JP2003042714A - 波長較正用干渉測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定光線の（進行）距離を伸長さ
せて測定精度の向上ないし測定誤差の低減を行なうこと
ができると共に、更に、（従来の装置で見られた装置の
複雑さ等からくる）製造、組立及び／又は調節の困難さ
の問題を解消することができる波長較正用の干渉測定装
置を提供すること。 【解決手段】 少なくとも１つの波長の光を放
射するレーザ光源(1)、検出器(2)、及び前記レーザ光源
(1)からの光を２つの部分光線(4、5)−即ち参照光線(4)
と測定光線(5)−に分割し、かつ該部分光線(4、5)を、反
射手段(6、7)においてそれぞれ少なくとも一度反射させ
た後、再び結合させる干渉計(3)を有すると共に、前記
参照光線(4)と前記測定光線(5)との間の経路差が、一定
の波長較正距離(11)を規定する、波長較正用干渉測定装
置において、前記測定光線(5)の光路中に、少なくとも
１つの付加的反射手段(8)が配され、該付加的反射手段
(8)は、該付加的反射手段(8)に入射する前記測定光線
(5)を実質的に平行方向に偏位させつつ逆方向に反射さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、干渉測定装置に関
し、とりわけ、少なくとも１つの波長の光を放射するレ
ーザ光源、検出器、及びレーザ光源からの光を２つの部
分光線−即ち参照光線と測定光線−に分割し、かつ該部
分光線を、反射手段においてそれぞれ少なくとも一度反
射させた後、再び結合させる干渉計を有すると共に、参
照光線と測定光線との間の経路差が、一定の波長較正距
離を規定する、波長較正用干渉測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】干渉測定装置は、高精度な距離及び位置
測定のために広く使用される。干渉を利用して高精度な
測定を行なう場合、通常、測定光路中の可動測定物体の
測定ミラーと参照光路中の参照ミラーとの間の相対経路
差が測定される。測定物体の運動の際に光の位相がどの
ように変動するかが測定時に求められる。この場合、光
線の波長が、測定の尺度をなす。相対経路差も「波長」
単位で与えられる。光線の波長の実際値は、光線が通過
する媒質の屈折率に依存する。屈折率は、例えば、温
度、空気の圧力及び空気の湿度の緩慢な変化又は急速な
変動（振動）によって、更には空気の組成の変化によっ
ても変化する。波長の変化による測定結果の変動は、例
えば凡そ±0.1μmの精度でウェハ及びマスクを測定する
座標測定装置による典型的な測定では、測定されるべき
構造に対し最早無視することができないものであり、そ
れゆえ要求される測定制度に対して許容不能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】測定精度を向上させる
ために、持続的に波長を較正すると言う形で、光線の波
長変化に対し顧慮する必要がある。

【０００４】高精度な距離測定を行なうために、例えば
DE 198 19 492から既知の座標測定装置を人工気候室で
作動させることも可能であろう。人工気候室内では、少
なくとも温度が一定に保持され、幾つかの人工気候室で
は更に空気の湿度も一定に保持される。しかし、温度及
び空気湿度の調節能力には技術的限界がある。更に、許
容可能な費用では、空気圧を一定に保持するための密閉
気密室を製造することはできない。その理由はとりわけ
−座標測定装置を例に挙げると−測定物体の単純かつ迅
速な交換が必須だからである。例えば装填開口装置を作
動させるだけで、急速に空気圧が変動することすらあ
る。

【０００５】それゆえ、各測定において、干渉計波長を
常に把握していなければならない。これは、一定長を有
する波長較正距離（所謂波長トラッカ）の測定によっ
て、又は例えば温度、空気湿度等の影響要因の測定及び
実際の波長の継続的算出によって行なうことができる。
しかし、この波長較正は、原理的に誤差を免れることは
できない。その理由は、例えば当該波長較正の基礎を成
す測定の正確さにそもそも限界があることや、高精度の
測定は、測定値の急速な変化に追随するために、必ずし
も十分に迅速ではないということである。そのため、こ
の波長較正は、較正された波長に更に誤差を含めてしま
う。

