JPH09250966A

JPH09250966A - 反射率測定装置

Info

Publication number: JPH09250966A
Application number: JP8763696A
Authority: JP
Inventors: Keiji Kuriyama; 桂司栗山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 1997-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】広い波長範囲、特に紫外線領域や真空紫外線領
域で、光学表面の反射率を測定することができる装置を
提供する。【解決手段】光路分離部材５を介して光学表面７に入射
光を集光し、光学表面７からの反射光を光路分離部材５
によって入射光から分離し、該分離された反射光に基づ
いて光学表面７の反射率を測定する反射率測定装置にお
いて、光路分離部材５は、入射光を透過する透過領域５
ａと反射光を反射する反射領域５ｂとを有し、透過領域
５ａを透過した入射光による反射光が、反射領域５ｂに
よって反射するように、透過領域５ａと反射領域５ｂと
を配置したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光学表面の反射率
を測定する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レンズやプリズムやミラーの光が透過、
反射する表面を光学表面と言うが、光学表面の反射率を
測定しようとする場合、最もよく使用されている通常の
分光光度計では、測定光がほぼ並行光であるため平面し
か測定できない。そこで、曲面上の反射率を測定する場
合、従来は例えば特開平５−３４０８６９号公報に開示
された構成の測定装置が使用されている。この構成は光
学顕微鏡を用いるものであり、光源の後に輪帯開口を持
ったスリットを配置して輪帯状の光線を形成し、対物レ
ンズで被測定表面に焦点を合わせ、反射してきた光をハ
ーフミラーで分離して分光検出部に導く方式であった。
光軸を中心とした輪帯状のスリットを利用した場合、個
々の光線については入射光と反射光との経路は異なるも
のの、全体の光線について見てみると、入射光と反射光
は同じ経路をとるため、入射光と反射光とが入り混じっ
た状態になっている。このため、入射光と反射光とを分
離する仕組みが必要で、透過率と反射率がほぼ１：１の
ハーフミラーが必ず必要になる。また、光学表面への光
の集光には顕微鏡用対物レンズが使用されるが、測定波
長範囲で色収差がよくとれた光学系が必要となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の表面反射率
測定装置では、入射光と反射光の分離にハーフミラーを
使用するため、広い波長範囲での測定をしようとする場
合、広い波長域で光の吸収が無く、且つ透過率と反射率
がほぼ１：１のハーフミラーが必要となり、しかも広い
波長範囲で収差の取れた顕微鏡対物レンズ光学系が必要
となる。しかし、この様なハーフミラーと顕微鏡対物レ
ンズ光学系の作製が困難なため、広い波長域、特に紫外
波長領域を含む範囲での測定は困難であった。特に測定
したい波長が１６０ｎｍ〜２５０ｎｍ程度の短波長にな
ると、使用できる光学ガラスの種類が限られるため、収
差の取れた光学系の設計は非常に困難であるとともに、
ハーフミラーの設計も使用できる材料に限りがあるた
め、製作することは困難であった。したがって本発明
は、広い波長範囲、特に紫外線領域や真空紫外線領域
で、光学表面の反射率を測定することができる装置を提
供することを課題としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであり、すなわち、光路分離部
材を介して光学表面に入射光を集光し、光学表面からの
反射光を光路分離部材によって入射光から分離し、該分
離された反射光に基づいて光学表面の反射率を測定する
反射率測定装置において、前記光路分離部材は、入射光
を透過する透過領域と反射光を反射する反射領域とを有
し、透過領域を透過した入射光による反射光が、反射領
域によって反射するように、透過領域と反射領域とを配
置したことを特徴とする反射率測定装置である。本発明
はまた、上記の反射率測定装置において、前記光路分離
部材は、入射光を反射する反射領域と反射光を透過する
透過領域とを有し、反射領域によって反射した入射光に
よる反射光が、透過領域を透過するように、反射領域と
透過領域とを配置したことを特徴とする反射率測定装置
である。

【０００５】これらの構成により、測定表面への入射光
と反射光を完全に分離することができ、しかもハーフミ
ラーの使用をさけることができる。反射領域としては高
反射ミラーを用いることができ、したがって短波長を含
む広い波長範囲で高い反射率を得ることができる。なお
入射光が測定表面へ垂直に入射する場合には、入射光の
光路と反射光の光路とが同一となるため、入射光と反射
光とを分離出来なくなる。このため、入射光の光路と反
射光の光路とが同一となる光路を含む領域では、光が透
過できないように、高反射領域にするか、あるいは光を
吸収または散乱させる必要がある。

