※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
序文
ISO (国際標準化機構) は、各国の標準化団体 (ISO メンバー団体) の世界的な連合です。国際規格の作成作業は、通常、ISO 技術委員会を通じて行われます。技術委員会が設立された主題に関心のある各会員団体は、その委員会に代表される権利を有します。 ISOと連携して、政府および非政府の国際機関もこの作業に参加しています。 ISO は、電気技術の標準化に関するすべての問題について、国際電気標準会議 (IEC) と緊密に協力しています。
国際規格は、ISO/IEC 指令で指定された規則に従って起草されます。 2.
技術委員会の主な任務は、国際規格を準備することです。技術委員会によって採択されたドラフト国際規格は、投票のためにメンバー団体に配布されます。国際規格として発行するには、投票するメンバー団体の少なくとも 75% による承認が必要です。
例外的な状況では、技術委員会が、国際規格として通常公開されているものとは異なる種類のデータ (たとえば、「最新技術」) を収集した場合、参加メンバーの単純多数決により、次のことを決定することができます。テクニカルレポートを発行します。テクニカル レポートは、本質的に完全に有益であり、提供するデータがもはや有効または有用でないと見なされるまで、レビューする必要はありません。
このドキュメントの要素の一部が特許権の対象となる可能性があることに注意してください。 ISO は、そのような特許権の一部または全部を特定する責任を負わないものとします。
ISO/TR 14999-1 は、技術委員会 ISO/TC 172, 光学およびフォトニクス、小委員会 SC 1, 基本規格によって作成されました。
ISO 14999 は、次の部分で構成されており、一般的なタイトルは「光学およびフォトニクス — 光学素子および光学システムの干渉測定」です。
- Part 1: 用語、定義、および基本的な関係(テクニカル レポート)
- Part 2部:測定・評価技術(テクニカルレポート)
- Part 3: 干渉計テスト装置のキャリブレーションと検証(テクニカル レポート)
- Part 4: ISO 10110 で指定された公差の解釈と評価
序章
ISO/TC 172/SC 1 は、「光学素子および光学系の表示に関する技術図面の表示」に関する一連の国際規格を作成し、「光学およびフォトニクス - 図面の作成」というタイトルで ISO 10110 として発行しました。光学要素とシステム」。このシリーズを起草するとき、特にその5, 表面形状公差、および14, 波面変形公差、関連する専門家にとって、製造された部品の規定の公差への適合性に関する必要な情報をどのように実証できるかを説明するために、追加の補足文書が必要であることが明らかになりました。したがって、担当の ISO 委員会 ISO/TC 172/SC 1 は、光学要素の光波面と表面形状の干渉測定に関する ISO テクニカル レポートを作成することを決定しました。
そのような技術報告書に含めなければならない、または除外しなければならないトピックについて議論するとき、波動光学を扱う ISO 技術報告書または規格が作成されるのは初めてかもしれないと考えられていました。幾何光学の分野よりも物理光学の分野で。その結果、参考文献が通常よりも少なくなり、作業がより困難になりました。
干渉計のトピックがこれまで ISO で空白のままにされてきた状況を想定すると、できる限り包括的にすることが当然の願いでした。したがって、干渉顕微鏡法(光学部品の微細な粗さを特徴付けるため)、シアリング干渉法(例えば、補正された光学システムを特徴付けるため)、マルチビーム干渉法、コヒーレンスセンシング技術、または位相共役技術などの重要な技術を含める必要があるかどうかについて議論がありました。いいえ。ホログラフィック干渉法、モアレ技術、プロフィロメトリーなど、古典的な2ビーム干渉法に関連する他の技術、および主に顕微鏡干渉法用のフーリエ変換分光法または偏光技術についても言及されました。
ISO 10110 を補完するために、採用されたガイドラインには、光学部品の品質を特徴付ける目的で現在一般的に使用されている手法が含まれていました。最初のテクニカル レポートを完成させ、必要に応じて新しい部分を補足して更新することが決定されました。 EUV 範囲 (波長範囲 6 nm ~ 13 nm) の光学系を扱う場合、光学部品と光学システムのより厳しい公差 (2 桁) が義務付けられるため、近い将来、より多くの材料が追加される可能性が非常に高くなります。マイクロリソグラフィ。また、EUV 放射 (波長試験などで後で使用されるのと同じ波長) を使用した光学系の試験は、新しい課題になる可能性があり、現在の標準ではカバーされていません。
このテクニカル レポートでは、光学部品および完全なシステムを、それらによって生成される波面誤差に関して認定する必要性について説明します。このようなエラーは、空間周波数スケール全体に分布しています。このテクニカル レポートでは、このエラー スペクトルの低周波数および中周波数部分のみを取り上げており、スペクトルの非常に高い部分はカバーしていません。これらの高周波エラーは、顕微鏡検査、散乱光の測定、または表面の非光学的プロービングによってのみ測定できます。
試験に使用される放射線の波長範囲についても同様のことが言えます。ISO 14999 では、可視光による試験方法を典型的なケースと見なしています。場合によっては、10.6 µm 範囲の CO 2レーザーからの赤外線放射を研削後の粗い表面のテストに使用したり、193 nm または 248 nm 範囲のエキシマ レーザーからの紫外線放射をマイクロリソグラフィ光学系の波長テストに使用したりします。ただし、これらはまだ標準に含まれているまれなケースであり、詳細には扱われません。これらの境界外の波長範囲はカバーされていません。
1 スコープ
ISO/TR 14999 のこのパートでは、光学要素の光波面と表面形状の干渉測定に関する用語、定義、および基本的な物理的および技術的関係を示します。
測定される波面の波の性質のために、干渉計の構造と使用のいくつかの原則が重要である理由を説明します。
非常に拡張された平面波を除くすべての波面は伝搬時に形状が変化するため、ISO/TR 14999 のこの部分には、波の伝搬に関する基本的な情報も含まれています。
