JPS5890110A - 干渉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は干渉装置に関し、干渉測定方法及びその方法全
実施するための光学的位相混合器及びＴ渉装置ｉ／，Ｉ
におけるその使用法が示智ノ１，る。

〔発明の背景〕

多くの光学装置、ｔ）！１に干渉′ｌｌ！ＩＩ定Ａ・−
１′し及び干渉試験装置にむいて、使用される光の波面
の形状はかなりの重要性を持つ。干渉ｉｔ！ＩＩ　５’
＋１法でニ１］、例えば元々”Ｆ　ｒ＋’＋＋状の波面
を有する２つのビーノ、（物体ビーム及び参照ビーム）
を用い、試験すべき物体全物体ビーム／ノ’ーＪｌ過し
た後又ｄ−反射した後にそれらのビーム全車ね合わせる
。もしイ、２つの重ね合わされるビームの本来の波面力
く正確に３１′向的でないか又に一黄なったふうに歪ん
でいる場合、例え被試険物体プバ理想的なものであった
としても歪んだ又は余分の干渉線が生じ、被試験物体の
誤差として誤才って解釈され，る可能性がある３。

ビーノ、の波面のｆみは−）しビーム径；塔中の不完全
な光学部品に、１：って生じることがある。そのような
歪みの主な源ｄコリメータ系である。コリメータ系によ
って点状の光源の蓋Ｖｌ：１１′面状の波面を有する出
力ビームに変換をれる。

第１Ａ図はレーザ・ビームを拡大するためにしばしば用
いられるコリメータの図である。レーザ１０の出力ビー
ムは凸レンズ１１によって、コリメータ・レンズ系１３
の焦点にちょうど配置されたピンホール・ダイアフラム
１２の小で々開口に集束σ力、る。１〜１０μｍの開ロ
全重するピンホール・ダイアフラム１２はビームから不
所望の成分全除去するための空間フィルタとして働く。

レンズ系１３０代りに反射鏡コリメータ系音用いる事も
できる。コリメータ系が理想的に焦点合わせざｔｌ、誤
差がなけ力、げ、出力ビーム１４の波面は正確に平面的
であるべきである。透明板、境又に［回折格子で分割σ
れた後、こ′ｒ１５らの波面は物体ビーム及び滲旧ビー
ムとして干渉測定装置に加えられる。

しかしな≠；らそのような理想的な条件は実１奈には存
在しない。というのは理４目的な点光源も理想的な誤差
のない光学系も存在し々いからである。

出力ビーム１４の現実の波面１５は歪んでおり（第１Ｂ
図）、波の質ｔま波面全体にわたって測定式（３） 力大理想的な平面からの最大偏差Δ　　　によつ　ａ　
Ｘ て表わを牙１．る。この値Δ　　　ｒ］、コリメータ系
の　ａ　Ｘ 直径と共に噌加し、背に直径が１００ｍｍよりも太き外
出力ビーム１４の」場合（１７１：λ／４〜λ／８より
も小σくする１１Ｎができ々い。但しλは使用した光の
波間である。その」：９７′ｉ−歪みブにあれば、干渉
測定はもはや最大限の精度では実ＬＫＩｉできんい。少
数の場合にのみ、結果的に生じた干渉線の歪みは計算装
置によって補正できる。非常に高精度の測定の用台、各
コリメータ系ｋｌ波面の偏差全チェックしそれに応じて
１°Ｎ１尺σれ々けハ、は外らない。

〔発明の要約〕

従って本発明の１］的は前記の一４Φ類の干渉装置であ
って歪んだ波面の影響プバ犬へく仔減をれたもの全提供
するｅＩＴである。寸だ上ｉ１１装置を構成するための
位相４ム合器が示される。

