JP6042213B2

JP6042213B2 - 凹面光学素子の測定装置及び凹面回折格子の測定装置並びに平面回折格子の測定装置

Info

Publication number: JP6042213B2
Application number: JP2013002447A
Authority: JP
Inventors: 直也中井; 佳定江畠
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2033-01-10
Also published as: JP2014134449A

Description

本発明は凹面光学素子の測定装置及び凹面回折格子の測定装置並びに平面回折格子の測定装置に係わり、特に、凹面光学素子を反射する光のうち集光点以外の位置で反射してくる迷光或いは凹面回折格子又は平面回折格子を回折した回折光以外の迷光を測定するものに好適な凹面光学素子の測定装置及び凹面回折格子の測定装置並びに平面回折格子の測定装置の測定装置に関するものである。

一般に、凹面光学素子が仕様通りになっているかの評価を行う場合、従来は、凹面光学素子曲率半径、面精度、面粗さ等の測定が行われていた。しかし、凹面光学素子を装置に実装した場合と同条件で、凹面光学素子単体の迷光（凹面光学素子からの反射光が、凹面光学素子の凹面最深部から曲率半径と角度によって決定される位置からずれた光）を測定することは行われていない。また、面精度が悪い或いは面粗さが大きい場合などは、迷光が大きいことは予想されるが、定量的に迷光量を把握することは行われていなかった。

また、特許文献１のように、平面素子の１つである回折格子の迷光測定に関しては、その測定装置が提案されているが、測定対象は平面素子に限られており、凹面光学素子等の測定については考慮されていない。

特開２００６-３３７２８４号公報

一般に、凹面光学素子の評価は、曲率半径、面精度、面粗さ等の測定を行っている。しかしながら、凹面光学素子を装置に実装した場合と同条件で、凹面光学素子単体の迷光を測定することは行われていなかった。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、迷光値を実装状態と同じ条件で定量的に測定することのできる凹面光学素子の測定装置及び凹面回折格子の測定装置並びに平面回折格子の測定装置を提供することにある。

本発明の凹面光学素子の測定装置は、上記目的を達成するために、凹面光学素子と、該凹面光学素子を回転させる回転ステージと、該回転ステージとの距離が変更可能で、かつ、前記凹面光学素子に光を照射する光源と、該光源と前記回転ステージを結んだ直線と所定の角度をなすと共に、前記回転ステージとの距離が変更可能で、かつ、前記凹面光学素子を反射する光のうち集光点以外の位置で反射してくる光を検出する検出器とを備え、前記光源は、レーザー装置と、該レーザー装置から照射されたレーザー光を焦点位置で集光する対物レンズと、該対物レンズが、前記回転ステージとの距離が変更可能なように移動可能に設置されている第１の直動ステージとから成り、前記レーザー光が焦点位置で集光する位置にはピンホールが設置され、前記光源と前記回転ステージを結んだ直線と所定の角度をなして第２の直動ステージが設置され、該第２の直動ステージには、前記検出器が、前記回転ステージとの距離が変更可能なように移動可能に設置されていると共に、前記検出器が、前記第２の直動ステージと共に円弧状に移動する円弧ステージを備え、前記検出器を前記円弧ステージに固定すると共に、前記回転ステージ上の前記凹面光学素子を回転させることで、前記凹面光学素子を反射する光のうち前記集光点以外の位置で反射してくる光を前記検出器で検出することを特徴とする。

また、本発明の凹面回折格子の測定装置は、上記目的を達成するために、凹面回折格子と、該凹面回折格子を回転させる回転ステージと、前記凹面回折格子に光を照射する光源と、該光源と前記回転ステージを結んだ直線と所定の角度をなすと共に、前記回転ステージとの距離が変更可能で、かつ、前記凹面回折格子を回折した回折光以外の光を検出する検出器とを備え、前記光源は、レーザー装置と、該レーザー装置から照射されたレーザー光を焦点位置で集光する対物レンズと、該対物レンズが、前記回転ステージとの距離が変更可能なように移動可能に設置されている第１の直動ステージとから成り、前記レーザー光が焦点位置で集光する位置にはピンホールが設置され、前記光源と前記回転ステージを結んだ直線と所定の角度をなして第２の直動ステージが設置され、該第２の直動ステージには、前記検出器が、前記回転ステージとの距離が変更可能なように移動可能に設置されていると共に、前記検出器が、前記第２の直動ステージと共に円弧状に移動する円弧ステージを備え、前記検出器を前記円弧ステージに固定すると共に、前記回転ステージを回転させて前記回折光を前記検出器に入射し、該検出器で前記回転ステージの回転角度を検出することで前記凹面回折格子の溝本数を計測し、前記凹面回折格子の溝本数を計測した後、前記検出器が前記円弧ステージによって移動しながら回析光以外の光を検出することを特徴とする。

