JP2002504669A - 複数経路干渉測定を使用して空気の屈折率および光路長効果を測定するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、多重経路干渉測定（６９、７０、９０）を使用して屈折率（ｎ）のばらつきの測定（そのばらつきは実質的に気体の密度に比例する）および／または光経路（Ｌ）のばらつきの測定（その光経路のばらつきは屈折率のばらつきおよび測定経路の物理長）に関連するを提供する。気体の屈折率および／または気体の光路長効果は、実質的にそれぞれ屈折率の測定されたばらつき、および／または光学路の測定されたばらつきから計算される。好ましい実施態様において、示差平面ミラー干渉測定構造（６９、７０）が使用され、動作波長（ｋＱ、２）が近似調和的に関係し、そして要求精度に合うように監視および／または制御され得、ヘテロダインおよびスーパーヘテロダイン処理が有効に使用され、そして位相冗長が取り除かれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の分野） 本発明は、距離および屈折率を測定する光学機器に関する。本発明は、特に、
測定経路における気体の屈折率の光路長効果（屈折率変動の効果を含めて）に無
関係の干渉距離測定に関する。

【０００２】 （従来技術の背景） 計測学で頻繁に遭遇する問題には、空気のカラム（ｃｏｌｕｍｎ）の屈折率測
定がある。高度に制御した条件下にて（例えば、この空気カラムが、試料セルに
含まれていて、温度、圧力、および物理寸法について監視されるとき）、その屈
折率を測定するためのいくつかの方法が存在する。例えば、Ｊ．Ｔｅｒｒｉｅｎ
による「Ａｎ ａｉｒ ｒｅｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒ ｆｏｒ ｉｎｔｅｒｆｅ
ｒｅｎｃｅ ｌｅｎｇｔｈ ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ」の表題の文献（Ｍｅｔｒｏｌ
ｏｇｉａ １（３）．８０〜８３（１９６５））を参照せよ。

【０００３】 多分、空気の屈折率に関連した最も困難な測定は、温度および圧力を制御して
いない状態で、未知長または可変長の測定経路にわたる屈折率変動の測定である
。このような状況は、地球物理学および計測学の調査（それには、大気は、明ら
かに、制御されておらず、その屈折率は、空気密度および組成の変動のために、
劇的に変化している）において、頻繁に起こる。この問題は、Ｈ．Ｍａｔｓｕｍ
ｏｔｏおよびＫ．Ｔｓｕｋａｈａｒａによる「Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ
ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｈａｓｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｏｎ ｌｏｎ
ｇ−ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ」の表題の文献（Ａｐｐｌ．Ｏ
ｐｔ．２３（１９），３３８８〜３３９４（１９８４））、およびＧ．Ｎ．Ｇｉ
ｂｓｏｎらによる「Ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｌｅｎｇｔｈ ｆｌｕｃｔｕａ
ｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ」の表題の文献（Ａｐｐｌ．Ｏ
ｐｔ．２３（２３），４３８３〜４３８９（１９８４））で、記述されている。

【０００４】 他の例の状況には、高精度距離測定干渉法（例えば、集積回路のリソグラフィ
ック製作で使用されるもの）がある。例えば、Ｎ．Ｂｏｂｒｏｆｆによる「Ｒｅ
ｓｉｄｕａｌ ｅｒｒｏｒｓ ｉｎ ｌａｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒ
ｙ ｆｒｏｍ ａｉｒ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ａｎｄ ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ
ｉｔｙ」の表題の文献（Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．２６（１３），２６７６〜２６８２
（１９８７））、およびまた、Ｎ．Ｂｏｂｒｏｆｆによる「Ｒｅｃｅｎｔ ａｄ
ｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｉｎｔ
ｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」の表題の文献（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎ
ｃｅ ＆ Ｔｅｃｈ．４（９），９０７〜９２６（１９９３））を参照せよ。前
記引用文献で述べているように、空気中での干渉変位測定は、環境の不確定性（
特に、空気の圧力および温度の変化；例えば、湿度の変化から生じる空気組成の
不確定性；および空気の乱流の効果）に晒される。このような要因は、この変位
を測定するのに使用される光の波長を変える。通常の条件下では、空気の屈折率
は、１×１０^-5〜１×１０^-4程度の変動で、およそ１．０００３である。多くの
用途では、この空気の屈折率は、０．１ｐｐｍ（百万分率）未満から０．００３
ｐｐｍまでの相対精度を有することが知られており、これらの２つの相対精度は
、それぞれ、１メートルの干渉変位測定に対して、それぞれ、１００ｎｍおよび
３ｎｍの変位測定精度に対応している。

【０００５】 位相見積もり（ｐｈａｓｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）のヘテロダイン法に対し
て、当該技術分野では、頻繁に言及されており、ここで、この位相は、制御され
た様式で、時間と共に変わる。例えば、既知形式の従来技術ヘテロダイン距離測
定干渉測定器では、その光源は、僅かに異なる光学的振動数（例えば、２ＭＨｚ
）を有する２本の直交偏光ビームを放射する。この場合の干渉測定レシーバーは
、典型的には、時間と共に変わる干渉信号を測定するために、直線偏光子および
光検出器から構成されている。この信号は、うなり振動数で振動し、この信号の
位相は、その相対位相差に対応している。ヘテロダイン距離測定干渉法における
従来技術のさらに代表的な例は、Ｇ．Ｅ．ＳｏｍｍａｒｇｒｅｎおよびＭ．Ｓｃ
ｈａｈａｍに発行された共有に係わる米国特許第４，６８８，９４０号（１９８
７）で教示されている。しかしながら、これらの既知形式の干渉測定計測学は、
屈折率の変動により制約されており、また、それ自体、次世代マイクロリソグラ
フィー機器に不適切である。

【０００６】 距離測定用の他の既知形式の干渉測定器は、Ｊ．Ｄ．ＲｅｄｍａｎおよびＭ．
Ｒ．Ｗａｌｌに発行された「Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ｍｅｔｈｏｄｓ
Ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｄｉｓｔａｎｃ
ｅ Ｔｏ Ａ Ｓｕｒｆａｃｅ」の表題の米国特許第４，００５，９３６号（１
９７７）で開示されている。ＲｅｄｍａｎおよびＷａｌｌにより教示された方法
は、２本の異なる波長のレーザービーム（その各々は、２個の部分に分割されて
いる）を使用することからなる。各ビームの一部には、周波数シフトが導入され
ている。各ビームの一部は、物体から反射して、光検出器上の他の部分と再結合
する。この検出器での干渉信号から、異なる周波数での位相が誘導され、これは
、この面までの距離の尺度である。この異なる周波数に関連した位相の等価波長
（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）は、２個のレーザー波長の積
をこれらの２個の波長の差で割った値に等しい。ＲｅｄｍａｎおよびＷａｌｌの
この２波長技術は、測定の曖昧性を少なくするが、少なくとも、この空気の屈性
率変動の悪影響に対して、単一波長技術と同程度に感受性である。

【０００７】 ＲｅｄｍａｎおよびＷａｌｌのものと類似した２波長干渉測定器の他の例は、
Ｒ．ＤａｎｄｌｉｋｅｒおよびＷ．Ｈｅｅｒｂｕｒｇｇに発行された「Ｍｅｔｈ
ｏｄ Ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｔｗｏ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ
Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ Ｗｉｔｈ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｈｅｔｅｒｏｄｙ
ｎｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ Ａｎｄ Ｕｓｅ Ｆｏｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｏｒ
Ｒａｎｇｅ Ｆｉｎｄｉｎｇ」の表題の米国特許第４，９０７，８８６号（１
９９０）で開示されている。このシステムはまた、Ｒ．Ｄａｎｄｌｉｋｅｒ、Ｒ
．ＴｈａｌｍａｎｎおよびＤ．Ｐｒｏｎｇｕｅによる「Ｔｗｏ−Ｗａｖｅｌｅｎ
ｇｔｈ Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ Ｕｓｉｎｇ Ｓｕｐｅｒ
ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」の表題の文献（Ｏｐｔ．Ｌｅｔ．
１３（５），３３９〜３４１（１９８８））、およびＲ．Ｄａｎｄｌｉｋｅｒ、
Ｋ．Ｈｕｇ、Ｊ．Ｐｏｌｉｔｃｈ、およびＥ．Ｚｉｍｍｅｒｍａｎｎによる「Ｈ
ｉｇｈ−Ａｃｃｕｒａｃｙ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ Ｗ
ｉｔｈ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔ
ｒｙ」の表題の文献で、記述されている。Ｄａｎｄｌｉｋｅｒらのシステムは、
米国特許第４，９０７，８８６号で教示されているように、２個の波長のレーザ
ービームを使用し、これらのビームの各々は、音響光学変調によって周波数が分
離された２個の偏光成分を含む。これらのビームを同一直線でマイケルソン干渉
測定器に通した後、これらの偏光成分を混合すると、干渉信号（すなわち、ヘテ
ロダイン信号）を生じる。このヘテロダイン信号が、これらの２個の波長の各々
に対して、異なる周波数を有するという点で、そこから、いわゆるスーパーヘテ
ロダイン信号が得られ、これは、これらのヘテロダイン周波数の差に等しい周波
数、およびこれらの２個のレーザー波長の積をこれらの２個の波長の差で割った
値に等しい等価波長に関連した位相を有する。米国特許第４，９０７，８８６号
（上で引用した）によれば、このスーパーヘテロダイン信号の位相は、測定物体
の位置、およびこの等価波長にのみ依存していると仮定されている。従って、こ
のシステムもまた、空気の屈折率の変動に対して測定または補正するようには設
計されていない。

【０００８】 ＲｅｄｍａｎおよびＷａｌｌにより、また、ＤａｎｄｌｉｋｅｒおよびＨｅｅ
ｒｂｕｒｇｇ（上で引用した）により開発された２波長スーパーヘテロダイン技
術のさらなる例は、Ｚ．Ｓｏｄｎｉｋ、Ｅ．Ｆｉｓｃｈｅｒ、Ｔ．Ｉｔｔｎｅｒ
およびＨ．Ｊ．Ｔｉｚｉａｎｉによる「Ｔｗｏ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｏｕ
ｂｌｅ ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ｕｓｉｎｇ
ａ ｍａｔｃｈｅｄ ｇｒａｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ」の表題の文献（Ａ
ｐｐｌ．Ｏｐｔ．３０（２２），３１３９〜３１４４（１９９１））、およびＳ
．ＭａｎｈａｒｔおよびＲ．Ｍａｕｒｅｒによる「Ｄｉｏｄｅ ｌａｓｅｒ ａ
ｎｄ ｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃｓ ｆｏｒ ｄｕａｌ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ
ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」の表題の文献（ＳＰＩ
Ｅ １３１９，２１４〜２１６（１９９０））で見られる。しかしながら、これ
らの例のいずれも、屈折率変動の問題を検討していない。

【０００９】 ヘテロダインおよびスーパーヘテロダイン干渉法における従来技術は、測定経
路における空気の光路長効果、特に、空気の屈折率における変動に起因する効果
を測定し補正する高速方法およびそれに対応する手段を提供していないことが、
前述のことから、結論づけられ得る。従来技術におけるこの欠点により、著しい
測定の不確定性が生じ、それにより、例えば、集積回路のマイクロリソグラフィ
ク製作で見られるような干渉測定器を用いる、システムの精度に著しい影響を与
える。さらなる干渉測定器は、必然的に、変化する物理長から構成される測定経
路において変動する屈折率を測定し補正する本発明の新規方法および手段を包含
する。

【００１０】 屈折率の変動を検出する１方法には、測定経路に沿って圧力および温度の変化
を測定すること、およびこの測定経路の光路長に対する効果を算出することであ
る。この算出に影響を与える数式は、Ｆ．Ｅ．Ｊｏｎｅｓによる「Ｔｈｅ Ｒｅ
ｆｒａｃｔｉｖｉｔｙ Ｏｆ Ａｉｒ」の表題の文献（Ｊ．Ｒｅｓ．ＮＢＳ ８
６（１），２７〜３２（１９８１））で開示されている。この技術の実行は、Ｗ
．Ｔ．Ｅｓｔｌｅｒによる「Ｈｉｇｈ−Ａｃｃｕｒａｃｙ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍ
ｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ Ｉｎ Ａｉｒ」の表題の文献（Ａｐｐ
ｌ．Ｏｐｔ．２４（６），８０８〜８１５（１９８５））で記述されている。残
念なことに、この技術は、概算値しか与えず、厄介であり、そして空気密度の緩
慢で全体的な変動に対してのみ、補正する。

【００１１】 測定経路にわたって屈折率を変動する効果を検出する他のさらに直接的な方法
は、複数波長距離測定による。その基本的な原理は、以下のように理解され得る
。干渉測定器およびレーザーレーダーは、最も多くの場合、屋外にて、基準物と
対象との間の光路長を測定する。この光路長は、この屈折率と、測定ビームが横
切る物理経路の積を積分したものである。だから、この屈折率は、波長と共に変
わるが、この物理経路は波長とは無関係であり、一般に、この光路長からこの物
理経路（特に、屈折率の変動の寄与）を決定することは可能であるが、ただし、
その機器は少なくとも２つの波長を使用する。波長に伴う屈折率の変化は、分散
として、当該技術分野で公知であり、従って、この技術は、以下、分散技術と呼
ぶ。

【００１２】 屈折率測定のための分散技術には、長い歴史があり、レーザーの導入以前に遡
る。Ｋ．Ｅ．Ｅｒｉｃｋｓｏｎによる「Ｌｏｎｇ−Ｐａｔｈ Ｉｎｔｅｒｆｅｒ
ｏｍｅｔｒｙ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ａｎ Ｕｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ａｔｍｏｓ
ｐｈｅｒｅ」の表題の文献（ＪＯＳＡ ５２（７），７８１〜７８７（１９６２
））は、その基本原理を記述しており、地球物理学的な測定用の技術の実現可能
な分析を提供している。さらなる理論的な提案は、Ｐ．Ｌ．Ｂｅｎｄｅｒおよび
Ｊ．Ｃ．Ｏｗｅｎｓによる「Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄ
ｉｓｔａｎｃｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ Ｆｏｒ Ｔｈｅ Ｆｌｕｃｔｕａ
ｔｉｎｇ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｉｎｄｅｘ Ｏｆ Ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ
」の表題の文献（Ｊ．Ｇｅｏ．Ｒｅｓ．７０（１０），２４６１〜２４６２（１
９６５））で見られる。

【００１３】 屈折率補正のための分散技術に基づいた市販の距離測定レーザーレーダーは、
１９７０年代に出現した。Ｋ．Ｂ．ＥａｒｎｓｈａｗおよびＥ．Ｎ．Ｈｅｒｎａ
ｎｄｅｚによる「Ｔｗｏ−Ｌａｓｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｔａｎｃｅ −
Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｈａｔ Ｃｏｒｒｅｃｔｓ Ｆ
ｏｒ Ｔｈｅ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｉｎｄｅｘ Ｏｆ Ｒｅｆｒａｃｔｉ
ｏｎ」の表題の文献（Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．１１（４），７４９〜７５４（１９７
２））は、５〜１０ｋｍの測定経路にわたって操作するためのマイクロ波変調Ｈ
ｅＮｅおよびＨｅＣｄレーザーを使用する機器を開示している。この機器のそれ
以上の詳細は、Ｅ．Ｎ．ＨｅｒｎａｎｄｅｚおよびＫ．Ｂ．Ｅａｒｎｓｈａｗに
よる「Ｆｉｅｌｄ Ｔｅｓｔｓ Ｏｆ Ａ Ｔｗｏ−Ｌａｓｅｒ（４４１６Ａ
ａｎｄ ６３２８Ａ） Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｔａｎｃｅ−Ｍｅａｓｕｒｉｎ
ｇ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ Ｆｏｒ Ｔｈｅ Ａｔｍｏ
ｓｐｈｅｒｉｃ Ｉｎｄｅｘ Ｏｆ Ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ」の表題の文献（Ｊ
．Ｇｅｏ．Ｒｅｓ．７７（３５），６９９４〜６９９８（１９７２））に見出さ
れている。この分散技術の用途のさらなる例は、Ｅ．ＢｅｒｇおよびＪ．Ａ．Ｃ
ａｒｔｅｒによる、「Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｆｏｒ Ｓｉ
ｎｇｌｅ−Ａｎｄ Ｄｕａｌ−Ｃｏｃｌｏｒ Ｌａｓｅｒｓ Ｂｙ Ｒａｙ Ｔ
ｒａｃｉｎｇ」の表題の文献（Ｊ．Ｇｅｏ．Ｒｅｓ．８５（Ｂ１１），６５１３
〜６５２０（１９８０））、ならびにＬ．Ｅ．ＳｌａｔｅｒおよびＧ．Ｒ．Ｈｕ
ｇｇｅｔによる「Ａ Ｍｕｌｔｉ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｓｔａｎｃｅ−
Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｆｏｒ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ」の表題の文献（Ｊ．Ｇｅｏ．Ｒｅｓ．８１（３５）
，６２９９〜６３０６（１９７６））で論述されている。

【００１４】 地球物理学的な測定用の計装は、典型的には、輝度変調レーザーレーダーを使
用するものの、さらに短い距離には、光学干渉位相検出がさらに有利であること
が、当該分野で分かっている。Ｒ．Ｂ．ＺｉｐｉｎおよびＪ．Ｔ．Ｚａｌｕｓｋ
ｙに１９７２年に発行された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ａｎｄ Ｍｅｔｈ
ｏｄ Ｏｆ Ｏｂｔａｉｎｉｎｇ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａ
ｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」の表題の米国特許第３，６４７，３０２号では
、周囲条件（例えば、温度、圧力および湿度）の変化を補正するために、複数の
波長を使用する干渉変位測定システムが開示されている。この機器は、可動性物
体（すなわち、可変物理経路長）を使う操作のために、特別に設計されている。
しかしながら、ＺｉｐｉｎおよびＺａｌｕｓｋｙの位相検出手段は、高精度測定
には、充分に正確ではない。

【００１５】 さらに現代的で詳細な例には、Ｙ．Ｚｈｕ，Ｈ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，Ｔ．Ｏ
’ｉｓｈｉによる「Ｌｏｎｇ−Ａｒｍ Ｔｗｏ−Ｃｏｌｏｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒ
ｏｍｅｔｅｒ Ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｔｈｅ Ｃｈａｎｇｅ ＯＦ Ａ
ｉｒ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ」の表題の文献（ＳＰＩＥ １３１９
，Ｏｐｔｉｃｓ ｉｎ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｓｙｓｔｅｍｓ，５３８〜５３９（１
９９０））で記述されたシステムがある。Ｚｈｕらのシステムは、直角位相検出
と共に、１０６４ｎｍの波長のＹＡＧレーザーおよび６３２ｎｍのＨｅＮｅレー
ザーを使用する。Ｚｈｕらによる「Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｏｆ Ａｔｍｏｓ
ｐｈｅｒｉｃ Ｐｈａｓｅ Ａｎｄ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃ
ｅ Ｆｏｒ Ｌｏｎｇ−Ｐａｔｈ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅ
ｔｅｒ」の表題の先の文献（Ｐｒｏｃ．３^rd Ｍｅｅｔｉｎｇ Ｏｎ Ｌｉｇｈ
ｔｗａｖｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｓ
ｏｃ．ｏｆ Ｊａｐａｎ，３９（１９８９））では、実質的に同じ機器が、日本
語で記述されている。しかしながら、Ｚｈｕらの干渉測定器は、全ての用途（例
えば、マイクロリソグラフィー用のサブミクロン干渉法）には、充分な解像度を
有しない。

【００１６】 マイクロリソグラフィー用の高精度干渉法での最近の試みは、Ａ．Ｉｓｈｉｄ
ａ（１９９０）に発行された米国特許第４，９４８，２５４号に示されている。
類似のデバイスは、「Ｔｗｏ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎ
ｔ−Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ Ｕｓｉｎｇ Ｓｅｃ
ｏｎｄ−Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｔｏ Ｅｌｉｍｉｎａｔｅ Ａｉｒ−
Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ−Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｅｒｒｏｒｓ」の表題の文献（Ｊｐｎ
．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２８（３），Ｌ４７３〜４７５（１９８９））で、
Ｉｓｈｉｄａにより記述されている。この文献では、変位測定干渉測定器が開示
されており、これは、２波長分散検出によって、屈折率の変動により引き起こさ
れる誤差をなくす。Ａｒ⁺レーザー源は、ＢＢＯとして当該分野で公知の周波数 重複結晶（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｕｂｌｉｎｇ ｃｒｙｓｔａｌ）によって
、両方の波長を同時に提供する。ＢＢＯ重複結晶を使用することにより、２個の
波長が得られ、これらは、基本的には、位相ロックされ、それゆえ、この屈折率
測定の安定性および精度を大きく改良する。しかしながら、この位相検出手段は
、簡単なホモダイン直角位相検出を使用するが、高解像度位相測定には不充分で
ある。さらに、この位相検出および信号処理手段は、動的測定（この測定では、
その物体の運動は、正確に検出するのが困難な急速な位相変化を生じる）には適
切ではない。

【００１７】 Ｓ．Ａ．Ｌｉｓ（１９９５）に発行された「Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ
Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｗｉｔｈ Ａｉｒ Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃ
ｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ」の表題の米国特許第５，４０４，２２２号では
、屈折率変動を検出し補正するための分散技術を使用する２波長干渉測定器が開
示されている。類似の装置は、Ｌｉｓによる「Ａｎ Ａｉｒ Ｔｕｒｂｕｌｅｎ
ｃｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ Ｆｏｒ ＩＣ
Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ」（ＳＰＩＥ ２４４０（１９９５））と題され
た文献に記述されている。Ｓ．Ａ．Ｌｉｓによる米国特許第５，４０４，２２２
号における改良は、１９９６年７月に発行された米国特許第５，５３７，２０９
号で開示されている。Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．（上に記載）でＩｓｈ
ｉｄａにより教示されたことに関連する、このシステムの主な革新には、この位
相検出手段の精度を改良するための第二ＢＢＯ重複結晶の追加がある。この追加
ＢＢＯ結晶により、２つの全く異なる倍率（ｆａｃｔｏｒ）である波長を有する
２本のビームを光学的に干渉することが可能となる。得られた干渉は、その屈折
率に直接依存するがステージ運動とは実質的に無関係な位相を有する。しかしな
がら、Ｌｉｓにより教示されたシステムは、複雑であり、各測定経路のために追
加ＢＢＯ結晶を必要とする。マイクロリソグラフィーでは、ステージは、頻繁に
、６個またはそれ以上の測定経路が関与しており、そのＢＢＯは、比較的に高価
であり得、これらの追加結晶は、著しい費用負担となるという欠点がある。Ｌｉ
ｓのシステムのさらなる欠点には、ＰＺＴ変換器の物理変位に基づいて、低速（
３２−Ｈｚ）位相検出システムを使用することがある。

【００１８】 従来技術は、実用的な高速、高精度方法、および空気の屈折率を測定し測定経
路での空気の光路長効果（特に、空気の屈折率変動による効果）を測定し補正す
る、それに対応した手段を提供しないことが、前述のことから、明らかである。
従来技術の制限は、主に、以下の未解決の技術上の難題から生じる：（１）従来
技術のヘテロダインおよびスーパーへテロダイン干渉測定器は、空気の屈折率変
動により、精度が限定されている；（２）屈折率変動を測定するための従来技術
の分散技術は、干渉位相測定において、非常に高い精度（典型的には、高精度距
離測定干渉測定器の典型的な精度を大きく超える）が必要である；（３）位相測
定精度を改良するように従来技術の干渉測定器を明らかに改変すると、現代のマ
イクロリソグラフィー設備でのステージ運動の迅速性に適合しない程度まで、測
定時間が長くなる；（４）従来技術の分散技術は、少なくとも２個の非常に安定
なレーザー源、または複数の位相ロック波長を放射する単一源が必要である；（
５）マイクロリソグラフィー用途での従来技術である分散技術は、この測定中の
ステージ運動に感受性であり、その結果、系統的な誤差が生じる；および（６）
この検出システムの一部として重複結晶を使用する従来技術である分散技術（例
えば、Ｌｉｓの米国特許第５，４０４，２２２号）は、高価であり、そして複雑
である。

【００１９】 従来技術のこれらの欠点があるために、測定経路に気体が存在するマイクロリ
ソグラフィー用の変動測定を行うための任意の実用的な干渉測定システム（この
場合、典型的には、屈折率変動があり、この測定経路は、変化する物理長から構
成される）は、存在しない。

【００２０】 従って、本発明の目的は、測定経路における気体の屈折率および／またはこの
気体の光路長効果（ここで、この屈折率は、変動し得、および／またはこの測定
経路の物理長は変化し得る）を急速かつ正確に測定し監視する方法および装置を
提供することにある。

【００２１】 本発明の他の目的は、測定経路における気体の屈折率および／またはこの気体
の光路長効果を急速かつ正確に測定し監視する方法および装置を提供することに
あり、ここで、この気体の屈折率および／またはこの気体の光路長効果の測定お
よび監視の精度は、測定経路の物理長の急速な変化によっても、実質的に損なわ
れない。

【００２２】 本発明の他の目的は、測定経路における気体の屈折率および／またはこの気体
の光路長効果を急速かつ正確に測定し監視する方法および装置を提供することに
あり、ここで、この方法および装置は、周囲条件（例えば、温度および圧力）の
測定および監視を必要としない。

【００２３】 本発明の他の目的は、測定経路における気体の屈折率および／またはこの気体
の光路長効果を急速かつ正確に測定し監視する方法および装置を提供することに
あり、ここで、この方法および装置は、位相ロックした異なる波長の２本または
それ以上の光ビームを使用し得るが、その使用は必須ではない。

【００２４】 本発明の他の目的は、測定経路における気体の光路長効果を急速かつ正確に測
定し監視する方法および装置を提供することにあり、ここで、干渉測定での測定
経路長は、この気体の光路長効果の計算において、実質的に、使用されない。

【００２５】 本発明の他の目的は、測定経路における気体の屈折率および／またはこの気体
の光路長効果を急速かつ正確に測定し監視する方法および装置を提供することに
あり、ここで、干渉測定で使用される光学ビームの周波数および測定経路での気
体の屈折率および／またはこの気体の光路長効果の監視は、この気体の光路長効
果の相対的な寄与の計算では実質的には、使用されない。

【００２６】 本発明の他の目的は、一部は、明らかであり、一部は、以下で分かる。本発明
は、従って、図面と関連して読むとき、以下の詳細な説明で例示された構成、工
程、要素の組合せ、および部品の配列を有する方法および装置を備える。

【００２７】 （発明の要旨） 本発明は、一般に、測定経路での気体の屈折率および／またはこの気体による
この測定経路の光路長変化を測定し監視する装置および方法に関し、ここで、こ
の気体の屈折率は、変動し得（例えば、この気体は、乱れている）、および／ま
たはこの測定経路の物理長は、変化し得る。本発明はまた、電気光学計測学なら
びに他の用途で使用するための装置および方法に関する。さらに詳細には、本発
明は、屈折率の分散の測定（この分散は、この気体の密度に実質的に比例してい
る）および／または、この光路長の分散の測定（この光路長の分散は、この屈折
率の分散およびこの測定経路の物理長に関係している）を提供するように作動す
る。続いて、この気体の屈折率および／またはこの気体の光路長効果は、それぞ
れ、この屈折率の測定した分散および／またはこの光路長の測定した分散から、
引き続いて計算される。本発明の装置により生じる情報は、急速なステージ回転
（ｓｌｅｗ）速度により誘発される環境効果および外乱により引き起こされる少
なくとも１個の測定経路での気体の屈折率に関係した誤差を補正するために、干
渉距離測定機器（ＤＭＩ）での使用に特に適切である。

【００２８】 本発明のいくつかの実施態様が作成され、これらは、広義には、最終測定での
多少の精度要求を検討する２つの範疇に入る。種々の実施態様は、共通の特徴を
共有しているものの、それらは、個々の目標を達成するために、一部の詳細では
、異なっている。

【００２９】 一般に、本発明の装置は、第一および第二測定レッグ（それらの少なくとも１
本は、可変長を有し、また、それらの少なくとも１本は、少なくとも一部、その
気体で占められている）を有する干渉測定手段を備える。好ましい実施態様では
、これらの測定レッグの一方は、基準レッグであり、そして他方は、測定レッグ
である。これらの構成レッグは、好ましくは、この測定レッグがこの基準レッグ
の光路長と実質的に同じその光路長の一部を有するように、構成され、配置され
ている。典型的な干渉ＤＭＩ用途での測定レッグの光路の残りの部分にある気体
は、空気である。

【００３０】 異なる波長を有する少なくとも２本の光ビームを生成するための手段が備えら
れている。好ましい実施態様では、光源は、光ビームセットを生成し、この光ビ
ームセットは、少なくとも２本の光ビームから構成され、この光ビームセットの
各ビームは、異なる波長を有する。この光ビームセットのビームの波長間の関係
（近似関係）は、公知である。

【００３１】 この光ビームセットの各ビームの２本の直交偏光成分間で少なくとも１つの周
波数差を導入することにより、この光ビームセットから、周波数シフトした光ビ
ームセットが生成される。これらの実施態様の幾つかにおいて、この周波数シフ
トした光ビームセットのうちのいずれの２本のビームも、同じ周波数差を有しな
いのに対して、これらの実施態様の特定の幾つかにおいて、この周波数シフトし
た光ビームセットのうちの少なくとも２本のビームは、同じ周波数差を有する。
所定実施態様に対して、それらの波長の比は、相対精度に対する公知の近似関係
と同じであり、これは、選択した操作波長および対応する既知近似関係に依存し
ている。この波長依存性のために、これらの相対精度は、これらの波長の比の各
相対精度と呼ばれている。多数の実施態様では、この波長比の各相対精度は、（
この気体の各相対分散）×（この気体の各屈折率の測定および／またはこの気体
に依るこの測定レッグの光路長の各変化の測定に必要な相対精度）より一桁小さ
い。

【００３２】 これらの実施態様の幾つかにおいて、この近似関係は、一連の比として表わさ
れ、各比は、各相対精度（この一連の比の各相対精度）に対する低位非ゼロ整数
（ｌｏｗ ｏｒｄｅｒ ｎｏｎ−ｚｅｒｏ ｉｎｔｅｇｅｒｓ）の比（例えば、
２／１）から構成され、ここで、これらの一連の比の各相対精度は、（この気体
の各分散）×（この気体の各屈折率の測定および／またはこの気体に依るこの測
定レッグの光路長の各変化の測定に必要な各相対精度）より一桁小さい。

【００３３】 他の実施態様（この場合、これらの波長の比の各相対精度は、所望の値に関し
て、不適切である）では、これら波長の比の各相対精度を制御するフィードバッ
ク、これらの波長の比の所望の各相対精度からのこれらの波長の比の各相対精度
の望ましくない逸脱により影響される引き続いた計算を補正するための情報、ま
たは両方のいくつかの組合せを提供するための手段が提供されている。また、Ｄ
ＭＩの主要目的（すなわち、その測定長の長さ変化の決定）で使用される波長を
監視するための手段が提供されている。

【００３４】 これらの周波数シフトした光ビームの各々の少なくとも一部は、適切な光学手
段により、この干渉測定手段へと導入され、各周波数シフトした光ビームの少な
くとも一部の第一部分は、この基準レッグの所定経路に沿って、この基準レッグ
を通って進み、そして各周波数シフトした光ビームの少なくとも一部の第二部分
は、この測定レッグの所定経路に沿って、この測定レッグを通って進行するよう
にされ、各周波数シフトした光ビームの少なくとも一部の第一および第二部分は
、異なる。後に、各周波数シフトした光ビームの少なくとも一部である第一およ
び第二部分は、射出ビームとして、この干渉測定手段から現れ、これは、この基
準レッグにある所定経路を通る光路長およびこの測定レッグのある所定経路を通
る光路長についての情報を含んでいる。これらの実施態様の１つでは、各周波数
シフトした光ビームの少なくとも一部である第一および第二部分の３セットが生
成され、１セットは、ある波長であり、そして２セットは、他の波長である。

【００３５】 さらに他の実施態様では、これらの光学手段は、これらの周波数シフトした光
ビームの各々の少なくとも一部の特定のものが、この基準レッグおよび測定レッ
グを通って進行するにつれて、マルチパスを受けるように、そして、これらの周
波数シフトした光ビームの各々の少なくとも一部の追加の特定のものが、この基
準レッグおよび測定レッグを通って進行するにつれて、マルチパスを受けるよう
に、構成されており、これらの特定のものに対するマルチパス数は、これらの追
加の特定のものに対するマルチパス数とは異なる。

【００３６】 さらに一般的には、これらの光ビームの第一および第二の所定部分は、異なる
パス数で、所定光路に沿って、第一および第二測定レッグを通って進み、これら
の第一および第二測定レッグの物理経路長を変える相対速度を補正する。

【００３７】 混合光学信号（これは、各周波数シフトした光ビームの少なくとも一部の第一
および第二部分の射出ビーム間の位相差に対応する情報を含む）を生じるように
この射出ビームを受容するための組合せ手段が提供されている。これらの混合光
学信号は、次いで、光検出器（好ましくは、光電検出）により感知され、これは
、電気的干渉信号（これは、この異なるビーム波長でのその気体の屈折率、およ
びこの異なるビーム波長でのこの気体の屈折率に依るその測定レッグにおける光
路長に対応する情報を含む）を生成するように、作動する。

【００３８】 これらの電気干渉信号は、次いで、電子手段（これは、この気体の屈折率の分
散および／またはこの気体の分散（ｎ_i−ｎ_j）（ここで、ｉおよびｊは、波長に
対応する整数であり、互いに異なる）に実質的に依るこの測定レッグの光路長の
分散を決定するように、作動する）により、分析される。この情報およびこの気
体の逆分散能から、この気体の屈折度（ｎ_r−１）（ここで、ｒは、波長に対応 する整数である）、および／またはこの気体の屈折率に依るこの測定レッグの光
路長に対する寄与もまた、この電子手段により、決定できる。ｒの値は、ｉおよ
びｊとは異なり得るか、あるいはｉまたはｊのいずれかと同じであり得る。この
電子手段は、必要な計算を実行するように周知方法で適切にプログラム化したマ
イクロプロセッサーまたは汎用コンピューターの形態で、電子手段を備えること
ができる。

【００３９】 好ましい形態では、これらの電気干渉信号は、この気体の屈折率およびこの測
定レッグの光路長に対応する位相情報を含むヘテロダイン信号を含み、この装置
は、さらに、この気体の屈折率の分散およびこの気体の屈折率の分散に依るこの
測定レッグの光路長の分散に対応する位相情報を生じるために、これらのヘテロ
ダイン信号の位相を決定する手段を備えている。これらの実施態様のいくつかに
おいて、この装置は、さらに、この気体の屈折率の分散およびこの気体の屈折率
の分散に依るこの測定レッグの光路長の分散に対応する位相を含む少なくとも１
個のスーパーヘテロダイン信号を生成するために、これらのヘテロダイン信号を
混ぜる（すなわち、乗算する）ための手段を備えている。また、これらの実施態
様の幾つかで生成するヘテロダイン信号およぴスーパーへテロダイン信号の位相
曖昧性を解像するための手段もまた、備えられている。これらの光ビーム部分が
種々の実施態様の干渉測定手段を通って進行するにつれて遭遇する光路の詳細に
依存して、追加エレクトロニクスまたは異なるエレクトロニクスが提供される。
前述の様式では、これらの電子手段は、この気体が占める測定レッグの物理経路
長を変える速度に依る計算に対する任意の効果を改善するように、作動する。

【００４０】 開示された本発明方法は、記述の好ましい装置を用いて実行し得るものの、こ
れはまた、他の周知装置を用いても実施し得ることが明らかである。さらに、こ
の装置はホモダイン信号を用いる装置が使用され得ることが示される。

【００４１】 （発明の詳細な説明） 本発明は、少なくとも１個の測定経路にある気体の屈折度および／またはこの
気体に依るこの測定経路の光路長の変化が迅速に測定され、引き続いて、ダウン
ストリーム用途または同時生成用途で使用され得る装置および方法に関し、ここ
で、この気体の屈折率およびこの測定経路の物理長のいずれかまたは両方は、変
化し得る。同時生成用途の一例には、この測定経路にある気体の屈折率の効果（
特に、測定経路における急速なステージ回転速度により誘発される周囲条件の変
化または空気の乱れのために、この測定期間中に起こる光路長の変化）を補正す
ることによる、精度を向上させるための干渉距離測定機器にある。

【００４２】 本発明の装置の多数の異なる実施態様が示され、そして記述されている。それ
らは、ある細部では異なるものの、開示された実施態様は、それ以外では、多く
の共通の要素を共有し、それらの光源に要求される制御の程度に依存し、当然、
２つの範疇に入る。分かるように、各範疇内の開示実施態様はまた、それらの干
渉測定光路が、いかにして実行され、および／またはある種の情報信号が、いか
にして、電子的に取り扱われるかという細部では、異なっている。

【００４３】 記述する第一群の実施態様は、３つの実施態様およびそれらの変形を含む。こ
の群は、以下の用途が意図される：この用途では、採用した光源の安定性は、充
分であり、そして採用した光源により生成する光ビームの波長の比は、最終用途
により出力データに課せられる必要精度と合うのに充分な各相対精度と、既知の
比の値とが一致している。

【００４４】 第二群の実施態様もまた、３つの実施態様およびそれらの変形を含み、これら
は、以下の用途に特に適切である：この用途では、この光源の安定性を監視して
、精度に対する性能要件に合うように採用した光源により生成した光ビームの波
長比を測定する必要がある。両方の群に対して、位相曖昧性および位相および群
遅延（ｇｒｏｕｐ ｄｅｌａｙｓ）（これは、ホモダイン信号、ヘテロダイン信
号および／またはスーパーへテロダイン信号を分析する際に、起こり得る）を扱
うための装置が開示されており、また、本発明の工程を実行するための方法が開
示されている。

【００４５】 本発明の装置の実施態様の異なる変形の独特で発明的な特徴は、一例に示され
ており、ここで、１波長λ₁のビームは、（２ｐ）×（測定経路の往復物理長） ×（λ₁での屈折率ｎ₁）（ｐは、整数である）に比例した位相シフトを効果的に
経験するのに対して、波長λ₂の第二ビームは、（ｐ）×（測定経路の往復物理 長）×（λ₂での屈折率ｎ₂）に比例した位相シフトを効果的に経験し、第一波長
は、第二波長のぼぼ２倍である。２ｐのマルチパスを効果的に経験する第一ビー
ムが測定経路を通過し、そしてｐのマルチパスを効果的に経験する第二ビームが
測定経路を通過する結果として、これらの２本のビームに対する光路長は、ほぼ
同じとなり、それにより、この気体の屈折度に依る差の相対効果を向上させる。
さらに、これらの２本のビームに対するドップラーシフトは、ほぼ同じであり、
それにより、干渉信号を経験する群遅延の差の効果を低下させる。マルチパス干
渉測定器は、例えば、Ｐ．ＨａｒｉｈａｒａｎおよびＤ．Ｓｅｎによる「Ｄｏｕ
ｂｌｅ−ｐａｓｓｅｄ ｔｗｏ−ｂｅａｍ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ」
の表題の文献（Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．５０，３５７〜３６１（１９６０）
）で記述されているように、測定解像度を改良する手段として、当該技術分野で
公知である；しかしながら、その測定経路での気体量および気体補正を測定する
目的のために、同じシステムでのｐパスおよび２ｐパス干渉測定器の本発明の組
合せは、本出願人には未知であり、また、当該分野において、本明細書中で初め
て教示される。このような本発明の組合せを達成するための装置は、以下の段落
で記述されている。その好ましい実施態様は、基準経路および測定経路によって
述べられているのに対して、両方の経路は、可変長の測定経路であり得、この場
合、それらの少なくとも１個は、少なくとも部分的に、気体により占められてい
ることが明らかである。

【００４６】 図１ａ〜１ｆは、測定経路での気体の屈折度および／またはこの気体に依るこ
の測定経路の光路長の変化を測定し監視するための本発明の好ましい１実施態様
を、概略形式で描写しており、ここで、この気体の屈折率およびこの測定経路の
物理長のいずれかまたは両方は、変化され得、この場合、採用した光源の安定性
は、充分であり、また、採用した光源により生成する光ビームの波長の比は、最
終用途により出力データに課せられる必要精度と合うのに充分な各相対精度で、
既知の比の値と合致している。この装置は、広範囲の放射線源に対する用途があ
るものの、以下の記述は、光学測定システムに関連した例として取り上げられて
いる。

【００４７】 図１ａを参照すると、本発明の第一の好ましい実施態様の好ましい装置および
方法に従って、光源１から放射された光ビーム７は、変調器３を通って、光ビー
ム９となる。変調器３は、ドライバー５により励起される。光源１は、好ましく
は、レーザーまたはコヒーレント光の類似光源であり、これは、好ましくは、偏
光されており、そして波長λ₁を有する。変調器３は、例えば、音響光学デバイ ス、または音響光学デバイスとビーム７の偏光成分を選択的に変調するための追
加光学機器との組合せであり得る。変調器３は、好ましくは、直交直線偏光成分
に関して量ｆ₁だけ、ビーム７の１直線偏光成分の発振周波数をシフトし、これ らの成分の偏光方向は、本明細書中では、ｘおよびｙとして表示されている。第
一実施態様の以下の記述では、ビーム９のｘ偏光成分は、本発明の精神および範
囲から逸脱することなく、ビーム９のｙ偏光成分に関して、量ｆ₁だけシフトし た発振周波数を有すると仮定される。発振周波数ｆ₁は、ドライバー５により、 決定される。

【００４８】 次の工程では、光源２から放射された光ビーム８は、変調器４を通って、光ビ
ーム１０となる。変調器３およびドライバー５と同様に、それぞれ、変調器４は
、ドライバー６により励起される。光源２は、光源１と同様に、好ましくは、レ
ーザーまたは偏光したコヒーレント光の類似光源であるが、好ましくは、異なる
波長λ₂であり、ここで、これらの波長の比（λ₁／λ₂）は、既知の近似した比 の値（ｌ₁／ｌ₂）有し、すなわち、

【００４９】

【数５】 である。ここで、ｌ₁およびｌ₂は、整数値および非整数値を呈し得、これらの波
長の比（λ₁／λ₂）は、相対精度に対する比の値（ｌ₁／ｌ₂）と同じであるり、
これらの値は（この気体の屈折率の分散（ｎ₂−ｎ₁））×（この気体の屈折度の
測定に望ましい相対精度、またはこの気体に依るこの測定レッグの光路長の変化
の測定に望ましい相対精度ε）よりも１桁またはそれ以上小さい。ビーム１０の
ｘ偏光成分は、ビーム１０のｙ偏光成分に関して、量ｆ₂だけシフトした発振周 波数を有する。発振周波数ｆ₂は、ドライバー６により決定される。さらに、ビ ーム９および１０のｘ成分の周波数シフトの方向は、同じである。

【００５０】 ビーム７および８が、１個より多い波長を放射する単一レーザー源により、周
波数の重複、三重複、四重複などを達成する光学周波数重複手段と組合せた単一
レーザー源により、和周波数生成または差周波数生成と結合した異なる波長の２
個のレーザー源により、あるいは２個またはそれ以上の波長の光ビームを生成で
きる任意の同等の光源配置により、交互に供給され得ることは、当業者が理解す
る。

【００５１】 レーザー源は、例えば、ガスレーザー（例えば、ＨｅＮｅ）であり得、これは
、当業者の公知の種々の従来の技術（例えば、Ｔ．Ｂａｅｒら、「Ｆｒｅｑｕｅ
ｎｃｙ Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ０．６３３μｍ Ｈｅ−Ｎｅ
−ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ Ｚｅｅｍａｎ Ｌａｓｅｒ」（Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｏｐｔｉｃｓ，１９，３１７３〜３１７７（１９８０））；１９７５年６月１０
日に発行されたＢｕｒｇｗａｌｄらの米国特許第３，８８９，２０７号；および
１９７２年５月９日に発行されたＳａｎｄｓｔｒｏｍらの米国特許第３，６６２
，２７９号を参照）のいずれかで、安定化されている。あるいは、このレーザー
は、当業者に公知の種々の従来技術（例えば、Ｔ．ＯｋｏｓｈｉおよびＫ．Ｋｉ
ｋｕｃｈｉ，「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅ
ｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌａｓｅｒｓ ｆｏｒ Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ−ｔｙ
ｐｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ」（Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１６，１７９〜１８１（１９８０））なら
びにＳ．ＹａｍａｑｇｕｃｈｉおよびＭ．Ｓｕｚｕｋｉ，「Ｓｉｍｕｌｔａｎｅ
ｏｕｓ Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａ
ｎｄ Ｐｏｗｅｒ ｏｆ ａｎ ＡｌＧａＡｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
Ｌａｓｅｒ ｂｙ Ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｐｔｏｇａｌｖａｎｉｃ Ｅｆｆ
ｅｃｔ ｏｆ Ｋｒｙｐｔｏｎ」（ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃｓ，ＱＥ−１９，１５１４〜１５１９（１９８３））を参照）のうち
１つにより周波数安定化したダイオードレーザーであり得る。

【００５２】 ビーム９およびビーム１０の２つの光学周波数が、種々の周波数変調装置およ
び／またはレーザーのいずれかにより生成され得ることもまた、当業者が理解す
る：（１）ゼーマンスプリットレーザーの使用（例えば、１９６９年７月２９日
に発行されたＢａｇｌｅｙらの米国特許第３，４５８，２５９号；Ｇ．Ｂｏｕｗ
ｈｕｉｓ，「Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｅ Ｍｉｔ Ｇａｓｌａｓｅｒｓ」
（Ｎｅｄ．Ｔ．Ｎａｔｕｕｒｋ，３４，２２５〜２３２（１９６８年８月））；
１９７２年４月１８日に発行されたＢａｇｌｅｙらの米国特許第３，６５６，８
５３号；およびＨ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，「Ｒｅｃｅｎｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏ
ｍｅｔｒｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｕｓｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ
ｌａｓｅｒｓ」（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，６（２），
８７〜９４（１９８４））を参照）；（２）一対の音響光学ブラッグセルの使用
（例えば、Ｙ．ＯｈｔｓｕｋａおよびＫ．Ｉｔｏｈ，「Ｔｗｏ−ｆｒｅｑｕｅｎ
ｃｙ Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ｆｏｒ Ｓｍａｌｌ Ｄｉ
ｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ａ Ｌｏｗ Ｆｒｅ
ｑｕｅｎｃｙ Ｒａｎｇｅ」（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，１８（２），２
１９〜２２４（１９７９））；Ｎ．Ｍａｓｓｉｅら、「Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｌ
ａｓｅｒ Ｆｌｏｗ Ｆｉｅｌｄｓ Ｗｉｔｈ ａ ６４−Ｃｈａｎｎｅｌ Ｈ
ｅｔｅｒｏｄｙｎｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ」（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐ
ｔｉｃｓ，２２（１４），２１４１〜２１５１（１９８３））；Ｙ．Ｏｈｔｓｕ
ｋａおよびＭ．Ｔｓｕｂｏｋａｗａ，「Ｄｙｎａｍｉｃ Ｔｗｏ−ｆｒｅｑｕｅ
ｎｃｙ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ｆｏｒ Ｓｍａｌｌ Ｄｉｓｐｌａｃ
ｅｍｅｎｔ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」（Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１６，２５〜２９（１９８４））；Ｈ．Ｍａｔｓｕｍ
ｏｔｏ（上記）；１９９６年１月１６日に発行されたＰ．Ｄｉｒｋｓｅｎらの米
国特許第５，４８５，２７２号；Ｎ．Ａ．ＲｉｚａおよびＭ．Ｍ．Ｋ．Ｈｏｗｌ
ａｄｅｒ，「Ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｇ
ｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｕｎａｂｌｅ ｌｏｗ
−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｉｇｎａｌｓ」（Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．，３５（４），９
２０〜９２５（１９９６））を参照）；（３）単一音響光学ブラッグセルの使用
（例えば、１９８７年８月４日に発行されたＧ．Ｅ．Ｓｏｍｍａｒｇｒｅｎの共
有に係わる米国特許第４，６８４，８２８号；１９８７年８月１８日に発行され
たＧ．Ｅ．Ｓｏｍｍａｒｇｒｅｎの共有に係わる米国特許第４，６８７，９５８
号；Ｐ．Ｄｉｒｋｓｅｎら（上記）を参照）；（４）ランダムに偏光したＨｅＮ
ｅレーザーの２つの長手軸方向モードの使用（例えば、Ｊ．Ｂ．Ｆｅｒｇｕｓｏ
ｎおよびＲ．Ｈ．Ｍｏｒｒｉｓ，「Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｃｏｌｌａｐｓｅ
ｉｎ ６３２８Å ＨｅＮｅ Ｌａｓｅｒｓ」（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃ
ｓ，１７（１８），２９２４〜２９２９（１９７８））を参照）；または（５）
このレーザーの内部の複屈折要素などの使用（例えば、Ｖ．Ｅｖｔｕｈｏｖおよ
びＡ．Ｅ．Ｓｉｅｇｍａｎ，「Ａ 「Ｔｗｉｓｔｅｄ−Ｍｏｄｅ」 Ｔｅｃｈｎ
ｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｏｂｔａｉｎｉｎｇ Ａｘｉａｌｌｙ Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｅ
ｎｅｒｇｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｎ ａ Ｌａｓｅｒ Ｃａｖｉｔｙ」（Ａｐｐ
ｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，４（１），１４２〜１４３（１９６５））を参照）。

【００５３】 ビーム７および８の光源に使用される特定の装置は、それぞれ、ビーム７およ
び８の直径および発散を決定する。ある光源（例えば、ダイオードレーザー）に
は、それに続く要素のための適切な直径および発散をビーム７および８に備え付
けるために、従来のビーム成形オプティクス（例えば、従来の顕微鏡対物レンズ
）を使用する必要がありそうである。この光源がＨｅＮｅレーザーであるとき、
例えば、ビーム成形オプティクスは、必要でなくてもよい。

【００５４】 さらに、ビーム９および／またはビーム１０のｘおよびｙ偏光成分の両方が、
本発明の範囲および精神から逸脱することなく、周波数シフトされ得ることは、
当業者が理解し、ｆ₁は、ビーム９のｘおよびｙ偏光成分の周波数の差のままで あり、そしてｆ₂は、ビーム１０のｘおよびｙ偏光成分の周波数の差のままであ る。干渉測定器およびレーザー源の改良した分離は、一般に、ビームのｘおよび
ｙ偏光成分の両方をシフトする周波数、この周波数シフトを生じるのに使用され
る手段に依存して、改良した分離の程度により、可能となる。

【００５５】 次の工程では、ビーム１０の一部は、ビームスプリッタ５４Ａ（好ましくは、
非偏光型）により、ビーム２１２として反射され、そしてビーム１０の第二部分
は、ビームスプリッタ５４Ａによって伝達され、引き続いて、ミラー５４Ｂによ
り反射されて、ビーム１２となる。ビーム９は、示差平面ミラー干渉測定器６９
に入射し、そしてビーム１２および２１２は、示差平面ミラー干渉測定器群７０
（これは、２個の示差平面ミラー干渉測定器を備えている）に入射する。示差平
面ミラー干渉測定器６９および示差平面ミラー干渉測定器群７０は、ビームスプ
リッタ６５および外部ミラー（これらは、外部ミラーシステム９０により提供さ
れている）とともに、ビーム９のｘおよびｙ成分間の位相シフトφ₁（図面では

【００５６】

【数６】 を使用している）、ビーム１２のｘおよびｙ成分間の位相シフトφ₂、およびビー
ム２１２のｘおよびｙ成分間の位相シフトφ₃を導入するための手段を備えてい る。外部平面ミラーシステム９０は、以下で記述のタイプのうち１つまたは他の
ダウンストリーム用途のフォトリソグラフィック装置６７に接続され得る。

【００５７】 示差平面ミラー干渉測定器は、２個の外部平面ミラー間の光路長変化を測定す
る。さらに、これは、熱的および機械的な外乱（これは、その干渉測定器ビーム
分割キューブおよびそれに付随した光学成分にて、起こり得る）の影響を受けな
い。示差平面ミラー干渉測定器６９は、図１ｂで示すように、８本の射出／帰還
ビーム１７、２５、３３、４１、１１７、１２５、１３３および１４１を有する
。ビーム９の１周波数成分（第一周波数成分）から始まるビーム１７、２５、３
３および４１は、基準レッグ用のビームを含み、そしてビーム９の第二周波数成
分から始まるビーム１１７、１２５、１３３および１４１は、測定レッグ用のビ
ームを含む。ビーム９の第一周波数成分が唯一の前駆体であるビームは、図１ｂ
では、破線により表示されており、そしてビーム９の第二周波数成分が唯一の前
駆体であるビームは、図１ｂでは、点線により表示されている。

【００５８】 示差平面ミラー干渉測定器群７０の１示差平面ミラー干渉測定器は、４本の射
出／帰還ビーム１８、２６、１１８および１２６を有する（図１ｃを参照）。ビ
ーム１２の１周波数成分（第一周波数成分）から始まるビーム１８および２６は
、基準レッグ用のビームを含み、そしてビーム１２の第二周波数成分から始まる
ビーム１１８および１２６は、測定レッグ用のビームを含む。ビーム１２の第一
周波数成分が唯一の前駆体であるビームは、図１ｃでは、破線により表示されて
おり、そしてビーム１２の第二周波数成分が唯一の前駆体であるビームは、図１
ｃでは、点線により表示されている。示差平面ミラー干渉測定器群７０の第二示
差平面ミラー干渉測定器は、４本の射出／帰還ビーム２１８、２２６、３１８お
よび３２６を有する。ビーム２１２の１周波数成分（第一周波数成分）から始ま
るビーム２１８および２２６は、基準レッグ用のビームを含み、そしてビーム２
１２の第二周波数成分から始まるビーム３１８および３２６は、測定レッグ用の
ビームを含む。ビーム２１２の第一周波数成分が唯一の前駆体であるビームは、
図１ｃでは、一点鎖線により表示されており、そしてビーム２１２の第二周波数
成分が唯一の前駆体であるビームは、図１ｃでは、二点鎖線により表示されてい
る。