実際には、干渉測定を行うことができ、さまざまな構成を使用して行われます。 ISO/TR 14999 のこの部分では、2 ビーム干渉の基本構成について概説しています。
複素振幅の概念による光波の数学的定式化と、2ビーム干渉の基本方程式を確立して、時間または空間のいずれかで測定された強度分布から位相情報を導出する原理を説明します。
ランダム誤差と系統誤差の両方が干渉測定の結果に影響を与える可能性があるため、ISO/TR 14999 のこの部分では、明確に区別される誤差タイプについて説明されています。
参考文献
| [1] | Hecht 、E.、光学。アディソン・ウェスリー、1989年 |
| [2] | スチール、WH, 干渉計。ケンブリッジ大学出版局、1987 |
| [3] | Gasvik 、KJ, 光学計測。ワイリー&サンズ、ニューヨーク、1987年 |
| [4] | Malacara , D.,(ed.) Optical Shop Testing .ワイリー&サンズ、ニューヨーク、1991 |
| [5] | Klein, MV, Furtak 、 ThE 、光学。ワイリー&サンズ、ニューヨーク、1986 |
| [6] | Schröder 、G.、 Technical Optics 。 1990 年、ヴュルツブルクのフォーゲル本出版社 |
| [7] | 生まれ、M.、ウルフ、E.、光学の原則。 Pergamon Press, オックスフォード、1980 |
| [8] | グッドマン、JW, フーリエ光学入門。マグロウヒル ブック カンパニー、1968 年 |
| [9] | pro SPIE Vol. 1781, 光学系の仕様と測定、 1992 |
| [10] | pro SPIE Vol. 1755, 干渉法: 技術と分析 |
| [11] | pro SPIE Vol. 1756, 干渉法: アプリケーション |
| [12] | Hariharan , P. および S en , D. トワイマン干渉計における対称波面収差と非対称波面収差の分離。 pro物理社会、 77 、1961年、 pp.328-334 |
| [13] | ダイソン、J.測定ツールとしての干渉法、マシナリー パブリッシング カンパニー、ブライトン、1970 年 |
| [14] | Creath 、K.、Pro SPIE Vol.816, 1987年、p. 111 |
| [15] | Leung 、KM, およびLange 、S.、Pro SPIE Vol. 429, 1983年、p. 27 |
| [16] | Gerth, HL, Sladlky , RE, Besik , MJ, および Washington, CA, Opt. Eng .、 17, 1978 、p. 588 |
| [17] | Cuadrado 、JM, Perez 、MV, およびGomez -Reino, C.、 Applied Optics 、 26, 1987 、 1527年 |
| [18] | Langenbeck , P.、 Applied Optics 、 6, 1967 、p. 1425 |
| [19] | Feinberg , J., Opt. Lett. 、 8 、1983年、p. 569 |
| [20] | Howes , WL, Applied Optics , 25 , 1986, p. 3167 |
| [21] | ISO 1011, 光学およびフォトニクス — 光学要素およびシステムの図面の作成 |
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
In exceptional circumstances, when a technical committee has collected data of a different kind from that which is normally published as an International Standard (“state of the art”, for example), it may decide by a simple majority vote of its participating members to publish a Technical Report. A Technical Report is entirely informative in nature and does not have to be reviewed until the data it provides are considered to be no longer valid or useful.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO/TR 14999-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and photonics, Subcommittee SC 1, Fundamental standards.
ISO 14999 consists of the following parts, under the general title Optics and photonics — Interferometric measurement of optical elements and optical systems:
- Part 1: Terms, definitions and fundamental relationships (Technical Report)
- Part 2: Measurement and evaluation techniques (Technical Report)
- Part 3: Calibration and validation of interferometric test equipment (Technical Report)
- Part 4: Interpretation and evaluation of tolerances specified by ISO 10110
Introduction
