JP2005024248A

JP2005024248A - Interference measuring method

Info

Publication number: JP2005024248A
Application number: JP2003186534A
Authority: JP
Inventors: Shikiyo Yanagi; 志強柳
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an interference measuring method capable of reducing measurement errors without reductions in operation accuracy and improving accuracy in acquiring the phase distribution of interference fringes. <P>SOLUTION: Not only the light intensity distribution of the interference fringes but also the light intensity distribution (I<SB>t</SB>) of an image of a prescribed location of an object to be inspected formed on an observation surface (17) by luminous flux (Lt) to be inspected and the light intensity distribution (I<SB>r</SB>) of an image of a prescribed location of a reference object formed on the observation surface (17) by reference luminous flux (Lr) are each measured. Information on the two measured light intensity distributions is used with information on the light intensity distribution (I<SB>1</SB>) of the interference fringes for operation on the phase distribution of the interference fringes. Since the information on the the light intensity distributions of the images is used, the need for moving the reference object or the object to be inspected as before is suppressed to suppress measurement errors caused by attitude changes at its movement. Since the light intensity distributions of the images are not affected by phases, they are hardly affected by disturbances in comparison with the case that the intensity distribution of the interference fringes is to be measured. Therefore, it is possible to suppress measurement errors caused by disturbances. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子の被検面の形状測定や光学系の透過波面の測定などに適用される干渉測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学素子の被検面の干渉測定は、被検面で反射した被検光束と、参照面で反射した参照光束とが成す干渉縞を撮像素子で検出し、その干渉縞のデータに基づいて干渉縞の位相分布（＝被検光束と参照光束との位相差分布）を演算するものである。
【０００３】
その位相分布から、参照光束の波面を基準とした被検光束の波面の形状、さらには参照面を基準とした被検面の形状を求めることができる。
この位相分布の演算を、参照光束の強度や被検光束の強度に依らない高精度なものとするためには、互いに位相の異なる少なくとも３枚の干渉縞のデータが必要とされている。
【０００４】
事実、周知のフリンジスキャン干渉法（非特許文献１など）では、参照面（又は被検面）を移動させつつ干渉縞を３回以上測定し、取得した３つ以上のデータに対し演算を施している。
【非特許文献１】
「オプティカル・ショップ・テスティング・第２版（ＯｐｔｉｃａｌＳｈｏｐＴｅｓｔｉｎｇＳｅｃｏｎｄＥｄｉｔｉｏｎ）」，第４章；位相シフト干渉計（Ｃｈａｐｔｅｒ１４；ＰｈａｓｅＳｈｉｆｔｉｎｇＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数回の測定の間には、被検光束の光路や参照光束の光路に環境変化（外乱）が生じている。また、測定の間に参照面（又は被検面）を移動させるので、参照面（又は被検面）に姿勢変化が生じる。
【０００６】
このため、演算結果には、複数回の測定間の外乱や姿勢変化に起因する測定誤差が重畳されている。
そこで本発明は、演算精度を低下させることなく測定誤差を低減し、干渉縞の位相分布の取得精度を向上させることのできる干渉測定方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、被検物から射出する被検光束と参照物から射出する参照光束とが所定の観察面上に形成する干渉縞の光強度分布を測定し、前記被検光束が単独で前記観察面上に形成する前記被検物の所定位置の像の光強度分布と、前記参照光束が単独で前記観察面上に形成する前記参照物の所定位置の像の光強度分布とをそれぞれ測定し、前記干渉縞の光強度分布の情報と前記２つの像の光強度分布の情報とを用いて前記干渉縞の位相分布を演算することを特徴とする。
【０００８】
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、前記被検光束と前記参照光束との位相差をπ／２＋Ｎπ（但し、Ｎ：整数）だけ変調したときの前記干渉縞の光強度分布を測定し、前記干渉縞の光強度分布の情報を、前記演算に用い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１に記載の干渉測定方法において、前記被検物又は前記参照物を傾斜させたときの前記干渉縞の変化を観察し、前記干渉縞の変化の情報を、前記演算に用いることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づい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に基づいて本発明の第１実施形態について説明する。
本実施形態では、トワイマングリーン型干渉計により被検物３の被検面３Ａを干渉測定する。
【００１０】
本実施形態の干渉測定では、４種類の測定により４種類のデータが取得される。
先ず、第１の測定では、干渉計は図１（ａ）の状態に設定される。
図１（ａ）の状態では、レーザ光源１１からの射出光束は、集光レンズ１２及びコリメータレンズ１３を介して平行光束化された状態で偏光ビームスプリッタ１４に入射し、その一部が１／４波長板１５を介して参照物２の参照面２Ａに入射し、他の一部が別の１／４波長板１５を介して被検物３の被検面３Ａに入射する。
【００１１】
参照物２の参照面２Ａで反射した参照光束Ｌｒ、及び被検物３の被検面３Ａで反射した被検光束Ｌｔは、入射光路をそれぞれ反対向きに戻り、それぞれ１／４波長板１５を介して偏光ビームスプリッタ１４に再入射する。
再入射した参照光束Ｌｒ及び被検光束Ｌｔは、偏光ビームスプリッタ１４から同一方向に射出し、結像レンズ１６を介して撮像素子１７上に干渉縞を形成する。
【００１２】
この状態（図１（ａ）参照）で、撮像素子１７から出力されるデータＩ_１（ｘ，ｙ）が取り込まれる。
このデータＩ_１（ｘ，ｙ）は、参照光束Ｌｒと被検光束Ｌｔとが成す干渉縞の光強度分布のデータである。
次に、第２の測定では、干渉計は図１（ｂ）の状態に設定される。
【００１３】
図１（ｂ）の状態は、図１（ａ）の状態から、干渉縞がπ／２だけ位相変調されるよう（つまり、参照光束Ｌｒと被検光束Ｌｔとの位相差がπ／２だけ変調されるよう）、参照物２を光軸方向にシフトさせたものである。
このシフト量の制御については、光測長センサ１８などのセンサや、不図示の光学素子用のステージなどを利用して高精度に行うことが望ましい。
【００１４】
この状態（図１（ｂ）参照）で、撮像素子１７から出力されるデータＩ_２（ｘ，ｙ）が取り込まれる。
このデータＩ_２（ｘ，ｙ）は、参照光束Ｌｒと被検光束Ｌｔとが成す干渉縞の光強度分布のデータである。但し、データＩ_１（ｘ，ｙ）とは位相変調量がπ／２の関係にある。
【００１５】
次に、第３の測定では、干渉計は図２（ａ）の状態に設定される。
図２（ａ）の状態は、図１（ａ）又は（ｂ）の状態において、参照光束Ｌｒの光路中にシャッタ１９が挿入されたものである。
このとき、撮像素子１７上には、被検光束Ｌｔのみが到達し、参照光束Ｌｒは到達しない。
【００１６】
この状態（図２（ａ）参照）で、撮像素子１７から出力されるデータＩ_ｔ（ｘ，ｙ）が取り込まれる。
このデータＩ_ｔ（ｘ，ｙ）は、被検光束Ｌｔが撮像素子１７上に形成する被検面３Ａの像の光強度分布のデータである。
次に、第４の干渉測定では、干渉計は図２（ｂ）の状態に設定される。
【００１７】
図２（ｂ）の状態は、図１（ａ）又は（ｂ）の状態において、被検光束Ｌｔの光路中にシャッタ１９が挿入されたものである。
このとき、撮像素子１７上には、参照光束Ｌｒのみが到達し、被検光束Ｌｔは到達しない。
この状態（図２（ｂ）参照）で、撮像素子１７から出力されるデータＩ_ｒ（ｘ，ｙ）が取り込まれる。
【００１８】
このデータＩ_ｒ（ｘ，ｙ）は、参照光束Ｌｒが撮像素子１７上に形成する参照面２Ａの像の光強度分布のデータである。
そして、本実施形態の干渉測定では、以上のようにして測定された４種類のデータＩ_１（ｘ，ｙ），Ｉ_２（ｘ，ｙ），Ｉ_ｔ（ｘ，ｙ），Ｉ_ｒ（ｘ，ｙ）を式（１）に代入して、干渉縞の位相分布Ψ（ｘ，ｙ）を求める。
【数１】

