JP5925972B2 - 一体型の波面センサおよび粗面計 - Google Patents
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Description
を基準とする。それは光学波面センサ12による中央エリア80の獲得の最中において固定される。中央エリア80内の計測点81のすべては同一の第1の空間参照フレーム
を共有するが、第1の空間参照フレーム
内では、計測点それぞれの、検出装置面62から外挿される(extrapolated)中央エリア80内の高さおよび位置の計測値の分だけ異なる。加えて、子午線方向トレース82に沿った計測点の連続83は、一点式粗面計14による子午線方向トレース82の獲得の最中において、多軸ステージ50の固定された軸X、Y、Zおよびαの計測された位置に基づく第2の空間参照フレーム
を基準とする。子午線方向トレース82に沿った計測点83のすべては同一の第2の空間参照フレーム
を共有するが、第2の空間参照フレーム
内では、計測点それぞれの、多軸ステージ50の回転軸βのまわりで計測された高さおよび相対的な変位の計測値の分だけ異なる。空間参照フレーム
および
は、デカルト座標またはその他の座標を選択することにより定義されうる。
および
の計測された方向に基づいて、計測点81および83は名目一致点85、87を識別する共通グローバルグリッド上に投影される。中央エリア80の計測点85と、子午線方向トレース82の計測点87相互の正確な1対1の対応は必ずしも見られないが、必要な同一性は中央エリア80の計測点81の間の内挿によって容易に得られる。それは非球被検面20の連続するエリアの全体にわたって広がる(disperse)。本質的に、エリアと交差する線に沿ったすべての点は、エリア内に対応する点を持つ。したがって、計測点は、その計測値が参照フレームの相違、または点の密度あるいは計測の精度の制限などのほかの理由により異なる場合であっても、名目一致点として同一の空間を占めるとみなされてよい。
および
に関して非常に高い精度で高さの変化を計測可能であり、それは、その対応する空間参照フレーム
および
の位置および方向の知られている精度よりも高い。計測された高さの相違がその対応する空間参照フレーム
および
の相対的な位置および方向の小さな誤差に起因すると仮定することにより、共通の空間参照フレーム(この例では空間参照フレーム
または
のいずれかであってもよい)に関して、一致する点85と87相互の計測された高さの相違を全体的に最小化するための誤差のマージン内で、収束アルゴリズムが用いられて2つの空間参照フレーム
および
を相対的に調整する(例えば座標変換によって)ことができる。中央エリア80内の残りの点81および子午線方向トレース82に沿った残りの点83のすべてが同一の2つの本来の空間参照フレーム
および
に関して計測されるため、収束アルゴリズムは中央エリア80内の計測点81、および子午線方向トレース82に沿った計測点83のすべてを、非球被検面20の限定領域84および拡張領域86の合成された計測としての共通の空間参照フレームに関連づける。
を共有するという仮定に基づけば、同様に、これらのアルゴリズムは、光学波面センサ12のエリア(例えば80)と一点式粗面計14のトレース(例えば82)を互いにスティッチするためにも用いられてよい。トレース(例えば82)に沿って計測データをキャプチャする一点式粗面計14の相対的な移動を限定することによって、および、これらの動作(そのような動作は回転運動軸βのまわりに限定される)を実施するように例えば空気軸受などの高精度の軸を用いることによって、個々のトレース(例えば82)に沿った計測点(例えば83)に関して単一の参照フレーム(例えば
)を仮定することができる。
および
)が、所与のエリア(例えば80)またはトレース(例えば82)に関するデータの集積の最中に固定される多軸ステージ50の軸の位置から導き出される。しかしながら、空間参照フレーム内の計測点(例えば81および83)の位置は、空間波面センサ12および一点式粗面計14によっては異なるものが導き出される。例えば、中央エリア80内の計測点81の位置は、所与の拡大において検出面62上に非球被検面20の中央エリア80を再生成するための空間波面センサ12のイメージング特性に基づくことがある。子午線方向トレース82に沿った計測点83の位置は、好ましくは単一の軸(例えばβ)に沿った/の周りの計測点83相互の計測された運動に基づいてもよく、それは高い精度で計測可能である。個別のトレース(例えば82)に沿った計測を行うための軸(例えばβ)の高い精度は、所望の精度の最終的な計測において、与えられる動作を意図された軸(例えばβ)に沿った/の周りの動作に限定し、ほかのいかなる動作も与えないことを保証する。
