[发明专利]测量方法和测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量包含非球面的测量目标表面的表面形状的测量方法和测量装置。

背景技术

作为以非接触方式测量诸如非球面透镜的测量目标表面的形状(表面形状)的技术，已知使用具有零透镜的干涉计(例如，菲佐(Fizeau)干涉计)的方法。在该方法中，通过零透镜形成具有与测量目标表面的设计形状对应的波前(零波前)的光。使得被测量目标表面反射的光(测量光)与基准光相互干涉。测量测量光的波前和基准光的波前之间的差，从而获得测量目标表面的形状。为了以高精度获得测量目标表面的形状，需要以高精度校准测量系统误差(源自干涉计的误差)。例如，日本专利公开No.10-221029、No.2000-97663和No.10-281736提出关于零波前的校准、畸变的校准和倍率的校准等的技术。

作为在不使用零透镜的情况下测量测量目标表面的形状的方法，还已知存在对于检测单元使用具有大的测量波前的动态范围的夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)传感器的方法(参见Johannes Pfund et.al.，“Non-null testing of aspherical surfaces by using a Shack-Hartmann sensor”，“OSA”，(US)，2000，OTuC5，pp.112-114)。该方法通过投影光学系统用球面波的光照射测量目标表面。

但是，在使用零透镜的方法中，测量精度依赖于零透镜的制造精度。高测量精度的实现在零透镜的制造中需要长时间和高成本。并且，该方法具有其它的问题，使得需要对于测量目标表面的各形状准备不同的零透镜，并且，测量系统误差的校准变得复杂。

在不使用零透镜的方法中，在投影光学系统中存在诸如对准误差或像差的测量系统误差。即使检测单元可检测到由测量目标表面反射的光(测量光)，也难以将测量目标表面的形状误差与测量系统误差分开。当测量目标表面为非球面时，光不能垂直照射测量目标表面，并且，入射光线角度与反射光线角度不同。测量光在检测单元中没有变为几乎平行的光线(由于测量光的位置倍率和角度倍率不是恒定的)。测量光被检测为具有大大偏离平面波前的波前，从而降低了测量精度。

发明内容

本发明提供有利于包含非球面的测量目标表面的测量的技术。

根据本发明的一个方面，提供了一种通过使用测量装置对测量目标表面的表面形状进行测量的测量方法，所述测量装置包含第一光学系统和第二光学系统，所述第一光学系统通过使用从光源发射的光照射包含非球面的所述测量目标表面，所述第二光学系统将从所述测量目标表面行进的光引导到具有检测表面的检测单元，所述方法包括：第一步骤，在所述检测表面的共轭面上布置具有已知的非球面形状的基准表面，并且通过所述检测单元在所述检测表面上的各坐标处检测从所述基准表面行进的光的入射到所述检测表面上的角度；第二步骤，在所述共轭面上布置所述测量目标表面，并且通过所述检测单元在所述检测表面上的各坐标处检测从所述测量目标表面行进的光的入射到所述检测表面上的角度；第三步骤，通过使用坐标转换表将指示从所述测量目标表面行进的光入射到所述检测表面上的位置的所述检测表面上的坐标转换成所述测量目标表面上的坐标；第四步骤，通过使用角度转换表将在所述检测表面上的各坐标处的在第一步骤中检测到的角度和在第二步骤中检测到的角度之间的角度差转换成与所述检测表面上的各坐标对应的所述测量目标表面上的多个坐标处的角度差；和第五步骤，通过使用在第三步骤中已被转换成的所述测量目标表面上的坐标和在第四步骤中已被转换成的所述测量目标表面上的多个坐标处的角度差的积分计算获得所述测量目标表面的表面形状与已知的非球面形状之间的差分形状，并且将所述差分形状加到所述已知的非球面形状上以计算所述测量目标表面的表面形状。