不発ｊｌｌＪは、２つのビームが干渉するようＩＣ互い
に重ね合わσれる時、ビームの干渉ブバ起きる場所にお
いて各ビームの歪みが他のビーノ・のその点に（４） おける波面の歪みに正確に一致するならば、波面の局所
的な歪みは影Ｑ１２与えないというｎ′ｌ実に基づいて
いる。言い換えると、波のｆＶ相の空間的分布は互いに
対応するビーム断面の点において両者のビームに付き等
しくなけれｌｄ：なら庁い。

対応する空間的分布（波面の歪み）全持つ２つのビーム
全発生させるために、本発明は、多くの干渉装置におい
て物体ビーム及び参照ビームの光路は２つのビームの間
に単純な対称的関係が存在するようなものであるという
事実全利用している。

平面に対して対称的に生じた波面の歪みが互いに相殺す
るように２つのビームが用いられるならば、対称化１叶
９０°プリズムを用いて入力ビームを位相混合する事に
よって得られる。回転軸全有する対称性の場合、位相混
合はアキシコン（ａｘｉｃｏｎ）によって行なわれる。

プリズムあるいけ了キシコンの一定に制限きれた面は、
コリメータ系の球面よりも非常に高い精度で以当な価格
で・製造できる。本発明に従って位相結合を用いると、
大きなビーム直径及び等しく太さな波面の歪み全型する
安価庁コリメータ系を用いる事ができるので、大きなビ
ーム断面が以南な価格で干渉測定できる。もしも位相４
ｆ−合のためにイ」加的な装置が非常に精確なコリメー
タ系と共に用いられるならば、測定は最大限の１１’ｆ
　１１で行なう７１（ができる。

〔良好な実施例の説明〕

第２図に示す位相混合のためのルーフ・プリズム２０（
頂角９０°　）は、’！’Ｉｌｌ　Ａ　Ａ、　を及びプ
リズム２０の頂線を通る平面に７１シて対称的な位相分
布全イイする、２つのビーム半分２４．２５から成る出
力ビーム２３を発生する。位相混合のために、例えけレ
ーザからの入力ビーム２１は半反射鏡２２によってプリ
ズム２０の斜辺面の方へ直角に入射きれる。′ａＡ　Ａ
、　’に・χ・１して対称的にイ←む２つの光線ａＸ　
ｃは、プリズムの部分反射性の斜辺面で部分的に反射さ
れ（光ｉａ’、ｃ’）、部分的にプリズムに入る（光線
ｈ　、ｄ　）。プリズム内に入った光線成分ｌ）、ｄは
プリズムの完全に反射性の面で２回反射された後、光＠
ａ′、Ｃ′が直接反射てれた点１１醍びｌから出て行く
。Ａ４７７造が理想的に言唄些σれていわ、げ、光線ａ
′及びＣ′、ｂ及びｄは各々同じ長σの光路全通過して
いるので、線ＡＡ’に対して対称な出力光線ａ’＋ｄ及
びＣ′＋ｂは各々同じ強度及び同じ位相を持つ。

第２図の位相混合器全干渉装ｊＫｆで用いるＩ４１、プ
リズムの製浩公差が正確に守られていれば、波面の＋１
柚的な歪みは存在しない。プリズム及びビーム・スプリ
ッタの而は最新の研磨方法によってλ／２０の平坦性公
差で研磨できる。寸たプリズムの１１１角は１／１００
　　ａｒｃ　　５ｅｃｏｎｄ　　の誤差で再現できる。

ビーム２１の入射ｆｒ］がプリズム２０の斜辺面に対し
て調整てれている時、等しい精度が得られる。

第６図は、出力ビーム３１の波面の歪みがｒｌｉｂ　Ｂ
Ｂ′に対して回転対称性を］寺つような、位相混合のた
めの構成ケ示す。第１１スと同じ基本的＋１に成を用い
、プリズム！ｄ、９０°の開き角全持つ円Ｍｆ：状の形
の、底面が半反射性で且つ側面が完全に反射（７） 性のアキシコン３０によって置き換えられている。

