JP2002296006A - 固体を伝搬するレーザ光による測長方法及びそのレーザ光による露光とパターニング方法 - Google Patents
固体を伝搬するレーザ光による測長方法及びそのレーザ光による露光とパターニング方法Info
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Abstract
伝搬するレーザ光による測長方法及びそのレーザ光によ
る露光とパターニング方法を提供する。 【解決手段】 2個の互いに摺動するくさび形プリズム
7,10を用いて変位に伴い光路が変化する固体光伝搬
路を構成し、複数の光路L1,L2の光路差による干渉
に基づいて変位を計測することにより、ナノメートルオ
ーダーの高精度計測を行う。
Description
ーザ光による測長方法及びそのレーザ光による露光とパ
ターニング方法に係り、特に、ナノメートルオーダーの
スケールに関するものである。
安定なものでは、波長の10-8以上の安定度が得られて
いる。そのため、精密な計測が必要とされる分野では、
レーザの波長を用いた変位計測が広く用いられている。
の波長は、光の伝搬する媒体の屈折率の影響を受ける。
波長をλ、屈折率をnとすると、媒体中の波長はλ/n
となる。レーザが真空中を伝搬する場合は、nの揺らぎ
は問題とならないが、空気などの気体中を伝搬する場
合、空気の流れや温度勾配による屈折率のむらが波長の
安定度に影響を与え、真空中の計測と比べ精度の劣化が
生じる。この問題に対し、今までは、なるべく空気の流
れやむらをなくすか、光路を真空にするしか対策がなか
った。
体、特に単結晶を含む均質な媒体では屈折率の局所的な
変動も少なく、温度変化による変動も緩やかであり、し
かも、固体の場合は、必要に応じて固体媒体を温度調節
することも容易であるため、固体内を伝搬するレーザ光
を用いることにより、ナノメートルオーダーのスケール
を得るようにしたものである。
く、かつ高い精度を有する固体を伝搬するレーザ光によ
る測長方法そのレーザ光による露光とパターニング方法
を提供することを目的とする。
成するために、 〔1〕固体を伝搬するレーザ光による測長方法におい
て、2個の互いに摺動するくさび形プリズムを用いて変
位に伴い光路が変化する固体光伝搬路を構成し、複数の
光路の光路差による干渉に基づいて変位を計測すること
により、ナノメートルオーダーの高精度計測を行うこと
を特徴とする。
方法において、固体内で内面全反射を生じる、複数本の
レーザ光を前記固体に入射し、その固体内で干渉を生じ
させ、その干渉を反映して、前記固体表面に光路の表面
に対する角度や前記固体の屈折率等によって定まる光近
接場のフリンジを生じさせ、移動部に設けた検出器で前
記フリンジを読み出すことによって、変位や物の大きさ
を計測することを特徴とする。
ーザ光による測長方法において、前記光近接場のフリン
ジを光透過性のある試料や金属薄膜の試料に生じさせる
ことにより、長さの基準となる縞模様を試料に重畳する
ことを特徴とする。
方法において、固体表面に、積極的に光近接場を伝搬光
に変換する、ナノメートルオーダーの凹凸や微小球の配
列を設け、電場増強をもたらす金属薄膜をコーティング
する固体を全反射面に設け、複数本のレーザ光を前記固
体に入射し、前記複数のレーザ光による内面全反射と干
渉を生じさせ、干渉に対応して縞状に発生した光近接場
をあらかじめ表面に施した処理によって、周期性のある
伝搬光や、周期性のある電界分布を生させ、これによ
り、固体の導波路で、表面に長さの基準となる周期性の
ある物理量が浮き出している物差しを実現することを特
徴とする。
とパターニング方法において、固体表面に感光性のある
レジストを塗布し、周期性のある光近接場を伝搬光に変
換したもので露光を行い、これにより、レジストのパタ
ーニングを行い、そのパターニング後、金属蒸着、レジ
ストの除去を行うことにより、金属の目盛りを有する導
