超精密非球面形状計測法に関する研究―小型試料の高精度,高速計測装置の開発

摘要

X 線自由電子レーザーや波長13.5nm の極紫外光を用いたリソグラフィー技術から要請される次世代高精度光学素子の製作には,形状誤差を1～0.1nmRMS の精度で自由曲面の形状を計測することが不可欠である.そこで新しく自由曲面形状を計測する手法を提案した.新しい自由曲面形状計測法の原理は,レーザーの直進性を活用し,水平垂直方向に回転する2軸のゴニオメータの回転中心から射出したレーザーは別の2 軸ゴニオメータ上にセットされた被測定面表面で反射されて,光源の位置にある検出器の中心に戻るように２軸２組のゴニオメータを制御して,ミラーの任意測定点の法線ベクトルを0.1μradの精度で測定する.法線ベクトルは,これらのゴニオメータの回転角度のみで,測定座標点はゴニオメータの回転角度と測定試料の曲率半径から求めることが可能である.本計測法は基準面を用いないため,非球面,非回転対称面の形状を測定できる能力を持っている.形状の導出は, スロープ関数を補間·積分をおこなう傾斜角積分法や新しく開発したフーリエ級数で測定面形状を近似し,最小二乗法によって,その点での法線ベクトルの残差を最小にするフーリエ係数を求めて測定面形状を一意的に決定する「フーリエ級数展開最小二乗法」というアルゴリズムなどで絶対形状を求める.今回は新しく,小型で曲率が大きい試料を10nm という高精度で高速に測定するための装置を開発中であり,その概要と性能について報告する.