形状計測装置、横座標校正方法及び光学素子の製造方法
【課題】汎用性の高い横座標の校正方法によって横座標を校正する形状計測装置、及びその横座標校正方法を提供する。
【解決手段】複数の開口が形成され、これら複数の開口の配列によって校正パターンを形成するアパーチャー板２０をワークＷの被検面Ｗｓの前面に配置する。この開口を通過すると共に、被検面Ｗｓで反射され、再度開口を通過した測定光Ｌｍを撮像素子５によって検出する。撮像素子上にて結像した校正パターンの横座標位置と、予め計測されている校正パターンの基準横座標位置とを、演算装置７によって比較することによって、形状計測装置１の横座標を校正する。
【解決手段】複数の開口が形成され、これら複数の開口の配列によって校正パターンを形成するアパーチャー板２０をワークＷの被検面Ｗｓの前面に配置する。この開口を通過すると共に、被検面Ｗｓで反射され、再度開口を通過した測定光Ｌｍを撮像素子５によって検出する。撮像素子上にて結像した校正パターンの横座標位置と、予め計測されている校正パターンの基準横座標位置とを、演算装置７によって比較することによって、形状計測装置１の横座標を校正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉計などの光を用いた形状計測装置の横座標校正に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高精度光学装置は微細化及び高度化が進んでおり、例えば、半導体露光装置では、露光光源波長がＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（λ＝１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（λ＝１５７ｎｍ）と短波化してきている。更には、露光光として、ＥＶＵ光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｒｅｔ：λ＝１３．６ｎｍ）までもが使用されるに至っている。そのため、この半導体露光装置において使用される投影光学レンズや、ミラーなどの光学素子は、１ｎｍ〜０．１ｎｍオーダーの形状精度が求められる。
【０００３】
上述した高精度光学素子を製造するためには、求められる形状精度以上の精度でワークの表面形状や波面収差を計測し、修正加工を施す必要がある。一般に、このような高精度な表面形状や波面収差の計測が可能な装置として、干渉計などの光を用いて表面形状、波面収差を計測する形状計測装置が広く知られている。
【０００４】
ところで、上述した光を用いた形状計測装置によって形状計測をした場合、得られた形状データに横座標の歪みが生じていることがある。形状データの横座標にズレが生じると、ワークの修正加工の際に、実際の横座標に対して横座標のズレ分だけ修正加工箇所がズレてしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、従来、このような形状計測装置の横座標の校正方法として、特許文献１（特開２００２―２０６９１５号公報）記載の方法が知られている。この方法は、所定パターンが形成されると共に、被検面と入れ替えた場合に測定光と略等しい反射波面を生成する反射光学素子を用いて横座標を校正する方法である。具体的には、上記反射光学素子を被検面の位置に配置し、反射光学素子に反射された測定光と参照光との干渉像を検出器の検出面上に形成する。この検出面上には、上記反射光学素子の所定パターンが結像するため、検出面に結像した所定パターンの横座標と、予め別の座標測定機などによって高精度に測定した上記所定パターンの横座標と、を比較することによって横座標の校正を行うようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２０６９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１記載の横座標校正方法は、測定光の球波面と略同じ反射波面を有する反射光学素子を用いて、横座標校正用の所定パターンを形成している。そのため、曲率半径の異なる被検面や、フィゾーレンズごとに、対応した反射光学素子を用意する必要がある。
【０００８】
また、走査型干渉計のように、測定光の光軸方向にワークもしくはフィゾーレンズを走査する形状計測装置では、走査位置によって測定光の曲率が異なる。そのため、特許文献１記載の方法では、ワークもしくはフィゾーレンズの光軸方向位置ごとに測定光の曲率に合う反射光学素子を用意する必要があり、被検面のスキャン領域全てにおいて横座標を校正するには、多数の反射光学素子を必要とするという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、汎用性の高い横座標の校正方法によって横座標を校正する形状計測装置、及びその横座標校正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の形状計測装置は、光源と、被検面を有するワークと、前記被検面に近接して配置されると共に複数の開口が形成され、これら複数の開口の配列によって校正パターンを形成するアパーチャー板と、前記開口を通過して前記被検面で反射され、再び前記開口を通過した測定光を検出する撮像素子と、予め計測されている前記校正パターンの基準横座標位置と、前記撮像素子上にて結像した前記校正パターンの横座標位置とを比較して、横座標の校正を行う演算装置と、を備えた、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の横座標校正方法は、複数の開口が形成されていると共にこの開口の配列により校正パターンを形成するアパーチャー板を、被検面の前面に配置する工程と、前記アパーチャー板の開口を通過すると共に前記被検面に反射され、再び前記開口を通過した測定光を撮像素子により検出する工程と、前記撮像素子上にて結像した前記校正パターンの横座標位置を演算する工程と、前記被検面を測定光の光軸方向に移動させ、この被検面の形状計測が行われる光軸方向の複数位置にて、前記撮像素子上にて結像した前記校正パターンの横座標位置を演算する工程と、前記演算した校正パターンの横座標位置と、予め計測されている前記校正パターンの基準横座標位置とを比較して、横座標の校正を行う工程と、を備えた、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の光学素子の製造方法は、上述の横座標校正方法によって形状計測装置の横座標位置を校正する工程と、横座標が校正された前記形状計測装置によって光学素子の形状を計測する工程と、計測された光学素子の形状とこの光学素子の設計値との差分を演算し、演算した設計値との差分だけ修正加工を施す工程と、を備えた、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、測定光の曲率や被検面曲率に係わらず、形状計測の際に測定に使用される干渉縞が疎になる部分（ヌル領域）での校正パターンを取得することができる。従って、測定光と被検面の曲率が相違しても、被検面の前面にアパーチャー板を配置することによって、撮像素子上に校正パターンを結像させて、横座標を校正することができる。これにより、専用の校正原器を必要とせずに、実際に測定を行う被検ワークとアパーチャー板とによって横座標を校正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る形状計測装置の模式図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るアパーチャー板を示す模式図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る演算装置を示すブロック図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る形状計測装置の横座標校正方法を示すフローチャート図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るワークの走査状態を示す模式図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るアパーチャー板及びワークを示す模式図。