波路を得ることを特徴とする。
方法において、固体表面に生じた、周期性のある物理量
を読み出すために、走査型光近接場顕微鏡のプローブ
や、100nmオーダーのスリットを周期的に有する基
板を用い、スリットを用いて光近接場を伝搬光に変換
し、基板の変位に伴う伝搬光の光強度の変化を光検出素
子で検出し、それにより移動部の固体光導波路に対する
相対変位を計測することを特徴とする。
〔6〕記載の固体を伝搬するレーザ光による測長方法に
おいて、光音響素子を用いて、光近接場がある角周波数
ωで変位するようにすると、移動部が変位しない場合に
光がωで変位し、移動子が変位すると、変位に応じて位
相の回転を生じ、それにより変位を計測することを特徴
とする。
て詳細に説明する。
搬するレーザ光によるマイケルソン干渉測長装置の構成
図、図2は一般的なマイケルソン干渉計であり、図3は
本発明の第1実施例を示すマイケルソン干渉測長システ
ムの模式図である。
偏光板3、波長板4、ビームスプリッタ5、光検出器
(PD)6、小さいくさびプリズム7が搭載されてい
る。
ム10が搭載され、固定部1と移動部9の摺動面にはイ
ンデックスマッチング液11が設けられている。
にインデックスマッチング液11を塗布した小さいくさ
びプリズム7と大きいくさびプリズム10からなる固体
導波路内にレーザ光8を入射し、干渉を生じさせる。つ
まり、レーザ干渉計を構成する。
による測長について説明する。
路内にレーザ干渉計を構成する。摺動面には屈折率を固
体と同じくしたインデックスマッチング液11を入れ
る。図2には一般的なマイケルソン干渉計が示されてお
り、この図において、100は固定側であり、光源10
1、偏光板102、波長板103、ビームスプリッタ1
04、固定ミラー105、受光素子106を有してい
る。107は移動ミラー、L1,L2は光路である。
気、若しくは真空の場合が多い。光路L1と光路L2の
差によって光の干渉を強め合ったり、弱め合うように作
用し、その結果、干渉の明暗を生じる。この明暗は受光
素子106で検出される。光路中の屈折率が一定であれ
ば、図2で示した構成で移動ミラーの変位が正確に計測
可能である。しかし、媒体が空気の場合、屈折率の揺ら
ぎによって、変位が生じていなくても光路に差を生じ、
変位計測に誤差を生じる場合がある。そのため干渉計に
おいて重要なことは、干渉の対象となる、複数の光路
の、屈折率の変動を抑えることである。
模式図であり、図1に対応させた符号が付与されてい
る。ここで、Aは固定ミラー、Bは大きいくさび形プリ
ズム10に設けられる移動ミラーである。
る2個の光路L1,L2の大部分が固体内を伝搬する構
成になっている。この干渉測長システムと、図2の一般
的なマイケルソン干渉計の構成とを対比すると、その相
違点は、光路L2の光路が2個のくさび形プリズム7,
10からなる点であり、光路L1が極力短く構成され、
光路L1に対応するミラーAがビームスプリッタ5に近
接して設置されている点である。2個のくさび形プリズ
ム7,10はその斜めの面を互いに摺動させる。その摺
動面は屈折率がプリズムと同一のインデックスマッチン
グ液11で満たされている。
搬する干渉計が実現される。
測がはじめて可能となった。
いたレーザ干渉計である。固体中の屈折率は急激には変
わることがなく、また、単結晶などの均質な材料を用い
ることにより、屈折率の局所的な変動を大きく抑えるこ
とが可能となる。固体の屈折率は温度により変動し得る
が、その変化は緩やかなものであり、また、近年の精密
な温度制御技術を用いることにより、屈折率の変動幅を
小さく抑えることが可能である。
渉計は、正確な変位や、物の大きさを計測する上で極め
て有効、かつ信頼性の高いものとなる。
搬するレーザ光による測長装置の構成図である。
22はプリズム、23は縞状に並んだ光近接場、24は
直動案内機構固定部、25は直動案内機構移動部、26
