(57)【要約】【課題】回折格子を用いるシアリング干渉計測において、高精度に傾斜成分を補正した波面を取得可能な波面計測方法、波面計測装置、プログラムおよび記録媒体を提供すること。【解決手段】被検光の波面をシアリング干渉によって計測する波面計測方法であって、回折格子パターンを透過し、検出面で検出された光に基づいて、第１の画像を取得する第１取得ステップと、回折格子パターンおよび回折格子パターンとは異なる光学パターンを透過し、検出面で検出された光に基づいて、第２の画像を取得する第２取得ステップと、第１および第２の画像、ならびに回折格子パターン、光学パターン、および検出面の位置関係に関する情報に基づいて、被検光の波面の傾斜成分を補正した波面を算出する算出ステップと、を有する。【選択図】図３
2018009856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光の波面をシアリング干渉によって計測する波面計測方法であって、
回折格子パターンを透過し、検出面で検出された光に基づいて、第１の画像を取得する第１取得ステップと、
前記回折格子パターンおよび前記回折格子パターンとは異なる光学パターンを透過し、前記検出面で検出された光に基づいて、第２の画像を取得する第２取得ステップと、
前記第１および第２の画像、ならびに前記回折格子パターン、前記光学パターン、および前記検出面の位置関係に関する情報に基づいて、前記被検光の波面の傾斜成分を補正した波面を算出する算出ステップと、を有することを特徴とする波面計測方法。
【請求項２】
前記算出ステップは、
前記第１の画像に基づいて、前記検出面で検出された光の波面の勾配または波面を算出するステップと、
前記第２の画像に基づいて、前記光学パターンの基準位置が前記検出面に投影された投影位置を算出するステップと、
前記投影位置、ならびに前記回折格子パターン、前記光学パターン、および前記検出面の位置関係に関する情報に基づいて算出される前記投影位置を通る光の傾きに対応する第１の傾きを算出するステップと、
前記検出面で検出された光の波面の勾配または波面に基づいて算出される前記投影位置を通る光の傾きに対応する第２の傾きを算出するステップと、
前記第１および第２の傾きに基づいて、前記被検光の波面の傾斜成分を補正した波面を算出するステップと、を有することを特徴とする請求項１に記載の波面計測方法。
【請求項３】
前記第１の傾きは、前記投影位置、ならびに前記回折格子パターン、前記光学パターン、および前記検出面の位置関係に関する情報に基づいて算出された前記投影位置を通る光の傾きのうち、前記回折格子パターンの格子周期の整数倍の格子像シフトに対応する傾きであり、
前記第２の傾きは、前記検出面で検出された光の波面の勾配または波面に基づいて算出された前記投影位置を通る光の傾きのうち、前記格子周期の整数倍の格子像シフトに対応する傾きであることを特徴とする請求項２に記載の波面計測方法。
【請求項４】
前記算出ステップは、
前記被検光の波面、および前記投影位置にそれぞれ、第１波面、および第１の投影位置を設定するステップと、
前記第１波面を用いて、前記光学パターンが前記被検光の光路内に位置する状態で、前記検出面に形成される光学像に基づいて第３の画像を算出するステップと、
前記第３の画像に基づいて、前記光学パターンの基準位置が前記検出面に投影された第２の投影位置を算出するステップと、
前記第１および第２の投影位置の差分が所定値より大きい場合、前記第２の投影位置を用いて前記第１波面の傾斜成分を補正した第２波面を算出するとともに、前記第２波面、および前記第２の投影位置をそれぞれ、前記第１波面、および前記第１の投影位置として設定するステップと、を有することを特徴とする請求項２または３に記載の波面計測方法。
【請求項５】
前記第１の画像は、シアリング干渉縞画像であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の波面計測方法。
【請求項６】