回転対称性のある事を除けばビーム径路は第２図のもの
に対応し、等価な才子及び光線成分は同じ参照番月が伺
けら力２ている。アキシコンの回転対称性はプリズム位
相混合器のｉＱ　＋ｌ’Ｊ３ｓＪ称性を含むので、アキ
シコンはプリズムの代りに常に用いる事ができるが、逆
は必ずしも可能ではない。しかしながらプリズムの応用
範囲が限らノ１．ている事は、フＩＪズムが容易にＸ１
四費できる事によって補償てれている。

第４１″２１は、表面試験のための干渉装置１′ｔに第
２図の位相混合器ケ応用した例を示す。このセ１１成（
詳細はドイツ国！１ｚ１許出［ＩＴｆｆｉＰ２６　３６
　４９８号参照）において、第１のビーム（物体ビーム
）４２は入ｑ４角θで被試験面４０に向い、反射されて
回折格子４１に至りそこでＩＩ旧Ｊ〒智れる。第２のビ
ーム（参１（ｊビーム）４３にト割めの角度で回折格子
４１に向い、そこで同様に回折される。格子定数及び入
射角′ｒｌ：、２つのビーム４２及び４ろの所望の回１
斤次数の光線が互いに平行に：、（（み、所望の出（８
） カビーム４４が生じるように選ばれる。出力ビーム４４
は評（ｉ！ｆｉのためにレンズ４５によってＴＶカメラ
４６　にに指向σね、る。結果的に得られた等高線の評
価は視覚的又は自動画像評価装置によって行なう事プバ
できる。

干渉法による表面試験装置においてこの型のビーム案内
を行なうと、２つのビーム４２及び４３０分割面に対し
て対称な２つの光線の各々（例えば４００及び４０１）
が干渉する。位相の対称化は、レーザ６０、ビーム拡大
系及びコリメータ系４９に続くプリズム４７及びビーム
・スプリッタ４８？用いた位相混合器によって行なう事
ができる。第２図のビーム径路とは異なり、この場合、
プリズム４７は（プリズムの底面に垂直に入射する）コ
リメータ出力ビームで直接照らされる。そして対称化て
れたビームはビーム・スプリッタ４８における反射によ
ってカップル・アウトてれる。

ビーム・スプリッタ４８の、コリメータ４９に面する側
は特に厳格な平坦性の要件を満たす必・冴はないが、対
称化σ力、たビームが反射される前面は可能な限り平坦
でなければならない（精度はλ／２０〜λ／１ｌＯ）。

第２図のビーム・スプリッタの場合に［、両側が非常に
高い程を度で処ＴＱ！−ｇれなければならない。さもな
ければ対称化てれたビームが再び擾乱を受けるであろう
。しかし第４図の構成はこの欠点をイ１です、従ってよ
り奸才しい。ビーム・スプリッタ４８１（を中心：ｌｌ
＋に対して旋回可能であって、固定的々測定装置（４０
，４１）を任意のｆ（１度θで照明でさる、１：うに変
位σせる１１もできる。

第５図はプリズム位相混合１４（の第２の応用例を示す
。これによって光学結像系の品質を試験できる。この構
成の詳細は欧州特許出、願第８１　１０３１６２４号に
記載てれている。そね、により、Ｉば、マスター回折格
子の密着プリントが、２つの連続した干渉測定ステップ
において、試験すべき結ｆｌによって作られ、たコピー
と比Ｉｌｉりされる。このために、各回折格子（各回置
格子に１．順次に位置５０に１１′ｔかれる）は入射角
θでビーム５２によって直接照明てれ、また平面鏡５１
で反ｒ（，１σれた後で回折格子に入射するビーム５３
によって第１のビーム５２に対称的に同じ角度θで照明
きれる。従って２つのビーム５２及び５３の間の分割面
に対称々２つの光線（例えば５００．５０１）は回折格
子５０の各点で干渉する。との場合も同様に、レーザ６
１、ビーム眩大系及０−コリメータ系５８に続くプリズ
ム５６及びビーム・スプリッタ叛５７が、両ビーム５２
及び５３の位相を対称化するために用いられている。こ
の位相混合？跨のビーム径路は第４図で説明したものに
対応する。