A series of International Standards on “Indications in technical drawings for the representation of optical elements and optical systems” has been prepared by ISO/TC 172/SC 1, and published as ISO 10110 under the title “Optics and photonics - Preparation of drawings for optical elements and systems”. When drafting this series and especially its 5, Surface form tolerances, and 14, Wavefront deformation tolerance, it became evident to the experts involved that additional complementary documentation is required to describe how the necessary information on the conformance of the fabricated parts with the stated tolerances can be demonstrated. Therefore, the responsible ISO Committee ISO/TC 172/SC 1 decided to prepare an ISO Technical Report on Interferometric measurement of optical wavefronts and surface form of optical elements.
When discussing the topics which had to be included into or excluded from such a Technical Report, it was envisaged that it might be the first time, where an ISO Technical Report or Standard is prepared which deals with wave-optics, i.e. which is based more in the field of physical optics than in the field of geometrical optics. As a consequence, only fewer references than usual were available, which made the task more difficult.
Envisaging the situation, that the topic of interferometry has so far been left blank in ISO, it was the natural wish to now be as comprehensive as possible. Therefore there was discussion, whether important techniques such as interference microscopy (for characterizing the micro-roughness of optical parts), shearing interferometry (e.g. for characterizing corrected optical systems), multiple beam interferometry, coherence sensing techniques or phase conjugation techniques should be included or not. Other techniques, which are related to the classical two beam interferometry, like holographic interferometry, Moiré techniques and profilometry were also mentioned as well as Fourier transform spectroscopy or the polarization techniques, which are mainly for microscopic interferometry.
In order to complement ISO 10110, the guideline adopted was to include what presently are common techniques used for the purpose of characterizing the quality of optical parts. Decision was made to complete a first Technical Report, and to then up-date it by supplementing new parts, as required. It is very likely that more material will be added in the near future as more stringent tolerances (two orders of magnitude) for optical parts and optical systems become mandatory when dealing with optics for the EUV range (wavelength range 6 nm to 13 nm) for microlithography. Also, testing optics with EUV radiation (the same wavelength as they are later used, e.g. at-wavelength testing) can be a new challenge, and is not covered by any current standards.