前記光学パターンは、前記第１の画像が取得される場合、前記被検光の光路外に位置し、前記第２の画像が取得される場合、前記被検光の光路内に位置することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の波面計測方法。
【請求項７】
被検光の波面をシアリング干渉によって計測する波面計測装置であって、
回折格子パターンが形成され、前記被検光の光路内に位置する回折格子と、
前記回折格子パターンとは異なる光学パターンが形成され、前記光路外に位置する第１の状態と前記光路内に位置する第２の状態の間を移動する基板と、
前記回折格子から所定の距離だけ離れて位置し、前記基板が前記第１の状態である場合に前記回折格子パターンを透過した光に基づいて第１の画像を取得し、前記基板が前記第２の状態である場合に前記回折格子パターンおよび前記光学パターンを透過した光に基づいて第２の画像を取得する検出手段と、
前記第１および第２の画像、ならびに前記回折格子、前記基板、および前記検出手段の位置関係に関する情報に基づいて、前記被検光の波面の傾斜成分を補正した波面を算出する制御手段と、を有することを特徴とする波面計測装置。
【請求項８】
被検光の波面をシアリング干渉によって計測する波面計測装置であって、
前記被検光の光路内に位置する回折格子パターンが形成された領域と、前記回折格子パターンとは異なる光学パターンが形成された領域を備え、前記光学パターンが前記光路外に位置する第１の状態と、前記光学パターンが前記光路内に位置する第２の状態の間を移動する基板と、
前記基板から所定の距離だけ離れて位置し、前記基板が前記第１の状態である場合に前記回折格子パターンを透過した光に基づいて第１の画像を取得し、前記基板が前記第２の状態である場合に前記回折格子パターンおよび前記光学パターンを透過した光に基づいて第２の画像を取得する検出手段と、
前記第１および第２の画像、ならびに前記基板および前記検出手段の位置関係に関する情報に基づいて、前記被検光の波面の傾斜成分を補正した波面を算出する制御手段と、を有することを特徴とする波面計測装置。
【請求項９】
コンピュータに、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法の各ステップを実行させるプログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載のプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波面計測方法、波面計測装置、プログラムおよび記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
回折格子を用いるシアリング干渉計は、大収差の波面を計測可能な干渉計として利用されている。特許文献１には、回折格子を用いるシアリング干渉計として、トールボット干渉計の例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４３２３９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回折格子を用いるシアリング干渉計では、撮像素子に形成された回折格子の像から波面の勾配の分布を求め、求められた勾配の分布から波面を決定する。以後、平行に配置された回折格子と撮像素子で構成されるユニットをセンサという。センサに入射する波面がセンサに対して全体的に傾いている場合、撮像素子に形成された回折格子の像は、波面の傾きの方向と量に応じて撮像素子面内で全体的にシフトする。以後、センサに入射する波面のうちセンサに対して全体的に傾いている成分を、波面の傾斜成分という。例えば、平面波がセンサに入射する場合、平面波の撮像素子面における位相分布を平面でフィットした成分を、波面の傾斜成分とする。しかしながら、特許文献１のように回折格子を用いるシアリング干渉計では、回折格子パターンの格子周期の整数倍の像シフトを識別できないため、高精度に傾斜成分を補正した波面を取得することができない。
