JP2000249513A - ビームスプリッタ構造群及びビームスプリッタ構造群を備えた干渉計 - Google Patents

ビームスプリッタ構造群及びビームスプリッタ構造群を備えた干渉計

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 第1部分課題は、干渉計用のビー
ムスプリッタ構造群を提供することである。 【解決手段】 干渉計用のビームスプリッタ構造
群であって、入射光束Sを1つの第1及びこれに対して
平行な1つの第2射出光束SA1、SA2に分割するた
め、ビームスプリッタ構造群は、1つのビームスプリッ
タ要素1と、1つの補償要素2とを有し、かつビームス
プリッタ要素は、2つの平行な境界面1.1、1.2を
有し、その中1つの境界面は、部分的にビームスプリッ
タ面1.3としてかつ第1境界面に対して平行な他の境
界面1.1が、部分領域において部分反射する反射面
1.4として作用しかつ補償要素2が、2つの射出光束
が互いに平行に経過するように、ビームスプリッタ要素
が配設されており、そして補償要素が、更に射出光束
が、ビームスプリッタ要素及び補償要素における実質的
に等しい光学的路長を通過することを特徴とする前記ビ
ームスプリッタ構造群。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ビームスプリッタ
構造群並びにビームスプリッタ構造群を備えた干渉計に
関する。
【0002】
【従来の技術】干渉計は、一般に測定光と参照光とに光
束を物理的に分けるために役立つ1つ又は複数のビーム
スプリッタ構造群を有し、この際度々測定アーム及び参
照アームが話題になる。反転した放射方向においてこの
構造群は、一般に測定光と参照光の相会に役立つ。干渉
計変形に従って光軸は測定アーム及び参照アームにおい
て互いに相異なる方向に向けられる。測定アーム及び参
照アームは、互いに垂直に向けられ又は互いに平行に向
けられることができる。その際第1の場合に一般にビー
ムスプリッタプリズムが使用され、ビームスプリッタプ
リズム上に参照アームを形成するトリプルプリズムが貼
りつけられる。これについては例えば米国特許第480
2765号明細書が参照される。平行な測定光路と参照
光路とを備えた第2の場合には、大抵いわゆるケスタプ
リズムが好適なビームスプリッタとして使用される。そ
のようなプリズムは、古典的なビームスプリッタ要素と
して、ナウマン/シュレッダ著カールハンス出版社発行
の教科書「光学機器の構成要素」第6版の184頁に示
されている。ビームスプリッタ構造群のそのような変形
の欠点として先ず、製造コストが比較的高いことが指摘
される。万一ケスタ部分プリズムの製作に制約されたピ
ラミッド誤差がある場合、多かれ少なかれ理想の光路と
は偏した光路が生じる。更に決定的な欠点として両射出
光束の平行度が、ビームスプリッタ構造群に対する入射
光束のできる限り正しい入射角に敏感に依存することが
実証され、理想の入射軸線に対する僅かな傾倒が両射出
光束の著しい収斂又は発散を作用する。同様に理想的な
入射軸線に対する入射光束の万一の平行のずれが、両射
出光束の距離に明らかに作用する。特に測定アームと参
照アームにおけるビームスプリッタ構造群と後続の測定
及び参照反射鏡との間の比較的大きな光学的路長では、
そのようなビームスプリッタ構造群を離れる光束の伝播
方向の特定されない変化は不利と見られる、そのわけは
光路中の後続の光学機器構成要素が、これらの光束に正
確に向けられなければならないからである。従って入射
光束のできる限り正しい入射に関する大きな調整コスト
が必要である。
【0003】米国特許第5675412号明細書から、
この問題に根本的に迫るビームスプリッタ構造群が公知
である。しかし構造群におけるビーム分割する又はビー
ム偏向する光学作用を有する両構造群は、互いに分離し
て配設されており、射出する2つの光束を互いに平行に
経過させるためにも、互いに高精度に調整されなければ
ならない。
【0004】互いに平行に向けられた光束を供給する干
渉計用のビームスプリッタ構造群の他の変形が、更に米
国特許第5808739号明細書に開示されている。こ
の際入射する光束は、互いに間隔ホルダによって固定さ
れた互いに平行に配設されている平面プレートから成る
第1機構上に当たる。第1平面プレートの裏側にビーム
スプリッタ層が配設されており、ビームスプリッタ層は
入射光を透過する光部分ARTと反射する光部分ARR
とに分割する。反射する光部分ARRは、通常の通過後
に再び第1プレートを離れかつ2つの隣接して配設され
た平面プレートから成る第2機構上に達する。第2機構
で何度も反射した後、この光部分ARRは、反射鏡の方
向にビームスプリッタ機構を離れる。第1機構のビーム
スプリッタ層を透過した光部分ARTは、第2平面プレ
ートの反射層で反射されかつ再び第1平面プレートの方
向に偏向される。第1平面プレートを通常の透過後、こ
の光部分ARTは、この光部分ARRに対して平行に第
1平面プレート機構を離れる。この提案されたビームス
プリッタ変形で所望の利益を達成するために、第1機構
の内方で両平面プレートを高精度に互いに平行に向ける
ことが必要であり、そのために更に平面プレートの間に
配設された間隔ホルダの製造の際に組立ての際の相応し
た調整コスト又は製造コストが必要とされる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の第1部
分課題は、特に干渉計用のビームスプリッタ構造群を提
供することであり、ビームスプリッタ構造群は、入射す
る光束を少なくとも2つの射出する、平行な光束に分割
する。この際最適には向けられていない入射光束に対し
てできる限り高い不敏感度が要求される。更にビームス
プリッタ構造群の製造の際に大きな製造技術的要求は課
されるべきではない。
【0006】本発明の第2の部分課題は、上記の問題が
できる限り生じないような干渉計を提供することであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】第1の部分課題による要
