JP5595463B2 - Wavefront optical measuring device - Google Patents
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Description
本発明は光学測定装置に関し、より詳細には波面測定装置に関する。 The present invention relates to an optical measurement device, and more particularly to a wavefront measurement device.
波面測定は、光学的な表面の質を検査し、光学要素の光学性能を評価するために用いられる。波面測定は、高精度光学系のアライメントにも用いられる。波面は、すべての光線の位相が同じ点の軌跡(線、または3次元の波の伝播では面)である。最も簡単な形態の波面は平面波の波面であり、この場合、光線は互いに平行であり、平らな波面がセンサに当たる。レンズやミラーなどの光学要素を経る波面の伝播では、一般に、レンズの厚さ、表面形状の不完全さ、屈折率のばらつき、および他の要因により波面の形状が変化する。波面形状のこれらの変化は収差として知られている。そのため、波面プロファイルを知り、波面収差を補正することは、光学要素を設計する際や、新たに設計した光学系の性能を評価する際に極めて重要である。例えば、結像系一式を組み立てる前に、その系に含まれる各光学単位(単位レンズ)の性能を確認することが必要である。単位レンズまたは単レンズ自体はそれぞれある種の収差を有し得るので、結像レンズによる画像の質を高精度に制御することが必要である。 Wavefront measurements are used to inspect the quality of optical surfaces and to evaluate the optical performance of optical elements. Wavefront measurement is also used for alignment of high-precision optical systems. The wavefront is the trajectory of a point where all the rays have the same phase (line or surface in the propagation of a three-dimensional wave). The simplest form of wavefront is a plane wavefront, where the rays are parallel to each other and a flat wavefront strikes the sensor. In wavefront propagation through optical elements such as lenses and mirrors, the wavefront shape generally changes due to lens thickness, surface shape imperfections, refractive index variations, and other factors. These changes in wavefront shape are known as aberrations. Therefore, knowing the wavefront profile and correcting the wavefront aberration is extremely important when designing an optical element and evaluating the performance of a newly designed optical system. For example, before assembling a complete imaging system, it is necessary to check the performance of each optical unit (unit lens) included in the system. Since the unit lens or the single lens itself may have some kind of aberration, it is necessary to control the quality of the image by the imaging lens with high accuracy.
光ビームの波面の質を測定する従来の方法では干渉測定波面センサを用いる。干渉測定波面センサでは、光源ビームの小部分を空間フィルタリングすることによって球面参照波を生成し、続いてそれを元の波面と合成してインターフェログラムを生成する。当技術分野で認識されているように、インターフェログラムの干渉縞を解析して光ビームの質を評価することができる。しかし、元のビームを分割しそれを参照ビームと再合成すると、光路誤差や不適切なアライメントなどのシステム収差が発生しやすい。従来の別の波面測定法では、元のビームを分割し再合成する必要のないシャック・ハルトマン(Shack−Hartmann)波面センサを用いる。 A conventional method for measuring the wavefront quality of a light beam uses an interferometric wavefront sensor. In an interferometric wavefront sensor, a spherical reference wave is generated by spatially filtering a small portion of the source beam, which is then combined with the original wavefront to generate an interferogram. As recognized in the art, the interferogram interference fringes can be analyzed to assess the quality of the light beam. However, splitting the original beam and recombining it with the reference beam tends to cause system aberrations such as optical path errors and improper alignment. Another conventional wavefront measurement method uses a Shack-Hartmann wavefront sensor that does not require splitting and recombining the original beam.
シャック・ハルトマン波面センサ(SHWFS)は通常、ダイナミックレンジが広い波面センサとして用いられる。SHWFSセンサの最も基本的かつ一般に用いられている構成の1つは、レンズレットアレイおよび光検出器(典型的にはCCDカメラ)からなる。シャック・ハルトマン波面センサは、2次元レンズレットアレイを用いることによって測定対象の入射ビームの波面を複数の小ビームに分割する。このレンズレットアレイのレンズレットはそれぞれ、光検出器の表面に別々の独立した焦点(スポット)を生成する。各スポットの重心位置は、参照ビームと歪んだビームの差である波面収差よって変位する。したがって、SHWFSセンサによる波面測定は、参照(平面)波面に対する収差を含む波面の局所的な勾配を測定することに基づいている。一般に、波面推定の手順は、位相が波面の多数の局所的な勾配のように示されるか、開口全体にわたって求められるある種のモーダル関数の係数として示されるかに応じて、ゾーナル式またはモーダル式のいずれかに分類し得る。後者では、焦点スポットの変位をゼルニケ多項式の形で表し得る。SHWFSは干渉計測波面センサに対して以下のいくつかの利点を有する。SHWFSは干渉計測センサよりもダイナミックレンジが広い。入射する放射はコヒーレントでなくてよい。SHWFSは単一像から波面情報のすべてを取得し得るので、露光時間を短くすることができ、そのため、振動の影響を受けにくい。より重要には、SHWFSでは放射照度分布および位相分布の両方が得られる。 The Shack-Hartmann wavefront sensor (SHWFS) is usually used as a wavefront sensor with a wide dynamic range. One of the most basic and commonly used configurations of SHWFS sensors consists of a lenslet array and a photodetector (typically a CCD camera). The Shack-Hartmann wavefront sensor divides the wavefront of the incident beam to be measured into a plurality of small beams by using a two-dimensional lenslet array. Each lenslet of the lenslet array produces a separate and independent focus (spot) on the surface of the photodetector. The position of the center of gravity of each spot is displaced by wavefront aberration that is the difference between the reference beam and the distorted beam. Therefore, wavefront measurement with a SHWFS sensor is based on measuring the local gradient of the wavefront including aberrations relative to the reference (planar) wavefront. In general, the wavefront estimation procedure depends on whether the phase is expressed as a number of local gradients of the wavefront or as a coefficient of some modal function determined over the entire aperture. It can be classified into either of these. In the latter case, the focal spot displacement may be expressed in the form of a Zernike polynomial. SHWFS has several advantages over interferometric wavefront sensors: SHWFS has a wider dynamic range than the interference measurement sensor. Incident radiation may not be coherent. Since SHWFS can acquire all of the wavefront information from a single image, the exposure time can be shortened and is therefore less susceptible to vibrations. More importantly, SHWFS provides both irradiance distribution and phase distribution.
図1に、SHWFSを利用する波面測定システムの構成例を示す。図1では、レーザ1000、NDフィルタ1001、ビームエキスパンダ1002、レンズ1004、検査光学素子(すなわち試料)1005、レンズ1006、レンズ1007、レンズレットアレイ(マイクロレンズアレイ)1008、CCDセンサ1010、データ解析部1009が所定のやり方で配置されて、試料がそれを通過する光の波面に及ぼす影響を特徴付けるようになっている。 FIG. 1 shows a configuration example of a wavefront measurement system using SHWFS. In FIG. 1, a laser 1000, an ND filter 1001, a beam expander 1002, a lens 1004, an inspection optical element (that is, a sample) 1005, a lens 1006, a lens 1007, a lenslet array (microlens array) 1008, a CCD sensor 1010, data analysis. Part 1009 is arranged in a predetermined manner to characterize the effect of the sample on the wavefront of light passing through it.
図2に、SHWFSの光学構成をより詳細に示す。図2では、検出器アレイ2010上の焦点スポット(2500〜2503)の場所は、入射する波面の局所的な傾きによって決まる。波面の局所的な傾きは、図1の検査光学素子1005による収差によって生じる。この局所的な傾きは、焦点スポットの場所の変化によって計算し得る。レンズレットアレイ1008の各レンズレットから得られる局所的な傾きの情報を用いることによって波面を再構成することができる。 FIG. 2 shows the optical configuration of SHWFS in more detail. In FIG. 2, the location of the focal spot (2500-2503) on the detector array 2010 is determined by the local slope of the incident wavefront. The local inclination of the wavefront is caused by the aberration caused by the inspection optical element 1005 in FIG. This local tilt can be calculated by changing the location of the focal spot. By using local tilt information obtained from each lenslet of the lenslet array 1008, the wavefront can be reconstructed.
波面の偏差量がSHWFSのダイナミックレンジよりも狭ければ、検出器アレイ2010上の各スポットの位置を別々に検出し得る。波面の偏差がSHWFSのダイナミックレンジを越え、検出器アレイ2010上の焦点スポットが互いに重なり合う場合、SHWFSはもはや波面を解析することができない。図3に、波面の偏差がSHWFSのダイナミックレンジを越える状況を示す。図3では、焦点スポット3500は検出器アレイ2010の外側に位置しており、焦点スポット3501、3502、および3503は検出器アレイ2010の表面上に位置している。しかし、焦点スポット3502と3503は交差してしまっている(すなわち、これらのスポットを形成するビームは互いに重なり合い、交差した後でそれぞれの場所に焦点を結ぶ)。この状況は、大収差を含む波面がレンズレットアレイ1008に入射することによって生じるものである。 If the deviation amount of the wavefront is narrower than the dynamic range of SHWFS, the position of each spot on the detector array 2010 can be detected separately. If the wavefront deviation exceeds the SHWFS dynamic range and the focal spots on the detector array 2010 overlap each other, the SHWFS can no longer analyze the wavefront. FIG. 3 shows a situation where the wavefront deviation exceeds the dynamic range of SHWFS. In FIG. 3, the focal spot 3500 is located outside the detector array 2010, and the focal spots 3501, 3502, and 3503 are located on the surface of the detector array 2010. However, the focal spots 3502 and 3503 intersect (ie, the beams that form these spots overlap each other and then focus on their respective locations after they intersect). This situation occurs when a wavefront including large aberrations enters the lenslet array 1008.
図4(a)に、波面の収差が大きい状態の検出器アレイ2010からの出力データを示す。図4(a)の(四角4000で示す)外側領域の焦点スポットが図4(b)では拡大されて、この外側領域に入射した大収差を含む波面の悪影響がよりよく示されている。 FIG. 4A shows output data from the detector array 2010 in a state where the wavefront aberration is large. The focal spot in the outer region (shown by a square 4000) in FIG. 4 (a) is magnified in FIG. 4 (b) to better illustrate the adverse effects of wavefronts containing large aberrations incident on this outer region.
