JP2004361135A - Interference measuring method and interference measuring apparatus - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To highly accurately determine an effective measuring region of an imaging device in interference measurement. <P>SOLUTION: The phase difference between luminous flux to be measured and reference luminous flux is changed (S1) to make reference to data outputted from the imaging device (S2). Luminance changes on the imaging device associated with changes in the phase difference are sinusoidally approximated. An amplitude distribution of the luminance changes on the imaging device is computed on the basis of the data (S4). A high-amplitude region in which the amplitude is of a prescribed value or greater is determined on the basis of the distribution. The high-amplitude region is determined as an effective measuring region in which interference fringes are formed on the imaging device (S5). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検物の表面測定などに適用される干渉測定方法及び干渉測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
投影露光装置に用いられるレンズやミラーなどの被検物の表面測定に、干渉測定が適用される。
この干渉測定は、光源から射出した測定光を被検面と参照面とに投光すると共に、その被検面から射出する被検光束と参照面から射出する参照光束とを同一面に導き、その面に生起する干渉縞を撮像素子で検出するものである。
【０００３】
その撮像素子の出力する画像データから、参照光束の波面と被検光束の波面とのずれの分布が求まるので、参照面を基準とした被検面の凹凸分布（形状）が既知となる。
このような干渉測定には、測定の高精度化を目的として、フリンジスキャン干渉法が適用されることが多い。
【０００４】
フリンジスキャン干渉法では、例えば参照面の位置を光軸方向に微少距離だけ移動させることにより、被検光束と参照光束との位相差を変化させる（フリンジスキャン）。そのときに撮像素子から順次出力される複数の画像データＢ１（ｘ，ｙ），Ｂ２（ｘ，ｙ），Ｂ３（ｘ，ｙ），・・・から、フリンジスキャンによる干渉縞の輝度の変化のパターンを見る。
【０００５】
この干渉縞の輝度の変化のパターンに基づけば、参照光束の波面と被検光束の波面とのずれの分布を高精度に求めることができる。
ところで、被検面のどの位置がどのような凹凸をしているのかを知るためには、干渉縞を検出するための撮像素子の各画素と、被検面上の各位置とが予め正確に対応づけられていなければならない。
【０００６】
このため、干渉測定が実施されるに当たっては、被検面のアライメント後、撮像素子上の有効測定領域、つまり、被検面の形状情報を含む「有効干渉縞」の形成領域が判定される。
判定の方法としては、次の２つの方法が挙げられる。
第１の方法は、特許文献１の［従来の技術］に記載されている方法であり、フリンジスキャンを試験的に行い、そのときに撮像素子の各画素Ｐ_ｘｙから出力される画素信号Ｂ１_ｘｙ，Ｂ２_ｘｙ，Ｂ３_ｘｙ，・・・の変化幅Δ_ｘｙ（＝Ｂ_{ｘｙｍａｘ}−Ｂ_{ｘｙｍｉｎ}）を求め、その変化幅Δ_ｘｙの撮像素子上の分布Δ（ｘ，ｙ）を求める。そして、変化幅Δ_ｘｙの所定値以上となる領域が有効測定領域と判定される。
【０００７】
第２の方法は、特許文献１の［実施の形態］に記載されている方法であり、フリンジスキャンを試験的に行い、そのときに撮像素子の各画素Ｐ_ｘｙから出力される画素信号Ｂ１_ｘｙ，Ｂ２_ｘｙ，Ｂ３_ｘｙ，・・・のコントラストγ_ｘｙを求め、そのコントラストγ_ｘｙの撮像素子上の分布γ（ｘ，ｙ）を求める。そして、コントラストγ_ｘｙの所定値以上となる領域が有効測定領域と判定される。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−９０１１２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１の方法では、有効干渉縞の形成領域内の画素Ｐ_ｘｙから出力される画素信号Ｂ１_ｘｙ，Ｂ２_ｘｙ，Ｂ３_ｘｙ，・・・であっても、それらの信号レベルが小さいときなどには、その変化幅Δ_ｘｙが有効干渉縞の形成領域外の画素Ｐ_ｘｎｙｎの画素信号Ｂ１_ｘｎｙｎ，Ｂ２_ｘｎｙｎ，Ｂ３_ｘｎｙｎ，・・・（ノイズや迷光による影響のみを受けたノイズデータ）の変化幅Δ_ｘｎｙｎより小さくなることもあるので、オペレータの判断を介さなければ判定を誤ることがあった。
【００１０】
また、第２の方法では、有効干渉縞の形成領域外の画素Ｐ_ｘｎｙｎから出力される画素信号Ｂ１_ｘｎｙｎ，Ｂ２_ｘｎｙｎ，Ｂ３_ｘｎｙｎ，・・・であっても、それらのノイズレベルが小さいときや、そのうち１つが偶然「０」となったときなどには、そのコントラストγ_ｘｎｙｎが、有効干渉縞の形成領域内の画素Ｐ_ｘｙから出力される画素信号Ｂ１_ｘｙ，Ｂ２_ｘｙ，Ｂ３_ｘｙ，・・・のコントラストγ_ｘｙより大きくなることもあるので、オペレータの判断を介さなければ判定を誤ることがあった。
【００１１】
そこで本発明は、撮像素子の有効測定領域を高精度に判定することのできる干渉測定方法及び干渉測定装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の干渉測定方法は、参照物から射出する参照光束の波面と、被検物から反射若しくは透過により射出する被検光束の波面とが成す干渉縞を撮像素子にて検出する干渉測定方法において、前記参照光束と前記被検光束との位相差を変化させ、前記撮像素子から出力されるデータを参照する手順と、前記位相差の変化に伴う前記撮像素子上の輝度変化を正弦的に近似し、その輝度変化の振幅の前記撮像素子上の分布を前記データに基づいて算出する手順と、前記振幅が所定値以上となる高振幅領域を、前記撮像素子上で前記干渉縞の形成される有効測定領域と判定する手順とを含むことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の干渉測定方法は、請求項１に記載の干渉測定方法において、前記算出する手順では、前記振幅の前記撮像素子上の分布を、前記撮像素子上でとり得る振幅の最大値で正規化することを特徴とする。
請求項３に記載の干渉測定方法は、請求項２に記載の干渉測定方法において、前記算出する手順では、正規化前の振幅α、正規化振幅α’、前記最大値α_ｍａｘに関しα’＝α／α_ｍａｘで表される式を前記正規化に用いることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の干渉測定方法は、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の干渉測定方法において、前記輝度変化のコントラストの前記撮像素子上の分布を前記データに基づいて算出する手順と、前記コントラストが所定値以上となる高コントラスト領域と、前記高振幅領域との重複領域を、前記撮像素子上の有効測定領域と判定する手順とをさらに含むことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の干渉測定方法は、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の干渉測定方法において、前記有効領域が１つ以上存在する場合に、前記１つ以上存在する有効測定領域を判別する手順と、前記１つ以上存在する有効測定領域の重心を算出する手順と、前記重心を中心として前記干渉縞を解析する手順とをさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の干渉測定装置は、参照物から射出する参照光束の波面と、被検物から反射若しくは透過により射出する被検光束の波面とが成す干渉縞を撮像素子にて検出する干渉計と、前記参照光束と前記被検光束との位相差を変化させる位相変化手段と、前記撮像素子及び前記位相変化手段を駆動制御する制御部と、前記撮像素子から出力されるデータを解析する演算部とを備えた干渉測定装置において、前記演算部は、前記位相差の変化に伴う前記撮像素子上の輝度変化を正弦的に近似し、その輝度変化の振幅の前記撮像素子上の分布を前記データに基づいて算出する手順と、前記振幅が所定値以上となる高振幅領域を、前記撮像素子上で前記干渉縞の形成される有効測定領域と判定する手順とを実行することを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の干渉測定装置は、請求項６に記載の干渉測定装置において、前記算出する手順では、前記演算部は、前記振幅の前記撮像素子上の分布を、前記撮像素子上でとり得る振幅の最大値で正規化することを特徴とする。
請求項８に記載の干渉測定装置は、請求項７に記載の干渉測定装置において、前記算出する手順では、前記演算部は、正規化前の振幅α、正規化振幅α’、前記最大値α_ｍａｘに関しα’＝α／α_ｍａｘで表される式を前記正規化に用いることを特徴とする。
【００１８】
請求項９に記載の干渉測定装置は、請求項６〜請求項８の何れか一項に記載の干渉測定装置において、前記演算部は、前記輝度変化のコントラストの前記撮像素子上の分布を前記データに基づいて算出する手順と、前記コントラストが所定値以上となる高コントラスト領域と前記高振幅領域との重複領域を、前記撮像素子上の有効測定領域と判定する手順とをさらに実行することを特徴とする。
【００１９】
請求項１０に記載の干渉測定装置は、請求項６〜請求項９の何れか一項に記載の干渉測定装置において、前記演算部は、前記有効領域が１つ以上存在する場合に、前記１つ以上存在する有効測定領域を判別する手順と、前記１つ以上存在する有効測定領域の重心を算出する手順と、前記重心を中心として前記干渉縞を解析する手順とをさらに実行することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１、図２、図３、図４、図５を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
【００２１】
本実施形態は、干渉測定装置の実施形態である。ここでは、面形状を測定する干渉測定装置を説明する。
図１は、本実施形態の干渉測定装置の構成図である。
この干渉測定装置には、干渉計１、及びコンピュータ３が配置される。
干渉計１は、例えば、干渉計本体１０にフィゾーレンズ４をセットしてなるフィゾー型干渉計である（以下、フィゾー型干渉計であるとして説明する。）。
【００２２】
この干渉計１において被検物２は、その被検面２ａがフィゾーレンズ４の最終面（フィゾー面）４ａに対向する状態で配置される。
干渉計本体１０には、レーザ光を出射する光源１０ａ、光源１０ａからの射出光束の径を拡大するビームエキスパンダ１０ｂ、ビームエキスパンダ１０ｂからの射出光束をフィゾーレンズ４の方向へ導光すると共にフィゾーレンズ４から戻る光束を所定の方向へ導光するビームスプリッタ１０ｃ、その導光された光束の径を縮小する光束径変換光学系１０ｄ、その縮小された光束の入射面に配置された撮像素子１０ｅ、及び、フィゾーレンズ４を光軸方向に移動させる移動機構１０ｆ、光源１０ａと撮像素子１０ｅと移動機構１０ｆとをそれぞれ駆動制御する制御回路１０ｇなどが備えられる。
【００２３】
この干渉計本体１０の制御回路１０ｇは、コンピュータ３からの指示に従い、干渉計本体１０内の光源１０ａ、撮像素子１０ｅ、移動機構１０ｆを駆動制御して測定を行う。
測定では、光源１０ａから光が射出されると、フィゾーレンズ４のフィゾー面４ａにおける反射光束（参照光束）ＬＲの波面と、被検面２ａにおける反射光束（被検光束）ＬＷの波面とが撮像素子１０ｅ上に重なり合い、有効な干渉縞が形成される。
【００２４】
この状態で移動機構１０ｆが駆動されると、フリンジスキャンが実現する。つまり、参照光束ＬＲと被検光束ＬＷとの位相差が変化する。以下、移動機構１０ｆによる位相差の変化量が一定である「直線スキャン」について説明する。
直線スキャンによると、撮像素子１０ｅ上で有効干渉縞の形成領域内の各位置の輝度は、時間に応じて互いに等速度で、かつ互いに異なる初期位相で正弦的に変化する。
【００２５】
この直線スキャン中に撮像素子１０ｅ上の各位置（ｘ，ｙ）に配置された各画素Ｐ_ｘｙは、所定期間（以下、輝度の変化の１／４周期とする。）ずつ信号電荷を蓄積し、画素信号Ｂ１_ｘｙ，Ｂ２_ｘｙ，Ｂ３_ｘｙ，・・・を順次出力する。
このようにして各画素Ｐ_ｘｙから出力される各画素信号Ｂｉ_ｘｙ（画像データＢｉ（ｘ，ｙ））（ｉ＝１，２，３，・・・）は、制御回路１０ｇを介してコンピュータ３に取り込まれる。
【００２６】
コンピュータ３は、取り込まれた画像データＢ１（ｘ，ｙ），Ｂ２（ｘ，ｙ），Ｂ３（ｘ，ｙ），Ｂ４（ｘ，ｙ），・・・のうち特定の画像データ（以下、画像データＢ１（ｘ，ｙ），Ｂ２（ｘ，ｙ），Ｂ３（ｘ，ｙ），Ｂ４（ｘ，ｙ）の４つとする。）を参照し、さらにそのうち撮像素子１０ｅ上の有効測定領域Ｅｄα（後述）に相当する有効画像データＢ１ｄ（ｘ，ｙ），Ｂ２ｄ（ｘ，ｙ），Ｂ３ｄ（ｘ，ｙ），Ｂ４ｄ（ｘ，ｙ）を、上記した直線スキャンに適応した解析手法で解析する。
【００２７】
その解析では、有効画像データＢ１ｄ（ｘ，ｙ），Ｂ２ｄ（ｘ，ｙ），Ｂ３ｄ（ｘ，ｙ），Ｂ４ｄ（ｘ，ｙ）から、有効測定領域Ｅｄαにおける輝度Ｉ_ｘｙの初期位相φ_ｘｙの分布φ（ｘ，ｙ）が求められ（算出方法については後述する式（８）を参照。）、さらにその分布φ（ｘ，ｙ）がフィゾー面４ａを基準とした被検面２ａの凹凸分布、つまり被検面２ａの形状Ｚ（ｘ，ｙ）に変換される。
【００２８】
なお、コンピュータ３にはモニタ３ａや入力器３ｂなどが接続され、これらモニタ３ａや入力器３ｂを介してオペレータは、干渉測定装置に対し測定や解析の指示をしたり、形状情報などの情報を表示させたりすることができる。
ここで、本実施形態の干渉測定装置においては、上述した測定に先立って行われる、有効測定領域Ｅｄαの判定手順に特徴がある。
【００２９】
以下、この判定手順について詳しく説明する。
図２は、本実施形態のコンピュータ３による判定手順を示す動作フローチャートである。
この判定手順では、最初に、試験的なフリンジスキャン（以下、測定時と同様の直線スキャンとする。）が行われ、画像データＢ１（ｘ，ｙ），Ｂ２（ｘ，ｙ），Ｂ３（ｘ，ｙ），Ｂ４（ｘ，ｙ）が順次取り込まれる（図２ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３）。
【００３０】
画像データＢ４（ｘ，ｙ）の取り込みが終了すると（図２ステップＳ３ＹＥＳ）、画像データＢ１（ｘ，ｙ），Ｂ２（ｘ，ｙ），Ｂ３（ｘ，ｙ），Ｂ４（ｘ，ｙ）から、撮像素子１０ｅ上における輝度Ｉ_ｘｙの振幅α_ｘｙの分布α（ｘ，ｙ）が算出される（図２ステップＳ４）。
この分布α（ｘ，ｙ）と予め決められた閾値Ａとに基づいて、有効測定領域Ｅｄαが判定される（図２ステップＳ５）。
【００３１】
ここで、図２ステップＳ４における分布α（ｘ，ｙ）の算出方法は、次のとおりである。
先ず第１に、撮像素子１０ｅ上において有効干渉縞の形成領域内の位置（ｘ，ｙ）の輝度Ｉ_ｘｙは、上述した直線スキャンによると図３に示すとおり時間ｔに応じて正弦的に変化するので、式（１）で表される変化カーブを描く。
【数１】