【００５９】 ビーム１７、２５、３３、４１、１１７、１２５、１３３および１４１は、ビ
ームスプリッタ６５に入射し（図１ａ）、それぞれ、ビームＥ１７、Ｅ２５、Ｅ
３３、Ｅ４１、Ｅ１１７、Ｅ１２５、Ｅ１３３およびＥ１４１として、コーティ
ング６６（好ましくは、２色コーティング）を透過する。ビームＥ１７、Ｅ２５
、Ｅ３３、Ｅ４１、Ｅ１１７、Ｅ１２５、Ｅ１３３およびＥ１４１は、外部ミラ
ーシステム９０に入射し（これは、図１ｄで詳細に図示されている）、その結果
、ビーム４３および１４３を生じる（図１ｂ）。ビーム１４３および４３は、そ
れぞれ、外部ミラーシステム９０の測定経路でのこの気体を通る光路長について
の波長λ₁での情報、および基準経路を通る光路長についての情報を含む。

【００６０】 同様に、ビーム１８、２６、１１８、１２６、２１８、２２６、３１８および
３２６は、ビームスプリッタ６５に入射し、それぞれ、ビームＥ１８、Ｅ２６、
Ｅ１１８、Ｅ１２６、Ｅ２１８、Ｅ２２６、Ｅ３１８およびＥ３２６として、二
色コーティング６６によって反射される。ビームＥ１８、Ｅ２６、Ｅ１１８、Ｅ
１２６、Ｅ２１８、Ｅ２２６、Ｅ３１８およびＥ３２６は、外部ミラーシステム
９０に入射し（これは、図１ｅで図示されている）、その結果、それぞれビーム
２８、１２８、２２８および３２８を生じる（図１ｃ）。ビーム１２８および３
２８は、波長λ₂での外部ミラーシステム９０の測定経路でのこの気体を通る光 路長についての情報を含み、そしてビーム２８および１２８は、基準経路を通る
光路長についての波長λ₂での情報を含む。

【００６１】 ビーム４３は、ミラー６３Ｂにより反射され、その一部は、ビームスプリッタ
６３Ａ（好ましくは、非偏光型）により反射されて、ビーム４５の１成分となる
（図１ｂ）。ビーム１４３の一部は、ビームスプリッタ６３Ａによって透過され
、ビーム４５の第二成分となる。ビーム４５は、混合ビームであり、ビーム４５
の第一および第二成分は、同じ直線偏光を有する。ビーム４５は、示差平面ミラ
ー干渉測定器６９を出ていく。

【００６２】 ビーム２８（図１ｃ）は、ミラー５８Ｂにより反射され、その一部は、ビーム
スプリッタ５８Ａ（好ましくは、非偏光ビームスプリッタ）により反射されて、
ビーム３０の第一成分となる。ビーム１２８の一部は、ビームスプリッタ５８Ａ
を透過して、ビーム３０の第二成分となる。ビーム３０は、混合ビームであり、
ビーム３０の第一および第二成分は、同じ直線偏光を有する。

【００６３】 ビーム２２８は、ミラー５８Ｄにより反射され、その一部は、ビームスプリッ
タ５８Ｃ（好ましくは、非偏光ビームスプリッタ）により反射されて、ビーム２
３０の第一成分となる。ビーム３２８の一部は、ビームスプリッタ５８Ｃを透過
して、ビーム２３０の第二成分となる。ビーム２３０は、混合ビームであり、ビ
ーム２３０の第一および第二成分は、同じ直線偏光を有する。ビーム３０および
２３０は、示差平面ミラー干渉測定器群７０を出ていく。

【００６４】 位相シフトφ₁、φ₂およびφ₃の大きさは、次式に従って、図１ａ〜１ｅで示 した測定経路９８の経路ｉと基準経路の経路ｉとの往復物理長間の差Ｌ_iに関係 している：

【００６５】

【数７】 ｐ₁＝２ｐ₂の場合には、ｎ_jiは、波数ｋ_j＝（２π）／λ_jに対応している測定経
路９８の経路ｉでの気体の屈折率である。Ｌ_iに対する公称値は、外部ミラーシ ステム９０中のミラー面９５および９６の空間分離の２倍に相当している（図１
ｄおよび１ｅを参照）。その位相オフセット

【００６６】

【数８】 は、測定経路９８または基準経路に関係していない位相シフトφ_lに対する全て の寄与を含む。当業者には、ｐ₁≠２ｐ₂のときの場合への一般化は、簡単な手順
である。図１ｂ〜１ｅでは、示差平面ミラー干渉測定器６９、示差平面ミラー干
渉測定器群７０、ビームスプリッタ６５、および外部ミラーシステム９０は、本
発明の第一の好ましい実施態様の装置の機能を最も簡単な様式で図示するために
、それぞれ、ｐ₁＝４およびｐ₂＝２となるように、構成される。

【００６７】 等式（２）は、１波長および第二波長に対する結合した経路が実質的に同一の
広がりを持つ場合、すなわち、第一実施態様での本発明の機能を最も簡単な様式
で図示するように選択された場合に、有効である。当業者には、２つの異なる波
長に対する各個の結合した経路が実質的に同一の広がりを持たない場合への一般
化は、簡単な手順である。

【００６８】 距離測定干渉法で非直線性を生じる周期誤差（Ｂｏｂｒｏｆｆによる引用文献
を参照）は、等式（２）では省略されている。これらの周期誤差を無視できるレ
ベルまで低くするかまたは周期誤差の存在を補正するかいずれかのために、当業
者に公知の技術、すなわち、この干渉測定器にて分離ビームを用いることおよび
／または各光ビーム源からこの干渉測定器への光ビーム用送達システムにて分離
ビームを用いる技術［Ｍ．Ｔａｎａｋａ，Ｔ．Ｙａｍａｇａｍｉ，およびＫ．Ｎ
ａｋａｙａｍａ，「Ｌｉｎｅａｒ Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｅｒ
ｉｏｄｉｃ Ｅｒｒｏｒ ｉｎ ａ Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ Ｌａｓｅｒ Ｉｎ
ｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ａｔ Ｓｕｂｎａｎｏｍｅｔｅｒ Ｌｅｖｅｌｓ」
（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．ａｎｄ Ｍｅａｓ．，３８（２），
５５２〜５５４，１９８９）］ならびに、偏光および／または周波数混合を低く
した光ビーム源を用いる技術が使用できる。この干渉測定器での分離ビームの技
術は、例えば、図１ａ〜１ｅで示すような第一実施態様に組み込まれる。

【００６９】 光ビームが外部ミラーシステム９０のミラー９２から各個の測定および参照ビ
ームが混合される点へと進行する平均時間遅延は一般に、光ビームが異なる波長
を有するために異なる。それは、第一波長を有する１光ビームに対する複数パス
の数が第二波長を有する光ビームに対する複数パスの数とは異なり、第一および
第二波長が異なるからである。波長の異なる光ビームに対する平均時間遅延の差
の効果は、第一実施態様の記述を過度に複雑にしないように、等式（２）では省
略されている。

【００７０】 異なる波長の光ビームに対する平均時間遅延の各個の位相差へのその差の効果
は、二次効果であり、この効果は、外部ミラーシステム９０のミラー９２の速度
に比例しており、また、Ｌ_iに対する瞬間平均値にほぼ比例している。２ｍ／ｓ のミラー９２の移動速度、および２ｍのＬ_iの瞬間平均値に対して、各位相の差 は、およそ１ラジアンである。このような位相差は、低い周波数（典型的には、
１０Ｈｚのオーダーまたはそれ未満）で起こる。このような位相差、異なる波長
の光ビームに対する平均時間遅延の差の効果は、最終用途により出力データに課
せられる必要精度への引き続いた信号処理において、ミラー９２の速度およびＬ _i に対する近似瞬間平均値を知ると、モデル化でき、そして補正できる。

【００７１】 図１ａで示した次の工程では、ビーム４５、３０および２３０は、それぞれ、
光検出器８５、８６および２８６に衝突して、好ましくは、光電検出により、３
つの干渉信号（それぞれ、ヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₂およびｓ₃）を生じる。信 号ｓ₁は、波長λ₁に対応しており、そして信号ｓ₂およびｓ₃は、波長λ₂に対応 している。信号ｓ_lは、以下の形式を有する：

【００７２】

【数９】 ここで、時間依存性独立変数α_l（ｔ）は、以下により、与えられる：

【００７３】

【数１０】 ヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₂およびｓ₃は、それぞれ、電気信号１０３、１０４お よび３０４として、デジタルフォーマットまたはアナログフォーマットのいずれ
か（好ましくは、デジタルフォーマット）で、分析用電子プロセッサー１０９に
伝達される。

【００７４】 ヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₂およびｓ₃を電子的に処理する好ましい方法は、ｌ₁ および／またはｌ₂が低いオーダーの整数でないときの場合について、本明細書 中で提示されている。ｌ₁およびｌ₂が共に低いオーダーの整数であるときであっ
て、それらの波長の比が、最終用途により出力データに課せられた必要精度を伴
う、比（ｌ₁／ｌ₂）に合うのに充分な相対精度に合致するときの場合には、ヘテ
ロダイン信号ｓ₁、ｓ₂およびｓ₃を電気的に処理するのに好ましい手順は、本発 明の第一実施態様の第二変形に対して引き続いて定めたものと同じである。

【００７５】 今ここで、図１ｆを参照すると、電子プロセッサー１０９は、時間ベースの位
相検出（例えば、デジタルＨｉｌｂｅｒｔ変換位相検出器［Ｒ．Ｅ．Ｂｅｓｔに
よる「Ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｌｏｏｐｓ：ｔｈｅｏｒｙ，ｄｅｓｉｇｎ，
ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（２ｎｄ ｅｄ．ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ
（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）１９９３）のセクション４．１．１を参照］など）および
ドライバー５および６の位相を用いて、デジタル信号処理またはアナログ信号処
理のいずれか（好ましくは、デジタル処理）により、それぞれ位相φ₁、φ₂およ
びφ₃を決定するために電子プロセッサー１０９４Ａ、１０９４Ｂおよび１０９ ４Ｃを備える。

【００７６】 ドライバー５および６の位相は、電気信号（それぞれ、基準信号１０１および
１０２）により、デジタルフォーマットまたはアナログフォーマットのいずれか
（好ましくは、デジタルフォーマット）で、電子プロセッサー１０９に伝達され
る。基準信号（基準信号１０１および１０２の一方）もまた、ビーム９および１
０の一部をビームスプリッタ（好ましくは、非偏光ビームスプリッタ）でスプリ
ットすること、スプリットしたビーム９の一部およびビーム１０の一部を混合す
ること、および混合した部分を検出してヘテロダイン基準信号を生成することに
より、光学ピックオフ手段および検出器（図面では図示せず）によって、生成で
きる。

【００７７】 再度、図１ｆを参照すると、電子プロセッサー１０９は、φ₂およびφ₃を合計
するための電子プロセッサー１０９６Ａを備える。次に、位相φ₁および得られ た位相合計（φ₂＋φ₃）は、それぞれ、電子プロセッサー１０９５Ａおよび１０
９５Ｂにて、好ましくは、デジタル処理で、それぞれ、ｌ₁／ｐ₁および（ｌ₂／ ｐ₂）（１／２）が乗算され、位相（ｌ₁／ｐ₁）φ₁および（ｌ₂／ｐ₂）（φ₂＋ φ₃）／２が得られる。位相（ｌ₁／ｐ₁）φ₁および（ｌ₂／ｐ₂）（φ₂＋φ₃）／
２は、次に、電子プロセッサー１０９６Ｂで合計され、そして好ましくは、デジ
タル処理により、電子プロセッサー１０９７Ａにて、他方から一方を減算して、
それぞれ、位相θ（図面では

【００７８】

【数１１】 を使用している）およびΦを生じる。形式的には、以下である：

【００７９】

【数１２】 θおよびΦは、外部ミラーシステム９０のいずれかのミラー９１または９２の（
等式（２）に関連して記述したような）異なる波長の光ビームに対する平均時間
遅延の差の効果によるチルト（ｔｉｌｔ）および／またはヨー（ｙａｗ）の瞬間
的な変化を除いて、外部ミラーシステム９０のいずれかのミラー９１または９２
のチルトおよび／またはヨーには影響されず、また、熱および機械的外乱（これ
は、示差平面ミラー干渉測定器の使用の結果として、その干渉測定器ビーム分割
キューブおよびそれに付随した光学成分にて、起こり得る）の影響を受けないこ
とが、等式（５）および（６）から分かる。

【００８０】 異なる波長の光ビームに対する平均時間遅延の差の効果によっていずれかのミ
ラー９１または９２のチルトおよび／またはヨーの瞬間的変化から生じるθおよ
びΦでの位相効果は、二次効果であり、この効果は、チルトまたはヨーのいずれ
かでの瞬間的角速度に比例しており、そして、Ｌ_iに対する瞬間平均値にほぼ比 例しており、そして低い周波数（典型的には、１０Ｈｚのオーダーまたはそれ未
満）で起こる。異なる波長の光ビームに対する平均時間遅延の差の効果による、
いずれかのミラー９１または９２のチルトおよび／あるいはヨーの瞬間的変化か
ら生じるθおよびΦでの位相効果は、典型的には、１ラジアン未満である。いず
れかのミラー９１または９２のチルトおよび／あるいはヨーの瞬間的変化から生
じるθおよびΦでの位相効果は、最終用途により出力データに課せられる必要精
度への引き続いた信号処理において、ミラー９１または９２の瞬間的チルトおよ
び／またはヨー角速度およびＬ_iに対する近似瞬間平均値を知ると、モデル化で き補正できることは、当業者に明らかとなる。

【００８１】 真空から構成される測定経路に対して、位相Φは、外部ミラーシステム９０に
あるミラーの一方または両方の動作（そのミラー分離を変える動作）に依るドッ
プラーシフトとは無関係に、実質的に一定であるべきである。これは、電気信号
ｓ₁、ｓ₂およびｓ₃が経験する群遅延の差があるために、実際に起こるケースで はない。群遅延は、しばしば、包絡線遅延と呼ばれ、１パケットの周波数の遅延
を示し、特定の周波数での群遅延は、特定の周波数での位相曲線の傾斜のネガテ
ィブとして、定義される［Ｈ．Ｊ．Ｂｌｉｎｃｈｉｋｏｆｆ ａｎｄ Ａ．Ｉ．
Ｚｖｅｒｅｖ，Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｉｍｅ ａｎｄ Ｆｒｅ
ｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎｓ，Ｓｅｃｔｉｏｎ ２．６，１９７６（Ｗｉｌｅ
ｙ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）を参照］。もし、位相Φが、真空から構成される測定経
路に対して一定ではないなら、定数からの位相Φの逸脱を補正するために、当業
者に公知の技術が使用できる（ＢｌｉｎｃｈｉｋｏｆｆおよびＺｖｅｒｉｖ（上
記）を参照）。Φでの群遅延効果は、検出できるだけでなく、並進器６７により
生じたミラー９２の異なる並進速度の関数としてΦを測定することにより、真空
を含む測定経路に対して決定できることを記しておくのが重要である。それぞれ
、検出器８５、８６および２８６にある光電検出器に近くして、信号ｓ₁、ｓ₂お
よびｓ₃のアナログ−デジタル変換を実行することにより、実際には、後のアナ ログ信号処理および／またはアナログ−デジタル変換ダウンストリームに対する
アナログ信号として信号ｓ₁、ｓ₂およびｓ₃を伝達するのとは反対に、デジタル 信号処理を行うことにより、Φでの群遅延効果が著しく低下され得ることを記す
こともまた、重要である。特定の群遅延に対する補正は、一般に、この特定の群
遅延を生じる処理要素の前または後、あるいは一部を前、そして一部を後にして
、導入され得る。

【００８２】 電子プロセッサー１０９は、さらに、アナログまたはデジタル信号処理（好ま
しくは、デジタル処理）により、時間ベースの位相検出などを用いて、位相シフ
トφ₁を決定するために、プロセッサー１０９４Ａを備え、基準信号１０１は、 位相感受性検出にて、基準信号として供される。位相φ₁、θおよびΦは、デジ タルフォーマットまたはアナログフォーマットのいずれか（好ましくは、デジタ
ルフォーマット）で、信号１０５として、コンピューター１１０に伝達される。

【００８３】 この気体の屈折度（ｎ₁−１）は、次式を用いて計算できる：

【００８４】

【数１３】 ここで、Ｌは、物理長Ｌ_iの平均であり、

【００８５】

【数１４】 であり、そして二次補正項は、省略されている。二次補正項は、測定経路ｉにわ
たる屈折率の平均からの測定経路ｉでの屈折率の一次変化、およびＬからの物理
長Ｌ_iの差に起因する。量Γは、この気体の逆分散能であり、これは、この気体 の周囲条件および外乱とは実質的に無関係である。オフセット項Ｑは、以下とし
て、定義される：

【００８６】

【数１５】 ここで、

【００８７】

【数１６】 Γの値は、この気体組成の知見から、および、この気体成分の波長依存性屈折
度の知見から、コンピューター処理され得る。λ₁＝０．６３μｍ、λ₂＝０．３
２μｍおよび標準的な大気の例については、Γ≒２４である。

【００８８】 さらに、等式（７）は、ある波長の光学ビームの結合経路が、実質的に第２の
波長の光学ビームの結合経路と同じ広がりを有する場合に有効であり、好適な構
成は、最も単純な形式で第２の実施形態の発明の作用を図示することにも役立つ
。当業者にとっては、ある波長の光学ビームの結合経路が、実質的に第２の波長
の光学ビームの結合経路と同じ広がりを有さない場合への一般化は、容易な手順
である。

【００８９】 距離測定干渉法に関連する用途のために、ヘテロダイン位相φ₁と、位相θお よびΦは、距離測定干渉測定器の測定経路での気体の屈折率の影響とは無関係に
、距離Ｌを決定するために用いられ得、その決定には次の公式が用いられる。

【００９０】

【数１７】 これらの波長の比率は、等式（８）および（９）の（Ｋ／χ）の項で表わされ
得、以下の結果を伴う。

【００９１】

【数１８】 以下の条件で作用するときに、

【００９２】

【数１９】 位相Φとθの比率は以下の近似値を有する。

【００９３】

【数２０】 それゆえ、波長の比率（λ₁／λ₂）が既知の近似比の値ｌ₁／ｌ₂（等式（１）を
参照）を有し、ここで、ｌ₁およびｌ₂は整数値および非整数値であり得、波長の
比率（λ₁／λ₂）が、絶対値のオーダーの相対精度に対する比の値ｌ₁／ｌ₂と同
じであるか、あるいは、気体の屈折度の測定に望ましい（ｎ₂−ｎ₁）倍の相対精
度εの気体の屈折率の分散、または気体による測定レッグの光路長の変化の分散
よりも小さい、正式には、以下の不等式で表わされる。

【００９４】

【数２１】 等式（７）および（１４）は、それぞれ以下のより単純な形式に簡略できる。

【００９５】

【数２２】

【００９６】

【数２３】 ｎ₁の代わりに、またはｎ₁に加えて、ｎ₂に関してＬに対する同様の計算をする ことは当業者にとっては明白であろう。 （ｎ₂−１）＝（ｎ₁−１）（１＋１／Γ） （２１） 次の工程で、電子処理手段１０９は（ｎ₁−１）および／またはＬの計算のた めに、コンピュータ１１０に電子信号１０５としてφ₁およびΦをデジタルまた はアナログ形式のどちらか、好適にはデジタル形式で伝送する。（１／ｌ₁）Φ における位相の冗長の解消が、（ｎ₁−１）、または気体によるＬの変化のどち らかの、等式（１９）または（２０）のどちらかをそれぞれに用いる計算で必要
とされる。加えて、φ₁における位相の冗長の解消が、等式（２０）を用いるＬ の計算で必要とされ、χが時間の変数ならば、等式（２０）を用いる変化Ｌの計
算でφ₁における位相の冗長の解消が必要とされる。

【００９７】 （１／ｌ₁）Φを含む等価の波長が、波長λ₁およびλ₂のどちらかよりもきわ めて大きく、結果として、（１／ｌ₁）Φにおける位相の冗長の解消に対して実 行される手順において大幅な単純化を行う。（１／ｌ₁）Φに対する等価の波長

【００９８】

【数２４】 は、以下のとおりである。

【００９９】

【数２５】 例として、λ₁＝０．６３３μｍ、（ｎ₁−１）≒３×１０^-4、および（ｎ₂−ｎ₁ ）≒１×１０^-5とした場合、等式（２２）によって求められる等価の波長は、 λΦ≒６３ｍｍ （２３） である。

【０１００】 等価の波長が等式（２２）で表わされるのであれば、いくつかの手順のうちの
いずれか１つが（１／ｌ₁）Φにおける位相の冗長を解消するために容易に用い られ得る。測定経路の変化が干渉測定器を用いて測定され得るような用途で、例
えば、測定経路における変化を測定するために用いられる距離測定干渉測定器に
基づく用途の特徴は、外部ミラーシステム９０の可動ミラー９２が、所与の長さ
および記録された（１／ｌ₁）Φにおける付随的な変化に対して制御された方式 で変換機６７によりスキャンされ得ることである。（１／ｌ₁）Φの記録された 変化、およびスキャンされた長さ（φ₁の変化によって記録されている）から、 等価の波長

【０１０１】

【数２６】 が計算され得る。等価の波長

【０１０２】

【数２７】 に対して計算された値を用いて、（１／ｌ₁）Φにおける位相の冗長が、等価の 波長

【０１０３】

【数２８】 に対する相対的に大きな値に鑑みて容易に解消され得る。

【０１０４】 測定レッグの気体による光路長の屈折度および／または変化の決定がなされ、
外部ミラーシステムのミラー９２が、先の段落において考慮されたような、スキ
ャニング特性を有さないような用途においては、（１／ｌ₁）Φの位相の冗長の 解消のために、他の手順が利用可能である。（１／ｌ₁）Φにおける位相の冗長 を解消するために用いられ得る１つの手順は、外部ミラーシステムの測定レッグ
に対する、往復物理長が、等比数列を形成するような一連の外部ミラーシステム
の使用に基づく。その一連の外部ミラーシステムにおける最小、または第１の往
復物理長Ｌは、（１／ｌ₁）Φの初期値が既知である相対精度によって分割され た、おおよそλ₁／［４（ｎ₂−ｎ₁）］である。一連の第２の外部ミラーシステ ム９０の往復物理長は、Φが第１の外部ミラーシステム９０を用いて測定される
相対精度によって分けられた第１の外部ミラーシステム９０のほぼ往復物理長で
ある。これは、等比数列の手順であり、結果的な往復物理長は等比数列を形成し
、一連の外部ミラーシステムの数が１ずつ増加された場合には、屈折度、または
気体の屈折度による光路長の変化を測定するために用いられる外部ミラーシステ
ム９０の、その往復物理長が大きくなるまで続く。

【０１０５】 第３の手順は、一連の既知の波長の供給源（図１ａ〜１ｅには示さず）の使用
、およびこれらの波長に対するΦの測定に基づく。位相の冗長の解消に必要とさ
れる既知の波長の数は、等式（２２）によって求められる

【０１０６】

【数２９】 に対する値が、相対的に大きなため、一般的に小さな集合から成る。

【０１０７】 （１／ｌ₁）Φにおける位相の冗長を解消するための別の手順は、測定経路９ ８が、（１／ｌ₁）Φにおける位相の冗長を解消するために気体から真空状態（ 真空ポンプおよび必要な気体処理システムは、図１ａ〜１ｅには示さず）へ変化
するときに、（１／ｌ₁）Φにおける変化を観察することである。屈折度、およ び非ゼロ値から真空への気体圧の変化に一部基づく気体の屈折度による光路長の
変化の絶対値を測定するときに通常遭遇する問題は、（１／ｌ₁）Φの相対的に 大きな等価の波長のために、第１の好適な実施形態においては存在しない。

【０１０８】 φ₁における位相の冗長の解消は、もし必要であれば、本発明の第２および第 ３の実施形態、およびそれらの形態の変形におけるθの必要とされる位相の冗長
の解消に関して、後に説明されていることに類似の問題を表わす。結果として、
第２および第３の実施形態、およびそれらの変形に関するθにおける位相の冗長
の解消を説明する手順は、必要であれば、φ₁における位相の冗長の解消での使 用に適応され得る。

【０１０９】 等式（１９）および（２０）に含まれ、且つ等式（２）および（１１）で定義
されるζ₁および／またはΩを含むオフセット項は、χが時間の変数であるかど うか、屈折度または／および長さＬが、それぞれ決定されるかどうか、あるいは
、屈折度または／および長さＬにおける変化が、それぞれ決定されるかどうかと
いうことに依存する決定および／またはモニタリングのいくつかの組み合わせを
必要とするような項である。ζ₁およびΩの決定のための１つの手順は、外部ミ ラーシステム９０のミラー９１と、ミラーＲ９１（図１ｄおよび１ｅには示さず
）との交換に基づく。このミラーＲ９１はミラー９１の表面９３に対応する表面
Ｒ９３を備え、波長λ₁およびλ₂の両方に対する反射面となるようにコーティン
グされ、φ₁およびΦのそれぞれの結果的に生じる値を測定する。φ₁およびΦの
結果生じる値を、それぞれφ_1RおよびΦ_Rにしてみる。分量ζ₁およびΩは、等式
（２）および（１９）から明らかなとおり、それぞれ、以下の公式によってφ_1R およびΦ_Rに関連付けられる。 ζ₁＝φ_1R （２４） Ω＝−Φ_R （２５） ζ₁およびΩへの非電子的な寄与は、実質的に時間において一定であるが、これ は示差平面ミラー干渉測定器６９、示差平面ミラー干渉測定器群７０、ビームス
プリッタ６５、および外部ミラーシステム９０において起こる大規模な補正のた
めである。ζ₁およびΩへの電子的な寄与は、純粋に電子的手段（図示せず）に よってモニタリングされ得る。

【０１１０】 第１の好適な実施形態のビームスプリッタ６５の組み込みの結果として、λ₁ およびλ₂におけるビームに対する測定経路は、外部ミラーシステム９０におい て同一の広がりを有し、これにより、気体の分散が測定経路の気筒密度のための
高精度の代わりとして作用し得、ビームスプリッタ７１の偏光コーティング７３
、および１／４波リターデーション板７７は、λ₁で性能特性を満たせば良いだ けである一方、ビームスプリッタ７２の偏光コーティング７４、および１／４波
リターデーション板７８は、λ₂で性能特性を満たせば良いだけである。以上の ことは、当業者には明白である。第１の実施形態で開示された波長に基づく、こ
の重要な作用の適用は、気体、特に集積回路のマイクロリトグラフィックの製造
の場合のような高精度の用途における、同一の広がりを有する測定経路を備えた
異なる波長を有する３以上の光ビームの使用を必要とするときに、本発明の重要
な特徴であり得る。しかしながら、波長に基づくこの作用の適用は、第１の好適
な実施形態に開示されるとおりにはなされる必要はなく、例えば、ビームスプリ
ッタ７１および７２の機能は、本発明の精神および請求の範囲を逸脱することな
く、適切に修正された偏光面を有する単一のビームスプリッタによって達成され
る。

【０１１１】 第１の好適な実施形態の説明において、図１ａ〜１ｅに図示される干渉測定器
の構成が、示差平面ミラーとして当該分野で公知であると述べられている。示差
平面ミラー干渉測定器の他の形態、および平面ミラー干渉測定器、角度補正干渉
測定器、または同様のデバイス等の他の干渉測定器の形態が、Ｃ．Ｚａｎｏｎｉ
， ＶＤＩ Ｂｅｒｉｃｈｔｅ Ｎｒ． ７４９， ９３−１０６ （１９８９
）の「Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ａｒｒａｎ
ｇｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｄｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ａｎｇｌｅ ｍｅａｓｕ
ｒｅｍｅｎｔｓ： Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ， ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」というタイトルの記事に記載されている。同様のデ
バイスは、集積回路のマイクロリトグラフィックの製造で通常遭遇する段階を用
いて作業しているときに、本発明の精神または範囲を逸脱することなく、本発明
の第１の実施形態の装置に好適に組み込まれる。

【０１１２】 図１ｂは、図１ａに示される示差平面ミラー干渉測定器６９の１つの実施形態
を略式形態で示している。これは、以下のように作用する。ビーム９は、ビーム
スプリッタ５５Ａ（好適には、偏光ビームスプリッタ）に入射し、ビーム９の一
部は、ビーム１３として伝送される。ビームスプリッタ５５Ａにより反射された
ビーム９の第２の部分は、ミラー５５Ｂによって反射され、次に、ビーム１１３
として半波位相リターデーション板７９によって伝送される。半波位相リターデ
ーション板７９は、ビーム９の反射された部分の偏光の面を９０°回転させる。
ビーム１３および１１３は、同じ偏光を有するが、異なる周波数を有する。ビー
ムスプリッタ５５Ａおよびミラー５５Ｂの機能は、従来の偏光技術を用いてビー
ム９の２つの周波数成分を空間的に分けることである。

【０１１３】 ビーム１３および１１３は、偏光コーティング７３を有する偏光ビームスプリ
ッタ７１に入り、それぞれ、ビーム１５および１１５として伝送される。ビーム
１５および１１５は、１／４波位相リターデーション板７７を通過し、円偏波ビ
ーム１７および１１７にそれぞれ変換される。ビーム１７および１１７は、二色
性コーティング６６を有するビームスプリッタ６５によって伝送され、図１ｄに
図示されるように外部ミラーシステム９０内のミラーによって反射され往路を戻
り、ビームスプリッタ６５を逆に通過し、次に１／４波リターデーション板７７
を逆に通過し、元の入射ビーム１５および１１５に直交偏光される直線偏光ビー
ムに再び変換される。これらのビームは、偏光コーティング７３によって反射さ
れ、それぞれビーム１９および１１９になる。ビーム１９および１１９は、逆反
射体７５によって反射され、それぞれビーム２１および１２１になる。ビーム２
１および１２１は、偏光コーティング７３によって反射され、それぞれビーム２
３および１２３になる。ビーム２３および１２３は、１／４波位相リターデーシ
ョン板７７を通過し、それぞれ円偏波ビーム２５および１２５に変換される。ビ
ーム２５および１２５は、ビームスプリッタ６５によって伝送され、図１ｄに図
示されるように外部ミラーシステム９０内のミラーによって反射され往路を戻り
、ビームスプリッタ６５を逆に通過し、次に１／４波リターデーション板７７を
逆に通過し、直線偏光ビームに再び変換される。この直線偏光は、元の入射ビー
ム１５および１１５の直線偏光と同じである。これらのビームは、偏光コーティ
ング７３によって伝送され、それぞれビーム２７および１２７になる。ビーム２
７は、ミラー５７Ａおよび５７Ｂによって反射され、ビーム１２７は、ミラー５
７Ｃおよび５７Ｄによって反射され、それぞれビーム２９および１２９になる。

【０１１４】 ビーム２９および１２９は、偏光ビームスプリッタ７１に入り、偏光コーティ
ング７３を有する偏光ビームスプリッタ７１によってそれぞれ、ビーム３１およ
び１３１として伝送される。ビーム３１および１３１は、１／４波位相リターデ
ーション板７７を通過し、それぞれ円偏波ビーム３３および１３３に変換される
。ビーム３３および１３３は、ビームスプリッタ６５によって伝送され、図１ｄ
に図示されるように外部ミラーシステム９０内のミラーによって反射され往路を
戻り、ビームスプリッタ６５を逆に通過し、次に１／４波リターデーション板７
７を逆に通過し、元の入射ビーム３１および１３１に直交偏光される直線偏光ビ
ームに再び変換される。これらのビームは、偏光コーティング７３によって反射
され、それぞれビーム３５および１３５になる。ビーム３５および１３５は、逆
反射体７５によって反射され、それぞれビーム３７および１３７になる。ビーム
３７および１３７は、偏光コーティング７３に反射され、それぞれビーム３９お
よび１３９になる。ビーム３９および１３９は、１／４波位相リターデーション
板７７を通過し、それぞれ円偏波ビーム４１および１４１に変換される。ビーム
４１および１４１は、ビームスプリッタ６５によって伝送され、図１ｄに図示さ
れるように外部ミラーシステム９０内のミラーによって反射され往路を戻り、ビ
ームスプリッタ６５を逆に通過し、次に１／４波リターデーション板７７を逆に
通過し、直線偏光ビームに変換される。この直線偏光は、元の入射ビーム１５お
よび１１５の直線偏光と同じである。これらのビームは、偏光コーティング７３
によって伝送され、それぞれビーム４３および１４３になる。ビーム４３および
１４３は、波長λ₁で、気体の屈折度の影響が決定される測定経路９８の気体を 通る光路長に関する情報、および基準レッグを通る光路長の情報をそれぞれ含む
。

【０１１５】 ビーム４３は、ミラー６３Ｂによって反射され、次に、ビームスプリッタ６３
Ａ（好適には非偏光型）により、その一部がビーム４５の第１の成分として反射
される。ビーム１４３は、ビーム４５の第２の成分として伝送されるビーム１４
３の一部を有するビームスプリッタ６３Ａに入射する。ビーム４５の第１および
第２の成分は、同じ直線偏光を有するが、なお異なる周波数を有する。

【０１１６】 図１ｃは、図１ａに示される示差平面ミラー干渉測定器群７０の１つの実施形
態を略式形態で示している。これは、以下のように作用する。ビーム１２は、ビ
ームスプリッタ５６Ａ（好適には、偏光ビームスプリッタ）に入射し、ビーム１
２の一部は、ビーム１４として伝送される。ビームスプリッタ５６Ａにより反射
されたビーム１２の第２の部分は、ミラー５６Ｂによって反射され、次に、ビー
ム１１４として半波位相リターデーション板８０によって伝送される。半波位相
リターデーション板８０は、ビーム１２の入射部分の偏光の面を９０°回転させ
る。ビーム１４および１１４は、同じ偏光を有するが、異なる周波数を有する。
ビームスプリッタ５６Ａおよびミラー５６Ｂの機能の一部は、従来の偏光技術を
用いてビーム１２の２つの周波数成分を空間的に分けることである。

【０１１７】 ビーム１４および１１４は、偏光コーティング７４を有する偏光ビームスプリ
ッタ７２に入り、それぞれ、ビーム１６および１１６として伝送される。ビーム
１６および１１６は、１／４波位相リターデーション板７８を通過し、それぞれ
円偏波ビーム１８および１１８に変換される。ビーム１８および１１８は、二色
性コーティング６６を有するビームスプリッタ６５によって反射され、図１ｅに
図示されるように外部ミラーシステム９０内のミラーによって反射され往路を戻
り、ビームスプリッタ６５の表面６６に再び反射され、次に１／４波リターデー
ション板７８を逆に通過し、元の入射ビーム１６および１１６に直交偏光される
直線偏光ビームに再び変換される。これらのビームは、偏光コーティング７４に
よって反射され、それぞれビーム２０および１２０になる。ビーム２０および１
２０は、逆反射体７６によって反射され、それぞれビーム２２および１２２にな
る。

【０１１８】 ビーム２２および１２２は、偏光コーティング７４によって反射され、それぞ
れビーム２４および１２４になる。ビーム２４および１２４は、１／４波位相リ
ターデーション板７８を通過し、それぞれ円偏波ビーム２６および１２６に変換
される。ビーム２６および１２６は、ビームスプリッタ６５の表面６６によって
反射され、図１ｅに図示されるように外部ミラーシステム９０内のミラーによっ
て反射され往路を戻り、ビームスプリッタ６５の表面６６に再び反射され、次に
１／４波リターデーション板７８を通過し、直線偏光ビームに再び変換される。
この直線偏光は、元の入射ビーム１６および１１６の直線偏光と同じである。こ
れらのビームは、偏光コーティング７４によって伝送され、それぞれビーム２８
および１２８になる。ビーム２８および１２８は、波長λ₂で、気体の屈折度の 影響が決定される測定経路９８の気体を通る光路長に関する情報、および基準レ
ッグを通る光路長の情報をそれぞれ含む。

【０１１９】 ビーム２８は、ミラー５８Ｂによって反射され、次に、ビームスプリッタ５８
Ａ（好適には非偏光型）により、その一部がビーム３０の第１の成分として反射
される。ビーム１２８は、ビーム３０の第２の成分として伝送されるビーム１２
８の一部を有するビームスプリッタ５８Ａに入射する。ビーム３０の第１および
第２の成分は、同じ直線偏光を有するが、なお異なる周波数を有する。

【０１２０】 ビーム２１２は、ビーム２１４として伝送されているビーム２１２の一部を有
するビームスプリッタ５６Ａに入射する。ビーム２１２の第２の部分は、ビーム
スプリッタ５６Ａにより反射され、次にミラー５６Ｂにより反射され、ビーム３
１４として半波位相リターデーション板８０によって伝送される。半波位相リタ
ーデーション板８０は、ビーム２１２の入射部分の偏光の面を９０°回転させる
。ビーム２１４および３１４は、同じ偏光を有するが、異なる周波数を有する。
ビームスプリッタ５６Ａおよびミラー５６Ｂの機能の一部は、従来の偏光技術を
用いてビーム２１２の２つの周波数成分を空間的に分けることである。

【０１２１】 ビーム２１４および３１４は、偏光コーティング７４を有する偏光ビームスプ
リッタ７２に入り、それぞれ、ビーム２１６および３１６として伝送される。ビ
ーム２１６および３１６は、１／４波位相リターデーション板７８を通過し、そ
れぞれ円偏波ビーム２１８および３１８に変換される。ビーム２１８および３１
８は、ビームスプリッタ６５の表面６６によって反射され、図１ｅに図示される
ように外部ミラーシステム９０内のミラーによって反射され往路を戻り、ビーム
スプリッタ６５の表面６６にによって再び反射され、次に１／４波リターデーシ
ョン板７８を逆に通過し、元の入射ビーム２１６および３１６に直交偏光される
直線偏光ビームに再び変換される。これらのビームは、偏光コーティング７４に
よって反射され、それぞれビーム２２０および３２０になる。ビーム２２０およ
び３２０は、逆反射体７６によって反射され、それぞれビーム２２２および３２
２になる。ビーム２２２および３２２は、偏光コーティング７４によって反射さ
れ、それぞれビーム２２４および３２４になる。ビーム２２４および３２４は、
１／４波位相リターデーション板７８を通過し、それぞれ円偏波ビーム２２６お
よび３２６に変換される。ビーム２２６および３２６は、ビームスプリッタ６５
の表面６６によって反射され、図１ｅに図示されるように外部ミラーシステム９
０内のミラーによって反射され往路を戻り、ビームスプリッタ６５の表面６６に
よって再び反射され、次に１／４波リターデーション板７８を逆に通過し、直線
偏光ビームに再び変換される。この直線偏光は、元の入射ビーム２１６および３
１６の直線偏光と同じである。これらのビームは、偏光コーティング７４によっ
て伝送され、それぞれビーム２２８および３２８になる。ビーム２２８および３
２８は、波長λ₂で、気体の屈折度の影響が決定される測定経路９８の気体を通 る光路長に関する情報、および基準レッグを通る光路長の情報をそれぞれ含む。

【０１２２】 ビーム２２８は、ミラー５８Ｄによって反射され、次に、ビームスプリッタ５
８Ｃ（好適には非偏光型）により、その一部がビーム２３０の第１の成分として
反射される。ビーム３２８は、ビーム２３０の第２の成分として伝送されている
ビーム３２８の一部を有するビームスプリッタ５８Ｃに入射する。ビーム２３０
の第１および第２の成分は、同じ直線偏光を有するが、なお異なる周波数を有す
る。

【０１２３】 第１の好適な実施形態の第１の変形が開示される。ここでは、第１の実施形態
の第１の変形の装置の説明が、図１ａに示されるドライバ５および６それぞれの
の周波数ｆ₁およびｆ₂に関することを除いては、第１の形態の装置に対する説明
と同じである。第１の実施形態の第１の変形では、２つのドライバ５および６の
周波数は同じ、すなわち、ｆ₁＝ｆ₂である。第１の実施形態の第１の変形のこの
特性は、ｆ₁≠ｆ₂から得られる第１の実施形態の群遅延の差の影響を取り除く。
第１の実施形態の第１の変形の残りの説明は、第１の実施形態に対する説明の対
応する部分と同じである。

【０１２４】 次に、図１ａ〜１ｅ、および図１ｇを一まとめにして参照する。これらの図は
、図表の形式で、測定経路の気体の屈折度、および／または気体による測定経路
の光路長の変化を測定およびモニタリングする本発明の第１の好適な実施形態の
第２の変形を図示する。ここでは、測定経路の気体の屈折率および物理的長さの
どちらかまたは両方が変化し得、適応された光源の安定性が十分であり、その適
応された光源によって生成された光ビームの波長が、最終的な最終用途による出
力データに重ねられる必要とされる精度を満たすために十分な相対精度に、調和
的に関連付けられる。波長が近似調和的に関連付けられる条件は、比率（ｌ₁／ ｌ₂）が低位非ゼロ整数（ｐ₁／ｐ₂）の比率として表わされ得る第１の実施形態 の特別なケースに対応し、すなわち、

【０１２５】

【数３０】 のようなケースで、近似調和的に関連付けられている波長λ₁およびλ₂に対応す
る。

【０１２６】 第１の実施形態の第２の変形に対する光ビーム９および１０の供給源、および
光ビーム９および１０の説明は、追加的な条件を有する第１の実施形態に対する
光ビーム９および１０の供給源、および光ビーム９および１０の説明と同じであ
る。ここで、追加的な条件とは、波長が最終的な最終用途による出力データに重
ねられる必要とされる精度を満たすために十分な相対精度に、調和的に関連付け
られることである。図１ａ〜１ｅに図示される第１の実施形態の第２の変形の装
置の説明は、ｐ₁＝４およびｐ₂＝２である場合の第１の実施形態に対する説明の
部分に対応する部分と同じである。

【０１２７】 次に、図１ｇを参照して、電子プロセッサ１０９Ａは、アナログまたはデジタ
ル処理のどちらか、望ましくはデジタル処理として、ヘテロダイン信号ｓ₁およ びｓ₂を電子的に一緒に計算するための電子プロセッサ１０９５Ｃを好適に含み 、スーパーヘテロダイン信号Ｓ₁×₂を生成する。このスーパーヘテロダイン信号
は以下の数学的形態を有する。

【０１２８】 Ｓ₁×₂＝ｓ₁ｓ₂ （２７） スーパーヘテロダイン信号Ｓ₁×₂は、抑制されたキャリヤを有する２つのサイド
バンドを含み、以下のように書き換えられ得る。

【０１２９】

【数３１】 ここで、

【０１３０】

【数３２】 である。

【０１３１】 スーパーヘテロダイン信号Ｓ₁×₂は、それゆえ、同じ振幅の２つのサイドバン
ド、Ｓ⁺ ₁×₂およびＳ^- ₁×₂を含み、１つのサイドバンドは周波数νおよび位相θ ₁ ×₂を有し、２つ目のサイドバンドは周波数Ｆおよび位相Φ₁×₂を有する。

【０１３２】 次の工程では、サイドバンドＳ⁺ ₁×₂およびＳ^- ₁×₂が、電子プロセッサ１０９
３Ａによって、ハイパスおよびローパスフィルタリング、または周波数が分割で
きる２つの信号を分割するための同様の技術のいずれかを用いて分割される。ス
ーパーヘテロダイン信号の低周波数サイドバンドの周波数Ｆは、スーパーヘテロ
ダイン信号の高周波数サイドバンドの周波数νよりも極めて低くなるように選択
されるため、位相Φ₁×₂を高分解能でより容易に計算でき、プロセッサ１０９３
Ａの分割するタスクをできるだけ単純化できる。電子プロセッサ１０９Ａはさら
に、電子プロセッサ１０９４Ｄおよび１０９４Ｅを含み、デジタル式ヒルベルト
変換位相検波器（Ｒ．Ｅ．Ｂｅｓｔの「ｉｂｉｄ」を参照）等の時間ベース位相
検波器を用いて、位相θ₁×₂およびΦ₁×₂をそれぞれ決定し、且つドライバ５お
よび６の位相も決定する。

【０１３３】 電子プロセッサ１０９Ａは、アナログまたはデジタル処理のどちらか、望まし
くはデジタル処理として、ヘテロダイン信号ｓ₁およびｓ₃を電子的に一緒に計算
するための電子プロセッサ１０９５Ｄを好適に含み、スーパーヘテロダイン信号
Ｓ₁×₃を生成する。このスーパーヘテロダイン信号は以下の数学的形態を有する
。

【０１３４】 Ｓ₁×₃＝ｓ₁ｓ₃ （３５） スーパーヘテロダイン信号Ｓ₁×₃はまた、抑制されたキャリヤを有する２つのサ
イドバンドを含み、以下のように書き換えられ得る。

【０１３５】

【数３３】 ここで、

【０１３６】

【数３４】 である。 スーパーヘテロダイン信号Ｓ₁×₃は、それゆえ、同じ振幅の２つのサイドバンド
、Ｓ⁺ ₁×₃およびＳ^- ₁×₃を含み、１つのサイドバンドは周波数νおよび位相θ₁ ×₃を有し、２つ目のサイドバンドは周波数Ｆおよび位相Φ₁×₃を有する。

【０１３７】 次の工程では、サイドバンドＳ⁺ ₁×₃およびＳ^- ₁×₃が、電子プロセッサ１０９
３Ｂによって、ハイパスおよびローパスフィルタリング、または周波数が分割で
きる２つの信号を分割するための同様の技術のいずれかを用いて分割される。電
子プロセッサ１０９３Ａの説明で述べられたように、スーパーヘテロダイン信号
Ｓ₁×₃の低周波数サイドバンドの周波数Ｆは、スーパーヘテロダイン信号Ｓ₁×₃ の高周波数サイドバンドの周波数νよりも極めて低くなるように選択されるため
、プロセッサ１０９３Ｂの分割するタスクをできるだけ単純化できる。電子プロ
セッサ１０９Ａはさらに、電子プロセッサ１０９４Ｆおよび１０９４Ｇを含み、
デジタル式ヒルベルト変換位相検波器（Ｂｅｓｔの「ｉｂｉｄ」を参照）等の時
間ベース位相検波器を用いて、位相θ₁×₃およびΦ₁×₃をそれぞれ決定し、且つ
ドライバ５および６の位相も決定する。

【０１３８】 次に、位相θ₁×₂およびθ₁×₃は、アナログまたはデジタル処理、望ましくは
デジタル処理により、電子プロセッサ１０９６Ｃで一緒に加えられ、且つ２つに
分割され、そして位相Φ₁×₂および位相Φ₁×₃は、アナログまたはデジタル処理
、望ましくはデジタル処理により、電子プロセッサ１０９６Ｄで一緒に加えられ
、且つ２つに分割され、位相φおよびΦをそれぞれ生成する。正式には、

【０１３９】

【数３５】 である。 等式（４１）および（４２）から、θおよびΦが外部ミラーシステム９０のミラ
ー９１および９２の傾きおよび／または偏揺れには影響されないが、これには等
式（５）および（６）に関連して述べられたような波長を変える光ビームに対す
る平均時間遅延における差の２つ目のオーダーの影響を用いてミラー９１および
９２の傾きおよび／または偏揺れの瞬間的な変更は除かれており、また、示差平
面ミラー干渉測定器の使用の結果として、干渉測定器ビームスプリッティングキ
ューブ、および関連する光学成分で起こり得る熱および機械的なみだれには影響
されないことはないということに留意されたい。

【０１４０】 電子プロセッサ１０９Ａは、図１ｇに示されるとおり、電子プロセッサ１０９
４Ａを含み、基準信号１０１等を用いて時間ベース位相高感度検出で、望ましく
はデジタル処理で、ヘテロダイン信号ｓ₁から位相φ₁を決定する。位相φ₁、θ およびΦは、デジタルまたはアナログ形式、望ましくはデジタル形式で、（ｎ₁ −１）および／またはＬの計算のために信号１０５としてコンピュータ１１０へ
伝送される。

【０１４１】 気体の屈折度（ｎ₁−１）または測定経路の気体によるＬの変化は、等式（６ ）、（１１）、（１２）、（１３）、（１９）および（２０）によって第１の実
施形態の第２の変形で得られる他の分量に関して表わされ得、上記等式は以下を
有する。 ｌ₁＝ｐ₁， ｌ₂＝ｐ₂ （４３） 第１の実施形態の第２の変形の残りの説明に関しては、第１の実施形態の説明の
対応する部分と同じである。

【０１４２】 第１の実施形態の第２の変形の主な利点は、重要な電子的処理工程の実行のた
めの選択であり、例えば、実質的に同一の周波数、つまりｆ₂に近いｆ₁、および
ｓ₁、ｓ₂、およびｓ₃において実質的に同じである外部ミラーシステム９０のミ ラー９２の変換によって生じたドップラーシフトに関して実質的に同一であるヘ
テロダイン信号ｓ₁、ｓ₂、およびｓ₃の周波数での位相Φ₁×₂およびΦ₁×₃の決 定などで、大幅に異なる周波数を有するヘテロダイン信号によって経験された群
遅延での差を生じさせる可能性を実質的に減少する。第１の実施形態の第２の変
形の群遅延の影響の説明は、第１の実施形態の説明の対応する部分と同じである
。

【０１４３】 上記の段落において開示された本発明の第１の実施形態の好適な第２の変形は
、本発明の根本的な利点であり、以下の説明でさらに明確になる。等式（７）に
よる屈折度の計算、または等式（１４）による光路における気体の屈折度の影響
の計算から明らかなように、位相θおよびΦの決定されるべき必要とされる精度
は、波数Ｋおよびχの値に関連付けられる。ここで、周波数Ｆは周波数νよりも
極めて低く、低周波数の電子信号の高分解能を用いて位相を計算することは一般
的に容易であるので、スーパーヘテロダインサイドバンド位相Φの高精度測定に
依存することが一般的に最も有効である。波数Ｋおよびχが等式（１６）、等式
（７）による屈折度の計算、またはスーパーヘテロダインサイドバンド位相θを
実質的にまったく含まない等式（１４）による光路上の気体の屈折度の計算に基
づいて関連づけられるときに、本発明の装置により容易に達成される。さらに、
スーパーヘテロダインサイドバンド位相Φの絶対値気体パーヘテロダインサイド
バンド位相θの絶対値よりも小さく、等式（１７）によって表わされるほぼ（ｎ ₂ −ｎ₁）／（ｎ₂＋ｎ₁）の倍だけ依存しない。これによって、マイクロリソグラ
フィ機器で一般にみられるような移動体に対する潜在的な位相検出精度を向上す
る。対応する分析および要旨は、また、第１の実施形態および第１の実施形態の
第１の変形に適用され、近似比率値ｌ₁／ｌ₂は、低位非ゼロ整数の比率として表
わされ得、その他の全ての係数は同じである相対精度に実質的に比例する移動体
に対する位相検出精度における向上がある。

【０１４４】 等式（１８）はまた、供給源１および２が第１の好適な実施形態の第１の変形
に対して、位相ロックされる必要はないという結論の基礎を形成する。等式（１
８）は、供給源１および２に対する位相ロックの必要条件という観点からみてみ
ると、実際には弱い条件である。気体の屈折度（ｎ₁−１）を測定するための、 または気体による測定レッグの光路長における変化のε≒３×１０^-6の好適な精
度が、距離測定干渉測定器におけるほぼ１×１０^-9の相対距離測定精度、（ｎ₁ −１）≒３×１０^-4および（ｎ₂−ｎ₁）≒１×１０^-5に対応しているような場合
を考察してみる。例えば、波長λ₁およびλ₂の代わりにそれぞれ、供給源周波数
ν₁およびν₂に置き換えて書かれる等式（１８）によって表わされる条件は、

【０１４５】

【数３６】 である。 スペクトルの目に見える部分の供給源波長、ならびにｐ₁およびｐ₂に対する低い
オーダーの整数に対しては、等式（４４）は下記の条件に変換する。

【０１４６】

【数３７】 等式（４５）で表わされる結果は、位相ロックの条件よりも、供給源１および２
の周波数に対しては、明らかにかなり制約の少ない条件である。

【０１４７】 第１の実施形態、およびその第１および第２の変形はそれぞれ、外部ミラーシ
ステム９０の測定経路９８を通るビームの通過の偶数の回数を用いる示差平面ミ
ラー干渉測定器で構成されている。示差平面ミラー干渉測定器におけるビームに
よる通過の偶数の回数を用いて、測定レッグからの射出ビームの伝搬方向、およ
び基準レッグからの対応する射出ビームの伝搬方向は、外部ミラーシステム９０
のいずれかのミラー、特にミラー９２の傾きまたは偏揺れとは無関係であるが、
射出ビームのうちの１つには、対応する他方の射出ビームに対して、一定の横ズ
レがある。ミラー９２の役割を果たす１つの要素または複数の要素が、並進と同
等のものを生じるが、傾きまたは偏揺れと同等のものを作らないような距離測定
干渉測定器に対しては、第１の実施形態およびその変形の示差平面ミラー干渉測
定器は、一般的には、必要な通過の数を２ずつ減少させる偶数または奇数の整数
のどちらかであるｐ₂で構成され得るが、一方で第１の実施形態およびその変形 の特性を保持する。この必要な通過の数における２倍ずつの減少は、光学システ
ムを大幅に単純化する。例えば、図１ａ〜１ｅに図示される示差平面ミラー干渉
測定器は、ｐ₁＝２およびｐ₂＝１を有する示差平面ミラー干渉測定器、または第
１の実施形態およびその変形の特性を保持するもの、と置き換えられ得る。同様
の示差平面ミラー干渉測定器および付随する信号処理が、第２の実施形態および
その変形に関して、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ
ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＩＮＴＲＩＮＳＩＣ ＯＰＴＩＣＡＬ ＰＲＯＰＥＲＴＩ
ＥＳ ＯＦ Ａ ＧＡＳ」と題された米国仮特許出願（代理人番号第０１８９／
ＵＳ）でさらに十分に図示および説明されるている。これは、本願と共に同時継
続中であり、その内容は本明細書において参照のために援用する。