SHWFSのダイナミックレンジを拡大するある種の技術が利用可能であり、それらを以下に示す。
(1)ヌルレンズ
ヌルレンズは、検査光学素子の波面収差を部分的に補償し、それによってレンズレットアレイ上での波面偏差を低減し得る。しかし、正確な測定を行うためには極めて正確なヌルレンズを製作することが必要となり得る。したがって、ヌルレンズの製作コストが途方もなく高額になる。さらに、このようなヌルレンズは特定の検査光学素子に対して設計されるので、他の検査光学素子によって形成される他の波面にはこの技術を適用し得ないことがある。ヌルレンズ技術の例が、Zmekに付与された米国特許第5,233,174号に記載されている。この特許を参照により本明細書に組み込む。
(2)推定技術
ヌルレンズ技術の代わりに、大収差を含む波面を測定する波面推定技術が提案されている。推定技術の一例が、参照文献1(Michael C. Roggemann、Timothy J. Schulz、Chee W. Ngai、およびJason T. Kraft、「Joint processing of Hartmann sensor and conventional image measurements to estimate large aberrations: theory and experimental results」、Appl. Opt. 38、2249〜2255頁(1999))に開示されている。参照文献1では、ハルトマンセンサが感知し得るように収差の大きさを拡大する収差推定技術が開示されている。この技術は、収差が同じ状態で形成されるハルトマンセンサによる像および従来の像の両方を処理するアルゴリズムを用いている。この技術は大きな焦点はずれ収差を正確に感知し得ると言われている。
Certain techniques for expanding the dynamic range of SHWFS are available and are listed below.
(1) Null lens A null lens can partially compensate for the wavefront aberration of the inspection optical element, thereby reducing the wavefront deviation on the lenslet array. However, it may be necessary to produce a very accurate null lens in order to make an accurate measurement. Therefore, the production cost of the null lens is tremendously high. Further, since such a null lens is designed for a particular inspection optical element, this technique may not be applicable to other wavefronts formed by other inspection optical elements. An example of null lens technology is described in US Pat. No. 5,233,174 to Zmek. This patent is incorporated herein by reference.
(2) Estimation technology A wavefront estimation technology for measuring a wavefront including large aberration has been proposed instead of the null lens technology. An example of estimation techniques, reference 1 (Michael C. Roggemann, Timothy J. Schulz, Chee W. Ngai, and Jason T. Kraft, "Joint processing of Hartmann sensor and conventional image measurements to estimate large aberrations: theory and experimental results Appl. Opt. 38, pp. 2249-2255 (1999)). Reference literature 1 discloses an aberration estimation technique for enlarging the magnitude of aberration so that the Hartmann sensor can detect it. This technique uses an algorithm that processes both Hartmann sensor images and conventional images formed with the same aberrations. This technique is said to be able to accurately detect large defocus aberrations.
別の推定技術では、参照文献2(Harrison H. Barrett、Christopher Dainty、およびDavid Lara、「Maximum−likelihood methods in wavefront sensing: stochastic models and likelihood functions」、J. Opt. Soc. Am. A.、24、391〜414 (2007))に開示されているように、最尤推定法(Maximum Likelihood Estimation、MLE)を用いて波面を再構築する。参照文献2にはこの技術が残余の波面誤差を低減し得ることが記載されているが、MLE技術では、センサデータに影響するあらゆるノイズ源およびあらゆる因子に注意を払う必要がある。 Other estimation techniques include reference 2 (Harrison H. Barrett, Christopher Dainty, David Lara, “Maximum-likelihood methods in wavefront sensing. 391-414 (2007)), the wavefront is reconstructed using Maximum Likelihood Estimate (MLE). Although reference 2 describes that this technique can reduce residual wavefront errors, MLE technology requires attention to any noise sources and any factors that affect sensor data.
本発明の発明者らが直面した障害の1つは、結像レンズによる画像の質を高精度に制御する必要があることである。具体的には、複数のレンズからなり得る結像系を組み立てる前に、各レンズまたはレンズ群(単位レンズ)の性能を確認する必要がある。結像系の収差がそれほど大きくない場合でも、各レンズ群(単位レンズ)または単レンズの収差が大きいことがある。したがって、このような大収差を伴う単位レンズの収差を測定することが重要である。 One of the obstacles faced by the inventors of the present invention is that the quality of the image by the imaging lens needs to be controlled with high precision. Specifically, before assembling an imaging system that can be composed of a plurality of lenses, it is necessary to check the performance of each lens or lens group (unit lens). Even when the aberration of the imaging system is not so large, the aberration of each lens group (unit lens) or single lens may be large. Therefore, it is important to measure the aberration of the unit lens with such a large aberration.
上記で説明した推定技術は、光学的な前方伝播の繰返し計算を必要とする。参照文献1の伝播モデルは、フーリエ光学に基づく角スペクトル伝播法である。フーリエ光学によれば、光の場の伝播を面から面へと計算することができ、各面はそれぞれ平面または球面とし得る。図5に示すように、簡略化した光学構成を仮定し、検査レンズ5010を点光源5000によって照明する。検査レンズ5010を通過する光線はレンズレットアレイ5020を通って進み、これらの光線の波面がCCDイメージセンサ5030によって検出される。 The estimation technique described above requires iterative calculation of optical forward propagation. The propagation model of Reference 1 is an angular spectrum propagation method based on Fourier optics. According to Fourier optics, the propagation of the light field can be calculated from surface to surface, and each surface can be a plane or a sphere, respectively. As shown in FIG. 5, assuming a simplified optical configuration, the inspection lens 5010 is illuminated by a point light source 5000. Light rays that pass through the inspection lens 5010 travel through the lenslet array 5020 and the wavefronts of these rays are detected by the CCD image sensor 5030.
フーリエ光学に基づく伝播計算では、典型的には図6に示す構成を仮定する。図6では、(図5の検査光学素子5010を表す)射出瞳6010が面P1に確立され、レンズレットアレイ5020の代わりにレンズレットアレイ面6020が面P2に置かれ、検出器アレイ面6030が平面P3におけるCCDイメージセンサ5030の検出面を表す。ただし、図6の簡略化した「面」による表現は、実際のレンズレットアレイ5020が何らかの厚さを有する基板上に形成されており、各レンズレットも何らかの厚さを有するので、不正確である。 In propagation calculation based on Fourier optics, the configuration shown in FIG. 6 is typically assumed. In FIG. 6, an exit pupil 6010 (representing inspection optical element 5010 of FIG. 5) is established on surface P1, lenslet array surface 6020 is placed on surface P2 instead of lenslet array 5020, and detector array surface 6030 is The detection surface of the CCD image sensor 5030 in the plane P3 is represented. However, the simplified “surface” representation of FIG. 6 is inaccurate because the actual lenslet array 5020 is formed on a substrate having some thickness, and each lenslet also has some thickness. .
したがって、レンズレットアレイ面6020として理想的な薄い面を仮定すると、伝播計算の正確さが損なわれることがある。特に、レンズレットアレイ5020における光が収束または発散している場合、レンズレットの基板により大きな球面収差が生じ、レンズレットによりコマ収差および非点収差が生じる。したがって、これらの収差の影響をフーリエ光学に基づく伝播に取り込む(補償する)ことは難しいことがある。さらに、光学構成要素のアライメントずれの影響をフーリエ光学に基づく方法において考慮することも難しいことがある。 Accordingly, assuming an ideal thin surface as the lenslet array surface 6020, the accuracy of the propagation calculation may be impaired. In particular, when the light in the lenslet array 5020 converges or diverges, large spherical aberration is caused by the lenslet substrate, and coma and astigmatism are caused by the lenslet. Therefore, it may be difficult to incorporate (compensate) the effects of these aberrations into the propagation based on Fourier optics. Furthermore, it may be difficult to consider the effects of optical component misalignment in methods based on Fourier optics.
さらに、フーリエ光学の伝播モデルでは、測定対象波面のダイナミックレンジが、フーリエ領域でサンプリング定理を満足するのに必要とされるサンプリング数によって制約を受ける。例として、図5の構成では、点光源5000と検査レンズ5010の間の距離は127.5mmであり、射出瞳球面での波面偏差は図7に示すゼルニケ係数で表される。 Further, in the propagation model of Fourier optics, the dynamic range of the wavefront to be measured is restricted by the number of samplings required to satisfy the sampling theorem in the Fourier domain. As an example, in the configuration of FIG. 5, the distance between the point light source 5000 and the inspection lens 5010 is 127.5 mm, and the wavefront deviation on the exit pupil spherical surface is represented by the Zernike coefficient shown in FIG.
フーリエ光学に基づく光学素子を図5に示す検査配置にして前方伝播モデルを計算するために、図6に示すフーリエ面による構成を仮定することができる。具体的には、図6で先に述べたように、図5の検査レンズ5010は、面P1において射出瞳平面6010(ダミー表面の面)によって表される。図8に、図6の射出瞳面6010(ダミー表面の面での波面)での波面偏差を示す。 In order to calculate the forward propagation model with the optical element based on the Fourier optics as the inspection arrangement shown in FIG. 5, the configuration by the Fourier plane shown in FIG. 6 can be assumed. Specifically, as described above with reference to FIG. 6, the inspection lens 5010 of FIG. 5 is represented by the exit pupil plane 6010 (the surface of the dummy surface) on the plane P1. FIG. 8 shows a wavefront deviation on the exit pupil plane 6010 (wavefront on the surface of the dummy surface) in FIG.
この場合、射出瞳面6010でのサンプリング数は、瞳の最外郭領域においてサンプリング定理を満足するために、瞳面全体にわたって約14300個のサンプルが必要である。角スペクトル伝播などのFFT(高速フーリエ変換)に基づく伝播では、通常、この数の倍よりも多い数のサンプルが必要とされる。そのため、図5の簡略化した構成でも、フーリエ光学に基づく方法における2次元伝播に必要なサンプリング数はほぼ30000×30000個にもなり得る。 In this case, the number of samplings on the exit pupil plane 6010 requires about 14300 samples over the entire pupil plane in order to satisfy the sampling theorem in the outermost contour region of the pupil. Propagation based on FFT (Fast Fourier Transform), such as angular spectrum propagation, typically requires more samples than this number. Therefore, even with the simplified configuration of FIG. 5, the number of samplings required for two-dimensional propagation in the method based on Fourier optics can be approximately 30000 × 30000.
