と表す。Ａは非球面の断面模式図、Ｐ，Ｑは非球面Ａ上の点で、Ｐはｈ＝０、Ｑはｈ＝ｈＱの時のＺの値を示す。図中、ｃ１，ｃ２はＰ，Ｑの局所球面であり、ｃｎ１，ｃｎ２は局所球面の曲率中心位置、ｒ１，ｒ２は局所球面の曲率半径を示す。局所球面の曲率半径ｒｅは、次のように表すことができる。

Ｐを測定する時とＱを測定する時では局所球面が異なるため、キャビティ長が（ｒ１−ｒ２）変わってしまう。キャビティ長に応じて被検面と受光部とのフォーカス関係の調整をする場合、測定領域毎に受光部と被検面の形状を算出する基準となる参照面との間のフォーカス関係が変化してしまう。そして、フォーカスが異なる複数の測定領域のデータを用いて求めた参照面形状には、特に高周波の誤差が生じてしまう。

そこで、本発明は、各測定領域の形状を算出する工程が以下の４つの工程を行うことにより、参照面の形状の誤差を補正することができ、高周波の誤差を低減することができるようにした。第１の工程は、測定される干渉縞の本数が最小となるように被検面の位置を調節する工程である。第２の工程は、被検面の位置が調節された状態で、被検面と受光部とが共役の関係となるように受光部の位置を調節する工程である。第３の工程は、受光部の位置が前記調節された状態で、干渉縞の位相分布を測定する工程である。第４の工程は、測定した位相分布を用いて測定領域の形状を算出する工程である。第３、及び第４の工程を行うことにより、参照面と受光部との間のフォーカス関係が測定領域毎に異なっていても、各測定領域における参照面の形状の誤差をキャンセルし、測定領域における被検面の形状をより精度良く算出することができる。そして、各測定領域の形状をつなぎ合わせることで、被検面全体の形状をより精度良く算出することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図２は、本発明の実施形態に係る非球面形状の合成演算を行うための測定装置を示す模式図である。図２において、１は光源、２はハーフミラー、３はＴＳレンズ、３ａは参照面、４は被検物、４ａは被検面、５は被検物４を保持するホルダ、６は被検物４をホルダ５と共に駆動させるステージ、７は結像レンズ、８は撮像手段（受光部）を示す。図２において、ｚ軸はＴＳレンズの光軸と平行になるように紙面左右方向、ｘ軸は紙面垂直方向、ｙ軸は紙面上下方向とする。駆動ステージ６はｘ軸，ｙ軸，ｚ軸，θｘ軸，θｚ軸の５軸、またはθｙ軸を含む６軸の構成とする。ここでθｘ軸はｘ軸回り、θｙ軸はｙ軸回り、θｚ軸はｚ軸回りに回転する軸である。

光源１から射出された光束は、ハーフミラー２を透過してＴＳレンズ３に入射し、球面波を生成する。参照面３ａは、光束の一部を透過させて被検光を生成する役割と、光束の一部を反射させて参照光を生成する役割との２つの役割がある。参照面３ａを透過した被検光は被検面４ａで反射され、参照面３ａで反射した参照光と干渉する。干渉光は、再びＴＳレンズ３を透過し、ハーフミラー２で反射されて結像レンズ７によって撮像手段８に集光し、干渉縞として撮像される。

図２において、被検面の位置である第１の測定位置ｗｐ１は、被検面４ａの中心部分を含むような測定領域の測定の場合で、干渉縞の本数が最小となるような位置である。被検物４が第１の位置ｗｐ１の時、撮像手段８は被検面４ａと共役の関係となるような位置ｃｐ１に配置される。この時の参照面３ａと被検面４ａとの間の距離（キャビティ長）をＬ１とする。

また、被検面の位置である第２の測定位置ｗｐ２は、第１の測定位置ｗｐ１で測定する領域の隣を測定する場合の測定領域において、干渉縞の本数が最小となる被検物４の位置とする。被検物４が第２の位置ｗｐ２の時、撮像手段８は被検面４ａと共役の関係となるような位置ｃｐ２に配置される。この時の参照面３ａと被検面４ａとの間の距離（キャビティ長）をＬ２とする。