【０００５】
このような課題に鑑みて、本発明は、回折格子を用いるシアリング干渉計測において、高精度に傾斜成分を補正した波面を取得可能な波面計測方法、波面計測装置、プログラムおよび記録媒体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】
【０００６】
本発明の一側面としての波面計測方法は、被検光の波面をシアリング干渉によって計測する波面計測方法であって、回折格子パターンを透過し、検出面で検出された光に基づいて、第１の画像を取得する第１取得ステップと、前記回折格子パターンおよび前記回折格子パターンとは異なる光学パターンを透過し、前記検出面で検出された光に基づいて、第２の画像を取得する第２取得ステップと、前記第１および第２の画像、ならびに前記回折格子パターン、前記光学パターン、および前記検出面の位置関係に関する情報に基づいて、前記被検光の波面の傾斜成分を補正した波面を算出する算出ステップと、を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の一側面としての波面計測装置は、被検光の波面をシアリング干渉によって計測する波面計測装置であって、回折格子パターンが形成され、前記被検光の光路内に位置する回折格子と、前記回折格子パターンとは異なる光学パターンが形成され、前記光路外に位置する第１の状態と前記光路内に位置する第２の状態の間を移動する基板と、前記回折格子から所定の距離だけ離れて位置し、前記基板が前記第１の状態である場合に前記回折格子パターンを透過した光に基づいて第１の画像を取得し、前記基板が前記第２の状態である場合に前記回折格子パターンおよび前記光学パターンを透過した光に基づいて第２の画像を取得する検出手段と、前記第１および第２の画像、ならびに前記回折格子、前記基板、および前記検出手段の位置関係に関する情報に基づいて、前記被検光の波面の傾斜成分を補正した波面を算出する制御手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の一側面としての波面計測装置は、被検光の波面をシアリング干渉によって計測する波面計測装置であって、前記被検光の光路内に位置する回折格子パターンが形成された領域と、前記回折格子パターンとは異なる光学パターンが形成された領域を備え、前記光学パターンが前記光路外に位置する第１の状態と、前記光学パターンが前記光路内に位置する第２の状態の間を移動する基板と、前記基板から所定の距離だけ離れて位置し、前記基板が前記第１の状態である場合に前記回折格子パターンを透過した光に基づいて第１の画像を取得し、前記基板が前記第２の状態である場合に前記回折格子パターンおよび前記光学パターンを透過した光に基づいて第２の画像を取得する検出手段と、前記第１および第２の画像、ならびに前記基板および前記検出手段の位置関係に関する情報に基づいて、前記被検光の波面の傾斜成分を補正した波面を算出する制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、本発明は、回折格子を用いるシアリング干渉計測において、高精度に傾斜成分を補正した波面を取得可能な波面計測方法、波面計測装置、プログラムおよび記録媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】波面計測装置の構成図である（実施例１、２）。
【図２】遮光マスクの例を示す図である。
【図３】波面計測方法を示すフローチャートである（実施例１）。
【図４】第２の画像の例を示す図である。
【図５】波面算出処理を示すフローチャートである（実施例１）。
【図６】投影位置の算出方法を示すフローチャートである（実施例１）。
【図７】ローパスフィルター処理後の第２の画像の例を示す図である。
【図８】第２の画像取得時の投影位置を通る光線の傾きを示す図である。
【図９】遮光マスクの別の例を示す図である。
【図１０】第２の画像の別の例を示す図である。