はその移動部にセットされるフォトダイオード、27は
そのフォトダイオード26の先端部に設けられるSNO
Mプローブやカンチレバーなどの走査型光近接場プロー
ブである。
伝搬レーザ光28,29の、固体(プリズム)22の表
面において生じる光近接場23の干渉フリンジを固体導
波路の表面で走査型光近接場プローブ27により検出
し、並進変位を計測することができる。なお、プリズム
22は直角プリズムでも、ガラス平板にプリズムを貼り
付け、光を平板内に導入したものでもよい。
じる、複数本のレーザ光28,29を固体(プリズム)
22に入射し、固体(プリズム)22内で干渉を生じさ
せる。これにより、干渉を反映して、固体表面にエバネ
セント場の縞状の分布(フリンジ)が生じる。このフリ
ンジの間隔は波長、光路の表面に対する角度、固体の屈
折率等によって定まる。移動部25に設けた検出器(フ
ォトダイオード)26でこのフリンジを読み出すことに
よって、変位や物の大きさを知ることが可能となる。
搬するレーザ光による測長装置の構成図である。
32は光透過性試料(プリズム)、33は縞状に発生し
た光近接場、34は被測定対象、35は光検出器(P
D)、36は走査型光近接場プローブ(SNOMプロー
ブ)、37,38は入射するレーザ光である。
象34がパターニングされている場合、表面に光近接場
33のフリンジを発生させ、光透過性試料32の寸法を
フリンジ間隔から測定する。なお、光透過性試料32は
直角プリズムでも、ガラス平板にプリズムを貼り付け、
光を平板内に導入したものでもよい。
搬するレーザ光による測長装置の構成図である。
42はプリズム、43はプリズム42の表面に形成され
た金属薄膜、44は縞状に並んだ光近接場、45は直動
案内機構固定部、46は直動案内機構移動部、47はそ
の移動部にセットされるフォトダイオード、48はその
フォトダイオード47の先端部に設けられるSNOMプ
ローブやカンチレバーなどの走査型光近接場プローブで
ある。
接場を乱すような波長以下の凹凸や電場増強のための金
属薄膜43を設け、複数本のレーザ光49,50を固体
(プリズム)42に入射し、それによって導波路内部の
レーザ干渉フリンジや電界のフリンジを固体導波路の表
面で検出し、移動部の並進変位を測定する。なお、プリ
ズム42は直角プリズムでも、ガラス平板にプリズムを
貼り付け、光を平板内に導入したものでもよい。
搬するレーザ光による測長装置の構成図である。
52はプリズム、53は縞状に発生した光近接場とそれ
により縞状に発生した伝搬光、54は金属薄膜、55は
レジスト膜、56,57は複数本のレーザ光である。
それにより縞状に発生した伝搬光53を用いて、波長以
下のレベルでレジスト膜55の露光を行い、レジスト膜
55のパターニングを行う。これにより、プリズム52
上に塗布したレジストのパターニングが可能となる。
属薄膜54のエッチングを行うと、その目盛りを測長の
基準や、回路パターン、光学グレーチングとして用いる
ことが可能になる。目盛りの間隔は波長を基準としてい
る。なお、プリズム52は直角プリズムでも、ガラス平
板にプリズムを貼り付け、光を平板内に導入したもので
もよい。
搬するレーザ光による測長装置の構成図である。
62はプリズム、63は縞状に発生した光近接場、64
はレジスト膜、65は金属薄膜、66は基板、67,6
8は複数本のレーザ光である。
膜65及び基板66からなるものをプリズム62面に押
し当て、レジスト膜64を露光する。
下のレベルでレジスト膜64の露光を行うことにより、
基板66上に塗布したレジスト膜64のパターニングが
可能となる。得られたレジスト膜64をマスクとして金
属薄膜65のエッチングを行うと、その目盛りを測長の
基準や、回路パターン、光学グレーチングとして用いる
ことが可能になる。目盛りの間隔は波長を基準としてい
る。プリズム62は直角プリズムでも、ガラス平板にプ