次に、被検面を区画する複数の測定領域を示す模式図を図３に示す。本実施例では、参照面３ａの開口数（以下ＮＡとする。）よりも被検面４ａのＮＡの方が大きい場合を例として説明する。被検面４ａ全ての領域を測定するために、複数の測定領域は互いに重なる領域を持つように測定することとする。被検物４が第１の位置ｗｐ１の時の測定領域をｗｐｓ１、被検物４が第２の位置ｗｐ２の時の測定領域をｗｐｓ２とする。

干渉縞の測定は、測定領域ｗｐｓ１、測定領域ｗｐｓ２を含め、全ての測定領域について行う。そして、全ての測定領域の形状を算出した後、各測定領域の形状をつなぎ合わせて被検面全体の形状を算出する。

次に、本発明の形状算出方法の各工程を図４に基づいて説明する。

まず、干渉縞を測定する測定領域を決定する（Ｓ１０１）。本発明において、複数の測定領域から干渉縞を測定する測定領域の決定方法はいかなるものであってもよい。

干渉縞を測定する測定領域が決定したら、当該測定領域の干渉縞を測定し、測定領域の形状を算出する。各測定領域の形状の算出は、Ｓ２０１〜Ｓ２０４の４つの工程で行い、各測定領域における被検面４ａの形状を算出する。

第１の工程Ｓ２０１では、撮像手段８において測定される干渉縞の本数が最小となるように被検面４ａと参照面３ａとの相対的な位置を調節する。実際に移動するのは、被検物４であってもよいし、光源１、ハーフミラー２、ＴＳレンズ３、結像レンズ７、撮像手段８であってもよい。また両方を移動しても良い。光源１、ハーフミラー２、ＴＳレンズ３、結像レンズ７、撮像手段８を移動する場合には、移動する構成同士の位置関係を維持したまま移動する。

第２の工程Ｓ２０２では、第１の工程Ｓ２０１の被検面４ａの位置において、測定領域のフォーカスが撮像手段８の受光面に位置するように撮像手段８の位置を調節する。つまり、撮像手段８は測定領域と共役の関係となる位置に配置される。

第３の工程Ｓ２０３では、第２の工程Ｓ２０２の被検面４ａのフォーカス位置において、干渉縞の位相分布を測定する。

第４の工程Ｓ２０４では、第３の工程Ｓ２０３で測定した干渉縞の位相分布を用いて、測定領域の形状を算出する。

第４の工程Ｓ２０４が終わった後、他に測定していない測定領域がある場合には、Ｓ２０１〜Ｓ２０４の４つの工程を繰り返す。一方、他に測定していない測定領域がない場合には、算出した各測定領域の形状をつなぎ合わせて、被検面全体の形状を算出する（Ｓ３０１）。

以下、被検物４が図２の第１の位置ｗｐ１にある時のサブアパーチャ図３のｗｐｓ１の測定を例として、Ｓ２０１〜Ｓ２０４の４つの工程の詳細を説明する。

第１の工程Ｓ２０１では、被検面４ａのピストン、チルト、パワーが最小となるように、駆動ステージ６を用いて被検物４を動かしてアライメントを行い、測定領域ｗｐｓ１内の干渉縞の本数が最小となるような位置ｗｐ１に移動させる。この際、被検面４ａのフォーカスが撮像手段８の受光面上に正確に合っていなくても、干渉縞の本数が測定できる程度にフォーカスが合っていればよい。

次に、第２の工程Ｓ２０２では、第１の工程Ｓ２０１の被検物４の位置ｗｐ１において、被検面４ａと撮像手段８の位置が共役になるような位置ｃｐ１に撮像手段８を合わせることにより、被検面４ａのフォーカスを撮像手段８の受光面上に合わせる。以降、フォーカス位置は撮像手段８の位置とする。

被検面のフォーカスを撮像手段の受光面上に合わせるためには、種々の方法が考え得るが、以下に本発明におけるフォーカス位置合わせの方法として好ましいものを説明する。

（１）モジュレーションを使用する方法
被検面４ａが非球面なので、サブアパーチャ内の干渉縞には空間的な明暗の強度が発生している。フォーカスを前後に振りながら時間的な干渉縞の強度を取得し、干渉縞の強度からモジュレーションを算出する。干渉縞の強度の最大値をＩｍａｘ、最小値をＩｍｉｎとすると、モジュレーションＭｏｄは以下の式で求められる。
Ｍｏｄ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）