【０１４８】 図２ａ〜２ｃは、略形式で、測定経路の気体の屈折度、および／または気体に
よる測定経路の光路長の変化を測定およびモニタリングする本発明の第２の好適
な実施形態を図示する。ここでは、気体の屈折度、および測定経路の物理的長さ
のどちらかまたは両方が変化し得、適応された光源の安定性が十分であり、その
適応された光源によって生成された光ビームの波長の比率が、最終的な最終用途
による出力データに重ねられる必要とされる精度を満たすために十分な相対精度
を有する既知の比率の値に整合する。第２の実施形態と第１の実施形態との差は
、第１の実施形態の信号ｓ₂およびｓ₃に対応する第２の実施形態のヘテロダイン
信号が生成され、引き続き処理される方式において存在する。

【０１４９】 第２の実施形態の光ビーム８および９の供給源、および光ビーム８および９の
説明は、第１の実施形態の光ビーム８および９の供給源、および光ビーム８およ
び９の説明と同じである。図２ａを参照して、光ビーム８の第１の部分は、ビー
ムスプリッタ５４Ｅ（好適には非偏光ビームスプリッタ）により反射され、ミラ
ー５４Ｆ、５４Ｈおよび５４Ｇにより反射され、そして変調器４を通過してライ
トビーム１０になる。変調器４は、ドライバ６によって励起される。変調器４お
よびドライバ６は、第１の実施形態の変調器４およびドライバ６と同じである。
光ビーム８の２つ目の部分は、ビームスプリッタ５４Ｅにより伝送され、変調器
１００４を通過して光ビーム１０１０になる。変調器１００４は、ドライバ１０
０６によって励起される。変調器１００４およびドライバ１００６は、それぞれ
、第２の実施形態の変調器４およびドライバ６と同様のものである。ビーム１０
の偏光成分ｘは、ビーム１０の偏光成分ｙに対してｆ₂の量だけシフトされた振 動周波数を有する。ビーム１０１０の偏光成分ｘは、ビーム１０１０の偏光成分
ｙに対してｆ₃の量だけシフトされた振動周波数を有する。振動周波数ｆ₃は、ド
ライバ１００６によって決定される。周波数ｆ₁、ｆ₂およびｆ₃は、全て互いに 異なる。加えて、ビーム９、１０および１０１０の成分χの周波数シフトの順方
向は、本発明の精神および請求の範囲から逸脱せずに、同じであるように選択さ
れる。

【０１５０】 図２ａに図示されるように、ビーム９は示差平面ミラー干渉測定器６９に入射
する。ビーム１０はミラー５４Ｄにより反射され、ビーム１２になる。ビーム１
０１０は、ミラー５４Ｃにより反射され、ビーム２１２になる。ビーム１２およ
び２１２は、２つの示差平面ミラー干渉測定器を含む示差平面ミラー干渉測定器
群１７０に入射する。ビーム１２の第１の周波数成分が唯一の起点であるビーム
は、図２ｂ上において破線で示される。ビーム１２の第２の周波数成分が唯一の
起点であるビームは、図２ｂ上において点線で示される。ビーム２１２の第１の
周波数成分が唯一の起点であるビームは、図２ｂ上において一点鎖線で示され、
ビーム２１２の第２の周波数成分が唯一の起点であるビームは、図２ｂ上におい
て２点鎖線で示される。示差平面ミラー干渉測定器６９、示差平面ミラー干渉測
定器群１７０、ビームスプリッタ６５、および外部ミラーシステム９０に備えら
れた外部ミラーは、ビーム９の成分ｘと成分ｙとの間の位相シフトφ₁、ビーム １０の成分ｘと成分ｙとの間の位相シフトφ₄、およびビーム１０１０の成分ｘ とｙの間の位相シフトφ₅を導入する干渉手段を含む。

【０１５１】 示差平面ミラー干渉測定器６９は、第１の好適な実施形態の示差平面ミラー干
渉測定器６９と同じである。示差平面ミラー干渉測定器群１７０の光学ビームの
経路は、第１の好適な実施形態の示差平面ミラー干渉測定器群７０の光学ビーム
の経路と一貫して同じであり、図２ｂに示されるようなビーム２８、２２８、１
２８および３２８の生成を含むことも同様である。第２の実施形態において、ビ
ーム２８、２２８、１２８および３２８は光学的に結合し、ビーム３２を生成す
る。ビーム３２は、検出器１８６に検出された混合ビームであり、ビーム３２は
、同じ偏光を有するが周波数が異なる２つの成分から成る。

【０１５２】 ビーム３２は以下の工程に従って、ビーム２８、２２８、１２８および３２８
から生成される。ビーム２８は、ミラー６０Ｂにより反射され、一部がミラー６
０Ａ（好適には５０／５０の非偏光ビームスプリッタ）により反射され、ビーム
３０Ａの一部分を形成する。ビーム２２８の一部は、ビームスプリッタ６０Ａに
より伝送され、ビーム３０Ａの第２の部分を形成する。ビーム３０Ａの第１およ
び第２の部分は、同じ偏光および同じ周波数を有する。ビーム２８および２２８
の振幅が同じであるという点で、ビームスプリッタ６０Ａが５０／５０ビームス
プリッタであるという点で、そしてビーム２８および２２８に対する光路長が同
じであるという点で、実質的にビーム２８および２２８の全てが、建設的干渉の
ためにビーム３０Ａに存在する。

【０１５３】 ビーム１２８は、ミラー６０Ｄにより反射され、次に、一部がミラー６０Ｃ（
好適には５０／５０の非偏光ビームスプリッタ）により反射され、ビーム１３０
Ａの一部分を形成する。ビーム３２８の一部は、ビームスプリッタ６０Ｃにより
伝送され、ビーム１３０Ａの第２の部分を形成する。ビーム１３０Ａの第１およ
び第２の部分は、同じ偏光および同じ周波数を有する。ビーム１２８および３２
８の振幅が同じであるという点で、ビームスプリッタ６０Ｃが５０／５０ビーム
スプリッタであるという点で、ビーム１２８および３２８に対する光路長が同じ
であるという点で、実質的にビーム１２８および３２８の全てが、建設的干渉の
ためにビーム１３０Ａに存在する。ビーム３０Ａおよび１３０Ａはまた、同じ偏
光を有するが周波数は異なる。ビーム１３０Ａおよび３０Ａはそれぞれ、波長λ ₂ で、測定経路９８を含む測定レッグを通る光路長に関する情報、および基準レ ッグを通る光路長に関する情報を含む。

【０１５４】 次の工程において、ビーム３０Ａはミラー６２Ｂにより反射され、次にビーム
３０Ａの一部がビームスプリッタ６２Ａ（好適には非偏光ビームスプリッタ）に
より反射され、ビーム３２の第１の成分になる。ビーム１３０Ａの一部は、ビー
ムスプリッタ６２Ａにより伝送され、ビーム３２の第２の成分になる。ビーム３
２は、混合ビームであり、ビーム３２の第１および第２の成分は同じ偏光を有す
るが周波数は異なる。

【０１５５】 位相シフトφ₁、φ₄およびφ₅は、以下の公式に従って、図１ｄおよび１ｅに 示される測定経路９８の経路ｉの往復物理長と、基準経路の経路ｉの往復物理長
との間の差Ｌ_iに関連付けられる。

【０１５６】

【数３８】 ｐ₁＝２ｐ₂の場合、ここで、ｎ_jiは、波数ｋ_j＝（２π）／λ_jに対応する測定経
路９８の経路ｉにおける気体の屈折指数である。Ｌ_iに対する名目上の値は、外 部ミラーシステム９０のミラー表面９５および９６の空間的隔たり（図１ｄおよ
び１ｅ参照）の２倍に対応する。位相オフセットζ_lは、測定経路９８または基 準経路に関連づけられない位相シフトφ_lへの全ての寄与を含む。当業者にとっ て、ｐ₁≠２ｐ₂である場合への一般化は、容易な手順である。図２ａおよび２ｂ
で、示差平面ミラー干渉測定器６９、示差平面ミラー干渉測定器群７０、ビーム
スプリッタ６５および外部ミラーシステム９０は、それぞれｐ₁＝４およびｐ₂＝
２になるように構成され、本発明の第２の好適な実施形態の装置の機能を最も単
純な方式で図示する。

【０１５７】 図２ａに示される次の工程において、ビーム４５および３２は、それぞれ光検
出器８５および１８６に衝突し、その結果、好適には光電性検出により、それぞ
れ電気的干渉信号、ヘテロダイン信号ｓ₁およびＳ₄₊₅＝ｓ₄＋ｓ₅となる。ビーム
３２が光検出器１８６に衝突することにより生成されるｓ₄およびｓ₅以外のヘテ
ロダイン信号も存在する。しかしながら、これらの他のヘテロダイン信号は、そ
の後の信号処理では検出されないので、本発明の請求の範囲および精神を逸脱せ
ずに、第２の実施形態の説明には含まれない。信号ｓ₁は波長信号λ₁に対応し、
信号Ｓ₄₊₅は、波長λ₂に対応する。信号ｓ_lは以下の形式： ｓ_l＝Ａ_lｃｏｓ［α_l（ｔ）］， ｌ＝１，４および５ ４７） を有し、ここで、時間依存独立変数α_l（ｔ）は以下により求められる： α₁（ｔ）＝２πｆ₁ｔ＋φ₁， α₄（ｔ）＝２πｆ₂ｔ＋φ₄， （４８） α₅（ｔ）＝２πｆ₃ｔ＋φ₅ ヘテロダイン信号ｓ₁およびＳ₄₊₅は、それぞれ電子信号１０３および１１０４と
して、デジタルまたはアナログ形式のどちらか、望ましくはデジタル形式で分析
のために電子プロセッサ２０９に伝送される。

【０１５８】 ヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₄およびｓ₅を電子的に処理するための好適な方法は 、ここに、ｌ₁および／またはｌ₂が低いオーダーの整数ではない場合が表わされ
る。ｌ₁および／またはｌ₂がともに低いオーダーの整数で、最終用途によって出
力データに重ねられる必要とされる精度を満たすために十分な相対精度を有する
比率（ｌ₁／ｌ₂）に整合する波長の比率である場合、ヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₄ およびｓ₅を電子的に処理するための好適な手順は、第２の好適な実施形態の第 ２の変形で後に規定されるものと同様である。

【０１５９】 次に、図２ｃを参照して、電子プロセッサ２０９は、望ましくは英数字がつい
た要素から成り、ここで、英数字の数値成分は要素の関数を示し、図１ｆに図示
される第１の実施形態の電子処理要素に対する説明と同じ数値成分／関数の関係
である。電子プロセッサ２０９によるヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₄およびｓ₅の処 理の工程の説明は、要素の英数字の数値成分に基づく、電子プロセッサ１０９に
よる第１の実施形態のヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₂およびｓ₃の処理の工程の説明 の対応する部分と同じである。

【０１６０】 電子プロセッサ２０９によるヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₄およびｓ₅の処理は３ つの位相φ₁、φ₄およびφ₅を生成する。正式に、位相φ₁、φ₄およびφ₅の特性
はそれぞれ、第１の実施形態の電子プロセッサ１０９により生成された位相φ₁ 、φ₂およびφ₃の特性と同じである。電子プロセッサ２０９によるφ₄およびφ₅ の後の処理は２つの位相θおよびΦを製造し、位相θおよびΦの特性は、正式に
、それぞれ第１の実施形態の電子プロセッサ１０９により生成されたθおよびΦ
の特性と同じである。

【０１６１】 第２の実施形態において、３つのドライバ５、６および１００６の周波数は、
以下のように選択される。 ｆ₁＝（ｆ₂＋ｆ₃）／２ （４９） 単一の検出器によるヘテロダイン信号ｓ₄およびｓ₅を生成する光学ビームの検出
という第２の実施形態の別の特性と関連する、この第２の実施形態の特性は、ｆ ₁ ≠ｆ₂から得られる第１の実施形態に存在し得る群遅延の差の第１のオーダーの
影響を実質的に取り除く。第２の実施形態の残りの説明は、第１の実施形態のた
めの説明の対応する部分と同じである。

【０１６２】 第２の実施形態の第１の変形が開示されるが、ここで第２の実施形態の第１の
変形の装置の説明は、図２ａおよび｜ｆ₂−ｆ₁｜≠｜ｆ₃−ｆ₁｜で示される第２
の実施形態のビーム４５および３２の検出に関することを除いて第２の実施形態
の装置での説明と同じである。第２の実施形態の第１の変形において、ビーム４
５の第１の部分は、信号比例項ｓ₁、ａｓ₁（ここでａは定数である）およびビー
ム３２を生成する検出器８５により検出される。ビーム４５の第２の部分は、信
号Ｓ_b1+4+5＝ｂｓ₁＋ｓ₄＋ｓ₅（ここで、ｂは定数である。）を生成する単一の 検出器（図示せず）により検出される。省略されたヘテロダイン成分に関するＳ _b1+4+5 の説明は、省略されたヘテロダインの項に対応する第２の実施形態のＳ_{4+ 5} のための説明の対応する部分と同じである。ヘテロダイン信号ａｓ₁およびＳ_{b1 +4+5} は、それぞれ、デジタルまたはアナログ形式のどちらか、好適にはデジタル
形式で電子信号１０３および２１０４として図２ｄの図式で示される電子プロセ
ッサ２０９Ａに分析のために伝送される。

【０１６３】 次に図２ｄを参照して、電子プロセッサ２０９Ａは、望ましくは英数字がつい
た要素から成り、ここで、英数字の数値成分は要素の関数を示し、図１ｆに図示
される第１の実施形態および図２ｃに図示される第２の実施形態の電子処理要素
に対する説明と同じ数値成分／関数の関係である。位相θおよびΦに対する電子
プロセッサ２０９ＡによるＳ_b1+4+5を含むヘテロダイン信号ｂｓ₁、ｓ₄およびｓ ₅ の処理の工程の説明は、要素の英数字の数値成分に基づく、電子プロセッサ２ ０９による第２の実施形態のヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₄およびｓ₅の処理の工程 の説明と同じである。位相φ₁の電子プロセッサ２０９Ａによるヘテロダイン信 号ａｓ₁の処理の工程の説明は、要素の英数字の数値成分に基づく、電子プロセ ッサ２０９による第２の実施形態のヘテロダイン信号ｓ₁の処理の工程の説明の 対応する部分と同じである。

【０１６４】 電子プロセッサ２０９Ａにより生成された位相φ₁、θおよびΦは、正式に第 ２の実施形態の電子プロセッサ２０９により生成されたφ₁、θおよびΦとそれ ぞれそ同じ特性を有する。

【０１６５】 重要な特性であり得る第２の実施形態の第１の変形の特性は、単一の検出器に
より、ヘテロダイン信号ｂｓ₁、ｓ₄およびｓ₅を生成する光学ビームの検出であ る。第２の実施形態の第１の変形の単一の検出器の特性は、第２の実施形態で起
こり得るある群遅延における差の影響を低減する、または取り除く際に重要であ
り得るということは当業者にとって明白である。第２の実施形態の第１の変形の
残りの説明は、第２の実施形態のための説明の対応する部分と同じである。

【０１６６】 次に、図２ａ、２ｂおよび２ｅを一まとめにして参照する。これらの図は、図
表の形式で、測定経路の気体の屈折度、および／または気体による測定経路の光
路長の変化を測定およびモニタリングする本発明の第２の好適な実施形態の第２
の変形を図示する。ここでは、測定経路の気体の屈折率および物理的長さのどち
らかまたは両方が変化し得、適応された光源の安定性が十分であり、その適応さ
れた光源によって生成された光ビームの波長が、最終的な最終用途による出力デ
ータに重ねられる必要とされる精度を満たすために十分な相対精度に、調和的に
関連付けられる。波長が近似調和的に関連付けられる条件は、比率（ｌ₁／ｌ₂）
が等式（２６）によって表わされたものと同じく、近似調和的に関連付けられた
波長λ₁およびλ₂に対応する低位非ゼロ整数（ｐ₁／ｐ₂）の比率として表わされ
得る第２の実施形態の特別なケースに対応する。

【０１６７】 第２の実施形態の第２の変形の光ビーム８および９の供給源、および光ビーム
９、１０および１０１０の説明は、追加的な必要条件を有する第２の実施形態の
光ビーム８および９の供給源および光ビーム９、１０および１０１０の説明と同
じである。追加的な必要条件とは、最終的な最終用途による出力データに重ねら
れる必要な精度を十分に満たす相対精度に調和的に関連づけられる。図２ａおよ
び２ｂに図示される第２の実施形態の第２の変形の装置の説明は、ｐ₁＝４およ びｐ₂＝２の場合の第２の実施形態のための説明の対応する部分と同じである。

【０１６８】 次に、図２ｅを参照して、電子プロセッサ２０９Ｂは、望ましくは英数字の要
素から成り、ここで、英数字の数値成分は要素の関数を示し、図１ｆに図示され
る第１の実施形態および図２ｃに図示される第２の実施形態の電子処理要素に対
する説明と同じ数値成分／関数の関係である。位相θおよびΦに対する電子プロ
セッサ２０９ＢによるＳ₄₊₅およびｓ₁を含むヘテロダイン信号ｓ₄およびｓ₅の処
理の工程の説明は、要素の英数字の数値成分に基づく、電子プロセッサ１０９Ａ
による第１の実施形態の第２の変形のヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₂およびｓ₃の処 理の工程の説明と同じである。位相φ₁の電子プロセッサ２０９Ａによるヘテロ ダイン信号ｓ₁の処理の工程の説明は、要素の英数字の数値成分に基づく、位相 φ₁の電子プロセッサ１０９Ａによる第１の実施形態の第２の変形のヘテロダイ ン信号ｓ₁の処理の工程の説明の対応する部分と同じである。

【０１６９】 第２の実施形態に関連する第２の実施形態の第２の変形の主な利点は、ｓ₄お よびｓ₅を検出するための単一の検出器の使用に関する第１の実施形態に関する 第２の実施形態の利点を加えた第１の実施形態に関連する第１の実施形態の第２
の変形の主な利点と実質的に同じである。第２の実施形態の第２の変形の残りの
説明は、第２の実施形態の説明の対応する部分と同じである。

【０１７０】 次に、図２ａ、２ｂおよび２ｆを一まとめにして参照する。これらの図は、図
表の形式で、測定経路の気体の屈折度、および／または気体による測定経路の光
路長の変化を測定およびモニタリングする本発明の第２の好適な実施形態の第３
の形態を図示する。ここでは、測定経路の気体の屈折率および物理的長さのどち
らかまたは両方が変化し得、適応された光源の安定性が十分であり、その適応さ
れた光源によって生成された光ビームの波長が、最終的な最終用途による出力デ
ータに重ねられる必要とされる精度を満たすために十分な相対精度に、調和的に
関連付けられる。波長が近似調和的に関連付けられる条件は、比率（ｌ₁／ｌ₂）
が等式（２６）によって表わされたものと同じく、近似調和的に関連付けられた
波長λ₁およびλ₂に対応する低位非ゼロ整数（ｐ₁／ｐ₂）の比率として表わされ
得る第２の実施形態の特別なケースに対応する。

【０１７１】 第２の実施形態の第３の変形の光ビーム８および９の供給源、および光ビーム
９、１０および１０１０の説明は、第２の実施形態の第２の変形の光ビーム８お
よび９の供給源、および光ビーム９、１０および１０１０の説明と同じである。
光ビーム８および９の供給源の説明以外の第２の実施形態の第３の変形の装置の
説明は、第２の実施形態の第１の変形の対応する装置の説明と同じである。第２
の実施形態の第３の変形の検出器により生成されたヘテロダイン信号ａｓ₁およ びＳ_b1+4+5は、それぞれ電子信号１０３および２１０４として、デジタルまたは
アナログ形式、望ましくはデジタル形式で図２ｆの図式に示される電子プロセッ
サ２０９Ｃへ分析のために伝送される。

【０１７２】 次に、図２ｆを参照して、電子プロセッサ２０９Ｃは、望ましくは英数字の要
素から成り、ここで、英数字の数値成分は要素の関数を示し、図１ｆに図示され
る第１の実施形態および図２ｃに図示される第２の実施形態の電子処理要素に対
する説明と同じ数値成分／関数の関係である。位相θおよびΦに対する電子プロ
セッサ２０９ＣによるＳ_b1+4+5を含むヘテロダイン信号ｂｓ₁、ｓ₄およびｓ₅の 処理の工程の説明は、要素の英数字の数値成分に基づく、電子プロセッサ２０９
による第２の実施形態および電子プロセッサ２０９Ｂによる第２の実施形態の第
２の変形のヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₄およびｓ₅の処理の工程の説明の対応する 部分と同じである。位相φ₁の電子プロセッサ２０９Ｃによるヘテロダイン信号 ａｓ₁の処理の工程の説明は、要素の英数字の数値成分に基づく、電子プロセッ サ２０９による第２の実施形態のヘテロダイン信号ｓ₁の処理の工程の説明の対 応する部分と同じである。

【０１７３】 第２の実施形態に関連する第２の実施形態の第３の変形の主な利点は、ｂｓ₁ 、ｓ₄およびｓ₅を検出するための単一の検出器の使用に関する第１の実施形態に
関する第２の実施形態の第１の変形の利点を加えた第１の実施形態に関連する第
１の実施形態の第２の変形の主な利点と実質的に同じである。第２の実施形態の
第３の変形の残りの説明は、第２の実施形態および第２の実施形態の第２の変形
の説明の対応する部分と同じである。

【０１７４】 次に、図３ａ〜３ｇを参照する。これらの図は、図表の形式で、測定経路の気
体の屈折度、および／または気体による測定経路の光路長の変化を測定およびモ
ニタリングする本発明の第３の好適な実施形態を図示する。ここでは、測定経路
の気体の屈折度および物理的長さのどちらかまたは両方が変化し得る。第３の実
施形態と、第１の実施形態およびその変形との間の主な差は、示差平面ミラー干
渉測定器の設計および利用状態にある。第３の実施形態の光ビーム９および１０
の供給源、および光ビーム９および１０の説明は、本発明の第１の好適な実施形
態の光ビーム９および１０の供給源、および光ビーム９および１０の説明と同じ
である。

【０１７５】 図３ａに例示されるように、ビーム１０は、ミラー５４によって反射され、ビ
ーム１２になる。ビーム９は、示差平面ミラー干渉測定器３６９上に入射し、そ
してビーム１２は、示差平面ミラー干渉測定器２７０に入射する。ビーム９の第
１の周波数成分が単独の起点となるビームは、図３ｂおよび３ｃにおいて破線で
示され、そしてビーム９の第２の周波数成分が単独の起点となるビームは、図３
ｂおよび３ｃにおいて点線で示される。示差平面ミラー干渉測定器３６９および
２７０、ビームスプリッタ６５、および外部ミラーシステム９０によって供給さ
れる外部ミラーは、ビーム９のｘとｙ成分との間に位相シフトφ₆を導入し、そ してビーム１２のｘとｙ成分との間に位相シフトφ₇を導入するための干渉測定 手段を含む。

【０１７６】 示差平面ミラー干渉測定器３６９は、８つの射出／帰還ビーム、図３ｂにおい
て示される４つの射出／帰還ビーム４１７、４２５、５１７、および５２５、な
らびに図３ｃにおいて示される４つの射出／帰還ビーム４３３、４４１、５３３
、および５４１を有する。元々ビーム９の１周波数成分であるビーム４１７、４
２５、４３３、および４４１は、基準レッグを含み、そして元々ビーム９の第２
の周波数成分であるビーム５１７、５２５、５３３、および５４１は、測定レッ
グを含む。ビーム４１７、４２５、４３３、４４１、５１７、５２５、５３３、
および５４１は、それぞれビームスプリッタ６５上に入射し、そしてコーティン
グ６６（好ましくは２色性コーティング）をビームＥ４１７、Ｅ４２５、Ｅ４３
３、Ｅ４４１、Ｅ５１７、Ｅ５２５、Ｅ５３３、およびＥ５４１として透過する
。ビームＥ４１７、Ｅ４２５、Ｅ４３３、Ｅ４４１、Ｅ５１７、Ｅ５２５、Ｅ５
３３、およびＥ５４１は、図３ｅおよび３ｆにおいて例示されるように、外部ミ
ラーシステム９０上に入射し、その結果、ビーム４４３および５４３（図３）を
生じる。ビーム５４３および４４３は、それぞれ測定経路９８における気体を通
る光路長についておよび基準レッグを通る光路長についての波長λ₁での情報を 含む。ここで、気体の屈折度の効果は、測定経路９８において測定される。

【０１７７】 示差平面ミラー干渉測定器２７０は、図３ａにおいて示される４つの射出／帰
還ビーム１８、２６、１１８、および１２６を有する。元々ビーム１２の１周波
数成分であるビーム１８および２６は基準レッグを含み、そして元々ビーム１２
の第２の周波数成分であるビーム１１８および１２６は測定レッグを含む。ビー
ム１８、２６、１１８、および１２６は、それぞれビームスプリッタ６５上に入
射し、そして２色性コーティング６６によってビームＥ１８、Ｅ２６、Ｅ１１８
、およびＥ１２６として反射される。ビームＥ１８、Ｅ２６、Ｅ１１８、および
Ｅ１２６は、図３ｆにおいて例示されるように、外部ミラーシステム９０によっ
て自分自身に戻るように反射され、ビームスプリッタ６５のコーティング６６に
よって反射され、そして示差平面ミラー干渉測定器２７０上に入射し、その結果
、ビーム２８および１２８（図３ｄ）を生じる。ビーム１２８および２８は、そ
れぞれ測定経路９８の気体を含む、測定レッグを通る光路長についておよび基準
レッグを通る光路長についての波長λ₂での情報を含む。ここで、気体の屈折度 の効果は、測定経路９８において測定される。

【０１７８】 位相シフトφ₆およびφ₇の大きさは、以下の式によると、図３ａ〜３ｆにおい
て示される測定経路９８の経路ｉの往復物理長と基準経路の往復物理長との間の
差Ｌ_iに関連する。

【０１７９】

【数３９】 図３ｂ〜３ｆおける例示では、第２の好ましい実施態様において本発明の機能を
最も簡単な方法で例示するためにｐ₁＝４およびｐ₂＝２とする。

【０１８０】 ビーム４４３は、図３ｃにおいて例示されるように、半波位相リターデーショ
ン板１７９Ｃおよびファラデー回転子１７９Ａを透過し、ビームスプリッタ６１
Ａによって反射され、ビームスプリッタ６１Ｂを部分的に透過し、そして次にミ
ラー６３によって反射されて、位相シフトしたビーム４４５の第１成分となる。
半波位相リターデーション板１７９Ｃおよびファラデー回転子１７９Ａは各々、
位相シフトしたビーム４４５の第１成分がビーム４４３の偏光に対して直交して
偏光するように、ビーム４４３の偏光を４５°回転させる。ビームスプリッタ６
１Ａは、好ましくは偏光ビームスプリッタであり、そしてビームスプリッタ６１
Ｂは、好ましくは非偏光ビームスプリッタである。ビーム５４３は、半波位相リ
ターデーション板１７９Ｄおよびファラデー回転子１７９Ｂを透過し、ビームス
プリッタ６１Ｃによって反射され、ミラー６１Ｄによって反射され、ビームスプ
リッタ６１Ｂによって部分的に反射され、そして次にミラー６３によって反射さ
れて、位相シフトしたビーム４４５の第２成分となる。半波位相リターデーショ
ン板１７９Ｄおよびファラデー回転子１７９Ｂは各々、位相シフトしたビーム４
４５の第２成分がビーム５４３の偏光に対して直交して偏光するように、ビーム
５４３の偏光を４５°回転させる。ビームスプリッタ６１Ｃは、好ましくは偏光
ビームスプリッタである。位相シフトしたビーム４４５は、混合ビームであり、
位相シフトしたビーム４４５の第１および第２成分は、同じ偏光を有するが周波
数が異なる。

【０１８１】 ビーム２８は、ミラー５８Ｂによって反射され、そして次にビームスプリッタ
５８Ａ（好ましくは非偏光ビームスプリッタ）によって反射された部分は、位相
シフトしたビーム３０の第１成分となる。ビーム１２８の一部は、ビームスプリ
ッタ５８Ａを透過して、位相シフトしたビーム３０の第２成分となる。位相シフ
トしたビーム３０は、混合ビームであり、位相シフトしたビーム３０の第１およ
び第２成分は、同じ偏光を有するが周波数が異なる。

【０１８２】 図３ａにおいて示される次のステップにおいて、位相シフトしたビーム４４５
および３０は、それぞれ光検出器４８５および４８６にぶつかり、好ましくは光
電検出によって、２つの電気的干渉信号、ヘテロダイン信号ｓ₆およびｓ₇をそれ
ぞれ生じる。信号ｓ₆は波長λ₁に対応し、そして信号ｓ₇は波長λ₂に対応する。
信号ｓ_lは、ｌ＝６および７を有する式（３）によって表現された形態を有する 。時間依存性の独立変数α_l（ｔ）は、以下によって与えられる。

【０１８３】

【数４０】 ヘテロダイン信号ｓ₆およびｓ₇は、それぞれ解析のために電子信号４０３および
４０４として、デジタルまたはアナログのいずれかの方式で（好ましくはデジタ
ル方式で）電子プロセッサ３０９へ伝達される。

【０１８４】 図３ｇを参照する。電子プロセッサ３０９は、信号ｓ₁、ｓ₂、およびｓ₃から 位相φ₁、φ₂、およびφ₃をそれぞれ決定するための第１の実施態様と同じ方法 で、信号ｓ₆およびｓ₇から位相φ₆およびφ₇をそれぞれ決定するための電子プロ
セッサ１０９４Ｖおよび１０９４Ｗを含む。次に、位相φ₆およびφ₇は、それぞ
れ電子プロセッサ１０９５Ｈおよび１０９５Ｉにおいて（好ましくはデジタル処
理によって）それぞれ（ｌ₁／ｐ₁）および（ｌ₂／ｐ₂）を乗算され、それぞれ位
相（ｌ₁／ｐ₁）φ₆および（ｌ₂／ｐ₂）φ₇を生じる。次に、位相（ｌ₁／ｐ₁）φ ₆ および（ｌ₂／ｐ₂）φ₇は、好ましくはデジタル処理によって電子プロセッサ１
０９６Ｉにおいて足し合わされ、そして電子プロセッサ１０９７Ｄにおいて一方
から他方が減算されて、それぞれ位相θおよびΦを生成する。

【０１８５】 第３の実施態様の位相θおよびΦは、第１の実施態様の対応の位相θおよびΦ
と形式的に同じである。測定経路における気体のばらつきおよび／または測定経
路における気体の効果の、第３の実施態様におけるその後の決定は、φ₁に対応 するφ₆を用いた第１の実施態様における対応の決定について記載されたところ と同じである。

【０１８６】 示差平面ミラー干渉測定器３６９の動作は、入力ビーム９の２つの周波数成分
を分離するために使用される手段および混合出力ビーム４４５を生成するために
使用される手段以外は、示差平面ミラー干渉測定器６９の動作について説明され
た動作と同じである。図３ｂを参照する。ビーム９の一部は、ビームスプリッタ
５５Ａ（好ましくは偏光ビームスプリッタ）によって反射され、ミラー５５Ｂに
よって反射され、半波位相リターデーション板７９を透過し、ビームスプリッタ
６１Ｃ（好ましくは偏光ビームスプリッタ）を透過し、ファラデー回転子１７９
Ｂを透過し、そしてその後半波位相リターデーション板１７９Ｄを透過して、ビ
ーム５１３となる。ファラデー回転子１７９Ｂおよび半波位相リターデーション
板１７９Ｄは透過ビームの偏光面をそれぞれ＋／−４５°および−／＋４５°回
転させ、透過ビームの偏光面は正味の回転を起こさない。ビーム９の一部は、ビ
ームスプリッタ５５Ａを透過し、ビームスプリッタ６１Ａ（好ましくは偏光ビー
ムスプリッタ）を透過し、ファラデー回転子１７９Ａを透過し、そしてその後半
波位相リターデーション板１７９Ｃを透過して、ビーム４１３となる。ファラデ
ー回転子１７９Ａおよび半波位相リターデーション板１７９Ｃは透過ビームの偏
光面を＋／−４５°および−／＋４５°回転させ、透過ビームの偏光面は正味の
回転を起こさない。半波位相リターデーション板７９は、ビーム４１３および５
１３が同じ偏光を有するが周波数が異なるように、透過ビームの偏光面を９０°
回転させる。ファラデー回転子１７９Ａおよび１７９Ｂならびに半波位相リター
デーション板１７９Ｃおよび１７９Ｄの目的は、図３ｃにおいて例示されるよう
に、ビーム４１３および５１３の性質に実質的な影響を与えずにビーム４４３お
よび５４３の偏光を上記のように９０°回転させてビーム４４３および５４３を
ビーム９の経路から効率よく空間分離することである。

【０１８７】 第３の実施態様の残りの説明は、本発明の第１の実施態様の対応部分について
与えられた説明と同じである。

【０１８８】 再度、図３ａ〜３ｆを参照する。ここで電子プロセッサ３０９は、電子プロセ
ッサ３０９Ａによって置き換えられる（電子プロセッサ３０９Ａは図示されない
）。これらの図は特記された変更とともにあわせられ、測定経路における気体の
屈折度および／または気体による測定経路の光路長の変化を測定および監視する
ための本発明の第３の好ましい実施態様の第１の変形を模式的な形態で示す。こ
こで、気体の屈折率および測定経路の物理長のいずれかまたは両方は、変化し得
、そして採用された光源の安定性が十分であり、そして採用された光源によって
生成される光ビームの波長は、最終エンド使用アプリケーションによって出力デ
ータに課される要求される精度に見合うのに十分な相対精度に調和的に関係する
。波長が近似調和的に関係する条件は、比（ｌ₁／ｌ₂）が、式［（２６）］によ
って表現されるものと同じであり近似調和的に関係する波長λ₁およびλ₂に対応
する、低位非ゼロ整数（ｐ₁／ｐ₂）の比として表現可能である第２の実施態様の
特別な場合に対応する。

【０１８９】 第３の実施態様の第１の変形に対する光ビーム８および９の供給源ならびに光
ビーム９、１０、および１０１０の供給源の説明は、さらなる要件を有する第３
の実施態様に対して与えられた光ビーム８および９の供給源ならびに光ビーム９
、１０、および１０１０の供給源の説明と同じであり、このさらなる要件とは、
波長が、最終エンド使用アプリケーションによって出力データに課される要求さ
れる精度に見合うのに十分な相対精度に調和的に関係することである。図３ａ〜
３ｆにおいて図示される第３の実施態様の第１の変形に対する装置の説明は、電
子プロセッサ３０９Ａに関すること以外、第３の実施態様に対して与えられた説
明の対応部分と同じである。

【０１９０】 電子処理手段３０９Ａ（図示されず）は、好ましくは２つのヘテロダイン信号
ｓ₆およびｓ₇を電子的に掛け合わせて以下の数学的形態を有するスーパーヘテロ
ダイン信号Ｓ₆×₇を生成するための手段（信号ｓ₁およびｓ₂を掛け合わせてスー
パーヘテロダイン信号Ｓ₁×₂を生成するための図１ｇの電子プロセッサ１０９５
Ｃなど）を含む。

【０１９１】 Ｓ₆×₇＝ｓ₆ｓ₇ （５２） スーパーヘテロダイン信号Ｓ₆×₇は、以下のように書き換えられ得る。

【０１９２】 Ｓ₆×₇＝Ｓ⁺ ₆×₇＋Ｓ^- ₆×₇ （５３） ここで

【０１９３】

【数４１】 であり、 ν＝（ｆ₁＋ｆ₂） （５６） θ＝（φ₆＋φ₇） （５７） Ｆ＝（ｆ₁−ｆ₂） （５８） Φ＝（φ₆−φ₇） （５９） である。 したがって、スーパーヘテロダイン信号Ｓ₆×₇は、等しい振幅を有する２つのサ
イドバンドＳ⁺ ₆×₇およびＳ^- ₆×₇（周波数νおよび位相θを有する１つのサイド
バンド、ならびに周波数Ｆおよび位相Φを有する第２のサイドバンド）が含まれ
る。

【０１９４】 第３の実施態様の第１の変形の残りの説明は、本発明の第１および第３の実施
態様の対応するステップに対して与えられる説明と同じである。

【０１９５】 第１の実施態様の変形の各々に対応する第３の実施態様の変形があることは、
当業者にとって明らかであり得る。第３の実施態様のこれらの変形の説明は、第
１の実施態様の対応する変形に対して与えられる説明の対応する部分と同じであ
る。

【０１９６】 図４ａ〜４ｄにおいて例示される本発明の好ましい実施態様の第２のセットの
第４の好ましい実施態様およびその変形は、最初の３つの好ましい実施態様およ
びその変形に対して式（１８）において記述される条件が満たされない場合の気
体の屈折度および／またはその気体による測定経路の光路長の変化を測定するた
めのすべての実施態様である。すなわち、

【０１９７】

【数４２】 式（６０）において記述される条件下で、近似比、好ましくは比（Ｋ／χ）、は
、気体の屈折度および／またはその気体による測定経路の光経路の変化を測定す
る際の必要精度を達成するために、上記に加えて、第２セットの３つの好ましい
実施態様およびその変形に対する式（７）および（１４）にしたがって公知であ
るかまたは測定されるかのいずれかでなければならない。

【０１９８】 第１のセットの３つの好ましい実施態様およびその変形の各々は、気体の屈折
度および／またはその気体による測定経路の光経路の変化を測定するための装置
および方法からχおよび／または（Ｋ／χ）を測定するための装置および／また
は方法に変換され得る。以下の説明において実証されるように、その変換は、測
定経路９８における気体を通る測定経路が所定の媒体（好ましくは真空）によっ
て置き換えられ、そして測定レッグが固定の物理長を有するように、第１のセッ
トの３つの好ましい実施態様およびその変形のうちの所定の実施態様の外部ミラ
ーシステムを変更することによって達成される。したがって、第２のセットの３
つの実施態様およびその変形の各々は、第１のセットの３つの実施態様およびそ
の変形のうちの１つからの変更されていない装置および方法ならびに変更された
装置および方法を含み、変更された装置および方法は、変更された外部ミラーシ
ステムを有する変更されていない装置および方法を含む。

【０１９９】 本発明の第４の好ましい実施態様を模式形態で図示する図４ａ〜４ｄをここで
参照する。第４の実施態様の光ビーム９および９ｂの供給源の説明は、第１の好
ましい実施態様の光ビーム９に対するものと同じであり、そして第４の実施態様
の光ビーム１０および１０ｂの供給源の説明は、式（１８）によって表現された
波長λ₁およびλ₂についての条件が式（６０）において記述される条件によって
置き換えられる以外は、第１の実施態様の光ビーム１０に対するものと同じであ
る。第４の実施態様の光ビーム９および９ｂは、ビームスプリッタ１５３Ａ（好
ましくは非偏光型）およびミラー１５３Ｂによって共通の光ビームから導かれ、
そして第４の実施態様の光ビーム１０および１０ｂは、ビームスプリッタ１５４
Ａ（好ましくは非偏光型）およびミラー１５４Ｂによって共通の光ビームから導
かれる（図４ａ参照）。

【０２００】 χおよび／または（Ｋ／χ）を測定するための第４の実施態様における要件の
ために、第４の実施態様は、部分的に第１の実施態様についてのものと同じ装置
および方法を含み、そしてχおよび／または（Ｋ／χ）の決定のためのさらなる
手段を含む。χおよび／または（Ｋ／χ）の決定のためのさらなる手段は、外部
ミラーシステムを除いて、第１の実施態様の装置および方法と同じである。した
がって、χおよび／または（Ｋ／χ）の決定のための図４ａ〜４ｄにおいて示さ
れる装置の多くの要素は、χおよび／または（Ｋ／χ）の決定のための装置を参
照する際の接尾語「ｂ」以外は、第１の実施態様の装置に類似した動作を行う。

【０２０１】 第４の実施態様の外部ミラーシステム９０ｂは、図４ｂおよび４ｃにおいて示
される。外部ミラーシステム９０ｂの説明は、測定経路９８および測定経路９８
の往復物理長に関する以外は、外部ミラーシステム９０のものと同じである。第
４の実施態様の外部ミラーシステム９０ｂにおける測定レッグは、図４ｂおよび
４ｃにおいて例示されるような測定経路９８ｂを含む。測定経路９８ｂは、好ま
しくはミラー９１ｂおよび９２ｂならびに固定長（Ｌ／２）のシリンダー９９ｂ
によって定義される真空体積（ｅｖａｃｕａｔｅｄ ｖｏｌｕｍｅ）である。図
４ｂおよび４ｃを参照する。表面９５ｂは、高い効率でビームＥ１７ｂ、Ｅ２５
ｂ、Ｅ３３ｂ、Ｅ４１ｂ、Ｅ１８ｂ、Ｅ２６ｂ、Ｅ２１８ｂ、およびＥ２２６ｂ
を反射し、高い効率でビームＥ１１７ｂ、Ｅ１２５ｂ、Ｅ１３３ｂ、Ｅ１４１ｂ
、Ｅ１１８ｂ、Ｅ１２６ｂ、Ｅ３１８ｂ、およびＥ３２６ｂを透過するようにコ
ーティングされる。表面９６ｂは、高い効率でビームＥ１１７ｂ、Ｅ１２５ｂ、
Ｅ１３３ｂ、Ｅ１４１ｂ、Ｅ１１８ｂ、Ｅ１２６ｂ、Ｅ３１８ｂ、およびＥ３２
６ｂを反射するようにコーティングされる。

【０２０２】 外部ミラーシステム９０ｂおよび９０における差異は、位相φ_1b、φ_2b、およ
びφ_3bに対する式を導く。ここで、位相シフトφ_1b、φ_2b、およびφ_3bの大きさ
は、それぞれ位相シフトφ₁、φ₂、およびφ₃に対応し、以下の式によると測定 経路９８ｂの経路ｉの往復物理長Ｌ_iおよび図４ｂおよび４ｃにおいて示される ような基準経路に関係する。

【０２０３】

【数４３】 検出したヘテロダイン信号ｓ_1b、ｓ_2b、およびｓ_3bは、それぞれ第１の実施態様
のヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₂、およびｓ₃に対応し、それぞれ１０３ｂ、１０４ ｂ、および３０４ｂとしての電子プロセッサ１０９ｂへアナログまたはデジタル
方式（好ましくはデジタル方式）で伝送される。

【０２０４】 ここで図４ｄを参照する。電子プロセッサ１０９ｂは、好ましくは英数字で番
号付けされた要素を含む。ここで、英数字の数字成分は、要素の機能を示し、数
字／機能の関係は、図１ｆにおいて図示された第１の実施態様の電子処理要素に
ついて説明されたものと同じである。電子プロセッサ１０９ｂによるヘテロダイ
ン信号ｓ_1b、ｓ_2b、およびｓ_3bの処理のステップの説明は、電子プロセッサ１０
９による第１の実施態様のヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₂、およびｓ₃の処理におけ るステップについて与えられた説明の、要素の英数字の数字成分にしたがって対
応する部分と同じである。

【０２０５】 電子プロセッサ１０９ｂによるヘテロダイン信号ｓ_1b、ｓ_2b、およびｓ_3bの処
理は、３つの位相φ_1b、φ_2b、およびφ_3bを生成する。電子プロセッサ１０９ｂ
によるφ_1b、φ_2b、およびφ_3bの次の処理は、２つの位相θ_bおよびΦ_bを生成す
る。

【０２０６】 比（Ｋ／χ）は、以下の式によって表現され得る。

【０２０７】

【数４４】 ここで、Ｚ_bおよびξ_bはＺおよびξに対応する。したがって、（Ｋ／χ）は、実
質的にΦ_bをθ_bで割ることによって得られ、Ｌの測定を（Ｋ／χ）に必要にされ
るのと同じ精度にまで正確にする必要はない。Φ_bの位相冗長は、第３の好まし い実施態様の一部として組み込まれた第１の好ましい実施態様の変更されていな
い装置および方法においてΦの位相冗長を取り除くために使用されたのと同じ方
法の一部として決定され得る。

【０２０８】 次に、気体の屈折度および／またはその気体による測定経路の光路長の変化は
、それぞれ式（７）および／または（１４）を使用して得られる。式（７）およ
び（１４）におけるθの無視できない効果のために、θ_bの位相冗長の解消に加 えて、θの位相冗長もまた解消されなければならない。第４の実施態様の説明の
残りは、θおよびθ_bの位相冗長の解消するための手順の説明に関する以外は、 第１の実施態様の対応する部分と同じである。

【０２０９】 測定経路の変化が干渉測定によって測定され得るアプリケーションに対し、例
えば測定経路の変化を測定するために使用される距離測定干渉測定器に基づくア
プリケーションの構成に対し、θにおける位相冗長は、外部ミラーシステム９０
の可動ミラー９２をヌル（ｎｕｌｌ）位置から所定の距離にわたってトランスレ
ータ６７によって制御された方法で走査しつつ、θの変化を記録することによっ
て解消され得る。ヌル位置とは、測定および基準レッグの物理長が実質的に同じ
である位置のことである。ヌル位置を決定するために必要な精度は、典型的には
に以下の例において例示される他のパラメータに必要な精度よりも正確でない：
λ₁＝０．６３３μｍ、（ｎ₁−１）≒３×１０^-4、（ｎ₂−ｎ₁）≒１×１０^-5、
ε≒１０^-9、および式（１７）において記述される条件に対して、ヌル位置を決
定するために必要な精度は、±３のオーダーのθの不確定性に対応する。

【０２１０】 屈折度および／または測定レッグにおけるその気体による光路長の変化の決定
がなされ、そして外部ミラーシステムのミラー９２は、前段落において考えられ
たような走査能力を有さないアプリケーションに対し、θおよびθ_bの位相冗長 を解消するために他の手順が利用され得る。θおよびθ_bの有効波長は、実質的 に同じであるので、θおよびθ_bのいずれかの位相冗長の解消のための方法のみ を説明すればよい。

【０２１１】 Φの位相冗長の解消について説明される第２の手順は、θの位相冗長を解消す
るために改造され得る。第２の手順は、一連の外部ミラーシステム９０の使用に
基づく。ここで、外部ミラーシステム９０の測定レッグに対する往復物理長Ｌは
、等比級数を形成する。この一連における最も小さいまたは第１の往復物理長は
、およそλ₁／（４ｐ₁）÷（θの初期値が既知である相対精度）である。一連の
第２外部ミラーシステム９０の物理長は、およそ（第１外部ミラーシステム９０
の長さ）÷（θが第１外部ミラーシステム９０を使用して測定される相対精度）
である。これは再び、等比級数の手順であり、その結果得られる物理長は、等比
級数であり、一連の外部ミラーシステム９０の数が１だけ増加される場合に屈折
度または気体の屈折度による光路長の変化を測定するために使用される外部ミラ
ーシステム９０の長さを超えるまで続けられる。θにおける位相冗長の解消のた
めの一連の第１外部ミラーシステム９０の対する典型的な往復物理長は、０．１
ｍｍのオーダーであり、一連の第２外部ミラーシステム９０に対する典型的な往
復物理長は、１０ｍｍのオーダーであり、そして必要ならば一連の第３外部ミラ
ーシステム９０に対する典型的な往復物理長は、１０００ｍｍのオーダーである
。Φにおける位相冗長の解消のための一連の外部ミラーシステム９０に対する物
理長は、典型的にはθにおける位相冗長の解消のための一連の外部ミラーシステ
ム９０に対する物理長よりも大きいオーダーである。

【０２１２】 第３の手順は、一連の既知の波長の供給源（図４ａ−４ｄに図示されず）の使
用およびこれらの波長に対するθの測定に基づく。位相冗長を解消するために必
要な既知の波長の数は、一般に小さなセットを含む。

【０２１３】 θ_bにおける位相冗長を解消するための別の手順は、測定経路９８ｂが気体か ら真空状態（真空ポンプおよび必要な気体取り扱いシステムは図４ａ−４ｄにお
いて示されない）に変化する際にθ_bの変化を観測してθ_bにおける位相冗長を解
消する。屈折度およびその気体の屈折度による光路長の変化に対する絶対値を測
定する際に通常直面する、非ゼロ値から真空へ気体圧力を変化させることに部分
的に基づく問題は、第３の好ましい実施態様においては存在しない。なぜなら、
θ_bの決定の際に典型的に許される±３のオーダーの比較的大きな不確定性のた めである。

【０２１４】 式（６２）において存在するオフセット項のξ_bおよびＺ_bは、決定を必要とし
そして時間変化する場合はモニタリングが必要であり得る項である。ξ_bおよび Ｚ_bを決定するための１つの手順は、外部ミラーシステム９０ｂのミラー９１ｂ をミラーＺ９１ｂ（図４ａ〜４ｃにおいて図示せず）で置き換えることによる。
ミラーＺ９１ｂは、波長λ₁およびλ₂の両方に対する反射面となるようにコーテ
ィングされたミラー９１ｂの表面９３ｂに対応する表面Ｚ９３ｂを有し、そして
その結果のθ_bおよびΦ_bを測定する。θ_bおよびΦ_bの結果値をそれぞれθ_bRおよ
びΦ_bRとする。量ξ_bおよびＺ_bは、以下の式によってそれぞれθ_bRおよびΦ_bRに
関係する。

【０２１５】 ξ_b＝θ_bR （６３） Ｚ_b＝Φ_bR （６４） ξ_bおよびＺ_bへの非電子的寄与は、示差平面ミラー干渉測定器６９ｂ、示差平面
ミラー干渉測定器群７０ｂ、ビームスプリッタ６５ｂ、および外部ミラーシステ
ム９０ｂにおいて起こる補正の著しいレベルのために、実質的に時間について一
定であるべきである。ξ_bおよびＺ_bへの電子的寄与は、純粋に電子手段（図示せ
ず）によって監視される。

【０２１６】 波数χは、θ_bおよびξ_bに対する測定値および以下の式を使用してコンピュー
タによって計算される。

【０２１７】 χ＝（θ_b−ξ_b）／（２Ｌ） （６５） 比Ｋ／χは、式（６２）を使用してコンピュータによって計算される。

【０２１８】 第１の実施態様の変形の各々に対応する第４の実施態様の変形があることは、
当業者にとって明らかである。第４の実施態様のこれらの変形の説明は、第１の
実施態様の対応する変形に対して与えられる説明の対応する部分と同じである。

【０２１９】 第４の実施態様およびその変形が第１の実施態様およびその変形の類似となる
ような方法と同じ方法で第２の実施態様およびその変形ならびに第３の実施態様
およびその変形に類似する実施態様およびその変形を構成する方法もまた、当業
者にとって明らかである。

【０２２０】 本発明の精神および範囲を逸脱せずに本発明の好ましい実施態様およびその変
形のための代替のデータ処理が考えられ得ることが、当業者にとって明らかであ
る。

【０２２１】 第２のセットの好ましい実施態様およびその変形における（Ｋ／χ）およびχ
を決定するためのさらなる手段の示差平面ミラー干渉測定器および外部ミラーシ
ステムが、波長の１つに対応する光ビームの１つが外部ミラーシステムの一端か
ら入射および出射し得、そして好ましい実施態様およびその変形において開示さ
れるのと同じ端とは対照的に異なる第２の波長に対応する第２の光ビームが外部
ミラーシステムの反対端から入射および出射し得るように、特許請求の範囲に規
定される本発明の精神および範囲を逸脱せずに構成され得ることが当業者にとっ
て明らかである。外部ミラーシステムを再構成することによって、ビームスプリ
ッタ６５ｂは、明らかに省略され得、異なる波長の光ビームは、しかるべく再構
成されたミラー表面９５ｂおよび９６ｂ上の反射および透過コーティングを有す
るミラー９１ｂおよび９２ｂを通って入射および出射する。

【０２２２】 本明細書中で開示される本発明の実施態様およびその変形が、典型的にはヘテ
ロダイン信号が受ける群遅延の相対差に対する感受性が低減された位相Φを生成
し、所定の実施態様またはその変形に対するヘテロダイン信号の各々は、実質的
に同じ周波数スペクトラムを有することが、当業者にとって明らかであり得る。

【０２２３】 好ましい実施態様およびその変形のビーム９および／またはビーム１０のｘお
よびｙ偏光成分の両方が本発明の精神および範囲を逸脱せずに周波数シフトされ
得、ｆ₁がビーム９のｘおよびｙ偏光成分の周波数差を維持し、そしてｆ₂がビー
ム１０のｘおよびｙ偏光成分の周波数差を維持することは、さらに当業者にとっ
て明らかである。干渉測定器とレーザ供給源の分離を向上させることは、ビーム
のｘおよびｙ偏光成分の両方を周波数シフトさせることによって一般に可能であ
り、向上した分離の度合いが周波数シフトの生成に使用された手段に依存する。

