シンクロトロン放射光用ミラーのための超精密非球面形状測定装置の開発－　 X 線集光用楕円ミラーの測定と干渉計との比較－

シンクロトロン放射光用ミラーのための 超精密非球面形状測定装置の開発－　X線集光用楕円ミラーの測定と干渉計との比較－ 2005年9月15日大阪大学大学院工学研究科　附属超精密科学研究センターa 高エネルギー加速器研究機構b 東保男b , 遠藤勝義a, 久米達哉b, 江並和宏b, ○鷹家優一a

発表内容 • 背景と目的 • 測定原理と測定装置 • 測定装置の評価 • X線集光用楕円ミラーの測定 • まとめ

加　工 数値制御プラズマCVM 数値制御EEM 1nmオーダーの精度で　形状を創成できる。本研究の背景と目的シンクロトロン放射光やEUV用リソグラフィーに使用されるX線ミラー　・　X線ミラーにはPV1nmレベルの形状精度が要求される。　・　X線ミラーの形状は、楕円面・トロイダル面といった非球面形状が必要である。形状測定精度1nmオーダー(スロープエラーでおよそ1×10－7 rad)の非球面絶対形状測定技術が必要である本研究では非球面形状ミラーの法線ベクトル（スロープエラー）を 1×10－7 radの精度で測定することを目標としている。

超精密非球面形状測定法の原理 測定中、常に一定の値をとる基本原理光の直進性を利用して、ミラー面上のある点での入射光と反射光を一致させることにより法線ベクトルを測定する。特徴法線ベクトルを測定する際、主に２軸の回転運動を２組用いることにより、直進運動の使用を最小限に抑える。運動精度：回転＞直進精度が高い回転を利用して形状を測定できる。法線ベクトルの測定方法として、検出器に４分割フォトダイオードを用いた零位法を採用する。測定中、常に一定の値をとるように、１軸の微小な直進運動を用いて調整する。

Z Y X 超精密非球面形状測定方法測定点P1（X,Y,Z） α・β軸回転中心（0,Ry,0）測定点の法線ベクトルN 検出器D （光源、θ・φ軸回転中心）測定原点P0 光線ベクトル（光路長L） ① ２軸２組（θ，φ），（α，β）の回転運動により、測　　　定基準点Poの法線ベクトルを測定する。 ② P0を原点とした座標系を決定する。 ③ 光路長Lおよび測定原点Poと回転中心とのずれRｙ　　を別の測定機を用いて測定する。

　超精密非球面形状測定方法 Z 測定点P1（X,Y,Z） α・β軸回転中心（0,Ry,0）測定点の法線ベクトルN Y 検出器D （光源、θ・φ軸回転中心）測定原点P0 X 光線ベクトル（光路長L） ④ 次の測定点P1の法線ベクトルを求めるために　　２軸（θ，φ）の回転運動でP1近傍に入射光が　　くるように調整する。

　超精密非球面形状測定方法　 Z 測定点P1（X,Y,Z） α・β軸回転中心（0,Ry,0）測定点の法線ベクトルN β Y 光線ベクトル（光路長L） α 検出器D （光源、θ・φ軸回転中心）測定原点P0 φ X 光線ベクトル（光路長L） θ ⑤ ２軸（α，β）の回転運動によって、入反射光を一致させ、4分割フォトダイオードを用いた零位法により法線ベクトルを測定する。 ⑥ 測定した法線ベクトルを、補間・積分することにより形状を導出する。 yo

　形状導出方法 Z 測定点P（X,Y,Z）測定点の法線ベクトルN α・β軸回転中心（0,Ry,0） β Y α 光線ベクトル（光路長L）測定原点 φ X 光線ベクトル（光路長L） θ 検出器D（光源、θ・φ軸回転中心） yo 導出法の特徴傾き（法線ベクトルの方向）は、４軸の回転量のみで求まる。任意形状のミラーでも成立する。

装置の性能 回転角度の読み取り精度（ロータリーエンコーダの分解能） 1.745×10－8 rad 並進変位の読み取り精度（リニアエンコーダの測定精度） 0.1μm 回転軸ずれ精度（組み立て精度） 0.1μm β φ θ α Y 　形状測定装置試料系法線ベクトル測定系目標スロープエラーの測定精度1×10－7 rad の形状測定

QPD リニアスライドテーブルゴニオメータ dx’ q dx レーザー測長機ロータリーエンコーダ dL L 　角度較正・光路長5mのときミラー上で100mmの範囲内では ±２×１０－７radの精度で較正を行うことができた

測定条件 測定ピッチ　　:4.2mm 測定範囲　　:120mm 測定時間　　:20min 　平面ミラー測定の再現性測定方向 50mm aゴニオメータ (試料系) 200mm qゴニオメータ (光学系) 平面ミラー測定プロファイル σ＝0.75nm 120mmの範囲で、PV5nm以下の再現性を達成した

　平面ミラー測定による測定精度の検討 測定方向 B A B A 50mm A B aゴニオ (試料系) 200mm • A→Bに平面ミラーを測定 • ミラーの左右を入れ替える • B→Aに平面ミラーを測定 qゴニオ (光学系) A B ミラー回転前と回転後の形状誤差 200mm平面ミラープロファイル σ=2nm