求を充足する干渉計用のビームスプリッタ構造群は請求
項1の目的物である。
【0008】第2の部分課題によるアクセス不良が排除
される干渉計は、請求項16の目的物である。
【0009】本発明によるビームスプリッタ構造群又は
本発明による干渉計の有利な実施形態は、実質的にそれ
ぞれ従属請求項に記載された措置から成る。
【0010】本発明によるビームスプリッタ構造群は、
実質的に2つの別個の要素、即ちビームスプリッタ要素
と補償要素とから成る。この際ビームスプリッタ構造群
の両要素は、平行平面プレートとして形成されており、
即ち各境界面での平行度保持の要求は、特別な製造技術
的コストも万一の調整コストも必要としない。更に本発
明によるビームスプリッタ構造群は、最適ではない入射
光束の場合でも少なくとも2つの射出光束が互いに平行
に経過し又は両射出光束の間隔がそのまま保持されるこ
とを保証する。
【0011】提案されたビームスプリッタ構造群及びこ
れと関連した調整公差は、それが使用される本発明によ
る干渉計の構成における幾分のフレキシビリティを可能
にする。そのように特に光学機器モジュール及び電子機
器モジュールから成る干渉計測定ヘッドのモジュール、
調整非危険構成が可能になる。第1モジュールは、この
際本発明によるビームスプリッタ構造群を有し、これに
対して第2のモジュールは、即ち干渉信号の検出のため
の検出器要素を有する。
【0012】更に本発明による干渉計は、種々の応用に
フレキシブルに使用されることができ、即ち例えばリニ
ア及び回転運動等の組み合わされた検出のためにも使用
されることができる。
【0013】本発明によるビームスプリッタ構造群並び
に本発明による干渉計の他の利点並びに詳細は図面に基
づく複数の実施例の次の記載から得られる。
【0014】
【実施例】図1に基づいて、次に本発明によるビームス
プリッタ構造群の原理的構成を第1実施例に基づいて説
明する。この実施例の本発明によるビームスプリッタ構
造群は、ビームスプリッタ要素1と補償要素2とを備え
た実質的に2つの構成部分を有する。図1中には見通し
を良くする理由から光源、反射鏡要素、検出器要素、評
価要素等のような他の干渉計要素は図示されてない。
【0015】光源、例えばHeNeレーザから供給され
る光束は、入射光束Sとして先ずビームスプリッタ1に
達する。この要素1は、正確に平行な少なくとも2つの
境界面1.1、1.2を有する透明プレートとして形成
されている。プレート材料として例えばBK7のような
光学的標準ガラスが好適である。選択的に水晶ガラス並
びに場合によってはゼロジュール(Zerodur)が
使用され得る。入射境界面1.1に、この実施例では入
射領域において入射光束Sの屈折のみが入射境界面1.
1の記載された垂線Lの方向に行われる。入射光束S
は、この際垂線Lに対して角度αでビームスプリッタ要
素1又は透明プレートに入射する。角度αは、プレート
材料としてガラスが使用される場合に、可能な実施形態
においてブリュースタの角度α≒57°に選択される。
【0016】プレートを通過後、入射光束Sは、第2境
界面1.2に当たり、第2境界面は、少なくとも入射光
束Sの当たる部分領域にビームスプリッタ面1.3とし
て設定されている。ビームスプリッタ面1.3では、入
射光束Sの2つの部分光束SR、STへの分割が行われ
る。部分光束SRは、この際ビームスプリッタ面1.3
で反射されかつ再び第1境界面1.1の方向に偏向さ
れ、これに対して第2部分光束STは、補償要素2の方
向にビームスプリッタ面1.3を透過する。
【0017】第1境界面1.1上に少なくとも部分光束
SRの当たる部分領域に反射鏡面1.4が配設されてお
り、反射鏡面ではこの部分光束SRが、透明部分領域を
光が透過する第2境界面1.2の方向に反射され、その
結果そこでは相応する境界面での屈折のみが、ガラスか
ら空気への移行の際に行われる。ビームスプリッタ1を
離れた後、第1射出光束SA1が存在し、第1射出光束
は、図示しない他の干渉計光路において測定光又は参照
光として使用され得る。
【0018】ビームスプリッタ面1.3に伝達される部
分光束STは、続いて補償要素2の第1境界面2.1に
到達し、境界面21で屈折しかつ第2境界面2.2まで
それ以外の偏向なしに補償要素2を通過し、第2境界面
を通って光は補償要素2を第2射出光束SA2として離
れる。第2射出光束SA2は、更に他の干渉計光路にお
ける測定光束又は参照光束として使用され得る。
【0019】補償要素2は、図示の実施形態において同
様に互いに平行な境界面を有する平行平面プレートとし
て形成されており、即ち入射境界面及び射出境界面2.
1及び2.2は、高精度に互いに平行に向けられてい
る。補償要素2の材料として、既に上記のビームスプリ
ッタ1用の材料が使用される。補償要素2の本質的な光
学的機能は、更に両射出光束SA1、SA2が最終的に
実質的に等しい光学的路長で相応した要素1、2に戻さ
れることを確保することに見られる。このことは、図示
の実施例において補償要素2の厚さD2 がビームスプリ
ッタ要素1の厚さD 1の二倍の大きさに選択されること
によって確保される。図示の実施例において、上記の要
求は、前記のようにビームスプリッタ要素1の厚さD 1
に比して二倍の補償要素2の厚さD2 の選択によって簡
単に変換される、そのわけは両要素は同一の材料から成
るからである。従って一般に射出光束SA1、SA2は
実質的にビームスプリッタ構造群の要素1、2における
等しい光学的路長を通過しなければならず、その際光学
的路長は、幾何学的路長と屈折率の積として理解され
る。補償要素2のそのような構成によって、万一の温度
変動の場合でも本発明によるビームスプリッタ構造群の
両射出光束SA1、SA2は、等しい影響を受け従って
同様に影響されることが確保される。
【0020】他の積極的な副次効果として、補償要素2
の機能との関連において、両射出光束SA1及びSA2
の間隔Aの増大が達成され得ることが挙げられる。それ
により両射出光束SA1、SA2の光路は干渉計構造の
構造的条件に適合される。
【0021】補償要素2をビームスプリッタ要素1から