以下、これら４種類のデータＩ_１（ｘ，ｙ），Ｉ_２（ｘ，ｙ），Ｉ_ｔ（ｘ，ｙ），Ｉ_ｒ（ｘ，ｙ）、及び式（１）により干渉縞の位相分布Ψ（ｘ，ｙ）が求まることを説明する。
先ず、干渉縞の強度分布のデータＩ_１（ｘ，ｙ）は、被検光束Ｌｔの光強度分布のデータＩ_ｔ（ｘ，ｙ）、被検光束Ｌｒの光強度分布のデータＩ_ｒ（ｘ，ｙ）、干渉縞の位相分布Ψ（ｘ，ｙ）、レーザ光源１１のコヒーレンス度を示す係数γ（ｘ，ｙ）により、式（２）で表される。
【数２】

一方、干渉縞の強度分布のデータＩ_２（ｘ，ｙ）は、データＩ_１（ｘ，ｙ）との間の位相変調量をｔとおくと、式（３）で表される。
【数３】

また、式（２）は、式（２’）のように変形できる。
【数４】

式（２’）を式（３）に代入すると、式（４）のとおりとなる。
【数５】

式（４）は、式（４’）のように変形できる。
【数６】

この式（４’）と、式（２’）とから、干渉縞の位相分布Ψ（ｘ，ｙ）は、式（５）で表されることがわかる。
【数７】

ここで、本実施形態の干渉測定によると、データＩ_１（ｘ，ｙ），Ｉ_２（ｘ，ｙ）の間の位相変調量ｔはπ／２なので、ｓｘｉｎｔ＝１，ｃｏｓｔ＝０である。このとき、式（５）は、式（１）と簡略化される。
【００１９】
したがって、上述した４種類のデータＩ_１（ｘ，ｙ），Ｉ_２（ｘ，ｙ），Ｉ_ｔ（ｘ，ｙ），Ｉ_ｒ（ｘ，ｙ）、及び式（１）により干渉縞の位相分布Ψ（ｘ，ｙ）が求まることは明らかである。その演算精度は、演算に用いられるデータ数で比較すると、４枚の干渉縞のデータを用いていた従来と同等である。
また、本実施形態の干渉測定では、４種類のデータＩ_１（ｘ，ｙ），Ｉ_２（ｘ，ｙ），Ｉ_ｔ（ｘ，ｙ），Ｉ_ｒ（ｘ，ｙ）を取得するに当たり、参照物２の移動が第１の測定と第２の測定との間の１回のみに抑えられているので、移動中の姿勢変化に起因する測定誤差は、移動が抑えられた分だけ抑えられる。
【００２０】
また、４回の測定のうち２回の測定（第３の測定、第４の測定）の対象が、干渉縞の強度分布ではなく、単一光束が形成する像の光強度分布とされている。像の光強度分布は、位相の影響を受けないので、測定対象を干渉縞の強度分布とした場合と比較すると、外乱の影響を受けにくい。よって、外乱に起因する測定誤差は、抑えられる。
【００２１】
したがって、演算精度は低下せずに測定誤差のみが低減し、干渉縞の位相分布Ψ（ｘ，ｙ）は従来より高精度に求まる。
（その他）
なお、本実施形態の干渉測定では、第１の測定（図１（ａ））と第２の測定（図１（ｂ））との間で参照物２をシフトさせたが、参照物２をシフトさせたのと同じ距離だけ被検物３を光軸方向にシフトさせてもよい。
【００２２】
また、本実施形態の干渉測定では、第１の測定（図１（ａ））と第２の測定（図１（ｂ））との間の位相変調量ｔを「π／２」に設定したが、ｔ＝π／２＋Ｎπ（但し、Ｎ：整数）の式を満たす別の値に設定してもよい（この場合も、ｓｉｎｔ＝１，ｃｏｓｔ＝０であるから、式（１）を適用できる。）。
また、本実施形態の干渉測定では、仮に、位相変調量ｔを任意の値に設定しても、その値が既知であるならば、式（１）に代えて式（５）を適用することで位相分布Ψ（ｘ，ｙ）を算出することができる。但し、ｔ＝π／２＋Ｎπ（但し、Ｎ：整数）と設定した方が、より簡略化された式（１）を適用できるので、好ましい。
【００２３】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。
相違点は、図３に示すように変形されたフィゾー型干渉計を使用する点にある。
この干渉計には、偏光ビームスプリッタ１４の代わりにハーフミラー１４’が用いられ、参照物２と被検物３との間に１／４波長板１５が挿入され、ハーフミラー１４’と結像レンズ１６との間に検光子２１が挿入される。
【００２４】
１／４波長板１５の主軸は、レーザ光源１１からの射出光束の偏光方向と４５°を成す。
このとき、１／４波長板１５を往復した被検光束Ｌｔと、その１／４波長板１５を何ら通過しない参照光束Ｌｒとの間では、その偏光方向が９０°ずれる。
【００２５】