モジュレーションＭｏｄは、測定面全ての点において求められるので、全点を平均した値を用いてもよい。フォーカスとモジュレーションの関係を図５に示す。図５は横軸にフォーカス位置、縦軸にモジュレーションを示す。フォーカスが合うところでモジュレーションが最大となるので、モジュレーション最大となるフォーカス位置に合わせる。図５ではｆｏｃｕｓ ｐｏｓｉｔｉｏｎ３の位置がモジュレーション最大となる。

また、第１の位置ｗｐ１で干渉縞が出ていない場合でも、被検面４ａを縞が出るように傾け、同様の方法でモジュレーションよりフォーカス位置を決めることもできる。

（２）周波成分の振幅を利用する方法
この方法は、被検面４ａのフォーカスが撮像手段８の受光面上からずれると、特に位相分布の高周波成分が顕著に劣化する性質を用いる。フォーカスを前後に振りながら位相分布を測定し、測定した位相分布から低周波成分を減算する。高周波成分のみとなった位相分布の断面プロファイルを比較したものを図６に示す。図６は横軸に断面座標、縦軸に振幅を示す。フォーカスが合うところで振幅が最大となるので、振幅が最大となるフォーカス位置に合わせる。図６ではｆｏｃｕｓ３の振幅が最大となる。図６では、ある１つの断面プロファイルからフォーカスを求めた例を示したが、複数の断面プロファイルからフォーカス位置を求め、平均した値を用いても良い。

（３）エッジ部分による回折を利用する方法
測定領域が被検面の端部（エッジ部分）を含む場合にこの方法を適用することができる。また、測定領域が被検面の端部を含まない場合であっても、測定領域内あるいは測定領域の端部にフレネル回折を生じさせるための部材を装着すればこの方法を適用することができる。

被検面４ａのフォーカスが撮像手段８の受光面上からずれると、被検面の端でのフレネル回折の影響が大きくなる。フォーカスを前後に振りながら干渉縞の位相分布を取得し、被検面４ａの端部の断面プロファイルを比較したものを図７に示す。図７は横軸に断面座標、縦軸に振幅を示す。フォーカスが合うところで回折の影響が最小となるので、回折の影響が最小となるフォーカス位置に合わせる。図７では、ｆｏｃｕｓ３が回折の影響が最小となる。図７では、ある１つの断面プロファイルからフォーカスを求めた例を示したが、複数の断面プロファイルからフォーカス位置を求め、平均した値を用いても良い。

（４）記憶された情報から求める方法
この方法は、あらかじめ被検物４の位置と撮像手段８との位置の関係を装置に記憶させておき、各サブアパーチャの被検物４の位置に応じたキャビティ長のフォーカス位置を求める方法である。各サブアパーチャのキャビティ長は、被検面４ａの設計値から求めることも可能であるが、被検面４ａが製造途中で、設計値からの乖離が大き場合は、被検面の裏面に測長器を設置するなどし、測長器により正確なキャビティ長を求めても良い。

次に、第３の工程Ｓ２０３では、第１の工程Ｓ２０１第２の工程Ｓ２０２の被検面のフォーカス位置において、被検面形状と参照面形状の分離演算を行うために用いる干渉縞の位相分布を測定する。第４の工程Ｓ２０４では、第３の工程Ｓ２０３で測定した位相分布を用いて参照面３ａの形状と被検面４ａの形状を分離するので、第３の工程Ｓ２０３では演算に必要な干渉縞の位相分布を測定する。

ここで行う位相分布測定には、いわゆる位相シフト法を用いる。位相シフト法とは、参照面３ａと被検面４ａの間隔を光源の波長の数倍の量だけ変化させながら複数枚の干渉縞を取得し、複数枚の干渉縞の変動の様子から干渉縞の位相分布を演算するものである。間隔変化は駆動ステージ６のｚ軸を用いて被検物４をｚ軸方向に駆動させることで可能である。または、ＴＳレンズ３かＴＳレンズの参照面３ａにｚ軸方向の駆動機構を設けて、ＴＳレンズ３を光軸方向に駆動させても良い。または、間隔を固定したまま、光源１の波長を変調することで位相分布を算出することも可能である。

