JP5854889B2 - Measuring method - Google Patents

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Description

本発明は、被検光学系を通過した光の波面を計測する計測方法に関する。   The present invention relates to a measurement method for measuring a wavefront of light that has passed through a test optical system.

ラテラルシアリング干渉計は、被検光学系を通過した光の波面(以下、「被検波面」)を回折格子などで複数の波面に分割し、横方向へずらした(シアした)波面同士を干渉させることで得られる干渉縞を計測する。ラテラルシアリング干渉計で直接的に計測される波面は、被検波面と被検波面を横方向へシアしたシア波面との差分波面である。被検波面を得るためには、差面波面から被検波面を回復するための技術が必要となる。   Lateral shearing interferometers divide the wavefront of light that has passed through the test optical system (hereinafter referred to as “test wavefront”) into multiple wavefronts using a diffraction grating, etc., and interfere with each other by shifting (sheared) wavefronts in the lateral direction. Measure the interference fringes obtained. The wavefront directly measured by the lateral shearing interferometer is a difference wavefront between a detected wavefront and a shear wavefront obtained by shearing the detected wavefront in the lateral direction. In order to obtain the wavefront to be detected, a technique for recovering the wavefront to be detected from the difference wavefront is required.

ラテラルシアリング干渉計において、差分波面から被検波面を回復するための技術は従来から幾つか提案されており、その1つとして、フーリエ変換を用いた回復方法(計算方法)がある(特許文献1参照)。かかる回復方法では、差分波面を積分するのではなく、差分波面をフーリエ変換して差分波面の周波数分布を求めてから、その周波数分布に補正係数を乗算して被検波面の周波数分布を算出する。そして、被検波面の周波数分布を逆フーリエ変換して被検波面を得ている。このような技術によれば、シアリング干渉を利用して、横方向へのシア量の周期に近い高周波数成分まで被検波面を回復(測定)することが可能である。   In the lateral shearing interferometer, several techniques for recovering the test wavefront from the differential wavefront have been proposed, and one of them is a recovery method (calculation method) using Fourier transform (Patent Document 1). reference). In such a recovery method, instead of integrating the difference wavefront, the difference wavefront is Fourier-transformed to obtain the frequency distribution of the difference wavefront, and then the frequency distribution of the test wavefront is calculated by multiplying the frequency distribution by a correction coefficient. . The frequency distribution of the test wavefront is inverse Fourier transformed to obtain the test wavefront. According to such a technique, it is possible to recover (measure) the wavefront to be detected up to a high frequency component close to the period of the shear amount in the lateral direction using shearing interference.

特開2005−156403号公報JP 2005-156403 A

しかしながら、フーリエ変換を用いた回復方法は、高周波数成分まで被検波面を回復することができるものの、2次元フーリエ変換を計算過程で用いているため、被検波面の回復領域が矩形領域に限定されてしまうという問題がある。従って、被検波面が任意形状の領域を有する場合には、フーリエ変換を用いた回復方法では、被検波面の全領域を回復することができない。   However, the recovery method using the Fourier transform can recover the wavefront to be detected up to a high frequency component. However, since the two-dimensional Fourier transform is used in the calculation process, the recovery area of the wavefront to be detected is limited to a rectangular area. There is a problem of being done. Therefore, when the wavefront to be detected has a region having an arbitrary shape, the entire region of the wavefront to be detected cannot be recovered by the recovery method using Fourier transform.

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、被検光学系を通過した光の波面の全体を計測するのに有利な技術を提供することを例示的目的とする。   The present invention has been made in view of such a problem of the prior art, and an object of the present invention is to provide a technique that is advantageous for measuring the entire wavefront of light that has passed through a test optical system.

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方法は、被検光学系を通過した光の波面を計測する計測方法であって、前記被検光学系を通過した光の波面と前記波面を予め定められたシア方向に予め定められたシア量でずらしたシア波面との差分波面の全体を表す差分波面データの矩形状の第1領域における差分波面部分データに基づいて、前記被検光学系を通過した光の波面の全体のうち矩形状の第2領域における波面を表す第1波面データを回復する第1ステップと、前記差分波面データ及び前記第1波面データに基づいて、前記被検光学系を通過した光の波面の全体を表す波面データを回復する第2ステップと、を有し、前記第2ステップでは、前記被検光学系を通過した光の波面の全体のうち前記第2領域を除いた第3領域における波面を表す第2波面データを、前記第3領域に対して前記シア方向に前記シア量だけずれた第4領域における前記差分波面データと、前記第1波面データのうち前記第4領域における波面データとを合成することで求めることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a measurement method according to one aspect of the present invention is a measurement method for measuring a wavefront of light that has passed through a test optical system, and includes a wavefront of light that has passed through the test optical system and based on the differential wavefront partial data in the rectangular-shaped first region of the differential wavefront data representing the whole of the difference wave front of the shear wave front shifted in shear amount predetermined for a predetermined shear direction of the wavefront, the object Based on the first step of recovering the first wavefront data representing the wavefront in the rectangular second region of the entire wavefront of the light that has passed through the analyzing optical system , based on the differential wavefront data and the first wavefront data, A second step of recovering the wavefront data representing the entire wavefront of the light that has passed through the test optical system , wherein in the second step, of the entire wavefront of the light that has passed through the test optical system, 3rd area excluding 2nd area Said differential wavefront data in the fourth region of the second crimp data representing the wavefront is shifted by pre Symbol the shear amount in the shear direction in pairs with the third region in the fourth region of said first wavefront data It is obtained by combining the wavefront data at.

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。   Further objects and other aspects of the present invention will become apparent from the preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings.

本発明によれば、例えば、被検光学系を通過した光の波面の全体を計測するのに有利な技術を提供することができる。   According to the present invention, for example, it is possible to provide a technique that is advantageous for measuring the entire wavefront of light that has passed through a test optical system.

本発明の一側面としての計測方法において用いられる計測装置の構成を示す図である。It is a figure showing composition of a measuring device used in a measuring method as one side of the present invention. 本発明の一側面としての計測方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the measuring method as 1 side surface of this invention. 図1に示す計測装置の検出部で検出される被検波面を示す図である。It is a figure which shows the to-be-detected wave front detected by the detection part of the measuring device shown in FIG. 図2に示すS206〜S212の処理をシア方向がX方向の場合を例として説明する図である。It is a figure explaining the process of S206-S212 shown in FIG. 2 as an example when the shear direction is the X direction. 図2に示すS206〜S212の処理をシア方向がY方向の場合を例として説明する図である。It is a figure explaining the process of S206-S212 shown in FIG. 2 as an example when the shear direction is the Y direction. 周波数空間における被検波面の不感周波数の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the dead frequency of the to-be-detected wave surface in frequency space. X方向の被検波面の回復(S218)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating recovery | restoration (S218) of the to-be-detected wave surface of a X direction. X方向の被検波面の回復(S218)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating recovery | restoration (S218) of the to-be-detected wave surface of a X direction.

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。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, in each figure, the same reference number is attached | subjected about the same member and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図1は、本発明の一側面としての計測方法において用いられる計測装置100の構成を示す図である。計測装置100は、被検光学系3を通過した光の波面を計測する計測装置であって、本実施形態では、ラテラルシアリング干渉計と同様な構成を有する。具体的には、計測装置100は、図1に示すように、光源1と、ピンホール板2と、2次元回折格子(光分割素子)4と、次数選択窓5と、検出部6と、処理部7とを有する。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a measurement apparatus 100 used in a measurement method as one aspect of the present invention. The measuring device 100 is a measuring device that measures the wavefront of light that has passed through the optical system 3 to be tested, and in this embodiment, has the same configuration as a lateral shearing interferometer. Specifically, as shown in FIG. 1, the measuring device 100 includes a light source 1, a pinhole plate 2, a two-dimensional diffraction grating (light splitting element) 4, an order selection window 5, a detection unit 6, And a processing unit 7.

