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JPH0650709A - 斜入射型光学系用の全開口干渉計 - Google Patents

斜入射型光学系用の全開口干渉計

Info

Publication number
JPH0650709A
JPH0650709A JP5143789A JP14378993A JPH0650709A JP H0650709 A JPH0650709 A JP H0650709A JP 5143789 A JP5143789 A JP 5143789A JP 14378993 A JP14378993 A JP 14378993A JP H0650709 A JPH0650709 A JP H0650709A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
angle
interferometer
sample
grazing incidence
reflected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5143789A
Other languages
English (en)
Inventor
Joann Magner
ジョアン・マグナー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Raytheon Co
Original Assignee
Hughes Aircraft Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hughes Aircraft Co filed Critical Hughes Aircraft Co
Publication of JPH0650709A publication Critical patent/JPH0650709A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70591—Testing optical components
    • G03F7/706—Aberration measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B11/306—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces for measuring evenness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/005—Testing of reflective surfaces, e.g. mirrors

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、複数の測定結果を結合する必要が
なく、画像の歪みを生じない高品質の斜入射型光学計測
装置を得ることを目的とする。 【構成】 コヒーレントな放射線源のレーザ10と、サン
プルビームＡと、基準ビームＢとにレーザ出力ビームを
分割するビーム分割器16とを備え、サンプルビームＡが
斜めの入射角度で試験表面18に入射してそこから反射す
るように試験表面18が第１の角度θでサンプルビームＡ
中に配置され、表面から反射する基準ビームおよびサン
プルビームがビーム結合器22で結合され、画像平面24が
結合ビームＣに対して第２の角度θ' で配置され、この
第２の角度θ' が第１の角度θで配置された表面18から
結果的に生じた干渉パターンのアスペクト比の減少を補
償するように選択されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に光学計測システ
ム、特に干渉技術を使用した光学計測システムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】グレージング（斜入射型）または“スキ
ップ”干渉計は、重要な光学系が光学系の表面への非垂
直角度での入射で試験される既知の計測技術である。こ
の技術の１つの欠点は、斜入射の角度（グレージング角
度）が増加すると、評価平面における奥行きの短縮によ
る画像の歪みが斜入射方向における横方向の分解能の対
応した損失と共に増加されることである。残念ながら、
斜入射の方向は最大表面測定精度が要求される方向であ
ることが多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】干渉縞走査またはプロ
フィーロメトリィのような他の既知の斜入射計測技術に
対する干渉計を使用した利点は、後で結合または“縫合
（ステッチ）”されなければならないいくつかの走査を
必要としないで、重要な光学系の表面全体の完全な測定
が一度に得られることである。一般に、縫合はいくつか
のデータ走査を行い、その後光学系の表面全体のマップ
を得るために走査を結合するプロセスである。
【０００４】通常の干渉縞走査技術の別の欠点は、同じ
幾何学形状の基準光学系および試験中の光学系より良好
な表面品質を提供することが必要なことである。対照的
に、グレージング入射干渉計は平坦および球面の光学系
だけを使用して設定され、これは一般に容易に実現可能
であり、特別な目的の基準光学系より容易に特徴付けら
れる。
【０００５】このようにして、グレージングまたはスキ
ップ干渉計の使用はいくつかの測定の結果を縫合するこ
とを不要にし、高品質で非標準的な試験光学系を設け、
整列して維持する必要性をなくした点で好ましい。