【０００６】本発明はまた、光源からの入射光を集光光
学系によって光学表面に集光し、光学表面からの反射光
を光路分離部材によって入射光から分離し、該分離され
た反射光の強度を光検出器によって検出することによ
り、光学表面の反射率を測定する反射率測定装置におい
て、集光光学系を、反射光学系によって形成したことを
特徴とする反射率測定装置である。反射光学系として
は、例えば軸はずし楕円反射鏡やシュバルツシルド光学
系を用いることができる。

【０００７】顕微鏡対物レンズは光学ガラスを使用する
ため、波長が１６０ｎｍ〜２５０ｎｍと可視域とで収差
を取ることは困難である。しかるに軸はずし楕円反射鏡
やシュバルツシルド光学系などの反射鏡は、２つの焦点
をもち、１つの焦点を出た光は必ず他の焦点に集まる性
質がある。したがってこれらの反射光学系を用い、第１
の焦点と、第１の焦点の光路分離部材に関する共役点と
のうち、いずれか一方の位置に光源を配置し、いずれか
他方の位置に光検出器を配置し、第２の焦点に測定光学
面を配置することによって、顕微鏡対物レンズの使用を
避けることができる。軸はずし楕円反射鏡やシュバルツ
シルド光学系などの反射鏡は、反射によって集光するた
め、光学ガラスの屈折分散に起因する波長による色収差
が全く発生しない。したがって広波長域での測定が可能
になるとともに、可視域での観察も可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面によっ
て説明する。図１は本発明の第１実施例を示し、光源１
の後ろ側には光源用ピンホール３と、測定光分離折り返
しミラー５と、軸はずし楕円鏡６がその順に配置されて
いる。光源用ピンホール３は、楕円鏡６の第１の焦点位
置８ａに配置されており、この第１の焦点位置８ａの測
定光分離折り返しミラー５に関する共役点８ｃには、検
出部ピンホール４が配置されている。すなわち検出部ピ
ンホール４と光源用ピンホール３とは、測定光分離折り
返しミラー５に関する実像位置と虚像位置の関係になっ
ている。また楕円鏡６の第２の焦点位置８ｂには、被測
定光学表面７が配置されている。

【０００９】しかして光源１を出た光は、楕円鏡６の第
１の焦点位置８ａに配置した光源用ピンホール３を通
り、測定光分離折り返しミラー５の透過領域５ａを透過
して楕円鏡６に入射する。楕円鏡６で反射した光は、楕
円鏡６の第２の焦点位置８ｂに配置した被測定光学表面
７で焦点を結ぶと同時に、光学表面７で反射され、再び
楕円鏡６に戻る。楕円鏡６に戻った反射光は、当初楕円
鏡６に入射したときとは別の位置において楕円鏡６によ
って反射され、測定光分離折り返しミラー５の反射領域
５ｂに入射する。この反射領域５ｂによって測定光は反
射され、楕円鏡６の第１の焦点の共役点８ｃに配置した
検出部ピンホール４で焦点を結び、更に分光検出部２に
入射する。

【００１０】光学表面７に垂直に入射する光について
は、入射光の光路と反射光の光路とが同一となる。この
光路を光軸ｚと呼ぶこととすると、測定光分離折り返し
ミラー５の透過領域５ａは、図３〜図６に示すように、
光軸ｚを含まないように設けられている。また透過領域
５ａと反射領域５ｂとは、透過領域５ａを透過した入射
光がすべて反射領域５ｂによって反射するように配置さ
れている。

【００１１】本実施例は以上のように構成されており、
この構成により、照射入射光と測定反射光とを完全に分
離することができる。その際、ハーフミラーの使用を避
けていると共に顕微鏡対物レンズも使用しないため、色
収差の問題を回避することができる。したがって紫外線
領域から遠赤外線領域までの広い波長範囲についての光
学表面７の反射率を、同一の光学系によって測定するこ
とができる。

【００１２】なお、本実施例では光源１からの光がまず
測定光分離折り返しミラー５の透過領域５ａを透過した
が、光源１と分光検出部２とを入れ替えて、光源１から
の光がまず測定光分離折り返しミラー５の反射領域５ｂ
によって反射するように構成することもできる。また本
実施例では、波長１６０ｎｍ〜２５０ｎｍの紫外線波長
域での測定を念頭に置いているが、可視領域や赤外線領
域での測定に適用しても何ら問題はない。