第４の工程Ｓ２０４では、第３の工程Ｓ２０３で取得した位相分布から、フォーカス位置に応じた参照面３ａの形状を減算し、測定領域ｗｐ１の形状を算出する演算工程である。第４の工程Ｓ２０４で算出される測定領域の形状には、参照面３ａの形状の誤差がキャンセルされているため、より精度の高いものになっている。

干渉縞の位相分布を測定し、測定領域の形状を算出するためには、種々の方法が考え得るが、以下に本発明における第３の工程Ｓ２０３と第４の工程Ｓ２０４に適用する方法として好ましいものを説明する。

（１）第１の方法
第３の工程では、図８に示すように、被検物４を測定領域の中心を回転中心として回転させながら複数枚の位相分布を取得し、さらに図９に示すように、測定領域の数％〜数１０％の量だけ被検物４を被検面４ａに沿って移動させた状態で位相分布を測定する。第４の工程Ｓ２０４では、第３の工程Ｓ１０３で取得した、回転させた位相分布を用いて、平均化するか、またはシアリング干渉法のアルゴリズムを利用して被検面４ａの非回転対称成分を求める。また、被検面４ａに沿って移動させる前後の位相分布を用いて、シアリング干渉法のアルゴリズムを利用して被検面４ａの回転対称成分を求める。ここで、被検面４ａの形状と合わせて算出された参照面３ａの形状と、フォーカス位置の関係を装置に記憶させても良い。

（２）第２の方法
第３の工程Ｓ２０３では、図９に示すように、測定領域の数％〜数１０％の量だけ被検物４を被検面４ａに沿って移動させた複数の状態で位相分布を測定する。第４の工程Ｓ２０４では、第３の工程Ｓ１０３で取得した複数枚の面に沿って移動させたデータを用いて、シアリング干渉法のアルゴリズムを利用して被検面４ａの形状を求める。ここで、被検面４ａの形状と合わせて算出された参照面３ａの形状と、フォーカス位置の関係を装置に記憶させても良い。

（３）第３の方法
第３の工程Ｓ２０３では、図８に示すように、被検物４をサブアパーチャの中心を中心として０°と１８０°の位置に回転させて位相分布を測定する。さらに図１０に示すように、ＴＳレンズ３の集光点の位置に被検面４ａを持って来て、いわゆるキャッツアイ状態で位相分布を測定する。第４の工程Ｓ２０４では、第３の工程Ｓ２０３で取得した０°、１８０°、キャッツアイ位置の位相分布を用いて、０°−１８０°−Ｃａｔ’ｓ Ｅｙｅ法のアルゴリズムにより、被検面４ａの形状を求める。ここで、被検面４ａの形状と合わせて算出された参照面３ａの形状と、フォーカス位置の関係を装置に記憶させても良い。

（４）第４の方法
第３の工程Ｓ２０３では、被検面４ａの位相分布を１枚取得する。あらかじめフォーカスに応じた参照面３ａの形状を装置に記憶させておき、第２の工程の被検面のフォーカスに応じた参照面３ａの形状を用いて、第３の工程Ｓ２０３で取得した位相分布より減算し、被検面４ａの形状を求める。

上記Ｓ２０１〜Ｓ２０４の４つの工程を行うことにより、被検物４が第１の位置ｗｐ１にある時の測定領域ｗｐｓ１の形状を算出することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は以上に説明した実施の形態に限られるものではない。

例えば、本実施の形態では、参照面３ａの開口よりも被検面４ａのＮＡの方が大きい場合としたが、参照面３ａのＮＡと被検面４ａのＮＡ以下であったとしても、本発明の形状算出方法に適用することができる。

また、本実施の形態では、参照面で反射する光と測定面で反射する光とが略同一の光軸となるフィゾー干渉計を例としたが、それに限られることなく、本発明の形状算出方法に適用することができる。例えば、トワイマングリーン干渉計、マイケルソン干渉計などにも適用可能である。

