JPS6365882B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は干渉装置に関し、干渉測定方法及びそ
の方法を実施するための光学的位相混合器及び干
渉装置におけるその使用法が示される。

〔発明の背景〕

多くの光学装置、特に干渉測定装置及び干渉試
験装置において、使用される光の波面の形状はか
なりの重要性を持つ。干渉測定法では、例えば
元々平面状の波面を有する２つのビーム（物体ビ
ーム及び参照ビーム）を用い、試験すべき物体を
物体ビームが通過した後又は反射した後にそれら
のビームを重ね合わせる。もしも２つの重ね合わ
されるビームの本来の波面が正確に平面的でない
か又は異なつたふうに歪んでいる場合、例え被試
験物体が理想的なものであつ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
誤まつて解釈される可能性がある。

ビームの波面の歪みは光ビーム径路中の不完全
な光学部品によつて生じることがある。そのよう
な歪みの主な源はコリメータ系である。コリメー
タ系によつて点状の光源の光は平面状の波面を有
する出力ビームに変換される。

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によつて、コリ
メータ・レンズ系１３の焦点にちようど配置され
たピンホール・ダイアフラム１２の小さな開口に
集束される。１〜10μmの開口を有するピンホー
ル・ダイアフラム１２はビームから不所望の成分
を除去するための空間フイルタとして働く。レン
ズ系１３の代りに反射鏡コリメータ系を用いる事
もできる。コリメータ系が理想的に焦点合わせさ
れ、誤差がなければ、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、鏡又は回
折格子で分割された後、これらの波面は物体ビー
ム及び参照ビームとして干渉測定装置に加えられ
る。

しかしながらそのような理想的な条件は実際に
は存在しない。というのは理想的な点光源も理想
的な誤差のない光学系も存在しないからである。
出力ビーム１４の現実の波面１５は歪んでおり
（第１Ｂ図）、波の質は波面全体にわたつて測定さ
れた理想的な平面からの最大偏差Δ_naxによつて
表わされる。この値Δ_naxはコリメータ系の直径
と共に増加し、特に直径が100mmよりも大きな出
力ビーム１４の場合はλ／４〜λ／８よりも小さ
くする事ができない。但しλは使用した光の波長
である。そのような歪みがあれば、干渉測定はも
はや最大限の精度では実施できない。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
によつて補正できる。非常に高精度の測定の場
合、各コリメータ系は波面の偏差をチエツクしそ
れに応じて選択されなければならない。

〔発明の要約〕

従つて本発明の目的は前記の種類の干渉装置で
あつて歪んだ波面の影響が大きく軽減されたもの
を提供する事である。また上記装置を構成するた
めの位相混合器が示される。

本発明は、２つのビームが干渉するように互い
に重ね合わされる時、ビームの干渉が起きる場所
において各ビームの歪みが他のビームのその点に
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響を与えないという事実に基
づいている。言い換えると、波の位相の空間的分
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ばならない。

対応する空間的分布（波面の歪み）を持つ２つ
のビームを発生させるために、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を利用してい
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、対称化は90゜プリズムを用いて入力ビーム
を位相混合する事によつて得られる。回転軸を有
する対称性の場合、位相混合はアキシコン
（axicon）によつて行なわれる。

プリズムあるいはアキシコンの一定に制限され
た面は、コリメータ系の球面よりも非常に高い精
度で妥当な価格で製造できる。本発明に従つて位
相結合を用いると、大きなビーム直径及び等しく
大きな波面の歪みを有する安価なコリメータ系を
用いる事ができるので、大きなビーム断面が妥当
な価格で干渉測定できる。もしも位相混合のため
に付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、測定は最大限の精度で行な
う事ができる。

〔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、軸AA′及びプリズム２０
の頂線を通る平面に対して対称的な位相分布を有
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
ばレーザからの入力ビーム２１は半反射鏡２２に
よつてプリズム２０の斜辺面の方へ直角に入射さ
れる。線AA′に対して対称的に進む２つの光線
ａ，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（光線a′，c′）、部分的にプリズム
に入る（光線ｂ，ｄ）。プリズム内に入つた光線
部分ｂ，ｄはプリズムの完全に反射性の面で２回
反射された後、光線a′，c′が直接反射された点
及びから出て行く。構造が理想的に調整されて
いれば、光線a′及びc′，ｂ及びｄは各々同じ長さ
の光路を通過しているので、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図の位相混合器を干渉装置で用いる時、プ
リズムの製造公差が正確に守られていれば、波面
の付加的な歪みは存在しない。プリズム及びビー
ム・スプリツタの面は最新の研磨方法によつて
λ／20の平坦性公差で研磨できる。またプリズム
の頂角は１／100arc secondの誤差で再現でき
る。ビーム２１の入射角がプリズム２０の斜辺面
に対して調整されている時、等しい精度が得られ
る。