【０００６】したがって、本発明の目的は、画像の歪み
から結果的に生じた問題および斜入射方向における横方
向の分解能の対応した損失を克服する斜入射型干渉計測
技術を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】光学計測装置、特に本発
明にしたがって構成された斜入射型干渉計によって上記
および別の問題が克服され、本発明の目的が実現され
る。干渉計はコヒーレントな放射線のソースおよび基準
ビームおよびサンプルビームにソースの出力を分割する
ビーム分割器を含む。試験されるべき表面はサンプルビ
ームが垂直以外の入射角度で表面に入射し、それから反
射するように第１の角度で配置され、それによってグレ
ージング入射構造を提供する。
【０００８】ビーム結合器は、表面から反射した基準ビ
ームおよびサンプルビームを結合ビームに結合するよう
に設けられている。画像平面は、干渉パターンが画像平
面に形成されるように結合ビームを受けるために配置さ
れている。
【０００９】本発明によると、画像平面は結合ビームに
対して第２の角度で配置され、第２の角度は第１の角度
で配置された表面から結果的に生じた干渉パターンのア
スペクト比の減少を補償するように選択される。第２の
角度は第１の角度にほぼ等しくてもよく、または所望の
アスペクト比を得るために第１の角度と異なっていても
よい。
【００１０】一実施例において、グレージング入射干渉
計はマッハツェンダー構造を有し、サンプルビームは表
面から１度反射する。第２の実施例において、グレージ
ング入射干渉計はフィゾー構造を有し、サンプルビーム
は表面から２度反射する。この後者の構造に対して、表
面に１度反射されたサンプルビームを再び導き、そこか
ら２度反射されるようにレトロ反射器が設けられる。本
発明の別の実施例として位相測定干渉計がある。本発明
の上記および別の特徴は、本発明の詳細な説明および添
付図面の参照によりさらに明らかになるであろう。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の技術を含むマッハツェンダー
干渉計１の概略図である。干渉計はレーザ10に構成され
たコヒーレントな放射線のソースを含む。レーザ10の出
力は、レーザ10の出力から周波数ドメイン雑音を除去す
るように通常の方法で動作する空間フィルタ12に供給さ
れる。空間フィルタ12はコリメータ14によってコリメー
トされ、ビーム分割器16に供給される発散ビームを生成
する。ビーム分割器16は試験中の光学系（ＯＵＴ）18の
表面に入射するサンプルビーム（Ａ）を生成する。ＯＵ
Ｔ18は、サンプルビームＡに直交する平面（Ｐ）から角
度θだけ傾斜される。結果的に、サンプルビームＡはＯ
ＵＴ18の表面を“かすめる”ように非垂直（90°以外）
角度でＯＵＴ18に入射する。
【００１２】ビーム分割器16はまた反射器20に入射する
基準ビーム（Ｂ）を生成する。ＯＵＴ18および反射器20
から反射したビームＡ´およびＢ´は、結合されたサン
プルおよび基準ビーム（Ｃ）を生成するビーム結合器22
でそれぞれ集束する。ビームＣは、サンプルおよび基準
ビーム間の発達的および破壊的な干渉が結果的に干渉パ
ターンまたは干渉図形24ａを生じる画像平面24に入射す
る。干渉図形24ａは画像平面24で直接的に記録される
か、或は通常のＣＣＤアレイを含むカメラ26によって撮
影され、オペレータに対してディスプレイ26ａ上に表示
される。干渉図形24ａの特性は所望の結果であるＯＵＴ
18の表面特性を示す。
【００１３】本発明の技術によると、画像平面24は画像
平面24における干渉図形画像中のＯＵＴ18の長さと幅と
の間のより正確なアスペクト比を得るために入射したサ
ンプルビームＡに垂直な平面に関して角度θ´だけ傾斜
される。この正しいアスペクト比の回復は、標準的な
（垂直な）入射干渉図形のものに匹敵する横方向の分解
能を提供する。
【００１４】一般に、角度θ´は干渉図形のアスペクト
比の所望の補正を得るようにθにほぼ等しい。図５のａ
は凹面18ａを有するグレージング入射光学系18を示す。
図５のｂはサンプルビームに垂直な画像平面を有する通
常のグレージング入射干渉計により得られる干渉図形を
示し、光学系の長軸に沿ったアスペクト比の減少および
干渉縞またはデータの対応した減少を示す。図５のｃ
は、本発明にしたがって構成されたグレージング入射干
渉計により得られる干渉図形24ａを示す。見られること
ができるように、著しく多数の干渉縞が研究のために利
用可能であり、画像平面24の傾斜は光学系18の表面に対
するサンプルビームの入射の非垂直角度によるアスペク
ト比の減少を補償する。図５のｂおよびｃにおいて、干
渉図形24ａの端部は光学系18の湾曲した端部の投影のた
めに湾曲されている。
【００１５】図２は、図１のように機能する素子がそれ
に応じて符号を付けられた本発明の技術を含むフィゾー
干渉計２の概略図である。レーザ10の出力は、発散ビー
ムを生成する空間フィルタ12に供給される。発散ビーム
はコリメータ14によってコリメートされ、薄膜15に供給
される。コリメートされたビームは基準平面32に供給さ
れる。ＯＵＴ18に最も近いこの基準平面32の側面はビー
ム分割器として動作する。反射されたビームは基準波頭
（Ｂ）を生成し、透過されたビームはサンプルビーム
（Ａ）であり、ＯＵＴ18に入射する。この実施例におい
て、ＯＵＴ18はパラボラ形状を有し、パラボラＯＵＴ18
の極平面からある角度で傾斜されている。ＯＵＴ18から
反射した後、サンプルビームは凸面レトロ反射球体34に
