JP2017075909A - Carrier method interferometer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、キャリア法を用いた干渉計に関する。 The present invention relates to an interferometer using a carrier method.
図４は、従来のフィゾー干渉計３００を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing a conventional Fizeau interferometer 300.
従来のフィゾー干渉計３００は、レーザー１０と、発散レンズ１１と、ハーフミラーＨＭ１と、コリメーターレンズ２０と、参照面３０と、被検物体４０と、ハーフミラーＨＭ２と、点像モニターカメラＣＭ１と、干渉縞モニターカメラＣＭ２とを有する。 A conventional Fizeau interferometer 300 includes a laser 10, a diverging lens 11, a half mirror HM1, a collimator lens 20, a reference surface 30, a test object 40, a half mirror HM2, and a point image monitor camera CM1. And an interference fringe monitor camera CM2.
レーザー１０は、単一の波長を有するレーザー光を射出する。発散レンズ１１は、平行光を受けて屈折させ、発散する。ハーフミラーＨＭ１は、レーザー１０からのレーザー光を半分透過し、また、参照面３０で反射し戻った光の波面Ｗｒと被検物体４０で反射し戻った光の波面Ｗｓとを、それぞれ半分反射する。コリメーターレンズ２０は、レーザー１０が発生したレーザー光を平行光化する。参照面３０は、射入した光の一部を透過し、残りを反射する。参照面３０によって反射された光と、参照面３０を透過した後に被検物体４０を透過し、図示しない反射基準凹面鏡によって反射した光との干渉縞を得ることができる。被検物体４０は、レンズ等の被検査物体である。 The laser 10 emits laser light having a single wavelength. The diverging lens 11 receives and refracts parallel light to diverge. The half mirror HM1 transmits half of the laser beam from the laser 10, and half-reflects the wavefront Wr of the light reflected back from the reference surface 30 and the wavefront Ws of the light reflected back from the test object 40, respectively. To do. The collimator lens 20 collimates the laser beam generated by the laser 10. The reference surface 30 transmits a part of the incident light and reflects the rest. Interference fringes between the light reflected by the reference surface 30 and the light transmitted through the test object 40 after passing through the reference surface 30 and reflected by a reflection standard concave mirror (not shown) can be obtained. The test object 40 is a test object such as a lens.
ハーフミラーＨＭ２は、参照面３０から戻った光の波面Ｗｒと、被検物体４０で反射し参照面３０を透過した光の波面Ｗｓとを、点像モニターカメラＣＭ１と干渉縞モニターカメラＣＭ２とに振り分けるミラーである。 The half mirror HM2 converts the wavefront Wr of the light returning from the reference surface 30 and the wavefront Ws of the light reflected by the test object 40 and transmitted through the reference surface 30 to the point image monitor camera CM1 and the interference fringe monitor camera CM2. It is a mirror to distribute.
従来のフィゾー干渉計３００において、参照面３０から戻った光の波面Ｗｒと被検物体４０から戻った光の波面Ｗｓとを互いに同じ方向で干渉させ、つまり、参照面３０、被検物体４０が射入光を同じ方向で反射し、干渉縞モニターカメラＣＭ２に同じ方向で射入して干渉させている。 In the conventional Fizeau interferometer 300, the wavefront Wr of the light returning from the reference surface 30 and the wavefront Ws of the light returning from the test object 40 are caused to interfere with each other in the same direction, that is, the reference surface 30 and the test object 40 are Incident light is reflected in the same direction and incident on the interference fringe monitor camera CM2 in the same direction to cause interference.
干渉縞モニターカメラＣＭ２で撮影される干渉縞Ｗは、次の式（１）に示すように、参照面３０から戻った光の波面Ｗｒと被検物体４０から戻った光の波面Ｗｓとの引き算によって求められる。 The interference fringe W photographed by the interference fringe monitor camera CM2 is obtained by subtracting the wavefront Wr of the light returning from the reference surface 30 and the wavefront Ws of the light returning from the test object 40 as shown in the following equation (1). Sought by.
Ｗ（ｈ）＝Ｗｓ（ｈ）−Ｗｒ（ｈ）……（１）
上記ｈは、瞳内の座標であり、光線射入高さ（レンズ中心からの高さ）である。なお、上記瞳は、レンズにおいて、光が通過する部分である。また、瞳内の座標ｈは、実際は２次元であるが、簡略化するために、１次元で示す。
W (h) = Ws (h) −Wr (h) (1)
The h is a coordinate in the pupil, and is a light incident height (a height from the lens center). The pupil is a portion through which light passes in the lens. Also, the coordinates h in the pupil are actually two-dimensional, but are shown in one dimension for simplicity.
被検物体４０から戻った光の波面Ｗｓは、次の式（２）に示すように、被検物体４０そのものの要因による波面Ｗｓ０と、途中の光学系による波面Ｗｓｌとの和で示される。なお、被検物体４０そのものの要因による波面Ｗｓ０が、フィゾー干渉計３００で測定しようとする収差である。また、途中の光学系による波面Ｗｓｌがノイズに相当する収差である。 The wavefront Ws of the light returned from the test object 40 is represented by the sum of the wavefront Ws0 due to the factor of the test object 40 itself and the wavefront Wsl due to the intermediate optical system, as shown in the following equation (2). The wavefront Ws0 due to the factor of the test object 40 itself is an aberration to be measured by the Fizeau interferometer 300. Further, the wavefront Wsl due to the optical system in the middle is an aberration corresponding to noise.
波面Ｗｓ＝Ｗｓ０＋Ｗｓｌ……（２）
上記と同様に、参照面３０から戻った光の波面Ｗｒは、次の式（３）に示すように、参照面３０そのものの要因による波面Ｗｒ０と、途中の光学系による波面Ｗｒｌとの和で示される。
Wave front Ws = Ws0 + Wsl (2)
Similarly to the above, the wavefront Wr of the light returning from the reference surface 30 is the sum of the wavefront Wr0 due to the factor of the reference surface 30 itself and the wavefront Wrl due to the intermediate optical system, as shown in the following equation (3). Indicated.