リズムを貼り付け、光を平板内に導入したものでもよ
い。
接場のフリンジを、光透過性のある試料や、金属薄膜の
試料に生じさせることにより、長さの基準となる縞模様
を試料に重畳することが可能となる。これは、ナノメー
トルオーダーの物差しの目盛りを試料に張りつけて、試
料の特定の部分の大きさを計測することに等しい。
塗布し、上記方法により生じた周期性のある光近接場を
伝搬光に変換したもので露光を行う。これにより、レジ
ストのパターニングが可能となる。パターニングの後、
金属蒸着、レジストの除去を行うことにより、金属の目
盛りを有する導波路が実現する。
大きさを知ることが可能となる。また、この波長を反映
した金属ストライプのある表面に、上記の方法による光
近接場の縞を生じさせ、さらに光音響素子によりその縞
を意図する方向に走らせることにより、固定周期構造
と、変位する周期性物理量を用いて変位を知ることが可
能となる。
搬するレーザ光による測長装置の構成図である。
72はプリズム、73は縞状に発生した光近接場、74
は直動案内機構固定部、75は直動案内機構移動部、7
6はその移動部75にセットされる複数個並んだ受光素
子、77はスリットアレーまたはカンチレバーアレー、
78,79は複数本のレーザ光である。
み出すためには、走査型光近接場顕微鏡のプローブや、
100nmオーダーのスリットを周期的に有する基板を
用い、スリットを用いて光近接場を伝搬光に変換し、基
板の変位に伴う伝搬光の光強度の変化をフォトダイオー
ドなどの光検出素子で検出する。それにより移動部の、
固体光導波路に対する相対変位を知ることが可能とな
る。光音響素子を用いて、光エバネセント場がある角周
波数ωで変位するようにすると、移動子が変位しない場
合に光がωで変位し、移動子が変位すると、変位に応じ
て位相の回転を生じ、それにより変位を知ることにな
る。
伝搬するレーザ光による測長装置の構成図である。
実施例と同様であるが、レーザの波長が異なったものを
入射する。つまり、第1の波長f0のレーザ光81と、
それを変調した第2の波長f0+Δfのレーザ光82を
用いる。
本か複数本の波長を光音響素子等で変調することによ
り、周波数差を持った光が干渉することになり、固体表
面を、周波数差によって変位するフリンジを構成するこ
とが可能となる。
の形で実現することになり、より正確な変位計測が可能
となる。
搬光に変換する、ナノメートルオーダーの凹凸や微小球
の配列を設けたり、電場増強をもたらす金属薄膜をコー
ティングする。そのような固体を光導波路として用い、
上記と同様に複数のレーザ光による内面全反射と干渉を
生じさせる。干渉に対応して縞状に発生した光近接場は
あらかじめ表面に施した処理によって、周期性のある伝
搬光や、周期性のある電界分布を生じる。
の基準となる周期性のある物理量が浮き出している物差
しが実現される。この方法においても、レーザ光の一本
か複数本を光音響素子で周波数変調することにより、表
面の物理量の周期構造を意図する方向に変位させること
が可能となる。更に、変位計測を周波数や位相計測で行
うことが可能になり、さらに計測の精度を高めることが
可能となる。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
よれば、以下のような効果を奏することができる。
確な変位や、物の大きさを計測する上で極めて有効、か
つ信頼性の高いものとなる。
の、固体(プリズム)の表面において生じる光近接場の
干渉フリンジを固体導波路の表面で走査型光近接場プロ
ーブ等により検出し、並進変位を計測することができ
る。
被測定対象がパターニングされている場合、表面に光近
接場のフリンジを発生させ、試料の寸法をフリンジ間隔
から測定することができる。
ような波長以下の凹凸や電場増強のための金属薄膜を設
け、それによって導波路内部のレーザ干渉フリンジや電
界のフリンジを固体導波路の表面で検出し、移動部の並