なお、式（１）において、
φ_ｘｙ：輝度Ｉ_ｘｙの初期位相、
ω：輝度Ｉ_ｘｙの位相の変化速度（移動機構１０ｆの駆動パターンから決まる所定値）
Ｃ_ｘｙ：輝度Ｉ_ｘｙの平均値、
α_ｘｙ：輝度Ｉ_ｘｙの振幅である。
【００３２】
第２に、位置（ｘ，ｙ）に配置された画素Ｐ_ｘｙから出力される画素信号Ｂ１_ｘｙ，Ｂ２_ｘｙ，Ｂ３_ｘｙ，Ｂ４_ｘｙは、それぞれ輝度Ｉ_ｘｙの１／４周期（周期Ｔ＝２π／ω）ずつの時間積分値であるので、式（２），（３），（４），（５）で表される。
【数２】

【数３】

【数４】

【数５】

以上の事実に基づき、位置（ｘ，ｙ）の輝度Ｉ_ｘｙの振幅α_ｘｙは、その位置（ｘ，ｙ）に配置された画素Ｐ_ｘｙの画素信号Ｂ１_ｘｙ，Ｂ２_ｘｙ，Ｂ３_ｘｙ，Ｂ４_ｘｙから、例えば式（６）により求められる。
【数６】

因みに、平均値Ｃ_ｘｙ，初期位相φ_ｘｙも、同様に、例えば式（７），（８）により求められる（なお、式（８）は、上述した被検面２ａの形状の算出に当たり、初期位相φ_ｘｙの算出に用いられる式でもある。）。
【数７】

【数８】

そして、この振幅α_ｘｙを各位置（ｘ，ｙ）についてそれぞれ求めれば、撮像素子１０ｅ上における振幅α_ｘｙの分布α（ｘ，ｙ）が求まる（以上、図２ステップＳ４の算出方法。）。
【００３３】
また、それに後続する図２ステップＳ５における判定方法は、次のとおりである。
先ず、分布α（ｘ，ｙ）は、式（９）により全ての位置（ｘ，ｙ）の輝度Ｉ_ｘｙの振幅α_ｘｙの最大値α_ｍａｘ（以下、最大振幅という。）で正規化される。つまり、各振幅α_ｘｙは最大振幅α_ｍａｘを基準とした正規化振幅α_ｘｙ’で表される。
【数９】