【０２２４】 式（１４）および（２０）におけるφ₁を決定するために使用される光ビーム の波長λ₁が本発明の精神および範囲を逸脱せずに測定経路における気体による 測定経路の光路長の変化を決定するために使用される２つの波長の両方と異なり
得ることが、当業者にとって明らかである。要求される逆分散力Γ₃は、以下の 式にしたがって、３つの波長λ₁、λ₂、およびλ₃でのそれぞれの気体の屈折率 ｎ₁、ｎ₂、およびｎ₃によって定義され得る。 λ₃＜λ₂のとき、

【０２２５】

【数４５】 ビーム９および１０のいずれかまたは両方の２つの周波数成分が、本発明の精
神および範囲を逸脱せずに周波数シフトを導入するための手段の後のいずれの時
点および上記の好ましい実施態様のそれぞれの干渉測定器に入射する前に空間的
に分離され得ることが、さらに当業者にとって明らかである。２つのビームのい
ずれかの２つの周波数成分がそれぞれの干渉測定器から任意の著しい距離を離し
て空間的に分離される場合、第１の実施態様において説明されたような代替の基
準ビームを使用する必要があり得る。

【０２２６】 図面の例は、本発明の好ましい実施態様およびその変形を図示し、ここで１つ
の実施態様のためのすべての光ビームは単一面内にある。明らかに、複数の面を
使用する変更が、本発明の精神および範囲を逸脱せずに１つ以上の好ましい実施
態様およびその変形に対してなされ得る。

【０２２７】 本発明の好ましい実施態様およびその変形は、外部ミラーシステム９０ｂおよ
び／または９０を有し、ここでλ₁およびλ₂に対する測定経路は、システムを通
る経路ごとに同じ往復物理長を有し、そしてλ₁およびλ₂に対する基準経路は、
経路ごとに同じ往復物理長を有する。特許請求の範囲に記載の本発明の精神およ
び範囲を逸脱せずにλ₁およびλ₂に対する測定経路が経路ごとに異なる物理長を
有し、そしてλ₁およびλ₂に対する基準経路が経路ごとに異なる物理長を有し得
ることは、当業者にとって明らかである。例えば測定経路における気体の屈折度
の空間勾配によって実施態様の周波数反応に関する性能および／または計算され
る量の精度が劣化し得るが、特許請求の範囲に記載の本発明の精神および範囲を
逸脱せずにλ₁およびλ₂に対する測定経路が互いに物理的に置換され得、そして
λ₁およびλ₂に対する基準経路が互いに物理的に置換され得ることは、さらに当
業者にとって明らかである。

【０２２８】 本発明の好ましい実施態様およびその変形はすべて、ヘテロダイン検出を使用
するために構成される。ホモダイン検出が特許請求の範囲に記載の本発明の精神
および範囲を逸脱せずに好ましい実施態様およびその変形の各々において使用さ
れ得ることは、当業者にとって明らかであり得る。ホモダイン受信器は、同一出
願人のＰ．ｄｅ Ｇｒｏｏｔの名による米国特許第５，６６３，７９３号（題名
「Ｈｏｍｏｄｙｎｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ ａ
ｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」、１９９７年９月２日発行）の開示と同様に使用され得る
。気体の屈折度および／またはその気体による測定経路の光路長の変化の計算は
、例えばホモダイン位相φ_1Hおよびφ_2Hから直接に第１の好ましい実施態様のホ
モダインバージョンにおいて得られ得、ここでホモダイン位相φ_1Hおよびφ_2Hは
、第１の好ましい実施態様の位相φ₁およびφ₂に対応し、そしてホモダインバー
ジョンの式（７）および（１４）を用いて得られ得る。

【０２２９】 本発明の実施態様およびその変形の第２のセットは、比（Ｋ／χ）およびχを
測定し、そして（Ｋ／χ）およびχの測定値を気体の屈折度および／またはその
気体による測定経路の光路長の変化の計算に使用する。特許請求の範囲に記載の
本発明の精神および範囲を逸脱せずに、式（１８）によって表現される条件が満
足されることおよびχが一定であることのいずれかまたは両方であるような（Ｋ
／χ）およびχの測定値がフィードバックシステムにおけるエラー信号として使
用され得ることは、当業者にとって明らかであり得る。フィードバックシステム
における（Ｋ／χ）およびχのいずれかまたは両方の測定値が供給源１および供
給源２のいずれかまたは両方に送られ、そして供給源１および供給源２のいずれ
かまたは両方のそれぞれの波長を（例えばダイオードレーザの注入電流および温
度のいずれかまたは両方、あるいは外部キャビティダイオードレーザの空胴周波
数を制御することによって）制御するために使用される。

【０２３０】 比（Ｋ／χ）およびχを測定するための好ましい実施態様の第２群およびその
変形の手段および好ましい実施態様の第１群およびその変形の手段の組み合わせ
は、特許請求の範囲に記載の本発明の精神および範囲を逸脱せずに、好ましい実
施態様の第２群およびその変形において使用される組み合わせではなく、気体の
屈折度および／またはその気体による測定経路の光路長の変化を決定するために
使用され得ることが当業者に理解される。

【０２３１】 ここで図５を参照する。図５は、ブロック５００〜５２６によって測定経路に
おける気体の屈折度および／またはその気体による測定経路の光路長における変
化を測定およびモニタリングするための本発明の方法を実施するための種々のス
テップを図示する一般化されたフローチャートであり、ここで気体の屈折度が変
化し得るか、および／または測定経路の物理長が変化し得る。図５に図示された
本発明の方法は、上記に開示された本発明の装置を使用して実行され得ることが
明らかであり得る一方、開示の装置以外の装置でも実施され得ることもまた、当
業者にとって明らかであり得る。例えば、好ましい実施態様において使用された
ような示差平面ミラー干渉測定装置を使用する必要はないが、むしろ必要な基準
および測定レッグが存在する限り他の従来の干渉測定器機構が使用され得ること
は、明らかであり得る。加えて、ホモダインアプローチまたはヘテロダイン効果
を起こす技術が有利に使用されるようなアプローチのいずれかが使用され得るこ
とが、明らかであり得る。さらに理解され得るように、図５におけるステップの
多くは、汎用コンピュータ上で実行される適切なソフトウェアまたは適切にプロ
グラムされたマイクロプロセッサによって実行され得る。そのソフトウェアまた
はマイクロプロセッサのいずれかは、必要に応じてシステムの他の要素を制御す
るための使用される。

【０２３２】 図５においてわかるように、ブロック５００において好ましくは上記のように
適切な調和関係を有する異なる波長を有する２つ以上の光ビームを提供すること
によって開始する。ブロック５０２において、光ビームは、成分に分離され、そ
の成分は、好ましくはブロック５０４において偏光または空間符号化、あるいは
周波数シフトのいずれかまたはその両方によって改変される。そうでなければ、
光ビームは、単に改変されないまま、ブロック５０６へ通過され得る。

【０２３３】 ブロック５２２および５２４において示されるように、光ビームの波長の関係
は監視され得、そしてその波長が上記の制限内になければ、波長の所望の関係か
ら波長の関係のずれを補正するための正しい尺度を採用し得る。光ビームの供給
源の波長を制御するためのフィードバックを提供するためにずれが使用され得る
か、または補正がずれによって影響を受けるその後の計算において確立および使
用され得るか、または両方のアプローチのいくらか組み合わせが実施され得るか
のいずれかである。

【０２３４】 ブロック５００において光ビームを生成する工程に平行または同時に、ブロッ
ク５２６において示されるように２つのレッグ（一つは基準レッグおよび他方は
測定レッグ）を有する干渉測定器をまた提供する。ここで、測定経路の一部は、
屈折度および／または測定経路の光路長に対する効果が測定されるべき気体中に
存在する。

【０２３５】 ブロック５０６および５０８によって示されるように、すでに生成された光ビ
ーム成分は、干渉測定器レッグに導入され、各成分は、割り当てられたレッグの
物理長にわたって進行する際に経る光路長に基づいてシフトされる位相を有する
。

【０２３６】 ビームは、ブロック５０８から出射した後、ブロック５１０において合成され
て混合光信号を生成する。次に、これらの混合光信号は、ブロック５１２に送ら
れる。ブロック５１２において、光検出によって、対応する電気信号（好ましく
はヘテロダイン）が生成され、そしてこれらの電気信号は、光ビーム成分間の相
対位相についての情報を含む。好ましくは、電気信号は、すでに周波数シフト処
理されて生成されたヘテロダイン信号である。

【０２３７】 ブロック５１４において、電気信号が相対位相情報を抽出するために直接的に
解析され得、次にその相対位相情報がブロック５１６〜５２０に転送され得るか
、またはスーパーヘテロダイン信号が生成されそしてその後相対位相情報につい
て解析される。

【０２３８】 ブロック５１６において、好ましくは、好ましい実施態様の説明に関連して上
記に詳しく述べられた手段および計算によって、ホモダイン、ヘテロダイン、お
よび／またはスーパーヘテロダイン信号におけるいずれの位相冗長が解消される
。

【０２３９】 ブロック５１８において、気体の屈折度および／または測定経路の光路長に対
する気体の屈折度の効果が計算され、すでに決められたように補正が行われ、そ
して出力信号が後続の下流アプリケーションまたはデータ方式要件のために生成
される。

【０２４０】 当業者は、本発明の教示するところの範囲を逸脱せずに、本発明の装置および
方法に対して他の変更をなし得る。したがって、意図されるところは、図示およ
び記載の実施態様が、例示のためのものと考えられ、そして限定的な意味におけ
るものではないことである。

【０２４１】 上記の干渉測定システムは、コンピュータチップなどの大規模集積回路の製造
のためのリソグラフィーアプリケーション（６７に模式的に示される）において
特に有用であり得る。リソグラフィーは、半導体製造産業にとって鍵となる技術
の先導役である。オーバーレイの改良は、１００ｎｍ線幅かそれ以下に下げるた
めの最も困難な５つの課題の１つである（デザインルール）。例えば、Ｓｅｍｉ
ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｒｏａｄｍａｐ，ｐ８２（１９９７）
を参照されたい。オーバーレイは、ウェハおよびレチクル（またはマスク）ステ
ージを位置づけるのに用いられる距離測定干渉測定器の性能、即ち、確度（ａｃ
ｃｕｒａｃｙ）および精度（ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）に直接依存する。リソグラフ
ィー工具は、年間５０００万〜１億ドルの製品を生産し得るので、改良された性
能の距離測定干渉測定器の経済価値は相当である。リソグラフィー工具の収量が
１％増加する毎に、集積回路製造業者に年間約１００万ドルの経済利益をもたら
し、リソグラフィー工具販売者に相当な競争上の優位性をもたらす。

【０２４２】 リソグラフィー工具の機能は、空間的にパターン化された放射をフォトレジス
トでコーティングされたウェハ上に方向付けることである。このプロセスは、ウ
ェハのどの位置が放射を受け取るかを決定し（位置合わせ）、その位置でフォト
レジストに放射を付与する（露光）ことを含む。

【０２４３】 ウェハを適切に配置するためには、ウェハは、専用のセンサにより測定され得
る位置合わせマークをウェハ上に含む。位置合わせマークの測定位置は、工具内
でのウェハの位置を決定する。この情報は、ウェハ表面の所望のパターニングの
仕様とともに、空間的にパターン化された放射に関連してウェハの位置合わせを
誘導する。そのような情報に基づき、フォトレジストコーティングされたウェハ
を支持する書き込み可能なステージは、ウェハの適切な位置を放射が露光するよ
うにウェハを可動する。

【０２４４】 露光の間、放射源は、パターン化されたレチクルを照射し、レチクルが放射を
散乱して空間的にパターン化された放射を生成する。レチクルはマスクとも称さ
れ、これらの用語を以下では交換可能に用いる。縮小リソグラフィーの場合、縮
小レンズが散乱した放射を収集してレチクルパターンの縮小像を形成する。ある
いは、プロキシミティー焼付の場合は、散乱された放射は、ウェハに接触する前
に小さな距離（典型的にはミクロンのオーダー）を伝播し、レチクルパターンの
１：１像を生成する。放射は、放射パターンをフォトレジスト内の潜像に変換す
る光化学プロセスをフォトレジスト内で開始する。

【０２４５】 上述した干渉測定器システムは、ウェハおよびレチクルの位置を制御し、ウェ
ハ上のレチクル像を記録する位置決め機構の重要な要素である。

【０２４６】 一般的に、リソグラフィーシステムは、露光システムとも呼ばれ、典型的には
、照射システムおよびウェハ位置決めシステムを含む。照射システムは、紫外線
、可視光線、Ｘ線、電子、またはイオン放射などの放射を提供するための放射源
、およびパターンを放射に与えるためのレチクルまたはマスクを含み、これによ
り、空間的にパターン化された放射を生成する。さらに、縮小リソグラフィーの
場合では、照射システムは、空間的にパターン化された放射をウェハ上に投影す
るためのレンズアセンブリを含み得る。イメージされた放射は、ウェハ上にコー
ティングされたフォトレジストを露光させる。照射システムは、マスクを支持す
るためのマスクステージ、およびマスクを介して方向付けられる放射に関連して
マスクステージの位置を調節する位置決めシステムも含む。ウェハ位置決めシス
テムは、ウェハを支持するためのウェハステージ、およびイメージされた放射に
関連してウェハステージの位置を調節するための位置決めシステムを含む。集積
回路の製造は、複数の露光工程を含み得る。リソグラフィーの一般的な文献とし
ては、例えば、その内容を参照として本願に援用する、Ｊ．Ｒ．Ｓｈｅａｔｓお
よびＢ．Ｗ．ＳｍｉｔｈのＭｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ： Ｓｃｉｅｎｃ
ｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．
，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９９８）を参照されたい。

【０２４７】 上述の干渉測定システムは、各ウェハステージおよびマスクステージの位置を
、レンズアセンブリ、放射ソース、または支持構造など露光システムの他の要素
に関連して、正確に測定するのに使用され得る。そのような場合には、干渉測定
システムが静止構造に取り付けられ得、測定物が、マスクおよびウェハステージ
の１つなどの可動要素に取り付けられ得る。あるいは、状況を逆転し、干渉測定
システムを可動物に取り付け、測定物を静止物に取り付けてもよい。

【０２４８】 より一般的には、干渉測定システムは、露光システムの任意の要素の１つの位
置を露光システムの他の任意の要素に関連して測定するのに用いられ得る。ここ
で干渉測定システムは、要素の１つに取り付けられるか、または要素の１つによ
り支持され、測定物は別の要素に取り付けられるか、または別の要素により支持
される、 干渉測定システム６２６を用いたリソグラフィースキャナ６００の例を図６ａ
に示す。干渉測定システムは、露光システム内のウェハの位置を正確に測定する
のに用いられる。ここで、ステージ６２２は、露光ステーションに関連してウェ
ハを位置決めするのに用いられる。スキャナ６００は、フレーム６０２を含み、
フレーム６０２は、他の支持構造およびそれらの構造に積載される様々な要素を
積載する。露光基盤６０４はその頂部にレンズ収納部６０６を搭載し、レンズ収
納部６０６の上には、レチクルまたはマスクを支持するのに用いられるレチクル
またはマスクステージ６１６が搭載される。露光ステーションに関連してマスク
を位置決めするための位置決めシステムを、要素６１７として模式的に示す。位
置決めシステム６１７は、例えば、圧電変換要素および対応する制御エレクトロ
ニクスを含み得る。本説明の実施形態では含まれていないが、マスクステージの
位置、およびリソグラフィー構造を製造するためのプロセスにおいてその位置を
正確に監視されなければならない他の可動要素の位置を正確に測定するために、
上述の干渉測定システムを１つ以上用いてもよい（前掲書、Ｓｈｅａｔｓおよび
Ｓｍｉｔｈ、Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ： Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙを参照のこと）。

【０２４９】 露光基盤６０４の下に懸垂されるのはウェハステージ６２２を積載する支持基
盤６１３である。ステージ６２２は、干渉測定システム６２６によりステージに
方向付けられる測定ビーム６５４を反射するための平面ミラーを含む。干渉測定
システム６２６に関連してステージ６２２を位置決めするための位置決めシステ
ムは、要素６１９として模式的に示してある。位置決めシステム６１９は、例え
ば、圧電変換要素および対応する制御エレクトロニクスを含み得る。測定ビーム
は反射して、露光基盤６０４に積載されている干渉測定システムに戻る。干渉測
定システムは、先述した実施形態のいずれかであり得る。

【０２５０】 動作中は、例えばＵＶレーザからの紫外線（ＵＶ）ビーム（図示せず）などの
放射ビーム６１０が、ビーム整形光学アセンブリ６１２を通過し、ミラー６１４
で反射した後、下に向かって伝達する。その後、放射ビームはマスクステージ６
１６に積載されるマスク（図示せず）を通過する。マスク（図示せず）は、レン
ズ収納部６０６に積載されるレンズアセンブリ６０８を介して、ウェハステージ
６２２上のウェハ（図示せず）にイメージされる。基盤６０４および基盤６０４
により支持される様々な要素は、スプリング６２０として示す減衰システムによ
り、環境振動から隔離される。

【０２５１】 リソグラフィースキャナの他の実施形態では、先述した干渉測定システムの１
つ以上が、複数軸および角度に沿って距離を測定するために用いられ得る。複数
軸および角度は、例えば、ウェハおよびレチクル（またはマスク）ステージに関
連するが、これらに限定されない。また、ウェハを露光するには、ＵＶレーザビ
ーム以外に、例えば、Ｘ線ビーム、電子ビーム、イオンビーム、可視光線ビーム
を含む他のビームを用いてもよい。

【０２５２】 さらに、リソグラフィースキャナは、干渉測定システムの内部の基準経路以外
に、干渉測定システム６２６が基準ビームをレンズ収納部６０６、または放射ビ
ームを方向付ける他の何らかの構造に方向付けるカラム基準を含み得る。ステー
ジ６２２から反射された測定ビーム６５４とレンズ収納部６０６から反射された
基準ビームとを組み合わすとき、干渉測定システム６２６により生成される干渉
信号は、放射ビームに関連してステージの位置の変化を示す。さらに、他の実施
形態では、干渉測定システム６２６が、レチクル（またはマスク）ステージ６１
６またはスキャナシステムの他の可動要素の位置の変化を測定するように位置づ
けられ得る。最後に、干渉測定システムは、スキャナに加え、またはスキャナ以
外に、ステッパーを含むリソグラフィーシステムを有する同様の様態で用いられ
得る。

【０２５３】 当該分野で周知のように、リソグラフィーは、半導体素子を形成するための製
造方法の重要な部分である。例えば、米国特許第５，４８３，３４３号は、その
ような製造方法に関する工程を概説している。図６ｂおよび図６ｃを参照して以
下にこれらの工程を説明する。図６ｂは、半導体チップ（例えば、ＩＣまたはＬ
ＳＩ）、液晶パネル、またはＣＣＤなどの半導体素子を製造する手順のフローチ
ャートである。工程６５１は、半導体素子の回路を設計するための設計プロセス
である。工程６５２は、回路パターン設計の基礎のマスクを製造するためのプロ
セスである。工程６５３は、シリコンなどの材料を用いることによりウェハを製
造するためのプロセスである。

【０２５４】 工程６５４は、前工程と呼ばれるウェハプロセスであって、そのように準備さ
れたマスクおよびウェハを用いることにより、リソグラフィーを通じてウェハ上
に回路を形成する。工程６５５は、後工程と呼ばれる組み立て工程であって、工
程６５４により加工されたウェハが半導体チップに形成される。この工程は、組
み立て（ダイシングおよびボンディング）およびパッケージング（チップ封入）
を含む。工程６５６は検査工程であって、工程６５５により製造された半導体素
子の動作性検査、耐久性検査などが実行される。これらのプロセスにより、半導
体素子が完成され出荷される（工程６５７）。

【０２５５】 図６ｃは、ウェハプロセスの詳細を示すフローチャートである。工程６６１は
、ウェハの表面を酸化するための酸化プロセスである。工程６６２は、ウェハ表
面上に絶縁膜を形成するためのＣＶＤプロセスである。工程６６３は、蒸着によ
りウェハ上に電極を形成するための電極形成プロセスである。工程６６４は、ウ
ェハにイオンを注入するイオン注入プロセスである。工程６６５は、ウェハにフ
ォトレジスト（光感受性材料）を添加するためのフォトレジストプロセスである
。工程６６６は、上述した露光装置を介して露光によりマスクの回路パターンを
ウェハ上にプリントするための露光プロセスである。工程６６７は、露光したウ
ェハを現像するための現像プロセスである。工程６６８は、現像されたフォトレ
ジスト像以外の部分を除去するためのエッチングプロセスである。工程６６９は
、エッチングプロセスを施した後、ウェハ上に残存するフォトレジスト材料を分
離するフォトレジスト分離工程である。これらのプロセスを反復することにより
、ウェハ上に回路パターンが形成され積層される。

【０２５６】 上述した干渉測定システムは、物体の相対位置が正確に測定される必要のある
他のアプリケーションにも使用し得る。例えば、基板またはビームのいずれかが
移動するにしたがい、レーザ、Ｘ線、イオン、または電子ビームなどの書き込み
ビームが基板上にパターンを印すアプリケーションでは、基板と書き込みビーム
との間の相対動作を測定するために干渉測定システムを使用し得る。

【０２５７】 一例として、ビーム書き込みシステム７００の概略を図７に示す。ソース７１
０が書き込みビーム７１２を生成し、ビーム集束アセンブリ７１４が、可動ステ
ージ７１８により支持された基板７１６に放射ビームを方向付ける。ステージの
相対位置を決定するには、干渉測定システム７２０が、ビーム集束アセンブリ７
１４に搭載されたミラー７２４に基準ビーム７２２を方向付け、ステージ７１８
に搭載されたミラー７２８に測定ビーム７２６を方向付ける。干渉測定システム
７２０は、先述した干渉測定システムのいずれであってもよい。干渉測定システ
ムにより測定される位置の変化は、基板７１６上の書き込みビーム７１２の相対
位置の変化に対応する。干渉測定システム７２０は、基板上７１６上の書き込み
ビーム７１２の相対位置を示す制御器７３０に測定信号７３２を送る。制御器７
３０は、ステージ７１８を支持し位置決めする基盤７３６に出力信号７３４を送
る。さらに、制御器７３０は、信号７３８をソース７１０に送り、書き込みビー
ム７１２の強度を変化させるか、または書き込みビーム７１２を遮断して、書き
込みビームが基板の選択された位置のみに光物理学的または光化学的変化を生じ
させるのに十分な強度で基板と接触する。さらに、いくつかの実施形態では、制
御器７３０により、ビーム集束アセンブリ７１４が、例えば、信号７４４を用い
て、基板上の領域にわたり書き込みビームを走査する。その結果、制御器７３０
は、システムの他の要素を方向付け、基板をパターニングする。パターンニング
は典型的には、制御器内の格納される電子設計パターンに基づく。書き込みビー
ムが基板上にコーティングされたフォトレジストをパターンニングするアプリケ
ーションもあれば、書き込みビームが、例えばエッチングなど、直接基板にパタ
ーニングするアプリケーションもある。

【０２５８】 そのようなシステムの重要なアプリケーションは、先述のリソグラフィー方法
に用いられるマスクおよびレチクルの製造である。例えば、リソグラフイーマス
クを製造するためには、クロムコーティングされたガラス基板をパターニングす
るように電子ビームが用いられ得る。書き込みビームが電子ビームである場合に
は、ビーム書き込みシステムが真空中で電子ビーム経路を包囲する。また、例え
ば書き込みビームが電子またはイオンビームである場合には、ビーム集束アセン
ブリは、四極型レンズなど、荷電された粒子を真空下で基板に集束し方向付ける
ための電場発生器を含む。書き込みビームが、例えば、Ｘ線、ＵＶ、または可視
光線放射などの放射ビームである他の場合には、ビーム集束アセンブリは、放射
を基板に集束し方向付けるための対応するオプティクスを含む。

【０２５９】 本発明にはさらに別の変更を行い得る。例えば、特定のアプリケーションでは
、干渉測定器の測定レッグ内および基準レッグの両方に含まれる気体の屈折率を
監視することが望ましいであろう。この例には、周知のカラム基準型干渉測定器
が含まれる。カラム基準型干渉測定器では、基準レッグが機械システム内のある
位置に配置された標的オプティクスを含み、測定レッグが、同じ機械システム内
の別の位置に配置された標的オプティクスを含む。別の例のアプリケーションは
、小さい角度の測定に関し、測定および基準ビームの両方が同一の標的オプティ
クスに、小さな物理的オフセットで当てられ、これにより、標的オプティクスの
角度方向の感度の高い測定を提供する。これらのアプリケーションおよび構成は
、当業者に周知であり、必要な改変は本発明の範囲内であると意図される。

【０２６０】 ヘテロダイン干渉測定器におけるドップラーシフトに対する実質的非感受性を
達成するさらに代替の手段は、ドップラーシフトを追跡し、（１）基準および測
定ビームの間の周波数差を調節する、（２）電子Ａ／Ｄモジュールの一方または
両方のクロック周波数を調節する、または（３）駆動または検出エレクトロニク
スの能動的調節により、２つの波長の見かけのヘテロダインうなり周波数を連続
的に一致させる任意の同様の手段、のいずれかにより補正するものである。

【０２６１】 本発明をその詳細な説明を参照して説明してきたが、上述の説明は本発明を例
示することを意図しており、その範囲の限定を意図するものではなく、本発明の
範囲は添付の特許請求の範囲により規定されることが理解される。

【０２６２】 本発明の構造および操作は、その他の目的および利点と共に、図面と関連して
、その詳細な説明を読むことにより、最もよく理解され得、ここで、本発明の一
部は、割り当てた参照番号（これは、それらが現れる全ての図面において、それ
らを確認するために、使用される）を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】 図１ａ〜１ｆは、一緒になって、本発明の現在好ましい第一実施態様を概略形
式で描写しており、図１ａは、光源１、変調器３、光源２、変調器４、示差平面
ミラー干渉測定器６９、示差平面ミラー干渉測定器群７０、ビームスプリッタ６
５、外部ミラーシステム９０、および検出器８５、８６および２８６、およびド
ライバー５と、変調器３と、ドライバー６と、変調器４と、検出器８５、８６お
よび２８６と、電子プロセッサー１０９と、コンピュータ１１０との間の電気信
号の経路を示している；

【図１ｂ】 図１ｂは、示差平面ミラー干渉測定器６９を図示している。

【図１ｃ】 図１ｃは、示差平面ミラー干渉測定器群７０を図示している。

【図１ｄ】 図１ｄは、外部ミラーシステム９０を図示しており、これは、示差平面ミラー
干渉測定器６９およびステージ並進器６７に対する外部ミラーを備え付けている
。

【図１ｅ】 図１ｅは、外部ミラーシステム９０を図示しており、これは、示差平面ミラー
干渉測定器群７０およびステージ並進器６７に対する外部ミラーを備え付けてい
る。

【図１ｆ】 図１ｆは、処理エレクトロニクス１０９のブロック線図を示す図である。

【図１ｇ】 図１ｇは、第一実施態様の第二変形に対する処理エレクトロニクス１０９Ａの
ブロック線図を示す図である。

【図２ａ】 図２ａ〜２ｃは、一緒になって、本発明の現在好ましい第二実施態様を概略形
式で描写しており、図２ａは、光路および電子信号経路を示し、ここで、第二実
施態様の要素は、第一実施態様の同じ番号を付けた要素として、類似の操作を実
行する。

【図２ｂ】 図２ｂは、示差平面ミラー干渉測定器１７０を図示している。

【図２ｃ】 図２ｃは、処理エレクトロニクス２０９のブロック線図を示す図である。

【図２ｄ】 図２ｄは、第二実施態様の第一変形に対する処理エレクトロニクス２０９Ａの
ブロック線図を示す図である。

【図２ｅ】 図２ｅは、第二実施態様の第二変形に対する処理エレクトロニクス２０９Ｂの
ブロック線図を示す図である。

【図２ｆ】 図２ｆは、第二実施態様の第三変形に対する処理エレクトロニクス２０９Ｃの
ブロック線図を示す図である。

【図３ａ】 図３ａ〜３ｇは、一緒になって、本発明の現在好ましい第三実施態様を概略形
式で描写しており、図３ａは、光路および電子信号経路を示し、ここで、第三実
施態様の要素は、第一実施態様の同じ番号を付けた要素として、類似の操作を実
行する。

【図３ｂ】 図３ｂは、光ビーム９が示差平面ミラー干渉測定器３６９に入る場合に対する
示差平面ミラー干渉測定器３６９を図示している。

【図３ｃ】 図３ｃは、光ビーム４４５が示差平面ミラー干渉測定器３６９を出る場合に対
する示差平面ミラー干渉測定器３６９を図示している。

【図３ｄ】 図３ｄは、示差平面ミラー干渉測定器２７０を図示している。

【図３ｅ】 図３ｅは、外部ミラーシステム９０を図示しており、これは、示差平面ミラー
干渉測定器３６９およびステージ並進器６７に対する外部ミラーを備え付けてい
る。

【図３ｆ】 図３ｆは、外部ミラーシステム９０を図示しており、これは、示差平面ミラー
干渉測定器群２７０およびステージ並進器６７に対する外部ミラーを備え付けて
いる。

【図３ｇ】 図３ｇは、処理エレクトロニクス３０９のブロック線図を示す図である。

【図４ａ】 図４ａ〜４ｄは、一緒になって、本発明の現在好ましい第四実施態様を概略形
式で描写しており、図４ａは、第一の好ましい実施態様と同じ装置から一部構成
される装置の光路および電子経路、ならびに、χおよびＫ／χの決定用の装置の
光路および測定経路を示し、ここで、要素の数字は、接尾語「ｂ」以外、第一の
好ましい実施態様の装置と同じ番号を付けた要素として、類似の操作を実行する
。

【図４ｂ】 図４ｂは、外部ミラーシステム９０ｂを図示しており、これは、示差平面ミラ
ー干渉測定器６９ｂに対する外部ミラーを備え付けている。

【図４ｃ】 図４ｃは、外部ミラーシステム９０ｂを図示しており、これは、示差平面ミラ
ー干渉測定器群７０ｂに対する外部ミラーを備え付けている。

【図４ｄ】 図４ｄは、処理エレクトロニクス１０９ｂのブロック線図を示す図である。

【図５】 図５は、本発明による方法を実施する際に実行される種々の工程を描写する高
レベルフローチャートである。

【図６ａ】 図６ａ〜６ｃは、リソグラフィー、および集積回路を製造することに対するそ
の応用に関し、ここで、図６ａは、干渉測定システムを使用するリソグラフィー
露出システムの概略図である。

【図６ｂ】 図６ｂは、集積回路を製造する際の工程を記述しているフローチャートである
。

【図６ｃ】 図６ｃは、集積回路を製造する際の工程を記述しているフローチャートである
。

【図７】 図７は、干渉測定システムを使用するビーム書き込みシステムの概略図である
。

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１２月２７日（２０００．１２．２７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【数１】 λ₁、λ₂、およびλ₃が波長であり、そしてｎ₁、ｎ₂、およびｎ₃が屈折率であり 、そして分母が［ｎ₃（λ₃）−ｎ₁（λ₁）］または［ｎ₂（λ₂）−ｎ₁（λ₁）］ によって置き換えられ得る、 ことによって特徴付けられる、干渉測定装置。

【数２】 これは、ｋ_j＝２π／λ_j、ｊ＝１および２、ならびにｎ_jiが波数ｋ_jに対応する 前記測定レッグの経路ｉにおける気体の屈折率であり、そして： ｐ₁λ₁≒ｐ₂λ₂；ｐ₁，ｐ₂＝１、２、３．．．、ｐ₁≠ｐ₂であり、ならびに位 相オフセットζ_lが該第１および第２の測定レッグに関連しない位相シフト

【化Ｎ】 へのすべての寄与を含む、ｐ₁＝２ｐ₂の場合であることによって特徴付けられる 、請求項２６に記載の干渉測定装置。

【化Ｖ】 によって与えられることによって特徴付けられる、請求項２７に記載の干渉測定 装置。

【化Ｇ】 、

【化Ｈ】 、および

【化Ｉ】 を決定するために適合されることによって特徴付けられる、請求項２７に記載の 干渉測定装置。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の詳細な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の分野） 本発明は、距離および屈折率を測定する光学機器に関する。本発明は、特に、
測定経路における気体の屈折率の光路長効果（屈折率変動の効果を含めて）に無
関係の干渉距離測定に関する。

【０００２】 （従来技術の背景） 計測学で頻繁に遭遇する問題には、空気のカラム（ｃｏｌｕｍｎ）の屈折率測
定がある。高度に制御した条件下にて（例えば、この空気カラムが、試料セルに
含まれていて、温度、圧力、および物理寸法について監視されるとき）、その屈
折率を測定するためのいくつかの方法が存在する。例えば、Ｊ．Ｔｅｒｒｉｅｎ
による「Ａｎ ａｉｒ ｒｅｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒ ｆｏｒ ｉｎｔｅｒｆｅ
ｒｅｎｃｅ ｌｅｎｇｔｈ ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ」の表題の文献（Ｍｅｔｒｏｌ
ｏｇｉａ １（３）．８０〜８３（１９６５））を参照せよ。

【０００３】 多分、空気の屈折率に関連した最も困難な測定は、温度および圧力を制御して
いない状態で、未知長または可変長の測定経路にわたる屈折率変動の測定である
。このような状況は、地球物理学および計測学の調査（それには、大気は、明ら
かに、制御されておらず、その屈折率は、空気密度および組成の変動のために、
劇的に変化している）において、頻繁に起こる。この問題は、Ｈ．Ｍａｔｓｕｍ
ｏｔｏおよびＫ．Ｔｓｕｋａｈａｒａによる「Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ
ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｈａｓｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｏｎ ｌｏｎ
ｇ−ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ」の表題の文献（Ａｐｐｌ．Ｏ
ｐｔ．２３（１９），３３８８〜３３９４（１９８４））、およびＧ．Ｎ．Ｇｉ
ｂｓｏｎらによる「Ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｌｅｎｇｔｈ ｆｌｕｃｔｕａ
ｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ」の表題の文献（Ａｐｐｌ．Ｏ
ｐｔ．２３（２３），４３８３〜４３８９（１９８４））で、記述されている。

【０００４】 他の例の状況には、高精度距離測定干渉法（例えば、集積回路のリソグラフィ
ック製作で使用されるもの）がある。例えば、Ｎ．Ｂｏｂｒｏｆｆによる「Ｒｅ
ｓｉｄｕａｌ ｅｒｒｏｒｓ ｉｎ ｌａｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒ
ｙ ｆｒｏｍ ａｉｒ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ａｎｄ ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ
ｉｔｙ」の表題の文献（Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．２６（１３），２６７６〜２６８２
（１９８７））、およびまた、Ｎ．Ｂｏｂｒｏｆｆによる「Ｒｅｃｅｎｔ ａｄ
ｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｉｎｔ
ｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」の表題の文献（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎ
ｃｅ ＆ Ｔｅｃｈ．４（９），９０７〜９２６（１９９３））を参照せよ。前
記引用文献で述べているように、空気中での干渉変位測定は、環境の不確定性（
特に、空気の圧力および温度の変化；例えば、湿度の変化から生じる空気組成の
不確定性；および空気の乱流の効果）に晒される。このような要因は、この変位
を測定するのに使用される光の波長を変える。通常の条件下では、空気の屈折率
は、１×１０^-5〜１×１０^-4程度の変動で、およそ１．０００３である。多くの
用途では、この空気の屈折率は、０．１ｐｐｍ（百万分率）未満から０．００３
ｐｐｍまでの相対精度を有することが知られており、これらの２つの相対精度は
、それぞれ、１メートルの干渉変位測定に対して、それぞれ、１００ｎｍおよび
３ｎｍの変位測定精度に対応している。

【０００５】 位相見積もり（ｐｈａｓｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）のヘテロダイン法に対し
て、当該技術分野では、頻繁に言及されており、ここで、この位相は、制御され
た様式で、時間と共に変わる。例えば、既知形式の従来技術ヘテロダイン距離測
定干渉測定器では、その光源は、僅かに異なる光学的振動数（例えば、２ＭＨｚ
）を有する２本の直交偏光ビームを放射する。この場合の干渉測定レシーバーは
、典型的には、時間と共に変わる干渉信号を測定するために、直線偏光子および
光検出器から構成されている。この信号は、うなり振動数で振動し、この信号の
位相は、その相対位相差に対応している。ヘテロダイン距離測定干渉法における
従来技術のさらに代表的な例は、Ｇ．Ｅ．ＳｏｍｍａｒｇｒｅｎおよびＭ．Ｓｃ
ｈａｈａｍに発行された共有に係わる米国特許第４，６８８，９４０号（１９８
７）で教示されている。しかしながら、これらの既知形式の干渉測定計測学は、
屈折率の変動により制約されており、また、それ自体、次世代マイクロリソグラ
フィー機器に不適切である。

【０００６】 距離測定用の他の既知形式の干渉測定器は、Ｊ．Ｄ．ＲｅｄｍａｎおよびＭ．
Ｒ．Ｗａｌｌに発行された「Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ｍｅｔｈｏｄｓ
Ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｄｉｓｔａｎｃ
ｅ Ｔｏ Ａ Ｓｕｒｆａｃｅ」の表題の米国特許第４，００５，９３６号（１
９７７）で開示されている。ＲｅｄｍａｎおよびＷａｌｌにより教示された方法
は、２本の異なる波長のレーザービーム（その各々は、２個の部分に分割されて
いる）を使用することからなる。各ビームの一部には、周波数シフトが導入され
ている。各ビームの一部は、物体から反射して、光検出器上の他の部分と再結合
する。この検出器での干渉信号から、異なる周波数での位相が誘導され、これは
、この面までの距離の尺度である。この異なる周波数に関連した位相の等価波長
（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）は、２個のレーザー波長の積
をこれらの２個の波長の差で割った値に等しい。ＲｅｄｍａｎおよびＷａｌｌの
この２波長技術は、測定の曖昧性を少なくするが、少なくとも、この空気の屈性
率変動の悪影響に対して、単一波長技術と同程度に感受性である。

【０００７】 ＲｅｄｍａｎおよびＷａｌｌのものと類似した２波長干渉測定器の他の例は、
Ｒ．ＤａｎｄｌｉｋｅｒおよびＷ．Ｈｅｅｒｂｕｒｇｇに発行された「Ｍｅｔｈ
ｏｄ Ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｔｗｏ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ
Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ Ｗｉｔｈ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｈｅｔｅｒｏｄｙ
ｎｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ Ａｎｄ Ｕｓｅ Ｆｏｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｏｒ
Ｒａｎｇｅ Ｆｉｎｄｉｎｇ」の表題の米国特許第４，９０７，８８６号（１
９９０）で開示されている。このシステムはまた、Ｒ．Ｄａｎｄｌｉｋｅｒ、Ｒ
．ＴｈａｌｍａｎｎおよびＤ．Ｐｒｏｎｇｕｅによる「Ｔｗｏ−Ｗａｖｅｌｅｎ
ｇｔｈ Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ Ｕｓｉｎｇ Ｓｕｐｅｒ
ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」の表題の文献（Ｏｐｔ．Ｌｅｔ．
１３（５），３３９〜３４１（１９８８））、およびＲ．Ｄａｎｄｌｉｋｅｒ、
Ｋ．Ｈｕｇ、Ｊ．Ｐｏｌｉｔｃｈ、およびＥ．Ｚｉｍｍｅｒｍａｎｎによる「Ｈ
ｉｇｈ−Ａｃｃｕｒａｃｙ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ Ｗ
ｉｔｈ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔ
ｒｙ」の表題の文献で、記述されている。Ｄａｎｄｌｉｋｅｒらのシステムは、
米国特許第４，９０７，８８６号で教示されているように、２個の波長のレーザ
ービームを使用し、これらのビームの各々は、音響光学変調によって周波数が分
離された２個の偏光成分を含む。これらのビームを同一直線でマイケルソン干渉
測定器に通した後、これらの偏光成分を混合すると、干渉信号（すなわち、ヘテ
ロダイン信号）を生じる。このヘテロダイン信号が、これらの２個の波長の各々
に対して、異なる周波数を有するという点で、そこから、いわゆるスーパーヘテ
ロダイン信号が得られ、これは、これらのヘテロダイン周波数の差に等しい周波
数、およびこれらの２個のレーザー波長の積をこれらの２個の波長の差で割った
値に等しい等価波長に関連した位相を有する。米国特許第４，９０７，８８６号
（上で引用した）によれば、このスーパーヘテロダイン信号の位相は、測定物体
の位置、およびこの等価波長にのみ依存していると仮定されている。従って、こ
のシステムもまた、空気の屈折率の変動に対して測定または補正するようには設
計されていない。

【０００８】 ＲｅｄｍａｎおよびＷａｌｌにより、また、ＤａｎｄｌｉｋｅｒおよびＨｅｅ
ｒｂｕｒｇｇ（上で引用した）により開発された２波長スーパーヘテロダイン技
術のさらなる例は、Ｚ．Ｓｏｄｎｉｋ、Ｅ．Ｆｉｓｃｈｅｒ、Ｔ．Ｉｔｔｎｅｒ
およびＨ．Ｊ．Ｔｉｚｉａｎｉによる「Ｔｗｏ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｏｕ
ｂｌｅ ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ｕｓｉｎｇ
ａ ｍａｔｃｈｅｄ ｇｒａｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ」の表題の文献（Ａ
ｐｐｌ．Ｏｐｔ．３０（２２），３１３９〜３１４４（１９９１））、およびＳ
．ＭａｎｈａｒｔおよびＲ．Ｍａｕｒｅｒによる「Ｄｉｏｄｅ ｌａｓｅｒ ａ
ｎｄ ｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃｓ ｆｏｒ ｄｕａｌ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ
ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」の表題の文献（ＳＰＩ
Ｅ １３１９，２１４〜２１６（１９９０））で見られる。しかしながら、これ
らの例のいずれも、屈折率変動の問題を検討していない。

【０００９】 ヘテロダインおよびスーパーヘテロダイン干渉法における従来技術は、測定経
路における空気の光路長効果、特に、空気の屈折率における変動に起因する効果
を測定し補正する高速方法およびそれに対応する手段を提供していないことが、
前述のことから、結論づけられ得る。従来技術におけるこの欠点により、著しい
測定の不確定性が生じ、それにより、例えば、集積回路のマイクロリソグラフィ
ク製作で見られるような干渉測定器を用いる、システムの精度に著しい影響を与
える。さらなる干渉測定器は、必然的に、変化する物理長から構成される測定経
路において変動する屈折率を測定し補正する本発明の新規方法および手段を包含
する。

【００１０】 屈折率の変動を検出する１方法には、測定経路に沿って圧力および温度の変化
を測定すること、およびこの測定経路の光路長に対する効果を算出することであ
る。この算出に影響を与える数式は、Ｆ．Ｅ．Ｊｏｎｅｓによる「Ｔｈｅ Ｒｅ
ｆｒａｃｔｉｖｉｔｙ Ｏｆ Ａｉｒ」の表題の文献（Ｊ．Ｒｅｓ．ＮＢＳ ８
６（１），２７〜３２（１９８１））で開示されている。この技術の実行は、Ｗ
．Ｔ．Ｅｓｔｌｅｒによる「Ｈｉｇｈ−Ａｃｃｕｒａｃｙ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍ
ｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ Ｉｎ Ａｉｒ」の表題の文献（Ａｐｐ
ｌ．Ｏｐｔ．２４（６），８０８〜８１５（１９８５））で記述されている。残
念なことに、この技術は、概算値しか与えず、厄介であり、そして空気密度の緩
慢で全体的な変動に対してのみ、補正する。

【００１１】 測定経路にわたって屈折率を変動する効果を検出する他のさらに直接的な方法
は、複数波長距離測定による。その基本的な原理は、以下のように理解され得る
。干渉測定器およびレーザーレーダーは、最も多くの場合、屋外にて、基準物と
対象との間の光路長を測定する。この光路長は、この屈折率と、測定ビームが横
切る物理経路の積を積分したものである。だから、この屈折率は、波長と共に変
わるが、この物理経路は波長とは無関係であり、一般に、この光路長からこの物
理経路（特に、屈折率の変動の寄与）を決定することは可能であるが、ただし、
その機器は少なくとも２つの波長を使用する。波長に伴う屈折率の変化は、分散
として、当該技術分野で公知であり、従って、この技術は、以下、分散技術と呼
ぶ。

【００１２】 屈折率測定のための分散技術には、長い歴史があり、レーザーの導入以前に遡
る。Ｋ．Ｅ．Ｅｒｉｃｋｓｏｎによる「Ｌｏｎｇ−Ｐａｔｈ Ｉｎｔｅｒｆｅｒ
ｏｍｅｔｒｙ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ａｎ Ｕｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ａｔｍｏｓ
ｐｈｅｒｅ」の表題の文献（ＪＯＳＡ ５２（７），７８１〜７８７（１９６２
））は、その基本原理を記述しており、地球物理学的な測定用の技術の実現可能
な分析を提供している。さらなる理論的な提案は、Ｐ．Ｌ．Ｂｅｎｄｅｒおよび
Ｊ．Ｃ．Ｏｗｅｎｓによる「Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄ
ｉｓｔａｎｃｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ Ｆｏｒ Ｔｈｅ Ｆｌｕｃｔｕａ
ｔｉｎｇ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｉｎｄｅｘ Ｏｆ Ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ
」の表題の文献（Ｊ．Ｇｅｏ．Ｒｅｓ．７０（１０），２４６１〜２４６２（１
９６５））で見られる。

【００１３】 屈折率補正のための分散技術に基づいた市販の距離測定レーザーレーダーは、
１９７０年代に出現した。Ｋ．Ｂ．ＥａｒｎｓｈａｗおよびＥ．Ｎ．Ｈｅｒｎａ
ｎｄｅｚによる「Ｔｗｏ−Ｌａｓｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｔａｎｃｅ −
Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｈａｔ Ｃｏｒｒｅｃｔｓ Ｆ
ｏｒ Ｔｈｅ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｉｎｄｅｘ Ｏｆ Ｒｅｆｒａｃｔｉ
ｏｎ」の表題の文献（Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．１１（４），７４９〜７５４（１９７
２））は、５〜１０ｋｍの測定経路にわたって操作するためのマイクロ波変調Ｈ
ｅＮｅおよびＨｅＣｄレーザーを使用する機器を開示している。この機器のそれ
以上の詳細は、Ｅ．Ｎ．ＨｅｒｎａｎｄｅｚおよびＫ．Ｂ．Ｅａｒｎｓｈａｗに
よる「Ｆｉｅｌｄ Ｔｅｓｔｓ Ｏｆ Ａ Ｔｗｏ−Ｌａｓｅｒ（４４１６Ａ
ａｎｄ ６３２８Ａ） Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｔａｎｃｅ−Ｍｅａｓｕｒｉｎ
ｇ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ Ｆｏｒ Ｔｈｅ Ａｔｍｏ
ｓｐｈｅｒｉｃ Ｉｎｄｅｘ Ｏｆ Ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ」の表題の文献（Ｊ
．Ｇｅｏ．Ｒｅｓ．７７（３５），６９９４〜６９９８（１９７２））に見出さ
れている。この分散技術の用途のさらなる例は、Ｅ．ＢｅｒｇおよびＪ．Ａ．Ｃ
ａｒｔｅｒによる、「Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｆｏｒ Ｓｉ
ｎｇｌｅ−Ａｎｄ Ｄｕａｌ−Ｃｏｃｌｏｒ Ｌａｓｅｒｓ Ｂｙ Ｒａｙ Ｔ
ｒａｃｉｎｇ」の表題の文献（Ｊ．Ｇｅｏ．Ｒｅｓ．８５（Ｂ１１），６５１３
〜６５２０（１９８０））、ならびにＬ．Ｅ．ＳｌａｔｅｒおよびＧ．Ｒ．Ｈｕ
ｇｇｅｔによる「Ａ Ｍｕｌｔｉ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｓｔａｎｃｅ−
Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｆｏｒ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ」の表題の文献（Ｊ．Ｇｅｏ．Ｒｅｓ．８１（３５）
，６２９９〜６３０６（１９７６））で論述されている。

【００１４】 地球物理学的な測定用の計装は、典型的には、輝度変調レーザーレーダーを使
用するものの、さらに短い距離には、光学干渉位相検出がさらに有利であること
が、当該分野で分かっている。Ｒ．Ｂ．ＺｉｐｉｎおよびＪ．Ｔ．Ｚａｌｕｓｋ
ｙに１９７２年に発行された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ａｎｄ Ｍｅｔｈ
ｏｄ Ｏｆ Ｏｂｔａｉｎｉｎｇ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａ
ｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」の表題の米国特許第３，６４７，３０２号では
、周囲条件（例えば、温度、圧力および湿度）の変化を補正するために、複数の
波長を使用する干渉変位測定システムが開示されている。この機器は、可動性物
体（すなわち、可変物理経路長）を使う操作のために、特別に設計されている。
しかしながら、ＺｉｐｉｎおよびＺａｌｕｓｋｙの位相検出手段は、高精度測定
には、充分に正確ではない。

【００１５】 さらに現代的で詳細な例には、Ｙ．Ｚｈｕ，Ｈ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，Ｔ．Ｏ
’ｉｓｈｉによる「Ｌｏｎｇ−Ａｒｍ Ｔｗｏ−Ｃｏｌｏｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒ
ｏｍｅｔｅｒ Ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｔｈｅ Ｃｈａｎｇｅ ＯＦ Ａ
ｉｒ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ」の表題の文献（ＳＰＩＥ １３１９
，Ｏｐｔｉｃｓ ｉｎ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｓｙｓｔｅｍｓ，５３８〜５３９（１
９９０））で記述されたシステムがある。Ｚｈｕらのシステムは、直角位相検出
と共に、１０６４ｎｍの波長のＹＡＧレーザーおよび６３２ｎｍのＨｅＮｅレー
ザーを使用する。Ｚｈｕらによる「Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｏｆ Ａｔｍｏｓ
ｐｈｅｒｉｃ Ｐｈａｓｅ Ａｎｄ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃ
ｅ Ｆｏｒ Ｌｏｎｇ−Ｐａｔｈ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅ
ｔｅｒ」の表題の先の文献（Ｐｒｏｃ．３^rd Ｍｅｅｔｉｎｇ Ｏｎ Ｌｉｇｈ
ｔｗａｖｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｓ
ｏｃ．ｏｆ Ｊａｐａｎ，３９（１９８９））では、実質的に同じ機器が、日本
語で記述されている。しかしながら、Ｚｈｕらの干渉測定器は、全ての用途（例
えば、マイクロリソグラフィー用のサブミクロン干渉法）には、充分な解像度を
有しない。

【００１６】 マイクロリソグラフィー用の高精度干渉法での最近の試みは、Ａ．Ｉｓｈｉｄ
ａ（１９９０）に発行された米国特許第４，９４８，２５４号に示されている。
類似のデバイスは、「Ｔｗｏ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎ
ｔ−Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ Ｕｓｉｎｇ Ｓｅｃ
ｏｎｄ−Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｔｏ Ｅｌｉｍｉｎａｔｅ Ａｉｒ−
Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ−Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｅｒｒｏｒｓ」の表題の文献（Ｊｐｎ
．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２８（３），Ｌ４７３〜４７５（１９８９））で、
Ｉｓｈｉｄａにより記述されている。この文献では、変位測定干渉測定器が開示
されており、これは、２波長分散検出によって、屈折率の変動により引き起こさ
れる誤差をなくす。Ａｒ⁺レーザー源は、ＢＢＯとして当該分野で公知の周波数 重複結晶（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｕｂｌｉｎｇ ｃｒｙｓｔａｌ）によって
、両方の波長を同時に提供する。ＢＢＯ重複結晶を使用することにより、２個の
波長が得られ、これらは、基本的には、位相ロックされ、それゆえ、この屈折率
測定の安定性および精度を大きく改良する。しかしながら、この位相検出手段は
、簡単なホモダイン直角位相検出を使用するが、高解像度位相測定には不充分で
ある。さらに、この位相検出および信号処理手段は、動的測定（この測定では、
その物体の運動は、正確に検出するのが困難な急速な位相変化を生じる）には適
切ではない。

【００１７】 Ｓ．Ａ．Ｌｉｓ（１９９５）に発行された「Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ
Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｗｉｔｈ Ａｉｒ Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃ
ｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ」の表題の米国特許第５，４０４，２２２号では
、屈折率変動を検出し補正するための分散技術を使用する２波長干渉測定器が開
示されている。類似の装置は、Ｌｉｓによる「Ａｎ Ａｉｒ Ｔｕｒｂｕｌｅｎ
ｃｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ Ｆｏｒ ＩＣ
Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ」（ＳＰＩＥ ２４４０（１９９５））と題され
た文献に記述されている。Ｓ．Ａ．Ｌｉｓによる米国特許第５，４０４，２２２
号における改良は、１９９６年７月に発行された米国特許第５，５３７，２０９
号で開示されている。Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．（上に記載）でＩｓｈ
ｉｄａにより教示されたことに関連する、このシステムの主な革新には、この位
相検出手段の精度を改良するための第二ＢＢＯ重複結晶の追加がある。この追加
ＢＢＯ結晶により、２つの全く異なる倍率（ｆａｃｔｏｒ）である波長を有する
２本のビームを光学的に干渉することが可能となる。得られた干渉は、その屈折
率に直接依存するがステージ運動とは実質的に無関係な位相を有する。しかしな
がら、Ｌｉｓにより教示されたシステムは、複雑であり、各測定経路のために追
加ＢＢＯ結晶を必要とする。マイクロリソグラフィーでは、ステージは、頻繁に
、６個またはそれ以上の測定経路が関与しており、そのＢＢＯは、比較的に高価
であり得、これらの追加結晶は、著しい費用負担となるという欠点がある。Ｌｉ
ｓのシステムのさらなる欠点には、ＰＺＴ変換器の物理変位に基づいて、低速（
３２−Ｈｚ）位相検出システムを使用することがある。