および
)に対して計測される。エリアによって占められた連続的なエリア(例えば80)は、光学波面センサ12によって計測された限定領域としてみなされ、計測値がトレースによって外挿可能なエリアは、一点式粗面計14によって計測された拡張領域とみなされる。一点式粗面計14によって計測された拡張領域は、非球面20のいくらか、または全部を代表する計測値を含むことができるが、一般的に点の密度がずっと少ない。
Claims (31)
- 非球面の限定領域内の非球被検面の1つ以上のエリアの全体にわたる表面高さの変化を計測する光学波面センサと、
前記非球面の拡張領域内の前記非球被検面上の1つ以上のトレースに沿った表面高さの変化を計測する一点式粗面計と、を備え、
前記拡張領域は前記限定領域の少なくとも一部と重なり、前記限定領域を超えて延在し、前記非球被検面上で前記1つ以上のエリアの少なくとも1つと重なる前記1つ以上のトレースの少なくとも1つは、重なる表面高さ計測値の組を定義し、
共通の参照フレーム内の前記限定領域の計測値および前記拡張領域の計測値を一体化した計測値を生成するように、前記重なる表面高さ計測値の組の相違を最小化することにより、前記限定領域内の前記光学波面センサの表面高さ計測値と、前記拡張領域内の前記一点式粗面計の表面高さ計測値と、を組み合わせるプロセッサ、をさらに備える、
非球被検面を計測する装置。 - (a)前記光学波面センサが前記1つ以上のエリアのそれぞれ内の点の配列を計測し、(b)前記一点式粗面計が前記1つ以上のトレースのそれぞれに沿った前記非球被検面上の点の連続を計測し、(c)前記トレースの少なくとも1つが前記エリアの少なくとも1つと、前記非球被検面上の名目一致点において交差する、請求項1に記載の装置。
- 前記1つ以上のトレースのそれぞれに沿った計測を行う際の前記一点式粗面計と前記非球被検面の間の相対的な動作が、単一の動作軸によって与えられる、請求項2に記載の装置。
- 前記プロセッサが、前記少なくとも1つのエリアの全体にわたる計測点の配列および前記少なくとも1つのトレースに沿った前記計測点の連続の両方に共通の参照フレーム内で、前記名目一致点相互の相違が最小となるように、前記少なくとも1つのトレースの前記計測点の連続の空間参照フレームを、前記少なくとも1つのエリア内の前記計測点の配列の空間参照フレームに相対的に適合させるアルゴリズムを実行する、請求項2に記載の装置。
- (a)前記1つ以上のエリアが第1の参照フレームを有する第1のエリアを含み、(b)前記1つ以上のトレースが第2の参照フレームを有する第1のトレースおよび第3の参照フレームを有する第2のトレースを含み、(c)前記第1および第2のトレースが、前記非球被検面上の名目一致点の第1および第2の組において前記第1のエリアと交差し、(d)前記プロセッサによって実行されるアルゴリズムが、前記第1および第2の組のそれぞれ内の前記名目一致点相互の相違が前記第1のエリアと前記第1および第2のトレースに関する共通の参照フレーム内で最小になるように、前記第2および第3の参照フレームのそれぞれを前記第1の参照フレームに相対的に適合させるものである、請求項2に記載の装置。
- (a)前記1つ以上のエリアが第1の参照フレームを有する第1のエリアおよび第2の参照フレームを有する第2のエリアを含み、(b)前記1つ以上のトレースが第3の参照フレームを有する第1のトレースを含み、(c)前記第1のトレースが前記非球被検面上の名目一致点の第1および第2の組において前記第1および第2のエリアと交差し、(d)前記プロセッサによって実行されるアルゴリズムが、名目一致点の前記第1および第2の組内の前記名目一致点相互の相違が前記第1および第2のエリアと第1のトレースに関する共通の参照フレーム内で最小になるように、前記第1および第2の参照フレームを前記第3の参照フレームに相対的に適合させるものである、請求項2に記載の装置。
- 前記光学波面センサは、前記非球被検面の前記1つ以上のエリアの形状を近似する形状をそれぞれ有する1つ以上の計測波面を生成する波面形成手段を含み、前記1つ以上の計測波面のそれぞれの形状と前記非球被検面の1つ以上のエリアのそれぞれの形状とを比較する検出装置において、前記1つ以上の非球被検面のエリアのそれぞれを画像化する画像化機構をさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 前記波面形成手段は球面計測波面を形成し、前記一点式粗面計は、前記非球被検面上に前記波面形成手段を通った光線の焦点を形成する、請求項7に記載の装置。
- 前記限定領域内の前記非球被検面の前記1つ以上のエリアと、前記拡張領域内の前記非球被検面の前記1つ以上のトレースの両方を計測するように、前記光学波面センサおよび前記一点式粗面計を、前記非球被検面の取り付け固定具に関して相対的に移動させる1つ以上の動作ステージをさらに備える、請求項7に記載の装置。