よってＯＵＴ18方向に再度反射される。したがって、こ
れはサンプルビーム（Ａ）がＯＵＴ18から２度反射する
二重通過システムである。２度反射されたサンプルビー
ム（Ａ）は、２度反射されたサンプルビーム（Ａ）が基
準ビーム（Ｂ）と結合される基準平面32を通って戻る。
結合ビーム（Ａ）および（Ｂ）は薄膜15から反射し、発
達的および破壊的な干渉の結果が干渉図形24ａとして観
察される画像平面24に入射する。干渉図形24ａはカメラ
26によって撮影される。図１の実施例のように、干渉パ
ターンの特性は所望の結果であるＯＵＴ18の表面特性を
示す。
【００１６】図１の実施例のように、また本発明の教示
によると、画像平面24は画像平面24で画像におけるＯＵ
Ｔ18の長さと幅との間のより正確なアスペクト比を得る
ように角度θ´だけ傾斜される。本発明のこの実施例に
おいて、θ´はθにほぼ等しい。すなわち、画像平面24
の傾斜は極平面から離れたパラボラＯＵＴ18の傾斜にほ
ぼ等しい。
【００１７】図３および図４に示された実施例は図１お
よび図２にそれぞれ類似しており、１つの相違はこれら
のシステムが干渉計を位相測定するように構成されてい
ることである。図３および図４において、ＰＺＴ（ピエ
ゾ電気変換器）21はＣＣＤカメラ26によって検出される
干渉パターンの変調を生じさせるように適切に反射器20
または基準平面32上に作用する。変調された強度は波頭
のエラーマップを生成するために既知の方法で収集さ
れ、結合される。この自動データ収集および減少は干渉
縞の人間の評価の代りに使用される。
【００１８】図２および図４の実施例に関して、基準お
よびレトロ反射光学系の両者が平坦である場合、レトロ
反射光学系は２度ＯＵＴ18からの反射を無くするように
調節されることができることに留意しなければならな
い。これは構造を単一通過性にし、２重通過構造より試
験中の光学系の表面上のエラーに対して低い感度であ
る。これは、ある状況において、特に光学系が製造の初
期段階であり、まだ完全に形成されていないときに有効
である。
【００１９】本発明の別の利点は、試験されている光学
表面全体の正確な投影が行われることである。通常の垂
直入射画像平面により、グレージング入射対象の正確な
投影を得ることは困難、または不可能であることが多
く、試験中の光学系の端部がグレージング入射光学系中
の単一平面にない。幾何学的光学系から、試験中の光学
系が単一平面にない場合、画像はまた単一平面に存在し
ない。ある状況下において、端部画像の分離は無視でき
る点まで減少されることができるが、これはあまり発生
しない。しかしながら、本発明の使用は試験中の光学系
の両端が同時に投影されることができるように画像平面
を傾斜することによってこの問題を克服する。
【００２０】選択された構造の投影特性のために、対象
物と画像との間で左／右または上／下反転が生じる。し
たがって、任意のこのような反転は干渉図形を変換する
時に考慮されなければならない。
【００２１】上記には、本発明の教示が干渉計の実施
例、特に単一通過性の等しくない通路長のマッハツェン
ダー干渉計の実施例および二重通過性の等しくない通路
長のフィゾー干渉計の実施例で説明されている。しかし
ながら、本発明はこれら２つの干渉計のタイプおよび構
造の使用にのみ制限されるものではないことを理解しな
ければならない。使用される実際の構造は要求される表
面エラーに対する感度および試験される光学系の関数で
ある。一般に、平坦な光学系は平坦な基準光学系および
平坦なレトロ反射光学系の両方を必要とする。図２に見
られるように、パラボラ光学系は球体（34）および平面
（32）を使用して試験される。楕円光学系および双曲線
状光学系は平面および球体の組合せを使用して試験され
る。
【００２２】画像平面24の傾斜角度はまた試験光学系の
傾斜に等しい角度以外であってもよい。すなわち、実際
の画像平面24の傾斜は最適補償以外の干渉図形のアスペ
クト比を得るために選択されてもよい。
【００２３】さらに、本発明の使用は可視波長用のグレ
ージング入射光学系の試験または特性における使用だけ
に制限されるものではなく、電磁スペクトルの別の部分
における放射線による使用のために設計されたグレージ
ング入射光学系を有効に試験し、特徴付けために使用さ
れてもよいことが認識されるべきである。例えば、本発
明にしたがって構成された干渉計はｘ線リソグラフシス
テムにおいて使用するためにグレージング入射光学系を
有効に試験し、特徴付けために使用されてもよい。
【００２４】以上、本発明は実施例に関して図示および
説明されているが、当業者は本発明の技術的範囲を逸脱
することなく形態および細部を変化してもよいことを理
解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の技術を含むマッハツェンダー干渉計の
概略図。
【図２】本発明の技術を含むフィゾー干渉計の概略図。
【図３】本発明の技術を含む位相測定干渉計として構成
されたマッハツェンダー干渉計の概略図。
【図４】本発明の技術を含む位相測定干渉計として構成
されたフィゾー干渉計の概略図。
【図５】グレージング入射光学系、通常のグレージング
入射干渉計を備えたグレージング入射光学系から得られ
た干渉図形、特徴付けられた光学系の表面に対するサン
プルビームの入射の非垂直角度によるアスペクト比の変
化を補償するように本発明にしたがって構成された斜入
射型干渉計から得られた干渉図形の概略図。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コヒーレントな放射線のソースと、 サンプルビームが垂直以外の入射の角度で表面に入射