僅かな距離に配列すること、例えば狭い空隙によって分
離することは有利である。ビームスプリッタ要素1上へ
の要素2のこれとの選択的な接着の場合には、光路のず
れは、例えば万一のくさび状の接着層のような接着誤差
に基づいて生じ得る。更に貼付けは、構造群の製造にお
ける追加の作業工程を招く。
【0022】図1の実施例におけるビームスプリッタ要
素1のビームスプリッタ面1.3は、偏光光学的に作用
し、即ち両射出光束SA1、SA2は、互いに垂直に向
けられた偏光方向を有する。ビームスプリッタ要素2の
反射鏡面1.4は、高反射の誘電積層として形成されて
いる。ビームスプリッタ面がそのような実施形態におい
て、透過される部分光束STがp偏光を有するように設
定される場合、上記の入射角α≒57°の場合に他の積
極的副次効果が得られる。この場合補償要素2の境界面
2.1、2.2上に反射を減少させない層が層付けされ
又は改良が行われなければならない、即ち僅かな製造コ
ストが得られる。
【0023】この個所では、上記のビームスプリッタ面
1.3又は反射鏡面1.4の上記の構成が、本発明にと
って本質的なことではないことが示唆される。これに対
する公知の選択も、本発明の範囲で実現可能である。そ
のようにビームスプリッタ面1.3は、いわゆるニュー
トラルスプリッタとしても設定され、ニュートラルスプ
リッタは、誘電的にも金属的にも形成されることができ
る。同様に反射鏡面1.4を例えばアルミニウム層又は
銀層等の形の金属反射鏡面として実現することも可能で
ある。双方の場合に、本発明の範囲内で各面のビームス
プリット又はビーム反射する作用のみが重要である。
【0024】図2(a)及び(b)に基づいて、続いて
本発明によるビームスプリッタ構造群の本質的な利点が
明らかにされる。この際図1中に記載されたビームスプ
リッタ構造群の実施形態が示され、その際それぞれ最適
に入射する入射光束Sの他に他の入射光束S′が表され
ており、この入射光束S′は、理想の入射方向とは偏し
てビームスプリッタ構造群に入射する。実際においてこ
のことは、ビームスプリッタ構造群が例えば入射角光束
Sに対してねじられることを意味する。図2(a)にお
いてこの際入射光束S′は、理想の入射方向又は入射光
束Sに対して角度Δαの下に本発明によるビームスプリ
ッタ構造群又はビームスプリッタ要素1に入射する。し
かし存在する偏倚にもかかわらず、本発明による措置に
基づいて出力側で更に2つの射出光束SA1′、SA
2′が生じ、これらは互いに平行に向けられ、即ち両射
出光束SA1′、SA2′間の角度β′は、両射出光束
SA1、SA2の理想の場合のようにβ=β′=0が得
られる。従来のケスタプリズムを使用する場合、この場
合には角度β≠0であり、このことは後続の光学機器構
成要素の調整の際に問題を生じる。
【0025】図2(b)には、結局、入射光束Sの理想
の入射方向からの万一の入射光束S′の平行ずれΔdが
両射出光束SA1′、SA2′にいかに作用するかが図
示されている。実際にこのことは、入射光束S′に対す
るビームスプリッタ構造群の平行ずれが存在し、例えば
ビームスプリッタ構造群の最適ではない調整の原因とな
ることを意味する。図2(b)において、そのような場
合によっては生じる平行ずれも、両射出光束SA1′、
SA2′の間隔には影響を与えないことが認識され、入
射光束S′に平行ずれΔdが存在する場合にも、両射出
光束SA1′、SA2′の間隔A′は、両射出光束SA
1、SA2の間の間隔Aを有する理想の場合と比較して
変わらず、即ちA′=Aである。これに対してこの場合
のケスタプリズムでは間隔A′の変更が予期され、この
ことは次の光路の問題の原因となる。
【0026】上記ビームスプリッタ構造群が使用され
る、本発明による干渉計の第1実施形態の図式的正面図
は、図3に示されている。本発明による干渉計50は、
この際光源51、例えばHeNeレーザを有し、その出
力光は、入射光束Sとして本発明によるビームスプリッ
タ構造群100に入射する。これは図1に既に記載され
た第1実施例と同様に形成されている。従って改めて説
明すべきビームスプリッタ構造群100の記載は、ここ
では省略される。ビームスプリッタ構造群100を、2
つの平行な射出光束SA1、SA2が離れる。この際第
1光束SA1は、ビームスプリッタ構造群100から間
隔をおいて静止の参照反射鏡53が配設されている干渉
計50の参照アームに達する。参照反射鏡53は、この
際好ましくは公知のトリプルプリズムとして形成されて
いる。第2射出光束は、更に干渉計50の固有の測定ア
ームに入射し、入射アームにおける測定反射鏡54は、
その相対的又は場合によっては絶対位置を特定されるた
めの測定方向Xに移動可能である。測定反射鏡54もト
リプルプリズムとして形成されている。
【0027】測定アーム及び反射鏡アームにおける両反
射鏡53、54での両射出光束SA1、SA2の反射
後、反射した光束SA1R、SA2Rは、再び本発明に
よるビームスプリッタ構造群100に達する。これを両
光束SA1R、SA2Rの順序とは逆に、通過し、光束
は再びビームスプリッタ面1.3に集められ又は相会さ
せられる。対の可干渉光束は、結局光束SIFとして検
出器ユニット55に達し、検出器ユニットは当たった干
渉信号を検出しかつ他の処理又は位置特定のために後続
の評価ユニット56に受け渡す。ここで、例えば両可干
渉光束の光路に図3には個々には表されていない他の光
学的要素が配設されることができる。この際、例えば公
知の方法で位相のずれた干渉信号の発生のために役立つ
偏光光学的かつビームスプリット要素が対象とされるこ
とができる。
【0028】本発明によるビームスプリッタ構造群の第
2実施例を次に図4に基づいて説明する。更にビームス
プリッタ構造群は実質的に、ビームスプリッタ要素21
と補償要素22との2つの構成要素を有する。
【0029】ビームスプリッタ要素21も、補償要素2
2も、前記の実施例同様に、既に上記の材料によって製
造される平行平面プレートとして形成されている。入射
光束Sは、更にビームスプリッタ要素21の境界面2
1.1に当たる。この領域において、第1境界面21.