This Technical Report should cover the need for qualifying optical parts and complete systems regarding the wavefront error produced by them. Such errors have a distribution over the spatial frequency scale; in this Technical Report only the low- and mid-frequency parts of this error-spectrum are covered, not the very high end of the spectrum. These high-frequency errors can be measured only by microscopy, measurement of the scattered light or by non-optical probing of the surface.
A similar statement can be made regarding the wavelength range of the radiation used for testing: ISO 14999 considers test methods with visible light as the typical case. In some cases, infrared radiation from CO2-lasers in the range of 10,6 µm is used for testing rough surfaces after grinding or ultraviolet radiation from excimer-lasers in the range of 193 nm or 248 nm are used for at-wavelength testing of microlithography optics. However, these are still rare cases, which are included in standards, that will not be dealt with in detail. The wavelength range outside these borders is not covered.
1 Scope
This part of ISO/TR 14999 gives terms, definitions and fundamental physical and technical relationships for interferometric measurements of optical wavefronts and surface form of optical elements.
It explains why some principles of the construction and use of interferometers are important due to the wave nature of the wavefronts to be measured.
Since all wavefronts with the exception of very extended plane waves do alter their shape when propagating, this part of ISO/TR 14999 also includes some basic information about wave propagation.
In practice, interferometric measurements can be done and are done by use of various configurations; this part of ISO/TR 14999 outlines the basic configurations for two-beam interference.
The mathematical formulation of optical waves by the concept of the complex amplitude as well as the basic equations of two-beam interference are established to explain the principles of deriving the phase information out of the measured intensity distribution, either in time or in space.
Both random and systematic errors may affect the results of interferometric measurements and error types to be clearly differentiated are therefore described in this part of ISO/TR 14999.
Bibliography
| [1] | Hecht, E., Optics. Addison - Wessley, 1989 |
| [2] | Steel, W.H., Interferometry. Cambridge University Press, 1987 |
| [3] | Gasvik, K.J., Optical Metrology. Wiley & Sons, New York, 1987 |
| [4] | Malacara, D.,(ed.) Optical Shop Testing. Wiley & Sons, New York, 1991 |
| [5] | Klein, M.V., Furtak, Th. E., Optics. Wiley & Sons, New York, 1986 |
| [6] | Schröder, G., Technische Optik. Vogel Buchverlag Würzburg, 1990 |
| [7] | Born, M., Wolf, E., Principles of Optics. Pergamon Press, Oxford, 1980 |
| [8] | Goodman, J. W., Introduction to Fourier Optics. Mc Graw-Hill Book Company, 1968 |
| [9] | Proc. SPIE Vol. 1781, Specification and Measurement of Optical System, 1992 |
| [10] | Proc. SPIE Vol. 1755, Interferometry: Technics and Analysis |
| [11] | Proc. SPIE Vol. 1756, Interferometry: Applications |
| [12] | Hariharan, P., and Sen, D. The Separation of Symmetrical and Asymmetrical Wave Front Aberrations in the Twyman Interferometer. Proc. Phys. Soc., 77 , 1961, pp. 328-334 |
| [13] | Dyson, J. Interferometry as a measuring tool, Machinery Publishing Co., Brighton, 1970 |
| [14] | Creath, K., Proc. SPIE Vol. 816, 1987, p. 111 |
| [15] | Leung, K.M., and Lange, S., Proc. SPIE Vol. 429, 1983, p. 27 |
| [16] | Gerth, H.L., Sladlky, R.E., Besik, M.J., and Washington, C.A., Opt. Eng., 17 , 1978, p. 588 |
| [17] | Cuadrado, J.M., Perez, M.V., and Gomez-Reino, C., Applied Optics, 26 , 1987, p. 1527 |
| [18] | Langenbeck, P., Applied Optics, 6 , 1967, p. 1425 |
| [19] | Feinberg, J., Opt. Lett., 8 , 1983, p. 569 |
| [20] | Howes, W. L., Applied Optics, 25 , 1986, p. 3167 |
| [21] | ISO 10110 (all parts), Optics and photonics — Preparation of drawings for optical elements and systems |