なお、途中の光学系は、具体的には、発散レンズ１１、ハーフミラーＨＭ１、ＨＭ２、コリメーターレンズ２０である。 The optical system on the way is specifically the diverging lens 11, the half mirrors HM1, HM2, and the collimator lens 20.
Ｗｒ＝Ｗｒ０＋Ｗｒｌ……（３）
つまり、干渉縞Ｗを、次の式（４）で示すことができる。
Wr = Wr0 + Wrl …… (3)
That is, the interference fringe W can be expressed by the following equation (4).
干渉縞Ｗ＝Ｗｓ−Ｗｒ＝Ｗｓ０−Ｗｒ０＋Ｗｓｌ−Ｗｒｌ……（４）
ここで、参照面３０は、収差がゼロになるように厳密に作られているので、Ｗｒ０＝０であると考えることができる。そして、上記式（４）にＷｒ０＝０を代入すると、式（４）は、次の式（５）に示すようになる。
Interference fringe W = Ws−Wr = Ws0−Wr0 + Wsl−Wrl (4)
Here, since the reference surface 30 is made strictly so that the aberration becomes zero, it can be considered that Wr0 = 0. Then, when Wr0 = 0 is substituted into the above equation (4), the equation (4) becomes as shown in the following equation (5).
干渉縞Ｗ＝Ｗｓ０−Ｗｒ０＋Ｗｓｌ−Ｗｒｌ＝Ｗｓ０−０＋Ｗｓｌ−Ｗｒｌ＝Ｗｓ０＋Ｗｓｌ−Ｗｒｌ……（５）
なお、Ｗｓ０は、被検物体４０自体の波面収差である。
Interference fringes W = Ws0-Wr0 + Wsl-Wrl = Ws0-0 + Wsl-Wrl = Ws0 + Wsl-Wrl (5)
Ws0 is the wavefront aberration of the test object 40 itself.
途中の光学系を起因とする波面Ｗｌは、光線と光軸のなす角をθとすると、次の式（６）で示すことができる。 The wavefront Wl caused by the intermediate optical system can be expressed by the following equation (6), where θ is the angle formed between the light beam and the optical axis.
Ｗｌ＝Ｓａ３＋Ｃｍ３θ＋Ａｓ３θ２＋高次収差……（６）
なお、上記Ｓａ３は、途中の光学系の球面収差成分であり、上記Ｃｍ３は、途中の光学系のコマ収差成分であり、上記Ａｓ３は、途中の光学系の非点収差成分である。
Wl = Sa3 + Cm3θ + As3θ 2 + higher order aberration (6)
Sa3 is a spherical aberration component of the intermediate optical system, Cm3 is a coma component of the intermediate optical system, and As3 is an astigmatism component of the intermediate optical system.
また、途中の光学系に起因する収差（ノイズに相当）Ｗｓｌを、次の式（７）で示すことができ、途中の光学系に起因する波面Ｗｒｌを、次の式（８）で示すことができる。 Further, the aberration (corresponding to noise) Wsl caused by the intermediate optical system can be expressed by the following equation (7), and the wavefront Wrl caused by the intermediate optical system can be expressed by the following equation (8). Can do.
途中の光学系に起因する収差Ｗｓｌ＝Ｓａ３＋Ｃｍ３θｓ＋Ａｓ３θ２ｓ＋高次収差……（７）
途中の光学系に起因する波面Ｗｒｌ＝Ｓａ３＋Ｃｍ３θｒ＋Ａｓ３θ２ｒ＋高次収差……（８）
図４に示す従来のフィゾー干渉計３００は、デジタル処理をしない干渉計であり、目で見て観察するタイプの干渉計である。従来のフィゾー干渉計３００では、参照面３０を傾けていないので、被検物体４０から戻った光の波面Ｗｓと参照面３０から戻った光の波面Ｗｒとが同一の光路を通過するので、光学系から全く同じ作用を受ける。よって、次の式（９）に示すように、
途中の光学系に起因する収差Ｗｓｌ＝途中の光学系に起因する波面Ｗｒｌ……（９）
であると考えることができる。
Aberration caused in the middle of the optical system Wsl = Sa3 + Cm3θs + As3θ 2 s + higher-order aberration ... (7)
Wavefront due in the middle of the optical system Wrl = Sa3 + Cm3θr + As3θ 2 r + higher-order aberration ... (8)
A conventional Fizeau interferometer 300 shown in FIG. 4 is an interferometer that does not perform digital processing, and is a type of interferometer that is visually observed. In the conventional Fizeau interferometer 300, since the reference surface 30 is not inclined, the wavefront Ws of the light returning from the test object 40 and the wavefront Wr of the light returning from the reference surface 30 pass through the same optical path. It receives exactly the same effect from the system. Therefore, as shown in the following equation (9),
Aberration Wsl due to intermediate optical system = Wavefront Wrl due to intermediate optical system (9)
Can be considered.
また、上記式（５）における全体の干渉縞Ｗは、フィゾー干渉計３００で観察される波面Ｗｆｉｚであると考えることができので、次の式（１０）のように表現することができる。 Further, since the entire interference fringe W in the above equation (5) can be considered as the wavefront Wfiz observed by the Fizeau interferometer 300, it can be expressed as the following equation (10).
フィゾー干渉計で観察される波面Ｗｆｉｚ＝Ｗｓ０＋Ｗｓｌ−Ｗｒｌ……（１０）
なお、収差は被検物体４０の不良によって生じる現象であり、収差が０であれば、干渉縞が出ない。また、干渉縞を観察することによって、波面を計算する。
Wavefront observed with Fizeau interferometer Wfiz = Ws0 + Wsl-Wrl (10)
Note that the aberration is a phenomenon caused by the defect of the test object 40. If the aberration is zero, no interference fringes appear. The wavefront is calculated by observing the interference fringes.