この干渉計の使用方法は次のとおりである。
先ず、第１の測定では、検光子２１の透過軸は、被検光束Ｌｔの偏光方向Ｄｔ、参照光束Ｌｒの偏光方向Ｄｒのそれぞれと４５°を成す方向に設定される。
この状態では、参照光束Ｌｒと被検光束Ｌｔとの双方が撮像素子１７に到達するので、撮像素子１７から、干渉縞の強度分布のデータＩ_１（ｘ，ｙ）を取り込むことができる。
【００２６】
次に、第２の測定では、検光子２１の透過軸は、第１の測定における方向から９０°回転した状態に設定される。
この状態では、撮像素子１７から、データＩ_１（ｘ，ｙ）と位相変調量ｔがπ／２の関係にあるデータＩ_２（ｘ，ｙ）を取り込むことができる。
次に、第３の測定では、検光子２１の透過軸は、被検光束Ｌｔの偏光方向Ｄｔに設定される。
【００２７】
この状態では、被検光束Ｌｔのみが撮像素子１７に到達するので、撮像素子１７から、被検光束Ｌｔが撮像素子１７上に形成する被検面３Ａの像の光強度分布のデータＩ_ｔ（ｘ，ｙ）を取り込むことができる。
次に、第４の測定では、検光子２１の透過軸は、参照光束Ｌｒの偏光方向Ｄｒに設定される。
【００２８】
この状態では、参照光束Ｌｒのみが撮像素子１７に到達するので、撮像素子１７から、参照光束Ｌｒが撮像素子１７上に形成する参照面２Ａの像の光強度分布のデータＩ_ｒ（ｘ，ｙ）を取り込むことができる。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００２９】
相違点は、図４に示すように変形されたフィゾー型干渉計を使用する点にある。
この干渉計には、偏光ビームスプリッタ１４の代わりにハーフミラー１４’が用いられ、参照物２と被検物３との間に１／４波長板１５が挿入され、ハーフミラー１４’と結像レンズ１６との間に偏光ビームスプリッタ１４が挿入され、結像レンズ１６及び撮像素子１７が１組追加される。また、ハーフミラー１４’と偏光ビームスプリッタ１４との間に、１／４波長板１５’が挿入される。
【００３０】
一方の結像レンズ１６及び撮像素子１７は、偏光ビームスプリッタ１４にて反射される光束の光路に配置され、他方の結像レンズ１６及び撮像素子１７は、偏光ビームスプリッタ１４にて透過する光束の光路に配置される。
１／４波長板１５の主軸は、レーザ光源１１からの射出光束の偏光方向と４５°を成す。
【００３１】
以上の干渉計の使用方法は次のとおりである。
先ず、第１の測定と第２の測定とは同時に行われる。このとき、１／４波長板１５’の主軸は、被検光束Ｌｔの偏光方向Ｄｔ、参照光束Ｌｒの偏光方向Ｄｒのそれぞれと４５°を成す方向に設定される。
この状態では、２つの撮像素子１７上には、互いにπ／２だけ位相変調した干渉縞がそれぞれ形成されるので、それら２つの撮像素子１７から、データＩ_１（ｘ，ｙ），Ｉ_２（ｘ，ｙ）を取り込むことができる。
【００３２】
また、第３の測定と第４の測定とは同時に行われる。このとき、１／４波長板１５’の主軸は、被検光束Ｌｔの偏光方向Ｄｔ、又は参照光束Ｌｒの偏光方向Ｄｒに設定される。
この状態では、被検光束Ｌｔ、参照光束Ｌｒの一方のみ及び他方のみが２つの撮像素子１７上にそれぞれ到達するので、それら２つの撮像素子１７から、データＩ_ｔ（ｘ，ｙ），Ｉ_ｒ（ｘ，ｙ）をそれぞれ取り込むことができる。
【００３３】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態では、上記各実施形態との相違点についてのみ説明する。
相違点は、上述した４種類のデータＩ_１（ｘ，ｙ），Ｉ_２（ｘ，ｙ），Ｉ_ｔ（ｘ，ｙ），Ｉ_ｒ（ｘ，ｙ）のうち、データＩ_２（ｘ，ｙ）の取得が省略される代わりに、レーザ光源１１のコヒーレンス度を示す係数γ（ｘ，ｙ）が別途取得される点にある。
【００３４】
この係数γ（ｘ，ｙ）は、レーザ光源１１のコヒーレンス度を示す係数なので、レーザ光源１１からの射出光束を測定対象とした測定などにより取得できる。
そして、本実施形態では、データγ（ｘ，ｙ），Ｉ_１（ｘ，ｙ），Ｉ_ｔ（ｘ，ｙ），Ｉ_ｒ（ｘ，ｙ）を式（２”）に代入して、干渉縞の位相分布Ψ（ｘ，ｙ）を求める。
【数８】