光源1から射出された光は、ピンホール板2に形成されたピンホール2Aを通過して球面波となり、被検光学系3に入射する。被検光学系3は、例えば、半導体デバイスや液晶表示デバイスなどの製造に用いられる露光装置の投影光学系などであって、レンズやミラーなどを含む。   The light emitted from the light source 1 passes through a pinhole 2A formed in the pinhole plate 2 to become a spherical wave and enters the optical system 3 to be tested. The test optical system 3 is, for example, a projection optical system of an exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor device or a liquid crystal display device, and includes a lens, a mirror, and the like.

被検光学系3を通過した光は、被検光学系3の収差量を含み、2次元回折格子4によって2つの方向(X方向及びY方向)に回折され、X方向及びY方向のそれぞれに次数の異なる複数の回折光が生成される。これらの回折光のうち4つの回折光、本実施形態では、X方向及びY方向のそれぞれの±1次回折光が次数選択窓5によって選択される(即ち、次数選択窓5に形成されたX方向の窓5A及びY方向の窓5Bを通過する)。   The light that has passed through the test optical system 3 includes the amount of aberration of the test optical system 3 and is diffracted by the two-dimensional diffraction grating 4 in two directions (X direction and Y direction). A plurality of diffracted lights having different orders are generated. Of these diffracted lights, four diffracted lights, in the present embodiment, ± first-order diffracted lights in the X direction and the Y direction are selected by the order selection window 5 (that is, the X direction formed in the order selection window 5). Through the window 5A and the Y-direction window 5B).

次数選択窓5を通過した4つの回折光は干渉し、その干渉縞(干渉光)がCCDセンサで構成された検出部6で検出される。検出部6で検出された干渉縞は、コンピュータなどの情報処理装置で構成された処理部7に送られる。処理部7は、検出部6で検出された干渉縞に基づいて、被検光学系3を通過した光の波面(被検波面)を算出(回復)する。   The four diffracted light beams that have passed through the order selection window 5 interfere with each other, and the interference fringes (interference light) are detected by the detection unit 6 constituted by a CCD sensor. The interference fringes detected by the detection unit 6 are sent to a processing unit 7 constituted by an information processing apparatus such as a computer. The processing unit 7 calculates (recovers) the wavefront (test wavefront) of the light that has passed through the test optical system 3 based on the interference fringes detected by the detection unit 6.

図2は、計測装置100を用いた計測方法を説明するためのフローチャートである。S202では、被検光学系3を通過した光の干渉縞(を表す画像情報)を検出部6で検出する。S204では、処理部7は、S202で検出された干渉縞から差分波面を算出する。差分波面の算出には、位相シフト法やフーリエ変換法などを用いることができるが、ここでの詳細な説明は省略する。   FIG. 2 is a flowchart for explaining a measurement method using the measurement apparatus 100. In S <b> 202, the detection unit 6 detects interference fringes (representing image information) of light that has passed through the test optical system 3. In S204, the processing unit 7 calculates a differential wavefront from the interference fringes detected in S202. For the calculation of the difference wavefront, a phase shift method, a Fourier transform method, or the like can be used, but detailed description thereof is omitted here.

S206〜S220は、S204で算出された差分波面から被検波面を回復する工程である。かかる工程は、本実施形態では、2つの工程(第1工程及び第2工程)に大別される。第1工程は、2つの方向(X方向及びY方向)の差分波面のそれぞれについて、その領域内部の矩形状の差分波面部分データに対して、周波数変換を用いて被検波面の領域内部の矩形状の被検波面部分データを回復する工程である。第2工程は、第1工程で回復された被検波面部分データに基づいて、被検波面の全体(円形状の領域)を回復する工程である。   S206 to S220 are steps for recovering the test wavefront from the differential wavefront calculated in S204. In this embodiment, this process is roughly divided into two processes (first process and second process). In the first step, for each of the difference wavefronts in the two directions (X direction and Y direction), the rectangular difference wavefront partial data inside the region is subjected to a rectangular transformation inside the region of the wavefront to be detected using frequency conversion. This is a step of recovering the wavefront portion data having a shape. The second step is a step of recovering the entire detected wavefront (circular region) based on the detected wavefront partial data recovered in the first step.

上述したように、本実施形態の計測装置100では、X方向の回折光とY方向の回折光とを含む4つの光の干渉縞を検出部6で検出する。図3は、検出部6で検出される干渉縞(の波面)を示す図である。本実施形態では、X方向及びY方向のそれぞれに±1次回折した被検波面のみを干渉させており、以下では、+1次回折した波面を被検波面と称し、−1次回折した波面をシア波面と称する。また、被検波面のずれ方向をシア方向と称し、ずれ量をシア量と称する。シア波面は、被検波面を予め定められたシア方向に予め定められたシア量でずらした波面であるといえる。   As described above, in the measurement apparatus 100 of the present embodiment, the detection unit 6 detects interference fringes of four lights including the diffracted light in the X direction and the diffracted light in the Y direction. FIG. 3 is a diagram illustrating interference fringes (wavefronts) detected by the detection unit 6. In this embodiment, only the detected wavefront that has undergone ± first-order diffraction in each of the X direction and the Y direction is caused to interfere. Hereinafter, the wavefront that is + 1st-order diffracted is referred to as the test wavefront, This is called the shear wave front. Further, the shift direction of the wavefront to be detected is referred to as a shear direction, and the shift amount is referred to as a shear amount. It can be said that the shear wavefront is a wavefront obtained by shifting the wavefront to be detected by a predetermined shear amount in a predetermined shear direction.

図3に示すように、検出部6では、シア方向がX方向のX被検波面11と、シア方向がX方向のXシア波面12と、シア方向がY方向のY被検波面13と、シア方向がY方向のYシア波面14とが検出される。また、X被検波面11とXシア波面12との間のシア量(第1シア量)は、Sであり、Y被検波面13とYシア波面14との間のシア量(第2シア量)は、Sである。シア量Sとシア量Sとは、等しくなくてもよい。X方向及びY方向の2つの方向の回折光からなる干渉縞を検出する理由は、X方向及びY方向の2つの差分波面を1つの干渉縞から同時に取得するためである。ここで、2つの差分波面とは、シア方向がX方向(第1シア方向)の差分波面(第1差分波面データ)とシア方向がY方向(第2シア方向)の差分波面(第2差分波面データ)である。 As shown in FIG. 3, in the detection unit 6, the X test wavefront 11 whose shear direction is the X direction, the X shear wavefront 12 whose shear direction is the X direction, and the Y test wavefront 13 whose shear direction is the Y direction, A Y shear wavefront 14 whose shear direction is the Y direction is detected. Further, the shear amount (first shear amount) between the X detected wavefront 11 and the X shear wavefront 12 is S x , and the shear amount (second second) between the Y detected wavefront 13 and the Y shear wavefront 14 shear amount) is S y. The shear amount S x and the shear amount S y may not be equal. The reason for detecting the interference fringes composed of diffracted light in two directions, the X direction and the Y direction, is to simultaneously acquire two differential wavefronts in the X direction and the Y direction from one interference fringe. Here, the two difference wavefronts are a difference wavefront (first difference wavefront data) in which the shear direction is the X direction (first shear direction) and a difference wavefront (second difference) in which the shear direction is the Y direction (second shear direction). Wavefront data).

被検波面を回復する工程を説明する前に、被検波面とシア波面との差分波面について、シア方向がX方向の場合を例として説明する。図4(a)は、図3に示す4つの波面のうちシア方向がX方向のX被検波面11及びXシア波面12を示す図である。図4(a)において、実線で示す円形状の領域21は、X被検波面11の領域を示し、点線で示す円形状の領域22は、Xシア波面12の領域を示している。領域23は、領域21と領域22とが重なる領域(即ち、干渉縞が検出される領域)を示し、シア方向がX方向の差分波面の領域(差分波面の全体を表す差分波面データ)である。シア方向がX方向の差分波面として、X被検波面11の位相とXシア波面12の位相との差分に相当する位相量が検出される。   Before explaining the process of recovering the wavefront to be detected, the difference wavefront between the wavefront to be detected and the shear wavefront will be described as an example where the shear direction is the X direction. FIG. 4A is a diagram showing the X wavefront 11 and the X shear wavefront 12 whose shear direction is the X direction among the four wavefronts shown in FIG. In FIG. 4A, a circular region 21 indicated by a solid line indicates a region of the X wavefront 11 to be detected, and a circular region 22 indicated by a dotted line indicates a region of the X shear wavefront 12. The region 23 indicates a region where the region 21 and the region 22 overlap (that is, a region where interference fringes are detected), and is a region of the differential wavefront whose shear direction is the X direction (differential wavefront data representing the entire differential wavefront). . A phase amount corresponding to the difference between the phase of the X test wavefront 11 and the phase of the X shear wavefront 12 is detected as a differential wavefront whose shear direction is the X direction.