    し、そこから反射するように試験されるべき表面が第１
    の角度で配置されているサンプルビームと、基準ビーム
    とに前記ソースの出力を分割する手段と、 表面から反射する基準ビームおよびサンプルビームを結
    合ビームに結合する手段と、 結合ビームに対して第２の角度で配置されている画像平
    面とを具備し、 第２の角度が第１の角度で配置された表面から結果的に
    生じた干渉パターンのアスペクト比の減少を補償するよ
    うに選択され、画像平面は干渉パターンが画像平面に形
    成されるために結合ビームを受けるように配置されてい
    ることを特徴とする表面試験用光学計測装置。
  2. 【請求項２】 第１の角度はほぼ第２の角度に等しい請
    求項１記載の光学計測装置。
  3. 【請求項３】 前記分割手段は前記ソースの出力を受信
    するために配置されているビーム分割器を含んでいる請
    求項１記載の光学計測装置。
  4. 【請求項４】 さらに干渉パターンを撮影するために配
    置されたカメラ手段を含んでいる請求項１記載の光学計
    測装置。
  5. 【請求項５】 さらに干渉パターンを位相変調する手段
    を含んでいる請求項１記載の光学計測装置。
  6. 【請求項６】 コヒーレントな出力ビームを供給するレ
    ーザと、 サンプルビームが垂直以外の入射角度で表面に入射し、
    そこから反射するように試験されるべき表面が第１の角
    度で配置されているサンプルビームと基準ビームとに出
    力ビームを分割する前記出力ビーム中に配置されたビー
    ム分割器と、 表面から反射する基準ビームおよびサンプルビームを結
    合ビームに結合する手段と、 結合ビームに対して第２の角度で配置されている画像平
    面とを具備し、 第２の角度は、第１の角度で配置された表面から結果的
    に生じた干渉図形のアスペクト比の減少を補償するよう
    に選択され、画像平面は干渉図形が画像平面に形成され
    るように結合ビームを受けるために配置されていること
    を特徴とする斜入射型干渉計。
  7. 【請求項７】 前記干渉計はマッハツェンダー構造を有
    し、前記サンプルビームは１度表面から反射する請求項
    ６記載の斜入射型干渉計。
  8. 【請求項８】 さらに前記結合手段に基準ビームを反射
    するために配置された反射器を含んでいる請求項７記載
    の斜入射型干渉計。
  9. 【請求項９】 前記干渉計はフィゾー構造を有し、前記
    サンプルビームは２度表面から反射する請求項６記載の
    斜入射型干渉計。
  10. 【請求項１０】 さらにサンプルビームが表面から２度
    反射するように表面から反射したサンプルビームを表面
    に反射するために配置されたレトロ反射器を含んでいる
    請求項９記載の斜入射型干渉計。
  11. 【請求項１１】 ２度反射サンプルビームは前記ビーム
    分割器手段に再び導かれ、前記ビーム分割器手段は前記
    結合手段を含んでいる請求項１０記載の斜入射型干渉
    計。
  12. 【請求項１２】 さらに前記ビーム分割器手段と表面と
    の間に配置された基準平面を含んでいる請求項９記載の
    斜入射型干渉計。
  13. 【請求項１３】 表面はパラボラ形状を有し、前記第１
    の角度は表面の極平面に関連させられる請求項１０記載
    の斜入射型干渉計。
  14. 【請求項１４】 表面はパラボラ形状を有し、前記レト
    ロ反射器は球体である請求項１０記載の斜入射型干渉
    計。
  15. 【請求項１５】 さらに干渉図形を撮影するために配置
    されたカメラ手段を含んでいる請求項６記載の斜入射型
    干渉計。
  16. 【請求項１６】 さらに干渉図形を位相変調する手段を
    含んでいる請求項６記載の斜入射型干渉計。
JP5143789A 1992-06-15 1993-06-15 斜入射型光学系用の全開口干渉計 Pending JPH0650709A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/898,855 US5268742A (en) 1992-06-15 1992-06-15 Full aperture interferometry for grazing incidence optics
US898855 1992-06-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0650709A true JPH0650709A (ja) 1994-02-25

Family

ID=25410131

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5143789A Pending JPH0650709A (ja) 1992-06-15 1993-06-15 斜入射型光学系用の全開口干渉計

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5268742A (ja)
EP (1) EP0575095A1 (ja)
JP (1) JPH0650709A (ja)
IL (1) IL105967A0 (ja)

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