ここで、この式（２”）は、上述した式（２）を変形したものである。よって、係数γ（ｘ，ｙ），データＩ_１（ｘ，ｙ），Ｉ_ｔ（ｘ，ｙ），Ｉ_ｒ（ｘ，ｙ）、及び式（２”）により干渉縞の位相分布Ψ（ｘ，ｙ）が求まることは明らかである。
以上、本実施形態の干渉測定によれば、レーザ光源１１のコヒーレンス度が既知でありさえすれば、参照物２又は被検物３を光軸方向にシフトさせることなく、上記各実施形態と同様に高精度に位相分布Ψ（ｘ，ｙ）が求まる。
【００３５】
なお、式（２”）により求まるのは、位相分布Ψ（ｘ，ｙ）の大きさのみである。
そこで、本実施形態の干渉測定では、位相分布Ψ（ｘ，ｙ）の符号を求めるため、図５に示すように、被検物３を所定方向に十分な角度だけ傾斜させた状態で干渉縞を観察し、その干渉縞の湾曲方向を見る。傾斜方向に対する湾曲方向が（ａ）、（ｂ）の何れであるかによって、符号を正又は負に確定する。
【００３６】
ここで、「十分な角度」とは、干渉縞がワンカラーでは無くなる（＝位相分布Ψ（ｘ，ｙ）が２π以上の広範囲に亘る分布となる）ような十分に大きな角度である。
［その他］
なお、上述した各実施形態では、被検物２の被検面２Ａの形状を測定する干渉測定を例に挙げたが、単レンズの透過波面や、光学系の透過波面の形状を測定する干渉測定にも、本発明は適用可能である。
【００３７】
また、上述した各実施形態では、トワイマングリーン型の干渉計、フィゾー型の干渉計の何れかを使用したが、シアリング干渉計、マッハツェンダー型干渉計などの他の干渉計を使用する場合にも同様のデータを取得し、かつ同様の式を適用すれば、上記各実施形態と同様に高精度に位相分布Ψ（ｘ，ｙ）が求まる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したとおり本発明によれば、演算精度を低下させることなく測定誤差を低減し、干渉縞の位相分布の取得精度を向上させることのできる干渉測定方法が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における第１の測定、第２の測定を説明する図である。
【図２】第１実施形態における第３の測定、第４の測定を説明する図である。
【図３】第２実施形態で使用する干渉計を説明する図である。
【図４】第３実施形態で使用する干渉計を説明する図である。
【図５】第４実施形態において行われる干渉縞の観察方法を説明する図である。
【符号の説明】
２参照物
２Ａ参照面
３被検物
３Ａ被検面
１１レーザ光源
１２集光レンズ
１３コリメータレンズ
１４偏光ビームスプリッタ
１５，１５’ １／４波長板
１６結像レンズ
１７撮像素子
１８光測長センサ
１９シャッタ
１４’ ハーフミラー
２１検光子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an interference measurement method applied to measurement of the shape of a test surface of an optical element, measurement of a transmitted wavefront of an optical system, and the like.
[0002]
[Prior art]
The interference measurement of the test surface of the optical element is performed by detecting the interference fringe formed by the test light beam reflected by the test surface and the reference light beam reflected by the reference surface with the image sensor, and performing interference based on the interference fringe data. The phase distribution of fringes (= phase difference distribution between the test light beam and the reference light beam) is calculated.
[0003]
From the phase distribution, the shape of the wavefront of the test light beam based on the wavefront of the reference light beam, and the shape of the test surface based on the reference surface can be obtained.
In order to make the calculation of the phase distribution highly accurate regardless of the intensity of the reference light beam or the intensity of the test light beam, data of at least three interference fringes having different phases from each other is required.
[0004]
In fact, in the well-known fringe scan interferometry (Non-Patent Document 1, etc.), interference fringes are measured at least three times while moving the reference surface (or test surface), and calculation is performed on three or more acquired data. ing.
[Non-Patent Document 1]
“Optical Shop Testing Second Edition”, Chapter 4; Phase Shift Interferometer (Chapter 14; Phase Shifting Interferometers)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, environmental changes (disturbances) have occurred in the optical path of the test light beam and the optical path of the reference light beam during multiple measurements. Further, since the reference surface (or the test surface) is moved during the measurement, the posture change occurs on the reference surface (or the test surface).
[0006]
For this reason, a measurement error due to disturbance or posture change between a plurality of measurements is superimposed on the calculation result.
Therefore, an object of the present invention is to provide an interference measurement method capable of reducing measurement errors and reducing the accuracy of obtaining the phase distribution of interference fringes without reducing the calculation accuracy.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The interference measurement method according to claim 1 measures a light intensity distribution of interference fringes formed on a predetermined observation surface by a test light beam emitted from a test object and a reference light beam emitted from a reference object. Light intensity distribution of an image at a predetermined position of the test object formed on the observation surface by the inspection light beam alone, and light of an image at the predetermined position of the reference object formed by the reference light beam on the observation surface by itself. Each of the intensity distributions is measured, and the phase distribution of the interference fringes is calculated using the information on the light intensity distributions of the interference fringes and the information on the light intensity distributions of the two images.
[0008]