さらに、上記式（１０）に、上記式（９）を代入すると、
フィゾー干渉計で観察される波面Ｗｆｉｚ＝Ｗｓ０＋Ｗｓｌ−Ｗｒｌ＝Ｗｓ０＋Ｗｒｌ−Ｗｒｌ＝Ｗｓ０……（１０’）
である。
Further, when the above equation (9) is substituted into the above equation (10),
Wavefront observed with Fizeau interferometer Wfiz = Ws0 + Wsl−Wrl = Ws0 + Wrl−Wrl = Ws0 (10 ′)
It is.
つまり、干渉縞Ｗｆｉｚは、被検物体４０で反射して戻った光そのものであり、被検物体４０そのものの要因による波面Ｗｓ０と同じである。すなわち、途中の余計な成分が無くなる。 That is, the interference fringe Wfiz is the light itself reflected and returned by the test object 40, and is the same as the wavefront Ws0 due to the factor of the test object 40 itself. That is, there are no extra components on the way.
図５は、従来のフィゾー干渉計３００の点像モニターカメラＣＭ１における画面５３を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a screen 53 in the point image monitor camera CM1 of the conventional Fizeau interferometer 300. As shown in FIG.
従来のフィゾー干渉計３００の点像モニターカメラＣＭ１における画面５３には、参照面３０から戻った光の波面の点像位置５３３と、被検物体４０から戻った光の波面の点像位置５３４とが表示されている。光軸位置５３１は、実際には表示されていない。また、画面５３の背景は黒である。 On the screen 53 of the point image monitor camera CM1 of the conventional Fizeau interferometer 300, the point image position 533 of the wavefront of the light returning from the reference surface 30 and the point image position 534 of the wavefront of the light returning from the test object 40 are displayed. Is displayed. The optical axis position 531 is not actually displayed. The background of the screen 53 is black.
従来のフィゾー干渉計３００では、図５に示すように、被検物体４０から戻った光の波面の点像位置５３４と、参照面３０から戻った光の波面の点像位置５３３とが、光軸位置５３１に重なっている。 In the conventional Fizeau interferometer 300, as shown in FIG. 5, the point image position 534 of the wavefront of the light returning from the test object 40 and the point image position 533 of the wavefront of the light returning from the reference surface 30 It overlaps with the shaft position 531.
フィゾー干渉計３００で観察される波面Ｗｆｉｚを観測することによって、被検物体４０自体の特性を測定したことになり、被検物体４０だけの収差を測定したことになる。 By observing the wavefront Wfiz observed by the Fizeau interferometer 300, the characteristics of the test object 40 itself are measured, and the aberration of only the test object 40 is measured.
しかし、フィゾー干渉計３００は、コンピュータに取り込むことができるデジタルデータを出力できないという問題がある。 However, the Fizeau interferometer 300 has a problem that it cannot output digital data that can be captured by a computer.
図６は、従来のキャリア法干渉計４００を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing a conventional carrier method interferometer 400.
従来のキャリア法干渉計４００（例えば、特許文献１参照）は、図６に示すように、被検物体４０から戻った光の波面Ｗｓと参照面３１から戻った光の波面Ｗｒとの光線角度差δをつける干渉計である。なお、被検物体４０から戻った光の波面Ｗｓ、参照面３１から戻った光の波面Ｗｒのそれぞれと光軸とのなす角度を、それぞれθｓ、θｒとすると、光線角度差δは、次の式（１１）で示される。 As shown in FIG. 6, the conventional carrier method interferometer 400 (see, for example, Patent Document 1) has a light beam angle between a wavefront Ws of light returning from the test object 40 and a wavefront Wr of light returning from the reference surface 31. This is an interferometer that gives a difference δ. If the angles formed by the wavefront Ws of the light returning from the test object 40 and the wavefront Wr of the light returning from the reference surface 31 and the optical axis are θs and θr, respectively, the light beam angle difference δ is It is shown by Formula (11).
θｓ−θｒ＝δ……（１１）
キャリア法を適用して観察される波面（干渉縞）Ｗｃａｒは、上記式（５）、式（６）から、
Ｗｃａｒ＝Ｗｓ０＋Ｗｓｌ−Ｗｒｌ
＝Ｗｓ０＋（Ｓａ３＋Ｃｍ３θｓ＋Ａｓ３θ２ｓ＋高次収差ｓ）−（Ｓａ３＋Ｃｍ３θｒ＋Ａｓ３θ２ｒ＋高次収差ｌ）……（１２）
である。高次収差ｓ、高次収差ｌは、ともに、一般的に小さいので、どちらも０であると考えると、式（１２）を、次の式（１３）に変形することができる。
θs−θr = δ (11)
The wavefront (interference fringe) Wcar observed by applying the carrier method is expressed by the above equations (5) and (6).
Wcar = Ws0 + Wsl-Wrl
= Ws0 + (Sa3 + Cm3θs + As3θ 2 s + higher-order aberrations s) - (Sa3 + Cm3θr + As3θ 2 r + higher-order aberrations l) ...... (12)
It is. Since both the high-order aberration s and the high-order aberration l are generally small, when it is considered that both are zero, the equation (12) can be transformed into the following equation (13).
Ｗｃａｒ＝Ｗｓ０＋Ｃｍ３（θｓ−θｒ）＋Ａｓ３（θ２ｓ−θ２ｒ）
＝Ｗｓ０＋Ｃｍ３δ＋Ａｓ３（θ２ｓ−θ２ｒ） …… （１３）
＝Ｗｓ０＋Ｃｍ３δ＋Ａｓ３（θｓ−θｒ）（θｓ＋θｒ）
＝Ｗｓ０＋Ｃｍ３δ＋Ａｓ３δ（θｓ＋θｒ） …… （１３’）
キャリア法を適用して観察される収差は、フィゾー干渉計３００に比べて、
Ｃｍ３δ＋Ａｓ３（θ２ｓ−θ２ｒ） …… （１４）
の収差が、干渉縞に加わる。
Wcar = Ws0 + Cm3 (θs- θr) + As3 (θ 2 s-θ 2 r)
= Ws0 + Cm3δ + As3 (θ 2 s−θ 2 r) (13)
= Ws0 + Cm3δ + As3 (θs−θr) (θs + θr)
= Ws0 + Cm3δ + As3δ (θs + θr) (13 ′)
The aberration observed by applying the carrier method is larger than that of the Fizeau interferometer 300.