さらに、各正規化振幅α_ｘｙ’は、図４に示すように、それぞれ所定の閾値Ａと比較される。
そして、閾値Ａよりも大きい正規化振幅α_ｘｙ’に対応する位置（ｘ，ｙ）の存在領域が、有効測定領域Ｅｄαと判定される（以上、図２ステップＳ５の判定方法）。
【００３４】
次に、本実施形態の効果を図５を用いて説明する。
図５は、撮像素子１０ｅ上の各位置（ｘ，ｙ）の輝度Ｉ_ｘｙの変化（直線スキャン中の変化）を示す図である。
撮像素子１０ｅ上の位置（ｘ_１，ｙ_１），（ｘ_２，ｙ_２）は、有効干渉縞の形成領域に存在するので、それらの輝度Ｉ_ｘ１ｙ１，Ｉ_ｘ２ｙ２は図５（１）（２）に示すとおり正弦的に変化し、その振幅α_ｘ１ｙ１，α_ｘ２ｙ２は比較的大きい。
【００３５】
一方、撮像素子１０ｅ上の位置（ｘ_４，ｙ_４）は、有効干渉縞の形成領域外なので、その輝度Ｉ_ｘ４ｙ４は図５（４）に示すとおりランダムに微小変化するだけであり、その振幅α_ｘ４ｙ４は微少となる。
また、撮像素子１０ｅ上の位置（ｘ_３，ｙ_３）は、迷光に起因する、非有効な干渉縞の形成領域に存在するので、輝度Ｉ_ｘ３ｙ３は図５（３）に示すとおり正弦的に変化するものの、その振幅α_ｘ３ｙ３は、α_ｘ２ｙ２とα_ｘ４ｙ４との間の小さい値となる。
【００３６】
ここで、上述した閾値Ａは、「有効干渉縞の輝度の正規化振幅の最小値と、非有効な干渉縞の輝度の正規化振幅の最大値との中間値」に予め最適化されている。
因みに、この最適化は、干渉計１及び被検物２の光学設計データや、既知形状の被検物２をセットして干渉計１から得た測定データなどに基づいて行うことができる。
【００３７】
その結果、有効干渉縞の形成領域内の位置（ｘ_１，ｙ_１），（ｘ_２，ｙ_２）は、有効測定領域Ｅｄαと判定され、有効干渉縞の形成領域外の位置（ｘ_４，ｙ_４），及び位置（ｘ_３，ｙ_３）は、それぞれ有効測定領域Ｅｄαではないと判定される。
しかも、本実施形態における振幅α_ｘｙの算出は、上述したように、位置（ｘ，ｙ）の輝度Ｉ_ｘｙの変化カーブがそれぞれ正弦的であり、かつ画素信号Ｂｉ_ｘｙが輝度Ｉ_ｘｙの時間積分値であるとの前提に立つので、高精度である。
【００３８】
よって、閾値Ａの最適化さえ行われれば、有効測定領域Ｅｄαの判定は、高精度化される。
また、本実施形態では判定に当たり各振幅α_ｘｙが正規化されるので、例えば干渉計本体１０内の光源１０ａのパワーが変更されても（参照光束ＬＲと被検光束ＬＷとの両者の強度が同率で変更されても）、閾値Ａを変更する必要が無いという利点もある。
【００３９】
［第２実施形態］
図６、図７、図８、図９を参照して本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、干渉測定装置の実施形態である。ここでは、第１実施形態の干渉測定装置との相違点についてのみ説明する。
本実施形態の干渉測定装置と第１実施形態の干渉測定装置との相違点は、コンピュータ３による判定手順にある。以下、本実施形態の判定手順について詳しく説明する。
【００４０】
図６は、本実施形態のコンピュータ３による判定手順を示す動作フローチャートである。
この判定手順でも、最初に試験的な直線スキャンが行われ、画像データＢ１（ｘ，ｙ），Ｂ２（ｘ，ｙ），Ｂ３（ｘ，ｙ），Ｂ４（ｘ，ｙ）が順次取り込まれる（図６ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３）。
【００４１】
画像データＢ４（ｘ，ｙ）の取り込みが終了すると（図６ステップＳ３ＹＥＳ）、画像データＢ１（ｘ，ｙ），Ｂ２（ｘ，ｙ），Ｂ３（ｘ，ｙ），Ｂ４（ｘ，ｙ）から、撮像素子１０ｅ上における輝度Ｉ_ｘｙの振幅α_ｘｙの分布α（ｘ，ｙ）が算出される（図６ステップＳ４）。この算出方法は、第１実施形態の算出方法（図２ステップＳ４）と同じである。
【００４２】
この分布α（ｘ，ｙ）と予め決められた閾値Ａとに基づいて、有効測定領域Ｅｄαが仮判定される（図６ステップＳ５）。この仮判定方法は、第１実施形態の判定方法（図２ステップＳ５）と同じである（図７（ａ）参照。）。
また、本実施形態では、さらに、画像データＢ１（ｘ，ｙ），Ｂ２（ｘ，ｙ），Ｂ３（ｘ，ｙ），Ｂ４（ｘ，ｙ）から、撮像素子１０ｅ上における輝度Ｉ_ｘｙのコントラストγ_ｘｙの分布γ（ｘ，ｙ）が算出される（図６ステップＳ４’）。
【００４３】
この分布γ（ｘ，ｙ）と予め決められた閾値Ｂとに基づいて、有効測定領域Ｅｄαが仮判定される（図６ステップＳ５’）。
ここで、図６ステップＳ４’における分布γ（ｘ，ｙ）の算出方法は、次のとおりである。
先ず第１に、撮像素子１０ｅ上において有効干渉縞の形成領域内の位置（ｘ，ｙ）の輝度Ｉ_ｘｙは、上述した直線スキャンによると図３に示すとおり時間ｔに応じて正弦的に変化するので、式（１）で表される変化カーブを描く。
【００４４】
第２に、位置（ｘ，ｙ）に配置された画素Ｐ_ｘｙから出力される画素信号Ｂ１_ｘｙ，Ｂ２_ｘｙ，Ｂ３_ｘｙ，Ｂ４_ｘｙは、それぞれ輝度Ｉ_ｘｙの１／４周期（周期Ｔ＝２π／ω）ずつの時間積分値であるので、式（２），（３），（４），（５）で表される。
以上の事実に基づき、位置（ｘ，ｙ）の輝度Ｉ_ｘｙの振幅α_ｘｙが、その位置（ｘ，ｙ）に配置された画素Ｐ_ｘｙの画素信号Ｂ１_ｘｙ，Ｂ２_ｘｙ，Ｂ３_ｘｙ，Ｂ４_ｘｙから、例えば式（６）により求められる。また、輝度Ｉ_ｘｙの平均値Ｃ_ｘｙが、例えば上述した式（７）により求められる。
【００４５】
そして、Ｃ_ｘｙ，α_ｘｙにより、輝度Ｉ_ｘｙのコントラストγ_ｘｙが、次式（１０）で求められる。
【数１０】