The interference measurement method according to claim 2 is the interference measurement method according to claim 1, wherein the phase difference between the test light beam and the reference light beam is modulated by π / 2 + Nπ (where N is an integer). The light intensity distribution of the interference fringes is measured, and information on the light intensity distribution of the interference fringes is used for the calculation.
The interference measurement method according to claim 3 is the interference measurement method according to claim 1, wherein the interference fringe changes when the test object or the reference object is tilted, and the interference fringes change. This information is used for the calculation.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF 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.
In the present embodiment, interference measurement is performed on the test surface 3A of the test object 3 using a Twiman Green interferometer.
[0010]
In the interference measurement of this embodiment, four types of data are acquired by four types of measurements.
First, in the first measurement, the interferometer is set to the state shown in FIG.
In the state of FIG. 1A, the light beam emitted from the laser light source 11 is incident on the polarization beam splitter 14 in a state of being converted into a parallel light beam through the condenser lens 12 and the collimator lens 13, and a part of the light beam is 1 / The light enters the reference surface 2A of the reference object 2 through the four-wave plate 15 and the other part enters the test surface 3A of the test object 3 through another quarter-wave plate 15.
[0011]
The reference light beam Lr reflected by the reference surface 2A of the reference object 2 and the test light beam Lt reflected by the test surface 3A of the test object 3 return to the opposite directions of the incident optical paths, respectively, Through the polarization beam splitter 14.
The re-entered reference light beam Lr and test light beam Lt are emitted from the polarization beam splitter 14 in the same direction, and form interference fringes on the image sensor 17 via the imaging lens 16.
[0012]
In this state (see FIG. 1A), data I ₁ (x, y) output from the image sensor 17 is captured.
This data I ₁ (x, y) is data of the light intensity distribution of the interference fringes formed by the reference light beam Lr and the test light beam Lt.
Next, in the second measurement, the interferometer is set to the state shown in FIG.
[0013]
The state of FIG. 1B is such that the interference fringes are phase-modulated by π / 2 from the state of FIG. 1A (that is, the phase difference between the reference light beam Lr and the test light beam Lt is π / 2). The reference object 2 is shifted in the optical axis direction so as to be modulated.
The shift amount is desirably controlled with high accuracy by using a sensor such as the optical length sensor 18 or a stage for an optical element (not shown).
[0014]
In this state (see FIG. 1B), data I ₂ (x, y) output from the image sensor 17 is captured.
This data I ₂ (x, y) is data of the light intensity distribution of the interference fringes formed by the reference light beam Lr and the test light beam Lt. However, the data I ₁ (x, y) has a phase modulation amount of π / 2.
[0015]
Next, in the third measurement, the interferometer is set to the state shown in FIG.
In the state of FIG. 2A, the shutter 19 is inserted in the optical path of the reference light beam Lr in the state of FIG.
At this time, only the test light beam Lt reaches the image sensor 17, and the reference light beam Lr does not arrive.
[0016]
In this state (see FIG. 2 (a)), data _I t (x, y) output from the image sensor 17 is taken.
This data I _t (x, y) is data of the light intensity distribution of the image of the test surface 3A formed on the image sensor 17 by the test light beam Lt.
Next, in the fourth interferometry, the interferometer is set to the state shown in FIG.
[0017]
In the state of FIG. 2B, the shutter 19 is inserted in the optical path of the test light beam Lt in the state of FIG.
At this time, only the reference light beam Lr reaches the image sensor 17, and the test light beam Lt does not arrive.
In this state (see FIG. 2B), data I _r (x, y) output from the image sensor 17 is captured.
[0018]
This data I _r (x, y) is data of the light intensity distribution of the image of the reference surface 2A formed on the image sensor 17 by the reference light beam Lr.
Then, the interference measurement of the present embodiment, more than four, which is measured as the data _{_{I 1 (x, y),}} I 2 (x, y), I t (x, y), I r (x , Y) is substituted into equation (1) to obtain the interference fringe phase distribution Ψ (x, y).
[Expression 1]