進変位を測定することができる。
波長以下のレベルでレジスト膜の露光を行い、レジスト
膜のパターニングを行う。これにより、プリズム上に塗
布したレジストのパターニングが可能となる。
る試料や金属薄膜の試料に生じさせることにより、長さ
の基準となる縞模様を試料に重畳することが可能とな
る。
数本の波長を光音響素子等で変調することにより、周波
数差を持った光が干渉することになり、固体表面を周波
数差によって変位するフリンジを構成することが可能と
なる。これにより、変位計測を周波数や位相計測の形で
実現することになり、より正確な変位計測が可能とな
る。
光透過性のある試料や金属薄膜の試料に生じさせること
により、長さの基準となる縞模様を試料に重畳すること
が可能となる。これは、ナノメートルオーダーの物差し
の目盛りを試料に張りつけて、試料の特定の部分の大き
さを計測することに等しい。
搬光に変換する、ナノメートルオーダーの凹凸や微小球
の配列を設けたり、電場増強をもたらす金属薄膜をコー
ティングする。そのような固体を全反射面に設け、複数
のレーザ光による内面全反射と干渉を生じさせる。干渉
に対応して縞状に発生した光近接場はあらかじめ表面に
施した処理によって、周期性のある伝搬光や、周期性の
ある電界分布を生じる。これにより、固体の導波路で、
表面に長さの基準となる周期性のある物理量が浮き出し
ている物差しが実現される。この方法においても、レー
ザ光の一本か複数本を光音響素子で周波数変調すること
により、表面の物理量の周期構造を意図する方向に変位
させることが可能となる。これにより、変位計測を周波
数や位相計測で行うことが可能になり、さらに計測の精
度を高めることが可能となる。
塗布し、上記方法により生じた周期性のある光近接場を
伝搬光に変換したもので露光を行う。これにより、レジ
ストのパターニングが可能となる。パターニングの後、
金属蒸着、レジストの除去を行うことにより、金属の目
盛りを有する導波路が実現する。
大きさを知ることが可能となる。また、この波長を反映
した金属ストライプのある表面に、上記の方法による光
近接場の縞を生じさせ、さらに光音響素子によりその縞
を意図する方向に走らせることにより、固定周期構造
と、変位する周期性物理量を用いて変位を知ることが可
能となる。
理量を読み出すためには、走査型光近接場顕微鏡のプロ
ーブや、100nmオーダーのスリットを周期的に有す
る基板を用い、スリットを用いて光近接場を伝搬光に変
換し、基板の変位に伴う伝搬光の光強度の変化をフォト
ダイオードなどの光検出素子で検出する。それにより移
動部の固体光導波路に対する相対変位を知ることが可能
となる。光音響素子を用いて、光エバネセント場がある
角周波数ωで変位するようにすると移動子が変位しない
場合に光がωで変位し、移動部が変位すると、変位に応
じて位相の回転を生じ、それにより変位を知ることにな
る。
ザ光による測長装置の構成図である。
長システムの模式図である。
ザ光による測長装置の構成図である。
ザ光による測長装置の構成図である。
ザ光による測長装置の構成図である。
ザ光による測長装置の構成図である。
ザ光による測長装置の構成図である。
ザ光による測長装置の構成図である。
ーザ光による測長装置の構成図である。
8,78,79 複数本のレーザ光 9 移動部 10 大きいくさびプリズム 11 インデックスマッチング液 A 固定ミラー B 移動ミラー 21,31,41,51,61,71 プリズムホル
ダ 22,42,52,62,72 プリズム 23,44 縞状に並んだ光近接場 24,45,74 直動案内機構固定部 25,46,75 直動案内機構移動部 26,47 フォトダイオード 27,48 走査型光近接場プローブ(SNOMプロ
ーブやカンチレバー) 32 光透過性試料(プリズム) 33,63,73 縞状に発生した近接場 34 被測定対象 36 走査型光近接場プローブ(SNOMプローブ) 37,38 入射するレーザ光 43,54,65 金属薄膜 53 縞状に発生した近接場とそれにより縞状に発生