【図１１】別の光学パターンを有する基板の例を示す図である。
【図１２】第２の画像の別の例を示す図である。
【図１３】波面計測方法を示すフローチャートである（実施例２）。
【図１４】波面計測装置の構成図である（実施例３）。
【図１５】基板の例を示す図である（実施例３）。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【実施例１】
【００１２】
図１を参照して、本実施例の波面計測装置３０の構成について説明する。図１（ａ）は、本実施例の波面計測装置３０の構成図である。波面計測装置３０は、光源３１、光学部材３４、ステージ（保持駆動機構）３６、回折格子１５、ＣＣＤ（検出手段）１６、およびコンピュータ（演算部）１７を備える。
【００１３】
光源３１は、本実施例では、波長が０．６３２８μｍのＨｅＮｅレーザである。光学部材３４は、ピンホール３２およびコリメートレンズ３３を備え、光源３１から射出された光から所望の広がりと曲率を有する基準波面１１を生成する。基準波面１１は、被検物１２を透過した後、被検光の波面１３となる。被検物１２は、光学的なシステムや素子、具体的には望遠鏡の光学系や単レンズなどである。ステージ３６は、回折格子１５上に形成された回折格子パターンとは異なる光学パターンが形成された遮光マスク（基板）１４を、被検光の光路内外に移動可能に保持する。遮光マスク１４は、図２に示されるように、被検光を遮蔽する遮光部５０Ａおよび被検光を透過させる透過部５１Ａを備える。なお、本実施例では、ステージ３６は波面１３が回折格子１５に到達するまでの光路内に配置されているが、回折格子１５とＣＣＤ１６の間に配置されてもよい。回折格子１５は、例えば、ロンキー格子やグリッド・パターンであり、被検光の光路内に配置される。回折格子１５を通過した光は、ＣＣＤ１６上に光学像として形成される。ＣＣＤ１６は、光学像を光電変換し、電子データである画像を取得する。ＣＣＤ１６は、遮光マスク１４が被検光の光路外に位置する第１の状態である場合、回折格子１５の回折格子パターンを透過した光に基づいて第１の画像を取得する。また、ＣＣＤ１６は、遮光マスク１４が被検光の光路内に位置する場合、遮光マスク１４の光学パターンおよび回折格子１５の回折格子パターンを透過した光に基づいて、第２の画像を取得する。ＣＣＤ１６は、取得した画像をコンピュータ１７に出力する。コンピュータ１７は、プロセッサ（制御手段）１８およびディスプレイ１９を備える。プロセッサ１８は、ケーブル３７を介してステージ３６に接続され、遮光マスク１４を被検光の光路内外に移動させるためにステージ３６を制御する。また、プロセッサ１８は、ＣＣＤ１６から取得した画像に基づいて、被検光の波面の傾斜成分および傾きを補正した波面を算出する。ディスプレイ１９は、プロセッサ１８により算出された波面の画像や、波面を表す数値、例えば波面データのＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅ）値を表示する。
【００１４】
波面計測装置３０は、回折格子を用いたシアリング干渉計測として、トールボット干渉計測を行う。回折格子１５およびＣＣＤ１６は、トールボット条件を満たすように配置される。トールボット条件とは、波面１３が略平面波である場合、回折格子１５の回折格子パターンの格子周期をｄ、波面１３の波長をλとする場合、光軸ＯＡに平行な方向における回折格子１５とＣＣＤ１６間の間隔（距離）をｄ２／λの整数倍とする条件である。回折格子１５およびＣＣＤ１６は、回折格子１５とＣＣＤ１６間の間隔がトールボット条件の約±２０％以内となるように配置することが好ましい。
【００１５】
次に、図３のフローチャートを参照して、本実施例の波面計測方法について説明する。図３は、本実施例の波面計測方法のフローチャートである。本実施例の波面計測方法は、プロセッサ１８により、コンピュータを波面計測装置として機能させるためのプログラムにしたがって実行される。なお、プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録してもよい。