Cm3δ + As3 (θ 2 s−θ 2 r) (14)
Is added to the interference fringes.
つまり、キャリア法を適用して観察される収差は、フィゾー干渉計３００に比べて、
Ｃｍ３δ＋Ａｓ３δ（θｓ＋θｒ） …… （１４’）
の収差が、干渉縞に加わる。
That is, the aberration observed by applying the carrier method is larger than that of the Fizeau interferometer 300.
Cm3δ + As3δ (θs + θr) (14 ′)
Is added to the interference fringes.
角度差δ＝サンプルの傾きθｓ−参照面の傾きθｒ ……（１５）
に関しては、参照面３１を傾けるキャリア法を適用する場合、角度差δをゼロにしないので、本来、コマ収差が出るが、このコマ収差を、光学設計によってゼロにすることができる。
Angular difference δ = sample inclination θs−reference surface inclination θr (15)
With respect to, when the carrier method for inclining the reference surface 31 is applied, the angle difference δ is not made zero, so coma aberration is inherently produced, but this coma aberration can be made zero by optical design.
なお、本来、光軸に沿って光が進むように設計されているので、光軸を傾けると、収差が発生する。θ２まで収差対策すると、多くの場合、問題が無くなる。また、θ０は球面収差であり、θ１はコマ収差であり、θ２は非点収差（アス）である。 Since the light is originally designed to travel along the optical axis, aberration occurs when the optical axis is tilted. When the aberration measures to θ 2, in many cases, the problem is eliminated. Θ 0 is spherical aberration, θ 1 is coma aberration, and θ 2 is astigmatism (astigmatism).
ここで、式（１３）のＡｓ３（θ２ｓ−θ２ｒ）の項、すなわち、式（１４’）のＡｓ３δ（θｓ＋θｒ）の項、つまり、非点収差（アス）を示す項について考える。 Here, the term As3 (θ 2 s−θ 2 r) in equation (13), that is, the term As3δ (θs + θr) in equation (14 ′), that is, a term indicating astigmatism (as) is considered.
被検物体４０から戻った光の波面Ｗｓと光軸とのなす角度θｓとして、通常、０を採用することが多い。この理由は、上記式（７）の第２項以降がゼロになるからである。 Usually, 0 is often adopted as the angle θs between the wavefront Ws of the light returned from the test object 40 and the optical axis. This is because the second and subsequent terms of the above formula (7) are zero.
高次収差を除けば、次の式（１６）に示すように、サンプルから戻る光に乗ってくるノイズ成分Ｗｓｌは、
Ｗｓｌ＝３次の球面収差Ｓａ３ ……（１６）
であるからである。この場合、必然的に、
θr=−δ……（１７）
であり、また、サンプルの傾きθｓが０に調整されているので、θｓ＝０であり、これを式（１５）に代入すると、
角度差δ＝−参照面の傾きθｒ
となる。
Excluding high-order aberrations, as shown in the following equation (16), the noise component Wsl riding on the light returning from the sample is
Wsl = third-order spherical aberration Sa3 (16)
Because. In this case, inevitably,
θr = −δ …… (17)
In addition, since the inclination θs of the sample is adjusted to 0, θs = 0, and if this is substituted into the equation (15),
Angle difference δ = −reference surface inclination θr
It becomes.
一方、式（８）において、高次収差を無視し、０であると考えると、式（８）は、次の式（１８）に示すようになる。 On the other hand, in equation (8), if high-order aberrations are ignored and it is considered to be 0, equation (8) becomes as shown in the following equation (18).
Ｗｒｌ＝Ｓａ３＋Ｃｍ３δ＋Ａｓ３δ２……（１８）
であり、したがって、キャリア法を適用して観察される波面（干渉縞）Ｗｃａｒは、次の式（１９）に示すように、
Ｗｃａｒ＝Ｗｓ０＋Ｃｍ３δ＋Ａｓ３δ２……（１９）
で表現される。つまり、従来のキャリア法を適用して観察される波面（干渉縞）Ｗｃａｒには、コマ収差（Ｃｍ３δ）と非点収差（Ａｓ３δ２）とが含まれる。
Wrl = Sa3 + Cm3δ + As3δ 2 (18)
Therefore, the wavefront (interference fringe) Wcar observed by applying the carrier method is as shown in the following equation (19):
Wcar = Ws0 + Cm3δ + As3δ 2 (19)
It is expressed by That is, the conventional wavefront observed by applying the carrier method (interference fringes) WCAR, coma (Cm3deruta) and astigmatism (As3δ 2) and is included.
図７は、従来のキャリア法干渉計４００の点像モニターカメラＣＭ１における画面５４を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a
従来のキャリア法干渉計４００の点像モニターカメラＣＭ１における画面５４には、参照面３１から戻った光の波面の点像位置５４３と、被検物体４０から戻った光の波面の点像位置５４４とが表示されている。光軸位置５４１は、実際には表示されていない。また、画面５４の背景は黒である。
On the
従来のキャリア法干渉計４００では、図７に示すように、光軸位置５４１に、被検物体４０から戻った光の波面の点像位置５４４が重なるが、参照面３１から戻った光の波面の点像位置５４３は、光軸位置５４１の横にシフトする。
In the conventional carrier method interferometer 400, as shown in FIG. 7, the
すなわち、キャリア法干渉計４００で測定した結果には、サンプルが有する収差以外に、測定光学系のコマ収差と非点収差とが含まれる。この場合、測定光学系において、コマ収差を消すだけではなく、非点収差も同時に消すように設計しなければならない。しかし、コマ収差と非点収差とを同時に発生しないようにする光学設計は、コマ収差だけ発生しないようにする光学設計に比べて、格段に難しいという問題がある。 That is, the result measured by the carrier method interferometer 400 includes coma aberration and astigmatism of the measurement optical system in addition to the aberration of the sample. In this case, the measurement optical system must be designed not only to eliminate coma but also to eliminate astigmatism. However, there is a problem that an optical design that does not generate coma and astigmatism at the same time is much more difficult than an optical design that does not generate only coma.