【０００６】とりわけ２つの異なる波長の光によって干
渉的測定が行なわれる干渉測定装置の場合、干渉計の出
口で位相差を測定する際の処理の限界による重大な誤差
源、並びに所謂補間誤差（Interpolatorfehler）があ
る。後者の誤差は、ヘテロダインレーザ（Heterodynlas
er）では、２つのレーザ波長の偏光分離が理想的でない
ことによって引き起こされる。そのため、誤った波長の
レーザ光の僅かな部分を２つの偏光素子内に見出すこと
ができる。干渉測定装置の一例として、市場で入手可能
なレーザ干渉計HP10702（ヒューレット・パッカード
社）が挙げられる。

【０００７】上述の２つの誤差要素は、測定距離の長さ
に依存しない一定の最大値を有する。長さＬの波長較正
距離を測定する場合の測定誤差δＬは、相対誤差δＬ／
Ｌとして距離測定に入って来る。それゆえ、波長較正距
離を十分に長くすることにより、相対誤差を無視できる
か、少なくとも低減することができるであろう。参照距
離が波長較正距離に比べて相当に小さい場合、参照測定
の誤差は、（波長較正距離の）測定（の誤差）に比べる
と小さくなる。市場で入手可能な他の波長較正装置−Mo
dell 10717 A：これもヒューレット・パッカード社製で
ある−があるが、これは50mmより長い範囲での距離測定
のためのものであり、上述の長さの条件を充足しない。

【０００８】波長較正距離が非常に長い場合は、装置の
大きさも著しく大きくしなければならないが、マスク及
びウェハの測定のための座標測定装置の場合特にそうで
ある。そのため、レーザ光線の折り畳み、即ち波長較正
距離内でレーザ光線の反射を繰り返えさせることがすぐ
に思い付く。例えば、レーザ光線を僅かに傾けて推移さ
せることにより、レーザ光線が「ジグザグ」状に光路を
何度も進行（往復）する装置が既知である。この装置
は、測定距離の伸長を最大にし得るが、傾斜角度の小さ
いそのようなミラー装置の製造、組立及び調節は、非常
に困難である。

【０００９】それゆえ、本発明の課題は、測定精度の向
上ないし測定誤差の低減のため、測定光線の（進行）距
離を伸長させることができると共に、（装置の複雑さ等
からくる）製造、組立及び／又は調節の困難さの問題を
引き起こさないような、波長較正用の干渉測定装置を創
出し、発展させることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の一視点によれ
ば、上述の課題を解決するために請求項１に掲げる特徴
部分が提起される。換言すると、少なくとも１つの波長
の光を放射するレーザ光源、検出器、及びレーザ光源か
らの光を２つの部分光線−即ち参照光線と測定光線−に
分割し、かつ該部分光線を、反射手段においてそれぞれ
少なくとも一度反射させた後、再び結合させる干渉計を
有すると共に、参照光線と測定光線との間の経路差が、
一定の波長較正距離を規定するよう構成された、波長較
正用干渉測定装置が提供される。この測定装置は、測定
光線の光路中に、少なくとも１つの付加的反射手段が配
され、付加的反射手段が、付加的反射手段に入射する測
定光線を実質的に平行方向に偏位させつつ（入射方向に
対し）逆方向に反射させることを特徴とする（形態１・
基本構成）。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好ましい実施の
形態を示すが、これらは各請求項の対象でもある。 （２）測定装置は、測定光線の反射手段が、付加的反射
手段と一体的に構成され、又は付加的反射手段と共に共
通の支持装置に配されることが好ましい。 （３）測定装置は、付加的反射手段が、２つのミラーを
有すること、及び２つのミラーの反射面が、互いに実質
的に９０°の角度をなして配されることが好ましい。 （４）測定装置は、反射手段及び付加的反射手段が、共
通の支持装置に配され、かつこの支持装置が、互いに実
質的に９０°の角度をなす２つの傾斜面を有すること、
及び２つのミラーが、傾斜面にそれぞれ直接取り付け可
能であることが好ましい。 （５）とりわけ座標測定装置等の顕微鏡は、上記各波長
較正用干渉測定装置（１〜４）を含むことが好ましい。