- 前記1つ以上の動作ステージが、前記限定領域内の前記非球被検面上の点の表面高さの変化を計測するように、前記一点式粗面計を前記非球被検面の前記取り付け固定具に関して相対的に移動させ、前記プロセッサがまた、前記限定領域内の前記非球被検面上の点の表面高さ計測値を、前記限定領域内の前記非球被検面の前記1つ以上のエリアの名目一致点の表面高さ計測値に関連づける、請求項9に記載の装置。
- 前記非球被検面上の前記1つ以上のトレースのそれぞれに沿った点の連続を計測するように、前記1つ以上の動作ステージが、前記一点式粗面計を相対的に移動させ、前記1つ以上のトレースの少なくとも1つが、前記非球被検面の前記限定領域と交差する、請求項10に記載の装置。
- 前記プロセッサがまた、前記限定領域内の前記非球被検面の前記1つ以上のエリアの名目一致点の前記表面高さ計測値を用いて、複数の前記トレースの前記表面高さ計測値どうしを互いに関連づける、請求項11に記載の装置。
- 前記光学波面センサが干渉計を含む、請求項7に記載の装置。
- 前記光学波面センサがシャック−ハルトマン波面センサを含む、請求項7に記載の装置。
- 1つ以上の動作ステージが、垂直に近い角度で入射する計測波面を非球被検面の前記1つ以上のエリアに逆反射するように、前記波面形成手段に関して前記非球被検面を第1の位置に相対的に調整し、非球被検面上の前記1つ以上のトレースのそれぞれに沿った点の連続のそれぞれに光線の焦点を形成するように、前記波面形成手段に関して前記非球面を第2の位置に相対的に調整する、請求項7に記載の装置。
- 前記光学波面センサおよび前記一点式粗面計に関する共通光源をさらに備える、請求項15に記載の装置。
- 前記第1および第2の位置の間の距離を計測する距離計測ゲージをさらに備える、請求項15に記載の装置。
- 前記プロセッサがまた、前記第1および第2の位置の間の計測された前記距離を、前記計測波面の曲率半径に変換する、請求項17に記載の装置。
- 波面形成手段が、前記計測波面を参照波面および被検波面に分割する参照面を有するフィゾー干渉計の一部であり、前記参照波面は参照面から反射され、前記被検波面は前記非球被検面に伝達されてそこから反射される、請求項7に記載の装置。
- 波面形成手段によって1つ以上の計測波面を生成するステップであって、前記1つ以上の計測波面のそれぞれが、非球被検面の限定領域内の前記非球被検面の1つ以上のエリアのそれぞれの湾曲形状を近似する湾曲形状を有する、ステップと、
前記非球被検面の前記1つ以上のエリアから反射される前記1つ以上の計測波面を、検出装置において画像化するステップと、
前記非球被検面の前記1つ以上のエリアのそれぞれの全体にわたる表面高さの変化の計測値を得るように、前記1つ以上の画像化された計測波面をデータと比較するステップと、
一点式粗面計によって、前記非球被検面の拡張領域内の前記非球被検面上の1つ以上のトレースに沿った点の連続のそれぞれに光線の焦点を形成するステップであって、前記拡張領域は、前記限定領域の少なくとも一部と重なる部分と、前記限定領域のいかなる部分とも重ならない部分の両方を有する、ステップと、
前記非球被検面上の前記1つ以上のトレースに沿った前記点の連続の中の表面高さの変化の計測値を得るように、前記一点式粗面計からの信号を監視するステップと、
前記限定領域と前記拡張領域の前記重なる部分および前記拡張領域の前記重ならない部分の両方を含む前記非球被検面の組み合わされた領域に関する表面高さ計測値を一体化した配列を生成するように、前記限定領域と前記拡張領域の重なる部分における光学波面センサおよび前記一点式粗面計の前記表面高さ計測値相互の相違を最小化することにより、前記限定領域内の前記光学波面センサの前記表面高さ計測値を、前記拡張領域内の前記一点式粗面計の前記表面高さ計測値と組み合わせるステップと、を備える、
非球被検面を計測する方法。 - (a)前記光学波面センサが前記1つ以上のエリアのそれぞれの全体にわたる点の配列を計測し、(b)前記トレースの少なくとも1つが前記エリアの少なくとも1つと、前記非球被検面上の名目一致点において交差する、請求項20に記載の方法。
- 前記一点式粗面計が、少なくとも1つの前記トレースに沿った単一の相対的な動作軸により前記非球被検面に関して相対的に移動する、請求項21に記載の方法。
- 前記組み合わせるステップが、前記少なくとも1つのエリアの全体にわたる計測点の配列および前記少なくとも1つのトレースに沿った前記計測点の連続の両方に共通の参照フレーム内で、前記名目一致点相互の相違が最小となるように、前記少なくとも1つのエリアの全体にわたる前記計測点の配列の空間参照フレームを、前記少なくとも1つのトレースに沿った前記計測点の連続の空間参照フレームに相対的に適合させる、請求項21に記載の方法。
