レーザー干渉計高度化

2025/03/13

レーザー干渉計高度化多重反射防ぎ誤差低減

産総研では、将来の産業ニーズを見据えた目的基礎研究を通じて、革新的な技術シーズの創出に挑戦しています。
こうした最先端の成果を、日刊工業新聞で連載しています。産総研マガジンでもご紹介していますので、ぜひご覧ください。
※本記事は、日刊工業新聞社の許諾を得て掲載しています。著作権は日刊工業新聞社に帰属します。

試料の変位計測

　近年、半導体デバイスの製造技術やその検査技術の発展に伴い、数ナノメートル（ナノは10億分の1）から1メートル程度まで幅広い範囲の変位（試料の移動距離およびその方向）を高精度に計測することが必要となっている。このような変位計測を実現する手段として、レーザー干渉計が広く用いられている。レーザー干渉計は、安定的なレーザー光源の波長を基準とした信頼性の高い計測技術であるが、正確な計測値を得るには、波長の決定誤差、空気屈折率の補正誤差、アッベ誤差、周期誤差などの誤差要因の低減が不可欠である。

　レーザー干渉計では、特に小さい変位を計測する際の誤差が大きいことが問題である。その原因が周期誤差である。周期誤差は、レーザー波長の整数分の1のピッチで周期的に発生する誤差のことであり、光学素子の不完全性などが原因となって一般的に数ナノメートル程度の大きさとなる。周期誤差の大きさは固定値であるため、計測する変位が小さくなると相対的にその影響が増大する。

信号の歪み活用

　産業技術総合研究所（産総研）では、周期誤差を低減する目的でレーザー干渉計の研究開発を行っている。まず、干渉計自身の干渉信号の歪みから周期誤差を正確に検出する手法を開発した。これにより、自身の信号に含まれる周期誤差を1ピコメートル（ピコは1兆分の1）程度まで検出できるようになった。

　次に周期誤差の低減に取り組んだ。周期誤差は数値処理でその大半が低減できるが、一部で残存する周期誤差も存在する。残存成分を詳しく調べた結果、光学素子の表面と計測対象との間で生じる多重反射が原因であると分かった。そこで、多重反射が起きないレーザー干渉計を新たに開発したところ、周期誤差が数ピコメートルまで低減できた。