1はビームスプリッタ面21.3として形成されてい
る。入射光束Sは、ビームスプリッタ面21.3で第1
部分光束STと第2部分光束SRとに分割される。第1
部分光束STは、ビームスプリッタ面21.3を透過し
かつビームスプリッタ要素21を通過後その第2境界面
21.2に当たり、第2境界面21.2は、この部分領
域に反射鏡面21.4として形成されている。反射鏡面
21.4から部分光束STが、再び第1境界面21.1
の方向に反射され、第1境界面は、部分領域を透過され
かつそこでガラスから空気への移行の際に相応した屈折
を行う。ビームスプリッタ要素21を離れた後、第1射
出光束SA1が存在する。
【0030】ビームスプリッタ面21.3で反射された
第2部分光束SRは、補償要素22の方向又は補償要素
22の第1境界面22.1の方向に偏向される。部分光
束SRは、補償要素22を通過しかつその第2境界面2
2.2で第2射出光束SA2として再びこの構成部分2
2から射出する。
【0031】本発明によるビームスプリッタ構造群の種
々の実施形態に関して、第1実施例の前記記載が参照さ
れる。
【0032】前記両変形の組合せから得られる本発明に
よるビームスプリッタ構造群の第3実施例を次に、図5
に基づいて説明する。これらは、第1にビームスプリッ
タ面への入射光束の一度ガラス側の入射が行われ(図
1)、一方他の場合に空気側の入射が行われる(図
4)。
【0033】図5に表されたビームスプリッタ構造群の
変形に基づいて、例えば二軸線干渉計が構成される、そ
のわけは出力側でそれぞれ2つの平行な射出光束SA
1、SA2、SB1、SB2の二対が発生されるからで
ある。射出光束SA1、SA2、SB1、SB2のそれ
ぞれ一対が、座標軸X、Yの設定に使用される。本発明
によるビームスプリッタ構造群は、ビームスプリッタ要
素31の他に両射出方向X、Yの各々に2つの他の補償
要素32.A、32.Bを有する。補償要素32.A、
32.Bは、改めて少なくとも2つの互いに平行に向け
られた境界面を有する平行平面プレートとして形成され
ている。
【0034】入射光束Sは、更に、ビームスプリッタ要
素31の第1境界面31.1に当たり、第1境界面はビ
ームスプリッタ要素31の部分領域に第1ビームスプリ
ッタ31.3を有する。一方これまでの変形においては
各ビームスプリッタ面でのビームスプリッタ比は、一般
に1:1に選択され、反射した部分光束と透過した部分
光束の強度の所定の比が重要である。第一ビームスプリ
ッタ面31.3が、透過した第二部分光束STに対する
反射した第一部分光束SRの強度比がI=1:3に選択
されるように形成されている。第一部分光束SRは、ビ
ームスプリッタ面31.3で第一補償要素32.Bの方
向に偏向され、その第1境界面32.B1に当たり、こ
れを通過しかつ第一補償要素32.B1として第一射出
光束SB1としてX(負)方向に離れる。第二部分光束
STは、ビームスプリッタ要素31の第2境界面31.
2の方向に通過しかつ第二ビームスプリッタ面31.5
が配設されている部分領域に当たる。この部分領域は、
更に当たる部分光束STのための反射又は透過を作用
し、その際強度比Iは、反射した光部分から透過した光
部分へI=2:1に選択される。従って第二ビームスプ
リッタ面31.5で第3及び第4部分光束STT、ST
Rが生じる。
【0035】第2部分光束STRは、更にビームスプリ
ッタ要素31の第1境界面31.1の方向に反射されか
つビームスプリッタ要素31の部分領域に当たり、第1
境界面は、ビームスプリッタ面31.6として作用しか
つ以下第3ビームスプリッタ面31.6と称する。反射
光強度と透過光強度の比Iは、第3ビームスプリッタ面
31.6ではI=1:1に選択される。第3ビームスプ
リッタ面31.6を透過する部分光束は、最終的にビー
ムスプリッタ要素31、従ってビームスプリッタ構造群
を第2射出光束SB2として第一射出光束SB1と平行
に離れる。
【0036】第2ビームスプリッタ面31.5を透過す
る第3部分光束STTは、続いて第2補償要素32.A
に達する。補償要素32.Aの第1境界面32.A1を
通り部分光束STTの入射後、部分光束STTは、補償
要素32.Aを通過しかつ第2境界面32.A2を通っ
て第3射出光束SA2として第2補償要素32.AをY
方向に離れる。
【0037】第3ビームスプリッタ面で反射した部分光
束STRRは、ビームスプリッタ要素31の第2境界面
31.2の方向に偏向されかつこの境界面31.2を、
ガラスから空気への移行の際に屈折のみを行う部分領域
を透過する。この部分光束STRRから、第3射出光束
SA2に対して平行に向けられる第4射出光束SA1が
生じる。
【0038】それぞれ平行な射出光束SA1、SA2、
SB1、SB2の両対は、互いに直交しておりかつ、例
えば図3に基づいて説明したように、測定反射鏡の位置
の特定のための相応した干渉計機構に利用されることが
できる。
【0039】本発明による干渉計60の第2実施形態
は、図6に示されている。この変形は、測定されるべき
対象物の検出のみならず、直線移動可能な構造群の万一
の回転運動の同時の測定をも可能にする。相応した課題
設定は、例えばウエハステッパ等のような、半導体製造
システムの領域にある。
【0040】図3の本発明による干渉計の第1変形との
本質的に相違として、図6に表された実施形態は、トリ
プルプリズムとして形成された2つの測定反射鏡54
A、54Bを有し、これらは、1つの構成ユニット55
に配設されている。構成ユニット55は、残りの干渉計
構成要素に対してX方向に移動可能に配設されており、
その上製造公差に基づいて、図平面に対して垂直に向け
られた軸線Zのまわりの構成ユニット55の回転も行わ
れる。X方向の変位もZ軸線のまわりの回転も本発明に
よる干渉計変形によって検出されることができる。この