第３図は、出力ビーム３１の波面の歪みが軸
BB′に対して回転対称性を持つような、位相混合
のための構成を示す。第１図と同じ基本的構成を
用い、プリズムは、90゜の開き角を持つ円錐状の
形の、底面が半反射性で且つ側面が完全に反射性
のアキシコン３０によつ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、等価な素子及び光線成分は同じ
参照番号が付けられている。アキシコンの回転対
称性はプリズム位相混合器の鏡映対称性を含むの
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れている事は、
プリズムが容易に製造できる事によつて補償され
ている。

第４図は、表面試験のための干渉装置に第２図
の位相混合器を応用した例を示す。この構成（詳
細はドイツ国特許出願第P26 36 498号参照）に
おいて、第１のビーム（物体ビーム）４２は入射
角θで被試験面４０に向い、反射されて回折格子
４１に至りそこで回折される。第２のビーム（参
照ビーム）４３は斜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
角は、２つのビーム４２及び４３の所望の回折次
数の光線が互いに平行に進み、所望の出力ビーム
４４が生じるように選ばれる。出力ビーム４４は
評価のためにレンズ４５によつてTVカメラ４６
上に指向される。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つて行なう事
ができる。

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４３
の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・スプリツタ４８を
用いた位相混合器によつ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
称化されたビームはビーム・スプリツタ４８にお
ける反射によつてカツプル・アウトされる。ビー
ム・スプリツタ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要はない
が、対称化され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／40）。第２図のビーム・スプリツタの場合は、
両側が非常に高い精度で処理されなければならな
い。さもなければ対称化さ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
点を有さず、従つてより好ましい。ビーム・スプ
リツタ４８は中心軸に対して旋回可能であつて、
固定的な測定装置４０，４１を任意の角度θで照
明できるように変位させる事もできる。

第５図はプリズム位相混合器の第２の応用例を
示す。これによつ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81 103
162.4号に記載されている。それによれば、マス
ター回折格子の密着プリントが、２つの連続した
干渉測定ステツプにおいて、試験すべき結像系に
よつて作られたコピーと比較される。このため
に、各回折格子（各回折格子は順次に位置５０に
置かれる）は入射角θでビーム５２によつて直接
照明され、また平面鏡５１で反射された後で回折
格子に入射するビーム５３によつて第１のビーム
５２に対称的に同じ角度θで照明される。従つて
２つのビーム５２及び５３の間の分割面に対称な
２つの光線（例えば５００，５０１）は回折格子
５０の各点で干渉する。この場合も同様に、レー
ザ６１、ビーム拡大系及びコリメータ系５８に続
くプリズム５６及びビーム・スプリツタ板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。この位相混合器のビーム径
路は第４図で説明したものに対応する。

例えばフオトリソグラフイ装置等の高分解能光
学系の像品質を光学的に試験するには、最大限の
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、比較的小さ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を発生させる事によつてのみ得られた。
しかし位相混合を行なえば、そのような制限は存
在せず、大きな直径のコリメータであつても必要
な測定精度を可能にする。従つて第２のコリメー
タ系の代りに（非常に精密に処理された）平面鏡
５１が回折格子５０に対して正確に90゜に配置さ
れる。従つて入射角の値に無関係に２つのビーム
５２及び５３の入射角は常に等しい。回折格子５
０の格子定数は、ビーム５２及び５３の＋ｎ次及
び−ｎ次の回折光の重ね合わされたものが格子面
に垂直に進み、光学系５４，５５において結像さ
れるようなものである。試験装置の場合、例えば
４番目の回折次数（ｎ＝４）が選ばれ、その時θ
＝39.5゜の角度がセツトされた。

２段階の測定ステツプから成る第５図に示され
る測定によつて、１つの座標方向の品質が決定さ
れる。両座標方向（ｘ及びｙ）の試験は、互いに
垂直に配位した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回の測定で行なう事ができる。そのような
場合、回転対称性位相混合器（アキシコン）を用
いる事ができる。

これまで述べた応用に加えて、ここで提案され
た位相混合の方法は、２つのビームが重ね合わさ
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−ツエンダー、ジヤミン、フア
ブリー−ペロー、ロイドの干渉計は２つの重なる
平面波等によつ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
のような対称性が存在するか事例毎に試験されな
ければならない。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第１Ｂ図は従来のコリメータ系及び
それによつて導入される波面の歪みを示す図、第
２図は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キシ
コンの図、第４図は第２図の位相混合器を用いて
表面を試験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 (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 略平面状の波面を有する光ビームを該ビーム
   の対称的な位置の間で干渉させる干渉装置であつ
   て、光ビームを発生させる光ビーム発生手段と、
   上記光ビームの波面を補正する手段とを有し、上
   記光ビーム補正手段は、上記光ビーム発生手段か
   ら得られた光ビームを分割し各分割ビームを上記
   対称的な位置どうしで重ね合せることにより補正
   されたビームを形成するものである干渉装置。