【図７】（ａ）本発明の第３の実施の形態に係る形状計測装置を示す模式図、（ｂ）（ａ）の形状計測装置のアパーチャー板を示す模式図、（ｃ）（ａ）の形状計測装置の撮像素子上でのスポットの状態を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係る形状計測装置について図１乃至図７に基づいて説明をする。なお、以下の説明中において、測定光の光軸方向とは、基準レンズ（参照球面）から被検面に向う方向（図１中のＺ軸方向）を言う。また、横座標とは、測定光の光軸方向Ｚに対して垂直平面上の座標（図１のＸＹ軸座標）を言うこととする。
【００１６】
［第１の実施の形態］
［形状測定装置の概略構成］
図１は、半導体露光装置の投影レンズやミラーなど高精度の光学素子の形状を計測する形状計測装置１であり、本実施の形態では、フィゾー型の干渉計によって構成されている。この形状計測装置１は、光源２とワークＷとの間に参照球面３ａを有するフィゾーレンズ３を配設しており、この参照球面３ａによって反射された参照光Ｌｒと、参照球面３ａを透過してワークＷの被検面Ｓｗに反射された測定光Ｌｍとで干渉光Ｌｉを形成する。そして、この干渉光Ｌｉによって結像された干渉縞を解析することによって、被検面Ｓｗの形状を計測するように構成されている。
【００１７】
具体的には、上記形状計測装置１は、レーザ光を出射する光源２と、フィゾーレンズ（基準レンズ）３と、ＣＣＤカメラからなる撮像素子５と、を備えている。また、この撮像素子５によって検出された光を表示するモニタ６と、撮像素子上に結像した画像を解析するコンピュータからなる演算装置７と、を備えている。
【００１８】
更に、光源２とフィゾーレンズ３との間には、レンズ９、開口１０及びコリメータレンズ１１が配置されており、フィゾーレンズ３に入射する光が、平行光となるように調整されている。また、開口１０とコリメータレンズ１１との間には、偏光ビームスプリッタ１２及び１／４波長板１３が配設されており、干渉光Ｌｉを撮像素子５へと反射するように構成されている。
【００１９】
そのため、光源２から射出された光Ｌｓは、レンズ９、開口１０、偏光ビームスプリッタ１２、１／４波長板１３及びコリメータレンズ１１を経て平面波へと変換されてフィゾーレンズ３に入射する。そして、このフィゾーレンズ３の参照球面３ａで上述した参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとに分離される。
【００２０】
上記参照球面３ａは、非常に精度良く研磨された球面であり、この参照球面３ａに反射された参照光Ｌｒは球面波となる。一方、測定光Ｌｍも同様に参照球面３aを透過して球面波となる。この球面波はワークＷの被検面Ｓｗで反射されることで被検面Ｓｗの球面波からのずれに応じた波面収差を伴い参照球面３ａへと戻る。例えば被検面Ｓｗが非球面形状であれば反射波面は非球面になる。そして、この参照球面３ａにおいて、再度、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとが重ね合わされて干渉光Ｌｉが形成される。この干渉光Ｌｉは、球面波の参照光Ｌｒと非球面波の測定光Ｌｍとによって形成されており、１／４波長板１３を２回通過することにより偏光方位が光源２から偏光ビームスプリッタ１２へ入射した時の偏光方位に対し９０度回転する。これにより、偏光ビームスプリッタ１２によって反射され、レンズ１５を介して撮像素子５に入射する。
【００２１】
上記参照球面３ａと被検面Ｓｗとの間には空気間隔しかなく、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとの参照球面３ａ以前の光路は同一である。そのため、この干渉光Ｌｉを検出する上記撮像素子５では、参照球面３ａと被検面Ｓｗとの差が光強度として検出され、モニタ６には干渉縞が表示される。
【００２２】
上記演算装置７は、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとの光路差を形状情報として使用し、上述した干渉縞（干渉光の位相、光強度、反射光位置）を解析することによって、被検面Ｓｗの形状を計測するようになっている。このように、形状計測装置１は、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとの光路差を形状情報として使用しているため、着目する点の明るさが分かれば、位相を計算し、更に高さ情報に換算することができる。
【００２３】
ところで、演算装置７が干渉縞を解析して位相を精密に求めるには、干渉縞の幅が撮像素子５の分解能以上（以下、この状態を干渉縞が疎または、ヌル状態であるという）である必要がある。しかしながら、干渉縞が疎の状態であるためには、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとの進行方向が略平行である必要があるが、参照光Ｌｒは球面波であり、ワークで反射された測定光Ｌｍは非球面波であるため、干渉光波面全域に亘ってこの条件が満たされることはない。
【００２４】
そこで、形状計測装置１は、上記構成に加え、ワークＷを保持すると共に測定光Ｌｍの光軸Ａに沿ってＺ方向に駆動可能な駆動ステージ１６を有しており、測定光Ｌｍの光軸方向ＺにワークＷを走査することが可能な走査型干渉計となっている。即ち、この駆動ステージ１６は、被検面Ｓｗの位置を測定光Ｌｍの光軸方向に変化させる駆動装置となっている。これにより、演算装置７からの駆動指令によって駆動ステージ１６を光軸方向Ｚに移動させ、光軸方向の各位置において形状計測を行うことによって、干渉縞の疎の部分の径方向位置を遷移させることができる。そして、干渉縞が疎になった輪帯状の範囲で干渉縞データを取得して行き、取得された輪帯状のデータを繋ぎ合わすことで被検面Ｓｗ全体の形状を正確に測定することができるようになっている。
【００２５】
なお、上記駆動ステージ１６は、アライメント調整機構を有しており、ワークＷは常に測定光Ｌｍの光軸Ａに対して垂直になるように調整されている。
【００２６】
［横座標校正装置の構成］
ところで、上記形状計測装置１によって計測されたワークＷは、演算装置７によって、計測値と設計値との差分が演算され、加工装置４０（図３参照）により修正加工が施される。そして、設計値通りワークＷが修正加工されたことを確認することによってワークＷの加工が終了する。この修正加工では、横座標を基準として高さ位置が修正されて行くため、形状計測装置１の横座標位置にズレがあると、修正加工するべき場所と、加工装置が実際に加工する場所にズレが生じる虞がある。
【００２７】
そのため、形状計測装置１は、横座標校正装置１７を有しており、以下、この形状計測装置１の横座標校正装置１７について図１を参照しつつ、図２及び図３に基づいて詳しく説明をする。図１に示すように、横座標校正装置１７は、上述した撮像素子５、演算装置７の他に、被検面Ｓｗを有するワークＷ及びアパーチャー板２０を備えて構成されている。
【００２８】