【００１６】
ステップＳ１００では、プロセッサ１８は、ステージ３６を介して遮光マスク１４を被検光の光路外に退避させた状態（第１の状態）で、ＣＣＤ１６に第１の画像（シアリング干渉縞画像、トールボット干渉縞画像）を取得させる。
【００１７】
ステップＳ２００では、プロセッサ１８は、ステージ３６を介して遮光マスク１４を被検光の光路内に配置させた状態（第２の状態）で、ＣＣＤ１６に第２の画像を取得させる。本実施例では、ＣＣＤ１６は、図４に示される画像を第２の画像として取得する。
【００１８】
ステップＳ３００では、プロセッサ１８は、第１および第２の画像、ならびに遮光マスク１４、回折格子１５およびＣＣＤ１６の位置関係に関する情報に基づいて、波面１３の傾斜成分を補正した波面を算出する波面算出処理を行う。
【００１９】
次に、図５のフローチャートを参照して、本実施例の波面算出処理について説明する。図５は、本実施例の波面算出処理を示すフローチャートである。
【００２０】
ステップＳ１００１では、プロセッサ１８は、第１の画像に基づいて、ＣＣＤ１６の検出面で検出された光の波面の勾配または波面を算出する。波面の勾配は、例えば、画像をフーリエ変換して周波数スペクトルを取得し、周波数スペクトルから一部の領域を抽出して逆フーリエ変換することで算出することができる。周波数スペクトルから抽出する領域は、回折格子１５の回折格子パターンの格子周期ｄ、波面１３の波長λ、計測したい空間周波数、またはその他の要因によって決定される。また、波面は、勾配を所定の関数系の導関数でフィッティングを行った結果から算出することができる。
【００２１】
ステップＳ１００２では、プロセッサ１８は、第２の画像に基づいて、遮光マスク１４上の図２に示される基準位置（ｘｏｒｇ，ｙｏｒｇ）がＣＣＤ１６に投影された投影位置（ｘ０，ｙ０）を算出する。
【００２２】
ここで、図６のフローチャートを参照して、投影位置（ｘ０，ｙ０）の算出方法について説明する。図６は、本実施例の投影位置（ｘ０，ｙ０）の算出方法を示すフローチャートである。
【００２３】
ステップＳ１００２Ａでは、プロセッサ１８は、第２の画像に対して回折格子１５の空間周波数以上の高周波成分を除去するローパスフィルターを適用する。図７は、ローパスフィルター処理後の第２の画像を示す図である。
【００２４】
ステップＳ１００２Ｂでは、プロセッサ１８は、投影位置（ｘ０，ｙ０）を算出する。本実施例では、プロセッサ１８は、まず、図７のローパスフィルター処理後の画像を検査対象画像とし、遮光マスク１４の光学パターンを参照画像として、検査対象画像に対して参照画像を移動させながら両者が最も一致する位置を探索（画像マッチング）する。そして、プロセッサ１８は、参照画像の移動量を取得することで投影位置（ｘ０，ｙ０）を算出する。
【００２５】
なお、ステップＳ１００２Ａ後の画像に対して、二値化する処理やエッジを検出する処理を行ってもよい。また、ステップＳ１００２Ｂにおいて、参照画像として光学パターンにローパスフィルターを適用した画像や、エッジ検出を行った画像を用いてもよい。
【００２６】
ステップＳ１００３では、プロセッサ１８は、投影位置（ｘ０，ｙ０）、ならびに遮光マスク１４、回折格子１５、およびＣＣＤ１６の位置関係に関する情報に基づいて、投影位置（ｘ０，ｙ０）に入射する光の傾きＡに対応する第１の傾きＢを算出する。第１の傾きＢは、傾きＡのうち格子周期ｄの整数倍の像シフトに相当する傾き成分である。傾きＡ，Ｂはそれぞれ、例えば、２成分（Ａｘ、Ａｙ）、（Ｂｘ、Ｂｙ）を有する。以下の説明では、説明を簡単にするため、遮光マスク１４および回折格子１５の厚みは考慮しない。
【００２７】
傾きＡは、図８に示されるように、遮光マスク１４、とＣＣＤ１６間の間隔ＬＭＣ、および投影位置（ｘ０，ｙ０）と位置（ｘ’ｏｒｇ，ｙ’ｏｒｇ）間の距離に基づいて算出される。位置（ｘ’ｏｒｇ，ｙ’ｏｒｇ）は、ＣＣＤ１６に対して垂直に平面波が入射した場合に基準位置（ｘｏｒｇ，ｙｏｒｇ）がＣＣＤ１６に投影される位置である。傾きＡのｘ方向の傾きＡｘおよびｙ方向の傾きＡｙはそれぞれ、以下の式（１）、（２）で表される。