- (a)前記1つ以上のエリアが第1の参照フレームを有する第1のエリアを含み、(b)前記1つ以上のトレースが第2の参照フレームを有する第1のトレースおよび第3の参照フレームを有する第2のトレースを含み、(c)前記第1および第2のトレースが、前記非球被検面上の名目一致点の第1および第2の組において前記第1のエリアと交差し、(d)前記組み合わせるステップが、前記第1および第2の組のそれぞれ内の前記名目一致点相互の相違が前記第1のエリアと前記第1および第2のトレースに関する共通の参照フレーム内で最小となるように、前記第2および第3の参照フレームのそれぞれを前記第1の参照フレームに相対的に適合させる、請求項21に記載の方法。
- (a)前記1つ以上のエリアが第1の参照フレームを有する第1のエリアおよび第2の参照フレームを有する第2のエリアを含み、(b)前記1つ以上のトレースが第3の参照フレームを有する第1のトレースを含み、(c)前記第1のトレースが前記非球被検面上の名目一致点の第1および第2の組において前記第1および第2のエリアと交差し、(d)前記組み合わせるステップが、名目一致点の前記第1および第2の組内の前記名目一致点相互の相違が前記第1および第2のエリアと前記第1のトレースに関する共通の参照フレーム内で最小になるように、前記第1および第2の参照フレームを前記第3の参照フレームに相対的に適合させる、請求項21に記載の方法。
- 前記拡張領域内の前記非球被検面上の前記1つ以上のトレースのそれぞれに沿った前記点の連続の中の表面高さの変化を計測するように、前記一点式粗面計を前記非球被検面の取り付け固定具に関して相対的に移動させるステップを含み、前記拡張領域内の少なくとも1つの前記トレースに沿った前記点の連続の少なくともいくつかが前記限定領域内にもある、請求項20に記載の方法。
- 前記組み合わせるステップが、前記限定領域および前記拡張領域の両方内の前記非球被検面上の前記1つ以上のトレースに沿った前記点の連続の表面高さ計測値を、前記限定領域内の前記非球被検面の前記1つ以上のエリアの名目一致点の表面高さ計測値に関連づける、請求項26に記載の方法。
- 前記相対的に移動させるステップが、垂直に近い角度で入射する前記計測波面を非球被検面の前記1つ以上のエリアに逆反射するように、前記非球被検面を第1の位置に相対的に調整し、非球被検面上の前記1つ以上のトレースに沿った点の連続のそれぞれに光線の焦点を形成するように、前記非球被検面を第2の位置に相対的に調整することを含む、請求項26に記載の方法。
- 前記第1および第2の位置の間の距離を計測するステップと、前記第1および第2の位置の間の計測された前記距離を、前記非球被検面の局所的な曲率半径に変換するステップと、を含む、請求項28に記載の方法。
- (a)前記1つ以上の計測波面を参照面から反射される参照波面および前記非球被検面に伝達されてそこから反射される被検波面に分割するステップと、(b)前記非球被検面に垂直に近い入射の位置で前記非球被検面の前記1つ以上のエリアのそれぞれの形状を近似する発散形態(evolving form)で前記被検波面を伝達させるステップと、を含む、請求項20に記載の方法。
- 非球被検面の1つ以上のエリアの全体にわたって表面高さの変化を計測する光学波面センサであって、前記1つ以上のエリアのそれぞれの全体にわたる表面高さ計測値が、1組の波面センサ補正値によって定義された共通のエリア空間参照フレームを有し、前記波面センサ補正値のそれぞれが、前記共通のエリア空間参照フレーム上で知られた変数の影響を表す大きさおよび関数形態を有する、光学波面センサと、
前記非球被検面上の1つ以上のトレースに沿って表面高さの変化を計測する一点式粗面計であって、前記1つ以上のトレースのそれぞれに沿った表面高さ計測値が、1組の粗面計補正値によって定義される共通のトレース空間参照フレームを有し、前記粗面計補正値のそれぞれが、前記共通のトレース空間参照フレーム上で知られた変数の影響を表す大きさおよび関数形態を有する、一点式粗面計と、を備え、
前記非球被検面上の、前記1つ以上のエリアの少なくとも1つに重なる前記1つ以上のトレースの少なくとも1つが、重なる表面高さ計測値の組を定義し、
前記光学波面センサと前記一点式粗面計の重なる表面高さ計測値相互の相違を最小とする前記波面センサ補正値および前記粗面計補正値の大きさを識別することにより、前記光学波面センサの前記表面高さ計測値を前記一点式粗面計の表面高さ計測値と組み合わせるプロセッサと、を備える、
非球被検面を計測する装置。
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