JP4609257B2 - 界面の位置測定方法及び位置測定装置 - Google Patents
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Description
図1は本発明の界面の位置測定装置の構成図、図2は本発明の界面の位置測定装置における位相変調素子の構成図、図3は本発明の界面の位置測定装置で対象とする被測定物の断面図を示す。
スネルの法則より sina=nsinb
であり、溝面41からの反射回折光が対物レンズ10の開口内に戻らないためには、対物レンズ10からの最大角amaxでの入射光による1次回折光が対物レンズ10の開口内に入らない条件、つまり被測定物13内の溝面41への入射角bよりも溝面41からの反射回折角cが大きくなるsinc≧sinbを満たせば良い。よってこれらの式より、
開口端θmにおける収差w(θm)が開口中心における収差w(θ=0)と等しくなるときに最小となることを示す。そこでw(θ=0)=0であるので、w(θm)=0とおいたときの、対物レンズ10の主点から被測定物13の表面までの距離SをSmとおいて式(3)を用いて解くと、
の位置変化による収差の変化量△wは式(3)より
生じ、受光ピーク位置は推定値zに対して実測値z’となり(z’−z)ずれる。この受光ピーク位置のずれ量は、収差の変化量により決まり、式(5)より任意の基準界面からの距離tには依存しない。従って補正テーブルは、ある1つの表面から距離tにおける界面位置で、受光ピークの推定値と実測値とのずれ量と、真の界面位置と推定界面位置との差との関係を求めればよい。そこで簡単のために、補正テーブルはt=0で作成する。
図11は、本発明の実施の形態2における界面の位置測定装置の模式図である。
光源101から射出された光の中で紙面に平行な偏光成分は、液晶位相変調素子103において、液晶に表示されたパターンに従って位相変調される。液晶に表示するパターンは、被測定物108の表面から計測しようとする半透過反射界面までの距離に対応する球面収差量の2倍となり、かつ球面収差を無くす逆の収差となるようにする。液晶位相変調素子103で表示されたパターンは、リレーレンズ104により対物レンズ106の後ろ側焦点面に結像される。対物レンズ106に入射した光は、被測定物108の計測対象面で反射し、再び対物レンズでコリメートされる。予め液晶位相変調素子103で、被測定物108で生じる球面収差の逆の収差を加えているので、対物レンズ106の射出光はフォーカス位置で平行光となる。対物レンズ106の射出光は、集光レンズ109により集光し、ピンホール110を通過する。PBS112では、水平偏光は、透過するのですべて第2の受光部113に入射する。対物レンズ106は、ピエゾ素子107により光軸方向に走査されるので、ジャストフォーカス位置を中心にピンホール110を通過する光量が減少することとなる。図16(b)にピエゾ素子107の走査による第2の受光部113での光強度を示す。多層基板の中間反射面からの反射光の球面収差を取り除いているので、中間反射面での光強度ピークは鋭くでるが、逆に、表面では、球面収差が生じ、光強度ピークが低く歪が生じる。
2 エクスパンダ
3 ハーフミラー
4 位相変調素子
5 温度センサ
6 レンズ
7 レンズ
8 偏光ビームスプリッタ
9 1/4λ波長板
10 対物レンズ
11 ピエゾ
12 測長センサ
13 被測定物
14 結像レンズ
15 ピンホール
16 受光素子
17 電流増幅器
18 コンピュータ
19 光軸
20 光軸
21 光軸
101 光源
102 ハーフミラー
103 液晶位相変調素子
104 リレーレンズ
105 ハーフミラー
106 対物レンズ
107 ピエゾ素子
108 被測定物
109 集光レンズ
110 ピンホール
111 コリメートレンズ
112 PBS
113 第2の受光部
114 第1の受光部
Claims (7)
- 光源から出射した直線偏光の光を、対物レンズを介して被測定物に集光し、光軸方向に前記対物レンズと前記被測定物との相対距離を変化させて、その時々の前記被測定物からの反射光を検出器で受光し、検出した受光ピークに基づいて、複数の界面を持つ前記被測定物の測定対象界面の位置を求める界面の位置測定方法において、