更に、本発明の平面回折格子の測定装置は、上記目的を達成するために、平面回折格子と、該平面回折格子を回転させる回転ステージと、前記平面回折格子に光を照射する光源と、該光源と前記回転ステージを結んだ直線と所定の角度をなすと共に、前記回転ステージとの距離が変更可能で、かつ、前記平面回折格子を回折した回折光以外の光を検出する検出器とを備え、前記光源はレーザー装置であり、該レーザー装置と前記回転ステージを結んだ直線と所定の角度をなして第２の直動ステージが設置され、該第２の直動ステージには、前記回転ステージとの距離が変更可能なように前記検出器が移動可能に設置され、更に、前記検出器が前記第２の直動ステージと共に円弧状に移動する円弧ステージを備え、前記検出器を前記円弧ステージに固定すると共に、前記回転ステージを回転させて前記回折光を前記検出器に入射し、該検出器で前記回転ステージの回転角度を検出することで前記平面回折格子の溝本数を計測し、前記平面回折格子の溝本数を計測した後、前記検出器が前記円弧ステージによって移動しながら回析光以外の光を検出することを特徴とする。

本発明によれば、迷光値を実装状態と同じ条件で定量的に得ることができる効果がある。

本発明の実施例１である凹面光学素子の測定装置を示す概略構成図である。本発明の実施例２である凹面光学素子の測定装置を示す概略構成図である。本発明の実施例４である平面光学素子の測定装置を示す概略構成図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の凹面光学素子の測定装置及び凹面回折格子の測定装置並びに平面回折格子の測定装置を説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には、同符号を使用する。

図１に、本発明の実施例１である凹面光学素子の測定装置を示す。

該図に示す如く、本実施例の凹面光学素子の測定装置は、凹面光学素子７と、この凹面光学素子７を回転させる回転ステージ６と、凹面光学素子７に光を照射するレーザー装置１と、レーザー装置１から照射されたレーザー光を焦点位置で集光する対物レンズ３と、この対物レンズ３が、回転ステージ６との距離が変更可能なように移動可能に設置されている第１の直動ステージ５と、レーザー装置１からのレーザー光が焦点位置で集光する位置に設置されたピンホール４と、レーザー装置１と回転ステージ６を結んだ直線と所定の角度θをなすと共に、回転ステージ６との距離が変更可能で、かつ、凹面光学素子７を反射する光のうち集光点以外の位置で反射してくる光（迷光）を検出する光検出器８と、レーザー装置１と回転ステージ６を結んだ直線と所定の角度θをなした位置に設置され、光検出器８が回転ステージ６との距離が変更可能なように移動可能に設置されている第２の直動ステージ１１と、光検出器８が第２の直動ステージ１１と共に円弧状に移動する円弧ステージ９とから概略構成されている。

なお、符号２はレーザー装置１を一定の出力で駆動するレーザー電源、１０は第１の直動ステージ５と第２の直動ステージ１１及び回転ステージ６を駆動するステージ駆動装置、１２は光検出器８の電流計、１３は電流計１２の電流値に基づいてデータ処理し、ステージ駆動装置１０への第１の直動ステージ５と第２の直動ステージ１１及び回転ステージ６の駆動指令を制御するステージ制御・データ処理装置である。

そして、本実施例では、レーザー装置１から出射したレーザー光１５aは、対物レンズ３によって対物レンズ３の焦点位置で集光する。集光点に空間フィルタとしてピンホール４が設置されており、集光点を過ぎたレーザー光１５ｂは、対物レンズ３の焦点距離ｆ_０に従って特定の角度で広がることで球面波となり、回転ステージ６上に設置された測定対象となる凹面光学素子７に照射される。

このとき、対物レンズ３とピンホール４の相対位置を保ったまま、両者を直動ステージ５によって動かすことで、凹面光学素子７の曲率半径Ｒとレーザー光１５ｂ（球面波）の曲率半径Ｒを一致させることができる。

凹面光学素子７の曲率半径がＲで、対物レンズ３の焦点距離がｆ_０のとき、対物レンズ３とピンホール４は、集光点と凹面光学素子７の凹面最深部との距離が曲率半径Ｒになるように設置すればよい。これは、曲率半径Ｒの球面波を凹面光学素子７に入射したのに等しい。