【００１２】本発明により、第一に確認されていること
は、部分光線の（トータルでの進行）距離を−従来技術
からも既知であるとおり−付加的反射によって伸長させ
ることができるということである。しかしながら、本発
明では、測定光線が、少なくとも大きく（光軸の直交方
向に）偏位（位置シフトないし位置ずらし）して反対方
向に反射される、即ち、付加的反射手段に入射しかつそ
こから反射される測定光線は、（反射前後における光線
間の角度が）例えば１０°ないし２０°の鋭角をなさな
い（このような小さい角度による反射を実現するために
は、とりわけ製造及び組立の際に問題がある）。むし
ろ、付加的反射によって、（測定）光線は、例えばそれ
自身（の経路）中を反射により逆戻りするか、又は入射
光線に対し平行に反射される。この措置によって、波長
較正距離の測定誤差を低減することができるが、そのた
め例えば、波長較正距離を２倍にする場合でも、測定誤
差を半分にすることができる。とりわけ有利には、測定
光線の付加的反射は、追加される構造費用が小さい付加
的反射手段を使用することにより、低コストで実現する
ことができ、しかも、その際に必要な調節及び製造公差
に対する要求も小さくすることができる。

【００１３】とりわけ好ましい一実施形態では、付加的
反射手段は、付加的反射手段に入射する測定光線を実質
的に平行方向に変位させつつ（入射方向と）逆方向に反
射させる。この実施形態により、有利なことに、部分光
線の（進行）距離の伸長が可能となり、しかも構造体積
も著しく大きくなることはない。これによって、反射手
段を好適に構成することにより、測定光線を何度も繰り
返し往復推移させることができる。

【００１４】反射手段の１つを干渉計に配することも可
能であろう。そのため、ミラーとして構成される反射手
段を−ミラーの平行平面形態を前提とすると−単に干渉
計の相応の位置に接着させることができるため、調節の
手間を殆ど掛けることなく極めて簡単に製造することが
できるであろう。

【００１５】とりわけ好ましい一実施形態では、測定光
線の反射手段は、付加的反射手段と一体的に構成され
る。これによって、相応の精度で製造することにより、
本発明の態様による部分光線の案内を確実に行なうこと
ができ、しかも異なる複数の構成要素を細かく互いに調
節する必要もない。

【００１６】更に、測定光線の反射手段と測定光線の付
加的反射手段とを共通の支持手段に配することも可能で
あろう。その意味で、測定光線の反射手段と測定光線の
付加的反射手段とは同一の支持装置に強制的に結合させ
られ、そのため、この場合も、反射手段、付加的反射手
段及び支持装置からなる構造体を簡単に製造することが
でき、この構造体製造の範囲内で、各構成要素間の相互
調節を完了させることも可能であろう。

【００１７】反射手段は、ミラー又は偏向プリズムとし
て構成することができるであろう。ミラーないし平面鏡
を反射手段として使用する場合、反射手段は、その反射
ミラー面が、測定光線に対し垂直に配され、ミラーない
し平面鏡に入射した測定光線が実質的にもと来た経路を
逆戻りするよう反射させることも可能であろう。反射手
段として偏向プリズムを使用する場合−偏向プリズムを
相応に構成し並びに測定光路に相応に配置することを前
提とするが−測定光線は偏向プリズムにおいて実質的に
平行方向に変位され反射され得るであろう。

【００１８】とりわけ好ましい他の実施形態では、付加
的反射手段は２つのミラーを有する。ミラーの反射面
は、互いにほぼ９０°の角度をなして配される。測定光
路に配されかつ干渉計に相対する（ないし干渉計から測
定光線が直接到来する）付加的反射手段の第一のミラー
は、測定光線に対しほぼ４５°の角度をなして配され、
それによって第一のミラーで反射された光線が、（付加
的反射手段の）第二のミラーに同様にほぼ４５°の角度
をなして入射し、そこで再び反射され、干渉計から到来
した光線に対し実質的に平行方向に変位されて、反転し
た方向に進行することも可能であろう。

【００１９】更なる実施形態では、反射手段及び付加的
反射手段は共通の支持装置に配される。この場合、支持
装置は、互いにほぼ９０°の角度をなす２つの傾斜面を
有する。付加的反射手段の２つのミラーは、これら傾斜
面にそれぞれ直接配設可能である。支持装置は、より容
易な製造を可能とするため、２又は３以上の部分から組
み立てることも可能であろう。