キャリア法を用いた従来の干渉計のうちで高価な干渉計であれば、非点収差を消すことができるが、現場等で使用するキャリア法を用いた安価な干渉計では、非点収差を消すことができないという問題がある。 Astigmatism can be eliminated with an expensive interferometer among conventional interferometers using the carrier method, but astigmatism with an inexpensive interferometer using the carrier method used in the field, etc. There is a problem that it cannot be erased.
本発明は、キャリア法を用いた安価な干渉計でも、非点収差を消すことができる干渉計を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an interferometer that can eliminate astigmatism even with an inexpensive interferometer using a carrier method.
本発明は、被検物体から戻った光の波面の点像と参照面から戻った光の波面の点像とを、光軸に対してほぼ点対称の位置に表示させる。 The present invention displays the point image of the wavefront of the light returned from the object to be detected and the point image of the wavefront of the light returned from the reference surface at substantially point-symmetrical positions with respect to the optical axis.
本発明によれば、キャリア法を用いた安価な干渉計でも、非点収差を消すことができるという効果を奏する。 According to the present invention, an astigmatism can be eliminated even with an inexpensive interferometer using a carrier method.
発明を実施するための形態は、以下の実施例である。 The modes for carrying out the invention are the following examples.
図１は、本発明の実施例１であるキャリア法干渉計１００を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a carrier method interferometer 100 that is
キャリア法干渉計１００は、従来のキャリア法干渉計４００と、ハード的には同様である。ただし、キャリア法干渉計１００は、従来のキャリア法干渉計４００において、被検物体４１をも傾ける点が異なる。 The carrier method interferometer 100 is similar to the conventional carrier method interferometer 400 in hardware. However, the carrier method interferometer 100 differs from the conventional carrier method interferometer 400 in that the test object 41 is also tilted.
つまり、キャリア法干渉計１００は、レーザー１０と、発散レンズ１１と、ハーフミラーＨＭ１と、コリメーターレンズ２０と、参照面３１と、被検物体４１と、ハーフミラーＨＭ２と、点像モニターカメラＣＭ１と、干渉縞モニターカメラＣＭ２とを有する。点像モニタカメラＣＭ１は、参照面３１から戻った光の波面Ｗｒの点像位置と被検物体４１から戻った光の波面Ｗｓの点像位置とを表示する表示手段である。 That is, the carrier method interferometer 100 includes a laser 10, a diverging lens 11, a half mirror HM1, a collimator lens 20, a reference surface 31, a test object 41, a half mirror HM2, and a point image monitor camera CM1. And an interference fringe monitor camera CM2. The point image monitor camera CM1 is display means for displaying the point image position of the wavefront Wr of light returning from the reference surface 31 and the point image position of the wavefront Ws of light returning from the test object 41.
参照面３１、被検物体４１は、ともに、所定角度傾斜させることができる。 Both the reference surface 31 and the test object 41 can be inclined by a predetermined angle.
ここで、式（１４’）のＡｓ３δ（θｓ＋θｒ）の項、つまり、非点収差（アス）を示す項が小さくなる条件を考える。 Here, a condition is considered in which the term As3δ (θs + θr) in the equation (14 ′), that is, the term indicating astigmatism (as) is small.
Ａｓ３の値は、光学設計で決まる。また、δは、キャリア角であるので、キャリア法を選択する限り、一定量である。θｓとθｒとの関係は、式（１１）に示すように、θｓ−θｒ＝δである。この条件下で、θｓ＋θｒが小さくなれば、非点収差を示す項であるＡｓ３δ（θｓ＋θｒ）の項が小さくなる。ところで、θｓとθｒとが互いに同符号であれば、足しあわされ、大きくなる。しかし、θｓとθｒとが互いに異なる符号であれば、θｓ＋θｒは、減算され、その値が小さくなり、この結果、非点収差を示す項であるＡｓ３δ（θｓ＋θｒ）の項が小さくなる。θｓとθｒとが互いに異なる符号であるということは、物体光の光線の傾きθｓと参照光の光線の傾きθｒとが、光軸に対して、互いに反対方向に傾いているということである。 The value of As3 is determined by the optical design. Further, since δ is a carrier angle, it is a constant amount as long as the carrier method is selected. The relationship between θs and θr is θs−θr = δ, as shown in equation (11). Under this condition, if θs + θr decreases, the term of As3δ (θs + θr), which is a term indicating astigmatism, decreases. By the way, if θs and θr have the same sign, they are added and increased. However, if θs and θr are different from each other, θs + θr is subtracted and the value thereof is reduced. As a result, the term As3δ (θs + θr), which is a term indicating astigmatism, is reduced. The fact that θs and θr have different signs means that the inclination θs of the light beam of the object light and the inclination θr of the light beam of the reference light are inclined in opposite directions with respect to the optical axis.