ここで、差分波面から被検波面を回復する工程において必要となる情報について説明する。シア方向がX方向の場合については、図4(a)に示す領域23における差分波面の位相量が領域23の全体で既知でなければならない。また、X被検波面11及びXシア波面12のそれぞれの領域21及び領域22の情報も必要である。これらの領域は、検出部6を構成するCCDセンサ上の画素単位で定義されている。領域21及び領域22の情報が既知であるということは、シア量Sや差分波面の領域23の情報も既知であるということである。 Here, information required in the process of recovering the test wavefront from the differential wavefront will be described. When the shear direction is the X direction, the phase amount of the differential wavefront in the region 23 shown in FIG. Further, information on the regions 21 and 22 of the X test wavefront 11 and the X shear wavefront 12 is also necessary. These areas are defined in units of pixels on the CCD sensor constituting the detection unit 6. The fact that the information of the region 21 and the region 22 is known means that the information of the shear amount S x and the region 23 of the differential wavefront is also known.

図2に戻って、被検波面の領域内部の矩形形状の被検波面部分データを回復する工程(第1工程)について説明する。   Returning to FIG. 2, the process (first process) of recovering the rectangular test wavefront partial data inside the area of the test wavefront will be described.

S206では、被検波面及び差分波面のそれぞれに対して、その波面を表すデータを回復する矩形状の領域を設定する。具体的には、被検波面の全体(円形状の領域)に対して、被検波面部分データ(即ち、矩形状の領域における波面を表すデータ)を回復するための矩形状の領域(第2領域)を設定する。また、差分波面の全体に対して、被検波面部分データを回復するために必要となる矩形状の領域(第1領域)を設定する。S208では、S206において差分波面に設定された矩形状の領域を拡張する。   In S206, a rectangular area for recovering data representing the wavefront is set for each of the test wavefront and the differential wavefront. Specifically, a rectangular area (second area) for recovering the detected wavefront partial data (that is, data representing the wavefront in the rectangular area) with respect to the entire detected wavefront (circular area). Area). Further, a rectangular area (first area) necessary for recovering the detected wavefront partial data is set for the entire differential wavefront. In S208, the rectangular area set in the differential wavefront in S206 is expanded.

図4(b)は、X被検波面11の領域21に設定された矩形状の領域24を示す図である。かかる矩形状の領域24は、検出部6を構成するCCDセンサ上の画素単位で定義され、本実施形態では、領域24の幅をN画素とし、領域24の高さをM画素としている。また、本実施形態では、矩形状の領域24の面積を最大にするために、X被検波面11の領域21に内接するように領域24を設定しているが、これに限定されるものではない。矩形状の領域24は、X被検波面11の領域21の内部に設定されていればよく、必ずしも領域21に内接させる必要はない。   FIG. 4B is a diagram showing a rectangular region 24 set in the region 21 of the X detected wavefront 11. The rectangular area 24 is defined in units of pixels on the CCD sensor that constitutes the detection unit 6. In the present embodiment, the width of the area 24 is N pixels, and the height of the area 24 is M pixels. In this embodiment, in order to maximize the area of the rectangular region 24, the region 24 is set so as to be inscribed in the region 21 of the X wavefront 11 to be detected. However, the present invention is not limited to this. Absent. The rectangular region 24 only needs to be set inside the region 21 of the X wavefront 11 to be detected, and is not necessarily inscribed in the region 21.

図4(c)は、Xシア波面12の領域22に設定された矩形状の領域25を示す図である。かかる矩形状の領域25は、Xシア波面12の領域22に内接するように設定されている。Xシア波面12の領域22の中心に対する領域25の4つの辺の位置、及び、領域22の面積に対する領域25の面積は、X被検波面11の領域21の中心に対する領域24の4つの辺の位置、及び、領域21の面積に対する領域24の面積と等しい。Xシア波面12の領域22に設定された矩形状の領域25とX被検波面11の領域21に設定された矩形状の領域24との位置関係は、図4(d)に示すように、領域25が領域24に対して−X方向にシア量Sだけずれた位置関係となっている。 FIG. 4C is a diagram showing a rectangular region 25 set in the region 22 of the X shear wave front 12. The rectangular region 25 is set so as to be inscribed in the region 22 of the X shear wave front 12. The positions of the four sides of the region 25 with respect to the center of the region 22 of the X shear wavefront 12 and the area of the region 25 with respect to the area of the region 22 are determined by the four sides of the region 24 with respect to the center of the region 21 of the X wavefront 11 to be tested. The position is equal to the area of the region 24 with respect to the area of the region 21. The positional relationship between the rectangular region 25 set in the region 22 of the X shear wavefront 12 and the rectangular region 24 set in the region 21 of the X test wavefront 11 is as shown in FIG. The region 25 has a positional relationship that is shifted from the region 24 by the shear amount Sx in the −X direction.

図4(d)は、X被検波面11の領域21及びXシア波面12の領域22と、それぞれの領域に設定された領域24及び25とを重ね合わせた状態を示す図である。図4(d)を参照するに、矩形状の領域24と矩形状の領域25とが重なった領域、即ち、N−S画素の幅、且つ、M画素の高さの矩形状の領域26がS208で拡張される領域となる。かかる矩形状の領域26は、矩形状の領域24及び25と比べて、X方向にSだけ短くなっている。また、矩形状の領域26は、差分波面の領域23の内部に収まっているため、領域26の全体における差分波面の位相量は既知である。 FIG. 4D is a diagram showing a state in which the region 21 of the X test wavefront 11 and the region 22 of the X shear wavefront 12 are superposed on the regions 24 and 25 set in the respective regions. Referring to FIG. 4D, an area where the rectangular area 24 and the rectangular area 25 overlap, that is, a rectangular area 26 having a width of N-S x pixels and a height of M pixels. Is an area expanded in S208. The rectangular area 26 is shorter than the rectangular areas 24 and 25 by Sx in the X direction. In addition, since the rectangular area 26 is within the differential wavefront area 23, the phase amount of the differential wavefront in the entire area 26 is known.

S206〜S212の原理について説明する。X被検波面11の領域21に設定された矩形状の領域24における波面(被検波面)wは、以下の式(1)で表される。   The principle of S206 to S212 will be described. The wavefront (test wavefront) w in the rectangular region 24 set in the region 21 of the X test wavefront 11 is expressed by the following equation (1).

Figure 0005854889
Figure 0005854889

Xシア波面12の領域22に設定された矩形状の領域25における波面は、領域24における波面を−X方向にシア量Sだけシアした波面であるため、式(1)から、以下の式(2)で表される。 Since the wavefront in the rectangular region 25 set in the region 22 of the X shear wavefront 12 is a wavefront obtained by shearing the wavefront in the region 24 by the shear amount Sx in the −X direction, the following equation is obtained from the equation (1). It is represented by (2).

Figure 0005854889
Figure 0005854889

また、矩形状の領域26における差分波面dは、以下の式(3)で表される。   Further, the differential wavefront d in the rectangular region 26 is expressed by the following formula (3).

Figure 0005854889
Figure 0005854889

上述したように、矩形状の領域26の全体において、式(3)で表される差分波面dは既知である。従って、かかる差分波面dから、式(1)で表される矩形状の領域24における波面wを回復することが可能である。   As described above, in the entire rectangular region 26, the differential wavefront d expressed by the equation (3) is known. Therefore, it is possible to recover the wavefront w in the rectangular region 24 expressed by the equation (1) from the differential wavefront d.

矩形状の領域24における波面wを2次元離散フーリエ変換して得られる周波数分布をWとすると、以下の式(4)で表される。式(4)において、f及びfは、周波数空間における座標である。 If the frequency distribution obtained by performing two-dimensional discrete Fourier transform on the wavefront w in the rectangular region 24 is W, it is expressed by the following equation (4). In the formula (4), f x and f y are the coordinates in the frequency space.