図9に、AMD社製のAM+ Phenom 9950 CPUを備えた処理ユニット(データ解析部)を用いる1回のFFT計算にかかる推定演算時間を示す。30000×30000個のサンプルでFFTを行う場合、このようなメモリサイズは、現在市販されているワークステーションにとって極めて大きいものである。このデータサイズを操作することができれば、1回のFFT計算にかかる時間は約65秒になる。角スペクトル伝播では2組のFFT計算が必要なので、1つの角スペクトル伝播には少なくとも130秒かかる。推定手順では、前方モデルを反復計算する。いくつかのパラメータを同時に推定しようとすると、波面推定にかかる合計時間は非現実的なほど長くなってしまう。波面偏差が大きくなると、はるかに長い演算時間とより大きなメモリが必要とされる。 FIG. 9 shows an estimated calculation time required for one FFT calculation using a processing unit (data analysis unit) including an AM + Phenom 9950 CPU manufactured by AMD. When performing FFT on 30000 × 30000 samples, such a memory size is very large for workstations currently on the market. If this data size can be manipulated, the time required for one FFT calculation is about 65 seconds. Since angular spectrum propagation requires two sets of FFT calculations, one angular spectrum propagation takes at least 130 seconds. In the estimation procedure, the forward model is iteratively calculated. If several parameters are estimated simultaneously, the total time for wavefront estimation becomes unrealistically long. As the wavefront deviation increases, much longer computation time and more memory are required.
したがって、フーリエ光学に基づく伝播計算技術は、伝播計算用の複雑なモデルおよび膨大な演算リソースを必要とする。その結果、この技術は、実際には、伝播モデルのモデル化に多くの制約が伴った上で少数のパラメータの推定にしか使用し得ないことになってしまう。 Therefore, the propagation calculation technique based on Fourier optics requires a complicated model for propagation calculation and enormous computational resources. As a result, this technique can be used only for estimation of a small number of parameters in practice with many restrictions on modeling of the propagation model.
本発明の一態様によれば、検査光学素子を通過する光の波面を測定する装置は、光源と、光源からの光が通過するレンズレットアレイと、レンズレットアレイを介して光強度分布を取得するように構成される検出器アレイと、処理ユニットとを備え、処理ユニットは、取得された光強度分布を用いてデータ処理を実行し、データ処理は、ビームレットに基づく伝播モデルまたは光線に基づく伝播モデルを前方伝播モデルとして用いる推定プロセスを含む。 According to one aspect of the present invention, an apparatus for measuring the wavefront of light passing through an inspection optical element acquires a light intensity, a lenslet array through which light from the light source passes, and a light intensity distribution via the lenslet array. A detector array configured to, and a processing unit, wherein the processing unit performs data processing using the acquired light intensity distribution, the data processing being based on a beamlet based propagation model or ray Includes an estimation process that uses the propagation model as the forward propagation model.
本発明のさらなる特徴は、例示実施形態の以下の説明を添付の図面と併せ読めば明らかである。 Further features of the present invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments, taken in conjunction with the accompanying drawings.
本発明の例示的な実施形態を以下に説明する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態は、先に述べた問題の解決策を対象とする。図10に、本発明に従う波面光学測定装置の構成を示す。
Exemplary embodiments of the invention are described below.
(First embodiment)
The first embodiment of the present invention is directed to a solution to the problem described above. FIG. 10 shows a configuration of a wavefront optical measuring apparatus according to the present invention.
図10では、光源1100が光ビームを発し、この光ビームが、NDフィルタ1101(それがある場合)を通過後、照明光学素子1102によって整形される。次いで、この整形されたビームがレンズなどの検査光学素子1103を照明する。この光ビームは、検査光学素子1103およびレンズレットアレイ1104を通過し、次いで、検出器アレイ1105がこの光学系によって生成される光分布を検出する。 In FIG. 10, the light source 1100 emits a light beam that is shaped by the illumination optical element 1102 after passing through the ND filter 1101 (if present). Next, the shaped beam illuminates the inspection optical element 1103 such as a lens. This light beam passes through the inspection optical element 1103 and the lenslet array 1104, and then the detector array 1105 detects the light distribution generated by this optical system.
検出器アレイ1105は、この光学系のすべてに関する情報を有する信号を出力する。データ解析部1106は、MLE法を用いるものとすることができ、検査光学素子1103を含むこの光学系に関する様々な光学パラメータを解析する。 The detector array 1105 outputs a signal having information about all of this optical system. The data analysis unit 1106 can use the MLE method, and analyzes various optical parameters related to this optical system including the inspection optical element 1103.
光源1100として、パルスレーザまたは連続波(CW)レーザなどのコヒーレント光源、あるいは水銀ランプまたはタングステンランプなどの非コヒーレント光源を使用し得る。CWレーザまたはランプの場合、光ビームを変調するために光チョッパなどの変調装置が必要とされることがある。光ビームを整形する照明光学素子は当業者には周知であると考えられ、本明細書では説明しない。レンズレットアレイ1104として、(1次元および2次元の)様々なレンズレットアレイが当技術分野で周知の商業供給業者から容易に入手可能である。アレイ内のレンズレットの形状、ピッチ、および焦点距離などの特定のパラメータは一般に、測定装置の特定の用途によって決まる。同様に、検出器アレイ1105は、当技術分野では周知のように、単一のCCDカメラとして実装し得る。あるいは、検出器アレイ1105は、例えば大規模集積(VLSI)電子技術を用いて専用に設計し得る1次元または2次元のCMOSセンサアレイとして実装し得る。 As the light source 1100, a coherent light source such as a pulse laser or a continuous wave (CW) laser, or a non-coherent light source such as a mercury lamp or a tungsten lamp may be used. In the case of a CW laser or lamp, a modulation device such as an optical chopper may be required to modulate the light beam. Illumination optics that shape the light beam are considered well known to those skilled in the art and will not be described herein. As lenslet array 1104, various lenslet arrays (one-dimensional and two-dimensional) are readily available from commercial suppliers well known in the art. Certain parameters such as the shape, pitch, and focal length of the lenslets in the array are generally dependent on the particular application of the measurement device. Similarly, the detector array 1105 can be implemented as a single CCD camera, as is well known in the art. Alternatively, the detector array 1105 can be implemented as a one-dimensional or two-dimensional CMOS sensor array that can be specifically designed using, for example, large scale integration (VLSI) electronics.
図11に、データ解析部1106の概略図を示す。データ解析部は、較正モジュール1107およびパラメータ推定モジュール1108を備える。データ解析部は、ステップS11〜S18のプロセスシーケンスを実行するように特に構成し得るプログラマブルコンピュータまたはデータ処理ユニットとして実装し得る。データ解析部およびその構成モジュールは、個々のハードウェア要素または分散処理ユニットとして実装することもできる。本実施形態では、先に述べたAMD社製のAM+ Phenom 9950 CPUなどのデータ処理ユニットを含むプログラマブルコンピュータとしてデータ解析部1106を実装し得る。 FIG. 11 shows a schematic diagram of the data analysis unit 1106. The data analysis unit includes a calibration module 1107 and a parameter estimation module 1108. The data analyzer may be implemented as a programmable computer or data processing unit that may be specifically configured to execute the process sequence of steps S11-S18. The data analysis unit and its constituent modules can also be implemented as individual hardware elements or distributed processing units. In the present embodiment, the data analysis unit 1106 may be implemented as a programmable computer including a data processing unit such as the AM + Phenom 9950 CPU manufactured by AMD described above.
図1のデータ解析部1106の動作中に、ステップS11で、レンズレットパラメータおよび測定された照明分布が手作業または自動的に入力される。レンズレットパラメータは、レンズレットアレイの焦点距離およびピッチ、レンズレットアレイ内のレンズレットの数などの光学情報を含み得る。測定される照明分布は、検出器アレイ1105からデータ取得系1120を介して得ることもできるし、局所的または遠隔的な記憶装置(図示せず)からのあらかじめ記憶した測定値(例えば、最新の測定照明分布)から提供されることもある。こうして入力されたレンズレットパラメータおよび照明分布は較正モジュール1107に提供される。較正モジュール1107の機能のいくつかは、レンズレットアレイと検出器アレイの位置関係についての情報を得る機能、あるいは、これら2つのアレイの位置を適切にアライメント(較正)する機能とし得る。つまり、以下でさらに説明するように、較正モジュール1107を用いて、実際の光学ユニットをフィードバック回路を介して対話形式でアライメントし得る。これに加えて、またはこの代わりに、較正モジュールを用いて、推定プロセス用の入力情報として使用し得る情報(データ)として光学ユニット間の位置関係を得ることもできる。そのために、ステップS12で、レンズレットアレイおよび他の光学素子の位置が、検査光学素子1103なしで得られる参照データを用いて定義される。つまり、ステップS12で、図10の光学装置内で検査レンズ(検査光学素子1103)を用いずに参照データが測定される。それによって、検出器アレイ1105は、スクリーンショット1121に示すようなほぼ平面波のプロファイルを検出する。データ取得系1120は、この参照データをデータ解析部1106の較正モジュール1107に提供する。これにより、ステップS12で、レンズレットアレイの位置を含めて、測定装置の初期光学構成が設定される。較正モジュール1107によって初期光学構成が設定されると、フロープロセスは、パラメータ推定モジュール1108で実施されるシーケンスステップに進む。 During operation of the data analysis unit 1106 of FIG. 1, the lenslet parameters and the measured illumination distribution are input manually or automatically at step S11. The lenslet parameters may include optical information such as the focal length and pitch of the lenslet array, the number of lenslets in the lenslet array. The measured illumination distribution can be obtained from the detector array 1105 via the data acquisition system 1120, or can be pre-stored measurements from a local or remote storage device (not shown) (eg, current (Measurement illumination distribution). The lenslet parameters and illumination distribution thus input are provided to the calibration module 1107. Some of the functions of the calibration module 1107 may be to obtain information about the positional relationship between the lenslet array and the detector array, or to properly align (calibrate) the positions of these two arrays. That is, as described further below, the calibration module 1107 may be used to interactively align the actual optical unit via a feedback circuit. Additionally or alternatively, a calibration module can be used to obtain the positional relationship between the optical units as information (data) that can be used as input information for the estimation process. To that end, in step S12, the positions of the lenslet array and other optical elements are defined using reference data obtained without the inspection optical element 1103. That is, in step S12, the reference data is measured without using the inspection lens (inspection optical element 1103) in the optical apparatus of FIG. Thereby, the detector array 1105 detects a substantially plane wave profile as shown in the screen shot 1121. The data acquisition system 1120 provides this reference data to the calibration module 1107 of the data analysis unit 1106. Thereby, in step S12, the initial optical configuration of the measuring apparatus including the position of the lenslet array is set. Once the initial optical configuration is set by the calibration module 1107, the flow process proceeds to the sequence steps performed by the parameter estimation module 1108.