そして、このコントラストγ_ｘｙを各位置（ｘ，ｙ）についてそれぞれ求めれば、撮像素子１０ｅ上におけるコントラストγ_ｘｙの分布γ（ｘ，ｙ）が求まる（以上、図６ステップＳ４’の算出方法。）。
【００４６】
また、それに後続する図６ステップＳ５’における仮判定方法は、次のとおりである。
各コントラストγ_ｘｙは、図７（ｂ）に示すように、それぞれ所定の閾値Ｂと比較される。
そして、閾値Ｂよりも大きいコントラストγ_ｘｙに対応する位置（ｘ，ｙ）の存在領域が、有効測定領域Ｅｄγと仮判定される（以上、図６ステップＳ５’の仮判定方法）。
【００４７】
さらに、本実施形態では、以上２つの仮判定の結果に基づいて、真の有効測定領域Ｅｄが判定される（図６ステップＳ６）。
この判定では、図８に示すように、有効測定領域Ｅｄαと、有効測定領域Ｅｄγとが比較され、両者の重複する領域が求められる。そして、その重複する領域が、真の有効測定領域Ｅｄと判定される。
【００４８】
次に、本実施形態の効果を図９を用いて説明する。
図９は、撮像素子１０ｅ上の各領域を説明する図である。
撮像素子１０ｅ上では、有効干渉縞の形成領域Ｄの外側の細い輪帯状の領域Ｎαには、若干ではあるものの余分な回折光が入射しているので、その領域Ｎαの輝度Ｉ_ｘｎｙｎの振幅α_ｘｎｙｎは大きいとみなされることがある。
【００４９】
このため、振幅α_ｘｙに基づいて仮判定された有効測定領域Ｅｄαには、有効干渉縞の形成領域Ｄではないにも拘わらずその領域Ｎαが含まれることがある。つまり、Ｅｄα＝Ｄ＋Ｎαである。
また、撮像素子１０ｅ上では、その形成領域Ｄから外れた領域Ｎγあっても、そこに配置された画素Ｐ_ｘｎｙｎの画素信号Ｂ_ｘｎｙｎのノイズ成分が偶然に小さくなれば、その領域Ｎγの輝度Ｉ_ｘｎｙｎのコントラストγ_ｘｎｙｎは大きいとみなされる。
【００５０】
このため、コントラストγ_ｘｙに基づいて仮判定された有効測定領域Ｅｄγには、有効干渉縞の形成領域Ｄではないにも拘わらずその領域Ｎγが含まれることがある。つまり、Ｅｄγ＝Ｄ＋Ｎγである。
しかし、領域Ｎαは有効測定領域Ｅｄγには含まれず、領域Ｎγは有効測定領域領域Ｅｄαには含まれないので、有効測定領域Ｅｄαと有効測定領域Ｅｄγとの重複領域である有効測定領域Ｅｄからは、領域Ｎαと領域Ｎγとの双方が除外される。
【００５１】
したがって、その有効測定領域Ｅｄは、有効干渉縞の形成領域Ｄに正確に一致する。
以上の結果、本実施形態の干渉測定によれば、第１実施形態の干渉測定よりも判定までの手順が多くなるものの、その有効測定領域の判定精度は高い。
［その他］
なお、上記各実施形態における振幅α_ｘｙ，平均値Ｃ_ｘｙ，初期位相φ_ｘｙの算出式については、式（１），（２），（３），（４），（５）に基づく他の算出式に代えてもよい。
【００５２】
また、上記各実施形態では、撮像素子１０ｅの有効測定領域Ｅｄα，Ｅｄγ，Ｅｄの判定に、連続する４つの画像データＢ１（ｘ，ｙ），Ｂ２（ｘ，ｙ），Ｂ３（ｘ，ｙ），Ｂ４（ｘ，ｙ）が用いられているが、連続する５つ以上の画像データを用いてその算出精度を向上させてもよい。
例えば、４つの画像データＢ１（ｘ，ｙ），Ｂ２（ｘ，ｙ），Ｂ３（ｘ，ｙ），Ｂ４（ｘ，ｙ）に５つ目の画像データＢ５（ｘ，ｙ）を加えると共に、算出式における”Ｂ１_ｘｙ”を”（Ｂ１_ｘｙ＋Ｂ５_ｘｙ）／２”に置換すれば、それらの算出精度は高まる。
【００５３】
また、判定に必要なパラメータ（α_ｘｙ，Ｃ_ｘｙ）を算出できるのであれば、不連続に取得された４つ以上の画像データを用いてもよい。
また、上記各実施形態では、被検面２ａの形状の算出に、連続する４つの画像データＢ１（ｘ，ｙ），Ｂ２（ｘ，ｙ），Ｂ３（ｘ，ｙ），Ｂ４（ｘ，ｙ）が用いられているが、連続する５つ以上の画像データを用いてその算出精度を向上させてもよい。
【００５４】
また、形状の算出に必要なパラメータ（φ_ｘｙ）を算出できるのであれば、不連続に取得された４つ以上の画像データを用いてもよい。
また、上記各実施形態では、フリンジスキャンとして直線スキャン（図１０（ａ）参照）を採用したが、図１０（ｂ）に示すようなステップスキャンを採用してもよい。
【００５５】
直線スキャンは、参照光束ＬＲと被検光束ＬＷとの位相差を「線形変化」させ、有効干渉縞の輝度Ｉ_ｘｙを図１０（ａ）に示すように滑らかに変化させるものであるのに対し、ステップスキャンは、参照光束ＬＲと被検光束ＬＷとの位相差をステップ状に変化させ、有効干渉縞の輝度Ｉ_ｘｙを例えば図１０（ｂ）の実線で示すようにステップ状に変化させるものである。
【００５６】
なお、直線スキャンに代えてステップスキャンを採用した場合、振幅α_ｘｙ，平均値Ｃ_ｘｙ，初期位相φ_ｘｙの算出方法は、そのステップスキャンのパターン、ステップスキャン中における撮像素子１０ｅの信号電荷の蓄積のパターンとに応じたものに変更される。それらのパターンが図１０（ｂ）に示すとおり（すなわち１ステップ及び１回の蓄積時間が１／４周期分ずつ）のときには、算出方法は、例えば以下のようにすればよい。
【００５７】
このとき、撮像素子１０ｅ上において有効干渉縞の形成領域内の位置（ｘ，ｙ）に配置された画素Ｐ_ｘｙから出力される画素信号Ｂ１_ｘｙ，Ｂ２_ｘｙ，Ｂ３_ｘｙ，Ｂ４_ｘｙは、各ステップにおける輝度Ｉ_ｘｙを１／４周期（周期Ｔ＝２π／ω）ずつ蓄積した値（長方形の面積）であるので、式（１１），（１２），（１３），（１４）で表される。
【数１１】