凹面光学素子７に入射した球面波は、凹面光学素子７下部の回転ステージ６を回転させた角度(θ)の２倍の角度で反射され、凹面光学素子７の凹面最深部から曲率半径Ｒと角度θによって決定される位置Ｄに光線を含む平面内で集光するので、光検出器８をレーザー装置１から出射されたレーザー光軸に対して９０°以下の角度θで設置された第２の直動ステージ１１によって凹面光学素子７の凹面最深部から位置Ｄに動かす。この時の位置Ｄは、下式（１）により求められる。

そして、円弧ステージ９によって角度θを変化させながら、光検出器８によって凹面光学素子７を反射する光のうち集光点以外の位置に反射してくる光（迷光）Ｌを検出することで迷光値を測定することができる。

なお、第１の直動ステージ５及び第２の直動ステージ１１の原点位置は、ピンホール４と光検出器８の検出面が回転ステージ６の中心位置から同一の任意の位置とする。また、円弧ステージ９の原点位置は、レーザー装置１から出射されるレーザー光軸に対して第２の直動ステージ１１の設置角度θと同一とする。

このような本実施例とすることにより、凹面光学素子７の迷光値を実装状態と同じ条件で定量的に測定することができる。

図２に、本発明の実施例２である凹面光学素子の測定装置を示す。

該図に示す本実施例の凹面光学素子の測定装置は、光検出器８を円弧ステージ９に固定すると共に、回転ステージ６上の凹面光学素子７を回転させることで、凹面光学素子７を反射する光のうち集光点以外の位置で反射してくる光（迷光）Ｌを光検出器８で検出するようにしたものである。

即ち、図１に示した実施例１の構成において、光検出器８を円弧ステージ９で動かさず原点に固定する。そして、回転ステージ６によって凹面光学素子７を回転させ、光検出器８によって集光点以外の位置に反射してくる光（迷光）Ｌを検出して迷光値を測定するものである。

このような本実施例の構成としても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

本発明の実施例３である凹面回折格子の測定装置について、以下に説明する。

本実施例の凹面回折格子の測定装置は、特に、図示しないが、実施例１及び実施例２の構成において、凹面光学素子７を凹面回折格子に変えたものである（符号は、図１及び図２と同じものは、同符号を使用する）。

即ち、本実施例の凹面回折格子の測定装置は、凹面回折格子と、この凹面回折格子を回転させる回転ステージ６と、凹面回折格子に光を照射するレーザー装置１と、このレーザー装置１から照射されたレーザー光１５ａを焦点位置で集光する対物レンズ３と、この対物レンズ３が、回転ステージ６との距離が変更可能なように移動可能に設置されている第１の直動ステージ５と、レーザー装置１と回転ステージ６を結んだ直線と所定の角度をなして設置されている第２の直動ステージ１１と、第２の直動ステージ１１上に設置され、回転ステージ６との距離が変更可能で、かつ、凹面回折格子を回折した回折光以外の光を検出する光検出器８と、この光検出器８を第２の直動ステージ１１と共に円弧状に移動する円弧ステージ９とから構成されている。

そして、光検出器８を円弧ステージ９において原点位置に固定し、回転ステージ６を回転させて回折光を光検出器８に入射させ、回転ステージ６の回転角度αを記録することで、凹面回折格子の溝本数ｄ（下式（２）参照）を計測することができる。

このとき、λを凹面回折格子に入射する光の波長、βを凹面回折格子の回折角度とすると、凹面回折格子の回折角度βは、０次光(正反射光)が光検出器８に入射される際の回転ステージ６の角度で得られる。

また、凹面回折格子の溝本数ｄを計測した後、光検出器８を円弧ステージ９によって移動しながら光検出器８によって回折光以外の光を検出することで、凹面回折格子の迷光を測定することができる。

このような本実施例とすることにより、凹面回折格子の溝本数と迷光値を実装状態と同じ条件で定量的に測定することができる。

図３に、本発明の実施例４である平面光学素子の測定装置を示す。

該図に示す本実施例の平面光学素子の測定装置は、実施例３において、対物レンズ３とピンホール４を排除し、かつ、凹面回折格子を平面回折格子に変更したものである。即ち、本実施例の平面光学素子の測定装置は、平面回折格子１４と、この平面回折格子１４を回転させる回転ステージ６と、平面回折格子１４に光を照射するレーザー装置１と、レーザー装置１と回転ステージ６を結んだ直線と所定の角度をなして設置されている第２の直動ステージ１１と、この第２の直動ステージ１１上に設置され、回転ステージ６との距離が変更可能で、かつ、平面回折格子１４で回折した回折光以外の光を検出する光検出器８と、この光検出器８を第２の直動ステージ１１と共に円弧状に移動する円弧ステージ９とから概略構成されている。