【００２８】
【数１】
2018009856.tif 000003
【００２９】
回折格子１５とＣＣＤ１６間の間隔をＬＧＣとすると、回折格子１５の像シフト量α、および第１の傾きＢのｘ方向の成分Ｂｘはそれぞれ、以下の式（３）、（４）で表される。式（４）のｆｌｏｏｒ（α,ｄ）は、絶対値が像シフト量αの絶対値|α|以下となる格子周期ｄの倍数のうち像シフト量αに最も近い値を示す。
【００３０】
【数２】
2018009856.tif 000004
【００３１】
第１の傾きＢのｘ方向の成分Ｂｘとして格子周期ｄの倍数が算出されればよいので、像シフト量αの算出精度は±ｄ／３でよい。例えば、次の（ア）〜（オ）の場合について考えると、±２０μｍの精度で投影位置ｘ０を算出できれば、像シフト量αの算出精度は約±２０μｍ、すなわち約±ｄ／３となる。
（ア）格子周期ｄ＝６０μｍ
（イ）回折格子１５とＣＣＤ１６間の間隔ＬＧＣ＝５６８９±１０μｍ
（ウ）遮光マスク１４とＣＣＤ１６間の間隔ＬＭＣ＝７６８９±１０μｍ
（エ）波面が傾いていない場合の位置ｘ’ｏｒｇ＝０±６μｍ
（オ）ＣＣＤ１６に入射する波面の傾き＝４度（９周期分の格子像シフトに対応）
なお、ｙ方向についても同様である。
【００３２】
ステップＳ１００４では、プロセッサ１８は、ステップＳ１００１で算出された波面の勾配または波面に基づいて、投影位置（ｘ０，ｙ０）に入射する光の傾きＡ’に対応する第２の傾きＢ’を算出する。第２の傾きＢ’は、傾きＡ’のうちの格子周期ｄの整数倍の像シフトに相当する傾き成分である。傾きＡ’，Ｂ’はそれぞれ、例えば、２成分（Ａｘ’、Ａｙ’）、（Ｂｘ’、Ｂｙ’）を有する。傾きＡ’の２成分（Ａｘ’、Ａｙ’）は、ステップＳ１００１で算出された波面の勾配または波面に基づいて算出される。波面の勾配を用いる場合は投影位置（ｘ０，ｙ０）での勾配の値を読み取ればよいし、波面を用いる場合はｘ方向、ｙ方向にそれぞれ微分した後に投影位置（ｘ０，ｙ０）での値を読み取ればよい。
【００３３】
回折格子１５の像シフト量Δｘ、および第２の傾きＢ’のｘ方向の成分Ｂｘ’はそれぞれ、以下の式（５）、（６）で表される。式（６）のｆｌｏｏｒ（Δｘ,ｄ）は、絶対値が像シフト量Δｘの絶対値|Δｘ|以下となる格子周期ｄの倍数のうち像シフト量Δｘに最も近い値を示す。
【００３４】
【数３】
2018009856.tif 000005
【００３５】
ステップＳ１００５では、プロセッサ１８は、第１の傾きＢおよび第２の傾きＢ’に基づいて、波面の傾斜成分を補正した波面を算出する。具体的には、プロセッサ１８は、ステップＳ１００１で算出された波面全体の傾きを、Ｂ−Ｂ’だけ補正する。これにより、傾斜成分の補正された波面を取得できる。なお、この補正により、投影位置（ｘ０，ｙ０）での傾きＡ”は、Ａ”＝Ｂ’＋Ｃ’＋（Ｂ−Ｂ’）＝Ｂ＋Ｃ’となる。なお、傾きＣ’は、傾きＡ’のうち格子周期ｄの端数分の像シフトに相当する傾き成分である。
【００３６】
以上説明したように、本実施例の計測方法によれば、回折格子を用いるシアリング干渉計測において、高精度に波面の傾斜成分を計測できるため、傾斜成分を補正した波面を計測できる。また、本実施例の計測装置は、傾斜成分を含む波面を高精度に計測可能である。
【００３７】
なお、本実施例では波面計測装置３０が被検物１２を透過した被検光の波面１３を計測する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。波面計測装置３０は、図１（ｂ）に示されるように、被検物１２により反射された被検光の波面１３を計測してもよい。この場合、光路２２に沿って進む基準波面１１は、ビームスプリッタ２１を透過した後、被検物１２により反射される。被検物１２により反射された光は、光路２３に沿って進み、ビームスプリッタ２１により反射された後、光学部材２４を透過する。光学部材２４を透過した被検光の波面１３は、回折格子１５に入射する。
