JP6744661B2 - 複数の変位計を用いた高精度形状計測方法 - Google Patents
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Description
に好適な、複数の変位計を用いた高精度形状計測方法に関する。
た顕微鏡において、解析の空間分解能や感度を向上させるため、集光素子が不可欠である。中でも、軟X線の利用効率が高いことや色収差がないことから、ミラーの導入が期待されており、開口が大きく単体で軟X線を10nmサイズに集光可能な回転楕円ミラーが提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。
図1に示す。計測装置104は、複数の変位計S1、S3、S4が固定治具50に付き当てで設置され、一体となって走査される。計測対象1(本例ではマンドレル10)の形状をf3(x)、2つの参照面21、22の形状をそれぞれf1(x)、f4(x)とした。この方法では、変位計S3を用いてf3(x)を測定し、同時に変位計S1、S4を利用してf1(x)、f4(x)を測定する。これにより測定結果S1(x)、S3(x)、S4(x)が得られる。
乱のうち、Y軸方向の誤差は計測対象1の稜線の形状偏差計測に影響しない。また、変位計先端のレンズとマンドレル間の距離を短くすることで、複数の変位計のレーザー間のわずかな光軸のずれやステージの運動誤差などによる姿勢誤差も影響しない。一方で、Vertical、ピッチング、ローリング、外乱によるZ軸方向の変位誤差を考慮する必要がある。
影響の和である。
(1) 共通の治具に、複数の変位計を走査方向に直交する方向に一列に並べて設置し、前記複数の変位計により計測対象および少なくとも二つの参照面を同時に計測することにより計測対象の測定結果に含まれる変位誤差を校正する形状計測法であって、前記共通の治具に設置される複数の変位計として、前記計測対象を計測するための第1の変位計、および前記二つの参照面を計測するための第2、第3の二つの変位計以外に、面精度PV1ナノレベルの超平坦面を、所定角度傾斜させた状態および傾斜させない状態でそれぞれ計測するための第4の変位計を設け、前記第1の変位計の位置に、計測対象ではなく、同じく面精度PV1ナノレベルの超平坦面をセットし、第1〜第3の変位計により前記二つの参照面と同時に当該超平坦面を計測して、2つの参照面と当該超平坦面とを比較し、超平坦面の形状プロファイルが1ナノレベルで平坦であることから、2つの参照面の形状プロファイルが第1の変位計による計測結果に及ぼす誤差プロファイルを得る第1の工程と、前記第4の変位計の位置に前記超平坦面を傾斜させない状態でセットし、第2〜第4の変位計により前記二つの参照面と同時に当該超平坦面を計測して、2つの参照面と当該超平坦面とを比較し、2つの参照面の形状プロファイルが第4の変位計による計測結果に及ぼす誤差プロファイルを含む、当該超平坦面の傾斜させない状態の計測プロファイルを得る第2の工程と、前記第1の変位計の位置に計測対象をセットし、且つ第4の変位計の位置に前記超平坦面を所定角度傾斜させた状態でセットし、第1〜第4の変位計により前記計測対象、二つの参照面および当該傾斜させた超平坦面を同時に計測して、2つの参照面と当該超平坦面とを比較し、2つの参照面の形状プロファイルが第4の変位計による計測結果に及ぼす誤差プロファイルと、前記傾斜に対するステージの走査方向の位置誤差プロファイルとを含む、当該超平坦面の傾斜させた状態の計測プロファイルを得るとともに、2つの参照面と当該計測対象とを比較し、2つの参照面の形状プロファイルが第1の変位計による計測結果に及ぼす誤差プロファイルと、前記傾斜に対するステージの走査方向の位置誤差プロファイルとを含む、当該計測対象の計測プロファイルを得る第3の工程と、前記第2の工程で得た、前記超平坦面の傾斜させない状態の計測プロファイルと、前記第3の工程で得た、前記超平坦面の傾斜させた状態の計測プロファイルとを比較して、前記傾斜に対するステージの走査方向の位置誤差プロファイルを算出する第4の工程と、前記第1の工程で得た、2つの参照面の形状プロファイルが第1の変位計による計測結果に及ぼす誤差プロファイル、前記第4の工程で算出した、前記傾斜に対するステージの走査方向の位置誤差プロファイル、および前記第3の工程で得た、前記計測対象の計測プロファイルに基づき、校正された計測対象の形状を得る第5の工程とを備えた高精度形状計測方法。