前記対物レンズから前記被測定物への出射光の波面と、前記測定対象界面で反射して前記対物レンズに入射する入射光の波面との収差を無くすように、前記対物レンズを介して前記被測定物に集光する光へ波面収差を付与するに際し、
前記対物レンズの開口端と開口中心との波面に表れる収差がほぼ等しくなる前記対物レンズと、前記測定対象界面との位置において、収差補正を行うことを特徴とする界面の位置測定方法。 - 前記波面収差の付与は、
平行配向の液晶パネルを用いて行い、前記液晶パネル近傍に温度センサを取り付け、あらかじめ測定しておいた前記液晶パネルの温度補正テーブルに基づき、付与する波面収差を補正することを特徴とする請求項1に記載の界面の位置測定方法。 - 前記被測定物のある界面位置に対して設定した推定界面位置において、前記推定界面位置での収差補正量を算出して光に付加し、検出される受光ピーク位置を基に、前記推定界面位置と前記受光ピーク位置との差と、真の界面位置と前記推定界面位置との差の関係をあらかじめ求めておき、前記測定対象界面の推定界面位置での収差補正量を算出し、光に波面収差を付与して受光ピークを検出し、前記測定対象界面の推定界面位置と前記受光ピーク位置との差から、真の測定対象界面位置を求めることを特徴とする請求項1または2に記載の界面の位置測定方法。
- 直線偏光の光を出射する光源と、
前記光を被測定物に集光する対物レンズと、
前記対物レンズを介して前記被測定物に集光する光へ波面収差を付与する手段と、
前記対物レンズと前記被測定物との相対距離を光軸方向に対して変化させる機構と、
前記被測定物に集光した光の反射光を受光する検出器と、
検出された受光ピーク位置から、複数の界面を持つ前記被測定物の界面の位置を求める処理手段を備え、
前記波面収差を付与する手段は、位相変調面を有し、前記位相変調面を前記対物レンズの後側焦点に結像する光学系を備えていることを特徴とする界面の位置測定装置。 - 前記光源および前記対物レンズは、少なくとも1つの界面が周期性を持った同心円状の複数の溝構造を有し、隣接する溝間の距離が一定のピッチTpである前記被測定物に対して、前記対物レンズの開口数をNA、前記光源の波長をλとするときに、λ/Tp≧2NAを満たすものを用いることを特徴とする請求項4に記載の界面の位置測定装置。
- 前記波面収差を付与する手段は、平行配向の液晶パネルを有し、前記液晶パネルと前記対物レンズとの間に偏光ビームスプリッタを備え、前記光源の偏光方向と、前記液晶パネルの配向方向と、前記偏光ビームスプリッタの透過軸とを一致させ、また前記偏光ビームスプリッタと前記対物レンズとの間に1/4λ波長板を備え、前記1/4λ波長板を前記偏光ビームスプリッタの透過軸方向に対して45度方向に配置し、直線偏光を円偏光に変えることを特徴とする請求項4または5に記載の界面の位置測定装置。
- 直線偏光を射出する光源と、
前記光源の射出光を入射光とし前記直線偏光の偏光方向に対し角度θの方向にのみ球面収差を加える収差補正手段と、
前記収差補正手段の射出光を集光する対物レンズと、
前記対物レンズと前記対物レンズの集光点近傍に配置された被測定物との相対距離を変化させる走査手段と、
前記被測定物からの反射光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズの焦点位置に配置されたピンホールと、
前記ピンホールの射出光を入射光とし前記ピンホールの位置を焦点位置とするコリメータレンズと、
前記コリメータレンズの射出光を入射光とし前記収差補正手段で球面収差が加えられた偏光方向とその垂直な方向との光を分離する偏光分離手段と、
前記偏光分離手段のそれぞれの射出光を入射光とする2つの受光部とを具備し、
前記角度θを前記被測定物の表面反射光の反射率と、前記被測定物内の界面の反射光の反射率とがほぼ等しくなるように定め、
前記収差補正手段では、前記被測定物の表面から測定対象とする前記被測定物内の界面までの距離に応じて、前記被測定物で生じる球面収差を無くす逆の収差を光源の射出光に加えることを特徴とする界面の位置測定装置。
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