【００３８】
また、本実施例では、格子周期の端数分の像シフトに相当する傾斜成分を、第１の画像であるトールボット干渉縞画像から算出した波面から取得する。そのため、遮光マスク１４を被検光の光路内に配置して取得した第２の画像から算出される格子周期の端数分の像シフトに相当する傾斜成分の精度が比較的低くてもよい。具体的には、第２の画像から格子周期の端数分の像シフトに相当する傾斜成分の算出精度は、格子周期の整数倍分の像シフトを識別できる程度でよい。
【００３９】
また、本実施例では、遮光マスク１４を被検光の光路中に配置することで取得した第２の画像を用いて参照画像との画像マッチングを行い、遮光マスク１４の基準位置のＣＣＤ１６への投影位置を算出している。このように複数画素のデータを用いた統計処理を行うことで、回折の影響、被検光の光量ムラ、撮像素子の感度ムラ、またはノイズなどの影響を受けずに高精度に投影位置を算出することができる。
【００４０】
また、本実施例では、基板として、基準位置から放射状に広がる遮光領域を有する遮光マスク１４を用いているが、本発明はこれに限定されない。例えば、光学パターンの分布形状は任意に設定可能であり、遮光マスク１４は、図９に示されるように、基準位置を中心とする円領域の遮光部５０Ｂと、その周囲の透過部５１Ｂを備えてもよい。図１０は、図９の遮光マスク１４を用いた際に取得される第２の画像を示す図である。また、任意の透過率分布や位相分布を持つ基板を用いてもよい。図１１は、基準位置から放射状に広がる位相分布を有する基板を示す図である。図１１において、黒色で示した領域５２は、白色で示した領域５３に対して位相をπだけ遅らせる作用を有する。図１２は、図１１の基板を用いた際に取得される第２の画像を示す図である。これらの第２の画像を用いて基準位置の投影位置を決定することで、波面の傾斜成分を算出することができる。
【００４１】
また、本実施例では、遮光マスク１４と回折格子１５の厚みを考慮していないが、各部材の厚みを考慮した場合でも適切な補正項を加えた計算を行うことで本実施例と同じ効果を得ることができる。
【００４２】
また、本実施例では回折格子を用いたシアリング干渉として、トールボット干渉計測を行う例を説明したが、本発明はこれに限定されない。回折格子を用いる他のシアリング干渉として、例えば位相格子と振幅格子を組み合わせた回折格子を用いる４光束ラテラルシアリング干渉計測にも適用可能である。
【実施例２】
【００４３】
本実施例では、基板に形成された光学パターンの歪曲が大きい場合に、高精度に被検光の波面の傾斜成分を自動補正する方法について説明する。本実施例の波面計測装置の構成は、実施例１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４４】
図１３のフローチャートを参照して、本実施例の波面計測方法について説明する。図１３は、本実施例の波面計測方法を示したフローチャートである。本実施例の波面計測方法は、プロセッサ１８により、コンピュータを波面計測装置として機能させるためのプログラムにしたがって実行される。なお、プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録してもよい。
【００４５】
ステップＳ２０１では、プロセッサ１８は、波面の初期値（第１波面）と、基準位置のＣＣＤ１６への投影位置の初期値（第１の投影位置）を設定する。本実施例では、波面の初期値として実施例１で説明した計測方法により算出された傾きの補正された波面を設定し、投影位置の初期値として実施例１で説明した投影位置（ｘ０,ｙ０）を設定する。
【００４６】
ステップＳ２０２では、プロセッサ１８は、波面の初期値に基づいて、遮光マスク１４が被検光の光路内に配置されている場合にＣＣＤ１６に形成される像を算出する。以下、像の算出方法について説明する。まず、プロセッサ１８は、遮光マスク１４とＣＣＤ１６間の間隔ＬＭＣを用いて、波面の初期値に基づいて逆伝搬計算を行うことで遮光マスク１４における波面を算出する。次に、プロセッサ１８は、遮光マスク１４によって一部遮られた波面が遮光マスク１４から射出され、ＣＣＤ１６に到達するまでの伝搬計算を行うことで、ＣＣＤ１６に形成される像を算出する。