【００１８】 従来技術は、実用的な高速、高精度方法、および空気の屈折率を測定し測定経
路での空気の光路長効果（特に、空気の屈折率変動による効果）を測定し補正す
る、それに対応した手段を提供しないことが、前述のことから、明らかである。
従来技術の制限は、主に、以下の未解決の技術上の難題から生じる：（１）従来
技術のヘテロダインおよびスーパーへテロダイン干渉測定器は、空気の屈折率変
動により、精度が限定されている；（２）屈折率変動を測定するための従来技術
の分散技術は、干渉位相測定において、非常に高い精度（典型的には、高精度距
離測定干渉測定器の典型的な精度を大きく超える）が必要である；（３）位相測
定精度を改良するように従来技術の干渉測定器を明らかに改変すると、現代のマ
イクロリソグラフィー設備でのステージ運動の迅速性に適合しない程度まで、測
定時間が長くなる；（４）従来技術の分散技術は、少なくとも２個の非常に安定
なレーザー源、または複数の位相ロック波長を放射する単一源が必要である；（
５）マイクロリソグラフィー用途での従来技術である分散技術は、この測定中の
ステージ運動に感受性であり、その結果、系統的な誤差が生じる；および（６）
この検出システムの一部として重複結晶を使用する従来技術である分散技術（例
えば、Ｌｉｓの米国特許第５，４０４，２２２号）は、高価であり、そして複雑
である。

【００１９】 従来技術のこれらの欠点があるために、測定経路に気体が存在するマイクロリ
ソグラフィー用の変動測定を行うための任意の実用的な干渉測定システム（この
場合、典型的には、屈折率変動があり、この測定経路は、変化する物理長から構
成される）は、存在しない。

【００２０】 従って、本発明の目的は、測定経路における気体の屈折率および／またはこの
気体の光路長効果（ここで、この屈折率は、変動し得、および／またはこの測定
経路の物理長は変化し得る）を急速かつ正確に測定し監視する方法および装置を
提供することにある。

【００２１】 本発明の他の目的は、測定経路における気体の屈折率および／またはこの気体
の光路長効果を急速かつ正確に測定し監視する方法および装置を提供することに
あり、ここで、この気体の屈折率および／またはこの気体の光路長効果の測定お
よび監視の精度は、測定経路の物理長の急速な変化によっても、実質的に損なわ
れない。

【００２２】 本発明の他の目的は、測定経路における気体の屈折率および／またはこの気体
の光路長効果を急速かつ正確に測定し監視する方法および装置を提供することに
あり、ここで、この方法および装置は、周囲条件（例えば、温度および圧力）の
測定および監視を必要としない。

【００２３】 本発明の他の目的は、測定経路における気体の屈折率および／またはこの気体
の光路長効果を急速かつ正確に測定し監視する方法および装置を提供することに
あり、ここで、この方法および装置は、位相ロックした異なる波長の２本または
それ以上の光ビームを使用し得るが、その使用は必須ではない。

【００２４】 本発明の他の目的は、測定経路における気体の光路長効果を急速かつ正確に測
定し監視する方法および装置を提供することにあり、ここで、干渉測定での測定
経路長は、この気体の光路長効果の計算において、実質的に、使用されない。

【００２５】 本発明の他の目的は、測定経路における気体の屈折率および／またはこの気体
の光路長効果を急速かつ正確に測定し監視する方法および装置を提供することに
あり、ここで、干渉測定で使用される光学ビームの周波数および測定経路での気
体の屈折率および／またはこの気体の光路長効果の監視は、この気体の光路長効
果の相対的な寄与の計算では実質的には、使用されない。

【００２６】 本発明の他の目的は、一部は、明らかであり、一部は、以下で分かる。本発明
は、従って、図面と関連して読むとき、以下の詳細な説明で例示された構成、工
程、要素の組合せ、および部品の配列を有する方法および装置を備える。

【００２７】 （発明の要旨） 本発明は、一般に、測定経路での気体の屈折率および／またはこの気体による
この測定経路の光路長変化を測定し監視する装置および方法に関し、ここで、こ
の気体の屈折率は、変動し得（例えば、この気体は、乱れている）、および／ま
たはこの測定経路の物理長は、変化し得る。本発明はまた、電気光学計測学なら
びに他の用途で使用するための装置および方法に関する。さらに詳細には、本発
明は、屈折率の分散の測定（この分散は、この気体の密度に実質的に比例してい
る）および／または、この光路長の分散の測定（この光路長の分散は、この屈折
率の分散およびこの測定経路の物理長に関係している）を提供するように作動す
る。続いて、この気体の屈折率および／またはこの気体の光路長効果は、それぞ
れ、この屈折率の測定した分散および／またはこの光路長の測定した分散から、
引き続いて計算される。本発明の装置により生じる情報は、急速なステージ回転
（ｓｌｅｗ）速度により誘発される環境効果および外乱により引き起こされる少
なくとも１個の測定経路での気体の屈折率に関係した誤差を補正するために、干
渉距離測定機器（ＤＭＩ）での使用に特に適切である。

【００２８】 本発明のいくつかの実施態様が作成され、これらは、広義には、最終測定での
多少の精度要求を検討する２つの範疇に入る。種々の実施態様は、共通の特徴を
共有しているものの、それらは、個々の目標を達成するために、一部の詳細では
、異なっている。

【００２９】 一般に、本発明の装置は、第一および第二測定レッグ（それらの少なくとも１
本は、可変長を有し、また、それらの少なくとも１本は、少なくとも一部、その
気体で占められている）を有する干渉測定手段を備える。好ましい実施態様では
、これらの測定レッグの一方は、基準レッグであり、そして他方は、測定レッグ
である。これらの構成レッグは、好ましくは、この測定レッグがこの基準レッグ
の光路長と実質的に同じその光路長の一部を有するように、構成され、配置され
ている。典型的な干渉ＤＭＩ用途での測定レッグの光路の残りの部分にある気体
は、空気である。

【００３０】 異なる波長を有する少なくとも２本の光ビームを生成するための手段が備えら
れている。好ましい実施態様では、光源は、光ビームセットを生成し、この光ビ
ームセットは、少なくとも２本の光ビームから構成され、この光ビームセットの
各ビームは、異なる波長を有する。この光ビームセットのビームの波長間の関係
（近似関係）は、公知である。

【００３１】 この光ビームセットの各ビームの２本の直交偏光成分間で少なくとも１つの周
波数差を導入することにより、この光ビームセットから、周波数シフトした光ビ
ームセットが生成される。これらの実施態様の幾つかにおいて、この周波数シフ
トした光ビームセットのうちのいずれの２本のビームも、同じ周波数差を有しな
いのに対して、これらの実施態様の特定の幾つかにおいて、この周波数シフトし
た光ビームセットのうちの少なくとも２本のビームは、同じ周波数差を有する。
所定実施態様に対して、それらの波長の比は、相対精度に対する公知の近似関係
と同じであり、これは、選択した操作波長および対応する既知近似関係に依存し
ている。この波長依存性のために、これらの相対精度は、これらの波長の比の各
相対精度と呼ばれている。多数の実施態様では、この波長比の各相対精度は、（
この気体の各相対分散）×（この気体の各屈折率の測定および／またはこの気体
に依るこの測定レッグの光路長の各変化の測定に必要な相対精度）より一桁小さ
い。

【００３２】 これらの実施態様の幾つかにおいて、この近似関係は、一連の比として表わさ
れ、各比は、各相対精度（この一連の比の各相対精度）に対する低位非ゼロ整数
（ｌｏｗ ｏｒｄｅｒ ｎｏｎ−ｚｅｒｏ ｉｎｔｅｇｅｒｓ）の比（例えば、
２／１）から構成され、ここで、これらの一連の比の各相対精度は、（この気体
の各分散）×（この気体の各屈折率の測定および／またはこの気体に依るこの測
定レッグの光路長の各変化の測定に必要な各相対精度）より一桁小さい。

【００３３】 他の実施態様（この場合、これらの波長の比の各相対精度は、所望の値に関し
て、不適切である）では、これら波長の比の各相対精度を制御するフィードバッ
ク、これらの波長の比の所望の各相対精度からのこれらの波長の比の各相対精度
の望ましくない逸脱により影響される引き続いた計算を補正するための情報、ま
たは両方のいくつかの組合せを提供するための手段が提供されている。また、Ｄ
ＭＩの主要目的（すなわち、その測定長の長さ変化の決定）で使用される波長を
監視するための手段が提供されている。

【００３４】 これらの周波数シフトした光ビームの各々の少なくとも一部は、適切な光学手
段により、この干渉測定手段へと導入され、各周波数シフトした光ビームの少な
くとも一部の第一部分は、この基準レッグの所定経路に沿って、この基準レッグ
を通って進み、そして各周波数シフトした光ビームの少なくとも一部の第二部分
は、この測定レッグの所定経路に沿って、この測定レッグを通って進行するよう
にされ、各周波数シフトした光ビームの少なくとも一部の第一および第二部分は
、異なる。後に、各周波数シフトした光ビームの少なくとも一部である第一およ
び第二部分は、射出ビームとして、この干渉測定手段から現れ、これは、この基
準レッグにある所定経路を通る光路長およびこの測定レッグのある所定経路を通
る光路長についての情報を含んでいる。これらの実施態様の１つでは、各周波数
シフトした光ビームの少なくとも一部である第一および第二部分の３セットが生
成され、１セットは、ある波長であり、そして２セットは、他の波長である。

【００３５】 さらに他の実施態様では、これらの光学手段は、これらの周波数シフトした光
ビームの各々の少なくとも一部の特定のものが、この基準レッグおよび測定レッ
グを通って進行するにつれて、マルチパスを受けるように、そして、これらの周
波数シフトした光ビームの各々の少なくとも一部の追加の特定のものが、この基
準レッグおよび測定レッグを通って進行するにつれて、マルチパスを受けるよう
に、構成されており、これらの特定のものに対するマルチパス数は、これらの追
加の特定のものに対するマルチパス数とは異なる。

【００３６】 さらに一般的には、これらの光ビームの第一および第二の所定部分は、異なる
パス数で、所定光路に沿って、第一および第二測定レッグを通って進み、これら
の第一および第二測定レッグの物理経路長を変える相対速度を補正する。

【００３７】 混合光学信号（これは、各周波数シフトした光ビームの少なくとも一部の第一
および第二部分の射出ビーム間の位相差に対応する情報を含む）を生じるように
この射出ビームを受容するための組合せ手段が提供されている。これらの混合光
学信号は、次いで、光検出器（好ましくは、光電検出）により感知され、これは
、電気的干渉信号（これは、この異なるビーム波長でのその気体の屈折率、およ
びこの異なるビーム波長でのこの気体の屈折率に依るその測定レッグにおける光
路長に対応する情報を含む）を生成するように、作動する。

【００３８】 これらの電気干渉信号は、次いで、電子手段（これは、この気体の屈折率の分
散および／またはこの気体の分散（ｎ_i−ｎ_j）（ここで、ｉおよびｊは、波長に
対応する整数であり、互いに異なる）に実質的に依るこの測定レッグの光路長の
分散を決定するように、作動する）により、分析される。この情報およびこの気
体の逆分散能から、この気体の屈折度（ｎ_r−１）（ここで、ｒは、波長に対応 する整数である）、および／またはこの気体の屈折率に依るこの測定レッグの光
路長に対する寄与もまた、この電子手段により、決定できる。ｒの値は、ｉおよ
びｊとは異なり得るか、あるいはｉまたはｊのいずれかと同じであり得る。この
電子手段は、必要な計算を実行するように周知方法で適切にプログラム化したマ
イクロプロセッサーまたは汎用コンピューターの形態で、電子手段を備えること
ができる。

【００３９】 好ましい形態では、これらの電気干渉信号は、この気体の屈折率およびこの測
定レッグの光路長に対応する位相情報を含むヘテロダイン信号を含み、この装置
は、さらに、この気体の屈折率の分散およびこの気体の屈折率の分散に依るこの
測定レッグの光路長の分散に対応する位相情報を生じるために、これらのヘテロ
ダイン信号の位相を決定する手段を備えている。これらの実施態様のいくつかに
おいて、この装置は、さらに、この気体の屈折率の分散およびこの気体の屈折率
の分散に依るこの測定レッグの光路長の分散に対応する位相を含む少なくとも１
個のスーパーヘテロダイン信号を生成するために、これらのヘテロダイン信号を
混ぜる（すなわち、乗算する）ための手段を備えている。また、これらの実施態
様の幾つかで生成するヘテロダイン信号およぴスーパーへテロダイン信号の位相
曖昧性を解像するための手段もまた、備えられている。これらの光ビーム部分が
種々の実施態様の干渉測定手段を通って進行するにつれて遭遇する光路の詳細に
依存して、追加エレクトロニクスまたは異なるエレクトロニクスが提供される。
前述の様式では、これらの電子手段は、この気体が占める測定レッグの物理経路
長を変える速度に依る計算に対する任意の効果を改善するように、作動する。

【００４０】 開示された本発明方法は、記述の好ましい装置を用いて実行し得るものの、こ
れはまた、他の周知装置を用いても実施し得ることが明らかである。さらに、こ
の装置はホモダイン信号を用いる装置が使用され得ることが示される。

【００４１】 （発明の詳細な説明） 本発明は、少なくとも１個の測定経路にある気体の屈折度および／またはこの
気体に依るこの測定経路の光路長の変化が迅速に測定され、引き続いて、ダウン
ストリーム用途または同時生成用途で使用され得る装置および方法に関し、ここ
で、この気体の屈折率およびこの測定経路の物理長のいずれかまたは両方は、変
化し得る。同時生成用途の一例には、この測定経路にある気体の屈折率の効果（
特に、測定経路における急速なステージ回転速度により誘発される周囲条件の変
化または空気の乱れのために、この測定期間中に起こる光路長の変化）を補正す
ることによる、精度を向上させるための干渉距離測定機器にある。

【００４２】 本発明の装置の多数の異なる実施態様が示され、そして記述されている。それ
らは、ある細部では異なるものの、開示された実施態様は、それ以外では、多く
の共通の要素を共有し、それらの光源に要求される制御の程度に依存し、当然、
２つの範疇に入る。分かるように、各範疇内の開示実施態様はまた、それらの干
渉測定光路が、いかにして実行され、および／またはある種の情報信号が、いか
にして、電子的に取り扱われるかという細部では、異なっている。

【００４３】 記述する第一群の実施態様は、３つの実施態様およびそれらの変形を含む。こ
の群は、以下の用途が意図される：この用途では、採用した光源の安定性は、充
分であり、そして採用した光源により生成する光ビームの波長の比は、最終用途
により出力データに課せられる必要精度と合うのに充分な各相対精度と、既知の
比の値とが一致している。

【００４４】 第二群の実施態様もまた、３つの実施態様およびそれらの変形を含み、これら
は、以下の用途に特に適切である：この用途では、この光源の安定性を監視して
、精度に対する性能要件に合うように採用した光源により生成した光ビームの波
長比を測定する必要がある。両方の群に対して、位相曖昧性および位相および群
遅延（ｇｒｏｕｐ ｄｅｌａｙｓ）（これは、ホモダイン信号、ヘテロダイン信
号および／またはスーパーへテロダイン信号を分析する際に、起こり得る）を扱
うための装置が開示されており、また、本発明の工程を実行するための方法が開
示されている。

【００４５】 本発明の装置の実施態様の異なる変形の独特で発明的な特徴は、一例に示され
ており、ここで、１波長λ₁のビームは、（２ｐ）×（測定経路の往復物理長） ×（λ₁での屈折率ｎ₁）（ｐは、整数である）に比例した位相シフトを効果的に
経験するのに対して、波長λ₂の第二ビームは、（ｐ）×（測定経路の往復物理 長）×（λ₂での屈折率ｎ₂）に比例した位相シフトを効果的に経験し、第一波長
は、第二波長のぼぼ２倍である。２ｐのマルチパスを効果的に経験する第一ビー
ムが測定経路を通過し、そしてｐのマルチパスを効果的に経験する第二ビームが
測定経路を通過する結果として、これらの２本のビームに対する光路長は、ほぼ
同じとなり、それにより、この気体の屈折度に依る差の相対効果を向上させる。
さらに、これらの２本のビームに対するドップラーシフトは、ほぼ同じであり、
それにより、干渉信号を経験する群遅延の差の効果を低下させる。マルチパス干
渉測定器は、例えば、Ｐ．ＨａｒｉｈａｒａｎおよびＤ．Ｓｅｎによる「Ｄｏｕ
ｂｌｅ−ｐａｓｓｅｄ ｔｗｏ−ｂｅａｍ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ」
の表題の文献（Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．５０，３５７〜３６１（１９６０）
）で記述されているように、測定解像度を改良する手段として、当該技術分野で
公知である；しかしながら、その測定経路での気体量および気体補正を測定する
目的のために、同じシステムでのｐパスおよび２ｐパス干渉測定器の本発明の組
合せは、本出願人には未知であり、また、当該分野において、本明細書中で初め
て教示される。このような本発明の組合せを達成するための装置は、以下の段落
で記述されている。その好ましい実施態様は、基準経路および測定経路によって
述べられているのに対して、両方の経路は、可変長の測定経路であり得、この場
合、それらの少なくとも１個は、少なくとも部分的に、気体により占められてい
ることが明らかである。

【００４６】 図１ａ〜１ｆは、測定経路での気体の屈折度および／またはこの気体に依るこ
の測定経路の光路長の変化を測定し監視するための本発明の好ましい１実施態様
を、概略形式で描写しており、ここで、この気体の屈折率およびこの測定経路の
物理長のいずれかまたは両方は、変化され得、この場合、採用した光源の安定性
は、充分であり、また、採用した光源により生成する光ビームの波長の比は、最
終用途により出力データに課せられる必要精度と合うのに充分な各相対精度で、
既知の比の値と合致している。この装置は、広範囲の放射線源に対する用途があ
るものの、以下の記述は、光学測定システムに関連した例として取り上げられて
いる。

【００４７】 図１ａを参照すると、本発明の第一の好ましい実施態様の好ましい装置および
方法に従って、光源１から放射された光ビーム７は、変調器３を通って、光ビー
ム９となる。変調器３は、ドライバー５により励起される。光源１は、好ましく
は、レーザーまたはコヒーレント光の類似光源であり、これは、好ましくは、偏
光されており、そして波長λ₁を有する。変調器３は、例えば、音響光学デバイ ス、または音響光学デバイスとビーム７の偏光成分を選択的に変調するための追
加光学機器との組合せであり得る。変調器３は、好ましくは、直交直線偏光成分
に関して量ｆ₁だけ、ビーム７の１直線偏光成分の発振周波数をシフトし、これ らの成分の偏光方向は、本明細書中では、ｘおよびｙとして表示されている。第
一実施態様の以下の記述では、ビーム９のｘ偏光成分は、本発明の精神および範
囲から逸脱することなく、ビーム９のｙ偏光成分に関して、量ｆ₁だけシフトし た発振周波数を有すると仮定される。発振周波数ｆ₁は、ドライバー５により、 決定される。

【００４８】 次の工程では、光源２から放射された光ビーム８は、変調器４を通って、光ビ
ーム１０となる。変調器３およびドライバー５と同様に、それぞれ、変調器４は
、ドライバー６により励起される。光源２は、光源１と同様に、好ましくは、レ
ーザーまたは偏光したコヒーレント光の類似光源であるが、好ましくは、異なる
波長λ₂であり、ここで、これらの波長の比（λ₁／λ₂）は、既知の近似した比 の値（ｌ₁／ｌ₂）有し、すなわち、

【００４９】

【数５】

【００５０】 である。ここで、ｌ₁およびｌ₂は、整数値および非整数値を呈し得、これらの波
長の比（λ₁／λ₂）は、相対精度に対する比の値（ｌ₁／ｌ₂）と同じであるり、
これらの値は（この気体の屈折率の分散（ｎ₂−ｎ₁））×（この気体の屈折度の
測定に望ましい相対精度、またはこの気体に依るこの測定レッグの光路長の変化
の測定に望ましい相対精度ε）よりも１桁またはそれ以上小さい。ビーム１０の
ｘ偏光成分は、ビーム１０のｙ偏光成分に関して、量ｆ₂だけシフトした発振周 波数を有する。発振周波数ｆ₂は、ドライバー６により決定される。さらに、ビ ーム９および１０のｘ成分の周波数シフトの方向は、同じである。

【００５１】 ビーム７および８が、１個より多い波長を放射する単一レーザー源により、周
波数の重複、三重複、四重複などを達成する光学周波数重複手段と組合せた単一
レーザー源により、和周波数生成または差周波数生成と結合した異なる波長の２
個のレーザー源により、あるいは２個またはそれ以上の波長の光ビームを生成で
きる任意の同等の光源配置により、交互に供給され得ることは、当業者が理解す
る。

【００５２】 レーザー源は、例えば、ガスレーザー（例えば、ＨｅＮｅ）であり得、これは
、当業者の公知の種々の従来の技術（例えば、Ｔ．Ｂａｅｒら、「Ｆｒｅｑｕｅ
ｎｃｙ Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ０．６３３μｍ Ｈｅ−Ｎｅ
−ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ Ｚｅｅｍａｎ Ｌａｓｅｒ」（Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｏｐｔｉｃｓ，１９，３１７３〜３１７７（１９８０））；１９７５年６月１０
日に発行されたＢｕｒｇｗａｌｄらの米国特許第３，８８９，２０７号；および
１９７２年５月９日に発行されたＳａｎｄｓｔｒｏｍらの米国特許第３，６６２
，２７９号を参照）のいずれかで、安定化されている。あるいは、このレーザー
は、当業者に公知の種々の従来技術（例えば、Ｔ．ＯｋｏｓｈｉおよびＫ．Ｋｉ
ｋｕｃｈｉ，「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅ
ｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌａｓｅｒｓ ｆｏｒ Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ−ｔｙ
ｐｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ」（Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１６，１７９〜１８１（１９８０））なら
びにＳ．ＹａｍａｑｇｕｃｈｉおよびＭ．Ｓｕｚｕｋｉ，「Ｓｉｍｕｌｔａｎｅ
ｏｕｓ Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａ
ｎｄ Ｐｏｗｅｒ ｏｆ ａｎ ＡｌＧａＡｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
Ｌａｓｅｒ ｂｙ Ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｐｔｏｇａｌｖａｎｉｃ Ｅｆｆ
ｅｃｔ ｏｆ Ｋｒｙｐｔｏｎ」（ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃｓ，ＱＥ−１９，１５１４〜１５１９（１９８３））を参照）のうち
１つにより周波数安定化したダイオードレーザーであり得る。

【００５３】 ビーム９およびビーム１０の２つの光学周波数が、種々の周波数変調装置およ
び／またはレーザーのいずれかにより生成され得ることもまた、当業者が理解す
る：（１）ゼーマンスプリットレーザーの使用（例えば、１９６９年７月２９日
に発行されたＢａｇｌｅｙらの米国特許第３，４５８，２５９号；Ｇ．Ｂｏｕｗ
ｈｕｉｓ，「Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｅ Ｍｉｔ Ｇａｓｌａｓｅｒｓ」
（Ｎｅｄ．Ｔ．Ｎａｔｕｕｒｋ，３４，２２５〜２３２（１９６８年８月））；
１９７２年４月１８日に発行されたＢａｇｌｅｙらの米国特許第３，６５６，８
５３号；およびＨ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，「Ｒｅｃｅｎｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏ
ｍｅｔｒｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｕｓｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ
ｌａｓｅｒｓ」（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，６（２），
８７〜９４（１９８４））を参照）；（２）一対の音響光学ブラッグセルの使用
（例えば、Ｙ．ＯｈｔｓｕｋａおよびＫ．Ｉｔｏｈ，「Ｔｗｏ−ｆｒｅｑｕｅｎ
ｃｙ Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ｆｏｒ Ｓｍａｌｌ Ｄｉ
ｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ａ Ｌｏｗ Ｆｒｅ
ｑｕｅｎｃｙ Ｒａｎｇｅ」（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，１８（２），２
１９〜２２４（１９７９））；Ｎ．Ｍａｓｓｉｅら、「Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｌ
ａｓｅｒ Ｆｌｏｗ Ｆｉｅｌｄｓ Ｗｉｔｈ ａ ６４−Ｃｈａｎｎｅｌ Ｈ
ｅｔｅｒｏｄｙｎｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ」（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐ
ｔｉｃｓ，２２（１４），２１４１〜２１５１（１９８３））；Ｙ．Ｏｈｔｓｕ
ｋａおよびＭ．Ｔｓｕｂｏｋａｗａ，「Ｄｙｎａｍｉｃ Ｔｗｏ−ｆｒｅｑｕｅ
ｎｃｙ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ｆｏｒ Ｓｍａｌｌ Ｄｉｓｐｌａｃ
ｅｍｅｎｔ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」（Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１６，２５〜２９（１９８４））；Ｈ．Ｍａｔｓｕｍ
ｏｔｏ（上記）；１９９６年１月１６日に発行されたＰ．Ｄｉｒｋｓｅｎらの米
国特許第５，４８５，２７２号；Ｎ．Ａ．ＲｉｚａおよびＭ．Ｍ．Ｋ．Ｈｏｗｌ
ａｄｅｒ，「Ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｇ
ｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｕｎａｂｌｅ ｌｏｗ
−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｉｇｎａｌｓ」（Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．，３５（４），９
２０〜９２５（１９９６））を参照）；（３）単一音響光学ブラッグセルの使用
（例えば、１９８７年８月４日に発行されたＧ．Ｅ．Ｓｏｍｍａｒｇｒｅｎの共
有に係わる米国特許第４，６８４，８２８号；１９８７年８月１８日に発行され
たＧ．Ｅ．Ｓｏｍｍａｒｇｒｅｎの共有に係わる米国特許第４，６８７，９５８
号；Ｐ．Ｄｉｒｋｓｅｎら（上記）を参照）；（４）ランダムに偏光したＨｅＮ
ｅレーザーの２つの長手軸方向モードの使用（例えば、Ｊ．Ｂ．Ｆｅｒｇｕｓｏ
ｎおよびＲ．Ｈ．Ｍｏｒｒｉｓ，「Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｃｏｌｌａｐｓｅ
ｉｎ ６３２８Å ＨｅＮｅ Ｌａｓｅｒｓ」（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃ
ｓ，１７（１８），２９２４〜２９２９（１９７８））を参照）；または（５）
このレーザーの内部の複屈折要素などの使用（例えば、Ｖ．Ｅｖｔｕｈｏｖおよ
びＡ．Ｅ．Ｓｉｅｇｍａｎ，「Ａ 「Ｔｗｉｓｔｅｄ−Ｍｏｄｅ」 Ｔｅｃｈｎ
ｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｏｂｔａｉｎｉｎｇ Ａｘｉａｌｌｙ Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｅ
ｎｅｒｇｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｎ ａ Ｌａｓｅｒ Ｃａｖｉｔｙ」（Ａｐｐ
ｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，４（１），１４２〜１４３（１９６５））を参照）。

【００５４】 ビーム７および８の光源に使用される特定の装置は、それぞれ、ビーム７およ
び８の直径および発散を決定する。ある光源（例えば、ダイオードレーザー）に
は、それに続く要素のための適切な直径および発散をビーム７および８に備え付
けるために、従来のビーム成形オプティクス（例えば、従来の顕微鏡対物レンズ
）を使用する必要がありそうである。この光源がＨｅＮｅレーザーであるとき、
例えば、ビーム成形オプティクスは、必要でなくてもよい。

【００５５】 さらに、ビーム９および／またはビーム１０のｘおよびｙ偏光成分の両方が、
本発明の範囲および精神から逸脱することなく、周波数シフトされ得ることは、
当業者が理解し、ｆ₁は、ビーム９のｘおよびｙ偏光成分の周波数の差のままで あり、そしてｆ₂は、ビーム１０のｘおよびｙ偏光成分の周波数の差のままであ る。干渉測定器およびレーザー源の改良した分離は、一般に、ビームのｘおよび
ｙ偏光成分の両方をシフトする周波数、この周波数シフトを生じるのに使用され
る手段に依存して、改良した分離の程度により、可能となる。

【００５６】 次の工程では、ビーム１０の一部は、ビームスプリッタ５４Ａ（好ましくは、
非偏光型）により、ビーム２１２として反射され、そしてビーム１０の第二部分
は、ビームスプリッタ５４Ａによって伝達され、引き続いて、ミラー５４Ｂによ
り反射されて、ビーム１２となる。ビーム９は、示差平面ミラー干渉測定器６９
に入射し、そしてビーム１２および２１２は、示差平面ミラー干渉測定器群７０
（これは、２個の示差平面ミラー干渉測定器を備えている）に入射する。示差平
面ミラー干渉測定器６９および示差平面ミラー干渉測定器群７０は、ビームスプ
リッタ６５および外部ミラー（これらは、外部ミラーシステム９０により提供さ
れている）とともに、ビーム９のｘおよびｙ成分間の位相シフト

【００５７】

【化Ｇ】

【００５８】 （図面では

【００５９】

【数６】

【００６０】 を使用している）、ビーム１２のｘおよびｙ成分間の位相シフト

【００６１】

【化Ｈ】

【００６２】、 およびビーム２１２のｘおよびｙ成分間の位相シフト

【００６３】

【化Ｉ】

【００６４】 を導入するための手段を備えている。外部平面ミラーシステム９０は、以下で記
述のタイプのうち１つまたは他のダウンストリーム用途のフォトリソグラフィッ
ク装置６７に接続され得る。

【００６５】 示差平面ミラー干渉測定器は、２個の外部平面ミラー間の光路長変化を測定す
る。さらに、これは、熱的および機械的な外乱（これは、その干渉測定器ビーム
分割キューブおよびそれに付随した光学成分にて、起こり得る）の影響を受けな
い。示差平面ミラー干渉測定器６９は、図１ｂで示すように、８本の射出／帰還
ビーム１７、２５、３３、４１、１１７、１２５、１３３および１４１を有する
。ビーム９の１周波数成分（第一周波数成分）から始まるビーム１７、２５、３
３および４１は、基準レッグ用のビームを含み、そしてビーム９の第二周波数成
分から始まるビーム１１７、１２５、１３３および１４１は、測定レッグ用のビ
ームを含む。ビーム９の第一周波数成分が唯一の前駆体であるビームは、図１ｂ
では、破線により表示されており、そしてビーム９の第二周波数成分が唯一の前
駆体であるビームは、図１ｂでは、点線により表示されている。

【００６６】 示差平面ミラー干渉測定器群７０の１示差平面ミラー干渉測定器は、４本の射
出／帰還ビーム１８、２６、１１８および１２６を有する（図１ｃを参照）。ビ
ーム１２の１周波数成分（第一周波数成分）から始まるビーム１８および２６は
、基準レッグ用のビームを含み、そしてビーム１２の第二周波数成分から始まる
ビーム１１８および１２６は、測定レッグ用のビームを含む。ビーム１２の第一
周波数成分が唯一の前駆体であるビームは、図１ｃでは、破線により表示されて
おり、そしてビーム１２の第二周波数成分が唯一の前駆体であるビームは、図１
ｃでは、点線により表示されている。示差平面ミラー干渉測定器群７０の第二示
差平面ミラー干渉測定器は、４本の射出／帰還ビーム２１８、２２６、３１８お
よび３２６を有する。ビーム２１２の１周波数成分（第一周波数成分）から始ま
るビーム２１８および２２６は、基準レッグ用のビームを含み、そしてビーム２
１２の第二周波数成分から始まるビーム３１８および３２６は、測定レッグ用の
ビームを含む。ビーム２１２の第一周波数成分が唯一の前駆体であるビームは、
図１ｃでは、一点鎖線により表示されており、そしてビーム２１２の第二周波数
成分が唯一の前駆体であるビームは、図１ｃでは、二点鎖線により表示されてい
る。

【００６７】 ビーム１７、２５、３３、４１、１１７、１２５、１３３および１４１は、ビ
ームスプリッタ６５に入射し（図１ａ）、それぞれ、ビームＥ１７、Ｅ２５、Ｅ
３３、Ｅ４１、Ｅ１１７、Ｅ１２５、Ｅ１３３およびＥ１４１として、コーティ
ング６６（好ましくは、２色コーティング）を透過する。ビームＥ１７、Ｅ２５
、Ｅ３３、Ｅ４１、Ｅ１１７、Ｅ１２５、Ｅ１３３およびＥ１４１は、外部ミラ
ーシステム９０に入射し（これは、図１ｄで詳細に図示されている）、その結果
、ビーム４３および１４３を生じる（図１ｂ）。ビーム１４３および４３は、そ
れぞれ、外部ミラーシステム９０の測定経路でのこの気体を通る光路長について
の波長λ₁での情報、および基準経路を通る光路長についての情報を含む。

【００６８】 同様に、ビーム１８、２６、１１８、１２６、２１８、２２６、３１８および
３２６は、ビームスプリッタ６５に入射し、それぞれ、ビームＥ１８、Ｅ２６、
Ｅ１１８、Ｅ１２６、Ｅ２１８、Ｅ２２６、Ｅ３１８およびＥ３２６として、二
色コーティング６６によって反射される。ビームＥ１８、Ｅ２６、Ｅ１１８、Ｅ
１２６、Ｅ２１８、Ｅ２２６、Ｅ３１８およびＥ３２６は、外部ミラーシステム
９０に入射し（これは、図１ｅで図示されている）、その結果、それぞれビーム
２８、１２８、２２８および３２８を生じる（図１ｃ）。ビーム１２８および３
２８は、波長λ₂での外部ミラーシステム９０の測定経路でのこの気体を通る光 路長についての情報を含み、そしてビーム２８および１２８は、基準経路を通る
光路長についての波長λ₂での情報を含む。

【００６９】 ビーム４３は、ミラー６３Ｂにより反射され、その一部は、ビームスプリッタ
６３Ａ（好ましくは、非偏光型）により反射されて、ビーム４５の１成分となる
（図１ｂ）。ビーム１４３の一部は、ビームスプリッタ６３Ａによって透過され
、ビーム４５の第二成分となる。ビーム４５は、混合ビームであり、ビーム４５
の第一および第二成分は、同じ直線偏光を有する。ビーム４５は、示差平面ミラ
ー干渉測定器６９を出ていく。

【００７０】 ビーム２８（図１ｃ）は、ミラー５８Ｂにより反射され、その一部は、ビーム
スプリッタ５８Ａ（好ましくは、非偏光ビームスプリッタ）により反射されて、
ビーム３０の第一成分となる。ビーム１２８の一部は、ビームスプリッタ５８Ａ
を透過して、ビーム３０の第二成分となる。ビーム３０は、混合ビームであり、
ビーム３０の第一および第二成分は、同じ直線偏光を有する。

【００７１】 ビーム２２８は、ミラー５８Ｄにより反射され、その一部は、ビームスプリッ
タ５８Ｃ（好ましくは、非偏光ビームスプリッタ）により反射されて、ビーム２
３０の第一成分となる。ビーム３２８の一部は、ビームスプリッタ５８Ｃを透過
して、ビーム２３０の第二成分となる。ビーム２３０は、混合ビームであり、ビ
ーム２３０の第一および第二成分は、同じ直線偏光を有する。ビーム３０および
２３０は、示差平面ミラー干渉測定器群７０を出ていく。

【００７２】 位相シフト

【００７３】

【化Ｇ】

【００７４】 、

【００７５】

【化Ｈ】

【００７６】 および

【００７７】

【化Ｉ】

【００７８】 の大きさは、次式に従って、図１ａ〜１ｅで示した測定経路９８の経路ｉと基準
経路の経路ｉとの往復物理長間の差Ｌ_iに関係している：

【００７９】

【数７】

【００８０】 ｐ₁＝２ｐ₂の場合には、ｎ_jiは、波数ｋ_j＝（２π）／λ_jに対応している測定経
路９８の経路ｉでの気体の屈折率である。Ｌ_iに対する公称値は、外部ミラーシ ステム９０中のミラー面９５および９６の空間分離の２倍に相当している（図１
ｄおよび１ｅを参照）。その位相オフセット

【００８１】

【数８】

【００８２】 は、測定経路９８または基準経路に関係していない位相シフト

【００８３】

【化Ｎ】

【００８４】 に対する全ての寄与を含む。当業者には、ｐ₁≠２ｐ₂のときの場合への一般化は
、簡単な手順である。図１ｂ〜１ｅでは、示差平面ミラー干渉測定器６９、示差
平面ミラー干渉測定器群７０、ビームスプリッタ６５、および外部ミラーシステ
ム９０は、本発明の第一の好ましい実施態様の装置の機能を最も簡単な様式で図
示するために、それぞれ、ｐ₁＝４およびｐ₂＝２となるように、構成される。

【００８５】 等式（２）は、１波長および第二波長に対する結合した経路が実質的に同一の
広がりを持つ場合、すなわち、第一実施態様での本発明の機能を最も簡単な様式
で図示するように選択された場合に、有効である。当業者には、２つの異なる波
長に対する各個の結合した経路が実質的に同一の広がりを持たない場合への一般
化は、簡単な手順である。

【００８６】 距離測定干渉法で非直線性を生じる周期誤差（Ｂｏｂｒｏｆｆによる引用文献
を参照）は、等式（２）では省略されている。これらの周期誤差を無視できるレ
ベルまで低くするかまたは周期誤差の存在を補正するかいずれかのために、当業
者に公知の技術、すなわち、この干渉測定器にて分離ビームを用いることおよび
／または各光ビーム源からこの干渉測定器への光ビーム用送達システムにて分離
ビームを用いる技術［Ｍ．Ｔａｎａｋａ，Ｔ．Ｙａｍａｇａｍｉ，およびＫ．Ｎ
ａｋａｙａｍａ，「Ｌｉｎｅａｒ Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｅｒ
ｉｏｄｉｃ Ｅｒｒｏｒ ｉｎ ａ Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ Ｌａｓｅｒ Ｉｎ
ｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ａｔ Ｓｕｂｎａｎｏｍｅｔｅｒ Ｌｅｖｅｌｓ」
（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．ａｎｄ Ｍｅａｓ．，３８（２），
５５２〜５５４，１９８９）］ならびに、偏光および／または周波数混合を低く
した光ビーム源を用いる技術が使用できる。この干渉測定器での分離ビームの技
術は、例えば、図１ａ〜１ｅで示すような第一実施態様に組み込まれる。

【００８７】 光ビームが外部ミラーシステム９０のミラー９２から各個の測定および参照ビ
ームが混合される点へと進行する平均時間遅延は一般に、光ビームが異なる波長
を有するために異なる。それは、第一波長を有する１光ビームに対する複数パス
の数が第二波長を有する光ビームに対する複数パスの数とは異なり、第一および
第二波長が異なるからである。波長の異なる光ビームに対する平均時間遅延の差
の効果は、第一実施態様の記述を過度に複雑にしないように、等式（２）では省
略されている。

【００８８】 異なる波長の光ビームに対する平均時間遅延の各個の位相差へのその差の効果
は、二次効果であり、この効果は、外部ミラーシステム９０のミラー９２の速度
に比例しており、また、Ｌ_iに対する瞬間平均値にほぼ比例している。２ｍ／ｓ のミラー９２の移動速度、および２ｍのＬ_iの瞬間平均値に対して、各位相の差 は、およそ１ラジアンである。このような位相差は、低い周波数（典型的には、
１０Ｈｚのオーダーまたはそれ未満）で起こる。このような位相差、異なる波長
の光ビームに対する平均時間遅延の差の効果は、最終用途により出力データに課
せられる必要精度への引き続いた信号処理において、ミラー９２の速度およびＬ _i に対する近似瞬間平均値を知ると、モデル化でき、そして補正できる。

【００８９】 図１ａで示した次の工程では、ビーム４５、３０および２３０は、それぞれ、
光検出器８５、８６および２８６に衝突して、好ましくは、光電検出により、３
つの干渉信号（それぞれ、ヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₂およびｓ₃）を生じる。信 号ｓ₁は、波長λ₁に対応しており、そして信号ｓ₂およびｓ₃は、波長λ₂に対応 している。信号ｓ_lは、以下の形式を有する：

【００９０】

【数９】

【００９１】 ここで、時間依存性独立変数α_l（ｔ）は、以下により、与えられる：

【００９２】

【数１０】

【００９３】 ヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₂およびｓ₃は、それぞれ、電気信号１０３、１０４お よび３０４として、デジタルフォーマットまたはアナログフォーマットのいずれ
か（好ましくは、デジタルフォーマット）で、分析用電子プロセッサー１０９に
伝達される。

【００９４】 ヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₂およびｓ₃を電子的に処理する好ましい方法は、ｌ₁ および／またはｌ₂が低いオーダーの整数でないときの場合について、本明細書 中で提示されている。ｌ₁およびｌ₂が共に低いオーダーの整数であるときであっ
て、それらの波長の比が、最終用途により出力データに課せられた必要精度を伴
う、比（ｌ₁／ｌ₂）に合うのに充分な相対精度に合致するときの場合には、ヘテ
ロダイン信号ｓ₁、ｓ₂およびｓ₃を電気的に処理するのに好ましい手順は、本発 明の第一実施態様の第二変形に対して引き続いて定めたものと同じである。

【００９５】 今ここで、図１ｆを参照すると、電子プロセッサー１０９は、時間ベースの位
相検出（例えば、デジタルＨｉｌｂｅｒｔ変換位相検出器［Ｒ．Ｅ．Ｂｅｓｔに
よる「Ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｌｏｏｐｓ：ｔｈｅｏｒｙ，ｄｅｓｉｇｎ，
ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（２ｎｄ ｅｄ．ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ
（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）１９９３）のセクション４．１．１を参照］など）および
ドライバー５および６の位相を用いて、デジタル信号処理またはアナログ信号処
理のいずれか（好ましくは、デジタル処理）により、それぞれ位相

【００９６】

【化Ｇ】

【００９７】 、

【００９８】

【化Ｈ】

【００９９】 および

【０１００】

【化Ｉ】

【０１０１】 を決定するために電子プロセッサー１０９４Ａ、１０９４Ｂおよび１０９４Ｃを
備える。

【０１０２】 ドライバー５および６の位相は、電気信号（それぞれ、基準信号１０１および
１０２）により、デジタルフォーマットまたはアナログフォーマットのいずれか
（好ましくは、デジタルフォーマット）で、電子プロセッサー１０９に伝達され
る。基準信号（基準信号１０１および１０２の一方）もまた、ビーム９および１
０の一部をビームスプリッタ（好ましくは、非偏光ビームスプリッタ）でスプリ
ットすること、スプリットしたビーム９の一部およびビーム１０の一部を混合す
ること、および混合した部分を検出してヘテロダイン基準信号を生成することに
より、光学ピックオフ手段および検出器（図面では図示せず）によって、生成で
きる。

【０１０３】 再度、図１ｆを参照すると、電子プロセッサー１０９は、

【０１０４】

【化Ｈ】

【０１０５】 および

【０１０６】

【化Ｉ】

【０１０７】 を合計するための電子プロセッサー１０９６Ａを備える。次に、位相

【０１０８】

【化Ｇ】

【０１０９】 および得られた位相合計

【０１１０】

【化ＢＢ】

【０１１１】 は、それぞれ、電子プロセッサー１０９５Ａおよび１０９５Ｂにて、好ましくは
、デジタル処理で、それぞれ、ｌ₁／ｐ₁および（ｌ₂／ｐ₂）（１／２）が乗算さ
れ、位相

【０１１２】

【化ＣＣ】

【０１１３】 および

【０１１４】

【化ＤＤ】

【０１１５】 が得られる。位相

【０１１６】

【化ＣＣ】

【０１１７】 および

【０１１８】

【化ＤＤ】

【０１１９】 は、次に、電子プロセッサー１０９６Ｂで合計され、そして好ましくは、デジタ
ル処理により、電子プロセッサー１０９７Ａにて、他方から一方を減算して、そ
れぞれ、位相

【０１２０】

【化Ａ】

【０１２１】 （図面では

【０１２２】

【数１１】

【０１２３】 を使用している）およびΦを生じる。形式的には、以下である：

【０１２４】

【数１２】

【０１２５】

【化Ａ】

【０１２６】 およびΦは、外部ミラーシステム９０のいずれかのミラー９１または９２の（等
式（２）に関連して記述したような）異なる波長の光ビームに対する平均時間遅
延の差の効果によるチルト（ｔｉｌｔ）および／またはヨー（ｙａｗ）の瞬間的
な変化を除いて、外部ミラーシステム９０のいずれかのミラー９１または９２の
チルトおよび／またはヨーには影響されず、また、熱および機械的外乱（これは
、示差平面ミラー干渉測定器の使用の結果として、その干渉測定器ビーム分割キ
ューブおよびそれに付随した光学成分にて、起こり得る）の影響を受けないこと
が、等式（５）および（６）から分かる。

【０１２７】 異なる波長の光ビームに対する平均時間遅延の差の効果によっていずれかのミ
ラー９１または９２のチルトおよび／またはヨーの瞬間的変化から生じる

【０１２８】

【化Ａ】

【０１２９】 およびΦでの位相効果は、二次効果であり、この効果は、チルトまたはヨーのい
ずれかでの瞬間的角速度に比例しており、そして、Ｌ_iに対する瞬間平均値にほ ぼ比例しており、そして低い周波数（典型的には、１０Ｈｚのオーダーまたはそ
れ未満）で起こる。異なる波長の光ビームに対する平均時間遅延の差の効果によ
る、いずれかのミラー９１または９２のチルトおよび／あるいはヨーの瞬間的変
化から生じる

【０１３０】

【化Ａ】

【０１３１】 およびΦでの位相効果は、典型的には、１ラジアン未満である。いずれかのミラ
ー９１または９２のチルトおよび／あるいはヨーの瞬間的変化から生じる

【０１３２】

【化Ａ】

【０１３３】 およびΦでの位相効果は、最終用途により出力データに課せられる必要精度への
引き続いた信号処理において、ミラー９１または９２の瞬間的チルトおよび／ま
たはヨー角速度およびＬ_iに対する近似瞬間平均値を知ると、モデル化でき補正 できることは、当業者に明らかとなる。

【０１３４】 真空から構成される測定経路に対して、位相Φは、外部ミラーシステム９０に
あるミラーの一方または両方の動作（そのミラー分離を変える動作）に依るドッ
プラーシフトとは無関係に、実質的に一定であるべきである。これは、電気信号
ｓ₁、ｓ₂およびｓ₃が経験する群遅延の差があるために、実際に起こるケースで はない。群遅延は、しばしば、包絡線遅延と呼ばれ、１パケットの周波数の遅延
を示し、特定の周波数での群遅延は、特定の周波数での位相曲線の傾斜のネガテ
ィブとして、定義される［Ｈ．Ｊ．Ｂｌｉｎｃｈｉｋｏｆｆ ａｎｄ Ａ．Ｉ．
Ｚｖｅｒｅｖ，Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｉｍｅ ａｎｄ Ｆｒｅ
ｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎｓ，Ｓｅｃｔｉｏｎ ２．６，１９７６（Ｗｉｌｅ
ｙ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）を参照］。もし、位相Φが、真空から構成される測定経
路に対して一定ではないなら、定数からの位相Φの逸脱を補正するために、当業
者に公知の技術が使用できる（ＢｌｉｎｃｈｉｋｏｆｆおよびＺｖｅｒｉｖ（上
記）を参照）。Φでの群遅延効果は、検出できるだけでなく、並進器６７により
生じたミラー９２の異なる並進速度の関数としてΦを測定することにより、真空
を含む測定経路に対して決定できることを記しておくのが重要である。それぞれ
、検出器８５、８６および２８６にある光電検出器に近くして、信号ｓ₁、ｓ₂お
よびｓ₃のアナログ−デジタル変換を実行することにより、実際には、後のアナ ログ信号処理および／またはアナログ−デジタル変換ダウンストリームに対する
アナログ信号として信号ｓ₁、ｓ₂およびｓ₃を伝達するのとは反対に、デジタル 信号処理を行うことにより、Φでの群遅延効果が著しく低下され得ることを記す
こともまた、重要である。特定の群遅延に対する補正は、一般に、この特定の群
遅延を生じる処理要素の前または後、あるいは一部を前、そして一部を後にして
、導入され得る。

【０１３５】 電子プロセッサー１０９は、さらに、アナログまたはデジタル信号処理（好ま
しくは、デジタル処理）により、時間ベースの位相検出などを用いて、位相シフ
ト

【０１３６】

【化Ｇ】

【０１３７】 を決定するために、プロセッサー１０９４Ａを備え、基準信号１０１は、位相感
受性検出にて、基準信号として供される。位相

【０１３８】

【化Ｇ】

【０１３９】 、

【０１４０】

【化Ａ】

【０１４１】 およびΦは、デジタルフォーマットまたはアナログフォーマットのいずれか（好
ましくは、デジタルフォーマット）で、信号１０５として、コンピューター１１
０に伝達される。

【０１４２】 この気体の屈折度（ｎ₁−１）は、次式を用いて計算できる：

【０１４３】

【数１３】

【０１４４】 ここで、Ｌは、物理長Ｌ_iの平均であり、

【０１４５】

【数１４】

【０１４６】 であり、そして二次補正項は、省略されている。二次補正項は、測定経路ｉにわ
たる屈折率の平均からの測定経路ｉでの屈折率の一次変化、およびＬからの物理
長Ｌ_iの差に起因する。量Γは、この気体の逆分散能であり、これは、この気体 の周囲条件および外乱とは実質的に無関係である。オフセット項

【０１４７】

【化Ｕ】

【０１４８】 は、以下として、定義される：

【０１４９】

【数１５】

【０１５０】 ここで、

【０１５１】

【数１６】

【０１５２】 Γの値は、この気体組成の知見から、および、この気体成分の波長依存性屈折
度の知見から、コンピューター処理され得る。λ₁＝０．６３μｍ、λ₂＝０．３
２μｍおよび標準的な大気の例については、Γ≒２４である。

【０１５３】 さらに、等式（７）は、ある波長の光学ビームの結合経路が、実質的に第２の
波長の光学ビームの結合経路と同じ広がりを有する場合に有効であり、好適な構
成は、最も単純な形式で第２の実施形態の発明の作用を図示することにも役立つ
。当業者にとっては、ある波長の光学ビームの結合経路が、実質的に第２の波長
の光学ビームの結合経路と同じ広がりを有さない場合への一般化は、容易な手順
である。

【０１５４】 距離測定干渉法に関連する用途のために、ヘテロダイン位相

【０１５５】

【化Ｇ】

【０１５６】 と、位相

【０１５７】

【化Ａ】

【０１５８】 およびΦは、距離測定干渉測定器の測定経路での気体の屈折率の影響とは無関係
に、距離Ｌを決定するために用いられ得、その決定には次の公式が用いられる。

【０１５９】

【数１７】

【０１６０】 これらの波長の比率は、等式（８）および（９）の（Ｋ／χ）の項で表わされ
得、以下の結果を伴う。

【０１６１】

【数１８】

【０１６２】 以下の条件で作用するときに、

【０１６３】

【数１９】

【０１６４】 位相Φと

【０１６５】

【化Ａ】

【０１６６】 の比率は以下の近似値を有する。

【０１６７】

【数２０】

【０１６８】 それゆえ、波長の比率（λ₁／λ₂）が既知の近似比の値ｌ₁／ｌ₂（等式（１）を
参照）を有し、ここで、ｌ₁およびｌ₂は整数値および非整数値であり得、波長の
比率（λ₁／λ₂）が、絶対値のオーダーの相対精度に対する比の値ｌ₁／ｌ₂と同
じであるか、あるいは、気体の屈折度の測定に望ましい（ｎ₂−ｎ₁）倍の相対精
度εの気体の屈折率の分散、または気体による測定レッグの光路長の変化の分散
よりも小さい、正式には、以下の不等式で表わされる。

【０１６９】

【数２１】

【０１７０】 等式（７）および（１４）は、それぞれ以下のより単純な形式に簡略できる。

【０１７１】

【数２２】

【０１７２】

【数２３】

【０１７３】 ｎ₁の代わりに、またはｎ₁に加えて、ｎ₂に関してＬに対する同様の計算をする ことは当業者にとっては明白であろう。 （ｎ₂−１）＝（ｎ₁−１）（１＋１／Γ） （２１） 次の工程で、電子処理手段１０９は（ｎ₁−１）および／またはＬの計算のた めに、コンピュータ１１０に電子信号１０５として

【０１７４】

【化Ｇ】

【０１７５】 およびΦをデジタルまたはアナログ形式のどちらか、好適にはデジタル形式で伝
送する。（１／ｌ₁）Φにおける位相の冗長の解消が、（ｎ₁−１）、または気体
によるＬの変化のどちらかの、等式（１９）または（２０）のどちらかをそれぞ
れに用いる計算で必要とされる。加えて、

【０１７６】

【化Ｇ】

【０１７７】 における位相の冗長の解消が、等式（２０）を用いるＬの計算で必要とされ、χ
が時間の変数ならば、等式（２０）を用いる変化Ｌの計算で

【０１７８】

【化Ｇ】

【０１７９】 における位相の冗長の解消が必要とされる。

【０１８０】 （１／ｌ₁）Φを含む等価の波長が、波長λ₁およびλ₂のどちらかよりもきわ めて大きく、結果として、（１／ｌ₁）Φにおける位相の冗長の解消に対して実 行される手順において大幅な単純化を行う。（１／ｌ₁）Φに対する等価の波長