変位計の並び方向、Z軸方向を変位計の変位方向、S1(x)を第2の変位計の出力、S2(x)を第4の変位計の出力、S3(x)を第1の変位計の出力、S4(x)を第3の変位計の出力、f1(x)〜f4(x)を変位計S1〜S4で計測されるもの(計測対象/参照面/超平坦面)の各形状プロファイル、aを第2の変位計S1と第1の変位計S3の間の距離、bを第1の変位計S3と第3の変位計S4の間の距離、cを第2の変位計S1と第4の変位計S2の間の距離、dを第4の変位計S2と第3の変位計S4の間の距離として、前記第1の工程が、第1〜第3の変位計S1、S3、S4により前記二つの参照面と同時に当該超平坦面を計測し、各変位計の出力と上述の式(6)により、2つの参照面の形状プロファイルf1(x)、f4(x)が第1の変位計による計測結果S3(x)に及ぼす誤差プロファイルr(x)を求める工程であり、前記第2の工程が、第2〜第4の変位計S1、S2、S4により前記二つの参照面と同時に前記傾斜させない状態の超平坦面を計測し、各変位計の出力と上述の式(7)により、2つの参照面の形状プロファイルf1(x)、f4(x)が第4の変位計による計測結果S2(x)に及ぼす誤差プロファイルr’(x)を含む、当該超平坦面の傾斜させない状態の計測プロファイルMbefore(x)を得る工程であり、前記第3の工程が、第1〜第4の変位計S1、S2、S3、S4により前記計測対象、二つの参照面および当該傾斜させた超平坦面を同時に計測し、変位計S1、S2、S4の出力と上述の式(8)により、2つの参照面の形状プロファイルf1(x)、f4(x)が第4の変位計による計測結果S2(x)に及ぼす誤差プロファイルr’(x)と、前記傾斜に対するステージの走査方向の位置誤差プロファイルp(x)とを含む、当該超平坦面の傾斜させた状態の計測プロファイルMafter(x)を得るとともに、変位計S1、S2、S3の出力と上述の式(10)により、2つの参照面の形状プロファイルf1(x)、f4(x)が第1の変位計による計測結果S3(x)に及ぼす誤差プロファイルr(x)と、前記傾斜に対するステージの走査方向の位置誤差プロファイルp(x)とを含む、当該計測対象の計測プロファイルf3(x)を得る工程であり、前記第4の工程が、前記第2の工程で得た、前記超平坦面の傾斜させない状態の計測プロファイルMbefore(x)と、前記第3の工程で得た、前記超平坦面の傾斜させた状態の計測プロファイルMafter(x)と、上述の式(9)とより、前記傾斜に対するステージの走査方向の位置誤差プロファイルp(x)を算出する工程であり、前記第5の工程が、前記第1の工程で得た、2つの参照面の形状プロファイルが第1の変位計による計測結果に及ぼす誤差プロファイルr(x)、前記第4の工程で算出した傾斜に対するステージの走査方向の位置誤差プロファイルp(x)、および前記第3の工程で得た、前記計測対象の計測プロファイルf3(x)に基づき、校正された計測対象の形状(f3(x))を得る工程である、高精度形状計測方法。
向に沿って間隔をあけてそれぞれ固定されている。本例では直線状に一列になるように配置されているが、走査方向にずれた位置に設けることもできる。
次に、図5に示した本例の計測装置4を用いて、マンドレル長手方向の形状計測を行った結果について説明する。
の変位分解能とサンプリング周期はそれぞれ1nmと5kHzである。測定のサンプリング間隔xは0.05mmとし、計測は±0,1度で温度制御された環境下で行った。その他の条件を表4.1 に示す。
本例の計測装置4Aを用いて周方向の形状プロファイルを計測した結果について説明する。周方向形状プロファイルを1nm(σ)の再現性で計測するために、次の処理を行う。回転するマンドレル10の半径の変化を変位計S3で測定する際に、同時に変位計S1とS4を用いて、変位計S3の位置における温度ドリフトなどの外乱を計測し、S3の計測結果から外乱の影響を除去する。さらに、計測結果に含まれる回転テーブルの運動誤差を反転法を用いて補正する。
