As the demand for integration of silicon ships increases, an accurate method for measuring features smaller than 50 nm is required from several years ago. One of the candidate measurement methods is metrological atomic-force microscopy, which is traceable to national length standards by use of a laser interferometer as a tool for displacement measurement. To guarantee the required precision, the measurement uncertainty of the interferometer should be less than 0.1 nm. Even though the laser interferometer provides resolution much smaller than sub-nanometer, its accuracy is limited by the nonlinearity. This paper presents a passive nonlinear compensation method for a laser interferometer that can be used for high-precision length measurement. A passive compensation method can show best capability when it is combined with a simple active compensation method. A high resolution interferometer using multiple-pass optical configuration is also introduced. An alignment error insensitive method is applied in increasing the resolution of interferometer so that the suggested interferometer has 14 times higher resolution than a single pass interferometer, and it is robust to the alignment error such as yaw and tilt motion. A passive compensation method is also applied to this high resolution interferometer and the nonlinearity is suppressed effectively. As one of the possible applications, an interferometer calibration system is possible because the suggested interferometer system has much higher resolution than conventional interferometer and it is free from nonlinearity. By the same reasons, this kind of interferometer can be used anywhere when the sub-nanometer measuring capability is required.
간섭계의 전통적(classical) 오차 요인들이 잘 보상이 되었을지라도 좁은 영역에서 간섭계의 성능을 제한하는 요인은 간섭계의 비선형성(nonlinearity)이다. 예를 들어 실리콘 칩(silicon chip)의 임계 치수(critical dimension)에 관련된 미세 형상을 측정하는 데에 있어 0.1 nm의 측정 정확도(accuracy)가 요구된다면 간섭계의 비선형 오차(nonlinear error)는 반드시 0.1 nm 이하의 수준으로 보상되어야 할 것이다.
따라서 본 연구에서는 간섭계의 성능을 제약하는 비선형 오차를 감소시키기위한 보상법을 제안한다. 호모다인(homodyne) 간섭계를 채택하여 광학계의 편광 누설(polarization crosstalk) 정도를 예측하고, 이에 따른 비선형 오차를 분석 및 측정한다. 이러한 비선형 오차는 수동적(passive) 방법으로 보상될 것이며, 이러한 수동적(passive) 보상법은 능동적(passive) 방법과는 달리 별도의 전기적인 회로나, 복잡한 계산과정이 필요 없으며, 내재적인(intrinsic) 비선형 오차의 원인을 제거할 수 있는 장점이 있다. 제안된 방법의 타당성을 실험 및 분석을 통해 검증하고, 다양한 측면에서 실질적인 비선형 오차의 보상법을 제시한다.
또한 피코 미터 분해능이 요구되는 시점에서는 보다 신뢰성있고 길이 측정에 표준이 될 수 있는 간섭계의 필요성이 대두된다. 코너 큐브를 이용하여 멀티 패스 간섭계를 구현하여 기존의 간섭계보다 14 배의 높은 분해능을 갖도록 한다. 이러한 멀티 패스 간섭계는 정렬 오차에 둔감하여 구동시 발생되는 정렬 오차의 영향이 최소화 되었다. 이러한 간섭계에 제안된 비선형 오차 보상법을 적용하고, 이를 통해 비선형 오차가 보상된 고분해능의 변위 측정 레이저 간섭계를 구현한다.