【００１３】次に上記第１実施例を用いた具体例を図２
に示す。光源１、分光検出部２、光源用ピンホール３、
検出部ピンホール４、測定光分離折り返しミラー５、軸
はずし楕円鏡６、及び被測定光学表面７は密閉容器１３
内に配置されている。光源１は容器１３外に配置した光
源制御装置１５によって制御されており、分光検出部２
からの信号は分光検出制御データ処理装置１４に出力さ
れている。光学表面７は焦点調整機構９上に載置されて
おり、焦点調整機構９にはｘ、ｙ、ｚ軸方向のシフト調
整機構、及びｘ、ｙ、ｚ軸回転調整機構が組み込まれて
いる。密閉容器１３には窒素ガス導入口１２より窒素ガ
スを導入し、酸素による紫外線吸収を防止できるように
構成されている。なお窒素ガスの代りにヘリウムガスを
導入しても良い。また紫外線吸収の防止のためには、窒
素ガスの封入に代えて、例えば１０^-3〜１０^-4Torr程度
以下の真空とすることもできる。

【００１４】また測定光分離折り返しミラー５から検出
部ピンホール４に至る光路には、可視観察用折り曲げミ
ラー１０が挿脱自在に配置されており、分光測定時は光
路から外しておき、可視観察の時にこのミラー１０を光
路の中にセットし、ミラー１０で反射した光線を観察用
接眼レンズ１１を介して観察できるように構成されてい
る。したがって例えば波長域の広い光源１を使用し、ミ
ラー１０を光路内に挿入して可視域でピント合わせを行
い、しかる後にミラー１０を光路外にはずし、光源１又
は分光検出部２に紫外光のみを透過するフィルターを挿
入して、紫外領域での表面反射率を測定することができ
る。

【００１５】次に図３〜図６に測定光分離折り返しミラ
ー５のいくつかの具体例を示す。先ず図３は、透過領域
５ａを透過し、反射領域５ｂで反射する光束の形状を、
ほぼ円錐形状としたものであり、したがって測定光分離
折り返しミラー５上での透過領域５ａと反射領域５ｂの
形状は、第１の焦点位置８ａあるいはその共役点８ｃか
らミラー５に降ろした垂線の足Ｐ方向に長軸を有する長
円形状となり、また足Ｐからの距離に応じて拡大した長
円形状となる。測定光分離折り返しミラー５の表面のう
ち、透過領域５ａにも反射領域５ｂにも含まれない領域
は、反射領域とすることもできるし、あるいは光を吸収
する領域とすることもできる。

【００１６】図３に示した例では、短径６０ｍｍ程度、
長径８５ｍｍ程度の楕円形のＢＫ７ガラス平面基板を用
いており、この基板の中心点を光軸ｚと一致させ、短径
１８ｍｍ程度、長径２５．５ｍｍ程度の楕円形の透過領
域５ａと反射領域５ｂとを、各３カ所づつ、光軸ｚに関
してほぼ点対称となるように設けたものである。反射領
域５ｂは、厚さ２００ｎｍ程度のアルミニウムを基板に
蒸着し、その上に厚さ５０ｎｍ程度のフッ化マグシウム
を蒸着して形成した。また、透過領域は基板に穴をあけ
て形成した。

【００１７】図４に示したミラー５は、透過領域５ａと
反射領域５ｂとの形状をほぼ３角形としたものであり、
図５に示したミラー５は、透過領域５ａと反射領域５ｂ
との形状をほぼ半円形としたものである。また図６に示
したミラー５は、透過領域５ａと反射領域５ｂとの形状
をほぼ楕円形とし、透過領域５ａと反射領域５ｂとを内
周には各３カ所づつ、外周には各５カ所づつに配置した
ものである。

【００１８】なお図３、図４に示したミラーの利点とし
て、ピントを少しずらした状態で観測用光学系より観測
すると、３つのボケ像が観察され、被検レンズが傾いて
いる場合には、各々のボケ像の大きさや形が異なること
になる。したがって各ボケ像の大きさや形を同じにする
ことにより、被検レンズのアライメント、すなわち水平
出しを容易に行うことができる。また各例とも、光軸ｚ
の近傍の一定程度広い領域を不透過領域としているた
め、被測定光学表面７への入射角度が、垂直から一定程
度離れた光だけが光学表面７に入射することとなる。ま
た、透過領域５ａについては、中空の穴に限られるもの
ではなく、光を透過する基板自体を透過領域５ａとする
こともできる。

【００１９】次に図７は第２実施例を示し、この第２実
施例では、上記第１実施例の軸はずし楕円鏡６に代え
て、シュバルツシルド光学系２０，２１を用いたもので
ある。すなわち、シュバルツシルド光学系２０，２１の
第１の焦点位置８ａに、光源用ピンホール３が配置さ
れ、第１の焦点位置８ａの測定光分離折り返しミラー５
に関する共役点８ｃに、検出部ピンホール４が配置さ
れ、第２の焦点位置８ｂに、被測定光学表面７が配置さ
れている。もちろん光源１と分光検出部２とを入れ替え
た構成とすることもできる。シュバルツシルド光学系２
０，２１は凸球面鏡２０と凹球面鏡２１とから構成され
ているから、光源１から分光検出部２に至るまでの反射
回数が２回増加するという不利益がある。しかしながら
いずれも球面鏡であるから、軸はずし楕円鏡６よりも製
作が容易であるという利点がある。

