JP5948949B2 - 回折光学素子及び計測装置 - Google Patents
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Description
(ピンクッション型の歪み)
最初に、ピンクッション型の歪みが発生する原因について説明する。図1に示すように2枚の回折光学素子410及び420により光を回折させた場合、入射光401を1枚目の回折光学素子410に入射させることにより回折光402が発生する。回折光学素子410により回折された回折光402は、回折角度θ1Aで回折されるものであり、この回折光学素子410により発生する回折光402による光スポットの分布を図2(a)に示す。次に、回折光402を2枚目の回折光学素子420に入射させることにより回折光403が発生する。回折光学素子420により回折された回折光403は、回折角度θ2Aで回折されるものであり、この回折光学素子420により発生する回折光による光スポットの分布を図2(c)に示す。尚、図2(b)は入射光が回折光学素子420に対し垂直に入射した場合における回折光による光スポットの分布を示す。この回折光403を平面の投影面440に照射した場合、図2(c)に示すように、回折光による光スポットの投影領域441において4隅が伸びた形状、即ち、いわゆるピンクッション型の歪みが生じた状態で投影される。
図5に基づき本実施の形態における計測装置について説明する。図5は、本実施の形態における計測装置の構成の一例を示す。本実施の形態における計測装置10は、光源20、回折光学素子30及び撮像素子50を有している。回折光学素子30は、後述する本実施の形態における回折光学素子であり、光源20から出射された光束(入射光)11を入射させることにより、回折光12を発生させるものである。また、撮像素子50は、回折光12により生じた光スポットの投影パターンが照射されている測定対象物40a及び40bを撮像するためのものである。
次に、本実施の形態における回折光学素子30について説明する。図6に示されるように、本実施の形態における回折光学素子30は、第1の回折光学部110と第2の回折光学部120とを有している。第1の回折光学部110は、光束11を入射させることにより回折光111a、111b、111c、・・・のn1個の回折光群111を発生させる回折光学素子である。第2の回折光学部120は、回折光111a、111b、111c、・・・のn1個の回折光群111を入射させることにより、n2個の回折光群121a、121b、121c・・・を発生させる回折光学素子である。これにより、回折光の数を増やすことができ、回折角の大きな回折光を発生させることができる。従って、投影面140の広い範囲に回折光の光スポットを分布させることができる。尚、本実施の形態では、入射光となる光束11の光軸101方向をZ軸とし、光束11の光軸101に対し垂直方向をX軸、Y軸とする。尚、X軸とY軸とは直交するものとする。
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態における回折光学素子は、第1の回折光学部と第2の回折光学部とを一体化した構造のもの、また、一枚の基板の一方の面に第1の回折光学部となる凸部を形成し他方の面に第2の回折光学部となる凸部を形成したものである。これにより、第1の回折光学部と第2の回折光学部との位置合せが不要となり、回折光学素子が小型化される。
実施例1は、表1〜4における例1に示す回折光学素子であり、第1の回折光学部110の回折角度θ1と第2の回折光学部120の回折角度θ2がθ1≦θ2を満たす場合の例を示す。第1の回折光学部110の基本ユニットを図16(a)に示す。このような基本ユニットを表1に示すピッチPx、Py、回折部段数、1段高さとなるようにフォトリソグラフィ、エッチングによって加工する。このような回折部に光が垂直に入射した場合に、554.3mmの位置にあるスクリーン上の設計によって発生させる回折光の光スポット分布を図16(b)に示す。
実施例2は、表1〜3、5における例2に示す回折光学素子であり、第1の回折光学部110の回折角度θ1と第2の回折光学部120の回折角度θ2がθ1≦θ2を満たす場合の例を示す。第1の回折光学部110の基本ユニットを図19(a)に示す。このような基本ユニットを表1に示すピッチPx、Py、回折部段数、1段高さとなるようにフォトリソグラフィ、エッチングによって加工する。このような回折部に光が垂直に入射した場合に、342.8mmの位置にあるスクリーン上設計によって発生させる回折光の光スポットの分布を図19(b)に示す。