Figure 0005854889
Figure 0005854889

ここで、2次元離散フーリエ変換を用いるために、式(1)で表される矩形状の領域24における波面wは、2次元的に領域24の周期関数であると仮定する。同様に、式(2)で表される矩形状の領域25における波面も2次元的に領域25の周期関数であると仮定すると、矩形状の領域25における波面を2次元離散フーリエ変換して得られる周波数分布は、以下の式(5)で表される。   Here, in order to use the two-dimensional discrete Fourier transform, it is assumed that the wavefront w in the rectangular region 24 represented by Expression (1) is a two-dimensional periodic function of the region 24. Similarly, assuming that the wavefront in the rectangular region 25 represented by the equation (2) is also a two-dimensional periodic function of the region 25, the wavefront in the rectangular region 25 is obtained by two-dimensional discrete Fourier transform. The obtained frequency distribution is expressed by the following equation (5).

Figure 0005854889
Figure 0005854889

上述したように、本実施形態では、2次元離散フーリエ変換を用いて被検波面を回復するために、被検波面及びシア波面は、同周期の2次元周期関数であると仮定した。2次元離散フーリエ変換を用いて被検波面の全体のうち矩形状の領域における波面を回復するためには、差分波面は、被検波面の全体のうち矩形状の領域に対応する1周期分の領域で既知でなければならない。換言すれば、式(3)で表される差分波面dは、X被検波面11の領域21に設定された矩形状の領域24と同じ大きさの領域で既知でなければならい。但し、式(3)で表される差分波面dの既知の領域は矩形状の領域26であり、領域26は領域24よりもX方向の辺がシア量Sだけ短い。従って、差分波面の既知の領域である領域26を、被検波面が周期的であるという仮定下において、領域24と同じ大きさ(面積)に拡張する必要がある。 As described above, in this embodiment, in order to recover the test wavefront using the two-dimensional discrete Fourier transform, it is assumed that the test wavefront and the shear wavefront are two-dimensional periodic functions having the same period. In order to recover the wavefront in the rectangular region of the entire detected wavefront using the two-dimensional discrete Fourier transform, the difference wavefront is equivalent to one period corresponding to the rectangular region of the entire detected wavefront. Must be known in the region. In other words, the differential wavefront d expressed by the equation (3) must be known in a region having the same size as the rectangular region 24 set in the region 21 of the X test wavefront 11. However, the known region of the differential wavefront d represented by the equation (3) is a rectangular region 26, and the region 26 has a side in the X direction shorter than the region 24 by the shear amount Sx . Therefore, it is necessary to expand the region 26 that is a known region of the differential wavefront to the same size (area) as the region 24 under the assumption that the wavefront to be detected is periodic.

差分波面の既知の領域である領域26の拡張(S208)について具体的に説明する。差分波面の既知の領域である領域26を領域24と同じ大きさ(面積)に拡張する1つの方法として、シア方向の辺の長さを各差分波面のシア量の整数倍に設定する方法がある。本実施形態では、S206において、X被検波面11の領域21に対して矩形状の領域24を設定する際に、領域24の幅、即ち、Nをシア量Sの整数倍にすればよい。詳細な説明は省略するが、このような条件下において、以下の式(6)に従って、差分波面の既知の領域である領域26から、領域24の大きさに対して不足している幅Sの領域を求めることができる。 The expansion (S208) of the area 26, which is a known area of the differential wavefront, will be specifically described. As one method of expanding the region 26, which is a known region of the difference wavefront, to the same size (area) as the region 24, there is a method of setting the side length in the shear direction to an integral multiple of the shear amount of each difference wavefront. is there. In the present embodiment, when the rectangular region 24 is set with respect to the region 21 of the X test wavefront 11 in S206, the width of the region 24, that is, N may be an integral multiple of the shear amount Sx. . Although detailed description is omitted, under such conditions, the width S x that is insufficient with respect to the size of the region 24 from the region 26 that is a known region of the differential wavefront according to the following equation (6): Can be obtained.

Figure 0005854889
Figure 0005854889

ここで、拡張された領域26(即ち、領域24と同じ大きさの領域)で定義される差分波面を、改めて差分波面dと表すものとする。図4(e)は、差分波面の既知の領域である領域26(拡張前の領域)と、領域26を拡張させた領域(第1領域)24’とを示す図である。   Here, the differential wavefront defined by the expanded region 26 (that is, a region having the same size as the region 24) is referred to as a differential wavefront d again. FIG. 4E is a diagram showing a region 26 (region before expansion) that is a known region of the differential wavefront and a region (first region) 24 ′ in which the region 26 is expanded.

矩形状の領域24’における差分波面dを2次元離散フーリエ変換して得られる周波数分布をDとすると、式(4)及び式(5)から、フーリエ変換の線形性に基づいて、周波数分布Dは、以下の式(7)で表される。   Assuming that the frequency distribution obtained by performing the two-dimensional discrete Fourier transform on the differential wavefront d in the rectangular region 24 ′ is D, the frequency distribution D is calculated based on the linearity of the Fourier transform from the equations (4) and (5). Is represented by the following formula (7).

Figure 0005854889
Figure 0005854889

式(7)を変形すると、以下の式(8)が導かれる。   When formula (7) is transformed, the following formula (8) is derived.

Figure 0005854889
Figure 0005854889

S210では、S208で拡張された差分波面(第1差分波面部分データ)dを2次元離散フーリエ変換して差分波面dの周波数分布(第1周波数分布)Dを算出する。   In S210, the difference wavefront (first difference wavefront partial data) d expanded in S208 is two-dimensionally discrete Fourier transformed to calculate the frequency distribution (first frequency distribution) D of the difference wavefront d.

S212では、S210で算出された差分波面dの周波数分布Dから、式(8)を用いて被検波面の周波数分布Wを算出する。具体的には、差分波面の周波数分布Dに、以下の式(9)で表される補正係数(第1補正係数)を乗算する。かかる補正係数は、式(9)に示されるように、被検波面のシア方向及びシア量に従って決定される。   In S212, the frequency distribution W of the wavefront to be detected is calculated from the frequency distribution D of the differential wavefront d calculated in S210 using Expression (8). Specifically, the frequency distribution D of the differential wavefront is multiplied by a correction coefficient (first correction coefficient) represented by the following equation (9). Such a correction coefficient is determined according to the shear direction and shear amount of the wavefront to be detected, as shown in Equation (9).

Figure 0005854889
Figure 0005854889

式(9)において、分母がゼロとなる周波数は不感周波数と呼ばれ、以下の式(10)で表される。   In equation (9), the frequency at which the denominator becomes zero is called a dead frequency and is represented by the following equation (10).

Figure 0005854889
Figure 0005854889

式(10)において、nは、整数である。式(10)で表される不感周波数については、式(9)が定義できないため、波面を回復することができない。   In Formula (10), n is an integer. With respect to the dead frequency represented by the equation (10), since the equation (9) cannot be defined, the wavefront cannot be recovered.

これまでは、S206〜S212の処理を、シア方向がX方向の場合を例として説明した。但し、S206〜S212の処理は、図5(a)〜図5(e)に示すように、シア方向がY方向の被検波面及び差分波面についても同様に行われる。従って、Y方向についても、S210において、S208で拡張された差分波面(第2差分波面部分データ)を2次元離散フーリエ変換することで差分波面の周波数分布(第2周波数分布)が算出される。また、S212において、算出された差分波面の周波数分布に補正係数(第2補正係数)を乗算することで被検波面の周波数分布を算出する。   So far, the processes of S206 to S212 have been described by taking the case where the shear direction is the X direction as an example. However, the processing of S206 to S212 is performed in the same way for the test wavefront and the differential wavefront whose shear direction is the Y direction, as shown in FIGS. 5 (a) to 5 (e). Therefore, also in the Y direction, the frequency distribution (second frequency distribution) of the differential wavefront is calculated by performing two-dimensional discrete Fourier transform on the differential wavefront (second differential wavefront partial data) expanded in S208 in S210. In S212, the frequency distribution of the wavefront to be detected is calculated by multiplying the calculated frequency distribution of the difference wavefront by the correction coefficient (second correction coefficient).