目的のために前記例に比して光路における所定の変形が
必要であり、即ち以下に説明すべき使用されるビームス
プリッタ構造群200の構成において必要とされる。本
発明による干渉計60は、ビームスプリッタ構造群20
0に達する入射光束Sを供給する光源61を含む。ビー
ムスプリッタ構造群は、この適用のために変形された構
成を有する。図5の例と類似して、ビームスプリッタ要
素41の他に、2つの補償要素42A及び42Bが設け
られ、これらは図示の方法でビームスプリッタ要素41
から僅かに離れて配設されている。ビームスプリッタ要
素41、第1補償要素42A及び第2補償要素42B
は、更に上記の材料から成る平行平面プレートとして形
成されている。ビームスプリッタ要素41の光源61に
面した同様な境界面上に一括して3つの部分領域が反射
鏡面41.1、41.2、41.3として形成されてお
り、選択的にこの個所に勿論単一の反射層が挿入される
ことができる。向かい合って位置する第2境界面に2つ
の部分領域がビームスプリッタ面41.4、41.5と
して形成されており、ビームスプリッタ面41.4、4
1.5の間に他の部分領域が反射面41.6として形成
されている。ビームスプリッタ面41.4、41.5
は、光線分割比に関して、最終的に干渉に至る部分光束
ができる限り等しい強度を有するように設定されてい
る。ビームスプリッタ構造群200の図示の変形は、出
力側で3つの平行な射出光束SA1、SA2、SA3を
供給する。射出光束の2つSA1、SA3は、構成ユニ
ット55の両測定反射鏡54A、54B上に当たる測定
光として利用される。第3射出光束SA2は、参照光と
して利用されかつ同様に後方反射するトリプルプリズム
として形成された静止の参照反射鏡63上に当たる。反
射鏡54B及び63による反射後、反射した両光束SA
2R及びSA3Rは、ビームスプリッタ構造群200上
に達し又はそこで第2補償要素42B及びビームスプリ
ッタ要素41上に達する。反射する光束SA1Rは、図
6に図式的にのみ示唆された他のビームスプリッタ構造
群300に達する。第2ビームスプリッタ構造群300
から光束SA1Rが再び2つの平行な射出光束SAR
1、SAR2に分割され、これらは第1補償要素42A
上に当たる。第2ビームスプリッタ構造群300を考慮
して、その上入射する入射光束から2つの平行な射出光
束が発生可能にされなければならないことのみが指摘さ
れる。例えばこの個所に、図1に基づいて記載されたよ
うな、本発明によるビームスプリッタ構造群が使用され
ることができる。第2ビームスプリッタ構造群300か
ら供給される光束SA1R1は、ビームスプリッタ要素
41に測定反射鏡54Bから反射される光束SA3Rと
一緒にされ、光束の可干渉第1対としてこれら両光束S
A1R1、SA3Rは、光束SIFWとして第2検出器
ユニット65.1上に達する。光束SIFW又は相応し
た干渉信号は、この際Z軸線のまわりの構成ユニット5
5の万一の回転に関する情報を供給する。第2ビームス
プリッタ構造群300から供給される光束SA1R2
は、ビームスプリッタ要素41において静止の測定反射
鏡63から反射した光束SA2Rと一緒になり、光束の
可干渉第2対としてこれら両光束SA1R2、SA2R
は、光束SIFLとして第2検出器ユニット65.2上
に供給される。光束SIFLは、測定方向Xに沿う構成
ユニット55の直線移動に関する情報を供給する。両検
出器ユニット65.1、65.2によって検出される干
渉信号は、再処理のために後続の評価ユニット66に受
渡される。
【0041】干渉に至る種々の光束の光学的路長を考慮
して、この例でも、例えばガラスと空気の後に配置され
る干渉計における各光学的路長は、同一である。このた
めに第2補償要素42Bの厚さは、ビームスプリッタ要
素41の厚さの二倍に選択され、第1補償要素42Aの
厚さは、ビームスプリッタ要素41の厚さと同一に選択
される。これらの要素の厚さの特定に関して図1に記載
の例が参照される。
【0042】この実施形態の他の有利な変形において、
種々の反射鏡54A、54B、63から戻る光束SA1
R、SA2R、SA3Rは、光束SA1、SA2、SA
3が反射鏡54A、54B、63上に入射する平面と同
一の平面には反射されず、即ち図平面には反射されな
い。光は、同様に光束SA1R、SA2R、SA3Rが
入射平面に対して垂直にビームスプリッタ構造群200
に向かって反射されるように設定されることができる。
このことは、ビームスプリッタ構造群300の得られる
構造大きさを考慮して、ビームスプリッタ構造群300
における種々のビームスプリッタ面及び反射鏡面の構成
に関して利点を提供する。
【0043】続いて本発明による干渉計の第3の変形を
図7に基づいて説明する。上記の両実施形態において
は、反射鏡として常にトリプルプリズム、即ち後方反射
要素が使用された。これに対して少なくとも干渉計アー
ム、例えば測定アームに反射鏡として平面鏡が使用され
る。このことは、特に本発明による干渉計によって平面
内の運動が、即ちX方向及びY方向の同時の運動が検出
されるべきである場合に有利である。この場合に干渉計
による位置特定を可能にするために、空間的に広い反射
鏡が必要とされ、従ってX方向及びY方向の同時の運動
の場合も各測定反射鏡から後方反射が行われる。この目
的のためにトリプルプリズムのような後方反射要素は好
適ではない。
【0044】−図7には示されてない−光源から来る、
直線偏向された入射光束Sは、この際先ず再びビームス
プリッタ構造群400に達し、ビームスプリッタ構造群
はこの実施形態ではビームスプリッタ要素71及び補償
要素72の他に他の反射鏡要素75を有する。入射する
入射光束Sに面したビームスプリッタ要素71の境界面
上に部分領域が設けられ、部分領域は、反射鏡面71.