実施例3は、表1〜3、5、6における例3に示す回折光学素子であり、第1の回折光学部110の回折角度θ1と第2の回折光学部120の回折角度θ2がθ1≦θ2を満たし、第2の回折光学部120の設計入射角を12.5°とする場合の例を示す。第1の回折光学部110の基本ユニットを図19(a)に示す。このような基本ユニットを表1に示すピッチPx、Py、回折部段数、1段高さとなるようにフォトリソグラフィ、エッチングによって加工する。このような回折部に光が垂直に入射した場合に、342.8mmの位置にあるスクリーン上の設計によって発生させる回折光の光スポット分布を図19(b)に示す。
実施例4は、表1〜4、6における例4に示す回折光学素子であり、第1の回折光学部110の回折角度θ1と第2の回折光学部120の回折角度θ2がθ1>θ2であり、第2の回折光学部120が入射角度18.5°で設計されている場合の例を示す。第1の回折光学部110の基本ユニットを図17(a)に示す。このような基本ユニットを表1に示すピッチPx、Py、回折部段数、1段高さとなるようにフォトリソグラフィ、エッチングによって加工する。このような回折部に光が垂直に入射した場合に、554.3mmの位置にあるスクリーン上の設計によって発生させる回折光の光スポット分布を図17(b)に示す。
実施例5は、表1〜3、5、6における例5に示す回折光学素子であり、第1の回折光学部110の回折角度θ1と第2の回折光学部120の回折角度θ2がθ1>θ2であり、第2の回折光学部120が入射角度27.2°で設計されている場合の例を示す。第1の回折光学部110の基本ユニットを図20(a)に示す。このような基本ユニットを表1に示すピッチPx、Py、回折部段数、1段高さとなるようにフォトリソグラフィ、エッチングによって加工する。このような回折部に光が垂直に入射した場合に、342.8mmの位置にあるスクリーン上の設計によって発生させる回折光の光スポット分布を図20(b)に示す。
実施例6は、表1〜4における例6に示す回折光学素子であり、第1の回折光学部110の回折角度θ1と第2の回折光学部120の回折角度θ2がθ1≦θ2を満たし、第1の回折光学部110によって発生するスポット数n1と第2の回折光学部120によって発生するスポット数n2がn1≦n2を満たす場合の例を示す。第1の回折光学部110の基本ユニットを図22(a)に示す。このような基本ユニットを表1に示すピッチPx、Py、回折部段数、1段高さとなるようにフォトリソグラフィ、エッチングによって加工する。このような回折部に光が垂直に入射した場合に、554.3mmの位置にあるスクリーン上の設計によって発生させる回折光の光スポット分布を図22(b)に示す。
実施例7は、表1〜4における例7に示す回折光学素子であり、第1の回折光学部110の回折角度θ1と第2の回折光学部120の回折角度θ2がθ1≦θ2を満たし、第1の回折光学部110によって発生するスポット数n1と第2の回折光学部120によって発生するスポット数n2がn1≦n2を満たす場合で、第1の回折光学部110と第2の回折光学部120がそれぞれ2段の回折部からなる場合の例を示す。第1の回折光学部110と第2の回折光学部120から出射される投影パターンは0次回折光を中心に点対称なものとなっている。第1の回折光学部110の基本ユニットを図25(a)に示す。このような基本ユニットを表1に示すピッチPx、Py、回折部段数、1段高さとなるようにフォトリソグラフィ、エッチングによって加工する。このような回折部に光が垂直に入射した場合に、554.3mmの位置にあるスクリーン上の設計によって発生させる回折光の光スポット分布を図25(b)に示す。
実施例8は、表1〜3、5における例8に示す回折光学素子であり、第1の回折光学部110の回折角度θ1と第2の回折光学部120の回折角度θ2がθ1≦θ2を満たし、第1の回折光学部110によって発生するスポット数n1と第2の回折光学部120によって発生するスポット数n2がn1≦n2を満たす場合の例を示す。第1の回折光学部110の基本ユニットを図28(a)に示す。このような基本ユニットを表1に示すピッチPx、Py、回折部段数、1段高さとなるようにフォトリソグラフィ、エッチングによって加工する。このような回折部に光が垂直に入射した場合に、342.8mmの位置にあるスクリーン上の設計によって発生させる回折光の光スポット分布を図28(b)に示す。