上記アパーチャー板２０は、フィゾーレンズ３（基準レンズ）及び被検面Ｓｗの間でこの被検面Ｓｗに近接して配置されており、移動機構１８（図３参照）により光路中から取外し可能に構成されている。また、図２に示すように、アパーチャー板２０には、複数の開口２１が形成されており、これら複数の開口２１の配列によって校正パターンＰが形成されている。具体的には、校正パターンＰは、開口２１が同心円状に配置されて構成されている。アパーチャー板２５は、この開口２１によって測定光Ｌｍの入射光束及び反射光束を制限することによって、撮像素子上に任意の校正パターンＰを結像させている。なお、上記アパーチャー板２０は、駆動ステージ１６に支持されており、ワークＷが光軸方向Ｚに走査されても被検面Ｓｗとアパーチャー板２０との位置関係は常に一定になるようになっている。
【００２９】
上記演算装置７は、図３に示すように、撮像素子５から取得した干渉縞の画像データを解析して被検面Ｓｗの形状を計測する計測部３０、駆動ステージ１６の駆動を制御する駆動指令部３１を有している。また、一回の計測中における光軸方向への移動数（撮像回数）及び駆動ステージ１６の移動距離を設定するステップ設定部３２、及び記憶部３３を有している。更に、計測部３０が演算した被検面Ｓｗの形状データと記憶部３３に記憶されている被検面Ｓｗの設計データとの差分を演算する誤差演算部３４を有している。
【００３０】
また、上記演算装置７は、形状計測装置１の横座標校正を行う部分として、校正部３５を有している。この校正部３５は、上記移動機構１８を制御して、アパーチャー板２０を、被検面Ｓｗの前面の校正位置と、光路中から退避した退避位置とに切り替える位置制御部３５ｃを有している。また、撮像素子５が測定光Ｌｍを検出することによって取得された画像上の校正パターンＰの横座標位置を演算する横座標演算部３５ａを有している。更に、この横座標演算部３５ａによって算出された校正パターンＰの横座標位置と、予め別の座標計測装置などによって計測され、記憶部３３に格納されていた校正パターンＰの基準横座標位置と、を比較する比較演算部３５ｂを備えている。比較演算部３５ｂは、計測された校正パターンの横座標位置の基準横座標位置に対するズレを演算し、誤差演算部３４へ校正データとして出力する。
【００３１】
［横座標校正方法］
ついで、上述した横座標校正装置１７を用いた形状計測装置１の横座標校正方法について図１乃至図３を参照しつつ、図４に基づいて説明をする。作業者は、非球面形状の光学素子を製造するにあたり、ワークＷを光学素子の設計値に従って加工をすると、この加工されたワーク（光学素子）Ｗを駆動ステージ１６に配置し（図４のＳ１）、形状計測装置１の横座標を校正するように演算装置７に指令する（Ｓ２）。
【００３２】
横座標の校正が指令されると、校正部３５の位置制御部３５ｃによってアパーチャー板２０が退避位置からワークＷの被検面Ｓｗの前面に配置される（Ｓ３）。また、校正部３５からステップ設定部３２及び駆動指令部３１に電気指令が出され、走査する際の原点位置である計測基準位置（図５（ａ）の位置）に駆動ステージ１６が移動させられる（Ｓ４）。そして、駆動ステージ１６が計測基準位置に位置すると光源２からレーザ光が出射される。
【００３３】
上記光源２から出射されたレーザ光Ｌｓは、フィゾーレンズ３の参照球面３aによって参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとに分離され、フィゾーレンズ３を透過して測定光Ｌｍとなったレーザ光はアパーチャー板２０によって被検面Ｓｗへの入射が制限される。具体的には、図２に示すように、測定光Ｌｍは、その一部Ｌｍ２がアパーチャー板２０の表面で反射され、開口２１を通過した光Ｌｍ１，Ｌｍ３のみが被検面Ｓｗに照射される。そして、光軸近傍及び測定光Ｌｍの球波面Ｓの曲率と被検面Ｓｗの曲率とが一致する輪帯領域に入射した光、即ち、被検面Ｓｗに垂直に入射した測定光Ｌｍ１のみが元来た方向に反射され、再度、開口２１を通過してフィゾーレンズ３の参照球面３ａへと再入射する。この被検面Ｓｗによって反射された測定光Ｌｍ１は、偏光ビームスプリッタ１２によって反射されて撮像素子５に入射して、図５（ａ）に示すように、撮像素子上で校正パターンＰを結像する（Ｓ５）。即ち、ワークＷは、被検面Ｓｗに垂直に入射した測定光Ｌｍ１を元来た方向に反射し、校正パターンＰの内、駆動ステージ１６の光軸方向位置において形状計測に使用される範囲に対応する開口２１を撮像素子上に結像させる。
【００３４】
測定光Ｌｍを撮像素子５によって検出すると、この検出した測定光Ｌｍが撮像素子上にて結像した校正パターンＰの画像を演算装置７は取り込む。そして、横座標演算部３５ａによって校正パターンＰを形成する各開口２１の重心位置を演算し、校正パターンＰの横座標を取得する（Ｓ６）。
【００３５】
次に、校正部３５はステップ設定部３２から取得した情報に基づいて、現在の駆動ステージ１６の位置が形状計測終了時の位置となる最終ステップ位置かを判定する（Ｓ７）。そして、最終ステップ位置でない場合には（Ｓ７のＮｏ）、次のステップ位置（例えば図５の（ｂ），（ｃ）位置）へと移動して、計測基準位置と同様の方法（Ｓ６）によって、校正パターンＰの横座標を取得する。
【００３６】
上述した工程を駆動ステージ１６が最終ステップ位置となるまで繰り返すことによって、ワークＷの形状計測が行われる光軸方向の各位置における校正パターンＰの横座標を取得する。そして、被検面全面における反射された測定光Ｌｍ１の位置が取得されると、比較演算部３５ｂによって、予め別の座標計測器等で高精度に計測されている校正パターンＰの横座標関係と比較され、両者の対応関係が算出される。比較演算部３５ｂは、得られた座標関係を用いフィッティングなどのデータ処理によって、倍率、ディストーションを求め横座標の校正を行い（Ｓ９）、横座標の校正を終了する（Ｓ１０）。
【００３７】
このように、ワークの被検面Ｓｗによって測定光Ｌｍを反射することにより、被検面Ｓｗに垂直に入射した測定光Ｌｍ１を元来た方向へと反射することができる。そして、被検面Ｓｗの計測に使用される疎の部分の干渉縞に対応する校正パターンＰの開口２１を撮像素子上に結像させることができる。従って、被検面Ｓｗを光軸方向Ｚに走査して、結像する開口２１を遷移させることにより、被検面全面について、校正パターンＰを取得することができ、測定光Ｌｍの曲率によらずに形状計測装置の横座標を校正することができる。言い換えると、被検面Ｓｗの光軸方向の複数位置にて、アパーチャー板２０を通過して被検面に垂直に入射し、元来た方向に反射された測定光により結像する開口パターンからなる校正パターンＰを撮像素子５によって検出することができる。
【００３８】
このように、一つのアパーチャー板２０と被検面Ｓｗとのセットで、走査型の形状計測装置１の横座標を校正できるため、作業効率が大幅に向上すると共に、修正加工の際の面精度の追い込みが容易になる。また、横座標を校正する際に、特定の校正原器を必要としないため、横座標を校正する方法として汎用性が高く、コスト面においても校正原器の分だけ、低く抑えることができる。特に、走査型フィゾー型干渉計のようなワークを光軸方向に移動させる形状計測装置にあっては、１つの形状計測装置に対して複数の校正原器を必要しないため、作業効率及びコストの両方の面において適している。
【００３９】
また、形状計測の際に使用される干渉縞が疎の部分に対応した校正パターンＰを撮像素子上に結像させることができるため、必要な横座標データのみを取得することができ、演算量を小さくすることができる。更に、アパーチャー板２０を取外せば、そのままワークＷの被検面Ｓｗの形状を計測することができるため、横座標の校正の際と形状計測の際とで軸ズレが発生せず、この軸ズレに基づく横座標のズレが生じることもない。
【００４０】
また、アパーチャー板２０の開口２１を同心円状に配置したことにより、軸対称非球面に対して開口２１を正方に配置した場合と比較して開口２１を通過した反射光Ｌｍ１を多く検出でき、反射光位置の検出精度を向上することができる。
【００４１】
［第２の実施の形態］