図5(a)は、図3に示す4つの波面のうちシア方向がY方向のY被検波面13及びYシア波面14を示す図である。図5(a)において、実線で示す円形状の領域31は、Y被検波面13の領域を示し、点線で示す円形状の領域32は、Yシア波面14の領域を示している。領域33は、領域31と領域32とが重なる領域を示し、シア方向がY方向の差分波面の領域である。図5(b)は、Y被検波面13の領域31に設定された矩形状の領域34を示す図である。本実施形態では、領域34の幅をN画素とし、領域34の高さをM画素としている。図5(c)は、Yシア波面14の領域32に設定された矩形状の領域35を示す図である。図5(d)は、Y被検波面13の領域31及びYシア波面14の領域32と、それぞれの領域に設定された領域34及び35とを重ね合わせた状態を示す図である。図5(d)において、矩形状の領域34と矩形状の領域35とが重なった領域、即ち、N画素の幅、且つ、M−S画素の高さの矩形状の領域36がS208で拡張される領域となる。図5(e)は、差分波面の既知の領域である領域36(拡張前の領域)と、領域36を拡張させた領域34’とを示す図である。 FIG. 5A is a diagram showing the Y test wavefront 13 and the Y shear wavefront 14 whose shear direction is the Y direction among the four wavefronts shown in FIG. In FIG. 5A, a circular region 31 indicated by a solid line indicates a region of the Y wavefront 13 to be detected, and a circular region 32 indicated by a dotted line indicates a region of the Y shear wavefront 14. A region 33 indicates a region where the region 31 and the region 32 overlap, and is a region of a differential wavefront in which the shear direction is the Y direction. FIG. 5B is a diagram illustrating a rectangular region 34 set in the region 31 of the Y wavefront 13 to be detected. In the present embodiment, the width of the region 34 is N pixels, and the height of the region 34 is M pixels. FIG. 5C is a diagram showing a rectangular area 35 set in the area 32 of the Y shear wave front 14. FIG. 5D is a diagram showing a state in which the region 31 of the Y test wavefront 13 and the region 32 of the Y shear wavefront 14 are overlapped with the regions 34 and 35 set in the respective regions. In FIG. 5D, an area where the rectangular area 34 and the rectangular area 35 overlap, that is, a rectangular area 36 having a width of N pixels and a height of M-S y pixels is shown in S208. It becomes an area to be expanded. FIG. 5E is a diagram showing a region 36 (region before expansion) which is a known region of the differential wavefront and a region 34 ′ where the region 36 is expanded.

シア方向がY方向の場合、式(2)〜式(9)に対応する式は、シア方向がY方向に変わるだけで本質的には同じである。従って、式(2)〜式(9)に対応する式に説明は省略し、式(10)に対応する式のみを説明する。シア方向がY方向の場合、不感周波数は、以下の式(11)で表される。   When the shear direction is the Y direction, the expressions corresponding to the expressions (2) to (9) are essentially the same except that the shear direction is changed to the Y direction. Therefore, the description corresponding to the equations (2) to (9) is omitted, and only the equation corresponding to the equation (10) will be described. When the shear direction is the Y direction, the dead frequency is expressed by the following formula (11).

Figure 0005854889
Figure 0005854889

式(11)において、mは、整数である。式(11)で表される不感周波数については、上述したように、波面を回復することができない。   In Formula (11), m is an integer. As for the dead frequency represented by the equation (11), the wavefront cannot be recovered as described above.

S214では、シア方向がX方向の差分波面から求めた被検波面の周波数分布とシア方向がY方向の差分波面から求めた被検波面の周波数分布とを周波数空間において合成して合成周波数分布を算出する。この際、互いの不感周波数を補いながら周波数分布を合成することで、波面の回復精度を向上させることができる。   In S214, the frequency distribution of the test wavefront obtained from the differential wavefront whose shear direction is the X direction and the frequency distribution of the test wavefront obtained from the differential wavefront whose shear direction is the Y direction are synthesized in the frequency space to obtain a synthesized frequency distribution. calculate. At this time, the wavefront recovery accuracy can be improved by synthesizing the frequency distribution while compensating for the dead frequencies.

但し、複数の差分波面のそれぞれから求めた複数の被検波面の周波数分布を周波数空間において合成する際には、実空間で被検波面に設定する矩形状の領域を複数の被検波面で一致させる必要がある。例えば、Y被検波面13の円形状の領域31に矩形状の領域34を設定する際には、領域31に対する領域34の位置及び大きさが、X被検波面11の円形状の領域21に対して設定された矩形状の領域24の位置及び大きさと一致していなければならない。このように、被検波面に設定する矩形状の領域を複数の被検波面で一致させることで、被検波面の同一領域の周波数分布を、各差分波面から求めることができる。   However, when combining the frequency distributions of multiple test wavefronts obtained from each of multiple differential wavefronts in the frequency space, the rectangular areas set in the test wavefronts in real space are matched with the multiple test wavefronts. It is necessary to let For example, when the rectangular region 34 is set in the circular region 31 of the Y test wavefront 13, the position and size of the region 34 with respect to the region 31 are set to the circular region 21 of the X test wavefront 11. The position and size of the rectangular area 24 set for the same must be matched. As described above, by matching the rectangular regions set in the test wavefront with the plurality of test wavefronts, the frequency distribution of the same region of the test wavefront can be obtained from each differential wavefront.

シア方向がX方向の差分波面から求めた被検波面の周波数分布とシア方向がY方向の差分波面から求めた被検波面の周波数分布とを周波数空間において合成することで得られる合成周波数分布の一例を以下の式(12)に示す。   A synthesized frequency distribution obtained by synthesizing in a frequency space a frequency distribution of a test wavefront obtained from a differential wavefront whose shear direction is X direction and a frequency distribution of the test wavefront obtained from a differential wavefront whose shear direction is Y direction. An example is shown in the following formula (12).

Figure 0005854889
Figure 0005854889

式(12)において、左辺のWrestoreは合成周波数分布を示し、右辺のW及びWのそれぞれは、シア方向がX方向の差分波面から求めた被検波面の周波数分布及びシア方向がY方向の差分波面から求めた被検波面の周波数分布を示す。 In Expression (12), W restore on the left side represents a combined frequency distribution, and W x and W y on the right side represent the frequency distribution of the wavefront to be measured and the shear direction determined from the differential wavefront in which the shear direction is the X direction. The frequency distribution of the wavefront to be detected obtained from the difference wavefront in the direction is shown.

式(12)の右辺の上から1段目の式は、W及びWの両方が不感周波数である周波数の場合を表している。かかる周波数は、依然として未知であるため、本実施形態では、ゼロとしている。但し、これは一例であって、例えば、不感周波数の近傍の座標の値に基づいて補間した値を代入してもよい。 The expression on the first stage from the top of the right side of Expression (12) represents a case where both W x and W y are insensitive frequencies. Since this frequency is still unknown, it is set to zero in this embodiment. However, this is an example, and for example, a value interpolated based on the value of the coordinates near the dead frequency may be substituted.

式(12)の右辺の上から2段目及び3段目の式は、W及びWのいずれか一方が不感周波数である周波数の場合を表している。このような場合には、W及びWのうち、不感周波数ではない方の既知の値を用いればよい。 The expressions in the second and third stages from the top of the right side of Expression (12) represent the case where one of W x and W y is a dead frequency. In such a case, a known value that is not a dead frequency out of W x and W y may be used.

式(12)の右辺の上から4段目の式は、W及びWの両方が不感周波数でない周波数の場合を表している。このような場合には、計測誤差を低減させるために、WとWとの平均値を用いるとよい。但し、計測誤差が全くない場合には、WとWとは同じ値になるはずであるため、W及びWのうちいずれか一方の値を用いてもよい。 The expression on the fourth stage from the top of the right side of Expression (12) represents a case where both W x and W y are frequencies that are not dead frequencies. In such a case, an average value of W x and W y may be used to reduce the measurement error. However, if there is no measurement error at all, W x and W y should be the same value, so either one of W x and W y may be used.