【０１８１】

【数２４】

【０１８２】 は、以下のとおりである。

【０１８３】

【数２５】

【０１８４】 例として、λ₁＝０．６３３μｍ、（ｎ₁−１）≒３×１０^-4、および（ｎ₂−ｎ₁ ）≒１×１０^-5とした場合、等式（２２）によって求められる等価の波長は、 λΦ≒６３ｍｍ （２３） である。

【０１８５】 等価の波長が等式（２２）で表わされるのであれば、いくつかの手順のうちの
いずれか１つが（１／ｌ₁）Φにおける位相の冗長を解消するために容易に用い られ得る。測定経路の変化が干渉測定器を用いて測定され得るような用途で、例
えば、測定経路における変化を測定するために用いられる距離測定干渉測定器に
基づく用途の特徴は、外部ミラーシステム９０の可動ミラー９２が、所与の長さ
および記録された（１／ｌ₁）Φにおける付随的な変化に対して制御された方式 で変換機６７によりスキャンされ得ることである。（１／ｌ₁）Φの記録された 変化、およびスキャンされた長さ（

【０１８６】

【化Ｇ】

【０１８７】 の変化によって記録されている）から、等価の波長

【０１８８】

【数２６】

【０１８９】 が計算され得る。等価の波長

【０１９０】

【数２７】

【０１９１】 に対して計算された値を用いて、（１／ｌ₁）Φにおける位相の冗長が、等価の 波長

【０１９２】

【数２８】

【０１９３】 に対する相対的に大きな値に鑑みて容易に解消され得る。

【０１９４】 測定レッグの気体による光路長の屈折度および／または変化の決定がなされ、
外部ミラーシステムのミラー９２が、先の段落において考慮されたような、スキ
ャニング特性を有さないような用途においては、（１／ｌ₁）Φの位相の冗長の 解消のために、他の手順が利用可能である。（１／ｌ₁）Φにおける位相の冗長 を解消するために用いられ得る１つの手順は、外部ミラーシステムの測定レッグ
に対する、往復物理長が、等比数列を形成するような一連の外部ミラーシステム
の使用に基づく。その一連の外部ミラーシステムにおける最小、または第１の往
復物理長Ｌは、（１／ｌ₁）Φの初期値が既知である相対精度によって分割され た、おおよそλ₁／［４（ｎ₂−ｎ₁）］である。一連の第２の外部ミラーシステ ム９０の往復物理長は、Φが第１の外部ミラーシステム９０を用いて測定される
相対精度によって分けられた第１の外部ミラーシステム９０のほぼ往復物理長で
ある。これは、等比数列の手順であり、結果的な往復物理長は等比数列を形成し
、一連の外部ミラーシステムの数が１ずつ増加された場合には、屈折度、または
気体の屈折度による光路長の変化を測定するために用いられる外部ミラーシステ
ム９０の、その往復物理長が大きくなるまで続く。

【０１９５】 第３の手順は、一連の既知の波長の供給源（図１ａ〜１ｅには示さず）の使用
、およびこれらの波長に対するΦの測定に基づく。位相の冗長の解消に必要とさ
れる既知の波長の数は、等式（２２）によって求められる

【０１９６】

【数２９】

【０１９７】 に対する値が、相対的に大きなため、一般的に小さな集合から成る。

【０１９８】 （１／ｌ₁）Φにおける位相の冗長を解消するための別の手順は、測定経路９ ８が、（１／ｌ₁）Φにおける位相の冗長を解消するために気体から真空状態（ 真空ポンプおよび必要な気体処理システムは、図１ａ〜１ｅには示さず）へ変化
するときに、（１／ｌ₁）Φにおける変化を観察することである。屈折度、およ び非ゼロ値から真空への気体圧の変化に一部基づく気体の屈折度による光路長の
変化の絶対値を測定するときに通常遭遇する問題は、（１／ｌ₁）Φの相対的に 大きな等価の波長のために、第１の好適な実施形態においては存在しない。

【０１９９】

【化Ｇ】

【０２００】 における位相の冗長の解消は、もし必要であれば、本発明の第２および第３の実
施形態、およびそれらの形態の変形における

【０２０１】

【化Ａ】

【０２０２】 の必要とされる位相の冗長の解消に関して、後に説明されていることに類似の問
題を表わす。結果として、第２および第３の実施形態、およびそれらの変形に関
する

【０２０３】

【化Ａ】

【０２０４】 における位相の冗長の解消を説明する手順は、必要であれば、

【０２０５】

【化Ｇ】

【０２０６】 における位相の冗長の解消での使用に適応され得る。

【０２０７】 等式（１９）および（２０）に含まれ、且つ等式（２）および（１１）で定義
されるζ₁および／または

【０２０８】

【化Ｕ】

【０２０９】 を含むオフセット項は、χが時間の変数であるかどうか、屈折度または／および
長さＬが、それぞれ決定されるかどうか、あるいは、屈折度または／および長さ
Ｌにおける変化が、それぞれ決定されるかどうかということに依存する決定およ
び／またはモニタリングのいくつかの組み合わせを必要とするような項である。
ζ₁および

【０２１０】

【化Ｕ】

【０２１１】 の決定のための１つの手順は、外部ミラーシステム９０のミラー９１と、ミラー
Ｒ９１（図１ｄおよび１ｅには示さず）との交換に基づく。このミラーＲ９１は
ミラー９１の表面９３に対応する表面Ｒ９３を備え、波長λ₁およびλ₂の両方に
対する反射面となるようにコーティングされ、

【０２１２】

【化Ｇ】

【０２１３】 およびΦのそれぞれの結果的に生じる値を測定する。

【０２１４】

【化Ｇ】

【０２１５】 およびΦの結果生じる値を、それぞれ

【０２１６】

【化Ｏ】

【０２１７】 およびΦ_Rにしてみる。分量ζ₁および

【０２１８】

【化Ｕ】

【０２１９】 は、等式（２）および（１９）から明らかなとおり、それぞれ、以下の公式によ
って

【０２２０】

【化Ｏ】

【０２２１】 およびΦ_Rに関連付けられる。

【０２２２】

【化Ｗ】

【０２２３】 ζ₁および

【０２２４】

【化Ｕ】

【０２２５】 への非電子的な寄与は、実質的に時間において一定であるが、これは示差平面ミ
ラー干渉測定器６９、示差平面ミラー干渉測定器群７０、ビームスプリッタ６５
、および外部ミラーシステム９０において起こる大規模な補正のためである。ζ ₁ および

【０２２６】

【化Ｕ】

【０２２７】 への電子的な寄与は、純粋に電子的手段（図示せず）によってモニタリングされ
得る。

【０２２８】 第１の好適な実施形態のビームスプリッタ６５の組み込みの結果として、λ₁ およびλ₂におけるビームに対する測定経路は、外部ミラーシステム９０におい て同一の広がりを有し、これにより、気体の分散が測定経路の気筒密度のための
高精度の代わりとして作用し得、ビームスプリッタ７１の偏光コーティング７３
、および１／４波リターデーション板７７は、λ₁で性能特性を満たせば良いだ けである一方、ビームスプリッタ７２の偏光コーティング７４、および１／４波
リターデーション板７８は、λ₂で性能特性を満たせば良いだけである。以上の ことは、当業者には明白である。第１の実施形態で開示された波長に基づく、こ
の重要な作用の適用は、気体、特に集積回路のマイクロリトグラフィックの製造
の場合のような高精度の用途における、同一の広がりを有する測定経路を備えた
異なる波長を有する３以上の光ビームの使用を必要とするときに、本発明の重要
な特徴であり得る。しかしながら、波長に基づくこの作用の適用は、第１の好適
な実施形態に開示されるとおりにはなされる必要はなく、例えば、ビームスプリ
ッタ７１および７２の機能は、本発明の精神および請求の範囲を逸脱することな
く、適切に修正された偏光面を有する単一のビームスプリッタによって達成され
る。

【０２２９】 第１の好適な実施形態の説明において、図１ａ〜１ｅに図示される干渉測定器
の構成が、示差平面ミラーとして当該分野で公知であると述べられている。示差
平面ミラー干渉測定器の他の形態、および平面ミラー干渉測定器、角度補正干渉
測定器、または同様のデバイス等の他の干渉測定器の形態が、Ｃ．Ｚａｎｏｎｉ
， ＶＤＩ Ｂｅｒｉｃｈｔｅ Ｎｒ． ７４９， ９３−１０６ （１９８９
）の「Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ａｒｒａｎ
ｇｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｄｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ａｎｇｌｅ ｍｅａｓｕ
ｒｅｍｅｎｔｓ： Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ， ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」というタイトルの記事に記載されている。同様のデ
バイスは、集積回路のマイクロリトグラフィックの製造で通常遭遇する段階を用
いて作業しているときに、本発明の精神または範囲を逸脱することなく、本発明
の第１の実施形態の装置に好適に組み込まれる。

【０２３０】 図１ｂは、図１ａに示される示差平面ミラー干渉測定器６９の１つの実施形態
を略式形態で示している。これは、以下のように作用する。ビーム９は、ビーム
スプリッタ５５Ａ（好適には、偏光ビームスプリッタ）に入射し、ビーム９の一
部は、ビーム１３として伝送される。ビームスプリッタ５５Ａにより反射された
ビーム９の第２の部分は、ミラー５５Ｂによって反射され、次に、ビーム１１３
として半波位相リターデーション板７９によって伝送される。半波位相リターデ
ーション板７９は、ビーム９の反射された部分の偏光の面を９０°回転させる。
ビーム１３および１１３は、同じ偏光を有するが、異なる周波数を有する。ビー
ムスプリッタ５５Ａおよびミラー５５Ｂの機能は、従来の偏光技術を用いてビー
ム９の２つの周波数成分を空間的に分けることである。

【０２３１】 ビーム１３および１１３は、偏光コーティング７３を有する偏光ビームスプリ
ッタ７１に入り、それぞれ、ビーム１５および１１５として伝送される。ビーム
１５および１１５は、１／４波位相リターデーション板７７を通過し、円偏波ビ
ーム１７および１１７にそれぞれ変換される。ビーム１７および１１７は、二色
性コーティング６６を有するビームスプリッタ６５によって伝送され、図１ｄに
図示されるように外部ミラーシステム９０内のミラーによって反射され往路を戻
り、ビームスプリッタ６５を逆に通過し、次に１／４波リターデーション板７７
を逆に通過し、元の入射ビーム１５および１１５に直交偏光される直線偏光ビー
ムに再び変換される。これらのビームは、偏光コーティング７３によって反射さ
れ、それぞれビーム１９および１１９になる。ビーム１９および１１９は、逆反
射体７５によって反射され、それぞれビーム２１および１２１になる。ビーム２
１および１２１は、偏光コーティング７３によって反射され、それぞれビーム２
３および１２３になる。ビーム２３および１２３は、１／４波位相リターデーシ
ョン板７７を通過し、それぞれ円偏波ビーム２５および１２５に変換される。ビ
ーム２５および１２５は、ビームスプリッタ６５によって伝送され、図１ｄに図
示されるように外部ミラーシステム９０内のミラーによって反射され往路を戻り
、ビームスプリッタ６５を逆に通過し、次に１／４波リターデーション板７７を
逆に通過し、直線偏光ビームに再び変換される。この直線偏光は、元の入射ビー
ム１５および１１５の直線偏光と同じである。これらのビームは、偏光コーティ
ング７３によって伝送され、それぞれビーム２７および１２７になる。ビーム２
７は、ミラー５７Ａおよび５７Ｂによって反射され、ビーム１２７は、ミラー５
７Ｃおよび５７Ｄによって反射され、それぞれビーム２９および１２９になる。

【０２３２】 ビーム２９および１２９は、偏光ビームスプリッタ７１に入り、偏光コーティ
ング７３を有する偏光ビームスプリッタ７１によってそれぞれ、ビーム３１およ
び１３１として伝送される。ビーム３１および１３１は、１／４波位相リターデ
ーション板７７を通過し、それぞれ円偏波ビーム３３および１３３に変換される
。ビーム３３および１３３は、ビームスプリッタ６５によって伝送され、図１ｄ
に図示されるように外部ミラーシステム９０内のミラーによって反射され往路を
戻り、ビームスプリッタ６５を逆に通過し、次に１／４波リターデーション板７
７を逆に通過し、元の入射ビーム３１および１３１に直交偏光される直線偏光ビ
ームに再び変換される。これらのビームは、偏光コーティング７３によって反射
され、それぞれビーム３５および１３５になる。ビーム３５および１３５は、逆
反射体７５によって反射され、それぞれビーム３７および１３７になる。ビーム
３７および１３７は、偏光コーティング７３に反射され、それぞれビーム３９お
よび１３９になる。ビーム３９および１３９は、１／４波位相リターデーション
板７７を通過し、それぞれ円偏波ビーム４１および１４１に変換される。ビーム
４１および１４１は、ビームスプリッタ６５によって伝送され、図１ｄに図示さ
れるように外部ミラーシステム９０内のミラーによって反射され往路を戻り、ビ
ームスプリッタ６５を逆に通過し、次に１／４波リターデーション板７７を逆に
通過し、直線偏光ビームに変換される。この直線偏光は、元の入射ビーム１５お
よび１１５の直線偏光と同じである。これらのビームは、偏光コーティング７３
によって伝送され、それぞれビーム４３および１４３になる。ビーム４３および
１４３は、波長λ₁で、気体の屈折度の影響が決定される測定経路９８の気体を 通る光路長に関する情報、および基準レッグを通る光路長の情報をそれぞれ含む
。

【０２３３】 ビーム４３は、ミラー６３Ｂによって反射され、次に、ビームスプリッタ６３
Ａ（好適には非偏光型）により、その一部がビーム４５の第１の成分として反射
される。ビーム１４３は、ビーム４５の第２の成分として伝送されるビーム１４
３の一部を有するビームスプリッタ６３Ａに入射する。ビーム４５の第１および
第２の成分は、同じ直線偏光を有するが、なお異なる周波数を有する。

【０２３４】 図１ｃは、図１ａに示される示差平面ミラー干渉測定器群７０の１つの実施形
態を略式形態で示している。これは、以下のように作用する。ビーム１２は、ビ
ームスプリッタ５６Ａ（好適には、偏光ビームスプリッタ）に入射し、ビーム１
２の一部は、ビーム１４として伝送される。ビームスプリッタ５６Ａにより反射
されたビーム１２の第２の部分は、ミラー５６Ｂによって反射され、次に、ビー
ム１１４として半波位相リターデーション板８０によって伝送される。半波位相
リターデーション板８０は、ビーム１２の入射部分の偏光の面を９０°回転させ
る。ビーム１４および１１４は、同じ偏光を有するが、異なる周波数を有する。
ビームスプリッタ５６Ａおよびミラー５６Ｂの機能の一部は、従来の偏光技術を
用いてビーム１２の２つの周波数成分を空間的に分けることである。

【０２３５】 ビーム１４および１１４は、偏光コーティング７４を有する偏光ビームスプリ
ッタ７２に入り、それぞれ、ビーム１６および１１６として伝送される。ビーム
１６および１１６は、１／４波位相リターデーション板７８を通過し、それぞれ
円偏波ビーム１８および１１８に変換される。ビーム１８および１１８は、二色
性コーティング６６を有するビームスプリッタ６５によって反射され、図１ｅに
図示されるように外部ミラーシステム９０内のミラーによって反射され往路を戻
り、ビームスプリッタ６５の表面６６に再び反射され、次に１／４波リターデー
ション板７８を逆に通過し、元の入射ビーム１６および１１６に直交偏光される
直線偏光ビームに再び変換される。これらのビームは、偏光コーティング７４に
よって反射され、それぞれビーム２０および１２０になる。ビーム２０および１
２０は、逆反射体７６によって反射され、それぞれビーム２２および１２２にな
る。

【０２３６】 ビーム２２および１２２は、偏光コーティング７４によって反射され、それぞ
れビーム２４および１２４になる。ビーム２４および１２４は、１／４波位相リ
ターデーション板７８を通過し、それぞれ円偏波ビーム２６および１２６に変換
される。ビーム２６および１２６は、ビームスプリッタ６５の表面６６によって
反射され、図１ｅに図示されるように外部ミラーシステム９０内のミラーによっ
て反射され往路を戻り、ビームスプリッタ６５の表面６６に再び反射され、次に
１／４波リターデーション板７８を通過し、直線偏光ビームに再び変換される。
この直線偏光は、元の入射ビーム１６および１１６の直線偏光と同じである。こ
れらのビームは、偏光コーティング７４によって伝送され、それぞれビーム２８
および１２８になる。ビーム２８および１２８は、波長λ₂で、気体の屈折度の 影響が決定される測定経路９８の気体を通る光路長に関する情報、および基準レ
ッグを通る光路長の情報をそれぞれ含む。

【０２３７】 ビーム２８は、ミラー５８Ｂによって反射され、次に、ビームスプリッタ５８
Ａ（好適には非偏光型）により、その一部がビーム３０の第１の成分として反射
される。ビーム１２８は、ビーム３０の第２の成分として伝送されるビーム１２
８の一部を有するビームスプリッタ５８Ａに入射する。ビーム３０の第１および
第２の成分は、同じ直線偏光を有するが、なお異なる周波数を有する。

【０２３８】 ビーム２１２は、ビーム２１４として伝送されているビーム２１２の一部を有
するビームスプリッタ５６Ａに入射する。ビーム２１２の第２の部分は、ビーム
スプリッタ５６Ａにより反射され、次にミラー５６Ｂにより反射され、ビーム３
１４として半波位相リターデーション板８０によって伝送される。半波位相リタ
ーデーション板８０は、ビーム２１２の入射部分の偏光の面を９０°回転させる
。ビーム２１４および３１４は、同じ偏光を有するが、異なる周波数を有する。
ビームスプリッタ５６Ａおよびミラー５６Ｂの機能の一部は、従来の偏光技術を
用いてビーム２１２の２つの周波数成分を空間的に分けることである。

【０２３９】 ビーム２１４および３１４は、偏光コーティング７４を有する偏光ビームスプ
リッタ７２に入り、それぞれ、ビーム２１６および３１６として伝送される。ビ
ーム２１６および３１６は、１／４波位相リターデーション板７８を通過し、そ
れぞれ円偏波ビーム２１８および３１８に変換される。ビーム２１８および３１
８は、ビームスプリッタ６５の表面６６によって反射され、図１ｅに図示される
ように外部ミラーシステム９０内のミラーによって反射され往路を戻り、ビーム
スプリッタ６５の表面６６にによって再び反射され、次に１／４波リターデーシ
ョン板７８を逆に通過し、元の入射ビーム２１６および３１６に直交偏光される
直線偏光ビームに再び変換される。これらのビームは、偏光コーティング７４に
よって反射され、それぞれビーム２２０および３２０になる。ビーム２２０およ
び３２０は、逆反射体７６によって反射され、それぞれビーム２２２および３２
２になる。ビーム２２２および３２２は、偏光コーティング７４によって反射さ
れ、それぞれビーム２２４および３２４になる。ビーム２２４および３２４は、
１／４波位相リターデーション板７８を通過し、それぞれ円偏波ビーム２２６お
よび３２６に変換される。ビーム２２６および３２６は、ビームスプリッタ６５
の表面６６によって反射され、図１ｅに図示されるように外部ミラーシステム９
０内のミラーによって反射され往路を戻り、ビームスプリッタ６５の表面６６に
よって再び反射され、次に１／４波リターデーション板７８を逆に通過し、直線
偏光ビームに再び変換される。この直線偏光は、元の入射ビーム２１６および３
１６の直線偏光と同じである。これらのビームは、偏光コーティング７４によっ
て伝送され、それぞれビーム２２８および３２８になる。ビーム２２８および３
２８は、波長λ₂で、気体の屈折度の影響が決定される測定経路９８の気体を通 る光路長に関する情報、および基準レッグを通る光路長の情報をそれぞれ含む。

【０２４０】 ビーム２２８は、ミラー５８Ｄによって反射され、次に、ビームスプリッタ５
８Ｃ（好適には非偏光型）により、その一部がビーム２３０の第１の成分として
反射される。ビーム３２８は、ビーム２３０の第２の成分として伝送されている
ビーム３２８の一部を有するビームスプリッタ５８Ｃに入射する。ビーム２３０
の第１および第２の成分は、同じ直線偏光を有するが、なお異なる周波数を有す
る。

【０２４１】 第１の好適な実施形態の第１の変形が開示される。ここでは、第１の実施形態
の第１の変形の装置の説明が、図１ａに示されるドライバ５および６それぞれの
の周波数ｆ₁およびｆ₂に関することを除いては、第１の形態の装置に対する説明
と同じである。第１の実施形態の第１の変形では、２つのドライバ５および６の
周波数は同じ、すなわち、ｆ₁＝ｆ₂である。第１の実施形態の第１の変形のこの
特性は、ｆ₁≠ｆ₂から得られる第１の実施形態の群遅延の差の影響を取り除く。
第１の実施形態の第１の変形の残りの説明は、第１の実施形態に対する説明の対
応する部分と同じである。

【０２４２】 次に、図１ａ〜１ｅ、および図１ｇを一まとめにして参照する。これらの図は
、図表の形式で、測定経路の気体の屈折度、および／または気体による測定経路
の光路長の変化を測定およびモニタリングする本発明の第１の好適な実施形態の
第２の変形を図示する。ここでは、測定経路の気体の屈折率および物理的長さの
どちらかまたは両方が変化し得、適応された光源の安定性が十分であり、その適
応された光源によって生成された光ビームの波長が、最終的な最終用途による出
力データに重ねられる必要とされる精度を満たすために十分な相対精度に、調和
的に関連付けられる。波長が近似調和的に関連付けられる条件は、比率（ｌ₁／ ｌ₂）が低位非ゼロ整数（ｐ₁／ｐ₂）の比率として表わされ得る第１の実施形態 の特別なケースに対応し、すなわち、

【０２４３】

【数３０】

【０２４４】 のようなケースで、近似調和的に関連付けられている波長λ₁およびλ₂に対応す
る。

【０２４５】 第１の実施形態の第２の変形に対する光ビーム９および１０の供給源、および
光ビーム９および１０の説明は、追加的な条件を有する第１の実施形態に対する
光ビーム９および１０の供給源、および光ビーム９および１０の説明と同じであ
る。ここで、追加的な条件とは、波長が最終的な最終用途による出力データに重
ねられる必要とされる精度を満たすために十分な相対精度に、調和的に関連付け
られることである。図１ａ〜１ｅに図示される第１の実施形態の第２の変形の装
置の説明は、ｐ₁＝４およびｐ₂＝２である場合の第１の実施形態に対する説明の
部分に対応する部分と同じである。

【０２４６】 次に、図１ｇを参照して、電子プロセッサ１０９Ａは、アナログまたはデジタ
ル処理のどちらか、望ましくはデジタル処理として、ヘテロダイン信号ｓ₁およ びｓ₂を電子的に一緒に計算するための電子プロセッサ１０９５Ｃを好適に含み 、スーパーヘテロダイン信号Ｓ₁×₂を生成する。このスーパーヘテロダイン信号
は以下の数学的形態を有する。

【０２４７】 Ｓ₁×₂＝ｓ₁ｓ₂ （２７） スーパーヘテロダイン信号Ｓ₁×₂は、抑制されたキャリヤを有する２つのサイド
バンドを含み、以下のように書き換えられ得る。

【０２４８】

【数３１】

【０２４９】 ここで、

【０２５０】

【数３２】

【０２５１】 である。

【０２５２】 スーパーヘテロダイン信号Ｓ₁×₂は、それゆえ、同じ振幅の２つのサイドバン
ド、Ｓ⁺ ₁×₂およびＳ^- ₁×₂を含み、１つのサイドバンドは周波数νおよび位相

【０２５３】

【化Ｂ】

【０２５４】 を有し、２つ目のサイドバンドは周波数Ｆおよび位相Φ₁×₂を有する。

【０２５５】 次の工程では、サイドバンドＳ⁺ ₁×₂およびＳ^- ₁×₂が、電子プロセッサ１０９
３Ａによって、ハイパスおよびローパスフィルタリング、または周波数が分割で
きる２つの信号を分割するための同様の技術のいずれかを用いて分割される。ス
ーパーヘテロダイン信号の低周波数サイドバンドの周波数Ｆは、スーパーヘテロ
ダイン信号の高周波数サイドバンドの周波数νよりも極めて低くなるように選択
されるため、位相Φ₁×₂を高分解能でより容易に計算でき、プロセッサ１０９３
Ａの分割するタスクをできるだけ単純化できる。電子プロセッサ１０９Ａはさら
に、電子プロセッサ１０９４Ｄおよび１０９４Ｅを含み、デジタル式ヒルベルト
変換位相検波器（Ｒ．Ｅ．Ｂｅｓｔの「ｉｂｉｄ」を参照）等の時間ベース位相
検波器を用いて、位相

【０２５６】

【化Ｂ】

【０２５７】 およびΦ₁×₂をそれぞれ決定し、且つドライバ５および６の位相も決定する。

【０２５８】 電子プロセッサ１０９Ａは、アナログまたはデジタル処理のどちらか、望まし
くはデジタル処理として、ヘテロダイン信号ｓ₁およびｓ₃を電子的に一緒に計算
するための電子プロセッサ１０９５Ｄを好適に含み、スーパーヘテロダイン信号
Ｓ₁×₃を生成する。このスーパーヘテロダイン信号は以下の数学的形態を有する
。

【０２５９】 Ｓ₁×₃＝ｓ₁ｓ₃ （３５） スーパーヘテロダイン信号Ｓ₁×₃はまた、抑制されたキャリヤを有する２つのサ
イドバンドを含み、以下のように書き換えられ得る。

【０２６０】

【数３３】

【０２６１】 ここで、

【０２６２】

【数３４】

【０２６３】 である。 スーパーヘテロダイン信号Ｓ₁×₃は、それゆえ、同じ振幅の２つのサイドバンド
、Ｓ⁺ ₁×₃およびＳ^- ₁×₃を含み、１つのサイドバンドは周波数νおよび位相

【０２６４】

【化Ｃ】

【０２６５】 を有し、２つ目のサイドバンドは周波数Ｆおよび位相Φ₁×₃を有する。

【０２６６】 次の工程では、サイドバンドＳ⁺ ₁×₃およびＳ^- ₁×₃が、電子プロセッサ１０９
３Ｂによって、ハイパスおよびローパスフィルタリング、または周波数が分割で
きる２つの信号を分割するための同様の技術のいずれかを用いて分割される。電
子プロセッサ１０９３Ａの説明で述べられたように、スーパーヘテロダイン信号
Ｓ₁×₃の低周波数サイドバンドの周波数Ｆは、スーパーヘテロダイン信号Ｓ₁×₃ の高周波数サイドバンドの周波数νよりも極めて低くなるように選択されるため
、プロセッサ１０９３Ｂの分割するタスクをできるだけ単純化できる。電子プロ
セッサ１０９Ａはさらに、電子プロセッサ１０９４Ｆおよび１０９４Ｇを含み、
デジタル式ヒルベルト変換位相検波器（Ｂｅｓｔの「ｉｂｉｄ」を参照）等の時
間ベース位相検波器を用いて、位相

【０２６７】

【化Ｃ】

【０２６８】 およびΦ₁×₃をそれぞれ決定し、且つドライバ５および６の位相も決定する。

【０２６９】 次に、位相

【０２７０】

【化Ｂ】

【０２７１】 および

【０２７２】

【化Ｃ】

【０２７３】 は、アナログまたはデジタル処理、望ましくはデジタル処理により、電子プロセ
ッサ１０９６Ｃで一緒に加えられ、且つ２つに分割され、そして位相Φ₁×₂およ
び位相Φ₁×₃は、アナログまたはデジタル処理、望ましくはデジタル処理により
、電子プロセッサ１０９６Ｄで一緒に加えられ、且つ２つに分割され、位相

【０２７４】

【化Ｆ】

【０２７５】 およびΦをそれぞれ生成する。正式には、

【０２７６】

【数３５】

【０２７７】 である。 等式（４１）および（４２）から、

【０２７８】

【化Ａ】

【０２７９】 およびΦが外部ミラーシステム９０のミラー９１および９２の傾きおよび／また
は偏揺れには影響されないが、これには等式（５）および（６）に関連して述べ
られたような波長を変える光ビームに対する平均時間遅延における差の２つ目の
オーダーの影響を用いてミラー９１および９２の傾きおよび／または偏揺れの瞬
間的な変更は除かれており、また、示差平面ミラー干渉測定器の使用の結果とし
て、干渉測定器ビームスプリッティングキューブ、および関連する光学成分で起
こり得る熱および機械的なみだれには影響されないことはないということに留意
されたい。

【０２８０】 電子プロセッサ１０９Ａは、図１ｇに示されるとおり、電子プロセッサ１０９
４Ａを含み、基準信号１０１等を用いて時間ベース位相高感度検出で、望ましく
はデジタル処理で、ヘテロダイン信号ｓ₁から位相

【０２８１】

【化Ｇ】

【０２８２】 を決定する。位相

【０２８３】

【化Ｇ】

【０２８４】 、

【０２８５】

【化Ａ】

【０２８６】 およびΦは、デジタルまたはアナログ形式、望ましくはデジタル形式で、（ｎ₁ −１）および／またはＬの計算のために信号１０５としてコンピュータ１１０へ
伝送される。

【０２８７】 気体の屈折度（ｎ₁−１）または測定経路の気体によるＬの変化は、等式（６ ）、（１１）、（１２）、（１３）、（１９）および（２０）によって第１の実
施形態の第２の変形で得られる他の分量に関して表わされ得、上記等式は以下を
有する。 ｌ₁＝ｐ₁， ｌ₂＝ｐ₂ （４３） 第１の実施形態の第２の変形の残りの説明に関しては、第１の実施形態の説明の
対応する部分と同じである。

【０２８８】 第１の実施形態の第２の変形の主な利点は、重要な電子的処理工程の実行のた
めの選択であり、例えば、実質的に同一の周波数、つまりｆ₂に近いｆ₁、および
ｓ₁、ｓ₂、およびｓ₃において実質的に同じである外部ミラーシステム９０のミ ラー９２の変換によって生じたドップラーシフトに関して実質的に同一であるヘ
テロダイン信号ｓ₁、ｓ₂、およびｓ₃の周波数での位相Φ₁×₂およびΦ₁×₃の決 定などで、大幅に異なる周波数を有するヘテロダイン信号によって経験された群
遅延での差を生じさせる可能性を実質的に減少する。第１の実施形態の第２の変
形の群遅延の影響の説明は、第１の実施形態の説明の対応する部分と同じである
。

【０２８９】 上記の段落において開示された本発明の第１の実施形態の好適な第２の変形は
、本発明の根本的な利点であり、以下の説明でさらに明確になる。等式（７）に
よる屈折度の計算、または等式（１４）による光路における気体の屈折度の影響
の計算から明らかなように、位相

【０２９０】

【化Ａ】

【０２９１】 およびΦの決定されるべき必要とされる精度は、波数Ｋおよびχの値に関連付け
られる。ここで、周波数Ｆは周波数νよりも極めて低く、低周波数の電子信号の
高分解能を用いて位相を計算することは一般的に容易であるので、スーパーヘテ
ロダインサイドバンド位相Φの高精度測定に依存することが一般的に最も有効で
ある。波数Ｋおよびχが等式（１６）、等式（７）による屈折度の計算、または
スーパーヘテロダインサイドバンド位相

【０２９２】

【化Ａ】

【０２９３】 を実質的にまったく含まない等式（１４）による光路上の気体の屈折度の計算に
基づいて関連づけられるときに、本発明の装置により容易に達成される。さらに
、スーパーヘテロダインサイドバンド位相Φの絶対値気体パーヘテロダインサイ
ドバンド位相

【０２９４】

【化Ａ】

【０２９５】 の絶対値よりも小さく、等式（１７）によって表わされるほぼ（ｎ₂−ｎ₁）／（
ｎ₂＋ｎ₁）の倍だけ依存しない。これによって、マイクロリソグラフィ機器で一
般にみられるような移動体に対する潜在的な位相検出精度を向上する。対応する
分析および要旨は、また、第１の実施形態および第１の実施形態の第１の変形に
適用され、近似比率値ｌ₁／ｌ₂は、低位非ゼロ整数の比率として表わされ得、そ
の他の全ての係数は同じである相対精度に実質的に比例する移動体に対する位相
検出精度における向上がある。

【０２９６】 等式（１８）はまた、供給源１および２が第１の好適な実施形態の第１の変形
に対して、位相ロックされる必要はないという結論の基礎を形成する。等式（１
８）は、供給源１および２に対する位相ロックの必要条件という観点からみてみ
ると、実際には弱い条件である。気体の屈折度（ｎ₁−１）を測定するための、 または気体による測定レッグの光路長における変化のε≒３×１０^-6の好適な精
度が、距離測定干渉測定器におけるほぼ１×１０^-9の相対距離測定精度、（ｎ₁ −１）≒３×１０^-4および（ｎ₂−ｎ₁）≒１×１０^-5に対応しているような場合
を考察してみる。例えば、波長λ₁およびλ₂の代わりにそれぞれ、供給源周波数
ν₁およびν₂に置き換えて書かれる等式（１８）によって表わされる条件は、

【０２９７】

【数３６】

【０２９８】 である。 スペクトルの目に見える部分の供給源波長、ならびにｐ₁およびｐ₂に対する低い
オーダーの整数に対しては、等式（４４）は下記の条件に変換する。

【０２９９】

【数３７】

【０３００】 等式（４５）で表わされる結果は、位相ロックの条件よりも、供給源１および２
の周波数に対しては、明らかにかなり制約の少ない条件である。

【０３０１】 第１の実施形態、およびその第１および第２の変形はそれぞれ、外部ミラーシ
ステム９０の測定経路９８を通るビームの通過の偶数の回数を用いる示差平面ミ
ラー干渉測定器で構成されている。示差平面ミラー干渉測定器におけるビームに
よる通過の偶数の回数を用いて、測定レッグからの射出ビームの伝搬方向、およ
び基準レッグからの対応する射出ビームの伝搬方向は、外部ミラーシステム９０
のいずれかのミラー、特にミラー９２の傾きまたは偏揺れとは無関係であるが、
射出ビームのうちの１つには、対応する他方の射出ビームに対して、一定の横ズ
レがある。ミラー９２の役割を果たす１つの要素または複数の要素が、並進と同
等のものを生じるが、傾きまたは偏揺れと同等のものを作らないような距離測定
干渉測定器に対しては、第１の実施形態およびその変形の示差平面ミラー干渉測
定器は、一般的には、必要な通過の数を２ずつ減少させる偶数または奇数の整数
のどちらかであるｐ₂で構成され得るが、一方で第１の実施形態およびその変形 の特性を保持する。この必要な通過の数における２倍ずつの減少は、光学システ
ムを大幅に単純化する。例えば、図１ａ〜１ｅに図示される示差平面ミラー干渉
測定器は、ｐ₁＝２およびｐ₂＝１を有する示差平面ミラー干渉測定器、または第
１の実施形態およびその変形の特性を保持するもの、と置き換えられ得る。同様
の示差平面ミラー干渉測定器および付随する信号処理が、第２の実施形態および
その変形に関して、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ
ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＩＮＴＲＩＮＳＩＣ ＯＰＴＩＣＡＬ ＰＲＯＰＥＲＴＩ
ＥＳ ＯＦ Ａ ＧＡＳ」と題された米国仮特許出願（代理人番号第０１８９／
ＵＳ）でさらに十分に図示および説明されるている。これは、本願と共に同時継
続中であり、その内容は本明細書において参照のために援用する。

【０３０２】 図２ａ〜２ｃは、略形式で、測定経路の気体の屈折度、および／または気体に
よる測定経路の光路長の変化を測定およびモニタリングする本発明の第２の好適
な実施形態を図示する。ここでは、気体の屈折度、および測定経路の物理的長さ
のどちらかまたは両方が変化し得、適応された光源の安定性が十分であり、その
適応された光源によって生成された光ビームの波長の比率が、最終的な最終用途
による出力データに重ねられる必要とされる精度を満たすために十分な相対精度
を有する既知の比率の値に整合する。第２の実施形態と第１の実施形態との差は
、第１の実施形態の信号ｓ₂およびｓ₃に対応する第２の実施形態のヘテロダイン
信号が生成され、引き続き処理される方式において存在する。

【０３０３】 第２の実施形態の光ビーム８および９の供給源、および光ビーム８および９の
説明は、第１の実施形態の光ビーム８および９の供給源、および光ビーム８およ
び９の説明と同じである。図２ａを参照して、光ビーム８の第１の部分は、ビー
ムスプリッタ５４Ｅ（好適には非偏光ビームスプリッタ）により反射され、ミラ
ー５４Ｆ、５４Ｈおよび５４Ｇにより反射され、そして変調器４を通過してライ
トビーム１０になる。変調器４は、ドライバ６によって励起される。変調器４お
よびドライバ６は、第１の実施形態の変調器４およびドライバ６と同じである。
光ビーム８の２つ目の部分は、ビームスプリッタ５４Ｅにより伝送され、変調器
１００４を通過して光ビーム１０１０になる。変調器１００４は、ドライバ１０
０６によって励起される。変調器１００４およびドライバ１００６は、それぞれ
、第２の実施形態の変調器４およびドライバ６と同様のものである。ビーム１０
の偏光成分ｘは、ビーム１０の偏光成分ｙに対してｆ₂の量だけシフトされた振 動周波数を有する。ビーム１０１０の偏光成分ｘは、ビーム１０１０の偏光成分
ｙに対してｆ₃の量だけシフトされた振動周波数を有する。振動周波数ｆ₃は、ド
ライバ１００６によって決定される。周波数ｆ₁、ｆ₂およびｆ₃は、全て互いに 異なる。加えて、ビーム９、１０および１０１０の成分χの周波数シフトの順方
向は、本発明の精神および請求の範囲から逸脱せずに、同じであるように選択さ
れる。

【０３０４】 図２ａに図示されるように、ビーム９は示差平面ミラー干渉測定器６９に入射
する。ビーム１０はミラー５４Ｄにより反射され、ビーム１２になる。ビーム１
０１０は、ミラー５４Ｃにより反射され、ビーム２１２になる。ビーム１２およ
び２１２は、２つの示差平面ミラー干渉測定器を含む示差平面ミラー干渉測定器
群１７０に入射する。ビーム１２の第１の周波数成分が唯一の起点であるビーム
は、図２ｂ上において破線で示される。ビーム１２の第２の周波数成分が唯一の
起点であるビームは、図２ｂ上において点線で示される。ビーム２１２の第１の
周波数成分が唯一の起点であるビームは、図２ｂ上において一点鎖線で示され、
ビーム２１２の第２の周波数成分が唯一の起点であるビームは、図２ｂ上におい
て２点鎖線で示される。示差平面ミラー干渉測定器６９、示差平面ミラー干渉測
定器群１７０、ビームスプリッタ６５、および外部ミラーシステム９０に備えら
れた外部ミラーは、ビーム９の成分ｘと成分ｙとの間の位相シフト

【０３０５】

【化Ｇ】

【０３０６】 、ビーム１０の成分ｘと成分ｙとの間の位相シフト

【０３０７】

【化Ｊ】

【０３０８】 、およびビーム１０１０の成分ｘとｙの間の位相シフト

【０３０９】

【化Ｋ】

【０３１０】 を導入する干渉手段を含む。

【０３１１】 示差平面ミラー干渉測定器６９は、第１の好適な実施形態の示差平面ミラー干
渉測定器６９と同じである。示差平面ミラー干渉測定器群１７０の光学ビームの
経路は、第１の好適な実施形態の示差平面ミラー干渉測定器群７０の光学ビーム
の経路と一貫して同じであり、図２ｂに示されるようなビーム２８、２２８、１
２８および３２８の生成を含むことも同様である。第２の実施形態において、ビ
ーム２８、２２８、１２８および３２８は光学的に結合し、ビーム３２を生成す
る。ビーム３２は、検出器１８６に検出された混合ビームであり、ビーム３２は
、同じ偏光を有するが周波数が異なる２つの成分から成る。

【０３１２】 ビーム３２は以下の工程に従って、ビーム２８、２２８、１２８および３２８
から生成される。ビーム２８は、ミラー６０Ｂにより反射され、一部がミラー６
０Ａ（好適には５０／５０の非偏光ビームスプリッタ）により反射され、ビーム
３０Ａの一部分を形成する。ビーム２２８の一部は、ビームスプリッタ６０Ａに
より伝送され、ビーム３０Ａの第２の部分を形成する。ビーム３０Ａの第１およ
び第２の部分は、同じ偏光および同じ周波数を有する。ビーム２８および２２８
の振幅が同じであるという点で、ビームスプリッタ６０Ａが５０／５０ビームス
プリッタであるという点で、そしてビーム２８および２２８に対する光路長が同
じであるという点で、実質的にビーム２８および２２８の全てが、建設的干渉の
ためにビーム３０Ａに存在する。

【０３１３】 ビーム１２８は、ミラー６０Ｄにより反射され、次に、一部がミラー６０Ｃ（
好適には５０／５０の非偏光ビームスプリッタ）により反射され、ビーム１３０
Ａの一部分を形成する。ビーム３２８の一部は、ビームスプリッタ６０Ｃにより
伝送され、ビーム１３０Ａの第２の部分を形成する。ビーム１３０Ａの第１およ
び第２の部分は、同じ偏光および同じ周波数を有する。ビーム１２８および３２
８の振幅が同じであるという点で、ビームスプリッタ６０Ｃが５０／５０ビーム
スプリッタであるという点で、ビーム１２８および３２８に対する光路長が同じ
であるという点で、実質的にビーム１２８および３２８の全てが、建設的干渉の
ためにビーム１３０Ａに存在する。ビーム３０Ａおよび１３０Ａはまた、同じ偏
光を有するが周波数は異なる。ビーム１３０Ａおよび３０Ａはそれぞれ、波長λ ₂ で、測定経路９８を含む測定レッグを通る光路長に関する情報、および基準レ ッグを通る光路長に関する情報を含む。

【０３１４】 次の工程において、ビーム３０Ａはミラー６２Ｂにより反射され、次にビーム
３０Ａの一部がビームスプリッタ６２Ａ（好適には非偏光ビームスプリッタ）に
より反射され、ビーム３２の第１の成分になる。ビーム１３０Ａの一部は、ビー
ムスプリッタ６２Ａにより伝送され、ビーム３２の第２の成分になる。ビーム３
２は、混合ビームであり、ビーム３２の第１および第２の成分は同じ偏光を有す
るが周波数は異なる。

【０３１５】 位相シフト

【０３１６】

【化Ｇ】

【０３１７】 、

【０３１８】

【化Ｊ】

【０３１９】 および

【０３２０】

【化Ｋ】

【０３２１】 は、以下の公式に従って、図１ｄおよび１ｅに示される測定経路９８の経路ｉの
往復物理長と、基準経路の経路ｉの往復物理長との間の差Ｌ_iに関連付けられる 。

【０３２２】

【数３８】

【０３２３】 ｐ₁＝２ｐ₂の場合、ここで、ｎ_jiは、波数ｋ_j＝（２π）／λ_jに対応する測定経
路９８の経路ｉにおける気体の屈折指数である。Ｌ_iに対する名目上の値は、外 部ミラーシステム９０のミラー表面９５および９６の空間的隔たり（図１ｄおよ
び１ｅ参照）の２倍に対応する。位相オフセットζ_lは、測定経路９８または基 準経路に関連づけられない位相シフト

【０３２４】

【化Ｎ】

【０３２５】 への全ての寄与を含む。当業者にとって、ｐ₁≠２ｐ₂である場合への一般化は、
容易な手順である。図２ａおよび２ｂで、示差平面ミラー干渉測定器６９、示差
平面ミラー干渉測定器群７０、ビームスプリッタ６５および外部ミラーシステム
９０は、それぞれｐ₁＝４およびｐ₂＝２になるように構成され、本発明の第２の
好適な実施形態の装置の機能を最も単純な方式で図示する。

【０３２６】 図２ａに示される次の工程において、ビーム４５および３２は、それぞれ光検
出器８５および１８６に衝突し、その結果、好適には光電性検出により、それぞ
れ電気的干渉信号、ヘテロダイン信号ｓ₁およびＳ₄₊₅＝ｓ₄＋ｓ₅となる。ビーム
３２が光検出器１８６に衝突することにより生成されるｓ₄およびｓ₅以外のヘテ
ロダイン信号も存在する。しかしながら、これらの他のヘテロダイン信号は、そ
の後の信号処理では検出されないので、本発明の請求の範囲および精神を逸脱せ
ずに、第２の実施形態の説明には含まれない。信号ｓ₁は波長信号λ₁に対応し、
信号Ｓ₄₊₅は、波長λ₂に対応する。信号ｓ_lは以下の形式： ｓ_l＝Ａ_lｃｏｓ［α_l（ｔ）］， ｌ＝１，４および５ ４７） を有し、ここで、時間依存独立変数α_l（ｔ）は以下により求められる：

【０３２７】

【化Ｘ】

【０３２８】 ヘテロダイン信号ｓ₁およびＳ₄₊₅は、それぞれ電子信号１０３および１１０４と
して、デジタルまたはアナログ形式のどちらか、望ましくはデジタル形式で分析
のために電子プロセッサ２０９に伝送される。

【０３２９】 ヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₄およびｓ₅を電子的に処理するための好適な方法は 、ここに、ｌ₁および／またはｌ₂が低いオーダーの整数ではない場合が表わされ
る。ｌ₁および／またはｌ₂がともに低いオーダーの整数で、最終用途によって出
力データに重ねられる必要とされる精度を満たすために十分な相対精度を有する
比率（ｌ₁／ｌ₂）に整合する波長の比率である場合、ヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₄ およびｓ₅を電子的に処理するための好適な手順は、第２の好適な実施形態の第 ２の変形で後に規定されるものと同様である。

【０３３０】 次に、図２ｃを参照して、電子プロセッサ２０９は、望ましくは英数字がつい
た要素から成り、ここで、英数字の数値成分は要素の関数を示し、図１ｆに図示
される第１の実施形態の電子処理要素に対する説明と同じ数値成分／関数の関係
である。電子プロセッサ２０９によるヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₄およびｓ₅の処 理の工程の説明は、要素の英数字の数値成分に基づく、電子プロセッサ１０９に
よる第１の実施形態のヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₂およびｓ₃の処理の工程の説明 の対応する部分と同じである。

【０３３１】 電子プロセッサ２０９によるヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₄およびｓ₅の処理は３ つの位相

【０３３２】

【化Ｇ】

【０３３３】 、

【０３３４】

【化Ｊ】

【０３３５】 および

【０３３６】

【化Ｋ】

【０３３７】 を生成する。正式に、位相

【０３３８】

【化Ｇ】

【０３３９】 、

【０３４０】

【化Ｊ】

【０３４１】 および

【０３４２】

【化Ｋ】

【０３４３】 の特性はそれぞれ、第１の実施形態の電子プロセッサ１０９により生成された位
相

【０３４４】

【化Ｇ】

【０３４５】 、

【０３４６】

【化Ｈ】

【０３４７】 および

【０３４８】

【化Ｉ】

【０３４９】 の特性と同じである。電子プロセッサ２０９による

【０３５０】

【化Ｊ】

【０３５１】 および

【０３５２】

【化Ｋ】

【０３５３】 の後の処理は２つの位相

【０３５４】

【化Ａ】

【０３５５】 およびΦを製造し、位相

【０３５６】

【化Ａ】

【０３５７】 およびΦの特性は、正式に、それぞれ第１の実施形態の電子プロセッサ１０９に
より生成された

【０３５８】

【化Ａ】

【０３５９】 およびΦの特性と同じである。

【０３６０】 第２の実施形態において、３つのドライバ５、６および１００６の周波数は、
以下のように選択される。 ｆ₁＝（ｆ₂＋ｆ₃）／２ （４９） 単一の検出器によるヘテロダイン信号ｓ₄およびｓ₅を生成する光学ビームの検出
という第２の実施形態の別の特性と関連する、この第２の実施形態の特性は、ｆ ₁ ≠ｆ₂から得られる第１の実施形態に存在し得る群遅延の差の第１のオーダーの
影響を実質的に取り除く。第２の実施形態の残りの説明は、第１の実施形態のた
めの説明の対応する部分と同じである。

【０３６１】 第２の実施形態の第１の変形が開示されるが、ここで第２の実施形態の第１の
変形の装置の説明は、図２ａおよび｜ｆ₂−ｆ₁｜≠｜ｆ₃−ｆ₁｜で示される第２
の実施形態のビーム４５および３２の検出に関することを除いて第２の実施形態
の装置での説明と同じである。第２の実施形態の第１の変形において、ビーム４
５の第１の部分は、信号比例項ｓ₁、ａｓ₁（ここでａは定数である）およびビー
ム３２を生成する検出器８５により検出される。ビーム４５の第２の部分は、信
号Ｓ_b1+4+5＝ｂｓ₁＋ｓ₄＋ｓ₅（ここで、ｂは定数である。）を生成する単一の 検出器（図示せず）により検出される。省略されたヘテロダイン成分に関するＳ _b1+4+5 の説明は、省略されたヘテロダインの項に対応する第２の実施形態のＳ_{4+ 5} のための説明の対応する部分と同じである。ヘテロダイン信号ａｓ₁およびＳ_{b1 +4+5} は、それぞれ、デジタルまたはアナログ形式のどちらか、好適にはデジタル
形式で電子信号１０３および２１０４として図２ｄの図式で示される電子プロセ
ッサ２０９Ａに分析のために伝送される。

【０３６２】 次に図２ｄを参照して、電子プロセッサ２０９Ａは、望ましくは英数字がつい
た要素から成り、ここで、英数字の数値成分は要素の関数を示し、図１ｆに図示
される第１の実施形態および図２ｃに図示される第２の実施形態の電子処理要素
に対する説明と同じ数値成分／関数の関係である。位相

【０３６３】

【化Ａ】

【０３６４】 およびΦに対する電子プロセッサ２０９ＡによるＳ_b1+4+5を含むヘテロダイン信
号ｂｓ₁、ｓ₄およびｓ₅の処理の工程の説明は、要素の英数字の数値成分に基づ く、電子プロセッサ２０９による第２の実施形態のヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₄お
よびｓ₅の処理の工程の説明と同じである。位相

【０３６５】

【化Ｇ】

【０３６６】 の電子プロセッサ２０９Ａによるヘテロダイン信号ａｓ₁の処理の工程の説明は 、要素の英数字の数値成分に基づく、電子プロセッサ２０９による第２の実施形
態のヘテロダイン信号ｓ₁の処理の工程の説明の対応する部分と同じである。

【０３６７】 電子プロセッサ２０９Ａにより生成された位相

【０３６８】

【化Ｇ】

【０３６９】 、

【０３７０】

【化Ａ】

【０３７１】 およびΦは、正式に第２の実施形態の電子プロセッサ２０９により生成された

【０３７２】

【化Ｇ】

【０３７３】 、

【０３７４】

【化Ａ】

【０３７５】 およびΦとそれぞれそ同じ特性を有する。

【０３７６】 重要な特性であり得る第２の実施形態の第１の変形の特性は、単一の検出器に
より、ヘテロダイン信号ｂｓ₁、ｓ₄およびｓ₅を生成する光学ビームの検出であ る。第２の実施形態の第１の変形の単一の検出器の特性は、第２の実施形態で起
こり得るある群遅延における差の影響を低減する、または取り除く際に重要であ
り得るということは当業者にとって明白である。第２の実施形態の第１の変形の
残りの説明は、第２の実施形態のための説明の対応する部分と同じである。

【０３７７】 次に、図２ａ、２ｂおよび２ｅを一まとめにして参照する。これらの図は、図
表の形式で、測定経路の気体の屈折度、および／または気体による測定経路の光
路長の変化を測定およびモニタリングする本発明の第２の好適な実施形態の第２
の変形を図示する。ここでは、測定経路の気体の屈折率および物理的長さのどち
らかまたは両方が変化し得、適応された光源の安定性が十分であり、その適応さ
れた光源によって生成された光ビームの波長が、最終的な最終用途による出力デ
ータに重ねられる必要とされる精度を満たすために十分な相対精度に、調和的に
関連付けられる。波長が近似調和的に関連付けられる条件は、比率（ｌ₁／ｌ₂）
が等式（２６）によって表わされたものと同じく、近似調和的に関連付けられた
波長λ₁およびλ₂に対応する低位非ゼロ整数（ｐ₁／ｐ₂）の比率として表わされ
得る第２の実施形態の特別なケースに対応する。

【０３７８】 第２の実施形態の第２の変形の光ビーム８および９の供給源、および光ビーム
９、１０および１０１０の説明は、追加的な必要条件を有する第２の実施形態の
光ビーム８および９の供給源および光ビーム９、１０および１０１０の説明と同
じである。追加的な必要条件とは、最終的な最終用途による出力データに重ねら
れる必要な精度を十分に満たす相対精度に調和的に関連づけられる。図２ａおよ
び２ｂに図示される第２の実施形態の第２の変形の装置の説明は、ｐ₁＝４およ びｐ₂＝２の場合の第２の実施形態のための説明の対応する部分と同じである。

【０３７９】 次に、図２ｅを参照して、電子プロセッサ２０９Ｂは、望ましくは英数字の要
素から成り、ここで、英数字の数値成分は要素の関数を示し、図１ｆに図示され
る第１の実施形態および図２ｃに図示される第２の実施形態の電子処理要素に対
する説明と同じ数値成分／関数の関係である。位相