ついで、本発明に係る第２の実施の形態について図６に基づいて説明をする。この第２の実施の形態は、ワークＷを保持するステージ位置が固定である点、被検面Ｓｗが球面形状である点、校正パターンＰが格子形状である点、において第１の実施の形態と異なっており、第１の実施の形態と同一の構成についてはその説明を省略する。
【００４２】
図６に示すように、ワークＷは、その被検面Ｓｗの形状が球面状に形成されている。また、アパーチャー板２０は、一方向に開口２１が整列された複数の第１列ｒ１と、第１列ｒ１と交差（本実施形態では直行）する方向に開口２１が整列された複数の第２列ｒ２と、を交差するように配置して、格子状の校正パターンＰを形成している。
【００４３】
上記ワークＷは、測定光Ｌｍの球面波の曲率と被検面Ｓｗの曲率が一致する位置、所謂ヌル位置にアライメントすることにより、開口２１から入射した測定光Ｌｍ１を、被検面Ｓｗに対して垂直に入射させることができる。これにより、開口２１から入射した測定光Ｌｍ１は、元来た方向へと反射され、同じ光路へと戻るため、撮像素子上に校正パターンＰを結像することができる。従って、被検面Ｓｗが正しい位置にアライメントされて配置されていれば、被検面Ｓｗの曲率によらずに１つのアパーチャー板２０を使用して形状計測装置１の横座標を校正することができる。
【００４４】
［第３の実施の形態］
ついで、本発明の第３の実施の形態について説明をする。この第３の実施の形態は、本発明をシャック・ハルトマン型の形状計測装置１に適用した点において相異しており、第１及び第２の実施の形態と同一の構成についてはその説明を省略する。
【００４５】
図７に示すように、レーザ光源１００から射出された光は、レンズ１０１、開口１０２、レンズ１０３、偏光ビームスプリッタ１０４、１／４波長板１０５を経てビームエキスパンダ１０６でビーム径を拡大される。ビームエキスパンダ１０６を通過した光は、レンズ（基準レンズ）１０７を透過して球面波に変換されることで測定光Ｌｍとなり、アパーチャー板２０を介してワークＷの被検面Ｓｗに入射する。ワークＷはアライメント機構をもつ駆動ステージ１６により保持され、干渉計（測定光）の光軸Ａに対して垂直になるように調整されて設置されている。上記駆動ステージ１６によりワークＷは測定光Ｌｍの光軸方向に移動することができる。
【００４６】
アパーチャー板２０の開口２１を通過して被検面Ｓｗで反射され、再び開口２１を通過した測定光Ｌｍは再度レンズ１０７、ビームエキスパンダ１０６、１／４波長板１０５を経て偏光ビームスプリッタ１０４で反射される。偏光ビームスプリッタ１０４で反射された測定光Ｌｍはマイクロレンズアレイ１０９でＣＣＤカメラからなる撮像素子５上に集光される。
【００４７】
図７（ｂ）、（ｃ）にそれぞれアパーチャー板２０と撮像素子上でのスポットの状態を示す。アパーチャー板２０の開口２１からの測定光Ｌｍは、撮像素子上では図７（ｃ）のように複数のスポットＳｐをつくる。一つの開口２１に対応するスポット数は開口サイズとマイクロレンズアレイ１０９のサイズ、光学系の倍率によって決まる。この時のスポット群の形状はアパーチャー板２０の開口形状によるので、スポットＳｐの中心位置から撮像素子上での横座標を求めることができる。
【００４８】
またアパーチャー板２０の開口２１の横座標は第１及び第２の実施の形態と同様に別の座標計測器等で高精度に計測されている。したがって第１及び第２の実施の形態と同様にスポット群の横座標と開口２１の横座標の関係が求まり、フィッティングなどのデータ処理によって、倍率、ディストーションを求めて横座標の校正用データを取得することができる。
【００４９】
なお、上述した第１乃至第３の形態の形状計測装置１では、光源２，１００から出射された光を透過させて測定光Ｌｍとする基準レンズ３，１０７と被検面Ｓｗとの相対距離を測定光Ｌｍの光軸方向に変化させる駆動装置として駆動ステージ１６を設けている。しかしながら、この駆動装置として、基準レンズ３，１０７を測定光Ｌｍの光軸方向に移動させるピエゾ素子を設けても良い。また、この被検面Ｓｗと基準レンズ３，１０７の両方を移動可能に構成しても良い。
【００５０】
更に、演算装置７は、必ずしもワークＷの形状計測が行われる駆動装置１６の光軸方向Ｚの全ての位置にて校正パターンＰの画像の取得を行わなくても良い。即ち、被検面Ｓｗの全面について校正パターンＰの画像を取得することができれば、ステップ数などを考慮して測定精度を保持できる複数位置にて校正パターンＰの画像の取得を行うようにしても良い。
【００５１】
また、上記第１乃至第３の実施の形態では、被検面Ｓｗの光軸方向Ｚの各位置における校正パターンＰの画像を取得した後、基準横座標と比較して横座標の校正をした。しかしながら、各位置で校正パターンＰの画像を取得するごとに基準横座標と比較して横座標の校正を行ってもよい。
【００５２】
また、校正パターンＰは、横座標の校正が出来れば、どのような形状でも良く、例えば、菱形や、十字形状にアパーチャー板２０の開口２１を配置しても良い。更に、校正パターンの横座標は、撮像素子５が検出した測定光Ｌｍの重心を検出する以外に、既存のどのような方法を用いても良い。
【００５３】
更に、上記第１乃至第３の実施形態では、撮像素子５としてＣＣＤカメラを使用したが、ＣＭＯＳカメラなど、どのような既知の撮像装置を使用しても良い。
【００５４】
また、上述した第１乃至第３の実施の形態に記載された発明は、どのように組み合わされて良いことは当然である。
【符号の説明】
【００５５】
１：形状計測装置、２０：アパーチャー板、Ｗ：ワーク、Ｗｓ：被検面、Ｌｍ：測定光、Ｐ：校正パターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉計などの光を用いた形状計測装置の横座標校正に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高精度光学装置は微細化及び高度化が進んでおり、例えば、半導体露光装置では、露光光源波長がＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（λ＝１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（λ＝１５７ｎｍ）と短波化してきている。更には、露光光として、ＥＶＵ光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｒｅｔ：λ＝１３．６ｎｍ）までもが使用されるに至っている。そのため、この半導体露光装置において使用される投影光学レンズや、ミラーなどの光学素子は、１ｎｍ〜０．１ｎｍオーダーの形状精度が求められる。
【０００３】
上述した高精度光学素子を製造するためには、求められる形状精度以上の精度でワークの表面形状や波面収差を計測し、修正加工を施す必要がある。一般に、このような高精度な表面形状や波面収差の計測が可能な装置として、干渉計などの光を用いて表面形状、波面収差を計測する形状計測装置が広く知られている。
【０００４】
ところで、上述した光を用いた形状計測装置によって形状計測をした場合、得られた形状データに横座標の歪みが生じていることがある。形状データの横座標にズレが生じると、ワークの修正加工の際に、実際の横座標に対して横座標のズレ分だけ修正加工箇所がズレてしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、従来、このような形状計測装置の横座標の校正方法として、特許文献１（特開２００２―２０６９１５号公報）記載の方法が知られている。この方法は、所定パターンが形成されると共に、被検面と入れ替えた場合に測定光と略等しい反射波面を生成する反射光学素子を用いて横座標を校正する方法である。具体的には、上記反射光学素子を被検面の位置に配置し、反射光学素子に反射された測定光と参照光との干渉像を検出器の検出面上に形成する。この検出面上には、上記反射光学素子の所定パターンが結像するため、検出面に結像した所定パターンの横座標と、予め別の座標測定機などによって高精度に測定した上記所定パターンの横座標と、を比較することによって横座標の校正を行うようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２０６９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１記載の横座標校正方法は、測定光の球波面と略同じ反射波面を有する反射光学素子を用いて、横座標校正用の所定パターンを形成している。そのため、曲率半径の異なる被検面や、フィゾーレンズごとに、対応した反射光学素子を用意する必要がある。