また、本実施の形態では、非球面である被検面に球面波を照明して測定することを例としたが、非球面波を照明する場合にも適用することができる。

本発明は、以上に説明した形状算出方法を用いてレンズや、ミラーなどの光学素子の製造をすることもできる。本発明の形状算出方法により光学素子の形状を算出し、算出された光学素子の形状と光学素子の設計値との差に基づいて、光学素子を、研磨、切削、成膜等の加工をすることにより、より誤差の少ない光学素子を製造することができる。

非球面を示す模式図。 本発明に係る測定装置を示す模式図。 被検面を区画する複数の測定領域を示す模式図。 本発明に係る形状算出方法の工程を示すブロック図。 フォーカス位置とモジュレーションの関係を示す図。 フォーカス位置と位相分布の高周波成分の関係を示す図。 フォーカス位置とエッジ部での回折の影響を示す図。 第３の工程に係る干渉縞の位相分布を測定するための構成を示す模式図。 第３の工程に係る干渉縞の位相分布を測定するための構成を示す模式図。 第３の工程に係る干渉縞の位相分布を測定するための構成を示す模式図。 被検面を区画する複数の測定領域を示す模式図。 スティッチ法を行うための測定装置を示す模式図。

符号の説明

１ 光源
２ ハーフミラー
３ ＴＳレンズ
３ａ 参照面
４ 被検物
４ａ 被検面
５ 被検物ホルダ
６ 駆動ステージ
７ 結像レンズ
８ 撮像手段（受光部）
ｗｐ１ 被検物４の第１の位置
ｗｐ２ 被検物４の第２の位置
ｗｐｓ１ ｗｐ１におけるサブアパーチャ
ｗｐｓ２ ｗｐ２におけるサブアパーチャ
ｃｐ１ 撮像手段８の第１の位置
ｃｐ２ 撮像手段８の第２の位置
Ｌ１ ｗｐ１の時のキャビティ長
Ｌ２ ｗｐ２の時のキャビティ長
Ａ 非球面の断面
Ｐ 非球面Ａ上の点
Ｑ 非球面Ａ上の点
ｃ１ Ｐにおける局所球面
ｃ２ Ｑにおける局所球面
ｃｎ１ ｃ１の曲率中心位置
ｃｎ２ ｃ２の曲率中心位置
ｒ１ ｃ１の曲率半径
ｒ２ ｃ２の曲率半径

Claims (6)

1. 非球面である被検面を互いに重なる領域をもつように複数の測定領域に分けて、前記被検面の形状を算出する基準となる参照面で反射する光と、前記測定領域で反射する光とによって生じる干渉光による干渉縞を受光部で受光し、各測定領域の形状を算出する工程と、
   前記算出された前記各測定領域の形状をつなぎ合わせて前記被検面の形状を算出する工程と、を有する形状算出方法において、
   前記各測定領域の形状を算出する工程は、
   前記測定される前記干渉縞の本数が最小となるように前記被検面と前記参照面との相対的な位置を調節する工程と、
   前記被検面の位置が前記調節された状態で、前記被検面と前記受光部とが共役の関係となるように前記受光部の位置を調節する工程と、
   前記受光部の位置が前記調節された状態で、前記干渉縞の位相分布を測定する工程と、
   前記測定した前記位相分布を用いて前記測定領域の形状を算出する工程と、を有することを特徴とする形状算出方法。
2. 前記受光部の位置を調節する工程は、前記干渉縞のモジュレーションが最大となるように前記受光部の位置を調節する工程であることを特徴とする請求項１に記載の形状算出方法。
3. 前記受光部の位置を調節する工程は、前記位相分布の高周波成分の振幅が最大となるように前記受光部の位置を調節する工程であることを特徴とする請求項１に記載の形状算出方法。
4. 前記測定領域が前記被検面の端部を含む領域である場合における前記受光部の位置を調節する工程は、前記端部によって生じる回折の影響が最小となるように前記受光部の位置を調節する工程であることを特徴とする請求項１に記載の形状算出方法。
5. 前記受光部の位置を調節する工程は、前記調節された被検面の位置と、あらかじめ求められている前記被検面の位置と前記受光部の位置との関係と、に基づいて前記受光部の位置を調節する工程であることを特徴とする請求項１に記載の形状算出方法。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の形状算出方法によって、光学素子の形状を算出する工程と、
   前記算出された前記光学素子の形状に基づいて、前記光学素子を加工する工程と、を有することを特徴とする光学素子の製造方法。

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