つまり、参照面３１から戻った光の波面の点像位置５１３と被検物体４１から戻った光の波面の点像位置５１４とを、光軸位置５１１に対して互いに反対方向に表示させるように、参照面３１の傾きと被検物体４１の傾きとが制御されている。しかも、光軸と被検物体４１から戻った光の波面の点像とを結ぶ直線の延長線上に、参照面３１から戻った光の波面の点像を表示させるように、参照面３１の傾きと被検物体４１の傾きとが制御されている。 In other words, the point image position 513 of the wavefront of light returning from the reference surface 31 and the point image position 514 of the wavefront of light returning from the test object 41 are displayed in opposite directions with respect to the optical axis position 511. The inclination of the reference surface 31 and the inclination of the test object 41 are controlled. In addition, the inclination of the reference surface 31 is displayed so that the point image of the wavefront of the light returned from the reference surface 31 is displayed on the extension of the straight line connecting the optical axis and the point image of the wavefront of the light returned from the test object 41. And the inclination of the test object 41 are controlled.
すなわち、キャリア法を使うためには、角度差を１にする必要があるので、被検物体（サンプル）４１の傾きθｓと参照面３１の傾きθｒとの差を１にする。この条件を満足しつつ、被検物体４１の傾きθｓ、参照面３１の傾きθｒの絶対値を互いに同じにすれば、θｓ＝δ／２、θｒ＝−δ／２になる。 That is, in order to use the carrier method, it is necessary to set the angle difference to 1. Therefore, the difference between the inclination θs of the test object (sample) 41 and the inclination θr of the reference surface 31 is set to 1. If the absolute values of the inclination θs of the test object 41 and the inclination θr of the reference surface 31 are the same while satisfying this condition, θs = δ / 2 and θr = −δ / 2.
つまり、
被検物体４１の傾きθｓ＝δ／２……（２０）
とすると、
参照面の傾きθｒ＝−δ／２……（２１）
になる。
That means
Inclination θs of the test object 41 = δ / 2 (20)
Then,
Reference surface inclination θr = −δ / 2 (21)
become.
ここで、上記式（１３）に、上記式（２０）、式（２１）を代入すると、
Ｗｃａｒ＝Ｗｓ０＋Ｃｍ３δ＋Ａｓ３（θ２ｓ−θ２ｒ）
＝Ｗｓ０＋Ｃｍ３δ＋Ａｓ３（（δ／２）２−（−δ／２）２）
＝Ｗｓ０＋Ｃｍ３δ＋Ａｓ３（δ２／４−δ２／４）＝ Ｗｓ０＋Ｃｍ３δ……（２２）
となり、非点収差（アス）の項（Ａｓ３δ２）が消える。つまり、被検物体４１の傾きθｓ＝δ／２、参照面の傾きθｒ＝−δ／２にすれば、非点収差を消すことができる。
Here, when the above formula (20) and formula (21) are substituted into the above formula (13),
Wcar = Ws0 + Cm3δ + As3 (θ 2 s−θ 2 r)
= Ws0 + Cm3δ + As3 ((δ / 2) 2 − (− δ / 2) 2 )
= Ws0 + Cm3δ + As3 (
Thus, the astigmatism (as) term (As3δ 2 ) disappears. That is, astigmatism can be eliminated by setting the inclination θs = δ / 2 of the test object 41 and the inclination θr = −δ / 2 of the reference surface.
この場合、光学系のコマ収差がゼロになるように光学設計すれば、コマ収差が消えることは勿論、非点収差も消え、つまり、コマ収差と非点収差とを同時に消すことができる。 In this case, if an optical design is made so that the coma aberration of the optical system becomes zero, astigmatism disappears as well as astigmatism, that is, coma and astigmatism can be eliminated simultaneously.
一般的には、レンズ２枚でコマ収差を消すことができるが、レンズ２枚で非点収差を消すことは困難である。しかし、上記実施例では、レンズ２枚でコマ収差を消した後に、被検物体４１の傾きθｓをδ／２とし、参照面３１の傾きθｒを−δ／２とすれば、コマ収差と非点収差とを同時に消すことができる。 In general, coma can be eliminated with two lenses, but it is difficult to eliminate astigmatism with two lenses. However, in the above embodiment, if the coma aberration is eliminated by two lenses and then the inclination θs of the test object 41 is set to δ / 2 and the inclination θr of the reference surface 31 is set to −δ / 2, the coma aberration and the non-existence will be reduced. Astigmatism can be eliminated simultaneously.
換言すれば、キャリア法に基づいて波面をデジタル計測する干渉計において、参照面３１から戻った光の波面Ｗｒの点像位置と、被検物体４１から戻った光の波面Ｗｓの点像位置とを、光軸に対して、互いに反対方向に設定する。また、光軸と被検物体４１から戻った光の波面Ｗｓの点像とを結ぶ直線上に、参照面３１から戻った光の波面Ｗｒの点像を表示する。 In other words, in the interferometer that digitally measures the wavefront based on the carrier method, the point image position of the wavefront Wr of light returning from the reference surface 31 and the point image position of the wavefront Ws of light returning from the test object 41 Are set in opposite directions with respect to the optical axis. Further, a point image of the wavefront Wr of the light returned from the reference surface 31 is displayed on a straight line connecting the optical axis and the point image of the wavefront Ws of the light returned from the test object 41.
図２は、キャリア法干渉計１００の点像モニターカメラＣＭ１における画面５１を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing a screen 51 in the point image monitor camera CM1 of the carrier method interferometer 100. As shown in FIG.
キャリア法干渉計１００の点像モニターカメラＣＭ１における画面５１には、参照面３１から戻った光の波面の点像位置５１３と、被検物体４１から戻った光の波面の点像位置５１４が表示されている。光軸位置５１１は、実際には表示されていない。また、画面５１の背景は黒である。 On the screen 51 of the point image monitor camera CM1 of the carrier method interferometer 100, a point image position 513 of the wavefront of light returning from the reference surface 31 and a point image position 514 of the wavefront of light returning from the test object 41 are displayed. Has been. The optical axis position 511 is not actually displayed. The background of the screen 51 is black.
キャリア法干渉計１００では、図２に示すように、、参照面３１から戻った光の波面の点像位置５１３と、被検物体４１から戻った光の波面の点像位置５１４とは、光軸位置５１１を挟んで互いに反対側にシフトする。 In the carrier method interferometer 100, as shown in FIG. 2, the point image position 513 of the wavefront of light returning from the reference surface 31 and the point image position 514 of the wavefront of light returning from the test object 41 are Shifting to opposite sides with respect to the shaft position 511.