測した。実験の概略を図14に示す。回転テーブル42の複数の運動誤差のうち、周方向形状プロファイル計測に影響するのはX軸に平行な方向およびピッチングの2つの運動誤
差である。反転前後の各断面を表3の条件で25回測定した際の平均プロファイルを図15(a),(b)に示す。
S2.5nmの運動誤差プロファイルであり、本装置の回転テーブルのピッチング誤差成分が小さいことがわかる。本例では、この誤差プロファイルを補正したものをマンドレルの周方向形状プロファイルとして取り扱った。
本例の装置を用いて長手方向の形状プロファイルを1nm(σ)の再現性で計測するために、上述した本発明に係る計測方法の第1の工程から第5の工程の工程に沿って、式(6)、式(7)、式(8)、式(10)、および式(9)を用いて誤差校正を行う。ここで、上述の工程の説明、式では、走査方向をX’軸とし、センサーの並び方向をY軸、変位
方向をZ軸としていたので、X’軸を本例ではZ’軸、Y軸を本例ではY’軸、Z軸をXX’軸として、変換して校正を行う。
変位分解能とサンプリング周期はそれぞれ1nmと5kHzである。測定のサンプリング間隔xは0.05mmとし、計測は±0,1度で温度制御された環境下で行った。その他の条件を表4に示す。超平坦ミラー3(超平坦面30)の傾斜角θは、4.9mradとした。
マンドレルの3次元形状偏差分布を作成するためには、Z’軸方向に変位計を走査し、各Z’位置における周方向形状プロファイルを計測し、かつそれらを組み合わせる必要がある。周方向の計測プロファイルには、形状プロファイルと誤差に加えて1周期のSinカーブが含まれる。そのSinカーブから、回転テーブルの軸に対する計測プロファイルの最小二乗円の中心位置を求められる。
の偏差Δr(Z’)が得られる。しかしながら、数百の断面プロファイルを必要とした場合、計測に数時間を要するため、Δa(Z’)、Δb(Z’)Δr(Z’)にはそれぞれ温度ドリフトの影響が含まれ、目標とする1nm (σ)の再現性を達成することが困難である。
1 計測対象
2A,2B 平面ミラー
3 超平坦ミラー
4,4A,4B 計測装置
5 ステージ
10 マンドレル
11 回転楕円ミラー
21,22 参照面
30 超平坦面
40 基台
41 アライメント機構
42 回転テーブル
50 固定治具
104 計測装置
Claims (3)
- 共通の治具に、複数の変位計を走査方向に直交する方向に一列に並べて設置し、前記複数の変位計により計測対象および少なくとも二つの参照面を同時に計測することにより計測対象の測定結果に含まれる変位誤差を校正する形状計測法であって、
前記共通の治具に設置される複数の変位計として、前記計測対象を計測するための第1の変位計、および前記二つの参照面を計測するための第2、第3の二つの変位計以外に、面精度PV1ナノレベルの超平坦面を、所定角度傾斜させた状態および傾斜させない状態でそれぞれ計測するための第4の変位計を設け、
前記第1の変位計の位置に、計測対象ではなく、同じく面精度PV1ナノレベルの超平坦面をセットし、第1〜第3の変位計により前記二つの参照面と同時に当該超平坦面を計測して、2つの参照面と当該超平坦面とを比較し、超平坦面の形状プロファイルが1ナノレベルで平坦であることから、2つの参照面の形状プロファイルが第1の変位計による計測結果に及ぼす誤差プロファイルを得る第1の工程と、
前記第4の変位計の位置に前記超平坦面を傾斜させない状態でセットし、第2〜第4の変位計により前記二つの参照面と同時に当該超平坦面を計測して、2つの参照面と当該超平坦面とを比較し、2つの参照面の形状プロファイルが第4の変位計による計測結果に及ぼす誤差プロファイルを含む、当該超平坦面の傾斜させない状態の計測プロファイルを得る第2の工程と、
前記第1の変位計の位置に計測対象をセットし、且つ第4の変位計の位置に前記超平坦面を所定角度傾斜させた状態でセットし、第1〜第4の変位計により前記計測対象、二つの参照面および当該傾斜させた超平坦面を同時に計測して、2つの参照面と当該超平坦面とを比較し、2つの参照面の形状プロファイルが第4の変位計による計測結果に及ぼす誤差プロファイルと、前記傾斜に対するステージの走査方向の位置誤差プロファイルとを含む、当該超平坦面の傾斜させた状態の計測プロファイルを得るとともに、2つの参照面と当該計測対象とを比較し、2つの参照面の形状プロファイルが第1の変位計による計測結果に及ぼす誤差プロファイルと、前記傾斜に対するステージの走査方向の位置誤差プロファイルとを含む、当該計測対象の計測プロファイルを得る第3の工程と、