データ解析部1106によって参照データが取得され、測定装置の初期光学構成が確立されると、検査光学素子1103が位置決めされ測定が行われる。ステップS13で、検査光学素子1103によって形成される波面を記述する初期パラメータがパラメータ推定モジュール1108に設定される。具体的には、初期パラメータは、デフォルト値としてゼロとし得るゼルニケ係数として設定される。言い換えると、ステップS13では、パラメータ推定モジュール1108は、ほぼ平面波(ゼルニケ係数の値がゼロ)を表し得る初期パラメータを設定する。ステップS11〜S13が完了すると、ステップS14で、ステップS11〜S12の少なくとも1つから受け取った値およびステップS13で設定された初期パラメータに基づいて前方モデルが計算される。つまり、ステップS14では、検査光学素子なしで得られた参照データ、測定装置の光学構成、および検査光学素子のデータに基づいて、前方伝播モデルが、ステップS13で設定された初期パラメータを変更することによって計算される。以下でより詳細に論ずるように、前方伝播モデルとして、ビームレットに基づく伝播モデルまたは光線に基づく伝播モデルを使用し得る。前方モデル(シミュレーションデータ)が確立されると、プロセスはステップS15に進む。ステップS15で、データ取得系1120は、検出器アレイ1105から実際の実験データを取得する。具体的には、ステップS15で、図10の光学装置において、検査レンズ(検査光学素子1103)を用いて実際の実験データが測定される。それによって、図11のスクリーンショット1122に示すように、検出器アレイ1105が、検査光学素子1103によって形成される波面プロファイルを検出する。データ取得系1120は、この実際の実験データ(測定データ)をデータ解析部1106のパラメータ推定モジュール1108に提供する。 When reference data is acquired by the data analysis unit 1106 and the initial optical configuration of the measurement apparatus is established, the inspection optical element 1103 is positioned and measurement is performed. In step S 13, an initial parameter describing the wavefront formed by the inspection optical element 1103 is set in the parameter estimation module 1108. Specifically, the initial parameter is set as a Zernike coefficient that can be zero as a default value. In other words, in step S13, the parameter estimation module 1108 sets an initial parameter that can represent a substantially plane wave (Zernike coefficient value is zero). When steps S11 to S13 are completed, a forward model is calculated in step S14 based on the value received from at least one of steps S11 to S12 and the initial parameters set in step S13. That is, in step S14, the forward propagation model changes the initial parameters set in step S13 based on the reference data obtained without the inspection optical element, the optical configuration of the measuring apparatus, and the data of the inspection optical element. Calculated by As discussed in more detail below, a beamlet based propagation model or a ray based propagation model may be used as the forward propagation model. When the forward model (simulation data) is established, the process proceeds to step S15. In step S <b> 15, the data acquisition system 1120 acquires actual experimental data from the detector array 1105. Specifically, in step S15, actual experimental data is measured using an inspection lens (inspection optical element 1103) in the optical apparatus of FIG. Thereby, as shown in the screen shot 1122 of FIG. 11, the detector array 1105 detects the wavefront profile formed by the inspection optical element 1103. The data acquisition system 1120 provides the actual experimental data (measurement data) to the parameter estimation module 1108 of the data analysis unit 1106.
ステップS15で、データ解析部1106は、実際に測定されたデータである実際の実験データ(例えば、データ取得系1120のスクリーンショット1122に示すもの)と、ステップS14で前方モデルを用いることによって得られたシミュレーションデータとの差の尤度を計算する。差の尤度は、実際の実験データとシミュレーションデータの差がどの程度まで小さくなり得るかを示し得る。ここで、尤度は、実際の実験データとシミュレーションデータが収斂(合致)し得るかどうかを決定し得る(以下で論じる)推定アルゴリズムに基づくものとし得る。そのため、ステップS16で、実際の実験データとシミュレーションデータが収斂したかどうかが検査される。つまり、ステップS16で、前方モデルのゼルニケパラメータが、波面プロファイルを表す同じパラメータに収斂するかどうかが検査される。ステップS16で、計算結果が収斂する場合、推定されたパラメータ(前方モデルによって確立されたパラメータ)が出力される。しかし、計算結果が収斂しない場合、ステップS18で、推定されたパラメータを変更することができ、S14とS16の間のステップがこの結果が収斂するまで反復して繰り返される。実際の実験データと、推定されたパラメータを用いることによって得られるシミュレーションデータとの差が閾値以下のとき、上記計算結果が収斂したとし得る。 In step S15, the data analysis unit 1106 is obtained by using actual experimental data that is actually measured data (for example, the one shown in the screen shot 1122 of the data acquisition system 1120) and the forward model in step S14. The likelihood of the difference from the simulated data is calculated. The likelihood of difference can indicate how small the difference between actual experimental data and simulation data can be. Here, the likelihood may be based on an estimation algorithm (discussed below) that can determine whether actual experimental data and simulation data can converge. Therefore, in step S16, it is inspected whether actual experimental data and simulation data are converged. That is, in step S16, it is examined whether the Zernike parameters of the front model converge on the same parameter representing the wavefront profile. If the calculation result converges in step S16, the estimated parameter (the parameter established by the forward model) is output. However, if the calculation result does not converge, the estimated parameters can be changed in step S18, and the steps between S14 and S16 are iteratively repeated until this result converges. When the difference between the actual experimental data and the simulation data obtained by using the estimated parameters is equal to or less than the threshold value, the calculation result may be converged.
データ解析部1106の較正モジュール1107により、解析部は、光学素子の位置、検出器パラメータ、および照明分布などいくつかの光学パラメータを較正することができる。具体的には、ステップS11でレンズパラメータおよび測定された照明分布が入力されると、較正モジュール1107は、既知の電子技術により、光学系を、その中で所望のパラメータが確立されるように較正する。例えば、較正モジュール1107は、光源1100を、検出器1105において所望の照明分布が得られるのに十分な出力で点灯するように電子信号を送信し得る。さらに、較正モジュール1107は、検査光学素子1103、レンズレットアレイ1104、および検出器1105の少なくとも1つの所望の位置を示す電子信号を出力し得る。較正モジュール1107から出力される較正信号に応答して、検査光学素子1103、レンズレットアレイ1104、または検出器1105はそれぞれ、所望の位置に移動され(またはアライメントされ)て、検出器1105において最適な照明分布が得られる。 The calibration module 1107 of the data analysis unit 1106 allows the analysis unit to calibrate some optical parameters such as optical element position, detector parameters, and illumination distribution. Specifically, once the lens parameters and the measured illumination distribution are input in step S11, the calibration module 1107 calibrates the optical system by known electronic techniques so that the desired parameters are established therein. To do. For example, the calibration module 1107 may send an electronic signal to illuminate the light source 1100 with sufficient output to obtain the desired illumination distribution at the detector 1105. Further, the calibration module 1107 may output an electronic signal indicative of at least one desired position of the inspection optics 1103, the lenslet array 1104, and the detector 1105. In response to a calibration signal output from calibration module 1107, inspection optics 1103, lenslet array 1104, or detector 1105 are each moved (or aligned) to a desired position and optimal at detector 1105. An illumination distribution is obtained.
パラメータ推定モジュール1108は、検査光学素子1103が光学系内に存在するときの関心対象光学パラメータを推定する推定機能を実施する。これらのパラメータは、検査光学素子1103を含む各光学要素の位置ならびに検査光学素子1103の特定の平面また球面における波面偏差または強度分布を含み得る。 The parameter estimation module 1108 performs an estimation function that estimates the optical parameter of interest when the inspection optical element 1103 is present in the optical system. These parameters may include the position of each optical element including inspection optical element 1103 as well as the wavefront deviation or intensity distribution in a particular plane or sphere of inspection optical element 1103.
この推定手順には最尤推定(MLE)技術を用い得る。MLEについての説明が、参照文献3(Jae Myung、「Tutorial on Maximum Likelihood Estimation」、Journal of Mathematical Psychology、47巻、90〜100 (2003))および参照文献2に説明されている。 This estimation procedure may use maximum likelihood estimation (MLE) techniques. Descriptions of MLE are described in Reference 3 (Jae Myung, “Tutorial on Maximum Likelihood Estimation”, Journal of Mathematical Psychology, 47, 90-100 (2003)) and Reference 2.
確率分布関数(PDF)をpr(g|θ)で示す。ここで、gはM×1ベクトルによって特徴付けられる観察データベクトルであり、θはP×1ベクトルによって特徴付けられるパラメータベクトルである。θの尤度が式(1)によって表される。 The probability distribution function (PDF) is indicated by pr (g | θ). Here, g is an observation data vector characterized by an M × 1 vector, and θ is a parameter vector characterized by a P × 1 vector. The likelihood of θ is expressed by equation (1).
θの最大尤度(ML)推定値は式(2)によって定義される。
The maximum likelihood (ML) estimate of θ is defined by equation (2).
実際には、解析的にML推定値を得ることが可能でないことがあり、そのため数値的にML推定を求めることになる。例えば、PDFがガウス分布で定義される場合、尤度は式(3)として導出される。
In practice, it may not be possible to analytically obtain an ML estimate, so that the ML estimate is determined numerically. For example, when the PDF is defined by a Gaussian distribution, the likelihood is derived as Expression (3).
式中、
Where
その結果、ML推定値が式(5)として記述される。
As a result, the ML estimated value is described as Equation (5).