【００２０】とりわけ有利な実施形態では、とりわけ座
標測定装置等の顕微鏡には、上記各実施形態の波長構成
用干渉測定装置が配される。このため、例えば座標測定
装置の場合、本発明により、空気圧、空気温度、空気湿
度及び／又は空気の組成（密度）に応じた波長の変化を
検出することができる。

【００２１】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明
する。なお、特許請求の範囲に付した図面参照符号は、
発明の理解の容易化のためであり、本発明を図示の態様
に限定することは意図しない。また、以下の実施例も発
明の理解の容易化のために過ぎず、本発明の技術的思想
を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加
・置換・変更等を排除することも意図しない。この点に
関しては、出願から補正後に至るまで同様である。

【００２２】図１は、従来の干渉測定装置の模式図であ
り、図２は、本発明の波長較正用干渉測定装置の模式図
である。これら干渉測定装置は、何れも、レーザ光源
１、検出器２及び干渉計３を有する。レーザ光源１は、
相異なる２つの波長を有する光を放射する。干渉計３
は、レーザ光源１から来る光を２つの部分光線４、５、
即ち参照光線４及び測定光線５に分割する。干渉計３
は、反射手段６、７でそれぞれ反射させた後、２つの部
分光線４、５を結合し１つの光線にする。参照光線４と
測定光線５との経路差は、一定の波長較正距離１１を規
定する（これは、図１にのみ示した）。

【００２３】図２に示した本発明の干渉測定装置の光路
には、更に、付加的反射手段８が配設されるが、これ
は、入射する測定光線５をその進入方向と反対方向に反
射させるものである。

【００２４】図２に示した本発明の干渉測定装置は、例
えば、レーザ光源１から放射された光の波長の周囲の条
件の変動に基づいた変化の検出に使用される。この場
合、測定光線５が進行する距離は、一定の長さを有す
る。測定光線５は、付加的反射手段８によって平行方向
に偏向され、（付加的反射手段８への入射方向と）反対
方向に反射されるため、測定光線５の進行距離は、反射
手段６と関連する付加的反射手段８によって伸長され
る。

【００２５】図２から分かる事は、測定光線５の反射手
段６が付加的反射手段８と一体的に形成されていること
である。その意味で、これらは単一の部材であるといえ
る。図２の反射手段６は、ミラーとして作用する、即
ち、この一体形成部材は、この（反射手段６の）位置に
ミラー化層が配されている。

【００２６】図２の付加的反射手段８は、２つのミラー
８、９を有する。それらミラーの反射面は、互いに９０
°の角度をなして配される。付加的反射手段８は、所謂
コーナーレフレクタとして一体的に構成することもでき
るであろう。この場合も、反射面は、互いに９０°の角
度をなして配される。

【００２７】図３は、反射手段６及び付加的反射手段８
の支持装置１２の模式的部品展開図である。支持装置１
２は、切石ないし角柱状の外形を有し、中空であり、更
に連通孔１３を有する。連通孔１３を介して、周囲の空
気は支持装置１２の内部に侵入することができ、そのた
め波長に対する周囲の空気の影響を、本発明の干渉測定
装置によって測定することができる。付加的反射手段８
は、この場合、２つのミラー９、１０によって構成さ
れ、これらは、２つの傾斜面１４、１５にそれぞれ直接
配される。傾斜面１４、１５は、互いに９０°の角度を
なすが、この角度は、例えばフライス盤によって切削加
工することにより精密に形成することができる。ミラー
９及び１０は、それぞれ傾斜面１４及び１５に圧滑接合
（aufsprengen）される、即ち、ミラーはまず対応する
傾斜面に載置され、僅かな距離だけ摺動させられるが、
このとき、ミラーに対し傾斜面の方向に圧力が軽く印加
される。このため、ミラー９、１０は、支持装置１２と
ミラー９ないし１０との間の接着力により支持装置１２
に結合される。更に、外側境界面（表面）には、この組
立構造体の侵食・腐食等を阻止するために、ラッカー・
ワニス等が塗布される。