図6は、周波数空間における被検波面の不感周波数の分布を示す図である。図6(a)は、シア方向がX方向の差分波面から求めた被検波面の周波数分布における不感周波数(式(10))を示している。図6(b)は、シア方向がY方向の差分波面から求めた被検波面の周波数分布における不感周波数(式(11))を示している。図6(c)は、合成周波数分布における不感周波数を示している。合成周波数分布Wrestoreにおける未知の周波数成分は、Wにおける不感周波数とWにおける不感周波数とが重なった点である。換言すれば、合成周波数分布Wrestoreにおける未知の周波数成分は、図6(c)に示すように、Wにおける不感周波数を表す縦線とWにおける不感周波数を表す横線との交点であり、離散点として存在する。 FIG. 6 is a diagram showing the distribution of the dead frequency of the wavefront to be detected in the frequency space. FIG. 6A shows the dead frequency (formula (10)) in the frequency distribution of the wavefront to be detected, which is obtained from the differential wavefront whose shear direction is the X direction. FIG. 6B shows the dead frequency (formula (11)) in the frequency distribution of the wavefront to be detected, which is obtained from the differential wavefront whose shear direction is the Y direction. FIG. 6C shows the dead frequency in the combined frequency distribution. An unknown frequency component in the combined frequency distribution W restore is that the dead frequency in W x and the dead frequency in W y overlap. In other words, the unknown frequency component in the combined frequency distribution W restore is the intersection of the vertical line representing the dead frequency in W x and the horizontal line representing the dead frequency in W y , as shown in FIG. Exists as discrete points.

S216では、S214で算出された合成周波数分布Wrestoreを2次元離散逆フーリエ変換して、S206で被検波面に設定された矩形状の領域における波面(第1波面データ)を算出する。 In S216, the composite frequency distribution W restore calculated in S214 is subjected to two-dimensional discrete inverse Fourier transform to calculate the wavefront (first wavefront data) in the rectangular region set in the test wavefront in S206.

本実施形態では、被検波面に設定された矩形状の領域における波面を回復する際に、差分波面に設定された矩形状の領域を拡張している(S208)が、差分波面に設定された矩形状の領域の拡張は必ずしも必要ではない。例えば、被検波面が実際に周期関数であって、1周期分の差分波面を直接求めることができる場合には、差分波面に設定された矩形状の領域の拡張を省略することができる。   In the present embodiment, when the wavefront in the rectangular region set in the test wavefront is recovered, the rectangular region set in the differential wavefront is expanded (S208), but the differential wavefront is set. Expansion of the rectangular area is not always necessary. For example, when the test wavefront is actually a periodic function and the differential wavefront for one cycle can be directly obtained, the expansion of the rectangular region set in the differential wavefront can be omitted.

また、本実施形態では、2つの差分波面から被検波面を回復する場合について説明したが、本発明は、シア方向がある方向の1つの差分波面から被検波面を回復する場合にも適用することができる。1つの差分波面から被検波面を回復する場合には、1つの差分波面に対してS206〜S212の処理を行い、S214の処理、即ち、シア方向が異なる複数の差分波面から求めた被検波面の周波数分布を合成する処理を省略する。但し、1つの差分波面から被検波面を回復する場合には、シア方向が異なる複数の差分波面から被検波面を回復する場合よりも不感周波数が多くなるため、一般的に、被検波面の回復精度は低下する。   Further, in the present embodiment, the case where the test wavefront is recovered from two differential wavefronts has been described, but the present invention is also applied to the case where the test wavefront is recovered from one differential wavefront having a shear direction in a certain direction. be able to. When recovering the test wavefront from one differential wavefront, the process of S206 to S212 is performed on one differential wavefront, and the process of S214, that is, the test wavefront obtained from a plurality of differential wavefronts with different shear directions. The process of synthesizing the frequency distribution is omitted. However, when recovering the test wavefront from one differential wavefront, the dead frequency is higher than when recovering the test wavefront from a plurality of differential wavefronts with different shear directions. Recovery accuracy decreases.

また、本実施形態では、2つの差分波面から被検波面を回復する場合について説明したが、本発明は、シア方向及びシア量の少なくとも一方が異なる複数の差分波面から被検波面を回復する場合にも適用することができる。例えば、シア方向は45度方向であってもよく、差分波面の数が3つ以上であってもよい。このような場合にも、複数の差分波面に対してS206〜S212の処理を行い、S214において、複数の差分波面のそれぞれから求めた被検波面の周波数分布の全てを合成して1つの合成周波数分布を求めればよい。   Further, in the present embodiment, the case where the test wavefront is recovered from two differential wavefronts has been described, but the present invention is the case where the test wavefront is recovered from a plurality of differential wavefronts in which at least one of the shear direction and the shear amount is different. It can also be applied to. For example, the shear direction may be a 45-degree direction, and the number of differential wavefronts may be three or more. Even in such a case, the processes of S206 to S212 are performed on the plurality of differential wavefronts, and in S214, all the frequency distributions of the test wavefronts obtained from each of the plurality of differential wavefronts are combined to produce one combined frequency. Find the distribution.

被検波面に設定された矩形状の領域における波面に基づいて、被検波面の全体を回復する工程(第2工程)について説明する。S218では、X方向の被検波面を回復する。図7は、X方向の被検波面の回復(S218)を説明するための図である。   A step (second step) for recovering the entire wavefront to be detected based on the wavefront in the rectangular region set on the wavefront to be detected will be described. In S218, the test wavefront in the X direction is recovered. FIG. 7 is a diagram for explaining the recovery (S218) of the wavefront to be detected in the X direction.

図7(a)を参照するに、X被検波面11の領域21に設定された矩形状の領域24における波面は、S216で回復されているため、S218の処理を行う際には既知である。また、矩形状の領域23、即ち、シア方向がX方向の差分波面dも既知である。従って、S218では、X被検波面11の領域21のうち、領域24の外側の領域、即ち、矩形状の領域24を除いた領域(第3領域)における波面(第2波面データ)を回復する。図7(b)は、X被検波面11の領域21のうち、矩形状の領域24に対して右外側の領域における波面の回復を説明するための図である。図7(b)において、格子で示す領域51は、Sの幅、矩形状の領域24と同じ高さの領域を、領域24の内部で右側に接するように、領域23と重なる範囲で定義した領域である。ここで、式(3)を変形すると、以下の式(13)が導かれる。 Referring to FIG. 7A, the wavefront in the rectangular region 24 set in the region 21 of the X test wavefront 11 has been recovered in S216, and thus is known when performing the processing of S218. . Further, the rectangular region 23, that is, the differential wavefront d whose shear direction is the X direction is also known. Accordingly, in S218, the wavefront (second wavefront data) in the region 21 outside the region 24, that is, the region excluding the rectangular region 24 (third region) in the region 21 of the X test wavefront 11 is recovered. . FIG. 7B is a diagram for explaining the recovery of the wavefront in the region on the right outer side with respect to the rectangular region 24 in the region 21 of the X detected wavefront 11. In FIG. 7B, a region 51 indicated by a lattice is defined as a region overlapping with the region 23 so that the region having the same width as Sx and the same height as the rectangular region 24 touches the right side inside the region 24. This is the area. Here, when Expression (3) is modified, the following Expression (13) is derived.

Figure 0005854889
Figure 0005854889

領域51における波面及び差分波面dは既知であるため、領域51における波面及び差分波面dに対して式(13)を用いると、領域51を+X方向にシア量Sだけシフトさせた領域、即ち、領域52における波面が得られる。このように、領域52における波面(第2波面データ)は、領域52に対応する領域(第4領域)51における差分波面データと、領域51における波面データとを合成することで得られる。 Since the wavefront and the difference wavefront d in the region 51 are known, using the equation (13) for the wavefront and the difference wavefront d in the region 51, a region obtained by shifting the region 51 by the shear amount S x in the + X direction, that is, , The wavefront in region 52 is obtained. As described above, the wavefront (second wavefront data) in the region 52 is obtained by combining the difference wavefront data in the region (fourth region) 51 corresponding to the region 52 and the wavefront data in the region 51.