図11で説明したパラメータ推定プロセスでは、ML推定値は反復的に計算される。ML推定値の計算にはデータ
In the parameter estimation process described in FIG. 11, the ML estimate is calculated iteratively. Data for ML estimate calculation
上記で述べたように、この測定システムについてのMLEにおいて前方モデル計算を使用し得る。この前方モデルでは検出器出力信号を計算することが必要であり、そのために光伝播計算が実行される。最も一般的な方法はFFTに基づく伝播である。この方法は、フレネル回折や角スペクトル伝播など、フーリエ光学に基づくものである。 As mentioned above, forward model computation may be used in the MLE for this measurement system. In this forward model, it is necessary to calculate the detector output signal, for which light propagation calculations are performed. The most common method is FFT-based propagation. This method is based on Fourier optics, such as Fresnel diffraction and angular spectral propagation.
しかし、こうしたFFTに基づく伝播には先に述べた問題がある。FFTに基づく方法は、大収差を含む波面の伝播には非現実的なほど多くのサンプリング数と長い演算時間を必要とする。 However, such FFT-based propagation has the problems described above. The method based on FFT requires an unrealistically large number of samplings and a long calculation time for propagation of a wavefront including large aberrations.
これらの問題を克服するために、本発明の少なくとも1つの実施形態では、角スペクトル伝播などのFFT(高速フーリエ変換)に基づく伝播の代わりに、ビームレットに基づく伝播を用いる。さらに、処理時間を最小限に抑え、正確さを最適化するために、他の実施形態では、光線に基づく伝播とビームレットに基づく伝播の組合せを開示する。 To overcome these problems, at least one embodiment of the present invention uses beamlet based propagation instead of FFT (Fast Fourier Transform) based propagation such as angular spectral propagation. Furthermore, in order to minimize processing time and optimize accuracy, other embodiments disclose a combination of ray-based propagation and beamlet- based propagation.
参照文献4(B. D. Stone、T. J. Bruegge、「Practical considerations for simulating beam propagation: A comparison of three approaches」、Proc. SPIE 4832、359〜378、(2002))にビームレットに基づく伝播が記載されている。参照文献4には、ビームレットに基づく伝播としてガウシアンビームの分解が記載されている。 References 4 (B D. Stone, T J. Bruegge,... , "Practical considerations for simulating beam propagation: A comparison of three approaches ", Proc SPIE 4832,359~378, (2002) ) based on the beamlet propagation Is described. Reference 4 describes the decomposition of a Gaussian beam as propagation based on beamlets .
ビームレットに基づく伝播の例として、図12および図13を参照して光学構成を説明する。 As an example of propagation based on beamlets , the optical configuration will be described with reference to FIGS.
図12は、射出瞳平面2200を用いた前方伝播についての光学構成を示し、図13は、射出瞳球面2300を用いた前方モデルについての光学構成を示す。図12で、2205および2210(図13では2305および2310)はそれぞれレンズレットアレイおよびCCD(電荷結合素子)イメージセンサを表す。射出瞳の平面または球面においてそれぞれ波面または複雑な振幅分布を定義する。図示しない光源からCCDイメージセンサ面まで光線追跡を行う。瞳における波面および他の光学設計パラメータに基づいて光線の場所および方向が計算される。 FIG. 12 shows an optical configuration for forward propagation using the exit pupil plane 2200, and FIG. 13 shows an optical configuration for the front model using the exit pupil spherical surface 2300. In FIG. 12, 2205 and 2210 (2305 and 2310 in FIG. 13) represent a lenslet array and a CCD (Charge Coupled Device) image sensor, respectively. Define a wavefront or complex amplitude distribution in the plane or sphere of the exit pupil, respectively. Ray tracing is performed from a light source (not shown) to the CCD image sensor surface. The location and direction of the ray is calculated based on the wavefront at the pupil and other optical design parameters.
ビームレットに基づく伝播では、各光線はガウシアンビーム分布などの細いビームレットである。イメージセンサ面上で多数のビームレットが重ね合わされ、次いで、像面での強度プロファイルを計算し得る。 In propagation based on beamlets , each ray is a thin beamlet such as a Gaussian beam distribution. Multiple beamlets can be superimposed on the image sensor surface and then the intensity profile at the image surface can be calculated.
光学系にレンズレットアレイが存在しない場合、ビームレットの本数は射出瞳面のサイズに基づいて決められ、この方法(すなわちビームレットに基づく伝播)は極めて効率的な伝播方法となり得る。 If there is no lenslet array in the optical system, the number of beamlets is determined based on the size of the exit pupil plane, and this method (ie propagation based on beamlets ) can be a very efficient propagation method.
しかし、図12または図13で説明するように光学系内にレンズレットアレイ2205(2305)がある場合、発明者らは本発明で、各レンズレット内のビームレットの密度がビームレットに基づく伝播の正確さを維持する主要な因子であることを見いだした。 However, if there is a lenslet array 2205 (2305) in the optical system as described in FIG. 12 or 13, it in the present invention, the density of beamlets within each lenslet is based on the beamlet propagation It was found to be a major factor in maintaining the accuracy of.
図14(a)〜(e)および図15(a)〜(d)の上の図に、レンズレットアレイ2450上のビームレット2452の密度または本数を開示する。図14(a)〜(e)の下の図に、イメージセンサ面2210(2310)上の光強度分布(光スポット)を開示する。この光強度分布はビームレットに基づく伝播を用いることによって得られたものである。図示の計算には、「code V(登録商標)」内に設けられたビーム合成伝播(Beam Synthesis Propagation:BSP)を用いた。code V(登録商標)は、Optical Research Associates社によって開発された市販ソフトウェアパッケージである。1つのレンズレット2450当たりのビームレット2452の本数は、図14(a)〜(e)に示すように、それぞれ0または1、1、1または2、1〜3、1〜4である。 14 (a)-(e) and FIGS. 15 (a)-(d) above disclose the density or number of beamlets 2452 on the lenslet array 2450. FIG. 14A to 14E disclose the light intensity distribution (light spot) on the image sensor surface 2210 (2310). This light intensity distribution is obtained by using propagation based on beamlets . In the calculation shown in the figure, beam synthesis propagation (BSP) provided in “code V (registered trademark)” was used. code V® is a commercial software package developed by Optical Research Associates. As shown in FIGS. 14A to 14E, the number of beamlets 2452 per lenslet 2450 is 0 or 1, 1, 1 or 2, 1 to 3, and 1 to 4, respectively.
先に述べたように、光学系内にレンズレットアレイがない場合には、ビームレットの本数は射出瞳のサイズに基づいて決まる。しかし、光学系がレンズレットアレイを含む場合、射出瞳のサイズに基づいてビームレットの本数を決めることは難しいことがある。レンズレットアレイの各レンズレットのサイズは射出瞳のサイズよりもはるかに小さいので、射出瞳のサイズに基づき計算時間および正確さを考慮してビームレットの本数を決めると、レンズレットの特徴を正しく表すには本数が少な過ぎることになる。 As described above, when there is no lenslet array in the optical system, the number of beamlets is determined based on the size of the exit pupil. However, when the optical system includes a lenslet array, it may be difficult to determine the number of beamlets based on the size of the exit pupil. The size of each lenslet in the lenslet array is much smaller than the size of the exit pupil, so if the number of beamlets is determined based on the exit pupil size and taking into account the calculation time and accuracy, The number is too small to represent.
最後に、光学系内にレンズレットアレイが存在する場合、ビームレットの本数はレンズレットアレイ内のレンズレットの数に基づいて決めるべきであり、そうすれば、あらゆるレンズレットからの寄与がイメージセンサ面上の光強度分布(光スポット)に正しく表される。 Finally, if the lenslet array is present in the optical system, the number of beamlets should decide based on the number of lenslets in lenslet array, if so, contribution image sensor from every lenslet It is expressed correctly in the light intensity distribution (light spot) on the surface.
図14(a)〜(e)で説明したように、各レンズレット毎のビームレットの本数によってスポット像が決まる。さらに、図15(a)〜(d)で説明したように、1つのレンズレット当たり少なくとも3本のビームレットを用いる場合、理想的なスポット像を取得することが好ましいことがある。 As described in FIGS. 14A to 14E, the spot image is determined by the number of beamlets for each lenslet . Further, as described with reference to FIGS. 15A to 15D, when using at least three beamlets per lenslet , it may be preferable to obtain an ideal spot image.
ビームレット密度が1つのレンズレット当たり(ビームレット/レンズレット比)3本以上である場合、このビームレットに基づく伝播により、イメージセンサ面上でより適切なスポットアレイ像を計算し得る。 When the beamlet density is 3 or more per lenslet ( beamlet / lenslet ratio), propagation based on this beamlet can calculate a more appropriate spot array image on the image sensor surface.
次いで、データ解析部は、光学系の、または簡単な光学系を伴う構成要素の関心対象光学パラメータを推定することができる。したがって、本発明の少なくとも1つの実施形態によれば、従来の測定技術では測定が難しかった大収差を含む波面を正確に測定することができる。 The data analyzer can then estimate the optical parameters of interest of the component of the optical system or with a simple optical system. Therefore, according to at least one embodiment of the present invention, it is possible to accurately measure a wavefront including large aberrations, which is difficult to measure with conventional measurement techniques.
その結果、単レンズ、レンズユニット、または複数の光学構成要素の光学性能を簡単な光学構成を用いて検証することができる。
(第2実施形態)
先に述べたように、角スペクトル伝播の代わりに、ビームレットに基づく伝播を用いて大収差を含む波面を測定することができる。波面収差量は、波面偏差量に基づいて決定し得る。具体的には、ビームレットに基づく伝播法においては、各ビームレットは別々の焦点(スポット)を形成し、各スポットの重心位置は波面収差によって変位するので、変位した各スポットの逸脱が波面歪みに対応する。したがって、全ビーム波面歪みは、各波面の逸脱を統合することによって再構築し得る。波面が瞳上で極めて大きな偏差(波長数百個分または波長数千個分など)を有する場合、この偏差を表すには比較的多くのビームレットが必要になることがある。
As a result, the optical performance of a single lens, a lens unit, or a plurality of optical components can be verified using a simple optical configuration.