比較例1は、表1〜4における例9に示す回折光学素子であり、第1の回折光学部の回折角度θ1と第2の回折光学部の回折角度θ2がθ1>θ2を満たす場合で場合の例を示す。第1の回折光学部の基本ユニットを図17(a)に示す。このような基本ユニットを表1に示すピッチPx、Py、回折部段数、1段高さとなるようにフォトリソグラフィ、エッチングによって加工する。このような回折部に光が垂直に入射した場合に、554.3mmの位置にあるスクリーン上の設計によって発生させる回折光の光スポット分布を図17(b)に示す。
比較例2は、表1〜3、5における例10に示す回折光学素子であり、第1の回折光学部の回折角度θ1と第2の回折光学部の回折角度θ2がθ1>θ2を満たす場合の例を示す。第1の回折光学部の基本ユニットを図20(a)に示す。このような基本ユニットを表1に示すピッチPx、Py、回折部段数、1段高さとなるようにフォトリソグラフィ、エッチングによって加工する。このような回折部に光が垂直に入射した場合に、342.8mmの位置にあるスクリーン上の設計によって発生させる回折光の光スポット分布を図20(b)に示す。
実施例1〜8の回折光学素子を計測装置に用いる。このようにすることで光量ばらつきが小さくでき、高い精度で計測が可能になる。また、第2の回折光学部120によって発生する0次回折光の光量を抑制でき、強い回折光による画像の劣化を抑制できる。
11 光束(入射光)
12 回折光(出射光)
20 光源
30 回折光学素子
40a 測定対象物
40b 測定対象物
50 撮像素子
101 光軸
110 第1の回折光学部
111 回折光群(第1の回折光学部による)
120 第2の回折光学部
121a、121b、121c 回折光群(第1の回折光学部及び第2の回折光学部による)
230 回折光学素子(第1の回折光学部、第2の回折光学部となる)
231 基本ユニット
232 透明基板
233 凸部
Claims (8)
- 入射する光に対して2次元的な回折光を発生させる第1の回折光学部と、
入射する光に対して2次元的な回折光を発生させる第2の回折光学部と、
を有し、
前記第1の回折光学部及び前記第2の回折光学部のうちいずれか一方または、双方は、基本ユニットが2次元的に、かつ、周期的に配列されており、
前記第1の回折光学部に光を入射することにより発生した回折光を前記第2の回折光学部に入射させ、前記第2の回折光学部より回折光を発生させたとき、100以上の光スポット数が得られるものであって、
前記第1の回折光学部における回折角度がθ1であり、発生する回折光の光スポットの数がk1であって、前記第2の回折光学部における回折角度がθ2であり、発生する回折光の光スポットの数がk2である場合、
θ1≦θ2かつk1≦k2
であることを特徴とする回折光学素子。 - 前記第1の回折光学部により発生する回折光による光スポットの投影領域が、前記第2の回折光学部により重ねられることにより、前記回折光学素子の投影領域が形成されること、
または、前記第2の回折光学部により発生する回折光による光スポットの投影領域が、前記第1の回折光学部により重ねられることにより、前記回折光学素子の投影領域が形成される請求項1に記載の回折光学素子。 - 前記第1の回折光学部は一方の透明基板に有され、前記第2の回折光学部は他方の透明基板に有されている請求項1または2に記載の回折光学素子。
- 前記一方の透明基板と前記他方の透明基板とは一体化している請求項3に記載の回折光学素子。
- 前記第1の回折光学部は透明基板の一方の面に有され、前記第2の回折光学部は前記透明基板の他方の面に有されている請求項1から4のいずれかに記載の回折光学素子。
- 前記第1の回折光学部に光を入射することにより発生した回折光を前記第2の回折光学部に入射させたとき、前記第2の回折光学部より発生する回折光は、回折角度が30°以上を含む請求項1から5のいずれかに記載の回折光学素子。
- 前記第1の回折光学部に光を入射することにより発生した回折光を前記第2の回折光学部に入射させたとき、前記第2の回折光学部より発生する回折光の光スポットは、中心部分より周辺部分に多く分布する請求項1から6のいずれかに記載の回折光学素子。
- 光を発する光源と、
前記光を入射させ回折光が出射される請求項1から7のいずれかに記載の回折光学素子と、
前記回折光が照射された測定対象物の画像を撮像する撮像部と、
を有することを特徴とする計測装置。
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