図7(c)は、X被検波面11の領域21のうち、矩形状の領域24に対して左外側の領域における波面の回復を説明するための図である。図7(c)において、格子で示す領域55は、Sの幅、矩形状の領域24と同じ高さの領域を、領域24の内部で左側に接するように定義した領域である。一方、横線で示す領域54は、Sの幅、矩形状の領域24と同じ高さの領域を、領域24の左側に接するように、領域23と重なる範囲で定義した領域である。ここで、式(3)を変形すると、以下の式(14)が導かれる。 FIG. 7C is a diagram for explaining the recovery of the wavefront in the left outer region with respect to the rectangular region 24 in the region 21 of the X test wavefront 11. In FIG. 7C, a region 55 indicated by a lattice is a region in which a region having the width of Sx and the same height as the rectangular region 24 is defined so as to contact the left side inside the region 24. On the other hand, a region 54 indicated by a horizontal line is a region defined by a region overlapping with the region 23 so as to be in contact with the left side of the region 24 with a width of Sx and the same height as the rectangular region 24. Here, when Expression (3) is modified, the following Expression (14) is derived.

Figure 0005854889
Figure 0005854889

領域55における波面及び領域54における差分波面dは既知であるため、領域55における波面及び領域54における差分波面dに対して式(14)を用いると、領域54における波面が得られる。   Since the wavefront in the region 55 and the differential wavefront d in the region 54 are known, using the equation (14) for the wavefront in the region 55 and the differential wavefront d in the region 54, the wavefront in the region 54 is obtained.

S220では、Y方向の被検波面を回復する。S218では、図7(d)に示すX被検波面11の領域21のうち、横線で示す領域57における波面が回復されていない。そこで、S220において、X方向の被検波面を回復する処理(S218)と同様な処理をY方向について行うことで、領域57における波面を回復することができる。   In S220, the wavefront to be detected in the Y direction is recovered. In S218, the wavefront in the region 57 indicated by the horizontal line in the region 21 of the X detected wavefront 11 shown in FIG. Therefore, in S220, the wavefront in the region 57 can be recovered by performing the same process as the process of recovering the test wavefront in the X direction (S218) in the Y direction.

このように、S218及びS220において、X方向の被検波面及びY方向の被検波面を回復することで、X被検波面11の領域21(の全体)における波面を回復することができる。   Thus, in S218 and S220, the wavefront in the region 21 (the whole) of the X detected wavefront 11 can be recovered by recovering the detected wavefront in the X direction and the detected wavefront in the Y direction.

ここで、図8を参照して、S218及びS220の処理を繰り返す必要がある場合について説明する。図8(a)を参照するに、矩形状の領域61は、S216で波面が回復される領域(即ち、X被検波面11の領域21に設定された矩形状の領域24)である。但し、図8(a)では、図7(a)に示す矩形状の領域24よりも幅を狭く設定した場合を想定している。この結果、図7(a)では、S218で波面を回復する領域の幅Lが、シア量S以下であったのに対し、図8(a)では、S218で波面を回復する領域の幅は、シア量Sよりも長くなっている。 Here, with reference to FIG. 8, the case where it is necessary to repeat the process of S218 and S220 is demonstrated. Referring to FIG. 8A, the rectangular region 61 is a region where the wavefront is recovered in S216 (that is, the rectangular region 24 set in the region 21 of the X test wavefront 11). However, in FIG. 8A, it is assumed that the width is set narrower than the rectangular region 24 shown in FIG. As a result, in FIG. 7A, the width L x of the region where the wavefront is recovered in S218 is equal to or less than the shear amount Sx , whereas in FIG. 8A, the width Lx of the region where the wavefront is recovered in S218. The width is longer than the shear amount Sx .

図8(b)に示す領域61における波面及び既知の差分波面d(矩形状の領域23)に対して式(13)を用いると、領域62を+X方向にシア量Sだけシフトさせた領域、即ち、領域63における波面が得られる。これにより、被検波面の既知の領域は、図8(b)に示す領域61から図8(c)に示す領域64に拡張される。次に、図8(d)に示す領域65に対して同様な処理を繰り返すと、横線で示す領域66における波面が得られ、X被検波面11の領域21の右端まで波面を回復することができる。Y方向の波面を回復する際もX方向と同様に、S220で波面を回復するY方向の領域の幅がシア量Sよりも長い場合には、上述した処理を繰り返すことでY被検波面の全体を回復することができる。 When Expression (13) is used for the wavefront in the region 61 shown in FIG. 8B and the known differential wavefront d (rectangular region 23), the region 62 is shifted by the shear amount Sx in the + X direction. That is, the wavefront in the region 63 is obtained. As a result, the known area of the wavefront to be detected is expanded from the area 61 shown in FIG. 8B to the area 64 shown in FIG. 8C. Next, when the same processing is repeated for the region 65 shown in FIG. 8D, the wavefront in the region 66 indicated by the horizontal line is obtained, and the wavefront can be recovered to the right end of the region 21 of the X test wavefront 11. it can. Like the X direction when recovering the wavefront of Y-direction, when the width of the Y direction of a region to recover the wavefront is longer than the shear amount S y in S220, Y measured wavefront by repeating the above processes Can recover the whole.

本実施形態における第1工程と第2工程との関係について説明する。第2工程は、シア方向がX方向又はY方向の差分波面を、それぞれのシア方向にシア量の間隔で足し合わせて被検波面を回復する工程である。この際、第1工程を省略して第2工程だけで被検波面を回復すると、足し合わせる方向以外の情報(波面)は回復されない。例えば、式(13)を用いて、シア方向がX方向の差分波面をX方向に足し合わせる場合には、Y方向の情報は回復されない。   The relationship between the 1st process and the 2nd process in this embodiment is explained. The second step is a step of recovering the wavefront to be detected by adding the differential wavefronts whose shear direction is the X direction or the Y direction to each shear direction at intervals of the shear amount. At this time, if the first wave is omitted and only the second wave is recovered, information (wavefront) other than the direction of adding is not recovered. For example, when the differential wavefront whose shear direction is the X direction is added to the X direction using the equation (13), the information in the Y direction is not recovered.

そこで、本実施形態では、第1工程において、被検波面の領域に設定された矩形状の領域における波面を回復する。第1工程で回復された波面は、シア方向がX方向の差分波面とシア方向がY方向の差分波面とが合成されているため、X方向の被検波面の情報とY方向の被検波面の情報とが含まれている。そして、第2工程において、足し合わせの起点を第1工程で回復された波面(矩形状の領域)の内部に設定する。これにより、シア方向がX方向の差分波面をX方向に足し合わせても、足し合わせ方向ではないY方向の情報を保持したまま被検波面を回復することができる。   Therefore, in this embodiment, in the first step, the wavefront in the rectangular region set in the region of the wavefront to be detected is recovered. Since the wavefront recovered in the first step is composed of the differential wavefront whose shear direction is the X direction and the differential wavefront whose shear direction is the Y direction, information on the test wavefront in the X direction and the test wavefront in the Y direction are combined. And information. In the second step, the starting point of addition is set inside the wavefront (rectangular region) recovered in the first step. Thereby, even if the differential wavefront whose shear direction is the X direction is added to the X direction, the test wavefront can be recovered while maintaining the information of the Y direction that is not the addition direction.

本実施形態によれば、任意の形状を有する領域の全体における被検波面を回復することができ、且つ、被検波面を高周波数成分まで回復することができる。例えば、被検波面を回復する際にフィッティングや最小自乗法を採用した場合、被検波面を高周波成分まで回復するためには、フィッティング項数を高次まで設定する必要がある。また、最小自乗法では、LU分解やSVDなどで逆行列を求める必要がある。一方、本実施形態では、被検波面を回復する際にフーリエ変換(及び逆フーリエ変換)を採用しており、FFTアルゴリズムを用いることで被検波面を短時間で回復することができる。   According to this embodiment, the detected wavefront in the entire region having an arbitrary shape can be recovered, and the detected wavefront can be recovered to a high frequency component. For example, when the fitting or least square method is adopted when recovering the test wavefront, it is necessary to set the number of fitting terms to a higher order in order to recover the test wavefront to a high frequency component. In the least square method, it is necessary to obtain an inverse matrix by LU decomposition or SVD. On the other hand, in this embodiment, Fourier transform (and inverse Fourier transform) is adopted when recovering the test wavefront, and the test wavefront can be recovered in a short time by using the FFT algorithm.