(Second Embodiment)
As previously mentioned, instead of angular spectral propagation, propagation based on beamlets can be used to measure wavefronts with large aberrations. The amount of wavefront aberration can be determined based on the amount of wavefront deviation. Specifically, in the beamlet- based propagation method, each beamlet forms a separate focal point (spot), and the center of gravity of each spot is displaced by wavefront aberration, so the deviation of each displaced spot is wavefront distortion. Corresponding to Thus, the total beam wavefront distortion can be reconstructed by integrating the deviations of each wavefront. If the wavefront has a very large deviation on the pupil (such as hundreds or thousands of wavelengths), a relatively large number of beamlets may be required to represent this deviation.
しかし、ビームレットの本数は演算リソースによって制限されるので、波面偏差量があるレベルを超えると、ビームレットに基づく伝播の正確さは急激に減少する。 However, since the number of beamlets is limited by computational resources, the accuracy of propagation based on beamlets decreases rapidly when the amount of wavefront deviation exceeds a certain level.
図16は、この問題を解決し得る前方モデルを説明する図である。図16では、2500、2504、2505、および2506はそれぞれダミー表面の面、検査光学素子、レンズレットアレイ、およびCCDイメージセンサを表す。この前方モデルは、レンズデータおよびダミー面2500を有する。このモデルにおいて検査光学素子2504のレンズ設計データが定義される場合、ダミー面2500上の波面偏差は、レンズ設計データを用いないダミー面上の波面偏差よりもはるかに小さくなる。この前方モデルを用いて、データ解析部内で波面偏差またはレンズ設計パラメータが推定される。 FIG. 16 is a diagram for explaining a forward model that can solve this problem. In FIG. 16, 2500, 2504, 2505, and 2506 represent the surface of the dummy surface, the inspection optical element, the lenslet array, and the CCD image sensor, respectively. This front model has lens data and a dummy surface 2500. When the lens design data of the inspection optical element 2504 is defined in this model, the wavefront deviation on the dummy surface 2500 is much smaller than the wavefront deviation on the dummy surface without using the lens design data. Using this forward model, the wavefront deviation or lens design parameters are estimated in the data analysis unit.
これらの推定結果を用いて波面収差を変換することができる。さらに、任意の関心対象光学パラメータも測定し得る。図17に、レンズユニット2608(レンズ群)を測定する光学構成を示す。2600、2608、2609、2610、および2615はそれぞれ点光源、検査レンズユニット、ダミー面、レンズレットアレイ、およびCCDイメージセンサを表す。この場合、表面プロファイル、レンズの厚さ、レンズ間距離、芯ずれ、傾き、または屈折率分布などの光学パラメータをデータ解析部で推定する推定対象とし得る。 Wavefront aberration can be converted using these estimation results. In addition, any optical parameter of interest can be measured. FIG. 17 shows an optical configuration for measuring the lens unit 2608 (lens group). Reference numerals 2600, 2608, 2609, 2610, and 2615 denote a point light source, an inspection lens unit, a dummy surface, a lenslet array, and a CCD image sensor, respectively. In this case, optical parameters such as a surface profile, lens thickness, inter-lens distance, misalignment, inclination, or refractive index distribution can be set as estimation targets estimated by the data analysis unit.
波面の測定データは、フリンジゼルニケ多項式を用いて表される。上記表1にこれらの多項式を示す。この場合、各多項式の係数が測定対象である。CCDイメージセンサからの検出器出力は図10に示す光学系によって取得される。フリンジゼルニケ多項式を用いて表す波面偏差は、図17に示す前方モデルにおいてはダミー面2609上で定義される。次いで、データ解析部において対数尤度関数を最大にするフリンジゼルニケ係数を探索する。 The wavefront measurement data is expressed using a Fringe Zernike polynomial. Table 1 shows these polynomials. In this case, the coefficient of each polynomial is the measurement target. The detector output from the CCD image sensor is acquired by the optical system shown in FIG. The wavefront deviation expressed using the Fringe Zernike polynomial is defined on the dummy surface 2609 in the forward model shown in FIG. Next, the data analysis unit searches for a fringe Zernike coefficient that maximizes the log likelihood function.
図18に、シミュレーションによって計算される検出器出力データを用いて計算された正規化コスト関数プロファイルのグラフを示す。コスト関数は、検出器の各画素における実験データと計算データの差の二乗に関係している。検出器アレイの画素数は1280×1024と仮定する。正規化コスト関数は、対数尤度関数の否定に対応し、コスト関数が最小になるゼルニケ係数が最大尤度値である。この例では、検出器出力データは、ダミー面上のゼルニケ係数がいずれもゼロであるという条件で生成される。 FIG. 18 shows a graph of the normalized cost function profile calculated using the detector output data calculated by simulation. The cost function is related to the square of the difference between the experimental data and the calculated data at each pixel of the detector. Assume that the number of pixels in the detector array is 1280 × 1024. The normalized cost function corresponds to the negation of the log likelihood function, and the Zernike coefficient that minimizes the cost function is the maximum likelihood value. In this example, the detector output data is generated under the condition that all the Zernike coefficients on the dummy surface are zero.
したがって、ゼルニケ係数=0は最適値である。ゼルニケ係数が変化すると正規化コスト関数も変化する。実際には初期ゼルニケ係数は未知であり、そのため、推定プロセスにより、このプロファイルにおける最小コスト関数を探索する。 Therefore, Zernike coefficient = 0 is an optimum value. As the Zernike coefficient changes, the normalized cost function also changes. In practice, the initial Zernike coefficients are unknown, so the estimation process searches for the minimum cost function in this profile.
37番目のフリンジゼルニケ多項式の係数を意味するC37の場合、1つのコスト関数の計算にかかる平均演算時間は50秒と測定される。演算時間のほとんどは図19(a)〜(c)に示す検出器出力データの計算に費やされる。図19(a)〜(c)の画素数はそれぞれ1280×1024、640×512、および320×256である。出力データの画素数を減らし得る場合、演算時間も短縮し得る。 In the case of C37, which means the coefficient of the 37th Fringe Zernike polynomial, the average calculation time for calculating one cost function is measured as 50 seconds. Most of the calculation time is spent calculating the detector output data shown in FIGS. The numbers of pixels in FIGS. 19A to 19C are 1280 × 1024, 640 × 512, and 320 × 256, respectively. When the number of pixels of the output data can be reduced, the calculation time can also be shortened.
図20に、1つの前方モデルにかかる演算時間の検出器アレイ画素数に対する依存性を示す。画素数を1280×1024から80×64に減らすと、演算時間を50秒から10秒に短縮することができる。つまり、測定時間のほとんどは前方モデル計算に使われるので、ゼルニケ係数推定を含む測定全体にかかる演算時間を1/5に減らすことができる。これらの結果に従って、少数画素を用いて測定時間を短縮し得る。一方、この場合には測定の正確さは悪くなる。図21に、検出器アレイのいくつかの異なる画素数について、前方モデルにおけるコスト関数のゼルニケ係数に対する依存性を示す。 FIG. 20 shows the dependence of the computation time for one forward model on the number of pixels in the detector array. If the number of pixels is reduced from 1280 × 1024 to 80 × 64, the computation time can be shortened from 50 seconds to 10 seconds. That is, since most of the measurement time is used for forward model calculation, the calculation time for the entire measurement including Zernike coefficient estimation can be reduced to 1/5. According to these results, the measurement time can be shortened by using a small number of pixels. On the other hand, in this case, the measurement accuracy is deteriorated. FIG. 21 shows the dependence of the cost function on the forward model on the Zernike coefficients for several different numbers of pixels in the detector array.
画素数が80×64の場合のコスト関数プロファイルの傾斜は、画素数が1280×1024の場合の傾斜よりも小さくなっている。この結果は、画素数が80×64の場合に測定感度が低くなることを意味する。しかし、推定プロセスの開始時に最も重要なことは、探索点がいかに早く最適点近傍に移動し得るかであり、そのため高感度は必要ない。したがって、小画素数の像を粗い探索に適用し得る。80×64画素の像を推定プロセス全体の60%に適用すると、測定の正確さは同じままで演算時間を48%も短縮することができる。実際の測定システムでは、演算リソースおよび必要とされる正確さに応じて様々な画素数を適用し得る。 The slope of the cost function profile when the number of pixels is 80 × 64 is smaller than the slope when the number of pixels is 1280 × 1024. This result means that the measurement sensitivity is low when the number of pixels is 80 × 64. However, the most important thing at the start of the estimation process is how fast the search point can move to the vicinity of the optimal point, so high sensitivity is not required. Therefore, an image with a small number of pixels can be applied to a rough search. Applying an 80 × 64 pixel image to 60% of the overall estimation process can reduce the computation time by 48% while maintaining the same measurement accuracy. In actual measurement systems, different pixel numbers may be applied depending on the computational resources and the required accuracy.
各測定において、測定システムのデータ解析部で前方モデルが計算される。単レンズまたはレンズユニットの生産ラインでは、同じ設計パラメータを有する類似のタイプのレンズまたはレンズユニットの光学性能が測定される。この場合、推定プロセスの開始時に、類似のパラメータを有する前方モデルが各測定において繰り返し計算される。 For each measurement, a forward model is calculated in the data analysis part of the measurement system. In a single lens or lens unit production line, the optical performance of similar types of lenses or lens units having the same design parameters is measured. In this case, at the beginning of the estimation process, a forward model with similar parameters is repeatedly calculated in each measurement.
図22に、メモリ装置(ユニット)1109に記憶されたデータベース1110を含む測定システムのデータ解析部の概略図を示す。図11のステップと図22のステップの差はステップS304である。具体的には、ステップS13の後で、データベース1110内を探索してデータベース内にデータが存在するかどうか判断するステップS304がある。データベース1110内に有用なデータが存在する場合、このデータを用いてステップS15で尤度を計算する。ステップS304でデータベース1110内にこのようなデータが存在しない場合にはステップS14を実行することができ、計算結果をデータベースに記憶し得る。 FIG. 22 shows a schematic diagram of the data analysis unit of the measurement system including the database 1110 stored in the memory device (unit) 1109. The difference between the step of FIG. 11 and the step of FIG. 22 is step S304. Specifically, after step S13, there is a step S304 in which the database 1110 is searched to determine whether data exists in the database. If useful data exists in the database 1110, the likelihood is calculated in step S15 using this data. If such data does not exist in the database 1110 in step S304, step S14 can be executed, and the calculation result can be stored in the database.