【０００８】
また、走査型干渉計のように、測定光の光軸方向にワークもしくはフィゾーレンズを走査する形状計測装置では、走査位置によって測定光の曲率が異なる。そのため、特許文献１記載の方法では、ワークもしくはフィゾーレンズの光軸方向位置ごとに測定光の曲率に合う反射光学素子を用意する必要があり、被検面のスキャン領域全てにおいて横座標を校正するには、多数の反射光学素子を必要とするという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、汎用性の高い横座標の校正方法によって横座標を校正する形状計測装置、及びその横座標校正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の形状計測装置は、光源と、被検面を有するワークと、前記被検面に近接して配置されると共に複数の開口が形成され、これら複数の開口の配列によって校正パターンを形成するアパーチャー板と、前記開口を通過して前記被検面で反射され、再び前記開口を通過した測定光を検出する撮像素子と、予め計測されている前記校正パターンの基準横座標位置と、前記撮像素子上にて結像した前記校正パターンの横座標位置とを比較して、横座標の校正を行う演算装置と、を備えた、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の横座標校正方法は、複数の開口が形成されていると共にこの開口の配列により校正パターンを形成するアパーチャー板を、被検面の前面に配置する工程と、前記アパーチャー板の開口を通過すると共に前記被検面に反射され、再び前記開口を通過した測定光を撮像素子により検出する工程と、前記撮像素子上にて結像した前記校正パターンの横座標位置を演算する工程と、前記被検面を測定光の光軸方向に移動させ、この被検面の形状計測が行われる光軸方向の複数位置にて、前記撮像素子上にて結像した前記校正パターンの横座標位置を演算する工程と、前記演算した校正パターンの横座標位置と、予め計測されている前記校正パターンの基準横座標位置とを比較して、横座標の校正を行う工程と、を備えた、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の光学素子の製造方法は、上述の横座標校正方法によって形状計測装置の横座標位置を校正する工程と、横座標が校正された前記形状計測装置によって光学素子の形状を計測する工程と、計測された光学素子の形状とこの光学素子の設計値との差分を演算し、演算した設計値との差分だけ修正加工を施す工程と、を備えた、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、測定光の曲率や被検面曲率に係わらず、形状計測の際に測定に使用される干渉縞が疎になる部分（ヌル領域）での校正パターンを取得することができる。従って、測定光と被検面の曲率が相違しても、被検面の前面にアパーチャー板を配置することによって、撮像素子上に校正パターンを結像させて、横座標を校正することができる。これにより、専用の校正原器を必要とせずに、実際に測定を行う被検ワークとアパーチャー板とによって横座標を校正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る形状計測装置の模式図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るアパーチャー板を示す模式図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る演算装置を示すブロック図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る形状計測装置の横座標校正方法を示すフローチャート図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るワークの走査状態を示す模式図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るアパーチャー板及びワークを示す模式図。
【図７】（ａ）本発明の第３の実施の形態に係る形状計測装置を示す模式図、（ｂ）（ａ）の形状計測装置のアパーチャー板を示す模式図、（ｃ）（ａ）の形状計測装置の撮像素子上でのスポットの状態を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係る形状計測装置について図１乃至図７に基づいて説明をする。なお、以下の説明中において、測定光の光軸方向とは、基準レンズ（参照球面）から被検面に向う方向（図１中のＺ軸方向）を言う。また、横座標とは、測定光の光軸方向Ｚに対して垂直平面上の座標（図１のＸＹ軸座標）を言うこととする。
【００１６】
［第１の実施の形態］
［形状測定装置の概略構成］
図１は、半導体露光装置の投影レンズやミラーなど高精度の光学素子の形状を計測する形状計測装置１であり、本実施の形態では、フィゾー型の干渉計によって構成されている。この形状計測装置１は、光源２とワークＷとの間に参照球面３ａを有するフィゾーレンズ３を配設しており、この参照球面３ａによって反射された参照光Ｌｒと、参照球面３ａを透過してワークＷの被検面Ｓｗに反射された測定光Ｌｍとで干渉光Ｌｉを形成する。そして、この干渉光Ｌｉによって結像された干渉縞を解析することによって、被検面Ｓｗの形状を計測するように構成されている。
【００１７】
具体的には、上記形状計測装置１は、レーザ光を出射する光源２と、フィゾーレンズ（基準レンズ）３と、ＣＣＤカメラからなる撮像素子５と、を備えている。また、この撮像素子５によって検出された光を表示するモニタ６と、撮像素子上に結像した画像を解析するコンピュータからなる演算装置７と、を備えている。
【００１８】
更に、光源２とフィゾーレンズ３との間には、レンズ９、開口１０及びコリメータレンズ１１が配置されており、フィゾーレンズ３に入射する光が、平行光となるように調整されている。また、開口１０とコリメータレンズ１１との間には、偏光ビームスプリッタ１２及び１／４波長板１３が配設されており、干渉光Ｌｉを撮像素子５へと反射するように構成されている。
【００１９】
そのため、光源２から射出された光Ｌｓは、レンズ９、開口１０、偏光ビームスプリッタ１２、１／４波長板１３及びコリメータレンズ１１を経て平面波へと変換されてフィゾーレンズ３に入射する。そして、このフィゾーレンズ３の参照球面３ａで上述した参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとに分離される。
【００２０】
上記参照球面３ａは、非常に精度良く研磨された球面であり、この参照球面３ａに反射された参照光Ｌｒは球面波となる。一方、測定光Ｌｍも同様に参照球面３aを透過して球面波となる。この球面波はワークＷの被検面Ｓｗで反射されることで被検面Ｓｗの球面波からのずれに応じた波面収差を伴い参照球面３ａへと戻る。例えば被検面Ｓｗが非球面形状であれば反射波面は非球面になる。そして、この参照球面３ａにおいて、再度、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとが重ね合わされて干渉光Ｌｉが形成される。この干渉光Ｌｉは、球面波の参照光Ｌｒと非球面波の測定光Ｌｍとによって形成されており、１／４波長板１３を２回通過することにより偏光方位が光源２から偏光ビームスプリッタ１２へ入射した時の偏光方位に対し９０度回転する。これにより、偏光ビームスプリッタ１２によって反射され、レンズ１５を介して撮像素子５に入射する。