【０３８０】

【化Ａ】

【０３８１】 およびΦに対する電子プロセッサ２０９ＢによるＳ₄₊₅およびｓ₁を含むヘテロダ
イン信号ｓ₄およびｓ₅の処理の工程の説明は、要素の英数字の数値成分に基づく
、電子プロセッサ１０９Ａによる第１の実施形態の第２の変形のヘテロダイン信
号ｓ₁、ｓ₂およびｓ₃の処理の工程の説明と同じである。位相

【０３８２】

【化Ｇ】

【０３８３】 の電子プロセッサ２０９Ａによるヘテロダイン信号ｓ₁の処理の工程の説明は、 要素の英数字の数値成分に基づく、位相

【０３８４】

【化Ｇ】

【０３８５】 の電子プロセッサ１０９Ａによる第１の実施形態の第２の変形のヘテロダイン信
号ｓ₁の処理の工程の説明の対応する部分と同じである。

【０３８６】 第２の実施形態に関連する第２の実施形態の第２の変形の主な利点は、ｓ₄お よびｓ₅を検出するための単一の検出器の使用に関する第１の実施形態に関する 第２の実施形態の利点を加えた第１の実施形態に関連する第１の実施形態の第２
の変形の主な利点と実質的に同じである。第２の実施形態の第２の変形の残りの
説明は、第２の実施形態の説明の対応する部分と同じである。

【０３８７】 次に、図２ａ、２ｂおよび２ｆを一まとめにして参照する。これらの図は、図
表の形式で、測定経路の気体の屈折度、および／または気体による測定経路の光
路長の変化を測定およびモニタリングする本発明の第２の好適な実施形態の第３
の形態を図示する。ここでは、測定経路の気体の屈折率および物理的長さのどち
らかまたは両方が変化し得、適応された光源の安定性が十分であり、その適応さ
れた光源によって生成された光ビームの波長が、最終的な最終用途による出力デ
ータに重ねられる必要とされる精度を満たすために十分な相対精度に、調和的に
関連付けられる。波長が近似調和的に関連付けられる条件は、比率（ｌ₁／ｌ₂）
が等式（２６）によって表わされたものと同じく、近似調和的に関連付けられた
波長λ₁およびλ₂に対応する低位非ゼロ整数（ｐ₁／ｐ₂）の比率として表わされ
得る第２の実施形態の特別なケースに対応する。

【０３８８】 第２の実施形態の第３の変形の光ビーム８および９の供給源、および光ビーム
９、１０および１０１０の説明は、第２の実施形態の第２の変形の光ビーム８お
よび９の供給源、および光ビーム９、１０および１０１０の説明と同じである。
光ビーム８および９の供給源の説明以外の第２の実施形態の第３の変形の装置の
説明は、第２の実施形態の第１の変形の対応する装置の説明と同じである。第２
の実施形態の第３の変形の検出器により生成されたヘテロダイン信号ａｓ₁およ びＳ_b1+4+5は、それぞれ電子信号１０３および２１０４として、デジタルまたは
アナログ形式、望ましくはデジタル形式で図２ｆの図式に示される電子プロセッ
サ２０９Ｃへ分析のために伝送される。

【０３８９】 次に、図２ｆを参照して、電子プロセッサ２０９Ｃは、望ましくは英数字の要
素から成り、ここで、英数字の数値成分は要素の関数を示し、図１ｆに図示され
る第１の実施形態および図２ｃに図示される第２の実施形態の電子処理要素に対
する説明と同じ数値成分／関数の関係である。位相

【０３９０】

【化Ａ】

【０３９１】 およびΦに対する電子プロセッサ２０９ＣによるＳ_b1+4+5を含むヘテロダイン信
号ｂｓ₁、ｓ₄およびｓ₅の処理の工程の説明は、要素の英数字の数値成分に基づ く、電子プロセッサ２０９による第２の実施形態および電子プロセッサ２０９Ｂ
による第２の実施形態の第２の変形のヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₄およびｓ₅の処 理の工程の説明の対応する部分と同じである。位相

【０３９２】

【化Ｇ】

【０３９３】 の電子プロセッサ２０９Ｃによるヘテロダイン信号ａｓ₁の処理の工程の説明は 、要素の英数字の数値成分に基づく、電子プロセッサ２０９による第２の実施形
態のヘテロダイン信号ｓ₁の処理の工程の説明の対応する部分と同じである。

【０３９４】 第２の実施形態に関連する第２の実施形態の第３の変形の主な利点は、ｂｓ₁ 、ｓ₄およびｓ₅を検出するための単一の検出器の使用に関する第１の実施形態に
関する第２の実施形態の第１の変形の利点を加えた第１の実施形態に関連する第
１の実施形態の第２の変形の主な利点と実質的に同じである。第２の実施形態の
第３の変形の残りの説明は、第２の実施形態および第２の実施形態の第２の変形
の説明の対応する部分と同じである。

【０３９５】 次に、図３ａ〜３ｇを参照する。これらの図は、図表の形式で、測定経路の気
体の屈折度、および／または気体による測定経路の光路長の変化を測定およびモ
ニタリングする本発明の第３の好適な実施形態を図示する。ここでは、測定経路
の気体の屈折度および物理的長さのどちらかまたは両方が変化し得る。第３の実
施形態と、第１の実施形態およびその変形との間の主な差は、示差平面ミラー干
渉測定器の設計および利用状態にある。第３の実施形態の光ビーム９および１０
の供給源、および光ビーム９および１０の説明は、本発明の第１の好適な実施形
態の光ビーム９および１０の供給源、および光ビーム９および１０の説明と同じ
である。

【０３９６】 図３ａに例示されるように、ビーム１０は、ミラー５４によって反射され、ビ
ーム１２になる。ビーム９は、示差平面ミラー干渉測定器３６９上に入射し、そ
してビーム１２は、示差平面ミラー干渉測定器２７０に入射する。ビーム９の第
１の周波数成分が単独の起点となるビームは、図３ｂおよび３ｃにおいて破線で
示され、そしてビーム９の第２の周波数成分が単独の起点となるビームは、図３
ｂおよび３ｃにおいて点線で示される。示差平面ミラー干渉測定器３６９および
２７０、ビームスプリッタ６５、および外部ミラーシステム９０によって供給さ
れる外部ミラーは、ビーム９のｘとｙ成分との間に位相シフト

【０３９７】

【化Ｌ】

【０３９８】 を導入し、そしてビーム１２のｘとｙ成分との間に位相シフト

【０３９９】

【化Ｍ】

【０４００】 を導入するための干渉測定手段を含む。

【０４０１】 示差平面ミラー干渉測定器３６９は、８つの射出／帰還ビーム、図３ｂにおい
て示される４つの射出／帰還ビーム４１７、４２５、５１７、および５２５、な
らびに図３ｃにおいて示される４つの射出／帰還ビーム４３３、４４１、５３３
、および５４１を有する。元々ビーム９の１周波数成分であるビーム４１７、４
２５、４３３、および４４１は、基準レッグを含み、そして元々ビーム９の第２
の周波数成分であるビーム５１７、５２５、５３３、および５４１は、測定レッ
グを含む。ビーム４１７、４２５、４３３、４４１、５１７、５２５、５３３、
および５４１は、それぞれビームスプリッタ６５上に入射し、そしてコーティン
グ６６（好ましくは２色性コーティング）をビームＥ４１７、Ｅ４２５、Ｅ４３
３、Ｅ４４１、Ｅ５１７、Ｅ５２５、Ｅ５３３、およびＥ５４１として透過する
。ビームＥ４１７、Ｅ４２５、Ｅ４３３、Ｅ４４１、Ｅ５１７、Ｅ５２５、Ｅ５
３３、およびＥ５４１は、図３ｅおよび３ｆにおいて例示されるように、外部ミ
ラーシステム９０上に入射し、その結果、ビーム４４３および５４３（図３）を
生じる。ビーム５４３および４４３は、それぞれ測定経路９８における気体を通
る光路長についておよび基準レッグを通る光路長についての波長λ₁での情報を 含む。ここで、気体の屈折度の効果は、測定経路９８において測定される。

【０４０２】 示差平面ミラー干渉測定器２７０は、図３ａにおいて示される４つの射出／帰
還ビーム１８、２６、１１８、および１２６を有する。元々ビーム１２の１周波
数成分であるビーム１８および２６は基準レッグを含み、そして元々ビーム１２
の第２の周波数成分であるビーム１１８および１２６は測定レッグを含む。ビー
ム１８、２６、１１８、および１２６は、それぞれビームスプリッタ６５上に入
射し、そして２色性コーティング６６によってビームＥ１８、Ｅ２６、Ｅ１１８
、およびＥ１２６として反射される。ビームＥ１８、Ｅ２６、Ｅ１１８、および
Ｅ１２６は、図３ｆにおいて例示されるように、外部ミラーシステム９０によっ
て自分自身に戻るように反射され、ビームスプリッタ６５のコーティング６６に
よって反射され、そして示差平面ミラー干渉測定器２７０上に入射し、その結果
、ビーム２８および１２８（図３ｄ）を生じる。ビーム１２８および２８は、そ
れぞれ測定経路９８の気体を含む、測定レッグを通る光路長についておよび基準
レッグを通る光路長についての波長λ₂での情報を含む。ここで、気体の屈折度 の効果は、測定経路９８において測定される。

【０４０３】 位相シフト

【０４０４】

【化Ｌ】

【０４０５】 および

【０４０６】

【化Ｍ】

【０４０７】 の大きさは、以下の式によると、図３ａ〜３ｆにおいて示される測定経路９８の
経路ｉの往復物理長と基準経路の往復物理長との間の差Ｌ_iに関連する。

【０４０８】

【数３９】

【０４０９】 図３ｂ〜３ｆおける例示では、第２の好ましい実施態様において本発明の機能を
最も簡単な方法で例示するためにｐ₁＝４およびｐ₂＝２とする。

【０４１０】 ビーム４４３は、図３ｃにおいて例示されるように、半波位相リターデーショ
ン板１７９Ｃおよびファラデー回転子１７９Ａを透過し、ビームスプリッタ６１
Ａによって反射され、ビームスプリッタ６１Ｂを部分的に透過し、そして次にミ
ラー６３によって反射されて、位相シフトしたビーム４４５の第１成分となる。
半波位相リターデーション板１７９Ｃおよびファラデー回転子１７９Ａは各々、
位相シフトしたビーム４４５の第１成分がビーム４４３の偏光に対して直交して
偏光するように、ビーム４４３の偏光を４５°回転させる。ビームスプリッタ６
１Ａは、好ましくは偏光ビームスプリッタであり、そしてビームスプリッタ６１
Ｂは、好ましくは非偏光ビームスプリッタである。ビーム５４３は、半波位相リ
ターデーション板１７９Ｄおよびファラデー回転子１７９Ｂを透過し、ビームス
プリッタ６１Ｃによって反射され、ミラー６１Ｄによって反射され、ビームスプ
リッタ６１Ｂによって部分的に反射され、そして次にミラー６３によって反射さ
れて、位相シフトしたビーム４４５の第２成分となる。半波位相リターデーショ
ン板１７９Ｄおよびファラデー回転子１７９Ｂは各々、位相シフトしたビーム４
４５の第２成分がビーム５４３の偏光に対して直交して偏光するように、ビーム
５４３の偏光を４５°回転させる。ビームスプリッタ６１Ｃは、好ましくは偏光
ビームスプリッタである。位相シフトしたビーム４４５は、混合ビームであり、
位相シフトしたビーム４４５の第１および第２成分は、同じ偏光を有するが周波
数が異なる。

【０４１１】 ビーム２８は、ミラー５８Ｂによって反射され、そして次にビームスプリッタ
５８Ａ（好ましくは非偏光ビームスプリッタ）によって反射された部分は、位相
シフトしたビーム３０の第１成分となる。ビーム１２８の一部は、ビームスプリ
ッタ５８Ａを透過して、位相シフトしたビーム３０の第２成分となる。位相シフ
トしたビーム３０は、混合ビームであり、位相シフトしたビーム３０の第１およ
び第２成分は、同じ偏光を有するが周波数が異なる。

【０４１２】 図３ａにおいて示される次のステップにおいて、位相シフトしたビーム４４５
および３０は、それぞれ光検出器４８５および４８６にぶつかり、好ましくは光
電検出によって、２つの電気的干渉信号、ヘテロダイン信号ｓ₆およびｓ₇をそれ
ぞれ生じる。信号ｓ₆は波長λ₁に対応し、そして信号ｓ₇は波長λ₂に対応する。
信号ｓ_lは、ｌ＝６および７を有する式（３）によって表現された形態を有する 。時間依存性の独立変数α_l（ｔ）は、以下によって与えられる。

【０４１３】

【数４０】

【０４１４】 ヘテロダイン信号ｓ₆およびｓ₇は、それぞれ解析のために電子信号４０３および
４０４として、デジタルまたはアナログのいずれかの方式で（好ましくはデジタ
ル方式で）電子プロセッサ３０９へ伝達される。

【０４１５】 図３ｇを参照する。電子プロセッサ３０９は、信号ｓ₁、ｓ₂、およびｓ₃から 位相

【０４１６】

【化Ｇ】

【０４１７】 、

【０４１８】

【化Ｈ】

【０４１９】 、および

【０４２０】

【化Ｉ】

【０４２１】 をそれぞれ決定するための第１の実施態様と同じ方法で、信号ｓ₆およびｓ₇から
位相

【０４２２】

【化Ｌ】

【０４２３】 および

【０４２４】

【化Ｍ】

【０４２５】 をそれぞれ決定するための電子プロセッサ１０９４Ｖおよび１０９４Ｗを含む。
次に、位相

【０４２６】

【化Ｌ】

【０４２７】 および

【０４２８】

【化Ｍ】

【０４２９】 は、それぞれ電子プロセッサ１０９５Ｈおよび１０９５Ｉにおいて（好ましくは
デジタル処理によって）それぞれ（ｌ₁／ｐ₁）および（ｌ₂／ｐ₂）を乗算され、
それぞれ位相

【０４３０】

【化ＥＥ】

【０４３１】 および

【０４３２】

【化ＦＦ】

【０４３３】 を生じる。次に、位相

【０４３４】

【化ＥＥ】

【０４３５】 および

【０４３６】

【化ＦＦ】

【０４３７】 は、好ましくはデジタル処理によって電子プロセッサ１０９６Ｉにおいて足し合
わされ、そして電子プロセッサ１０９７Ｄにおいて一方から他方が減算されて、
それぞれ位相

【０４３８】

【化Ａ】

【０４３９】 およびΦを生成する。

【０４４０】 第３の実施態様の位相

【０４４１】

【化Ａ】

【０４４２】 およびΦは、第１の実施態様の対応の位相

【０４４３】

【化Ａ】

【０４４４】 およびΦと形式的に同じである。測定経路における気体のばらつきおよび／また
は測定経路における気体の効果の、第３の実施態様におけるその後の決定は、

【０４４５】

【化Ｇ】

【０４４６】 に対応する

【０４４７】

【化Ｌ】

【０４４８】 を用いた第１の実施態様における対応の決定について記載されたところと同じで
ある。

【０４４９】 示差平面ミラー干渉測定器３６９の動作は、入力ビーム９の２つの周波数成分
を分離するために使用される手段および混合出力ビーム４４５を生成するために
使用される手段以外は、示差平面ミラー干渉測定器６９の動作について説明され
た動作と同じである。図３ｂを参照する。ビーム９の一部は、ビームスプリッタ
５５Ａ（好ましくは偏光ビームスプリッタ）によって反射され、ミラー５５Ｂに
よって反射され、半波位相リターデーション板７９を透過し、ビームスプリッタ
６１Ｃ（好ましくは偏光ビームスプリッタ）を透過し、ファラデー回転子１７９
Ｂを透過し、そしてその後半波位相リターデーション板１７９Ｄを透過して、ビ
ーム５１３となる。ファラデー回転子１７９Ｂおよび半波位相リターデーション
板１７９Ｄは透過ビームの偏光面をそれぞれ＋／−４５°および−／＋４５°回
転させ、透過ビームの偏光面は正味の回転を起こさない。ビーム９の一部は、ビ
ームスプリッタ５５Ａを透過し、ビームスプリッタ６１Ａ（好ましくは偏光ビー
ムスプリッタ）を透過し、ファラデー回転子１７９Ａを透過し、そしてその後半
波位相リターデーション板１７９Ｃを透過して、ビーム４１３となる。ファラデ
ー回転子１７９Ａおよび半波位相リターデーション板１７９Ｃは透過ビームの偏
光面を＋／−４５°および−／＋４５°回転させ、透過ビームの偏光面は正味の
回転を起こさない。半波位相リターデーション板７９は、ビーム４１３および５
１３が同じ偏光を有するが周波数が異なるように、透過ビームの偏光面を９０°
回転させる。ファラデー回転子１７９Ａおよび１７９Ｂならびに半波位相リター
デーション板１７９Ｃおよび１７９Ｄの目的は、図３ｃにおいて例示されるよう
に、ビーム４１３および５１３の性質に実質的な影響を与えずにビーム４４３お
よび５４３の偏光を上記のように９０°回転させてビーム４４３および５４３を
ビーム９の経路から効率よく空間分離することである。

【０４５０】 第３の実施態様の残りの説明は、本発明の第１の実施態様の対応部分について
与えられた説明と同じである。

【０４５１】 再度、図３ａ〜３ｆを参照する。ここで電子プロセッサ３０９は、電子プロセ
ッサ３０９Ａによって置き換えられる（電子プロセッサ３０９Ａは図示されない
）。これらの図は特記された変更とともにあわせられ、測定経路における気体の
屈折度および／または気体による測定経路の光路長の変化を測定および監視する
ための本発明の第３の好ましい実施態様の第１の変形を模式的な形態で示す。こ
こで、気体の屈折率および測定経路の物理長のいずれかまたは両方は、変化し得
、そして採用された光源の安定性が十分であり、そして採用された光源によって
生成される光ビームの波長は、最終エンド使用アプリケーションによって出力デ
ータに課される要求される精度に見合うのに十分な相対精度に調和的に関係する
。波長が近似調和的に関係する条件は、比（ｌ₁／ｌ₂）が、式［（２６）］によ
って表現されるものと同じであり近似調和的に関係する波長λ₁およびλ₂に対応
する、低位非ゼロ整数（ｐ₁／ｐ₂）の比として表現可能である第２の実施態様の
特別な場合に対応する。

【０４５２】 第３の実施態様の第１の変形に対する光ビーム８および９の供給源ならびに光
ビーム９、１０、および１０１０の供給源の説明は、さらなる要件を有する第３
の実施態様に対して与えられた光ビーム８および９の供給源ならびに光ビーム９
、１０、および１０１０の供給源の説明と同じであり、このさらなる要件とは、
波長が、最終エンド使用アプリケーションによって出力データに課される要求さ
れる精度に見合うのに十分な相対精度に調和的に関係することである。図３ａ〜
３ｆにおいて図示される第３の実施態様の第１の変形に対する装置の説明は、電
子プロセッサ３０９Ａに関すること以外、第３の実施態様に対して与えられた説
明の対応部分と同じである。

【０４５３】 電子処理手段３０９Ａ（図示されず）は、好ましくは２つのヘテロダイン信号
ｓ₆およびｓ₇を電子的に掛け合わせて以下の数学的形態を有するスーパーヘテロ
ダイン信号Ｓ₆×₇を生成するための手段（信号ｓ₁およびｓ₂を掛け合わせてスー
パーヘテロダイン信号Ｓ₁×₂を生成するための図１ｇの電子プロセッサ１０９５
Ｃなど）を含む。

【０４５４】 Ｓ₆×₇＝ｓ₆ｓ₇ （５２） スーパーヘテロダイン信号Ｓ₆×₇は、以下のように書き換えられ得る。

【０４５５】 Ｓ₆×₇＝Ｓ⁺ ₆×₇＋Ｓ^- ₆×₇ （５３） ここで

【０４５６】

【数４１】

【０４５７】 であり、

【０４５８】

【化Ｙ】

【０４５９】 である。 したがって、スーパーヘテロダイン信号Ｓ₆×₇は、等しい振幅を有する２つのサ
イドバンドＳ⁺ ₆×₇およびＳ^- ₆×₇（周波数νおよび位相

【０４６０】

【化Ａ】

【０４６１】 を有する１つのサイドバンド、ならびに周波数Ｆおよび位相Φを有する第２のサ
イドバンド）が含まれる。

【０４６２】 第３の実施態様の第１の変形の残りの説明は、本発明の第１および第３の実施
態様の対応するステップに対して与えられる説明と同じである。

【０４６３】 第１の実施態様の変形の各々に対応する第３の実施態様の変形があることは、
当業者にとって明らかであり得る。第３の実施態様のこれらの変形の説明は、第
１の実施態様の対応する変形に対して与えられる説明の対応する部分と同じであ
る。

【０４６４】 図４ａ〜４ｄにおいて例示される本発明の好ましい実施態様の第２のセットの
第４の好ましい実施態様およびその変形は、最初の３つの好ましい実施態様およ
びその変形に対して式（１８）において記述される条件が満たされない場合の気
体の屈折度および／またはその気体による測定経路の光路長の変化を測定するた
めのすべての実施態様である。すなわち、

【０４６５】

【数４２】

【０４６６】 式（６０）において記述される条件下で、近似比、好ましくは比（Ｋ／χ）、は
、気体の屈折度および／またはその気体による測定経路の光経路の変化を測定す
る際の必要精度を達成するために、上記に加えて、第２セットの３つの好ましい
実施態様およびその変形に対する式（７）および（１４）にしたがって公知であ
るかまたは測定されるかのいずれかでなければならない。

【０４６７】 第１のセットの３つの好ましい実施態様およびその変形の各々は、気体の屈折
度および／またはその気体による測定経路の光経路の変化を測定するための装置
および方法からχおよび／または（Ｋ／χ）を測定するための装置および／また
は方法に変換され得る。以下の説明において実証されるように、その変換は、測
定経路９８における気体を通る測定経路が所定の媒体（好ましくは真空）によっ
て置き換えられ、そして測定レッグが固定の物理長を有するように、第１のセッ
トの３つの好ましい実施態様およびその変形のうちの所定の実施態様の外部ミラ
ーシステムを変更することによって達成される。したがって、第２のセットの３
つの実施態様およびその変形の各々は、第１のセットの３つの実施態様およびそ
の変形のうちの１つからの変更されていない装置および方法ならびに変更された
装置および方法を含み、変更された装置および方法は、変更された外部ミラーシ
ステムを有する変更されていない装置および方法を含む。

【０４６８】 本発明の第４の好ましい実施態様を模式形態で図示する図４ａ〜４ｄをここで
参照する。第４の実施態様の光ビーム９および９ｂの供給源の説明は、第１の好
ましい実施態様の光ビーム９に対するものと同じであり、そして第４の実施態様
の光ビーム１０および１０ｂの供給源の説明は、式（１８）によって表現された
波長λ₁およびλ₂についての条件が式（６０）において記述される条件によって
置き換えられる以外は、第１の実施態様の光ビーム１０に対するものと同じであ
る。第４の実施態様の光ビーム９および９ｂは、ビームスプリッタ１５３Ａ（好
ましくは非偏光型）およびミラー１５３Ｂによって共通の光ビームから導かれ、
そして第４の実施態様の光ビーム１０および１０ｂは、ビームスプリッタ１５４
Ａ（好ましくは非偏光型）およびミラー１５４Ｂによって共通の光ビームから導
かれる（図４ａ参照）。

【０４６９】 χおよび／または（Ｋ／χ）を測定するための第４の実施態様における要件の
ために、第４の実施態様は、部分的に第１の実施態様についてのものと同じ装置
および方法を含み、そしてχおよび／または（Ｋ／χ）の決定のためのさらなる
手段を含む。χおよび／または（Ｋ／χ）の決定のためのさらなる手段は、外部
ミラーシステムを除いて、第１の実施態様の装置および方法と同じである。した
がって、χおよび／または（Ｋ／χ）の決定のための図４ａ〜４ｄにおいて示さ
れる装置の多くの要素は、χおよび／または（Ｋ／χ）の決定のための装置を参
照する際の接尾語「ｂ」以外は、第１の実施態様の装置に類似した動作を行う。

【０４７０】 第４の実施態様の外部ミラーシステム９０ｂは、図４ｂおよび４ｃにおいて示
される。外部ミラーシステム９０ｂの説明は、測定経路９８および測定経路９８
の往復物理長に関する以外は、外部ミラーシステム９０のものと同じである。第
４の実施態様の外部ミラーシステム９０ｂにおける測定レッグは、図４ｂおよび
４ｃにおいて例示されるような測定経路９８ｂを含む。測定経路９８ｂは、好ま
しくはミラー９１ｂおよび９２ｂならびに固定長（Ｌ／２）のシリンダー９９ｂ
によって定義される真空体積（ｅｖａｃｕａｔｅｄ ｖｏｌｕｍｅ）である。図
４ｂおよび４ｃを参照する。表面９５ｂは、高い効率でビームＥ１７ｂ、Ｅ２５
ｂ、Ｅ３３ｂ、Ｅ４１ｂ、Ｅ１８ｂ、Ｅ２６ｂ、Ｅ２１８ｂ、およびＥ２２６ｂ
を反射し、高い効率でビームＥ１１７ｂ、Ｅ１２５ｂ、Ｅ１３３ｂ、Ｅ１４１ｂ
、Ｅ１１８ｂ、Ｅ１２６ｂ、Ｅ３１８ｂ、およびＥ３２６ｂを透過するようにコ
ーティングされる。表面９６ｂは、高い効率でビームＥ１１７ｂ、Ｅ１２５ｂ、
Ｅ１３３ｂ、Ｅ１４１ｂ、Ｅ１１８ｂ、Ｅ１２６ｂ、Ｅ３１８ｂ、およびＥ３２
６ｂを反射するようにコーティングされる。

【０４７１】 外部ミラーシステム９０ｂおよび９０における差異は、位相

【０４７２】

【化Ｐ】

【０４７３】 、

【０４７４】

【化Ｑ】

【０４７５】 、および

【０４７６】

【化Ｒ】

【０４７７】 に対する式を導く。ここで、位相シフト

【０４７８】

【化Ｐ】

【０４７９】 、

【０４８０】

【化Ｑ】

【０４８１】 、および

【０４８２】

【化Ｒ】

【０４８３】 の大きさは、それぞれ位相シフト

【０４８４】

【化Ｇ】

【０４８５】 、

【０４８６】

【化Ｈ】

【０４８７】 、および

【０４８８】

【化Ｉ】

【０４８９】 に対応し、以下の式によると測定経路９８ｂの経路ｉの往復物理長Ｌ_iおよび図 ４ｂおよび４ｃにおいて示されるような基準経路に関係する。

【０４９０】

【数４３】

【０４９１】 検出したヘテロダイン信号ｓ_1b、ｓ_2b、およびｓ_3bは、それぞれ第１の実施態様
のヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₂、およびｓ₃に対応し、それぞれ１０３ｂ、１０４ ｂ、および３０４ｂとしての電子プロセッサ１０９ｂへアナログまたはデジタル
方式（好ましくはデジタル方式）で伝送される。

【０４９２】 ここで図４ｄを参照する。電子プロセッサ１０９ｂは、好ましくは英数字で番
号付けされた要素を含む。ここで、英数字の数字成分は、要素の機能を示し、数
字／機能の関係は、図１ｆにおいて図示された第１の実施態様の電子処理要素に
ついて説明されたものと同じである。電子プロセッサ１０９ｂによるヘテロダイ
ン信号ｓ_1b、ｓ_2b、およびｓ_3bの処理のステップの説明は、電子プロセッサ１０
９による第１の実施態様のヘテロダイン信号ｓ₁、ｓ₂、およびｓ₃の処理におけ るステップについて与えられた説明の、要素の英数字の数字成分にしたがって対
応する部分と同じである。

【０４９３】 電子プロセッサ１０９ｂによるヘテロダイン信号ｓ_1b、ｓ_2b、およびｓ_3bの処
理は、３つの位相

【０４９４】

【化Ｐ】

【０４９５】 、

【０４９６】

【化Ｑ】

【０４９７】 、および

【０４９８】

【化Ｒ】

【０４９９】 を生成する。電子プロセッサ１０９ｂによる

【０５００】

【化Ｐ】

【０５０１】 、

【０５０２】

【化Ｑ】

【０５０３】 、および

【０５０４】

【化Ｒ】

【０５０５】 の次の処理は、２つの位相

【０５０６】

【化Ｄ】

【０５０７】 およびΦ_bを生成する。

【０５０８】 比（Ｋ／χ）は、以下の式によって表現され得る。

【０５０９】

【数４４】

【０５１０】 ここで、Ｚ_bおよびξ_bはＺおよびξに対応する。したがって、（Ｋ／χ）は、実
質的にΦ_bを

【０５１１】

【化Ｄ】

【０５１２】 で割ることによって得られ、Ｌの測定を（Ｋ／χ）に必要にされるのと同じ精度
にまで正確にする必要はない。Φ_bの位相冗長は、第３の好ましい実施態様の一 部として組み込まれた第１の好ましい実施態様の変更されていない装置および方
法においてΦの位相冗長を取り除くために使用されたのと同じ方法の一部として
決定され得る。

【０５１３】 次に、気体の屈折度および／またはその気体による測定経路の光路長の変化は
、それぞれ式（７）および／または（１４）を使用して得られる。式（７）およ
び（１４）における

【０５１４】

【化Ａ】

【０５１５】 の無視できない効果のために、

【０５１６】

【化Ｄ】

【０５１７】 の位相冗長の解消に加えて、

【０５１８】

【化Ａ】

【０５１９】 の位相冗長もまた解消されなければならない。第４の実施態様の説明の残りは、

【０５２０】

【化Ａ】

【０５２１】 および

【０５２２】

【化Ｄ】

【０５２３】 の位相冗長の解消するための手順の説明に関する以外は、第１の実施態様の対応
する部分と同じである。

【０５２４】 測定経路の変化が干渉測定によって測定され得るアプリケーションに対し、例
えば測定経路の変化を測定するために使用される距離測定干渉測定器に基づくア
プリケーションの構成に対し、

【０５２５】

【化Ａ】

【０５２６】 における位相冗長は、外部ミラーシステム９０の可動ミラー９２をヌル（ｎｕｌ
ｌ）位置から所定の距離にわたってトランスレータ６７によって制御された方法
で走査しつつ、

【０５２７】

【化Ａ】

【０５２８】 の変化を記録することによって解消され得る。ヌル位置とは、測定および基準レ
ッグの物理長が実質的に同じである位置のことである。ヌル位置を決定するため
に必要な精度は、典型的にはに以下の例において例示される他のパラメータに必
要な精度よりも正確でない：λ₁＝０．６３３μｍ、（ｎ₁−１）≒３×１０^-4、
（ｎ₂−ｎ₁）≒１×１０^-5、ε≒１０^-9、および式（１７）において記述される
条件に対して、ヌル位置を決定するために必要な精度は、±３のオーダーの

【０５２９】

【化Ａ】

【０５３０】 の不確定性に対応する。

【０５３１】 屈折度および／または測定レッグにおけるその気体による光路長の変化の決定
がなされ、そして外部ミラーシステムのミラー９２は、前段落において考えられ
たような走査能力を有さないアプリケーションに対し、

【０５３２】

【化Ａ】

【０５３３】 および

【０５３４】

【化Ｄ】

【０５３５】 の位相冗長を解消するために他の手順が利用され得る。

【０５３６】

【化Ａ】

【０５３７】 および

【０５３８】

【化Ｄ】

【０５３９】 の有効波長は、実質的に同じであるので、

【０５４０】

【化Ａ】

【０５４１】 および

【０５４２】

【化Ｄ】

【０５４３】 のいずれかの位相冗長の解消のための方法のみを説明すればよい。

【０５４４】 Φの位相冗長の解消について説明される第２の手順は、

【０５４５】

【化Ａ】

【０５４６】 の位相冗長を解消するために改造され得る。第２の手順は、一連の外部ミラーシ
ステム９０の使用に基づく。ここで、外部ミラーシステム９０の測定レッグに対
する往復物理長Ｌは、等比級数を形成する。この一連における最も小さいまたは
第１の往復物理長は、およそλ₁／（４ｐ₁）÷（

【０５４７】

【化Ａ】

【０５４８】 の初期値が既知である相対精度）である。一連の第２外部ミラーシステム９０の
物理長は、およそ（第１外部ミラーシステム９０の長さ）÷（

【０５４９】

【化Ａ】

【０５５０】 が第１外部ミラーシステム９０を使用して測定される相対精度）である。これは
再び、等比級数の手順であり、その結果得られる物理長は、等比級数であり、一
連の外部ミラーシステム９０の数が１だけ増加される場合に屈折度または気体の
屈折度による光路長の変化を測定するために使用される外部ミラーシステム９０
の長さを超えるまで続けられる。

【０５５１】

【化Ａ】

【０５５２】 における位相冗長の解消のための一連の第１外部ミラーシステム９０の対する典
型的な往復物理長は、０．１ｍｍのオーダーであり、一連の第２外部ミラーシス
テム９０に対する典型的な往復物理長は、１０ｍｍのオーダーであり、そして必
要ならば一連の第３外部ミラーシステム９０に対する典型的な往復物理長は、１
０００ｍｍのオーダーである。Φにおける位相冗長の解消のための一連の外部ミ
ラーシステム９０に対する物理長は、典型的には

【０５５３】

【化Ａ】

【０５５４】 における位相冗長の解消のための一連の外部ミラーシステム９０に対する物理長
よりも大きいオーダーである。

【０５５５】 第３の手順は、一連の既知の波長の供給源（図４ａ−４ｄに図示されず）の使
用およびこれらの波長に対する

【０５５６】

【化Ａ】

【０５５７】 の測定に基づく。位相冗長を解消するために必要な既知の波長の数は、一般に小
さなセットを含む。

【０５５８】

【化Ｄ】

【０５５９】 における位相冗長を解消するための別の手順は、測定経路９８ｂが気体から真空
状態（真空ポンプおよび必要な気体取り扱いシステムは図４ａ−４ｄにおいて示
されない）に変化する際に

【０５６０】

【化Ｄ】

【０５６１】 の変化を観測して

【０５６２】

【化Ｄ】

【０５６３】 における位相冗長を解消する。屈折度およびその気体の屈折度による光路長の変
化に対する絶対値を測定する際に通常直面する、非ゼロ値から真空へ気体圧力を
変化させることに部分的に基づく問題は、第３の好ましい実施態様においては存
在しない。なぜなら、

【０５６４】

【化Ｄ】

【０５６５】 の決定の際に典型的に許される±３のオーダーの比較的大きな不確定性のためで
ある。

【０５６６】 式（６２）において存在するオフセット項のξ_bおよびＺ_bは、決定を必要とし
そして時間変化する場合はモニタリングが必要であり得る項である。ξ_bおよび Ｚ_bを決定するための１つの手順は、外部ミラーシステム９０ｂのミラー９１ｂ をミラーＺ９１ｂ（図４ａ〜４ｃにおいて図示せず）で置き換えることによる。
ミラーＺ９１ｂは、波長λ₁およびλ₂の両方に対する反射面となるようにコーテ
ィングされたミラー９１ｂの表面９３ｂに対応する表面Ｚ９３ｂを有し、そして
その結果の

【０５６７】

【化Ｄ】

【０５６８】 およびΦ_bを測定する。

【０５６９】

【化Ｄ】

【０５７０】 およびΦ_bの結果値をそれぞれ

【０５７１】

【化Ｅ】

【０５７２】 およびΦ_bRとする。量ξ_bおよびＺ_bは、以下の式によってそれぞれ

【０５７３】

【化Ｅ】

【０５７４】 およびΦ_bRに関係する。

【０５７５】

【化Ｚ】

【０５７６】 ξ_bおよびＺ_bへの非電子的寄与は、示差平面ミラー干渉測定器６９ｂ、示差平面
ミラー干渉測定器群７０ｂ、ビームスプリッタ６５ｂ、および外部ミラーシステ
ム９０ｂにおいて起こる補正の著しいレベルのために、実質的に時間について一
定であるべきである。ξ_bおよびＺ_bへの電子的寄与は、純粋に電子手段（図示せ
ず）によって監視される。

【０５７７】 波数χは、

【０５７８】

【化Ｄ】

【０５７９】 およびξ_bに対する測定値および以下の式を使用してコンピュータによって計算 される。

【０５８０】

【化ＡＡ】

【０５８１】 比Ｋ／χは、式（６２）を使用してコンピュータによって計算される。

【０５８２】 第１の実施態様の変形の各々に対応する第４の実施態様の変形があることは、
当業者にとって明らかである。第４の実施態様のこれらの変形の説明は、第１の
実施態様の対応する変形に対して与えられる説明の対応する部分と同じである。

【０５８３】 第４の実施態様およびその変形が第１の実施態様およびその変形の類似となる
ような方法と同じ方法で第２の実施態様およびその変形ならびに第３の実施態様
およびその変形に類似する実施態様およびその変形を構成する方法もまた、当業
者にとって明らかである。

【０５８４】 本発明の精神および範囲を逸脱せずに本発明の好ましい実施態様およびその変
形のための代替のデータ処理が考えられ得ることが、当業者にとって明らかであ
る。

【０５８５】 第２のセットの好ましい実施態様およびその変形における（Ｋ／χ）およびχ
を決定するためのさらなる手段の示差平面ミラー干渉測定器および外部ミラーシ
ステムが、波長の１つに対応する光ビームの１つが外部ミラーシステムの一端か
ら入射および出射し得、そして好ましい実施態様およびその変形において開示さ
れるのと同じ端とは対照的に異なる第２の波長に対応する第２の光ビームが外部
ミラーシステムの反対端から入射および出射し得るように、特許請求の範囲に規
定される本発明の精神および範囲を逸脱せずに構成され得ることが当業者にとっ
て明らかである。外部ミラーシステムを再構成することによって、ビームスプリ
ッタ６５ｂは、明らかに省略され得、異なる波長の光ビームは、しかるべく再構
成されたミラー表面９５ｂおよび９６ｂ上の反射および透過コーティングを有す
るミラー９１ｂおよび９２ｂを通って入射および出射する。

【０５８６】 本明細書中で開示される本発明の実施態様およびその変形が、典型的にはヘテ
ロダイン信号が受ける群遅延の相対差に対する感受性が低減された位相Φを生成
し、所定の実施態様またはその変形に対するヘテロダイン信号の各々は、実質的
に同じ周波数スペクトラムを有することが、当業者にとって明らかであり得る。

【０５８７】 好ましい実施態様およびその変形のビーム９および／またはビーム１０のｘお
よびｙ偏光成分の両方が本発明の精神および範囲を逸脱せずに周波数シフトされ
得、ｆ₁がビーム９のｘおよびｙ偏光成分の周波数差を維持し、そしてｆ₂がビー
ム１０のｘおよびｙ偏光成分の周波数差を維持することは、さらに当業者にとっ
て明らかである。干渉測定器とレーザ供給源の分離を向上させることは、ビーム
のｘおよびｙ偏光成分の両方を周波数シフトさせることによって一般に可能であ
り、向上した分離の度合いが周波数シフトの生成に使用された手段に依存する。

【０５８８】 式（１４）および（２０）における

【０５８９】

【化Ｇ】

【０５９０】 を決定するために使用される光ビームの波長λ₁が本発明の精神および範囲を逸 脱せずに測定経路における気体による測定経路の光路長の変化を決定するために
使用される２つの波長の両方と異なり得ることが、当業者にとって明らかである
。要求される逆分散力Γ₃は、以下の式にしたがって、３つの波長λ₁、λ₂、お よびλ₃でのそれぞれの気体の屈折率ｎ₁、ｎ₂、およびｎ₃によって定義され得る
。 λ₃＜λ₂のとき、

【０５９１】

【数４５】

【０５９２】 ビーム９および１０のいずれかまたは両方の２つの周波数成分が、本発明の精
神および範囲を逸脱せずに周波数シフトを導入するための手段の後のいずれの時
点および上記の好ましい実施態様のそれぞれの干渉測定器に入射する前に空間的
に分離され得ることが、さらに当業者にとって明らかである。２つのビームのい
ずれかの２つの周波数成分がそれぞれの干渉測定器から任意の著しい距離を離し
て空間的に分離される場合、第１の実施態様において説明されたような代替の基
準ビームを使用する必要があり得る。

【０５９３】 図面の例は、本発明の好ましい実施態様およびその変形を図示し、ここで１つ
の実施態様のためのすべての光ビームは単一面内にある。明らかに、複数の面を
使用する変更が、本発明の精神および範囲を逸脱せずに１つ以上の好ましい実施
態様およびその変形に対してなされ得る。

【０５９４】 本発明の好ましい実施態様およびその変形は、外部ミラーシステム９０ｂおよ
び／または９０を有し、ここでλ₁およびλ₂に対する測定経路は、システムを通
る経路ごとに同じ往復物理長を有し、そしてλ₁およびλ₂に対する基準経路は、
経路ごとに同じ往復物理長を有する。特許請求の範囲に記載の本発明の精神およ
び範囲を逸脱せずにλ₁およびλ₂に対する測定経路が経路ごとに異なる物理長を
有し、そしてλ₁およびλ₂に対する基準経路が経路ごとに異なる物理長を有し得
ることは、当業者にとって明らかである。例えば測定経路における気体の屈折度
の空間勾配によって実施態様の周波数反応に関する性能および／または計算され
る量の精度が劣化し得るが、特許請求の範囲に記載の本発明の精神および範囲を
逸脱せずにλ₁およびλ₂に対する測定経路が互いに物理的に置換され得、そして
λ₁およびλ₂に対する基準経路が互いに物理的に置換され得ることは、さらに当
業者にとって明らかである。

【０５９５】 本発明の好ましい実施態様およびその変形はすべて、ヘテロダイン検出を使用
するために構成される。ホモダイン検出が特許請求の範囲に記載の本発明の精神
および範囲を逸脱せずに好ましい実施態様およびその変形の各々において使用さ
れ得ることは、当業者にとって明らかであり得る。ホモダイン受信器は、同一出
願人のＰ．ｄｅ Ｇｒｏｏｔの名による米国特許第５，６６３，７９３号（題名
「Ｈｏｍｏｄｙｎｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ ａ
ｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」、１９９７年９月２日発行）の開示と同様に使用され得る
。気体の屈折度および／またはその気体による測定経路の光路長の変化の計算は
、例えばホモダイン位相

【０５９６】

【化Ｓ】

【０５９７】 および

【０５９８】

【化Ｔ】

【０５９９】 から直接に第１の好ましい実施態様のホモダインバージョンにおいて得られ得、
ここでホモダイン位相

【０６００】

【化Ｓ】

【０６０１】 および

【０６０２】

【化Ｔ】

【０６０３】 は、第１の好ましい実施態様の位相

【０６０４】

【化Ｇ】

【０６０５】 および

【０６０６】

【化Ｈ】

【０６０７】 に対応し、そしてホモダインバージョンの式（７）および（１４）を用いて得ら
れ得る。

【０６０８】 本発明の実施態様およびその変形の第２のセットは、比（Ｋ／χ）およびχを
測定し、そして（Ｋ／χ）およびχの測定値を気体の屈折度および／またはその
気体による測定経路の光路長の変化の計算に使用する。特許請求の範囲に記載の
本発明の精神および範囲を逸脱せずに、式（１８）によって表現される条件が満
足されることおよびχが一定であることのいずれかまたは両方であるような（Ｋ
／χ）およびχの測定値がフィードバックシステムにおけるエラー信号として使
用され得ることは、当業者にとって明らかであり得る。フィードバックシステム
における（Ｋ／χ）およびχのいずれかまたは両方の測定値が供給源１および供
給源２のいずれかまたは両方に送られ、そして供給源１および供給源２のいずれ
かまたは両方のそれぞれの波長を（例えばダイオードレーザの注入電流および温
度のいずれかまたは両方、あるいは外部キャビティダイオードレーザの空胴周波
数を制御することによって）制御するために使用される。

【０６０９】 比（Ｋ／χ）およびχを測定するための好ましい実施態様の第２群およびその
変形の手段および好ましい実施態様の第１群およびその変形の手段の組み合わせ
は、特許請求の範囲に記載の本発明の精神および範囲を逸脱せずに、好ましい実
施態様の第２群およびその変形において使用される組み合わせではなく、気体の
屈折度および／またはその気体による測定経路の光路長の変化を決定するために
使用され得ることが当業者に理解される。

【０６１０】 ここで図５を参照する。図５は、ブロック５００〜５２６によって測定経路に
おける気体の屈折度および／またはその気体による測定経路の光路長における変
化を測定およびモニタリングするための本発明の方法を実施するための種々のス
テップを図示する一般化されたフローチャートであり、ここで気体の屈折度が変
化し得るか、および／または測定経路の物理長が変化し得る。図５に図示された
本発明の方法は、上記に開示された本発明の装置を使用して実行され得ることが
明らかであり得る一方、開示の装置以外の装置でも実施され得ることもまた、当
業者にとって明らかであり得る。例えば、好ましい実施態様において使用された
ような示差平面ミラー干渉測定装置を使用する必要はないが、むしろ必要な基準
および測定レッグが存在する限り他の従来の干渉測定器機構が使用され得ること
は、明らかであり得る。加えて、ホモダインアプローチまたはヘテロダイン効果
を起こす技術が有利に使用されるようなアプローチのいずれかが使用され得るこ
とが、明らかであり得る。さらに理解され得るように、図５におけるステップの
多くは、汎用コンピュータ上で実行される適切なソフトウェアまたは適切にプロ
グラムされたマイクロプロセッサによって実行され得る。そのソフトウェアまた
はマイクロプロセッサのいずれかは、必要に応じてシステムの他の要素を制御す
るための使用される。

【０６１１】 図５においてわかるように、ブロック５００において好ましくは上記のように
適切な調和関係を有する異なる波長を有する２つ以上の光ビームを提供すること
によって開始する。ブロック５０２において、光ビームは、成分に分離され、そ
の成分は、好ましくはブロック５０４において偏光または空間符号化、あるいは
周波数シフトのいずれかまたはその両方によって改変される。そうでなければ、
光ビームは、単に改変されないまま、ブロック５０６へ通過され得る。

【０６１２】 ブロック５２２および５２４において示されるように、光ビームの波長の関係
は監視され得、そしてその波長が上記の制限内になければ、波長の所望の関係か
ら波長の関係のずれを補正するための正しい尺度を採用し得る。光ビームの供給
源の波長を制御するためのフィードバックを提供するためにずれが使用され得る
か、または補正がずれによって影響を受けるその後の計算において確立および使
用され得るか、または両方のアプローチのいくらか組み合わせが実施され得るか
のいずれかである。

【０６１３】 ブロック５００において光ビームを生成する工程に平行または同時に、ブロッ
ク５２６において示されるように２つのレッグ（一つは基準レッグおよび他方は
測定レッグ）を有する干渉測定器をまた提供する。ここで、測定経路の一部は、
屈折度および／または測定経路の光路長に対する効果が測定されるべき気体中に
存在する。

【０６１４】 ブロック５０６および５０８によって示されるように、すでに生成された光ビ
ーム成分は、干渉測定器レッグに導入され、各成分は、割り当てられたレッグの
物理長にわたって進行する際に経る光路長に基づいてシフトされる位相を有する
。

【０６１５】 ビームは、ブロック５０８から出射した後、ブロック５１０において合成され
て混合光信号を生成する。次に、これらの混合光信号は、ブロック５１２に送ら
れる。ブロック５１２において、光検出によって、対応する電気信号（好ましく
はヘテロダイン）が生成され、そしてこれらの電気信号は、光ビーム成分間の相
対位相についての情報を含む。好ましくは、電気信号は、すでに周波数シフト処
理されて生成されたヘテロダイン信号である。

【０６１６】 ブロック５１４において、電気信号が相対位相情報を抽出するために直接的に
解析され得、次にその相対位相情報がブロック５１６〜５２０に転送され得るか
、またはスーパーヘテロダイン信号が生成されそしてその後相対位相情報につい
て解析される。

【０６１７】 ブロック５１６において、好ましくは、好ましい実施態様の説明に関連して上
記に詳しく述べられた手段および計算によって、ホモダイン、ヘテロダイン、お
よび／またはスーパーヘテロダイン信号におけるいずれの位相冗長が解消される
。

【０６１８】 ブロック５１８において、気体の屈折度および／または測定経路の光路長に対
する気体の屈折度の効果が計算され、すでに決められたように補正が行われ、そ
して出力信号が後続の下流アプリケーションまたはデータ方式要件のために生成
される。

【０６１９】 当業者は、本発明の教示するところの範囲を逸脱せずに、本発明の装置および
方法に対して他の変更をなし得る。したがって、意図されるところは、図示およ
び記載の実施態様が、例示のためのものと考えられ、そして限定的な意味におけ
るものではないことである。

【０６２０】 上記の干渉測定システムは、コンピュータチップなどの大規模集積回路の製造
のためのリソグラフィーアプリケーション（６７に模式的に示される）において
特に有用であり得る。リソグラフィーは、半導体製造産業にとって鍵となる技術
の先導役である。オーバーレイの改良は、１００ｎｍ線幅かそれ以下に下げるた
めの最も困難な５つの課題の１つである（デザインルール）。例えば、Ｓｅｍｉ
ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｒｏａｄｍａｐ，ｐ８２（１９９７）
を参照されたい。オーバーレイは、ウェハおよびレチクル（またはマスク）ステ
ージを位置づけるのに用いられる距離測定干渉測定器の性能、即ち、確度（ａｃ
ｃｕｒａｃｙ）および精度（ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）に直接依存する。リソグラフ
ィー工具は、年間５０００万〜１億ドルの製品を生産し得るので、改良された性
能の距離測定干渉測定器の経済価値は相当である。リソグラフィー工具の収量が
１％増加する毎に、集積回路製造業者に年間約１００万ドルの経済利益をもたら
し、リソグラフィー工具販売者に相当な競争上の優位性をもたらす。

【０６２１】 リソグラフィー工具の機能は、空間的にパターン化された放射をフォトレジス
トでコーティングされたウェハ上に方向付けることである。このプロセスは、ウ
ェハのどの位置が放射を受け取るかを決定し（位置合わせ）、その位置でフォト
レジストに放射を付与する（露光）ことを含む。

【０６２２】 ウェハを適切に配置するためには、ウェハは、専用のセンサにより測定され得
る位置合わせマークをウェハ上に含む。位置合わせマークの測定位置は、工具内
でのウェハの位置を決定する。この情報は、ウェハ表面の所望のパターニングの
仕様とともに、空間的にパターン化された放射に関連してウェハの位置合わせを
誘導する。そのような情報に基づき、フォトレジストコーティングされたウェハ
を支持する書き込み可能なステージは、ウェハの適切な位置を放射が露光するよ
うにウェハを可動する。

【０６２３】 露光の間、放射源は、パターン化されたレチクルを照射し、レチクルが放射を
散乱して空間的にパターン化された放射を生成する。レチクルはマスクとも称さ
れ、これらの用語を以下では交換可能に用いる。縮小リソグラフィーの場合、縮
小レンズが散乱した放射を収集してレチクルパターンの縮小像を形成する。ある
いは、プロキシミティー焼付の場合は、散乱された放射は、ウェハに接触する前
に小さな距離（典型的にはミクロンのオーダー）を伝播し、レチクルパターンの
１：１像を生成する。放射は、放射パターンをフォトレジスト内の潜像に変換す
る光化学プロセスをフォトレジスト内で開始する。

【０６２４】 上述した干渉測定器システムは、ウェハおよびレチクルの位置を制御し、ウェ
ハ上のレチクル像を記録する位置決め機構の重要な要素である。

【０６２５】 一般的に、リソグラフィーシステムは、露光システムとも呼ばれ、典型的には
、照射システムおよびウェハ位置決めシステムを含む。照射システムは、紫外線
、可視光線、Ｘ線、電子、またはイオン放射などの放射を提供するための放射源
、およびパターンを放射に与えるためのレチクルまたはマスクを含み、これによ
り、空間的にパターン化された放射を生成する。さらに、縮小リソグラフィーの
場合では、照射システムは、空間的にパターン化された放射をウェハ上に投影す
るためのレンズアセンブリを含み得る。イメージされた放射は、ウェハ上にコー
ティングされたフォトレジストを露光させる。照射システムは、マスクを支持す
るためのマスクステージ、およびマスクを介して方向付けられる放射に関連して
マスクステージの位置を調節する位置決めシステムも含む。ウェハ位置決めシス
テムは、ウェハを支持するためのウェハステージ、およびイメージされた放射に
関連してウェハステージの位置を調節するための位置決めシステムを含む。集積
回路の製造は、複数の露光工程を含み得る。リソグラフィーの一般的な文献とし
ては、例えば、その内容を参照として本願に援用する、Ｊ．Ｒ．Ｓｈｅａｔｓお
よびＢ．Ｗ．ＳｍｉｔｈのＭｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ： Ｓｃｉｅｎｃ
ｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．
，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９９８）を参照されたい。

【０６２６】 上述の干渉測定システムは、各ウェハステージおよびマスクステージの位置を
、レンズアセンブリ、放射ソース、または支持構造など露光システムの他の要素
に関連して、正確に測定するのに使用され得る。そのような場合には、干渉測定
システムが静止構造に取り付けられ得、測定物が、マスクおよびウェハステージ
の１つなどの可動要素に取り付けられ得る。あるいは、状況を逆転し、干渉測定
システムを可動物に取り付け、測定物を静止物に取り付けてもよい。