【００２８】部材１６もまた支持装置１２に圧滑接合さ
れる。部材１６は、２つの連通孔１７を有するが、これ
ら連通孔１７を通過して、測定光線５（図３には示され
ていない）は支持装置１２内に侵入する。２つの連通孔
１７が設けられているのは、干渉計から測定光線が２つ
射出されるからである。更に、部材１６は、ミラー領域
１８を有するが、このミラー領域１８は、２つのミラー
９、１０から反射された測定光線をその進行方向と反対
方向に反射させるよう作用する。

【００２９】

【発明の効果】本発明の独立請求項１（基本構成）によ
り、所定の課題として掲げた効果が上述の通り達成され
る。即ち、本発明の波長較正用の干渉測定装置により、
測定光線の（進行）距離を伸長させて測定精度の向上な
いし測定誤差の低減を行なうことができると共に、更
に、（従来の装置で見られた装置の複雑さ等からくる）
製造、組立及び／又は調節の困難さの問題を解消するこ
とができる。各従属請求項により、既述のとおり更に付
加的な効果がそれぞれ達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の干渉測定装置の模式図。

【図２】本発明の一実施例の模式図。

【図３】図２の実施例の一部の具体的構造の模式図。

【符号の説明】

１ レーザ光源 ２ 検出器 ３ 干渉計 ４ 部分光線（参照光線） ５ 部分光線（測定光線） ６ 反射手段 ７ 反射手段 ８ 付加的反射手段 ９ ミラー １０ ミラー １１ 波長較正距離 １２ 支持装置 １３ 支持装置１２の連通孔 １４ 傾斜面 １５ 傾斜面 １６ 部材 １７ 連通孔 １８ 部材１６のミラー領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウス リン ドイツ連邦共和国 Ｄ−35452 ホイヒェ ルハイム グラディオーレンヴェーク ８ Ｆターム(参考） 2F064 AA01 CC08 DD09 EE01 FF01 FF06 GG12 GG13 GG20 GG21 GG64 2F065 AA01 AA20 BB01 BB25 DD02 EE11 FF52 FF55 FF61 GG04 GG23 LL12 LL47 NN06 PP24 UU07

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】・少なくとも１つの波長の光を放射するレ
   ーザ光源（１）、 ・検出器（２）、及び ・前記レーザ光源（１）からの光を２つの部分光線
   （４、５）−即ち参照光線（４）と測定光線（５）−に
   分割し、かつ該部分光線（４、５）を、反射手段（６、
   ７）においてそれぞれ少なくとも一度反射させた後、再
   び結合させる干渉計（３）を有すると共に、前記参照光
   線（４）と前記測定光線（５）との間の経路差が、一定
   の波長較正距離（１１）を規定するよう構成された、波
   長較正用干渉測定装置において、 前記測定光線（５）の光路中に、少なくとも１つの付加
   的反射手段（８）が配され、該付加的反射手段（８）
   は、該付加的反射手段（８）に入射する前記測定光線
   （５）を実質的に平行方向に偏位させつつ逆方向に反射
   させることを特徴とする測定装置。
2. 【請求項２】前記測定光線（５）の反射手段（６）は、
   前記付加的反射手段（８）と一体的に構成され、又は該
   付加的反射手段（８）と共に共通の支持装置（１２）に
   配されることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 【請求項３】前記付加的反射手段（８）は、２つのミラ
   ー（９、１０）を有すること、及び前記各ミラー（９、
   １０）の反射面は、互いに実質的に９０°の角度をなし
   て配されることを特徴とする請求項１又は２に記載の測
   定装置。
4. 【請求項４】前記反射手段（６、７、８）は、共通の支
   持装置（１２）に配され、かつこの支持装置（１２）
   は、互いに実質的に９０°の角度をなす２つの傾斜面
   （１４、１５）を有すること、及び前記２つのミラー
   （９、１０）は、前記傾斜面（１４、１５）に直接取り
   付け可能であることを特徴とする請求項３に記載の測定
   装置。
5. 【請求項５】請求項１〜４の一に記載の波長較正用干渉
   測定装置を有することを特徴とする顕微鏡。