このデータベースは、以前に計算された複数の前方モデル出力データを記憶し得る。これらの前方モデル出力データは、それぞれの前方モデルにおいて定義される計算パラメータとともに記憶され、次いで、このデータベースが索引付けされる。同じまたは類似のレンズがこの光学測定装置によって測定されると、データ解析部におけるパラメータ推定プロセスは、索引付けされたデータベース内の類似パラメータを用いて計算されたデータを探索する。データベース内に類似のデータが見つかると、(ステップS15で)このデータを用いて尤度を計算する。類似のデータが見つからない場合には、新たな前方モデルが計算され、次いで、計算されたデータがデータベースに記憶される。類似のレンズが繰り返し測定される間に、データベースは類似のパラメータを用いた計算済みデータを有することになるので、必要な前方計算数を減らすことができる。 This database may store a plurality of previously calculated forward model output data. These forward model output data are stored with the calculation parameters defined in each forward model, and then this database is indexed. When the same or similar lens is measured by the optical measurement device, the parameter estimation process in the data analyzer searches the data calculated using the similar parameters in the indexed database. If similar data is found in the database, the likelihood is calculated using this data (in step S15). If no similar data is found, a new forward model is calculated and the calculated data is then stored in the database. While similar lenses are repeatedly measured, the database will have calculated data with similar parameters, thus reducing the number of forward calculations required.
言い換えると、繰返し測定中に測定時間が短くなり得る。1280×1024画素のデータではファイルアクセスタイムは0.5秒未満であり、この時間は、前方モデルの計算にかかる時間よりも1/100短い。したがって、この測定システムを用いて測定を連続的に加速し得る。 In other words, the measurement time can be shortened during repeated measurements. In the data of 1280 × 1024 pixels, the file access time is less than 0.5 seconds, and this time is 1/100 shorter than the time taken to calculate the forward model. Thus, the measurement system can be used to continuously accelerate the measurement.
さらに、データベースに記憶されるデータは測定システム外で計算することができる。オフィスまたはサーバルーム内で使用していないコンピュータにより様々なパラメータで前方モデルをあらかじめ計算し得る。その結果、この測定システムにおける処理を連続的に加速することができる。こうして尤度計算が加速されることにより、推定プロセスにおける反復回数がより多くなる。その結果、測定の正確さも連続的に改善することができる。 Furthermore, the data stored in the database can be calculated outside the measurement system. The forward model can be pre-calculated with various parameters by a computer not used in the office or server room. As a result, the processing in this measurement system can be continuously accelerated. This acceleration of likelihood calculation results in more iterations in the estimation process. As a result, the measurement accuracy can be continuously improved.
このシステムでは、様々な画素数を有する様々なデータをデータベースに記憶し得る。粗い測定では、小画素数データが適用可能である。この場合、ファイルアクセスタイムを短縮し得る。 In this system, different data with different numbers of pixels can be stored in the database. For coarse measurements, small pixel count data can be applied. In this case, the file access time can be shortened.
上記の説明では、1つの検出器アレイのデータを用いる測定を説明したが、複数の検出器データが適用可能である。異なる検出器位置、照明モード、偏光状態、または検査レンズ位置で複数の検出器データを取得すると測定性能の改善に寄与する。 In the above description, measurement using data of one detector array has been described, but a plurality of detector data can be applied. Acquiring multiple detector data at different detector positions, illumination modes, polarization states, or inspection lens positions contributes to improved measurement performance.
本発明によれば、従来の測定技術では測定し得なかった大収差を含む波面を測定することができる。そして光学パラメータも測定することができる。その結果、簡単な光学構成を用いてレンズまたはレンズユニットの光学性能を検証し得る。
(第3実施形態)
計算時間を短縮するために、第3実施形態では、大波面収差を推定するのにかかる時間を大幅に短縮し得るモデル化および計算方法を説明する。
According to the present invention, it is possible to measure a wavefront including large aberration that could not be measured by a conventional measurement technique. Optical parameters can also be measured. As a result, the optical performance of the lens or lens unit can be verified using a simple optical configuration.
(Third embodiment)
In order to reduce the calculation time, the third embodiment describes a modeling and calculation method that can significantly reduce the time taken to estimate large wavefront aberration.
図23に、図19に類似の検出器出力像の例を示す。図23を参照して、円2300の内部においてすべてのスポットはそれらの強度ピーク位置によって明確になっていることを当業者は留意されたい。 FIG. 23 shows an example of a detector output image similar to FIG. Referring to FIG. 23, those skilled in the art should note that all spots within circle 2300 are defined by their intensity peak positions.
図24に、図23の像の断面と、検出器上で観察し得る強度ピーク位置との関係を示す。 FIG. 24 shows the relationship between the cross section of the image of FIG. 23 and the intensity peak position that can be observed on the detector.
このような場合には、回折を考慮せずに、またはBSP(ビーム合成伝播)を用いずに光線光学(幾何光学)に基づいて像の特性を解析することができる。この場合、第1実施形態の図11に示すプロセスで前方モデルを計算するのに、BSPを用いる代わりに光線光学(幾何光学)を用いることが可能である。 In such a case, the characteristics of the image can be analyzed based on light beam optics (geometric optics) without taking diffraction into account or without using BSP (beam synthesis propagation). In this case, it is possible to use ray optics (geometric optics) instead of using the BSP to calculate the forward model in the process shown in FIG. 11 of the first embodiment.
図25に、光線光学に基づく前方計算モデル用の配置を示す。このモデルを用いてビームレットに基づく前方計算を行うこともできる。3500は点光源を表す。レンズユニット3501は、シミュレーションにその設計データを用いることによって製作誤差がないと仮定する。レンズレットアレイ3502はN個のレンズレット3504からなり、Nは1より大きな正の整数である。i番目のレンズレットについて、このレンズレットの中心に向けられた点光源3500からの光線を追跡することができる。次いで、この光線(図25でi番目の光線3505)と検出器3503における点との交点を計算し得る。この点は、i番目のレンズレットによって検出器3503の表面上に生成されるスポット像の位置を表し、(xi,yi)と記述する。1つのレンズレット当たり1本の光線だけを追跡するとし、N個のレンズレットからなるレンズレットアレイでは合計でN本の光線を考える。 FIG. 25 shows an arrangement for a forward calculation model based on ray optics. A forward calculation based on the beamlet can also be performed using this model. Reference numeral 3500 denotes a point light source. The lens unit 3501 assumes that there is no manufacturing error by using the design data for the simulation. The lenslet array 3502 includes N lenslets 3504, where N is a positive integer greater than one. For the i th lenslet, the ray from the point source 3500 directed to the center of this lenslet can be traced. The intersection of this ray (i-th ray 3505 in FIG. 25) and a point at detector 3503 can then be calculated. This point represents the position of the spot image generated on the surface of the detector 3503 by the i-th lenslet, and is described as (x i , y i ). Suppose that only one ray is traced per lenslet, and a total of N rays are considered in a lenslet array consisting of N lenslets.
レンズユニット3501が製作誤差を有する場合、検出器3503上に生成される像の位置が図26に示すように影響を受ける。この場合、i番目の光線3505と検出器3503の交点は When the lens unit 3501 has a manufacturing error, the position of the image generated on the detector 3503 is affected as shown in FIG. In this case, the intersection of the i-th light beam 3505 and the detector 3503 is
毎に実験的に得ることができる。ここでi=1,2,3...Nである。このような実験データを用いて製作誤差の影響を評価することができ、最終的に、図11または図22のデータ解析部1106のパラメータ推定モジュール1108を用いてレンズユニットの波面収差を推定することができる。 Each can be obtained experimentally. Where i = 1, 2, 3. . . N. The influence of the manufacturing error can be evaluated using such experimental data, and finally the wavefront aberration of the lens unit is estimated using the parameter estimation module 1108 of the data analysis unit 1106 of FIG. 11 or FIG. Can do.
計算に際しては、図27に示すモデルを用い得る。ここで、ダミー要素(またはダミー面)3701を光学系の一部として挿入する。ダミー面を用いる目的は、図16および図17を参照して第2実施形態で説明したとおりである。製作誤差がない場合、ダミー要素3701は光学性能に影響を及ぼさない。製作誤差がないと、i番目の光線は図25に示すように(xi,yi)で検出器と交差する。製作誤差があると、この点は図26に示すように
レンズユニットの製作誤差の影響を評価し、レンズユニットの波面収差を推定するために、まず、
図28に、反復数に対するコスト関数の変化を示す。この例では、各ゼルニケ係数毎に3回反復した後で、表2に示す結果が得られる。 FIG. 28 shows the change of the cost function with respect to the number of iterations. In this example, the results shown in Table 2 are obtained after three iterations for each Zernike coefficient.
この最適化では、ゼルニケ係数(2〜36、第1実施形態の表1を参照されたい)は変数として設定される。それらの初期値はゼロであり、表2にコスト関数を最小限に抑える最適化された値を示す。この例の推定に用いた光線数(またはレンズレット数)は1,245本とした。3回の反復にかかる演算時間は約15秒であった。これはビームレットに基づく伝播によるモデル化を用いる場合よりもはるかに短い。 In this optimization, Zernike coefficients (2 to 36, see Table 1 of the first embodiment) are set as variables. Their initial values are zero, and Table 2 shows optimized values that minimize the cost function. The number of rays (or the number of lenslets) used for estimation in this example was 1,245. The computation time required for the 3 iterations was about 15 seconds. This is much shorter than with beamlet based propagation modeling.
光線光学に基づくモデルを構築することの利点の1つは、非常に高度なレンズ設計アルゴリズムを適用するレンズ設計と同じやり方で最適化プロセスを実施し得ることである。 One advantage of building a model based on ray optics is that the optimization process can be performed in the same way as a lens design applying a very advanced lens design algorithm.
上記の例では1つのレンズレット当たり1本の光線だけを考えたが、各レンズレットの特性をより正確にモデル化するために、図29に示すように各レンズレット毎に2本以上の光線を定義し得る。図29では、3900、3901、3902、3903、および3904はそれぞれ、点光源、ダミー面、レンズユニット、レンズレットアレイ、検出器を表す。 In the above example, only one ray per lenslet was considered, but in order to more accurately model the characteristics of each lenslet, two or more rays for each lenslet as shown in FIG. Can be defined. In FIG. 29, 3900, 3901, 3902, 3903, and 3904 represent a point light source, a dummy surface, a lens unit, a lenslet array, and a detector, respectively.