1として役立ち、向かい合って位置する境界面上に部分
領域がビームスプリッタ面71.2として設定されてい
る。図1の実施例と類似の方法でビームスプリッタ構造
群400は、更に2つの平行な射出光束SA1、SA2
を供給する。第1射出光束SA1は、干渉計の参照アー
ムにおいて参照反射鏡73上に達し、参照反射鏡は後方
反射するトリプルプリズムとして設定されている。参照
反射鏡73から光束SA1Rがビームスプリッタ構造群
400の方向に反射されかつ第2光束SA2R′と一緒
になり、その結果可干渉光束SIFが−図7に示された
−検出器ユニットに達する。第2干渉光束SA2R′
は、この際次に説明する方法で第2射出光束SA2から
生じ、第2射出光束は、ビームスプリッタ構造群400
をX方向に移動可能な測定反射鏡74の方向に離れる。
既に示唆したように、測定反射鏡74は、空間的に広い
平面鏡として形成されている。直線偏向された射出光束
SA2は、測定反射鏡74に当たる前に、円偏向を有す
るλ/4板の形の偏光変更要素76を通過する。測定反
射鏡74で反射した後、光束SA2Rは、逆向きの円偏
光を有する。λ/4板76をもう一度透過した後、直線
偏光された光束が存在し、その際偏光平面は、元の入射
光束Sの偏光平面に対して垂直である。補償要素72を
通過後、そのように偏光された光束SA2Rは、ビーム
スプリッタ面71.2に当たりかつ光束SA2′がビー
ムスプリッタ構造群400を測定反射鏡74の方向に離
れる前に、後方反射する反射鏡要素75の方向に全反射
する。ビームスプリッタ面71.2上で反射鏡要素75
を会して反射後、測定反射鏡74の方向にビームスプリ
ッタ群400を光束SA2′が離れる前に、もう一度全
反射が行われる。λ/4板を通過後、更に円偏光された
光束が存在し、この光束は、測定反射鏡74に当たる。
測定反射鏡での反射後、光束SA2R′は、更に逆向き
に円偏光された偏光を有する。λ/4板76を通過後、
光束SA2R′は、直線偏光され、その際偏光平面は、
光束SA1Rの偏光平面に対して垂直であり、光は最終
的にこの光束と重ね合わされる。このために光束SA2
R′は、補償要素72の通過及びビームスプリッタ面7
1.2の透過後、光束SA1Rと光束SIFの内方で一
緒にされ、光束SIFは、結局検出器ユニット上に達し
かつ位相差に依存する干渉信号を供給する。
【0045】この本発明による干渉計の変形において、
ビームスプリッタ要素71と補償要素72とがビームス
プリッタ構造群の内方で等しい厚さを有するとしても、
ガラスと空気の等しい光学的路長についての要求は、同
様に保持される。補償要素72を通る二度又は四度の通
過に基づいて、しかし上記要求はこの構成においても充
足される。
【0046】図7の干渉計変形の可能なバリエーション
において、干渉計変形をディファレンシャル平面鏡−干
渉計として形成することが可能である。このために図7
の例を補完して、そこに設けられた測定反射鏡74に対
する第2の平面鏡測定反射鏡が必要であり、測定反射鏡
上には両射出光束SA2、SA2′が当たる。
【0047】図7の干渉計の実施例の他のバリエーショ
ンは、結局図8に示されている。更に可動測定反射鏡8
4は、平面鏡として形成されており、一方静止の参照反
射鏡83としてトリプルプリズムが使用される。本発明
による干渉計の第4実施例は、ビームスプリッタ構造群
500の第2反射鏡要素85.2を除いて実質的に前記
第3実施例の構成に相応する。この際ビームスプリッタ
構造群500は、更に境界面−部分領域を備えたビーム
スプリッタ要素81を有し、境界面−部分領域は、反射
鏡面81.1及びビームスプリッタ面81.2として作
用する。更に図7の例のように偏光を変更する光学的要
素86は、測定アームにおけるλ/4板の形で配設され
ている。第2反射鏡要素85.2の図示の配列によっ
て、最終的に光束の第2の通過は、対の干渉する光束S
IFが図示しない検出器ユニット上に達する前に、全干
渉計成分によって作用される。この相異なる干渉計構成
要素を通る相異なる光束のこの二度の通過の本質的な効
果として、発生した干渉信号の前記例に比して半分の信
号周期が生じる。本発明による干渉計のこの変形によっ
て、位置特定の際の解像力向上が可能である。
【0048】同様に前記例におけると同様に、更にこの
変形をディファレンシャル平面鏡干渉計として形成する
ことが可能である。このために上記のように、第2の平
面鏡測定干渉計が必要であり、この測定干渉計上に4つ
の相応する射出光束の2つSA2、SA2′が当たる。
【0049】本発明は、決して前記例に限定されるもの
ではない。本発明の教示の範囲に有利な一連の実施可能
性が存在する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明によるビームスプリッタ構造群
の第1実施形態の光路を示す図である。
【図2】図2は、理想の入射方向から入射光束が偏倚し
た場合の状況を示す図であって、(a)は、入射角が僅
かに偏倚した場合の状況を示し、(b)は、入射高が僅
かに偏倚した場合の状況を示す図である。
【図3】図3は、ビームスプリッタ構造群の上記第1実
施形態が使用される本発明による干渉計の第1実施形態
の光路を示す図である。
【図4】図4は、本発明によるビームスプリッタ構造群
の第2実施形態の光路を示す図である。
【図5】図5は、本発明によるビームスプリッタ構造群
の第3実施形態の光路を示す図である。
【図6】図6は、本発明による干渉計の第2実施形態の
光路を示す図である。
【図7】図7は、本発明による干渉計の第3実施形態の
光路を示す図である。
【図8】図8は、本発明による干渉計の第4実施形態の
光路を示す図である。
【符号の説明】
1 ビームスプリッタ要素 1.1 境界面 1.2 境界面 1.3 ビームスプリッタ面 1.4 反射面 2 補償要素 21 ビームスプリッタ要素 21.1 境界面 21.2 境界面 21.3 ビームスプリッタ面 21.4 反射面 22 補償要素 31 ビームスプリッタ要素 31.1 境界面 31.2 境界面 31.3 ビームスプリッタ面 31.5 ビームスプリッタ面 31.6 ビームスプリッタ面 32.A 補償要素 32.B 補償要素 41 ビームスプリッタ要素 41.1 反射面 41.2 反射面 41.3 ビームスプリッタ面 41.4 ビームスプリッタ面 41.5 ビームスプリッタ面 42A 補償要素 42B 補償要素 71 ビームスプリッタ要素 71.1 反射面 71.2 ビームスプリッタ面 72 補償要素 81 ビームスプリッタ要素 81.1 反射面 81.2 ビームスプリッタ面 82 補償要素 S 入射光束 SA1 射出光束 SA2 射出光束 SB1 射出光束 SB2 射出光束
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エルヴイン・シユパンナー ドイツ連邦共和国、83278 タウヌスシユ タイン、フオルストマイエルストラーセ、 12

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 特に干渉計用のビームスプリッタ構造群
    であって、その上に当たる入射光束(S)を少なくとも
    1つの第1及びこれに対して平行な少なくとも1つの第
    2射出光束(SA1、SA2;SB1、SB2)に分割
    するためのものであって、その際ビームスプリッタ構造
    群は、少なくとも1つのビームスプリッタ要素(1;2
    1;31;41;71;81)と、少なくとも1つの補
    償要素(2;22;32.A、32.B;42A、42
    B;72;82)とを有し、かつビームスプリッタ要素
    (1;21;31;41;71;81)は、2つの平行
    な境界面(1.1、1.2;21.1、21.2、;3
    1.1、31.2)を有する透明なプレートから成り、
    その中1つの境界面(1.2;21.1、;31.1、
    31.2)は、少なくとも部分的にビームスプリッタ面
    (1.3;21.3;31.3、31.5、31.6;
    41.3、41.4、41.5;71.2;81.2)
    としてかつ第1境界面(1.2;21.1、21;3
    1.1、31.2)に対して平行な他の境界面(1.