また、第1工程においては、被検波面の領域に対して複数の矩形状の領域を設定することができる。第1工程では、複数の差分波面を合成して波面を回復するため、第1工程で回復される波面の領域を第2工程で回復される波面の領域よりも広くすることで、波面の回復精度を向上させることができる。そこで、本実施形態では、上述したように、被検波面の領域に内接するように1つの矩形状の領域を設定したが、複数の矩形状の領域を設定してもよい。特に、1つの矩形状の領域を設定しただけでは、被検波面の領域の全体をカバーできないような場合には、被検波面の領域に対して複数の矩形状の領域を設定することが有効となる。   In the first step, a plurality of rectangular regions can be set for the region of the wavefront to be detected. In the first step, the wavefront is recovered by synthesizing a plurality of differential wavefronts, so that the wavefront region recovered in the first step is made wider than the wavefront region recovered in the second step. Accuracy can be improved. Thus, in the present embodiment, as described above, one rectangular region is set so as to be inscribed in the region of the wavefront to be detected, but a plurality of rectangular regions may be set. In particular, if it is not possible to cover the entire area of the wavefront to be detected by setting only one rectangular area, it is effective to set a plurality of rectangular areas for the area of the wavefront to be detected. It becomes.

また、実施形態の計測方法は、機械部品などの物品の製造に適用することができる。かかる物品の製造方法は、上述した計測方法で被検光学系又は被検面を通過した光の波面を計測する工程と、かかる工程での計測結果に基づいて、被検光学系又は被検面が所定の性能となるように加工(研磨など)する工程とを含む。かかる物品の製造方法は、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。   In addition, the measurement method of the embodiment can be applied to the manufacture of articles such as machine parts. A method for manufacturing such an article includes a step of measuring a wavefront of light that has passed through a test optical system or a test surface by the measurement method described above, and a test optical system or a test surface based on a measurement result in the step. Is processed (polished or the like) so as to have a predetermined performance. Such a method for manufacturing an article is advantageous in at least one of the performance, quality, productivity, and production cost of the article as compared with the conventional method.

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及び変更が可能である。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.

Claims (5)

被検光学系を通過した光の波面を計測する計測方法であって、
前記被検光学系を通過した光の波面と前記波面を予め定められたシア方向に予め定められたシア量でずらしたシア波面との差分波面の全体を表す差分波面データの矩形状の第1領域における差分波面部分データに基づいて、前記被検光学系を通過した光の波面の全体のうち矩形状の第2領域における波面を表す第1波面データを回復する第1ステップと、
前記差分波面データ及び前記第1波面データに基づいて、前記被検光学系を通過した光の波面の全体を表す波面データを回復する第2ステップと、を有し、
前記第2ステップでは、前記被検光学系を通過した光の波面の全体のうち前記第2領域を除いた第3領域における波面を表す第2波面データを、前記第3領域に対して前記シア方向に前記シア量だけずれた第4領域における前記差分波面データと、前記第1波面データのうち前記第4領域における波面データとを合成することで求めることを特徴とする計測方法。
A measurement method for measuring the wavefront of light that has passed through a test optical system,
A rectangular first wavefront difference data representing a whole wavefront difference between a wavefront of light passing through the optical system to be measured and a shear wavefront obtained by shifting the wavefront by a predetermined shear amount in a predetermined shear direction. A first step of recovering first wavefront data representing a wavefront in a rectangular second region out of the entire wavefront of light passing through the test optical system , based on differential wavefront partial data in the region;
A second step of recovering wavefront data representing the entire wavefront of light that has passed through the optical system under test based on the differential wavefront data and the first wavefront data;
In the second step, the second wavefront data representing the wavefront in the third region excluding the second region of the entire wavefront of the light which has passed through the target optical system, before SL and against the third region measurement method characterized by determining by combining said differential wavefront data in the fourth region that is shifted by the shear amount in the shear direction, the wave front data in the fourth region of the first wavefront data.
前記第1ステップは、
前記差分波面部分データをフーリエ変換して当該差分波面部分データの周波数分布を算出するステップと、
前記シア方向及び前記シア量に従って決定される補正係数を前記差分波面部分データの周波数分布に乗算して前記第1波面データの周波数分布を算出するステップと、
前記第1波面データの周波数分布を逆フーリエ変換して前記第1波面データを算出するステップと、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の計測方法。
The first step includes
Calculating the frequency distribution of the differential wavefront partial data by Fourier transforming the differential wavefront partial data;
Multiplying the frequency distribution of the differential wavefront partial data by a correction coefficient determined according to the shear direction and the shear amount to calculate the frequency distribution of the first wavefront data;
Calculating the first wavefront data by performing an inverse Fourier transform on the frequency distribution of the first wavefront data;
The measurement method according to claim 1, comprising:
前記差分波面データは、前記被検光学系を通過した光の波面と前記被検光学系を通過した光の波面を第1シア方向に第1シア量でずらしたシア波面との差分波面を表す第1差分波面データと、前記被検光学系を通過した光の波面と前記被検光学系を通過した光の波面を前記第1シア方向とは異なる第2シア方向に第2シア量でずらしたシア波面との差分波面を表す第2差分波面データとを含み、
前記第1ステップは、
前記第1差分波面データの矩形状の領域における第1差分波面部分データ及び前記第2差分波面データの矩形状の領域における第2差分波面部分データのそれぞれをフーリエ変換して前記第1差分波面部分データの第1周波数分布及び前記第2差分波面部分データの第2周波数分布を算出するステップと、
前記第1シア方向及び前記第1シア量に従って決定される第1補正係数を前記第1周波数分布に乗算し、前記第2シア方向及び前記第2シア量に従って決定される第2補正係数を前記第2周波数分布に乗算するステップと、
前記第1補正係数が乗算された第1周波数分布と前記第2補正係数が乗算された第2周波数分布とを合成して合成周波数分布を算出するステップと、
前記合成周波数分布を逆フーリエ変換して前記第1波面データを算出するステップと、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の計測方法。
The differential wavefront data represents a differential wavefront between a wavefront of light passing through the test optical system and a shear wavefront obtained by shifting the wavefront of light passed through the test optical system by a first shear amount in a first shear direction. The first differential wavefront data, the wavefront of light passing through the test optical system, and the wavefront of light passing through the test optical system are shifted by a second shear amount in a second shear direction different from the first shear direction. Second differential wavefront data representing the differential wavefront from the shear wavefront,
The first step includes
The first differential wavefront portion is obtained by Fourier transforming each of the first differential wavefront portion data in the rectangular region of the first differential wavefront data and the second differential wavefront portion data in the rectangular region of the second differential wavefront data. Calculating a first frequency distribution of data and a second frequency distribution of the second differential wavefront partial data;
The first correction coefficient determined according to the first shear direction and the first shear amount is multiplied by the first frequency distribution, and the second correction coefficient determined according to the second shear direction and the second shear amount is Multiplying the second frequency distribution;
Combining a first frequency distribution multiplied by the first correction coefficient and a second frequency distribution multiplied by the second correction coefficient to calculate a combined frequency distribution;
Calculating the first wavefront data by performing inverse Fourier transform on the synthesized frequency distribution;
The measurement method according to claim 1, comprising:
前記第1領域は、前記シア方向に沿った辺を有し、前記辺の長さは、前記シア量の整数倍であることを特徴とする請求項1に記載の計測方法。   The measurement method according to claim 1, wherein the first region has a side along the shear direction, and the length of the side is an integral multiple of the shear amount. 前記第2ステップでは、前記第4領域における波面データに対する差分波面データと前記第4領域における波面データとの合成を繰り返して前記第2波面データを求めることを特徴とする請求項1に記載の計測方法。   2. The measurement according to claim 1, wherein in the second step, the second wavefront data is obtained by repeatedly combining differential wavefront data with respect to wavefront data in the fourth region and wavefront data in the fourth region. Method.
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