SiC平面ミラー測定による測定精度の検証 φ30mm 測定条件測定ピッチ　　:1mm 測定範囲　　:25mm 測定時間　　 :20min レーザー径 :4mm V-Block Fixed by glue 測定再現性：±1.5nm 本測定装置と干渉計との比較： ±2nmで一致本測定機を用いて平面ミラーの長周期のうねりを測定できた

4-lines (0.83mm pitch) 50 mm 100 mm X線集光用楕円ミラーの測定ミラーの仕様　　　視射角　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　4.15mrad 　　　ミラー長　　　　　　　　　　　　　　　　　　　100 mm 　　焦点距離　　　　　　　　　　　　　　　　　　150mm 　　楕円関数係数a 500.1265 m 　　楕円関数係数b 66.0096-3m 　　　集光径　　　　　　　　　　　　　　　　　　　36nm,FWHM ミラー表面にPtコーティング参照 Jpn.J.Appl.Phys,Part2,44(18),L539-542(2005) 測定条件　　　レーザー径. 3mm 　　　光路長　　　　　　　 4.85m 　　　測定ピッチ　　　　　　　　　　　　　　0.83mm 　　　測定時間　　　　　　　 40 min

　測定再現性 測定形状曲率が大きいため nmオーダーでの違いが見て取れない 3回の平均とそれぞれの測定形状の相違連続した3回の測定の再現性は PV2.5nm σ=0.8nm を達成

　干渉計との比較 RADSI（relative-angle-deternable stitching interferometer)による測定形状本測定装置による測定形状 RADSIと本測定装置との比較 σ=1.7nm RADSIと本測定装置の測定結果は PV5nmで一致した

　干渉計との比較 水平方向4ラインのRADSIと本測定装置の比較

結言 • 本測定に重要な回転運動の精度を補償するため、ゴニオメータの較正を行い、現在光路長5mの位置で100mmの範囲では±2×10-7radの精度で較正を行うことができた • ミラーの左右をひっくり返して測定したところ、一致度はσ=2nmであった • Φ30mmの平面ミラーの測定結果をZYGO社の干渉計と比較したところ±2nmで一致したことから、本測定機を用いてミラーの長周期の形状を測定できることがわかった • X線集光用楕円ミラーの測定精度はPV5nm以下を達成した

　今後の方針 • X線集光用楕円ミラーの左右をひっくり返した測定を行い、測定制度の検証を行う • 今より広範囲にわたり1×10^-7radの精度でのゴニオメータの較正を行う • 放射光ミラーの測定、集光シュミレーション、実際の集光 • 形状導出プログラムの作成

　測定原理 X L ゴニオメータの回転中心Ｘ１Ｘ２ Y θ ０ｄＬ

　平面ミラーの固定方法 φ30mm 接着 45° 今まで、真空チャック+テフロンシートでミラーを固定していたが、固定時にミラー表面の変形が見られたため、現在テフロンシートの厚さと変形量の関係を検証している。そこで、今回の実験では上図の固定方法を用いた。

　ゴニオメータ角度較正結 θ軸ゴニオメータ較正結果 α軸ゴニオメータ較正結果左 4×10-2rad ゴニオメータ右

連続した20目盛の目盛内誤差 ±2×10-7radで一致する。

　平面ミラーの固定方法 φ30mm 片方のみ接着 45° 今まで、真空チャック+テフロンシートでミラーを固定していたが、固定時にミラー表面の変形が見られたため、現在テフロンシートの厚さと変形量の関係を検証している。そこで、今回の実験では上図の固定方法を用いた。

0.0225 c-0.0225 b-2×0.0225 a+Δa 光路長変化に伴う測 φ30mm平面ミラーを同角送りで測定する際、光路長Ｌの変化は最大で22.5μm。後方になるが、反射光の結像位置は、焦点深度が、であり、結像位置はまったく変化しない。そのためQPDの位置を変化させる必要がなく、ビーム径もまったく変化しないと言える。と変化しない。また、QPD上での角度分解能も、

形　状　計　測 加　工平面や球面を基準面とした干渉計測数値制御プラズマCVM 数値制御EEM ・　基準面が必要。・　平面・球面以外の非球面形状を測定するのは困難。 1nmオーダーの精度で　形状を創成できる。本研究の背景と目的シンクロトロン放射光やEUV用リソグラフィーに使用されるX線ミラーの製作　・　X線ミラーには1nmオーダーの形状精度が要求される。　・　X線ミラーの形状は、楕円面・トロイダル面といった非球面形状が必要である。基準面を用いない、形状測定精度1nmオーダー（スロープエラーにすると 1×10－7 radオーダーに相当）の非球面絶対形状測定技術の開発が必要である。本研究では非球面形状ミラーの法線ベクトル（スロープエラー）を 1×10－7 radの精度で測定することを目標としている。

シンクロトロン放射光用ミラーのための超精密非球面形状測定装置の開発－　 X 線集光用楕円ミラーの測定と干渉計との比較－