    1;21.2;31.1、31.2)は、少なくとも部
    分領域において少なくとも部分反射する反射面(1.
    4;21.4;31.3、31.5、31.6;41.
    1、41.2;71.1;81.1)として作用しかつ
    補償要素(2;22;32.A、32.B;42A、4
    2B;72;82)は、少なくとも2つの射出光束(S
    A1、SA2;SB1、SB2)が、互いに平行に経過
    するように、ビームスプリッタ要素(1;21;31;
    41;71;81)に関して配設されており、そして補
    償要素(2;22;32.A、32.B;42A、42
    B;72;82)は、更に、射出光束(SA1、SA
    2;SB1、SB2)が、ビームスプリッタ要素(1;
    21;31;41;71;81)及び補償要素(2;2
    2;32.A、32.B;42A、42B;72;8
    2)における実質的に等しい光学的路長を通過すること
    を特徴とする前記ビームスプリッタ構造群。
  2. 【請求項2】 その際ビームスプリッタ面(1.3;2
    1.3;31.3、31.5、31.6;41.3、4
    1.4、41.5;71.2;81.2)が、その上に
    当たる入射光束(S)の互いに垂直に偏光された2つの
    部分光束(SR、ST;STR、STT、STRR)へ
    の分割を作用する、請求項1に記載のビームスプリッタ
    構造群。
  3. 【請求項3】 その際ビームスプリッタ面(1.3;2
    1.3;31.3、31.5、31.6;41.3、4
    1.4、41.5;71.2;81.2)が、その上に
    当たる入射光束(S)の同一に偏光された部分光束(S
    R、ST;STR、STT、STRR)への分割を作用
    する、請求項1に記載のビームスプリッタ構造群。
  4. 【請求項4】 その際反射面(1.4;21.4;3
    1.3、31.5、31.6;41.1、41.2;7
    1.1;81.1)が、高反射誘電積層として形成され
    ている、請求項1に記載のビームスプリッタ構造群。
  5. 【請求項5】 その際補償要素(2;22;32.
    A、32.B;42A、42B;72;82)が、ビー
    ムスプリッタ(1;21;31;41;71;81)か
    ら距離をおいて配設されている、請求項1に記載のビー
    ムスプリッタ構造群。
  6. 【請求項6】 その際補償要素(2;22;32.
    A、32.B;42A、42B;72;82)も、その
    平行な境界面(2.1、2.2;22.1、22.2;
    32.A1、32.A2、32.B1、32.B2)を
    通って光束が入射及び射出する平行平面のプレートとし
    て形成されている、請求項1に記載のビームスプリッタ
    構造群。
  7. 【請求項7】 その際ビームスプリッタ要素(1)と
    補償要素(2)とが、その上に入射する入射光束(S)
    に関して同一形に形成されておりかつ配設されており、
    入射光束(S)は、垂線(L)に対して特定の入射角
    (α)で、ビームスプリッタ要素(1)の第1境界面
    (1.1)上に入射しかつ通過後ビームスプリッタ面
    (1.3)上の第2境界面(1.2)上に射出し、そこ
    から−第1の部分光束(SR)は、反射面(1.4)に
    向かって第1境界面(1.1)の方向に反射され、そこ
    から更に第2境界面(1.2)の方向に反射され、この
    光束は第2境界面の透明な領域を通過しかつビームスプ
    リッタ構造群を第1射出光束(SA1)として離れ、そ
    して第2部分光束(ST)は、ビームスプリッタ面
    (1.3)を通過し、かつ補償要素(2)の第2境界面
    (2.1)上に当たり、補償要素を通過し、かつ第2境
    界面(2.2)を第2射出光束(SA2)として離れ
    る、請求項1に記載のビームスプリッタ構造群。
  8. 【請求項8】 その際入射角(α)が、ブリュースタ
    の角度に相応する、請求項7に記載のビームスプリッタ
    構造群。
  9. 【請求項9】 その際補償要素(2)の厚さ(D2
    が、ビームスプリッタ要素(1)の厚さ(D1 )の二倍
    である、請求項7に記載のビームスプリッタ構造群。
  10. 【請求項10】 その際ビームスプリッタ要素(2
    1)と補償要素(22)とが、その上に入射する入射光
    束(S)に関して同一形に形成されておりかつ配設され
    ており、入射光束(S)は、垂線に対して特定の入射角
    で、この領域ではビームスプリッタ面(21.3)とし
    て作用するビームスプリッタ要素(21)の第1境界面
    (21.1)上に当たり、そこから第1の部分光束(S
    T)は、ビームスプリッタ面(21.3)を通過しかつ
    この領域で反射面(21.4)として作用するビームス
    プリッタ要素(21)の向かい合った第2境界面(2
    1.2)上に当たり、かつそこから更にビームスプリッ
    タ要素(21)の第1境界面(21.1)の方向に反射
    され、部分光束は第1境界面の透明な領域を通過しかつ
    ビームスプリッタ構造群を第1射出光束(SA1)とし
    て離れ、そして第2部分光束(SR)は、ビームスプリ
    ッタ面(21.3)から補償要素(22)の方向に反射
    されかつ補償要素(22)の第1境界面(22.1)上
    に当たり、補償要素を通過しかつ第2境界面(22.