【００２１】
上記参照球面３ａと被検面Ｓｗとの間には空気間隔しかなく、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとの参照球面３ａ以前の光路は同一である。そのため、この干渉光Ｌｉを検出する上記撮像素子５では、参照球面３ａと被検面Ｓｗとの差が光強度として検出され、モニタ６には干渉縞が表示される。
【００２２】
上記演算装置７は、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとの光路差を形状情報として使用し、上述した干渉縞（干渉光の位相、光強度、反射光位置）を解析することによって、被検面Ｓｗの形状を計測するようになっている。このように、形状計測装置１は、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとの光路差を形状情報として使用しているため、着目する点の明るさが分かれば、位相を計算し、更に高さ情報に換算することができる。
【００２３】
ところで、演算装置７が干渉縞を解析して位相を精密に求めるには、干渉縞の幅が撮像素子５の分解能以上（以下、この状態を干渉縞が疎または、ヌル状態であるという）である必要がある。しかしながら、干渉縞が疎の状態であるためには、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとの進行方向が略平行である必要があるが、参照光Ｌｒは球面波であり、ワークで反射された測定光Ｌｍは非球面波であるため、干渉光波面全域に亘ってこの条件が満たされることはない。
【００２４】
そこで、形状計測装置１は、上記構成に加え、ワークＷを保持すると共に測定光Ｌｍの光軸Ａに沿ってＺ方向に駆動可能な駆動ステージ１６を有しており、測定光Ｌｍの光軸方向ＺにワークＷを走査することが可能な走査型干渉計となっている。即ち、この駆動ステージ１６は、被検面Ｓｗの位置を測定光Ｌｍの光軸方向に変化させる駆動装置となっている。これにより、演算装置７からの駆動指令によって駆動ステージ１６を光軸方向Ｚに移動させ、光軸方向の各位置において形状計測を行うことによって、干渉縞の疎の部分の径方向位置を遷移させることができる。そして、干渉縞が疎になった輪帯状の範囲で干渉縞データを取得して行き、取得された輪帯状のデータを繋ぎ合わすことで被検面Ｓｗ全体の形状を正確に測定することができるようになっている。
【００２５】
なお、上記駆動ステージ１６は、アライメント調整機構を有しており、ワークＷは常に測定光Ｌｍの光軸Ａに対して垂直になるように調整されている。
【００２６】
［横座標校正装置の構成］
ところで、上記形状計測装置１によって計測されたワークＷは、演算装置７によって、計測値と設計値との差分が演算され、加工装置４０（図３参照）により修正加工が施される。そして、設計値通りワークＷが修正加工されたことを確認することによってワークＷの加工が終了する。この修正加工では、横座標を基準として高さ位置が修正されて行くため、形状計測装置１の横座標位置にズレがあると、修正加工するべき場所と、加工装置が実際に加工する場所にズレが生じる虞がある。
【００２７】
そのため、形状計測装置１は、横座標校正装置１７を有しており、以下、この形状計測装置１の横座標校正装置１７について図１を参照しつつ、図２及び図３に基づいて詳しく説明をする。図１に示すように、横座標校正装置１７は、上述した撮像素子５、演算装置７の他に、被検面Ｓｗを有するワークＷ及びアパーチャー板２０を備えて構成されている。
【００２８】
上記アパーチャー板２０は、フィゾーレンズ３（基準レンズ）及び被検面Ｓｗの間でこの被検面Ｓｗに近接して配置されており、移動機構１８（図３参照）により光路中から取外し可能に構成されている。また、図２に示すように、アパーチャー板２０には、複数の開口２１が形成されており、これら複数の開口２１の配列によって校正パターンＰが形成されている。具体的には、校正パターンＰは、開口２１が同心円状に配置されて構成されている。アパーチャー板２５は、この開口２１によって測定光Ｌｍの入射光束及び反射光束を制限することによって、撮像素子上に任意の校正パターンＰを結像させている。なお、上記アパーチャー板２０は、駆動ステージ１６に支持されており、ワークＷが光軸方向Ｚに走査されても被検面Ｓｗとアパーチャー板２０との位置関係は常に一定になるようになっている。
【００２９】
上記演算装置７は、図３に示すように、撮像素子５から取得した干渉縞の画像データを解析して被検面Ｓｗの形状を計測する計測部３０、駆動ステージ１６の駆動を制御する駆動指令部３１を有している。また、一回の計測中における光軸方向への移動数（撮像回数）及び駆動ステージ１６の移動距離を設定するステップ設定部３２、及び記憶部３３を有している。更に、計測部３０が演算した被検面Ｓｗの形状データと記憶部３３に記憶されている被検面Ｓｗの設計データとの差分を演算する誤差演算部３４を有している。
【００３０】
また、上記演算装置７は、形状計測装置１の横座標校正を行う部分として、校正部３５を有している。この校正部３５は、上記移動機構１８を制御して、アパーチャー板２０を、被検面Ｓｗの前面の校正位置と、光路中から退避した退避位置とに切り替える位置制御部３５ｃを有している。また、撮像素子５が測定光Ｌｍを検出することによって取得された画像上の校正パターンＰの横座標位置を演算する横座標演算部３５ａを有している。更に、この横座標演算部３５ａによって算出された校正パターンＰの横座標位置と、予め別の座標計測装置などによって計測され、記憶部３３に格納されていた校正パターンＰの基準横座標位置と、を比較する比較演算部３５ｂを備えている。比較演算部３５ｂは、計測された校正パターンの横座標位置の基準横座標位置に対するズレを演算し、誤差演算部３４へ校正データとして出力する。
【００３１】
［横座標校正方法］
ついで、上述した横座標校正装置１７を用いた形状計測装置１の横座標校正方法について図１乃至図３を参照しつつ、図４に基づいて説明をする。作業者は、非球面形状の光学素子を製造するにあたり、ワークＷを光学素子の設計値に従って加工をすると、この加工されたワーク（光学素子）Ｗを駆動ステージ１６に配置し（図４のＳ１）、形状計測装置１の横座標を校正するように演算装置７に指令する（Ｓ２）。
【００３２】
横座標の校正が指令されると、校正部３５の位置制御部３５ｃによってアパーチャー板２０が退避位置からワークＷの被検面Ｓｗの前面に配置される（Ｓ３）。また、校正部３５からステップ設定部３２及び駆動指令部３１に電気指令が出され、走査する際の原点位置である計測基準位置（図５（ａ）の位置）に駆動ステージ１６が移動させられる（Ｓ４）。そして、駆動ステージ１６が計測基準位置に位置すると光源２からレーザ光が出射される。
【００３３】
上記光源２から出射されたレーザ光Ｌｓは、フィゾーレンズ３の参照球面３aによって参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとに分離され、フィゾーレンズ３を透過して測定光Ｌｍとなったレーザ光はアパーチャー板２０によって被検面Ｓｗへの入射が制限される。具体的には、図２に示すように、測定光Ｌｍは、その一部Ｌｍ２がアパーチャー板２０の表面で反射され、開口２１を通過した光Ｌｍ１，Ｌｍ３のみが被検面Ｓｗに照射される。そして、光軸近傍及び測定光Ｌｍの球波面Ｓの曲率と被検面Ｓｗの曲率とが一致する輪帯領域に入射した光、即ち、被検面Ｓｗに垂直に入射した測定光Ｌｍ１のみが元来た方向に反射され、再度、開口２１を通過してフィゾーレンズ３の参照球面３ａへと再入射する。この被検面Ｓｗによって反射された測定光Ｌｍ１は、偏光ビームスプリッタ１２によって反射されて撮像素子５に入射して、図５（ａ）に示すように、撮像素子上で校正パターンＰを結像する（Ｓ５）。即ち、ワークＷは、被検面Ｓｗに垂直に入射した測定光Ｌｍ１を元来た方向に反射し、校正パターンＰの内、駆動ステージ１６の光軸方向位置において形状計測に使用される範囲に対応する開口２１を撮像素子上に結像させる。