【数１２】

【数１３】

【数１４】

以上の事実に基づき、振幅α_ｘｙは、例えば式（１５）により求められる。
【数１５】

また、平均値Ｃ_ｘｙ，初期位相φ_ｘｙは、例えば式（１６），（１７）により求められる。
【数１６】

【数１７】

（以上、ステップスキャンの説明）
また、上記各実施形態の干渉測定装置は、被検面２ａの形状を測定するタイプの干渉測定装置であるが、透過性の被検物の透過波面を測定するタイプの干渉測定装置（干渉計本体１０から射出した後に被検物を透過した測定光束をその被検物の方向へ折り返す反射ミラーを配置している。）にも、本発明は適用可能である。
【００５８】
また、上記各実施形態では、同時に測定される被検物が１つであるとして説明したが、２つ以上の場合（レンズアレイの各単位レンズを一括して測定した場合など）には、次のような手順をコンピュータ３に実行させてもよい。
先ず、判定した有効測定領域Ｅｄから、個々の被検物に対応する個々の有効測定領域（以下、部分領域という。）を認識し、個々の部分領域の重心を算出する。
【００５９】
ここで、個々の部分領域を認識するためには、４隣接法や８隣接法を適用すればよい。
４隣接法とは撮像素子上の１つの画素に着目した場合に、その画素の上、下、左、右の４つの画素を比較してこれらの画素が１つの固まりであるかどうか（同一の部分領域に属するかどうか）を判定する方法であり、８隣接法は、左下、上、右上、右、右下、下、左下、左の８つの画素を比較する方法である。
【００６０】
そして、各部分領域毎に、算出した各重心を中心としてＺｅｒｎｉｋｅ係数などを算出して評価を行う。
このようにすれば、個々の被検物を分離して評価することができる。
なお、上記した有効測定領域の重心の算出や評価は、有効測定領域が１つの場合に行っても構わない。
【００６１】
また、上記各実施形態の干渉測定装置では、制御回路１０ｇの機能の一部又は全部がコンピュータ３の側に搭載されていてもよい。また、コンピュータ３の機能の一部又は全部が制御回路１０ｇの側に搭載されていてもよい。また、制御回路１０ｇ及びコンピュータ３の機能の一部又は全部が手動で行われるよう干渉測定装置が構成されていてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、撮像素子の有効測定領域を高精度に判定することのできる干渉測定方法及び干渉測定装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の干渉測定装置の構成図である。
【図２】第１実施形態のコンピュータ３による判定手順を示す動作フローチャートである。
【図３】有効干渉縞上の或る画素Ｐ_ｘｙにおける輝度Ｉ_ｘｙの時間変化を示す図である。
【図４】第１実施形態における有効測定領域Ｅｄαの判定方法を示す図である。
【図５】撮像素子１０ｅ上の各位置（ｘ，ｙ）の輝度Ｉ_ｘｙの変化（直線スキャン中の変化）を示す図である。
【図６】第２実施形態のコンピュータ３による判定手順を示す動作フローチャートである。
【図７】第２実施形態における有効測定領域Ｅｄα，Ｅｄγの仮判定方法を示す図である。
【図８】第２実施形態における有効測定領域Ｅｄの判定方法を示す図である。
【図９】撮像素子１０ｅ上の各領域を説明する図である。
【図１０】フリンジスキャンのバリエーションを示す図である。
【符号の説明】
１ 干渉計
２ 被検物
２ａ 被検面
３ コンピュータ
４ フィゾーレンズ
１０ 干渉計本体
１０ａ 光源
１０ｂ ビームエキスパンダ
１０ｃ ビームスプリッタ
１０ｄ 光束径変換光学系
１０ｅ 撮像素子
１０ｆ 移動機構
１０ｇ 制御回路
３ａ モニタ
３ｂ 入力器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an interference measurement method and an interference measurement device applied to surface measurement of a test object and the like.
[0002]
[Prior art]
Interference measurement is applied to surface measurement of a test object such as a lens and a mirror used in a projection exposure apparatus.
In this interference measurement, the measurement light emitted from the light source is projected on the test surface and the reference surface, and the test light beam emitted from the test surface and the reference light beam emitted from the reference surface are guided on the same surface, The interference fringes occurring on the surface are detected by the image sensor.
[0003]
The distribution of the deviation between the wavefront of the reference light beam and the wavefront of the test light beam is obtained from the image data output from the image sensor, so that the unevenness distribution (shape) of the test surface with respect to the reference surface is known.
In such an interference measurement, a fringe scan interferometry is often applied for the purpose of improving the accuracy of the measurement.
[0004]
In the fringe scan interferometry, for example, the phase difference between the test light beam and the reference light beam is changed by moving the position of the reference surface by a small distance in the optical axis direction (fringe scan). At this time, a plurality of image data B1 (x, y), B2 (x, y), B3 (x, y),. Look at the pattern.
[0005]
Based on the pattern of the change in luminance of the interference fringes, the distribution of the deviation between the wavefront of the reference light beam and the wavefront of the test light beam can be obtained with high accuracy.
By the way, in order to know which position of the surface to be inspected has what kind of unevenness, each pixel of the image sensor for detecting interference fringes and each position on the surface to be inspected must be accurately determined in advance. Must be associated.
[0006]
Therefore, when the interference measurement is performed, an effective measurement area on the image sensor, that is, a formation area of “effective interference fringes” including shape information of the test surface is determined after alignment of the test surface.
The following two methods can be used for the determination.
A first method is a method described in [Prior Art] of Patent Document 1, in which a fringe scan is performed on a trial basis, and at that time, each pixel P of the image sensor is used. _xy Pixel signal B1 output from _xy , B2 _xy , B3 _xy , ... change width Δ _xy (= B _xymax -B _xymin ) And the change width Δ _xy Is obtained on the image sensor. And the change width Δ _xy Is determined as an effective measurement area.
[0007]
The second method is a method described in [Embodiment] of Patent Document 1, in which a fringe scan is performed on a trial basis, and at that time, each pixel P _xy Pixel signal B1 output from _xy , B2 _xy , B3 _xy , Contrast γ _xy And the contrast γ _xy Γ (x, y) on the image sensor is obtained. And the contrast γ _xy Is determined as an effective measurement area.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-90112
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the first method, the pixels P in the effective interference fringe formation region _xy Pixel signal B1 output from _xy , B2 _xy , B3 _xy ,..., When the signal level is low, the change width Δ _xy Is the pixel P outside the effective interference fringe formation area _xnyn Pixel signal B1 _xnyn , B2 _xnyn , B3 _xnyn ,... (Noise data affected only by noise or stray light) _xnyn Since the size may be smaller, the determination may be erroneous without the intervention of the operator.
[0010]
In the second method, the pixels P outside the effective interference fringe formation region _xnyn Pixel signal B1 output from _xnyn , B2 _xnyn , B3 _xnyn ,..., When their noise levels are low, or when one of them becomes “0” by accident, etc. _xnyn Is the pixel P in the effective interference fringe formation area. _xy Pixel signal B1 output from _xy , B2 _xy , B3 _xy , Contrast γ _xy In some cases, the judgment may be erroneous unless the judgment is made by the operator.
[0011]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an interference measurement method and an interference measurement device capable of determining an effective measurement area of an image sensor with high accuracy.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The interference measurement method according to claim 1, wherein an interference fringe formed by the wavefront of the reference light beam emitted from the reference object and the wavefront of the test light beam emitted by reflection or transmission from the test object is detected by the image sensor. In the measuring method, a step of changing a phase difference between the reference light beam and the test light beam and referring to data output from the image sensor, and a step of calculating a luminance change on the image sensor due to the change in the phase difference. Approximating and calculating a distribution of the amplitude of the luminance change on the image sensor based on the data, and a high-amplitude region in which the amplitude is equal to or greater than a predetermined value. Determining the effective measurement area to be formed.
[0013]
The interference measurement method according to claim 2, wherein, in the calculating step, a distribution of the amplitude on the imaging device is a maximum value of an amplitude that can be obtained on the imaging device. It is characterized by normalization by
The interference measurement method according to claim 3 is the interference measurement method according to claim 2, wherein in the calculating step, the amplitude α before normalization, the normalized amplitude α ′, and the maximum value α _max Α ′ = α / α _max Is used for the normalization.
[0014]
The interference measurement method according to claim 4 is the interference measurement method according to claim 1, wherein a distribution of the contrast of the luminance change on the image sensor is calculated based on the data. And a step of determining an overlapping area of the high-contrast area where the contrast is equal to or more than a predetermined value and the high-amplitude area as an effective measurement area on the image sensor.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, in the interference measurement method according to any one of the first to fourth aspects, when the one or more effective areas exist, the one or more effective areas exist. The method further includes a step of determining a measurement area, a step of calculating a center of gravity of the one or more effective measurement areas, and a step of analyzing the interference fringes with the center of gravity as a center.
[0016]
The interference measuring apparatus according to claim 6, wherein the interference between the wavefront of the reference light beam emitted from the reference object and the wavefront of the test light beam emitted by reflection or transmission from the test object is detected by the image sensor. A phase change unit that changes a phase difference between the reference light beam and the test light beam; a control unit that drives and controls the image sensor and the phase change device; and analyzes data output from the image sensor. In the interference measurement device including a calculation unit, the calculation unit approximates sinusoidally a luminance change on the image sensor due to the change in the phase difference, and calculates a distribution of the amplitude of the luminance change on the image sensor. Performing a calculation based on the data, and determining a high-amplitude region in which the amplitude is equal to or greater than a predetermined value as an effective measurement region in which the interference fringes are formed on the image sensor. I do.
[0017]
In the interference measurement apparatus according to claim 7, in the interference measurement apparatus according to claim 6, in the calculating step, the calculation unit calculates a distribution of the amplitude on the image sensor on the image sensor. It is characterized by normalizing with the maximum value of the obtained amplitude.
The interference measuring device according to claim 8 is the interference measuring device according to claim 7, wherein in the calculating step, the calculation unit includes an amplitude α before normalization, a normalized amplitude α ′, and the maximum value α. _max Α ′ = α / α _max Is used for the normalization.
[0018]
The interference measurement device according to claim 9 is the interference measurement device according to any one of claims 6 to 8, wherein the arithmetic unit calculates a distribution of the contrast of the luminance change on the image sensor. A step of calculating based on the data, and a step of determining an overlapping area of the high-contrast area and the high-amplitude area where the contrast is equal to or more than a predetermined value as an effective measurement area on the image sensor. Features.
[0019]
The interference measurement device according to claim 10 is the interference measurement device according to any one of claims 6 to 9, wherein the calculation unit is configured to determine the one or more effective regions when one or more of the effective regions exist. A step of determining at least one effective measurement area, a step of calculating a center of gravity of the one or more effective measurement areas, and a step of analyzing the interference fringe around the center of gravity. And
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3, 4, and 5. FIG.
[0021]
This embodiment is an embodiment of an interference measurement device. Here, an interferometer for measuring a surface shape will be described.
FIG. 1 is a configuration diagram of the interference measurement device of the present embodiment.
The interferometer 1 and the computer 3 are arranged in the interferometer.
The interferometer 1 is, for example, a Fizeau interferometer in which a Fizeau lens 4 is set on an interferometer body 10 (hereinafter, described as a Fizeau interferometer).
[0022]
In the interferometer 1, the test object 2 is arranged with the test surface 2 a facing the final surface (Fizeau surface) 4 a of the Fizeau lens 4.
The interferometer body 10 has a light source 10a that emits a laser beam, a beam expander 10b that enlarges the diameter of the light beam emitted from the light source 10a, and a light beam that is emitted from the beam expander 10b that is guided toward the Fizeau lens 4 and A beam splitter 10c for guiding the light beam returning from the Fizeau lens 4 in a predetermined direction, a light beam diameter conversion optical system 10d for reducing the diameter of the light beam guided, and an image pickup device arranged on the incident surface of the reduced light beam 10e, a moving mechanism 10f for moving the Fizeau lens 4 in the optical axis direction, a control circuit 10g for driving and controlling the light source 10a, the image sensor 10e, and the moving mechanism 10f, respectively.
[0023]
The control circuit 10g of the interferometer body 10 drives and measures the light source 10a, the image sensor 10e, and the moving mechanism 10f in the interferometer body 10 according to instructions from the computer 3.
In the measurement, when light is emitted from the light source 10a, the wavefront of the reflected light beam (reference light beam) LR on the Fizeau surface 4a of the Fizeau lens 4 and the wavefront of the reflected light beam (test light beam) LW on the test surface 2a are imaged. Overlapping the element 10e, an effective interference fringe is formed.
[0024]
When the moving mechanism 10f is driven in this state, fringe scanning is realized. That is, the phase difference between the reference light beam LR and the test light beam LW changes. Hereinafter, “linear scan” in which the change amount of the phase difference by the moving mechanism 10f is constant will be described.
According to the linear scan, the brightness of each position in the effective interference fringe formation area on the image sensor 10e changes sinusoidally at an equal speed and at an initial phase different from each other in accordance with time.
[0025]
Each pixel P disposed at each position (x, y) on the image sensor 10e during this linear scan _xy Accumulates signal charges for a predetermined period (hereinafter, referred to as a 周期 cycle of a change in luminance), and outputs the pixel signal B1. _xy , B2 _xy , B3 _xy ,... Are sequentially output.
Thus, each pixel P _xy Pixel signal Bi output from _xy (Image data Bi (x, y)) (i = 1, 2, 3,...) Is taken into the computer 3 via the control circuit 10g.
[0026]
The computer 3 outputs specific image data (hereinafter referred to as image data) among the captured image data B1 (x, y), B2 (x, y), B3 (x, y), B4 (x, y),. The data B1 (x, y), B2 (x, y), B3 (x, y), and B4 (x, y)) are referred to, and the effective measurement area Edα (Eq. The effective image data B1d (x, y), B2d (x, y), B3d (x, y), and B4d (x, y) corresponding to (described later) are analyzed by the analysis method adapted to the above-described linear scan.
[0027]
In the analysis, the luminance I in the effective measurement area Edα is obtained from the effective image data B1d (x, y), B2d (x, y), B3d (x, y), and B4d (x, y). _xy Initial phase φ _xy Is obtained (for the calculation method, refer to equation (8) described later). Further, the distribution φ (x, y) is determined by the unevenness of the test surface 2a based on the Fizeau surface 4a. The distribution is converted into the distribution Z, that is, the shape Z (x, y) of the test surface 2a.
[0028]
The computer 3 is connected to a monitor 3a, an input device 3b, and the like. Through the monitor 3a and the input device 3b, an operator gives an instruction for measurement and analysis to the interference measurement device and transmits information such as shape information. Can be displayed.
Here, the interference measurement apparatus of the present embodiment is characterized by a procedure for determining the effective measurement area Edα performed before the above-described measurement.
[0029]
Hereinafter, this determination procedure will be described in detail.
FIG. 2 is an operation flowchart illustrating a determination procedure by the computer 3 of the present embodiment.
In this determination procedure, first, a test fringe scan (hereinafter, referred to as a linear scan similar to that at the time of measurement) is performed, and image data B1 (x, y), B2 (x, y), and B3 (x , Y) and B4 (x, y) are sequentially taken in (steps S1, S2, S3 in FIG. 2).
[0030]
When the capture of the image data B4 (x, y) is completed (YES in step S3 in FIG. 2), the image data B1 (x, y), B2 (x, y), B3 (x, y), and B4 (x, y) are read out. , The luminance I on the image sensor 10e _xy The amplitude α _xy Is calculated (step S4 in FIG. 2).
The effective measurement area Edα is determined based on the distribution α (x, y) and the predetermined threshold A (step S5 in FIG. 2).
[0031]
Here, the method of calculating the distribution α (x, y) in step S4 in FIG. 2 is as follows.
First, the luminance I at the position (x, y) in the effective interference fringe formation area on the image sensor 10e is firstly obtained. _xy Changes sinusoidally in accordance with the time t as shown in FIG. 3 according to the above-described linear scan, and thus a change curve represented by equation (1) is drawn.
(Equation 1)