前記第2の工程で得た、前記超平坦面の傾斜させない状態の計測プロファイルと、前記第3の工程で得た、前記超平坦面の傾斜させた状態の計測プロファイルとを比較して、前記傾斜に対するステージの走査方向の位置誤差プロファイルを算出する第4の工程と、
前記第1の工程で得た、2つの参照面の形状プロファイルが第1の変位計による計測結果に及ぼす誤差プロファイル、前記第4の工程で算出した、前記傾斜に対するステージの走査方向の位置誤差プロファイル、および前記第3の工程で得た、前記計測対象の計測プロファイルに基づき、校正された計測対象の形状を得る第5の工程と、
を備えた高精度形状計測方法。 - 前記第1の変位計および前記第4の変位計を、前記共通の治具における前記第2の変位計と前記第3の変位計との間の位置に設置してなる請求項1記載の高精度形状計測方法。
- 請求項2記載の高精度形状計測方法であって、
X軸方向を走査方向、Y軸方向を変位計の並び方向、Z軸方向を変位計の変位方向、S
1(x)を第2の変位計の出力、S2(x)を第4の変位計の出力、S3(x)を第1の変位計の出力、S4(x)を第3の変位計の出力、f1(x)〜f4(x)を変位計S1〜S4で計測されるもの(計測対象/参照面/超平坦面)の各形状プロファイル、aを第2の変位計S1と第1の変位計S3の間の距離、bを第1の変位計S3と第3の変位計S4の間の距離、cを第2の変位計S1と第4の変位計S2の間の距離、dを第4の変位計S2と第3の変位計S4の間の距離として、
前記第1の工程が、
第1〜第3の変位計S1、S3、S4により前記二つの参照面と同時に当該超平坦面を計測し、各変位計の出力と下記式(6)により、2つの参照面の形状プロファイルf1(x)、f4(x)が第1の変位計による計測結果S3(x)に及ぼす誤差プロファイルr(x)を求める工程であり、
前記第2の工程が、
第2〜第4の変位計S1、S2、S4により前記二つの参照面と同時に前記傾斜させない状態の超平坦面を計測し、各変位計の出力と下記式(7)により、2つの参照面の形状プロファイルf1(x)、f4(x)が第4の変位計による計測結果S2(x)に及ぼす誤差プロファイルr’(x)を含む、当該超平坦面の傾斜させない状態の計測プロファイルMbefore(x)を得る工程であり、
前記第3の工程が、
第1〜第4の変位計S1、S2、S3、S4により前記計測対象、二つの参照面および当該傾斜させた超平坦面を同時に計測し、変位計S1、S2、S4の出力と下記式(8)により、2つの参照面の形状プロファイルf1(x)、f4(x)が第4の変位計による計測結果S2(x)に及ぼす誤差プロファイルr’(x)と、前記傾斜に対するステージの走査方向の位置誤差プロファイルp(x)とを含む、当該超平坦面の傾斜させた状態の計測プロファイルMafter(x)を得るとともに、変位計S1、S2、S3の出力と下記式(10)により、2つの参照面の形状プロファイルf1(x)、f4(x)が第1の変位計による計測結果S3(x)に及ぼす誤差プロファイルr(x)と、前記傾斜に対するステージの走査方向の位置誤差プロファイルp(x)とを含む、当該計測対象の計測プロファイルf3(x)を得る工程であり、
前記第4の工程が、
前記第2の工程で得た、前記超平坦面の傾斜させない状態の計測プロファイルMbefore(x)と、前記第3の工程で得た、前記超平坦面の傾斜させた状態の計測プロファイルMafter(x)と、下記式(9)とより、前記傾斜に対するステージの走査方向の位置誤差プロファイルp(x)を算出する工程であり、
前記第5の工程が、
前記第1の工程で得た、2つの参照面の形状プロファイルが第1の変位計による計測結果に及ぼす誤差プロファイルr(x)、前記第4の工程で算出した傾斜に対するステージの走査方向の位置誤差プロファイルp(x)、および前記第3の工程で得た、前記計測対象の計測プロファイルf3(x)に基づき、校正された計測対象の形状(f3(x))を得る工程である、
高精度形状計測方法。
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