そして、本実施例では、光検出器８を円弧ステージ９に固定すると共に、回転ステージ８を回転させ、レーザー装置１から照射されて平面回折格子１４で回折した回折光を光検出器８に入射し、この光検出器８で回転ステージ６の回転角度を検出することで、平面回折格子１４の溝本数を計測するものである。

また、平面回折格子１４の溝本数を計測した後、光検出器８を円弧ステージ９によって移動しながら光検出器８によって回折光以外の光を検出することで、平面回折格子の迷光を測定することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成を置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…レーザー装置、２…レーザー電源、３…対物レンズ、４…ピンホール、５…第１の直動ステージ、６…回転ステージ、７…凹面光学素子、８…光検出器、９…円弧ステージ、１０…ステージ駆動装置、１１…第２の直動ステージ、１２…電流計、１３…ステージ制御・データ処理装置、１４…平面回折格子、１５ａ、１５ｂ…レーザー光。

Claims

凹面光学素子と、該凹面光学素子を回転させる回転ステージと、該回転ステージとの距離が変更可能で、かつ、前記凹面光学素子に光を照射する光源と、該光源と前記回転ステージを結んだ直線と所定の角度をなすと共に、前記回転ステージとの距離が変更可能で、かつ、前記凹面光学素子を反射する光のうち集光点以外の位置で反射してくる光を検出する検出器とを備え、
前記光源は、レーザー装置と、該レーザー装置から照射されたレーザー光を焦点位置で集光する対物レンズと、該対物レンズが、前記回転ステージとの距離が変更可能なように移動可能に設置されている第１の直動ステージとから成り、前記レーザー光が焦点位置で集光する位置にはピンホールが設置され、
前記光源と前記回転ステージを結んだ直線と所定の角度をなして第２の直動ステージが設置され、該第２の直動ステージには、前記検出器が、前記回転ステージとの距離が変更可能なように移動可能に設置されていると共に、前記検出器が、前記第２の直動ステージと共に円弧状に移動する円弧ステージを備え、
前記検出器を前記円弧ステージに固定すると共に、前記回転ステージ上の前記凹面光学素子を回転させることで、前記凹面光学素子を反射する光のうち前記集光点以外の位置で反射してくる光を前記検出器で検出することを特徴とする凹面光学素子の測定装置。
凹面回折格子と、該凹面回折格子を回転させる回転ステージと、前記凹面回折格子に光を照射する光源と、該光源と前記回転ステージを結んだ直線と所定の角度をなすと共に、前記回転ステージとの距離が変更可能で、かつ、前記凹面回折格子を回折した回折光以外の光を検出する検出器とを備え、
前記光源は、レーザー装置と、該レーザー装置から照射されたレーザー光を焦点位置で集光する対物レンズと、該対物レンズが、前記回転ステージとの距離が変更可能なように移動可能に設置されている第１の直動ステージとから成り、前記レーザー光が焦点位置で集光する位置にはピンホールが設置され、
前記光源と前記回転ステージを結んだ直線と所定の角度をなして第２の直動ステージが設置され、該第２の直動ステージには、前記検出器が、前記回転ステージとの距離が変更可能なように移動可能に設置されていると共に、前記検出器が、前記第２の直動ステージと共に円弧状に移動する円弧ステージを備え、
前記検出器を前記円弧ステージに固定すると共に、前記回転ステージを回転させて前記回折光を前記検出器に入射し、該検出器で前記回転ステージの回転角度を検出することで前記凹面回折格子の溝本数を計測し、前記凹面回折格子の溝本数を計測した後、前記検出器が前記円弧ステージによって移動しながら回析光以外の光を検出することを特徴とする凹面回折格子の測定装置。
平面回折格子と、該平面回折格子を回転させる回転ステージと、前記平面回折格子に光を照射する光源と、該光源と前記回転ステージを結んだ直線と所定の角度をなすと共に、前記回転ステージとの距離が変更可能で、かつ、前記平面回折格子を回折した回折光以外の光を検出する検出器とを備え、
前記光源はレーザー装置であり、該レーザー装置と前記回転ステージを結んだ直線と所定の角度をなして第２の直動ステージが設置され、該第２の直動ステージには、前記回転ステージとの距離が変更可能なように前記検出器が移動可能に設置され、更に、前記検出器が前記第２の直動ステージと共に円弧状に移動する円弧ステージを備え、
前記検出器を前記円弧ステージに固定すると共に、前記回転ステージを回転させて前記回折光を前記検出器に入射し、該検出器で前記回転ステージの回転角度を検出することで前記平面回折格子の溝本数を計測し、前記平面回折格子の溝本数を計測した後、前記検出器が前記円弧ステージによって移動しながら回析光以外の光を検出することを特徴とする平面回折格子の測定装置。