Note that in equation (1),
φ _xy : Luminance I _xy Initial phase of
ω: luminance I _xy (The predetermined value determined from the drive pattern of the moving mechanism 10f)
C _xy : Luminance I _xy The average of
α _xy : Luminance I _xy Is the amplitude of
[0032]
Second, the pixel P located at the position (x, y) _xy Pixel signal B1 output from _xy , B2 _xy , B3 _xy , B4 _xy Is the luminance I _xy Is a time integration value for each 1/4 period (period T = 2π / ω), and is expressed by equations (2), (3), (4), and (5).
(Equation 2)

[Equation 3]

(Equation 4)

(Equation 5)

Based on the above fact, the luminance I at the position (x, y) _xy The amplitude α _xy Is the pixel P located at that position (x, y) _xy Pixel signal B1 _xy , B2 _xy , B3 _xy , B4 _xy From the equation (6), for example.
(Equation 6)

By the way, the average value C _xy , Initial phase φ _xy Similarly, for example, the initial phase φ is calculated by the equations (7) and (8). _xy Is also used in the calculation of. ).
(Equation 7)

(Equation 8)

And this amplitude α _xy Is obtained for each position (x, y), the amplitude α on the image sensor 10e is obtained. _xy Is obtained (above, the calculation method of step S4 in FIG. 2).
[0033]
Further, the determination method in the subsequent step S5 in FIG. 2 is as follows.
First, the distribution α (x, y) is expressed by the following equation (9). _xy The amplitude α _xy The maximum value of α _max (Hereinafter, referred to as a maximum amplitude). That is, each amplitude α _xy Is the maximum amplitude α _max Normalized amplitude α based on _xy '.
(Equation 9)

Furthermore, each normalized amplitude α _xy Are compared with a predetermined threshold value A, respectively, as shown in FIG.
Then, the normalized amplitude α larger than the threshold value A _xy The region where the position (x, y) corresponding to 'is present is determined as the effective measurement region Edα (the above is the determination method in step S5 in FIG. 2).
[0034]
Next, effects of the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 5 shows the luminance I at each position (x, y) on the image sensor 10e. _xy (A change during a linear scan).
The position (x ₁ , Y ₁ ), (X ₂ , Y ₂ ) Are present in the effective interference fringe formation region, so that their luminance I _x1y1 , I _x2y2 Changes sinusoidally as shown in FIGS. 5 (1) and (2), and its amplitude α _x1y1 , Α _x2y2 Is relatively large.
[0035]
On the other hand, the position (x ₄ , Y ₄ ) Is outside the effective interference fringe formation region, and therefore its luminance I _x4y4 Changes only randomly and minutely as shown in FIG. 5 (4), and its amplitude α _x4y4 Is very small.
Further, the position (x ₃ , Y ₃ ) Is present in the area where ineffective interference fringes are formed due to stray light, _x3y3 Varies sinusoidally as shown in FIG. 5 (3), but its amplitude α _x3y3 Is α _x2y2 And α _x4y4 And a small value between.
[0036]
Here, the threshold value A described above is optimized in advance to “an intermediate value between the minimum value of the normalized amplitude of the luminance of the effective interference fringe and the maximum value of the normalized amplitude of the luminance of the ineffective interference fringe”. .
Incidentally, this optimization can be performed based on optical design data of the interferometer 1 and the test object 2 and measurement data obtained from the interferometer 1 by setting the test object 2 having a known shape.
[0037]
As a result, the position (x ₁ , Y ₁ ), (X ₂ , Y ₂ ) Is determined as the effective measurement area Edα, and the position (x) outside the effective interference fringe formation area is determined. ₄ , Y ₄ ) And position (x ₃ , Y ₃ ) Are determined not to be the effective measurement areas Edα.
Moreover, the amplitude α in the present embodiment _xy Is calculated as described above with the luminance I at the position (x, y). _xy Are sinusoidal and the pixel signal Bi _xy Is the luminance I _xy It is highly accurate because it is assumed that the time integral value is obtained.
[0038]
Therefore, as long as the threshold A is optimized, the determination of the effective measurement area Edα is performed with high accuracy.
In the present embodiment, each amplitude α _xy Are normalized, for example, even if the power of the light source 10a in the interferometer body 10 is changed (even if the intensities of both the reference light beam LR and the test light beam LW are changed at the same rate), the threshold value A is changed. There is also the advantage that there is no need to do this.
[0039]
[Second embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6, FIG. 7, FIG. 8, and FIG. This embodiment is an embodiment of an interference measurement device. Here, only the differences from the interferometer of the first embodiment will be described.
The difference between the interference measurement device of the present embodiment and the interference measurement device of the first embodiment lies in the determination procedure by the computer 3. Hereinafter, the determination procedure of the present embodiment will be described in detail.
[0040]
FIG. 6 is an operation flowchart illustrating a determination procedure by the computer 3 of the present embodiment.
Also in this determination procedure, a test linear scan is performed first, and the image data B1 (x, y), B2 (x, y), B3 (x, y), and B4 (x, y) are sequentially captured ( FIG. 6 steps S1, S2, S3).
[0041]
When the capture of the image data B4 (x, y) is completed (step S3YES in FIG. 6), the image data B1 (x, y), B2 (x, y), B3 (x, y), B4 (x, y) , The luminance I on the image sensor 10e _xy The amplitude α _xy Is calculated (step S4 in FIG. 6). This calculation method is the same as the calculation method of the first embodiment (step S4 in FIG. 2).
[0042]
The effective measurement area Edα is provisionally determined based on the distribution α (x, y) and the predetermined threshold A (step S5 in FIG. 6). This tentative determination method is the same as the determination method of the first embodiment (step S5 in FIG. 2) (see FIG. 7A).
Further, in the present embodiment, the luminance I on the image sensor 10e is further obtained from the image data B1 (x, y), B2 (x, y), B3 (x, y), and B4 (x, y). _xy The contrast γ _xy Is calculated (step S4 ′ in FIG. 6).
[0043]
Based on the distribution γ (x, y) and the predetermined threshold B, the effective measurement area Edα is provisionally determined (step S5 ′ in FIG. 6).
Here, the method of calculating the distribution γ (x, y) in step S4 ′ in FIG. 6 is as follows.
First, the luminance I at the position (x, y) in the effective interference fringe formation area on the image sensor 10e is firstly obtained. _xy Changes sinusoidally in accordance with the time t as shown in FIG. 3 according to the above-described linear scan, and thus a change curve represented by equation (1) is drawn.
[0044]
Second, the pixel P located at the position (x, y) _xy Pixel signal B1 output from _xy , B2 _xy , B3 _xy , B4 _xy Is the luminance I _xy Is a time integration value for each 1/4 period (period T = 2π / ω), and is expressed by equations (2), (3), (4), and (5).
Based on the above fact, the luminance I at the position (x, y) _xy The amplitude α _xy Is the pixel P located at that position (x, y). _xy Pixel signal B1 _xy , B2 _xy , B3 _xy , B4 _xy From the equation (6), for example. Also, the brightness I _xy Average value of C _xy Is obtained, for example, by the above-described equation (7).
[0045]
And C _xy , Α _xy The luminance I _xy The contrast γ _xy Is obtained by the following equation (10).
(Equation 10)