【００３４】
測定光Ｌｍを撮像素子５によって検出すると、この検出した測定光Ｌｍが撮像素子上にて結像した校正パターンＰの画像を演算装置７は取り込む。そして、横座標演算部３５ａによって校正パターンＰを形成する各開口２１の重心位置を演算し、校正パターンＰの横座標を取得する（Ｓ６）。
【００３５】
次に、校正部３５はステップ設定部３２から取得した情報に基づいて、現在の駆動ステージ１６の位置が形状計測終了時の位置となる最終ステップ位置かを判定する（Ｓ７）。そして、最終ステップ位置でない場合には（Ｓ７のＮｏ）、次のステップ位置（例えば図５の（ｂ），（ｃ）位置）へと移動して、計測基準位置と同様の方法（Ｓ６）によって、校正パターンＰの横座標を取得する。
【００３６】
上述した工程を駆動ステージ１６が最終ステップ位置となるまで繰り返すことによって、ワークＷの形状計測が行われる光軸方向の各位置における校正パターンＰの横座標を取得する。そして、被検面全面における反射された測定光Ｌｍ１の位置が取得されると、比較演算部３５ｂによって、予め別の座標計測器等で高精度に計測されている校正パターンＰの横座標関係と比較され、両者の対応関係が算出される。比較演算部３５ｂは、得られた座標関係を用いフィッティングなどのデータ処理によって、倍率、ディストーションを求め横座標の校正を行い（Ｓ９）、横座標の校正を終了する（Ｓ１０）。
【００３７】
このように、ワークの被検面Ｓｗによって測定光Ｌｍを反射することにより、被検面Ｓｗに垂直に入射した測定光Ｌｍ１を元来た方向へと反射することができる。そして、被検面Ｓｗの計測に使用される疎の部分の干渉縞に対応する校正パターンＰの開口２１を撮像素子上に結像させることができる。従って、被検面Ｓｗを光軸方向Ｚに走査して、結像する開口２１を遷移させることにより、被検面全面について、校正パターンＰを取得することができ、測定光Ｌｍの曲率によらずに形状計測装置の横座標を校正することができる。言い換えると、被検面Ｓｗの光軸方向の複数位置にて、アパーチャー板２０を通過して被検面に垂直に入射し、元来た方向に反射された測定光により結像する開口パターンからなる校正パターンＰを撮像素子５によって検出することができる。
【００３８】
このように、一つのアパーチャー板２０と被検面Ｓｗとのセットで、走査型の形状計測装置１の横座標を校正できるため、作業効率が大幅に向上すると共に、修正加工の際の面精度の追い込みが容易になる。また、横座標を校正する際に、特定の校正原器を必要としないため、横座標を校正する方法として汎用性が高く、コスト面においても校正原器の分だけ、低く抑えることができる。特に、走査型フィゾー型干渉計のようなワークを光軸方向に移動させる形状計測装置にあっては、１つの形状計測装置に対して複数の校正原器を必要しないため、作業効率及びコストの両方の面において適している。
【００３９】
また、形状計測の際に使用される干渉縞が疎の部分に対応した校正パターンＰを撮像素子上に結像させることができるため、必要な横座標データのみを取得することができ、演算量を小さくすることができる。更に、アパーチャー板２０を取外せば、そのままワークＷの被検面Ｓｗの形状を計測することができるため、横座標の校正の際と形状計測の際とで軸ズレが発生せず、この軸ズレに基づく横座標のズレが生じることもない。
【００４０】
また、アパーチャー板２０の開口２１を同心円状に配置したことにより、軸対称非球面に対して開口２１を正方に配置した場合と比較して開口２１を通過した反射光Ｌｍ１を多く検出でき、反射光位置の検出精度を向上することができる。
【００４１】
［第２の実施の形態］
ついで、本発明に係る第２の実施の形態について図６に基づいて説明をする。この第２の実施の形態は、ワークＷを保持するステージ位置が固定である点、被検面Ｓｗが球面形状である点、校正パターンＰが格子形状である点、において第１の実施の形態と異なっており、第１の実施の形態と同一の構成についてはその説明を省略する。
【００４２】
図６に示すように、ワークＷは、その被検面Ｓｗの形状が球面状に形成されている。また、アパーチャー板２０は、一方向に開口２１が整列された複数の第１列ｒ１と、第１列ｒ１と交差（本実施形態では直行）する方向に開口２１が整列された複数の第２列ｒ２と、を交差するように配置して、格子状の校正パターンＰを形成している。
【００４３】
上記ワークＷは、測定光Ｌｍの球面波の曲率と被検面Ｓｗの曲率が一致する位置、所謂ヌル位置にアライメントすることにより、開口２１から入射した測定光Ｌｍ１を、被検面Ｓｗに対して垂直に入射させることができる。これにより、開口２１から入射した測定光Ｌｍ１は、元来た方向へと反射され、同じ光路へと戻るため、撮像素子上に校正パターンＰを結像することができる。従って、被検面Ｓｗが正しい位置にアライメントされて配置されていれば、被検面Ｓｗの曲率によらずに１つのアパーチャー板２０を使用して形状計測装置１の横座標を校正することができる。
【００４４】
［第３の実施の形態］
ついで、本発明の第３の実施の形態について説明をする。この第３の実施の形態は、本発明をシャック・ハルトマン型の形状計測装置１に適用した点において相異しており、第１及び第２の実施の形態と同一の構成についてはその説明を省略する。
【００４５】
図７に示すように、レーザ光源１００から射出された光は、レンズ１０１、開口１０２、レンズ１０３、偏光ビームスプリッタ１０４、１／４波長板１０５を経てビームエキスパンダ１０６でビーム径を拡大される。ビームエキスパンダ１０６を通過した光は、レンズ（基準レンズ）１０７を透過して球面波に変換されることで測定光Ｌｍとなり、アパーチャー板２０を介してワークＷの被検面Ｓｗに入射する。ワークＷはアライメント機構をもつ駆動ステージ１６により保持され、干渉計（測定光）の光軸Ａに対して垂直になるように調整されて設置されている。上記駆動ステージ１６によりワークＷは測定光Ｌｍの光軸方向に移動することができる。
【００４６】
アパーチャー板２０の開口２１を通過して被検面Ｓｗで反射され、再び開口２１を通過した測定光Ｌｍは再度レンズ１０７、ビームエキスパンダ１０６、１／４波長板１０５を経て偏光ビームスプリッタ１０４で反射される。偏光ビームスプリッタ１０４で反射された測定光Ｌｍはマイクロレンズアレイ１０９でＣＣＤカメラからなる撮像素子５上に集光される。
【００４７】
図７（ｂ）、（ｃ）にそれぞれアパーチャー板２０と撮像素子上でのスポットの状態を示す。アパーチャー板２０の開口２１からの測定光Ｌｍは、撮像素子上では図７（ｃ）のように複数のスポットＳｐをつくる。一つの開口２１に対応するスポット数は開口サイズとマイクロレンズアレイ１０９のサイズ、光学系の倍率によって決まる。この時のスポット群の形状はアパーチャー板２０の開口形状によるので、スポットＳｐの中心位置から撮像素子上での横座標を求めることができる。
【００４８】
またアパーチャー板２０の開口２１の横座標は第１及び第２の実施の形態と同様に別の座標計測器等で高精度に計測されている。したがって第１及び第２の実施の形態と同様にスポット群の横座標と開口２１の横座標の関係が求まり、フィッティングなどのデータ処理によって、倍率、ディストーションを求めて横座標の校正用データを取得することができる。
【００４９】