例えｌ−丁フオドリソグラフィ装置等の高分Ｊ’ｌ’ｌ
’　沌光学系の低品質を光学的に試１吟するには、弔大
限の精度が非常に重要である。従来のコリメータ系の制
限された光学的品質の場合、そのような精度は、比較的
小豆なレンズ直径を有する２個の別個の最大補正コリメ
ータを用いて２つのビーム５２及び５３を発生１伊る事
によってのみ得られた。しかし位相混合を行なえば、そ
のよう外制限は存在せず、大きな直径のコリメータであ
っても必要な測定精度を可能にする。従って第２のコリ
メータ系（１１） の代りに（非常に１．ｊ７密姥処叩σ）１．幻平面境５
１が回１斤格子５０に対して正確に９０’に配向σれる
。

従って入射角の値に＜ＱＢ（関係に２つのビーム５２及
び５３の入ｑ、１角は常に等しい。回折格子５０の格子
定数ｒ１、ビーム５２及び５３の＋０次及び−ｎ次の回
１斤尤の重ね合わてハ７女イ、のが格子面に垂直に１（
ｒ（み、光学系５４．５５において結像されるようなも
のである。試験装飽の場合、例えば４番目の回１斤次数
（ｎ＝４）プバｊ′尺ばれ、その時θ＝３９５°の角度
がセットきれた。

２１賃階の一用定ステップから成る第５図に示さ力。

る測定によって、１つの１ノ、１７；　、ｌ・１１＋？
方向の低品質が決定σ八る。１ＩＩ７ｉ座標方向（Ｘ及
びｙ）の試１険は、互いに垂直に配ｆ〜Ｚした２個の格
子パターン（又はラジアル格子）が試験パターンとして
用いられるならば、１同の測定で行なう事がでさる。そ
のよう々場合、回転対称性位λ（Ｉ混合器（アギシコン
）を用いる工（Ｎができる。

これ１で述べた応用に廂えて、ここで提案された位相混
合の方法回［，２つのビームが重ね合わさく１２） れて干渉させられる全ての光学装置（例えばマイケルソ
ン、マツハーツエンダー、ジャミン、ファプリー−ペロ
ー、ロイドの干渉計は２つの重なる平面波’４．よって
格子パターンを発生する。）のためにも基本的に適して
いる。位相混合のためにプリズムで充分か又はアキシコ
ンを使用すべきかを決定するために、ビームの干渉光線
に付いてどのような対称性プバ存在するかが事例毎に試
験てれなけれｌばなら々い。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第１ＢＩツ１は従来のコリメータ系及びそれ
によって導入される波面の歪みを示す図、第２図ば位相
混合器として用いられるプリズムの図、第３図は位相混
合器として用いられるアギシコンの図、ｉ４図は第２図
のｆ〃相混合器を用いて表面を試１検するための光学装
置の図、第５図は第２図の位相混合器を用いて回折格子
を試験する光学装置の図である。 ２０・・・・プリズム、２１・　・・入力ビーム、２２
・・・・半透鏡、２３・・・・出力ビーム、３０・・・
・アキシコン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）略平面状の出力波面全重する２つの光ビームが互
   いに重ね合される干渉装置に１９いて、上記各ビームの
   対応する点において理想的な平面波からの局所的な波面
   の歪みが互いに略等しくなるように構成されたことを特
   徴とする干渉装置。
2. （２）入力ビームの、対称面もしくに対称軸に対して対
   称な部分ビームの各々に、一定の位相だけ准移した他方
   の部分ビーノ・全重ね合わせる手段によって、上記各ビ
   ームに対応する点に訃ける波面の歪みケ略等しくした特
   許請求の範囲第（１）項記ｊ成の干渉装置。