Hereinafter, these four data _{_{I 1 (x, y),}} I 2 (x, y), I t (x, y), I r (x, y), and the phase distribution of the interference fringe by the formula (1) Explain that Ψ (x, y) is obtained.
First, the interference fringe intensity distribution data I ₁ (x, y) includes the light intensity distribution data I _t (x, y) of the test light beam Lt and the light intensity distribution data I _r (x of the test light beam Lr). , Y), the interference fringe phase distribution Ψ (x, y), and the coefficient γ (x, y) indicating the degree of coherence of the laser light source 11 are expressed by Expression (2).
[Expression 2]

On the other hand, the interference fringe intensity distribution data I ₂ (x, y) is expressed by Equation (3), where t is the amount of phase modulation between the data I ₁ (x, y).
[Equation 3]

Also, equation (2) can be transformed as equation (2 ′).
[Expression 4]

Substituting equation (2 ′) into equation (3) yields equation (4).
[Equation 5]

Equation (4) can be transformed into Equation (4 ′).
[Formula 6]

From this equation (4 ′) and equation (2 ′), it can be seen that the phase distribution Ψ (x, y) of the interference fringes is expressed by equation (5).
[Expression 7]

Here, according to the interference measurement of this embodiment, since the phase modulation amount t between the data I ₁ (x, y) and I ₂ (x, y) is π / 2, sxint = 1 and cost = 0. . At this time, Expression (5) is simplified to Expression (1).
[0019]
Thus, four types of data _I 1 described above _{_{(x, y), I 2}} (x, y), I t (x, y), I r (x, y), and the phase of the interference fringe by the formula (1) It is clear that the distribution Ψ (x, y) is obtained. The calculation accuracy is equivalent to that of the conventional case where data of four interference fringes are used when compared with the number of data used in the calculation.
Also, the interference measurement of the present embodiment, four types of data _{_{I 1 (x, y),}} I 2 (x, y), I t (x, y), Upon acquiring the I r (x, y), Since the movement of the reference object 2 is suppressed only once between the first measurement and the second measurement, the measurement error due to the posture change during the movement is suppressed by the amount that the movement is suppressed. .
[0020]
In addition, the object of two measurements (third measurement and fourth measurement) of the four measurements is not the intensity distribution of interference fringes but the light intensity distribution of an image formed by a single light beam. . Since the light intensity distribution of the image is not affected by the phase, the light intensity distribution of the image is less affected by the disturbance than the case where the measurement object is an interference fringe intensity distribution. Thus, measurement errors due to disturbance can be suppressed.
[0021]
Therefore, only the measurement error is reduced without degrading the calculation accuracy, and the phase distribution Ψ (x, y) of the interference fringes can be obtained with higher accuracy than before.
(Other)
In the interference measurement of the present embodiment, the reference object 2 is shifted between the first measurement (FIG. 1 (a)) and the second measurement (FIG. 1 (b)). The test object 3 may be shifted in the optical axis direction by the same distance as the shift.
[0022]
Further, in the interference measurement of this embodiment, the phase modulation amount t between the first measurement (FIG. 1A) and the second measurement (FIG. 1B) is set to “π / 2”. However, it may be set to another value satisfying the equation of t = π / 2 + Nπ (where N is an integer) (in this case as well, since sin = 1 and cost = 0, equation (1) can be applied) .)
Further, in the interference measurement of this embodiment, even if the phase modulation amount t is set to an arbitrary value, if the value is already known, the expression (5) is applied instead of the expression (1). Can calculate the phase distribution Ψ (x, y). However, it is preferable to set t = π / 2 + Nπ (where N is an integer) because the simplified expression (1) can be applied.
[0023]
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, only differences from the first embodiment will be described.
The difference is that a Fizeau interferometer modified as shown in FIG. 3 is used.
In this interferometer, a half mirror 14 ′ is used instead of the polarization beam splitter 14, and a ¼ wavelength plate 15 is inserted between the reference object 2 and the test object 3 to form an image with the half mirror 14 ′. An analyzer 21 is inserted between the lens 16 and the lens 16.
[0024]
The main axis of the quarter-wave plate 15 forms 45 ° with the polarization direction of the light beam emitted from the laser light source 11.
At this time, the polarization direction is shifted by 90 ° between the test light beam Lt that reciprocates through the quarter-wave plate 15 and the reference light beam Lr that does not pass through the quarter-wave plate 15 at all.