なお、上述した第１乃至第３の形態の形状計測装置１では、光源２，１００から出射された光を透過させて測定光Ｌｍとする基準レンズ３，１０７と被検面Ｓｗとの相対距離を測定光Ｌｍの光軸方向に変化させる駆動装置として駆動ステージ１６を設けている。しかしながら、この駆動装置として、基準レンズ３，１０７を測定光Ｌｍの光軸方向に移動させるピエゾ素子を設けても良い。また、この被検面Ｓｗと基準レンズ３，１０７の両方を移動可能に構成しても良い。
【００５０】
更に、演算装置７は、必ずしもワークＷの形状計測が行われる駆動装置１６の光軸方向Ｚの全ての位置にて校正パターンＰの画像の取得を行わなくても良い。即ち、被検面Ｓｗの全面について校正パターンＰの画像を取得することができれば、ステップ数などを考慮して測定精度を保持できる複数位置にて校正パターンＰの画像の取得を行うようにしても良い。
【００５１】
また、上記第１乃至第３の実施の形態では、被検面Ｓｗの光軸方向Ｚの各位置における校正パターンＰの画像を取得した後、基準横座標と比較して横座標の校正をした。しかしながら、各位置で校正パターンＰの画像を取得するごとに基準横座標と比較して横座標の校正を行ってもよい。
【００５２】
また、校正パターンＰは、横座標の校正が出来れば、どのような形状でも良く、例えば、菱形や、十字形状にアパーチャー板２０の開口２１を配置しても良い。更に、校正パターンの横座標は、撮像素子５が検出した測定光Ｌｍの重心を検出する以外に、既存のどのような方法を用いても良い。
【００５３】
更に、上記第１乃至第３の実施形態では、撮像素子５としてＣＣＤカメラを使用したが、ＣＭＯＳカメラなど、どのような既知の撮像装置を使用しても良い。
【００５４】
また、上述した第１乃至第３の実施の形態に記載された発明は、どのように組み合わされて良いことは当然である。
【符号の説明】
【００５５】
１：形状計測装置、２０：アパーチャー板、Ｗ：ワーク、Ｗｓ：被検面、Ｌｍ：測定光、Ｐ：校正パターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
被検面を有するワークと、
前記被検面に近接して配置されると共に複数の開口が形成され、これら複数の開口の配列によって校正パターンを形成するアパーチャー板と、
前記開口を通過して前記被検面で反射され、再び前記開口を通過した測定光を検出する撮像素子と、
予め計測されている前記校正パターンの基準横座標位置と、前記撮像素子上にて結像した前記校正パターンの横座標位置とを比較して、横座標の校正を行う演算装置と、を備えた、
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項２】
前記被検面の位置を測定光の光軸方向に変化させる駆動装置を備え、
前記撮像素子は、前記被検面の光軸方向の複数位置にて、前記アパーチャー板を通過して前記被検面に垂直に入射し、元来た方向に反射された測定光により結像する開口パターンからなる前記校正パターンを検出し、
前記演算装置は、前記駆動装置の光軸方向の複数位置にて、前記撮像素子上における前記校正パターンの横座標位置を演算すると共に、この演算された横座標位置と前記基準横座標位置とを比較して横座標の校正を行う、
ことを特徴とする請求項１記載の形状計測装置。
【請求項３】
前記校正パターンは、前記開口が同心円状に配置されて形成される、
請求項１又は２記載の形状計測装置。
【請求項４】
複数の開口が形成されていると共にこの開口の配列により校正パターンを形成するアパーチャー板を、被検面の前面に配置する工程と、
前記アパーチャー板の開口を通過すると共に前記被検面で反射され、再び前記開口を通過した測定光を撮像素子により検出する工程と、
前記撮像素子上にて結像した前記校正パターンの横座標位置を演算する工程と、
前記被検面を測定光の光軸方向に移動させ、この被検面の形状計測が行われる光軸方向の複数位置にて、前記撮像素子上にて結像した前記校正パターンの横座標位置を演算する工程と、
前記演算した校正パターンの横座標位置と、予め計測されている前記校正パターンの基準横座標位置とを比較して、横座標の校正を行う工程と、を備えた、
ことを特徴とする横座標校正方法。
【請求項５】
請求項４記載の横座標校正方法によって形状計測装置の横座標位置を校正する工程と、
横座標が校正された前記形状計測装置によって光学素子の形状を計測する工程と、
計測された光学素子の形状とこの光学素子の設計値との差分を演算し、演算した設計値との差分だけ修正加工を施す工程と、を備えた、
ことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１】
光源と、
被検面を有するワークと、
前記被検面に近接して配置されると共に複数の開口が形成され、これら複数の開口の配列によって校正パターンを形成するアパーチャー板と、
前記開口を通過して前記被検面で反射され、再び前記開口を通過した測定光を検出する撮像素子と、
予め計測されている前記校正パターンの基準横座標位置と、前記撮像素子上にて結像した前記校正パターンの横座標位置とを比較して、横座標の校正を行う演算装置と、を備えた、
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項２】
前記被検面の位置を測定光の光軸方向に変化させる駆動装置を備え、
前記撮像素子は、前記被検面の光軸方向の複数位置にて、前記アパーチャー板を通過して前記被検面に垂直に入射し、元来た方向に反射された測定光により結像する開口パターンからなる前記校正パターンを検出し、
前記演算装置は、前記駆動装置の光軸方向の複数位置にて、前記撮像素子上における前記校正パターンの横座標位置を演算すると共に、この演算された横座標位置と前記基準横座標位置とを比較して横座標の校正を行う、
ことを特徴とする請求項１記載の形状計測装置。
【請求項３】
前記校正パターンは、前記開口が同心円状に配置されて形成される、
請求項１又は２記載の形状計測装置。
【請求項４】
複数の開口が形成されていると共にこの開口の配列により校正パターンを形成するアパーチャー板を、被検面の前面に配置する工程と、
前記アパーチャー板の開口を通過すると共に前記被検面で反射され、再び前記開口を通過した測定光を撮像素子により検出する工程と、
前記撮像素子上にて結像した前記校正パターンの横座標位置を演算する工程と、
前記被検面を測定光の光軸方向に移動させ、この被検面の形状計測が行われる光軸方向の複数位置にて、前記撮像素子上にて結像した前記校正パターンの横座標位置を演算する工程と、
前記演算した校正パターンの横座標位置と、予め計測されている前記校正パターンの基準横座標位置とを比較して、横座標の校正を行う工程と、を備えた、
ことを特徴とする横座標校正方法。
【請求項５】
請求項４記載の横座標校正方法によって形状計測装置の横座標位置を校正する工程と、
横座標が校正された前記形状計測装置によって光学素子の形状を計測する工程と、
計測された光学素子の形状とこの光学素子の設計値との差分を演算し、演算した設計値との差分だけ修正加工を施す工程と、を備えた、
ことを特徴とする光学素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−４０８５８（Ｐ２０１３−４０８５８Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７８２８７（Ｐ２０１１−１７８２８７）
【出願日】平成２３年８月１７日（２０１１．８．１７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１７日（２０１１．８．１７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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