なお、実施例１において、式（２０）に示すθｓ＝δ／２と完全に同じに定義しなくても、θｓを、次の式（２３）の範囲に設定すれば、
（１／４）δ≦ θｓ ≦（３／４）δ……（２３）
θｓ＝０とした場合における非点収差の影響に比べて、非点収差の影響を半分以下に収めることができる。つまり、式（１３）の右辺第３項に示す非点収差の影響（Ａｓ３（θ２ｓ−θ２ｒ））に、θｓ＝（３／４）δ、θｒ＝（１／４）δを代入すると、
Ａｓ３（θ２ｓ−θ２ｒ）＝Ａｓ３（（３／４）２−（１／４）２）δ２＝Ａｓ３（（９／１６）−（１／１６））δ２＝Ａｓ３（８／１６）δ２＝Ａｓ３（１／２）δ２＝（１／２）Ａｓ３δ２…（２４）
であり、非点収差を示す項「Ａｓ３δ２」が１／２になり、すなわち、非点収差の影響を半分以下に収めることができる。
In Example 1, even if θs is not defined to be completely the same as θs = δ / 2 shown in the equation (20), if θs is set in the range of the following equation (23),
(1/4) δ ≦ θs ≦ (3/4) δ (23)
Compared to the effect of astigmatism when θs = 0, the effect of astigmatism can be reduced to half or less. That is, θs = (3/4) δ and θr = (1/4) δ are affected by the astigmatism effect (As3 (θ 2 s−θ 2 r)) shown in the third term on the right side of Expression (13). Substituting
As3 (θ 2 s−θ 2 r) = As3 ((3/4) 2 − (1/4) 2 ) δ 2 = As3 ((9/16) − (1/16)) δ 2 = As3 (8 / 16) δ 2 = As3 (1/2) δ 2 = (1/2) As3δ 2 (24)
The term “As3δ 2 ” indicating astigmatism is halved, that is, the effect of astigmatism can be reduced to half or less.
図３は、本発明の実施例２であるキャリア法干渉計２００を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a carrier method interferometer 200 that is
キャリア法干渉計２００は、キャリア法干渉計１００において、傾き制御手段６０を設けた、点像の位置を自動化した実施例である。 The carrier method interferometer 200 is an embodiment in which the position of the point image is automated by providing the tilt control means 60 in the carrier method interferometer 100.
傾き制御手段６０は、参照面３１と被検物体４１との傾きを制御する手段である。傾き制御手段６０は、参照面３１から戻った光の波面Ｗｒの点像位置を示す情報と、被検物体４１から戻った光の波面Ｗｓの点像位置を示す情報とを、点像モニタカメラＣＭ１から受信し、参照面３１から戻った光の波面Ｗｒの点像位置と被検物体４１から戻った光の波面Ｗｓの点像位置とを、光軸に対して互いに反対方向に表示させるように、参照面３１と被検物体４１との傾きを制御する手段である。また、傾き制御手段６０は、被検物体４１から戻った光の波面Ｗｓの点像と光軸とを結ぶ直線の延長線上に、参照面３１から戻った光の波面Ｗｒの点像を表示させるように、参照面３１と被検物体４１との傾きを制御する手段である。
The inclination control means 60 is means for controlling the inclination between the reference surface 31 and the test object 41. The tilt control means 60 uses information indicating the point image position of the wavefront Wr of light returning from the reference surface 31 and information indicating the point image position of the wavefront Ws of light returning from the test object 41 as a point image monitor camera. The point image position of the wavefront Wr of the light received from the
なお、キャリア法で導入される被検物体４１から戻った光の波面Ｗｓと参照面３１から戻った光の波面Ｗｒとの角度差を、δとし、被検物体４１から戻った光の波面Ｗｓと光学系の光軸との角度を、θｓとし、参照面３１から戻った光の波面Ｗｒと光学系の光軸との角度を、θｒとした場合、角度θｓを、次の式（２５）で示すように設定してもよい。 The angle difference between the wavefront Ws of the light returned from the test object 41 introduced by the carrier method and the wavefront Wr of the light returned from the reference surface 31 is δ, and the wavefront Ws of the light returned from the test object 41 is represented by δ. When the angle between the optical axis of the optical system and the optical axis of the optical system is θs, and the angle between the wavefront Wr of the light returned from the reference surface 31 and the optical axis of the optical system is θr, the angle θs is expressed by the following equation (25): You may set as shown by.
０．２５δ≦ θｓ ≦０．７５δ ……（２５）
θｒ＝θｓ−δ
である。
0.25δ ≦ θs ≦ 0.75δ (25)
θr = θs−δ
It is.
つまり、被検物体４１から戻った光の波面Ｗｓと参照面３１から戻った光の波面Ｗｒとの距離のほぼ半分の長さを、上記光軸から離して、被検物体４１から戻った光の波面Ｗｓの点像、参照面３１から戻った光の波面Ｗｒの点像を表示させる。 That is, the light returned from the test object 41 is separated from the optical axis by a length approximately half the distance between the wavefront Ws of the light returned from the test object 41 and the wavefront Wr of the light returned from the reference surface 31. The point image of the wave front Ws and the point image of the wave front Wr of the light returned from the reference surface 31 are displayed.
また、上記実施例をプログラムで表現してもよい。すなわち、キャリア法に基づいて収差をデジタル計測する場合、上記実施例であるキャリア法干渉計１００、２００のそれぞれを構成する各手段としてコンピュータを機能させるプログラムを想定するようにしてもよい。 Further, the above embodiment may be expressed by a program. That is, when the aberration is digitally measured based on the carrier method, a program that causes a computer to function as each means constituting each of the carrier method interferometers 100 and 200 according to the above embodiments may be assumed.