And this contrast γ _xy Is obtained for each position (x, y), the contrast γ on the image sensor 10e is obtained. _xy (Γ, (x, y)) is obtained (the calculation method in step S4 ′ in FIG. 6).
[0046]
Further, the tentative determination method in the subsequent step S5 ′ in FIG. 6 is as follows.
Each contrast γ _xy Are respectively compared with a predetermined threshold value B as shown in FIG.
Then, the contrast γ that is larger than the threshold B _xy Is provisionally determined as the effective measurement region Edγ (the above, the provisional determination method of step S5 ′ in FIG. 6).
[0047]
Further, in the present embodiment, the true effective measurement area Ed is determined based on the results of the two provisional determinations (Step S6 in FIG. 6).
In this determination, as shown in FIG. 8, the effective measurement area Edα and the effective measurement area Edγ are compared, and an area where both are overlapped is determined. Then, the overlapping area is determined as the true effective measurement area Ed.
[0048]
Next, effects of the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating each region on the image sensor 10e.
On the imaging element 10e, although a small amount of extra diffracted light is incident on the narrow annular zone Nα outside the effective interference fringe formation zone D, the luminance I of the area Nα is small. _xnyn The amplitude α _xnyn May be considered large.
[0049]
Therefore, the amplitude α _xy May be included in the effective measurement area Edα that is not the effective interference fringe formation area D, although the area Nα is provisionally determined based on the above. That is, Edα = D + Nα.
In addition, on the image sensor 10e, even if there is a region Nγ deviating from the formation region D, the pixel P _xnyn Pixel signal B _xnyn Is accidentally reduced, the brightness I of the region Nγ _xnyn The contrast γ _xnyn Is considered large.
[0050]
Therefore, the contrast γ _xy May be included in the effective measurement area Edγ that is provisionally determined on the basis of not being the effective interference fringe formation area D but the area Nγ. That is, Edγ = D + Nγ.
However, the region Nα is not included in the effective measurement region Edγ, and the region Nγ is not included in the effective measurement region Edα. , The region Nα and the region Nγ are excluded.
[0051]
Therefore, the effective measurement area Ed exactly matches the effective interference fringe formation area D.
As a result, according to the interference measurement of the present embodiment, although the number of procedures up to the determination is larger than that of the interference measurement of the first embodiment, the determination accuracy of the effective measurement area is high.
[Others]
Note that the amplitude α in each of the above embodiments is _xy , Average value C _xy , Initial phase φ _xy May be replaced with another calculation formula based on the formulas (1), (2), (3), (4), and (5).
[0052]
Further, in each of the above embodiments, the determination of the effective measurement areas Edα, Edγ, and Ed of the image sensor 10e is based on four consecutive image data B1 (x, y), B2 (x, y), and B3 (x, y). , B4 (x, y) are used, but the calculation accuracy may be improved using five or more consecutive image data.
For example, while adding fifth image data B5 (x, y) to four image data B1 (x, y), B2 (x, y), B3 (x, y), and B4 (x, y), "B1" in the calculation formula _xy "To" (B1 _xy + B5 _xy ) / 2 ", the accuracy of their calculation is increased.
[0053]
In addition, parameters (α _xy , C _xy ) Can be used, four or more pieces of image data acquired discontinuously may be used.
In each of the above embodiments, four consecutive image data B1 (x, y), B2 (x, y), B3 (x, y), B4 (x, y) are used to calculate the shape of the surface 2a to be inspected. ) Is used, but the calculation accuracy may be improved by using five or more consecutive image data.
[0054]
In addition, parameters (φ _xy ) Can be used, four or more pieces of image data acquired discontinuously may be used.
Further, in each of the above embodiments, a linear scan (see FIG. 10A) is employed as the fringe scan, but a step scan as shown in FIG. 10B may be employed.
[0055]
The linear scan changes the phase difference between the reference light beam LR and the test light beam LW “linearly”, and changes the luminance I of the effective interference fringe. _xy 10A, the step scan changes the phase difference between the reference light beam LR and the test light beam LW in a step-like manner, and the luminance I of the effective interference fringe is changed. _xy Is changed stepwise as shown by a solid line in FIG. 10B, for example.
[0056]
When step scan is adopted instead of linear scan, the amplitude α _xy , Average value C _xy , Initial phase φ _xy Is changed to a method according to the pattern of the step scan and the pattern of accumulation of signal charges of the image sensor 10e during the step scan. When the patterns are as shown in FIG. 10B (that is, one step and one accumulation time are each 周期 cycle), the calculation method may be as follows, for example.
[0057]
At this time, the pixel P arranged at the position (x, y) in the effective interference fringe formation region on the image sensor 10e. _xy Pixel signal B1 output from _xy , B2 _xy , B3 _xy , B4 _xy Is the luminance I at each step _xy Is a value (area of a rectangle) obtained by accumulating １ ／ periods (period T = 2π / ω), and is expressed by Expressions (11), (12), (13), and (14).
(Equation 11)

(Equation 12)

(Equation 13)

[Equation 14]

Based on the above fact, the amplitude α _xy Is obtained, for example, by Expression (15).
(Equation 15)

Also, the average value C _xy , Initial phase φ _xy Is obtained by, for example, equations (16) and (17).
(Equation 16)

[Equation 17]