上記モデル化では、光線の代わりに、BSPを用いるビームレットを用いることができる。実験結果を十二分に利用するためには、各レンズレット毎に少なくとも1本の光線またはビームレットが必要である。1本の光線またはビームレットを各レンズレットを通して追跡する場合、図30に、レンズレット上の光線またはビームレット4001の位置を示す。計算の正確さを保証するために、この光線またはビームレットを対応するレンズレット4000の中心(またはその近傍)に位置決めすることが必要である。 In the above modeling, a beamlet using BSP can be used instead of the light beam . In order to make full use of the experimental results, at least one beam or beamlet is required for each lenslet. When a single ray or beamlet is tracked through each lenslet, FIG. 30 shows the position of the ray or beamlet 4001 on the lenslet . In order to ensure the accuracy of the calculation, it is necessary to position this ray or beamlet at the center of (or near) the corresponding lenslet 4000.
図31および図32に、各レンズレットを通して複数の光線またはビームレットを追跡する場合を示す。各レンズレット毎に複数の光線またはビームレットを追跡する場合、あらゆる方向に光線密度(またはビームレット密度)を均一にするために、図32に示すように、光線またはビームレットの数は理想的には3本以上とすべきである。 31 and 32 show a case where a plurality of light beams or beamlets are traced through each lenslet. If tracking multiple rays or beamlets for each lenslet, to achieve a uniform light density (or beamlets density) in all directions, as shown in FIG. 32, the number of rays or beamlets Ideally Should be 3 or more.
再び図23を参照すると、図23の円2300の外側の区域は、光線光学に基づいて正確にモデル化することはできないが、ビームレットに基づく伝播を用いて正確にモデル化することはできる。言い換えれば、本発明の少なくとも1つの実施形態によれば、収差がある収差レベルよりも小さい波面の領域に対して光線に基づく伝播モデルを使用し得る。一方、収差がある所定レベル以上の波面の領域に対しては、前方伝播モデルとしてビームレットに基づく伝播モデルを使用し得る。この収差レベルは、図11を参照して説明したパラメータ推定プロセスにおけるステップS14〜S16の反復中にゼルニケ係数が影響を受ける変化量によって決定し得る。光線に基づく伝播モデルを用いるか、あるいは、ビームレットに基づく伝播モデルを用いるかの判断は、図11のステップS16を参照して説明したように、推定されたパラメータが収斂したかどうかにも基づくことがある。したがって、本発明の少なくとも1つの実施形態によれば、前方伝播モデルとして光線に基づく伝播モデルまたはビームレットに基づく伝播モデルを波面収差のレベルに基づいて選択的に用い得る。光線に基づくモデル化の利点はその計算スピードであり、ビームレットに基づくモデル化の利点はその正確さである。 Referring again to FIG. 23, the area outside the circle 2300 in FIG. 23 cannot be accurately modeled based on ray optics, but can be accurately modeled using propagation based on beamlets . In other words, according to at least one embodiment of the present invention, a ray-based propagation model may be used for regions of the wavefront where the aberration is less than some aberration level. On the other hand, a propagation model based on a beamlet can be used as a forward propagation model for a wavefront region having aberration above a predetermined level. This aberration level may be determined by the amount by which the Zernike coefficients are affected during the iterations of steps S14-S16 in the parameter estimation process described with reference to FIG. The determination of whether to use a ray-based propagation model or a beamlet- based propagation model is also based on whether the estimated parameters have converged, as described with reference to step S16 of FIG. Sometimes. Thus, according to at least one embodiment of the present invention, a ray-based propagation model or a beamlet- based propagation model can be selectively used as the forward propagation model based on the level of wavefront aberration. The advantage of ray-based modeling is its computational speed, and the advantage of beamlet- based modeling is its accuracy.
次いで、この波面推定技術を実施するに当たって、この2つのモデル化方法を適切に組み合わせることができる。例えば、光線に基づくモデル化は、粗い推定に用いることができ、その後で、光線に基づく推定の結果を用いてビームレットに基づくモデル化に基づいてより詳細な推定を行い得る。より具体的には、光線に基づく伝播を用いて、製作パラメータが光学構成要素の所定の区域(例えば、中心区域または平坦区域)に及ぼし得るあらゆる可能な影響を迅速に評価し、ビームレットに基づく伝播を用いて、被検査光学構成要素のより敏感な区域(例えば、外側領域)での波面収差量を正確に求める(推定する)ことができる。 The two modeling methods can then be combined appropriately in implementing this wavefront estimation technique. For example, ray-based modeling can be used for coarse estimation, and then a more detailed estimation can be made based on beamlet- based modeling using the results of ray-based estimation. More specifically, ray-based propagation is used to quickly assess any possible impact that fabrication parameters can have on a given area of an optical component (eg, a central area or a flat area) and is based on beamlets . Propagation can be used to accurately determine (estimate) the amount of wavefront aberration in a more sensitive area (eg, the outer region) of the optical component being inspected.
例示の実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は開示した例示の実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。添付の特許請求の範囲は、最も広い解釈に従うものとし、そのため、その場合のあらゆる改変形態ならびに等価な構造および機能が含まれるものとする。 Although the invention has been described with reference to exemplary embodiments, it should be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. The appended claims are to be accorded the broadest interpretation and thus all modifications and equivalent structures and functions are intended to be included.
1000 レーザ
1001 NDフィルタ
1002 ビームエキスパンダ
1004、1006、1007 レンズ
1005 検査光学素子
1008 レンズレットアレイ
1009 データ解析部
1010 CCDセンサ
1100 光源
1101 NDフィルタ
1102 照明光学素子
1103 検査光学素子
1104 レンズレットアレイ
1105 検出器アレイ
1106 データ解析部
1107 較正モジュール
1108 パラメータ推定モジュール
1109 メモリ装置
1110 データベース
1120 データ取得系
1121 スクリーンショット
1122 スクリーンショット
2010 検出器アレイ
2200 射出瞳平面
2205 レンズレットアレイ
2210 イメージセンサ
2300 射出瞳曲面
2300 円
2305 レンズレットアレイ
2310 イメージセンサ
2450 レンズレットアレイ
2452 ビームレット
2500 ダミー表面
2500〜2503 焦点スポット
2504 検査光学素子
2505 レンズレットアレイ
2506 イメージセンサ
2600 点光源
2608 検査レンズユニット
2609 ダミー面
2610 レンズレットアレイ
2615 CCDイメージセンサ
3500 点光源
3501 レンズユニット
3502 レンズレットアレイ
3500〜3503 焦点スポット
3503 検出器
3504 レンズレット
3505 光線
3701 ダミー要素
3900 点光源
3901 ダミー面
3902 レンズユニット
3903 レンズレットアレイ
3904 検出器
4000 矩形領域
4000 レンズレット
4001 光線またはビームレット
5000 点光源
5010 検査レンズ
5020 レンズレットアレイ
5030 CCDイメージセンサ
6010 射出瞳
6020 レンズレットアレイ面
6030 検出器アレイ面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1000 Laser 1001 ND filter 1002 Beam expander 1004, 1006, 1007 Lens 1005 Inspection optical element 1008 Lenslet array 1009 Data analysis part 1010 CCD sensor 1100 Light source 1101 ND filter 1102 Illumination optical element 1103 Inspection optical element 1104 Lenslet array 1105 Detector Array 1106 Data analysis unit 1107 Calibration module 1108 Parameter estimation module 1109 Memory device 1110 Database 1120 Data acquisition system 1121 Screenshot 1122 Screenshot 2010 Detector array 2200 Exit pupil plane 2205 Lenslet array 2210 Image sensor 2300 Exit pupil curved surface 2300 Circle 2305 Lens Let Array 231 0 The image sensor 2450 lenslet array 2452 beamlets 2500 dummy surface 2500-2503 focal spot 2504 inspection optical element 2505 lenslet array 2506 image sensor 2600 points source 2608 inspection lens unit 2609 dummy surface 2610 lenslet array 2615 CCD image sensor 3500 points source 3501 Lens unit 3502 Lenslet array 3500-3503 Focus spot 3503 Detector 3504 Lenslet 3505 Ray 3701 Dummy element 3900 Point light source 3901 Dummy surface 3902 Lens unit 3903 Lenslet array 3904 Detector 4000 Rectangular area 4000 Lenslet 4001 Ray or beamlet 5000 point light source 5010 inspection Lens 5020 lenslet array 5030 CCD image sensor 6010 exit pupil 6020 lenslet array surface 6030 detector array surface
Claims (9)
光源と、
前記光源からの光が通過する複数のレンズレットを含むレンズレットアレイと、
前記レンズレットアレイを介して光強度分布を取得するように構成された検出器アレイと、
処理ユニットとを備え、
前記処理ユニットは、前記取得された光強度分布を用いてデータ処理を実行し、前記データ処理は、ビームレットに基づく伝播モデルおよび光線に基づく伝播モデルの少なくとも1つを前方伝播モデルとして用いる推定プロセスを含み、
前記前方伝播モデルにおける光学構成は、ダミー面を有し、前記ダミー面上において前記波面の形状を推定するためのものであり、
前記推定プロセスは、前記検出器アレイによって検出される光強度分布と計算によって得られる前記検出器アレイの表面上の光強度分布との差が小さくなるように前記ダミー面を定める変数を最適化することによって、前記ダミー面上の前記波面の形状を推定することを含む、
ことを特徴とする装置。 An apparatus for measuring the wavefront of light passing through an inspection optical element,
A light source;
A lenslet array including a plurality of lenslets through which light from the light source passes;
A detector array configured to obtain a light intensity distribution via the lenslet array;
A processing unit,
The processing unit performs data processing using the acquired light intensity distribution, and the data processing uses at least one of a beamlet-based propagation model and a ray-based propagation model as a forward propagation model. only including,
The optical configuration in the forward propagation model has a dummy surface, and is for estimating the shape of the wavefront on the dummy surface,
The estimation process optimizes the variables that define the dummy surface such that the difference between the light intensity distribution detected by the detector array and the calculated light intensity distribution on the surface of the detector array is reduced. Including estimating the shape of the wavefront on the dummy surface,
A device characterized by that.
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