【００２０】

【発明の効果】本発明の表面反射率測定装置によれば、
紫外線領域から遠赤外線領域の広い波長範囲にわたっ
て、同一の光学系で測定することができると共に、従来
の方式では測定不可能であった非常に波長の短い波長領
域での測定も行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す構成図

【図２】第１実施例の具体例を示す構成図

【図３】測定光分離折り返しミラーを示す平面図

【図４】測定光分離折り返しミラーの別の態様を示す平
面図

【図５】測定光分離折り返しミラーの更に別の態様を示
す平面図

【図６】測定光分離折り返しミラーの更に別の態様を示
す平面図

【図７】第２実施例を示す構成図

【符号の説明】

１…光源２…分光検出部３…光源用ピンホール４…検出部ピンホー
ル５…測定光分離折り返しミラー５ａ…透過領域５ｂ…反射領域６…軸はずし楕円鏡７…被測定光学表面８ａ，８ｂ，８ｃ…
焦点位置９…焦点調整機構１０…可視観察用折
り曲げミラー１１…観察用光学系１２…窒素ガス導入
口１３…密閉容器１４…分光検出制御
データ処理装置１５…光源制御装置２０…凸球面鏡２１…凹球面鏡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光路分離部材を介して光学表面に入射光を
集光し、光学表面からの反射光を前記光路分離部材によ
って前記入射光から分離し、該分離された反射光に基づ
いて前記光学表面の反射率を測定する反射率測定装置に
おいて、前記光路分離部材は、前記入射光を透過する透過領域と
前記反射光を反射する反射領域とを有し、前記透過領域を透過した入射光による反射光が、前記反
射領域によって反射するように、前記透過領域と反射領
域とを配置したことを特徴とする反射率測定装置。
【請求項２】光路分離部材を介して光学表面に入射光を
入射し、光学表面からの反射光を前記光路分離部材によ
って前記入射光から分離し、該分離された反射光に基づ
いて前記光学表面の反射率を測定する反射率測定装置に
おいて、前記光路分離部材は、前記入射光を反射する反射領域と
前記反射光を透過する透過領域とを有し、前記反射領域によって反射した入射光による反射光が、
前記透過領域を透過するように、前記反射領域と透過領
域とを配置したことを特徴とする反射率測定装置。
【請求項３】光源からの入射光を集光光学系によって光
学表面に集光し、光学表面からの反射光を光路分離部材
によって前記入射光から分離し、該分離された反射光の
強度を光検出器によって検出することにより、前記光学
表面の反射率を測定する反射率測定装置において、前記集光光学系を、反射光学系によって形成したことを
特徴とする反射率測定装置。
【請求項４】前記反射光学系は、軸はずし楕円反射鏡に
よって構成され、該軸はずし楕円反射鏡の第１の焦点と、該第１の焦点の
前記光路分離部材に関する共役点とのうち、いずれか一
方の位置に前記光源を配置し又は該光源からの光を絞る
ピンホールを配置し、いずれか他方の位置に前記光検出
器を配置し又は該光検出器への光を絞るピンホールを配
置し、前記軸はずし楕円反射鏡の第２の焦点位置に、前記光学
表面を配置した、請求項３記載の反射率測定装置。
【請求項５】前記反射光学系は、シュバルツシルド光学
系によって構成され、該シュバルツシルド光学系の第１の焦点と、該第１の焦
点の前記光路分離部材に関する共役点とのうち、いずれ
か一方の位置に前記光源を配置し又は該光源からの光を
絞るピンホールを配置し、いずれか他方の位置に前記光
検出器を配置し又は該光検出器への光を絞るピンホール
を配置し、前記シュバルツシルド光学系の第２の焦点位置に、前記
光学表面を配置した、請求項３記載の反射率測定装置。
【請求項６】前記光路分離部材は、前記入射光を透過す
る透過領域と前記反射光を反射する反射領域とを有し、前記透過領域を透過した入射光による反射光が、前記反
射領域によって反射するように、前記透過領域と反射領
域とを配置した、請求項３、４又は５記載の反射率測定
装置。
【請求項７】前記光路分離部材は、前記入射光を反射す
る反射領域と前記反射光を透過する透過領域とを有し、前記反射領域によって反射した入射光による反射光が、
前記透過領域を透過するように、前記反射領域と透過領
域とを配置した、請求項３、４又は５記載の反射率測定
装置。