(The above is the explanation of step scan.)
In addition, the interference measurement device of each of the above embodiments is a type of interference measurement device that measures the shape of the test surface 2a, but is a type of interference measurement device (interferometer) that measures the transmitted wavefront of a transparent test object. The present invention is also applicable to a case in which a reflection mirror that turns back a measurement light beam transmitted through a test object after exiting from the main body 10 toward the test object is disposed.)
[0058]
Further, in each of the above embodiments, the description has been made assuming that one test object is measured at the same time. May be performed by the computer 3.
First, from the determined effective measurement region Ed, each effective measurement region (hereinafter, referred to as a partial region) corresponding to each test object is recognized, and the center of gravity of each partial region is calculated.
[0059]
Here, in order to recognize individual partial regions, a 4-neighbor method or an 8-neighbor method may be applied.
The four-neighbor method refers to one pixel on the image sensor, compares the four pixels above, below, left, and right, and determines whether these pixels form one block (the same The eight-neighbor method is a method of comparing eight pixels at the lower left, upper, upper right, right, lower right, lower, lower left, and left.
[0060]
Then, for each of the partial regions, a Zernike coefficient or the like is calculated centering on the calculated center of gravity, and the evaluation is performed.
In this way, it is possible to separate and evaluate individual test objects.
Note that the calculation and evaluation of the center of gravity of the effective measurement area described above may be performed when there is one effective measurement area.
[0061]
Further, in the interference measurement apparatuses according to the above embodiments, some or all of the functions of the control circuit 10g may be mounted on the computer 3 side. Further, some or all of the functions of the computer 3 may be mounted on the control circuit 10g side. Further, the interference measurement device may be configured so that some or all of the functions of the control circuit 10g and the computer 3 are manually performed.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an interference measurement method and an interference measurement device that can determine an effective measurement area of an image sensor with high accuracy are realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an interference measurement device according to a first embodiment.
FIG. 2 is an operation flowchart illustrating a determination procedure by a computer 3 of the first embodiment.
FIG. 3 shows a certain pixel P on an effective interference fringe _xy Luminance I at _xy FIG. 5 is a diagram showing a time change of the scalar.
FIG. 4 is a diagram illustrating a method for determining an effective measurement area Edα in the first embodiment.
FIG. 5 shows a luminance I at each position (x, y) on the image sensor 10e. _xy (A change during a linear scan).
FIG. 6 is an operation flowchart illustrating a determination procedure by a computer 3 according to the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a tentative determination method of effective measurement areas Edα and Edγ in the second embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a method of determining an effective measurement area Ed according to the second embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating each area on an image sensor 10e.
FIG. 10 is a diagram showing a variation of a fringe scan.
[Explanation of symbols]
1 Interferometer
2 test object
2a Test surface
3 Computer
4 Fizeau lens
10 Interferometer body
10a light source
10b beam expander
10c beam splitter
10d beam diameter conversion optical system
10e imaging device
10f moving mechanism
10g control circuit
3a monitor
3b input device

Claims (10)

参照物から射出する参照光束の波面と、被検物から反射若しくは透過により射出する被検光束の波面とが成す干渉縞を撮像素子にて検出する干渉測定方法において、
前記参照光束と前記被検光束との位相差を変化させ、前記撮像素子から出力されるデータを参照する手順と、
前記位相差の変化に伴う前記撮像素子上の輝度変化を正弦的に近似し、その輝度変化の振幅の前記撮像素子上の分布を前記データに基づいて算出する手順と、前記振幅が所定値以上となる高振幅領域を、前記撮像素子上で前記干渉縞の形成される有効測定領域と判定する手順と
を含むことを特徴とする干渉測定方法。In the interference measurement method of detecting an interference fringe formed by the wavefront of the reference light beam emitted from the reference object and the wavefront of the test light beam emitted by reflection or transmission from the test object by the imaging device,
A step of changing a phase difference between the reference light beam and the test light beam, and referring to data output from the image sensor;
A step of sinusoidally approximating a luminance change on the image sensor due to the change in the phase difference, and calculating a distribution of the amplitude of the luminance change on the image sensor based on the data, wherein the amplitude is a predetermined value or more. Determining a high-amplitude area to be an effective measurement area where the interference fringes are formed on the image sensor. 請求項１に記載の干渉測定方法において、
前記算出する手順では、
前記振幅の前記撮像素子上の分布を、前記撮像素子上でとり得る振幅の最大値で正規化する
ことを特徴とする干渉測定方法。In the interference measurement method according to claim 1,
In the calculating step,
An interference measurement method, wherein a distribution of the amplitude on the image sensor is normalized by a maximum value of the amplitude that can be obtained on the image sensor. 請求項２に記載の干渉測定方法において、
前記算出する手順では、
正規化前の振幅α、正規化振幅α’、前記最大値α_ｍａｘに関しα’＝α／α_ｍａｘで表される式を前記正規化に用いる
ことを特徴とする干渉測定方法。In the interference measurement method according to claim 2,
In the calculating step,
Interference measurement method, which comprises using a pre-normalized amplitude alpha, normalized amplitude alpha expressions represented by ', the maximum value alpha _max relates α' = α / α _max in the normalization. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の干渉測定方法において、
前記輝度変化のコントラストの前記撮像素子上の分布を前記データに基づいて算出する手順と、
前記コントラストが所定値以上となる高コントラスト領域と、前記高振幅領域との重複領域を、前記撮像素子上の有効測定領域と判定する手順と
をさらに含むことを特徴とする干渉測定方法。In the interference measurement method according to any one of claims 1 to 3,
Calculating the distribution of the contrast of the luminance change on the image sensor based on the data,
An interference measurement method, further comprising a step of determining an overlap region between the high contrast region where the contrast is equal to or more than a predetermined value and the high amplitude region as an effective measurement region on the image sensor. 請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の干渉測定方法において、
前記有効領域が１つ以上存在する場合に、前記１つ以上存在する有効測定領域を判別する手順と、
前記１つ以上存在する有効測定領域の重心を算出する手順と、
前記重心を中心として前記干渉縞を解析する手順と
をさらに含むことを特徴とする干渉測定方法。In the interference measurement method according to any one of claims 1 to 4,
When the one or more effective areas exist, a step of determining the one or more effective measurement areas;
Calculating a center of gravity of the one or more effective measurement areas;
Analyzing the interference fringes around the center of gravity. 参照物から射出する参照光束の波面と、被検物から反射若しくは透過により射出する被検光束の波面とが成す干渉縞を撮像素子にて検出する干渉計と、
前記参照光束と前記被検光束との位相差を変化させる位相変化手段と、
前記撮像素子及び前記位相変化手段を駆動制御する制御部と、
前記撮像素子から出力されるデータを解析する演算部と
を備えた干渉測定装置において、
前記演算部は、
前記位相差の変化に伴う前記撮像素子上の輝度変化を正弦的に近似し、その輝度変化の振幅の前記撮像素子上の分布を前記データに基づいて算出する手順と、前記振幅が所定値以上となる高振幅領域を、前記撮像素子上で前記干渉縞の形成される有効測定領域と判定する手順と
を実行することを特徴とする干渉測定装置。A wavefront of the reference light beam emitted from the reference object, and an interferometer that detects an interference fringe formed by the wavefront of the test light beam emitted by reflection or transmission from the test object with the imaging device,
Phase changing means for changing a phase difference between the reference light beam and the test light beam,
A control unit that drives and controls the imaging element and the phase changing unit;
In an interference measurement device including a calculation unit that analyzes data output from the image sensor,
The arithmetic unit includes:
A step of sinusoidally approximating a luminance change on the image sensor due to the change in the phase difference, and calculating a distribution of the amplitude of the luminance change on the image sensor based on the data, wherein the amplitude is a predetermined value or more. Determining a high-amplitude area to be an effective measurement area where the interference fringes are formed on the image sensor. 請求項６に記載の干渉測定装置において、
前記算出する手順では、前記演算部は、
前記振幅の前記撮像素子上の分布を、前記撮像素子上でとり得る振幅の最大値で正規化する
ことを特徴とする干渉測定装置。The interference measurement device according to claim 6,
In the calculating step, the calculating unit includes:
An interference measurement apparatus, wherein a distribution of the amplitude on the image sensor is normalized by a maximum value of the amplitude that can be obtained on the image sensor. 請求項７に記載の干渉測定装置において、
前記算出する手順では、前記演算部は、
正規化前の振幅α、正規化振幅α’、前記最大値α_ｍａｘに関しα’＝α／α_ｍａｘで表される式を前記正規化に用いる
ことを特徴とする干渉測定装置。The interference measurement apparatus according to claim 7,
In the calculating step, the calculating unit includes:
An interference measurement apparatus characterized by using an expression represented by α ′ = α / _αmax for the amplitude α before normalization, the normalized amplitude α ′, and the maximum value _αmax for the normalization. 請求項６〜請求項８の何れか一項に記載の干渉測定装置において、
前記演算部は、
前記輝度変化のコントラストの前記撮像素子上の分布を前記データに基づいて算出する手順と、
前記コントラストが所定値以上となる高コントラスト領域と前記高振幅領域との重複領域を、前記撮像素子上の有効測定領域と判定する手順と
をさらに実行することを特徴とする干渉測定装置。In the interference measurement device according to any one of claims 6 to 8,
The arithmetic unit includes:
Calculating the distribution of the contrast of the luminance change on the image sensor based on the data,
Determining an overlap area between the high contrast area where the contrast is equal to or greater than a predetermined value and the high amplitude area as an effective measurement area on the image sensor. 請求項６〜請求項９の何れか一項に記載の干渉測定装置において、
前記演算部は、
前記有効領域が１つ以上存在する場合に、前記１つ以上存在する有効測定領域を判別する手順と、
前記１つ以上存在する有効測定領域の重心を算出する手順と、
前記重心を中心として前記干渉縞を解析する手順と
をさらに実行することを特徴とする干渉測定装置。In the interference measurement device according to any one of claims 6 to 9,
The arithmetic unit includes:
When the one or more effective areas exist, a step of determining the one or more effective measurement areas;
Calculating a center of gravity of the one or more effective measurement areas;
Analyzing the interference fringes around the center of gravity.

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