ところで、キャリア法を用いた従来の干渉計４００では、被検物体４１から戻った光の波面Ｗｓの点像を光軸に表示することが大原則である。上記実施例は、この大原則に反して、被検物体４１から戻った光の波面Ｗｓの点像を光軸から離して表示している。 By the way, in the conventional interferometer 400 using the carrier method, the point principle is to display the point image of the wavefront Ws of the light returned from the test object 41 on the optical axis. In the above embodiment, contrary to this general principle, the point image of the wavefront Ws of the light returned from the test object 41 is displayed away from the optical axis.
なお、キャリア法を用いた干渉計では、非点収差の量は、光軸から離れた距離の二乗に比例する。 In the interferometer using the carrier method, the amount of astigmatism is proportional to the square of the distance away from the optical axis.
上記実施例では、従来のキャリア法の干渉計の特徴である温度、湿度等の環境に影響されないことは勿論、安価なキャリア法の干渉計であっても、非点収差が出ない高精度の干渉計を得ることができる。 In the above-described embodiment, it is not affected by the environment such as temperature and humidity, which are the characteristics of the conventional carrier method interferometer. Of course, even an inexpensive carrier method interferometer has high accuracy with no astigmatism. An interferometer can be obtained.
１００、２００…キャリア法干渉計、
１０…レーザー、
１１…発散レンズ、
ＨＭ１、ＨＭ２…ハーフミラー、
２０…コリメーターレンズ、
３１…参照面、
４１…被検物体、
６０…傾き制御手段、
ＣＭ１…点像モニターカメラ、
ＣＭ２…干渉縞モニターカメラ。
100, 200 ... carrier method interferometer,
10 ... Laser,
11 ... Divergent lens,
HM1, HM2, half mirror,
20 ... Collimator lens,
31 ... reference plane,
41 ... object to be examined
60 ... inclination control means,
CM1: Point image monitor camera,
CM2 ... Interference fringe monitor camera.
Claims (6)
参照面から戻った光の波面の点像位置と被検物体から戻った光の波面の点像位置とを表示する表示手段と；
参照面と被検物体との傾きを調整しながら、参照面から戻った光の波面の点像位置と被検物体から戻った光の波面の点像位置とを、上記表示手段に表示するときに、参照面から戻った光の波面の点像位置と被検物体から戻った光の波面の点像位置とを、光軸に対して互いに反対方向に表示させるように、上記参照面と上記被検物体との傾きを制御する傾き制御手段と；
を有し、傾き制御手段は、光軸と被検物体から戻った光の波面の点像とを結ぶ直線の延長線上に、参照面から戻った光の波面の点像を表示させるように、上記参照面と上記被検物体との傾きを制御する手段であることを特徴とするキャリア法干渉計。 In an interferometer that digitally measures aberration based on the carrier method,
Display means for displaying the point image position of the wavefront of light returning from the reference surface and the point image position of the wavefront of light returning from the test object;
When displaying the point image position of the wavefront of the light returning from the reference surface and the point image position of the wavefront of the light returning from the test object while adjusting the inclination of the reference surface and the test object on the display means In addition, the reference plane and the point image position of the wavefront of the light returning from the reference plane and the point image position of the wavefront of the light returning from the test object are displayed in directions opposite to each other with respect to the optical axis. Tilt control means for controlling the tilt with the object to be examined;
And the tilt control means displays a point image of the wavefront of the light returned from the reference plane on an extension of a straight line connecting the optical axis and the point image of the wavefront of the light returned from the test object. A carrier method interferometer, which is means for controlling an inclination between the reference surface and the test object.
被検物体から戻った光の波面と参照面から戻った光の波面との角度差を、δとし、光学系の光軸と被検物体から戻った光の波面との角度を、θｓとし、光軸と参照面から戻った光の波面との角度を、θｒとした場合、
０．２５δ≦ θｓ ≦０．７５δ
θｒ＝θｓ−δ
であることを特徴とするキャリア法干渉計。 In claim 1,
The angle difference between the wavefront of the light returned from the test object and the wavefront of the light returned from the reference surface is δ, and the angle between the optical axis of the optical system and the wavefront of the light returned from the test object is θs, When the angle between the optical axis and the wavefront of the light returned from the reference plane is θr,
0.25δ ≦ θs ≦ 0.75δ
θr = θs−δ
A carrier method interferometer, characterized in that
上記被検物体から戻った光の波面と上記参照面から戻った光の波面との距離のほぼ半分の長さを、上記光軸から離して、上記被検物体から戻った光の波面、上記参照面から戻った光の波面を表示させることを特徴とする請求項１に記載のキャリア法干渉計。 In claim 2,
The wavefront of the light returned from the object to be detected, separated from the optical axis by a length approximately half the distance between the wavefront of the light returned from the object to be examined and the wavefront of the light returned from the reference surface, 2. The carrier method interferometer according to claim 1, wherein a wavefront of light returned from the reference surface is displayed.
θｓ＝δ／２、
θｒ＝−δ／２
であることを特徴とするキャリア法干渉計。 In claim 2,
θs = δ / 2,
θr = −δ / 2
A carrier method interferometer, characterized in that
参照面から戻った光の波面の点像位置と被検物体から戻った光の波面の点像位置とを、光軸に対して、互いに反対方向に表示し、しかも、上記被検物体から戻った光の波面の点像と上記光軸とを結ぶ直線の延長線上に、上記参照面から戻った光の波面の点像を表示することを特徴とするキャリア法干渉計の制御方法。 In the interferometer control method that digitally measures aberration based on the carrier method,
The point image position of the wavefront of the light returning from the reference plane and the point image position of the wavefront of the light returning from the test object are displayed in directions opposite to each other with respect to the optical axis, and also returned from the test object. A method for controlling a carrier method interferometer, comprising: displaying a point image of a wavefront of light returned from the reference surface on an extension of a straight line connecting a point image of the wavefront of light and the optical axis.
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