[0025]
The method of using this interferometer is as follows.
First, in the first measurement, the transmission axis of the analyzer 21 is set to a direction that forms 45 ° with each of the polarization direction Dt of the test light beam Lt and the polarization direction Dr of the reference light beam Lr.
In this state, since both the reference light beam Lr and the test light beam Lt reach the image sensor 17, the interference fringe intensity distribution data I ₁ (x, y) can be captured from the image sensor 17.
[0026]
Next, in the second measurement, the transmission axis of the analyzer 21 is set to a state rotated by 90 ° from the direction in the first measurement.
In this state, the imaging device 17, the data _I 1 (x, y) and the data _I 2 (x, y) of the phase modulation amount t is in the relation of [pi / 2 can be taken.
Next, in the third measurement, the transmission axis of the analyzer 21 is set to the polarization direction Dt of the test light beam Lt.
[0027]
In this state, since only the test light beam Lt reaches the image sensor 17, the light intensity distribution data I _t (the image of the test surface 3 A formed on the image sensor 17 by the test light beam Lt from the image sensor 17. x, y) can be captured.
Next, in the fourth measurement, the transmission axis of the analyzer 21 is set to the polarization direction Dr of the reference light beam Lr.
[0028]
In this state, since only the reference light beam Lr reaches the image sensor 17, the light intensity distribution data I _r (x, y) of the image of the reference surface 2A formed on the image sensor 17 from the image sensor 17 by the reference light beam Lr. ) Can be imported.
[Third Embodiment]
A third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, only differences from the first embodiment will be described.
[0029]
The difference is that a Fizeau interferometer modified as shown in FIG. 4 is used.
In this interferometer, a half mirror 14 ′ is used instead of the polarization beam splitter 14, and a ¼ wavelength plate 15 is inserted between the reference object 2 and the test object 3 to form an image with the half mirror 14 ′. A polarizing beam splitter 14 is inserted between the lens 16 and an imaging lens 16 and an image sensor 17 are added. Further, a quarter-wave plate 15 ′ is inserted between the half mirror 14 ′ and the polarization beam splitter 14.
[0030]
One imaging lens 16 and the image sensor 17 are arranged in the optical path of the light beam reflected by the polarization beam splitter 14, and the other image lens 16 and image sensor 17 are used for the light beam transmitted by the polarization beam splitter 14. Located in the optical path.
The main axis of the quarter-wave plate 15 forms 45 ° with the polarization direction of the light beam emitted from the laser light source 11.
[0031]
The method of using the above interferometer is as follows.
First, the first measurement and the second measurement are performed simultaneously. At this time, the main axis of the quarter-wave plate 15 ′ is set to a direction that forms 45 ° with each of the polarization direction Dt of the test light beam Lt and the polarization direction Dr of the reference light beam Lr.
In this state, interference fringes that are phase-modulated by π / 2 are formed on the two image sensors 17, so that data I ₁ (x, y), I ₂ ( x, y) can be captured.
[0032]
Further, the third measurement and the fourth measurement are performed simultaneously. At this time, the main axis of the quarter wavelength plate 15 ′ is set to the polarization direction Dt of the test light beam Lt or the polarization direction Dr of the reference light beam Lr.
In this state, only one of the test light beam Lt and the reference light beam Lr and only the other light beam reach the two image sensors 17, and therefore, data I _t (x, y), I _r from the two image sensors 17. (X, y) can be captured respectively.
[0033]
[Fourth Embodiment]
A fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, only differences from the above embodiments will be described.
The difference is that four types of data _I 1 described above _{_{(x, y), I 2}} (x, y), I t (x, y), I r (x, y) of the data _I 2 (x, Instead of omitting the acquisition of y), a coefficient γ (x, y) indicating the degree of coherence of the laser light source 11 is separately acquired.
[0034]
This coefficient γ (x, y) is a coefficient indicating the degree of coherence of the laser light source 11, and can be obtained by measurement using the emitted light beam from the laser light source 11 as a measurement object.
In the present embodiment, data _{γ (x, y), I} 1 (x, y), I t (x, y), by substituting I r (x, y) of the equation (2 '), the interference The phase distribution Ψ (x, y) of the fringes is obtained.
[Equation 8]