【０６２７】 より一般的には、干渉測定システムは、露光システムの任意の要素の１つの位
置を露光システムの他の任意の要素に関連して測定するのに用いられ得る。ここ
で干渉測定システムは、要素の１つに取り付けられるか、または要素の１つによ
り支持され、測定物は別の要素に取り付けられるか、または別の要素により支持
される。

【０６２８】 干渉測定システム６２６を用いたリソグラフィースキャナ６００の例を図６ａ
に示す。干渉測定システムは、露光システム内のウェハの位置を正確に測定する
のに用いられる。ここで、ステージ６２２は、露光ステーションに関連してウェ
ハを位置決めするのに用いられる。スキャナ６００は、フレーム６０２を含み、
フレーム６０２は、他の支持構造およびそれらの構造に積載される様々な要素を
積載する。露光基盤６０４はその頂部にレンズ収納部６０６を搭載し、レンズ収
納部６０６の上には、レチクルまたはマスクを支持するのに用いられるレチクル
またはマスクステージ６１６が搭載される。露光ステーションに関連してマスク
を位置決めするための位置決めシステムを、要素６１７として模式的に示す。位
置決めシステム６１７は、例えば、圧電変換要素および対応する制御エレクトロ
ニクスを含み得る。本説明の実施形態では含まれていないが、マスクステージの
位置、およびリソグラフィー構造を製造するためのプロセスにおいてその位置を
正確に監視されなければならない他の可動要素の位置を正確に測定するために、
上述の干渉測定システムを１つ以上用いてもよい（前掲書、Ｓｈｅａｔｓおよび
Ｓｍｉｔｈ、Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ： Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙを参照のこと）。

【０６２９】 露光基盤６０４の下に懸垂されるのはウェハステージ６２２を積載する支持基
盤６１３である。ステージ６２２は、干渉測定システム６２６によりステージに
方向付けられる測定ビーム６５４を反射するための平面ミラーを含む。干渉測定
システム６２６に関連してステージ６２２を位置決めするための位置決めシステ
ムは、要素６１９として模式的に示してある。位置決めシステム６１９は、例え
ば、圧電変換要素および対応する制御エレクトロニクスを含み得る。測定ビーム
は反射して、露光基盤６０４に積載されている干渉測定システムに戻る。干渉測
定システムは、先述した実施形態のいずれかであり得る。

【０６３０】 動作中は、例えばＵＶレーザからの紫外線（ＵＶ）ビーム（図示せず）などの
放射ビーム６１０が、ビーム整形光学アセンブリ６１２を通過し、ミラー６１４
で反射した後、下に向かって伝達する。その後、放射ビームはマスクステージ６
１６に積載されるマスク（図示せず）を通過する。マスク（図示せず）は、レン
ズ収納部６０６に積載されるレンズアセンブリ６０８を介して、ウェハステージ
６２２上のウェハ（図示せず）にイメージされる。基盤６０４および基盤６０４
により支持される様々な要素は、スプリング６２０として示す減衰システムによ
り、環境振動から隔離される。

【０６３１】 リソグラフィースキャナの他の実施形態では、先述した干渉測定システムの１
つ以上が、複数軸および角度に沿って距離を測定するために用いられ得る。複数
軸および角度は、例えば、ウェハおよびレチクル（またはマスク）ステージに関
連するが、これらに限定されない。また、ウェハを露光するには、ＵＶレーザビ
ーム以外に、例えば、Ｘ線ビーム、電子ビーム、イオンビーム、可視光線ビーム
を含む他のビームを用いてもよい。

【０６３２】 さらに、リソグラフィースキャナは、干渉測定システムの内部の基準経路以外
に、干渉測定システム６２６が基準ビームをレンズ収納部６０６、または放射ビ
ームを方向付ける他の何らかの構造に方向付けるカラム基準を含み得る。ステー
ジ６２２から反射された測定ビーム６５４とレンズ収納部６０６から反射された
基準ビームとを組み合わすとき、干渉測定システム６２６により生成される干渉
信号は、放射ビームに関連してステージの位置の変化を示す。さらに、他の実施
形態では、干渉測定システム６２６が、レチクル（またはマスク）ステージ６１
６またはスキャナシステムの他の可動要素の位置の変化を測定するように位置づ
けられ得る。最後に、干渉測定システムは、スキャナに加え、またはスキャナ以
外に、ステッパーを含むリソグラフィーシステムを有する同様の様態で用いられ
得る。

【０６３３】 当該分野で周知のように、リソグラフィーは、半導体素子を形成するための製
造方法の重要な部分である。例えば、米国特許第５，４８３，３４３号は、その
ような製造方法に関する工程を概説している。図６ｂおよび図６ｃを参照して以
下にこれらの工程を説明する。図６ｂは、半導体チップ（例えば、ＩＣまたはＬ
ＳＩ）、液晶パネル、またはＣＣＤなどの半導体素子を製造する手順のフローチ
ャートである。工程６５１は、半導体素子の回路を設計するための設計プロセス
である。工程６５２は、回路パターン設計の基礎のマスクを製造するためのプロ
セスである。工程６５３は、シリコンなどの材料を用いることによりウェハを製
造するためのプロセスである。

【０６３４】 工程６５４は、前工程と呼ばれるウェハプロセスであって、そのように準備さ
れたマスクおよびウェハを用いることにより、リソグラフィーを通じてウェハ上
に回路を形成する。工程６５５は、後工程と呼ばれる組み立て工程であって、工
程６５４により加工されたウェハが半導体チップに形成される。この工程は、組
み立て（ダイシングおよびボンディング）およびパッケージング（チップ封入）
を含む。工程６５６は検査工程であって、工程６５５により製造された半導体素
子の動作性検査、耐久性検査などが実行される。これらのプロセスにより、半導
体素子が完成され出荷される（工程６５７）。

【０６３５】 図６ｃは、ウェハプロセスの詳細を示すフローチャートである。工程６６１は
、ウェハの表面を酸化するための酸化プロセスである。工程６６２は、ウェハ表
面上に絶縁膜を形成するためのＣＶＤプロセスである。工程６６３は、蒸着によ
りウェハ上に電極を形成するための電極形成プロセスである。工程６６４は、ウ
ェハにイオンを注入するイオン注入プロセスである。工程６６５は、ウェハにフ
ォトレジスト（光感受性材料）を添加するためのフォトレジストプロセスである
。工程６６６は、上述した露光装置を介して露光によりマスクの回路パターンを
ウェハ上にプリントするための露光プロセスである。工程６６７は、露光したウ
ェハを現像するための現像プロセスである。工程６６８は、現像されたフォトレ
ジスト像以外の部分を除去するためのエッチングプロセスである。工程６６９は
、エッチングプロセスを施した後、ウェハ上に残存するフォトレジスト材料を分
離するフォトレジスト分離工程である。これらのプロセスを反復することにより
、ウェハ上に回路パターンが形成され積層される。

【０６３６】 上述した干渉測定システムは、物体の相対位置が正確に測定される必要のある
他のアプリケーションにも使用し得る。例えば、基板またはビームのいずれかが
移動するにしたがい、レーザ、Ｘ線、イオン、または電子ビームなどの書き込み
ビームが基板上にパターンを印すアプリケーションでは、基板と書き込みビーム
との間の相対動作を測定するために干渉測定システムを使用し得る。

【０６３７】 一例として、ビーム書き込みシステム７００の概略を図７に示す。ソース７１
０が書き込みビーム７１２を生成し、ビーム集束アセンブリ７１４が、可動ステ
ージ７１８により支持された基板７１６に放射ビームを方向付ける。ステージの
相対位置を決定するには、干渉測定システム７２０が、ビーム集束アセンブリ７
１４に搭載されたミラー７２４に基準ビーム７２２を方向付け、ステージ７１８
に搭載されたミラー７２８に測定ビーム７２６を方向付ける。干渉測定システム
７２０は、先述した干渉測定システムのいずれであってもよい。干渉測定システ
ムにより測定される位置の変化は、基板７１６上の書き込みビーム７１２の相対
位置の変化に対応する。干渉測定システム７２０は、基板上７１６上の書き込み
ビーム７１２の相対位置を示す制御器７３０に測定信号７３２を送る。制御器７
３０は、ステージ７１８を支持し位置決めする基盤７３６に出力信号７３４を送
る。さらに、制御器７３０は、信号７３８をソース７１０に送り、書き込みビー
ム７１２の強度を変化させるか、または書き込みビーム７１２を遮断して、書き
込みビームが基板の選択された位置のみに光物理学的または光化学的変化を生じ
させるのに十分な強度で基板と接触する。さらに、いくつかの実施形態では、制
御器７３０により、ビーム集束アセンブリ７１４が、例えば、信号７４４を用い
て、基板上の領域にわたり書き込みビームを走査する。その結果、制御器７３０
は、システムの他の要素を方向付け、基板をパターニングする。パターンニング
は典型的には、制御器内の格納される電子設計パターンに基づく。書き込みビー
ムが基板上にコーティングされたフォトレジストをパターンニングするアプリケ
ーションもあれば、書き込みビームが、例えばエッチングなど、直接基板にパタ
ーニングするアプリケーションもある。

【０６３８】 そのようなシステムの重要なアプリケーションは、先述のリソグラフィー方法
に用いられるマスクおよびレチクルの製造である。例えば、リソグラフイーマス
クを製造するためには、クロムコーティングされたガラス基板をパターニングす
るように電子ビームが用いられ得る。書き込みビームが電子ビームである場合に
は、ビーム書き込みシステムが真空中で電子ビーム経路を包囲する。また、例え
ば書き込みビームが電子またはイオンビームである場合には、ビーム集束アセン
ブリは、四極型レンズなど、荷電された粒子を真空下で基板に集束し方向付ける
ための電場発生器を含む。書き込みビームが、例えば、Ｘ線、ＵＶ、または可視
光線放射などの放射ビームである他の場合には、ビーム集束アセンブリは、放射
を基板に集束し方向付けるための対応するオプティクスを含む。

【０６３９】 本発明にはさらに別の変更を行い得る。例えば、特定のアプリケーションでは
、干渉測定器の測定レッグ内および基準レッグの両方に含まれる気体の屈折率を
監視することが望ましいであろう。この例には、周知のカラム基準型干渉測定器
が含まれる。カラム基準型干渉測定器では、基準レッグが機械システム内のある
位置に配置された標的オプティクスを含み、測定レッグが、同じ機械システム内
の別の位置に配置された標的オプティクスを含む。別の例のアプリケーションは
、小さい角度の測定に関し、測定および基準ビームの両方が同一の標的オプティ
クスに、小さな物理的オフセットで当てられ、これにより、標的オプティクスの
角度方向の感度の高い測定を提供する。これらのアプリケーションおよび構成は
、当業者に周知であり、必要な改変は本発明の範囲内であると意図される。

【０６４０】 ヘテロダイン干渉測定器におけるドップラーシフトに対する実質的非感受性を
達成するさらに代替の手段は、ドップラーシフトを追跡し、（１）基準および測
定ビームの間の周波数差を調節する、（２）電子Ａ／Ｄモジュールの一方または
両方のクロック周波数を調節する、または（３）駆動または検出エレクトロニク
スの能動的調節により、２つの波長の見かけのヘテロダインうなり周波数を連続
的に一致させる任意の同様の手段、のいずれかにより補正するものである。

【０６４１】 本発明をその詳細な説明を参照して説明してきたが、上述の説明は本発明を例
示することを意図しており、その範囲の限定を意図するものではなく、本発明の
範囲は添付の特許請求の範囲により規定されることが理解される。

【０６４２】 本発明の構造および操作は、その他の目的および利点と共に、図面と関連して
、その詳細な説明を読むことにより、最もよく理解され得、ここで、本発明の一
部は、割り当てた参照番号（これは、それらが現れる全ての図面において、それ
らを確認するために、使用される）を有する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＫＲ (72)発明者 デマレスト， フランク シー． アメリカ合衆国 コネチカット 06457， ミドルタウン， イースト リッジ ロ ード 315 Ｆターム(参考） 2F064 CC10 DD02 DD04 EE01 FF02 FF06 GG12 GG16 GG22 GG23 GG32 GG38 GG42 GG52 GG53 GG68 HH01 HH06 JJ05 2G059 AA10 BB02 EE09 GG01 GG03 HH02 JJ13 JJ19 JJ20 JJ22 JJ30 KK03 MM05 MM09 MM10 MM14

Claims (100)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定経路における気体屈折率の効果を測定するための干渉測
   定装置であって、該干渉測定装置は以下： 第１および第２の測定レッグを含む干渉測定手段であって、該第１および第２
   の測定レッグのうちの少なくとも１つが可変物理長を有し、そして該第１および
   第２の測定レッグのうちの少なくとも１つが該気体によって少なくとも部分的に
   占められ、そして該第１および第２の測定レッグのうちの少なくとも１つが所定
   の媒体によって少なくとも部分的に占められ得るように構成および配置された光
   経路を該第１および第２の測定レッグが有し、該第１および第２の測定レッグの
   間の光路長差が該光経路のそれぞれの物理長の差および該気体および該所定の媒
   体の性質によって変化する、干渉測定手段； 異なる波長を有する少なくとも２つの光ビームを生成するための手段； 該光ビームの各々の第１および第２の所定部分をそれぞれ該干渉測定手段の該
   第１および第２の測定レッグに導入することによって、該光ビームの該第１およ
   び第２の所定部分の該波長の１つでビームが該第１および第２の測定レッグのう
   ちの少なくとも１つを通り所定の光路に沿って、該波長の他方でのビームと異な
   る数の経路を進行し、該第１および第２の測定レッグの物理経路長が変化する相
   対速度を補正するための手段であって、該光ビームの該所定の第１および第２部
   分が該干渉測定手段から出て来て、射出ビームが該波長で該第１および第２の測
   定レッグを通るそれぞれの光路長についての情報を含む、手段； 該射出ビームを組み合わせて、該波長での該第１および第２の測定レッグの該
   所定経路の対応するものから該射出ビームの各々の間の位相差に対応する情報を
   含む混合光信号を生成するための手段； 該混合光信号を検出し、そして該異なるビーム波長での該気体および該所定の
   媒体の屈折率ならびに該第１および第２の測定レッグ間の相対物理経路長および
   それらの変化率の効果に対応する情報を含む電気干渉信号を生成するための手段
   ；および 該干渉電気信号を解析して該測定レッグにおける該気体の効果を決定するため
   の電気的手段、 を含む、干渉測定装置。
2. 【請求項２】 前記光ビームの前記波長が近似調和関係を互いに対して有し
   、該近似調和関係が一連の比率として表現され、各比が低位非ゼロ整数の比から
   構成される、請求項１に記載の干渉測定装置。
3. 【請求項３】 前記干渉測定手段が前記光ビームに対する前記測定レッグの
   少なくとも１つに沿って複数の経路を生成するための手段を含み、ここで該光ビ
   ームに対する経路の数は、前記波長間の前記実質的な調和関係と実質的に同じで
   ある関係において調和的に関連する、請求項２に記載の干渉測定装置。
4. 【請求項４】 少なくとも２つの光ビームを生成するための前記手段が、該
   光ビームの各々に対して直交偏光成分を生成するための手段をさらに含む、請求
   項３に記載の干渉測定装置。
5. 【請求項５】 前記光ビームを共通の波長の直交偏光成分の対に分離するた
   めの手段をさらに含む、請求項４に記載の干渉測定装置。
6. 【請求項６】 前記干渉測定手段における後続の下流での使用のために前記
   直交偏光成分の対を空間的に分離するための手段をさらに含む、請求項５に記載
   の干渉測定装置。
7. 【請求項７】 前記一連の比率として表現された前記波長の関係の相対精度
   が、前記気体の屈折率の分散（ｎ₁−ｎ₂）の大きさと相対精度εをかけた値より
   も一桁またはそれ以上小さく、ここでｎ₁およびｎ₂はそれぞれ前記異なる波長で
   の該気体の屈折率であり、該相対精度εが該気体の屈折度（ｎ₁−１）または該 気体による該測定レッグの光路長における差の変化の測定に望ましい、請求項２
   に記載の干渉測定装置。
8. 【請求項８】 前記一連の比率として表現された前記近似調和関係の前記相
   対精度を監視するための手段をさらに含む、請求項７に記載の干渉測定装置。
9. 【請求項９】 前記相対精度εが前記気体の屈折度（ｎ₁−１）または該気 体による前記測定レッグの光路長における差の変化の測定に望ましい場合に、前
   記近似調和関係の前記相対精度が、該気体の屈折率の分散の大きさと該相対精度
   εをかけた値よりも一桁またはそれ以上小さくなるように、前記光ビームを生成
   するための前記手段を制御するためにフィードバック信号を提供するために該近
   似調和関係の該相対精度を監視するための前記手段に応答する手段をさらに含む
   、請求項８に記載の干渉測定装置。
10. 【請求項１０】 前記電子手段が物理長Ｌにおける差を決定するためにさら
    に適合される、請求項１に記載の干渉測定装置。
11. 【請求項１１】 前記電子手段が前記気体の固有の光学的性質である逆分散
    力Γを受け取るように構成され、ここで： 【数１】 λ₁、λ₂、およびλ₃が波長であり、そしてｎ₁、ｎ₂、およびｎ₃が屈折率であり
    、そして分母が［ｎ₃（λ₃）−ｎ₁（λ₁）］または［ｎ₂（λ₂）−ｎ₁（λ₁）］
    によって置き換えられ得る、請求項１０に記載の装置。
12. 【請求項１２】 物理長Ｌにおける前記差を使用してマイクロリソグラフィ
    ー手段の所定の要素間の相対距離における差の変化を決定し得るように、前記干
    渉測定手段に動作的に関連した該マイクロリソグラフィー手段をさらに含む、請
    求項１１に記載の干渉測定装置。
13. 【請求項１３】 前記干渉測定手段が少なくとも１つの示差平面ミラー干渉
    測定器を含む、請求項１に記載の干渉測定装置。
14. 【請求項１４】 １セットの周波数シフトした光ビームのうちのいずれの２
    つのビームも同じ周波数差を有することがないように該１セットの周波数シフト
    した光ビームを生成するために、前記光ビームの各々の第１と第２部分との間の
    周波数差を導入するための手段をさらに含む、請求項２に記載の干渉測定装置。
15. 【請求項１５】 前記干渉測定手段が、前記光ビームに対する前記測定レッ
    グの少なくとも１つに沿って複数の経路を生成するための手段を含み、ここで該
    光ビームに対する該経路の数は、前記波長間の前記実質的な調和関係と実質的に
    同じである関係において調和的に関連する、請求項１４に記載の干渉測定装置。
16. 【請求項１６】 前記セットの周波数シフトした光ビームの各ビームを１つ
    以上のビームに分割して該セットの周波数シフトした光ビームから少なくとも３
    つの周波数シフトした光ビームの拡張セットを提供することにより、該拡張セッ
    トの周波数シフトした光ビームにおける各波長に対する周波数シフトした光ビー
    ムの数は、前記近似調和関係にしたがって逆比例に関係し、そして該周波数シフ
    トした光ビームの拡張セットのセットの各ビームが２つの周波数成分を含む光学
    手段をさらに含む、請求項１５に記載の干渉測定装置。
17. 【請求項１７】 前記干渉測定手段が前記少なくとも３つの周波数シフトし
    た光ビームの拡張セットの各ビームの前記異なる周波数成分間に位相シフトを導
    入して１セットの位相シフトし周波数シフトした光ビームとして前記射出ビーム
    を生成し、そして該少なくとも３つの周波数シフトした光ビームの拡張セットの
    該ビームを整列および方向付けることにより、位相シフトし周波数シフトした光
    ビームの各サブセットによって通過される、前記測定レッグのうちの少なくとも
    １つを通る組み合わされた経路が実質的に同じとなり、ここで該位相シフトし周
    波数シフトした光ビームの１サブセットが同じ波長を有する該位相シフトし周波
    数シフトした光ビームのビームを含み、位相シフトし周波数シフトした光ビーム
    の１サブセットの２つのビームによって通過される前記測定経路が実質的にオー
    バラップしない、請求項１６に記載の干渉測定装置。
18. 【請求項１８】 少なくとも３つの周波数シフトした光ビームの前記拡張セ
    ットの各ビームに導入された該位相シフトの大きさは、前記第１および第２の測
    定レッグに沿って伝わる際に該ビームが被る位相シフトにおける差であり、そし
    て該第１および第２の測定レッグのそれぞれの上の前記経路の数および該第１か
    つ第２の測定レッグのそれぞれの物理長、ならびに該測定レッグの該少なくとも
    １つにおける前記気体のそれぞれの屈折度および該気体および前記所定の媒体の
    それぞれの屈折度にしたがって変化し、位相シフトし周波数シフトした光ビーム
    の各サブセットに対する該測定レッグの該少なくとも１つにおける該気体の屈折
    度が互いに異なり、該気体の屈折度が波長の関数である、請求項１７に記載の干
    渉測定装置。
19. 【請求項１９】 前記組み合わせ手段が前記セットの位相シフトし周波数シ
    フトした光ビームの各ビームの前記２つの異なる周波数成分を混合し、該混合さ
    れた光信号を少なくも３つの混合された出力ビームから構成される１セットの混
    合された出力ビームとして生成し、該セットの混合された出力ビームの各ビーム
    が該セットの位相シフトし周波数シフトした光ビームのうちの１つのビームから
    導かれる、請求項１８に記載の干渉測定装置。
20. 【請求項２０】 前記検出するための手段が、前記セットの混合された出力
    ビームの強度から少なくとも３つのヘテロダイン信号から構成される１セットと
    して前記電気干渉信号を生成するための光検出器を含み、該少なくとも３つのヘ
    テロダイン信号から構成される１セットは、前記周波数シフトした光ビームの拡
    張セットのビームの異なる周波数成分間の前記周波数差に関連するヘテロダイン
    周波数での発振によって特徴づけられ、該少なくとも３つのヘテロダイン信号の
    セットが１セットのへテロダイン位相によってさらに特徴づけられ、該少なくと
    も３つのヘテロダイン信号のセットが、ヘテロダイン信号のサブセットの１セッ
    トを含み、１サブセットのヘテロダイン信号が１サブセットの位相シフトし周波
    数シフトした光ビームから生成されるヘテロダイン信号である、請求項１９に記
    載の干渉測定装置。
21. 【請求項２１】 前記ヘテロダイン信号の各サブセットのヘテロダイン信号
    を加え合わせて１セットの和ヘテロダイン信号を生成する手段をさらに含む請求
    項２０に記載の干渉測定装置あって、該セットの和ヘテロダイン信号の各和ヘテ
    ロダイン信号が、該和ヘテロダイン信号を生成するために加え合わせられた該サ
    ブセットのヘテロダイン信号のヘテロダイン周波数に等しい和ヘテロダイン周波
    数および該和ヘテロダイン信号を生成するために加え合わせられた該サブセット
    のヘテロダイン信号のヘテロダイン位相の平均に等しい和ヘテロダイン位相を有
    する、装置。
22. 【請求項２２】 前記電子手段が、前記セットの和ヘテロダイン信号のうち
    の２つを混合してスーパーヘテロダイン信号を生成する手段をさらに含み、該ス
    ーパーヘテロダイン信号が、該スーパーヘテロダイン信号を生成するために混合
    された該和ヘテロダイン信号の和ヘテロダイン周波数の差の半分に等しいサイド
    バンド周波数および該スーパーヘテロダイン信号を生成するために混合された該
    和ヘテロダイン信号の和ヘテロダイン位相の差の半分に等しいサイドバンド位相
    を有するより低い周波数サイドバンドを含み、該より低い周波数サイドバンドの
    サイドバンド位相が、気体の屈折度の分散および前記測定レッグにおける所定の
    媒体の分散による差を除いて実質的にゼロである、請求項２１に記載の干渉測定
    装置。
23. 【請求項２３】 前記一連の比率として表現される前記近似調和関係の相対
    精度を監視するための手段をさらに含む、請求項２２に記載の干渉測定装置。
24. 【請求項２４】 前記近似調和関係の前記相対精度が、該気体の分散能と、
    前記気体の屈折度の測定または該気体による前記測定レッグの光路長における差
    の変化の測定に必要な相対精度とをかけた値よりも一桁またはそれ以上小さくな
    るように、前記光ビームを生成するための前記手段を制御するようにフィードバ
    ック信号を提供するために該近似調和関係の該相対精度を監視するための前記手
    段に応答する手段をさらに含む、請求項２３に記載の干渉測定装置。
25. 【請求項２５】 前記組み合わせ手段が、前記混合された光信号を少なくと
    も２つの混合された出力ビームから構成される１セットの混合出力ビームとして
    生成するように構成および配置され、各混合された出力ビームが、１サブセット
    の位相シフトし周波数シフトした光ビームから生成される、請求項１９に記載の
    干渉測定装置。
26. 【請求項２６】 前記異なる波長を有する少なくとも２つの光ビームを生成
    するための手段が、コヒーレントな放射源を含む、請求項１に記載の干渉測定装
    置。
27. 【請求項２７】 前記コヒーレントな放射源がレーザーを含む、請求項２６
    に記載の干渉測定装置。
28. 【請求項２８】 前記電気干渉信号を検出および生成する手段から該電気干
    渉信号を直接受信し、そして該電気干渉信号をデジタル形態に変換してさらなる
    下流の計算における位相エラーを低減するための手段をさらに含む、請求項１に
    記載の干渉測定装置。
29. 【請求項２９】 前記少なくとも２つの光ビームがそれぞれ直交偏光状態を
    有する、請求項１に記載の干渉測定装置。
30. 【請求項３０】 前記光ビームの前記直交偏光状態間の周波数差を導入する
    ための手段をさらに含む、請求項２９に記載の干渉測定装置。
31. 【請求項３１】 前記射出ビームを組み合わせる前記手段が、前記光ビーム
    の前記偏光状態を混合するために適合される、請求項３０に記載の干渉測定装置
    。
32. 【請求項３２】 前記混合された光信号における前記位相差に対応する前記
    情報が、前記気体によって占められた前記測定レッグの往復物理長Ｌにおける差
    に関連し以下の式にしたがう位相シフトであり、 【数２】 これは、角波数ｋ_jがｋ_j＝２π／λ_jによって与えられ、ｊ＝１および２、なら びにｎ_jiが波数ｋ_jに対応する前記測定レッグの経路ｉにおける気体の屈折率で あり、 ｐ₁λ₂≒ｐ₂λ₁；ｐ₁，ｐ₂＝１，２，３，．．．，ｐ₁≠ｐ₂であり、ならびに
    位相オフセットζ_lが該第１および第２の測定レッグに関連しない位相シフトφ_l へのすべての寄与を含む、ｐ₁＝２ｐ₂の場合である、請求項３１に記載の干渉測
    定装置。
33. 【請求項３３】 前記電気干渉信号が以下の形態のヘテロダイン信号を含み
    、 ｓ_l＝Ａ_lｃｏｓ［α_l（ｔ）］、 ｌ＝１，２，および３ ここで時間依存独立変数α_l（ｔ）は、 α_l（ｔ）＝２πｆ₁ｔ＋φ₁、 α₂（ｔ）＝２πｆ₂ｔ＋φ₂、 α₃（ｔ）＝２πｆ₂ｔ＋φ₃、 によって与えられる請求項３２に記載の干渉測定装置。
34. 【請求項３４】 前記電子手段は、前記ヘテロダイン信号を受信し、そして
    前記位相シフトφ₁、φ₂、およびφ₃を決定するために改造される、請求項３３ に記載の干渉測定装置。
35. 【請求項３５】 前記オフセットζ_lにおける位相冗長エラーを解消するた めの手段をさらに含む、請求項３２に記載の干渉測定装置。
36. 【請求項３６】 前記情報における位相冗長エラーを解消するための手段を
    さらに含む、請求項１に記載の干渉測定装置。
37. 【請求項３７】 測定経路における気体屈折率の効果を測定するための干渉
    測定方法であって、該干渉測定方法は、以下： 第１および第２の測定レッグを含む干渉測定手段を提供する工程であって、該
    第１および第２の測定レッグのうちの少なくとも１つが可変物理長を有し、そし
    て該第１および第２の測定レッグのうちの少なくとも１つが該気体によって少な
    くとも部分的に占められ、そして該第１および第２の測定レッグのうちの少なく
    とも１つが所定の媒体によって少なくとも部分的に占められ得るように構成およ
    び配置された光経路を該第１および第２の測定レッグが有し、該第１および第２
    の測定レッグの間の光路長差が該光経路のそれぞれの物理長の差および該気体お
    よび該所定の媒体の性質によって変化する、工程と、 異なる波長を有する少なくとも２つの光ビームを生成する工程と、 該光ビームの各々の第１および第２の所定部分をそれぞれ該干渉測定手段の該
    第１および第２の測定レッグに導入することによって、該光ビームの該第１およ
    び第２の所定部分の１つの波長でのビームが該第１および第２の測定レッグのう
    ちの少なくとも１つを通り、該波長の他方でのビームと異なる数の経路を有する
    所定の光経路に沿って進行して、該第１および第２の測定レッグの物理経路長が
    変化する相対速度を補正する工程であって、該光ビームの該所定の第１および第
    ２部分が、該波長で該第１および第２の測定レッグを通るそれぞれの光路長につ
    いての情報を含む射出ビームとして該干渉測定手段から出て来る工程と、 該射出ビームを組み合わせて、該波長での該第１および第２の測定レッグの該
    所定経路の対応するものから該射出ビームの各々の間の位相差に対応する情報を
    含む混合光信号を生成する工程と、 該混合光信号を検出し、そして該異なるビーム波長での該気体および該所定の
    媒体の屈折率の効果ならびに該第１および第２の測定レッグ間の相対物理経路長
    ならびにそれらの変化率に対応する情報を含む電気干渉信号を生成するための工
    程と、 該干渉電気信号を解析して該測定レッグにおける該気体の効果を決定するため
    の工程とを含む、方法。
38. 【請求項３８】 前記光ビームの前記波長が近似調和関係を互いに対して有
    し、該近似調和関係が一連の比率として表現され、各比が低位非ゼロ整数の比か
    ら構成される、請求項３７に記載の干渉測定方法。
39. 【請求項３９】 前記干渉測定手段内に前記光ビームに対する前記測定レッ
    グの少なくとも１つに沿って複数の経路を生成するための工程を含み、ここで該
    光ビームに対する経路の数は、前記波長間の前記実質的な調和関係と実質的に同
    じである関係において調和的に関連する、請求項３８に記載の干渉測定方法。
40. 【請求項４０】 少なくとも２つの光ビームを生成するための前記工程が、
    該光ビームの各々に対して直交偏光成分を生成するための工程をさらに含む、請
    求項３９に記載の干渉測定方法。
41. 【請求項４１】 前記光ビームを共通の波長の直交偏光成分の対に分離する
    ための工程をさらに含む、請求項４０に記載の干渉測定方法。
42. 【請求項４２】 前記干渉測定手段における後続の下流での使用のために前
    記直交偏光成分の対を空間的に分離するための工程をさらに含む、請求項４１に
    記載の干渉測定方法。
43. 【請求項４３】 前記一連の比率として表現された前記近似調和関係の相対
    精度が、前記気体の屈折率の分散（ｎ₁−ｎ₂）の大きさと相対精度εを掛けた値
    よりも一桁またはそれ以上小さく、ここでｎ₁およびｎ₂はそれぞれ前記異なる波
    長での該気体の屈折率であり、該相対精度εが該気体の屈折度（ｎ₁−１）また は該気体による該測定レッグのうちの少なくとも１つの光路長における変化の測
    定に望ましい、請求項３８に記載の干渉測定方法。
44. 【請求項４４】 前記一連の比率として表現された前記近似調和関係の前記
    相対精度を監視するための工程をさらに含む、請求項４３に記載の干渉測定方法
    。
45. 【請求項４５】 前記相対精度εが該気体の屈折度（ｎ₁−１）または該気 体による前記測定レッグの光路長における差の変化の測定に望ましい場合に、前
    記近似調和関係の前記相対精度が、該気体の屈折率の分散と該相対精度εを掛け
    た値よりも一桁またはそれ以上小さくなるように、前記光ビームを制御するため
    にフィードバック信号を提供するために、該近似調和関係の該相対精度を監視す
    るための前記工程に応答する工程をさらに含む、請求項４４に記載の干渉測定方
    法。
46. 【請求項４６】 前記電子的解析工程が、前記気体によって占められた前記
    測定レッグの物理長Ｌにおける差を決定する工程をさらに含む、請求項３７に記
    載の干渉測定方法。
47. 【請求項４７】 前記物理長Ｌが、前記気体の逆分散力Γに対する所定の値
    を用いて計算され、ここで： 【数３】 λ₁、λ₂、およびλ₃が波長であり、そしてｎ₁、ｎ₂、およびｎ₃が屈折率であり
    、そして分母が［ｎ₃（λ₃）−ｎ₁（λ₁）］または［ｎ₂（λ₂）−ｎ₁（λ₁）］
    によって置き換えられ得る、請求項４６に記載の干渉測定方法。
48. 【請求項４８】 前記干渉測定手段を有するマイクロリソグラフィー手段に
    さらに動作的に関連する請求項４７に記載の干渉測定方法であって、前記物理長
    Ｌを使用して該マイクロリソグラフィー手段の所定の要素間の相対距離を決定す
    る、方法。
49. 【請求項４９】 前記干渉測定手段が少なくとも１つの示差平面ミラー干渉
    測定器を含む、請求項３７に記載の干渉測定方法。
50. 【請求項５０】 １セットの周波数シフトした光ビームのうちのいずれの２
    つのビームも同じ周波数差を有することがないように該１セットの周波数シフト
    した光ビームを生成するために、前記光ビームの各々の第１および第２部分との
    間の周波数差を導入する工程をさらに含む、請求項３８に記載の干渉測定方法。
51. 【請求項５１】 前記干渉測定手段内に、前記光ビームに対する前記測定レ
    ッグの少なくとも１つに沿って複数の経路を生成する工程をさらに含み、ここで
    該光ビームに対する経路の数は、前記波長間の前記実質的な調和関係と実質的に
    同じである関係において調和的に関連する、請求項５０に記載の干渉測定方法。
52. 【請求項５２】 前記セットの周波数シフトした光ビームの各ビームを１つ
    以上のビームに分割して該セットの周波数シフトした光ビームから少なくとも３
    つの周波数シフトした光ビームの拡張セットを提供することによって、該拡張セ
    ットの周波数シフトした光ビームにおける各波長に対する周波数シフトした光ビ
    ームの数は、前記近似調和関係にしたがって逆比例関係であり、そして該周波数
    シフトした光ビームの拡張セットのセットの各ビームが２つの周波数成分を含む
    ようにする工程をさらに含む、請求項５１に記載の干渉測定方法。
53. 【請求項５３】 前記干渉測定手段内で前記少なくとも３つの周波数シフト
    した光ビームの拡張セットの各ビームの異なる周波数成分間に位相シフトを導入
    して１セットの位相シフトし周波数シフトした光ビームとして前記射出ビームを
    生成し、そして該少なくとも３つの周波数シフトした光ビームの拡張セットの該
    ビームを整列および方向付けることにより、位相シフトし周波数シフトした光ビ
    ームの各サブセットによって通過される、前記測定レッグのうちの少なくとも１
    つを通る組み合わされた経路が実質的に同じとなり、ここで該位相シフトし周波
    数シフトした光ビームの１サブセットが同じ波長を有する該位相シフトし周波数
    シフトした光ビームのビームを含み、位相シフトし周波数シフトした光ビームの
    １サブセットのいずれの２つのビームによって通過される前記測定経路も実質的
    にオーバラップしない、請求項５２に記載の干渉測定方法。
54. 【請求項５４】 少なくとも３つの周波数シフトした光ビームの前記拡張セ
    ットの各ビームに導入された前記位相シフトの大きさは、前記第１および第２の
    測定レッグに沿って走行する際に該ビームが被る位相シフトにおける差であり、
    そして該第１および第２の測定レッグのそれぞれの上の経路の数、該第１および
    第２の測定レッグのそれぞれの物理長、ならびに該測定レッグの該少なくとも１
    つにおける前記気体のそれぞれの屈折度および該気体および該測定レッグの前記
    所定の媒体のそれぞれの屈折度にしたがって変化し、位相シフトし周波数シフト
    光ビームの各サブセットに対する該測定レッグの該少なくとも１つにおける該気
    体の屈折度が互いに異なり、該気体の屈折度が波長の関数である、請求項５３に
    記載の干渉測定方法。
55. 【請求項５５】 前記組み合わせ工程が前記セットの位相シフトし周波数シ
    フトした光ビームの各ビームの前記２つの異なる周波数成分を混合し、該混合さ
    れた光信号を少なくも３つの混合された出力ビームから構成される１セットの混
    合された出力ビームとして生成し、該セットの混合された出力ビームの各ビーム
    が該セットの位相シフトし周波数シフトした光ビームの１つのビームから導かれ
    る、請求項５４に記載の干渉測定方法。
56. 【請求項５６】 前記検出工程が、前記セットの混合された出力ビームの強
    度から少なくとも３つのヘテロダイン信号の１セットとして前記電気干渉信号を
    生成するための光検出工程を含み、該少なくとも３つのヘテロダイン信号の１セ
    ットは、前記周波数シフトした光ビームの拡張セットのビームの異なる周波数成
    分間の前記周波数差に関連するヘテロダイン周波数での発振によって特徴づけら
    れ、該少なくとも３つのヘテロダイン信号のセットが１セットのへテロダイン位
    相によってさらに特徴づけられ、該少なくとも３つのヘテロダイン信号のセット
    が、ヘテロダイン信号のサブセットの１セットを含み、１サブセットのヘテロダ
    イン信号が１サブセットの位相シフトし周波数シフトした光ビームから生成され
    るヘテロダイン信号である、請求項５５に記載の干渉測定方法。
57. 【請求項５７】 前記ヘテロダイン信号の各サブセットのヘテロダイン信号
    を加え合わせて１セットの和ヘテロダイン信号を生成する工程をさらに含む請求
    項５６に記載の干渉測定方法であって、該セットの和ヘテロダイン信号の各和ヘ
    テロダイン信号が、該和ヘテロダイン信号を生成するために加え合わせられた該
    サブセットのヘテロダイン信号のヘテロダイン周波数に等しい和ヘテロダイン周
    波数および該和ヘテロダイン信号を生成するために加え合わせられた該サブセッ
    トのヘテロダイン信号のヘテロダイン位相の平均に等しい和ヘテロダイン位相を
    有する、方法。
58. 【請求項５８】 前記電子的解析工程が、前記セットの和ヘテロダイン信号
    のうちの２つを混合してスーパーヘテロダイン信号を生成する工程をさらに含み
    、該スーパーヘテロダイン信号が、該スーパーヘテロダイン信号を生成するため
    に混合された該和ヘテロダイン信号の和ヘテロダイン周波数の差の半分に等しい
    サイドバンド周波数および該スーパーヘテロダイン信号を生成するために混合さ
    れた該和ヘテロダイン信号の和ヘテロダイン位相の差の半分に等しいサイドバン
    ド位相を有するより低い周波数サイドバンドを含み、該より低い周波数サイドバ
    ンドのサブバンド位相が、気体の屈折度の分散および前記測定レッグにおける所
    定の媒体の分散による差を除いて実質的にゼロである、請求項５７に記載の干渉
    測定方法。
59. 【請求項５９】 前記一連の比率として表現される前記近似調和関係の相対
    精度を監視するための工程をさらに含む、請求項５８に記載の干渉測定方法。
60. 【請求項６０】 前記近似調和関係の前記相対精度が、前記気体の分散能と
    、前記気体の屈折度または前記測定レッグの光路長における差の変化の測定に必
    要な相対精度を掛けた値よりも一桁小さくなるように、該近似調和関係の該相対
    精度を監視するための前記工程に応答して、前記光ビームを制御するようにフィ
    ードバック信号を提供する工程をさらに含む、請求項５９に記載の干渉測定方法
    。
61. 【請求項６１】 前記組み合わせ工程が、前記混合された光信号を少なくと
    も２つの混合された出力ビームから構成される１セットの混合出力ビームとして
    生成し、各混合された出力ビームが、１サブセットの位相シフトし周波数シフト
    した光ビームから生成される、請求項５５に記載の干渉測定方法。
62. 【請求項６２】 前記異なる波長を有する少なくとも２つの光ビームを生成
    する工程が、コヒーレントな放射源を使用する工程含む、請求項３７に記載の干
    渉測定方法。
63. 【請求項６３】 前記コヒーレントな放射源がレーザを含む、請求項６２に
    記載の干渉測定方法。
64. 【請求項６４】 前記検出工程から前記電気干渉信号を直接受信し、そして
    該電気干渉信号をデジタル形態に変換してさらなる下流の計算における位相エラ
    ーを低減する工程をさらに含む、請求項３７に記載の干渉測定方法。
65. 【請求項６５】 前記光ビームの各々に対して直交偏光状態を導入する工程
    をさらに含む、請求項３７に記載の干渉測定方法。
66. 【請求項６６】 前記光ビームの前記直交偏光状態間の周波数差（単数また
    は複数）を導入する工程をさらに含む、請求項６５に記載の干渉測定方法。
67. 【請求項６７】 前記射出ビームを組み合わせる工程が、前記光ビームの前
    記偏光状態を混合する、請求項６６に記載の干渉測定方法。
68. 【請求項６８】 前記混合された光信号における前記位相差に対応する前記
    情報が、前記気体によって占められた前記測定レッグの往復物理長Ｌに関連し以
    下の式にしたがう位相シフトであり、 【数４】 これは、角波数ｋ_jがｋ_j＝２π／λ_jによって与えられ、ｊ＝１および２、なら びにｎ_jiが波数ｋ_jに対応する前記測定レッグの少なくとも１つの経路ｉにおけ る気体の屈折率であり、 ｐ₁λ₂≒ｐ₂λ₁；ｐ₁、ｐ₂＝１，２，３，．．．，ｐ₁≠ｐ₂であり、ならびに
    位相オフセットζ_lが測定レッグまたは基準レッグに関連しない位相シフトφ_lへ
    のすべての寄与を含む、ｐ₁＝２ｐ₂の場合である、請求項６７に記載の干渉測定
    方法。
69. 【請求項６９】 前記電気干渉信号が以下の形態のヘテロダイン信号を含み
    、 ｓ_l＝Ａ_lｃｏｓ［α_l（ｔ）］、 ｌ＝１，２，および３ ここで時間依存独立変数α_l（ｔ）は、 α_l（ｔ）＝２πｆ₁ｔ＋φ₁、 α₂（ｔ）＝２πｆ₂ｔ＋φ₂、 α₃（ｔ）＝２πｆ₂ｔ＋φ₃、 によって与えられる、請求項６８に記載の干渉測定方法。
70. 【請求項７０】 前記電子解析工程は、前記ヘテロダイン信号を受信し、そ
    して前記位相シフトφ₁、φ₂、およびφ₃を決定する、請求項６９に記載の干渉 測定方法。
71. 【請求項７１】 前記オフセットζ_lにおける位相冗長エラーを解消する工 程をさらに含む、請求項６８に記載の干渉測定方法。
72. 【請求項７２】 前記情報における位相冗長エラーを解消する工程をさらに
    含む、請求項３７に記載の干渉測定方法。
73. 【請求項７３】 ウエハを支持するための少なくとも１つのステージと、 該ウエハ上に空間的にパターニングされた放射をイメージするための照射シス
    テムと、 該イメージ化された放射に対して該少なくとも１つのステージの位置を調節す
    るための位置決めシステムとを含む、該ウエハを製造するための該干渉測定装置
    に動作的に関連するマイクロリソグラフィー手段をさらに含み、 該干渉測定装置が、該イメージ化された放射に対して該ウエハの位置を測定す
    るように適合される、請求項１に記載の干渉測定装置。
74. 【請求項７４】 請求項１に記載の干渉測定装置であって、該装置は、ウエ
    ハ上に集積回路を製造する際に使用される該干渉測定装置に動作的に関連する、
    マイクロリソグラフィー手段をさらに含み、該マイクロリソグラフィー手段は、
    以下： ウエハを支持するための少なくとも１つのステージと、 放射供給源、マスク、位置決めシステム、レンズアセンブリ、および該干渉測
    定装置の所定の部分を含む照射システムとを含み、 該供給源が該マスクを通って空間的にパターニングされる放射を生成するよう
    に放射を方向付け、該位置決めシステムが該供給源からの放射に対して該マスク
    の位置を調節し、該レンズアセンブリが該空間的にパターニングされる放射を該
    ウエハ上にイメージ化し、そして該干渉測定装置が該供給源からの該放射に対し
    て該マスクの位置を測定するように該マイクロリソグラフィー手段が動作的であ
    る、装置。
75. 【請求項７５】 第１および第２の構成要素を含む集積回路を製造するため
    に前記干渉測定装置に動作的に関連する、マイクロリソグラフィー装置をさらに
    含み、該第１および第２の構成要素がお互いおよび該干渉測定装置に対して可動
    であり、該第１および第２の構成要素が前記第１および第２の測定レッグとそれ
    ぞれ協調して移動しながら接続されることにより、該干渉測定装置が該第１の構
    成要素の該第２の構成要素に対する位置を測定する、請求項１に記載の干渉測定
    装置。
76. 【請求項７６】 基板をパターニングするために書き込みビームを提供する
    ための供給源と、 該基板を支持するための少なくとも１つのステージと、 該基板に書き込みビームを送達するためのビーム方向付けアセンブリと、 該少なくとも１つのステージおよび該ビーム方向付けアセンブリをお互いに対
    して位置決めするための位置決めシステムとを含む、リソグラフィーマスクを製
    造する際に使用される、該干渉測定装置に動作的に関連するビーム書き込みシス
    テムをさらに含み、 該干渉測定装置が該少なくとも１つのステージを該ビーム方向付けアセンブリ
    に対する位置を測定するように改造される、請求項１に記載の干渉測定装置。
77. 【請求項７７】 前記波長がお互いに対して非調和的関係を有する、請求項
    １に記載の干渉測定装置。
78. 【請求項７８】 前記電子手段が、前記電気干渉信号を受信し、そして前記
    異なるビーム波長での前記気体および前記所定の媒体の屈折率の効果ならびに該
    気体によって占められた前記測定レッグの物理経路長における差およびその変化
    率に対応する情報を含む初期電気位相信号を生成するための位相解析手段をさら
    に含む、請求項１に記載の干渉測定装置。
79. 【請求項７９】 前記電子手段が、前記初期位相信号と、前記波長の比およ
    び前記ビームが変更された位相信号を生成するために前記干渉測定手段を通って
    走行する際に該ビームが経る往復の経路の数に対応する因数とを掛け合わせるた
    めの乗算手段をさらに含む、請求項７８に記載の干渉測定装置。
80. 【請求項８０】 前記電子手段が、前記変更された位相信号を受信しそして
    選択的にそれらを加算または減算することによって前記異なるビーム波長での前
    記気体の屈折率の効果および該気体に占められた前記測定レッグの物理経路長に
    おける差およびその変化率の効果に対応する情報を含む和および差位相信号を生
    成するための手段をさらに含む、請求項７９に記載の干渉測定装置。
81. 【請求項８１】 前記電子手段が、前記和および差位相信号ならびに前記初
    期位相信号のうちの少なくとも１つを受信して前記気体によって占められた前記
    測定レッグ（単数または複数）の物理長Ｌにおける差を決定するための手段をさ
    らに含む、請求項８０に記載の干渉測定装置。
82. 【請求項８２】 前記初期位相信号ならびに前記和および差位相信号の間の
    冗長を解消するための手段をさらに含む、請求項８１に記載の干渉測定装置。
83. 【請求項８３】 前記波長が非調和的に関連する、請求項７９に記載の干渉
    測定装置。
84. 【請求項８４】 前記光ビームの前記波長が、互いに近似調和関係を有し、
    該近似調和関係が一連の比率として表現され、各比が低位非ゼロ整数の比から構
    成される、請求項７９に記載の干渉測定装置。
85. 【請求項８５】 前記光ビームの少なくとも２つがそれぞれの偏光状態の間
    の差周波数を有するように該光ビームの前記直交偏光状態の間に差周波数を導入
    するための手段と、前記射出ビームのうちの少なくとも２つから位相信号を生成
    するための単一検出器とをさらに含む、請求項２９に記載の干渉測定装置。
86. 【請求項８６】 前記一連の比率として表現された、前記波長の関係の相対
    精度が、前記気体の屈折率の分散（ｎ₂−ｎ₁）と相対精度εを掛けた値の約１０
    分の１以上のオーダーであり、ここでｎ₁およびｎ₂はそれぞれ前記異なる波長で
    の該気体の屈折率であり、該相対精度εが該気体の屈折度（ｎ₁−１）または該 気体による該測定レッグの光路長の差における変化の測定に望ましい、請求項１
    に記載の干渉測定装置。
87. 【請求項８７】 少なくとも１つの可動ステージ上でウエハを支持する工程
    と、 該ウエハ上に空間的にパターニングされた放射をイメージする工程と、 該イメージ化された放射に対して該少なくとも１つのステージの位置を調節す
    る工程と、 該イメージ化された放射に対して該ウエハの位置を測定する工程、 をさらに含む、請求項３７に記載の干渉測定方法。
88. 【請求項８８】 少なくとも１つの可動ステージ上でウエハを支持する工程
    と、 放射の供給源を、マスクおよびレンズアセンブリを通って空間的にパターニン
    グされる放射を生成するように方向付ける工程と、 該供給源からの放射に対して該マスクの位置を調節し、該レンズアセンブリが
    該空間的にパターニングされる放射を該ウエハ上にイメージ化し、そして該供給
    源からの該放射に対して該マスクの位置を測定する工程、とをさらに含む、請求
    項３７に記載の干渉測定方法。
89. 【請求項８９】 第１および第２の構成要素を含む集積回路を製造するため
    のマイクロリソグラフィー装置提供する工程をさらに含み、該第１および第２の
    構成要素がお互いに対して可動であり、該第１および第２の構成要素が前記第１
    および第２の測定レッグとそれぞれ協調して移動しながら接続されることにより
    、該第１の構成要素の該第２の構成要素に対する位置が測定される、請求項３７
    に記載の干渉測定方法。
90. 【請求項９０】 書き込みビーム供給源を用いて放射のパターンを提供する
    工程と、 少なくとも１つのステージ上で基板を支持する工程と、 該基板に該放射のパターンが当たるように該書き込みビームを方向付ける工程
    と、 該少なくとも１つのステージおよび該書き込みビームの放射をお互いに対して
    位置決めする工程と、 該少なくとも１つのステージの該書き込みビームに対する位置を測定する工程
    とを含む、請求項３７に記載の干渉測定方法。
91. 【請求項９１】 前記波長がお互いに対して非調和的関係を有する、請求項
    ３７に記載の干渉測定方法。
92. 【請求項９２】 前記電子解析工程が、前記電気干渉信号を受信しそして前
    記異なるビーム波長での前記気体および前記所定の媒体の屈折率の効果ならびに
    該気体によって占められた前記測定レッグの物理経路長における差およびその変
    化率に対応する情報を含む初期電気位相信号を生成するために該電子干渉信号か
    ら位相を抽出する工程をさらに含む、請求項３７に記載の干渉測定方法。
93. 【請求項９３】 前記電子解析工程が、前記初期位相信号と、前記波長の比
    および前記ビームが変更された位相信号を生成するために前記干渉測定手段を通
    って走行する際に該ビームが経る往復の経路の数に対応する因数とを掛け合わせ
    る工程をさらに含む、請求項９２に記載の干渉測定方法。
94. 【請求項９４】 前記電子解析工程が、前記変更された位相信号を受信しそ
    して選択的にそれらを加算または減算することによって、前記異なるビーム波長
    での前記気体および前記所定の媒体の屈折率の効果ならびに該気体に占められた
    前記測定レッグの物理経路長における差およびその変化率に対応する情報を含む
    和および差位相信号を生成する工程をさらに含む、請求項９３に記載の干渉測定
    方法。
95. 【請求項９５】 前記電子解析工程が、前記和および差位相信号ならびに前
    記初期位相信号のうちの少なくとも１つを受信して前記気体によって占められた
    前記測定レッグの物理長Ｌにおける差を決定する工程をさらに含む、請求項９４
    に記載の干渉測定方法。
96. 【請求項９６】 前記初期位相信号ならびに前記和および差位相信号の間の
    冗長を解消する工程をさらに含む、請求項９４に記載の干渉測定方法。
97. 【請求項９７】 前記波長が非調和的に関連する、請求項９３に記載の干渉
    測定方法。
98. 【請求項９８】 前記光ビームの前記波長が、互いに近似調和関係を有し、
    該近似調和関係が一連の比率として表現され、各比が低位非ゼロ整数の比から構
    成される、請求項９３に記載の干渉測定方法。
99. 【請求項９９】 前記光ビームの少なくとも２つがそれぞれの偏光状態の間
    の差周波数を有するように該光ビームの前記直交偏光状態の間に差周波数を導入
    し、そして前記射出ビームのうちの少なくとも２つから位相信号を生成するため
    の単一検出器を使用する工程をさらに含む、請求項６６に記載の干渉測定方法。
100. 【請求項１００】 前記一連の比率として表現された、前記波長の関係の相
     対精度が、前記気体の屈折率の分散（ｎ₁−ｎ₂）と相対精度εを掛けた値の約１
     ０分の１以上のオーダーであり、ここでｎ₁およびｎ₂はそれぞれ前記異なる波長
     での該気体の屈折率であり、該相対精度εが該気体の屈折度（ｎ₁−１）または 該気体による該測定レッグの光路長における差の変化の測定に望ましい、請求項
     ３７に記載の干渉測定方法。