【００４７】
ステップＳ２０３では、プロセッサ１８は、ステップＳ２０２で算出された像から画像（第３の画像）を算出し、実施例１で説明した方法を用いて基準位置（ｘｏｒｇ，ｙｏｒｇ）をＣＣＤ１６に投影した投影位置（第２の投影位置）（ｘ’０,ｙ’０）を算出する。
【００４８】
ステップＳ２０４では、プロセッサ１８は、投影位置の初期値とステップＳ２０３で算出された投影位置の差分が所定値より大きいかどうかを判定する。所定値より大きい場合ステップＳ２０５に進み、所定値より小さい場合フローを終了する。所定値は、例えば、格子周期の１周期の半分の値である。
【００４９】
ステップＳ２０５では、プロセッサ１８は、ステップＳ２０３で算出された投影位置に基づいて、波面の初期値の傾斜成分を補正した第２の波面を取得する。プロセッサ１８は、例えば、実施例１で説明した図５のフローチャートのステップＳ１００３〜Ｓ１００５と同様の工程を行うことで第２の波面を取得する。
【００５０】
ステップＳ２０６では、プロセッサ１８は、ステップＳ２０５で取得された第２の波面と、第２の投影位置を新たな初期値に設定する。
【００５１】
ステップＳ２０２からステップＳ２０６までのステップを、投影位置の初期値とステップＳ２０３で算出された投影位置の差分が所定値より小さくなるまで繰り返すことで、波面の傾斜成分を自動補正することができる。
【００５２】
以上、本実施例の計測方法によれば、回折格子を用いるシアリング干渉計測において、収差による遮光マスク投影像の歪みも考慮して投影位置を算出することができるため、さらに高精度に波面の傾斜成分を補正した波面を計測できる。
【実施例３】
【００５３】
図１４は、本実施例の波面計測装置４０のブロック図である。波面計測装置４０の構成は、遮光マスク１４および回折格子１５の代わりに基板４１を備えることを除き、実施例１の波面計測装置３０と同様である。そのため、波面計測装置３０と同一の構成の詳細な説明は省略し、波面計測装置３０と異なる部分についてのみ説明する。
【００５４】
基板４１は、図１５に示されるように、回折格子パターンが形成された領域４５と、回折格子パターンとは異なる光学パターンが形成された領域４４を備える。図１５の黒の部分が遮光部であり、白の部分が透過部である。なお、図１５において、回折格子パターンの格子周期は、実際よりもを大きく図示している。
【００５５】
波面計測装置４０を用いて波面計測を実行する場合、まず、第１の画像を取得する。このとき、領域４５を被検光の光路内に位置させ、領域４４を被検光の光路外に位置させる。次に、第２の画像を取得する。このとき、基板４１を光軸に垂直な方向へ移動させることで、領域４４、４５の少なくとも一部（特に基準位置（ｘｏｒｇ，ｙｏｒｇ））を被検光の光路内に位置させる。続いて、プロセッサ１８は、第１および第２の画像、ならびに基板４１およびＣＣＤ１６の位置関係に関する情報に基づいて、波面１３の傾斜成分を補正した波面を算出する。
【００５６】
本実施例の波面計測装置では、回折格子パターンと、回折格子パターンと異なる光学パターンが同一基板に形成されているため、光学素子を追加挿入することなく高精度に波面の傾斜成分を補正した波面を計測できる。
【００５７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１４  遮光マスク（基板）
１５  回折格子
１６  ＣＣＤ（検出手段）
３０  波面計測装置
４０  波面計測装置
４１  基板
４４  領域
４５  領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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