Here, the equation (2 ″) is a modification of the above-described equation (2). Therefore, the coefficient γ (x, y), the data I ₁ (x, y), and I _t (x, y). , I _r (x, y), and equation (2 ″), it is obvious that the phase distribution Ψ (x, y) of the interference fringes is obtained.
As described above, according to the interference measurement of the present embodiment, as long as the coherence degree of the laser light source 11 is known, the reference object 2 or the test object 3 is not shifted in the optical axis direction, and is the same as the above-described embodiments. The phase distribution Ψ (x, y) can be obtained with high accuracy.
[0035]
Note that only the magnitude of the phase distribution Ψ (x, y) is obtained from the equation (2 ″).
Therefore, in the interference measurement of the present embodiment, in order to obtain the sign of the phase distribution Ψ (x, y), as shown in FIG. 5, the interference fringes are obtained with the test object 3 tilted by a sufficient angle in a predetermined direction. And observe the direction of bending of the interference fringes. The sign is determined to be positive or negative depending on whether the bending direction with respect to the inclination direction is (a) or (b).
[0036]
Here, the “sufficient angle” is a sufficiently large angle such that the interference fringes are not one color (= the phase distribution Ψ (x, y) is a distribution over a wide range of 2π or more).
[Others]
In each of the above-described embodiments, the interference measurement for measuring the shape of the test surface 2A of the test object 2 has been described as an example. However, the interference for measuring the transmission wavefront of the single lens or the transmission wavefront of the optical system is exemplified. The present invention can also be applied to measurement.
[0037]
In each of the above-described embodiments, a Twiman Green interferometer or a Fizeau interferometer is used. However, when other interferometers such as a shearing interferometer and a Mach-Zehnder interferometer are used. If the same data is acquired and the same equation is applied, the phase distribution Ψ (x, y) can be obtained with high accuracy as in the above embodiments.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize an interference measurement method capable of reducing measurement errors without reducing calculation accuracy and improving the acquisition accuracy of the phase distribution of interference fringes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining first measurement and second measurement in a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a third measurement and a fourth measurement in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating an interferometer used in the second embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating an interferometer used in the third embodiment.
FIG. 5 is a diagram for explaining an interference fringe observation method performed in a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
2 Reference object 2A Reference surface 3 Test object 3A Test surface 11 Laser light source 12 Condensing lens 13 Collimator lens 14 Polarizing beam splitter 15, 15 '1/4 wavelength plate 16 Imaging lens 17 Imaging element 18 Optical length sensor 19 Shutter 14 'half mirror 21 analyzer

Claims

被検物から射出する被検光束と参照物から射出する参照光束とが所定の観察面上に形成する干渉縞の光強度分布を測定し、
前記被検光束が単独で前記観察面上に形成する前記被検物の所定位置の像の光強度分布と、前記参照光束が単独で前記観察面上に形成する前記参照物の所定位置の像の光強度分布とをそれぞれ測定し、
前記干渉縞の光強度分布の情報と前記２つの像の光強度分布の情報とを用いて前記干渉縞の位相分布を演算する
ことを特徴とする干渉測定方法。Measure the light intensity distribution of the interference fringes formed on the predetermined observation surface by the test light beam emitted from the test object and the reference light beam emitted from the reference object,
A light intensity distribution of an image at a predetermined position of the test object formed on the observation surface by the test light beam alone, and an image at a predetermined position of the reference object formed by the reference light beam on the observation surface alone. Measure the light intensity distribution of
An interference measurement method, comprising: calculating a phase distribution of the interference fringes using information on the light intensity distribution of the interference fringes and information on the light intensity distributions of the two images.

請求項１に記載の干渉測定方法において、
前記被検光束と前記参照光束との位相差をπ／２＋Ｎπ（但し、Ｎ：整数）だけ変調したときの前記干渉縞の光強度分布を測定し、
前記干渉縞の光強度分布の情報を、前記演算に用いる
ことを特徴とする干渉測定方法。The interference measurement method according to claim 1,
Measuring the light intensity distribution of the interference fringes when the phase difference between the test light beam and the reference light beam is modulated by π / 2 + Nπ (where N is an integer);
Information on the light intensity distribution of the interference fringes is used for the calculation.

請求項１に記載の干渉測定方法において、
前記被検物又は前記参照物を傾斜させたときの前記干渉縞の変化を観察し、
前記干渉縞の変化の情報を、前記演算に用いる
ことを特徴とする干渉測定方法。The interference measurement method according to claim 1,
Observe the interference fringes when the test object or the reference object is tilted,
An interference measurement method characterized by using information on the change of the interference fringes for the calculation.