した伝搬光 55,64 レジスト膜 66 基板 76 複数個並んだ受光素子 77 スリットアレーまたはカンチレバーアレー 81 第1の波長f0のレーザ光 82 第2の波長f0+Δfのレーザ光 100 固定側 101 光源 102 偏光板 103 波長板 105 固定ミラー 106 受光素子 107 移動ミラー
Claims (7)
- 【請求項1】 2個の互いに摺動するくさび形プリズム
を用いて変位に伴い光路が変化する固体光伝搬路を構成
し、複数の光路の光路差による干渉に基づいて変位を計
測することにより、ナノメートルオーダーの高精度計測
を行うことを特徴とする固体を伝搬するレーザ光による
測長方法。 - 【請求項2】 固体内で内面全反射を生じる、複数本の
レーザ光を前記固体に入射し、該固体内で干渉を生じさ
せ、該干渉を反映して、前記固体表面に光路の表面に対
する角度や前記固体の屈折率等によって定まる光近接場
のフリンジを生じさせ、移動部に設けた検出器で前記フ
リンジを読み出すことによって、変位や物の大きさを計
測することを特徴とする固体を伝搬するレーザ光による
測長方法。 - 【請求項3】 請求項2記載の固体を伝搬するレーザ光
による測長方法において、前記光近接場のフリンジを、
光透過性のある試料や、金属薄膜の試料に生じさせるこ
とにより、長さの基準となる縞模様を試料に重畳するこ
とを特徴とする固体を伝搬するレーザ光による測長方
法。 - 【請求項4】 固体表面に、積極的に光近接場を伝搬光
に変換する、ナノメートルオーダーの凹凸や微小球の配
列を設け、電場増強をもたらす金属薄膜をコーティング
する固体を全反射面に設け、複数本のレーザ光を前記固
体に入射し、前記複数のレーザ光による内面全反射と干
渉を生じさせ、干渉に対応して縞状に発生した光近接場
をあらかじめ表面に施した処理によって、周期性のある
伝搬光や、周期性のある電界分布を生じさせ、これによ
り、固体の導波路で、表面に長さの基準となる周期性の
ある物理量が浮き出している物差しを実現することを特
徴とする固体を伝搬するレーザ光による測長方法。 - 【請求項5】 固体表面に感光性のあるレジストを塗布
し、周期性のある光近接場を伝搬光に変換したもので露
光を行い、これにより、レジストのパターニングを行
い、該パターニング後、金属蒸着、レジストの除去を行
うことにより、金属の目盛りを有する導波路を得ること
を特徴とする固体を伝搬するレーザ光による露光とパタ
ーニング方法。 - 【請求項6】 固体表面に生じた、周期性のある物理量
を読み出すために、走査型光近接場顕微鏡のプローブ
や、100nmオーダーのスリットを周期的に有する基
板を用い、スリットを用いて光近接場を伝搬光に変換
し、基板の変位に伴う伝搬光の光強度の変化を光検出素
子で検出し、それにより移動部の固体光導波路に対する
相対変位を計測することを特徴とする固体を伝搬するレ
ーザ光による測長方法。 - 【請求項7】 請求項2、3、4又は6記載の固体を伝
搬するレーザ光による測長方法において、光音響素子を
用いて、光近接場がある角周波数ωで変位するようにす
ると、移動部が変位しない場合に光がωで変位し、移動
子が変位すると、変位に応じて位相の回転を生じ、それ
により変位を計測することを特徴とする固体を伝搬する
レーザ光による測長方法。
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JP2001097925A JP3933881B2 (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 固体を伝搬するレーザ光による測長方法 |
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