    2)で第2射出光束(SA2)として離れる、請求項1
    に記載のビームスプリッタ構造群。
  11. 【請求項11】 その際ビームスプリッタ要素(3
    1)と補償要素(32.A、32.B)とは、その上に
    入射する入射光束(S)に関して同一形に形成されてお
    りかつ配設されており、入射光束(S)は、垂線に対し
    て特定の入射角で、この領域で第1ビームスプリッタ面
    (31.3)として作用するビームスプリッタ要素(3
    1)の第1境界面(31.1)上に特定された射出角で
    入射し、そこから第1の部分光束(SR)は、ビームス
    プリッタ面(31.3)から第1補償要素(32.B)
    の方向に反射されかつ第1補償要素(32.B)の第1
    境界面(32.B1)上に当たり、第1補償要素を通過
    しかつ第2境界面(32.B2)を第1射出光束(SB
    1)として離れ、 第2部分光束(ST)は、第1ビームスプリッタ面(3
    1.3)を透過し、ビームスプリッタ要素(31)を第
    2境界面(31.2)の方向に通過しかつそこで第2ビ
    ームスプリッタ面(31.5)として作用する部分領域
    に当たり、そこから第3部分光束(STR)は、第1境
    界面(31.1)の方向に反射され、そこで第3ビーム
    スプリッタ面(31.6)として作用する部分領域に当
    たり、かつそこから第5部分光束が、第3ビームスプリ
    ッタ面(31.6)を透過しかつビームスプリッタ構造
    群を第2射出光束(SB2)として離れ、第2射出光束
    は、第1射出光束(SB1)に対して平行に向けられて
    おり、そして第2ビームスプリッタ面(31.5)を透
    過した、第4部分光束(STT)は、第2補償要素(3
    2.A)の第1境界面(32.A1)上に当たり、第2
    補償要素を通過しかつ第2境界面(32.A2)で第3
    射出光束(SA2)として第2補償要素(32.A)を
    離れ、そして第3ビームスプリッタ面(31.6)で反
    射された、第6部分光束(STRR)は、ビームスプリ
    ッタ要素(31)の第2境界面(31.2)の方向に偏
    向され、第2境界面の透明な領域を部分光束が透過しか
    つ第4射出光束(SA1)としてビームスプリッタ構造
    群を離れ、第4射出光束は、第3射出光束(SA2)に
    対して平行に向けられている、請求項1に記載のビーム
    スプリッタ構造群。
  12. 【請求項12】 その際第1及び第2射出光束(SB
    1、SB2)が、両第3及び第4射出光束(SA1、S
    A2)に対して垂直に向けられている、請求項11に記
    載のビームスプリッタ構造群。
  13. 【請求項13】 その際ビームスプリッタ構造群(2
    00)が、2つの補償要素(42A、42B)を有し、
    2つの補償要素を通って2つの射出光束(SA1、SA
    2)が、ビームスプリッタ構造群(200)を互い平行
    に離れ、一方第3射出光束(SA3)は、ビームスプリ
    ッタ要素(41)を離れ、第3部分光束は、同様に前記
    両射出光束(SA1、SA2)に対して平行に向けられ
    ている、請求項1に記載のビームスプリッタ構造群。
  14. 【請求項14】 その際ビームスプリッタ構造群(4
    00;500)は、ビームスプリッタ要素(71;8
    1)及び補償要素(72;82)とは別個に配設されて
    いる少なくとも1つの後方反射する反射要素(75;8
    5.1、85.2)を有し、この反射要素は、ビームス
    プリッタ要素(71;81)のビームスプリッタ面(7
    1.2、81.2)から来る光束を再びビームスプリッ
    タ面(71.2、81.2)上に反射して戻す、請求項
    1に記載のビームスプリッタ構造群。
  15. 【請求項15】 請求項1から14までのうちのいずれ
    か1つに記載のビームスプリッタ構造群を干渉計に使用
    する方法。
  16. 【請求項16】 干渉計において、 干渉計は、光源(51)と、参照アームにおける少なく
    とも1つの静止の参照反射鏡(53)と、測定アームに
    おける測定方向(X)に移動可能な少なくとも1つの測
    定反射鏡と、位置に依存する干渉信号を検出するための
    検出器ユニット(55)と、検出された干渉信号の再処
    理のための評価ユニット(56)と、並びに光源(5
    1)から発せられかつその上に当たる入射光束(S)を
    少なくとも1つの第1及びこれに対して平行な少なくと
    も1つの第2射出光束(SA1、SA2;SB1、SB
    2)に分割するための少なくとも1つのビームスプリッ
    タ構造群とを備え、 その際ビームスプリッタ構造群(100)は、少なくと
    も1つのビームスプリッタ要素(1;21;31;4
    1;71;81)と、少なくとも1つの補償要素(2;
    22;32.A、32.B;42A、42B;72;8
    2)を有しかつビームスプリッタ要素(1;21;3
    1;41;71;81)は、2つの平行な境界面を有す
    る透明なプレートから成り、その中1つの境界面が少な
    くとも部分的にビームスプリッタ面としてかつ前記境界
    面に対して平行な他の境界面は、少なくとも部分領域に
    おいて少なくとも部分的に反射する反射鏡面として機能
    し、そして補償要素(2;22;32.A、32.B;
    42A、42B;72;82)は、少なくとも2つの射
    出光束(SA1、SA2;SB1、SB2)が互いに平
    行に経過しかつその際射出光束(SA1、SA2;SB
    1、SB2)が、検出器ユニット(55)上に達する前
    に、干渉計において実質的に等しい光学的路長を通過す
    ることを特徴とする前記干渉計。
  17. 【請求項17】 その際少なくとも1つの射出光束の
    光路に、ビームスプリッタ構造群からのこの射出光束の
    光学的路程長が調整可能であるように、寸法設定された
    光学的要素が配設されている、請求項16に記載の干渉
    計。
  18. 【請求項18】 その際光学的要素が、平行平面のプ
    レートとして形成されている、請求項17に記載の干渉
    計。
  19. 【請求項19】 その際射出光束(SA1、SA2)
    の2つが、2つの測定反射鏡(54A、54B)に当た
    り、測定反射鏡は共に1つの構造ユニット(55)に配
    設されており、構造ユニットは、測定方向(X)に直線
    的に移動可能でありかつ測定方向(X)に対して垂直な
    軸線(Z)のまわりに回転可能に配設されている、請求
    項13に記載のビームスプリッタ構造群(200)を備
    えた、請求項16に記載の干渉計。
  20. 【請求項20】 その際両反射鏡(74;84)の少
    なくとも1つが、平行平面鏡として形成されている、請
    求項14に記載のビームスプリッタ構造群(400、5
    00)を備えた請求項16に記載の干渉計。
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